JPH024360B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は有機物およびリン酸塩を含む水の脱
リン方法に関するものである。

下水、廃水などの有機物およびリンを含む水か
ら有機物およびリンを除去するために、生物学的
な脱リン方法が提案されている。この方法はリン
酸塩等のリンを含む原水を返送汚泥と混合し、嫌
気槽に30〜360分間滞留させ、次いで曝気槽で90
〜360分間滞留させて、リンとともにBODを除去
し、曝気液は沈殿槽において処理水と沈殿汚泥に
分離し、この沈殿汚泥の一部を返送するとともに
残部を余剰汚泥として排出するものである。

このような処理法により発生する余剰汚泥に
は、ポリリン酸の形で多量のリンが含まれてい
る。従来のリンを含む汚泥の処理方法は一般的な
汚泥処理方法と同様に、汚泥濃縮槽で濃縮したの
ち、脱水処理あるいは消化処理を行つているが、
汚泥濃縮槽等において嫌気性に保たれた際に汚泥
中のリンが正リン酸となつて溶出するという問題
があつた。

このようにリンが溶出した分離液を生物処理工
程にそのまま返送すると、原水中のリン濃度が高
くなるため、消石灰を添加してリン酸カルシウム
として沈殿させているが、生成するリン酸カルシ
ウムは微細なため、固液分離が困難であり、また
濃縮された汚泥が嫌気状態に維持させると、さら
にリンが溶出し、別途処理する必要があるなどの
問題もあつた。

この発明は以上のような従来の問題点を改善す
るためのもので、生物学的脱リン工程の処理水を
脱リン剤によりさらに脱リン処理するとともに、
性能低下した脱リン剤をアルカリ等の再生剤で再
生し、再生廃液を余剰汚泥とともに嫌気処理する
ことにより、高度の脱リンを行うとともに余剰汚
泥および再生廃液を効率的に処理することができ
る脱リン方法を提供することを目的としている。

この発明は原水を返送汚泥と混合して、嫌気性
処理工程および好気性処理工程を含む生物学的脱
リン工程により処理したのち固液分離し、分離液
を脱リン剤と接触させてさらに脱リンするととも
に、性能低下した脱リン剤を再生剤により再生
し、分離汚泥は一部を前記嫌気処理工程に返送す
るとともに、余剰汚泥を前記脱リン剤の再生廃液
とともにカルシウムイオンの存在下にPH６〜9.5
の条件下に嫌気性状態に維持し、前記汚泥からリ
ンを溶出させて結晶化することを特徴とする脱リ
ン方法である。

以下、本発明を図面により説明する。図面は本
発明の一実施態様を示す系統図である。図面にお
いて、１は最初沈殿槽、２は脱窒槽、３は嫌気
槽、４は好気槽、５は最終沈殿槽、６は脱リン塔
で、シリーズに接続されている。

まず生物学的脱リン工程から説明する。図面の
最初沈殿槽１は必ずしも必要ではないが、原水管
７から流入する原水を沈殿分離し、固形物を沈殿
汚泥として排泥管８から排出するものである。沈
殿槽１の上澄水は、返送管９の返送汚泥とともに
原水供給管１０から脱窒槽２へ供給する。

脱窒槽２および嫌気槽３はほぼ同様の構成とな
つており、空気を遮断した状態で緩やかに攪拌し
て、嫌気処理を行えるようになつている。脱窒槽
２は嫌気性処理工程に含まれ、返送汚泥中に硝酸
イオンまたは亜硝酸イオンが含まれる場合に脱窒
するためのもので、これらが含まれない場合には
省略してもよい。ここで硝酸イオンまたは亜硝酸
イオンを含む返送汚泥と原水とを混合して嫌気性
に保つと、脱窒細菌が優勢となつて、硝酸イオン
および亜硝酸イオンが消費されて窒素として放出
される。

