JPS5876177A - リン酸塩を含む水の処理方法 - 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】 この発明はリン酸および有機物を含む水を処理して、リ
ン酸塩を除去する方法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シあげ
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、
オルンリン酸塩、縮合リン酸塩などの無機性のリン酸塩
や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、リン鉱石などの
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（］）ｉＨｅｒ’ｔａｔｉｏｎＡｂｓｔｒａ
ｃｔｓ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、　Ｖｏｌ、　３
３ｅＡ１２．Ｐａｒｔ　Ｉｔ５８７８−Ｂ頁など）。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く、処理効率
も格段によくなるので、近年、特に注目されている。

ところで現在の放流水基準として最も厳しいものは、リ
ンとして０．５■／ｌであるが、工場廃水等について、
前記晶析脱リン法を適用して処理していると、何らかの
要因によって処理水中のリン酸塩がリンとして０．５■
／ｌ以上になシ、処理が不安定になるとともに、被処理
水向Ｓｖもそれほど高くとれないという問題があった。

この発明は以上のような従来法における問題点を解決す
るだめになされたもので、原水を予め活性炭と接触させ
て有機物を除去することにより、リン酸塩除去効果が高
く、その効果が持続するとともに、処理水を安定させる
・ことのできるリン酸塩を含む水の処理方法を提供する
ことを目的としている。

この発明はリン酸塩および有機物を含む水を活性炭と接
触させたのち、カルシウムイオンおよび水酸イオンの存
在下に、す°ン酸カルシウムを含む結晶種°と接触させ
ることを特徴とするリン酸塩を含む水の処理方法である
。

本発明において処理対象となる原水はリン酸塩および有
機物を含む水で、下水、し尿、工場廃水等の二次処理水
があげられる。このような原水を晶析により処理すると
、原水中の有機物が晶析に悪影響を及ぼし、処理が不安
定となることが明らかになったので、本発明では、予め
原水を活性炭と接触させて有機物を除去しておくもので
ある。

活性炭としては、有機物を吸着できるものであればその
起源は限定されない。その形態も粉末状でも粒状でもよ
く、粉末状のものは原水に添加して攪拌混合したのち、
沈澱、濾過等により分離し、また粒状のものは充填床と
して通水するのが望ましい。充填床の場合、固定床でも
流動床でもよく、通水速度はＳＶ１〜２０ｈｒ−’で、
下向流または上向流で通水して接触させるのが望ましい
。

以上のようにして原水を活性炭と接触させることにより
、原水中の有機物は除去される。こうして得られる活性
炭処理水を、カルシウムイオンおよび水酸イオンの存在
下にリン酸カルシウムを含む結晶種と接触させて晶析を
行う。

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。

５Ｃａ”　＋　７０Ｈ−＋　３Ｈ２ＰＯ４−→Ｃａｇ（
ＯＨ）（’、ＰＯ４）＋　６Ｈ２０−（１）リン酸塩を
含む水から効率良くリン酸塩を除去するためには（１）
式の反応を右側に進行させる必要があり、このためには
カルシウム剤やアルカリ剤を必要により添加して、カル
シウムイオンおよび水酸イオンを存在させる必要がある
。これらのイオンの量があまシ多量になると、結晶種以
外の場所で微細な沈澱が生成したシ、炭酸カルシウムの
沈澱が生成する場合があるので、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、過溶解度よシは低い濃度
、す汝わち準安定域の濃度のヒドロキシアパタイトが生
成する条件である。

ここで過溶解度とは、反応系に結晶種が存在しないとき
に結晶が析出し始める濃度である。

カルシウムイオンおよび水酸イオンの量を上記範囲にす
るためには必要によりカルシウム剤および／″またはア
ルカリ剤を活性炭処理水に添加する。

カルシウム剤およびアルカリ剤の好適添加量は簡単な実
験により予め決めることができるが、原水中のリン酸塩
が５０■／ｌ以下の場合、カルシウムイオンは１０〜２
００■／ｌ、ｐＨは６〜１２程度である。

この発明に用いられるカルシウム剤としては水酸化カル
シウム、塩化カルシウムなど、アルカリ剤としては水酸
化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなど
があげられる。

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［Ｃａ、（ＯＨ）　（ＰＯ４）３］、フルオ
ロアパタイトＣＣａ５（Ｆ）（Ｐｏ４）ｓ　）まだはリ
ン酸三石灰ＣＣａｎ　（ＰＯ４）２１などのリン酸カル
シウムを含む結晶種が使用でき、天然のリン鉱石はこれ
らのリン酸カルシウムを主成分としておシ、結晶種とし
て適している。また、砂などの濾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
と同種のヒドロキシアパタイトを主成分とすると新しい
結晶の析出が円滑に行われ、す／酸塩の除去が効率的に
行われ除去率が上がる。

リン酸塩を含む水と結晶種との接触方法は固定床式でも
流動床式でもよいが、前段で活性炭の充填層に流動床通
水したときには懸濁物も同時に除去するために固定床式
がよく、また活性炭充填層が固定床のときには流動床式
でもよい。好ましくは活性炭の充填層を固定床として通
水するとともに、懸濁物も同時に除去すれば結晶種充填
層に充填される結晶種の粒径をよシ小さくすることがで
きるとともに、結晶種の逆洗回数も減らすことができ、
その結果より安定した水質の処理水が得られる。

