JP2017001921A - 下水処理装置及び下水処理方法、リン資源の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高濃度でリンを含む汚泥焼却灰からなり、リン鉱石の代替として利用できるリン資源の製造方法を提供する。
【解決手段】下水を第一沈殿池２１に流入させて、前記下水中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を排出する工程と、前記上澄み液を反応槽２２に流入させて、前記上澄み液を微生物処理して活性汚泥混合液を排出する工程と、前記活性汚泥混合液を第二沈殿池２３に流入させて、前記活性汚泥混合液中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を処理水として排出する工程と、前記第二沈殿池２３で沈降した汚泥からなる余剰汚泥を焼却する余剰汚泥焼却工程とを備えるリン資源の製造方法とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、下水処理装置及び下水処理方法、リン資源の製造方法に関する。

図２は、従来の下水処理装置の一例を説明するための概略構成図である。図２に示す下水処理装置１０は、第一沈殿池１２１と反応槽１２２と第二沈殿池１２３と生汚泥濃縮装置１３１と余剰汚泥濃縮装置１４１と汚泥脱水装置５２と汚泥焼却炉５３とを備えている。
図２に示す下水処理装置１０を用いて下水を処理する場合、まず、流入水として下水を第一沈殿池１２１に流入させて、下水中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を排出する。次いで、上澄み液を反応槽１２２に流入させて、上澄み液を微生物処理して活性汚泥混合液を排出する。その後、活性汚泥混合液を第二沈殿池１２３に流入させて、活性汚泥混合液中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を処理水として排出する。

第一沈殿池１２１において沈降した生汚泥は、生汚泥濃縮装置１３１で濃縮されて濃縮生汚泥とされる。また、第二沈殿池１２３において沈降した余剰汚泥は、余剰汚泥濃縮装置１４１で濃縮され、濃縮余剰汚泥とされる。このようにして生成した濃縮生汚泥および濃縮余剰汚泥は、効率よく脱水および焼却するために混合されて汚泥脱水装置５２に供給され、脱水汚泥とされる。汚泥脱水装置５２で生成された脱水汚泥は、汚泥焼却炉５３で焼却されて汚泥焼却灰とされる。

一方、近年、リン鉱石を海外からの輸入に頼っている現状を鑑み、下水汚泥に含まれるリンが注目されている。また、下水汚泥に含まれるリン濃度は、下水の高度処理技術の普及に伴って上昇してきている。このため、下水汚泥からリン成分を回収する技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許第５６４７８３８号公報 特許第５７１８５９０号公報

これまで、下水汚泥を焼却することにより生成する汚泥焼却灰は、大部分が廃棄物として処分されてきた。また、廃棄物として処分する汚泥焼却灰量を減量するために、汚泥焼却灰をコンクリート二次製品原料などのセメント原料に有効利用する取り組みが行われている。
しかしながら、汚泥焼却灰は、近年の下水汚泥のリン濃度の上昇に伴って、リン濃度が高くなってきている。このことは、汚泥焼却灰をセメント原料として有効利用する場合に、品質を低下させる要因となってきている。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、高濃度でリンを含む汚泥焼却灰からなり、リン鉱石の代替としても利用できるリン資源の製造方法を提供することを課題とする。
また、本発明は、リン鉱石の代替として利用できる汚泥焼却灰の得られる下水処理装置及び下水処理方法を提供することを課題とする。

本発明者は、上記課題を解決し、リン鉱石の代替として利用できるリン資源を得るために、汚泥焼却灰に着目して鋭意検討を重ねた。
リン鉱石のリン濃度は、効率よくリンを回収できるように、高い程よい。しかしながら、一般に、汚泥焼却灰のリン濃度は、リン鉱石として利用するには低濃度であった。このため、汚泥焼却灰は、リン鉱石の代替として利用しにくいものであった。
そこで、本発明者は、生汚泥および余剰汚泥を、それぞれ別々に濃縮、脱水、焼却して汚泥焼却灰を生成し、それぞれのリン濃度を測定した。その結果、余剰汚泥を焼却した余剰汚泥焼却灰中に、リン鉱石と同等以上の高濃度でリンが含まれていることを見出し、本発明を想到した。
汚泥焼却灰が処分すべき廃棄物であるとの認識の下では、図２に示すように、生汚泥と余剰汚泥とを一緒に焼却する方が効率的であるから、生汚泥と余剰汚泥とを別々に濃縮、脱水、焼却して汚泥焼却灰を生成することは想到し得ないが、汚泥焼却灰を資源として利用するために最適な構成を追求することによって、生汚泥と余剰汚泥とを別々に濃縮、脱水、焼却して汚泥焼却灰を生成する本発明に想到したのである。

