JPH09314123A - リン除去剤添加量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リン酸イオンを含有する原水にリン除去剤を
添加してリン酸イオンを除去するリン除去装置から採取
された原水のリン酸イオン濃度を、迅速かつ高精度に算
出でき、さらに、リン除去装置に添加するリン除去剤の
量を適正に制御し、リン除去剤を過不足なく添加するこ
とが可能なリン除去装置用のリン除去剤添加量制御装置
を提供する。 【解決手段】 リン酸イオンを含有する原水１にリン除
去剤を添加してリン酸イオンを除去するリン除去装置か
ら採取された原水１を供給してアルミニウムイオン又は
鉄イオンを添加するための反応槽２と、この反応槽２内
に、電気伝導度又はｐＨを測定してリン酸イオンの当量
点を決定するための検出手段６、１０と、決定された当
量点によりリン除去装置に添加するリン除去剤の添加量
を算出するための演算手段１５とを有してなることを特
徴とするリン除去装置用のリン除去剤添加量制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リン酸イオンを含
有する原水にリン除去剤を添加して、リン酸イオンを除
去するリン除去装置において、リン除去剤の添加量を適
正に制御するためのリン除去剤添加量制御装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】リン酸イオンを含有する廃水の物理化学
的リン除去技術として、アルミニウム塩や鉄塩等の金属
塩とリンを反応させる凝集沈殿法、リン鉱石や骨炭等の
種晶にヒドロキシアパタイトの形でリンを析出させる晶
析法（接触脱リン法）等がある。また、近年、アンモニ
ウムイオン及びリン酸イオンを含む廃水に、マグネシウ
ム化合物を添加するとともにｐＨを８以上に調整し、廃
水中のリン酸イオンをリン酸マグネシウムアンモニウム
の固体粒子として除去し、生成したリン酸マグネシウム
アンモニウムの固体粒子を有効利用する技術が開発され
た。すなわち、特開平１−１１９３９２号公報には、ア
ンモニウムイオン及びリン酸イオンを含む原水に、マグ
ネシウム化合物を添加するとともにｐＨを８以上に調整
し、通気によって廃水を撹拌し、リン酸マグネシウムア
ンモニウムの微細結晶を生成させ、廃水中の浮遊物質と
上記リン酸マグネシウムアンモニウムの微細結晶とを分
離して浮遊物質を系外に排出し、さらに上記リン酸マグ
ネシウムアンモニウムの固体粒子を形成し、これを除去
する装置及び方法が記載されている。

【０００３】以上、いずれの物理化学的リン除去装置に
おいてもリン除去剤の添加が不可欠である。リン除去剤
は、原水中のリン酸イオン濃度に対して、一定の当量比
となるように添加することが十分なリン除去効率を得る
うえで重要となる。しかし、従来のリン除去装置におい
ては、リン除去剤の添加量は原水中のリン酸イオン濃度
に関わらず、一定量を注入することが多かった。また、
原水中のリン酸イオン濃度を測定する場合、モリブデン
−アスコルビン酸法による吸光度分析を用いて測定する
ことが一般的であった。モリブデン−アスコルビン酸法
については、「下水試験法１９８４年版」（社団法人日
本下水道協会刊行）の第１６２頁第１６行〜第１６５頁
第２８行に記載された通りである。すなわち、モリブデ
ン−アスコルビン酸法とは、第１６３頁第１８行〜第２
１行に記載されているように、リン酸イオンがモリブデ
ン酸アンモニウム及びタルトラトアンチモン（３）カリ
ウム（酒石酸アンチモニルカリウム）と反応して生成す
るヘテロポリ化合物をアスコルビン酸で還元し、生成し
たモリブデン青の吸光度を測定して、リン酸イオン態リ
ン（Ｐ）を定量する方法であり、この方法の特徴は、定
量範囲がリン（Ｐ）として０．００１６〜０．０５ｍｇ
／リットルと低濃度でかつ定量範囲が狭く、また、吸光
度測定であるから懸濁性のサンプルの場合には正確な分
析値を得るのが困難である。

