(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶種の流動床が形成された反応晶析槽内にリン含有水を導入し、リン含有水中のリンと前記結晶種とを接触させて、リン含有水中のリンをリン酸カルシウム化合物として分離することにより、前記リン含有水を脱リン処理した処理水とする晶析脱リン方法であって、
前記リン含有水を前記反応晶析槽の下部に備えられた導入口から前記結晶種の展開率が２０〜２００％となるように導入して上向流を形成させ、
前記導入口から導入されたリン含有水を、前記導入口の上方に設けられた前記反応晶析槽よりも径の小さな略円筒状のドラフト管及び当該ドラフト管内に設けられた循環流形成手段によって前記ドラフト管内で下向流を形成させて前記結晶種と共に前記リン含有水を前記反応晶析槽内で循環させることにより、前記リン含有水を脱リン処理させてなる処理水とする
ことを特徴とする晶析脱リン方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理水等のリン含有水からリンを分離する晶析脱リン方法及び晶析脱リン装置に関し、更に詳しくは、リン酸カルシウムを含有するリン吸着剤を流動化させた流動床式の反応晶析槽内にリン含有水を供給し、リン含有水中のリンとリン吸着剤とを反応させることによりリン酸カルシウム化合物を析出させる晶析脱リン方法及び晶析脱リン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、下水処理水等のリン含有水の脱リン装置としては、最終生成物のリサイクル性が高く、系外に排出されるリン含有物の容積が小さく、かつ、含液分（付着液分）が少ないという理由から、晶析脱リン装置が注目されている。
【０００３】
実用化されている晶析脱リン装置としては、結晶種を固定した状態で用いる固定床式の晶析脱リン装置が多数を占めているが、処理速度を大きくとれないという問題点があるため、処理速度を大きくとれる流動床式の晶析脱リン装置を用いた晶析脱リンも行われている。
【０００４】
この晶析脱リン装置としては、反応晶析槽内にリン含有水を導入し、反応晶析槽内に結晶種の流動床を形成させながらリン含有水を上向流通水させて、リン含有水中のリンと結晶種とを接触させ、リン含有水中のリンをリン酸カルシウム化合物として分離して脱リン処理し、反応晶析槽から脱リン処理された処理水を排出するよう構成されたものが知られている。
【０００５】
このような装置を用いた晶析脱リン処理では、リン含有水のｐＨ値を１０程度の高い値に設定することにより、リン含有水の過飽和度を高くして反応時間を短縮すると共に、反応晶析槽内にカルシウムやアルカリ剤を供給して、晶析反応の際に結晶種の表面以外で生成されるリン酸カルシウムの微細結晶の析出を抑制することが行われている。
【０００６】
この方法は、リン含有水のリン濃度が低い場合には有効だが、リン濃度が高いと微細結晶の析出量が増大し、処理水中に微細結晶が流出するおそれがあるため、反応晶析槽内で脱リン処理された処理水の一部をリン含有水の希釈に用いて、リン含有水のリン濃度を低下させることも行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、リン含有水のリン濃度を十分低くするために循環させる処理水の流量を増大させると、反応晶析槽内のリン含有水のＬＶ（線速度）が増大する。このため、結晶種の充填密度を高めて展開率を高めるべく、結晶種の添加量を増大させる必要があり、これらを十分に収容できるよう、反応晶析槽の体積を大きくする必要があった。そこで、線速度を抑制して反応晶析槽の体積を小さく抑えるべく反応晶析槽の断面積を大きくすると、反応晶析槽の設置面積が大きくなってしまう。