(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生活排水、事業所排水などの排水や、池水、内湾など閉鎖性水域の水中のリンを除去するリン除去方法であって、
珪酸カルシウム水和物を固定床として用いた反応槽に前記水を通水させる通水工程と、
前記通水工程後の処理水の一部を前記反応槽の入口側に返送する返送工程と、
前記返送工程にて返送された返送水と前記通水工程前の水とを予混合させる、予混合工程と、
前記返送水の返送水量を調整する調整工程と、
を備えたことを特徴とするリン除去方法。
【請求項２】
生活排水、事業所排水などの排水や、池水、内湾など閉鎖性水域の水中のリンを除去するリン除去方法であって、
珪酸カルシウム水和物を固定床として用いた反応槽に前記水を通水させる通水工程と、
前記通水工程後の処理水の一部を前記反応槽の入口側に返送する返送工程と、
前記返送工程にて返送される返送水と前記通水工程前の水とを予混合させる、予混合工程と、
前記返送水の返送水量を調整する調整工程とを備え、
前記調整工程にて、前記水の前記反応槽内における滞留時間を制御すべく、前記返送水量の調整を行う
ことを特徴とするリン除去方法。
【請求項３】
生活排水、事業所排水などの排水や、池水、内湾など閉鎖性水域の水中のリンを除去するリン除去装置であって、
珪酸カルシウム水和物を固定床として用いた反応槽と、
前記反応槽から排出された処理水の一部を前記反応槽の入口側に返送する返送手段と、
前記反応槽の上流側に設けられた、前記返送手段にて返送される返送水と前記反応槽へ通水される前の水とを予混合させる予混合槽と、
前記返送水の返送水量を調整する調整手段とを備え、
前記返送手段が、前記反応槽の下流側と前記予混合槽の上流側とを接続すべく設けられた返送ラインを用いて構成され、
前記調整手段が、前記返送ラインに設けられた第二バルブを用いて構成されている
ことを特徴とするリン除去装置。
【請求項４】
生活排水、事業所排水などの排水や、池水、内湾など閉鎖性水域の水中のリンを除去するリン除去装置であって、
珪酸カルシウム水和物を固定床として用いた反応槽と、
前記反応槽から排出された処理水の一部を前記反応槽の入口側に返送する返送手段と、
前記反応槽の上流側に設けられた、前記返送手段にて返送される処理水と前記反応槽へ通水される前の水とを予混合させる予混合槽と、
前記返送水の返送水量を調整する調整手段とを備え、
前記返送手段が、前記反応槽の下流側と前記予混合槽の上流側とを接続すべく設けられた返送ラインを用いて構成され、
前記調整手段が、前記返送ラインの下流側に設けられた前記返送水および前記処理水の排出量を調整する第一バルブと、前記返送ラインに設けられた前記返送水量を調整する第二バルブとを用いて構成されており、前記第一バルブおよび前記第二バルブを用いて、前記水の前記反応槽内における滞留時間を制御すべく、前記返送水量の調整が行われる
ことを特徴とするリン除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生活排水、各種事業所排水などの排水や、池水や内湾など閉鎖性水域における水中のリンを除去するためのリン除去方法に関するものである。また、本発明は、生活排水、各種事業所排水などの排水や、池水や内湾など閉鎖性水域における水中のリンを除去するためのリン除去装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水中のリンを除去する方法としては、微生物の代謝を利用する生物学的脱リン法、金属塩や石灰を用いる凝集沈殿法、さらに晶析脱リン法などが知られている。
【０００３】
このうち生物学的脱リン法は、微生物によるリンの摂取や放出を利用して行われるが、微妙な溶存酸素濃度の調整を必要とし、リンを含む余剰汚泥の処理は残された課題となる。
【０００４】
また、凝集沈殿法は、消石灰や塩化第二鉄などを排水に添加し、これらとオルトリン酸が反応して生じる、溶解度の小さな金属リン酸塩を固液分離することにより、水中のリンを除く方法である。この方法において用いられる金属イオン種はＣａ２＋、Ａｌ３＋、Ｆｅ３＋等が主であるが、陽イオン種がＣａ２＋の場合は石灰凝集沈殿法と呼ばれる。
この方法では、水中のオルトリン酸に対して大過剰のＣａ２＋を消石灰として加え、その反応物である難水溶性のヒドロキシアパタイト（Ｃａ１０（ＯＨ）２（ＰＯ４）６）を凝集沈殿させるが、生成するスラッジの処理が必要となることと、処理水のｐＨ調整、ならびに過剰Ｃａ２＋の処理が必要となる。
