JP6611480B2 - 下水処理方法、リン資源の製造方法 - Google Patents
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Description
図2に示す下水処理装置10を用いて下水を処理する場合、まず、流入水として下水を第一沈殿池121に流入させて、下水中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を排出する。次いで、上澄み液を反応槽122に流入させて、上澄み液を微生物処理して活性汚泥混合液を排出する。その後、活性汚泥混合液を第二沈殿池123に流入させて、活性汚泥混合液中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を処理水として排出する。
しかしながら、汚泥焼却灰は、近年の下水汚泥のリン濃度の上昇に伴って、リン濃度が高くなってきている。このことは、汚泥焼却灰をセメント原料として有効利用する場合に、品質を低下させる要因となってきている。
また、本発明は、リン鉱石の代替として利用できる汚泥焼却灰の得られる下水処理装置及び下水処理方法を提供することを課題とする。
リン鉱石のリン濃度は、効率よくリンを回収できるように、高い程よい。しかしながら、一般に、汚泥焼却灰のリン濃度は、リン鉱石として利用するには低濃度であった。このため、汚泥焼却灰は、リン鉱石の代替として利用しにくいものであった。
そこで、本発明者は、生汚泥および余剰汚泥を、それぞれ別々に濃縮、脱水、焼却して汚泥焼却灰を生成し、それぞれのリン濃度を測定した。その結果、余剰汚泥を焼却した余剰汚泥焼却灰中に、リン鉱石と同等以上の高濃度でリンが含まれていることを見出し、本発明を想到した。
汚泥焼却灰が処分すべき廃棄物であるとの認識の下では、図2に示すように、生汚泥と余剰汚泥とを一緒に焼却する方が効率的であるから、生汚泥と余剰汚泥とを別々に濃縮、脱水、焼却して汚泥焼却灰を生成することは想到し得ないが、汚泥焼却灰を資源として利用するために最適な構成を追求することによって、生汚泥と余剰汚泥とを別々に濃縮、脱水、焼却して汚泥焼却灰を生成する本発明に想到したのである。
(1)下水を第一沈殿池に流入させて、前記下水中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を排出する工程と、
前記上澄み液を反応槽に流入させて、前記上澄み液を微生物処理して活性汚泥混合液を排出する工程と、
前記活性汚泥混合液を第二沈殿池に流入させて、前記活性汚泥混合液中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を処理水として排出する工程と、
前記第二沈殿池で沈降した汚泥からなる余剰汚泥を焼却する余剰汚泥焼却工程とを備えることを特徴とするリン資源の製造方法。
前記余剰汚泥にカルシウム化合物を添加するカルシウム化合物添加工程と、
カルシウム化合物の添加された前記余剰汚泥を脱水する脱水工程とを備えることを特徴とする(1)に記載のリン資源の製造方法。
(3)前記第一沈殿池で沈降した汚泥を焼却する生汚泥焼却工程を備えることを特徴とする(1)または(2)に記載のリン資源の製造方法。
前記上澄み液を微生物処理して活性汚泥混合液を排出する反応槽と、
前記活性汚泥混合液中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を処理水として排出する第二沈殿池と、
前記第二沈殿池で沈降した汚泥からなる余剰汚泥を焼却する余剰汚泥焼却炉とを備えることを特徴とする下水処理装置。
カルシウム化合物の添加された前記余剰汚泥を脱水する余剰汚泥脱水装置とを備えることを特徴とする(4)に記載の下水処理装置。
(6)前記第一沈殿池で沈降した汚泥を焼却する生汚泥焼却炉を備えることを特徴とする(4)または(5)に記載の下水処理装置。
「下水処理装置」
図1は、本発明の下水処理装置の一例を説明するための概略構成図である。図1に示す下水処理装置1は、第一沈殿池21と反応槽22と第二沈殿池23と生汚泥濃縮装置31と生汚泥脱水装置32と生汚泥焼却炉33と余剰汚泥濃縮装置41と余剰汚泥脱水装置42と余剰汚泥焼却炉43とカルシウム化合物混合槽44とを備えている。
