水処理装置、及び水処理方法
【課題】下水などの生物学的排水中に大量に含まれ、資源としての枯渇性が指摘されるリンを簡易に回収するとともに、資源として低コストで再利用する。
【解決手段】実施形態の水処理装置は、リンを含有する被処理水と、ハイドロタルサイト様物質を含むリン吸着材とを接触させ、前記リン吸着材にリンを吸着させるための吸着手段と、前記吸着手段内に供給する前記被処理水中のリンの濃度を計測するためのリン濃度計測手段とを具える。また、前記リン濃度計測手段によって計測されるリンの濃度に応じて前記リン吸着材を前記リン吸着手段内に導入するためのリン吸着材導入手段と、リンを吸着した前記リン吸着材を前記吸着手段から排出するためのリン吸着材排出手段とを具える。
【解決手段】実施形態の水処理装置は、リンを含有する被処理水と、ハイドロタルサイト様物質を含むリン吸着材とを接触させ、前記リン吸着材にリンを吸着させるための吸着手段と、前記吸着手段内に供給する前記被処理水中のリンの濃度を計測するためのリン濃度計測手段とを具える。また、前記リン濃度計測手段によって計測されるリンの濃度に応じて前記リン吸着材を前記リン吸着手段内に導入するためのリン吸着材導入手段と、リンを吸着した前記リン吸着材を前記吸着手段から排出するためのリン吸着材排出手段とを具える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水処理装置、及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、世界的に、将来的なリン資源の枯渇化が予測されており、排水中のリン回収技術が注目されている。また、排水中のリンの環境系への排出は富栄養化の一因となることから、排出状況管理はより厳密化されるとともに、排水からのリンの除去技術の確立が急務となっている。
【０００３】
代表的なリン除去技術として、微生物のリン蓄積能を利用する生物学的リン除去方法や、凝集沈殿法によるリン除去法がある。しかしながら、これらのリン除去方法を排水からのリン除去技術として利用するためには、例えば、生物学的なリン除去法から発生する余剰汚泥の焼却や化学処理等のプロセスが必要であり、多量の薬剤や、複数の処理工程が必要であった。
【０００４】
これらの実情に鑑み、リンを選択的に吸着するリン吸着材を利用する水処理技術が注目されている。リンは、一般に排水中において陰イオンとして存在するので、陰イオンを選択的に除去する素材である陰イオン交換体としての陰イオン交換樹脂や、ハイドロタルサイト様の無機層状化合物などが開発されるとともに、これらの素材特性を発展させた吸着材も開発されている。
【０００５】
特許文献１では、有機系素材にハイドロタルサイト様物質を担持させたリン吸着材を用い、排水中からのリンを吸着の後、該吸着材からリンを脱離し、脱離液からリン含有塩を晶析回収することにより、排水中からリンを除去することが開示されている。また特許文献２も同様にハイドロタルサイト様素材を含有する吸着材によって、排水中からリンを吸着した後に、該吸着材からリンを脱離させ、その後、吸着材を再利用する方法が開示されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び２に記載の技術では、リン吸着機能を有するハイドロタルサイト様物質を有機系素材に担持させるために、吸着材の製造工程が煩雑になり、製造コストが増大する。また、吸着材からリンを離脱させて再利用するためにアルカリ等の多量の薬剤が必要になり、リン離脱のための煩雑な工程が必要となり、結果として、排水からのリンの除去操作が煩雑になるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２６０５６１号
【特許文献２】特開２００８−４９２４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、下水などの生物学的排水中に大量に含まれ、資源としての枯渇性が指摘されるリンを簡易に回収するとともに、資源として低コストで再利用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の水処理装置は、リン成分を溶解した被処理水と、ハイドロタルサイト様物質を含むリン吸着材とを接触させ、前記リン吸着材にリン成分を吸着させるための吸着手段と、前記吸着手段内に供給する前記被処理水中のリンの濃度を計測するためのリン濃度計測手段とを具える。また、前記リン濃度計測手段によって計測されるリンの濃度に応じて前記リン吸着材を前記リン吸着手段内に導入するためのリン吸着材導入手段と、リン成分を吸着した前記リン吸着材を前記吸着手段から排出するためのリン吸着材排出手段とを具える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態における水処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】第２の実施形態における水処理装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における水処理装置の概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態における水処理装置１０は、吸着槽１１と、この吸着槽１１の被処理水に対する上流側であって、被処理水導入経路２１上に配置されたリン濃度計測器１２と、吸着槽１１の上方であって、リン吸着材導入経路２２上に配置されたリン吸着材導入調整器１３とを有している。また、リン濃度計測器１２の被処理水に対する上流側であって、被処理水導入経路２１上に配置された被処理水供給器１４を有しており、さらにその上流側には、被処理水に対する固液分離装置１６を有している。
【００１２】
吸着槽１１は、例えばステンレス等の耐食性材料から構成することができ、吸着槽１１内部にリン吸着材を固定させ、固定させたリン吸着材に対して被処理液を通水して互いに接触させるように構成した固定床、吸着槽１１内部において、リン吸着材及び被処理水を互いに流動させて接触させるように構成した流動床、又は吸着槽１１内部に導入した被処理水に対して、リン吸着材を順次に導入及び回収して、両者を互いに接触するように構成した移動床等として構成することができる。
【００１３】
また、本実施形態では、吸着槽１１を１段として設けているが、複数の吸着槽１１を準備し、これらを並列あるいは直列に接続し、いわゆる多段の吸着槽として構成することもできる。さらに、吸着槽１１内部には、例えば沈降槽などのリン吸着材を物理的に保持する、図示しないリン吸着材の保持機構を設けることができる。
【００１４】
但し、上述した吸着槽１１の構成はあくまで例示であって、本実施形態においては、必要に応じて任意の形態とすることができる。
【００１５】
リン濃度計測器１２は汎用の計測器を用いることができ、リン吸着材導入調整器１３は汎用のバルブ及びポンプ等から構成することができる。また、被処理水供給器１４も汎用のバルブ及びポンプ等から構成することができる。固液分離装置１６は、膜分離、砂ろ過、凝集沈殿、沈殿池、遠心分離等の技術を用いるような構成とすることができる。但し、リン濃度計測器１２等はあくまで例示であって、本実施形態においては、必要に応じて任意の形態とすることができる。
【００１６】
また、リン濃度計測器１２で計測したリンの濃度は制御装置１５においてモニタリングされており、このモニタリングの結果に基づいて、リン吸着材導入調整器１３及び被処理水供給器１４を駆動し、吸着槽１１内に導入すべき、被処理水及びリン吸着材の量を制御するようになっている。
