JP2002210460A - 水中のリンの高速、高度除去方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 河川、湖沼等の自然環境水、下水、下水処理
水および各種産業排水等のリン含有水からリンを極めて
簡易な方法で、高速かつ高度に除去することができる新
規な技術を提供する。 【解決手段】 リン含有水に水酸化鉄もしくは水酸化ア
ルミニウムの微粒子及び無機凝集剤と有機高分子凝集剤
を添加して、流動層型凝集装置に上向流で供給して水酸
化鉄又は水酸化アルミニウム凝集粒子の流動層を形成さ
せ、該流動層においてリンを吸着除去することを特徴と
する水中のリンの高速、高度除去方法。下部が逆円錐形
状である筒体からなり、上端に処理水の溢流部を設けた
流動層型凝集装置内に水酸化鉄又は水酸化アルミニウム
凝集粒子の流動層を形成させた水中リンの高速、高度除
去装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、富栄養化の原因物
質であるリン酸イオン含有水、例えば、下水、工場排水
および自然環境水（河川、湖沼および海）からリンを高
速かつ効率よく高度に除去する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】河川、湖沼あるいは海域の富栄養化を防
止するには、これら自然環境水に含まれるリンを高度に
除去することが不可欠な処理となる。富栄養化により生
起する現象の典型的な例としては、赤潮、アオコの発生
が知られるが、斯様な現象は、リン濃度が０．０２ｍｇ
／リットル以上で起き易いとも云われている。従来か
ら、自然環境水、例えば河川からリンを除去する方法と
して、凝集沈殿法、あるいは、粒状リン除去材を河川に
充填してリンを除去する方法等が知られている。凝集沈
殿法は、凝集沈殿装置を陸上に設置して、河川水をポン
プアップし、硫酸バン土等の無機凝集剤と高分子凝集剤
を添加して、リンを不溶性のフロックとし、該フロック
を沈殿分離する技術である。しかし、この方法にあって
は、難脱水性の凝集沈殿汚泥が大量に生じるという大き
な欠点があった。

【０００３】また、他の方法として、大粒径の粒状脱リ
ン材（鹿沼土を粒径数ｃｍの粒状に成形したもの）を河
川内に充填層として充填し、河川水をこの充填層に流通
させてリンを吸着除去しようとする技術が知られてい
る。しかし、この方法は、雨天時に河川の濁質が増加
し、前記粒状脱リン材充填層を速やかに閉塞させてしま
うという重大な欠点があった。しかも、リンの吸着速度
が小なため、河川水の充填層通過時間が１時間以上の長
時間で通過させなければならず、そのため、粒状脱リン
材充填量が膨大に必要になるという問題もあった。大量
の粒状脱リン材を製造するには、多額の設備費と人件費
を要するため、製造費が嵩むことになる。更に、大量の
粒状脱リン材を河川の現場に運搬し、河川に充填する工
事、リン吸着が飽和に達した後の脱リン材の撤収工事も
また煩雑であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来技術の諸問題点を本質的に解決しようとするもの
であり、河川、湖沼等の自然環境水、下水、下水処理水
および各種産業排水等のリン含有水からリンを極めて簡
易な方法で、高速かつ高度に除去することができる新規
な技術を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記の手段に
より前記の課題を解決することができた。 （１）リン含有水に水酸化鉄もしくは水酸化アルミニウ
ムの微粒子及び無機凝集剤と有機高分子凝集剤を添加し
て、流動層型凝集装置に上向流で供給して水酸化鉄又は
水酸化アルミニウム凝集粒子の流動層を形成させ、該流
動層においてリンを吸着除去することを特徴とする水中
のリンの高速、高度除去方法。 （２）無機凝集剤の添加率を（Ｆｅ／Ｐ）もしくは（Ａ
ｌ／Ｐ）のモル比で２以下にすることを特徴とする請求
項１記載の水中のリンの高速、高度除去方法。 （３）下部が逆円錐形状である筒体の上部周囲に、該筒
体の上端の溢流部よりも側壁高さが高い受部を設け、該
受部に処理水流出管を付設し、前記筒体の下部の下端部
にリン含有水の供給管を接続し、前記筒体内にペレット
状水酸化鉄又は水酸化アルミニウム凝集粒子の流動層を
形成したことを特徴とする水中リンの高速、高度除去装
置。 （４）筒体の下部の下端部に接続するリン含有水の供給
管に、水酸化鉄又は水酸化アルミニウム微粒子の供給
管、無機凝集剤の供給管をそれぞれ接続し、前記下部に
は有機高分子凝集剤の供給管を接続し、前記筒体にその
内のペレット状水酸化鉄又は水酸化アルミニウム凝集粒
子の流動層の界面相当位置に余剰ペレット状凝集粒子の
排出管を接続したことを特徴とする請求項３記載の水中
リンの高速、高度除去装置。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。本発明の技術思想の骨子は、図１に示す
ように、リン含有河川水等のリン除去対象のリン含有水
１を供給管２で流動層型凝集装置６の逆円錐形状の下部
７に供給し、この供給過程において、水酸化鉄微粒子、
もしくは水酸化アルミニウム微粒子（粒径１００ミクロ
ン以下）３及び塩化第２鉄、ポリ硫酸第２鉄、硫酸第２
鉄、硫酸ばんど、ＰＡＣなどの微量無機凝集剤４を、そ
れぞれ供給管３ａ、４ａで添加し、流動層型凝集装置６
の下部（逆円錐状）７に、ポリアクリルアミドなどの有
機高分子凝集剤５を供給管５ａで添加することにより、
流動層型凝集装置６に供給して、水酸化鉄または水酸化
アルミニウムペレットの高濃度の流動層８を形成させる
ことによって、リンを高度かつ高速度で吸着除去できる
ようにしたことにある。

