WO2003086990A1

WO2003086990A1 - Procede de traitement d'eaux usees et de boues organiques et appareil de traitement de mise en oeuvre

Info

Publication number: WO2003086990A1
Application number: PCT/JP2003/004909
Authority: WO
Inventors: Takao Hagino; Yuichi Fuchu; Hideyuki Yoshida; Masaaki Nishimoto; Kazuaki Shimamura
Original assignee: Ebara Corporation
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2003-10-23
Also published as: KR20050005739A; JP4310196B2; EP1496019A1; CN1606533A; EP1496019A4; CN1301924C; KR100988916B1; JPWO2003086990A1; US7264715B2; EP1496019B1; US20050016919A1

Description

明細書有機性排水及び汚泥の処理方法及び処理装置技術分野

本発明は、下水処理場や各纏水処繊設等にぉヽて有機性排水又は汚泥を処理するシステムに係わり、更に詳しくは、し尿や浄化槽汚泥の消化脱離液、汚泥の消化液、化学工場排水などの高濃度の有機物、リン及び窒素を含有する廃水から、リン等をリン酸マグネシウムアンモニゥム（以後 MAPと略記する）結晶として除去するとともに、該 MAP結晶を回収する技術において、純度の高い良質の MA P結晶を効率良く回収する方法及び装置に関するものである。背景技術

従来の一般的な脱窒、脱リンの同時処理方法としては、嫌気無酸素好気法などの生物学的処理方法や、嫌気好気法、沈殿法、アルミナ吸着法等を組み合わせた方法等がある。また、近年、し尿処理や下水処理の工程で発生する返流水や ^：性消化脱离赚等を対象として MA P処理等も試みられている。 MAP処理とは、アンモニアを含む被処理水にマグネシウム源及ぴ _P H調整剤を加えて反応させることによって、被処»中のリンを MAP粒子として晶析させて除去するというものである。

これらの処法の中で、嫌気無酸素好気法は、水質の変ィヒゃ季節変動に伴う外部環境の変ィ匕により処理性能が安定しない等の問題があり、また、嫌気好気法と,沈殿法等を組み合わせた方法は、処理工程が煩雑な上に薬品代をはじめとするランニングコストが大きく問題であった。これに対して、 MAP処理法は、先の二法に比べて運転操作の煩雑さは少なく、特にリンの回収を安定的に行える上、回収される MAPは優れた肥料としての付加価値があり、資源の有効利用の点からも優れたリン及び窒素の除去技術とレ、える。

しかし、 MAP法の^^も、（1 ) p H調歸 IJとしての水酸化ナトリウムや、マグネシゥム源としての塩化マグネシゥム等の薬品コストが大きい；（ 2 ) 1時間未満程度の短時間で急速に MAP晶析させる（「急iMAP反応」と略記する）と微細な MAP粒子が生成され、これが MAP反応槽からリークするために、 MA P回収率が 6 0〜 7 0 %程度に低下する場合がある；（ 3 ) 急速 MA P反応は、約 4 0 0 mg/L以上の S Sが液中に混在すると、 S Sが MA P晶析物と絡み合!/ヽ、純度の高ヽ M A P結晶として回収できない；（ 4 ) MA P処理工程の前段に嫌気性消化工程等を採用している場合においては、嫌気性消化工程において、汚泥中の溶解性マグネシウムが律速となるが反応槽内ですでに行われており、生成された MAP粒子は、そのままでは S Sとの分離が困難であるため、消化汚泥に混在した状態で回収されないまま、汚泥とともに処分されているなどの問題点がある。

本発明者らは上述した従来の問題を解決する手段として、廃水中のリンを効率良く MAPとして回収する技術を提案した（特開 2 0 0 2— 4 5 8 8 9号）。ここで提案された方法の概要を図 4に示す。有機性排水 1は、最初沈殿池 2で固液分離されて汚泥混合液 3 (初沈汚泥）が分離除去された後、生物反応槽 4で生物処理がなされる。生物反応槽 ⁴から排出される活性汚泥混合液⁵は、最終沈殿池 6で固液分離されて、処が取り出されると共に、汚泥混合液 8 (余剰汚泥）が回収される。このような有機性排水処理システムから発生する汚泥混合液 3及び 8を、嫌気性消化槽 5 1に導入する。嫌気性消化槽 5 1にマグネシウム源 5 5を供給して、消化槽 5 1内で嫌気菌による汚泥中の有機物の消ィ匕を行うと共に、 MAP生成反応を進行させて MAP結晶粒子を生成せしめる。得られた M A P結晶粒子を含む汚泥混合液を、液体サイク口ンなどの MA P回収装置 5 2で処理して生成した MA P結晶粒子 5 6を分離回収する。 MAP結晶粒子が分離された後の汚泥混合液 5 7は、脱水装置 5 3に導入して S S分を脱水ケーキ 5 8として回収する。脱水装置によって得られる分离 1* 5 9は、次に第二晶析槽 5 4に導入して、マグネシゥム源 6 0及び p H調整剤 6 1を添加、混合することにより再ひ MAP粒子 6 2を生成 ·回収する。 MA P粒子が回収された後の脱離液 6 3は、最初沈殿槽 2に戻すことができる。この方法によれば、嫌気性消化槽内での一段目の MA P生成 ·回収工程にぉレ、て、分離水中に混入してしまう MA Pの微細粒子や未反応のリンを、第二晶析槽での二段目の MA P生成工程で晶析 ·結晶成長させて回収することで、排水中のリン回収効率を大幅に高めることが可能となつた。

本努明者らは、さらにカゝかる方法を詳細に検討した結果、その経済的あるいは操作の容易性などの点からいうと、 MA P回収率の向上と安定化、生成 MAPの高純度化、薬品使用量の低減化、及ぴ処理システムの簡略化に関して、さらに向上させることが必要であることが分かった。発明の開示

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決し、特開 2 0 0 2— 4 5 8 8 9号で提案した方法を更に改良することを目的とする。すなわち、本発明は、有機性排水又は汚泥処理システムの中で、特に有機物、窒素、リンを含有する廃水、例えば、し尿や浄化槽汚泥の消化脱離液、汚泥の消化液、化学工場排水などの高濃度の有機物、リン及ぴ窒素を含有する廃水又は汚泥に対して、嫌気性処理を行うと共に被処 ¾K中のリンをリン酸マグネシウムアンモニゥム結晶として除去する MA Ρ処理法にぉレ、て、薬剤の使用量を大幅に低減化するとともに、窒素及ぴリンの除去効率を大幅に向上且つ安定化し、更に生成 MA Ρの高純度化を可能にし、且つ処理システムの簡 Ρ ^匕を可能にする方法及び装置を ϋ ^する。