結晶種の大きさは通常小さいものほど比表面積が太きい
ため新しい結晶が析出しやすいが、あまシ小さいと、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
まシ大きいと単位充填量あた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ＳＶ１〜２０ｈｒ−’で上向流または下向流で通
水してヒドロ−キシアパタイトの結晶を析出させる。な
お第１工程が流動床の場合には第２工程で、下層の大粒
径の部分で懸濁物を捕捉し、上層の小粒径の活性度の高
い部分で晶析を行うことができる。同様に下向流で通水
する場合には、結晶種表面への懸濁物の付着を避けるた
め、結晶種より比重が小さく粒径の大きい濾材を結晶種
固定層の上に積層し、との濾材により懸濁物を除去れた
り目詰りを起こすようなことがあれば、定期的に上向流
による逆洗を行って結晶種を展開洗浄し、表面に付着し
た不純物を除去するのが望ましい。

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分程度である。

以上のようにして晶析を行うと、主として（１）式によ
り溶解度の低いヒドロキシアパタイトが生成し、これが
結晶種の表面に晶析し、処理水中のリン酸塩濃度は低く
なる。被処理水中に有機物が存在すると、結晶種の表面
が汚染されて活性が低下し、これが原因となって処理が
不安定となるが、晶析に先立って活性炭で処理して有機
物と接触させると結晶種の汚染はなくなり、常に活゛性
の高い表面で晶析が行われ、安定して効率のよい処理が
行われる。

以上のとおり、本発明によれば、原水を活性炭と接触さ
せて有機物を除去したのち晶析を行うようにしたので、
次のような効果がある。

■処理水質が安定し、維持管理が容易になる。

■結晶種表面の汚染が防止されて、リン酸塩除去活性が
より長く持続する。

■リン酸塩反応速度が増大し、晶析装置を小型化でき、
通水速度を大きくできる。

次に実施例について説明する。

実施例１ ｐＨ６，７、リン酸イオン濃度１．７４■／ｌ（Ｐとし
て・・・以下向）、カルシウムイオン濃度２４．８ｍｙ
／ｌｌ、色度５６．７度、ＣＯＤＭｎ８．１　ｍｙ／Ｉ
Ｊの下水二次処理水に粉末活性炭クラレコールＰＦＫ（
株式会社クラレ商標）を１０００Ｗｌｉ／ｌ添加し、　
１時間攪拌後濾紙Ａ５Ａで濾過した、濾過水はｐＨ８，
７、色度２．９度、ＣＯＤＭ、ｌ０１６であシ、この濾
過水を塩酸でｐＨ６７に調整したものを活性炭処理水と
した。

次にリン酸−ナトリウム（ＮａＨ２ＰＯ４・２Ｈ２０）
　、塩化カルシウム（ＣａＣ４・２Ｈ２０）ならびに水
酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を前記活性炭処理水および
二次処理水（濾紙Ａ５Ａ濾過゛水）に添加して、リン酸
イオン濃度を２．０ＷＩｑ／１１力ルシウムイオン濃度
を４０■／ｌ％ｐＨ９，０に調整した。この試料水３０
０ｍ１を共栓付三角フラスコに採り、ヒドロキシアバ多
イトを主成分とするリン酸カルシウムの結晶種（ヨルダ
ン産リン鉱石１１粒度５２〜６０メツシュ）を０．１重
量％添加後、常温で振とり攪拌して反応させ、１．２．
４．７および２５時間後に上澄液をミリポアフィルタで
濾過し、濾液中のリン酸イオン濃度を測定した。結果を
表１に示す。

実施例２ ｐＨ７，７、リン酸イオン濃度Ｚ１７、カルシウムイオ
ン濃度１ｏ４ｒｑ／ｌ−色度９５．６度、ＣＯＤＭｎ　
１４．５ｍｙ／ｌについて実施例１と同様に処理した。

活性炭処理後の製紙Ａ　５　Ａ濾過水はｐＨ７７、色度
０度、ＣＯＤＭｎ４．　Ｏｍ９／ｌであった。　こ゛の
濃、過水を実施例１と同じ薬剤でｐＨ８，５、カルシウ
ムイオン濃度５０■／ｌと　　　−　　　　　　゛　　
した。処理結果は表１に併記する通りである。

以上の結果よシ、活性炭で処理した方がリン酸イオン濃
度の低下率が大きいことがわかる。

表　　１ 代理人　弁理士　柳　原　　成

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）リン酸塩および有機物を含む水を活性炭と接触さ
   せたのち、カルシウムイオンおよび水酸イオンの存在下
   に、リン酸カルシウムを含む結二種と接触させることを
   特徴とするリン酸塩を含む水の処理方法
2. （２）粉末活性炭を原水に混合して接触させる特許請求
   の範囲第１項記載のリン酸塩を含む水の処理方法
3. （３）粒状活性炭の充填床に原水を通水して接触させる
   特許請求の範囲第１項記載のリン酸塩を含む水の処理方
   法
4. （４）リン酸カルシウムを含む結晶種はヒドロキシアパ
   タイト、フルオロアノξタイトまたはリン酸三石灰であ
   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
   のリン酸塩を含む水の処理方法