排水处理方法以及排水处理装置 【技术领域】
本发明涉及对含有例如有机态氮、亚硝酸态氮、硝酸态氮、氨态氮等氮化合物和例如磷酸、磷酸离子等磷化合物的排水的处理方法和处理装置。
背景技术
很久以来，大家就知道江河、湖泊富营养化的原因之一是存在氮化合物。同时该氮化合物多数存在于一般家庭的生活排水和工厂的排水之中，目前的状况是其净化处理很困难，无法采取有效的处理措施。一般进行生物处理，但是需要通过首先把氨态氮转化成硝酸态氮的硝化工序和把硝酸态氮转化成氮气的脱氮工序这样两步工序进行处理，所以必需要有两个反应槽、同时处理时间长，因此存在有处理效率变低的问题。
同时在该生物处理中，为了保有硝化细菌和脱氮细菌必需有大容量的厌氧槽，势必导致存在设备建设成本昂贵、设备设置面积大的问题。而且这些硝化细菌和脱氮细菌很容易受周围的温度环境、此外还受被处理水中所含成分等因素的影响，特别是一到温度变低的冬季，其活动降低、脱氮作用也降低，还存在有处理效率不稳定的问题。
因此为了解决上述技术方面的课题，还有向被处理水中通电使氨、亚硝酸态氮、硝酸态氮氧化或还原分解形成氮气的方法。这种情况下，在以往的被处理水的电解法中，在阳极中使用例如铂、铱、钯等贵金属材料。
同时还采用通过向被处理水中通电，在阳极侧，氨态氮被活性氧和次氯酸氧化、氮化合物被转化成氮气的方法处理氮化合物。
除以上方法之外，还有在构成阳极和阴极的电极中采用铁、向被处理水中通电使氨、亚硝酸态氮、硝酸态氮氧化或还原分解形成氮气的方法。
但是，在以往采用电解地氮化合物处理方法中，除去氮化合物的处理能力低，所以在实际处理生活排水和工厂排水中很难对氮化合物进行处理。同时因硝酸态的氮很难转变成氮气、不容易除去低浓度的硝酸离子、所以也存在有硝酸态氮作为水中的氮成分残存下来而不能被除去的问题。
此外，在通过采用铁电极电解处理氮的方法中，是利用溶出在被处理水中的铁、对被处理水中的氮化合物进行处理，所以必需使铁大量溶出在被处理水中，在耐久性方面存在有问题。此外，溶出在被处理水中的铁离子与存在于被处理水中的磷化合物发生沉淀反应、使其作为磷酸铁生成沉淀、对磷化合物进行处理。在这种情况下由磷酸铁等生成大量渣状沉淀物，造成了在清理废弃物方面的问题。
因此申请人首先提出了在阴极中使用铜和锌、或者铜和镍等的合金，在阳极中使用铂、铱、钯等贵金属材料，对被处理水进行电解的方法。按照这种处理方法，可以促进在阴极侧被处理水中的硝酸态氮向亚硝酸态氮和氨转化的还原反应，使在该阴极侧生成的氨和在阳极侧生成的次氯酸进行脱氮反应，通过这种协同效果可以缩短还原反应所需的时间，也可以对低浓度的硝酸离子进行处理。
但是，当在阴极侧使用含铜的合金时，无论怎样，溶出在被处理水中的毒性铜离子都是一个问题，所以希望开发不产生这种毒性的氮化合物的处理方法。
同时，在以往采用电解的氮化合物处理方法中，构成阳极的电极的浸渍在被处理水中部分的表面积和构成阴极的电极的浸渍在被处理水中部分的表面积大致相同，所以在阴极的作为硝酸态氮的硝酸离子转化为亚硝酸离子的还原反应受到在阳极的亚硝酸离子转化成硝酸离子的氧化反应的抑制，所以也存在有除去氮化合物的处理能力降低的问题。
本发明是为了解决以往技术中的这些问题而研究的，目的在于提供可以不产生毒性而有效除去氮化合物、并且可以实现装置小型化、降低成本的排水处理方法和装置。
【发明内容】
本发明排水处理方法，是在处理被处理水中的氮化合物时，将一对电极的至少一部分浸渍在被处理水中，以不溶性导电体作为构成阳极的一侧电极的材料，以周期表中第VIII族、或含有第VIII族的导电体、或者把第III族或含有第III族的导电体包覆在导电体上而成的材料作为构成阴极的另一个电极的材料，通过电化学方法处理该被处理水。
再有本发明排水处理方法，在上述方法中，用阳离子交换膜把被处理水划分成两个区域，即划分为构成阳极的前述一侧电极的区域和构成阴极的前述另一侧电极的区域。
再有本发明排水处理方法是通过前述处理，实施从被处理水中除去该被处理水中生成的氨态氮的除去氨的处理步骤和转换电极的极性、通过电化学方法处理被处理水中磷化合物的除去磷的处理步骤。
再有本发明排水处理方法，在上述方法的基础上，在除去氨的处理步骤中，还要在被处理水中添加次卤酸。
再有本发明排水处理方法，在上述方法的基础上，使用可以通过电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体作为构成阳极的一侧电极的材料。
再有本发明排水处理方法，在前述处理结束之后，转换电极的极性、通过电化学方法处理被处理水中的磷化合物。
再有本发明排水处理方法，它包括在对被处理水中的氮化合物进行处理时，用阳离子交换膜把被处理水划分为一个区域和另一个区域，同时使第1电极的至少一部分浸渍在一个区域中，使第2电极的至少一部分浸渍在另一个区域中，以导电体作为构成阳极的第1电极、以周期表的第VIII族、或含有第VIII族的导电体、或者把第VIII族或含有第VIII族的导电体包覆在导电体上而成的材料作为构成阴极的第2电极的材料，用电化学方法对该被处理水进行处理的第1处理步骤；和使第3电极的至少一部分浸渍在另一个区域中，用可以通过电化学方法产生次卤酸或臭氧或活性氧的导电体作为构成第3电极的材料，以该第3电极作为阳极、以第1电极作为阴极，用电化学方法对经第1步骤处理结束后的被处理水进行处理的第2处理步骤。
再有，本发明排水处理方法，它包括有在上述第2处理步骤结束后，以第2电极作为阳极、以第1电极作为阴极、通过电化学方法对被处理水中的磷化合物进行处理的第3处理步骤。
再有，本发明排水处理方法，在上述各发明之中，可以通过电化学方法产生次卤酸或臭氧或活性氧的导电体是贵金属、或包覆有该贵金属的导电体、或陶瓷系导电体、或碳系导电体、或不锈钢。
再有，本发明排水处理方法，在上述发明中，陶瓷系导电体是铁氧体。
再有，本发明排水处理装置，它是处理被处理水中氮化合物的装置，具有至少一部分浸渍在被处理水中的一对电极、以不溶性导电体作为一侧电极的材料，同时以周期表的第VIII族、或含有第VIII族的导电体、或者把第VIII族或含有第VIII族的导电体包覆在导电体上而成的材料作为另一侧电极的材料，以一侧电极作为阳极、以另一侧电极作为阴极，通过电化学方法对被处理水进行处理的装置。
再有，本发明排水处理装置，在上述发明当中，以可以通过电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体作为一侧电极的材料。
再有，本发明排水处理装置，在上述发明当中，还具有转换电极的极性、通过电化学方法处理被处理水中的磷化合物的机构。
再有，本发明排水处理装置，它是处理被处理水中氮化合物的装置，具备把被处理水分划为一个区域和另一个区域的阳离子交换膜、和至少有一部分浸渍在一个区域中的第1电极以及至少有一部分浸渍在另一个区域中的第2和第3电极；以导电体作为第1电极材料，以周期表的第VIII族、或含有第VIII族的导电体、或者把第VIII族或含有第VIII族的导电体包覆在导电体上而成的材料作为第2电极材料，以可以通过电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体作为第3电极的材料，同时，实施以第1电极作为阳极、以第2电极作为阴极，用电化学方法对被处理水进行处理的第1处理步骤以及在第1处理步骤结束之后，以第3电极作为阳极、以第1电极作为阴极，用电化学方法对被处理水进行处理的第2处理步骤。
再有，本发明排水处理装置，在上述第2处理步骤结束后，还实施以第2电极作为阳极、以第1电极作为阴极，用电化学方法处理被处理水中的磷化合物的第3处理步骤。
再有，本发明排水处理装置，在上述各项发明中，可以通过电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体是贵金属、或包覆有该贵金属的导电体、或陶瓷系导电体、或碳系导电体、或不锈钢。
