JP6342232B2 - リンの回収装置及びリンの回収方法 - Google Patents
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Description
本発明は、リンの回収装置及びこれを用いたリンの回収方法に関する。
上水、下水、し尿系汚水、工業用水、工場排水等の各種廃液及び汚泥等にはリンが含まれており、これらからリンを除去及び回収するための様々な装置及び方法が検討されている。例えば、特許文献１では、汚泥又は汚泥の濃縮又は脱水処理による分離水にマグネシウムを添加してＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム）の結晶を析出させ、析出したＭＡＰを回収する装置及び方法の例が記載されている。
特許文献２には、リンを含む排水をカルシウム化合物含有液とリン酸カルシウム晶析反応槽に供給してリン酸カルシウムを析出させる方法において、循環水調整槽で原水のリン濃度に応じたカルシウムを加え、ｐＨを調整した後、晶析反応槽に供給することにより、ＨＡＰ（ハイドロキシアパタイト）等のリン酸カルシウムを析出させる装置及び方法の例が記載されている。
しかしながら、特許文献１及び２に記載された従来技術のいずれも、リンの回収率向上及び晶析処理の安定性等の面において未だ検討の余地がある。
例えば、特許文献１では、ＭＡＰを生成させるためのマグネシウム源を晶析リアクタに直接供給しているが、このような方法では、晶析リアクタ内の溶液のｐＨがマグネシウム源の供給直後に大きく変動する。その結果、晶析リアクタ内のＭＡＰの晶析状態が悪化し、処理水の水質が変動する場合がある。マグネシウム源を晶析リアクタに直接供給することにより、マグネシウム源の拡散が晶析リアクタ内全体で均一にならないという問題もある。
特許文献２では、晶析槽から流出水の一部を抜き出して晶析槽の底部へと循環させる循環槽において、晶析槽からの流出水にカルシウム化合物とｐＨ調整剤を添加し、流出水の濃度及びｐＨの調整を行い、調整後の流出水を晶析槽へ循環させている。そのため、特許文献１に比べると、晶析槽内のｐＨ濃度は槽全体で均一となりやすい。しかしながら、特許文献２では、循環槽で調整されるカルシウム化合物とｐＨ調整剤の濃度が原水中のリン濃度に基づいて演算される例が単に記載又は示唆されるのみで、ｐＨ調整に関して晶析槽内の状態は一切考慮されていない。特に、上水、下水、し尿系汚水、工業用水、工場排水等の各種廃液及び汚泥等は水質の変動が生じやすいため、上述の制御を行ったとしても、実際には、晶析槽内の状態がリン回収率向上の点からみて最適とは言えない場合がある。
そこで、本発明は、晶析処理をより安定的に実施可能で、リンの回収率を向上可能なリンの回収装置及びリンの回収方法を提供する。
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、晶析用薬剤及びｐＨ調整剤の添加を晶析槽の外部で実施するとともに、晶析槽内にｐＨ測定器を配置し、ｐＨが添加される槽内のｐＨ調整を、晶析槽内のｐＨ検出結果と連動させて制御することにより、晶析処理をより安定的に実施可能で、リンの回収率が向上することを見いだした。
以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、リンを含む被処理水を晶析用薬剤含有溶液と混合してリン化合物を晶析させる晶析槽と、晶析槽で処理された処理水の一部を抜き出し、抜き出した処理水に晶析用薬剤及びｐＨ調整剤を添加して晶析用薬剤含有溶液を調整し、調整後の晶析用薬剤含有溶液を晶析槽へと循環させる循環槽と、晶析槽内のｐＨを測定する晶析槽ｐＨ測定器と、循環槽内のｐＨを測定する循環槽ｐＨ測定器と、晶析槽ｐＨ測定器の測定値に基づいて循環槽内のｐＨ設定条件を決定し、循環槽内のｐＨ設定条件の決定結果と循環槽ｐＨ測定器の測定値に基づいて、循環槽へのｐＨ調整剤の供給を制御する循環槽ｐＨ制御手段とを備えるリンの回収装置である。
本発明に係るリンの回収装置は一実施態様において、循環槽ｐＨ制御手段は、晶析槽のｐＨ設定条件と循環槽のｐＨ設定条件とを記憶する記憶手段と、晶析槽ｐＨ測定器の測定値が晶析槽のｐＨ設定条件を満足するか否かを判断し、晶析槽のｐＨ設定条件を満足する場合には、循環槽のｐＨ設定条件を変更せず、晶析槽のｐＨ設定条件を満足しない場合には、晶析槽ｐＨ測定器の測定値が晶析槽のｐＨ設定条件を満たすように循環槽のｐＨ設定条件を補正する条件補正手段と、条件補正手段が決定した循環槽のｐＨ設定条件と循環槽ｐＨ測定器の測定値に基づいてｐＨ調整剤の供給を制御するｐＨ供給制御手段とを備える。
