JP2016087541A - 有機性排水処理におけるリン回収及びスケール発生防止方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【解決課題】屎尿、下水、産業排水等の有機性排水処理過程において、リンを回収すると共に、リン回収装置からの上澄み水を送液する配管内壁におけるスケール発生を防止する方法及び装置を提供する。
【解決手段】有機性排水処理設備における難溶解性リン酸塩形成反応槽３の上澄み水排出部に、スケール分散剤を添加することを特徴とする、有機性排水処理におけるリン回収及びスケール発生防止方法及び装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機性排水処理におけるリン回収及びスケール発生防止方法及び装置に関し、特に、有機性排水処理におけるリン回収装置からの流出水配管内でのスケールの発生を防止する方法及び装置に関する。

屎尿、下水、産業排水等の有機性排水処理過程において、有益なリン回収方法として、リン酸カルシウムやリン酸ヒドロキシアパタイトなどの種結晶となる粒子状の難溶解性塩を添加して、この難溶性塩の表面にリン酸化合物を付着させ、リン酸ヒドロキシアパタイト（以下「ＨＡＰ」という）として除去する晶析技術、及びリン酸マグネシウムとアルカリ分を添加してリン酸マグネシウムアンモニウム（以下「ＭＡＰ」という）として水中から溶解性リンを除去する晶析技術が用いられている。ＭＡＰ回収装置又はＨＡＰ回収装置は、処理対象水に難溶解性塩を添加してＭＡＰ又はＨＡＰを形成させるＭＡＰ反応槽又はＨＡＰ反応槽の底部からＭＡＰ又はＨＡＰを回収し、難溶解性塩としてリンを除去した上澄み水をＭＡＰ反応槽又はＨＡＰ反応槽の上部から流出させるように構成されている。しかし、未反応のリン酸カルシウムやリン酸マグネシウムが上澄み水中に残留して排出されるため、流出配管中で、処理対象水中の炭酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオンなどと結合して析出しスケールとなり、あるいはＭＡＰ又はＨＡＰが上澄み水に付随して流出して、流出配管を閉塞させるという問題が生じている。

一方、水処理施設におけるスケール発生防止のために、スケール防止剤やスケール洗浄剤を添加する方法が用いられている。スケール防止剤とは、難溶解性塩の形成を防止する薬剤であり、スケール洗浄剤とは難溶解性塩を溶解させる薬剤である。いずれも難溶解性塩の形成を阻害するため、ＭＡＰ回収装置又はＨＡＰ回収装置における難溶解性塩の形成という目的と相反し、有効に利用することが困難であった。

これまでに提案されている有機性排水処理におけるスケール防止方法は、処理対象水のｐＨを酸性に調整してＭＡＰの形成を阻害する方法（特許文献１）など、リン回収のためのＭＡＰ形成とは相反する方法である。リン回収後の亜消化槽での脱窒工程において、処理対象水中のリン酸・アンモニア性窒素・マグネシウムの濃度積を８×１０^−８以下としてＭＡＰ形成を抑制する方法（特許文献２）も提案されているが、リン回収後の流出水を亜消化槽に流入させるまでに、急速凝集混和槽にて凝集剤を添加してリン酸鉄としてリン酸成分を除去することが必要である。また、リン酸成分の除去により脱窒槽におけるＭＡＰ形成を防止するが、配管内壁への炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなどのスケールについては一切考慮されていない。

特開2006-087986号公報 特開2010-000479号公報

本発明の目的は、屎尿、下水、産業排水等の有機性排水処理過程において、リンを回収すると共に、リン回収装置からの上澄み水を送液する配管内壁におけるスケール発生を防止する方法及び装置を提供することにある。

より具体的には、有機性排水処理過程において、ＭＡＰ又はＨＡＰを積極的に形成させて難溶解性塩としてリンを回収すると共に、リン回収後の処理対象水を送液する配管内壁への難溶解性塩の析出を防止する方法及び装置を提供することにある。

