JP2002336870A - 排水中のリンおよび凝集剤回収再利用方法 - Google Patents
排水中のリンおよび凝集剤回収再利用方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 産業排水処理などで富栄養化対策により、排
水中に含まれたリンを凝集剤添加で不溶化して沈殿除去
する際に、リン及び凝集剤を回収し再利用する。 【解決手段】 リンを含む排水を生物反応槽１０に流入
させアルミニウム系の無機凝集剤を添加し、沈殿池１２
中で液中のリンを不溶化させた凝集沈殿汚泥を、リン・
凝集剤成分溶出槽１３内でアルカリ処理して、リンと凝
集剤成分を液中に溶出させて固液分離１４する。リンと
凝集剤成分を含有した分離液についてはリンを不溶化す
るカルシウム系の薬品を添加してリンを回収する。一
方、リン回収後の凝集剤成分が残存している分離液を、
排水または生物処理工程での曝気槽中に添加し、もしく
は排水処理施設の汚泥処理工程から排出される返流水に
添加することで液中のリンを除去する。
水中に含まれたリンを凝集剤添加で不溶化して沈殿除去
する際に、リン及び凝集剤を回収し再利用する。 【解決手段】 リンを含む排水を生物反応槽１０に流入
させアルミニウム系の無機凝集剤を添加し、沈殿池１２
中で液中のリンを不溶化させた凝集沈殿汚泥を、リン・
凝集剤成分溶出槽１３内でアルカリ処理して、リンと凝
集剤成分を液中に溶出させて固液分離１４する。リンと
凝集剤成分を含有した分離液についてはリンを不溶化す
るカルシウム系の薬品を添加してリンを回収する。一
方、リン回収後の凝集剤成分が残存している分離液を、
排水または生物処理工程での曝気槽中に添加し、もしく
は排水処理施設の汚泥処理工程から排出される返流水に
添加することで液中のリンを除去する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は排水中のリンおよび
凝集剤を回収再利用する方法に関する。
凝集剤を回収再利用する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】排水中の汚濁物質を除去するため、固液
分離、膜処理、物理化学的処理、生物学的処理等、さま
ざな処理技術が適用されているが、近年、富栄養化対策
として栄養塩類を排水から除去することが広く行われ、
窒素は硝化・脱窒という微生物反応によって除去され、
リンは一般的に、生物学的処理プロセスへの凝集剤添加
によって除去（３次処理、高度処理）されている。リン
対応の高度処理は、標準活性汚泥法や脱窒型嫌気・好気
活性汚泥法プロセスなどの工程途中に凝集剤を添加し
て、不溶解性のリン酸金属塩の生成と凝集を促進し、リ
ン酸塩を余剰汚泥に取り込んだ形で除去するものであ
る。そのほか、脱リン型嫌気・好気活性汚泥法（生物脱
リン法）や、標準活性汚泥法などの生物学的処理プロセ
スからでる２次処理水に石灰を加え、不溶解性のリン酸
カルシウムとして物理化学的に沈澱除去する方法、同じ
く２次処理水に対してリンの化学的晶析反応を利用して
除去する晶析脱リン法などがある。
分離、膜処理、物理化学的処理、生物学的処理等、さま
ざな処理技術が適用されているが、近年、富栄養化対策
として栄養塩類を排水から除去することが広く行われ、
窒素は硝化・脱窒という微生物反応によって除去され、
リンは一般的に、生物学的処理プロセスへの凝集剤添加
によって除去（３次処理、高度処理）されている。リン
対応の高度処理は、標準活性汚泥法や脱窒型嫌気・好気
活性汚泥法プロセスなどの工程途中に凝集剤を添加し
て、不溶解性のリン酸金属塩の生成と凝集を促進し、リ
ン酸塩を余剰汚泥に取り込んだ形で除去するものであ
る。そのほか、脱リン型嫌気・好気活性汚泥法（生物脱
リン法）や、標準活性汚泥法などの生物学的処理プロセ
スからでる２次処理水に石灰を加え、不溶解性のリン酸
カルシウムとして物理化学的に沈澱除去する方法、同じ
く２次処理水に対してリンの化学的晶析反応を利用して
除去する晶析脱リン法などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】凝集剤添加リン除去法
では凝集剤を連続的に添加し、大量の凝集剤が消費さ
れ、運転費用の負担が大きくなってくる。また、凝集沈
殿する分の汚泥が発生するため、発生分の汚泥処理の負
担が増えて、これもまた運転費用がかさむ原因となって
いる。凝集剤添加リン除去法で発生する大量の汚泥から
凝集剤を回収して再利用できれば、凝集剤費用が軽減す
ると同時に、凝集沈殿汚泥から凝集剤を回収する分汚泥
発生量が減少し、通常の凝集剤添加リン除去法よりも発
生汚泥量が減じ、汚泥処理費用の負担が軽減することに
なる。一方リン資源の観点からみると、リンは、石油と
同様に数十年で枯渇すると予測されている。リンは主に
肥料として消費され、国内消費量の大部分がリン鉱石の
輸入に頼っている状況である。下水処理水中のリン流出
量は国内消費量の１０％程度であり、これを回収利用す
ることが検討され始めている。現状の凝集剤添加リン除
去法では、大部分の発生汚泥はリンを含んだまま焼却後
に埋め立て処分されており、これを回収利用できればリ
ン資源枯渇問題のひとつの解決手段となると考えられ
る。本発明は、産業排水処理や下水処理などで富栄養化