再有，本发明排水处理装置，在上述发明的基础上，陶瓷系导电体是铁氧体。
再有，本发明排水处理方法，是在处理被处理水中的氮化合物时，使一对电极的至少一部分浸渍在被处理水中，以可以通过电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体作为构成阳极的一侧电极的材料，同时以含铁的导电体作为构成阴极的另一侧电极的材料，并使该另一侧电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积大于一侧电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积，通过电化学方法处理该被处理水。
再有，本发明排水处理方法，是在上述处理结束之后，转换电极的极性，采用电化学方法处理被处理水中的磷化合物。
再有，本发明排水处理方法，是在处理被处理水中的氮化合物时，包括第1处理步骤和第2处理步骤，该第1处理步骤为，使第1电极和第2电极的至少一部分浸渍到被处理水中，以导电体作为构成阳极的第1电极材料、同时以含铁的导电体作为构成阴极的第2电极材料，使该第2电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积大于第1电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积，通过电化学方法处理该被处理水；第2处理步骤为，使第3电极的至少一部分浸渍在被处理水中，采用在电化学方法中作为阳极时可以产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体构成该第3电极的材料，同时使该第3电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积大于第1电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积，在第1处理步骤结束后，以第3电极作为阳极、以第2电极作为阴极，通过电化学方法对该被处理水进行处理。
再有，本发明排水处理方法，在上述发明的基础上，当被处理水中的氨和铵离子达到规定的浓度时，从第1处理步骤转移到第2处理步骤。
再有，本发明排水处理方法，包括有在上述的第2处理步骤结束之后，以第3电极作为阴极、以第2电极作为阳极，通过电化学方法对该被处理水中的磷化合物进行处理的第3处理步骤。
再有，本发明排水处理方法，在上述各项发明中，采用不锈钢作为另一侧电极或第2电极的材料。
再有，本发明排水处理方法，在上述各项发明中，采用贵金属或包覆有该贵金属的导电体作为可以通过电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体。
再有，本发明排水处理方法，在上述各项发明中，采用陶瓷系导电体或包覆有该陶瓷系导电体的导电体作为可以通过电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体。
再有，本发明排水处理方法，在上述各项发明中，采用碳系导电体或包覆有该碳系导电体的导电体作为可以通过电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体。
本发明排水处理方法，在前述各项发明中，采用不锈钢或包覆有该不锈钢的导电体作为可以通过电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体。
本发明排水处理装置，它是处理被处理水中的氮化合物的装置，具有一对至少一部分浸渍在被处理水中的电极，用可以通过电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体作为一侧电极的材料，用含铁的导电体作为另一侧电极的材料，使该另一侧电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积大于一侧电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积，同时以一侧电极作为阳极、以另一侧电极作为阴极，通过电化学方法处理该被处理水。
再有，本发明排水处理装置，在上述处理装置中，具备有转换电极的极性，通过电化学方法处理被处理水中的磷化合物的机构。
再有，本发明排水处理装置，是处理被处理水中氮化合物的装置，它具备至少有一部分浸渍在被处理水中的第1电极、第2电极和第3电极，以导电体作为第1电极、以含铁导电体作为第2电极材料、以在电化学方法中作为阳极时可以产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体作为第3电极材料，同时使第2电极和第3电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积大于第1电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积，同时，实施以第1电极作为阳极、以第2电极作为阴极，采用电化学方法处理被处理水的第1处理步骤和在该第1处理步骤结束之后，以第3电极作为阳极、以第2电极作为阴极，通过电化学方法处理该被处理水的第2处理步骤。
再有，本发明排水处理装置，是在上述发明的基础上，具备检测被处理水中氨和铵离子的机构，当该被处理水中的氨和铵离子达到规定浓度时，从第1处理步骤转移到第2处理步骤。
再有，本发明排水处理装置，在上述的第2处理步骤结束之后、实施以第3电极作为阴极、以第2电极作为阳极，通过电化学方法处理被处理水中磷化合物的第3处理步骤。
再有，本发明排水处理装置，在上述各发明中，另一侧电极或第2电极的材料是不锈钢。
再有，本发明排水处理装置，在上述各发明中，可以采用电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体是贵金属或包覆有该贵金属的导电体。
本发明排水处理装置，在前述各发明中，可以采用电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体是陶瓷系导电体或包覆有该贵陶瓷系导电体的导电体。
再有，本发明排水处理装置，在前述各发明中，可以采用电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体是碳系导电体、或包覆有该碳系导电体的导电体。
再有，本发明排水处理装置，在前述各发明中，可以采用电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体是不锈钢或包覆有该不锈钢的导电体。
附图的简单说明
图1是表示为实现本发明排水处理方法的排水处理装置的第1实施例的一般情况说明图，图2是表示在图1所示装置中被处理的硝酸离子(NO3-)的浓度变化图，图3是表示本发明排水处理装置的第2实施例的一般情况说明图，图4是表示在图3所示装置中被处理的硝酸离子、亚硝酸离子(NO2-)、铵离子(NH4+)、磷酸离子(PO43-)的浓度变化图，图5是表示本发明排水处理装置第1实施例的另一实施例的一般情况说明图，图6是为实现本发明排水处理方法的排水处理装置的第3实施例的一般情况说明图，图7是表示在图6所示装置中被处理的硝酸离子(NO3-)的浓度变化图，图8是表示本发明排水处理装置的第4实施例的一般情况说明图。
实施本发明的最佳方案
以下按照附图详细说明本发明的实施方案。
(1)第1实施例
