JP4566718B2 - 下水処理装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、下水処理装置及び方法に関するものである。

下水を処理する場合には、一般的に、まず、下水を最初沈殿池等で一旦貯留し、下水中に含まれる汚泥を沈降させる。その後、最初沈殿池の上澄み液を曝気槽において、上澄み液中に含まれる有機成分を微生物に取り込ませることによって上澄み液から有機成分を除去する曝気処理を行う。そして、この曝気処理された曝気液を最終沈殿池等で再び貯留し、曝気液中に含まれる汚泥を沈降させ、この最終沈殿池の上澄み液を処理水として排出している。

従来、最初沈殿池及び最終沈殿池において除去された汚泥は、焼却処理することによって処理されていた。しかしながら、近年の環境意識の高まりから、汚泥の焼却量を減らすあるいは汚泥を焼却処理せずに減容化する方法が求められている。
そして、近年、このような方法として汚泥を水熱反応処理することによって減容化する方法が提案されている。この水熱反応処理は、濃縮した汚泥を例えば２００℃以上の高温高圧水で水熱反応させ、汚泥に含まれる有機成分を可溶化することによって、汚泥の固体容量を大幅に減容化する方法である。そして、最初沈殿池及び最終沈殿池において除去された汚泥を混合及び濃縮した後に水熱反応処理を行うことによって、汚泥の固体量を大幅に減容化することができるため、汚泥の焼却量を大幅に減少させることが可能となる。

また、汚泥を水熱反応処理することによって生成される水熱反応処理排水には、多くのリン成分が含まれている。このような多くのリン成分を含む水熱反応処理排水を公共用水域に放流することは富栄養化の原因となるが、逆に水熱反応処理排水中からリン成分を回収すれば、リンの原料であるリン鉱石の全量を輸入に頼っている我が国においては貴重な資源となる。
このため、汚泥の水熱反応処理を行う下水処理装置に積極的にリン回収装置を設置する試みがなされている。

一般的に、水熱反応処理排水中からリン成分を回収する際には、固形分のリン成分を固液分離によって回収し、可溶性のリン成分をＭＡＰ（Magnesium Ammonium Phoshate）法によって回収する。ここでＭＡＰ法とは、水熱反応処理排水にマグネシウム塩（例えば塩化マグネシウム）を供給し、ｐＨを所定の範囲内に維持することによって、リン酸アンモニウムマグネシウム粒子（ＭＡＰ粒子）を析出させ、このＭＡＰ粒子を水熱反応処理排水から除去することによって水熱反応処理排水からリン成分を回収する方法である。そして、このような方法を実施するリン回収装置を設置することによって、水熱反応処理排水中からリン成分を回収することができる。
特開２００２−０８６０９９号公報

しかしながら、現状においては、初沈汚泥と余剰汚泥とを混合して水熱反応処理した場合には、水熱反応処理排水からのリン成分の回収率が十分とは言えない。これは、ＭＡＰ法においては、水熱反応処理排水における可溶性のリン成分濃度が高いほど効率的なリン成分の回収が行える。これに対し、初沈汚泥と余剰汚泥とを混合して水熱反応処理するとリン成分濃度は十分に高くないため、これがリン成分の回収率の低下の原因の１つとして考えられる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、水熱反応処理排水中からリン成分を高効率で回収することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、下水処理装置に係る第１の手段として、下水中に含まれる汚泥を沈殿させることによって除去すると共にその上澄み液を排出する最初沈殿池と、上記上澄み液を曝気処理して排出する曝気槽と、該曝気槽から排出された曝気液中に含まれる汚泥を沈殿させることによって除去すると共にその上澄み液を処理水として排出する最終沈殿池とを備える下水処理装置であって、除去された上記汚泥のうち、上記最終沈殿池によって除去された汚泥のみを水熱反応処理して水熱反応処理排水として排出する水熱反応器と、上記水熱反応処理排水に対してマグネシウム塩を添加することによって上記水熱反応処理排水中に含まれるリン成分をＭＡＰ粒子として回収するリン回収装置とを備えるという構成を採用する。

下水処理装置に係る第２の手段として、上記第１の手段において、上記マグネシウム塩として水酸化マグネシウムを用いるという構成を採用する。

下水処理装置に係る第３の手段として、上記第２の手段において、上記リン回収装置における上記水熱反応処理排水のｐＨを７．５〜９、好ましくは８〜８．５に調整するという構成を採用する。