こうして硝酸イオンおよび亜硝酸イオンが消費
された混合液を嫌気槽３に移し、脱窒と同様の操
作で嫌気性処理工程を行う。嫌気槽３では硝酸イ
オンおよび亜硝酸イオンが存在しないため、脱窒
細菌を含む通性嫌気性菌は体内のリンをエネルギ
ー源として消費し、リンを放出し、BODを吸着
ないし吸収する。返送汚泥中に硝酸イオン等が存
在しない場合で、かつ、脱窒槽２を省略した場合
も同様の現象が起こる。嫌気槽３の混合液は一部
づつ連絡管１１から好気槽４へ送り、好気槽４に
おいて散気管４ａから通気して曝気し、好気性処
理工程を行う。ここで活性汚泥中の微生物は液中
のリンを摂取するとともに、BODを分解する。
こうして混合液中の有機物およびリン酸塩は除去
される。曝気された混合液は一部づつ連絡管１２
から最終沈殿槽５に送つて沈殿分離を行い、沈殿
固形分は排泥管１３から取出し、一部を返送汚泥
として返送管９から返送し、残部を余剰汚泥とし
て排出する。上澄水は連絡管１４から脱リン塔６
へ送り生物学的脱リン工程を終る。

脱リン塔６は中に脱リン剤６ａが充填されてお
り、生物学的脱リン工程の処理水をこれと接触さ
せることにより、２次的な脱リン処理が行われ
る。脱リン剤６ａとしてはリン鉱石、骨炭、活性
アルミナなど溶液中のリン（リン酸塩）をその表
面または内部に吸着ないし固定できるものが使用
できる。これらは生物学的脱リン工程の処理水を
接触させることにより、物理的な吸着を行うこと
もできるが、結晶種として晶析を行い、脱リンし
てもよい。

前記例示の脱リン剤はいずれも吸着作用を有す
るが、特に活性アルミナが吸着作用を利用するの
に適している。リン鉱石および骨炭は吸着作用を
利用することもできるが、むしろリン酸カルシウ
ムを含む結晶種として晶析を行うのに適してい
る。

吸着作用を利用する場合は、脱リン塔６に脱リ
ン剤６ａを充填して固定層を形成し、生物学的脱
リン工程の処理水を通水すると、溶解性のリンと
ともにSS性のリンも除去でき、最終処理水中の
リン濃度は0.1mg／以下となる。吸着平衡に達
してリンの除去活性が低下した脱リン剤６ａは再
生剤として接触させることによつて再生する。再
生剤はリン鉱石および骨炭の場合は消石灰、酸な
ど、活性アルミナの場合は水酸化ナトリウム、水
酸化カリウム、消石灰などが使用できる。

図面の脱リン塔６は脱リン剤６ａを結晶種とし
て晶折を行う場合を示しており、この場合の脱リ
ン剤６ａはリン酸カルシウムを含む結晶種を使用
し、晶析を行う。晶析は生物学的脱リン工程の処
理水を、薬注管１５からカルシウム剤および（ま
たは）アルカリ剤を注入し、カルシウムイオンの
存在下であつて、かつPH６以上の条件下にリン酸
カルシウムを含む結晶種と接触させることによ
り、液中のリンをリン酸カルシウムとして析出さ
せ除去するものである。このときに起こる反応は
反応条件によつて異なるが、通常は次式によつて
表わされる。

5Ca²⁺＋3HPO₄ ^2-＋4OH^-→Ca₅（OH）（PO₄）₃＋3H₂O…(1) リン酸カルシウムを含む結晶種としては、ヒド
ロキシアパタイト〔Ca₅（OH）（PO₄）₃〕、フルオ
ロアパタイト〔Ca₅（Ｆ）（PO₄）₃〕またはリン酸
三石灰〔Ca₃（PO₄）₂〕などのリン酸カルシウムを
含む結晶種が使用でき、天然のリン鉱石または骨
炭はこれらのリン酸カルシウムを主成分としてお
り、結晶種として適している。また、砂などの
材面にリン酸カルシウムを析出させた結晶種も用
いることができる。結晶種としては反応によつて
生成するリン酸カルシウムと同種のリン酸カルシ
ウムを主成分とするものが望ましい。例えばヒド
ロキシアパタイトを生成する系では、ヒドロキシ
アパタイトを使用すると新しい結晶の析出が円滑
に行われ、リン酸塩の除去が効率的に行われ、除
去率が上がる。

