JPH08229574A - 廃水からリン酸塩を除去するための改良された方法 - Google Patents

廃水からリン酸塩を除去するための改良された方法

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JPH08229574A
JPH08229574A JP790896A JP790896A JPH08229574A JP H08229574 A JPH08229574 A JP H08229574A JP 790896 A JP790896 A JP 790896A JP 790896 A JP790896 A JP 790896A JP H08229574 A JPH08229574 A JP H08229574A
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coagulant
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phosphorus
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JP790896A
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Jean-Francois Boussely
ジヤン−フランソワ・ブツセリ
Marin Dernat
マラン・デルナ
Pierre Elmerich
ピエール・エルメリツク
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Elf Atochem SA
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃水からリン酸塩を除去するための改善され
た方法を提供する。 【解決手段】 好気的媒質中での生物学的酸化段階の上
流及び下流で凝固剤を同時に注入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、廃水からリンを除
去するための方法に関する。
【０００２】下水（ｓｕｌｌａｇｅ）及び他の廃水中の
多量のリン化合物、特にオルトリン酸塩の存在は、富栄
養化と称する現象の主要な要因である。
【０００３】リンが過剰に存在すると、湖沼及び河川で
藻類及び／又は植物が過度に増殖し、これらの水域の生
物学的及び物理化学的特性が著しく変化するため、水を
飲用に適するようにするための処理の実施がより困難に
なる。
【０００４】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現行の
基準を満たすリン含量を得るためには、前述のような水
域に放出される都市廃水及び／又は工業廃水を、一般に
リン酸塩除去として知られている特別の処理にかけなけ
ればならない。
【０００５】リンは通常、生物学的処理又は物理化学的
処理によって、あるいはこれら２種類の処理の組合わせ
によって、前記廃水から除去される。
【０００６】生物学的リン酸塩除去は、微生物によるポ
リリン酸塩の合成を調節する酵素平衡（ｅｎｚｙｍａｔ
ｉｃ ｂａｌａｎｃｅ）を変えるために有気／無気を連
続して交互に繰り返す操作を基本とする。その結果、リ
ン酸が固体物質中に蓄積される。
【０００７】生物学的リン酸塩除去に都合のよい条件を
得るためには、生物分解性有機充填剤を大量に加える必
要がある。
【０００８】ＣＯＤ（化学的酸素要求量）は、ＮＴＫ
（有機及びアンモニア性窒素総量）に関する重要なパラ
メーターである。
【０００９】リン酸塩除去を妨害しないために窒素の完
全除去が望まれる場合には、ＣＯＤ／ＮＴＫ比を少なく
とも７．５に等しくしなければならない。ＣＯＤ／Ｐ比
が大きいほど除去率も高くなる。
【００１０】この方法は多くの利点を有する。特に、反
応体の補給を必要としない。余分なスラッジが（ｓｌｕ
ｄｇｅ）殆ど形成されず、窒素の一部が除去される。
【００１１】しかしながら、リン除去率が、外部温度と
ＣＯＤ量と流量の規則性とに依存するという欠点を有す
る。多くの場合、除去率は６０％以下である。
【００１２】物理化学的リン酸塩除去では、リンは、鉄
又はアルミニウムのような金属のイオンと共に除去され
る。
【００１３】この処理は、一般的な生物学的処理プラン
トの全体的プロセスを構成するか、又は生物学的リン酸
塩除去を補足する。
【００１４】一般的な都市廃水処理の場合には、プラン
