JP4248086B2

JP4248086B2 - Organic wastewater treatment method

Info

Publication number: JP4248086B2
Application number: JP18392899A
Authority: JP
Inventors: 久夫大竹; 章夫黒田; 純一加藤; 俶士西本; 健治桂; 進長谷川
Original assignee: Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2019-06-29
Also published as: JP2001009495A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理場、屎尿処理場などの下水処理プロセス、または食品工場、化学工場などから排出される有機性廃水を処理する方法において、低コスト、高収率でリン成分を分離、回収できるリンの処理方法及び当該処理方法を採用した有機性廃水の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
如上の有機性廃水を処理するための方法として、有機性廃水の生物学的消化により生じた、微生物菌体を主体とする微生物バイオマス及び未処理の残存汚泥からなる余剰汚泥を含んだ処理汚泥を沈殿槽などで固液分離し、上澄として得られる処理水を適宜廃棄処理する一方、余剰汚泥を海洋投棄または陸地埋立などによって処理する方法が広く採用されてきた。
【０００３】
しかしながら、処理すべき有機性廃水によっては、このような処理により発生する処理水及び余剰汚泥中に高含量でリン成分（すなわち、正リン酸（オルトリン酸）、ポリリン酸、リン酸塩、リン酸エステル、リンタンパク質、グリセロリン酸、リン脂質等）が多量に含まれることがある。これらを廃棄することは環境汚染の直接的な原因として問題視され、特に、かかるリン成分を多量に含む処理水を湖沼などに排出すると水の富栄養化に伴う植物プランクトンの著しい増殖を招くために好ましくない。
【０００４】
従って、沈殿装置からの処理水に下記のような凝集剤を添加してリン成分を低減した後に処理水が排出されるというような手段が採られる場合もあったが、大量の処理水にこのような凝集操作を施すには、大規模の処理装置を付加せざるをえず、処理コスト、所要時間、必要人員等の増加を招き、不利益をもたらす要因となってしまう。また、凝集の効率も低く、リン成分の除去が不充分に終わることもある。そして余剰汚泥中のリン成分は除去する術のないまま投棄せざるをえない現状にある。
【０００５】
ところで、従来より知られている、廃水中に含まれるリンの除去プロセスとしては、▲１▼凝集剤添加法、▲２▼晶析脱リン法、▲３▼嫌気−好気活性汚泥法などが挙げられる（下水道施設計画・設計指針と解説（後編）１９９４年版、（社）日本下水道協会発行、第１３１〜１３６頁参照）。
【０００６】
▲１▼の凝集剤添加法は、アルミニウムイオン、鉄イオンなどの三価金属陽イオンが正リン酸イオンと反応して難水溶性のリン酸塩を生成することを利用し、硫酸アルミニウム等の凝集剤を廃水に混和して、難溶性のリン酸塩から形成されるフロック（生物由来のフロックも含む）が沈殿分離されるものである。この方法では５〜２０％程度の余剰汚泥の増加が認められており、リン成分を多量に含む余剰汚泥の大量廃棄は、環境保全が叫ばれている昨今、好ましいとはいい難い。
【０００７】
▲２▼の晶析による方法とは、正リン酸イオンとカルシウムイオンとの反応による難溶性のヒドロキシアパタイトの生成に基づくものであり、余剰汚泥の増加を伴わない点では好ましいのであるが、アパタイト晶析のために必要な条件を厳密にコントロールする必要があるので（例えば、前処理による炭酸イオン等晶析妨害物質の除去、pH調整、温度調整等）、適用が限定され、またコスト増大を招く原因を含んでいるので、やはり廃水処理における手段として好ましい方法とはいえない。
【０００８】
▲３▼の嫌気−好気活性汚泥法は、嫌気状態でエネルギー獲得のためにポリリン酸を正リン酸として放出した微生物が、好気状態で正リン酸を過剰摂取・代謝後ポリリン酸として蓄積することを利用した方法であり、廃水を嫌気槽、好気槽及び沈殿池における反復処理に付して、余剰汚泥にリン成分を内包させ、処理水中のリン成分を除去するものである。この方法で処理水から有効にリン成分を除去できるが、余剰汚泥はリン成分に富み、さらにその他種々の有機成分や重金属成分などが含まれているのでその廃棄に問題を生じる。そして、リン成分は例えば肥料やリン化合物製造等への有効利用の可能性が考えれられるにも関わらず、かような雑多な成分と混合した汚泥状態にあっては無駄に破棄するほかない。
【０００９】
そこで、生物学的処理により発生した汚泥からリンを回収し、有効利用する目的で、汚泥を嫌気的に処理することにより汚泥中のリン成分を溶出させ、その溶出したリン成分を凝集剤を添加して回収する方法（特開平９−２６７０９９号公報参照）が開発されており、さらに最近になって、オゾン処理法（特開平９−９４５９６号公報参照）、アルカリ添加法（特開平８−３９０９６号公報参照）、機械的粉砕による方法（特開平１１−５７７９１号公報参照）などにより汚泥中のリンを回収する方法が提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、オゾン処理法では薬品や廃棄物に起因した問題は少ないが、設備費及びランニングコストが非常に高いので、経済的な面から実用に供しうるとはいえない。そしてアルカリ添加法によればアルカリ廃液が発生し、これの処理のためにさらなる経費を必要とすることになる。また、汚泥を嫌気的処理工程に曝すことにより微生物体内からリン成分を放出させる工程を含む方法によれば、比較的低コストでリンを回収、再利用することが可能になったものの、長期の処理時間を要するうえ、リンの回収率が５０％程度と低く、またリン酸として回収されるために凝集剤の添加量が多くなるものであった。そして機械的粉砕による方法にあっては金属羽根を高速回転したり、あるいはビーズを高速回転させるなど、特殊な装置が必要であってそのメインテナンスにもかなりのコストや時間を要することになる。
【００１１】
ところで、近年、湖沼、閉鎖性海域などのＣＯＤの環境基準の達成率は、それぞれ４０％、６５％と低くなっており、この原因はアオコやプランクトンなどの内部発生物質にあると考えられている。このため、富栄養化の原因となるチッ素、リンの総量排出規制について環境庁は平成１１年２月に中央審議会へ諮問し、平成１２年３月にはこれらの規制に係る答申が行なわれる予定となっており、有機性廃水に含まれるリン成分を効率よく再利用可能に回収し、環境に対しても悪影響を及ぼすことなく低コストにて実施し得る処理方法が希求され続けているところである。
【００１２】
さらにリン成分の需要に着目してみると、現在我が国では年間９０万トン以上（１００億円以上に相当）のリン鉱石が諸外国より輸入されている。しかしながら、その原産地では永年の消費によって高品位のリン鉱石の採取が徐々に困難になってきており、今後安定的に日本に供給されうるか否かは明らかでない。また、アジア、欧米諸国等から年間約３０００トン（４億円以上に相当）のポリリン酸塩が日本に輸入されている現状にあり、この輸入量は年々増大傾向にある。これはポリリン酸が、ＡＴＰの生産や、発ガン性を有するアスベストの代替物として期待されている鉱物繊維の製造の原料となりうる他、トリポリリン酸は合成洗剤、洗浄剤、金属イオン封鎖剤、食品添加剤の原料として、また、製紙、染色、写真技術などに用いる試薬原料などにおいて利用されるためであると考えられる。
【００１３】