【００１７】
なお、参照数字“２１”は、上述したように、被処理水導入経路を表し、参照数字“２２”はリン吸着材導入経路を表す。また、参照数字“２３”は使用済みのリン吸着材、すなわちリン成分を吸着したリン吸着材の排出経路を表す。
【００１８】
吸着槽１１は、リン成分を溶解した被処理水と、ハイドロタルサイト様物質を含むリン吸着材とを接触させ、リン吸着材にリン成分を吸着させるための吸着手段として機能するものであり、リン濃度計測器１２は、吸着槽１１内に供給する被処理水中のリンの濃度を計測するためのリン濃度計測手段として機能するものである。また、リン吸着材導入調整器１３は、リン濃度計測器１２によって計測されるリンの濃度に応じてリン吸着材を吸着槽１１内に導入するためのリン吸着材導入手段として機能するものであり、リン吸着材排出経路２３は、リンを吸着したリン吸着材を吸着槽１１から排出するためのリン吸着材排出手段として機能するものである。
【００１９】
なお、本実施形態におけるリン吸着材は、以下において詳述するが、ハイドロタルサイト様物質であることが好ましく、特にマグネシウム及び鉄を含むハイドロタルサイト様物質であることが好ましい。
【００２０】
次に、図１に示す水処理装置１０を用いた水処理方法について説明する。
最初に、被処理水Ｓを被処理水導入経路２１に沿って水処理装置１０内に導入する。被処理水Ｓは、例えば、生物学的排水処理から排出される、余剰汚泥の処理工程において生成する汚泥脱離液等に由来するもの、すなわち下水等とすることができる。このような排水は、排出量や水質が安定しているので、計画的なリン回収に寄与することができる。
【００２１】
被処理水Ｓは、水処理装置１０内に導入するに際し、最初に、固液分離装置１６に導入し、被処理水Ｓ中の固形不純物を予め除去する。次いで、被処理水供給器１４によって、被処理水Ｓを、リン濃度計測器１２を介して吸着槽１１内に導入する。なお、被処理水Ｓがリン濃度計測器１２を通過する間に、被処理水Ｓ中のリン濃度が計測され、その計測値が制御装置１５に送信される。
【００２２】
次いで、制御装置１５が受信した被処理水Ｓ中のリン濃度の計測値に応じて、制御装置１５はリン吸着材導入調整器１３に制御信号を送信し、リン吸着材導入経路２２を介して所定量のリン吸着材Ａが吸着槽１１内に導入される。この際、導入するリン吸着材Ａの量は、リン吸着材Ａによるリン吸着の性能が予め既知となっているので、吸着槽１１内に導入した被処理水Ｓ中のリン成分を最大限に吸着できるような量とする。その後、吸着槽１１内で被処理水Ｓをリン吸着材Ａと所定時間接触させ、被処理水Ｓ中のリンがリン吸着材Ａに十分に吸着された後、吸着槽１１よりリン吸着済みのリン吸着材Ａを、そのままリン吸着材排出経路２４を介して外部に排出する。
【００２３】
なお、制御装置１５は制御信号を被処理水供給器１４に送信し、リン吸着材Ａの吸着能を考慮して、吸着槽１１内に導入すべき被処理水Ｓの量を適宜制御する。
【００２４】
このようにして吸着槽１１から排出されたリン吸着材Ａは、リン成分を十分に吸着しているので、そのまま肥料素原料として用いることができる。すなわち、従来においては、リン吸着材Ａをリン吸着材として再利用することを前提としていたため、リン吸着材からリン成分を離脱させて再利用するためにアルカリ等の多量の薬剤が必要になり、リン離脱のための煩雑な工程が必要となり、結果として、排水からのリン成分の除去操作が煩雑になるという問題があった。しかしながら、本実施形態においては、リンを吸着した後のリン吸着材は、リン成分を離脱させることなく、そのまま肥料素原料として再利用するため、上述のような薬剤を必要とせず、また、そのための煩雑な工程を必要とすることもない。
【００２５】
したがって、本実施形態におけるリン吸着材の再利用と従来のリン吸着材の再利用とは、それらの再利用形態が異なることに起因して、リン成分を溶解する被処理水Ｓの処理工程を簡略化することができる。
【００２６】
なお、本実施形態のように、リン吸着後のリン吸着材Ａは、特にリン吸着材Ａとしてハイドロタルサイト様物質を用いる場合は、吸着槽１１内に導入する被処理水Ｓ中のリン成分の質量（as P）が、リン吸着材Ａの質量の０．１倍以上であることが好ましい。これは、リン吸着材Ａの単位質量に吸着するリンの質量が増大するほど、肥料素原料としての機能が増大することによる。
【００２７】
次に、本実施形態で使用するリン吸着材Ａについて詳述する。
本実施形態で使用するリン吸着材Ａは、ハイドロタルサイト様物質であって、好ましくはマグネシウムイオンおよび鉄イオンを含むことが好ましい。これによって、被処理水Ｓ中のリンに対して高い吸着性を示すようになる。
【００２８】
マグネシウム及び鉄を含むハイドロタルサイト様物質は、例えば一般式［Ｍｇ２＋１−ｘＦｅ３＋ｘ（ＯＨ）ｍ］（Ａｎ−）ｘ/ｎ・ｙＨ２Ｏ（０．０５≦ｘ≦０．３４、０．５≦ｍ≦３．４であり、Ａｎ-はｎ価の陰イオン、ｙは自然数）で表わすことができる。
【００２９】
上記ハイドロタルサイト様物質は層状構造を呈しており、具体的にはマグネシウムイオン及び鉄イオンを中心とした八面体が二次元的に連なってなる層が複数積層されたような構成を採っている。なお、マグネシウムイオン及び鉄イオンは、上述した構造において同一の結晶サイトに位置するものであって、互いに置換の関係にある。また、このような状態では、層状複水酸化物は正電荷を帯びるようになるので、前記層状複水酸化物を構成する陰イオン、例えば硫酸イオン（ＳО４２−）、硝酸イオン（ＮＯ３３−）及び塩化物イオン（Ｃｌ−）等が層間に介在し、全体として電気的中性を維持している。
【００３０】
ハイドロタルサイトは、例えば一般式［Ｍｇ３Ａｌ（ＯＨ）８］１／２ＣＯ３２−・２Ｈ２Ｏで表されるものであって、マグネシウムイオンを中心とする八面体（ブルーサイト層）が二次元的に連なり、マグネシウムイオンの一部をアルミニウムイオンで置き換えた層が積層されて層状構造を形成しているものである。そして、その層間には炭酸イオンと結晶水とが存在している。このような構造を有するハイドロタルサイトは、層間の陰イオンが他の陰イオンと交換する性質を有することが知られている。
【００３１】
したがって、本実施形態のハイドロタルサイト様物質も、一般式中の陰イオンである硫酸イオン（ＳО４２−）、硝酸イオン（ＮＯ３３−）及び塩化物イオン（Ｃｌ−）が、排水中に含まれるリン、具体的にはリン酸イオン（陰イオン）と交換することができるようになる。この結果、排水中のリン（リン酸イオン）の吸着回収を効果的に行なうことができるようになる。
【００３２】
また、本実施形態のハイドロタルサイト様物質は、マグネシウムを含むことにより、その結晶性が比較的低くなっている。例えば、Ｘ線結晶構造解析によって測定される(003)由来のピークから算出される半値幅が０．２以上０．８(deg)以下となる。したがって、上記ハイドロタルサイト様物質を被処理水Ｓと接触させた場合において、ハイドロタルサイト様物質を構成するマグネシウムイオンが排水中に溶出するようになる。この結果、排水中に存在するリン（リン酸イオン）と、同じく排水中に存在するアンモニウムイオンや炭酸イオンとは、上記のようにして溶出したマグネシウムイオンと、例えばリン酸アンモニウムマグネシウムやリン酸マグネシウムと炭酸マグネシウムとの複合酸化物を生成し、排水中に沈殿するようになる。したがって、生成した沈殿物を除去することによって、被処理水Ｓからのリン（リン酸イオン）の除去が可能となる。
【００３３】
なお、上記沈殿物も吸着槽１１からリン吸着材排出経路２４を介して外部に取り出すことができ、肥料素原料として用いることができる。
【００３４】
