專利名稱：污水處理裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種污水處理裝置，更詳細地說，涉及一種用以使含于衛生廢水或生活廢水等污水中的磷酸與電解析出的金屬離子反應而去除的污水處理裝置。
以往，此種污水處理裝置已知有如下裝置。
亦即，設有收容欲處理的污水的污水收容槽，且于槽內配置一組以上的由可形成不溶性磷酸鹽的金屬所構成的電極，并于此等電極間施加電壓，而電化學性地使可形成不溶性磷酸鹽的金屬離子析出于污水中，從而使磷酸形成不溶性鹽而去除。
在所述污水處理裝置中，依據場合，會于電極的表面形成被稱為鈍態被膜的耐蝕性氧化被膜，其結果，有可能減少或停止可形成水不溶性磷酸鹽的金屬離子的析出(鈍態化)。
若產生如此的鈍態化，則難以或不可能使污水中的磷酸形成水不溶性磷酸鹽而去除。
有鑒于此，本發明的目的是提供一種污水處理裝置，其可防止在電化學性地將可形成水不溶性磷酸鹽的金屬離子析出于污水中時的鈍態化，從而可穩定地去除污水中的磷酸。
依據本發明的一個方面，提供一種污水處理裝置，其包括污水收容槽；至少一組電極，配設于此污水收容槽，由電分解來析出用以去除污水中的磷酸的鐵離子或鋁離子；電源，用以向該電極供給電解用恒電流；以及控制部，該控制部在上述鐵離子析出時，總是將電解中的電流密度維持于0.1-5.0mA/cm2，在上述鋁離子析出時，總是將電解中的電流密度維持于0.2-6.0mA/cm2，而進行恒電流電解。
污水收容槽收容供電分解處理的污水。電極由例如長方形板狀物以二片一組配置既定組，且藉由電分解將鐵離子或鋁離子析出至污水收容槽。電源供給電分解用的電流至各組電極。
一組電極系例如兩者均由鐵或鋁構成，或一者由鐵及鋁中之一所構成，而另一者由不溶性金屬所構成。前者的場合，依據所希望來施行電板的極性反轉，而可防止電極的鈍態化。后者的場合，由鐵及鋁中之一者所構成的電極當作陽極，由不溶性金屬所構成的電極當作陰極。其中，由不溶性金屬所構成的電極為例如銀或白金等的電極。又，一組電極最好固定于有把手部的電絕緣性間隔物等上，而相互的間隔保持一定。
析出于污水收容槽的鐵離子或鋁離子與污水中的磷酸(正磷酸)反應，形成水不溶性磷化合物[Fe(OH)x(PO4)y或Al(OH)x(PO4)y]，并凝結，進而沉淀于污水收容槽中。
控制部將電解中的電流密度維持于一定范圍內，而施行恒電流電解。其中，于恒電流電解時總是將電流密度維持于一定范圍內是由于依本案的發明人研究的結果，查明①鈍態化與電解時的電流密度之間有某些相關關系、②若電流密度過小，則會引起鈍態化以及③若電流密度為適當，則可防止鈍態化之故。
亦即，實驗證明，施行如析出上述鐵離子的恒電流電解時的適當的電流密度為0.1～5.0mA/cm2，施行如析出上述鋁離子的恒電流電解時的適當的電流密度為0.2～6.0mA/cm2。其中，在電流密度未滿各下限值時，會引起鈍態化，而在超過各上限值時，電極間電壓變得過高，而污水處理裝置的管理者等有觸電之虞。
實驗還證明，這些電流密度在上述鐵離子析出時，最好為0.2～4.0mA/cm2，而更好為0.4～3.0mA/cm2，在上述鋁離子析出時，最好為0.3～5.0mA/cm2，而更好為0.6～4.0mA/cm2。
依據本發明的污水處理裝置，最好全部的電極系由鐵及鋁中之一者所構成，且控制部具有對電源指示電極的極性反轉的功能，在施行上述恒電流電解時，控制部每三十分鐘～五天指示一次極性反轉。這是由于通過每隔一定時間施行電極的極性反轉，而可更確實地防止電極的鈍態化，進而可謀求電分解的效率化之故。
