JP2012200669A - リン除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着法を用いたリン除去装置において、リンを除去した後に生じる吸着剤の洗浄液を安全に外部に排液する。
【解決手段】被処理水に含有されるリンを吸着する吸着剤が設けられた複数の吸着部１１と、該吸着部１１の吸着剤に接触させてリンを脱着した脱着液を受け入れ晶析処理する処理槽１３と、該処理槽１３の晶析物を回収する回収タンク１４とを備えるリン除去装置１０において、処理槽１３の液を中和する中和装置５４と、処理槽１３の液を外部に排液する排液ライン４４とを設け、晶析物を回収タンク１４に送出した後、吸着部１１の吸着剤を洗浄した洗浄液を処理槽１３に送液し、該洗浄液を中和装置５４により中和した後、排液ライン４４から外部に排出する。
【選択図】図７

Description

本発明は、リン除去装置に関し、特に、農業集落排水処理施設の放流水からリンを除去し回収する装置に関するものである。

従来、農業集落排水処理施設の放流水からリンを除去する手段として、酸化第２鉄溶液を生物反応槽に注入し、リン酸鉄の形にして余剰汚泥と共に汚泥濃縮槽に沈殿させ、汚泥引抜き時に系外に搬送されていた。この手段を用いる場合、余剰汚泥発生量を抑制する汚泥量調整機構と組み合わせて使用できない。

汚泥量調整機構と組み合わせて使用できるものとして、特許文献１および２に示すように、放流水に含有されるリンを吸着塔の吸着剤に吸着させた後、吸着剤に脱着液を接触させることによりリンを脱着し、リンを含む脱着液からリンを晶出させて回収する吸着法を用いたリン除去装置が知られている。

このリン除去装置では、脱着液としてアルカリ性水溶液が使用される。リンを含むアルカリ性水溶液である脱着液は、晶析処理され晶析物が回収された後、アルカリ性水溶液のみとなり、脱着液として再利用される。一方、吸着剤は、吸着能を回復させるためにアルカリ性水溶液が除去される必要がある。そのため、吸着剤は、酸性水溶液や水を接触させることにより洗浄されている。アルカリ性水溶液を洗浄した後の液は、排水の際、排水基準の範囲内に確実に収める必要があるが、十分な考慮がなされていない。

特開２０１０−２７４２２７号公報 特開２００２−３７００８６号公報

本発明は、吸着法を用いたリン除去装置において、リンを除去した後に生じる吸着剤の洗浄液を安全に外部に排液することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明のリン除去装置は、被処理水に含有されるリンを吸着する吸着剤が設けられた複数の吸着部と、該吸着部の吸着剤に接触させて前記リンを脱着した脱着液を受け入れ晶析処理する処理槽と、該処理槽の晶析物を回収する回収タンクとを備えるリン除去装置において、前記処理槽の液を中和する中和装置と、前記処理槽の液を外部に排液する排液ラインとを設け、前記晶析物を前記回収タンクに送出した後、前記吸着部の吸着剤を洗浄した洗浄液を前記処理槽に送液し、該洗浄液を前記中和装置により中和した後、前記排液ラインから外部に排出するようにした。

この構成によれば、晶析物を回収タンクに送出した後の処理槽に洗浄液を送液し、処理槽内で中和装置によって洗浄液を中和することができる。これにより、晶析物を外部へ排出することなく中和された洗浄液のみを排液ラインから安全に外部に排液できる。

前記吸着部は内部と外部とを連通する下側連通部および上側連通部を備え、前記リンが吸着される前記被処理水および前記脱着液それぞれの流入側を前記下側連通部とし、前記洗浄液の流入側を前記上側連通部とすることが好ましい。この構成によれば、被処理水および脱着液の流入側と洗浄液の流入側とを異ならせることにより、被処理水および脱着液が流れる方向と洗浄液が流れる方向とを互いに逆方向にすることができる。つまり、被処理水および脱着液の流れを上向流とし、洗浄液の流れを下向流とすることにより、被処理水に含まれる固形物によって吸着部に目詰まりが生じた場合に洗浄液の流れによって吸着部の不具合を解消できる。