下水処理装置に係る第４の手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、上記リン回収装置においてリン成分が回収された上記水熱反応処理排水中に含まれる有機成分を嫌気性微生物によって除去する嫌気処理装置を備え、該嫌気処理装置に供給される上記水熱反応処理排水のｐＨを７〜８．５に調整するという構成を採用する。

下水処理方法に係る第１の手段として、下水中に含まれる汚泥を沈殿させて除去し、上記汚泥が除去された上記下水の上澄み液を曝気処理し、該曝気処理後の曝気液中に含まれる汚泥をさらに沈殿させて除去することによって、上記下水を処理水として排出する下水処理方法であって、除去される上記汚泥のうち、上記曝気液中から除去された上記汚泥のみを水熱反応処理することによって水熱反応処理排水とし、該水熱反応処理排水に対してマグネシウム塩を添加することによって上記水熱反応処理排水中に含まれるリン成分をＭＡＰ粒子として回収するという構成を採用する。

下水処理方法に係る第２の手段として、上記第１の手段において、上記マグネシウム塩として水酸化マグネシウムを用いるという構成を採用する。

下水処理方法に係る第３の手段として、上記第２の手段において、上記水熱反応処理排水に上記水酸化マグネシウムを添加した際の上記水熱反応処理排水のｐＨを７．５〜９、好ましくは８〜８．５とする構成を採用する。

下水処理方法に係る第４の手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、上記リン成分が回収された上記水熱反応処理排水中に含まれる有機成分を嫌気性微生物によって除去する工程を有し、該工程を開始する際の上記水熱反応処理排水のｐＨを７〜８．５に調整するという構成を採用する。

本発明の下水処理装置及び方法によれば、下水の処理過程において除去される汚泥のうち、曝気処理後の上澄み液中から除去された汚泥のみを水熱反応処理することによって水熱反応処理排水とし、この水熱反応処理排水に対してマグネシウム塩を添加することによって水熱反応処理排水中に含まれるリン成分をＭＡＰ粒子として回収する。
上澄み液中から除去される汚泥には、曝気処理において使用された微生物が多く含まれており、この微生物の細胞には多くのリン成分が含まれている。このため、下水中から除去された汚泥と上澄み液中から除去された汚泥とを混合して水熱反応処理することによって得られる従来の水熱反応処理排水よりも、上澄み液中から除去される汚泥を水熱反応処理することによって得られる本発明の水熱反応排水の方がより可溶性のリン成分濃度が高くなる。
上述のように、水熱反応処理排水における可溶性のリン成分濃度が高いほど効率的なリン成分の回収が行える。したがって、本発明の下水処理装置及び方法によれば、従来の下水処理装置及び方法よりも水熱反応処理排水中からリン成分を高効率で回収することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る下水処理装置及び方法の一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態の下水処理装置１の概略構成を示すシステムフロー図である。下水処理装置１は、外部から供給される下水Ｘを浄化すると共に下水Ｘの浄化の際に生成される汚泥を処理するものであり、好気性排水処理設備２と、汚泥処理設備３とを備えて構成されている。

好気性排水処理設備２は、外部から供給される下水Ｘを浄化するものであり、図１に示すように、最初沈殿池２１と、曝気槽２２と、最終沈殿池２３とを備えている。
最初沈殿池２１は、外部から配管ａを介して供給される下水Ｘを所定時間貯留することによって、下水Ｘ中に含まれる汚泥Ｙ１を重力沈殿させ除去すると共に、その上澄み液Ｘ１を配管ｂを介して排出するものである。なお、最初沈殿池２１において除去される汚泥Ｙ１（以下、初沈汚泥Ｙ１と称する）は、下水Ｘ中に含まれる粗物が主であり、石、砂及びトイレットペーパ等が多く含まれている。そして、この初沈汚泥Ｙ１は最初沈殿池２１の下部に接続された配管ｃを介して最初沈殿池２１の外部に排出される。

曝気槽２２は、配管ｂを介して最初沈殿池２１と接続されている。この曝気槽２２は、配管ｂを介して最初沈殿池２１から供給される上澄み液Ｘ１を曝気処理するものである。より詳細には、上澄み液Ｘ１に含まれる有機成分を好気性微生物に取り込ませることによって除去するものであり、好気性微生物が良好に繁殖できる環境を形成するために、適度な量の空気を配管ｄを介して上澄み液Ｘ１に対して供給しながら、上澄み液Ｘ１の曝気処理を行う。また、曝気槽２２には、配管ｅが接続されており、この配管ｅを介して曝気処理後の上澄み液Ｘ１が曝気液として排出される。

