JP2013000718A - 有機性廃水及び汚泥の処理方法及び処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】嫌気性処理工程を組み入れた有機性廃水又は汚泥処理システムであり、25μm未満のリン酸マグネシウムアンモニウム(MAP)由来のリン含有量が該汚泥全体のリン含有量の5%以上である汚泥を対象とし、MAPを系外に取り出す分離工程、汚泥中に分散するMAP粒子の一部を除去した後の脱離汚泥に対する汚泥減量化工程、該分離工程において分離したMAP濃縮懸濁液に対してMAP粒子を回収する工程を含むシステムにおいて、該汚泥減量化工程は、濃縮工程と脱水工程で構成され、濃縮工程は該MAP脱離汚泥に対して凝集処理を施したものを濃縮して、濃縮汚泥と分離水とにする工程であり、脱水工程は該濃縮汚泥に対して無機凝集剤を添加したものを脱水し、脱水ケーキと脱水ろ液を調製する工程である、有機性廃水及び汚泥の処理方法
【選択図】なし
Description
(1)嫌気性処理工程を組み入れた有機性廃水又は汚泥処理システムであり、処理対象汚泥中に存在する25μm未満のリン酸マグネシウムアンモニウム粒子(以下、微細MAP粒子と呼ぶ)由来のリン含有量が該汚泥全体のリン含有量の5%以上である汚泥を処理対象とし、該嫌気性消化工程において汚泥中に発生するリン酸マグネシウムアンモニウムを系外に取り出すリン酸マグネシウムアンモニウム分離工程を有する処理方法であって、該リン酸マグネシウムアンモニウム分離工程において汚泥中に分散するリン酸マグネシウムアンモニウム粒子の一部を除去した後のリン酸マグネシウムアンモニウム脱離汚泥に対する汚泥減量化工程、該リン酸マグネシウムアンモニウム分離工程において分離したリン酸マグネシウムアンモニウム濃縮懸濁液に対してマグネシウムイオンを含む溶液を混合又は接触させるリン酸マグネシウムアンモニウム−マグネシウム溶液接触工程、及び該リン酸マグネシウムアンモニウム−マグネシウム溶液接触工程後の該リン酸マグネシウムアンモニウム濃縮懸濁液を含む液体からリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を回収する工程を含むシステムにおいて、該汚泥減量化工程は、濃縮工程と脱水工程の2段階で構成され、該濃縮工程は該リン酸マグネシウムアンモニウム脱離汚泥に対して凝集処理を施したものを濃縮して、濃縮汚泥と分離水を調製する工程であり、該脱水工程は該濃縮汚泥に対して無機凝集剤を添加したものを脱水し、脱水ケーキと脱水ろ液を調製する工程である、有機性廃水及び汚泥の処理方法。
(2)有機性廃水又は汚泥処理システムの構成装置として、嫌気性消化反応槽を有し、該嫌気性消化反応槽には少なくとも原水供給管と消化汚泥排出管が接続し、該嫌気性消化反応槽から排出された汚泥又は該嫌気性消化反応槽内の汚泥中の粒子由来であり該汚泥中有機成分粒子と比べて比重と粒径が比較的大きい粒子を優先的に濃縮分離する固液分離装置を配備し、該固液分離装置により分離した粒子を多く含むスラリー状又は固形状物質に対して、マグネシウムイオン含有溶液、又はマグネシウムイオン含有溶液と該固液分離装置の後段の汚泥減量化装置から分離した分離水あるいは脱水ろ液由来のリン酸イオン、マグネシウムイオン、又はアンモニウムイオンを接触させる晶析反応装置を含む配管設備、及び該接触後の比重と粒径が比較的大きい粒子を固形物として回収する装置を含み、該粒子を当該汚泥から分離後の粒子脱離汚泥に対して濃縮処理を行える機構を有し、該濃縮処理後の濃縮汚泥に対して無機凝集剤を添加する機構を有し、かつ無機凝集剤を添加後の汚泥に対して脱水処理を行える機構を有する、有機性廃水及び汚泥の処理装置。