また、リン吸着材Ａを構成する層状複水酸化物は、上述したように結晶性が必ずしも良くない。そのため、層状構造を採る層状複水酸化物の表面に水酸化マグネシウム及び水酸化鉄の少なくとも一方が部分的に存在するような状態になることもある。このような水酸化マグネシウム及び水酸化鉄は、一般に上述した層状複水酸化物の表面に形成される。これは、層状複水酸化物の表面に存在するマグネシウムイオン及び鉄イオンが、同じく層状複水酸化物の表面に存在する水酸基との間で化学的に反応し、水酸化マグネシウム及び水酸化鉄となるためである。
【００３５】
本実施形態におけるリン吸着材Ａは、この表面に存在する水酸化マグネシウム及び水酸化鉄も、被処理水Ｓ中のリン酸アンモニウムマグネシウムやリン酸マグネシウムと炭酸マグネシウムとの複合酸化物からなる沈殿物を生じ、排水中からのリン（リン酸イオン）の除去に貢献する。したがって、生成した沈殿物を除去することによって、被処理水Ｓからのリン（リン酸イオン）の除去が可能となる。
【００３６】
なお、上記沈殿物も吸着槽１１からリン吸着材排出経路２４を介して外部に取り出すことができ、肥料素原料として用いることができる。
【００３７】
このように本実施形態のリン吸着材Ａは、ハイドロタルサイト様物質に由来する層状複水酸化物の層間に存在する陰イオンとのイオン交換によって排水中のリン酸イオンを吸着除去することができるとともに、ハイドロタルサイト様物質、すなわち層状複水酸化物の比較的低い結晶性に基づいて、当該層状複水酸化物中のマグネシウムイオンが被処理水Ｓ中に溶出することによって、リン酸イオンを含む沈殿物を生成し、さらには層状複水酸化物の表面に生成された水酸化マグネシウム及び水酸化鉄も被処理水Ｓ中のリン酸アンモニウムマグネシウムやリン酸マグネシウムと炭酸マグネシウムとの複合酸化物からなる沈殿物を生じる。
【００３８】
したがって、本実施形態のリン吸着材Ａは、被処理水Ｓ中のリンを高効率に除去することができるとともに、リン吸着後においてはリン肥料素原料として有効に用いることができる。
【００３９】
なお、水酸化マグネシウムおよび水酸化鉄が存在することによるリン吸着性能の向上は、原理的にはこれらが水中のリン酸イオンと配位子交換反応によってリンを直接吸着しているものと考えられる。
【００４０】
本実施形態におけるリン吸着材は、上述のような層状複水酸化物を含むものであるが、その層状複水酸化物をそのまま、例えば粉末状で使用することができる。また、必要に応じて種々の形状に成形したうえで使用することもできる。あるいはバインダーを混合して造粒するなどが可能である。
【００４１】
上述のように、本実施形態におけるリン吸着材Ａは、ハイドロタルサイト様物質であって、層状水酸化物構造を基本骨格に備えており、前述のようにマグネシウムイオン及び鉄イオンを中心とした八面体の水酸化物が二次元的に連なってなる層が複数積層されたような構成を採っている。この点では、従来から知られているハイドロタルサイトなどの層状水酸化物と同様である。
【００４２】
しかしながら、本実施形態におけるリン吸着材Ａが従来のハイドロタルサイト様化合物と異なる点は、従来の層状水酸化物は層間でのイオン交換が主な吸着原理であり、八面体の水酸化物自体は吸着に殆ど関与しないのに対して、本実施形態においてはこの八面体の水酸化物が吸着に大きく関与していることである。また、層状複水酸化物を構成する元素の一部が被処理水Ｓ中に溶け出して、例えばリン酸アンモニウムマグネシウムやリン酸マグネシウムと炭酸マグネシウムとの複合酸化物の沈殿物を生成し、さらには層状複水酸化物の表面に存在する水酸化マグネシウムや水酸化鉄が、被処理水Ｓ中のリン酸アンモニウムマグネシウムやリン酸マグネシウムと炭酸マグネシウムとの複合酸化物からなる沈殿物を生じることである。
【００４３】
なお、上記リン吸着材Ａは、基本的に、マグネシウムを含む化合物と鉄を含む化合物とを水熱反応させることにより製造することができる。ここで原料として用いることができる化合物は特に限定されるものではないが、例えば、マグネシウムまたは鉄の、塩化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩などが挙げられる。このとき、反応溶液のｐＨはアルカリ性であることが好ましい。このような反応は、常圧下で行うほか、オートクレーブなどを利用して高圧下で行うこともできる。
【００４４】
反応条件は、目的とする層状複水酸化物の構造や粒子径などに応じて選択されるが、一般的には、２５〜２００℃、好ましくは６０〜９５℃で反応させる。圧力は常圧であってもよく、またオートクレーブなどを利用して加圧または減圧、例えば０．０１〜２．０ＭＰａとすることもできる。
【００４５】
（第２の実施形態）
図２は、本実施形態における水処理装置の概略構成を示す図である。
図２に示すように、本実施形態における水処理装置２０は、吸着槽１１にｐＨ計測器２８が設けられ、吸着槽１１内のｐＨ値を適宜モニタリングできるように構成されている点において、図１に示す水処理装置１０と相違し、制御装置１５が、リン濃度計測器１２で計測したリンの濃度及びｐＨ計測器２８で計測したｐＨ値をモニタリングし、このモニタリングの結果に基づいて、リン吸着材導入調整器１３及び被処理水供給器１４を駆動し、吸着槽１１内に導入すべき、被処理水及びリン吸着材の量を制御するようになっている。また、図示しない調整器を介してｐＨ調整剤の導入を制御できるように構成されている点で相違する。
【００４６】
なお、その他の構成については図１に示す水処理装置１０と同様であるので説明を省略する。
【００４７】
本実施形態の水処理装置２０を用いた水処理方法は、最初に、被処理水Ｓを被処理水導入経路２１に沿って水処理装置２０内に導入する。被処理水Ｓは、例えば、生物学的排水処理から排出される、余剰汚泥の処理工程において生成する汚泥脱離液等に由来するもの、すなわち下水等とすることができる。このような排水は、排出量や水質が安定しているので、計画的なリン回収に寄与することができる。
【００４８】
被処理水Ｓは、水処理装置２０内に導入するに際し、最初に、固液分離装置１６に導入し、被処理水Ｓ中の固形不純物を予め除去する。次いで、被処理水供給器１４によって、被処理水Ｓを、リン濃度計測器１２を介して吸着槽１１内に導入する。なお、被処理水Ｓがリン濃度計測器１２を通過する間に、被処理水Ｓ中のリン濃度が計測され、その計測値が制御装置１５に送信される。
【００４９】
次いで、制御装置１５が受信した被処理水Ｓ中のリン濃度の計測値に応じて、制御装置１５はリン吸着材導入調整器１３に制御信号を送信し、リン吸着材導入経路２２を介して所定量のリン吸着材Ａが吸着槽１１内に導入される。この際、導入するリン吸着材Ａの量は、リン吸着材Ａによるリン吸着の性能が予め既知となっているので、吸着槽１１内に導入した被処理水Ｓ中のリンを最大限に吸着できるような量とする。
【００５０】
一方、リン吸着材Ａは、上述のように［Ｍｇ２＋１−ｘＦｅ３＋ｘ（ＯＨ）ｍ］（Ａｎ−）ｘ/ｎ・ｙＨ２Ｏ（０．０５≦ｘ≦０．３４、０．５≦ｍ≦３．４であり、Ａｎ-はｎ価の陰イオン、ｙは自然数）で表わされるハドロタルサイト様物質が好ましく用いられるので、このハイドロタルサイト様物質が被処理水Ｓと接触することにより、上記ハイドロタルサイト様物質の水酸基に起因して被処理水ＳのｐＨがアルカリ性側にシフトする傾向が強くなる。この場合、特に被処理水Ｓ中のｐＨ値が８以上となるように上記ハイドロタルサイト様物質のリン吸着材Ａを吸着槽１１内に導入することによって、被処理水Ｓ中のリンの吸着量を増大できることが経験的に確認されている。
【００５１】