最終沈殿池２３は、配管ｅを介して曝気槽２２と接続されている。この最終沈殿池２３は、配管ｅを介して供給される曝気液Ｘ１を所定時間貯留することによって、曝気液Ｘ１中にふくまれる汚泥Ｙ２を重力沈殿させ除去すると共に、その上澄み液を処理水Ｘ２として配管ｆを介して排出するものである。なお、最終沈殿池２３において除去される汚泥Ｙ２（以下、余剰汚泥Ｙ２と称する）は、曝気液Ｘ１中に含まれる好気性微生物が多く含まれている。そして、余剰汚泥Ｙ２は、最終沈殿池２３の下部に接続された配管ｇを介して最終沈殿池２３の外部に排出される。なお、曝気槽２２における菌体量低下を防止するために、余剰汚泥Ｙ２の一部は、配管ｇの途中部位に接続された配管ｈを介して曝気槽２２に返流される。

また、本実施形態の下水処理装置１における好気性排水処理設備２は、初沈汚泥濃縮機２４、余剰汚泥濃縮機２５、初沈汚泥脱水機２６、水熱反応処理排水脱水機２７及び焼却装置２８を備えている。

初沈汚泥濃縮機２４は、初沈汚泥Ｙ１を濃縮するものであり、配管ｃを介して最初沈殿池２１と接続されている。そして、初沈汚泥濃縮機２４は、初沈汚泥Ｙ１の固体成分比率が、例えば５％となるように初沈汚泥Ｙ１を濃縮する。なお、初沈汚泥濃縮機２４は、初沈汚泥Ｙ１を濃縮することによって得られた水分を、配管ａと接続された配管ｉを介して排出する。すなわち、初沈汚泥濃縮機２４によって得られた水分は、配管ｉを介して下水Ｘに返流される。また、初沈汚泥濃縮機２４は、濃縮後の初沈汚泥Ｙ１を配管ｊを介して排出する。
余剰汚泥濃縮機２５は、余剰汚泥Ｙ２を濃縮するものであり、配管ｇを介して最終沈殿池２３と接続されている。そして、余剰汚泥濃縮機２５は、余剰汚泥Ｙ２の固体成分比率が、例えば５％となるように余剰汚泥Ｙ２を濃縮する。なお、余剰汚泥濃縮機２５は、余剰汚泥Ｙ２を濃縮することによって得られた水分を、配管ｋを介して排出する。また、余剰汚泥濃縮機２５は、濃縮後の余剰汚泥Ｙ２を配管ｌを介して汚泥処理設備３に排出する。
なお、初沈汚泥濃縮機２４及び余剰汚泥濃縮機２５としては、初沈汚泥Ｙ１及び余剰汚泥Ｙ２を濃縮できるものであれば使用可能である。例えばスクリュープレス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。

このように本実施形態の下水処理装置１においては、石、砂及びトイレットペーパ等のリン成分が少ない物質を多く含む初沈汚泥Ｙ１と、細胞膜やＤＮＡ等に多くのリン成分を含む好気性微生物が含まれた余剰汚泥Ｙ２とが別々の濃縮機（初沈汚泥濃縮機２４，余剰汚泥濃縮機２５）によって濃縮され、濃縮された余剰汚泥Ｙ２のみが汚泥処理設備３に供給される。すなわち、本実施形態の下水処理装置１においては、除去された汚泥（初沈汚泥Ｙ１，余剰汚泥Ｙ２）のうち、最終沈殿池２３によって除去された余剰汚泥Ｙ２のみが汚泥処理設備３に供給される。

初沈汚泥脱水機２６は、初沈汚泥濃縮機２４において濃縮された初沈汚泥Ｙ１を固液分離するものであり、配管ｊによって初沈汚泥濃縮機２４と接続されている。そして、初沈汚泥脱水機２６は、初沈汚泥Ｙ１を固液分離することによって得られた水分を、配管ａと接続された配管ｍを介して排出する。すなわち、初沈汚泥脱水機２６によって分離された水分は、配管ｍを介して下水Ｘに返流される。また、初沈汚泥脱水機２６は、固液分離することによって得られた固体分を初沈脱水残渣Ｙ３として搬送路ｎを介して排出する。

水熱反応処理排水脱水機２７は、後に詳説する汚泥処理設備３から排出される水熱反応処理排水Ｙ４を固液分離するものであり、配管ｏを介して汚泥処理設備３と接続されている。そして、水熱反応処理排水脱水機２７は、水熱反応処理排水Ｙ４を固液分離することによって得られた水分（以下、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５と称する）を再び汚泥処理設備３に配管ｐを介して返流し、水熱反応処理排水Ｙ４を固液分離することによって得られた固体分を水熱反応処理残渣Ｙ６として搬送路ｑを介して排出する。なお、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５は、水熱反応処理排水Ｙ４を固液分離することによって得られるため、水熱反応処理排水Ｙ４の一部分をなすものである。

