JP3271556B2 - 脱リン装置 - Google Patents

脱リン装置

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哲朗 深瀬
雅秀 柴田
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忠一 後藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はリン含有水中のリン
をMAP(リン酸マグネシウムアンモニウム)として除
去、回収する脱リン装置に係り、特に、MAP反応塔か
らの微細なMAP粒子の流出及び塔内でのスケール析出
を防止した脱リン装置に関する。
【0002】
【従来の技術】下水、し尿、排水等の嫌気、好気処理工
程で発生する汚泥脱水濾液、消化脱離液等のリン含有水
からリンを除去する脱リン装置として、従来、リン含有
水中にマグネシウムイオンを添加して、該水中に含有さ
れるアンモニア及びリンとマグネシウムとからMAPを
生成させ、生成したMAP粒子を分離回収する脱リン装
置が提案されている。
【0003】このMAP生成反応を利用する従来の脱リ
ン装置では、MAP粒子を充填した反応塔に、リン含有
水を上向流通液し、反応塔下部からMg塩とアルカリ剤
を注入し、反応に不足するマグネシウムイオンを補給す
ると共に、MAP生成反応に好適なpH条件に調整す
る。また、Mg塩とアルカリ剤の注入点より上部で空気
曝気を行って、MAP粒子を撹拌し、流動床を形成す
る。なお、リン含有水中のアンモニア濃度が低く、MA
P生成反応にアンモニアが不足する場合には、MAP反
応塔には更にアンモニアを注入する必要がある。
【0004】この脱リン装置において、反応に必要なM
g塩、アルカリ剤或いは更にアンモニアは各々一つの注
入箇所から注入されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】Mg塩、アルカリ剤、
アンモニアをそれぞれ一箇所から注入する従来の脱リン
装置では、MAPが非常に微細な不溶物として析出し、
この結果、反応塔からの微細なMAP粒子の流出や、ア
ルカリ剤注入点付近でのスケールの析出が生じる場合が
ある。
【0006】本発明は上記従来の問題点を解決し、MA
P反応塔からの微細なMAP粒子の流出や塔内のスケー
ルの析出を防止した脱リン装置を提供することを目的と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の脱リン装置は、
塔下部にリン含有水の導入口を有し、塔上部に処理水の
取出口を有すると共に、内部にMAP粒子充填層が形成
された反応塔と、該反応塔に設けられたマグネシウム
塩、アルカリ剤及びアンモニアのうちの少なくとも1種
の添加手段とを備えてなる脱リン装置において、該反応
塔は、塔底部に液流均一化手段を配置した、曝気を伴わ
ない、プラグフロー方式であり、該添加手段は該反応塔
の異なる高さ位置に、該添加手段で添加されるマグネシ
ウム塩、アルカリ剤及びアンモニアのうちの少なくとも
1種が前記MAP粒子充填層内に添加されるように、複
数個設けられていることを特徴とする。
【0008】MAP反応塔における微細なMAP粒子の
生成とスケールの発生は同じ機構で生起する。即ち、M
AP生成反応はリン、アンモニア及びMgの濃度とpH
の関係によって決定され、通常はMg濃度とpHによっ
てMAPの析出を制御している。従って、Mg濃度とp
Hを処理水の希望リン濃度によって決定し、通常、pH
を8〜9、Mg塩の添加量をモル比で原水リン濃度の
1.2〜1.5倍程度とする。しかし、従来の如く、ア
ルカリ剤やMg塩を一箇所から集中的に注入する方法で
は、当該注入箇所付近において、処理水のリン濃度と原
水のリン濃度の差が大きく、この領域がMAPの不安定
領域となる。このため、アルカリ剤注入点付近、Mg塩
注入点付近、又はアンモニア注入点付近でMAP結晶の
成長、即ちMAP粒子表面でのMAP生成反応ではな
く、凝集反応が起こり、微細なMAP粒子が生成する。
この反応は、反応塔の壁や塔内突起物付近で起き易く、
これがスケールの原因となる。
【0009】本発明では、Mg塩、アルカリ剤及びアン
モニアのうちの少なくとも1種を、MAP粒子充填層内
に多段分割注入するため、リン濃度差を小さくし、塔内
の液流方向のリン濃度勾配をゆるやかにすることにより
MAPの不安定領域をなくす。これにより、MAPの生
成反応をMAP粒子表面で生起させ、結晶の成長を促進
することで、微細なMAP粒子の生成を防止し、また、
スケールの析出を防止することができる。
【0010】本発明は、原理的には、MAP反応塔内で
のリンの濃度勾配を小さくすることによりMAP微粒子
の生成及びスケールの析出を防止するものであることか
ら、濃度勾配の大きい脱リン装置に適用した場合に顕著
な効果が得られる。従って、この点から、後述の図1に
示すような曝気を伴わないプラグフロー方式の脱リン装
置に適用することにより、大きな効果が得られる
【0011】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の脱
