JP2010264457A

JP2010264457A - 排水のリン除去方法

Info

Publication number: JP2010264457A
Application number: JP2010197945A
Authority: JP
Inventors: Naoaki Michimune; 直昭道宗; Yasuhiro Harada; 泰弘原田; Yutaka Hatanaka; 豊畠中
Original assignee: KYOWA KAKO; National Agriculture and Food Research Organization; Kyowa Kako Co Ltd
Current assignee: KYOWA KAKO; National Agriculture and Food Research Organization; Kyowa Kako Co Ltd
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2010-11-25

Abstract

【課題】
排水のリン除去方法において、脱着液から薬剤を用いることなく、極めて効率がよくリン酸を回収することであり、回収したリン酸が肥料等に再利用できる排水のリン除去方法を提供する。
【解決手段】
排水を吸着剤を充填した吸着塔に注入してリン酸を吸着剤に吸着させ、吸着剤の吸着飽和に達した場合には吸着塔に水酸化カリウム水溶液を注入してリン酸を脱着し、該脱着した脱着液を液体肥料として回収する排水のリン除去方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、化学工業、食品工業、医薬工業、肥料工業等の各種工場から出る排水や、下水処理場、し尿処理場等の処理施設から出る排水の処理に関し、より詳しくは、排水中にオルトリン酸イオン、ポリリン酸イオン、有機リン酸イオン等の形態で含まれているリンの除去方法の技術分野に属する。

従来、排水中のリンを除去するには、凝集剤として硫酸アルミニウム（硫酸バンド）、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等のアルミニウム塩や、硫酸第１鉄、塩化第２鉄等の鉄塩を用い、リンを凝集沈殿させる方法が一般的であるが、多量の凝集剤を連続して使用するため、処理コストが高く付き、また凝集剤から大量の沈殿物が汚泥として発生し、汚泥の再資源化も困難であったため、近時、排水を膜分離処理し、次にジルコニウム・フェライトを構成材料とするリン吸着剤でリンを吸着処理する排水のリン除去方法が、特開平11-147088号公報として提案され、処理コストが少なくてすみ、厄介な凝集沈殿物の発生がないリン除去方法として知られている。

特開平１１−１４７０８８号公報

上記の特開平11-147088号公報の先行技術は、吸着剤からのリン酸を脱離させるために苛性ソーダ(水酸化ナトリウム)を注入させて排出させるが、この排出した脱着液からリン酸を回収するときは、さらに苛性ソーダを注入してリン酸を常温で晶出させて回収していたが、回収率は50%前後と必ずしも高くはなかった。しかも、着脱液に更に大量の苛性ソーダを使用するため、処理液の処分もやっかいな問題であった。
また、吸着剤を蒸発固化する方法もあるが、熱管理がやっかいで経費も嵩むとう問題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みて為されたもので、その課題は、排水のリン除去方法において、脱着液から過剰な薬剤を用いることなく、極めて効率よくリン酸を回収することであり、回収したリン酸が肥料等に再利用できるようにすることである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、排水のリン除去方法において、排水を吸着剤を充填した吸着塔に注入してリン酸を吸着剤に吸着させ、吸着剤の吸着飽和に達した場合には逆洗滌し、次にリン酸を吸着させた吸着塔に水酸化カリウムの水溶液を前記吸着塔の底部から注入してリン酸を脱着し、該脱着した脱着液を液体肥料として回収することを特徴とする排水のリン除去方法である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排水のリン除去方法において、排水をジルコニウム・フェライトの吸着剤を充填した二連の吸着塔のいずれか一方の吸着塔に注入してリン酸を吸着剤に吸着させ、吸着剤の吸着飽和に達した場合には吸着剤に水酸化カリウムの水溶液を吸着塔の底部から注入してリン酸を脱着すると同時に、他方の吸着塔に排水を注入することを特徴とする排水のリン除去方法である。

