JP2000061473A - 汚水中のリン除去方法 - Google Patents

汚水中のリン除去方法

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JP2000061473A
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Yasuhiro Uejima
康弘 上嶋
Hiroaki Harada
浩章 原田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 短い滞留時間でリン含有汚水中から効率良く
リンを除去すると共に、生成する固形分の流出量を少な
くすることのできる汚水中のリン除去方法を提供するこ
と。 【解決手段】リン含有汚水を2槽式反応槽に導き、第1
槽目でばっ気による脱炭酸とマグネシウム水溶液の添加
を行うと共に、第2槽目でアルカリを用いてpH調整を
行う。これにより、汚水中のリンを、大きなサイズの水
に難容性のリン酸マグネシウムアンモニウムとして晶析
させ、効率良くリンを除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は汚水中のリンの除去
方法に関し、特に中規模以下の活性汚泥法における汚泥
処理工程で発生する返流水中のリンを、リン酸マグネシ
ウムアンモニウムとして晶析させて除去するのに好適な
リン除去方法に関する。
【0002】
【従来技術】従来、汚水処理方法としては、大量の汚水
を定常的に処理することができるという利点があるため
に、活性汚泥方法がもっとも広く採用されている。この
場合、先ず汚水中の粗大固形物(SS)が一次処理によ
って除去された後、汚水は活性汚泥によって生物学的に
2次処理される。
【0003】2次処理後の汚水は、通常、滅菌した後放
流されるが、湖沼や内湾等の閉鎖性水域で、近年赤潮等
の富栄養化現象が頻繁に発生するために、2次処理後の
放流水から窒素やリン等を除去する、高度処理が望まれ
るに至った。しかしながら、リンは窒素と異なり大気中
に放散されることがないので、排水中のリン濃度を低減
させるためには、生物学的あるいは物理化学的にリンを
不溶性の固体として系外に取り去らなければならない。
【0004】このように、排水中のリン濃度の低減を目
的とする場合、処理技術としては、系外に排出する固形
物の量を増やすか、汚泥中のリン濃度を増加させるかの
いずれかの方法しかないが、系外に固形物として取り出
すための方法の一つとして、リンをリン酸マグネシウム
アンモニウム(MAP)として除去する、いわゆるMA
P法が既に知られている。
【0005】MAP法はNH−N(アンモニア性窒
素)とPO−P(リン酸性リン)をMAPとして沈殿
させる方法であり、汚泥処理系から水処理系に戻される
返流水のリン負荷の軽減を計るものである。また、この
場合の返流水は、PO−P及びNH−N濃度の高い
脱水濾液が対象となる。従って、返流水中のPO−P
濃度が100mg/Lを越えるような大規模下水処理場
においては、MAP法によってリンを効率良く除去する
ことができる。
【0006】しかしながら、中小規模の下水処理場にお
ける返流水中のPO−P濃度は、通常50mg/L以
下であり、このような場合にMAP法を用いても、除去
率が20〜70%と幅はあるものの、リンの除去率が概
して低いため、中小規模の汚水処理場においては、MA
P法は殆ど採用されていないのが現状である。
【0007】また、通常、MAP処理装置は、MAPを
生成させる反応部とMAPを分離する分離部から構成さ
れ、反応部においては空気攪拌か機械攪拌が行われる。
従って、MAP処理に必要な滞留時間は、反応のための
時間と処理水中の結晶の分離に必要な時間であり、通
常、全部で約60分と長い。更に、供給管や排出管並び
に装置内壁にスケールが付着するので、管の閉塞やスケ
ール除去の為に運転を一時停止しなければならないとい
う欠点があった。
【0008】一方、食料生産に必要不可欠であるリン資
源は、我が国においては、リン鉱石、リン安、食料等の
形で全量輸入に頼っている。しかしながら、その輸入量
