JP2578136B2 - 廃水処理方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は，アンモニウムイオンを含有する生活廃水，
産業廃水等の廃水からリンを効率よく除去することがで
き，しかも廃水処理によって得られた二次生成物を再利
用することができる廃水処理方法およびその装置に関す
るものである。

（従来の技術） 従来，廃水からリンを除去する方法としては，アルミ
ニウム塩，鉄塩等の金属塩を添加することにより難溶性
塩を形成させる凝集沈澱法，カルシウムイオンと水酸化
イオンにより生成するヒドロキシアパルタイトを利用す
る晶折法，微生物の過剰摂取作用を利用した好気・嫌気
法，曝気槽に金属塩を添加する凝集剤添加活性汚泥法等
各種の技術が知られている。これらの技術のうち，金属
塩を利用した凝集沈澱法が技術的に最も確立され，実用
化された例も多い。

（発明が解決しようとする問題点） 上記凝集沈澱法においては，通常アルミニウム塩，鉄
塩等が用いられている。この方法は運転上維持管理がし
易く，処理効果も比較的高いという利点があるが，その
反面難脱水性であってしかも再利用性の乏しい汚泥が多
量に発生し，その最終処分がしにくいという問題点があ
る。

そこで本発明者らは、先にアルミニウム塩や鉄塩に代
えてマグネシウム塩を用いた方法に着目し，アンモニア
性窒素を含有するリン化合物含有廃水にマグネシウム化
合物を添加し，リンを沈澱除去する凝集沈澱法を提案し
た（特願昭61−105663号特開昭62−262789号公報）。こ
の方法においては，下記反応式（１）により，リン酸マ
グネシウムアンモニウムを沈殿させ，廃水中のリンを沈
澱除去するものである。

Mg²⁺＋NH₄ ⁺＋PO₄ ^3-→MgNH₄PO₄ （１） この方法によると，従来の上記他の金属塩を用いた凝集
沈澱法に比べ，必要な薬剤費も少なく，二次生成物の量
も少ないという利点があるが，リン酸マグネシウムアン
モニウム以外に，廃水に含まれている他の無機及び有機
物質もともに沈澱するため，これらの比率が高ければ高
い程，二次生成物中の含有率は低くなり，二次生成物の
再利用化の可能性が限られるという問題があることが判
明した。そこで本発明者らは，かかる問題点を解決する
ために，さらにアンモニウムイオンを含有するリン酸塩
廃水にマグネシウムイオンを添加し，しかる後にリン酸
マグネシウムアンモニウムの粒状物の充填層に上記廃水
を通液して，廃水中のリンを上記粒状物の表面層に形成
させるリン除去方法を提案した（特願昭62−32837号
〔特開昭63−200888号公報〕）。この方法によると，リ
ンをリン酸マグネシウムアンモニウムの粒状物として回
収でき，しかも無機及び有機物質の含有量が少ない粒状
物を得ることができる。しかし，予め廃水処理装置内に
リン酸マグネシウムアンモニウムを充填しておく必要が
あるので，操作が煩雑になることが問題点として残され
ていた。

本発明は，このような問題点を解決しようとするもの
であって、その目的は，極めて簡単な操作で廃水中のリ
ンをリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子として
除去することができる廃水処理方法およびかかる方法を
容易に実施することができる廃水処理装置を提供するこ
とにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは，上記問題点を解決するために，鋭意研
究の結果，本発明に到達したものである。

すなわち，本発明の廃水処理方法は，アンモニウムイ
オン及びリン酸イオンを含む廃水に，マグネシウム化合
物を添加するとともにpHを８以上に調整し，通気によっ
て廃水を撹拌し，リン酸マグネシウムアンモニウムの微
細結晶を生成させ，廃水中の浮遊物質と上記リン酸マグ
ネシウムアンモニウムの微細結晶とを分離して浮遊物質
を系外に排出し，さらに上記リン酸マグネシウムアンモ
ニウムの微細結晶を含む廃水を通気によって撹拌しなが
ら連続的に廃水を供給し，上記リン酸マグネシウムアン
モニウムの微細結晶を核としてリン酸マグネシウムアン
モニウムの固体粒子を形成することを特徴とするもので
ある。

また，本発明の廃水処理装置は，装置本体の低部に廃
水注入管，マグネシウム化合物の注入管及び撹拌用気体
吹込管を連結するとともに固体粒子払出管を設け，装置
本体の上部に排水管に連通する外筒を形成し，その内側
に装置本体と連通する内筒を形成し，内筒の内側に補助
内筒を設け，補助内筒の上部と内筒の下部とによって外
筒に通じる狭い通路を形成し，かつ補助内筒の下部が上
記外筒との間に間隙を形成してなるものである。