【０００４】前記のモリブデン−アスコルビン酸法にお
いては、熟練者の操作による分析、いわゆる手分析だけ
ではなく、同方法をプロセス化した自動分析計が開発さ
れており、例えば、自動全リン測定装置ＴＯＰＡ−１０
０型（堀場製作所社製）、自動全リン測定装置ＰＨＳ−
３０１（アナテックヤ・ヤナコ社製）、リン酸測定装置
ＸＰ−１６３５型（電気化学計器社製）、シリーズ５０
００リン酸分析器（セントラル科学社製）などがあげら
れ、これらは前記リン除去装置の原水中のリン酸イオン
濃度の管理装置としても応用は可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】リン除去装置におい
て、添加するリン除去剤の量を原水リン濃度に対応して
制御することは、リン除去効率及び経済性のうえで重要
となる。原水リン濃度を管理する自動分析計としては、
前記したように、モリブデン−アスコルビン酸法を応用
した装置が開発されているが、吸光度法によりリン濃度
を測定しているため、希釈操作が必要となり、また、試
料が懸濁性の場合、測定不能となる等の問題があった。
このような問題を解決するため、本発明者らの一部は、
懸濁物質を含有する原水を希釈することなく反応試薬を
添加し、測定対象物の当量点を物理化学的手法により検
出する水質管理装置を提案した（特願平７−２７６０５
９号）。

【０００６】すなわち、特願平７−２７６０５９号に
は、懸濁物質を含有する原水を処理するための水処理装
置から原水の一部を採取し、採取した原水に反応試薬を
添加し、懸濁物質からの溶出分を加味した測定対象成分
の真の当量点を物理化学的手法により検出するための検
出手段を有する反応槽と、この反応槽で検出された当量
点により原水中の測定対象成分の濃度を算出するための
演算手段とを具備してなることを特徴とする水質管理装
置が開示されており、反応試薬としてマグネシウムイオ
ン溶液を用いることが示されている。前記発明では、原
水中に含まれるマグネシウムイオンに反応するリン酸イ
オン濃度やマグネシウムイオンとの反応とともに懸濁物
質から溶出されるリン酸イオン濃度が加味されるので、
マグネシウムを用いたリン除去装置における水質管理装
置としては優れている。しかしながら、リン酸イオンと
マグネシウムイオンの反応は、他の陽イオンとの反応に
比べて比較的遅く、また、溶解度も比較的高いので、測
定時間及び測定精度の点でまだ改善の余地が残されてい
た。本発明は、リン酸イオンを含有する原水にリン除去
剤を添加してリン酸イオンを除去するリン除去装置から
採取された原水のリン酸イオン濃度を、迅速かつ高精度
に算出でき、さらに、リン除去装置に添加するリン除去
剤の量を適正に制御し、リン除去剤を過不足なく添加す
ることが可能なリン除去装置用のリン除去剤添加量制御
装置を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な課題を解決するために鋭意検討の結果、リン酸イオン
とアルミニウムイオン又は鉄イオンとの反応性の高さに
着目し、リン酸イオンを含有する原水に、アルミニウム
イオン又は鉄イオンを添加し、電気伝導度又はｐＨを測
定することにより、リン酸イオンの当量点を短時間かつ
明確に抽出でき、その当量点からリン除去装置に添加す
るリン除去剤の量が正確に算出できるという事実を見出
し、本発明に到達した。すなわち、本発明は、リン酸イ
オンを含有する原水にリン除去剤を添加してリン酸イオ
ンを除去するリン除去装置から採取された原水を供給し
てアルミニウムイオン又は鉄イオンを添加するための反
応槽と、この反応槽内に、電気伝導度又はｐＨを測定し
てリン酸イオンの当量点を決定するための検出手段と、
決定された当量点によりリン除去装置に添加するリン除
去剤の添加量を算出するための演算手段を有してなるこ
とを特徴とするリン除去装置用のリン除去剤添加量制御
装置を要旨とするものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
を具体的に説明する。図１は、本発明のリン除去剤添加
量制御装置の一例を示す概略図である。まず、リン酸イ
オンを含有する原水１の一定量を計り取り、反応槽２に
供給する。反応槽２内に設置した撹拌羽根１６を撹拌モ
ーター１７により回転させ、アルカリ又は酸性溶液タン
ク３内のアルカリ又は酸性溶液を供給ポンプ４により反
応槽２内に添加し、反応槽２内に設置したｐＨセンサー
６によりｐＨを測定し、反応に適したｐＨに調整する。
次に、アルミニウムイオン又は鉄イオン溶液タンク７内
のアルミウムイオン又は鉄イオンが供給ポンプ８により
反応槽２内に添加され、反応槽２内に設置した電気伝導
度センサー１０及びｐＨセンサー６により、電気伝導度
及びｐＨの経時変化が測定される。リン酸イオンを含有
する原水１は、反応槽２内で次の沈殿反応を起こす。 アルミニウムイオン使用時：ＰＯ₄ ^3- ＋Ａｌ³⁺→ＡｌＰＯ₄ ↓ 第二鉄イオン使用時 ：ＰＯ₄ ^3- ＋Ｆｅ³⁺→ＦｅＰＯ₄ ↓