本発明は、上記課題を以下に示す手段によって解決する。

1. 有機性排水の生物処理システムで生成する汚泥混合液を、嫌気性消化槽で処理することによって汚泥の消化を行うと共に、該嫌気性消化槽にマグネシゥム源を添加することによって、該嫌気性消化槽内でリン酸マ：

ゥムの結晶粒子を生成及び成長させ、該! ^性消化槽からリン酸マ：

ンモニゥムの結晶を含む汚泥混合液を引き抜き、該引き抜き汚泥混合液からリン酸マグネシウムアンモニゥム結晶粒子を含む固形物を分離及び回収し、リン酸マグネシゥムアンモニゥム結晶粒子が分離回収された後の汚泥混合液の一部を嫌気性消化槽に戻すことを特徴とする汚泥処理方法。

2. 引き抜き汚泥混合液からリン酸マグネシウムアンモ-ゥム結晶粒子を含む固形物を分離及び回収する工程を、液体サイク口ンによって行う上記第 1項に記載の方法。 3. 嫌気性消化槽に^]口するマグネシゥム源が水酸化マグネシゥム又は酸化マグネシウムである上記第 1項又は第 2項に記載の方法。

4. マグネシゥム原として、 7酸化マグネシゥム又は酸化マグネシゥムを海水又は井水に溶解した溶液を嫌気性消化槽に添加する上記第 3項に記載の方法。

5. リン酸マグネシウムアンモニゥム結晶粒子が分離回収された後の汚泥混合液の嫌気性消化槽への返送量が、嫌気性消化槽への汚泥混合液の投入量の 0 · 5〜 4倍量であることを特徴とする上記第 1項〜第 4項のレヽずれかに記載の方法。図面の簡単な説明

図 1は、有機性排水処理システムから排出される濃縮汚泥を、本発明の一態様に係る処理方法によつて処理して、汚泥の消化と MA Pの生成回収によるリンの除去とを行う有機排水処理プロセスの全体像を示すプロック図である。

図 2は、 MAP生成反応に投入する M g源の種類による生成 MAP粒子の粒径分布の違いを示すグラフである。

図 3は、本発明の他の態様に係る有機性排水処理プロセスの全体像を示すプロック図である。

図 4は、従来法による有機性排水処理プロセスの全体像を示すプロック図である。

図面において、各参照符号は以下の意味を示す。

1 流入有機性排水； 2 最初沈殿池； 3 汚泥混合液； 4 生物反応槽； 5 活性汚泥混合液； 6 最終沈殿池； 7 処 ¾Κ； 8 汚泥混合液； 9 汚泥濃縮装置； 1 0 騰生消化槽； 1 1 Mg源； 1 2 引き抜き汚泥； 1 3 MAP 回収装置； 1 4 回収 MAP； 1 5 MAP粒子分離回収後の汚泥混合液； 1 6 脱水処理装置； 1 7 脱水ケーキ； 1 9 脱水濾液； 2 0 汚泥濃縮装置脱離液； 3 2 酸発,； 3 3 粒子熟； 3 4 嫌気性消化槽投入汚泥；成長 M A P粒子； 3 6 M g ; 3 7 p H調整剤。発明を実施するための最良の形態

以下に、本発明の実施の形態を図 1に基づいて説明する。図 1は、最初沈殿池 2、曝気槽などのような生物反応槽 4及び最終沈殿池 6からなる有機性排水処理システムから排出される濃縮汚泥を、本発明の一態様に係る処理方法によって処理して、汚泥の消化と MA Pの生成回収によるリンの除去とを行うプロセスの全体像を示すプロック図である。有機性排水処理システムにおいて、処理対象の有機性排水 1は、最初沈殿池 2で固液分離されて汚泥混合液 3 (初沈汚泥）が分離除去された後、生物反応槽 4で生物処理がなされる。生物反応槽 4から排出される活性汚泥混合液 5は、最終沈殿池 6で固液分離されて、処¾^ 7が取り出されると共に、汚泥混合液 8 (余剰汚泥）が回収される。このような有機†生お fek処理システムから発生する汚泥混合液 3及び 8は、汚泥濃縮装置 9で濃縮された後、嫌気性消化槽 1 0に導入されて、酸発酵及びメタン発酵などによる有機性污泥の嫌気性消化が行われる。汚泥濃縮装置 9からの脱離液 2 0 は最初沈殿池に戻すことができる。性消化槽 1 0では、また、マグネシウム源 1 1が供給されて、被処 STK中のリン及びアンモニアと反応することで MA P 粒子が晶析反応によって生成 ·成長する。

嫌気性消化槽 1 0にお、て、有機性汚泥の嫌気性消化及^ MA P粒子の生成 · 成長を行った後、消化槽 1 0から汚泥混合液又は排水（以下、汚泥混合液という）を引き抜き、 MA P回収装置 1 3で、 MA P粒子を汚泥混合液から分離'回収する。 MA P回収装置 1 3としては、液体サイク口ンなどを用レ、ることができるが、鉱山分野で利用されている浮遊選鉱などの鉱山分野技術を利用することもできる。

M A P回収装置 1 3におレ、て M A P粒子 1 4が分離除去された汚泥混合液 1 5 の一部は、汚泥脱水装置 1 6に導入されて、脱水処理にかけられた後、脱水ケーキ等の廃棄物 1 7として系外に排出される。脱水装置から排出される脱水濾液 1 9は、最初沈殿槽 2に戻すことができる。図 1に示す本発明の一態様にかかるプロセスにおヽて重要なボイントは、 MA P粒子の分離除去後の汚泥混合液 1 5の一部を嫌気性消化槽 1 0に戻すことである。液体サイク口ンなどの MA P回収装置で MA P粒子を分離除去した後の汚泥混合液中には、わずかではあるが、 MA P回収装置で分離除去しきれない径 1 0 0 u m程度の微細な MA P粒子が残存する。これを嫌気性消化槽 1 0に戻すことによって、消化槽 1 0内にぉレ、て MA P の種粒子（種晶）として供することができる。本発明者らの研究により、このように嫌気性消化槽 1 0におレヽて微細な MA P種粒子を存在させて MA Pの晶析反応を進行させることにより、さらに生成 MA P粒子の平均粒子径を大きくしたり、均一化することができることがわかった。

