JP3479566B2

JP3479566B2 - 海水を用いたリン回収装置

Info

Publication number: JP3479566B2
Application number: JP28873194A
Authority: JP
Inventors: 和幸神代; 裕司奥村
Original assignee: Kitakyushu Foundation for Advancement of Industry Science and Technology
Current assignee: Kitakyushu Foundation for Advancement of Industry Science and Technology
Priority date: 1994-10-29
Filing date: 1994-10-29
Publication date: 2003-12-15
Anticipated expiration: 2018-12-15
Also published as: JPH08133712A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、下水処理過程で含まれ
るリンを海水中のマグネシウムを用いて分離、回収する
海水を用いたリン回収装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】下水の汚水処理は一部で高度処理として
曝気槽で微生物が嫌気部でリンを吐き出した以上に好気
部でリンを取り込ませる嫌気好気法により処理されてい
る。その処理工程は、汚水が下水道管を通って、図４に
示すように、最初に沈砂池１００に送られてごみや沈み
やすい土砂等が取り除かれる。次に、汚水は最初沈殿池
１０２に送られ、流れている間に汚水中の小さな汚物が
底に沈んで除かれる。小さな汚物が取り除かれた汚水は
好気性の曝気槽１０４に送られ、微生物を多量に含む活
性汚泥を加え、空気を吹き込んで、最初沈殿池１０２で
も沈まなかった汚水中の有機物を活性汚泥中の微生物で
分解して沈みやすくし、更に、汚水に含まれるリンを微
生物に取り込ませる。この汚水は最終沈殿池１０６に送
られて、汚泥の固まりは底に沈み、綺麗になった水は消
毒池１０８に送られて塩素で殺菌した後、海や川へ放流
される。最終沈殿池１０６で生じた汚泥の内一部は返送
汚泥として曝気槽１０４に送り返され、残りは余剰汚泥
として浮上濃縮槽１１０に送られて浮上濃縮され、汚泥
は嫌気性の消化槽１１２に送られる。最初沈殿池１０２
で生じた汚泥は重力濃縮槽１１４に送られ、重力濃縮さ
れて汚泥は消化槽１１２に送られる。消化槽１１２に送
られた汚泥は、嫌気消化されてガスと消化汚泥に分解処
理され、その後脱水機１１６に送られて汚泥ケーキにし
て埋め立て処理される。そして、重力濃縮槽１１４、浮
上濃縮槽１１０、脱水機１１６及び消化槽１１２で生じ
る分離液は再び沈砂池１００に送られる。これを繰り返
して汚水の処理が行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、嫌気好
気法では微生物を大量に含む余剰汚泥には多量のリンが
含まれ、この余剰汚泥を消化槽１１２で嫌気消化すると
微生物はリンを放出するので脱離液中にリンが溶出して
しまう。そして、脱離液を出していない場合（北九州市
の下水処理場では殆ど出していない）は、脱水機１１６
で脱水後、多量にリンを含む脱水分離液として再び沈砂
池１００に戻される。そして、一部のリンは脱水分離液
に少量含まれているマグネシウムと反応して（ＰＯ₄ ^3-
＋ＮＨ₄ ⁺＋Ｍｇ²⁺＋６Ｈ₂Ｏ＝ＭｇＮＨ₄ＰＯ₄・６
Ｈ₂Ｏ）リン酸アンモニウムマグネシウム（以下、ＭＡ
Ｐという）の結晶が生じ、その結晶が管内に付着してし
まい、配管が詰まってしまうという問題があった。更
に、前記工程の繰り返しによりリン濃度が高くなり、汚
水処理のリン負荷を増す要因となるという問題があっ
た。本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、脱
水分離液中に含まれるリンを容易に、連続的に回収する
ことができる海水を用いたリン回収装置を提供すること
を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の海水を用いたリン回収装置は、下部にリン及びア
ンモニアを含む処理液を導入する第１の供給口と海水を
導入する第２の供給口とがそれぞれ形成され、下端は開
口している内塔と、該内塔の外側に隙間を有して配置さ
れ、下部に沈殿物の貯留部を備え、上部に処理済液の排
液口を有する外塔とを有し、しかも前記内塔の内側下部
には隙間を有して散気手段が設けられて構成されてい
る。請求項２記載の海水を用いたリン回収装置は、請求
項１記載の海水を用いたリン回収装置において、前記散
気手段は、前記内塔の略軸心上に配置されて構成されて
いる。請求項３記載の海水を用いたリン回収装置は、請
求項１又は２記載の海水を用いたリン回収装置におい
て、前記外塔の上部にはテーパー部を介して拡径部が設
けられ、該拡径部の一側部に前記排液口が設けられ、該
排液口の手前には邪魔板が設けられて構成されている。
請求項４記載の海水を用いたリン回収装置は、請求項１
〜３のいずれか１項に記載の海水を用いたリン回収装置
において、前記処理液は、消化汚泥の脱水分離液である
ように構成されている。請求項５記載の海水を用いたリ
ン回収装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の海
水を用いたリン回収装置において、前記内塔にはＰＨ調
整液の注入口が設けられて構成されている。

