JPS61136486A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明はリン酸イオン含有水の脱リン方法、特にアル
ミニウム化合物を使用してリン酸イオンを除去する方法
に関するものである。

〔従来の技術〕

リン酸イオン含有水からアルミニウム化合物を使用して
リン酸イオンを除去する方法として、リン酸イオン含有
水を１．アルミニウム化合物の存在下にアルミニウム含
有粒状物の充填層に通水処理することにより、高除去率
で効率よくリン酸イオンを除去できる脱リン方法が提案
されている（特願昭５８−１９６８８６号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この方法ではアルミニウム含有粒状物として０．５〜１
■−程度の粒径のものを充填し、リンおよびアルミニウ
ムの凝集物を吸着作用および晶析作用が関与した濾過作
用を利用して除去しているのでアルミニウム含有粒状物
の粒径が小さい場合には充填層の表層において凝集物が
捕捉される表層濾過となる。このため充填層全体の脱リ
ン性能が低下しなくても充填層上部のみが凝集物により
閉塞して通水抵抗が増大し、通水を停止して展開洗浄（
逆洗）を行う必要が多くなるため、処理持続時間が短く
なり、洗浄頻度が多くなるという問題点があった。

この発明は以上のような問題点を解決し、アルミニウム
含有粒状物を有効に利用して、処理持続時間を長くし、
洗浄頻度を少なくして操作を簡単にするとともに、長時
間にわたって安定した脱リン効果を維持することができ
る脱リン方法を提案することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明はリン酸イオン含有水を、アルミニウム化合物
の存在下、かつｐＨ３〜８．５の条件下にアルミニウム
含有粒状物の充填層に通水してリン酸イオンを除去する
方法において、アルミニウム含有粒状物充填層の下流側
にアルミニウム含有粒状物より小粒径の粒状物の充填層
を形成することを特徴とする脱リン方法である。

アルミニウム含有粒状物の粒径について検討したところ
、リンおよびアルミニウムの凝集物の吸着または晶析は
粒径が大きくても起こるが１粒径が大きいと凝集物のリ
ークにより処理効果が悪化する゛ことがわかった。そし
てアルミニウム含有粒状物として粒径の大きいものを充
填しても、リークする凝集物を効果的に除去できれば、
処理水質が向上することがわかった。

そこで本発明ではアルミニウム含有粒状物充填層の下流
側にアルミニウム含有粒状物よりも小粒径の粒状物を充
填することにより、アルミニウム含有粒状物として大粒
径のものを充填して充填層を効率よく利用し、リークす
る凝集物は小粒径粒状物の充填層で捕捉して効率よく説
リンを行う。

アルミニウム含有粒状物としては活性アルミナ、シリカ
アルミナ、リン酸アルミニウムの粒状物などがあげられ
、結晶性のものでもゲル状のｉのでもよいが、特に活性
アルミナが好ましい、アルミニウム含有粒状物の粒径は
１〜ｌ０ｍ５、好ましくは１〜２ＩＩ１１程度である。

アルミニウム含有粒状物より小粒径の粒状物としては、
下向流で通水を行う場合は砂、ガーネット、ガラスビー
ズ等のアルミニウム含有粒状物より比重の大きいものが
使用でき、上向流で通水を行う場合はアンスラサイト、
プラスチック等のアルミニウム含有粒状物より比重の小
さいものが使用できる。これらの小粒径粒状物の粒径は
０．２〜５■膳、好ましくは０．２〜１ｍｍ程度で、ア
ルミニウム含有粒状物が入り込まな“い程度の粒径のも
のを用いる。

アルミニウム含有粒状物充填層の上流側には、アルミニ
ウム含有粒状物よりも大粒径の粒状物の充填層を形成す
るのが望ましい。このような大粒径粒状物としては、下
向流で通水を行う場合はアンスラサイト、プラスチック
等のアルミニウム含有粒状物より比重の小さいものが使
用でき、上向流で通水を行う場合は砂、ガーネット、ガ
ラスビーズ等のアルミニウム含有粒状物より比重の大き
いものが使用できる。これら大粒径粒状物の粒径は１〜
ｌＯ■翔、好ましくは２〜４１程度である。

