JPH1076278A

JPH1076278A - リン除去剤の添加量制御装置

Info

Publication number: JPH1076278A
Application number: JP23279496A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Tagami; 聡田上; Takeshi Nakamura; 中村　　剛; Masahiro Fujii; 正博藤井
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 1996-09-03
Filing date: 1996-09-03
Publication date: 1998-03-24

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態リン濃度を、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の添加量制御装
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、マグネシウムイオン又
はカルシウムイオンを添加してリン酸イオンと反応させ
るための反応槽２と、この反応槽２内にマグネシウムイ
オン濃度又はカルシウムイオン濃度を検出するための検
出手段（硬度計１０）と、前記反応槽で検出されたマグ
ネシウムイオン濃度又はカルシウムイオン濃度からリン
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（計算機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の添加量制御装置。

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の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】上記した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
酸法は、ＪＩＳＫ０１０１４３．１及びＪＩＳＫ
０１０２４６．１に基づいた方法であり、「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、「下水試験法１９８４年版」に記
載されたモリブデン−アスコルビン酸法とは、その第１
６３頁第１８行〜第２１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０．０
０１６〜０．０５ｍｇ／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中のリン濃度に対応
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。原水中の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７−２
７６０５９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。前記水質管理装置
では、原水中の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
定対象成分の真の当量点を求めるための測定時間（滴定
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
採取された原水中のリン酸態リン濃度を、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の添加量
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、リン除去装置
から採取した原水の一部に、一定量のマグネシウムイオ
ン又はカルシウムイオンを添加し、反応後のマグネシウ
ムイオン濃度又はカルシウムイオン濃度を検出すること
により、滴定をしなくても原水中のリン酸態リン濃度を
容易に算出でき、リン除去装置に添加するリン除去剤の
添加量を迅速かつ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。

【０００８】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、マグネ
シウムイオン又はカルシウムイオンを添加してリン酸イ
オンと反応させるための反応槽と、この反応槽内にマグ
ネシウムイオン濃度又はカルシウムイオン濃度を検出す
るための検出手段と、前記反応槽で検出されたマグネシ
ウムイオン濃度又はカルシウムイオン濃度からリン除去
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
のリン除去剤の添加量制御装置を要旨とするものであ
る。

【０００９】

【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の添加
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により回転させながら、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を測定しながら、反応に適したｐＨ
８．０〜１２．０に調整する。

【００１０】次に、マグネシウムイオン又はカルシウム
イオン溶液タンク７内のマグネシウム又はカルシウムイ
オン溶液が供給ポンプ８により反応槽２内に一定量添加
される。ここでは、原水１中のリン酸イオンが残留する
ことなく完全にマグネシウムイオン又はカルシウムイオ
ンと反応するように、マグネシウムイオン又はカルシウ
ムイオン溶液が添加される。添加されるマグネシウムイ
オン又はカルシウムイオン溶液の量としては、原水中に
含まれるリン酸イオン濃度又はリン除去装置から採取さ
れる原水の量などにより異なるが、例えば、リン酸二水
素カリウムをリン酸態リン濃度として２０〜２００ｍｇ
／リットル含有した消化汚泥脱離液５００ミリリットル
を原水１とした場合には、１Ｍの塩化カルシウム溶液を
０．５〜２０ミリリットル、特に、２．０〜６．０ミリ
リットル添加することが好ましい。また、マグネシウム
イオン溶液を添加する場合、前記の原水１に対し、例え
ば、１Ｍの塩化マグネシウム溶液を０．３〜５．０ミリ
リットル、特に、０．５〜３．５ミリリットル添加する
ことが好ましい。

