(57)【要約】【課題】好気条件と嫌気条件の切り替えが容易で、下水等、リンを含有する液体からリンを除去するとともに、このリンを高濃度にして回収することができるリンの回収方法及び回収装置を提供することを目的とする。【解決手段】リンの回収方法は、好気条件下でリンを摂取するとともに嫌気条件下でリンを放出する微生物を保持する微生物保持部材が内部に配置された処理容器内に、リンを含有する被処理液を導入し、被処理液を微生物保持部材に浸透させながら流下させて微生物にリンを摂取させる好気処理工程と、処理容器に有機物質含有液及び回収液を充填し微生物保持部材を埋没させる嫌気処理準備工程と、微生物が摂取したリンを回収液に放出させる嫌気処理工程と、リンが放出された回収液を前記処理容器から回収液貯留槽に回収する回収工程と、を具備し、好気処理工程、嫌気処理準備工程、嫌気処理工程、回収工程の順に繰り返し連続して行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
好気条件下でリンを摂取するとともに嫌気条件下でリンを放出する微生物を保持する微生物保持部材が内部に配置された処理容器内に、リンを含有する被処理液を導入し、前記被処理液を前記微生物保持部材に浸透させながら流下させて前記微生物に前記リンを摂取させる好気処理工程と、
前記処理容器に有機物質含有液及び回収液を充填し前記微生物保持部材を埋没させる嫌気処理準備工程と、
前記微生物が摂取した前記リンを前記回収液に放出させる嫌気処理工程と、
前記リンが放出された前記回収液を前記処理容器から回収液貯留槽に回収する回収工程と、を含み、
前記好気処理工程、前記嫌気処理準備工程、前記嫌気処理工程、前記回収工程の順に繰り返し連続して行うことを特徴とするリンの回収方法。
【請求項２】
前記回収液貯留槽に回収した前記回収液の一部を前記処理容器内に再度充填することを特徴とする請求項１に記載のリンの回収方法。
【請求項３】
前記処理容器に充填した前記有機物質含有液と同量の前記回収液を前記回収液貯留槽から排出することを特徴とする請求項１に記載のリンの回収方法。
【請求項４】
通気孔が設けられた前記処理容器を用い、
前記好気処理工程では、被処理液供給ポンプを用いて前記被処理液を前記処理容器内に導入しつつ、前記被処理液から前記リンが除去された処理液を処理液排出ポンプを用いて前記処理容器から排出するとともに、
前記処理液排出ポンプの流量を前記被処理液供給ポンプの流量よりも多くして、前記通気孔から空気を導入することを特徴とする請求項１に記載のリンの回収方法。
【請求項５】
多孔質部材に前記微生物を保持させた前記微生物保持部材を用いることを特徴とする請求項１に記載のリンの回収方法。
【請求項６】
好気条件下でリンを摂取するとともに嫌気条件下でリンを放出する微生物が保持された微生物保持部材と、
前記微生物保持部材が内部に配置された処理容器と、
リンを含有する被処理液を前記処理容器に供給する被処理液供給流路と、
前記被処理液から前記リンが除去された処理液を前記処理容器から排出する処理液排出流路と、
前記リンが放出された回収液を貯留する回収液貯留槽と、
前記回収液貯留槽から前記処理容器に前記回収液を供給する回収液供給流路と、
前記処理容器から前記回収液貯留槽に前記回収液を送る回収液回収流路と、
有機物質含有液が貯留される有機物質含有液貯留槽と、
前記有機物質含有液貯留槽から前記処理容器に前記有機物質含有液を送る有機物質含有液供給流路と、
前記回収液貯留槽から前記回収液を排出する回収液排出流路と、
を備えることを特徴とするリンの回収装置。
【請求項７】
前記処理容器に通気孔が設けられ、
前記被処理液を前記処理容器に供給する被処理液供給ポンプと、
前記処理液を前記処理容器から排出する処理液排出ポンプと、を備え、
前記処理液排出ポンプの流量が前記被処理液供給ポンプの流量よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載のリンの回収装置。
【請求項８】
前記微生物保持部材は、多孔質部材に前記微生物が保持されていることを特徴とする請求項６に記載のリンの回収装置。
【請求項９】
複数の前記微生物保持部材がそれぞれ離間して糸に連ねられて前記処理容器内に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のリンの回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物を用いて下水等の処理水に含まれるリンを回収するリン回収方法及び回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水や工場排水、し尿系汚水等にはリン化合物が含まれており、このリン化合物は川や湖の富栄養化の原因の一つとして知られている。下水等が川や海或いは湖沼に流入すると、リン化合物によって藻が大量発生する等、水質汚濁を起こし自然環境の悪化を招く。このため、下水等からリン化合物を除去する必要があるとともに、限りある資源として除去したリンを有効活用すべきであることから、除去したリンを高濃度にして回収することが求められる。
