JPH11239785A - Agent and method for simultaneously removing nitrogen and phosphorus from wastewater - Google Patents

Agent and method for simultaneously removing nitrogen and phosphorus from wastewater

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JPH11239785A
JPH11239785A JP10043213A JP4321398A JPH11239785A JP H11239785 A JPH11239785 A JP H11239785A JP 10043213 A JP10043213 A JP 10043213A JP 4321398 A JP4321398 A JP 4321398A JP H11239785 A JPH11239785 A JP H11239785A
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Japan
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zeolite
ions
magnesium
phosphorus
wastewater
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Inventor
Hikoyoshi Kanayama
彦喜 金山
Ikuko Kikawa
郁子 木川
Kazuhiro Uchino
和博 内野
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Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simultaneously efficiently inexpensively remove nitrogen and phosphorus from wastewater by constituting zeolite mainly of magnesium-substituted zeolite in which at least a part of sodium ions and calcium ions in zeolite is substituted with magnesium ions. SOLUTION: Natural, synthetic, or artificial zeolite is pulverized to be mixed and brought into contact with a magnesium chloride solution at the temperature equal to or higher than room temperatures, and then the solution is filtered to be removed. By this operation, sodium and calcium ions in the zeolite is substituted preferentially with magnesium ions to form magnesium-substituted zeolite. The amount substituted with the magnesium ions in this magnesium- substituted zeolite is preferably adjusted to have a cation exchange capacity of zeolite, before substitution, of 10% or higher. The use of natural seawater (normally containing about 5500 mg/l of magnesium chloride) can remarkably reduce the treatment cost.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、排水からの窒素及
び燐の同時除去剤、並びに同時除去方法に関し、詳しく
は、ゼオライトを構成する一部成分のイオンを別のイオ
ンに置換し、そのゼオライトだけで、下水などの生活排
水中の窒素及び燐を除去する技術である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a simultaneous removal agent and a simultaneous removal method of nitrogen and phosphorus from wastewater, and more particularly, to a method of replacing some components of zeolite ions with other ions. This is a technology that removes nitrogen and phosphorus from domestic wastewater such as sewage.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、人口の集中する都市部等において
は、下水などの生活排水に起因する水環境の悪化、とり
わけ、該生活排水が含有する窒素及び燐による河川・湖
沼や閉鎖性海域等の富栄養化のような水質汚濁が問題と
なっており、その防止・改善が大きな課題となってい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, in urban areas where the population is concentrated, the water environment deteriorates due to domestic wastewater such as sewage, and especially, rivers, lakes and marshes and closed sea areas due to nitrogen and phosphorus contained in the domestic wastewater. Water pollution, such as eutrophication, has become a problem, and its prevention and improvement has become a major issue.

【0003】ところで、現在、かかる生活排水は、下水
処理場等の浄化施設で処理した後に公共性水域に放流さ
れているが、その標準的な処理方法では、放流中にまだ
窒素が15〜20mg/リットル程度、燐が2〜5mg
/リットル程度も含まれている。環境保全上は、これら
をそれぞれ1/10以下にすることが望ましい。そのた
め、従来より、後述の「嫌気−無酸素−好気法」、「吸
着法」、「凝集沈殿法」等を用いて、低減を図ってき
た。
[0003] By the way, at present, such domestic wastewater is discharged into public waters after being treated in a purification facility such as a sewage treatment plant. However, according to a standard treatment method, 15 to 20 mg of nitrogen is still discharged during discharge. / L, about 2-5mg of phosphorus
Per liter. From the viewpoint of environmental conservation, it is desirable that each of them is 1/10 or less. Therefore, conventionally, reduction has been attempted by using an "anaerobic-anoxic-aerobic method", an "adsorption method", a "coagulation-sedimentation method" or the like described later.

【0004】しかしながら、「嫌気−無酸素−好気法」
のようなバクテリアを利用する生物学的な処理方法で
は、窒素は10mg/リットル程度、燐は1mg/リッ
トル程度までしか除去されないため、その方法で処理し
ても、さらに吸着剤にジルコニウム・フェライト等を用
いる「吸着法」、あるいは鉄、アルミニウム、カルシウ
ム等の金属塩を凝集剤とした「凝集沈殿法」等との併用
が必要であった。
[0004] However, the "anaerobic-anoxic-aerobic method"
In a biological treatment method using bacteria such as that described above, nitrogen is removed only up to about 10 mg / l and phosphorus up to about 1 mg / l. It was necessary to use the method together with the "adsorption method" using a metal salt or the "aggregation precipitation method" using a metal salt of iron, aluminum, calcium or the like as an aggregating agent.

