含磷水的磷回收装置制造方法
【专利摘要】本发明的目的在于，提供一种消除凝聚性磷的析出，不会降低磷回收率的含磷水的磷回收装置，其目的通过如下结构的磷回收装置来解决。在具备回收磷的晶析反应塔(2)的磷回收装置中，在晶析反应塔(2)的下部设有原水导入口(17)，在上部设有处理水的排出口(20)，外部设有调节pH的pH调节槽(3)，上部循环配管(30)的一端与排出口(20)连接，另一端与pH调节槽(3)连接，pH调节槽(3)和晶析反应塔(2)的下部通过下部循环配管(31)相连接，从原水导入口(17)导入的原水在晶析反应塔(2)的内部上升的过程中，磷被回收，从排出口(20)作为循环水经由上部循环配管(30)送至pH调节槽(3)，pH调节后的处理水在经由下部循环配管(31)的晶析反应塔(2)下部作为循环水进行返送循环。
【专利说明】含磷水的磷回收装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及提高了磷回收率的含磷水的磷回收装置。
【背景技术】
[0002] 磷作为肥料、工业药品等的原料、食品、饲料被大量地输入使用，但粪便、杂排水、 来自工厂的工业排水、畜产废弃物、来自耕种地的排出等对水域的富营养化成为问题。
[0003] 另一方面，磷是有可能枯竭的资源，为了形成循环型社会，从"进行去除"到"进行 回收"的转换是很重要的。
[0004] 现有磷去除方法公知的是生物学的磷去除方法、同时凝聚法、晶析脱磷方法。生物 学的磷去除方法原理如下，即，通过使曝气罐的一部分的曝气不进行而将其设定为嫌气状 态，可以使作为剩余污泥而抽出的磷量比通常的处理法多。同时凝聚法是在原有的曝气罐 中添加凝聚剂的方法。晶析脱磷法是利用液中的磷酸离子通过钙离子及氢氧化物离子的反 应而生成的羟磷灰石（HAP)的晶析现象的方法。
[0005] 今后，从对磷进行回收的观点出发，考虑有效地使用晶析脱磷法。
[0006] 晶析脱磷方法在专利文献1中记载有使用以硅酸钙水合物为主构成物，具有50? 90%的空隙率的多孔质处理材料作为脱磷材料进行晶析脱磷的方法。在该方法中，不需要 水温等详细的前后调节，处理稳定。另外，也没有在生物学的磷去除方法中成为问题的含磷 水从污泥处理向水处理系的流入及在同时凝聚法中成为问题的污泥增加。
[0007] 但是，在专利文献1中，由于没有进行脱碳酸、钙添加，因此在磷浓度低的情况下， 就会与碳酸钙进行竞争反应等，钙不足造成的处理速度的降低明显，经不住长期使用。
[0008] 于是，在专利文献2和专利文献3中公开了一种技术，S卩，对原水实施脱碳酸处理， 向原水或反应槽中供给钙离子（氯化钙），填充以硅酸钙水合物为主体的脱磷材料，或使含 磷的原水在使其流动的反应槽中流通而进行脱磷。该技术是在晶析反应槽中，将滞留的原 水的pH值从8调节到10,通过补充钙离子，从原水中高速地进行脱磷。
[0009] 现有技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1:日本特开昭62 - 183898号公报
[0012] 专利文献2:日本专利第3569086号
[0013] 专利文献3:日本专利第3763551号
[0014] 发明概述
[0015] 发明要解决的课题
[0016] 如果补充钙离子进行pH调节，与现有技术相比，磷去除率提高，处理时间也可以 缩短，但在原水的磷浓度高的情况下，如果将pH调节到8以上，则在籽晶与磷进行反应前， 产生凝聚性磷（磷酸钙），在各处理槽中引起水锈的问题。当然，在籽晶中作为羟磷灰石析 出的量减少，磷回收率下降。
[0017] 另外，在从原水中通过晶析反应进行脱磷时，如果使磷回收装置的运转持续一定 时间，则因 SS等闭塞（堵塞），存在磷回收率下降的问题。另外，因为SS在磷晶析时一部分 被吸收，所以，使羟磷灰石的纯度也降低。