小粒径粒状物および大粒径粒状物の充填層はそれぞれ１
層でもよいが、異なる粒径のものを用いて複数層とする
ことができる。この場合、上流側から下流側に順次粒径
が小さくなるように粒径および比重を選択する。

上流側から下流側に順次粒径が小さくなるように充填層
を形成するには、下向流で通水を行う場合には、下流側
に上流側よりも小粒径、大比重の粒状物を使用し、充填
層全体を上向流で展開して通水を停止すると、大比重の
ものから先に沈降するため、下層はど小粒径のものが充
填される。逆に上向流で通水を行う場合には、下流側に
上流側よりも大粒径、大比重の粒状物を使用し、充填層
全体を上向流で展開して通水を停止すると、大比重のも
のから先に沈降するため、下層はど大粒径のものが充填
される１例えばアンスラサイト、活性アルミナ、砂、ガ
ーネットはそれぞれ比重が１．５０．２．３２．２゜６
５．４．０５であり、展開洗浄によっても混合されず、
順次粒径の異なる充填層が形成される。

充填層は全体が固定層を形成しているのが望ましいが、
一部が流動床を形成していてもよい、充填層への通水方
法は小粒径粒状物の充填位置に応じて上向流でも下向流
でもよく、流速はｓｖｏ、ｓ〜１０ｈｒ”程度とする。

上向流の場合は充填層の上部にグリッドを設けるか、あ
るいは充填層全体を上に押しつけて流動化を防止し、固
定床を形成することができる。

この発明において処理対象となるリン酸イオン含有水と
しては特に制限はなく１例えば下水、し尿、工場排水等
の二次処理水などがあげられ、このうち時間によってリ
ン酸イオン濃度が変化するもの、特な周期的にリン酸イ
オン濃度が変化するものが対象となる。

リン酸イオン含有水に存在させるアルミニウム化合物と
しては、アルミニウムイオンを生成する化合物があり、
例えば塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アル
ミニウム、アルミン酸ナトリウム、カリ明ばん、アンモ
ニア明ばん、ポリ塩化アルミニウムなどがあるが、これ
らを添加するのは初期のうちだけでよく、アルミニウム
含有粒状物の再活性化を行った後は、再活性化廃液をア
ルミニウム化合物として添加することができる。

もちろん再活性化廃液が不足する場合は他のアルミニウ
ム化合物を添加することができる。アルミニウム化合物
を存在させる量は、リン酸イオンとアルミニウムイオン
の当量比で１：０．５〜１．５．好ましくはほぼ１：１
ないし少過剰量である。

脱リン方法は、リン酸イオン含有水にアルミニウム化合
物を存在させ、ｐＨ３〜８．５、好ましくはｐＨ５〜７
の条件下にアルミニウム含有粒状物の充填層に通水し、
リン酸イオンとアルミニウムイオンの反応による凝集物
を捕捉する。この場合のリン酸イオンとアルミニウムイ
オンの反応は次式によりリン酸アルミニウム凝集物が生
成し、アルミニウム含有粒状物の充填層に捕捉されるも
のと推定される。

ＰＯ４”−＋　　Ａｎ”＋　→　ＡＩＩＰＯ＜　　　・
・・（１）アルミニウム含有粒状物の充填層では、凝集
物がアルミニウム含有粒状物表面に捕捉されるため。

粒状物表面で濃縮された状態で析出するとともに。

他の部分で析出した析出物もアルミニウム含有粒状物表
面に捕捉されて集合していると推定されるが、捕捉の詳
細なメカニズムは明らかでない。充填層に通水しない場
合および砂濾過の場合は脱リン効率が劣ることから、単
なる濾過によるものではなく、吸着作用が関与する特殊
なメカニズムであると推定される。

本発明ではアルミニウム含有粒状物として粒径の大きい
ものを使用でき、これによりアルミニウム含有粒状物充
填層の表層（上向流の場合は下層）における目詰まりを
防止して充填層全体で捕捉を行うことができるが、粒径
によってはなお表層での捕捉が起こるため、上流側に大
粒径粒状物を充填すると、大粒径粒状物充填層において
も凝集物が一部捕捉されるため、アルミニウム含有粒状
物充填層の表層における閉塞は防止される。

