(57)【要約】      （修正有）【課題】汚泥、又は汚泥の濃縮又は脱水処理による分離水からそれに含まれる結晶を分離するシステムにおいて、リンの除去と回収の両面を満足し、純度のよいＭＡＰを回収すると共に、液体サイクロンが閉塞することなく高いＭＡＰ回収率で安定した処理装置を提供する。【解決手段】汚泥１、又は汚泥の濃縮又は脱水処理による分離水からそれに含まれる結晶を分離する装置において、前記汚泥１又は分離水を投入し結晶を分離する液体サイクロン２と、前記液体サイクロン２の溢流上昇管５より流出した汚泥１又は分離水を、前記液体サイクロンの汚泥又は分離水の投入部に返送する返送管７とを設けたことを特徴とする結晶の分離装置。【選択図】図１
2010012467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥、又は汚泥の濃縮又は脱水処理による分離水からそれに含まれる結晶を分離する装置において、
前記汚泥又は分離水に薬品を添加することによって結晶を析出させる晶析リアクタと、
前記晶析リアクタに該リアクタ内から汚泥又は結晶を含む液を引き抜く引抜き管と、
前記引抜き管から引き抜いた液から結晶を分離する第一の液体サイクロン（Ｘ）と、
前記第一の液体サイクロン（Ｘ）の溢流上昇管から流出した分離水を循環水として受け入れて上部に該循環水の越流部と前記晶析リアクタの底部で連通部とを有する返送管（Ｃ）と、
前記第一の液体サイクロン（Ｘ）で分離又は濃縮した結晶を前記晶析リアクタへ返送する返送管（Ｂ）とを設け、
前記晶析リアクタ内で沈降させて引き抜いた液を前記返送管（Ｃ）から流出する循環水の一部とともに前記第一の液体サイクロン（Ｘ）に導入する配管を設けたことを特徴とする結晶の分離装置。
【請求項２】
前記返送管（Ｃ）から溢流する循環水を受け入れる配管を接続するとともに前記引抜き管から引き抜いた汚泥又は結晶を含む液に該循環水の一部を合流して前記第一の液体サイクロン（Ｘ）へ送る配管を接続した循環水槽を設けたことを特徴とする請求項１に記載の結晶の分離装置。
【請求項３】
前記循環水槽に受け入れた循環水の残部から結晶を分離する第二の液体サイクロン（Ｙ）を更に設けたことを特徴とする請求項２に記載の結晶の分離装置。  
【請求項４】
前記汚泥又は分離水に含まれるし渣を除去するし渣除去装置が前記晶析リアクタに接続されたことを特徴とする請求項１乃至３に記載の結晶の分離装置。
【請求項５】
前記返送管（Ｃ）から流出する循環水の一部の流出口を返送管（Ｃ）の溢流部の下方に設けたことを特徴とする請求項１に記載の結晶の分離装置。
【請求項６】
前記第一の液体サイクロン（Ｘ）で分離又は濃縮した結晶の一部を回収する回収管を当該液体サイクロン（Ｘ）の底部又は返送管（Ｂ）に設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の結晶の分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、嫌気性或いは好気性の汚泥や、汚泥を濃縮又は脱水処理した分離水或いは各種廃水からそれに含まれる結晶を分離・濃縮する装置及び方法に関する。また、本発明は、有機性廃棄物、廃水を嫌気性消化して発生した消化汚泥を処理する装置及び方法にも関する。                                                       
【背景技術】
【０００２】
下水、廃水、し尿等のリン、窒素を含む有機性廃水の処理施設では、まず、最初沈殿地において生汚泥（以下、初沈汚泥ともいう）を固液分離し、該分離された上澄み液を活性汚泥処理して有機物を除去していた。活性汚泥処理では、増殖した活性汚泥が余剰汚泥として排出される。ところで、生汚泥や、余剰汚泥、し尿、生ごみ等の有機性廃棄物を嫌気性消化すると、酸生成細菌やメタン生成細菌の働きによって、廃棄物中の有機物が分解し汚泥の減量化が図れると共に、メタンや二酸化炭素などを含む気体、窒素及びリン濃度の高い廃水が生成される。今日、発生したメタンガスの熱源利用や、消化汚泥を脱水して得られる消化脱離液からＭＡＰを生成させて、肥料及び化学原料などに有効利用する検討が盛んに行われるようになった（特開２００３−１１７３０６号公報）。
【０００３】
さらに、今日では、更なるエネルギー回収、汚泥減量という点から、嫌気性消化槽の効率化が図られている。例えば、生汚泥、余剰汚泥、生汚泥と余剰汚泥を混合した混合汚泥を、物理・機械的処理や化学的液化処理、加温処理などを行うことで汚泥を可溶化し、後段の嫌気性消化工程におけるメタンガスの回収率の向上、汚泥の減量化の促進を行っている。このような物理・機械的処理には、超音波処理、ミルによる破砕処理等が挙げられ、化学的液化処理には、オゾン、過酸化水素、酸、アルカリによる処理があり、加温処理は、好熱菌による処理などがある。たとえば、特開２００２−３３６８９８号公報には、汚泥を超音波処理工程で処理して可溶化する方法が記載されている。
【０００４】
上記のように嫌気性消化の効率が上がれば上がるほど、より窒素・リン濃度が高い廃水が生じる。元々、有機性廃棄物には、窒素・リン、更にマグネシウム等の元素が含まれており、有機性廃棄物が可溶化すると、それらの元素は液中に移行することになる。これら高濃度の窒素・リンを含む排水が水処理系に返流すると、水処理系での窒素、リン負荷が高くなり、処理水質の悪化の原因となっていた。
【０００５】
そこで、消化汚泥又は消化脱離液を気曝処理（曝気処理と同じ意味）してＭＡＰを生成し、沈殿槽で沈殿した汚泥の一部を種晶として気曝槽へ返送する技術が知られている。これにより、返流水のリン濃度が低下するばかりか、リンをＭＡＰとして容易に回収することが可能となる。また、特公平７−１１５９７９号公報では、消化汚泥を脱炭酸した後、マグネシウム化合物を添加することでＭＡＰを析出させて、脱水分離水中のリン濃度を低下させている。いずれも、ＭＡＰを析出させることで液中のリン濃度を低下させて、水処理工程と汚泥処理工程のリンの際限なき循環を防止することを可能としている。
【０００６】
今日では、消化汚泥の有効利用及び効率的な処理を図るため、各下水処理場等を管渠（管路）で連結させて、発生した消化汚泥を管渠で輸送し、１処理場に集めてそこで処理する集約処理が行われている地域もある。また、同様にして、消化汚泥を脱水した脱離液の効率的な処理を図るため、各下水処理場を管渠で連結させて、発生した脱離液を管渠で輸送し、１処理場で処理する集約処理が行なわれている地域もある。管渠の建設費は、処理施設に比べ安価であり、汚泥の処理施設はスケールメリット（規模が大きくなることにより、単位当りのコストが減少すること）が働くため、市街地などの家屋間が近接しているところでは経済的といわれている。
【０００７】
ところで、消化汚泥やその脱離液を配管で輸送する場合には、汚泥中のマグネシウムイオンと、リン酸イオン及びアンモニウムイオンが化合した、いわゆるＭＡＰの析出物が発生し、送泥管内を閉塞する恐れがある。
【０００８】
上記の問題を解決するために、汚泥を送泥管に送るに際して、予め消化汚泥をリアクタ内で曝気してＭＡＰ粒子を生成させた後、このＭＡＰ粒子を含む汚泥を遠心分離して、ＭＡＰを除去回収した後、送泥する方法が知られている。また、遠心分離された後のＭＡＰ粒子の一部或いは全部をリアクタに戻して、リアクタ内での新たなＭＡＰ粒子の生成核としている。このような操作を行うことで、ＭＡＰ粒子による汚泥管内の閉塞等の不具合を回避することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１１７３０６号公報
【特許文献２】特開２００２−３３６８９８号公報
【特許文献３】特公平７−１１５９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述のように、嫌気性消化の効率が上がれば上がるほど、より窒素・リン濃度が高い廃水が生じる。元々、有機性廃棄物には、窒素・リン、更にマグネシウム等の元素が含まれており、有機性廃棄物が可溶化すると、それらの元素は溶液中に移行することになる。窒素、リン、マグネシウムは、ＭＡＰを構成する成分であり、液中で高濃度になること、或いはｐＨが上昇することで、容易にＭＡＰの溶解度積以上の状態となり、消化槽内で自然発生的にＭＡＰが析出していた。消化槽では、ＭＡＰがドラフトチューブに析出することによって、消化汚泥の流動が悪化したり、ポンプ引き抜き時における配管閉塞等のスケールトラブルが多発していた。また、これらのＭＡＰは、回収されること無く、脱水汚泥と共に処分されており、ＭＡＰの効率的な回収方法の提供が要望されていた。
【００１１】
消化汚泥から脱炭酸やマグネシウム化合物の添加により、ＭＡＰを析出した場合においては、確かに脱水分離液中のリン濃度は低下するので、水処理系のリン負荷が減少し、良好な処理水質を保つことができた。しかしながら、この方法は、リンの除去に着目した方法であり、リン資源の回収という発想はなく、リンの除去と回収の両面を満足する処理方法の提供が要望されていた。
【００１２】
また、たとえ曝気してＭＡＰを遠心分離することでＭＡＰを回収しても、回収物中に、ＭＡＰだけでなく消化汚泥やし渣も混入しており、必ずしも純度のよいＭＡＰを回収することはできなかった。リンを再利用する場合は、純度も求められており、純度のよいＭＡＰの回収方法の提供が要望されていた。
【００１３】
さらに、ＭＡＰを、液体サイクロンを用いて遠心分離することでＭＡＰを回収する場合、液体サイクロンに投入するＭＡＰや他の無機固形分の濃度が高いと、液体サイクロン自体が閉塞する問題があった。また、溢流上昇管中のＭＡＰ濃度も上昇し、回収率が低下する場合もあった。そこで、高いＭＡＰ回収率で安定した処理を行うことができる分離方法が要望されている。
【００１４】
また、このようなＭＡＰを含む消化汚泥を汚泥の集約処理施設に配管輸送する際には、配管内にＭＡＰのスケールが多数発生し、汚泥の効率的な輸送の妨げとなっている。ＭＡＰスケールは一度生成すると、更に成長する性質がある。配管内でＭＡＰスケールを放置しておくと、いずれ管きょ全体がＭＡＰスケールで覆われ、汚泥の輸送が困難となるので、定期的な清掃が欠かせなく、メンテナンスが煩雑になっている。
【００１５】
今日、下水道が普及し整備されたこと、また高度処理の推進等により、下水処理汚泥の発生量が増加している。そこで、汚泥の無害化や減容化のために、汚泥の溶融処理が普及しつつある。しかしながら、下水汚泥を１２００〜１４００℃の高温で溶融処理を行った場合、汚泥中のリンの一部がスラグ中へ固定されずに揮散し、排ガス処理工程でリンが付着したり、機器の腐食、排ガス湿式洗浄による返流水リン負荷の増加等の問題が生じている。そのため、汚泥中のリンを予め除去する技術の提供が要望されている。
【００１６】
晶析リアクタに関しては、従来は晶析リアクタを小型化しようとしても、液体サイクロンの濃縮性能が問題となり、晶析リアクタ内のＭＡＰを高濃度に維持するのが困難であった。
【００１７】
本発明は、上記に示した問題点を解決し、リンの除去と回収の両面を満足し、純度のよいＭＡＰを回収すると共に、液体サイクロンが閉塞することなく高いＭＡＰ回収率で安定した処理を可能とする処理方法及び装置を提供することを課題とする。
【００１８】
本発明は、上述した嫌気性消化汚泥などからのＭＡＰ結晶の分離・回収だけでなく、各種排水からの様々な結晶の分離回収に適用することができる。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からのリン酸カルシウム（Ｃａ3（ＰＯ4）2）やヒドロキシアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ）2）：ＨＡＰ）の結晶の回収；半導体工場の廃水などからのフッ化カルシウム（ＣａＦ2）の結晶の回収；地下水を原水とする用水、排水、ゴミ浸出水からの炭酸カルシウムの結晶の回収；炭酸イオンを多く含む硬水からの炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）の結晶の回収；水道水中の不純物であるＭｎの炭酸マンガン（ＭｎＣＯ3）の結晶としての回収；などに、本発明を適用することができる。
【００１９】
本明細書中においては、主として、嫌気性消化汚泥などからのＭＡＰ結晶の分離回収を行う場合を例に説明する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するための手段として、本発明の一側面では、下記に示す結晶の分離装置が提供される。
【００２１】
１．汚泥、又は汚泥の濃縮又は脱水処理による分離水からそれに含まれる結晶を分離する装置において、
前記汚泥又は分離水を投入し結晶を分離する液体サイクロンと、
前記液体サイクロンの溢流上昇管より流出した汚泥又は分離水を、前記液体サイクロンの汚泥又は分離水の投入部に返送する返送管Ａとを設けた
ことを特徴とする結晶の分離装置。
【００２２】
２．前記液体サイクロンの前に、前記汚泥又は分離水に薬品を添加することによって結晶を析出させる晶析リアクタを設け、
さらに、前記液体サイクロンで分離した結晶の一部又は全量を、晶析リアクタに返送する返送管Ｂを設けた
ことを特徴とする上記第１項に記載の結晶の分離装置。
【００２３】
３．汚泥、又は汚泥の濃縮又は脱水処理による分離水からそれに含まれる結晶を分離する装置において、
前記汚泥又は分離水に薬品を添加することによって結晶を析出させる晶析リアクタと、
前記晶析リアクタで処理した汚泥又は分離水を投入し結晶を分離する液体サイクロンと、
前記液体サイクロンの溢流上昇管より流出した汚泥又は分離水を、前記晶析リアクタに返送する返送管Ｃを設けた
ことを特徴とする結晶の分離装置。
【００２４】
４．前記液体サイクロンの溢流上昇管より流出した汚泥又は分離水を、前記液体サイクロンの汚泥又は分離水の投入部に返送する返送管Ａを設けた
ことを特徴とする上記第３項に記載の結晶の分離装置。
【００２５】
５．前記液体サイクロンで分離した結晶の一部又は全量を晶析リアクタに返送する返送管Ｂを設けた
ことを特徴とする上記第３項又は第４項に記載の結晶の分離装置。
【００２６】
６．前記晶析リアクタの底部に析出した結晶を系外に引抜く引抜き管を設け、
前記晶析リアクタに供給する前記汚泥又は原水の供給量をＱ１、
前記晶析リアクタに添加する薬品量をＱ２、
前記液体サイクロンで分離した結晶を晶析リアクタに返送する返送量をＱ３、
該引抜き管より結晶を引抜く量をＱ４、
とした場合に、Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＜Ｑ４である
ことを特徴とする上記第２項乃至第５項のいずれかに記載の結晶の分離装置。
【００２７】
７．晶析リアクタは、底部平断面の面積が上端平断面の面積より小さいことを特徴とする上記第２項乃至第６項のいずれかに記載の結晶の分離装置。
【００２８】
８．前記液体サイクロンで分離又は濃縮した結晶を回収する回収管を、前記液体サイクロンの底部に接続したことを特徴とする上記第１項乃至第７項のいずれかに記載の結晶の分離装置。
【００２９】
９．液体サイクロンを洗浄する洗浄管を前記返送管Ｃ又は前記回収管に接続したことを特徴とする上記第２項乃至第８項に記載の結晶の分離装置。
【００３０】
１０．汚泥、又は汚泥の濃縮又は脱水処理による分離水からそれに含まれる結晶を分離する装置において、
前記汚泥又は分離水に薬品を添加することによって結晶を析出させる晶析リアクタと、
前記晶析リアクタで処理した汚泥又は分離水を投入し、結晶を分離する液体サイクロンを並列に複数設け、
さらに、前記液体サイクロンで分離又は濃縮した結晶の一部又は全量を、晶析リアクタに返送する返送管Ｂを設けた、
ことを特徴とする結晶の分離装置。
【００３１】
１１．前記晶析リアクタに汚泥又は分離水を導入する配管に、汚泥又は分離水の流量を測定する流量計を設置し、
前記流量計の測定値と、予め設定された流量範囲と、前記液体サイクロンの稼働台数の関係とから稼動させる液体サイクロンの台数を決定する手段を有する
ことを特徴とする上記第１０項に記載の結晶の分離装置。
【００３２】
１２．前記晶析リアクタ内に汚泥濃度計を設置し、
前記汚泥濃度計の検出値に応じて前記液体サイクロンの稼動台数を決定する手段を有する
ことを特徴とする上記第１０項に記載の結晶の分離装置。
【００３３】
１３．
前記晶析リアクタ及び前記液体サイクロンにより処理した汚泥又は分離水のリン濃度及びｐＨ値をモニタリングする手段と、
前記モニタリング手段により測定したリン濃度及びｐＨ値に基づいて過飽和度比を演算する手段と、
前記過飽和度比に応じてマグネシウムの添加量及び液体サイクロンの稼働台数を決定する手段とを有する