対策により、排水中に含まれるリンを凝集剤添加により
不溶化して沈殿除去する際に、リン及び凝集剤を回収し
再利用する方法を提供することを目的とする。
では凝集剤を連続的に添加し、大量の凝集剤が消費さ
れ、運転費用の負担が大きくなってくる。また、凝集沈
殿する分の汚泥が発生するため、発生分の汚泥処理の負
担が増えて、これもまた運転費用がかさむ原因となって
いる。凝集剤添加リン除去法で発生する大量の汚泥から
凝集剤を回収して再利用できれば、凝集剤費用が軽減す
ると同時に、凝集沈殿汚泥から凝集剤を回収する分汚泥
発生量が減少し、通常の凝集剤添加リン除去法よりも発
生汚泥量が減じ、汚泥処理費用の負担が軽減することに
なる。一方リン資源の観点からみると、リンは、石油と
同様に数十年で枯渇すると予測されている。リンは主に
肥料として消費され、国内消費量の大部分がリン鉱石の
輸入に頼っている状況である。下水処理水中のリン流出
量は国内消費量の１０％程度であり、これを回収利用す
ることが検討され始めている。現状の凝集剤添加リン除
去法では、大部分の発生汚泥はリンを含んだまま焼却後
に埋め立て処分されており、これを回収利用できればリ
ン資源枯渇問題のひとつの解決手段となると考えられ
る。本発明は、産業排水処理や下水処理などで富栄養化
対策により、排水中に含まれるリンを凝集剤添加により
不溶化して沈殿除去する際に、リン及び凝集剤を回収し
再利用する方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、不溶化させた凝集沈殿汚泥をアルカリ処
理して、リンと凝集剤成分を液中に溶出させて固液分離
し、リンと凝集剤成分を含有した分離液についてはリン
を不溶化して回収する一方、リン回収後の凝集剤成分が
残存している分離液を、排水中等に添加するものであ
る。すなわち、請求項１は、リンを含む排水にアルミニ
ウム系の無機凝集剤を添加し、液中のリンを不溶化させ
た凝集沈殿汚泥をアルカリ処理して、リンと凝集剤成分
を液中に溶出させて固液分離し、リンと凝集剤成分を含
有した分離液についてはリンを不溶化するカルシウム系
の薬品を添加してリンを回収する一方、リン回収後の凝
集剤成分が残存している分離液を、排水または生物処理
工程での曝気槽中に添加し、もしくは排水処理施設の汚
泥処理工程から排出される返流水に添加することで液中
のリンを除去することを特徴とする。請求項２は、既に
排水中に対象とする凝集剤成分が存在する場合には、凝
集剤成分を含む余剰汚泥をアルカリ処理することで、排
水中からも凝集成分を回収し再利用する。請求項３は、
アルカリ処理により、凝集剤成分を含む余剰汚泥を可溶
化し、汚泥を減量化するものである。請求項４は、カル
シウム系薬品を使用する凝集法あるいはリン鉱石等のア
パタイトを主成分とする担体にカルシウム系薬品を添加
して担体上に液中のリンを析出させる晶析法又は接触脱
リン法を利用したリン回収方法において、[Ca]/[P]モル
比を５以内にすることで、液中のリンを高いリン除去率
で不溶化して回収し、液中に凝集剤成分を高い残存率で
存在させて、液中のリンと凝集剤成分を分離することを
特徴とする。請求項５は、晶析法あるいは接触脱リン法
での担体は、リン鉱石、転炉スラグや珊瑚礁石灰岩など
カルシウムを多く含む物質、またはカルシウム含量が少
ないケイ砂等であって一定期間カルシウム薬品を添加す
ることで担体表面がリン酸カルシウムで被覆されている
ものを含む物質を使用する。さらに、請求項６は回収凝
集剤溶解液の調整pHは４未満とし、再利用する回収凝集
剤のリン除去効率の向上を図り、請求項７はカルシウム
系薬品を添加する代わりにマグネシウム系薬品を使用す
る。
め、本発明は、不溶化させた凝集沈殿汚泥をアルカリ処
理して、リンと凝集剤成分を液中に溶出させて固液分離
し、リンと凝集剤成分を含有した分離液についてはリン
を不溶化して回収する一方、リン回収後の凝集剤成分が
残存している分離液を、排水中等に添加するものであ
る。すなわち、請求項１は、リンを含む排水にアルミニ
ウム系の無機凝集剤を添加し、液中のリンを不溶化させ
た凝集沈殿汚泥をアルカリ処理して、リンと凝集剤成分
を液中に溶出させて固液分離し、リンと凝集剤成分を含
有した分離液についてはリンを不溶化するカルシウム系
の薬品を添加してリンを回収する一方、リン回収後の凝
集剤成分が残存している分離液を、排水または生物処理
工程での曝気槽中に添加し、もしくは排水処理施設の汚
泥処理工程から排出される返流水に添加することで液中
のリンを除去することを特徴とする。請求項２は、既に
排水中に対象とする凝集剤成分が存在する場合には、凝
集剤成分を含む余剰汚泥をアルカリ処理することで、排
水中からも凝集成分を回収し再利用する。請求項３は、
アルカリ処理により、凝集剤成分を含む余剰汚泥を可溶
化し、汚泥を減量化するものである。請求項４は、カル
シウム系薬品を使用する凝集法あるいはリン鉱石等のア
パタイトを主成分とする担体にカルシウム系薬品を添加
して担体上に液中のリンを析出させる晶析法又は接触脱
リン法を利用したリン回収方法において、[Ca]/[P]モル
比を５以内にすることで、液中のリンを高いリン除去率
で不溶化して回収し、液中に凝集剤成分を高い残存率で
存在させて、液中のリンと凝集剤成分を分離することを
