JP4223334B2 - リン回収装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リン含有有機性廃水にカルシウムを添加してリンを回収するリン回収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のリン含有有機性廃水の処理においては、このリン含有有機性廃水を生物学的に処理した後の生物処理水中にはリン酸態リンが含まれている。このため、この生物処理水中のリン酸を除去するために、塩化第二鉄などの鉄塩やアルミニウム塩を用いた凝集処埋がなされる。
【０００３】
ところが、この凝集処理で発生した汚泥は、農地利用には不適であり、リンを資源として回収するのは困難であるため焼却後処分場で埋立処分する場合が多い。近年における埋立処分場の不足により、汚泥発生量を増加させる凝集剤を用いた凝集処理は好ましくない。また、リン資源の枯渇の問題からもリンを資源として回収できる方法が求められている。
【０００４】
そこで、この生物処理水に晶析材としてのヒドロキシアパタイトの微結晶を懸濁させるとともにカルシウムイオンを加え、生物処理水中のリン酸イオンをアパタイトとして晶析材に晶析させて、この生物処理水からリンを回収している(例えば、特許文献１ないし３参照。)。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−２５０９９０号公報（第５−６頁、第１図）
【０００６】
【特許文献２】
特開２０００−３０１１６６号公報（第２−３頁、図１）
【０００７】
【特許文献３】
特開２０００−３１７４９２号公報（第３−４頁、図１−図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記リン含有有機性廃水の処理方法では、リンの資源化を目的としている。このため、生物処理水から回収される晶析物の肥料効果を高めるために、この晶析物のリン含有量が高く、この晶析物の脱水性を良好にするために、リン回収処理水中にリンが残存している。よって、このリン回収処理水のリン濃度を１ｍｇ／Ｌ以下の良好な水質にするためには、後段での無機凝集処理する必要がある。
【０００９】
さらに、このリン回収処理水のリン濃度を１ｍｇ／Ｌ以下の良好な水質とし、凝集処理を不要とすると、生物処理水中に微細な結晶が発生して、この生物処理水から回収した晶析物中の脱水性が悪くなるとともに、この生物処理水からのリンの安定した回収が容易ではない。同時に、アパタイト以外の炭酸カルシウムが生物処理水中に発生してしまうので、この生物処理水から回収した品析物中のリンの含有量が低下して、資源としての価値が低下してしまうという問題を有している。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、リンを効率良く除去でき、良好な水質の処理水を確保できるリン回収装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のリン回収装置は、リン含有有機性廃水にカルシウムを添加して、このリン含有有機性廃水中のリン酸イオンと前記カルシウムとの晶析反応によりアパタイト結晶を生成させて、この生成したアパタイト結晶を回収するリン回収装置であって、晶析材としてのアパタイト結晶を前記リン含有有機性廃水に懸濁させて晶析反応させる混合部と、このアパタイト結晶を前記リン含有有機性廃水から固液分離する分離部とを有する第１の反応槽および第２の反応槽を備え、第１の反応槽のリン含有有機性廃水中のリン濃度に対するカルシウムの添加割合は、このリン含有有機性廃水中のカルシウムと合わせて ( リン含有有機性廃水中のリンｍｇ／Ｌ×２．１５＋５０ ) ｍｇ／Ｌ以上であり、第１の反応槽内のリン含有有機性廃水は、ｐＨが６．５以上８．５以下に調整され、前記第１の反応槽にて処理されたリン含有有機性廃水を前記第２の反応槽へと流入させ、第２の反応槽内のリン含有有機性廃水は、ｐＨが８．５以上に調整され、第２の反応槽の混合部でのアパタイト結晶の濃度が、この第２の反応槽の混合部での晶析反応に必要な濃度となるように、この第２の反応槽の分離部にて固液分離されたアパタイト結晶が第１の反応槽へと返送されるとともに、この第１の反応槽の分離部から組成がＣａ ５ ( ＰＯ ４ ) ３ ＯＨのアパタイト結晶が回収されるものである。
【００１２】
そして、リン回収手段の第１の反応槽にて処理されたリン含有有機性廃水を、このリン回収手段の第２の反応槽へと流入させる。この結果、このリン回収手段によりリン含有有機性廃水からリンが十分に除去できるので、このリン回収手段にて晶析物が回収された処理水の水質をより良質に確保できる。
【００１３】
また、第２の反応槽の混合部でのアパタイト結晶の濃度が、この混合部での晶析反応に必要な濃度となるように、この第２の反応槽の分離部にて固液分離されたアパタイト結晶を第１の反応槽へと返送させる。同時に、この第１の反応槽の分離部から組成がＣａ ５ ( ＰＯ ４ ) ３ ＯＨのアパタイト結晶を回収する。この結果、第１の反応槽および第２の反応槽でのアパタイト結晶の滞留時間を十分に確保できるので、この第１の反応槽へと返送したアパタイト結晶が良好に成長する。
【００１４】
さらに、ｐＨが大きいとアパタイト結晶の晶析物には炭酸カルシウムが含まれてしまうから、この晶析物へのリン含有量が低くなる。また、ｐＨが大きいと微細なアパタイト結晶が多数発生して脱水性が低下する。そこで、第１の反応槽内のリン含有有機性廃水のｐＨを６．５以上８．５以下に調整するとともに、第２の反応槽内のリン含有有機性廃水のｐＨを８．５以上に調整する。この結果、ｐＨの小さい第１の反応槽にてアパタイト結晶が成長するから、この第１の反応槽から回収される晶析物のリンの含有量を向上でき、この第１の反応槽からのリンの脱水性を向上できる。
【００１５】
また、リン含有有機性廃水中のリン濃度に対するカルシウムの添加割合を、このリン含有有機性廃水中のカルシウムと合わせて ( リン含有有機性廃水中のリンｍｇ／Ｌ×２．１５＋５０ ) ｍｇ／Ｌ以上とする。すなわち、アパタイトの組成はＣａ ５ ( ＰＯ ４ ) ３ ＯＨであるので、このアパタイトの生成に必要なカルシウムは、リン含有有機性廃水中のリンｍｇ／Ｌに対し２．１５倍であるが、これにカルシウムイオンをさらに５０ｍｇ／Ｌ以上追加することにより、良好なリン濃度の処埋水を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のリン含有有機性廃水の処理装置の第１の実施の形態の構成を図１および図２を参照して説明する。
【００１７】
図１および図２において、１はリン含有有機性廃水の処理装置としての廃水処理装置である。この廃水処理装置１は、生物処理手段としての生物処理槽２を備えている。この生物処理槽２は、リン酸イオンを高濃度に含有した有機性廃水、すなわちリン含有有機性廃水が流入されて貯留される。
【００１８】
また、この生物処理槽２は、この生物処理槽２内に貯留されたリン含有有機性廃水を微生物にて生物処理工程として生物学的に処理、すなわち硝化脱窒処理して、この有機性廃水を生物処理水にする。なお、この生物処理槽２としては、回転円盤や接触曝気法などを用いることができる。また、この生物処理槽２からは、この生物処理槽２内でのリン含有有機性廃水の生物学的処理により生成される生物汚泥が引き抜かれる。
【００１９】
そして、この生物処理槽２の下流側には、この生物処理槽２にて生物処理された生物処理水が流入される固液分離手段としての固液分離槽３が設置されている。この固液分離槽３は、固液分離工程として生物処理槽２での生物処理にて発生した生物汚泥を生物処理水から固液分離する。また、この固液分離槽３としては、沈殿池や膜分離装置などを利用できるが、リンを回収する際に流入する浮遊物質(Suspended Solids:ＳＳ)を少なくするためには膜分離装置が望ましい。なお、この固液分離槽３は、生物処理槽２において回転円盤や接触曝気法のような手段を用いた場合には不要となる。また、この固液分離槽３からは、この固液分離槽３での固液分離により生成される生物汚泥が引き抜かれる。
【００２０】
さらに、この固液分離槽３の下流側には、この固液分離槽３にて生物汚泥が固液分離された後の生物処理水が流入されて貯留されるリン回収手段としてのリン回収装置４が設置されている。このリン回収装置４は、固液分離槽３にて生物汚泥が固液分離された後の生物処理水からリンを回収してリン回収処理水にする。