水中に存在させるカルシウムイオンや水酸イオ
ンは、原水中に初めから存在する場合には外部か
ら添加する必要はないが、原水中に存在しない場
合または不足する場合には外部から添加する。添
加量は反応当量よりも過剰量とするが、あまり多
量に添加すると結晶種以外の場所で微細な沈殿が
析出したり、また炭酸カルシウム等の不純物が生
成する場合があるから、これらが生成しない範囲
とすべきである。すなわち、カルシウムイオンお
よび水酸イオンの量は、(1)式において生成するヒ
ドロキシアパタイトの溶解度より高く、過溶解度
よりは低い濃度、すなわち準安定域の濃度のヒド
ロキシアパタイトが生成する条件とする。ここで
過溶解度とは反応系に結晶種が存在しない場合に
結晶が析出し始める濃度である。すなわち過溶解
度より高い濃度では、結晶種の存在しないところ
に新たな結晶が析出して微細な沈殿を生成し床
の目詰りが生ずるが、過溶解度より低い準安定域
では結晶種の上に新たな結晶が析出して結晶が成
長するだけで沈殿は生成しない。また溶解度より
低い系では結晶は析出しない。

ヒドロキシアパタイトの生成する量は反応系の
リン酸イオン濃度、カルシウムイオン濃度および
PHによつて支配される。生成したヒドロキシアパ
タイトの量を準安定域内にするカルシウムイオン
の量およびPH値は、反応系ごとにこれらの値を変
えて実験的に求めることができる。おおよその範
囲は、リン酸イオン50mg／以下の場合におい
て、カルシウムイオンが10〜100mg／、PHが６
〜12程度であるが、それぞれの条件によつて変動
する。

生物学的脱リン工程の処理水と脱リン剤６ａと
の接触方法は固定床式でも流動床式でもよい。結
晶種の大きさは小さいものほど表面積が大きいた
め新しい結晶が析出しやすいが、あまり小さいと
結晶種と水の接触または分離に困難を伴う。また
粒径があまり大きいと単位充填量当りの比表面積
が小さいから、通常は９〜300メツシユ程度のも
のを使用する。このうち大きいものは固定床に適
し、小さいものは流動床に適する。固定床の場合
９〜35メツシユの粒径の結晶種を充填し、流速
SV1〜5hr^-1で上向流または下向流で通水してリ
ン酸カルシウムの結晶を析出させる。図面の脱リ
ン塔６は固床床式で上向流通水により晶析を行う
場合を示している。

脱リン塔６における晶析により、液中のリンは
(1)式により脱リン剤６ａの表面に晶出し、除去さ
れる。晶析により低リン濃度となつた処理水は処
理水管１６から排出される。

通水中に結晶種表面が汚染されたり、目詰りを
起こすことがあれば、定期的に上向流による洗浄
（逆洗）を行つて結晶種床を展開して洗浄し、表
面に付着した不純物を剥離することが望ましい。
逆洗時の通水条件としては、流速は20〜80ｍ／hr
程度、洗浄時間は５〜60分程度である。

以上のような晶析操作を継続していると、脱リ
ン剤６ａの性能が低下するので、好ましくはアル
カリ溶液特に消石灰溶液と接触させて再生する。
この場合の再生は結晶種の再活性化であり、結晶
種表面におけるリン含有量に対するカルシウム含
有量および水酸イオン含有量を多くして脱リン活
性を回復するためのもので、例えばカルシウムイ
オンを含むアルカリ溶液を薬注管１７から注入
し、脱リン剤６ａと接触させる。再生廃液は廃液
管１８から取出し、再生廃液貯槽１９に貯留す
る。晶析法の場合の再生廃液の上澄液はリン含有
量が少ないので、アルカリ剤またはカルシウム剤
として返送管２０から晶析工程へ戻すことができ
る。

