JPS58223479A - リン酸塩を含む水の処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はリン酸塩を含む水を処理してリン酸塩を除去
する装置に関するものである。

近年湖沼、内湾をはじめとする閉鎖水域において、富栄
養化の進行が著しく問題視されている。

富栄養化の一因として、水中に存在するリン酸塩がクロ
ーズアップされ、その除去が緊急の課題として取りあげ
られている。富栄養化の原因となるリン酸塩は、上水、
下水、工業用水、工場廃水、ボイラ水等に含まれており
、オルソリン酸塩、縮合リン酸塩などの無機性のリン酸
塩や２有機性のリン酸塩の形で存在している。

このようなリン酸塩を除去する方法として、リン酸塩を
含む水をカルシウムイオンの存在下に、す／鉱石などの
リン酸カルシウムを含む結晶種と接触させる方法が提案
されている。この方法は水中に含まれるリン酸イオンを
ヒドロキシアパタイト等のリン酸カルシウムの形にして
結晶種に晶析させることにより除去するものであって、
運転方法が従来の凝集方法と比べて簡略化できるだけで
な、＜、処理効率も格段によくなる。

ところで、どのような処理方法においては、晶析脱リン
効果に及ぼすＰＨの影響が太きい。このため、従来の処
理装置では、晶析槽入口側でアルカリ剤を添加し、晶析
槽入口部のＰＨを制御して晶析処理する方式を採用して
きた。

しかしながら、このような処理装置では、水質の変動に
よって処理水のリン濃度が変動し、安定した処理を行う
ことがそきなかった。また処理水ＰＨも変動し、場合に
よっては規制値を越え、その１までは放流できないなど
の問題点があった。

この発明は以上のような従来装置における問題点を改善
するだめのもので、処理水のＰＨを検出し、このＰＨ値
を設定値に維持するように、アルカリ剤の添加量を制御
する装置を設けることにより、原水水質が変動する場合
でも、最適条件で安定してリン酸塩を除去することがで
きるとともに、処理水ＰＨを規制値内におさえて、その
ままで放流可能な処理水を得ることができるリン酸塩を
含む水の処理装置を提供することを目的としている。

この発明はリン酸塩を含む水をＰＨ６以上であって、か
つカルシウムイオンの存在下に、リン酸カルシウムを含
む結晶種と接触させる晶析槽と、この晶析槽に原水を供
給する装置と、前記原水にアルカリ剤およびカルシウム
剤を添加する装置と、前記晶析槽で接触後の処理水のＰ
Ｈを検出する装置と、検出されるＰｌ」値が所定範囲内
となるように前記アルカリ剤の添加量を制御する装置と
を備えたことを特徴とするリン酸塩を含む水の処理装置
である。

リン酸塩を含む水をカルシウムイオンの存在下にリン酸
カルシウムを含む結晶種と接触させたときに起こる反応
は反応条件によって異なるが、通常は次式によって表わ
される。

５Ｃａ２＋＋ろＨＰＯ４２−＋４０Ｈ−→Ｃａ５　（Ｏ
Ｈ）（ＰＯ４）３＋３Ｈ２０−（１１（１）式かられか
るように、リン酸塩の除去率を上げるだめには、反応を
右に進行させる必要があり、このため原水にアルカリ剤
およびカルシウム剤を添加することが行われる。ここで
原水水質によってリン除去率が変動する原因を調べたと
ころ、（１）式の反応に伴って水酸イオンが消費される
ので、ＰＨが低下するが、このときのＰＨの低下傾向は
原水水質、特にＭアルカリ度によって異なり、このため
晶析槽の入口におけるＰＨ値を晶析に適した最適ＰＨ値
に制御しても、晶析時にＰＨが低下して槽内を最適ＰＨ
に維持できず、処理が不安定になることがわかった。

このため本発明では、処理水のＰＨ値を検出し、この値
を所定範囲内に維持するように、アルカリ剤の添加量を
制御する装置を設ける。以下、本発明を図面の実施例に
より説明する。第１図は本発明の一実施例によるリン酸
塩を含む水の処理装置を示す系統図である。

第１図において、１は原水ポンプ、２．６は濾過槽、４
は晶析槽、５は検出槽であって、図のようにシリーズに
連絡されている。６はカルシウム剤貯槽、７はアルカリ
剤貯槽であって、それぞれ薬注ポンプ８．９を通して濾
過槽２．６間のラインに薬注するように接続している。

１０はＰＨ指示調節計であって、検出槽５において処理
水のＰＨを検出して指示し、設定値に調節できるように
、薬注ポンプ９によるアルカリ剤の添加量を制御するよ
うに接続している。