本発明は、リン酸マグネシウムアンモニウム脱離汚泥に少なからず微細MAP粒子が含まれることを発見し、その微細MAP粒子又はその粒子に由来するリン、マグネシウム、及びアンモニウムを効率的に分離し、MAP粒子として回収することが可能であり、かつ脱水ケーキの脱水性も改善することが、汚泥減量化工程に無機凝集剤を適正に用いることにより可能であることを見出したものである。特許文献2の該汚泥減量化工程では、該無機凝集剤を用いる記載及びその作用効果等の記載はありません。
言い換えれば、本発明は、「汚泥中リン成分の分離または回収処理」を前提とした場合の「汚泥の脱水性向上のための無機系凝集剤添加処理」において、添加した無機系凝集剤の汚泥脱水性向上効果と、汚泥中リン成分の分離または回収の高効率化の両方を同時に満足させることができる汚泥処理プロセスを提供するものである。
なお、「リン酸マグネシウムアンモニウム濃縮懸濁液」を「MAP濃縮スラリー」と、「リン酸マグネシウムアンモニウム−マグネシウム溶液接触工程」を「MAP処理工程」と、「リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を回収する工程」を「MAP回収工程」と、各々呼称する場合がある。また、本明細書において、「%」は、特に言及されない場合は、質量基準である。
本発明を図面に従って説明する。
図1は、本発明の基本フローを示すものであり、概略的に分類すると嫌気性処理工程1、リン分離工程2、汚泥減量化工程3の3種類の工程で構成されており、本発明は、この内の特にリン分離工程2と汚泥減量化工程3に関して従来技術に改良を加えたものである。図2、3は、図1を具体化したものの一態様である。
本発明において「嫌気性処理工程を組み入れた有機性廃水又は汚泥処理システム」は、有機性廃水または汚泥に対して嫌気的な環境を与えた処理工程全般を指し、酸発酵、メタン発酵、嫌気性消化等を含む処理である。嫌気性処理工程1は、これらの嫌気的環境において有機物は分解されその分解代謝物としてアンモニウムイオン、リン酸イオン、マグネシウムイオン等のMAP合成に必要な基質を消化汚泥4中に溶出するとともにMAPを生成する工程である。
又、有機性廃水又は汚泥処理システムの構成装置として、嫌気性消化反応槽を有し、該嫌気性消化反応槽には少なくとも原水供給管と消化汚泥排出管が接続した装置が挙げられる。
該MAP処理工程2bでは、該固液分離装置により分離した粗MAP粒子を多く含むスラリー状又は固形状物質を含むMAP濃縮スラリー2a2に対して、マグネシウムイオン溶液、又はマグネシウムイオン溶液と該固液分離装置の後段の上記分離水あるいは脱水ろ液由来のリン酸イオン、マグネシウムイオン、又はアンモニウムイオンを接触させる晶析反応装置を具備した配管設備が設けられる。該晶析反応装置には、粗MAP粒子の結晶化を進める反応槽が具備される。
該MAP回収工程2cでは、該接触後の比重と粒径が比較的大きいMAP粒子、HAP粒子等のリン成分を固形物の回収リン2c1として回収する装置が設けられる。
濃縮工程3aは、基本的に濃縮汚泥3a1と分離水3a2を調製することが可能であれば、その手段に制限はないが、濃縮手段として無機凝集剤は使用しないことが好ましい。この理由は、コスト、微細MAP粒子の性質、及び合理性等の観点から言えることであり、詳細は明細書の記載から明らかである。
なお、本発明において、MAP脱離汚泥2a1の一部を嫌気性消化タンク1a又はその前段に戻すことも可能である。