の25%〜30%は、下水や工場排水等として排出され
ているのが現状である。しかもMAPは重金属を含まな
い為回収したMAPは肥料として好適となる。したがっ
て、下水からリンを除去するのみではなく、リンを回収
し、再利用を図るという意識に転換することが重要であ
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者らは、
リン酸濃度が低いために従来MAP法が採用されていな
かった中小規模の汚水処理場の返流水中に適用しても、
リンの除去率が高く放流水中への固形分の流出が少ない
上、処理時間を短縮し得るMAP処理について種々検討
した。その結果、MAP処理を前処理槽と脱リン槽から
なる2つの反応槽を用いた処理とし、第1の反応槽にお
いては空気攪拌しながらMg2+イオンを添加すると共
に脱リン槽である第2の反応槽でpH調整を行うことに
より、比較的大きなMAPの結晶を晶析させることがで
き、これによってリンを効率良く系外に除去することが
できること、特に、MAPを晶析させる第2槽の底部か
ら汚水を供給して層状に上向流を形成させた場合には、
第2槽中における汚水の滞留時間を更に短縮させること
もでき、極めて良好な結果を得ることができることを見
出し、本発明に到達した。
【0010】従って本発明の第1の目的は、汚水中から
効率良くリンを除去すると共に、生成する固形分の流出
量を少なくすることのできる、リン含有汚水からのリン
除去方法を提供することにある。本発明の第2の目的
は、短い滞留時間で、中小規模の活性汚泥法による汚水
処理装置において有効に機能し得るMAP処理方法を提供
することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の上記の諸目的
は、汚水中からリンを除去する方法において、前記汚水
を2槽式反応槽に導き、第1槽目の反応槽でばっ気によ
る脱炭酸とマグネシウム水溶液の添加を行うと共に、第
2槽目の反応槽でアルカリを用いてpHを調整すること
により、汚水中のリンを、水に難容性のリン酸マグネシ
ウムアンモニウムとして晶析させることを特徴とする、
汚水中のリン除去方法によって達成された。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は、従来から行われている、
MAP処理を組み込んだ活性汚泥法による汚水処理の工
程図である。図1から明らかな如く、活性汚泥を用いて
汚水を処理すると、沈殿池に汚泥が沈殿する。そこでこ
の汚泥を引き抜き、生物反応槽に返送するが、その一部
は余剰汚泥となる。余剰汚泥は濃縮槽で濃縮され、消化
槽で嫌気性消化された後脱水機にかけられる。この際に
生ずる脱水濾水は、MAP処理によってリンが除去され
た後、原水側に返流水として戻される。
【0013】上記MAP処理は、従来においては、MA
P生成を行わせる反応部と生成したMAPを分離する分
離部から構成された1槽の装置によってなされていた。
本発明においては、マグネシウム塩の添加と空気による
攪拌(ばっ気)を行う前処理槽として機能する第1の反
応槽(以下前処理槽とする)、pHを調整してMAPを
生成させ沈殿させる脱リン槽として機能する第2の反応
槽(以下脱リン槽とする)を用いて処理を行う。
【0014】前処理槽のばっ気は、ブロワーを用いて公
知の如く行うことができるが、本発明を活性汚泥法に応
用する場合には、活性汚泥により行う汚水処理工程にお
けるばっ気用の空気を、バルブを介して利用することも
できる。このばっ気は、攪拌作用を有するのみならず、
MAPの生成を抑制する返流水中の炭酸イオンを除去す
るための脱炭酸を促すものであるので、十分に行う必要
がある。
【0015】本発明においては、上記のばっ気時にマグ
ネシウム塩の水溶液を前処理槽中に添加する。このよう
にすると、汚水中の炭酸イオンの量がばっ気によって減
少し、pHが上昇しているのでMAPの微細な結晶が生
成する。マグネシウム塩の添加量は、PO−P/(M
2+)のモル比が1となるように添加することが好ま
しい。
【0016】前処理槽における汚水の滞留時間は、PO
−P濃度が50mg/Lであれば40分以上であるこ
