水処理システム及び水処理方法
【課題】スラグを含む燐除去濾材で被処理水に含まれる燐を除去するにおいて、燐の除去効率を高めた水処理装置及び水処理方法を提供する。
【解決手段】被処理水に含まれる燐を燐除去濾材に接触させて除去する水処理システムにおいて、被処理水と接触させる燐除去濾材がスラグを含んでおり、平均粒子径が０．１ｍｍ以下のスラグを用いた構成とする。この場合、前記平均粒子径のスラグを選択的に使用することで燐除去濾材が高い燐除去性能を発揮し、その結果、燐の排出基準値が引き下げられたとしても、それに対応することが可能である。
【解決手段】被処理水に含まれる燐を燐除去濾材に接触させて除去する水処理システムにおいて、被処理水と接触させる燐除去濾材がスラグを含んでおり、平均粒子径が０．１ｍｍ以下のスラグを用いた構成とする。この場合、前記平均粒子径のスラグを選択的に使用することで燐除去濾材が高い燐除去性能を発揮し、その結果、燐の排出基準値が引き下げられたとしても、それに対応することが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理システム及び水処理方法に関し、特に、被処理水に含まれる燐（リン）を燐除去濾材に接触させて除去する水処理システム及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば下水や廃水などの排出基準値は、排出汚濁防止法や条例によって定められている。排出基準は、環境保護のため厳しさが増す傾向にあり、富栄養化原因の一つである燐についても例外でない。海外に目を向けても燐の排出基準が強化される傾向にあり、例えば大韓民国では全リン（Ｔ−Ｐ）濃度で０．２ｍｇ／ｌまで引き下げられる予定である。
【０００３】
燐除去能力を発揮する濾材としては、例えば製鐵所等で副生されるスラグが知られている（例えば、特許文献１−４）。しかしながら、従来の方法では除去効率が十分でなく、厳しい排出基準値が設定された場合に実施できなくなる場合がある。
【０００４】
さらに、従来の方法は、スラグの燐除去活性を高めるために被処理水に継続的にアルカリ溶液を添加している。このような被処理水への薬液添加は、環境保護の観点からは省略することが望まれる。しかしながら、従来の燐除去濾材では、アルカリの添加無くしては十分に燐を除去することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６２０４４号公報
【特許文献２】特開２００６−３４１２２６号公報
【特許文献３】特開平９−２４２２１７号公報
【特許文献４】特開２００２−８６１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、スラグを含む燐除去濾材で被処理水に含まれる燐を除去するにおいて、燐の除去効率を高めた水処理装置及び水処理方法を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、被処理水への薬液添加を省略しても、安定して燐を除去することのできる水処理装置及び水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の水処理システムは、被処理水に含まれる燐を燐除去濾材に接触させて除去する水処理システムにおいて、被処理水と接触させる燐除去濾材がスラグを含んでおり、前記スラグの平均粒子径が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
なお、「被処理水に含まれる燐」は、水に溶解している燐（リン）の化合物を意味しており、燐除去濾材によって除去することによって全リン濃度（Ｔ−Ｐ）が下がるものが含まれる。
【００１０】
前記スラグは、高い燐除去活性を得るために、Ｆｅ２Ｏ３の含有率が１０質量％〜４０質量％の範囲内であることが好ましい。燐除去濾材は、燐の除去を続けていくと次第に活性が低下していく。そのため、水処理システムは、所定時間又は所定量の燐を除去した燐除去濾材の表面を洗浄するための酸性溶液を供給する手段と、酸洗浄後の燐除去濾材を活性化するためのアルカリ溶液を供給する手段と、を備えていることが好ましい。
【００１１】
被処理水を燐除去濾材に接触させるための装置構成としては、例えば、スラグを粘土質系バインダーと混合し、平均粒子径０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの粒状に造粒し、焼成した燐除去濾材を、被処理水が通水される濾過装置に充填した濾過塔方式とすることができる。或いは、平均粒子径０．３ｍｍ以下の粒状に造粒し、焼成した燐除去濾材を被処理水に添加して撹拌する撹拌槽と、燐が除去された被処理水から燐除去濾材を分離回収する固液分離装置と、分離した燐除去濾材を新たな被処理水に再添加する手段と、を備えた構成とすることもできる。
【００１２】
本発明の水処理方法は、スラグを含む燐除去濾材に被処理水を接触させて燐を除去する水処理方法において、前記スラグの平均粒子径が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
燐除去濾材は、燐の除去を続けていくと次第に活性が低下していく。そのため、所定時間又は所定量の燐を除去した燐除去濾材に酸性溶液を供給して表面を洗浄し、酸洗浄後の燐除去濾材をアルカリ溶液に浸漬させるか、又は熱処理して濾材活性化をすることが好ましい。
【００１４】
環境保護に貢献しつつ、燐を除去するために、燐除去濾材の燐除去活性を高めるためのアルカリ溶液を被処理水に継続添加せずに燐の除去を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被処理水に含まれる燐をスラグを含む燐除去濾材に接触させて除去するにおいて、平均粒子径０．１ｍｍ以下のスラグを用いたことにより、スラグが高い燐除去活性を発揮する。従って、排出基準値（例えば、全リン濃度で０．２ｍｇ／ｌ）に引き下げられたとしても、排出基準値を下回る濃度にまで燐を除去することが可能である。
【００１６】
さらに本発明によれば、高い燐除去活性を発揮する濾材を用いているので、従来方法のようにスラグの活性を高めるためのアルカリ溶液を被処理水に継続添加しなくとも、安定した燐除去を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に従う水処理システムの全体構成を示す。
【図２】スラグの平均粒子径と燐の除去効率の相関関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２実施形態に従う水処理システムの全体構成を示す。
【図４】本発明の効果を確認するために行った試験の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施形態に従う水処理システム及び水処理方法について、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、以下に説明する実施形態によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。
【００１９】
（第１実施形態）
第１実施形態に従う水処理システムについて、図１を参照しながら説明する。水処理システム１は、図１に示すように、被処理水の原水を貯留する原水槽２と、被処理水に含まれる固形分（特に、濁質）を除去する第１濾過装置３と、原水槽２にある被処理水を第１濾過装置３に供給する第１供給ポンプ３１と、第１濾過装置３で濾過された被処理水（一次処理水）を貯留する一次処理水槽３２と、被処理水に含まれる燐を除去する第２濾過装置４と、一次処理水槽３２にある被処理水を第２濾過装置４に供給する第２供給ポンプ３３と、第２濾過装置４で濾過された被処理水（二次処理水）を貯留する二次処理水槽４１を備えている。各装置は、例えば配管などの流路を介して連結されており、バルブＶ１−Ｖ１５の開閉によって通水流路の切り替えを行う構成である。
【００２０】
水処理システム１で処理する原水は、例えば本システム１よりも上流の処理工程において生物的処理が行われた下水や廃水などである。一般的に、生物的処理が行われた原水の全リン濃度は、３〜１０ｍｇ／ｌ又はそれ以上である。但し、原水の種類が限定されることはなく、燐を含むすべての水を処理対象とすることができ、さらに原水中の全リン濃度も制限されない。ただ、原水のｐＨは５．８〜８．６程度の中性領域であることが好ましい。