本発明者らが様々な実験を繰り返したところ、 MAP回収装置 1 3から消化槽 1 0への汚泥混合液返送量は、嫌気性消化槽 1 0へ投入する汚泥混合液の量に対して、 0. 5〜 4倍量とすることが適切であることが分かった。汚泥混合液の返送量が投入量の 0. 5倍量以下では生成粒子径に変ィ匕が見られず、また⁴倍量以上としてもそれ以上の改善効果が見られない。

嫌気性消化槽 1 0内での MA Pの回収率を高めるためには、純度が高く粒子径が大きい MAP粒子の比率を高める必要がある。そのためには、できるだけ MA P晶析に適した条件を嫌気性消化槽 1 0内に作り上げる必要がある。そのためには、嫌気性消化槽内の撹拌機構として、消化槽内を効率的に均一化するとともに、比重の大きい MA P粒子力 S槽底部の引き抜き管近傍に集まりやすくなるような形態のものを採用することが好ましい。、例えば、卵形及び亀甲形の消化槽において、槽中央にドラフトチューブ、ドラフトチューブ内にエアリフトポンプを装備し、ドラフトチューブ内の上昇流から旋回流を生じさせるような撹拌方法力 M

AP粒子を成長 ·熟成させる m 方式として比較的有効である。汚泥の引き抜き管は、嫌気性消化槽 1 0の底部に沈降した比重の大きレ、MA P粒子力 S集まりやす V、部分に接続することが望ましレ、。

嫌気性消化槽 1 0力引き抜力れた汚泥混合液 1 2は、 MA P回収装置 1 3として比重差を利用した固液分离 ^置によつて処理することにより、 MA P粒子 1 4を中心とした固形物とそれ以外の液体、即ち汚泥混合液 1 5とに分離することができる。特に、固液分離装置として液体サイクロンを使用すると、 MAP粒子などの固形物と汚泥混合液との固液分離を容易に行うことができる。 MAP結晶粒子を主体とする固形物は、必要ならば更に他の據物と分離することにより、回収した固形物中の MA P純度をさらに高めることが可能である。 MA P粒子が取り除かれた汚泥混合液 1 5は、一部を汚泥脱水装置 1 6に導いて脱水処理を行う。この時点で、汚泥混合液中に混在する M A P粒子は大幅に減少して！/ヽるので、脱水処理後の脱水ケーキ 17を廃棄物として処理した：^においても、脱水ケーキ中のリン含率は比較的低く、リンのリサイクルの観点からも有効である。しかしながら、上述したように、液体サイクロンなどの固 ί夜分離装置で処理した後の汚泥混合液には粒径約 100 以下の微細な MAP粒子の一部が残留しているので、汚泥 z装置 16に送る汚泥混合液以外の残りの汚泥混合液は、性消ィ匕槽 10に槽上部から戻すことにより、微細な MAP粒子が種粒子として晶析反応に供されて嫌気性消化槽 10内で成長して、粒径 100 以上の固液分離が容易なレべノレまで大きくすることが可能になる。

嫌気性消化槽 10に投入するマグネシウム源としては、水に難性のマグネシゥム化合物を用いることが好ましい。

本発明者らは、純度の高い MAP粒子を均一に成長させて、 MAP粒子の回収率を高く維持する条件についてさまざまな検討を行ったところ、嫌気性消化槽のように滞留時間が非常に長い槽において MAP生成反応を均一に生じさせるためには、マグネシウムイオン濃度を低くすることが重要であることを見出した。 M A P生成の反応を下記の化学反応式 (1) に示す。

P0₄ ³-+NH₄ ⁺+Mg²⁺+6H₂0→MgNH₄P0₄ · 6H₂0 (1) この MAP生成反応を進行させる嫌気性消化槽では、有機性汚泥を嫌気性処理しているので、 MAP反応に関与するアンモニゥムイオンは常に大過剰の状態にある。したがって、マグネシウム源を嫌気性消化槽 10のように滞留時間の長い槽、言い換えれば非常に大きな槽に添する際に、溶解度の高いマグネシウム塩として口してしまうと、局部的にマグネシウムイオンが過剰になり、部分的に

MA P反応が著しく進むところと、マグネシウムィオン濃度が低く M A P反応の進みにくい部分が生じる。その結果、生成 MAP粒子の粒子径に大きな違いがみられる。図 2に、嫌気性消化槽へ供給するマグネシウム源として、溶解度の高い塩化マグネシウム（MgC l ₂—6H₂0) を使用して MAP生成反応を進行させた場合と、水に難溶性の水酸化マグネシウム（Mg(OH)₂) を使用した場合での、生成 MAP粒子の粒子径分布を観察した結果を示す。図 2より、塩化マグネシゥムを使用した場合には、粒子径が小さいものから大きいものまで幅広く分布しており且つ不均一であるのに対して、水酸化マグネシウムを使用した場合には、粒子径の大きい側にシフトしており且つ分布が狭くなっているのが分かるまた、さらに重要なことは、局部的にマグネシウムイオンが高く、 MA P反応が急速に進む場合は、 MAP生成時に S S (汚泥）を取り込み、生成 MA Pの純度を下げる傾向も見られた。缣気性消化槽 1 0のように数十日程度の滞留時間がある場合では、ゆつくりと熟成させることによって糸の高い MA P粒子を成長させることができる。そのためには、液中のマグネシウムイオン濃度を適正レべル以下に下げ、反応速度を下げて、ゆっくりと新状態にもっていくことが重要であり、そのために、マグネシゥム源として難溶性のマグネシゥム化合物を用レ、ることが好ましい。