従って、このような国内での高い需要に応えるべく、リン鉱石の主要成分であるリン酸塩（リン酸カルシウム）を極めて高純度に含有する状態や、ポリリン酸塩として高純度な状態で、有機性廃水由来のリン成分を回収すれば、廃棄することによって環境汚染の原因となっていた如上のリン成分が極めて有効に活用できることとなり、種々の産業界に対して多大な貢献がもたらされるはずである。
【００１４】
本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであって、その目的は、有機廃水処理方法において効率よく短時間でリン成分を分離回収でき、固体として沈澱させる際の薬剤必要量を低減することができるという効果が達成され、リン成分の再利用に利する処理方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本願第一発明は、有機性廃水を処理する方法において、（１）廃水が好気的処理に付される曝気処理工程、（２）曝気処理後の廃水が一次処理水と汚泥とに分離される固液分離工程、（３）分離された汚泥が濃縮される濃縮工程、（４）濃縮された汚泥よりリン成分を液相に放出させるために６０〜９０℃で１０〜１２０分間加熱処理を行うリン放出工程、及び（５）放出されたリン成分を含有する二次処理水と、リン成分が除去された二次汚泥とに分離する固液分離工程を含むことを特徴とする有機性廃水の処理方法である。この方法によって、曝気処理工程（１）において廃水中の微生物内にリン成分が蓄積され、この処理水は次の固液分離工程（２）によって一次処理水と、リン成分が濃縮された汚泥とに分離され、さらに濃縮された（３）後、短時間加熱という、特段の設備も試薬も必要としないリン放出工程（４）でこの濃縮汚泥からリン成分を液相に放出させて固液分離することで小容量のリン成分高含有処理水（二次処理水）とリン成分が除去された二次汚泥とに分離することが可能となる。ここで放出されるリン成分は、主にポリリン酸の形態となっているので、従来の方法に比較して、凝集、沈殿させるために必要な金属塩などの凝集剤の必要量が格段に低くなる。そして濃縮工程（３）で汚泥を低容量とすることによって、続くリン放出工程（４）に必要とされる槽の減容化が可能となる。そうすれば当該工程での加熱に要するエネルギーの低減、その後の処理槽の減容化にもつながり、設備・維持費を大幅に削減することができる。
【００１６】
本願第二発明は、本願第一発明における前記濃縮工程（３）が浮上濃縮法によって行なわれることを特徴とする。浮上濃縮は、汚泥に空気の気泡を付加することで汚泥の見かけ比重を低減させて汚泥が浮上することを利用するものである。例えば沈澱濃縮では濃縮率に限界があり、汚泥濃度２％程度にまでしか濃縮しえないこと、さらに汚泥の滞留時間によっては微生物が嫌気状態に曝されて前記の曝気処理工程（１）で体内蓄積されていたリン成分が再度放出し、返流水中にリンが含まれることになり、水処理系のリン除去率が低下してしまう可能性がある。従って、実質的に汚泥を好気的状態に保つことができ、リン成分の再放出を防ぎつつ４％汚泥濃度以上の十分な濃縮が実現され、上述の汚泥濃縮に伴う利点を達成することが可能である浮上濃縮法が本発明において好適に採用される。
【００１７】
本願第三発明は、前記濃縮工程（３）によって得られる汚泥と、リン放出工程（４）の後の処理液との熱交換が行なわれ、しかして処理工程における熱の回収効率が良好となりヒートロスが少ない方法を提供する。さらにこのように熱交換を実施すれば、リン放出後に得られた処理液が冷却された後に固液分離工程（５）に付されることになるため、この際の固液分離手段の選択肢が広がるという利点も生じる。
【００１８】
本願第四発明は、前記固液分離工程（５）の後に、当該工程にて生じた二次処理水に対し、放出されたリン成分を凝集剤の添加によって前記液相から沈殿させるリン凝集工程（６）をさらに含むものである。この方法によって成分を沈殿させたものを回収すれば、非常に濃縮された固形成分としてリン成分が得られるので、肥料やリン化合物製造のために利用しやすく、運搬取扱上も有利である。
【００１９】
本願第五発明の処理方法は、前記リン凝集工程（６）が、ｐＨ８．０〜１０．５の塩基性の条件下に実施されるものである。このような条件において、リン成分はリン酸成分及びポリリン酸成分ともに、固体として容易に分離可能な形状へと効率的に凝集する。
【００２０】
本願第六発明の処理方法は、前記曝気処理工程（１）の前に、嫌気的処理工程（７）をさらに含む。この嫌気処理によって、微生物へのリン成分の過剰摂取に先駆けて嫌気的汚泥分解と液相へのリン成分の放出が行われるので、曝気処理におけるリン成分の過剰摂取がさらに効率よく行われることになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の有機性廃水を処理する方法において、汚泥が６０〜９０℃で１０〜１２０分間、好ましくは７０〜８０℃で２０〜６０分間加熱処理され、係る加熱処理によって汚泥中のリン成分が液相に放出される。このような条件で加熱すると、後述の実施例に明らかなように、リン成分を主にポリリン酸として放出させることが可能となる。すると、従来の方法に従いオルトリン酸やその他のリン酸誘導体等としてリン成分が放出された場合に比較して、液相から沈澱としてリン成分を回収するために必要な金属塩などの凝集剤の必要量が格段に低減する。これは、リンの原子数に対する、凝集剤が結合可能なフリーのリン酸残基数が、ポリリン酸では少ないことによるものである。また、ポリリン酸の金属塩の方が、リン酸の金属塩よりも大きな顆粒状の沈澱塊を形成するので、その後の回収処理において、例えば沈澱分離や遠心分離での所要時間を短縮し、容量を減容化し、遠心分離の回転数を抑えることなどが可能となるので好都合である。上記処理温度が６０℃より低いとポリリン酸としてのリン成分の放出が困難であり、９０℃を越えるとポリリン酸の放出後速やかにリン酸へと分解されてしまうので回収のための凝集剤必要量が高まる上、加熱のコストも高沸するので好ましくない。
【００２２】
係るリン放出のための処理を行った後、処理後の汚泥を、沈殿、濾過（膜分離を含む）、遠心等の通常の手段で固液分離し、放出されたリン成分を含む液相に、例えばポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、塩化カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム等の凝集剤を添加して、リン成分を沈殿させるとよい。如上の方法によるリン放出処理液から沈殿を生じさせるためには、従来法における同様の工程での凝集剤必要量の半分以下を添加すれば十分であるので、コストの低減だけでなく、金属含有化合物の産生量を抑制でき、環境保全の観点からも好ましいと云える。沈殿後、得られた固形成分を定法によって回収し、必要に応じて精製処理を施し、肥料やリン化合物、その他種々の薬剤製造のための原料に供することができる。
【００２３】
以下に、本発明の有機性廃水の処理方法における実施の形態を図１及び２の概略フローに基づいて説明する。
【００２４】
すなわち、図１に示す方法では、原廃水Ａを先ず嫌気処理槽７に付し、嫌気的消化せしめると共に、微生物体内にポリリン酸の顆粒として貯留されているリン成分を放出させる。この際リン成分は概ね、加水分解されて正リン酸として液相へと放出されることになる。次いで、この処理液をエアポンプの曝気手段１２を備えた曝気処理槽１に付し、ここで好気的な微生物による有機物の分解及び微生物によるリン成分の摂取（体内貯留）を行う。嫌気処理で放出されたリン成分が、この工程において微生物体内に濃縮されるのである。その後、曝気処理液を固液分離手段２に付し、リン成分が濃縮された汚泥と、一次処理水ａとに分ける。この固液分離手段２としては、従来より知られている沈殿、膜分離を含めた濾過等が適宜に採用可能である。この汚泥の一部は、適宜嫌気処理槽７に返送して、以下の工程に付される汚泥量を調節すると共に嫌気及び好気処理での有機物の分解及び微生物によるリン成分の摂取を十分に行うようにしてもよい。