濾過槽２には原水中の懸濁物等の不純物を濾過できるよ
うに、アンスラサイト等のＰ材が充填されており、凝集
濾過を行えるように凝集剤注入手段を設けてもよい。濾
過槽６はカルシウム剤およびアルカリ剤の注入により生
成する沈殿を濾過するだめのもので、小形のものでよい
。

晶析槽４はリン酸イオンをリン酸カルシウムとして晶析
させて除去するだめのもので、反応液を上向流または下
向流で通水して接触させるように、リン酸カルシウムを
含む結晶種が充填されている。

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）　（ＰＯす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ｐ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っ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
が上る。

リン酸塩を含む水とリン酸カルシウムを含む結晶種との
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太きいだめ新しい結晶が
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。

また粒径があまり太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メツシュ程度のものを使
用する。このうち太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ＳＶ１〜５　ｈｒ−１で上
向流で通水してリン酸カルン・ラムの結晶を析出させる
ようにするのが望ましいが、場合によっては下向流で通
水するようにしてもよい。

以上のように構成された装置においては、リン酸塩を含
む原水をリン酸カルシウムを含む結晶種と接触させ、晶
析を行う。晶析の条件は従来法と同様であり、カルシウ
ムイオンの存在下であって、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と、前記（
１）式によシ生成するリン酸カルシウムが結晶種表面に
析出して結晶が成長し、水中のリン酸イオンが除去され
る。

装置の運転操作は、晶析に先立って原水の前処理を行う
ことができ、この場合原水は原水ポンプにより濾過槽２
に供給されて濾過され、不１純物が除去される。濾過槽
２における濾過は前述のように凝集濾過でもよく、また
凝集沈殿等の他の前処理操作に置き換えてもよい。

前処理を終った原水に、カルシウム剤貯槽６から薬注ポ
ンプ８によりカルシウム剤を注入し、またアルカリ剤貯
槽７から薬注ポンプ９によりアルカリ剤を注入し、原水
中にカルシウムイオンを存在させるとともに、ＰＨを６
以上に調整し、前記（１）式の反応を進行させる。

水中に存在させるカルシウムイオンは、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だは不足する場合には外部から
添加する。カルシウム剤およびアルカリ剤の添加量は反
応当量よりも過剰量とするが、ア壕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、まだ炭酸
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ａ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
な沈殿を生成し炉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。まだ溶解度より
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＃度およびＰＨによって支
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７５０ｍ９７Ａ以下
の場合において、カルシウムイオンが１０〜１００　ｍ
ｇ／Ｚ、ｐＨが６〜１２程度であるが、それぞれの条件
によって変動する。

カルシウム剤およびアルカリ剤の添加により生成する微
量のリン酸カルシウム等の沈殿は濾過槽６において除去
する。次いで反応液を晶析槽４に導入し、上向流または
下向流通水して結晶種と接触させ晶析を行う。このとき
、反応液中のヒドロキシア・ξタイトは結晶種表面に析
出して除去される。

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逆洗を行って結晶種
床を展開して洗浄し、表面に付着した不純物を剥離７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、逆洗時間は５〜６０分程度分
根る。

以上により晶析を行うことによシ、原水中のリン酸塩は
除去され、リン濃度の低い処理水が得られる。処理水は
晶析槽４から検出槽５に導入し、ｐＨ指示調節計１０に
よりＰＨの検出を行う。ｐＨ指示調節計１０は検出した
ＰＨを表示するとともに、処理水Ｐｌ（が設定された範
囲内に維持されるように、薬注ポンプ９０回転数を制御
し、アルカリ剤の注入量を制御する。処理水ＰＨの設定
値は目標とする処理水質により任意に決定しうるが、一
般的には８．２へ・８６である。

第２図は後述の試験例より得られた処理水ＰＨと処理水
リン濃度の関係を示すグラフであり、処理水リン濃度を
０５■／ｆ以下にするには処理水ＰＨを８２以上にすれ
ばよいことがわかる。そして処理水−の上限は規制値に
よって決まり、一般的には８．６である。

ｐＨ指示調節計１０におけるＰＨの検出値が８．２より
低い場合にはアルカリ剤の添加量を多くし、また８６よ
り高い場合には添加量を少なくするように集注ポンプ９
を制御すると、処理水ＰＨ値は８．２〜８６に維持され
、晶析槽４では最適晶析ＰＨに維持されて、処理水リン
濃度は０５ｍＬｉ／Ｚ以下となり、高除去率で安定した
処理を行うことができる。

