(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塔下部にリン含有排水の導入口が設けられ、塔上部に処理水の取り出し口が設けられ、塔内にリン酸カルシウムを含有するリン吸着材の流動床が形成された反応塔に、リン含有排水を導入し、カルシウム化合物及び／又はアルカリ剤の添加により、該反応塔内で該リン含有排水中のリンをリン酸カルシウム結晶として除去する脱リン方法において、
該反応塔は、該導入口から導入されたリン含有排水を流動床の下部に均一に導入するためのディストリビュータを有しており、
該リン含有排水のＰＯ４−Ｐ濃度に対する該排水中のＣａ２＋イオン濃度が１０〜１５モル倍となるように前記カルシウム化合物を添加すると共に、該反応塔内のｐＨが９〜１１となるようにｐＨ制御することを特徴とする脱リン方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は脱リン方法に係り、特に、下水処理水等のリン含有排水中のリンを晶析脱リン反応によりリン酸カルシウムとして効率的に除去する脱リン方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水処理水等のリン含有排水の処理方法としては、次のような方法が知られている。
▲１▼  原水にＡｌ塩又は鉄塩等の凝集剤を添加して凝集処理し、固液分離する凝集沈殿法
▲２▼  原水にマグネシウム化合物と必要に応じてアンモニウム化合物を添加してｐＨ調整し、リンをＭＡＰ（リン酸アンモニウムマグネシウム）として除去するＭＡＰ法
▲３▼  原水にカルシウム化合物を添加して種晶の固定床又は流動床に通水することにより、リンをリン酸カルシウムの結晶として除去する晶析法（特公平２−３３４３５号公報）
しかしながら、凝集沈殿法では沈殿槽を必要とするため用地面積が大きく、また、汚泥として除去されるリンの純度が低く、リンの再利用に不利であり、含水率の高い汚泥の脱水処理が必要である上に、得られる脱水ケーキの含水率も８０％以上と高いという欠点がある。
【０００３】
ＭＡＰ法や晶析法では沈殿槽が不要であるために用地面積が小さくて足り、また、リンを肥料として有効利用可能なＭＡＰ又はリン酸カルシウムの結晶として回収することができ、更に結晶化させるために回収物の容量も小さいという利点があるが、ＭＡＰ法ではそのリン回収率が高々７０％程度と低く、また、リンとマグネシウムとアンモニアの化合物であるために結晶を析出させるために必要とされる化合物が高価となる上に、ｐＨ調整用のアルカリ剤の使用量も多く、薬剤コストが高くつくという欠点がある。
【０００４】
これに対して晶析法であれば、リンをリン酸カルシウムの結晶として安価にかつ比較的高い回収率で除去することができ、得られるリン酸カルシウム結晶は、肥料として有効利用することができるが、晶析法のうち、種晶の固定床を用いる固定床式晶析法では処理能力が低く、通水ＳＶとしてＳＶ２ｈｒ−１以下での処理しかできない上に、浮遊物で固定床が閉塞するため定期的に固定床の逆洗が必要であり、逆洗排水の処理の問題がある。
【０００５】
種晶の流動床を用いる流動床式晶析法ではこのような問題はないが、流動床式晶析法であっても、ＰＯ４−Ｐ濃度３〜４ｍｇ／Ｌ程度の比較的低濃度リン含有排水である下水処理水を高速で処理してＰＯ４−Ｐ濃度１ｍｇ／Ｌ以下の高水質処理水を得ることは困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来においては、通水速度を上げた条件で高水質処理水を得ることができる流動床式晶析法は提供されていない。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点を解決し、ＰＯ４−Ｐ濃度数ｍｇ／Ｌ〜１０数ｍｇ／Ｌ程度の低濃度リン含有排水をＳＶ＝１０〜２０ｈｒ−１程度の高速処理によりＰＯ４−Ｐ濃度１ｍｇ／Ｌ以下の高水質処理水を得ることができる脱リン方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の脱リン方法は、塔下部にリン含有排水の導入口が設けられ、塔上部に処理水の取り出し口が設けられ、塔内にリン酸カルシウムを含有するリン吸着材の流動床が形成された反応塔に、リン含有排水を導入し、カルシウム化合物及び／又はアルカリ剤の添加により、該反応塔内で該リン含有排水中のリンをリン酸カルシウム結晶として除去する脱リン方法において、該反応塔は、該導入口から導入されたリン含有排水を流動床の下部に均一に導入するためのディストリビュータを有しており、該リン含有排水のＰＯ４−Ｐ濃度に対する該排水中のＣａ２＋イオン濃度が１０〜１５モル倍となるように前記カルシウム化合物を添加すると共に、該反応塔内のｐＨが９〜１１となるようにｐＨ制御することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、Ｃａ２＋／ＰＯ４−Ｐのモル比、即ち、ＰＯ４態のリン濃度に対するカルシウムイオン濃度の割合が１０〜１５のカルシウム過剰条件と高ｐＨ条件を採用することにより反応塔内のリンの晶析反応効率を高めると共に、反応塔にディストリビュータを設けることで、流動床内のリン含有排水の上昇流を均一化し、排水のショートパスを防止して、種晶と十分に接触させてリンを確実に除去する。このため、後述の実施例の結果からも明らかなように、ＰＯ４−Ｐ濃度３〜３．５ｍｇ／Ｌのリン含有排水をＳＶ１５ｈｒ−１の高速処理で、ＰＯ４−Ｐ濃度０．３〜０．４ｍｇ／Ｌの高水質処理水を得ることができる。
