JP2002126761A - ２段式脱リン方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被処理水中のリンを高い除去効率で安定して
除去できる脱リン方法及び装置を提供する。 【解決手段】 被処理水中のリンをＭＡＰとして晶析生
成させることによって除去する方法において、上向流式
の１次処理槽の上部より流出した液に、２次処理槽にお
いてマグネシウム、アルカリ成分、場合によっては被処
理水を添加し、反応、固液分離した後、２次処理槽底部
の固液分離域に蓄積した汚泥スラリーを前記１次処理槽
の下部混合晶析域に返送することを特徴とする２段式脱
リン方法、及びその装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リンを含有する溶
液中のリンを、リン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡ
Ｐ）の結晶として析出させることにより、回収除去する
方法及び装置に係わり、マグネシウム及びアルカリ成分
を添加することによって、被処理水中のリンを効率的に
低濃度まで低下させる脱リン方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】我が国のリン資源は乏しく、ほぼ全量を
輸入に頼っている。リンの輸入形態の一つにリン鉱石が
あり、リン鉱石として輸入したリンの約２５％にあたる
量のリンが、国内の下水処理場に流入している。そうし
た背景より、排水中のリンを再利用可能な状態で回収
し、有効利用することが好ましい。晶析脱リン法は、大
容量の排水を処理し、尚かつ有効利用可能な状態でリン
を回収するのに適している。

【０００３】下水、し尿、排水などを嫌気及び好気処理
した場合、脱水処理工程、消化工程からの排水には、リ
ン及びアンモニアを含有しているものが多く、排水中の
リンをＭＡＰとして晶析生成させることにより、リンを
除去する方法が提案されている。この場合、排水中のリ
ン濃度は５０〜５００ｍｇ／リットルの範囲にあること
が多く、また、アンモニアの濃度は１５０ｍｇ／リット
ル〜１５００ｍｇ／リットルであり、ＭＡＰを生成させ
るのに十分存在する場合が多い。

【０００４】ＭＡＰは液中のマグネシウム、アンモニウ
ム、リン、水酸基が以下のように反応し、生成される。 Mg²⁺+NH₄ ⁺ +HPO₄ ^2- +OH ^- +6H₂O → MgNH₄PO₄ ・6H₂O(M
AP)+H₂O

【０００５】被処理水中のリンをＭＡＰとして不溶化さ
せることによって脱リン処理する場合、ＭＡＰを生成さ
せる反応槽と、反応槽にリンを含有する被処理水を供給
する手段と、アルカリ成分、マグネシウム、場合によっ
てはアンモニアを、反応槽或いは反応槽周辺の設備に供
給する手段を設けた脱リン処理装置で、リン、アンモニ
ア、マグネシウム、水酸基の各モル濃度を掛け合わせた
濃度（［ＨＰＯ₄ ^2- ］［ＮＨ₄ ⁺ ］［Ｍｇ²⁺］［Ｏ
Ｈ^- ］；［ ］内の単位はｍｏｌ／リットル）がＭＡＰ
の溶解度積以上となるように操作し、反応槽でＭＡＰを
析出させることにより、濃度を溶解度積付近まで低下さ
せ、脱リン処理をしていた。

【０００６】ＭＡＰの溶解度積は、被処理水の性状によ
って異なるが、およそ、１０^-13.8〜１０^-12.6 の範囲
にある。ＭＡＰの溶解度積の１例を記すと、食品廃水を
嫌気消化した被処理水の溶解度積は１０^-13.3 であっ
た。この場合、液のｐＨが８．５、残存している処理水
中のアンモニアが３００ｍｇ／リットル、残存マグネシ
ウム濃度が５０ｍｇ／リットルとすると、処理水中の溶
解性リン濃度は１０．３ｍｇ／リットルとなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の単一反応槽を使用したＭＡＰ晶析による脱リン処
理方法には、下記のような二つの問題があった。 （ａ）微細なＭＡＰ粒子の生成と流出 処理水中の溶解性のリンを更に低減させようとした場
合、ｐＨを高くしたり、添加するマグネシウムを多くす
るとよいが、反応槽内で行おうとすると、注入箇所での
拡散混合状態が悪いことにより、局所的な過飽和度が高
くなり、微細なＭＡＰが自己発核し、それら微細なＭＡ
Ｐは処理水とともに流出してしまう結果、リンの除去回
収率を低下させていた。また、原水槽にて予めアルカリ
成分、マグネシウムを添加すると、原水槽で、微細なＭ
ＡＰが多量に発生し、所望の粒径のＭＡＰが回収できな
いなどの問題が生じていた。さらに、残存する過飽和度
によって配管の内壁、ポンプの羽根車、ケーシングなど
にスケールが生じたりしていた。

