JPS59123597A - 脱リン方法 - 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だめに、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３０〜５６０分間滞留
させ、次いで曝気槽で９Ｑ〜３６０分間滞留きせて、リ
ンとともにＢＯＤを除去し、曝気液は沈殿槽において処
理水と沈澱汚泥に分離し、と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シ発生する余剰汚泥には１．４Ｚ
　ＩＪ　ＩＪ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
は消化処理を行っているが、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って溶出
するという問題があった。

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だめ、固液分離
が困難であり、まだ濃縮された汚泥が嫌気状態に維持さ
れると、さらにリンが溶出し、別途処理する必要がある
などの問題もあった。

この発明は以上のような従来の問題点を改善するだめの
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シ、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６はほぼ同様の構成となっており
、空気を遮断した状態で緩やかに撹拌して、嫌気処理を
行えるようになっている。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って、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６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６では硝酸イオンおよび亜硝酸イオ
ンが存在しないだめ、脱窒細菌を含む通性嫌気性菌は体
内のリンをエネルキー源として消費し、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６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に送って沈殿分離を行い、沈殿固形分は排泥管１６
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は中に脱り／剤６ａが充填されておシ、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シ
、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シ、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０１１ｆＱ７１１
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は再生剤と接触させることによって再生
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、消石灰々どが使用できる。

図面の脱リン塔６は脱リン剤６ａを結晶種として晶析を
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（−１゜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って、かつｌ）８６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
件によって異なるが、通常は次式によって表わされる。

５Ｃａ２＋＋　３ＨＰＯＸ−＋４０Ｈ−→Ｃａ５（０１
４ＸＰＯ４）３＋３Ｈ２０−（１１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　
（ＯＨＸＰＯ，）３　）、フルオロアパタイト〔Ｃａ５
（ＦＸｐ○４）３〕またはリン酸三石灰〔Ｃａ３（ＰＯ
４）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。１
だ、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脣しい。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。すなわら、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々沈殿を生成しＰ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
沈殿は生成し々い。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によって支
配される。生成したヒドロキシア・ξ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５０ｍ９／ｅ以
下の場合において、カルシウムイオンカ１０〜１０　ｏ
ｍｇ／　（！　、　ｐＨが６〜１２程度であるが、それ
ぞれの条件にょって変動する。

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。また粒径があまシ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〜′５００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８Ｖ１
〜５　ｈｒ　’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
定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における晶析によシ、液中のリンは（１）式
によシ脱すン剤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っ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
におけるリン含有酸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
汚泥とともに処理量る。すなわら汚泥滞留槽２１に、排
泥管１６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２６から消石灰を
添加して、力／Ｉ／　シウムイオンの存在下であって、
かつｐＨ６〜９．５の条件下、す々わらリン酸カルシウ
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攪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、予め漣心濃縮機′
４（図示せず）で４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６と同様の構造となっているが
、段階的に蛇行して流れるように指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２１
ａに排泥管１３および廃液管２２が接続し、最終室２ｉ
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。この覗、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２６から消石灰が添加され、ヒドロキソ
ア・ξ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）以上になったときに、
リン酸イオンとカルシウムイオンの反応によってリン酸
カルシウムの微細な結晶が発生する。それ以後の時間経
過によっ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ぐ、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っ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
ルシウムとなって析出し、また再生廃液中のカルシウム
イオンおよび（塘りは）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って消石灰は消費きれてい
くので、汚泥滞留槽２１［薬注管２３がら消石灰を分注
し、常にリン酸カルシウムが生成する条件に保つ。す／
酸カルシウムが生成する条件とは、カルシウムイオンの
存在下であって、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
によって具体的には異なってくる。生成させるリン酸カ
ルシウムとしては、溶解度が小さいヒトｂキシア・ξタ
イトが好ましく、この場合、カルシウムイオン１０〜１
００　ｍ９７　ｅ　、　ｐＨ６〜９．５　テアＺ）。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ｐｌ−１と相関性を揚゛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、リン濃度が高くなっ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、一体となった形で反応が進
行するので、汚泥の沈降性が良くなるとともに、脱水性
も改善さね、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
晶となっているため、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２１ＶｔＣ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り／が溶出することはない。

汚泥滞留槽２１で嫌気処理を行った汚泥は連絡管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ｐ）１８以上となって
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（ｐＨ７〜７５）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１２、濃縮槽２５で
汚泥から溶出するリンヲ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２
８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６０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っ
ている。消化槽３１にも必要により薬注管６２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３乙から排出されるが、必
要により第２消化槽（図示せず）においてさらに消化（
７てもよい。消化槽６１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６１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犬きく、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
添加してフロックを生成させ、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。脱水は通常薊過脱水、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け前記例示の
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、原水のリン濃度カ、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、これによジ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 ｐＨ７０、アルカリ度１ＣＪＯｍｇ／ｅ、リン濃度４ｍ
？／ｅ、ＢＯＤ１００ｍ９７ｅの合成下水を返送汚泥と
混合して嫌気槽にり、８５ｈｒ滞留させた後、好気槽に
２、Ｏｈｒ滞留させ、ＭＬＳ８２０００〜４００　Ｃ３
ｍ９／ｅ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％と々るように、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［）Ｈ６〜９５に維持して、攪拌下に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４０　ｍ９／ｅ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１５０ｍ１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０５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、１．１　ｇ／ｅの
消石灰溶液を脱り／塔に循環通液して脱リン剤を再生し
た。再牛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．
．１　ｍ９７ｅ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２０ｍ９／ｅ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１３００ｍ９／ｅ
であったが、再生廃液を余剰汚泥量の約２割を連続注入
した場合１１５０ｍ９／ｅになった。

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／ｇの水酸化す）　ＩＪウムで再生した場合も
、最終処理水中のリン濃度は０．１　ｍ９７ｅ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
は最終化Ｍｉ僧、６は脱リン塔、１９は再生廃液貯槽、
２１は汚泥滞留槽、２５は濃縮槽、６１は消化槽である
。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （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ね処理
   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
   剤尋複によシ再生し、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Ｉ）Ｈ６〜９
   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. （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. （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. （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項ないし第ろ項のいずれか
   に記載の脱リン方法。
5. （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. （６）嫌気状態維持後の汚泥は製部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。