特許 5995242 窒素除去方法及びその装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5995242

(24)【登録日】2016年9月2日

(45)【発行日】2016年9月21日

(54)【発明の名称】窒素除去方法及びその装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/461 20060101AFI20160908BHJP

   C02F 1/58 20060101ALI20160908BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/46 101A

   C02F1/58 L

【請求項の数】9

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2013-134508(P2013-134508)

(22)【出願日】2013年6月27日

(65)【公開番号】特開2015-9173(P2015-9173A)

(43)【公開日】2015年1月19日

【審査請求日】2015年4月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】596032177

【氏名又は名称】住友金属鉱山エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100067736

【弁理士】

【氏名又は名称】小池 晃

(74)【代理人】

【識別番号】100096677

【弁理士】

【氏名又は名称】伊賀 誠司

(74)【代理人】

【識別番号】100106781

【弁理士】

【氏名又は名称】藤井 稔也

(74)【代理人】

【識別番号】100150898

【弁理士】

【氏名又は名称】祐成 篤哉

(72)【発明者】

【氏名】村木 務

(72)【発明者】

【氏名】柴山 治雄

【審査官】 金 公彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０４０５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４４３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４４８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２２５６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４４８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０９７９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２６３５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５３０３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１０５６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５２５０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０４０６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００５／０９７６８６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １／４６− １／４８

Ｃ０２Ｆ １／５８− １／６４

ＤＷＰＩ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

陽極と陰極の間を隔膜によって区画せずに、被処理水中の酸化態窒素成分を電気分解によって除去する窒素除去方法であって、
酸化態窒素成分の除去処理過程で上記被処理水中の該酸化態窒素成分の濃度を測定し、
上記酸化態窒素成分の濃度の測定結果に基づいて、陰極における主たる反応機構を推定し、
推定した反応機構に応じて、上記陽極にて発生した余剰の次亜塩素酸を捕捉し分解する余剰次亜塩素酸スカベンジャーの添加量を増加させる制御を行う
ことを特徴とする窒素除去方法。

【請求項2】

上記余剰次亜塩素酸スカベンジャーは、アンモニア又はアンモニウム塩であることを特徴とする請求項１に記載の窒素除去方法。

【請求項3】

処理経過時間に対する上記酸化態窒素成分の濃度の減少速度が所定値以下となったときには、上記余剰次亜塩素酸スカベンジャーの添加量を増加させる制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の窒素除去方法。

【請求項4】

陽極と陰極の間を隔膜によって区画せずに、被処理水中の酸化態窒素成分を電気分解によって除去する窒素除去方法であって、
上記被処理水のｐＨをｐＨ調整剤の添加により所定の範囲に維持し、
上記ｐＨ調整剤の添加速度に基づいて、陰極における主たる反応機構を推定し、
推定した反応機構に応じて、上記陽極にて発生した余剰の次亜塩素酸を捕捉し分解する余剰次亜塩素酸スカベンジャーの添加量を増加させる制御を行う
ことを特徴とする窒素除去方法。

【請求項5】

上記余剰次亜塩素酸スカベンジャーは、アンモニア又はアンモニウム塩であることを特徴とする請求項４に記載の窒素除去方法。

【請求項6】

処理経過時間に対する上記ｐＨ調整剤の添加速度が所定値以上となったときには、上記余剰次亜塩素酸スカベンジャーの添加量を増加させる制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の窒素除去方法。

【請求項7】

処理経過時間に対する上記ｐＨ調整剤の添加速度が２倍以上に変化したときには、上記余剰次亜塩素酸スカベンジャーの添加量を増加させる制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の窒素除去方法。

【請求項8】

陽極と陰極の間を隔膜によって区画せずに、被処理水中の酸化態窒素成分を電気分解によって除去する窒素除去装置であって、
陽極と陰極とを備え、被処理水が収容される電解槽と、
上記陽極と上記陰極の間に直流電流を供給する直流電源と、
上記被処理水の水質を調整する調整槽と、
上記電解槽と上記調整槽の間で上記被処理水を循環させる循環機構と、
窒素除去処理に要する薬剤を供給する薬剤供給部と、
上記薬剤供給部から供給される薬剤の供給量を制御する制御部と
を具備し、
さらに上記被処理水中の酸化態窒素成分の濃度を測定する濃度測定部が設けられ、酸化態窒素成分の除去処理過程において、上記調整槽から取り込んだ被処理水中の該酸化態窒素成分の濃度を測定し、
上記制御部では、
上記濃度測定部にて測定した酸化態窒素濃度に基づいて、陰極における主たる反応機構を推定し、推定した反応機構に応じて上記薬剤供給部からの、上記陽極にて発生した余剰の次亜塩素酸を捕捉し分解する余剰次亜塩素酸スカベンジャーの供給量を増加させる制御を行う
ことを特徴とする窒素除去装置。

【請求項9】

陽極と陰極の間を隔膜によって区画せずに、被処理水中の酸化態窒素成分を電気分解によって除去する窒素除去装置であって、
陽極と陰極とを備え、被処理水が収容される電解槽と、
上記陽極と上記陰極の間に直流電流を供給する直流電源と、
上記被処理水の水質を調整する調整槽と、
上記電解槽と上記調整槽の間で上記被処理水を循環させる循環機構と、
上記被処理水のｐＨを所定の範囲に維持するためのｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤供給部と、
上記ｐＨ調整剤以外の窒素除去処理に要する薬剤を供給する薬剤供給部と、
上記薬剤供給部から供給される薬剤の供給量を制御する制御部と
を具備し、
上記制御部では、
ｐＨ調整剤供給部から添加されるｐＨ調整剤の添加速度を算出し、算出されたｐＨ調整剤の添加速度に基づいて、陰極における主たる反応機構を推定し、推定した反応機構に応じて上記薬剤供給部からの、上記陽極にて発生した余剰の次亜塩素酸を捕捉し分解する余剰次亜塩素酸スカベンジャーの供給量を増加させる制御を行う
ことを特徴とする窒素除去装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被処理水中の窒素成分を電気分解によって除去する窒素除去方法及びその装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

排水中に含まれる硝酸態窒素の処理方法としては、微生物の脱窒能を利用した生物学的処理方法や、イオン交換法、逆浸透法、電気透析法等の物理化学的処理方法、電気分解を利用した電気化学的処理方法等がある。

【0003】

生物学的処理方法は、ランニングコストが安価で最も普及している方法であるが、反応速度が小さいため、大量の排水を処理するためには大型の処理装置を必要とする。また、この生物学的処理方法は、約１ｇ／Ｌ以上の高濃度の硝酸態窒素を含有する排水に適用することは難しく、排水中の硝酸態窒素濃度の変化等の処理装置に対する負荷の変動によって処理性能が不安定になり易い。

【0004】

物理化学的処理方法は、処理装置が小型化でき、確実な処理が期待できる方法である。しかしながら、この方法は水中の窒素を分離・濃縮する方法であるため、最終的に窒素が濃縮された液の処理が別途必要となり、根本的に窒素を処理していることにならない。

【0005】

電気分解を利用した電気化学的処理方法は、窒素成分を根本的に処理する方法であり、装置の大きさに対して処理能力が比較的大きく、高濃度の窒素を含有する排水に対して適用可能で、窒素濃度の変化等の処理装置に対する負荷の変動に対して安定な処理が期待される。

