JPS62250990A - リン酸イオンを含む排水の処理方法 - Google Patents

リン酸イオンを含む排水の処理方法

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JPS62250990A
JPS62250990A JP9642286A JP9642286A JPS62250990A JP S62250990 A JPS62250990 A JP S62250990A JP 9642286 A JP9642286 A JP 9642286A JP 9642286 A JP9642286 A JP 9642286A JP S62250990 A JPS62250990 A JP S62250990A
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関 廣
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嶺尾 孝雄
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Ataka Kogyo KK
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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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明はリン酸イオンを含む排水の処理方法に関するも
のである。
(従来の技術) 上水、下水、工業用水、その他各種産業排水中にはリン
酸イオンを含有しているものが多く、近年こうしたリン
酸イオンは湖沼、内湾をはじめとする閉鎖水域における
富栄養価の原因物質として問題となっている。
また、上水、下水、工業用水においては、水中のリン酸
イオン11度は低濃度だが水量が多く問題となる一方、
水量の少ない産業排水においては高濃度にリン酸イオン
を含有した場合もあり、環境への影響は大きなものがあ
る。
こうした排水中のリン酸イオンの除去方法としては従来
金属塩による化学凝集法が主流であり、この場合には低
濃度のリン酸イオン含有排水のみならず、高濃度の排水
にも適用が可能となっている。この方法はリン酸イオン
を難溶性の金属塩として沈殿除去するものであるが、化
学量論に従って射口された添加量以上に金属塩を添加す
る必要があること、及び排水中に存在するアルカリ分に
よって加えた金属塩が加水分解される11反応のため金
Ii1塩をさらに添加する必要がありコストが高くつく
方法となっている。その他、脱水性の悪い汚泥が多聞に
発生し、その処理、処分が問題となっている。
その伯の方法としては消石灰法があげられる。
この方法はpH11前後で反応を行ない、排水中のリン
酸イオンはリン酸カルシウム汚泥となり沈殿、除去され
るが、同時に刊本中にアルカリ度として存在している炭
酸イオンも炭酸カルシウムとして除去されるために多a
の汚泥が発生する。このためその汚泥処理が必要な他、
処理水を中和するためにさらに薬剤を必要とし、多くの
コストを要することになる。
こうした多量の汚泥生成を克服する方法として骨炭、リ
ン鉱石を利用した晶析脱リン法が開発された。この方法
は水酸化カルシウム等のアルカリで被処理水のpHをあ
げ、骨炭、リン鉱石等を充填した塔に通水することによ
り被処理水中のリン酸イオンを骨炭やリン鉱石中に存在
するヒドロキシアパタイト表面に晶析さゼ除去しようと
するものである。
(発明が解決しようとする問題点) 上述のように骨炭やリン鉱石の充填槽でリン酸イオンを
晶析して除去する方法は犬山の汚泥を生成することなく
リン酸イオンを除去するのに有効な方法であるが、高1
111gのリン酸イオンを含む排水は適用できないとい
う問題がある。晶析反応は結晶の表面積が重要な因子と
なり、できるだけ小さい晶析材を使用すれば効率を高め
ることができる。しかしながら塔内に充填した固定床方
式では粒径が100μ以下では通水による圧力損失が大
きく使用できないため、0.5111111〜1.0a
mの粒径に調整した骨炭、あるいはリン鉱石粒子を使用
している。このように比較的粒径の大きな晶析材を用い
たとしても晶析材の充填槽に通水する方法が適用できる
範囲は被処理水が低濃度のリン酸イオン含有排水や下水
2次処理水がほとんどであった。
この場合リン酸イオンの負荷量は晶析反応速度からPO
4−Pとして0.1〜0.2Ny/1d/日程度しかと
ることができず、高濃度リン含有排水処理には不適切で
あった。
さらに晶析材の充填槽に通水する方式は、晶析材充填塔
の手前に石灰混和槽を設け、被処理水のptlコントロ
ールを行っていたため、被処理水中のPO4−149度
が5q/1を越えると凝集によるリン酸カルシウムフロ
ックの生成が多くなり、効率的な晶析法が適用できなく
なるのである。
本発明は以上の問題に鑑みなされたもので、その目的は
、脱水性の悪い多量の汚泥が生成する凝集法の欠点を克
服するとともに、従来の晶析法の低濃度リン含有排水、
低いリン負荷量という限界を越え、中濃度から高濃度ま
で広範囲のリン含有排水に適用できるとともに、リン酸
イオンの負荷吊を大巾に増やすことを可能にする他、運
転が長期にわたっても効率の低下がまったく生じない晶
析脱リン方法を提供することにある。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) 本発明は、攪拌槽内の水中に晶析材としてのヒドロキシ
アパタイト微結晶を懸濁させ、次にリン酸イオンを含む
被処理水を前記攪拌槽内に通水し攪拌槽内のpHを6.
