JP3928187B2

JP3928187B2 - 廃水中の脱リン方法及びその装置

Info

Publication number: JP3928187B2
Application number: JP02127696A
Authority: JP
Inventors: 雅治山下
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2016-02-07
Also published as: JPH09206760A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は廃水中から湖沼や閉鎮性海域等の富栄養化を引き起こす原因物質であるリン酸イオンや高濃度アンモニウムイオン等の有害物質を効率的に除去するための脱リン方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高濃度アンモニウムイオン（ＮＨ₄ ⁺）、リン酸イオン（ＨＰＯ₄ ^2-）を含む廃水中から、これらイオンを除去するには、特開平４−１４１２９３号公報、特願平７−５７４５５号等に示すような脱リン方法及びそれを具現化するための脱リン装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特願平７−５７４５５等に示すような脱リン装置は、反応容器ａの底部の導入口ｂから上記廃水を導入し、この反応容器ａ内に、その廃水中に不足するマグネシウムイオン（Ｍｇ²⁺）を注入すると共に、ＮａＯＨ等のアルカリ液を注入してｐＨ調整を行い、これに空気を吹き込みながらＭｇ²⁺＋ＮＨ₄ ⁺＋ＨＰＯ₄ ^2-＋ＯＨ^-＋６Ｈ₂Ｏ→ＭｇＮＨ₄ＰＯ₄・６Ｈ₂Ｏ＋Ｈ₂Ｏなる反応を起こさせて、その廃水中のＮＨ₄ ⁺、ＨＰＯ₄ ^2-をＭｇＮＨ₄ＰＯ₄・６Ｈ₂Ｏ（リン酸マグネシウムアンモニウム）として生成、不溶化させることにより、脱リン処理を行うものである。そして、この反応によって生成したＭｇＮＨ₄ＰＯ ₄は、先に生成しているＭｇＮＨ₄ＰＯ₄粒子の表面上に析出して造粒されると共に、このＭｇＮＨ₄ＰＯ₄が除去された処理水はさらに容器ａ内を上昇して気体回収部ｃ、沈降部ｄ、溢流堰ｅを介して流出ラインｆから排出されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来の脱リン装置では、マグネシウムイオン（Ｍｇ²⁺）を廃水中に注入するに際して、廃水中に含まれているリン酸イオン（ＨＰＯ₄ ^2-）量の平均値を経験的にあるいはサンプリングによって予測しておき、それと等モル量のマグネシウムイオンを塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ₂）溶液や水酸化マグネシウム（Ｍｇ( ＯＨ) ₂）溶液の形態で定量注入している。
【０００５】
しかしながら、このようにマグネシウム溶液を定量注入する方法では、流入廃水の水質が変動することにより、廃水中のリン酸イオン濃度が増減した場合、すなわち、流入廃水中のリン酸濃度がマグネシウム溶液の注入量よりも上回った場合には、マグネシウム溶液が不足して反応しきれなかったリン酸イオンが処理水と共に流出して処理水の水質が悪化してしまい、反対に流入廃水中のリン酸濃度がマグネシウム溶液の注入量を下回った場合には、マグネシウム溶液が過剰となって無駄が生じ、ランニングコストが高くなってしまうといった不都合があった。
【０００６】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は廃水中のリン酸イオン濃度が増減しても常にその量に応じた適量のマグネシウムイオンを注入して効率的な脱リン反応を行うことができる新規な廃水中の脱リン方法及び脱リン装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、リン酸イオン（ＨＰＯ₄ ^2-）とアンモニウムイオン（ＮＨ₄ ⁺ ）を含む廃水を反応容器内に連続して流し込むと共に、この廃水中にマグネシウムイオン（Ｍｇ²⁺）と水酸化物イオン（ＯＨ^- ）とを連続して注入しながら、上記リン酸イオンとアンモニウムイオンをリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭｇＮＨ₄ ＰＯ₄ ・６Ｈ₂ Ｏ）として反応容器内に生成・不溶化させるようにした廃水中の脱リン方法において、上記反応容器内の廃水のｐＨの変動を常時検出して、このｐＨ値が常時所定の範囲に維持されるように上記水酸化物イオンの注入量を増減すると共に、この水酸化物イオンの注入量に応じて上記マグネシウムイオンの注入量を増減するようにしたものである。