このように、従来の晶析脱リン装置では、処理効率を高めようとすると装置が大型化してしまうという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、装置の小型化を図りつつ十分な脱リン処理を行える晶析脱リン方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためになされた請求項１に係る晶析脱リン方法の発明は、結晶種の流動床が形成された反応晶析槽内にリン含有水を導入し、リン含有水中のリンと前記結晶種とを接触させて、リン含有水中のリンをリン酸カルシウム化合物として分離することにより、前記リン含有水を脱リン処理した処理水とする晶析脱リン方法であって、前記リン含有水を前記反応晶析槽の下部に備えられた導入口から前記結晶種の展開率が２０〜２００％となるように導入して上向流を形成させ、前記導入口から導入されたリン含有水を、前記導入口の上方に設けられた前記反応晶析槽よりも径の小さな略円筒状のドラフト管及び当該ドラフト管内に設けられた循環流形成手段によって前記ドラフト管内で下向流を形成させて前記結晶種と共に前記リン含有水を前記反応晶析槽内で循環させることにより、前記リン含有水を脱リン処理させてなる処理水とすることを特徴とする晶析脱リン方法である。
【００１０】
請求項１の発明によると、流動床を利用した晶析脱リン方法において、リン含有水を、導入口から導入して結晶種の展開率が２０〜２００％となるように上向流を形成させ、結晶種の流動床が形成された反応晶析槽内にリン含有水を導入すると共に、前記反応晶析槽内に設けられたドラフト管内のリン含有水を下向流となるように循環流形成手段で攪拌させて循環流を形成することにより、結晶種と共にリン含有水を反応晶析槽内で循環させることができるので、反応晶析槽内の結晶種とリン含有水との接触頻度を高めて、結晶種表面へのリン酸カルシウムの析出を促進でき、結晶種の展開率を低く抑えつつ脱リン処理効率を高くできる。このため、リン含有水を希釈するための処理水の流量を抑えることができ、反応晶析槽の容積を小さくできる。また、リン含有水中での結晶種の充填密度、即ち単位容積あたりの表面積を大きくできるので、反応晶析槽内の結晶種の量を抑えつつ結晶種表面での結晶析出の割合を高く維持でき、微細結晶の生成を更に抑えて十分な脱リン処理を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る晶析脱リン方法の一実施形態について図面を参照して説明する。
最初に、本実施形態で使用される薬剤について説明する。
（１）本実施形態で用いられるカルシウム化合物及び／又はアルカリ剤とは、排水中のリンと反応して難溶解性のカルシウム塩を生成するものであり、代表的には、消石灰Ｃａ（ＯＨ）2の消石灰乳が挙げられる。しかし、本発明で用いるカルシウム化合物は、同様な機能を奏すればＣａ（ＯＨ）2に限定されるものではなく、例えば塩化カルシウム等他のカルシウム化合物を用いることもできる。本発明の実施形態においては代表的な化合物としてＣａ（ＯＨ）2を例示して説明する。Ｃａ（ＯＨ）2は、カルシウムイオン供給源としてだけでなく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を用いるのが望ましい。
（２）リン酸カルシウムが析出される担持体としては、例えば骨炭、リン酸カルシウム、リン鉱石などの天然鉱石や人工的に調整した脱リン材を用いることができる。担持体としては、粒径が０．１ｍｍ〜１ｍｍのものを使用できるが、晶析反応速度と粉砕コストとの兼ね合いから０．１５〜０．５ｍｍ程度であることが好ましい。すなわち、粒径が０．１５ｍｍ未満では粉砕コストが高くなり、逆に、粒径が０．５ｍｍ以上では晶析反応速度が遅くなる。
【００１６】
次に、本発明に係る晶析脱リン装置について図１を参照して説明する。
図１は、本発明に係る晶析脱リン装置の一実施形態を示す系統図である。
本発明に係る晶析脱リン装置は、原水供給部と、消石灰乳供給部と、晶析脱リン部と、処理水循環部とを主要部としている。
