JPH10113673A

JPH10113673A - 廃水処理装置及び方法

Info

Publication number: JPH10113673A
Application number: JP27063396A
Authority: JP
Inventors: Isao Somiya; 功宗宮; Hiroshi Tsuno; 洋津野; Makoto Yao; 真矢尾; Masaaki Yoshino; 正章吉野
Original assignee: Maezawa Industries Inc
Current assignee: Maezawa Industries Inc
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1996-10-14
Publication date: 1998-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】リンを高濃度で含有する廃水からリンをリン
酸マグネシウムアンモニウム六水和物（ストラバイト）
として効率よく、経済的に回収する。【解決手段】反応槽１から取出したストラバイトの結
晶を分級し、中程度の粒径の結晶粒子を製品として取出
し、細かな粒子の結晶を反応槽１内に種結晶として導入
し、微細な粒子の結晶を取出すとともに、粗大な粒子の
結晶は、破砕した後に再度分級する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、下水処理
や排水処理を含む廃水処理装置及び方法に関し、詳しく
は、下水処理における生物学的脱リン法で発生する汚泥
処理分離液のような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とｐＨ調整剤とを加
えて反応させ、結晶状態のリン酸マグネシウムアンモニ
ウム六水和物（ストラバイト）を生成させて回収するた
めの廃水処理装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、廃水中のリン及び窒素を除去
するための方法として、例えば、特開平１−１１９３９
２号公報には、アンモニウムイオン及びリン酸イオンを
含む廃水に、マグネシウム化合物を添加するとともにア
ルカリからなるｐＨ調整剤を加えてｐＨを８以上に調整
し、通気によって廃水を撹拌することによりこれらを反
応させてリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）の
微細結晶を生成成長させ、廃水中の浮遊物質と生成した
リン酸マグネシウムアンモニウムの結晶とを分離し、ア
ンモニウムイオン及び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する方法が記載さ
れている。

【０００３】上記方法を実施するための装置としては、
従来、下端が先細りのテーパー状に形成した筒体からな
る反応槽の底部に、廃水、マグネシウム化合物及びｐＨ
調整剤を供給する液供給管や撹拌用空気を供給する空気
供給管を設けたものが用いられていた。

【０００４】ところが、反応槽底部から廃水等を供給す
ると、前記アンモニウムイオン，リン酸イオン，マグネ
シウム化合物が反応槽底部や液供給管の内部で反応して
しまうことがあり、リン酸マグネシウムアンモニウムの
結晶が配管中で成長してスケールを形成し、配管を閉塞
することがあった。このスケールを除去するために、装
置を分解して強酸で洗うなどの対策を必要としていた。
また、スケールを溶解させて除去するためにクエン酸を
導入する方法も提案されているが（特開平５−１６９０
９３号公報参照）、いずれにしても、スケール除去のた
めに装置の運転を停止する必要があった。

【０００５】また、上記処理を行った処理水中にも未反
応のアンモニウムイオン，リン酸イオン，マグネシウム
イオンが残存しているため、処理水を水処理系に戻すた
めの返送配管内でも反応が進み、返送配管の内壁にスケ
ールが堆積して配管を閉塞するおそれもあった。

【０００６】さらに、反応槽内で生成したリン酸マグネ
シウムアンモニウムの結晶は、空気撹拌によって結晶同
士が頻繁に衝突し、摩耗して細かな破片となってしま
う。このような破片状のものは、沈降性が悪いために処
理水と共に流出してしまい、リンの除去率を悪化させる
大きな要因となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一方、本発明者らは、
先に、上記問題点を解決可能な廃水処理装置を提案し
（特開平８−９９０９１号公報参照）、さらに、その改
良型装置の提案も行った（特願平７−２９５３１５
号）。

【０００８】これらの装置によれば、前記スケールの発
生を防止しながら効率よく経済的にストラバイトの結晶
を回収することができるが、結晶の成長を効率よく進め
るためには、種結晶を定期的にあるいは連続して反応槽
内に供給する必要があった。

