JP2002224663A

JP2002224663A - Ｓｓ及びリンを含有する水からのリン除去・回収方法及び装置

Info

Publication number: JP2002224663A
Application number: JP2001027067A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Kataoka; 克之片岡
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2002-08-13
Anticipated expiration: 2021-02-02
Also published as: JP3791760B2

Abstract

(57)【要約】【課題】リンの除去速度が大きく、リンの除去効果が
優れている、リン吸着材の再生が簡単で、連続的に行え
る、ＳＳによるリン吸着工程の閉塞トラブルがない、Ｓ
Ｓ、リン含有水からのリンの除去・回収方法を提供す
る。【解決手段】ＳＳ及びリンを含有する水に、平均粒径
が０．２〜１．５ｍｍのリン吸着性微粒子を添加しつ
つ、リン吸着槽内を上向流で通水することにより、流動
層界面高さ１ｍ以上のリン吸着性微粒子流動層を形成さ
せて、該流動層において原水中のＳＳを通過させながら
リンを吸着除去すると共に、流動層からリン吸着材微粒
子の一部を排出させてアルカリ性液と接触させてリンを
脱着させた後、固液分離した脱着後のリン吸着性微粒子
を流動層に循環返送するＳＳ及びリン含有水からのリン
の除去・回収方法。そのための装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、河川水、湖沼水や
海水等の天然水、浄水用水、汚水等の各種排水、下水処
理水等の各種の水中に含まれるリンを新規な技術思想に
よって効果的に除去する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、活性アルミナ等の粒状の吸着
材をカラムに固定層状態に充填して、原水を通水しリン
を吸着する脱リン法が公知〔例えば、浦野；排水中のリ
ンの吸着除去・回収プロセス；環境化学会誌；ｖｏｌ．
１，２月号、ｐｐ９９ー１１４（１９８８）〕である
が、以下に記載するするような欠点があった。（イ）通水ＳＶが３〜４リットル／ｈと小さいため、リ
ン吸着塔の所要容積が大となり、吸着材充填量が多く必
要で、このため、建設費、リン吸着材費が非常に高額で
ある。（ロ）リン吸着材のリン吸着容量が限界に達した後、原
水の通水を止め、アルカリ剤としてＮａＯＨ水溶液（再
生液）を低ＳＶで流入し、更に、その後、酸性水で充分
に洗浄するという操作が必要であるため、運転が非常に
面倒である。（ハ）再生用アルカリ（ＮａＯＨ）の所要量が多量で、
再生コストが高い。（ニ）原水にＳＳが含まれている場合、このＳＳがリン
吸着材充填固定層において濾過除去されるため、濾過層
の通水抵抗増加速度が大きく、頻繁に運転を停止し、充
填層を逆洗しなければならないので煩雑である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の粒状
脱リン材によるリン吸着技術の欠点を完全に解決するこ
とを課題としており、具体的には、以下に記載する条件
のすべてを満足することのできる新技術を提供すること
にある。即ち、（１）リンの除去速度が大きいこと。（２）リンの除去効果が優れていること。（３）リン吸着材の再生が簡単で、連続的に行えるこ
と。（４）リン吸着材再生処理中に、原水の通水を止める必
要がないこと。（５）原水中のＳＳによるリン吸着工程の閉塞トラブル
がないこと。（６）リン除去装置設備費及びリン吸着材コストが安価
であること。等が挙げられる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記、解決すべき課題に
ついて鋭意研究した結果、以下の知見を得て本発明に達
した。即ち、本発明者の研究によれば、（ａ）特定範囲粒径のリン吸着性粒子を原水に添加し
ながらのリン吸着槽に流入させて界面高さ１ｍ以上の流
動層を形成させる。（ｂ）該流動層に原水を流入させながらリンを吸着し
たリン吸着性粒子の一部を連続的又は間欠的に排出し、
アルカリ性液と接触させて脱リンした後、固液分離し、
分離した脱リン後のリン吸着性粒子を原水又は流動層に
循環返送すること。という技術思想を統合することによって、従来の粒状脱
リン材充填層方式によるリン吸着技術の諸欠点を解決で
きることを見出した。