水に対して難溶性のマグネシゥム化合物としては、例えば、水酸化マグネシゥム、酸化マグネシウムなど、工業的に利用できるものであれば何でも良い。

上記に説明したように、液中のマグネシウムイオン濃度を適正レベル以下に下げ、 MA P生成の反応速度を下げて、ゆっくりと ti状態にもっていくためには、難溶性のマグネシウム化合物を水中に分散した状態で嫌気性消化槽 1 0に供給することで、局部的にマグネシウム濃度が高い部分を形成させないようにすることが好ましい。このような目的で難溶性のマグネシウム化合物を分散させる分散媒としては、水の他に、海水や井水を使用することができる。特に、海水や井水にはマグネシウムイオンが含まれているので、これを MAP生成反応のマグネシゥム源として有効利用することができ、外部から供給するマグネシゥム化合物の使用量を抑えることができる。したがって、特に排水処設が沿岸部や山間部にある場合などには、マグネシウム化合物の分散媒として、容易に入手できる海水や井水を用いることが好まし!/、。

本発明は、上記に説明した方法を実施するための装置にも関する。即ち、本発明の他の態様は、有機性排水の生物処理システムで生成する汚泥混合液を受容して、汚泥の消化を行うと共にリン酸マグネシゥムアンモニゥム結晶粒子の生成 · 生長を行う性消化槽；該嫌気性消化槽にマグネシウム源を供給するマグネシゥム源供給装置；嫌気性消化槽から、汚泥混合液を取り出すための汚泥弓 I抜き管；汚泥引抜き管を通して嫌気性消化槽から取り出された汚泥混合液を受容して、リン酸マグネシゥムアンモユウム結晶粒子を含む固形物を分離及び回収するための固液分,置；固液分 »置から回収されるリン酸マグネシウムアンモユウ'ム結晶粒子が分離回収された後の汚泥混合液の一部を嫌気性消化槽に戻すための配管；を具備することを特徴とする汚泥処理装置に関する。また、本発明は、固液分离 1^置が液体サイク口ンである上記に記載の装置にも関する。

なお、上記に記載した本発明の技術思想は、有機排水の生物処理設備から排出される汚泥混合液からの MA Pの回収だけでなく、晶析反応を利用した種々の液中イオンの回収に適用することができる。即ち、本発明の他の態様は、晶析法によって被処理液中の被除去イオンを除去する方法であって、被除去イオンを含む被処 ¾κを晶析反応槽に導入し、晶析反応槽に、被処理水中の被除去イオンと反応して難溶性の塩を形成するイオンを供給して被除去ィオンの難溶性塩の結晶粒子を成長させ、次に反応液を固液分離して成長した結晶粒子を分離回収し、成長した結晶粒子が分離回収された後の反応液の一部を、晶析反応槽に戻すことを特徴とする液中イオンの除去方法に関する。カかる方法により、成長した結晶粒子が分離回収された後の反応液中に残存する、固液分離で分離しきれなかつた微細結晶粒子が晶析反応槽に供給され、これが種晶粒子となって晶析反応が行われることにより、生成する結晶粒子の平均粒子径を大きくしたり、 ±匀一化することができる。

上記の本発明の他の態様にしたがって、例えば、下水の 2次処理水や汚泥処理系からの返流水などの廃水にカルシゥムを添加してリン酸カルシゥム (C a ₃(P 0₄)₂) ゃヒドロキシアパタイト（C a ₁₀(P O₄)₆(OH)₂： HAP) の結晶を析出させることによつて廃水中のリン酸ィオンを除去したり、フッ素ィオンを多く含む半導体工場の廃水にカルシウムを添加してフッ化カルシウム (C a F₂) の結晶を析出させることによって廃水中のフッ素イオンを除去したり、或いは地下水を原水とする用水、排水、ゴミ侵出水などに対して、 p H調整剤や炭酸源を添加して炭酸カルシウムの結晶を析出させることによって被処 ¾R中のカルシウムィオンを除去したり、または炭酸イオンを多く含む硬水にカルシウムイオンを添加して炭酸カルシウムの結晶を析出させることによって硬度を低下させることができる。更には、水道水に炭酸イオンを添加して炭酸マンガンの結晶を析出させることによって水道水中の不純物であるマンガンを除去することができる。いずれの分野においても、本発明によれば、晶析反応によって生成.成長させる結晶粒子の平均粒子径を大きくしたり又は均一化することができる。

また、本発明は、上記の方法を実施するための装置にも関する。即ち、本発明の他の態様は、被除去イオンを含む被処 a*を受容して、被除去イオンの難溶性の塩を形成させる晶析反応槽；晶析反応槽に、被処 a*中の被除去イオンと反応して難溶性の塩を形成するイオンを供給する：^成イオン供給装置；晶析反応槽力ら、反応後の反応液を取り出すための反応液排出管；反応液排出管を通して晶析反応槽から取り出された反応液を固液分離して、成長した結晶粒子を分離回収するための固液分離装置；固液分離装置から回収される成長結晶粒子が分離回収された後の反応液の一部を、晶析反応槽に戻すための配管；を具備することを特徴とする晶析反応装置に関する。

更に、本発明は、汚泥処理のための嫌気性消化槽の前段として酸努薩を配置する汚泥処理プロセスにも適用することができる。有機汚泥の嫌気性消化は、主として酸発酵とメタン発酵とによって進行する。即ち、汚泥中の有機成分が酸発酵菌の働きによって^^されて、乳酸、酪酸、プロピオン酸、酢酸などの有機酸が生成し、これらの酸が次にメタン発酵菌の働きによってされる。当該技術におレ、ては、反応槽の設置スペース上の問題や運転操作の簡便性などの理由のために一般には単一の嫌気槽内で酸焭酵とメタン発酵の両方を行わせているが、生物学的には、まず酸発,で有機汚泥の酸発酵処理を行い、次に ¾^槽でメタン発酵を行わせるのが効率的且つ理想的である。本発明の他の態様は、このような酸発酵槽ー嫌気槽という構成の汚泥処理プロセスにおレ、て、汚泥の消ィ匕処理と M A Pの生成 ·成長とを極めて効率的に行う方法を提供する。

即ち、本発明の他の態様は、有機性排水の生物処理システムで生成する汚泥混合液を、酸発謝曹で酸発酵処理した後、粒子熟成槽においてマグネシウム源を添加してリン酸マグネシウムアンモニゥムの結晶粒子を成長させ、次に嫌気性消ィ匕槽で処理することによって汚泥の消化及びリン酸マグネシウムアンモニゥムの結晶粒子を成長を行い、該性消化槽からリン酸マグネシウムアンモ-ゥムの結晶を含む汚泥混合液を引き抜き、該引き抜き汚泥混合液からリン酸マ：アンモェゥム結晶粒子を含む固形物を分離及び回収し、リン酸マ：