此極性反轉若每未滿三十分鐘的一定時間施行一次，則不能施行上述鐵離子或上述鋁離子的充分析出，另一方面，若每超過五天的一定時間施行一次，則于電極表面形成鈍態被膜時，此被膜有穩定化之虞，而即使施行極性反轉，亦不能完全地使鈍態被膜剝離。
依據本發明的另一方面，提供一種污水處理裝置，其包括污水收容槽；電極，用以藉由電分解來析出用以去除污水中的磷酸的鐵離子或鋁離子；電源，用以供給電解用恒電流至此電極；以及控制部，為了上述鐵離子析出而于以未滿0.1mA/cm2的電流密度來施行恒電流電解時，定期且暫時地將電流密度上升至0.1～5.0mA/cm2，為了上述鋁離子析出而于以未滿0.2mA/cm2的電流密度來施行恒電流電解時，定期且暫時地將電流密度上升至0.2～6.0mA/cm2。
控制部定期且暫時地使電解中的電流密度上升，而施行恒電流電解。亦即，在以未滿0.1mA/cm2的電流密度來施行如上述鐵離子析出的恒電流電解時，控制部定期且暫時地將電流密度上升至0.1～5.0mA/cm2，在以未滿0.2mA/cm2的電流密度來施行如上述鋁離子析出的恒電流電解時，控制部定期且暫時地將電流密度上升至0.2～6.0mA/cm2。
其中，“定期且暫時地”使電流密度上升表示例如每數小時使電流密度上升數分鐘。藉由如此的電流密度的上升，可防止于電極表面形成鈍態被膜，或破壞、去除形成的鈍態被膜。
依據本發明的污水處理裝置，最好全部的電極系由鐵及鋁中之一者所構成，且控制部具有對電源指示電極的極性反轉的功能，在施行上述恒電流電解時，控制部每六小時～七天指示一次的極性反轉。這是由于藉由每隔一定時間施行電極的極性反轉，可更確實地防止電極的鈍態化，進而可謀求電分解的效率化之故。
此極性反轉若按每未滿六小時的一定時間施行一次，則不能施行上述鐵離子或上述鋁離子的充分析出，另一方面，若按每超過七天的一定時間施行一次，則于電極表面形成鈍態被膜時，此被膜有穩定化之虞，即使施行極性反轉，亦不能完全地使鈍態被膜剝離。
依據上述本發明一個方面或另一方面的污水處理裝置，最好還包括視覺報告部(例如LED燈等)及/或聽覺報知部(例如蜂鳴器等)，若電解中的電極間電壓成為25V以上，則報告外部。
若電極間電壓成為25V以上，則污水處理裝置的管理者等有弄錯而觸電之虞，故若設有這些報知部，則可避免觸電的危險。
又，在這些污水處理裝置中，控制部最好更具有電解中的電極間電壓成為25V以上則停止電解的功能。若設有如此的控制部，則藉由自動控制而可避免上述觸電的危險。
附圖的簡要說明如下
圖1為依據本發明的第一實施例的污水處理裝置的立體分解圖。
圖2為由上面觀察圖1的污水處理裝置之一部分的結構說明圖。
圖3為作為圖1的污水處理裝置的構成構件的電極體及電極保持體的立體圖。
圖4為圖3的電極體及電極保持體的立體分解圖。
圖5為由正面觀察圖1的污水處理裝置被組入合并處理凈化槽之內部的放大構造說明圖。
圖6為顯示利用圖1的污水處理裝置，總是將電流密度維持于0.3mA/cm2，且每一小時作一次極性反轉的同時施行恒電流電解時的電極間電壓的變化的曲線圖。
圖7為顯示利用圖1的污水處理裝置總是將電流密度維持于0.05mA/cm2，且每一小時作一次極性反轉的同時施行恒電流電解時的電極間電壓的變化的曲線圖。
圖8為由正面觀察本發明的第二實施例的污水處理裝置被組入合并處理凈化槽之內部的放大構造說明圖。
圖9為顯示利用圖8的污水處理裝置來施行電流密度低于0.1mA/cm2的恒電流電解時的電極間電壓的變化以及定期且暫時地將電流密度上升至0.1-5.0mA/cm2時的電極間電壓的變化的曲線圖。
以下，參照