【０００５】
晶析脱リン法は、過飽和溶液からリン酸塩結晶を析出させる晶析反応を応用している。具体的には、石膏や消石灰などの添加によって供給されるＣａ２＋と水中のオルトリン酸イオンとを反応させ、リン鉱石、骨炭などの種結晶の表面上に、ヒドロキシアパタイトとして析出させる方法である。ヒドロキシアパタイト結晶が種結晶の上に一旦析出すると、さらにその表面上に析出が繰り返されるので、脱リン槽の後方にスラッジが発生することはなく、この点において前記の二つの方法に比べて有利である。
しかしながら、晶析脱リン法では排水のｐＨを一定範囲に綿密に維持し、オルトリン酸と反応するカルシウムイオンを系外から供給する必要がある。
【０００６】
また、近年では、晶析脱リン法の変法として、種結晶に珪酸カルシウム水和物を用い、リン鉱石や骨炭などと同様に、その表面にヒドロキシアパタイトを生成させる脱リン方法が知られている。
【０００７】
例えば、特許文献１では、珪酸カルシウム水和物を主たる構成鉱物とし、５０〜９０％の空隙率を有する多孔質処理材を用いた脱リン方法が記載されている。珪酸カルシウム水和物としては、水熱処理法によって合成されるトバモライト（Ｃａ５（Ｓｉ６Ｏ１８Ｈ２）・４Ｈ２Ｏ）、ゾノトライト（Ｃａ６（Ｓｉ６Ｏ１７）（ＯＨ）２）、ＣＳＨゲル等が挙げられている。
【０００８】
また、特許文献２では、水中のリンのみならず窒素を除去する水処理材として、トバモライト結晶を有する多孔質珪酸カルシウムが記載されている。
【０００９】
さらに、特許文献３には、トバモライトやゾノトライトなどの珪酸カルシウム水和物のみならず、これに酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムなどのマグネシウム化合物を加えた混合物の水質浄化材が記載されている。
【００１０】
このように珪酸カルシウム水和物等の資材を用いた晶析脱リン法では、資材のリン除去能力をバッチ処理によって基本的に評価したり、資材をカラムに充填して模擬排水を流通させてリン除去能力を評価したりしている。
【００１１】
例えば、特許文献２では、リン除去材を０．５％の濃度でリン濃度５％の水溶液に懸濁させて、６時間後にリン濃度が０．５ｐｐｍに達したことが記載されている。
【００１２】
また、特許文献４では、表面を炭酸化したリン除去材５０ｇをリン濃度５ｐｐｍの模擬排水に２４時間接触させて、リン濃度が２．５ｐｐｍ〜２．７ｐｐｍに達したことが記載されている。
【００１３】
このような回分式の実験例では、資材の初期特性としてのリン除去能力を知ることはできるが、リン除去能力が実用的な持続性を維持できるか否かについては不明である。
【００１４】
一方、特許文献５では、リン除去材を１０００ｍＬ充填したカラムに、リン濃度４．７ｐｐｍの模擬排水を１０００ｍＬ／ｈで１週間通水し、リン除去率が７０％〜８４％であったことが記載されている。
【００１５】
また、特許文献６では、ステンレス繊維に珪酸カルシウム水和物を析出させたリン除去材を用いて、３９２ｍＬのカラムに３９２ｍＬ／ｈで１０ｐｐｍのリン濃度の模擬排水を通水して、リン濃度を２８日間、１ｐｐｍ以下に維持したことが記載されている。
【００１６】
また、特許文献３では、４００Ｌのリン除去材を充填した反応槽に２ｐｐｍ〜３ｐｐｍのリン濃度の溶液を１０００Ｌ／日で流通させ、９０日間０．５ｐｐｍ以下に維持できたことが記載されている。
【００１７】
以上のように、カラムや反応槽にリン除去材を充填し、１週間から９０日間もの比較的長期の期間、模擬排水を通水した実験では、リン除去能力の実用的な持続性を評価することができる。
【００１８】
いま仮に、リン除去材によるリン除去能力を、リン除去材の容積当たりの除去リン量で評価すると、上述した引用文献においては、概ね５００〜６０００ｍｇ−ｐ／Ｌとなる。この数値を基に、５ｐｐｍのリン濃度の排水を１日に５０ｍ３排出する事業所に１ｍ３のリン除去材を設置したときの持続日数を計算すると、概ね２日〜２４日となる。しかし、リン除去材を用いて水処理が行われた後に、排出される使用済みリン除去材の処置について新たな方策を講じなければならない。また、そうしたリスクをできるだけ少なくするためにも、リン除去材の寿命を延ばすことは実用的に重要な意味がある。
【００１９】
