JP4186251B2 - 脱リン装置 - Google Patents
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Description
【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、回収する装置に係り、特にリン除去を安定して行うことができる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方法として、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方法が提案されている。
【0003】
このMAP生成反応を利用する従来の脱リン装置は、MAP粒子を充填した反応塔に、リン含有水を上向流で通水し、マグネシウム塩を添加すると共に必要に応じてアルカリを添加してpH8以上に調整し、空気曝気でMAP充填層を流動させ、MAP粒子を撹拌混合して造粒する流動床型式で行われている。
【0004】
特許第2576679号公報には、このような流動床型式の脱リン装置において、リンの除去効率を高めると共に、MAP粒子の肥大化を促進するために、処理水の一部を反応塔下部に循環する循環手段を設けることが記載されている。
【0005】
即ち、反応塔に導入されるリン濃度が過度に高いと、反応塔中において微細なMAP粒子が析出し、この微細なMAP粒子がそのまま処理水と共に反応塔から流出するようになり、処理水質が悪化すると共にMAPの回収率が低くなる。処理水の一部を反応塔下部に循環させて反応塔内部のリン濃度を低下させることにより、このような微細なMAP粒子の析出を防止することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように処理水の一部を循環させて反応塔内部のリン濃度を所定以下とするように制御する場合、原水中のリン濃度が著しく高いときや原水導入量が多いときなどリン負荷が増大したときには循環水量もそれに応じて多くなり、循環用の動力コストが嵩むと共に、反応塔内部の上昇流速が過大となり、MAP粒子が反応塔から流失し易い。
【0007】
また、原水リン濃度が低下した場合や原水導入量が減少したときなどリン負荷が低下した場合、それに合わせて処理水循環量を減少させるのであるが、原水のリン濃度や水量の変動に処理水循環の減少が間に合わず、反応塔内のリン濃度が過度に低くなり、リン除去効率が低下することもある。
【0008】
本発明は、このような問題点を解決し、大径のMAP粒子を効率よく生成させ、安定して脱リンを行うことができる脱リン装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の脱リン装置は、原水を反応塔下部から導入し、原水中のリンをMAPとして除去し、処理水の一部を反応塔上部より取り出して該反応塔の下部に循環させる脱リン装置において、原水と該循環水とを混合して該反応塔の下部に導入するようにした脱リン装置であって、原水と循環水との混合水のリン濃度を検出する検出手段と、この検出手段の検出値に応じて、該混合水のリン濃度を前記処理水のリン濃度よりも10〜20mg/L高くすることで、反応塔内の正リン酸態リン濃度が20〜30mg/Lとなるように、該混合水の反応塔下部への導入量を制御する手段とを設けたことを特徴とするものである。
【0010】
かかる本発明の脱リン装置においては、原水と循環水とを混合して反応塔下部に導入すると共に、この混合水中のリン濃度に応じて混合水の反応塔への導入量を制御するため、反応塔内のリン濃度を確実に所定範囲内とすることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0012】
図1は本発明の実施の形態に係る脱リン装置を示す模式的な縦断面図である。
【0013】
反応塔1の下部はMAP粒子を引き抜き易いようにコーン状とされている。この反応塔1の下部にはMgCl2等のマグネシウム塩溶液(マグネシウム塩を含有するものであれば良く、海水であっても良い。)の供給管3、アンモニア溶液あるいはNH4Clなどのアンモニウム塩水溶液の供給管4、及びNaOH等のアルカリ剤の供給管5が接続され、底部にはMAP粒子の排出管6が設けられている。6aはバルブを示す。
