JP2002177966A

JP2002177966A - 脱リン剤と脱リン方法及び汚泥の脱水処理方法

Info

Publication number: JP2002177966A
Application number: JP2000376410A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Miyahara; 健一宮原; Tetsuro Fukase; 哲朗深瀬
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2000-12-11
Filing date: 2000-12-11
Publication date: 2002-06-25

Abstract

(57)【要約】【課題】排水の脱リン処理を経済的に行うことがで
き、かつ汚泥の脱水性改善に寄与する脱リン剤と脱リン
方法及び汚泥の脱水処理方法を提供すること。【解決手段】少なくとも水硬性セメントを含有する脱
リン剤１０と、この脱リン剤１０を排水処理系Ｓ₁，Ｓ₂
内の所定箇所に添加して、水硬性セメントの成分と汚泥
液中のリンを反応させてリン酸カルシウム塩を形成する
ことによって汚泥液からリンを除去するとともに、汚泥
脱水処理工程５ａ，５ｂにおいては、脱リン処理された
汚泥液を固液分離することにより得られた分離汚泥液
９，１５ａ，１７に対して所定の高分子凝集剤１３を添
加して水の分離を促す調質工程を設け、脱水ケーキＣの
含水率を確実に低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排水処理系におけ
る汚泥液の脱リン技術及び汚泥の脱水処理技術に関す
る。更に詳細には、水硬性セメント成分と汚泥液中に含
まれるリンを反応させる脱リン技術と、この脱リン技術
を利用して汚泥の脱水性を改善する汚泥の脱水処理方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、水域の富栄養化、更にはこの富栄
養化によるアオコの発生や赤潮の発生を防止するため
に、排水処理技術において排水中のリンを除去する要請
が高まっている。

【０００３】排水中のリン（主としてオルトリン酸、Ｐ
Ｏ₄-Ｐ）を除去する、いわゆる脱リン技術としては、ア
ルミニウム塩、鉄塩などの凝集剤を流入排水もしくは二
次処理水に添加し、リンを不溶性の塩として沈殿除去す
る「凝集沈殿法」や排水の生物処理を行なう曝気槽に凝
集剤を直接投入して汚泥とともに最終沈殿池でリンを同
時に除去する「同時凝集法」などがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
上記凝集沈殿法や同時凝集法では、凝集剤のコストや設
備費用などが嵩むという経済的な問題を抱えていた。

【０００５】また、排水処理系から発生する汚泥は、脱
水性が悪く、脱水処理後でも含水率が８０％以上あり、
その処理処分が大きな技術的課題となっていた。

【０００６】そこで、本発明は、排水の脱リン処理を経
済的に行うことができ、かつ汚泥の脱水性改善に寄与す
る脱リン剤と脱リン方法及び汚泥の脱水処理方法を、包
括的に提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、以下の手段を採用する。

【０００８】本発明は、水で練ったときに硬化性を示す
セメント、いわゆる水硬性セメントに含まれる成分とリ
ンの反応性を見出し、この両者の反応を、排水の流入か
ら最終的な汚泥処理に至るまでのすべての排水処理工程
を含む「排水処理系」に存在する汚泥液を対象としたリ
ン除去手段（脱リン手段）に適用し、かつ汚泥の脱水性
の改善にも寄与するように工夫した手段である。

【０００９】具体的に説明すると，まず、請求項１で
は、排水処理系における汚泥液に含まれるリンを除去す
るための添加剤として、少なくとも水硬性セメントを含
有する脱リン剤を採用し、請求項２では、排水処理系に
前記脱リン剤を添加し、この脱リン剤に含まれる水硬性
セメント由来の成分と汚泥液に含まれるリンを反応させ
ることにより、該汚泥液からリンを除去する脱リン方法
を採用する。

【００１０】本発明に係る上記脱リン剤には、水硬性セ
メントを用いる。この水硬性セメントには、例えば、普
通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、
超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメ
ント、耐硫酸塩ポルトランドセメントの他、水硬性石
灰、ローマセメント、天然セメント、アルミナセメント
等の単味セメント、石灰混合セメントや混合ポルトラン
ドセメント等の混合セメント等も広く採用できる。