珪酸カルシウム水和物を用いたリン除去方法については、そのカルシウム供給能力を補うために、リン除去材以外からカルシウムイオンを供給する方法や、水酸アパタイト結晶の晶出を助ける目的で、薬液によるｐＨ調整を行う方法が知られている。
【００２０】
例えば、特許文献７、特許文献８、および特許文献９では、高速で長期のリン除去を可能にするために、反応槽にカルシウムイオンを供給する機構が示され、また、水酸アパタイトを晶出する晶析反応槽にｐＨ調整機構を付加する等の処置が講じられている。
【００２１】
また、特許文献１０では、珪酸カルシウム水和物とセメント水和物とから製造したリン除去材を用い、排水の曝気を行うことで、カルシウムイオンの添加やｐＨ調整を必要としない技術が開示されている。
【００２２】
さらに、特許文献１１では、排水を、カルシウムイオンとアルカリとを供給するカラムを通過させた後に、種結晶が充填された反応槽を通過させることにより、薬注（カルシウム）やｐＨ調整の必要のない脱リンが可能であることを開示している。
【００２３】
【特許文献１】特開昭６２−１８３８９８号公報
【特許文献２】特開昭６３−１１６７９８号公報
【特許文献３】特開平０４−２００７８８号公報
【特許文献４】特開平０９−０１９６８０号公報
【特許文献５】特開平０８−１８２９９３号公報
【特許文献６】特開平１０−１９２８４３号公報
【特許文献７】特開平０９−３０８８８９号公報
【特許文献８】特開平１０−０８５７６２号公報
【特許文献９】特開平１０−０８５７６３号公報
【特許文献１０】特開２００１−２０５２７６号公報
【特許文献１１】特開２００１−３００５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
以上説明したように、晶析脱リン法は、オルトリン酸イオンが種結晶へ到達した際に、カルシウム供給とｐＨ調整とが適切に行われていることが前提となっている。珪酸カルシウム水和物を用いた晶析脱リン法は、カラムを用いた連続式の装置が採用されることが多く、カルシウムイオン供給とｐＨ調整とは、薬注等の別機構によって補うか、あるいは晶析反応槽の前にその機能を有するカラムを付加することが提案されている。
【００２５】
前者の場合、珪酸カルシウム水和物を含むリン除去材が一般的に有する性質、すなわち、カルシウム供給とｐＨ調整とをそれ自身が有するという性質を活用できていないという問題がある。また、後者の場合、その機能を分化させて、別々の反応槽に設置しているにすぎず、根本的な解決には至っていない。このような構成は、リン除去装置に求められる能力を達成するために、珪酸カルシウム水和物を含むリン除去材の能力を補完する考え方から提案されたものである。また、従来技術においては、設備費やその運転に要する費用、さらには材料が寿命を終えたときの処置については、充分な対策が講じられていないという問題もある。
【００２６】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであって、カルシウム供給やｐＨ調整を行うための装置を別に設けることなく、水中のリンを効率よく処理する（排水処理能力を高める）ことができ、リン除去材の寿命を長く維持することが可能である、リン除去方法を提供することを課題とする。また、本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであって、カルシウム供給やｐＨ調整を行うための装置を別に設けることなく、水中のリンを効率よく処理する（排水処理能力を高める）ことができ、リン除去材の寿命を長く維持することが可能である、リン除去装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、生活排水、事業所排水などの排水や、池水、内湾など閉鎖性水域の水中のリンを除去するリン除去方法であって、珪酸カルシウム水和物を固定床として用いた反応槽に前記水を通水させる通水工程と、前記通水工程後の処理水の一部を前記反応槽の入口側に返送する返送工程とを備えたことを特徴としている。
【００２８】
また、本発明にかかるリン除去方法においては、前記返送工程にて返送される処理水と前記通水工程前の水とを予混合させる、予混合工程を有する構成が好ましい。