【００２１】
すなわち、このリン回収装置４は、このリン回収装置４に貯留された生物処理水にカルシウムを添加して、この生物処理水中のリン酸イオンとカルシウムとの晶析反応により、組成がＣａ５(ＰＯ４)３ＯＨであるアパタイトの結晶を生成させて、この生成したアパタイト結晶を回収して、生物処理水をリン回収処理水にする。
【００２２】
そして、このリン回収装置４の下流側には、吸着手段としてのＣＯＤ除去装置５が設置されている。このＣＯＤ除去装置５は、リン回収処理水の化学的酸素要求量(Chemical Oxygen Demand:ＣＯＤ)を吸着除去にて低減させて処理水にする。また、このＣＯＤ除去装置５は、リン回収装置４にてリンが回収されたリン回収処理水から、このリン回収処理水中のＣＯＤ成分を吸着工程であるＣＯＤ除去工程として除去する。
【００２３】
なお、このＣＯＤ除去装置５としては、リン回収装置４にてリンが回収された後のリン回収処理水中に含まれるアパタイト結晶の微細粒子を除去するために、活性炭や骨炭などを充填した吸着塔が望ましい。さらに、このＣＯＤ除去装置５としては、アパタイト結晶の微細粒子による閉塞を防ぐために、定期的な逆洗が必要である。ところが、このＣＯＤ除去装置５として骨炭を使用した場合には、この骨炭の主成分がリン酸とカルシウムとであるため、逆洗させた排液をリン回収装置４に返送できる。
【００２４】
そして、このリン回収装置４は、図１に示すように、上側面が開口された有底円筒状の第１の反応槽６と第２の反応槽７とを備えている。これら第１の反応槽６および第２の反応槽７は、第１の反応槽６の下流側に第２の反応槽７が直列に設置されている。言い換えると、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７は、２槽直列に配置されている。すなわち、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７は、第１の反応槽６にて処理された生物処理水が第２の反応槽７へと流入されて通水される。また、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７は、第２の反応槽７にて晶析されたアパタイト結晶の晶析物を第１の反応槽６へと返送されて、この第１の反応槽６からアパタイト結晶の晶析物、すなわちリンが回収される。
【００２５】
さらに、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７のそれぞれの内部には、円筒状の内筒11が同心状に設置されている。この内筒11は、軸方向に沿った一端縁である上端縁を第１の反応槽６および第２の反応槽７の軸方向に沿った一端側である上端縁に一致させた状態で、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７それぞれの内側に設置されている。また、この内筒11の軸方向に沿った他端縁である下端縁には、テーパ状に同心状に拡径した拡径部12が形成されている。この拡径部12は、内筒11の上端側から他端側に進むに連れて外側に向けて同心状に拡開している。
【００２６】
さらに、第１の反応槽６および第２の反応槽７内における内筒11の内側には、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７内に流入されて貯留された生物処理水を攪拌させる攪拌手段としての攪拌機13がそれぞれ取り付けられている。この攪拌機13は、各内筒11の拡径部12の内側に水平に回転可能に取り付けられたフィン14を備えている。そして、このフィン14の回転中心には、シャフト15の一端部が取り付けられている。また、このシャフト15の他端部は、第１の反応槽６および第２の反応槽７よりも上方に向けて突出している。さらに、このシャフト15の他端部には、このシャフト15を介してフィン14を水平に回転駆動させる駆動手段としての駆動モータ16が設置されている。
【００２７】
また、第１の反応槽６および第２の反応槽７それぞれにおける内筒11の内側には、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７内の生物処理水中のリン酸イオンとカルシウムとを晶析反応させる第１の混合部21および第２の混合部22がそれぞれ形成されている。すなわち、これら第１の混合部21および第２の混合部22のそれぞれは、第１の反応槽６あるいは第２の反応槽７内の生物処理水に懸濁された晶析材としてのアパタイト結晶を晶析反応させる機能を有する。
【００２８】
さらに、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７それぞれの内側面と内筒11の外側面との間には、固液分離部としての第１の分離部23および第２の分離部24のそれぞれが形成されている。これら第１の分離部23および第２の分離部24のそれぞれは、第１の混合部21および第２の混合部22にて晶析反応させたアパタイト結晶を、第１の反応槽６および第２の反応槽７内の生物処理水から固液分離させる。
【００２９】
そして、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７の上方には、これら第１の反応槽６あるいは第２の反応槽７内に貯留される生物処理水のｐＨを所定値に調整するｐＨ調整手段としてのｐＨ調整装置25が取り付けられている。これらｐＨ調整装置25は、第１の反応槽６および第２の反応槽７の内筒11の内側に挿入されて設置されたｐＨ電極26を備えている。このｐＨ電極26は、第１の反応槽６あるいは第２の反応槽７の上方に設置された制御手段としての制御装置27に接続されている。
【００３０】
さらに、この制御装置27には、第１の反応槽６あるいは第２の反応槽７内にアルカリを流入させるアルカリ供給手段としてのアルカリ供給ポンプ28が接続されている。このアルカリ供給ポンプ28は、第１の反応槽６あるいは第２の反応槽７内にアルカリを流入させるアルカリ剤流入導管としてのアルカリ供給配管29に取り付けられている。そして、このアルカリ供給ポンプ28は、アルカリ供給配管29からの第１の反応槽６あるいは第２の反応槽７内へのアルカリの供給が制御装置27により制御されている。
【００３１】
ここで、ｐＨ調整装置25によって第１の反応槽６あるいは第２の反応槽７内へと供給されるｐＨ調整用のアルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなどの溶液であるが、取り扱いの容易から水酸化ナトリウム溶液が望ましい。なお、このアルカリ剤としては、第１の反応槽６あるいは第２の反応槽７内での炭酸カルシウムの発生を最小限にするために、重炭酸ナトリウムや炭酸ナトリウムなどは望ましくない。
【００３２】
さらに、第１の反応槽６の上方に設置されたｐＨ調整装置25は、この第１の反応槽６内の生物処理水のｐＨが６．５以上８．５以下となるように、この第１の反応槽６内の生物処理水のｐＨを調整する。また、第２の反応槽７の上方に設置されたｐＨ調整装置25は、この第２の反応槽７内の生物処理水のｐＨが８．５以上、より好ましくは９．０以上１０．０以下となるように、この第２の反応槽７内の生物処理水のｐＨを調整する。
【００３３】
一方、第１の反応槽６の上方には、この第１の反応槽６内の第１の混合部21にカルシウム含有液を添加するカルシウム含有液添加手段としてのカルシウム添加装置31が取り付けられている。このカルシウム添加装置31は、カルシウム含有液を供給して添加する図示しないポンプを備えている。また、このカルシウム添加装置31は、固液分離槽３にて固液分離された後に第１の反応槽６内に注入されて貯留された生物処理水にカルシウム含有液を添加する。
【００３４】
具体的に、このカルシウム添加装置31は、第１の反応槽６内の生物処理水中のリン濃度に対するカルシウムの添加割合としてのカルシウムの添加率が、この生物処理水中のカルシウムと合わせて(生物処理水中のリンｍｇ／Ｌ×２．１５＋５０)ｍｇ／Ｌ以上となるように、この第１の反応槽６の第１の混合部21にて、この第１の反応槽６内の生物処理水にカルシウムを添加する。
【００３５】
