(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燐化合物を含有する排水中の燐を除去する装置において、イ）マグネシウムを添加すると共にアルカリでｐＨ調整した排水を攪拌して燐酸マグネシウム化合物の結晶を析出させる上部及び下部に液抜き出し管が設けられた流動床反応槽と、ロ）流動床反応槽の上部の液抜き出し管から抜き出された液中の微細フロックを濾過処理する燐酸マグネシウム化合物結晶が充填された固定床濾過装置と、ハ）流動床反応槽の下部の液抜き出し管から抜き出された液中の燐酸マグネシウム化合物結晶を分離する結晶分離装置を設けたことを特徴とする晶析脱燐装置。
【請求項２】
排水にマグネシウムを添加すると共にアルカリでｐＨ調整する原水調整槽を流動床反応槽の前段に設けた請求項１記載の晶析脱燐装置。
【請求項３】
固定床濾過装置に充填された燐酸マグネシウム化合物結晶が、流動床反応槽で生成した粒径１〜３ｍｍの燐酸マグネシウム化合物結晶である請求項１又は請求項２記載の晶析脱燐装置。
【請求項４】
燐化合物を含有する排水中の燐を除去する方法において、イ）排水に燐の１〜３倍モル比のマグネシウムを添加すると共に、アルカリでｐＨ７．５〜１０に調整する原水調整工程と、ロ）調整した混合液を攪拌して燐酸マグネシウム化合物の結晶を析出させる晶析反応工程と、ハ）晶析反応工程の上部液を燐酸マグネシウム化合物結晶が充填された固定床濾過装置に供給して微細フロックを濾過処理する濾過処理工程と、ニ）晶析反応工程の下部液を結晶分離装置に供給して燐酸マグネシウム化合物結晶を分離する結晶分離工程を設けたことを特徴とする晶析脱燐方法。
【請求項５】
固定床濾過装置に充填された燐酸マグネシウム化合物結晶が、流動床反応槽で生成した粒径１〜３ｍｍの燐酸マグネシウム化合物結晶である請求項４記載の晶析脱燐方法。
【請求項６】
濾過処理工程で固定床濾過装置が所定の濾過効率に低下した後に水で逆洗し、微細フロックを含有した逆洗水を原水調整工程に循環する逆洗水循環工程を設けた請求項４又は請求項５記載の晶析脱燐方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燐化合物を含有する排水中の燐を除去する方法に関し、更に詳細には、燐を燐酸マグネシウム化合物結晶として析出分離する晶析脱燐方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、し尿、下水、食品排水又は厨房排水などの燐化合物を含有する排水中の燐を除去する方法として、嫌気性処理と好気性処理を組合せて燐を微生物汚泥に取り込んで除去する生物脱燐方法や硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウムなどの凝集剤を用いてＳＳやコロイドなどと共に凝集させて沈降分離する凝集沈殿法が一般的に用いられているが、生物脱燐方法にあっては、生物学的処理であるため、運転管理が煩雑であり、また高度な技術を必要とし、更に、処理時間がかかるため装置が過大となる問題があり、また、凝集沈殿法では、凝集剤自体とＳＳやコロイドなどが凝集分離するため、発生スラッジ量が多くなり、スラッジの処理に多額な費用や過大な設備が必要となる問題がある。
【０００３】
また、前記生物脱燐方法や凝集沈殿法では、発生汚泥やスラッジをそのまま埋め立て処分するか、焼却処理したのち埋め立て処分しているが、脱水や焼却などその処分に多額な費用や過大な設備が必要となると共に、近年はダイオキシン発生問題などから焼却処分が困難となってきており、できるだけスラッジ量などを少なくすると共に資源の有効活用が図れる処理方法が望まれてきている。
【０００４】
前記脱燐方法の問題に鑑みて、近年は、消石灰や生石灰などのカルシウム塩を添加してヒドロキシアパタイト結晶を析出させて分離するＣａ塩晶析脱燐方法や塩化マグネシウム、水酸化マグネシウムなどのマグネシウム塩を添加し排水中のアンモニアを利用してマグネシウムアンモニア燐酸（ＭＡＰ）などの結晶を析出させて分離するＭＡＰ法晶析脱燐方法などが開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記の晶析脱燐方法において、Ｃａ塩晶析脱燐方法では、炭酸カルシウムの生成を抑えるため、晶析させる前に脱炭酸する必要があり、それらの工程やｐＨ調整工程が複雑であり、また、カルシウム塩はスケールが発生しやすいため、処理槽内にスケール付着や配管の閉塞などを惹起する恐れがある問題がある。また、ＭＡＰ法晶析脱燐方法では、マグネシウム、アンモニア及び燐酸が１：１：１のモル比である必要があるため、結晶析出条件が狭く使用範囲が限定される問題があると共に、微細なフロックが流出しやすく、脱燐効率が低い問題などがある。