【００１１】上記水硬性セメントには、水和反応速度が
異なるケイ酸カルシウム（ケイ酸三カルシウム、ケイ酸
ニカルシウム）、アルミン酸カルシウム（アルミン酸三
カルシウム）、鉄アルミン酸四カルシウム、硫酸カルシ
ウム、酸化カルシウム等の多数のカルシウム塩が成分と
して複合的に含まれている。

【００１２】そこで、排水処理系内の汚泥液に、本発明
に係る脱リン剤を、所定箇所において添加・投入した場
合には、水硬性セメント由来の前記カルシウム塩群から
多段階的にカルシウムイオン、鉄イオン、アルミニウム
イオン等が溶出し、汚泥液中のリン（オルトリン酸が主
体）と反応して、中性又は塩基条件下で難溶性のリン酸
カルシウム（Ｃａ₃（ＰＯ₄）₂）、リン酸鉄（Ｆｅ₂（Ｐ
Ｏ₄）₃、ＦｅＰＯ₄）、リン酸アルミニウム（ＡｌＰ
Ｏ₄）等を形成する。このため、汚泥液からリンを効率
良く、かつ長時間に渡り沈殿除去することができる。

【００１３】なお、この反応過程においては、水硬性セ
メント成分のケイ酸カルシウム等が種晶となって、その
表面にリン酸カルシウムが析出する晶析機構も寄与して
いることも考えられる。

【００１４】ここで、本願脱リン剤の添加対象又は脱リ
ン方法の使用対象となる汚泥液は、排水処理系内に存在
する生物汚泥を含む液、又は脱水処理前の汚泥である。

【００１５】具体的には、１）曝気槽からの「引き抜き
汚泥」液（ＳＳ（懸濁物質）濃度１，５００〜４，００
０ｍｇ/Ｌ程度）、２）最終沈殿池から引き抜かれる
「余剰汚泥」液（ＳＳ濃度４，０００〜１５，０００ｍ
ｇ/Ｌ程度）、３）曝気槽に返送される「返送汚泥」
液、４）汚泥濃縮工程から引き抜かれる「濃縮汚泥」液
（ＳＳ濃度６，０００〜３０，０００ｍｇ/Ｌ程度）、
５）汚泥脱水工程により得られる脱水脱離液（ＳＳ濃度
１００〜２００ｍｇ/Ｌ程度）、６）嫌気消化処理を採
用した場合における嫌気消化槽からの脱離液（上澄み
液）、７）嫌気消化槽で処理された汚泥液などをすべて
包含し、少なくともリン酸（主にオルトリン酸）とＳＳ
濃度５０ｍｇ/Ｌ以上の生物汚泥を含む汚泥液を処理対
象とすることができる。なお、本発明に係る脱リン剤の
添加後には、添加箇所近傍において、適宜の攪拌等の手
段により、本脱リン剤と汚泥液の接触度を高める必要が
ある。

【００１６】次に、請求項３では、本発明に係る上記脱
リン方法によって脱リン処理が施された汚泥液を、沈
殿、遠心分離、膜分離等の手段により固液分離すること
によって得られた分離汚泥液に対して、所定の高分子凝
集剤を添加して水の分離を促す調質工程を少なくとも含
むように工夫された汚泥の脱水処理方法を採用する。

【００１７】最終的な汚泥処理工程前に予め脱リン処理
を施された汚泥液からの分離汚泥液は、脱リン処理過程
における水硬性セメント成分の作用により、既に凝集性
が高められており、そこに更に高分子凝集剤を添加し、
水の分離を促して汚泥液を調質することによって、汚泥
液の脱水性を大きく改善する。

【００１８】これは、本発明に係る脱リン剤又は脱リン
方法が、単にリン除去手段として有効なだけでなく、汚
泥の脱水処理の前処理工程（凝集促進工程）としても有
効に機能することを意味している。