【0006】

しかしながら、従来の電気化学的窒素除去方法のうち、特に硝酸態、亜硝酸態等の酸化態窒素の処理方法に関しては、窒素濃度に応じた反応制御に課題があった。

【0007】

例えば、特許文献１においては、検出した物性値において被処理水の窒素成分の濃度を推定し、推定した濃度に基づいて電気分解の電流値を制御する技術が記載されており、その物性値としては、ＯＲＰ（酸化還元電位）と吸光度が挙げられている。ＯＲＰに関しては、この特許文献１に記載されているように、アンモニア態窒素が枯渇して残留塩素濃度が上昇したことを検知するものである。しかしながら、本明細書において後に比較例として説明するように、アンモニア態窒素が枯渇したときに酸化態窒素が処理目標まで処理されているかどうかは確認することができない。したがって、ＯＲＰでは、アンモニアが枯渇したことを推定できたとしても、酸化態窒素の濃度を的確に確認することはできない。

【0008】

また、吸光度に関しては、予め、窒素成分濃度と吸光度との相関関係を求めておき、その吸光度に基づいて電気分解の電流値を制御するということが記載されている。しかしながら、吸光度は、その波長に依存して他の成分の影響を受けることがあるため、相関関係は波長と水質に依存して変化してしまうことがあり得る。このように水質に依存して相関関係が変化するならば、安定した処理を行うことは到底期待し得ない。

【0009】

実際に、この特許文献１には、吸光度と窒素濃度の相関関係は、アンモニア態窒素が主成分の場合と硝酸態窒素が主成分の場合とで異なるとの説明がなされている。被処理水中には、アンモニア態窒素と硝酸態窒素が共存している場合が少なくなく、硝酸態窒素が陰極で還元されてアンモニア態窒素となることから、アンモニア態窒素と硝酸態窒素の共存は原理的に不可避であり、どちらが主成分かどうかを判別することは困難である。

【0010】

また、特許文献２及び特許文献３には、ｐＨの変化に着目した制御方法が開示されている。具体的に、特許文献２には、電解反応の反応式から見て、ｐＨが極小値を示したときが酸化態窒素還元反応の終点であり、このことを検知して電解を終了することが説明されている。しかしながら、このようにｐＨが極小となったときに酸化態窒素の還元が終了したと判断できるのは、この特許文献２に記載されているように、ｐＨを成り行きで監視することが可能で、且つ、陽極及び陰極において当該文献に記載された反応のみが行われている場合に限られる。

【0011】

その点において、被処理水中に含まれる酸化態窒素濃度が高い場合には、ｐＨの変化量が大きくなるため、成り行きにしてしまうとｐＨが下がり過ぎて塩素ガスが発生してしまうという問題がある。したがって、現実的には成り行きでｐＨ監視を行う方法は、ｐＨの変化量が小さい、すなわち極めて低濃度の窒素処理を行う場合に限定される。

【0012】

また、共存物質等の影響で、陽極及び陰極で当該文献に記載された反応のみが起こるとは限らない。例えば、陰極で酸化態窒素の還元反応の反応効率が著しく低下した場合には、ｐＨが極小値となっても酸化態窒素が残留しているという事態が想定される。したがって、現実的にはｐＨが極小値となっても、必ずしも酸化態窒素の還元反応が終了しているとは限らない。

【0013】

特許文献２及び特許文献３には、窒素除去反応とそれによるｐＨ変化の原理が説明されているが、陰極での反応として、酸化態窒素の還元反応と水素発生反応が記載されているのみである。実際には、それ以外にも、隔膜によって陽極と陰極を仕切らない場合には、陽極で生成した次亜塩素酸の還元反応が陰極反応として特に重要となる。後に説明するが、そのうちのどの反応が主反応であるかによってｐＨの変化は異なるため、ｐＨの変化は必ずしも一様ではない。上述した両文献には、ｐＨ変化に応じて電流値の制御を行っているが、陰極において目的の反応が主反応になっているかどうかの確認をすることなくｐＨ変化だけで電流値の制御を行っても、安定した制御は期待できない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】特許第４４０８７０６号公報

【特許文献2】特許第４３４９８６２号公報

【特許文献3】特許第４３４９８４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

そこで、本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、排水等の被処理水中に含まれる酸化態窒素等の窒素成分を電気化学的に還元して除去する方法において、効率的な反応制御を行いながら、安定的に窒素成分を除去することができる方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明に係る窒素除去方法は、陽極と陰極の間を隔膜によって区画せずに、被処理水中の窒素成分を電気分解によって除去する窒素除去方法であって、窒素成分の除去処理過程で上記被処理水中の該窒素成分の濃度を測定し、上記窒素成分の濃度の測定結果に基づいて、陰極における主たる反応機構を推定し、推定した反応機構に応じて、窒素除去処理に要する所定の薬剤の添加を制御することを特徴とする。

【0017】

また、本発明に係る窒素除去方法は、陽極と陰極の間を隔膜によって区画せずに、被処理水中の窒素成分を電気分解によって除去する窒素除去方法であって、上記被処理水のｐＨをｐＨ調整剤の添加により所定の範囲に維持し、上記ｐＨ調整剤の添加速度に基づいて、陰極における主たる反応機構を推定し、推定した反応機構に応じて、窒素除去処理に要する所定の薬剤の添加を制御することを特徴とする。

【0018】

また、本発明に係る窒素除去装置は、陽極と陰極の間を隔膜によって区画せずに、被処理水中の窒素成分を電気分解によって除去する窒素除去装置であって、陽極と陰極とを備え、被処理水が収容される電解槽と、上記陽極と上記陰極の間に直流電流を供給する直流電源と、上記被処理水の水質を調整する調整槽と、上記電解槽と上記調整槽の間で上記被処理水を循環させる循環機構と、窒素除去処理に要する薬剤を供給する薬剤供給部と、上記薬剤供給部から供給される薬剤の供給量を制御する制御部とを具備し、さらに上記被処理水中の窒素成分の濃度を測定する濃度測定部が設けられ、窒素除去処理過程において、上記調整槽から取り込んだ被処理水中の窒素成分の濃度を測定し、上記制御部では、上記濃度測定部にて測定した窒素濃度に基づいて、陰極における主たる反応機構を推定し、推定した反応機構に応じて上記薬剤供給部からの窒素除去処理に要する所定の薬剤の供給量を制御することを特徴とする。

【0019】

また、本発明に係る窒素除去装置は、陽極と陰極の間を隔膜によって区画せずに、被処理水中の窒素成分を電気分解によって除去する窒素除去装置であって、陽極と陰極とを備え、被処理水が収容される電解槽と、上記陽極と上記陰極の間に直流電流を供給する直流電源と、上記被処理水の水質を調整する調整槽と、上記電解槽と上記調整槽の間で上記被処理水を循環させる循環機構と、上記被処理水のｐＨを所定の範囲に維持するためのｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤供給部と、上記ｐＨ調整剤以外の窒素除去処理に要する薬剤を供給する薬剤供給部と、上記薬剤供給部から供給される薬剤の供給量を制御する制御部とを具備し、上記制御部では、ｐＨ調整剤供給部から添加されるｐＨ調整剤の添加速度を算出し、算出されたｐＨ調整剤の添加速度に基づいて、陰極における主たる反応機構を推定し、推定した反応機構に応じて上記薬剤供給部からの窒素除去処理に要する所定の薬剤の供給量を制御することを特徴とする。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、窒素成分の濃度やｐＨ調整剤の使用量に基づいて陰極における反応機構を推定し、それに応じて適切な薬剤添加の制御を行うようにしているので、効率的な反応制御が可能となり、安定的に被処理水中の窒素成分を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】窒素濃度の測定結果から反応機構を推定して薬剤の添加を制御する流れを示すフローチャートである。