【０００９】そこで本発明は、リンを高濃度で含有する
廃水からリンをリン酸マグネシウムアンモニウム六水和
物（ストラバイト）として化学的に反応・結晶化させ、
回収する廃水処理装置及び方法において、配管を閉塞す
るおそれのあるスケールの発生を防止するとともに、効
率よく、経済的に所定粒度のストラバイトの結晶を回収
することができる廃水処理装置及び方法を提供すること
を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の廃水処理装置は、反応槽内に、アンモニウ
ムイオン及びリン酸イオンを含む廃水と、マグネシウム
化合物及びｐＨ調整剤とを加えて撹拌し、生成したスト
ラバイト（リン酸マグネシウムアンモニウム六水和物）
の結晶を分離回収する廃水処理装置において、前記反応
槽から分離回収したストラバイトの結晶を分級する分級
手段を設け、分級後の所定範囲内の粒径の結晶を製品と
して取出す経路と、該製品として取出す結晶より小さい
所定範囲内の粒径の結晶を前記反応槽内に種結晶として
導入する経路と、該種結晶となる結晶より小さい粒径の
結晶を取出す経路と、前記製品として取出す結晶より大
きい結晶を破砕する破砕手段と、該破砕手段で破砕した
結晶を前記分級手段に導入する経路とを備えたことを特
徴としている。

【００１１】また、本発明の廃水処理方法は、前記反応
槽から分離回収したストラバイトの結晶を分級手段によ
り分級し、所定範囲内の粒径の結晶を製品として取出
し、該製品として取出す結晶より小さい所定範囲内の粒
径の結晶を前記反応槽内に種結晶として導入し、該種結
晶となる結晶より小さい粒径の結晶を取出すとともに、
前記製品として取出す結晶より大きい結晶を破砕した後
前記分級手段に導入して再度分級することを特徴として
いる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用した廃水処
理装置の一形態例を示す系統図である。この廃水処理装
置は、ストラバイトの結晶を成長させるための反応槽１
と、該反応槽１で得たストラバイトの結晶を、その粒度
に応じて所定の処理を行う結晶処理部１１とを有してい
る。前記反応槽１は、底面を漏斗状に形成した有底円筒
状に形成されており、この反応槽１には、該反応槽１の
内部に設けられた大径小径２個の円筒体２，３と、大径
円筒体２の内周側上方に設けられた廃水流入部４、マグ
ネシウム化合物供給部５及びｐＨ調整剤供給部６と、小
径円筒体３の内部に下降流を発生させる撹拌手段である
撹拌翼７を有する撹拌機８と、反応槽１の底部に設けら
れた結晶排出部９と、反応槽１の上部外周に設けられた
処理水排出部１０とにより形成されている。

【００１３】上記大径円筒体２は、小径円筒体３の上部
から水面上までの範囲にリング状に設けられており、こ
の大径円筒体２の内部に設置される小径円筒体３は、処
理水に循環流を形成するためのドラフトチューブとして
作用するものであって、内部の撹拌翼７により小径円筒
体３の内周側に下降流が、外周側に上昇流がそれぞれ形
成されて循環流となる。

【００１４】また、大径円筒体２の外周部、反応槽１の
内周面との間は、廃水流入部４から流入する廃水量に略
相当する水が上昇し、生成したストラバイトの結晶を、
その上昇過程で沈降分離させる生成物分離部として作用
する。この部分は、ストラバイトの小結晶や衝突により
発生した小片も確実に沈降させることができるように十
分な水面積を有している。

【００１５】前記廃水流入部４，マグネシウム化合物供
給部５，ｐＨ調整剤供給部６には、貯留タンクやポン
プ，流量計等がそれぞれ設けられており、リンを含有す
る廃水は、略一定の流量で反応槽１に送られ、マグネシ
ウム化合物、例えば所定濃度の塩化マグネシウム水溶液
は、処理するリンの量に応じた所定流量で反応槽１に送
られる。

【００１６】なお、マグネシウム化合物含有液として
は、海水を用いることもできる。すなわち、マグネシウ
ムイオンの添加量は、原液（廃水）中のリン酸イオンと
等モルになるように設定するものであるから、例えば、
原液中のリン酸イオン濃度５０〜１００ｍｇ／ｌに対し
ては、反応前のマグネシウムイオンの濃度が約３９〜７
８ｍｇ／ｌになるようにマグネシウム化合物含有液を添
加すればよい。一方、海水中には、１３００ｍｇ／ｌと
いう高濃度でマグネシウムイオンが溶存しているため、
原液に対して１／１５〜１／３０の量の海水を添加する
ことで、リン酸マグネシウムアンモニウムの生成反応を
起こさせることが可能である。