本発明に係るリンの回収装置は別の一実施態様において、ｐＨ供給制御手段は、晶析用薬剤が酸性で、ｐＨ調整剤がアルカリ性の場合において、循環槽ｐＨ測定器の測定値が循環槽のｐＨ目標下限値を下回るときにｐＨ調整剤の注入を開始し、循環槽ｐＨ測定器の測定値が循環槽のｐＨ目標上限値を上回るときにｐＨ調整剤の注入を停止するように、循環槽へのｐＨ調整剤の供給をオン・オフ制御し、晶析用薬剤がアルカリ性でｐＨ調整剤が酸性である場合において、循環槽ｐＨ測定器の測定値が循環槽のｐＨ目標上限値を上回るときにｐＨ調整剤の注入を開始し、循環槽ｐＨ測定器の測定値が循環槽のｐＨ目標下限値を下回るときにｐＨ調整剤の注入を停止するように、循環槽へのｐＨ調整剤の供給をオン・オフ制御することを含む。
本発明に係るリンの回収装置は更に別の一実施態様において、ｐＨ供給制御手段は、条件補正手段が決定した循環槽のｐＨ設定条件を満たすように、循環槽ｐＨ測定器の測定値に基づいて、循環槽へｐＨ調整剤を供給するポンプの吐出量をＰＩＤ制御することを含む。
本発明に係るリンの回収装置は更に別の一実施態様において、被処理水中のリン濃度と晶析槽へ供給する被処理水の流量とに基づいて、循環槽へ供給する晶析用薬剤の供給を制御する循環槽薬剤制御手段を更に備える。
本発明に係るリンの回収装置は更に別の一実施態様において、晶析用薬剤が、水酸化マグネシウム、塩化マグネシウム、水酸化カルシウム、塩化カルシウムのいずれかを含み、ｐＨ調整剤が、硫酸、塩酸、苛性ソーダのいずれかを含む。
本発明に係るリンの回収装置は更に別の一実施態様において、晶析槽に供給するリン化合物の種晶を成長させる補助晶析槽を更に備える。
本発明は、更に別の一側面において、リンを含む被処理水を晶析用薬剤含有溶液と混合してリン化合物を晶析させる晶析法を用いたリンの回収方法であって、晶析槽で処理された処理水の一部を抜き出し、抜き出した処理水に晶析用薬剤及びｐＨ調整剤を添加して晶析用薬剤含有溶液を調整し、調整後の晶析用薬剤含有溶液を晶析槽へと循環させる循環槽において、晶析槽に設けられた晶析槽ｐＨ測定器の測定値に基づいて、循環槽内で調整すべき晶析用薬剤含有溶液のｐＨを決定し、ｐＨの決定結果と循環槽内に設けられた循環槽ｐＨ測定器の測定値に基づいて、循環槽へのｐＨ調整剤の供給を制御することを含むリンの回収方法である。
本発明によれば、晶析処理をより安定的に実施可能で、リンの回収率を向上可能なリンの回収装置及びリンの回収方法が提供できる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであってこの発明の技術的思想は各装置の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。
−リンの回収装置−
本発明の実施の形態に係るリンの回収装置は、図１に示すように、リンを含む被処理水（原水）を収容する原水槽１と、原水槽１から供給された被処理水を晶析法により処理する補助晶析槽２及び晶析槽３と、補助晶析槽２及び晶析槽３で処理された処理水を貯蔵する処理水槽４と、処理水槽４内の処理水の一部を抜き出し、晶析用薬剤及びｐＨ調整剤を添加して晶析用薬剤含有溶液を調整し、調整後の晶析用薬剤含有溶液を晶析槽３へと循環させる循環槽５とを備える。
本発明の実施の形態に係るリンの回収装置は、図１に示すように、リンを含む被処理水（原水）を収容する原水槽１と、原水槽１から供給された被処理水を晶析法により処理する補助晶析槽２及び晶析槽３と、補助晶析槽２及び晶析槽３で処理された処理水を貯蔵する処理水槽４と、処理水槽４内の処理水の一部を抜き出し、晶析用薬剤及びｐＨ調整剤を添加して晶析用薬剤含有溶液を調整し、調整後の晶析用薬剤含有溶液を晶析槽３へと循環させる循環槽５とを備える。
原水槽１に収容される「リンを含む被処理水」としては、リンを含む上水、下水、し尿系汚水、工業用水、工場排水等の各種廃液又は汚泥（浄化槽汚泥）等が利用可能である。以下に制限されるものではないが、例えば、ｐＨ＝６〜９、ＳＳ＝１００〜２０００ｍｇ／Ｌ、リン含有率（全リン濃度：Ｔ−Ｐ）＝３０〜２００ｇ／Ｌ、リン酸態リン濃度（ＰＯ4−Ｐ）１０〜１００ｍｇ／Ｌ、アンモニア性窒素濃度＝３００〜１０００ｍｇ／Ｌのリンを含む被処理水（汚泥）が典型的に利用可能である。