【００２１】
第１濾過装置３は、例えば上下に配管が接続された濾過塔３４の内部に濾過砂を充填した装置を用いることができる。濾過塔３４内には、例えば面内に多数の通水孔が形成された支持部材（例えば、目皿）３５の上に濾過砂利などを充填して支持層３６が形成され、この支持層３６の上に濾過砂を充填して濾過砂層３７が形成されている。原水槽２からの被処理水は、濾過塔３４の上部から供給され、濾過砂層３７及び支持層３６を通過して濾過塔３４の下部から排出される。他方、後述する逆洗を行う際には、被処理水の供給を中断し、洗浄水を濾過塔３４の下部から供給して上部から排出する。なお、濾過砂層３７の上にアンスラサイトを充填して、濾過砂層３７とアンスラサイト層の２層濾過方式とすることもできる。
【００２２】
第２濾過装置４は、例えば上下に配管が接続された濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）の内部に燐除去濾材を充填した装置を用いることができる。濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）内には、例えば面内に多数の通水孔が形成された支持部材（例えば、目皿）４３Ａ（４３Ｂ）の上に濾過砂利などを充填して支持層４４Ａ（４４Ｂ）が形成され、この支持層４４Ａ（４４Ｂ）の上に燐除去濾材を充填して燐除去濾材層４５Ａ（４５Ｂ）が形成されている。被処理水（一次処理水）は、濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）の上部から供給され、燐除去濾材層４５Ａ（４５Ｂ）及び支持層４４Ａ（４４Ｂ）を通過して濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）の下部から排出される。第２濾過装置４は、このように同一構成の２塔の濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）を並列配置した構成である。そして、バルブＶ１２−Ｖ１５の開閉によって通水する濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）を切り替えることができる。従って、連続運転を必要とする場合は、例えば予め決めた通水時間が経過する度に通水する濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）を切り替え、休止している濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）に対して後述する濾材の再活性化処理を行うように運転することができる。なお、必ずしも２塔方式にしなくともよく、１塔としてもよく、反対に３塔以上であってもよい。
【００２３】
燐除去濾材は、平均粒子径０．１ｍｍ以下、好ましくは平均粒子径が０．０４〜０．０８ｍｍの範囲内にあるスラグ（Ｓｌａｇ）を粘土質系のバインダーと混合し、例えば平均粒子径が０．１〜１．５ｍｍの範囲内となる粒状に造粒したものが好ましい。より好ましくは、造粒後に例えば６００〜９００℃で２時間程度焼成したものである。さらに好ましくは、スラグの平均粒子径が０．１ｍｍ以下であって、最大粒子径が０．１〜０．１２ｍｍである。粘土質系のバインダーは、例えばベントナイト，モンモリロナイトなどを用いることができる。スラグとバインダーの比率は、例えばスラグ：バインダー＝５０〜９０％：１０〜５０％とすることができる。また、燐除去濾材は、空塔速度（ＳＶ）が３〜１０ｈｒ−１となるように充填量を決めるのが好ましい。
【００２４】
ここで、平均粒子径０．１ｍｍ以下のスラグを用いた理由について説明する。背景技術の欄でも述べたように、従来においてもスラグを燐除去濾材とすることが検討されてきたが、厳しい排水基準が設定された場合の適用可能性が懸念されていた。本発明者らは、鋭意研究の結果、図２の試験結果から明らかなように、平均粒子径が０．１ｍｍ以下のものを選択的に用いることによって燐の除去効率が飛躍的に向上することを突き止め、その結果、全リン（Ｔ−Ｐ）濃度０．２ｍｇ／ｌ以下にまで燐を除去できる燐除去濾材の具現化に至ったのである。図２は、平均粒子径が異なるスラグを用いて、前述の方法で燐除去濾材を調製し、実際に被処理水を通水したときの燐除去率をそれぞれ示している。特許文献１−４などの従来技術は、平均粒子径が比較的大きいスラグを主体としており、特許文献１においては篩操作によって平均粒子径が０．１５ｍｍ以下のものを予め除外することまで行っていた。そのため、平均粒子径が０．１ｍｍ以下のものを選択的に使用することにより、燐の除去効率が飛躍的に向上することを想到し得なかったのである。
【００２５】
スラグを構成する各成分の比率は、以下に示す成分表の範囲内であることが好ましい。特に、Ｆｅ２Ｏ３を多く含んでいる方が燐の除去を良好に行うことができるので、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が１０〜４０質量％の範囲内であることが好ましい。このようなスラグとしては、鉄鋼スラグが好ましく、その中でも高炉スラグが好適である。但し、前述した理由により、例えば篩操作又は粉砕することによって、平均粒子径０．１ｍｍ以下のスラグを選択的に使用する。なお、成分表中の「その他」は不純物である。
【００２６】
【表１】
【００２７】
説明を図１に戻し、水処理システム１は、さらに燐除去濾材の再活性化を行う手段を備えている。再活性化の方法は、従来方法とは異なり、先ず酸性溶液による濾材表面の洗浄を行い、その後にアルカリ溶液を供給して濾材を活性化させる。そのための手段として、洗浄液である酸性溶液を貯留する酸性溶液槽５と、酸性溶液を第２濾過装置４に供給する酸性溶液ポンプ５１と、活性化溶液であるアルカリ溶液を貯留するアルカリ溶液槽５２と、アルカリ溶液を第２濾過装置４に供給するアルカリ溶液ポンプ５３を備えている。さらに、燐除去濾材を洗浄した後の酸性溶液を回収する洗浄液回収槽５４を備えている。
【００２８】
酸性溶液は、例えば０．０１〜１０質量％、好ましくは０．５〜２．０質量％の塩酸を用いることができる。その他、Ｈ２ＳＯ４，ＨＮＯ３などを用いることもできる。また、アルカリ溶液は、例えばＮａＯＨを用いることができる。なお、必ずしもアルカリ溶液による活性化を行わなくともよく、例えば酸洗浄後の濾材を濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）から取り出し、焼成することによって活性化するようにしてもよい。
【００２９】
再活性化は、燐除去濾材の活性が低下し過ぎないように、予め決めた時間で周期的に行うことが好ましい。時間による方法以外にも、所定量の燐を除去する度に再活性化を行うようにしてもよく、或いは、二次処理水の全リン濃度が予め決めた上限値に達する度に再活性化を行うようにしてもよい。
【００３０】
さらに水処理システム１は、固形分を捕捉して濾過抵抗が次第に増加する第１濾過装置３を洗浄（逆洗）するために、一次処理水を洗浄水として第１濾過装置３に供給する第１逆洗ポンプ３８、第１濾過装置３から排出される濁質を含んだ洗浄水を回収する逆洗排水槽３９を備えている。また、第２濾過装置４の通水抵抗が増加した場合に、二次処理水を洗浄水として第２濾過装置４に供給する第２逆洗ポンプ４６を備えており、第２濾過装置４から排出される洗浄水も逆洗排水槽３９で回収する。逆洗は、通水抵抗が増加し過ぎないように、予め決めた時間で周期的に行うことが好ましい。その他にも、圧力センサーで通水抵抗を測定し、通水抵抗が予め決めた上限値に達する度に逆洗を行うようにしてもよい。
【００３１】
各装置を連結する流路（例えば、配管）の途中に配置されているバルブＶ１−Ｖ１５は、各工程における通水経路を切り替えるために、手動又は自動で開閉制御される。バルブＶ１−Ｖ４は、第１濾過装置３に被処理水を通水して濾過するプロセス工程と、第１濾過装置３を逆洗する洗浄工程との切り替えを行う。バルブＶ５−Ｖ１１は、第２濾過装置４に一次処理水を通水して濾過するプロセス工程と、濾材を再活性化する工程と、第２濾過装置４を逆洗する洗浄工程の切り替えを行う。バルブＶ１２−Ｖ１５は、濾過塔４２Ａと濾過塔４２Ｂとの通水の切り替えを行う。