首先，通过图1和图2说明本发明的一个实施例。图1是表示为实现本发明第1实施例排水处理方法的排水处理装置1的一般情况说明图。该实施例中的排水处理装置1是由处理槽2和一对电极5、6和对该电极5、6进行通电的、图中未示出的电源以及控制该电源的控制装置等构成，该处理槽2内部构成具有没有示出排水流入口和流出口的处理室4，所述电极为至少有一部分浸渍在该处理室4内的被处理水中的一对相对设置的电极。在处理槽2内还可以设置对内部进行搅拌的搅拌机构。
前述电极6是由周期表第VIII族、或者是含有第VIII族的导电体、或者把第VIII族或含有第VIII族的导电体包覆在导电体上而成的材料构成的，例如由铁(Fe)、或包覆有铁的导电体构成，前述电极5是由例如铂(Pt)或铂和铱(Ir)的混合物等贵金属电极或包覆有这些贵金属的不溶性导电体构成的。同时在本实施例中，作为周期表第VIII族、或含有第VIII族的导电体、或者，把第VIII族或含有第VIII族的导电体包覆在导电体上而成的材料，使用的是铁(Fe)，除此之外，如果是含有周期表第VIII族的导电体，也可以是钴(Co)和镍(Ni)等材料。同时，电极5是由贵金属电极或包覆有这些贵金属的不溶性导电体构成的，除此之外，还可以是铁氧体等陶瓷系导电体、碳系导电体、或不锈钢等材料。在本实施例中采用铂和铱(铂·铱)的混合物。
采用以上构成，把含有硝酸离子作为硝酸性氮、以及含有磷酸离子作为磷化合物的被处理水储集在处理槽内2的处理室4中，通过前述控制装置打开电源、向电极5施加正电位、向电极6施加负电位(处理氮的步骤。图1左图)这样电极5成为阳极、电极6成为阴极。
通过施加这样的电位，在构成阳极的电极5侧生成的电子提供给构成阴极的电极6侧，在该阴极电极6侧，被处理水中所含的作为硝酸态氮的硝酸离子被还原成亚硝酸离子(反应A)。而且还原成亚硝酸离子的硝酸态氮在构成阴极的电极6侧进一步获得电子被还原成(反应B)氨(铵离子)(反应B)。以下是反应A和反应B。
反应A
反应B
另一方面，在构成阳极的铂·铱电极5侧，被处理水中所含的作为卤化物离子的氯化物离子放出电子生成氯，并且生成的氯溶解于水生成次氯酸。这时，也同时生成臭氧、或活性氧。而且在本实施例中，由于被处理水中含有氯化物离子，所以生成次氯酸，但是除此之外，如果被处理水中含有其它卤化物离子时，生成次氟酸、次溴酸等其它次卤酸也可以取得同样效果。
这时，如果被处理水中所含的氯化物离子浓度较低时，也可以向被处理水中添加例如氯化物离子、碘化物离子、溴化物离子等等卤离子和含这些卤离子的化合物，例如氯化钠、氯化钾等。也就是使被处理水中氯化钠的氯化物离子含量在10ppm以上、40000ppm以下。
在这样的被处理水中，其本来所含的氯化物离子和如上所述添加的氯化钠在构成阳极的电极5侧被氧化、生成氯(反应C、用氯化钠的情况表示)，生成的氯与被处理水中的水反应生成次氯酸(反应D)。并且生成的次氯酸与上述反应B中在被处理水中生成的氨(铵离子)反应，经多种化学变化后转化成氮气(反应E)。以下是反应C至反应E。
反应C
反应D
反应E
此外，被处理水中的氨(铵离子)与在构成阳极的电极5侧生成的臭氧或活性氧发生反应F所示的反应，通过该反应也能生成氮气进行脱氮处理。
反应F
通过这种方法，可以在同一处理槽2内处理被处理水中的硝酸态氮、亚硝酸态氮和氨态氮等氮化合物。
图2所示的实验结果表示在成为阳极的电极5中采用铂、铱系电极，采用铁以及采用黄铜(锌和铜的合金)作为成为阴极的电极6时，被处理水中的硝酸性氮的浓度。在该实验中，是在500ml烧杯中装入500ml的100mM KCl溶液，使0.5A电流在电极5、6之间流过5小时，进行定电流电解。
图2中的白圆点是以黄铜作为阴极、黑方块是以铁作为阴极，每隔1小时测定硝酸性氮(NO3-)浓度的结果。如图中所示，即使使用铁电极作为阴极，也显示出与使用黄铜时相同的(浓度低时，使用铁为好)处理特性，同时还可以看出从经过1小时处开始，硝酸性氮的浓度达到排水标准的100ppm以下。这里，使用黄铜作为阴极时，溶出的有毒铜离子会产生问题。但如本发明这样，使用铁作为阴极、既可以保持大约与使用黄铜时相同效率的氮化合物处理能力、又可以解决由该毒性引起的问题。
在这种氮化合物处理(处理氮的步骤)结束后，通过控制装置转换施加在电极5、6上的电位极性(图1右图、处理磷的步骤，而且转换极性后、在被处理水中上述处理氮的反应继续进行)。通过变换极性，使电极5成为阴极、使电极6成为阳极。用这种方法，对被处理水进行作为电化学方法的电解处理，构成阳极的电极6是由如上所述的导电体构成的，所以铁(II)离子从电极6溶出到被处理水中、并在被处理水中被氧化成铁(III)离子。
生成的铁(III)离子通过反应G所示的脱磷反应、与被处理水中的磷酸离子产生凝聚沉淀、生成难溶于水的磷酸铁。
反应G
通过这种方法，可以使被处理水中所含的作为磷化合物的磷酸离子被沉淀处理成磷酸铁。
同时由于获得电子所以以铁(II)离子状态溶出在被处理水中、并在电极上或在被处理水中被氧化形成的铁(III)离子的一部分，这时在构成阴极的电极5侧再次获得电子，又被还原成铁(II)离子，该铁(II)离子或者在构成阳极的电极6侧再一次被氧化、或者在被处理水中被氧化。
关于通过对含有铁(II)离子的被处理水进行电解，把被处理水中所含的硝酸离子还原成铵离子的还原处理技术，在1999年3月16日至3月18日召开的第33次日本水环境学会上分发的日本水环境学会年会讲演文集的“利用电化学反应处理无机氮化合物技术的开发”一文中已有公开报导。
此外，在该磷处理步骤中，由于电极6变成为阳极，所以在前述氮处理步骤中在构成阴极的电极6表面生成的锈垢(CaCO3、Mg(OH)2等)会从电极6表面脱落。这样可以保持电极6具有较高的电解性能。
在上述实施例中，前述电极5是由铂(Pt)、或铂和铱(Ir)的混合物等贵金属电极或包覆有这些贵金属的不溶性导电体构成，但是如上所述，除此之外，也可以是铁氧体等陶瓷系导电体、碳系导电体或不锈钢等材料。而且如果是不溶性导电体，则该电极5还可以是通过电化学方法不会产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的、或者是产生少量上述物质的电极。以下参照图5说明这时的具体情况。
图5是作为第1实施例的另一例排水处理装置1的一般情况说明图。而且在图5中，与图1相同的符号表示起相同或相似的作用。也就是在处理槽2内的处理室4中储集含有硝酸离子作为硝酸性氮、含有磷酸离子作为磷化合物的被处理水，通过前述控制装置打开电源，对电极5施加正电位(处理氮的步骤、图5左图)。这样，电极5成为阳极、电极6成为阴极。
通过施加该电位，在构成阳极的电极5侧生成的电子提供给构成阴极的电极6侧，在该阴极电极6侧、被处理水中所含的作为硝酸态氮的硝酸离子被还原成亚硝酸离子(前述反应A)。而且还原成亚硝酸离子的硝酸态氮在构成阴极的电极6侧，进一步获得电子被还原成氨(铵离子)(前述反应B)。
在这种情况下，如果构成阳极的电极5是如上所述的采用电化学方法不容易产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的电极时，则在被处理水中作为硝酸态氮的硝酸离子和作为亚硝酸态氮的亚硝酸离子大体上被还原成氨态氮(氨或铵离子)的时候，用前述控制装置关闭电源，作为从被处理水中除去被处理水中的氨态氮(氨或铵离子)的手段，例如可以添加药品次卤酸(藁剤次亜ハロゲン酸)、或电解次卤酸(電解次亜ハロゲン酸)、或臭氧等具有脱氮效果的物质(除去氨的步骤、图5上部的中图)。
通过这种方法，被处理水中生成的氨态氮、或残存的氨态氮通过该次卤酸或臭氧被转化成氮气(前述反应E和反应F)。
通过这种方法，可以在同一处理槽2内处理被处理水中的硝酸态氮、亚硝酸态氮和氨态氮等氮化合物。