また、リン回収後の処理対象水をリン回収装置や、塩化マグネシウム溶解槽（ＭＡＰの場合）に循環再利用する場合であっても有効な上記方法及び装置を提供することにある。

本発明者らは上記相反する要求を満たすために鋭意研究した結果、リン回収設備から配管に至るまでの間に、リン回収設備からの流出水にスケール分散剤を添加することにより、配管内壁へのスケール付着を防止することができることを知見し、本発明を完成するに至った。本発明によれば、以下の態様が提供される。
［１］有機性排水処理設備における難溶解性リン酸塩形成反応槽の上澄み水排出部に、スケール分散剤を添加することを特徴とする、有機性排水処理におけるリン回収及びスケール発生防止方法。
［２］前記スケール分散剤の添加量は、２０ｍｇ／Ｌ未満であることを特徴とする［１］に記載のリン回収及びスケール発生防止方法。
［３］有機性排水処理設備における難溶解性リン酸塩形成反応槽の上澄み水排出部に、スケール分散剤を添加する手段を設けたことを特徴とする有機性排水処理設備。
［４］前記難溶解性リン酸塩形成反応槽からの上澄み水を受け容れる処理水槽、当該上澄み水と脱水分離液とを混合する分離液槽、当該上澄み水の少なくとも一部を受け容れ、当該難溶解性リン酸塩形成反応槽にマグネシウム源を供給するマグネシウム源溶解槽又はカルシウム源を供給するカルシウム源溶解槽から選択される１槽以上をさらに具備し、当該選択された１槽以上に追加のスケール分散剤を添加する手段を設けたことを特徴とする［３］に記載の有機性排水処理設備。

本発明によれば、屎尿、下水、産業排水等の有機性排水処理過程において、リンを回収すると共に、リン回収装置からの上澄み水を送液する配管内壁におけるスケール発生を防止することができる。

より具体的には、有機性排水処理過程において、ＭＡＰ又はＨＡＰを積極的に形成させて難溶解性塩としてリンを回収すると共に、リン回収後の処理対象水を送液する配管内壁への難溶解性塩の析出を防止することができる。特に、リン回収後の上澄み水中にＭＡＰ又はＨＡＰが付随して流出した場合に、配管内壁へのＭＡＰ又はＨＡＰの付着を防止することができる。

また、本発明の方法及び装置は、リン回収後の処理対象水を再びリン回収装置に循環させて再利用する場合であっても、リン回収装置における難溶性塩の形成によるリン回収が可能で且つリン回収装置からの流出配管内壁への難溶性塩の析出を防止することができる。

本発明の方法及び装置を適用することができる代表例である屎尿・浄化槽汚泥の処理フローの概略説明図である。 リン回収設備の概略説明図である。 本発明の別の実施態様を示す概略説明図である。 本発明の別の実施態様を示す概略説明図である。 本発明の別の実施態様を示す概略説明図である。 本発明の別の実施態様を示す概略説明図である。 実施例によるスケール分散剤添加量と反応槽内液面上昇との関係を示すグラフである。

好ましい実施形態

以下、添付図面を参照しながら本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１は、本発明の方法及び装置を適用することができる代表例である屎尿・浄化槽汚泥の処理フローの概略図である。

図１において、屎尿・浄化槽汚泥は、脱水設備２にて脱水汚泥と処理対象水とに分離される。処理対象水の少なくとも一部は、リン回収設備３に送られ、ＭＡＰとしてリンを回収した後、生物処理設備４に送られる。生物処理設備４にて生物処理された処理水は、凝集沈殿−砂ろ過又は膜分離−活性炭設備５にてろ過された後、消毒設備６を経て放流される。