【０００８】（ｂ）液の上昇線速度とＭＡＰ粒子の流出 上向流式の脱リン装置では、反応槽内の液の上昇線速度
（ＬＶ）を、通常３０〜８０ｍ／ｈｒで操作している。
ＬＶ３０ｍ／ｈｒで操作した場合、ＭＡＰ粒子の粒径が
１００μｍ以下のＭＡＰや、ＬＶ８０ｍ／ｈｒで操作し
た場合、ＭＡＰ粒子の粒径が３００μｍ以下のＭＡＰは
処理水と共に流出してしまう。微細なＭＡＰ粒子を余剰
粒子として排出させないためには、所望の粒径まで成長
させる必要がある。ＭＡＰの成長速度は過飽和度に依存
し、過飽和度が低い状態では、成長速度は遅い。反応槽
上部ではこのような過飽和度が低い状態にあり、このよ
うな状態に微細なＭＡＰを浮遊させておいても、粒子の
成長は遅い。

【０００９】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、上記の従来の技術の問題を解決
し、被処理水中のリンを高い除去効率で安定して除去す
ることができる２段式脱リン方法及び装置を提供するこ
とを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の手段を
用いることによって、上記の課題を解決することができ
た。 （１）被処理水中のリンをリン酸マグネシウムアンモニ
ウムとして晶析生成させることによって除去する方法に
おいて、被処理水を導入する手段を備えた上向流式の１
次処理槽の槽上部より流出した液に、２次処理槽におい
てマグネシウム、アルカリ成分、場合によっては被処理
水を添加し、反応、固液分離した後、２次処理槽底部の
固液分離域に蓄積した汚泥スラリーを前記１次処理槽の
下部混合晶析域に返送することを特徴とする２段式脱リ
ン方法。 （２）１次処理槽において、マグネシウム濃度、ｐＨが
１次処理槽流出液よりも高くなった２次処理槽の汚泥ス
ラリーを、被処理水と混合させることにより、リン酸マ
グネシウムアンモニウムを生成させることを特徴とする
前記（１）記載の２段式脱リン方法。

【００１１】（３）被処理水中のリンをリン酸マグネシ
ウムアンモニウム固体として生成除去する脱リン装置に
おいて、下部にリン含有被処理水供給管と、攪拌用気体
吹き込み管と、結晶化したリン酸マグネシウムアンモニ
ウム固体を含む廃水の抜き出し管とを設けた１次処理槽
と、該１次処理槽の上部から２次処理槽供給管を経て１
次処理水と、またマグネシウム供給管及びアルカリ供給
管を経てマグネシウム、アルカリ成分、場合によっては
被処理水が供給されて攪拌混合し、反応する内筒と、処
理水の流出管を備えた外筒から構成された２次処理槽、
及び前記２次処理槽で固液分離されて底部に蓄積した汚
泥スラリーを前記１次処理槽の下部混合晶析域に返送す
る汚泥スラリー返送管を具備することを特徴とする２段
式脱リン装置。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を参
照して詳細に説明する。図１は発明を実施する処理系の
一形態を示し、１次処理槽１、２次処理槽１０からな
り、被処理水供給管２は、１次処理槽１の下方部と、２
次処理槽供給管３は１次処理槽１の上方部と接続するよ
うに構成されている。なお、１次処理槽１の下方部には
散気管４が設けられ、１次処理槽１内に空気を散気する
ように構成されている。また、１次処理槽１の下方部に
はＭＡＰ抜き出し管５も設置されている。２次処理槽１
０内には内筒１１を配置し、２次処理槽供給管３、マグ
ネシウム供給管６、アルカリ供給管７、被処理水供給管
２ａは内筒１１の内側に配設し、また、処理水の流出管
８は内筒１１の外側に配設されている。２次処理槽１０
の底部には汚泥スラリーが蓄積し、２次処理槽１０の底
部と１次処理槽１の底部を汚泥スラリー供給管９で接続
している。