本發明的二個實施例。這些并非用以限定本發明。第一實施例如圖1所示，依據本發明之一實施例的污水處理裝置D1具有一個污水收容槽1、四組電極2、3和用以供給電流至各組電極2、3的直流電源(未圖示)以及四個電極保持體4。
如圖2所示，污水收容槽1由平面形狀大體為方形的箱所構成，且收容有衛生廢水或生活廢水等欲處理的污水。于污水收容槽1的相對側壁的上部形成有污水流入口1a及污水流出口1b。且于污水收容槽1的底部設有朝左右方向延伸的二根底部定位棒5。又，于這些底部定位棒5的內側設有朝垂直縱向延伸的合計六根左右定位棒6。
各組電極2、3均為長方形板狀的鐵制，且藉由電分解而析出用以去除污水中的磷酸的鐵離子。如圖3及圖4放大所示，一組電極2、3通過安裝于它們上端的氯乙烯樹脂制的電絕緣性間隔物7，而將它們的間隔保持于一定。間隔物7上設有把手部7a。
在電極2、3的上端設有連接用端子8。這些端子8經由導線9而連接在連接器10上。連接器10連接于上述電源上。為便于說明，將由一組電極2、3和一個間隔物7、二個端子8、二根導線9及一個連接器10所構成的集合體稱為電極體11。
如圖3及圖4放大所示，電極保持體4是平面形狀為長方形的箱狀物，且為聚丙烯樹脂制。電極保持體4的左右兩側壁成為用以區隔相鄰的電極保持體4相互間的電絕緣性隔板4a。電極保持體4的前后兩端分別成為長方形的污水流入口4b及污水流出口4c。
又，電極保持體4的上下兩面留下周緣部而中央形成長方形缺口，分別形成電極拆裝口4d及曝氣口4e。且電極保持體4的左右寬度(二隔板4a之外面相互間的間隔)大體等于污水收容槽1內的相鄰的兩個左右定位棒6相互間的間隔。電極保持體4的上面的二圓形孔4f用以將間隔物7以螺絲旋固于電極保持體4的上面。
如此所構成的電極保持體4以可取出方式配置于污水收容槽1。亦即，藉由設于槽內的底部定位棒5及左右定位棒6而寬松地固定于所定位置。
又，電極體11由電極拆裝口4d嵌入電極保持體4，且將間隔物7以螺絲旋固于電極保持體4，從而可拆裝地保持于電極保持體4上。因此，可簡單且短時間地施行電極2、3的維修及更換作業。且一組電極2、3及電極保持體4的兩個隔板4a互相成為平行。因此，電極保持體4內的污水中的SS沿著各電極2、3的電極面而不留滯地由污水流入口4a流向污水流出口4b。
如圖1及圖2所示，電極保持體4的底面中央形成朝左右方向延伸的凹槽部1c，且于此凹槽部1c嵌入一曝氣管12。
曝氣管12為此污水處理裝置D1具有的曝氣裝置的一部分。亦即，此曝氣裝置具有設于污水收容槽1外的給氣用送風機(未圖示)、連接于此送風機而朝槽內延伸的給氣管(未圖示)以及連接于此給氣管而配設于槽底部的曝氣管12。
經由電極保持體4的曝氣口4e，而由曝氣管12進行曝氣，可提高電極2、3及隔板4a的洗凈效果。
如圖5所示，此污水處理裝置D1組入至小型合并處理凈化槽101。
凈化槽101之內部的槽構造由流入衛生廢水及生活廢水混合的污水的流入管102側至將污水處理結束的水放流到外部的放流管103側，依據污水處理的順序而區隔形成多個槽。
104為區隔形成于流入管102側的最前部的第一厭氧濾床槽。在此第一厭氧濾床槽104中，將混入于衛生廢水及生活廢水中而不能凈化處理的夾雜物予以沉淀分離而去除。
第一厭氧濾床槽104設有作為厭氧性微生物的濾床的厭氧濾床105，令微生物棲息于厭氧濾床105，而施行厭氧處理。厭氧濾床105系藉由流入水或逆洗廢水暫時流入的水流來卷起沉淀物，而使其成為浮游物質，以抑制流出至下一槽，從而可降低下一槽的負荷。
106系鄰接于第一厭氧濾床槽104而區隔形成的第二厭氧濾床槽。在第二厭氧濾床槽106中，通過棲息厭氧性微生物于厭氧濾床107，而施行厭氧處理。
