JPH1157749A - 脱リン方法、廃水処理方法および脱リン剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低濃度のリンを除去し、また、汚泥の発生量
を少なくする。 【解決手段】 リンを含有するイオンを含む水溶液に、
マグネシウムイオンを含む水溶液を反応させてリン化合
物を沈澱分離する脱リン方法において、該マグネシウム
イオンを含む水溶液は、少なくともオルトリン酸よりも
弱酸性の酸の陰イオンが共存する水溶液である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水溶液中の脱リン方
法、廃水処理方法および脱リン剤に関し、特に廃水中の
脱リン方法およびそれに用いる脱リン剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】地球温暖化の原因となっている炭酸ガス
の大気中への放出抑制や、人類生存の源となっている水
の浄化は、地球の環境保護を図る上で近年重要課題とな
ってきている。特に、メッキ廃水や洗浄廃水などの産業
廃水、下水や河川での生活廃水、または富栄養化が生じ
易い閉鎖性水域での水や海水等に含まれているリンの除
去は、地球上の水の浄化を図るための重要な要素となっ
てきている。

【０００３】従来、このようなリンの除去は、塩化アル
ミニウムや硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウムなど
のアルミニウム塩、塩化鉄や硫酸鉄、水酸化鉄などの鉄
塩等の金属塩とリンとを反応させて難溶性リン酸塩とし
て凝集沈澱する方法、リン鉱石や骨炭等の種結晶にヒド
ロキシアパタイトの形でリンを析出させる方法（例えば
特開平 7-241571 号公報）、嫌気および／または好気条
件下での活性汚泥を利用する生物学的方法（例えば特開
平 6-190395 号公報）などにより行われている。

【０００４】また除去されたリン化合物の有効利用を図
るために、アンモニウムイオンおよびリン酸イオンを含
む廃水に、塩化マグネシウムや水酸化マグネシウム等の
マグネシウム化合物を添加するとともに pH を 8以上に
調整し、通気によって廃水を攪拌し、リン酸マグネシウ
ムアンモニウムの微細結晶を生成させ、さらにこのリン
酸マグネシウムアンモニウムの微細結晶を核としてリン
酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子を形成してリン
を除去する方法が知られている（特開平 1-119392 号公
報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
より環境保護を図る必要から廃水中に含まれるリンの濃
度が従来より、より低減することが求められている。た
とえば平成 10 年 4月より、窒素、リンの排出基準が業
種毎に定められ 3ppm 以下、金属加工業の排水や生活排
水については 1.5ppm 以下とすることが求められてい
る。このため、従来のリン除去方法では、排水中のリン
を除去するのに排水中に多量の塩素イオンや硫酸イオン
が増加したり、汚泥が多量に生成するなどの二次汚染が
発生しやすくなり、数ppm 以下のリン濃度とすることが
困難であるという問題がある。

【０００６】たとえば、凝集沈澱する方法やヒドロキシ
アパタイトの形でリンを析出させる方法では、リンの捕
捉効率が悪く、凝集剤やリン鉱石などを過剰に添加しな
ければならないため、未反応添加物やスラッジなどの汚
泥が多量に発生するという問題がある。

【０００７】また、リン酸マグネシウムアンモニウムの
固体粒子を形成してリンを除去する方法では、析出物を
肥料などとして利用できる利点はあるものの、廃水中の
リン除去効率が悪いという問題がある。たとえば、マグ
ネシウム化合物として塩化マグネシウムを用いると、陰
イオンである塩素イオンの作用により、 pH 調整をしな
いとリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子の生成
が充分でなくなり、また難溶性の水酸化マグネシウムを
用いると、その表面に難溶性のリン酸塩が形成されるた
め、内部の水酸化マグネシウムは利用されなくなり、い
ずれの場合においても廃水中に含まれるリンを除去する
ことが困難であり、またリンの濃度を数ppm 以下とする
ためには大過剰のマグネシウム化合物が必要になるとい
う問題がある。

【０００８】本発明は、このような問題に対処するため
になされたもので、低濃度のリンを除去することがで
き、また、汚泥の発生量を少なくすることのできる脱リ
ン方法およびその方法に用いる脱リン剤を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の脱リン方法は、
リンを含有するイオンを含む水溶液に、マグネシウムイ
オンを含む水溶液を反応させてリン化合物を沈澱分離す
る脱リン方法において、該マグネシウムイオンを含む水
溶液は、少なくともオルトリン酸よりも弱酸性の酸の陰
イオンが共存する水溶液であることを特徴とする。ここ
で、リンを含有するイオンとは、水中でイオンを形成し
ている物質であって、そのイオンの構成元素にリン原子
を含み、マグネシウムイオンとの反応により沈澱を生成
するものをいう。また、酸の陰イオンとは、プロトンを
放出して水中でマイナスの電荷を有するイオンをいい、
いわゆるブレンステッドの定義による酸の共役塩基をい
う。オルトリン酸よりも弱酸性の酸とは、同一濃度、同
一温度においてオルトリン酸と比較して、大きい pH を
示す酸をいう。