モニゥム結晶粒子が分離回収された後の汚泥混合液の一部を酸発麟曹に供給すると共に、分離回収されたリン酸マグネシウムアンモニゥムの結晶粒子を粒子熟成槽に供給することを特徴とする汚泥処理方法に関する。

本発明のかかる態様に関して、図 3に基づいて説明する。なお、図 3において、図 1と同じ構成要素につレヽては同じ参照番号で示し、説明を省略する。図 3は、最初沈殿池 2、曝気槽などのような生物反応槽 4及び最終沈殿池 6からなる有機性排水処理システムから排出される濃縮污泥を、本発明の上記様に係る処理方法によつて処理して、汚泥の消化と MA Pの生成回収によるリンの除去とを行うプ口スの全体像を示すプロック図である。

有機性排水処理システムの最初沈殿槽 2及び最終沈殿槽 6から排出される初沈汚泥 3及び余剰汚泥 8は、汚泥濃縮装置 9で濃縮分離される。濃縮装置の脱離液 2 0は最初沈殿槽 6に戻すことができる。汚泥濃縮装置 9で濃縮された汚泥混合液は、酸発赚 3 2で酸発酵菌による汚泥中の有機成分の^^を行った後、粒子熟^ ϋ 3 3で、水酸化マグネシゥムゃ酸化マグネシゥムなどのマグネシゥム源 3 6、及び必要に応じて p H調整剤 3 7が添加されて、 MA P粒子の成長が行われ、次に嫌気性消化槽 1 0でメタン発酵などの污泥消化処理と MA P粒子の成長が行われた後、液体サイク口ンなどの固液分離装置 1 3で成長 MA P粒子が分離回収される。分離回収された成長 MA P粒子の一部 3 8は、粒子熟細 3 3に供給され、また成長 MA P粒子が分離回収された後の汚泥混合液 1 5の一部は、酸発酵槽 3 2に供給される。

酸発赚 3 2では、酸発酵菌による汚泥中の棚成分のが行われるが、それに伴って乳酸、酪酸、プロピオン酸、酢酸等の有機酸が発生して p Hが低下して、酸酵の反応速度が低下若しくは停止する。しかしながら、図 3に示すシステムにおいては、成長 MA P粒子が分離回収された後の汚泥混合液 1 5の一部が酸発斷曹 3 2に供給される。嫌気性消化槽 1 0で消化処理され、成長 MAP粒子が分離回収された後の汚泥混合液 1 5は、アルカリ成分を多く含んでいるので、これを酸発鹏曹 3 2に供給することにより、酸発酵槽 3 2での p Hの低下を抑制し、酸発酵反応を持続 '促進させることができる

酸発赚 3 2で処理された汚泥混合液は、次に粒子熟腿 3 3に導入され、ここでマグネシウム源 3 6及び必要に応じて p H調整剤 3 7を添口することによつて、 MAP粒子の成長が行われる。図 3に示すシステムにおいては、固液分離装置 1 3で分離回収された粒径約 1 0 0 μ m以上の成長 MAP粒子の一部 3 8力 S粒子熟成槽 3 3に供給される。粒子熟成槽 3 3に供給された成長 MAP粒子は、粒子熟成槽 3 3にお Vヽて種晶として作用して、この MA P種晶の表面に MA Pが析出して、 MAP粒子が成長する。即ち、粒子熟成槽 3 3においては、マグネシゥム、オルトリン酸、アンモニアイオン、及び種結晶が適度に存在するので、 p H を中性領域に維持することで MAP粒子が成長しやすレヽ環境を作ること.ができる。なお、粒子熟成槽 3 3での p Hを高くしすぎると微細な MAP粒子が多く生成し回収が困難になる。

更に、図 3に示すシステムでは、上記に説明したように、成長 MA P粒子が分離回収された後の汚泥混合液 1 5の一部が酸発赚 3 2に供給される。この汚泥混合液 1 5は、固液分離装置 1 3で分離しきれなかつた微細な MA P粒子が含まれる。これを酸発酵槽 3 2に供給すると、酸発薩 3 2内の酸十生の p H条件下で微細 MA P粒子が溶解性リンとして溶出することが分かつた。したがって、図 3 に示すシステムでは、酸努賺 3 2で微細 MA P粒子が溶解することで、次段の粒子熟成槽 3 3にお！/、て MA Pを生成するイオンが更に大量にすることになり、ここに成長 MAP粒子 3 8を種晶として導入することで、 MAP種晶の表面での MA Pの晶析が更に促進され、 MA P粒子の成長をより効果的に行うことができる。

粒子熟成槽 3 3で成長した MAP粒子を含む汚泥混合液 3 4は、次に嫌気性消ィ匕槽 1 0に投入する。嫌気性消化槽 1 0の大きさは、一般に、粒子熟成槽 3 3に対して 1 0〜 3 0倍の容積とすることが好ましレ、。嫌気性消化槽 1 0では、 2 0 日以上の滞留時間の間に有機物が嫌気的に ^早されるのに伴い溶解性のリン、マグネシゥム、アンモニアが溶出するので、更に MAP生成反応が生じて MA P粒子が成長する。嫌気性消化槽 1 0内では p Hを 7. 0〜7. 6の中性領域に維持し、マグネシゥムィオン濃度を 1 0〜 3 0 mg/L程度の低レベルに維持すること力高純度力大粒径 ( 3 0 0 μ πι以上）の MA P粒子を生成するためには望ましい。

成長した MAP粒子を多く含んだ汚泥混合液 1 2は、嫌気性消化槽 1 0の底部から抜出され、液体サイクロンなどの固液分離装置 1 3により、成長 MA P粒子を主体とするスラリー状の回収 MAP 1 4と、 φ 1 0 0 μιη以上の MA P粒子をほとんど含まなレヽ汚泥混合液 1 5に分離される。上述したように、回収 MA P粒子の一部 3 8は、粒子熟成反応槽 3 3に導き、 MAP晶析反応を促進させるための種晶として使用する。また、成長 MAP粒子が分離された汚泥混合液 1 5は、 —部を酸発麟曹 3 2に導き、残りを脱水装置 1 6に導入し ΕζΚ処理する。