ことを特徴とする上記第１０項に記載の結晶の分離装置。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一形態に係る処理フロー図である。
【図２】本発明の一形態に係る処理フロー図である。
【図３】本発明の一形態に係る処理フロー図である。
【図４】本発明の一形態に係る処理フロー図である。
【図５】本発明の一形態に係る処理フロー図である。
【図６】本発明の一形態に係る処理フロー図である。
【図７】本発明の一形態に係る処理フロー図である。
【図８】本発明の一形態に係る処理フロー図である。
【図９】本発明の一形態に係る処理フロー図である。
【図１０】本発明の一形態に係る処理フロー図である。
【図１１】晶析リアクタ内のＭＡＰ量とリン回収率の関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の一形態に係る処理フロー図である。
【図１３】本発明の一形態に係る処理フロー図である。
【図１４】本発明の一形態に係る処理フロー図である。
【図１５】本発明の一形態に係る処理フロー図である。
【図１６】本発明の一形態に係る処理フロー図である。
【図１７】本発明の一形態に係る処理フロー図である。
【図１８】本発明の一形態に係る処理フロー図である。
【図１９】実施例３で求めた液体サイクロンでの汚泥の循環比と循環後のＭＡＰ濃度との関係を示すグラフである。
【図２０】比較例１で用いた装置のフロー図である。
【図２１】比較例２で用いた装置のフロー図である。
【図２２】実施例４で用いた装置のフロー図である。
【図２３】実施例５で用いた装置のフロー図である。
【図２４】比較例３で用いた装置のフロー図である。
【図２５】比較例４で用いた装置のフロー図である。
【図２６】実施例６で用いた装置のフロー図である。
【図２７】実施例７で用いた装置のフロー図である。
【図２８】実施例８で用いた装置のフロー図である。
【図２９】実施例９で用いた装置のフロー図である。
【図３０】実施例１０で用いた装置のフロー図である。
【図３１】実施例１１で用いた装置のフロー図である。
【図３２】比較例５で用いた装置のフロー図である。
【図３３】実施例１４で用いた装置のフロー図である。
【図３４】比較例６で用いた装置のフロー図である。
【図３５】比較例７で用いた装置のフロー図である。
【図３６】実施例１６における比較フローのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の各種形態を、図面を参照にして詳細に説明する。但し、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。上記したように、本発明は、各種排水からの様々な結晶の分離回収に適用することができるが、以下においては、主として、嫌気性消化汚泥などからのＭＡＰ結晶の分離回収を行う場合を例に説明する。
【００３６】
なお、図面において、同一機能を有する構成要素は同一の符号を付けて説明する場合がある。また、同一機能を有する構成要素に関しては適宜その説明を省略する場合がある。それぞれの図面のフローに関して説明する各構成要素に関する技術的事項は、他の図面のフローにおける同じ構成要素についても適用することができる。
【００３７】
本発明で処理するＭＡＰを含む汚泥としては、し尿、浄化槽汚泥、下水汚泥、農業汚泥、家畜ふん尿、生ごみ、食品廃棄物などが挙げられ、大体は液体状のスラリとなっているか、あるいは固体状でも水分がかなり多いものである。その処理を円滑に行わせるには、それ自体がスラリ状でないものは、排水などを投入してスラリ状として処理することが好ましい。また、それらの汚泥を濃縮或いは脱水した分離水にも適用できる。以下、ＭＡＰを含む汚泥として、下水の余剰汚泥を嫌気性消化した汚泥を採用した場合を例に説明する。
【００３８】
図１は、嫌気性消化汚泥を原汚泥１とし、液体サイクロン２を用いて、汚泥１中のＭＡＰ３を濃縮しつつ微粒子の排出管４より排出させ、該ＭＡＰ３を除去した汚泥を汚泥の排出管（溢流上昇管ともいう）５より溢流させる処理フローである。
【００３９】
図１に示す液体サイクロン２は、下部構造が逆円錐形となっており、側部に液体サイクロン流入管６（投入管ともいう）、下部に微粒子の排出管４、上部に溢流上昇管５が設けられている。液体サイクロン２では、ポンプの圧送によって、ＭＡＰ３を含有した消化汚泥１が液体サイクロン流入管６を通して通泥され、液体サイクロン２内部の逆円錐形の壁面を旋回流を起こしながら下降し、消化汚泥より比重の重いＭＡＰ３を含む微粒子が、遠心力の働きでより下方の壁面側に集められて濃縮される。濃縮された微粒子は、微粒子排出管４から連続的に或いは間欠的に抜き出される。また、ＭＡＰ３を含む微粒子が除去された汚泥（処理汚泥）８は、溢流上昇管５より取り出され、排出される。
【００４０】
微粒子の排出管４の管径と、溢流上昇管（汚泥排出管）５の管径は変えることができ、両者を変えることで、流量や粒径分布を変化させることができる。
【００４１】
本発明では、液体サイクロン２の汚泥の排出管を流出した汚泥を、処理汚泥の返送管７（返送管Ａ）を経て液体サイクロン流入管６に返送する。返送量は、原汚泥１の投入量に比べ、任意の比率で返送することができるが、液体サイクロンに投入するＭＡＰ濃度が所定の濃度以下となるように、返送量を決めることが望ましく、その設定値は、液体サイクロン２の大きさや、汚泥の排出管径、微粒子の排出管径によって変えるのがよい。特に、微粒子の排出管の断面積あたりの微粒子の排出速度（ｋｇ／ｍｍ2／ｈｒ）は、液体サイクロンが閉塞するか否かを決める極めて重要な因子であり、ある排出速度以上となると閉塞する。２インチサイクロンの場合は、投入圧やサイクロン形状などによっても異なるが概ね１０ｋｇ／ｍｍ2／ｈｒ以上で閉塞するので、５ｋｇ／ｍｍ2／ｈｒ以下、好ましくは２ｋｇ／ｍｍ2／ｈｒ以下となるように、サイクロン流入管中のＭＡＰを含む微粒子の濃度を低下させる。
【００４２】
処理汚泥の返送量は、後述の実施例３で示すように、原汚泥１の投入量に比べて０．１倍以上とするのが好ましく、上限は特に設けないが、好ましくは経済的な循環比を考慮して５０倍以下とするのが好ましい。
【００４３】
汚泥の流出管５から流出した汚泥は、一時的に貯留槽（図示省略）に貯留した後、サイクロンの流入管６に返送しても良いし、貯留槽を経由せず返送してもよい。残りの汚泥は処理汚泥８として回収され、適宜脱水工程などにかけられる。
【００４４】
このようにして、液体サイクロンの溢流上昇管より流出した処理汚泥を、サイクロン流入管に返送することで、サイクロン流入管中のＭＡＰを含む微粒子の濃度が低下して、サイクロンの閉塞を防止することができる。また、サイクロン流入管中のＭＡＰを含む微粒子の濃度が低下することで、溢流上昇管より排出される汚泥中のＭＡＰ濃度も低下することで、ＭＡＰ回収率が上昇する。
【００４５】
図２は、本発明の他の形態であり、晶析リアクタ９と液体サイクロン２からなる処理フローからなるものである。
【００４６】
晶析リアクタ９では、嫌気性消化槽から抜き出した消化汚泥や消化脱離液１に対し、晶析用の薬品としてマグネシウム化合物１０を添加することで、液中に溶解しているＰＯ4−Ｐと反応させて、ＭＡＰを析出させる。このとき、曝気処理や減圧処理などを併用すると、脱炭酸してｐＨが上昇し、より効率的にＭＡＰを析出させることができる。無論、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム等の薬品を添加してｐＨを上昇させてもよい。添加するマグネシウム化合物１０としては、塩化マグネシウムのほか、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、海水等を使用することができる。マグネシウムの添加量は、消化汚泥中の溶解性のオルトリン酸濃度に対し、モル比で０．１〜１０、好ましくは０．５〜３．０、より好ましくは０．８〜１．２がよい。反応におけるｐＨは、７．０〜１１．０、好ましくは７．５〜８．５がよい。
【００４７】
更に、効率的にＭＡＰを生成させるためには、晶析リアクタ９に種晶を添加しておくと好ましい。種晶としては、晶析リアクタ９で析出したＭＡＰ、或いは別のリアクタで析出したＭＡＰを用いることができ、更には、消化槽で自然発生的に析出したＭＡＰを用いることもできる。
【００４８】
また、液体サイクロン２で回収したＭＡＰ３を含む微粒子等を用いることもできる。この場合、液体サイクロン２で分離回収した微粒子を、返送管１１（返送管Ｂ）によって晶析リアクタ９に返送することができる。更に、分離工程途中の分離水や、流出水等にＭＡＰが含まれている場合は、これらを用いてもよい。
【００４９】
このほか、リン鉱石やドロマイト、骨炭、活性炭、けい砂、珪酸カルシウム等の粉末或いは粒状物を用いることができる。種晶の粒径は任意でよいが、好ましくは０．０５〜３．０ｍｍ、より好ましくは０．１〜０．５ｍｍがよい。種晶の表面で新たなＭＡＰを析出させることで、後段の液体サイクロン２での消化汚泥とＭＡＰ３の分離が良好になる。種晶の表面で析出させるには、種晶の充填量がきわめて重要である。充填量は、リンの投入量と、種晶粒径を考慮し、種晶の表面積当たりのリン投入量（以下リン表面積負荷という）が、１００ｇ−Ｐ／ｍ2／ｄ以下、好ましくは３０ｇ−Ｐ／ｍ2／ｄ以下、より好ましくは１０ｇ−Ｐ／ｍ2／ｄ以下とするのがよい。即ち、同一の粒径に対しては、リアクタ９内に高濃度のＭＡＰを維持すると、リアクタ容積を小さくすることが可能となり、イニシャルコストの低減を図ることができる。
【００５０】
ここで、晶析工程におけるリアクタ９の形式は、とくに限定されることなく、機械式の撹拌装置を備えた完全混合型のリアクタ、ポンプを用いた噴流式撹拌リアクタ、種晶を高密度に充填した流動層型のリアクタ、ドラフトチューブを備えた内部循環型のリアクタ、外部循環型のリアクタ等を用いることができる。
【００５１】
晶析工程で析出させたＭＡＰは、晶析リアクタ９の底部から引き抜き、液体サイクロン流入管６によって前述した液体サイクロン２に投入して液体サイクロン２で分離回収する。ここでも、液体サイクロン２の溢流上昇管５から流出した汚泥を、返送管７（返送管Ａ）によって液体サイクロン流入管６に返送する。このように、晶析工程で高濃度に維持したＭＡＰ濃度を、処理汚泥８で希釈することで、サイクロン２の閉塞を防止することができ、高いＭＡＰ回収率で安定した処理性能を得ることが可能となる。なお、図２において、１０はＭｇ化合物である。ＭＡＰを生成させるＭｇ化合物は、晶析リアクタ内に添加するので、ＭＡＰ生成は晶析リアクタ９で起こる。液体サイクロン２ヘの汚泥の投入は連続的に行っても、間欠的に行っても良い。
【００５２】
図３は、本発明の更に別の形態の一例のフロー図であり、汚泥１を液体サイクロン２に投入する前段で、し渣除去装置１１を設けている。従来は、し渣の分離工程がないために、後段の液体サイクロン２で、し渣等による閉塞の問題があった。そのため、長期安定処理が課題としてあった。本発明では、し渣を除去することで、液体サイクロンを用いたＭＡＰ粒子の分離の安定性を飛躍的に向上させることができる。更に、し渣を予め分離することで、純度の高いＭＡＰを得ることができる。また、し渣除去装置１１は、液体サイクロン流入管６の途中に取り付けることもできる。
【００５３】
除去したし渣は、系外に排出してもよいし、処理汚泥８の脱水工程に投入してもよい。後者の場合、脱水性能が向上するので好ましい。
【００５４】
晶析工程とし渣の分離工程の順序は問わない。晶析工程の後にし渣の分離工程でもよいし、し渣の分離工程の後に晶析工程でもよい。
【００５５】
し渣の分離方法としては、遠心沈降機、重力分離を利用した沈降分離槽などがあり、粒子径の違いを利用した微粒子の分離方法としては、振動ふるい、ドラムスクリン、ろ過層や分級層型分離層などがある。
【００５６】
本発明の更に他の形態を図４〜図６に示す。
【００５７】
図４は、攪拌装置を備えた晶析リアクタ９と液体サイクロン２と循環水槽５５とから構成される処理フローである。
【００５８】
晶析リアクタ９では、粒子と液の混合をよくするため、粒子の良好な流動状態を保つために攪拌を行うことが好ましい。攪拌方式は、原動機付きの機械的な攪拌装置を用いてもよいし、エアを供給することで攪拌をおこなってもよい。
【００５９】
晶析リアクタ９には、原水１の供給管、薬品１０の供給管、リアクタと下部が連通している返送管５１、リアクタ内の汚泥や粒子を引抜く引抜管５２、液体サイクロンの微粒子排出管５３が接続されており、返送管５１には循環水流出管５４が接続されている。原水の汚泥中には、りん酸イオンが１００〜６００ｍｇ／Ｌ、アンモニア性窒素が５０〜３０００ｍｇ／Ｌ含まれている。薬品１０としては、ＭＡＰを生成するためのマグネシウム源を供給する。マグネシウム源としては、塩化マグネシウムや水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムなどを採用することができる。
【００６０】
晶析リアクタ９は、底部平断面の面積が上端平断面の面積よりも小さな構造であることが好ましい。また、上端から下方の所定位置までの平断面が同じ形状で且つ同じ断面積であり、該所定位置から下方はその断面が徐々に縮小するような形状であることが好ましい。例えば、図４に示すように底部が逆円錐形の形状が好ましい。逆円錐形の角度は、水平に対して４５°以上、好ましくは６０°以上とすることが好ましい。このように角度を設けることで、晶析リアクタ９内で沈降したＭＡＰ粒子がリアクタ底部の一点に集中するような構造とすることが好ましい。更に、粒子の引抜管５２は沈降した粒子が集中する付近に接続することが好ましい。この効果として、堆積物による閉塞を防止することができる。
【００６１】
液体サイクロン２の微粒子排出管５３は、サイクロン２で濃縮したＭＡＰ粒子をサイクロン２の底部から排出して晶析リアクタ９に返送するものである。液体サイクロン２で濃縮したＭＡＰ粒子を晶析リアクタ９に返送することで、リアクタ内のＭＡＰ粒子濃度を高めることができ、その結果ＭＡＰ粒子表面積を大きく維持することが可能となる。晶析反応は粒子の核化現象と成長現象からなるが、粒子表面積が大きいほど、核化現象よりも成長現象が優先されるので固液分離が容易となり好ましい。また、液体サイクロン２の底部或いは微粒子排出管５３に、濃縮されたＭＡＰ粒子を回収する回収管５６を接続することができる。
【００６２】
図４に示す形態の重要な構成要件は、晶析リアクタ９に返送管５１を設置したことにある。返送管５１は、液体サイクロン２の溢流上昇管５と、循環水流入管５４とに接続されており、さらに晶析リアクタ９と底部で連通している。液体サイクロン２においてＭＡＰ粒子が除去された汚泥は溢流上昇管５を通って、全量返送管５１に供給される。返送管５１はリアクタ９の水面と同じ水位を保っており、返送された汚泥の一部はリアクタ９に返送され、残りは循環水流入管５１を通して循環水槽５５に供給される。
【００６３】
液体サイクロンへの投入流量は採用するサイクロンの大きさによって概ね決まり、２インチサイクロンで約４ｍ3／ｈｒ、４インチサイクロンで約２０ｍ3／ｈｒとなる。実際の投入流量が所定流量よりも大きいか又は小さいと処理性能が異なる。従来の晶析リアクタは、返送管５１がないので、原水１の供給量と、液体サイクロンアンダー流量（リアクタ底部の微粒子排出管５３の流量）と、薬品１０の供給量との合計と、引抜管５２からの引抜量を一致させることが困難で、リアクタ９における水面の上昇や低下の原因となっていた。そのためレベル計などを設置して水位を制御する必要があった。図４に示す形態では、晶析リアクタ９に返送管５１を設置することで、上記の問題を解決することができる。即ち、返送管５１をリアクタ９と連通させて液体サイクロン２の溢流上昇管５から排出される汚泥を返送管５１を介してリアクタ９に返送すること、また原水供給量と薬品供給量の相当量の汚泥を常時返送管５１よりオーバーフローさせることで、リアクタ９の水面を一定に保つことができる。そのためレベル計の設置を省略できるほか、サイクロンへの連続投入が可能となり、また水位が安定することで処理が安定する効果を奏する。
【００６４】
返送管５１よりオーバーフローした汚泥は循環水流入管５４によって循環水槽５５に導かれ、一部がオーバーフローして処理汚泥８として取り出され、残りが液体サイクロン流入管６によって液体サイクロン２に投入される。
【００６５】