焼却装置２８は、初沈汚泥脱水機２６によって初沈汚泥Ｙ１から分離された初沈脱水残渣Ｙ３と水熱反応処理排水脱水機２７によって水熱反応処理排水Ｙ４から分離された水熱反応処理残渣Ｙ６とを焼却処理するものであり、搬送路ｎを介して初沈汚泥脱水機２６と接続されており、搬送路ｑを介して水熱反応処理排水脱水機２７と接続されている。

汚泥処理設備３は、下水Ｘを浄化する際に生成される汚泥を処理するものであり、水熱反応器３１と、リン回収装置３２と、高速嫌気処理装置３３（嫌気処理装置）と、脱硫装置３４と、脱窒装置３５とを備えている。

水熱反応器３１は、好気性排水処理設備２の余剰汚泥濃縮機２５と配管ｌを介して接続されており、また、好気性排水処理設備２の水熱反応処理排水脱水機２７と配管ｏを介して接続されている。この水熱反応器３１は、配管ｌを介して余剰汚泥濃縮機２５から供給される余剰汚泥Ｙ２を２００℃以上の高温高圧水で水熱反応させ、汚泥に含まれる有機成分を可溶化して水熱反応処理排水Ｙ４として排出するものである。ここで、本実施形態の下水処理装置１においては、除去された汚泥（初沈汚泥Ｙ１，余剰汚泥Ｙ２）のうち、最終沈殿池２３によって除去された余剰汚泥Ｙ２のみが汚泥処理設備３の水熱反応器３１に供給される。上述のように、余剰汚泥Ｙ２には多くのリン成分が含まれているため、初沈汚泥Ｙ１と余剰汚泥Ｙ２とを混合して水熱反応器において水熱反応処理することによって得られる従来の水熱反応処理排水よりも、余剰汚泥Ｙ２のみを水熱反応器において水熱反応処理することによって得られる本実施形態の水熱反応処理排水の方がより可溶性のリン成分濃度が高くなる。

リン回収装置３２は、好気性排水処理設備２の水熱反応処理排水脱水機２７と配管ｐを介して接続されており、配管ｐを介して水熱反応処理排水脱水機２７から水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５が供給されるものである。このリン回収装置３２は、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５に対してマグネシウム塩を添加することによって水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５に含まれるリン成分をＭＡＰ粒子として回収するものである。ここで、本実施形態の下水処理装置１における水熱反応処理排水は、従来の下水処理装置における水熱反応処理排水よりも可溶性のリン成分濃度が高い。このため、当然水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５の可溶性のリン成分濃度も高くなる。水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５における可溶性のリン成分濃度が高い程、リン回収装置３２におけるリン回収率が高くなるため、本実施形態の下水処理装置１によれば、従来の下水処理装置及よりも水熱反応処理排水中からリン成分を高効率で回収することが可能となる。

なお、本実施形態の下水処理装置１においては、リン回収装置３２において水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５に対して添加するマグネシウム塩として水酸化マグネシウムを用いる。
このように水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５に添加するマグネシウム塩として水酸化マグネシウムを用いることによって、マグネシウム塩として塩化マグネシウムや酸化マグネシウムを用いる場合と比較して、リン回収装置３２内部における水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５のｐＨを高くすることなく安定してＭＡＰ粒子を析出させることが可能となる。一般的には、ＭＡＰ粒子を安定して析出させるためには、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５のｐＨをリン回収装置３２内部において８．５以上にする必要があると考えられている。しかしながら、マグネシウム塩として水酸化マグネシウムを用いた場合には、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５のｐＨをリン回収装置３２内部において７〜８．５とすることによって、ＭＡＰ粒子を安定して析出させ水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５中の可溶性のリン成分を安定して回収することが可能となる。
なお、マグネシウム塩として水酸化マグネシウムを用いた場合に水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５中から安定してリン成分を回収できる原理は未だ解明されていないが、水酸化マグネシウムが水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５中に溶け難い性質を有しているため、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５中に粒子として水酸化マグネシウムが存在し、水酸化マグネシウム粒子の近傍のみが局所的にｐＨが高くなり、その結果、ＭＡＰ粒子が安定して析出されている可能性が考えられる。また、この考えとは異なり、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５中に含まれるミネラル成分が水酸化マグネシウムに対して何かしらの作用を及ぼし、その結果、ＭＡＰ粒子が安定して析出されている可能性も考えられる。

