JP2001029963A - 排水中のリン酸イオン除去装置及びこれを備えた浄化槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 予めカルシウムの添加やｐＨ調節をすること
なく、しかも長期間メンテナンスの必要がない、排水中
のリン酸イオンの除去装置、及びこの装置を備えた浄化
槽を提供する。 【解決手段】 充填材としてカルシウムイオン及び／又
は水酸イオンを溶出する化合物が充填された複数個のカ
ラムを直列に配置し、該カラムにリン酸イオンを含む排
水を順次連続して通水し、カラムを順次入れ替え可能に
配置し、カラムの入れ替え時に新しい充填カラムを最上
流側に配置することを特徴とする、排水中のリン酸イオ
ンの除去装置及びこの装置を備えた浄化槽。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排水中のリン酸イ
オンを除去する装置、及びこれを備えた浄化槽に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】リン酸塩は、水質の富栄養化現象をもた
らす原因物質となるため、排水中からリンを除去するこ
とが強く要請されており、浄化槽からの排水も例外では
ない。

【０００３】排水からのリン除去には、生物学的脱リン
法、凝集沈殿法、吸着法、晶析法などがあるが、前２者
は、排水中のリンを汚泥として排水中から分離させ、頻
繁に汚泥を反応系外に排出させることが前提となってお
り、浄化槽のように数ヶ月以上に渡って汚泥の系外排出
を行わない場合には、適用することが困難である。ま
た、吸着法では、汚泥の引き抜きはないものの、一般に
用いられる酸化アルミニウム等の吸着剤ではリン酸イオ
ンの吸着能力が低く、かつｐＨ調節が必要なため、浄化
槽排水の脱リンに適用するには、いまだ技術的な改良を
要すると考えられる。

【０００４】一方、晶析法は、リン酸イオンをヒドロキ
シアパタイト（ＨＡｐ）として種晶上に成長させること
で排水中のリン酸イオンを除去する方法であり、汚泥の
発生がほとんどなく、かつリン酸イオン除去能力の経時
的低下が少ないという特徴があるので、浄化槽排水中の
リン酸イオン除去に適した方法の一つといえる。

【０００５】しかしながら、ＨＡｐを晶析させるために
は、ＨＡｐの種晶をつけた担体を用意し、次いで、予め
リン酸イオンを含む被処理水のｐＨ及びカルシウムイオ
ン濃度を一定の領域に調節してから種晶の上に晶析させ
ることが必要である。下水処理場において晶析法が適用
される場合では、晶析のために予めｐＨを調節し、脱リ
ン後の排水のｐＨを放流基準に合致するよう再度調節し
直し、放流するといった煩雑な行程で実施されており、
日常的に十分なメンテナンスが期待できない浄化槽で
は、この手法のまま晶析法を適用することは困難である
といえる。

【０００６】特開昭５８−５１９８０号公報や特開平９
−３０８８８９号公報には、カルシウムイオンを溶出す
る材料を晶析材として用いる方法が提案されているが、
これらの方法では、晶析行程前にカルシウムの添加が必
要であり、 晶析前後のｐＨ調節も必要である。従って、
これらの方法でも、浄化槽排水へは、現実のメンテナン
ス上の問題から、そのまま適用するわけにはいかない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来法の欠点を解決し、予めカルシウムの添加やｐＨ
調節をすることなく、しかも長期間メンテナンスの必要
がない排水中のリン酸イオンの除去装置、及びこの装置
を備えた浄化槽の提供を目的としてなされたものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の排水中のリン酸イオン除去装置（発明１）は、晶析法
による排水中のリン酸イオンの除去方法において、充填
材としてカルシウムイオン及び／又は水酸イオンを溶出
する化合物が充填された複数個のカラムを直列に配置
し、該カラムにリン酸イオンを含む排水を順次連続して
通水し、カラムを順次入れ替え可能に配置し、カラムの
入れ替え時に新しい充填カラムを最上流側に配置するこ
とを特徴とする、排水中のリン酸イオンの除去装置であ
る。

【０００９】本発明の請求項２に記載の排水中のリン酸
イオン除去装置（発明２）は、カルシウムイオン及び／
又は水酸イオンを溶出する化合物が酸化カルシウムであ
ることを特徴とする、発明１の排水中のリン酸イオンの
除去装置である。

【００１０】本発明の請求項３に記載の排水中のリン酸
イオン除去装置（発明３）は、カルシウムイオン及び／
又は水酸イオンを溶出する化合物が珪灰石であることを
特徴とする発明１の排水中のリン酸イオンの除去装置で
ある。