【００２５】
次に、固液分離手段２から得られた汚泥は、さらに濃縮して高濃度とするための濃縮手段３に付される。濃縮手段３によって高濃度の汚泥を得ると、続くリン放出以降の工程に要する装置の減容化やエネルギーの低減を図ることができる。この濃縮手段３には、沈殿、膜分離を含めた濾過、遠心、浮上濃縮等が利用可能である。実質的に汚泥を好気的状態に保つことができ、リン成分の再放出を防ぎつつ４％汚泥濃度以上の十分な濃縮が実現されるので、濃縮手段３として浮上濃縮を採用することが好ましい。浮上濃縮を実施する場合の好ましい条件は、汚泥容量の約４倍量の循環水を用いた循環系において、係る循環水に対して約２〜３％の空気を溶解させるというものである。濃縮手段３によって一次汚泥ｘを得ると共に、リン成分を多含しない分離水は前記一次処理水ａと共に放流することができる。
【００２６】
こうして得られた一次汚泥ｘを熱交換器１１に通して加熱した後、汚泥に含まれる微生物からリン成分を液相に放出させるために、次なるリン放出槽４において、ヒーター、スチーム発生装置などの加熱手段１０を用いて６０〜９０℃で１０〜１２０分間、好ましくは７０〜８０℃で２０〜６０分間の加熱処理を行うことによって、リン成分を主にポリリン酸として微生物より放出させる。ポリリン酸としてリン成分が放出されると、液相から沈澱としてリン成分を回収するためのリン凝集槽６での処理のために必要な金属塩などの凝集剤Ｂの必要量が、上述したように嫌気処理、オゾン処理、アルカリ処理などにてリン酸として放出された場合に比較して格段に低減する。ポリリン酸の金属塩が大きな顆粒状の沈澱塊を形成するので、その後の回収処理、例えば沈澱分離や遠心分離での所要時間や容量、回転数などを低減させることができるので好都合である。
【００２７】
このリン放出槽４における処理の終了後、固液分離手段５によって比較的小容量のリン成分高含有処理水（二次処理水）ｂと二次汚泥ｚとに分離する。この固液分離手段としては、例えば、遠心分離、脱水機による分離などが好適である。この二次処理水ｂは、従来の廃水処理法にて生じる、リン成分を含む処理水よりも格段にその容量が低減されているので、以下のようなリン成分回収を目的としたリン凝集工程のための設備が、非常に小規模なもので充分になる。
【００２８】
リン凝集工程では、晶析脱リンなどの従来知られた方法も利用可能であるが、一般に、前記二次処理水ｂをリン凝集槽６に導入し、上記のような凝集剤Ｂを攪拌下に添加して、リン成分を固形成分として凝集させる。ここで、二次処理水ｂに含まれるリン成分は主としてポリリン酸として得られているので、少量の凝集剤Ｂを用いても回収の容易な顆粒状の固形成分に凝集させることが可能となる。凝集剤Ｂを添加し、攪拌、沈殿後に、以下の工程に従ってリン成分を回収する。凝集剤Ｂの添加量は、二次処理水ｂに含まれる全リン成分及びポリリン酸の量から遊離リン酸残基数を割り出して、これに足るモル数の量だけ用いることが最も好ましい。なお、前記リン凝集槽６での凝集反応に際して固形成分としてのリン成分の回収率を良好にするため、二次処理水ｂは例えば、水酸化ナトリウム水溶液等の塩基性物質を適量添加することでｐＨ８以上、好ましくは８．０〜１０．５、より好ましくは９〜１０の塩基性に調整されているとよい。
【００２９】
次いで固液分離手段８によって、リン成分を実質的に含まない三次処理水ｃと固形リン成分ｙを得る。この固形のリン成分ｙは、汚泥から分離されており、原廃水に含まれていたその他の成分もほとんど含んでおらず、そして減容化されており、肥料や、合成洗剤、洗浄剤、金属イオン封鎖剤、食品添加剤の原料として、また、製紙、染色、写真技術などに用いる試薬原料、リン化合物製造のための原料などに利用しやすいものとなっている。しかしながら、さらなるリン回収手段９により、実質的に乾燥固体としてリン成分ｐを回収して、流通、運搬が最も容易な形態とすることが好ましい。このリン回収手段９には例えば、凍結乾燥、脱水・乾燥などの方法が挙げられる。
【００３０】
特に好ましい実施態様を示す図２では、前記の濃縮手段３より得られた一次汚泥ｘとリン放出槽４から得られる処理液との熱交換が、熱交換器１１にて行なわれる。そうすれば熱の回収効率が良好となり、ヒートロスが少ないという点で好都合である。さらに、このように熱交換を実施すれば、リン放出後に得られた処理液が冷却された後に固液分離手段５に供されることになるため、固液分離手段５の耐熱性があまり要求されないことになり、繁用されている遠心分離器、膜分離器、ベルトプレス、フィルタープレス等の脱水機等を広く利用できる。特にベルトプレス型の脱水機の採用が企図される場合、高温による濾布のシュリンク等の不都合を回避でき、膜の寿命も延長されうる。
【００３１】
さらに、前記リン凝集槽６における処理工程の実施前または実施後のいずれかにイオン交換クロマトグラフィー等を利用して、リン成分をリン酸イオンとポリリン酸イオンに、またはリン酸塩とポリリン酸塩とに、すなわち、リン酸成分とポリリン酸成分とに分離することで、それぞれ異なる用途に利用されると考えられる双方の成分の供給形態としてもよい。
【００３２】
以上例示した本発明において、曝気処理槽１、固液分離手段８、嫌気処理槽７のそれぞれの構造ならびにこれらを結ぶ経路は特に限定されるものではなく、本質的に、従来より利用されているものを用いることができる。本発明の装置のため、曝気処理槽１にはエアポンプ、ブロアなどの曝気手段１２から送られる空気を曝気処理槽１内に行き渡らせることができる散気装置１３を、そして嫌気処理槽７においては好ましくは攪拌手段などを具備するものであればよい。またこれらの工程における各々の条件等も、従来知られている好気的処理方法、固液分離方法等に従って行うとよい（特開平９−１０７９１号明細書等を参照されたい）。
【００３３】
概略説明すると、曝気処理槽１における処理は、常温下にて実施される。そして、固液分離手段２としては、例えば、沈殿、膜分離を含む濾過等の手段が選択される。これらのうち、設備及び維持費が安価ですみ、且つ操作にも殆ど手間を必要としないことから沈殿が好ましい。また固液分離手段８としては、例えば、沈殿、濾過（膜分離を含む）または遠心等の手段を選択することができる。これらのうち、特別に高価な装置や手間を必要としないことから、沈殿または濾過が好ましく、処理液の性状により分離が容易であれば、沈殿槽における沈殿が最も好ましい。そして嫌気処理槽７における処理温度は特に限定されず、好ましくは常温下に行えばよい。ここで、嫌気処理槽７に攪拌手段を備えて、微生物の周囲に放出されたリン成分が滞留してリン放出が阻止されないようにすることが好ましい。
【００３４】
最終的にリン成分ｐとして回収されるリン成分は、濃縮されているだけでなくかなり純化されているので上述のように肥料、種々のリン化合物、薬剤の製造等における原料のリン鉱石として再利用されるために好適である。
【００３５】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明の範囲はもとより、これら実施例によって限定的に解釈されるべきものではない。
【００３６】
［実施例１］
実験室内回分式嫌気好気活性汚泥プロセスにて、１Ｌ容量の三角フラスコ中に、下水処理場由来の活性汚泥５００ｍｌを入れ、次いで以下の表１に示す組成を有する、リン成分を含有した有機性廃水５００ｍｌを投入した。
【００３７】
【表１】

【００３８】
