JP4505877B2

JP4505877B2 - 排水の処理方法

Info

Publication number: JP4505877B2
Application number: JP14681699A
Authority: JP
Inventors: 諭石塚; 文雄三品
Original assignee: Japan Sewage Works Agency; Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Japan Sewage Works Agency; Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2019-05-26
Also published as: JP2000334472A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥の溶融処理における排ガス処理工程から排出される高濃度重金属及びリン含有排水から重金属を除去すると共に、リンをＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム）として除去、回収する排水の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融処理工程を備える汚泥集約処理場での排水処理プロセスは図２に示す通りであり、汚泥の濃縮、脱水、乾燥の各工程から排出される有機性排水は活性汚泥処理された後、溶融炉の排ガス処理工程で発生する排水と混合後、下水処理場へ移送される。即ち、溶融炉の排ガス処理で発生する排水は、無機性ＳＳ（重金属含有）や重金属イオン、オルトリン酸イオン等を含むものであるが、この排水は、他の排水の活性汚泥処理水と混合されて希釈された後、汚泥集約処理場に隣接して設けられている下水処理場へ移送され（以下、この水を「返流水」と称す場合がある。）、下水処理場で更に他の排水と混合されて処理されており、直接処理は行われていない。
【０００３】
その理由は次の通りである。
(1) 濃縮、脱水、乾燥の各工程から排出される排水は有機性排水であるが、この溶融炉排ガス処理工程排水は無機性の排水であるため、活性汚泥処理する必要がない。
(2) むしろ、溶融炉排ガス処理工程排水を活性汚泥槽へ流入させると排水中の重金属により活性汚泥処理に弊害を起こす可能性があるため、活性汚泥処理は行えない。
(3) 溶融炉排ガス処理工程排水には重金属が高濃度で含有されているが、活性汚泥処理水と比較して水量が少ないため、これと混合し、更に下水処理場で他の排水と混合すれば重金属が大幅に希釈されるため、従来においては、処理上の問題はないと考えられていた。
【０００４】
ところで、汚泥の溶融処理は１３００℃付近で行うため、汚泥に微量ながら含有される重金属及びリンのうち、塩形態で沸点の低い成分は溶融スラグへ移行せずに一部ガス化する。このガス中に含まれる重金属及びリンは排ガス処理工程で排水側へ移行し、固形物又はイオン形態で溶融炉排ガス処理工程排水中に残存するものとなる。
【０００５】
しかして、これら沸点の低い重金属及びリンは、汚泥の溶融工程を経て濃縮されているため、排ガス処理工程排水に高濃度に含まれることになる。このように、重金属及びリンを高濃度に含有する排水を他の排水と混合後処理すると、重金属による硝化阻害などの恐れがあり、また、高濃度のリンの存在は高度処理の観点から好ましくない。
【０００６】
一方で、近年の終末処理場に対するリン及び窒素の放流水規制の高まりを受け、終末処理場での高度処理を円滑に行う必要性から、返流水のリン負荷を低減することが求められている。
【０００７】
また、重金属含有排水が下水処理場へ流入することは、その下水処理場内の活性汚泥処理において硝化阻害を起こす危険があり、その場合には窒素除去が不充分となる恐れがあることから、返流水の重金属負荷の削減も重要な課題である。
【０００８】
このようなことから、返流水中の重金属及びリン負荷の原因となる、溶融炉排ガス処理工程排水中の重金属及びリンを効率的に除去することが望まれる。
【０００９】
なお、従来において、重金属及びリンの同時除去法として、アルカリによるｐＨ調整を行って不溶物を析出させ自然沈降により沈殿を分離する方法がある。この方法によれば、沈殿分離によって排水中の無機性ＳＳが除去でき、重金属イオンと共にオルトリン酸イオンも除去可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のアルカリによるｐＨ調整後、沈殿分離を行う方法では、溶融炉排ガス処理工程排水中に高濃度で含有されるオルトリン酸イオンが、沈殿分離で得られる無機汚泥中に含有されて除去されるため、リンの回収、有効再利用が不可能である。
