りん除去回収プロセスの紹介
Phosphorus

RemovalRecoveryandProcess(技)第2研究開発部第5研究室

糠信

輝領謹

Kiminori

Nukanobu

ここに紹介するりん除去回収プロセスは,嫌気好気活性汚泥法によるりん除去と,汚泥を加熱することによりりん酸のポリマーであるポリりん酸を抽出し回収する技術を組み合わせたものである｡
この技術の最大の特徴は,加熱という簡単な操作でポリりん酸を抽出することができ,りん鉱石以上のりん含有量を誇るりん回収物が得られることである｡このプロセスの実用化に向け,100m3/dの排水処理量を有するパイロットテスト機を製作し実証試験をおこなっている｡このプロセスと実l証試験について紹介する｡

Described

belowi) removing
sludgeTheIn

oderremovalcompounds

from

than

that

to putreportthis

containedin

andthearepilotfrom

thephosphorus

content

phosphorite

deposits.

practicalnow

thethatnaturaluse,conducting

process,tlSing thewastewater

are

that

toprocessrecoveryandpolyphoshateprocessandthiscapaclty
andofheatlng,bysimplytreatment
process

phosphorusii) extracting

andfeaturesmain

sludgeaphosphorous

methodhigher

is

have
pilot

settests.

up

aby

heating.
from

thematerialisextracted

therecovered

pilot

plant

Hereinafter,

weof;

activatedsludgebecanofconsists

anaerobic‑oXic

activated

polyphosphate

wewhichoflOOm3/da

describe

thistests.

lりん

Phosphorus

りん

鉱石

Natural

資

源

循

環

Recyclable

活性

汚

泥

Activated

嫌気好気活性汚泥法

phosphorite

Anaerobic‑oXic

ま えがきdeposits

resources

sludgeactivatedsludge

process

肥料の原料となるりん鉱石は有限であり,質の良いりんはあらゆる生物にとって必須元素でありながりん鉱石の埋蔵量は残り少ないといわれている｡一らその必要量は炭素や窒素に比べわずかである｡り方,食料,飼料などを経たりんは排水からも自然界

んはこのような特徴を持つため,自然界のりんバラに放出され,湖沼,港湾などの閉鎖性水域では,りンスが崩れるとそれは大きな影響となって現れる｡

んバランスが崩れ,りんの過剰がもたらす富栄養化

現代農業は高効率で作物を収穫するため,農地のりが問題となっている｡

んは不足しりんバランスは崩れる｡したがって農地排水処理は,りんを除去し富栄養化を防止するこには大量の肥料をまかなければならない｡だがこのとに貢献できるほかに,りんを回収することで有限神鋼パンテツク技報

Vol.

44

No.

2(2001/2)

なりん資源の保全に貢献できる可能性がある｡りん

条件と好気条件を繰り返すことにより,ポリりん酸回収技術についてはMAP法,晶析法,吸着法およというりん酸のポリマーを菌体内に合成･蓄積するびイオン交換法などが知られており,最近では汚泥ことができるりん蓄積菌が増殖する｡このりん蓄積焼却灰からの回収が試みられている｡

菌の増殖については次のように考えられている｡嫌今回紹介するりん除去回収プロセスは広島大学と気条件下では,通常の活性汚泥中の微生物は,酸素当社が開発した技術で,嫌気好気活性汚泥法(以下,がないため効率的にエネルギーを得ることができず,嫌気好気法と述べる)によるりん除去と,汚泥を加有機物を効率よく取り込むことができない｡これに熱することによりりん酸のポ1)マ‑であるポリりん

対してりん蓄積菌は嫌気条件下でも菌体内のポリり酸を抽出し回収する技術である｡この技術の最大のん酸をりん酸に分解･放出し,このときに得られた特徴は,加熱という簡単な操作で,りん鉱石以上のエネルギーを用いて有機物を取り込むことができる｡

りん含有量を誇るりん回収物が得られることである｡

その結果りん蓄積菌が優先して増殖をすることがで

次にこのプロセスの概要と,現在おこなっている実きる｡

証試験について紹介する｡

このりん蓄積菌は好気条件下で,蓄積した有機物

1.りん除去回収プロセスの概要

からエネルギーを得てりん酸からポリりん酸を合成･

第1図にりん除去回収プロセスの基本フローを示●蓄積する｡その時に嫌気条件下で分解･放出した以す｡

上のりん酸をポリりん酸として蓄積する性質がある｡

本プロセスは,除去プロセスと回収プロセスに大したがって排水処理を考えた場合,排水中のりん濃別できる｡除去プロセスは嫌気好気法による生物学度は嫌気槽で一時上昇するが,好気槽では元の排水的なりん除去プロセスである｡恒川又プロセスは広島中のりん濃度より低くなり,りんが除去される｡