【０００３】
特許文献１に、下水等からリンを除去し、リンを回収する方法が開示されている。このリンの回収方法は、ポリリン酸蓄積細菌群を用いた生物学的なリンの回収方法である。ポリリン酸蓄積細菌群は、好気条件及び嫌気条件が交互に繰り返されることで繁殖していく微生物として知られており、好気条件下でリンを摂取し、嫌気条件下では有機物質を摂取しつつリンを放出する特性を備えている。
【０００４】
特許文献１のリンの回収方法では、まず、好気条件下で、下水等の被処理水を気相に配置されたポリリン酸蓄積細菌群に接触させて、被処理水に含まれるリンを摂取させている。そして、嫌気条件下で有機性排水にポリリン酸蓄積細菌群が捕捉したリンを放出して回収している。ここで、嫌気条件とするために窒素等の不活性ガスを用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１７８８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示の方法は、酸素含有ガスを供給して好気条件を形成し、また、窒素等の不活性ガスを用いて嫌気条件を形成していることから、酸素含有ガス、不活性ガス及びこれらのガス供給装置等が必要になり、処理コストが高くなってしまう。
【０００７】
また、酸素含有ガス、不活性ガスによる好気条件、嫌気条件相互の切り替えが煩雑であるとともに、時間を要するという問題もある。
【０００８】
本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、好気条件と嫌気条件の切り替えが容易で、下水等、リンを含有する液体からリンを除去するとともに、このリンを高濃度にして回収することができるリンの回収方法及び回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るリンの回収方法は、
好気条件下でリンを摂取するとともに嫌気条件下でリンを放出する微生物を保持する微生物保持部材が内部に配置された処理容器内に、リンを含有する被処理液を導入し、前記被処理液を前記微生物保持部材に浸透させながら流下させて前記微生物に前記リンを摂取させる好気処理工程と、
前記処理容器に有機物質含有液及び回収液を充填し前記微生物保持部材を埋没させる嫌気処理準備工程と、
前記微生物が摂取した前記リンを前記回収液に放出させる嫌気処理工程と、
前記リンが放出された前記回収液を前記処理容器から回収液貯留槽に回収する回収工程と、を含み、
前記好気処理工程、前記嫌気処理準備工程、前記嫌気処理工程、前記回収工程の順に繰り返し連続して行うことを特徴とする。
【００１０】
また、前記回収液貯留槽に回収した前記回収液の一部を前記処理容器内に再度充填することが望ましい。
【００１１】
また、前記処理容器に充填した前記有機物質含有液と同量の前記回収液を前記回収液貯留槽から排出することが望ましい。
【００１２】
また、通気孔が設けられた前記処理容器を用い、
前記好気処理工程では、被処理液供給ポンプを用いて前記被処理液を前記処理容器内に導入しつつ、前記被処理液から前記リンが除去された処理液を処理液排出ポンプを用いて前記処理容器から排出するとともに、
前記処理液排出ポンプの流量を前記被処理液供給ポンプの流量よりも多くして、前記通気孔から空気を導入することが望ましい。
【００１３】
多孔質部材に前記微生物を保持させた前記微生物保持部材を用いることが望ましい。
【００１４】
本発明に係るリンの回収装置は、
好気条件下でリンを摂取するとともに嫌気条件下でリンを放出する微生物が保持された微生物保持部材と、
前記微生物保持部材が内部に配置された処理容器と、
リンを含有する被処理液を前記処理容器に供給する被処理液供給流路と、
前記被処理液から前記リンが除去された処理液を前記処理容器から排出する処理液排出流路と、
前記リンが放出された回収液を貯留する回収液貯留槽と、
前記回収液貯留槽から前記処理容器に前記回収液を供給する回収液供給流路と、
前記処理容器から前記回収液貯留槽に前記回収液を送る回収液回収流路と、
有機物質含有液が貯留される有機物質含有液貯留槽と、
前記有機物質含有液貯留槽から前記処理容器に前記有機物質含有液を送る有機物質含有液供給流路と、
前記回収液貯留槽から前記回収液を排出する回収液排出流路と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、前記処理容器に通気孔が設けられ、
前記被処理液を前記処理容器に供給する被処理液供給ポンプと、
前記処理液を前記処理容器から排出する処理液排出ポンプと、を備え、
前記処理液排出ポンプの流量が前記被処理液供給ポンプの流量よりも大きいことが望ましい。
【００１６】
また、前記微生物保持部材は、多孔質部材に前記微生物が保持されていてもよい。
【００１７】