特徴とする。請求項５は、晶析法あるいは接触脱リン法
での担体は、リン鉱石、転炉スラグや珊瑚礁石灰岩など
カルシウムを多く含む物質、またはカルシウム含量が少
ないケイ砂等であって一定期間カルシウム薬品を添加す
ることで担体表面がリン酸カルシウムで被覆されている
ものを含む物質を使用する。さらに、請求項６は回収凝
集剤溶解液の調整pHは４未満とし、再利用する回収凝集
剤のリン除去効率の向上を図り、請求項７はカルシウム
系薬品を添加する代わりにマグネシウム系薬品を使用す
る。
【０００５】
【発明の実施の形態】一般的な排水処理工程での凝集剤
添加リン除去法のフローを図５に示す。図中符号２０は
生物反応槽、２１は散気管、２２は沈殿池、２３は汚泥
濃縮、脱水、消化、焼却、溶融等の汚泥処理工程であ
る。流入排水中のリンは生物反応槽２０へ送られ、凝集
剤を生物反応槽へ添加するとリンと凝集フロックを生成
する。凝集フロックは後段の沈殿池２２にて沈殿し、沈
殿汚泥は余剰汚泥として汚泥処理工程へ送られる。汚泥
処理工程では汚泥の脱水処理や焼却処理がなされ、脱水
汚泥または焼却灰として最終的に排水処理施設から排出
される。リンは最終的に脱水汚泥または焼却灰に含まれ
たまま埋め立てなどで処分されている。また凝集剤も連
続的に添加され、最終的にリンと一緒に脱水ケーキまた
は焼却灰として処分されている。
添加リン除去法のフローを図５に示す。図中符号２０は
生物反応槽、２１は散気管、２２は沈殿池、２３は汚泥
濃縮、脱水、消化、焼却、溶融等の汚泥処理工程であ
る。流入排水中のリンは生物反応槽２０へ送られ、凝集
剤を生物反応槽へ添加するとリンと凝集フロックを生成
する。凝集フロックは後段の沈殿池２２にて沈殿し、沈
殿汚泥は余剰汚泥として汚泥処理工程へ送られる。汚泥
処理工程では汚泥の脱水処理や焼却処理がなされ、脱水
汚泥または焼却灰として最終的に排水処理施設から排出
される。リンは最終的に脱水汚泥または焼却灰に含まれ
たまま埋め立てなどで処分されている。また凝集剤も連
続的に添加され、最終的にリンと一緒に脱水ケーキまた
は焼却灰として処分されている。
【０００６】本発明リン・凝集剤回収再利用方法のフロ
ーを図１に示す。図１中、符号１０は生物反応槽、１１
は散気管、１２は沈殿池、１３はリン・凝集剤成分溶出
槽、１４は固液分離器、１５はリン回収装置、１６は汚
泥濃縮、脱水、消化、焼却、溶融等の汚泥処理工程であ
る。本発明では、凝集剤を生物反応槽１０へ添加し、流
入排出中のリンを凝集フロックとし、沈殿池１２にて沈
殿させる。沈殿池の汚泥を余剰汚泥として引き抜き、リ
ン・凝集剤成分溶出槽１３へ送る。この槽では余剰汚泥
を水酸化ナトリウムなどでｐHをアルカリ側に調整し、
リンと凝集剤成分を余剰汚泥から溶出させる。また、リ
ンについては余剰汚泥中に凝集フロック由来のもの以外
に、活性汚泥由来の生物体内中のリンが含まれ、アルカ
リ処理することで可溶化し、凝集剤でのリン除去分以上
のリンが液中に溶出することになる。また可溶化するこ
とで余剰汚泥量が減量化し、後段の汚泥処理での負担の
軽減を期待できる。リン・凝集剤成分溶出槽の混合液は
遠心濃縮機などの固液分離手段で固液分離を行い、リン
と凝集剤成分を含んだ分離液をリン回収装置で処理す
る。
ーを図１に示す。図１中、符号１０は生物反応槽、１１
は散気管、１２は沈殿池、１３はリン・凝集剤成分溶出
槽、１４は固液分離器、１５はリン回収装置、１６は汚
泥濃縮、脱水、消化、焼却、溶融等の汚泥処理工程であ
る。本発明では、凝集剤を生物反応槽１０へ添加し、流
入排出中のリンを凝集フロックとし、沈殿池１２にて沈
殿させる。沈殿池の汚泥を余剰汚泥として引き抜き、リ
ン・凝集剤成分溶出槽１３へ送る。この槽では余剰汚泥
を水酸化ナトリウムなどでｐHをアルカリ側に調整し、
リンと凝集剤成分を余剰汚泥から溶出させる。また、リ
ンについては余剰汚泥中に凝集フロック由来のもの以外
に、活性汚泥由来の生物体内中のリンが含まれ、アルカ
リ処理することで可溶化し、凝集剤でのリン除去分以上
のリンが液中に溶出することになる。また可溶化するこ
とで余剰汚泥量が減量化し、後段の汚泥処理での負担の
軽減を期待できる。リン・凝集剤成分溶出槽の混合液は
遠心濃縮機などの固液分離手段で固液分離を行い、リン
と凝集剤成分を含んだ分離液をリン回収装置で処理す
る。
【０００７】リン回収装置での具体的なリン除去方法と
しては、CaCl2等のカルシウム系薬品を添加してリン酸
カルシウムとして不溶化させる凝集法、リン鉱石等のカ
ルシウムを多く含む担体を充填させた槽へカルシウム系
薬品を添加して液中のリンを担体上に析出させる晶析法
（接触脱リン法とも呼ばれている）、リン吸着剤による
吸着法などがある。なお晶析法では析出担体としてリン
鉱石、転炉スラグ、珊瑚礁石灰岩等数多くのものがある
が、カルシウムを多く含有したものであれば限定はしな
い。ただし、カルシウム含量が少ないケイ砂等であって
も一定期間カルシウム薬品を添加することで担体表面が
リン酸カルシウムで被覆されているものを含む物質も析
出担体として使用できる。また、晶析法と類似した方法
で、カルシウム系薬品の代替として水酸化マグネシウム
や塩化マグネシウム等のマグネシウム系薬品を添加し、
リン酸マグネシウムアンモニウム（MgNH4PO4・6H2O）、