【００１１】
なお、下水、し尿、排水等の嫌気、好気処理工程で発生する汚泥脱水濾液、硝化脱離液等のリン含有水からリンを除去する方法として、含有されるリンと必要に応じて添加されるアンモニア成分及びマグネシウムとからＭＡＰを生成させ、生成したＭＡＰ粒子を分離回収する方法が知られているが、このＭＡＰ処理法を、リンと共に高濃度で重金属を含有する溶融炉排ガス処理工程排水に適用しても、高純度なＭＡＰを回収することはできず、また、重金属イオンを除去することはできない。
【００１２】
本発明は上記従来の問題点を解決し、汚泥の溶融処理における排ガス処理工程から排出される高濃度重金属及びリン含有排水を処理して、重金属を除去すると共に、リンをＭＡＰとして除去、回収する排水の処理方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の排水の処理方法は、汚泥の溶融処理における排ガス処理工程排水を処理する方法において、該排水中の重金属イオンを硫化物処理によって除去した後、排水中に残存するオルトリン酸イオンからＭＡＰを生成させ、生成したＭＡＰを分離する排水の処理方法であって、前記硫化物処理は、ｐＨ６〜７の中性で行うものであり、前記ＭＡＰの析出に際して、ｐＨ条件を７．７〜９．０とすることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、硫化物処理及びＭＡＰ処理により、溶融炉排ガス処理工程排水中の重金属（Ｍ）及びリンを次のような反応で高度に除去することができ、リンをＭＡＰとして回収することができる。
【００１５】
硫化物処理：Ｍ²⁺＋Ｓ^2-→ＭＳ
ＭＡＰ処理：ＨＰＯ₄ ^2-＋Ｍｇ²⁺＋ＮＨ₄ ⁺＋ＯＨ^-＋５Ｈ₂Ｏ→
ＭｇＮＨ₄ＰＯ₄・６Ｈ₂Ｏ（ＭＡＰ）
上記硫化物処理で生成する金属硫化物ＭＳの溶解度積は金属水酸化物と比較して非常に小さい値をとり、ｐＨ中性でも処理できる。従って、この金属硫化物の沈殿の除去においては、オルトリン酸イオンの大部分を除去することなく、分離水側へ残留させることができるため、その後のＭＡＰ処理でオルトリン酸イオンをＭＡＰとして効率的に除去、回収することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の排水の処理方法の実施の形態を示す系統図であり、（ａ）図は硫化物処理工程を示し、（ｂ）はＭＡＰ処理工程を示す。
【００１８】
図１中、１は硫化物反応槽、２は硫化物貯槽、３は沈殿槽、４は汚泥貯留槽であり、５は混合槽、６はＭＡＰ反応塔、７は処理水槽である。
【００１９】
まず、溶融炉排ガス処理工程排水の硫化物処理に当っては、溶融炉排ガス処理工程排水（原水）を反応槽１に導入し、必要に応じて酸、アルカリ等のｐＨ調整剤を添加すると共に硫化物を添加して、原水中の重金属イオンを重金属硫化物として不溶化させる。
【００２０】
この硫化物処理はｐＨ６〜７程度の中性で行うのが好ましく、ｐＨ計１Ａに連動するバルブＶ₁の開閉によりｐＨ調整剤を添加してｐＨ調整を行う。
【００２１】
また、硫化物処理薬剤としての硫化物としては、硫化ナトリウム（Ｎａ₂Ｓ）、硫化水素ナトリウム（ＮａＨＳ）、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）等を用いることができ、これらの処理薬剤はＯＲＰ値に基いて注入制御することができ、ＯＲＰ計１Ｂに連動するポンプＰ₁の作動でＯＲＰが−１００ｍＶとなるように注入制御される。
【００２２】
反応槽１の硫化反応液は、次いで沈殿槽３に送給され、重金属硫化物の沈殿が分離され、分離水は硫化物処理水として、後段のＭＡＰ処理工程へ送給される。一方、分離汚泥はポンプＰ₂により抜き出され、汚泥貯留槽４に移送される。
【００２３】
この分離汚泥中には、原水中の重金属イオンが重金属硫化物として含有されると共に、無機性ＳＳが含有され、これらが除去される。
【００２４】
この硫化物処理水は、原水中から重金属が除去され、オルトリン酸イオンの大部分が残留するものであり、通常の場合、ＭＡＰ生成には、アンモニウムイオンが不足する。
【００２５】