【0005】また、かかる「吸着法」や「凝集沈殿法」
のような物理化学的処理方法は、いずれも窒素または燐
を単独に処理するものであり、それぞれに適した条件
(例えば、使用溶液中のpH等)を設定する必要がある
ので、処理プロセス全体が煩雑になるという問題があっ
た。すなわち、生活排水の場合、一般に、窒素はアンモ
ニア態で陽イオンとして、燐はオルト燐酸態で陰イオン
として存在している。そのため、この両方を除去するに
は、従来、別々の処理方法で2段階にわたり処理する必
要があった。その上、いずれの処理方法も、使用溶液の
pHを適正化するために、酸やアルカリの添加が必須
で、最終的には、中和処理を行なわなければならない。
その結果、処理した後の水が無機塩類を含み、その再利
用に制約が生じたり、あるいは汚泥の発生量が増加する
等の問題も生じていた。
[0005] In addition, such "adsorption method" and "coagulation sedimentation method"
All of the physicochemical treatment methods such as above treat nitrogen or phosphorus alone, and it is necessary to set conditions (for example, pH in a used solution) suitable for each treatment. Is complicated. That is, in the case of domestic wastewater, nitrogen generally exists as a cation in an ammonia state, and phosphorus exists as an anion in an orthophosphate state. Therefore, in order to remove both of these, conventionally, it was necessary to perform the treatment in two stages by different treatment methods. In addition, in any of the treatment methods, addition of an acid or an alkali is indispensable in order to optimize the pH of the solution to be used, and finally, a neutralization treatment must be performed.
As a result, the water after the treatment contains inorganic salts, and there is a problem that there is a restriction on the reuse or an increase in the amount of generated sludge.

【0006】このような煩雑な排水処理工程を簡略化す
るため、従来より、カルシウム、アルミニウム、ニッケ
ル、銀、鉄の各イオンで置換、改質したゼオライトを用
い、水溶液中のアンモニウム・イオン及びオルトリン酸
イオンを同時に除去する技術が研究されてきた。そし
て、鉄置換ゼオライトを、アンモニウム・イオン濃度1
0mg/リットル(窒素として7.77mg/リット
ル)、オルト燐酸イオン濃度10mg/リットル(燐と
して3.26mg/リットル)を含む水に添加した場合
に、最もそれらイオンの除去効果が大きく、アンモニウ
ム・イオンの85%、オルト燐酸イオンの40%が除去
できることを、1993年のゼオライト研究発表会で報
告されている。
[0006] In order to simplify such a complicated wastewater treatment step, zeolite substituted and modified with calcium, aluminum, nickel, silver and iron ions has been conventionally used, and ammonium ion and orthotrin in an aqueous solution have been used. Techniques for simultaneously removing acid ions have been studied. Then, the iron-substituted zeolite was subjected to an ammonium ion concentration of 1
When added to water containing 0 mg / l (7.77 mg / l as nitrogen) and 10 mg / l orthophosphate ion concentration (3.26 mg / l as phosphorus), the effect of removing those ions is greatest, and ammonium ion 85% and 40% of the orthophosphate ions were reported at a zeolite research conference in 1993.

【0007】しかしながら、この技術では、オルト燐酸
イオンの除去率が40%と低く、アンモニア・イオンと
の同時除去剤としての実用化には、今一歩の感があっ
た。
However, in this technique, the removal rate of orthophosphate ions is as low as 40%, and there is a feeling of being one step closer to practical use as a simultaneous removal agent with ammonia ions.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑み、生活排水から窒素及び燐を従来より効率良く、
且つ安価に除去可能な同時除去剤、並びに該除去剤を使
用しての同時除去方法を提供することを目的としてい
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, the present invention provides a method for efficiently removing nitrogen and phosphorus from domestic wastewater,
It is an object of the present invention to provide a simultaneous removing agent which can be removed at low cost, and a simultaneous removing method using the removing agent.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため、ゼオライトの陽イオン吸着能と化学的
な構造に着目して鋭意検討を行った。その結果、ゼオラ
イトを構成する一部成分元素の陽イオンを、特定元素の
イオンに置換して改質したゼオライトを排水に添加すれ
ば、排水中のアンモニウム・イオンはゼオライトに吸着
され、一方、オルト燐酸イオンはゼオライトから放出さ
れた前記特定元素イオンと難溶性塩を生成し、その固形
分である塩を固液分離して除去できることを知見し、本
発明を完成させた。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present inventors have made intensive studies focusing on the cation adsorption capacity and chemical structure of zeolite. As a result, if the zeolite modified by replacing the cations of some of the constituent elements constituting the zeolite with ions of a specific element is added to the wastewater, the ammonium ions in the wastewater will be adsorbed by the zeolite, while The present inventors have found that phosphate ions form hardly soluble salts with the specific element ions released from the zeolite, and that solid salts can be removed by solid-liquid separation, thus completing the present invention.

【0010】すなわち、本発明は、ゼオライト中のナト
リウム・イオン及びカリウム・イオンの少なくとも一部
をマグネシウム・イオンで置換したマグネシウム置換ゼ
オライトを主成分としてなることを特徴とする排水から
の窒素及び燐の同時除去剤である。また、本発明は、前
記マグネシウム置換ゼオライトのマグネシウム・イオン
の置換量が、置換前ゼオライトの陽イオン交換容量の1
0%以上であることを特徴とする排水からの窒素及び燐
の同時除去剤である。
That is, the present invention provides a method for removing nitrogen and phosphorus from wastewater, comprising a magnesium-substituted zeolite obtained by substituting at least part of sodium ions and potassium ions in zeolite with magnesium ions. It is a simultaneous removal agent. Further, the present invention provides the magnesium-substituted zeolite, wherein the substitution amount of magnesium ions is one of the cation exchange capacity of the zeolite before substitution.
It is a simultaneous removal agent for nitrogen and phosphorus from wastewater, characterized in that it is 0% or more.