在该除去被处理水中氨态氮的处理(除去氨的处理步骤)结束后，用控制装置对电极6施加正电位、对电极5施加负电位(图5中上部右图、处理磷的步骤，而且施加电位后，在被处理水中上述处理氮和氨的反应继续进行)。这样电极5构成阴极、电极6构成阳极。通过这种方法，对被处理水进行作为电化学方法的电解处理，如上所述构成阳极的电极6是由导电体构成的，所以铁(II)离子从电极6溶出到被处理水中、并且在被处理水中被氧化成铁(III)离子。
生成的铁(III)离子通过脱磷反应(前述反应G)与被处理水中的磷酸离子产生凝聚沉淀，生成难溶于水的磷酸铁。这样就可以使被处理水中所含的作为磷化合物的磷酸离子作为磷酸铁生成沉淀、进行处理。
此外即使在这种情况下，由于获得电子、所以以铁(II)离子状态溶出到被处理水中、并且在电极上或在被处理水中被氧化成的铁(III)离子的一部分，这时在构成阴极的电极5侧再次获得电子、被还原成铁(II)离子，该铁(II)离子或者在构成阳极的电极6侧再一次被氧化、或者在被处理水中被氧化。
同时在该实施例中，在处理被处理水中的氮化合物(处理氮的步骤)之后，进行除去在处理氮步骤中生成的氨态氮的处理(除去氨的处理步骤)，然后实施处理被处理水中的磷化合物的步骤(处理磷的步骤)；除此之外，如图5的下半部分所示，在处理氮的步骤结束后转换电极5、6的极性，处理磷化合物(处理磷的步骤)后，再除去被处理水中存在的氨态氮(除去氨的处理步骤)也可以获得与上述相同的效果。
在该实施例中，在除去氨的处理步骤中，通过添加药品次卤酸、电解次卤酸，或臭氧等具有除去氮的效果的物质，除去氨态氮；除此之外，也可以采用一般众所周知的除去溶液中的氨态氮的方法、即利用所谓脱氨法等方法除去被处理水中的氨态氮。
通过这种方法，如果按照本实施例，由于电极5是由不溶性导电体构成的，因此可以防止电极5自身溶出、可以提高电极5的耐久性。同时，不会象过去那样由溶出在被处理水中的大量的铁而生成大量的渣状沉淀物，所以提高了清理废弃物时对设备维护保养的操作性以及对环境的适应性。
如果按照本发明，在处理氮的步骤中，作为成为阳极的电极5可以使用氧的生成效率高、次卤酸生成效率低的电极，所以可以抑制在硝酸态氮还原中产生的被处理水中的pH上升。因此可以明显抑制硝酸态氮的还原能力的降低。
在本实施例中，划分电极5、6的具体情况也可以具备后面将要叙述的(在第2实施例中进行说明)阳离子交换膜。通过这种方法可以防止在构成阴极的电极6侧生成的亚硝酸离子向构成阳极的电极5侧移动、而被氧化等不相宜的现象，可以进一步提高被处理水中的硝酸态氮转化成亚硝酸态氮和氨的还原反应的效率。
(2)第2实施例
接着参考图3和图4说明本发明的另一个实施例。图3是表示为实现本发明第2实施例的排水处理方法的排水处理装置1的一般情况说明图。而且各个图中与图1和图2中相同的符号起相同或者相似的作用。
该实施例中的排水处理装置1也是由内部构成具有图中没有示出排水流入口和流出口的处理室4的处理槽2、和一对至少有一部分浸渍在该处理室4内的被处理水中的相对设置的电极5(第1电极)、6(第2电极)、和在该电极5、6之间设置的、把处理室4内划分成电极5所存在的一个区域4A和电极6所存在的另一个区域4B的阳离子交换膜(隔膜：杜邦社制造Nafion(商品名))8、和在该阳离子交换膜8的另一个区域侧4B的被处理水中设置的、至少有一部分浸渍在被处理水中的电极7(第3电极)、以及向该电极5、6、7通电、但是在图中没有标出的电源和控制该电源的控制装置等组成的。而且在处理槽2内同样还可以设置对内部进行搅拌的搅拌机构。
前述电极6是由周期表的第VIII族、或含有第VIII族的导电体、或者把第VIII族或含有第VIII族的导电体包覆在导电体上的材料构成的，例如由铁(Fe)、或包覆有铁的导电体构成的；前述电极5和电极7是由如铂(Pt)或铂和铱(Ir)的混合物等贵金属电极或包覆有这些责金属的不溶性导电体构成的。在本实施例中，采用铁(Fe)作为含周期表第VIII族的导电体，除此之外，如果是含周期表第VIII族的导电体，也可以是钴(Co)、镍(Ni)等。而且电极5是由贵金属电极或包覆有该贵金属的不溶性导电体构成的，除此之外也可以是铁氧体等陶瓷系导电体、碳系导电体、或者是不锈钢材料等。在本实施例中，使用铂和铱(铂·铱)的混合物。
通过以上结构，在处理槽2内的处理室4中，储集含有硝酸离子作为硝酸性氮以及含有磷酸离子作为磷化合物的被处理水，通过前述控制装置打开电源，首先对电极5施加正电位、对电极6施加负电位(第1处理步骤、图3的左图)。这时对电极7不施加电位。这样电极5成为阳极、电极6成为阴极。
通过施加这样的电位，在构成阳极的电极5侧生成的电子提供给构成阴极的电极6侧，并在该电极6侧被处理水中所含的作为硝酸态氮的硝酸离子被还原成亚硝酸离子(前述反应A)。而且在构成阴极的电极6侧，被还原成亚硝酸离子的硝酸态氮进一步获得电子被还原成氨(铵离子)(前述反应B)。
这时，如果在构成阴极的电极6侧(另一个区域4B)因还原硝酸离子而生成的亚硝酸离子移动到一个区域4A中，则在构成阳极的电极5侧会产生氧化反应，亚硝酸离子会被氧化成硝酸离子(反应H)。
反应H
如果产生这种氧化反应，那么与在电极6处发生硝酸离子的还原反应相反，在电极5处发生亚硝酸离子的氧化反应，所以会降低氮的处理效率；但是在本实施例中，介于电极5和电极6之间存在有阳离子交换膜8，所以可以防止亚硝酸离子向一个区域4A侧移动、从而不会发生这种反应H。通过这种方法，把硝酸离子还原直至生成氨(铵离子)的氮处理能力得以改进。
在该第1处理步骤结束之后，接着通过控制装置对电极5施加负电位、对电极7施加正电位(第2处理步骤，图3的中图)。这时对电极6不施加电位，或者为了防止铁腐蚀施加少量的负电位。这样电极7成为阳极、电极5成为阴极。
这时在构成阳极的铂·铱电极7侧被处理水中所含的作为卤化物离子的氯化物离子放出电子生成氯。并且该氯溶解于水生成次氯酸(前述反应C～D)。这时，也同时生成臭氧、或活性氧。而且在该实施例中，被处理水中含有氯化物离子，所以生成了次氯酸，除此之外，当被处理水中含有其它的卤化物离子时，生成次氟酸和次溴酸等其它次卤酸也可以取得同样的效果。
生成的次氯酸与第1处理步骤的反应B中、在另一个区域4B的被处理水中生成的氨(铵离子)反应，经过多种化学变化后、转换成氮气。(前述反应E)。此外被处理水中的氨(铵离子)与在构成阳极的电极7侧生成的臭氧、或活性氧发生如前述反应F所示的反应，通过该反应也能进行脱氮处理生成氮气。
通过这种方法可以在同一处理槽2内处理被处理水中的硝酸态氮、亚硝酸态氮、和氨态氮等氮化合物。
图4的左上、左下、和右上所示的各实验结果分别表示在电极5、7中使用铂、铱系电极，以铁作为电极6时被处理水中的硝酸离子(NO3-)、亚硝酸离子(NO2-)、和铵离子(NH4+)各自的浓度。该实验中，是在500ml烧杯中装入500ml的100mM KCl溶液，以0.5A电流在电极5(阳极)、电极6(阴极)之间流过4.3小时，进行定电流电解后，继续使电流在电极5(阴极)和电极7(阳极)之间流过1小时进行电解。图4上述的各个图中表示的浓度是在这种实验条件下测定的结果。
图4上述的各个图中所示的结果分别表示出每隔1小时测定浓度的结果，这些结果表明即使以铁电极作为阴极，在实验开始1小时之后，硝酸离子的浓度降低到50ppm以下，与前述实施例相比，可以更有效进行氮处理。并且这时与前述实施例一样没有铜离子溶出，所以可以在维持较高的处理氮化合物能力的同时解决由毒性引起的问题。
在图4右上图的曲线中，可以看到在实验开始大约2小时以后、在进入第2处理步骤之前，铵离子浓度降低，这是由于存在有阳离子交换膜8，所另一个区域4B中的pH升高、产生逸出(向气体中扩散)。