すなわち、具体的には、本発明にかかるリン除去方法は、生活排水、事業所排水などの排水や、池水、内湾など閉鎖性水域の水中のリンを除去するリン除去方法であって、珪酸カルシウム水和物を固定床として用いた反応槽に前記水を通水させる通水工程と、前記通水工程後の処理水の一部を前記反応槽の入口側に返送する返送工程と、前記返送工程にて返送された返送水と前記通水工程前の水とを予混合させる、予混合工程と、前記返送水の返送水量を調整する調整工程と、を備えたことを特徴としている。
さらに、本発明にかかるリン除去方法は、生活排水、事業所排水などの排水や、池水、内湾など閉鎖性水域の水中のリンを除去するリン除去方法であって、珪酸カルシウム水和物を固定床として用いた反応槽に前記水を通水させる通水工程と、前記通水工程後の処理水の一部を前記反応槽の入口側に返送する返送工程と、前記返送工程にて返送される返送水と前記通水工程前の水とを予混合させる、予混合工程と、前記返送水の返送水量を調整する調整工程とを備え、前記調整工程にて、前記水の前記反応槽内における滞留時間を制御すべく、前記返送水量の調整を行うことを特徴としている。
【００２９】
さらに、本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、生活排水、事業所排水などの排水や、池水、内湾など閉鎖性水域の水中のリンを除去するリン除去装置であって、珪酸カルシウム水和物を固定床として用いた反応槽と、前記反応槽から排出された処理水の一部を前記反応槽の入口側に返送する返送手段とを備えたことを特徴としている。
【００３０】
また、本発明にかかるリン除去装置は、前記返送手段にて返送される処理水と前記反応槽へ通水される前の水とを予混合させる予混合槽が、前記反応槽の上流側に設けられている構成が好ましい。
すなわち、具体的には、本発明にかかるリン除去装置は、生活排水、事業所排水などの排水や、池水、内湾など閉鎖性水域の水中のリンを除去するリン除去装置であって、珪酸カルシウム水和物を固定床として用いた反応槽と、前記反応槽から排出された処理水の一部を前記反応槽の入口側に返送する返送手段と、前記反応槽の上流側に設けられた、前記返送手段にて返送される返送水と前記反応槽へ通水される前の水とを予混合させる予混合槽と、前記返送水の返送水量を調整する調整手段とを備え、前記返送手段が、前記反応槽の下流側と前記予混合槽の上流側とを接続すべく設けられた返送ラインを用いて構成され、前記調整手段が、前記返送ラインに設けられた第二バルブを用いて構成されていることを特徴としている。
さらに、本発明にかかるリン除去装置は、生活排水、事業所排水などの排水や、池水、内湾など閉鎖性水域の水中のリンを除去するリン除去装置であって、珪酸カルシウム水和物を固定床として用いた反応槽と、前記反応槽から排出された処理水の一部を前記反応槽の入口側に返送する返送手段と、前記反応槽の上流側に設けられた、前記返送手段にて返送される処理水と前記反応槽へ通水される前の水とを予混合させる予混合槽と、前記返送水の返送水量を調整する調整手段とを備え、前記返送手段が、前記反応槽の下流側と前記予混合槽の上流側とを接続すべく設けられた返送ラインを用いて構成され、前記調整手段が、前記返送ラインの下流側に設けられた前記返送水および前記処理水の排出量を調整する第一バルブと、前記返送ラインに設けられた前記返送水量を調整する第二バルブとを用いて構成されており、前記第一バルブおよび前記第二バルブを用いて、前記水の前記反応槽内における滞留時間を制御すべく、前記返送水量の調整が行われることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、カルシウム供給やｐＨ調整を行うための装置を別に設けることなく、水中のリンを効率よく処理する（排水処理能力を高める）ことができ、リン除去材の寿命を長く維持することが可能である、リン除去方法を得ることができる。また、本発明によれば、カルシウム供給やｐＨ調整を行うための装置を別に設けることなく、水中のリンを効率よく処理する（排水処理能力を高める）ことができ、リン除去材の寿命を長く維持することが可能である、リン除去装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３３】
本件発明者らは、まず、珪酸カルシウム水和物を含むリン除去材（以下、単に「リン除去材」という。）を充填した充填カラム（固定床カラム）内におけるカルシウムイオン濃度とオルトリン酸イオン濃度の分布について考察した。
【００３４】
