(57)【要約】【課題】回収対象となる有機物の嫌気性処理とリン回収とをともに効率良く行うことが可能な有機性廃水または汚泥の処理方法及び処理装置を提供する。【解決手段】有機性廃水または汚泥に対して嫌気性処理を行う工程と、有機性廃水または汚泥中のリン成分をリン酸マグネシウムアンモニウム粒子の形態で回収する工程を含む有機性廃水または汚泥の処理方法であって、有機性廃水または汚泥を嫌気性処理した後の嫌気性処理液体と、嫌気性処理する前段の有機性廃水または汚泥に含まれる溶解性リンまたは溶解性マグネシウムとを、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子が存在する液体内で混合し、混合液のｐＨを調整することによりリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を晶析させ、該リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離濃縮した後のＭＡＰ濃縮液またはＭＡＰ脱離汚泥を汚泥処理系に戻すことを特徴とする有機性廃水または汚泥の処理方法である。【選択図】図３
2020054984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃水または汚泥に対して嫌気性処理を行う工程と、前記有機性廃水または汚泥中のリン成分をリン酸マグネシウムアンモニウム粒子の形態で回収する工程を含む有機性廃水または汚泥の処理方法であって、
前記有機性廃水または汚泥を前記嫌気性処理した後の嫌気性処理液体と、前記嫌気性処理する前段の前記有機性廃水または汚泥に含まれる溶解性リンまたは溶解性マグネシウムとを、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子が存在する液体内で混合し、前記混合液のｐＨを調整することによりリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を晶析させ、該リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離濃縮した後のＭＡＰ濃縮液またはＭＡＰ脱離汚泥を汚泥処理系に戻すことを特徴とする有機性廃水または汚泥の処理方法。
【請求項２】
前記嫌気性処理を行う前段の前記有機性廃水または汚泥を固液分離して濃縮汚泥と濃縮分離水とに分離し、前記濃縮汚泥を嫌気性処理工程に導入し、前記濃縮分離水と前記嫌気性処理後の嫌気性処理液体とを共にＭＡＰ晶析リアクターに導入することを含む請求項１に記載の有機性廃水または汚泥の処理方法。
【請求項３】
前記嫌気性処理を行う前段の前記有機性廃水または汚泥と、前記嫌気性処理後の嫌気性処理液体の少なくとも一部とを共にＭＡＰ晶析リアクターに導入し、該ＭＡＰ晶析リアクター内で晶析したリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離濃縮した後の前記ＭＡＰ脱離汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性処理に循環返送することを含む請求項１に記載の有機性廃水または汚泥の処理方法。
【請求項４】
前記嫌気性処理後の嫌気性処理液体をＭＡＰ濃縮液とＭＡＰ脱離汚泥とに分離し、前記ＭＡＰ濃縮液を前記ＭＡＰ晶析リアクターに導入し、前記ＭＡＰ脱離汚泥を前記ＭＡＰ晶析リアクターの処理系外へ排出することを含む請求項３に記載の有機性廃水又は汚泥の処理方法。
【請求項５】
前記有機性廃水または汚泥を嫌気性処理した後の嫌気性処理液体と、前記嫌気性処理する前段の前記有機性廃水または汚泥に含まれる溶解性リンまたは溶解性マグネシウムを導入するＭＡＰ晶析リアクター内または該ＭＡＰ晶析リアクターの前段において物理的脱炭酸処理を施すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機性廃水または汚泥の処理方法。
【請求項６】
前記嫌気性処理する前段の前記有機性廃水または汚泥に含まれる溶解性リンまたは溶解性マグネシウムを、粒子径１０μｍ以上のリン酸マグネシウムアンモニウム粒子が５ｇ／Ｌ以上存在する液体内で混合することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機性廃水または汚泥の処理方法。
【請求項７】
前記混合液のｐＨが６．８以上となるようにｐＨを調整することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機性廃水または汚泥の処理方法。
【請求項８】
有機性廃水または汚泥を濃縮汚泥と濃縮分離水とに分離する濃縮装置と、
前記濃縮汚泥に対して嫌気性処理を行い、嫌気性処理液体を得る嫌気性処理装置と、
前記濃縮分離水と前記嫌気性処理液体とを導入し、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子が存在する液体内で前記混合液のｐＨを調整して前記リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を晶析させるＭＡＰ晶析リアクターと、
前記ＭＡＰ晶析リアクターで得られたＭＡＰ晶析処理水から前記リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離濃縮し、ＭＡＰ濃縮液及びＭＡＰ脱離汚泥を得るＭＡＰ分離装置と、
前記ＭＡＰ濃縮液を前記ＭＡＰ晶析リアクターへ返送する配管ラインと
を備えることを特徴とする有機性廃水または汚泥の処理装置。
【請求項９】
有機性廃水または汚泥に対して嫌気性処理を行う嫌気性処理装置と、
前記嫌気性処理を行う前段の前記有機性廃水または汚泥と、前記嫌気性処理後の嫌気性処理液体の少なくとも一部とを共に導入し、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子が存在する液体内で前記混合液のｐＨを調整して前記リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を晶析させるＭＡＰ晶析リアクターと、
前記ＭＡＰ晶析リアクターで得られたＭＡＰ晶析処理水から前記リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離濃縮し、ＭＡＰ濃縮液及びＭＡＰ脱離汚泥を得るＭＡＰ分離装置と、
前記ＭＡＰ脱離汚泥を前記嫌気性処理装置へ返送する配管ラインと
を備えることを特徴とする有機性廃水または汚泥の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性廃水または汚泥の処理方法及び処理装置に関し、特に、有機性廃水または汚泥中の有機物を嫌気性微生物の働きによって嫌気性処理する設備を含む有機物処理システムにおいて、有機物中のリン成分をリン酸マグネシウムアンモニウム（以下、「ＭＡＰ」と称す）等のリン化合物として回収することが可能な有機性廃水または汚泥の処理方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性廃水または汚泥から窒素成分及びリン成分を分離する方法として、有機性廃水または汚泥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ＭＡＰ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。
【０００３】
このようなＭＡＰ処理法は、薬剤使用量、機械動力、熱エネルギーも比較的少なく安価な晶析法であり、リン成分の回収を安定的に行うことが出来る上、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。
【０００４】
ＭＡＰ処理法に関しては、例えば特許文献１において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。
【０００５】
