JPS5990690A - 有機物およびリン酸塩を含む水の処理方法 - 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】 この発明は有機物およびリン酸塩を含む水を生物学的脱
リン工程および晶析工程により処理する方法に関するも
のである。

下水、廃水などの有機物およびリンを含む水から有機物
およびリンを除去するために、生物学的な脱リン方法が
提案されている。この方法はリン酸塩等のリンを含む原
水を返送汚泥と混合し、嫌気槽に６０−３”６０分間滞
留させ、次いで曝気槽で９０〜ろ６Ｄ分間滞留させて、
リンとともにＢ’ＯＤを除去し、曝気液は沈澱槽におい
て処理水と沈澱汚泥に分離し、この沈澱汚泥の一部を返
送するとともに残部を余剰汚泥として排出するものであ
る。

この一方法におけるリンおよびＢＯＤの除去機構は次の
通９と推定される。すなわち、汚水を返送汚泥と混合し
、嫌気槽にて攪拌すると、汚泥中の微生物は体内に蓄え
ていたリン化合物（ポＩＪ　ＩＪン酸のマグネシウム塩
）をエネルギー源として消費し、リン（正リン酸）を放
出してＢＯＤを吸着ないし吸収するが、次の曝気槽では
吸収したＢＯＤを呼吸により酸化するとともに放出した
リンや流入したリンを吸収してエネルギー源として前記
リン化合物の形で体内に蓄える。リンを蓄えた汚泥は嫌
気槽に返送され、同様の作用をくシ返す。通常の活性汚
泥処理法における余剰汚泥のリン含有率は汚泥乾燥重量
当シ１．５〜２，５％であるが、嫌気−好気という環境
を交互にくシ返すことによって、余剰汚泥のリン含有率
は汚泥乾燥重量当シ８係程度となることがある。このた
め汚水中のリンは高除去率で除去されることに々る。

ところでこのような生物学的脱リン方法では、原水の水
質、流量等にょシ影響を受け、処理効果が変動する。特
に嫌気槽に流入する原水中のリン濃度に対するＢＯＤ濃
度の比（ＢＯＤ／Ｐ比）が２０以上でないと、脱リン効
果が低下するという問題がある。

一方このような生物学的脱リン工程の処理水を、カルシ
ウムイオンの存在下で、ＰＨ６以上の条件下に、リン酸
カルシウムを含む結晶種と接触させて晶析を行い、残留
するリン酸塩を除去しようとすると、前の生物学的脱リ
ン工程の処理水のリン濃度の変動によシ晶析の負荷が変
動し、安定した処理が行えないという問題があった。ま
た生物学的脱リン工程から流出する残留有機物等が結晶
種を汚染して結晶種の脱リン′活性が低下し、これを再
活性化した場合、再活性化廃液の処理が必要となるとい
う問題点もあった。

この発明は上記のような従来の問題点を改善するだめの
もので、結晶種を有機酸で再活性化し、その再活性化廃
液を生物学的脱リン工程に供給することによシ、再活性
化廃液が処理できるとともに、原水のＢ　ＯＤ／Ｐ比を
調整でき、安定して効率よく有機物およびリン酸塩を除
去することができる有、機動およびリン酸塩を含む水の
処理方法を提供することを目的としている。

この発明は嫌気性処理工程および好気性処理工程を含む
生物学的脱リン工程により、有機物とリン酸塩を含む水
を処理し、処理水をカルシウムイオンの存在下であって
、かつｐＨ６以上の条件下で、リン酸カルシウムを含む
結晶種と接触させて晶析を行い、脱リン性能の低下した
結晶種を有機酸と接触させて再活性化し、得られる再活
性化廃液を前記生物学的脱リン工程に供給することを特
徴とする有機物およ。びリン酸塩を含む水の処理方法で
ある。

以下、この発明を図面によシ説明する。図面はこの発明
の一実施態様を示す系統図である。図面において、１は
沈殿槽、２は脱窒槽、６は嫌気槽、４は曝気槽、５は固
液分離槽、６は晶析槽で、上記順序でシリーズに接続さ
れている。