这样在氮化合物的处理(第1处理步骤和第2处理步骤)结束之后，通过控制装置向电极5施加负电位、向电极6施加正电位。这时对电极7不施加电位，或者为了防止铁腐蚀施加少量的负电位(图3的右图、第3处理步骤。转换向电极6施加的电位后，被处理水中，上述处理氮的反应仍然继续进行。)。通过这种转换，电极5构成阴极、电极6构成阳极。这样可以对被处理水进行作为电化学方法的电解处理，如上所述，构成阳极的电极6是以含铁导电体作为含有周期表第VIII族的导电体构成的，所以铁(II)离子从电极6溶出到被处理水中，在被处理水中被氧化成铁(III)离子。
生成的铁(III)离子通过前述反应G所示的脱磷反应与被处理水中的磷酸离子产生凝聚沉淀，生成难溶于水的磷酸铁。这样可以把被处理水中所含的作为磷化合物的磷酸离子作为磷酸铁生成沉淀、进行处理。
图4右下所示实验结果表示在电极5中使用铂、铱系电极、以铁作为电极6时，在被处理水中的磷酸离子(PO43-)的浓度。表示在该实验中，在前述第2处理步骤结束后，以电极5作为阴极、以电极6作为阳极，使电流流过，进行4小时电解的结果。
这时也表示每隔1小时测定浓度的结果，该结果也明确示出，开始时的磷酸离子浓度为60ppm，大约经过1小时后，其浓度降低到初始浓度的10％以下，达到5ppm左右，然后浓度逐渐降低，经过4小时后其浓度接近于零。这种情况在前述第1实施例中的磷处理步骤中也是同样的。
在上面叙述的第3处理步骤中，与前述情况相同，在构成阳极的电极6侧所产生的电子提供给构成阴极的电极5侧，在该电极5侧被处理水中所含的作为硝酸性氮的硝酸离子被还原成亚硝酸离子(前述反应A)。被还原成亚硝酸离子的硝酸态氮在构成阴极的电极5侧进一步获得电子被还原成氨(铵离子)(前述反应B)。
当在前述第1实施例中只进行处理氮的步骤、或者是在第2实施例中只进行第1和第2处理步骤时，可以用不锈钢构成电极6。这时作为不锈钢有奥氏体系钢种(SUS304)、奥氏体·铁氧体系钢种(SUS329J1)、铁氧体系钢种(SUS444)、马氏体系钢种(SUS410)或析出固化系钢种(SUS631)等。使用这些不锈钢，可以期待具有前述处理氮化合物的作用。特别是在这种情况下可以防止电极生锈、提高耐久性。
根据以上各实施例可以了解到，通过进行如上的电化学处理，可以有效处理被处理水中的氮化合物和磷化合物。因此，可以用同一处理槽处理被处理水中的氮化合物和磷化合物，不必要设置以往那样的大型生物处理槽，可以避免昂贵的设备建设成本以及增大装置的设置面积。
还可以避免生物处理中必需进行的烦杂的脱氮细菌的维护保养操作，同时可以提供稳定而高效的处理氮和磷的效率。
(3)第3实施例
以下利用图6和图7说明本发明的另一个实施例。图6是表示为实现本发明第3实施例的排水处理方法的排水装置1的一般情况说明图。该实施例中的排水处理装置1是由内部构成具有图中没有示出排水流入口和流出口的处理室4的处理槽2，一对至少有一部分浸渍在该处理室4内的被处理水中的相对设置的电极5、6，和为向该电极5、6通电、但是在图中没有标出的电源和控制该电源的控制装置组成的。而且在处理槽2内还可以设置对内部进行搅拌的搅拌机构。
前述电极6是由铁(Fe)、或包覆有铁的导电体(含铁的导电体)构成的，当该电极5构成阳极时，前述电极5是由作为可以产生次氯酸等次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体构成，例如由铂(Pt)、或铂和铱(Ir)混合物等贵金属电极、或包覆有这些贵金属的不溶性导电体构成的。除此之外，作为可以产生次氯酸等次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体，例如也可以是陶瓷系导电体、或包覆有陶瓷系导电体的不溶性导电体，或者是不锈钢、或包覆有不锈钢的不溶性导电体，或者是碳系导电体、或包覆有碳系导电体的不溶性导电体。这时，可以以低成本构成该导电体。特别是当使用陶瓷系导电体等和不锈钢等导电体时，还可以提高耐久性。在本实施例中，采用金属铂。
本实施例中，为了使电极6的至少浸渍在被处理水中部分的表面积大于电极5的至少浸渍在被处理水中部分的表面积，使用板状材料构成电极6、使用金属丝等线材构成电极5。
采用以上结构，在处理槽2内的处理室4中储集含有作为硝酸态氮的硝酸离子和作为磷化合物的磷酸离子的被处理水，通过前述控制装置打开电源，向电极5施加正电位、向电极6施加负电位(处理氮的步骤、图6的左图)，这样电极5成为阳极、电极成为阴极。
通过施加这样的电位，在构成阳极的电极5侧产生的电子提供给构成阴极的电极6侧，在该电极6侧被处理水中所含的作为硝酸态氮的硝酸离子被还原成亚硝酸离子(反应I)。而且被还原成亚硝酸离子的硝酸态氮在构成阴极的电极6侧进一步获得电子、被还原成氨(铵离子)(反应J)。以下表示反应I和反应J。
反应I
反应J
这时如果在构成阴极的电极6处由还原硝酸离子生成的亚硝酸离子移动到构成阳极的电极5侧，则在构成阳极的电极5侧会发生氧化反应，亚硝酸离子又会被氧化成硝酸离子(反应K)。
反应K
如果产生这种氧化反应，那么与在电极6侧发生的硝酸离子还原反应相反，在电极5侧会发生亚硝酸离子的氧化反应，所以氮的处理效率降低。在本实施例中，由于使构成阴极的电极6的至少浸渍在被处理水中部分的表面积大于构成阳极的电极5的至少浸渍在被处理水中部分的表面积，所以该反应K得到抑制。这样可以使硝酸离子还原直至生成氨(铵离子)的处理氮的能力得以改进。
另一方面，在构成阳极的铂电极5侧，被处理水中所含的作为卤化物离子的氯化物离子放出电子、生成氯，并且生成的氯溶解于水生成次氯酸。这时同时还生成臭氧、或活性氧。
这时，如果被处理水中的氯化物离子浓度较低，则可以在被处理水中添加如氯化物离子、碘化物离子、溴化物离子等卤化物离子和含有这些卤化物离子的化合物例如氯化钾和氯化钠等。也就是使被处理水中氯化钾的氯化物离子浓度例如在10ppm以上、40000ppm以下。
这样被处理水本身所含的氯化物离子和如上所述添加的氯化钾，在构成阳极的电极5侧被氧化、生成氯(反应L、以使用氯化钾时表示)，生成的氯与被处理水中的水反应生成次氯酸(反应M)。并且生成的次氯酸与通过上述反应J、在被处理水中生成的氨(铵离子)反应，经过多种化学变化后，转换成氮气(反应N)。以下表示反应L至反应N的情况。
反应L
反应M
反应N
同时被处理水中的氨(铵离子)与在构成阳极的电极5侧生成的臭氧、或活性氧发生如反应O所示的反应，通过这种方法可以进行脱氮处理生成氮气。
反应O
通过这种方法，可以在同一处理槽2内处理被处理水中的硝酸态氮、亚硝酸态氮和氨态氮等氮化合物。
图7所示的实验结果表示使用表面积为35cm2的、板状的铁电极作为构成阴极的电极6、使用表面积为0.5cm2铂丝作为构成阳极的电极5以及使用表面积为35cm2的铂·铱系板状电极作为构成阳极的电极5时被处理水中的硝酸态氮的浓度。该实验中，是在作为被处理水的100mM KCl和10mM KNO3的混合溶液中，使0.5A电流流过电极5和6之间、进行定电流电解。
图7中的白圆点表示用铂丝作阳极时、黑圆点表示用铂·铱系板状电极作阳极时，每隔1小时测定的硝酸态氮(NO3-)浓度的结果。由图7也可以看出，无论使用板状铂·铱系电极还是使用铂丝电极的任何一种电极作阳极时，都可以显示出处理特性。但是，可以看到使用铂丝作阳极与使用板状铂·铱系电极作阳极时，在处理特性上存在有很大不同。也就是使用铂丝电极作阳极时，从经过1小时处开始硝酸态氮的浓度就可以达到排水标准的100ppm以下；经过5小时处理时，可以将硝酸态氮的浓度处理到20ppm以下。与此相对，使用板状的铂、铱系电极作为阳极时，经过3小时时，硝酸态氮的浓度达到80ppm以下，但是经过5小时处理时，硝酸态氮的浓度只是稍低于70ppm。
根据上述事实可以分析认为与构成阴极的电极6浸渍在被处理水中的表面积相比，减小构成阳极的电极5浸渍在被处理水中的表面积时，被处理水中硝酸态氮的处理特性高。
