(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塔下部にリン含有水の導入口、塔上部に処理水の取出口を有すると共に、小径部と、該小径部の上側の拡径部と、該拡径部の上側の大径部とを有する反応塔と、該反応塔外からリン酸アンモニウムマグネシウムの微細粒子を該反応塔内に添加する手段と、該反応塔の拡径部からリン酸アンモニウムマグネシウム粒子を抜き出して該反応塔の塔下部に循環する配管と、該反応塔の処理水の取出口から取り出した処理水の一部を該反応塔の塔下部に循環させる配管とを備えてなる脱リン装置であって、
前記リン酸アンモニウムマグネシウムの微粒子が、ＭＡＰ微粒子生成槽に原水であるリン含有水、マグネシウム塩及びアルカリ剤の必要量を添加して、ｐＨ８〜１０の条件下、５〜６０分ゆっくり撹拌することにより製造した、粒径５０μｍ〜１ｍｍのリン酸アンモニウムマグネシウムの微粒子であることを特徴とする脱リン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水、し尿、排水の汚泥脱水濾液、汚泥消化脱離液等のリン含有水中のリンを効率的に除去し、ＭＡＰ（リン酸アンモニウムマグネシウム）粒子として回収する脱リン装置に係り、特に、均一なＭＡＰ粒子を安定に得ることができる脱リン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水、し尿、排水の嫌気、好気処理工程で得られる汚泥脱水濾液や汚泥消化脱離液等のリン含有水のリンを除去する脱リン装置として、従来、反応塔内にリン含有水を上向流で通水し、マグネシウムイオンを添加して、リン含有水中のリン及びアンモニアとマグネシウムイオンからＭＡＰを生成させ、塔上部から処理水を取り出すと共に、塔下部からＭＡＰ粒子を回収する脱リン装置がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の脱リン装置では、ＭＡＰを効率的に生成させることができるが、生成するＭＡＰ粒子の粒径が０．５〜５ｍｍ程度とバラツキが大きく、均一な粒径のＭＡＰ粒子を得ることができないという欠点がある。また、このようにＭＡＰ粒子の粒径のバラツキが大きいことにより、被処理水のリン濃度が変動したり、ＭＡＰ粒子の引き抜き量制御が不十分であったりすると、ＭＡＰの微細粒子が処理水中に流出したり、ＭＡＰ粒子の粗大化でＭＡＰ粒子の流動が損われ、リンの除去率が低下したりする場合があった。
【０００４】
本発明は上記従来の問題点を解決し、ＭＡＰ粒子の粒径の制御が容易で、所望の均一粒径のＭＡＰ粒子を安定に得ることができる脱リン装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の脱リン装置は、塔下部にリン含有水の導入口、塔上部に処理水の取出口を有すると共に、小径部と、該小径部の上側の拡径部と、該拡径部の上側の大径部とを有する反応塔と、該反応塔外からリン酸アンモニウムマグネシウムの微細粒子を該反応塔内に添加する手段と、該反応塔の拡径部からリン酸アンモニウムマグネシウム粒子を抜き出して該反応塔の塔下部に循環する配管と、該反応塔の処理水の取出口から取り出した処理水の一部を該反応塔の塔下部に循環させる配管とを備えてなる脱リン装置であって、前記リン酸アンモニウムマグネシウムの微粒子が、ＭＡＰ微粒子生成槽に原水であるリン含有水、マグネシウム塩及びアルカリ剤の必要量を添加して、ｐＨ８〜１０の条件下、５〜６０分ゆっくり撹拌することにより製造した、粒径５０μｍ〜１ｍｍのリン酸アンモニウムマグネシウムの微粒子であることを特徴とする。