【００１０】また、酸の陰イオンが炭酸イオンであるこ
とを特徴とする。

【００１１】また、酸の陰イオンが酢酸イオンであるこ
とを特徴とする。

【００１２】さらに、マグネシウムイオンを含む水溶液
中に、このマグネシウムイオンの溶液濃度を高めること
のできる物質が共存していることを特徴とする。

【００１３】本発明の廃水処理方法は、廃水処理工程の
一部に少なくとも活性汚泥処理工程を有する廃水処理方
法において、該活性汚泥処理工程に、少なくともオルト
リン酸よりも弱酸性の酸の陰イオンが共存するマグネシ
ウムイオンを含む水溶液を添加する活性汚泥処理である
ことを特徴とする。

【００１４】また、本発明の他の廃水処理方法は、活性
汚泥処理工程が好気条件下で処理され、かつ水酸化マグ
ネシウムが活性汚泥に添加されていることを特徴とす
る。

【００１５】本発明の脱リン剤は、マグネシウムイオン
を反応させることによりリン化合物を沈澱分離する水溶
液の脱リン剤であって、該マグネシウムイオンが、少な
くともオルトリン酸よりも弱酸性の酸の陰イオンが共存
する水溶液に溶解されていることを特徴とする。

【００１６】また、本発明の脱リン剤は、陰イオンが炭
酸イオンであり、この炭酸イオンがマグネシウムイオン
を含む水溶液中において飽和されている炭酸ガスにより
供給されることを特徴とする。

【００１７】本発明の脱リン方法は、マグネシウムイオ
ンが少なくともオルトリン酸よりも弱酸性の酸の陰イオ
ンが共存する水溶液に溶解されているので、リン酸イオ
ンなどと反応して難溶性あるいは不溶性のリン化合物を
容易に沈澱させることができる。特に、酸の陰イオンと
して炭酸イオンを用いると、リンの除去とともに、地球
温暖化の原因となっている炭酸ガスの有効利用が図れ
る。また、酸の陰イオンとして酢酸イオンを用いると、
マグネシウムイオンの溶解度が向上するので、リンの捕
捉効率が向上する。リンの捕捉効率は、マグネシウムイ
オンの溶液濃度を高めることのできる物質を共存させる
ことにより、より向上する。

【００１８】本発明の廃水処理方法は、少なくとも活性
汚泥処理工程を有する場合、この活性汚泥処理工程時に
上述の脱リン方法を併用するので、二次処理の活性汚泥
処理と脱リンを同時に行うことができる。また、活性汚
泥処理工程が好気条件下で処理されている場合、たとえ
ばばっ気処理がなされている場合、活性汚泥に水酸化マ
グネシウムを添加しておくので、水酸化マグネシウムが
活性汚泥の反応により発生する炭酸ガスによりマグネシ
ウムイオンが生成し、このマグネシウムイオンによりリ
ンが除去できる。

【００１９】本発明の脱リン剤は、マグネシウムイオン
が、少なくともオルトリン酸よりも弱酸性の酸の陰イオ
ンが共存する水溶液に溶解されていることにより、特に
炭酸ガスが飽和されていることにより、マグネシウムイ
オンの溶液濃度が高まり、リンの捕捉効率が向上する。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明に係るリンを含有するイオ
ンは、廃水中にイオンとして含まれているリン化合物を
包含し、マグネシウムイオンと反応できるイオンであ
る。具体的には、オルトリン酸、亜リン酸、ハイドロジ
ェンホスファイト、リン酸モノエステルやリン酸ジエス
テルなどのリン酸エステル類等のイオンを挙げることが
できる。なお、メタリン酸や縮合リン酸など、加水分解
してリン酸イオンを生成することのできる物質も含まれ
る。また、次亜リン酸など、過酸化水素やペルオキソ硫
酸などの酸化剤で容易にオルトリン酸や亜リン酸に酸化
される物質も含まれる。