そして、リン回収装置３２は、リン成分を回収した水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５を配管ｒを介して排出する。ここで、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５に添加するマグネシウム塩として水酸化マグネシウムを用いた場合には、ｐＨを高くすることなく安定してＭＡＰ粒子を析出させることが可能となるため、配管ｒを介して排出される水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５のｐＨを従来よりも低く、中性に近づけることができる。したがって、リン回収装置３２から排出された水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５の後処理が容易となる。
本実施形態の下水処理装置１においては、リン回収装置３２の後段に、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５中の有機成分を嫌気性微生物によって除去するための高速嫌気処理装置３３が設置されている。高速嫌気処理装置３３に水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５を供給するためには、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５が中性があることが好ましいが、従来の下水処理装置においては、リン回収装置３２から排出される水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５が中性から大きくずれたアルカリ性であるため、例えば、水熱反応処理脱水脱離液を大量の希釈水によって希釈する必要があった。一方、本実施形態の下水処理装置１においては、リン回収装置３２から排出される水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５が中性近傍であるため、中性から若干ずれている場合であっても、従来よりも大幅に少ない希釈水によって希釈すれば十分に高速嫌気処理装置３３に水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５を供給することができる。したがって、下水処理装置のランニングコストを低減させることが可能となる。なお、本実施形態の下水処理装置１においては、余剰汚泥濃縮機２５において得られた水分を希釈水の一部として利用しており、これによってさらに下水処理装置のランニングコストが低減されている。

高速嫌気処理装置３３は、配管ｒを介してリン回収装置３２と接続されており、上述のように、嫌気性微生物によって水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５に含まれる有機成分を除去するものであり、より詳細には、嫌気性微生物によって水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５中に含まれる有機成分を分解することによって、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５中に含まれる有機成分を除去する。そして、高速嫌気処理装置３３は、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５中に含まれる有機成分を嫌気性微生物によって分解することによって得られたバイオガスＧを配管ｓを介して排出する。また、高速嫌気処理装置３は、有機成分が除去された水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５を配管ｔを介して排出する。

脱硫装置３４は、配管ｓを介して高速嫌気処理装置３３と接続されている。この脱硫装置３４は、配管ｓを介して高速嫌気処理装置３３から供給されるバイオガスＧ中に含まれる硫黄成分を除去して配管ｕを介して排出するものである。なお、脱硫装置３４から配管ｕを介して排出されるバイオガスＧにはメタンガスが８０％以上含まれており、バイオガスＧを例えばコジェネレーション設備等に供給することによって、発電用のガスとして用いることが可能である。

脱窒装置３５は、配管ｔを介して高速嫌気処理装置３３と接続されている。この脱窒装置３５は、配管ｔを介して高速嫌気処理装置３３から供給される水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５中に含まれる窒素成分を除去して、処理済液Ｙ７として配管ｖを介して排出するものである。なお、配管ｖは、配管ａと接続されている。すなわち、処理済液Ｙ７は下水Ｘに配管ｖを介して返流される。

次に、このような構成を有する本実施形態の下水処理装置１の動作（下水処理方法）について説明する。

外部から下水Ｘが配管ａを介して下水処理装置１に供給されると、下水Ｘは、好気性排水処理設備２において浄化される。
具体的には、下水Ｘは配管ａを介して最初沈殿池２１に供給され、最初沈殿池２１において所定時間貯留されることによって、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初沈汚泥Ｙ１が除去される。
そして、初沈汚泥Ｙ１が除去された下水Ｘである上澄み液Ｘ１が配管ｂを介して曝気槽２２に供給される。上澄み液Ｘ１は、曝気槽２２において曝気処理されることによって有機成分が除去された後、曝気液Ｘ１として配管ｅを介して最終沈殿池２３に供給される。ここで、曝気液Ｘ１には、曝気槽２２において用いられた好気性微生物が多く含まれている。
曝気液Ｘ１は、最終沈殿池２３において、再び所定時間貯留されることによって、リン成分を多く含む好気性微生物が含まれた余剰汚泥Ｙ２が除去される。
その後、余剰汚泥Ｙ２が除去された曝気液Ｘ１は、処理水Ｘ２として配管ｆを介して下水処理装置１の外部に排水される。