リアクタ９内のＭＡＰ粒子は、引抜管５２より所定の流量で引抜き、液体サイクロン流入管６より液体サイクロン２に投入する。ここで重要な構成要件は、引抜管５２と液体サイクロンの流入管６を接続することで、引抜管５２内の粒子濃度を循環水槽５５からの循環水（汚泥）で希釈した後サイクロンに投入することである。液体サイクロンへ投入するＭＡＰ粒子の濃度は、液体サイクロンの処理性能を左右する重要な操作因子であり、処理水の粒子濃度の低下、サイクロンアンダ（サイクロン底部）の閉塞防止のため、濃度が低いほど好ましい。
【００６６】
更に、晶析リアクタ９に供給する原水の供給量をＱ１、晶析リアクタ９に供給する薬品の供給量をＱ２、液体サイクロン２で分離したＭＡＰ結晶を晶析リアクタ９に返送する返送量をＱ３、晶析リアクタ９の引抜管５２から引き抜くＭＡＰ結晶粒子の引抜量をＱ４とした場合、これらの関係を、
Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＜Ｑ４
に保つことが好ましい。この関係を保つことで、返送管５１を通る返送水量Ｑ５の流れ方向を、晶析リアクタ９に向かう方向に維持することができ、晶析リアクタ９内のＭＡＰ粒子が循環水流出管を通して流出することを防ぐことができる。
【００６７】
リアクタ内のｐＨや水温、汚泥濃度が変動する場合は、ｐＨ計５７や水温計、汚泥濃度計などを設置して、計測値に応じてｐＨ調整剤を添加したり、加温冷却操作や、汚泥の濃度調整をおこなうことが好ましい。
【００６８】
液体サイクロン２は、下部構造が逆円錐形となっている形状が好ましい。液体サイクロン２には、液体サイクロン流入管６、粒子の微粒子排出管５３、溢流上昇管（汚泥の排出管）５が接続されている。液体サイクロン２では、ポンプの圧送によってＭＡＰ粒子を含有した汚泥がサイクロン流入管６より投入され、逆円錐形の壁面を旋回流を起こしながら下降し、汚泥より比重の重いＭＡＰを含む粒子が、遠心力の働きでより下方の壁面側に集められて濃縮される。濃縮された微粒子は、微粒子排出管５３によって連続的に或いは間欠的にリアクタに返送する。また、適宜回収管５６によって回収してもよい。
【００６９】
液体サイクロン流入管６内の粒子の濃度は、液体サイクロン２の処理性能を左右する重要な操作因子であり、処理水の粒子濃度の低下、サイクロンアンダの閉塞防止のため、濃度が低い程好ましい。どの程度まで、粒子濃度を低下させればよいかは、サイクロンの濃縮性能にもよって異なるが、概ね数十ｇ／Ｌが好ましい。
【００７０】
溢流上昇管５からは、前述したようにＭＡＰ粒子が除去された汚泥が流出する。溢流上昇管５は晶析リアクタ９の返送管５１に接続されており、ＭＡＰ微粒子が除去された汚泥は全量返送管５１に供給される。
【００７１】
液体サイクロン２において、微粒子排出管の管径と、汚泥の排出管の管径は変えることができ、両者を変えることで、流量や粒径分布を変化させることができる。
【００７２】
循環水槽５５には、晶析リアクタ９の返送管５１に接続した循環水流入管５４と、液体サイクロンへの流入管６、及び処理水（汚泥）８の流出管が接続されている。循環水流入管５４を通して流入した汚泥の一部８が、処理水流出管にオーバーフローする。循環水槽５５は、循環水（処理水と同じ性状）を一時的に貯留する槽であり、任意の大きさにすることができる。無論、攪拌装置を設置して均一になるように混合してもよい。
【００７３】
なお、汚泥１の供給管及び／又は晶析リアクタ９の底部に接続した引抜管５２にし渣除去装置を配置することができる。し渣を除去することで、液体サイクロン２を用いたＭＡＰ粒子の分離の安定性を飛躍的に向上させることができる。更に、し渣を予め分離することで、純度の高いＭＡＰを得ることができる。
【００７４】
図５に示す例は、返送管５１の上部に循環水槽５５を直接設置した例である。このようにすることで、図４の形態と比較して循環水流入管５４を省略することができる。
【００７５】
なお、図６に示すように、晶析リアクタ９の逆円錐形部分の更に底部を円柱状などの形状にして、引抜管５２を円柱状の部分に接続してもよい。
【００７６】
図４〜図６に示すように、液体サイクロン２で濃縮したＭＡＰ粒子を回収する粒子の回収管５６を液体サイクロン２の底部或いは微粒子排出管５３に接続することができる。通常、晶析反応の進行と共に晶析リアクタ９内のＭＡＰ粒子濃度が増加していくので、適時ＭＡＰ粒子を液体サイクロン２から抜出すことで、晶析リアクタ９内のＭＡＰ粒子濃度を一定濃度に維持することができる。液体サイクロン２で濃縮されたＭＡＰ粒子は、微粒子排出管５３を通して晶析リアクタ９に返送されるので、回収管５６を微粒子排出管５３に接続して、濃縮ＭＡＰ粒子の一部を回収管５６を通して外部に抜出すことができる。濃縮ＭＡＰ粒子は、例えばバルブの切り替えによって排出するとよい。バルブの切り替えは、定時的なタイマー設定による切り替えでも良いし、晶析リアクタ９内の粒子濃度を検出して、検出値に応じて切り替えても良い。
【００７７】
回収したＭＡＰ粒子は洗浄したり、水切りしたり、乾燥するなどして、粒子の再利用用途に応じた処理を行うことができる。
【００７８】
また、液体サイクロンを洗浄する洗浄水を供給する洗浄管（図示せず）を微粒子排出管５３或いは回収管５６に接続することができる。通常、液体サイクロン２のアンダ（底部）が閉塞しないように、予め粗大粒子を除去したり、液体サイクロン２へ投入する粒子濃度を低下させるなどするが、それでもなお、場合によっては閉塞することがある。この場合、洗浄水をサイクロンアンダ（底部）から上向流で通水し、粒子をサイクロン本体側へ押し出すようにするとよい。洗浄水を供給する場合、微粒子排出管と回収管はバルブなどで閉じておくとよい。
【００７９】
本発明の更に他の形態では、液体サイクロンを複数台並列に接続することで、、晶析リアクタを小型化し、液体サイクロンが閉塞することなく、晶析リアクタ内のＭＡＰ粒子濃度を高濃度に維持して安定した処理を可能とする処理システムが提供される。かかる形態の例を図７〜図１０に示す。
【００８０】
図７は、晶析リアクタ９を用いて原汚泥１中に溶解しているリンを結晶化すると共に、液体サイクロン２を用いて、汚泥中のＭＡＰを濃縮しつつ微粒子の排出管５３より排出させ、ＭＡＰを除去した汚泥８を汚泥の排出管（溢流上昇管）より溢流させる処理フローである。
【００８１】
原汚泥１は、し渣除去装置（或いは夾雑物除去装置ともいう）によって予めし渣等の夾雑物を除去することが好ましい。し渣除去装置としては、遠心沈降機、重力分離を利用した沈降分離槽などがあり、粒子径の違いを利用した微粒子の分離方法としては、振動ふるい、バースクリーン、ドラムスクリン、ろ過層や分級層型分離層などや、それらの装置原理を組み合わせた装置がある。晶析リアクタ９及び／又は液体サイクロン２の前段に、し渣除去装置を設置することで、晶析リアクタ９における攪拌装置への夾雑物の絡まり、液体サイクロン２における閉塞を防止することができ、処理の安定化と、清掃メンテナンス頻度を減少させることができる。更に、し渣を予め分離することで、純度の高いＭＡＰを得ることができる。なお、し渣除去装置は、晶析リアクタ９の底部に接続した液体サイクロン流入管６に配置してもよい。
【００８２】
晶析リアクタ９には、原汚泥１の供給管、マグネシウム１０の供給管、液体サイクロン２の微粒子排出管５３、汚泥排出管（溢流上昇管）５が接続され、場合によっては、更にｐＨ計やｐＨ調整剤の供給管を設置する。リアクタの形式は、とくに限定されることなく、機械式の攪拌装置を備えた完全混合型のリアクタ、ポンプを用いて噴流式攪拌リアクタ、種晶を高密度に充填した流動層型のリアクタ、ドラフトチューブを備えた内部循環型のリアクタ、外部循環型のリアクタ、等を用いることができる。
【００８３】
汚泥を対象とする場合は、強いせん断力を与えることが可能な機械的な攪拌装置を備えた完全混合型のリアクタを用いるのがよい。
【００８４】
晶析リアクタ９では、汚泥や、汚泥の濃縮又は脱水処理による分離水１に対し、マグネシウム化合物１０を添加することで、ＭＡＰを析出させる。このとき、曝気処理や減圧処理などを併用すると、脱炭酸してｐＨが上昇し、より効率的にＭＡＰを析出させることができる。無論、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム等の薬品を添加してｐＨを上昇させてもよい。添加するマグネシウム化合物としては、塩化マグネシウムのほか、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、海水等を使用することができる。マグネシウムの添加量は、消化汚泥中の溶解性のオルトリン酸濃度に対し、モル比で０．１〜１０、好ましくは０．５〜３．０、もっと好ましくは０．８〜１．２がよい。反応におけるｐＨは、７．０〜１１．０、好ましくは７．５〜８．５がよい。
【００８５】
更に、効率的にＭＡＰを生成させるために、晶析リアクタ９に種晶を添加しておくとよい。種晶は、消化槽で自然発生的に析出したＭＡＰや、晶析リアクタ９で析出したＭＡＰ、液体サイクロン２で濃縮したＭＡＰ、別の晶析リアクターで析出したＭＡＰなどを用いることができる。
【００８６】
このほか、リン鉱石やドロマイト、骨炭、活性炭、けい砂、珪酸カルシウム等の粉末或いは粒状物を用いることができる。種晶の粒径は任意でよいが、好ましくは０．０５〜３．０ｍｍ、もっと好ましくは０．１〜０．５ｍｍがよい。種晶の表面で新たなＭＡＰを析出させることで、後段の分離工程での消化汚泥とＭＡＰの分離が良好になる。種晶の表面で析出させるには、種晶の充填量がきわめて重要である。
【００８７】
図１１に、晶析リアクタ内のＭＡＰ量とリン回収率の関係を示した。図１１より、ＭＡＰ充填量が多いほど回収率が増加する傾向があり、リアクタ内に充填するＭＡＰ量は少なくとも１０ｇ／Ｌ以上とすることで、３０％以上のリンを回収することが可能である。
【００８８】
また、種晶の表面積当たりのリン投入量（以下リン表面積負荷という）は、１００ｇ−Ｐ／ｍ2／ｄ以下、好ましくは３０ｇ−Ｐ／ｍ2／ｄ以下、もっと好ましくは１０ｇ−Ｐ／ｍ2／ｄ以下とするのがよい。
【００８９】
晶析リアクタ内のＭＡＰ濃度は、原汚泥の供給量とそれに含有されているＭＡＰ濃度、液体サイクロンで濃縮し晶析リアクタに返送されるＭＡＰ量と濃度、及びリアクタ内での晶析量できまる。前述のように、リアクタ内のＭＡＰ濃度を高めて結晶表面積を大きくすることが重要であるが、原汚泥中のＭＡＰ濃度は、液体サイクロンで濃縮したＭＡＰ濃度に比べ、１／１０〜１／５００程度なので、液体サイクロンで濃縮したＭＡＰ濃度は、原汚泥によって希釈される。その結果、原汚泥量が多いほど、リアクタ内のＭＡＰ濃度を高濃度に維持することが困難であった。
【００９０】
そこで、図７〜図１０に示す形態では、液体サイクロン２を複数台並列に設置し、各液体サイクロンは独立した制御が可能とする。また、各液体サイクロン２で濃縮したＭＡＰは、全量または一部を微粒子排出管５３で晶析リアクタ９に返送する。このような構成を採用することにより、晶析リアクタ９内のＭＡＰ濃度を所望の濃度に維持することが可能となるばかりか、液体サイクロン２で濃縮されたＭＡＰの返送量が多くなることから、晶析リアクタ９内のＭＡＰ濃度を高濃度に維持することが可能となる。その結果、晶析リアクタ９の小型化に大きく貢献する。
【００９１】
液体サイクロン２の設置台数は２台以上の任意とすることができる。液体サイクロンの濃縮流量と濃縮ＭＡＰ濃度及び、所望の晶析リアクタ内ＭＡＰ濃度を考慮して決めることができる。
【００９２】
また、図７〜図１０に示す形態においても、上述の図４等で示されるように液体サイクロン２の底部又は微粒子排出管５３に回収管５６を接続して、液体サイクロンで濃縮したＭＡＰの一部を抜出すことで、リアクタ内のＭＡＰ濃度を調整することができる。濃縮ＭＡＰ粒子は、間欠的に抜出しても、連続的に抜出してもよく、特定のサイクロンから抜出しても、各サイクロンから順番に抜出してもよく、或いは全サイクロンから同時に抜出してもよい。抜出したＭＡＰは、肥料や無機薬品、化学原料等として有効利用することができる。
【００９３】
なお、液体サイクロンの溢流上昇管５より流出した微粒子を回収した後の汚泥８の一部をサイクロンの流入管６に返送してもよい。この場合、中継槽を経由すると良い
液体サイクロンを複数台並列に設置した場合、例えば、図８に示すように、液体サイクロンの稼働台数を、原水流量に応じて制御することができる。具体的には、原汚泥１の供給管に流量計７１を設置して晶析リアクタ９への原汚泥の流入量をモニタリングして、予め設定された流量範囲と液体サイクロン２の稼働台数の関係から、各液体サイクロン２の流入部に設置されたポンプの稼動台数を決めることにより液体サイクロン２の稼働台数を決定することができる。このようにすることで、原汚泥の流入量の変動があった場合でも、晶析リアクタ９内を所望のＭＡＰ濃度に維持することが可能となる。
【００９４】
また、図９に示すように液体サイクロン２の稼働台数を、晶析リアクタ内のＭＡＰ濃度に応じて制御することができる。晶析リアクタ９内のＭＡＰ濃度の測定は、透過光散乱光方式、レーザー光拡散方式、超音波式、マイクロ波式、近赤外光式などの濃度計７３を用いて行うことができる。なお、ＭＡＰ濃度は有機物濃度と合わせて測定される場合もあるが、晶析リアクタ９内の有機物濃度に変動が少ないことを利用し、検量線を作成してＭＡＰ濃度を算出することもできる。
【００９５】
更に、図１０に示すように、晶析リアクタ及び液体サイクロンで処理した汚泥又は分離水、即ち液体サイクロン２の溢流上昇管５から流出する汚泥又は分離水８のリン濃度及びｐＨをリン濃度計７４及びｐＨ計７５でモニタリングして、その測定データに基づいて過飽和度比を演算すると共に、過飽和度比に応じてマグネシウムの添加量及び液体サイクロンの稼動台数を制御することができる。
【００９６】
ＰＨとリン濃度の測定は任意の分析機器を用いることができ、連続的にモニタリングしても、一定期間ごとにモニタリングしても良い。リンは、溶解性のリンのみならず、汚泥や粒子を溶解させたトータルリンを測定することが望ましい。
【００９７】
モニタリングによって得られたｐＨ及びりん濃度を用いて演算装置で過飽和度比を演算する。演算装置としては、パーソナルコンピュータなどが代表的であり、入力装置や表示装置等も含む。
【００９８】
以下、過飽和度比について説明する。過飽和度比は以下のようにして演算される。
【００９９】
過飽和度比＝［Ｍｇ2+］［ＮＨ3+］［ＰＯ43-］／ＳＰ・・・（１）
ここで、ＳＰはＭＡＰの溶解度積を示し、１０-12.6（一般水質化学；共立出版株式会社）である。［Ｍｇ2+］、［ＮＨ3+］は各イオンのモル濃度を示し、ｐＨによって濃度が変化するので、過飽和度比を演算する未知数は４つとなる。他の過飽和度の表し方としては、
過飽和度＝（［Ｍｇ2+］［ＮＨ3+］［ＰＯ43-］）(1/3)／ＳＰ(1/3)・・・（２）
や、
過飽和度＝［Ｍｇ2+］［ＮＨ3+］［ＰＯ43-］―ＳＰ・・・（３）
などがあり、いずれも、溶解度積からのずれを指標としている。ここでは式（１）の過飽和度比を指標として演算を行う。
【０１００】
式（１）で、過飽和度比が１の場合は、汚泥又は液中が平衡状態にあることを示し、局所的に結晶化と溶解が繰り返されているとしても、全体的としてみれば、結晶化は進まない状態である。過飽和度比が１以上の場合は過飽和状態を示し、イオン積以上の濃度分が結晶化して、ＭＡＰスケールが生成する領域である。ＭＡＰスケールは、平衡状態となるまで生成し、過飽和度比が高ければ高いほどＭＡＰスケール量が多くなる。過飽和度比が１以下の場合は、未飽和状態を示し、ＭＡＰスケールは生成しない領域である。
【０１０１】
下水汚泥の嫌気性消化汚泥中のアンモニウムイオン濃度は、地域性や処理方式によっても異なるが概ね５００〜３０００ｍｇ／Ｌの間で一定の値となっている。
【０１０２】
マグネシウム濃度もリン濃度と同様に測定することが望ましいが、薬品としてＭｇ／Ｐ＝１．０となるように添加しているので、残存するＭｇ濃度は推定でき１０〜１００ｍｇ／Ｌである。
【０１０３】
上記のようにして算出した過飽和度比は低いほどＭＡＰのスケールが生成しにくく、３０以下、好ましくは１０以下、もっと好ましくは５以下とするのがよい。
【０１０４】
このようにして算出した過飽和度比によって、液体サイクロンの稼動台数を制御することができる。前述したように、晶析リアクタ内のＭＡＰ濃度が低くなると、ＭＡＰの回収率が低下することから、処理汚泥８の過飽和度比が高くなる。この場合、液体サイクロンの稼動台数を増加させて、晶析リアクタ内のＭＡＰ濃度を高めると、処理汚泥中のリン濃度が低くなり、過飽和度比が低下し、スケールの生成を最小限に抑えることができる。
【０１０５】
また、過飽和度比を算出することで晶析リアクタにおけるマグネシウムの添加量を制御することができる。すなわち、溶解性のリン濃度を測定することで過飽和度比を算出した場合、過飽和度比が高いとリン濃度が高いので、マグネシウムの添加量を増大させてリン濃度を低下させることができる。