0以上、カルシウムイオンを加えてリンとカルシウムの
モル比が3=5よりもカルシウムイオンが40#!F 
/ j!以上多くなるように調整しつつ攪拌し前記晶析
材にリン酸イオンをアパタイトとして晶析させ被処理水
からリン酸イオンを除去することにより水中に懸濁させ
た晶析材としてのヒドロキシアパタイト微結晶に被処理
水中のリン酸イオンを晶析させ微粒状の晶析材を高濃度
で懸濁させ迅速に高負荷のリン酸イオンを除去しようと
するものである。
さらに本発明はリン酸イオンを晶析した晶析材を処理水
と分離して再び攪拌槽に戻して使用することにより晶析
材を反復使用することができるようにするとともに晶析
材の補給も不要にしだものである。
さらに本発明は攪拌槽内のリン酸イオンを含む被処理水
中にpHを調整しつつカルシウムイオンを加えて晶析材
としてのヒト0キシアパタイト微結晶を生成して懸濁さ
せ、次にリン酸イオンを含む被処理水を前記攪拌槽内に
通水し攪拌槽内のpHを6.0以上、カルシウムイオン
を加えてリンとカルシウムのモル比が3:5よりもカル
シウムイオンが40ryi/1以上多くなるように調整
しつつ攪拌し前記晶析材にリン酸イオンを7バタイトと
して晶析させ被処理水からリン酸イオンを除去すること
により、被処理水中のリン酸イオンを利用してこれにC
aイオンを加え晶析材としてのヒドロキシアパタイト微
結晶を生成し晶析材を他から加えることなく晶析反応を
開始させようとするものである。
さらに、本発明は被処理水中のリン酸イオンを利用して
自ら晶析材を生成させるとともにリン酸イオンを晶析し
た晶析材を処理水と分離して再び攪拌槽に戻して使用す
ることにより他からの晶析材の補給を全く不要にしよう
するものである。
被処理水中のリン酸イオンがカルシウムイオンと反応し
てヒドロキシアパタイト微結晶を生成する反応及び晶析
材の表面に晶析して新しくアパタイトとなる反応は次式
によって表わされる。
5Ca2+ + 3P043− + 0ll−−+Ca
5 (PO4)30H−(t)(1)式に示したように
被処理水中のリン酸イオンを右辺のアパタイトとする反
応を進めるためにはCaイオン、OHイオンが必要で、
その濃度を増せばよいことがわかる。実用的な反応速度
を得るため本発明ではP04イオンとCaイオンの(ル
比が3:5よりもCaイオンの方が40I1g/l多く
なるように、好ましくは80tq/ 1以上多くなるよ
うに添加し、かつ結晶で生成させるためにはpH6以上
の条件で処理を行なう必要がある。
こうした晶析反応は結晶の表面積が重要な因子となる。
このためできるだけ粒径の小さい晶析材を使用すればよ
り効率を高めることができる。
このため晶析材としては粒径が100μ以下のヒドロキ
シアパタイト微結晶が用いられる。そしてこのような晶
析材を攪拌槽中の水中に懸濁させるかまたはP04イオ
ンを含む被処理水中にCaイオンを加えて生成した晶析
材を懸濁さぜると、粒径が100μ以下で従来の晶析材
充填法によるものに比べて1710程度となり、比表面
積が100倍となるため晶析材の必要邑が少なくてよく
、また晶析材が少ないため攪拌槽の攪拌動力も少なくて
すむものである。また、微粉状の晶析材は攪拌槽の水中
に懸濁させてリン酸イオンと反応さゼるから被処理水が
高濃度にリン酸イオンを含んでいても通水させて反応さ
せることができる。これは攪拌槽内の晶析反応が迅速に
行われ、リン酸イオン濃度が処理水のリン酸イオン濃度
とほぼ等しく非常に低い値となっているためで、被処理
水中のリン酸イオンは攪拌槽内の処理水で稀釈され急激
に濃度が低くなる。このためアパタイト以外のリン酸カ
ルシウムフロックは生成しにくく、またたとえ生成して
も、こうしたフロックの溶解度は一般に高く、アパタイ