【００３２】
本実施形態の水処理システム１は、環境保護の観点から被処理水への薬液添加は原則として行わない。しかし、原水のｐＨが放流基準値を外れる場合には、第２濾過装置４の手前で酸性溶液又はアルカリ溶液を添加して中和するようにする。ｐＨの調整範囲は、例えば５．８〜８．６の中性領域とする。そのための手段として、被処理水を中和するための酸性溶液及び／又はアルカリ溶液を貯留する中和液槽６と、中和液槽６にある中和液を被処理水に添加する中和ポンプ６１を備えている。そして、配管の途中、又は二次処理水槽４１から被処理水をサンプリングしてｐＨを測定し、ｐＨの測定結果に基づいて中和液を添加する。なお、作図の便宜上、一組みの中和液槽６と中和ポンプ６１を記載しているが、酸性溶液とアルカリ溶液の両方を用いてｐＨ調整をする場合には、それぞれ別個の槽とポンプを備えるようにする。
【００３３】
続いて、上述の水処理システム１で燐を除去する処理方法について説明する。
先ず、燐を除去するプロセス工程においては、原水槽２にある被処理水を第１供給ポンプ３１によって第１濾過装置３に供給し、固形分（所謂、ＳＳ分）を濾過分離して一次処理水槽３２に貯留する。さらに、一次処理水槽３２にある被処理水を第２供給ポンプ３３によって第２濾過装置４に送液するが、被処理水のｐＨによっては中和ポンプ６１を稼働させてｐＨ調整を行う。
【００３４】
第２濾過装置４に供給された被処理水は、燐除去濾材層４５Ａ（４５Ｂ）を通過する際に燐が濾過分離され、二次処理水槽４１に貯留される。二次処理水槽４１にある被処理水は、ポンプ（不図示）などによって下流の工程に送液されるか、或いは放流される。なお、燐の除去のメカニズムを簡単に説明しておくと、被処理水中の燐成分とスラグ表面とが接触したときに燐成分とスラグ表面とが反応して、燐成分が化学的にスラグ表面に捕捉される。このように化学的に濾過分離が行われるため、燐の除去を続けていくとスラグ表面が燐の反応物で覆われていき、有効表面積の減少に伴い活性が低下することになる。物理的な洗浄で取り除くことは難しい。従って、周期的に以下の再活性化を行う。
【００３５】
再活性化は、被処理水の供給を中断して行う。従って第２濾過装置４を２塔方式とし、一方の濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）で被処理水を処理しつつ、他方の濾過塔４２Ｂ（４２Ａ）に対して再活性化を行うようにし、プロセス工程を中断しないことが好ましい。再活性化は、先ず、洗浄液である酸性溶液を酸性溶液ポンプ５１によって濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）に供給し、濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）から排出される洗浄液を洗浄液回収槽５４で回収する。酸性溶液は、濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）内のｐＨが１以下となる濃度及び流量で供給することが好ましい。また、酸性溶液による洗浄時間は、例えば１０〜３０分とすることができる。
【００３６】
このように、先ず酸性溶液で洗浄することによって、スラグ表面にある燐の反応物を除去することができ、スラグの有効表面が現れることによって活性が回復する。有効表面積が回復すればそのまま再使用することも可能ではあるが、より確実な再活性化のために、燐除去濾材をアルカリ溶液に浸漬させる処理を行う。アルカリ溶液は、酸性溶液の供給を停止した後、アルカリ溶液ポンプ５３によって供給する。そして、例えばｐＨ１１〜１４の液中に燐除去濾材が浸漬する状態を形成し、この状態を例えば１２時間以上維持することによって活性化させる。
【００３７】
アルカリ溶液による活性化は長時間を要する場合がある。そのため、アルカリ溶液による活性化に代えて、焼成による活性化を行うようにしてもよい。この場合、濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）から燐除去濾材を取り出し、例えば６００〜９００℃で２時間程度焼成する。
【００３８】
なお酸性溶液による洗浄は、スラグ表面にある燐の反応物を除去でき、また、洗浄排水に含まれる燐を抽出すれば、捕捉した燐を有効活用できる特長がある。その反面、酸洗浄することによってスラグの粒子径が次第に小さくなっていくことが懸念される。よって、酸洗浄の回数が多数回に及んだ場合は、燐除去濾材を交換することが好ましい。使用後の燐除去濾材は、土壌改良剤、農業用肥料などとして再利用することができる。
【００３９】
また、第１濾過装置３の通水抵抗が上昇した場合、第１供給ポンプ３１を停止し、バルブＶ１−Ｖ４の開閉によってプロセス工程から洗浄工程へラインの切り替えを行う。そして第１逆洗ポンプ３８によって洗浄水を濾過塔３４の下部から供給し、濾過砂を洗浄する。濾過塔３４の上部から排出される洗浄排水は、逆洗排水槽３９に回収される。第２濾過装置４の通水抵抗が上昇した場合にも、同様にして逆洗を行う。
【００４０】
上述の実施形態によれば、平均粒子径０．１ｍｍ以下のスラグを粘土質系のバインダーと混合し、粒状に造粒した燐除去濾材を用いたことにより、スラグが高い燐除去活性を発揮する。その活性は、排出基準値（例えば、全リン濃度で０．２ｍｇ／ｌ）に引き下げられたとしても、排出基準値を下回る濃度にまで燐を除去できるほどに高活性である。
【００４１】
さらに上述の実施形態によれば、高い燐除去活性を発揮する燐除去濾材を用いたことにより、従来方法のように燐除去濾材の活性を高めるためのアルカリ溶液を被処理水に継続添加しなくともよく、環境保護に貢献しつつ安定した燐除去を行うことが可能である。
【００４２】
さらに上述の実施形態によれば、燐除去濾材の再活性化において、先ず酸性溶液による洗浄を行うようにしたことにより、スラグ表面にある燐の反応物を除去することができ、スラグの有効表面を出現させることによって活性を回復させることができる。さらに、酸洗浄の洗浄排水に含まれる燐を抽出すれば、捕捉した燐を有効活用することも可能となる。
【００４３】
（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に従う水処理システムについて、図３を参照しながら説明する。上述の第１実施形態は、被処理水が通水される濾過塔方式の装置構成であったが、本実施形態に従う水処理システムは、被処理水に燐除去濾材を添加して撹拌する撹拌槽方式の装置構成である。
【００４４】
水処理システム１００は、一端側に被処理水の供給口７１、他端側に排出口７２を有する撹拌槽７を備えている。撹拌槽７は、仕切壁７３によって複数の領域に区画されており、一端側から順に、濾材添加領域を兼ねた第１撹拌領域７４、第２撹拌領域７５、濾材回収領域７６を形成している。原水槽２にある被処理水は、供給ポンプ３１によって供給口７１に連続的に供給され、各領域（７４→７５→７６）を通過して排出口７２から排出される。なお、必ずしも仕切壁７３によって各領域７４〜７６を形成しなくともよく、各領域７４〜７６をそれぞれ独立した槽で形成するようにしてもよい。
【００４５】
濾材添加領域を兼ねた第１撹拌領域７４は、燐除去濾材を被処理水に添加する領域であると共に、燐除去濾材が添加された被処理水を撹拌する領域であり、例えば、駆動モータによって回転される撹拌羽根を備えた撹拌装置７４ａが配置されている。第２撹拌領域７５も、燐除去濾材が添加された被処理水を撹拌する領域であり、例えば、駆動モータによって回転される撹拌羽根を備えた撹拌装置７５ａが配置されている。第１及び第２撹拌領域７４，７５が、実質的に燐の除去を行う領域であり、この領域内で燐除去濾材を均一に分散させることによって、燐成分とスラグ表面の反応を促進させる。従って、第１及び第２撹拌領域７４，７５の容積や被処理水の供給流量などは、燐が所定の目標値以下まで分解できる滞留時間となるように設計されている。供給流量は、流量計３１ａの検出結果に基づいて調節する。なお、燐が所定の目標値以下まで分解できるのであれば第１撹拌領域７５のみとしてもよく、反対に撹拌領域の数を増やすようにしてもよい。
【００４６】