沈殿槽１は必ずしも必要ではないが、原水管７から流入
する原水を沈殿分離し、固形物を沈殿汚泥として排泥管
８から排出するものである。沈殿槽１の上澄水は、反送
管９の返送汚泥とともに原水供給管１０から脱窒槽２へ
供給する。

脱窒槽２および嫌気槽６はほぼ同様の構成となっておシ
、空気を遮断した状態で緩やかに攪拌して、嫌気処理を
行えるようになっている。脱窒槽２は嫌気性処理工程に
含まれ、返送汚泥中に硝酸イオンまたは亜硝酸イオンが
含まれる場合に脱窒するためのもので、これらが含まれ
ない場合には省略してもよい。ここで硝酸イオンまたは
亜硝酸イオンを含む返送汚泥と原水とを混合して嫌気性
に保つと、脱窒細菌が優勢となって、硝酸イオンおよび
亜硝酸イオンが消費されて望素として放出される。

こうして硝酸イオンおよび亜硝酸イオンが消費された混
合液を嫌気槽６に移し、脱窒と同様の操作で嫌気性処理
工程を行う。嫌気槽６では硝酸イオンおよび亜硝酸イオ
ンが存在しないため、脱窒細菌を含む通性嫌気性菌は体
内のリンをエネルギー源として消費し、リンを放出し、
ＢＯＤを吸着ないし吸収する。返送汚泥中に硝酸イオン
等が存在しな−い場合で、かつ、脱窒槽２を省略した場
合も同様の現象が起こる。嫌気槽６・の混合液は一部づ
つ連絡管１１から曝気槽４へ送９、曝気槽４において散
気、管４ａから通気して曝気し、好気性処理工程を行う
。ここで活性汚泥中の微生物は液中のリンを摂取すると
ともに、ＢＯＤを分解する。

こうして混合液中の有機物およびリン酸塩は除去される
。曝気された混合液は一部づつ連絡管１２から固液分離
槽５に送って沈殿分離を行い、沈殿固形分は排泥管１６
から取出し、一部を返送汚泥として返送管９から返送し
、残部を余剰汚泥として排出する。以上によシ生物学的
脱リン工程を終わる。

上澄水は連絡管１４から取出し、薬注管１５がらカルシ
ウム剤および（または）アルカリ剤を注入して晶析槽６
に送り、カルシウムイオンの存在下であって、かつｐＨ
６以上の条件下に、晶析槽６に充填されたリン酸カルシ
ウムを含む結晶種と接触させ、晶析工程を行う。

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
カルシウムを含む結晶種と接触させたときに起こる反応
は、反応条件によって異なるが、通常は次式によって表
わされる。

ＳＣａ　　＋３ＨＰＯ４−１−４０Ｈ−＋ｃａ５（ＯＨ
Ｉ（ＰＯ４１３＋３Ｈ２０＝・（１）（１）式かられか
るように、リン酸塩の除去率を上げるためには、反応を
右に進行させる必要がある。

リン酸カルシウムを含む結晶種としては、ヒドロキシア
パタイト〔Ｃａ５（ＯＨ）（ＰＯ４）３〕、フルオロア
パタイト［Ｃａｓ　（Ｆ　ｌ　（’ＰＯ４’ｌ　３〕ま
たはリン酸三石灰（Ｃａ　３　＜ＰＯ４）２　）などの
リン酸カルシウムを含む結晶種が使用でき、天然のリン
鉱石または骨炭はこれらのリン酸カルシウムを主成分と
しており、結晶種として適している。また、砂などの炉
材面にリン酸カルシウムを析出させた結晶種も用いるこ
とができる。結晶種としては、反応によって生成するリ
ン酸カルシウムと同種のリン酸カルシウムを主成分とす
るものが望ましい。例えばヒドロキシアパタイトを生成
する系では、ヒドロキシアパタイトを使用すると新しい
結晶の析出が円滑に行われ、リン酸塩の除去が効率的に
行われ、除去率が上がる。

晶析の条件は従来法と同様であシ、カルシウムイオンの
存在下であって、かつＰＨ６以上の条件下にリン酸カル
シウムを含む結晶種と接触させると、前記（１）式によ
シ生成するリン酸カルシウムが結晶種表面に析出して結
晶が成長し、水中のリン酸イオンが除去される。