前記中和装置は、前記処理槽内の液を攪拌する混合攪拌機と、前記混合攪拌機により攪拌された液のｐＨ値を検出するｐＨ検出部と、前記処理槽に酸性媒体を送出する酸ポンプと、前記ｐＨ検出部の検出値に基づいて前記処理槽内の液のｐＨ値が許容値となるように前記酸ポンプを作動させる制御装置とを備えることが好ましい。この構成によれば、制御装置は、混合攪拌機により十分に攪拌された処理槽内の液のｐＨ値を検出し、処理槽内の液のｐＨ値が許容値となるように酸ポンプを制御するので、処理槽内の液の中和処理を自動化して確実に実行できる。

前記被処理水の供給側と前記吸着部の間に並列に設けられた第１流路および第２流路と、前記第１流路および前記第２流路のそれぞれに設けられたストレーナ、該ストレーナの上流と下流の差圧を検出する差圧計、および該差圧計の上流に配置された弁とを備え、前記制御装置は、前記第１流路および前記第２流路のうちの一方の前記差圧計の値が所定の値より高くなると、前記第１流路および前記第２流路のうちの一方の前記弁を閉じ、他方の前記弁を開くことが好ましい。この構成によれば、被処理水の供給側と吸着部の間に並列に第１流路および第２流路を設け、第１流路および第２流路のそれぞれにストレーナを設けているので、吸着部に固形物が流入することを防止できる。被処理水の供給側から吸着部へ被処理水を送水する際、差圧計の値に基づいて弁を開閉して第１流路および第２流路のいずれかに切り替えることができる。これにより、ストレーナに固形物の目詰まりによる不具合が生じた場合に流路を切り替えて前記不具合を回避することができる。

本発明によれば、晶析物を回収タンクに送出した後の処理槽に洗浄液を送液し、処理槽内で中和装置によって洗浄液を中和することができる。これにより、晶析物を外部へ排出することなく中和された洗浄液のみを排液ラインから安全に外部に排液できる。

本発明の第１実施形態にかかるリン除去装置を示す図。 本発明にかかるリン除去装置が組み込まれた汚水処理施設における汚水処理の流れを示す図。 本発明の第１実施形態にかかるリン除去装置の動作状態を示す図。 本発明の第１実施形態にかかるリン除去装置の動作状態を示す図。 本発明の第１実施形態にかかるリン除去装置の動作状態を示す図。 本発明の第１実施形態にかかるリン除去装置の動作状態を示す図。 本発明の第１実施形態にかかるリン除去装置の動作状態を示す図。 本発明の第２実施形態にかかるリン除去装置の動作状態を示す図。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態のリン除去装置１０を示す。リン除去装置１０は、高度リン規制水域における農業集落排水処理施設において有用であり、図２に示すように、該農業集落排水処理施設１００に組み込まれている。農業集落排水処理施設１００では、処理される有機性の流入汚水は、前処理設備１０１を介して生物反応槽１０２に供給される。生物反応槽１０２では、曝気装置（図示せず）から供給される空気に曝気されることで、供給された汚水に好気性の生物学的処理がなされる。生物学的処理により生じる汚泥を含む汚水は沈殿槽１０３に導入され、処理済みの上澄水と沈降する汚泥とに分離される。上澄水は、消毒槽１０４に導入され消毒される。一方、沈降した汚泥は、その一部が返送汚泥として汚泥量調整機構１０８によって生物反応槽１０２に戻され、残部は汚泥濃縮槽１０６で濃縮された後に汚泥貯留槽１０７に貯留される。汚泥貯留槽１０７内の汚泥の一部は汚泥貯留槽１０７から引き抜かれ、焼却等の処理がなされる。リン除去装置１０は、消毒槽１０４の原水を被処理水とし、被処理水からリンを除去した後、処理水として放流槽１０５に排出するものである。放流槽１０５の処理水は、放流水として放流される。

リン除去装置１０は、複数の吸着塔（吸着部）１１、脱着液タンク１２、処理槽１３、回収タンク１４、および制御装置５０を備えている。本実施形態では、複数の吸着部１１が２つの吸着塔１１Ａ，１１Ｂである場合を例として説明する。

