(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪酸カルシウム水和物を主体とする脱リン材が充填または流動された反応槽と、この反応槽にカルシウムイオンを添加する添加手段と、上記反応槽に滞留する原水のｐＨ値を調整する調整手段とを備えたリン除去装置を、
最終沈殿池の直下流に配設した水処理システム。
【請求項２】
珪酸カルシウム水和物を主体とする脱リン材が充填または流動された反応槽と、この反応槽にカルシウムイオンを添加する添加手段と、上記反応槽に滞留する原水のｐＨ値を調整する調整手段とを備えたリン除去装置を、
汚泥処理系から水処理系への返流水の経路に介装した水処理システム。
【請求項３】
上記水処理系は沈砂池である請求項２に記載の水処理システム。
【請求項４】
珪酸カルシウム水和物を主体とする脱リン材が充填または流動された反応槽と、この反応槽にカルシウムイオンを添加する添加手段と、上記反応槽に滞留する原水のｐＨ値を調整する調整手段とを備えたリン除去装置を、
単独処理浄化槽または合併処理浄化槽の直下流に配設した水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はリン含有の原水から脱リンを行うリン除去装置を含む水処理システム、詳しくは珪酸カルシウム水和物を主体とした脱リン材を充填または流動させた反応槽を用いて水処理系または汚泥処理系に介装されるリン除去装置を含む水処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リンの発生源としては、し尿、雑排水、工場からの産業排水、畜産廃棄物、農耕地からの排出等がある。閉鎖性海域、湖沼等での富栄養化を防止するためには、原因物質であるりん等の除去が必要である。
【０００３】
従来のリンを含む原水、例えば汚水等からのリン除去としては、生物学的リン除去方法、同時凝集法、晶析脱リン法が知られている。その他、特開昭６２−１８３８９８号公報に記載されているものもある。生物学的リン除去方法は、エアレーションタンクの一部の曝気を行わずに、嫌気状態とすることにより、活性汚泥のリン含有率が数％上昇することを利用し、余剰汚泥として引き抜かれるリン量を通常の処理法より多くできることを原理としている。この方法の欠点は、汚泥処理系から高濃度のリン含有返流水が水処理系に流入することである。また、処理の安定性にも問題がある。
【０００４】
また、同時凝集法は、既存のエアレーションタンクに凝集剤を添加する方法である。しかし、この方法では、凝集剤添加量に比例して汚泥増加があること、添加した凝集剤が無駄に消費されること、凝集剤の種類によっては窒素除去の障害となること等の欠点がある。
【０００５】
また、晶析脱リン法では、正リン酸イオンがカルシウムイオンと難溶解性の塩（ヒドロキシアパタイト）を生成する反応に基づいて脱リンを行う。この場合の種結晶としてはリン鉱石、骨炭を用いる。この方法では、前調整とともに、後調整も必要とし、また、水温低下で除去率が低下するという不具合がある。
【０００６】
さらに、特開昭６２−１８３８９８号公報に記載の方法は、脱リン材として、珪酸カルシウム水和物を主構成物とし５０〜９０％の空隙率を有する多孔質処理剤を用いている。この方法では、上記方法での欠点を解決することができる。すなわち、複雑な調整を必要とせず、かつ、汚泥の発生量を増加させることもない。そして、この脱リン材はカラムまたは充填床として使用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特開昭６２−１８３８９８号公報に記載の方法に係る装置では、カルシウム添加、脱炭酸を行わない。このため、処理時間が１時間程度を想定した高速処理では、カルシウム不足により、その処理速度の低下が著しく、長期使用に耐えることができない。
【０００８】
【発明の目的】
そこで、この発明の目的は、高速での脱リン処理が可能な装置を含む水処理システムを提供することである。また、この発明の目的は、高濃度リン排水に対しても適用することができるリン除去装置を含む水処理システムを提供するものである。さらに、この発明は、汚泥を発生させないリン除去装置を含む水処理システムを提供することを、その目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、珪酸カルシウム水和物を主体とする脱リン材が充填または流動された反応槽と、この反応槽にカルシウムイオンを添加する添加手段と、上記反応槽に滞留する原水のｐＨ値を調整する調整手段とを備えたリン除去装置を、最終沈殿池の直下流に配設した水処理システムである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、珪酸カルシウム水和物を主体とする脱リン材が充填または流動された反応槽と、この反応槽にカルシウムイオンを添加する添加手段と、上記反応槽に滞留する原水のｐＨ値を調整する調整手段とを備えたリン除去装置を、汚泥処理系から水処理系への返流水の経路に介装した水処理システムである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、上記水処理系は沈砂池である請求項２に記載の水処理システムである。