リン除去材を充填した固定床カラムに通水が行われると、リン除去材からはカルシウムイオンが溶出するため、固定床カラム内部においては、カルシウムイオンとｐＨの勾配が生ずることとなる。これは、固定床カラム内ではリン除去材からのカルシウムイオンの溶出が連続的に起こる結果、流れの後方側ほどカルシウムイオンの蓄積が起こるためである。ｐＨは、リン酸カルシウムの晶出にとって重要な因子であり、ｐＨ８〜ｐＨ１０が好適と考えられているが、これはカルシウムイオンの溶出と関連しているので、基本的にはカルシウムイオン濃度と同様に、流れの後方側ほど高くなるものと考えられる。
【００３５】
一方、オルトリン酸イオンは、リン除去材からカルシウムと反応してリン酸塩を生成すると考えられるので、その濃度は流れの後方側で次第に低くなっていくものと考えられる。上述したように、オルトリン酸イオンと反応すべきカルシウムイオンは、流れの後方側で濃度が高くなっているものと考えられることから、オルトリン酸イオンとカルシウムイオンの濃度は、不適合が生じていることになる。すなわち、反応に与らなかったオルトリン酸イオンとカルシウムイオンは、固定床カラムから排水と共に流出するため、リン除去率の低下を来すことになる。
【００３６】
本件発明者らは、以上のことに鑑み、固定床カラムから排出されるカラム排水の一部を返送することによって、オルトリン酸イオン濃度とカルシウムイオン濃度との不適合を解消する技術に想到した。つまり、カラム排水の一部返送によって、カルシウムイオン濃度の高い部分（カラム排水）を固定床カラムの入口側に戻すため、カルシウムイオン濃度の分布をオルトリン酸イオン濃度の分布に適合させることが可能となる。また、同時に、このカラム排水の一部返送によって、固定床カラムの出口側でｐＨの高くなった排水を固定床カラムの入口側に戻すことになるため、固定床カラム内のｐＨを、その入口付近から、リン酸カルシウム結晶の晶出に適したものにすることが可能となる。
【００３７】
以下においては、上述した原理に基づき、本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。
【００３８】
図１は、本発明の実施形態にかかるリン除去装置の概略構成図を示したものである。この図１に示すように、本実施形態にかかるリン除去装置は、送水ポンプ１、送水ポンプ１の下流側に設けられた予混合槽２、予混合槽２の下流側に設けられた反応槽３、反応槽３から排出された処理水の一部を反応槽３の入口側（具体的には、予混合槽２の上流側）に返送する返送ライン４（本発明の「返送手段」に相当）、および所定箇所に設けられた第一バルブ５、第二バルブ６等を用いて構成されている。
【００３９】
図１に示すように構成された本実施形態にかかるリン除去装置において、リンを含む排水（本発明の「生活排水、事業所排水などの排水や、池水、内湾など閉鎖性水域の水」に相当）は、送水ポンプ１によって、まずは予混合槽２に送られる。本実施形態にかかる予混合槽２は、装置の下流側から返送される処理水の一部（返送水）と排水とを予め混合すべく設けられている。このように予混合槽２を設けることによって、排水中に、処理水に相対的に多く含まれるカルシウムイオンを混合することが可能となる。また、予混合槽２を設けて処理水の一部を返送水として戻すことによって、処理水の塩基性側のｐＨにより、排水のｐＨを予め塩基性側に調整することもできる。
【００４０】
なお、本発明は、予混合槽２を設けて、処理水の一部（返送水）と排水とを予混合させる場合を示しているが、本発明は、この構成に限定されない。したがって、例えば、特に、予混合槽２を設けることなく、返送ライン４を直接的に、反応槽３の上流側の排水供給ラインに接続して、返送水と排水とを予混合すべく構成してもよい。さらに、必要に応じて、返送水を反応槽３内に直接流入させる構成としてもよい。ただし、予混合槽２を設けずに、返送水を反応槽３に直接流入させると、返送水と排水とが充分に混合しない状態で反応槽３内を流れて、返送水による効果をうまく得られない場合もある。したがって、本実施形態のように、反応槽３の上流側に予混合槽２を設ける構成が好ましい。
【００４１】
予混合槽２の内部構造は、特に限定されるものではないが、例えば、球状の不活性球状体を充填したり、あるいは内部にじゃま板を設置したりして、排水と返送水とが予混合槽２内を通水する過程で、効果的に混合されるような構成であることが好ましい。
【００４２】