大学と当社の共同研究によって得られた加熱りん抽

嫌気好気法により発生した余剰汚泥はりんを多量出プロセスである｡それぞれについて次に概要を示に含む｡標準活性汚泥法の汚泥は汚泥乾重量あたりす｡

1‑2%程度のりんを含むが,嫌気好気法の汚泥

1.1

りん除去プロセス

は3‑5%のりんを含む｡この余剰汚泥は余剰汚嫌気好気法は,標準活性汚泥法の反応槽を仕切り,泥処理工程の嫌気性消化でりんを再放出するというその前半部を嫌気槽,後半部を好気槽としたもので問題点がある｡本プロセスでは嫌気好気法の汚泥がある｡嫌気好気法では,汚泥返送により汚泥が嫌気ポリりん酸というりん酸のポリマーの形でりんを多Inf山e nt

Efn uent→

J
Secondary
Anaerobic‑oxic

activated

Returns山dge

process

sedimentation
ExcesssludgesludgeHeating

Coagu一ation+
第1図
1

Flow

Vol.

44

No.

diagram2(2001/2)

forphosphorus

extraction

Solids‑liquid separation

process

S山dge
Recoveredphosphorus

removaland

りん除去回収プロセスの基本フロー

Fig･

tank

recoveryprocess

神鋼パンテツク技報

process

process

量に蓄積していることに着目し,次に述べるりん回収プロセスを提案した｡
1.2

シウムと結合するためである｡

3)りん回収物
りん回収物の化学組成を分析したところ,りんりん回収プロセス

広島大学と当社は菌体内にポリりん酸を蓄積した含有率は16%であった｡標準的なりん鉱石のり嫌気好気法の汚泥からりんをポリりん酸として抽出ん含有率は13%であるので,このりん回収物はする技術を考案した｡汚泥を60‑90℃で1時間程りん資源としてりん鉱石以上の品質であることが度加熱することにより,汚泥中のポリりん酸を液相わかった｡またりん回収物のカルシウム含有率はに放出する技術である｡この技術により液相に放出18%であった｡りん鉱石のカルシウム含有率はされたポリりん酸は,固液分離ののちカルシウムな約30%であるので,この回収物のカルシウム含どの凝集剤を添加することにより容易に凝集沈殿し,有率はりん鉱石に比べ低いものであった｡これは回収することができた｡このときの凝集剤量はりん

前述したようにポリりん酸の場合,凝集沈殿に必酸の凝集沈殿に比べ少なくて済むことがわかった｡

要なカルシウム量が少ないためである｡
りんをりん酸として回収するよりもポリりん酸

この結果,回収した凝集沈殿物中のりん含有率は,りん鉱石に比べ高いものとなり,りん鉱石以上の品として回収した方がカルシウム必要量,りん回収質の回収物を得ることができた｡

物のカルシウム含有率が少ないということは,本人工下水を用いて培養した汚泥からのりん回収実験結果を次に示す｡

2.プ妄話芸芸完宗一つであ前述のりん除去回収プロセスは,人工下水を用い

1)りん抽出加熱によるポリりん酸の放出速度は高温になるほど上昇し70℃では約60分,90℃ではわずか10た培養汚泥での結果であり,実際の排水を用いた実験はおこなわれていない｡そこで次に示すパイロッ

分で汚泥中のほぼ全量のポリりん酸が液相に放出

トテスト機を製作し,実下水を用いた実証試験をおされた｡このとき汚泥中のりんの90%ほどが液こない,本プロセスの有効性を調査することにした｡

相に放出された｡

2.1

90℃以上ではポリりん酸放出

パイロットテストフロー速度にほとんど変化がなかった｡また高温になる

第2図にパイロットテストフローを,第1表に実ほどポリりん酸の加水分解速度が上昇し,短時間験条件を示した｡第2表にパイロットテスト機の仕でポリりん酸がりん酸に分解された｡

様を,写真1にパイロットテスト機の外観を示した｡
実証試験では,実下水でのりん除去プロセス,り2)ポリりん酸凝集沈殿
りん酸とカルシウムが凝集沈殿する場合,カルん回収プロセスの調査,および返流水によるりん除シウムヒドロキシアパタイト[Cal｡(poヰ)6(OH)2]去プロセス‑の影響を調査するため,嫌気好気法部が生成し,理論上りん1モルに対してカルシウムとりん回収部の両方を設けた｡嫌気好気法部につい1.67モルが必要となる｡これに対してポリりん酸とカルシウムが凝集沈殿する場合,りん1モルにl
墓誌誓警警買三よ芸妄.,孟完