本発明は、上記に説明した本発明の他の態様に係る方法を実施するための装置にも関する。即ち、本発明の更に他の態様は、有機性排水の生物処理システムで生成する汚泥混合液を受容して、酸発酵により汚泥の処理を行う酸発瞬曹；該酸発,から排出される汚泥混合液にマグネシウム源を ¾¾Dしてリン酸マグネシゥムアンモ-ゥムの結晶粒子を成長させる粒子熟 fi¾f ；該粒子熟成槽にマグネシゥム源を供給するマグネシウム源供給装置；該粒子熟成槽から排出される汚泥混合液を受容して、汚泥の消化及ぴリン酸マグネシゥムアンモニゥムの結晶粒子を成長を行う嫌気性消化槽；該性消化槽から汚泥混合液を取り出すための汚泥引き抜き管；該汚泥引抜き管を通して嫌気性消化槽から取り出された汚泥混合液を受容してリン酸マグネシゥムアンモ-ゥム結晶粒子を含む固形物を分離及び回収するための固液分離装置；固液分离|¾置から回収されるリン酸マグネシウムアンモニゥム結晶粒子が分離回収された後の汚泥混合液の一部を酸努,に供給するための配管；固液分離装置から回収されるリン酸マグネシウムアンモユウムの結晶粒子を粒子熟成槽に供給するための配管；を具備することを特徴とする汚泥処理装置に関する。

以下の実施例によって、本発明の各種形態を更に具体的に説明する。ただし、本発明は本実施例に限定されるものではない。

実施例 1 本実施例は、 A下水処理場の汚泥を使用して、図 1に示す構成の装置によって嫌気性消化及ひ MAP生成 .回収の実験を行った。最初沈殿槽 2の初沈汚泥 3と最終沈殿槽 6の余剰汚泥 8を約 1 ： 1で混合した後、卵形の嫌気性消化槽 10により滞留日数 25日の中温嫌気性消化処理を行った。嫌気性消化槽での MAP生成用の難溶解性マグネシゥム源 11として、 35 %水酸化マグネシゥムを水で濃度 10%に希釈した後に投入汚泥に混合し、これを嫌気性消化槽 10に投入した。

7酸化マグネシゥムの添加量は、嫌気性消化槽内の M g濃度が 10〜 30 mg/L の範囲になるように調節した。消化槽内の撹拌方法は、ドラフトチューブ +エアリフトによる方式を採用した。 p H調整剤は使用しなかつたが、実験中の槽内 p Hは 7. 0〜7. 6の範囲内で推移した。卵形嫌気十生消化槽の底部より投入汚泥量（=1Q) の 3倍量（-3Q) の汚泥 12を引き抜き、液体サイクロン 1 3により MAP結晶 14を分離回収した。 MAP結晶を分離回収した後の汚泥混合液 15のうち、 1 Qは脱水処理を行！/ヽ、残りの 2 Qは卵形嫌気个生消化槽 10に返送した。この 2 Qの返送汚泥混合液は、投入汚泥と水酸化マグネシウムの混合液に混合した後に卵形嫌気性消化槽 10の上部から投入する方式を採用した。本実施例の結果を表 1に示す。

また、従来法 1として、水酸化マグネシウムの添口、液体サイクロンによる M A P回収処理を行わなレ、以外はすべて上記の実施例と同じ条件でも試験を行つた。更に、従来法 2として、特開 2002— 45889号公報の記载にしたがい、図 4に示す装置を用いて、初沈汚泥 3と余剰汚泥 8の混合汚泥を嫌気性消化槽 51 に導入し、上記と同様にマグネシゥム源 55を添卩して嫌気性消化処理を行、、消化槽から弓 (抜レ、た汚泥混合液を MA P回収装置（液体サイクロン） 52で処理して MAP結晶 56の分離回収を行い、 MAP結晶が分離された汚泥混合液 57 を脱水処理した後、脱水濾液 59を水理学的滞留時間 35分の第二晶析槽 54に導入して再びマグネシゥム源 60を溶解性 Pに対して 1. 3倍のモル比で添加混合し、 pH調整剤 6 1により pH8. 5に調整することにより MAP粒子 62を生成させて回収した。これらの結果も合わせて表 1に示す。

*投入汚泥 lm³あたりの添加量

**従来法 2における消化槽 MAP回収量と第二晶析槽 MAP回収量の合計量卵形嫌気性消化槽に投入した投入汚泥の性状は、平均 S S濃度が 4 · 5 % ( 4 5 g/L) 、平均 T— P濃度が 1 0 7 0mg/Lであった。従来法 1では消化汚泥の S S濃度 2. 9 gん、 T一 P濃度 1 0 2 O mg/L、 P〇₄— P濃度 3 9 Omg/Lであり、消化汚泥中には多くの P 0₄— Pが残留してレ、た。従来法 2では、投入汚泥 1 m³ 当り 3 . 7 kgの MA P結晶を回収し、消化汚泥中の T— Pは 4 6 Omg/Lであつたのに対して、本努明法では投入汚泥 1 m³当り 5 . l kg/Lの MA P結晶を回収し、消化汚泥中の T— Pは 3 5 Orag/Lであった。

本発明法の方が投入汚泥量当りの MA P回収量で 1 . 4 kg大きく、消化汚泥 T一 Pで 1 1 0 mg/L小さかつた。また、従来法 2では、汚泥中に微細な MA P 粒子が残存してレヽたために、実際に反応槽内で生成された MA Pに対する回収率が小さかった。これに対して、本発明方式では、難溶性のマグネシウム源の使用、反応槽内の撹拌方法の改善、及び液体サイク口ン分离臉の微細 MA P粒子の返送等を行うことにより、 MA P粒子の成長を促し MA P回収率を向上させることができた。

トータルの MA P回収量としては、従来法 2の方式では 4. 4 kg/m³、本発明の方式では 5 . 1 kg/m³となり、本発明法の方が 0 . 7 kg/m³大きくなった。また、回収した MA P粒子の純度は、従来法 2では 8 7 %であるのに対して、本発明法は 9 6 %と 9ボイント向上した。

以上の結果より、特に微細な MA Pが生成されやすヽケースにお!/、て、本発明方式は非常に有効な MA P回収性能を発揮するといえる。

実施例 2

また、実施例 1の A処理場の汚泥に対して、処理場近くの地下水（M g濃度： 4 8 mg/L) を 3 5 %水酸化マグネシゥムの希釈水として使用し、投入汚泥 1 m³あたり 1 0 OLの希釈水を使用するを行ったところ、水酸化マグネシウム使用量は 1 0 8 O g/汚泥 · m³から 9 7 O g/汚泥 · m³に減少し、薬品使用コストを軽減することが可能となった。マグネシウムを含有する地下水を有効利用することで、 MA P回収をより低コストで行うことが可能になることが分かつた。