吸着塔１１Ａ，１１Ｂは、被処理水の供給側１と処理水の供給側２との間を接続する被処理水プロセスライン１５に並列に介設されている。吸着塔１１Ａ，１１Ｂには、被処理水に含有されるリンを吸着する吸着剤が充填されている。吸着塔１１Ａ，１１Ｂは、それぞれ、内部と外部とを連通する下側連通部１６Ａ，１６Ｂおよび上側連通部１７Ａ，１７Ｂを備えている。被処理水プロセスライン１５は、弁１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂを介して下側連通部１６Ａ，１６Ｂおよび上側連通部１７Ａ，１７Ｂと接続されている。

被処理水プロセスライン１５の被処理水供給側１の端部には、ポンプ２１が設けられ、ポンプ２１の下流には第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂが並列に設けられている。すなわち、被処理水の供給側１の被処理水プロセスライン１５は、ポンプ２１の下流の分岐点２２で第１流路２０Ａと第２流路２０Ｂとに分岐し、第１流路２０Ａと第２流路２０Ｂとは、合流点２３で被処理水プロセスライン１５に合流している。第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂには、それぞれ、ストレーナ２４Ａ，２４Ｂ、該ストレーナ２４Ａ，２４Ｂの上流と下流の差圧を検出する差圧計２５Ａ，２５Ｂ、および該差圧計２５Ａ，２５Ｂの上流に配置された弁２６Ａ，２６Ｂが設けられている。

また、吸着塔１１Ａ，１１Ｂは、脱着液タンク１２と処理槽１３の上部との間を接続する脱着液プロセスライン２７に並列に介設されている。脱着液プロセスライン２７は、弁３０Ａ，３０Ｂ，３１Ａ，３１Ｂを介して下側連通部１６Ａ，１６Ｂおよび上側連通部１７Ａ，１７Ｂと接続されている。脱着液プロセスライン２７の一部は、被処理水プロセスライン１５の一部と共通である。弁３１Ａ，３１Ｂと処理槽１３の間の脱着液プロセスライン２７には、弁４７が設けられている。

脱着液タンク１２は、吸着塔１１Ａ，１１Ｂの吸着剤に接触させて該吸着剤からリンを脱着する水酸化ナトリウム水溶液（脱着液）を収容している。脱着液タンク１２は、内部の収容液を攪拌する攪拌機３２を備えている。脱着液タンク１２は、脱着液プロセスライン２７に水酸化ナトリウム水溶液を送出するポンプ３３を備えている。

処理槽１３は、脱着液と後述する洗浄液を受け入れ、脱着液の晶析処理を行い、洗浄液を中和するものである。処理槽１３は、内部の収容液を攪拌する混合攪拌機３４、内部の収容液のｐＨ値を検出するｐＨ計（ｐＨ検出部）３５、酸性媒体を送出する酸ポンプ３７を介して接続された酸タンク３６、および、消石灰投入装置４５を備えている。混合攪拌機３４、ｐＨ計３５、酸タンク３６、酸ポンプ３７、および、制御装置５０は中和装置５４を構成する。

処理槽１３の下部と脱着液タンク１２との間には、処理槽１３側から順に固液分離ポンプ３９、弁４０、回収タンク１４、および、ストレーナ４６が介設された沈殿物回収ライン３８が設けられている。沈殿物回収ライン３８は、回収タンク１４の上部に設けられた流入口４１および流出口４２を介して接続されている。回収タンク１４の底には、沈殿物を取り出す際に開弁する弁４３が設けられている。固液分離ポンプ３９の液体排出側には、弁４８が介設された排液ライン４４が接続されている。排液ライン４４は排出口を介して放流槽３に接続されている。

制御装置５０は、弁１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂ，２６Ａ，２６Ｂ，３０Ａ，３０Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ，４０，４３，４７，４８、ポンプ２１，３３、差圧計２５Ａ，２５Ｂ、攪拌機３２,３４、ｐＨ計３５、酸ポンプ３７、固液分離ポンプ３９、および、消石灰投入装置４５と接続されている。制御装置５０は、これらの動作を制御する。全ての図面において、複雑化することを回避するため、一部の接続のみを示している。