【０００９】上記反応により、反応槽２内にアルミニウ
ムイオン又は鉄イオンがリン酸イオンの当量以上添加さ
れた時点で、電気伝導度及びｐＨの増減率が変化する。
この変化点（微分曲線における屈曲点）を計算機１５に
より抽出して当量点を決定する。当量点が決定されれ
ば、その当量点までに要したアルミニウムイオン量又は
鉄イオン量により、下記式に基づきリン酸態リン濃度が
算出できる。 Ｐ＝３１・（Ｄ×Ｅ）／Ｖ なお、式中、Ｐ：リン酸態リン濃度（ｍｇ／リット
ル）、Ｄ：当量点までのアルミニウムイオン又は鉄イオ
ンの添加量（ミリリットル）、Ｅ：アルミニウムイオン
濃度又は鉄イオン濃度（ｍｍｏｌ／ミリリットル）、
Ｖ：反応槽容積（リットル）を示している。さらに、計
算機１５により、原水１中のリン酸イオン濃度に対応し
た、リン除去装置へのリン除去剤の添加量が算出され
る。なお、本発明のリン除去剤添加量制御装置は、図１
のように電気伝導度、ｐＨ両方の検出手段を有したもの
の他、電気伝導度、ｐＨいずれかの検出手段を有したも
のであってもよい。

【００１０】ここで、反応槽２に供給する原水１には懸
濁物が混入していても問題はないが、アルミニウムイオ
ンや鉄イオンと沈殿反応を起こす陰イオン濃度が低いこ
とが望まれる。測定可能なリン酸イオン濃度は、反応槽
２の容量やアルミニウムイオン又は鉄イオンの添加速度
によって変えられるので特に限定されるものではない
が、リン酸態リン濃度で１〜１０００ｍｇ／リットル程
度が最適である。反応槽２の容量は原水１中のリン酸イ
オン濃度により異なり、１００ミリリットル〜１０リッ
トル程度の中から反応槽２の容量を適宜選択すればよ
い。ｐＨ調整のためのアルカリ溶液又は酸性溶液は、特
に限定されるものではないが、アルカリ溶液としては苛
性ソーダを、酸性溶液としては塩酸を用いることが好ま
しい。本発明において、原水１にアルミニウムイオンを
添加する場合には、初期のｐＨを６〜７程度に調整し、
鉄イオンを添加する場合には、ｐＨを５〜６に調整する
ことが好ましい。

【００１１】原水１にアルミニウムイオンを添加する場
合、アルミニウムイオン濃度は特に限定されるものでは
ないが、０．１〜１０ｍｏｌ／リットル程度が好まし
い。また、原水１に鉄イオンを添加する場合、添加する
鉄イオンは、第一鉄イオン、第二鉄イオンのどちらを用
いてもよいが、リン酸イオンとの反応性を考慮すると第
二鉄イオンを用いる方が好ましく、塩化第二鉄や硫酸第
二鉄等の水溶性鉄化合物を水に溶解させて溶液タンク７
に貯留することが好ましい。また、鉄イオン濃度につい
ても特に限定されるものではないが、０．１〜１０ｍｏ
ｌ／リットル程度が好ましい。アルミニウムイオン又は
鉄イオンの反応槽２への添加速度は、原水リン濃度と反
応槽２の容量によっても異なるが、０．１〜１０ミリリ
ットル／分程度が好ましい。

