(57)【要約】【課題】  リン酸イオン、アンモニウムイオン、マグネシウムイオン及びカルシウムイオンを含む廃水を曝気するだけで廃水中のリン酸イオンを効率よく除去することができ、さらに、リン酸イオンを緩効性化成肥料として利用可能なリン酸塩結晶の固体粒子として回収できる脱リン方法を提供する。【解決手段】  リン酸イオン、アンモニウムイオン、マグネシウムイオン及びカルシウムイオンを含む廃水を、所定の構造を有する脱リン装置に供給し、曝気を行って脱炭酸することによりｐＨを上昇させ、廃水中のリン酸イオンをリン酸塩結晶として不溶化させ、固体粒子として回収することを特徴とするリン除去方法。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸イオン、アンモニウムイオン、マグネシウムイオン及びカルシウムイオンを含む廃水を、以下の（ａ）〜（ｃ）を満たす脱リン装置に供給し、曝気を行って脱炭酸することによりｐＨを上昇させ、廃水中のリン酸イオンをリン酸塩結晶として不溶化させ、固体粒子として回収することを特徴とするリン除去方法。
（ａ）リン酸塩結晶を生成するための脱リン塔、この脱リン塔内部に廃水を注入するための廃水注入管、曝気用気体吹き込み管、リン酸塩結晶の固体粒子を引き抜くための固体粒子払い出し管及び処理水流出管を備えている。
（ｂ）該脱リン塔は脱リン塔直胴部と、その下部に位置する脱リン塔円錐部と、脱リン塔直胴部の上部に位置する、脱リン塔直胴部より広径の脱リン塔沈殿部とから構成される。
（ｃ）該脱リン塔沈殿部内には、該脱リン塔沈殿部の傾斜部分と脱リン塔直胴部との交点でスリットを形成するように、円筒体が設けられており、さらに、脱リン塔内部に第二の円筒体を、その上端が該スリットの位置より高くなり、かつその下端が脱リン塔直胴部と脱リン塔円錐部の継ぎ目の位置より低くなるように立設している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水からリンを除去する方法に関するものであり、さらに詳細には高濃度のリン酸イオン、アンモニウムイオン、マグネシウムイオン及びカルシウムイオンを含む廃水に好適なリン除去方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、閉鎖性水域で富栄養化の一因子であるリン酸イオンの排出が問題になって久しい。特に畜舎より排出される廃水には、高濃度のリン酸イオン、アンモニウムイオン、マグネシウムイオン及びカルシウムイオンが含まれており、このような廃水をそのまま従来の生物学的廃水処理装置に導入した場合、生物学的に除去されるリン量の限界より、高濃度のリン酸イオンが排出されることになり、水域の富栄養化の原因となる。
【０００３】
そのような高濃度のリン酸イオン、アンモニウムイオン、マグネシウムイオン及びカルシウムイオンを含有する畜舎廃水のリン除去方法として、嫌気性処理装置あるいは好気性処理装置の前段で曝気することにより、廃水中に溶け込んでいた炭酸を追い出し、ｐＨを上昇させることにより、薬剤を一切添加せずに廃水中のリン酸イオンを不溶化させて除去する方法及び装置（例えば、特許文献１参照）が知られている。しかしながら、ここに記載されている畜舎汚水の前処理装置としては、畜産汚水の供給口とリン除去水の排出手段と畜舎汚水中の溶解性リンを不溶化させるために底部〜中部付近に設けられた空気噴出手段と不溶化によって生成したリン含有粒子の取出口を備えているものなら何でもよく、１槽型、２槽型が例示されているのみである。また、この方法ではｐＨを上昇させ、十分な不溶化反応を進行させるために２時間以上の時間を必要とし、さらに、生成したリン不溶化物はスラリー状となると考えられるため、廃水中に多量に含まれている汚泥との分離が十分にできないという問題があった。
【０００４】
一方、従来からリンの除去技術として、アルミニウム塩や鉄塩等の金属塩とリンを反応させる凝集分離法、リン鉱石や骨炭等の種晶にヒドロキシアパタイトの形でリンを析出させる晶析法（接触脱リン法）、アンモニア性窒素の存在下でリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）の形で析出させる造粒脱リン法（ＭＡＰ法）（例えば、特許文献２、３参照）、微生物のリン過剰摂取作用を利用した生物学的脱リン法、活性アルミナ等のリン吸着剤に吸着除去する方法などがある。