【００１７】また、前記ｐＨ調整剤供給部６から供給さ
れるｐＨ調整剤、例えば所定濃度の水酸化ナトリウム水
溶液は、反応槽１内が所定のｐＨ、例えばｐＨ８．５〜
８．７の範囲内になるように流量調節されて反応槽１に
送られる。

【００１８】前記結晶排出部９は、反応槽１の底部に連
通する配管に二連バルブ９ａ，９ｂを設けたものであっ
て、この二連バルブ９ａ，９ｂを所定の順序で開閉する
ことにより、生成したストラバイトの結晶を若干の処理
水と共に抜出すことができる。

【００１９】ここで、反応槽１の作用を説明する。廃水
流入部４から流入するアンモニウムイオン及びリン酸イ
オンを含む廃水は、マグネシウム化合物供給部５から供
給されるマグネシウムイオン含有水と共に、大径円筒体
内周側の撹拌部を循環する循環流中に投入され、撹拌翼
７による撹拌作用及び下降流形成作用により、循環する
水及びストラバイトの結晶と十分に混和されながら小径
円筒体３の内周側を下降する。

【００２０】そして、流入量に相当する水が大径円筒体
２の外周面と反応槽１の内周面との間を上昇して処理水
排出部１０から排出される他は、小径円筒体３の外周面
と大径円筒体２の内周面との間を上昇して循環流を形成
する。一方、ｐＨ調整剤供給部６から供給されるｐＨ調
整剤により反応槽１内の水のｐＨが所定のｐＨ値に調節
されることにより、反応槽１内でアンモニウムイオン，
リン酸イオン，マグネシウムイオンの反応が進行してス
トラバイトが生成する。

【００２１】このストラバイトの生成反応は、主として
各イオンの濃度が高いドラフトチューブ型撹拌部で行わ
れ、ストラバイトの生成反応がストラバイトの結晶表面
で行われることにより次第に成長して大粒の結晶粒子と
なる。このストラバイトの結晶粒子は、水との比重差
（ストラバイトの比重：１．７）により反応槽１の底部
に沈降する。また、廃水中のＳＳ成分や副産物であるリ
ン酸カルシウムは、大径円筒体２の外周面と反応槽１の
内周面との間を処理水と共に上昇して処理水排出部１０
から排出される。

【００２２】実験によれば、結晶の長さが０．０４６〜
０．０７４ｍｍのストラバイト粒子が上昇流と共に上昇
を始める上向き流速は毎分約１０ｃｍであり、リン酸カ
ルシウムは、毎分数ｃｍの上向き流速で上昇を開始する
ので、大径円筒体２の外周面と反応槽１の内周面との間
の上向き流速を毎分１０ｃｍ以下、例えば５ｃｍ程度に
なるように各部の大きさや処理水量を設定しておくこと
により、反応槽１の底部にストラバイトのみを沈殿させ
ることができ、極めて純度の高いストラバイトを得るこ
とができる。

【００２３】なお、反応槽１の底部には、ストラバイト
の比較的大きな結晶粒子が主として沈殿するが、粗大粒
子の間隙に入り込んだ微細結晶や廃水中の浮遊物（ＳＳ
成分や副産物等）は、粒度を不均一にするだけでなく、
回収物の純度を悪化させる原因となるので、反応槽１の
底部に給水管１ａを設け、該給水管１ａから給水して反
応槽１の底部に上昇流を発生させることにより、ストラ
バイトの微細結晶と粗大結晶とを分級し、かつ、浮遊物
を分離してストラバイトの洗浄を行うことができ、適度
な粒径の結晶のみを底部の結晶排出部９の部分に集める
ことができる。

【００２４】また、槽底部から分離上昇した微細結晶
は、再び撹拌部に流入することにより次第に成長して大
粒の結晶粒子となり、浮遊物は処理水と共に上昇して処
理水排出部１０から排出される。したがって、ストラバ
イトの流出を抑制しながら浮遊物が反応槽１内に蓄積す
ることを防止できる。

