JP5997145B2 - 有機性廃水及び有機性汚泥の処理方法及び処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機物を含有する廃水（「有機性廃水」と称する）、並びに、有機物を含有する汚泥（「有機性汚泥」と称する）の処理方法及び処理装置に関する。詳しくは、下水処理場や各種廃水処理施設等から排出される廃水などの有機性廃水、或いは、該有機性廃水を嫌気性処理して得られる嫌気性処理汚泥などの嫌気性処理汚泥から、リン成分をリン酸マグネシウムアンモニウム（以下「ＭＡＰ」ともいう）として分離回収する、有機性廃水及び有機性汚泥の処理方法及び処理装置に関する。

有機性廃水から窒素成分及びリン成分を分離する方法として、有機性廃水にマグネシウムイオンなどを添加して、廃水中に含まれるリン、アンモニア及びマグネシウムイオンを反応させてリン酸マグネシウムアンモニウム（以下「ＭＡＰ」と称する）の結晶を成長させ、ＭＡＰ粒子として分離回収する方法（「ＭＡＰ処理法」と称する）が知られている。

このようなＭＡＰ処理法は、リン成分の回収を安定的に行うことができる上、回収されるＭＡＰは優れた肥料としての付加価値があるため、資源の有効利用の点からも優れたリン及び窒素の回収兼除去技術である。

ＭＡＰ処理法に関しては、例えば特許文献１において、汚泥にカチオン性有機高分子凝集剤（カチオンポリマー）を添加する第１の凝集手段と、該第１の凝集手段で得られた凝集汚泥を濃縮する重力濃縮手段と、該重力濃縮手段の濃縮汚泥に無機凝集剤を添加する第２の凝集手段と、該第２の凝集手段で得られた凝集汚泥に両性有機高分子凝集剤（両性ポリマー）を添加する第３の凝集手段と、該第３の凝集手段で得られた凝集汚泥を脱水処理する脱水手段と、前記重力濃縮手段からの分離水を処理するＭＡＰ生成手段と、を備えてなる汚泥処理装置が開示されている。

また、特許文献２では、有機性廃水を嫌気性処理する嫌気性消化工程において汚泥中に発生するＭＡＰ粒子を液体サイクロンなどによって分離し、該ＭＡＰ粒子を含むＭＡＰ分離濃縮液を得た後、該ＭＡＰ分離濃縮液にマグネシウムイオンを新たに添加し、溶解しているリン成分との反応によって、該ＭＡＰ分離濃縮液に存在するＭＡＰ粒子の表面に新たなＭＡＰを積層させてＭＡＰ粒子として回収し、ＭＡＰ粒子回収後のＭＡＰ脱離汚泥は脱水して脱水ケーキとして排出させる方法が提案されている。

特開平１１−２８５００号公報 特開２００４−１６０３０４号公報

前記特許文献２が提案する方法によれば、溶解しているリン成分もＭＡＰとして回収することができるため、リンの回収率を高めることができる。
ところが、液体サイクロンなどの物理的手段によって分離できるＭＡＰ粒子は、ある程度粒径の大きなＭＡＰ粒子であるため、例えば粒径２５μｍ未満の微細なＭＡＰ粒子（「微細ＭＡＰ粒子」とも称する）は分離されずに汚泥中に残存し、脱水ケーキに含まれる状態で廃棄されることになり、その分リンの回収率が低下するという課題を抱えていた。特に処理対象とする汚泥中に微細ＭＡＰ粒子由来のリン成分が５質量％以上存在する場合は、リン回収率の低下が顕著であった。

そこで本発明は、液体サイクロンなどの物理的手段によって分離できない微細なＭＡＰ粒子を回収できるようにして、リンの回収率をさらに高めることができる、新たな有機性廃水及び有機性汚泥の処理方法及び処理装置を提案せんとするものである。

本発明は、有機性廃水又は有機性汚泥を嫌気性処理して得られる嫌気性処理汚泥中に含まれるＭＡＰ粒子を種晶として、次の汚泥減量化工程から返送されてくる固液分離水中に溶解していたリン成分をＭＡＰとして晶析させてＭＡＰ粒子を成長させ、粒径２５μｍ以上の粗ＭＡＰ粒子に成長したＭＡＰ粒子と、粒径２５μｍ未満の微細ＭＡＰ粒子を含むＭＡＰ脱離汚泥とに分離するリン分離工程と、前記リン分離工程で分離したＭＡＰ脱離汚泥のｐＨを低下させてＭＡＰ脱離汚泥中に残存するＭＡＰ粒子を溶解させてｐＨ調整汚泥を得るｐＨ調整工程と、該ｐＨ調整汚泥を濃縮乃至脱水して脱水ケーキを得る一方、該濃縮乃至脱水によって得られた固液分離水の一部又は全部を前記リン分離工程に返送する汚泥減量化工程と、を備えた有機性廃水又は有機性汚泥の処理方法を提案する。

本発明はまた、有機性廃水又は有機性汚泥を嫌気性処理して得られる嫌気性処理汚泥中に含まれるＭＡＰ粒子を種晶として、次の汚泥減量化工程から返送されてくる固液分離水中に溶解していたリン成分をＭＡＰとして晶析させてＭＡＰ粒子を成長させ、粒径２５μｍ以上の粗ＭＡＰ粒子に成長したＭＡＰ粒子と、粒径２５μｍ未満の微細ＭＡＰ粒子を含むＭＡＰ脱離汚泥とに分離するリン分離工程と、前記工程で分離したＭＡＰ脱離汚泥を濃縮し、得られた濃縮汚泥のｐＨを低下させて該濃縮汚泥中に残存するＭＡＰ粒子を溶解させてｐＨ調整汚泥を得、該ｐＨ調整汚泥を脱水して脱水ケーキを得る一方、該脱水によって得られた固液分離水の一部又は全部を前記リン分離工程に返送する汚泥減量化工程と、を備えた有機性廃水又は有機性汚泥の処理方法を提案する。

有機性廃水又は有機性汚泥を嫌気性処理して得られる嫌気性処理汚泥中には、前述のように、液体サイクロンなどの物理的手段によって分離できない微細ＭＡＰ粒子が含まれている。そこで本発明は、該微細ＭＡＰ粒子を含む汚泥のｐＨを低下させて該微細ＭＡＰ粒子を溶解させてリン分離工程に返送するようにして、リン分離工程では、汚泥中に含まれているＭＡＰ粒子を種晶として、溶解しているリン成分などのＭＡＰ基質成分をＭＡＰとして晶析させてＭＡＰ粒子を成長させることにより、液体サイクロンなどの物理的手段によって分離回収できるようになり、ＭＡＰ粒子として回収できるリンの回収率をさらに高めることができる。

本発明の基本フローの一例を説明するための図である。 本発明の基本フローの他例を説明するための図である。 図１に示した基本フローの具体的態様の一例を説明するための図である。 図２に示した基本フローの具体的態様の一例を説明するための図である。 図１に示した基本フローの具体的態様の他の一例を説明するための図である。 図２に示した基本フローの具体的態様の他の一例を説明するための図である。 図３のフローにおいて、ｐＨ調整工程での設定ｐＨ値と、リン溶出率（Ａ）、ＭＡＰ再結晶化率（Ｂ）、Ｂ／Ａ及び不純物含有率との関係を示したグラフである。

＜本処理方法Ｉ＞
本発明の実施形態の一例として、図３に示した有機性廃水又は有機性汚泥の処理方法（「本処理方法Ｉ」と称する）について説明する。

本処理方法Ｉは、図３に示すように、有機性廃水又は有機性汚泥を嫌気性処理する「嫌気性処理工程１」と、嫌気性処理工程１で得られた嫌気性処理汚泥４から粗ＭＡＰ粒子を含むＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２とＭＡＰ脱離汚泥２ａ１とに分離し、該ＭＡＰ脱離汚泥２ａ１を次のｐＨ調整工程Ａに供給する一方、該ＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２に、後述する汚泥減量化工程３から返送されてくる固液分離水３ａｂを混合し、必要に応じてＭｇ源又はｐＨ調整剤２ｂ２を添加して、該ＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２中の粗ＭＡＰ粒子を種晶として、前記固液分離水３ａｂに溶解していたリン成分をＭＡＰとして晶析させてＭＡＰ粒子を成長させ、次いで、成長したＭＡＰ粒子を回収する「リン分離工程２」と、前記ＭＡＰ脱離汚泥２ａ１に酸を加えてｐＨを低下させることにより、ＭＡＰ脱離汚泥２ａ１中に残存するＭＡＰ粒子を溶解させてｐＨ調整汚泥Ａ１を得る「ｐＨ調整工程Ａ」と、ｐＨ調整汚泥Ａ１を濃縮乃至脱水して脱水ケーキ３ｂ１と固液分離水３ａｂとに分離し、該脱水ケーキ３ｂ１を排出させる一方、該固液分離水３ａｂをリン分離工程２に返送する「汚泥減量化工程３」と、を備えた有機性廃水又は有機性汚泥の処理方法である。
以下、各工程について詳細に説明する。