【００１１】本発明の請求項４に記載の浄化槽（発明
４）は、発明１乃至３のいずれかのリン酸イオンの除去
装置を備えた浄化槽である。

【００１２】本発明のリン酸イオン除去装置は、晶析法
により排水中のリン酸イオンの除去を行う方法であっ
て、充填材として、カルシウムイオン及び／又は水酸イ
オンを溶出する化合物が充填された複数個のカラムを直
列に配置した装置である。

【００１３】上記晶析法による排水中のリン酸イオン除
去方法とは、排水中のリン酸イオンを、ヒドロキシアパ
タイト（ＨＡｐ）として析出させ排水中から分離する方
法であって、適度なｐＨ範囲で、反応に必要なカルシウ
ムイオンの存在下で種晶の上にＨＡｐを晶析させる方法
である。本発明においては、ｐＨ調節のための水酸イオ
ンとＨＡｐ晶析のためのカルシウムイオンとを溶出し、
種晶を担持しうる化合物を充填材としたカラムを用い
て、ｐＨ調節とカルシウムイオン濃度の調節と種晶の担
持とを、一つのカラム中で行うようにしている。

【００１４】ＨＡｐの晶析にはｐＨ＝８〜１１が好まし
く、より好ましくは、ｐＨ＝９〜１０である。ｐＨ＜８
では、排水中のリン酸イオンとカルシウムイオンとは反
応しないか反応しても反応速度が遅く、リンはイオン状
態のまま排水中に残存する可能性が強い。また、ｐＨ＞
１１では、ＨＡｐは生成するものの種晶の上に成長せ
ず、微細な結晶として排水中に流出する恐れがある。

【００１５】浄化槽排水の場合、その処理水のｐＨは通
常５．８から８．６の間にあり、浄化槽が正常に運転し
ている場合では、通常６．５〜７．５の間にある。従っ
て、そのままでは、リン酸イオンのＨＡｐ晶析除去は不
可能ではないとしても、ほとんど脱リン効果が期待でき
ず、ｐＨ調節が必要である場合が多い。

【００１６】晶析反応では、リン酸イオン３モル（２８
５ｇ）をＨＡｐとして除去するためにはカルシウムイオ
ンが５モル（２００ｇ）必要である。一方、浄化槽処理
中には、平均約１０ｍｇ／Ｌ程度のカルシウムイオンと
５ｍｇ／Ｌ程度のリン酸イオンとが含まれので、晶析法
で浄化槽排水の脱リンを行うには、カルシウムイオンの
追加が必要となる。

【００１７】（充填材）本発明では充填材としてカルシ
ウムイオン及び／又は水酸イオンを溶出する化合物が用
いられる。上記カルシウムイオン及び／又は水酸イオン
を溶出する化合物は、その溶出速度が速すぎるとカルシ
ウム源や水酸イオン源として使用できる寿命が短くなる
だけでなく、カルシウムイオン及び／又は水酸イオン
が、排水中のリン酸イオン濃度に対応した以上に溶出し
てしまい、晶析反応に有効に利用されずに脱リン処理後
の排水中に残存してしまって、環境中に排出してしまう
可能性がある。従って、これらの化合物は、いわゆる難
溶解性化合物と呼ばれる、溶解度が数十ｍｇ／Ｌ程度の
化合物が好ましい。

【００１８】また、上記カルシウムイオン及び／又は水
酸イオンを溶出する化合物は、カルシウムイオンを溶出
する化合物と水酸イオンを溶出する化合物とを混合して
用いても良いし、カルシウムイオンと水酸イオンとを同
時に溶出する化合物を単独で使用しても良いし、カルシ
ウムイオンと水酸イオンとを同時に溶出する化合物とカ
ルシウムイオンを溶出する化合物とを混合して用いても
良い。

【００１９】上記カルシウムイオン及び／又は水酸イオ
ンを溶出する化合物としては、例えば、酸化カルシウ
ム、炭酸カルシウム、フッ化カルシウム、硫酸カルシウ
ム、炭酸アパタイト、水酸化マグネシウム、水酸化アル
ミニウム等が挙げられる。

【００２０】又、上記カルシウムイオンと水酸イオンと
を同時に溶出する化合物としては、例えば、酸化カルシ
ウム、炭酸アパタイト等が挙げられる。その中でも、特
に酸化カルシウムは、水と反応して水酸化カルシウムと
なり、カルシウムイオン源及び水酸イオン源として適度
な溶出速度を持つため、実用上好ましいものである。

【００２１】酸化カルシウムを含有する化合物は、天然
にも数多く存在し、これらをそのまま用いることもでき
るが、酸化カルシウムと二酸化珪素とを略同重量含有し
ている珪灰石（Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ）は、良好な
溶出挙動を示し、晶析用種晶としても優れた性能を示す
ため、特に充填材として好ましい。