図2は、本発明の実施態様の一例を示すものであり、汚泥の嫌気性消化工程において、汚泥中有機物は嫌気性消化タンク1a内の嫌気性下におけるメタン発酵等によりアンモニウムイオン、リン酸イオン、マグネシウムイオン等の分解代謝物が溶出される。これらMAPの基質成分は嫌気性消化タンク1a内のpHが7.5〜8.3程度の弱アルカリ性下においてMAP生成反応が促進され消化タンク内でMAP結晶が生成する。これらMAP結晶は、粒径25μm未満の微細粒子(即ち、微細MAP粒子)や、粒径25μm〜数ミリ大の粒子(即ち、粗MAP粒子)、タンク内の壁面や底面や攪拌羽根に付着して成長していく結晶等もある。該消化タンク1aから排出される消化汚泥4中には微細MAP粒子、及び粗MAP粒子が多く含まれている。本発明は、該微細MAP粒子由来のリン含有量は該消化汚泥全体のリン含有量の5%以上となる。該リン含有量の上限は、95%であるが、通常、1〜45%程度であり、5〜30%程度がコスト、運転条件等の総合的観点から有利と考えられる。なお、MAP粒子の粒径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置((株)堀場製作所製、LA−910)及び超音波ふるい(昭和電工株式会社製マイクロシーブShodex PS)により測定したものである。MAP粒子径の測定及び確認方法としては、粗MAP粒子を主体とするMAP濃縮スラリー等のサンプルはレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置により測定し、微細MAP粒子主体のMAP脱離汚泥等のサンプルは超音波ふるいにより25μm未満であることを確認する。具体的に説明する。粗MAP粒子主体のサンプルの場合は、1Lビーカーに対象サンプル200mlを取りpH8.0のアルカリ水を800ml添加し、攪拌後2分静置した後に上澄み水を静かに分離し、該ビーカー底部の粒子状物質を回収し、該回収物中の粒子の粒子径をレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置により測定する。該測定装置は一般的には0.1μm〜1000μmまで測定可能であるが、25μm未満の粒子はわずかであり、例えば汚泥中粗MAP粒子が0.5g/l以上存在するような一般的な消化汚泥の場合、本方式で1Lビーカー底部に分離した粒子サンプルはほぼ98%以上が25μm以上である。また、微細MAP主体のサンプルは、固形物換算で約1g相当のサンプルを分取し、pH8.0のアルカリ水を希釈水とし、穴径25μmのマイクロシーブを装填した超音波ふるいにより25μm以上の粒子と25μm未満の粒子の存在割合を測定する。一般的な消化汚泥に対して液体サイクロンで分級したあとのMAP脱離汚泥等をサンプルとした場合は25μm以上の粒子割合はほぼ1%未満でありほぼ全微粒子が25μm未満である。
該リン分離工程2の該MAP分離工程2aで粗MAP粒子を分離除去した後のMAP脱離汚泥2a1は後段の汚泥減量化工程3の前半の濃縮工程3aに導入する。先述したようにMAP脱離汚泥2a1中には該MAP分離工程2aの液体サイクロン等で分離できなかった一部の微細MAP粒子が含まれ、また他のリン酸化合物としてリン酸カルシウム、リン酸鉄等も含まれている。
汚泥濃縮工程において高分子凝集剤5を使用する場合の汚泥濃度はTSに対して重力濃縮タイプで5〜7%程度、簡易加圧タイプで10〜14%程度となる場合が多い。該汚泥濃縮工程において分離された分離水3a2は先に示したように該MAP処理工程2bに導入され、濃縮された濃縮汚泥3a1は後段の脱水工程3bに導入される。この分離水3a2には、MAP粒子の基質成分、微細MAP粒子が含まれる。
本発明においては、前記濃縮汚泥は、TSが70〜150g/lであり、該濃縮汚泥に対して添加する無機凝集剤を鉄系又はアルミ系とし、その添加率が該TSあたり、FeまたはAl2O3として1.5〜11.0%とすることが好ましい。
例えば、ある下水消化汚泥をTSが70g/lと120g/lまでそれぞれ濃縮した汚泥に対して、ポリ鉄を対TSで4%(Feとして)添加した場合のpHはそれぞれ5.8と4.0となる。