（有機性廃水又は有機性汚泥）
本処理方法Ｉが処理する有機性廃水又は有機性汚泥としては、下水処理場や、各種廃水処理施設等から排出される有機性廃水又は有機性汚泥などを例示することができる。例えば、し尿や浄化槽汚泥の消化脱離液、汚泥の消化液、化学工場排水など、高濃度の有機物、リン及び窒素を含有する廃水などを挙げることができる。

（嫌気性処理工程１）
嫌気性処理工程１では、有機性廃水又は有機性汚泥を嫌気性消化タンク１ａにおいて嫌気性処理を行い、メタンガスを含む発生ガス、嫌気性処理水及び嫌気性処理汚泥を得、前記発生ガス及び嫌気性処理水を系外に排出する一方、嫌気性処理汚泥をリン分離工程２に供給する。

嫌気性処理とは、酸素のない嫌気性環境下で生育する嫌気性微生物の代謝反応を利用して、有機物をメタンガスや炭酸ガスなどに分解する生物処理方法である。つまり、有機性廃水または汚泥に対して嫌気的な環境を与えた処理工程全般を指し、酸発酵、メタン発酵、嫌気性消化等を含む処理である。

嫌気性処理の具体的な方法としては、例えば嫌気微生物を浮遊状態で保持する嫌気性消化法や、自己造粒性の嫌気微生物からなるグラニュール汚泥を保持した上向流汚泥床法（ＵＡＳＢ）、嫌気微生物を砂や粒状活性炭などの流動性担体表面に保持する嫌気性流動床法、嫌気微生物を固定床充填材の表面に保持する嫌気性固定床法など、公知の方法を適宜採用可能である。
嫌気性処理工程を実施する装置としては、嫌気性消化反応槽としての嫌気性消化タンク１ａを備えていればよく、該嫌気性消化タンク１ａには原水供給管及び嫌気性処理汚泥排出管などが接続されていればよい。

嫌気性処理工程１では、有機物の分解過程で、その分解代謝物として、アンモニウムイオン、リン酸イオン、マグネシウムイオンなど、リン酸マグネシウムアンモニウム（「ＭＡＰ」とも称する）の合成に必要なＭＡＰ基質成分が嫌気性処理汚泥４中に溶出する。
これらのＭＡＰ基質成分は、嫌気性消化タンク１ａ内のｐＨが７．２〜８．４程度の弱アルカリ性下において、ＭＡＰ生成反応が促進され、嫌気性消化タンク１ａ内でＭＡＰ結晶を生成するようになる。これらＭＡＰ結晶には、粒径２５μｍ未満の微細粒子（「微細ＭＡＰ粒子」）、粒径２５μｍ〜数ミリ大の粒子（「粗ＭＡＰ粒子」と称する）、さらには、タンク内の壁面や底面や攪拌羽根に付着して成長する結晶など、様々な形態のものが存在する。
よって、嫌気性消化タンク１ａから排出される嫌気性処理汚泥４には、このような微細ＭＡＰ粒子や粗ＭＡＰ粒子、さらには溶解しているリン成分などが含まれている。

嫌気性処理工程１で得られる嫌気性処理汚泥４としては、有機性汚泥由来の固形成分である揮発性浮遊物質（「ＶＳＳ」とも称する）が汚泥中に３０００ｍｇ／Ｌ以上存在し、かつ２５μｍ未満のＭＡＰ粒子（「微細ＭＡＰ粒子」とも称する）由来のリン含有量が該汚泥全体のリン含有量に対して５％以上、中でも９５％以下、その中でも運転条件等の総合的観点から特に２０％以下の割合で存在する汚泥であるのが好ましい。

＜リン分離工程２＞
リン分離工程２では、嫌気性処理工程１によって得られた嫌気性処理汚泥４を、粗ＭＡＰ粒子を含むＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２とＭＡＰ脱離汚泥２ａ１とに分離し（「ＭＡＰ分離工程２ａ」）、該ＭＡＰ脱離汚泥２ａ１をｐＨ調整工程に供給する一方、該ＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２を、後述する汚泥減量化工程３から返送されてくる固液分離水３ａｂ（分離水３ａ２及び脱水ろ液３ｂ２）と混合し、必要に応じてＭｇ源又はｐＨ調整剤２ｂ２を添加して、該ＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２中の粗ＭＡＰ粒子を種晶として、ＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２、分離水３ａ２及び脱水ろ液３ｂ２に溶解しているリン成分をＭＡＰとして晶析させてＭＡＰ粒子を成長させ（「ＭＡＰ処理工程２ｂ」）、そして、成長したＭＡＰ粒子を分離回収する（「ＭＡＰ回収工程２ｃ」）。

（ＭＡＰ分離工程２ａ）
前記ＭＡＰ分離工程２ａでは、前述のように嫌気性処理汚泥４を、粗ＭＡＰ粒子を多く含むＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２とＭＡＰ脱離汚泥２ａ１とに分離する。

嫌気性処理汚泥４をＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２とＭＡＰ脱離汚泥２ａ１とに分離する方法としては、国際公開第２００３／０８６９９０号公報等に記載の液体サイクロン等の固液分離装置を用いた方法を採用することができる。すなわち、１ｍｍ〜５ｍｍの穴径の振動ふるい等で髪の毛、種子類、木屑等の汚泥中に混在する夾雑物を除去した後、嫌気性処理汚泥４を液体サイクロン等に投入することで、ＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２とＭＡＰ脱離汚泥２ａ１とに分離することができる。この際、除去した前記夾雑物は、そのまま廃棄処理してもよいし、また、後段の脱水工程３ｂの前段でＭＡＰ脱離汚泥２ａ１に添加して脱水補助剤として使用することも可能である。

（ＭＡＰ処理工程２ｂ）
ＭＡＰ処理工程２ｂでは、前記ＭＡＰ分離工程２ａで分離したＭＡＰ濃縮スラリー２ａ１と、汚泥減量化工程３から返送されてくる固液分離水３ａｂ（分離水３ａ２及び脱水ろ液３ｂ２）とを混合し、必要に応じてＭｇ源又はｐＨ調整剤２ｂ２を添加して、ＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２中に存在する粗ＭＡＰ粒子をＭＡＰ晶析反応の種晶として、ＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２、分離水３ａ２及び脱水ろ液３ｂ２に溶解しているリン成分をＭＡＰとして晶析させてＭＡＰ粒子を成長させる。

ＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２には、粗ＭＡＰ粒子が含まれている一方、ＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２及び、汚泥減量化工程３から返送されてきた固液分離水３ａｂ（分離水３ａ２及び脱水ろ液３ｂ２）には、アンモニウムイオン、リン酸イオン、マグネシウムイオンなど、ＭＡＰの合成に必要なＭＡＰ基質成分が溶解しているため、必要に応じてＭｇ源、ｐＨ調整剤等２ｂ２を添加することで、粗ＭＡＰ粒子をＭＡＰ晶析反応の種晶として、溶解しているリン成分をＭＡＰとして晶析させことでＭＡＰ粒子の成長反応を進めることができる。

ｐＨ７．２〜８．４程度の弱アルカリ性下において、ＭＡＰ生成反応が促進されるため、当該ｐＨ範囲となるようにｐＨ調整剤を添加するのが好ましい。
該ｐＨ調整剤としては、例えばアルカリ剤として苛性の他、水酸化マグネシウム等も使用可能である。他方、酸性剤としては、硫酸が適している。
但し、脱水工程で得られる脱水ろ液３ｂ２は、ｐＨが約３．５〜５．０である場合があり、この場合には、該脱水ろ液３ｂ２がｐＨ調整剤としての役割を果たすことができる。

他方、添加するＭｇ源としては、例えば水酸化マグネシウム、塩化マグネシウムの他、海水等の使用が可能である。
また、アンモニウムイオン、リン酸イオンなどが不足している場合には、不足しているＭＡＰ基質成分を添加するのが好ましい。

ＭＡＰ処理工程２ｂを実施する装置としては、粗ＭＡＰ粒子の結晶化を進める反応槽を備えた晶析反応装置を使用すればよい。例えば上向流流動層型や完全混合型等の一般的な晶析反応槽を採用することが可能である。