以上説明したように、本発明によれば、脱着液にリンとカリウムという肥料の３大要素中の２要素が含まれているので、この脱着液がそのまま、或いは、他の添加物を付加し加工して液体肥料として用いることができる。
請求項２に記載の発明によれば、水酸化カリウムの水溶液を吸着塔の底から注入することで、自明のことながら、確実にこれらの水溶液が吸着剤に接触し、リン酸の脱着を促進し、吸着剤中和を促進させて、吸着剤のリン脱着活性化が一層促進される。

本発明を使用するのに好適な排水のリン除去システムの実施例の排水処理システムの概略図である。

次に、本発明に好適な実施の形態について、図面に基づいて本発明の排水のリン除去システムの参考例及び実施例を説明する。
[実施例]
本発明の実施例を図１に沿って説明する。
図１において、化学工業、食品工業、医薬工業、肥料工業等の各種工場から出る排水や、下水処理場、し尿処理場等の処理施設から出る排水原液は、まず、原水調整槽(1)に一時貯留され、次に膜分離装置(2)に送られる、膜分離装置(2)の槽内には、平膜モジュールを備えた濾過膜ユニット(2a) が配置されている。図示は省略するが、前記各平膜モジュールは、対向状に配置された２枚の平膜と、両平膜の周縁部間に配置された額縁状スペーサとよりなる。各平膜モジュールに、その中空部内と連通するように吸引管が接続され、すべての吸引管が１つの吸引ポンプ(3a) に接続されている。
濾過膜ユニット(2) の下には複数の散気管(4) が配され、散気管(4) にブロワにより空気が送り込まれる。
上記構成の膜分離装置(1) によって排水を処理し夾雑物や活性汚泥等を除いた後、この膜透過水を原水流入ラインＡに通過して、吸引ポンプ(3a)により二連の内のいずれか一方のリン吸着塔(7)に送る。
ここで、この膜透過水からの原水流入ラインＡの流量は、通常、リン吸着塔(7) 内の通水条件がＬＶ＝約４．４(m/h)、ＳＶ＝約２.２(1/h)となるように、一定流量でリン吸着塔(7) に供給されるが、リン吸着塔入口の膜分離処理水のｐＨは７前後でとしている。

リン吸着塔(7) には、塔底から約２/３の高さまでリン吸着剤(8)が充填され、底部に脱リン処理水ラインＢが配されていて、通常の運転状態では、処理水は脱リン処理水ラインＢによりｐＨ調整装置(9)に送られ、水酸化ナトリウムの添加等により許容範囲のｐＨとして最終処理水となって放流される。
リン吸着塔(7)としては、２塔(7a)(7b)を並列に設置して、一定期間毎に三方弁(5a.5b)で切替えて、交互に稼働させて装置全体としては連続して操業できるようにし、休んでいるリン吸着塔(7a)(7b)側は、この間に後述するように洗滌や吸着剤の活性化等のメンテナンス、および脱着水の回収を行う。
吸着剤(8)としては、ジルコニウム・フェライト(水和物)をベースとする武田薬品工業（株）製の「セブントールＰ」(登録商標)を使用する。この吸着剤は平均粒径約0.7mmの造粒品である。

ここで、ジルコニウム・フェライトをベースとする吸着剤(8)は、ｐＨ約１〜７の範囲でリン酸イオンをより多量に選択的に吸着する。この吸着剤を用いてｐＨ１〜８.６の酸性から中性域の液中でリン酸イオンの吸着操作を行った後、アルカリ性水溶液でリン酸イオンを脱離させ、ついでこの吸着剤を酸性水溶液で処理することにより、再生することができる。例えば、リン酸イオンを吸着させた本吸着剤をアルカリ性水溶液中に数時間浸すことにより、吸着したリン酸イオンは脱着する。これを水洗して、１％の硫酸水溶液に数時間浸すことにより、本吸着剤は再活性化され初期の吸着性能を回復する。脱着に用いるアルカリ性水溶液は、水酸化カリウム含む水溶液であって、アルカリ性水溶液のアルカリ濃度は０.１〜２０重量％程度であればよい。活性化に用いる酸性水溶液は塩酸、硝酸などの酸を含む水溶液であってよく、酸の濃度は０.１〜１０重量％程度であればよい。

