JPH0889951A - 水中のりんの除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 汚水中に含まれているリンを、難濃縮脱水性
の汚泥を発生させることなく、高度に、高速に、かつ確
実に除去する新規なリン除去技術を提供することにあ
る。 【構成】 角形のスポンジ状粒状物を充填した下部充填
層の上部に、発泡合成樹脂小球を充填した上部充填層を
設けた二段の充填層を有する処理槽に、その槽の下部か
ら、緻密な水酸化アルミニウム微粒子または水酸化鉄微
粒子を含有する原水を、上向流で通水する水中のリンの
除去方法。下部充填層の充填層の層厚が上部充填層の充
填層の層厚より厚いことが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、下水、下水の活性汚泥
処理水等のリンを含む汚水からリンを効果的に除去する
新規方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のリン除去技術で最も代表的な方法
は、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化第
２鉄、ポリ硫酸第２鉄（ポリ鉄）等のアルミニウム系も
しくは鉄系凝集剤を添加してフロックを形成させた後、
沈降分離して該フロックを凝集除去する凝集沈澱法であ
る。この方法は、凝集剤を添加して生成したフロックを
分離するだけで確実にリンを除去できるという利点があ
るが、難濃縮脱水性の汚泥が多量に生成し、汚泥処理が
面倒であった。また、粒状活性アルミナによるリン吸着
法も知られているが、活性アルミナのリン飽和吸着量が
小さいため頻繁な再生が必要であり維持管理が面倒であ
るばかりか、活性アルミナの価格が廃水処理に適用する
には高価であるためランニングコストも高いという欠点
があった。原水に凝集剤を添加して原水中にフロックを
形成させ、フロックを含んだ原水をアンスラサイトなど
の粒状ろ材ろ過層や砂ろ過層に供給し、フロックを分離
する凝集ろ過法も試みられているが、バルキーなフロッ
クが多量にろ過層内に生成するため、ろ過層の目詰まり
が短時間に起きてしまい実用的でなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、汚水
中に含まれているリンを、難濃縮脱水性の汚泥を発生さ
せることなく、高度に、高速に、かつ確実に除去する新
規なリン除去技術を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するため手段】本発明の課題は、本発明の
水中のリンの除去方法によって達成される。すなわち、
１）角形のスポンジ状粒状物を充填した下部充填層の上
部に、発泡合成樹脂小球を充填した上部充填層を設けた
二段の充填層を有する処理槽に、該処理槽の下部から、
予め調整した緻密な水酸化アルミニウム微粒子または水
酸化鉄微粒子を含有する原水を、上向流で通水すること
を特徴とする水中のリンの除去方法。好ましくは、２）
前記下部充填層の充填層の層厚が、前記上部充填層の充
填層の層厚よりも厚いことを特徴とする前記１）に記載
の水中のリンの除去方法によって達成される。

【０００５】

【作用】以下に本発明の構成と作用を説明する。先ず、
後記する方法によってリン吸着力が大きく、緻密な（バ
ルキーでない）水酸化アルミニウム微粒子または水酸化
鉄微粒子を含有するスラリーを製造する。このスラリー
（水酸化アルミニウム微粒子及び水酸化鉄微粒子の両方
含んでいてもよい）をリンを含有する原水に添加する
と、スラリーにふくまれる微粒子は、高速かつ高度にリ
ンを吸着する。しかし、原水中に難濃縮脱水性の汚泥を
発生させない。次に、リンを吸着した微粒子を含む原水
を次工程の処理槽にその下部から送水する。処理槽に
は、下段に角形のスポンジ状粒状物を充填した下部充填
層（以下充填層Ａとよぶこともある）とその上段に発泡
合成樹脂小球を充填した上部充填層（以下充填層Ｂとよ
ぶこともある）の二段の充填層が設けられている。リン
を吸着した微粒子を含む原水を上記処理槽に上向流で通
水すると、原水中のリンを吸着した微粒子及びその他の
原水中のＳＳは前記二段の充填層でろ過されるが、ろ過
層の閉塞も極めて少なく、処理水へのＳＳのリークもな
く、かつ難濃縮脱水性の汚泥も発生しないことが認めら
れた。