【００１２】図２は本発明のリン除去剤添加量制御装置
をリン除去装置に組み合わせたシステムの一例を示す概
略図である。リン除去装置２２は、リン酸イオンとアン
モニウムイオンを含有する原水２０にマグネシウム薬剤
２３を供給ポンプ２４により供給し、撹拌用空気２６に
より撹拌混合し、原水中のリン酸イオンをリン酸マグネ
シウムアンモニウムの固体粒子２８として回収し、リン
除去後処理水２７を得る装置である。ここで、原水２０
の一部を採取し、本発明のリン除去剤添加量制御装置２
１に供給し、ここで、原水２０中のリン酸イオン濃度に
対応したマグネシウム薬剤添加量を決定し、マグネシウ
ム薬剤供給ポンプ２４からの供給量を電気信号２９によ
り制御する。なお、リン除去剤添加量制御装置２１の反
応槽に供給される原水２０の量は、反応槽の容量や原水
の種類によっても異なるが、概ね５００ミリリットル〜
５リットルの原水を２０〜３０分に一度供給することが
好ましい。以上のシステムにより、リン除去装置２２に
添加するリン除去剤量を原水２０中のリン酸イオン濃度
に応じて制御でき、リン除去剤を過不足なく供給するこ
とが可能である。リン除去剤として、マグネシウムを用
いた上記リン除去装置の他に、カルシウム塩、アルミニ
ウム塩、鉄塩等を用いた凝集沈殿によるリン除去装置や
カルシウムヒドロキシアパタイトの晶析反応を利用した
リン除去装置にも本発明のリン除去剤添加量制御装置は
適用可能である。

【００１３】

【実施例】次に本発明を実施例及び比較例によって具体
的に説明する。 実施例１ リン酸二水素カリウム２２０ｍｇ及び塩化アンモニウム
１５２９ｍｇを純水１リットルに溶解し、リン酸態リン
濃度５０ｍｇ／リットル、アンモニア態窒素濃度４００
ｍｇ／リットルの原水モデル液とした。そして、図１に
示されるような本発明のリン除去剤添加量制御装置の反
応槽２に、このモデル液５００ミリリットルを計り取っ
た。２０％苛性ソーダをアルカリ溶液タンク３に貯留
し、反応槽２内に設置したｐＨセンサー６によりｐＨ７
を示すまで、反応槽２内を撹拌羽根１６で撹拌混合する
とともにアルカリ溶液供給ポンプ４を稼働させて苛性ソ
ーダを供給した。アルミニウムイオン溶液タンク７に１
Ｍ塩化アルミニウム溶液を貯留し、０．２ミリリットル
／分の速度で塩化アルミニウム溶液をアルミニウムイオ
ン供給ポンプ８により反応槽２内に供給した。供給とと
もに反応槽２内を撹拌羽根１６により撹拌混合し、反応
槽２内の電気伝導度センサー１０及びｐＨセンサー６に
より、電気伝導度及びｐＨの経時変化を測定した。比較
のため、塩化アルミニウム溶液の代わりに塩化マグネシ
ウム溶液を上記方法と同様にして供給した。ただし、供
給前のｐＨを９に調整した（比較例１）。

【００１４】図３にアルミニウムイオン供給時（実施例
１）とマグネシウムイオン供給時（比較例１）の電気伝
導度の滴定曲線及び電気伝導度の変化率を表す微分曲線
を示す。比較例１では、電気伝導度が滴定量とともにほ
ぼ直線的に上昇しており、微分曲線もほぼ一定を示し、
屈曲点を確定することはできなかった。一方、実施例１
では、滴定量１．４ミリリットル付近で電気伝導度の変
化率が大きく変わり、屈曲点が明確に現れた。この屈曲
点から当量点を決定し、リン酸態リン濃度を算出した結
果、５４ｍｇ／リットルであり、精度の高い分析結果と
なった。なお、ｐＨについても、アルミニウムイオンを
供給した場合に屈曲点が明確に現れ、リン酸態リン濃度
を正確に算出することが可能であった。また、モデル液
のリン酸態リン濃度を１００、２００ｍｇ／リットルに
変更した場合についても同様の比較を行ったが、いずれ
の場合もアルミニウムイオンを供給した方がマグネシウ
ムイオンを供給した方に比べて屈曲点が明確となり、正
確なリン酸態リン濃度の算出が可能であった。