いわゆるストラバイト（struvite）を主成分とする担体
上に液中のリンを析出させる方法もあり、MAP法（Magne
siumu Ammonium Phosphete法）、MAP造粒脱リン法等と
称する方法でもよい。
しては、CaCl2等のカルシウム系薬品を添加してリン酸
カルシウムとして不溶化させる凝集法、リン鉱石等のカ
ルシウムを多く含む担体を充填させた槽へカルシウム系
薬品を添加して液中のリンを担体上に析出させる晶析法
（接触脱リン法とも呼ばれている）、リン吸着剤による
吸着法などがある。なお晶析法では析出担体としてリン
鉱石、転炉スラグ、珊瑚礁石灰岩等数多くのものがある
が、カルシウムを多く含有したものであれば限定はしな
い。ただし、カルシウム含量が少ないケイ砂等であって
も一定期間カルシウム薬品を添加することで担体表面が
リン酸カルシウムで被覆されているものを含む物質も析
出担体として使用できる。また、晶析法と類似した方法
で、カルシウム系薬品の代替として水酸化マグネシウム
や塩化マグネシウム等のマグネシウム系薬品を添加し、
リン酸マグネシウムアンモニウム（MgNH4PO4・6H2O）、
いわゆるストラバイト（struvite）を主成分とする担体
上に液中のリンを析出させる方法もあり、MAP法（Magne
siumu Ammonium Phosphete法）、MAP造粒脱リン法等と
称する方法でもよい。
【０００８】リン回収装置において、カルシウム系薬品
による凝集法、晶析法やMAP法でリン除去する場合は、
アルカリ性にする必要があるが、これはリン除去反応が
次の反応式により進み、水酸化物イオン（OH-）を消費
するためである。 凝集法および晶析法；5Ca2++7OH-+3H2PO4 -→Ca5(OH)(PO
4)3+H2O MAP法；Mg2++NH4 ++HPO4 2-+OH-+6H2O→MgNH4PO4・6H2O+H2
O しかし、リン・凝集剤成分溶出槽では前述のようにリン
と凝集剤成分を液中に溶出させるため、アルカリ性で調
整されているため、リン回収装置であらためて必要なア
ルカリ側のｐH調整が不要となる。
による凝集法、晶析法やMAP法でリン除去する場合は、
アルカリ性にする必要があるが、これはリン除去反応が
次の反応式により進み、水酸化物イオン（OH-）を消費
するためである。 凝集法および晶析法；5Ca2++7OH-+3H2PO4 -→Ca5(OH)(PO
4)3+H2O MAP法；Mg2++NH4 ++HPO4 2-+OH-+6H2O→MgNH4PO4・6H2O+H2
O しかし、リン・凝集剤成分溶出槽では前述のようにリン
と凝集剤成分を液中に溶出させるため、アルカリ性で調
整されているため、リン回収装置であらためて必要なア
ルカリ側のｐH調整が不要となる。
【０００９】リン回収装置で処理した後の液はリンが除
去され、凝集剤成分が残存しており、凝集剤としての機
能を持っているので、これを再利用し、図１中の流入排
水、返流水および生物反応槽等へ添加し、排水中のリン
を凝集沈殿除去することが可能となる。ただし、回収し
た凝集剤成分の凝集機能を発揮させるためには、回収凝
集剤成分溶解液を図１中の流入排水、返流水およ微生物
反応槽等へ添加する際、硫酸などでpHを４未満に調整す
るのが望ましい。これは、下水道協会誌第１７巻第１９
７号第４３〜４９頁「晶析法による下水中のリンの除去
に関する研究（第１報）」（１９８０年１０月）の第４
３頁に掲載された、図−１『各種形態のリンに対するpH
の関係』から、液中のリンがAlPO4として不溶化しやす
いpHが６付近であるところに由来している。リン・凝集
剤成分溶出槽では、リンと凝集剤成分を液中に溶出さ
せ、アルカリ性で調整されているため、回収凝集剤成分
溶解液もアルカリ性であり、これを予めpH４未満に調整
しておくことで、図１中の流入排水、返流水および生物
反応槽等へ添加したときにちょうどpH６付近にすること
が可能となる。回収凝集剤成分溶解液のpH調整を行わな
ければ、pHは６付近に低下せず、アルカリ性のままでリ
ン除去効率は悪化する。このように回収凝集剤成分溶解
液を凝集剤として再利用できることから、凝集剤の使用
量を大幅に削減でき、凝集剤購入費用の大幅な低減とこ
れに伴う発生汚泥量の減量化が期待できる。
去され、凝集剤成分が残存しており、凝集剤としての機
能を持っているので、これを再利用し、図１中の流入排
水、返流水および生物反応槽等へ添加し、排水中のリン
を凝集沈殿除去することが可能となる。ただし、回収し
た凝集剤成分の凝集機能を発揮させるためには、回収凝
集剤成分溶解液を図１中の流入排水、返流水およ微生物
反応槽等へ添加する際、硫酸などでpHを４未満に調整す
るのが望ましい。これは、下水道協会誌第１７巻第１９
７号第４３〜４９頁「晶析法による下水中のリンの除去
に関する研究（第１報）」（１９８０年１０月）の第４
３頁に掲載された、図−１『各種形態のリンに対するpH
の関係』から、液中のリンがAlPO4として不溶化しやす
いpHが６付近であるところに由来している。リン・凝集
剤成分溶出槽では、リンと凝集剤成分を液中に溶出さ
せ、アルカリ性で調整されているため、回収凝集剤成分
溶解液もアルカリ性であり、これを予めpH４未満に調整
しておくことで、図１中の流入排水、返流水および生物