したがって、本実施形態においては、制御装置１５及びｐＨ計測器２８によって、吸着槽１１内の、被処理水Ｓ中のリンを吸着する能力を直接的にモニタリングできるので、ｐＨ計測器２８による計測値に基づいて、制御装置１５及びリン濃度計測器１２によって吸着槽１１内に導入すべきリン吸着材Ａの量を直接的に制御することができるとともに、制御装置１５及び被処理水供給器１６によって吸着槽１１内に導入すべき被処理水Ｓの量を直接的に制御することができる。
【００５２】
吸着槽１１内で被処理水Ｓをリン吸着材Ａと所定時間接触させ、被処理水Ｓ中のリン成分がリン吸着材Ａに十分に吸着された後は、吸着槽１１よりリン成分吸着済みのリン吸着材Ａを、そのままリン吸着材排出経路２４を介して外部に排出する。
【００５３】
このようにして吸着槽１１から排出されたリン吸着材Ａは、リン成分を十分に吸着しているので、そのまま肥料素原料として用いることができる。すなわち、従来においては、リン吸着材Ａをリン吸着材として再利用することを前提としていたため、リン吸着材からリンを離脱させて再利用するためにアルカリ等の多量の薬剤が必要になり、リン離脱のための煩雑な工程が必要となり、結果として、排水からのリンの除去操作が煩雑になるという問題があった。しかしながら、本実施形態においては、リンを吸着した後のリン吸着材は、リン成分を離脱させることなく、そのまま肥料素原料として再利用するため、上述のような薬剤を必要とせず、また、そのための煩雑な工程を必要とすることもない。
【００５４】
したがって、本実施形態におけるリン吸着材の再利用と従来のリン吸着材の再利用とは、それらの再利用形態が異なることに起因して、リン成分を溶解する被処理水Ｓの処理工程を簡略化することができる。
【００５５】
なお、被処理水Ｓ中のｐＨ値は９以下であることが好ましい。上述のように、本実施形態においては、リンを吸着したリン吸着材Ａを吸着槽１１よりリン吸着排出経路２４を介して外部に排出するが、その際に被処理水Ｓのリン吸着除去後の残液も併せて排出されることになる。このとき、残液のｐＨ値が９を超えて高くなると、放流基準値（例えばｐＨ＝８．６）を大きく超えてしまい、環境に悪影響を与えてしまう場合がある。しかしながら、被処理水ＳのｐＨ値を９以下とすることにより、上述のような問題を回避することができる。
【００５６】
被処理水Ｓ内のｐＨ値は、上述のように一義的にはハイドロタルサイト様物質のリン吸着材Ａによって決定されるが、リン吸着材Ａの導入量の制御によってｐＨ値の制御が困難な場合においては、制御装置１５により、図示しない調整器を介してｐＨ調整剤の導入を制御し、吸着槽１１内の被処理水ＳのｐＨ値を９以下とすることができる。
【００５７】
また、リン吸着材Ａに関する詳細は、第１の実施形態と同様であるので、本実施形態においては説明を省略する。
【００５８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
１０，２０ 水処理装置
１１ 吸着槽
１２ リン濃度計測器
１３ リン吸着材導入調整器
１４ 被処理水供給器
１５ 制御装置
１６ 固液分離装置
２１ 被処理水導入経路
２２ リン吸着材導入経路
２４ リン吸着材排出経路
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水処理装置、及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、世界的に、将来的なリン資源の枯渇化が予測されており、排水中のリン回収技術が注目されている。また、排水中のリンの環境系への排出は富栄養化の一因となることから、排出状況管理はより厳密化されるとともに、排水からのリンの除去技術の確立が急務となっている。
【０００３】
代表的なリン除去技術として、微生物のリン蓄積能を利用する生物学的リン除去方法や、凝集沈殿法によるリン除去法がある。しかしながら、これらのリン除去方法を排水からのリン除去技術として利用するためには、例えば、生物学的なリン除去法から発生する余剰汚泥の焼却や化学処理等のプロセスが必要であり、多量の薬剤や、複数の処理工程が必要であった。
【０００４】
これらの実情に鑑み、リンを選択的に吸着するリン吸着材を利用する水処理技術が注目されている。リンは、一般に排水中において陰イオンとして存在するので、陰イオンを選択的に除去する素材である陰イオン交換体としての陰イオン交換樹脂や、ハイドロタルサイト様の無機層状化合物などが開発されるとともに、これらの素材特性を発展させた吸着材も開発されている。
【０００５】
特許文献１では、有機系素材にハイドロタルサイト様物質を担持させたリン吸着材を用い、排水中からのリンを吸着の後、該吸着材からリンを脱離し、脱離液からリン含有塩を晶析回収することにより、排水中からリンを除去することが開示されている。また特許文献２も同様にハイドロタルサイト様素材を含有する吸着材によって、排水中からリンを吸着した後に、該吸着材からリンを脱離させ、その後、吸着材を再利用する方法が開示されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び２に記載の技術では、リン吸着機能を有するハイドロタルサイト様物質を有機系素材に担持させるために、吸着材の製造工程が煩雑になり、製造コストが増大する。また、吸着材からリンを離脱させて再利用するためにアルカリ等の多量の薬剤が必要になり、リン離脱のための煩雑な工程が必要となり、結果として、排水からのリンの除去操作が煩雑になるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２６０５６１号
【特許文献２】特開２００８−４９２４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、下水などの生物学的排水中に大量に含まれ、資源としての枯渇性が指摘されるリンを簡易に回収するとともに、資源として低コストで再利用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の水処理装置は、リン成分を溶解した被処理水と、ハイドロタルサイト様物質を含むリン吸着材とを接触させ、前記リン吸着材にリン成分を吸着させるための吸着手段と、前記吸着手段内に供給する前記被処理水中のリンの濃度を計測するためのリン濃度計測手段とを具える。また、前記リン濃度計測手段によって計測されるリンの濃度に応じて前記リン吸着材を前記リン吸着手段内に導入するためのリン吸着材導入手段と、リン成分を吸着した前記リン吸着材を前記吸着手段から排出するためのリン吸着材排出手段とを具える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態における水処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】第２の実施形態における水処理装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における水処理装置の概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態における水処理装置１０は、吸着槽１１と、この吸着槽１１の被処理水に対する上流側であって、被処理水導入経路２１上に配置されたリン濃度計測器１２と、吸着槽１１の上方であって、リン吸着材導入経路２２上に配置されたリン吸着材導入調整器１３とを有している。また、リン濃度計測器１２の被処理水に対する上流側であって、被処理水導入経路２１上に配置された被処理水供給器１４を有しており、さらにその上流側には、被処理水に対する固液分離装置１６を有している。