【００１５】実施例２ 図２に示されるようなシステムで廃水の処理を行った。
すなわち、汚泥処理返流水を原水２０とするリン除去装
置２２において、この原水２０の一部５００ミリリット
ルを３０分に一度の割合で本発明のリン除去剤添加量制
御装置２１に移送し、ここでリン除去装置２２に添加す
る水酸化マグネシウムスラリーの添加量を算出した。な
お、この水酸化マグネシウムスラリーの添加量は、原水
２０のリン酸態リン濃度とリン除去装置２２に供給され
る原水流量より、リン酸イオンとマグネシウムイオンの
モル比が１：１となるように算出される。そして、リン
除去剤添加量制御装置２１から制御電気信号２９によっ
てマグネシウム薬剤供給ポンプ２４を駆動させ、適量の
水酸化マグネシウムスラリーをマグネシウム薬剤貯留タ
ンク２３からリン除去装置２２に添加し、撹拌用空気２
６により混合することにより、原水２０中のリン酸イオ
ンをリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子２８と
して回収した。この結果、原水２０中のリン酸態リン濃
度が５０〜１００ｍｇ／リットルの幅で変動がある汚泥
処理返流水１０ｍ³ ／日のリン除去装置２２において、
常時、リン酸態リン除去率９５％以上が得られ、過不足
無く水酸化マグネシウムスラリーを添加することが可能
であった。

【００１６】

【発明の効果】本発明のリン除去剤添加量制御装置は、
リン酸イオンを含む廃水のリン除去装置から採取された
原水のリン酸イオン濃度を迅速かつ高精度に算出するこ
とができ、さらに、リン除去装置に添加するリン除去剤
の量を適正に制御し、リン除去剤を過不足なく添加する
ことができる。そして、リン除去装置の処理効率を向上
させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリン除去剤添加量制御装置の一例を示
す概略図である。

【図２】本発明のリン除去剤添加量制御装置をリン除去
装置と組み合わせたシステムの一例を示す概略図であ
る。

【図３】アルミニウムイオン供給時（実施例１）とマグ
ネシウムイオン供給時（比較例１）の電気伝導度の滴定
曲線及び微分曲線を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 原水 ２ 反応槽 ３ アルカリ又は酸性溶液タンク ４ アルカリ又は酸性溶液供給ポンプ ５ アルカリ又は酸性溶液導入管 ６ ｐＨセンサー ７ アルミニウムイオン又は鉄イオン溶液タンク ８ アルミニウムイオン又は鉄イオン供給ポンプ ９ アルミニウムイオン又は鉄イオン導入管 10 電気伝導度センサー 11 ｐＨ信号ケーブル 12 電気伝導度信号ケーブル 13，14 信号変換器 15 計算機 16 撹拌羽根 17 撹拌モーター 18 信号ケーブル 19 モニター 20 原水 21 リン除去剤添加量制御装置 22 リン除去装置 23 マグネシウム薬剤貯留タンク 24 マグネシウム薬剤供給ポンプ 25 リン除去剤添加量制御装置ドレン 26 撹拌用空気 27 リン除去後処理水 28 リン酸マグネシウムアンモニウム固体粒子 29 制御電気信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リン酸イオンを含有する原水にリン除去
   剤を添加してリン酸イオンを除去するリン除去装置から
   採取された原水を供給してアルミニウムイオン又は鉄イ
   オンを添加するための反応槽と、この反応槽内に、電気
   伝導度又はｐＨを測定してリン酸イオンの当量点を決定
   するための検出手段と、決定された当量点によりリン除
   去装置に添加するリン除去剤の添加量を算出するための
   演算手段とを有してなることを特徴とするリン除去装置
   用のリン除去剤添加量制御装置。