ここで、このカルシウム添加装置31は、カルシウム含有液の全量を第１の反応槽６の第１の混合部21に添加してもよいが、この第１の反応槽６の第１の混合部21と第２の反応槽７の第２の混合部22とに分けて添加してもよい。この場合には、第１の反応槽６の第１の混合部21へのカルシウム添加率を(生物処理水中のリンｍｇ／Ｌ×２．１５)ｍｇ／Ｌ程度とし、残りを第２の反応槽７の第２の混合部22へと添加することが好ましい。
【００３６】
さらに、第２の反応槽７の底部には、この第２の反応槽７の第２の混合部22にて晶析されたアパタイト結晶の晶析物を、第１の反応槽６内へと返送させる晶析物返送手段としての返送装置32が取り付けられている。この返送装置32は、第２の反応槽７の第２の混合部22にて晶析された晶析物を第１の反応槽６へと返送させる返送ポンプ33を備えている。ここで、この返送装置32は、第２の反応槽７の第２の混合部22でのアパタイト結晶の濃度が、この第２の混合部22でのアパタイト結晶の晶析反応に必要な濃度を維持するように、この第２の反応槽７の第２の分離部24にて固液分離されたアパタイト結晶の晶析物を第１の反応槽６へと返送させる。
【００３７】
一方、第１の反応槽６の底部には、この第１の反応槽６の第１の混合部21にて晶析したアパタイト結晶を引き抜いて回収する引き抜き手段としての回収装置である引抜装置34が取り付けられている。この引抜装置34は、図示しないポンプや配管、バルブなどにより構成されている。また、引抜装置34は、第１の反応槽６の第１の分離部23からアパタイト結晶を引き抜いて、この第１の分離部23からリンを回収する。なお、この引抜装置34は、第１の反応槽６の第１の混合部21でのアパタイト結晶の濃度が、１００００ｍｇ／Ｌ以上１２００００ｍｇ／Ｌ以下、より好ましくは１００００ｍｇ／Ｌ以上６００００ｍｇ／Ｌ以下となるように、この第１の反応槽６の第１の分離部23からアパタイト結晶の晶析物を回収する。
【００３８】
ここで、この第１の反応槽６の第１の混合部21からアパタイト結晶の微細粒子を除去する前に、この第１の反応槽６内の生物処理水のｐＨを調整すると、この第１の反応槽６内のアパタイト結晶が溶解して、この第１の反応槽６内の生物処理水のリン濃度が上昇するおそれがある。このため、この第１の反応槽６内の生物処理水のｐＨ調整が必要な場合には、ＣＯＤ除去装置５によるＣＯＤ除去工程の後にする。
【００３９】
次に、上記第１の実施の形態のリン含有有機性廃水の処理方法を説明する。
【００４０】
まず、し尿処理場などから排出されるし尿廃水などのリン含有有機性廃水を、生物処理槽２へと通水させて、この生物処理槽２内に貯留させる。そして、この生物処理槽２内に貯留されたリン含有有機性廃水を、この生物処理槽２内にて生物学的処理、すなわち硝化脱窒処理して生物処理水にする。また、この生物処理槽２内でのリン含有有機性廃水の生物学的処理によって生物汚泥が生成され、この生物汚泥を生物処理槽２から引き抜く。
【００４１】
この後、この生物処理槽２内で生物学的処理された生物処理水を、固液分離槽３へと通水させて、この固液分離槽３内に貯留させる。そして、この固液分離槽３内に貯留された生物処理水を、この固液分離槽３内での固液分離にて生物汚泥を固液分離して、この生物汚泥を固液分離槽３から引き抜く。
【００４２】
さらに、この固液分離槽３にて生物汚泥が固液分離された後の生物処理水を、リン回収装置４の第１の反応槽６へと通水させて、この第１の反応槽６内に貯留させる。そして、この第１の反応槽６内に貯留された生物処理水を、攪拌機13にて攪拌するとともに、ｐＨ調整装置25にてｐＨを調整する。同時に、この第１の反応槽６内の生物処理水に、カルシウム添加装置31にてカルシウム含有液を添加する。
【００４３】
この結果、この第１の反応槽６の第１の混合部21にて、この第１の反応槽６内の生物処理水中のリン酸イオンとカルシウムとが晶析反応して、アパタイト結晶の晶析物が生成される。そして、この第１の反応槽６の第１の混合部21にて生成された晶析物を、引抜装置34にて第１の反応槽６の第１の分離部23から引き抜いて回収する。
【００４４】
さらに、この第１の反応槽６にて晶析物が引き抜かれた生物処理水を、リン回収装置４の第２の反応槽７へと通水させて、この第２の反応槽７内に貯留させる。そして、この第２の反応槽７内に貯留された生物処理水を、攪拌機13にて攪拌するとともに、ｐＨ調整装置25にてｐＨを調整する。
【００４５】
この結果、この第２の反応槽７の第２の混合部22にて、この第２の反応槽７内の生物処理水中のリン酸イオンとカルシウムとが晶析反応して、アパタイト結晶の晶析物が生成される。そして、この第２の反応槽７の第２の混合部22にて生成された晶析物を、返送装置32にて引き抜いて第１の反応槽７へと返送させる。なお、この第２の反応槽７内において晶析物が引き抜かれた後の生物処理水がリン回収処理水となる。
【００４６】
この後、このリン回収処理水をＣＯＤ除去装置５へと通水させる。このとき、このＣＯＤ除去装置５は、通水されたリン回収処理水中に含まれるアパタイト結晶の微細粒子を除去して、このリン回収処理水中のＣＯＤ成分を低減させて処理水にする。そして、この処理水は河川などにへと排出される。
【００４７】
上述したように、上記第１の実施の形態によれば、リン含有有機性廃水を生物処理槽２にて生物学的処理して生物処理水にする。この後、この生物処理水にリン回収装置４のカルシウム添加装置31にてカルシウムを添加する。すると、この生物処理水中のリン酸イオンとカルシウムとの晶析反応によってアパタイト結晶が生成される。そして、この生成したアパタイト結晶を回収してリン回収処理水にする。
【００４８】
このとき、リン回収装置４の第１の反応槽６にて処理した生物処理水を、このリン回収装置４の第２の反応槽７へと流入させる。同時に、この第２の反応槽７にて晶析されたアパタイト結晶の晶析物を第１の反応槽６へと返送装置32にて返送させる。さらに、この第１の反応槽６からアパタイト結晶の晶析物を引抜装置34にて引き抜いて回収する。さらに、このリン回収処理水のＣＯＤ成分をＣＯＤ除去装置５にて除去して処理水にする。
【００４９】
この結果、リン酸イオンを高濃度に含有した排水であるリン含有有機性廃水中のリンをアパタイト結晶の晶析物としてリン回収装置４にて十分に安定して除去できる。このため、従来必要であった無機凝集剤を添加してリンを除去する凝集工程を不要にできるので、凝集汚泥の生成を削減できる。
【００５０】
同時に、このリン含有有機性廃水中に残存した難生物分解性のＣＯＤ成分を、活性炭、骨炭等を充填した吸着塔を用いたＣＯＤ除去装置５にて吸着除去する。このため、このリン含有有機性廃水を処理した後のリン回収処理水中に含まれるアパタイト結晶の微細粒子を効率良く十分に除去できる。よって、このリン含有有機性廃水を処理した後の処理水の水質を良質に確保できる。
【００５１】
また、リン回収装置４の第２の反応槽７の第２の混合部22でのアパタイト結晶の濃度が、この第２の混合部22での晶析反応に必要な濃度となるように、この第２の反応槽７の第２の分離部24にて固液分離されたアパタイト結晶を第１の反応槽６へと返送させる。同時に、通常の晶析反応槽では、アパタイト結晶濃度を１００００ｍｇ／Ｌ以上２００００ｍｇ／Ｌ以下とすることが多い。ところが、第１の反応槽６の第１の混合部21でのアパタイト結晶の濃度が１００００ｍｇ／Ｌ以上６００００ｍｇ／Ｌ以下となるように、この第１の反応槽６の第１の分離部23からアパタイト結晶を回収する。この結果、第１の反応槽６および第２の反応槽７でのアパタイト結晶の汚泥滞留時間(Sludge Retention Time:ＳＲＴ)を十分に確保できる。よって、この第２の反応槽７から第１の反応槽６へと返送したアパタイト結晶の晶析物を良好に成長させることができる。
【００５２】
ここで、このリン回収装置４の第２の反応槽７内の生物処理水中のアパタイト結晶の濃度を、この生物処理水を処理する前のリン含有有機性廃水である原水の水温あるいはリン濃度や、第１の反応槽６および第２の反応槽７での生物処理水の滞留時間などの条件により調整する。この結果、このリン回収装置４にてリンが回収されたリン回収処理水のＣＯＤ成分をＣＯＤ除去装置５にて除去した後の処理水のＣＯＤを１ｍｇ／Ｌ以下の良好な水質にできる。よって、アパタイト晶析法により処理水のリン濃度が１ｍｇ／Ｌ以下の良好な水質となるようにリンを効率良く回収できるとともに、この回収したリンを肥料などの資源として有効利用できる。
【００５３】