この一連の脱着、活性化操作は、カラムに吸着剤を充填したまま行うことができ、吸着剤の吸着飽和に達した場合には、吸着操作を終了させ、アルカリ性水溶液、酸性水溶液を順番にカラムに通水することにより、後述するように容易に再生を行うことができる。
この一連の脱着、活性化操作を行うのが、主に、硫酸循環・アルカリ供給ラインＣと、逆洗排水・硫酸循環ラインＤであり、アルカリ供給ラインＣには、洗滌のためのブロワ(10a)と洗滌水槽(10b)と水酸化カリウム水溶液槽(11)と硫酸水溶液槽(12)とが配備され、付随するポンプ（3c〜3b)と各種の二方弁(6a〜6d)が配備され、逆洗排水・硫酸循環ラインＤには三方弁(5d)と二方弁(6e,6f)が配備されている。
メンテナンスとともに脱着水の回収を、脱着液ラインＥで行うが、この脱着液ラインＥには脱着液分離槽(13)とこれに付随する三方弁(5c)と二方弁(6a,6c)が配設されている。

次に、このリン酸の吸着剤から脱着、および、吸着剤の活性化操作の手順(イ)から(リ)を説明する。
[脱リン処理工程]
（イ）原水調整槽(1)および膜分離装置(2)により処理された排水を、ポンプ(3a)により連続的に吸着塔(7)に供給するが、先ず、リン吸着塔(7a)を稼働させる場合には、上流側の三方弁(5a)はリン吸着塔(7a)側に解放し、リン吸着塔(7b)側を閉じるとともに、下流側の三方弁(5b)はリン吸着塔(7a)側に解放し、リン吸着塔(7b)側を閉解放状態とし、膜透過水を吸引ポンプ(3a)でリン吸着塔(7a)に供給する。
そして、排水を吸着剤(ジルコニウム・フェライト)(8)に接触させ、排水中のリンを吸着剤に吸着させ、リンを除去した処理水として連続して放流させる。
なお、この状態では吸着塔(7b)は休止状態である。
（ロ）リン吸着塔(7a)でのリンの吸着剤の吸着飽和に達し吸着能力が低下すると、上流側の三方弁(5a)はリン吸着塔(7b)側に解放し、リン吸着塔(7a)側を閉じるとともに、下流側の三方弁(5b)はリン吸着塔(7a)側を閉じリン吸着塔(7b)側を解放状態とし、膜透過水を吸引ポンプ(3a)でリン吸着塔(7b)に供給し、吸着塔(7b)が稼働状態となり、吸着塔(7a)が休止状態となる。

[洗滌工程]
（ハ）休止状態にある吸着塔(7a)の内部を洗滌するが、硫酸循環・アルカリ供給ラインＣを用いて、洗滌のためのブロワ(10a)と洗滌水槽(10b)から二方弁(6b)を介して、吸着塔(7a)の底から塔内の閉塞防止のためエアーと水とを噴射して、通常の処理水の流れとは逆方向の洗滌を行っている。
この際、洗滌水は吸着塔(7a)に満杯になるが、この洗滌水は吸着塔(7a)の上部に設けられた逆洗排水・硫酸循環ラインＤによって、二方弁(6e)および三方弁(5d)を介して、処理工程前段である原水調整槽等に戻される。
（ニ）所定時間・所定量の逆洗滌が終了すると、エアーと水の噴射を止め、吸着塔(7a)に残っている洗滌水は、脱着液ラインＥを利用し、二方弁(6a)および三方弁(5c)を介して処理工程前段である排水原液の原水調整槽等に戻される。