【図2】ｐＨ調整剤の使用量の変化から反応機構を推定して薬剤の添加を制御する流れを示すフローチャートである。

【図3】窒素除去方法に用いられる窒素除去装置の一例を示す構成図である。

【図4】窒素除去装置における電解槽の構成図である。

【図5】窒素濃度測定装置の一例を示す構成図である。

【図6】実施例１における電解処理中の窒素濃度の変化を示したグラフである。

【図7】比較例１における電解処理時間の経過に伴う被処理水中の窒素濃度の変化とＯＲＰの変化を示すグラフである。

【図8】実施例２における電解処理中の窒素濃度の変化と苛性ソーダの添加速度の変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態（以下、「本実施の形態」という。）について、以下の順序で詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
１．窒素除去方法
２．被処理水に対する電解処理反応（窒素除去機構）について
２−１．基本となる窒素除去反応機構
２−２．反応機構の変化（推移）
２−３．反応機構の推定に応じた薬剤供給制御（反応制御）
３．窒素除去装置
３−１．窒素除去装置の構成
３−２．窒素除去装置における薬剤供給制御
４．実施例

【0023】

≪１．窒素除去方法≫
本実施の形態に係る窒素除去方法は、塩化物イオンを含有する被処理水（例えば、工場等から排出される排水等）に対して電気分解処理を施すものであり、その被処理水中に含まれる酸化態窒素等の窒素成分を電気化学的に還元処理して除去する方法である。

【0024】

この電気化学的な還元処理による除去方法は、陽極及び陰極を有する電解槽に被処理水を収容し、その電極に電圧を印加して通電することによって、陽極では塩化物イオンを酸化して次亜塩素酸を生成させ、陰極では酸化態窒素等の窒素成分を還元してアンモニアを生成させるものである。そして、発生した次亜塩素酸とアンモニアとを反応させることによって酸化態窒素を窒素ガスとして除去する。特に、本実施の形態に係る方法においては、陽極と陰極との間をイオン交換膜等の隔膜によって区画しない無隔膜電解槽に被処理水を収容して電解分解を行い、窒素成分を除去する。

【0025】

具体的に、本実施の形態に係る窒素除去方法は、窒素成分の除去処理過程で被処理水中の窒素成分の濃度を測定し、その濃度測定結果に基づいて、陰極における主たる反応機構を推定し、推定した反応機構に応じて、窒素除去処理に要する所定の薬剤の添加を制御することを特徴とする。

【0026】

または、被処理水中の窒素成分の測定濃度に基づいて反応機構を推定することに代えて、被処理水のｐＨをｐＨ調整剤により所定の範囲に維持し、窒素成分の除去処理過程におけるｐＨ調整剤の使用量に基づいて、陰極における主たる反応機構を推定する。そして、その推定した反応機構に応じて、窒素除去処理に要する所定の薬剤の添加を制御することを特徴とする。

【0027】

このように、本実施の形態に係る窒素除去方法では、被処理水中の窒素成分の濃度又は被処理水のｐＨを所定範囲に維持するためのｐＨ調整剤の使用量に基づいて、除去処理過程における所定の時点での陰極における主たる反応機構を推定することが重要となる。そして、この方法では、その推定した反応機構に応じて、その時点における窒素除去処理に要する薬剤の添加を制御する。このことにより、効率的な反応制御を行うことが可能となり、安定的に被処理水中の酸化態窒素等の窒素成分を除去することができる。

【0028】

≪２．被処理水に対する電解処理反応（窒素除去機構）について≫
先ず、電解槽にて生じる被処理水の電解処理反応について、より具体的に説明する。

【0029】

＜２−１．基本となる窒素除去反応機構＞
被処理水に対する電解処理においては、電解槽に設けられた陽極及び陰極への通電が開始されると、陽極では、下記反応式１のように、塩化物イオンから次亜塩素酸イオンへの酸化が行われる。一方で、陰極では、下記反応式２のように、被処理水中の窒素成分（例えば硝酸態窒素）からアンモニア（アンモニア態窒素）への還元が行われる。なお、下記反応式１及び反応式２は、同じ電気量あたりの反応当量を比較するため、４８電子モルあたりの反応当量で表記する。

【0030】

［反応式１：陽極における反応］
２４Ｃｌ⁻ ＋ ２４Ｈ_２Ｏ → ２４ＣｌＯ⁻ ＋ ４８Ｈ^＋ ＋ ４８ｅ
［反応式２：陰極における反応］
６ＮＯ_３⁻ ＋ ４８ｅ ＋ ４２Ｈ_２Ｏ → ６ＮＨ_４^＋ ＋ ６０ＯＨ⁻

【0031】

本実施の形態に係る窒素除去方法においては、陽極と陰極とを区画しない無隔膜電解槽にて電気分解を行う。このことから、陽極にて生成した次亜塩素酸（ＣｌＯ⁻）と、陰極における酸化態窒素の還元反応で生成したアンモニア（ＮＨ_４^＋）は、電解槽中で均一に混合されて下記反応式３に従ってその場で反応し、窒素ガス（Ｎ_２）となって除去されて脱窒素反応が完結する。

【0032】

［反応式３］
６ＮＨ_４^＋ ＋ ９ＣｌＯ⁻ → ３Ｎ_２ ＋ ９Ｃｌ⁻ ＋ ９Ｈ_２Ｏ + ６Ｈ^＋

【0033】

そして、以上で述べた電極反応から脱窒素反応までの総括反応式は、下記反応式４の通りとなる。

【0034】

［反応式４］
６ＮＯ_３⁻ ＋ １５Ｃｌ⁻ ＋ ３Ｈ_２Ｏ → ３Ｎ_２ + １５ＣｌＯ⁻ ＋ ６ＯＨ⁻

【0035】

上述した窒素除去反応においては、被処理水のｐＨが低くなると電解槽内の陽極にて生成した次亜塩素酸から塩素ガスが発生し、一方でｐＨが高くなるとアンモニアが揮発する。アンモニアと次亜塩素酸が反応するときに硝酸イオンが生成され易くなる等の問題があることから、電解処理中は被処理水のｐＨを、概ね４．０〜１０．０に維持し、より好ましくは５．０〜９．０に維持する。

【0036】

被処理水のｐＨ調整においては、例えば苛性ソーダ等のアルカリや、塩酸や硫酸等の酸をｐＨ調整剤として添加することによって、上述の範囲にｐＨを維持する。なお、ｐＨ調整剤としては、特に限定されないが、後述する余剰次亜塩素酸スカベンジャーとしてアンモニア又はアンモニウム塩を用いる場合には、電解処理によってｐＨが低下する方向に変動するため、苛性ソーダ等のアルカリを用いることが好ましい。

【0037】

ところで、上記反応式４に示されるように、陽極で生成した次亜塩素酸は、陰極で生成したアンモニア態窒素の脱窒素反応にて消費される分よりも過剰となる。そのため、電解液中では、次亜塩素酸が余剰となり、無隔膜電解槽においてはその余剰の次亜塩素酸が陰極の近傍にも存在することになる。

【0038】

このように、無隔膜電解槽において、還元反応を行う陰極の近傍に次亜塩素酸が存在するようになると、次亜塩素酸は強い酸化作用を有することから、陰極での酸化態窒素等の窒素成分に対する還元反応を阻害する。

【0039】

このことから、本実施の形態においては、余剰の次亜塩素酸による陰極における還元反応への阻害を防止するために、電解反応で余剰となる次亜塩素酸を消費（捕捉して分解）するスカベンジャー（以下、「余剰次亜塩素酸スカベンジャー」という。）を電解槽内に存在させるようにする。これにより、余剰の次亜塩素酸が陰極の近傍に到達する前に、余剰次亜塩素酸スカベンジャーによって次亜塩素酸を分解することができ、陰極における酸化態窒素に対する還元反応を効率的に進行させることができる。

