(57)【要約】【課題】リンを含む大量の液体であっても従来のろ過法の場合よりもリンを短時間で除去又は回収することができるリン除去装置、リン回収装置、リン除去方法及びリン回収方法を提供すること。【解決手段】リン除去装置１は、リンを含有する下水（液体）と、リンを吸着するジルコニアフェライト粒子Ｚと、が混ざり合う吸着槽（除去用混合部）２と、吸着槽２にて混合された下水とジルコニアフェライト粒子との混合液が流れる除去用流路３と、帯磁性を有して除去用流路３内に着脱可能に配された複数の分離用磁性フィルタ５と、分離用磁性フィルタ５が配された除去用流路３の周囲に配されて分離用磁性フィルタ５に勾配磁場を付与する除去用超電導磁石（除去用磁気供給部）６と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リンを含有する液体と、リンを吸着する強磁性粒子と、が混ざり合う除去用混合部と、
前記除去用混合部にて混合された前記液体と前記強磁性粒子との混合液が流れる除去用流路と、
帯磁性を有して前記除去用流路内に着脱可能に配された複数の分離部と、
該分離部が配された前記除去用流路の周囲に配されて前記分離部に勾配磁場を付与する除去用磁気供給部と、
を備えていることを特徴とするリン除去装置。
【請求項２】
前記強磁性粒子が、ジルコニウムフェライト粒子であることを特徴とする請求項１に記載のリン除去装置。
【請求項３】
前記除去用流路が途中で複数の分岐路に分岐され、
前記分離部及び前記除去用磁気供給部が、前記分岐路のそれぞれに配されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリン除去装置。
【請求項４】
前記除去用磁気供給部が、超電導磁石を備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載のリン除去装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一つに記載のリン除去装置と、
リンが吸着された前記強磁性粒子と、アルカリ性溶液と、が混ざり合う回収用混合部と、
前記回収用混合部にて混合された前記強磁性粒子と前記アルカリ性溶液とのアルカリ混合液が流れる回収用流路と、
帯磁性を有して前記回収用流路内に着脱可能に配された複数の回収部と、
該回収部が配された前記回収用流路の周囲に配されて前記回収部に勾配磁場を付与する回収用磁気供給部と、
を備えていることを特徴とするリン回収装置。
【請求項６】
前記回収用流路が途中で複数の分岐路に分岐され、
前記回収部及び前記回収用磁気供給部が、前記分岐路のそれぞれに配されていることを特徴とする請求項５に記載のリン回収装置。
【請求項７】
リンを吸着する強磁性粒子と、リンを含有する液体と、を混合してリンを前記強磁性粒子に吸着させる吸着工程と、
帯磁性を有する分離部に勾配磁場を付与して前記強磁性粒子と前記液体との混合液を流す流通工程と、
前記分離部に付着した前記強磁性粒子を前記分離部とともに前記混合液から取り出す分離工程と、
を備えていることを特徴とするリン除去方法。
【請求項８】
前記液体が、下水処理された下水であることを特徴とする請求項７に記載のリン除去方法。
【請求項９】
請求項７に記載のリン除去方法によって得られたリンを吸着した前記強磁性粒子と、アルカリ性溶液と、を混合してリンを前記強磁性粒子からリン酸塩として脱離させる脱離工程と、
帯磁性を有する回収部に勾配磁場を付与して前記強磁性粒子と前記アルカリ性溶液とのアルカリ混合液を流す流通工程と、
前記回収部に付着した前記強磁性粒子を前記回収部とともに前記アルカリ混合液から取り出す回収工程と、
を備えていることを特徴とするリン回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リン除去装置、リン回収装置、リン除去方法及びリン回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リンは、我々の生活や産業の様々な場面で利用され、生活排水や産業排水とともに排出されている。一部のリンは、下水処理がなされて廃棄されるが、通常のリンは公共用水域に流出し、水域の富栄養化等の問題を引き起こしている。
【０００３】