108系鄰接于第二厭氧濾床槽106而區隔形成的生物膜過濾槽。
第一厭氧濾床槽104及第二厭氧濾床槽106由垂直的隔壁109來區隔。隔壁109的上部開口形成貫穿隔壁109的移流口110。且于移流口110嵌設有移流管111。
第二厭氧濾床槽106及生物膜過濾槽108由垂直的隔壁112來區隔。隔壁112的上部開口形成貫穿隔壁112的移流口113。且于移流口113嵌設有移流管114。自第一厭氧濾床槽104經由移流管111而移流向第二厭氧濾床槽106的污水于厭氧濾床107流下后，經由移流管114而送至生物膜過濾槽108。
藉由設于第二厭氧濾床槽106的厭氧濾床107，而捕捉某一程度的SS。被捕捉的SS漸漸地厭氧分解而成為溶解性物質，或當作污泥而貯留于第二厭氧濾床槽106的底部。且在厭氧濾床107中，有機性的氮被厭氧分解成氨性的氮。
于生物膜過濾槽108設有作為好氧性微生物的濾床的好氧濾床115，且藉由使好氧性微生物棲息于好氧濾床115，而施行好氧處理。于生物膜過濾槽108的底部附近以橫設狀態配置有曝氣裝置的曝氣管116。曝氣裝置通過自曝氣管116吹出空氣，將氧供給至棲息于生物膜過濾槽108的好氧濾床115的好氧性微生物。
117為鄰接于生物膜過濾槽108而區隔形成的處理水槽。在處理水槽117中，以生物膜過濾槽108進行好氧處理，而靜置貯儲經過濾而移流過來的處理水。
118為區隔形成于處理水槽117之上部的消毒槽。消毒槽118消毒處理在處理水槽117所處理后的上部澄清水，由放流管103將其排出至外部。
生物膜過濾槽108及處理水槽117之間由垂直的隔壁119來區隔。隔壁119的上部開口形成貫穿隔壁119的移流口120。且于移流口120嵌設有移流管121。自第二厭氧濾床槽106經由移流管114而移流向生物膜過濾槽108的污水于好氧濾床115流下后，經由移流管121而送至處理水槽117。
由處理水槽117的上部至第一厭氧濾床槽104的上部，配置有用以送返處理水中的上部澄清水的送返管122。且自處理水槽117藉由吸起管123所吸起的上部澄清水經由分水計量裝置124、送返管122而被送至污水處理裝置D1，以供磷去除處理后，回到第一厭氧濾床槽104。
在圖5中，125及126分別表示污水處理裝置D1所具有的控制部及電源。電源126供給電分解用的電流至配設于污水收容槽1之內部的電極2、3。127表示配設于污水收容槽1之外部的給氣用送風機。送風機127為藉由對污水收容槽1之內部的電極2、3及隔板4a施以曝氣而洗凈其面用的曝氣裝置的一部分。
假定流入至凈化槽101的污水量為一天1200升，凈化槽101內的循環流量為6000升。此時，使流至配設于污水收容槽1之內部的電極2、3的電流約為650A(鐵離子的析出量亦可控制成摩爾比Fe/p=1.5～2.5)。使各電極體11的電極間距離為25mm，使電極間電壓總是可以監控。且電流密度可通過變化電極2、3的浸漬面積來變更。
控制部125如下控制，為了析出上述鐵離子而將電解時的電流密度總是維持于0.1～5.0mA/cm2，而施行恒電流電解，且每三十分鐘～五天指示一次極性反轉。
在此，由凈化槽101的運轉開始三個月間，藉由控制部125總是維持電流密度于0.3mA/cm2，且每一小時作一次極性反轉，同時施行恒電流電解。其結果顯示于圖6。
依據圖6，由運轉開始第三個月的電極間電壓雖較運轉開始時增加了若干，但穩定。此時的磷去除率為80～90％，極其良好。
為了比較，而由凈化槽101的運轉開始三個月間，藉由控制部125總是維持電流密度于0.05mA/cm2，且每一小時作一次極性反轉，同時施行恒電流電解。其結果顯示于圖7。