トが、処理すべき水の組成及び法律により設定された目
標に従って容認される種々の処理を含み得る。
【００１５】通常は、スクリーニング、砂塵除去（ｄｅ
ｇｒｉｔｔｉｎｇ）又は油分離のような機械的処理、一
次沈降段階、生物学的リン酸塩除去段階、「活性化スラ
ッジ」タンクとして知られているタンク内での通気及び
二次沈降段階が含まれる。
【００１６】「活性化スラッジ」は通常、好気的媒質中
で炭素質汚染物質を破壊する微生物及び細菌からなる。
【００１７】このプラントの性能は、濾過及び／又は消
毒のような第三の処理によって改善し得る。
【００１８】凝固剤を使用しない場合には、一次沈降で
５〜１５％のリンが除去され得る。これは本質的に、こ
の段階で自然に沈殿する粒状リンに関係している。この
粒状リンの存在は、カルシウム硬度（Ｃａ3（ＰＯ4）2
の沈殿）、ｐＨ、温度、リン濃度、リンの種類といった
ような因子に依存する。
【００１９】有機充填剤の除去時には、活性化スラッジ
を構成する細菌生物の増殖が、必須無機元素の存在、例
えば窒素（７〜１０％）及びリン（２〜３％）の存在を
必要とする。通常は、除去されたＢＯＤ5（５日間イン
キュベートした後の生物学的酸素要求量）１００ｇ当た
り１ｇのリンの消費が保持される。
【００２０】生物学的リン酸塩除去は、活性化スラッジ
の通気を適当な時間にわたって行わなかった時に生起す
る。リンが嫌気的生活期間中に液相に放出され、次いで
スラッジに再通気した時にスラッジによって「過剰吸収
（ｈｙｐｅｒａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）」される現象が順
次観察される。スラッジのリン含量は、乾燥物質の６．
５％、更には７％にも達し得る。生物学的リン酸塩除去
は、かなりの炭素源を必要とするため、廃水のリン総除
去率は４０〜７０％である。
【００２１】この除去率は極めて不満なものであり、従
ってこのような操作方法では、廃棄物中のリン含量をよ
り一層低下させることを勧告する種々の法的制限によっ
て設定された目標を達成することができない。特に、１
９９１年５月２１日のＥＥＣ指令（ｄｉｒｅｃｔｉｖ
ｅ）９１／２７１及び１９９４年６月３日の仏国政令
は、８０％以上のリン除去率及び１ｍｇ／ｌ以下の残留
リン含量を勧告している。
【００２２】廃水中のリンの生物学的除去を完成させる
ためには、更に、一般的に凝固剤と呼ばれている、鉄及
び／又はアルミニウムの金属塩又はアルカリ土類金属の
塩をベースとする凝固反応体を使用する。
【００２３】生物学的処理プラントとして知られている
処理プラントの場合は、物理化学的リン酸塩除去の性能
が前記凝固剤の注入地点の選択と密接に相関している。
【００２４】例えば、一次沈降タンクに凝固剤を注入す
ると（予備沈殿）、リンの約８０％を除去することがで
き、更に生物学的処理の負担が軽減される。しかしなが
ら、反応体濃度の調節が難しいため、多くの場合は用量
を過剰にしなければならないが、これはスラッジの量を
増加させるという欠点を有し、且つ生物学的処理を妨害
し得る。
【００２５】清澄化後に凝固剤を注入すれば（後沈殿又
は第三処理）、反応体の量を節減することができる。こ
の場合は、沈殿したリン酸塩を三次清澄化によって除去
する必要がある。このような操作方法は、大きな投資を
必要とするため、大容量プラントへの拡張には極めて不
都合である。
【００２６】通気タンクへの凝固剤の注入（同時沈殿）
は、最良の投資／凝固剤消費バランを構成するものであ
るが、１９９１年５月２１日のＥＥＣ指令９１／２７１
及び１９９４年６月３日の仏国政令の値を満たすことは
できない。
【００２７】
【課題を解決するための手段】我々は、機械的予備処理
段階（１）、好気的媒質中での生物学的酸化段階（２）
及び清澄化段階（３）を順次含み、１種類以上の凝固剤
を、好気的媒質中での生物学的酸化段階（２）の上流及
び下流で同時に注入することを特徴とする、廃水からの
リン酸塩除去方法を発見した。
【００２８】本発明の方法は更に、一次沈降段階（４）
及び嫌気的媒質中での生物学的リン酸塩除去段階（５）
のような追加的段階を含み得る。
【００２９】一次沈降段階は通常、機械的予備処理段階
（１）の後で且つ生物学的リン酸塩除去段階（５）の前
に実施される。段階（５）は生物学的酸化段階（２）の
前に実施される。
【００３０】このような配置では、凝固剤の上流注入が
一次沈降段階（４）及び／又は生物学的リン酸塩除去段
階（５）の後に来る。
【００３１】