一方、リンは、石油と同様に枯渇が懸念される鉱物資源として重要であるので、資源循環の観点から回収・再利用の必要性が高まっている。そこで、脱リン吸着剤としてジルコニウムフェライトを用いて下水と接触させる。そして、リンを吸着させ、続いて水酸化ナトリウム溶液と反応させて得られたリン酸塩からリンを回収するリン除去及びリン回収方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【非特許文献１】高井智丈、岩島良憲、大島純治、村沢  崇、西田克範、小松央子、ジルコニウム系吸着剤による脱リンと資源化技術、資源環境対策、ｖｏｌ３７、ｎｏ．２、２００１年２月１５日、ｐ．１５７−１６３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のリン除去方法及びリン回収方法では、ジルコニウムフェライトにリンを吸着させるとき、及びジルコニウムフェライトからリンを回収するときは、何れも公知のろ過法によってリンを回収し、再利用している。そのため、処理時間がかかり処理水量が制限されるため、下水施設のようなところにおける大規模なリンの除去・回収には不向きである。
【０００５】
また、もともと数マイクロメートル程度のジルコニウムフェライトの粒径をろ過によって除去・回収しやすい大きさにしておく必要があり、例えば、ジルコニウムフェライトの平均粒径を０．７ｍｍ程度にしている。そのため、除去・回収コストに影響がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、リンを含む大量の液体であっても従来のろ過法の場合よりもリンを短時間かつ低コストに除去又は回収することができるリン除去装置、リン回収装置、リン除去方法及びリン回収方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係るリン除去装置は、リンを含有する液体と、リンを吸着する強磁性粒子と、が混ざり合う除去用混合部と、前記除去用混合部にて混合された前記液体と前記強磁性粒子との混合液が流れる除去用流路と、帯磁性を有して前記除去用流路内に着脱可能に配された複数の分離部と、該分離部が配された前記除去用流路の周囲に配されて前記分離部に勾配磁場を付与する除去用磁気供給部と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
この発明は、リンを吸着させた強磁性粒子と液体との混合液が、除去用流路を流れて勾配磁場が付与された分離部を通過する際に、磁化された分離部に強磁性粒子を付着させることができる。そして、分離部を除去用流路から取り出すことによって、強磁性粒子とともにリンを液体から容易に除去することができる。
【０００９】
また、本発明に係るリン除去装置は、前記リン除去装置であって、前記強磁性粒子が、ジルコニウムフェライト粒子であることを特徴とする。
【００１０】
この発明は、ジルコニウムフェライト粒子に作用する磁気力と磁気速度が大きいので、除去用磁気供給部からの磁界が低くても、分離部に付着させることができる。また、磁気速度が大きいことから、混合液の流速が高くても強磁性粒子を分離部に付着させることができる。
【００１１】
また、本発明に係るリン除去装置は、前記除去用流路が途中で複数の分岐路に分岐され、前記分離部及び前記除去用磁気供給部が、前記分岐路のそれぞれに配されていることを特徴とする。
この発明は、より大量の液体を高速で処理することができる。
【００１２】
また、本発明に係るリン除去装置は、前記リン除去装置であって、前記除去用磁気供給部が、超電導磁石を備えていることを特徴とする。
この発明は、磁気を付与する際のランニングコストを低く抑えることができる。
【００１３】
また、本発明に係るリン回収装置は、本発明に係るリン除去装置と、リンが吸着された前記強磁性粒子と、アルカリ性溶液と、が混ざり合う回収用混合部と、前記回収用混合部にて混合された前記強磁性粒子と前記アルカリ性溶液とのアルカリ混合液が流れる回収用流路と、帯磁性を有して前記回収用流路内に着脱可能に配された複数の回収部と、該回収部が配された前記回収用流路の周囲に配されて前記回収部に勾配磁場を付与する回収用磁気供給部と、を備えていることを特徴とする。
【００１４】