本発明においては、このアンモニウムイオンの供給源として、汚泥の溶融処理工程の他工程の排水、即ち、濃縮分離水、脱水濾液及び乾燥工程排水のうちの１種を用いるか、或いは２種以上を混合して用いるのが好ましい。即ち、これらの排水には、アンモニウムイオンが十分に含まれており、これらの排水を利用することは、同一の工程内で排出される排水を容易にアンモニウムイオン源として用いると共に、これらの排水処理をも行えることから、工業的に極めて有利である。
【００２６】
これらの濃縮分離水、脱水濾液、乾燥工程排水をアンモニウムイオン源として用いる場合、図１（ｂ）に示す如く、硫化物とこれらの他工程排水とを予め混合槽５で混合してＭＡＰ反応塔６に導入するのが好ましい。
【００２７】
この混合割合は、他工程排水及び硫化物処理水中のアンモニウムイオン濃度、リン濃度によってＭＡＰ生成に好適な混合割合となるように適宜決定されるが、通常の場合、硫化物処理水：他工程排水＝１：１０〜２０（容積比）とされる。
【００２８】
混合槽５の混合液はポンプＰ₃によりＭＡＰ反応塔６に導入されてＭＡＰ処理される。
【００２９】
このＭＡＰ反応塔６は、頂部が開放し、下部に混合水の導入配管が設けられると共に、上部に処理水の取出配管が設けられ、下部に反応部が形成され、上部に径の大きい分離部が形成されている。反応塔６の底部はＭＡＰ粒子を引き抜き易いようにコーン状とされている。反応塔６の下部にはＮａＯＨ等のアルカリ剤の供給管が設けられ、底部にはＭＡＰ粒子の排出管が設けられている。なお、ＭＡＰの生成にマグネシウムが不足する場合には、ＭｇＣｌ₂等のマグネシウム塩溶液（マグネシウム塩を含有するものであれば良く、海水であっても良い。）の供給管を、この反応塔６の下部に設けてマグネシウムを補給する。
【００３０】
取出配管で取り出された処理水は処理水槽７に貯留され、一部はポンプＰ₄により反応塔６下部に循環され、残部は系外へ排出される。６Ａは溢流堰、７ＡはｐＨ計であり、Ｖ₂はＭＡＰ粒子の引き抜きバルブである。
【００３１】
反応塔６では、ＭＡＰが析出するｐＨ条件、即ちｐＨ７．７〜９．０、好ましくはｐＨ８．１となるように、ＮａＯＨ等のアルカリ剤が注入される。また、前述の如く、ＭＡＰの析出にマグネシウムが不足する場合には、ＭｇＣｌ₂等のマグネシウム塩溶液を注入する。
【００３２】
この反応塔６内では、既に析出しているＭＡＰ粒子を種晶としてＭＡＰが造粒される。即ち、混合水の流入と処理水の循環でＭＡＰ粒子が流動状態となり、このＭＡＰ粒子の表面に新たなＭＡＰが析出して、大粒のＭＡＰ粒子が造粒される。
【００３３】
ＭＡＰの析出により、リン濃度が低下した処理水は反応塔６内を上昇して取出配管から処理水槽７を経て排出される。
【００３４】
一方、反応塔６内で粗大化したＭＡＰ粒子は、バルブＶ₂を開として反応塔６下部の排出管より間欠的に取り出される。
【００３５】
本発明によれば、硫化物処理で溶融炉排ガス処理工程排水中のオルトリン酸イオンを殆ど除去することなく重金属を除去し、その後、ＭＡＰ処理で残留するオルトリン酸イオンからＭＡＰを生成させ、これを分離することにより、リンの有効再利用を図ることができる。
【００３６】
なお、図１に示す硫化物処理工程、ＭＡＰ処理工程は、本発明の実施の形態の一例であって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示の方法に限定されるものではなく、ＭＡＰ反応塔の形式等においても何ら制限されるものではない。
【００３７】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３８】
実施例１
図１（ａ），（ｂ）に示す方法で溶融炉排ガス処理工程排水のうち、湿式電気集塵機排水を原水として処理を行った。
【００３９】
用いた反応槽等の容量、処理水量等は次の通りとした。
【００４０】
〔硫化物処理工程〕
原水量：３０Ｌ／ｈｒ
反応槽容量：１０Ｌ
沈殿槽容量：１５Ｌ
反応槽制御条件：
ＯＲＰ＝−１００Ｖ
ｐＨ＝６
〔ＭＡＰ処理工程〕
原水量：３５Ｌ／ｈｒ
循環水量：３６０Ｌ／ｈｒ
反応塔仕様（流動床式）：
反応部＝３０ｍｍφ×２０００ｍｍ高さ
分離部＝４５ｍｍφ×１５０ｍｍ高さ
湿式電気集塵機排水は硫化物処理した後、硫化物処理水３００Ｌに汚泥乾燥工程排水１５０Ｌを混合し、ＭＡＰ処理した。
【００４１】
この処理において湿式電気集塵機排水及び硫化物処理水の水質からＳＳ、重金属及びリンの除去率を調べたところ、表１に示す通りであり、硫化物処理により、オルトリン酸イオンは殆ど除去されることなく、重金属イオンや無機性ＳＳが効率的に除去されていることがわかる。
【００４２】
【表１】