【発明の実施の形態】図１に表示されている配置図
（Ｉ）〜（ＩＶ）は、本発明の方法の可能な非限定的構
成を示している。
【００３２】図１では、符号（１）が機械的予備処理段
階を表し、（２）が好気的媒質中での生物学的酸化段階
を表し、（３）が清澄化段階を表し、（４）が一次沈降
段階を表し、（５）が嫌気的媒質中での生物学的リン酸
塩除去段階を表し、矢印⇒が凝固剤注入地点を示し、文
字（Ｕ）が（２）の上流で実施される注入を意味し、文
字（Ｄ）が（２）の下流で実施される注入を意味し、文
字（Ｉ）が処理すべき原料水の入口を意味し、文字
（Ｏ）が処理した水の出口を表す。
【００３３】本発明では、機械的予備処理段階（１）
が、スクリーニング、砂塵除去、油分離等のような種々
の操作を含み得る。
【００３４】本発明で使用し得る凝固剤は、鉄及び／又
はアルミニウムの金属塩、又はアルカリ土類金属の塩か
ら選択される。
【００３５】この種の塩の具体例としては、塩化第二鉄
ＦｅＣｌ3、硫酸第二鉄、硫酸アルミニウムＡｌ2（ＳＯ
4）3・ｘＨ2Ｏ、塩化アルミニウムＡｌＣｌ3、一般式Ａ
ｌn（ＯＨ）mＣｌ3n-m［式中、ｎは任意の数を表し、３
ｎ−ｍは正、ｍ及びｎは正の整数を表す］のアルミニウ
ムクロロ水和物（ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｃｈｌｏｒｏｈ
ｙｄｒａｔｅ）を挙げることができ、アルミニウムクロ
ロ水和物は付加的に、硫酸、リン酸、ポリリン酸、ケイ
酸、カルボン酸陰イオンの中から選択した多価陰イオン
Ｙを好ましくは０．０１５〜０．４のＹ／Ａｌモル比で
含むことができ、更に、混合塩化鉄、鉄及びアルミニウ
ムの混合ポリ塩化物、クロロ硫酸鉄並びに塩化カルシウ
ムが挙げられる。
【００３６】本発明では、前記金属塩のうちの２種類以
上の混合物を使用し得る。
【００３７】前記金属塩へのポリアクリルアミドのよう
な有機ポリマーの添加も本発明の範囲内に含まれる。
【００３８】本発明は、極めて特定的には、塩化アルミ
ニウムＡｌＣｌ3の使用に適用される。
【００３９】本発明では通常、凝固剤を水溶液の形態で
注入する。
【００４０】生物学的酸化段階（２）の上流及び下流で
それぞれ同時に導入する凝固剤の重量％は、上流注入の
場合が、注入すべき総量の９０％〜１０％、好ましくは
８０％〜２０％、下流注入の場合が、注入すべき総量の
１０％〜９０％、好ましくは２０％〜８０％である。
【００４１】Ｍｅ／除去すべきリン（以後Ｍｅ／Ｐと表
記する）のモル比［Ｍｅは凝固剤として使用する塩の金
属を意味する］は、原料水中のリン濃度と共に変化する
か、又は凝固剤の導入がリン濃度に従う時は一定値を維
持し得る。該比は通常０．１〜１．５、好ましくは０．
２〜０．８である。この比の値が小さければ、凝固剤の
消費量も少ないことになる。
【００４２】本発明の方法は特に、処理水のリン含量を
１ｍｇ／ｌ以下にすることができる。
【００４３】また、処理プラントで処理された水の前記
リン含量は経時的に変化しない。実際、１ｍｇ／ｌ以上
の「ピーク」が観察されることは極めて稀である。従っ
て、廃水からリン酸塩を除去するプラントの信頼性に寄
与する。
【００４４】また、Ｍｅ／Ｐモル比が同じであれば、二
重注入法と称することができる本発明の方法では、いわ
ゆる単一注入法のいずれよりも優れた大きいリン除去率
を得ることができるということが認められている。
【００４５】前記リン除去率は９０％、更には９５％以
上にも達する。
【００４６】このことは、凝固剤使用量の節減を可能に
するという利点を有し、その結果スラッジ量が減少す
る。
【００４７】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明する。
【００４８】下記の実験は、１００，０００ｅｑ／住人
（ｉｎｈａｂｉｔａｎｔ）の処理能力を有し、図１の配
置図（ＩＩＩ）の配置を有する生物学的処理プラントで
実施した。
【００４９】この処理プラントでは、廃水を機械的予備
処理段階（１）（砂塵除去、スクリーニング、油分離）
にかけ、次いで「嫌気的」タンクとして知られているタ
ンクに送り、そこで生物学的リン酸塩除去段階（５）を
実施する。嫌気的消化は、酸素の不在下で約２５℃の温
度で生起する特定の細菌活性を特徴とする。
【００５０】次いで、「好気的」タンクとして知られて
いるタンクに水を導入し、生物学的酸化段階（２）を実
施する。
【００５１】前記タンクは「活性化スラッジ」タンクと
して知られている。
