(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩化マグネシウムのゲル化物を有効成分とする脱リン剤。
【請求項２】
塩化マグネシウムのゲル化物を水中に分散してなる脱リン剤。
【請求項３】
軽焼マグネシウムと塩酸からなる溶液を、ゲル化させることを特徴とする脱リン剤の製造方法。
【請求項４】
軽焼マグネシウムと塩酸からなる溶液を、ゲル化させた後、該ゲル化物を水に分散させることを特徴とする脱リン剤の製造方法。
【請求項５】
リン含有排水に、塩化マグネシウムのゲル化物を添加し、液性をアルカリ領域として反応させることを特徴とする排水の脱リン方法。
【請求項６】
リン含有排水に、水中に塩化マグネシウムのゲル化物を分散した液を添加し、液性をアルカリ領域として反応させることを特徴とする排水の脱リン方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、各種産業や日常生活を通じて発生するリン化合物（以下リンと略称）を含有している廃水，排水，汚水，下水，下水処理水等の浄化のために用いられる脱リン剤とその製造方法、および前記の脱リン剤を用いて被処理水中のリン分を除去し浄化するための脱リン方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、河川、湖沼あるいは閉鎖性海域における富栄養化が問題となり、これらの水域環境の保全のために窒素・リンの排水規制が実施され、各種の産業で発生する窒素・リン含有化合物を含む廃液・廃水は適宜処理された後、法律に規定されている濃度以下の排水として放出することが義務づけられている。前述した水域へのリンの流入を防止するために、各種の対策が検討され、一部では既に実用化されている。
【０００３】
これまでに排水中のリンを低減するためには、以下のような方法が知られている。
▲１▼被処理水にアルミニウム，鉄，カルシウム，マグネシウム等の金属塩からなる凝集剤を添加し、リンと共に凝集沈殿させる化学的凝集沈殿法。
▲２▼好気性条件と嫌気性条件を組合せ、活性汚泥によりリンを除去する生物学的処理法。
▲３▼活性アルミナと接触させてリンを吸着除去する選択的イオン交換法。
▲４▼燐鉱石生成の原理を応用し、リンをカルシウムヒドロキシアパタイトとして晶析させる接触脱リン法。
これらの方法は、単独で利用されることもあるが、実際にはこれらを組み合わせて実施されることが多い。
【０００４】
前述の公知の脱リン方法のうちでは、化学的凝集沈殿法は古くから実用化されている方法の一つである。しかしながら、化学的凝集沈殿法には使用する凝集剤によらずに、以下のような問題が指摘されている。
▲１▼一般に大量の凝集剤を必要とし、処理コストが高いこと。
▲２▼使用する薬剤に比例して大量の汚泥が発生し、その汚泥の沈降性、濃縮性が極めて悪いこと。
▲３▼生成する汚泥の脱水性が低いこと。
このため、処理施設の建設には広い用地と高額の建設費用と共に、処理のための経費を要する等多くの問題を抱えていた。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、これまでと異なる新規な脱リン剤とその製造方法、および前記の脱リン剤を用いる脱リン方法を提供するものである。前述の脱リン剤は比較的廉価に製造可能で、取扱いも容易なものであることを意図した。
【０００６】
また、本発明によって生成する沈殿物は、凝集性、沈降性が良好で、濾過機等の分離装置によって簡単に分別可能なものとする。
【０００７】
さらには、本発明の脱リン方法は、本質的に従来の化学的凝集沈殿法と同様の方法で利用することが可能で、既設の設備が利用でき、特別な装置を用いずとも適用できるようなものとすることも目的の一つである。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、前記の課題を解決するために、種々検討を行ない、塩化マグネシウムのゲル化物を脱リン剤として用いるようにしたものである。
【０００９】
前記のゲル化物は、軽焼マグネシウムの懸濁液に塩酸を添加し、そのままあるいは加温した状態で攪拌した後、放置しておくことで溶液は徐々に流動性を消失しゲル化した状態となるので、これを使用する。このように軽焼マグネシウムと塩酸を混合し放置しておくことでゲル化物が形成されるが、軽焼マグネシウムの成分の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と塩化水素（ＨＣｌ）とが反応し、大部分が塩化マグネシウムとなり、これが高分子化してゲル化するものと考えられものの、ゲル化の機構の詳細については不明である。
【００１０】
【発明の構成】