また、複数の前記微生物保持部材がそれぞれ離間して糸に連ねられて前記処理容器内に配置されていてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るリンの回収方法では、微生物が保持された微生物保持部材を処理容器内に配置し、好気処理工程、嫌気処理準備工程、嫌気処理工程、回収工程の順に連続して繰り返し行う。そして、嫌気処理準備工程では、有機物質含有液及び回収液を充填し微生物保持部材を埋没させることで、容易に処理容器内を好気条件から嫌気条件に切り換えることができるので、不活性ガス等が不要である。
【００１９】
また、好気処理工程、嫌気処理準備工程、嫌気処理工程、回収工程の順に連続して繰り返し行い、嫌気処理工程でリンが放出された回収液の一部を、後の嫌気処理工程にて用いるので、回収液のリン濃度を高めることができることはもちろんのこと、その回収液と有機物質含有液の量比を調整することにより、回収液中のリン濃度を制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係るリン回収方法の工程図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るリン回収装置の概略構成図である。
【図３】好気処理工程の様子を示すリン回収装置の概略構成図である。
【図４】嫌気処理準備工程及び嫌気処理工程の様子を示すリン回収装置の概略構成図である。
【図５】回収工程の様子を示すリン回収装置の概略構成図である。
【図６】実施例に用いた微生物保持部材を示す概略図である。
【図７】実施例において運転日数と回収液中のリン濃度との関係を示すグラフである。
【図８】実施例において嫌気処理工程の経過時間とリン濃度及びＣＯＤ濃度との関係を示すグラフである。
【図９】実施例において好気処理工程の経過時間とリン濃度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（リンの回収方法）
本実施の形態に係るリン回収方法は、図１の工程図に示すように、好気処理工程と、嫌気処理準備工程と、嫌気処理工程と、回収工程とから構成される。そして、好気処理工程、嫌気処理準備工程、嫌気処理工程、及び回収工程を繰り返し連続して行い、被処理液からリンを除去するとともに、リンを高濃度にして回収する方法である。以下、詳細に説明する。
【００２２】
（好気処理工程）
好気処理工程は、好気条件下で、被処理液に含まれるリンを微生物に摂取させてリンを除去する工程である。
【００２３】
まず、好気条件下でリンを摂取するとともに嫌気条件下でリンを放出する微生物を保持させた微生物保持部材を準備する。そして、この微生物保持部材を処理容器の内部に配置する。
【００２４】
処理容器として、被処理液の流入、及び被処理液からリンを除去した処理液の排出を行い得る容器を用いる。例えば、上方及び下方に２つの開口部を備え、上方の開口部から被処理液等を流入でき、下方の開口部から処理液を排出できる処理容器を用いるとよい。
【００２５】
微生物保持部材に保持させる微生物として、好気条件下でリンを摂取し、嫌気条件下では有機物質を摂取しつつリンを放出する特性を備える微生物を用いる。この微生物は、好気条件及び嫌気条件が交互に繰り返されることで繁殖していく特性を有する。
【００２６】
このような特性を有する微生物として、ロドサイクラス（Ｒｈｏｄｏｃｙｃｌｕｓ）属ポリリン酸蓄積細菌群等の、ポリリン酸蓄積細菌群を用いることができる。なお、このような微生物は、一つの種を用いてもよく、複数の種を組み合わせて用いてもよい。
【００２７】
上記のように、微生物保持部材が配置された処理容器内に、被処理液を流入する。処理容器の上方から被処理液を流入することで、被処理液が微生物保持部材に浸透しつつ流下していく。この過程において、被処理液が微生物保持部材に保持されている微生物に接触するので、被処理液に含まれるリンが微生物に摂取される。これにより、被処理液からリンが除去される。
【００２８】
被処理液として、下水、し尿系汚水、工場排水、或いは湖沼水等、リン化合物を含有する液体を用いることができ、いずれの液体中のリン化合物も除去することができる。
【００２９】
リンが除去されて得られた処理液は、処理容器から排出し、回収容器等に回収すればよい。回収された処理液は、リン以外の環境汚染物質等が除去されていれば、河川等に放流することができる。或いは、中水として利用することも可能である。
【００３０】
なお、処理容器から排出した処理液を再度処理容器に流入して好気処理工程を行ってもよい。例えば、排出した処理液にリンが残存している場合等、処理容器から排出した処理液を再度処理容器内に流入して好気処理工程を行い、処理液に残存しているリンを微生物に摂取させて、リンを完全に除去すればよい。
【００３１】
微生物は、好気条件下でリンを摂取するので、被処理液で微生物保持部材が埋没されて微生物への酸素の供給が阻害されないよう、被処理液を一定の速度で少量ずつ処理容器に流入する。これにより、好気条件が維持され、微生物が被処理液中のリンを摂取する。