この原廃水１Ｌに対して、嫌気処理を２０℃、ｐＨ７にて滞留時間２時間にわたって行い、続いて２０℃、曝気量２０ｖｖｍ（エアレーションポンプを使用）、ｐＨ７にて滞留時間５時間にわたり好気処理を実施した。この処理の間、液体をスターラーで攪拌し続け、液量は１Ｌに維持するようにした。
【００３９】
好気処理終了後に、汚泥を１ｍｌずつエッペンドルフチューブ２５本に分取し、それぞれ５本ずつを５０℃、６０℃、７０℃、８０℃及び９０℃に設定した恒温槽に静置した。２０分毎に１チューブずつサンプリングし、各試料を８，０００×ｇにて５分間遠心分離してから、上清に含まれる全リン量、ポリリン酸量及びリン酸量を以下の方法に従って定量した。
全リン量：過硫酸アンモニウム存在下に熱水分解（１２１℃、３０分間）した後、下記方法によりリン酸として定量
ポリリン酸量：１Ｎ塩酸の存在下に加熱分解（１００℃、７分間）した後、下記方法によりリン酸として定量
リン酸量：ＪＩＳＫ０１０２によるモリブデン青（アスコルビン酸還元）吸光光度法に基づくリン酸イオン量測定
次いで、これらの上清中のリン成分が凝集沈殿によって分離できるか否かを調べるため、塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）を最終濃度が５０ｍＭとなるように添加し、８，０００×ｇにて５分間遠心分離することによって得られる沈殿物の全リン量を上記全リン定量法により測定した。
【００４０】
こうして得られた結果を図３に示す。図３において、（ａ）は５０℃、（ｂ）は６０℃、（ｃ）は７０℃、（ｄ）は８０℃、（ｅ）は９０℃での加熱処理による各定量値の経時変化を示し、（ｆ）には、上記加熱処理前の活性汚泥中のリン組成（▲１▼：リン酸、▲２▼：ポリリン酸及び▲３▼：その他リン酸化合物量）を示す。
【００４１】
図３より、活性汚泥試料の加熱処理を５０℃で行った場合、汚泥から放出されるリン成分の量はすべて少なく、しかもポリリン酸よりもリン酸として放出される量が多いことが判る（図３（ａ））。この温度では、汚泥中のポリリン酸顆粒は殆ど遊離して来ないようであった。処理温度７０℃では（図３（ｃ））、加熱開始後１時間で活性汚泥中に存在していたポリリン酸量（図３（ｆ）、▲２▼）の約９０％が遊離、放出されていた。そしてこの時点では、ポリリン酸の約２０％に該当する量が、リン酸にまで分解されている。加熱開始２時間後に塩化カルシウムを添加して遠心分離を行うと、遊離していた全リン量のほとんどが、沈殿物として回収できた。処理温度を９０℃とすると（図３（ｅ））、ポリリン酸の放出は急速に進行し、この条件下では約１０分で終了してしまう。この時点でリン酸に分解していた量は約１０％であった。ポリリン酸の放出が終了すると、このポリリン酸は急速にリン酸へと分解され、加熱開始２時間後には遊離したポリリン酸の約６０％がリン酸になっていた。この時点で塩化カルシウムによる凝集沈殿を行っても、回収できるリン成分の量は放出された量の約２０％程度に過ぎなかった。従って、本発明の方法を９０℃の温度で実施する場合には、放出されたポリリン酸を速やかに凝集沈殿に付すことが好ましいことが示される。
【００４２】
［実施例２］
実施例１で採取した試料について、可視光下及びＤＡＰＩ（４’，６−ジアミジノ−２−フェニルインドール）蛍光染色後紫外線照射下で鏡検し、ポリリン酸顆粒の存在を調べた。加熱処理前の活性汚泥試料（ａ）、７０℃、６０分間処理後の上清試料（ｂ）及びこの上清からの塩化カルシウム沈殿物（ｃ）を検体とした。ポリリン酸顆粒は、ＤＡＰＩ蛍光染色して紫外線（ＵＶ）を照射することにより、特異的に黄色の発光を呈するので、容易に同定しうるものである。その結果を図４に示す。加熱処理前の活性汚泥試料（図４、（ａ））をＤＡＰＩ染色後紫外線照射すると、黄色のポリリン酸顆粒が認められた。尚、加熱前の上清について同様の観察を行っても、ポリリン酸顆粒は全く認められなかった。７０℃、６０分間処理後の上清試料（図４、（ｂ））と、この上清からの塩化カルシウム沈殿物（図４、（ｃ））についても黄色のポリリン酸顆粒が認められた。従って、実施例１の定量法によるポリリン酸が、ポリリン酸顆粒として存在していることが確認できた。
【００４３】
［実施例３］
リン成分を凝集させて固形成分として回収する際の至適ｐＨを調べるために、実施例１と同様の方法によって調製した活性汚泥（全リン酸量：２．７６ミリモル）を９０℃にて１５分間または１２０分間処理して、リン成分を液相に放出させた。この上清を図５に示す種々のｐＨ（７付近、７．５、８．０、８．５または９．０）にトリス緩衝液を用いて調整し、次いで塩化カルシウムを最終濃度５０ｍＭとなるように添加、攪拌した。沈降物として回収された全リン酸量を定量した結果を図５に示す。この結果から、リン凝集槽６においてリン成分を固形成分として回収するにあたり、そのｐＨを８以上の塩基性、好ましくは８．０〜１０．５に調整しておくと優れた効率でリン成分の回収が成し遂げられることが明らかになった。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によって、有機性廃水中に含まれるリン成分を、短時間で小容量液体または固体状態に分離回収でき、リンの再利用を容易にすることができるという効果が奏される。この際、リン成分がポリリン酸として濃縮されているので、必要とされる凝集剤の量は、従来知られている方法よりも極めて少量で十分である。
【００４５】
本発明の方法は、特に試薬や高価な設備を要さずリン成分の回収率も高いので、低コストの処理を可能にするという点で有利なものである。
【００４６】
また、本発明により、ヒートロスが少なく経済性の高い汚泥処理方法においてリン成分を回収することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機性廃水の処理方法の一実施態様の概略構成図である。
【図２】本発明の有機性廃水の処理方法の特に好ましい一実施態様の概略構成図である。
【図３】活性汚泥を５０〜９０℃の範囲の温度で処理した場合の、種々のリン成分の放出の経時的変化を示すグラフである。
【図４】（ａ）活性汚泥、（ｂ）７０℃、６０分間処理後の上清及び（ｃ）塩化カルシウムによる沈殿成分を可視光と、ＤＡＰＩでポリリン酸を蛍光染色して観察した結果の顕微鏡写真（１０００倍拡大）を示す図である。
【図５】種々のｐＨでの凝集剤添加によるリン回収の効率を示すグラフである。
【符号の説明】
１…曝気処理槽
２，５，８…固液分離手段
３…濃縮手段
４…リン放出槽
６…リン凝集槽
７…嫌気処理槽
９…リン回収手段
１０…加熱手段
１１…熱交換器
１２…曝気手段
１３…散気手段
Ａ…原廃水
Ｂ…凝集剤
ａ…一次処理水
ｂ…二次処理水
ｃ…三次処理水
ｘ…一次汚泥
ｙ…固形リン成分
ｚ…二次汚泥
ｐ…リン成分[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention separates and recovers phosphorus components at a low cost and in a high yield in a sewage treatment process such as a sewage treatment plant and a manure treatment plant, or a method of treating organic wastewater discharged from a food factory, a chemical factory, etc. The present invention relates to a method for treating phosphorus, and a method for treating organic wastewater that employs the treatment method.