この時の無機凝集剤は先に示したポリ鉄、塩鉄、PAC、硫酸バンド等当該汚泥の適性に応じてどれを使用しても良いが、一般的には腐食が少なく硫化水素臭が軽減するという理由で広く使用されているポリ鉄を使用する方法が比較的効率的である場合が多い。無機凝集剤の添加量により後段の汚泥脱水機における脱水性が高まるとともに脱水ろ液中のリン酸イオン、マグネシウムイオン、アンモニウムイオンが変化する。例えばポリ鉄を使用した場合、ポリ鉄はFe2+のようにプラスの電荷を帯びており汚泥粒子表面のCOO−やOH−等のマイナスの電荷を帯びている粒子と結合して汚泥表面荷電を中和し汚泥粒子間の反発力を軽減して脱水性を向上させる一面がある。
脱水工程において、脱水処理を行える機構としては、ベルトプレス、スクリュープレス、及び遠心脱水機等いずれの脱水機でも適応可能であり、一般的にケーキ含水率:72〜78%程度の脱水ケーキ3b1が得られる。一方、この「無機凝集剤添加+脱水工程」の一連の処理時間において、該汚泥中に含まれている微細MAP粒子及びリン酸カルシウム等のリン酸化合物の一部はポリ鉄等の無機凝集剤の添加による酸性下で溶解し脱水ろ液3b2中に溶出する。また、ポリ鉄を添加した場合、鉄イオンは、この溶出してきたリン酸イオンと瞬時に結合しリン酸鉄の化合物が生成する。すなわち、汚泥に添加したポリ鉄中の鉄イオンは汚泥中のリン酸化合物を溶解し溶出してきたリン酸と結合して安定するため、実質的には微細MAP粒子等のリン酸化合物中のMgイオン、NH4イオンの2成分のみが汚泥から脱水ろ液3b2中に放出することになる。
本実施例は、A下水処理場の汚泥を使用して行ったパイロットプラント実験による実施例であり、フローは先に示した図2のフローと同じである。A処理場は、汚泥の嫌気性消化処理を採用している。
実施例1のパイロットプラントでは、A処理場の消化タンクから排出された消化汚泥(表1に性状を記載)を、穴径3mmの振動ふるい機に導入して髪の毛や種子系の夾雑物を分離し、夾雑物脱離後の汚泥を胴体径4インチの液体サイクロンに導入し、液体サイクロンのアンダー出口径12mmから排出されるMAP濃縮スラリーはMAP処理工程としての上向流MAP反応槽に導入する。
該MAP反応槽は中段部分より内部液を引抜きし循環流量倍率2.5倍で循環流として下部より注入することで上向流速を15〜30m/hとしており、該引抜き中間部分より上方は反応槽径が300mmとなっておりそのゾーンでは上向流を大幅に低下することが可能な反応槽を採用した。
この反応槽の採用により粒径の大きいMAP粒子は該反応槽の底部に堆積し微細なMAP粒子は該反応槽上部に滞留する状態ができる。
該MAP反応槽内においてMAP粒子から形成される流動層の高さは、MAP粒子が成長することによって増加する。
高さが増加した流動層内のMAP粒子は、該MAP反応槽底部より、MAP粒子抜き出し管を経て定期的に抜き出す。底部から抜き出されるMAP粒子は、流動層内にあるMAP粒子の中でも、粒径が大きく、緻密となっているものである。
該濃縮汚泥は無機凝集剤としてポリ鉄を汚泥TSあたりFeとして4%添加し汚泥混和装置で混和された後にスクリュープレス型脱水機に導入し脱水する。該汚泥混和装置では多少凝集性が劣化することも考慮して該混和装置に成分濃度40%の液状ポリマーを添加できるように設定する。該脱水機により脱水されたケーキは系外に搬出し、脱水ろ液は全量MAP反応槽に導入される。
また、本願発明法の比較として、汚泥濃縮工程をスキップした条件の比較例1、無機凝集剤添加をスキップした条件の比較例2、及び汚泥脱水機の脱水ろ液をMAP反応槽に導入しない条件の実施例2とそれぞれ設定してあわせて処理を行った。
上記処理に使用したA処理場の消化汚泥の性状を表1に示す。該消化汚泥中の微細MAP粒子(粒径25μm未満)中のリン成分は汚泥中T−Pの21.6%存在している。
上記処理成績を表2に示す。
