JP2005334740A

JP2005334740A - リンの回収方法及び装置

Info

Publication number: JP2005334740A
Application number: JP2004155414A
Authority: JP
Inventors: Toru Kazui; 徹数井; Tatsuhiko Suzuki; 辰彦鈴木
Original assignee: Maezawa Industries Inc
Current assignee: Maezawa Industries Inc
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】設備コスト及び運転コストを上昇させることなく、原水中のリンを効果的に除去して回収することができるリンの回収方法及び装置を提供する。
【解決手段】生物学的リン除去法によってリンを回収する方法において、細菌の細胞体内に蓄積しているリンを嫌気条件下で細胞外に溶出させるリン溶出槽１１内に種結晶Ｓを投入するとともに該溶出槽内のｐＨ及びカルシウムイオン濃度の調整を行い、該溶出槽内に溶出したリンを前記種結晶に析出させて回収する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リンの回収方法及び装置に関し、詳しくは、生物学的リン除去法を適用して排水中のリンをヒドロキシアパタイト（Ｃａ_１０（ＯＨ）_２（ＰＯ_４）_６）として回収するための方法及び装置に関する。

一般的な生物学的リン除去方は、原水（排水）と最終沈殿池からの返送汚泥とを嫌気槽（リン溶出槽）に投入し、リン溶出槽での嫌気条件下で細菌の細胞体内に蓄積しているリンをリン酸イオンとして細胞外に溶出させる工程と、リン溶出槽でリンが溶出した原水を好気槽に投入し、好気槽での好気条件下で細菌にリンを過剰摂取させる工程と、リンを過剰摂取した細菌を含む原水を最終沈殿池に投入し、細菌を汚泥として原水から分離する工程とで行われている。

原水中のリンは、細菌に取り込まれた状態で汚泥として分離するため、最終沈殿池から取り出される処理水は、リンが取り除かれた状態となる。すなわち、一般的な生物学的リン除去法では、嫌気条件下での細胞からのリンの溶出と、好気条件下での細胞のリンの過剰摂取とを繰り返すことにより、原水中のリンを取り除き、汚泥中にリンを蓄積させるようにしている。さらに、このような生物学的リン除去法では、リンと同時に窒素を同時に除去する方法等の各種手法が数多く開発されている。

一方、生物学的リン除去法で汚泥中に濃縮したリンを回収する方法として、リンを過剰摂取した細菌を含む返送汚泥と、初沈汚泥等の有機物を多く含む液とを混合して液中にリンを吐出させた後、固液分離した液（脱離液）からＭＡＰ法や晶析法でリンを回収する方法が知られている。また、返送汚泥と原水とが混合した状態の混合液をリン溶出槽内から引き抜き、ＭＡＰ反応塔で処理することにより、混合液中のリンをＭＡＰとして回収する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−５７７７３号公報

しかし、特許文献１記載の装置では、リン溶出槽とは別にＭＡＰ反応塔を設置する必要があり、これに付随して配管設備や装置を駆動するための動力源も必要となるため、設備コストや運転コストに問題があった。また、ＭＡＰが微細粒子であり、前記混合液のような高いＳＳの存在下でＭＡＰを保持することは困難なことから、リン溶出槽内でＭＡＰ法を直接行うことは不可能であった。

そこで本発明は、設備コスト及び運転コストを上昇させることなく、原水中のリンを効果的に除去して回収することができるリンの回収方法及び装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のリンの回収方法は、生物学的リン除去法によってリンを回収する方法において、細菌の細胞体内に蓄積しているリンを嫌気条件下で細胞外に溶出させるリン溶出槽内に種結晶を投入するとともに該溶出槽内のｐＨ及びカルシウムイオン濃度の調整を行い、該溶出槽内に溶出したリンを前記種結晶に析出させて回収することを特徴としている。

さらに、本発明のリンの回収方法は、前記種結晶は、前記リン溶出槽の一部に区画されたリン析出領域に投入保持し、該リン析出領域内で前記種結晶にリンを析出させることを特徴とし、前記リン析出領域は、前記リン溶出槽の流出口を含んでいることを特徴としている。