【０００５】

【作用】請求項１〜５記載の海水を用いたリン回収装置
においては、内塔の下部にリン及びアンモニアを含む処
理液を導入する第１の供給口と海水を導入する第２の供
給口とが形成され、下端は開口しており、外塔は前記内
塔の外側に隙間を有して配置され、散気手段が前記内塔
の内側下部に隙間を有して設けられているので、内塔の
下部の第１の供給口からリン及びアンモニアを含む処理
液を導入し、第２の供給口からマグネシウム源として海
水を導入すると、散気手段により脱炭酸を行うと同時に
リン及びアンモニアがマグネシウムと反応してＭＡＰの
小さな結晶を形成する。ＭＡＰの小さな結晶を含む処理
液等は下方の散気手段により上方に移動させられ、上部
のアルカリによるＰＨ調整により未反応の処理液が反応
してここでもＭＡＰの小さな結晶を生じる。この小さな
結晶を含む処理済液等は上方に送られて、内塔の上部か
ら外塔の内側に排液される。排液された小さな結晶は下
方に移動し、内塔の下端の開口部から再び内塔内に入り
上方に移動する。この移動途中で小さな結晶に新たに生
じた結晶が付着して、大きな粒子となる。このような循
環を繰り返している間に、内塔内で散気手段により循環
させる力よりも粒子の自重の方が大きくなると、粒子は
内塔の下端の開口部から落下して、外塔の貯留部に溜ま
る。従って、散気手段の強さを調整することにより落下
する粒子の大きさを調整することができる。そして、内
塔の上部から排液された処理済液の一部は外塔の上部の
排液口から排出される。

【０００６】特に、請求項２記載の海水を用いたリン回
収装置においては、前記散気手段は、前記内塔の略軸心
上に配置されているので、内塔と散気手段との隙間は均
一となり、大きくなった粒子は内塔と散気手段との間か
ら溜まることなく落下する。請求項３記載の海水を用い
たリン回収装置においては、前記外塔の上部にはテーパ
ー部を介して拡径部が設けられているので、内塔の上部
から外塔の拡径部に排出された小さい結晶は流れの速さ
が遅くなるため、テーパー部に沿って下方に移動する。
そして、前記拡径部の一側部に前記排液口が設けられ、
該排液口の手前には邪魔板が設けられているので、結晶
は邪魔板に阻まれて落下し、処理済液だけが排液口から
排出される。請求項４記載の海水を用いたリン回収装置
においては、前記処理液は、消化汚泥の脱水分離液であ
るので、リンが多く含まれおり、従って、リンが効率的
に分離、回収される。請求項５記載の海水を用いたリン
回収装置においては、前記内塔にＰＨ調整液の注入口が
設けられているので、適宜に注入口からＰＨ調整用のア
ルカリ剤を供給して反応を促進させることができる。