【００２１】本発明に係るマグネシウムイオンは、上記
リンを含有するイオンと反応することのできる 2価のマ
グネシウム陽イオンであればよい。また、少なくともオ
ルトリン酸よりも弱酸性の酸の陰イオンと共存している
ことが、マグネシウムイオンの溶解度を向上させ、かつ
難溶性あるいは不溶性のリン化合物を効率よく生成さ
せ、沈澱分離させることができるので好ましい。このよ
うなマグネシウム陽イオンを含む水溶液は、たとえば炭
酸マグネシウムや酢酸マグネシウムを水に溶解させるこ
とにより、または水酸化マグネシウムスラリー液や酸化
マグネシウムスラリー液に炭酸ガスを吹き込むことによ
り得ることができる。

【００２２】特に水酸化マグネシウムスラリー液に炭酸
ガスを吹き込む方法は、活性汚泥処理装置のばっ気槽で
発生する炭酸ガスを炭酸ガス源として利用できるので本
発明にとって好適である。なお、水酸化マグネシウムス
ラリー液は、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硝
酸マグネシウム等にアンモニア水や水酸化ナトリウムな
どのアルカリを反応させることにより容易に得ることが
できる。

【００２３】オルトリン酸よりも弱酸性の酸としては、
炭酸、酢酸、エチレンジアミン四酢酸、重炭酸等を挙げ
ることができる。これらの中でもマグネシウムイオンの
溶解度を上げることのできる炭酸が好ましく、炭酸は炭
酸ガスを吹き込むことにより生成させることが好まし
い。

【００２４】本発明の脱リン方法は、上記マグネシウム
イオンと、たとえば炭酸イオンとが共存する水溶液を、
上記リンを含有するイオンを含む水溶液に添加攪拌する
ことにより、難溶性または不溶性のリン化合物が沈澱す
るので、このリン化合物を分離することにより脱リンが
なされる。

【００２５】リン化合物を沈澱させる場合、リンを含有
するイオンを含む水溶液の pH を調整することが好まし
く、その場合、 pH は 7.0〜7.5 が好ましい。 pH が酸
性側では炭酸イオンが炭酸ガスとなりやすくなり、また
アルカリ性側では水酸化マグネシウムが沈澱しやすくな
り、いずれの場合でもマグネシウムイオン濃度が小さく
なってしまうためである。

【００２６】なお、難溶性または不溶性のリン化合物と
しては、リンを含有するイオンによっても異なるが、た
とえばリン酸イオンの場合、リン酸マグネシウム（Ｍｇ
₃ （ＰＯ₄ ）₂ ）が沈澱することになる。このリン酸マ
グネシウムの溶解度は 1×10 ^-10 g/l である。

【００２７】本発明に係るマグネシウムイオンの溶液濃
度を高めることのできる物質は、たとえば炭酸イオン共
存下における系に添加することにより、マグネシウムイ
オンの濃度が増加する物質をいう。このような物質とし
ては、アンモニア、ジメチルアミン、ジエチルアミンな
どのアルキルアミン類、モノエタノールアミン、ジエタ
ノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルカノー
ルアミン類、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、臭
化アンモニウムなどのアンモニウム塩等を挙げることが
できる。このようなアンモニアやアミンの中で二次処理
で除去しやすいアンモニアが本発明にとって好ましい。

【００２８】本発明の廃水処理方法は、上述の脱リン方
法を活性汚泥処理方法と併用するものである。これによ
り、活性汚泥処理により廃水の浄化とともに脱リンが容
易にできる。また、活性汚泥槽は、活性汚泥の反応によ
り炭酸ガスが発生するので、水酸化マグネシウムを活性
汚泥槽に添加しておくことによっても脱リンができる。
水酸化マグネシウムは、粉末状であっても、粒子状であ
ってもよい。

【００２９】本発明の脱リン剤は、出発物質として水酸
化マグネシウムスラリー液や酸化マグネシウムスラリー
液に炭酸ガスを吹き込む方法が好ましく、特に炭酸ガス
を飽和状態あるいは過飽和状態で溶解させることが好ま
しい。具体的に溶解させる方法としては、水酸化マグネ
シウムスラリー液をオートクレーブ中において加圧下に
炭酸ガスを飽和させる方法や、水酸化マグネシウムスラ
リー液に炭酸ガスを吹き込む方法などがある。また、炭
酸ガスは地球環境問題となっている燃焼ガスや活性汚泥
ばっ気槽等から排出されるガスを適当な前処理をして使
用できる。

【００３０】なお、本発明の脱リン方法は、発生した微
細なリン酸マグネシウム塩を沈澱分離しやすくするため
に、高分子凝集剤、たとえばアニオン、カチオンまたは
両性凝集剤と組み合わせることにより、従来の硫酸バン
ドを用いて脱リン凝集させる方法より、より効果的に脱
リンを行うことができる。