【００１２】
吸着槽１１は、例えばステンレス等の耐食性材料から構成することができ、吸着槽１１内部にリン吸着材を固定させ、固定させたリン吸着材に対して被処理液を通水して互いに接触させるように構成した固定床、吸着槽１１内部において、リン吸着材及び被処理水を互いに流動させて接触させるように構成した流動床、又は吸着槽１１内部に導入した被処理水に対して、リン吸着材を順次に導入及び回収して、両者を互いに接触するように構成した移動床等として構成することができる。
【００１３】
また、本実施形態では、吸着槽１１を１段として設けているが、複数の吸着槽１１を準備し、これらを並列あるいは直列に接続し、いわゆる多段の吸着槽として構成することもできる。さらに、吸着槽１１内部には、例えば沈降槽などのリン吸着材を物理的に保持する、図示しないリン吸着材の保持機構を設けることができる。
【００１４】
但し、上述した吸着槽１１の構成はあくまで例示であって、本実施形態においては、必要に応じて任意の形態とすることができる。
【００１５】
リン濃度計測器１２は汎用の計測器を用いることができ、リン吸着材導入調整器１３は汎用のバルブ及びポンプ等から構成することができる。また、被処理水供給器１４も汎用のバルブ及びポンプ等から構成することができる。固液分離装置１６は、膜分離、砂ろ過、凝集沈殿、沈殿池、遠心分離等の技術を用いるような構成とすることができる。但し、リン濃度計測器１２等はあくまで例示であって、本実施形態においては、必要に応じて任意の形態とすることができる。
【００１６】
また、リン濃度計測器１２で計測したリンの濃度は制御装置１５においてモニタリングされており、このモニタリングの結果に基づいて、リン吸着材導入調整器１３及び被処理水供給器１４を駆動し、吸着槽１１内に導入すべき、被処理水及びリン吸着材の量を制御するようになっている。
【００１７】
なお、参照数字“２１”は、上述したように、被処理水導入経路を表し、参照数字“２２”はリン吸着材導入経路を表す。また、参照数字“２３”は使用済みのリン吸着材、すなわちリン成分を吸着したリン吸着材の排出経路を表す。
【００１８】
吸着槽１１は、リン成分を溶解した被処理水と、ハイドロタルサイト様物質を含むリン吸着材とを接触させ、リン吸着材にリン成分を吸着させるための吸着手段として機能するものであり、リン濃度計測器１２は、吸着槽１１内に供給する被処理水中のリンの濃度を計測するためのリン濃度計測手段として機能するものである。また、リン吸着材導入調整器１３は、リン濃度計測器１２によって計測されるリンの濃度に応じてリン吸着材を吸着槽１１内に導入するためのリン吸着材導入手段として機能するものであり、リン吸着材排出経路２３は、リンを吸着したリン吸着材を吸着槽１１から排出するためのリン吸着材排出手段として機能するものである。
【００１９】
なお、本実施形態におけるリン吸着材は、以下において詳述するが、ハイドロタルサイト様物質であることが好ましく、特にマグネシウム及び鉄を含むハイドロタルサイト様物質であることが好ましい。
【００２０】
次に、図１に示す水処理装置１０を用いた水処理方法について説明する。
最初に、被処理水Ｓを被処理水導入経路２１に沿って水処理装置１０内に導入する。被処理水Ｓは、例えば、生物学的排水処理から排出される、余剰汚泥の処理工程において生成する汚泥脱離液等に由来するもの、すなわち下水等とすることができる。このような排水は、排出量や水質が安定しているので、計画的なリン回収に寄与することができる。
【００２１】
被処理水Ｓは、水処理装置１０内に導入するに際し、最初に、固液分離装置１６に導入し、被処理水Ｓ中の固形不純物を予め除去する。次いで、被処理水供給器１４によって、被処理水Ｓを、リン濃度計測器１２を介して吸着槽１１内に導入する。なお、被処理水Ｓがリン濃度計測器１２を通過する間に、被処理水Ｓ中のリン濃度が計測され、その計測値が制御装置１５に送信される。
【００２２】
次いで、制御装置１５が受信した被処理水Ｓ中のリン濃度の計測値に応じて、制御装置１５はリン吸着材導入調整器１３に制御信号を送信し、リン吸着材導入経路２２を介して所定量のリン吸着材Ａが吸着槽１１内に導入される。この際、導入するリン吸着材Ａの量は、リン吸着材Ａによるリン吸着の性能が予め既知となっているので、吸着槽１１内に導入した被処理水Ｓ中のリン成分を最大限に吸着できるような量とする。その後、吸着槽１１内で被処理水Ｓをリン吸着材Ａと所定時間接触させ、被処理水Ｓ中のリンがリン吸着材Ａに十分に吸着された後、吸着槽１１よりリン吸着済みのリン吸着材Ａを、そのままリン吸着材排出経路２４を介して外部に排出する。
【００２３】
なお、制御装置１５は制御信号を被処理水供給器１４に送信し、リン吸着材Ａの吸着能を考慮して、吸着槽１１内に導入すべき被処理水Ｓの量を適宜制御する。
【００２４】
このようにして吸着槽１１から排出されたリン吸着材Ａは、リン成分を十分に吸着しているので、そのまま肥料素原料として用いることができる。すなわち、従来においては、リン吸着材Ａをリン吸着材として再利用することを前提としていたため、リン吸着材からリン成分を離脱させて再利用するためにアルカリ等の多量の薬剤が必要になり、リン離脱のための煩雑な工程が必要となり、結果として、排水からのリン成分の除去操作が煩雑になるという問題があった。しかしながら、本実施形態においては、リンを吸着した後のリン吸着材は、リン成分を離脱させることなく、そのまま肥料素原料として再利用するため、上述のような薬剤を必要とせず、また、そのための煩雑な工程を必要とすることもない。
【００２５】
したがって、本実施形態におけるリン吸着材の再利用と従来のリン吸着材の再利用とは、それらの再利用形態が異なることに起因して、リン成分を溶解する被処理水Ｓの処理工程を簡略化することができる。
【００２６】
なお、本実施形態のように、リン吸着後のリン吸着材Ａは、特にリン吸着材Ａとしてハイドロタルサイト様物質を用いる場合は、吸着槽１１内に導入する被処理水Ｓ中のリン成分の質量（as P）が、リン吸着材Ａの質量の０．１倍以上であることが好ましい。これは、リン吸着材Ａの単位質量に吸着するリンの質量が増大するほど、肥料素原料としての機能が増大することによる。
【００２７】
次に、本実施形態で使用するリン吸着材Ａについて詳述する。
本実施形態で使用するリン吸着材Ａは、ハイドロタルサイト様物質であって、好ましくはマグネシウムイオンおよび鉄イオンを含むことが好ましい。これによって、被処理水Ｓ中のリンに対して高い吸着性を示すようになる。
【００２８】
マグネシウム及び鉄を含むハイドロタルサイト様物質は、例えば一般式［Ｍｇ２＋１−ｘＦｅ３＋ｘ（ＯＨ）ｍ］（Ａｎ−）ｘ/ｎ・ｙＨ２Ｏ（０．０５≦ｘ≦０．３４、０．５≦ｍ≦３．４であり、Ａｎ-はｎ価の陰イオン、ｙは自然数）で表わすことができる。
【００２９】
上記ハイドロタルサイト様物質は層状構造を呈しており、具体的にはマグネシウムイオン及び鉄イオンを中心とした八面体が二次元的に連なってなる層が複数積層されたような構成を採っている。なお、マグネシウムイオン及び鉄イオンは、上述した構造において同一の結晶サイトに位置するものであって、互いに置換の関係にある。また、このような状態では、層状複水酸化物は正電荷を帯びるようになるので、前記層状複水酸化物を構成する陰イオン、例えば硫酸イオン（ＳО４２−）、硝酸イオン（ＮＯ３３−）及び塩化物イオン（Ｃｌ−）等が層間に介在し、全体として電気的中性を維持している。
【００３０】
