JP2014036945A

JP2014036945A - リン除去回収装置およびリン除去回収方法

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Publication number: JP2014036945A
Application number: JP2012181861A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamura; 中村　　剛
Original assignee: Daiki Ataka Engineering Co Ltd
Current assignee: Daiki Ataka Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2014-02-27
Anticipated expiration: 2032-08-20
Also published as: JP5952132B2

Abstract

【課題】リン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固形粒子を効率的に回収できるリン除去回収装置を提供する。
【解決手段】リン除去回収装置１は、反応塔２と反応筒体３とを備える。反応塔２は、反応塔直胴部21と、反応塔円錐部22と、反応塔沈殿円錐部23と、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶を沈殿分離する反応塔沈殿直胴部24とを有する。また、この反応塔沈殿直胴部24の内部に傾斜板42を設ける。さらに、反応塔沈殿円錐部23内に第１の筒体31を設け、この第１の筒体31の上方に筒状の第２の筒体35を設ける。これら第１の筒体31および第２の筒体35は、筒本体32，36とテーパ部33，37とを有する。また、テーパ部33と反応塔沈殿円錐部23の側面との間で下段スリット34を構成し、テーパ部37と筒本体32との間で上段スリット39を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リン酸イオンおよびアンモニウムイオン廃水や汚泥などの被処理物とマグネシウム化合物とを反応させて、被処理物のリンをリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）の固体粒子として回収するリン除去回収装置およびリン除去回収方法に関するものである。

近年、閉鎖性水域での富栄養化の一因子であるリン酸イオンの排出が問題になっている。特に、下水処理場の消化汚泥や消化汚泥脱水ろ液から排出された廃水などのような高濃度のリン酸イオンおよびアンモニウムイオンを含む廃水は、返流水として水処理系に返送されるため、例えばエアレーションタンクでの生物学的に除去されるリン量の限界より下水放流水中にリンが流出することになり、水域の富栄養化の原因となる。

また、このような廃水は、リン酸イオンおよびアンモニウムイオンがマグネシウムイオンと反応してＭＡＰスケールを生成するため、配管などの設備の閉塞などの問題も生じている。

一方、枯渇資源の１つであるリンは大部分がリン鉱石から精製されるが、良質なリン鉱石の減少やリン鉱石輸出国の囲い込み政策などにより、近年では、リン鉱石の価格が上昇する傾向にあり、下水や生活排水などに含まれるリンを高効率に回収する技術が検討されている。

ここで、従来、高濃度のリン酸イオンおよびアンモニウムイオンを含む廃水のリン除去方法としては、アルミニウム塩や鉄塩などの金属塩とリンとを反応させる凝集分離法、リン鉱石や骨炭などの種晶にヒドロキシアパタイトの形でリンを析出させる晶析法（接触脱リン法）、微生物のリン過剰摂取作用を利用した生物学的脱リン法、および、活性アルミナなどのリン吸着剤を用いてリンを吸着除去する方法などがある。

しかしながら、これらのリンの除去方法は、除去したリンを有効に利用できない。そこで、除去したリンを有効に利用できる方法として、対象とする廃水や汚泥にマグネシウム分を添加し、リン酸マグネシウムアンモニウムとしてリンを析出させる造粒脱リン法（ＭＡＰ法）が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。

また、造粒脱リン法にてリン酸マグネシウムアンモニウムを造粒するための造粒脱リン装置としては、造粒塔の底部に撹拌用気体吹き込み管、および、固体粒子と廃水とを造粒塔の外に引き抜くための固体粒子払い出し管が設けられ、造粒塔内部にエアリフト用の円筒体が設けられたものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。

特許第３５３７４９５号公報特許第３６４９４７１号公報特開平８−２４８７５号公報

しかしながら、上述の造粒脱リン法や造粒脱リン装置は、撹拌用気体吹き込み管が反応塔の最底部に接続されているため、撹拌用気体吹き込み管から供給された気体の一部が、造粒塔内部のエアリフト用の円筒体の外側を上昇し、気体による撹拌効果が低下してしまう可能性が考えられる。