【０００７】

【実施例】続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明
を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供す
る。ここに、図１は本発明の一実施例に係る海水を用い
たリン回収装置の概略説明図、図２はリン回収のフロー
図、図３は処理液の反応ＰＨとリン除去率の関係を表す
グラフである。

【０００８】図１に示す本発明の一実施例に係る海水を
用いたリン回収装置１０は、内塔１２の外側に隙間を有
して外塔１４が配置され、内塔１２の内側下部には散気
手段１６が設けられている。以下、これらについて詳し
く説明する。前記内塔１２は、下部にリン及びアンモニ
アを含む処理液を導入する第１の供給口１８と海水を導
入する第２の供給口１９とが形成され、下端は開口して
おり、しかも、上部には複数のスリット状の開口部２０
が形成されている。そして、脱水分離液ピット２４、沈
殿槽２６、貯留槽２８で処理した処理液を第１の供給口
１８から内塔１２内に注入し、海水槽３０内の海水を第
２の供給口１９から内塔１２内に導入するようになって
いる。更に、アルカリ槽３２が設けられて、内塔１２の
上部からＰＨ調整液の一例であるカセイソーダが適宜供
給されて所定範囲のＰＨになるようになっている。な
お、この場合、内塔１２にはこのＰＨ調整液の注入口を
設けてもよい。前記外塔１４は、下部に大きなＭＡＰ粒
子４８用の貯留部３３を備え、貯留部３３の下部には排
出口３５が設けられている。更に、外塔１４の上部には
テーパー部３４を介して拡径部３６が設けられている。
その拡径部３６の一側には前記排液口２２が設けられ、
その排液口２２の手前には邪魔板３８が設けられてお
り、ＭＡＰの結晶４６が排液口２２から流れ出すのを防
ぐようになっている。

【０００９】前記散気手段１６は、内塔１２の軸心と合
わせて内塔１２の内側下部に気泡発生板４０が隙間４２
を有して配置され、エアーポンプ４４によりエアを送っ
て内塔１２内に多くの気泡を生じさせるようになってい
る。このように内塔１２内に気泡を生じさせることによ
り、内塔１２内の処理液の脱炭酸処理をすると共に、攪
拌して処理液中のリンと海水中のマグネシウムとを反応
しやすくする。更に、処理液及び反応で生じた小さなＭ
ＡＰの結晶４６等が上方に送られ、未反応の処理液のリ
ンと海水中のマグネシウムとがアルカリ剤によるＰＨ調
整により反応して小さなＭＡＰの結晶４６を生じる。更
に、小さなＭＡＰの結晶４６を含む処理済液等は上方に
送られ、内塔１２の上部の開口部２０から外塔１４の拡
径部３６に流れる。そして、小さなＭＡＰの結晶４６は
外塔１４の拡径部３６及びテーパー部３４に沿って下方
に落下して、内塔１２の下端の隙間４２から再び内塔１
２内に入る循環を行う。内塔１２では小さなＭＡＰの結
晶４６に新たにＭＡＰの結晶４６が付着して粒子４８と
なる。ＭＡＰの粒子４８を上方に移動させる力よりもＭ
ＡＰの粒子４８の自重の方が大きくなると、ＭＡＰの粒
子４８は内塔１２の下端の隙間４２から落下して外塔１
４の貯留部３３に溜まる。貯留部３３に溜まったＭＡＰ
の粒子４８は排出口３５から取り出され、そして、処理
済液の一部は排液口２２から排出されるようになってい
る。

【００１０】この海水を用いたリン回収装置１０を図２
に示すように、脱水機１１６の脱水分離液側に連結して
使用する場合について説明する。脱水分離液は表１に示
すように、脱水分離液のＰＨは８．１であり、全リン量
が５０ｍｇ／リットルでその内のＰＯ₄ ^3-のリンが４８
ｍｇ／リットルで９６％を占めている。更に、マグネシ
ウムが９．３ｍｇ／リットル含まれており、ＮＨ₄ ⁺の
窒素が４５０ｍｇ／リットル含まれている。