ハイドロタルサイトは、例えば一般式［Ｍｇ３Ａｌ（ＯＨ）８］１／２ＣＯ３２−・２Ｈ２Ｏで表されるものであって、マグネシウムイオンを中心とする八面体（ブルーサイト層）が二次元的に連なり、マグネシウムイオンの一部をアルミニウムイオンで置き換えた層が積層されて層状構造を形成しているものである。そして、その層間には炭酸イオンと結晶水とが存在している。このような構造を有するハイドロタルサイトは、層間の陰イオンが他の陰イオンと交換する性質を有することが知られている。
【００３１】
したがって、本実施形態のハイドロタルサイト様物質も、一般式中の陰イオンである硫酸イオン（ＳО４２−）、硝酸イオン（ＮＯ３３−）及び塩化物イオン（Ｃｌ−）が、排水中に含まれるリン、具体的にはリン酸イオン（陰イオン）と交換することができるようになる。この結果、排水中のリン（リン酸イオン）の吸着回収を効果的に行なうことができるようになる。
【００３２】
また、本実施形態のハイドロタルサイト様物質は、マグネシウムを含むことにより、その結晶性が比較的低くなっている。例えば、Ｘ線結晶構造解析によって測定される(003)由来のピークから算出される半値幅が０．２以上０．８(deg)以下となる。したがって、上記ハイドロタルサイト様物質を被処理水Ｓと接触させた場合において、ハイドロタルサイト様物質を構成するマグネシウムイオンが排水中に溶出するようになる。この結果、排水中に存在するリン（リン酸イオン）と、同じく排水中に存在するアンモニウムイオンや炭酸イオンとは、上記のようにして溶出したマグネシウムイオンと、例えばリン酸アンモニウムマグネシウムやリン酸マグネシウムと炭酸マグネシウムとの複合酸化物を生成し、排水中に沈殿するようになる。したがって、生成した沈殿物を除去することによって、被処理水Ｓからのリン（リン酸イオン）の除去が可能となる。
【００３３】
なお、上記沈殿物も吸着槽１１からリン吸着材排出経路２４を介して外部に取り出すことができ、肥料素原料として用いることができる。
【００３４】
また、リン吸着材Ａを構成する層状複水酸化物は、上述したように結晶性が必ずしも良くない。そのため、層状構造を採る層状複水酸化物の表面に水酸化マグネシウム及び水酸化鉄の少なくとも一方が部分的に存在するような状態になることもある。このような水酸化マグネシウム及び水酸化鉄は、一般に上述した層状複水酸化物の表面に形成される。これは、層状複水酸化物の表面に存在するマグネシウムイオン及び鉄イオンが、同じく層状複水酸化物の表面に存在する水酸基との間で化学的に反応し、水酸化マグネシウム及び水酸化鉄となるためである。
【００３５】
本実施形態におけるリン吸着材Ａは、この表面に存在する水酸化マグネシウム及び水酸化鉄も、被処理水Ｓ中のリン酸アンモニウムマグネシウムやリン酸マグネシウムと炭酸マグネシウムとの複合酸化物からなる沈殿物を生じ、排水中からのリン（リン酸イオン）の除去に貢献する。したがって、生成した沈殿物を除去することによって、被処理水Ｓからのリン（リン酸イオン）の除去が可能となる。
【００３６】
なお、上記沈殿物も吸着槽１１からリン吸着材排出経路２４を介して外部に取り出すことができ、肥料素原料として用いることができる。
【００３７】
このように本実施形態のリン吸着材Ａは、ハイドロタルサイト様物質に由来する層状複水酸化物の層間に存在する陰イオンとのイオン交換によって排水中のリン酸イオンを吸着除去することができるとともに、ハイドロタルサイト様物質、すなわち層状複水酸化物の比較的低い結晶性に基づいて、当該層状複水酸化物中のマグネシウムイオンが被処理水Ｓ中に溶出することによって、リン酸イオンを含む沈殿物を生成し、さらには層状複水酸化物の表面に生成された水酸化マグネシウム及び水酸化鉄も被処理水Ｓ中のリン酸アンモニウムマグネシウムやリン酸マグネシウムと炭酸マグネシウムとの複合酸化物からなる沈殿物を生じる。
【００３８】
したがって、本実施形態のリン吸着材Ａは、被処理水Ｓ中のリンを高効率に除去することができるとともに、リン吸着後においてはリン肥料素原料として有効に用いることができる。
【００３９】
なお、水酸化マグネシウムおよび水酸化鉄が存在することによるリン吸着性能の向上は、原理的にはこれらが水中のリン酸イオンと配位子交換反応によってリンを直接吸着しているものと考えられる。
【００４０】
本実施形態におけるリン吸着材は、上述のような層状複水酸化物を含むものであるが、その層状複水酸化物をそのまま、例えば粉末状で使用することができる。また、必要に応じて種々の形状に成形したうえで使用することもできる。あるいはバインダーを混合して造粒するなどが可能である。
【００４１】
上述のように、本実施形態におけるリン吸着材Ａは、ハイドロタルサイト様物質であって、層状水酸化物構造を基本骨格に備えており、前述のようにマグネシウムイオン及び鉄イオンを中心とした八面体の水酸化物が二次元的に連なってなる層が複数積層されたような構成を採っている。この点では、従来から知られているハイドロタルサイトなどの層状水酸化物と同様である。
【００４２】
しかしながら、本実施形態におけるリン吸着材Ａが従来のハイドロタルサイト様化合物と異なる点は、従来の層状水酸化物は層間でのイオン交換が主な吸着原理であり、八面体の水酸化物自体は吸着に殆ど関与しないのに対して、本実施形態においてはこの八面体の水酸化物が吸着に大きく関与していることである。また、層状複水酸化物を構成する元素の一部が被処理水Ｓ中に溶け出して、例えばリン酸アンモニウムマグネシウムやリン酸マグネシウムと炭酸マグネシウムとの複合酸化物の沈殿物を生成し、さらには層状複水酸化物の表面に存在する水酸化マグネシウムや水酸化鉄が、被処理水Ｓ中のリン酸アンモニウムマグネシウムやリン酸マグネシウムと炭酸マグネシウムとの複合酸化物からなる沈殿物を生じることである。
【００４３】
なお、上記リン吸着材Ａは、基本的に、マグネシウムを含む化合物と鉄を含む化合物とを水熱反応させることにより製造することができる。ここで原料として用いることができる化合物は特に限定されるものではないが、例えば、マグネシウムまたは鉄の、塩化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩などが挙げられる。このとき、反応溶液のｐＨはアルカリ性であることが好ましい。このような反応は、常圧下で行うほか、オートクレーブなどを利用して高圧下で行うこともできる。
【００４４】
反応条件は、目的とする層状複水酸化物の構造や粒子径などに応じて選択されるが、一般的には、２５〜２００℃、好ましくは６０〜９５℃で反応させる。圧力は常圧であってもよく、またオートクレーブなどを利用して加圧または減圧、例えば０．０１〜２．０ＭＰａとすることもできる。
【００４５】
（第２の実施形態）
図２は、本実施形態における水処理装置の概略構成を示す図である。
図２に示すように、本実施形態における水処理装置２０は、吸着槽１１にｐＨ計測器２８が設けられ、吸着槽１１内のｐＨ値を適宜モニタリングできるように構成されている点において、図１に示す水処理装置１０と相違し、制御装置１５が、リン濃度計測器１２で計測したリンの濃度及びｐＨ計測器２８で計測したｐＨ値をモニタリングし、このモニタリングの結果に基づいて、リン吸着材導入調整器１３及び被処理水供給器１４を駆動し、吸着槽１１内に導入すべき、被処理水及びリン吸着材の量を制御するようになっている。また、図示しない調整器を介してｐＨ調整剤の導入を制御できるように構成されている点で相違する。
【００４６】
なお、その他の構成については図１に示す水処理装置１０と同様であるので説明を省略する。
【００４７】