次に、本実施形態のリン除去装置１０の運転動作を説明する。リン除去装置１０では、以下に示す各工程が順次実行される。なお、図１、図３〜図８において、開弁しているバルブは黒塗りで示し、閉弁しているバルブは白抜きで示す。

（吸着工程）
図１に示すように、被処理水の供給側１の被処理水をポンプ２１によって被処理水プロセスライン１５に送出し、被処理水は、弁２６Ａが開弁した第１流路２０Ａを通り、弁１８Ａを通って吸着塔１１Ａ内に流入する。吸着塔１１Ａ内に流入した被処理水は吸着剤と接触し、被処理水に含有されるリンが吸着剤に吸着された後、弁１９Ａを通って被処理水プロセスライン１５から処理水の供給側２に供給される。

（脱着工程）
図３に示すように、被処理水プロセスライン１５の弁１８Ａ，１９Ａを閉弁し、脱着液プロセスライン２７の弁３０Ａ，３１Ａ，４７を開弁する。脱着液プロセスライン２７では、脱着液タンク１２の水酸化ナトリウム水溶液がポンプ３３により送出され、弁３０Ａを通って吸着塔１１Ａ内に流入する。そして、水酸化ナトリウム水溶液は、吸着塔１１Ａ内の吸着剤と接触し吸着剤に吸着されたリンを脱着した後、弁３１Ａ、弁４７を通って脱着液プロセスライン２７から処理槽１３に送液される。

一方、被処理水プロセスライン１５の弁１８Ｂ，１９Ｂを開弁し吸着塔１１Ｂ側において吸着工程を実行する。

（回収工程）
処理槽１３がリンを含む水酸化ナトリウム水溶液を受け入れると、消石灰投入装置４５に消石灰を投入させる。投入した消石灰は混合攪拌機３４を用いて攪拌され晶析によってリン酸カルシウム塩を生成させる。その後、弁４０を開弁する。そして、図４に示すように、リン酸カルシウム塩を含む水酸化ナトリウム水溶液は、固液分離ポンプ３９によって沈殿物回収ライン３８の弁４０を通して流入口４１から回収タンク１４内部に送液される。回収タンク１４では、リン酸カルシウム塩は底に移動して蓄積される。そして、流出口４２の水位を上回った水酸化ナトリウム水溶液は、流出口４２から流出し沈殿物回収ライン３８のストレーナ４６を通過して脱着液タンク１２に送液される。脱着液タンク１２に送液された水酸化ナトリウム水溶液は、攪拌機３２によって攪拌され、脱着液として再利用される。回収タンク１４のリン酸カルシウム塩は、弁４３を開弁して回収タンク１４の下方から回収される。回収されたリン酸カルシウム塩は、肥料等に利用される。

一方、被処理水プロセスライン１５では、吸着塔１１Ｂ側において吸着工程の実行を継続する。

（洗浄工程）
図５に示すように、被処理水プロセスライン１５の弁１８Ｂ，１９Ｂを閉弁し弁１８Ａ，３１Ａ，４７を開弁する。そして、被処理水の供給側１の被処理水をポンプ２１によって被処理水プロセスライン１５に送出する。被処理水は、弁２６Ａが開弁した第１流路２０Ａを通り、弁１８Ａを通って吸着塔１１Ａ内に流入する。吸着塔１１Ａ内に流入した被処理水は吸着剤と接触し、吸着剤を洗浄する。その後、吸着剤の水酸化ナトリウムを含む液を弁３１Ａ、弁４７を通して脱着液プロセスライン２７から処理槽１３に送液する。

（中和工程）
処理槽１３が水酸化ナトリウムを含む液を受け入れると、混合攪拌機３４を作動させ、図６に示すように、酸タンク３６から酸ポンプ３７を介して希硫酸（酸性媒体）を送出させる。そして、処理槽１３内の液を混合攪拌機３４により十分混合する。制御装置５０は、ｐＨ計３５の検出値に基づいて処理槽１３内の液のｐＨ値が許容値（ｐＨ５．８〜８．６）となるまで酸ポンプ３７を作動させ、受け入れた水酸化ナトリウムを含む液の中和処理を完了させる。