【００１３】被処理水は１次反応槽１底部より上向流で
連続通水させられる。また、２次処理槽１０で１次処理
槽流出液よりもマグネシウムイオン濃度、ｐＨが高くな
った汚泥スラリーが１次処理槽１底部より上向流で連続
供給される。１次処理槽１内で被処理水と汚泥スラリー
が混合反応すると、ＭＡＰが生成し、脱リンが行われ
る。１次処理槽１内に存在しているＭＡＰ粒子が流動化
していると、ＭＡＰ粒子表面でのＭＡＰの析出が効率的
に行われる。被処理水と汚泥スラリーの合わせた流量
が、ＭＡＰ粒子の粒径が１ｍｍの時、３０ｍ／ｈｒ以上
で、ＭＡＰ粒子の粒径が２ｍｍの時、６０ｍ／ｈｒ以上
で流動化し始める。更に混合をよくするために、散気管
４から空気を注入することが多い。

【００１４】１次処理槽１上部では、各イオン濃度はＭ
ＡＰの平衡濃度付近まで低下し、１次処理流出液中の溶
解性のリン濃度は、約５〜１５ｍｇ／リットルとなって
いる。また、１次処理流出液中には、液或いは空気の上
昇によって微細なＭＡＰ粒子を含有していることが多
い。本発明者等が測定したところＬＶが５０〜１００ｍ
／ｈｒ、空気なしの場合、粒径約１００μｍのＭＡＰ粒
子を含有していた。

【００１５】１次処理槽１の流出液は、２次処理槽１０
内の内筒１１に供給され、更に内筒１１に、マグネシウ
ム化合物、或いはマグネシウムイオン、さらにアルカ
リ、場合によっては被処理水が供給される。マグネシウ
ムイオン濃度が１５０〜２００ｍｇ／リットル、ｐＨが
９．０〜９．３になるように添加すると、過飽和状態が
達成され、ＭＡＰが析出し、溶解性のリン濃度は１〜３
ｍｇ／リットルまで低下する。このとき、１次処理槽１
より流出した微細なＭＡＰは熟成され、成長する。マグ
ネシウムイオン濃度が２００ｍｇ／リットル以上では、
溶解性のリン濃度は少しずつ低下していくが、この減少
率は低く効率が悪い。また、２次処理槽１０の断面積を
１次処理槽１の断面積よりも大きく設計しておくことに
より、微細なＭＡＰ粒子をより多く沈降させることが可
能になり、処理水と共に流出するのを防ぐことができ
る。およそ、ＬＶ＝１０ｍ／ｈｒ以下とすることによ
り、３０μｍ以上のＭＡＰの粒子の流出を防ぐことがで
きる。

【００１６】添加するマグネシウム源、アルカリ源に水
酸化マグネシウムを用いると単価が安く、共沈効果も期
待できる。２次処理槽１０底部には、汚泥スラリーが堆
積する。汚泥スラリーはマグネシウムイオン濃度、ｐＨ
が１次処理槽流出液よりも高くなっており、１次処理槽
１底部に導入することにより、ＭＡＰ生成のマグネシウ
ム源、アルカリ源とする。汚泥スラリーの供給量は、被
処理水の溶解性リン濃度に対して、マグネシウムイオン
量がモル比で１．２倍程度、重量比で１：１になるよう
にするとよい。被処理水の溶解性リン濃度が１００ｍｇ
／リットル、汚泥スラリーのマグネシウムイオン濃度が
１５０ｍｇ／リットルであれば、被処理水量に対し、約
６６％の返送量でよい。