濾材回収領域７６は、被処理水から燐除去濾材を分離するための領域である。図３には、一例として被処理水と濾材の比重差を利用して固液分離する沈降分離槽を示している。沈降分離槽の底部には、燐除去濾材を含むスラリー液を底部から抜き出すための濾材回収ポンプ８が接続されている。一方、沈降分離槽の上部側に排出口７２が接続されており、燐除去濾材を含まない清澄水がオーバーフローして排出される。但し、濾材回収領域７６は、被処理水から燐除去濾材を分離回収できればよく、他の固液分離装置に置き換えることも可能である。他の固液分離装置としては、例えばデカンタなどの遠心分離装置や濾過装置などが一例として挙げられる。
【００４７】
濾材回収ポンプ８は、配管などの流路を介してサイクロン８１と接続されており、燐除去濾材を含むスラリー液をサイクロン８１に供給する。濾材回収ポンプ８は、濾材回収領域７６の液面を制御するために、例えば液面計７６ａの検出結果に基づいてＯＮ−ＯＦＦ制御する。サイクロン８１は、スラリー液から燐除去濾材を分離して回収槽８２に供給すると共に、分離水を配管などの流路を介して濾材添加領域を兼ねた第１撹拌領域７４に戻す。回収槽８２内の燐除去濾材は、再び濾材添加領域を兼ねた第１撹拌領域７４に添加され、これにより燐除去濾材を循環使用する。なお、バルブ８ａは、第１撹拌領域７４及び第２撹拌領域７５の底部に濾材が堆積した場合に開閉して、濾材回収ポンプ８の液流を利用して堆積している濾材を舞上げるのに使用する。
【００４８】
但し、燐を除去することで次第に燐除去濾材の活性が低下するので、回収槽８２内にある燐除去濾材の一部を周期的又は連続的に抜き出して再活性化の処理を行う。再活性化は、既述したように、先ず燐除去濾材を酸性溶液で洗浄し、次にアルカリ溶液に浸漬させるか、或いは焼成を行う。再活性化された燐除去濾材は、例えばホッパーなどの濾材添加装置８３によって濾材添加領域を兼ねた第１撹拌領域７４に添加する。燐除去濾材の新規補充もこの濾材添加装置８３によって行う。濾材添加装置８３は、例えば水分を除去するドライエアーユニット８４を介して供給するコンプレッサーエアー（圧縮エアー）を駆動力として濾材を供給する構成である。
【００４９】
本実施形態で使用する燐除去濾材は、例えば造粒後の平均粒子径が０．１〜０．３ｍｍの範囲内となる粒状のものを用いるのが好ましい。但し、これに限定はされず、第１実施形態と同様のものを使用してもよく、造粒をしないで平均粒子径０．１ｍｍ以下のスラグをそのまま使用してもよい。平均粒子径０．１ｍｍ以下のスラグをそのまま使用する場合も、焼成した方が燐の除去効率が安定する。
【００５０】
このような実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、濾過塔方式との比較において、本実施形態には、接触面積の増加により、反応速度と反応効率を向上するという利点がある。
【実施例】
【００５１】
（実施例１）
続いて、本発明の効果を確認するために行った実施例１について説明する。本例は、第１実施形態の濾過塔方式に対応するものであり、濾過カラム（φ７５ｍｍ，高さ１０００ｍｍ）に燐除去濾材を充填し、原水を通水して燐を除去した実施例１である。より詳しくは、層厚が７００ｍｍとなるように濾過カラム内に燐除去濾材を充填し、全リン濃度が１０ｍｇ／ｌの原水を、ＳＶ＝１０ｈｒ−１となるように通水した。
【００５２】
実施例１の結果を表２に示す。表２の結果から明らかなように、９５％以上という高い除去率が達成され、目標値（０．２ｍｇ／ｌ）以下まで燐を除去できることが確認できた。
【表２】
【００５３】
（実施例２）
本例は、パイロットプラントを用いたスケールアップ試験である。より詳しくは、濾過塔（φ８５０ｍｍ，高さ２５００ｍｍ）内に、層厚が８００ｍｍとなるように燐除去濾材を充填し、全リン濃度が３ｍｇ／ｌの被処理水を、ＳＶ＝５ｈｒ−１となるように通水した。
【００５４】
実施例２の結果を表３に示す。表３の結果から明らかなように、９７％以上という高い除去率が達成され、目標値（０．２ｍｇ／ｌ）以下まで燐を除去できることが確認できた。
【表３】
【００５５】
（実施例３）
本例は、第２実施形態の撹拌槽方式に対応するものであり、サイズがL1580mm×D1440mm×H3080mmの撹拌槽７を用い、経時的に燐の濃度を測定し、除去率を算出した。試験１−３は、原水に対する濾材の割合を約０．７質量％に設定した。試験４−５は、原水に対する濾材の割合を約０．３質量％に設定した。その他の詳しい試験条件及び試験結果については、図４に示す。
【００５６】
図４の試験結果から明らかな通り、いずれの試験においても９０％を超える除去率を達成しており、目標値（０．２ｍｇ／ｌ）以下にまで燐を除去することができた。今回の試験では、原水の燐濃度を約３ｍｇ／ｌに設定しているが、それ以上又はそれ以下の濃度の原水にも通水速度、ろ材の添加量又は攪拌槽内でのろ材と原水の接触時間を調整することにより対応することが可能である。また、試験４−５の結果に基づけば、原水に対する濾材の割合を約０．３質量％にしても高い除去率を達成できており、濾材の使用量を節約できる利点も確認できた。
【００５７】
以上、本発明を具体的な実施形態に則して詳細に説明したが、形式や細部についての種々の置換、変形、変更等が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態及び添付図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【符号の説明】
【００５８】
１ 水処理システム
２ 原水槽
３ 第１濾過装置
４ 第２濾過装置
４２Ａ，４２Ｂ 濾過塔
４５Ａ，４５Ｂ 燐除去濾材層
５ 酸性溶液（洗浄液）槽
５１ 酸性溶液ポンプ
５２ アルカリ溶液（再活性化溶液）槽
５３ アルカリ溶液ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理システム及び水処理方法に関し、特に、被処理水に含まれる燐（リン）を燐除去濾材に接触させて除去する水処理システム及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば下水や廃水などの排出基準値は、排出汚濁防止法や条例によって定められている。排出基準は、環境保護のため厳しさが増す傾向にあり、富栄養化原因の一つである燐についても例外でない。海外に目を向けても燐の排出基準が強化される傾向にあり、例えば大韓民国では全リン（Ｔ−Ｐ）濃度で０．２ｍｇ／ｌまで引き下げられる予定である。
【０００３】
燐除去能力を発揮する濾材としては、例えば製鐵所等で副生されるスラグが知られている（例えば、特許文献１−４）。しかしながら、従来の方法では除去効率が十分でなく、厳しい排出基準値が設定された場合に実施できなくなる場合がある。
【０００４】
さらに、従来の方法は、スラグの燐除去活性を高めるために被処理水に継続的にアルカリ溶液を添加している。このような被処理水への薬液添加は、環境保護の観点からは省略することが望まれる。しかしながら、従来の燐除去濾材では、アルカリの添加無くしては十分に燐を除去することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６２０４４号公報
【特許文献２】特開２００６−３４１２２６号公報
【特許文献３】特開平９−２４２２１７号公報
【特許文献４】特開２００２−８６１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、スラグを含む燐除去濾材で被処理水に含まれる燐を除去するにおいて、燐の除去効率を高めた水処理装置及び水処理方法を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、被処理水への薬液添加を省略しても、安定して燐を除去することのできる水処理装置及び水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の水処理システムは、被処理水に含まれる燐を燐除去濾材に接触させて除去する水処理システムにおいて、被処理水と接触させる燐除去濾材がスラグを含んでおり、前記スラグの平均粒子径が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