【０００６】
本発明者らは、従来の脱リン装置で得られるＭＡＰ粒子の粒径に大きな幅がある理由について検討した結果、次のような知見を得た。
【０００７】
即ち、ＭＡＰの生成反応は、リンとアンモニアとマグネシウムイオンとの反応によるＭＡＰの生成、不溶化と、不溶化したＭＡＰ同士の会合等によるＭＡＰ粒子の成長の繰り返しによるものであるが、単に被処理水を反応塔に上向流通水し、生成したＭＡＰ粒子を塔下部から引き抜くだけでは、ＭＡＰ粒子の粒径の制御はできない。
【０００８】
即ち、成長したＭＡＰ粒子を塔下部から引き抜いても、これを完全に引き抜くことは困難であり、塔内に残留したＭＡＰ粒子が徐々に大きくなり、遂には粒径１ｃｍ以上の粗大粒子となる。このため、粒径にバラツキが生じる。また、この粗大粒子によりＭＡＰ粒子の流動が損なわれ、リン除去率が低下する。
【０００９】
本発明では、反応塔外から別途ＭＡＰ微粒子生成槽で製造したＭＡＰ微粒子を種晶として反応塔内に添加することにより、ＭＡＰ粒子の粒径を制御する。即ち、ＭＡＰ微粒子を多量に添加すれば小粒径のＭＡＰ粒子を得ることができ、少量添加すれば大粒径のＭＡＰ粒子を得ることができる。
【００１１】
本発明では、別途、ＭＡＰ微粒子生成槽を設け、この槽で、リン含有水にマグネシウムイオンを添加して所定のｐＨ条件下、所定時間撹拌して、著しく均一な粒径のＭＡＰ微粒子を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の脱リン装置の実施の形態を示す系統図である。
【００１４】
図中、１は頂部が開放した反応塔であり、下部にリン含有水（原水）の導入配管２が、上部に処理水の取出配管３が設けられている。この反応塔１は小径部１Ａ、拡径部１Ｂ及び大径部１Ｃで構成され、小径部１ＡはＭＡＰの造粒反応部、大径部１Ｃは沈殿部、拡径部１Ｂは移行部とされている。小径部１Ａの下部にはＭｇＣｌ2 等のマグネシウム塩溶液（マグネシウム塩を含有するものであれば良く、海水であっても良い。）の供給管４及びＮａＯＨ等のアルカリ剤の供給管５が設けられている。
【００１５】
取出配管３で取り出された処理水は処理水槽６に貯留され、一部は配管７より反応塔１下部に循環され、残部は配管８より系外へ排出される。
【００１６】
拡径部１Ｂには、ＭＡＰ粒子を抜き出して反応塔１下部に循環する配管１０が設けられている。１１は溢流堰、１２はＭＡＰ粒子の排出管、１３はｐＨ計である。
【００１７】
２０はＭＡＰ微粒子生成槽であり、原水の導入配管２１、ＭｇＣｌ2 等のマグネシウム塩供給管２２、ＮａＯＨ等のアルカリ剤供給管２３、撹拌機２４、ｐＨ計２５を備える。このＭＡＰ微粒子生成槽２０で生成したＭＡＰ微粒子は、配管２６より、反応塔１の上部から反応塔１に供給される。
【００１８】
なお、Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 はポンプ、Ｖはバルブであり、ＭはＭＡＰ粒子の流動層の界面を示す。
【００１９】
反応塔１では、ＭＡＰが析出するｐＨ条件、即ちｐＨ７．７〜９．０、好ましくはｐＨ８．１となるように、供給管５よりＮａＯＨ等のアルカリ剤が注入される。また、ＭＡＰの析出にマグネシウムが不足する場合には、供給管４よりＭｇＣｌ2 等のマグネシウム塩溶液を注入する。
【００２０】