【0011】さらに、本発明は、前記マグネシウム・イ
オンの供給源を海水としてなることを特徴とする排水か
らの窒素及び燐の同時除去剤である。加えて、本発明
は、前記ゼオライトの粒径を200μm以下としたり、
あるいは前記ゼオライトを、産業廃棄物である石炭灰あ
るいは下水汚泥焼却灰を原料とする人工ゼオライトとす
ることを特徴とする排水からの窒素及び燐の同時除去剤
である。
Further, the present invention is the agent for simultaneously removing nitrogen and phosphorus from wastewater, wherein the source of magnesium ions is seawater. In addition, the present invention, the particle size of the zeolite 200μm or less,
Alternatively, the present invention is an agent for simultaneously removing nitrogen and phosphorus from wastewater, wherein the zeolite is an artificial zeolite using coal ash or sewage sludge incineration ash as industrial waste as a raw material.

【0012】さらに加えて、本発明は、排水に含まれる
窒素及び燐を、薬剤の添加で除去するに際し、前記薬剤
に上記同時除去剤を使用し、排水が含有するアンモニウ
ム・イオンを、前記マグネシウム・イオンと交換してセ
オライトに吸着させると同時に、該ゼオライトから放出
された前記マグネシウム・イオンを、排水が含有するオ
ルト・リン酸イオンと反応させて難溶性のマグネシウム
燐酸塩を形成させ、該難溶性の燐酸塩及びアンモンニウ
ム・イオンの吸着したゼオライトを固液分離で除去する
ことを特徴とする排水からの窒素及び燐の同時除去方法
である。
In addition, the present invention provides a method for removing nitrogen and phosphorus contained in wastewater by adding a chemical to the above-mentioned co-removing agent, and removing ammonium ions contained in the wastewater by the magnesium. -At the same time as adsorbing to the zeolite in exchange for ions, the magnesium ions released from the zeolite are reacted with ortho-phosphate ions contained in the wastewater to form hardly soluble magnesium phosphate, A method for simultaneous removal of nitrogen and phosphorus from wastewater, comprising removing solid-liquid separation of zeolite to which a soluble phosphate and ammonium ions are adsorbed.

【0013】そして、本発明は、前記固液分離を膜分離
で行うことを特徴とする排水からの窒素及び燐の同時除
去方法でもある。なお、本発明でいう排水とは、生活排
水、工場排水だけでなく、それらを一度浄化処理した後
の所謂処理水も含めるものとする。本発明によれば、一
つの反応槽に収容した排水から、同一種の薬剤を用い
て、該排水の含まれる窒素及び燐分を同時に除去できる
ようになるので、従来より効率良く、排水の処理が可能
となる。また、本発明では、ゼオライトに人工品を用い
たり、マグネシウム・イオンの供給源を海水とするよう
にしたので、排水の処理が従来より格段と安価に行える
ようになる。
The present invention also provides a method for simultaneously removing nitrogen and phosphorus from waste water, wherein the solid-liquid separation is performed by membrane separation. The wastewater in the present invention includes not only domestic wastewater and factory wastewater but also so-called treated water after purifying them once. According to the present invention, nitrogen and phosphorus contained in the wastewater can be simultaneously removed from the wastewater contained in one reaction tank using the same type of chemicals, so that the wastewater can be treated more efficiently than in the past. Becomes possible. Further, in the present invention, since an artificial product is used as the zeolite or the supply source of magnesium ions is seawater, the wastewater can be treated at a much lower cost than before.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明に係る排水からの窒素及び
燐の同時除去剤(以下、単に同時除去剤という)は、ゼ
オライト中のナトリウム・イオン及びカリウム・イオン
の少なくとも一方をマグネシウム・イオンで置換して得
たマグネシウム置換ゼオライトを主成分とするものであ
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The simultaneous removal agent for nitrogen and phosphorus from wastewater according to the present invention (hereinafter, simply referred to as a simultaneous removal agent) is one in which at least one of sodium ion and potassium ion in zeolite is magnesium ion. The main component is a magnesium-substituted zeolite obtained by substitution.

【0015】まず、原料のゼオライトは、沸石とも呼ば
れ、一般式M2/n O・Al23 ・xSiO2 ・yH2
Oで表わされる化学組成を有する。ここに、Mは,N
a、Kのアルカリ金属元素,またはCa、Ba等のアル
カリ土類金属元素を、nは、それらの価数(1または
2)、xは2〜10、yは2〜7の数値である。このよ
うな組成を有するゼオライトの分子構造は、(Al、S
i)四面体が頂点を共有してつくる三次元網目構造中の
空孔に、アルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金
属イオン、水分子が入った構造である。そのため、一般
に、ゼオライトは、それが含有する主としてナトリウム
・イオンやカリウム・イオンと置換させることにより、
後に詳述するような陽イオン(例えば、アンモニウム・
イオン等)との交換能を有している。
[0015] First of all, the raw material of zeolite, which is also referred to as zeolite, the general formula M 2 / n O · Al 2 O 3 · xSiO 2 · yH 2
It has a chemical composition represented by O. Where M is N
a and K are alkaline metal elements or alkaline earth metal elements such as Ca and Ba, n is their valence (1 or 2), x is 2-10, and y is 2-7. The molecular structure of a zeolite having such a composition is (Al, S
i) A structure in which alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions and water molecules are contained in pores in a three-dimensional network formed by tetrahedrons sharing vertices. Therefore, in general, zeolite is mainly replaced by sodium ions or potassium ions contained therein,
Cations (for example, ammonium
Ion).