【０１０６】
なお、図７〜図１０においては図示されていないが、図２〜図６の構成のフローにおいて説明したように、液体サイクロン２の溢流上昇管５から流出するＭＡＰ粒子が除去された処理汚泥を液体サイクロン２の流入管６に返送してもよいし、また、液体サイクロン２で濃縮された粒子スラリーを適宜取り出して回収してもよい。
【０１０７】
このような複数台の液体サイクロンの設置及びその運転制御は、例えば、図２〜図６に示されるような構成のフロー、或いは後述する図１２〜１７或いは図１８に示す構成のフローにおいても採用することができる。
【０１０８】
更に本発明の他の態様では、有機性廃棄物を嫌気性消化して発生した消化汚泥を処理するにあたって、消化汚泥を脱炭酸する工程又は消化汚泥からＭＡＰを析出させる晶析工程、消化汚泥中のし渣を除去する工程、及び脱炭酸工程又は晶析工程とし渣除去工程を経た消化汚泥からＭＡＰを含む結晶を分離又は濃縮する工程を備えた処理プロセスが提供される。
即ち、本発明の他の形態は以下の通りである。
【０１０９】
１４．有機性廃棄物を嫌気性消化して発生した消化汚泥を処理する装置において、
前記消化汚泥を脱炭酸する装置と、
前記消化汚泥中のし渣を除去する除去装置とを備え、
前記脱炭酸する装置と除去装置とを経た前記消化汚泥からリン酸マグネシウムアンモニウムを含む結晶を分離又は濃縮する装置を備える
ことを特徴とする消化汚泥の処理装置。
【０１１０】
１５．有機性廃棄物を嫌気性消化して発生した消化汚泥を処理する装置において、
前記消化汚泥からリン酸マグネシウムアンモニウムを析出させる晶析リアクタと、
前記消化汚泥中のし渣を除去する除去装置とを備え、
前記晶析リアクタとし渣除去装置とを経た前記消化汚泥からリン酸マグネシウムアンモニウムを含む結晶を分離又は濃縮する装置を備える
ことを特徴とする消化汚泥の処理装置。
【０１１１】
１６．前記し渣除去装置が、穴径が異なる２種類以上のふるい体を装備した湿式振動ふるいであることを特徴とする上記第１４項又は第１５項に記載の消化汚泥の処理装置。
【０１１２】
１７．分離されたリン酸マグネシウムアンモニウムを含む結晶を洗浄する洗浄装置を更に具備することを特徴とする上記第１４項乃至１６項のいずれかに記載の消化汚泥の処理装置。
【０１１３】
更に、本発明の他の一面では、有機性廃棄物を嫌気性消化して発生した消化汚泥を配管輸送する際の配管内のスケールを防止する方法において、前記消化汚泥を、脱炭酸する工程及びし渣を除去する工程で処理した後、該脱炭酸及びし渣を除去した消化汚泥からＭＡＰを含む微粒子を分離し、該微粒子が除去された消化汚泥を配管輸送することを特徴とする配管内のスケールの防止方法が提供される。
【０１１４】
本発明方法において、微粒子が除去された消化汚泥は、ｐＨを低下させる処理及び／又はマグネシウムイオン、リン酸イオン、アンモニウムイオンの内の少なくとも１つの濃度を低下させる処理を行い、その後、該消化汚泥を配管輸送するのがよく、前記嫌気性消化は、有機性廃棄物からリン酸イオンを吐き出させる吐き出し工程と、該吐き出し処理をした有機性廃棄物を濃縮する濃縮工程で処理した後に行うことができ、また、配管輸送する消化汚泥は、マグネシウムイオン濃度が２０ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは５ｍｇ／Ｌ以下であるのがよい。
【０１１５】
また、本発明の他の一面では、有機性廃棄物を嫌気性消化槽で処理して発生した消化汚泥を配管輸送する際の配管内のスケールを防止する装置において、前記消化汚泥を脱炭酸する装置と消化汚泥からし渣を除去する装置とを備え、該脱炭酸する装置とし渣を除去する装置とを経た消化汚泥から、ＭＡＰを含む微粒子を分離する装置を備えることを特徴とする配管内のスケールの防止装置が提供される。
【０１１６】
本発明装置において、微粒子を分離する装置の後段には、微粒子が除去された消化汚泥のｐＨを低下させる薬品添加装置及び／又はマグネシウムイオン、リン酸イオン、アンモニウムイオンの内の少なくとも１つの濃度を低下させる薬品添加装置を備えるのがよく、また、前記嫌気性消化槽の前段には、有機性廃棄物からリン酸イオンを吐き出させる吐き出し手段と、該吐き出し処理をした有機性廃棄物を濃縮する濃縮装置を設置することができる。
【０１１７】
更に本発明の他の一面では、有機性廃棄物を嫌気性消化して発生した消化汚泥を処理する方法において、該消化汚泥を、マグネシウム化合物を添加することでＭＡＰを析出させる晶析工程と、該消化汚泥からし渣を除去するし渣の除去工程とで処理し、前記晶析工程とし渣の除去工程を経た該消化汚泥からＭＡＰを含む微粒子を分離工程で回収し、該微粒子が除去された消化汚泥を脱水工程で脱水することを特徴とする消化汚泥の処理方法が提供される。本発明方法において、分離工程で回収したＭＡＰを含む微粒子、又は、該分離工程内のＭＡＰを含む流出水の一部又は全量を、前記晶析工程に返送することができ、また、前記し渣の除去工程で除去したし渣の一部又は全量を、前記脱水工程に供給することができ、さらに、前記微粒子が除去された消化汚泥は、ｐＨを低下させる処理及び／又はマグネシウムイオン、リン酸イオン、アンモニウムイオンの内の少なくとも１つの濃度を低下させる処理を行った後に、該消化汚泥を前記脱水工程に移送するのがよい。
【０１１８】
更に本発明の他の一面では、有機性廃棄物を嫌気性消化して発生した消化汚泥を処理する装置において、該消化汚泥を処理するＭＡＰを析出させるためのマグネシウム化合物の添加手段を有する晶析装置と、該消化汚泥からし渣を除去するし渣の除去装置とを備え、前記晶析装置とし渣の除去装置とを経た該消化汚泥からＭＡＰを含む微粒子を回収する分離装置と、該微粒子が除去された消化汚泥を脱水する脱水装置とを備えることを特徴とする消化汚泥の処理装置が提供される。本発明装置において、分離装置で回収したＭＡＰを含む微粒子の一部又は全量を、前記晶析装置に返送する返送経路を有し、また、前記し渣の除去装置で除去したし渣の一部又は全量を、前記脱水装置に供給する供給手段を有してもよく、さらに、分離装置の後段には、微粒子が除去された消化汚泥のｐＨを低下させる薬品添加装置、及び／又はマグネシウムイオン、リン酸イオン、アンモニウムイオンの内の少なくとも１つの濃度を低下させる薬品添加装置を備えることができる。
【０１１９】
このような構成を採用することにより、消化汚泥を輸送する配管内のＭＡＰスケールを大幅に減少させることができ、及び／又は、消化槽内のリンを効率的に回収することができる。
【０１２０】
以下、図１２〜１７を参照してかかる態様について説明する。
【０１２１】
嫌気性消化槽１０２では、余剰汚泥及び／又は初沈汚泥が投入される。嫌気性消化槽内では、約５５℃、或いは、約３５℃を保つように加温されている。嫌気性消化槽内で前記汚泥は、酸発酵菌、メタン生成菌の働きにより、メタン、二酸化炭素、硫化水素等のガス、水溶性の窒素、リン等に分解される。発生したメタンガスは、回収することによってエネルギー利用することが可能である。余剰汚泥のみならず、易分解性の生汚泥を投入することで、さらにメタンガスの発生量が増加する。汚泥の分解と共に、リン、マグネシウム、アンモニウムが液側に移行することで、嫌気性消化槽内で自然発生的に生成するＭＡＰが発生する。ＭＡＰの析出により、ドラフトチューブや嫌気性消化槽底部、或いは汚泥の排出配管等にスケールトラブルが発生していた。
【０１２２】
消化汚泥中のリン、マグネシウム、アンモニウムの比率は、概ねリン：マグネシウム：アンモニウム＝１００〜５００：数〜数十：１０００であり、リン、アンモニウムに比べ圧倒的にマグネシウム濃度が低い。消化槽内でＭＡＰの生成は、明らかにマグネシウム濃度が律速となっている。
【０１２３】
消化汚泥には、ＭＡＰを含む微粒子が含まれ、ｐＨは７付近、リン濃度１００〜５００ｍｇ／Ｌ、マグネシウム数〜数十ｍｇ／Ｌ、アンモニア５００〜４０００ｍｇ／Ｌが含まれている。従来、この性状の消化汚泥を配管輸送する際に、管きょ内でＭＡＰスケールが多量に生成し、閉塞等の問題が起こっていた。
【０１２４】
本発明者等が鋭意研究し、スケールの生成現象を探求したところ、配管内でｐＨの変動や気相の混入により、脱炭酸が起こり、ＭＡＰが生成してスケールとなっていることを突き止めた。言うなれば、前記の消化汚泥には、ＭＡＰを生成する潜在能力（以下ＭＡＰ生成能力という）がまだ残留しているということである。更に悪いことに、消化汚泥中の自然発生的に生成したＭＡＰ微粒子が種晶の働きをして、スケールの生成を助長していた。
【０１２５】
本発明者らは、上記の残留ＭＡＰ生成能力に着目し、消化汚泥を管きょに投入する以前に、残留ＭＡＰ生成能力を低下させる必要があることを見出した。即ち、本発明にあるように、消化汚泥を脱炭酸しｐＨを上昇させて、予めＭＡＰを生成させること、且つ消化汚泥中に含まれるＭＡＰ及び脱炭酸工程で生成したＭＡＰを消化汚泥から分離することで、消化汚泥のＭＡＰ生成能力が極めて低下することを見出した。
【０１２６】
脱炭酸工程１０４としては、曝気処理や減圧処理がある。曝気処理は、消化汚泥を曝気することで、汚泥中の炭酸ガスが気相中に拡散しｐＨが上昇し、マグネシウムが残存している分だけＭＡＰが生成する。減圧処理は、特開平７−１３６４０６号公報に開示されているような脱気装置（以後、薄膜真空脱気装置と称する）を使用することが望ましい。即ち、真空容器内で回転する有底のふるい体の遠心力により対象液体を加速して対象液体を該真空容器内の壁面に衝突させ、対象液体中の気体を除去する。減圧処理により脱炭酸し、ｐＨが上昇することでＭＡＰが生成する。
【０１２７】
上記の処理で、液中のマグネシウムイオン濃度が低くなれば、ＭＡＰを生成する能力がなく、スケールの発生は抑えられる。例えば、ｐＨを７から８に上昇させると、消化汚泥中のマグネシウムイオン濃度は、概ね１／１０〜１／２となる。本発明では、消化汚泥中のマグネシウムイオン濃度は、２０ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは５ｍｇ／Ｌ以下とする。マグネシウムイオン濃度が２０ｍｇ／Ｌ以下であると、管きょ内でのｐＨ変動、例えば、気相混入してｐＨが上昇したとしても、ＭＡＰの過飽和度はほとんど生成せず、ＭＡＰの析出を防ぐことができる。
【０１２８】
脱炭酸方法として、曝気処理や減圧処理のほか、薬品添加による脱炭酸もある。無論、これらの操作を組み合わせて処理してもよく、順序も任意の順をとることができる。脱炭酸した消化汚泥は、し渣の除去工程１０５に投入される。従来は、し渣の分離工程が無いために、後段の微粒子の分離工程１０７で液体サイクロンを用いた場合、し渣等による閉塞の問題があった。そのため、長期安定処理が課題としてあった。本発明では、し渣を除去することで、後段の微粒子の分離工程１０７、特に液体サイクロンを用いた分離の安定性を飛躍的に向上させることができる。
【０１２９】
除去したし渣１０６は、系外に排出してもよいし、微粒子の分離工程１０７の後段で、消化汚泥に混入してもよい。また、脱水工程がある場合は、脱水工程に投入してもよい。この場合、脱水性能が向上するので好ましい。
【０１３０】
なお、脱炭酸工程１０４とし渣除去工程１０５の順序は問わない。図１２などに示されているように脱炭酸工程１０４の後にし渣除去工程１０５を行ってもよいし、し渣除去工程１０５の後に脱炭酸工程１０４を行ってもよい。
【０１３１】
脱炭酸工程１０４及びし渣の除去工程１０５の後段では、消化槽内及び脱炭酸工程で析出したＭＡＰを含む微粒子と消化汚泥を分離する。微粒子と消化汚泥の比重差を利用して分離する方法としては、液体サイクロン、遠心沈降機、重力分離を利用した沈降分離槽などがあり、粒子径の違いを利用した微粒子の分離方法としては、振動ふるい、ドラムスクリン、ろ過層や分級層型分離槽などがある。
【０１３２】
液体サイクロンは、下部構造が逆円錐形となっており、液体サイクロン流入管、微粒子の排出管、汚泥の排出管からなる。液体サイクロンでは、引き抜きポンプの圧送によって、ＭＡＰを含有した消化汚泥が逆円錐形の壁面を旋回流を起こしながら下降し、消化汚泥より比重の重いＭＡＰを含む微粒子が、遠心力の働きでより下方の壁面側に集められて濃縮される。濃縮された微粒子は、連続的に或いは間欠的に抜き出す。
【０１３３】
本発明では、ＭＡＰを含む微粒子の分離工程１０７の前段でし渣を分離してあるので、液体サイクロンにおけるし渣等による閉塞の問題は解決されている。上記の脱炭酸工程１０４、し渣の分離工程１０５と微粒子の分離工程１０７を経た消化汚泥は、管きょで汚泥の集約処理施設や他の汚泥処理場、同一敷地内にある汚泥処理施設に輸送される。前記工程により、消化汚泥は、消化汚泥中のマグネシウムイオン濃度が極端に低下しており、且つ消化汚泥中のＭＡＰ微粒子が除去されている。本発明により、ｐＨ変動、気相混入が生じても、ＭＡＰ生成能力が低下していることから、ＭＡＰスケールの生成が極端に低下している。
【０１３４】
図１３に示す例では、更に、微粒子の分離工程１０７の後段で、ｐＨを低下させる処理及び／又はマグネシウムイオン、リン酸イオン、アンモニウムイオンの内少なくとも１つの濃度を低下させる処理を行う。ｐＨを低下させる処理として、ｐＨ調整剤の添加がある。ｐＨ調整剤としては、塩酸、硫酸、アルミニウム塩、鉄塩などがあり、消化汚泥のｐＨを低下させる薬品を用いる。アルミニウム塩、鉄塩は、消化汚泥中の溶解性のリンが固定され、溶解性濃度が低下する。アンモニウムイオンを低下させる処理としては、アンモニアストリッピング処理、吸着剤による固定等がある。リン濃度、マグネシウム濃度、アンモニウム濃度、ｐＨのいずれかが上昇するとＭＡＰが析出する。逆に、上記のように、消化汚泥のｐＨを低下させたり、マグネシウムイオン、リン酸イオン、アンモニウムイオンの内少なくとも１つの濃度を低下させることで、ＭＡＰの生成能力が低下する。本発明により、ＭＡＰの生成能力が低下することで、ＭＡＰスケールが生成しにくくなった。なお、鉄塩の添加は、消化汚泥から硫化水素等の発生を抑制することができる。
【０１３５】
図１４に示す例では、余剰汚泥又は余剰汚泥の濃縮汚泥１１１は、リン吐き出し槽１１２に投入される。汚泥中のリンの吐き出しは、嫌気的条件下で、ＢＯＤを添加することで行われる。ＢＯＤ源１１３には、生汚泥を含む有機性廃棄物、汚泥の可溶化処理を行っている場合は可溶化汚泥の一部、余剰汚泥を生成する有機性廃水の一部を用いる。また、別途ＢＯＤ源となるメタノール等の薬品を添加してもよい。リンの吐き出し槽１１２では、余剰汚泥及び余剰汚泥の濃縮汚泥中のリンが吐き出されると共に、汚泥中のマグネシウムの一部も液側に溶出する。特に、水処理系で、嫌気・好気法など生物学的脱リン方法を行っている場合には、液中のリン濃度、マグネシウム濃度が顕著に上昇する。余剰汚泥の濃縮汚泥からリンの吐き出しを行った場合、およそ、液中のリン濃度は５０〜４００ｍｇ／Ｌ、マグネシウム濃度は５０〜２００ｍｇ／Ｌとなる。一方で、アンモニウムの溶出は少なく、およそ、５０〜１５０ｍｇ／Ｌとなる。上記のリンの吐き出し処理を受けた吐き出し汚泥を、汚泥濃縮装置１１４で濃縮汚泥１０１と濃縮脱離液１１５に、又は、脱水装置で脱水ケーキと脱離液に分離させる。汚泥濃縮装置１１４は、浮上分離、重力分離、機械的分離などの方法がある。脱水装置では、遠心脱水、ベルトプレス、スクリュープレス等の脱水方法がある。
【０１３６】
上記の分離液及び脱離液１１５には、高濃度のリンを含んでいるので、これらの排水からリン化合物を析出させて、リンを除去、回収することが望ましいことは言うまでもない。嫌気性消化槽１０２では、汚泥の分解と共に、リン、マグネシウム、アンモニウムが液側に移行するが、本発明のように、嫌気性消化槽の前段で、予め汚泥中のリン、マグネシウムを吐き出させて、リン、マグネシウムの濃度を低下させておくことで、嫌気性消化槽内で自然発生的に生成するＭＡＰ量を低減することができる。その結果、ＭＡＰ等によるスケールトラブルは減少させることが可能である。また、消化汚泥と共に排出されるＭＡＰを減少させることができる。図１４では、更に消化汚泥を脱炭酸してし渣を分離した後、ＭＡＰを含む微粒子を分離している。この効果は前述の通りである。
【０１３７】
本発明による処理フローの他の例を図１５に示す。図１５のフローは、嫌気性消化槽２０２、晶析工程２０４、し渣の除去工程２０６、微粒子の分離工程２０８、脱水工程２１０からなる。なお、図１５及び後述の図１６及び図１７のフローにおいて、脱水工程２１０は必須ではなく、省略することができる。
【０１３８】