そして、撹拌効果が低下すると、リン酸マグネシウムアンモニウムの固形粒子が成長しにくく、固形粒子の回収率が低下してしまう。

また、このように円筒体の外側を上昇する気体によって、反応塔上部でのリン酸マグネシウムアンモニウム固形粒子の重力沈殿が撹乱されてしまうため、沈殿分離が進行しにくく、固形粒子の回収率が低下する可能性が考えられる。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固形粒子を効率的に回収できるリン除去回収装置およびリン除去回収方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載されたリン除去回収装置は、リン酸イオンおよびアンモニウムイオンを含有した被処理物とマグネシウム化合物と反応させて、被処理物のリンをリン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固体粒子として回収するリン除去回収装置であって、反応塔と、この反応塔の内部に設けられた筒状の反応筒体と、この反応筒体内へ被処理物を供給する被処理物供給手段と、前記反応筒体内へマグネシウム化合物を供給するマグネシウム化合物供給手段と、前記反応筒体内へ上方に向かって曝気用気体を供給する曝気用気体供給手段と、前記反応塔内へ圧密防止用気体を供給するための圧密防止用気体供給手段と、前記反応塔の底部に接続され、前記反応塔内で生成されたリン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固体粒子を回収するための固体粒子回収手段と、前記反応塔の上部に位置し、リンが除去された処理物を流出するための流出手段とを具備し、前記反応塔は、円筒状の反応塔直胴部と、この反応塔直胴部の下部に配置され、下方に向かって縮径し底部が設けられた筒状の反応塔円錐部と、前記反応塔直胴部の上部に配置され、この反応塔直胴部へ向かって縮径した筒状の反応塔沈殿円錐部と、この反応塔沈殿円錐部の上部に配置され、前記処理物とリン酸マグネシウムアンモニウム結晶とを沈殿分離する円筒状の反応塔沈殿直胴部とを有し、この反応塔沈殿直胴部には、内部に少なくとも１つの傾斜板が設けられ、前記反応塔沈殿円錐部内には筒状の第１の筒体が設けられ、この第１の筒体の上方には筒状の第２の筒体が設けられ、これら第１の筒体および第２の筒体は、筒本体と、この筒本体の下端に接続され下方へ向かって拡径したテーパ部とを有し、前記第１の筒体のテーパ部と前記反応塔沈殿円錐部の側面との間で下段スリットが構成され、前記第２の筒体のテーパ部と前記第１の筒体の筒本体との間で上段スリットが構成され、この上段スリットは、前記反応塔沈殿直胴部より下方に位置し、前記反応筒体は、前記反応塔円錐部内から前記第２の筒体内に亘って配置されており、上端部が前記上段スリットより上方に位置し、下端部が前記反応塔直胴部より下方に位置し、前記曝気用気体供給手段は、先端部が前記反応塔内において前記反応筒体の下方に配置された曝気用気体供給管を有し、前記圧密防止用気体供給手段は、前記反応塔の底部に接続された圧密防止用気体供給管を有するものである。

請求項２に記載されたリン除去回収方法は、リン酸イオンおよびアンモニウムイオンを含有した被処理物とマグネシウム化合物と反応させて、被処理物のリン酸イオンをリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子として回収するリン除去回収方法であって、請求項１記載のリン除去回収装置を用いるものである。

本発明によれば、反応塔沈殿直胴部内に傾斜板が設けられているため、反応塔沈殿直胴部での沈殿分離効果を向上できる。また、第１の筒体および第２の筒体がテーパ部を有するため、曝気用気体供給手段から供給された気体が反応筒体の外側を上昇したとしても、この気体をテーパ部にて第１の筒体内および第２の筒体内へ案内でき、反応塔沈殿直胴部での沈殿分離の阻害を防止できる。そのため、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固形粒子を効率的に回収できる。

本発明の一実施の形態に係るリン除去回収装置の構成図である。

以下、本発明の一実施の形態の構成について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１において、１はリン除去回収装置であり、このリン除去回収装置１は、リン酸イオンおよびアンモニウムイオンを含有した廃水または汚泥などの被処理物からリンを分離回収するものである。具体的には、リン除去回収装置１は、被処理物とマグネシウム化合物とを反応させることにより、被処理物のリンをリン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固体粒子として回収する。

リン除去回収装置１は、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固体粒子を生成する反応塔２を備えている。