【０００５】すなわち、本発明は、下記の手段によって
上記の課題を解決することができた。（１）ＳＳ及びリンを含有する水に、平均粒径が０．２
〜１．５ｍｍのリン吸着性微粒子を添加しつつ、リン吸
着槽内を上向流で通水することによって、流動層界面高
さ１ｍ以上のリン吸着性微粒子流動層を形成させて、該
流動層において原水中のＳＳを通過させながらリンを吸
着除去すると共に、該流動層に原水を流入させつつ、流
動層からリン吸着材微粒子の一部を排出させてアルカリ
性液と接触させてリンを脱着させた後、固液分離し、分
離されたリン吸着性微粒子を原水又は流動層に循環返送
することを特徴とするＳＳ及びリン含有水からのリンの
除去・回収方法。

【０００６】（２）下端にＳＳ及びリンを含有する水の
導入口を設け、槽内に前記水の上昇流れを形成し、槽内
にリン吸着性微粒子流動層が形成され、槽の中間位置の
前記流動層の上方界面位置にリン吸着性微粒子の排出口
を設け、槽の上部に前記流動層を通過した水の排水部が
設けられた流動層装置、前記リン吸着性微粒子の排出口
から出るリン吸着性微粒子を受け入れ、アルカリ性液を
接触させるリン脱着装置、リン脱着装置からの処理液を
リン吸着性微粒子とリン濃縮液に分離する固液分離装
置、及び前記固液分離装置で分離されたリン吸着性微粒
子を前記流動層装置へ循環返送する循環管を有すること
をことを特徴とするＳＳ及びリン含有水からのリンの除
去・回収装置。

【０００７】本発明者が、従来のリン吸着除去技術の文
献を広く調査した結果では、ＳＳとリンを含有する原水
を粒状脱リン材流動層に供給して、ＳＳを通過させてリ
ンを吸着除去し、そのうえ、原水を流動層に流入させな
がら、リン吸着脱リン材粒子を流動層から抜き出して、
連続的に再生して流動層に循環返送するという本発明の
技術思想は見当たらなかった。

【０００８】本発明では、リン吸着性粒子（リン吸着
材）の粒径を従来の粒状脱リン材固定層充填方式より、
大幅に小さくすることが重要である。リン吸着性粒子の
粒径は、０．２〜１．５ｍｍ、好ましくは０．３〜１．
０ｍｍである。この結果、リン吸着材の比表面積が非常
に大きくなるため、リンの吸着速度は、従来技術の粒径
２〜３ｍｍ程度の粒状リン吸着材充填固定層方式におけ
るリン吸着速度に比べて、約１０倍と著しく大きくする
ことができ、原水中のリンは、リン吸着材流動層におい
て高速度で除去されることになる。従って、リン含有原
水と流動層を構成するリン吸着材との接触時間は、２〜
４分と極めて短時間で充分である。（前記文献による
と、固定層方式では、原水とリン吸着材との接触時間が
１５分〜２０分以上の条件で運転している。）

【０００９】また、従来技術にあっては、リン吸着材を
再生するときには、リン除去装置への原水の供給を停止
することが不可欠であるが、本発明においては、その必
要がなく、再生液を従来技術におけるようにリン吸着材
充填層に通液する必要もない。斯様に、本発明にあって
は、リン除去装置への原水の供給を止めることなく、リ
ン吸着粒子の再生を連続的に行うことができることにな
る。その上、原水中のＳＳによって、リン吸着装置が目
詰まりを生じることもないので、従来技術におけるよう
に充填層の定期的な洗浄も不要とするので、常時安定し
たリン除去処理がなされることになる。

【００１０】

【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、ＳＳとリン含有する原水
からリンの除去・回収を効率よく実施する処理系の一形
態を説明する。図１において、ＳＳ、リン含有の原水１
の供給ライン２又はリン除去装置４内に、特定粒径（平
均粒径が０．２〜１．５ｍｍ範囲であるもの）のリン吸
着材微粒子３を適宜な手段で添加する。リン吸着材微粒
子３としては、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化チタン
及び活性アルミナ等が好適である。なお、「酸化物」と
いう字句は水酸化物、水和酸化物を含む意味で用いる。
前記粒径のリン吸着材微粒子３を原水１の供給ライン２
に供給するか、もしくは、適宜手段でリン除去装置４内
に添加しながら原水１をリン除去装置４に対して上向流
で供給すると、リン除去装置４内にリン吸着材微粒子３
の流動層５が形成される。