対してカルシウム0.5モルという割合であった｡

l日分の余剰汚泥を6時間程度で処理する回分処理

実際に70℃とした｡凝集沈殿を除いたりん回収部の個々の工程

1時間の加熱抽出をした場合,液相の凝集沈殿ではりん1モルに対してカルシウムo.76モルという割合であった｡これはりん酸のポについては6時間の中で連続処理とした｡
嫌気好気法部については,高度処理施設設計マニュ
looms/dのリマーであるポリりん醸の場合,りんの原子数にアル(莱)1)に基づいたフローとして,対して凝集剤と結合できるりん酸残基が,少なく処理をおこなう｡嫌気好気活性汚泥処理の早期立ちなるためである｡

上げをはかるために,嫌気好気法を実施している下りん酸の凝集沈殿をする場合,pHIO程度が必要である｡実際に70℃1時間の加熱抽出をした場

水処理場から汚泥を採取し,種汚泥として投入する

合,液相のpHは6.8付近でありpH調整をせずられた結果を基に,次のようなフローとした｡嫌気凝集沈殿をしたところりん回収率は50‑60%で好気法部で得られた汚泥の処理については,実設備あった｡

10lこととした｡りん回収部については,前述1.で得を考えた場合前濃縮を施し処理量を低減することがpHを7.5まで上昇させると70%を越えるりん回収が可能であった｡これはポリりん酸の好ましい｡しかし本実験ではりん酸の再放出を防止

pKaが低いために広範囲のpH域においてカルするため濃縮工程を設けず,直接加熱りん抽出をお神鋼パンテツク技報

vol.

44

No.

2(2001/2)

+4)
N
L.

0̀て〉
00.トl⊂4)::⊃L也)

1
⊂:
(ロ0⊂1

【□

臣〜+童≡

LU(可0･＋･J∽⊂○竜○(⊃q)
bD■て〉⊃＋JaJ.Jく乃⊂q)∈こ弓i4)u)U)0)q)
C〉
〉く
LU

⊂
(匂1ご}

【:(q(ウ■て】C(〕()也)

●bL)
⊂.I.J

=

∽聖誘琶a̲.3E⊂(勺＼/J,Jくβ書エ邑･･⊂n｢⊃q)L⊂04)(匂L＋J○()4)i()α1j=⊥亡⊂(ロ4)bβ￣て】コ【:〜+･Jq)bJ)(q⊂+O〉く1)

イ･J○[こコ〜̲0･ト14)

JJ∽α:q)bβ｢⊃⊃1⊂(q8.1⊂
q･1JJ･+=0く⊃･◆J.∠⊃く):⊃bL)
くq(⊃L4)(ロ⊂

否5+(〕JJaL(⊃｢⊃><.+=4)

I)
Cr)
①}

〔⊃コ

卜､ h+･J1⊂q･トl(DbDqJO＋J∽E5::⊃(⊃⊂q):⊃iVol.

44No.

2(2001/2).二<⊂=くqJJ

̲>01ゝ+rLbD

汁.営
口｢⊃･l･J4)

I.J

忘喜q(qく⊃ 1⊂
O(匂L≡⊥￡N⊂【ロ.̲Oロ'己̲3<=q＋J}

1..ゝ:
⊂a⊂了
ヰJN5d)山̲

神鋼パンテツク技報4)
bL)
屯

ニB
ヽ+h0･トJ∽

区【cq〜bi)

妹E:llこなうフローとした｡前濃縮時のりん酸再放出については,別の実験により確認する予定である｡りん抽出については,加熱槽に加えポリりん醸の過剰な加水分解を防止するための冷却槽を設けた｡ポリりん酸を含んだ液相と汚泥との固液分離については,加熱による汚泥の沈降性低下を考慮し,凝集浮上分離とし,得られた液相から塩化カルシウムによる凝集沈殿によりりんを回収した｡携置集沈殿時のpH調整装置は設けず実験過程でpH調整が必要となった場合は手動調整できるものとした｡回分処理で得られた返流水は,連続して嫌気好気法部へ返流できるよう貯槽を設けた｡固液分離により発生した汚泥は,実際の処理工程を再現するため脱水し,脱離液も返流できるフローとした｡

写真1

パイロットテスト機外観

Photo.1

Pilot

testplant

実証試験項目

2.2

実証試験では次の項目について調査をおこなう｡
1)りん除去プロセスのりん除去,ポリりん酸蓄積
実下水でのりん除去においては人工下水ではみられなかった影響が考えられる｡