また、特許文献２では有機性廃水または汚泥を嫌気性処理する嫌気性消化工程において、該嫌気性処理の前段に有機性汚泥を濃縮汚泥と濃縮脱離液に固液分離する工程、該濃縮汚泥のみを嫌気性処理する工程、該嫌気性処理汚泥からＭＡＰ粒子を分離する工程、及び該嫌気性処理汚泥を濃縮・脱水処理する工程をそれぞれ有する処理方式において、該嫌気性処理前段濃縮脱離水、該嫌気性処理汚泥から分離した該ＭＡＰ粒子、該嫌気性処理後濃縮・脱水分離水、及びマグネシウム源を混合することでＭＡＰ生成しＭＡＰを分離回収する方法が提案されている。
【０００６】
また、特許文献３では有機性汚泥を固液分離して４−１２ｗｔ％の濃縮汚泥と濃縮分離液に分離し、該濃縮汚泥を嫌気性消化し、該嫌気性消化汚泥と先の濃縮分離水を混合後、脱水処理を行う方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１６０３０４号公報
【特許文献２】特開２００４−９４１号公報
【特許文献３】特開２０１６−１１７０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１〜３のいずれも回収対象となる有機物の嫌気性処理とリン回収をともに効率良く行うための処理に関してはまだ検討の余地がある。
【０００９】
本発明者らはこれまで様々な有機性廃水または汚泥を対象として有機物中の溶解性リン成分をＭＡＰ粒子として回収する研究を行ってきたところ、回収対象となる有機物の嫌気性処理とリン回収がともに効率良く行われるプロセスを設計するための基本的な情報となる知見として、以下の（１）〜（５）に示す事項を見出した。なお、これらの知見はいずれも様々なパイロット試験等で定量的に確認された事項である。
【００１０】
（１）下水処理場等で発生する嫌気性消化汚泥中のリンの形態は、水処理系でリン固定用に使用される無機凝集剤の種類と添加率により変化するが、該汚泥中リンの約５〜８割がＰＯ4−Ｐ、またはＭＡＰの形態で存在することからこれらのリンを汚泥から回収することにより汚泥中のリンは減少し汚泥固形物排出量が１０％以上削減できる場合があること。
【００１１】
（２）メタン発酵等の嫌気性処理に投入される有機物はある程度までは高濃度化する方が、メタン発酵槽容量が小さくなり滞留日数も１０−１５日程度と比較的短くでき、ガス発電などに利用可能な余剰メタンガス生成量が投入有機物ＶＳあたりで比較的多くなりメタン発酵効率が良いこと。
【００１２】
（３）固形物濃度がＴＳ：１０〜５０ｇ／Ｌ程度の高濃度有機性汚泥中においても一定以上の種晶ＭＡＰ粒子が存在する環境下では嫌気性処理投入溶解性リン成分の８割以上を粒子径１０μｍ以上の比較的大きなＭＡＰ粒子として形成することができること。
【００１３】
（４）ＭＡＰ粒子径が１０μｍ以上のＭＡＰ粒子は液体サイクロン等を使用することで汚泥濃度１０ｇ／Ｌ以上の汚泥中から９０％以上の回収率で分離回収することが可能であること。
【００１４】
（５）高濃度消化汚泥と消化槽投入前汚泥の濃縮分離水の混合液は脱水性が比較的良好であること。
【００１５】
上記知見に基づいて嫌気性処理とリン回収をより効率化するプロセスを模索する中で、本発明者らが更に鋭意検討したところある課題が浮かび上がった。高濃度消化処理を行う場合、嫌気性消化プロセスに投入する有機物の前処理としての濃縮処理が行われるが、分離された濃縮分離水中に溶解性リン、溶解性Ｍｇが比較的多い場合がある。そのため、嫌気性消化汚泥からのリン回収のみでは、これら嫌気性処理前分離水中の溶解性成分を回収すること、及びそれらを効率良く比較的粒子径の大きいＭＡＰ粒子に晶析させて回収することが困難になる場合がある。
【００１６】
汚泥の嫌気性消化処理を行わない、又は行う前の水処理プロセスにおけるリン回収方法としては、嫌気好気法の活用によりリン酸を多く含む分離水等を作成しＣａ塩を添加してリン酸カルシウム：Ｃａ3（ＰＯ4）2として回収する方法や、吸着材によりリン酸を吸着し、リン脱着工程を経て最終的には同様にリン酸カルシウムとして回収する方法等が知られている。
【００１７】
しかしながら、嫌気性消化処理前の液体と嫌気性消化処理後汚泥の混合液からのリン回収方式はほとんど報告されていない。その理由は、嫌気性消化を行わない条件下では、反応性も高く、比重も３．１４ｇ／ｃｍ3と比較的沈降分離しやすいリン酸カルシウム等のＣａ系沈澱物として分離回収するのが一般的であるが、嫌気性消化を行った後では消化汚泥中に炭酸イオンが多く存在することからＣａを添加するとリン酸カルシウムよりも先に炭酸カルシウムが生成し易く効率が悪くなるためである。
【００１８】
嫌気性消化処理を行う場合、嫌気性消化槽に投入される汚泥中の溶解性リン、及び溶解性Ｍｇは消化槽に投入された直後に、約１０００ｍｇ／Ｌ程度のＮＨ4−Ｎと接触し、さらにｐＨも急激にアルカリ性領域まで上昇するため、瞬時に微細なＭＡＰ粒子が生成される。消化槽内でのＭＡＰ生成反応の反応性が各基質成分の溶解度積で決まることは自明ではあるものの、消化槽に投入された直後の槽内の流動条件における汚泥中のＭＡＰ溶解度積の変化速度、微細ＭＡＰ結晶核の新規生成量、及び既存種ＭＡＰ粒子への付着晶析量等に関しては現時点では依然として不明な部分が多く、これまでどの程度の溶解性リンや溶解性Ｍｇの供給量が消化槽内でどの程度の粒子径のＭＡＰ粒子を形成することになるかという研究はほとんど報告されていない。
【００１９】
その理由としては、汚泥から直接ＭＡＰ粒子を回収しようとする取り組みが現時点でまだ少ない事、消化槽内で生成されるＭＡＰ粒子の粒子径分布が後段でＭＡＰ分離回収する液体サイクロン等のＭＡＰ分離性を左右する重要因子となっていくということがまだ広く認識されていない事、そもそも有機性汚泥中に存在する無機性微粒子の種類や形状や物性に関する報告が非常に少ない事等が挙げられる。
【００２０】
この点に関し、例えば、特許文献１の方式では、嫌気性処理前の汚泥から直接ＭＡＰ粒子を回収しようとする手法については記載も示唆もされていない。一方、特許文献２の方式では、嫌気性処理する前の汚泥を濃縮分離した濃縮分離水をＭＡＰ造粒反応装置へ供給することは一応記載されているが、特許文献２に記載される発明にも、嫌気性処理前の汚泥から直接ＭＡＰ粒子を回収しようとする手法については記載も示唆もされていない。
【００２１】
さらに、特許文献２では、ＭＡＰ造粒反応装置へ供給される晶析対象液は有機性汚泥固形分をほとんど含まない固液分離後のろ液が主体であり、晶析処理水を水処理系である最初沈殿池へ返送している図３の記載からしても、晶析処理水は濁度が低いことは明らかであり、ＭＡＰ造粒反応装置へ嫌気性消化処理前の汚泥を積極的に供給するという記載は見当たらない。
【００２２】
また、特許文献２では消化汚泥中に残留するリン酸イオンからのＭＡＰ回収方法として消化汚泥の脱水処理後の脱水ろ液をＭＡＰ反応槽に供給する方式を採用しているが、この方法では脱水処理時に使用される凝集剤や脱水機洗浄排水により汚泥が希釈されるためＭＡＰ反応槽に供給される時点でのろ液中リン酸イオン濃度、及びＭｇイオン濃度が２／３程度に希釈されることが多く、ＭＡＰ反応が溶解度積による化学反応であることからリン回収率としては消化汚泥を直接ＭＡＰ反応槽に供給してリン回収する方法と比較して大幅に低下する場合がある。
【００２３】
また、特許文献３の方式は、汚泥濃度４〜１２ｗｔ％の汚泥を用いた高効率な高濃度嫌気性消化の例が開示されているだけで、有機物の嫌気性処理とリン回収率の向上をより効率的に両立させる手法については記載も示唆もされていない。
【００２４】
上記課題を鑑み、本発明は、回収対象となる有機物の嫌気性処理とリン回収とをともに効率良く行うことが可能な有機性廃水または汚泥の処理方法及び処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本願発明者らは上記課題を解決すべく嫌気性処理工程で生成されるＭＡＰ粒子の粒子径を左右する因子に関して、基質濃度、ＶＳ濃度、各種共存イオン、温度、ｐＨ、ＯＲＰ、粘性、種晶表面積、流動条件、基質供給方式、有機物分解速度等に関して様々な実験を通じて鋭意研究した結果、嫌気性処理工程へ供給される直前の汚泥中の「リン酸イオン」、及び「Ｍｇイオン」の総量が生成ＭＡＰ粒子径に影響を及ぼしていることを見出した。
【００２６】