【００１１】

【表１】

【００１２】ここで、ＰＨを変化させてリン除去率を調
べる。この実験では、Ｍｇ／Ｐのモル比を１．５とし、
ＰＨ８．０〜１０．０の範囲で、ＰＯ₄ ^3-＋ＮＨ₄ ⁺＋
Ｍｇ²⁺＋６Ｈ₂Ｏ＝ＭｇＮＨ₄ＰＯ₄・６Ｈ₂Ｏの反応
を起こさせて、リン除去率を調査すると表２及び図３に
示すように、ＰＨが大きくなるに従ってリン除去率が上
昇し、特にＰＨが９．０〜１０．０では９４又は９５％
と高い除去率を示すが、ＰＨが大きいとＭＡＰの結晶４
６が小さいので、ＰＨは８．２〜８．５の範囲で行うの
が好ましいとの結論を得た。

【００１３】

【表２】

【００１４】なお、リンと反応させるマグネシウムを含
む溶液としてＡ下水処理場周辺の海水を利用するが、そ
の成分は表３に示すように、Ｍｇ²⁺が代表的組成の１２
７１ｍｇ／リットルよりも僅かに少ない１２５０ｍｇ／
リットルが含まれている。

【００１５】

【表３】

【００１６】先ず、脱水分離液を脱水分離液ピット２
４、沈殿槽２６及び貯留槽２８で処理した後、内塔１２
の第１の供給口１８から１．２リットル／ｍｉｎ注入
し、同時に海水槽３０内の海水を内塔１２の下部の第２
の供給口１９から５０〜７０ミリリットル／ｍｉｎ導入
する。更に、同時に、気泡発生板４０に９．０リットル
／ｍｉｎの空気を送り、内塔１２の上部から処理液の反
応ＰＨが８．２〜８．５になるようにＰＨ調整用のカセ
イソーダを適宜供給する。内塔１２内では、脱水分離液
は気泡により脱炭酸処理をすると共に、攪拌されて処理
液の中のリン酸及びアンモニアと、海水中のマグネシウ
ムとの反応（ＰＯ₄ ^3-＋ＮＨ₄ ⁺＋Ｍｇ²⁺＋６Ｈ₂Ｏ＝
ＭｇＮＨ₄ＰＯ₄・６Ｈ₂Ｏ）が促進される。その結
果、ＭＡＰの小さな結晶４６が生じる。脱水分離液及び
小さなＭＡＰの結晶４６等を上方に送りながら未反応分
の処理液をＰＨ調整により反応させてＭＡＰを結晶化さ
せる。そして、脱水分離液を処理した処理済液、海水、
小さなＭＡＰの結晶４６等は内塔１２の上部の開口部２
０から溢れて外塔１４の拡径部３６に流れる。ＭＡＰの
結晶４６はテーパー部３４に沿って下方に流れて内塔１
２の下端の隙間４２から再び内塔１２内に入る循環を行
う。内塔１２内では、小さなＭＡＰの結晶４６に新たに
ＭＡＰの結晶４６が付着して粒子４８となる。そして、
粒子４８を上方に移動させる力よりもＭＡＰの粒子４８
の自重の方が大きくなると、ＭＡＰの粒子４８は内塔１
２の下端の隙間４２から落下して外塔１４の貯留部３３
に溜まる。貯留部３３に溜まったＭＡＰの粒子４８は排
出口３５から取り出す。そして、処理済液等の一部は外
塔１４の排液口２２から排出され、沈砂池１００に送ら
れる。このようにすることにより、簡単に、連続的に、
しかも高い除去率でリンを回収することができる。従っ
て、従来のようにＭＡＰの結晶が配管内に付着して、管
が塞がることもなくなる。