【００２２】（カラム）本発明の装置は、上記カルシウ
ムイオン及び／又は水酸イオンを溶出する化合物を充填
材として用い、それらを複数個のカラムに充填し、それ
らを直列に配置する。カラムは順次入れ替え可能に配置
され、リン酸イオン除去能力の低下に伴うカラムの入れ
替え時には新しいカラムを最上流に配置する。

【００２３】上記充填材をカラムに充填する際は、種晶
近傍のみで排水のｐＨを反応可能範囲内に制御し、かつ
種晶近傍における必要量のカルシウムイオン濃度を保て
るよう、充填材の種類と充填量を設定すればよい。

【００２４】充填材の粒子径、充填密度、充填量、カル
シウムイオンや水酸イオン溶出速度等は、化合物の排水
に接する表面積、排水の流量、温度、ｐＨ、排水中に含
まれる化学物質の種類や量によって変化する。従って、
排水中に含まれるリン酸イオン濃度に対応するだけの量
を溶出させるには、充填材量に応じた通水量を設定すれ
ばよい。

【００２５】即ち、通水速度は、最大水量時でもＳＶ≦
３／Ｈｒとなるようにカラムの断面積と充填材の充填量
とを定め、しかも充填材総量がメンテナンス期間中、イ
オンの溶出が保たれるよう設計されることが好ましい。
なお、本発明のリン酸イオン除去装置においては、排水
量の時間変化が設計水量の範囲を極端に超える可能性の
ある場合には、定量化装置を設けても良い。

【００２６】（カラムの複数化と入れ替え）本発明の装
置は、上記複数本のカラムを、直列に排水が通水するよ
うに配置される。

【００２７】浄化槽排水では、例えば５人槽では、１年
間連続して処理水のリン酸濃度を１ｍｇ／Ｌ以下に処理
するとしたら、理想的にＨＡｐだけが生成したとしても
４７．３ｋｇのＨＡｐが生成する。これに充填材、カラ
ム重量等を加算すると、非常に重くなり、浄化槽の維持
管理の現場を考慮すると、これを１本のカラムでまかな
うことは現実的でになく、カラムを複数個に分散して現
場での作業性を向上させることとした。

【００２８】又、充填材として用いられる化合物は、カ
ルシウムイオン及び水酸イオンを溶出しつつその表面に
晶析されたＨＡｐにより被覆されていく。従って、経時
的にカルシウムイオンや水酸イオンの溶出量が減少し、
リン酸イオン除去能力が低下して破過に至ることはさけ
られず、カラムが１本であったり、カラムに並列に通水
すると、全てのカラムがほぼ同時に破過し、リン酸イオ
ンが未処理のまま放流されてしまう危険性が大きくな
る。

【００２９】従って、複数のカラムに直列通水し、破過
に至ったカラムを順次入れ替えて使用することにより、
カラムの交換直後の処理水のｐＨ変動が平均化され、放
流水域への負荷を軽減する事もできる。

【００３０】（新カラムの配置）このような理由から、
複数個のカラムを順次入れ替える方法が採られるが、本
発明では、破過したカラムに新しい充填材を充填して最
上流に配置する方法が採られる。通常、カラムの交換が
数ヶ月から１年に一回の割合となるよう充填材量を定
め、空間速度が晶析反応と溶出反応のバランスがとれる
０．５〜３／Ｈｒとなりかつ一人で入れ替え作業が可能
な重量となるよう、一本のカラムサイズを設計し、必要
本数が決められる。

【００３１】上述のような入れ替えの結果、最上流には
カルシウムイオン及び／又は水酸イオンの溶出が良好な
カラムを、下流側にはＨＡｐの晶析サイトが十分に成長
したカラムを配置することになるので、リン酸イオンの
除去が効率的に行われる。

【００３２】発明４の浄化槽は、生物処理工程の後に上
記リン酸イオン除去装置を備えてなることを特徴とす
る。生物処理の方法は特に限定されず、一般の浄化槽に
用いられている活性汚泥法、接触曝気法等いずれの工程
の後にも適用できる。

【００３３】浄化槽処理排水の脱リンのため、本装置を
浄化槽に続いて設置する場合には、沈殿槽上澄水に残存
する微生物が、カラム内で繁殖し、充填材の目詰まりを
起こすことがある。従って、本発明のリン酸イオン除去
装置の前に、必要に応じて濾過装置等を設けても良い。

【００３４】本発明のリン酸イオン除去装置は、特に浄
化槽に適用するのに好適なものとして説明したが、その
設置対象は特に限定されず、リン酸イオンの除去が必要
な下水処理場や、河川、工場排水処理施設などに適用で
きる。