すなわち、本発明は、以下の発明に関わるものである。
（１）下水を第一沈殿池に流入させて、前記下水中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を排出する工程と、
前記上澄み液を反応槽に流入させて、前記上澄み液を微生物処理して活性汚泥混合液を排出する工程と、
前記活性汚泥混合液を第二沈殿池に流入させて、前記活性汚泥混合液中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を処理水として排出する工程と、
前記第二沈殿池で沈降した汚泥からなる余剰汚泥を焼却する余剰汚泥焼却工程とを備えることを特徴とするリン資源の製造方法。

（２）前記余剰汚泥焼却工程の前に、
前記余剰汚泥にカルシウム化合物を添加するカルシウム化合物添加工程と、
カルシウム化合物の添加された前記余剰汚泥を脱水する脱水工程とを備えることを特徴とする（１）に記載のリン資源の製造方法。
（３）前記第一沈殿池で沈降した汚泥を焼却する生汚泥焼却工程を備えることを特徴とする（１）または（２）に記載のリン資源の製造方法。

（４）下水中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を排出する第一沈殿池と、
前記上澄み液を微生物処理して活性汚泥混合液を排出する反応槽と、
前記活性汚泥混合液中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を処理水として排出する第二沈殿池と、
前記第二沈殿池で沈降した汚泥からなる余剰汚泥を焼却する余剰汚泥焼却炉とを備えることを特徴とする下水処理装置。

（５）前記余剰汚泥にカルシウム化合物を添加するカルシウム化合物添加装置と、
カルシウム化合物の添加された前記余剰汚泥を脱水する余剰汚泥脱水装置とを備えることを特徴とする（４）に記載の下水処理装置。
（６）前記第一沈殿池で沈降した汚泥を焼却する生汚泥焼却炉を備えることを特徴とする（４）または（５）に記載の下水処理装置。

（７）（１）〜（３）のいずれかに記載のリン資源の製造方法を含むことを特徴とする下水処理方法。

本発明のリン資源の製造方法、下水処理装置および下水処理方法によれば、第二沈殿池で沈降した汚泥からなる余剰汚泥を焼却することにより、高濃度でリンを含み、リン鉱石の代替として利用できるリン資源である余剰汚泥焼却灰が得られる。

本発明の下水処理装置の一例を説明するための概略構成図である。 従来の下水処理装置の一例を説明するための概略構成図である。

以下、例を挙げて本発明を詳細に説明する。
「下水処理装置」
図１は、本発明の下水処理装置の一例を説明するための概略構成図である。図１に示す下水処理装置１は、第一沈殿池２１と反応槽２２と第二沈殿池２３と生汚泥濃縮装置３１と生汚泥脱水装置３２と生汚泥焼却炉３３と余剰汚泥濃縮装置４１と余剰汚泥脱水装置４２と余剰汚泥焼却炉４３とカルシウム化合物混合槽４４とを備えている。

第一沈殿池２１は、外部から配管を介して流入水として供給される下水を所定時間貯留する。このことにより、第一沈殿池２１では、下水中に含まれる汚泥が重力で沈降して除去される。そして、下水中の汚泥が沈殿して生成した上澄み液は、配管を介して第一沈殿池２１から排出され、反応槽２２に供給される。
第一沈殿池２１において沈降した汚泥からなる生汚泥は、第一沈殿池２１の下部に接続された配管を介して生汚泥濃縮装置３１に供給される。

反応槽２２では、第一沈殿池２１から供給される上澄み液を微生物処理し、生成した活性汚泥混合液を排出する。微生物処理としては、例えば、上澄み液に含まれる有機成分を好気性微生物に取り込ませて除去する処理などが挙げられる。この場合、反応槽２２内を好気性微生物が良好に繁殖できる環境とするために、上澄み液を曝気して、適度な量の空気を上澄み液に供給することが好ましい。また、生成した活性汚泥混合液は、反応槽２２から排出され、第二沈殿池２３に供給される。