請求項４に記載の発明は、珪酸カルシウム水和物を主体とする脱リン材が充填または流動された反応槽と、この反応槽にカルシウムイオンを添加する添加手段と、上記反応槽に滞留する原水のｐＨ値を調整する調整手段とを備えたリン除去装置を、単独処理浄化槽または合併処理浄化槽の直下流に配設した水処理システムである。
【００１２】
【作用】
請求項１〜請求項４に記載の発明では、リンを含む原水を、反応槽に通流させることにより、この原水から脱リンを行う。この反応槽には珪酸カルシウム水和物を主体とした脱リン材を充填し、または、流動させている。そして、上記反応槽にカルシウムイオンを供給する。このカルシウムイオンの供給は、例えば塩化カルシウムを供給することで行う。また、原水は、脱炭酸処理が施された後、上記反応槽に通流・滞留される。さらに、上記反応槽では滞留する原水のｐＨ値を例えば８〜１０に調整する。これらの結果、原水からの脱リンを高速度で行うことができる。
【００１３】
ここで、珪酸カルシウム水和物を主体とした脱リン材を充填または流動させた反応槽でカルシウムイオンの添加がリン除去速度を大幅に高める理由について説明する。この反応槽と循環ポンプとからなる回分処理装置を用いた回分処理実験では、正リン酸態リン濃度を低濃度から高濃度まで種々設定し、経時的に変化する濃度を反応速度論的に解析した。すなわち、各測定点間で零次反応速度定数を求め、その値を各区間の平均リン濃度に対してプロットし、その勾配を一次反応速度定数として求める。この結果、リン濃度に比例して反応速度も大きくなることが明らかになった。よって、この反応槽によるリン除去反応は、低濃度から高濃度までリン濃度に関して一次反応で近似でき、適用できるリン濃度域も極めて広いことが解った。
【００１４】
次に、原水のリン濃度は５０ｍｇ／１，１００ｍｇ／１，２００ｍｇ／１の３種類とし、反応槽での原水の実滞留時間はいずれも１時間として、連続処理実験を行った。経日的に変化するリン濃度から零次反応速度定数を求め、その値をそのときのリン濃度に対してプロットすることにより、反応速度の変化を検討した。その結果、処理日数が経過するにしたがい反応速度が低下し、最終的に一定の反応速度に収束する。各経過日数のリン濃度と反応速度の関係から、低濃度域では比例関係が認められる。よって、リン濃度に関する一次反応が認められた。また、高濃度域ではリン濃度に関係なく一定の反応速度である。リン濃度に関し零次反応である。リン濃度の全領域で、経過日数に従い速度が低下する。リン濃度以外の反応律速因子の存在が明確になった。この脱リン方法がヒドロキシアパタイトの晶析現象の利用であることから、その分子式：Ｃａ１０（ＯＨ）２（ＰＯ４）６と、以上の実験結果とを総合的に判断すると、この反応律速因子としてはカルシウムイオン濃度が推察される。そして、この反応槽に充填した脱リン材から溶出するカルシウムイオン濃度が経過日数にしたがい低下したことが、反応速度の低下をもたらした。この反応槽を用いたリン除去システムとしては、カルシウム添加の必要性が認識されるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係るリン除去装置の一実施例を説明する。図１は一実施例に係るリン除去装置を示すブロック図である。この図に示すように、リン除去装置は基本システム１０として以下の構成を有している。すなわち、リンを含む原水が供給され、この原水に対して脱炭酸処理を行う脱炭酸反応槽１１と、この脱炭酸反応槽１１の下流に配設されるカルシウムイオン混合槽１２と、このカルシウムイオン混合槽１２の下流に配設される晶析反応槽１３と、この晶析反応槽１３に対してｐＨ調整を行うｐＨ調整手段１４と、を有して基本システム１０は構成されている。カルシウムイオンを晶析反応槽１３に直接添加する場合、上記システムでカルシウムイオン混合槽１２は省略することができる。
【００１６】
この脱炭酸反応槽１１には、薬品（硫酸）が原水に対して所要量注入される。したがって、この脱炭酸反応槽１１に対しては例えば硫酸注入ポンプ、ブロワー等が必要に応じて付設されることとなる。カルシウムイオン混合槽１２では例えば塩化カルシウム等のカルシウム塩が脱炭酸処理された原水に対して添加・供給される。晶析反応槽１３では、珪酸カルシウム水和物を主体とした脱リン材を充填または流動させた反応槽が用いられている。この珪酸カルシウム水和物としては、トバモライト、ゾノトライト、ヒレブランダイト、ワラストナイトの微小な板状晶、柱状晶および針状晶の中の１種類または２種類以上の組み合わせである。
【００１７】