【００５２】次いで、流出液を清澄化装置に送り、清澄
化段階（３）を実施する。
【００５３】清澄化装置では流出液が懸濁スラッジから
分離される。
【００５４】上澄水は処理プラントから送出される処理
水（Ｏ）を構成する。安定したスラッジは回収してシッ
クナー（図１、配置図（ＩＩＩ）には図示せず）に送
り、そこで再循環可能な水を最大限に抽出する。濃厚ス
ラッジを脱水し、特に農業で利用できる状態にする。
【００５５】使用する用語の意味は下記の通りである： 嫌気的注入：生物学的酸化段階（２）が実施される「好
気的」タンクの上流で行われる凝固剤注入（Ｕ）。
【００５６】好気的注入：生物学的酸化段階（２）が実
施される「好気的」タンクの下流で行われる凝固剤注入
（Ｄ）。
【００５７】二重注入：生物学的酸化段階（２）が実施
される前記「好気的」タンクの上流（Ｕ）及び下流
（Ｄ）で同時に行われる凝固剤注入。
【００５８】実験条件 ２６重量％に等しいＡｌＣｌ3含量の塩化アルミニウム
ＡｌＣｌ3水溶液を凝固剤として使用する。
【００５９】導入する凝固剤の量は以後、処理すべき水
１ｍ3当たりのＡｌＣｌ3２６％水溶液のグラム数で表
す。リン除去実験は、下記の３つの連続期間で実施し
た：３０日間の第一実験期間（Ａ）では、ＡｌＣｌ3水
溶液の単一注入を（２）の上流の嫌気的タンクの出口で
実施した。この注入は「嫌気的注入」と称する。
【００６０】２３日間の第二実験期間（Ｂ）では、２度
のＡｌＣｌ3水溶液注入を同時に実施した。上流注入
（Ｕ）は注入総量の８０重量％を占め、下流注入は２０
重量％を占める。これらの注入は「二重注入」と称す
る。
【００６１】３８日間の第三実験期間（Ｃ）では、単一
のＡｌＣｌ3水溶液注入を好気的タンクの出口で、即ち
（２）の下流で実施した。この注入は「好気的注入」と
称する。
【００６２】これら３つの期間（Ａ）、（Ｂ）及び
（Ｃ）のＡｌＣｌ3水溶液注入量は下記の通りである： 期間（Ａ）：６３ｇ／ｍ3。
【００６３】期間（Ｂ）：６３ｇ／ｍ3を次のように分
配：嫌気的注入（Ｕ）で４９ｇ／ｍ3、即ち総量の８０
％、好気的注入（Ｄ）で１４ｇ／ｍ3、即ち総量の２０
％。
【００６４】期間（Ｃ）：５２ｇ／ｍ3。
【００６５】分析 原料水（Ｉ）及び処理プラントから送出された処理水
（Ｏ）をリン分析にかけた。リン量の全体測定の他に、
次のパラメーターをモニターした：ｐＨ、懸濁物質（Ｓ
Ｍ）及び化学的酸素要求量（ＣＯＤ）。
【００６６】分析は毎日の平均的試料について実施し
た。図１、配置図（ＩＩＩ）の処理プラントに送られる
処理すべき原料水（Ｉ）の特性を表１に示す。
【００６７】
【表１】
【００６８】リン総含量の最大値と最小値との差は大き
いことが観察される。しかしながら、ＣＯＤ値及びＳＭ
値については、３つの期間における平均値は極めて類似
している。これに対し、各期間の平均値を比較すると、
差は小さい。ｐＨについては、期間の間で差は殆ど観察
されない。これに対し、各期間の最小値と最大値との差
は比較的大きい。
【００６９】処理プラントに送られる処理すべき原料水
中のリン含量と、本発明の二重注入法並びに嫌気的単一
注入法及び好気的単一注入法で処理した処理プラントか
ら送出される処理水中のリン含量とを表２に示した。
【００７０】
【表２】
【００７１】二重注入、即ち（２）の上流及び下流での
凝固剤の同時注入を行うと、残留リン含量が１ｍｇ／ｌ
を大きく下回ることが観察される。
【００７２】また、結果が遥かに均斉がとれており、残
留リン「ピーク」が遥かに低い。これを、処理プラント
から送出される毎日の処理水中のリン濃度を示す図２の
単一グラフに視覚的に表した。
【００７３】このグラフでは、Ｐは処理プラントから送
出される処理水中のリン濃度（ｍｇ／ｌ）を表し、Ｄは
各期間の日数を表し、３種のプロット×、・、◇はそれ
ぞれ嫌気的注入（期間Ａ）、二重注入（期間Ｂ）、好気
的注入（期間Ｃ）を表す。
【００７４】嫌気的注入からなる単一注入法及び本発明
の方法である二重注入法のＡｌ／Ｐモル比及びリン除去
率を表３に示した。
【００７５】
【表３】
【００７６】０．３６に等しい同一のＡｌ／Ｐモル比で
は、本発明の二重注入法で高いリン除去率が得られるこ
とが認められる。この除去率は９３％に等しく、嫌気的
単一注入法で得られる８７％の除去率を大幅に上回る。
【００７７】処理プラントに送られる処理すべき原料水
と、本発明の二重注入法並びに嫌気的及び好気的単一注
入法で処理した処理プラントから送出される処理水との
化学的酸素要求量（ＣＯＤ）及び懸濁物質含量（ＳＭ）