小径部１Ａ、即ちＭＡＰ造粒反応部では、既に析出しているＭＡＰ粒子を種晶としてＭＡＰが造粒される。即ち、被処理水の流入とＭＡＰ粒子の循環によりＭＡＰ粒子が流動状態となり、このＭＡＰ粒子の表面に新たなＭＡＰが析出して、大粒のＭＡＰ粒子が造粒される。
【００２１】
このＭＡＰの析出において、原水のリン濃度が高いと、種晶の不存在下でＭＡＰの微小結晶が自己析出し、大粒のＭＡＰ粒子が得られないという不具合があるが、この脱リン装置では、反応塔１の処理水を処理水槽６より配管７及びポンプＰ2 により抜き出して循環することにより、反応塔１内のＭＡＰ造粒反応部のリン濃度を低下させることができる。これにより反応塔１内のＭＡＰの過飽和度が低下し、ＭＡＰは微小結晶として自己析出することなく、種晶のＭＡＰ粒子の表面でのみ析出してＭＡＰ粒子の大粒子化を促進する。この処理水の循環は、反応塔１内のＭＡＰ造粒反応部のリン濃度をリン酸塩濃度１００ｍｇ／Ｌ以下、特に４０〜８０ｍｇ／Ｌとなるように行うのが好ましい。
【００２２】
ＭＡＰの析出により、リン濃度が低下した液は反応塔１内を上昇して取出配管３より排出される。この際、ＭＡＰ粒子は大粒子化しているため、多量の汚泥固形物を含む原水を処理する場合においても、ＭＡＰ粒子が固形物と共に排出されることなく、良好に沈殿分離される。即ち、ＭＡＰ粒子は、汚泥固形物よりも十分に大きい比重、粒度であるため、良好な分離性にて沈殿分離し、汚泥固形物のみが処理水中に含有されて溢流堰１１を越流して排出される。
【００２３】
以上の処理は連続処理にて行われる。
【００２４】
小径部１Ａの反応造粒部で粒大化したＭＡＰ粒子は、反応塔１下部の排出管１２より間欠的に取り出される。
【００２５】
本発明では、このような脱リン処理に当り、ＭＡＰ微粒子生成槽２０で生成させたＭＡＰ微粒子を添加するため、このＭＡＰ微粒子の添加量を制御することにより、容易に所望の均一粒子のＭＡＰ粒子を回収することができる。特に、図１の脱リン装置では、ＭＡＰ粒子の循環を行うことで、より一層粒径の均一化を図ることができる。
【００２６】
このＭＡＰ微粒子の添加は間欠的に行っても、連続的に行っても良く、また、反応塔１からのＭＡＰ粒子の抜き出し毎に行っても良い。
【００２７】
また、ＭＡＰ粒子の循環量は、原水流量に対して１／１０〜１倍程度で行うのが好ましい。
【００２８】
なお、本発明において、反応塔に添加するＭＡＰ微粒子は、ＭＡＰ微粒子生成槽２０に原水であるリン含有水、ＭｇＣｌ２等のマグネシウム塩及びＮａＯＨ等のアルカリ剤の必要量を添加して、ｐＨ８〜１０の条件下、５〜６０分ゆっくり撹拌することにより製造した、粒径５０μｍ〜１ｍｍのＭＡＰ微粒子である。
【００２９】
また、ＭＡＰ微粒子の添加量は前述の如く、所望とするＭＡＰ粒子の粒径により異なるが、一般的には、粒径５ｍｍ程度のＭＡＰ粒子を得る場合には引き抜いたＭＡＰ量の０．０１〜１重量％程度とし、粒径１ｍｍ程度のＭＡＰ粒子を得る場合には引き抜いたＭＡＰ量の０．０５〜５重量％程度とするのが好ましい。
【００３０】
なお、本発明においてＭＡＰ微粒子の添加箇所には特に制限はなく、図１に示す如く、反応塔１の上部から添加しても良く、また、ＭｇＣｌ又はＮａＯＨの供給管を利用して添加しても良い。更に、別途ＭＡＰ微粒子の供給管を増設しても良いが、既存の設備をそのまま利用できる点から、反応塔上部から添加するか、ＮａＯＨ，ＭｇＣｌ2 の供給管を利用するのが好ましい。
【００３１】