また、本発明のリンの回収装置は、細菌の細胞体内に蓄積しているリンを嫌気条件下で細胞外に溶出させるリン溶出槽と、該リン溶出槽から流出した混合液を好気条件として前記細菌にリンを過剰摂取させる好気槽と、該好気槽から流出した混合液を固液分離する分離槽と、該分離槽で分離した汚泥を前記リン溶出槽に返送する汚泥返送経路とを備え、生物学的リン除去法によってリンを回収する装置において、前記リン溶出槽は、該リン溶出槽内に種結晶を投入する種結晶投入手段と、ｐＨ及びカルシウムイオン濃度の調整を行うための薬剤を投入する薬剤投入手段とを備えていることを特徴としている。

さらに、本発明のリンの回収装置は、前記種結晶投入手段は、前記リン溶出槽の一部に区画されたリン析出領域内に種結晶を投入可能な状態で設けられ、前記薬剤投入手段は、前記リン析出領域内のｐＨ及びカルシウムイオン濃度の調整が可能な状態で設けられていることを特徴とし、前記リン析出領域は、前記リン溶出槽から混合液が流出する流出口を含んでいることを特徴としている。

本発明によれば、リン溶出槽内でリンの析出回収を行うことができるので、ＭＡＰ反応塔等の付帯設備の増加を最小限に抑えることができ、設備に要するコストを削減することができる。また、配管を通してリン溶出槽内の混合液をＭＡＰ反応塔に送ると、特に冬場には配管部分での熱損失で混合液の温度が低下し、晶析反応の速度が落ちてしまうが、リン溶出槽内で晶析反応を行えば温度低下がほとんどないため、反応速度の低下を抑えてリンを効率よく析出させることができる。

図１は本発明の一形態例を示すリン回収装置の系統図、図２は要部の平面図である。このリン回収装置は、嫌気条件下で運転されるリン溶出槽（嫌気槽）１１と、好気条件下で運転される好気槽１２と、汚泥（細胞）を沈殿分離する最終沈殿池１３とを備えている。リン溶出槽１１には、原水流入経路１４，返送汚泥流入経路１５，嫌気処理液流出口１６が設けられており、好気槽１２には、嫌気処理液流出口１６に連通する嫌気処理液流入口１７，散気装置１８，好気処理液流出口１９が設けられている。また、最終沈殿池１３には、好気処理液流出口１９に連通する好気処理液流入口２０，処理水流出口２１，汚泥引抜経路２２が設けられている。この汚泥引抜経路２２は、汚泥ポンプ２３を介して前記返送汚泥流入経路１５に接続している。

前記リン溶出槽１１内は、仕切壁３１により、原水流入経路１４及び返送汚泥流入経路１５を含む嫌気処理領域３２と、前記嫌気処理液流出口１６を含むリン析出領域３３とに区画されており、さらに、嫌気処理領域３２の上部には混合液抜取部３４が区画形成されている。この混合液抜取部３４には、送液ポンプ３５を有する送液管３６の吸込部３６ａが配置され、送液管３６の吐出部３６ｂはリン析出領域３３の下部に配置されている。また、リン析出領域３３の上部には、リン析出領域３３内に種結晶やｐＨ調整、カルシウムイオン濃度調整のための薬剤を投入するための種結晶投入手段及び薬剤投入手段となる薬剤投入経路３７が設けられている。

このように形成したリン回収装置において、原水流入経路１４から流入するリン酸イオン含有原水は、返送汚泥流入経路１５からの返送汚泥と混合してリン溶出槽１１の嫌気処理領域３２に流入する。嫌気処理領域３２内の混合液中に存在する細菌は、嫌気条件下におかれることにより、細胞体内に蓄積しているリンを細胞体外に溶出させる。

