CN101898809A - 水处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水处理装置。为了排除杂质类，向反应器(31)～(33)通入被处理水，用吸附剂除去被处理水中所含有的磷之后，从第1～3处理水排出路径(L41)～(L43)分别将各反应器所保持的液体排出，从而排除来自被处理水的杂质类。本发明的水处理装置由于能够排除被处理水中的杂质对被排出的来自磷吸附剂的含有磷的解吸药液的影响，因此能够获得不含有磷回收物原料之外的物质的磷含有液。

Description

水处理装置
本申请基于2009年5月29日提交的日本在先专利申请No.2009-131568并要求其优先权，这里援引其全部内容。
技术领域
本发明涉及用于回收被处理水中所含有的磷的水处理装置；特别是涉及用于下水道、食品加工厂等的工业排水处理的对从剩余污泥的处理工序所排出的水进行处理的水处理装置，所述剩余污泥是从以活性污泥法为代表的生物学的排水处理中排出的；特别是涉及用于回收再利用被处理水中含有的磷的水处理装置。
背景技术
现在，预测到世界将来的磷资源将枯竭，出于依赖于进口来确保磷资源的国内情况，排水中的磷回收技术引人注目。
到目前为止，因为排水中的磷向环境系统的排出是导致富营养化的原因之一，所以必须除去磷和管理磷的排出状况，因此，更加重视磷的除去技术。作为代表性的磷除去技术，存在利用微生物的磷蓄积能的生物学的磷除去方法、利用凝聚沉淀法的磷除去方法。
为了使这些磷除去方法直接作为磷回收利用方法，例如，需要对从生物学的磷除去法产生的剩余污泥进行焚烧和化学处理等工序，从而需要配备大量的药剂、多个处理工序。例如，为了将磷作为资源进行再利用，也需要排除所使用的药品、所产生的污泥等所含有的杂质的影响，因此需要其调整和精制工序。鉴于这些实际情况，利用选择性地吸附磷的磷吸附剂的水处理技术引人注目。作为选择性地除去阴离子的材料，作为阴离子交换体，有阴离子交换树脂、以水滑石那样的无机层状化合物为基体的磷吸附剂、以各种金属为基体的吸附剂等，关于这些吸附剂的制法、发展了该材料特性的磷吸附剂和利用了磷吸附剂的磷回收，提出了很多的方法。
例如，作为利用了这些吸附剂的磷回收系统的例子，有日本特开2008-264661号公报。
在日本特开2008-264661号公报中记载了如下的方法：以抑制作为通水液的药液的消耗量为目的，在将被处理水通入到填充有吸附剂的反应槽中后，一次性注入药液后，将吸附剂浸渍在静置的药液中，由此使吸附完毕的磷解吸，通过供给气体等，在通入药液等之前预先排出残留在容器内的液体。
然而，在日本特开2008-264661号公报的排水处理中，虽然有可能抑制通液量，但随着由于解吸药液的浸渍而从吸附剂解吸的磷成分的浓度上升，有可能在吸附剂和含有磷的药液之间无法完全进行解吸，因此相对于磷吸附剂本来所具有的吸附容量，在日本特开2008-264661号公报所公开的方法中，在反复运用吸附操作的情况下，无法得到充分的实际吸附容量，结果会引发吸附剂的使用量的增加和装置的大型化这样的问题。另外，通过利用导入气体而使液体从吸附剂的反应器中排出，将液体再次导入吸附剂中时，气体残留，有损于之后的工序所导入的液体与吸附剂之间的接触，从而引发因导入被处理水所引起的磷的吸附、导入药液所引起的磷的排出的效率降低这样的问题。
另外，作为其他问题，即使在含有磷的排水中除去磷，在循环通入用于使磷吸附剂所捕捉的磷解吸的药液即碱液的情况下，随着药液中的磷浓度增加，有可能在磷吸附剂与含有磷的药液之间无法完全进行解吸，因此相对于磷吸附剂原本所具有的吸附容量，在反复运用吸附操作的情况下，无法得到充分的实际吸附容量，结果会引发吸附剂的使用量的增加和装置的大型化这样的问题。