【００１１】反応槽２内では、添加されたマグネシウム
イオン又はカルシウムイオンと原水中のリン酸イオンと
の反応が終わるまで、反応槽２内に設置した撹拌羽根１
６を撹拌モーター１７により回転させ、反応槽２内に設
置されたマグネシウムイオン濃度又はカルシウムイオン
濃度を検出するための検出手段である硬度計１０によ
り、反応後のマグネシウムイオン濃度又はカルシウムイ
オン濃度が測定される。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。マグネシウムイオン使用時：Ｍｇ²⁺＋ＮＨ₄ ⁺＋ＰＯ₄
^3-→ＭｇＮＨ₄ＰＯ₄↓ カルシウムイオン使用時：５Ｃａ²⁺＋ＯＨ^-＋３ＰＯ
₄ ^3-→Ca₅(OH)(PO₄)₃↓

【００１２】上記の沈殿反応により、反応槽２内でマグ
ネシウムイオン又はカルシウムイオンが上記の沈殿反応
の割合でリン酸イオンと反応し、添加されたマグネシウ
ムイオン又はカルシウムイオンが消費される。そして、
反応せずに残留しているマグネシウムイオン又はカルシ
ウムイオン濃度を前記硬度計１０で測定することによ
り、次式によってリン酸態リン濃度が算出できる。マグネシウムイオン使用時：Ｐ＝３１×（Ｃ₀−Ｃ₁）÷２４（１）カルシウムイオン使用時：Ｐ＝３１×（Ｃ₀−Ｃ₁）÷４０×３÷５（２）なお、式中、Ｐ：リン酸態リン濃度（ｍｇ／リット
ル）、Ｃ₀：一定量のマグネシウムイオン又はカルシウ
ムイオンを添加した直後のマグネシウムイオン又はカル
シウムイオン濃度（ｍｇ／リットル）、Ｃ₁：反応後マ
グネシウムイオン又はカルシウムイオン濃度（ｍｇ／リ
ットル）を示している。さらに、演算手段である計算機
１５により、原水１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。

【００１３】ここで反応槽２に供給する原水は懸濁物が
混入していても問題ないが、マグネシウムイオン又はカ
ルシウム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。なお、消化汚泥脱離液のように炭酸イ
オンを多量に含有する原水の場合には、予め、ｐＨを
４．５以下に下げ、曝気により脱炭酸を行うことが好ま
しい。また、マグネシウムイオン濃度又はカルシウムイ
オン濃度を検出するための硬度計１０としては、ジデシ
ルリン酸／Ｃａ²⁺を感応膜としたイオン電極を用いるこ
とが好ましく、測定可能なリン酸態リン濃度は硬度計１
０の分解能によるが、イオン電極はこの分解能が１〜４
０００ｍｇ／リットルと広いものであり、リン酸態リン
濃度も１〜４０００ｍｇ／リットルとなる。

【００１４】反応槽２の容量は原水中のリン酸イオンの
濃度によって異なり、１００ミリリットル〜１０リット
ル程度の中から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水酸化ナトリウム溶液を、
酸性溶液としては塩酸を用いることが好ましい。原水１
にマグネシウムイオンを添加する場合、添加するマグネ
シウムイオンは塩化マグネシウム等の水溶性マグネシウ
ム化合物を水に溶解させて溶液タンク７に貯留される。
マグネシウムイオン濃度は特に限定されるものではない
が、０．１〜１０Ｍ程度が好ましい。また、原水１にカ
ルシウムイオンを添加する場合、添加するカルシウムイ
オンは塩化カルシウム等の水溶性カルシウム化合物を水
に溶解させて溶液タンク７に貯留される。このときのカ
ルシウムイオン濃度としては、特に限定されるものでは
ないが、０．１〜１０Ｍ程度が好ましい。

【００１５】図２は本発明のリン除去剤の添加量制御装
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
ン除去後の処理水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の添加量制御
装置２１に供給し、測定された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、リン除去剤の添加量制御装置２１の反応
槽に添加される原水２０の量としては、反応槽の容量や
原水の種類によっても異なるが、概ね２〜１０リットル
の原水を２０〜６０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の添加量制御装置は適用可能
である。