反応槽等へ添加したときにちょうどpH６付近にすること
が可能となる。回収凝集剤成分溶解液のpH調整を行わな
ければ、pHは６付近に低下せず、アルカリ性のままでリ
ン除去効率は悪化する。このように回収凝集剤成分溶解
液を凝集剤として再利用できることから、凝集剤の使用
量を大幅に削減でき、凝集剤購入費用の大幅な低減とこ
れに伴う発生汚泥量の減量化が期待できる。
【００１０】
【実施例】リン・凝集剤回収再利用法の基本的性能を基
礎実験で確認したので、図２に示す基礎実験手順にもと
づく実施例で詳細を説明する。 [リン・凝集剤成分溶出工程]アルミニウム系凝集剤を使
用した凝集剤添加リン除去法の余剰汚泥をNaOHでpH１２
に調整し、常温で１時間緩やかに攪拌後、遠心分離機で
分離液を回収する。表１（リン・凝集剤成分溶出工程で
の溶出液の水質）に示すように、分離液中にはリンとア
ルミニウムが溶出し、アルカリ処理後のリン溶出率は４
８％、アルミニウム溶出率は９０％となった。またアル
カリ処理により汚泥が可溶化し、固形物の可溶化率は６
２％となり、BOD濃度が９００mg/l−１と高まった。こ
のことから汚泥処理での処理量が低減することによる運
転費の軽減が期待できる。
礎実験で確認したので、図２に示す基礎実験手順にもと
づく実施例で詳細を説明する。 [リン・凝集剤成分溶出工程]アルミニウム系凝集剤を使
用した凝集剤添加リン除去法の余剰汚泥をNaOHでpH１２
に調整し、常温で１時間緩やかに攪拌後、遠心分離機で
分離液を回収する。表１（リン・凝集剤成分溶出工程で
の溶出液の水質）に示すように、分離液中にはリンとア
ルミニウムが溶出し、アルカリ処理後のリン溶出率は４
８％、アルミニウム溶出率は９０％となった。またアル
カリ処理により汚泥が可溶化し、固形物の可溶化率は６
２％となり、BOD濃度が９００mg/l−１と高まった。こ
のことから汚泥処理での処理量が低減することによる運
転費の軽減が期待できる。
【００１１】
【表１】
【００１２】[リン回収工程]次に図２の分離液にCaCl2
を添加し、カルシウムとリンのモル比[Ca]/[P]を１．７
にてリン除去したところ、リン除去率は７０％、アルミ
ニウム残存率は９１％であり、リンを高い除去率で回収
できるとともに、再利用するための凝集剤金属成分であ
るアルミニウムを後段のリン除去工程に凝集剤として再
利用できることになる。
を添加し、カルシウムとリンのモル比[Ca]/[P]を１．７
にてリン除去したところ、リン除去率は７０％、アルミ
ニウム残存率は９１％であり、リンを高い除去率で回収
できるとともに、再利用するための凝集剤金属成分であ
るアルミニウムを後段のリン除去工程に凝集剤として再
利用できることになる。
【００１３】[リン除去工程]図２のリン回収工程後、凝
集剤成分が残存した液が回収されるので、この回収凝集
剤成分溶液をpH調整し、１vol％の割合で下水に添加し
たときのリン除去状況を図３に示す。図３は、回収凝集
剤成分溶解液と新規凝集剤のリン除去反応との関係を示
してあり、図中の太線は新規の凝集剤を添加した場合で
ある。pH４未満ではリン除去能力が向上し、余剰汚泥か
ら回収した凝集剤成分を適切なpHに調整することで、新
規凝集剤と変わらないリン除去効果が得られた。
集剤成分が残存した液が回収されるので、この回収凝集
剤成分溶液をpH調整し、１vol％の割合で下水に添加し
たときのリン除去状況を図３に示す。図３は、回収凝集
剤成分溶解液と新規凝集剤のリン除去反応との関係を示
してあり、図中の太線は新規の凝集剤を添加した場合で
ある。pH４未満ではリン除去能力が向上し、余剰汚泥か
ら回収した凝集剤成分を適切なpHに調整することで、新
規凝集剤と変わらないリン除去効果が得られた。
【００１４】[比較例]凝集剤添加リン除去法とリン・凝
集剤回収再利用法の、主に運転費用の大部分を占めると
考えられる汚泥処分費と薬品費の比較を表２に示し、運
転費用算出条件を表３に示す。
集剤回収再利用法の、主に運転費用の大部分を占めると
考えられる汚泥処分費と薬品費の比較を表２に示し、運
転費用算出条件を表３に示す。
【００１５】
【表２】
【００１６】
【表３】
【００１７】汚泥処分費用は、凝集剤添加リン除去法の
１９．７円／m3 −下水に対し、本発明のリン・凝集剤回
収再利用法では１０．０円／m3 −下水となり、ほぼ半減
することとなった。薬品費は、凝集剤添加リン除去法で
は凝集剤費用が１．３円／m3 −下水に対して、リン・凝
集剤回収再利用法ではNaOH費用０．５円／m3 −下水、Ca
Cl2費用１．５円／m3 −下水、硫酸費用０．９円／m3
−下水、凝集剤費用０．４円／m3 −下水で合計すると
３．３円／m3 −下水となる。薬品費に関しては２．５倍
費用が増加するが、汚泥処分費と薬品費の合計は凝集剤
添加リン除去法では凝集剤費用が２１．０円／m3 −下水
に対して、リン・凝集剤回収再利用法では１３．４円／
m3 −下水となり、３６％の運転費用の削減効果が得られ
る。また、リン・凝集剤回収再利用法ではリン回収物が
得られ、肥料として売却利益を期待できる可能性があ
る。
１９．７円／m3 −下水に対し、本発明のリン・凝集剤回
収再利用法では１０．０円／m3 −下水となり、ほぼ半減
することとなった。薬品費は、凝集剤添加リン除去法で
は凝集剤費用が１．３円／m3 −下水に対して、リン・凝