【0040】

余剰次亜塩素酸スカベンジャーとしては、次亜塩素酸と迅速に反応する化合物であればそれ以上の限定をするものではなく、例えばアンモニアやアンモニウム塩、亜硫酸塩等を用いることができる。その中でも、次亜塩素酸との反応性や経済性等を考慮すると、アンモニア又はアンモニウム塩を用いることが好ましい。なお、余剰次亜塩素酸スカベンジャーは、その種類によって電解中のｐＨの変動が異なる。このことから、添加する余剰次亜塩素酸スカベンジャーの種類に応じて、被処理水のｐＨを調整するｐＨ調整剤の種類についても適宜変更して、被処理水のｐＨ制御を行うことが好ましい。

【0041】

ここで、より具体的に、次亜塩素酸スカベンジャーとしてアンモニウム塩を用いた場合を例として反応機構を説明する。

【0042】

次亜塩素酸スカベンジャーとしてアンモニウム塩を添加すると、陽極にて発生した次亜塩素酸とアンモニアとは、下記反応式５に従って反応し、総括反応が下記反応式６のようになる。下記反応式６から分かるように、余剰次亜塩素酸スカベンジャーとしてアンモニウム塩を用いた場合には、電解処理によってｐＨが低下する方向に変動するので、ｐＨ調整剤としては苛性ソーダ等のアルカリを用いる。

【0043】

［反応式５］
１０ＮＨ_４^＋ ＋ １５ＣｌＯ⁻ → ５Ｎ_２ ＋ １５Ｃｌ⁻ ＋ １５Ｈ_２Ｏ ＋ １０Ｈ^＋

【0044】

［反応式６］
６ＮＯ_３⁻ ＋ １０ＮＨ_４^＋ →８Ｎ_２ ＋ １８Ｈ_２Ｏ ＋ ４Ｈ^＋

【0045】

＜２−２．反応機構の変化（推移）＞
さて、上述したそれぞれの反応式は、反応式１及び反応式２にて示した陽極及び陰極における電解反応が電流効率１００％で進行した場合の反応当量関係を表記したものである。電解処理においては、被処理水中の共存物質の影響等もあり、現実の電解処理で電流効率が１００％になるとは限らず、上述したｐＨの動きや余剰次亜塩素酸スカベンジャーの必要量は上述した反応式で記載された量とは異なってくる。したがって、電解処理においては、被処理水の窒素成分やｐＨ等の重要な水質項目を常時又は間欠的に監視しながら処理を進めることが必要となる。

【0046】

具体的には、例えば、余剰次亜塩素酸スカベンジャー濃度が高いほど、次亜塩素酸との反応速度が大きくなるので、酸化態窒素等の窒素成分の還元反応を促進する効果が高い。したがって、必要な反応速度を維持できるだけの余剰次亜塩素酸スカベンジャー濃度を維持しながら電解を継続することが好ましいが、必要とされる余剰次亜塩素酸スカベンジャー濃度は、陽極での次亜塩素酸の生成速度にも依存する。そのため、生成速度が大きいほど、維持すべき余剰次亜塩素酸スカベンジャー濃度も高くすることが必要となる。そしてまた、その陽極での次亜塩素酸の生成速度は、陽極及び陰極に印加する直流電流の通電量に比例する。このことから、その通電量によっても必要となる余剰次亜塩素酸スカベンジャー濃度は変動することになる。

【0047】

このように、被処理水に対する電解処理においては、様々な要因によって必要となる余剰次亜塩素酸スカベンジャーの濃度は変動し、そして、被処理水中の余剰次亜塩素酸スカベンジャー濃度によって、陰極における主たる反応機構も変化（推移）する。

【0048】

ここで、陰極における反応機構の推移について具体例を挙げてより詳しく説明する。表１は、余剰次亜塩素酸スカベンジャーとしてアンモニアやアンモニウム塩を添加した場合の、その被処理水中での濃度（アンモニア性窒素濃度）（ｍｇ／Ｌ）に応じた陰極における主たる反応機構の推移をまとめたものである。

【0049】

なお、この表１は、窒素成分としての硝酸態窒素（酸化態窒素）が５０００ｍｇ／Ｌ含有されている被処理水を例に挙げ、また被処理水のｐＨを所定範囲に維持するｐＨ調整剤として苛性ソーダを用いた例としてまとめたものである。したがって、反応機構が推移するスカベンジャー濃度の３０００ｍｇ／Ｌは、あくまでも本具体例をおいて反応機構が推移するおよその濃度であって、反応機構の推移点は当然この濃度に限られるものではない。

【0050】

【表1】

【0051】

表１に示すように、反応初期においてアンモニア性窒素（スカベンジャー）濃度が高く、例えば概ね３０００ｍｇ／Ｌ以上である場合（フェーズＩ）には、陰極における酸化態窒素の還元効率はほぼ１００％であり、酸化態窒素の還元反応とともに生成したアンモニアの酸化反応が生じ、窒素ガスとして窒素成分が除去される。

【0052】

次に、反応が進行して処理液中のスカベンジャー濃度が低下してくると（フェーズＩＩ）、陰極での酸化態窒素の還元効率が低くなる。具体的には、スカベンジャー濃度が３０００ｍｇ／Ｌ未満となると、酸化態窒素の還元効率が低くなり、酸化態窒素濃度の減少速度（分解速度）が小さくなる。したがって、被処理液中の酸化態窒素の濃度を測定していくことにより、その時間変化量によって還元効率が低くなったことを検出することができる。

【0053】

一方で、被処理水中の合計の塩素（Ｃｌ）濃度は、反応が進行しても変化しない。これは、被処理水中でＣｌ⇔ＣｌＯの変化を繰り返すだけであって、系外に塩素が出ていかないためである。そのため、陽極での酸化効率は、処理の過程であまり変化は無い。上述のように、陰極での還元効率だけが低くなると、酸化態窒素の還元に由来するアンモニアの酸化分解反応の比率が低くなり、スカベンジャーの分解だけが行われるようになる。すると、その結果として、総括主反応が上記反応式６から下記反応式７へと変化する。

【0054】

［反応式７］
１６ＮＨ_４^＋ ＋ ２４ＣｌＯ⁻ → ８Ｎ_２ ＋ ２４Ｃｌ⁻ ＋ ２４Ｈ_２Ｏ ＋ １６Ｈ^＋

【0055】

このように、総括主反応が反応式６から反応式７に変化して、ＣｌＯ⁻の強い酸化作用によりアンモニアの酸化が主反応となると、Ｈ^＋の発生量の増加に伴ってｐＨ調整剤（苛性ソーダ等）の使用量が増加（添加速度が上昇）することになる。したがって、ｐＨ調整剤の添加速度を測定することによっても、還元効率が低くなったことを検出することができる。

【0056】

なお、還元効率が低下してきても、スカベンジャーであるアンモニアは低濃度ながらまだ残留している。スカベンジャーのアンモニアが枯渇するまで電解を続けても、還元効率が低下している状態では酸化態窒素の還元を十分に行うことができないため、スカベンジャーを無駄に消費していることになる。したがって、スカベンジャーを追加添加するかどうかの判断は、上述したように、酸化態窒素の濃度の変化やｐＨ調整剤の使用量の増加に基づいて、還元効率が低下してきたことを検出した段階で行うことが望ましい。

【0057】

＜２−３．反応機構の推定に応じた薬剤供給制御（反応制御）＞
そこで、本実施の形態に係る窒素除去方法においては、窒素成分の除去処理過程で被処理水中の窒素成分の濃度を測定し、その濃度測定結果に基づいて、陰極における主たる反応機構を推定する。そして、推定した反応機構に応じて、窒素除去処理に要する所定の薬剤の添加を制御する。

【0058】

または、被処理水のｐＨをｐＨ調整剤により所定の範囲に維持して窒素成分の除去処理を行う過程で、そのｐＨ調整剤の使用量（供給量）に基づいて、陰極における主たる反応機構を推定する。そして、推定した反応機構に応じて、窒素除去処理に要する所定の薬剤の添加を制御する。