一方、弁１８Ａ，３１Ａ、４７を閉弁し弁１８Ｂ，１９Ｂを開弁する。そして、被処理水プロセスライン１５では、吸着塔１１Ｂ側において吸着工程を実行する。

（排水工程）
処理槽１３内で中和処理が完了した液は、固液分離ポンプ３９によって弁４８を通して排液ライン４４の排出口から放流槽３に送液される。処理槽１３内の液を全て送液すると、固液分離ポンプ３９を停止させ、弁４８を閉弁する。

一方、被処理水プロセスライン１５では、吸着塔１１Ｂ側において吸着工程の実行を継続する。そして、一定時間が経過すると、弁１８Ｂ，１９Ｂを閉弁するとともに弁１８Ａ，１９Ａを開弁する。そして、吸着塔１１Ａ側において吸着工程を実行し、その後、上述した各工程を順次実行する。

本発明によれば、晶析物を回収タンク１４に送出した後の処理槽１３に洗浄液を送液し、処理槽１３内で中和装置５４によって洗浄液を中和することができる。これにより、晶析物を外部への排出することなく中和された洗浄液のみを排液ライン４４から安全に外部に排液できる。なお、吸着部１１で中和する場合、内部で攪拌を行うことができない。そして、吸着部１１はｐＨ検出手段を備えていないので、吸着部１１内部の洗浄液の中和処理が実行されたことを検出することはできない。しかしながら、本発明のリン除去装置１０では、吸着部１１内部の洗浄液を処理槽１３に送液し、制御装置５０が、混合攪拌機３４により十分に攪拌された液のｐＨ値を検出し、処理槽１３内の液のｐＨ値が許容値となるように酸ポンプ３７を制御するので、処理槽１３内の液の中和処理を自動化して確実に実行できる。

さらに、吸着部１１を複数設け、制御手段５０により装置を制御しているので、２４時間連続自動運転できる。そして、吸着部１１の吸着剤は、リンを吸・脱着することで半永久的に使用できる。小規模の排水施設に対応が容易で、汚泥量調整機構と組み合わせて使用することができる。

（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態のリン除去装置１０を示す。本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。

リン除去装置１０には、合流点２３と弁１８Ａ，１８Ｂの間の被処理水プロセスライン１５と、弁３１Ａ，３１Ｂと弁４７の間の脱着液プロセスライン２７とをバイパスさせる第１バイパスライン４９が設けられている。第１バイパスライン４９には、弁５１が介設されている。また、リン除去装置１０には、弁１８Ａ，１８Ｂと下側連通部１６Ａ，１６Ｂの間の被処理水プロセスライン１５と、弁４７と処理槽１３の間の脱着液プロセスライン２７とをバイパスさせる第２バイパスライン５２が設けられている。第２バイパスライン５２には、弁５３Ａ，５３Ｂが介設されている。弁５１，５３Ａ，５３Ｂは、制御装置５０と接続されている。

次に、本実施形態のリン除去装置１０の運転動作を説明する。本実施形態においても、第１実施形態と同様の各工程を実行するが、洗浄工程は、第１実施形態のものに変えて以下に示すものを実行する。

（洗浄工程）
図８に示すように、被処理水プロセスライン１５の弁１８Ｂ，１９Ｂを閉弁し弁５１，３１Ａ，５３Ａを開弁する。そして、被処理水の供給側１の被処理水をポンプ２１によって被処理水プロセスライン１５に送出する。被処理水は、弁２６Ａが開弁した第１流路２０Ａ、第１バイパスライン４９を通り、弁３１Ａを通って上側連通部１７Ａから吸着塔１１Ａ内に流入する。吸着塔１１Ａ内に流入した被処理水は吸着剤と接触し、吸着剤を洗浄する。その後、吸着剤の水酸化ナトリウムを含む液を弁５３Ａを通して第２バイパスライン５２から処理槽１３に送液する。このように、被処理水および脱着液の流入側と洗浄液の流入側とを異ならせることにより、被処理水および脱着液が流れる方向と洗浄液が流れる方向とを互いに逆方向にすることができる。つまり、被処理水および脱着液の流れを上向流とし、洗浄液の流れを下向流とすることにより、被処理水に含まれる固形物によって吸着部１１Ａ，１１Ｂに目詰まりが生じた場合に洗浄液の流れによって吸着部１１Ａ，１１Ｂの不具合を解消できる。