図２にリン回収設備３の概略を示す。リン回収設備３には、処理対象水に種結晶となる粒子状の難溶解性塩を添加して難溶解性のＭＡＰを形成し、得られた難溶解性のＭＡＰを底部から回収するＭＡＰ反応槽３０と、溶解性のリンが除去された処理対象水を生物処理設備４に送るための流出配管３１が設けられている。ＭＡＰ反応槽３０には、上澄み水を越流させて流出配管３１又は流出樋（ロンダー又はトラフ）３２に導入するための越流堰３３が設けられている。ＭＡＰ反応槽３０の上部には、エアリフトセパレータ３０ａが設けられている。エアリフトセパレータ３０ａは、形成されたＭＡＰ粒子をエアリフト撹拌し、ＭＡＰ粒子が上澄み水中に付随して流出することを防止するようになされている。しかし、ＭＡＰ粒子が上澄み水中に付随して流出することを完全に防止できるわけではなく、微小なＭＡＰ粒子は上澄み水と共に流出してしまう。

図２のリン回収設備の場合、難溶解性塩形成反応槽の上澄み水排出部である越流堰３３又は流出樋３２に、スケール分散剤を添加する。さらに、流出配管３１の任意の位置にスケール分散剤を添加してもよい。

図３は、ＭＡＰ反応槽３０の後段に、ＭＡＰ反応槽３０からの流出水を生物処理設備４に供給する前に貯留する処理水槽７を設けた実施態様を示す。図３に示す実施態様の場合、ＭＡＰ反応槽３０の越流堰３３又は流出樋３２に加えて、処理水槽７に、スケール分散剤を添加してもよい。この場合、処理水槽７にて貯留されている間に、残留している少量の難溶解性塩は溶解しやすくなり、配管内壁でのスケール発生を防止できる。

図４は、ＭＡＰ反応槽３０にマグネシウム源を提供するための塩化マグネシウム溶解槽８を設けた実施態様を示す。塩化マグネシウム溶解槽８には、ＭＡＰ反応槽３０からの流出水の少なくとも一部を添加する供給配管と、塩化マグネシウム水溶液としてマグネシウムをＭＡＰ反応槽３０に添加するマグネシウム供給配管と、が連結されている。図４に示す実施態様の場合、ＭＡＰ反応槽３０の越流堰３３又は流出樋３２に加えて、塩化マグネシウム溶解槽８に、スケール分散剤を添加してもよい。塩化マグネシウム溶解槽８に供給された少量の残留難溶解性塩は、スケール分散剤により溶解しやすくなり、ＭＡＰ形成に必要なマグネシウムイオンとなる。また、ＭＡＰ反応槽３０と塩化マグネシウム溶解槽８との間に、図３に示す処理水槽７を設けてもよい。この場合、スケール分散剤は、処理水槽７及び塩化マグネシウム溶解槽８のいずれか一方又は両方に添加することができる。

図５は、ＭＡＰ反応槽３０からの流出水の少なくとも一部を脱水設備２からの分離液と混合した後、生物処理設備４に送る分離液槽９を設けた実施態様を示す。図５に示す実施態様において、ＭＡＰ反応槽３０の越流堰３３又は流出樋３２に加えて、分離液槽９に、スケール分散剤を添加してもよい。また、図４と同様に塩化マグネシウム溶解槽８を設けてもよく、ＭＡＰ反応槽３０からの流出水の少なくとも一部を送り、マグネシウム源を含む溶液としてＭＡＰ反応槽３０に戻してもよい。塩化マグネシウム溶解槽８を設ける場合には、塩化マグネシウム溶解槽８にスケール分散剤をさらに添加してもよい。また、図３に示す処理水槽７を設けてもよく、スケール分散剤をさらに添加してもよい。

図６は、ＭＡＰ反応槽３０からの流出水を生物処理設備４に供給する前に、処理水槽７に貯留し、一部を塩化マグネシウム溶解槽８に送り、一部を分離液槽９に送る実施態様を示す。スケール分散剤は、ＭＡＰ反応槽３０の越流堰３３又は流出樋３２に加えて、処理水槽７、塩化マグネシウム溶解槽８及び分離液槽９のいずれか１以上に添加することができる。マグネシウム源として、塩化マグネシウムに変えて、水酸化マグネシウムを用いても良い。