さらに、ｐＨが大きいとアパタイト結晶の晶析物には炭酸カルシウムが含まれてしまうから、この晶析物へのリン含有量が低くなる。また、ｐＨが大きいと微細なアパタイト結晶が多数発生して脱水性が低下してしまう。このため、第１の反応槽６のｐＨを６．５以上８．５以下に調整するとともに、第２の反応槽７のｐＨを８．５以上、より好ましくは９．０以上１０．０以下に調整する。
【００５４】
この結果、ｐＨの小さい第１の反応槽６にてアパタイト結晶が良好に成長するから、この第１の反応槽６から回収される晶析物のリンの含有量を向上できる。よって、この第１の反応槽６からのリンの脱水性を向上できるので、処理水中のリン濃度を良好に低減できる。
【００５５】
さらに、第１の反応槽６内の生物処理水中のリン濃度に対するカルシウムの添加割合を、この生物処理水中のカルシウムと合わせて(生物処理水中のリンｍｇ／Ｌ×２．１５＋５０)ｍｇ／Ｌ以上とする。すなわち、アパタイトの組成はＣａ５(ＰＯ４)３ＯＨであるので、このアパタイトの生成に必要なカルシウムは、生物処理水中のリンｍｇ／Ｌに対し２．１５倍であるが、これにカルシウムイオンをさらに５０ｍｇ／Ｌ以上追加することにより、良好なリン濃度の処埋水を得ることができる。
【００５６】
なお、上記第１の実施の形態では、リン回収装置４の第２の反応槽７にて晶析したアパタイト結晶の晶析物を第１の反応槽へと返送させたが、図５に示す第２の実施の形態のように、リン回収装置４の第２の反応槽７にて晶析したアパタイト結晶の晶析物を、生物処理槽２内で発生する余剰汚泥としての生物汚泥とともに肥料生成装置41へと引き抜いてコンポスト化することもできる。
【００５７】
すなわち、この肥料生成装置41には、リン回収装置４の第２の反応槽７の底部から引き抜かれて回収されたアパタイト結晶の晶析物が供給されるとともに、生物処理槽２でのリン含有有機性廃水の生物処理に伴って発生する生物汚泥が引き抜かれて供給される。そして、この肥料生成装置41は、第２の反応槽７から引き抜かれたアパタイト結晶の晶析物を、生物処理槽２から引き抜かれた生物汚泥に混合してから脱水してコンポスト化、すなわち肥料化することにより、これら晶析物および生物汚泥からリン含有量の多いコンポストとしての肥料を生成する。
【００５８】
この結果、生物処理槽２でのリン含有有機性廃水の生物処理に伴って発生する生物汚泥を有効に利用できる。さらに、リン回収装置４の第２の反応槽７にて晶析されて回収されるアパタイト結晶の晶析物は、一般的に単独での脱水が容易ではないが、このアパタイト結晶の晶析物を生物汚泥とともに処理することにより、このアパタイト結晶の脱水処理ができる。
【００５９】
また、生物処理槽２内の生物汚泥を単独でコンポスト化した肥料に比べ、肥料のリン含有量を多くできるので、肥料としての利用価値を向上できる。さらに、リン回収装置４の第２の反応槽７にて晶析されるアパタイト結晶の晶析物を第１の反応槽６に返送する場合に比べ、この第１の反応槽６から回収できる晶析物の量が減少するが、第２の反応槽７にて晶析されるアパタイト結晶の晶析物の脱水性およびリン含有量をより向上できる。
【００６０】
【実施例】
し尿処理場から排出されての高負荷脱窒腹分離方式により脱窒処理された高負荷脱窒膜処理水としての被処理水である生物処理水を対象として、リン回収装置４でリンの回収試験を実施した。
【００６１】
まず、生物処理水の水質を測定したところ、ｐＨが８．１で、リン酸態リン(ＰＯ４−Ｐ濃度)が７１ｍｇ／Ｌで、カルシウム(Ｃａ)濃度が２１ｍｇ／Ｌであった。
【００６２】
このとき、第１の反応槽６および第２の反応槽７のそれぞれの容積は１．５Ｌであった。また、これら第１の反応槽６の第１の混合部21および第２の反応槽７の第２の混合部22のそれぞれの容積は１．０Ｌであり、これら第１の反応槽６の第１の分離部23および第２の反応槽７の第２の分離部24のそれぞれの容積は０．５Ｌであった。
【００６３】
そして、生物処理水を第１の反応槽６の第１の混合部21および第２の反応槽７の第２の混合部22に対して滞留時間を２時間として通水させた。このとき、第１の反応槽６へのカルシウム添加率は、(生物処理水中のリン濃度(ｍｏｌ／Ｌ)×５／３×４０／１５０)ｍｇ／Ｌとなるように塩化カルシウム溶液を添加した。
【００６４】
さらに、第１の反応槽６内の生物処理水のｐＨが７．８となり、第２の反応槽７内の生物処理水のｐＨが９．０となるように、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７のそれぞれに水酸化ナトリウム(ＮａＯＨ)溶液を添加した。
【００６５】
この結果、図３に示すように、第１の反応槽６内の生物処理水は、リン酸態リン(ＰＯ４−Ｐ濃度)が約１９ｍｇ／Ｌほど残存するのに対し、第２の反応槽７内の生物処理水は、リン酸態リン(ＰＯ４−Ｐ濃度)が１ｍｇ／Ｌ以下となった。さらに、図４に示すように、第１の反応槽６および第２の反応槽７での晶析物の脱水に要する時間を比較すると、第２の反応槽７の晶析物の脱水時間は第１の反応槽６の脱水時間の４５倍程度であった。
【００６６】
すなわち、第２の反応槽７の晶析物を第１の反応槽６へと返送することにより、第１の反応槽６から回収される晶析物の脱水性を向上できる。また、第１の反応槽６内の生物処理水中および第２の反応槽７内の生物処理水中での晶析物の成分は、表１に示すように、第１の反応槽６でのアパタイト結晶の晶析物のリン含有量が非常に高い。この結果、この第１の反応槽６から回収される晶析物は資源としての利用価値が高い。
【００６７】
【表１】
【００６８】
【発明の効果】
請求項１記載のリン回収装置によれば、リン回収手段の第１の反応槽にて処理されたリン含有有機性廃水を、このリン回収手段の第２の反応槽へと流入させる。この結果、このリン回収手段によりリン含有有機性廃水からリンが十分に除去できるので、このリン回収手段にて晶析物が回収された処理水の水質をより良質に確保できる。
【００６９】
また、第２の反応槽の混合部でのアパタイト結晶の濃度が、この混合部での晶析反応に 必要な濃度となるように、この第２の反応槽の分離部にて固液分離されたアパタイト結晶を第１の反応槽へと返送させる。同時に、この第１の反応槽の分離部からアパタイト結晶を回収する。この結果、第１の反応槽および第２の反応槽でのアパタイト結晶の滞留時間を十分に確保できるので、この第１の反応槽へと返送したアパタイト結晶を良好に成長させることができる。
【００７０】
さらに、第１の反応槽内のリン含有有機性廃水のｐＨを６．５以上８．５以下に調整するとともに、第２の反応槽内のリン含有有機性廃水のｐＨを８．５以上に調整する。よって、ｐＨの小さい第１の反応槽にてアパタイト結晶が成長するから、この第１の反応槽から回収される晶析物のリンの含有量を向上でき、この第１の反応槽からのリンの脱水性を向上できる。
【００７１】
また、リン含有有機性廃水中のリン濃度に対するカルシウムの添加割合を、このリン含有有機性廃水中のカルシウムと合わせて ( リン含有有機性廃水中のリンｍｇ／Ｌ×２．１５＋５０ ) ｍｇ／Ｌ以上とする。この結果、良好なリン濃度の処埋水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態のリン回収装置を示す説明図である。
【図２】 同上リン回収装置を用いたリン含有有機性廃水の処理方法を示す説明図である。
【図３】 同上リン回収装置の第１の反応槽および第２の反応槽でのリン濃度を示すグラフである。
【図４】 同上リン回収装置の第１の反応槽および第２の反応槽での晶析物脱水性能を示すグラフである。
【図５】 本発明の第２の実施の形態のリン含有有機性廃水の処理方法を示す説明図である。
【符号の説明】
４ リン回収装置
６ 第１の反応槽
７ 第２の反応槽
21 混合部としての第１の混合部
22 混合部としての第２の混合部
23 分離部としての第１の分離部
24 分離部としての第２の分離部
【発明の属する技術分野】
本発明は、リン含有有機性廃水にカルシウムを添加してリンを回収するリン回収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のリン含有有機性廃水の処理においては、このリン含有有機性廃水を生物学的に処理した後の生物処理水中にはリン酸態リンが含まれている。このため、この生物処理水中のリン酸を除去するために、塩化第二鉄などの鉄塩やアルミニウム塩を用いた凝集処埋がなされる。
【０００３】