実施例 3

本実施例は、実施例 1と同じ A下水処理場の汚泥を使用して、図 3に示す構成の装置により酸発酵一嫌気性消化及び MA P生成 ·回収の実験を行つた。最初沈殿槽の初沈汚泥 3と最終沈殿槽の余剰汚泥 8を約 1 ： 1で混合し、遠心濃縮機 9 により濃縮した。濃縮汚泥を酸発麟曹 3 2に導入した。酸発麵 3 2には、消化汚泥から MA P粒子を除去した後の MA P脱離汚泥 1 5も導入した。酸発赚 3 2は、水温 4 0°Cに加温し、槽内は撹拌機により混和し、槽内 p Hは 5. 0〜 5. 5に制御した。 H制御は MA P脱離汚泥 1 5の流織 I」御により行なったが、酸発酵槽 3 2の水理学的滞留時間は 1 0時間以上を確保できるように槽容量を決めた。酸発赚 3 2で処理された汚泥混合液を、 M A P粒子熟腿 3 3に導入した。粒子熟 J lf 3 3には、消化汚泥から MA Ρ回収装置で回収した MA Ρ粒子を含むスラリー 3 8、水酸化マグネシウム 3 6、及ぴ ρ Η調 ¾^1J 3 7としての塩酸又は水酸化ナトリウムを導入した。粒子熟成槽 3 3は、密閉型で気相のエアーを使用したエアリフトポンプにより槽内を撹拌し、槽内 p Hは 7. 0〜7. 3になるように制御した。粒子熟成槽 3 3では、水理学的滞留時間が 3時間となるように、槽容量を決めた。

粒子熟成槽 3 3からの汚泥混合液 3 4 (消化槽投入汚泥）を嫌気性消化槽 1 0 に導入して、滞留日数 2 5日の中温消化処理を行った。嫌気性消化槽 1 0内は、粒子熟成槽 3 3での水酸化マグネシゥムの添口により、マグネシゥムィオンの濃度が 1 0〜 3 0 mg/Lの範囲になるように調節した。嫌気性消化槽 1 0内の撹拌方法はドラフトチューブ +エアリフトによる方式を採用した。水酸化マグネシゥム以外の p H調 β能を持つ添加剤は使用しなかったが、実験中の嫌気性消化槽 1 0内の ρ Ηは 7. 0〜7. 6の範囲内で推移した。嫌気性消化槽 1 0の底部より投入汚泥量（= 1 Q) の 1 , 5倍量 (= 1 . 5 Q) の汚泥 1 2を引き抜き、液体サイクロン 1 3により M A P結晶 1 4を分離回収した。回収された M A P粒子の 3 0 %を粒子熟成槽 3 3に供給し（3 8 ) 、 MAPが分離された後の汚泥混合液 1 5の約 0. 5 Qを酸発薩 3 2に供給した。 MA Pが分離された後の汚泥混合液 1 5の残りの 1 Qは、脱水装置 1 6に導入して脱水した。脱水処理はベル.トプレス型脱水機により行った。嫌気性消化槽へ投入された汚泥混合液 3 4の S S、 MAP粒子が分離除去された後の汚泥混合液 1 5の T一 P及ぴ P 0₄— P、回収された MAP 1 4の純度、 MAPの回収率、リンの回収率を表 2に示す。また、従来法として、初沈汚泥と余剰汚泥を混合濃縮したものを、嫌気性消化槽に導入し、単に汚泥の消ィヒを行う方式の実験を合わせて行った。この結果もあわせて表 2に示す。更に、上述の実施例 1の装置を用いて、嫌気性消化槽への水酸化マグネシゥム投入量を 8 0 0 g/m³として実験を行なった。この結果も合わせて表 2に示す。表 2

*投入汚泥 1 m ³あたりの添加量

**下水処理場に流入する下水中のリン負荷量に対するリンの回収率消化槽に投入した投入汚泥の S Sは従来法が 4. 2。実施例 1の方法では 4 . 0%、実施例 3が 3. 2%であった。実施例 3の S Sが比較的小さいのは、酸発酵において比較的濃度が低レ、 MAP脱離汚泥を混合していることによると考えられる。 MAPとして回収できたリンは、実施例 1の方法でも、消ィ投入汚泥 lm³あたりの 5. 5kg/ra³と良好な値であつたが、実施例 3では 6. 2kg/m³と更に良好であった。また、回収した MAP粒子の純度は、実施例 1の方法及ぴ実施例 3で共に 95 %以上と高かつた。このリン回収率を下水処理場に流入するリンに対する回収率として算出すると、実施例 1の方法でも 49%と高かったが、実施例 3では 61 %と更に向上した。産業上の利用の可能性

本発明は、有機性排水処理システムから排出される有機物、窒素、リンを含有する汚泥混合液を、嫌気性消化処理すると共にリンをリン酸マグネシウムアンモニゥム結晶として除去する MAP処理法において、 MAP回収率を大幅に向上することができると共に、純度の高い MAPを生成することができる。また、安価であるがハンドリングが困難と考えられていた Mg (OH) ₂を利用することができることから、薬品代を大幅に軽減することが可能となり、更に供給するマグネシゥム化合物の分散媒として海水や井水などのマグネシウムを含む水系を使用することで薬品代を更に軽減することが可能となる。さらに、嫌気性消化槽において良質な MAPを十分に回収できるので、後段の脱水ろ液からの MAP回収が不要になるとレ、う優れた効果を発揮する。

Claims

請求の範囲

' 1 . 有機性排水の生物処理システムで生成する汚泥混合液を、嫌気性消化槽で処理することによって汚泥の消化を行うと共に、該嫌気性消化槽にマグネシゥム源を添加することによって、該嫌気性消化槽内でリン酸マグネシウムアンモニゥムの結晶粒子を生成及び成長させ、該嫌気性消化槽からリン酸マグネシウムァンモ-ゥムの結晶を含む汚泥混合液を引き抜き、該引き抜き汚泥混合液からリン酸マグネシウムアンモ-ゥム結晶粒子を含む固形物を分離及び回収し、リン酸マグネシゥムアンモニゥム結晶粒子が分離回収された後の汚泥混合液の一部を嫌気性消化槽に戻すことを特徴とする汚泥処理方法。