【００１９】従って、本請求項３に係る発明によれば，
既述した排水の生物処理系における難脱水性汚泥の発生
という技術的課題を解決できる。

【００２０】なお、本発明において用いることができる
高分子凝集剤としては、アニオン性高分子凝集剤、カチ
オン性高分子凝集剤、両性高分子凝集剤があり、特に両
性高分子凝集剤を用いるのが好適である。

【００２１】以上のように、本発明は、排水処理系の脱
リン処理技術の向上及び水域の富栄養化防止に加え、排
水処理系から発生する汚泥の脱水性を改善をして汚泥処
理を容易化する、という技術的意義を有している。

【００２２】

【発明の実施の形態】まず、本発明の好適な実施形態に
ついて、添付した図１、図２を参照しながら説明する。
図１は、有機性排水の浄化処理技術として一般的な活性
汚泥法を利用した排水処理系Ｓ₁の構成を簡略して表し
た図である。

【００２３】はじめに、図１に基づいて、活性汚泥法を
利用した排水処理系Ｓ₁の全体構成を簡潔に説明する
と、下水処理場、食品工場、畜舎などから排出される有
機物成分に富む排水Ｄは、図示しないスクリーン装置等
でごみ等などが除去された後に、一旦最初沈殿槽１に貯
水される。

【００２４】そして、図示しない攪拌装置や曝気（エア
レーション）装置６が設けられた曝気槽２内において、
排水Ｄに投入された活性汚泥に対して曝気装置６から送
り込まれるＡｉｒ（空気）を接触せしめて排水Ｄ中の有
機物を分解、ＢＯＤを低下させ、最終沈殿池３で汚泥と
処理水の固液分離を行い、最終沈殿池３の上方から溢流
する処理水Ｔを系外に放流するとともに、最終沈殿池３
に沈殿した汚泥液７を、配管を介して曝気槽２に返送す
る、という工程を備えている。

【００２５】最終沈殿池３から引き抜かれる余剰汚泥液
８は、汚泥濃縮槽（シックナー）８で沈殿濃縮（又は遠
心分離機による遠心濃縮など）される。分離水（上澄
水）１１は、曝気槽２に返送され、槽底部に沈降濃縮さ
れた分離汚泥液９は、真空脱水、遠心脱水、加圧脱水、
ロール脱水（ベルトプレスなど）などを利用した汚泥脱
水処理装置５ａに移送されて、物理的に脱水処理され
る。

【００２６】汚泥脱水処理装置５ａで分離発生する脱水
脱離液１２は、前記曝気槽２に返送され、一方の脱水ケ
ーキ（脱水汚泥）Ｃは、一般には、乾燥、焼却するか、
乾燥して肥料や土壌改良剤等として再利用される。

【００２７】ここで、排水処理系Ｓ₁に流入する排水Ｄ
中が、Ｐ／ＢＯＤ＞０．０１である場合は、排水処理系
Ｓ₁内の所定箇所で何らかの脱リン処理を施して、処理
水Ｔ中のリン濃度を減少させる必要が生じる。

【００２８】そこで、まず、本発明に係る脱リン剤１０
は、水硬性セメント成分とリンの反応によって、難溶解
性のカルシウム塩を生成して、排水Ｄ中からリンを除去
する。同時に、本脱リン剤１０は、水硬性セメントによ
って汚泥の凝集が促進されて、汚泥の脱水性改善にも寄
与する。

【００２９】脱リン剤１０は、普通ポルトランドセメン
トなどの水硬性セメント成分を少なくとも含んだ添加剤
であって、水硬性セメント成分のみから構成しても良い
し、種々の添加剤（凝集剤など）と複合的に用いてもよ
い。例えば、鉄塩やアルミニウム塩などの無機凝集剤、
Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅなどの塩を併用してもよい。脱
リン剤１０と無機凝集剤等を併用することによって、沈
殿物の圧縮強度を更に高めることができ、最終的な汚泥
の脱水性改善にも寄与する。