図示した実施態様においては、ＭＡＰ反応槽３０を１槽使用しているが、複数のＭＡＰ反応槽３０を直列に連結して使用することもできる。この場合、各ＭＡＰ反応槽３０の越流堰３３又は流出樋３２にスケール分散剤を添加してもよいし、最下流のＭＡＰ反応槽３０の越流堰３３又は流出樋３２にスケール分散剤を添加してもよい。

また、生物処理設備４及び凝集沈殿−砂ろ過又は膜分離−活性炭設備５にて発生する余剰汚泥を前脱水設備２に戻して、新しい処理対象物と混合して脱水処理し、得られる脱水処理水をＭＡＰ反応槽３０に再循環させて再利用してもよい。

また、難溶解性塩形成反応槽としてＭＡＰ反応槽を用いて説明したが、ＨＡＰ反応槽でも他の反応槽でもよい。ＨＡＰ反応槽の場合には、塩化マグネシウムに代えて塩化カルシウムを添加するためマグネシウム溶解槽及びマグネシウム供給配管の代わりにカルシウム溶解槽及びカルシウム供給配管を用いるが、装置構成としてはほぼ同様である。ＨＡＰ反応槽における処理対象水は、前脱水設備にて脱水された後、脱窒素槽にて脱窒素処理され、硝化槽にて硝化された後、ＨＡＰ反応槽に流入する。

ＭＡＰ反応槽及びＨＡＰ反応槽はアルカリ源の供給手段など通常のＭＡＰ反応槽及びＨＡＰ反応槽に必要な装置構成を具備するが、スケール分散剤添加に関連しない一般的なＭＡＰ反応槽及びＨＡＰ反応槽の装置構成についての説明は割愛する。

本発明のリン回収及びスケール発生防止方法は、難溶解性形成反応槽の上澄み水排出部に、スケール分散剤を添加することを特徴とする。上澄み水排出部としては、越流堰又は流出樋が好ましい。スケール分散剤の添加は、難溶解性形成反応槽への処理原水の供給と連動して制御することが好ましく、処理原水の供給時にスケール分散剤を添加し、処理原水の供給停止時にはスケール分散剤も添加しない。スケール分散剤の添加を処理原水の供給と連動させることによって、スケール分散剤の適量を添加することができる。

本発明において添加することができるスケール分散剤は、公知のスケール分散剤でよく、アクリル酸系スケール分散剤、マレイン酸系スケール分散剤、リン酸系スケール分散剤、スルホン酸系スケール分散剤及びホスホン酸系スケール分散剤から選択される１種もしくはこれらの２種以上の混合物であることが好ましい。化学式（１）：

で示されるビス（ポリ−２−カルボキシエチル）ホスホン酸を用いることもできる。

ポリアクリル酸系スケール分散剤としては平均分子量５００〜５００００、好ましくは１０００〜１００００の範囲にある水溶性ポリマー、ポリマレイン酸系スケール分散剤としては平均分子量２００〜２００００、好ましくは５００〜５０００の範囲にある水溶性ポリマー、ホスホン酸系スケール分散剤としては、平均分子量１００〜１００００、好ましくは１００〜１０００の範囲にある水溶性ポリマーなどを挙げることができる。水溶性ポリマーとしては、アクリル酸、アクリル酸ナトリウム、メタアクリル酸、２−ヒドロキシ−３−アリルオキシ−１−プロパンスルホン酸（ＨＡＰＳ）、マレイン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、２−ヒドロキシエチルメタアクリレート（ＨＥＭＡ）、ビス（ポリー２−カルボキシエチル）ホスホン酸、ニトリロトリメチレンホスホン酸（ＮＴＭＰ）、ヒドロキシエチリデンジスルホン酸（ＨＥＤＰ）、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸（ＥＤＴＰ）などの重合物又は共重合物を挙げることができる。