ところが、この凝集処理で発生した汚泥は、農地利用には不適であり、リンを資源として回収するのは困難であるため焼却後処分場で埋立処分する場合が多い。近年における埋立処分場の不足により、汚泥発生量を増加させる凝集剤を用いた凝集処理は好ましくない。また、リン資源の枯渇の問題からもリンを資源として回収できる方法が求められている。
【０００４】
そこで、この生物処理水に晶析材としてのヒドロキシアパタイトの微結晶を懸濁させるとともにカルシウムイオンを加え、生物処理水中のリン酸イオンをアパタイトとして晶析材に晶析させて、この生物処理水からリンを回収している(例えば、特許文献１ないし３参照。)。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−２５０９９０号公報（第５−６頁、第１図）
【０００６】
【特許文献２】
特開２０００−３０１１６６号公報（第２−３頁、図１）
【０００７】
【特許文献３】
特開２０００−３１７４９２号公報（第３−４頁、図１−図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記リン含有有機性廃水の処理方法では、リンの資源化を目的としている。このため、生物処理水から回収される晶析物の肥料効果を高めるために、この晶析物のリン含有量が高く、この晶析物の脱水性を良好にするために、リン回収処理水中にリンが残存している。よって、このリン回収処理水のリン濃度を１ｍｇ／Ｌ以下の良好な水質にするためには、後段での無機凝集処理する必要がある。
【０００９】
さらに、このリン回収処理水のリン濃度を１ｍｇ／Ｌ以下の良好な水質とし、凝集処理を不要とすると、生物処理水中に微細な結晶が発生して、この生物処理水から回収した晶析物中の脱水性が悪くなるとともに、この生物処理水からのリンの安定した回収が容易ではない。同時に、アパタイト以外の炭酸カルシウムが生物処理水中に発生してしまうので、この生物処理水から回収した品析物中のリンの含有量が低下して、資源としての価値が低下してしまうという問題を有している。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、リンを効率良く除去でき、良好な水質の処理水を確保できるリン回収装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のリン回収装置は、リン含有有機性廃水にカルシウムを添加して、このリン含有有機性廃水中のリン酸イオンと前記カルシウムとの晶析反応によりアパタイト結晶を生成させて、この生成したアパタイト結晶を回収するリン回収装置であって、晶析材としてのアパタイト結晶を前記リン含有有機性廃水に懸濁させて晶析反応させる混合部と、このアパタイト結晶を前記リン含有有機性廃水から固液分離する分離部とを有する第１の反応槽および第２の反応槽を備え、第１の反応槽のリン含有有機性廃水中のリン濃度に対するカルシウムの添加割合は、このリン含有有機性廃水中のカルシウムと合わせて ( リン含有有機性廃水中のリンｍｇ／Ｌ×２．１５＋５０ ) ｍｇ／Ｌ以上であり、第１の反応槽内のリン含有有機性廃水は、ｐＨが６．５以上８．５以下に調整され、前記第１の反応槽にて処理されたリン含有有機性廃水を前記第２の反応槽へと流入させ、第２の反応槽内のリン含有有機性廃水は、ｐＨが８．５以上に調整され、第２の反応槽の混合部でのアパタイト結晶の濃度が、この第２の反応槽の混合部での晶析反応に必要な濃度となるように、この第２の反応槽の分離部にて固液分離されたアパタイト結晶が第１の反応槽へと返送されるとともに、この第１の反応槽の分離部から組成がＣａ ５ ( ＰＯ ４ ) ３ ＯＨのアパタイト結晶が回収されるものである。
【００１２】
そして、リン回収手段の第１の反応槽にて処理されたリン含有有機性廃水を、このリン回収手段の第２の反応槽へと流入させる。この結果、このリン回収手段によりリン含有有機性廃水からリンが十分に除去できるので、このリン回収手段にて晶析物が回収された処理水の水質をより良質に確保できる。
【００１３】
また、第２の反応槽の混合部でのアパタイト結晶の濃度が、この混合部での晶析反応に必要な濃度となるように、この第２の反応槽の分離部にて固液分離されたアパタイト結晶を第１の反応槽へと返送させる。同時に、この第１の反応槽の分離部から組成がＣａ ５ ( ＰＯ ４ ) ３ ＯＨのアパタイト結晶を回収する。この結果、第１の反応槽および第２の反応槽でのアパタイト結晶の滞留時間を十分に確保できるので、この第１の反応槽へと返送したアパタイト結晶が良好に成長する。
【００１４】
さらに、ｐＨが大きいとアパタイト結晶の晶析物には炭酸カルシウムが含まれてしまうから、この晶析物へのリン含有量が低くなる。また、ｐＨが大きいと微細なアパタイト結晶が多数発生して脱水性が低下する。そこで、第１の反応槽内のリン含有有機性廃水のｐＨを６．５以上８．５以下に調整するとともに、第２の反応槽内のリン含有有機性廃水のｐＨを８．５以上に調整する。この結果、ｐＨの小さい第１の反応槽にてアパタイト結晶が成長するから、この第１の反応槽から回収される晶析物のリンの含有量を向上でき、この第１の反応槽からのリンの脱水性を向上できる。
【００１５】
また、リン含有有機性廃水中のリン濃度に対するカルシウムの添加割合を、このリン含有有機性廃水中のカルシウムと合わせて ( リン含有有機性廃水中のリンｍｇ／Ｌ×２．１５＋５０ ) ｍｇ／Ｌ以上とする。すなわち、アパタイトの組成はＣａ ５ ( ＰＯ ４ ) ３ ＯＨであるので、このアパタイトの生成に必要なカルシウムは、リン含有有機性廃水中のリンｍｇ／Ｌに対し２．１５倍であるが、これにカルシウムイオンをさらに５０ｍｇ／Ｌ以上追加することにより、良好なリン濃度の処埋水を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のリン含有有機性廃水の処理装置の第１の実施の形態の構成を図１および図２を参照して説明する。
【００１７】
図１および図２において、１はリン含有有機性廃水の処理装置としての廃水処理装置である。この廃水処理装置１は、生物処理手段としての生物処理槽２を備えている。この生物処理槽２は、リン酸イオンを高濃度に含有した有機性廃水、すなわちリン含有有機性廃水が流入されて貯留される。
【００１８】
また、この生物処理槽２は、この生物処理槽２内に貯留されたリン含有有機性廃水を微生物にて生物処理工程として生物学的に処理、すなわち硝化脱窒処理して、この有機性廃水を生物処理水にする。なお、この生物処理槽２としては、回転円盤や接触曝気法などを用いることができる。また、この生物処理槽２からは、この生物処理槽２内でのリン含有有機性廃水の生物学的処理により生成される生物汚泥が引き抜かれる。
【００１９】
そして、この生物処理槽２の下流側には、この生物処理槽２にて生物処理された生物処理水が流入される固液分離手段としての固液分離槽３が設置されている。この固液分離槽３は、固液分離工程として生物処理槽２での生物処理にて発生した生物汚泥を生物処理水から固液分離する。また、この固液分離槽３としては、沈殿池や膜分離装置などを利用できるが、リンを回収する際に流入する浮遊物質(Suspended Solids:ＳＳ)を少なくするためには膜分離装置が望ましい。なお、この固液分離槽３は、生物処理槽２において回転円盤や接触曝気法のような手段を用いた場合には不要となる。また、この固液分離槽３からは、この固液分離槽３での固液分離により生成される生物汚泥が引き抜かれる。
【００２０】
さらに、この固液分離槽３の下流側には、この固液分離槽３にて生物汚泥が固液分離された後の生物処理水が流入されて貯留されるリン回収手段としてのリン回収装置４が設置されている。このリン回収装置４は、固液分離槽３にて生物汚泥が固液分離された後の生物処理水からリンを回収してリン回収処理水にする。
【００２１】
すなわち、このリン回収装置４は、このリン回収装置４に貯留された生物処理水にカルシウムを添加して、この生物処理水中のリン酸イオンとカルシウムとの晶析反応により、組成がＣａ５(ＰＯ４)３ＯＨであるアパタイトの結晶を生成させて、この生成したアパタイト結晶を回収して、生物処理水をリン回収処理水にする。
【００２２】
そして、このリン回収装置４の下流側には、吸着手段としてのＣＯＤ除去装置５が設置されている。このＣＯＤ除去装置５は、リン回収処理水の化学的酸素要求量(Chemical Oxygen Demand:ＣＯＤ)を吸着除去にて低減させて処理水にする。また、このＣＯＤ除去装置５は、リン回収装置４にてリンが回収されたリン回収処理水から、このリン回収処理水中のＣＯＤ成分を吸着工程であるＣＯＤ除去工程として除去する。