最初沈殿池２１において下水Ｘから除去された初沈汚泥Ｙ１は、配管ｃを介して初沈汚泥濃縮機２４に供給される。ここで、初沈汚泥Ｙ１は、固体成分比率が例えば５％となるように濃縮され、その後、配管ｊを介して初沈汚泥脱水機２６に供給される。なお、初沈汚泥Ｙ１を濃縮することによって得られる水分は、配管ｉを介して下水Ｘに返流される。例えば、下水Ｘの流量が１０００００ｍ^３／ｄであった場合には、配管ｉを介して下水Ｘに返流される水分の流量は、２２５０ｍ^３／ｄ程度となる。

初沈汚泥脱水機２６に供給された初沈汚泥Ｙ１は、固液分離されることによって脱水される。そして、初沈汚泥Ｙ１が初沈汚泥脱水機２６において脱水されることによって得られた水分は配管ｍを介して下水Ｘに返流される。例えば、下水Ｘの流量が１０００００ｍ^３／ｄであった場合には、配管ｍを介して下水Ｘに返流される水分の流量は、１５０ｍ^３／ｄとなる。また、初沈汚泥Ｙ１が脱水されることによって得られた固体分は、初沈脱水残渣Ｙ３として搬送路ｎを介して焼却装置２８に供給される。例えば、１０００００ｍ^３／ｄであった場合には、搬送路ｎを介して焼却装置２８に供給される初沈脱水残渣Ｙ３の量は、３０ｔ／ｄ程度となる。
ここで、本実施形態の下水処理装置１においては、初沈汚泥Ｙ１が余剰汚泥Ｙ２と混合されない状態において脱水される。水熱反応処理を用いず、汚泥を焼却処理によってのみ処理している従来の下水処理装置においては、初沈汚泥Ｙ１と余剰汚泥Ｙ２とを混合した後に脱水を行っていたため、汚泥を脱水することによって得られる脱水残渣に含まれる水分の含有率を８０％以下にすることが困難であった。これは、余剰汚泥Ｙ２に余剰汚泥Ｙ２に含まれる微生物に取り込まれている水分を脱水機によって分離することが困難なためである。これに対し、本実施形態の下水処理装置１においては、初沈汚泥脱水機２６において初沈汚泥Ｙ１のみを脱水するため、初沈脱水残渣Ｙ３の水分含有率を７０％以下にすることができる。

一方、最終沈殿池２３において上澄み液Ｘ１から除去された余剰汚泥Ｙ２は、配管ｇを介して余剰汚泥濃縮機２５に供給される。なお、余剰汚泥Ｙ２の一部は、曝気槽２２における菌体量の低下防止のため配管ｈを介して曝気槽２２に返流される。余剰汚泥Ｙ２は、余剰汚泥濃縮機２５によって、固体成分比率が例えば５％となるように濃縮され、その後配管ｌを介して汚泥処理設備３に供給される。なお、余剰汚泥Ｙ２を濃縮することによって得えられる水分は、配管ｋを介して排出され、汚泥処理設備３で使用される希釈水の一部として利用することができる。

汚泥処理設備３に供給された余剰汚泥Ｙ２は、配管ｌを介して水熱反応器３１に供給される。そして、水熱反応器３１に供給された余剰汚泥Ｙ１は、水熱反応器３１において水熱反応処理されることによって水熱反応処理排水Ｙ４とされ、配管ｏを介して排出される。具体的には、余剰汚泥Ｙ１は、２００℃以上の高温高圧水で水熱反応されることによって、有機成分が可溶化される。ここで、余剰汚泥Ｙ１が、上述のように、リン成分を多く含んだ好気性微生物が含まれており、水熱反応処理によって好気性微生物の細胞膜等が破壊されるため、水熱反応処理排水Ｙ４は、リン成分を多く含んだものとなる。このように、本実施形態の下水処理装置１においては、余剰汚泥Ｙ２のみを水熱反応処理するため、初沈汚泥と余剰汚泥とを混合したものを水熱反応処理する従来の下水処理よりも可溶性のリン成分濃度の高い水熱反応処理排水Ｙ４を生成することができる。