トと平衡関係にある槽内のリン酸イオン濃度、Caイオ
ン濃度、pHのもとでは急速に溶解してしまう。したが
ってPO4−Pf1度5η/l程度の2次処理水からP
O4−P11i1000#/j!程1食の産業排水まで
幅広く処理を行うことができる。
攪拌槽内で被処理水中のリン酸イオンが晶析材表面にア
パタイトとして晶析し、被処理水から除去された後槽内
の処理液と晶析材よりなる混合液は固液分離槽に送られ
、処理水とアパタイト微結晶スラリーとに分けられ、処
理水は放流されアパタイト微結晶スラリーは引扱かれ、
被処理水中のリン酸イオンはアパタイト粉末として回収
されるが、攪拌槽のアパタイト微結晶濃度(HLSS)
の調整のため攪拌槽へ返送することができる。返送mト
シTHm内f)HLSSlfi4000119/! J
、4上、好マシくは4ooooI1g/ 1以上となる
ように調整する。回収されたアパタイト粉末は再度晶析
材として利用することができる他、肥料等の利用も考え
られる。
被処理水の通水開始時の運転方法として攪拌槽の水中に
ヒドロキシアパタイト微結晶を懸濁させ、ることが必要
であるが被処理水中のリン酸イオン濃度が低い場合被処
理水中のリン酸イオンを用いて晶析材を生成させるには
かなり苛酷な条件にしなければアパタイト微結晶は生じ
ず、また生成したアパタイト微結晶量も少ないため、そ
の後被処理水を通水しても、リン除去率も悪く、かなり
長期にわたって被処理水を通水する必要がある。
こうした場合には攪拌槽内に前もって水にアパタイト微
結晶を添加して懸濁させる必要がある。アパタイト微結
晶としては骨炭粉末、リン鉱石粉末、合成アパタイト粉
末、その他ヒドロキシアパタイトを主成分とする粉末等
を利用することができる。
なお、このような被処理水中のリン酸イオン濃度が低い
場合、リン酸塩を溶解させて調整したリン酸イオン含有
水を用いて攪拌槽にリン酸イオンを添加し、Caイオン
を加えてpHを調整することによりアパタイト微結晶を
生成させてもよい。
被処理水中のリン酸イオンを利用してアパタイト微#S
品を生成させる場合もアパタイト微結晶を前もって添加
する場合も、その後は被処理水中のリン酸イオンにより
アパタイト微結晶が合成されるので、新しくアパタイト
微結晶を添加する必要はなく、新しく生成したアパタイ
ト微結晶は十分に脱リン効率を有している。
通水開始時の運転方法として被処理水中のリン酸イオン
濃度が高い場合には攪拌槽に被処理水を満し、Caの添
加を行なうとともに徐々にpHをあげていきアパタイト
微結晶を生成させることができる。被処理水中のリン酸
イオン濃度がPO4−Pとして800■71以上の場合
は最初に満した被処理水中のリン酸イオンのみで攪拌槽
内のHLSSを4090q / j!以上にできるが、
それ以下の濃度の場合には被処理水をさらに通水し、H
LSSを4000m9/1以上にすることができる。こ
の場合、すでに攪拌槽内にはアパタイト微結晶が生成し
ているため、通常の脱リン操作と同様の操作を行なうわ
けであるが、HLSS濃度が低いため被処理水の水a1
を少なくし、リン酸イオンの負荷mを下げることが望ま
しい。
被処理水中のリン酸イオンにより生成するアパタイト微
結晶は約50〜60μとなる他、アパタイト微結晶を添
加する場合も100μ以下の粒径のものを使用すること
が望ましく、大きなpo4−p負荷量を実現している。
HLSS4000# / 1では0.5に9/Td/日
程度だが、40000I1g/ 1以上では5幻/i/
日の負荷を取ることができ、従来法の25倍となってい
る。
なお十分な脱リン性能を得るためには処理水中のCaイ
オン濃度としては40j191/j!以上あればよいが
、好ましくは80η/1以上あることが望ましい。