【００３０】水硬性セメントの添加量は、処理水中のリ
ンに対して、モル比でセメント乾燥重量として１倍以
上、望ましくは２〜２０倍が望ましい。１倍未満では、
セメント成分とリンの接触度が少なく効果的な脱リン作
用が発揮されず、２０倍を超えると、汚泥中の微生物活
性に悪影響を及ぼす可能性がある。

【００３１】また、処理水のｐＨは、７以上のアルカリ
性条件を具備していればよく、好適には、ｐＨ７〜９が
望ましい。従って、ｐＨ１０以上の強アルカリ性条件に
に調整する必要がないので、ハンドリングがしやすい。

【００３２】脱リン剤１０の上記排水処理系Ｓ₁におけ
る好適な添加場所は、曝気槽２への添加（図１の矢印１
０ａ参照）、曝気槽２から最終沈殿池３への移送配管へ
の添加（同図矢印１０ｂ参照）、最終沈殿池３への添加
（同図矢印１０ｃ参照）、余剰汚泥液（汚泥濃縮槽４）
への添加（同図矢印１０ｄ参照）、返送汚泥液７への添
加（同図矢印１０ｅ参照）、汚泥脱水処理装置５ａから
の脱離液１２への添加（同図矢印１０ｆ参照）等であ
る。

【００３３】なお、本脱リン剤１０を、脱リン機能に加
えて、汚泥の脱水性改善にも確実に寄与させるために
は、リンとセメント成分との反応時間を考慮すれば、少
なくとも最終沈殿池３等から引き抜かれた余剰汚泥液８
以前に添加することが望ましい。

【００３４】続いて、排水Ｄの有機物、ＢＯＤ、ＳＳ等
の濃度が高い場合には、嫌気性細菌群によって有機物の
分解を行なう、いわゆる「嫌気消化処理」が採用される
場合があり、特に下水の生汚泥や活性汚泥処理の余剰汚
泥液８などの有機物処理には実用的である。図２は、こ
の嫌気消化処理工程の構成を簡略に表した図である。

【００３５】この排水処理系（嫌気消化処理系）Ｓ₂内
においても、本発明に係る脱リン剤１０を用いることが
できる。

【００３６】具体的には、嫌気消化槽１４への添加、嫌
気消化槽１４からの引き抜き汚泥液１５ａを直接汚泥脱
水処理装置５に移送する移送配管への添加（図２の矢印
１０ｈ参照）、嫌気消化層１４からの引き抜き汚泥液１
５ｂが投入される汚泥濃縮槽４ｂへの添加（同図矢印１
０ｉ参照）、汚泥濃縮槽４ｂからの返送汚泥液１６又は
排水汚泥液１７への添加（同図矢印１０ｊ,１０ｋ参
照）等により実施できる。

【００３７】次に、本発明に係る脱リン剤１０が添加さ
れて脱リンが施されるとともに濃縮されて、汚泥脱水処
理装置５ａ、5ｂに移送されてきた分離汚泥液９、１５
ａ、１７に対して、それぞれ更に高分子凝集剤１３を添
加することにより（図１の矢印１３ａ、図２の矢印１３
ｂ、１３ｃ参照）、汚泥の脱水性を改善する、いわゆる
汚泥の「調質」を施すことができることを見出した。

【００３８】これは、脱リン剤１０と高分子凝集剤１３
との相乗的な作用によってもたらされる新規な効果であ
って、このような汚泥の調質処理を経て脱水された脱水
ケーキＣは、含水率が低く、処分が容易である。

【００３９】

【実施例】本願発明者らは、以下の実験を行った。＜実施例＞まず、本実施例では、リン濃度が１５ｍｇ/
Ｌの下水余剰汚泥液（ＳＳ濃度は、１２，０００ｍｇ/
Ｌ）に対して「普通ポルトランドセメント」を２７０ｍ
ｇ/Ｌ（リンに対してモル比で１８倍）を添加した。