このように溶解しているリン成分をＭＡＰとして晶析させてＭＡＰ粒子を成長させる際は、ＭＡＰの晶析が促進されるｐＨ７．２〜８．４の範囲に徐々に調整するのが好ましい。具体的には、少なくとも２段階のｐＨ調整を行い、１段階目はｐＨを６．４〜７．５に調整し、２段階目はｐＨを７．２〜８．４に調整するのが好ましい。急激にＭＡＰの晶析が促進されるｐＨ領域（７．２〜８．４）に調整すると、汚泥中のＭＡＰ粒子を種晶としてＭＡＰが晶析するほかに、微細ＭＡＰ粒子を生成する反応も進んでしまうからである。
具体的手法としては、例えばＭＡＰ反応槽として２段型以上の反応槽を直列に連結し、設定ｐＨを段階的に上げるようにすればよい。例えば１段目ＭＡＰ反応槽の設定ｐＨを６．４〜７．５とし反応槽内を粒子状ＭＡＰ濃度が高い状態の完全混合型リアクターとし、２段目のＭＡＰ反応槽の設定ｐＨを７．２〜８．４として反応槽内を上向流流動層型リアクターとすればよい。

また、ＭＡＰ晶析可能なｐＨ５．５以上の領域においては、ＭＡＰ過飽和度が急上昇する可能性のある反応部においては、粒子状ＭＡＰ濃度が高い状態とするのが好ましい。
そこで、例えば、低ｐＨリン酸含有液などのｐＨ調整剤やＭｇ源等は、液体サイクロンなどによるＭＡＰ粒子分離後のＭＡＰ濃縮スラリー等の懸濁物質（ＳＳ）に占めるＭＡＰ粒子の割合が５％以上の液体に接触させた後、該ＭＡＰ反応槽内の液体に添加するのが好ましい。

（ＭＡＰ回収工程２ｃ）
前記ＭＡＰ回収工程２ｃでは、前記ＭＡＰ処理工程２ｂで成長させたＭＡＰ粒子を分離し、回収リン２ｃ１として回収する。

ＭＡＰ粒子の回収方法としては、ＭＡＰ処理工程２ｂの反応槽底部から適宜タイミングで引き抜く方式、或いは、エアリフトポンプ等で該反応槽上部から引き抜く方式などを採用することができる。

なお、ＭＡＰ回収工程２ｃにおいてＭＡＰ粒子を分離回収した残渣は、ＭＡＰ脱離汚泥２ａ１と共に、汚泥減量化工程３に供給すればよい。

＜ｐＨ調整工程Ａ＞
ｐＨ調整工程Ａでは、リン分離工程２で供給されたＭＡＰ脱離汚泥２ａ１のｐＨを６．８以下に調整することで、ＭＡＰ脱離汚泥２ａ１中に残存するＭＡＰ粒子を溶解させてｐＨ調整汚泥Ａ１を得る。

調整するｐＨ領域としては、汚泥中のＭＡＰ粒子が溶解し得るｐＨ領域であればよい。具体的には、ｐＨ６．８以下であればよい。この際、汚泥のｐＨが低いほど、ＭＡＰ粒子由来のリン酸イオン溶出量は増えるものの、ｐＨが低くなり過ぎると、鉄イオン、カルシウムイオン、アルミニウムイオンなど、不要の金属イオンが溶出するようになり、ｐＨが高くなった時にこれら不要の金属イオンとリン酸イオンとが結合して、ＭＡＰの生成を妨げることになる。
そのため、ｐＨ調整工程Ａでは、汚泥のｐＨを３．５〜６．８に調整するのが好ましく、中でもｐＨ４．５以上或いは６．５以下に調整するのがより一層好ましい。

ｐＨを低下させる手段としては、硫酸、硝酸、塩酸等の酸性溶液を添加する方法が挙げられる。また、ポリ鉄、硫酸バンド等の酸性の無機凝集剤を添加してｐＨを低下させることもできる。中でも、固液分離水３ａｂ中のリン酸イオンを減少させないために、ＭＡＰ脱離汚泥中のリン酸イオンと結合して反応生成物を作成する成分が存在しないか、若しくはその成分の濃度が３％未満の低濃度であるものが好ましい。この観点からは、鉄イオンやカルシウムイオンやアルミニウムイオンなどが溶解していないものをｐＨ調整剤として使用するのが好ましい。
なお、酸性溶液を添加することにより、硫化水素等の臭気成分が発生する場合がある。そのような場合には、添加する酸性溶液に鉄イオンを、対象汚泥中固形物当たり０．２％以上（鉄として）含有させることで、硫化水素を硫化鉄として変化させ、臭気の発生を抑制することが可能である。

＜汚泥減量化工程３＞
汚泥減量化工程３では、ｐＨ調整汚泥Ａ１を濃縮乃至脱水して脱水ケーキ３ｂ１を得る一方、該濃縮乃至脱水によって得られた固液分離水３ａｂ（分離水３ａ２、脱水ろ液３ｂ２）の一部又は全部を前記リン分離工程２に返送する。
より具体的には、図３に示すように、前記ｐＨ調整工程Ａで得られたｐＨ調整汚泥Ａ１を濃縮して濃縮汚泥３ａ１と分離水３ａ２に分離し、分離水３ａ２を前記ＭＡＰ処理工程２ｂに供給する一方、濃縮汚泥３ａ１を回収し（「濃縮工程３ａ」）、次に、該濃縮汚泥３ａ１を脱水して脱水ケーキ３ｂ１と脱水ろ液３ｂ２とに分離し、該脱水ケーキ３ｂ１を排出させる一方、該脱水ろ液３ｂ２をリン分離工程に返送するようにすればよい（「脱水工程３ｂ」）。

（濃縮工程３ａ）
濃縮工程３ａでは、前記ｐＨ調整工程Ａで得られたｐＨ調整汚泥Ａ１を濃縮して濃縮汚泥３ａ１と分離水３ａ２に分離し、分離水３ａ２を前記ＭＡＰ処理工程２ｂに供給する一方、濃縮汚泥３ａ１を回収する。

濃縮汚泥３ａ１と分離水３ａ２に分離する濃縮手段としては、重力ろ過型、遠心分離型、スクリーン又は膜分離型等の濃縮機を使用して濃縮する方法を挙げることができる。

濃縮工程３ａでは、濃縮の目安として、濃縮汚泥３ａ１の含水率が４〜１５％、中でも９％以上或いは１３％以下となるように濃縮するのが好ましい。

（脱水工程３ｂ）
脱水工程３ｂでは、濃縮汚泥３ａ１を脱水して脱水ケーキ３ｂ１と脱水ろ液３ｂ２とに分離し、該脱水ケーキ３ｂ１を排出させる一方、該脱水ろ液３ｂ２をリン分離工程２に返送する。

脱水処理を行う機構としては、例えばベルトプレス、スクリュープレス、及び遠心脱水機等いずれの脱水機でも適応可能である。

脱水工程３ｂでは、脱水の目安として、脱水ケーキ３ｂ１の含水率が８２〜６５％、の中でも７２％以上或いは７８％以下となるように脱水するのが好ましい。

（凝集剤）
上記濃縮工程３ａにおいてｐＨ調整汚泥Ａ１に凝集剤を添加して濃縮するようにしてもよいし、脱水工程３ｂにおいて濃縮汚泥３ａ１に凝集剤を添加して脱水するようにしてもよいし、また、両工程において凝集剤を添加するようにしてもよい。
ｐＨ調整汚泥Ａ１を濃縮した後、凝集剤を添加するようにすれば、使用する凝集剤の量を減らすことができるばかりか、凝集剤を汚泥に均一に混合させることができるため、脱水効率を高めることができる。しかも、濃縮により得られる固液分離水３ａｂよりも、脱水により得られる固液分離水３ａｂ（脱水ろ液３ｂ２）の量が少ないから、濃縮した後、ポリ鉄などの無機凝集剤を添加しても、返送する固液分離水３ａｂ中の鉄イオン量を少なく抑えることもできる。

上記凝集剤としては、高分子凝集剤、無機凝集剤を挙げることができる。
高分子凝集剤としては、例えばカチオン性高分子凝集剤、両性高分子凝集剤などを挙げることができる。カチオン性高分子凝集剤とアニオン性高分子凝集剤の混合物を使用することも可能である。

無機凝集剤としては、例えばポリ鉄（鉄濃度５〜１５％）、塩鉄等の鉄系凝集助剤や硫酸バンド、ＰＡＣ等のアルミ系凝集助剤等を挙げることができる。
これら無機凝集剤由来の鉄イオンやアルミニウムイオンなどの不要金属イオンは、汚泥中のリン酸イオンと結合してＭＡＰ生成の妨げになるため、少なくとも返送する固液分離水３ａｂ中の不要金属イオン濃度は低く抑えるのが好ましい。つまり、脱水効率と固液分離水３ａｂ中の不要金属イオン濃度とを考慮して、無機凝集剤の添加量を調整するのが好ましい。
同様の観点から、無機凝集剤は、濃縮工程３ａでは添加せず、脱水工程３ｂの前に添加することが有効である。この際、脱水ろ液３ｂ２は、前記リン分離工程２に返送しないことも有効である。