[0018] 即使通过使原水流通而防止SS造成的闭塞，由于供给水不与籽晶充分接触而发 生溢流等，籽晶和原水的反应时间短，没有花费用于磷析出的充分的反应时间，因此磷回收 率降低。
[0019] 于是，本发明的课题在于，提供一种消除凝聚性磷的析出，不使磷回收率降低的含 磷水的磷回收装置。
[0020] 本发明的其它课题通过以下的记载可以明白。
[0021] 解决课题的手段
[0022] 上述课题通过以下的各发明来解决。
[0023] 1、一种磷回收装置，其具备晶析反应塔，该晶析反应塔内部填充或流动有磷回收 材料，使用硅酸钙水合物作为籽晶，通过晶析反应从含有磷的原水中回收该磷，其特征在 于，所述磷回收装置的构成是，
[0024] 在所述晶析反应塔的下部设有将所述含有磷的原水不进行pH调节而直接导入的 原水导入口，在上部设有处理水的排出口，
[0025] 在所述晶析反应塔的外部设有pH调节槽，
[0026] 上部循环配管的一端与所述处理水的排出口连接，该上部循环配管的另一端与所 述pH调节槽连接，该pH调节槽和所述晶析反应塔的下部通过下部循环配管相连接，
[0027] 从所述晶析反应塔的下部的所述原水导入口导入的原水在该晶析反应塔的内部 上升的过程中，磷被回收，从该晶析反应塔的上部的所述处理水的排出口，作为循环水经由 该上部循环配管被送至该pH调节槽，在该pH调节槽中，pH被调节为8. 0?8. 7的范围，pH 调节后的处理水经由下部循环配管在所述晶析反应塔的下部作为循环水进行返送循环，
[0028] 调节所述循环水的水量，以使其成为从所述晶析反应塔的下部导入的所述含有磷 的原水的水量的3倍至30倍的范围。
[0029] 2、如上述1所述的磷回收装置，其特征在于，
[0030] 在所述晶析反应塔的下部具有散气喷嘴，或从所述晶析反应塔的下部导入混入了 气泡的原水。
[0031] 3、如上述1或2所述的磷回收装置，其特征在于，
[0032] 处理水排出管与所述pH调节槽连接。
[0033] 4、如上述1?3中任一项所述的磷回收装置，其特征在于，
[0034] 在所述晶析反应塔的前段具有具备氯化钙添加设备的混合槽，设置于该氯化钙混 合槽的供给原水的原水供给管具有用于测定原水的磷浓度的磷浓度测定仪，在该磷浓度 测定仪中测定磷浓度，根据所述原水的磷浓度，以钙（Ca)相对于磷（P)重量比为2?3倍 的方式在所述混合槽中添加氯化钙。
[0035] 5、如上述1?4中任一项所述的磷回收装置，其特征在于，
[0036] 在所述晶析反应塔内，在通过循环水稀释的状态下，晶析反应塔内的所述原水的 磷浓度为30mg/l以下。
[0037] 发明效果
[0038] 根据本发明，具有如下效果，S卩：在晶析反应塔和pH调节槽之间形成循环线，通 过使含磷原水或者处理水经由循环线进行循环，将晶析反应塔的磷浓度总是保持在优选的 30mg/l左右,在该循环线内，通过调节pH,可以解除凝聚性磷析出的问题。
[0039] 另外，由于处理水是循环的，因此，为了磷析出，确保原水和籽晶的充分的接触时 间或者反应时间，不会使排水中的磷的回收效率降低。
[0040] 另外，具有调节循环水的水量的调节装置，其调节循环水的水量，以使其达到从晶 析反应塔的下部导入的含磷的原水的水量的3倍?30倍、优选5倍?25倍的范围，由此， 原水和籽晶的接触次数也增加，防止籽晶的固结，反应效率上升，能够增加原水中的磷的回 收效率。
[0041] 另外，如果从晶析反应塔下部散气，或进入气泡，则SS利用气泡从塔的上方跑掉， 所以也防止了 SS造成的闭塞，可以防止该闭塞造成的磷回收率的降低。需要说明的是，因 此，还具有在本发明的磷回收装置的前段不需要用于去除SS的膜处理的效果。
[0042] 在一般的排水处理中，磷回收后的处理水被移送到凝聚沉淀槽等，进行排水处理。 由于在该凝聚沉淀槽中可以利用本发明，因此，不必除去SS，且在磷回收处理中防止了 SS 造成的闭塞，因此认为，如果考虑到一系列的一般的排水处理，则得到非常理想的方式。