【０００６】
本発明は、前記従来の晶析脱燐方法やそれに用いられる装置の問題点に鑑みて成されたものであり、脱燐効果が安定して高く維持でき、析出結晶も容易に分離できるため、設備費や運転経費も低廉であり、また、分離回収した結晶も不純物が少なくマグネシウムや燐酸及びアンモニアを多量に含んでいるため、肥料や土壌改良材として還元することができる晶析脱燐装置及びその晶析脱燐方法を提供する目的で成されたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の要旨は、請求項１に記載した発明においては、燐化合物を含有する排水中の燐を除去する装置において、イ）マグネシウムを添加すると共にアルカリでｐＨ調整した排水を攪拌して燐酸マグネシウム化合物の結晶を析出させる上部及び下部に液抜き出し管が設けられた流動床反応槽と、ロ）流動床反応槽の上部の液抜き出し管から抜き出された液中の微細フロックを濾過処理する燐酸マグネシウム化合物結晶が充填された固定床濾過装置と、ハ）流動床反応槽の下部の液抜き出し管から抜き出された液中の燐酸マグネシウム化合物結晶を分離する結晶分離装置を設けたことを特徴とする晶析脱燐装置である。
【０００８】
また、請求項２に記載した発明においては、請求項１記載の晶析脱燐装置において、排水にマグネシウムを添加すると共にアルカリでｐＨ調整する原水調整槽を流動床反応槽の前段に設けたことを特徴とし、更に請求項３に記載した発明においては、請求項１又は請求項２記載の晶析脱燐装置において、固定床濾過装置に充填された燐酸マグネシウム化合物結晶が、流動床反応槽で生成した粒径１〜３ｍｍの燐酸マグネシウム化合物結晶であることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に記載した発明においては、燐化合物を含有する排水中の燐を除去する方法において、イ）排水に燐の１〜３倍モル比のマグネシウムを添加すると共に、アルカリでｐＨ７．５〜１０に調整する原水調整工程と、ロ）調整した混合液を攪拌して燐酸マグネシウム化合物の結晶を析出させる晶析反応工程と、ハ）晶析反応工程の上部液を燐酸マグネシウム化合物結晶が充填された固定床濾過装置に供給して微細フロックを濾過処理する濾過処理工程と、ニ）晶析反応工程の下部液を結晶分離装置に供給して燐酸マグネシウム化合物結晶を分離する結晶分離工程を設けたことを特徴とする晶析脱燐方法を設けたことを特徴とする晶析脱燐方法である。
【００１０】
また、請求項５に記載した発明においては、請求項４記載の晶析脱燐方法において、固定床濾過装置に充填された燐酸マグネシウム化合物結晶が、流動床反応槽で生成した粒径１〜３ｍｍの燐酸マグネシウム化合物結晶である請求項４記載の晶析脱燐方法であることを特徴とし、更に請求項６に記載した発明においては、請求項４又は請求項５記載の晶析脱燐方法において、濾過処理工程で固定床濾過装置が所定の濾過効率に低下した後に水で逆洗し、微細フロックを含有した逆洗水を原水調整工程に循環する逆洗水循環工程を設けたことを特徴とする。
【００１１】
前記において、排水にマグネシウムを添加すると共にアルカリでｐＨ調整する原水調整工程は、流動床反応槽の前段に原水調整槽を設けて調整するのが好ましいが、流動床反応槽内にマグネシウム及びアルカリを添加して調整してもよく、また、流動床反応槽に排水を導入する原水導入管に供給して調整してもよい。
【００１２】
前記において、燐酸マグネシウム化合物結晶としては、燐酸マグネシウム：Ｍｇ3（ＰＯ4）2、マグネシウムアンモニア燐酸：ＭｇＮＨ4ＰＯ4などの結晶であり、その粒径は１〜３ｍｍ程度である。なお、固定床濾過装置に用いられる充填結晶は、流動床反応槽で生成した結晶を用いるのが、薬品費も低廉となり濾過性もよいため好ましいが、他の装置で製造された結晶を用いてもよいことは勿論である。
【００１３】