好ましい一例としては、ｐＨ調整汚泥Ａ１に高分子凝集剤を添加して濃縮して濃縮汚泥３ａ１と分離水３ａ２に分離し、次に、該濃縮汚泥３ａ１に無機凝集剤を添加して脱水して脱水ケーキ３ｂ１と脱水ろ液３ｂ２とに分離する方法を挙げることができる。

汚泥に対して凝集剤を添加する機構としては、凝集剤をそのまま該汚泥が存在する装置に投入する機構、凝集剤を溶液として、ポンプにて同装置に定量供給する機構等が挙げられる。

なお、汚泥減量化工程３において、ポリ鉄等の無機凝集剤を添加した後に濃縮又は脱水などの固液分離を実施する場合（濃縮工程３ａ又は脱水工程３ｂ）、リン酸イオンが当該無機凝集剤の金属イオン（ポリ鉄の鉄イオン）と結合してリン酸塩を生成するため、固液分離によって固形物側に分離され、固液分離水３ａｂ中のリン酸イオンが少なくなってしまう。そのため、固液分離水３ａｂを前記リン分離工程２に返送する意義が薄れることが考えられる。しかし、該固液分離水３ａｂ中には、ＭｇイオンやＮＨ_４イオンなど、リン酸イオン以外のＭＡＰ基質成分が高濃度に存在するため、該固液分離水３ａｂをリン分離工程２のＭＡＰ処理工程２ｂに供給するなどすれば、有効に利用することが可能である。

また、上記凝集剤と共に、脱水性改善補助剤として、成分溶解濃度１％以上の液状ポリマー又は５ｍｍ以下のセルロース系繊維状物質等をさらに添加してもよい。
脱水性改善補助剤は、総量として該汚泥のＴＳに対して７％以下程度で用いられる場合にコスト的なメリットが出やすい。

（固液分離水３ａｂの返送）
上記のような濃縮工程３ａで得られる分離水３ａ２、乃至、脱水工程３ｂで得られる脱水ろ液３ｂ２は、前記リン分離工程２の前記ＭＡＰ処理工程２ｂに返送する。分離水３ａ２のみを前記ＭＡＰ処理工程２ｂに返送してもよい。

これら分離水３ａ２及び脱水ろ液３ｂ２中には、前記ｐＨ調整工程ＡにおいてＭＡＰ粒子が溶解した成分、すなわちリン酸イオン（ＰＯ_４−Ｐ）、マグネシウムイオン、アンモニウムイオンなど、ＭＡＰの合成に必要なＭＡＰ基質成分が溶解している。

なお、分離水３ａ２及び脱水ろ液３ｂ２は、前記ｐＨ調整工程ＡでのｐＨ調整によってｐＨ３．５〜６．８に調整される場合があり、この場合は、前段の該ＭＡＰ処理工程２ｂで使用するｐＨ調整剤の代わりとして使用することができ、薬品使用量を軽減することができる。特に、Ｍｇ源添加とｐＨ調整を、水酸化マグネシウムと硫酸で行っている場合には、硫酸の代わりとして特に有効である。

（有機成分の可溶化処理）
本処理方法Ｉの処理対象である有機性廃水又は有機性汚泥、或いは、嫌気性処理工程１で得られた嫌気性処理汚泥４、或いは、ＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２、或いは、ＭＡＰ脱離汚泥２ａ１など、汚泥中に存在する有機成分の一部を溶解性成分に変換する可溶化処理を行ってもよい。
このような可溶化処理は、嫌気性処理工程１の前段、嫌気性処理工程１中、及び嫌気性処理工程１の後段等、ｐＨ調整工程Ａの前段であれば適宜実施することが可能である。

有機成分の可溶化処理としては、例えばオゾン処理、超音波処理、水熱処理、電気分解等の処理を挙げることができる。
中でも、発明者らの研究調査の結果、これらの可溶化処理の中でも、設定温度７０〜９０℃、滞留時間４０〜７５分の水熱処理を採用することにより、リン分離工程２でのＭＡＰとして回収するリンの回収を、費用対効果的に最も効率良く高めることができると共に、水熱処理による臭気発生、処理水着色等の問題も大幅に抑制できることを確認した。

このような有機成分の可溶化処理により、固形性有機物の割合が減少し、溶解性成分を増加させることができる。可溶化処理により新たに溶出した溶解性成分の中には、ＭＡＰを構成するリン酸イオン、マグネシウムイオン、アンモニウムイオン等が含まれることから、例えば嫌気性処理工程１においてこのような可溶化処理を実施することにより、様々な粒径のＭＡＰ粒子がより多く存在することになる。その結果、それらのＭＡＰ粒子を多く回収することができるようになり、リン回収率をさらに高めることができる。

＜本処理方法II＞
本発明の実施形態の一例として、図４に示した有機性廃水又は有機性汚泥の処理方法（「本処理方法II」と称する）について説明する。

本処理方法IIは、図４に示すように、前記本処理方法ＩにおけるｐＨ調整工程Ａを、汚泥減量化工程３において行うようにした処理方法である。すなわち、汚泥減量化工程３において、ＭＡＰ脱離汚泥２ａ１を濃縮した後、ｐＨ調整工程を実施するようにした処理方法である。より具体的には、リン分離工程２で分離したＭＡＰ脱離汚泥２ａ１を濃縮し、得られた濃縮汚泥３ａ１のｐＨを低下させて該濃縮汚泥３ａ１中に残存するＭＡＰ粒子を溶解させてｐＨ調整汚泥Ａ１１を得、該ｐＨ調整汚泥Ａ１１を脱水して脱水ケーキ３ｂ１を得る一方、該脱水によって得られた固液分離水３ａｂ（分離水３ａ、脱水ろ液３ｂ２）の一部又は全部を前記リン分離工程２に返送する。

すなわち、本処理方法IIは、図４に示すように、有機性廃水又は有機性汚泥を嫌気性処理する「嫌気性処理工程１」と、嫌気性処理工程１によって得られた嫌気性処理汚泥４からＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２とＭＡＰ脱離汚泥２ａ１とを分離し、ＭＡＰ脱離汚泥２ａ１を次の汚泥減量化工程３に供給し（ＭＡＰ分離工程２ａ）、該ＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２に次の汚泥減量化工程３から返送されてくる固液分離水３ａｂ（分離水３ａ、脱水ろ液３ｂ２）を混合し、必要に応じてＭｇ源及びｐＨ調整剤２ｂ２などを添加し、固液分離水３ａｂ（分離水３ａ、脱水ろ液３ｂ２）に溶解しているリン成分を、ＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２中のＭＡＰ粒子を種晶として、ＭＡＰとして晶析させてＭＡＰ粒子を成長させ（ＭＡＰ処理工程２ｂ）、成長したＭＡＰ粒子を回収する（ＭＡＰ回収工程２ｃ）ようにして「リン分離工程２」を実施する。他方、前記ＭＡＰ脱離汚泥２ａ１を濃縮して濃縮汚泥３ａ１と分離水３ａを得（濃縮工程３ａ）、分離水３ａをリン分離工程２のＭＡＰ処理工程２ｂに返送する一方、得られた濃縮汚泥３ａ１に酸を加えてｐＨを６．８以下として、濃縮汚泥３ａ１中に残存するＭＡＰ粒子を溶解させてｐＨ調整汚泥Ａ１１を得（ｐＨ調整工程Ａ）、該ｐＨ調整汚泥Ａ１１を脱水して脱水ケーキ３ｂ１と脱水ろ液３ｂ２とに分離し、該脱水ケーキ３ｂ１を排出させる一方、該脱水ろ液３ｂ２をリン分離工程２のＭＡＰ処理工程２ｂに返送する（脱水工程３ｂ）ようにして「汚泥減量化工程３」を実施する処理方法である。

このように、ＭＡＰ脱離汚泥２ａ１を濃縮した後、酸を加えてｐＨを低下させてＭＡＰ粒子を溶解させ、次いで脱水するようにすれば、減容化された汚泥に対してｐＨ調整するから、ｐＨ調整に使用する酸の使用量を少なくすることができ、リン回収率を向上させることができる。図６の処理方法も同様である。
この際、濃縮工程３ａの濃縮率を高めることにより、濃縮汚泥３ａ１中に残存するＭＡＰ粒子の濃度を高めることができりから、リン分離工程２に返送する脱水ろ液３ｂ２中のリン酸イオン濃度を高めることができ、その結果、リン回収率を高めることができる。他方、濃縮工程３ａの濃縮率を高め過ぎると、ｐＨ調整工程において、硫酸などの薬品を汚泥中に均等に浸透させることが難しくなったり、凝集濃縮フロックの凝集力が低下したりする。よって、かかる観点から、濃縮工程３ａでは、濃縮汚泥３ａ１の汚泥濃度が６〜１３％程度となるように濃縮するのが好ましい。