嫌気性消化槽２０２では、余剰汚泥及び／又は初沈汚泥２０１が投入される。嫌気性消化槽内では、約５５℃、或いは、約３５℃を保つように加温されている。嫌気性消化槽内で前記汚泥は、酸発酵菌、メタン生成菌の働きにより、メタン、二酸化炭素、硫化水素等のガス、水溶性の窒素、リン等に分解される。発生したメタンガスは、回収することによってエネルギー利用することが可能である。余剰汚泥のみならず、易分解性の生汚泥を投入することで、さらにメタンガスの発生量が増加する。汚泥の分解と共に、リン、マグネシウム、アンモニウムが液側に移行する。嫌気性消化槽内で、前記の各イオン濃度がＭＡＰの溶解度積以上になると、ＭＡＰが自然発生的に生成する。ＭＡＰの析出により、ドラフトチューブや嫌気性消化槽底部、或いは汚泥の排出配管等にスケールトラブルが発生していた。
【０１３９】
通常、消化汚泥中のリン、マグネシウム、アンモニウムの比率は、概ねリン：マグネシウム：アンモニウム＝１００〜５００：数〜数十：１０００となる。リン、アンモニウムに比べ圧倒的にマグネシウム濃度が低いので、消化槽内でＭＡＰの生成は明らかにマグネシウム濃度が律速となっている。
【０１４０】
後段の晶析工程２０４では、嫌気性消化槽２０２から抜き出した消化汚泥や消化脱離液に対し、マグネシウム化合物を添加することで、ＭＡＰを析出させる。このとき、曝気処理や減圧処理などを併用すると、脱炭酸してｐＨが上昇し、より効率的にＭＡＰを析出させることができる。無論、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム等の薬品を添加してｐＨを上昇させてもよい。添加するマグネシウム化合物としては、塩化マグネシウムのほか、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、海水等を使用することができる。マグネシウムの添加量は、消化汚泥中の溶解性のオルトリン酸濃度に対し、モル比で０．１〜１０、好ましくは０．５〜３．０、もっと好ましくは０．８〜１．２がよい。反応におけるｐＨは、７．０〜１１．０、好ましくは７．５〜８．５がよい。
【０１４１】
更に、効率的にＭＡＰを生成させるために、晶析工程２０４に種晶を添加しておくと好ましい。種晶は、消化槽で自然発生的に析出したＭＡＰや、晶析工程２０４で析出したＭＡＰ、別途リアクターで析出したＭＡＰを用いる。
【０１４２】
図１５の、本発明の他のフロー構成図に示すように、分離工程２０８で回収したＭＡＰを含む微粒子等を配管２１３を通して晶析工程２０４に供給して種晶として用いることもできる。分離工程途中の分離水や、流出水等にＭＡＰが含まれている場合は、これらを用いてもよい。
【０１４３】
このほか、リン鉱石やドロマイト、骨炭、活性炭、けい砂、珪酸カルシウム等の粉末或いは粒状物を種晶として用いることができる。種晶の粒径は任意でよいが、好ましくは０．０５〜３．０ｍｍ、もっと好ましくは０．１〜０．５ｍｍがよい。種晶の表面で新たなＭＡＰを析出させることで、後段の分離工程での消化汚泥とＭＡＰの分離が良好になる。種晶の表面でＭＡＰを析出させるには、種晶の充填量がきわめて重要である。充填量は、リンの投入量と、種晶粒径を考慮し、種晶の表面積当たりのリン投入量（以下リン表面積負荷という）が、１００ｇ−Ｐ／ｍ2／ｄ以下、好ましくは３０ｇ−Ｐ／ｍ2／ｄ以下、もっと好ましくは１０ｇ−Ｐ／ｍ2／ｄ以下とするのがよい。
【０１４４】
続いて消化汚泥は、し渣の除去工程２０６に投入される。後段の微粒子の分離工程で液体サイクロンを用いた場合、従来は、し渣の分離工程がないために、し渣等による閉塞の問題があった。そのため、長期安定処理が課題としてあった。本発明では、し渣を除去することで、後段の微粒子の分離工程２０８、特に液体サイクロンを用いた分離の安定性を飛躍的に向上させることができる。また、沈降分離槽の場合は、し渣と消化汚泥とＭＡＰが混在しており、純度のよいＭＡＰを得ることができなかった。本発明では、し渣を予め分離することで、純度の高いＭＡＰを得ることができる。除去したし渣は、系外に排出してもよいし、図１７の、本発明の別のフロー構成図に示すように、配管２１４を通して脱水工程２１０に投入してもよい。この場合、脱水性能が向上するので好ましい。
【０１４５】
晶析工程２０４とし渣の分離工程２０６の順序は問わない。図１５に示すように、晶析工程２０４、し渣の分離工程２０６の順でもよいし、図１６に示すように、し渣の分離工程２０６、晶析工程２０４の順でもよい。
【０１４６】
晶析工程２０４及びし渣の除去工程２０６の後段では、消化槽内及び晶析工程で析出したＭＡＰを含む微粒子と消化汚泥を分離する。微粒子と消化汚泥の比重差を利用して分離する方法としては、液体サイクロン、遠心沈降機、重力分離を利用した沈降分離槽などがあり、粒子径の違いを利用した微粒子の分離方法としては、振動ふるい、ドラムスクリン、ろ過層や分級層型分離層などがある。消化汚泥は粘性があり、消化汚泥中から自然沈降でＭＡＰを分離するのは困難であるので、液体サイクロンなどの機械的な分離方法が好ましい。液体サイクロンは、下部構造が逆円錐形となっており、液体サイクロン流入管、微粒子の排出管、汚泥の排出管からなる。液体サイクロンでは、引き抜きポンプの圧送によって、ＭＡＰを含有した消化汚泥が逆円錐形の壁面を旋回流を起こしながら下降し、消化汚泥より比重の重いＭＡＰを含む微粒子が、遠心力の働きでより下方の壁面側に集められて濃縮される。濃縮された微粒子は、連続的に或いは間欠的に抜き出す。
【０１４７】
本発明では、ＭＡＰを含む微粒子の分離工程２０８の前段でし渣を分離してあるので、液体サイクロンにおけるし渣等による閉塞の問題は解決されている。
【０１４８】
脱水工程２１０では、ＭＡＰを含む微粒子を分離した消化汚泥を脱水する。脱水方法は、ベルトプレス、スクリュープレス、フィルタープレス、遠心脱水等を用いることができる。前述のように、し渣の分離工程２０６で分離したし渣を、脱水工程２１０に投入すると、脱水効果を向上させることができるので好ましい。
【０１４９】
本プロセスの後段における配管内のＭＡＰスケールによる閉塞を防止するために、微粒子の分離工程２０８の後段でｐＨを低下させる処理、及び／又はマグネシウムイオン、リン酸イオン、アンモニウムイオンの内少なくとも１つの濃度を低下させる処理を行うことが好ましい。ｐＨを低下させる処理としてｐＨ調整剤の添加がある。ｐＨ調整剤としては、塩酸、硫酸、アルミニウム塩、鉄塩などがあり、消化汚泥のｐＨを低下させる薬品とする。アルミニウム塩、鉄塩は、消化汚泥中の溶解性のリンが固定され、溶解性濃度が低下する。
【０１５０】
アンモニウムイオンを低下させる処理としては、アンモニアストリッピング処理、吸着剤による固定等がある。ＭＡＰは、リン濃度、マグネシウム濃度、アンモニウム濃度、ｐＨのいずれかが上昇すると析出する。逆に、上記のように、消化汚泥のｐＨを低下させたり、マグネシウムイオン、リン酸イオン、アンモニウムイオンの内少なくとも１つの濃度を低下させることで、ＭＡＰの生成能力が低下する。本発明により、ＭＡＰの生成能力が低下することで、ＭＡＰスケールが生成しにくくなった。なお、鉄塩の添加は、消化汚泥から硫化水素等の発生を抑制することができる。無論、上記の各工程は、同一の処理場にあってもよいし、各工程は別々の処理場にあり、配管輸送してもよい。
【０１５１】
以上の工程を経ることで、消化汚泥中のリンを効率的に回収することが可能となる。特に、従来、消化槽内で自然発生的に生成したＭＡＰを回収することが困難であったが、本システムで容易に回収可能となった。
【０１５２】
図１２〜図１７に示すフローにおいて、晶析工程、微粒子分離工程に用いる装置として、先に説明した図１〜図１０に示す各種形態の晶析リアクタ及び液体サイクロンの構成を採用することができる。
【０１５３】
また、本発明においては、し渣除去装置として、穴径の異なる２種類以上のふるい体を装備した湿式振動ふるいを用いることができる。図１８に、穴径の異なる２種類のふるい体を装備した２段型湿式振動ふるいを用いた処理フローの例を図１８に示す。
【０１５４】
図１８は、下水処理場で発生する嫌気性消化汚泥を原汚泥１とし、汚泥中に既に存在するＭＡＰを回収するとともに汚泥中の溶解成分であるリン酸イオンとアンモニアイオンを基質としてさらにＭＡＰを生成し、該生成ＭＡＰを効率良く回収するための処理システムである。
【０１５５】
発明者らの調査によると、下水の嫌気性消化汚泥は、水処理系において鉄系またはアルミ系の添加剤が使用されていない場合においては、粒径０．１〜２．０ｍｍの範囲内のＭＡＰ粒子を平均約０．８ｇ／Ｌ含有する場合がある。汚泥中には、該ＭＡＰ粒子以外に、し渣や、植物種子系粒子、髪の毛、藁、木屑等１．０ｍｍ以上の比較的大きな夾雑物粒子が多く混在している。図１８に示すフローは、２段型振動ふるい８１、晶析リアクタ９、液体サイクロン２、ＭＡＰ洗浄装置８２、洗浄ＭＡＰスラリーの水切り装置８３により構成される。まず最初に、汚泥１を穴径の異なる２枚のふるいを装填した２段型振動ふるい８１に導入する。２段型振動ふるい８１においては、１段目に目の粗い方のふるい８１ａを、２段目に目の細かい方のふるい８１ｂを配置する。１段目のふるい８１ａは、し渣等の夾雑物を分離するためのものであり、２段目のふるい８１ｂは、粒径の大きな回収すべきＭＡＰ粒子を分離するためのものである。１段目のふるい８１ａでの回収物として粒径約０．８〜３．０ｍｍ以上の比較的粒子径が大きくかつ回収対象ではないし渣等の夾雑物粒子８５と、１段目のふるい８１ａを通過し、２段目のふるい８１ｂで回収されるものとして粒径１．０ｍｍ前後の回収すべきＭＡＰを主体とする粒子８６と、２段目のふるいの通過物として粒径０．３〜１．２ｍｍ未満程度の微粒子を含む汚泥８７の３種類に分離する。上段の目の粗い方のふるい８１ａで分離されるし渣等の夾雑物粒子８５は、汚泥から分離した後、最終的には、液体サイクロン２での微粒子回収後の微粒子脱離汚泥に添加して排出汚泥とすることができる。し渣等の夾雑物の分離によって、液体サイクロン２等での配管閉塞防止、回収ＭＡＰの純度向上が達成され、夾雑物粒子８５を微粒子脱離汚泥に添加することによって排出汚泥の脱水処理性能の低下防止を図ることができる。下段の目の細かい方のふるい８１ｂで分離されるＭＡＰを主体とする粒子８６は、後段の晶析リアクタ９を経由せずに、ＭＡＰ粒子として回収することができる。また、システムの立ち上げ時等のように晶析リアクタ９内の種結晶が必要量以下に少ない場合には、下段の目の細かい方のふるいで分離されるＭＡＰを主体とする粒子８６を晶析リアクタ９に導入してもよい。下段の目の細かい方のふるいを通過した微細粒子を含有する汚泥８７は、全量を後段の晶析リアクタ９に導入する。ＭＡＰを主体とする粒子８６の汚泥から分離することにより、後段の晶析リアクタ９内でのＭＡＰ粒子の粒径制御、およびリアクタ９内でのＭＡＰの堆積や配管閉塞を抑制することができる。
【０１５６】
晶析リアクタ９では、必要に応じてマグネシウム源とｐＨ調整剤を添加し、汚泥中に溶存するリン酸イオンとアンモニアイオンを基質としてＭＡＰ晶析を行う。リアクタ９内に流入する汚泥中に１．０ｍｍ以上の比較的大きなＭＡＰ粒子の量が多く含まれると、リアクタ９内の晶析反応によりこのＭＡＰ粒子が更に成長して一部のＭＡＰ粒子の粒径が数ミリ大にまで肥大化する場合がある。ＭＡＰ粒子径が数ミリ大に達するとリアクタ９内や配管内の底部において堆積する場合があり閉塞トラブルの原因となる場合がある。また、ＭＡＰ粒子表面にはＭＡＰ晶析反応を促進させる触媒的機能があるため、リアクタ９内の汚泥中のＭＡＰ粒子の総表面積が大きいほどＭＡＰ生成が促進されるが、リアクタ９内の汚泥中に粒径の大きいＭＡＰ粒子の比率が大きくなるとそれだけＭＡＰ重量あたりのＭＡＰ表面積が小さくなるので、ＭＡＰ重量あたりの反応促進効果が減少する場合がある。しかし、一方で粒径の小さいＭＡＰ粒子の比率が大きくなると後段の液体サイクロン２等でのＭＡＰ粒子分離操作において回収率の低下を招く恐れもある。したがって、リアクタ９内のＭＡＰ粒子は、小さすぎず大きすぎず、適当な大きさに制御することが望ましい。図１８に示すフローでは、このＭＡＰ晶析リアクタ９におけるＭＡＰ粒径の制御を、流入汚泥中にすでに存在するＭＡＰ粒子のうちで晶析リアクタ９に流入させるＭＡＰ粒子の粒径を調節することにより可能にした。上段の目の粗い方のふるいによって粒径の大きなＭＡＰ粒子が分離除去され、下段の目の細かい方のふるいを通過した微細粒子含有汚泥８７が、全量晶析リアクタ９に導入されるが、該汚泥中のＭＡＰ粒子は所定の粒径以下の粒子のみなので晶析リアクタ９内の底部や配管内で堆積する可能性は著しく小さくなる。
【０１５７】
２段型湿式振動ふるいにおいて使用する２枚のふるいの適正穴径の設定は、夾雑物粒子８５中のＭＡＰ混入率、ＭＡＰ主体粒子８６中のＭＡＰ純度、ふるいによるろ過抵抗と必要ろ過面積、ＭＡＰ粒子径と晶析反応槽内のＭＡＰ堆積量の関係等により最適穴径の選択を行う必要がある。具体的には、１段目の夾雑物粒子分離用ふるい８１ａとしては０．８〜３．０ｍｍ程度の穴径、２段目のＭＡＰ主体粒子分離用ふるい８１ｂとしては０．３〜１．２ｍｍ程度の穴径が適当である場合が多い。また、２段目のふるい８１ｂで分離されたＭＡＰ主体粒子８６は、通常、後段の晶析リアクタ９を経由せずに回収されるが、必要に応じて晶析反応槽内のＭＡＰ粒径やＭＡＰ総表面積量の変化に応じてＭＡＰ主体粒子８６の一部を晶析リアクタ９に供給することも有効な場合がある。また、必要に応じて晶析リアクタ９内のＭＡＰ粒子を含む汚泥の一部または全部を、前段の２段振動ふるい８１に循環することで、晶析リアクタ９内で非常に大きく成長したＭＡＰ粒子をＭＡＰ主体粒子の一部として晶析リアクタ９の外に分離することが可能となる。
【０１５８】
なお、２段目ふるい８１ｂで分離されたＭＡＰを主体とする粒子８６は、ＭＡＰ粒子洗浄装置８２に導入して分級および洗浄処理を行うことができる。
【０１５９】
晶析リアクタ９内で生成したＭＡＰ粒子を含む汚泥は、液体サイクロン流入管６によって液体サイクロン２に導入されてＭＡＰ粒子が濃縮される。液体サイクロン２で濃縮されたＭＡＰ粒子のスラリーは、返送管１１によって晶析リアクタ９に返送することができ、また必要に応じて粒子取出管４によって適宜排出することで晶析リアクタ９内のＭＡＰ粒子濃度を調節することができる。液体サイクロン２からの濃縮ＭＡＰスラリーの一部または全部は、後段のＭＡＰ洗浄装置８２に導入することができる。
【０１６０】
ＭＡＰ洗浄装置８２では濃縮ＭＡＰスラリー中のＭＡＰ粒子とそれ以外の粒子を分離すると共に、洗浄水８４によってＭＡＰ粒子の洗浄を行う。ＭＡＰ洗浄装置８２の形式としては、例えば、鉱山等で使用されている薄流選別分級装置などのような粒子の分級と洗浄を同時に行うことができる装置を採用することができる。
【０１６１】
ＭＡＰ洗浄装置８２でＭＡＰ粒子が除去された汚泥スラリー９１は、前述の２段振動ふるいの１段目ふるい８１ａで分離されたし渣等の夾雑物８５、液体サイクロン２の溢流上昇管５より流出するＭＡＰ粒子分離後の汚泥と共に、排出汚泥８８とすることができ、脱水等の処理にかけることができる。
【０１６２】
ＭＡＰ洗浄装置８２で洗浄されたＭＡＰ粒子は、そのまま水切り装置８３によって水切りを行って回収物８９としてもよいし、或いは再度振動ふるい、磁力選別装置、ジグ等の分離装置で処理することによりＭＡＰの純度を高めることも有効であり、さらには乾燥工程を採用することにより乾燥固形物状態の回収物としても良い。
【０１６３】
水切り装置８３を通過した液９０は、そのまま雑排水として水処理系に返送しても、排出汚泥８８と共に脱水等の処理にかけても良い。
【０１６４】
また、該液９０にＭＡＰ粒子以外の重金属系微粒子が存在する場合には、脱水等の処理の前に、該液９０を沈殿分離処理により重金属系微粒子を含んだ汚泥を分離し、上澄み液のみを脱水等の処理工程に導入するのが好ましい。上記措置により、汚泥の脱水ケーキの有効利用価値が高まる場合もあるからである。
【０１６５】
なお、図１８のフローにおいて、ＭＡＰ洗浄装置８２及び水切り装置８３は必須の構成要件ではなく、省略することができる。
【０１６６】
湿式振動ふるいとして、穴径の異なる３種類以上のふるいを組み合わせて用いることもできる。
【０１６７】
上記のように、汚泥を予め２段振動ふるいによって処理して、し渣等の夾雑物を除去すると共に、後段の晶析リアクタ９及び液体サイクロン２での処理に先だって、汚泥中に既に含まれている粒径の大きなＭＡＰ粒子を粒径の小さなＭＡＰ微粒子を含む汚泥スラリーから分離回収することにより、晶析リアクタ９でのＭＡＰ粒子の粒径制御が容易になり、液体サイクロンが閉塞することなく、安定的に汚泥からＭＡＰ粒子を分離濃縮することが可能になる。
【０１６８】