なお、「被処理水に含まれる燐」は、水に溶解している燐（リン）の化合物を意味しており、燐除去濾材によって除去することによって全リン濃度（Ｔ−Ｐ）が下がるものが含まれる。
【００１０】
前記スラグは、高い燐除去活性を得るために、Ｆｅ２Ｏ３の含有率が１０質量％〜４０質量％の範囲内であることが好ましい。燐除去濾材は、燐の除去を続けていくと次第に活性が低下していく。そのため、水処理システムは、所定時間又は所定量の燐を除去した燐除去濾材の表面を洗浄するための酸性溶液を供給する手段と、酸洗浄後の燐除去濾材を活性化するためのアルカリ溶液を供給する手段と、を備えていることが好ましい。
【００１１】
被処理水を燐除去濾材に接触させるための装置構成としては、例えば、スラグを粘土質系バインダーと混合し、平均粒子径０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの粒状に造粒し、焼成した燐除去濾材を、被処理水が通水される濾過装置に充填した濾過塔方式とすることができる。或いは、平均粒子径０．３ｍｍ以下の粒状に造粒し、焼成した燐除去濾材を被処理水に添加して撹拌する撹拌槽と、燐が除去された被処理水から燐除去濾材を分離回収する固液分離装置と、分離した燐除去濾材を新たな被処理水に再添加する手段と、を備えた構成とすることもできる。
【００１２】
本発明の水処理方法は、スラグを含む燐除去濾材に被処理水を接触させて燐を除去する水処理方法において、前記スラグの平均粒子径が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
燐除去濾材は、燐の除去を続けていくと次第に活性が低下していく。そのため、所定時間又は所定量の燐を除去した燐除去濾材に酸性溶液を供給して表面を洗浄し、酸洗浄後の燐除去濾材をアルカリ溶液に浸漬させるか、又は熱処理して濾材活性化をすることが好ましい。
【００１４】
環境保護に貢献しつつ、燐を除去するために、燐除去濾材の燐除去活性を高めるためのアルカリ溶液を被処理水に継続添加せずに燐の除去を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被処理水に含まれる燐をスラグを含む燐除去濾材に接触させて除去するにおいて、平均粒子径０．１ｍｍ以下のスラグを用いたことにより、スラグが高い燐除去活性を発揮する。従って、排出基準値（例えば、全リン濃度で０．２ｍｇ／ｌ）に引き下げられたとしても、排出基準値を下回る濃度にまで燐を除去することが可能である。
【００１６】
さらに本発明によれば、高い燐除去活性を発揮する濾材を用いているので、従来方法のようにスラグの活性を高めるためのアルカリ溶液を被処理水に継続添加しなくとも、安定した燐除去を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に従う水処理システムの全体構成を示す。
【図２】スラグの平均粒子径と燐の除去効率の相関関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２実施形態に従う水処理システムの全体構成を示す。
【図４】本発明の効果を確認するために行った試験の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施形態に従う水処理システム及び水処理方法について、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、以下に説明する実施形態によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。
【００１９】
（第１実施形態）
第１実施形態に従う水処理システムについて、図１を参照しながら説明する。水処理システム１は、図１に示すように、被処理水の原水を貯留する原水槽２と、被処理水に含まれる固形分（特に、濁質）を除去する第１濾過装置３と、原水槽２にある被処理水を第１濾過装置３に供給する第１供給ポンプ３１と、第１濾過装置３で濾過された被処理水（一次処理水）を貯留する一次処理水槽３２と、被処理水に含まれる燐を除去する第２濾過装置４と、一次処理水槽３２にある被処理水を第２濾過装置４に供給する第２供給ポンプ３３と、第２濾過装置４で濾過された被処理水（二次処理水）を貯留する二次処理水槽４１を備えている。各装置は、例えば配管などの流路を介して連結されており、バルブＶ１−Ｖ１５の開閉によって通水流路の切り替えを行う構成である。
【００２０】
水処理システム１で処理する原水は、例えば本システム１よりも上流の処理工程において生物的処理が行われた下水や廃水などである。一般的に、生物的処理が行われた原水の全リン濃度は、３〜１０ｍｇ／ｌ又はそれ以上である。但し、原水の種類が限定されることはなく、燐を含むすべての水を処理対象とすることができ、さらに原水中の全リン濃度も制限されない。ただ、原水のｐＨは５．８〜８．６程度の中性領域であることが好ましい。
【００２１】
第１濾過装置３は、例えば上下に配管が接続された濾過塔３４の内部に濾過砂を充填した装置を用いることができる。濾過塔３４内には、例えば面内に多数の通水孔が形成された支持部材（例えば、目皿）３５の上に濾過砂利などを充填して支持層３６が形成され、この支持層３６の上に濾過砂を充填して濾過砂層３７が形成されている。原水槽２からの被処理水は、濾過塔３４の上部から供給され、濾過砂層３７及び支持層３６を通過して濾過塔３４の下部から排出される。他方、後述する逆洗を行う際には、被処理水の供給を中断し、洗浄水を濾過塔３４の下部から供給して上部から排出する。なお、濾過砂層３７の上にアンスラサイトを充填して、濾過砂層３７とアンスラサイト層の２層濾過方式とすることもできる。
【００２２】
第２濾過装置４は、例えば上下に配管が接続された濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）の内部に燐除去濾材を充填した装置を用いることができる。濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）内には、例えば面内に多数の通水孔が形成された支持部材（例えば、目皿）４３Ａ（４３Ｂ）の上に濾過砂利などを充填して支持層４４Ａ（４４Ｂ）が形成され、この支持層４４Ａ（４４Ｂ）の上に燐除去濾材を充填して燐除去濾材層４５Ａ（４５Ｂ）が形成されている。被処理水（一次処理水）は、濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）の上部から供給され、燐除去濾材層４５Ａ（４５Ｂ）及び支持層４４Ａ（４４Ｂ）を通過して濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）の下部から排出される。第２濾過装置４は、このように同一構成の２塔の濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）を並列配置した構成である。そして、バルブＶ１２−Ｖ１５の開閉によって通水する濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）を切り替えることができる。従って、連続運転を必要とする場合は、例えば予め決めた通水時間が経過する度に通水する濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）を切り替え、休止している濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）に対して後述する濾材の再活性化処理を行うように運転することができる。なお、必ずしも２塔方式にしなくともよく、１塔としてもよく、反対に３塔以上であってもよい。
【００２３】
燐除去濾材は、平均粒子径０．１ｍｍ以下、好ましくは平均粒子径が０．０４〜０．０８ｍｍの範囲内にあるスラグ（Ｓｌａｇ）を粘土質系のバインダーと混合し、例えば平均粒子径が０．１〜１．５ｍｍの範囲内となる粒状に造粒したものが好ましい。より好ましくは、造粒後に例えば６００〜９００℃で２時間程度焼成したものである。さらに好ましくは、スラグの平均粒子径が０．１ｍｍ以下であって、最大粒子径が０．１〜０．１２ｍｍである。粘土質系のバインダーは、例えばベントナイト，モンモリロナイトなどを用いることができる。スラグとバインダーの比率は、例えばスラグ：バインダー＝５０〜９０％：１０〜５０％とすることができる。また、燐除去濾材は、空塔速度（ＳＶ）が３〜１０ｈｒ−１となるように充填量を決めるのが好ましい。