次に本発明に用いられる装置の一例を第1図に基づき説
明する。
被処理水中に多量の浮遊物質がある場合、あらかじめ沈
殿槽、砂ろ過槽に通水してこうした浮遊物質を除去して
おく。浮遊物質を除去された被処理水は原水流入管1か
ら攪拌I2に導入される。
攪拌槽2の水中にはヒドロキシアパタイト微結晶が存在
しており攪拌機3でよく攪拌されている。
攪拌槽2には塩化カルシウム流入管4から被処理水中の
リン酸イオン濃度に対応してカルシウムが添加される。
また攪拌112にはpH電極5が投入されており、攪拌
槽内pHが所定の値となるようにアルカリ流入管6から
アルカリが添加される。このようにしてカルシウムが添
加され、pHが調整されることによって被処理水中のリ
ン酸イオンはヒドロキシアパタイト微結晶よりなる晶析
材に晶析される。攪拌4!2内のリン酸イオンを晶析し
た晶析材と処理水よりなる混合液は混合液流出管7から
固液分離槽8に導入され、ここで処理水と晶析材と被晶
析物質とよりなるヒドロキシアパタイト微結晶とが固液
分離される。処理水は処理水流出管9から系外へ導出さ
れる。晶析材と被晶析物質よりなる微結晶は固液分11
槽8の底部からスラリーとしてスラリ返送管10を通じ
て導出されスラリーポンプ11により攪拌槽2に導入さ
れる晶析材と被晶析物質よりなるヒドロキシアパタイト
微結晶よりなるスラリーの一部はスラリ引抜管12から
系外に導出される。
(実施例) 次に本発明の実施例を示す。
実施例1 内径14αφ、高さ133の円筒状の攪拌槽の水中(例
えば水道水)に合成アパタイトHLSSが400011
9/1となるように添加し、攪拌機で攪拌した。
被処理水は化学工場排水を使用した。
次にその水質を示す。
被処理水水質 pH3,0 PO4−P  200HI/I Ca    44019 / 1 被処理水は滞溜時間10時間で攪拌槽に通水し、槽内は
Ca(O旧2でpH7、oにコントロールした。流出水
は固液分離槽に流入させ、処理水と晶析材に分離すると
ともに晶析材よりなるスラリーを攪拌槽に返送した。運
転に伴い徐々に晶析材(HLSS )濃度は増加してい
ったのでそれに応じてR温時間を短< L/ POa−
P負荷量を増やした。結果を第2図に示す。10日侵に
はHLSS49000 q / Iとなったのでそれ以
降は晶析材の引抜を行なった。第2図からも明らかなよ
うに最初0.5Ky/rd/日のPO4−P負荷で開始
し、最終的には5.7Kylrd/日の負荷で増やした
が、処理水のPO4−P濃度は10I10l1以下で9
5%以上の除去率を示した。5.7に97vl1日の時
に発生するヒドロキシアパタイトをHLSS(iffに
換算すると約29000#j / 1あり、槽内のHL
SSは約2日で入れ替わることになり、この負荷の期間
が1ケ月以上続いたということは新しく生成したヒドロ
キシアパタイト微結晶が十分な脱リン性能を有していて
効率の低下等の恐れはまったくないことを示している。
運転日数33日目以降にコントロールpHを9.0に増
やした所、処理水po4−pは2ME/1となり、pH
値を増やす効采が認められ7& (1なおCa(OH)
zでpHコントロールを行なったが被処理水中に十分な
Caイオンが存在していたため処理水Caイオン濃度は
平均280q/J程度であった。
実施例2 実施例1と同一の装置、同一の被処理水を利用し、攪拌
槽に骨炭粉末を5000#I9 / 1添加しpHコン
トロール用のアルカリをN a OIIにし、コントロ
ールpHは9.0にした以外の条件はすべて実施例1と
同じ条件で脱リン処理を行なった。結果を第3図に示す
。運転に伴い徐々にHLSSI!1度が増加したので、
滞溜時間を短くし、po4−p負荷量を増やした。