第二沈殿池２３は、反応槽２２から供給される活性汚泥混合液を所定時間滞留する。このことにより、第二沈殿池２３では、活性汚泥混合液中に含まれる汚泥が重力で沈殿して除去される。そして、活性汚泥混合液中の汚泥が沈殿して生成した上澄み液は、処理水として排出される。
第二沈殿池２３において沈降した汚泥は、反応槽２２における菌体量低下を防止するために、第二沈殿池２３の下部に接続された配管４５を介して反応槽２２に返送される。反応槽２２に返送される汚泥のうちの一部は、余剰汚泥としてカルシウム化合物混合槽４４に供給される。

生汚泥濃縮装置３１は、第一沈殿池２１から供給された生汚泥を濃縮し、濃縮された生汚泥を生成する。生汚泥を濃縮することによって除去された水分は、配管（不図示）を介して返送され、下水処理装置１に供給される流入水と混合される。生汚泥濃縮装置３１としては、生汚泥を濃縮できるものであれば使用可能であり、例えば、重力を利用する濃縮装置を用いることが好ましい。
生汚泥濃縮装置３１によって生成された濃縮された生汚泥は、配管を介して生汚泥脱水装置３２に供給される。

生汚泥脱水装置３２は、生汚泥濃縮装置３１において濃縮された生汚泥を固液分離する。固液分離によって分離された水分は、配管（不図示）を介して返送され、下水処理装置１に供給される流入水と混合される。固形分は、脱水された生汚泥として配管を介して生汚泥焼却炉３３に送られる。
生汚泥焼却炉３３は、脱水された生汚泥を焼却し、生汚泥焼却灰を生成するものである。

本実施形態では、カルシウム化合物添加装置として、第二沈殿池２３から供給された余剰汚泥を収容する本体と、本体内にカルシウム化合物を供給する供給手段と、本体内に供給された余剰汚泥とカルシウム化合物とを混合する撹拌手段とを有するカルシウム化合物混合槽４４を有する。
カルシウム化合物混合槽４４では、第二沈殿池２３から供給された余剰汚泥に、カルシウム化合物が添加され、余剰汚泥とカルシウム化合物とが混合されて、余剰汚泥とカルシウム化合物とが反応する。余剰汚泥とカルシウム化合物とを混合して生成した混合生成物（カルシウム化合物の添加された余剰汚泥）は、配管を介してカルシウム化合物混合槽４４から余剰汚泥濃縮装置４１に供給される。

余剰汚泥濃縮装置４１は、余剰汚泥濃縮装置４１から供給された混合生成物を濃縮し、濃縮された余剰汚泥を生成する。混合生成物を濃縮することによって除去された水分は、配管（不図示）を介して返送され、下水処理装置１に供給される流入水と混合される。余剰汚泥濃縮装置４１としては、余剰汚泥を濃縮できるものであれば使用可能であり、例えば、ベルト濃縮機やスクリューデカンタ等の濃縮機を用いることができる。
余剰汚泥濃縮装置４１によって生成された濃縮された余剰汚泥は、配管を介して余剰汚泥脱水装置４２に供給される。

余剰汚泥脱水装置４２は、余剰汚泥濃縮装置４１において濃縮された余剰汚泥を固液分離する。固液分離によって分離された水分は、配管（不図示）を介して返送され、下水処理装置１に供給される流入水と混合される。固形分は、脱水された余剰汚泥として配管を介して余剰汚泥焼却炉４３に送られる。
余剰汚泥焼却炉４３は、脱水された余剰汚泥を焼却し、余剰汚泥焼却灰を生成するものである。

「下水処理方法」
次に、リン資源である余剰汚泥焼却灰を製造する方法の一例として、図１に示す下水処理装置１を用いて下水を処理する方法を説明する。
図１に示すように、下水を第一沈殿池２１に流入させ、第一沈殿池２１中に所定時間滞留させる。このことにより、下水中に含まれる石、砂及びトイレットペーパ等のリン成分をあまり含まない物質を多く含んだ生汚泥が沈殿し、除去される。そして、生汚泥が除去された下水である上澄み液を、第一沈殿池２１から排出し、反応槽２２に流入させる。

次に、反応槽２２に流入させた上澄み液を微生物処理して有機成分を除去し、活性汚泥混合液を生成する。生成した活性汚泥混合液は、反応槽２２から排出し、第二沈殿池２３に流入させる。
次に、第二沈殿池２３に流入させた活性汚泥混合液を、第二沈殿池２３中に所定時間滞留させる。このことにより、反応槽２２において用いられた好気性微生物を多く含む余剰汚泥が沈殿し、除去される。そして、余剰汚泥が除去された活性汚泥混合液を、処理水として第二沈殿池２３から排出する。