【0059】

［窒素濃度の測定結果から反応機構を推定する場合］
具体的に、被処理水中の窒素濃度の測定結果から反応機構を推定するに際しては、図１のフローチャートに示すように、先ず、ステップＳ１１として、被処理水中の酸化態窒素の窒素濃度を測定する。次に、ステップＳ１２として、測定した窒素濃度に基づいて、処理時間の経過に伴う窒素濃度の減少速度（分解速度）を算出する。

【0060】

そして次に、ステップＳ１３として、算出した窒素濃度の減少速度（減少傾き）が所定の値（設定値）以下であるか否かを判断する。すなわち、酸化態窒素の分解速度が低下してきているか否かを判断する。この判断の結果、減少速度が設定値よりも大きい場合（Ｎｏ）には、再びステップＳ１１に戻る。一方で、減少速度が設定値以下であると判断された場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１４に進む。

【0061】

ステップＳ１４では、窒素濃度の減少速度が設定値以下と判断されたが、被処理水中の酸化態窒素の濃度が処理目標とする値以下となったか否か、すなわち、その測定した窒素濃度が処理目標値以下となっており十分に処理対象とする窒素成分を除去することができた状態であるか否かを判断する。この判断の結果、酸化態窒素濃度が目標値以下となっている場合（Ｙｅｓ）には、窒素除去処理を終了する。一方で、酸化態窒素濃度が目標値よりも高い場合（Ｎｏ）、すなわち、未だ十分に窒素除去処理が行われていない場合には、ステップＳ１５に進む。

【0062】

ステップＳ１５では、酸化態窒素の濃度の減少速度が小さくなり、未だ目標濃度にまで十分な処理ができていないことから、スカベンジャー濃度の低下により、陰極において反応機構の変化があったものと判断し、すなわち、陰極における反応機構が上記表１のフェーズＩＩの段階に推移したものと判断し、スカベンジャーを追加添加するようにする。

【0063】

ここで、被処理水中の窒素濃度の測定方法としては、特に限定されないが、例えば中心波長が２５４ｎｍの紫外線による紫外線吸光光度法を用いた装置を用いて行うことができる。また、詳しくは後述するが、工場排水等の被処理水中にはクロラミン類が中間生成物として含まれていることから、吸光光度法により濃度測定を行う場合には、そのクロラミン類によって吸光度検出が阻害されないように、予めクロラミン類を分解除去しておくことが好ましい。

【0064】

［ｐＨ調整剤の使用量の変化から反応機構を推定する場合］
また、ｐＨ調整剤の使用量の変化に基づいて反応機構を推定するに際しては、図２のフローチャートに示すように、先ず、ステップＳ２１として、被処理水中のｐＨを所定範囲に維持するために添加するｐＨ調整剤（例えば苛性ソーダ等）の添加速度を算出する。そして次に、ステップＳ２２として、算出した添加速度（ｐＨ調整剤の使用量の傾き）が所定の値（設定値）以上であるか否かを判断する。すなわち、ｐＨ調整剤の使用量が増加しているか否かを判断する。この判断の結果、添加速度が設定値よりも小さい場合（Ｎｏ）には、再びステップＳ２１に戻る。一方で、添加速度が設定値以上であると判断された場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ２３に進む。

【0065】

ステップＳ２３では、被処理水中の酸化態窒素の濃度を測定する。そして次に、ステップＳ２４として、ｐＨ調整剤の添加速度が設定値以上と判断されたが、ステップＳ２３で測定した被処理水中の酸化態窒素の濃度が処理目標とする値以下となったか否か、すなわち、その測定した窒素濃度が処理目標値以下となっており十分に処理対象とする窒素成分を除去することができた状態であるか否かを判断する。この判断の結果、酸化態窒素濃度が処理目標値以下となっている場合（Ｙｅｓ）には、窒素除去処理を終了する。一方で、酸化態窒素濃度が処理目標値よりも高い場合（Ｎｏ）、すなわち、未だ十分に窒素除去処理が行われていない場合には、ステップＳ２５に進む。

【0066】

ステップＳ２５では、ｐＨ調整剤の添加速度が大きくなり、未だ目標濃度にまで十分な処理ができていないことから、スカベンジャー濃度の低下により、陰極において反応機構の変化があったものと判断し、すなわち、陰極における反応機構が上記表１のフェーズＩＩの段階に推移したものと判断し、スカベンジャーを追加添加するようにする。

【0067】

ここで、ｐＨ調整剤の添加速度の増加に関しては、例えば、処理経過時間に対するｐＨ調整剤の使用量の傾きが２倍以上に変化したときに、反応機構の変化があったものと判断し、スカベンジャーを追加添加する制御を行うようにすることができる。

【0068】

以上のように、本実施の形態に係る窒素除去方法では、測定された被処理水中の酸化態窒素の濃度の測定結果や、被処理水のｐＨの測定結果によるｐＨ調整剤の使用量の変化に基づいて、陰極における主たる反応機構を推定し、推定した反応機構に応じて酸化態窒素の除去処理に要する薬剤（次亜塩素酸スカベンジャー）の供給を制御するようにしている。このような窒素除去方法によれば、酸化態窒素の電解処理における陰極での主たる反応機構を的確に把握して効率的な反応制御を行うことができ、安定的に酸化態窒素等の窒素成分を除去することができる。

【0069】

≪３．窒素除去装置≫
次に、本実施の形態に係る窒素除去方法に用いる窒素除去装置について説明する。

【0070】

＜３−１．窒素除去装置の構成＞
図３は、本実施の形態に係る窒素除去方法に用いられる窒素除去装置（電解処理装置）の一例を示す概略構成図である。図３に示すように、窒素除去装置１０は、陽極と陰極とを備え、窒素成分を含有する被処理水２０を収容する電解槽１１と、陽極と陰極の間に直流電流を供給する直流電源１２と、被処理水２０の水質を調整する調整槽１３と、電解槽１１と調整槽１３の間で被処理水２０を循環させる循環機構１４（１４ａ，１４ｂ）とを具備する。また、窒素除去装置１０は、被処理水２０のｐＨや次亜塩素酸濃度を測定する測定部１５と、被処理水２０中の窒素濃度を測定する窒素濃度測定部１６とを具備する。さらに、窒素除去装置１０は、窒素除去処理に要する薬剤を供給する薬剤供給部１７と、薬剤供給部１７から供給される薬剤供給量を制御する制御部１８とを具備する。

【0071】

（電解槽）
電解槽１１は、陽極１１ａ及び陰極１１ｂを１対とする１組以上から構成されている。図４は、この電解槽１１の正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。図４に示すように、電解槽１１内には、酸化態窒素等の窒素成分を含有する被処理水２０が収容され、被処理水２０中に少なくとも一部が浸漬するように、例えば薄板状の陽極１１ａと陰極１１ｂとが配置されている。また、その各電極１１ａ，１１ｂには、後述する直流電源１２が接続されおり、直流電源１２から印加された直流電流を陽極１１ａと陰極１１ｂに通電することによって被処理水２０中の窒素成分を電解除去する。

【0072】

この電解槽１１は、陽極１１ａと陰極１１ｂとの間をイオン交換膜等の隔膜によって区画しない無隔膜電解槽である。この無隔膜の電解槽１１では、上述したように、陽極１１ａにて発生した次亜塩素酸と陰極１１ｂにて発生したアンモニアとが均一に混合され、その場で反応して、窒素ガスとなって除去される（上記反応式３）。なお、陽極１１ａと陰極１１ｂとの間を隔膜で区画しない無隔膜電解槽では、被処理水２０中に含まれる硬度成分が隔膜に目詰まりするといった問題が発生せず原水管理等の負荷がない利点がある。