この反応塔２の内部には、例えば円筒などの筒状で、内部で被処理物とマグネシウム化合物とを反応させるための反応筒体３が反応塔２の軸方向に沿って設けられている。

また、反応塔２には、反応筒体３の軸方向の一側である下側から反応筒体３内へ被処理物を供給する被処理物供給手段４が設けられている。

さらに、反応塔２には、反応筒体３の軸方向の他側である上側から反応筒体３内へマグシム化合物を供給するマグネシウム化合物供給手段５が設けられている。

また、反応塔２には、反応筒体３の上側から反応筒体３内へアルカリ剤を供給するアルカリ剤供給手段６が設けられている。

さらに、反応塔２には、反応筒体３の下側から反応筒体３内に上方へ向かって曝気用の気体を供給する曝気用気体供給手段７が設けられている。

また、反応塔２の底部には、反応塔２内にて生成されて沈殿したリン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固体粒子を回収するための固体粒子回収手段８が設けられている。

さらに、反応塔２の底部には、蓄積したリン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固体粒子が圧密することを防止するための圧密防止用気体供給手段９が設けられている。

また、反応塔２の上部には、リンが除去された後の処理液や処理汚泥などの処理物を反応塔２外へ流出するための流出手段10が設けられている。

被処理物供給手段４は、先端部が反応塔２内における反応筒体３の下方に位置する被処理物供給管11を有している。なお、被処理物としては、特に高濃度のリン酸イオンが含まれた廃水または汚泥などを好適に処理できる。また、このような廃水または汚泥としては、例えば、下水処理場における消化汚泥、この消化汚泥の脱離液や脱水ろ液、メタン発酵脱離液、し尿や浄化槽汚泥の固液分離液、および、畜舎から排出される廃水である畜舎汚水などが想定される。

マグネシウム化合物供給手段５は、先端部が反応塔２内における反応筒体３の上方に位置するマグネシウム化合物供給管12を有している。なお、マグネシウム化合物は、例えば塩化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、硫酸マグネシウムおよび炭酸マグネシウムなどのマグネシウム薬剤が好ましく、特にコストを考慮すると水酸化マグネシウムが好ましいが、例えば海水などのようにマグネシウムイオンを含有するものであればよい。

アルカリ剤供給手段６は、先端部が反応塔２内における反応筒体３の上方に位置するアルカリ剤供給管13を有し、被処理物とマグネシウム化合物とを反応させる際に必要に応じてアルカリ剤を供給するものである。なお、アルカリ剤としては、例えば苛性ソーダなどが用いられる。

曝気用気体供給手段７は、先端部が反応塔２における反応筒体３の下方に位置した曝気用気体供給管14を有している。この曝気用気体供給管14の先端部は、反応筒体３の下方において被処理物供給管11の先端部より下方に位置しており、曝気用気体供給手段７から供給された曝気用の気体が反応筒体３内を上昇するのに伴って、エアリフト作用により被処理物が反応筒体３内を上昇する。なお、曝気用の気体は、特に限定されるものではないが、例えば空気などの炭酸ガスの含有量が少ない気体が好ましい。

固体粒子回収手段８は、回収管15と、この回収管15の開閉を操作するバルブや弁体などの開閉手段16とを有し、この開閉手段16にて回収管15を開放状態にすることにより、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固体粒子が回収される。

圧密防止用気体供給手段９は、曝気用気体供給管14から分岐し、回収管15の開閉手段16より反応塔２側に接続された圧密防止用気体供給管17を有している。そして、圧密防止用気体供給手段９は、回収管15が開閉手段16にて閉塞された状態にて、圧密防止用気体供給管17からの気体を回収管15を介して反応塔２内へ供給する。また、圧密防止用気体供給手段９から気体が供給されることによって、反応塔２の底部に蓄積されたリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子間を気体が流動し、固体粒子の圧密が防止される。

流出手段10は、反応塔２の側面に設置された流出トラフ18と、この流出トラフ18および流出管路19に接続された流出部20とを有している。そして、反応塔２からの処理物は、流出トラフ18に設けられた図示しない越流堰を越流し、流出部20を介して流出管路19から反応塔２外へ流出される。