依據圖7，由運轉開始第三個月的電極間電壓較運轉開始時高。且在電極2、3的陽極側產生氧氣。這表示在陽極側析出的上述鐵離子量降低，而引起了水的電解。可以認為其原因為在電極2、3的表面形成了Fe3O4等的鈍態被膜之故。在此情況下，磷去除率降低鐵離子的析出量降低的份額。若以此電流密度來進一步施行凈化槽101的連續運轉，則可推定電極間電壓會上升而不能確保安全性。
由電極2、3析出的鐵離子與含于污水中的磷酸離子凝結反應而生成磷酸鐵鹽及氫氧化鐵。此反應可認為在陽極側發生。在陰極側產生氫氣。此氫氣具有去除或防止對電極2、3的表面的鈍態膜或有機性附著物的產生的效果。換言之，此氫氣本身具有對電極2、3的洗凈效果。在電流密度太小的場合，按此氫氣的產生量變少的份，進行鈍態被膜的生成。
其次，總是將電流密度維持于0.3～5.0mA/cm2的范圍內的各種的一定值，且每三十分鐘～五天作一次極性反轉，而施行恒電流電解。其結果均可看到穩定的去除磷的效果。第二實施例如圖8所示，依據本發明的另一實施例的污水處理裝置D2具有；一個污水收容槽1、四組鐵制電極、用以供給電流至各組電極的直流電源126、給氣用送風機127、作為視覺報知部的LED燈128以及控制部129。
電極與于污水處理裝置D1的相同。若電解中的電極間電壓成為25V以上，則LED燈128點亮，藉以視覺地對外部報知。該點亮根據控制部129的指示來施行。
控制部129在施行電流密度低于0.1mA/cm2的恒電流電解的場合，控制成定期且暫時地將電流密度上升至0.1～5.0mA/cm2。其一例顯示于圖9。
亦即，如圖9的上側所示，在將電流密度維持于0.05mA/cm2，而每十二小時作一次極性反轉，以施行恒電流電解的場合，磷去除效果惡化。可以認為此乃于電極表面產生了鈍態膜之故。如圖9的下側所示，在0.05mA/cm2的電流密度下施行十小時的恒電流電解，接著在0.2mA/cm2的電流密度下施行二小時的恒電流電解，然后作極性反轉，再在0.05mA/cm2的電流密度下施行十小時的恒電流電解的場合，看到了高的磷去除效果。可以認為此乃藉由電流密度的暫時上升而破壞、去除了所產生的鈍態被膜之故。
如此的高的磷去除效果可通過暫時地使電流密度上升來維持。
污水處理裝置D2的其他部分的構造及污水處理裝置D2所達到的效果實質上與污水處理裝置D1相同，故省略詳細的說明。
此外，于本發明的實施例中，雖然詳細說明藉由污水處理裝置D1或污水處理裝置D2來去除小型合并處理凈化槽101內的污水中的磷酸的構造，但是亦可用于水槽、養殖場或水族館等的水中的磷酸的去除。
依據本發明第一方案所述的污水處理裝置，包括污水收容槽；電極，藉由電分解來析出用以去除污水中的磷酸的鐵離子或鋁離子；電源，用以將電解用恒電流供給至電極；以及控制部，在上述鐵離子析出時，總是將電解中的電流密度維持于0.1～5.0mA/cm2，在上述鋁離子析出時，總是將電解中的電流密度維持于0.2～6.0mA/cm2而進行恒電流電解。因此，通過將電流密度維持于適當的值來施行恒電流電解，可防止電化學地將可形成不溶性磷酸鹽的金屬離子析出于污水中時的鈍態化，進而可穩定地去除污水中的磷酸。
依據本發明第二方案所述的污水處理裝置，全部的電極系由鐵及鋁中之一者所構成，且控制部具有對電源指示電極的極性反轉的功能，又，于施行上述恒電流電解時，控制部每三十分鐘～五天指示一次極性反轉。因此，通過每一定時間施行電極的極性反轉，可更確實地防止第一方案所述的電極的鈍態化，以謀求電分解的效率化。