【0014】
反応塔1内の下部には散気管10が設けられている。
【0015】
反応塔1内の上部から処理水の一部を貯槽8へ抜き出すための配管7が設けられており、配管7に第1のポンプP1が設けられている。この貯槽8へは原水配管2から原水も供給される。この貯槽8内において混合された循環水と原水との混合水は、第2のポンプP2を有した配管9によって反応塔1の下部に導入される。
【0016】
この貯槽8内の水の一部を分析計11に取り出してリン濃度を分析し、この分析値(リン濃度)を制御回路12に入力し、リン濃度に応じてポンプP1及びP2の吐出量を制御する。例えば、ポンプP1、P2の回転数を制御する。
【0017】
分析計は何でも良いが、測定結果が速く得られるものが好ましい。例えば、フローインジェクション法、イオンクロマト法等を採用する自動分析計が好ましい。なお、リン濃度としては正リン酸態のリン濃度を測定するのが好ましい。
【0018】
反応塔1の上部には溢流堰13を介して処理水の取出管14が接続されている。15はpH計を示す。
【0019】
以下に、この脱リン装置の作動において説明する。なお、配管7への水の取り出し口から散気管10までの範囲を反応部ということがある。
【0020】
反応塔1では、MAPが析出するpH条件、即ちpH8〜10となるように、供給管5よりNaOH等のアルカリ剤が注入される。また、MAPの析出にマグネシウムが不足する場合には、供給管3よりMgCl2等のマグネシウム塩溶液を注入し、アンモニア成分が不足するときには供給管4からアンモニア溶液やアンモニウム塩溶液を注入する。
【0021】
反応塔1内では、既に析出しているMAP粒子を種晶としてMAPが析出し、成長する。即ち、配管9からの混合水の導入及び散気管10からの曝気によりMAP粒子が流動状態となり、このMAP粒子の表面に新たなMAPが析出し、MAP粒子が粒成長する。
【0022】
このMAPの析出プロセスにおいて、反応塔1内の反応部のリン濃度が過度に高いと、MAPの微小結晶が種晶表面以外の箇所で析出(自己析出)し、大粒のMAP粒子が得られないという不具合があるが、この脱リン装置では、原水と反応塔1の処理水との混合水をポンプP2により反応塔1の下部に導入し、且つこの導入量を混合水のリン濃度に応じて制御することにより、反応塔1内の反応部のリン濃度を適正範囲に調節することができる。
【0023】
これにより反応塔1内において、MAPが微小結晶として自己析出することがなく、殆ど種晶のMAP粒子の表面でのみ析出してMAP粒子の大粒子化を促進する。
【0024】
反応塔1の下部に導入される混合水中のこのリン濃度は、反応塔1から取り出される処理水中のリン濃度よりも10〜20mg/L高い。この処理水中の正リン酸態リンの濃度は、Mg、NH4の濃度、pHによっても異なるが、通常は10mg/L程度であるため、反応塔1内の反応の正リン酸態リン濃度を20〜30mg/Lに設定する。
【0025】
正リン酸態リンの濃度を分析する場合、図の通り、貯槽8から抜き出した混合水を分析するのが望ましいが、配管9から抜き出した混合水を分析しても良い。
【0026】
分析計11で分析されたリン濃度が所定範囲よりも高いときにはポンプP1及びP2の回転数をあげる。このポンプP1及びP2の回転数を増加させると、配管7、9を介して循環する処理水量が増大し、配管9から反応塔1に導入される混合水中のリン濃度が低下し、反応塔1内のリン濃度の過度な上昇を抑制することができる。
【0027】
逆に、リン濃度が所定範囲よりも低い場合は回転数を下げて混合水の導入量を減らす。ポンプP1、P2の回転数を低下させると、配管7、9を介して循環する処理水量が減少し、配管9から反応塔1内に導入される混合水中のリン濃度が上昇し、反応塔1内のリン濃度の過度な低下を抑制することができる。
【0028】
ポンプ回転数の制御はPID制御が望ましいが、単なる比例制御でも良く、これら以外の制御方式によっても良い。
【0029】
MAPの析出によりリン濃度が低下した処理水は、反応塔1内を上昇し、溢流堰13を越流して取出配管14より排出される。
【0030】
反応塔1内のMAP粒子量が所定以上になったときには、反応塔1下部の排出管6より間欠的に又は連続的に取り出す。
【0031】