以下，本発明を詳細に説明する。

まず，本発明の廃水処理方法においては，アンモニウ
ムイオン及びリン酸イオンを含む廃水に，マグネシウム
化合物を添加するものである。ここで，アンモニウムイ
オン及びリン酸イオンを含む廃水としては，廃水中にお
いて，すでにアンモニウムイオン及びリン酸イオンを形
成している廃水の他，これらのイオンを解離する化合物
も含まれる。

マグネシウム化合物としては，塩化マグネシウム，酢
酸マグネシウム，水酸化マグネシウム等の水中でイオン
化するマグネシウム塩が用いられる。さらに，廃水のpH
は８以上とすることが必要である。pHが８未満の酢性側
あるいは中性付近においては，リン酸イオンの反応率が
低くリンの除去率が低くなるので好ましくない。しか
し,pHがあまり高くなると，廃水の処理後の放流や再利
用に当たって中和処理が必要となるので,pHは８〜9.5の
範囲が好ましい。処理すべき廃水のpHが上記の範囲にあ
る場合は,pHの調整は必要はないが，この範囲よりpHが
低い場合はpH調整剤を添加して調整する。pH調整剤とし
ては，例えば水酸化ナトリウム等が用いられる。

また，上記廃水はアンモニウムイオンの濃度がアンモ
ニア性窒素として100mg/l以上含むものが好適である。
アンモニア性窒素（NH₄ ⁺−Ｎ）が100mg/lより低い場合
は，系内にアンモニア性窒素が少なく，リンの除去率が
低下する傾向がある。多量のアンモニア性窒素が存在す
ると，リン酸マグネシウムアンモニウムMg（NH₄）PO₄の
生成量が多くなり，塩基としての強さがカセイソーダ，
水酸化カルシウム等に比べて低いため,pHの比較的低い
アルカリ領域で十分に反応が進行する。

さらに，添加するマグネシウム化合物の量は，廃水中
のリンとマグネシウムのモル比がMg/P＝0.8以上になる
ような量とすることが好ましい。コストの点を加味する
と,Mg/Pが0.8以上で2.5以下にすることが好ましい。

次に，本発明においては，マグネシウム化合物を添加
したpH8以上の廃水を通気，好ましくは上向通気によっ
て廃水を撹拌し，廃水中に存在するアンモニウムイオン
とリン酸イオンとマグネシウムイオンとを反応させ，リ
ン酸マグネシウムアンモニウムの微細結晶を生成させ
る。通気に用いる気体としては空気等が挙げられる。

さらに，廃水中には浮遊物質（SS）が存在し，かかる
SSが存在すると，上記リン酸マグネシウムアンモニウム
の微細結晶の生成の障害になるので，廃水中のSSと上記
リン酸マグネシウムアンモニウムの微細結晶とを分離し
てSSを系外に排出する。かかるSSの系外への排出は例え
ば処理済みの廃水とともに排出する。

次いで，さらに上記リン酸マグネシウムアンモニウム
の微細結晶を含む廃水を通気，好ましくは上向通気によ
って撹拌しながら連続的に廃水を供給し，上記リン酸マ
グネシウムアンモニウムの微細結晶を核としてリン酸マ
グネシウムアンモニウムの固体粒子を形成する。

かくして形成されたリン酸マグネシウムアンモニウム
の固体粒子は適宜系外へ払出される。

次に，本発明を図示例に基づいて説明する。第１図は
本発明の廃水処理装置の一例を示す概略断面図を示すも
のであり，断面円形の装置本体１の底部は下向の円錐形
をなしており，底部には導入管２が連結されている。こ
の導入管２にはアンモニウムイオン及びリン酸イオンを
含有する廃水を装置本体１に供給するための廃水注入管
４が接続され，廃水注入管４にはマグネシウム化合物注
入管７が連結されている。さらに，導入管２にはpH調整
剤注入管3,撹拌用気体吹込管５が連結されている。さら
に，上記導入管２の下方には生成したリン酸マグネシウ
ムアンモニウムの固体粒子を取り出すための固体粒子払
出弁６が設けられている。すなわち，導入管２が固体粒
子払出管を兼ねている。

一方，装置本体１の上部には，ロート状部が形成さ
れ，このロート状部を外筒８とし，その内側に内筒10が
形成されている。上記外筒８はその周囲に設けられたト
ラフ９を介して排水管11に連通している。上記内筒10の
頂部は開放されていて，装置内に導入された撹拌用気体
をここから矢印Ａ方向に向けて大気中に放出されるよう
になっている。したがって，内筒10は気液分離機能を果
たすものである。一方，内筒10の下部は外側に折り曲げ
られて，その下端部は上記外筒８のロート状部の傾斜と
の間に間隙を形成している。上記内筒10の内側には補助
内筒14が形成されており，補助内筒14の上端部は内筒10
との間で間隙を形成し，内筒10の下部と補助内筒14の上
部の間が二重構造になっていて，外筒８に通じる狭い通
路15が形成されている。補助内筒14の下端部は外側に折
り曲げられて，上記外筒８のロート状部の傾斜との間に
間隙を形成している。