反応槽３は、珪酸カルシウム水和物を固定床として用いて構成されており、具体的には、所定容器内に珪酸カルシウム水和物を含むリン除去材を充填して構成されている。この反応槽３内に充填されているリン除去材を製造する際の原料としては、例えば、石灰石、牡蛎殻などのカルシウム原料を用い、珪酸質原料として、珪石、非晶質シリカ微粒子、陶磁器セルベンなどを用いることが可能である。また、その他に可塑材やベントナイトなどの粘土鉱物を用い、これらも珪酸質原料として反応に寄与することとなる。さらに、廃セメント等の珪酸カルシウム水和物は、上記のカルシウム原料と珪酸質原料の双方を兼ねるものとして利用することができる。
【００４３】
なお、本実施形態にかかる反応槽３を構成するリン除去材は、何等かの構成に限定されるものではない。つまり、珪酸カルシウム水和物を水酸アパタイト析出の種結晶として用いることによって、排水中のリンを除去可能であれば、如何なる原料等からなるリン除去材であってもよい。本実施形態にかかる反応槽３においては、珪酸カルシウム水和物（種結晶）の周囲にリン酸カルシウム結晶（水酸アパタイト）を析出させることによって、排水中のリンの除去が行われる。
【００４４】
また、本実施形態においては、反応槽３の下流側に、返送ライン４が設けられている。この返送ライン４は、反応槽３の下流側と予混合槽２の上流側とを接続すべく設けられており、この返送ライン４には、返送ライン４を介して予混合槽２に返送される返送水量を調整するための第二バルブ６が設けられている。また、本実施形態においては、反応槽３および返送ライン４の下流側に、返送水および処理水の排出量を調整するための第一バルブ５が設けられている。
【００４５】
さて、以上のように構成された本実施形態にかかるリン除去装置においては、予混合槽２内では、排水中のオルトリン酸イオンと、返送水に含まれるカルシウムイオンの両者が存在し、ｐＨは塩基性側に変化して、これら（排水と返送水とが混合されたもの）が反応槽３へ送られる。これら（排水と返送水とが混合されたもの）が、反応槽３内に充填されているリン除去材と接触すると、リン除去材を構成する珪酸カルシウム水和物を種結晶として、その表面にリン酸カルシウム化合物、すなわち水酸アパタイト結晶が晶出されることによって、排水中のリンの除去が行われることとなる。
【００４６】
ところで、もし仮に、返送水によるカルシウムイオン供給が行われないとすると、先にも説明した通り、反応槽３の入口付近はカルシウムイオン濃度が相対的に低くなり、ｐＨも中性に近くなることから、水酸アパタイト結晶が晶出する条件は整わないこととなる。
【００４７】
しかしながら、本実施形態においては、反応槽３に流入した返送水を含む排水は、その中に含まれるオルトリン酸イオンを水酸アパタイト結晶として晶出させながら反応槽３の出口へと移動していくため、オルトリン酸イオン濃度は、反応槽３の入口から出口に向かって減少する濃度勾配を示すことになる。
【００４８】
本実施形態においては、上述したように、反応槽３の出口から流出する処理水の一部を予混合槽２の上流側に返送するための返送ライン４が設けられている。本実施形態においては、返送ライン４の下流側に設けられた第一バルブ５と、返送ライン４上に設けられた第二バルブ６とを適宜調整することによって、返送水と排出される処理水（流入される排水（流入水）に同じ）との割合を制御することができる。
【００４９】
例えば、排水の５０％を返送する場合を考えると、そのさらに１／２、すなわち１／４は再び予混合槽２の上流側に返送されてくることになる。本実施形態においては、こうしたことが繰り返され、流入水（流入される排水）と返送水との和は、「１／２＋１／４＋１／８＋・・・・・＝１」のように、等比級数で表されることになる。つまり、返送率を１／２（＝５０％）とすると、定常状態における流入水量は１／２であるから、流入水は反応槽３を二度通過したのと同じ効果があることになる。
【００５０】
次に、より具体的に、本発明の実施例について説明する。なお、リン除去装置の基本構成は、図１と同様であるため、以下においては、図１を参照して説明を行う。
【００５１】
＜第一実施例＞
本発明にかかる第一実施例は、反応槽３に１２Ｌ（２０００ｇ）の珪酸カルシウム水和物リン除去材を充填し、下水処理場の放流水（リン濃度０．７５ｍｇ／Ｌ、以下「原水」という。）（図１における「排水」に相当）を、４００ｍＬ／ｍｉｎ、および８００ｍＬ／ｍｉｎの速度で通水させ、反応槽３から流出される処理水を全て反応槽３の入口側に返送した。この実験は、リン除去率と原水の接触時間（反応槽３内の滞留時間）の関係を調べるために行った。その結果を図２示す。つまり、図２は、処理水を１００％返送したときのリン除去率の変化を示したグラフである。この図２において、横軸は原水の通水時間、縦軸はリン除去率を示している。