【０００８】
これによって、反応容器内に流れ込む廃水中のリン酸イオンの濃度が変動しても、常に適量のマグネシウムイオンが注入されることになり、反応しきれなかったリン酸イオンが処理水と共に流出したり、マグネシウムイオンの注入過剰による無駄等を未然に防止することができる。
【０００９】
すなわち、上述したように、反応容器内に流れ込む廃水中のリン酸イオンの濃度が常に一定であれば、反応容器内でリン酸マグネシウムアンモニウムが生成する際に消費されるマグネシウムイオンも一定であることから、これと等モル量のマグネシウムイオンを反応容器内に注入するように予め設定しておけば、効率的な脱リン反応を行うことができるが、このリン酸イオンの濃度が変動した場合、このように定量供給する方法ではマグネシウムイオンの注入量が過不足してしまう。そのため、このリン酸イオン濃度に応じたマグネシウムイオンを反応容器内に注入すれば良いが、このリン酸イオン濃度を直接計測することは困難であり、また、多くの時間と手間を要する。そこで、本発明者はこのリン酸イオンの濃度に応じて廃水中の水酸化物イオンの消費量が変動して廃水のｐＨ値が変動することに着目し、このｐＨ値を常に所定の値に維持すべく水酸化物イオンの注入量の増減に応じてマグネシウムイオンの注入量を増減することで、効率的な反応を行うようにしたものである。
【００１０】
そして、この方法を具体的に実施する装置としては、上記廃水中に任意量のアルカリ液を注入して所定のｐＨに調整するｐＨ調整手段と、このｐＨ調整手段で所定のｐＨに調整された廃水を連続して流し込むと共に、その廃水中に水酸化物イオンとマグネシウムイオンを注入してリン酸イオンとアンモニウムイオンを廃水中から除去する反応容器と、この反応容器内の廃液のｐＨを常時検出するｐＨ検出計と、このｐＨ検出計で検出された廃液のｐＨ値に応じて上記水酸化物イオンの注入量を増減するアルカリ剤注入手段と、この水酸化物イオンの注入量に応じて上記マグネシウムイオンの注入量を増減するマグネシウム剤注入手段とを備えたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の好適一形態を説明する。
【００１２】
図１は本発明に係る廃水中の脱リン装置の実施の一形態を示したものである。図示するように、この脱リン装置は図中左側に示すｐＨ調整手段２と、図中略中央部に示す脱リン反応容器１と、図中右側に示すアルカリ剤注入手段３及びマグネシウム剤注入手段４とから主に構成されている。
【００１３】
先ず、このｐＨ調整手段２は、アンモニウムイオン（ＮＨ₄ ⁺）及びリン酸イオン（ＰＯ₄ ^2-）を含む廃水を導入するタンク２ａに、ミキサーなどの攪拌機５を備えると共に、供給ライン６を介して脱リン反応容器１の底部導入口１ｂ側に接続されたものであり、タンク２ａ内に流れ込んだ廃水を攪拌機５で攪拌した後、供給ライン６からポンプ６ａによって脱リン反応容器１内へ流すようになっている。
【００１４】
次に、この脱リン反応容器１は、縦型をした槽体１ａ内に、気体回収部７と分離手段８と備えると共に、その槽体１ａの上部に、気液分離器９とエアートラップ１０とを備えたものであり、供給ライン６から送られる廃水を槽体１ａの底部導入口１ｂから上向流で流すと同時に、アルカリ剤注入手段３及びマグネシウム剤注入手段４から送られてくる溶液によって、その廃水中に含まれているリン酸イオンを粒子状のリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭｇＮＨ₄ＰＯ₄・６Ｈ ₂Ｏ、以下これをＭＡＰ粒子と称す）として析出・分離して、処理水をその上端部から排水するようになっている。