此时，对于含有磷的被处理水中所含有的杂质，在磷吸附除去后，通入用于解吸磷的碱液，因此除了被碱液解吸并且移动到已经通入完毕的碱液中的磷之外，被处理水中所含有的杂质也混入到用于解吸磷的碱液中，因此存在杂质混入到磷回收液中这样的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种回收磷的水处理装置，该水处理装置能够将从生物学的水处理工序排出的污泥的处理工序所排出的污泥澄清液(脱離液)作为被处理水，利用吸附剂分离该被处理水中所含有的磷，抑制杂质混入到被处理水中，并且能够高效率地运用与药液的接触操作。
本发明所涉及的水处理装置，其具有：
磷吸附剂，其用于对被处理水中所含有的磷进行回收；
反应器，其填充有所述磷吸附剂；
导入路径，其用于向所述反应器导入被处理水；
排出路径，其用于从所述反应器排出磷除去完毕的被处理水；
第一通水机构，其用于通入从磷吸附完毕的所述磷吸附剂解吸磷的磷解吸药液；
磷回收机构，其用于从被通水处理过的所述磷解吸药液中获得磷酸盐；
第二通水机构，其用于循环通入使所述磷吸附剂再生的再生药液；以及
排出机构，其在所述被处理水或所述磷解吸药液通入所述反应器后，排出所述反应器所保持的液体。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式涉及的水处理装置的构成方框图。
图2是本发明的第2实施方式涉及的水处理装置的构成方框图。
具体实施方式
下面参照附图来说明本发明的优选实施方式。
(第1实施方式)
参照图1，说明第1实施方式的水处理装置。
本实施方式的水处理装置1用于食品加工厂等的工业排水处理，而且其适用于对从以活性污泥法为代表的生物学的排水处理中排出的剩余污泥的处理工序所排出的污泥澄清液进行处理的水处理装置，特别适用于具有生物学的排水处理工序的水处理装置，该生物学的排水处理工序具有使来自于污泥的污泥澄清液向生物学的水处理工序上游侧返送的路径。
被处理水来自于该剩余污泥的处理工序中的污泥澄清液。在此所谓的剩余污泥的处理工序包含污泥浓缩工序、污泥脱水工序或厌氧性消化处理这些全部工序。即，被处理水是来自污泥浓缩工序的污泥澄清液、来自污泥脱水工序的污泥澄清液以及来自厌氧性消化处理的污泥澄清液中的1种或2种以上的混合物。另外，在适用于下水处理的污泥处理工序的情况下，因为被处理水的排水量、水质稳定，所以能有助于有计划的回收磷。被处理水在泵P1的驱动下从原水供给源21经由路径L1分别导入到第1反应器31、第2反应器32和第3反应器33。各第1～第3反应器31～33分别具有填充有吸附剂的填充层2。
在此，磷吸附剂优选从如下材料中选择：例如以日本特开2009-56457号公报所公开的有机金属配位化合物为基体的、能够反复操作化学可逆地吸附解吸磷的材料，该材料在吸附排水中的磷之后，用于解吸来自吸附剂的磷的解吸液的选择性广且能选择性地吸附磷。作为磷吸附剂的一个例子，能够列举出下述吸附剂，该吸附剂具有：在其结构的一端具有一个或两个以上氨基的有机系高分子(也包括单独的氨基)即含氮化合物；负载该含氮化合物的载体；和固定于含氮化合物上的从锌离子、铜离子、铁离子和锆离子的群中选择的至少一种金属离子。作为载体，能够采用硅胶、氧化铝、玻璃、高岭土、云母、滑石、粘土、水合氧化铝、硅灰石、铁粉、钛酸钾、氧化钛、氧化锌、碳化硅、氮化硅、碳酸钙、碳、硫酸钡、硼、铁素体等。第1～第3反应器31～33在导入被处理水时以固定床形态运转操作。而且，为了连续除去被处理水所含有的磷，在被处理水流过第1～第3反应器31～33中的1个或2个的期间内，剩余的其他反应器优选实施被处理水之外的通水操作(例如逆清洗操作)。
