JP2004160300A - 有機性廃水及び汚泥の処理方法並びに処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機物、窒素、リンを含有する廃水からの有用物質の回収、特にリンの回収率が格段に向上した有機性廃水及び汚泥の処理方法及びその装置を提供する。
【解決手段】嫌気性処理工程を組み入れた有機性廃水及び／又は汚泥処理システムにおいて、有機性廃水及び／又は汚泥中のリン及び窒素をリン酸マグネシウムアンモニウムの形態で系外に取り出す工程を有する処理方法であって、該嫌気性処理工程において、消化槽と、マグネシウム源の添加と混合及び／又はｐＨ調整が可能なリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）熟成槽の少なくとも２つを有し、該消化槽内で沈殿しているＭＡＰを含む消化液を消化槽から熟成槽に導入し、該熟成槽でＭＡＰ粒子を成長させ、微細なＭＡＰを含む液を消化槽に返送することを特徴とする有機性廃水及び汚泥の処理方法、及びその装置。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理場や各種廃水処理設備等において有機性廃水及び／又は汚泥を処理するシステムに係わり、更に詳しくは、し尿や浄化槽汚泥の消化脱離液、汚泥の消化液、工場廃水などの高濃度のリン及び窒素を含有する廃水及び汚泥から、リン等をリン酸マグネシウムアンモニウム（以下「ＭＡＰ」という）結晶として除去するとともに、該ＭＡＰ結晶を回収する技術において、純度の高い良質のＭＡＰ結晶を効率よく回収する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な脱窒、脱リンの同時除去方法としては、嫌気無酸素好気法などの生物学的処理法や、嫌気好気法、凝集沈殿法、アルミナ吸着法等を組み合わせた方法等がある。
また、近年、し尿処理や下水処理の工程で発生する返流水や嫌気性消化脱離液等を対象としてＭＡＰ処理等も試みられている。これらの処理法のうち、嫌気無酸素好気法は、水質の変化や季節変動に伴う外部環境の変化により、処理性能が安定しない等の問題がある。嫌気好気法と凝集沈殿法等を組み合わせた方法は、処理工程が煩雑な上に薬品代をはじめとするランニングコストが大きく、問題である。ＭＡＰ処理法は、先の２法に比べて運転操作の煩雑さは少なく、特にリンの回収を安定的に行える上、回収されるＭＡＰは優れた肥料としての付加価値があり、資源の有効利用の点からも優れた技術といえる。
【０００３】
しかし、ＭＡＰ法の場合も、（イ）ｐＨ調整剤としての水酸化ナトリウムや添加剤としての塩化マグネシウム等の薬品コストが大きい、（ロ）１時間未満程度の短時間で急速にＭＡＰを結晶させる（以下「急速ＭＡＰ反応」と略す）と微細なＭＡＰ粒子が生成され、ＭＡＰが反応槽からリークし、ＭＡＰ回収率が６〜７割程度に低下する場合がある、（ハ）急速ＭＡＰ反応は、約４００ｍｇ／リットル以上のＳＳが液中に混在するとＳＳがＭＡＰ結晶物と絡み合い、純度の高いＭＡＰ結晶として回収できない、（ニ）ＭＡＰ生成工程の前段に嫌気性消化工程等を採用している場合においては、嫌気性消化工程において汚泥中の溶解性マグネシウム律速となるＭＡＰ反応が反応槽内で既に行われており、生成したＭＡＰ粒子はそのままではＳＳとの分離が困難であるため、消化汚泥に混在した状態で回収されないまま汚泥とともに処分されているなどの問題がある。
【０００４】
そこで、本発明者らは、上述した従来の問題を解決すべく、先に特許出願「特願２００２−１１６２５７」等において開示した「有機性廃水及び汚泥の処理方法並びに処理装置」により、廃水中のリンを効率良くＭＡＰとして回収する技術を提案した。
すなわち、有機性廃水処理工程において発生する余剰汚泥に対して嫌気性処理を行い、かつ該工程においてマグネシウム源を供給して反応槽内にＭＡＰを積極的に生成せしめ、生成したＭＡＰを消化汚泥から分離し回収する工程を有する有機性廃水の処理方法と処理装置を提案した。該発明を実施することにより、廃水中からのリン回収率を大幅に高めることが可能となった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、さらに前記の発明を改善すべく詳細に検討した結果、ＭＡＰとしてリン回収率のさらなる向上と安定化を可能にしようとするものである。