【００１１】本発明においては、原水１のリン除去装置
４内の上昇流速をリン吸着材微粒子３の流動化開始速度
以上で供給することが重要であり、これ以下の上昇流速
では流動層５が形成できず、原水１中のＳＳが濾過除去
されてしまうこと及びリンを吸着した微粒子を装置から
抜き出す場合に、流動性が悪く抜き出しが困難になるの
で、流動化開始速度以上としなければならない。リン吸
着材微粒子３の粒径が０．２ｍｍ未満では流動化が容易
な反面、沈降速度が小さすぎて原水１の偏流に乗って処
理水にリン吸着材が漏出する問題も起き易いので好まし
くない。また、リン吸着材微粒子３の粒径が１．５ｍｍ
を超える粒径では、流動化開始速度が大きくなりすぎ、
損失水頭が大きくなること、また、上昇流速が大きいの
で流動層内で偏流を引き起こし易く、原水がリン吸着材
と充分接触しないで流出し、リン除去率を悪化させるこ
とになるので、好ましくない。

【００１２】本発明において、流動層５の界面６の高さ
は１ｍ以上にすることが重要である。これより少ない
場合には、原水１とリン吸着材微粒子３との接触時間が
短くなりすぎて、リンの除去率が悪化する。本発明で
は、原水または流動層内に連続的にリン吸着材微粒子を
添加して運転する（運転初期には新鮮なリン吸着材を添
加し、定常時には再生されたリン吸着材を添加する）こ
とが重要である。このようにすると、流動層５の上部の
界面６の排出端７から、ＳＳを吸着したリン吸着材微粒
子３が連続的、自動的に排出されて、リン吸着材微粒子
排出部８に入るため、この排出量に見合う量のリン吸着
材微粒子３をアルカリ再生槽６に供給すれば良いので、
運転操作が非常に簡単になり、かつ、リンの除去率が経
時的に悪化することがなく、常時、高い除去効果が維持
される（従来のリン吸着材充填層方式では、経時的に処
理水中のリンの濃度が徐々に悪化してしまう）。上記の
排出端７は、オーバーフローする堰の構造が取られる
が、側壁に排出管を取り付け、界面６の位置に排出口を
設けるようにすることができる。

【００１３】リン吸着材微粒子３の流動層５から排出さ
れたリン吸着材微粒子を含むスラリーにアルカリ剤１０
（ＮａＯＨ；以下単にアルカリ剤という）を添加し、ｐ
Ｈ１１〜１１．５に調整する。アルカリ剤１０が添加さ
れたスラリーを再生槽１１内で３０分程度、撹拌、滞留
させると、吸着されていたリンが、略完全に液側に脱着
してくる。リンを脱着させるために添加するアルカリ剤
としては、ＮａＯＨ、ＫＯＨが好ましく、消石灰、生石
灰、水酸化マグネシウム及び酸化マグネシウムなどのア
ルカリ土類化合物を使用すると、リンがリン酸カルシウ
ム、リン酸マグネシウムとして析出してしまい、リンを
イオン状態で高濃度に含有する液を取り出せないので、
好ましくない。

【００１４】次に、リンが溶出したリン吸着材微粒子懸
濁スラリー１２は、例えば、沈降又はスクリーンによる
固液分離部１３に移送され、分離された再生リン吸着材
微粒子１４は循環管１５により原水１の供給ライン２又
は流動層５内にリサイクルされ、再びリン吸着材として
の機能を発揮する。上記において、高アルカリ性（ｐＨ
１０〜１２．５程度）である再生リン吸着材微粒子１４
をそのまま原水に返送すると、それに含まれるアルカリ
により原水１のｐＨを上昇させ、リン吸着効果を悪化さ
せることがあるので、Ｈ₂ＳＯ₄、ＨＣｌ等の酸を添加
し、ｐＨ７程度に中和してから戻すのが良い。