補助晶析槽２及び晶析槽３は、リンを含む被処理水を、後述する循環槽５から供給される晶析用薬剤含有溶液と混合し、晶析法によりリン化合物を晶析させるための反応槽である。原水槽１からの被処理水は、ポンプ１０、１１を介して、所定の流量でそれぞれ補助晶析槽２及び晶析槽３へと供給される。
補助晶析槽２及び晶析槽３としては、例えば、補助晶析槽２及び晶析槽３の底部から被処理水と晶析用薬剤含有溶液を上向流で通水させ、補助晶析槽２及び晶析槽３内に存在する種晶を液流速で流動させることが可能な流動層方式の反応槽が好適に用いられる。
補助晶析槽２及び晶析槽３としては、被処理水及び晶析用薬剤含有溶液を上部から供給させて下向流で通水させる形式とすることもできる。補助晶析槽２及び晶析槽３内の種晶を流動させるために、機械攪拌、エア攪拌などを併用することで、より安定的な反応を進めることが可能である。固定槽方式の反応槽の利用も可能である。
晶析槽３内には、種晶が、所定の高さ（例えば槽高さの１／３〜１／２程度）まで予め充填されている。種晶としては、ハイドロキシアパタイト（ＨＡＰ）、或いはリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）等が用いられる。種晶の粒径は０．１〜３．０ｍｍ、好ましくは０．１〜１．０ｍｍの粒状物質が好適である。
補助晶析槽２と晶析槽３との間に接続された供給管２１には弁２２が設けられており、補助晶析槽２で生成されたリン化合物結晶粒子を晶析槽３の種晶として供給することができる。その結果、装置系外から別途種晶を添加する必要がなく、粒の揃ったリン化合物結晶粒子を長期間安定的に結晶化させることができることができ、リンの回収率が向上する。
晶析槽３には、晶析槽内のｐＨを測定するための晶析槽ｐＨ測定器７が配置されている。晶析槽ｐＨ測定器７は、晶析槽３内の液体のｐＨをより精度よく評価できるように、晶析槽３内の種晶が充填される装置下部よりも上方の領域に配置されるのが好ましい。例えば、本実施形態では、晶析槽ｐＨ測定器７が、晶析槽３の装置高さの１／３〜１／２よりも上方にある液体のｐＨを検出可能に配置されることが好ましい。晶析槽ｐＨ測定器７は、晶析槽３内に複数個配置し、それら測定値の平均値を晶析槽３のｐＨ測定値として出力可能なようにしてもよい。
処理水槽４に収容された処理水の一部は、ポンプ１２を介して循環槽５へ供給される。処理水槽４及びポンプ１２は省略してもよい。循環槽５には、ポンプ１３を介してｐＨ調整剤が供給されるとともに、ポンプ１４を介して晶析用薬剤が供給されるようになっている。これにより、循環槽５において、処理水の一部から晶析用薬剤含有溶液が調整される。晶析用薬剤含有溶液は、ポンプ１５、１６を介して晶析槽３及び補助晶析槽２へそれぞれ供給される。なお、薬剤濃度及びｐＨが循環槽５内で均一となるように、循環槽５内には図示を省略した攪拌手段が設けられている。
図１の装置で被処理水からリン酸カルシウム化合物を晶析させる場合には、晶析用薬剤としては、水溶性で取り扱いが容易な塩化カルシウム等が好適である。この場合のｐＨ調整剤としては、アルカリ（苛性ソーダ）などが用いられる。図１の装置で被処理水からリン酸マグネシウム化合物を晶析させる場合には、晶析用薬剤として、塩化マグネシウム、水酸化マグネシウム等が利用可能である。晶析用薬剤として塩化マグネシウムを使用する場合には、ｐＨ調整剤としてアルカリ（苛性ソーダ）が利用される。晶析用薬剤として水酸化マグネシウムを使用する場合には、ｐＨ調整剤として酸（硫酸又は塩酸）が利用される。晶析用薬剤は固体よりも予め水溶液状に調整して注入することが、濃度調整の安定化の面でより好ましい。
循環槽５には、循環槽内のｐＨを測定するための循環槽ｐＨ測定器８が配置されており、この循環槽ｐＨ測定器８により、循環槽５内のｐＨが測定される。循環槽ｐＨ測定器８及び晶析槽３内に配置された晶析槽ｐＨ測定器７は、循環槽ｐＨ制御手段５０に電気的にそれぞれ接続されており、循環槽ｐＨ制御手段５０によって、晶析槽３での晶析処理がより最適な条件となるように、晶析槽ｐＨ測定器７の測定値に連動して循環槽５内のｐＨが自動制御される。
循環槽ｐＨ制御手段５０は、晶析槽ｐＨ測定器７の測定値に基づいて、循環槽５内のｐＨ設定条件を決定し、循環槽５内のｐＨ設定条件の決定結果と循環槽ｐＨ測定器８の測定値に基づいて、循環槽５へのｐＨ調整剤の供給を制御する。図１に示すように、循環槽ｐＨ制御手段５０は、設定値記憶手段５１、測定値検出手段５２、条件補正手段５３及びｐＨ供給制御手段５４を備える。