依據本發明第三方案所述的污水處理裝置，包括污水收容槽；所述電極；所述電源；以及控制部，為了上述鐵離子析出而以未滿0.1mA/cm2的電流密度來施行恒電流電解時，定期且暫時地將電流密度上升至0.1～5.0mA/cm2，為了上述鋁離子析出而以未滿0.2mA/cm2的電流密度來施行恒電流電解時，定期且暫時地將電流密度上升至0.2～6.0mA/cm2。因此，即使在不能將電流密度維持于上述適當的值時，也可通過這種電流密度的上升，防止于電極表面形成鈍態被膜，或破壞、去除形成的鈍態膜。
依據本發明第四方案所述的污水處理裝置，全部的電極系由鐵及鋁中之一者所構成，且控制部具有對電源指示電極的極性反轉的功能，又，于施行上述恒電流電解時，控制部每六小時～七天指示一次極性反轉。因此，通過每一定時間施行電極的極性反轉，而可更確實地防止第三方案所述的電極的鈍態化，謀求電分解的效率化。
依據本發明第五方案所述的污水處理裝置，更包括視覺報告部及/或聽覺報告部，若電解中的電極間電壓成為25V以上，則報告外部。因此，除了第一方案至第四方案中任一項所達到的上述效果外，亦可通過這些報告部防止污水處理裝置的管理者等弄錯而觸電之虞。
依據本發明第六方案所述的污水處理裝置，控制部更具有電解中的電極間電壓成為25V以上則停止電解的功能。因此，除了第一～第五方案中任一項所達到的上述效果外，可利用自動控制來避免上述觸電的危險性。
權利要求
1．一種污水處理裝置，其特征在于，這種污水處理裝置包括污水收容槽；至少一組電極，配設于此污水收容槽，且通過電分解來析出用以去除污水中的磷酸的鐵離子或鋁離子；電源，用以供給電解用恒電流至該電極；以及控制部，于所述鐵離子析出時，總是將電解中的電流密度維持于0.1～5.0mA/cm2，于所述鋁離子析出時，總是將電解中的電流密度維持于0.2～6.0mA/cm2而進行恒定電流電解。
2．如權利要求1所述的污水處理裝置，全部的電極由鐵及鋁中之一者所構成，且控制部具有對電源指示電極的極性反轉的功能；于施行所述恒電流電解時，控制部每三十分～五天指示一次極性反轉。
3．一種污水處理裝置，其特征在于，這種污水處理裝置包括污水收容槽；電極，用以通過電分解來析出用以去除污水中的磷酸的鐵離子或鋁離子；電源，用以供給電解用恒電流至該電極；以及控制部，為了所述鐵離子析出而在以未滿0.1mA/cm2的電流密度來施行恒電流電解時，定期且暫時地將電流密度上升至0.1～5.0mA/cm2，為了所述鋁離子析出而在以未滿0.2mA/cm2的電流密度來施行恒電流電解時，定期且暫時地將電流密度上升至0.2～6.0mA/cm2。
4．如權利要求3所述的污水處理裝置，全部的電極由鐵及鋁中之一者所構成，且控制部具有對電源指示電極的極性反轉的功能；于施行所述恒電流電解時，控制部每六小時～七天指示一次極性反轉。
5．如權利要求1～4之任一項所述的污水處理裝置，還包括視覺報告部及/或聽覺報告部，若電解中的電極間電壓成為25V以上，則報告外部。
6．如權利要求1～5之任一項所述的污水處理裝置，其中控制部還具有電解中的電極間電壓成為25V以上則停止電解的功能。
全文摘要
一種污水處理裝置,可防止電化學地將可形成不溶性磷酸鹽的金屬離子析出于污水中時的鈍態化,穩定地去除污水中的磷酸。污水處理裝置具有污水收容槽、其內部的四組鐵制電極以及直流電源,且組入小型合并處理凈化槽。電源供給電分解用的電流至電極。給氣用送風機為對電極施以曝氣用的曝氣裝置的一部分。控制部為了由電極析出鐵離子,將電解時的電流密度總是維持于0.1—5.0mA/cm
文檔編號C02F1/58GK1220974SQ98125539
公開日1999年6月30日 申請日期1998年12月21日 優先權日1997年12月25日
發明者森泉雅貴, 福本明広 申請人:三洋電機株式會社