また得られる処理水ＰＨは規制値以下であるので、中和
等の処理を行うことなく、そのまま放流することが可能
である。

次に試験例について説明する。

試験例 リン濃度１〜２■／！の下水二次処理水からのリンの除
去に約１年間使用したリン鉱石（粒径０、２６〜０．８
４　ｍｍφ）を内径６ＣＩｆＬ、長さ１ｍのアクリル樹
脂製カラムに充填し、一方下水二次処理水に塩化カルシ
ウム水溶液と水酸化ナトリウム水溶液を連続注入して、
カルシウムイオン濃度を約４０ｍ９７Ｚ、ｐＨを８．５
〜８．９となるように制御し、６００ｍ１／ｈｒの流速
で上記リン鉱石を充填したカラム上向流で２９日間通水
して得られた処理水のＰＨおよびリン濃度を第６図（Ａ
ｌ、（Ｂ）に示す。

第３図の２９日までの結果より明らがなように、処理水
ＰＨの変動に伴い、処理水リン濃度も変化する傾向がみ
られ、特に処理水ＰＨが８２以下の値となった場合には
、処理水リン濃度が０５■／ｆ以上の値を示すことがわ
かる。

その後、第１図に示すように、検出槽５およびｐＨ指示
調節計１０を設けて処理水のＰＨを検出し、この検出Ｐ
Ｈ値が８８２〜８，６となるように、アルカリ剤の注入
量を制御して得られた処理水のＰＨおよびリン濃度を第
６図（Ａ）、（Ｂ）に併記する。

第６図の２９日以降の結果より明らかなように、ＰＨの
制御方式変更後は、処理水のリン濃度が次第に低下し、
３４日口取後は０４η／！以下の安定した処理水質が得
られた。

以上の結果より、処理水ＰＨを検出して所定値に維持す
ることにより、効率よく安定して処理が行え、リン濃度
が低くなり、そのまま放流可能な処理水が得られること
がわかる。

なお、上記説明において、濾過槽２．６は必ずしも設け
なくてもよく、また処理水ＰＨの検出場所は晶析槽４内
その他の場所でもよい。さらにアルカリ剤の添加量制御
手段は弁の開度調節その他の手段によってもよい。晶析
槽４の滞流時間はＰＨ値の変動に追随して制御可能な程
度に設定するのが望ましい。また本発明による処理対象
となる原水は、下水処理水に限らず１、他のリン酸塩を
含む水でもよい。

以上のとおり、本発明によれば、処理水のｐＨを検出し
、このＰＨ値を設定値に維持するように、アルカリ剤の
添加量を制御する装置を設けて晶析を行うように構成し
たので、原水水質が変動する場合でも、最適条件で安定
してリン酸塩を除去することができるとともに、処理水
ＰＨを規制値内におさえて、その−１まで放流ｉ＝Ｊ能
な処理水を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す系統図、第２図は試
験例における処理水のｌｊ４とリン濃度の関係を示すグ
ラフ、第６図（Ａ）は試験例における処理水ＰＨを示す
グラフ、（Ｂ）は同じく処理水リン濃度を示すグラフで
ある。 ２．３　濾過槽、４・・・晶析槽、５・・検出槽、６・
カルシウム剤貯僧、７・・・アルカリ剤貯槽、１０・・
・ＰＩＩ指示調節計。 代理人弁理士　柳　原　　成

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）リン酸塩を含む水をＰＨ６以上であって、かつカ
   ルシウムイオンの存在下に、リン酸カルシウムを含む結
   晶種と接触させる晶析槽と、この晶析槽に原水を供給す
   る装置と、前記原水にアルカリ剤およびカルシウム剤を
   添加する装置と、前記晶析槽で接触後の処理水のＰＨを
   検出する装置と、検出されるＰＨ値が所定範囲内となる
   ように前記アルカリ剤の添加量を制御する装置とを備え
   たことを特徴とするリン酸塩を含む水の処理装置。
2. （２）処理水のＰＨを８２〜８．６に維持するようにし
   た特許請求の範囲第１項記載のリン酸塩を含む水の処理
   装置。
3. （３）　ｐＨを検出する装置は晶析槽から流出する処理
   水のＰＨを検出するものである特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載のリン酸塩を含む水の処理装置。
4. （４）処理水を導入する検出槽と、この検出槽内の処理
   水の−を検出し、かつアルカリ剤注入ポンプの回転数を
   制御するＰＨ指示調節計とを備えた特許請求の範囲第１
   項々いし第６項のいずれかに記載のリン酸塩を含む水の
   処理装置。