本実施形態の水処理装置２０を用いた水処理方法は、最初に、被処理水Ｓを被処理水導入経路２１に沿って水処理装置２０内に導入する。被処理水Ｓは、例えば、生物学的排水処理から排出される、余剰汚泥の処理工程において生成する汚泥脱離液等に由来するもの、すなわち下水等とすることができる。このような排水は、排出量や水質が安定しているので、計画的なリン回収に寄与することができる。
【００４８】
被処理水Ｓは、水処理装置２０内に導入するに際し、最初に、固液分離装置１６に導入し、被処理水Ｓ中の固形不純物を予め除去する。次いで、被処理水供給器１４によって、被処理水Ｓを、リン濃度計測器１２を介して吸着槽１１内に導入する。なお、被処理水Ｓがリン濃度計測器１２を通過する間に、被処理水Ｓ中のリン濃度が計測され、その計測値が制御装置１５に送信される。
【００４９】
次いで、制御装置１５が受信した被処理水Ｓ中のリン濃度の計測値に応じて、制御装置１５はリン吸着材導入調整器１３に制御信号を送信し、リン吸着材導入経路２２を介して所定量のリン吸着材Ａが吸着槽１１内に導入される。この際、導入するリン吸着材Ａの量は、リン吸着材Ａによるリン吸着の性能が予め既知となっているので、吸着槽１１内に導入した被処理水Ｓ中のリンを最大限に吸着できるような量とする。
【００５０】
一方、リン吸着材Ａは、上述のように［Ｍｇ２＋１−ｘＦｅ３＋ｘ（ＯＨ）ｍ］（Ａｎ−）ｘ/ｎ・ｙＨ２Ｏ（０．０５≦ｘ≦０．３４、０．５≦ｍ≦３．４であり、Ａｎ-はｎ価の陰イオン、ｙは自然数）で表わされるハドロタルサイト様物質が好ましく用いられるので、このハイドロタルサイト様物質が被処理水Ｓと接触することにより、上記ハイドロタルサイト様物質の水酸基に起因して被処理水ＳのｐＨがアルカリ性側にシフトする傾向が強くなる。この場合、特に被処理水Ｓ中のｐＨ値が８以上となるように上記ハイドロタルサイト様物質のリン吸着材Ａを吸着槽１１内に導入することによって、被処理水Ｓ中のリンの吸着量を増大できることが経験的に確認されている。
【００５１】
したがって、本実施形態においては、制御装置１５及びｐＨ計測器２８によって、吸着槽１１内の、被処理水Ｓ中のリンを吸着する能力を直接的にモニタリングできるので、ｐＨ計測器２８による計測値に基づいて、制御装置１５及びリン濃度計測器１２によって吸着槽１１内に導入すべきリン吸着材Ａの量を直接的に制御することができるとともに、制御装置１５及び被処理水供給器１６によって吸着槽１１内に導入すべき被処理水Ｓの量を直接的に制御することができる。
【００５２】
吸着槽１１内で被処理水Ｓをリン吸着材Ａと所定時間接触させ、被処理水Ｓ中のリン成分がリン吸着材Ａに十分に吸着された後は、吸着槽１１よりリン成分吸着済みのリン吸着材Ａを、そのままリン吸着材排出経路２４を介して外部に排出する。
【００５３】
このようにして吸着槽１１から排出されたリン吸着材Ａは、リン成分を十分に吸着しているので、そのまま肥料素原料として用いることができる。すなわち、従来においては、リン吸着材Ａをリン吸着材として再利用することを前提としていたため、リン吸着材からリンを離脱させて再利用するためにアルカリ等の多量の薬剤が必要になり、リン離脱のための煩雑な工程が必要となり、結果として、排水からのリンの除去操作が煩雑になるという問題があった。しかしながら、本実施形態においては、リンを吸着した後のリン吸着材は、リン成分を離脱させることなく、そのまま肥料素原料として再利用するため、上述のような薬剤を必要とせず、また、そのための煩雑な工程を必要とすることもない。
【００５４】
したがって、本実施形態におけるリン吸着材の再利用と従来のリン吸着材の再利用とは、それらの再利用形態が異なることに起因して、リン成分を溶解する被処理水Ｓの処理工程を簡略化することができる。
【００５５】
なお、被処理水Ｓ中のｐＨ値は９以下であることが好ましい。上述のように、本実施形態においては、リンを吸着したリン吸着材Ａを吸着槽１１よりリン吸着排出経路２４を介して外部に排出するが、その際に被処理水Ｓのリン吸着除去後の残液も併せて排出されることになる。このとき、残液のｐＨ値が９を超えて高くなると、放流基準値（例えばｐＨ＝８．６）を大きく超えてしまい、環境に悪影響を与えてしまう場合がある。しかしながら、被処理水ＳのｐＨ値を９以下とすることにより、上述のような問題を回避することができる。
【００５６】
被処理水Ｓ内のｐＨ値は、上述のように一義的にはハイドロタルサイト様物質のリン吸着材Ａによって決定されるが、リン吸着材Ａの導入量の制御によってｐＨ値の制御が困難な場合においては、制御装置１５により、図示しない調整器を介してｐＨ調整剤の導入を制御し、吸着槽１１内の被処理水ＳのｐＨ値を９以下とすることができる。
【００５７】
また、リン吸着材Ａに関する詳細は、第１の実施形態と同様であるので、本実施形態においては説明を省略する。
【００５８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
１０，２０ 水処理装置
１１ 吸着槽
１２ リン濃度計測器
１３ リン吸着材導入調整器
１４ 被処理水供給器
１５ 制御装置
１６ 固液分離装置
２１ 被処理水導入経路
２２ リン吸着材導入経路
２４ リン吸着材排出経路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン成分を溶解する被処理水と、ハイドロタルサイト様物質を含むリン吸着材とを接触させ、前記リン吸着材にリン成分を吸着させるための吸着手段と、
前記吸着手段内に供給する前記被処理水中のリンの濃度を計測するためのリン濃度計測手段と、
前記リン濃度計測手段によって計測されるリンの濃度に応じて前記リン吸着材を前記リン吸着手段内に導入するためのリン吸着材導入手段と、
リンを吸着した前記リン吸着材を前記吸着手段から排出するためのリン吸着材排出手段と、
を具えることを特徴とする、水処理装置。
【請求項２】
前記ハイドロタルサイト様物質は、マグネシウム及び鉄を含むことを特徴とする、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記ハイドロタルサイト様物質は、一般式［Ｍｇ２＋１−ｘＦｅ３＋ｘ（ＯＨ）ｍ］（Ａｎ−）ｘ/ｎ・ｙＨ２Ｏ
（０．０５≦ｘ≦０．３４、０．５≦ｍ≦３．４であり、Ａｎ-はｎ価の陰イオン、ｙは自然数）で表わされることを特徴とする、請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記吸着手段に導入される前記被処理水中のリン成分のリン（Ｐ）としての質量が、前記吸着手段に導入される前記リン吸着材の質量の０．１倍以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記吸着手段内のｐＨ値を計測するためのｐＨ計測手段を具え、前記リン吸着材導入手段は、前記リン濃度計測手段によって計測されるリンの濃度に加え、前記ｐＨ計測手段による前記吸着手段内のｐＨ値に応じて前記吸着手段内に前記リン吸着材を導入するように構成したことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記リン吸着材導入手段により、前記吸着手段内のｐＨが８以上となるように前記リン吸着材を導入するように構成したことを特徴とする、請求項５に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記リン吸着材排出手段によって前記吸着手段から排出したリン成分を吸着した前記リン吸着材を、肥料素原料として用いることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記被処理水が下水汚泥処理に由来することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の水処理装置。