被处理水被导入到第1～第3反应器31～33中的任一个中，用磷吸附剂除去所含有的磷之后，经由第1～第3处理水排出路径L41～L43从第1～第3反应器31～33排出。被处理水在泵P1的驱动下从原水供给源21经由路径L1导入到第1～第3反应器31～33中，使填充层2的吸附剂吸附被处理水中的磷。吸附剂吸附了磷之后，在停止被处理水的通水之后，将第1～第3反应器31～33所保持的液体经由与该反应器连接的第1～第3处理水排出路径L41～L43中的任一个而排出。在第1～第3反应器31～33的上部分别设有通气路径L81～L83，因此将内部气体经由各通气路径L81～L83从反应器31～33排出，由此分别促进来自反应器31～33的处理水的排出。
第1～第3反应器31～33所保持的液体的排出结束后，将液体从第1和第2液体导入路径L51、L52导入到第1和第2反应器31、32的下部时，所导入的液体与填充层2的磷吸附剂接触。在此，经由路径L51、L52导入到第1和第2反应器31、32的下部的液体不会引起磷吸附剂的变质、原水处理装置的构造材料的腐蚀，而且，含有对磷吸附剂具有吸附能力的成分，而不含有对之后的工序带来影响的离子成分和固体成分。在此，也能够使用含有通过第1～第3解吸药液导入路径L61～L63导入的药液成分的液体。另外，在通入到第1～第3反应器31～33的被处理水所含有的杂质有可能蓄积在磷吸附剂上的情况下，也可以使用从第1～第3反应器液体导入路径L51～L53导入的液体来对填充层2的吸附剂进行逆清洗。
解吸药液供给源22经由3个分支路径L61～L63分别与第1～第3反应器31～33连接。在从解吸药液供给源22到第1～第3反应器31～33之间的共用路径上安装有泵P2。
将液体经由上述液体导入路径L51～L53导入到第1～第3反应器31～33中，吸附剂吸附了被处理水所含有的磷之后，在泵P2的驱动下，将解吸药液经由第1～第3解吸药液导入路径L61～L63从药液供给源22导入到第1～第3反应器31～33中。利用该解吸药液使磷从磷吸附剂解吸。然后，将含有来自于被处理水的磷和来自于解吸药液的成分的液体经由第1～第3解吸药液通水处理水排出路径L71～L73从第1～第3反应器31～33排出。在此，经由药液导入路径L61～L63导入的药液优选是根据吸附剂的特性、构成的机器构造、对磷晶析物的影响小的成分选择出的药液，例如可以使用氢氧化钠水溶液等呈碱性的成分、稀盐酸等。从保持该药液的磷酸盐晶析物的纯度的观点出发，特别优选使用氢氧化钠水溶液。
从第1～第3解吸药液通水处理水排出路径L71～L73排出的磷含有液被导入到晶析槽8中。在晶析槽8中，进行晶析药液的导入、以及通过搅拌装置10进行搅拌混合操作。在此，所谓的晶析药液优选添加钙盐等与磷形成固体盐的成分，进一步优选使用氢氧化钙。在此，氢氧化钙是水溶液状、细粉末浆液中的任一种即可，更优选以水溶液状导入。
在晶析槽8的下部连接有路径L9。在该路径L9上连接有药液注入路径L24，同时连接有循环路径L10。在药液注入路径L24上安装有泵P5，晶析药液在泵P5的驱动下从晶析药液供给源24注入到晶析槽8内。在循环路径L10上安装有搅拌装置10，从晶析槽8排出的液体通过搅拌装置10搅拌、混合。该被搅拌、混合了的液体经由路径L9返回到晶析槽8内。另外，来自晶析槽8的排出路径分支成循环路径L10、排出路径L12。排出路径L12与未图示的贮存槽连接。
对于搅拌装置10，除了使用液体循环进行搅拌之外，还使用晶析槽8内部的搅拌混合或利用含有惰性气体的气体导入的搅拌等。此时，在利用气体导入来进行搅拌的情况下，优选不含有阻碍在晶析槽8中生成磷酸盐的气体成分。
另外，优选在晶析槽8中以作为目标的磷酸回收盐的固体的状态获得磷酸盐，例如，回收磷酸盐是磷酸羟基磷灰石的情况时，优选事先供给或连续供给该磷酸羟基磷灰石的晶种。也可以组合这两种供给手段，也能使用在晶析槽8中生成的该盐的固体。另外，晶析槽8既可以是具有晶析物的固液分离功能的单个槽，也可以附加与晶析槽8不同的固液分离机构，还可以将晶析槽8形成为多级处理的结构。
