JPH0315514B2 - - Google Patents
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- JPH0315514B2 JPH0315514B2 JP12216683A JP12216683A JPH0315514B2 JP H0315514 B2 JPH0315514 B2 JP H0315514B2 JP 12216683 A JP12216683 A JP 12216683A JP 12216683 A JP12216683 A JP 12216683A JP H0315514 B2 JPH0315514 B2 JP H0315514B2
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- Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)
- Removal Of Specific Substances (AREA)
- Water Treatment By Sorption (AREA)
Description
本発明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究
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
の無機リン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
バン土等を用いる凝集法、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験
のプラントで用いられて効果が認められている
が、近年、より操作が簡単で、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
のリン酸カルシウムを含む結晶種と接触させて、
水中のリン酸イオンをリン酸カルシウムの形にし
て結晶種表面に晶析させる方法である。
しかしながら、晶析脱リン法によつても必ずし
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
種々研究を行つた結果、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つた。
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以上であつて、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
ミニウムを凝集剤として添加し、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
着率が悪くなつ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、晶析処理では汚
泥処理不要というメリツトが失われ、別途剥離物
を処理しなければならない。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析処理後の処
理水のPHが低下しにくくなつ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
らかとなつた。晶析処理はPH6以上で行われる
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、本発明者らによつて初め
て明らかとなつたものである。
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、好ましくは4.0〜7.0とし、アル
ミニウム化合物の溶解度を極小にしてコロイド
化させた後、過する方法。(過は、砂やア
ンスラサイトを材にした重力過もしくは加
圧過、又は処理対象水が大量でないときは多
孔質膜(例えばメンブランフイルター)を用い
た膜分離手段も採用できる。)
ロ 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PH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
交換樹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、上記イとロ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除去された水
は、結晶種等からなる充填層に通水して晶析脱リ
ン処理される。
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つて異なるが、通
常は次式によつて表わされる。
5Ca2++7OH-+3H2PO4 -→Ca5(OH)(PO4)3
+6H2O …(1)
(1)式からも判るように、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
り、同時に生成するリン酸カルシウムを晶析させ
るために、結晶種の表面を清浄に保つて活性度を
高く維持する必要がある。そこで、本発明ではカ
ルシウムイオンの存在下、かつPH6以上の条件下
に通水処理がなされる。
反応を進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、これらの過剰に存在すると、結晶
種以外のところにリン酸カルシウムなどの微細沈
殿が生じ、結晶種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
度が溶解度より高く、過溶解度(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)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
リン酸カルシウムは結晶種表面に析出し微細沈殿
は生成しない。だが、カルシウムイオンおよび/
またはPHが高くなり、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
カルシウムは微細沈殿となつて析出する。このた
め準安定域は原水中に含まれるリン酸イオンの濃
度によつて範囲が異なり、リン酸イオン濃度が低
いほど広くなる。したがつて、リン酸イオン濃度
が高い場合はカルシウムイオン濃度および/また
はPHを高くすると不安定域となつて沈殿が生成し
やすいが、リン酸イオン濃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
る場合は、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調整する。
充填層は、ヒドロキシアパタイト、フルオロア
パタイト、リン酸三石炭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層に捕
捉させた状態で充填してもよい。さらに、原水と
結晶種との接触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
段で中和処理された後、放流される。
本発明によれば、晶析脱リン前にアルミニウム
化合物を除去するため、リン除去率の低下や結晶
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
に高いリン除去効果が得られる。
実施例 1
内径30mm、長さ500mmのアクリル製カラムAに、
リン濃度1〜2mg/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0.5〜1.0
mm)を130ml充填した。リン濃度1mg/、総ア
ルカリ度100mg/、カルシウムイオン濃度45
mg/、アルミニウムイオン濃度1mg/に調整
した合成水に、PH9.5となるように水酸化ナトリ
ウム溶液を添加したものを、SV2hr-1でカラム(A)
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リン濃度と
PHを測定した。また、40時間通水水後にリン鉱石
結晶種の充填層の洗浄を行い、逆洗排水中のリン
重量を求め、通水時に充填層内で除去されたリン
重量との関係から次式に基づいてリンの晶析固着
率を求めた。
晶析固着率〔%〕=(1−
逆洗排水中のリン重量/通水時に充填層内で除去された
リン重量)×100
逆洗排水のリン濃度の分析は、逆洗排水に塩酸
を添加しPHを1以下にした後、メンブランフイル
ターで過した溶液について行つた。
別にカラム(B)として、アルミニウムイオンを添
加しなかつたほかはカラム(A)と同じ条件で実験を
行つた。
両者の結果を表−1に示した。
The present invention relates to a dephosphorization method. In recent years, the problem of eutrophication in closed water bodies such as lakes, marshes, and inner bays has become serious, and countermeasures are urgently needed. One of the causes of eutrophication is phosphates present in water, and research is underway to remove phosphates. This phosphate is widely used in detergent builders, fertilizers, etc., and is present in domestic and industrial wastewater in the form of inorganic phosphates such as orthophosphates and condensed phosphates, and organic phosphates. There is. As methods for removing phosphates from water, the flocculation method using sulfuric acid, activated sludge method, or a combination of these methods have been used in experimental plants and experimental plants and have been recognized to be effective, but in recent years The crystallization dephosphorization method is attracting attention because it is easier to operate, does not generate sludge, and has high processing efficiency. The crystallization dephosphorization method involves contacting water containing phosphate with a crystal species containing calcium phosphate such as hydroxyapatite in the presence of calcium ions.