【０００７】リン含有水１に無機凝集剤を（Ｆｅ／Ｐ）
または（Ａｌ／Ｐ）のモル比が、２ないし３以上になる
ように注入し、撹拌を行ってフロックを形成させ、その
後、有機高分子凝集剤を添加して、凝集槽でフロックを
形成させた後、沈殿処理することによって、リンを凝集
除去する技術は公知であり、また、微粒子状のリン吸着
材をリン含有水に添加、撹拌して、リン含有水中のリン
を吸着除去する方法も公知である。後者の方法は、図２
に示すように、リン含有水１の供給ライン１５（又は攪
拌槽１７）に微粒子状リン吸着材１６を添加して、撹拌
槽１７に移送し、該吸着材１６のリン吸着量が最大に達
する時間（通常３９分〜１時間）まで撹拌した後、リン
を吸着した微粒子状リン吸着材１６を沈殿分離槽１８に
移送して、沈降分離後処理水１９を得る操作が必要であ
る。

【０００８】これに対し、本発明は、リン吸着材微粒子
を凝集させたペレット状粒子の流動層を形成させ、この
流動層に微量の無機凝集剤と高分子凝集剤を添加したリ
ン含有水を通過させると、微粒子状脱リン材をリン含有
水に添加してから、直ちに又は数秒程度、管路を撹拌し
て後、流動層に供給するのみで、リンが高速、且、高度
に除去されることを見出し、これによって完成した。上
記のように、本発明はリンを含有する水に、水酸化鉄微
粒子、もしくは水酸化アルミニウム微粒子と微量の無機
凝集剤との両者と、高分子凝集剤を添加して、流動層型
凝集装置６に供給して、水酸化鉄又は水酸化鉄フロック
の流動層８を形成させると、リン吸着材とリン含有水を
撹拌槽で接触させる反応槽が不要にでき、リンの除去率
および除去速度向上が顕著に実現されるという新規な知
見を見出して、完成に至った。

【０００９】水酸化第２鉄又は水酸化アルミニウム微粒
子の製造法は、硫酸第２鉄、ポリ硫酸第２鉄、塩化第２
鉄などの第２鉄水溶液、もしくは、硫酸アルミニウム、
塩化アルミニウムを、水酸化マグネシウム、水酸化カル
シウム、炭酸カルシウム、水酸化ナトリウム等のアルカ
リ剤でｐＨ５〜８に中和すればよい。本発明の課題達成
のためには、水酸化鉄微粒子と水酸化アルミニウム微粒
子のいずれもが同様な作用を示すこと、無機凝集剤とし
ては、鉄系、アルミニウム系のいずれもが同様な作用を
示すので、以下の本発明の説明にあっては、記述の煩雑
さを避けるために、水酸化物微粒子及び無機凝集剤とし
て、それぞれ水酸化鉄微粒子と塩化第２鉄を用いる場合
を例に挙げて説明する。

【００１０】図１において、下水や下水の２次処理水な
どのリン含有水１に、先ず、水酸化鉄微粒子と微量の塩
化第２鉄の両者を添加して、直ちに又は数秒撹拌（撹拌
槽及び撹拌機が不要な管路撹拌で十分）した後、有機高
分子凝集剤を添加して、直ちに流動層型凝集装置６に上
向流で供給する。上向流速は、１００〜５００ｍｍ／分
の範囲が好適である。有機高分子凝集剤としては、種々
のものが適用できるが、アニオン系、ノニオン系のポリ
アクリルアミドもしくは両性ポリマーが最適である。こ
のような簡単な操作によって、運転開始後数時間経過後
に水酸化鉄微粒子が強く凝集して、粒径が数ｍｍのペレ
ット状に変化し、極めて高濃度のペレット流動層（ペレ
ットブランケット）が形成される。このペレット流動層
の高さが１〜２ｍの位置に、余剰ペレット状凝集粒子
（「余剰ペレット」、「スラッジ」ともいう）排出口を
設けておく。