第一沈殿池２１において下水から除去された生汚泥は、配管を介して生汚泥濃縮装置３１に供給され、濃縮される。生汚泥を濃縮する際には、生汚泥に高分子ポリマーなどの凝集剤を添加してもよい。生汚泥を濃縮することによって除去された水分は、配管（不図示）を介して返送され、下水処理装置１に供給される流入水と混合される。生汚泥濃縮装置３１において生成された濃縮された生汚泥は、配管を介して生汚泥脱水装置３２に供給される。

生汚泥脱水装置３２に供給された濃縮された生汚泥は、固液分離される。固液分離によって分離された水分は、配管（不図示）を介して返送され、下水処理装置１に供給される流入水と混合される。また、固液分離によって得られた固形分である脱水された生汚泥は、配管を介して生汚泥焼却炉３３に供給されて焼却され、生汚泥焼却灰となる。

第二沈殿池２３において沈降した汚泥は、第二沈殿池２３の下部に接続された配管４５を介して反応槽２２に返送される。反応槽２２に返送される汚泥の一部は、余剰汚泥としてカルシウム化合物混合槽４４に供給される。

カルシウム化合物混合槽４４に供給された余剰汚泥には、カルシウム化合物が添加される。そして、カルシウム化合物混合槽４４内で余剰汚泥とカルシウム化合物とが混合されて生成した混合生成物（カルシウム化合物の添加された余剰汚泥）は、配管を介してカルシウム化合物混合槽４４から余剰汚泥濃縮装置４１に供給される。
余剰汚泥に添加されるカルシウム化合物としては、酸化カルシウム（ＣａＯ）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）などが挙げられる。カルシウム化合物としては、１種類のみを用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。カルシウム化合物としては、上記の中でも特に、汚泥との反応性が高い水酸化カルシウムを用いることが好ましい。

カルシウム化合物として水酸化カルシウムを用いる場合、水酸化カルシウムの添加量は、余剰汚泥中の無機成分１００ｇに対して、２０ｇ以上であることが好ましい。余剰汚泥中の無機成分１００ｇに対して水酸化カルシウムを２０ｇ以上添加することで、余剰汚泥の固形分中のカリウムをカルシウムと置き換えて、十分に水中に溶解させることができる。その結果、余剰汚泥の固形分中のカリウム濃度を低減させることができ、余剰汚泥を焼却して得られる余剰汚泥焼却灰中のカリウム濃度が十分に低いものとなる。

水酸化カルシウムの添加量は、余剰汚泥中の無機成分１００ｇに対して、１００ｇ以下であることが好ましく、５０ｇ以下であることがより好ましい。水酸化カルシウムの添加量が余剰汚泥中の無機成分１００ｇに対して、１００ｇ以下、より好ましくは５０ｇ以下であると、水酸化カルシウムの添加に起因する余剰汚泥焼却灰中のリン濃度の低下を抑制できる。

余剰汚泥濃縮装置４１に供給された余剰汚泥は濃縮される。余剰汚泥を濃縮する際には、効率よく余剰汚泥中の固形分を濃縮するために、高分子ポリマーなどの凝集剤を添加することが好ましい。余剰汚泥を濃縮することによって除去された水分は、配管（不図示）を介して返送され、下水処理装置１に供給される流入水と混合される。余剰汚泥濃縮装置４１において濃縮された余剰汚泥は、配管を介して余剰汚泥脱水装置４２に供給される。

余剰汚泥脱水装置４２に供給された濃縮された余剰汚泥は、固液分離される。固液分離によって分離された水分は、配管（不図示）を介して返送され、下水処理装置１に供給される流入水と混合される。また、固液分離によって得られた固形分である脱水された余剰汚泥は、配管を介して余剰汚泥焼却炉４３に供給されて焼却され、余剰汚泥焼却灰となる。