配管ｏを介して排出される水熱反応処理排水Ｙ４は、一旦配管ｏを介して好気性排水処理設備１の水熱反応処理排水脱水機２７に供給される。ここで、水熱反応処理排水Ｙ４は、固液分離されるこによって脱水される。そして、水熱反応処理排水Ｙ４が脱水されることによって得られた水分は、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５として配管ｐを介して再び汚泥処理設備３に供給される。例えば、下水Ｘの流量が１０００００ｍ^３／ｄであった場合には、配管ｐを介して汚泥処理設備３に供給される水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５の流量は、１１０ｍ^３／ｄ程度となる。また、水熱反応処理排水Ｙ４が脱水されることによって得られた固体分は、水熱反応処理残渣Ｙ６として搬送路ｑを介して焼却装置２８に供給される。例えば、下水Ｘの流量が１０００００ｍ^３／ｄであった場合には、搬送路ｑを介して焼却装置２８に供給される水熱反応処理残渣Ｙ６の量は、６ｔ／ｄとなる。
なお、水熱反応器３１において、余剰汚泥Ｙ２に含まれる好気性微生物の細胞が破壊されているため、脱水を容易に行うことができる。このため、水熱反応処理排水脱水機２７において水熱反応処理排水Ｙ４を脱水することによって、水熱反応処理残渣Ｙ６の水分含有量を５０％程度にすることができる。

上述のように、下水Ｘの流量を１０００００ｍ^３／ｄとした場合には、３０ｔ／ｄで水分含有率７０％の初沈脱水残渣Ｙ３と６ｔ／ｄで水分含有率５０％の水熱反応処理残渣Ｙ６とが燃焼装置２８に供給されるため、合計して３６ｔ／ｄで水分含有率６７％程度の脱水残渣が燃焼装置２８に供給されることになる。
例えば、初沈汚泥Ｙ１と余剰汚泥Ｙ２とを混合して水熱反応処理した場合には、脱水残渣の水分含有量を６５％以下にまで脱水することができる。しかしながら、初沈汚泥Ｙ１と余剰汚泥Ｙ２との両方を水熱反応処理した場合には、水熱反応処理によって、有機成分が可溶化されるため、脱水残渣のカロリが低下してしまい、脱水残渣を燃焼させる際に助燃料を脱水残渣に供給する必要が生じる場合がある。また、上述のように初沈汚泥Ｙ１と余剰汚泥Ｙ２との両方に対する水熱反応処理を行わなかった場合には、脱水残渣の水分含有量が８０％以上となるため、この場合にも脱水残渣を燃焼させる際に助燃料を脱水残渣に供給する必要が生じる。これに対し、本実施形態の脱水残渣は、水分の含有率が６７％程度であり、かつ、初沈脱水残渣Ｙ６のカロリが高い状態であるため、自燃可能な脱水残渣となる。このような自燃可能な脱水残渣は、良質なバイオマス燃料として利用することができる。したがって、本実施形態の下水処理装置１においては、脱水残渣を処理する装置として燃焼装置２８を設置したが、燃焼装置２８の代わりにバイオマス燃料を用いる発電装置等を設置し、脱水残渣を再利用することもできる。
また、本実施形態の下水処理装置１においては、破壊されていない細胞を含んだ状態で汚泥の脱水を行うことがないため、容易に脱水を行うことができる。したがって、従来、汚泥の脱水の際に用いられていた高価な高分子ポリマ（凝集剤）を使用する必要がなくなり下水処理装置のランニングコストを低下させることが可能となる。

さて、配管ｐを介して再び汚泥処理設備３に供給される水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５は、配管ｐを介してリン回収装置３２に供給される。そして、リン回収装置３２において、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５にマグネシウム塩として水酸化マグネシウムが添加され、これによってＭＡＰ粒子が析出される。そして、このＭＡＰ粒子がリン回収装置３２によって回収されることによって、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５からリン成分が除去される。
ここで、本実施形態の下水処理装置１においては、余剰汚泥Ｙ１が水熱反応処理されるため、その結果生成された水熱反応処理排水Ｙ４における可溶性のリン成分濃度が高くなっている。このため、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５から高効率でリン成分を回収することが可能となる。また、本実施形態の下水処理装置１においては、マグネシウム塩として水酸化マグネシウムを用いているため、リン回収装置３２における水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５のｐＨを高くすることなくＭＡＰ粒子を安定して析出させることができる。

リン回収装置３２によってリン成分が除去された水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５は、配管ｒを介して高速嫌気処理装置３３に供給される。なお、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５は、配管ｒを介して高速嫌気処理装置３３に供給される際に、必要に応じて希釈水によって希釈される。
水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５は、高速嫌気処理装置３３において、有機成分が除去される。具体的には、嫌気性微生物によって、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５中に含まれる有機成分を２日程度かけて分解することによって、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５中の有機成分が除去される。
そして、高速嫌気処理装置３３によって有機成分が除去された水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５は、配管ｔを介して脱窒装置３５に供給され、脱窒装置３５によって窒素成分が除去された後に、配管ｖを介して下水Ｘに処理済液Ｙ７として返流される。例えば、下水Ｘの流量を１０００００ｍ^３／ｄとした場合には、処理済液Ｙ７の流量は、４５０ｍ^３／ｄとなる。
また、水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５を嫌気性微生物によって分解した際に生成されるバイオガスＧは、高速嫌気処理装置３３から配管ｓを介して脱硫装置３４に供給され、脱硫装置３４によって硫黄成分が除去された後に、配管ｕを介して排気される。なお、配管ｕを介して排気されるバイオガスＧは、例えばコジェネレーション設備等の発電用のガスとして用いることが可能である。