【０００６】以下に図１を参照しながら、本発明の構
成、作用をより具体的に詳細に説明する。本発明の処理
槽２には、下段に角形のスポンジ状粒状物を充填した下
部充填層Ａが設けられ、その上部にスクリーン等の多孔
部材３と空間部４を介して、発泡合成樹脂小球を充填し
た上部充填層Ｂが設けられている。上部充填層Ｂの上面
も目開きの小さいスクリーン等の多孔部材５が設けられ
発泡合成樹脂の小球の浮上を阻止している。リン吸着力
の大きい緻密な水酸化アルミニウム微粒子または水酸化
鉄微粒子（以下リン吸着材ＳＳという）のスラリー７が
予め貯槽８中で調整され、貯槽８から攪拌槽９に添加さ
れる。攪拌槽９にて、リン吸着材ＳＳ等（すなわち、リ
ン吸着材ＳＳ及びその他の原水中のＳＳ）は、リン含有
原水６（下水等）と数分間攪拌され、その過程でリンが
速やかにかつ高度にリン吸着材に吸着される。次に、リ
ン吸着材ＳＳ等を含む原水１０は、前記処理槽２の下部
から上向流で流入され、下部充填層Ａと上部充填層Ｂの
両充填層でリン吸着剤ＳＳ等をろ過除去し、リン及びＳ
Ｓが高度に除去された処理水１１を得る。なお、本発明
のリン吸着剤ＳＳ（すなわち緻密な水酸化アルミニウム
微粒子または水酸化鉄微粒子）の粒径はおよそ１〜２ミ
クロン程度の微細なものである。なお、通常本発明の原
水は攪拌槽９に供給されるまでに、活性汚泥や生物膜等
の大部分のＳＳは予め除去されているので、原水中のＳ
Ｓは殆どリン吸着材ＳＳである。

【０００７】本発明のリン吸着剤ＳＳは緻密なため、下
部充填層Ａの充填層内においてＳＳを大量に捕捉しても
ろ過抵抗の増加は凝集ろ過法（硫酸アルミニウム等の凝
集剤を添加してろ過層で生成フロックをろ過する方法の
こと）の場合に比較して著しく少ない。しかしながら、
本発明において第１段の下部充填層Ａの充填層には、ろ
材として、角形で粒径が大きく、従って粒子間の空隙が
大きい、スポンジ状粒状物を用いているので、ろ過抵抗
の増加は少ないが、その反面、充填層Ａでは微細ＳＳが
リークし易いという問題点がある。そのため、充填層Ａ
の上部に粒径の小さい（粒径２ｍｍ以下）球状の発泡ポ
リスチロールによって空隙率小さい充填層（充填層Ｂ）
を設け、角形のスポンジ状粒状物のろ材を充填した充填
層Ａをリークしてきた少量のＳＳを確実に捕捉除去する
ようにすることが重要である。

【０００８】本発明においては、（例えば図１において
攪拌槽９にて、）原水にリン吸着材ＳＳを添加して原水
中のリンを吸着し、リンを吸着したＳＳを含む原水から
該ＳＳをろ過除去するのは主として角形のスポンジ状粒
状物をろ材とする下部充填層Ａにおいてである。大量の
ＳＳを除去し、かつ容易に目詰まりを起こさない充填ろ
過層のろ材としてはスポンジ状粒状物が適する。しかし
ながら、角形で粒径が大きいスポンジ状粒状物を充填し
た下部充填層Ａでは、前記したように微細ＳＳがリーク
し易いという問題がある。このため、リークした微細Ｓ
Ｓの除去のため細かい粒状の発泡ポリスチロールのろ材
を充填した上部充填層Ｂを設けることが必要である。原
水中の大量のＳＳを除去するのは下部充填層Ａにおいて
であり、下部充填層Ａの充填層の層厚よりも大きくする
ことが重要である。上部充填層Ｂはリークした微細ＳＳ
の除去のための補助充填層である。発泡ポリスチロール
のろ材の充填層の層厚が厚く、角形のスポンジ状粒状物
をろ材の充填層の層厚が薄いとろ過抵抗が増加し易くな
るので好ましくない。

【０００９】以上の方法で処理を続けると、ろ過装置の
ろ過抵抗が所定の値（１０００ｍｍ水頭程度）に到達す
るので、原水６の供給を止め、処理槽２の洗浄を次のよ
うに行う。処理槽２の洗浄を図１を用いて以下に説明す
る。図１において、空気洗浄用空気１２を供給しながら
弁１３を開け、水位を多孔部材３より僅か上まで下げる
と発泡ポリスチロールろ過層（充填層Ｂ）が洗浄され
る。（弁１３の開閉を繰り返し、槽２中に水位を多孔部
材５と３との間に変化させて、発泡ポリスチロールろ過
層の洗浄を繰り返してもよい。）次に、洗浄水供給ポン
プ１５を駆動し洗浄水１６を供給しながら空気１２によ
ってスポンジを攪乱し洗浄排水１７を流出管１４から所
要時間流出させる。この操作によってスポンジろ過層
（充填層Ａ）の洗浄が行われる。１３はスポンジの流出
を阻止する網である。洗浄排水１７には、リンを吸着し
た水酸化アルミニウムＳＳ、または水酸化鉄ＳＳが高濃
度にふくまれており、緻密な粒子であるため沈降濃縮脱
水性が良好であり、簡単に脱水でき、低水分脱水ケーキ
が得られる。従って、従来の凝集沈殿法、凝集ろ過法の
ような難脱水性の汚泥が発生しない。