スケール分散剤の添加量は、２０ｍｇ／Ｌ未満が好ましく、２ｍｇ／Ｌ以上２０ｍｇ／Ｌ未満がより好ましく、２ｍｇ／Ｌ以上１０ｍｇ／Ｌ以下が最も好ましい。過剰に添加すると、後段の生物処理設備４や凝集沈殿−砂ろ過又は膜分離−活性炭設備５にて発生する余剰汚泥を前脱水設備２に戻して脱水し、得られる脱水処理水を難溶解性塩形成反応槽に循環再して再利用する場合に、難溶解性塩形成反応を阻害する。また、後述するように、２０ｍｇ／Ｌ以上添加してもスケール抑制効果が向上することはなかった。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

図１に示す処理フローの屎尿・浄化槽汚泥処理設備において、リン回収設備３としてＭＡＰ反応槽３０を用いて、ＭＡＰ反応槽３０の越流堰３３にスケール分散剤を添加して、ＭＡＰ反応槽３０からの流出水配管内のスケールの発生及び生物処理設備４からの処理水の性状を調べた。

スケール分散剤として、エバスパース２６６０（水ｉｎｇ株式会社製アクリル酸系ポリマー型スケール分散剤）を用いた。

ＭＡＰ反応槽３０からの流出配管を新品にして屎尿・浄化槽汚泥処理を行い、ＭＡＰ反応槽３０の基準水位が５０ｍｍ上昇した時点で、流出水配管内のスケール発生により閉塞が生じたと評価し、スケール分散剤の添加量を変えて、基準水位が５０ｍｍ上昇するまでに要した日数を観察した。結果を表１及び図７に示す。なお、本実験ではスケール分散剤を連続して注入したが、注入方式は間欠でも良い。

表１から、スケール分散剤を添加することで、流出配管内のスケール発生が抑制されていることがわかる。特にスケール分散剤を２ｍｇ／Ｌ以上添加することでスケール発生抑制効果が確認できた。スケール分散剤の添加量１０ｍｇ／Ｌが最も効果が高く、１０ｍｇ／Ｌを越えるとほぼ一定の効果であった。

また、スケール分散剤を添加することで、ＭＡＰ反応槽内の基準水位からの液面上昇が緩やかとなることが確認できた。

スケール分散剤添加の有無による処理水の性状の変化を測定した。結果を表２に示す。

表２から、スケール分散剤添加による処理水性状の変化は認められず、本発明の方法によっても屎尿・浄化槽汚泥処理に負の影響はなかったことがわかる。

スケール分散剤添加によるＭＡＰ反応槽３０からのリン回収率の変動を求めた結果を表３に示す。スケール分散剤添加有の場合のリン回収率をＭＡＰ反応槽３０への流入ライン（リン回収槽In側）で測定し、スケール分散剤添加無の場合のリン回収率をＭＡＰ反応槽３０からの流出ライン（リン回収槽Out側）で測定して比較した。

表３から、スケール分散剤添加によるリン回収率の低下は認められず、スケール分散剤を２０ｍｇ／Ｌ以下の範囲で添加してもＭＡＰ結晶は大きく成長し、ＭＡＰ回収槽底部から回収されるリンの回収には影響がないことが確認できた。

Claims (4)

1. 有機性排水処理設備における難溶解性リン酸塩形成反応槽の上澄み水排出部に、スケール分散剤を添加することを特徴とする、有機性排水処理におけるリン回収及びスケール発生防止方法。
2. 前記スケール分散剤の添加量は、２０ｍｇ／Ｌ未満であることを特徴とする請求項１に記載のリン回収及びスケール発生防止方法。
3. 有機性排水処理設備における難溶解性リン酸塩形成反応槽の上澄み水排出部に、スケール分散剤を添加する手段を設けたことを特徴とする有機性排水処理設備。
4. 前記難溶解性リン酸塩形成反応槽からの上澄み水を受け容れる処理水槽、当該上澄み水と脱水分離液とを混合する分離液槽、当該上澄み水の少なくとも一部を受け容れ、当該難溶解性リン酸塩形成反応槽にマグネシウム源を供給するマグネシウム源溶解槽又はカルシウム源を供給するカルシウム源溶解槽から選択される１槽以上をさらに具備し、当該選択された１槽以上に追加のスケール分散剤を添加する手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載の有機性排水処理設備。