解吸药液供给源23经由再生药液导入路径L15分别与第1～第3反应器31～33连接。在路径L15上安装有泵P3。另外，上述第1～第3处理水排出路径L41～L43与再生药液循环路径L17连接。在路径L17上安装有泵P4。该再生药液循环路径L17分别与第1～第3反应器31～33的上部连接。
从第1～第3解吸药液导入路径L61～L63完成了药液导入之后，为了使吸附剂处于更适于磷吸附的状态，进行再生药液处理，再生药液被从再生药液导入路径L15导入到第1～3反应器31～33中的任一个。该再生药液从再生药液处理水排出路径L16排出之后，通过再生药液循环路径L17在泵P4的驱动下再次导入到第1～第3反应器31～33中的任一个的供再生药液导入的反应器。该再生药液中优选导入易于与磷吸附剂的磷吸附部位进行置换且来自于廉价的材料的药液，例如能使用氯化钠水溶液等。在该再生药液中，与解吸药液相比，为了将吸附剂处理成更适于磷吸附的状态，优选使用高盐浓度的液体。
接着，说明本实施方式的装置1的作用和效果。
被处理水是通过污泥的固液分离操作而排出的解吸液，含有浮游固体成分(suspended solids)等杂质。因此，在使用吸附剂的工序中，该浮游固体成分有可能蓄积在吸附剂层而引起吸附剂的污损。另外，在采取了通过药液导入从吸附剂解吸的解吸操作而反复使用的吸附剂中，反应器所保持的被处理水中的含有成分恐怕会混入到后面的工序中。因此，用户寻求能排除被处理水所含有的浮游固体成分等杂质且能反复利用吸附剂的水处理装置。另外，在来自于被处理水的反应器保持液的影响下，有可能损害解吸药液的性能，结果恐怕会增加药液使用量。
因此，在本实施方式的装置1中，为了从被处理水中排除杂质类，第1，使被处理水通入到第1～第3反应器31～33中，用填充层2的吸附剂除去被处理水中所含有的磷之后，从第1～第3处理水排出路径L41～L43分别排出第1～第3反应器31～33所保持的液体，从而排除来自于被处理水的杂质类。由此，随后，能够排除被处理水1中的杂质对其后导入到晶析槽8中的、从第1～第3解吸药液通水处理水排出路径L71～L73排出的来自磷吸附剂的含有磷的解吸药液的影响，因此能够获得作为目标的不含有磷回收物原料以外的物质的磷含有液。
另外，被处理水中所含有的浮游固体成分杂质类在通入第1～第3反应器31～33时蓄积在填充层2的磷吸附剂上时，之后能够利用从第1～第3反应器液体导入路径L71～L73导入的液体进行逆清洗操作。利用该逆清洗操作，浮游固体成分也被排除，之后能够排除被处理水1中的浮游固体成分对其后导入到晶析槽8中的、从第1～第3解吸药液通水处理水排出路径L71～L73排出的来自磷吸附剂的含有磷的解吸药液的影响。另外，排出反应器保持液后，以向上流(也称为上向流)供给液体，由此能迅速地排除蓄积在吸附剂填充层2的气相，之后通入药液时，磷吸附剂和药液的接触能够正常地维持，并能够抑制药液使用量的增加。此外，能够将第1～第3反应器液体导入路径L71～L73与晶析槽8的下部路径L9连接。
以向上流导入的液体也能利用解吸药液，在来自填充层2的磷吸附剂的磷解吸中，通过抑制第1～第3反应器31～33所保持的液体所产生的稀释，也能够抑制药液使用量。除了排除这些杂质、抑制药液使用量操作之外，通过在晶析槽8中始终保持作为目标的磷酸盐结晶种，能容易地维持磷回收物的形态，根据需要，作为磷酸盐的原料的盐，例如通过注入钙盐由来物(也称为钙盐来源物)来进行抑制了药物使用量的磷回收。
另外，从路径L15导入的再生药液为浓度比解吸药液高的高盐浓度的液体，因此在通入解吸药液后，通入再生药液前，且在排出了第1～3反应器31～33所保持的解吸药液之后，导入再生药液，由此能够进行抑制了第1～3反应器31～33所保持的解吸药液的影响的再生药液处理。另外，通过利用再生药液循环路径L17进行循环操作，能削减再生药液的消耗量。