本発明は実施形態のものに限定されず、以下のような変形が可能である。

吸着部１１は、３以上の吸着塔を備えていてもよい。

第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂのうちの一方の差圧計２５Ａ，２５Ｂの値が所定の値より高くなると、第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂのうちの一方の弁２６Ａ，２６Ｂを閉じ、他方の弁２６Ａ，２６Ｂを開くようにして、被処理水プロセスライン１５内の流路を切り替えて被処理水を送液してもよい。被処理水の供給側１から吸着部１１Ａ，１１Ｂへ被処理水を送水する際、差圧計２５Ａ，２５Ｂの値に基づいて弁２６Ａ，２６Ｂを開閉して第１流路２０Ａおよび第２流路２０Ｂのいずれかに切り替えることができるので、ストレーナ２４Ａ，２４Ｂに固形物の目詰まりによる不具合が生じた場合に該不具合を回避することができる。

１０ リン除去装置
１１ 吸着部
１３ 処理槽
１４ 回収タンク
１６Ａ，１６Ｂ 下側連通部
１７Ａ，１７Ｂ 上側連通部
２０Ａ 第１流路
２０Ｂ 第２流路
２４Ａ，２４Ｂ ストレーナ
２５Ａ，２５Ｂ 差圧計
２６Ａ，２６Ｂ 弁
３４ 混合攪拌機
３５ ｐＨ計（ｐＨ検出部）
３７ 酸ポンプ
４４ 排液ライン
５０ 制御装置
５４ 中和装置

Claims (4)

1. 被処理水に含有されるリンを吸着する吸着剤が設けられた複数の吸着部と、該吸着部の吸着剤に接触させて前記リンを脱着した脱着液を受け入れ晶析処理する処理槽と、該処理槽の晶析物を回収する回収タンクとを備えるリン除去装置において、
   前記処理槽の液を中和する中和装置と、
   前記処理槽の液を外部に排液する排液ラインと
   を設け、
   前記晶析物を前記回収タンクに送出した後、前記吸着部の吸着剤を洗浄した洗浄液を前記処理槽に送液し、該洗浄液を前記中和装置により中和した後、前記排液ラインから外部に排出することを特徴とするリン除去装置。
2. 前記吸着部は内部と外部とを連通する下側連通部および上側連通部を備え、
   前記リンが吸着される前記被処理水および前記脱着液それぞれの流入側を前記下側連通部とし、前記洗浄液の流入側を前記上側連通部としたことを特徴とする請求項１に記載のリン除去装置。
3. 前記中和装置は、
   前記処理槽内の液を攪拌する混合攪拌機と、
   前記混合攪拌機により攪拌された液のｐＨ値を検出するｐＨ検出部と、
   前記処理槽に酸性媒体を送出する酸ポンプと、
   前記ｐＨ検出部の検出値に基づいて前記処理槽内の液のｐＨ値が許容値となるように前記酸ポンプを作動させる制御装置と
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のリン除去装置。
4. 前記被処理水の供給側と前記吸着部の間に並列に設けられた第１流路および第２流路と、
   前記第１流路および前記第２流路のそれぞれに設けられたストレーナ、該ストレーナの上流と下流の差圧を検出する差圧計、および該差圧計の上流に配置された弁と
   を備え、
   前記制御装置は、前記第１流路および前記第２流路のうちの一方の前記差圧計の値が所定の値より高くなると、前記第１流路および前記第２流路のうちの一方の前記弁を閉じ、他方の前記弁を開くことを特徴とする請求項３に記載のリン除去装置。

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