【0016】上記の一般式で表わされるゼオライトの代
表的なものは、方沸石、菱沸石、毛沸石、ソーダ沸石、
モルデン沸石、輝沸石、束沸石、濁沸石、ゼオライト
A、ゼオライトX、ゼオライトYなどである。これら
は、天然には、塩基性火山岩の割れ目や空洞、熱水変質
物、凝灰岩、海底堆積物などに産するほか、低度の変成
岩にも見られる。また、これらの天然ゼオライトや粘土
鉱物などを原料として工業的にも合成され、分子ふる
い、触媒、吸着剤、水処理剤、土壌改良剤、紙の充填剤
等に用いられる。また、近年は、石炭灰、下水汚泥焼却
灰、都市ごみ焼却灰、製紙スラジ等の廃棄物を原料とし
た人工のゼオライトも製造されている。
Typical zeolites represented by the above general formula include mesolite, chabazite, goethite, sodalite,
Examples include mordenite, pyroxene, bouillite, turbidite, zeolite A, zeolite X, and zeolite Y. They occur naturally in fissures and cavities in basic volcanic rocks, hydrothermal alterations, tuffs, marine sediments, and are found in low-grade metamorphic rocks. In addition, these natural zeolites and clay minerals are used as raw materials for industrial synthesis and used as molecular sieves, catalysts, adsorbents, water treatment agents, soil conditioners, paper fillers, and the like. In recent years, artificial zeolites made from waste materials such as coal ash, sewage sludge incineration ash, municipal waste incineration ash, and paper sludge have also been manufactured.

【0017】本発明に係る窒素及び燐の同時除去剤は、
このようなゼオライトを用いて、以下のようにして製造
する。すなわち、上記の天然ゼオライト、合成ゼオライ
トあるいは、人工ゼオライトを粉砕し、それを塩化マグ
ネシウム水溶液と室温以上の温度で混合、接触させた
後、水溶液を濾過除去する。この操作によって、ゼオラ
イト中のナトリウム・イオン及びカリウム・イオンは、
優先的にマグネシウム・イオンに置換され、前記したマ
グネシウム置換ゼオライトが形成される。なお、このマ
グネシウム・イオンによる置換は、前記したカルシウム
・イオン等による置換と比べると、はるかに迅速に行わ
れた。
The simultaneous removal agent for nitrogen and phosphorus according to the present invention comprises:
Using such a zeolite, it is manufactured as follows. That is, the above-mentioned natural zeolite, synthetic zeolite or artificial zeolite is pulverized, mixed with a magnesium chloride aqueous solution at a temperature of room temperature or higher, brought into contact, and then the aqueous solution is removed by filtration. By this operation, sodium ions and potassium ions in the zeolite become
It is preferentially replaced by magnesium ions to form the magnesium-substituted zeolite described above. The replacement with magnesium ions was performed much more quickly than the replacement with calcium ions and the like described above.

【0018】また、本発明では、使用するゼオライト
は、200μm以下の粒径まで粉砕するのが好ましい。
マグネシウム・イオンの置換速度が大になり、置換が促
進されるからである。さらに、同じ理由で、塩化マグネ
シウム水溶液中の塩化マグネシウム濃度は、0.02
モル/リットル、すなわち1リットル当たりの含有量で
1904mg以上にするのが好ましい。この場合、塩化
マグネシウム水溶液には、天然の海水(通常、塩化マグ
ネシウムを5500mg/リットル程度含有)を用いる
と、処理費用の大幅な低減をもたらすことができる。
In the present invention, the zeolite used is preferably ground to a particle size of 200 μm or less.
This is because the replacement rate of magnesium ions increases, and the replacement is promoted. Furthermore, for the same reason, the magnesium chloride concentration in the aqueous magnesium chloride solution is 0.02
It is preferable that the content be 1904 mg or more per mol / liter, that is, the content per liter. In this case, if natural seawater (usually containing about 5500 mg / liter of magnesium chloride) is used as the aqueous magnesium chloride solution, the processing cost can be significantly reduced.

【0019】本発明では、このようにして得られたマグ
ネシウム置換ゼオライトを主成分とする窒素及び燐の同
時除去剤のマグネシウム・イオン置換量を、置換前ゼオ
ライトの陽イオン交換容量(CEC、Cation Exchange
Capacityの略)の10%以上とするのが好ましい。この
陽イオン交換容量とは、イオン交換体の単位量あたりの
陽イオン交換量の総量である。例えば、置換前ゼオライ
トのCECが200ミリ当量/100gの場合、マグネ
シウム・イオンの置換量は20ミリ当量/100g以
上、すなわち、MgO含有率を0.40%以上、置換前
ゼオライトより増加させておくのである。マグネシウム
・イオンの置換量が10%未満では、水中のアンモニウ
ム・イオンの除去効果には影響はないが、オルト燐酸イ
オンの除去効率が低下するからである。次に、本発明に
係る排水からの窒素及び燐の同時除去方法の実施形態を
説明する。
In the present invention, the replacement amount of magnesium ion of the nitrogen- and phosphorus-removing agent containing magnesium-substituted zeolite obtained as a main component is determined by the cation exchange capacity (CEC, Cation Exchange Capacity) of the zeolite before substitution.
(Abbreviation of Capacity) is preferably 10% or more. The cation exchange capacity is the total amount of cation exchange per unit amount of the ion exchanger. For example, when the CEC of the zeolite before substitution is 200 meq / 100 g, the replacement amount of magnesium ion is 20 meq / 100 g or more, that is, the MgO content is 0.40% or more, which is larger than that of the zeolite before substitution. It is. If the replacement amount of magnesium ions is less than 10%, the effect of removing ammonium ions in water is not affected, but the efficiency of removing orthophosphate ions decreases. Next, an embodiment of the method for simultaneously removing nitrogen and phosphorus from wastewater according to the present invention will be described.