反応塔２は、円筒状の反応塔直胴部21を有し、この反応塔直胴部21の下部には、下方に向かって縮径した筒状の反応塔円錐部22が一体に接続されている。また、反応塔直胴部21の上部には、下方すなわち反応塔直胴部21へ向かって縮径した筒状の反応塔沈殿円錐部23が一体に接続されている。さらに、この反応塔沈殿円錐部23の上部には、上部が開口された円筒状の反応塔沈殿直胴部24が一体に接続されている。

このような反応塔２は、反応塔２の高さ（反応塔直胴部21、反応塔沈殿円錐部23および反応塔沈殿直胴部24の高さの合計）と反応塔直胴部21の直径との比率（反応塔２の高さ／反応塔直胴部21の直径）が、２以上７以下の範囲となるように設計することが好ましく、より好ましくは２．５以上６以下の範囲であり、さらに好ましくは３以上５以下の範囲である。

反応塔直胴部21は、反応筒体３より大径であり、反応筒体３および反応塔直胴部21は、反応筒体３の直径と反応塔直胴部21の直径との比率（反応筒体３の直径／反応塔直胴部21の直径）が、０．２以上０．８以下の範囲となるように設計することが好ましく、より好ましくは０．３以上０．７以下の範囲であり、さらに好ましくは０．４以上０．６以下の範囲である。

反応塔円錐部22は、側面が下方に向かって縮径し先端部である下端部が閉塞するように底部が形成されている。そして、反応塔円錐部22内では、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固体粒子が側面に沿って降下して底部に集合するように蓄積される。

反応塔沈殿円錐部23は、反応塔沈殿直胴部24から沈殿分離されて降下してきたリン酸マグネシウムアンモニウム結晶を側面に沿って整流するように降下させる。

これら反応塔円錐部22および反応塔沈殿円錐部23の側面の傾斜角度は、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶が側面に沿って降下しやすい角度であればよいが、例えば４５度以上が好ましく、６０度以上であればより好ましい。

ここで、反応塔沈殿円錐部23内には、例えば円筒などの筒状の第１の筒体31が設けられている。

この第１の筒体31は、反応筒体３より大径で反応塔直胴部21と略同径の円筒状の筒本体32を有する。また、この筒本体32の下端には、下方へ向かって拡径したテーパ部33が一体に接続されている。

また、第１の筒体31は、下端部すなわちテーパ部33の先端部が反応塔沈殿円錐部23と離間して対向して配置されている。そして、第１の筒体31のテーパ部33と反応塔沈殿円錐部23との間で、被処理物およびリン酸マグネシウムアンモニウム結晶が通過可能な下段スリット34が構成されている。

第１の筒体31の上方には、例えば円筒などの筒状の第２の筒体35が第１の筒体31から離間して設けられている。

この第２の筒体35は、反応筒体３より大径で筒本体32と略同径の筒本体36と、この筒本体36の下端に接続され下方に向かって拡径し先端が筒本体32より大径のテーパ部37と、筒本体36の上端に設けられた上面部38とを有している。

そして、第２の筒体35のテーパ部37と、第１の筒体31の筒本体32との間で、被処理物およびリン酸マグネシウムアンモニウム結晶が通過可能な上段スリット39が構成されている。この上段スリット39は、反応塔沈殿直胴部24より下方に位置している。

テーパ部33およびテーパ部37の傾斜角度は、沈殿分離されたリン酸マグネシウムアンモニウム結晶がテーパ部33およびテーパ部37に沿って降下しやすいように、筒本体32および筒本体36との安息角が４５度以下となることが好ましく、３０度以下であるとより好ましい。

反応塔沈殿直胴部24は、反応塔沈殿直胴部24の内側と第２の筒体35の外側との間で構成された重力沈殿部分41を有している。この重力沈殿部分41は、リンが除去された後の処理物とリン酸マグネシウムアンモニウムとを比重の違いにより沈殿分離する部分であり、沈殿分離効果を促進する少なくとも１つ（例えば４つ）の傾斜板42が上段スリット39より上方に位置するように設けられている。

傾斜板42は、下側が外側に位置するように傾斜しており、その傾斜角度は、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶の流動しやすさと沈殿分離促進効果とを考慮すると、４５度以上７０度以下が好ましく、より好ましくは５５度以上６５度以下である。また、傾斜板42の設置間隔は、被処理物としての汚泥などにより閉塞されにくいように、３０ｍｍ以上が好ましい。さらに、傾斜板42は、反応塔沈殿直胴部24の軸方向の高さが、互い隣接する傾斜板42同士で構成される高さ（傾斜板42の設置間隔をＢとし、傾斜角度をθとした場合、Ｂ×ｔａｎθ）の２倍以上となることが好ましい。