本実施形態の下水処理方法では、高濃度でリンを含む余剰汚泥のみを余剰汚泥焼却炉４３を用いて焼却するので、リン鉱石と同等以上の高濃度でリンを含む余剰汚泥焼却灰が得られる。すなわち、本実施形態の下水処理方法により下水を処理することで、リン鉱石の代替として利用できるリン資源である余剰汚泥焼却灰を製造できる。
これに対し、従来の下水処理方法では、例えば、図２に示すように、効率よく脱水および焼却するために、高濃度でリンを含む余剰汚泥とリン濃度の低い生汚泥とを混合して脱水および焼却していた。このため、従来の下水処理方法で得られた汚泥焼却灰のリン濃度は、本実施形態で得られる余剰汚泥焼却灰よりも低濃度であり、リン鉱石として利用するにはリン濃度が低い場合があった。

一般に、リン鉱石からリンを回収した後の残渣は、硫酸カルシウムを主成分とする石膏ボードの材料として利用されている。本実施形態において、余剰汚泥にカルシウム化合物を添加する工程を行わずに製造した余剰汚泥焼却灰は、リン鉱石と比較して高濃度でカリウムを含む。この余剰汚泥焼却灰からリンを回収した後の残渣を、石膏ボードの材料として用いると、石膏ボードの表面に高濃度のカリウムに起因する色ムラが生じるなど品質が不十分となる場合がある。

そこで、本発明者は、余剰汚泥焼却灰をリン鉱石の代替として利用した場合に、リンを回収した後の残渣が、石膏ボードの材料として好ましいものとなるように、以下に示すように、鋭意検討した。
まず、余剰汚泥焼却灰中に含まれるカリウムを除去するために、カリウムを酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）の形態で７．８質量％含有する余剰汚泥焼却灰を、重量比で余剰汚泥焼却灰の１０倍の水を用いて洗浄した。しかし、この洗浄方法では、余剰汚泥焼却灰からのカリウム除去効果は得られなかった（洗浄後の酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）の含有量（７．９質量％））。
このため、本発明者は、水の代わりにｐＨ３の希硫酸を用いたこと以外は、上記と同様にして同じ余剰汚泥焼却灰を洗浄した。しかし、ｐＨ３の希硫酸を用いて洗浄しても、余剰汚泥焼却灰からのカリウム除去効果は得られなかった（洗浄後の酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）の含有量（８．２質量％））。

そこで、本発明者は、余剰汚泥焼却灰をＸ線分析し、余剰汚泥焼却灰の結晶構造を調べた。その結果、余剰汚泥焼却灰の主な結晶構造は、以下に示す５種類であった。
ＡｌＰＯ_４（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）
ＣａＭｇＰ_２Ｏ_７（Ｃａｌｃｉｕｍ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）
ＫＡｌ_０．５Ｆｅ_０．５Ｐ_２Ｏ_７（Ｐｏｔｔａｓｓｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｉｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ)
ＳｉＯ_２（Ｑｕａｒｔｚ）
ＳｉＯ_２（Ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ）

上記の５種類の結晶構造のうち、カリウムを含む結晶構造はＫＡｌ_０．５Ｆｅ_０．５Ｐ_２Ｏ_７である。本発明者は、上記の結晶構造中のカリウムを、余剰汚泥焼却灰を洗浄する方法を用いて溶出させて除去することは困難であると考えた。また、本発明者は、上記の結晶構造が余剰汚泥の焼却過程で生成されると推定し、上記の結晶構造が生成する前の段階（言い換えると余剰汚泥を焼却する前の段階）で、余剰汚泥の固形分からカリウムを除去する方法について、鋭意検討した。

その結果、余剰汚泥にカルシウム化合物を添加して、余剰汚泥とカルシウム化合物とを反応させることにより、余剰汚泥の固形分中のカリウムをカルシウムと置き換えて、水中に移動させればよいことを見出した。カルシウムは、石膏ボードの主成分である硫酸カルシウムに含まれる元素であり、余剰汚泥焼却灰からリンを回収した後の残渣を石膏ボードの材料として用いる場合に、悪影響を来すことがない。そして、本発明者は、余剰汚泥にカルシウム化合物を添加してから、濃縮、脱水、焼却の各工程を行うことで、余剰汚泥から除去される水分と共にカリウムを除去でき、焼却後にカリウム濃度の低い余剰汚泥焼却灰が得られることを確認し、本発明を想到した。