【0020】それは、アンモニウム・イオン及びオルト
燐酸イオンを含む排水に、上記したマグネシウム置換ゼ
オライトを主成分とする窒素及び燐の同時除去剤(以
下、薬剤ともいう)を添加するものである。この添加に
よって、排水中のアンモニウム・イオンは、マグネシウ
ム・イオンと交換してゼオライトに吸着すると同時に、
該ゼオライトから放出されたマグネシウム・イオンと排
水中のオルト燐酸イオンとが反応し、水に難溶性のマグ
ネシウム燐酸塩が生成される。従って、アンモニウム・
イオンの吸着したゼオライト及びマグネシウム燐酸塩等
の固形分を濾過で分離すれば、一つの反応槽を利用する
だけで、排水中の窒素及び燐を一時で除去できることに
なる。なお、マグネシウム・イオンと燐酸水素イオンと
は、通常、迅速に反応して難溶性の燐酸水素マグネシウ
ム(MgHPO4 ・3H2 O)が生成する。
It is to add a simultaneous removal agent of nitrogen and phosphorus (hereinafter also referred to as a chemical) containing magnesium-substituted zeolite as a main component to waste water containing ammonium ions and orthophosphate ions. Through this addition, ammonium ions in the wastewater are exchanged for magnesium ions and adsorbed on zeolite,
The magnesium ions released from the zeolite react with the orthophosphate ions in the wastewater to produce magnesium phosphate which is hardly soluble in water. Therefore, ammonium
If the solids such as zeolite and magnesium phosphate to which the ions are adsorbed are separated by filtration, nitrogen and phosphorus in the wastewater can be temporarily removed only by using one reaction tank. The magnesium ion and the hydrogen phosphate ion usually react rapidly to form hardly soluble magnesium hydrogen phosphate (MgHPO 4 .3H 2 O).

【0021】従って、本発明に係る同時除去方法の適用
対象となる排水は、オルト燐酸イオンの他に、アンモニ
ウム・イオンが共存している必要がある。オルト燐酸イ
オンのみ含む水に、かかるマグネシウム置換ゼオライト
を主成分とする薬剤を添加しても、オルト燐酸イオンは
わずかしか除去されない。ゼオライトからマグネシウム
・イオンがほとんど放出されないからである。
Therefore, the wastewater to which the simultaneous removal method according to the present invention is applied needs to coexist with ammonium ions in addition to orthophosphate ions. Even if the agent containing magnesium-substituted zeolite as a main component is added to water containing only orthophosphate ions, only a small amount of orthophosphate ions is removed. This is because magnesium ions are hardly released from the zeolite.

【0022】また、本発明の実施に際しては、排水に対
するマグネシウム置換ゼオライトを主成分とする同時除
去剤の添加量を、排水中のオルト燐酸イオン濃度及び該
除去剤のマグネシウム・イオン置換量を考慮して決定す
る必要がある。例えば、アンモニア態の窒素濃度20m
g/リットル、燐酸態の燐濃度2.0mg/リットルの
下水の二次処理水を、その処理量10m3 /時として本
発明に係る同時除去方法で処理する場合、燐酸態の燐の
流入量は20g/時(=1.29当量/時、(HPO4
2-として))であるから、マグネシウム・イオン置換量
が20ミリ当量/100gの同時除去(薬剤)を用いる
場合、窒素濃度を0にするのは、該薬剤の必要添加量は
6.46kg/時以上と決定することになる。
In practicing the present invention, the amount of the co-removing agent containing magnesium-substituted zeolite as a main component in the waste water is determined in consideration of the concentration of orthophosphate ions in the waste water and the amount of magnesium ion substituted in the removing agent. Need to decide. For example, an ammonia nitrogen concentration of 20 m
g / l, phosphoric acid phosphorus concentration: 2.0 mg / l When the secondary effluent of sewage is treated by the simultaneous removal method according to the present invention at a treatment amount of 10 m 3 / hour, the inflow of phosphoric acid phosphorus Is 20 g / h (= 1.29 eq / h, (HPO 4
Since 2- ))), when using simultaneous removal (drug) with a magnesium ion replacement amount of 20 meq / 100 g, setting the nitrogen concentration to 0 requires a required addition amount of 6.46 kg / drug. It will be over time.