This is a method in which phosphate ions in water are converted into calcium phosphate and crystallized on the surface of crystal seeds. However, even with the crystallization dephosphorization method, the expected phosphorus removal effect may not always be obtained, and the inventors have conducted various studies over many years to determine the cause of this, and have found that aluminum compounds in the water to be treated are The inventors have discovered that dephosphorization is significantly inhibited, leading to the present invention. That is, in the present invention, aluminum compounds are removed in advance from treated water containing phosphates and aluminum compounds, and then the treated water is added to crystal seeds containing calcium phosphate at a pH of 6 or higher and in the presence of calcium ions. This is a dephosphorization method characterized by removing phosphates from the water to be treated by bringing the water into contact with the water. At human waste treatment plants and sewage treatment plants, when human waste and sewage are treated by biological treatment such as activated sludge treatment,
Before or after biological treatment, or by adding aluminum sulfate as a flocculant to the biological treatment tank, flocculation treatment may be performed to remove as much of the SS and COD components of wastewater as possible. In this case, all of the added aluminum salt cannot be precipitated as aluminum hydroxide unless the PH of the treated water is properly controlled, and some of it leaks into the primary treated water. It was discovered that such leaked aluminum compounds could not be removed by the biological treatment process, and that if this water was then subjected to normal crystallization treatment, the phosphorus removal rate would deteriorate. Furthermore, as seen in Example 1, which will be described later, we also found that the rate of fixation of phosphorus to the crystal seeds becomes poor, and when the crystal seeds are backwashed, the removed phosphorus crystals peel off from the crystal seeds. It was. If the material is peeled off, the advantage of not requiring sludge treatment in the crystallization process is lost, and the peeled material must be treated separately. It has also become clear that if aluminum compounds are present in the target water, it becomes difficult to lower the pH of the treated water after crystallization treatment, necessitating the use of a large amount of neutralizing agent. The crystallization treatment is carried out at a pH of 6 or higher, but the adverse effects of aluminum compounds become particularly noticeable at a pH of 9 or higher. Conventionally, there has been no knowledge that aluminum salts have these adverse effects in crystallization treatment, and this was revealed for the first time by the present inventors. Therefore, in the present invention, the aluminum compound is removed before the crystallization treatment to eliminate factors that adversely affect the crystallization treatment. Examples of methods for removing aluminum compounds include the following methods. (b) A method in which the pH is adjusted to 2.0 to 9.5, preferably 4.0 to 7.0, and the solubility of the aluminum compound is minimized to form a colloid, followed by filtration. (For filtration, gravity filtration or pressure filtration using sand or anthracite as material, or membrane separation using a porous membrane (e.g. membrane filter) can be used when the water to be treated is not a large amount.) Ion exchange Method of removing with resin. (Efficiency can be improved by adding an alkaline agent for crystallization to the water to be treated in advance to increase the pH and ionize the aluminum compound before contacting it with the resin. If a strongly acidic cation exchange resin is used, only aluminum can be ion-exchanged selectively. (Preferably.) In addition, various methods can be applied, such as a combination of methods A and B above. The water from which the aluminum compound has been removed in this way is passed through a packed bed consisting of crystal seeds and the like to undergo crystallization and dephosphorization treatment. The reaction that occurs when water containing phosphate is brought into contact with crystal seeds containing calcium phosphate in the presence of calcium ions varies depending on the reaction conditions, but is usually expressed by the following formula. 5Ca 2+ +7OH - +3H 2 PO 4 - →Ca 5 (OH) (PO 4 ) 3