反応筒体３は、反応塔２内において、反応塔円錐部22内から第１の筒体31内を通って第２の筒体35内に亘って配置され、上端部が上段スリット39より上方に位置し、下端部が反応塔直胴部21より下方に位置している。

また、反応塔２および反応筒体３は、反応筒体３の下端部から反応塔直胴部21と反応塔円錐部22との境界部43までの長さと、境界部43から反応塔円錐部22の底部までの長さとの比率（反応筒体３の下端部から境界部43までの長さ／境界部43から反応塔円錐部22の底部までの長さ）が、０より大きく０．４以下の範囲となるように設計することが好ましく、より好ましくは０．０５以上０．３以下の範囲であり、さらに好ましくは０．０７以上０．２５以下の範囲である。

反応塔２は、重力沈殿部分41の水面積負荷が、被処理物の供給量に対して５ｍ^３／ｍ^２／日以上６０ｍ^３／ｍ^２／日以下の範囲となることが好ましく、より好ましくは６ｍ^３／ｍ^２／日以上５０ｍ^３／ｍ^２／日以下の範囲であり、さらに好ましくは８ｍ^３／ｍ^２／日以上４０ｍ^３／ｍ^２／日以下の範囲である。

次に、リン除去回収装置１による被処理物からのリン除去回収方法について説明する。

リン除去回収装置１にて被処理物からリンを除去回収する際には、まず、被処理物供給手段４から被処理物を反応筒体３内へ供給するとともに、曝気用気体供給手段７および圧密防止用気体供給手段９から気体を反応筒体３内へ向かって供給する。

また、このように被処理物および気体を供給しながら、マグネシウム化合物供給手段５からマグネシウム化合物を反応筒体３内へ供給する。

被処理物の供給量は、反応塔直胴部21にて形成される部分と、第１の筒体31にて形成される部分と、第２の筒体35にて形成される部分とにおける水滞留時間が５分以上９０分以下の範囲となるように調整することが好ましく、より好ましくは１０分以上６０分以下であり、さらに好ましくは１５分以上４０分以下である。

曝気用気体供給手段７および圧密防止用気体供給手段９からの気体の供給量は、反応塔直胴部21の水平方向の断面積に対して、５ｍ^３／ｍ^２／時間以上１００ｍ^３／ｍ^２／時間以下の範囲となるように調整することが好ましく、より好ましくは８ｍ^３／ｍ^２／時間以上７０ｍ^３／ｍ^２／時間以下の範囲であり、さらに好ましくは１０ｍ^３／ｍ^２／時間以上５０ｍ^３／ｍ^２／時間以下の範囲である。なお、曝気用気体供給手段７と圧密防止用気体供給手段９との風量比率（曝気用の気体／圧密防止用の気体）は、３以上２０以下の範囲となるように調整することが好ましい。

添加するマグネシウム化合物は、被処理物に含まれるリン酸イオンのモル比に対するマグネシウムのモル比（［Ｍｇ］／［ＰＯ_４−Ｐ］）が０．５以上２．０以下の範囲となるように調整することが好ましく、より好ましくは０．７以上１．５以下の範囲である。

このように被処理物が供給された反応筒体３内にマグネシウム化合物が供給されると、ｐＨが上昇してアルカリ性となり、被処理物とマグネシウム化合物とが反応しやすい雰囲気になる。なお、被処理物のアルカリ度が低く、マグネシウム化合物を添加しても十分にｐＨが上昇しない場合などには、アルカリ剤供給手段６からアルカリ剤を適宜供給して、反応しやすいようにｐＨを調整してもよい。

また、反応筒体３内に曝気用の気体が供給されることにより、反応筒体３内に上昇気流が発生して被処理物とマグネシウム化合物とが曝気撹拌され、反応が促進される。

ここで、曝気用気体供給手段７から供給された気体が、例えば反応筒体３の外側へ漏れて上昇したとしても、テーパ部33またはテーパ部37に捕集され、第１の筒体31または第２の筒体35内へ案内される。

