JP5225307B2 - リン回収装置 - Google Patents
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Description
[M2+ (1−x) M3+ x (OH)2]x+ [(An−)x/n・mH2O]x- …(1)
M2+: Mg2+、Zn2+、Cu2+
M3+: Fe3+、Al3+、
An−: SO4 2−、Cl−、CO3 2−、OH−
但し、0.20≦x≦0.33、0≦m<2である。
x=0.3、m=1とする場合、
[Mg2+ (2.3) Al3+ (1) (OH)2]+ [(Cl−)(1)・H2O] - …(2)
上記のハイドロタルサイト粒子101に、リン酸107(PO4 3−)が接触すると、下式(3)の化学反応が起こり、図16の(b)に示すように、塩素イオン105(Cl−)がリン酸イオン107(PO4 3−)に置換される。置換された元の塩素イオン105(Cl−)は、ハイドロタルサイト粒子101から離れて系外へ排出される。
[Mg2+ (2.3) Al3+ (1) (OH)2]+ [(Cl−)(1)・H2O] -+PO4 3−
→[Mg2+ (2.3) Al3+ (1) (OH)2]+ [(PO4 3−)(1)・H2O] -+Cl− …(3)
この従来の無機固形物粒子(ハイドロタルサイトの上位概念の物質)を、下水処理プロセスに適用したときの従来プロセスを説明する。このプロセスは上記のようにリン酸を吸着するためのものではなく、(4)式に示すように、硝化菌の硝化反応を促進するためのものである。また、特許文献2ではその粒子径を10μm以下と微小のものを適用することでその反応を促進している。すなわち、硝化菌がこの粉末上に付着して、かかる菌の活性化を図ることを目的としている。
NH4 +(アンモニアイオン)→NO2 −(亜硝酸イオン)→NO3 −(硝酸イオン) …(4)
脱窒反応を下式(5)に示す。
NO3 −(硝酸イオン)→N2(窒素ガス) …(5)
これらの反応プロセスを上記ハイドロタルサイト粒子へのリン吸着反応に適用した場合に、そのプロセス操作の概要を説明する。原水は、原水槽から管を介して曝気槽内に供給される。曝気槽内へはブロワからガス管と散気管を順次介して空気が供給される。この曝気槽内では、予め、有機物等を基質として増殖する活性汚泥微生物が投入されており、排水中の有機物等を基質として増殖するとともに、この有機物を分解除去する。その後、その曝気槽内の被処理水は、次の沈殿槽に供給され、ここで、増殖した微生物(汚泥)と、有機物が分解除去されて清澄な上澄み水とが、沈殿分離される。この上澄み水は管を通って河川等に放流排出される。一方、沈殿した汚泥の一部は、ポンプ駆動によって元の曝気槽の入口部分まで返送され、汚泥の他の一部は、別のポンプ駆動によって余剰汚泥として排出される。
曝気槽内において、図17の(a)に示すように、リン吸着済みハイドロタルサイト粒子108と活性汚泥フロック29とが流動しながら混在している。前者の粒子108は長径200μm程度の大きさである。後者のフロック29は活性汚泥微生物が凝集したものからなり、長径10μm以上100μm以下の大きさである。
同様に、当該従来技術だと、原水中に、水銀やクロムなどの重金属、トリハロメタンなど塩素系有機化合物等の有害物質が含まれていた場合、活性汚泥微生物は、その体内にこれらの有害物質を取り込み、有害物質が体内に濃縮する。そうすると、有害物質を高濃度に含む活性汚泥フロック29とリン酸吸着ハイドロタルサイト粒子108との混合物が、リン肥料として回収されるため、土壌環境等を悪化させる。
を具備することを特徴とする。
(2)上記(1)の装置において、粒子径変化装置として、曝気槽内の被処理水への空気吹き込み量を領域ごとに異ならせる曝気の剪断力により固形物粒子を粉砕する複数の散気管を用いるか、または曝気槽内の被処理水に水流を生じさせることにより固形物粒子を粉砕する水中ポンプを用いることができる。
上記の粒子径変化装置には、空気吹き込み量を領域ごとに異ならせるエリア別曝気を行う複数の散気管を用いるか、または水中撹拌を行う水中ポンプのいずれかを用いることができる。複数の散気管を用いる場合は、一方の弁開度を小さくし、他方の弁開度を大きくすることによって、第1の散気管からの空気吹き込み量よりも、第2の散気管からの空気吹き込み量を大きくする。そうすることで、前者の小さい空気量で固形物粒子が原水中の汚濁物質を分解除去しながら大きく増殖し、後者の大きい空気量で大きくなった固形物粒子を曝気の揃断力によって砕いてその粒子径を小さくすることができる。
さらに、リン吸着粒子分離装置(メッシュ)内の前段部分にエリア別曝気方式、機械攪拌方式、水中攪拌方式のいずれかの手段を設置することができる。これらのうちのいずれかの手段を用いてメッシュの内側において活性汚泥フロックを砕き、肥大化したフロックを小サイズの細粒にすることができる。また、リン吸着粒子分離装置(メッシュ)内での粒子分離直前に、活性汚泥フロックを砕くことにより、前段のリン吸着反応を、曝気槽全部を使って行うことができるので、リン吸着反応を低下させずに、沈殿分離も可能となる。