本発明は、上述した従来技術の問題点及び「特願２００２−１１６２５７」の発明をさらに向上させることを目的とする。すなわち、本発明は、有機性廃水及び／又は汚泥処理システムの中で、特に有機物、窒素、リンを含有する廃水及び／又は汚泥、例えば、し尿や浄化槽汚泥の消化脱離液、汚泥の消化液、工場廃水などの高濃度の有機物、リン及び窒素を含有する廃水及び／又は汚泥に対して、嫌気性処理工程を採用し、かつリンをＭＡＰ結晶として除去する方法において、リンの除去効率を大幅に改善することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の手段により上記課題を解決した。
（１）嫌気性処理工程を組み入れた有機性廃水及び／又は汚泥処理システムにおいて、有機性廃水及び／又は汚泥中のリン及び窒素をリン酸マグネシウムアンモニウムの形態で系外に取り出す工程を有する処理方法であって、該嫌気性処理工程において、消化槽と、マグネシウム源の添加と混合及び／又はｐＨ調整が可能なリン酸マグネシウムアンモニウム熟成槽の少なくとも２つを有し、該消化槽内で沈殿しているリン酸マグネシウムアンモニウムを含む消化液を消化槽から熟成槽に導入し、該熟成槽でリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を成長させ、微細なリン酸マグネシウムアンモニウムを含む液を消化槽に返送することを特徴とする有機性廃水及び汚泥の処理方法。
【０００７】
（２）前記熟成槽の前段及び／又は後段に前記リン酸マグネシウムアンモニウム粒子分離装置を有することを特徴とする前記（１）記載の有機性廃水及び汚泥の処理方法。
（３）リン酸マグネシウムアンモニウム粒子分離装置で分離されたリン酸マグネシウムアンモニウム粒子の一部又は全量を前記消化槽及び／又は熟成槽に導入することを特徴とする前記（２）記載の有機性廃水及び汚泥の処理方法。
（４）熟成槽及び／又はリン酸マグネシウムアンモニウム粒子分離装置からリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を系外に取り出すことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の有機性廃水及び汚泥の処理方法。
【０００８】
（５）嫌気性処理工程を組み入れた有機性廃水及び／又は汚泥処理装置において、有機性廃水及び／又は汚泥中のリン及び窒素をリン酸マグネシウムアンモニウムの形態で系外に取り出す工程を有する処理装置であって、該嫌気性処理工程において、消化槽と、マグネシウム源の添加と混合及び／又はｐＨ調整が可能なリン酸マグネシウムアンモニウム熟成槽の少なくとも２つを有し、該消化槽内で沈殿しているリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を含む消化液を消化槽から熟成槽に導入する配管及び／微細なリン酸マグネシウムアンモニウムを含む液を消化槽に返送配管を有することを特徴とする有機性廃水及び汚泥の処理装置。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図２にしたがって説明する。
図２は、本発明の一実施形態を示す工程図であるが、本発明内容はこれに限定されるものではない。
リン、窒素を含む有機性廃水及び／又は汚泥１は、消化槽８に導入され、嫌気性消化により有機物が分解されるとともに、リン及び窒素成分がリン酸イオン、アンモニウムイオンとして溶出する。
【００１０】
一部のリン酸イオンとアンモニウムイオンは、有機性廃液及び／又は汚泥１に含まれているマグネシウムイオンと反応し、ＭＡＰ微粒子が生成される。消化槽８内で生成したＭＡＰ微粒子は長い時間をかけて徐々に粒が成長し、十分な大きさまで成長したＭＡＰ粒子は消化槽８内で沈殿する。沈殿したＭＡＰ粒子は消化液２とともに消化槽８下部から引き抜かれ、ポンプ１１によって熟成槽９に導入され、熟成槽９の種晶となる。マグネシウム化合物６（塩化マグネシウム、水酸化マグネシウム、海水等）、ｐＨ調整剤７（水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、硫酸、塩酸等）は、熟成槽９手前で添加され、消化液２とともに熟成槽９に導入されるか、もしくは熟成槽９に直接導入される。
【００１１】