再生廃液貯槽１９の沈殿固形分を含む再生廃液
（吸着法の場合は再生廃液の全体）は生物学的脱
リン工程の余剰汚泥とともに処理する。すなわち
汚泥滞留槽２１に、排泥管１３から余剰汚泥を導
入するとともに、廃液管２２から再生廃液を導入
し、ここで、薬注管２３から消石灰を添加して、
カルシウムイオンの存在下であつて、かつPH６〜
9.5の条件下、すなわちリン酸カルシウムが生成
する条件下に１〜２日間滞留させ、空気を遮断し
た状態で緩やかに撹拌して嫌気処理を行う。なお
余剰汚泥を汚泥滞留槽２１に導入する際、予め遠
心濃縮機等（図示せず）で濃縮しておくと、汚泥
滞留槽２１の槽容量が小さくてすみ、好ましい。
汚泥滞留槽２１の構造は脱窒槽２および嫌気槽３
と同様の構造となつているが、段階的に蛇行して
流れるように複数の室に分割されており、薬注管
２３は各室に分流して接続し、第１室２１ａに排
泥管１３および廃液管２２が接続し、最終室２１
ｎから連絡管２４が濃縮槽２５に接続している。

リンを含む汚泥からは石灰の添加の有無に拘ら
ずに汚泥中に含まれるリンが溶出する。この現象
は嫌気槽３においてリンが溶出するのと同じ現象
である。汚泥滞留槽２１では薬注管２３から消石
灰が添加され、ヒドロキシアパタイトが生成する
条件に保たれているので、溶出したリンが所定濃
度（過溶解度）以上になつたときに、リン酸イオ
ンとカルシウムイオンの反応によつてリン酸カル
シウムの微細な結晶が発生する。それ以後の時間
経過によつて汚泥中から放出されるリンは、常に
リン酸カルシウムの溶解度より高く、かつ過溶解
度以下の条件（準安定域）で、リン酸カルシウム
の結晶と接触することになるため、結晶の成長現
象によつてリン酸イオンが不溶化されていく。

再生廃液中のリンは余剰汚泥中のリンとともに
リン酸カルシウムとなつて析出し、また再生廃液
中のカルシウムイオンおよび（または）水酸イオ
ンはリン酸カルシウムの生成のために有効利用さ
れる。

リン酸カルシウムの生成によつて消石灰は消費
されていくので、汚泥滞留槽２１に薬注管２３か
ら消石灰を分注し、常にリン酸カルシウムが生成
する条件に保つ。リン酸カルシウムが生成する条
件とは、カルシウムイオンの存在下であつて、か
つPH６〜9.5の範囲であり、汚泥の性状あるいは
生成させるリン酸カルシウムの種類等によつて具
体的には異なつてくる。生成させるリン酸カルシ
ウムとしては、溶解度が小さいヒドロキシアパタ
イトが好ましく、この場合、カルシウムイオン10
〜100mg／、PH６〜9.5である。ヒドロキシアパ
タイトが生成する場合の反応は前記(1)式により表
わされる。

PH６未満では溶解度の低いリン酸カルシウムが
生成せず、またPH9.5を越えると、汚泥の沈降性
が悪くなり、以後の汚泥濃縮、脱水に悪影響を及
ぼす。カルシウムイオンの濃度は、最初にリン酸
カルシウムの過溶解度以上となり、それ以後は準
安定域となればよく、この濃度はリン濃度および
PHと相関性を持つので、上限はなく、一度に必要
量（溶出するリンと等モル程度）を添加してもよ
いし、分注してもよい。この場合消石灰は所定PH
を維持する限度とし、残部は炭酸カルシウム、塩
化カルシウム等とすることができる。

