JP5963656B2 - 汚泥処理装置およびリンの製造方法 - Google Patents
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Description
例えば特許文献1には、嫌気性処理工程を組み入れた有機性廃水又は汚泥処理システムであり、該嫌気性消化工程において汚泥中に発生するリン酸マグネシウムアンモニウムを系外に取り出すリン酸マグネシウムアンモニウム分離工程を有する処理方法であって、該リン酸マグネシウムアンモニウム分離工程において汚泥中に分散するリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を除去した後のリン酸マグネシウムアンモニウム脱離汚泥に対する汚泥減量化工程、該リン酸マグネシウムアンモニウム分離工程において分離したリン酸マグネシウムアンモニウム濃縮懸濁液に対してマグネシウムイオンを含む溶液を混合又は接触させるリン酸マグネシウムアンモニウム−マグネシウム溶液接触工程、該リン酸マグネシウムアンモニウム−マグネシウム溶液接触工程後の該リン酸マグネシウムアンモニウム濃縮懸濁液を含む液体からリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を回収する工程、及び回収された固形状のリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を取り除いた後のリン酸マグネシウムアンモニウム脱離後懸濁液を、前記嫌気性消化工程又はその前段に戻す工程を有することを特徴とする有機性廃水及び汚泥の処理方法が記載されている。
また、リンは、回収した後に早く乾燥すると好ましい。乾燥するまでの時間が短ければ、例えば系外へ運び出す時を自由に選択できるので、操業上、好ましい。回収したリンは、通常、系内(工場の敷地内等)に放置して乾燥させるが、乾燥するまでの時間が長いと、系内での滞留時間が長くなるので、例えば系内に専用の広い敷地を確保しなければならなくなるため好ましくない。
すなわち、本発明は、衛生的であって、かつ短時間に乾燥する固形状のリンが得られる汚泥処理装置およびリンの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、以下の(1)〜(6)である。
(1)汚泥を処理してリンを回収し、放流水を排出する汚泥処理装置であって、
晶析法を適用して、固形状のリンである固形リンを回収するリン回収部と、
前記固形リンをアルカリ溶液によって洗浄する洗浄部と、
を有する汚泥処理装置。
(2)さらに、前記汚泥から発生する臭気成分を回収し、脱臭処理して、アルカリ廃液を排出する脱臭部を有し、
前記洗浄部において、前記アルカリ溶液として前記アルカリ廃液を用いる、上記(1)に記載の汚泥処理装置。
(3)さらに、アルカリ性に調整した放流水を排出する殺菌部を有し、
前記洗浄部において、前記アルカリ溶液として前記放流水を用いる、上記(1)または(2)に記載の汚泥処理装置。
(4)汚泥を処理してリンを回収し、放流水を排出する、リンの製造方法であって、
晶析法を適用して、固形状のリンである固形リンを回収するリン回収工程と、
前記固形リンをアルカリ溶液によって洗浄する洗浄工程と、
を有するリンの製造方法。
(5)さらに、前記汚泥から発生する臭気成分を回収し、脱臭処理して、アルカリ廃液を排出する脱臭工程を有し、
前記洗浄工程において、前記アルカリ溶液として前記アルカリ廃液を用いる、上記(4)に記載のリンの製造方法。
(6)さらに、アルカリ性に調整した放流水を排出する殺菌工程を有し、
前記洗浄工程において、前記アルカリ溶液として前記放流水を用いる、上記(4)または(5)に記載のリンの製造方法。
本発明は、汚泥を処理してリンを回収し、放流水を排出する汚泥処理装置であって、晶析法を適用して、固形状のリンである固形リンを回収するリン回収部と、前記固形リンをアルカリ溶液によって洗浄する洗浄部と、を有する汚泥処理装置である。
このような汚泥処理装置を、以下では「本発明の装置」ともいう。
このようなリンの製造方法を、以下では「本発明の製造方法」ともいう。
また、汚泥の中でも、し尿の成分は、例えば、pH7.0〜8.0、SS=5,000〜15,000mg/L、リン含有率(全リン)=25〜800mg/L(好ましくは100〜200mg/L)、リン酸態リン濃度=20〜200mg/L(好ましくは10〜40mg/L)、アンモニア性窒素濃度=500〜5,000mg/Lである。