設定値記憶手段５１は、タッチパネルなどの入力手段（図示せず）を介して操作者などにより入力された晶析槽３のｐＨ設定条件と循環槽５のｐＨ設定条件等を記憶する。晶析槽３内のｐＨは７．５〜９．５、より好ましくは８〜９の範囲に設定されるのが好ましい。なお、循環槽５のｐＨ設定条件は、例えばアルカリ性側に調整する場合には、晶析槽３内のｐＨよりも０．１〜０．９、好ましくは０．２〜０．５程度高い範囲に設定され、酸性側に調整する場合には、晶析槽３内のｐＨよりも０．１〜０．９、好ましくは０．２〜０．５程度低い範囲に設定されることができる。
測定値検出手段５２は、晶析槽ｐＨ測定器７及び循環槽ｐＨ測定器８がそれぞれ出力した測定値を検出する。条件補正手段５３は、設定値記憶手段５１が記憶した晶析槽ｐＨ設定条件を読み出して、測定値検出手段５２が検出した晶析槽ｐＨ測定器の測定値が、晶析槽３のｐＨ設定条件を満たすか否かを判断する。晶析槽３のｐＨ設定条件を満足する場合には、条件補正手段５３は、循環槽５のｐＨ設定条件をそのまま変更しないように決定する。晶析槽３のｐＨ設定条件を満足しない場合には、晶析槽ｐＨ測定器７の測定値が、晶析槽３のｐＨ設定条件を満たすように、循環槽５のｐＨ設定条件を補正する。
例えば、図２に示すように、晶析槽３のｐＨ設定条件としてｐＨ設定値ＳＶ＝８．５が入力手段を介して設定値記憶手段５１に入力される。条件補正手段５３は、測定値検出手段５２が検出した晶析槽ｐＨ測定器７の測定値ＰＶ１が、ｐＨ設定値ＳＶを満足するか否か（ＳＶ＝ＰＶ１となるか否か）を判断する。ＳＶ＝ＰＶ１の場合は、循環槽５のｐＨ設定条件（ＲＳＶ）を変更することなく運転を継続する。ＳＶ＝ＰＶ１とならない場合には、条件補正手段５３は、循環槽５のｐＨ設定条件を補正すべく、ｐＨ設定値ＳＶに対して測定値ＰＶ１の偏差を演算し、その演算結果からＰＩＤ制御により循環槽５のｐＨ設定条件（ＲＳＶ）を演算し、演算結果を設定値記憶手段５１へ記憶させる。
ｐＨ供給制御手段５４は、条件補正手段５３が決定した循環槽５のｐＨ設定条件ＲＳＶと循環槽ｐＨ測定器８の測定値ＰＶ２に基づいて、ｐＨ調整剤を供給するためのポンプ１４を制御することにより、ｐＨ調整剤の循環槽５への供給を制御する。例えば、晶析用薬剤として塩化マグネシウム水溶液などの酸性水溶液が用いられ、ｐＨ調整剤としてアルカリが使用される場合、図２において、ＳＶ＞ＰＶ１の場合は、ｐＨ供給制御手段５４は、設定条件（ＲＳＶ）を徐々に上昇させるために、ｐＨ調整剤の供給頻度を徐々に上げるような操作量（ＭＶ）を演算して出力する。ＳＶ＜ＰＶ１の場合は、設定条件（ＲＳＶ）を徐々に下降させるために、ｐＨ供給制御手段５４は、ｐＨ調整剤の供給頻度を徐々に下げるような操作量（ＭＶ）を演算して出力する。
ｐＨ供給制御手段５４によるポンプ１３を介したｐＨ調整剤の供給制御方法としては、例えば、循環槽５のｐＨ設定条件として、目標ｐＨ設定値（例えば９．０）の前後にｐＨ目標上限値Ｈ（例えば９．２）及びｐＨ目標下限値Ｌ（例えば８．９）をそれぞれ設定し、そのｐＨ目標上限値Ｈ及びｐＨ目標下限値Ｌに応じて、ポンプ１３をオン・オフする制御方法が利用可能である。
この場合、ｐＨ供給制御手段５４は、晶析用薬剤が酸性水溶液で、ｐＨ調整剤がアルカリである場合には、循環槽ｐＨ測定器８の測定値が、循環槽５のｐＨ目標下限値Ｌを下回るときに、ポンプ１３をオンにしてｐＨ調整剤の注入を開始するように制御する。循環槽ｐＨ測定器８の測定値が、循環槽５のｐＨ目標上限値Ｈを上回るときには、ｐＨ供給制御手段５４は、ポンプ１３をオフにしてｐＨ調整剤の注入を停止するように、循環槽５へのｐＨ調整剤の供給をオン・オフ制御する。
一方、ｐＨ供給制御手段５４は、晶析用薬剤がアルカリ性水溶液で、ｐＨ調整剤が酸である場合には、循環槽ｐＨ測定器８の測定値が循環槽５のｐＨ目標上限値Ｈを上回るときに、ポンプ１３をオンにしてｐＨ調整剤の注入を開始するように制御する。循環槽ｐＨ測定器８の測定値が、循環槽５のｐＨ目標下限値Ｌを下回るときには、ポンプ１３をオフにしてｐＨ調整剤の注入を停止するように、循環槽５へのｐＨ調整剤の供給をオン・オフ制御する。
