JPS5998794A - 窒素・リンの除去方法 - Google Patents

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】 本発明（は、上水、工業用水、下水、工場廃水等のあら
ゆる液中に存在する窒素とリン酸塩類を同時にかつ効果
的に除去する方法に関する。

最近１国内における河川、湖沼、内海の水質は〜、１著
に悪化している。陸水及び海水の富栄養化に伴う諸問題
は単に赤潮や藻の異常発生による魚貝類の打撃にとどま
らず、上水道源をも脅かすに至っている。この富栄養化
の原因は水に溶けた窒素化合物とリン酸塩忙よるとされ
ている。富栄養化によって異常発生した藻類は、それが
死滅して湖底や河床に沈積し、腐敗した場合は表流水の
溶存酸素を消費し、さらにＢＯＤを溶出して表流水中に
ＢＯＤを付加することになる。したがって、富ア態ｉ素
はこれまでの下水処理法のうち、活性汚泥法、活性炭吸
着法などの高度処理をもってしても除去できず、非常に
困難な問題の一つになっている。わが国の下水処理法の
７０％が活性汚泥法であり、今後ともこれが主流になる
と予想されるので、下水道整備計画により、急速に施設
が完備しても、富栄養化に関する問題は解決されず、急
激な都市化などでむしろ増加すると予想される。

とのような富栄養化をもたらす窒素濃度は０１　ｍｙ／
　７　（硝酸態窒素では０．０３　ａｇ／　ｔ　）　ト
Ｉｔ＝ｈレ−ｃおり、現在１日本では瀬戸内海をはじめ
として。

０丁の数値をオーバーしているところ（／ｉ珍しくな層
状態、Ｃなっている。さらに、富栄養化の問題以外でも
、飲料水中に硝酸態窒素が１ｏｙｎｇ７を以上混在する
と乳児がメテモグロビネミアといり血液の９−１気を起
こすことが知られており、上水道では１０ｍ！／を以下
という規制１直をとっている。アン一方、有機性及び有
機性の各種リン酸塩ゆは腐今抑制剤、界面活性剤のビル
グー、食品添加物。

イヒ学肥利及び豊薬として使用されており、その製造機
、消費量とも膨大な量にのほって因る。したがって、家
庭、工場、田畑等から流出するリン酸塩類の量も増加し
、河川、湖沼の富栄養化の大きな原因となっている。こ
れら液中のリン酸塩類は無機性、有機性と多様な形態で
存在しており、リン酸塩類の中で、不溶性のリン酸塩や
他の、浮遊物質に吸着または付着しているリン酸塩は沈
澱あるいは濾過により容易に液中から除去することがで
きるが、溶解状態で存在するリン酸塩の除去は困難であ
る。河川や湖沼の富栄養化の一因となっているり／醒゛
塩（は水中にわずか０．０１〜０．０２　ｍｇ　／ｌ（
リンとして）存在するたりで、富栄養化を誘起すると言
わわてＶ）る。

以上のことより、富栄養化の主Ｕである窒素とリンを同
時に除去することが望ましい。

窒素とリンを除去する方法として、前者はゼ第２イトに
よるイオン交換現象、後者はリン鉱石等への晶析現象を
利用した従来技術の組合せ法が提案されている（特開昭
５２−９３１６２参照）。

一般に、晶析速度１はイオン交換速度より小さく。

前記組合せ法では晶析現象が律速である。晶析現象は拡
散段階と表面晶析段階からなる物質移動現象である。拡
散段階での物質移動は溶解に関する関係式がそのまま適
用でき、流動系においては。

乱れの影響が大である。すなわち、物質移動係数は流れ
の直接当る面では、流れと平行な面より太きい。

また２表面晶析段階での物質移動現象では、固体の純度
及び粒径（表面の凸凹）の影響が犬である。

現状技術では、前記組合せ法のごとく、まず。

晶析法により、リンを除去し、しかる後、ゼオライトに
より窒素を除去する。すなわち、リンと窒素を含んだ液
は１棟ず、リン鉱石等の充填層を通過し、リンが除去さ
れた後、ゼオライトの充填層を通過し、窒素が除去され
る。これらの方法における問題点（は下記の三点にある
。