水中に存在させるカルシウムイオンや水酸イオンは、原
水中に初めから存在する場合には外部から添加する必要
はないが、原水中に存在しない場合または不足する場合
には外部から添加する。添加量は反応当量よシも過剰量
とするが、あまシ多量に添加すると結晶種以外の場所で
微細な沈殿が析出したシ、また炭酸カルシウム等の不純
物が生成する場合があるから、これらが生成しない範囲
とすべきである。すなわち、カルシウムイオンおよび水
酸イオンの量は、（１）式において生成するヒドロキシ
アパタイトの溶解度よシ高く、過溶解度よりは低い濃度
、すなわち準安定域の濃度のヒドロキシアパタイトが生
成する条件とする。ここで過溶解度とは、反応系に結晶
種が存在しない場合に結晶が析出し始める濃度である。

すなわち過溶解度より高い濃度では、結晶種の存在しな
いところに新たな結晶が析出して微細な沈殿を生成し、
炉床の目詰りが生ずるが、過溶解度よシ低い準安定域で
は結晶種の上に新たな結晶が析出して、結晶が成長する
だけで沈殿は生成しない。また溶解度よシ低い系では結
晶は析出しない。

ヒドロキシアパタイトの生成する量は反応系のリン酸イ
オン濃度、カルシウムイオン濃度およびＰＨによって支
配される。生成したヒドロキシアパタイトの量を準安定
域内にするカルシウムイオンの量およびＰＨ値は、反応
系ごとにこれらの値を変えて実験的に求めることができ
る。おおよその範囲は、リン酸イオン５０１ｎ９／Ａ以
下の場合において、カルシウムイオンが１０〜１００■
／　Ａ　ｓ　ｐＨが６〜１２程度であるが、それぞれの
条件によって変動する。

リン酸塩を含む水とリン酸カルシウムを含む結晶種との
接触方法は固定床式でも流動床式でもよい。結晶種の大
きさは小培いものほど表面積が太きいため新しい結晶が
析出しやすいが、あまり小さいと結晶種と水の接触また
は分離に困難を伴う。

また粒径が１つ太きいと単位充填量当シの比表面積が小
さいから、通常は９〜６００メツシュ程度のものを使用
する。このうち大きいものは固定床に適し、小さいもの
は流動床に適する。固定床の場合９〜６５メツシユの粒
径の結晶種を充填し、流速ＳＶ１〜５ｈｒ　　で上向流
または下向流で通水してリン酸カルシウムの結晶を析出
させる。また固定床と流動床を組合せてもよい。

通水中に結晶種表面が汚泥された汐、目詰シを起こすこ
とがあれば、定期的に上向流による洗浄（逆洗）を行っ
て結晶種床を展開して洗浄し、表面に付着した不純物を
剥離することが望ましい。

洗浄時の通水条件と１〜ては、流速は２０〜８０ｍ／ｈ
ｒ程度、洗浄時間は５〜６０分程度でちる。

上記のような晶析槽６における晶析工程により、固液分
離槽５の上澄水中に漏出するリン酸塩は除去され、最終
処理水は処理水管１６から流出する。

どのように、嫌気性処理工程および好気性処理工程を含
む生物学的脱リン工程において、原水中の有機物および
リン酸塩の大部分は除去され、晶析工程において残留す
るリン酸塩は除去され、放流可能な処理水が得られるが
、原水中のＢ　ＯＤ／Ｐ比が２Ｄ未満の場合１ｃは生物
学的脱リン工程における脱リン効果が低下する。下水の
一般的な水質はＰが３〜５ｍ９／〃、ＢＯＤが５０〜１
５０ｍ９／Ａ程度で、通常はＢ　ＯＤ／Ｐ比は２０以上
となっているため、上記の操作で十分処理可能であるが
、季節的要因、人為的要因等によＪＢＯＤ／Ｐ比が２０
未満となったときに処理の安定性が失われるので、結晶
種の再活性化に有機酸を使用し、その廃液を原水に供給
して、嫌気性処理工程に入る原水のＢ　ＯＤ／Ｐ比を２
０以上に調整する。