【００１０】
なお、本発明の方法で除去されるリンは、ＰＯ４態のリンであるため、他の有機態等の形態のリンが被処理排水中に含まれる場合には、酸化処理等により可溶化させる前処理を行って、ＰＯ４態に変換させることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の脱リン方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の脱リン方法の実施の形態を示す系統図である。
【００１３】
なお、以下においてはカルシウム化合物として消石灰：水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）を用いた場合を例示するが、本発明で用いるカルシウム化合物はＣａ（ＯＨ）２に限定されるものではなく、塩化カルシウム等の他のカルシウム化合物を用いることもできる。ただし、アルカリ剤としての機能を兼用できることから、カルシウム化合物としてはＣａ（ＯＨ）２を用いることが望ましい。
【００１４】
図１の方法では、原水（リン含有排水）をまず配管１１よりｐＨ調整槽１に導入し、このｐＨ調整槽１において、消石灰溶解槽２から供給されるＣａ（ＯＨ）２を添加してｐＨ調整する。
【００１５】
このｐＨ調整槽１でｐＨ調整した液は配管１２より晶析反応塔３に送給し、塔下部から導入する。
【００１６】
この晶析反応塔３は塔下部に導入口を有し、塔上部に処理水の排出口を有し、塔内に種晶（リン吸着材）の流動床４が形成されたものである。
【００１７】
この種晶としては、リン酸カルシウムを含むものが好ましく、例えば骨炭、リン酸カルシウム、リン鉱石等を用いることができ、特に、リン鉱石が好適である。また、その粒径は０．１５〜０．３ｍｍ程度であることが好ましい。
【００１８】
この流動床４の下部に対し、配管１２から導入された液を均一に流入させて種晶を流動床４内に均一に展開させると共に、種晶と水流とを確実に接触させるためのディストリビュータ５が設けられている。ディストリビュータ５は配管１２から導入された液を流動床４に均一に導入させ得るものであれば任意のものが使用でき、例えば流動床４下部の支持板に複数のノズルをつけたものなどが挙げられる。なお、流動床４の上部には流動床４の過大な展開を抑えるための押さえ傾斜板を設けられても良い。
【００１９】
また、晶析反応塔３には、消石灰溶解槽２からＣａ（ＯＨ）２が供給されてｐＨ調整される。
【００２０】
このような晶析反応塔３の下部に配管１２より導入された液は、流動床４内で晶析反応を起こし、液中のリンがリン酸カルシウムとして除去され、処理水は配管１３より抜き出され、処理水槽６に送給される。処理水槽６内の処理水の一部はポンプＰ２を備える配管１４より抜き出され、配管１５，１６よりそれぞれｐＨ調整槽１、晶析反応塔３に循環される。また、処理水槽６内の処理水の残部は配管１７より系外へ排出される。
【００２１】
図１の方法では、消石灰溶解槽２のＣａ（ＯＨ）２水溶液をポンプＰ１を備える配管１８で循環させ、この循環配管１８から、配管１９，２０により、処理水をｐＨ調整槽１に循環する配管１５及び晶析反応塔３に循環する配管１６にそれぞれＣａ（ＯＨ）２を注入している。
【００２２】
そして、各配管１８，１９，２０に設けられた自動弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の開閉制御で、ｐＨ調整槽１のｐＨが９以下、好ましくは８．８〜９．０となるように、また、反応塔３のｐＨが９〜１１、好ましくは９．５〜１０．５となるように、各々ｐＨ計１Ａ，３Ａの測定値に基く弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉制御でＣａ（ＯＨ）２の添加量が調整される。
【００２３】
この自動弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉制御の方法には特に制限はないが、例えば弁Ｖ２，Ｖ３を一定時間開、一定時間閉とする開閉を繰り返し（弁Ｖ１は弁Ｖ２，Ｖ３開のとき閉、弁Ｖ２，Ｖ３閉のとき開）、この繰り返し開閉制御において、ｐＨ調整槽１や反応塔３のｐＨ測定値が制御範囲を超えないように、適宜開閉時間の微調整を行うのが好ましい。
【００２４】