本発明は、塩化マグネシウムのゲル化物を有効成分とする脱リン剤、および、前記のゲル化物を水中に分散してなる脱リン剤である。
【００１１】
また、軽焼マグネシウムと塩酸からなる溶液を、ゲル化させることを特徴とする脱リン剤の製造方法、および、前述のごとく軽焼マグネシウムと塩酸からなる溶液をゲル化させた後、該ゲル化物を水に分散させることを特徴とする脱リン剤の製造方法である。
【００１２】
さらには、リン含有排水に、塩化マグネシウムのゲル化物を添加し、液性をアルカリ領域として反応させる排水の脱リン方法、及び、前記の脱リン方法において、塩化マグネシウムのゲル化物を予め水中に分散した状態に調整して添加する方法である。
【００１３】
本発明の脱リン剤は、塩化マグネシウムのゲル化物が使用され、被処理水中に存在するリンを吸着するかリンと反応して、液中のリン量を低減させることができる。尚、溶液が部分的にゲル化したもの、全体がゲル化した状態のもののいずれの場合にも、脱リン剤として有効に作用し、ゲル化が進行したものを直接分散利用する場合には排水量を増加させることがないので、これらはその得失と利用状況に応じて適宜選択すればよい。しかしながら、脱リンの効果としては、一部がゲル化したものよりも、全体がゲル化したものの方が良好なため、できるだけゲル化が進行したものを使用することが望ましい。
【００１４】
本発明で用いる塩化マグネシウムのゲル化物を製造するために必要な原材料は、軽焼マグネシウムと塩酸である。
原料として用いる軽焼マグネシウムは、中国に多く産する基本的な成分がＭｇＣＯ３の菱苦土鉱（Ｍａｇｎｅｓｉｔｅ，マグネサイト）をキルン等で焼成して得られ、粉末として市販されているものである。成分的には、若干の不純物を含むものの、ほとんどが酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であり、通常の工業用材料や試薬等の酸化マグネシウムに比べ、軽焼マグネシウムは安価である。軽焼マグネシウムは粉末のまま用いることができ、反応を早めるためにできるだけ細かいものを使用することがよく、平均粒径で約５０μｍ以下のものの使用が望ましい。
【００１５】
また、塩酸については、できるだけ不純物が少ないものが好ましいことは当然であるが、特に制限されるものではなく、通常の工業用レベルのものを用いることができる。
【００１６】
次に、塩化マグネシウムのゲル化物の製造方法について説明する。
軽焼マグネシウムを構成しているＭｇＯの溶解度が低いため、水中に軽焼マグネシウムの粉末を投入すると懸濁状態となるので、この軽焼マグネシウムの懸濁液に塩酸を添加して、塩化マグネシウムを生成させるようにする。
【００１７】
この際に両者の割合としてはＭｇ：Ｃｌのモル比で１：１〜１：２、より好ましくは１：１．５〜１：１．７の範囲としておくと、ゲル化が起り易くなる。また、生成する塩化マグネシウムの濃度が低い場合には、ゲル化が進行しないため、塩化マグネシウム濃度として１０〜３０重量％とすることが望ましい。
【００１８】
ゲル化物の製造の際のＭｇ：Ｃｌのモル比が、ＭｇＣｌ２の場合の１：２よりも低いので、未反応の軽焼マグネシウムが残っている可能性があるが、実際に脱リン反応を実施する際には、アルカリ性化合物を添加して液性がアルカリの領域で反応させることから、前述の未反応の軽焼マグネシウムが残存していても支障はない。
【００１９】
軽焼マグネシウムと塩酸を混合し、室温付近で１０数時間放置しておくことでゲル化する。この際に軽焼マグネシウムの割合が少ないとゲル化が一部に留まったり、全体がゲル化するまでに時間がかかることになるので、両者の混合割合を前述のようにすることが望ましい。また、軽焼マグネシウムと塩酸の混合時に加温し、溶液を保温しておくようにすることにより、ゲル化の反応が促進され２時間程度の短時間でゲル化するようになる。この際の温度は、８０℃程度以下で充分である。
【００２０】
前述のようにして得られる塩化マグネシウムのゲル化物は、用いた軽焼マグネシウムの量が多く濃度の高い場合には、ゲル化が進行して寒天状になるため、脱リンを行なう場所へそのままの状態で移送し、その場で細かくしてからリン含有排水へ分散させて添加してもよい。一旦液中へ移しその中で強攪拌を行ない水中に分散させた状態で使用してもよい。いずれの形態であっても脱リン剤として有効に作用し、脱リン反応が進行する。
【００２１】
また、本発明の脱リン方法では、リンを含む排水へ塩化マグネシウムのゲル化物を添加して、アルカリ性化合物を添加しアルカリ性領域で反応させると、得られる沈殿が沈降性の良好なものとなり、静置しておくだけで容器底に沈降するほどとなる。前記のアルカリ性領域としてはｐＨ８〜１０の範囲とすることが望ましい。その結果、沈殿の分離性も良好で、濾過機等の分離装置によって簡単に分別可能となり、含水率も低くすることができる。尚、添加するアルカリ性化合物によっては、添加直後のｐＨが溶解性等の関係から、前記の範囲より低いことがあっても、反応の終了時に前記のｐＨ領域となっていれば脱リンの効果は認められる。