2. 引き抜き汚泥混合液からリン酸マグネシウムアンモ-ゥム結晶粒子を含む固形物を分离 |¾ぴ回収する工程を、液体サイク口ンによって行う請求項 1に記载の方法。

3. 嫌気性消化槽に添ロするマグネシウム源が水酸化マグネシウム又は酸化マグネシゥムである請求項 1又は 2に記載の方法。

4. マグネシウム源として、水酸化マグネシゥム又は酸化マグネシゥムを海水又は井水に溶解した溶液を嫌気性消化槽に添加する請求項 3に記載の方法。

5. リン酸マグネシゥムァンモ-ゥム結晶粒子が分離回収された後の汚泥混合液の嫌気性消化槽への返送量が、嫌気性消化槽への汚泥混合液の投人量の 0. 5〜 4倍量であることを特徴とする請求項 1〜 4の、ずれかに記載の方法。

6. 有機性排水の生物処理システムで生成する汚泥混合液を受容して、汚泥の消化を行うと共にリン酸マグネシゥムアンモニゥム結晶粒子の生成 ·生長を行う嫌気性消化槽；該嫌気性消化槽にマグネシウム源を供給するマグネシウム源供給装置；嫌気性消化槽から、汚泥混合液を取り出すための汚泥引抜き管；汚泥引抜き管を通して嫌気性消化槽から取り出された汚泥混合液を受容して、リン酸マグネシゥムアンモ-ゥム結晶粒子を含む固形物を分離及び回収するための固液分離装置；固液分離装置から回収されるリン酸マグネシウムアンモニゥム結晶粒子が分離回収された後の汚泥混合液の一部を嫌気性消化槽に戻すための配管；を具備することを特 ί敷とする汚泥処理装置。

7. 固液分離装置が液体サイク口ンである請求項 6に記載の装置。

8. 晶析法によって被処理液中の被除去イオンを除去する方法であって、被除去イオンを含む被処理水を晶析反応槽に導入し、晶析反応槽に、被処理水中の被除去ィオンと反応して難溶性の塩を形成するィオンを供給して被除去ィオンの難溶性塩の結晶粒子を成長させ、次に反応液を固液分離して成長した結晶粒子を分離回収し、成長した結晶粒子が分離回収された後の反応液の一部を、晶析反応槽に戻すことを特徴とする液中イオンの除去方法。

9. 被除去イオンを含む被処理水を受容して、被除去イオンの難溶性の塩を形成させる晶析反応槽；晶析反応槽に、被処 ST 中の被除去イオンと反応して數溶性の塩を形成するイオンを供給する塩形成イオン供給装置；晶析反応槽から、反応後の反応液を取り出すための反応液排出管；反応液排出管を通して晶析反応槽カゝら取り出された反応液を固液分離して、成長した結晶粒子を分離回収するための固液分育! ¾置；固液分離装置から回収される成長結晶粒子が分離回収された後の反応液の一部を、晶析反応槽に戻すための配管；を具備することを特徴とする晶析反応装置。

1 0. 有機性排水の生物処理システムで生成する汚泥混合液を、酸発,で酸発酵処理した後、粒子熟曹にお！/、てマグネシゥム源、を添カロしてリン酸マグネシゥムァンモニゥムの結晶粒子を成長させ、次に嫌気性消化槽で処理することによつて汚泥の消化及びリン酸マグネシゥムアンモニゥムの結晶粒子を成長を行レ、、該嫌気性消化槽からリン酸マグネシウムアンモ-ゥムの結晶を含む汚泥混合液を引き抜き、該引き抜き汚泥混合液からリン酸マグネシウムアンモユウム結晶粒子を含む固形物を分離及ぴ回収し、リン酸マグネシウムアンモニゥム結晶粒子が分離回収された後の汚泥混合液の一部を酸発麟曹に供給すると共に、分離回収されたリン酸マグネシウムアンモ-ゥムの結晶粒子を粒子熟成槽に供給することを特徵とする汚泥処法。

1 1 . 弓 (き抜き汚泥混合液からリン酸マグネシウムアンモニゥム結晶粒子を含む固形物を分離及び回収する工程を、液体サイクロンによって行う請求項 1 0 に記載の方法。

1 2. 性消化槽に添口するマグネシゥム源が水酸化マグネシゥム又は酸ィ匕マグネシウムである請求項 1 0又は 1 1に記載の方法。

1 3. マグネシウム源として、水酸化マグネシウム又は酸化マグネシウムを海 7J又は井水に溶解した溶液を嫌気性消化槽に添加する請求項 1 2に記載の方法。

1 4. リン酸マグネシゥムアンモニゥム結晶粒子が分離回収された後の汚泥混合液の嫌気性消化槽への返送量が、嫌気性消化槽への汚泥混合液の投人量の 0. 5〜 4倍量であることを特徴とする請求項 1 0〜 1 3のレ、ずれかに記載の方法。

1 5. 有機性排水の生物処理システムで生成する汚泥混合液を受容して、酸発酵により汚泥の処理を行う酸発^ f ；該酸発酵槽から排出される汚泥混合液にマグネシゥム源を添加してリン酸マグネシウムアンモゥムの結晶粒子を成長させる粒子熟；款粒子熟曹にマグネシウム源を供給するマグネシウム源供給装置；該粒子熟細から排出される汚泥混合液を受容して、汚泥の消化及ぴリン酸マグネシウムアンモ-ゥムの結晶粒子を成長を行う性消化槽；該缣気性消ィ匕槽から汚泥混合液を取り出すための汚泥引き抜き管；該汚泥引抜き管を通して嫌気性消化槽から取り出された汚泥混合液を受容してリン酸マグネシウムアンモニゥム結晶粒子を含む固形物を分離及び回収するための固液分離装置；固液分離装置から回収されるリン酸マグネシウムアンモェゥム結晶粒子が分離回収された後の汚泥混合液の一部を酸発,に供給するための配管；固液分离 IS置から回収されるリン酸マグネシウムアンモユウムの結晶粒子を粒子熟成槽に供給するための配管；を具備することを糊敷とする汚泥処理装置。

1 6 . 固液分离! ¾置が液体サイク口ンである請求項 1 5に記載の装置。