図1の実施の形態では、原水と循環される処理水とを貯槽8に導入して混合しているが、図2のように循環配管7に原水供給管2を接続し、配管9内において原水と処理水を混合するようにしても良い。(配管9内にラインミキサを設けても良い。)この場合、配管9にリン濃度の分析計11を設け、この分析結果に基づいて制御器12により配管7、2のポンプP1及びP3の少なくとも一方を制御すれば良い。ポンプP1の回転数を増加させれば、図1の場合と同時に配管9内の混合水のリン濃度が低下し、ポンプP1の回転数を低下させれば該混合水のリン濃度が増加する。ポンプP3の回転数を増大させると、該混合水中のリン濃度が増加し、ポンプP3の回転数を減少させると、該混合水中のリン濃度が低下する。
【0032】
【実施例】
以下に実験例1、比較例1及び実施例1を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【0033】
図1において、内径30mm、高さ2000mmの反応塔1に粒径0.8〜1.5mmのMAP粒子を500mL詰めた。リン酸1カリウムをリンとして60mg/L含む合成排水(原水)を100mL/minの割合で貯槽8に供給した。
【0034】
配管3、4からは塩化マグネシウム水溶液及び塩化アンモニウム水溶液を塩化マグネシウム2g/hr、塩化アンモニウム1.5g/hrの割合で供給した。pH計15の検出pHが8.7となるように配管5からNaOHを供給した。
【0035】
貯槽8内のリン濃度を測定するため、分析計11としてサヌキ工業(株)製フローインジェクション自動分析計FI3000型を設置し、その出力に基づいてPID制御器12によりポンプP1、P2の回転数を制御しうるようにした。
【0036】
[実験例1]
原水の流量を上記の通り100mL/minとした状態で処理水の循環量を200mL/minとして通水した結果、処理水の正リン酸態リンの濃度は7.0mg/L、全リンは8.2mg/Lであった。
【0037】
[比較例1]
実験例1の条件で通水中に、原水中のリン濃度を60mg/Lから150mg/Lへ増大させた。なお、分析計11及び制御器12は停止させておいた。その結果、処理水の正リン酸態リンは7.1mg/Lで大きな変化はなかったが、全リンは29mg/Lに急激に増加した。
【0038】
[実施例1]
実験例1と同じくリン濃度60mg/Lの原水を100mL/minで貯槽8に供給すると共に、貯槽8内のリン濃度が25mg/LとなるようにポンプP1、P2の回転数をPID制御器12によって制御すべく分析計11及び制御器12を作動させた。
【0039】
そこで、再び原水の正リン酸態リンの濃度を60mg/Lから150mg/Lへと上昇させた結果、処理水の正リン酸態リンは7.1mg/L、全リンは8.5mg/Lと殆ど変化しないことが認められた。
【0040】
【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、原水のリンをMAP粒子として除去、回収する脱リン装置において、原水中のリン濃度や原水流量が変動しても安定してリンを除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る脱リン装置を示す断面図である。
【図2】本発明の別の実施の形態に係る脱リン装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1 反応塔
7,9 循環用配管
8 貯槽
10 散気管
11 分析計
12 制御器
13 溢流堰
15 pH計
Claims (1)
- 原水を反応塔下部から導入し、原水中のリンをMAPとして除去し、処理水の一部を反応塔上部より取り出して該反応塔の下部に循環させる脱リン装置において、原水と該循環水とを混合して該反応塔の下部に導入するようにした脱リン装置であって、
原水と循環水との混合水のリン濃度を検出する検出手段と、
この検出手段の検出値に応じて、該混合水のリン濃度を前記処理水のリン濃度よりも10〜20mg/L高くすることで、反応塔内の正リン酸態リン濃度が20〜30mg/Lとなるように、該混合水の反応塔下部への導入量を制御する手段とを設けたことを特徴とする脱リン装置。
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