【００２２】
脱リン反応の際に液性をアルカリ領域とするために使用するアルカリ性化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、軽焼マグネシウム等が例示でき、基本的には液性をアルカリ領域とすることができればよいので、公知のアルカリ性化合物の使用が可能である。これらの中では、原料としている都合から、軽焼マグネシウムあるいはマグネシウム化合物の利用が望ましい。
【００２３】
排水中に含有されているリン量については、原則的に制限されるものではなく、リンとして数千ｐｐｍの高濃度のものから数十ｐｐｍ程度の比較的濃度の低いものに対しても適応可能である。被処理水中のリン量に対し、Ｍｇ／Ｐのモル比で１．５以上になるように脱リン剤を添加し、１時間以上好ましくは２時間以上反応させればよい。この際に、溶液を加温したり、脱リン剤の添加量を多くするようにすれば反応時間を短縮することができる。
【００２４】
【実施例】
実施例１
軽焼マグネシウムの粉末（ＭｇＯ  ９１ｗｔ％，平均粒径４０μｍ）と３６ｗｔ％塩酸を用いて、以下のＡ，Ｂの条件で塩化マグネシウムのゲル化物を製造した。
Ａ；容器に水と軽焼マグネシウムと塩酸を、Ｍｇ：Ｃｌのモル比で１：２の割合で、生成する塩化マグネシウム濃度が２０ｗｔ％になるように添加し、５０℃にて２時間攪拌したところ液の一部がゲル化した。
Ｂ；容器に水と軽焼マグネシウムと塩酸を、Ｍｇ：Ｃｌのモル比で１：１．６の割合で、生成する塩化マグネシウム濃度が１７ｗｔ％になるように添加し、室温で３０分間攪拌した後１６時間放置したところ容器内の液全体がゲル化した。
【００２５】
液中燃焼法によりリン含有有機化合物を含む廃液を噴霧焙焼し、その際に発生した排ガスを通過させた排水のＰ濃度は９９０ｍｇ／リットルで、液の温度は８０〜９０℃であった。前記の排水を対象に表に記載した条件で脱リンの試験を行ない、その結果も併せて表に示した。脱リン試験の際に、一部で液温８０℃と室温２０℃で行なった。尚、脱リン剤の添加量は、脱リン剤のＭｇおよびＣａと排水中のＰとのモル比で表した。
【００２６】
【表】
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【００２７】
試験後の沈殿は、沈降性が良くしばらく静置しておくだけで、容器の底部に沈殿し、普通の濾紙で簡単に濾過され、沈殿物は濾紙から容易に剥離した。
尚、リンの分析は、モリブデン青（アスコルビン酸還元）吸光光度法によって行なった。
【００２８】
実施例２
実施例１で用いたと同じ軽焼マグネシウムの粉末と塩酸により、以下のＣの条件で塩化マグネシウムのゲル化物を製造した。
Ｃ；容器に水と軽焼マグネシウムと塩酸を、Ｍｇ：Ｃｌのモル比で１：１．６の割合で、生成する塩化マグネシウム濃度が１７ｗｔ％となるように添加し、６０℃にて２時間攪拌したところ液全体がゲル化した。リン酸イオン（ＰＯ４３−）をＰ濃度として２０ｍｇ／リットルとなるように含有させたリン含有排水を調整した。このリン含有排水について、表に記載した条件で脱リン試験を行ない、その結果を表に示した。
【００２９】
比較例１および２
実施例１で用いたと同じＰ濃度９９０ｍｇ／リットルの排水を対象に、脱リン剤として軽焼マグネシウムの粉末、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）を各々別々に添加して脱リン試験を行なった。条件と結果は表に示した。
【００３０】
その後に液中に残ったフロックは、軽焼マグネシウムのみでは、沈降性が悪く静置しておくだけではなかなか分離しなかった。また、沈殿の濾過性も不良であり、吸引濾過が必要であった。塩化カルシウムの場合には、沈殿が細かく、濾過も困難であった。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の脱リン剤は、比較的廉価な原料を用いて製造されるため、経済性に優れているうえに、毒性がなく寒天状もしくは液状であるので、取扱いも容易である。
本発明の脱リン方法によって生成する沈殿物は、凝集性が高く沈降性が良いため、濾過機等の分離装置によって簡単に分別可能であり、従来のアルミニウム，鉄系の凝集剤を用いた場合よりも含水率を低くすることができる。
【００３２】
さらには、従来の化学的凝集沈殿法と同様の方法で本発明の脱リン方法が利用できるために、特別な装置を用いずとも簡単に適用可能である。