また、固定床濾過装置の濾過床に燐酸マグネシウム化合物の結晶を用いるのは、流動床反応槽で未反応となった燐や微細フロック状の結晶を、充填した結晶の表面で析出成長させることにより、燐の除去効率を高く維持できるためである。
【００１４】
前記攪拌は、生成結晶が流動床反応槽の上部の液抜き出し管から流出せず、流動床反応槽の底部に沈殿しない程度の緩い攪拌であるのが好ましく、緩速攪拌機、空気攪拌手段又はポンプ循環などいずれで攪拌してもよい。
【００１５】
また、排水に添加するマグネシウムは塩化マグネシウム、水酸化マグネシウムなどが用いられ、その添加量は排水に含有される燐の１〜３倍モル比が好ましく、更に好ましくは、１．５〜２倍モル比であり、また、ｐＨ調整するアルカリとしては、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウムなどが用いられ、調整ｐＨは、７．５〜１０が好ましく、更に好ましくは、８〜８．５である。
【００１６】
前記において、マグネシウム添加量が、燐の１倍モル比以下では燐の除去率が低くなり、３倍モル比以上では、残存マグネシウム量が多くなり、薬品費が嵩むと共に、固定床濾過装置でスケールが発生して濾過床の目詰まりを速める恐れがある。また、ｐＨが７．５以下であると燐酸マグネシウム化合物の生成効率が低下し、ｐＨが１０以上では薬品費が嵩むと共に、固定床濾過装置でスケールが発生して濾過床の目詰まりを速める恐れがある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形態である晶析脱燐装置の系統図である。
【００１８】
１は排水を導入する原水導入管Ａ、マグネシウム溶液を供給するマグネシウム供給管Ｂ及びアルカリ溶液を供給するアルカリ供給管Ｃが接続され、原水導入管Ａから導入された排水に、マグネシウム供給管Ｂから供給された塩化マグネシウムなどのマグネシウム溶液を添加すると共に、アルカリ供給管Ｃから供給された水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液でｐＨ調整する原水調整槽である。２は上部に液抜き出し管Ｅ、下部に液抜き出し管Ｆと調整された混合液導入管Ｄが接続され、また、内部に攪拌機９が付設され、調整された混合液を攪拌して燐酸マグネシウム化合物の結晶を析出させる流動床反応槽である。なお、流動床反応槽２に付設される攪拌機９は、攪拌羽根で攪拌する機械式攪拌機が好ましいが、空気攪拌手段又はポンプ循環などであってもよい。
【００１９】
３は上部に流動床反応槽２の上部液抜き出し管Ｅと逆洗水排出管Ｇが接続され、下部に濾過処理水排出管Ｈと逆洗水供給管Ｊが接続され、また、内部に燐酸マグネシウム化合物結晶で形成された濾過床１０が設けられ、流動床反応槽２の上部液抜き出し管Ｅから抜き出された液中の微細フロックを濾過処理する固定床濾過装置である。４は微細フロックが濾過分離され、清澄化された濾過処理水を貯留する処理水槽であり、上部に濾過処理水排出管Ｈと処理水排出管Ｉが接続され、下部に逆洗水を固定床濾過装置３に供給する逆洗水供給管Ｊが接続されている。
【００２０】
５は流動床反応槽２の下部液抜き出し管Ｆが接続され、下部液抜き出し管Ｆから抜き出された液中の燐酸マグネシウム化合物結晶を分離するウエッジワイヤ、金網、多孔板などのスクリーンである結晶分離装置であるが、遠心分離装置や濾過装置などであってもよい。６は結晶分離装置５で結晶が分離された分離液を貯留するドレン槽であり、下部に分離液を原水調整槽１に循環する分離液循環管Ｌが接続されている。
【００２１】
７は結晶分離装置５で分離された燐酸マグネシウム化合物結晶を貯留する結晶貯留槽であり、上部に結晶を吸引排出する結晶排出管Ｍが接続されている。８は固定床濾過装置３の濾過床１０を逆洗した逆洗水が貯留される逆洗水槽であり、上部に逆洗水排出管Ｇが接続され、下部に逆洗水を原水調整槽１に循環する逆洗水循環管Ｋが接続されている。なお、１１，１２，１３及び１４は夫々の配管に配置されたポンプである。
【００２２】