無限軌道装置をさらに有することが好ましい。リン吸着粒子分離装置(メッシュ)を曝気槽から回収装置までの間で移動させる無限軌道装置をさらに有することが好ましい(図15)。無限軌道装置によりリン吸着粒子を連続的に分離・回収することができる。この場合に、無限軌道装置を水洗ノズル等の洗浄手段と組み合わせて用いると、さらに長期間にわたり連続的に処理することができる。
図1を参照して本発明の第1の実施形態を説明する。
(CxHyOz)+(x+y/4-z/2) O2 → xCO2 + y/2 H2O …(6)
一方、ハイドロタルサイト粒子32は、上式(3)のハイドロタルサイト粒子101と類似しているが、下式(7)に示すように(M3+)の部分が鉄イオン(Fe3+)35と置換されている構造であり、その平均粒径は500μm(0.5mm)である。このハイドロタルサイト粒子32は、ポンプP2の駆動により供給装置3からラインL2を通って曝気槽4内の前段部に供給される。曝気槽4内では、原水中に含まれるリン酸イオン(PO4 3−)とハイドロタルサイト粒子32とが下式(7)および図3に示すように反応して、ハイドロタルサイト粒子32にリン酸イオン31が吸着される。
[Mg2+ (2.3) Fe3+ (1) (OH)2]+ [(Cl−)(1)・H2O] - + PO4 3−
→ [Mg2+ (2.3) Al3+ (1) (OH)2]+ [(PO4 3−)(1)・H2O] - + Cl− …(7)
上記のように、曝気槽4内で、(1)有機汚濁物質が分解除去された水((6)式)、その分解プロセスで増殖した(2)活性汚泥フロック、(3)リン酸が吸着されたハイドロタルサイト粒子((7)式)は、いずれも混合した状態でラインL3を介して沈殿槽6内のメッシュ10の内面側に供給される。メッシュ10の平均孔径が150μm(0.15mm)であるので、それより大きい平均粒径500μm(0.5mm)のリン吸着ハイドロタルサイト粒子33はメッシュ10に捕捉される。
リン吸着粒子分離装置にメッシュ10を用いたので、沈殿槽6の壁面部に容易に設置することができ、シンプルで安価な構造とすることが可能である。
沈殿槽6内にメッシュ10を設置したので、メッシュによるハイドロタルサイト粒子の分離効果以外に、沈殿槽内での活性汚泥フロック等の自然沈殿の効果も追加され、これらの分離効率がさらに向上する。すなわち、沈殿槽6内の水は、曝気槽4のようにブロワでの曝気による流動状態(乱流)よりも小さい流動状態(層流)にあるため、比重(約1.5〜3)の大きなハイドロタルサイト粒子は、メッシュ10内の底部に沈殿し、当該底部に高濃度に蓄積する。それより比重(約1.0〜1.2)の小さな活性汚泥フロックは、同底部に沈殿することなく、メッシュ10の側面部の孔部から流出する。従って、メッシュ10の側面部にはハイドロタルサイト粒子が捕捉されず、同側面部の孔部にハイドロタルサイト粒子が目詰まりすることがないので、活性汚泥フロックや水のみが高速に、メッシュ10側面部を通過できる。よって、メッシュ10の分離効率が向上するといったメリットがある。
曝気槽4内にハイドロタルサイト粒子(粉体またはスラリー)を投入して、ブロワ55から曝気槽4内の被処理水にエアを吹き込み攪拌するので、投入粒子を水中に分散させるための攪拌動力(スクリュウなど)が不要になり、動力コストを削減できる。
本発明装置により回収した回収物は鉄イオン35を含むハイドロタルサイト粒子32であるため、これを肥料として使用した場合に、従来のアルミニウムイオン103を含むハイドロタルサイト粒子101よりも土壌に及ぼす影響が少ない。
次に図4を参照して本発明の第2の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。
次に図5を参照して本発明の第3の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。
次に図6を参照して本発明の第4の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。
次に図7と図8を参照して本発明の第5の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。
次に図9と図10を参照して本発明の第6の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。
次に図11と図12を参照して本発明の第7の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。
次に図13を参照して本発明の第8の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。
次に本発明の第9の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。本実施形態の装置は図示していない。