这样，通过使构成阴极的电极6浸渍在被处理水中部分的表面积大于构成阳极的电极5浸渍在被处理水中部分的表面积，可以促进在构成阴极的电极6处被处理水中的硝酸态氮转化成亚硝酸态氮和氨的还原反应，缩短还原反应所需要的时间。同时也可以对低浓度的硝酸离子进行处理。
在这种氮化合物处理(处理氮的步骤)结束之后，通过控制装置转换施加在电极5、6上的电位的极性(图6的右图、处理磷的步骤，而且在转换极性后，在被处理水中上述处理氮的反应继续进行)。这样，电极5成为阴极、电极6成为阳极。通过这种转换，对被处理水进行作为电化学方法的电解处理，如上所述，因为构成阳极的电极6是由含铁的导电体组成的，所以铁(II)离子从电极6溶出到被处理水中，并且在被处理水中被氧化成铁(III)离子。
生成的铁(III)离子，通过如反应P所示的脱磷反应、与被处理水中的磷酸离子产生凝聚沉淀、生成难溶于水的磷酸铁。
反应P
通过这种方法，可以把被处理水中所含的作为磷化合物的磷酸离子作为磷酸铁生成沉淀、进行处理。
同时，因获得电子而以铁(II)离子状态溶出到被处理水中、并在电极上或被处理水中被氧化而成的铁(III)离子的一部分，这时在构成阴极的电极5侧再次获得电子、被还原成铁(II)离子，该铁(II)离子或者又一次在构成阳极的电极6侧被氧化、或者是在被处理水中被氧化。
有关通过对含有铁(II)离子的被处理水进行电解，使被处理水中所含的硝酸离子还原成铵离子的技术，在前述的日本水环境学会年会讲演文集的“利用电化学反应处理无机氮化合物技术的开发”一文中已有公开报导。
同时，在该处理磷的步骤中，由于电极6变成阳极，所以在前述氮处理步骤中、在构成阴极的电极6表面生成的锈垢(CaCO3、Mg(OH)2等)会从表面脱落。这样可以保持电极6具有较高的电解性能。
(4)第4实施例
以下参照图8说明本发明的另一个实施例。图8是表示为实现本发明第4实施例的排水处理方法的排水处理装置1的一般情况说明图。各个图中与图6相同的符号起相同的或相似的作用。
该实施例中的排水处理装置1也是由在内部构成具有图中没有示出排水流入口和流出口的处理室4的处理槽2，和一对至少有一部分浸渍在该处理室4内的被处理水中的相对设置的电极5(第1电极)、6(第2电极)，和设置成至少有一部分浸渍在被处理水中的电极7(第3电极)、和向该电极5、6、7通电、但是在图中没有标出的电源和控制该电源的控制装置，和为检测被处理水中的氨和铵离子浓度的氨浓度检测传感器8组成的。而且在处理槽2内同样还可以设置对内部进行搅拌的搅拌机构。
前述电极6是由铁(Fe)、或包覆有铁的导电体(含铁导电体)构成的，前述电极5和电极7是由如铂(Pt)或铂和铱(Ir)混合物等贵金属电极、或包覆有这些贵金属的不溶性导电体构成的。除此之外，作为可以使之产生次氯酸等次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体，也可以是如陶瓷系导电体、或包覆有陶瓷系导电体的不溶性导电体，或者是不锈钢、或包覆有不锈钢的不溶性导电体，或者是碳系导电体、或包覆有碳系导电体的不溶性导电体。这时，可以以低成本构成该导电体。特别是使用陶瓷系导电体等和不锈钢等导电体时还可以提高耐久性。
为了使电极6的至少浸渍在被处理水中部分的表面积大于电极5的至少浸渍在被处理水中部分的表面积，在本实施例中采用板状材料构成电极6、采用金属丝等线材构成电极5。同时为了使电极7的至少浸渍在被处理水中部分的表面积大于电极5的至少浸渍在被处理水中部分的表面积，在本实施例中电极7也是由板状材料构成的。而且在本实施例中，采用铂作为电极5和电极7的材料。
采用上述结构，在处理槽2内的处理室4中储集含有作为硝酸态氮的硝酸离子和作为磷化合物的磷酸离子的被处理水，通过前述控制装置打开电源、首先向电极5施加正电位、向电极6施加负电位(第1处理步骤、图8左图)。这时，对电极7不施加电位，这样电极5成为阳极、电极6成为阴极。
通过施加这样的电位，在构成阳极的电极5侧产生的电子提供给构成阴极的电极6侧，并且在该电极6侧，被处理水中所含作为硝酸态氮的硝酸离子被还原成亚硝酸离子(前述反应I)。在构成阴极的电极6侧，被还原成亚硝酸离子的硝酸态氮进一步获得电子、被还原成氨(铵离子)(前述反应J)。
这时，如果在构成阴极的电极6处还原硝酸离子而生成的亚硝酸离子移动到构成阳极的电极5侧，则在构成阳极的电极5侧会发生氧化反应，亚硝酸离子又被氧化成硝酸离子(前述反应K)。
如果产生这种反应，那么与在电极6侧发生的硝酸离子的还原反应相反，在电极5侧会发生亚硝酸离子的氧化反应，所以处理氮的效率降低。在本实施例中，也是由于构成阴极的电极6的至少浸渍在被处理水中部分的表面积大于构成阳极的电极5的至少浸渍在被处理水中部分的表面积，所以该反应K得到抑制。用这种方法可以改进把硝酸离子还原成氨(铵离子)的处理氮的能力。
这时，采用前述氨浓度检测传感器8检测被处理水中的氨和铵离子的浓度，如果被处理水中的氨和铵离子浓度达到规定值、则结束第1处理步骤。
除了该氨浓度检测传感器8以外，在该排水处理装置1中还设有图中没有示出的检测被处理水中的硝酸离子的硝酸离子浓度检测传感器，也可以是在用该硝酸离子浓度检测传感器检测得到在被处理水中的硝酸离子大体上被除去的状态下，通过氨浓度检测传感器8检测被处理水中的氨以及铵离子浓度，当被处理水中的氨以及铵离子浓度达到规定值以上时，使第1处理步骤结束。
在该第1处理步骤结束之后，接着通过控制装置对电极6施加负电位、对电极7施加正电位(第2处理步骤、图8的中图)。这时对电极5不施加电位。这样电极7成为阳极、电极6成为阴极。
这时，在构成阳极的铂电极7处，被处理水中所含的氯化物离子放出电子生成氯。并且氯溶解在水中，生成次氯酸(前述反应L～M)。这时同时还生成臭氧或活性氧。
生成的次氯酸与通过第1处理步骤的反应J在被处理水中生成的氨(铵离子)反应、经过多种化学变化后转化成氮气(前述反应N)。此外，在第1处理步骤中被处理水中的氨(铵离子)这时与在构成阳极的电极5侧生成的臭氧、或活性氧发生如前述反应0所示的反应，通过这种方法也可以进行脱氮处理、生成氮气。
此外在本实施例中，在第2处理步骤中是对电极6施加负电位、对电极7施加正电位，除此之外，对电极6施加负电位、对电极7及电极5施加正电位，也可以获得同样的效果。
通过这样的方法，可以在同一个处理槽2内处理被处理水中的硝酸态氮、亚硝酸态氮和氨态氮等氮化合物。
同时，通过氨浓度检测传感器8的检测，进行从第1处理步骤向第2处理步骤的转换，可以抑制由亚硝酸离子氧化成硝酸离子的氧化反应。此外，通过把不能提供给作为第1电极的电极5的氨或铵离子转移到作为第3电极的电极7处，可以迅速地将被处理水中的氨和铵离子转化成氮气。
在这种氮化合物处理(第1处理步骤和第2处理步骤)结束后，再通过控制装置向电极7施加负电位、向电极6施加正电位。这时对电极5不施加电位(图8的右图、第3处理步骤，转换施加的电位后，被处理水中上述处理氮的反应仍然继续进行)。这样电极7成为阴极、电极6成为阳极。通过这种方法对被处理水进行作为电化学方法的电解处理，如上所述，构成阳极的电极6是由含的铁导电体构成的，所以铁(II)离子从电极6溶出到被处理水中，在被处理水中被氧化成铁(III)离子。
生成的铁(III)离子通过前述反应P所示的脱磷反应与被处理水中的磷酸离子产生凝聚沉淀，生成难溶于水的磷酸铁。采用这种方法，可以使被处理水中所含的作为磷化合物的磷酸离子作为磷酸铁生成沉淀、进行处理。
在本实施例中，在第3处理步骤中，对电极7施加负电位、对电极6施加正电位，除此之外，对电极7和电极5施加负电位、对电极6施加正电位，也可以取得同样的效果。