【００２５】定常運転状態では、廃水流入部４，マグネ
シウム化合物供給部５及びｐＨ調整剤供給部６からそれ
ぞれ所定量の廃水，マグネシウム化合物及びｐＨ調整剤
が注入されるとともに、後述の種結晶が所定量投入され
ることによってストラバイトの結晶成長が行われ、適宜
の間隔で結晶排出部９の二連バルブ９ａ，９ｂを操作す
ることによりストラバイト結晶が取出される。

【００２６】したがって、配管等がスケールにより閉塞
することがなく、スケール除去のために装置を停止する
必要がほとんど無いので、下水処理設備における消化槽
脱離液等に含まれるリンを、肥料として極めて有効なス
トラバイトとして連続的に回収することができる。ま
た、大径小径２個の円筒体２，３で形成したドラフトチ
ューブ型撹拌部における撹拌機７による撹拌状態を適当
に設定することにより、十分かつ均一な撹拌を行うこと
ができ、空気撹拌に比べて結晶同士の衝突を抑えること
ができるとともに、生成したストラバイトを十分に混和
させることができる。これにより、ストラバイトの生成
反応をストラバイトの結晶表面で行わせることができ、
反応槽１及び円筒体２，３の各壁面でのスケールの発生
を抑制することができる。

【００２７】このようにして反応槽１内で生成したスト
ラバイトは、槽底部の結晶排出部９から抜出されて結晶
処理部１１に送られる。この結晶処理部１１は、反応槽
１から抜出したストラバイトの結晶を脱水・乾燥させて
貯留する脱水・乾燥・貯留部１２と、結晶の分級を行う
分級手段１３と、分級した結晶の内、所定範囲内の粒径
の結晶を製品として取出す製品取出経路１４と、製品と
して取出す結晶より小さい所定範囲内の粒径の結晶を種
結晶として反応槽１に戻す種結晶導入経路１５と、種結
晶となる結晶より小さい粒径の結晶を製品とは別にして
取出す微細粒子取出経路１６と、前記製品として取出す
結晶より大きい結晶を破砕する破砕手段１７と、該破砕
手段１７で破砕した結晶を前記分級手段１３に導入する
経路１８とからなるもので、前記種結晶導入経路１５に
は、反応槽１への種結晶の供給量を調節するため、貯留
槽１５ａと供給機１５ｂとが設けられている。

【００２８】反応槽１から抜出されたストラバイトの結
晶は、まず、脱水・乾燥・貯留部１２で、通常の温風乾
燥等の乾燥処理が行われて貯留される。次の分級手段１
３における分級処理は、連続的あるいは適当な間隔で行
われるもので、通常のメッシュフィルター等を用いて行
うことができ、製品として取出す結晶より大きな粒径の
粗大な粒子と、製品として適当な粒径例えば０．３〜
０．６ｍｍ（３００〜６００μｍ）の範囲の中程度の粒
径の粒子と、製品として取出す結晶より小さい所定範囲
内例えば０．１５〜０．３ｍｍの粒径の細かな粒子と、
これよりも小さな微細な粒径の粒子との４段階に分級す
る。

【００２９】そして、上記粗大な粒子は、ボールミル等
の適宜な破砕手段１７に送って破砕した後、前記分級手
段１３に戻して再度分級処理し、中程度の粒径の粒子
は、その一部を必要に応じて破砕手段１７に送る他、大
部分を製品として取出す。また、前記細かな粒子は、種
結晶導入経路１５を介して貯留槽１５ａに送り、供給機
１５ｂにより定期的にあるいは連続して所定量を反応槽
１内に投入する。一方、細か過ぎて種結晶には適さない
前記微細な粒子は、製品となる中程度の粒径の粒子とは
別に取出して適当な処理を行うようにする。

【００３０】なお、前述のドラフトチューブ形式の反応
槽１では、適当な処理条件を設定することにより、中程
度の粒径の粒子以下の細かな粒径の結晶粒子が、ほとん
ど存在しない状態にできるため、通常の運転において
は、粗大な粒子と中程度の粒径の粒子の一部とを破砕手
段１７で破砕して種結晶に適した粒径の粒子を得るよう
にすればよい。

