JPS6014989A - 脱リン方法 - 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】 水元り」は脱リン方法に関する。

近年、湖沼、内湾をはじめとする閉鎖水域における富栄
養化の問題が著しく、この対策が急がれている。富栄養
化の原因の一つは水中に存在するリン酸塩にあり、リン
酸塩の除去についての研死が進められている。このリン
酸塩は洗剤ビルダー、肥料などに汎く使われており、生
活廃水、産業廃水などにオルトリン酸塩、縮合リン酸塩
などの無機り／酸塩や有機リン酸塩の形で存在している
。

水中のリン酸塩を除去する方法としては、硫酸パン上等
を用いる飢集法、活性汚泥法、あるいはこれらを組み合
わせる方法が実験プラントや実際のプラントで用いられ
て効果が認められているが、近年、より操作が１ｈ１単
で、しかも汚泥が発生せず、処理効率の高い晶析脱リン
法が注目されている。

晶析脱リン法は、リン酸塩を含む水を、カルシウムイオ
ンの存在下にヒドロキシアパタイトなどのリンばカルシ
ウムを含む結晶第１と接触させて、水中のリン醒イオン
をリン酸カルシウムの形にして結晶種狭面に晶析させる
方法である。

しかしながら、晶析脱リン法によっても必ずしも期待通
りのリン除去効果が得られない場合があり、その原因に
ついて本発明者らが長年にわたり種々研究を行った結果
、被処理水中のアルミニウム化合物が脱リンを大きく阻
害していることを見い出して本発明に至った。

即ち、本発明は、リン酸塩とアルミニウム化合物とを含
む被処理水から、あらかじめアルミニウム化合物を除去
した後、ｐＨ６以上であって、かつカルシウムイオンの
存在下でリン酸カルシウムを含む結晶種に被処理水を接
触させて被処理水中のリン酸塩を除去することを特徴と
する脱リン方法である。

し尿処理場や下水処理場等では、し尿や下水を活性汚泥
処理などの生物処理により処理する際、生物処理の前又
は後、又は生物処理槽に硫酸アルミニウムを訣集剤とし
て添加し、廃水のＳＳ成分やＣＯＤ成分等を可及的に除
去する凝集処理が行われる場合がある。この場合、添加
されたアルミニウム塩は、処理水のｐＨ制御が適正に行
われない限り、全て水酸化アルミニウムとして沈殿せし
めることはできず、一部は一次処理水側にリークする。

このようにリークしたアルミニウム化合物は生物処理工
程では除去できず、次いでこの水をそのまま通常の晶析
処理をすると、リンの除去率は悪化することが判明した
のである。その上、後述の実施例１に見られるように結
晶種へのリンの固着率が悪くなって結晶種を逆洗する際
、除去されたリン結晶が結晶種から剥離してしまうとい
う欠点も見い出された。

剥離すると、晶析処：ｊＩ貝では汚泥処理不要というメ
リットが失われ、別途剥離物を処理しなげればならない
。また他に対象水中にアルミニウム化合物が存在すると
晶１ａｊＡ埋後の処理水のｐＨが低下しにく（なって中
和剤を多量に使用しなければならないという問題がある
ことも明らかとなった。晶析処理はｐＨ６以上で行→２
れるが、アルミニウム化合物の悪影響はｐＨ９以上で特
に顕著に現われる。従来、晶析処理においてアルミニウ
ム塩がこれらの悪影響を与えるという知見は全く得られ
ておらず１本発明者らによって初めて明らかとなったも
のである。

そこで本発明では晶析処理前にアルミニウム化合物を除
去して晶析処理に悪影響を与える因子を予め取り除こう
というものである。アルミニウム化合物の除去方法とし
ては、次の方法が挙げられる。