上記に説明した多段型湿式振動ふるいは、図１２〜図１７のフローにおけるし渣除去装置として用いることができ、また、図１〜図１０に示す各種形態の装置においても、し渣除去装置として用いることができる。また、上記に説明したＭＡＰ粒子洗浄装置８２及び水切り装置８３を、従前に説明した各種形態の処理装置において使用することができる。
【実施例】
【０１６９】
以下に、本発明を実施例によりさらに詳細かつ具体的に説明する。
【０１７０】
実施例１〜３及び比較例１〜２は、上記で図１〜３を参照して説明した形態の実施例・比較例である。
実施例１
本実施例では、嫌気性消化の消化汚泥に、予め用意したＭＡＰを８０ｇ／リットルとなるように添加した汚泥を原汚泥として、液体サイクロンの性能試験を確認した。装置の処理フロー図を図１に示す。
【０１７１】
液体サイクロン２は２インチサイクロンを用いた。ＭＡＰの濃縮倍率を高めるために、汚泥の排出管径は１５ｍｍ、微粒子の排出管径は５ｍｍとした。液体サイクロン２への汚泥の投入流量は４ｍ3／ｈｒ、投入圧は０．４５Ｍｐａとした。原汚泥１の供給量は０．６ｍ3／ｈｒで、液体サイクロン２での処理汚泥の循環量（管７によって循環される量）は３．４ｍ3／ｈｒであり、循環比（処理汚泥循環量／原汚泥供給量）は５．７とした。原汚泥１のＭＡＰ濃度８０ｇ／リットルに対し、処理汚泥８のＭＡＰ濃度は０．２ｇ／リットルであり、ＭＡＰの回収率は９９．８％であった。この場合の微粒子の排出管における微粒子の排出速度（ｋｇ／ｍｍ2／ｈｒ）は２．４ｋｇ／ｍｍ2／ｈｒであり、排出速度を低く保ったことで、閉塞を起こすことなく良好に処理できた。
実施例２
この実施例では、下水処理場の消化槽から抜き出した消化汚泥を対象として、リンの除去試験を行った。処理フローを図３に示す。
【０１７２】
処理フローは、篩方式のし渣除去装置１１、晶析リアクタ９、液体サイクロン２からなる。消化汚泥１を、目開き2.0ｍｍの振動ふるいのし渣除去装置１１で処理してし渣を取り除いた後晶析リアクタ９に投入した。晶析リアクタ９には、塩化マグネシウム１０を消化汚泥のオルトリン酸イオン濃度に対し、Ｍｇ／Ｐモル比＝１となるように添加すると共に、ｐＨを８．０となるようにｐＨ調整剤を添加した。なお、晶析リアクタ９内のＭＡＰ濃度は４０ｇ／リットルを維持した。晶析リアクタ９内の一部の汚泥６と液体サイクロン２の処理汚泥の一部７を混合した汚泥を、連続的に液体サイクロン２に供給した。
【０１７３】
液体サイクロンは、２インチサイクロンを用いた。ＭＡＰの濃縮倍率を高めるために、汚泥の排出管径は１５ｍｍ、微粒子の排出管系は５ｍｍとした。液体サイクロン２への汚泥の投入流量は４ｍ3／ｈｒ、投入圧は０．４５Ｍｐａとした。
【０１７４】
なお、本実施例並びに晶析リアクタ９と液体サイクロン２とを組み合わせて用いる以下の実施例・比較例においては、液体サイクロンで濃縮された結晶スラリは、通常は晶析リアクタに返送し、原水のリン濃度などの性状から予測されるＭＡＰ析出量に基づいて、適宜（例えば一日に一回又は複数回）排出管より適当量を排出・回収した。
【０１７５】
原汚泥１の供給量は０．２５ｍ3／ｈｒであり、液体サイクロン２への汚泥の供給量は、晶析リアクタ内の汚泥６が０．５ｍ3／ｈｒ、サイクロン２での処理汚泥の循環量が３．５ｍ3／ｈｒで、合計４ｍ3／ｈｒ、循環比は７とした。
【０１７６】
原汚泥１のＴ−Ｐ８００ｍｇ／リットル、ＰＯ4−Ｐ３００ｍｇ／リットルに対し、処理汚泥８のＴ−Ｐは３５０ｍｇ／リットル、ＰＯ4−Ｐは１０ｍｇ／リットルであり、リンの回収率は５６％であった。回収物は、９５％以上がＭＡＰであった。なお、この場合の微粒子の排出管における微粒子の排出速度（ｋｇ／ｍｍ2／ｈｒ）は１．０ｋｇ／ｍｍ2／ｈｒであり、排出速度を低く保ったことで、閉塞を起こすことなく良好に処理できた。
実施例３
この実施例は、原汚泥のＭＡＰ濃度を５５ｇ／Ｌとして、循環比（循環汚泥量／原汚泥量）を変えて通泥した場合の閉塞状況を確認した例である。処理フローは図１のフローを用いた。液体サイクロン２としては２インチサイクロンを用いて、オーバー径（汚泥排出管径）は１４ｍｍ、アンダー径（微粒子排出管径）は５ｍｍとした。サイクロン２への汚泥投入流量は循環汚泥（７）量と原汚泥量を合わせて４ｍ3／ｈｒとした。
【０１７７】
循環比と循環後のＭＡＰ濃度（サイクロン２へ投入される汚泥のＭＡＰ濃度）との関係を図１９に示す。循環比０．０１と０．０５の場合はサイクロンアンダ（サイクロン２の底部及び微粒子排出管）が閉塞し、処理できなかった。循環比０．１以上では、閉塞することなく良好に処理を行うことができた。この結果より、汚泥の循環比は０．１以上とすることが望ましいことが分かった。
比較例１（実施例１の比較例）
この比較例は実施例１の比較例である。実施例１と同様に、濃度８０ｇ／リットルのＭＡＰを含む汚泥を原汚泥として、液体サイクロンの性能試験を行った。装置のフロー図を図２０に示す。
【０１７８】
液体サイクロン２は実施例１と同様のものを用いた。原汚泥１の供給量は４ｍ3／ｈｒで、液体サイクロン２での処理汚泥８は返送せず、循環量（処理汚泥循環量／原汚泥供給量）はゼロとした。原汚泥１を液体サイクロン２に通水開始して１分以内に閉塞し、分離は不能となった。原汚泥１中のＭＡＰ濃度が高いために、閉塞したと判断できる。この場合の微粒子の排出管における微粒子の排出速度（ｋｇ／ｍｍ2／ｈｒ）は、１６ｋｇ／ｍｍ2／ｈｒであり、循環比がゼロであったことから排出速度が高く閉塞したと考えられる。
比較例２（実施例２の比較例）
この比較例は、実施例２の比較例である。実施例２と同様の汚泥を原汚泥とした。処理フローを図２１に示す。処理フローは実施例２と同様に、し渣の除去装置１１、晶析リアクタ９、液体サイクロン２からなる。
【０１７９】
晶析リアクタ９は、実施例２と同様に、塩化マグネシウム１０を消化汚泥のオルトリン酸イオン濃度に対し、Ｍｇ／Ｐモル比＝１となるように添加すると共に、ｐＨを８．０となるようにｐＨ調整剤を添加した。なお、晶析リアクタ９内のＭＡＰ濃度は４０ｇ／リットルを維持した。
【０１８０】
原汚泥の供給量は０．２５ｍ3／ｈｒで循環比（処理汚泥循環量／原汚泥供給量）はゼロ、晶析リアクタ９内の汚泥は、間欠的に４ｍ3／ｈｒで液体サイクロン２に供給した。
【０１８１】
原汚泥のＴ−Ｐ８００ｍｇ／リットル、ＰＯ4−Ｐ３００ｍｇ／リットルに対し、処理汚泥８のＴ−Ｐは９００ｍｇ／リットル、ＰＯ4−Ｐは１０ｍｇ／リットルであり、リンの回収率は−１３％であった。処理汚泥のＴ−Ｐが原汚泥より増加していることから、リアクタ内のＭＡＰが流出したと考えられる。この場合の微粒子の排出管における微粒子の排出速度（ｋｇ／ｍｍ2／ｈｒ）は８．０ｋｇ／ｍｍ2／ｈｒであり、閉塞こそしなかったものの、排出速度が速いことで処理汚泥中にＭＡＰ粒子が流出し、回収率が低かった。
実施例４
実施例４〜８及び比較例３〜４は、上記で図４〜６を参照して説明した形態の実施例・比較例である。
【０１８２】
実施例４では、下水処理場の消化槽から抜き出した消化汚泥を対象として、リンをりん酸マグネシウムアンモニウムの形態で回収する試験を行った。処理フローを図２２に示す。
【０１８３】
処理フローは、篩方式のし査除去装置１１、晶析リアクタ９、液体サイクロン２、循環水槽５５からなる。消化汚泥１を、目開き2.0ｍｍの振動ふるいのし渣除去装置１１で処理してし渣を取り除いた後晶析リアクタ９に投入した。
【０１８４】
晶析リアクタ９では、塩化マグネシウム１０を消化汚泥のオルトリン酸イオン濃度に対し、Ｍｇ／Ｐモル比＝１となるように添加すると共に、リアクタ９内のｐＨをｐＨ計５７でモニターしながらｐＨを８．０となるようにｐＨ調整剤を添加した。なお、晶析リアクタ９内のＭＡＰ濃度は８０ｇ／Ｌを維持した。
【０１８５】
リアクタ９の底部に接続された粒子の引抜管５２から抜出した粒子は、液体サイクロン投入管６に供給し、循環水と共に連続的に液体サイクロン２に供給した。液体サイクロン２としては、２インチサイクロンを用いた。液体サイクロン２の汚泥の排出管径は１４ｍｍ、粒子の排出管径は９．４ｍｍとした。液体サイクロン２への投入流量は４ｍ3／ｈｒ、投入圧は０．４０Ｍｐａとした。液体サイクロンの溢流上昇管５からの流出水は、全量を晶析リアクタ９に接続された返送管５１に返送した。
【０１８６】
なお、晶析リアクタ９への汚泥供給量は０．２５ｍ3／ｈｒ、晶析リアクタ９からの汚泥引抜量は１．５ｍ3／ｈｒとした。
【０１８７】
原汚泥１のＴ−Ｐ８００ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐ３００ｍｇ／Ｌに対し、処理汚泥８のＴ−Ｐは３５０ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐは１０ｍｇ／Ｌであり、リンの回収率は５６％であった。回収物は９５％以上がＭＡＰであった。
実施例５
この実施例では、ゴミ浸出水の処理に当たり、炭酸カルシウム粒子を析出させることでカルシウム塩の除去を行った。処理装置は、晶析リアクタ９と液体サイクロン２、循環水槽５５からなる。処理フローを図２３に示す。
【０１８８】
晶析リアクタ９では、ゴミ浸出水（以下原水という）をリアクタ９底部に供給するとともに、５％炭酸ナトリウム水溶液も同様にリアクタ９底部に供給した。炭酸ナトリウムの添加量は、晶析リアクタ９へ投入する汚泥のカルシウム濃度に対してＣ／Ｃａモル比＝１：１とした。反応ｐＨは８．０とした。なお、晶析リアクタ９内の炭酸カルシウム濃度は８０ｇ／Ｌを維持した。
【０１８９】
晶析リアクタ９の粒子の引抜管５２から抜出した粒子は液体サイクロン流入管６に供給して、循環水と共に連続的に液体サイクロン２に供給した。液体サイクロン２としては、２インチサイクロンを用いた。液体サイクロン２の汚泥の排出管径は１４ｍｍ、粒子の排出管系は９．４ｍｍとした。液体サイクロンへの投入流量は４ｍ3／ｈｒ、投入圧は０．４０Ｍｐａとした。
【０１９０】
なお、晶析リアクタ９への原汚泥供給量は０．２５ｍ3／ｈｒ、晶析リアクタ９からのＭＡＰ粒子を含む汚泥の引抜量は１．５ｍ3／ｈｒとした。
【０１９１】
原水１がｐＨ７．２、Ｃａ濃度３０００ｍｇ／Ｌであったのに対し、処理水８のｐＨは８．０、Ｃａ濃度は１００ｍｇ／Ｌでありカルシウムの除去率は９５％以上であった。
比較例３（実施例４の比較例）
この比較例は実施例４の比較例である。実施例４と同様の汚泥を原汚泥とした。処理フローを図２４に示す。処理フローは、実施例４と同様にし査の除去装置１１、晶析リアクタ９、液体サイクロン２からなる。以下に特に説明する事項以外は実施例４と同様に処理を行った。
【０１９２】
晶析リアクタ９では、実施例４と同様に、塩化マグネシウムを消化汚泥のオルトリン酸イオン濃度に対し、Ｍｇ／Ｐモル比＝１となるように添加すると共に、ｐＨを８．０となるようにｐＨ調整剤を添加した。なお、運転に先立ち、晶析装置内のＭＡＰ濃度は８０ｇ／Ｌとした。
【０１９３】
晶析リアクタ９への原汚泥１の供給量は０．２５ｍ3／ｈｒ、晶析リアクタ９内の汚泥は引抜管５２によって間欠的に４ｍ3／ｈｒで液体サイクロン２に供給した。液体サイクロン２への汚泥の供給は、レベル計（Ｌ）の数値によってｏｎ−ｏｆｆ制御した。
【０１９４】
原汚泥のＴ−Ｐ８００ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐ３００ｍｇ／Ｌに対し、処理汚泥のＴ−Ｐは９００ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐは１０ｍｇ／Ｌであり、リンの回収率は−１３％であった。運転して３時間後、サイクロンのアンダ（微粒子排出管）が閉塞した。本システムでは、安定した処理を行うことは困難であった。
比較例４（実施例４の比較例）
この比較例は実施例４の比較例である。実施例４と同様の汚泥を原汚泥とした。処理フローを図２５に示す。処理フローは、し査の除去装置１１、晶析リアクタ９、液体サイクロン２、循環水槽５５からなる。以下に特に説明する事項以外は実施例４と同様に処理を行った。
【０１９５】
晶析リアクタ９では、塩化マグネシウム１０を消化汚泥のオルトリン酸イオン濃度に対し、Ｍｇ／Ｐモル比＝１となるように添加すると共に、ｐＨを８．０となるようにｐＨ調整剤を添加した。なお、晶析装置内のＭＡＰ濃度は８０ｇ／Ｌを維持した。
【０１９６】
晶析リアクタ９底部の粒子の引抜管５２から抜出した粒子は液体サイクロン流入管６に供給し、循環水と共に連続的に液体サイクロン２に供給した。液体サイクロン２としては２インチサイクロンを用いた。液体サイクロン２の汚泥の排出管径は１４ｍｍ、粒子の排出管系は９．４ｍｍとした。液体サイクロン２への投入流量は４ｍ3／ｈｒ、投入圧は０．４０Ｍｐａとした。液体サイクロンへの投入水の供給は、晶析リアクタ９内のレベル計（Ｌ）の数値によってｏｎ−ｏｆｆ制御した。液体サイクロンの溢流上昇管５から流出する汚泥は全量循環水槽に供給した。
【０１９７】
なお、晶析リアクタ９への原汚泥１の供給量は０．２５ｍ3／ｈｒ、晶析リアクタ９からの汚泥の引抜量は１．５ｍ3／ｈｒとした。
【０１９８】
原汚泥１のＴ−Ｐ８００ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐ３００ｍｇ／Ｌに対し、処理汚泥８のＴ−Ｐは４００ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐは１０ｍｇ／Ｌであり、リンの回収率は５０％であった。回収物は、９５％以上がＭＡＰであった。
【０１９９】
実施例４と比較すると、回収率が低下したばかりか、水位が変動したり、リアクタ内の粒子濃度が変動することで処理水質が変動するなど、安定性に欠けた。
実施例６
この実施例では、下水処理場の消化槽から抜き出した消化汚泥を対象として、リンをりん酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）の形態で回収する試験を行った。処理フローを図２６に示す。液体サイクロンを２台直列に設置してＭＡＰ粒子の回収率の向上を図った。
【０２００】
処理フローは、篩方式のし査除去装置１１、晶析リアクタ９、液体サイクロン２台２，２’、循環水槽５５からなる。以下に特に説明する事項以外は実施例４と同様に処理を行った。
【０２０１】
晶析リアクタ９では、塩化マグネシウム１０を消化汚泥１のオルトリン酸イオン濃度に対し、Ｍｇ／Ｐモル比＝１となるように添加すると共に、ｐＨを８．０となるようにｐＨ調整剤を添加した。なお、晶析装置内のＭＡＰ濃度は８０ｇ／Ｌを維持した。
【０２０２】
晶析リアクタ９底部の粒子の引抜管５２から抜出したＭＡＰ粒子は液体サイクロン流入管６に供給して循環水と共に連続的に液体サイクロン２に供給した。液体サイクロン２としては２インチサイクロンを用いた。液体サイクロン２の汚泥の排出管径は１４ｍｍ、粒子の排出管系は９．４ｍｍとした。液体サイクロンへの流入水の投入流量は４ｍ3／ｈｒ、投入圧は０．４０Ｍｐａとした。液体サイクロンの溢流上昇管５から流出する汚泥は、全量を晶析リアクタ９に接続された返送管５１に返送した。
【０２０３】
なお、晶析リアクタ９への原汚泥１の供給量は０．２５ｍ3／ｈｒ、晶析リアクタ９からの汚泥の引抜量は１．５ｍ3／ｈｒとした。
【０２０４】
２段目のサイクロン２’は、１段目サイクロン２と同じ２インチサイクロンであり、１段目のサイクロン２の溢流上昇管５から流出した微粒子を更に回収する目的で設置した。循環水槽５５からの流出水を２段目のサイクロン２’に投入した。２段目サイクロン２’への投入流量は４ｍ3／ｈｒで間欠運転とした。
【０２０５】
原汚泥１のＴ−Ｐ８００ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐ３００ｍｇ／Ｌに対し、処理汚泥８のＴ−Ｐは３２０ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐは１０ｍｇ／Ｌであり、リンの回収率は６０％であった。サイクロンを２段直列に設置することで、リンの回収率が上昇した。
実施例７
この実施例では、下水処理場の余剰汚泥の濃縮工程分離水（以下原水という）から、リンをヒドロキシアパタイトで形態で回収する試験を行った。処理フローを図２７に示す。
【０２０６】
処理フローは、晶析リアクタ９、液体サイクロン２、循環水槽５５からなる。以下に特に説明する事項以外は実施例４と同様に処理を行った。
【０２０７】
晶析リアクタ９には、予め種晶としてリン鉱石を浮遊させた。塩化カルシウムを原水のオルトリン酸イオン濃度に対し、Ｃａ／Ｐ重量比＝５．６となるように添加すると共に、ｐＨを８．３となるようにｐＨ調整剤を添加した。なお、晶析リアクタ９内のリン鉱石濃度は８０ｇ／Ｌを維持した。
【０２０８】