晶析槽６における晶析を継続していると、結晶種の脱リ
ン活性が低下し、通常の洗浄操作によっても回復しなく
なる。そこで晶析操作を停止して晶析槽６に薬注管１７
から有機酸を注入して結晶種と接触させ、再活性化を行
う。再活性化の時期はＢＯＤ／Ｐ比が低下したときでも
よいが、特に制限はない。

有機酸としては生物分解可能なものであればよいが、例
えば酢酸、プロピオン酸、酪酸、乳酸、シュウ酸、クエ
ン酸、グルタミン酸等が使用でき、これらの１種以上を
溶液として結晶種と接触させる。酸濃度は汚染の程度、
酸処理の頻度等によって異なるが、通常０．００５〜５
モル／！程度が目安となる。

再活性化処理の方法は結晶種を有機酸溶液と接触させる
だけでよく、例えば充填床通水、浸漬法など任意の方法
が採用できるが、晶析方法に対応させるのが好ましい。

例えば充填床通水方式によシ晶析を行う場合は、同様に
充填床通水方式で再活性化を行えば簡単であυ、特に結
晶層の洗浄の際に有機酸浴液で処理すれば効率的である
。処理時間は酸濃度にもよるが、数分ないし数時間程度
であり、あまり長すぎるとリンの溶出量が増えるので好
ましくない。再活性化は通常１月に１〜２回程度の割合
で行う。

以上により再活性化を行った後、晶析槽６に再び通水し
て晶析工程を再開する。再活性化廃液は条件によって異
なるが、通常６０〜５０００ｍ９７！程度のリンを含み
、Ｂ　ＯＤ／Ｐ比は５０〜１ｏ。

となっており、連絡管１８がら取出して貯留槽１９に貯
留し、原水のＢ　ＯＤ／Ｐ比が２０未満になったときに
、連絡管２ｏがら原水供給管１ｏに供給し、ＢＯＤ／Ｐ
比を２０以上に調整する。原水のＢ　ＯＤ／Ｐ比が２０
以上の場合は、廃液を分岐管２１から曝気槽４に供給し
て処理を行ってもよいが、婢気槽６におけるＢ　Ｏ’　
Ｄ　／　Ｐ比が高いほど脱リン効果が高くなるので、常
時連絡管２ｏから原水供給管１０に供給するようにして
もよい。

原水に注入された再活性化廃液中の有機物は脱窒槽２お
よび嫌気槽６で一部が吸着ないし吸収され、残部は曝気
槽４で分解される。また廃液中のリンも原水中のリンと
ともに、大部分が曝気槽４で除去され、残部は晶析槽６
で除去される。

このように再活性化廃液を生物学的脱リン工程に供給す
ることにより、廃液処理を行うとともに、１物学的脱リ
ン工程のＢ　ＯＤ／Ｐ比を適正値に調整して、生物学的
脱リン工程における脱リン効果を高く維持し、これによ
シ安定な処理を行って晶析工程の負荷を平均化し、全体
として安定して効率的な処理を行うことができる。

なお、上記の説明において、生物学的脱リン工程および
晶析工程の細部の工程、操作等は変更可能である。また
晶析槽６は複数個設けて順次再活性化を行うようにする
と、晶析工程を中断するとノ となく連続して晶析を行うことができるとともに、再活
性化廃液の発生を平均化でき、貯留槽１９を小形化でき
るか、場合によっては省略できる。

本発明は下水、し尿膜離液その他の有機物およびリンを
含む水から有機物およびリンを除去する場合に適用可能
である。

以上説明してきたように、この発明によれば、有機物お
よびリン酸塩を含む水を生物学的脱リン工程および晶析
工程で処理し、晶析工程に使用する結晶種を有機酸で再
活性化して、その廃液を生物学的脱リン工程に供給する
ように構成したので、再活性化廃液を簡単に処理できる
とともに、原水効率よく有機物およびリン酸塩を除去で
きるという効果が得られる。