【0073】

陽極１１ａとしては、一般的に用いられている不溶性電極を用いることができる。陽極１１ａでは、被処理水に含有される塩化物イオンから次亜塩素酸を生成させるために、不溶性電極の中でも塩素発生効率が高い電極を採用することが望ましい。塩素発生効率が高いということは、陽極で塩化物イオンから次亜塩素酸イオンへの酸化反応が他の反応に優先して起こることを意味している。これは、陰極１１ｂで還元された酸化態窒素が、再び酸化されることを防止することにつながる。

【0074】

陰極１１ｂは、上述のように、被処理水中の酸化態窒素等の窒素成分を電気分解により除去するために用いられるものであって、酸化態窒素等の窒素成分に対して還元性能を有する金属からなる電極を用いることができる。具体的には、例えば、酸化態窒素に対して還元性能を有する鉄−クロム系合金等の合金をアモルファス状態でコーティングしてなるアモルファス電極を用いることができる。このようなアモルファス電極を用いることにより、直流電流が通電されても、その陰極１１ｂを構成する金属成分が溶液中に溶出することなく、還元性能を維持して電解処理を行うことができる。

【0075】

（直流電源）
直流電源１２は、電解槽１１に設けられた陽極１１ａ及び陰極１１ｂの間に直流電流を供給印加する。この直流電源１２においては、後述する制御部１８と接続させて信号の送受信を可能とし、被処理水２０の水質や薬剤供給量等に応じて、供給する直流電流の通電量等を制御可能にしてもよい。

【0076】

（調整槽）
調整槽１３は、電解槽１１にて電解処理を施す被処理水２０を、電解槽１１から後述する循環機構１４（１４ａ）を介して定期的に取り込んで、その被処理水２０のｐＨや次亜塩素酸濃度等の水質の調整を行う。

【0077】

具体的に、調整槽１３は、ｐＨ調整剤供給部１７ａや余剰次亜塩素酸スカベンジャー供給部１７ｂ等からなる薬剤供給部１７に接続されており、後述する測定部１５における被処理水２０のｐＨや次亜塩素酸濃度の測定結果、また窒素濃度測定部１６における被処理水２０中の窒素濃度の測定結果に基づいて、被処理水２０に対してｐＨ調整剤や余剰次亜塩素酸スカベンジャー等の窒素除去処理に要する薬剤が供給添加され、被処理水２０の水質が調整される。すなわち、被処理水２０のｐＨを電解処理に好適な範囲に調整し、また陽極１１ａにて発生した余剰の次亜塩素酸を次亜塩素酸スカベンジャーにより分解する。

【0078】

なお、この調整槽１３に送液されて必要に応じて薬剤が添加された被処理水２０は、循環機構１４（１４ｂ）を介して再び電解槽１１に循環されて収容される。

【0079】

（循環機構）
循環機構１４は、例えば、主として、電解槽１１から取り出される被処理水２０を調整槽１３に移送する循環配管１４ａと、調整槽１３からの被処理水２０を再び電解槽１１に戻し入れる循環配管１４ｂとからなっている。循環機構１４では、被処理水２０を例えばポンプ１９ａによって循環させる。

【0080】

（測定部）
測定部１５は、例えば上述した循環機構１４を構成する循環配管１４ａ上に設けられており、電解槽１１から取り込まれた被処理水２０のｐＨを測定するｐＨ測定装置や、陽極１１ａにて発生した次亜塩素酸濃度を測定する次亜塩素酸濃度測定装置等からなっている。このように測定部１５は、窒素除去処理過程における被処理水２０の水質を測定する。

【0081】

また、この測定部１５は、後述する制御部１８に接続されており、この測定部１５における被処理水２０のｐＨや次亜塩素酸濃度の測定結果の信号を制御部１８に送信可能となっている。そして、制御部１８では、それらｐＨ等の水質の測定結果から、調整槽１３において被処理水２０に対する薬剤供給が行われる。すなわち、制御部１８では、測定部１５から受信した被処理水２０のｐＨ等の測定結果に基づいて、薬剤供給部１７からの薬剤の供給量を調整し、その薬剤供給部１７を介して必要となる薬剤を調整槽１３内の被処理水２０に添加する。なお、制御部１８における薬剤供給制御については後で詳述する。

【0082】

（窒素濃度測定部）
窒素濃度測定部１６は、調整槽１３内に収容された被処理水２０をポンプ１９ｂで取り込んで、その被処理水２０中の酸化態窒素等の窒素成分の濃度を測定する。

【0083】

また、窒素濃度測定部１６は、後述する制御部１８に接続されており、この測定部１５における被処理水２０中の酸化態窒素濃度の測定結果の信号を制御部１８に送信可能となっている。なお、制御部１８では、その窒素濃度の測定結果に基づいて、薬剤供給部１７からの被処理水２０に対する薬剤供給を制御する。制御部１８における薬剤供給制御については後で詳述する。

【0084】

具体的に、窒素濃度測定部１６としては、被処理水２０中の除去対象となる酸化態窒素の濃度を測定できるものであれば特に限定されないが、例えば２５４ｎｍを中心波長とした紫外線による紫外線吸光光度法を用いた装置とすることができる。この中心波長が２５４ｎｍの波長は、酸化態窒素の吸収はあるがアンモニアの吸収はないという特徴がある波長である。

【0085】

ここで、この電気分解による窒素除去処理においては、被処理水中に、濃度測定対象である酸化態窒素（例えばＮＯ_３⁻）等の窒素成分の他に、モノクロラミン（ＮＨ_２Ｃｌ）、ジクロラミン（ＮＨＣｌ_２）、トリクロラミン（ＮＣｌ_３）といったクロラミン類が中間生成物として発生する。このようなクロラミン類を含む被処理水に対して紫外線吸光光度法により窒素成分の濃度を測定した場合、そのクロラミン類が酸化態窒素等の窒素成分と近似する吸光度を示すことから、正確に窒素成分の濃度を測定することが困難となる。

【0086】

そこで、窒素濃度測定部１６として、紫外線吸光光度法を用いた装置とする場合においては、被処理水に対して活性炭処理を前処理として施し、被処理水中のクロラミン類のみを選択的に分解させるようにして、クロラミン類が分解除去された被処理水に対して紫外線吸光光度法を用いた濃度測定を行うことが好ましい。これにより、近似する吸光度を有するクロラミン類による測定阻害（干渉）を生じさせることなく、的確に窒素濃度を測定することができる。

【0087】

具体的に、図５に、窒素濃度測定部１６として紫外線吸光光度法を用いた装置の構成の一例を示す。なお、この図５では、窒素除去装置１０における調整槽１３を含めた構成として示し、調整槽１３から取り出された被処理水２０に対して窒素濃度を測定する態様の構成を示す。図５に示すように、紫外線吸光光度法を用いた窒素濃度測定部１６は、被処理水２０に対して濃度測定に先立って前処理を施す前処理部３１と、紫外線吸光光度法による濃度測定部３２とを備える。

【0088】

前処理部３１は、例えば活性炭を充填させたカラムからなり、調整槽１３からポンプ１９ｂにより被処理水２０をカラムに取り込み、被処理水２０に含まれるクロラミン類のみを活性炭によって選択的に分解除去する。なお、この前処理部３１におけるクロラミン類の分解除去に際しては、予め被処理水２０に対して硫酸等の酸を添加して、被処理水２０のｐＨを３以下程度に調整して、クロラミン類の分解条件を最適化することが好ましい。

【0089】

濃度測定部３２は、前処理部３１を通過してクロラミン類が分解除去された被処理水２０中の酸化態窒素等の窒素成分の濃度を測定する。この濃度測定部３２には、紫外線吸光光度計が備えられており、取り込んだ被処理水２０に対して、例えば２５４ｎｍを中心波長とした紫外線を照射することによって、酸化態窒素の濃度を測定する。濃度測定部３２における窒素濃度の測定結果の信号は、窒素除去装置１０を構成する制御部１８に送信される。