[吸着剤リン脱着活性化工程]
（ホ）ポンプ(3b)を稼働させアルカリ水溶液槽(11)から水酸化カリウムを吸着塔(7a)の底から注水し、吸着剤からリン酸を離脱させて脱着液として排出する。
（へ）所定時間・所定量のアルカリ水溶液を吸着塔(7)が満水になるまで注入した後、三方弁(5c)を脱着液貯留槽(13)側に開き、脱着水を脱着液貯留槽(13)に排出する。
（ト）脱着液を排出し終わると三方弁(6a)を閉じ、硫酸水溶液槽(12)からポンプ(3c)を稼働し、硫酸水溶液を吸着塔(7a)の底から、逆洗排水・硫酸循環ラインＤ
を用いて循環注水させ、吸着剤を中和して活性化させる。
なお、(ホ)〜(ト)において、アルカリ水溶液や硫酸水溶液を吸着塔(7a)の底から注入することで、確実にこれらの水溶液が吸着剤(ジルコニウム・フェライト)(8)に接触し、リン酸の脱着を促進し、中和を促進させる。
（チ）吸着剤を中和して活性化させた後バルブ(6e)を開き、三方弁(5d)を硫酸水溶液槽(12)側に開放し、硫酸水溶液に戻すか、或いは、吸着塔(7a)の底から排出する。

[連続切替工程]
（リ）以上の[洗滌工程]と[吸着剤リン脱着活性化工程]が終了し、リン吸着塔(7b)でのリンの吸着剤の吸着飽和に達し吸着能力が低下すると、再び、(イ)の状態に戻し、連続して脱リン処理された処理水が放流される。
上記のような構成および操作であるので、上記のポンプや三方弁や二方弁は自動制御されるようにして、連続操業を自動化することも可能である。

本発明の実施例は、ジルコニウム・フェライトの吸着剤に吸着したリン酸の離脱に、水酸化カリウム(ＫＯＨ)の水溶液を使用したものである。
この場合の着脱液は、濃度を高くして冷却してもK₃PO₄ の溶解度が高いので晶出するのは困難である。
水酸化カリウム(ＫＯＨ)の水溶液を使用した、脱着液のリンとカリウムという、肥料の３大要素中の２要素が％のオーダーで含まれているので、この脱着液(回収リン酸塩液)がそのまま、或いは、他の添加物を付加し加工して液体肥料として用いることができる。

なお、本発明の特徴を損なうものでなければ、上記の実施例に限定されないことは勿論であり、例えば、断続的操業になるが、吸着塔を一つとしてもよい。

Ａ…原水流入ライン、Ｂ…処理水ライン、Ｃ…硫酸循環・アルカリ共通ライン、Ｄ…逆洗排水・硫酸循環ライン、Ｅ…脱着液ライン
１…原水調整槽(処理工程前段)、２…膜分離装置、2a…濾過膜ユニット、
3a,3b,3c…ポンプ、４…散気管、5a,5b.5c,5d…三方弁、
6a,6b,6c,6d,6e,6f…二方弁、(7),7a,7b…リン吸着塔、
８…吸着剤(ジルコニウム・フェライト)、９…PH調整装置、
10…放流槽、10a…ブロワ、10b…洗滌水槽
11…アルカリ水溶液槽、12…硫酸水溶液、13…脱着液貯留槽、

Claims

排水のリン除去方法において、排水を吸着剤を充填した吸着塔に注入してリン酸をの吸着剤に吸着させ、吸着剤の吸着飽和に達した場合には逆洗滌し、次にリン酸を吸着させた吸着剤に水酸化カリウムの水溶液を前記吸着塔の底部から注入してリン酸を脱着し、該脱着した脱着液を液体肥料として回収することを特徴とする排水のリン除去方法。
請求項１に記載の排水のリン除去方法において、排水をジルコニウム・フェライトの吸着剤を充填した二連の吸着塔のいずれか一方の吸着塔に注入してリン酸をの吸着剤に吸着させ、吸着剤の吸着飽和に達した場合には吸着剤に水酸化カリウムの水溶液を吸着塔の底部から注入してリン酸を脱着すると同時に、他方の吸着塔に排水を注入することを特徴とする排水のリン除去方法。