[0002]
[Prior art]
As a method for treating the above organic wastewater, treated sludge containing surplus sludge composed of microbial biomass mainly composed of microbial cells and untreated residual sludge generated by biological digestion of organic wastewater. A method has been widely adopted in which solid-liquid separation is performed in a sedimentation tank or the like and treated water obtained as a supernatant is appropriately disposed of, while surplus sludge is disposed of by ocean dumping or land reclamation.
[0003]
However, depending on the organic wastewater to be treated, a high content of phosphorus components (that is, orthophosphoric acid (orthophosphoric acid), polyphosphoric acid, phosphate, phosphoric acid) in the treated water and excess sludge generated by such treatment. Ester, phosphoprotein, glycerophosphoric acid, phospholipid, etc.) may be contained in large quantities. Disposing of them is regarded as a problem as a direct cause of environmental pollution. In particular, if treated water containing a large amount of such phosphorus components is discharged to lakes, etc., phytoplankton will grow significantly due to water eutrophication. It is not preferable.
[0004]
Therefore, there is a case where the treatment water is discharged after adding the flocculant as described below to the treated water from the precipitator to reduce the phosphorus component. In order to perform such an agglomeration operation, a large-scale processing apparatus must be added, resulting in an increase in processing cost, required time, required personnel, and the like, resulting in a disadvantage. In addition, the efficiency of aggregation is low, and removal of the phosphorus component may end inadequately. And the phosphorus component in surplus sludge is in the present condition which must be discarded without the technique of removing.
[0005]
By the way, conventionally known processes for removing phosphorus contained in wastewater include (1) flocculant addition method, (2) crystallization dephosphorization method, and (3) anaerobic-aerobic activated sludge method. (See Sewerage Facility Planning and Design Guidelines and Explanation (Part 2), 1994 edition, published by Japan Sewerage Association, pages 131-136).
[0006]
(1) The flocculant addition method utilizes the fact that trivalent metal cations such as aluminum ions and iron ions react with normal phosphate ions to form slightly water-soluble phosphates. A floc (including a biological floc) formed from a poorly soluble phosphate is precipitated and separated by mixing a flocculant with waste water. In this method, an increase in surplus sludge of about 5 to 20% is recognized, and mass disposal of surplus sludge containing a large amount of phosphorus component is not preferable in recent years when environmental preservation is screamed.
[0007]
The method (2) by crystallization is based on the production of poorly soluble hydroxyapatite by the reaction of normal phosphate ions and calcium ions, and is preferable in that it does not increase surplus sludge. Since the conditions necessary for crystallization need to be strictly controlled (for example, removal of crystallization interfering substances such as carbonate ions by pretreatment, pH adjustment, temperature adjustment, etc.), application is limited and cost increases Since the cause is included, it cannot be said to be a preferable method as a means in wastewater treatment.
[0008]
The anaerobic-aerobic activated sludge method in (3) shows that microorganisms that have released polyphosphoric acid as normal phosphoric acid to gain energy in anaerobic conditions accumulate excessive phosphate in the aerobic state and post-metabolized polyphosphoric acid. In this method, waste water is subjected to repeated treatment in an anaerobic tank, an aerobic tank, and a sedimentation basin, and the phosphorus component is included in the excess sludge to remove the phosphorus component in the treated water. Although the phosphorus component can be effectively removed from the treated water by this method, the excess sludge is rich in the phosphorus component and further contains various organic components and heavy metal components, which causes a problem in disposal. In spite of the possibility of effective use for fertilizer, phosphorus compound production, and the like, the phosphorus component must be discarded in vain in the sludge mixed with such miscellaneous components.
[0009]
Therefore, for the purpose of recovering phosphorus from sludge generated by biological treatment and using it effectively, sludge is treated anaerobically to elute the phosphorus component in the sludge and add the flocculant to the eluted phosphorus component. In recent years, an ozone treatment method (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-94596) and an alkali addition method (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-39096) have been developed. And a method of recovering phosphorus in sludge by a method by mechanical pulverization (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-57991) or the like.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the ozone treatment method has few problems caused by chemicals and wastes, but the equipment cost and running cost are very high, so it cannot be practically used from the economical viewpoint. And according to the alkali addition method, an alkaline waste liquid is generated, and further costs are required for the treatment thereof. Further, according to the method including the step of releasing the phosphorus component from the microbial body by exposing the sludge to the anaerobic treatment step, phosphorus can be recovered and reused at a relatively low cost. In addition to the treatment time, the recovery rate of phosphorus was as low as about 50%, and the amount of flocculant added was increased because it was recovered as phosphoric acid. In the mechanical pulverization method, a special device such as a high-speed rotation of metal blades or a high-speed rotation of beads is required, and the maintenance requires considerable cost and time.
[0011]
By the way, in recent years, the achievement rates of environmental standards for COD such as lakes and closed waters have been lowered to 40% and 65%, respectively, and this is considered to be caused by internally generated substances such as sea lions and plankton. . For this reason, the Environment Agency consulted with the Central Council in February 1999 regarding restrictions on the total amount of nitrogen and phosphorus that cause eutrophication, and a report on these regulations was made in March 2000. There is an ongoing need for a treatment method that can efficiently and reusably recover the phosphorus component contained in organic wastewater and that can be implemented at low cost without adversely affecting the environment. By the way.
[0012]
Looking further at the demand for phosphorus components, Japan currently imports more than 900,000 tons (corresponding to more than 10 billion yen) of phosphorus ore from other countries. However, it has become increasingly difficult to collect high-grade phosphorus ore in the country of origin due to long-term consumption, and it is not clear whether it can be stably supplied to Japan in the future. In addition, about 3000 tons (corresponding to more than 400 million yen) of polyphosphate is imported into Japan annually from Asia, Europe and the United States, and this import amount is increasing year by year. This is because polyphosphoric acid can be used as a raw material for the production of mineral fiber, which is expected to be a substitute for ATP production and carcinogenic asbestos, and tripolyphosphoric acid is a synthetic detergent, detergent, sequestering agent, food This is considered to be because it is used as a raw material for additives, and as a reagent raw material used in papermaking, dyeing, photographic technology, and the like.
[0013]
Therefore, in order to meet such a high domestic demand, organic wastewater in a state containing a very high purity phosphate (calcium phosphate), which is a major component of phosphate ore, or in a high purity state as polyphosphate. If the phosphorus component derived is recovered, it would be possible to use the phosphorus component that caused the environmental pollution by discarding it very effectively, which would greatly contribute to various industries.
[0014]
The present invention has been made in view of such a current situation, and an object of the present invention is to efficiently separate and recover phosphorus components in a short period of time in an organic wastewater treatment method, and to reduce the amount of chemicals required for precipitation as a solid. It is an object of the present invention to provide a treatment method that achieves the effect of being able to be performed and is advantageous for the reuse of the phosphorus component.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the first invention of the present application is a method for treating organic wastewater, wherein (1) an aeration treatment step in which the wastewater is subjected to aerobic treatment; (2) primary treatment of the wastewater after the aeration treatment; A solid-liquid separation step for separating water and sludge; (3) a concentration step for concentrating the separated sludge; and (4) at 60 to 90 ° C. in order to release a phosphorus component from the concentrated sludge to the liquid phase. Including a phosphorus release step of performing heat treatment for 10 to 120 minutes, and (5) a solid-liquid separation step of separating into secondary treated water containing the released phosphorus component and secondary sludge from which the phosphorus component has been removed. Is a method for treating organic wastewater. By this method, the phosphorus component is accumulated in the microorganisms in the wastewater in the aeration treatment step (1), and this treated water is treated with the primary treated water and the sludge enriched with the phosphorus component in the next solid-liquid separation step (2). (3) and then concentrated (3), followed by short heating, a phosphorus release step (4) that does not require any special equipment or reagents to release the phosphorus component from this concentrated sludge into the liquid phase for solid-liquid separation. By doing so, it becomes possible to isolate | separate into the secondary sludge from which the small volume phosphorus component high content process water (secondary process water) and the phosphorus component were removed. Since the phosphorus component released here is mainly in the form of polyphosphoric acid, the required amount of aggregating agent such as a metal salt required for agglomeration and precipitation is much lower than that of the conventional method. Become. And the volume reduction of the tank required for the following phosphorus discharge | release process (4) is attained by making sludge into a low capacity | capacitance at a concentration process (3). If it does so, it will also lead to the reduction of the energy required for the heating at the said process, and volume reduction of a subsequent processing tank, and can reduce installation and a maintenance cost significantly.