【００１１】リン含有水中のリンは、この流動層を通過
する数分間で極めて効果的に除去されることが見出され
た。従って、本発明では図２のような滞留時間が３０分
程度の反応槽（リン吸着材微粒子とリン含有水を接触さ
せる槽）が不要になるという顕著な効果がある。このこ
とは、リン含有水処理流量が、例えば５万ｍ³ ／ｄとい
う下水処理を想定すると、容積１０４０ｍ³ （撹拌時間
３０分の場合）の大容積撹拌槽と撹拌機が不要になると
いう、大きな設備の削減効果があり、設置面積と設備費
の大きな削減が齎らせられる。本発明では、流動層を通
過した水は筒状部の上端から溢流して、上部周囲に設け
た受部１２に入り、受部１２に接続した処理水流出管１
３から処理水１４として出る。

【００１２】本発明において、次の重要点は、水酸化
鉄、（もしくは水酸化アルミニウム）微粒子とリンのモ
ル比（Ｆｅ／Ｐ）で、２好ましくは１以下の微量の無機
凝集剤の両者を添加するようにしたことである。水酸化
鉄微粒子を添加するのみで、無機凝集剤を併用しない場
合には、処理水中のリンを０．０２ｍｇ／リットル以下
と、極端に低濃度にすることは困難であり、水酸化鉄微
粒子を添加せずに、（Ｆｅ／Ｐ）のモル比を２ないし３
以上の多量の無機凝集剤を添加すると、嵩高なフロック
が生成し、フロック密度が小なため、高濃度の流動層を
形成できず、かつ、濃縮および脱水性が非常に悪い凝集
沈殿スラッジが多量に発生してしまう。

【００１３】本発明において、無機凝集剤の添加量を
（Ｆｅ／Ｐ）モル比で、２以下に設定することが重要で
ある。すなわち、無機凝集剤の添加量を（Ｆｅ／Ｐ）モ
ル比で２以上にすると、難脱水性の凝集沈殿スラッジの
生成が多量になり、汚泥処理の面で不利になる。また、
処理水に凝集が不十分な微細なフロックが流出する問題
も生ずる。本発明では、攪拌槽を設けていないので、凝
集剤添加後の撹拌時間が極めて短いため、もし前記モル
比を２以上にすると、凝集剤の添加によって生成するフ
ロックが、充分成長しない状態で流動層に流入するた
め、凝集剤由来の微粒子が流動層に充分捕捉されない。
凝集剤添加量が（Ｆｅ／Ｐ）モル比で２以下と少ない場
合には、水酸化鉄微粒子が高分子凝集剤によって凝集す
るときに、無機凝集剤由来の微細フロックも共凝集して
除去されるので、斯様な問題は生じない。

【００１４】

【実施例】以下において、実施例により本発明を具体的
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。

【００１５】実施例１ 図１のフローシートに従って、本発明によるリンの高速
・高率除去試験を行った。リン含有水としては、第１表
に示す水質を有する団地下水の活性汚泥処理水（Ｐとし
て１．５６ｍｇ／リットルを含有する）を用いた。流動
床型凝集装置からなるリン除去装置としては、下部に高
さ０．２ｍの逆円錐部を有し、円筒部の高さが２ｍであ
る内径５ｃｍ、全高２．２ｍの円筒カラムを用いた。同
装置には底部から１．０ｍ上の位置にペレット排出管を
設置してそこから適宜余剰ペレットが排出されるように
なっており、この排出管の設置位置が内部の流動層の高
さを決定している。水酸化第２鉄微粒子の添加位置は、
流動層底部原水流入部から３ｍ手前の原水流入管である
が、そこで添加する水酸化第２鉄微粒子は、ポリ硫酸第
２鉄水溶液に水酸化マグネシウムスラリーを添加してｐ
Ｈ６に中和して生成したものを使用した。試験条件の詳
細は第２表に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】上記の諸条件により試験を行った結果を以
下に説明する。リン含有の上昇流速１２ｍ／ｈ、流動層
通過時間（滞留時間）５分という高速処理条件で運転開
始後、高濃度の水酸化鉄凝集粒子流動層の高さが１００
０ｍｍに達した時点以後は、安定して一定水質の処理水
が得られた。処理水の水質を第３表に示す。処理水濁度
は常に０．５以下であり、添加した水酸化鉄微粒子は流
動層において、ほぼ完全に捕捉されていた。流動層固形
物濃度は、２５ｇ／リットルであり、流動層から排泥し
たスラッジの濃縮性は、第３表に示すように高濃度に濃
縮された。