言い換えれば、供給汚泥中のリン酸イオンとＭｇイオンが嫌気性処理工程内の定常時のリン酸イオン濃度とＭｇイオン濃度と比較してそれぞれ大きく、その差が大きいほど微細ＭＡＰを形成し易いということであり、この差は定常時の嫌気性処理工程のリン酸とＭｇの濃度を基準とした比較となるため、必ずしも投入汚泥中のリン酸イオン濃度やＭｇイオン濃度の値だけで決まるものでは無いというものである。本発明者らはこのΔＰＯ4−Ｐ（投入汚泥リン酸−嫌気性処理工程リン酸）とΔＳ−Ｍｇ（投入汚泥Ｍｇイオン−嫌気性処理工程Ｍｇイオン）、及び［ΔＰＯ4−Ｐ／投入汚泥Ｔ−Ｐ］、［ΔＳ−Ｍｇ／投入汚泥Ｔ−Ｍｇ］等を指標とすることによってより最適な処理プロセスを選択でき、目標リン回収率を達成できることを見出した。
【００２７】
ここで仮に消化槽への投入汚泥のＰＯ4−Ｐ濃度、Ｓ−Ｍｇ濃度をそれぞれ［ＰＯ4−Ｐ−ｉｎ］、［Ｓ−Ｍｇ−ｉｎ］とし、消化槽内定常時完全混合状態の汚泥のＰＯ4−Ｐ濃度、Ｓ−Ｍｇ濃度をそれぞれ［ＰＯ4−Ｐ−ｏｕｔ］、［Ｓ−Ｍｇ−ｏｕｔ］とし、さらに該投入汚泥のＴ−Ｐ濃度、Ｔ−Ｍｇ濃度をそれぞれ［Ｔ−Ｐ−ｉｎ］、［Ｔ−Ｍｇ−ｉｎ］とした場合の以下の（１）、（２）式で示される数値をそれぞれＬ値（Ｐ）とＬ値（Ｍｇ）とすると、消化汚泥中の微細ＭＡＰ率（＝微細ＭＡＰ−Ｐ／Ｔ−Ｐ）に関して図１、図２に示すような相関関係がある。
Ｌ値（Ｐ）＝（［ＰＯ4−Ｐ−ｉｎ］−［ＰＯ4−Ｐ−ｏｕｔ］）／［Ｔ−Ｐ−ｉｎ］            …（１）
Ｌ値（Ｍｇ）＝（［Ｓ−Ｍｇ−ｉｎ］−［Ｓ−Ｍｇ−ｏｕｔ］）／［Ｔ−Ｍｇ−ｉｎ］      …（２）
【００２８】
より具体的には、有機性廃水または汚泥を効率的に嫌気性処理およびリン回収する方法として、嫌気性処理工程に供給する汚泥に対して嫌気性処理工程に供給する前に、供給汚泥中の溶解性リン、及び溶解性Ｍｇの量を大幅に軽減するための所定の処置を施し、溶解性リン及び溶解性Ｍｇの嫌気性処理工程への供給量を大幅に軽減した状態で、嫌気性処理を行う。そして、嫌気性処理汚泥及び嫌気性処理工程に直接供給しなかった溶解性リン及び溶解性Ｍｇを含む液をともにＭＡＰ晶析リアクターに供給し、液体サイクロン等のＭＡＰ分離装置を使用してＭＡＰ晶析リアクター内のＭＡＰ濃度を所定濃度に維持するようにＭＡＰ分離装置とＭＡＰ晶析リアクターとの間で循環ラインを形成し、必要に応じて該リアクター内にＭｇ源を供給することで有機性廃水または汚泥に含まれる溶解性リンを軽減しＭＡＰ回収量を最大化する方式が好ましい手法の一つであることを見出した。
【００２９】
以上の知見を基礎として完成した本発明の実施の形態に係る有機性廃水又は汚泥の処理方法は、一側面において、有機性廃水または汚泥に対して嫌気性処理を行う工程と、有機性廃水または汚泥中のリン成分をリン酸マグネシウムアンモニウム粒子の形態で回収する工程を含む有機性廃水または汚泥の処理方法であって、有機性廃水または汚泥を嫌気性処理した後の嫌気性処理液体と、嫌気性処理する前段の有機性廃水または汚泥に含まれる溶解性リンまたは溶解性マグネシウムとを、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子が存在する液体内で混合し、混合液のｐＨを調整することによりリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を晶析させ、該リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離濃縮した後のＭＡＰ濃縮液またはＭＡＰ脱離汚泥を汚泥処理系に戻すことを特徴とする有機性廃水または汚泥の処理方法である。
【００３０】
本発明の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理方法は一実施態様において、嫌気性処理を行う前段の有機性廃水または汚泥を固液分離して濃縮汚泥と濃縮分離水とに分離し、濃縮汚泥を嫌気性処理工程に導入し、濃縮分離水と嫌気性処理後の嫌気性処理液体とを共にＭＡＰ晶析リアクターに導入することを含む。
【００３１】
本発明の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理方法は別の一実施態様において、嫌気性処理を行う前段の有機性廃水または汚泥と、嫌気性処理後の嫌気性処理液体の少なくとも一部とを共にＭＡＰ晶析リアクターに導入し、該ＭＡＰ晶析リアクター内で晶析したリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離濃縮した後のＭＡＰ脱離汚泥の少なくとも一部を嫌気性処理に循環返送することを含む。
【００３２】
本発明の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理方法は別の一実施態様において、嫌気性処理後の嫌気性処理液体をＭＡＰ濃縮液とＭＡＰ脱離汚泥とに分離し、ＭＡＰ濃縮液をＭＡＰ晶析リアクターに導入し、ＭＡＰ脱離汚泥をＭＡＰ晶析リアクターの処理系外へ排出することを含む。
【００３３】
本発明の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理方法は別の一実施態様において、有機性廃水または汚泥を嫌気性処理した後の嫌気性処理液体と、嫌気性処理する前段の有機性廃水または汚泥に含まれる溶解性リンまたは溶解性マグネシウムを導入するＭＡＰ晶析リアクター内または該ＭＡＰ晶析リアクターの前段において物理的脱炭酸処理を施す。
【００３４】
本発明の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理方法は別の一実施態様において、嫌気性処理する前段の有機性廃水または汚泥に含まれる溶解性リンまたは溶解性マグネシウムを、粒子径１０μｍ以上のリン酸マグネシウムアンモニウム粒子が５ｇ／Ｌ以上存在する液体内で混合する。
【００３５】
本発明の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理方法は別の一実施態様において、混合液のｐＨが６．８以上となるようにｐＨを調整する。
【００３６】
本発明の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理装置は一側面において、有機性廃水または汚泥を濃縮汚泥と濃縮分離水とに分離する濃縮装置と、濃縮汚泥に対して嫌気性処理を行い、嫌気性処理液体を得る嫌気性処理装置と、濃縮分離水と嫌気性処理液体とを導入し、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子が存在する液体内で混合液のｐＨを調整してリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を晶析させるＭＡＰ晶析リアクターと、ＭＡＰ晶析リアクターで得られたＭＡＰ晶析処理水からリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離濃縮し、ＭＡＰ濃縮液及びＭＡＰ脱離汚泥を得るＭＡＰ分離装置と、ＭＡＰ濃縮液をＭＡＰ晶析リアクターへ返送する配管ラインとを備えることを特徴とする有機性廃水または汚泥の処理装置である。
【００３７】
本発明は更に別の一側面において、有機性廃水または汚泥に対して嫌気性処理を行う嫌気性処理装置と、嫌気性処理を行う前段の有機性廃水または汚泥と、嫌気性処理後の嫌気性処理液体の少なくとも一部とを共に導入し、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子が存在する液体内で混合液のｐＨを調整してリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を晶析させるＭＡＰ晶析リアクターと、ＭＡＰ晶析リアクターで得られたＭＡＰ晶析処理水からリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離濃縮し、ＭＡＰ濃縮液及びＭＡＰ脱離汚泥を得るＭＡＰ分離装置と、ＭＡＰ脱離汚泥を嫌気性処理装置へ返送する配管ラインとを備えることを特徴とする有機性廃水または汚泥の処理装置である。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、回収対象となる有機物の嫌気性処理とリン回収とをともに効率良く行うことが可能な有機性廃水または汚泥の処理方法及び処理装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】嫌気性処理装置へ投入される有機物中のＰＯ4−ＰのＬ値と微細ＭＡＰ（％）の発生率の関係を表すグラフである。