イ）　ｐＨ２，０〜９．５、好ましぐは４．０〜７．０
とし、アルミニウム化合物の俗解度を栓小にしてコロイ
ド化させた後、１５過する方法。（２１４過は、砂やア
ンスラサイトを１材にした重力？　３１７４もしくは加
圧ｆ過、又は処理対象水が大量でないとぎは多孔質膜（
例えばメンシランフィルター）を用いた膜分離手段も採
用できる。）口）イオン交換樹脂により除く方法。（晶
析用のアルカリ剤を予め処理対象水に加えｐｆｆを高め
てアルミニウム化合物をイオン化してから樹脂と接触さ
せると効率が良くなる。強酸性カチオン父換欄脂を用い
るとアルミニウムのみ選択的にイオン交換されて好まし
い。）他に、上記イ）と口）の方法を組合わせる等、各
種の方法が適用できる。

こうしてアルミニウム化合物のｊ：、：Ｊ：去さｉｔた
水は、結晶、Ｉ！ｆｉ等からなる充填）曾に通水して晶
析脱リン処理さｔする。

リン酸塩を含む水をカルシウムイオンの存在下にリン酸
カルシウムを宮む結晶種と接触させたときに起こる反応
は反応栄件によって）（なるが、適格は次式によって表
わされる。

５Ｃａ２＋′−ドア０Ｈ７＋３Ｈ２ＰＯ’″４　→Ｃａ
５（ｏｎ）（ＰＯａ　）ｓ＋６Ｈ２０”・　（１）（１
）式からも判るように、リン酸塩の目ミ去率な上げるた
めには、反応を右に遅行させる必要カーあり、同時に生
成するリンｒ４ｔ＜カルシウムを晶析さぜるために、結
晶種の表向を清浄に保つ″″Ｃ７舌性度を高く維持する
信女かある。そこ−Ｃ１本発明ではカルシウムイオンの
存在Ｆ、力）つｐＨ６以上の伯仲］・に通水処理がなさ
れる。

反応を逆行させるためには反応系にカルシウムイオンお
よび水酸イオンを多量に存在させることが望ましいが、
これらが過剰に存在すると、結晶種以外のところにリン
〔２カルシウムなどの微細沈殿が生じ、結晶穏等からな
る充填層を閉塞して通水処理効率を低下させることもあ
る。

（１）式において、生成するリン酸カルシウムの濃度が
俗解度より高く、過溶解展（反応系に結晶種が存在しな
い賜金に結晶が析出し始める一度）より低くなるような
カルシウムイオン濃度およびｐＨの領域、すなわち準安
定域においては、生成するリンばカルシウムは結晶種板
＋Ｍ７に析出し微細沈殿は生成しない。だが、カルシウ
ムイオンおよび／またはｐＨが高（なり、生成するリン
酸カルシウムが過溶解度を越える不安定域においては、
リン酸カルシウムはゼ（細沈殿となって析出する。この
ため準安定域は原水中に含まれるリン酸イオンのＣｒ２
反によって範１川が異なり、リン酸イオン濃度が低いほ
ど広くなる。したがって、リン酸イオン載置が高い場合
ばカルシウムイオン磁度および／またはｐＨを高くする
と不安定域となって沈殿力１生成しやすいが、リンばイ
オン磁度が低い場合にはカルシウムイオン濃度および／
またはｐＨを高くしても準安定域で晶析できるから、沈
殿を生成させることなく反応速度を速くすることができ
る。

充填層に通す原水には前記（１）式の反応が進行するよ
うにカルシウムイオンを存在させる。原水にカルシウム
イオンが存在しない場合または不足する」、易曾は、外
部からカルシウム剤を添加する。反応系のｐＨは６以上
、通常は６〜１２であり、必要に応じてアルカリ剤を添
加する。このようにして被処理水中に存在するカルシウ
ムイオン濃度およびｐＨを準安定域内となるようにｉｌ
ｌ勾整する。

充填層は、ヒドロキシアパタイト、フルオロアパタイト
、リン酸三石灰などのリン酸カルシウムを含む結晶種が
充填されたものであり、これら結晶種はそれ自体を粒状
物として充填層を形成してもよく、また、粉状物として
適当な支持体Ｍに捕捉させた状態で充填してもよい。さ
らに、原水と結晶種との接融方法は固定床式でも流動床
式のいずれでもよい。

脱リン処理された水は、必要に応じて公知の手段で中和
処理されｌこ後、放流される。

本％Ｈによれば、晶析脱リン前にアルミニウム化合物を
除去するため、リン除去串の低下や結晶種へのリンの固
着率の低下等の問題は生じない。また、晶析脱リン法の
利点が十分生かされ、確実に易いリン除去効果が得られ
る。