集剤回収再利用法ではNaOH費用０．５円／m3 −下水、Ca
Cl2費用１．５円／m3 −下水、硫酸費用０．９円／m3
−下水、凝集剤費用０．４円／m3 −下水で合計すると
３．３円／m3 −下水となる。薬品費に関しては２．５倍
費用が増加するが、汚泥処分費と薬品費の合計は凝集剤
添加リン除去法では凝集剤費用が２１．０円／m3 −下水
に対して、リン・凝集剤回収再利用法では１３．４円／
m3 −下水となり、３６％の運転費用の削減効果が得られ
る。また、リン・凝集剤回収再利用法ではリン回収物が
得られ、肥料として売却利益を期待できる可能性があ
る。
【００１８】次に、本発明の利点を説明する。 １）アルカリ処理について 生物汚泥の可溶化は時間がかかるため積極的に考えてい
ない。もちろん温度は高いほうがよいが、必ずしも期待
しない。無機汚泥（凝集剤汚泥または凝集フロック）は
積極的に可溶化させ、可溶化液中の凝集剤成分およびリ
ンを回収再利用する。アルカリ処理時間は１時間以内で
よい。常温でよい。 ２）アルカリ処理にかかる時間 余剰汚泥は生物汚泥と無機汚泥（凝集フロック）から成
り、無機汚泥中には不溶化したリンがAlPO4として存在
し、またAl(OH)３も無機汚泥中に存在する。強アルカリ
性にすることでリンとアルミニウムはすぐに解離し、液
中に溶出する化学反応であるため、溶出にかかる時間は
それほどかからない。そのためリン・凝集剤成分溶出槽
の滞留時間はかなり短い。実施例では１時間で十分であ
った。 ３）回収凝集剤の効果１ 再活性化（凝集剤としての効果を高めて）して水処理へ
戻す。 ４）回収凝集剤の効果２ 汚泥を高速でアルカリ処理してリンと凝集剤成分を可溶
化させる。液中にリンと凝集剤成分が溶ける。これを各
々回収する。リンはリン酸カルシウム、リン酸マグネシ
ウムまたはリン酸マグネシウムアンモニウム等として不
溶化させ、回収再利用する。凝集剤成分は硫酸や塩酸な
どでpHを４未満に低下させ、凝集剤として再利用する。
この場合、図１中の新規凝集剤の添加モル比は[Al]/[P]
＝０．３０程度で回収した凝集剤成分をpH４未満にする
ことで、少ないモル比で効率的なリン除去反応を期待で
きる。残汚泥は汚泥処理工程１６へ送る。
ない。もちろん温度は高いほうがよいが、必ずしも期待
しない。無機汚泥（凝集剤汚泥または凝集フロック）は
積極的に可溶化させ、可溶化液中の凝集剤成分およびリ
ンを回収再利用する。アルカリ処理時間は１時間以内で
よい。常温でよい。 ２）アルカリ処理にかかる時間 余剰汚泥は生物汚泥と無機汚泥（凝集フロック）から成
り、無機汚泥中には不溶化したリンがAlPO4として存在
し、またAl(OH)３も無機汚泥中に存在する。強アルカリ
性にすることでリンとアルミニウムはすぐに解離し、液
中に溶出する化学反応であるため、溶出にかかる時間は
それほどかからない。そのためリン・凝集剤成分溶出槽
の滞留時間はかなり短い。実施例では１時間で十分であ
った。 ３）回収凝集剤の効果１ 再活性化（凝集剤としての効果を高めて）して水処理へ
戻す。 ４）回収凝集剤の効果２ 汚泥を高速でアルカリ処理してリンと凝集剤成分を可溶
化させる。液中にリンと凝集剤成分が溶ける。これを各
々回収する。リンはリン酸カルシウム、リン酸マグネシ
ウムまたはリン酸マグネシウムアンモニウム等として不
溶化させ、回収再利用する。凝集剤成分は硫酸や塩酸な
どでpHを４未満に低下させ、凝集剤として再利用する。
この場合、図１中の新規凝集剤の添加モル比は[Al]/[P]
＝０．３０程度で回収した凝集剤成分をpH４未満にする
ことで、少ないモル比で効率的なリン除去反応を期待で
きる。残汚泥は汚泥処理工程１６へ送る。
【００１９】５）再利用可能なリン除去能を有する媒体 余剰汚泥中に含まれる不溶化したAlPO4とAl(OH)3は、リ
ン・凝集剤成分溶出槽でのアルカリ処理で液中に溶出
し、リン成分とアルミニウム成分を液中に溶出させる。
これを固液分離し、分離液中に含まれるリンはカルシウ
ム系薬品と化合させリン酸カルシウムとして再不溶化し
回収する。リンが除去された回収凝集剤成分溶解液をpH
４未満に調整し、図１中の流入排水、返流水および生物
反応槽等へ添加し、AlPO4が不溶化しやすいpH６付近と
なるようにpH調整することで、リン除去を行うことがで
きる。 ６）着色の影響 アルミニウム系凝集剤はPAC(Poly Alumium Chloride)、
Al2(SO4)3があり、リン除去用の凝集剤としては主流で
ある。着色などの影響はない。鉄系凝集剤はポリ硫酸第
二鉄、Fe2(SO4)3、FeCl3、FeSO4、FeCl２等があるが、
リン除去用として優れているのはポリ硫酸第二鉄やFeCl
３である。しかし、反応後の処理水は黄色に着色するた
め、特に処理規模の大きい下水処理場などでは採用され
ない傾向がある。 ７）リン・凝集剤成分溶出槽でのリン溶出率 アルミニウム系のPAC凝集剤と鉄系のポリ硫酸第二鉄を
使用し、ビーカーにて所定量のリンとそれぞれの凝集剤
を添加し、NaOHまたはHClでpH調整し、緩やかに攪拌し
て、リンの１時間後の溶出状況を調べた。図４(A)はア
ルミニウム系凝集剤とリン溶出へのpHの影響を示したも