最終的には4に9/lri/日の負荷まで増やしたが処
理水po4−pa度は約2049 / j!で90%の
除去率を示した。この時の処理水Ca111度は434
/j!であった。
運転20日月収降Caイオンを40η/1添加したとこ
ろ処理水PO4−Pは110l1/l以下となり95%
の除去率を示した。
実施例3 内径14cI!1φ、高さ13.の円筒状の攪拌槽に実
施例1と同じ被処理水を満し、槽内を攪拌する。
つぎに槽内のpHをCa(Oll)zで徐々に増加させ
、最終的に9.0とする。その後肢処理水を滞溜時間2
4時間で攪拌槽に通水し、流出水は固液分離槽に流入さ
せ、処理水とヒドロキシアパタイト微結晶に分離すると
ともにヒドロキシアパタイト微結晶よりなるスラリーを
攪拌槽に返送した。4日後に槽内のHLSSが4200
IItg/ 1となったので、その後原水の滞溜時間を
10時間として脱リン実験を開始した。
コントロールpH9,0のままである。結果を第4図に
示す、、po4−p負荷量は最初0.5に9/rd/口
で開始したが、9日後には5.5Kg/lrt/日とな
っている。処理水po4−pII度は2rIfI/1以
下どなす99%以上の除去率を示した。
以上の実施例1.2.3より本発明の方法が高濃度のリ
ン酸イオン含有初氷にも適用でき、po4−pの高負荷
処理を安定して行えることが確認できた。
〔発明の効果〕
本発明によれば、攪拌槽内の水中に晶析材としてのヒド
ロキシアパタイト微結晶を懸濁させ、次にリン酸イオン
を含む被処理水を前記攪拌槽内に通水し攪拌槽内のpH
を6.0以上、カルシウムイオンを加えてリンとカルシ
ウムのモル比が3=5よりもカルシウムイオンが40I
tg/ 1以上多くなるように調整しつつ攪拌し前記晶
析材にリン酸イオンをアパタイトとして晶析させ被処理
水からリン酸イオンを除去するため晶析材としてのヒド
ロキシアパタイトが微結晶であることと水中に懸濁状態
であることにより従来の晶析材の充填法に比べて晶析材
の表面積が拡大され晶析材のHLSSを小にでき、高濃
度のリン酸イオンを晶析により除去することができる。
さらに本発明は、リン酸イオンを晶析して処理水と分離
した晶析材をそのまま再び攪拌槽に戻して晶析材として
利用するから晶析材を補給することなく反復使用するこ
とができる。
さらに本発明は攪拌槽内のリン酸イオンを含む被処理水
中にpHを調整しつつカルシウムイオンを加えて晶析材
としてのヒドロキシアパタイト微結晶を生成して懸濁さ
せ、次にリン酸イオンを含む被処理水を前記攪拌槽内に
通水し攪拌槽内のpHを6,0以上、カルシウムイオン
を加えてリンとカルシウムのモル比が3:5よりもカル
シウムイオンが40rItg/ 1以上多くなるように
調整しつつ攪拌し前記晶析材にリン酸イオンをアパタイ
トとして晶析させ被処理水からリン酸イオンを除去する
ため被処理水が含むリン酸イオンを利用して晶析材を生
成し、別に晶析材を添加することなく晶析反応を行わせ
ることができ、しから被処理水を用いて生成した晶析材
は100μ以下の微結晶であるため晶析面積が拡大され
高濃度のリン酸イオンを除去することができる。
さらに本発明は被処理水が含むリン酸イオンを利用して
晶析材を生成しこの晶析材にリン酸イオンを晶析させた
ものを再び晶析材として反復使用するため運転開始から
引続いての運転に晶析材を別個に添加する必要がないも
のである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法に用いられる装置の一例を示すフ
ローシート、第2図ないし第4図は本発明の方法による
運転日数に対比したpo4−p除去率、槽内の晶析材f
fi、 1日当りのPO4−P負荷りを示す図表である