[0016]
The second invention of the present application is characterized in that the concentration step (3) in the first invention of the present application is performed by a levitation concentration method. Levitation concentration utilizes the fact that sludge floats by reducing the apparent specific gravity of sludge by adding air bubbles to the sludge. For example, in precipitation concentration, the concentration rate is limited, and it can only be concentrated to a sludge concentration of about 2%. Furthermore, depending on the sludge residence time, microorganisms are exposed to an anaerobic state, and the aeration treatment step (1) Accumulated phosphorus components are released again, and phosphorus is contained in the return water, which may reduce the phosphorus removal rate of the water treatment system. Accordingly, the sludge can be substantially maintained in an aerobic state, and sufficient concentration of 4% sludge concentration or more can be realized while preventing the re-release of the phosphorus component, and the advantages associated with the above-described sludge concentration can be achieved. Possible flotation concentration methods are preferably employed in the present invention.
[0017]
In the third invention of the present application, heat exchange between the sludge obtained in the concentration step (3) and the treatment liquid after the phosphorus release step (4) is performed, and heat recovery efficiency in the treatment step is improved, resulting in heat loss. Provide a way less. Furthermore, if heat exchange is performed in this way, the treatment liquid obtained after the release of phosphorus is cooled and then subjected to the solid-liquid separation step (5). There is also the advantage of spreading.
[0018]
The fourth invention of the present application is a phosphorus aggregation step of precipitating the released phosphorus component from the liquid phase by adding a flocculant to the secondary treated water generated in the solid-liquid separation step (5). (6) is further included. If the component precipitated by this method is collected, the phosphorus component can be obtained as a highly concentrated solid component. Therefore, it is easy to use for the production of fertilizers and phosphorus compounds, and is advantageous in terms of transportation.
[0019]
In the treatment method of the fifth invention of the present application, the phosphorus aggregation step (6) is carried out under basic conditions of pH 8.0 to 10.5. Under such conditions, the phosphorous component efficiently aggregates into a form that can be easily separated as a solid together with the phosphoric acid component and the polyphosphoric acid component.
[0020]
The treatment method of the sixth invention of the present application further includes an anaerobic treatment step (7) before the aeration treatment step (1). This anaerobic treatment leads to anaerobic sludge decomposition and release of the phosphorus component into the liquid phase prior to the excessive intake of the phosphorus component to the microorganisms, so that the excessive intake of the phosphorus component in the aeration process is performed more efficiently. Become.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the method for treating organic wastewater of the present invention, sludge is heat-treated at 60 to 90 ° C. for 10 to 120 minutes, preferably 70 to 80 ° C. for 20 to 60 minutes, and the phosphorus component in the sludge is liquidized by such heat treatment. Released into the phase. Heating under such conditions makes it possible to release the phosphorus component mainly as polyphosphoric acid, as will be apparent from the examples described later. Then, compared with the case where the phosphorus component is released as orthophosphoric acid or other phosphoric acid derivatives according to the conventional method, a coagulant such as a metal salt required for recovering the phosphorus component as a precipitate from the liquid phase is necessary. The amount is greatly reduced. This is because polyphosphoric acid has a small number of free phosphoric acid residues to which the aggregating agent can bind with respect to the number of phosphorus atoms. In addition, since the metal salt of polyphosphoric acid forms a larger granular lump than the metal salt of phosphoric acid, the time required for separation and centrifugation, for example, in the subsequent recovery process is shortened. This is advantageous because it is possible to reduce the volume and reduce the rotation speed of the centrifugal separation. When the treatment temperature is lower than 60 ° C., it is difficult to release the phosphorus component as polyphosphoric acid, and when it exceeds 90 ° C., the polyphosphoric acid is rapidly decomposed into phosphoric acid after the release, so a flocculant is required for recovery. This is not preferable because the amount increases and the heating cost is high.
[0022]
After performing the treatment for releasing phosphorus, the treated sludge is solid-liquid separated by ordinary means such as precipitation, filtration (including membrane separation), and centrifugation to obtain a liquid phase containing the released phosphorus component. , For example, adding a flocculant such as polyaluminum chloride, aluminum sulfate, ferric chloride, ferrous sulfate, calcium chloride, calcium oxide, calcium hydroxide, magnesium chloride, magnesium sulfate, magnesium oxide, magnesium hydroxide, It is good to precipitate the phosphorus component. In order to cause precipitation from the phosphorus release treatment solution by the above method, it is sufficient to add less than half of the amount of coagulant required in the same process in the conventional method. It can be said that the production amount of the compound can be suppressed, which is preferable from the viewpoint of environmental conservation. After precipitation, the obtained solid component can be recovered by a conventional method, subjected to purification treatment as necessary, and used as a fertilizer, a phosphorus compound, or other raw materials for producing various drugs.
[0023]
Below, embodiment in the processing method of the organic wastewater of this invention is described based on the schematic flow of FIG.
[0024]
That is, in the method shown in FIG. 1, the raw wastewater A is first applied to the anaerobic treatment tank 7 to be anaerobically digested, and the phosphorus component stored as polyphosphoric acid granules in the microorganism is released. At this time, the phosphorus component is generally hydrolyzed and released into the liquid phase as normal phosphoric acid. Next, this treatment liquid is applied to an aeration treatment tank 1 equipped with an aeration means 12 of an air pump, where organic substances are decomposed by aerobic microorganisms and phosphorus components are ingested (stored in the body) by microorganisms. The phosphorus component released by the anaerobic treatment is concentrated in the microorganism in this step. Thereafter, the aeration treatment liquid is applied to the solid-liquid separation means 2 and divided into sludge enriched with phosphorus components and primary treated water a. As this solid-liquid separation means 2, conventionally known precipitation, filtration including membrane separation, and the like can be appropriately employed. A part of this sludge is appropriately returned to the anaerobic treatment tank 7 to adjust the amount of sludge applied to the following steps, and to sufficiently decompose the organic matter in the anaerobic and aerobic treatment and ingest the phosphorus component by the microorganisms. You may make it perform.
[0025]
Next, the sludge obtained from the solid-liquid separation means 2 is further subjected to a concentration means 3 for further concentration to obtain a high concentration. When high-concentration sludge is obtained by the concentrating means 3, it is possible to reduce the volume of the apparatus and the energy required for the subsequent steps after the release of phosphorus. As the concentration means 3, precipitation, filtration including membrane separation, centrifugation, levitation concentration, and the like can be used. Since the sludge can be substantially maintained in an aerobic state and sufficient concentration of 4% sludge concentration or more is realized while preventing the re-release of the phosphorus component, it is preferable to employ the floating concentration as the concentration means 3. . A preferable condition for carrying out the flotation concentration is that about 2-3% of air is dissolved in the circulating water in the circulating system using about 4 times the sludge capacity. The primary sludge x can be obtained by the concentrating means 3 and the separated water containing no phosphorus component can be discharged together with the primary treated water a.