細胞から溶出したリン酸イオンによって原水中のリン濃度よりも徐々に高濃度のリンを含む状態となった混合液は、混合液抜取部３４に流入し、送液ポンプ３５の作用で吸込部３６ａから送液管３６に吸い込まれ、吐出部３６ｂからリン析出領域３３の底部に流入する。このリン析出領域３３には、前記薬剤投入経路３７から原水の状態に応じた量の種結晶Ｓ及びｐＨ調整剤、カルシウムイオン濃度調整剤が投入されており、リン析出領域３３内の混合液は、吐出部３６ｂから底部に流入した混合液の流れによって種結晶Ｓが領域下部の液中に浮遊した状態となっている。

種結晶は、リンを晶析させることが可能なものならば様々なものを使用可能であるが、通常は、珪酸カルシウム水和物、りん鉱石、骨炭等を、粉状や粒状で使用することができる。ｐＨ調整剤、カルシウムイオン濃度調整剤は、リン析出領域３３内のｐＨ及びカルシウムイオン濃度をリンが種結晶上に析出しやすいｐＨ範囲及びカルシウムイオン濃度範囲に調節するためのものであって、原水の状態に応じて適宜選択することができる。

通常は、リンをヒドロキシアパタイト（Ｃａ_１０（ＯＨ）_２（ＰＯ_４）_６）として析出させるための環境を形成するのに必要なカルシウムイオンと、ｐＨを８以上に上げるための水酸基（ＯＨイオン）とを同時に供給できる水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）が最適である。また、原水の状態に応じてカルシウムイオンを増量する必要がある場合には、例えば塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）を投入してカルシウムイオンを増量させればよく、ｐＨを上昇させたい場合には、例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を投入してｐＨを上昇させればよい。

なお、ｐＨやカルシウムイオン濃度の調整は、原水の状態に応じて行えばよく、原水中にカルシウムイオンが十分に存在する場合にはカルシウムイオンを投入する必要はなく、混合液にｐＨ調整剤を投入するだけでよい。また、混合液に前記水酸化カルシウムのみを投入するだけでカルシウムイオン濃度及びｐＨを所定範囲に調整できれば、水酸化ナトリウム等のｐＨ調整剤を別途投入する必要はない。さらに、カルシウムイオンやｐＨ調整剤は、前記混合液抜取部３４に投入して混合液に混合することもできる。

リン析出領域３３内で所定のｐＨ及びカルシウムイオン濃度に調整されることにより、混合液中のリンがカルシウムイオン及び水酸基と反応し、ヒドロキシアパタイトとなって種結晶の表面に析出する。ヒドロキシアパタイトを析出させた種結晶は、水との比重差によってリン析出領域３３の下方に沈降し、流入する混合液によって撹拌状態が維持される。リン析出領域３３内を上昇した混合液は、嫌気処理液流出口１６及び嫌気処理液流入口１７を通って好気槽１２に流入する。

好気槽１２では、散気装置１８からの曝気によって好気条件下におかれることにより、混合液中に残存しているリンが細菌に摂取されて混合液中から除去される。リンを過剰摂取した細菌を含む混合液は、好気処理液流出口１９及び好気処理液流入口２０を通って最終沈殿池１３に流入し、固液分離が行われて混合液中の細菌（汚泥）が沈殿分離するとともに、リンが除去された処理水が処理水流出口２１から流出する。最終沈殿池１３で沈殿した汚泥は、汚泥引抜経路２２に引き抜かれ、汚泥ポンプ２３を介して返送汚泥流入経路１５に送られる。

このように、生物学的リン除去法を基本とした工程において、リン溶出槽１１内の混合液中に種結晶を投入するとともに、混合液のｐＨ調整及びカルシウムイオン濃度調整を行うことにより、嫌気条件下で細胞外に溶出したリンをヒドロキシアパタイトとして種結晶上に析出させることができ、一つのリン溶出槽１１において、リンの溶出工程と、種結晶へのリンの析出工程とを同時に行うことができる。したがって、ＭＡＰ反応塔のようなリンの析出工程を行うための設備を付け加える必要がなく、配管系統を含む付帯設備が最小限で済み、スペースの有効活用が図れ、設備効率も向上する。