そして、反応筒体３内では、被処理物とマグネシウム化合物とが曝気用の気体で撹拌されながら反応してリン酸マグネシウムアンモニウム結晶が生成される。

このように反応筒体３で生成されたリン酸マグネシウムアンモニウム結晶、および、反応筒体３内の被処理物は、曝気用の気体による上昇気流にて反応筒体３の下端から第２の筒体35まで移動する。

ここで、反応筒体３の下端部近傍では、被処理物および曝気用の気体が吹き上げられているため負圧が生じ、反応筒体３と反応塔直胴部21との間で、下降流が生じるとともに、曝気用の気体による上昇気流で吹き上がるという循環流が生じる。

そして、反応筒体３からの曝気用の気体は、第２の筒体35に捕集されてそのまま外部へ排出され、反応筒体３からの被処理物およびリン酸マグネシウムアンモニウム結晶は、循環流によって反応筒体３の下端部へ返送される。

また、被処理物は、被処理物供給手段４から連続的に供給されるため、流出先が必要となり、反応塔２における流出先は、反応塔沈殿直胴部24の上部に設置された流出手段10のみである。したがって、循環流にのって移動している被処理物およびリン酸マグネシウムアンモニウム結晶の一部が、水深の浅い開口部である上段スリット39から流出して流出手段10へ向かって上昇する。

上段スリット39を通過して反応塔沈殿円錐部23に流入したリン酸マグネシウムアンモニウム結晶および被処理物は、供給された被処理物の流量に相当する分が流出手段10へ向かって流出しようとする上昇流により重力沈殿部分41へ流動する。

リン酸マグネシウムアンモニウムは真比重が１．７２であり、重力沈殿部分41では、比重の大きいリン酸マグネシウムアンモニウム結晶と被処理物とが傾斜板42を通過する。そして、通過する際に、比重の違いにより傾斜板42を通ってリン酸マグネシウムアンモニウム結晶が沈殿分離される。

なお、重力沈殿部分41における被処理物の供給量に対する水滞留時間は、５分以上１２０分以下の範囲となることが好ましく、より好ましくは１０分以上９０分以下の範囲であり、さらに好ましくは１５分以上６０分以下である。

そして、沈殿分離されたリン酸マグネシウムアンモニウム結晶は、反応塔沈殿円錐部23の側面に沿って降下し、下段スリット34を通過して整流されながら、反応塔直胴部21へ流出される。

また、このように反応塔直胴部21に流入したリン酸マグネシウムアンモニウム結晶は、反応筒体３の下端部へ向かう循環流にのって、再度、反応筒体３内を吹き上がり、供給されたマグネシウム化合物と反応して、結晶表面にさらにリン酸マグネシウムアンモニウムが析出して造粒される。

このように造粒されて反応塔直胴部21に流入したリン酸マグネシウムアンモニウム結晶は、反応塔直胴部21から反応塔円錐部22へ流動し、反応塔円錐部22の側面に沿って降下して、反応塔円錐部22の底部に蓄積する。

また、反応筒体３から第２の筒体35に流入したリン酸マグネシウムアンモニウム結晶のうち、上段スリット39を通過しなかったものは、そのまま反応筒体３と第１の筒体31との間を降下し、反応塔直胴部21を降下して、反応塔円錐部22の底部に蓄積する。

このようにリン酸マグネシウムアンモニウム結晶は、曝気によって反応塔２内を流動することにより、固体粒子に成長し、最終的に反応塔円錐部22の底部に蓄積される。

そして、例えば２日以上２週間以下などの所定の周期にて、開閉手段16により回収管15を開放状態にしてリン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固体粒子を反応塔２外に払い出し回収する。

このように回収されたリン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固体粒子は、肥料原料、培養土および土壌改良材の副資材などのリン酸化合物として有効利用可能である。

一方、反応塔沈殿直胴部24にてリン酸マグネシウムアンモニウム結晶が分離され、リンが除去された後の処理物は、反応塔沈殿直胴部24から流出トラフ18を介して流出部20へ流出し、流出管路19から反応塔２外へ排出される。

また、反応塔２から排出された処理物は、さらにリン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固体粒子の回収率を向上するために、液体サイクロンや重力沈殿槽に送り、微粒子を回収した後に反応塔２へ返送する構成にしてもよい。