【００１９】

【表３】

【００２０】比較例１ 無機凝集剤の塩化第２鉄を添加せず、それ以外は、上記
試験条件と同一条件で試験した場合は、処理水リン濃度
は０．０５〜０．０５８ｍｇ／リットルであり、処理水
リン濃度を０．０２ｍｇ／リットル以下にすることはで
きなかった。 比較例２ 水酸化鉄微粒子を添加せずに、無機凝集剤の塩化第２鉄
のみを添加した場合は、塩化第２鉄添加量を５０ｍｇ／
リットル、すなわち、（Ｆｅ／Ｐ）モル比＝６．２以上
にしなければ処理水のリン濃度を０．０２ｍｇ／リット
ル以下にすることはできなかった。流動層の固形物濃度
は５ｇ／リットルと希薄であり、流動層からの排泥スラ
ッジの２４時間静置後の固形物濃度は、１６ｇ／リット
ルに過ぎず、濃縮性が本発明より、格段に悪かった。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、以下に記載されるような効果
を奏する。 （１）水酸化鉄、又は水酸化アルミニウム微粒子と、微
量の無機凝集剤及び高分子凝集剤の三者を併用すること
によって、リン含有水中のリンが高速かつ高度に除去さ
れ、処理水中のリンの濃度が極めて少なくなり、かつ、
排泥スラッジの濃縮性を高くすることができる。 （２）リン吸着材（水酸化鉄微粒子、又は水酸化アルミ
ニウム微粒子）、無機凝集剤を添加後に長時間撹拌して
リンを吸着させる必要がないので、リン吸着反応槽の設
置が不要になり、リン除去設備の設置面積を大きく削減
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図である。

【図２】微粒子状リン吸着材による従来のリン吸着除去
法を説明する図である。

【符号の説明】

１ リン含有水 ２ 供給管 ３ 水酸化鉄微粒子 ３ａ 供給管 ４ 無機凝集剤 ４ａ 供給管 ５ 有機高分子凝集剤 ５ａ 供給管 ６ 流動層型凝集装置 ７ 下部 ８ 流動層 ９ 界面相当位置 １０ 余剰ペレット １０ａ 排出管 １１ 上端部 １２ 受部 １３ 処理水流出管 １４ 処理水 １５ 供給ライン １６ 微粒子状リン吸着材 １７ 撹拌槽 １８ 沈殿分離槽 １９ 処理水

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D015 BA19 BA23 BA29 BB12 CA18 DA04 DA05 DA13 DA16 DB03 EA04 FA01 FA22 4D024 AA04 AA05 AB12 BA13 BA14 BB01 BC05 DA03 DB21 4D062 BA19 BA23 BA29 BB12 CA18 DA04 DA05 DA13 DA16 DB03 EA04 FA01 FA22

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リン含有水に水酸化鉄もしくは水酸化ア
   ルミニウムの微粒子及び無機凝集剤と有機高分子凝集剤
   を添加して、流動層型凝集装置に上向流で供給して水酸
   化鉄又は水酸化アルミニウム凝集粒子の流動層を形成さ
   せ、該流動層においてリンを吸着除去することを特徴と
   する水中のリンの高速、高度除去方法。
2. 【請求項２】 無機凝集剤の添加率を（Ｆｅ／Ｐ）もし
   くは（Ａｌ／Ｐ）のモル比で２以下にすることを特徴と
   する請求項１記載の水中のリンの高速、高度除去方法。
3. 【請求項３】 下部が逆円錐形状である筒体の上部周囲
   に、該筒体の上端の溢流部よりも側壁高さが高い受部を
   設け、該受部に処理水流出管を付設し、前記筒体の下部
   の下端部にリン含有水の供給管を接続し、前記筒体内に
   ペレット状水酸化鉄又は水酸化アルミニウム凝集粒子の
   流動層を形成したことを特徴とする水中リンの高速、高
   度除去装置。
4. 【請求項４】 筒体の下部の下端部に接続するリン含有
   水の供給管に、水酸化鉄又は水酸化アルミニウム微粒子
   の供給管、無機凝集剤の供給管をそれぞれ接続し、前記
   下部には有機高分子凝集剤の供給管を接続し、前記筒体
   にその内のペレット状水酸化鉄又は水酸化アルミニウム
   凝集粒子の流動層の界面相当位置に余剰ペレット状凝集
   粒子の排出管を接続したことを特徴とする請求項３記載
   の水中リンの高速、高度除去装置。