【００１５】また、固液分離部１３で分離され、そこか
ら排出される液（分離水）はリン濃度が高く、化学的晶
析方法により容易にリンを有価値のリン化合物として、
回収することができる。ここで、化学的晶析方法を例示
すると、ＣａＣｌ₂、Ｃａ（ＯＨ）₂、ＣａＯ等のＣａ
⁺⁺を添加して、リン酸カルシウム沈殿として回収する方
法、Ｍｇ⁺⁺、ＮＨ₄ ⁺を添加してリン酸マグネシウムア
ンモン（ＮＨ₄ＭｇＰＯ₄）として回収する方法であ
る。前記の液にＣａ剤又はＭｇ剤１６を添加して晶析槽
１７に入れて前記の沈殿を生成させ、固液分離部１８で
その沈殿を分離して有価値のリン化合物としてリン酸塩
を得る。分離水２０は常法により処理される。以上のプ
ロセスによって、ＳＳ、リン含有原水から、リンを永続
的に除去・回収することが可能になり、かつ、リン吸着
材を連続的に再生して循環使用できることになるので、
リン吸着材の交換も不要になる。

【００１６】

【実施例】以下において、本発明の水中のリン除去方法
を用いて、原水中のリンを除去する具体的な実施例を示
す。ただし、本発明は以下の実施例によって限定される
ものではない。

【００１７】実施例１リン吸着材微粒子の調製には、水酸化第２鉄粉末に水と
バインダー（カルボキシメチルセルロース）を添加して
転動造粒機で粒径０．２〜０．５ｍｍの球形に造粒した
後、乾燥固化させたものを用いた。原水として、下水処
理場の最終沈殿地からの越流水（処理下水）を用いた。
原水の水質は、ＳＳが５〜８ｍｇ／リットル、リンが
１．５〜２．２ｍｇ／リットルであった。

【００１８】リン除去装置のリン吸着材微粒子の上昇流
速を３５０ｍｍ／ｍｉｎとしたところ、容易に流動層が
形成された。原水には、アルカリ再生後の水酸化第２鉄
微粒子を１００ｍｇ／リットルとして、連続的に添加し
流動層内に流入させた。流動層界面高さは、１．４ｍと
し、原水とリン吸着剤との接触時間は４分（空塔基準）
とした。この結果、流動層界面から自動的に１００ｍｇ
／リットルのリン吸着材微粒子がリン吸着材排出部に落
下流入した。

【００１９】流出したリン吸着材微粒子をスラリ状のま
まで、アルカリ再生槽に移送し、これにＮａＯＨを２０
００ｍｇ／リットル添加して、ｐＨを１２程度に調整し
て、３０分〜１時間撹拌したところ、水酸化鉄微粒子に
吸着されていたリン酸イオンが脱着した。この後、沈降
分離槽に移送すると、リン脱着水酸化鉄粒子は速やかに
沈降分離され、脱着したリンを高濃度（１８００〜２０
００ｍｇ／リットル）に含んだ分離液が得られた。流動
層流出水（処理水）の水質を調べるために、運転開始後
６ケ月間連続試験を行った結果、ＳＳが５〜８ｍｇ／リ
ットル、リンが０．１〜０．１８ｍｇ／リットルと安定
しており、ＳＳは除去されず、リンが高度に除去でき
た。分離された水酸化鉄微粒子は、原水又は流動層下部
に循環返送した。この際、必要に応じて、分離水酸化鉄
微粒子を水洗してから返送すると、原水に脱着リンが循
環される量を減少できることが判った。

【００２０】脱着リン含有液にＣａイオン（塩化カルシ
ウム、消石灰が好適）を２０００ｍｇ／リットル添加し
たところ、瞬時にヒドロキシアパタイトが沈殿析出し、
リン脱着液からリンが９９．９％回収された。これを沈
降分離し、脱水したものは肥料又は肥料の製造原料とし
て有効に利用することができた。なお、この工程の分離
水ｐＨは１２程度と高いので、その一部をアルカリ再生
工程に循環すると、ＮａＯＨ添加量を節約できる。