【００３２】
更に、通気孔が設けられた処理容器を用いるとともに、被処理液供給ポンプを用いて被処理液を処理容器内に導入し、処理液排出ポンプを用いて処理液を処理容器外へ排出するとよい。そして、処理液排出ポンプの流量を被処理液供給ポンプの流量よりも多くして行うことにより、処理容器外部の空気を通気孔から処理容器内へ導入することができる。これにより、微生物保持部材に保持された微生物に空気中の酸素が十分に供給されることとなり、好適な好気条件を形成することができる。別途酸素供給装置等が不要であるため、処理コスト面にも優れる。
【００３３】
通気孔を設ける場合、導入した空気を処理容器内に満遍なく行き渡らせ得る箇所に通気孔を配置するとよい。例えば、被処理液を処理容器の上方から流入させ、処理液を処理容器の下方から排出する場合、処理容器の下方に処理液排出ポンプを配置することになる。この場合、通気孔を処理容器の上部に設けることで、処理液排出ポンプの吸引により処理容器内に導入された空気は、処理容器内の端から端まで流通し、満遍なく行き渡ることとなる。
【００３４】
なお、別途酸素供給装置等を用いて、処理容器内に酸素を満遍なく供給してもよい。
【００３５】
処理容器内における被処理液の滞留時間（被処理液が処理容器内に供給され、被処理液からリンが除去された処理液が処理容器内から排出されるまでの時間）は、微生物が被処理液中のリンを十分に摂取できる時間に調節して行えばよい。
【００３６】
また、微生物保持部材として、スポンジのような多孔質発泡部材、燒結金属のような粒子、或いは、繊維状の結合体を用いることができる。具体的には、微生物保持部材として、ポリウレタン製等のスポンジ状の多孔質部材や、セラミックス等の透液性の多孔質部材を用いることが好ましいが、不織布のような透液性のシートを用いてもよい。
【００３７】
多孔質部材は空隙率が高く、比表面積が大きいので、多量の微生物を担持させ、繁殖させることができる。微生物が増殖することにより、処理能力を高めることができる。更に、多孔質部材は通気性及び通水性に優れる。これにより、空気中の酸素が多孔質部材内部に保持された微生物にも供給されるとともに、被処理液が多孔質部材内部にも浸透し流通する。このため、多孔質部材内部に保持された微生物にも空気中の酸素及び被処理液が接触するので、効果的に好気処理が行われ、被処理液からリンを除去できる。
【００３８】
微生物保持部材に微生物を保持させるには、微生物が存在する液体に微生物保持部材を浸す等、種々の手段によって行うことができる。
【００３９】
（嫌気処理準備工程）
まず、上述の好気処理工程を終えた後、回収液及び有機物質含有液を処理容器内に充填する。そして、この回収液及び有機物質含有液で、処理容器内に配置されている微生物保持部材を埋没させる。回収液とは、リンを放出させて回収することに用いる液体である。
【００４０】
回収液及び有機物質含有液で微生物保持部材を埋没させることによって、微生物と空気との接触を断つことができる。したがって、微生物保持部材に保持されている微生物には、空気中の酸素が供給されることがない。このようにして、別途不活性ガス等を用いることなく、容易に嫌気条件を形成することができるとともに、処理コストの低減をも実現している。また、回収液と有機物質含有液との量比は、有機物質含有液の濃度、及び得ようとする濃縮後のリン濃度に応じて、適宜調節すればよいが、具体的には有機物質含有液量：回収液量＝１：２〜１：２００である。
【００４１】
有機物質含有液として、例えば、水処理施設で排出される汚泥や、生ゴミ等が可溶化した液体等、微生物が摂取し得る有機物質を含有する液体を用いればよい。
【００４２】
（嫌気処理工程）
嫌気処理工程は、上述の好気処理工程で微生物が摂取したリンを回収液に放出させる工程である。上述のように形成した嫌気条件下で、微生物が有機物質を摂取しつつ、好気処理工程で摂取したリンを回収液に放出してゆく。
【００４３】
嫌気処理工程の時間については、微生物が好気処理工程で摂取したリンを、十分に回収液に放出する時間に調節し、処理容器内に回収液を留めた状態にしておけばよい。
【００４４】
（回収工程）
回収液に微生物からリンを放出させた後、処理容器内の回収液を回収する。この回収液は、回収液貯留槽に回収しておく。
【００４５】
回収液を処理容器内から排出することにより、処理容器内には空気が導入され、微生物保持部材が空気と接触することになるので、簡単に好気条件を形成することができる。
【００４６】
なお、処理容器には回収液及び有機物質含有液を充填しており、回収工程ではこれらの混合した液体をすべて回収液貯留槽に回収し、後述のように、混合した液体を嫌気処理準備工程にて回収液として処理容器に充填を行うので、以後回収液貯留槽に回収した液体を総称して回収液として説明する。
【００４７】
そして、上述した好気処理工程、嫌気処理準備工程、嫌気処理工程、回収工程の順に連続して繰り返し行う。
【００４８】