ｐＨ供給制御手段５４によるｐＨ調整剤の別の供給制御方法としては、上記条件補正手段５３が決定した循環槽５のｐＨ設定条件を満たすように、循環槽ｐＨ測定器８の測定値に基づいて、循環槽５へｐＨ調整剤を供給するポンプ１３の吐出量をＰＩＤ制御することもできる。循環槽５のｐＨ設定条件と循環槽ｐＨ測定器８の測定値との偏差に基づくＰＩＤ制御を行うことによって、晶析槽３中の被処理液と晶析用薬剤含有溶液の混合溶液中のｐＨを安定に且つより精度よく制御することができる。
−リンの回収方法−
次に、本発明の実施の形態に係るリンの回収方法について説明する。実施の形態に係るリンの回収方法は、リンを含む被処理水を晶析用薬剤含有溶液と混合してリン化合物を晶析させる晶析法を用いたリンの回収方法であって、晶析槽３で処理された処理水の一部を抜き出し、抜き出した処理水に晶析用薬剤及びｐＨ調整剤を添加して晶析用薬剤含有溶液を調整し、調整後の晶析用薬剤含有溶液を晶析槽３へと循環させる循環槽５において、晶析槽３に設けられた晶析槽ｐＨ測定器７の測定値に基づいて、循環槽５内で調整すべき晶析用薬剤含有溶液のｐＨを決定し、ｐＨの決定結果と循環槽５内に設けられた循環槽ｐＨ測定器８の測定値に基づいて、循環槽５へのｐＨ調整剤の供給を制御することを含む。以下、循環槽５におけるｐＨ調整剤の供給制御の一例について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。
次に、本発明の実施の形態に係るリンの回収方法について説明する。実施の形態に係るリンの回収方法は、リンを含む被処理水を晶析用薬剤含有溶液と混合してリン化合物を晶析させる晶析法を用いたリンの回収方法であって、晶析槽３で処理された処理水の一部を抜き出し、抜き出した処理水に晶析用薬剤及びｐＨ調整剤を添加して晶析用薬剤含有溶液を調整し、調整後の晶析用薬剤含有溶液を晶析槽３へと循環させる循環槽５において、晶析槽３に設けられた晶析槽ｐＨ測定器７の測定値に基づいて、循環槽５内で調整すべき晶析用薬剤含有溶液のｐＨを決定し、ｐＨの決定結果と循環槽５内に設けられた循環槽ｐＨ測定器８の測定値に基づいて、循環槽５へのｐＨ調整剤の供給を制御することを含む。以下、循環槽５におけるｐＨ調整剤の供給制御の一例について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。
ステップＳ１において、操作者によりタッチパネルなどの入力手段を介して、図１の晶析槽３及び循環槽５のｐＨ設定条件が入力され、図１の設定値記憶手段５１が、入力されたｐＨ設定条件を制御装置の記憶領域内に記憶する。例えば、晶析槽３のｐＨ設定条件を８．０〜９．０（目標ｐＨ設定値（ＳＶ）＝８．５）とし、循環槽５のｐＨ設定条件を８．１〜９．１（ｐＨ設定値ＲＳＶ＝８．６）とする。設定条件入力後、図１の装置の運転が開始される。
ステップＳ２において、測定値検出手段５２が、晶析槽ｐＨ測定器７が出力した測定値ＰＶ１を検出する。ステップＳ３において、条件補正手段５３が、測定値ＰＶ１が晶析槽３のｐＨ設定値ＳＶを満足するか否か（ＰＶ１＝ＳＶとなるか否か）を判定する。判定の結果、測定値ＰＶ１が、晶析槽３のｐＨ設定値ＳＶを満足する場合には、ステップＳ４において、循環槽５のｐＨ設定条件ＲＳＶを変更せずに運転を継続する。測定値ＰＶ１が、晶析槽３のｐＨ設定値ＳＶを満足しない場合には、ステップＳ５において、条件補正手段５３が、晶析槽ｐＨ測定器７の測定値ＰＶ１が晶析槽のｐＨ設定条件ＳＶ１を満たすように（ＰＶ１＝ＳＶとなるように）循環槽５のｐＨ設定条件ＲＳＶを補正（変更）する。
例えば、晶析用薬剤として酸性水溶液が用いられてｐＨ調整剤としてアルカリ性水溶液が使用されるとき、ＳＶ＞ＰＶ１の場合は、条件補正手段５３は、循環槽５のｐＨ設定条件（ＲＳＶ）を上げるように補正する。ＳＶ＜ＰＶ１の場合は、条件補正手段５３は、設定条件（ＲＳＶ）を下げるように補正する。ステップＳ６において、測定値検出手段５２が、循環槽ｐＨ測定器８が出力した測定値ＰＶ２を検出し、ステップＳ７において、測定値ＰＶ２と循環槽５のｐＨ設定値ＲＳＶに基づいて、ポンプ１３によるｐＨ調整剤の供給を制御する。
本発明の実施の形態に係るリンの回収方法によれば、晶析用薬剤及びｐＨ調整剤の添加を晶析槽３外部の循環槽５内で実施するとともに、晶析槽３内に晶析槽ｐＨ測定器７を配置し、循環槽５内のｐＨ調整を、晶析槽３内のｐＨ検出値と連動させて制御することにより、晶析処理がより安定的に行われ、リンの回収率が向上する。
（第１変形例）