本発明の装置におけるリン回収部について説明する。
本発明の装置では、晶析法を適用して、固形状のリンである固形リンを回収する。
晶析法を適用する対象は前記汚泥であってもよいし、前記汚泥に処理を施した後に得られるものであってもよい。前記汚泥に高分子凝集剤を添加した後、少なくとも一部を固液分離し、主として液体部分である分離液に晶析法を適用して、固形状のリンである固形リンを回収することが好ましい。
MAP法は、液中のPO4 3-、NH4 +、Mg2+の反応によって生成するMAPの晶析現象を利用した方法であり、リンとアンモニウムイオンを含む汚泥にMgイオン源(塩化マグネシウム、水酸化マグネシウム等)を添加し、過飽和状態で種晶と接触させることで、種晶表面にMAPを晶析させ、これを回収する。
HAP法は、液中のPO4 3-、Ca2+、OH-の反応によって生成するヒドロキシアパタイト(以下HAPと記す。)の晶析現象を利用した方法であり、リンを含む汚泥にCa2+およびOH-を添加し、過飽和状態で種晶と接触させることで、種晶表面にHAPを晶析させ、これを回収する。
また、MAP法の場合、上記の反応浴中のMgイオン濃度がリン酸態リン濃度に対して、モル比で1.2〜1.5倍程度となるようにMgイオン源を添加することが好ましい。
また、必要に応じてアンモニウムイオン源を添加してもよい。
また、HAP法の場合、上記の反応浴中のCaイオン濃度がリン酸態リン濃度に対して、モル比で1.2〜1.5倍程度となるようにCaイオン源を添加することが好ましい。
その他の条件については、晶析法を行うに際しての従来公知の条件範囲内で行うことができる。
また、回収した直後(例えば晶析反応槽から引き抜いた直後)は、水分含有率が非常に高い。よって、これを系内にて乾燥させた後、系外へ運び出す必要があるが、乾燥(水分含有率が約2質量%の状態)するまでの時間は、通常、1か月程度以上である。この時間を短くすることができれば好ましい。
本発明の装置における洗浄部について説明する。
本発明の装置では、上記のようにして回収した固形リンを、アルカリ溶液によって洗浄する。
本発明においてアルカリ溶液は、pHが8.0〜11.0であることが好ましく、9.0〜10.0であることがより好ましい。
また、アルカリ溶液は水酸化ナトリウムを含むことが好ましい。この場合、水酸化ナトリウムの濃度は500〜3000mg/Lであることが好ましく、1000〜2500mg/Lであることがより好ましい。
また、アルカリ溶液は次亜塩素酸ナトリウムを含むことが好ましい。この場合、次亜塩素酸の濃度は100〜1000mg/Lであることが好ましく、300〜500mg/Lであることがより好ましい。
また、アルカリ溶液は、アルカリ水溶液であることが好ましい。
本発明の装置は、このように、洗浄部によって回収された固形リンを乾燥させる乾燥部を備えることが好ましい。
また、本発明の製造方法は、このように、洗浄工程によって回収された固形リンを乾燥させる乾燥工程を備えることが好ましい。
図1に示す本発明の装置の好適態様(装置10)は、受入部12と、高分子凝集剤添加手段14と、濃縮部16と、リン回収部18と、無機凝集剤添加手段20と、脱水部22と、混合部24と、生物処理部26と、殺菌部28と、脱臭部30と、洗浄部32とを有している。
装置10において受入部12は、汚泥40を受け入れ、これを所望の供給量で濃縮部16へ送る役割を果たす。
本発明の装置が受入部を有する場合、受入部はこのような役割を果たすものであればよく、例えば従来公知の受入槽(タンク等)を用いることができる。
装置10において高分子凝集剤添加手段14は、汚泥40に高分子凝集剤を添加する機能を有する。
本発明の装置が高分子凝集剤添加手段を有する場合、高分子凝集剤添加手段は、高分子凝集剤を所望量、汚泥へ添加できるものであれば特に限定されない。例えば、粉状または液状の高分子凝集剤を水へ添加して、高分子凝集剤の濃度を0.1〜0.3質量%(好ましくは0.2質量%程度)とした水溶液を得た後、薬注ポンプ(例えばダイヤフラムポンプやモーノポンプ)を用いて添加する手段が挙げられる。
高分子凝集剤はこのような役割を果たすものであればよい。例えばカチオン系高分子凝集剤、両性高分子凝集剤等が挙げられ、汚泥の性状により最適な種類を選定する。
装置10において濃縮部16は、前記高分子凝集剤を添加した後の汚泥40の少なくとも一部を固液分離し、汚泥40に含まれるSSが凝集した部分である凝集汚泥42および主として液体部分である分離液44を排出する。