また、リンをヒドロキシアパタイトとして種結晶上に析出させる晶析反応は、混合液の温度が低いと反応速度が低下する。したがって、従来のようにＭＡＰ反応塔等を設けて配管を介して混合液を移送すると、冬場には配管部分での熱放出によってＭＡＰ反応塔等に流入する混合液の温度が下がって反応速度が低下することになるが、上述のようにリン溶出槽１１内で晶析反応させることにより、配管部分からの熱放出がなくなるので、混合液の温度が下がることがなく、反応速度が低下することもないので、晶析反応を効果的に進めることができる。

特に、本形態例に示すように、リン溶出槽１１内にリン析出領域３３を区画形成し、このリン析出領域３３内に種結晶を投入保持させてリンを種結晶上に析出させるようにしたことにより、混合液のｐＨ調整及びカルシウムイオン濃度調整を行う領域が限定され、ｐＨ調整及びカルシウムイオン濃度調整のために投入する薬剤の量を低減できる。また、リン析出領域３３に種結晶を集中保持することにより、リンが析出した種結晶の回収も容易に行うことができる。

さらに、リン溶出槽１１内に投入された混合液中の細菌は、嫌気条件下で徐々に体内のリンを放出するため、リン溶出槽１１内の液中のリン濃度は、嫌気処理液流出口１６の近傍が最も高くなる。したがって、嫌気処理液流出口１６を含む区域にリン析出領域３３を設けることにより、リンの析出効率を高めることができる。

本発明の一形態例を示すリン回収装置の系統図である。同じくリン回収装置の要部の平面図である。

符号の説明

１１…リン溶出槽、１２…好気槽、１３…最終沈殿池、１４…原水流入経路、１５…返送汚泥流入経路、１６…嫌気処理液流出口、１７…嫌気処理液流入口、１８…散気装置、１９…好気処理液流出口、２０…好気処理液流入口、２１…処理水流出口、２２…汚泥引抜経路、２３…汚泥ポンプ、３１…仕切壁、３２…嫌気処理領域、３３…リン析出領域、３４…混合液抜取部、３５…送液ポンプ、３６…送液管、３７…薬剤投入経路、Ｓ…種結晶

Claims

生物学的リン除去法によってリンを回収する方法において、細菌の細胞体内に蓄積しているリンを嫌気条件下で細胞外に溶出させるリン溶出槽内に種結晶を投入するとともに該溶出槽内のｐＨ及びカルシウムイオン濃度の調整を行い、該溶出槽内に溶出したリンを前記種結晶に析出させて回収することを特徴とするリンの回収方法。
前記種結晶は、前記リン溶出槽の一部に区画されたリン析出領域に投入保持し、該リン析出領域内で前記種結晶にリンを析出させることを特徴とする請求項１記載のリンの回収方法。
前記リン析出領域は、前記リン溶出槽の流出口を含んでいることを特徴とする請求項１記載のリンの回収方法。
細菌の細胞体内に蓄積しているリンを嫌気条件下で細胞外に溶出させるリン溶出槽と、該リン溶出槽から流出した混合液を好気条件として前記細菌にリンを過剰摂取させる好気槽と、該好気槽から流出した混合液を固液分離する分離槽と、該分離槽で分離した汚泥を前記リン溶出槽に返送する汚泥返送経路とを備え、生物学的リン除去法によってリンを回収する装置において、前記リン溶出槽は、該リン溶出槽内に種結晶を投入する種結晶投入手段と、ｐＨ及びカルシウムイオン濃度の調整を行うための薬剤を投入する薬剤投入手段とを備えていることを特徴とするリンの回収装置。
前記種結晶投入手段は、前記リン溶出槽の一部に区画されたリン析出領域内に種結晶を投入可能な状態で設けられ。前記薬剤投入手段は、前記リン析出領域内のｐＨ及びカルシウムイオン濃度の調整が可能な状態で設けられていることを特徴とする請求項４記載のリンの回収装置。
前記リン析出領域は、前記リン溶出槽から混合液が流出する流出口を含んでいることを特徴とする請求項５記載のリンの回収装置。