【００１７】１次処理槽１で所定のｐＨにならなけれ
ば、苛性ソーダなどの供給管７を設け、ｐＨ調整しても
よい。１次処理槽１において、汚泥スラリーの供給管９
の接続位置は、被処理水と汚泥スラリーの混合をよくす
るため、被処理水の供給管２の接続位置近傍がよい。１
次処理槽１内では、被処理水と汚泥スラリーが混合され
ることにより、各イオン濃度は希釈され、高過飽和度に
なることなく、ＭＡＰの生成が行われる。その結果、微
細なＭＡＰの発生を防ぐことができる。１次処理槽１内
で増加したＭＡＰは定期的、或いは増加の度に、１次処
理槽１底部よりＭＡＰ抜き出し管５から排出する。２次
処理槽１０上部より、処理水を処理水流出管８から流出
させる。

【００１８】

【実施例】以下において、本発明を実施例により更に具
体的に説明するが、本発明は、この実施例により限定さ
れるものではない。

【００１９】実施例１ メタン発酵の処理水を用いて、図１に示す処理系で脱リ
ン処理を行った。メタン発酵処理水に下記の一覧表示に
より示す所定の濃度になるようにリン、アンモニウムを
添加した液を被処理水とし、内径１５０ｍｍφ×高さ３
６００ｍｍのカラムを１次処理槽として、１次処理槽の
底部より上向流で通水させた。１次処理槽を流出した被
処理水は、内径３００ｍｍφ×高さ２．１ｍの２次処理
槽内の内筒（内径２００ｍｍφ×高さ１．５ｍ）内に供
給した。マグネシウム源、アルカリ源には水酸化マグネ
シウムのみを用いた。装置仕様、実験条件を第１表に示
す。

【００２０】

【表１】

【００２１】定常状態に達した後の処理結果を第２表に
示す。原水の溶解性ＰＯ₄ −Ｐ濃度７８．６ｍｇ／リッ
トルに対し、処理水のＰＯ₄−Ｐは２．３ｍｇ／リット
ルであり、溶解性ＰＯ₄ −Ｐの除去率は９７％であっ
た。また、被処理水のＴ−Ｐ８０．８ｍｇ／リットルに
対し、処理水のＴ−Ｐは１９．０ｍｇ／リットルであ
り、Ｔ−Ｐ除去率は７６％であった。

【００２２】

【表２】

【００２３】比較例１ メタン発酵の処理水を用いて、図２に示す処理系で比較
実験を行った。なお、第１図で示した部分と同一部分は
同一符号を用いて示す。また、１２は処理水の返送管で
ある。水酸化マグネシウムの供給位置を処理槽１底部の
被処理水供給管２近傍の位置とした。装置仕様、実験条
件を第３表に示す。

【００２４】

【表３】

【００２５】定常状態に達した後の処理結果を第４表に
示す。原水の溶解性ＰＯ₄ −Ｐ濃度１０３ｍｇ／リット
ルに対し、処理水のＰＯ₄ −Ｐは３．２ｍｇ／リットル
であり、溶解性ＰＯ₄ −Ｐの除去率は９７％であった。
また、被処理水のＴ−Ｐ１１５ｍｇ／リットルに対し、
処理水のＴ−Ｐは５８．４ｍｇ／リットルであり、Ｔ−
Ｐ除去率は４９％であった。

【００２６】

【表４】

【００２７】実施例に比べ、処理水中の溶解性ＰＯ₄ −
Ｐ濃度は２〜４ｍｇ／リットルであり、変化はみられな
いものの、Ｔ−Ｐの除去性に大きな違いがみられた。比
較例の場合は、処理槽に直接、水酸化マグネシウムを添
加することによって、局所的な高過飽和度が生成され、
微細なＭＡＰ（もやもやしたフロック状のもの）の生成
が多く、処理水と共に流出したため処理水Ｔ−Ｐ濃度が
高くなった。