晶析リアクタ９底部の粒子の引抜管５２から抜出した粒子は、液体サイクロン流入管６に供給して循環水と共に連続的に液体サイクロン２に供給した。液体サイクロンとしては２インチサイクロンを用いた。液体サイクロン２の汚泥の排出管径は１４ｍｍ、粒子の排出管系は９．４ｍｍとした。液体サイクロン２への投入流量は４ｍ3／ｈｒ、投入圧は０．４０Ｍｐａとした。
【０２０９】
なお、晶析リアクタ９への原水供給量は０．２５ｍ3／ｈｒ、晶析リアクタ９からの汚泥の引抜量は１．５ｍ3／ｈｒとした。液体サイクロンの溢流上昇管５から流出する汚泥は、全量を晶析リアクタ９に接続された返送管５１に返送した。
【０２１０】
原水のＴ−Ｐ４６ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐ４５ｍｇ／Ｌに対し、処理水のＴ−Ｐは３．２ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐは２．０ｍｇ／Ｌであり、リンの回収率は９３％であった。
実施例８
この実施例では、半導体製造工場廃水（以下原水という）から、フッ素をフッ化カルシウムで形態で回収する試験を行った。処理フローを図２８に示す。
【０２１１】
処理フローは、晶析リアクタ９、液体サイクロン２、循環水槽５５からなる。
【０２１２】
晶析リアクタ９では、予め種晶としてフッ化カルシウム結晶を浮遊させた。塩化カルシウムを原水のフッ素イオン濃度に対し、Ｃａ／Ｆ重量比＝１．５となるように添加すると共に、ｐＨを６．５となるようにｐＨ調整剤を添加した。なお、晶析リアクタ９内のフッ化カルシウム濃度は８０ｇ／Ｌを維持した。
【０２１３】
晶析リアクタ９の底部の粒子の引抜管５２から抜出した粒子は、液体サイクロン流入管６に供給して循環水と共に連続的に液体サイクロン２に供給した。液体サイクロン２としては２インチサイクロンを用いた。液体サイクロン２の汚泥の排出管径は１４ｍｍ、粒子の排出管系は９．４ｍｍとした。液体サイクロン２への投入流量は４ｍ3／ｈｒ、投入圧は０．４０Ｍｐａとした。
【０２１４】
なお、晶析リアクタ９への原水１の供給量は０．１５ｍ3／ｈｒ、晶析リアクタ９からの粒子を含む汚泥の引抜量は１．５ｍ3／ｈｒとした。
【０２１５】
原水１のフッ素濃度６００ｍｇ／Ｌに対し、処理水８のフッ素は８ｍｇ／Ｌであり、フッ素の回収率は９５％以上であった。
実施例９
実施例９〜１１及び比較例５は、上記で図７〜１０を参照して説明した形態の実施例・比較例である。下水処理場の消化槽から抜き出した消化汚泥を対象として、リンの除去試験を行った。汚泥を晶析リアクタに投入する前に実施例２と同じし渣除去装置でし渣の除去を行った。
【０２１６】
実施例９の処理フローを図２９に示す。処理フローは、晶析装置９、２段の並列に設置した液体サイクロン２からなる。
【０２１７】
消化汚泥をふるい方式のし渣除去装置で処理した後に晶析リアクタ９に投入した。晶析リアクタ９では、塩化マグネシウム１０を消化汚泥のオルトリン酸イオン濃度に対し、Ｍｇ／Ｐモル比＝１となるように添加すると共に、ｐＨを８．０となるようにｐＨ調整剤を添加した。液体サイクロン２は２インチサイクロンを用いた。液体サイクロン２の汚泥の排出管径は１４ｍｍ、微粒子の排出管系は８ｍｍとした。晶析リアクタ９の底部から抜出した汚泥６と液体サイクロンの溢流上昇管５から流出する処理汚泥の一部を混合した汚泥を、返送管７によって連続的に液体サイクロン２に供給した。液体サイクロン１台への投入流量は４ｍ3／ｈｒ、投入圧は０．４５Ｍｐａとした。
【０２１８】
原汚泥の流入量を流量計７１でモニターし、原汚泥１の流入量が０．２５ｍ3／ｈｒ以下の場合は、液体サイクロン１台のみが起動し、０．２５〜０．５ｍ3／ｈｒの場合は、２台が起動するようにポンプ７２のｏｎ−ｏｆｆ制御を行った。
【０２１９】
原汚泥１の流入量が０．１５〜０．５０ｍ3／ｈｒで変動したにもかかわらず、晶析リアクタ９内のＭＡＰ濃度は１００ｇ／Ｌ以上を維持できた。原汚泥１のＴ−Ｐは８００ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐは３００ｍｇ／Ｌに対し、処理汚泥８のＴ−Ｐは３５０ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐは１０ｍｇ／Ｌであり、リンの回収率は５６％であった。回収物は、９５％以上がＭＡＰであった。
実施例１０
この実施例では、晶析リアクタ９に汚泥濃度計７３を設置し、リアクタ９内の汚泥濃度をモニタリングすることで、液体サイクロン２の稼動台数を制御した。処理フローを図３０に示す。なお、モニタリングで測定された汚泥濃度とＭＡＰ濃度の変換は、予め作成した検量線で行った。
【０２２０】
処理フローは、晶析リアクタ９、２段の液体サイクロン２からなる。以下に特に説明する事項以外は実施例９と同様に処理を行った。
【０２２１】
晶析リアクタ９と液体サイクロン２は実施例９と同様とした。晶析リアクタの底部から抜出した汚泥６と液体サイクロンの溢流上昇管５から流出する処理汚泥の一部を混合した汚泥は、返送管７によって連続的に液体サイクロン２に供給した。液体サイクロン１台への投入流量は４ｍ3／ｈｒ、投入圧は０．４５Ｍｐａとした。
【０２２２】
リアクタ９内のＭＡＰ濃度が１００ｇ／Ｌ以下となったら、液体サイクロン２を２台稼動させ、１００ｇ／Ｌを超えたら１台停止して１台で運転するようにポンプ７２を制御した。
【０２２３】
原汚泥の流量が０．１５〜０．５０ｍ3／ｈｒで変動したにもかかわらず、処理汚泥の性状は安定した。原汚泥のＴ−Ｐは８００ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐは３００ｍｇ／Ｌに対し、処理汚泥のＴ−Ｐは３５０ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐは１０ｍｇ／Ｌであり、リンの回収率は５６％であった。回収物は、９５％以上がＭＡＰであった。
実施例１１
この実施例では、図３１に示すような処理フローを用いて処理を行った。嫌気性消化槽で余剰汚泥を３５℃で嫌気性消化した消化汚泥１を原汚泥として用いた。液体サイクロンの溢流上昇管から流出する処理汚泥のｐＨとリン濃度をモニタリングし、過飽和度を算出して、算出値に基づいて液体サイクロンの稼働台数を制御した。
【０２２４】
処理フローは、晶析リアクタ９、２段の液体サイクロン２からなる。以下に特に説明する事項以外は実施例９と同様に処理を行った。
【０２２５】
晶析リアクタ９と液体サイクロン２は実施例９と同様とした。晶析リアクタの底部から抜出した汚泥６と液体サイクロンの溢流上昇管５から流出する処理汚泥の一部を混合した汚泥は、返送管７によって連続的に液体サイクロン２に供給した。液体サイクロン１台への投入流量は４ｍ3／ｈｒ、投入圧は０．４５Ｍｐａとした。
【０２２６】
液体サイクロンの溢流上昇管５から流出する処理汚泥８のｐＨとリン濃度を、リン濃度計７４及びｐＨ計７５でモニターした。モニタリング装置では、ｐＨ電極、比色法によってｐＨとリン酸態リンイオン濃度を測定した。なお、リン酸態リン濃度は汚泥をｐＨ３としてＭＡＰを溶解させて測定した。ちなみにｐＨ３で生物由来のリンの溶出は確認されなかった。
【０２２７】
モニタリング装置で測定したｐＨ、リン酸態リンイオン濃度と、アンモニア性窒素６００ｍｇ／Ｌ、Ｍｇ５０ｍｇ／Ｌを用いて過飽和度比を算出した。過飽和度比が２５以下の場合は液体サイクロンの稼動台数は１台として、２５を超えた場合２台とした。
【０２２８】
原汚泥の流量が０．１５〜０．５０ｍ3／ｈｒで変動したにもかかわらず、処理汚泥の性状は安定した。原汚泥のＴ−Ｐは８００ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐは３００ｍｇ／Ｌに対し、処理汚泥のＴ−Ｐは３５０ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐは１０ｍｇ／Ｌであり、リンの回収率は５６％であった。回収物は、９５％以上がＭＡＰであった。過飽和度比が高くなったのは、微細ＭＡＰが多数析出したためであり、この場合、液体サイクロンの稼動台数を２台とすることで、晶析リアクタ内のＭＡＰ濃度を高めることで、回収率が上昇した。
【０２２９】
比較例５（実施例９の比較）
この比較例は実施例９の比較例であり、実施例９同様のリンの除去試験を行った。処理フローを図３２に示す。
【０２３０】
処理フローは、晶析リアクタ９、１段の液体サイクロン２からなる。
【０２３１】
晶析リアクタ９への汚泥の投入並びに晶析リアクタ９の運転、及び液体サイクロンの運転に関しては実施例９と同様とした。晶析リアクタ９の底部から抜出した汚泥６と液体サイクロンの溢流上昇管５から流出する処理汚泥の一部を混合した汚泥は、液体サイクロン流入管６によって連続的に液体サイクロン２に供給した。液体サイクロンへの投入流量は４ｍ3／ｈｒ、投入圧は０．４５Ｍｐａとした。
【０２３２】
原汚泥１の流量に関わらず、液体サイクロンは１台で運転した。
【０２３３】
原汚泥の流量は０．１５〜０．５０ｍ3／ｈｒで変動し、晶析リアクタ９内のＭＡＰ濃度は１００ｇ／Ｌ以上を維持できず、原汚泥のＴ−Ｐは８００ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐは３００ｍｇ／Ｌに対し、処理汚泥のＴ−Ｐは３５０〜４５０ｍｇ／Ｌで変動した。ＰＯ4−Ｐは１０ｍｇ／Ｌで概ね一定であったことから、リアクタ９内のＭＡＰ濃度が低下した時に、微細なＭＡＰが多数析出したと考えられる。実施例９に比べ処理安定性に欠けた。
【０２３４】
実施例１２〜１４及び比較例６は、上記で図１２〜１４を参照して説明した形態の実施例・比較例である。
【０２３５】
実施例１２では、図１２に示すような処理フローを用いて処理を行った。対象有機性廃棄物は、嫌気好気法の余剰汚泥とした。処理フローは、嫌気性消化槽、脱炭酸槽として曝気槽、し渣の分離工程、微粒子の分離工程とした。嫌気性消化槽に投入する汚泥量は９０Ｌ／ｄとした。消化日数は２０日、消化温度は３５℃とした。消化槽内の消化汚泥は、引抜汚泥として１日に約９０Ｌ／ｄを排出した。引き抜いた汚泥は、曝気することでｐＨを上昇させた。曝気時間は２時間として、空気の吹き込み量は４０Ｌ／ｍｉｎとした。し渣の分離工程は、目開き２．０ｍｍの振動ふるいによってし渣を取り除いた。脱炭酸及びし渣を除去した消化汚泥は、４インチの液体サイクロンで消化汚泥とＭＡＰを含む微粒子に分離した。
【０２３６】
なお、脱炭酸工程、し渣の分離工程、微粒子の分離工程は半回分的に行った。各工程の水質を表１に示す。
【０２３７】
嫌気性消化に投入した汚泥（投入汚泥という）のＴＳは４２ｇ／Ｌ、ＶＳは３５ｇ／Ｌ、Ｔ−Ｐは９２０ｍｇ／Ｌであった。嫌気性消化槽から引抜いた汚泥（引き抜き汚泥という）の成分は、ｐＨが７．２、ＴＳが２１ｇ／Ｌ、ＶＳが１７ｇ／Ｌ、Ｔ−Ｐが９２０ｍｇ／Ｌ、溶解性のＰＯ4−Ｐは３００ｍｇ／Ｌ、溶解性のマグネシウムは１５ｍｇ／Ｌであった。
【０２３８】
引き抜き汚泥を曝気してｐＨを８．２に上昇させた後、溶解性のマグネシウム濃度を測定したところ、３ｍｇ／Ｌまで低下した。微粒子の分離工程で回収したＭＡＰを含む微粒子量は、１．９ｇ／Ｌであり、そのうちＭＡＰは１．５ｇ／Ｌであった。
【０２３９】
上記の処理を行った消化汚泥を、模擬的に内径１３０ｍｍのステンレス製の配管に、連続通水した。配管内の汚泥の滞留時間は１５日とした。約３ヵ月後の配管内の様態は、特にスケールらしい結晶は見られなかった。予め設置していたテストピースに付着したスケール量は、わずか２ｇであった。上記の処理を行ったことで、スケールの生成が防止できたと判断できる。
【０２４０】
【表１】
2010012467.tif 000003
【０２４１】
実施例１３
この実施例では、図１２に示すような処理フローを用いて処理を行った。対象有機性廃棄物は、嫌気好気法の余剰汚泥とした。処理フローは、嫌気性消化槽、脱炭酸槽として減圧処理、し渣の分離工程、微粒子の分離工程とした。嫌気性消化槽に投入する汚泥量は９０Ｌ／ｄとした。消化日数は２０日、消化温度は３５℃とした。消化槽内の消化汚泥は、引抜汚泥として１日に約９０Ｌ／ｄを排出した。
【０２４２】
引き抜いた汚泥は、減圧することでｐＨを上昇させた。真空度は−９４ｋＰａ、回転体の回転速度は１６５０ｒｐｍとした。
【０２４３】
し渣の分離工程は、目開き２．０ｍｍの振動ふるいによってし渣を取り除いた。脱炭酸及びし渣を除去した消化汚泥は、４インチの液体サイクロンで消化汚泥とＭＡＰを含む微粒子に分離した。
【０２４４】
なお、脱炭酸工程、し渣の分離工程、微粒子の分離工程は半回分的に行った。
各工程の水質を表２に示す。
【０２４５】
嫌気性消化に投入した汚泥（投入汚泥という）のＴＳは４２ｇ／Ｌ、ＶＳは３５ｇ／Ｌ、Ｔ−Ｐは９２０ｍｇ／Ｌであった。嫌気性消化槽から引抜いた汚泥（引き抜き汚泥という）の成分は、ｐＨが７．２、ＴＳが２１ｇ／Ｌ、ＶＳが１７ｇ／Ｌ、Ｔ−Ｐが９２０ｍｇ／Ｌ、溶解性のＰＯ4−Ｐは３００ｍｇ／Ｌ、溶解性のマグネシウムは１５ｍｇ／Ｌであった。
【０２４６】
引き抜き汚泥を曝気してｐＨを８．２に上昇させた後、溶解性のマグネシウム濃度を測定したところ、３ｍｇ／Ｌまで低下した。微粒子の分離工程で回収したＭＡＰを含む微粒子量は、１．９ｇ／Ｌであり、そのうちＭＡＰは１．５ｇ／Ｌであった。
【０２４７】
上記の処理を行った消化汚泥を、模擬的に内径１３０ｍｍのステンレス製の配管に、連続通水した。配管内の汚泥の滞留時間は１５日とした。約３ヵ月後の配管内の様態は、特にスケールらしい結晶は見られなかった。予め設置していたテストピースに付着したスケール量はわずか２ｇであった。上記の処理を行ったことで、スケールの生成が防止できたと判断できる。
【０２４８】
【表２】
2010012467.tif 000004
【０２４９】
実施例１４
この実施例では、図３３に示すような処理フローを用いて処理を行った。対象有機性廃棄物は、嫌気好気法の余剰汚泥とした。処理フローは、リンの吐出し槽と脱水工程、濃度調整工程、嫌気性消化槽、脱炭酸槽（曝気槽）、し渣の分離工程、微粒子の分離工程とした。余剰汚泥のリンの吐き出し槽における滞留時間は１日とした。嫌気性消化槽、脱炭酸槽（曝気槽）、し渣の分離工程、微粒子の分離工程は実施例１と同様とした。各工程の水質を表３に示す。
【０２５０】
濃縮余剰汚泥の性状は、ＴＳは４２ｇ／Ｌ、ＶＳは３５ｇ／Ｌ、Ｔ−Ｐは９２０ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐは２０ｍｇ／Ｌ、溶解性のＭｇは１０ｍｇ／Ｌであった。リンの吐き出し工程の出口の性状は、溶解性のＰＯ4−ＰとＭｇが上昇して、ＰＯ4−Ｐが３００ｍｇ／Ｌ、Ｍｇが１００ｍｇ／Ｌとなった。リン吐き出し後の濃縮余剰汚泥を脱水した後、下水２次処理水で汚泥のＴＳを４２ｇ／Ｌとなるように調整した。調整後の性状は、ＴＳは４２ｇ／Ｌ、ＶＳは３５ｇ／Ｌ、ＴＰは６００ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐは６０ｍｇ／Ｌ、溶解性のＭｇは２０ｍｇ／Ｌであった。
【０２５１】
引き抜き汚泥の性状は、ＴＳは２０ｇ／Ｌ、ＶＳは１７ｇ／Ｌ、Ｔ−Ｐは６００ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐは１８０ｍｇ／Ｌ、溶解性のＭｇは２０ｍｇ／Ｌであった。引き抜き汚泥を曝気してｐＨを８．２に上昇させた後、溶解性のマグネシウム濃度を測定したところ３ｍｇ／Ｌまで低下した。
【０２５２】
微粒子の分離工程で回収したＭＡＰを含む微粒子量は、０．３ｇ／Ｌであり、そのうちＭＡＰは０．２５ｇ／Ｌであった。
【０２５３】
上記の処理を行った消化汚泥を、模擬的に内径１３０ｍｍのステンレス製の配管に、連続通水した。配管内の汚泥の滞留時間は１５日とした。約３ヵ月後の配管内の様態は、特にスケールらしい結晶は見られなかった。予め設置していたテストピースに付着したスケール量は、わずか２ｇであった。上記の処理を行ったことで、スケールの生成が防止できたと判断できる。
【０２５４】
【表３】
2010012467.tif 000005
【０２５５】
比較例６
以下において、実施例１２と比較した結果を示す。比較例６は、図３４に示すように、脱炭酸工程、し渣の分離工程と微粒子の分離工程がないこと以外は実施例１２と同じである。各工程の水質を表４に示す。
【０２５６】