熟成槽９は、ＭＡＰ粒子が成長しやすいものであればどのような方式のものでもよく、特にＭＡＰ結晶が高濃度に保持されている流動層方式が望ましい。また、熟成槽９の構造はＭＡＰ粒子が成長しやすいものであればどのような構造でもよく、特に消化液２導入部の面積が狭く、熟成槽９後側で面積が広くなるような構造のものが望ましい。熟成槽９の消化液導入部面積が狭いと、流速が速いためＭＡＰ粒子とマグネシウム化合物、ｐＨ調整剤７との混合が良好に行われ、ＭＡＰ粒子の成長が促進される。熟成槽９後側の面積を広くすることにより、成長したＭＡＰ粒子と消化液２とが容易に分離され、ＭＡＰ粒子の殆どを熟成槽９に保持できる。また、熟成槽９でＭＡＰ粒子を効率的に成長させるために、流速による攪拌の他に、熟成槽９内部に消化槽８で発生したガスを導入したガス攪拌、あるいは攪拌機による攪拌等を併用しても良い。また熟成槽９を加温することによりＭＡＰ粒子の成長を促進させてもよい。
【００１２】
微細なＭＡＰ粒子を含む熟成槽処理液３はＭＡＰ分離装置１０で微細ＭＡＰ粒子と熟成槽処理液３とに分離され、微細ＭＡＰ粒子は熟成槽９に返送される。ＭＡＰ分離装置１０を通過した熟成槽処理液３の一部は処理液５として系外に排出されるとともに、循環液４として消化槽８に循環される。循環液はリン酸イオンとともに消化槽８での反応阻害となるアンモニウムイオンの一部が除去されているため、消化槽８での分解率が向上する。
【００１３】
熟成槽９後段に設置されたＭＡＰ分離装置１０は、ＭＡＰが効率的に回収できるものであれば、どのようなものでもよく、特に液体サイクロン、振動ふるい、遠心分離機等が望ましい。ＭＡＰ分離装置１０は微細ＭＡＰ粒子を回収することを目的に設置されているが、（イ）熟成槽９でのＭＡＰ生成が良好で微細ＭＡＰ粒子が殆ど生成しない、（ロ）後段の処理向上のために微量のＭＡＰ粒子を含んだままとしたい、等の理由で熟成槽９から流出する微細ＭＡＰ粒子の回収を必要としない場合にはＭＡＰ分離装置１０を省略することが出来る。
【００１４】
消化槽８での沈殿ＭＡＰ粒子を速やかに回収できるように、消化槽８側面及び底部は、滑らかでかつ一定以上の傾斜をつけることが望ましく、その傾斜は４５度以上であることが望ましい。また、ＭＡＰ回収用の掻き寄せ機をつけることによりさらに効率化させてもよい。消化槽下部の引き抜き部はＭＡＰの詰まりがないように、引き抜き速度０．２ｍ／ｓ以上となるようにするのが望ましい。
【００１５】
熟成槽９下部にはＭＡＰ結晶の取り出し口１２を設け、高濃度のＭＡＰ粒子を回収できるようにする。ＭＡＰ回収の頻度は、熟成槽９を重量計で測定して一定重量以上となった時点、あるいは界面計によりＭＡＰ粒子の界面を測定し一定界面以上となった時点、等により設定されることが望ましい。
【００１６】
本発明は、積極的にＭＡＰ生成を制御する事により、配管でのＭＡＰ生成を抑え、ＭＡＰによる配管の詰まりを防ぐ事ができるとともに、有効な資源であるＭＡＰを回収利用できる。
【００１７】
【実施例】
以下に、処理技術を実際に組み込んだ実験プラントの運転結果の一例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲は実施例に限定されるものではない。
【００１８】
実施例１
図１に示す（消化槽＋熟成槽）の構成とし、熟成槽を消化槽後段におくことにようにした。消化槽にＴＳが４００００ｍｇ／リットル、Ｔ−Ｐが８８０ｍｇ／リットルの汚泥を投入した。消化槽における処理時間は２５日とし、消化槽からＭＡＰ粒子を含む消化液を消化槽への１日あたりの投入汚泥量の１．５倍量の割合で取り出し、熟成槽に導入した。熟成槽での処理時間は１２時間とした。処理液のＰＯ_４−Ｐは１５ｍｇ／リットル、熟成槽で得られるＭＡＰ平均粒径は１．７０ｍｍ、ＭＡＰ純度９７％、廃液中のリン回収率は５８％まで向上した。
【００１９】
実施例２
図２に示す本発明の（消化槽＋熟成槽＋ＭＡＰ分離装置）の構成とし、熟成槽を消化槽の後段におき、更に、ＭＡＰ分離装置を設けることにより、実施例１と同じ汚泥を投入して処理を行った。処理液のＰＯ_４−Ｐは１４ｍｇ／リットル、ＭＡＰ平均粒径は１．６５ｍｍ、ＭＡＰ純度９７％、廃液中のリン回収率は６０％まで向上した。
【００２０】
比較例１