前記構成の晶析脱燐装置により排水中の燐を除去する方法について以下詳述する。排水を原水導入管Ａから原水調整槽１に導入し、マグネシウム供給管Ｂからマグネシウム溶液を添加すると共に、アルカリ供給管Ｃからアルカリ溶液を供給してｐＨ調整する。なお、マグネシウム溶液の添加量は、マグネシウムが排水に含有される燐の１〜３倍モル比となるように添加するのが好ましく、更に好ましくは、１．５〜２倍モル比である。前記において、マグネシウムが燐の１倍モル比以下では燐の除去率が低くなり、３倍モル比以上では、残存マグネシウム量が多くなり、薬品費が嵩むと共に、固定床濾過装置でスケールが発生して濾過床の目詰まりを速める恐れがある。また、調整ｐＨは、７．５〜１０が好ましく、更に好ましくは、８〜８．５であり、ｐＨが７．５以下であると燐酸マグネシウム化合物の生成効率が低下し、ｐＨが１０以上では薬品費が嵩むと共に、固定床濾過装置でスケールが発生して濾過床の目詰まりを速める恐れがある。
【００２３】
原水調整槽１で調整された混合液は、混合液導入管Ｄから流動床反応槽２に導入され、攪拌機９で生成結晶が流動床反応槽２の上部の液抜き出し管Ｅから流出せず、流動床反応槽２の底部に沈殿しない程度の緩速で攪拌されることにより、排水中の燐とマグネシウムが反応して燐酸マグネシウム化合物の結晶が析出される。
【００２４】
流動床反応槽２で所定の時間滞留して反応された液を上部液抜き出し管Ｅから抜き出して固定床濾過装置３に供給し、濾過床１０を下降流する間に液中の微細フロックを濾過分離すると共に、流動床反応槽で未反応となった燐などを結晶表面で析出させることにより、燐の除去効率を高く維持することができ、微細フロックなどが濾過分離される。濾過後の清澄化された濾過処理水は、濾過処理水排出管Ｈから処理水槽４に導入されて貯留され、処理水排出管Ｉから系外に排出される。
【００２５】
また、流動床反応槽２で所定の時間滞留して反応した液を下部液抜き出し管Ｆから抜き出してポンプ１１を介して結晶分離装置５に供給し、液中の燐酸マグネシウム化合物結晶を分離して結晶貯留槽７に回収する。また、結晶が分離された分離液はドレン槽６に導入して貯留する。なお、回収した燐酸マグネシウム化合物結晶は結晶排出管Ｍから適宜な吸引排出手段で吸引排出されるが、固定床濾過装置３の濾過床１０の充填用結晶として一部用いられる以外に、不純物が少なくマグネシウムや燐酸及びアンモニアを多量に含有し、不純物も少ないため、肥料や土壌改良材として還元することができる。また、ドレン槽６に貯留された分離液は、結晶分離装置５で濾過分離されない微粒子を再度成長させるため、分離液循環管Ｌからポンプ１４を介して原水調整槽１に循環される。
【００２６】
濾過処理工程で固定床濾過装置３が所定の濾過効率に低下した後に、逆洗工程が行われるが、逆洗水としては、処理水槽４に貯留された処理水が用いられ、処理水は逆洗水供給管Ｊからポンプ１２を介して固定床濾過装置３へ供給され、濾過床１０を上昇流する間に目詰まりした微細フロックなどが除去され、逆洗水排出管Ｇから排出させて逆洗水槽８に導入される。逆洗水槽８に貯留された逆洗水は、除去された微細フロックなどをより成長させるため、逆洗水循環管Ｋからポンプ１３を介して原水調整槽１に循環される。
【００２７】
以下に本発明の一実施の形態の晶析脱燐装置を用いて有機性排水を処理した実施例について更に詳述する。
【００２８】
（実施例）
図１の装置を用いて食品系有機排水を処理した。なお、原水中のＴ−Ｐ：２７〜１８０ｍｇ／Ｌ（平均６５ｍｇ／Ｌ）、ＰＯ4−Ｐ：７〜９８ｍｇ／Ｌ（平均５１ｍｇ／Ｌ）であった。
その結果、処理水中のＴ−Ｐ：０．５〜２．０ｍｇ／Ｌ（平均１．１ｍｇ／Ｌ）、ＰＯ4−Ｐ：０．３〜１．４ｍｇ／Ｌ（平均０．９ｍｇ／Ｌ）であった。
前記の通り、脱燐効果が極めて高いことが判明した。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、脱燐効果が安定して高く維持でき、析出結晶も容易に分離できるため、設備費や運転経費も低廉であり、また、分離回収した結晶も不純物が少なくマグネシウム、アンモニア及び燐酸を多量に含んでいるため、肥料や土壌改良材とりて還元することができる晶析脱燐装置及びその晶析脱燐方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である晶析脱燐装置の系統図
【符号の説明】
１：原水調整槽
２：流動床反応槽
３：固定床濾過装置
４：処理水槽
５：結晶分離装置
６： ドレン槽
７：結晶貯留槽
８：逆洗水槽
９：攪拌機
１０：濾過床
１１、１２、１３、１４：ポンプ
【図１】
0004519965.tif 000002