芙施例１ 内作３０叫、長さ５００論のアクリル製カラム（Ａ）に
、リン濃度１〜２　ｍ９　／　ｌの下水二次処理水のリ
ン除去に約１年間使用したリン鉱石（粒度０．５〜１．
０ｍ＋ｎ）を１３０祷充填した。リン磁度ｌ　ｍｑ　／
　ｌ　、総アルカリ度１ｏｏｍｔ；）／１１．力／ｌ／
　シウムイオン濃度４５ｍｇ／ｌ、アルミニウムイオン
濃度１　ｍｙ　／　７３に調整した合成水に、ｐＨ９，
５となるように水散化ナトリウム溶液を糸加したものを
、５Ｖ２ｈｒ”でカラムい）に上向流で４０時間通水し
た。

こうして脱リン処理された処理水のりン鍍度とｐＨを徂
１１定した。また、４０時間通水仮にり／鉱石結晶種の
充填層の法浄を行い、逆洗排水中のリン重量をめ、通水
時に充填層内で除去されたリン重量との１６５１係から
次式に基づいてリンの晶析固着率を氷めた。

×１００ 逆洗排水のリン磁度の分析は、逆洗排水に塩酸を重加し
ｐＨを１以下にした後、メンブランフィルタ−でＰＪし
た浴液について行った。

別にカラム（Ｂ）として、アルミニウムイオンを添加し
なかったほかはカラム（Δ）と同じ条件で実験を行った
。

両者の結果を３（−５−１に示した。

嵌　−１ アルミニウムイオンを含む場合は、含まない場合に比べ
て処理水リン濃度が高く、リンの晶析固着率も低（なっ
ている。またｐＨも高い値を示している。

実施例２ 通水時間を９０時間としたほかは、実施ｆ／ｌＵｌと同
じ条件で芙験を行った。カラム（Ａ）に対応する場合を
カラム（Ｃ）とし、カラム（Ｂ）に対応する場合なカラ
ム（Ｄ）として、結果を表−２に示した。

宍　−２ 実施例１の場合と同様の結果が得られた。

実施例３ 内径３０調、長さ５００ｍのアクリル紋カラム但）に砂
を充填した。リン碗度１＋ψ／ｌ、Ｕ、３アルカリ度１
００　〃ｑ　／　ｌ、カルシウムイオン紅ｒ反４５　ｍ
９　／　ｌ、アルミニウムイオン濃度１　ｒｑ　／　１
に調樒した合成水に、ｐＨ９となるように水酸化ナトリ
ウム水溶７１叉を添加したものを、５Ｖ２ｈｒでカラム
（Ｅ）に上向流で通水した。

更に、この処理水にｐＨ９，５となるように水酸化ナト
リウム水溶液を砧加し、これを、内径３０ｍｍ、長さ５
００胴のアクリル製カラム（Ｆ）に実施ｆＩｌｌのカラ
ム（Ａ）と同じリン鉱石を１３ｏｒｎｌ充填した層に、
５Ｖ２ｂｒ　で上向流で９０時間通　′水した。

結果を表−３に示した。

表　−３ カラム（ト））では、リンはほとんど除去されなかった
か、アルミニウムイオンは十分に除去された。次にアル
ミニウムイオン除去後の処理水をカラム（Ｆ）に通水す
ることによってリンを効果的に除去できることが羅認さ
れた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　リン酸塩とアルミニウム化合物とを含む被処理水
   から、あらかじめアルミニウム化合物を除去した後、ｐ
   Ｈ６以上であって、かつカルシウムイオンの存在下でリ
   ン酸カルシウムを含む結晶種に被処理水を接触させて被
   処理水中のリン酸塩を除去することを特徴とする脱リン
   方法。 ２、　アルミニウム化合物の除去は、カチオン性交換樹
   脂により行う特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、　アルミニウム化合物の除去は、ｐＨ２，０〜９．
   ５下でｆ遇することにより行う特許請求の範囲第１項記
   載の方法。