【０００５】
しかしながら、これらのリン除去技術は何れも多量の薬剤を必要とし、さらに凝集分離法においては多量の凝集汚泥が発生することになるという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−１７９２６７号公報
【特許文献２】特許第３５３７４９５号公報
【特許文献３】特開平８−２４８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、高濃度のリン酸イオン、アンモニウムイオン、マグネシウムイオン及びカルシウムイオンを含有する廃水から薬剤を添加することなく、効率よく短時間でリン酸イオンを不溶化、除去し、さらに得られたものが肥効を持続する緩効性の化成肥料として有効利用できるリン除去方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、このような課題を解決するために鋭意検討の結果、特定の構造を有する脱リン装置を用いることにより、廃水中に含まれるリン酸イオンを短時間で効率よく除去でき、汚泥混入の少ないリン酸塩結晶の固体粒子として、回収できるという事実を見出し、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち、本発明は、リン酸イオン、アンモニウムイオン、マグネシウムイオン及びカルシウムイオンを含む廃水を、以下の（ａ）〜（ｃ）を満たす脱リン装置に供給し、曝気を行って脱炭酸することによりｐＨを上昇させ、廃水中のリン酸イオンをリン酸塩結晶として不溶化させ、固体粒子として回収することを特徴とするリン除去方法を要旨とするものである。
【０００９】
（ａ）リン酸塩結晶を生成するための脱リン塔、この脱リン塔内部に廃水を注入するための廃水注入管、曝気用気体吹き込み管、リン酸塩結晶の固体粒子を引き抜くための固体粒子払い出し管及び処理水流出管を備えている。
【００１０】
（ｂ）該脱リン塔は脱リン塔直胴部と、その下部に位置する脱リン塔円錐部と、脱リン塔直胴部の上部に位置する、脱リン塔直胴部より広径の脱リン塔沈殿部とから構成される。
【００１１】
（ｃ）該脱リン塔沈殿部内には、該脱リン塔沈殿部の傾斜部分と脱リン塔直胴部との交点でスリットを形成するように、円筒体が設けられており、さらに、脱リン塔内部に第二の円筒体を、その上端が該スリットの位置より高くなり、かつその下端が脱リン塔直胴部と脱リン塔円錐部の継ぎ目の位置より低くなるように立設している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、薬剤を添加することなく、高濃度のリン酸イオン、アンモニウムイオン、マグネシウムイオン及びカルシウムイオンを含有する廃水からリン酸イオンを短時間で効率よく除去することができ、さらに除去されたリン酸イオンはリン酸塩結晶の固体粒子として回収することができる。回収されたリン酸塩結晶の固体粒子は、高品質の緩効性化成肥料として有効利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明において対象となる廃水は、リン酸イオン、アンモニウムイオン、マグネシウムイオン及びカルシウムイオンを含有するものであり、特に高濃度のリン酸イオンが含まれるものが好適である。また、カリウムイオンをさらに含有するものであっても本発明の対象とする廃水に含まれる。このような廃水の代表例としては、畜舎より排出される廃水、いわゆる畜舎汚水が挙げられる。畜舎汚水とは、豚、牛、鶏、羊等の家畜を飼育する事業所にて、家畜を飼育する上で発生する汚水を意味し、具体的には家畜の糞尿混合物、糞尿混合物をストレーナーなどの固液分離装置にて分離した分離液、畜舎などの洗浄水、及びそれらの混合物を意味する。
【００１４】