【図２】嫌気性処理装置へ投入される有機物中のＳ−ＭｇのＬ値と微細ＭＡＰ（％）の発生率の関係を表すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理装置及び処理方法を表す概略図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理装置及び処理方法を表す概略図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る有機性廃水または汚泥の処理装置及び処理を表す概略図である。
【図６】従来の有機性廃水または汚泥の処理装置及び処理方法を表す概略図である。
【図７】図６の処理装置及び処理方法に対して従来のリン回収装置を組み合わせた場合の例表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
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構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。
【００４１】
本明細書では、水処理系として標準活性汚泥処理を採用し、汚泥処理系として嫌気性消化処理と脱水処理をそれぞれ採用する一般的な下水処理場を一例として説明する。しかしながら、当業者であれば、有機性廃液または有機物を処理する施設として嫌気的処理を組み込む食品系廃水処理、し尿系廃水処理、生ごみや有機廃材系廃水処理等のあらゆる処理プロセスに適応または応用が可能であり、例示する下水処理に限定されるものではないことは勿論である。
【００４２】
また、本明細書における「微細ＭＡＰ」とは、液体サイクロン等の分離装置によって汚泥から分離することが困難な粒径１０μｍ以下の微粒子状のＭＡＰを意味し、「粗ＭＡＰ」とは、液体サイクロン等の分離装置によって汚泥から分離可能な粒径１０μｍ以下の微粒子状のＭＡＰを意味する。「全ＭＡＰ」とは、上記微細ＭＡＰと粗ＭＡＰとを合わせたものを意味し、「種晶ＭＡＰ」とは、粒径は粗ＭＡＰサイズを有し、ＭＡＰ晶析反応を促進させるために予め槽内に一定量充填し流動させておくＭＡＰ粒子を意味する。種晶ＭＡＰが十分存在すると、ＭＡＰ反応は種晶ＭＡＰ表面上で種晶ＭＡＰをコーティングする形で晶析するので、反応したＰＯ4−ＰやＳ−Ｍｇの成分は粗ＭＡＰの粒径サイズのＭＡＰとなり、液体サイクロン等の分離装置で分離回収が可能となる。
【００４３】
下水処理場に流入する有機成分は、水処理系において最初沈澱池で沈降分離した有機酸を多く含む初沈汚泥と最終沈澱池で沈降分離した活性汚泥性微生物を多く含む余剰汚泥の二種類の汚泥に取り込まれ、これらを混合した混合生汚泥として汚泥処理系へ送られる。この混合生汚泥は汚泥処理系において嫌気性消化処理等により有機物の分解、可燃性ガス回収、脱水処理により減量化、場合によっては乾燥処理、焼却処理により更に減量化を行った後に脱水ケーキ、または焼却灰の形態で場外に搬出されるのが一般的である。これら汚泥減量化工程において分離される分離水は一般的には返流水として水処理系の最初沈澱池等に返送される。
【００４４】
嫌気性消化処理に供給される混合生汚泥の溶解成分中には、初沈汚泥由来の有機酸とトレードする形で活性汚泥系微生物が放出したリン酸イオンとマグネシウムイオン、及び初沈汚泥由来のマグネシウムイオンが多く存在する。有機酸はできるだけ嫌気性消化処理に導入してメタン等の可燃ガスとして回収することが望ましいが、リン酸イオンやマグネシウムイオンは嫌気性消化処理に導入されると有機物分解副産物である炭酸イオン（解離すると水酸イオン）とアンモニアイオンによりＭＡＰとして晶析し易くなり消化槽内や後段設備のスケールリスク要因となる。
【００４５】
一般的な下水汚泥の消化槽内の消化汚泥はｐＨが７．０−７．５程度の弱アルカリ性で、汚泥中にはＮＨ4−Ｎが６００−１２００ｍｇ／Ｌ程度、ＰＯ4−Ｐが５０−３００ｍｇ／Ｌ程度、Ｍｇイオンが１．０−３０ｍｇ／Ｌ程度存在する場合が多い。ＭｇＮＨ4・ＰＯ4ＯＨ・５Ｈ2Ｏの構造式を持つリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）分子は、消化槽内で生成し、Ｍｇ律速でＭＡＰ生成が抑えられている場合が多く、消化槽内の消化汚泥中に存在するＭＡＰ量はＭＡＰ−Ｐ換算で２００−４５０ｍｇ／Ｌ程度存在する場合が多い。
【００４６】
また、このＭＡＰ粒子は粒子径が０．１μｍ以下〜１ｍｍ以上まで幅広く存在し、液体サイクロン等を使用して消化汚泥１１から直接、ＭＡＰ粒子（比重：１．７）を回収するために必要な粗ＭＡＰ粒子サイズのＭＡＰ粒子存在比率は１０〜３５％程度である。
【００４７】
本発明者らの研究により、消化槽内のこのようなＭＡＰ溶解成分のバランスの中に一般的な混合生汚泥が投入されると、混合生汚泥中のＰＯ4−ＰやＭｇイオンが消化槽内のｐＨ、ＮＨ4−ＮとのバランスでＭＡＰ生成が急速に進行し、消化槽内の混合生汚泥投入部において微細な新規のＭＡＰ粒子が大量に生成されることが分かってきた。微細ＭＡＰ粒子を生成する要因としては、ＰＯ43-、Ｍｇ+、ＮＨ4+、ＯＨ-等の基質成分以外に、種晶ＭＡＰ量、種晶粒子径、流動条件等が関係するが、既存の消化槽内の環境ではこの投入汚泥由来のＰＯ4−ＰやＭｇイオンが起因となる消化槽内での微細ＭＡＰ生成を抑制することが困難であることが分かってきた。
【００４８】
既存の消化槽の環境で生成した微細ＭＡＰは後段のＭＡＰ晶析リアクターに直接導入しても短時間で微細ＭＡＰ粒子全量を粗ＭＡＰレベルに肥大化させることが困難であるため、最終的に消化槽内で生成した微細ＭＡＰの多くは最終的に回収できない場合が多い。そこで、発明者らは消化槽内での微細ＭＡＰ生成にとって最も寄与率の高い、消化槽投入液中の「ＰＯ4−ＰとＭｇイオン」を消化槽に投入する前に粗ＭＡＰとして回収する方法を実証検討していく中で以下の知見を得た。
【００４９】
すなわち、この消化槽に供給されるリン酸イオンとＭｇイオンの各濃度と消化槽内定常時のリン酸イオンとＭｇイオンの各濃度との落差が大きく、それらの値が投入汚泥のＴ−Ｐ、Ｔ−Ｍｇに対して比率が大きいほど、該消化槽内で生成されるＭＡＰ粒子の粒径が小さくなり、最終的にはリン回収率が低下することが判明した。
【００５０】
具体的な態様としては、以下に示す第１の実施の形態及び第２の実施の形態の二つの方式が利用可能であり、汚泥性状等の諸条件に応じていずれかを選択することが有効である。
【００５１】
（第１の実施の形態：濃縮分離水−消化汚泥混合リン回収方式）
第１の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理装置は、図３に示すように、流入水１を処理する最初沈澱池２１、曝気槽２２、最終沈澱池２３を含む水処理系２の処理設備と、最初沈澱池２１で得られる初沈汚泥５及び最終沈澱池２３で得られる余剰汚泥７を混合して混合生汚泥８とし、混合生汚泥８を処理する汚泥処理系３の処理設備とを備える。
【００５２】
最初沈澱池２１では、流入水１から有機酸を多く含む初沈汚泥５と流出水４とに分離される。流出水４は曝気槽２２において活性汚泥微生物と共に好気処理が行われ、活性汚泥を含む活性汚泥混合液６が得られる。活性汚泥混合液は、最終沈澱池２３において固液分離されて余剰汚泥７と処理水が得られる。
【００５３】
最終沈澱池２３で沈降分離した活性汚泥性微生物を多く含む余剰汚泥７と初沈汚泥５は、混合槽３１において混合され、混合生汚泥８が得られる。混合槽３１で得られた混合生汚泥８は、濃縮装置３２に供給され、濃縮装置３２において凝集剤などが添加されることにより、後段の消化槽３３による嫌気性処理に適した汚泥濃度に濃縮処理されて濃縮汚泥９と濃縮分離水１０とに分離される。
【００５４】
濃縮装置３２において濃縮汚泥は典型的には汚泥（ＴＳ）濃度２ｗｔ％以上、より典型的には４〜１２ｗｔ％、更に典型的には７〜１０ｗｔ％程度に濃縮される。濃縮装置３２で混合生汚泥８を濃縮して高濃度化することにより、後段の消化槽３３に投入される汚泥の体積を小さくすることができるため消化槽３３を小型化することができる。濃縮分離水１０の一部は最初沈澱池２１へ返送することができる。濃縮分離水１０の他の一部は配管ラインを介してＭＡＰ晶析リアクター３４へ供給される。また、濃縮分離水１０のリン酸、Ｍｇ、有機酸などの成分量によっては全量を最初沈澱池２１に返送しても良いし、全量をＭＡＰ晶析リアクター３４に供給しても良い。