をそれぞれ表４及び表５に示した。
【００７８】
【表４】
【００７９】好気的注入と二重注入との間でＣＯＤ（表
４）の減少は観察されない。これに対し、嫌気的注入の
場合はより悪い結果が観察される。
【００８０】
【表５】
【００８１】二重注入はＳＭ含量を極めて低くすること
ができる（表５）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法の可能な非限定的配置例、配置図
（Ｉ）〜（ＩＶ）を示す説明図である。
【図２】処理された水のリン濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 機械的予備処理段階 ２ 好気的媒質中での生物学的酸化段階 ３ 清澄化段階 ４ 一次沈降段階 ５ 嫌気的媒質中での生物学的リン酸塩除去段階
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マラン・デルナ フランス国、92800・プトー、リユ・ビク トル・ユーゴー、39番地３号 (72)発明者 ピエール・エルメリツク フランス国、75008・パリ、リユ・ドユ・ フアーブル・サン・オノレ、29

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 機械的予備処理段階（１）、好気的媒質
    中での生物学的酸化段階（２）及び清澄化段階（３）を
    順次含み、１種類以上の凝固剤を、好気的媒質中での生
    物学的酸化段階（２）の上流及び下流で同時に注入する
    ことを特徴とする、廃水からリン酸塩を除去するための
    方法。
  2. 【請求項２】 更に、好気的媒質中での生物学的酸化段
    階（２）の前に来る嫌気的媒質中での生物学的リン酸塩
    除去段階（５）も含むことを特徴とする請求項１に記載
    の方法。
  3. 【請求項３】 更に、機械的予備処理段階（１）の後、
    且つ嫌気的媒質中での生物学的リン酸塩除去段階（５）
    の前に来る一次沈降段階（４）も含むことを特徴とする
    請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 凝固剤の上流注入が一次沈降段階（４）
    及び／又は嫌気的媒質中での生物学的リン酸塩除去段階
    （５）の後に来ることを特徴とする請求項１から３のい
    ずれか一項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 凝固剤を、鉄及び／又はアルミニウムの
    金属塩、又はアルカリ土類金属の塩から選択することを
    特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 凝固剤が、塩化第二鉄ＦｅＣｌ3、硫酸
    第二鉄、塩化アルミニウムＡｌＣｌ3、硫酸アルミニウ
    ム、アルミニウムクロロ水和物、鉄及びアルミニウムの
    混合ポリ塩化物、混合塩化鉄及び塩化カルシウムである
    ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 凝固剤が塩化アルミニウムＡｌＣｌ3で
    あることを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 凝固剤が水溶液形態を有することを特徴
    とする請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 生物学的酸化段階（２）の上流及び下流
    でそれぞれ同時に導入する凝固剤の重量％を、上流注入
    では、注入すべき総量の９０％〜１０％、好ましくは８
    ０％〜２０％とし、下流注入では、注入すべき総量の１
    ０％〜９０％、好ましくは２０％〜８０％とすることを
    特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方
    法。
  10. 【請求項１０】 Ｍｅ／Ｐモル比［Ｍｅは金属塩の金属
    を表し、Ｐは除去すべきリンを表す］を０．１〜１．
    ５、好ましくは０．２〜０．８とすることを特徴とする
    請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
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