濃縮部として、例えばウェッジワイヤースクリーン、ロータリースクリーンを用いることができる。ここで、これらの目開きは、0.5〜1.0mmであることが好ましい。
装置10においてリン回収部18は、分離液44に晶析法を適用して固形状のリンである固形リン46を回収し、残部である脱リン液48を排出する。
装置10において無機凝集剤添加手段20は、凝集汚泥42に無機凝集剤を添加する機能を有する。
また、無機凝集剤添加手段は、例えば、濃縮部と脱水部との間に凝集槽を設置し、ここへ無機凝集剤を添加できる態様であることが好ましい。また、凝集槽の内部を攪拌できる装置がさらに設置されていれば、これを用いて凝集槽の内部を攪拌することで無機凝集剤添加手段によって添加した無機凝集剤の反応速度を速めることができるので好ましい。
装置10において脱水部22は、無機凝集剤を添加した後の凝集汚泥42を脱水処理し、脱水汚泥50および脱水排液52を排出する。
装置10において混合部24は、脱リン液48および脱水排液52を受け入れて、これらが混合されてなる混合排液54を排出する。
装置10において生物処理部26では、混合排液54を活性汚泥法によって処理する。活性汚泥法の中でも、生物学的硝化脱窒法が好ましい。
生物処理部26は、混合排液54に従来公知の活性汚泥法を適用して、さらに必要に応じて二次脱窒素処理、曝気処理、沈殿処理等を行った後、後述する殺菌部28にて処理することで河川等へ放流できる排液(生物処理排液55)を得られる態様のものであれば特に限定されず、例えば従来公知の設備を用いることができる。具体的には、脱窒素槽および硝化槽からなり、混合排液54を活性汚泥処理することができる設備が挙げられる。
装置10において殺菌部28では、生物処理部26から排出された生物処理排液55をアルカリ性に調整し、放流水56として排出する。
殺菌部28は、生物処理部28から排出された排液である生物処理排液55に含まれる微生物(大腸菌等)を死滅させて、河川等に放流できる状態にする。アルカリ性に調整することで、微生物は死滅する。
本発明の製造方法は、このような殺菌部によって行うことができる殺菌工程を備えることが好ましい。
装置10において脱臭部30では、汚泥40から発生する臭気成分を回収してアルカリ廃液58を排出する。
装置10では、汚泥40に由来する臭気成分が大気中に拡散し難いように、送風機や排風機等を備えた換気装置が、各部(各槽)の上部やベルトコンベア上等に設置されている。そして、これによって集められた臭気成分(H2Sやメチルメルカプタン等)は、脱臭部30によって処理される。脱臭部30では、生物の作用によって臭気成分に含まれるH2Sを硫酸(H2SO4)へ酸化したり、酸(塩酸や硫酸)やアルカリ(水酸化ナトリウムや次亜塩素酸ナトリウム)を用いて中和処理したりして、脱臭処理する。脱臭部30は、このような脱臭処理をすることができる従来公知の装置を利用することができる。
そして、脱臭部30からは、酸性の酸廃液およびアルカリ性のアルカリ廃液58が排出される。本発明ではこのうちのアルカリ廃液を使用することが望ましい。
本発明の製造方法は、このような脱臭部によって行うことができる脱臭工程を備えることが好ましい。
装置10において洗浄部32では、固形リン46を、アルカリ廃液58および/または放流水56によって洗浄する。
混合排液54は、生物処理部26にて活性汚泥法によって処理される(生物処理工程)。処理後の排水(生物処理排液55)は、必要に応じてさらに二次脱窒素処理、曝気処理、沈殿処理等を行った後、殺菌部28にてアルカリ性に調整されることで殺菌処理され、放流水56として放流される。
このようにして得られた固形リンは、衛生的であって、かつ短時間に乾燥するので好ましい。
本発明の製造方法は、前記濃縮工程の前段に、前記高分子凝集剤を添加する前または添加した後の前記汚泥を比重分離して、高比重部分と低比重部分に分離する比重分離工程をさらに備え、前記比重分離工程において得られた高比重部分を前記分離液へ加え、低比重部分を前記濃縮工程において固液分離することが好ましい。
高比重部分にはリン酸マグネシウムアンモニウムやヒドロキシアパタイトが固体として存在している場合があり、これが濃縮部における固液分離によって固体成分へ含まれることを抑制するためである。
本発明の製造方法は、前記脱リン液および/または前記脱水排液を用いて、前記脱臭工程において用いる脱臭設備を洗浄する工程をさらに備えることが好ましい。