機械攪拌機を曝気槽の上方に配置し、機械攪拌機の回転羽根スクリュウを曝気槽内の水中に浸漬させ、スクリュウを回転させて被処理水を強攪拌することにより、活性汚泥フロックを粉砕する。
水中ポンプを曝気槽内の底部に配置し、水中ポンプで曝気槽内の被処理水に速い水流を生じさせることにより、活性汚泥フロックを粉砕する。水中ポンプの駆動により発生させる水流の向きは、垂直方向、水平方向、斜め方向のいずれの向きとしてもよいが、垂直方向とすることが好ましい。原水中の活性汚泥フロックが曝気槽の上部を素通りするのを防止できるからである。
本実施形態では、上記実施形態の装置1,1C,1Gの各メッシュ10,10c,10g内の前段部分に、上記のエリア別曝気方式、機械攪拌方式、水中攪拌方式のいずれかの手段を設置する。これらのうちのいずれかの手段を用いてメッシュ10,10c,10gの内側において活性汚泥フロックを砕き、500μm以上に肥大化したフロックを平均粒径100μm以下の小サイズにする。
次に図14を参照して本発明の第10の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。
次に図15を参照して本発明の第11の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と共通する部分の説明は省略する。
2…原水槽、3…無機固形物粒子供給装置(ハイドロタルサイト粒子供給源)、
4…曝気槽、5,51,52…散気管、55…ブロワ、
6…沈殿槽、7…処理水貯留槽、8…余剰汚泥回収槽、
9…リン吸着済み粒子回収容器、
10,10c,10f,10g…メッシュ(リン吸着粒子分離装置)、
11,11a,11b…ストレーナ(リン吸着粒子分離装置)、
12…回収物沈殿部(リン吸着粒子分離装置)、
13…サイクロン沈殿器(リン吸着粒子分離装置)、
15…沈降速度差分離装置(リン吸着粒子分離装置)、
20…無限軌道装置、
21a,21b…駆動ローラ、
22…リン吸着済み粒子回収容器、
23…水洗装置、24…水洗粒子回収容器、
29…固形物(活性汚泥フロック、金属粒子、金属酸化物粒子、砂粒など)、
31,107…リン酸イオン、
32,101…ハイドロタルサイト粒子(無機固形物粒子)、
33,108…リン酸吸着ハイドロタルサイト粒子(リン吸着済み無機固形物粒子、リン吸着粒子)、
4H…処理槽、41…曝気槽、42…オーバーフロー槽、43…堰、44…支持部材、
4I…曝気沈殿槽、
L1〜L10…ライン、V1〜V5…弁、
P1〜P5…ポンプ、P6…加圧ポンプ。
Claims (5)
- リン酸及び固形物粒子を含む排水を供給する排水供給装置と、
前記排水供給装置から供給される排水を受け入れ、前記排水中の汚濁物質を酸素雰囲気下の生物反応により分解浄化する好気性微生物を有し、かつ前記排水中に含まれるリン酸を吸着するリン吸着能を備える平均粒径0.3〜3mmかつ比重1.5〜3のハイドロタルサイト粒子を有する曝気槽と、
前記ハイドロタルサイト粒子を前記曝気槽内に供給する無機固形物粒子供給装置と、
前記固形物粒子に外力を加えて粉砕し、物理的に前記固形物粒子を平均粒径100μm以下にする粒子径変化装置と、
前記排水中のリン酸を吸着したリン吸着済みハイドロタルサイト粒子と前記粒子径変化装置により粉砕された前記固形物粒子とを両者の粒径差または比重差のいずれかを利用して分離することにより、前記固形物粒子とともに前記好気性微生物を前記リン吸着済みハイドロタルサイト粒子から分離するリン吸着粒子分離装置と、
前記リン吸着粒子分離装置により分離された前記リン吸着済みハイドロタルサイト粒子を回収する回収容器と、
を具備することを特徴とするリン回収装置。 - 前記粒子径変化装置が、前記曝気槽内の被処理水への空気吹き込み量を領域ごとに異ならせる曝気の剪断力により前記固形物粒子を粉砕する複数の散気管であるか、または前記曝気槽内の被処理水に水流を生じさせることにより前記固形物粒子を粉砕する水中ポンプであることを特徴とする請求項1記載のリン回収装置。
- 前記リン吸着粒子分離装置は、前記曝気槽から前記回収装置までの間の流路に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項1または2のいずれか1項記載のリン回収装置。
- 前記リン吸着粒子分離装置を前記曝気槽から前記回収装置までの間で移動させる大気接触部分を有する無限軌道装置をさらに有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のリン回収装置。
- 前記粒子径変化装置により粉砕された後の前記固形物粒子が平均粒径100μm以下の活性汚泥フロックであり、
前記リン吸着粒子分離装置が平均孔径120〜180μmのメッシュであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のリン回収装置。
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