申请日2006.04.14
公开(公告)日2011.01.26
IPC分类号C02F1/461
摘要
本发明的课题在于提供一种含有氨态氮的废水的电解处理方法及装置，其可防止电流效率的降低，使氨的分解效率提高，对于所有含有氮的废水均可实行安全且有效的处理。本发明的电解处理装置是具备以下部分的含有氨态氮的废水的电解处理装置：含有氨态氮的废水流入的调整槽(11)，在具有氯离子的条件下电解处理由该调整槽供给的废水(20)的电解槽(12)，及在上述调整槽(11)与上述电解槽(12)内使废水循环的循环泵(13);其中上述电解槽(12)在pH值为5以上且小于8的范围内电解处理上述废水，优选在上述电解槽(12)内配置以金属材料形成的催化剂部件，促进氨态氮的分解反应。
权利要求书
1.一种含有氨态氮的废水的电解处理方法，包括：使含有氨态氮的废水在电解槽内循环，并在具有氯离子的条件下通过一对电极进行电解处理，使通过电解生成的次氯酸与氨态氮反应，分解成氮气，其中：
在上述电解槽中，在pH 5以上且小于pH 8的范围内电解处理上述废水，并且，
除了所述一对电极以外，在上述电解槽内还配置了由包含第5族至第11族中的两种成分以上的组合的金属或金属氧化物形成的催化剂部件，使所述废水与所述催化剂部件接触，以促进氨态氮的分解反应。
2.权利要求1所述的含有氨态氮的废水的电解处理方法，其中，所述催化剂部件配置在上述一对电极之间。
3.权利要求1所述的含有氨态氮的废水的电解处理方法，其中，所述催化剂部件设置在上述一对电极中的阳极的相反侧，且该催化剂部件连接在电源装置的阴极电路上，同时对上述催化剂部件供给微弱电流。
4.权利要求1或2所述的含有氨态氮的废水的电解处理方法，其中通过pH调整装置将上述废水的pH值调整为5以上且小于8的范围内。
5.权利要求1或2所述的含有氨态氮的废水的电解处理方法，其中通过设在含有上述电解槽的循环系统内的还原装置，还原上述废水。
6.一种含有氨态氮的废水的电解处理装置，其具备：流入含有氨态氮的废水的调整槽、在具有氯离子的条件下通过一对电极对由该调整槽供给的废水进行电解处理的电解槽、及在上述调整槽与上述电解槽之间使废水循环的废水循环装置;其中：
上述电解槽在pH值5以上且小于8的范围内电解处理上述废水，并且，
除了所述一对电极以外，在上述电解槽内还配置了由包含第5族至第11族中的两种成分以上的组合的金属或金属氧化物形成的催化剂部件，使所述废水与所述催化剂部件接触，以促进氨态氮的分解反应。
7.权利要求6所述的含有氨态氮的废水的电解处理装置，其中，所述催化剂部件配置在上述一对电极之间。
8.权利要求6所述的含有氨态氮的废水的电解处理装置，其中上述电解槽具有连接在直流电源的阴极与阳极，
将上述催化剂部件设置在阳极的相反侧，且连接至上述直流电源的阴极侧，使该催化剂部件的电位与上述阴极电位相同。
9.权利要求6或7所述的含有氨态氮的废水的电解处理装置，其中上述调整槽具有将上述废水的pH值调整为5以上且小于8的范围内的pH调整装置。
10.权利要求6或7所述的含有氨态氮的废水的电解处理装置，其中在上述调整槽中设置有还原上述废水的还原装置。
说明书
含有氨态氮的废水的电解处理方法及装置
技术领域
本发明涉及一种含有氨态氮的废水的电解处理方法及装置，其在具有氯离子的条件下电解处理含有氨态氮的废水，由此将氨态氮分解成氮气并除去。
背景技术
废水中所含的氮成份是河流、湖沼或内湾等富含营养的主要因素之一，故而需要将氮成份由废水中除去。废水中所含有的氮成份也依据该废水的种类、性状而有所不同，但大多数是以氨态氮的形式而存在，目前提出有将该氨态氮高效地分解成无害的氮气，并由废水中除去的技术，且将其实用化。