【００２３】
なお、このＣＯＤ除去装置５としては、リン回収装置４にてリンが回収された後のリン回収処理水中に含まれるアパタイト結晶の微細粒子を除去するために、活性炭や骨炭などを充填した吸着塔が望ましい。さらに、このＣＯＤ除去装置５としては、アパタイト結晶の微細粒子による閉塞を防ぐために、定期的な逆洗が必要である。ところが、このＣＯＤ除去装置５として骨炭を使用した場合には、この骨炭の主成分がリン酸とカルシウムとであるため、逆洗させた排液をリン回収装置４に返送できる。
【００２４】
そして、このリン回収装置４は、図１に示すように、上側面が開口された有底円筒状の第１の反応槽６と第２の反応槽７とを備えている。これら第１の反応槽６および第２の反応槽７は、第１の反応槽６の下流側に第２の反応槽７が直列に設置されている。言い換えると、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７は、２槽直列に配置されている。すなわち、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７は、第１の反応槽６にて処理された生物処理水が第２の反応槽７へと流入されて通水される。また、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７は、第２の反応槽７にて晶析されたアパタイト結晶の晶析物を第１の反応槽６へと返送されて、この第１の反応槽６からアパタイト結晶の晶析物、すなわちリンが回収される。
【００２５】
さらに、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７のそれぞれの内部には、円筒状の内筒11が同心状に設置されている。この内筒11は、軸方向に沿った一端縁である上端縁を第１の反応槽６および第２の反応槽７の軸方向に沿った一端側である上端縁に一致させた状態で、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７それぞれの内側に設置されている。また、この内筒11の軸方向に沿った他端縁である下端縁には、テーパ状に同心状に拡径した拡径部12が形成されている。この拡径部12は、内筒11の上端側から他端側に進むに連れて外側に向けて同心状に拡開している。
【００２６】
さらに、第１の反応槽６および第２の反応槽７内における内筒11の内側には、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７内に流入されて貯留された生物処理水を攪拌させる攪拌手段としての攪拌機13がそれぞれ取り付けられている。この攪拌機13は、各内筒11の拡径部12の内側に水平に回転可能に取り付けられたフィン14を備えている。そして、このフィン14の回転中心には、シャフト15の一端部が取り付けられている。また、このシャフト15の他端部は、第１の反応槽６および第２の反応槽７よりも上方に向けて突出している。さらに、このシャフト15の他端部には、このシャフト15を介してフィン14を水平に回転駆動させる駆動手段としての駆動モータ16が設置されている。
【００２７】
また、第１の反応槽６および第２の反応槽７それぞれにおける内筒11の内側には、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７内の生物処理水中のリン酸イオンとカルシウムとを晶析反応させる第１の混合部21および第２の混合部22がそれぞれ形成されている。すなわち、これら第１の混合部21および第２の混合部22のそれぞれは、第１の反応槽６あるいは第２の反応槽７内の生物処理水に懸濁された晶析材としてのアパタイト結晶を晶析反応させる機能を有する。
【００２８】
さらに、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７それぞれの内側面と内筒11の外側面との間には、固液分離部としての第１の分離部23および第２の分離部24のそれぞれが形成されている。これら第１の分離部23および第２の分離部24のそれぞれは、第１の混合部21および第２の混合部22にて晶析反応させたアパタイト結晶を、第１の反応槽６および第２の反応槽７内の生物処理水から固液分離させる。
【００２９】
そして、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７の上方には、これら第１の反応槽６あるいは第２の反応槽７内に貯留される生物処理水のｐＨを所定値に調整するｐＨ調整手段としてのｐＨ調整装置25が取り付けられている。これらｐＨ調整装置25は、第１の反応槽６および第２の反応槽７の内筒11の内側に挿入されて設置されたｐＨ電極26を備えている。このｐＨ電極26は、第１の反応槽６あるいは第２の反応槽７の上方に設置された制御手段としての制御装置27に接続されている。
【００３０】
さらに、この制御装置27には、第１の反応槽６あるいは第２の反応槽７内にアルカリを流入させるアルカリ供給手段としてのアルカリ供給ポンプ28が接続されている。このアルカリ供給ポンプ28は、第１の反応槽６あるいは第２の反応槽７内にアルカリを流入させるアルカリ剤流入導管としてのアルカリ供給配管29に取り付けられている。そして、このアルカリ供給ポンプ28は、アルカリ供給配管29からの第１の反応槽６あるいは第２の反応槽７内へのアルカリの供給が制御装置27により制御されている。
【００３１】
ここで、ｐＨ調整装置25によって第１の反応槽６あるいは第２の反応槽７内へと供給されるｐＨ調整用のアルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなどの溶液であるが、取り扱いの容易から水酸化ナトリウム溶液が望ましい。なお、このアルカリ剤としては、第１の反応槽６あるいは第２の反応槽７内での炭酸カルシウムの発生を最小限にするために、重炭酸ナトリウムや炭酸ナトリウムなどは望ましくない。
【００３２】
さらに、第１の反応槽６の上方に設置されたｐＨ調整装置25は、この第１の反応槽６内の生物処理水のｐＨが６．５以上８．５以下となるように、この第１の反応槽６内の生物処理水のｐＨを調整する。また、第２の反応槽７の上方に設置されたｐＨ調整装置25は、この第２の反応槽７内の生物処理水のｐＨが８．５以上、より好ましくは９．０以上１０．０以下となるように、この第２の反応槽７内の生物処理水のｐＨを調整する。
【００３３】
一方、第１の反応槽６の上方には、この第１の反応槽６内の第１の混合部21にカルシウム含有液を添加するカルシウム含有液添加手段としてのカルシウム添加装置31が取り付けられている。このカルシウム添加装置31は、カルシウム含有液を供給して添加する図示しないポンプを備えている。また、このカルシウム添加装置31は、固液分離槽３にて固液分離された後に第１の反応槽６内に注入されて貯留された生物処理水にカルシウム含有液を添加する。
【００３４】
具体的に、このカルシウム添加装置31は、第１の反応槽６内の生物処理水中のリン濃度に対するカルシウムの添加割合としてのカルシウムの添加率が、この生物処理水中のカルシウムと合わせて(生物処理水中のリンｍｇ／Ｌ×２．１５＋５０)ｍｇ／Ｌ以上となるように、この第１の反応槽６の第１の混合部21にて、この第１の反応槽６内の生物処理水にカルシウムを添加する。
【００３５】
ここで、このカルシウム添加装置31は、カルシウム含有液の全量を第１の反応槽６の第１の混合部21に添加してもよいが、この第１の反応槽６の第１の混合部21と第２の反応槽７の第２の混合部22とに分けて添加してもよい。この場合には、第１の反応槽６の第１の混合部21へのカルシウム添加率を(生物処理水中のリンｍｇ／Ｌ×２．１５)ｍｇ／Ｌ程度とし、残りを第２の反応槽７の第２の混合部22へと添加することが好ましい。
【００３６】
さらに、第２の反応槽７の底部には、この第２の反応槽７の第２の混合部22にて晶析されたアパタイト結晶の晶析物を、第１の反応槽６内へと返送させる晶析物返送手段としての返送装置32が取り付けられている。この返送装置32は、第２の反応槽７の第２の混合部22にて晶析された晶析物を第１の反応槽６へと返送させる返送ポンプ33を備えている。ここで、この返送装置32は、第２の反応槽７の第２の混合部22でのアパタイト結晶の濃度が、この第２の混合部22でのアパタイト結晶の晶析反応に必要な濃度を維持するように、この第２の反応槽７の第２の分離部24にて固液分離されたアパタイト結晶の晶析物を第１の反応槽６へと返送させる。