本発明の実施の形態の第１変形例に係るリンの回収装置は、図４に示すように、原水槽１に設けられたリン濃度測定器９と、晶析用薬剤の循環槽５への注入量を制御する循環槽薬剤制御手段６０と、被処理水の補助晶析槽２及び晶析槽３への供給流量を測定する晶析槽流入流量計１８及び補助晶析槽流入流量計１７を更に備える点が、図１と異なる。
本発明の実施の形態の第１変形例に係るリンの回収装置は、図４に示すように、原水槽１に設けられたリン濃度測定器９と、晶析用薬剤の循環槽５への注入量を制御する循環槽薬剤制御手段６０と、被処理水の補助晶析槽２及び晶析槽３への供給流量を測定する晶析槽流入流量計１８及び補助晶析槽流入流量計１７を更に備える点が、図１と異なる。
以下においては、具体例として、図４に示す装置で、晶析用薬剤として塩化マグネシウム水溶液を使用し、ｐＨ調整材として苛性ソーダを使用して、ＭＡＰを晶析させる場合を例に説明する。
晶析用薬剤としての塩化マグネシウム（Ｍｇ）の添加量は、原水槽１に収容された被処理水中に含まれるリン（Ｐ）の量に対して、Ｍｇ／Ｐ＝１．０となるようにする必要がある。そのため、被処理水中のリン濃度をＸ2（ｋｇ−Ｐ／ｍ3）、被処理水の流量をＸ1（ｍ3／ｈ）とすると、時間あたりに流入する被処理水中含有リン量はＸ1×Ｘ2（ｋｇ−Ｐ／ｈ）となる。
リン濃度Ｘ2は、被処理水の分析値を求め、これを設定値とするか、又は原水槽１にリン濃度測定器９を設置し、濃度測定器９によって出力される測定値を設定値とする。Ｘ1は、晶析槽流入流量計１８による測定結果をＦＩ−Ａ、補助晶析槽流入流量計１７による測定結果をＦＩ−Ｂとすると、Ｘ1＝ＦＩ−Ａ＋ＦＩ−Ｂで表すことができる（補助晶析槽２を使用しない場合はＸ1＝ＦＩ−Ａ）。塩化マグネシウムの分子量は９５．２１、マグネシウムの分子量は２４．３１であるから、マグネシウム必要量Ｘ3は、Ｘ3＝Ｘ1×Ｘ2×（９５．２１／２４．３１）となる。
ここで、塩化マグネシウム溶液の溶液濃度をＣ（％）、比重をσ（ｋｇ／ｍ3）とすると、塩化マグネシウムを注入するポンプ１４の吐出量をＱとした場合、塩化マグネシウムを注入するポンプ１４の吐出量Ｑは下記計算式：
Ｑ（ｍ3／ｈ）＝Ｘ3（ｋｇ／ｈ）×（１／Ｃ）×（１／σ）
に従って算出される。
Ｑ（ｍ3／ｈ）＝Ｘ3（ｋｇ／ｈ）×（１／Ｃ）×（１／σ）
に従って算出される。
よって、循環槽薬剤制御手段６０が、晶析槽流入流量計１８及び補助晶析槽流入流量計１７による測定結果から、塩化マグネシウム溶液濃度と比重を演算し、設定することで、自動的に、循環槽５に対するマグネシウム溶液の注入量が決定し、自動制御を行うことができる。
決定した注入量（設定値）に対し、塩化マグネシウムを注入するポンプ１４の制御は、塩化マグネシウム注入の吐出ラインに流量計を設置し、吐出量をＰＩＤ制御する方法、或いは、注入ポンプの能力に対して必要量を比例制御で換算し、インバーター制御する方法等が好適に用いられる。
（参考例）
ｐＨ調整は、循環槽５で行う代わりに原水槽１で行うこともできる。即ち、参考例に係るリンの回収装置は、図５に示すように、リンを含む被処理水にｐＨ調整剤を供給する原水槽１と、原水槽１から供給されたリンを含む被処理水を晶析用薬剤含有溶液と混合してリン化合物を晶析させる晶析槽３と、晶析槽３で処理された処理水の一部を抜き出し、抜き出した処理水に晶析用薬剤を添加して晶析用薬剤含有溶液を調整し、調整後の晶析用薬剤含有溶液を晶析槽３へと循環させる循環槽５と、晶析槽３内のｐＨを測定する晶析槽ｐＨ測定器７と、原水槽１内のｐＨを測定する原水槽ｐＨ測定器８ａと、晶析槽ｐＨ測定器７の測定値に基づいて原水槽１内のｐＨ設定条件を決定し、原水槽１内のｐＨ設定条件の決定結果と原水槽ｐＨ測定器８ａの測定値に基づいて、原水槽１へのｐＨ調整剤の供給を制御する原水槽ｐＨ制御手段５０ａとを備える。
ｐＨ調整は、循環槽５で行う代わりに原水槽１で行うこともできる。即ち、参考例に係るリンの回収装置は、図５に示すように、リンを含む被処理水にｐＨ調整剤を供給する原水槽１と、原水槽１から供給されたリンを含む被処理水を晶析用薬剤含有溶液と混合してリン化合物を晶析させる晶析槽３と、晶析槽３で処理された処理水の一部を抜き出し、抜き出した処理水に晶析用薬剤を添加して晶析用薬剤含有溶液を調整し、調整後の晶析用薬剤含有溶液を晶析槽３へと循環させる循環槽５と、晶析槽３内のｐＨを測定する晶析槽ｐＨ測定器７と、原水槽１内のｐＨを測定する原水槽ｐＨ測定器８ａと、晶析槽ｐＨ測定器７の測定値に基づいて原水槽１内のｐＨ設定条件を決定し、原水槽１内のｐＨ設定条件の決定結果と原水槽ｐＨ測定器８ａの測定値に基づいて、原水槽１へのｐＨ調整剤の供給を制御する原水槽ｐＨ制御手段５０ａとを備える。