【００５５】
濃縮汚泥９は消化槽３３に投入され、消化槽３３において濃縮汚泥９に対する嫌気性処理が行われて嫌気性消化液体（消化汚泥１１）が得られる。本明細書において「嫌気性処理」とは、主に絶対嫌気性微生物によるメタン発酵もしくはメタン発酵を主体とする処理を意味する。消化汚泥１１の一部又は全部は消化槽３３内から引き抜かれ、ＭＡＰ晶析リアクター３４へ導入される。
【００５６】
ＭＡＰ晶析リアクター３４は、粒子径１０μｍ以上のリン酸マグネシウムアンモニウム粒子が少なくとも５ｇ／Ｌ存在する液体内で混合液のｐＨが６．８以上となるようにｐＨを調整してリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を晶析させる装置である。
【００５７】
図示を省略するが、ＭＡＰ晶析リアクター３４は、晶析対象液のｐＨを調整するためのｐＨ調整機構、リアクター内のＭＡＰ粒子の濃度を調節するための粒子濃度調節機構、必要に応じてＭｇイオンを供給するためのＭｇ供給機構を備えている。ＭＡＰ晶析リアクター３４には、濃縮装置３２で得られた濃縮分離水１０と消化汚泥１１との混合液が導入され、ＭＡＰ晶析リアクター３４内においてはＭＡＰ粒子の晶析反応が進行する。ＭＡＰ晶析リアクター３４で処理されたＭＡＰ晶析処理水１２は、ＭＡＰ晶析リアクター３４の外部へ排出され、ＭＡＰ分離装置３５へ導入される。
【００５８】
ＭＡＰ分離装置３５は、ＭＡＰ晶析リアクター３４で得られたＭＡＰ晶析処理水１２からリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離、回収するための装置であり、例えば、液体サイクロン等が好適に用いられる。
【００５９】
ＭＡＰ分離装置３５においては、粗ＭＡＰ粒子が分離濃縮されたＭＡＰ濃縮液１４と粗ＭＡＰ粒子が取り除かれたＭＡＰ脱離汚泥１３とが得られる。粗ＭＡＰ粒子が分離濃縮されたＭＡＰ濃縮液１４は、汚泥処理系３の設備の一つであるＭＡＰ晶析リアクター３４とＭＡＰ分離装置３５との間に設けられた配管ラインを介してＭＡＰ晶析リアクター３４内へ循環返送されるとともに、一部が回収ＭＡＰとして系外に排出され、洗浄、乾燥後種々の用途に利用される。
【００６０】
このように、配管ラインを通じてＭＡＰ分離装置３５で得られた粗ＭＡＰ粒子が分離濃縮ＭＡＰ濃縮液１４を返送することにより、ＭＡＰ晶析リアクター３４内のＭＡＰ濃度を所定濃度に安定的に維持することができるため、ＭＡＰ晶析リアクター３４内のＭＡＰの晶析反応を安定的に進行させることができる。ＭＡＰ分離装置３５で得られたＭＡＰ脱離汚泥１３は、脱水装置３６に導入され、脱水装置３６において脱水処理が行われ、脱水ケーキが得られる。
【００６１】
上述の図３に示す処理装置を用いて、第１の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理方法を実施することができる。すなわち、第１の実施の形態に係る処理方法は、有機性廃水または汚泥に対して嫌気性処理を行う工程と、有機性廃水または汚泥中のリン成分をリン酸マグネシウムアンモニウム粒子の形態で回収する工程を含む処理方法である。
【００６２】
本方法は、有機性廃水または汚泥を含む混合生汚泥８を消化槽３３において嫌気性処理した後の嫌気性処理液体（消化汚泥１１）と、嫌気性処理する前段の混合生汚泥８に含まれる溶解性リンまたは溶解性マグネシウムを、好適には粒子径１０μｍ以上のリン酸マグネシウムアンモニウム粒子が５ｇ／Ｌ以上存在する液体を収容したＭＡＰ晶析リアクター３４内で混合し、混合液のｐＨが好適には６．８以上となるように、更に好ましくはｐＨ７．１〜７．８にｐＨを調整することによりリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を晶析させ、晶析したリン酸マグネシウムアンモニウム粒子をＭＡＰ分離装置３５において分離濃縮した後のＭＡＰ濃縮液１４をＭＡＰ晶析リアクター３４に戻し、ＭＡＰ脱離汚泥１３を脱水装置３６に送ることを含む。ＭＡＰ濃縮液１４の一部からはＭＡＰが回収される。
【００６３】
嫌気性処理を行う前段の有機性廃水または汚泥、即ち混合生汚泥８は、濃縮装置３２において固液分離して濃縮汚泥９と濃縮分離水１０とに分離する工程を含むことが好ましい。濃縮汚泥９は嫌気性処理工程に導入し、濃縮分離水１０と嫌気性処理後の嫌気性処理液体である消化汚泥１１は共に、ＭＡＰ晶析リアクター３４に導入することが好ましい。これにより、嫌気性処理工程に供給される汚泥中の溶解性リンおよび溶解性マグネシウムの量を嫌気性処理工程にその汚泥が供給される前に予め低減させることができるため、嫌気性処理工程において生成されるその後の晶析反応に寄与しにくい微細なＭＡＰの生成を抑え、汚泥中の溶解性リンを回収ＭＡＰとしてより回収しやすい形態に制御することができる。
【００６４】
このように、第１の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理装置及び処理方法によれば、嫌気性処理の対象となる溶解性有機物が比較的少ない混合生汚泥８を処理する場合であっても、濃縮装置３２において混合生汚泥８を消化槽３３における嫌気性処理に適切な汚泥濃度に濃縮することができるため、小型の消化槽３３においてより多くの有用性ガスを効率的に発生させることができる。
【００６５】
さらに、濃縮装置３２で得られる濃縮分離水と消化槽３３から排出される消化汚泥１１とをＭＡＰ晶析リアクター３４へ導入し、晶析反応を進行させることで、従来は水処理系２へと供給されていた溶解性リン及び溶解性マグネシウムを汚泥処理系におけるＭＡＰの晶析反応に利用することが可能となり、ＭＡＰ分離装置３５で回収されるリンの回収率をより向上させることが可能となる。
【００６６】
さらに、ＭＡＰ分離装置３５から排出されるＭＡＰ濃縮液１４を必要に応じてＭＡＰ晶析リアクター３４へ循環返送させることにより、ＭＡＰ晶析リアクター３４内のＭＡＰ濃度を粗ＭＡＰ粒子の晶析に好適な所定濃度に維持することができ、さらに必要に応じてＭＡＰ晶析リアクター３４内にＭｇ源を供給することで、ＭＡＰ晶析リアクター３４内における晶析反応をより安定的に進行させることができるため、安定したリン回収率が得られるようになる。Ｍｇ源の供給量は具体的にはＭＡＰ晶析リアクター３４内に供給されるＰＯ4−Ｐとのモル比としての「Ｍｇ／Ｐ比」ベースで０．５〜１．３の範囲内になるようにＭｇ源を供給することが微細ＭＡＰ生成防止、コスト軽減、及び後段のスケール防止の観点からも望ましい。
【００６７】
さらに、第１の実施の形態によれば、混合生汚泥８に含まれる溶解性リンまたは溶解性マグネシウムを最大限に利用して、ＭＡＰ晶析リアクター３４内でより多くのＭＡＰ粒子を晶析させることができる。そのため、図６及び図７に示すような従来法では存在していたＭＡＰ粒子の多くが、本実施形態の脱水ケーキ中には除去されているため、脱水ケーキとしての固形物の排出量を小さくすることができる。その結果、ケーキ処分コストも大幅に軽減できる。
【００６８】
また、脱水処理により分離された脱水分離水は従来法よりもＰＯ4−ＰとＭｇイオンが大幅に軽減していることから、脱水分離水を返流水として水処理系２に戻しても水処理系２でのリン負荷増加率は従来法と比較して小さくすることができる。
【００６９】
第１の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理装置及び処理方法は、混合生汚泥８中の溶解性有機物が比較的少ない場合に特に好適に適応できる。その際、混合生汚泥８を濃縮分離する際に、濃縮汚泥９になるべく有機物が多く濃縮され、且つ溶解性リンと溶解性マグネシウムの濃度をできるだけ少なくなるように、初沈汚泥５と余剰汚泥７を混合する前後における撹拌条件や曝気条件を適正に調整することも有効である。
【００７０】