第一沈殿池21において沈降した汚泥からなる生汚泥は、第一沈殿池21の下部に接続された配管を介して生汚泥濃縮装置31に供給される。
第二沈殿池23において沈降した汚泥は、反応槽22における菌体量低下を防止するために、第二沈殿池23の下部に接続された配管45を介して反応槽22に返送される。反応槽22に返送される汚泥のうちの一部は、余剰汚泥としてカルシウム化合物混合槽44に供給される。
生汚泥濃縮装置31によって生成された濃縮された生汚泥は、配管を介して生汚泥脱水装置32に供給される。
生汚泥焼却炉33は、脱水された生汚泥を焼却し、生汚泥焼却灰を生成するものである。
カルシウム化合物混合槽44では、第二沈殿池23から供給された余剰汚泥に、カルシウム化合物が添加され、余剰汚泥とカルシウム化合物とが混合されて、余剰汚泥とカルシウム化合物とが反応する。余剰汚泥とカルシウム化合物とを混合して生成した混合生成物(カルシウム化合物の添加された余剰汚泥)は、配管を介してカルシウム化合物混合槽44から余剰汚泥濃縮装置41に供給される。
余剰汚泥濃縮装置41によって生成された濃縮された余剰汚泥は、配管を介して余剰汚泥脱水装置42に供給される。
余剰汚泥焼却炉43は、脱水された余剰汚泥を焼却し、余剰汚泥焼却灰を生成するものである。
次に、リン資源である余剰汚泥焼却灰を製造する方法の一例として、図1に示す下水処理装置1を用いて下水を処理する方法を説明する。
図1に示すように、下水を第一沈殿池21に流入させ、第一沈殿池21中に所定時間滞留させる。このことにより、下水中に含まれる石、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生汚泥が沈殿し、除去される。そして、生汚泥が除去された下水である上澄み液を、第一沈殿池21から排出し、反応槽22に流入させる。
次に、第二沈殿池23に流入させた活性汚泥混合液を、第二沈殿池23中に所定時間滞留させる。このことにより、反応槽22において用いられた好気性微生物を多く含む余剰汚泥が沈殿し、除去される。そして、余剰汚泥が除去された活性汚泥混合液を、処理水として第二沈殿池23から排出する。
余剰汚泥に添加されるカルシウム化合物としては、酸化カルシウム(CaO)、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)、炭酸カルシウム(CaCO3)、塩化カルシウム(CaCl2)などが挙げられる。カルシウム化合物としては、1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。カルシウム化合物としては、上記の中でも特に、汚泥との反応性が高い水酸化カルシウムを用いることが好ましい。
これに対し、従来の下水処理方法では、例えば、図2に示すように、効率よく脱水および焼却するために、高濃度でリンを含む余剰汚泥とリン濃度の低い生汚泥とを混合して脱水および焼却していた。このため、従来の下水処理方法で得られた汚泥焼却灰のリン濃度は、本実施形態で得られる余剰汚泥焼却灰よりも低濃度であり、リン鉱石として利用するにはリン濃度が低い場合があった。
まず、余剰汚泥焼却灰中に含まれるカリウムを除去するために、カリウムを酸化カリウム(K2O)の形態で7.8質量%含有する余剰汚泥焼却灰を、重量比で余剰汚泥焼却灰の10倍の水を用いて洗浄した。しかし、この洗浄方法では、余剰汚泥焼却灰からのカリウム除去効果は得られなかった(洗浄後の酸化カリウム(K2O)の含有量(7.9質量%))。
このため、本発明者は、水の代わりにpH3の希硫酸を用いたこと以外は、上記と同様にして同じ余剰汚泥焼却灰を洗浄した。しかし、pH3の希硫酸を用いて洗浄しても、余剰汚泥焼却灰からのカリウム除去効果は得られなかった(洗浄後の酸化カリウム(K2O)の含有量(8.2質量%))。
AlPO4(Aluminium Phosphate)
CaMgP2O7(Calcium Magnesium Phosphate)
KAl0.5Fe0.5P2O7(Pottassium Aluminum Iron Phosphate)