（１）リンの除去が律速である。

（２）　　ゼオライトの再生が必要である。

（３）充填層であるため、定期的な逆洗が必要である。

本発明の目的は、上記問題点（特に（１））を効果的に
解決する窒素・リンの除去方法を提供するにある。

本発明の要点は下記の通り。

（１）　　リン酸カル／ウムを含有する晶析槽とリン酸
カルシウムを含有しない物質を混合して充填層を形成し
、すくなくとも、墾素・リンを含む液と前記充填材と接
触せしめることを特徴とする。

（２）　　（１）において、リン酸カルシウムを含有し
なめ物質にゼオライトあるめは活性炭を用いることを特
徴とする。

以下、上記発明に至った過程を述べる。

玉名１問題点け）は、上述したごとく、晶析とイオン交
−ＩＩ　Ｋおける物質移動現象が異なることに起因する
。しだがって、晶析速度の向上が望まれる。

晶析現象は、（ａ）拡散段階と、（ｈ）表面晶析段階か
らなるが、（ａ）に関しては、流れの乱流化により、物
質移動を促進できる。例えば、上述したが、流れの直接
当る面を流れに平行な面では、約１７倍。

前者の方が犬き−（化学工学便覧、化学工学協会１集７
）、４３４）。

これは流れの乱れの程度に起因すると考えられる。一般
に、流れの乱流化には、流れの中に乱流促進材を設置す
るが、ここでは晶析４重がそれに相当する。しかしなが
ら、液の線速度が非常に小さい１局合には品、！７丁種
表１角の凸凹の影響が犬である。

ところが　、：、１４ｊ転前の高所種表面はかなり凸凹
状態であるのにノ・工して、晶析が進むにしたがって、
晶析種表面はなめらかになり、液流のＶ！、押作用が低
減する。

第１図は、電折種にリン鉱石を供試したリン除去試験結
果の一例を示したが、運転時間とともに処理水のリン濃
ｆｆは増大し、リン］除去性能が低下していることが分
る。したがって、リン鉱石のみの充填１−を形成した場
合には、一様に、アパタイトが晶析１−７８表面がなめ
らかになるため、乱流化が低減し、高所速度が小さくな
る。

これら使用前後の晶析種表面の観察、リン除去時性等の
基礎実験結果をふ苔え、リン鉱石とアパタイトが晶析し
ずらい物質を混在し、充填層を形成し、リン鉱石に隣接
する晶析しずらい物質表面の凸凹により、リン鉱石表面
近（労の液流攪拌を維持するという本発明に至ったもの
である。

リン酸カルソウムを含有する晶訴踵（以下、Ａとする）
に（−ｔ、天然のものと１−７で上記リン鉱石の他に、
骨炭、サンゴ砂等がある。さらに、水酸ア・ξタイト〔
Ｃａ５（ＯＨ）（ＰＯ４）３）　、フッ素アバ５Ｊイト
〔Ｃα５Ｆ（ＰＯ４）３　〕、塩素アアパタイト　Ｃａ
５Ｃ１（ＰＯ４’ｊ　：：　ｊまたはリン酸三石灰〔Ｃ
ａ３（ＰＯ４）２〕などが有効であり、これらのア・ξ
タイト単独でも、各種アパタイトが複合したものでも良
い。

アパタイトが晶析しにくい物質と（、儂、すなわち。

リン酸カル／ウムを含有しなりもの（以−Ｆ、Ｂｒ１す
る）で０例えばゼオライト、活性炭等があり。

特に、こ、ｈ−らを用力ることにより、窒素とリンの同
時処理が可能である。

ＡとＢの混合ｆｄ　、それぞれの粒径、充ゴ１″］ｉ％
がほぼ等しいものを混合し、状態は均一混合が望ましい
。これてより、Ａへの選択的晶析を促進する。

晶析における物質移動現象では固体の純度に関する特性
を考慮する必要があり、このことは他の物質移動現象と
異なる特長で、固体純度がｔ′石いほど。

結晶種の成長速度が太き−。しだがって、結晶種の存在
するＡと結晶種の存在しないＢとでは２選択的にＡに晶
析する。このことは８表面の凸凹ン５”保持され、Ｂに
隣接するＡ表面近傍の液流の攪拌妙見ｆｆ持てれる。