図３に示す（消化槽＋ＭＡＰ分離装置（先行技術の特願２００２−１１６２５７））の構成とし、消化槽に実施例１と同じ汚泥を投入し、かつ直接マグネシウムを添加し、ＭＡＰ分離装置でＭＡＰ粒子を回収するように処理を行った。この場合、処理液のＰＯ_４−Ｐは２１ｍｇ／リットル、ＭＡＰ平均粒径は０．６５ｍｍ、ＭＡＰ純度９６％、廃液中のリン回収率は４９％であった。
実施例１、実施例２及び比較例の結果を下記第１表に示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、有機性廃水処理システムの中で、特に有機物、窒素、リンを含有する有機性廃水及び／又は汚泥、例えば、し尿や浄化槽汚泥の消化脱離液、汚泥の消化液、工場廃水などの高濃度の有機物、窒素及びリンを含有する有機性廃水及び／又は汚泥から、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶として窒素及びリンを除去するＭＡＰ処理法において、（１）ＭＡＰ回収率を向上させることができ、（２）ＭＡＰ熟成槽下部から容易に高濃度のＭＡＰ粒子を回収でき、（３）純度の高いＭＡＰを生成することができ、（４）ＭＡＰ分離装置を別に設ける必要がなく、（５）消化槽内のＮＨ_４ −Ｎを除去できるため消化槽の阻害がなくなり分解効率が上がり、（６）ＭＡＰ生成を制御できるためＭＡＰ粒子による配管詰まりをなくす事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機性廃水の処理方法（実施例１）を示す工程図である。
【図２】本発明の有機性廃水の処理方法（実施例２）を示す工程図である。
【図３】先に出願の処理方法（特願２００２−１１６２５７）を示す工程図である。
【符号の説明】
１ リン、窒素を含む有機性廃水及び／又は汚泥
２ 消化液
３ 熟成槽処理液
４ 循環液
５ 処理液
６ マグネシウム化合物
７ ｐＨ調整剤
８ 消化槽
９ 熟成槽
１０ ＭＡＰ分離装置
１１ 循環ポンプ
１２ ＭＡＰ結晶取り出し口

Claims (5)

1. 嫌気性処理工程を組み入れた有機性廃水及び／又は汚泥処理システムにおいて、有機性廃水及び／又は汚泥中のリン及び窒素をリン酸マグネシウムアンモニウムの形態で系外に取り出す工程を有する処理方法であって、該嫌気性処理工程において、消化槽と、マグネシウム源の添加と混合及び／又はｐＨ調整が可能なリン酸マグネシウムアンモニウム熟成槽の少なくとも２つを有し、該消化槽内で沈殿しているリン酸マグネシウムアンモニウムを含む消化液を消化槽から熟成槽に導入し、該熟成槽でリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を成長させ、微細なリン酸マグネシウムアンモニウムを含む液を消化槽に返送することを特徴とする有機性廃水及び汚泥の処理方法。
2. 前記熟成槽の前段及び／又は後段に前記リン酸マグネシウムアンモニウム粒子分離装置を有することを特徴とする請求項１記載の有機性廃水及び汚泥の処理方法。
3. リン酸マグネシウムアンモニウム粒子分離装置で分離されたリン酸マグネシウムアンモニウム粒子の一部又は全量を前記消化槽及び／又は熟成槽に導入することを特徴とする請求項２記載の有機性廃水及び汚泥の処理方法。
4. 熟成槽及び／又はリン酸マグネシウムアンモニウム粒子分離装置からリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を系外に取り出すことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の有機性廃水及び汚泥の処理方法。
5. 嫌気性処理工程を組み入れた有機性廃水及び／又は汚泥処理装置において、有機性廃水及び／又は汚泥中のリン及び窒素をリン酸マグネシウムアンモニウムの形態で系外に取り出す工程を有する処理装置であって、該嫌気性処理工程において、消化槽と、マグネシウム源の添加と混合及び／又はｐＨ調整が可能なリン酸マグネシウムアンモニウム熟成槽の少なくとも２つを有し、該消化槽内で沈殿しているリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を含む消化液を消化槽から熟成槽に導入する配管及び、微細なリン酸マグネシウムアンモニウムを含む液を消化槽に返送する配管を有することを特徴とする有機性廃水及び汚泥の処理装置。

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