この発明は、アルカリ性溶液との反応によってリンが脱離した強磁性粒子を含むアルカリ混合液が、回収用流路を流れて勾配磁場が付与された回収部を通過する際に、磁化された回収部に強磁性粒子を付着させることができる。そして、回収部を回収用流路から取り出すことによって、強磁性粒子をアルカリ混合液から容易に回収することができる。
【００１５】
また、本発明に係るリン回収装置は、前記リン回収装置であって、前記回収用流路が途中で複数の分岐路に分岐され、前記回収部及び前記回収用磁気供給部が、前記分岐路のそれぞれに配されていることを特徴とする。
この発明は、より大量の液体を高速で処理することができる。
【００１６】
本発明に係るリン除去方法は、リンを吸着する強磁性粒子と、リンを含有する液体と、を混合してリンを前記強磁性粒子に吸着させる吸着工程と、帯磁性を有する分離部に勾配磁場を付与して前記強磁性粒子と前記液体との混合液を流す流通工程と、前記分離部に付着した前記強磁性粒子を前記分離部とともに前記混合液から取り出す分離工程と、を備えていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るリン除去方法は、前記リン除去方法であって、前記液体が、下水処理された下水であることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るリン回収方法は、本発明に係るリン除去方法によって得られたリンを吸着した前記強磁性粒子と、アルカリ性溶液と、を混合してリンを前記強磁性粒子からリン酸塩として脱離させる脱離工程と、帯磁性を有する回収部に勾配磁場を付与して前記強磁性粒子と前記アルカリ性溶液とのアルカリ混合液を流す流通工程と、前記回収部に付着した前記強磁性粒子を前記回収部とともに前記アルカリ混合液から取り出す回収工程と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ろ過法よりも高速かつ大量の液体からリンを吸着した強磁性粒子を取り出すことができ、リンを含む大量の液体を短時間かつ低コストに処理して、液体からリンを除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る第１の実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
本実施形態に係るリン回収装置１は、図１に示すように、供給管Ｐ１から移送されてリンを吸着するジルコニウムフェライト粒子（強磁性粒子）Ｚと、リンを含有して下水管Ｐ２から移送された下水処理された下水（液体）と、が混ざり合う吸着槽（除去用混合部）２と、吸着槽２にて混合された下水とジルコニウムフェライト粒子Ｚとの混合液が流れる除去用流路３と、帯磁性を有して除去用流路３内に着脱可能に配された複数の分離用磁性フィルタ（分離部）５と、分離用磁性フィルタ５が配された除去用流路３の周囲に配されて分離用磁性フィルタ５に勾配磁場を付与する除去用超電導磁石（除去用磁気供給部）６と、を備えたリン除去装置１０を備えている。
【００２１】
また、リン回収装置１は、リンが吸着されて供給管Ｐ３から移送されたジルコニウムフェライト粒子ＺＰと、供給管Ｐ４から供給される水酸化ナトリウム溶液（アルカリ性溶液）と、が混ざり合う脱離槽（回収用混合部）１１と、脱離槽１１にて混合されたジルコニウムフェライト粒子ＺＰと水酸化ナトリウム溶液とのアルカリ混合液が流れる回収用流路１２と、帯磁性を有して回収用流路１２内に着脱可能に配された複数の回収用磁性フィルタ（回収部）１３と、回収用磁性フィルタ１３が配された回収用流路１２の周囲に配されて回収用磁性フィルタ１３に勾配磁場を付与する回収用超電導磁石（回収用磁気供給部）１５と、を備えている。
【００２２】
ジルコニウムフェライト粒子Ｚの磁化特性を図２に示す。飽和磁化はマグネタイトなどに比べて小さいが、大きな磁化率χを持つ強磁性体（フェライトなのでフェリ磁性）となっている。ジルコニウムフェライト粒子Ｚの有効径は、数マイクロメートル程度となっており、焼結等されずにそのままの大きさで使用されている。
【００２３】
吸着槽２には、貯留されたジルコニウムフェライト粒子Ｚと下水とを攪拌して混合するための攪拌器１６が設けられている。また、脱離槽１１には、貯留されたジルコニウムフェライト粒子ＺＰと水酸化ナトリウム溶液とを攪拌して混合するための攪拌器１７が設けられている。
【００２４】