投入汚泥のＴＳは４２ｇ／Ｌ、ＶＳは３５ｇ／Ｌ、Ｔ−Ｐは９２０ｍｇ／Ｌであった。引抜汚泥の成分は、ＴＳが２１ｇ／Ｌ、ＶＳが１７ｇ／Ｌ、Ｔ−Ｐが９２０ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐが３００ｍｇ／Ｌ、溶解性のＭｇが９ｍｇ／Ｌであった。上記の処理を行った消化汚泥を、模擬的に内径１３０ｍｍのステンレス製の配管に、連続通水した。配管内の汚泥の滞留時間は１５日とした。約３ヵ月後の配管内の様態は、配管壁面に約３ｍｍ程度、スケールが生成されていた。スケールをＸ線回折装置及び蛍光Ｘ線装置で成分分析を行ったところ、ＭＡＰであることが分かった。消化汚泥中のＭＡＰが堆積したり、配管途中で脱炭酸等によりｐＨ変動があり、ＭＡＰが生成したと考えられる。
【０２５７】
【表４】
2010012467.tif 000006
【０２５８】
実施例１５
実施例１５及び比較例７は、上記で図１５〜１７を参照して説明した形態の実施例・比較例である。
【０２５９】
実施例１５では、図１５にしめすような処理フローを用いて処理を行った。対象有機性廃棄物は、嫌気好気法の余剰汚泥とした。
【０２６０】
処理フローは、嫌気性消化槽、晶析槽、し渣の分離工程、微粒子の分離工程とした。嫌気性消化槽に投入する汚泥量は９０Ｌ／ｄとした。消化日数は２０日、消化温度は３５℃とした。消化槽内の消化汚泥は、引抜汚泥として１日に約９０Ｌ／ｄを排出した。晶析槽では、塩化マグネシウムを消化汚泥のオルトリン酸イオン濃度に対し、Ｍｇ／Ｐモル比＝１となるように添加すると共に、ｐＨを８．０となるようにｐＨ調整剤を添加した。また、微粒子の分離工程で回収したＭＡＰを含む微粒子を種晶として７ｋｇ添加した。
【０２６１】
し渣の分離工程は、目開き２．０ｍｍの振動ふるいを用いた。
【０２６２】
微粒子の分離工程は、４インチの液体サイクロンを用いた。
【０２６３】
なお、嫌気性消化槽以外の工程は半回分的に行った。
各工程の水質を表５に示す。
【０２６４】
嫌気性消化に投入した汚泥（投入汚泥）のＴＳは４２ｇ／Ｌ、ＶＳは３５ｇ／Ｌ、Ｔ−Ｐは９２０ｍｇ／Ｌであった。嫌気性消化槽から引抜いた汚泥（引き抜き汚泥：消化汚泥）の成分は、ｐＨが７．２、ＴＳが２１ｇ／Ｌ、ＶＳが１７ｇ／Ｌ、Ｔ−Ｐが９２０ｍｇ／Ｌ、溶解性のＰＯ4−Ｐは３００ｍｇ／Ｌであった。晶析槽の流出汚泥の性状は、ｐＨが８．０、ＴＳが２４ｇ／Ｌ、ＶＳが１７ｇ／Ｌ、Ｔ−Ｐが９２０ｍｇ／Ｌ、溶解性のＰＯ4−Ｐは１０ｍｇ／Ｌであった。微粒子の分離工程で回収したＭＡＰを含む微粒子量は、消化汚泥１Ｌ当たり４．３ｇであり、そのうちＭＡＰは４．０ｇであった。また、流出汚泥の性状はｐＨが８．０、ＴＳが１９ｇ／Ｌ、ＶＳが１７ｇ／Ｌ、Ｔ−Ｐが４４０ｍｇ／Ｌ、溶解性のＰＯ4−Ｐは１０ｍｇ  ／Ｌであった。消化汚泥に投入したリン濃度９２０ｍｇ／Ｌの内、４８０ｍｇ／Ｌが回収された。
【０２６５】
【表５】
2010012467.tif 000007
【０２６６】
比較例７
以下において、実施例１５と比較した結果を示す。比較例７は、図３５に示すように、晶析工程、し渣の分離工程、微粒子の分離工程がないこと以外は実施例１５と同じである。各工程の水質を表６に示す。
【０２６７】
【表６】
2010012467.tif 000008
【０２６８】
投入汚泥のＴＳは４２ｇ／Ｌ、ＶＳは３５ｇ／Ｌ、Ｔ−Ｐは９２０ｍｇ／Ｌであった。引抜汚泥の成分は、ＴＳが２１ｇ／Ｌ、ＶＳが１７ｇ／Ｌ、Ｔ−Ｐが９２０ｍｇ／Ｌ、ＰＯ4−Ｐが３００ｍｇ／Ｌであった。また、引抜汚泥中にＭＡＰが１．５ｇ／Ｌ含まれていた。引き抜き汚泥中のＭＡＰは、回収されることなく脱水された後、焼却処分された。
【０２６９】
以上の比較例におけるリン回収量はゼロであった。
実施例１６
この実施例では、先に示した図１８の処理フローと全く同じフローを用いて汚泥の処理を行った。フローの詳細については、図１８に関する説明を参照されたい。対象汚泥はＡ下水処理場の嫌気性消化汚泥とし、対象回収物は汚泥中で生成したＭＡＰとした。本フローでの消化汚泥の処理速度は５ｍ3／日であり、運転を３ヶ月行った。
【０２７０】
２段型振動ふるい８１のふるい目は、Ａ下水処理場汚泥の性状分析結果を基に上段８１ａが２．０ｍｍ、下段８１ｂが０．５ｍｍと設定した。上段ふるい８１ａにより分離された分離物（し渣等の夾雑物）８５は、液体サイクロン２の溢流上昇管５から流出するＭＡＰ脱離汚泥及びＭＡＰ微粒子洗浄装置８２からのＭＡＰ脱離汚泥９１に添加して排出汚泥として排出した。上段ふるい８１ａを通過し下段ふるい８１ｂを通過しなかった分離物（ＭＡＰ結晶を主体とする粒子）は、直接ＭＡＰ洗浄装置８２に導入した。下段ふるい８１ｂを通過した分離物（微細粒子を含む汚泥スラリー）は、ＭＡＰ晶析リアクタ９に導き、塩化マグネシウムと苛性ソーダを必要に応じて添加して晶析反応を行わせた。ＭＡＰ晶析リアクタ９内のＭＡＰ粒子を含む汚泥は液体サイクロン流入管６により２インチ液体サイクロン２に適宜導入し、サイクロン２により濃縮されたＭＡＰ粒子は返送管１１によってＭＡＰ晶析リアクタ９に戻し、適宜その一部を粒子排出管４によってＭＡＰ洗浄装置８２に導入した。ＭＡＰ洗浄装置８２としては、ドラム型の薄流選別分級装置を用いて、導入されたＭＡＰ粒子を含むスラリーからＭＡＰ粒子を分級・分離すると共に洗浄水８４で洗浄した。分離・洗浄後のＭＡＰ粒子は水切り装置８３によって水切りを行った後、ＭＡＰ結晶８９として回収した。
【０２７１】
また、比較フローとして１段型振動ふるいを使用して、同じ対象汚泥に対して同様の処理を行った。比較フローのフロー図を図３６に示す。図３６に示す比較フローでは、振動ふるいとして、穴径２．０ｍｍの１段ふるい９１を用い、分離されたし渣等の夾雑物９２を排出汚泥として排出すると共に、ふるいを通過したＭＡＰ微粒子を含む汚泥スラリー９３を全量晶析リアクタ９に投入した。他の条件は、図１８に示すフローと同じとした。
【０２７２】
実施例１６の結果を表７に示す。
【０２７３】
本システムの目的は、下水汚泥中からできるだけ純度の高いＭＡＰをできるだけ多く回収することを目的とする。そこで、本システムの評価項目は「処理汚泥１ＬあたりのＭＡＰ回収量」と「回収ＭＡＰ純度」の２項目とした。
【０２７４】
図１８に示す２段ふるいを用いたフローによる処理法では、ＭＡＰ回収量が平均３．９ｇ／Ｌ、回収ＭＡＰ純度が平均８６．６％であったのに対して、図３６に示す１段ふるいを用いた処理フローでは、ＭＡＰ回収量が平均３．５ｇ／Ｌ、回収ＭＡＰ純度が平均８２．７％であった。２段型ふるいを用いたフローの方が１段型ふるいを用いたフローよりもＭＡＰ回収量で０．４ｇ／Ｌ増加し１０％以上向上した上、ＭＡＰ純度は４．２ポイント向上した。１段型振動ふるいを使用する方式では、数ミリ大に成長したＭＡＰ粒子がシステム内配管や反応槽内に一部沈積する場合があり、これによりＭＡＰ回収量が低下したものと考えられる。また、２．０ｍｍ以下のゴマや木屑等ＭＡＰ以外の微粒子が１段ふるいを通過してＭＡＰ粒子とともにＭＡＰ晶析リアクタ９に導入され、このＭＡＰ以外の微粒子の表面にＭＡＰの晶析物が付着した粒子が形成され、その粒子が後段のＭＡＰ洗浄装置でＭＡＰとともに回収されて回収ＭＡＰ純度を低下させたり、或いは回収物から除外されてＭＡＰ回収量を低下させると推測される。これに対して、２段ふるいを用いたフローにおいては、穴径２ｍｍの１段目ふるいを通過したゴマや木屑等ＭＡＰ以外の微粒子は、粒径の大きなＭＡＰ粒子と共に２段目ふるいで分離され、晶析リアクタを経由しないで直接ＭＡＰ洗浄装置に送られるので、晶析リアクタでの反応に関与しない。この結果、ＭＡＰ回収量およびＭＡＰ純度は、２段ふるいを用いた方式の方が相対的に良好な処理結果が得られたと考えられる。
【０２７５】
【表７】
2010012467.tif 000009
【産業上の利用可能性】
【０２７６】
本発明によれば、汚泥中のリンをＭＡＰ粒子として回収する処理において、液体サイクロンなどの粒子分離装置の閉塞を抑制し、処理の安定性を向上させ、純度の高いＭＡＰを得ることができるなどの効果が得られる。本発明は、汚泥中のリンをＭＡＰ粒子として回収する処理のみならず、各種排水中からの様々な結晶の分離回収に適用することができる。
【符号の説明】
【０２７７】
１：汚泥
２：液体サイクロン
３：ＭＡＰ
４：排出管
５：溢流上昇管
６：液体サイクロン流入管
７：返送管Ａ
８：処理汚泥
９：晶析リアクタ
１０：薬品
１１：返送管Ｂ
１１：し渣除去装置
５１：返送管
５２：引抜管
５３：微粒子排出管
５４：循環水流入管
５５：循環水槽
５６：ＭＡＰ回収管
５７：ｐＨ計
７１：流量計
７２：ポンプ
７３：濃度計
７４：リン濃度計
７５：ｐＨ計
８１：二段型振動ふるい
８２：ＭＡＰ洗浄装置
８３：水切り装置
８４：洗浄水
８５：分離物
８６：ＭＡＰを主体とする粒子
８７：微細粒子含有汚泥
８８：排出汚泥
８９：ＭＡＰ結晶回収物  
９１：ＭＡＰ粒子が除去された汚泥スラリー
９２：夾雑物
９３：ＭＡＰ粒子を含む汚泥スラリー
１０１：投入汚泥
１０２：嫌気性消化槽
１０３：消化汚泥（引き抜き汚泥）
１０４：脱炭酸工程
１０５：し渣の除去工程
１０６：し渣
１０７：ＭＡＰを含む微粒子の分離工程
１０８：ＭＡＰを含む微粒子回収
１０９：系外へ
１１０：ｐＨ調整剤
１１１：濃縮余剰汚泥
１１２：リン吐き出し槽
１１３：ＢＯＤ源
１１４：濃縮工程
１１５：分離水
１１６：脱水工程
１１７：濃度調整水
１１８：脱離液
２０１：投入汚泥
２０２：嫌気性消化槽
２０３：引き抜き汚泥（消化汚泥）
２０４：晶析工程
２０５：Ｍｇ化合物
２０６：し渣の除去工程
２０７：し渣
２０８：ＭＡＰを含む微粒子の分離工程
２０９：ＭＡＰを含む微粒子回収
２１０：脱水工程
２１１：脱離液
２１２：系外へ
２１３：微粒子移送配管
２１４：し渣移送配管
【図１】
2010012467.tif 000010
【図２】
2010012467.tif 000011
【図３】
2010012467.tif 000012
【図４】
2010012467.tif 000013
【図５】
2010012467.tif 000014
【図６】
2010012467.tif 000015
【図７】
2010012467.tif 000016
【図８】
2010012467.tif 000017
【図９】
2010012467.tif 000018
【図１０】
2010012467.tif 000019
【図１１】
2010012467.tif 000020
【図１２】
2010012467.tif 000021
【図１３】
2010012467.tif 000022
【図１４】
2010012467.tif 000023
【図１５】
2010012467.tif 000024
【図１６】
2010012467.tif 000025
【図１７】
2010012467.tif 000026
【図１８】
2010012467.tif 000027
【図１９】
2010012467.tif 000028
【図２０】
2010012467.tif 000029
【図２１】
2010012467.tif 000030
【図２２】
2010012467.tif 000031
【図２３】
2010012467.tif 000032
【図２４】
2010012467.tif 000033
【図２５】
2010012467.tif 000034
【図２６】
2010012467.tif 000035
【図２７】
2010012467.tif 000036
【図２８】
2010012467.tif 000037
【図２９】
2010012467.tif 000038
【図３０】
2010012467.tif 000039
【図３１】
2010012467.tif 000040
【図３２】
2010012467.tif 000041
【図３３】
2010012467.tif 000042
【図３４】
2010012467.tif 000043
【図３５】
2010012467.tif 000044
【図３６】
2010012467.tif 000045
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月8日(2009.10.8)
【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】
汚泥、又は汚泥の濃縮又は脱水処理による分離水からそれに含まれる結晶を分離する装置において、
前記汚泥又は分離水に薬品を添加することによって結晶を析出させる晶析リアクタと、
前記晶析リアクタに該リアクタ内から汚泥又は結晶を含む液を引き抜く引抜き管と、
前記引抜き管から引き抜いた液から結晶を分離する第一の液体サイクロン（Ｘ）と、
前記第一の液体サイクロン（Ｘ）の溢流上昇管から流出した分離水を循環水として受け入れる返送管（Ｃ）であって、該返送管の上部には該循環水が溢流する流出口を有し、また、該返送管の底部には前記晶析リアクタの底部と連通する連通部を有する前記返送管（Ｃ）と、
前記第一の液体サイクロン（Ｘ）で分離又は濃縮した結晶を前記晶析リアクタへ返送する返送管（Ｂ）とを設け、
前記晶析リアクタ内で沈降させて引き抜いた液を前記返送管（Ｃ）から流出する循環水の一部とともに前記第一の液体サイクロン（Ｘ）に導入する配管を設けたことを特徴とする結晶の分離装置。
【請求項２】
前記返送管（Ｃ）から溢流する循環水を受け入れる配管を接続するとともに前記引抜き管から引き抜いた汚泥又は結晶を含む液に該循環水の一部を合流して前記第一の液体サイクロン（Ｘ）へ送る配管を接続した循環水槽を設けたことを特徴とする請求項１に記載の結晶の分離装置。
【請求項３】
前記循環水槽に貯留されている循環水の残部から結晶を分離する第二の液体サイクロン（Ｙ）を更に設けたことを特徴とする請求項２に記載の結晶の分離装置。  
【請求項４】
前記汚泥又は分離水に含まれるし渣を除去するし渣除去装置が前記晶析リアクタに接続されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の結晶の分離装置。
【請求項５】
汚泥、又は汚泥の濃縮又は脱水処理による分離水からそれに含まれる結晶を分離する装置において、
前記汚泥又は分離水に薬品を添加することによって結晶を析出させる晶析リアクタと、
前記晶析リアクタに該リアクタ内から汚泥又は結晶を含む液を引き抜く引抜き管と、
前記引抜き管から引き抜いた液から結晶を分離する第一の液体サイクロン（Ｘ）と、
前記第一の液体サイクロン（Ｘ）の溢流上昇管から流出した分離水を循環水として受け入れる循環水槽であって、該水槽の上部には該循環水が溢流する流出口を有し、また、該流出口の下方に循環水の一部を流出させる流出口を有し、さらに、該水槽の底部には、該水槽と前記晶析リアクタの底部とをつなぐ返送管（Ｃ）を有する前記循環水槽と、
前記第一の液体サイクロン（Ｘ）で分離又は濃縮した結晶を前記晶析リアクタへ返送する返送管（Ｂ）とを設け、
前記晶析リアクタ内で沈降させて引き抜いた液を、前記循環水槽の下方の流出口から流出する循環水の一部とともに前記第一の液体サイクロン（Ｘ）に導入する配管を設けたことを特徴とする結晶の分離装置。
【請求項６】
前記第一の液体サイクロン（Ｘ）で分離又は濃縮した結晶の一部を回収する回収管を当該液体サイクロン（Ｘ）の底部又は返送管（Ｂ）に設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の結晶の分離装置。
【請求項７】
前記回収管に、結晶を分級すると共に洗浄する洗浄装置が接続されていることを特徴とする請求項６に記載の結晶の分離装置。
【請求項８】
汚泥、又は汚泥の濃縮又は脱水処理による分離水からそれに含まれる結晶を分離する方法であって、
前記汚泥又は分離水を晶析リアクタに供給すること、
該晶析リアクタ内で前記汚泥又は分離水に薬品を添加することによって結晶を析出させること、
前記晶析リアクタから汚泥又は結晶を含む液を引き抜き、第一の液体サイクロン（Ｘ）に供給すること、
該液体サイクロンで結晶を分離又は濃縮すること、
前記液体サイクロン（Ｘ）の溢流として流出した分離水を、前記晶析リアクタの底部に返送すること、及び
前記液体サイクロン（Ｘ）で分離又は濃縮された結晶の一部を前記晶析リアクタへ返送すること、
を含み、
前記液体サイクロンの溢流として流出した分離水の晶析リアクタの底部への返送を、晶析リアクタの底部につながる返送管（Ｃ）を介して実施すること、また、前記晶析リアクタから引き抜いた液を、前記返送管（Ｃ）からの溢流として流出する循環水の一部と合流させてから、前記第一の液体サイクロン（Ｘ）に導入すること、を特徴とする結晶の分離方法。
【請求項９】
前記返送管（Ｃ）からの溢流として流出する循環水の一部は、前記晶析リアクタから引き抜いた液に合流する前に、循環水槽を経由することを特徴とする、請求項８に記載の結晶の分離方法。
【請求項１０】
前記循環水槽に貯留されている循環水の残部を第二の液体サイクロン（Ｙ）に供給すること、及び
該第二の液体サイクロンで結晶を分離又は濃縮して回収すること
を更に含む、請求項９記載の結晶の分離方法。