【００１０】本発明で使用するリン吸着量が大きく緻密
な水酸化アルミニウム微粒子、または水酸化鉄微粒子を
製造する方法としては次のような方法が推奨できる。す
なわち、アルミニウム塩又は鉄塩の酸性水溶液にＮａＯ
Ｈ以外のアルカリ性のＭｇ塩又はＣａ塩を添加してｐＨ
５〜７に中和し、ゆっくりと反応を進行させて、沈降
性、ろ過性、濃縮性、脱水性の良い緻密でリン吸着力の
大きな水酸化アルミニウム微粒子及び水酸化鉄微粒子を
得る方法である。より具体的には、アルカリ性のアルミ
ン酸ナトリウム水溶液を酸で中和する方法、硫酸アルミ
ニウム水溶液を水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム
や炭酸マグネシウム等のマグネシウム系アルカリ剤又は
炭酸カルシウムや消石灰等のカルシウム系アルカリ剤で
中和する方法。硫酸第２鉄又はポリ硫酸鉄の水溶液を前
記マグネシウム系アルカリ剤で中和する方法が好適な例
である。アルカリ剤として苛性ソーダを使用すると緻密
な粒子が得られない。後に図１で示す例では硫酸アルミ
ニウム水溶液１８を水酸化マグネシウム１９で中和する
場合である。

【００１１】本発明でいう「緻密な微粒子」とは、粒子
単位重量あたりの沈降容積が少なく、粒子を一定時間沈
殿させた時に、小さい容積の固形物が得られる性状を意
味している。前記の方法によって得られる水酸化鉄や水
酸化アルミニウムの緻密な微粒子の３０分間沈澱固形物
濃度は４０〜１３０ｇ／リットル程度の値である。これ
に対し、従来技術のように原水に硫酸アルミニウムや塩
化第２鉄等の凝集剤を添加した時に生成する微粒子は
「バルキーフロック」といわれる綿状フロックとなり、
３０分間沈殿固形物濃度は、４〜１６ｇ／リットル程度
に過ぎない。なお、本発明の「水酸化アルミニウム」は
水和酸化アルミニウムを含む意味であり、「水酸化鉄」
は水和酸化鉄を含む意味で用いている。本発明で用いる
リン吸着剤ＳＳは、ろ過性、沈降濃縮性、脱水性がよい
他に、次のような利点がある。すなわち、リン吸着剤Ｓ
Ｓのリン吸着速度が、従来の活性アルミナ等の粒状吸着
剤（粒径２〜４ｍｍ程度）をカラムに充填する方式に比
較して著しく大きい。この理由は、リン吸着剤ＳＳの粒
径が数ミクロンと小さいため比表面積が非常に大きいか
らである。リン吸着剤ＳＳの所要添加量は原水のリン１
ｍｇあたり、５〜３０ｍｇ、好ましくは１０〜２０ｍｇ
である。

【００１２】

【実施例】以下に本発明のリンの除去方法の１実施例に
ついて説明する。ただし、本発明は以下の例によって制
限されるものではない。

【００１３】〔実施例１〕市販の液体硫酸アルミニウム
（略称：液バン）を水道水で１０倍に希釈し、この液に
水酸化マグネシウム微粒子の２０％スラリーを添加し、
ｐＨ６に中和し、３０分間沈殿固形物濃度が８０ｇ／リ
ットルという非常に緻密な水酸化アルミニウム微粒子
（粒径１．５〜３μｍ）のスラリーを得た。このスラリ
ーを原水（下水の活性汚泥処理水）に固形体として２０
ｍｇ／リットル添加して、２分間攪拌した後、ポリウレ
タンスポンジ（粒径１０ｍｍの立方体）と発泡ポリスチ
ロール（粒径１ｍｍの球状体）を上下二段の充填層にそ
れぞれ充填した処理槽に、その下部から上向流（ろ過速
度１２０ｍ／日）で供給した。ポリウレタンスポンジ層
の高さは２ｍ、発泡ポリスチロール層の高さは４０ｃｍ
に設定した。