以下に限定されるものではないが、例えば、ＭＡＰ晶析リアクター３４に導入する消化汚泥１１の１日当たりの供給量を１Ｑとした場合、濃縮分離水１０を０．５〜２．０Ｑとすることが好ましく、一実施態様では、消化汚泥１１の１日当たりの供給量を０．３Ｑとした場合に濃縮分離水１０を０．７Ｑとすることで、より効率的な処理を行うことができる。
【００７１】
（第２の実施の形態：混合生汚泥の嫌気性処理前リン回収方式）
第２の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理装置は、図４に示すように、混合生汚泥８を消化槽３３へ供給する前に、ＭＡＰ晶析リアクター３４へ供給する点が、第１の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理装置と異なる。
【００７２】
即ち、第２の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理装置は、嫌気性処理を行う消化槽３３と、嫌気性処理を行う前段の混合生汚泥８と消化槽３３で得られる消化汚泥１１の少なくとも一部とを共に導入し、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を晶析させるＭＡＰ晶析リアクター３４と、ＭＡＰ晶析リアクター３４で得られたＭＡＰ晶析処理水１７からリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を濃縮分離するＭＡＰ分離装置３５と、ＭＡＰ分離装置３５においてリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離濃縮した後のＭＡＰ濃縮液１４をＭＡＰ晶析リアクター３４に循環させるかまたは一部系外に排出して回収し、ＭＡＰ脱離汚泥１６を汚泥処理系３の消化槽３３へと返送する配管ラインとを備える。
【００７３】
ＭＡＰ晶析リアクター３４で回収すべき混合生汚泥８中のターゲットの成分はリン酸イオンとＭｇイオンであることから、なるべく混合生汚泥８の全量を対象とすることが望ましく、少なくとも混合生汚泥８の５０％以上を、ＭＡＰ晶析リアクター３４に導入することが好ましい。但し、混合生汚泥８中には髪の毛、トイレットペーパー残査、ゴマ等の植物種子系残査等、比較的粒径の大きい固形物がある程度含まれる場合があり、これらは後段のＭＡＰ分離装置での目詰まりの原因となる場合もある。よって、沈降分離装置または分離スクリーン等を用いてそれら比較的粒径の大きい固形物を主体とした汚泥の一部を消化槽３３に直接投入しても良いし、ＭＡＰ脱離汚泥１６と混合して消化槽３３へ供給させても良く、それにより消化槽３３における有機物の分解効率及びメタンガス等の有用性ガスの生成効率を向上させることができ効果的である。
【００７４】
なお、分離スクリーン等を使用する場合の開口径またはスクリーン幅は０．２５ｍｍ〜５ｍｍ程度が望ましい。ただし、この沈澱分離装置または分離スクリーン等を使用する場合は凝集剤を使用しない物理的な分離方法で行う方が良く、前述の第１の実施の形態において凝集剤を使用する濃縮方法を採用した場合よりも、比較的薬品コストの軽減効果が望める。
【００７５】
消化槽３３で処理された消化汚泥１１は、液体サイクロン等のＭＡＰ分離装置３７へ供給されてＭＡＰ粒子が分離濃縮され、ＭＡＰ濃縮液１５とＭＡＰ脱離汚泥１３とに分離される。ＭＡＰ濃縮液１５は混合槽３１からの混合生汚泥８とともにＭＡＰ晶析リアクター３４へ導入される。ＭＡＰ脱離汚泥１３は配管ラインを介して脱水装置３６へ導入され、脱水装置３６において脱水処理が行われて脱水ケーキが生成される。
【００７６】
ＭＡＰ晶析リアクター３４内では、粒子径１０μｍ以上のリン酸マグネシウムアンモニウム粒子が少なくとも５ｇ／Ｌ以上存在する液体内で混合液のｐＨが６．８以上となるようにｐＨが調整されてＭＡＰ粒子の晶析反応が進行する。ＭＡＰ晶析リアクター３４で処理されたＭＡＰ晶析処理水１７は、液体サイクロン等のＭＡＰ分離装置３５へ導入され、サイクロン分離によってＭＡＰ粒子が分離される。ＭＡＰ粒子回収後に得られるＭＡＰ濃縮液１４はＭＡＰ晶析リアクター３４へ循環返送され、一部が回収される。
【００７７】
ＭＡＰ脱離汚泥１６は、配管ラインを介して消化槽３３への投入汚泥として利用される。なお、図示していないが、ＭＡＰ濃縮液１４の一部を種晶ＭＡＰとして必要に応じて消化槽３３へ供給する配管ラインが設けられていても構わない。
【００７８】
上述の図４に示す処理装置を用いて、第２の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理方法を実施することができる。すなわち、第２の実施の形態に係る処理方法は、混合生汚泥８と、消化槽３３から得られる消化汚泥１１の少なくとも一部とを共に、ＭＡＰ晶析リアクター３４に導入し、ＭＡＰ晶析リアクター３４内で晶析したＭＡＰ粒子を分離濃縮した後のＭＡＰ濃縮液１４またはＭＡＰ脱離汚泥１６の少なくとも一部を消化槽３３における嫌気性処理に循環返送することを含む。
【００７９】
第２の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理方法は、更に、消化汚泥１１をＭＡＰ分離装置３７においてＭＡＰ濃縮液１５とＭＡＰ脱離汚泥１３とに分離し、ＭＡＰ濃縮液１５をＭＡＰ晶析リアクター３４に導入し、ＭＡＰ脱離汚泥１３をＭＡＰ晶析リアクター３４の処理系外である脱水装置３６へと排出することを含むことができる。また、消化汚泥１１に存在する粗ＭＡＰ量が十分に少ない場合、例えば１００ｍｇ−Ｐ／Ｌ以下程度で、且つ処理施設サイドの要望等がある場合はＭＡＰ分離装置３７を省略して、消化汚泥１１の所定量をＭＡＰ晶析リアクター３４に導入し、かつ別の所定量を脱水装置３６へと送る装置で代用することも可能である。
【００８０】
また、消化汚泥１１に存在するＰＯ4−Ｐが必要以上に大きい場合、例えば５０ｍｇ−Ｐ／Ｌ以上程度で、且つ処理施設サイドの要望等がある場合は、ＭＡＰ晶析リアクター３４とは別のもう一つのＭＡＰ晶析リアクター（図示せず）を設けて、脱水装置３６へ送る汚泥からＰＯ4−Ｐを除去しＭＡＰとして回収することも有効である場合がある。
【００８１】
嫌気性処理の本来の目的である「有機物の分解率最大化及びそれに付随して発生するＣＨ4等の有用性ガス回収量最大化」という観点と、有機物からのリン回収効率化を両立するためには、嫌気性処理工程に導入する物質中にはできるだけ有機物を残し、溶解性リン及び溶解性Ｍｇは除去することが望ましい。
【００８２】
第２の実施の形態に係る有機性廃水または汚泥の処理装置及び処理方法によれば、混合生汚泥８を嫌気性処理する前に直接、ＭＡＰ晶析リアクター３４に供給し、ＭＡＰ晶析リアクター３４内で混合生汚泥８中の溶解性リン及び溶解性マグネシウムをＭＡＰ粒子に晶析化して分離し、ＭＡＰ粒子を分離した後のＭＡＰ脱離汚泥１３を消化槽３３へ供給することにより、嫌気性処理をより効率的に行えるとともに、リンの回収率を同時に向上させることが可能となる。
【００８３】
ＭＡＰ晶析リアクター３４で晶析反応をより安定的に進行させるためにはｐＨを６．８以上、更には７．１〜７．８のアルカリ領域とすることが望ましい。一方で、一般的な下水の混合生汚泥８は、ｐＨが４．５〜６．５程度の弱酸性であるため、図４に示す処理装置のように、混合生汚泥８をＭＡＰ晶析リアクター３４へ導入することによって、ＭＡＰ晶析リアクター３４へ供給すべきｐＨ調整剤の添加量が多くなる場合がある。
【００８４】
第２の実施の形態に係る処理装置においては、消化汚泥１１の少なくとも一部をアルカリ剤、ＮＨ4、ＰＯ4−Ｐ、及びＭＡＰ種晶の供給剤として利用するために、混合生汚泥８の供給と同時に消化汚泥１１をＭＡＰ晶析リアクター３４に導入し消化汚泥１１の供給量を適宜調整することによって、ＭＡＰ晶析リアクター３４へ供給すべき薬剤の添加量を低減させることができる。汚泥性状により異なるため以下は例示であるが、例えば、混合生汚泥８を一日当たり１Ｑ程度添加する場合、ＭＡＰ濃縮液１５の一日当たりの供給量を０．５〜３Ｑとすることで、ＭＡＰ濃縮液１５の一日当たりの供給量を２Ｑとする場合、混合生汚泥８を１Ｑ程度添加することで、ＭＡＰ晶析リアクター３４へ供給する薬剤の供給量を少なくしながらより多くのＭＡＰを回収することができる。
【００８５】