【００１７】
原水供給部では、原水ピット２内に貯溜された下水処理水等のリン含有水（リン濃度（ＰＯ4−Ｐとして）は通常は１〜１０ｍｇ／Ｌ）が、原水ポンプ２ａで抜き出され、配管２ｂを介して流動床式の反応晶析槽１に供給されるようになっている。このとき、既に反応晶析槽１でリンを分離されて処理水槽４に貯溜された処理水が、循環水ポンプ４ａ１により配管４ｂ１を介してリン含有水が流れる配管２ｂに供給され、リン含有水が希釈されて反応晶析槽１に供給されるようになっている。
【００１８】
一方、消石灰乳供給部では、タンクローリー車からカルシウム化合物及び／又はアルカリ剤である消石灰乳が消石灰乳受入タンク３に受け入れられ、貯蔵されるようになっている。貯蔵された消石灰乳は、バルブＶ１を開として循環ラインを形成し、循環ポンプ３ａを運転しながら配管３ｂを介して循環（攪拌）させることで消石灰乳受入タンク３内の消石灰濃度を均一にできるようになっている。また、消石灰乳供給部では、バルブＶ２を開とすることにより、循環ポンプ３ａを運転しながら配管３ｂ及び配管３ｃを介して流動床式の反応晶析槽１に消石灰乳を供給するようになっている。ここで、配管３ｃは、配管３から反応晶析槽１内に導入された消石灰乳の希釈液が、反応晶析槽１内を循環するリン含有水の水流に乗るよう設けられている。これにより、後記する反応晶析槽１内に設けられたドラフト管１３内を流動するリン含有水と共に消石灰乳が攪拌されて、反応晶析槽１内に消石灰乳を速やかに分散させられる。
【００１９】
このとき、消石灰乳は、反応晶析槽１に供給される前に、処理水槽４から希釈水ポンプ４ａ２の始動により配管４ｂ２を介して供給される処理水により、配管３ｃ内で５〜２５倍に希釈され、流動床式の反応晶析槽１の流動床１ａがｐＨ＝６〜１１、好ましくは９．５〜１０．５、Ｃａ濃度＝２０〜１００ｍｇ／Ｌ、好ましくは４０〜６０ｍｇ／Ｌに設定できるように自動制御されて供給されるようになっている。
【００２０】
晶析脱リン部では、流動床式の反応晶析槽１内で、流動床１aを形成する結晶種とリン含有水とが接触することにより、リン含有水中のリンが除去されるようになっている。
【００２１】
反応晶析槽１には、図２に示すように、処理水で希釈されたリン含有水を反応晶析槽１内に導入するための導入口１１がその底板部に設けられており、反応晶析槽１内で脱リン処理された処理水を反応晶析槽１から排出するための排出口１２が側壁上部に設けられている。この場合、排出口１２の配設位置は、ドラフト管１３を用いない場合に導入口１１からリン含有水を導入して、反応晶析槽１内で上向流を形成した際の、リン含有水の流動界面の上方３０ｃｍ以上、特に５０ｃｍ以上の位置に設けられている。これにより、反応晶析槽１からの結晶種の流出を防止できる。
【００２２】
また、反応晶析槽１内には、反応晶析槽１よりも径の小さな略円筒状のドラフト管１３が設けられている。ドラフト管１３の断面積は、反応晶析槽１の断面積の１／５０〜１／２、好ましくは１／２５〜１／４程度とすることが好ましい。
【００２３】
さらに、反応晶析槽１には、反応晶析槽１内の液を攪拌するための攪拌機１４（循環流形成手段）が設けられている。攪拌機１４は、リン含有水を攪拌するための攪拌部分１４１が、反応晶析槽１内のリン含有水の流動界面よりも低く、静止界面よりも高い位置に位置し、かつ、ドラフト管１３内に存するよう配設されている。
【００２４】
このような構成の反応晶析槽１では、処理水で希釈されたリン含有水が導入口１１から反応晶析槽１内に導入される。この場合、反応晶析槽１内に導入されるリン含有水の流量は、展開率が２０〜２００％となるようにすることが好ましい。このようにして反応晶析槽１内に導入されたリン含有水は、ディストリビュータ１ｃを通過して、５〜２０ｍ／ｈｒの範囲の線速度ＬＶで上向流を形成し、結晶種を流動化させて流動床１ａを形成する。
【００２５】