[0043] 附图的简要说明
[0044] 图1是表示本发明的一个实例的磷回收装置的示意图；
[0045] 图2是表示在本发明的一个实例的磷回收装置中进行处理时的、pH、磷浓度、晶析 反应处理中的循环水量相关的磷回收率的曲线图。
[0046] 发明的【具体实施方式】
[0047] 下面，说明本发明的实施方式。
[0048] 在本发明中，作为磷回收的排水（原水）没有特别限制，只要是可以回收磷的排水 即可，例如，只要可以从粪便、杂排水、来自工厂的工业排水、畜产废弃物、来自耕种地的排 出等对水域的富营养化成为问题的排水中回收磷，则可以解决富营养化的问题，并且可以 回收磷，具有双重效果。
[0049] 图1是表示本发明的磷回收装置的一个例子的图。
[0050] 该图中，1为钙混合槽，在该混合槽1中设置有搅拌器10。11为含有磷的原水的供 给管，12为氯化钙供给设备。
[0051] 虽然未图示但氯化钙供给设备12具备氯化钙罐，在罐内根据需要具备搅拌器。在 氯化钙供给设备12中具备氯化钙泵13,通过来自设于原水供给管11处的磷浓度计14的例 如电信号，控制氯化钙的供给。
[0052] 含有磷的原水的供给管11还可以与混合槽1的任何部位连接，只要以可以从混合 槽1的上部供给含有磷的原水的方式连接即可。
[0053] 在混合槽1中，相对于该原水，从氯化钙供给设备12供给钙离子。本实施例中，之 所以使用氯化钙是因为优选易溶出的钙盐作为钙离子。
[0054] 添加氯化钙的目的是为了根据原水的磷浓度调节向配置于混合槽1的后段的晶 析反应塔2供给的原水中的钙浓度，补充羟磷灰石的析出需要的钙离子。
[0055] 钙相对于该混合槽1内的原水的注入量优选根据原水中的磷浓度，在钙（Ca)相对 于磷（P)重量比为2?3倍的范围进行调节。
[0056] 在本发明中，混合槽1内的pH为6. 5以上且不足7. 0,不必进行将pH调节为7以 上的处理。因为不会产生凝聚性磷析出的问题。
[0057] 配设于混合槽1的后段的晶析反应塔2的构造为，形成塔状，在塔状的晶析反应塔 2的下部，连接有与上述混合槽1的下部连接的原水排出管15,在原水排出管15中设有原 水泵16,从晶析反应塔2的下部经由原水导入口 17导入原水。
[0058] 20为排出塔状的晶析反应塔2的内部的处理水的处理水排出口。处理水排出口 20设于晶析反应塔2上部，在处理水从处理水排出口 20被排出时，集积于晶析反应塔2上 部的SS也一同排出，因此成为在晶析反应塔2内不会蓄积SS的构造。
[0059] 3为与塔状的晶析反应塔2邻接设置的pH调节槽3。塔状的晶析反应塔2的内部 的处理水，从设于晶析反应塔2的上部的处理水的排出口 20经由上部循环配管30,流入pH 调节槽3。另外，在pH调节槽3中进行了 pH调节的循环水经由下部循环配管31返回塔状 的晶析反应塔2的下部。32为循环泵。另外，在下部循环配管31中设有阀33,可以调节返 回晶析反应塔2的下部的循环水的水量。本实施例中，上部循环配管30和下部循环配管31 构成循环线。
[0060] 在晶析反应塔2的内部，可流动地填充有以硅酸钙水合物为主体的脱磷材料。籽 晶的累积高度优选1000mm?3000mm的范围。
[0061] 作为该硅酸钙水合物，例如可以举出雪硅钙石、硬硅钙石、针硅钙、硅灰石的微小 的板状晶、柱状晶及针状晶中的一种或二种以上的组合。
[0062] 在本实施方式中，从利用原水排出管15的空气送气促进原水中的氯化钙混合，还 可以直接作为来自晶析反应塔2下部的槽内搅拌用空气使用的观点考虑，优选采用可以从 晶析反应塔2的下方散气的构造。另外，在原水排出管15附设静态混合器22等，也可以采 用促进氯化钙的混合的装置。
[0063] 可以散气的构造没有特别的限定，但优选例如设置压缩机那样的空气供给机21， 从该空气供给机21向原水排出管15送入压缩空气，在使空气混入原水中的状态下自晶析 反应塔2的下部供给。