【００５２】
図２のグラフによれば、原水の通水速度が４００ｍＬ／ｍｉｎの場合も、８００ｍＬ／ｍｉｎの場合も、リン除去率は概ね同様に変化した。したがって、原水の通水速度に関わりなく、これらの近似関数を求め、これに基づいてリン除去率と滞留時間の関係を求めると次のようになる。
【００５３】
滞留時間          リン除去率
１１．４ｈ            ６０％
１４．７ｈ            ７０％
１６．８ｈ            ７５％
１９．５ｈ            ８０％
３５．０ｈ            ９０％
【００５４】
滞留時間は空間速度の逆数であるから、図２に基づいて必要とするリン除去率に対する滞留時間を求めれば、その逆数としての空間速度を求めることができる。この実施例によれば、リン除去率と空間速度との関係は次のようになった。
【００５５】
リン除去率            空間速度
６０％          ０．０８８ｈ−１
７０％          ０．０６８ｈ−１
７５％          ０．０６０ｈ−１
８０％          ０．０５１ｈ−１
９０％          ０．０２９ｈ−１
【００５６】
しかしながら、本発明においては、処理水の一部を返送水として返送することにより、原水の反応槽３内の滞留時間を調整するため、反応槽３内の実際の空間速度は早く、上述した空間速度は見かけの空間速度となる。
【００５７】
＜第二実施例＞
本発明にかかる第二実施例は、反応槽３に５０００ｇ（３１Ｌ）の珪酸カルシウム水和物リン除去材を充填し、リン濃度１．０ｍｇ／Ｌの原水（図１の「排水」に相当）を通水させ（本発明の「通水工程」に相当）、処理水の一部を反応槽３の入口側（予混合槽２の上流側）に返送させた（本発明の「返送工程」に相当）。
【００５８】
本実施例においては、上述した第一実施例の結果を基に、リン除去率８０％を得るための条件を探り、その結果、原水を滞留時間２０．６ｈで通水させる場合、処理水の返送率は９５％であった。ここで、図３にリン除去率の原水通水量に対する変化を示す。第一実施例の結果を基に予想したように、リン除去率は概ね８０％で安定的に推移した。この図３において、横軸は原水通水量を示し、縦軸はリン除去率を示している。
【００５９】
このように、滞留時間（空間速度）とリン除去率との関係を、リン除去材に対して求めておけば、リン除去材充填量との関係から、処理水の返送率を求めることが可能となる。
【００６０】
＜第三実施例＞
本発明にかかる第三実施例は、反応槽３に第一実施例および第二実施例と同様の珪酸カルシウム水和物リン除去材５０００ｇ（３１Ｌ）を充填し、リン濃度２ｍｇ／Ｌの原水（図１の「排水」に相当）を通水させ（本発明の「通水工程」に相当）、処理水の一部を反応槽３の入口側（予混合槽２の上流側）に返送させた（本発明の「返送工程」に相当）。本実施例においては、原水の滞留時間２０．７ｈ、返送率を５０％とした。
【００６１】
ここで、図４にリン除去率の原水通水量に対する変化を示す。この図４から明らかなように、リン濃度が変化しても、滞留時間（空間速度）を一定にすることで、リン除去率は８０％に維持される。この図４において、横軸は原水通水量を示し、縦軸はリン除去率を示している。
【００６２】
＜第四実施例＞
本発明にかかる第四実施例は、反応槽３に第一実施例等と同様の珪酸カルシウム水和物リン除去材３０００ｇ（１８．６Ｌ）を充填し、リン濃度３ｍｇ／Ｌの原水（図１の「排水」に相当）を通水させ（本発明の「通水工程」に相当）、処理水の一部を反応槽３の入口側（予混合槽２の上流側）に返送させた（本発明の「返送工程」に相当）。本実施例においては、原水の滞留時間１２．４ｈ、返送率を９５％とした。本実施例のおける滞留時間および返送率は、リン除去率６０％に対応している。
【００６３】
ここで、図５にリン除去率の原水通水量に対する変化を示す。この図５から明らかなように、リン濃度が変化しても、滞留時間（空間速度）および返送率を調整することによって、所望のリン除去率（ここでは６０％）を得ることができる。この図５において、横軸は原水通水量を示し、縦軸はリン除去率を示している。
【００６４】
＜第五実施例＞