アルミニウム含有粒状物充填層で捕捉されないでリーク
する凝集物は小粒径粒状物充填層で捕捉され、処理水へ
の鹿入は防止される６大粒径粒状物または小粒径粒状物
とアルミニウム含有粒状物との界面お゛ける凝集物の捕
捉は、界面の上流側および下流側の広い範囲において立
体的に行われるため、充填層の表層におけるような閉塞
は起こらない、小粒径粒状物および大粒径粒状物の充填
層がそれぞれ複数層の場合も同様である。こうして上流
側から下流側へ数段階に粒径の異なる充填層を形成する
と、充填層の局部的な閉塞は防止され、充填層全体が凝
集物の捕捉に有効に利用されるとともに、アルミニウム
含有粒状物は全体が吸着または晶析に有効に利用される
。

アルミニウム含有粒状物はリンに対する吸着容。

量が大きいので、大粒径のものを使用してもリン除去率
は低下しない、このため充填層全体に凝集物の捕捉ゾー
ンが広がった結果、１回の処理持続時間が長くなり、効
率的に脱リンを行うことができる。

充填層への通水を継続している間に、析出物および不純
物が捕捉され、充填層が目詰まりを起こすことがあるの
で、間欠的に上向流による展開洗浄（逆洗）を行い、充
填層に捕捉された析出物および不純物を除去する。展開
洗浄は定期的でも不定期的でもよく、流速は２０〜８０
ｍ／ｈｒ程度、洗浄時間は５〜６０分程度、洗浄頻度は
原水」ノン濃度や処理条件などにより異なるが、０．５
〜３日に１回程度であり、これらは相互に相関性を有゛
する。

展開洗浄により、捕捉されたリンの５０〜８０％は除去
され、充填層は再度説リンに使用できるようになる。充
填層の粒径および比重を前述のような構成にすると、展
開洗浄を行ったとき比重差により、所定の粒径順に充填
層が形成され、そのまま脱リン操作に移ることができる
。

このような展開洗浄をくり返えすことにより。

長期間にわたって脱リンを継続することができるが、ざ
らに長幼間にわたって脱リンを行い、充填層の活性が低
下した場合は、展開洗浄後アルミニウム含有粒状物をナ
ルカリ剤と接触させて再活性化することができる。

本発明において、脱リン時のｐＨが３〜８．５に限定さ
れる理由は、このＰＨ範囲では生成するリン酸アルミニ
ウムの溶解度が最少値を示すためであり、この範囲外で
はリン酸アルミニウムの溶解度が高く、リン除去率が低
下する。

なお１本発明の処理に先立って砂濾過その他の前処理を
行うことは差支えない。また説リンまたは再活性化に際
して１反応を促進するために他の添加剤を添加したり、
あるいは充填層に他の充填物を充填するのも差支えない
。

以下１図面により本発明を説明する１図面は好ましい実
施態様を示す系統図であり、下向流通水の例を示す０図
面において、１は処理槽であって、上から順次プラスチ
ック、アンスラサイト等の大粒径（小比重）粒状物充填
層２．活性アルミナ等のアルミニウム含有粒状物充填層
３、砂等の小粒径（大比重）粒状物充填層４、ガーネッ
ト等のさらに小粒径（大比重）粒状物充填層５が充填さ
れている。

、脱リン方法は原水管６からポンプ７により反応槽８に
原水を供給し、ここで貯槽９からポンプ１０、薬注管１
１を通して硫酸アルミニウム等のアルミニウム化合物を
注入するとともに、必要により薬注管１２からｐＨ調整
剤を注入して反応させる０反応液はポンプ１３により処
理槽１に供給し。

充填層２〜５を通して下向流で通水し、凝集物を捕捉す
る。凝集物を捕捉された処理水は処理水管１４から処理
水槽１５に導入される。

展開洗浄（逆洗）を行う場合は、ブロア１６から圧縮空
気を処理槽１の底部に送って充填層２〜５をほぐすとと
もに；処理水槽１５から処理水をポンプ１７により洗浄
水として処理槽１の底部に供給して下向流で展開洗浄を
行い、捕捉された凝集物を剥離して、洗浄排水として排
水管１８から排出する。