カルシウムイオンはリンが溶出し始める前に添
加しておく必要があり、リン濃度が高くなつてか
ら消石灰を添加すると、凝集反応により微細な結
晶が多量に生成するため、固液分離が困難とな
る。これに対し本発明のようにリンの溶出前にカ
ルシウムイオンを存在させ、所定PHに維持する
と、最初に少量の微細結晶が析出し、これが順次
晶析により生長するとともに、結晶が汚泥に付着
し、一体となつた形で反応が進行するので、汚泥
の沈降性が良くなるとともに、脱水性も改善され
る。また析出したリン酸カルシウムはヒドロキシ
アパタイトで代表される溶解度の極めて小さい結
晶となつているため、通常の条件下（PH中性領
域）では、嫌気、好気などの条件変動にかかわり
なく安定化しているのでその後の取扱が容易であ
る。

汚泥滞留槽２１における嫌気度を高めるため
に、汚泥管２６から初沈汚泥を混合して処理して
もよく、これによりリンの放出速度を速めること
ができるとともに、汚泥滞留槽２１における滞留
時間をコントロールすることができる。この場
合、初沈汚泥を混合しても、リン酸カルシウム結
晶からリンが溶出することはない。

汚泥滞留槽２１で嫌気処理を行つた汚泥は連絡
管２４から濃縮槽２５に導入され、ここで固液分
離して濃縮される。汚泥滞留槽２１を出る汚泥は
PH８以上となつていることが多いが、濃縮槽２５
で滞留中に晶析が進行してPHが中性付近（PH７〜
7.5）に低下し、カルシウム濃度も低下すること
があるので、薬注管２７から石灰、炭酸カルシウ
ム、塩化カルシウム等を添加してリン酸カルシウ
ムが生成する条件を維持し、濃縮槽２５で汚泥か
ら溶出するリンをリン酸カルシウムにするのが望
ましい。汚泥はリン酸カルシウム結晶を含むため
沈降性は良く、濃縮効果は大きい。

濃縮槽２５の分離液は若干のリンを含むので、
返送管２８から原水供給管１０へ返送する。濃縮
汚泥はそのまま脱水処理してもよいが、図面では
混合槽２９において薬注管３０から石灰、炭酸カ
ルシウム、塩化カルシウム等を添加、混合して消
化槽３１で消化処理するようになつている。消化
槽３１にも必要により薬注管３２から石灰等を添
加し、リン酸カルシウム生成条件に維持すること
ができる。消化汚泥は汚泥管３３から排出される
が、必要により第２消化槽（図示せず）において
さらに消化してもよい。消化槽３１においても嫌
気性に保たれるのでリンが溶出するが、リン酸カ
ルシウムとして固定され、一方リン酸カルシウム
からのリンの溶出はない。消化槽３１では結晶が
十分成長しており、高温で滞留時間が長いため晶
析効果が大きく、リン除去率も高い。

濃縮槽２５の濃縮汚泥を直接脱水するには、凝
集剤等を添加してフロツクを生成させ、脱水機に
より脱水する。この場合もリン酸カルシウム生成
条件を維持することにより、リンが分離液に漏出
するのを防ぐことができる。この分離液も若干の
リンを含むため原水供給管１０へ返送される。脱
水は通常濾過脱水、遠心脱水等が行われるが、リ
ン酸カルシウムが付着しているため、脱水性は良
く、ケーキの広がり、ケーキ剥離性も改善され、
ベルトプレス型脱水機では面圧増加が可能であ
る。

なお、以上の説明において、脱リン剤６ａは前
記例示のものに限らず、他のものでもよい。また
嫌気槽３、好気槽４、汚泥滞留槽２１等の構造は
変更可能である。さらに本発明の処理対象となる
原水はリンを含むものであれば特に制限はない。