このように、リン含有水を反応晶析槽１内に導入するための導入口１１を底板部に設け、反応晶析槽１内で脱リン処理された処理水を外部に排出するための排出口１２を側壁上部に設けることにより、反応晶析槽１内のリン含有水に十分な上向流を与えられる。このため、粒径が大きな結晶種を用いた場合でも、反応晶析槽１の底部に結晶種が沈降するのを防止して、十分な流動床１ａを形成できる。粒径の小さな結晶種は沈降しづらく、結晶種の展開率が大きくなるため、反応晶析槽を大きくする必要があるが、この装置によれば、粒径の大きな結晶種でも十分な流動床を形成できるので、結晶種の展開率を小さく抑えられ、反応晶析槽１の容積を小さくできる。
【００２６】
また、反応晶析槽１内のリン含有水は、攪拌機１４で攪拌されて、ドラフト管１３内のリン含有水が下向き流を形成し、これに伴いドラフト管１３外のリン含有水が上向き流を形成して、反応晶析槽１内のリン含有水が全体として図２に太矢印で示すように循環するようになっている。この場合、ドラフト管１３内を下向流を形成して流動するリン含有水の流量は、導入口１１から反応晶析槽１内に導入されるリン含有水の流量の２倍以上、特に４〜１０倍以上とすることにより、反応晶析槽１内でのリン含有水中のリンと結晶種との接触頻度を高めて脱リン効率を高めるのに十分な循環流を反応晶析槽１内に形成できる。
【００２７】
このように、反応晶析槽１内に配設された攪拌機１４の攪拌部１４１で反応晶析槽１内のリン含有水を循環させることにより、リン含有水を結晶種と共に反応晶析槽１内で循環させることができ、反応晶析槽１内の結晶種とリン含有水との接触頻度を高めて、結晶種表面へのリン酸カルシウムの析出を促進でき、結晶種の展開率を低く抑えつつ脱リン処理効率を高くできる。これによりリン含有水中での結晶種の充填密度、即ち単位容積あたりの表面積を大きくでき、反応晶析槽１内の結晶種の量を少なくしつつ結晶種表面での結晶析出を割と高く維持でき、微細結晶の生成を更に抑えることができる。
【００２８】
このようにして脱リン処理された処理水は、反応晶析槽１の側壁上部に設けられた排出口１２から、配管１ｂを介して処理水循環部に供給される。
【００２９】
処理水循環部では、流動床式の反応晶析槽１内でリンを分離されたリン含有水が配管１ｂを介して処理水として処理水槽４に貯溜され、処理水の１部は、後段のｐＨ調整槽（不図示）でｐＨ値を中和処理された後、河川に放流される。処理水の残りは、1部が循環水ポンプ４ａ１により配管４ｂ１を介して反応晶析槽１の下部へ戻され、また1部が希釈水ポンプ４ａ２により配管４ｂ２を介して配管３ｃへと消石灰乳を希釈するための希釈水として供給される。
【００３０】
前記実施の形態では、リン含有水を導入するための導入口が反応晶析槽の下部に設けられ、反応晶析槽内で脱リン処理された処理水を外部に排出するための排出口が反応晶析槽の上部に設けられているため、反応晶析槽内のリン含有水に十分な上向流を与えることができ、沈降速度の大きな、例えば、粒径０．１ｍｍ以上のヒドロキシアパタイトからなる結晶種でも、反応晶析槽の底部に結晶種が沈降するのを防止して、十分な流動床を形成することができる。また、粒径の小さな結晶種は沈降性が悪く、結晶種の展開率が大きくなるため、反応晶析槽を大きくする必要があるが、この装置によれば、粒径の大きな結晶種でも十分な流動床を形成できるので、結晶種の展開率を小さく抑えられ、反応晶析槽の容積を小さくできる。
また、前記実施の形態では、反応晶析槽１内のリン含有水を循環させるための循環流形成手段として攪拌機１４を用いた場合について説明したが、反応晶析槽１内のリン含有水を循環させることができるのであれば攪拌機１４に限らず、例えば、水中ミキサーを用いることもできる。前記実施の形態では、反応晶析槽１内に一つのドラフト管１３を設けた場合について説明したが、ドラフト管全体の断面積が反応晶析槽１の断面積の１／５０〜１／２、特に１／２５〜１／４程度の範囲内であれば、ドラフト管の本数は適宜変更して差し支えない。