混合生汚泥８と消化汚泥１１のＭＡＰ晶析リアクター３４への供給量の比率はそれぞれの汚泥性状によって異なるが、ＭＡＰ晶析リアクター３４内のＭＡＰ晶析環境としてｐＨ：６．７〜７．６、Ｍｇイオン濃度：０．１〜６０ｍｇ／Ｌ、粗ＭＡＰ粒子濃度：７〜７０ｇ／Ｌの範囲となるように、混合生汚泥８と消化汚泥１１の２種類の汚泥ブレンド比、Ｍｇ系薬剤添加量、該リアクター内曝気量、ＭＡＰ引き抜き量等を調整することが望ましい。
【００８６】
また、ＭＡＰ晶析リアクター３４に導入する混合生汚泥８と消化汚泥１１は、ＭＡＰ晶析リアクター３４内に導入する前段で一部先に混合しておいても良い場合がある。消化汚泥１１中の一部微細ＭＡＰは弱酸性の混合生汚泥と先に接触することで溶解させることができ、これによりＭＡＰ晶析リアクター３４へのＰＯ4−Ｐ及びＳ−Ｍｇ負荷量を増大させ、リン回収率を向上することができる。
【００８７】
消化汚泥１１のＭＡＰ晶析リアクター３４への供給に際しては、一旦ＭＡＰ分離装置３７で消化汚泥１１からＭＡＰを回収して、ＭＡＰ濃縮液１５とＭＡＰ脱離汚泥１３とに分離し、ＭＡＰ濃縮液１５の方をＭＡＰ晶析リアクター３４に導入し、ＭＡＰ脱離汚泥１３の方を系外に排出し脱水処理等を行う方法がリン回収率及び脱水ケーキの排出量低減の観点からはより効率的で好ましい。
【００８８】
ＭＡＰ晶析リアクター３４を経由して嫌気性処理工程に導入されたＭＡＰ脱離汚泥１６は、消化槽３３内の嫌気性微生物により有機物が分解され、同時に分解代謝物としてＰＯ4−Ｐ、Ｓ−Ｍｇ、ＮＨ4−Ｎが増加し、嫌気性処理工程内でＭＡＰ粒子が生成される。しかし、嫌気性処理工程内のこれらＭＡＰ基質成分濃度は、特にＰＯ4−Ｐ、Ｓ−Ｍｇの汚泥流入部等での急激な濃度変動が少ないことから消化槽３３内におけるＭＡＰ晶析反応は比較的低濃度でゆっくりと進行し、比較的大きなＭＡＰ粒子を形成することが分かっている。すなわち、従来法では嫌気性処理工程で大量に発生していた微細ＭＡＰの生成が、本願発明では抑制されているために、リン回収率としては飛躍的に向上する。
【００８９】
（変形例）
混合生汚泥８を嫌気性処理した後の消化汚泥１１と、濃縮分離水１０または濃縮してない状態の混合生汚泥８とを共にＭＡＰ晶析リアクター３４へ供給する前に混合し、消化汚泥１１と濃縮分離水１０または濃縮してない状態の混合生汚泥８に対して物理的脱炭酸処理を行うことが好ましい場合がある。このため、図５に示すように、消化槽３３とＭＡＰ晶析リアクター３４との間、あるいはＭＡＰ晶析リアクター３４内に物理的脱炭酸処理装置３８が設けられていてもよい。
【００９０】
物理的脱炭酸処理装置３８としては、曝気装置や機械撹拌装置等を用いることができる。図５に示す処理装置によれば、物理的脱炭酸処理装置３８において消化汚泥１１と濃縮分離水１０または濃縮してない状態の混合生汚泥８とに対して物理的脱炭酸処理を行うことによって、ｐＨが上昇するためｐＨ調整剤の使用量を軽減できるとともに、脱炭酸により上昇したｐＨ環境下においてＭＡＰ晶析がより進行した後の後段のプロセスにおいてスケールリスクが軽減できる。加えてＭＡＰ晶析リアクター３４におけるＭＡＰ粒子の回収率を高めることができるとともに、脱水ケーキの生成量を少なくすることができる。
【００９１】
図示を省略しているが、物理的脱炭酸処理装置３８は、図４のＭＡＰ分離装置３７の後段且つＭＡＰ晶析リアクター３４の前段に配置し、ＭＡＰ濃縮液１５と混合生汚泥８とを脱炭酸処理するようにすることも勿論可能である。
【００９２】
下水処理場等の処理施設において嫌気性処理工程に導入される有機性汚泥は、水処理系２における運転方式の違い等により汚泥性状が大きく異なり、それにより汚泥中に存在する有機酸、溶解性リン、溶解性Ｍｇの量は様々である。
【００９３】
一概には言えない場合もあるが、例えば下水処理場において嫌気性消化槽に導入される汚泥が、初沈汚泥比率が活性汚泥由来余剰汚泥比率よりも大きい場合、その汚泥は有機酸含有率が比較的高く、逆に活性汚泥由来余剰汚泥の比率が大きい場合は溶解性リン、溶解性マグネシウムが比較的高い。汚泥が前者の場合、嫌気性処理投入汚泥を濃縮分離して濃縮分離水を嫌気性処理に導入しないプロセスでは濃縮分離水の有機酸からのＣＨ4ガス回収が見込めないためにガス回収としては不利になる。汚泥が後者の場合は、嫌気性処理投入汚泥を濃縮分離して濃縮分離水を嫌気性処理に導入しないプロセスでもＣＨ4ガス回収としてはほとんど影響が無く、逆に高濃度メタン発酵が可能となりメタン発酵槽のコンパクト化が可能となり有効である。このように、嫌気性工程に導入する汚泥性状によって、第１の実施の形態、第２の実施の形態及び変形例のいずれかの方式を選択することが好ましい。
【実施例】
【００９４】
以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。
【００９５】
下水処理場の水処理系で発生した初沈汚泥、余剰汚泥を用いて、複数の運転条件に切り替えられるパイロットプラントを使用してリン回収を行った。混合生汚泥の嫌気性消化設備としては全て３５℃中温消化を採用し、消化槽水理学的滞留日数は２５日とし、ＭＡＰ分離装置は全て液体サイクロンを使用し、各流量バランスに応じて液体サイクロンのアンダーとオーバーの口径は適宜調節した。液体サイクロン投入液に粒径１０ｍｍ以上の夾雑物が存在する場合は篩で除去し該除去物をサイクロンオーバー液に混合した。
【００９６】
実施例１は、図３に示す構成のパイロットプラントに基づいて運転した場合を示し、実施例１のみ他の比較例１等の消化槽の１／３の容量の消化槽を採用し、消化槽への投入汚泥は混合生汚泥に対して対固形物当たり凝集剤を０．２％添加して汚泥濃度を３倍にした状態で消化槽に投入する方式とした。実施例２は、図４に示す構成のパイロットプラントに基づいて運転した場合を示し、流量バランスとしては種々の条件より１３ＭＡＰ脱離汚泥：１５ＭＡＰ濃縮液：８混合生汚泥＝２：３：２となるように設定した。実施例３は、図４に示す構成のパイロットプラントが備えるＭＡＰ晶析リアクターにエアリフト循環型曝気装置を付加して脱炭酸処理を行った場合を示す。
【００９７】
比較例１は、図７に示す構成のパイロットプラントに基づいて運転した場合を示し、比較例２は図７に示す構成のパイロットプラントにおいて混合生汚泥の初沈汚泥と余剰汚泥の混合比を変更して運転した場合を示す。
【００９８】
運転条件の詳細を表１に示し、比較例１のリン回収率、回収リン当たりの使用薬剤コスト、プラント動力、プラント設置面積、余剰メタンガス回収量、排出固形量（脱水ケーキ重量）をそれぞれ１００とした場合の各実施例及び各比較例の比較結果を表２に示す。なお、リン回収当たりの使用薬剤コストはＭＡＰを晶析させるためのＭｇ源、ｐＨ調整剤、及び混合生汚泥を濃縮する場合にはその際に使用する凝集剤を含めたコストとした。
【００９９】
【表１】
2020054984.tif 000003
【０１００】
【表２】
2020054984.tif 000004
【０１０１】
実施例１〜３のいずれも、混合生汚泥に対して嫌気性処理を行い、その後脱水処理を行った比較例１に比べて、リン回収率を高くすることができた。また、実施例１〜３のいずれも、比較例１に比べて回収したリン当たりの使用薬剤コストを低減することができた。また、排出固形物量に関しても、比較例１では排出ケーキ中に固形物として含まれていたＭＡＰ粒子を実施例１〜３では分離回収していることから大幅に削減することが可能で処分コスト軽減効果があった。
【０１０２】
さらに、実施例１では、混合生汚泥を濃縮処理した濃縮汚泥を用いて嫌気性処理を行ったため、消化槽の大きさを小さくすることができ、これによりプラント設置面積も小さくすることができた。特に消化槽が１／３となることから、該消化槽の加温処理のためのボイラー使用分の回収ＣＨ4が大幅に削減することから、発電に使用できる余剰ＣＨ4が１００→１０５に増加した。リン回収に関しては、想定どおりに消化槽内での微細ＭＡＰ率が８０％→５５％大幅に低下し、その分粗ＭＡＰ化率が上昇したことからリン回収率が増加した。消化槽に投入する混合生汚泥を３倍に濃縮するために使用した凝集剤コスト分が比較例１よりも余分にかかったが、リン回収量が１．３倍に増加したことで回収リンあたりの薬品コストとしては比較例１よりも小さくなった。
【０１０３】