（実施例）
上記実施形態の下水処理装置１を実際に複数回（Ａ〜Ｄ）稼動した場合における、リン回収装置３２での可溶性のリン成分の回収率を表１に示す。なお、今回の実施例においては、マグネシウム塩として水酸化マグネシウムを用い、リン回収装置３２内部のｐＨを７．５〜９の範囲とした。

この表１に示すように、リン回収装置３２に供給される水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５（原水）中の可溶性のリン成分濃度は、３１７ｍｇ／ｌ〜４４４ｍｇ／ｌと高い状態とされており、この結果、リン回収装置３２から排出される水熱反応処理脱水脱離液Ｙ５（処理水）中の可溶性のリン成分は、ＮＤ（未検出）〜３ｍｇ／ｌとなり、高効率で可溶性のリン成分が回収されていることが分かった。

以上、図面を参照しながら本発明に係る下水処理装置及び方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

本発明の一実施形態である下水処理装置の概略構成を示したシステムフロー図である。

符号の説明

１……下水処理装置
２……好気性排水処理設備
２１……最初沈殿池（最初沈殿池）
２２……曝気槽
２３……最終沈殿池（最終沈殿池）
３……汚泥処理設備
３１……水熱反応器
３２……リン回収装置
３３……高速嫌気処理装置（嫌気処理装置）
Ｘ……下水
Ｘ１……上澄み液
Ｘ２……処理水
Ｙ１……初沈汚泥（汚泥）
Ｙ２……余剰汚泥（汚泥）
Ｙ３……初沈汚泥残渣
Ｙ４……水熱反応処理排水
Ｙ５……水熱反応処理脱水脱離液（水熱反応処理排水）
Ｙ６……水熱反応処理残渣
Ｙ７……処理済液

Claims (6)

1. 下水中に含まれる汚泥を沈殿させることによって除去すると共にその上澄み液を排出する最初沈殿池と、前記上澄み液を曝気処理して排出する曝気槽と、該曝気槽から排出された前記曝気液中に含まれる汚泥を沈殿させることによって除去すると共にその上澄み液を処理水として排出する最終沈殿池とを備える下水処理装置であって、
   除去された前記汚泥のうち、前記最終沈殿池によって除去された汚泥のみを水熱反応処理して水熱反応処理排水として排出する水熱反応器と、
   前記水熱反応処理排水に対してマグネシウム塩を添加することによって前記水熱反応処理排水中に含まれるリン成分をＭＡＰ粒子として回収するリン回収装置と、
   前記水熱反応処理排水を固液分離する水熱反応処理排水脱水機と、
   除去された前記汚泥のうち、前記最初沈殿池によって除去された初沈汚泥のみを固液分離する初沈汚泥脱水機と
   を備えることを特徴とする下水処理装置。
2. 前記マグネシウム塩として水酸化マグネシウムを用いることを特徴とする請求項１記載の下水処理装置。
3. 前記リン回収装置における前記水熱反応処理排水のｐＨを７．５〜９に調整することを特徴とする請求項２記載の下水処理装置。
4. 下水中に含まれる汚泥を沈殿させて除去し、前記汚泥が除去された前記下水の上澄み液を曝気処理し、該曝気処理後の曝気液中に含まれる汚泥をさらに沈殿させて除去することによって、前記下水を処理水として排出する下水処理方法であって、
   除去される前記汚泥のうち、前記曝気液中から除去された前記汚泥のみを水熱反応処理することによって水熱反応処理排水とし、
   該水熱反応処理排水に対してマグネシウム塩を添加することによって前記水熱反応処理排水中に含まれるリン成分をＭＡＰ粒子として回収し、
   沈殿されて前記下水中から除去された前記汚泥を前記水熱反応排水と別に脱水することを特徴とする下水処理方法。
5. 前記マグネシウム塩として水酸化マグネシウムを用いることを特徴とする請求項４記載の下水処理方法。
6. 前記水熱反応処理排水に前記水酸化マグネシウムを添加した際の前記水熱反応処理排水のｐＨを７．５〜９とすることを特徴とする請求項５記載の下水処理方法。

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