ので、 pH１１ アルミニウム系凝集剤 溶出リン濃度１４３mg/l リン溶出率８９％ pH１２ アルミニウム系凝集剤 溶出リン濃度１５０mg/l リン溶出率９４％ という高いリン溶出率が得られ、リン回収量が多い。PA
C以外の硫酸バン土Al2(SO4)3やアルミン酸ソーダNaAlO2
でも同様の傾向である。鉄系凝集剤とリン溶出へのpHの
影響を調べると図４(B)から明らかなように、 pH１１ 鉄系凝集剤 溶出リン濃度 ７７mg/l リン溶出率４８％ pH１２ 鉄系凝集剤 溶出リン濃度１１３mg/l リン溶出率７１％ となってリン溶出率が低く、したがってリン回収量も少
ない。
ン・凝集剤成分溶出槽でのアルカリ処理で液中に溶出
し、リン成分とアルミニウム成分を液中に溶出させる。
これを固液分離し、分離液中に含まれるリンはカルシウ
ム系薬品と化合させリン酸カルシウムとして再不溶化し
回収する。リンが除去された回収凝集剤成分溶解液をpH
４未満に調整し、図１中の流入排水、返流水および生物
反応槽等へ添加し、AlPO4が不溶化しやすいpH６付近と
なるようにpH調整することで、リン除去を行うことがで
きる。 ６）着色の影響 アルミニウム系凝集剤はPAC(Poly Alumium Chloride)、
Al2(SO4)3があり、リン除去用の凝集剤としては主流で
ある。着色などの影響はない。鉄系凝集剤はポリ硫酸第
二鉄、Fe2(SO4)3、FeCl3、FeSO4、FeCl２等があるが、
リン除去用として優れているのはポリ硫酸第二鉄やFeCl
３である。しかし、反応後の処理水は黄色に着色するた
め、特に処理規模の大きい下水処理場などでは採用され
ない傾向がある。 ７）リン・凝集剤成分溶出槽でのリン溶出率 アルミニウム系のPAC凝集剤と鉄系のポリ硫酸第二鉄を
使用し、ビーカーにて所定量のリンとそれぞれの凝集剤
を添加し、NaOHまたはHClでpH調整し、緩やかに攪拌し
て、リンの１時間後の溶出状況を調べた。図４(A)はア
ルミニウム系凝集剤とリン溶出へのpHの影響を示したも
ので、 pH１１ アルミニウム系凝集剤 溶出リン濃度１４３mg/l リン溶出率８９％ pH１２ アルミニウム系凝集剤 溶出リン濃度１５０mg/l リン溶出率９４％ という高いリン溶出率が得られ、リン回収量が多い。PA
C以外の硫酸バン土Al2(SO4)3やアルミン酸ソーダNaAlO2
でも同様の傾向である。鉄系凝集剤とリン溶出へのpHの
影響を調べると図４(B)から明らかなように、 pH１１ 鉄系凝集剤 溶出リン濃度 ７７mg/l リン溶出率４８％ pH１２ 鉄系凝集剤 溶出リン濃度１１３mg/l リン溶出率７１％ となってリン溶出率が低く、したがってリン回収量も少
ない。
【００２０】
【発明の効果】上記のように、本発明は、リンを含む排
水にアルミニウム系無機系凝集剤を添加して、液中のリ
ンを不溶化させた凝集沈殿汚泥を、アルカリ処理してリ
ンと凝集剤成分を液中に溶出させて固液分離し、リンと
凝集剤成分を含有した分離液については、リンを不溶化
する薬品を添加してリンを回収するものであって、回収
したリンは肥料等として資源回収でき、有効利用でき
る。リン回収後の分離液には凝集剤成分が残存してお
り、排水、生物処理工程での曝気槽中、または排水処理
施設の汚泥処理工程から排出される返流水に添加するこ
とで、液中のリンを除去することができ、リン除去のた
めの凝集剤添加量を大幅に削減可能となる。また、アル
カリ処理後、固液分離した分離汚泥はアルカリ処理によ
る可溶化のため汚泥量が減少し、余剰汚泥量が減少する
ため、汚泥処理工程での処理量と処理費用を低減でき
る。
水にアルミニウム系無機系凝集剤を添加して、液中のリ
ンを不溶化させた凝集沈殿汚泥を、アルカリ処理してリ
ンと凝集剤成分を液中に溶出させて固液分離し、リンと
凝集剤成分を含有した分離液については、リンを不溶化
する薬品を添加してリンを回収するものであって、回収
したリンは肥料等として資源回収でき、有効利用でき
る。リン回収後の分離液には凝集剤成分が残存してお
り、排水、生物処理工程での曝気槽中、または排水処理
施設の汚泥処理工程から排出される返流水に添加するこ
とで、液中のリンを除去することができ、リン除去のた
めの凝集剤添加量を大幅に削減可能となる。また、アル
カリ処理後、固液分離した分離汚泥はアルカリ処理によ
る可溶化のため汚泥量が減少し、余剰汚泥量が減少する
ため、汚泥処理工程での処理量と処理費用を低減でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明リン・凝集剤回収再利用法のフローを示
す図である。
す図である。
【図２】本発明の基礎実験手順を示す図である。
【図３】回収凝集剤成分溶解液と新規凝集剤のリン除去
反応との関係を示すグラフである。
反応との関係を示すグラフである。
【図４】リン溶出とpHとの関係を示すもので、(A)はア
ルミニウム系凝集剤とリン溶出へのpHの影響を示し、
(B)は鉄系凝集剤とリン溶出へのpHの影響を示す図であ
る。
ルミニウム系凝集剤とリン溶出へのpHの影響を示し、
(B)は鉄系凝集剤とリン溶出へのpHの影響を示す図であ
る。
【図５】一般的な排水処理工程における凝集剤添加リン
除去法のフローを示す図である。
除去法のフローを示す図である。
１０ 生物反応槽 １１ 散気管 １２ 沈殿池 １３ リン・
凝集剤成分溶出槽 １４ 固液分離器 １５ リン回