除去用流路３及び回収用流路１２は、吸着槽２又は脱離槽１１と連通されている。除去用流路３及び回収用流路１２における、分離用磁性フィルタ５又は回収用磁性フィルタ１３が配された部分は、本体部分から着脱可能に構成されている。
【００２５】
分離用磁性フィルタ５及び回収用磁性フィルタ１３は、ともに網目状の平板に形成され、除去用流路３及び回収用流路１２の所定位置に所定の間隔に離間してそれぞれ複数並んで配されている。そして、除去用超電導磁石６及び回収用超電導磁石１５は、除去用流路３及び回収用流路１２の分離用磁性フィルタ５及び回収用磁性フィルタ１３が配された所定位置の外周にそれぞれ配されている。
【００２６】
次に、本実施形態に係るリン除去装置１０及びこれを備えるリン回収装置１の作用について、リン除去方法及びリン回収方法と合せて以下説明する。
本実施形態に係るリン回収方法は、図３に示すように、ジルコニウムフェライト粒子Ｚと、リンを含有する下水処理された下水と、を混合してリンをジルコニウムフェライト粒子Ｚに吸着させる吸着工程（Ｓ０１）と、分離用磁性フィルタ５に勾配磁場を付与して、ジルコニウムフェライト粒子Ｚと下水との混合液を分離用磁性フィルタ５に流す流通工程（Ｓ０２）と、分離用磁性フィルタ５に付着したジルコニウムフェライト粒子ＺＰを分離用磁性フィルタ５とともに混合液から取り出す分離工程（Ｓ０３）と、を備えたリン除去工程（ＳＴ１）を備えている。
【００２７】
そして、さらに、リン除去工程（ＳＴ１）によってリンを吸着したジルコニウムフェライト粒子ＺＰと、水酸化ナトリウム溶液と、を混合してリンをジルコニウムフェライト粒子ＺＰからリン酸化ナトリウム（リン酸塩）として脱離させる脱離工程（Ｓ０４）と、回収用磁性フィルタ１３に勾配磁場を付与して、ジルコニウムフェライト粒子Ｚと水酸化ナトリウム溶液とのアルカリ混合液を回収用磁性フィルタ１３に流す流通工程（Ｓ０５）と、回収用磁性フィルタ１３に付着したジルコニウムフェライト粒子Ｚを回収用磁性フィルタ１３とともにアルカリ混合液から取り出す回収工程（Ｓ０６）と、を備えている。
【００２８】
まず、吸着工程（Ｓ０１）では、ジルコニウムフェライト粒子Ｚと下水とを吸着槽２にて混合して、攪拌器１６にて攪拌しながらリンをジルコニウムフェライト粒子Ｚに吸着させる。
【００２９】
流通工程（Ｓ０２）では、除去用超電導磁石６を駆動して分離用磁性フィルタ５を磁化して、吸着槽２から除去用流路３に混合液を流す。このとき、磁化された分離用磁性フィルタ５まで流れたジルコニウムフェライト粒子ＺＰが磁力によって分離用磁性フィルタ５に吸着される。そして、分離工程（Ｓ０３）では、ジルコニウムフェライト粒子ＺＰが付着した分離用磁性フィルタ５を除去用流路３から取り出す。取り出した分離用磁性フィルタ５は消磁され、リンが吸着されたジルコニウムフェライト粒子ＺＰを回収する。こうして、下水Ｗからリンが除去される。
【００３０】
続いて脱離工程（Ｓ０４）では、攪拌器１７で攪拌しながらジルコニウムフェライト粒子ＺＰと水酸化ナトリウム溶液とを脱離槽１１にて混合する。このとき、ジルコニウムフェライト粒子ＺＰから離脱したリンが混合液中のナトリウムイオンと反応してリン酸ナトリウムが形成される。
【００３１】
流通工程（Ｓ０５）では、回収用超電導磁石１５を駆動して回収用磁性フィルタ１３を磁化して、脱離槽１１から回収用流路１２に混合液を流す。このとき、磁化された回収用磁性フィルタ１３まで流れたジルコニウムフェライト粒子Ｚが磁力によって回収用磁性フィルタ１３に吸着される。そして、回収工程（Ｓ０６）では、ジルコニウムフェライト粒子Ｚが付着した回収用磁性フィルタ１３を回収用流路１２から取り出す。取り出した回収用磁性フィルタ１３は消磁され、ジルコニウムフェライト粒子Ｚを回収する。
【００３２】
こうして下水中のリンがリン酸ナトリウムとして回収される。そして、回収したジルコニウムフェライト粒子Ｚを、公知の方法によって酸性溶液中に浸漬して再び元の状態に戻す。
【００３３】
このリン除去装置１０及びリン除去方法によれば、リンを吸着させたジルコニウムフェライト粒子ＺＰと下水との混合液が、除去用流路３を流れて勾配磁場が付与された分離用磁性フィルタ５を通過する際に、磁化された分離用磁性フィルタ５にジルコニウムフェライト粒子ＺＰを付着させることができる。そして、分離用磁性フィルタ５を除去用流路３から取り出すことによって、ジルコニウムフェライト粒子Ｚとともにリンを下水から容易に除去することができる。また、この際にジルコニウムフェライト粒子Ｚをろ過に適する大きさに加工しておく必要がない。