リン装置を詳細に説明する。
【0012】図1は本発明の脱リン装置の実施の形態を
示す系統図である。
【0013】図1のMAP反応塔1は、底部に原水(リ
ン含有水)の導入配管2を、上部に処理水の取出配管3
を設けた、プラグフロー方式の上向流式反応塔であり、
内部にはガラスビーズ充填層4等の液流の均一化のため
の充填層が設けられ、この充填層4上にMAP粒子の充
填層5が形成されている。
【0014】また、MAP粒子充填層5の下部にMAP
粒子取出配管6が設けられ、原水導入配管2には、Mg
塩(Mg塩を含むものであれば良く海水であっても良
い。)供給配管7が設けられている。
【0015】処理水の取出配管3から取り出された処理
水は、処理水槽8に貯留され、一部は配管9より系外へ
排出され、残部は循環配管10よりMAP反応塔1の底
部に循環される。
【0016】本実施例の脱リン装置では、図示の如く、
MAP反応塔1のMAP粒子充填層5内に直接NaOH
等のアルカリ剤を注入する注入配管11A,11B,1
1Cが反応塔の高さ方向の3ケ所に設けられている(な
お、以下において、注入配管11Aを第1注入点、注入
配管11Bを第2注入点、注入配管11Cを第3注入点
と称する場合がある。)。12はpH計、P、P
ポンプである。
【0017】原水はMg塩が添加された後、処理水の循
環水と共に、MAP反応塔1の底部から導入され、ガラ
スビーズ充填層4で液流が均一化され、MAP粒子充填
層5をプラグフロー(層流)となって上昇する。この上
昇液流によりMAP粒子充填層5は膨張展開される。
【0018】MAP粒子充填層5には、NaOH等のア
ルカリ剤が多段に分割注入されるため、上昇液流が各々
の注入点を通過する毎にMAP生成反応がMAP粒子表
面で進行し、リンが除去されると共に、MAP結晶の成
長が行われる。
【0019】図1の脱リン装置では、アルカリ剤を多段
分割注入しているが、アルカリ剤に限らず、Mg塩を多
段分割注入しても良く、アルカリ剤及びMg塩を共に多
段分割注入しても良い。また、原水のアンモニア濃度が
低く、MAP生成反応のためにアンモニアの添加を必要
とする場合であって、MAP生成反応の律速因子がアン
モニアの場合には、アンモニアを多段分割注入しても良
い。
【0020】多段分割注入の注入点は多ければ多い程良
く、装置の形式や注入点を増設するためのコストやメン
テナンス等を考慮して適宜注入点の数が決定される。
【0021】一般に、スケール析出及び微細なMAP粒
子の生成に影響を与える因子としては、原水と処理水の
リン濃度差、MAP反応塔内の液の流れ(プラグフロー
か完全混合か)の2項目があり、リンの濃度差が大きい
程、また、液の流れがプラグフローに近い程、注入点を
増やす必要がある。
【0022】従って、本発明のプラグフロー方式の脱リ
ン装置では、一箇所の注入点毎のリン濃度差が10pp
m程度となるように多段分割注入することにより、著し
く良好な効果を得ることができる。即ち、原水リン濃度
が100ppmで処理水リン濃度が20ppmであれば
8箇所((100−20)÷10=8)で多段分割注入
するのが好ましい。
【0023】なお、Mg塩、アルカリ剤、アンモニアの
いずれを多段分割注入する場合であっても、一般的には
各注入点で均等注入とするのが好ましい。
【0024】例えば、アルカリ剤を8箇所で多段分割注
入する場合、MAP反応塔上部のpH計のpH値が設定
pH、即ちpH8以上、好ましくはpH8.5〜10と
なるようなアルカリ剤注入量を各注入点毎に1/8ずつ
均等注入すれば良い。
【0025】同様に、Mg塩を8箇所で多段分割注入す
る場合には、原水中のMg塩を含めて、原水中のリンに
対してMg塩が、モル比で1.2〜1.5となるような
Mg塩注入量を各注入点毎に1/8ずつ均等に注入すれ
ば良い。
【0026】Mg塩としてMg(OH)を用いる場合
は、Mg塩の注入によりアルカリ剤の注入も同時に行え
るが、この場合においても、予め必要量を算出し、これ
を均等割りで多段分割注入すれば良い。
【0027】本発明において、多段分割注入の注入点
は、過度に近づきすぎていると本発明による効果が十分
に得られず、過度に離して設けると、注入点がMAP反
応塔の上部に位置するようになり好ましくない。注入点
同士の間隔は、MAP反応塔の高さや注入点の設置個数
等によっても異なるが、一般的には、MAP粒子充填層
の初期充填高さの1/3〜1程度とするのが好ましい。
【0028】なお、図1の脱リン装置において、MAP
粒子充填層5の展開率は30%以上であることが好まし
い。この展開率が30%未満ではMAPがスケールとな
って析出し、充填層が固化して、原水の通液が不可能と
なる場合がある。展開率は特に50%以上であることが
好ましく、その上限は特にないが、一般的にはMAP反
応塔1の高さの面で200%以下とされる。
【0029】従って、このような展開率でMAP粒子充
填層5を膨張展開できるように、原水流量及び循環水量
を適宜調整する。
【0030】MAP粒子の表面でMAP生成反応が起こ
り、粒子が成長すると、この成長した粒子は重いため、