この際、嫌気処理準備工程では、前述の回収工程で回収液貯留槽に回収した回収液の一部を再度処理容器に充填する。この回収液には上述したように既にリンが放出されておりリンを含有している。このリンを含有する回収液を用いて再度嫌気処理工程を行うことにより、更にリンが新たに放出されるので、回収液中のリン濃度が高まる。
【００４９】
このように、好気処理工程、嫌気処理準備工程、嫌気処理工程、回収工程の順に連続して繰り返し行い、回収液貯留槽に回収した回収液の一部を再度処理容器に充填することで、回収液のリン濃度を高くして回収することができる。
【００５０】
また、上記のように各工程を繰り返し連続して行うことで、微生物保持部材に保持される微生物が繁殖してゆく。このため、徐々にリン負荷量を上げることができ、処理能力が向上する。
【００５１】
嫌気処理準備工程においては、回収液と有機物質含有液とが混合されて処理容器内に充填されるため、回収工程において回収液貯留槽に回収される回収液は、回収工程を行うたびに処理容器に充填した有機物質含有液の分量だけ増量することになる。回収液貯留槽の容積は有限であるので、好気処理工程、嫌気処理準備工程、嫌気処理工程、回収工程のいずれかの工程において、処理容器に充填した有機物質含有液と同量の回収液を回収液貯留槽から排出するとよい。これにより、好気処理工程、嫌気処理準備工程、嫌気処理工程、回収工程を永続的に繰り返し行うことができる。
【００５２】
すなわち、全体としては、被処理液中のリンは除去され、その除去されたリンは回収液中に高濃度に濃縮される。嫌気処理準備工程において供給した有機物質含有液と同量の回収液を回収液貯留槽から排出することにより、回収液を高濃度のリン含有液として取り出すことになる。
【００５３】
上記のように、好気処理工程、嫌気処理準備工程、嫌気処理工程、回収工程の順に繰り返して行うが、これらの工程に要する時間については、処理容器や微生物保持部材の大きさ等に応じて、それぞれの処理が十分に行い得る時間に適宜設定して行えばよい。一般的には、好気処理工程２分〜２４時間、嫌気処理工程１０分〜２０時間、時間比では、好気処理工程時間：嫌気処理工程時間＝１：１〜１：２０である。
【００５４】
また、有機物質含有液は有機物質濃度（例えば、ＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand）濃度）の高い液体を用いることが好ましい。有機物質含有液の有機物質濃度が高ければ、嫌気処理準備工程において、処理容器内へ充填する回収液の割合を多くする（有機物質含有液の割合を少なくする）ことができる。これにより、回収工程で回収液貯留槽へ回収する回収液の増量分が少なくなる。このため、回収液貯留槽の回収液を処理容器内に充填できる回数が増えるので、回収液中のリン濃度をより高めることができる。
【００５５】
一般的な水処理では、リン等を除去する高度処理が行われているが、本実施の形態に係るリンの回収方法は、上述のように被処理液中のリンの除去ができるので、上述の水処理における高度処理として用いることができる。更に、上述のように、好気処理工程、嫌気処理準備工程、嫌気処理工程、回収工程の順に繰り返し永続的に行うことができるので、効率的な高度処理ができる。
【００５６】
（リンの回収装置）
続いて、図面を参照して、前述のリンの回収方法を実施するために用いるリンの回収装置について説明する。図２に一例として、リンの回収装置の概略構成を示す。
【００５７】
リン回収装置１は、主に、処理容器１１と、微生物保持部材１３と、被処理液供給流路２４と、処理液排出流路２７と、回収液貯留槽４２と、回収液供給流路４４と、回収液回収流路３８と、有機物質含有液貯留槽３２と、有機物質含有液供給流路３４と、回収液排出流路４５とから構成される。
【００５８】
処理容器１１は、内部において好気処理工程及び嫌気処理工程が行われる容器である。処理容器１１は、内部中空の筒体であり、内部には微生物保持部材１３が配置されている。微生物保持部材１３には上述した微生物が保持されている。複数の微生物保持部材１３がそれぞれ離間して防水性の糸１４に連ねられており、糸１４の両端が処理容器１１の上部及び下部にそれぞれ固定されることで、微生物保持部材１３が処理容器１１内に配置されている。
【００５９】
また、処理容器１１の上部には、好気処理において要求される空気（酸素）が供給されるよう、通気孔１２が設けられている。後述のように、処理液排出流路２７に設けられた処理液排出ポンプ２６の吸引により、通気孔１２から導入した空気を処理容器１１内に行き渡らせるため、処理液排出流路２７と離間した位置（処理液が処理容器１１から排出される箇所と対峙する位置）に通気孔１２を設けている。これにより、通気孔１２から導入された空気を処理容器１１内を満遍なく流通させることができる。
【００６０】
処理容器１１の上部には、処理容器１１にリンを含有する被処理液２１を供給する被処理液供給流路２４が接続している。被処理液供給流路２４の他の端は、被処理液貯留槽２２に挿入されている。
【００６１】