次に、本発明で用いられる脱リン装置について説明する。図１にその一例の概略図を示した。脱リン装置は、リン酸塩結晶を生成するための脱リン塔、この脱リン塔内部に廃水を注入するための廃水注入管７、曝気用気体吹き込み管８、リン酸塩結晶の固体粒子を引き抜くための固体粒子払い出し管９及び処理水流出管１０を備えているものである。曝気用気体吹き込み管８は、脱リン塔の底部の最下部に設けるのが好ましい。また、処理水流出管１０は、通常脱リン塔沈殿部３上部の外側に設置された流出トラフ１１を介して脱リン塔と接続される。
【００１５】
脱リン塔は、脱リン塔直胴部１とその下部の脱リン塔円錐部２及び脱リン塔沈殿部３とから構成され、脱リン塔直胴部１の上部には、円筒体４が設けられている。また、脱リン塔沈殿部３の傾斜部分と脱リン塔直胴部１との交点と円筒体４との間には、廃水とリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子が流通可能なスリット５が形成されている。
【００１６】
脱リン塔沈殿部３の傾斜部分及び脱リン塔円錐部２の傾斜角としては、特に限定されるものではないが、固体粒子のスムーズな滑りを考慮すると、傾斜角４５度以上が好ましく、さらに好ましくは６０度以上が好ましい。
【００１７】
上記の脱リン塔の内部には第二の円筒体６が立設されている。第二の円筒体６を立設する位置として、第二の円筒体６の上端を、スリット５上端より上部の位置に設置する必要がある。スリット５上端より下部に第二の円筒体６を設置した場合には、第二の円筒体６を上昇してきた曝気用気体がスリット５より流出し、脱リン塔沈殿部３における固体粒子の重力沈降を阻害する。また、第二の円筒体６の下端の位置については、脱リン塔直胴部１とその下部に位置する円錐部２の継ぎ目より下部に位置する必要がある。第二の円筒体６の下端から脱リン塔直胴部１とその下部に位置する円錐部２の継ぎ目までの距離と、脱リン塔直胴部１とその下部に位置する円錐部２の継ぎ目から円錐部２の最下部までの距離の比率（第二の円筒体下端から円錐部継ぎ目までの距離／円錐部継ぎ目から円錐部最下部までの距離）は、通常は０〜０．４の範囲となるように第二の円筒体６の下端の位置を設置することが好ましく、さらに０．０５〜０．３の範囲が好ましく、０．０７〜０．２５の範囲が最も好ましい。
【００１８】
また、第二の円筒体６の直径と脱リン塔直胴部１の直径の比率（第二の円筒体直径／直胴部直径）としては、通常は０．２〜０．８の範囲となるように設計することが好ましく、さらに０．３〜０．７の範囲が好ましく、０．４〜０．６の範囲が最も好ましい。
【００１９】
脱リン塔高さ（直胴部１の高さ＋沈殿部３の高さ）と脱リン塔直胴部１の直径との比率（脱リン塔高さ／脱リン塔直胴部直径）としては、通常は２〜７の範囲となるように設計することが好ましく、さらに２．５〜６の範囲が好ましく、３〜５の範囲が最も好ましい。
【００２０】
本発明においては、リン酸イオン、アンモニウムイオン、マグネシウムイオン及びカルシウムイオンを含む廃水を、廃水注入管７によって第二の円筒体６の内部に供給する。廃水供給量としては、脱リン塔反応部容積（直胴部１により形成される部分の容積＋円筒体４により形成される部分の容積）での水滞留時間を通常は５〜９０分の範囲に設定するのが好ましく、さらに１０〜６０分の範囲が好ましく、１５〜４０分の範囲が最も好ましい。
【００２１】
脱リン塔沈殿部３の内側と円筒体４の外側で形成される固体粒子の重力沈降部分の水面積負荷は廃水注入量に対して通常は５〜６０ｍ３／ｍ２／日の範囲、好ましくは６〜５０ｍ３／ｍ２／日の範囲、さらに好ましくは８〜４０ｍ３／ｍ２／日の範囲とする。
【００２２】
同上重力沈降部分の廃水注入量に対する水滞留時間は特に限定されるものではないが通常は５〜１２０分の範囲、好ましくは１０〜９０分の範囲、さらに好ましくは１５〜６０分の範囲とする。
【００２３】
本発明においては、曝気用気体吹き込み管８から脱リン塔内に曝気用気体を吹き込む。曝気用気体としては、炭酸ガスの含有量が少ない気体であれば特に限定されないが、通常は空気を使用する。曝気用気体吹き込み管８より供給される風量は、脱リン塔直胴部１の断面積に対して、通常は５〜１００ｍ３／ｍ２／時の範囲、好ましくは８〜７０ｍ３／ｍ２／時の範囲、さらに好ましくは１０〜４０ｍ３／ｍ２／時の範囲とする。