[0064] 晶析反应塔2的内部的处理水从晶析反应塔2的上部经由上部循环配管30返回 pH调节槽3,调节其pH。在该pH调节槽3中，根据需要也可以设置搅拌器37。在pH调节 槽3中具备氢氧化钠供给设备34和pH传感器35,氢氧化钠供给设备34虽然未图示出但 具备氢氧化钠罐，在罐内根据需要具备搅拌器。在氢氧化钠供给设备34中具备氢氧化钠泵 36,根据来自pH传感器35的例如电信号，控制氢氧化钠的供给。在pH调节槽3中，通过氢 氧化钠的投入将其pH调节在8. 0?8. 7的范围。
[0065] 在本实施例中，之所以使用氢氧化钠是因为作为氢氧化物离子，优选易溶出的物 质。
[0066] 在pH调节槽3中，确认磷被除去成为磷浓度为30mg/l以下，优选为25mg/l以下、 更优选为20mg/l以下的情况下，一部分处理水从pH调节槽3上部经由处理水排出管38排 出，向下一个排水处理工序转移。其它的处理水经由下部循环配管31自晶析反应塔2的下 部送入进行循环。该循环水通过设置于下部循环配管31中的阀33调节向晶析反应塔2的 流入量。
[0067] 从晶析反应塔2排出的SS也从处理水排出管38 -同排出。之所以在该磷回收处 理中未将SS除去，是因为预知在磷回收处理的后段进行凝聚沉淀处理等排水处理，且在凝 聚沉淀槽中能够直接利用SS，是优选的方式。
[0068] 另外，在晶析反应塔2的下部设置有HAP排出管40,用于回收与磷反应后的籽晶 HAP，在籽晶与磷充分反应后，打开阀41回收HAP。 实施例
[0069] 对本发明的实施例进行说明。本发明不受该实施例限定。
[0070] (试验装置）
[0071] 使用图1所示的装置。
[0072] 塔状的晶析反应塔2的塔径为0. 147m，塔截面积为0. 017m2,籽晶高度为1. 8m，原 水供给量为1. lm3/D。
[0073] 本发明的下述试验数据，使用粪便进行试验。原水的性状大致为：pH6. 5?7. 1， P〇4 - P 为 45 ?55mg/l，SS 为 10 ?50mg/l，温度为 28 ?33°C。
[0074] 在混合槽1中添加钙离子，原水的钙离子浓度调节为相对于原水的磷浓度为2? 3倍。pH约为6. 6。另外，在本实施例中，在混合槽1添加磷酸钙，将磷浓度调节为95? 105mg/l〇
[0075] 从混合槽1流入晶析反应塔2的线中的空气插入量设定为4?10L/min。根据SS 的量及籽晶的固结的状态，适当调节空气插入量。
[0076] 在晶析反应塔2中，填充35kg以硅酸钙水合物为主体的脱磷材料。晶析反应塔2 的槽内LV设定为0. 3m/min以上。流速视SS及籽晶的状态可以适当变更。
[0077] 从晶析反应塔2向pH调节槽3的排出量设定为5. 1?24. lm3/D。在pH调节槽3 中，磷回收装置起动时，由于晶析反应塔2内的磷浓度较高，因此将pH逐渐提高到不会产生 凝聚性磷的程度，最终使其稳定在PH8. 0?8. 7。
[0078] 从pH调节槽3排出的处理水设定为1. lm3/D，向晶析反应循环线的循环设定为4? 23m3/D。
[0079] 在上述的状态中，在第一方式的条件下进行处理的结果如图2所示。
[0080] 在晶析反应塔2中进行脱磷时，通过设置晶析反应循环线，使晶析反应塔2内的磷 浓度保持在30mg/L左右，另外，通过在晶析反应循环线内将pH调节为8. 0?8. 7,不会引起 凝聚性磷的析出。
[0081] 另外，根据从晶析反应塔下部的散气及流速，未发现晶析反应塔内的籽晶的固结 或SS造成的籽晶的闭塞。除此之外，可以考察到通过使处理水在循环线上进行循环，磷和 籽晶的接触次数也增加，确保了用于HAP析出的充分的接触反应时间。
[0082] 另外，可以确认，流入本发明的磷回收装置的原水中的SS和从处理水排出管排出 的SS的浓度保持在同量程度，防止了晶析反应塔的SS的浓缩、堆积。