比較例２、実施例２、３は混合生汚泥の初沈汚泥と余剰汚泥の比率が８：２であり、初沈汚泥由来の有機物が多いことから、実施例１の方式を採用してしまうと混合生汚泥の濃縮処理において分離する濃縮分離水中の有機酸等の有機物からＣＨ4ガスを回収できなくなる。そのため混合生汚泥の濃縮処理は行わず、通常サイズの消化槽を用いたが、活性汚泥処理等での微生物分解処理を受けていない初沈汚泥由来の有機物が多いことから消化槽での余剰ガス回収量はやや増加した。また、理由は定かではないが、ＭＡＰ晶析においては余剰汚泥由来のリンの方が、初沈汚泥由来のリンよりもやや粗ＭＡＰ化しやすい傾向がある事から比較例１と２はプラントとしては同一のものであるが、リン回収率は比較例２の方がやや小さかった。
【０１０４】
実施例２では、消化槽に投入される混合生汚泥から溶解性リン及び溶解性Ｍｇを大幅に軽減した後で投入していることから、消化槽内での微細ＭＡＰ生成率は８０％→４５％まで低下し、その分粗ＭＡＰとして後段で回収できたことからリン回収率は大幅に上昇した。また、回収リンあたり使用薬剤コストとしては、実施例１で使用した混合生汚泥の濃縮処理用凝集剤の使用が無かったことから実施例１と比較しても大幅に薬剤コストが軽減した。
【０１０５】
実施例３では曝気による脱炭酸効果でｐＨ調整剤の使用量が軽減でき、リン回収率、薬品コストともに実施例２よりも改善した。実施例２，３のプラント動力、及びプラント設置面積に関しては、比較例２よりも装置点数が増えた分やや増加したものの、その差は大きくなかった。
【０１０６】
混合生汚泥又は濃縮分離液をＭＡＰ晶析リアクターへ供給していない比較例１、２では、ＭＡＰ晶析リアクターにおける薬剤の添加量が多くなるとともに、消化槽において回収されるＭＡＰ粒子の生成に寄与しない微細なＭＡＰ粒子が消化槽内で生成されてしまったため、リン回収率及び回収リン当たりの薬剤コストが実施例１〜３に比べて低下した。
【符号の説明】
【０１０７】
１…流入水
２…水処理系
３…汚泥処理系
４…流出水
５…初沈汚泥
６…活性汚泥混合液
７…余剰汚泥
８…混合生汚泥
９…濃縮汚泥
１０…濃縮分離水
１１…消化汚泥
１２…ＭＡＰ晶析処理水
１３…ＭＡＰ脱離汚泥
１４…ＭＡＰ濃縮液
１５…ＭＡＰ濃縮液
１６…ＭＡＰ脱離汚泥
１７…ＭＡＰ晶析処理水
２１…最初沈澱池
２２…曝気槽
２３…最終沈澱池
３１…混合槽
３２…濃縮装置
３３…消化槽
３４…ＭＡＰ晶析リアクター
３５…ＭＡＰ分離装置
３６…脱水装置
３７…ＭＡＰ分離装置
３８…物理的脱炭酸処理装置
【図１】
2020054984.tif 000005
【図２】
2020054984.tif 000006
【図３】
2020054984.tif 000007
【図４】
2020054984.tif 000008
【図５】
2020054984.tif 000009
【図６】
2020054984.tif 000010
【図７】
2020054984.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月2日(2019.10.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃水または汚泥に対して嫌気性処理を行う工程と、前記有機性廃水または汚泥中のリン成分をリン酸マグネシウムアンモニウム粒子の形態で回収する工程を含む有機性廃水または汚泥の処理方法であって、
前記有機性廃水または汚泥を前記嫌気性処理した後の嫌気性処理液体と、前記嫌気性処理する前段の前記有機性廃水または汚泥に含まれる溶解性リンまたは溶解性マグネシウムとを、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子が存在する液体内で混合し、前記混合液のｐＨを調整することによりリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を晶析させ、該リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離濃縮した後のＭＡＰ濃縮液またはＭＡＰ脱離汚泥を汚泥処理系に戻すことを特徴とする有機性廃水または汚泥の処理方法。
【請求項２】
前記嫌気性処理を行う前段の前記有機性廃水または汚泥を固液分離して濃縮汚泥と濃縮分離水とに分離し、前記濃縮汚泥を嫌気性処理工程に導入し、前記濃縮分離水と前記嫌気性処理後の嫌気性処理液体とを共にＭＡＰ晶析リアクターに導入することを含む請求項１に記載の有機性廃水または汚泥の処理方法。
【請求項３】
前記嫌気性処理を行う前段の前記有機性廃水または汚泥と、前記嫌気性処理後の嫌気性処理液体の少なくとも一部とを共にＭＡＰ晶析リアクターに導入し、該ＭＡＰ晶析リアクター内で晶析したリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離濃縮した後の前記ＭＡＰ脱離汚泥の少なくとも一部を前記嫌気性処理に循環返送することを含む請求項１に記載の有機性廃水または汚泥の処理方法。
【請求項４】
前記嫌気性処理後の嫌気性処理液体をＭＡＰ濃縮液とＭＡＰ脱離汚泥とに分離し、前記ＭＡＰ濃縮液を前記ＭＡＰ晶析リアクターに導入し、前記ＭＡＰ脱離汚泥を前記ＭＡＰ晶析リアクターの処理系外へ排出することを含む請求項３に記載の有機性廃水又は汚泥の処理方法。
【請求項５】
前記有機性廃水または汚泥を嫌気性処理した後の嫌気性処理液体と、前記嫌気性処理する前段の前記有機性廃水または汚泥に含まれる溶解性リンまたは溶解性マグネシウムを導入するＭＡＰ晶析リアクター内または該ＭＡＰ晶析リアクターの前段において物理的脱炭酸処理を施すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機性廃水または汚泥の処理方法。
【請求項６】
前記嫌気性処理する前段の前記有機性廃水または汚泥に含まれる溶解性リンまたは溶解性マグネシウムを、粒子径１０μｍ以上のリン酸マグネシウムアンモニウム粒子が５ｇ／Ｌ以上存在する液体内で混合することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機性廃水または汚泥の処理方法。
【請求項７】
前記混合液のｐＨが６．８以上となるようにｐＨを調整することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機性廃水または汚泥の処理方法。
【請求項８】
有機性廃水または汚泥を濃縮汚泥と濃縮分離水とに分離する濃縮装置と、
前記濃縮汚泥に対して嫌気性処理を行い、嫌気性処理液体を得る嫌気性処理装置と、
前記濃縮分離水と前記嫌気性処理液体とを導入し、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子が存在する液体内で混合液のｐＨを調整して前記リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を晶析させるＭＡＰ晶析リアクターと、
前記ＭＡＰ晶析リアクターで得られたＭＡＰ晶析処理水から前記リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離濃縮し、ＭＡＰ濃縮液及びＭＡＰ脱離汚泥を得るＭＡＰ分離装置と、
前記ＭＡＰ濃縮液を前記ＭＡＰ晶析リアクターへ返送する配管ラインと
を備えることを特徴とする有機性廃水または汚泥の処理装置。
【請求項９】
有機性廃水または汚泥に対して嫌気性処理を行う嫌気性処理装置と、
前記嫌気性処理を行う前段の前記有機性廃水または汚泥と、前記嫌気性処理後の嫌気性処理液体の少なくとも一部とを共に導入し、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子が存在する液体内で混合液のｐＨを調整して前記リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を晶析させるＭＡＰ晶析リアクターと、
前記ＭＡＰ晶析リアクターで得られたＭＡＰ晶析処理水から前記リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離濃縮し、ＭＡＰ濃縮液及びＭＡＰ脱離汚泥を得るＭＡＰ分離装置と、
前記ＭＡＰ脱離汚泥を前記嫌気性処理装置へ返送する配管ラインと
を備えることを特徴とする有機性廃水または汚泥の処理装置。