第1表
Table

BOD低下によるりん除去率の低下や高水温時に硝化で発生する硝酸態窒素が返送汚泥とともに嫌気槽へ流入し,りん除去率を低下させることが想定される｡りん
除去条件については多くの知見が得られているが,実験条件
1

Operation

Phosphorus

condition

removalprocess

Influent

EffluentfromprlmarySedimentationtankQuantityofinfluent

looms/dSewagetreatmentplantsludgeof

Seedingsludge

anaerobic10Xicactivatedsludgeprocess

2000mg/L
6000mg/L

reactorreturnsludge

MLSS

4.5d

A‑SRT
Phosphorus

recoveryprocess

heatlng

temperature
HRT

Cooling

temperature
HRT

60‑90℃
1h

Flot,ation

Solids‑1iquidseparation
Coagulation

l<50℃
1h

Coagulant

CaC12pHnoadjustmentoradjustment

第2表

パイロットテスト機の仕様

Table2

Specirication

of

pilot

test

plant

Specification
Dimensions

Capacity(m3)Anaerobictank

W1900mmXL1700mmxH3000mm

8.70Ⅹictank

W5800mmxL1700mmXH3000mm￠2300mmXH2700mm

21.3
9.0

Heatlngtank￠1000mmXH1500mm

1.0

Coolingtank￠1000mmXH1500mm￠1000mmxH2600mm￠1600mmXH3000mm

1.0

Secondarysedimentationtank

Flotationtank

Coagulationtank

121.23.6

神鋼パンテツク技報

Vol.

44No.

2(2001/2)

りん除去条件の確認とともに,ポリりん酸の蓄積

りん酸の蓄積が阻害される可能性がある2)｡について検証したものは少ない｡ポリりん酸の形

このような想定のもとに,返流水の影響を調査態で抽出することを大きな目的としている本実験
では,ポリりん酸蓄積の状態について調査する｡

む

すび

加熱という簡単な操作で,りん鉱石以上のりん含

2)りん回収プロセスの加熱りん抽出条件
上記1)で述べたように,実下水ではポリりん有量を誇るりん回収物が得られる本プロセスは,富酸の蓄積状態が人工下水のそれと異なる可能性が栄養化の防止とともに有限なりん資源の保全に貢献ある｡さらにパイロットテスト機の加熱工程は連できる可能性が高い技術である｡この技術の実用化続式であるため,試験管規模でおこなわれた実験を目指し,前述の実証試験を進めているところであと異なる可能性がある｡本実験では実装置を想定る｡

した連続式での最適抽出条件を調査する｡

ここに紹介したりん除去回収プロセスは,新エネ3)りん回収プロセスのりん回収率●する｡

ルギー･産業技術総合開発機構(NEDO)の平成10

最適な凝集沈殿条件の調査と,そのときの回収年度即効型提案公募事業の委託を受けて開発した｡

率および,このプロセスの大きな特徴である回収また実証試験については平成11年度マッチング･ファ物のりん含有率について調査する｡回収物の再利ンド方式による産学連携研究開発事業の委託を受け,

霊芝孟夏･B平成12年3月15日‑平成13年3月31日の期間をもっDR志望笠芸豊悪書竺L':,i!芸ミ苦こておこなうものである｡

4)返流水の影響

いずれの事業も,広島大学大学院先端物質科学研

返流水には主要なものとして,汚泥由来のBOD,究科の大竹久夫教授を総括代表者とする研究開発プ

凝集沈殿未回収分のりん,余剰凝集剤のカルシウ

ロジェクトである｡

ムが含まれると考えられる｡
BODやりんは嫌気好気法部の負荷増となって影響し,またBODと[参考文献]

りんのバランスが崩れると,りんの放出と取り込みができなくなり,りん除去ができなくなること

1 )高度処理施設設計マニュアル(莱):日本下水道協会,

平成6年2 )味埜俊ほか:下水道協会誌,が考えられる｡また多量のカルシウムが嫌気好気

p.28

法部へ流れ込むと,嫌気槽で放出されたりん酸と･大竹久夫ほか:環境科学会誌,結合し,続く好気槽でのりん酸の取り込み･ポリ

p.433

vol.20,γol.12,no.228(1983),no.4(1999),

連絡先
糠信輝領謹

J

第菅笠霊冨諾
第5研究室
TE
FAX
E‑mailVol.

44

No.

L

078‑992‑6525
078‑992‑6504

良.nukanobu@pantec.co.jp

2(2001/2)

神鋼パンテツク技報13