。 運転E7款 り転E7&

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)攪拌槽内の水中に晶析材としてのヒドロキシアパ
    タイト微結晶を懸濁させ、次にリン酸イオンを含む被処
    理水を前記攪拌槽内に通水し攪拌槽内のpHを6.0以
    上、カルシウムイオンを加えてリンとカルシウムのモル
    比が3:5よりもカルシウムイオンが40mg/l以上
    多くなるように調整しつつ攪拌し前記晶析材にリン酸イ
    オンをアパタイトとして晶析させ被処理水からリン酸イ
    オンを除去することを特徴とするリン酸イオンを含む排
    水の処理方法。
  2. (2)攪拌槽内の水中に晶析材としてのヒドロキシアパ
    タイト微結晶を懸濁させ、次にリン酸イオンを含む被処
    理水を前記攪拌槽内に通水し攪拌槽内のpHを6.0以
    上、カルシウムイオンを加えてリンとカルシウムのモル
    比が3:5よりもカルシウムイオンが40mg/l以上
    多くなるように調整しつつ攪拌し前記晶析材にリン酸イ
    オンをアパタイトとして晶析させ、次に固液分離槽で処
    理水とリン酸イオンを晶析した晶析材とを分離しこのリ
    ン酸イオンを晶析した晶析材を再び攪拌槽へ返送するこ
    とを特徴とするリン酸イオンを含む排水の処理方法。
  3. (3)晶析材としてのヒドロキシアパタイト微結晶が骨
    炭粉末、リン鉱石粉末、合成アパタイト粉末の少くとも
    何れか一種であることを特徴とする特許請求の範囲1項
    または第2項記載のリン酸イオンを含む排水の処理方法
  4. (4)攪拌槽内のリン酸イオンを含む被処理水中にpH
    を調整しつつカルシウムイオンを加えて晶析材としての
    ヒドロキシアパタイト微結晶を生成して懸濁させ、次に
    リン酸イオンを含む被処理水を前記攪拌槽内に通水し攪
    拌槽内のpHを6.0以上、カルシウムイオンを加えて
    リンとカルシウムのモル比が3:5よりもカルシウムイ
    オンが40mg/l以上多くなるように調整しつつ攪拌
    し前記晶析材にリン酸イオンをアパタイトとして晶析さ
    せ被処理水からリン酸イオンを除去することを特徴とす
    るリン酸イオンを含む排水の処理方法。
  5. (5)攪拌槽内のリン酸イオンを含む被処理水中にpH
    を調整しつつカルシウムイオンを加えて晶析材としての
    ヒドロキシアパタイト微結晶を生成して懸濁させ、次に
    リン酸イオンを含む被処理水を前記攪拌槽内に通水し攪
    拌槽内のpHを6.0以上、カルシウムイオンを加えて
    リンとカルシウムのモル比が3:5よりもカルシウムイ
    オンが40mg/l以上多くなるように調整しつつ攪拌
    し前記晶析材にリン酸イオンをアパタイトとして晶析さ
    せ次に固液分離槽で処理水とリン酸イオンを晶析した晶
    析材とを分離しこのリン酸イオンを晶析した晶析材を再
    び攪拌槽へ返送することを特徴とするリン酸イオンを含
    む排水の処理方法。
  6. (6)攪拌槽中の晶析材としてのヒドロキシアパタイト
    微結晶の濃度が4000mg/l以上であることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項ないし第5項のいずれかに
    記載のリン酸イオンを含む排水の処理方法。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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