【００３１】製品として取出したストラバイトは、緩効
性肥料として使用され、さらに、カリウム塩を混合して
造粒等の加工を施すことにより、植物の三大栄養素を含
む肥料として有効に利用することができる。

【００３２】このようにして所定量の種結晶を反応槽１
内に投入することにより、槽内の反応生成物（ストラバ
イト）濃度を常に所定量以上に確保でき、新たに結晶核
を生成する反応を抑えて結晶表面での結晶成長反応を促
進することができるため、反応速度を高くすることがで
き、装置内での滞留時間を短縮することが可能となり、
装置全体を非常にコンパクトに設計することができる。

【００３３】図２は、図１に示す構成の装置を用いて連
続運転を行ったときの結晶粒径の分布を示すものであ
る。運転開始時に平均粒径０．２ｍｍの種結晶を投入
し、撹拌回転数毎分２５０〜３００回転、ｐＨ８．５〜
８．７、滞留時間４分以上として連続１０６時間の運転
を行ったところ、平均粒径が０．４〜０．５ｍｍ程度に
成長し、０．２５ｍｍ（２５０μｍ）以下の粒子はほと
んど存在しなかった。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の廃水処理
装置によれば、下水処理設備における消化槽脱離液等に
含まれるリンを、肥料として有用なストラバイトの結晶
粒子として効率よく回収することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した廃水処理装置の一例を示す
系統図である。

【図２】連続運転後の結晶粒径と結晶濃度の関係を示
す図である。

【符号の説明】

１…反応槽、２…大径円筒体、３…小径円筒体、４…廃
水流入部、５…マグネシウム化合物供給部、６…ｐＨ調
整剤供給部、７…撹拌翼、８…撹拌機、９…結晶排出
部、１０…処理水排出部、１１…結晶処理部、１２…脱
水・乾燥・貯留部、１３…分級手段、１４…製品取出経
路、１５…種結晶導入経路、１６…微細粒子取出経路、
１７…破砕手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ０１Ｄ 9/02 ６０４Ｂ０１Ｄ 9/02 ６０４６０５６０５６０８６０８Ａ (72)発明者津野洋滋賀県大津市衣川２丁目８番14号 (72)発明者矢尾真東京都中央区京橋１丁目３番３号前澤工業株式会社内 (72)発明者吉野正章東京都中央区京橋１丁目３番３号前澤工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応槽内に、アンモニウムイオン及びリ
ン酸イオンを含む廃水と、マグネシウム化合物及びｐＨ
調整剤とを加えて撹拌し、生成したリン酸マグネシウム
アンモニウム六水和物の結晶を分離回収する廃水処理装
置において、前記反応槽から分離回収したリン酸マグネ
シウムアンモニウム六水和物の結晶を分級する分級手段
を設け、分級後の所定範囲内の粒径の結晶を製品として
取出す経路と、該製品として取出す結晶より小さい所定
範囲内の粒径の結晶を前記反応槽内に種結晶として導入
する経路と、該種結晶となる結晶より小さい粒径の結晶
を取出す経路と、前記製品として取出す結晶より大きい
結晶を破砕する破砕手段と、該破砕手段で破砕した結晶
を前記分級手段に導入する経路とを備えたことを特徴と
する廃水処理装置。
【請求項２】反応槽内に、アンモニウムイオン及びリ
ン酸イオンを含む廃水と、マグネシウム化合物及びｐＨ
調整剤とを加えて撹拌し、生成したリン酸マグネシウム
アンモニウム六水和物の結晶を分離回収する廃水処理方
法において、前記反応槽から分離回収したリン酸マグネ
シウムアンモニウム六水和物の結晶を分級手段により分
級し、所定範囲内の粒径の結晶を製品として取出し、該
製品として取出す結晶より小さい所定範囲内の粒径の結
晶を前記反応槽内に種結晶として導入し、該種結晶とな
る結晶より小さい粒径の結晶を取出すとともに、前記製
品として取出す結晶より大きい結晶を破砕した後、前記
分級手段に導入して再度分級することを特徴とする廃水
処理方法。