前記脱リン液および/または前記脱水排液を用いて前記脱臭部(脱臭設備)を洗浄すると、硫化水素の発生が抑制できるからである。
図2に示す汚泥処理装置60を用いて汚泥処理し、リンを回収した。
汚泥処理装置60について説明する。
汚泥処理装置60は、受入槽62、中継槽64、高分子凝集剤添加装置66、凝集槽68、濃縮機70、リン回収装置72、循環槽74、無機凝集剤添加装置75、脱水機76、分離液槽78、脱窒素槽80、硝化槽82、放流水槽83、生物脱臭塔84およびアルカリ洗浄塔86を備えている。また、リン回収装置72は、リン回収原水槽88および晶析反応槽90から構成されている。
また、汚泥処理装置60は、循環槽74から、その内部の液体(脱リン液106)を晶析反応槽90へ返送するためのパイプ状の返送手段92を備えており、そのパイプには、晶析反応槽90におけるpHおよびマグネシウム濃度を必要に応じて調整できるpH調整剤添加装置94およびマグネシウム源添加装置96が設置されている。
濃縮機70が、本発明の装置が有することが好ましい凝縮部に相当する。
リン回収装置72が、本発明の装置におけるリン回収部に相当する。
無機凝集剤添加装置75が、本発明の装置が有することが好ましい無機凝集剤添加手段に相当する。
脱水機76が、本発明の装置が有することが好ましい脱水部に相当する。
分離液槽78が、本発明の装置が有することが好ましい混合部に相当する。
脱窒素槽80および硝化槽82が、本発明の装置が有することが好ましい生物処理部に相当する。
放流水槽83が、本発明の装置が有することが好ましい殺菌部に相当する。
生物脱臭塔84およびアルカリ洗浄塔86が、本発明の装置が有することが好ましい脱臭部に相当する。
次に、汚泥100は中継槽64から凝集槽68へ移動され、凝集槽68において高分子凝集剤添加装置66から高分子凝集剤が添加される。凝集槽68は攪拌機を備えており、これによって高分子凝集剤の作用を高めることができる。その後、高分子凝集剤が添加された汚泥100は所定の供給量で濃縮機70へ向かって送られる。高分子凝集剤が添加された汚泥100は濃縮機70において、その少なくとも一部が固液分離する。そして、濃縮機70から、汚泥100中の固形成分等が凝集された部分である凝集汚泥102と、主として液体部分である分離液104とが排出される。
アルカリ洗浄塔86では、汚泥処理装置60において複数個所から発生する、汚泥100に由来する中濃度臭気成分(メチルメルカプタン等)が集められる。加えて、生物脱臭塔84にて発生した排気ガス118も回収される。アルカリ洗浄塔86では、次亜塩素酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムを用いて、中濃度臭気成分および排気ガス118を洗浄処理する。アルカリ洗浄塔86から排出されるアルカリ廃液120には、次亜塩素酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムが含まれている。
・受入槽62:鉄筋コンクリート製水槽
・中継槽64:鉄筋コンクリート製水槽
・高分子凝集剤添加装置66:撹拌機付き2.0m3タンクおよび定量ポンプ
・凝集槽68:液滞留時間3〜5分、撹拌機付きのタンクで完全混合できるもの。
・濃縮機70:スリット型濃縮機(目開き0.5〜1.0mm)
・リン回収装置72
・リン回収原水槽88:撹拌機付きタンク
・晶析反応槽90:2塔式晶析反応槽(特許第4053273号に記載のもの)、水ing株式会社製
・循環槽74:タンク
・無機凝集剤添加装置75:3.0m3タンクおよび定量ポンプ
・脱水機76:スクリュープレス機:軸摺動型スクリュ−プレス、水ing株式会社製
・分離液槽78:鉄筋コンクリート製水槽
・脱窒素槽80:鉄筋コンクリート製水槽
・硝化槽82:鉄筋コンクリート製水槽
・放流水槽83:鉄筋コンクリート製水槽
・生物脱臭塔84:充填式スクラバ塔
・アルカリ洗浄塔86:充填式スクラバ塔
・返送手段92:渦巻きポンプ
・pH調整剤添加装置94:20Lタンクおよびポンプ
・マグネシウム源添加装置96:50Lタンクおよびポンプ
・汚泥100:し尿および浄化槽汚泥の混合物
・汚泥の処理量:10.8m3/日
・流入PO4−P負荷:約1.0kg−PO4−P/日
・高分子凝集剤:両性ポリマー(CS−302)、水ing株式会社社製
・pH調整剤:水酸化ナトリウム(循環槽に設置されたpH計が8.7〜9.5付近となるように添加した。)