【００２１】比較例１従来公知の活性アルミナ充填固定層方式によるリンの除
去試験を行った。原水は、実施例と同じものを用いた。
リン吸着材は、粒径１．７ｍｍの活性アルミナを１ｍ固
定層として充填し、原水を下向流で、ＳＶ４（リットル
／ｈ）で通水した。原水とリン吸着材との接触時間は１
４分（空塔基準）である。この結果、処理水リン濃度
が、通水開始後１０日目までは０．２ｍｇ／リットル以
下であったが、更に経過して２０日目には０．３４ｍｇ
／リットルに悪化し、３０日目には０．４１ｍｇ／リッ
トルになり、その後４２日目には処理水リン濃度が０．
５ｍｇ／リットル以上と更に悪化した。

【００２２】また、原水のＳＳが活性アルミナ充填層に
おいて除去されるため、通水抵抗が増加し、活性アルミ
ナ充填層を１回／２日のペースで原水の供給を停止し
て、逆洗処理をしなければならない状態となった。活性
アルミナの再生には、４０ｇ／リットルという高濃度の
ＮａＯＨ水溶液をＳＶ１で、活性アルミナ充填層の３倍
相当の容積量を通液させなければ、リンを９０％以上脱
着させることが出来なかった。その上、アルカリ再生
後、ｐＨが１の硫酸水溶液を活性アルミナカラムに多量
に通液し、活性アルミナカラムをｐＨ７に中和しなけれ
ばならず、極めて煩雑な処理、操作が必要とされた。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のリン除去
方法及び回収方法によれば、以下に記載されるような顕
著な効果が奏される。（１）粒状の活性アルミナ等のリン吸着材をカラムに固
定床として充填し、これにリン含有水を通水してリンを
除去する方法に比較して、吸着速度が著しく大きいの
で、装置がコンパクト化し、設備費を安価にすることが
できる。（２）リンの除去効果が高く、かつ、除去効果が安定し
ているので、固定層吸着方式のように、通水処理日数が
長くなるにつれて、リンの除去率が悪化することがな
い。（３）原水のＳＳによって、リン吸着材層が閉塞するこ
とがない。（４）リン吸着材の再生時に、原水のリン吸着装置への
供給を停止させる必要がないので、運転が極めて容易で
ある。（５）原水中のリンをリン資源として回収することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の処理系統を示す図である。

【符号の説明】

１原水２供給ライン３リン吸着性微粒子４リン除去装置５流動層６界面７排出端８リン吸着性微粒子排出部９処理水１０アルカリ剤１１再生槽１２リン吸着材微粒子懸濁スラリー１３固液分離部１４再生リン吸着材微粒子１５循環管１６Ｃａ剤、Ｍｇ剤１７晶析槽１８固液分離部１９回収リン酸塩２０分離水

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＳＳ及びリンを含有する水に、平均粒径
が０．２〜１．５ｍｍのリン吸着性微粒子を添加しつ
つ、リン吸着槽内を上向流で通水することによって、流
動層界面高さ１ｍ以上のリン吸着性微粒子流動層を形成
させて、該流動層において原水中のＳＳを通過させなが
らリンを吸着除去すると共に、該流動層に原水を流入さ
せつつ、流動層からリン吸着材微粒子の一部を排出させ
てアルカリ性液と接触させてリンを脱着させた後、固液
分離し、分離されたリン吸着性微粒子を原水又は流動層
に循環返送することを特徴とするＳＳ及びリン含有水か
らのリンの除去・回収方法。
【請求項２】下端にＳＳ及びリンを含有する水の導入
口を設け、槽内に前記水の上昇流れを形成し、槽内にリ
ン吸着性微粒子流動層が形成され、槽の中間位置の前記
流動層の上方界面位置にリン吸着性微粒子の排出口を設
け、槽の上部に前記流動層を通過した水の排水部が設け
られた流動層装置、前記リン吸着性微粒子の排出口から
出るリン吸着性微粒子を受け入れ、アルカリ性液を接触
させるリン脱着装置、リン脱着装置からの処理液をリン
吸着性微粒子とリン濃縮液に分離する固液分離装置、及
び前記固液分離装置で分離されたリン吸着性微粒子を前
記流動層装置へ循環返送する循環管を有することをこと
を特徴とするＳＳ及びリン含有水からのリンの除去・回
収装置。