さらに、上記ｐＨ調整手段１４としては、例えばｐＨ調整用薬剤（水酸化ナトリウム等）の投入等がある。したがって、上記晶析反応槽１３に、薬剤注入ポンプ等を付設してこの手段１４を構成することもできる。
【００１８】
以上の構成に係る基本システム１０は、図２〜図５に示す下水処理場における水処理システムの一部に介装して使用することができる。図２では最終沈殿池の直下流に基本システム１０を配設したものである。この位置への介装により処理水中のリン濃度を低減することができる。図３は汚泥処理系から沈砂池への返流水の経路にこの基本システム１０を介装した例である。図４は同時凝集法による脱リン処理システムに対して、この基本システム１０を配設した例を示している。この結果、凝集剤の添加量を削減することができるという効果がある。また、凝集剤添加量の削減により汚泥発生量を低減できる。基本システム１０は汚泥処理系から沈砂池への返流水路に介設している。図５はフォストリップ法に対する適用例である。従来のフォストリップ法の石灰凝集沈殿プロセスに対して、基本システム１０が置き換わるものである。図６は、単独処理浄化槽および合併処理浄化槽の直下流に基本システム１０を配設したものである。また、これらの浄化槽に図７に示すように基本システムを内装することも可能である。このように装置すれば、浄化槽からの汚水についても脱リンを効率的に行うことができる。
【００１９】
以下に、上記基本システム１０によるリン除去の速度について一例を示す。図８に示す実験装置によって、この発明の効果を確かめた。すなわち、図８の装置は、脱リン材３６を備えた連続処理装置３１の上流側に、脱炭酸を行うためのＡ槽と、塩化カルシウムを添加し、かつ、ｐＨ調整用のＮａＯＨを添加するためのＢ槽とを付設したものである。これらのＡ槽とＢ槽とには、撹拌器３２、ｐＨセンサ３３が取り付けられている。３４は原水供給路に介設したコック、３５はポンプをそれぞれ示している。
【００２０】
原水は、上水道水にＫＨ２ＰＯ４を溶解し、２００ｍｇ・Ｐ／ｌの濃度としたものを用いた。この連続処理装置３１には、珪酸カルシウム水和物を主構成物とした脱リン材３６をかさ容量１リットルだけ充填した。実験水準は、表１に示す水準１〜２とした。Ａ槽における脱炭酸は、硫酸を滴下し、ｐＨを４〜５に調整して行った。Ｂ槽における塩化カルシウムの添加は、リンとカルシウムのモル比が１となるように滴下した。また、Ｂ槽におけるｐＨ調整は、ｐＨが８〜９となるようにＮａＯＨを滴下して行った。処理水中のリン濃度は、１日１回測定することとし、約３週間連続して測定した。このリン濃度の測定結果を図９に示す。
【００２１】
【表１】
0003763551.tif 000002
【００２２】
図９中の水準１と水準２とは、脱炭酸処理、カルシウム添加、ｐＨ調整のない場合と、行った場合とを比較したものである。カルシウムイオンの供給等により高速処理が可能となっていることがわかる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明によれば、リン除去の処理速度を高めることができる。また、高濃度リン排水を含む水処理システムについてもこの発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施例に係るリン除去装置を示すブロック図である。
【図２】  この発明の一実施例に係るリン除去装置を水処理システムの一部に組み込んだ状態を示すブロック図である。
【図３】  この発明の一実施例に係るリン除去装置を水処理システムの他の部位に組み込んだ状態を示すブロック図である。
【図４】  この発明の一実施例に係るリン除去装置を別の水処理システムの一部に組み込んだ状態を示すブロック図である。
【図５】  この発明の一実施例に係るリン除去装置をさらに別の水処理システムの一部に組み込んだ状態を示すブロック図である。
【図６】  この発明の一実施例に係るリン除去装置をさらに別の水処理システムの一部に組み込んだ状態を示すブロック図である。
【図７】  この発明の一実施例に係るリン除去装置に係る基本システムを浄化槽内部に組み付けた状態を示す模式図である。
【図８】  この発明の一実施例に係るリン除去連続処理実験装置を示す模式図である。
【図９】  この発明の一実施例に係るリン濃度の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
３６  脱リン材。
【図１】
0003763551.tif 000003
【図２】
0003763551.tif 000004
【図３】
0003763551.tif 000005
【図４】
0003763551.tif 000006
【図５】
0003763551.tif 000007
【図６】
0003763551.tif 000008
【図７】
0003763551.tif 000009
【図８】
0003763551.tif 000010
【図９】
0003763551.tif 000011