【００３７】
一方、第１の反応槽６の底部には、この第１の反応槽６の第１の混合部21にて晶析したアパタイト結晶を引き抜いて回収する引き抜き手段としての回収装置である引抜装置34が取り付けられている。この引抜装置34は、図示しないポンプや配管、バルブなどにより構成されている。また、引抜装置34は、第１の反応槽６の第１の分離部23からアパタイト結晶を引き抜いて、この第１の分離部23からリンを回収する。なお、この引抜装置34は、第１の反応槽６の第１の混合部21でのアパタイト結晶の濃度が、１００００ｍｇ／Ｌ以上１２００００ｍｇ／Ｌ以下、より好ましくは１００００ｍｇ／Ｌ以上６００００ｍｇ／Ｌ以下となるように、この第１の反応槽６の第１の分離部23からアパタイト結晶の晶析物を回収する。
【００３８】
ここで、この第１の反応槽６の第１の混合部21からアパタイト結晶の微細粒子を除去する前に、この第１の反応槽６内の生物処理水のｐＨを調整すると、この第１の反応槽６内のアパタイト結晶が溶解して、この第１の反応槽６内の生物処理水のリン濃度が上昇するおそれがある。このため、この第１の反応槽６内の生物処理水のｐＨ調整が必要な場合には、ＣＯＤ除去装置５によるＣＯＤ除去工程の後にする。
【００３９】
次に、上記第１の実施の形態のリン含有有機性廃水の処理方法を説明する。
【００４０】
まず、し尿処理場などから排出されるし尿廃水などのリン含有有機性廃水を、生物処理槽２へと通水させて、この生物処理槽２内に貯留させる。そして、この生物処理槽２内に貯留されたリン含有有機性廃水を、この生物処理槽２内にて生物学的処理、すなわち硝化脱窒処理して生物処理水にする。また、この生物処理槽２内でのリン含有有機性廃水の生物学的処理によって生物汚泥が生成され、この生物汚泥を生物処理槽２から引き抜く。
【００４１】
この後、この生物処理槽２内で生物学的処理された生物処理水を、固液分離槽３へと通水させて、この固液分離槽３内に貯留させる。そして、この固液分離槽３内に貯留された生物処理水を、この固液分離槽３内での固液分離にて生物汚泥を固液分離して、この生物汚泥を固液分離槽３から引き抜く。
【００４２】
さらに、この固液分離槽３にて生物汚泥が固液分離された後の生物処理水を、リン回収装置４の第１の反応槽６へと通水させて、この第１の反応槽６内に貯留させる。そして、この第１の反応槽６内に貯留された生物処理水を、攪拌機13にて攪拌するとともに、ｐＨ調整装置25にてｐＨを調整する。同時に、この第１の反応槽６内の生物処理水に、カルシウム添加装置31にてカルシウム含有液を添加する。
【００４３】
この結果、この第１の反応槽６の第１の混合部21にて、この第１の反応槽６内の生物処理水中のリン酸イオンとカルシウムとが晶析反応して、アパタイト結晶の晶析物が生成される。そして、この第１の反応槽６の第１の混合部21にて生成された晶析物を、引抜装置34にて第１の反応槽６の第１の分離部23から引き抜いて回収する。
【００４４】
さらに、この第１の反応槽６にて晶析物が引き抜かれた生物処理水を、リン回収装置４の第２の反応槽７へと通水させて、この第２の反応槽７内に貯留させる。そして、この第２の反応槽７内に貯留された生物処理水を、攪拌機13にて攪拌するとともに、ｐＨ調整装置25にてｐＨを調整する。
【００４５】
この結果、この第２の反応槽７の第２の混合部22にて、この第２の反応槽７内の生物処理水中のリン酸イオンとカルシウムとが晶析反応して、アパタイト結晶の晶析物が生成される。そして、この第２の反応槽７の第２の混合部22にて生成された晶析物を、返送装置32にて引き抜いて第１の反応槽７へと返送させる。なお、この第２の反応槽７内において晶析物が引き抜かれた後の生物処理水がリン回収処理水となる。
【００４６】
この後、このリン回収処理水をＣＯＤ除去装置５へと通水させる。このとき、このＣＯＤ除去装置５は、通水されたリン回収処理水中に含まれるアパタイト結晶の微細粒子を除去して、このリン回収処理水中のＣＯＤ成分を低減させて処理水にする。そして、この処理水は河川などにへと排出される。
【００４７】
上述したように、上記第１の実施の形態によれば、リン含有有機性廃水を生物処理槽２にて生物学的処理して生物処理水にする。この後、この生物処理水にリン回収装置４のカルシウム添加装置31にてカルシウムを添加する。すると、この生物処理水中のリン酸イオンとカルシウムとの晶析反応によってアパタイト結晶が生成される。そして、この生成したアパタイト結晶を回収してリン回収処理水にする。
【００４８】
このとき、リン回収装置４の第１の反応槽６にて処理した生物処理水を、このリン回収装置４の第２の反応槽７へと流入させる。同時に、この第２の反応槽７にて晶析されたアパタイト結晶の晶析物を第１の反応槽６へと返送装置32にて返送させる。さらに、この第１の反応槽６からアパタイト結晶の晶析物を引抜装置34にて引き抜いて回収する。さらに、このリン回収処理水のＣＯＤ成分をＣＯＤ除去装置５にて除去して処理水にする。
【００４９】
この結果、リン酸イオンを高濃度に含有した排水であるリン含有有機性廃水中のリンをアパタイト結晶の晶析物としてリン回収装置４にて十分に安定して除去できる。このため、従来必要であった無機凝集剤を添加してリンを除去する凝集工程を不要にできるので、凝集汚泥の生成を削減できる。
【００５０】
同時に、このリン含有有機性廃水中に残存した難生物分解性のＣＯＤ成分を、活性炭、骨炭等を充填した吸着塔を用いたＣＯＤ除去装置５にて吸着除去する。このため、このリン含有有機性廃水を処理した後のリン回収処理水中に含まれるアパタイト結晶の微細粒子を効率良く十分に除去できる。よって、このリン含有有機性廃水を処理した後の処理水の水質を良質に確保できる。
【００５１】
また、リン回収装置４の第２の反応槽７の第２の混合部22でのアパタイト結晶の濃度が、この第２の混合部22での晶析反応に必要な濃度となるように、この第２の反応槽７の第２の分離部24にて固液分離されたアパタイト結晶を第１の反応槽６へと返送させる。同時に、通常の晶析反応槽では、アパタイト結晶濃度を１００００ｍｇ／Ｌ以上２００００ｍｇ／Ｌ以下とすることが多い。ところが、第１の反応槽６の第１の混合部21でのアパタイト結晶の濃度が１００００ｍｇ／Ｌ以上６００００ｍｇ／Ｌ以下となるように、この第１の反応槽６の第１の分離部23からアパタイト結晶を回収する。この結果、第１の反応槽６および第２の反応槽７でのアパタイト結晶の汚泥滞留時間(Sludge Retention Time:ＳＲＴ)を十分に確保できる。よって、この第２の反応槽７から第１の反応槽６へと返送したアパタイト結晶の晶析物を良好に成長させることができる。
【００５２】
ここで、このリン回収装置４の第２の反応槽７内の生物処理水中のアパタイト結晶の濃度を、この生物処理水を処理する前のリン含有有機性廃水である原水の水温あるいはリン濃度や、第１の反応槽６および第２の反応槽７での生物処理水の滞留時間などの条件により調整する。この結果、このリン回収装置４にてリンが回収されたリン回収処理水のＣＯＤ成分をＣＯＤ除去装置５にて除去した後の処理水のＣＯＤを１ｍｇ／Ｌ以下の良好な水質にできる。よって、アパタイト晶析法により処理水のリン濃度が１ｍｇ／Ｌ以下の良好な水質となるようにリンを効率良く回収できるとともに、この回収したリンを肥料などの資源として有効利用できる。
【００５３】
さらに、ｐＨが大きいとアパタイト結晶の晶析物には炭酸カルシウムが含まれてしまうから、この晶析物へのリン含有量が低くなる。また、ｐＨが大きいと微細なアパタイト結晶が多数発生して脱水性が低下してしまう。このため、第１の反応槽６のｐＨを６．５以上８．５以下に調整するとともに、第２の反応槽７のｐＨを８．５以上、より好ましくは９．０以上１０．０以下に調整する。
【００５４】
この結果、ｐＨの小さい第１の反応槽６にてアパタイト結晶が良好に成長するから、この第１の反応槽６から回収される晶析物のリンの含有量を向上できる。よって、この第１の反応槽６からのリンの脱水性を向上できるので、処理水中のリン濃度を良好に低減できる。
【００５５】