また、処理容器１１の下部は、三方バルブ３５と接続している。三方バルブ３５には、処理容器１１のほか、処理液排出流路２７と連接管３６が接続している。
【００６２】
被処理液供給流路２４には被処理液２１を処理容器１１に送る被処理液供給ポンプ２３が配置されており、処理液排出流路２７には、被処理液からリンが除去された処理液を排出する処理液排出ポンプ２６が配置されている。
【００６３】
連接管３６の他の端は三方バルブ３７が接続されており、三方バルブ３７には連接管３６のほか、回収液供給流路４４及び回収液回収流路３８が接続されている。
【００６４】
回収液供給流路４４の他の端は回収液貯留槽４２に挿入されている。また、回収液供給流路４４には、回収液４１を処理容器１１に送る回収液供給ポンプ４３が配置されている。また、回収液供給流路４４には、有機物質含有液貯留槽３２に貯留されている有機物質含有液３１を処理容器１１へと送る有機物質含有液供給流路３４が接続されている。なお、有機物質含有液供給流路３４は、回収液供給流路４４に接続している必要はなく、直接処理容器１１に接続するよう構成してもよい。
【００６５】
回収液貯留槽４２は、嫌気処理によってリンが放出された回収液４１を一時的に貯留しておく容器である。また、回収液貯留槽４２には回収液供給流路４４のほか、回収液４１を排出する回収液排出流路４５が挿入されている。
【００６６】
有機物質含有液供給流路３４には、有機物質含有液３１を供給するための有機物質含有液供給ポンプ３３が配置されている。
【００６７】
被処理液供給ポンプ２３、及び処理液排出ポンプ２６には、それぞれのポンプの駆動を制御するタイマー２５が接続されている。
【００６８】
また、回収液供給ポンプ４３、回収液排出ポンプ４６、及び有機物質含有液供給ポンプ３３には、それぞれのポンプの駆動を制御するタイマー４７が接続されている。
【００６９】
また、回収液回収ポンプ３９の駆動を制御するタイマー４０が設けられている。
【００７０】
続いて、リン回収装置１を用いたリンの回収手順について図３〜図５を参照して説明する。
【００７１】
まず、図３に示すように、好気処理工程を行う。好気処理工程では、被処理液供給ポンプ２３及び処理液排出ポンプ２６を駆動することで、被処理液供給流路２４を介して、被処理液２１が処理容器１１内に送り込まれる。処理容器１１内に流入した被処理液２１は、糸１４を伝わり、配置されている全ての微生物保持部材１３を順に通過して、下方へと流下していく。被処理液２１が、処理容器１１内を満たし、好気条件が損なわれることがないよう、被処理液供給ポンプ２３の流量は、被処理液２１を少量ずつ連続的して送り込むように調節されている。
【００７２】
被処理液２１が微生物保持部材１３を通過する際に、被処理液２１は微生物保持部材１３に保持されている微生物に接触する。このため、被処理液２１に含まれるリンが微生物に摂取される。
【００７３】
被処理液２１から微生物によってリンが除去された処理液は、処理液排出ポンプ２６によって、処理容器１１から処理液排出流路２７を介して排出される。この排出された処理液は、他の有害物質等の処理が行われていれば、自然界に放流することが可能である。
【００７４】
なお、処理液を再度処理容器１１に流入させて好気処理工程を行ってもよい。例えば、被処理液２１を一度処理容器１１に通しただけでは、被処理液２１中のリンが全て除去されていない場合等、処理容器１１から排出した処理液を再度処理容器１１内に流入して好気処理工程を行うとよい。これにより、処理液に残存していたリンを完全に除去することができる。
【００７５】
処理液排出ポンプ２６の流量は、被処理液供給ポンプ２３の流量よりも大きくして行う。処理液排出ポンプ２６が処理容器１１内の処理液を排出する際に、通気孔１２から空気を処理容器１１内に吸引するので、処理容器１１内に導入された空気中の酸素が微生物に供給される。このように、容易に好気条件を形成することができ、別途酸素ボンベや供給ポンプ等専用の装置を必要としないため、装置の製造コストが安くなるとともに、処理に要するランニングコストも安くすることができる。
【００７６】
続いて、図４に示すように、嫌気処理準備工程及び嫌気処理工程を行う。上述した好気処理工程を終え、処理容器１１内の処理液を全て処理液排出流路２７から排出した後、回収液供給ポンプ４３及び有機物質含有液供給ポンプ３３を駆動して、回収液貯留槽４２内の回収液４１及び有機物質含有液貯留槽３２内の有機物質含有液３１をそれぞれ処理容器１１内に流入する。
【００７７】
ここで、回収液４１と有機物質含有液３１との量比は、有機物質含有液３１の濃度、及び、得ようとする回収液４１中のリン濃度に応じて、適宜調節すればよいが、具体的には有機物質含有液３１量：回収液４１量＝１：２〜１：２００である。
【００７８】
そして、微生物保持部材１３が全て回収液４１及び有機物質含有液３１で埋没するまで、有機物質含有液３１を流入する。これにより、微生物保持部材１３に保持されている微生物は、回収液４１及び有機物質含有液３１によって、空気との接触が断たれるので、微生物に空気中の酸素が供給されることはない。このようにして容易に嫌気条件が形成される。この嫌気条件下、微生物は有機物質含有液３１中の有機物質を摂取しつつ、好気条件下で摂取したリンを回収液４１に放出する。