なお、本処理方法IIについて特別に記述した点以外の点は、本処理方法IIは前記本処理方法Ｉと同様である。

＜本処理方法III・IV＞
本発明の実施形態の一例として、図５、図６に示した有機性廃水又は有機性汚泥の処理方法（「本処理方法III」「本処理方法IV」と称する）について説明する。

本処理方法IIIは、図５に示すように、前記本処理方法Ｉのリン分離工程２において、ＭＡＰ分離工程２ａとＭＡＰ処理工程２ｂの順序を入れ替えた処理方法である。
また、本処理方法IVは、図６に示すように、前記本処理方法IIのリン分離工程２において、ＭＡＰ分離工程２ａとＭＡＰ処理工程２ｂの順序を入れ替えた処理方法である。

本処理方法III及びIVのリン分離工程２では、嫌気性処理工程１によって得られた嫌気性処理汚泥４に、ＭＡＰ分離工程２ａから返送されてくるＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２と、汚泥減量化工程３から返送されてくる固液分離水３ａｂ（分離水３ａ２、脱水ろ液３ｂ２）とを混合し、必要に応じてＭｇ源及びｐＨ調整剤２ｂ２を添加して、嫌気性処理汚泥４及びＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２中の粗ＭＡＰ粒子を種晶として、嫌気性処理汚泥４、ＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２、分離水３ａ２及び脱水ろ液３ｂ２中に溶解していたリン成分をＭＡＰとして晶析させてＭＡＰ粒子を成長させ（「ＭＡＰ処理工程２ｂ」）、このように成長したＭＡＰ粒子を含むＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２とＭＡＰ脱離汚泥２ａ１とに分離し、該ＭＡＰ脱離汚泥２ａ１を次のｐＨ調整工程Ａに供給し、該ＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２の一部を前述のようにＭＡＰ処理工程２ｂに返送し（「ＭＡＰ処理工程２ａ」）、該ＭＡＰ濃縮スラリー２ａ２の残りからＭＡＰ粒子を回収する（「ＭＡＰ回収工程２ｃ」）方法である。

なお、前記本処理方法IIでは、リン分離工程２から送られてくるＭＡＰ脱離汚泥２ａ１を濃縮脱水し、得られた分離水３ａをリン分離工程２に返送しているが、本処理方法IVでは、当該分離水３ａを系外に排出している。
本処理方法III及びIVについて特別に記述した点以外の点は、本処理方法III及びIVは前記本処理方法Ｉと同様である。

ところで、ｐＨ調整工程Ａが濃縮工程３ａの前段に位置する場合は（図３及び図５）、高分子凝集剤を添加する前にｐＨ調整を行うのが好ましい。その理由は、ｐＨ調整工程Ａの前に高分子凝集剤を添加すると、微細ＭＡＰ粒子が凝集フロックに取り込まれて、添加した酸との接触が阻まれる割合が高くなるからである。
他方、ｐＨ調整工程Ａが濃縮工程３ａの後段に位置する場合は（図４及び図６）、濃縮汚泥３ａ１の濃度が１０％以上の比較的高い状態が好ましい。また、酸添加及び浸透により、凝集濃縮フロックの凝集力の一部が損なわれる可能性があることから、その場合は脱水性改善補助剤等を添加することも有効である。

また、本処理方法I〜IVにおいて、ｐＨ調整してから脱水工程までの処理工程において、汚泥に対して希釈水を添加し、汚泥を希釈させた後に脱水処理を行うようにしてもよい。
このように汚泥を希釈させた後に脱水処理を行うことにより、脱水ケーキ中に残留する水分中に含まれるリン酸イオン、マグネシウムイオン、アンモニウムイオン等のＭＡＰ構成成分の量を減少させることができると共に、逆に脱水ろ液３ｂ２中のこれらＭＡＰ構成成分の量を増加させることができるから、結果的にリン回収率をさらに高めることができる。
ただし、希釈倍率を高め過ぎると、脱水性を悪化させたり、ＭＡＰ処理工程でのＭＡＰ生成効率を悪化させたりする可能性があることから、希釈倍率としては１．２〜７．０倍が望ましい。

希釈水として使用できるのは、脱水処理に大きく悪影響を及ぼさず、リン酸イオンと結合する可能性のある成分が多く含まれない液体であれば使用可能である。例えば水道水、地下水、砂ろ過水、下水処理水等を挙げることができる。
さらにまた、ｐＨ調整時に添加する硫酸等の酸添加剤の濃度を水等で薄めて添加する方法で実質的に汚泥を希釈することも有効である。

＜用語の説明＞
また、本願明細書、図面及び特許請求の範囲における「％」は、特に言及しない限り、質量割合である。

次に、本発明の廃水処理技術を実際に組み込んだ実験プラントの運転結果の一例について説明する。ただし、本発明は本実施例に限定されるものではない。

なお、下記実施性において、「脱離液型ＭＡＰ方式」とは、図３及び図４に示したリン分離工程の方式の意味であり、「汚泥型ＭＡＰ方式」とは、図５及び図６に示したリン分離工程の方式の意味である。

＜ＭＡＰ粒子径の測定及び確認方法＞
ＭＡＰ粒子の粒径は、レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置（（株）堀場製作所製、ＬＡ−９１０）及び超音波ふるい（昭和電工株式会社製マイクロシーブＳｈｏｄｅｘ ＰＳ）により測定したものである。
ＭＡＰ粒子径の測定及び確認方法としては、粗ＭＡＰ粒子を主体とするＭＡＰ濃縮スラリー等のサンプルはレーザー回折／散乱式粒度分布測定装置により測定し、微細ＭＡＰ粒子主体のＭＡＰ脱離汚泥等のサンプルは超音波ふるいにより２５μｍ未満の存在量を確認した。

具体的に説明する。
粗ＭＡＰ粒子主体のサンプルの場合は、１Ｌビーカーに対象サンプル２００ｍｌを取りｐＨ８．０のアルカリ水を８００ｍｌ添加し、攪拌後２分静置した後に上澄み水を静かに分離し、該ビーカー底部の粒子状物質を回収し、該回収物中の粒子の粒子径をレーザー回折／散乱式粒度分布測定装置により測定した。
該測定装置は、一般的には０．１μｍ〜１０００μｍまで測定可能であるが、２５μｍ未満の粒子はわずかであり、例えば汚泥中粗ＭＡＰ粒子が０．５ｇ／ｌ以上存在するような一般的な嫌気性処理汚泥の場合、本方式で１Ｌビーカー底部に分離した粒子サンプルはほぼ９８％以上が２５μｍ以上であった。

また、微細ＭＡＰ主体のサンプルは、固形物換算で約１ｇ相当のサンプルを分取し、ｐＨ８．０のアルカリ水を希釈水とし、穴径２５μｍのマイクロシーブを装填した超音波ふるいにより２５μｍ以上の粒子と２５μｍ未満の粒子の存在割合を測定した。一般的な嫌気性処理汚泥に対して液体サイクロンで分級した後のＭＡＰ脱離汚泥等をサンプルとした場合は、２５μｍ以上の粒子割合はほぼ１％未満でありほぼ全微粒子が２５μｍ未満であった。

＜実施例１（実施例１−１〜１−３）、比較例１−１〜１−２＞
実施例１は、Ａ下水処理場の汚泥を使用して行ったパイロットプラント実験による実施例である。フローは、先に示した図４のフローと同じ「脱離液型ＭＡＰ方式」である。
Ａ処理場は、汚泥の嫌気性消化処理を採用している。

実施例１のパイロットプラントでは、Ａ処理場の消化タンクから排出された嫌気性処理汚泥（表１に性状を記載）を、穴径３ｍｍの振動ふるい機に導入して髪の毛や種子系の夾雑物を分離し、夾雑物脱離後の汚泥を胴体径４インチの液体サイクロンに導入し、液体サイクロンのアンダー出口径１２ｍｍから排出されるＭＡＰ濃縮スラリーはＭＡＰ処理工程としてのＭＡＰ反応槽へ導入した。

実施例１−１，１−２、比較例１−１及び１−２の４系列では、完全混合型の１槽のみからなるＭＡＰ反応槽を採用した。設定ｐＨは８．１±０．２とした。槽内ＭＡＰ粒子存在量を１００ｇ／ｌ以上とした。

実施例１−３のみ、第１ＭＡＰ反応槽と第２ＭＡＰ反応槽からなる２槽型のＭＡＰ反応槽を採用した。
このうちの第１ＭＡＰ反応槽は、完全混合型であり、前段の液体サイクロンから分離されたＭＡＰ濃縮スラリーに、後段の分離水、脱水ろ液、及びＭｇ源やｐＨ調整剤が最初に接触する機構を採用した。
該第１ＭＡＰ反応槽の設定ｐＨは７．１±０．２とし、反応槽内を粒子状ＭＡＰ濃度は３０ｇ／ｌ以上となるように調節できるように、第２ＭＡＰ反応槽からの循環液を導入できる構成とした。