とが好ましい。2槽処理による全体のリン除去率は、全
体の滞留時間が、20分、40分、60分の場合に、例
えば、それぞれ、80%、89.2%、93.4%と上
昇する。
【0017】2槽目の脱リン槽である反応槽では、機械
攪拌を行うか、流動床として旋回流式の攪拌を行いなが
らアルカリ水溶液を添加してpHを調整することもでき
るが、特に撹拌を行わず、層状の上向流を起こさせるこ
とが好ましい。このようにすることにより、汚水の滞留
時間をより短縮することができる上、晶析するMAPの
結晶を大きくし、流出するMAPの量を減らすことがで
きるので、リン除去率が大幅に改善される。アルカリ水
溶液は、pHを8以上となるように調節できるものであ
れば特に限定されないが、通常はNaOH水溶液等を使
用し、pHを8.5〜9.5程度の範囲に調節すること
が好ましい。
【0018】このpH調節により、前処理槽で析出した
微細な結晶や、種晶として機能する川砂等の微細粒子上
にMAPが晶析し、結晶粒が大きく成長する。旋回流式
の流動床であっても結晶が大きく成長するが、層状の上
向流を形成させた場合には、結晶は更に大きく成長す
る。脱リン槽には、結晶の析出をより促すために、種結
晶や種結晶と同様の作用をする骨炭等の固形物を適宜添
加しても良い。尚、従来法においては、pHを8.3〜
8.7に維持することが行われていた。
【0019】上記の如く、汚水の処理を前処理槽と脱リ
ン槽を用いて行うことにより、汚水中のPO−P濃度
が50mg/L以上の場合では90%以上のリン除去率
となることはもとより、20mg/L程度の低濃度の場
合でも80%程度のリン除去率とすることが可能であ
る。また、処理時間もPO−P濃度が50mg/L以
上であれば従来法の約2/3と短縮される上、析出する
結晶も従来法の場合より大きいので反応槽から流出する
固形分も少ない。また、脱リン槽から排出される排液の
1部を前処理槽に還流することにより処理水中のリンの
過飽和度を下げ、これによって晶析の付着率を高め、除
去率を更に改善することができる。
【0020】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明の方法によれ
ば、50mg/L以下と、比較的PO −P(リン酸態
リン)濃度が低い汚水からも効率良くリンを除去するこ
とができるので、中小規模の下水処理場に対する返流水
の処理方法として好適である。また、反応槽を2槽化
し、pHを2段階に調節するのでゆるやかに反応を行わ
せることができるようになった結果、晶析するMAPの
結晶を大きなものとすることができる。また、槽や配管
等に付着するスケールの量が必然的に減少するので、リ
ン除去率が改善されるだけでなく槽内配管類の閉塞等の
トラブルを未然に防止することもできる。更に、脱リン
槽では通気を行わないので粒子と空気の分離の必要がな
くなり、これによっても処理が高速化される。
【0021】
【実施例】以下、本発明を実施例によって更に詳述する
が、本発明はこれによって限定されるものではない。
【0022】実施例1.図2に示される、NaOH貯留
槽(1規定溶液)、Mg2+貯留槽(MgSO
液)、原水槽の各貯留槽と、前処理槽及び脱リン槽とし
ての反応槽からなる実験装置を用意し、原水としては、
下水処理場における消化工程後のベルトプレス脱水機か
らの脱水濾液を採取し、5A濾紙を用いて濾過したもの
を用いた。
【0023】前処理槽は、有効容積を1リットルとし、
エアポンプを用いて2リットル/分の空気を流してばっ
気した。尚、前処理槽には、Mg2+とPO−Pの比
が1:1となるように、原水とMg2+を供給した。比
の設定は、流入速度を一定とし、原水のPO−P濃度
に対応させて貯留槽のMg2+濃度を変えることによっ
て行った。
【0024】脱リン槽としては、有効容積が2リットル
の円筒状アクリル樹脂製のカラムを用い、前処理槽から
流出した液が、自然流下により脱リン槽の底部に流入す
るように設置した。また、ラボ攪拌機を用いて毎分80
回転の機械攪拌を行うと共に、槽底部にコントローラの
電極を入れ、NaOH溶液を導入してpHを9.0に維
持した。