【請求項９】
リン濃度計測手段によって、吸着手段内に供給する被処理水中のリンの濃度を計測するステップと、
前記リン濃度計測手段によって計測されるリンの濃度に応じ、リン吸着材導入手段によりハイドロタルサイト様物質を含むリン吸着材を前記リン吸着手段内に導入するステップと、
前記被処理水と、前記リン吸着材とを前記リン吸着手段において接触させ、前記リン吸着材にリンを吸着させるステップと、
リンを吸着した前記リン吸着材を、リン吸着材排出手段によって前記吸着手段から排出するステップと、
を具えることを特徴とする、水処理方法。
【請求項１０】
前記ハイドロタルサイト様物質は、マグネシウム及び鉄を含むことを特徴とする、請求項９に記載の水処理方法。
【請求項１１】
前記ハイドロタルサイト様物質は、一般式［Ｍｇ２＋１−ｘＦｅ３＋ｘ（ＯＨ）ｍ］（Ａｎ−）ｘ/ｎ・ｙＨ２Ｏ
（０．０５≦ｘ≦０．３４、０．５≦ｍ≦３．４であり、Ａｎ-はｎ価の陰イオン、ｙは自然数）で表わされることを特徴とする、請求項１０に記載の水処理方法。
【請求項１２】
前記吸着手段に導入される前記被処理水中のリン成分のリン（Ｐ）としての質量が、前記吸着手段に導入される前記リン吸着材の質量の０．１倍以上とすることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一に記載の水処理方法。
【請求項１３】
ｐＨ計測手段によって前記吸着手段内のｐＨ値を計測するステップを具え、前記リン吸着材導入手段により、前記リン濃度計測手段によって計測されるリンの濃度に加え、前記ｐＨ計測手段による前記吸着手段内のｐＨ値に応じて前記吸着手段内に前記リン吸着材を導入することを特徴とする、請求項９〜１２のいずれか一に記載の水処理方法。
【請求項１４】
前記リン吸着材導入手段により、前記吸着手段内のｐＨを８以上とするように前記リン吸着材を導入することを特徴とする、請求項１３に記載の水処理方法。
【請求項１５】
前記リン吸着材排出手段によって前記吸着手段から排出したリンを吸着した前記リン吸着材を、肥料素原料として用いることを特徴とする、請求項９〜１４のいずれか一に記載の水処理方法。
【請求項１６】
前記被処理水が下水汚泥処理に由来することを特徴とする、請求項９〜１５のいずれか一に記載の水処理方法。
【請求項１】
リン成分を溶解する被処理水と、ハイドロタルサイト様物質を含むリン吸着材とを接触させ、前記リン吸着材にリン成分を吸着させるための吸着手段と、
前記吸着手段内に供給する前記被処理水中のリンの濃度を計測するためのリン濃度計測手段と、
前記リン濃度計測手段によって計測されるリンの濃度に応じて前記リン吸着材を前記リン吸着手段内に導入するためのリン吸着材導入手段と、
リンを吸着した前記リン吸着材を前記吸着手段から排出するためのリン吸着材排出手段と、
を具えることを特徴とする、水処理装置。
【請求項２】
前記ハイドロタルサイト様物質は、マグネシウム及び鉄を含むことを特徴とする、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記ハイドロタルサイト様物質は、一般式［Ｍｇ２＋１−ｘＦｅ３＋ｘ（ＯＨ）ｍ］（Ａｎ−）ｘ/ｎ・ｙＨ２Ｏ
（０．０５≦ｘ≦０．３４、０．５≦ｍ≦３．４であり、Ａｎ-はｎ価の陰イオン、ｙは自然数）で表わされることを特徴とする、請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記吸着手段に導入される前記被処理水中のリン成分のリン（Ｐ）としての質量が、前記吸着手段に導入される前記リン吸着材の質量の０．１倍以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記吸着手段内のｐＨ値を計測するためのｐＨ計測手段を具え、前記リン吸着材導入手段は、前記リン濃度計測手段によって計測されるリンの濃度に加え、前記ｐＨ計測手段による前記吸着手段内のｐＨ値に応じて前記吸着手段内に前記リン吸着材を導入するように構成したことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記リン吸着材導入手段により、前記吸着手段内のｐＨが８以上となるように前記リン吸着材を導入するように構成したことを特徴とする、請求項５に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記リン吸着材排出手段によって前記吸着手段から排出したリン成分を吸着した前記リン吸着材を、肥料素原料として用いることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記被処理水が下水汚泥処理に由来することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の水処理装置。
【請求項９】
リン濃度計測手段によって、吸着手段内に供給する被処理水中のリンの濃度を計測するステップと、
前記リン濃度計測手段によって計測されるリンの濃度に応じ、リン吸着材導入手段によりハイドロタルサイト様物質を含むリン吸着材を前記リン吸着手段内に導入するステップと、
前記被処理水と、前記リン吸着材とを前記リン吸着手段において接触させ、前記リン吸着材にリンを吸着させるステップと、
リンを吸着した前記リン吸着材を、リン吸着材排出手段によって前記吸着手段から排出するステップと、
を具えることを特徴とする、水処理方法。
【請求項１０】
前記ハイドロタルサイト様物質は、マグネシウム及び鉄を含むことを特徴とする、請求項９に記載の水処理方法。
【請求項１１】
前記ハイドロタルサイト様物質は、一般式［Ｍｇ２＋１−ｘＦｅ３＋ｘ（ＯＨ）ｍ］（Ａｎ−）ｘ/ｎ・ｙＨ２Ｏ
（０．０５≦ｘ≦０．３４、０．５≦ｍ≦３．４であり、Ａｎ-はｎ価の陰イオン、ｙは自然数）で表わされることを特徴とする、請求項１０に記載の水処理方法。
【請求項１２】
前記吸着手段に導入される前記被処理水中のリン成分のリン（Ｐ）としての質量が、前記吸着手段に導入される前記リン吸着材の質量の０．１倍以上とすることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一に記載の水処理方法。
【請求項１３】
ｐＨ計測手段によって前記吸着手段内のｐＨ値を計測するステップを具え、前記リン吸着材導入手段により、前記リン濃度計測手段によって計測されるリンの濃度に加え、前記ｐＨ計測手段による前記吸着手段内のｐＨ値に応じて前記吸着手段内に前記リン吸着材を導入することを特徴とする、請求項９〜１２のいずれか一に記載の水処理方法。
【請求項１４】
前記リン吸着材導入手段により、前記吸着手段内のｐＨを８以上とするように前記リン吸着材を導入することを特徴とする、請求項１３に記載の水処理方法。
【請求項１５】
前記リン吸着材排出手段によって前記吸着手段から排出したリンを吸着した前記リン吸着材を、肥料素原料として用いることを特徴とする、請求項９〜１４のいずれか一に記載の水処理方法。
【請求項１６】
前記被処理水が下水汚泥処理に由来することを特徴とする、請求項９〜１５のいずれか一に記載の水処理方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−５９７４６（Ｐ２０１３−５９７４６Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０１０４７（Ｐ２０１１−２０１０４７）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]