+6H 2 O...(1) As can be seen from equation (1), in order to increase the removal rate of phosphate, it is necessary to advance the reaction to the right, and at the same time, in order to crystallize the produced calcium phosphate, It is necessary to keep the surface of the crystal seeds clean to maintain high activity. Therefore, in the present invention, water passing treatment is performed in the presence of calcium ions and under conditions of pH 6 or higher. In order for the reaction to proceed, it is desirable to have a large amount of calcium ions and hydroxide ions present in the reaction system, but if they are present in excess, fine precipitates such as calcium phosphate will occur in areas other than the crystal seeds, and the crystal seeds, etc. It may clog the packed bed consisting of water and reduce the water flow treatment efficiency. In equation (1), the calcium ion concentration and pH are such that the concentration of the produced calcium phosphate is higher than the solubility and lower than the supersolubility (the concentration at which crystals begin to precipitate when no crystal seeds exist in the reaction system).
In the region of , that is, the metastable region, the calcium phosphate produced precipitates on the surface of the crystal seeds and no fine precipitates are produced. However, calcium ions and/or
Alternatively, in an unstable region where the pH is high and the produced calcium phosphate exceeds supersolubility, calcium phosphate precipitates as fine precipitates. Therefore, the range of the metastable region varies depending on the concentration of phosphate ions contained in the raw water, and the lower the phosphate ion concentration, the wider it becomes. Therefore, when the phosphate ion concentration is high, increasing the calcium ion concentration and/or PH creates an unstable region and tends to generate precipitates, but when the phosphate ion concentration is low, the calcium ion concentration and/or pH increases. Even if the pH is increased, crystallization can occur in the metastable region, so the reaction rate can be increased without forming a precipitate. Calcium ions are made to exist in the raw water passed through the packed bed so that the reaction of formula (1) above proceeds. If calcium ions are absent or insufficient in the raw water, add a calcium agent from the outside. The pH of the reaction system is 6 or more, usually 6 to 12, and an alkali agent is added if necessary. In this way, the concentration of calcium ions present in the water to be treated and
Adjust the pH to be within the metastable range. The packed bed is filled with crystal seeds containing calcium phosphate such as hydroxyapatite, fluoroapatite, and tricharcoal phosphate, and these crystal seeds themselves may form the packed bed as granules, and It may also be filled in a state in which it is trapped in a suitable support layer as a powder. Furthermore, the method of contacting the raw water with the crystal seeds may be either a fixed bed method or a fluidized bed method. The dephosphorized water is neutralized by known means if necessary, and then discharged. According to the present invention, since the aluminum compound is removed before crystallization dephosphorization, problems such as a decrease in the phosphorus removal rate and a decrease in the fixation rate of phosphorus to crystal seeds do not occur.
Furthermore, the advantages of the crystallization dephosphorization method are fully utilized, and a high phosphorus removal effect can be reliably obtained. Example 1 In an acrylic column A with an inner diameter of 30 mm and a length of 500 mm,
Phosphate rock (particle size 0.5-1.0
mm) was filled with 130ml. Phosphorus concentration 1mg/, total alkalinity 100mg/, calcium ion concentration 45
mg/, sodium hydroxide solution was added to the synthetic water adjusted to have an aluminum ion concentration of 1 mg/, and the pH was 9.5 .
Water was passed in an upward flow for 40 hours. The phosphorus concentration of the treated water that has been dephosphorized in this way and
PH was measured. In addition, after water flowing for 40 hours, the packed bed of phosphate rock crystal seeds was washed, and the phosphorus weight in the backwash waste water was determined. Based on the relationship with the phosphorus weight removed in the packed bed during water flowing, the following formula was calculated. The crystallization fixation rate of phosphorus was determined. Crystallization fixation rate [%] = (1-
Weight of phosphorus in backwash wastewater/weight of phosphorus removed in the packed bed during water flow) × 100 To analyze the phosphorus concentration of backwash wastewater, add hydrochloric acid to the backwash wastewater to bring the pH to 1 or less, and then The solution was filtered. Separately, as a column (B), an experiment was conducted under the same conditions as column (A) except that aluminum ions were not added. Both results are shown in Table-1.