【００３１】
前記実施の形態では、反応晶析槽１の側壁の上部に単に排出口１２を設けた場合について説明したが、反応晶析槽１内のリン含有水の流動界面と排出口１２との間に整流板を設けて、反応晶析槽１から結晶種が流出するのを防止するようにしてもよい。結晶種表面が微生物により著しく汚染される場合には、次亜塩素酸ソーダを数ｐｐｍ添加し、又は、オゾン処理して汚染を除去した後に、反応晶析槽１内に導入してもよい。前記実施の形態では、反応晶析槽１内から排出された処理水の一部を、リン含有水が流動する配管２ｂ内に導入して、リン含有水を希釈したが、必ずしもリン含有水を希釈水する必要はない。反応晶析槽１内に設けられるドラフト管１３の形状は任意であり、円筒形等に適宜設定できる。
【００３２】
【実施例】
次に、本発明の実施例について、比較例と対比して説明する。
〔実施例〕
反応晶析槽１から排出された処理水を用いてリン含有水を希釈しないことを除いて、図１の晶析脱リン装置と同様の構成の晶析脱リン装置を用いて、以下の条件でリン含有水を脱リン処理した。
（１）反応晶析槽
直径７５ｍｍ、高さ２０００ｍｍの円筒体
（２）ドラフト管
直径２０ｍｍ、高さ６００ｍｍの円筒体
（３）結晶種
粒径０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍのリン鉱石
（４）原水処理量
下水二次処理水（リン濃度（ＰＯ4−Ｐ）＝４．５ｍｇＰＯ4−Ｐ／Ｌ）を、反応晶析槽内に導入し、展開率５０％、上向流の線速度ＬＶ１０ｍ／ｈｒ、処理水基準の空塔速度ＳＶ＝１５ｈｒ-1となるようにした。
（５）攪拌条件
ドラフト管内の流量が１５ｍ3／ｈｒとなるよう攪拌した。
（６）カルシウム化合物及び／又はアルカリ剤
消石灰のうちＪＩＳ規格の特号より微粒子のもので、目開きが１５０メッシュ（タイラー標準篩）の篩上残分が０．０５％以下のものを水に分散し懸濁液（消石灰乳）として使用し、反応晶析槽内のリン含有水がｐＨ＝１０となるよう反応晶析槽内に導入した。
【００３３】
以上述べた実施例によると、脱リン塔１１から排出される処理水の全リン濃度（Ｔ−Ｐ）は０．７ｍｇＰ／Ｌと低い値に抑えられた。また、処理水中の全リン酸濃度（ＰＯ4−Ｐ）も０．２ｍｇＰＯ4−Ｐ／Ｌと低い値に抑えられた。
【００３４】
〔比較例１〕
反応晶析槽にドラフト管及び攪拌機が設けられておらず、反応晶析槽１から排出された処理水を用いてリン含有水を希釈しないことを除いて、図１の晶析脱リン装置と同様の構成の晶析脱リン装置を用いて、以下の条件でリン含有水を脱リン処理した。
（１）反応晶析槽
直径７５ｍｍ、高さ２０００ｍｍの円筒体
（２）結晶種
粒径０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍのリン鉱石
（３）原水処理量
下水二次処理水（リン濃度（ＰＯ4−Ｐ）＝４．５ｍｇＰＯ4−Ｐ／Ｌ）を、反応晶析槽内に、展開率５０％、上向流の線速度ＬＶ１０ｍ／ｈｒ、処理水基準の空塔速度ＳＶ＝１５ｈｒ-1となるよう導入した。
（４）カルシウム化合物及び／又はアルカリ剤
消石灰のうちＪＩＳ規格の特号より微粒子のもので、目開きが１５０メッシュ（タイラー標準篩）の篩上残分が０．０５％以下のものを水に分散し懸濁液（消石灰乳）として使用し、反応晶析槽内のリン含有水がｐＨ＝１０となるよう反応晶析槽内に導入した。
【００３５】
以上述べた比較例１によると、処理水中の全リン酸濃度（ＰＯ4−Ｐ）は０．２ｍｇＰＯ4−Ｐ／Ｌと低い値に抑えられたが、脱リン塔１１から排出される処理水の全リン濃度（Ｔ−Ｐ）は１．２ｍｇＰ／Ｌと高い値を示した。
【００３６】
〔比較例２〕
反応晶析槽がドラフト管及び攪拌機を備えないことを除いて、図１の晶析脱リン装置と同様の構成の晶析脱リン装置を用いて、以下の条件でリン含有水を脱リン処理した。
（１）反応晶析槽
直径７５ｍｍ、高さ２０００ｍｍの円筒体
（２）結晶種