他方、第２ＭＡＰ反応槽は、上向流流動層型反応槽とし、設定ｐＨは８．１±０．２とした。該ＭＡＰ反応槽は円筒型で、下部よりＭＡＰ濃縮懸濁液、分離水、脱水ろ液、及びＭｇ源やｐＨ調整剤が導入するようにした。
該第２ＭＡＰ反応槽は、中段部分より内部液を引抜きし循環流量倍率２．５倍で循環流として下部より注入することで、上向流速を１５〜３０ｍ／ｈとしており、該引抜き中間部分より上方は反応槽径が大きくなっており、そのゾーンでは上向流を大幅に低下することが可能な反応槽を採用した。この反応槽の採用により、粒径の大きいＭＡＰ粒子は、該反応槽の底部に堆積し、比較的微細なＭＡＰ粒子は該反応槽上部に滞留する状態ができる。該ＭＡＰ反応槽内においてＭＡＰ粒子から形成される流動層の高さは、ＭＡＰ粒子が成長することによって増加する。

高さが増加した流動層内のＭＡＰ粒子は、該ＭＡＰ反応槽底部より、ＭＡＰ粒子抜き出し管を経て定期的に抜き出した。底部から抜き出されるＭＡＰ粒子は、流動層内にあるＭＡＰ粒子の中でも、粒径が大きく、緻密であった。また、該第１及び第２ＭＡＰ反応槽には、ｐＨ計を設置し、リアルタイムにｐＨを測定し、アルカリ剤として水酸化マグネシウム、酸性剤として硫酸の注入制御を行った。
Ｍｇ源の供給は、反応槽内のＭｇ／Ｐ比が１．２になるように調整して添加した。

液体サイクロンのオーバー出口から排出されるＭＡＰ脱離汚泥を濃縮工程に導入するようにした。
該濃縮工程を実施する装置は、凝集反応槽と濃縮機とから構成されており、該凝集反応槽の滞留時間は３分とした。カチオン度がやや高い両性の高分子凝集剤を、汚泥ＴＳ当たり１．８％の添加率で添加し、汚泥を凝集させた後、背圧板付き多重円盤スリット型の濃縮機に導入して汚泥濃度として１１〜１３％まで濃縮処理を行った。
該濃縮処理により分離される分離水を、先のＭＡＰ反応槽に導入した。
該濃縮汚泥は、施例系列のみｐＨ調整装置に導入し硫酸を添加し、ｐＨ５．５になるように調整した。その後、無機凝集剤としてポリ鉄を汚泥ＴＳあたり１．５％（ａｓ Ｆｅ）添加し汚泥混和装置で混和された後、スクリュープレス型脱水機に導入し脱水した。
該脱水機により脱水されたケーキは系外に搬出し、脱水ろ液は前段のＭＡＰ反応槽に導入するようにした。

運転系列及び概略運転条件は、次のとおりであった。
実施例１−１：ｐＨ調整値５．５−ポリ鉄なし
実施例１−２：ｐＨ調整値５．５−ポリ鉄添加率：１．５％
実施例１−３：ｐＨ調整値５．５−ポリ鉄添加率：１．５％−２段ＭＡＰ槽
比較例１−１：ｐＨ調整なし −ポリ鉄なし （実施例１−１の比較例）
比較例１−２：ｐＨ調整なし −ポリ鉄添加率：１．５％ （実施例１−２の比較例）

上記処理に使用したＡ処理場の嫌気性処理汚泥の性状を表１に示す。
該嫌気性処理汚泥中の汚泥有機物由来のＶＳＳは１２．４ｇ／ｌ存在し、微細ＭＡＰ粒子（粒径２５μｍ未満）中のリン成分は、汚泥中Ｔ−Ｐの２１．６％存在していた。 上記処理成績を表２に示す。

（結果・考察）
実施例１−１では、汚泥ｌＬあたりのＭＡＰ回収量は３．１８ｇ／汚泥１Ｌであった。
実施例１−１に対する比較例である比較例１−１では、２．４９ｇ／汚泥１Ｌであり、実施例１−１の方が約３割多くなった。これは、比較例１−１が濃縮工程の後段のｐＨ調整工程を採用していないために汚泥中に混在する微細ＭＡＰ粒子等の酸溶解が行えず、結果的に該微細ＭＡＰ由来のリンを回収できなかったことによる。

実施例１−２では、汚泥ｌＬあたりのＭＡＰ回収量は３．５３ｇ／汚泥１Ｌであった。実施例１−２に対する比較例である比較例１−２では、２．４０ｇ／汚泥１Ｌであり実施例１−２の方が約５割多くなった。これは、比較例１−２がｐＨ調整工程を採用していないために汚泥中に混在する微細ＭＡＰ粒子等の酸溶解が行えず、該微細ＭＡＰ由来のリンを回収できなかったことによるものである。
ただし、比較例１−２では、ポリ鉄は１．５％添加しているため、ｐＨは６．５程度まで減少したが、この程度のｐＨレベルでは微細ＭＡＰ由来の溶出リン酸イオンが少ない上、溶出したリン酸イオンとポリ鉄由来の鉄イオンが結合してリン酸鉄を形成するために、逆にリン酸イオン濃度が低下し、ＭＡＰ回収率の向上に寄与できなかったと考えられる。

実施例１−３では、汚泥ｌＬあたりのＭＡＰ回収量は３．８５ｇ／汚泥１Ｌであり、実施例１−２よりもさらにＭＡＰ回収量が多く５系列の運転の中で最も大きくなった。実施例１−３では２槽型ＭＡＰ反応槽を採用したことから、該槽に供給される基質等に対して急激なｐＨ上昇を与えず比較的緩やかにｐＨ上昇し晶析反応を進行させることができたことが、ＭＡＰ回収率が最も高かった理由と考えられる。

次に、薬品コストに関して述べる。
ＭＡＰ反応に必要な薬品は、Ｍｇ源及びアルカリ剤としてのＭｇ（ＯＨ）_２と、ｐＨ調整剤としてのＨ_２ＳＯ_４である。
実施例１−１は、１６．３円／ｋｇ−ＭＡＰであり、比較例１−１の１５．６円／ｋｇ−ＭＡＰとほぼ等しくなった。
コストの内訳から見ると、実施例１−１は、Ｍｇ（ＯＨ）_２コストが減少し、Ｈ_２ＳＯ_４コストが増加した。これは、実施例１−１でのｐＨ調整工程時に使用したＨ_２ＳＯ_４コスト分が増加したが、微細ＭＡＰ溶解由来のＭＡＰ回収が行えた分でＭｇ源補給とＭＡＰ回収量増加により回収ＭＡＰあたりのＭｇコストが低下したことで、この両方のコスト増減分がほぼ相殺したためであると考えられる。

実施例１−２は、１１．６円／ｋｇ−ＭＡＰであり、比較例１−２の１１．８円／ｋｇ−ＭＡＰとほぼ等しくなった。コストの内訳から見ると、実施例１−１と比較例１−１と同様に実施例の方が回収ＭＡＰあたりのＭｇ（ＯＨ）_２コストが減少し、ｐＨ調整工程で使用したＨ_２ＳＯ_４コストが増加したが、両方のコスト増減分がほぼ相殺したと考えられる。
実施例１−３では、薬品コスト合計が最も小さい９．７円／ｋｇ−ＭＡＰとなった。２槽型のＭＡＰ反応槽とすることで、微細ＭＡＰの発生率が低下し、処理系列を循環する微細ＭＡＰ由来の基質量が減少したために、使用した薬品が効率良く消費されたことによると考えられる。

次に、脱水性に関して述べる。
汚泥脱水工程において、無機凝集剤を使用した実施例１−２、１−３、及び比較例１−２は、ケーキ含水率がほぼ等しく、７５．７〜７６．１％の範囲内であった。一方、無機凝集剤を使用しなかった実施例１−１、及び比較例１−１では、ケーキ含水率はほぼ等しく７９．０〜７９．２％の範囲内であった。脱水性に関しては、ｐＨ調整工程でのｐＨ５．５という運転条件においてはｐＨ調整工程の有無に寄らずほぼ一定であった。

以上の結果から鑑みて、「脱離液型ＭＡＰ方式」において低コストて高回収率のリン回収、及び高効率の脱水性を発揮する為のプロセスとしては、実施例１−３に示す方法が最も良好であったと判断することができる。

＜実施例２（実施例２−１〜２−４）、比較例２−１〜２−２＞
先の実施例１は、リン分離工程として「脱離液型ＭＡＰ方式」を採用した場合であり、実施例２として「汚泥型ＭＡＰ方式」を採用した場合の試験も重ねて行った。