【0025】前処理槽による処理を20分、脱リン槽に
おける処理を40分とし、原水のPO−P濃度が1
8.8〜69.1mg/Lの間の5点について、前処理
槽におけるリン除去率と脱リン槽におけるリン除去率を
測定した結果は図3に示した通りである。前処理槽で
は、原水中のリン濃度が18.9mg/Lのときのリン
除去率は37.5%であったが、それ以上の濃度では、
50%前後の除去率となった。
【0026】また、全体としてのリン除去率は、原水中
のリン濃度が18.9mg/L〜33.3mg/Lの場
合で80〜90%、33.3mg/L以上では90%
と、常に80%以上のリン除去率を得ることができた。
原水中のリンが18.9mg/L程度の場合の上記除去
率は、従来法では達成することのできなかった値であ
る。
【0027】実施例2.図4に示すような、原水貯槽、
前処理槽、上向流でプラグフローさせる反応槽、NaO
H水溶液槽からなる装置を用いた。反応槽は、内径2c
m、高さ100cmの槽であり、他の槽は、順に20
L、1.6L、及び0.3Lである。反応槽底部には、
直径5mmのガラスビーズを4cmの厚さに充填し、整
流層とした。また、MAPの結晶粒子を付着させるため
の核として、調和平均径が70μmの川砂(流動層リア
クター水処理用)を、静止状態で8〜10cmの厚さ
(整流層厚さを含む)に充填して流動床とした。
【0028】脱リン槽底部から、pH調整剤として、マ
イクロチューブポンプを用いてNaOH水溶液槽のNa
OH水溶液を供給し、処理水pHをモニターし、コント
ローラーによってpHを8.2〜9.2の範囲に調整し
た。尚、本実施例においては、脱リン槽から前処理槽へ
の還流は行わなかった。除去率は図5に示した通りであ
り、実施例1の場合と同等であったが、脱リン槽での反
応時間を10分程度に短縮することができた。
【0029】実施例3.処理水の反応槽内における滞留
時間を約10分に固定し、原水と処理水の比が1:1と
なるように処理水を前処理槽に循環させた他は、実施例
2と全く同様にした結果を図5に示した。これらの結果
から、処理水を前処理槽に還流することの効果が確認さ
れた。
【図面の簡単な説明】
【図1】MAP処理工程を備えた、活性汚泥処理法の全
工程を表した図である。
【図2】実施例1で使用した、本発明のMAP処理装置
の概念図である。
【図3】各種のリン濃度を有する原水に対し、実施例1
で得られたリン除去率を、原水中のPO−P濃度に対
して示した図である。
【図4】実施例2及び3で使用した本発明のMAP処理
装置の概念図である。
【図5】各種のリン濃度を有する原水に対し、実施例2
及び3で得られたリン除去率を、原水中のPO−P濃
度に対して示した図である。
【符号の説明】
P ポンプ AP 空気ポンプ pHC pHコントローラ 整理番号 P99−

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】晶析法によって汚水中からリンを除去する
    方法において、前記汚水を2槽式反応槽に導き、第1槽
    目の反応槽でばっ気による脱炭酸とマグネシウム水溶液
    の添加を行うと共に、第2槽目の反応槽でアルカリを用
    いてpHを調整することにより、汚水中のリンを、水に
    難容性のリン酸マグネシウムアンモニウムとして晶析さ
    せることを特徴とする、汚水中のリン除去方法。
  2. 【請求項2】第2槽目の反応槽への汚水の供給を該反応
    槽底部から行うことによって、層状の上向流を形成さ
    せ、上部から排液する、請求項1に記載された汚水中の
    リン除去方法。
  3. 【請求項3】第2槽目の反応槽上部から排出される排液
    の1部を第1槽目の反応槽に還流する、請求項1又は2
    に記載された汚水中のリン除去方法。
  4. 【請求項4】対象とする汚水が、中規模以下の活性汚泥
    法における汚泥処理工程で発生する返流水である、請求
    項1〜3の何れかに記載された汚水中のリン除去方法。
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