【００１５】
また、アルカリ剤注入手段３は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等のアルカリ溶液を貯留したアルカリタンク３ａに２本のアルカリ剤注入ライン１１，１２を接続したものであり、一方のアルカリ剤注入ライン１１側に備えられた定量ポンプ１１ａによって、アルカリタンク３ａ内のアルカリ溶液を上記脱リン反応容器１側に供給すると共に、他方のアルカリ剤注入ライン１２側に備えられた流量可変のポンプ１２ａによって、同じくアルカリタンク３ａ内の任意量のアルカリ溶液を上記ｐＨ調整手段２のタンク２ａ内にそれぞれ供給できるようになっている。これら定量ポンプ１１ａ及び１２ａは、図中点線で示すように、ｐＨ調整手段２及び脱リン反応容器１内のｐＨを常時検出するｐＨ指示調節計１３，１４にそれぞれ接続されており、それぞれのｐＨ指示調節計１３，１４で検出された廃水のｐＨ値が所定値に収まるようにアルカリ溶液を注入するようになっている。
【００１６】
一方、マグネシウム剤注入手段４は、マグネシウムイオン（Ｍｇ²⁺）を含む塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ₂）や水酸化マグネシウム（Ｍｇ( ＯＨ) ₂）等のマグネシウム溶液を貯留するマグネシウムタンク４ａに、一端が上記脱リン反応容器１の底部側に接続されたマグネシウム剤注入ライン１５を接続したものであり、このマグネシウム剤注入ライン１５に備えられた流量可変ポンプ１５ａによって、タンク４ａ内の任意量のマグネシウム溶液を脱リン反応容器１内へその底部から供給できるようになっている。
【００１７】
また、アルカリ剤注入ライン１１のポンプ１１ａ及びマグネシウム剤注入ライン１５のポンプ１５ａの吐出側には、それぞれ流量指示積算流量計１１ｂ、流量指示調節積算計１５ｂが設けられており、それぞれのライン１１，１５を流れる溶液の流量を計測すると共に、それぞれのポンプ１１ａ，１５ａを制御してその単位時間当たりの吐出量を調整できるようになっている。
【００１８】
次に、このように構成された脱リン装置を用いて本発明の脱リン方法の実施の一形態を説明する。
【００１９】
図示するように、先ず、アンモニウムイオン（ＮＨ₄ ⁺ ）及びリン酸イオン（ＰＯ₄ ^2-）を含む廃水は、ｐＨ調整手段２のタンク２ａ内に流し込まれ、ここで攪拌機５で攪拌されながらｐＨ指示調節計１３でそのｐＨが測定される。この時、供給ライン６を通して脱リン反応容器１の下部に流入する廃水のアルカリ成分がほぼ一定となる様、アルカリ剤注入ライン１２の注入ポンプ１２ａを作動させて、タンク３ａから水酸化物イオンを含むアルカリ溶液（ＮａＯＨ）を供給する。尚、このｐＨ調整手段２内の廃水中にはマグネシウムイオンが不足していることから、このようなｐＨ調整を行っても上記リン酸イオンなどが析出するような反応は起こらない。
【００２０】
次に、このようにして所定のｐＨに調整された廃水は、ポンプ６ａによってライン６を通して脱リン反応容器１の底部の導入口１ｂから槽体１ａ内に流れ、この槽体１ａ内を上向流で流れる。この槽体１ａ内には、アルカリ剤注入手段３及びマグネシウム剤注入手段４からそれぞれアルカリ溶液及びマグネシウム溶液が一定の注入量比で連続して注入されると同時に、ブロアーなどの空気供給手段１６によりエアーが強制的に送られているため、槽体１ａ内の廃水はこれによって攪拌され、流動化されて廃水中のリン酸イオン（ＨＰＯ₄ ^2-）及びアンモニウムイオン（ＮＨ₄ ⁺ ）が、マグネシウム溶液中のマグネシウムイオン（Ｍｇ²⁺）とアルカリ溶液中の水酸化物イオン（ＯＨ^- ）と等モルずつ反応してリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭｇＮＨ₄ ＰＯ₄ ・６Ｈ₂ Ｏ）となり、先に廃水中に生成しているＭＡＰ粒子の表面に晶出してくる（Ｍｇ²⁺＋ＮＨ₄ ⁺ ＋ＨＰＯ₄ ^2-＋ＯＨ^- ＋６Ｈ₂ Ｏ→ＭｇＮＨ₄ ＰＯ₄ ・６Ｈ₂ Ｏ＋Ｈ₂ Ｏ）。その後、空気供給手段１６により送られたエアーは槽体１ａの中央部に位置する固液分離手段７によって回収され、上昇管１７内をエアリフト効果によって廃水をＭＡＰ粒子と共に、気液分離器９側に搬送した後、ここで廃水中から分離され、エアートラップ１０を通過して脱臭設備等で処理された後大気中に放出される。一方、この気液分離器９で分離された廃水とＭＡＰ粒子は下降管１８内を降下して再び槽体１ａ内に戻される。そして、固液分離手段７で分離された廃水はさらには槽体１ａ内を上向流で流れた後、その上端部の溢流堰１６から溢流して処理水として排水され、固液分離手段７で分離されたＭＡＰ粒子は再び槽体１ａ内に戻り流動して順次生成されるリン酸マグネシウムアンモニウムの晶出に寄与することになる。