以上説明してきたように、この発明によれば、
原水を生物学的脱リン工程において処理し、その
処理水を脱リン剤によりさらに脱リン処理すると
ともに、性能低下した脱リン剤をアルカリ等の再
生剤で再生し、再生廃液を余剰汚泥とともに嫌気
処理するように構成したので、高度の脱リンを行
い、原水のリン濃度が変動する場合でも安定して
処理を行うことができるとともに、再生廃液中の
カルシウムイオンおよび（または）水酸イオンを
有効に利用して余剰汚泥および再生廃液中のリン
を結晶化でき、これにより余剰汚泥および再生廃
液を効率的に処理することができ、さらに生成す
る汚泥の処理を容易にすることができるなどの効
果が得られる。

実施例 PH7.0、アルカリ度100mg／、リン濃度４mg／
、BOD100mg／の合成下水を返送汚泥と混合
して嫌気槽に0.85hr滞留させた後、好気槽に
2.0hr滞留させ、MLSS2000〜4000mg／で好気
処理し、最終沈殿槽において固液分離した。分離
汚泥は返送率30％となるように、一部を嫌気槽へ
返送し、残部を余剰汚泥として汚泥滞留槽に導入
し、消石灰でPH６〜9.5に維持して、撹拌下に40
時間滞留させた。

一方上澄液は消石灰を添加してPH9.0、カルシ
ウム濃度40mg／とした後、晶析に約１年間使用
した16〜32メツシユのリン鉱石を150ml充填した
脱リン塔にSV2で上向流通液して晶析を行い、上
記脱リン塔は0.5回／日の割合で逆洗した。約１
ケ月後脱リン塔の通液を停止し、1.1ｇ／の消
石灰溶液を脱リン塔に循環通液して脱リン剤を再
生した。再生後前記と同様に運転を再開するとと
もに、再生廃液を貯留後汚泥滞留槽へ供給した。

上記の処理の結果、最終処理水中のリン濃度は
常に0.1mg／以下に維持され、汚泥滞留槽から
排出された汚泥の沈降性は大幅に改善され、分離
液中のリン濃度は20mg／以下に維持された。汚
泥滞留槽における消石灰の注入量は再生廃液注入
前は1300mg／であつたが、再生廃液を余剰汚泥
量の約２割を連続注入した場合1150mg／になつ
た。

また上記実施例において、脱リン剤として32〜
60メツシユの活性アルミナを使用し、生物学的脱
リン工程の処理水を何ら調整することなく通液し
てリンを吸着させ、10ｇ／の水酸化ナトリウム
で再生した場合も、最終処理水中のリン濃度は
0.1mg／以下に維持することができた。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施態様を示す系統図であ
り、１は最初沈殿槽、２は脱窒槽、３は嫌気槽、
４は好気槽、５は最終沈殿槽、６は脱リン塔、１
９は再生廃液貯槽、２１は汚泥滞留槽、２５は濃
縮槽、３１は消化槽である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原水を返送汚泥と混合して、嫌気性処理工程
   および好気性処理工程を含む生物学的脱リン工程
   により処理したのち固液分離し、分離液を脱リン
   剤と接触させてさらに脱リンするとともに、性能
   低下した脱リン剤を再生剤により再生し、分離汚
   泥は一部を前記嫌気処理工程に返送するととも
   に、余剰汚泥を前記脱リン剤の再生廃液とともに
   カルシウムイオンの存在下にPH６〜9.5の条件下
   に嫌気性状態に維持し、前記汚泥からリンを溶出
   させて結晶化することを特徴とする脱リン方法。 ２ 再生剤はアルカリ溶液である特許請求の範囲
   第１項記載の脱リン方法。 ３ 脱リン剤はリン鉱石、骨炭または活性アルミ
   ナである特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の脱リン方法。 ４ 脱リン剤による脱リンは吸着または晶析によ
   るものである特許請求の範囲第１項ないし第３項
   のいずれかに記載の脱リン方法。 ５ 余剰汚泥の嫌気性状態維持は初沈汚泥を混合
   して行うものである特許請求の範囲第１項ないし
   第４項のいずれかに記載の脱リン方法。 ６ 嫌気状態維持後の汚泥は濃縮して消化処理ま
   たは脱水処理される特許請求の範囲第１項ないし
   第５項のいずれかに記載の脱リン方法。