【0023】最後になるが、以上述べた本発明に係る排
水からの窒素及び燐の同時除去方法の実施形態を、図1
に示す概念図に基づき説明しておく。まず、アンモニウ
ム・イオン及びオルト燐酸イオンを含む排水1を、薬剤
添加槽2に導き、そこで上記した方法により予め決定し
た量のマグネシウム置換ゼオライトを主成分とする同時
除去剤3を添加する。この同時除去剤3が添加された排
水1は、撹拌装置4を備えた反応槽5に移行され、一定
時間撹拌される。その後、該反応槽5内の排水に限外濾
過膜や精密濾過膜のモジュールで構成された膜分離装置
6を浸漬し、吸引ポンプ7を用いて固液分離を行う。本
発明の固液分離を行う装置として膜分離装置を用いるの
は、固形分8を含まない水を膜透過水9として得ること
ができて好ましいからである。また、排水1に同時除去
剤3を連続的、又間欠的に添加し続けると、生成した難
溶性の燐酸塩等の固形分8の濃度が上昇し、それらが反
応槽5内に大量に蓄積する。そのため、図1では、該固
形分8を連続的または間欠的に抜き出すため、遠心分離
等による固形分抜き出し装置10を設けるようにしてあ
る。
Lastly, an embodiment of the method for simultaneously removing nitrogen and phosphorus from wastewater according to the present invention described above is shown in FIG.
This will be described based on the conceptual diagram shown in FIG. First, waste water 1 containing ammonium ions and orthophosphate ions is led to a chemical addition tank 2 where a predetermined amount of a co-removing agent 3 mainly composed of magnesium-substituted zeolite is added by the above-described method. The wastewater 1 to which the simultaneous removing agent 3 has been added is transferred to a reaction tank 5 having a stirring device 4 and is stirred for a certain time. Thereafter, a membrane separation device 6 composed of an ultrafiltration membrane or a microfiltration membrane module is immersed in the wastewater in the reaction tank 5, and solid-liquid separation is performed using a suction pump 7. The reason why a membrane separation device is used as the device for performing solid-liquid separation of the present invention is that water containing no solids 8 can be obtained as the membrane-permeated water 9, which is preferable. Further, if the simultaneous removal agent 3 is continuously or intermittently added to the wastewater 1, the concentration of the solids 8 such as the hardly soluble phosphates generated increases, and they are accumulated in a large amount in the reaction tank 5. I do. Therefore, in FIG. 1, in order to continuously or intermittently extract the solid content 8, a solid content extraction device 10 by centrifugation or the like is provided.

【0024】[0024]

【実施例】(実施例1)原料のゼオライトとして、栃木
県大谷産の天然ゼオライト「大谷石」を用い、本発明に
係る同時除去剤を製造した。該「大谷石」の化学成分
は、表1の通りである。まず、この石を、最大粒径が2
00μm以下で、平均径87μmに粉砕、ふるいわけし
て微粉末に調整した。この微粉末の陽イオン交換容量
(CEC)を調べたところ、260ミリ当量/100g
であった。引き続いて、この微粉末15gを、塩化マグ
ネシウム含有量が3917mg/リットル(0.041
モル/リットル)の塩化マグネシウム水溶液200ミリ
・リットルと、温度30℃で混合、接触させた後、母液
を抜き出して除去した。そして、その残渣を同じ濃度の
塩化マグネシウム水溶液と、同じ条件で新たに混合接触
させる操作を、3回繰り返し、最終的に得られた残渣を
マグネシウム置換ゼオライトを主成分とする同時除去剤
とした。この除去剤は、原料ゼオライトより、MgO含
有率が0.98%増加していたが、これは、マグネシウ
ム・イオンの置換量として81.6ミリ当量/100g
であり、前記陽イオン交換容量(CEC)の31.4%
に相当している。
(Example 1) As a raw material zeolite, a natural zeolite "Otaniishi" from Otani, Tochigi Prefecture was used to produce the simultaneous removing agent according to the present invention. Table 1 shows the chemical components of "Oyaishi". First of all, this stone has a maximum particle size of 2
It was pulverized to an average diameter of 87 μm with a diameter of not more than 00 μm and sieved to prepare a fine powder. When the cation exchange capacity (CEC) of this fine powder was examined, it was found to be 260 meq / 100 g.
Met. Subsequently, 15 g of this fine powder was mixed with a magnesium chloride content of 3917 mg / liter (0.041 mg / liter).
(Mole / liter) and 200 ml aqueous solution of magnesium chloride at a temperature of 30 ° C., and then the mother liquor was extracted and removed. Then, the operation of newly mixing and contacting the residue with an aqueous solution of magnesium chloride of the same concentration under the same conditions was repeated three times, and the finally obtained residue was used as a simultaneous removing agent mainly containing magnesium-substituted zeolite. This remover had a 0.98% increase in MgO content over the raw material zeolite, which was 81.6 meq / 100 g in terms of magnesium ion replacement.
31.4% of the cation exchange capacity (CEC)
Is equivalent to

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】次に、この同時除去剤の効果を確認した。
アンモニウム・イオンを5.0mg/リットル(窒素と
して3.88mg/リットル)、オルト燐酸イオンを
1.0mg/リットル(燐として0.33mg/リット
ル)含む水を、それぞれ100ミリ・リットル入れた3
個の容器を準備した。そして、これら容器内の水に、上
記同時除去剤を薬剤として、それぞれ0.1g、0.5
g、2.0gだけ添加し、上澄液中のアンモンニウム・
イオン及びオルト燐酸イオンの濃度変化を1時間にわた
って調べた。その結果、該薬剤の添加後40分経過する
と、水溶液中に残留する前記イオンの濃度は、一定とな
り、反応が終了していることを示した。
Next, the effect of this simultaneous removing agent was confirmed.
100 ml of water containing 5.0 mg / l of ammonium ion (3.88 mg / l as nitrogen) and 1.0 mg / l of orthophosphate ion (0.33 mg / l as phosphorus) were added.
Individual containers were prepared. Then, in the water in these containers, 0.1 g, 0.5 g,
g, 2.0 g of ammonium monium in the supernatant.
The change in the concentration of ions and orthophosphate ions was examined over one hour. As a result, 40 minutes after the addition of the drug, the concentration of the ions remaining in the aqueous solution became constant, indicating that the reaction was completed.