【００４３】
また、硫化物処理水、汚泥乾燥工程排水及びこれらの混合水と、ＭＡＰ処理水の水質は表２に示す通りであり、表２より、汚泥乾燥工程排水中のアンモニウムイオンを有効利用して、効率的なＭＡＰ処理を行えることがわかる。
【００４４】
【表２】

【００４５】
なお、この処理では、湿式電気集塵機排水１Ｌ当り２２ｍｇのＭＡＰを回収することができ、その有効再利用を図ることができた。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の排水の処理方法によれば、汚泥の溶融処理における排ガス処理工程から排出される高濃度重金属、リン含有排水から重金属を効率的に除去すると共に、リンをＭＡＰとして除去、回収し、その有効再利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排水の処理方法の実施の形態を示す系統図であり、（ａ）図は硫化物処理工程を示し、（ｂ）はＭＡＰ処理工程を示す。
【図２】溶融処理工程を備える汚泥集約処理場での排水処理プロセスを示す説明図である。
【符号の説明】
１反応槽
２硫化物貯槽
３沈殿槽
４汚泥貯留槽
５混合槽
６反応塔
７処理水槽

Claims

汚泥の溶融処理における排ガス処理工程排水を処理する方法において、該排水中の重金属イオンを硫化物処理によって除去した後、排水中に残存するオルトリン酸イオンからリン酸マグネシウムアンモニウムを生成させ、生成したリン酸マグネシウムアンモニウムを分離する排水の処理方法であって、
前記硫化物処理は、ｐＨ６〜７の中性で行うものであり、前記リン酸マグネシウムアンモニウムの析出に際して、ｐＨ条件を７．７〜９．０とすることを特徴とする排水の処理方法。