【００２８】このような問題は、本発明のように、溶解
性のリン濃度が低下した１次処理水にマグネシウム、ア
ルカリ、場合によっては被処理水を添加することによっ
て解決できた。すなわち、１次処理水中のマグネシウム
を高濃度状態にし、ｐＨを高くしても、微細なＭＡＰ粒
子を発生させることなく、溶解性のＰＯ₄ −Ｐ濃度は更
に低下し、しかも、１次処理から流出した微細なＭＡＰ
の成長を助長する。このとき、微細なＭＡＰは汚泥スラ
リーとして、２次処理槽底部に堆積する。また、マグネ
シウム濃度、ＰＨが高濃度になった汚泥スラリーを１次
処理槽における反応源にすることによって、効率的な脱
リン処理が行われる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、さらに２段目の処理槽
を設け、そこでマグネシウム、アルカリ、場合によって
は被処理水を添加することにより、過飽和状態をもう一
度作り、微細なＭＡＰ粒子の肥大化を促進させることに
より、処理水とともに微細なＭＡＰ粒子が流出すること
を防ぐことができる。さらに、その際マグネシウムを残
存させ、１次処理槽でのＭＡＰ粒子の生成における反応
源となる。また、本発明においては、２次処理槽で生成
したＭＡＰ核を１次処理槽に導入することにより、１次
処理槽内での核として粒径制御も可能としている。この
ため、本発明によれば、高濃度にリンを含有する被処理
水から、高い処理効率で安定してリンをＭＡＰとして除
去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の脱リン装置の一実施例を示す概略構成
図である。

【図２】従来の一槽式の脱リン装置の一例を示す概略構
成図である。

【符号の説明】

１ １次処理槽 ２、２ａ 被処理水供給管 ３ ２次処理槽供給管 ４ 散気管 ５ ＭＡＰ抜き出し管 ６ マグネシウム源供給管 ７ アルカリ供給管 ８ 処理水流出管 ９ 汚泥スラリー返送管 １０ ２次処理槽 １１ 内筒 １２ 処理水返送管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 昭 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 本間 康弘 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 Ｆターム(参考） 4D038 AA08 AB43 AB81 BB13 BB18 4D059 AA19 BE31 BF14 CA24 CA28 CB01 DA08 EA05 EB05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理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生成させることによって除去す
   る方法において、被処理水を導入する手段を備えた上向
   流式の１次処理槽の槽上部より流出した液に、２次処理
   槽においてマグネシウム、アルカリ成分、場合によって
   は被処理水を添加し、反応、固液分離した後、２次処理
   槽底部の固液分離域に蓄積した汚泥スラリーを前記１次
   処理槽の下部混合晶析域に返送することを特徴とする２
   段式脱リン方法。
2. 【請求項２】 １次処理槽において、マグネシウム濃
   度、ｐＨが１次処理槽流出液よりも高くなった２次処理
   槽の汚泥スラリーを、被処理水と混合させることによ
   り、リン酸マグネシウムアンモニウムを生成させること
   を特徴とする請求項１記載の２段式脱リン方法。
3. 【請求項３】 被処理水中のリンをリン酸マグネシウム
   アンモニウム固体として生成除去する脱リン装置におい
   て、下部にリン含有被処理水供給管と、攪拌用気体吹き
   込み管と、結晶化したリン酸マグネシウムアンモニウム
   固体を含む廃水の抜き出し管とを設けた１次処理槽と、
   該１次処理槽の上部から２次処理槽供給管を経て１次処
   理水と、またマグネシウム供給管及びアルカリ供給管を
   経てマグネシウム、アルカリ成分、場合によっては被処
   理水が供給されて攪拌混合し、反応する内筒と、処理水
   の流出管を備えた外筒から構成された２次処理槽、及び
   前記２次処理槽で固液分離されて底部に蓄積した汚泥ス
   ラリーを前記１次処理槽の下部混合晶析域に返送する汚
   泥スラリー返送管を具備することを特徴とする２段式脱
   リン装置。