作为除去废水中的氨态氮的代表性方法有：利用微生物的分解作用进行的生物学脱氮处理、氨汽提处理、利用电解法进行的除氮处理等。
上述生物学脱氮处理在脱氮反应中需要甲醇等营养源，但在将无机体系废水作为处理对象时，需由外部添加大量营养源，从而存在成本增加的问题。此外，所添加的营养源由于添加至SS(溶液沉积)中，因而导致生成大量剩余污泥，污泥的处理较困难。
此外，通过上述氨汽提进行的处理需要大量热源，导致处理成本上升，此外，若欲维持较高的除氮率，则会导致装置大型化。
另一方面，利用上述电解法的处理，其处理速度较快，且通电即可较容易地分解氨态氮，由于以上优点，近年来该技术备受注目。
利用电解法进行氨分解是通过电解反应由废水中的氯生成次氯酸，使该次氯酸与氨态氮反应，分解成氮气。
例如日本专利特开平7-299465号公报等中提出利用如上的电解反应进行的除氮处理。在日本专利特开平7-299465号公报中揭示如下：作为电解处理用的阳极使用如下构成的阳极，在具有导电性的耐腐蚀金属材料的表面形成被覆层，作为该被覆层的必要成分，含有两种以上铂族元素和/或其氧化物，及选自Ti、Zr、Hf、Nb、Ta中的至少1种金属的氧化物，在具有氯离子的条件下将废水控制在pH 8～12，并进行电解处理。
然而，专利文献1中揭示的方法有如下问题：对于对象废水几乎无缓冲能力，为调整pH 8～12需要大量碱剂，导致运转成本增加。此外，在碱区域中，由处理体系内可见氨汽提的现象，大量氨气向排气侧移动，会导致生成臭气。进而，由于电解的能量损失而使液温上升，该情形下越发难以进行氨汽提。
此外，若废水中的次氯酸浓度发生变化，有可能导致硝酸态氮(NO3-N)大量残留，藉此也会导致氨分解的电流效率的降低。进而，在对象废水为有机性废水时，除次氯酸、氯胺之外，也担心会残留对人体有害的三卤甲烷。
进而，现有的电解法存在以下问题：通过电解实行氨分解的反应过程中会生成H+，引起pH值的降低，故而氯气挥发，随之废水中的氯化物离子浓度降低，氯发生效率降低。因此，如专利文献1所揭示，在具有氯离子的条件下，控制pH值在8～12范围内，并进行电解处理，藉此抑制氯离子浓度的降低，但难以抑制硝酸的生成，故尚无法改善电流效率的降低，此为现状。
发明内容
由此，鉴于上述现有技术的问题点，本发明的目的在于提供一种含有氨态氮的废水的电解处理方法及装置，其可防止电流效率的降低，提高氨的分解效率，对于所有含有氮的废水均可实行安全且有效的处理。
因此，为解决相关课题，本发明提供一种含有氨态氮的废水的电解处理方法，其使含有氨态氮的废水在电解槽内循环，并在具有氯离子的条件下进行电解处理，使通过电解而生成的次氯酸与氨态氮反应，分解成氮气，其中：在上述电解槽中，pH值在5以上且小于8的范围内，对上述废水进行电解处理。
参照图20，就本发明的氨分解机理进行说明，首先在阳极按照下述式(1)由废水中所含有的氯离子生成氯(Cl2)后，再按照下述式(2)由Cl2生成次氯酸(HClO)。该次氯酸与废水中的氨反应，按照下述式(3)生成单氯胺(NH2Cl)，进而该NH2Cl与HClO反应，按照下述式(4)生成二氯胺(NHCl2)。继而，所生成的NH2Cl与NHCl2按照下述式(5)的反应，分解成氮气。
2Cl-→Cl2+2e- ……(1)
Cl2+H2O→HClO+H++Cl- ……(2)
HClO+NH4+→NH2Cl+H++H2O ……(3)
NH2Cl+HClO→NHCl2+H2O ……(4)
NH2Cl+NHCl2→N2+3H++3Cl- ……(5)
此外，这里所生成的NH2Cl与上述生成的HClO进行溶液反应，按照下述式(4)生成二氯胺(NHCl2)。