【0027】表2に、薬剤添加前及び添加後1時間にお
けるアンモニウム・イオン及びオルト燐酸イオンの濃度
を示す。表2より、本発明に係る同時除去剤の効果は明
らかである。特に、2gの添加で、両イオンの除去率
が、共に80%以上を超えている。この結果は、従来の
カルシウム置換ゼオライトを主成分とした同時除去剤を
使用した場合に比べ、大幅にオルト燐酸イオンの除去効
率の向上を示している。
Table 2 shows the concentrations of ammonium ions and orthophosphate ions before and 1 hour after the addition of the drug. From Table 2, the effect of the simultaneous removal agent according to the present invention is clear. In particular, when 2 g is added, the removal rate of both ions exceeds 80% or more. This result indicates that the efficiency of removing orthophosphate ions is greatly improved as compared with the case where the conventional simultaneous removal agent containing calcium-substituted zeolite as a main component is used.

【0028】[0028]

【表2】 [Table 2]

【0029】(実施例2)アンモニウム・イオンを10
mg/リットル(窒素として7.77mg/リット
ル)、オルト燐酸イオンを2.0mg/リットル(燐と
して0.65mg/リットル)含む排水を、実施例1と
同様に、3個の容器にそれぞれ100ミリ・リットル入
れ、実施例1で用いたのと同じ同時除去剤をそれぞれに
0.1g、0.5g、2.0g添加した。この場合は、
薬剤の添加後30分で排水中の残留イオン濃度は一定と
なった。表3に、薬剤添加前と添加後1時間のアンモニ
ウム・イオン及びオルト燐酸イオンの濃度を示す。表3
より、本発明に係る同時除去剤の効果は明らかである。
特に、2gの添加で、両イオンの除去率が、共に90%
以上を超えている。
Example 2 Ammonium ion was added to 10
mg / L (7.77 mg / L as nitrogen) and wastewater containing 2.0 mg / L of orthophosphate ions (0.65 mg / L as phosphorus), as in Example 1, 100 mm each in three containers. -In a liter, 0.1 g, 0.5 g and 2.0 g of the same co-removing agent used in Example 1 were added, respectively. in this case,
Thirty minutes after the addition of the chemical, the residual ion concentration in the wastewater became constant. Table 3 shows the concentrations of ammonium ion and orthophosphate ion before and 1 hour after the addition of the drug. Table 3
Thus, the effect of the simultaneous removal agent according to the present invention is clear.
In particular, by adding 2 g, both ion removal rates are 90%.
More than that.

【0030】[0030]

【表3】 [Table 3]

【0031】(実施例3)アンモニウム・イオンを30
mg/リットル(窒素として23.3mg/リット
ル)、オルト燐酸イオンを6.0mg/リットル(燐と
して1.96mg/リットル)含む排水100ミリ・リ
ットルを入れた3個の容器に、実施例1で用いたのと同
じ同時除去剤を、それぞれ0.1g、0.5g、2.0
g添加し、1時間後までの前記イオン濃度の経時変化を
調べた。この場合も、薬剤添加後30分で排水の残留イ
オン濃度は一定となった。表4に、薬剤添加前と添加後
1時間のアンモニウム・イオン及びオルト燐酸イオンの
濃度を示す。表4より、本発明に係る同時除去剤の効果
は明らかである。特に、2gの添加で、両イオンの除去
率が高い。
Example 3 Ammonium ion was added to 30
Example 1 were placed in three containers each containing 100 ml of wastewater containing mg / liter (23.3 mg / liter as nitrogen) and 6.0 mg / liter of orthophosphate ions (1.96 mg / liter as phosphorus). 0.1 g, 0.5 g, 2.0 g of the same co-remover used
g, and the change in the ion concentration with time until one hour later was examined. Also in this case, the residual ion concentration of the wastewater became constant 30 minutes after the addition of the chemical. Table 4 shows the concentrations of ammonium ion and orthophosphate ion before and 1 hour after the addition of the drug. From Table 4, the effect of the simultaneous removal agent according to the present invention is clear. In particular, when 2 g is added, the removal rate of both ions is high.

【0032】[0032]

【表4】 [Table 4]

【0033】[0033]

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、生活
排水や、それらの一次処理水中のアンモニウム・イオン
及びオルト燐酸イオンを同時に効率良く除去できるよう
になる。その結果、以前よりも生活排水を浄化処理した
水の再利用が安価にできるようになる。
As described above, according to the present invention, ammonium ions and orthophosphate ions in domestic wastewater and primary treatment water thereof can be simultaneously and efficiently removed. As a result, it becomes possible to reuse water obtained by purifying domestic wastewater at a lower cost than before.