【００２４】
ここで、平均粒子径０．１ｍｍ以下のスラグを用いた理由について説明する。背景技術の欄でも述べたように、従来においてもスラグを燐除去濾材とすることが検討されてきたが、厳しい排水基準が設定された場合の適用可能性が懸念されていた。本発明者らは、鋭意研究の結果、図２の試験結果から明らかなように、平均粒子径が０．１ｍｍ以下のものを選択的に用いることによって燐の除去効率が飛躍的に向上することを突き止め、その結果、全リン（Ｔ−Ｐ）濃度０．２ｍｇ／ｌ以下にまで燐を除去できる燐除去濾材の具現化に至ったのである。図２は、平均粒子径が異なるスラグを用いて、前述の方法で燐除去濾材を調製し、実際に被処理水を通水したときの燐除去率をそれぞれ示している。特許文献１−４などの従来技術は、平均粒子径が比較的大きいスラグを主体としており、特許文献１においては篩操作によって平均粒子径が０．１５ｍｍ以下のものを予め除外することまで行っていた。そのため、平均粒子径が０．１ｍｍ以下のものを選択的に使用することにより、燐の除去効率が飛躍的に向上することを想到し得なかったのである。
【００２５】
スラグを構成する各成分の比率は、以下に示す成分表の範囲内であることが好ましい。特に、Ｆｅ２Ｏ３を多く含んでいる方が燐の除去を良好に行うことができるので、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が１０〜４０質量％の範囲内であることが好ましい。このようなスラグとしては、鉄鋼スラグが好ましく、その中でも高炉スラグが好適である。但し、前述した理由により、例えば篩操作又は粉砕することによって、平均粒子径０．１ｍｍ以下のスラグを選択的に使用する。なお、成分表中の「その他」は不純物である。
【００２６】
【表１】
【００２７】
説明を図１に戻し、水処理システム１は、さらに燐除去濾材の再活性化を行う手段を備えている。再活性化の方法は、従来方法とは異なり、先ず酸性溶液による濾材表面の洗浄を行い、その後にアルカリ溶液を供給して濾材を活性化させる。そのための手段として、洗浄液である酸性溶液を貯留する酸性溶液槽５と、酸性溶液を第２濾過装置４に供給する酸性溶液ポンプ５１と、活性化溶液であるアルカリ溶液を貯留するアルカリ溶液槽５２と、アルカリ溶液を第２濾過装置４に供給するアルカリ溶液ポンプ５３を備えている。さらに、燐除去濾材を洗浄した後の酸性溶液を回収する洗浄液回収槽５４を備えている。
【００２８】
酸性溶液は、例えば０．０１〜１０質量％、好ましくは０．５〜２．０質量％の塩酸を用いることができる。その他、Ｈ２ＳＯ４，ＨＮＯ３などを用いることもできる。また、アルカリ溶液は、例えばＮａＯＨを用いることができる。なお、必ずしもアルカリ溶液による活性化を行わなくともよく、例えば酸洗浄後の濾材を濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）から取り出し、焼成することによって活性化するようにしてもよい。
【００２９】
再活性化は、燐除去濾材の活性が低下し過ぎないように、予め決めた時間で周期的に行うことが好ましい。時間による方法以外にも、所定量の燐を除去する度に再活性化を行うようにしてもよく、或いは、二次処理水の全リン濃度が予め決めた上限値に達する度に再活性化を行うようにしてもよい。
【００３０】
さらに水処理システム１は、固形分を捕捉して濾過抵抗が次第に増加する第１濾過装置３を洗浄（逆洗）するために、一次処理水を洗浄水として第１濾過装置３に供給する第１逆洗ポンプ３８、第１濾過装置３から排出される濁質を含んだ洗浄水を回収する逆洗排水槽３９を備えている。また、第２濾過装置４の通水抵抗が増加した場合に、二次処理水を洗浄水として第２濾過装置４に供給する第２逆洗ポンプ４６を備えており、第２濾過装置４から排出される洗浄水も逆洗排水槽３９で回収する。逆洗は、通水抵抗が増加し過ぎないように、予め決めた時間で周期的に行うことが好ましい。その他にも、圧力センサーで通水抵抗を測定し、通水抵抗が予め決めた上限値に達する度に逆洗を行うようにしてもよい。
【００３１】
各装置を連結する流路（例えば、配管）の途中に配置されているバルブＶ１−Ｖ１５は、各工程における通水経路を切り替えるために、手動又は自動で開閉制御される。バルブＶ１−Ｖ４は、第１濾過装置３に被処理水を通水して濾過するプロセス工程と、第１濾過装置３を逆洗する洗浄工程との切り替えを行う。バルブＶ５−Ｖ１１は、第２濾過装置４に一次処理水を通水して濾過するプロセス工程と、濾材を再活性化する工程と、第２濾過装置４を逆洗する洗浄工程の切り替えを行う。バルブＶ１２−Ｖ１５は、濾過塔４２Ａと濾過塔４２Ｂとの通水の切り替えを行う。
【００３２】
本実施形態の水処理システム１は、環境保護の観点から被処理水への薬液添加は原則として行わない。しかし、原水のｐＨが放流基準値を外れる場合には、第２濾過装置４の手前で酸性溶液又はアルカリ溶液を添加して中和するようにする。ｐＨの調整範囲は、例えば５．８〜８．６の中性領域とする。そのための手段として、被処理水を中和するための酸性溶液及び／又はアルカリ溶液を貯留する中和液槽６と、中和液槽６にある中和液を被処理水に添加する中和ポンプ６１を備えている。そして、配管の途中、又は二次処理水槽４１から被処理水をサンプリングしてｐＨを測定し、ｐＨの測定結果に基づいて中和液を添加する。なお、作図の便宜上、一組みの中和液槽６と中和ポンプ６１を記載しているが、酸性溶液とアルカリ溶液の両方を用いてｐＨ調整をする場合には、それぞれ別個の槽とポンプを備えるようにする。
【００３３】
続いて、上述の水処理システム１で燐を除去する処理方法について説明する。
先ず、燐を除去するプロセス工程においては、原水槽２にある被処理水を第１供給ポンプ３１によって第１濾過装置３に供給し、固形分（所謂、ＳＳ分）を濾過分離して一次処理水槽３２に貯留する。さらに、一次処理水槽３２にある被処理水を第２供給ポンプ３３によって第２濾過装置４に送液するが、被処理水のｐＨによっては中和ポンプ６１を稼働させてｐＨ調整を行う。
【００３４】
第２濾過装置４に供給された被処理水は、燐除去濾材層４５Ａ（４５Ｂ）を通過する際に燐が濾過分離され、二次処理水槽４１に貯留される。二次処理水槽４１にある被処理水は、ポンプ（不図示）などによって下流の工程に送液されるか、或いは放流される。なお、燐の除去のメカニズムを簡単に説明しておくと、被処理水中の燐成分とスラグ表面とが接触したときに燐成分とスラグ表面とが反応して、燐成分が化学的にスラグ表面に捕捉される。このように化学的に濾過分離が行われるため、燐の除去を続けていくとスラグ表面が燐の反応物で覆われていき、有効表面積の減少に伴い活性が低下することになる。物理的な洗浄で取り除くことは難しい。従って、周期的に以下の再活性化を行う。
【００３５】
再活性化は、被処理水の供給を中断して行う。従って第２濾過装置４を２塔方式とし、一方の濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）で被処理水を処理しつつ、他方の濾過塔４２Ｂ（４２Ａ）に対して再活性化を行うようにし、プロセス工程を中断しないことが好ましい。再活性化は、先ず、洗浄液である酸性溶液を酸性溶液ポンプ５１によって濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）に供給し、濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）から排出される洗浄液を洗浄液回収槽５４で回収する。酸性溶液は、濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）内のｐＨが１以下となる濃度及び流量で供給することが好ましい。また、酸性溶液による洗浄時間は、例えば１０〜３０分とすることができる。
【００３６】
このように、先ず酸性溶液で洗浄することによって、スラグ表面にある燐の反応物を除去することができ、スラグの有効表面が現れることによって活性が回復する。有効表面積が回復すればそのまま再使用することも可能ではあるが、より確実な再活性化のために、燐除去濾材をアルカリ溶液に浸漬させる処理を行う。アルカリ溶液は、酸性溶液の供給を停止した後、アルカリ溶液ポンプ５３によって供給する。そして、例えばｐＨ１１〜１４の液中に燐除去濾材が浸漬する状態を形成し、この状態を例えば１２時間以上維持することによって活性化させる。