【００３４】
したがって、従来のろ過法によるリンの回収よりも高速かつ大量の下水処理された下水からリンを吸着したジルコニウムフェライト粒子Ｚ，ＺＰを取り出すことができ、リンを含む大量の下水を短時間かつ低コストに処理して、リンを除去することができる。
【００３５】
特に、ジルコニウムフェライト粒子Ｚを使用するので、作用する磁気力と磁気速度が大きく、除去用超電導磁石６又は回収用超電導磁石１５の磁界が低くても、分離用磁性フィルタ５又は回収用磁性フィルタ１３に付着させることができる。また、磁気速度が大きいことから、混合液の流速が高くても分離用磁性フィルタ５に付着させることができる。
【００３６】
また、除去用超電導磁石６及び回収用超電導磁石１５によって磁界を形成するので、ランニングコストを低く抑えることができる。
【００３７】
また、このリン回収装置１及びリン回収方法によれば、リンを吸着したジルコニウムフェライト粒子ＺＰと水酸化ナトリウム溶液との反応によってリンが脱離したジルコニウムフェライト粒子Ｚを容易に回収できる。すなわち、アルカリ混合液が、回収用流路１２を流れて勾配磁場が付与された回収用磁性フィルタ１３を通過する際に、磁化された回収用磁性フィルタ１３にジルコニウムフェライト粒子Ｚを付着させることができる。そして、回収用磁性フィルタ１３を回収用流路１２から取り出すことによって、ジルコニウムフェライト粒子Ｚをアルカリ混合液から容易に回収することができる。
【００３８】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、図４に示すように、除去用流路２０が途中で複数の分岐路２１Ａ，２１Ｂに分岐され、分離用磁性フィルタ５及び除去用超電導磁石６が、分岐路２１Ａ，２１Ｂのそれぞれに配されたリン除去装置２２としてもよい。この場合、分岐路２１Ａ，２１Ｂのうち何れか一方に配された除去用超電導磁石６の機能を停止して、分離用磁性フィルタ５を取り出すことにより、上記と同様、下水の処理量を低減することなく、下水を処理することができる。したがって、より多くのジルコニウムフェライト粒子ＺＰ又はＺを短時間で回収することができ、より大量の下水を高速で処理することができる。
【００３９】
さらに、回収用流路が複数の分岐路に分岐され、回収用磁性フィルタ及び回収用超電導磁石が分岐路のそれぞれに同様に配されていてもよい。この場合、複数の分岐路のうち何れか一つに配された回収用超電導磁石の機能を停止して、回収用磁性フィルタを取り出すことにより、上記と同様、下水の処理量を低減することなく、下水を処理することができる。したがって、脱リン後のより多くのジルコニウムフェライト粒子Ｚを短時間で回収することができ、より大量の下水を高速で処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係るリン除去装置及びリン回収装置を示す概念図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るジルコニウムフェライト粒子の磁化特性を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態に係るリン除去方法及びリン回収方法を示すフロー図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るリン除去装置を示す概念図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  リン回収装置
２  吸着槽（除去用混合部）
３，２０  除去用流路
５  分離用磁性フィルタ（分離部）
６  除去用超電導磁石（除去用磁気供給部）
１０，２２  リン除去装置
１１  脱離槽（回収用混合部）
１２  回収用流路
１３  回収用磁性フィルタ（回収部）
１５  回収用超電導磁石（回収用磁気供給部）
２１Ａ，２１Ｂ  分岐路
【図１】
2009136784.tif 000003
【図２】
2009136784.tif 000004
【図３】
2009136784.tif 000005
【図４】
2009136784.tif 000006