【0034】また、本発明に係る窒素及び燐の同時除去
剤は、原料ゼオライトとして高価な合成ゼオライトだけ
でなく、安価な天然及び人工ゼオライトが使用できるの
で、経済的に有利である。特に、人工ゼオライトを、石
炭灰や下水汚泥焼却灰などとした場合には、廃棄物の有
効利用をも図ることになる。さらに、本発明に係る同時
除去方法の実施により排出された固形分は、ゼオライト
が既に農林水産省より土壌改良剤として認可され、ま
た、マグネシウムの燐酸塩は燐酸肥料として利用されて
いるので、いずれも土壌に還元することができ、世間が
期待するゼロ・エミッション型廃棄物処理システムの構
築に貢献できる。
The simultaneous removal of nitrogen and phosphorus according to the present invention is economically advantageous because not only expensive synthetic zeolites but also inexpensive natural and artificial zeolites can be used as raw zeolites. In particular, when the artificial zeolite is coal ash, sewage sludge incineration ash, or the like, effective use of waste can be achieved. Furthermore, the solids discharged by the simultaneous removal method according to the present invention, zeolite has already been approved as a soil conditioner by the Ministry of Agriculture, Forestry and Fisheries, and magnesium phosphate has been used as a phosphate fertilizer. Can also be returned to soil, which can contribute to the construction of a zero-emission waste treatment system expected by the public.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る排水からの窒素及び燐の同時除去
方法を実施する装置の概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of an apparatus for implementing a method for simultaneously removing nitrogen and phosphorus from wastewater according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 排水 2 薬剤添加槽 3 排水からの窒素及び燐の同時除去剤(同時除去
剤) 4 撹拌装置 5 反応槽 6 膜分離装置 7 吸引ポンプ 8 固形分 9 膜透過水 10 固形分抜き出し装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drainage 2 Chemical addition tank 3 Simultaneous remover of nitrogen and phosphorus from wastewater (simultaneous remover) 4 Stirrer 5 Reaction tank 6 Membrane separator 7 Suction pump 8 Solid content 9 Membrane permeated water 10 Solid content extraction device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C02F 1/42 C02F 1/42 F 1/44 1/44 E 1/58 1/58 P R ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI C02F 1/42 C02F 1/42 F 1/44 1/44 E 1/58 1/58 PR

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ゼオライト中のナトリウム・イオン及び
カリウム・イオンの少なくとも一部をマグネシウム・イ
オンで置換したマグネシウム置換ゼオライトを主成分と
してなることを特徴とする排水からの窒素及び燐の同時
除去剤。
1. A simultaneous removal agent for nitrogen and phosphorus from wastewater, comprising a magnesium-substituted zeolite obtained by substituting at least a part of sodium ions and potassium ions in zeolite with magnesium ions as a main component.
【請求項2】 前記マグネシウム置換ゼオライトのマグ
ネシウム・イオンの置換量が、置換前ゼオライトの陽イ
オン交換容量の10%以上であることを特徴とする請求
項1記載の排水からの窒素及び燐の同時除去剤。
2. The simultaneous replacement of nitrogen and phosphorus from wastewater according to claim 1, wherein the magnesium-substituted zeolite has a magnesium ion substitution amount of 10% or more of the cation exchange capacity of the zeolite before substitution. Remover.
【請求項3】 前記マグネシウム・イオンの供給源を海
水としてなることを特徴とする請求項1又は2記載の排
水からの窒素及び燐の同時除去剤。
3. The agent for simultaneously removing nitrogen and phosphorus from wastewater according to claim 1, wherein the supply source of the magnesium ions is seawater.
【請求項4】 前記ゼオライトの粒径を200μm以下
としてなることを特徴とする請求項1〜3いずれかに記
載の排水からの窒素及び燐の同時除去剤。
4. The agent for simultaneously removing nitrogen and phosphorus from wastewater according to claim 1, wherein the zeolite has a particle size of 200 μm or less.
【請求項5】 前記ゼオライトを、産業廃棄物である石
炭灰あるいは下水汚泥焼却灰を原料とした人工ゼオライ
トとすることを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載
の排水からの窒素及び燐の同時除去剤。
5. The nitrogen and phosphorus from wastewater according to claim 1, wherein the zeolite is an artificial zeolite made from coal ash or sewage sludge incineration ash as industrial waste. Simultaneous remover.
【請求項6】 排水に含まれる窒素及び燐を、薬剤の添
加で除去するに際し、 前記薬剤に請求項1〜5いずれかに記載の同時除去剤を
使用し、排水が含有するアンモニウム・イオンを、前記
マグネシウム・イオンと交換してセオライトに吸着させ
ると同時に、該ゼオライトから放出された前記マグネシ
ウム・イオンを、前記排水が含有するオルト・リン酸イ
オンと反応させて難溶性のマグネシウム燐酸塩を形成さ
せ、前記アンモニウム・イオンの吸着したゼオライト及
び難溶性燐酸塩を固液分離で除去することを特徴とする
排水からの窒素及び燐の同時除去方法。
6. A method for removing nitrogen and phosphorus contained in waste water by adding a chemical thereto, wherein the chemical remover according to claim 1 is used to remove ammonium ions contained in the waste water. The magnesium ions released from the zeolite are simultaneously reacted with the ortho-phosphate ions contained in the waste water to form hardly soluble magnesium phosphate by exchanging the magnesium ions with the zeolite. A method for simultaneously removing nitrogen and phosphorus from waste water, wherein the zeolite and the hardly soluble phosphate adsorbed with the ammonium ion are removed by solid-liquid separation.
【請求項7】 前記固液分離を膜分離で行うことを特徴
とする請求項6記載の排水からの窒素及び燐の同時除去
方法。
7. The method for simultaneously removing nitrogen and phosphorus from wastewater according to claim 6, wherein the solid-liquid separation is performed by membrane separation.
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