[0083] 而且，根据图2可知，在晶析反应处理的循环量4?23m3/D的范围内，磷回收率稳 定，均为73%以上。
[0084] 如果考虑磷回收率、或使处理水在晶析反应塔循环的动力成本，优选尽可能低地 设定循环量，根据本试验，证明通过在含有磷的原水的水量的3?30倍的范围调节循环水 的水量，稳定地保持磷回收率为73%以上。
[0085] 另外，在含磷水的磷浓度为95mg/L?125mg/L的范围，通过使用本发明，能够进行 磷回收，直至处理水的磷浓度为30mg/L以下。
[0086] 符号说明
[0087] 1 :混合槽
[0088] 2:晶析反应塔
[0089] 3:pH 调节槽
[0090] 10 :搅拌器
[0091] 11 :原水供给管
[0092] 12 :氯化钙供给设备
[0093] 13 :氯化钙泵
[0094] 14 :磷浓度计
[0095] 15 :原水排出管
[0096] 16 :原水泵
[0097] 17:原水导入口
[0098] 20:处理水的排出口
[0099] 21 :空气供给机
[0100] 22 :静态混合器
[0101] 30:上部循环配管
[0102] 31 :下部循环配管
[0103] 32 :循环泵
[0104] 33:阀
[0105] 34 :氢氧化钠供给设备
[0106] 35:pH 传感器
[0107] 36 :氢氧化钠泵
[0108] 37 :搅拌器
[0109] 38 :处理水排出管
[0110] 40:HAP 排出管
[0111] 41 :阀。
【权利要求】
1. 一种磷回收装置，其具备晶析反应塔，该晶析反应塔内部填充或流动有磷回收材料， 使用硅酸钙水合物作为籽晶，通过晶析反应从含有磷的原水中回收该磷，其特征在于，所述 磷回收装置的构成是， 在所述晶析反应塔的下部设有将所述含有磷的原水不进行pH调节而直接导入的原水 导入口，在上部设有处理水的排出口， 在所述晶析反应塔的外部设有pH调节槽，在所述处理水的排出口连接有上部循环配 管的一端，该上部循环配管的另一端与所述pH调节槽连接，该pH调节槽和所述晶析反应塔 的下部通过下部循环配管相连接， 从所述晶析反应塔的下部的所述原水导入口导入的原水在该晶析反应塔的内部上升 的过程中，磷被回收，从该晶析反应塔的上部的所述处理水的排出口，作为循环水经由该上 部循环配管被送至该pH调节槽，在该pH调节槽中，pH被调节为8. 0?8. 7的范围，pH调节 后的处理水经由下部循环配管在所述晶析反应塔的下部作为循环水进行返送循环， 调节所述循环水的水量，以使其成为从所述晶析反应塔的下部导入的所述含有磷的原 水的水量的3倍至30倍的范围。
2. 如权利要求1所述的磷回收装置，其特征在于， 在所述晶析反应塔的下部具有散气喷嘴，或从所述晶析反应塔的下部导入混入了气泡 的原水。
3. 如权利要求1或2所述的磷回收装置，其特征在于， 在所述pH调节槽连接有处理水排出管。
4. 如权利要求1?3中任一项所述的磷回收装置，其特征在于， 在所述晶析反应塔的前段具有具备氯化钙添加设备的混合槽，设置于该氯化钙混合槽 的供给原水的原水供给管具有用于测定原水的磷浓度的磷浓度测定仪，在该磷浓度测定仪 中测定磷浓度，根据所述原水的磷浓度，以钙（Ca)相对于磷（P)重量比为2?3倍的方式 在所述混合槽中添加氯化钙。
5. 如权利要求1?4中任一项所述的磷回收装置，其特征在于， 在所述晶析反应塔内，在通过循环水稀释的状态下，晶析反应塔内的所述原水的磷浓 度为30mg/l以下。
【文档编号】C02F1/58GK104159853SQ201380012732
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年2月13日 优先权日:2012年3月7日
【发明者】满留宪二, 森一树, 松岛泰生, 佐藤大士, 古原翔太郎 申请人:三井造船环境工程株式会社