粒径０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍのリン鉱石
（３）原水処理量
下水二次処理水（リン濃度（ＰＯ4−Ｐ）＝４．５ｍｇＰＯ4−Ｐ／Ｌ）を、反応晶析槽内に、展開率５０％、上向流の線速度ＬＶ１０ｍ／ｈｒ、処理水基準の空塔速度ＳＶ＝１５ｈｒ-1となるよう導入した。
（４）カルシウム化合物及び／又はアルカリ剤
消石灰のうちＪＩＳ規格の特号より微粒子のもので、目開きが１５０メッシュ（タイラー標準篩）の篩上残分が０．０５％以下のものを水に分散し懸濁液（消石灰乳）として使用し、反応晶析槽内のリン含有水がｐＨ＝１０となるよう反応晶析槽内に導入した。
【００３７】
以上述べた比較例２によると、処理水中の全リン酸濃度（ＰＯ4−Ｐ）は０．２ｍｇＰＯ4−Ｐ／Ｌと低い値に抑えられたが、脱リン塔１１から排出される処理水の全リン濃度（Ｔ−Ｐ）は１．０ｍｇＰ／Ｌと高い値を示した。
【００３８】
このように、反応晶析槽内にドラフト管を設けると共に、攪拌機を用いて反応晶析槽内の液を攪拌することにより、リン含有水を処理水で希釈することなく、処理水の全リン濃度、全リン酸濃度を低い値に抑えることができた。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明した工程と作用からなる本発明によれば、以下の効果を奏する。
１．請求項１の発明によれば、流動床を利用した晶析脱リン方法において、循環流形成手段により、リン含有水を結晶種と共に反応晶析槽内で循環させるので、結晶種の展開率を低く抑えつつ脱リン処理効率を高くできるため、リン含有水を希釈するための処理水の流量を抑えられ、反応晶析槽の容積を小さくできる。また、反応晶析槽内の結晶種の量を抑えつつ結晶種表面での結晶析出の割合を高く維持でき、微細結晶の生成を更に抑えて十分な脱リン処理を行うことができる。
２．請求項２の発明によれば、流動床を利用した晶析脱リン装置において、結晶種、循環流形成手段により、リン含有水を結晶種と共に反応晶析槽内で循環させるので、結晶種の展開率を低く抑えつつ脱リン処理効率を高くできるため、リン含有水を希釈するための処理水の流量を抑えられ、反応晶析槽の容積を小さくできる。また、反応晶析槽内の結晶種の量を抑えつつ結晶種表面での結晶析出の割合を高く維持でき、微細結晶の生成を更に抑えて十分な脱リン処理を行うことができる。
３．請求項３の発明によれば、流動床を利用した晶析脱リン装置において、リン含有水を導入するための導入口が反応晶析槽の下部に設けられ、前記反応晶析槽内で脱リン処理された処理水を外部に排出するための排出口が前記反応晶析槽の上部に設けられているため、反応晶析槽内のリン含有水に十分な上向流を与えることができ、粒径結晶種が反応晶析槽の底部に沈降するのを防止して、十分な流動床を形成でき、結晶種の展開率を小さく抑えられ、反応晶析槽の容積を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る晶析脱リン装置の一実施形態を示す系統図である。
【図２】同晶析脱リン装置を構成する反応晶析槽を説明する図である。
【符号の説明】
１                  反応晶析槽
１ａ                流動床
１１                導入口
１２                排出口
１３                ドラフト管
１４                攪拌機（循環流形成手段）
３                  消石灰乳受入タンク
３ａ                循環ポンプ
４                  処理水槽
４ａ１              循環水ポンプ
４ａ２              希釈水ポンプ
Ｖ１，Ｖ２          バルブ
【図１】
0004374825.tif 000002
【図２】
0004374825.tif 000003