Claims (5)
- 嫌気性処理工程を組み入れた有機性廃水又は汚泥処理システムであり、処理対象汚泥中に存在する25μm未満のリン酸マグネシウムアンモニウム粒子由来のリン含有量が該汚泥全体のリン含有量の5%以上である汚泥を処理対象とし、該嫌気性消化工程において汚泥中に発生するリン酸マグネシウムアンモニウムを系外に取り出すリン酸マグネシウムアンモニウム分離工程を有する処理方法であって、該リン酸マグネシウムアンモニウム分離工程において汚泥中に分散するリン酸マグネシウムアンモニウム粒子の一部を除去した後のリン酸マグネシウムアンモニウム脱離汚泥に対する汚泥減量化工程、該リン酸マグネシウムアンモニウム分離工程において分離したリン酸マグネシウムアンモニウム濃縮懸濁液に対してマグネシウムイオンを含む溶液を混合又は接触させるリン酸マグネシウムアンモニウム−マグネシウム溶液接触工程、及び該リン酸マグネシウムアンモニウム−マグネシウム溶液接触工程後の該リン酸マグネシウムアンモニウム濃縮懸濁液を含む液体からリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を回収する工程を含むシステムにおいて、該汚泥減量化工程は、濃縮工程と脱水工程の2段階で構成され、該濃縮工程は該リン酸マグネシウムアンモニウム脱離汚泥に対して凝集処理を施したものを濃縮して、濃縮汚泥と分離水を調製する工程であり、該脱水工程は該濃縮汚泥に対して無機凝集剤を添加したものを脱水し、脱水ケーキと脱水ろ液を調製する工程である、有機性廃水及び汚泥の処理方法。
- 前記濃縮汚泥は、TSが70〜150g/lであり、該濃縮汚泥に対して添加する無機凝集剤を鉄系又はアルミ系とし、その添加率が該TSあたり、FeまたはAl2O3として1.5〜11.0%とする、請求項1に記載の有機性廃水及び汚泥の処理方法。
- 前記濃縮工程は、高分子凝集剤を使用して、前記濃縮汚泥と前記分離水を調製する工程であり、該分離水の一部または全部を前記リン酸マグネシウムアンモニウム−マグネシウム溶液接触工程に導入する、請求項1又は請求項2に記載の有機性廃水及び汚泥の処理方法。
- 前記濃縮工程は、高分子凝集剤を使用して、前記濃縮汚泥と前記分離水を調製する工程であり、該濃縮汚泥に対して添加する無機凝集剤を鉄系又はアルミ系として、前記脱水工程を実施して得られた脱水ろ液の一部または全部をリン酸マグネシウムアンモニウム−マグネシウム溶液接触工程に導入する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機性廃水及び汚泥の処理方法。
- 有機性廃水又は汚泥処理システムの構成装置として、嫌気性消化反応槽を有し、該嫌気性消化反応槽には少なくとも原水供給管と消化汚泥排出管が接続し、該嫌気性消化反応槽から排出された汚泥又は該嫌気性消化反応槽内の汚泥中の粒子由来であり該汚泥中有機成分粒子と比べて比重と粒径が比較的大きい粒子を優先的に濃縮分離する固液分離装置を配備し、該固液分離装置により分離した粒子を多く含むスラリー状又は固形状物質に対して、マグネシウムイオン含有溶液、又はマグネシウムイオン含有溶液と該固液分離装置の後段の汚泥減量化装置から分離した分離水あるいは脱水ろ液由来のリン酸イオン、マグネシウムイオン、又はアンモニウムイオンを接触させる晶析反応装置を含む配管設備、及び該接触後の比重と粒径が比較的大きい粒子を固形物として回収する装置を含み、該粒子を当該汚泥から分離後の粒子脱離汚泥に対して濃縮処理を行える機構を有し、該濃縮処理後の濃縮汚泥に対して無機凝集剤を添加する機構を有し、かつ無機凝集剤を添加後の汚泥に対して脱水処理を行える機構を有する、有機性廃水及び汚泥の処理装置。
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