以下、実施例に基づき本発明の説明を続ける。

第２図は本発明の一実施例による窒素とリンとの同時処
理特性を・示す。充す眞材はそれぞれ３２〜４８メツ／
」−のリン磁石とゼオライトで、充填量はそれぞれ１５
０ｍ１である。充ｊｔつ方法は、カラム内に液をはり、
リン鉱石とゼオライトをあらかじめ混合しだも（Ｏｆ、
カラム上部より入れ沈降充填した。これにより２粒子径
が大＠いものが下部、小さいものが上部に、順次充填さ
れる。したがって。

カラム単位長さ当りに充填された充填材の総表面積は、
下部から上部−・順次増大する。原水はカラム下部より
導入され、上部よりオーバフローする。

原水のリン濃度は３３〜３６■／　ｔ、　ＮＨ，、、−
Ｎ濃度はほぼ３０　’Ｖ　／　ｌ　′ｃある。充填層部
の５Ｖｆｆ２／ｈである。処理水のリン濃度は１００Ｏ
ｈ後も初期の０．５　”ｑ　／）以下を保持し、第１図
に示しだ晶析Ｊヤ独の場合と比較し、効果を確認できる
。なお。

本発明の−実り１〕例におけるす：／鉱石層のみのＳ■
は４／、／ｌで、第１図の条件の１６倍の値である。

なお、ゼオライトの再生のため、定期的に、カラム下部
より所定量の次亜塩素酸す）　ＩＪウムを導入した。再
生時間はほぼ２／１．、導入量けＣ４／ＮＨ仝−’！’
　＝　７．、６〜っである。ここで１’ＪＨ４−Ｎ　　
Ｉ・まゼオライト吸着量である。運転初期において、外
圧ｒｈ−Ｎが０．５　ｍｇ　／　ｔから４ｍｇ　／　ｔ
に増加しているのは。

第１回目のゼオライト再生後で、再生しきれずゼオライ
ト内部にＮｆ（ａ　−Ｎ　が残留するものと考えられる
。次亜塩素酸す）　ＩＪウムの導入により、ゼオライト
吸着ＮＨ４−Ｎは分解してＮ２　　となる。上述の充填
方法により、カラム単位長さ当りの充填材に吸着される
Ｎｆ（４−Ｎ量はカラム長さ方向にほぼ同じ分布となる
ため２次亜塩素酸ナトリウムの注入操作が簡単であり、
さらに、　ＮＨ４−１マの分解かむらなく起こる。かつ
、　Ｎ２の発生（はカラム長さ方向にほぼ均一となる。

この結果、カラムの上部に進むＫつれて５合体によるＮ
２の巨大化が加速度的に起こり２層内の洗浄かむらなく
行なめ得る。

以上１本発明により１品析速度を向上でき（ＳＶ直で２
倍）、かつ、長時間、リン除去性能を維持できる。壕だ
、リン酸カルシウムを含有しなり物質としてゼオライト
あるいは活性炭等の窒素吸着剤を用込ることにより、窒
素とリンの同時処理を効果的に行ない得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は晶析種にリン鉱石を供試したときのリン除去試
１．険結果の一例、第２図は本発明の一実施例による窒
素とリンとの同時処理特性を示す。 第１図 ｊ帖萌間（ｈ） ｙ転８）間（ｈ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　リン酸カルシウムを含有する晶析様とリン酸
   カルシウムを含有しない物質を混合して充填層を形成し
   、すくなくとも窒素・リンを含む液と前記充填材とを接
   触せしめることを特徴とする窒素・リンの除去方法。
2. （２）第１項の特許請求の範囲において、リン酸カルシ
   ウムを含有しない物質にすくな′くともゼオライト・活
   性炭を用いることを特徴とする窒素・リンの除去方法。