【００１４】原水の水質は下記の通りである。 リン ： １．６ ｍｇ／リットル ＳＳ ： １５ ｍｇ／リットル ＢＯＤ ： ７ ｍｇ／リットル 処理槽からの流出水は極めて清澄であり、流出水の水質
は下記の通りである。 リン ： ０．１２ｍｇ／リットル ＳＳ ： １．６ ｍｇ／リットル ＢＯＤ ： ２．０ ｍｇ／リットル ろ過抵抗１ｍ水頭に達するまでのろ過継続時間は約５０
時間と長かった。処理槽洗浄排水中のＳＳの沈降濃縮性
は良好であり、２４時間沈澱後の固形物濃度は５．７％
と高濃度であった。ベルトプレス型脱水機による脱水ケ
ーキの水分は６８％と低水分であった。

【００１５】〔実施例２〕市販のポリ硫酸第２鉄（略
称：ポリテツ）を水道水で１０倍に希釈した液に、水酸
化マグネシウム微粒子の２０％スラリーを添加し、ｐＨ
６に中和し、３０分間沈殿固形物濃度が６５ｇ／リット
ルの緻密な水酸化第２鉄微粒子を含むスラリーを得た。
これを実施例１の場合と同じく原水に２０ｍｇ／リッ
トル添加して、実施例１の場合と同じく、ポリウレタン
スポンジ（粒径１０ｍｍの立方体）と発泡ポリスチロー
ル（粒径１ｍｍの球状体）を上下二段の充填層にそれぞ
れ充填した処理槽に、その下部から上向流（ろ過速度１
２０ｍ／日）で供給した。処理槽からの流出水の水質は
下記の通りであった。 リン ： ０．０８ｍｇ／リットル ＳＳ ： １．２ ｍｇ／リットル ＢＯＤ ： ２．０ ｍｇ／リットル

【００１６】〔比較例１〕 従来の凝集ろ過法 粒径１ｍｍの砂ろ過層（層厚１ｍ）に、硫酸アルミニウ
ム７０ｍｇ／リットル添加した原水をろ過速度１２０ｍ
／日で通水した。その結果、処理水質は、前記実施例１
及び２と同様は良質の処理水を得た。しかし、ろ過層の
閉塞が早く進み、ろ過持続時間が１０時間と短く実用的
でなかった。また、ろ過層洗浄排水を２４時間沈降させ
た結果、固形物濃度は１．１％に過ぎず濃縮生が悪かっ
た。ベルトプレス脱水機による脱水ケーキの水分は８５
％と極めて高かった。

【００１７】

【発明の効果】本発明の水中のリンの除去方法によれ
ば、従来技術の欠点を解決でき、次のような効果が得ら
れる。すなわち、 １．原水中のリンとＳＳを高速、高除去率で確実に除去
できる。 ２．リン吸着力が大きく、緻密な粒子を原水に添加する
ので、ろ過層の閉塞がすくなく、ろ過持続時間が長くで
きる。 ３．ろ過層として、多孔性のスポンジろ材を空隙率が大
きい状態で充填したろ過層と発泡プラスチック小球ろ材
を空隙率が小さく精度の高いろ過ができるように充填し
たろ過層を用いるので、長時間目詰まりのないろ過がで
き、洗浄頻度が少なくできる。 ４．洗浄排水の濃縮脱水性がよく、汚泥の処分が容易で
ある。言い換えれば、従来の処理のように難濃縮脱水性
汚泥が発生しない。 ５．リン吸着材の価格が安価なので、吸着剤の面倒な再
生処理のための操作が不要である。これに対して、従来
の粒状活性アルミナをリン吸着剤とする方法は価格が高
いので、再生が不可欠である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の処理システムの一実施例の概略図であ
る。

【符号の説明】

１ 原水供給管 ２ 処理槽 ３ 多孔性部材 ４ 空間部 ５ 多孔性部材 ６ 原水 ７ スラリー ８ 貯槽 ９ 攪拌槽 １０ 供給管 １１ 処理水流出管 １２ 空気洗浄用空気 １３ 弁 １４ 流出管 １５ 洗浄水供給ンプ １６ 洗浄水 １７ 洗浄排水 １８ 硫酸アルミニウム水溶液 １９ 水酸化マグネシウム Ａ 下部充填層 Ｂ 上部充填層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 角形のスポンジ状粒状物を充填した下部
   充填層の上部に、発泡合成樹脂小球を充填した上部充填
   層を設けた二段の充填層を有する処理槽に、該処理槽の
   下部から、予め調整した緻密な水酸化アルミニウム微粒
   子または水酸化鉄微粒子を含有する原水を、上向流で通
   水することを特徴とする水中のりんの除去方法。
2. 【請求項２】 前記下部充填層の充填層の層厚が、前記
   上部充填層の充填層の層厚よりも厚い層厚であることを
   特徴とする請求項１に記載の水中のリンの除去方法。