【0090】

濃度測定部３２にて窒素成分の濃度が測定されると、その被処理水２０は再び調整槽１３に戻し入れられ、電解処理のために電解槽１１に循環移送される。なお、調整槽１３に戻し入れた被処理水２０に対しては、適宜ｐＨ調整剤を添加して、そのｐＨを電解処理に好適な範囲に調整する。

【0091】

（薬剤供給部）
薬剤供給部１７は、例えば、ｐＨ調整剤供給部１７ａや余剰次亜塩素酸スカベンジャー供給部１７ｂ等からなり、被処理水２０中の酸化態窒素等の窒素成分を分解除去する処理に要する薬剤を供給する。この薬剤供給部１７は、後述する制御部１８に接続されており、循環配管１４ａの循環経路上に設けられた測定部１５における被処理水２０のｐＨ等の水質の測定結果や、窒素濃度測定部１６における酸化態窒素の濃度の測定結果に基づいて、制御部１８により薬剤供給量等の薬剤供給が制御される。

【0092】

ここで、窒素除去装置１０においては、処理対象の被処理水２０のｐＨを所定の範囲に維持制御しながら窒素を除去する。具体的には、上述したように、被処理水２０のｐＨを概ね４．０〜１０．０、好ましくは５．０〜９．０に維持制御しながら窒素を除去する。したがって、窒素除去装置１０では、電解槽１１から取り込んで循環させる被処理水２０のｐＨを測定部１５にて常時測定し、その測定結果に基づいてｐＨ調整剤供給部１７ａからのｐＨ調整剤の使用量を変化させ、被処理水２０のｐＨを所定範囲に維持制御する。

【0093】

より具体的には、電解槽１１の陰極１１ｂにおける反応機構が変化して、発生するＨ^＋の量が増加すると、被処理水２０のｐＨが酸性側に変化する。このような場合には、測定部１５における被処理水２０のｐＨ測定結果（ｐＨが低下したという測定結果）に基づいて、ｐＨ調整剤供給部１７ａからのｐＨ調整剤の使用量を増加させるようにし、これによって、被処理水２０のｐＨを所定の範囲の維持させるように制御する。

【0094】

（制御部）
制御部１８は、薬剤供給部１７から供給される薬剤供給量を制御する。この制御部１８は、循環配管１４ａの循環経路上に設けられた測定部１５において測定された被処理水２０のｐＨ等の測定結果や、窒素濃度測定部１６における酸化態窒素の濃度の測定結果を受信し、それらの測定結果に基づいて、薬剤供給部１７からの薬剤の供給量等を制御する。

【0095】

＜３−２．窒素除去装置における薬剤供給制御＞
ここで、上述した窒素除去装置１０における薬剤供給部１７からの薬剤供給制御（電解反応制御）について説明する。

【0096】

この窒素除去装置１０では、上述したように、電解槽１１において酸化態窒素等の除去対象成分を含む被処理水２０に対する電解処理を行うに際して、電解槽１１と調整槽１３との間で被処理水２０を循環させる。このとき、被処理水２０の循環に伴って、循環経路上に設けられた測定部１５による被処理水２０のｐＨの測定と、窒素濃度測定部１６による被処理水２０中の酸化態窒素の窒素濃度の測定が行われる。窒素除去装置１０では、このときに測定された酸化態窒素の濃度の測定結果や、被処理水２０のｐＨの測定結果によるｐＨ調整剤の使用量の変化に基づいて、酸化態窒素の除去処理に要する薬剤（次亜塩素酸スカベンジャー）の供給を制御する。

【0097】

［窒素濃度の測定結果から薬剤の供給制御を行う場合］
具体的に、酸化態窒素の濃度の測定結果に基づいて薬剤の供給制御を行う場合には、先ず、窒素濃度測定部１６により、調整槽１３から取り込んだ被処理水２０に含まれる酸化態窒素の窒素濃度を測定する。

【0098】

次に、その測定結果は、窒素濃度測定部１６と接続された制御部１８に送信され、その制御部１８において、測定された窒素濃度に基づき、処理時間の経過に伴う窒素濃度の減少速度（分解速度）が算出される。続いて、この制御部１８では、算出した窒素濃度の減少速度（減少傾き）が所定の値（設定値）以下であるか否かを判断する。すなわち、酸化態窒素の分解速度が低下してきているか否かを判断する。

【0099】

制御部１８において、窒素濃度の減少速度が所定の設定値以下となり、且つ未だ十分に窒素除去処理が行われていない状態であると判断された場合には、酸化態窒素の濃度の減少速度が小さくなり、未だ目標濃度にまで十分な処理ができていないことから、スカベンジャー濃度の低下により、陰極１１ｂにおいて反応機構の変化があったものと判断する。すなわち、陰極１１ｂにおける反応機構が上記表１のフェーズＩＩの段階に推移したものと判断する。そして、この制御部１８では、その反応機構の変化があったとの判断に基づいて、薬剤供給部１７に対して薬剤（余剰次亜塩素酸スカベンジャー）の追加供給を命令する信号を送信し、余剰次亜塩素酸スカベンジャー供給部１７ｂからの調整槽１３に収容された被処理水２０に対する薬剤の追加供給を行う。

【0100】

［ｐＨの測定結果によるｐＨ調整剤の使用量の変化から薬剤の供給制御を行う場合］
次に、被処理水２０のｐＨ測定結果によるｐＨ調整剤の使用量の変化に基づいて薬剤の供給制御を行う場合には、先ず、測定部１５において電解槽１１から取り出した被処理水２０のｐＨが測定される。そして、そのｐＨの測定結果は、常時、制御部１８に送信され、その制御部１８においては、そのｐＨ測定結果に基づいて薬剤供給部１７を構成するｐＨ調整剤供給部１７ａからのｐＨ調整剤の供給（添加）を制御する。

【0101】

このとき、制御部１８では、処理時間の経過に伴う、被処理水２０のｐＨの測定結果によって変化するｐＨ調整剤供給部１７ａからのｐＨ調整剤の添加速度を算出する。

【0102】

次に、制御部１８では、算出した添加速度（ｐＨ調整剤の使用量の傾き）が所定の値（設定値）以上であるか否かを判断する。すなわち、ｐＨ調整剤の使用量が増加しているか否かを判断する。

【0103】

一方で、窒素除去装置１０では、窒素濃度測定部１６により、調整槽１３から取り込んだ被処理水２０に含まれる酸化態窒素の窒素濃度を測定し、その測定結果を制御部１８に常時送信する。制御部１８では、その窒素濃度の測定結果に基づいて、被処理水２０中の酸化態窒素の濃度が処理目標とする値以下となったか否か、すなわち、窒素濃度が処理目標値以下となっており十分に処理対象とする窒素成分を除去することができた状態であるか否かを判断する。

【0104】

制御部１８において、ｐＨ調整剤の添加速度が所定の設定値以上となり、且つ未だ十分に窒素除去処理が行われていない状態であると判断された場合には、ｐＨ調整剤の添加速度が大きくなり、未だ目標濃度にまで十分な処理ができていないことから、スカベンジャー濃度の低下により、陰極において反応機構の変化があったものと判断する。すなわち、陰極における反応機構が上記表１のフェーズＩＩの段階に推移したものと判断する。そして、この制御部１８では、その反応機構の変化があったとの判断に基づいて、薬剤供給部１７に対して薬剤（余剰次亜塩素酸スカベンジャー）の追加供給を命令する信号を送信し、余剰次亜塩素酸スカベンジャー供給部１７ｂからの調整槽１３に収容された被処理水２０に対する薬剤の追加供給を行う。