ｐＨ調整剤は、原水槽１に接続されたポンプ１３ａを介して原水槽１へ供給される。原水槽ｐＨ測定器８ａ及びポンプ１３ａは原水槽ｐＨ制御手段５０ａに電気的に接続されている。原水槽ｐＨ制御手段５０ａのｐＨ制御手順は、図１の循環槽ｐＨ制御手段５０と実質的に同様であるため詳細な説明を省略する。また、図５において、晶析用薬剤の供給を制御するための循環槽薬剤制御手段６０が更に設けられていてもよいことは勿論である。
したがって、図５に示すように、原水槽ｐＨ制御手段５０ａは、晶析槽３のｐＨ設定条件と原水槽１のｐＨ設定条件とを記憶する設定値記憶手段５１ａと、晶析槽ｐＨ測定器７及び原水槽ｐＨ測定器８ａの測定値を検出する測定値検出手段５２ａと、晶析槽ｐＨ測定器７の測定値が晶析槽３のｐＨ設定条件を満足するか否かを判断し、晶析槽３のｐＨ設定条件を満足する場合には原水槽１のｐＨ設定条件を変更せず、晶析槽３のｐＨ設定条件を満足しない場合には、晶析槽ｐＨ測定器７の測定値が晶析槽３のｐＨ設定条件を満たすように原水槽１のｐＨ設定条件を補正する条件補正手段５３ａと、条件補正手段５３ａが決定した原水槽１のｐＨ設定条件と原水槽ｐＨ測定器８ａの測定値に基づいてｐＨ調整剤の供給を制御するｐＨ供給制御手段５４ａとを備える。
また、図５の回収装置を用いた参考例に係る回収方法においては、ｐＨ調整剤の供給を、循環槽５を使用する代わりに原水槽１を使用すること以外は基本的には同様である。即ち、参考例に係るリンの回収方法は、リンを含む被処理水に原水槽１においてｐＨ調整剤を添加し、ｐＨ調整剤添加後の被処理水を晶析槽３へ供給することと、晶析槽３において、ｐＨ調整剤添加後の被処理水を晶析用薬剤含有溶液と混合してリン化合物を晶析させることと、晶析槽３で処理された処理水の一部を抜き出し、抜き出した処理水に晶析用薬剤を添加して晶析用薬剤含有溶液を調整し、調整後の晶析用薬剤含有溶液を晶析槽へと循環させることと、晶析槽３に設けられた晶析槽ｐＨ測定器７の測定結果に基づいて、原水槽１内のｐＨを決定し、原水槽１内のｐＨの決定結果と原水槽１内に設けられた原水槽ｐＨ測定器８ａの測定値に基づいて、原水槽１へのｐＨ調整剤の供給を制御することを含む。原水槽１でｐＨ調整を実施することによりｐＨ調整を行い易くすることができる。
（操業結果）
図１に示す回収装置を具備するし尿処理施設において循環槽のｐＨ供給制御を行った。ここでは、晶析用薬剤として塩化マグネシウム水溶液（塩化マグネシウム濃度１０％）を用い、ｐＨ調整剤として苛性ソーダ（苛性ソーダ２５％溶液）を使用して、晶析槽でＭＡＰ晶析を行った。晶析槽のｐＨの設定値ＳＶを８．５に設定して循環槽ｐＨ制御手段により、循環槽のｐＨ条件の自動制御を開始した。その結果、循環槽ｐＨが８．７〜８．９程度となった場合に、晶析槽内のｐＨが８．５に安定化した（このとき、ｐＨ調整剤の供給制御は、循環槽ｐＨが８．７となった場合にポンプ１３をオンし、８．９となった場合にポンプ１３をオフするように制御した）。次に、リンの回収率を上げるため、晶析槽のｐＨ設定値ＳＶを９．０に設定して同様な制御を行った結果、循環槽ｐＨが９．２〜９．４となった場合に、晶析槽のｐＨ測定値が９．０に安定した。
図１に示す回収装置を具備するし尿処理施設において循環槽のｐＨ供給制御を行った。ここでは、晶析用薬剤として塩化マグネシウム水溶液（塩化マグネシウム濃度１０％）を用い、ｐＨ調整剤として苛性ソーダ（苛性ソーダ２５％溶液）を使用して、晶析槽でＭＡＰ晶析を行った。晶析槽のｐＨの設定値ＳＶを８．５に設定して循環槽ｐＨ制御手段により、循環槽のｐＨ条件の自動制御を開始した。その結果、循環槽ｐＨが８．７〜８．９程度となった場合に、晶析槽内のｐＨが８．５に安定化した（このとき、ｐＨ調整剤の供給制御は、循環槽ｐＨが８．７となった場合にポンプ１３をオンし、８．９となった場合にポンプ１３をオフするように制御した）。次に、リンの回収率を上げるため、晶析槽のｐＨ設定値ＳＶを９．０に設定して同様な制御を行った結果、循環槽ｐＨが９．２〜９．４となった場合に、晶析槽のｐＨ測定値が９．０に安定した。
１…原水槽
２…補助晶析槽
３…晶析槽
４…処理水槽
５…循環槽
７…晶析槽ｐＨ測定器
８…循環槽ｐＨ測定器
８ａ…原水槽ｐＨ測定器
９…リン濃度測定器
１０、１１、１２、１３、１３ａ、１４、１５、１６…ポンプ
１７…補助晶析槽流入流量計
１８…晶析槽流入流量計
２１…供給管
２１…弁
５０…循環槽ｐＨ制御手段