【００３１】

【実施例】

実施例１ 水酸化マグネシウム 500g を純水 10kg に仕込み、十分
攪拌してスラリー液を得た。このスラリー液を 15 ℃に
維持して、この中に炭酸ガスを大気圧下で 10時間吹き
込んだ。その後、フィルタープレスで濾過して濾液を脱
リン剤として得た。キレート滴定により、溶解している
マグネシウムイオン濃度を測定したところ、6500ppm で
あった。

【００３２】実施例２ 反応をオートクレーブ中で、炭酸ガス圧 2.5 kg/cm² で
反応させる以外は、実施例１と同一の条件で脱リン剤を
得た。マグネシウムイオン濃度は、9000ppm であった。

【００３３】実施例３ スラリー液にアンモニア水（ 12 重量％）を 200g 添加
する以外は、実施例１と同一の条件で脱リン剤を得た。
マグネシウムイオン濃度は、13000ppmであった。

【００３４】実施例４ リンを含有する水溶液に、実施例１から実施例３で得ら
れた脱リン剤を、含有するリンに対してほぼ当量加え
て、室温で 10 分間攪拌した。なお、リンを含有する水
溶液の pH は 7.0に調整した。その後、水溶液を濾過し
て濾液に含まれるリン濃度を測定した。初期濃度と脱リ
ン後の濃度を表１に示す。なお、比較例として水酸化マ
グネシウムスラリー液のみを用いた場合を示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１に示すように、本発明の脱リン剤は、
優れた脱リン効果を示した。

【００３７】実施例５ 本発明の脱リン方法および廃水処理方法を図１を参照し
て説明する。図１は、全リン含有率が 52 ppm の塗装廃
液に適用した本発明の脱リン方法および廃水処理方法を
説明するための模式図である。図１において、１は廃水
調整槽、２は凝集反応槽、３は沈澱槽、４はばっ気槽、
５は脱リン剤製造塔をそれぞれ示す。

【００３８】リンを含む廃液Ａは、いったん廃水調整層
１に貯えられ、処理流量や pH 等が調整され、凝集反応
槽２に移動する。 pH は 7.0〜7.5 とした。凝集反応槽
２において、アニオン系凝集剤（アルシーフロック、日
本アルシー株式会社製の商品名）Ｂと、脱リン剤製造塔
５より供給される脱リン剤が添加される。なお、処理流
量単位当たり、脱リン剤の添加量はマグネシウム量とし
て 70ppm、アニオン系凝集剤の添加量は 5 ppmである。
その後、沈澱槽３に移され、凝集剤による沈澱促進が図
られ、リン酸マグネシウム塩の沈澱物が生成する。沈澱
槽３で固液分離された上澄液は、ばっ気槽４にて活性汚
泥処理がなされる。その際、活性汚泥の反応により発生
する炭酸ガスが脱リン剤製造塔５に導かれ、水酸化マグ
ネシウムスラリー溶液Ｃと接触させることにより脱リン
剤が製造される。なお、水酸化マグネシウムスラリー溶
液に、水酸化マグネシウムに対して 0.5重量％のアンモ
ニアを加える。この脱リン方法によるとばっ気槽４にて
発生する炭酸ガスを有効利用することができる。

【００３９】ばっ気槽４にて活性汚泥処理された排水Ｄ
は、リン含有率が 0.9 ppmであった。また、アニオン系
凝集剤を用いているため、脱水ケーキ量が、脱リン剤と
して塩化鉄および消石灰を、凝集剤として高分子凝集剤
を用いる従来の方法に比較して、脱水ケーキ量が 1/3以
下であった。

【００４０】実施例６ 本発明の他の脱リン方法および廃水処理方法を図２を参
照して説明する。図２は、実施例５の変形例を説明する
ための模式図である。脱リン剤製造塔５より供給される
脱リン剤を凝集反応槽２でなく、沈澱槽３に直接添加す
る以外は実施例５と同一の条件方法で廃水処理を行っ
た。この場合においても実施例５と同様に、排水Ｄのリ
ン含有率は 1.1 ppmであった。

【００４１】実施例７ 本発明の他の脱リン方法および廃水処理方法を図３を参
照して説明する。図３は、実施例５の変形例を説明する
ための模式図であり、最終沈澱槽６が設けられ、この最
終沈澱槽６より返送汚泥７がばっ気槽４に戻される場合
を示す。ばっ気槽４に水酸化マグネシウムを原水に対し
て 200ppm スラリーとして添加した。また、凝集反応槽
２にカチオン系凝集剤Ｂ´とアニオン系凝集剤Ｂとを加
え、ばっ気槽４から最終沈澱槽６への中間でもアニオン
系凝集剤Ｂを加えた。その他は実施例５と同一の条件方
法で廃水処理を行った。この場合においても実施例５と
同様に、排水Ｄのリン含有率は 1.1 ppmであった。な
お、沈澱槽３をでた直後の排水のリン含有率は 35ppmで
あった。