また、反応塔の型式には、制限はなく、プラグフローでも流動床でも良い。
【００３２】
なお、図示の例では、Ｍｇ塩及びアルカリ剤のみを添加しているが、ＭＡＰの生成にアンモニアが不足する場合には、反応塔、ＭＡＰ微粒子生成槽に更にアンモニアを添加する必要がある。
【００３３】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３４】
実施例１
図１に示す脱リン装置により、ＰＯ4 −Ｐ：３０ｍｇ／Ｌ，ＮＨ4 −Ｎ：５４ｍｇ／Ｌの合成排水を後述の運転条件で処理した。
【００３５】
なお、ＭＡＰ微粒子生成槽では、この合成排水流量１０ｍＬ／分（＝０．６Ｌ／時），滞留時間（ＨＲＴ）５０分，槽内ｐＨ８．８，ＭｇＣｌ2 添加量０．４ｍｇ−Ｍｇ／分で撹拌下ＭＡＰ微粒子の生成を行い、粒径０．１〜０．５ｍｍのＭＡＰ微粒子を生成させ、このＭＡＰ微粒子０．５ｍＬを１日に１回反応塔に添加した。
【００３６】
また、反応塔の大きさは次の通りである。
【００３７】
反応塔寸法
小径部１Ａの直径：３ｃｍ
小径部１Ａの高さ：１．７ｃｍ
大径部１Ｃの直径：４ｃｍ
大径部１Ｃと拡径部１Ｂの合計の高さ：０．３ｍ
塔容量：１．５８Ｌ
0003726429.tif 000002
【００３８】
その結果、図２（ａ）に示す如く、得られたＭＡＰ粒子の平均粒径は、０．７〜０．９ｍｍの範囲に安定していた。また、処理水のＰＯ4 −Ｐ濃度も図２（ｂ）に示す如く８〜１０ｍｇ／Ｌで安定していた。
【００３９】
比較例１
実施例１において、反応塔のＭＡＰの循環を行わず、また、ＭＡＰ微粒子生成槽のＭＡＰ微粒子の添加を行わなかったこと以外は同様にして処理を行ったところ、図３（ａ），（ｂ）に示す如く、初期のリン除去は良好に行われるが、ＭＡＰ粒子の粒径が徐々に大きくなり、平均粒径が２ｍｍ程度にまで大粒子化した時点で処理水のＰＯ4 −Ｐ濃度は９ｍｇ／Ｌから１６ｍｇ／Ｌにまで悪化した。これは、ＭＡＰ粒子の粗大化によりＭＡＰ生成反応が起こる粒子の比表面積が小さくなると共に、ＭＡＰ粒子の流動が阻害されたために、ＭＡＰ生成反応速度が低下したことによると推定される。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の脱リン装置によれば、リン含有水からＭＡＰ粒子を生成させて脱リン処理するに当り、所望の均一粒径のＭＡＰ粒子を安定に得ることができる。このように、ＭＡＰ粒子の粒径が安定することから、ＭＡＰ微粒子の流出又はＭＡＰ粒子の粗大化による反応阻害が防止され、効率的な脱リン処理を行うことができ、長期に亘り、低リン濃度の処理水を安定に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脱リン装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】実施例１の結果を示すグラフであり、図２（ａ）は得られたＭＡＰ粒子の平均粒径の経時変化を示し、図２（ｂ）は処理水のＰＯ4 −Ｐ濃度の経時変化を示す。
【図３】比較例１の結果を示すグラフであり、図３（ａ）は得られたＭＡＰ粒子の平均粒径の経時変化を示し、図３（ｂ）は処理水のＰＯ4 −Ｐ濃度の経時変化を示す。
【符号の説明】
１  反応塔
７  処理水槽
２０  ＭＡＰ微粒子生成槽
【図１】
0003726429.tif 000003
【図２】
0003726429.tif 000004
【図３】
0003726429.tif 000005