正如以上说明的那样，在本发明的水处理装置中，通过将含有磷的被处理水导入到填充有磷吸附剂的反应器中，磷被磷吸附剂捕捉之后，利用从该反应器所保持的磷除去完毕的处理水的排出路径排出反应器所保持的液体的机构，由于含有来自于被处理水的杂质的磷吸附完毕的处理水被排出，因此能降低用于保持吸附了磷的磷吸附剂的反应器内所保持的杂质浓度。
另外，通过以向上流将液体导入到保持有磷吸附完毕的吸附剂的反应器中，能够排除残存在反应器内的吸附剂填充部的气相，且在之后导入的磷解吸药液的通水机构中，与磷解吸药液的接触被均匀化，因此能够使被磷吸附剂捕捉的磷高效率地解吸。
另外，通过以向上流供给的液体作为解吸药液，由此磷解吸药液的成分未被反应器所保持的液体稀释地与吸附剂接触，因此能运用抑制了药液消耗的水处理装置。
在利用能够获得磷解吸药液的通水处理水的磷酸盐的晶析机构进行磷回收中，将杂质少且稳定的解吸药液的通水处理水作为被处理水，由此可以抑制向获得作为磷回收物的磷酸盐的晶析机构供给的杂质，并可以抑制排出液的磷浓度的降低，从而能适当地运用从排水中进行磷回收。
另外，磷解吸药液最终成为获得磷酸盐的晶析机构中的磷晶析机构的被处理水，因此磷解吸药液优选根据磷的回收磷酸盐形态，从能够使磷解吸并且对磷酸盐晶析的影响小的药液中选定。仅在该磷解吸药液中，磷吸附剂不恢复到规定的磷吸附能力时，通过通入另一种磷吸附剂的再生药液，使磷吸附剂能够反复地用于从排水中除去磷、回收磷。
而且，通水处理水与从磷解吸药液的通水处理水获得的磷酸盐即磷酸钙盐接触，通过具有将来自于固体或液体的钙盐的药剂注入的机构，抑制副产物等的结晶成长，且通过根据需要导入磷酸盐源的机构，能够抑制药液消耗量，同时能高效率地回收磷。
作为将本实施方式的水处理装置1适用于从剩余污泥的处理工序排出的排水的优点，通常，从处理工序排出的污泥澄清液返送到产生污泥的生物学的水处理工序的上游侧。因此，根据具有使磷资源再生的水处理装置的目的的本发明，与适用于流入整个处理系统内的流入水和来自整个处理系统的流出水部分的情况相比，也能够减轻伴随着从整个处理系统排出到系统外的排出流中的磷浓度变化而带来的水质污浊的风险。
根据本实施方式的水处理装置1，能够排除被处理水所含有的杂质的影响，并且削减药液消耗量，通过反复利用磷吸附剂而除去磷和回收磷能够得到运用，因此能高效率且适当地运用从排水中的磷回收操作。
(第2实施方式)
接着，参照图2，说明第2实施方式的装置。另外，省略说明本实施方式与上述实施方式重复的部分。
在本实施方式的水处理装置1A中，在上述第1实施方式的装置1中还添加了再生药液循环贮存槽18、再生药液导入辅助路径L19以及循环泵P6。再生药液循环贮存槽18被安装在再生药液循环路径L17上。循环泵P6被安装在再生药液循环贮存槽18的下游侧的路径L17上。
另外，再生药液导入辅助路径L19与再生药液导入路径L15下游侧相连。并且，辅助路径L19分别与第1～第3反应器液体导入路径L51～L53连接。
在本实施方式的水处理装置1A中，能够在以向上流向第1～第3反应器31～33供给的作为供液路径的第1～第3反应器液体导入路径51～53的供液源中，任意地选择导入的液体，用于排除第1～第3反应器31～33在刚通入解吸药液之后所保持的液体排出后的反应器内部的气相。此时，通过配备使用再生药液的再生药液导入辅助路径L19，利用再生药液，进行气液置换。
另外，利用再生药液导入路径L15、再生药液处理水排出路径L16、再生药液循环路径L17，使再生药液通入第1～第3反应器31～33后，再使再生药液从第1～第3反应器31～33排出时的排出液临时保留在再生药液循环贮存槽18中。
接着，说明本实施方式的装置1A的作用和效果。