[0026]
The primary sludge x thus obtained is heated through the heat exchanger 11 and then the phosphorus component is released from the microorganisms contained in the sludge to the liquid phase. In the next phosphorus release tank 4, a heater, a steam generator, etc. The heating component 10 is used, and the heat treatment is performed at 60 to 90 ° C. for 10 to 120 minutes, preferably at 70 to 80 ° C. for 20 to 60 minutes, whereby the phosphorus component is mainly released from the microorganism as polyphosphoric acid. When the phosphorus component is released as polyphosphoric acid, the necessary amount of the coagulant B such as a metal salt required for the treatment in the phosphorus coagulation tank 6 for recovering the phosphorus component as a precipitate from the liquid phase is as described above. Compared with the case where it is released as phosphoric acid by anaerobic treatment, ozone treatment, alkali treatment, etc., it is significantly reduced. Since the metal salt of polyphosphoric acid forms a large granular precipitate lump, it is advantageous in that it can reduce the time and volume required for the subsequent recovery process, such as precipitation separation and centrifugation, the number of revolutions, and the like.
[0027]
After the treatment in the phosphorus release tank 4 is finished, the solid-liquid separation means 5 separates into a relatively small volume of phosphorus component-rich treated water (secondary treated water) b and secondary sludge z. As the solid-liquid separation means, for example, centrifugal separation, separation by a dehydrator and the like are suitable. Since this secondary treated water b has a much smaller capacity than the treated water containing the phosphorus component produced by the conventional wastewater treatment method, the following phosphorus agglomeration step for the purpose of phosphorus component recovery A very small facility will be sufficient for this purpose.
[0028]
In the phosphorus flocculation step, a conventionally known method such as crystallization dephosphorization can be used. In general, the secondary treated water b is introduced into the phosphorus flocculation tank 6 and the above flocculant B is stirred. And the phosphorus component is agglomerated as a solid component. Here, since the phosphorus component contained in the secondary treated water b is mainly obtained as polyphosphoric acid, it can be aggregated into a granular solid component that can be easily recovered even if a small amount of the flocculant B is used. . The flocculant B is added, and after stirring and precipitation, the phosphorus component is recovered according to the following steps. As for the addition amount of the flocculant B, it is most preferable to calculate the number of free phosphoric acid residues from the amount of total phosphorus components and polyphosphoric acid contained in the secondary treated water b, and use only the amount of moles sufficient for this. In addition, in order to improve the recovery rate of the phosphorus component as a solid component during the aggregation reaction in the phosphorus aggregation tank 6, the secondary treated water b is obtained by adding an appropriate amount of a basic substance such as an aqueous sodium hydroxide solution, for example. The pH should be adjusted to 8 or more, preferably 8.0 to 10.5, more preferably 9 to 10.
[0029]
Next, the solid-liquid separation means 8 obtains tertiary treated water c and solid phosphorus component y substantially free of phosphorus component. This solid phosphorus component y is separated from the sludge, contains almost no other components contained in the raw wastewater, and has been reduced in volume, fertilizer, synthetic detergent, cleaning agent, metal It is easy to use as a raw material for ion sequestering agents and food additives, as a raw material for reagents used in papermaking, dyeing, photographic technology, and raw materials for producing phosphorus compounds. However, it is preferable that the phosphorus component p is substantially recovered as a dry solid by the further phosphorus recovery means 9 so that it can be distributed and transported most easily. Examples of the phosphorus recovery means 9 include methods such as freeze drying, dehydration and drying.
[0030]
In FIG. 2 showing a particularly preferred embodiment, heat exchange between the primary sludge x obtained from the concentration means 3 and the treatment liquid obtained from the phosphorus release tank 4 is performed in the heat exchanger 11. This is advantageous in that heat recovery efficiency is good and heat loss is small. Furthermore, if heat exchange is performed in this way, the treatment liquid obtained after the release of phosphorus is cooled and then supplied to the solid-liquid separation means 5, so that the heat resistance of the solid-liquid separation means 5 is not much required. Therefore, dehydrators such as centrifugal separators, membrane separators, belt presses, filter presses and the like that are frequently used can be widely used. In particular, when the adoption of a belt press type dehydrator is intended, inconveniences such as shrinking of the filter cloth due to high temperature can be avoided, and the life of the membrane can be extended.
[0031]
Furthermore, the phosphorous component is converted into phosphate ions and polyphosphate ions, or phosphates and polyphosphates using ion exchange chromatography or the like either before or after the execution of the treatment step in the phosphorus aggregation tank 6. In other words, by separating the phosphoric acid component and the polyphosphoric acid component, it is possible to supply both components that are considered to be used for different purposes.
[0032]
In the present invention exemplified above, the structures of the aeration treatment tank 1, the solid-liquid separation means 8, and the anaerobic treatment tank 7 and the paths connecting them are not particularly limited and are essentially used conventionally. Things can be used. Because of the apparatus of the present invention, the aeration treatment tank 1 has an aeration device 13 that can distribute the air sent from the aeration means 12 such as an air pump and a blower into the aeration treatment tank 1, and the anaerobic treatment tank 7 Preferably, what is necessary is just to comprise a stirring means. In addition, each condition in these steps may be performed according to a conventionally known aerobic treatment method, solid-liquid separation method, or the like (see JP-A-9-10791).
[0033]
If it demonstrates schematically, the process in the aeration processing tank 1 will be implemented under normal temperature. As the solid-liquid separation means 2, for example, means such as precipitation and filtration including membrane separation are selected. Of these, precipitation is preferred because equipment and maintenance costs are low, and little effort is required for operation. Further, as the solid-liquid separation means 8, for example, means such as precipitation, filtration (including membrane separation) or centrifugation can be selected. Of these, precipitation or filtration is preferable because it does not require specially expensive equipment or labor, and precipitation in a precipitation tank is most preferable if separation is easy due to the properties of the treatment liquid. And the processing temperature in the anaerobic processing tank 7 is not specifically limited, Preferably what is necessary is just to perform at normal temperature. Here, it is preferable that the anaerobic treatment tank 7 is provided with stirring means so that the phosphorus component released around the microorganisms stays and the phosphorus release is not prevented.
[0034]
The phosphorus component finally recovered as the phosphorus component p is not only concentrated but also highly purified, so it can be reused as a raw material ore for fertilizer, various phosphorus compounds, pharmaceutical production, etc. It is suitable to be done.
[0035]
【Example】
Examples of the present invention will be described below, but the scope of the present invention should not be construed as being limited to these examples.
[0036]
[Example 1]
In a laboratory batch-type anaerobic aerobic activated sludge process, 500 ml of activated sludge derived from a sewage treatment plant is placed in a 1 L Erlenmeyer flask, and then has an organic composition containing a phosphorus component having the composition shown in Table 1 below. 500 ml of waste water was added.
[0037]
[Table 1]

[0038]
1 L of this raw wastewater is subjected to anaerobic treatment at 20 ° C. and pH 7 for a residence time of 2 hours, followed by aerobic treatment at 20 ° C. and an aeration amount of 20 vvm (using an aeration pump) at a pH of 7 for a residence time of 5 hours. Carried out. During this treatment, the liquid was continuously stirred with a stirrer so that the liquid volume was maintained at 1 L.
[0039]
After completion of the aerobic treatment, 1 ml of sludge was fractionated into 25 Eppendorf tubes, and 5 each was placed in a thermostat set at 50 ° C., 60 ° C., 70 ° C., 80 ° C. and 90 ° C. Sample one tube every 20 minutes, centrifuge each sample at 8,000 xg for 5 minutes, and then quantify the total phosphorus, polyphosphate and phosphate amounts in the supernatant according to the following method did.