在本发明的氨分解过程中，如上所述氯胺作为中间生成物而生成，通过该生成的NH2Cl与NHCl2的等摩尔反应分解成氮气。在体系内，若pH值变为5以下的酸性范围，则会生成大量无益于上述反应的三氯胺(NCl3)，残留在处理液中。其原因在于，氯胺的存在方式依赖于溶液的pH值，故而由图18所示的表示氯胺存在概率的平衡图可知，若pH值变为5以下则三氯胺的存在概率上升且蓄积。此外，氯气的生成量也依赖于溶液的pH值，由图19所示的表示次氯酸的存在比的平衡图可知，若pH值变为5以下则生成大量的氯气，导致氨的分解效率降低。
因此，如本发明所述，通过将电解处理的废水的pH设为5以上，可以抑制氯气、三氯胺的生成，主要进行上述式(1)～(5)的反应，可有效推进氨的分解。
此外，如图18所示，也存在如下问题：在pH值在8以上时，几乎不存在二氯胺。因此，不发生上述式(4)的反应，导致单氯胺蓄积，藉此上述式(2)的反应受到抑制。若过量的次氯酸存在于处理液中，则由副反应导致生成大量的硝酸态氮。
因此，如本发明所述，使pH值小于8，藉此可抑制硝酸态氮的生成，可有效进行氨的分解反应。进而，通过使pH值小于8，也可抑制由于氨汽提导致氨气向排气侧的流出。
此外，通过使电解槽内的液体循环，可使次氯酸浓度均匀，故而可抑制硝酸生成。
此外，在上述电解槽内配置由金属材料形成的催化剂部件，促进氨态氮的分解反应。
作为上述催化剂部件使用的金属材料，包含第5族～第11族中两种成分以上的组合，优选为选自Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、W的两种以上的组合。此外，该金属材料的形态为金属或金属氧化物。
如本发明所述，通过在电解槽内配置催化剂部件，根据该催化剂部件的催化作用，可抑制处理液中硝酸生成反应，提高电流效率，进而可提高除氨效率。
此时，可向上述催化剂部件供给微弱电流，由此可防止催化剂部件的腐蚀。
进而，通过pH调整装置将上述废水的pH值调整为上述范围内。
由此，通过设置pH调整装置，主动调整废水的pH值，可进行稳定的氨分解。
进而，通过包含上述电解槽的循环系统内所设置的还原装置，还原上述废水。
藉此可确实地分解生成的过量氯气，并可抑制氯胺或游离氯的残留。此外，可通过抑制残留氯浓度，抑制由副反应而生成硝酸态氮。
此外，至于装置发明，是一种含有氨态氮的废水的电解处理装置，其具备：
调整槽，其用于流入含有氨态氮的废水;
电解槽，在具有氯离子的条件下，将由该调整槽供给的废水进行电解处理;及
废水循环装置，使废水在上述调整槽与上述电解槽内循环;其中：上述电解槽在pH5以上且小于pH8的范围内电解处理上述废水。
此外，在上述电解槽内配置由金属材料形成的催化剂部件，促进氨态氮的分解反应。
此时，上述电解槽可为如下结构：具有连接至直流电源的阴极与阳极，将上述催化剂部件连接至上述直流电源的阴极侧，使该催化剂部件的电位与上述阴极电位相同。
进而，上述调整槽具备将上述废水的pH值调整为上述范围内的pH调整装置。
进而，在上述调整槽内设置还原上述废水的还原装置。
如以上所揭示，根据本发明，将电解处理的废水的pH值设为5以上且小于8的范围内，藉此可提高氨分解效率。
此外，通过使电解槽内的液体循环，可抑制硝酸的生成。
此外，通过在电解槽内配置催化剂部件，可通过该催化剂部件的催化剂作用抑制处理液中硝酸的生成反应，提高电流效率，进而可进一步提高除氨效率。此外，通过向上述催化剂部件供给微弱电流，可防止催化剂部件的腐蚀。
进而，通过在包含电解槽的循环系统内设置还原装置，可确实地分解所生成的过量的氯，抑制氯胺或游离氯的残留，还可抑制由副反应生成硝酸态氯。