【００３７】
アルカリ溶液による活性化は長時間を要する場合がある。そのため、アルカリ溶液による活性化に代えて、焼成による活性化を行うようにしてもよい。この場合、濾過塔４２Ａ（４２Ｂ）から燐除去濾材を取り出し、例えば６００〜９００℃で２時間程度焼成する。
【００３８】
なお酸性溶液による洗浄は、スラグ表面にある燐の反応物を除去でき、また、洗浄排水に含まれる燐を抽出すれば、捕捉した燐を有効活用できる特長がある。その反面、酸洗浄することによってスラグの粒子径が次第に小さくなっていくことが懸念される。よって、酸洗浄の回数が多数回に及んだ場合は、燐除去濾材を交換することが好ましい。使用後の燐除去濾材は、土壌改良剤、農業用肥料などとして再利用することができる。
【００３９】
また、第１濾過装置３の通水抵抗が上昇した場合、第１供給ポンプ３１を停止し、バルブＶ１−Ｖ４の開閉によってプロセス工程から洗浄工程へラインの切り替えを行う。そして第１逆洗ポンプ３８によって洗浄水を濾過塔３４の下部から供給し、濾過砂を洗浄する。濾過塔３４の上部から排出される洗浄排水は、逆洗排水槽３９に回収される。第２濾過装置４の通水抵抗が上昇した場合にも、同様にして逆洗を行う。
【００４０】
上述の実施形態によれば、平均粒子径０．１ｍｍ以下のスラグを粘土質系のバインダーと混合し、粒状に造粒した燐除去濾材を用いたことにより、スラグが高い燐除去活性を発揮する。その活性は、排出基準値（例えば、全リン濃度で０．２ｍｇ／ｌ）に引き下げられたとしても、排出基準値を下回る濃度にまで燐を除去できるほどに高活性である。
【００４１】
さらに上述の実施形態によれば、高い燐除去活性を発揮する燐除去濾材を用いたことにより、従来方法のように燐除去濾材の活性を高めるためのアルカリ溶液を被処理水に継続添加しなくともよく、環境保護に貢献しつつ安定した燐除去を行うことが可能である。
【００４２】
さらに上述の実施形態によれば、燐除去濾材の再活性化において、先ず酸性溶液による洗浄を行うようにしたことにより、スラグ表面にある燐の反応物を除去することができ、スラグの有効表面を出現させることによって活性を回復させることができる。さらに、酸洗浄の洗浄排水に含まれる燐を抽出すれば、捕捉した燐を有効活用することも可能となる。
【００４３】
（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に従う水処理システムについて、図３を参照しながら説明する。上述の第１実施形態は、被処理水が通水される濾過塔方式の装置構成であったが、本実施形態に従う水処理システムは、被処理水に燐除去濾材を添加して撹拌する撹拌槽方式の装置構成である。
【００４４】
水処理システム１００は、一端側に被処理水の供給口７１、他端側に排出口７２を有する撹拌槽７を備えている。撹拌槽７は、仕切壁７３によって複数の領域に区画されており、一端側から順に、濾材添加領域を兼ねた第１撹拌領域７４、第２撹拌領域７５、濾材回収領域７６を形成している。原水槽２にある被処理水は、供給ポンプ３１によって供給口７１に連続的に供給され、各領域（７４→７５→７６）を通過して排出口７２から排出される。なお、必ずしも仕切壁７３によって各領域７４〜７６を形成しなくともよく、各領域７４〜７６をそれぞれ独立した槽で形成するようにしてもよい。
【００４５】
濾材添加領域を兼ねた第１撹拌領域７４は、燐除去濾材を被処理水に添加する領域であると共に、燐除去濾材が添加された被処理水を撹拌する領域であり、例えば、駆動モータによって回転される撹拌羽根を備えた撹拌装置７４ａが配置されている。第２撹拌領域７５も、燐除去濾材が添加された被処理水を撹拌する領域であり、例えば、駆動モータによって回転される撹拌羽根を備えた撹拌装置７５ａが配置されている。第１及び第２撹拌領域７４，７５が、実質的に燐の除去を行う領域であり、この領域内で燐除去濾材を均一に分散させることによって、燐成分とスラグ表面の反応を促進させる。従って、第１及び第２撹拌領域７４，７５の容積や被処理水の供給流量などは、燐が所定の目標値以下まで分解できる滞留時間となるように設計されている。供給流量は、流量計３１ａの検出結果に基づいて調節する。なお、燐が所定の目標値以下まで分解できるのであれば第１撹拌領域７５のみとしてもよく、反対に撹拌領域の数を増やすようにしてもよい。
【００４６】
濾材回収領域７６は、被処理水から燐除去濾材を分離するための領域である。図３には、一例として被処理水と濾材の比重差を利用して固液分離する沈降分離槽を示している。沈降分離槽の底部には、燐除去濾材を含むスラリー液を底部から抜き出すための濾材回収ポンプ８が接続されている。一方、沈降分離槽の上部側に排出口７２が接続されており、燐除去濾材を含まない清澄水がオーバーフローして排出される。但し、濾材回収領域７６は、被処理水から燐除去濾材を分離回収できればよく、他の固液分離装置に置き換えることも可能である。他の固液分離装置としては、例えばデカンタなどの遠心分離装置や濾過装置などが一例として挙げられる。
【００４７】
濾材回収ポンプ８は、配管などの流路を介してサイクロン８１と接続されており、燐除去濾材を含むスラリー液をサイクロン８１に供給する。濾材回収ポンプ８は、濾材回収領域７６の液面を制御するために、例えば液面計７６ａの検出結果に基づいてＯＮ−ＯＦＦ制御する。サイクロン８１は、スラリー液から燐除去濾材を分離して回収槽８２に供給すると共に、分離水を配管などの流路を介して濾材添加領域を兼ねた第１撹拌領域７４に戻す。回収槽８２内の燐除去濾材は、再び濾材添加領域を兼ねた第１撹拌領域７４に添加され、これにより燐除去濾材を循環使用する。なお、バルブ８ａは、第１撹拌領域７４及び第２撹拌領域７５の底部に濾材が堆積した場合に開閉して、濾材回収ポンプ８の液流を利用して堆積している濾材を舞上げるのに使用する。
【００４８】
但し、燐を除去することで次第に燐除去濾材の活性が低下するので、回収槽８２内にある燐除去濾材の一部を周期的又は連続的に抜き出して再活性化の処理を行う。再活性化は、既述したように、先ず燐除去濾材を酸性溶液で洗浄し、次にアルカリ溶液に浸漬させるか、或いは焼成を行う。再活性化された燐除去濾材は、例えばホッパーなどの濾材添加装置８３によって濾材添加領域を兼ねた第１撹拌領域７４に添加する。燐除去濾材の新規補充もこの濾材添加装置８３によって行う。濾材添加装置８３は、例えば水分を除去するドライエアーユニット８４を介して供給するコンプレッサーエアー（圧縮エアー）を駆動力として濾材を供給する構成である。
【００４９】
本実施形態で使用する燐除去濾材は、例えば造粒後の平均粒子径が０．１〜０．３ｍｍの範囲内となる粒状のものを用いるのが好ましい。但し、これに限定はされず、第１実施形態と同様のものを使用してもよく、造粒をしないで平均粒子径０．１ｍｍ以下のスラグをそのまま使用してもよい。平均粒子径０．１ｍｍ以下のスラグをそのまま使用する場合も、焼成した方が燐の除去効率が安定する。
【００５０】
このような実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、濾過塔方式との比較において、本実施形態には、接触面積の増加により、反応速度と反応効率を向上するという利点がある。
【実施例】
【００５１】
（実施例１）
続いて、本発明の効果を確認するために行った実施例１について説明する。本例は、第１実施形態の濾過塔方式に対応するものであり、濾過カラム（φ７５ｍｍ，高さ１０００ｍｍ）に燐除去濾材を充填し、原水を通水して燐を除去した実施例１である。より詳しくは、層厚が７００ｍｍとなるように濾過カラム内に燐除去濾材を充填し、全リン濃度が１０ｍｇ／ｌの原水を、ＳＶ＝１０ｈｒ−１となるように通水した。
【００５２】
実施例１の結果を表２に示す。表２の結果から明らかなように、９５％以上という高い除去率が達成され、目標値（０．２ｍｇ／ｌ）以下まで燐を除去できることが確認できた。
【表２】
【００５３】
（実施例２）
本例は、パイロットプラントを用いたスケールアップ試験である。より詳しくは、濾過塔（φ８５０ｍｍ，高さ２５００ｍｍ）内に、層厚が８００ｍｍとなるように燐除去濾材を充填し、全リン濃度が３ｍｇ／ｌの被処理水を、ＳＶ＝５ｈｒ−１となるように通水した。