実施例２（実施例２−１〜２−２）は、実施例１と同じく、Ａ下水処理場の汚泥を使用して行ったパイロットプラント実験による実施例であり、フローは、先に示した図６のフローと同じである。また、使用した汚泥は実施例１と同じ性状の汚泥を使用した。

実施例２（実施例２−１〜２−２）では、実施例１とほぼ同じ装置を転用して使用し、ＭＡＰ処理工程におけるＭＡＰ反応槽は、完全混合型のパドル撹拌方式のもの１槽を使用した。また、該ＭＡＰ反応槽に供給する脱水ろ液は、ＭＡＰ分離工程である液体サイクロンから供給されるＭＡＰ濃縮スラリーに最初に接触した後に該ＭＡＰ反応槽に導入されるフローとした。
また、実施例２（実施例２−１〜２−２）では、汚泥減量化工程において、無機凝集剤の添加なしの場合と無機凝集剤の添加ありの両方について行った。

運転系列及び概略運転条件は、次のとおりであった。
実施例２−１：ｐＨ調整値５．５−ポリ鉄なし
実施例２−２：ｐＨ調整値５．５−ポリ鉄添加率：１．５％
比較例１−１：ｐＨ調整なし −ポリ鉄なし
（実施例２−１の比較例）
比較例１−２：ｐＨ調整なし −ポリ鉄添加率：１．５％
（実施例２−２の比較例）

実施例２−１では、汚泥ｌＬあたりのＭＡＰ回収量は３．２８ｇ／汚泥１Ｌであった。
実施例２−１に対する比較例である比較例２−１では、２．５２ｇ／汚泥１Ｌであり実施例２−１の方が約３割多くなった。
これは、比較例２−１が濃縮工程の後段のｐＨ調整工程を採用していないために、汚泥中に混在する微細ＭＡＰ粒子等の酸溶解が行えず、結果的に該微細ＭＡＰ由来のリンを回収できなかったことによる。

実施例２−２では、汚泥ｌＬあたりのＭＡＰ回収量は３．５９ｇ／汚泥１Ｌであった。実施例２−２に対する比較例である比較例２−２では、２．４５ｇ／汚泥１Ｌであり実施例２−２の方が約５割多くなった。
これは、比較例２−２がｐＨ調整工程を採用していないために汚泥中に混在する微細ＭＡＰ粒子等の酸溶解が行えず、該微細ＭＡＰ由来のリンを回収できなかったことによる。

（実施例２の追加）
実施例２−１において、ｐＨ調整後の汚泥に対する汚泥可溶化処理として、温度８０℃、処理時間６０分の水熱処理を行った後、高分子凝集剤のみを添加して脱水処理を行った（実施例２−３）。
また、実施例２−１において、ｐＨ調整後の汚泥に対して下水処理における砂ろ過水を希釈水として用いて対象汚泥に対して２．５倍に希釈した（実施例２−４）。

運転系列及び概略運転条件は、次のとおりであった。
実施例２−３：ｐＨ調整値５．５−可溶化処理（80℃、60分）−ポリ鉄なし
実施例２−４：ｐＨ調整値５．５−希釈2.5倍処理−ポリ鉄なし

その結果、実施例２−３では、汚泥ｌＬあたりのＭＡＰ回収量は４．０２ｇ／汚泥１Ｌであった。実施例２−１と比較して２割程度回収量が上昇した。これは汚泥中に存在する有機物の一部が可溶化処理により溶出し脱水ろ液中のＭＡＰ構成成分が増加しＭＡＰ処理工程において回収されるＭＡＰ量が増加したことによると考えられる。

実施例２−４では、汚泥１ＬあたりのＭＡＰ回収量は３．６１ｇ／汚泥１Ｌであった。実施例２−１と比較して１割程度回収量が上昇した。これは脱水ケーキ重量中の約８割を占める水分中に存在するリン酸イオン等のＭＡＰ構成成分が希釈処理により薄まり脱水ケーキとして系外に持ち出されるリン排出量を減少させ、その分脱水ろ液中のＭＡＰ構成成分の総量を増加させたことによりＭＡＰ処理工程において回収されるＭＡＰ量が増加したことによると考えられる。

次に、薬品コストに関して述べる。
ＭＡＰ反応に必要な薬品は、Ｍｇ源及びアルカリ剤としてのＭｇ（ＯＨ）_２と、ｐＨ調整剤としてのＨ_２ＳＯ_４である。実施例２−１は、１６．９円／ｋｇ−ＭＡＰであり比較例２−１の１７．５円／ｋｇ−ＭＡＰとほぼ等しくなった。
コストの内訳的には、実施例１の場合と同様に実施例２−１は、Ｍｇ（ＯＨ）_２コストが減少し、Ｈ_２ＳＯ_４コストが増加したが、この両方のコスト増減分がほぼ相殺したと考えられる。

実施例２−２は１１．２円／ｋｇ−ＭＡＰであり、比較例２−２の１３．１円／ｋｇ−ＭＡＰよりも約２割減少した。
実施例２のＭＡＰ脱離汚泥は、ｐＨ８．０以上の汚泥となるために、比較例２−２においてポリ鉄を添加率１．５％で添加した場合でも、ｐＨが大きく低下することが無いことから、返送した脱水ろ液中のＭｇ源やｐＨ調整剤としての効果が低かったと考えられる。

実施例２−３では１２．１円／kg−ＭＡＰであり、実施例２−１と比較して２割程度減少した。汚泥の可溶化によりリン酸イオンの他にマグネシウムイオン等が溶出することにより、ＭＡＰ処理工程において添加される水酸化マグネシウムをある程度補う形でコストが低下したと考えられる。

実施例２−４では１４．８円／kg−ＭＡＰであり、実施例２−１と比較して１割程度減少した。汚泥の希釈効果により本来脱水ケーキ中水分として系外に持ち出されていた３つのＭＡＰ構成成分を回収することができたことは良かったが、希釈したことにより各イオン濃度が低下したことから、回収効率としてはやや悪くなった可能性がある。

次に、脱水性に関して述べる。
汚泥脱水工程においてポリ鉄を使用していない実施例２−１では、比較例２−１よりも０．６ポイントケーキ含水率が低く、ポリ鉄を使用した実施例２−２では、比較例２−２よりも３．４ポイントケーキ含水率が低かった。特に実施例２−２において比較例よりもケーキ含水率が大幅に良好であった理由としては、比較例２−２においては添加したポリ鉄の多くの成分が、汚泥中に残留する微細ＭＡＰ成分の一部を溶解するとともに、リン酸鉄を生成するために消費され、汚泥の脱水性改善のために働かなかったことが考えられる。

実施例２−３では７７．８％となり、実施例２−１よりも１．６ポイント小さくなった。汚泥の可溶化により汚泥の無機分の比率が高まったことにより脱水性が向上したと考えられる。また、実施例２−４では７８．１％となり、実施例２−１よりも１．３ポイント小さくなった。汚泥の希釈により汚泥の洗浄効果があり、脱水性の阻害要因となる汚泥中のコロイダルな成分が除外されたことによると考えられる。

以上の結果から鑑みて、「汚泥型ＭＡＰ方式」において低コストで高回収率のリン回収、及び高効率の脱水性を発揮する為のプロセスとしては、実施例２−２に示す方法が最も良好であったと判断することができる。

１…嫌気性処理工程
２…リン分離工程、２ａ…ＭＡＰ分離工程、２ａ１…ＭＡＰ脱離汚泥、２ａ２…ＭＡＰ濃縮スラリー、２ｂ…ＭＡＰ処理工程、２ｂ１…ＭＡＰ処理汚泥、２ｂ２…Ｍｇ源及びｐＨ調整剤等、２ｃ…ＭＡＰ回収工程、２ｃ１…回収リン、
３…汚泥減量化工程、３ａ…濃縮工程、３ａ１…濃縮汚泥、３ａ２…分離水、３ｂ…脱水工程、３ｂ１…脱水ケーキ、３ｂ２…脱水ろ液、
Ａ…ｐＨ調整工程、Ａ１、Ａ１１…ｐＨ調整汚泥、
４…嫌気性処理汚泥、５…高分子凝集剤、６…無機凝集剤。

Claims (12)