【表】
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
着率も低くなつている。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、実施例1と同
じ条件で実験を行つた。カラム(A)に対応する場合
をカラム(C)とし、カラム(B)に対応する場合をカラ
ム(D)として、結果を表−2に示した。[Table] When aluminum ions are included, the phosphorus concentration in the treated water is higher than when aluminum ions are not included, and the phosphorus crystallization fixation rate is also lower. The pH value also shows a high value. Example 2 An experiment was conducted under the same conditions as Example 1, except that the water flow time was 90 hours. The results are shown in Table 2, where the case corresponding to column (A) is designated as column (C), and the case corresponding to column (B) is designated as column (D).
【表】
実施例1と場合と同様の結果が得られた。
実施例 3
内径30mm、長さ500mmのアクリル製カラム(E)に
砂を充填した。リン濃度1mg/、総アルカリ度
100mg/、カルシウムイオン濃度45mg/、ア
ルミニウムイオン濃度1mg/に調整した合成水
に、PH9になるように水酸化ナトリウム水溶液を
添加したものを、SV2hr-1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
トリウム水溶液を添加し、これを、内径30mm、長
さ500mmのアクリル製カラム(F)に実施例1のカラ
ム(A)と同じリン鉱石を130ml充填した層に、
SV2hr-1で上向流で90時間通水した。
結果を表−3に示した。[Table] Results similar to those in Example 1 were obtained. Example 3 An acrylic column (E) with an inner diameter of 30 mm and a length of 500 mm was filled with sand. Phosphorus concentration 1 mg/, total alkalinity
Synthetic water adjusted to 100mg/, calcium ion concentration 45mg/, and aluminum ion concentration 1mg/ to which an aqueous sodium hydroxide solution was added so as to have a pH of 9, was passed through the column (E) in an upward flow at SV2hr -1. I watered it. Furthermore, a sodium hydroxide aqueous solution was added to this treated water to make the pH 9.5, and this was poured into an acrylic column (F) with an inner diameter of 30 mm and a length of 500 mm, containing the same phosphate rock as in the column (A) of Example 1. In a layer filled with 130ml of
Water was passed in an upward flow for 90 hours at SV2hr -1 . The results are shown in Table-3.
【表】
カラム(E)では、リンはほとんど除去されなかつ
たが、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つてリンを効果的に除去で
きることが確認された。[Table] Column (E) hardly removed phosphorus, but sufficiently removed aluminum ions.
Next, the treated water after removing aluminum ions is passed through the column.
It was confirmed that phosphorus could be effectively removed by passing water through (F).
Claims (1)
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以上であつて、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
で過することにより行う特許請求の範囲第1項
記載の方法。[Claims] 1. After removing aluminum compounds in advance from water to be treated containing phosphates and aluminum compounds, the water to be treated is treated with crystal seeds containing calcium phosphate at a pH of 6 or higher and in the presence of calcium ions. A dephosphorization method characterized by removing phosphates from water to be treated by bringing water into contact with the water. 2. The method according to claim 1, wherein the aluminum compound is removed using a cationic exchange resin. 3. The method according to claim 1, wherein the aluminum compound is removed by passing the aluminum compound under pH 2.0 to 9.5.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12216683A JPS6014989A (en) | 1983-07-05 | 1983-07-05 | Dephosphorization process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12216683A JPS6014989A (en) | 1983-07-05 | 1983-07-05 | Dephosphorization process |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6014989A JPS6014989A (en) | 1985-01-25 |
| JPH0315514B2 true JPH0315514B2 (en) | 1991-03-01 |
Family
ID=14829211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12216683A Granted JPS6014989A (en) | 1983-07-05 | 1983-07-05 | Dephosphorization process |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6014989A (en) |
-
1983
- 1983-07-05 JP JP12216683A patent/JPS6014989A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6014989A (en) | 1985-01-25 |
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