さらに、第１の反応槽６内の生物処理水中のリン濃度に対するカルシウムの添加割合を、この生物処理水中のカルシウムと合わせて(生物処理水中のリンｍｇ／Ｌ×２．１５＋５０)ｍｇ／Ｌ以上とする。すなわち、アパタイトの組成はＣａ５(ＰＯ４)３ＯＨであるので、このアパタイトの生成に必要なカルシウムは、生物処理水中のリンｍｇ／Ｌに対し２．１５倍であるが、これにカルシウムイオンをさらに５０ｍｇ／Ｌ以上追加することにより、良好なリン濃度の処埋水を得ることができる。
【００５６】
なお、上記第１の実施の形態では、リン回収装置４の第２の反応槽７にて晶析したアパタイト結晶の晶析物を第１の反応槽へと返送させたが、図５に示す第２の実施の形態のように、リン回収装置４の第２の反応槽７にて晶析したアパタイト結晶の晶析物を、生物処理槽２内で発生する余剰汚泥としての生物汚泥とともに肥料生成装置41へと引き抜いてコンポスト化することもできる。
【００５７】
すなわち、この肥料生成装置41には、リン回収装置４の第２の反応槽７の底部から引き抜かれて回収されたアパタイト結晶の晶析物が供給されるとともに、生物処理槽２でのリン含有有機性廃水の生物処理に伴って発生する生物汚泥が引き抜かれて供給される。そして、この肥料生成装置41は、第２の反応槽７から引き抜かれたアパタイト結晶の晶析物を、生物処理槽２から引き抜かれた生物汚泥に混合してから脱水してコンポスト化、すなわち肥料化することにより、これら晶析物および生物汚泥からリン含有量の多いコンポストとしての肥料を生成する。
【００５８】
この結果、生物処理槽２でのリン含有有機性廃水の生物処理に伴って発生する生物汚泥を有効に利用できる。さらに、リン回収装置４の第２の反応槽７にて晶析されて回収されるアパタイト結晶の晶析物は、一般的に単独での脱水が容易ではないが、このアパタイト結晶の晶析物を生物汚泥とともに処理することにより、このアパタイト結晶の脱水処理ができる。
【００５９】
また、生物処理槽２内の生物汚泥を単独でコンポスト化した肥料に比べ、肥料のリン含有量を多くできるので、肥料としての利用価値を向上できる。さらに、リン回収装置４の第２の反応槽７にて晶析されるアパタイト結晶の晶析物を第１の反応槽６に返送する場合に比べ、この第１の反応槽６から回収できる晶析物の量が減少するが、第２の反応槽７にて晶析されるアパタイト結晶の晶析物の脱水性およびリン含有量をより向上できる。
【００６０】
【実施例】
し尿処理場から排出されての高負荷脱窒腹分離方式により脱窒処理された高負荷脱窒膜処理水としての被処理水である生物処理水を対象として、リン回収装置４でリンの回収試験を実施した。
【００６１】
まず、生物処理水の水質を測定したところ、ｐＨが８．１で、リン酸態リン(ＰＯ４−Ｐ濃度)が７１ｍｇ／Ｌで、カルシウム(Ｃａ)濃度が２１ｍｇ／Ｌであった。
【００６２】
このとき、第１の反応槽６および第２の反応槽７のそれぞれの容積は１．５Ｌであった。また、これら第１の反応槽６の第１の混合部21および第２の反応槽７の第２の混合部22のそれぞれの容積は１．０Ｌであり、これら第１の反応槽６の第１の分離部23および第２の反応槽７の第２の分離部24のそれぞれの容積は０．５Ｌであった。
【００６３】
そして、生物処理水を第１の反応槽６の第１の混合部21および第２の反応槽７の第２の混合部22に対して滞留時間を２時間として通水させた。このとき、第１の反応槽６へのカルシウム添加率は、(生物処理水中のリン濃度(ｍｏｌ／Ｌ)×５／３×４０／１５０)ｍｇ／Ｌとなるように塩化カルシウム溶液を添加した。
【００６４】
さらに、第１の反応槽６内の生物処理水のｐＨが７．８となり、第２の反応槽７内の生物処理水のｐＨが９．０となるように、これら第１の反応槽６および第２の反応槽７のそれぞれに水酸化ナトリウム(ＮａＯＨ)溶液を添加した。
【００６５】
この結果、図３に示すように、第１の反応槽６内の生物処理水は、リン酸態リン(ＰＯ４−Ｐ濃度)が約１９ｍｇ／Ｌほど残存するのに対し、第２の反応槽７内の生物処理水は、リン酸態リン(ＰＯ４−Ｐ濃度)が１ｍｇ／Ｌ以下となった。さらに、図４に示すように、第１の反応槽６および第２の反応槽７での晶析物の脱水に要する時間を比較すると、第２の反応槽７の晶析物の脱水時間は第１の反応槽６の脱水時間の４５倍程度であった。
【００６６】
すなわち、第２の反応槽７の晶析物を第１の反応槽６へと返送することにより、第１の反応槽６から回収される晶析物の脱水性を向上できる。また、第１の反応槽６内の生物処理水中および第２の反応槽７内の生物処理水中での晶析物の成分は、表１に示すように、第１の反応槽６でのアパタイト結晶の晶析物のリン含有量が非常に高い。この結果、この第１の反応槽６から回収される晶析物は資源としての利用価値が高い。
【００６７】
【表１】
【発明の効果】
請求項１記載のリン回収装置によれば、リン回収手段の第１の反応槽にて処理されたリン含有有機性廃水を、このリン回収手段の第２の反応槽へと流入させる。この結果、このリン回収手段によりリン含有有機性廃水からリンが十分に除去できるので、このリン回収手段にて晶析物が回収された処理水の水質をより良質に確保できる。
【００６９】
また、第２の反応槽の混合部でのアパタイト結晶の濃度が、この混合部での晶析反応に 必要な濃度となるように、この第２の反応槽の分離部にて固液分離されたアパタイト結晶を第１の反応槽へと返送させる。同時に、この第１の反応槽の分離部からアパタイト結晶を回収する。この結果、第１の反応槽および第２の反応槽でのアパタイト結晶の滞留時間を十分に確保できるので、この第１の反応槽へと返送したアパタイト結晶を良好に成長させることができる。
【００７０】
さらに、第１の反応槽内のリン含有有機性廃水のｐＨを６．５以上８．５以下に調整するとともに、第２の反応槽内のリン含有有機性廃水のｐＨを８．５以上に調整する。よって、ｐＨの小さい第１の反応槽にてアパタイト結晶が成長するから、この第１の反応槽から回収される晶析物のリンの含有量を向上でき、この第１の反応槽からのリンの脱水性を向上できる。
【００７１】
また、リン含有有機性廃水中のリン濃度に対するカルシウムの添加割合を、このリン含有有機性廃水中のカルシウムと合わせて ( リン含有有機性廃水中のリンｍｇ／Ｌ×２．１５＋５０ ) ｍｇ／Ｌ以上とする。この結果、良好なリン濃度の処埋水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態のリン回収装置を示す説明図である。
【図２】 同上リン回収装置を用いたリン含有有機性廃水の処理方法を示す説明図である。
【図３】 同上リン回収装置の第１の反応槽および第２の反応槽でのリン濃度を示すグラフである。
【図４】 同上リン回収装置の第１の反応槽および第２の反応槽での晶析物脱水性能を示すグラフである。
【図５】 本発明の第２の実施の形態のリン含有有機性廃水の処理方法を示す説明図である。
【符号の説明】
４ リン回収装置
６ 第１の反応槽
７ 第２の反応槽
21 混合部としての第１の混合部
22 混合部としての第２の混合部
23 分離部としての第１の分離部
24 分離部としての第２の分離部
Claims (1)
- リン含有有機性廃水にカルシウムを添加して、このリン含有有機性廃水中のリン酸イオンと前記カルシウムとの晶析反応によりアパタイト結晶を生成させて、この生成したアパタイト結晶を回収するリン回収装置であって、
晶析材としてのアパタイト結晶を前記リン含有有機性廃水に懸濁させて晶析反応させる混合部と、このアパタイト結晶を前記リン含有有機性廃水から固液分離する分離部とを有する第１の反応槽および第２の反応槽を備え、
第１の反応槽のリン含有有機性廃水中のリン濃度に対するカルシウムの添加割合は、このリン含有有機性廃水中のカルシウムと合わせて ( リン含有有機性廃水中のリンｍｇ／Ｌ×２．１５＋５０ ) ｍｇ／Ｌ以上であり、
第１の反応槽内のリン含有有機性廃水は、ｐＨが６．５以上８．５以下に調整され、
前記第１の反応槽にて処理されたリン含有有機性廃水を前記第２の反応槽へと流入させ、
第２の反応槽内のリン含有有機性廃水は、ｐＨが８．５以上に調整され、
第２の反応槽の混合部でのアパタイト結晶の濃度が、この第２の反応槽の混合部での晶析反応に必要な濃度となるように、この第２の反応槽の分離部にて固液分離されたアパタイト結晶が第１の反応槽へと返送されるとともに、
この第１の反応槽の分離部から組成がＣａ ５ ( ＰＯ ４ ) ３ ＯＨのアパタイト結晶が回収される
ことを特徴としたリン回収装置。
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