・マグネシウム源:塩化マグネシウム(10質量%−MgClとなるように溶解して使用)
・無機凝集剤:ポリ塩化第二鉄、濃度11質量%−Fe(比重1.45)
アルカリ廃液120のpHおよび成分を調べたところ、pH:10.2、次亜塩素酸ナトリウム濃度:440mg/L、M−アルカリ度:3140mg/L(as NaOH約0.25質量%)であった。
結果を第1表に示す。
実施例1と同様の汚泥処理装置60を用いて汚泥処理し、リンを回収した。
そして、実施例1では、アルカリ洗浄塔86から排出されたアルカリ廃液120をサンプリングして、これを用いて固形リン108を洗浄したが、実施例2では、放流水116をサンプリングして、これを用いて固形リン108を洗浄した。そして、それ以外は全て実施例1と同様に操作を行って、各サンプルから得られたリンの表面大腸菌群数および含水率(質量%)を測定した。
結果を第2表に示す。
pH:5.8〜8.6
BOD:10mg/L以下
COD:30mg/L以下
SS:10mg/L以下
T−N:20mg/L以下
T−P:1mg/L以下
大腸菌群数:1,000個/cm3以下
実施例1と同様の汚泥処理装置60を用いて汚泥処理し、リンを回収した。
そして、得られたリンについて、ろ紙と漏斗を使用して粗く水を分離した後、実験室内にろ紙を広げ、24時間、自然乾燥させた。その後、実施例1と同様の方法で、得られたリンの表面大腸菌群数および含水率を測定した。
その結果、表面大腸菌群数は32895個/gであった。また、含水率は22.5質量%であった。
実施例1と同様の汚泥処理装置60を用いて汚泥処理し、リンを回収した。
そして、得られたリンについて、ろ紙と漏斗を使用して粗く水を分離した後、実験室内にろ紙を広げ、自然乾燥させた。そして、含水率が約2質量%となるまでの期間を測定した。その結果、リンの含水率が約2質量%となるには、約1か月間の自然乾燥が必要であることがわかった。
16 濃縮部 18 リン回収部
20 無機凝集剤添加手段 22 脱水部
24 混合部 26 生物処理部
28 殺菌部 30 脱臭部
32 洗浄部 40 汚泥
42 凝集汚泥 44 分離液
46 固形リン 48 脱リン液
50 脱水汚泥 52 脱水排液
54 混合排液 55 生物処理排液
56 放流水 58 アルカリ廃液
60 汚泥処理装置 62 受入槽
64 中継槽 66 高分子凝集剤添加装置
68 凝集槽 70 濃縮機
72 リン回収装置 74 循環槽
75 無機凝集剤添加装置 76 脱水機
78 分離液槽 80 脱窒素槽
82 硝化槽 83 放流水槽
84 生物脱臭塔 86 アルカリ洗浄塔
88 リン回収原水槽 90 晶析反応槽
92 返送手段 94 pH調整剤添加装置
96 マグネシウム源添加装置 100 汚泥
102 凝集汚泥 104 分離液
106 脱リン液 108 固形リン
110 脱水汚泥 112 脱水排液
114 混合排液 116 放流水
118 排気ガス 120 アルカリ廃液
Claims (4)
- 汚泥を処理してリンを回収し、放流水を排出する汚泥処理装置であって、
晶析法を適用して、固形状のリンである固形リンを回収するリン回収部と、
前記汚泥から発生する臭気成分を回収し、脱臭処理して、アルカリ廃液を排出する脱臭部と、
前記固形リンを前記アルカリ廃液によって洗浄する洗浄部と、
を有する汚泥処理装置。 - 汚泥を処理してリンを回収し、放流水を排出する汚泥処理装置であって、
晶析法を適用して、固形状のリンである固形リンを回収するリン回収部と、
pH7.0〜8.6に調整した放流水を排出する殺菌部と、
前記固形リンを前記放流水によって洗浄する洗浄部と、
を有する汚泥処理装置。 - 汚泥を処理してリンを回収し、放流水を排出する、リンの製造方法であって、
晶析法を適用して、固形状のリンである固形リンを回収するリン回収工程と、
前記汚泥から発生する臭気成分を回収し、脱臭処理して、アルカリ廃液を排出する脱臭工程と、
前記固形リンを前記アルカリ廃液によって洗浄する洗浄工程と、
を有するリンの製造方法。 - 汚泥を処理してリンを回収し、放流水を排出する、リンの製造方法であって、
晶析法を適用して、固形状のリンである固形リンを回収するリン回収工程と、
pH7.0〜8.6に調整した放流水を排出する殺菌部と、
前記固形リンを前記放流水によって洗浄する洗浄工程と、
を有するリンの製造方法。
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