本発明においては、このようにｐＨ調整を行うと共に、反応塔３に導入される液中のＣａ２＋／ＰＯ４−Ｐが１０〜１５モル倍となるようにＣａ（ＯＨ）２の添加量を制御する。
【００２５】
従って、上記ｐＨ調整で添加されるＣａ（ＯＨ）２量で、十分にＣａ２＋／ＰＯ４−Ｐ＝１０〜１５の範囲となる場合には特にＣａ２＋／ＰＯ４−Ｐ調整のための処理を行う必要はないが、Ｃａ２＋が不足する場合には、更に塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）等の中性のカルシウム化合物を添加してＣａ２＋を補充する。逆にＣａ２＋が過剰となる場合には、Ｃａ（ＯＨ）２の一部を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等のアルカリ剤に置き換えてｐＨ調整しても良いが、Ｃａ２＋が過剰となっても一般的には処理水に支障をきたすことはない。
【００２６】
このような本発明の方法では、上記ｐＨ範囲及びＣａ２＋／ＰＯ４−Ｐに調整すると共に、反応塔にディストリビュータを設けたことによる水流の均一化効果で、反応塔の通水ＳＶ１０〜２０ｈｒ−１という高流速処理が可能であり、これにより反応塔の小型化を図ることができる。なお、種晶の流動化のため、反応塔内ＬＶは８ｍ／ｈｒ以上、好ましくは１０〜２０ｍ／ｈｒとすることが望ましい。
【００２７】
また、処理水の循環は必ずしも必要とされないが、ｐＨ調整槽１に処理水を循環してこの循環配管１５にＣａ（ＯＨ）２を注入し、また、処理水を晶析反応塔３に循環し、この循環配管１６にＣａ（ＯＨ）２を注入するように、絶えず循環している循環配管にＣａ（ＯＨ）２を注入することにより、ｐＨ値の安定化を図ることができ、好ましい。
【００２８】
この処理水の循環量には特に制限はないが、ｐＨ調整槽１への循環水量は原水量に対して５０〜１５０倍、反応塔３への循環水量は原水量に対して５０〜１５０倍程度とするのが好ましい。なお、反応塔３への循環水は、反応塔３の下部に導入する。
【００２９】
図１の方法では、晶析反応塔３の前段にｐＨ調整槽１を設け、ｐＨ調整を２段階で行っているが、このようにｐＨ調整を２段階で行うことにより、晶析反応塔３内のｐＨを安定化させ、晶析反応を安定かつ確実に進行させることができ、好ましい。
【００３０】
【実施例】
以下に実施例及びを挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３１】
実施例１
図１に示す方法に従って下水処理水（ＰＯ４−Ｐ濃度：３〜３．５ｍｇ／Ｌ）を４５０Ｌ／ｈｒの水量で処理した。カルシウム化合物（アルカリ剤）としては１０重量％Ｃａ（ＯＨ）２水溶液を用い、ｐＨ調整槽１での調整ｐＨは上限値９．０とし、反応塔３内の調整ｐＨは９．５〜１０．５とした。このときのＣａ（ＯＨ）２の添加量はＣａ換算で４０〜４５ｍｇ−Ｃａ／Ｌであった。また、反応塔３には種晶としてリン鉱石（平均粒径０．１５ｍｍ）を０．４２ｍ３投入し、消石灰循環配管１８の流量は３００Ｌ／ｈｒ、処理水循環配管１４，１５，１６の流量はそれぞれ３０，２０，１０Ｌ／ｈｒとし、反応塔３へはＳＶ１５ｈｒ−１，ＬＶ１０ｍ／ｈｒで通水した。
【００３２】
このときの消石灰循環配管１８及び消石灰注入配管１９，２０の弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉制御は、基本的には弁Ｖ２，Ｖ３を５秒間開、１５秒間閉の開閉を繰り返すこととし（弁Ｖ２，Ｖ３が開のとき、弁Ｖ１は閉、弁Ｖ２，Ｖ３が閉のとき、弁Ｖ１は開）、各々ｐＨの制御範囲で随時開閉を調整した。
【００３３】
その結果、反応塔からはＰＯ４−Ｐ濃度０．３〜０．４ｍｇ／Ｌの処理水が得られ、リンの平均回収率８０％で安定かつ効率的な処理を行えた。
【００３４】
比較例１〜３
実施例１において、処理条件を表１に示す通り変えたこと以外は同様に処理を行って、得られた処理水の水質を実施例１の結果と共に表１に示した。
【００３５】
【表１】
0003921922.tif 000002
【００３６】
表１より、本発明によれば、高い通水ＳＶで高水質処理水を得ることができることがわかる。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の脱リン方法によれば、リン含有排水を高い脱リン効率で処理して、リンが低濃度にまで除去された高水質処理水を安定かつ効率的に得ることができる。特に、本発明によれば、反応塔へのリン含有排水の通水流速を従来に比べて大幅に高めることができるため、反応塔の小型化を図ることができ、工業的に極めて有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脱リン方法の実施の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
１  ｐＨ調整槽
２  消石灰溶解槽
３  晶析反応槽
４  流動床
５  ディストリビュータ
６  処理水槽
【図１】
0003921922.tif 000003