1. 有機性廃水又は有機性汚泥を嫌気性処理して得られる嫌気性処理汚泥中に含まれるＭＡＰ粒子を種晶として、次の汚泥減量化工程から返送されてくる固液分離水中に溶解していたリン成分をＭＡＰとして晶析させてＭＡＰ粒子を成長させ、粒径２５μｍ以上の粗ＭＡＰ粒子に成長したＭＡＰ粒子と、粒径２５μｍ未満の微細ＭＡＰ粒子を含むＭＡＰ脱離汚泥とに分離するリン分離工程と、前記リン分離工程で分離したＭＡＰ脱離汚泥のｐＨを低下させてＭＡＰ脱離汚泥中に残存するＭＡＰ粒子を溶解させてｐＨ調整汚泥を得るｐＨ調整工程と、該ｐＨ調整汚泥を濃縮乃至脱水して脱水ケーキを得る一方、該濃縮乃至脱水によって得られた固液分離水の一部又は全部を前記リン分離工程に返送する汚泥減量化工程と、を備えた有機性廃水又は有機性汚泥の処理方法。
2. 有機性廃水又は有機性汚泥を嫌気性処理して得られる嫌気性処理汚泥中に含まれるＭＡＰ粒子を種晶として、次の汚泥減量化工程から返送されてくる固液分離水中に溶解していたリン成分をＭＡＰとして晶析させてＭＡＰ粒子を成長させ、粒径２５μｍ以上の粗ＭＡＰ粒子に成長したＭＡＰ粒子と、粒径２５μｍ未満の微細ＭＡＰ粒子を含むＭＡＰ脱離汚泥とに分離するリン分離工程と、前記工程で分離したＭＡＰ脱離汚泥を濃縮し、得られた濃縮汚泥のｐＨを低下させて該濃縮汚泥中に残存するＭＡＰ粒子を溶解させてｐＨ調整汚泥を得、該ｐＨ調整汚泥を脱水して脱水ケーキを得る一方、該脱水によって得られた固液分離水の一部又は全部を前記リン分離工程に返送する汚泥減量化工程と、を備えた有機性廃水又は有機性汚泥の処理方法。
3. 請求項１のリン分離工程の代わりに、
   有機性廃水又は有機性汚泥を嫌気性処理して得られる嫌気性処理汚泥に、ＭＡＰ分離工程から返送されてくるＭＡＰ濃縮スラリーと、汚泥減量化工程から返送されてくる固液分離水とを混合し、前記嫌気性処理汚泥及び前記ＭＡＰ濃縮スラリー中に含まれるＭＡＰ粒子を種晶として、前記嫌気性処理汚泥及び前記固液分離水中に溶解していたリン成分をＭＡＰとして晶析させてＭＡＰ粒子を成長させるＭＡＰ処理工程と、
   前記ＭＡＰ処理工程で成長させたＭＡＰ粒子を含むＭＡＰ処理汚泥を、ＭＡＰ濃縮スラリーとＭＡＰ脱離汚泥とに分離し、分離したＭＡＰ脱離汚泥を、請求項１記載のｐＨ調整工程に供給する一方、前記ＭＡＰ濃縮スラリーの一部を前記ＭＡＰ処理工程に返送するＭＡＰ分離工程と、
   残りの前記ＭＡＰ濃縮スラリーからＭＡＰ粒子を回収するＭＡＰ回収工程と、
   を有するリン分離工程を、備えた請求項１記載の有機性廃水又は有機性汚泥の処理方法。
4. 請求項２のリン分離工程の代わりに、
   有機性廃水又は有機性汚泥を嫌気性処理して得られる嫌気性処理汚泥に、ＭＡＰ分離工程から返送されてくるＭＡＰ濃縮スラリーと、汚泥減量化工程から返送されてくる固液分離水とを混合し、前記嫌気性処理汚泥及び前記ＭＡＰ濃縮スラリー中に含まれるＭＡＰ粒子を種晶として、前記嫌気性処理汚泥及び前記固液分離水中に溶解していたリン成分をＭＡＰとして晶析させてＭＡＰ粒子を成長させるＭＡＰ処理工程と、
   前記ＭＡＰ処理工程で成長させたＭＡＰ粒子を含むＭＡＰ処理汚泥を、ＭＡＰ濃縮スラリーとＭＡＰ脱離汚泥とに分離し、分離したＭＡＰ脱離汚泥を、請求項２記載の汚泥減量化工程に供給する一方、前記ＭＡＰ濃縮スラリーの一部を前記ＭＡＰ処理工程に返送するＭＡＰ分離工程と、
   残りの前記ＭＡＰ濃縮スラリーからＭＡＰ粒子を回収するＭＡＰ回収工程と、
   を有するリン分離工程を、備えた請求項２記載の有機性廃水又は有機性汚泥の処理方法。
5. 前記汚泥減量化工程では、リン分離工程から供給されたＭＡＰ脱離汚泥のｐＨを低下させてＭＡＰ脱離汚泥中に残存するＭＡＰ粒子を溶解させてｐＨ調整汚泥を得、次いで、ｐＨ調整汚泥を濃縮して濃縮汚泥と固液分離水としての分離水とを得、次いで、濃縮汚泥に鉄系又はアルミ系の無機凝集剤を添加して脱水して、脱水ケーキと固液分離水としての脱水ろ液とを得、脱水ケーキを排出させる一方、前記固液分離水としての分離水及び脱水ろ液の一部又は全部を、リン分離工程に返送することを特徴とする請求項１又は３に記載の有機性廃水及び汚泥の処理方法。
6. 前記汚泥減量化工程では、リン分離工程から供給されたＭＡＰ脱離汚泥を濃縮して濃縮汚泥と固液分離水としての分離水とを得、次いで、濃縮汚泥のｐＨを低下させて濃縮汚泥中に残存するＭＡＰ粒子を溶解させてｐＨ調整汚泥を得、次いで、ｐＨ調整汚泥を脱水して、脱水ケーキと固液分離水としての脱水ろ液とを得、脱水ケーキを排出させる一方、前記固液分離水としての分離水及び脱水ろ液の一部又は全部を、リン分離工程に返送することを特徴とする請求項２又は４に記載の有機性廃水及び汚泥の処理方法。
7. 有機性廃水又は有機性汚泥を嫌気性処理して得られる嫌気性処理汚泥は、汚泥中に揮発性浮遊物質が３０００ｍｇ／Ｌ以上存在し、かつ２５μｍ未満のＭＡＰ粒子由来のリン含有量が該汚泥全体のリン含有量の５％以上存在することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の有機性廃水又は有機性汚泥の処理方法。
8. リン分離工程において、溶解しているリン成分をＭＡＰとして晶析させてＭＡＰ粒子を成長させる際、少なくとも２段階のｐＨ調整を行い、１段階目はｐＨを６．４〜７．５に調整し、２段階目はｐＨを７．２〜８．４に調整することを特徴とする、請求項１〜７の何れかに記載の有機性廃水及び汚泥の処理方法。
9. 汚泥中に存在する有機成分の一部を溶解性成分に変換する可溶化処理を行うことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の有機性廃水及び汚泥の処理方法。
10. ｐＨ調整してから脱水工程までの処理工程において、汚泥に対して希釈水を添加し、汚泥を希釈させた後に脱水処理を行うことを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の有機性廃水及び汚泥の処理方法。
11. 有機性廃水又は有機性汚泥を嫌気性処理することができる嫌気性処理槽と、嫌気性処理汚泥中に含まれるＭＡＰ粒子を種晶として溶解しているリン成分をＭＡＰとして晶析させてＭＡＰ粒子を成長させることができ、且つ、粒径２５μｍ以上の粗ＭＡＰ粒子に成長したＭＡＰ粒子を含むＭＡＰ濃縮スラリーと粒径２５μｍ未満の微細ＭＡＰ粒子を含むＭＡＰ脱離汚泥とに分離することができるリン分離装置と、リン分離装置で分離されたＭＡＰ脱離汚泥のｐＨを低下させてＭＡＰ脱離汚泥中に残存するＭＡＰ粒子を溶解させることができるｐＨ調整手段と、ｐＨ調整汚泥を濃縮乃至脱水する濃縮乃至脱水装置と、該濃縮乃至脱水装置から排出される固液分離水を前記リン分離装置に返送する汚泥返送管と、を備えた有機性廃水又は有機性汚泥の処理装置。
12. 有機性廃水又は有機性汚泥を嫌気性処理することができる嫌気性処理槽と、嫌気性処理汚泥中に含まれるＭＡＰ粒子を種晶として溶解しているリン成分をＭＡＰとして晶析させてＭＡＰ粒子を成長させることができ、且つ、粒径２５μｍ以上の粗ＭＡＰ粒子に成長したＭＡＰ粒子を含むＭＡＰ濃縮スラリーと粒径２５μｍ未満の微細ＭＡＰ粒子を含むＭＡＰ脱離汚泥とに分離することができるリン分離装置と、リン分離装置で分離されたＭＡＰ脱離汚泥を濃縮し、ｐＨを低下させてＭＡＰ脱離汚泥中に残存するＭＡＰ粒子を溶解させ、次いで脱水する濃縮乃至脱水装置と、該濃縮乃至脱水装置から排出される固液分離水を前記リン分離装置に返送する汚泥返送管と、を備えた有機性廃水又は有機性汚泥の処理装置。