上向流で処理を行う場合は、処理槽１における充填層２
〜５を構成する粒状物の粒径および通水方向が逆になる
だけで、はぼ上記と同様に処理が行われる。

〔実施例〕

実施例１ 内径８０■■、高さ２０００ａ＋−の塩化ビニル樹脂カ
ラムに、小粒径粒状物充填層として粒径０．２〜０．５
■■の砂を３００１の高さに充填し、その上にアルミニ
ウム含有粒状物充填層として粒径１〜２層−の活性アル
ミナを１０００−■の高さに充填した。そしてｐＨ７，
６，８Ｓ１２．０ｍｇ／Ｑ、ＰＯ４−Ｐ　　１鵬ｇ／ｍ
の下水二次処理水にＡ６イオン１　ｍｇ／　１１を添加
し、塩酸でｐ）１６に調整した原水をＬＶＪ層／ｈｒの
下向流で通水した。

その結果、損失水頭２　ｍ　−Ｈ２Ｏとなるまでの処理
持続時間は３０時間であり、そのときの平均水質はｐＨ
６，１，Ｓ　Ｓｌ、９＋ｍｇ／ｆｌ　、　ＰＯ４−Ｐ　
Ｏ，０２ｉ＋ｇ／４ｍ　テあった。

その後、上向流で１０分間展開洗浄を行い、自然沈降に
より整層したのち、再度通水したところ、前記と同等の
結果が得られた。

実施例２ 実施例１における充填層の上に１粒径２〜４■のプラス
チック層を３００■の高さに充填して同様に通水を行っ
たところ、処理持続時間は４５時間となり、平均水質は
ＰＨ６，ｌ　Ｓ　Ｓ　１．９ｗ＋ｇ／　Ｑ　、ＰＯ４−
ＰＯ，０２■ｇ／ｆｌとなった。

比較例 比較のために１粒径０．２〜０．５ａ＋ａの砂を３００
■の高さに充填した上に１粒径０．５〜１ｍｉ＋の活性
アルミナを１０００−■の高さに充填した充填層に、実
施例１と同条件で通水を行ったところ、処理持続時間は
２０時間、平均水質はｐＨ６，１，Ｓ　Ｓ　２．Ｏｍｇ
／　Ｑ　、ＰＯ４−Ｐ　Ｏ，０２ｍｇ／ｆｉであった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、アルミニウム含有粒状物の下流側に小
粒径の粒状物充填層を形成したので、アルミニウム含有
粒状物として大粒径のものを使用して充填層全体を有効
利用することができ、これにより処理持続時間を長くし
、洗浄頻度を少なくして操作を簡単にするともに、長時
間にわたって安定した脱リン効果を維持することができ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施態様を示す系統図であり。 ■は処理槽、２は大粒径粒状物充填層、３はアルミニウ
ム含有粒状物充填層、４，５は小粒径粒状物充填層、８
は反応槽、９は貯槽、１５は処理水槽である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）リン酸イオン含有水を、アルミニウム化合物の存
   在下、かつｐＨ３〜８．５の条件下にアルミニウム含有
   粒状物の充填層に通水してリン酸イオンを除去する方法
   において、アルミニウム含有粒状物充填層の下流側にア
   ルミニウム含有粒状物より小粒径の粒状物の充填層を形
   成することを特徴とする脱リン方法。
2. （２）アルミニウム化合物が塩化アルミニウム、硫酸ア
   ルミニウム、硝酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム
   、カリ明ばん、アンモニア明ばん、またはポリ塩化アル
   ミニウムである特許請求の範囲第１項記載の脱リン方法
   。
3. （３）アルミニウム含有粒状物が活性アルミナ、シリカ
   アルミナまたはリン酸アルミニウムの粒状物である特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の脱リン方法。
4. （４）小粒径の粒状物が砂、ガーネット、ガラスビーズ
   、プラスチックまたはアンスラサイトである特許請求の
   範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の脱リン方法
   。
5. （５）アルミニウム含有粒状物の粒径が１〜１０ｍｍ、
   小粒径粒状物の粒径が０．２〜５ｍｍ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
   。