在导入再生药液L15之前，通过以向上流向第1～第3反应器31～33中的任一个供给液体，能够进行气液置换，以便使气相不残留在解吸药液排出后的磷吸附剂填充层2中，由此能够使之后通入的再生药液与磷吸附剂的固液接触正常地维持，因此能维持再生药液通入的效果。另外，通过将以向上流导入的液体经由辅助路径L19而形成为再生药液，由此能够进行抑制了第1～3反应器31～33所保持的液体的影响的再生药液处理，从而能容易地维持药液效果。并且，经由再生药液导入路径L15等通入再生药液之后，在切换到通入被处理水之前，在排出第1～第3反应器31～33所保持的再生药液时，通过利用再生药液循环贮存槽18回收该排出液，由此能够抑制浓度比解吸药液高的高盐浓度的再生药液的消耗量。
吸附剂再生药液能够从磷解吸药液是通过晶析机构获得磷回收物和解吸磷为目的的药液成分中选定，因此只对于该药液而言，其是在磷吸附剂从被处理水中难以除去磷的情况下被通入的药液，而不是使磷成分解吸的药液。通过循环通入该再生药液，能够进行使整个磷吸附剂循环、再利用的处理，由此在进行抑制了药液使用量的处理、以及维持磷吸附剂的性能的同时，能够维持磷回收物的纯度。另外，通过在反应器保持的液体的更换操作之前的工序中排出液体，能抑制该成分的影响。
另外，在反应器所保持的液体的排出后以向上流供给液体，因此抑制残留的反应器保持液的影响，即抑制因残留保持液的通液置换操作所产生的药液等的损失、以及抑制杂质等的混入；另外，能迅速地排除残留在液体排出后的反应器内的气体成分，由此能够维持吸附剂与通液成分的接触效率。
通过本实施方式的水处理装置1A，能够维持再生药液的效果且削减消耗量，能够更适当地进行磷吸附剂的反复利用，因此能高效率且适当地运用从排水中除去磷和磷回收操作。
根据本发明，能够抑制杂质混入到被处理水中且能抑制药液消耗量，并且能够从被处理水中回收磷。

Claims (8)

1.一种水处理装置，其具有：
磷吸附剂，其用于对被处理水中所含有的磷进行回收；
反应器，其填充有所述磷吸附剂；
导入路径，其用于向所述反应器导入所述被处理水；
排出路径，其用于从所述反应器排出磷除去完毕的被处理水；
第一通水机构，其用于通入从磷吸附完毕的磷吸附剂解吸磷的磷解吸药液；
磷回收机构，其用于从被通水处理过的所述磷解吸药液中获得磷酸盐；
第二通水机构，其用于循环通入使所述磷吸附剂再生的再生药液；以及
排出机构，其在所述被处理水或所述磷解吸药液通入所述反应器后，排出所述反应器所保持的液体。
2.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，在排出所述反应器所保持的所述被处理水之后，以向上流将液体供给到反应器中。
3.根据权利要求2所述的水处理装置，其特征在于，以向上流供给到反应器中的液体是解吸药液。
4.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，在排出所述反应器所保持的所述解吸药液之后，以向上流将液体供给到反应器中。
5.根据权利要求4所述的水处理装置，其特征在于，以向上流供给到反应器中的液体是再生药液。
6.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，在排出所述反应器所保持的再生药液之后，使排出的再生药液循环而再次作为再生药液的一部分使用。
7.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，从所述磷解吸药液的通水处理液获得的磷酸盐是磷酸钙盐，使所述通水处理水与固体的磷酸钙盐接触。
8.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，该水处理装置还具有注入固体状或液体状的钙盐由来物的钙盐由来物注入机构。
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