上記の狭い通路15はその外側における固液分離作用を
容易にする作用を有する。すなわち，かかる狭い通路15
から外筒８に排出されることによりSSを含む処理水と生
成されたリン酸マグネシウムアンモニウムの微細結晶と
が分離されるものである。

しかして，アンモニウムイオン及びリン酸イオンを含
む処理すべき廃水は，廃水注入管４によって送られ，マ
グネシウム化合物注入管７から所定のマグネシウム化合
物の水溶液を廃水に注入し，導入管２に至る。導入管２
においては，マグネシウム化合物を含む廃水に撹拌用気
体吹込管５から気体が供給され，次いで導入管２から装
置本体１へ導入される。なお，必要に応じてpH調整剤注
入管３からpH調整剤を供給する。

装置本体１に導入された廃水に含まれるリン酸イオ
ン，アンモニウムイオン及びマグネシウム化合物がイオ
ン化したマグネシウムイオンは上向に移動する気体によ
って廃水とともに十分撹拌混合され，前記の反応式
（１）に基づいて反応し，リン酸マグネシウムアンモニ
ウムの微細結晶を生成する。

さらに，連続して廃水を供給すると，生成した上記微
細結晶を核として，その表面にリン酸マグネシウムアン
モニウムの結晶が固着，成長し，次第に粒径が大きくな
って固体粒子が形成される。

装置本体１の上部においては，微細結晶及び粒径の小
さい粒子が存在し，これらが離れた状態で速い速度で移
動する完全流動帯13が形成されている。かかる完全流動
帯13で粒径が大きく成長した粒子は順に下方へ移動し，
装置本体１の下方部の不完全流動帯12に至る。不完全流
動帯12においては粒径の大きな粒子が常に相互に接しな
がら，流動帯内を循環移動し，流動帯の下方程大きな粒
子が存在する垂直方向の粒度分布を有する。

ここで，不完全流動帯13と完全流動帯12は供給される廃
水の流速と撹拌用気体の量によってその容積比が決定さ
れる。生成される固体粒子の粒径は上記容積比によって
制御することができる。

上記のようにして処理された廃水は，装置本体１の上
方に移動し，補助内筒14,内筒10に至り，矢印Ｂのよう
に前記の狭い通路15を下降し，外筒８の下部に至る。こ
こで，処理された廃水及び廃水中に含まれるSSは上方に
向かい，外筒８から溢流してトラフ９を経て，排水管11
へ排出される。一方，リン酸マグネシウムアンモニウム
の微細結晶は外筒８と補助内筒14の間の間隙を矢印Ｃで
示すように，装置本体１の完全流動帯13へ下降する。か
くして，リン酸マグネシウムアンモニウムの微細結晶は
その固体粒子の生成に効果的に作用する。

上記のようにして，生成された固体粒子は，断続的又
は連続的に導入管２から払い出される。

このように，廃水中のSSを分離してこれを除去するの
で，リン酸マグネシウムアンモニウムの微細結晶の生成
が促進されて，短時間で増加するので，予めリン酸マグ
ネシウムアンモニウムの粒子を充填しておく必要はない
が，予めリン酸マグネシウムアンモニウムの粒子を少量
存在させておくと，固体粒子の生成は促進される。

上記の図示例においては，断面円形の装置を示した
が，これに限らず例えば角形等の他の断面形状であって
もよい。

上記外筒8,内筒10,補助内筒14によって形成される固
液分離部の水面積負荷は廃水中のSS濃度によっても異な
るが，通常20〜90m³／m²／日程度が好ましい。また，装
置本体１における廃水の滞留時間は通常10〜30分間程度
が好ましい。さらに，撹拌用気体の通気量は装置本体１
（図示例にあっては直胴部）の断面積を基準にして,15
〜50m³／m²・Hr程度が好ましい。かかる通気量と廃水の
供給量を制御することにより，定常流に近い状態で微細
結晶ないし個体粒子を流動させ，リン酸マグネシウムア
ンモニウムの結晶を粒子として生成することができる。