【００７９】
嫌気処理工程終了後、図５に示す回収工程を行う。リンが放出された回収液４１を処理容器１１内から回収する。回収液回収ポンプ３９の駆動により、処理容器１１内の回収液４１が回収液回収流路３８を経由し、回収液貯留槽４２に回収される。
【００８０】
また、その際に回収液排出ポンプ４６を駆動し、処理容器１１内に充填した有機物質含有液３１と同量の回収液４１を回収液貯留槽４２から排出する。これにより、回収液貯留槽４２内の回収液４１の液量を一定に保つことができる。
【００８１】
上記の、好気処理工程、嫌気処理準備工程、嫌気処理工程、回収工程の順に連続して繰り返し行い、回収液貯留槽４２に回収した回収液４１の一部を再度処理容器１１に充填して行うことで、回収液４１のリン濃度を高めることができる。
【００８２】
なお、回収液貯留槽４２から排出した回収液４１は高濃度のリンを含有しているので、公知の方法にてリンの抽出処理等を行い、資源として有効利用することができる。
【００８３】
また、リン回収装置１は、上述のように被処理液中のリンを除去できるので、一般的な水処理施設における高度処理装置として活用することもできる。
【実施例】
【００８４】
図２に示すリン回収装置１を用い、被処理液２１中のリンの除去及び回収を行った。
【００８５】
処理容器１１は、直径４．７ｃｍ、高さ５０ｃｍ、両端のテーパー部分を含めて容積が１０００ｃｍ３の円柱状の容器を用いた。
【００８６】
微生物保持部材１３は、図６に示すように、一辺が２ｃｍの略正立方体のポリウレタン製のスポンジに微生物を保持させて用いた。ポリウレタン製のスポンジを防水性の糸１４で１５個連ねて処理容器１１内に配置した後、都市下水を処理して得られた返送汚泥約２Ｌを処理容器１１内に流下し、スポンジに微生物を植種して微生物保持部材１３を準備した。なお、全スポンジの溶液は、１２０ｃｍ３である。
【００８７】
被処理液２１には、窒素源をアンモニアとし、リン濃度が５ｍｇ／Ｌの人工排水を用いた。
【００８８】
有機物質含有液３１には、酢酸：プロピオン酸＝１：１を炭素源とした人工合成排水を用い、運転開始から徐々に負荷を加え、最終的に３０００ｍｇＣＯＤ／Ｌになるように調製した。
【００８９】
なお、本実施例においては、回収液貯留槽４２内に上記の被処理液２１と同じリン濃度（５ｍｇ／Ｌ）の人工排水を充填した状態にして始めた。
【００９０】
また、それぞれの人工排水には、ミネラル、微量元素を添加して用いた。
【００９１】
好気処理工程では、被処理液２１を処理容器１１の上部から流下させた。そして、被処理液２１が微生物保持部材１３の最上部から最下部に達するまでの水理学的滞留時間を１０分に設定した。ここで、水理学的滞留時間とは、微生物保持部材１３の総容積を被処理液２１の単位時間当たりの水量で割った値である。
【００９２】
また、処理液排出ポンプ２６の流量を、被処理液供給ポンプ２３の流量の９倍にして運転した。処理容器１１内に供給する被処理液の液量の約８倍の空気を通気孔１２から処理容器１１内に吸引し、好気条件を形成した。
【００９３】
嫌気処理準備工程では、運転日数８５日までは、有機物質含有液３１の液量を０．０８Ｌ、回収液４１の液量を０．７２Ｌとし、トータル０．８Ｌの液体を処理容器１１内に流入させた。すなわち、有機物質含有液３１の液量：回収液４１の水量＝１：９である。ここで、有機物質含有液３１のＣＯＤ濃度が３０００ｍｇＣＯＤ／Ｌの場合、回収液４１のＣＯＤ濃度が０ｍｇＣＯＤ／Ｌであれば、処理容器１１内に充填する有機物質含有液３１を混合させた回収液４１のＣＯＤ濃度は３００ｍｇＣＯＤ／Ｌとなる。
【００９４】
また、運転日数８６日以降は、有機物質含有液３１の液量を０．０４Ｌ、回収液４１の液量を０．７６Ｌとし、トータル０．８Ｌの液体を処理容器１１内に流入させた。すなわち、有機物質含有液３１の液量：回収液４１の水量＝１：１９である。ここで、有機物質含有液３１のＣＯＤ濃度が６０００ｍｇ／Ｌの場合、回収液のＣＯＤ濃度が０ｍｇＣＯＤ／Ｌであれば、処理容器１１内に充填する有機物質含有液３１を混合させた回収液４１のＣＯＤ濃度は３００ｍｇＣＯＤ／Ｌとなる。
【００９５】
嫌気処理工程は、回収液４１及び有機物質含有液３１を処理容器１１内に充填した状態を維持して行った。
【００９６】
回収工程では、嫌気処理準備工程で処理容器１１に流入した液量と同量、すなわち０．８Ｌの回収液４１を回収液貯留槽４２に回収した。また、回収液貯留槽４２からは、嫌気処理準備工程で処理容器１１に流入した有機物質含有液３１と同量の回収液４１を排出した。
【００９７】
好気処理工程：７時間５５分、嫌気処理準備工程：５分、嫌気処理工程：３時間５５分、回収工程：５分として、タイマー２５，４０，４７を設定し、それぞれのポンプ２３，２６，３３，３９，４３，４６の駆動を制御して、好気処理工程、嫌気処理準備工程、嫌気処理工程、回収工程の順に繰り返し連続して運転を行った。