SiO2(Quartz)
SiO2(Cristobalite)
このように、本実施形態の下水処理方法において生成した余剰汚泥焼却灰は、リン鉱石として利用でき、しかもリンを回収した残渣は、リン鉱石と同様に石膏ボードの材料として利用できる。
例えば、上述した実施形態においては、カルシウム化合物添加装置として、カルシウム化合物混合槽44を有する場合を例に挙げて説明したが、カルシウム化合物添加装置は、余剰汚泥にカルシウム化合物を添加するものであれば如何なるものであってもよいし、下水処理装置に備えられていなくてもよい。また、下水処理装置がカルシウム化合物添加装置を有している場合、例えば、上述した実施形態のように、第二沈殿池23と余剰汚泥濃縮装置41との間の流路に設置してもよいし、余剰汚泥濃縮装置41と余剰汚泥脱水装置42との間の流路に設置してもよい。
表1に示す複数の採取日に、都内の水再生センター(下水処理施設)で下水を処理して得られた生汚泥と余剰汚泥とを同時に採取し、それぞれ別々に濃縮、脱水、焼却して生汚泥焼却灰と余剰汚泥焼却灰とを得た。このようにして得られた生汚泥焼却灰および余剰汚泥焼却灰の組成を、表1に示す方法により調べた。その結果を表1に示す。
さらに、余剰汚泥焼却灰は、生汚泥焼却灰と比較して、シリカ、アルミニウム、鉄、ヒ素、鉛、亜鉛の含有量が少なく、リン鉱石の代替として利用する場合に好適であることが分かった。
また、生汚泥焼却灰中のリン濃度は十分に低く、セメント原料およびコンクリート二次製品原料として有効利用できることが確認できた。
都内の水再生センターで、表2に示すように浮遊物質濃度(SS)が5.570mg/Lであり、固形分中の有機分が83.2質量%である余剰汚泥を採取し、表2に示す添加量で水酸化カルシウムを添加し、表2に示す方法によりpHを測定してから、濃縮、脱水、焼却して余剰汚泥焼却灰を得た。
得られた余剰汚泥焼却灰の組成を、表2に示す方法により調べた。その結果を表2に示す。
また、余剰汚泥に水酸化カルシウムを添加して製造した余剰汚泥焼却灰では、水酸化カルシウムを添加せずに製造した余剰汚泥焼却灰と比較して、リン、シリカ、アルミニウム、鉄の含有量も少なかった。しかし、これら成分の含有量の差は、余剰汚泥に水酸化カルシウムを添加したことによる希釈分相当であり、余剰汚泥に添加した水酸化カルシウムの添加量が多い程、差が大きくなっている。すなわち、余剰汚泥に水酸化カルシウムを添加することにより、余剰汚泥からリン、シリカ、アルミニウム、鉄が除去されたことによる含有量の低下は見られなかった。
21、121…第一沈殿池
22、122…反応槽
23、123…第二沈殿池
31、131…生汚泥濃縮装置
32…生汚泥脱水装置
33…生汚泥焼却炉
41、141…余剰汚泥濃縮装置
42…余剰汚泥脱水装置
43…余剰汚泥焼却炉
44…カルシウム化合物添加装置
52…汚泥脱水装置
53…汚泥焼却炉
Claims (3)
- 下水を第一沈殿池に流入させて、前記下水中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を排出する工程と、
前記上澄み液を反応槽に流入させて、前記上澄み液を微生物処理して活性汚泥混合液を排出する工程と、
前記活性汚泥混合液を第二沈殿池に流入させて、前記活性汚泥混合液中の汚泥を沈殿除去すると共にその上澄み液を処理水として排出する工程と、
前記第二沈殿池で沈降した汚泥からなる余剰汚泥を焼却する余剰汚泥焼却工程とを備え、前記余剰汚泥焼却工程の前に、
前記余剰汚泥に水酸化カルシウムを前記余剰汚泥中の無機成分100gに対して20〜100g添加するカルシウム化合物添加工程と、
水酸化カルシウムの添加された前記余剰汚泥を脱水する脱水工程とを備えることを特徴とするリン資源の製造方法。 - 前記第一沈殿池で沈降した汚泥を焼却する生汚泥焼却工程を備えることを特徴とする請求項1に記載のリン資源の製造方法。
- 請求項1または請求項2に記載のリン資源の製造方法を含むことを特徴とする下水処理方法。
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