【００１７】なお、前記実施例において、散気手段１６
のエアの供給量を記載したが、この量を調整して落下す
るＭＡＰの粒子４８の大きさを変えるようにしてもよ
い。前記実施例において、ＰＨ調整液としてカセイソー
ダを使用したが、水酸化カリウム等他のアルカリ溶液で
あってもよい。前記実施例において、散気手段１６に気
泡発生板４０を使用したが、複数のパイプを用いて気泡
を発生させるようにしてもよい。

【００１８】

【発明の効果】請求項１〜５記載の海水を用いたリン回
収装置は、内塔の下部にリン及びアンモニアを含む処理
液を導入する第１の供給口と海水を導入する第２の供給
口とがそれぞれ形成され、下端は開口しており、外塔は
前記内塔の外側に隙間を有して配置され、下部には貯留
部を有し、散気手段は前記内塔の内側下部に隙間を有し
て設けられているので、処理液中のリンを大きな粒子と
して連続的に分離、回収することができる。また、散気
手段の空気量を変えることにより、回収する粒子の大き
さを調整することができる。特に、請求項２記載の海水
を用いたリン回収装置は、前記散気手段が、前記内塔の
略軸心上に配置されているので、処理液を内塔、外塔間
で循環させて結晶を成長させることにより粒子とした
後、大きな粒子を均一に落下させることができる。請求
項３記載の海水を用いたリン回収装置は、前記外塔の上
部にはテーパー部を介して拡径部が設けられ、該拡径部
の一側部に前記排液口が設けられ、該排液口の手前には
邪魔板が設けられているので、結晶を循環させ、処理済
液等だけを排液口から排出することができる。請求項４
記載の海水を用いたリン回収装置は、前記処理液が、消
化汚泥の脱水分離液であるので、効率的にリンを回収す
ることができる。請求項５記載の海水を用いたリン回収
装置は、前記内塔にＰＨ調整液の注入口が設けられてい
るので、反応を促進させてＭＡＰの結晶を多量に生じさ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る海水を用いたリン回収
装置の概略説明図である。

【図２】リン回収のフロー図である。

【図３】処理液の反応ＰＨとリン除去率の関係を表すグ
ラフである。

【図４】従来例に係る汚水処理のフロー図である。

【符号の説明】

１０海水を用いたリン回収装置１２内塔１４外塔１６散気手段１８第１の供給口１９第２の供給口２０開口部２２排液口２４脱水分離液ピット２６沈殿槽２８貯留槽３０海水槽３２アルカリ槽３３貯留部３４テーパー部３５排出口３６拡径部３８邪魔板４０気泡発生板４２隙間４４エアーポンプ４６結晶４８粒子

フロントページの続き (56)参考文献特開平４−141293（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−84689（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C01B 25/00 - 25/46

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下部にリン及びアンモニアを含む処理液
を導入する第１の供給口と海水を導入する第２の供給口
とがそれぞれ形成され、下端は開口している内塔と、該
内塔の外側に隙間を有して配置され、下部に沈殿物の貯
留部を備え、上部に処理済液の排液口を有する外塔とを
有し、しかも前記内塔の内側下部には隙間を有して散気
手段が設けられていることを特徴とする海水を用いたリ
ン回収装置。
【請求項２】前記散気手段は、前記内塔の略軸心上に
配置されている請求項１記載の海水を用いたリン回収装
置。
【請求項３】前記外塔の上部にはテーパー部を介して
拡径部が設けられ、該拡径部の一側部に前記排液口が設
けられ、該排液口の手前には邪魔板が設けられている請
求項１又は２記載の海水を用いたリン回収装置。
【請求項４】前記処理液は、消化汚泥の脱水分離液で
ある請求項１〜３のいずれか１項に記載の海水を用いた
リン回収装置。
【請求項５】前記内塔にはＰＨ調整液の注入口が設け
られている請求項１〜４のいずれか１項に記載の海水を
用いたリン回収装置。