如果在前述第3实施例中只实施处理氮的步骤、或在第4实施例中只实施第1和第2处理步骤时，也可以使用不锈钢构成电极6。这时作为不锈钢有奥氏体系钢种(SUS304)、奥氏体·铁氧体系钢种(SUS329J1)、铁氧体系钢种(SUS444)、马氏体钢种(SUS410)或析出固化系钢种(SUS631)等。使用这些不锈钢时，也可以期待获得前述处理氮化合物的作用。特别是在这种情况下可以预防电极生锈、并提高耐久性能。
通过以上各实施例可知，进行如上所述的电化学处理可以对被处理水中的氮化合物和磷化合物进行有效处理。因此，可以用同一处理槽处理被处理水中的氮化合物和磷化合物，不需要设置以往那样的大型生物处理槽、可以避免昂贵的设备建设成本和增大装置的设置面积。
同时还可以避免在生物处理中必需进行的对脱氮细菌进行维护保养的烦杂操作，同时可以提供稳定而高效的处理氮和磷的效率。
在上述各实施例中，被处理水中所含的卤化物离子是氯化物离子、并且由氯化物离子生成次氯酸，除此之外，即使是通过氟化物离子和溴化物离子等生成其它次卤酸时，也具有同样的效果。
产业上的实用性
如果按照以上详细叙述的本发明，在对被处理水中的氮化合物进行处理时，由于使一对电极的至少一部分浸渍在被处理水中，以不溶性导电体作为构成阳极的一侧电极的材料，以周期表中第VIII族、或含有第VIII族的导电体、或者，把第VIII族或含有第VIII族的导电体包覆在导电体上而成的材料作为构成阴极的另一侧电极的材料，通过电化学方法处理该被处理水，所以可以促进在构成阴极的另一侧电极处被处理水中的硝酸态氮向亚硝酸态氮和氨转化的还原反应，缩短还原反应所需要的时间，并且还可以处理低浓度的硝酸离子。
这时由不溶性导电体组成构成阳极的一侧电极的材料，所以可以防止电极自身溶出，达到提高电极的耐久性的目的。而且不象过去那样、由溶出在被处理水中的大量的铁而产生大量的渣状沉淀物，所以可以提高清理废弃物时对设备维护保养的操作性能和对环境的适应性。
特别在这时，作为构成阴极的另一侧电极采用了周期表中第VIII族、或含有第VIII族的导电体、或者，把第VIII族或含有第VIII族的导电体包覆在导电体上而成的材料，而没有采用含铜合金，所以可以解决铜溶出在被处理水中而引起的毒性问题。
同时，在本发明中通过从被处理水中除去被处理水中生成的氨态氮可以有效处理被处理水中的氮化合物。
如果按照本发明，用阳离子交换膜把被处理水划分为构成阳极的一侧电极的区域和构成阴极的另一侧电极的区域，所以可以防止在构成阴极的另一侧电极处生成的亚硝酸离子向构成阳极的一侧电极侧移动而被氧化的不相宜现象，进一步提高被处理水中的硝酸态氮转化为亚硝酸态氮和氨的还原反应的效率。
如果按照本发明，通过前述处理，实施用在被处理水中添加次卤酸的方法从被处理水中除去被处理水中生成的氨态氮的除去氨的处理步骤和实施转换电极的极性、通过电化学方法处理被处理水中磷化合物的除去磷的处理步骤，所以可以通过用次卤酸更有效地在除去氨的处理步骤中对通过前述处理生成的氨态氮进行处理。
同时，通过实施转换电极的极性、用电化学方法处理被处理水中的磷化合物的除去磷的处理步骤，使周期表中第(VIII)族的例如铁(II)离子从构成阳极的另一侧电极溶出到被处理水中，在被处理水中被氧化成铁(III)离子，所以可以使该铁(III)离子与被处理水中作为磷化合物的磷酸离子发生化学反应，作为磷酸铁生成沉淀、进行处理。
如果按照本发明，在上述发明的基础上，通过使用可以经电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体作为构成阳极的前述一侧电极的材料，由此，在构成阴极的另一侧电极处可以促进被处理水中的硝酸态氮转化成亚硝酸态氮和氨的还原反应，缩短还原反应所需要的时间，并且还可以对低浓度硝酸离子进行处理。
此外，在构成阴极的另一侧电极处生成的氨与在构成阳极的一侧电极处生成的作为次卤酸的次氯酸等物质进行脱氮反应，所以可以通过协同效果有效除去硝酸态氮、氨态氮和氮化合物等氮成分。这样可以从一般家庭和工厂等排出的含有氮化合物的被处理水中有效地除去氮化合物，可以提高处理氮化合物的能力。
此外如果按照本发明，在上述处理结束后，转换电极的极性通过电化学方法处理被处理水中的磷化合物，则可以使周期表第VIII族的例如铁(II)离子从构成阳极的另一侧电极溶出到被处理水中，在被处理水中被氧化成铁(III)离子，使该铁(III)离子与被处理水中作为磷化合物的磷酸离子发生化学反应作为磷酸铁生成沉淀，进行处理。
通过这种方法，也可以处理被处理水中的磷化合物。
如果按照本发明，在处理被处理水中氮化合物的过程中，由于实施第1处理步骤，即采用阳离子交换膜把被处理水划分为一个区域和另一个区域，同时，使第1电极的至少一部分浸渍到一个区域中，使第2电极的至少一部分浸渍到另一个区域当中，采用导电体作为构成阳极的第1电极、采用周期表中第VIII族、或含有第VIII族的导电体、或者把第VIII族或含有第VIII族的导电体包覆在导电体上而成的材料作为构成阴极的第2电极的材料，通过电化学方法处理该被处理水的第1处理步骤，所以可以促进在构成阴极的第2电极处被处理水中的硝酸态氮转化成亚硝酸态氮和氨的还原反应，缩短还原反应所需要的时间，并且还可以对低浓度的硝酸离子进行处理。
这时，由于采用阳离子交换膜把被处理水划分为浸渍构成阳极的第1电极的区域和浸渍构成阴极的第2电极的区域，所以可以防止在构成阴极的第2电极侧生成的亚硝酸离子向构成阳极的第1电极侧移动而被氧化的不相宜现象，同时可以进一步提高被处理水中的硝酸态氮转化成亚硝酸态氮和氨的还原反应的效率。
此外，使第3电极的至少一部分浸渍在另一个区域内，并使用可以通过电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体构成该第3电极，由于实施以该第3电极作为阳极、以第1电极作为阴极、通过电化学方法对经第1处理步骤结束后的被处理水进行处理的第2处理步骤，所以第1处理步骤中、在构成阴极的第2电极上生成的氨，在第2处理步骤中与构成阳极的第3电极处生成的作为次卤酸的次氯酸等物质进行脱氮反应，由于协同效果、可以有效除去硝酸态氮、氨态氮和氮化合物等氮成分。通过这种方法，可以从一般家庭和工厂等排出的、含有氮化合物的被处理水中，有效除去氮化合物，提高氮化合物的处理能力。
特别在这时，在第1处理步骤中，采用以周期表中第VIII族、或含有第VIII族的导电体、或者把第VIII族或含有第VIII族的导电体包覆在导电体上而成的材料作为构成阴极的第2电极，而不采用含铜的合金，所以还可以解决由铜溶出在被处理水中而引起的毒性问题。
如果按照本发明，在上述第2处理步骤结束之后，实施以第2电极作阳极、以第1电极作为阴极通过电化学方法处理被处理水中的磷化合物的第3处理步骤，在第3处理步骤中使周期表中第VIII族例如铁(II)离子从构成阳极的第2电极溶出到被处理水中、在被处理水中被氧化成铁(III)离子，使该铁(III)离子与被处理水中作为磷化合物的磷酸离子发生化学反应，可以作为磷酸铁生成沉淀、进行处理。
通过这种方法，也可以处理被处理水中的磷化合物。
如果按照本发明，前述可以通过电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体是贵金属或包覆有该贵金属的导电体、或陶瓷系导电体、或铁氧体、或碳系导电体、或不锈钢，所以很容易在被处理水中生成次卤酸、或臭氧、或活性氧，可以有效地进行氨或铵离子的脱氮处理。
如果按照本发明，在处理被处理水中氮化合物的过程中，使一对电极的至少一部分浸渍在被处理水中，采用可以通过电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体作为构成阳极的一侧电极的材料，同时采用含铁导电体作为构成阴极的另一侧电极的材料，通过电化学方法对该被处理水进行处理，所以可以促进在构成阴极的另一侧电极处被处理水中的硝酸态氮转化为亚硝酸态氮和氨的还原反应，缩短还原反应所需的时间，并且还可以对低浓度硝酸离子进行处理。