次に本発明の実施例について説明する。

実施例 ｐ）１７．０、アルカリ度１００■／！、リン濃度４”
’；ｊ、／　ＡｌＢ　ＯＤ　、（ハブトング、／ｌ／：
Ｉ−ス）　１００ｍ９／！の合成廃水を図面の７０−に
基づいて処理した。ただし、沈殿槽１および脱窒槽２は
省略した。

まず上記廃水を嫌気槽６に送り、０．８５ｂｒ滞留させ
て嫌気性処理した後、曝気槽４に送り好気性処理をした
。曝気槽４のＭＬＳＳは２．０００〜４，０００ｍ９／
！、滞留時間は２．Ｏｈｒとした。次いで固液分離槽５
で汚泥を分離し、その一部を返送率が３ｏ％となるよう
に嫌気槽３・＼戻した。一方、固液分離槽５の上澄水に
はカルシウムイオン４ＣＪｍ９／Ａ１ｐＨ８，５となる
ように消石灰を添加した後、１６〜６２メツシユの粒径
のリン鉱石１５０ｍＩＶを充填した晶析２槽６に、５Ｖ
２ｈｒ−’で１力月間通水した。

その後通水を中断し、０，５モル／！の酢酸０．７５！
を用いてリン鉱石を再活性化処理し、発生した再活性化
廃液は貯留槽１９に貯めた。次いで運転を再開したが、
その際に前述の合成廃水のＢＯＤを、ペプトングルコー
ス５０ｍ９７！と再活性化廃液５０ダ／ｚ（ＢＯＤとし
て）からなる１００ｍ９７！とした以外は、同一条件で
処理を行った（Ｒｕｎ１八１力月後の各検出口の水質（
ＢＯＤおよびＴｏｔａｌ−Ｅｌを次の表に示す。

比較例として、上記再活性化処理後に合成廃水中のＢＯ
Ｄ（ペプトングリコース）を５０■／にとした以外は同
一条件で処理を行った（Ｒｕｎ２）。

同様に１力月後の水質を久の表に併記する。

表 以上の結果より、生物学的脱リン方法ではＢＯＤ／Ｐ比
が２０未満になるとリン除去率が悪化し、最終処理水の
水質を改善するためには晶析条件が極めて繁雑になるこ
とがわかる。

一方、本発明方法によるＲｕｎ　１では再活性化廃液を
供給することにより、ＢＯＤ／Ｐ比を常に２０以上とし
ているため、各槽における処理条件はほぼ一定となシ、
運転操作が簡略化されるとともに、得られる処理水の水
質も極めて良好になることがわかる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施態様を示す系統図であシ、１は
沈殿槽、２は脱窒槽、６は嫌気槽、４は曝気槽、５は固
液分離槽、６は晶析槽、７は原水管、１５．１７は薬注
管、１６は処理水管、１９は貯留槽である。 代理人　弁理士　　柳　原　　　成

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）嫌気性処理工程および好気性処理工程を含む生物
   学的脱リン工程により、有機物とリン酸塩を含む水を処
   理し、処理水をカルシウムイオンの存在下であって、か
   つｐＨ６以上の条件下で、リン酸カルシウムを含む結晶
   種と接触させて晶析を行い、脱リン性能の低〒した結晶
   種を有機酸と接触させて再活性化し、得られる再活性化
   廃液を前記生物学的脱リン工程に供給することを特徴と
   する有機物およびリン酸塩を含む水の処理方法。 （２）有機酸が酢酸、プロピオン酸、酪酸、乳酸、シュ
   ウ酸、クエン酸およびグルタミン酸から選ばれる１種以
   上のものである特許請求の範囲第１項記載の有機物およ
   びリン酸塩を含む水の処理方法。 （６）リン酸カルシウムを含む結晶種がヒドロキシアパ
   タイト、フルオロアノξタイトまたはリン酸三石灰であ
   る一特許請求の範囲第１項または第２項記載の有機酸お
   よびリン酸塩を含む水の処理方法。 （４）嫌気性処理工程は脱窒工程を含む特許請求の範囲
   第１項ないし第６項のいずれかに記載の有機物およびリ
   ン酸塩を含む水の処理方法。