本発明にかかる第五実施例は、反応槽３内におけるカルシウム濃度の変化を見るために、第一実施例等と同様の珪酸カルシウム水和物リン除去材１５ｇをカラム（１カラム〜４カラム）に充填し、これらを直列に連結して、純水を２ｍＬ／ｍｉｎの流速で通水し、それぞれの入口と出口とで流出液を採取し、そのカルシウムイオン濃度を原子吸光フレーム法で測定した。ここで、図６に各採取ポイントにおけるカルシウムイオン濃度の流出液量に対する変化を示す。なお、１カラムの入口のカルシウム濃度は０ｍｇ／Ｌである。
【００６５】
図６によれば、カラムから流出する溶液のカルシウム濃度は、カラムが後方側になるほど、高くなっていることがわかる。特に、１カラムから３カラムまでは、段階的にカルシウムイオン濃度が高くなっており、その濃度は３．５ｍｇ／Ｌ〜４ｍｇ／Ｌになっている。また、３カラムと４カラムの間の濃度変化は小さいことがわかる。さらに、１５ｇのリン除去材は４カラム合わせて６０ｇであるが、約１０Ｌの純水を通水してもその濃度は安定していることが明らかである。
【００６６】
このように、珪酸カルシウム水和物リン除去材から溶出するカルシウムイオンは、返送によって、カラム（反応槽３）の入口側に戻されることにより、カラム入口付近におけるオルトリン酸イオンとの反応速度を高めることに寄与すると考えられる。
【００６７】
＜その他の実施例等＞
なお、本発明は、上記実施形態および各実施例に限定されず、必要に応じて、種々の変更を行うことが可能である。
【００６８】
上述した本発明にかかる実施形態および実施例においては、反応槽から排水される処理水の一部が、単に反応槽の入口側（具体的には予混合槽の入口側）に返送される場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。つまり、上記実施例等においては、反応槽から一段階の返送が行われる場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、例えば、一つあるいは複数の反応槽が設けられたリン除去装置において、返送水が段階的に複数回返送されるような構成としてもよい。すなわち、適切なカルシウムイオン濃度等の調整を行うために、返送水が多段階返送されるような構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上説明したように、本発明は、珪酸カルシウム水和物リン除去材に対して適用され、珪酸カルシウム水和物リン除去材を充填した反応槽の排水ラインから反応槽の入口側に返送ラインを設けるだけで、これまで有効に使われていなかった反応槽の入口側への水酸アパタイト結晶の析出を助けることができる。また、反応槽の後方で濃度が高くなるカルシウムイオンを有効に活用することができる。
【００７０】
いずれも、珪酸カルシウム水和物リン除去材を用いた晶析脱リン法におけるリン除去能力不足の課題を解決に導くことができ、リン除去装置の初期投資を行う上で経済的である。また、反応槽に充填した珪酸カルシウム水和物リン除去材の寿命を長く維持することが可能となるため、珪酸カルシウム水和物リン除去材の交換頻度を少なくすることが可能となり、ランニングコストを低く抑えることができる。さらに、従来技術にかかる同規模のリン除去装置との比較において、リン除去率を大幅に高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態にかかるリン除去装置の概略構成図を示したものである。
【図２】処理水を１００％返送したときのリン除去率の変化を示したグラフである。
【図３】リン濃度１．０ｍｇ／Ｌの原水における原水通水量に対するリン除去率の変化を示すグラフである。
【図４】リン濃度２．０ｍｇ／Ｌの原水における原水通水量に対するリン除去率の変化を示すグラフである。
【図５】リン濃度３．０ｍｇ／Ｌの原水をリン除去率６０％にするための原水通水量に対するリン除去率の変化を示すグラフである。
【図６】各カラムからの流出液中のカルシウム濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７２】
１    送水ポンプ
２    予混合槽
３    反応槽
４    返送ライン
５    第一バルブ
６    第二バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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