【００５４】
実施例２の結果を表３に示す。表３の結果から明らかなように、９７％以上という高い除去率が達成され、目標値（０．２ｍｇ／ｌ）以下まで燐を除去できることが確認できた。
【表３】
【００５５】
（実施例３）
本例は、第２実施形態の撹拌槽方式に対応するものであり、サイズがL1580mm×D1440mm×H3080mmの撹拌槽７を用い、経時的に燐の濃度を測定し、除去率を算出した。試験１−３は、原水に対する濾材の割合を約０．７質量％に設定した。試験４−５は、原水に対する濾材の割合を約０．３質量％に設定した。その他の詳しい試験条件及び試験結果については、図４に示す。
【００５６】
図４の試験結果から明らかな通り、いずれの試験においても９０％を超える除去率を達成しており、目標値（０．２ｍｇ／ｌ）以下にまで燐を除去することができた。今回の試験では、原水の燐濃度を約３ｍｇ／ｌに設定しているが、それ以上又はそれ以下の濃度の原水にも通水速度、ろ材の添加量又は攪拌槽内でのろ材と原水の接触時間を調整することにより対応することが可能である。また、試験４−５の結果に基づけば、原水に対する濾材の割合を約０．３質量％にしても高い除去率を達成できており、濾材の使用量を節約できる利点も確認できた。
【００５７】
以上、本発明を具体的な実施形態に則して詳細に説明したが、形式や細部についての種々の置換、変形、変更等が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態及び添付図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【符号の説明】
【００５８】
１ 水処理システム
２ 原水槽
３ 第１濾過装置
４ 第２濾過装置
４２Ａ，４２Ｂ 濾過塔
４５Ａ，４５Ｂ 燐除去濾材層
５ 酸性溶液（洗浄液）槽
５１ 酸性溶液ポンプ
５２ アルカリ溶液（再活性化溶液）槽
５３ アルカリ溶液ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水に含まれる燐を燐除去濾材に接触させて除去する水処理システムにおいて、
被処理水と接触させる燐除去濾材がスラグを含んでおり、前記スラグの平均粒子径が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする水処理システム。
【請求項２】
前記スラグは、Ｆｅ２Ｏ３の含有率が１０質量％〜４０質量％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
【請求項３】
前記水処理システムは、所定時間又は所定量の燐を除去した燐除去濾材の表面を洗浄するための酸性溶液を供給する手段と、酸洗浄後の燐除去濾材を活性化するためのアルカリ溶液を供給する手段と、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理システム。
【請求項４】
前記燐除去濾材は、前記スラグを粘土質系バインダーと混合し、平均粒子径０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの粒状に造粒し、焼成したものであり、被処理水が通水される濾過装置に充填されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水処理システム。
【請求項５】
前記燐除去濾材は、前記スラグを粘土質系バインダーと混合し、平均粒子径０．３ｍｍ以下の粒状に造粒し、焼成したものであり、
前記水処理システムは、前記燐除去濾材を被処理水に添加して撹拌する撹拌槽と、燐が除去された被処理水から燐除去濾材を分離回収する固液分離装置と、分離した燐除去濾材を新たな被処理水に再添加する手段と、を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水処理システム。
【請求項６】
スラグを含む燐除去濾材に被処理水を接触させて燐を除去する水処理方法において、
前記スラグの平均粒子径が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする水処理方法。
【請求項７】
所定時間又は所定量の燐を除去した濾材に酸性溶液を供給して表面を洗浄し、酸洗浄後の燐除去濾材をアルカリ溶液に浸漬させるか、又は熱処理して濾材活性化をすることを特徴とする請求項６に記載の水処理方法。
【請求項８】
燐除去濾材の活性を高めるためのアルカリ溶液を被処理水に添加せずに燐の除去を行うことを特徴とする請求項６又は７に記載の水処理方法。
【請求項１】
被処理水に含まれる燐を燐除去濾材に接触させて除去する水処理システムにおいて、
被処理水と接触させる燐除去濾材がスラグを含んでおり、前記スラグの平均粒子径が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする水処理システム。
【請求項２】
前記スラグは、Ｆｅ２Ｏ３の含有率が１０質量％〜４０質量％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
【請求項３】
前記水処理システムは、所定時間又は所定量の燐を除去した燐除去濾材の表面を洗浄するための酸性溶液を供給する手段と、酸洗浄後の燐除去濾材を活性化するためのアルカリ溶液を供給する手段と、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理システム。
【請求項４】
前記燐除去濾材は、前記スラグを粘土質系バインダーと混合し、平均粒子径０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの粒状に造粒し、焼成したものであり、被処理水が通水される濾過装置に充填されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水処理システム。
【請求項５】
前記燐除去濾材は、前記スラグを粘土質系バインダーと混合し、平均粒子径０．３ｍｍ以下の粒状に造粒し、焼成したものであり、
前記水処理システムは、前記燐除去濾材を被処理水に添加して撹拌する撹拌槽と、燐が除去された被処理水から燐除去濾材を分離回収する固液分離装置と、分離した燐除去濾材を新たな被処理水に再添加する手段と、を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水処理システム。
【請求項６】
スラグを含む燐除去濾材に被処理水を接触させて燐を除去する水処理方法において、
前記スラグの平均粒子径が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする水処理方法。
【請求項７】
所定時間又は所定量の燐を除去した濾材に酸性溶液を供給して表面を洗浄し、酸洗浄後の燐除去濾材をアルカリ溶液に浸漬させるか、又は熱処理して濾材活性化をすることを特徴とする請求項６に記載の水処理方法。
【請求項８】
燐除去濾材の活性を高めるためのアルカリ溶液を被処理水に添加せずに燐の除去を行うことを特徴とする請求項６又は７に記載の水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１００６１（Ｐ２０１３−１００６１Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３０６３（Ｐ２０１１−１４３０６３）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【特許番号】特許第５０２０３９７号（Ｐ５０２０３９７）
【特許公報発行日】平成２４年９月５日（２０１２．９．５）
【出願人】（３９１０２３４１５）株式会社アサカ理研 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【特許番号】特許第５０２０３９７号（Ｐ５０２０３９７）
【特許公報発行日】平成２４年９月５日（２０１２．９．５）
【出願人】（３９１０２３４１５）株式会社アサカ理研 (6)
【Ｆターム（参考）】
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