充填層5下部に降下する。成長したMAP粒子は取出配
管6から適宜取り出す。
【0031】MAP反応塔1からのMAP粒子の取り出
しは、MAP生成量に見合う量とすることにより、新た
なMAP粒子の補充等を行うことなく、処理を継続する
ことができる。
【0032】本実施例のMAP反応塔1では、原水をプ
ラグフローで上向流通液するために、液流の均一化のた
めのガラスビーズ充填層4を設けているが、この液流均
一化手段は塔底部に砂利を敷設したものでも良く、ま
た、ディストリビータを配置しても良い。
【0033】ガラスビーズ又は砂利を用いる場合、その
粒径は5〜50mm程度であることが好ましい。
【0034】また、MAP生成領域の充填層に充填する
担体は、MAP粒子に限らず、粒径0.05〜0.5m
m程度の砂、ゼオライト等であっても良い。
【0035】しかし、反応速度の面からは、MAP粒
子、好ましくは粒径0.5〜1mmのMAP粒子を充填
するのが最も高い反応速度を得ることができ、好まし
【0036】
【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明する。
【0037】実施例1 図1に示す脱リン装置により、PO−P100mg/
L,NH−N300mg/Lの原水の脱リン処理を行
った。
【0038】なお、各部の仕様及び運転条件は次の通り
である。
【0039】 反応塔カラム:直径30mm,高さ2000mm (容量1.4L) ガラスビーズ充填層:ガラスビーズ平均粒径5mm 充填高さ50mm MAP粒子充填層:MAP粒子平均粒径0.75mm 充填高さ750mm Mg塩(MgCl)添加量:原水に対して90mg−Mg/L 原水流量:210mL/分 循環水流量:500mL/分 MAP粒子充填層展開率:100% 処理水pH:8.3(塔上部のpH計のpH値が定常状態で8.3) アリカリ剤(NaOH)注入点: 第1注入点 塔底から50mmの高さ位置 第2注入点 塔底から350mmの高さ位置 第3注入点 塔底から650mmの高さ位置 なお、アルカリ剤は、第1注入点、第2注入点、第3注
入点で各々必要量の1/3ずつ均等に注入した。
【0040】得られた処理水のリン濃度を表1に示す。
【0041】比較例1 実施例1において、アルカリ剤を分割注入せず、必要量
の全量を第1注入点から注入したこと以外は実施例1と
同様に処理を行った。
【0042】得られた処理水のリン濃度を表1に示す。
【0043】
【表1】
【0044】表1より明らかなように、実施例1と比較
例1では、処理水のPO−P濃度には大きな差はない
が、T−P濃度は比較例1に比べて実施例1では格段に
少ない。
【0045】これは、実施例1では、アルカリ剤を多段
分割注入したことにより、微細なMAP粒子の生成及び
その流出が抑制されているためである。
【0046】なお、30日間の運転後、反応塔内を調べ
たところ、比較例1では、塔内にスケールの生成が認め
られたが、実施例1ではスケールの生成は認められなか
った。
【0047】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の脱リン装置
によれば、MAP反応塔内での微細なMAP粒子の生成
及び生成したMAP微粒子の流出が防止されると共に、
塔内のスケール析出が防止され、高水質の処理水を長期
に亘り安定に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の脱リン装置の実施の形態の一例を示す
系統図である
【符号の説明】 AP反応塔 4 ガラスビーズ充填層 5 MAP粒子充填層 理水槽 12 pH
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 忠一 東京都新宿区西新宿3丁目4番7号 栗 田工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平8−252584(JP,A) 特公 昭28−2213(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 1/58 B01D 9/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 塔下部にリン含有水の導入口を有し、塔
    上部に処理水の取出口を有すると共に、内部にMAP粒
    子充填層が形成された反応塔と、 該反応塔に設けられたマグネシウム塩、アルカリ剤及び
    アンモニアのうちの少なくとも1種の添加手段とを備え
    てなる脱リン装置において、該反応塔は、塔底部に液流均一化手段を配置した、曝気
    を伴わない、プラグフロー方式であり、 該添加手段は該反応塔の異なる高さ位置に、該添加手段
    で添加されるマグネシウム塩、アルカリ剤及びアンモニ
    アのうちの少なくとも1種が前記MAP粒子充填層内
    添加されるように、複数個設けられていることを特徴と
    する脱リン装置。
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