Total phosphorus content: after hydrothermal decomposition (121 ° C, 30 minutes) in the presence of ammonium persulfate, quantified as phosphoric acid by the following method
Amount of polyphosphoric acid: After thermal decomposition (100 ° C, 7 minutes) in the presence of 1N hydrochloric acid, quantified as phosphoric acid by the following method
Phosphoric acid content: phosphate ion content measurement based on molybdenum blue (ascorbic acid reduction) spectrophotometry according to JISK0102
Then, in order to examine whether the phosphorus component in these supernatants can be separated by coagulation precipitation, calcium chloride (CaCl ₂ ) Was added to a final concentration of 50 mM, and the total phosphorus content of the precipitate obtained by centrifugation at 8,000 × g for 5 minutes was measured by the above total phosphorus assay.
[0040]
The results thus obtained are shown in FIG. In FIG. 3, (a) is 50 ° C., (b) is 60 ° C., (c) is 70 ° C., (d) is 80 ° C., and (e) is the change over time of each quantitative value by heat treatment at 90 ° C. (F) shows the phosphorus composition in the activated sludge before the heat treatment ((1): phosphoric acid, (2): polyphosphoric acid and (3): the amount of other phosphoric acid compounds).
[0041]
FIG. 3 shows that when the heat treatment of the activated sludge sample is performed at 50 ° C., the amount of the phosphorus component released from the sludge is all small and more than the polyphosphoric acid is released as phosphoric acid (FIG. 3). 3 (a)). At this temperature, the polyphosphoric acid granules in the sludge seemed almost free. At a treatment temperature of 70 ° C. (FIG. 3 (c)), about 90% of the amount of polyphosphoric acid (FIG. 3 (f), (2)) present in the activated sludge 1 hour after the start of heating is released and released. It was. At this point, the amount corresponding to about 20% of the polyphosphoric acid has been decomposed into phosphoric acid. When calcium chloride was added and centrifuged 2 hours after the start of heating, most of the total phosphorus released was recovered as a precipitate. When the treatment temperature is 90 ° C. (FIG. 3 (e)), the release of polyphosphoric acid proceeds rapidly, and under this condition, it is completed in about 10 minutes. The amount decomposed into phosphoric acid at this point was about 10%. When the release of polyphosphoric acid was completed, the polyphosphoric acid was rapidly decomposed into phosphoric acid, and about 2% of the released polyphosphoric acid became phosphoric acid 2 hours after the start of heating. Even if coagulation precipitation with calcium chloride was performed at this time, the amount of the phosphorus component that could be recovered was only about 20% of the released amount. Therefore, when the method of the present invention is carried out at a temperature of 90 ° C., it is indicated that it is preferable to subject the released polyphosphoric acid to aggregation precipitation promptly.
[0042]
[Example 2]
The sample collected in Example 1 was examined under visible light and under DAPI (4 ′, 6-diamidino-2-phenylindole) fluorescence staining under ultraviolet irradiation to examine the presence of polyphosphate granules. An activated sludge sample (a) before heat treatment, a supernatant sample (b) after treatment at 70 ° C. for 60 minutes, and a calcium chloride precipitate (c) from this supernatant were used as samples. The polyphosphate granule exhibits a specific yellow light emission when it is irradiated with ultraviolet rays (UV) after being stained with DAPI fluorescence, so that it can be easily identified. The result is shown in FIG. When the activated sludge sample before the heat treatment (FIG. 4, (a)) was irradiated with ultraviolet rays after DAPI staining, yellow polyphosphate granules were observed. Even when the same observation was made on the supernatant before heating, no polyphosphate granules were observed. Yellow polyphosphate granules were also observed in the supernatant sample after treatment at 70 ° C. for 60 minutes (FIG. 4, (b)) and calcium chloride precipitate (FIG. 4, (c)) from this supernatant. Therefore, it was confirmed that polyphosphoric acid by the quantitative method of Example 1 was present as polyphosphoric acid granules.
[0043]
[Example 3]
In order to investigate the optimum pH when the phosphorus component is agglomerated and recovered as a solid component, activated sludge (total phosphoric acid amount: 2.76 mmol) prepared by the same method as in Example 1 was added at 90 ° C. for 15 The phosphorus component was released into the liquid phase by treating for 120 minutes or 120 minutes. The supernatant is adjusted to the various pHs shown in FIG. 5 (near 7, 7.5, 8.0, 8.5 or 9.0) using Tris buffer, and then calcium chloride is brought to a final concentration of 50 mM. Were added and stirred. The result of quantifying the total amount of phosphoric acid recovered as a sediment is shown in FIG. From this result, in recovering the phosphorus component as a solid component in the phosphorus agglomeration tank 6, it is possible to adjust the pH to 8 or more, preferably 8.0 to 10.5. It became clear that recovery could be accomplished.
[0044]
【The invention's effect】
According to the present invention, the phosphorus component contained in the organic wastewater can be separated and recovered into a small volume liquid or solid state in a short time, and the effect of reusing phosphorus can be facilitated. At this time, since the phosphorus component is concentrated as polyphosphoric acid, the amount of the flocculant required is much smaller than that of a conventionally known method.
[0045]
The method of the present invention is advantageous in that it enables low-cost processing because it does not require any reagent or expensive equipment and has a high recovery rate of phosphorus components.
[0046]
Further, according to the present invention, it is possible to recover the phosphorus component in a sludge treatment method with low heat loss and high economic efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of one embodiment of a method for treating organic wastewater according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a particularly preferred embodiment of the method for treating organic wastewater of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing changes over time in the release of various phosphorus components when activated sludge is treated at a temperature in the range of 50 to 90 ° C.
FIG. 4 shows the results of observation of (a) activated sludge, (b) supernatant after treatment at 70 ° C. for 60 minutes, and (c) calcium chloride-precipitated components by fluorescent staining of polyphosphate with visible light and DAPI. It is a figure which shows a microscope picture (1000 time expansion).
FIG. 5 is a graph showing the efficiency of phosphorus recovery by adding a flocculant at various pHs.
[Explanation of symbols]
1 ... Aeration tank
2, 5, 8 ... Solid-liquid separation means
3. Concentration means
4 ... Phosphorus release tank
6 ... Phosphorus flocculation tank
7 ... Anaerobic treatment tank
9 ... Phosphorus recovery means
10 ... heating means
11 ... Heat exchanger
12 ... Aeration means
13 ... Aeration means
A ... Raw wastewater
B ... Flocculant
a ... Primary treated water
b ... Secondary treated water
c ... Tertiary treated water
x ... Primary sludge
y: Solid phosphorus component
z ... secondary sludge
p ... phosphorus component

Claims

In the method for treating organic wastewater, the following steps are performed:
(1) An aeration process in which wastewater is subjected to an aerobic process,
(2) A solid-liquid separation process in which waste water after aeration is separated into primary treated water and sludge,
(3) A concentration step in which the separated sludge is concentrated,
(4) Phosphorus releasing step of performing heat treatment at 60 to 90 ° C. for 10 to 120 minutes in order to release the phosphorus component from the concentrated sludge to the liquid phase, and (5) secondary treatment containing the released phosphorus component. A method for treating organic wastewater, comprising a solid-liquid separation step for separating water and secondary sludge from which phosphorus components have been removed.

The processing method according to claim 1, wherein the concentration step (3) is performed by a levitation concentration method.

The processing method according to claim 1 or 2, wherein heat exchange between the sludge and the processing liquid after the phosphorus release step (4) is performed.

The solid-liquid separation step (5) further includes a phosphorus aggregation step (6) for precipitating the released phosphorus component from the liquid phase by adding a flocculant to the secondary treated water generated in the step. The processing method according to claim 1.

The processing method according to claim 4, wherein the phosphorus aggregation step (6) is carried out under basic conditions of pH 8.0 to 10.5.

The processing method according to any one of claims 1 to 5, further comprising an anaerobic treatment step (7) before the aeration treatment step (1).