【００１６】

【実施例】次に、本発明を実施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をリン酸態リン濃度として、それ
ぞれ５０、８０、１００、２００ｍｇ／リットル含有
し、塩化アンモニウムをアンモニア態窒素濃度として、
それぞれ４００ｍｇ／リットル含有し、塩化マグネシウ
ムをマグネシウムイオンとして、それぞれ１０ｍｇ／リ
ットル含有する４種類の消化汚泥脱離液のモデル液を用
意し、図１に示されるような本発明のリン除去剤の添加
量制御装置の反応槽２（容量：５５０ミリリットル）に
これらのモデル液５００ミリリットルを計り取った。４
８重量％水酸化ナトリウム溶液で反応槽２内のｐＨを１
１．０に調整した後、カルシウムイオン溶液タンク７に
貯留された１Ｍの塩化カルシウム溶液を反応槽２内に１
０８８ｍｇ／リットルとなるように添加し、３０分間攪
拌混合した後、カルシウムイオン濃度をジデシルリン酸
／Ｃａ²⁺を感応膜とするイオン電極（６５８３−１０
Ｃ、堀場製作所社製）により測定した。そして、前記
（２）式より、リン酸態リン濃度を算出し、モリブデン
−アスコルビン酸吸光度法（ＪＩＳＫ０１０１４３．
１、ＪＩＳＫ０１０２４６．１）との比較を行っ
た。その結果を表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１からも明らかなように、本発明のリン
除去剤の添加量制御装置によれば、迅速かつ簡易に吸光
度法に対して誤差の少ないリン酸態リン濃度が測定可能
であった。

【００１９】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、リン酸イオンをリン酸態リン濃度として５０
〜１００ｍｇ／リットル含有し、アンモニウムイオンを
アンモニア態窒素濃度として約１０００ｍｇ／リットル
含有する消化汚泥脱水ろ液を原水２０とし、マグネシウ
ム化合物を添加してリン酸マグネシウムアンモニウムの
固体粒子２８として回収するリン除去装置において、こ
の原水２０の一部４５０ミリリットルを１時間に一度の
割合で本発明のリン除去剤の添加量制御装置２１に移送
し、ｐＨを４．０に調整して曝気により脱炭酸を行った
後、本発明のリン除去剤の添加量制御装置２１により原
水２０のリン酸態リン濃度及びリン除去装置２２に添加
する水酸化マグネシウムの添加量を算出した。なお、こ
の水酸化マグネシウムの添加量は、原水２０のリン酸態
リン濃度とリン除去装置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。

【００２０】そして、リン除去剤の添加量制御装置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、攪拌用空気２６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連続的に５０〜１００ｍｇ／リ
ットルの幅で変動したにもかかわらず、常に９０％以上
のリン酸態リン除去率が得られ、過不足なく水酸化マグ
ネシウムを添加することが可能であった。

【００２１】

【発明の効果】本発明のリン除去剤の添加量制御装置
は、原水に、マグネシウムイオン又はカルシウムイオン
を一度添加して反応後のマグネシウムイオン濃度又はカ
ルシウムイオン濃度を測定するだけで、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態
リン濃度を迅速かつ高精度に算出することができ、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の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の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。

【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６ｐＨセンサー７マグネシウムイオン又はカルシウムイオン溶液タン
ク８マグネシウムイオン又はカルシウムイオン供給ポン
プ９マグネシウムイオン又はカルシウムイオン導入管 10 硬度計 11 ｐＨ信号ケーブル 12 硬度計信号ケーブル 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 リン除去剤の添加量制御装置 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 リン除去剤の添加量制御装置ドレン 26 撹拌用空気 27 リン除去後の処理水 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

【特許請求の範囲】

【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、マグネシウムイオン又はカ
ルシウムイオンを添加して反応させるための反応槽と、
この反応槽内にマグネシウムイオン濃度又はカルシウム
イオン濃度を検出するための検出手段と、前記反応槽で
検出されたマグネシウムイオン濃度又はカルシウムイオ
ン濃度から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の添加量制御装置。