収装置 １６ 汚泥濃縮、脱水、消化、焼却、溶融等を含む汚泥
処理工程
凝集剤成分溶出槽 １４ 固液分離器 １５ リン回
収装置 １６ 汚泥濃縮、脱水、消化、焼却、溶融等を含む汚泥
処理工程
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D015 BA04 BA15 BA19 BB05 CA18 DA04 EA32 FA01 FA02 FA11 FA19 FA26 4D028 AA08 AC01 BC18 BC26 BD10 BD11 BD16 BE08 4D038 AA08 AB40 AB45 AB47 AB48 AB51 AB52 BA04 BB18 BB19 BB20 4D059 AA05 AA19 BH05 BK13 CA22 CA28 CC10 DA01
Claims (7)
- 【請求項１】 リンを含む排水にアルミニウム系の無機
凝集剤を添加し、液中のリンを不溶化させた凝集沈殿汚
泥をアルカリ処理して、リンと凝集剤成分を液中に溶出
させて固液分離し、リンと凝集剤成分を含有した分離液
についてはリンを不溶化するカルシウム系の薬品を添加
してリンを回収する一方、リン回収後の凝集剤成分が残
存している分離液を、排水または生物処理工程での曝気
槽中に添加し、もしくは排水処理施設の汚泥処理工程か
ら排出される返流水に添加することで液中のリンを除去
することを特徴とする排水中のリンおよび凝集剤回収再
利用方法。 - 【請求項２】 既に排水中に対象とする凝集剤成分が存
在する場合には、凝集剤成分を含む余剰汚泥をアルカリ
処理することで、排水中からも凝集成分を回収し再利用
する請求項１記載の回収再利用方法。 - 【請求項３】 アルカリ処理により、凝集剤成分を含む
余剰汚泥を可溶化し、汚泥を減量化する請求項１または
２記載の回収再利用方法。 - 【請求項４】 カルシウム系薬品を使用する凝集法ある
いはリン鉱石等のアパタイトを主成分とする担体にカル
シウム系薬品を添加して担体上に液中のリンを析出させ
る晶析法又は接触脱リン法を利用したリン回収方法にお
いて、[Ca]/[P]モル比を５以内にすることで、液中のリ
ンを高いリン除去率で不溶化して回収し、液中に凝集剤
成分を高い残存率で存在させて、液中のリンと凝集剤成
分を分離することを特徴とする排水中のリンおよび凝集
剤回収再利用方法。 - 【請求項５】 晶析法あるいは接触脱リン法での担体
は、リン鉱石、転炉スラグや珊瑚礁石灰岩などカルシウ
ムを多く含む物質、またはカルシウム含量が少ないケイ
砂等であって一定期間カルシウム薬品を添加することで
担体表面にリン酸カルシウムが被覆されているものを含
む請求項４記載の回収再利用方法。 - 【請求項６】 回収凝集剤溶解液の調整pHは４未満と
し、再利用する回収凝集剤のリン除去効率の向上を図る
請求項１記載の回収再利用方法。 - 【請求項７】 カルシウム系薬品を添加する代わりにマ
グネシウム系薬品を使用する請求項１または５記載の回
収再利用方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001144665A JP5128735B2 (ja) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | 排水中のリンおよび凝集剤回収再利用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001144665A JP5128735B2 (ja) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | 排水中のリンおよび凝集剤回収再利用方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002336870A true JP2002336870A (ja) | 2002-11-26 |
| JP5128735B2 JP5128735B2 (ja) | 2013-01-23 |
Family
ID=18990578
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001144665A Expired - Lifetime JP5128735B2 (ja) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | 排水中のリンおよび凝集剤回収再利用方法 |
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| JP2008183519A (ja) * | 2007-01-30 | 2008-08-14 | Kansai Pgs Kk | 下水処理装置およびリンの回収方法 |
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-
2001
- 2001-05-15 JP JP2001144665A patent/JP5128735B2/ja not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
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