【００４０】そして、沈殿濃縮（重力濃縮）した後に、
カチオンポリマー（栗田工業（株）製、クリフィックス
ＣＰ６０４）を全固形物重量（乾燥重量）に対して０．
５％添加し、ベルトプレス脱水機で脱水処理した。

【００４１】その結果、沈殿濃縮（重力濃縮）された濃
縮汚泥のＳＳ濃度は２７，０００ｍｇ/Ｌ、濃縮分離液
のリン濃度は、１．２ｍｇ/Ｌ、脱水処理による脱離液
のリン濃度は０．８ｍｇ/Ｌ、脱水ケーキの含水率は７
３％であった。

【００４２】＜比較例＞沈殿濃縮（重力濃縮）前に、セ
メント添加を行わなかった以外は、上記実施例と同様の
条件で、比較実験を行った。

【００４３】その結果、沈殿濃縮（重力濃縮）された濃
縮汚泥のＳＳ濃度は２５，０００ｍｇ/Ｌ、濃縮分離液
のリン濃度は、１４．５ｍｇ/Ｌ、脱水処理による脱離
液のリン濃度は１５ｍｇ/Ｌ、脱水ケーキの含水率は８
２％であった。上記実施例と比較例のデータを表１にま
とめた。

【００４４】

【表１】

【００４５】上記表１からも明らかなように、本発明に
係る脱リン剤１０を採用すれば、リン濃度を大幅に低減
することができるとともに、高分子凝集剤１３との相乗
的な作用により、汚泥の脱水性が改善されることが実証
された。

【００４６】

【発明の効果】本発明により奏される主な効果は、次の
通りである。

【００４７】（１）ケイ酸カルシウムやアルミン酸カル
シウムなどのカルシウム塩を含む水硬性セメントを含む
本発明に係る脱リン剤及びこの脱リン剤を用いた脱リン
方法は、弱アルカリ性条件下でも排水処理系内のリンと
効率良く反応して、リン酸カルシウム塩を形成するの
で、汚泥液中からリンを確実に除去することができる。

【００４８】（２）また、本発明に係る脱リン剤は、処
理水のｐＨを中性から弱アルカリ性条件で扱えるので、
ハンドリングがしやすい。

【００４９】（３）本発明に係る脱リン剤及びこの脱リ
ン剤を用いた脱リン方法によれば、汚泥の凝集性を高め
るという作用が効果的に発揮される。このため、後続の
汚泥脱水処理工程に脱水性が改善された（脱水が容易化
された）汚泥を供給できるので、脱水ケーキの含水率を
確実に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】有機性排水の浄化処理技術として一般的な活性
汚泥法を利用した排水処理系の構成を簡略して表したも
ので、本発明に係る脱リン剤の添加場所が示された図

【図２】嫌気消化処理工程の構成を簡略に表したもの
で、本発明に係る脱リン剤の添加場所が示された図

【符号の説明】

９、１５ａ、１７分離汚泥液１０（１０ａ〜１０ｊ）脱リン剤１３（１３ａ〜１３ｃ）高分子凝集剤Ｓ₁、Ｓ₂ 排水処理系

フロントページの続きＦターム(参考） 4D028 AA08 AC03 AC09 BD11 4D038 AA08 AB45 BB18 BB19 4D059 AA03 AA19 BE08 BE15 BE31 BE38 BE49 BE56 BF14 BK30 CA28 CC01 CC10 DA66

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排水処理系における汚泥液に含まれるリ
ンを除去するための添加剤であって、少なくとも水硬性
セメント成分を含有することを特徴とする脱リン剤。
【請求項２】排水処理系に請求項１記載の脱リン剤を
添加し、該脱リン剤に含まれる水硬性セメント成分と汚
泥液に含まれるリンを反応させることにより、該汚泥液
からリンを除去することを特徴とする脱リン方法。
【請求項３】請求項２記載の脱リン方法によって脱リ
ン処理された汚泥液を固液分離することにより得られた
分離汚泥を含む液に対して、高分子凝集剤を添加して水
の分離を促す調質工程を少なくとも含むことを特徴とす
る汚泥の脱水処理方法。