【００２１】
ところで、この反応時において、槽体１ａ内に流れ込む廃水中のリン酸イオン濃度が一定であれば、マグネシウム溶液とアルカリ溶液の注入量比を一定の範囲に維持することで常に良好な反応が行なわれることになるが、廃水の性状が変化し、リン酸イオンの濃度が変動すると、これに連動して水酸化物イオンの消費量が変化し、これに伴って廃水のｐＨ値が変化する。そして、このｐＨ値が変動すると、槽体１ａに設けられたｐＨ指示調節計１４がこれを検出し、アルカリ剤注入ライン１１のポンプ１１ａを制御して注入されるアルカリ溶液で、槽体１ａ内のｐＨが所定値に戻される。
【００２２】
通常、アルカリ溶液の単位時間当たりの注入量はアルカリ剤注入ライン１１に設けられた流量指示積算流量計１１ｂで、また、マグネシウム溶液の単位時間当たりの注入量はマグネシウム剤注入ライン１５に設けられた流量指示調節積算計１５ｂでそれぞれモニタリングされて反応に最適な注入量比が算出されているが、上記のようにアルカリ溶液とマグネシウム溶液の注入量比が最適な注入量比の範囲から外れると、流量指示調節積算計１５ｂに付設されたポンプ制御計１９によってマグネシウム剤注入ポンプ１５ａの吐出量を変動させてマグネシウム溶液の注入量を増減させて、その注入量比を正常反応時の一定の注入量比の範囲に戻すことになる。例えば、廃水中のリン酸イオン濃度が上昇し、槽体１ａ内に注入されたマグネシウムイオンと同時に水酸化物イオンも多量に消費されて不足すると、これに伴って槽体１ａ内のｐＨが低下するため、そのｐＨ値を所定の値に戻すべくアルカリ溶液の注入量が増加する。すると、このアルカリ溶液とマグネシウム溶液との注入量比が正常な状態から変動するため、この注入量比を正常の注入量比に戻すべくマグネシウム溶液の注入量を増加させることになる。反対に廃水中のリン酸イオン濃度が低下すると、同様な作用によって両者の注入量比を正常に戻すべくマグネシウム溶液の注入量を減少させることになる。
【００２３】
この制御方法をフローチャートで表すと図２のようになる。すなわち、アルカリ溶液の単位時間当たりの注入量は流量指示積算流量計１１ｂ、マグネシウム溶液の単位時間当たりの注入量は流量指示調節積算計１５ｂでそれぞれ常時モニタリングされており、この流量比が初期の設定範囲内にある場合には廃水中のリン酸イオン濃度と注入されるマグネシウムイオンとの量が等モルであり、適量のマグネシウムイオンが注入されていると判断して、その流量比を維持すべくマグネシウム剤注入ポンプ１５ａの流量制御を停止する。しかしながら、この流量比が設定範囲を外れ、設定範囲を超えた場合には、廃水中のリン酸マグネシウム濃度が上昇してマグネシウムイオンの注入量が不足したと判断してポンプ１５ｂからのマグネシウム剤の注入量を増加させる。一方、この流量比が設定範囲を下回った場合には廃水中のリン酸マグネシウム濃度が減少してマグネシウムイオンの注入量が過多となったと判断してポンプ１５ｂからのマグネシウム剤の注入量を減少させる。そして、このようなマグネシウム剤の流量制御を行ってその流量比が設定の範囲に収まったなら制御を停止すると共に、その流量比を常時モニタリングしておくことになる。
【００２４】
これによって、廃水中のリン酸イオン濃度が変動しても、そのリン酸濃度に応じた最適な量のマグネシウムイオンを常に廃水中に注入することが可能となり、従来のようなマグネシウムイオンの注入量の過不足による不都合を未然に防止することができる。尚、本実施の形態では、反応容器１の上流側の設けられたｐＨ調整手段２としてタンク２ａ及び攪拌手段５を備えた場合で説明したが、このようなタンク２ａ及び攪拌手段５を省略し、廃水供給ライン６に直接ｐＨ指示調節計６ａを備えると共に、アルカリ剤注入ライン１２を接続するようにその構成を簡略化しても良い。