５１、５１ａ…設定値記憶手段
５２、５２ａ…測定値検出手段
５３、５３ａ…条件補正手段
５４、５４ａ…ｐＨ供給制御手段
６０…循環槽薬剤制御手段
２…補助晶析槽
３…晶析槽
４…処理水槽
５…循環槽
７…晶析槽ｐＨ測定器
８…循環槽ｐＨ測定器
８ａ…原水槽ｐＨ測定器
９…リン濃度測定器
１０、１１、１２、１３、１３ａ、１４、１５、１６…ポンプ
１７…補助晶析槽流入流量計
１８…晶析槽流入流量計
２１…供給管
２１…弁
５０…循環槽ｐＨ制御手段
５１、５１ａ…設定値記憶手段
５２、５２ａ…測定値検出手段
５３、５３ａ…条件補正手段
５４、５４ａ…ｐＨ供給制御手段
６０…循環槽薬剤制御手段
Claims (6)
- リン酸態リン濃度１０〜１００ｍｇ／Ｌ、アンモニア性窒素濃度３００〜１０００ｍｇ／Ｌのリンを含む被処理水を晶析用薬剤含有溶液と混合してリン化合物を晶析させる晶析槽と、
前記晶析槽で処理された処理水の一部を抜き出し、抜き出した処理水に対して前記被処理水を添加することなく晶析用薬剤及びｐＨ調整剤を添加して晶析用薬剤含有溶液を調整し、調整後の晶析用薬剤含有溶液を前記晶析槽へと循環させる循環槽と、
前記晶析槽内のｐＨを測定する晶析槽ｐＨ測定器と、
前記循環槽内のｐＨを測定する循環槽ｐＨ測定器と、
前記晶析槽ｐＨ測定器の測定値に基づいて前記循環槽内のｐＨ設定条件を決定し、前記循環槽内のｐＨ設定条件の決定結果と前記循環槽ｐＨ測定器の測定値に基づいて、前記循環槽への前記ｐＨ調整剤の供給を制御する循環槽ｐＨ制御手段と
を備えるリンの回収装置。 - 前記循環槽ｐＨ制御手段は、
前記晶析槽のｐＨ設定条件と前記循環槽のｐＨ設定条件とを記憶する記憶手段と、
前記晶析槽ｐＨ測定器の測定値が前記晶析槽のｐＨ設定条件を満足するか否かを判断し、前記晶析槽のｐＨ設定条件を満足する場合には、前記循環槽のｐＨ設定条件を変更せず、前記晶析槽のｐＨ設定条件を満足しない場合には、前記晶析槽ｐＨ測定器の測定値が前記晶析槽のｐＨ設定条件を満たすように前記循環槽のｐＨ設定条件を補正する条件補正手段と、
前記条件補正手段が決定した前記循環槽のｐＨ設定条件と前記循環槽ｐＨ測定器の測定値に基づいて前記ｐＨ調整剤の供給を制御するｐＨ供給制御手段と
を備える請求項１に記載のリンの回収装置。 - 前記ｐＨ供給制御手段は、
前記晶析用薬剤が酸性で前記ｐＨ調整剤がアルカリ性である場合において、前記循環槽ｐＨ測定器の測定値が前記循環槽のｐＨ目標下限値を下回るときに前記ｐＨ調整剤の注入を開始し、前記循環槽ｐＨ測定器の測定値が前記循環槽のｐＨ目標上限値を上回るときに前記ｐＨ調整剤の注入を停止するように、前記循環槽への前記ｐＨ調整剤の供給をオン・オフ制御し、
前記晶析用薬剤がアルカリ性で前記ｐＨ調整剤が酸性である場合において、前記循環槽ｐＨ測定器の測定値が前記循環槽のｐＨ目標上限値を上回るときに前記ｐＨ調整剤の注入を開始し、前記循環槽ｐＨ測定器の測定値が前記循環槽のｐＨ目標下限値を下回るときに前記ｐＨ調整剤の注入を停止するように、前記循環槽への前記ｐＨ調整剤の供給をオン・オフ制御する
ことを含む請求項２に記載のリンの回収装置。 - 前記晶析槽に供給するリン化合物の種晶を成長させる補助晶析槽を更に備える請求項１〜３のいずれか１項に記載のリンの回収装置。
- 前記晶析用薬剤が水酸化マグネシウム又は塩化マグネシウムのいずれかを含み、前記ｐＨ調整剤が硫酸、塩酸、苛性ソーダのいずれかを含み、前記リン化合物がリン酸マグネシウムアンモニウムである請求項１〜３のいずれか１項に記載のリンの回収装置。
- リン酸態リン濃度１０〜１００ｍｇ／Ｌ、アンモニア性窒素濃度３００〜１０００ｍｇ／Ｌのリンを含む被処理水を晶析用薬剤含有溶液と混合してリン化合物を晶析させる晶析法を用いたリンの回収方法であって、
晶析槽で処理された処理水の一部を抜き出し、抜き出した処理水に対して前記被処理水を添加することなく晶析用薬剤及びｐＨ調整剤を添加して晶析用薬剤含有溶液を調整し、調整後の晶析用薬剤含有溶液を前記晶析槽へと循環させる循環槽において、前記晶析槽に設けられた晶析槽ｐＨ測定器の測定値に基づいて、前記循環槽内で調整すべき晶析用薬剤含有溶液のｐＨを決定し、ｐＨの決定結果と前記循環槽内に設けられた循環槽ｐＨ測定器の測定値に基づいて、前記循環槽への前記ｐＨ調整剤の供給を制御することを含むリンの回収方法。
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