（作用） 本発明においては，アンモニウムイオン及びリン酸イ
オンを含有する廃水に，マグネシウム化合物を添加して
廃水処理するに際し，生成したリン酸マグネシウムアン
モニウムを微細結晶と廃水中に含まれるSSとを分離する
ので，上記微細結晶が効果的に生成される。したがっ
て，予めリン酸マグネシウムアンモニウムの粒子を充填
することなく，廃水中のリンをリン酸マグネシウムアン
モニウムの固体粒子として回収することができる。

本発明においては，初期に生成したリン酸マグネシウ
ムアンモニウムの微細結晶を核として，その表面に過飽
和状態で未結晶のリン酸マグネシウムアンモニウムが付
着して結晶化し，また，通気撹拌中に流動している微細
結晶が２個以上相互に接触したところへ，未結晶のリン
酸マグネシウムアンモニウムが付着，結晶化し，その架
橋作用により２個以上の微細結晶が結合すること等によ
って大きさを増し，これを繰り返すことによって粒子が
成長する。また，通気撹拌によって成長途上の粒子が相
互に衝突を繰り返して，その粒子表面凹凸がとれ，球体
に近い固体粒子が形成される。

（実施例） 次に，本発明を実施例により具体的に説明する。

実施例１ 直胴部の直径0.3m,有効水深2.5m,固液分離部の有効水
面0.4m²の第１図に示す円筒型の装置に,pH8.1,アンモニ
ア性窒素（NH₄ ⁺−Ｎ）濃度360mg/l,リン酸性リン（PO₄
^3-−Ｐ）濃度150mg/lの食品産業廃水を原水とし，これ
にマグネシウムとリンとのモル比が1.2,pHが9.0となる
ように，マグネシウムイオンとして塩化マグネシウム及
びpH調整剤として水酸化ナトリウムを添加した。原水の
通液速度は線速度で12m/Hrとなるように供給し，撹拌用
空気を流量18l/min（15.3m³／m²・Hr）にて供給した。
通水後約３日で直径1mm以下のリン酸マグネシウムアン
モニウムの粒子が層高1m（静止時測定）形成された。通
水後５日後に層高が1.5mを超えたので，層高1.5mを超え
た分は装置外に払い出した。このようにして通水を続
け，通水15日目には粒径３〜6mmの白色固体粒子を回収
した。処理水の水質分析結果を第１表に，また，回収さ
れた固体粒子の組成分析結果を第２表に示す。

上記第１表から明らかなように，原水中の高濃度のリ
ンが10mg/l以下になり，リン除去率は94％と高い除去率
であった。また，第２表から明らかなように，得られた
固体粒子の組成は理論値に近いものであって，純度の高
い固体粒子である。さらに，原水に相当高い有機物とSS
が含まれているにもかかわらず回収された固体粒子のCO
D（化学的酸素要求量）,TOC（トータル有機性炭素）及
びSSの含有量はそれぞれ0.3重量％,0.2重量％,0.3重量
％であった。

（発明の効果） 本発明は上記のような構成を有するので，極めて簡単
な操作で廃水中のリンをリン酸マグネシウムアンモニウ
ムの固体粒子として効率よく除去することができ，しか
も，二次生成物である固体粒子は水切れがよいので，二
次生成物のための脱水設備等は不要である。しかも，固
体粒子は化学肥料として有効に利用することができるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する装置の一例を示す概略
断面図である。 １……装置本体、２……導入管 ３……pH調整剤注入管、４……廃水注入管 ５……撹拌用気体吹込管、６……固体粒子払出弁 ７……マグネシウム化合物注入管、８……外筒 ９……トラフ、10……内筒、11……排水管 14……補助内筒、15……狭い通路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アンモニウムイオン及びリン酸イオンを含
   む廃水に，マグネシウム化合物を添加するとともにpHを
   ８以上に調製し，通気によって廃水を撹拌し，リン酸マ
   グネシウムアンモニウムの微細結晶を生成させ，廃水中
   の浮遊物質と上記リン酸マグネシウムアンモニウムの微
   細結晶とを分離して浮遊物質を系外に排出し，さらに上
   記リン酸マグネシウムアンモニウムの微細結晶を含む廃
   水を通気によって撹拌しながら連続的に廃水を供給し，
   上記リン酸マグネシウムアンモニウムの微細結晶を核と
   してリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子を形成
   することを特徴とする廃水処理方法。
2. 【請求項２】装置本体の底部に廃水注入管，マグネシウ
   ム化合物の注入管及び撹拌用気体吹込管を連結するとと
   もに固体粒子払出管を設け，装置本体の上部に排水管に
   連通する外筒を形成し，その内側に装置本体と連通する
   内筒を形成し，内筒の内側に補助内筒を設け，補助内筒
   の上部と内筒の下部とによって外筒に通じる狭い通路を
   形成し，かつ補助内筒の下部が上記外筒との間に間隙を
   形成してなる廃水処理装置。