【0105】

以上のように、窒素除去装置１０では、測定された被処理水２０中の酸化態窒素の濃度の測定結果や、被処理水２０のｐＨの測定結果によるｐＨ調整剤の使用量の変化に基づいて、陰極における主たる反応機構を推定し、推定した反応機構に応じて酸化態窒素の除去処理に要する薬剤（次亜塩素酸スカベンジャー）の供給を制御するようにしている。このような窒素除去装置１０によれば、酸化態窒素の電解処理における陰極での主たる反応機構を的確に把握して効率的な反応制御を行うことができ、安定的に酸化態窒素等の窒素成分を除去することができる。

【実施例】

【0106】

≪４．実施例≫
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。なお、下記のいずれかの実施例に本発明の範囲が限定されるものではない。

【0107】

［実施例１］
実施例１では、図３に示す窒素除去装置（電解処理装置）１０を用いて酸化態窒素の電解反応による窒素除去処理を行った。なお、電解槽１１は、図４の構成と同様である。

【0108】

電解槽１１において、陽極１１ａとしては市販のソーダ電解用不溶性電極を用い、陰極１１ｂとしてはチタン板の表面に鉄−クロム系合金をアモルファス状態でコーティングした電極（アモルファス電極）を用いた。そして、この電解槽１１に濃度５０００ｍｇ／Ｌの硝酸態窒素を含有する被処理水を収容し、直流電源装置１２から陽極１１ａと陰極１１ｂの間に直流電流を流し、その酸化態窒素を含有する被処理水に対して５時間の電解処理を行った。なお、陽極１１ａ及び陰極１１ｂの通電部分の面積は、それぞれ０．０１ｍ^２とし、通電する電流量を１２Ａとして試験を実施した。

【0109】

ここで、電解槽１１内に収容した硝酸態窒素濃度５０００ｍｇ／Ｌの被処理水に対し、余剰次亜塩素酸スカベンジャーとして塩化アンモニウムを用い、添加後のアンモニア態窒素濃度として１００００ｍｇ／Ｌ添加した溶液６００ｍｌを、窒素除去装置１０内の調整槽１３に投入して余剰次亜塩素酸を分解しながら電解処理を行った。また、電解処理中においては、電解反応によって被処理水のｐＨが変動するため、その変動に対応するためにｐＨ調整用薬剤である苛性ソーダを調整槽１３に逐次添加して、被処理水のｐＨを所定の範囲に維持させるように調整した。

【0110】

また、電解処理中においては、調整槽１３から被処理水をポンプで取り込み、窒素濃度測定部１６にて被処理水中の窒素濃度を測定した。窒素濃度測定部１６における窒素濃度の測定方法としては、被処理水に対して活性炭処理を前処理として施し、中心波長２５４ｎｍの紫外線吸光光度法を用いて測定した。中心波長が２５４ｎｍの波長は、従来から最も一般的に使用されている波長であって、酸化態窒素の吸収があるがアンモニアの吸収はないという特徴があるが、アンモニアの分解生成物であるクロラミン類もこの波長の近くに吸収があり、前処理をしなければ干渉して窒素濃度を正確に測定することができない。そのため、実施例１では、前処理として活性炭処理を行い、クロラミン類のみ選択的に分解して、吸光光度計への干渉を防止して正確な窒素濃度を測定できるようにした。

【0111】

図６は、電解処理中の窒素濃度の変化を示したグラフである。図６のグラフ中の負の傾きが大きいほど、窒素濃度の減少速度が大きいことを示している。この実施例１では、グラフ中のＡ点以降で明らかに減少速度が小さくなっており、Ａ点以降は陰極での還元効率が低下していることが分かる。

【0112】

そこで、実施例１では、グラフ中のＢ点において、余剰次亜塩素酸スカベンジャーである塩化アンモニウムを追加添加した。すると、このスカベンジャーの追加添加によって、さらに窒素濃度が低下した。

【0113】

この結果から、被処理水中の窒素濃度の変化を測定し、窒素濃度の減少速度が低下してきた時点で、被処理水中の窒素濃度が処理目標に到達していない場合には、スカベンジャーを追加添加することによって、さらに酸化態窒素の濃度を低減することが可能であることが分かった。このように、窒素濃度の変化に基づいて陰極における反応機構を推定することによって、適切な薬剤添加の制御を行うことができ、極めて安定的に被処理水中の窒素成分を除去することができることが分かった。

【0114】

［比較例１］
比較例１では、実施例１と同様の試験を行い、窒素濃度変化を測定した。ただし、この比較例１では、窒素濃度の減少速度に基づいてスカベンジャーの追加投入は行わず、ＯＲＰを測定してＯＲＰが上昇した時点をもって電解処理を終了することとした。

【0115】

図７は、電解処理時間の経過に伴う被処理水中の窒素濃度の変化とＯＲＰの変化を示すグラフである。図７のグラフに示されるように、ＯＲＰが上昇しても、酸化態窒素が処理目標まで到達していないことが分かる。ＯＲＰの上昇は、アンモニアが枯渇したことを間接的に検出することができるに過ぎず、酸化態窒素濃度の還元効率が低下しているかどうかを検出することはできないことが分かった。このように、ＯＲＰで反応を制御する場合、アンモニアが枯渇するまでスカベンジャーの追加添加の判断ができないことになり、実施例１に比べてスカベンジャーの追加添加の判断が遅れてしまい、窒素濃度を処理目標値にまで処理するのに要する時間が余計にかかってしまうことが分かった。

【0116】

［実施例２］
実施例２では、実施例１と同様の試験を行い、窒素濃度変化を測定した。この実施例２では、処理の過程で、ｐＨ調整剤である苛性ソーダの添加速度を測定し、その添加速度の変化点でスカベンジャー追加添加の判断を行った。

【0117】

図８は、電解処理中の窒素濃度の変化と苛性ソーダの添加速度の変化を示すグラフである。図８のグラフに示されるように、被処理水中の窒素濃度の変化から判断して陰極での還元効率が低下するタイミング、すなわち窒素濃度の減少速度が小さくなるタイミング（図７のグラフ中のＡ点）と、苛性ソーダの添加速度が上昇するタイミングが一致していることが分かる。このことから、苛性ソーダの添加速度から還元効率が低下したことを推測できることが分かる。

【0118】

そこで、実施例２では、苛性ソーダの添加速度が上昇したことを確認した時点（図８のグラフ中のＢ点）で余剰次亜塩素酸スカベンジャーである塩化アンモニウムを追加添加した。すると、このスカベンジャーの追加添加によって、さらに窒素濃度が低下した。

【0119】

この結果から、被処理水中の添加する苛性ソーダの添加速度を測定し、その添加速度が上昇した時点で、被処理水中の窒素濃度が処理目標に到達していない場合には、スカベンジャーを追加添加することによって、さらに酸化態窒素の濃度を低減することが可能であることが分かった。このように、ｐＨ調整剤の添加速度に基づいて陰極における反応機構を推定することによって、適切な薬剤添加の制御を行うことができ、極めて安定的に被処理水中の窒素成分を除去することができることが分かった。

【符号の説明】

【0120】

１０ 窒素除去装置（電解処理装置）、１１ 電解槽、１１ａ 陽極、１１ｂ 陰極、１２ 直流電源、１３ 調整槽、１４ 循環機構、１４ａ，１４ｂ 循環配管、１５ 測定部、１６ 窒素濃度測定部、１７ 薬剤供給部、１７ａ ｐＨ調整剤供給部、１７ｂ 余剰次亜塩素酸スカベンジャー供給部、１８ 制御部、１９ａ，１９ｂ ポンプ、２０ 被処理水、３１ カラム、３２ 濃度測定部、３３ ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】