【００２４】
曝気により廃水中の炭酸が追い出され、その結果ｐＨが上昇する。ｐＨの上昇により廃水中の成分が次の反応を起こし、リン酸イオンがリン酸塩結晶として不溶化する。
【００２５】
ＰＯ４３−＋ＮＨ４＋＋Ｍｇ２＋＋６Ｈ２Ｏ→ＭｇＮＨ４ＰＯ４・６Ｈ２Ｏ↓  （１）
ＰＯ４３−＋Ｋ＋＋Ｍｇ２＋＋６Ｈ２Ｏ→ＭｇＫＰＯ４・６Ｈ２Ｏ↓         （２）
６ＰＯ４３−＋１０Ｃａ２＋＋２ＯＨ−→Ｃａ１０（ＯＨ）２（ＰＯ４）６↓  （３）
生成するリン酸塩結晶としては、（１）の反応により、ＭｇＮＨ４ＰＯ４・６Ｈ２Ｏ（リン酸マグネシウムアンモニウム）、（２）の反応により、ＭｇＫＰＯ４・６Ｈ２Ｏ（リン酸マグネシウムカリウム）、（３）の反応により、Ｃａ１０（ＯＨ）２（ＰＯ４）６（リン酸カルシウムヒドロキシアパタイト）が主なものであるが、これ以外にも、種々のリン酸マグネシウム化合物、リン酸カルシウム化合物が生成する。
【００２６】
生成したリン酸塩結晶は曝気により脱リン塔内を流動することにより成長し固体粒子が形成される。固体粒子は脱リン塔円錐部２に堆積し、１週間〜１ヶ月の間隔で固体粒子払い出し管９に接続された弁を開けることによって、脱リン塔外部に排出する。
【００２７】
一方、リンが除去された処理水は、流出トラフ１１に設置されたＶノッチを越流し、処理水流出管１０に流入し、脱リン塔外に排出される。
【００２８】
本発明においては、廃水中に含有される成分がｐＨの上昇によって反応を生じ、リン酸塩結晶が生成するため、通常は脱リン装置内に薬剤を添加する必要はないものであるが、必要に応じて、アルカリ剤、マグネシウムイオンなどを添加しても構わない。
【００２９】
以上のようにして、本発明の脱リン装置により得られたリン酸塩結晶の固体粒子は、緩効性化成肥料として有効利用される。
【実施例】
【００３０】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
実施例１
脱リン塔直胴部の直径１５０ｍｍ、脱リン塔沈殿部の直径３００ｍｍ、脱リン塔直胴部と沈殿部及び下部円錐部を合わせた全高５７０ｍｍ、全容積１６リットルであり、脱リン塔内部には脱リン塔直胴部と沈殿部傾斜部分との交点にスリットを形成するように円筒体を設置し、さらに該スリットより上部に上端が位置するように直径６０ｍｍの第二の円筒体を設置した脱リン装置にｐＨ７．４、リン酸態リン９４ｍｇ／リットル、アンモニア性窒素６９０ｍｇ／リットル、マグネシウムイオン４４ｍｇ／リットル、カルシウムイオン９７ｍｇ／リットル含まれた豚舎廃水を４００リットル／日の流量で連続的に供給し、脱リン塔底部より５３０リットル／時で連続的に空気で曝気した。
【００３１】
脱リン塔内部のｐＨは８．４にまで上昇し、脱リン塔沈殿部の上部より流出した処理水中のリン酸態リン濃度は６．５ｍｇ／リットルにまで低下し、脱リン塔円錐部には、沈降性の良い白色固体粒子が得られた。この白色固体粒子には、リン酸マグネシウムアンモニウム（ＭｇＮＨ４ＰＯ４・６Ｈ２Ｏ）等のリン酸塩結晶が含まれることが判明した。
比較例１
実施例１で用いた廃水と同じものを水滞留時間１２０分、曝気強度３０ｍ３／ｍ２／時で円筒形曝気槽中で曝気し、次にドルトムント式沈殿槽で水面積負荷８ｍ３／ｍ２／日で沈降分離した。沈殿槽上澄み水中のリン酸態リン濃度は実施例１と同様に６．５ｍｇ／リットル付近まで低下したものの、沈殿槽底部に沈降したものはスラリー状汚泥であり、白色固体粒子は得られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の脱リン装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  脱リン塔直胴部
２  脱リン塔円錐部
３  脱リン塔沈殿部
４  円筒体
５  スリット
６  第２円筒体
７  廃水注入管
８  曝気用気体吹き込み管
９  固体粒子払い出し管
10  処理水流出管
11  流出トラフ
【図１】
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