本実施形態の下水処理方法では、カルシウム化合物添加装置４４により余剰汚泥にカルシウム化合物を添加してから、濃縮し、脱水し、焼却する。このため、余剰汚泥の固形分中のカリウムがカルシウムと置き換えられて水中に移動し、固形分中のカリウム濃度が低減され、濃縮および脱水時に余剰汚泥から除去される水分と共にカリウムが除去される。その結果、余剰汚泥にカルシウム化合物を添加する工程を行わずに製造した余剰汚泥焼却灰と比較して、焼却される余剰汚泥中のカリウム濃度が低くなり、より一層リン鉱石に近い組成を有する余剰汚泥焼却灰が得られる。このため、本実施形態の下水処理方法で生成した余剰汚泥焼却灰は、リン鉱石と同様に、リンを回収した後の残渣を石膏ボードの材料として好適に利用できる。
このように、本実施形態の下水処理方法において生成した余剰汚泥焼却灰は、リン鉱石として利用でき、しかもリンを回収した残渣は、リン鉱石と同様に石膏ボードの材料として利用できる。

また、従来の下水処理方法では、高濃度でリンを含む余剰汚泥とリン濃度の低い生汚泥とを混合してから脱水および焼却していた。このため、生成される汚泥焼却灰のリン濃度は、本実施形態で得られる生汚泥焼却灰よりも高濃度となる。また、従来の下水処理方法で得られる汚泥焼却灰は、近年の下水汚泥のリン濃度の上昇に伴って、リン濃度が高くなってきている。このため、従来の汚泥焼却灰は、コンクリート二次製品原料として利用した場合に、コンクリート二次製品の強度が確保しにくくなっていた。したがって、従来の下水処理方法で得られた汚泥焼却灰は、コンクリート二次製品原料としての有効利用が難しくなってきている。また、汚泥焼却灰をセメント原料として使用する場合、汚泥焼却灰中のリン濃度が高いと、セメントの品質管理に障害を生じさせる恐れがあった。

汚泥焼却灰をセメント原料およびコンクリート二次製品原料として利用する場合、汚泥焼却灰中のリン濃度は、低い程よい。

これに対し、本実施形態の下水処理方法においては、リン濃度の低い生汚泥のみを生汚泥焼却炉３３を用いて焼却するので、リン濃度の十分に低い生汚泥焼却灰が得られる。生汚泥焼却灰は、リン濃度が十分に低いため、コンクリート二次製品原料として利用した場合に、優れた強度を有するコンクリート二次製品を提供できる。したがって、本実施形態の下水処理方法を用いて生成した生汚泥焼却灰は、コンクリート二次製品原料として好ましく利用できる。また、生汚泥焼却灰はリン濃度が十分に低いため、セメント原料として好適である。

このように、本実施形態の下水処理方法では、生成される余剰汚泥焼却灰も生汚泥焼却灰も有効利用できる。したがって、本実施形態の下水処理方法は、下水処理により生成する汚泥焼却灰に由来する廃棄物の減少に大きく寄与する。

本発明のリン資源の製造方法、下水処理装置および下水処理方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述した実施形態においては、カルシウム化合物添加装置として、カルシウム化合物混合槽４４を有する場合を例に挙げて説明したが、カルシウム化合物添加装置は、余剰汚泥にカルシウム化合物を添加するものであれば如何なるものであってもよいし、下水処理装置に備えられていなくてもよい。また、下水処理装置がカルシウム化合物添加装置を有している場合、例えば、上述した実施形態のように、第二沈殿池２３と余剰汚泥濃縮装置４１との間の流路に設置してもよいし、余剰汚泥濃縮装置４１と余剰汚泥脱水装置４２との間の流路に設置してもよい。

また、本実施形態においては、余剰汚泥を濃縮する前に、カルシウム化合物混合槽４４により余剰汚泥にカルシウム化合物を添加する場合を例に挙げて説明したが、余剰汚泥を濃縮した後、脱水（固液分離）する前の余剰汚泥にカルシウム化合物を添加してもよい。この場合、カルシウム化合物の添加によって余剰汚泥の固形分中から水中に移動したカリウムは、脱水時に余剰汚泥から除去される水分と共に除去される。

（実施例１）
表１に示す複数の採取日に、都内の水再生センター（下水処理施設）で下水を処理して得られた生汚泥と余剰汚泥とを同時に採取し、それぞれ別々に濃縮、脱水、焼却して生汚泥焼却灰と余剰汚泥焼却灰とを得た。このようにして得られた生汚泥焼却灰および余剰汚泥焼却灰の組成を、表１に示す方法により調べた。その結果を表１に示す。