次に、上記一実施の形態の作用および効果を説明する。

上記一実施の形態によれば、反応塔沈殿直胴部24内に傾斜板42が設けられているため、重力沈殿部分41での比重の違いによる沈殿分離効果を向上でき、例えば、比較的に粒径の小さいリン酸マグネシウムアンモニウム結晶であっても沈殿分離できる。そのため、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固形粒子を効率的に回収できる。

特に、傾斜板42の傾斜角度を４５度以上７０度以下にすることにより、重力沈殿部分41での沈殿分離効果を向上できる。

また、第１の筒体31がテーパ部33を有し、第２の筒体35がテーパ部37を有するため、曝気用気体供給手段から供給された気体が反応筒体３から漏れて反応筒体３の外側を上昇したとしても、この気体をテーパ部33またはテーパ部37にて捕集して第１の筒体31内および第２の筒体35内へ案内でき、テーパ部37より上方への気体の上昇を防止できる。そのため、気体による反応塔沈殿直胴部24での沈殿分離の阻害を防止でき、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固体粒子を効率的に回収できる。

また、反応筒体３の上端部が上段スリット39より上方に位置するため、反応筒体３内を上昇する気体が上段スリット39から流出せず、反応塔沈殿直胴部24にて適切に沈殿分離できる。

さらに、圧密防止用気体供給手段９が設けられ、曝気用気体供給管14と圧密防止用気体供給管17とを別個に設置することにより、曝気用気体供給管14の先端部を所望の位置に設置できるため、曝気用の気体が反応筒体３内に供給されやすく、エアリフト作用が得られやすいように曝気用気体供給管14を適切な位置に設置できる。したがって、曝気用の気体によるエアリフト作用を向上できるとともに、曝気用の気体が反応筒体３の外側に漏れにくく、漏れた気体により沈殿分離が阻害されることを防止できる。

反応塔直胴部21と、第１の筒体31の筒本体32および第２の筒体35の筒本体36とを略同径にすることにより、曝気用の気体が反応筒体３から漏れて上昇したとしても、この気体の拡散の範囲を反応塔直胴部21の延長線上に制御でき、テーパ部33およびテーパ部37でより確実に捕集できる。

なお、被処理物の汚泥濃度が１０００ｍｇ／Ｌ程度や１０００ｍｇ／Ｌより低い場合は、従来の反応塔における沈殿分離方法であっても、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固体粒子を回収できるが、消化汚泥のように汚泥濃度が１００００ｍｇ／Ｌ程度や１００００ｍｇ／Ｌを超える場合には、粘性が上昇するため、従来の反応塔における沈殿分離方法であると、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固体粒子の重力低下効果が低下する。一方、消化汚泥自体は沈降速度が遅いため、反応塔２内での沈降による蓄積のおそれがない。そこで、沈殿分離部である反応塔沈殿直胴部24における沈殿効果を上昇するために曝気用気体の漏洩を防止し、整流効果を向上させ、傾斜板42により沈殿効果を向上させることがリン酸マグネシウムアンモニウム回収率の向上に有効である。

上記一実施の形態では、反応塔２にアルカリ剤供給手段６が設けられた構成としたが、アルカリ剤は必要に応じて添加するものであり、アルカリ剤供給手段６が設けられていない構成にしてもよい。

また、傾斜板42が４つ設けられた構成には限定されず、傾斜板42の数は適宜選択できる。

以下、本実施例について説明する。

反応塔直胴部21の直径が３００ｍｍで、反応塔沈殿直胴部24の直径が６００ｍｍであり、反応塔直胴部21、反応塔円錐部22、反応塔沈殿円錐部23および反応塔沈殿直胴部24を合わせた全高が１５００ｍｍで、全容積が１５６リットル（Ｌ）である反応塔２を用い、反応塔２内に直径１５０ｍｍの反応筒体３を設置してリン除去回収装置１を構成した。

このようなリン除去回収装置１に、リン酸態リン２９０ｍｇ／Ｌおよびアンモニア性窒素８２０ｍｇ／Ｌを含有し、ｐＨ７．４の被処理物としての嫌気性消化汚泥を５０００Ｌ／日の流量で連続的に供給した。また、嫌気性消化汚泥におけるリン酸態リンのモル数に対してマグネシウム添加モル比が０．９となるようにマグネシウム化合物としての水酸化マグネシウムを連続的に供給した。さらに、曝気用の気体としての空気を５０Ｌ／分で連続的に供給して曝気した。