【００２５】
【実施例】
次に、本発明の具体的実施例を説明する。
【００２６】
図１に示すような構成をした脱リン装置を用い、マグネシウム剤（ＭｇＣｌ ₂・６Ｈ₂Ｏ）の注入量を一定にしておき、リン酸イオン濃度を表１のように変化させて消費ＮａＯＨ／マグネシウム溶液の注入量比と、リン酸態リン除去率をモニタリングし、その結果を表１に示す。尚、表１中、RUN １は定常状態、RUN ２はリン酸イオン濃度上昇によるマグネシウム剤注入量不足状態、RUN ３はマグネシウム剤注入量増加による最適運転状態、RUN ４はリン酸イオン濃度再低下によるマグネシウム剤注入量過多状態、RUN ５はマグネシウム剤注入量再減少による定常状態への復帰状態を示したものである。
【００２７】
【表１】

【００２８】
この結果、表１からも明らかなように、流入リン酸態リン濃度が異なる場合でも、マグネシウム剤を適量注入したRUN １，３，５では消費ＮａＯＨ／マグネシウム溶液の注入量比がいずれも一致しているのに対し、マグネシウム剤の注入量が過不足しているRUN ２，３では消費ＮａＯＨ／マグネシウム溶液の注入量比が大きく変動していることがわかる。従って、消費ＮａＯＨ量とマグネシウム溶液の注入量を単位時間で測定し、これらの比をモニタリングし、この比が定常状態と異なる場合、例えば、マグネシウム剤注入ポンプの吐出量を自動的に増減させて上記比を設定値に合わせるだけで、常に最適なマグネシウム剤の注入量が得られ、処理性能の安定化とマグネシウム剤の消費量を抑えることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、廃水中のリン酸イオン濃度が増減に応じて、常に最適量のマグネシウムイオンを供給して効率の良い除去反応を行うことができるため、リン酸イオンの流出による不都合を未然に防止すると共に、ランニングコストの上昇を抑えることができる等といった優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す構成図である。
【図２】マグネシウム剤の注入制御を示すフローチャートである。
【図３】従来の脱リン装置の一形態を示す説明図である。
【符号の説明】
１反応容器
１ａ槽体
２ｐＨ調整手段
３アルカリ剤注入手段
４マグネシウム剤注入手段
６ａ，１５ａ流量可変ポンプ
１１ｂ流量指示積算流量計
１５ｂ流量指示調節積算計
１３，１４ｐＨ指示調節計

Claims

リン酸イオン（ＨＰＯ₄ ^2-）とアンモニウムイオン（ＮＨ₄ ⁺ ）を含む廃水を反応容器内に連続して流し込むと共に、この廃水中にマグネシウムイオン（Ｍｇ²⁺）と水酸化物イオン（ＯＨ^- ）とを連続して注入しながら、上記リン酸イオンとアンモニウムイオンをリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭｇＮＨ₄ ＰＯ₄ ・６Ｈ₂ Ｏ）として反応容器内に生成・不溶化させるようにした廃水中の脱リン方法において、上記反応容器内の廃水のｐＨの変動を常時検出して、このｐＨ値が常時所定の範囲に維持されるように上記水酸化物イオンの注入量を制御すると共に、この水酸化物イオンの注入量に応じて上記マグネシウムイオンの注入量を増減するようにしたことを特徴とする廃水中の脱リン方法。
リン酸イオン（ＨＰＯ₄ ^2-）とアンモニウムイオン（ＮＨ₄ ⁺ ）を含む廃水中に任意量のアルカリ溶液を注入して所定のｐＨに調整するｐＨ調整手段と、このｐＨ調整手段で所定のｐＨに調整された廃水を連続して流し込むと共に、その廃水中に水酸化物イオンとマグネシウムイオンを注入してリン酸イオンとアンモニウムイオンを廃水中から除去する反応容器と、この反応容器内の廃液のｐＨを常時検出するｐＨ指示調節計と、このｐＨ指示調節計で検出された廃液のｐＨ値に応じて上記水酸化物イオンを注入するアルカリ剤注入手段と、この水酸化物イオンの注入量に応じて上記マグネシウムイオンの注入量を増減するマグネシウム剤注入手段とを備えたことを特徴とする廃水中の脱リン装置。