【００３５】（作用）本発明においては、被処理排水に
予めカルシウムイオンを添加したり、ｐＨ調節をして、
排水全体をＨＡｐの生成に適したカルシウムイオン濃度
及びｐＨにするのではなく、カルシウムイオン及び水酸
イオンを、晶析用種晶をつけた担体自体から供給させる
ので、カルシウムイオン濃度及びｐＨは晶析用種晶の近
傍において高くなり、直ちに晶析反応に寄与して消費さ
れるため、予め排水全体をＨＡｐ生成条件に調節してお
く必要がない。

【００３６】即ち、被処理排水ｐＨ調節等の前処理が不
要となり、簡単な装置で長期間メンテナンスなしに処理
を続けることが可能となる。

【００３７】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を、非限
定的な実施の一例をもって説明する。

【００３８】（実施例）カラムとして、３本の内径５０
ｍｍのステンレス円筒状容器に、下表に示す組成の珪灰
石（カキウチ社製、粒径０．１〜１．４ｍｍ、中国産）
をカラム１本あたり４０ｇづつ充填し、図１に示すよう
に、カラム１、カラム２、カラム３の順に排水が各カラ
ムを流れ、かつ流れ方向が各カラムとも下方から上方に
向けて水が流れるよう配管した。

【００３９】

【表１】

【００４０】リン酸水素２ナトリウム・１２水塩と塩化
カルシウムを用いて、リン濃度５ｍｇ／Ｌ、カルシウム
イオン濃度１０ｍｇ／Ｌの浄化槽人工モデル排水を調整
し、空間速度ＳＶ＝２／Ｈｒとなるよう流量を調節し、
出口水中のリン濃度をＪＩＳＫ０１０２に準拠して測定
した。

【００４１】この状態で、充填材の入れ替えをせず２ヶ
月間運転した後の処理水中のリン濃度の推移を図２に示
す。

【００４２】この結果からわかるように、全くカルシウ
ムの添加及びｐＨ調節をしなかったにも関わらず、きわ
めて良好なリン酸イオン除去効果が得られた。

【００４３】２ヶ月経過後、図１のカラム３を回収し、
新しい充填材に入れ替えた。次いで、カラム１をカラム
２の場所に、カラム２をカラム３の場所に、カラム３を
カラム１の場所に移動し、カラム３、カラム１、カラム
２の順に排水が流れるようにした。この配置換えの前後
でｐＨを測定したところ、配置換え前のｐＨ＝８．５
０、配置換え後のｐＨ＝８．９１であった。

【００４４】（比較例）実施例の３倍の長さのカラム１
本に充填材量を１２０ｇ充填し、空間速度ＳＶ＝０．６
７／Ｈｒとした以外は実施例と同様にして、２ヶ月間通
水を行った。２ヶ月後のリン酸イオン除去性能は実施例
の場合と差がなかった。次に充填材を新しいものに入れ
替えて通水したところ、入れ替え前後でのｐＨは、入れ
替え前のｐＨ＝８．５６、入れ替え後のｐＨ＝９．４４
であった。

【００４５】

【発明の効果】このように、本発明の脱リン装置による
と、カルシウムの添加やｐＨ調節といった排水の予備処
理を必要とせず、長期間メンテナンスなしにリン酸イオ
ンの除去が可能となる。この装置は簡単な構造と構成で
あり、更に浄化槽の維持管理の実状に適しているので、
この除去装置を備えた浄化槽は、環境中へのリン酸イオ
ン排出の低減に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 カラムの配列の説明図。矢印は排水の流れ順
を表す。

【図２】 約２ヶ月後のリン酸イオン除去効果を示すグ
ラフ。縦軸はリン濃度（ｍｇ／Ｌ）、横軸は経過日数
（日）を表す。

【符号の説明】

１ カラム１ ２ カラム２ ３ カラム３

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 晶析法による排水中のリン酸イオンの除
   去方法において、充填材としてカルシウムイオン及び／
   又は水酸イオンを溶出する化合物が充填された複数個の
   カラムを直列に配置し、該カラムにリン酸イオンを含む
   排水を順次連続して通水し、カラムを順次入れ替え可能
   に配置し、カラムの入れ替え時に新しい充填カラムを最
   上流側に配置することを特徴とする、排水中のリン酸イ
   オンの除去装置。
2. 【請求項２】 カルシウムイオン及び／又は水酸イオン
   を溶出する化合物が酸化カルシウムであることを特徴と
   する、請求項１記載の排水中のリン酸イオンの除去装
   置。
3. 【請求項３】 カルシウムイオン及び／又は水酸イオン
   を溶出する化合物が珪灰石であることを特徴とする請求
   項１記載の排水中のリン酸イオンの除去装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか記載のリン酸
   イオンの除去装置を備えた浄化槽。