【００４２】

【発明の効果】本発明の脱リン方法は、少なくともオル
トリン酸よりも弱酸性の酸の陰イオンが共存するマグネ
シウムイオンを含む水溶液を用いるので、リンの捕捉効
率が高い。また捕捉効率が高いので、スラッジなどの汚
泥の発生量が少ない。

【００４３】特に炭酸イオン共存下にマグネシウムイオ
ンを含む水溶液を用いるので、リンの除去とともに、活
性汚泥処理槽などで発生する炭酸ガスの有効利用が図れ
る。

【００４４】また、酢酸イオン共存下にマグネシウムイ
オンを含む水溶液を用いるので、マグネシウムイオンの
溶解度が上がり、リンの捕捉効率が向上する。

【００４５】また、マグネシウムイオンの溶液濃度を高
めることのできる物質を共存させるので、リンの捕捉効
率がより向上する。

【００４６】本発明の廃水処理方法は、少なくとも活性
汚泥処理工程を有し、該活性汚泥処理工程に少なくとも
オルトリン酸よりも弱酸性の酸の陰イオンが共存するマ
グネシウムイオンを含む水溶液が添加されているので、
活性汚泥処理で困難な脱リンを容易に行うことができ
る。

【００４７】また、他の廃水処理方法は、活性汚泥処理
槽中に水酸化マグネシウムを添加しておくので、従来の
装置のままでも脱リンを効果的に行うことができる

【００４８】本発明の脱リン剤は、マグネシウムイオン
が、少なくともオルトリン酸よりも弱酸性の酸の陰イオ
ンが共存する水溶液に溶解されていることにより、特に
炭酸ガスが飽和されているので、マグネシウムイオンの
溶液濃度が高まり、リンの捕捉効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の脱リン方法および廃水処理方法を説明
するための模式図である。

【図２】本発明の他の脱リン方法および廃水処理方法を
説明するための模式図である。

【図３】本発明の他の脱リン方法および廃水処理方法を
説明するための模式図である。

【符号の説明】

１ 廃水調整槽 ２ 凝集反応槽 ３ 沈澱槽 ４ ばっ気槽 ５ 脱リン剤製造塔 ６ 最終沈澱槽 ７ 返送汚泥

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リンを含有するイオンを含む水溶液に、
   マグネシウムイオンを含む水溶液を反応させてリン化合
   物を沈澱分離する脱リン方法において、 前記マグネシウムイオンを含む水溶液は、少なくともオ
   ルトリン酸よりも弱酸性の酸の陰イオンが共存する水溶
   液であることを特徴とする脱リン方法。
2. 【請求項２】 前記陰イオンが炭酸イオンであることを
   特徴とする請求項１記載の脱リン方法。
3. 【請求項３】 前記陰イオンが酢酸イオンであることを
   特徴とする請求項１記載の脱リン方法。
4. 【請求項４】 マグネシウムイオンの溶液濃度を高める
   ことのできる物質が前記マグネシウムイオンを含む水溶
   液に共存していることを特徴とする請求項１ないし請求
   項３のいずれか１項記載の脱リン方法。
5. 【請求項５】 廃水処理工程の一部に少なくとも活性汚
   泥処理工程を有する廃水処理方法において、 前記活性汚泥処理工程は、少なくともオルトリン酸より
   も弱酸性の酸の陰イオンが共存するマグネシウムイオン
   を含む水溶液が添加されている活性汚泥処理であること
   を特徴とする廃水処理方法。
6. 【請求項６】 廃水処理工程の一部に少なくとも活性汚
   泥処理工程を有する廃水処理方法において、 前記活性汚泥処理工程は、好気条件下で処理され、かつ
   水酸化マグネシウムが活性汚泥に添加されていることを
   特徴とする廃水処理方法。
7. 【請求項７】 マグネシウムイオンを反応させることに
   よりリン化合物を沈澱分離する水溶液の脱リン剤であっ
   て、 前記マグネシウムイオンは、少なくともオルトリン酸よ
   りも弱酸性の酸の陰イオンが共存する水溶液に溶解され
   ていることを特徴とする脱リン剤。
8. 【請求項８】 前記陰イオンが炭酸イオンであり、この
   炭酸イオンが前記マグネシウムイオンを含む水溶液中に
   おいて飽和されている炭酸ガスにより供給されることを
   特徴とする請求項５記載の脱リン剤。