また、反応塔２の流出手段10から流出した処理物としての処理汚泥を液体サイクロンに通し、回収側を反応塔２へ返送した。

流出手段10から流出した処理汚泥についてリン酸態リン濃度を測定した結果、３２ｍｇ／Ｌまで低下していた。

また、反応塔円錐部22に蓄積したリン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固体粒子を２〜４日に１回の頻度で回収した。

そして、回収したリン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固体粒子について、質量を測定するとともに回収されたリン量を算出し、回収間隔におけるリン酸態リン除去量に対する回収率を算出した結果、回収率は９０％であった。

１リン除去回収装置
２反応塔
３反応筒体
４被処理物供給手段
５マグネシウム化合物供給手段
７曝気用気体供給手段
８固体粒子回収手段
９圧密防止用気体供給手段
10 流出手段
14 曝気用気体供給管
17 圧密防止用気体供給管
21 反応塔直胴部
22 反応塔円錐部
23 反応塔沈殿円錐部
24 反応塔沈殿直胴部
31 第１の筒体
32 筒本体
33 テーパ部
34 下段スリット
35 第２の筒体
36 筒本体
37 テーパ部
39 上段スリット
42 傾斜板

Claims

リン酸イオンおよびアンモニウムイオンを含有した被処理物とマグネシウム化合物と反応させて、被処理物のリンをリン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固体粒子として回収するリン除去回収装置であって、
反応塔と、
この反応塔の内部に設けられた筒状の反応筒体と、
この反応筒体内へ被処理物を供給する被処理物供給手段と、
前記反応筒体内へマグネシウム化合物を供給するマグネシウム化合物供給手段と、
前記反応筒体内へ上方に向かって曝気用気体を供給する曝気用気体供給手段と、
前記反応塔内へ圧密防止用気体を供給するための圧密防止用気体供給手段と、
前記反応塔の底部に接続され、前記反応塔内で生成されたリン酸マグネシウムアンモニウム結晶の固体粒子を回収するための固体粒子回収手段と、
前記反応塔の上部に位置し、リンが除去された処理物を流出するための流出手段とを具備し、
前記反応塔は、
円筒状の反応塔直胴部と、
この反応塔直胴部の下部に配置され、下方に向かって縮径し底部が設けられた筒状の反応塔円錐部と、
前記反応塔直胴部の上部に配置され、この反応塔直胴部へ向かって縮径した筒状の反応塔沈殿円錐部と、
この反応塔沈殿円錐部の上部に配置され、前記処理物とリン酸マグネシウムアンモニウム結晶とを沈殿分離する円筒状の反応塔沈殿直胴部とを有し、
この反応塔沈殿直胴部には、内部に少なくとも１つの傾斜板が設けられ、
前記反応塔沈殿円錐部内には筒状の第１の筒体が設けられ、この第１の筒体の上方には筒状の第２の筒体が設けられ、
これら第１の筒体および第２の筒体は、筒本体と、この筒本体の下端に接続され下方へ向かって拡径したテーパ部とを有し、
前記第１の筒体のテーパ部と前記反応塔沈殿円錐部の側面との間で下段スリットが構成され、前記第２の筒体のテーパ部と前記第１の筒体の筒本体との間で上段スリットが構成され、
この上段スリットは、前記反応塔沈殿直胴部より下方に位置し、
前記反応筒体は、前記反応塔円錐部内から前記第２の筒体内に亘って配置されており、上端部が前記上段スリットより上方に位置し、下端部が前記反応塔直胴部より下方に位置し、
前記曝気用気体供給手段は、先端部が前記反応塔内において前記反応筒体の下方に配置された曝気用気体供給管を有し、
前記圧密防止用気体供給手段は、前記反応塔の底部に接続された圧密防止用気体供給管を有する
ことを特徴とするリン除去回収装置。
リン酸イオンおよびアンモニウムイオンを含有した被処理物とマグネシウム化合物と反応させて、被処理物のリン酸イオンをリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子として回収するリン除去回収方法であって、
請求項１記載のリン除去回収装置を用いる
ことを特徴とするリン除去回収方法。