表１に示すように、余剰汚泥焼却灰には、五酸化リン（Ｐ_２Ｏ_５）の形態で４５質量％以上のリンが含まれており、リン鉱石の代替として好ましく利用できることが確認できた。
さらに、余剰汚泥焼却灰は、生汚泥焼却灰と比較して、シリカ、アルミニウム、鉄、ヒ素、鉛、亜鉛の含有量が少なく、リン鉱石の代替として利用する場合に好適であることが分かった。
また、生汚泥焼却灰中のリン濃度は十分に低く、セメント原料およびコンクリート二次製品原料として有効利用できることが確認できた。

（実施例２）
都内の水再生センターで、表２に示すように浮遊物質濃度（ＳＳ）が５．５７０ｍｇ／Ｌであり、固形分中の有機分が８３．２質量％である余剰汚泥を採取し、表２に示す添加量で水酸化カルシウムを添加し、表２に示す方法によりｐＨを測定してから、濃縮、脱水、焼却して余剰汚泥焼却灰を得た。
得られた余剰汚泥焼却灰の組成を、表２に示す方法により調べた。その結果を表２に示す。

表２に示すように、余剰汚泥に水酸化カルシウムを添加して製造した余剰汚泥焼却灰は、水酸化カルシウムを添加せずに製造した余剰汚泥焼却灰と比較して、酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）の形態で含まれているカリウム含有量が少なかった。また、余剰汚泥に添加した水酸化カルシウムの添加量が多い程、余剰汚泥焼却灰中のカリウム含有量が少なかった。
また、余剰汚泥に水酸化カルシウムを添加して製造した余剰汚泥焼却灰では、水酸化カルシウムを添加せずに製造した余剰汚泥焼却灰と比較して、リン、シリカ、アルミニウム、鉄の含有量も少なかった。しかし、これら成分の含有量の差は、余剰汚泥に水酸化カルシウムを添加したことによる希釈分相当であり、余剰汚泥に添加した水酸化カルシウムの添加量が多い程、差が大きくなっている。すなわち、余剰汚泥に水酸化カルシウムを添加することにより、余剰汚泥からリン、シリカ、アルミニウム、鉄が除去されたことによる含有量の低下は見られなかった。

１、１０…下水処理装置
２１、１２１…第一沈殿池
２２、１２２…反応槽
２３、１２３…第二沈殿池
３１、１３１…生汚泥濃縮装置
３２…生汚泥脱水装置
３３…生汚泥焼却炉
４１、１４１…余剰汚泥濃縮装置
４２…余剰汚泥脱水装置
４３…余剰汚泥焼却炉
４４…カルシウム化合物添加装置
５２…汚泥脱水装置
５３…汚泥焼却炉

Claims (7)

1. 下水を第一沈殿池に流入させて、前記下水中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を排出する工程と、
   前記上澄み液を反応槽に流入させて、前記上澄み液を微生物処理して活性汚泥混合液を排出する工程と、
   前記活性汚泥混合液を第二沈殿池に流入させて、前記活性汚泥混合液中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を処理水として排出する工程と、
   前記第二沈殿池で沈降した汚泥からなる余剰汚泥を焼却する余剰汚泥焼却工程とを備えることを特徴とするリン資源の製造方法。
2. 前記余剰汚泥焼却工程の前に、
   前記余剰汚泥にカルシウム化合物を添加するカルシウム化合物添加工程と、
   カルシウム化合物の添加された前記余剰汚泥を脱水する脱水工程とを備えることを特徴とする請求項１に記載のリン資源の製造方法。
3. 前記第一沈殿池で沈降した汚泥を焼却する生汚泥焼却工程を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリン資源の製造方法。
4. 下水中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を排出する第一沈殿池と、
   前記上澄み液を微生物処理して活性汚泥混合液を排出する反応槽と、
   前記活性汚泥混合液中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を処理水として排出する第二沈殿池と、
   前記第二沈殿池で沈降した汚泥からなる余剰汚泥を焼却する余剰汚泥焼却炉とを備えることを特徴とする下水処理装置。
5. 前記余剰汚泥にカルシウム化合物を添加するカルシウム化合物添加装置と、
   カルシウム化合物の添加された前記余剰汚泥を脱水する余剰汚泥脱水装置とを備えることを特徴とする請求項４に記載の下水処理装置。
6. 前記第一沈殿池で沈降した汚泥を焼却する生汚泥焼却炉を備えることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の下水処理装置。
7. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のリン資源の製造方法を含むことを特徴とする下水処理方法。

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