此外，使构成阴极的另一侧电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积大于构成阳极的一侧电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积，通过电化学方法处理被处理水，所以可以降低在构成阳极的一侧电极处生成的氮化合物、特别是亚硝酸态氮转化成硝酸态氮的氧化反应，与此同时促进由在构成阴极的另一侧电极处生成的硝酸态氮转化成亚硝酸态氮的还原反应。这样可以更进一步促进硝酸态氮转化成亚硝酸态氮和氨的还原反应，缩短还原反应所需要的时间，并且可以对低浓度硝酸离子进行处理。
同时，在构成阴极的另一侧电极处生成的氨与在构成阳极的一侧电极处生成的次卤酸等物质进行脱氮反应，通过协同效果可以有效除去硝酸态氮、氨态氮和氮化合物等氮成分。通过这种方法可以从一般家庭、工厂等排出的含有氮化合物的被处理水中有效除去氮化合物，提高处理氮化合物的能力。
如果按照本发明，在上述处理结束后，转换电极的极性、通过电化学方法处理被处理水中的磷化合物，使铁(II)离子从构成阳极的另一侧电极溶出到被处理水中、在被处理水中被氧化成铁(III)离子，使该铁(III)离子与被处理水中作为磷化合物的磷酸离子发生化学反应，可以作为磷酸铁生成沉淀、进行处理。
通过这种方法，也可以处理被处理水中的磷化合物。
如果按照本发明，在处理被处理水中的氮化合物的过程中，由于包括第1处理步骤和第2处理步骤，即，使第1电极和第2电极的至少一部分浸渍在被处理水中，采用导电体作为构成阳极的第1电极，同时采用含铁导电体作为构成阴极的第2电极材料，使该第2电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积大于第1电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积，通过电化学方法处理该被处理水的第1处理步骤和使第3电极的至少一部分浸渍在被处理水中，并且以在电化学方法中作为阳极时可以产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体构成该第3电极的材料，同时使该第3电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积大于第1电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积，在第1处理步骤结束以后，以第3电极作为阳极、以第2电极作为阴极，通过电化学方法处理该被处理水的第2处理步骤，所以可以促进在构成阴极的第2电极处被处理水中的硝酸态氮转化成亚硝酸态氮和氨的还原反应，缩短还原反应所需要的时间，并且，可以处理低浓度的硝酸离子。
此外，由于使构成阴极的第2电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积大于构成阳极的第1电极的至少浸渍在至少浸渍在被处理水中部分的表面积，通过电化学方法处理被处理水，所以可以减少在构成阳极的第1电极处生成的氮化合物、特别是亚硝酸态氮转化成硝酸态氮的氧化反应，与此同时，可以促进在构成阴极的第2电极处生成的硝酸态氮转化成亚硝酸态氮的还原反应。通过这种方法，可以更进一步促进硝酸态氮转化成亚硝酸态氮和氨的还原反应，缩短还原反应所需要的时间，并且还可以对低浓度的硝酸离子进行处理。
此外还实施第2处理步骤，即把第3电极的至少一部分浸渍在被处理水中，并且采用在电化学方法中作为阳极时可以产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体作为构成该第3电极的材料，同时使第3电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积大于第1电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积，以第3电极作为阳极、以第2电极作为阴极，通过电化学方法处理经第1处理步骤结束后的被处理水的第2处理步骤，所以在第1处理步骤中在构成阴极的第2电极处生成的氨与在第2处理步骤中在构成阳极的第3电极处生成的次卤酸等物质发生脱氮反应，由于协同效果，可以有效除去硝酸态氮、氨态氮和氮化合物等氮成分。这样可以从一般家庭和工厂等排出的含有氮化合物的被处理水中有效除去氮化合物，提高处理氮化合物的能力。
特别是在这种情况下，在第2处理步骤中，使构成阳极的第3电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积大于第1电极的至少浸渍在被处理水中部分的表面积，所以在第2处理步骤中、可以促进在构成阳极的第3电极处生成次卤酸等物质，通过这种方法，可以促进与被处理水中的氨态氮进行的脱氮反应，这样可以更进一步有效除去硝酸态氮、氮态氮、和氮化合物等氮成分。
如果按照本发明，由于当被处理水中的氨和铵离子达到规定浓度时，从第1处理步骤转移到第2处理步骤，所以在第1处理步骤中在构成阴极的第2电极处，使被处理水中的硝酸态氮和亚硝酸态氮发生还原反应，被处理水中的硝酸态氮被还原成为氨和铵离子后，可以转移到第2处理步骤。
通过这种方法，使被处理水中的硝酸态氮和亚硝酸态氮充分还原成为氨和铵离子后，在第2处理步骤中，可以通过在构成阳极的第3电极处生成的次卤酸等物质进行氨的脱氮反应，进一步有效除去硝酸态氮、氨态氮和氮化合物等氮成分。
如果按照本发明，在第2处理步骤结束后，实施以第3电极作为阴极，以第2电极作为阳极通过电化学方法处理被处理水中的磷化合物的第3处理步骤，所以在该第3处理步骤中，使铁(II)离子从成为阳极的第2电极溶出到被处理水中，在被处理水中被氧化成铁(III)离子，使该铁(III)离子与被处理水中作为磷化合物的磷酸离子发生化学反应，可以作为磷酸铁生成沉淀、进行处理。
通过这种方法也可以处理被处理水中的磷化合物。
此外，如果按照本发明，在上述各发明中，采用不锈钢作为另一侧电极或第2电极的材料，所以可以改进在处理被处理水中氮化合物时另一侧电极或第2电极的耐久性能。
此外，如果按照本发明，前述的可以通过电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体是贵金属、或包覆有该贵金属的导电体，所以在被处理水中可以很容易产生次卤酸、或臭氧、或活性氧，可以有效进行氨或铵离子的脱氮处理。
此外，如果按照本发明，前述的可以通过电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体是陶瓷系导电体、或包覆有该陶瓷系导电体的导电体，所以在被处理水中可以很容易产生次卤酸、或臭氧、或活性氧，可以有效进行氨或铵离子的脱氮处理。
而且通过使用该陶瓷系导电体，可以以低成本构成具有优异耐久性的导电体。
如果按照本发明，前述的可以通过电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体是碳系导电体、或包覆有该碳系导电体的导电体，所以在被处理水中可以很容易产生次卤酸、或臭氧、或活性氧，可以有效进行氨或铵离子的脱氮处理。
而且通过使用该碳系导电体，可以以低成本构成具有优异耐久性的导电体。
此外，如果按照本发明，前述的可以通过电化学方法产生次卤酸、或臭氧、或活性氧的导电体是不锈钢、或包覆有该不锈钢的导电体，所以在被处理水中可以很容易产生次卤酸、或臭氧、或活性氧，可以有效进行氨或铵离子的脱氮处理。
而且通过使用该不锈钢，可以以低成本构成具有优异耐久性的导电体。