【００９８】
なお、有機物質含有液３１のＣＯＤ濃度は、運転日数に応じて以下のようにした。
運転日数０〜１０日は、有機物質含有液３１のＣＯＤ濃度を１０００ｍｇＣＯＤ／Ｌとし、処理容器１１内に充填した回収液４１のＣＯＤ濃度を１００ｍｇＣＯＤ／Ｌとして運転した。
運転日数１１〜２５日は、有機物質含有液３１のＣＯＤ濃度を２０００ｍｇＣＯＤ／Ｌとし、処理容器１１内に充填した回収液４１及び有機物質含有液３１の混合液のＣＯＤ濃度を２００ｍｇＣＯＤ／Ｌとして運転した。
運転日数２６〜５０日は、有機物質含有液３１のＣＯＤ濃度を３０００ｍｇＣＯＤ／Ｌとし、処理容器１１内に充填した回収液４１及び有機物質含有液３１の混合液のＣＯＤ濃度を３００ｍｇＣＯＤ／Ｌとして運転した。
運転日数５１〜６０日は、有機物質含有液３１のＣＯＤ濃度を４０００ｍｇＣＯＤ／Ｌとし、処理容器１１内に充填した回収液４１及び有機物質含有液３１の混合液のＣＯＤ濃度を４００ｍｇＣＯＤ／Ｌとして運転した。
運転日数６１〜８５日は、有機物質含有液３１のＣＯＤ濃度を３０００ｍｇＣＯＤ／Ｌとし、処理容器１１内に充填した回収液４１及び有機物質含有液３１の混合液のＣＯＤ濃度を３００ｍｇＣＯＤ／Ｌとして運転した。
運転日数８６日以降は、有機物質含有液３１のＣＯＤ濃度を６０００ｍｇＣＯＤ／Ｌとし、処理容器１１内に充填した回収液４１及び有機物質含有液３１の混合液のＣＯＤ濃度を３００ｍｇＣＯＤ／Ｌとして運転した。
【００９９】
上記のように、徐々に有機物質含有液３１のＣＯＤ濃度を変え、負荷をあげていったのは以下の理由による。運転初期においては、微生物保持部材１３に微生物がさほど存在しないので、嫌気処理における有機物質の必要量が少ない。このため、回収液４１に有機物質が残ってしまい、ＣＯＤ濃度の制御が困難になるためである。
【０１００】
リン回収装置１を２０℃の恒温室内に設置し、上記条件の下で運転を行った。
【０１０１】
図７に、運転日数と回収液貯留槽４２内の回収液４１のリン濃度との関係を示す。運転日数５０日までは運転日数の経過につれて、回収液４１のリン濃度が高くなっており、リン濃度を高めた回収液４１が得られていることがわかる。
【０１０２】
なお、運転日数５０日以降では、リン濃度が低下しているが、これは有機物質含有液３１のＣＯＤ濃度を４０００ｍｇＣＯＤ／Ｌで運転した際、嫌気処理工程で有機物質を全て処理できず、有機物質の蓄積が起こり、その結果として有機物質負荷が過大になったことから悪影響を及ぼしたためと考えられる。
【０１０３】
その後、運転日数８５日までは、リン濃度は９２〜９５ｍｇ／Ｌと安定しており、回収液４１のリン濃度は、結果として初期の回収液４１のリン濃度（５ｍｇ／Ｌ）の１８〜１９倍に高まっている。
【０１０４】
８６日以降は、運転日数の経過につれて回収液４１のリン濃度が高くなっていることがわかる。
【０１０５】
図８は、運転８０日目の処理容器１１内に充填した、回収液４１及び有機物質含有液３１との混合液のリン濃度及びＣＯＤ濃度を示している。横軸は、嫌気処理工程開始時からの経過時間である。
【０１０６】
嫌気処理工程開始時のＣＯＤ濃度は３００ｍｇＣＯＤ／Ｌ程度であるが、嫌気処理終了時には、５０ｍｇＣＯＤ／Ｌ程度まで低下している。一方、リン濃度は８０ｍｇ／Ｌであるが、嫌気処理終了時には９５ｍｇ／Ｌまで上昇している。したがって、微生物が有機物質を摂取しつつ、先の好気処理工程で摂取したリンを回収液４１に放出していることが確認できる。
【０１０７】
なお、処理容器１１に流入した回収液４１のリン濃度は凡そ９５ｍｇ／Ｌであるが、嫌気処理工程開始時の処理容器１１に流入した回収液４１及び有機物質含有液３１の混合液のリン濃度は凡そ８０ｍｇ／Ｌと低下しているが、これは、リンを含まない有機物質含有液３１を混合したこと、更には、本実施例では、嫌気処理準備工程で好気条件から嫌気条件へ切り替える際、微生物保持部材１３が被処理液２１（或いは処理液）を吸収した状態で嫌気条件へ移行しているため、好気処理工程で微生物保持部材１３に吸収されている被処理液２１（或いは処理液）が混合されることによって、リン濃度が希釈されたものと考えられる。
【０１０８】
このような理由から、嫌気処理準備工程においては、微生物保持部材１３にリンリッチな回収液４１を流して、微生物保持部材１３が吸収している被処理液２１（或いは処理液）を押し出し、処理液排出ポンプ２６で放出した後に、嫌気処理準備工程を行うようにすることで、回収液４１のリンの高濃度化をより高めることができると考えられる。
【０１０９】
図９は運転８０日目の好気処理工程において、リン除去された処理液のリン濃度を示している。横軸は好気処理工程開始時からの経過時間を示しており、好気処理工程開始後すぐさまリン濃度が低下している。
【０１１０】
嫌気処理終了後、回収液４１を回収した後、微生物保持部材１３が吸収している回収液４１はそのままにして好気処理工程を始めている。このため、好気処理工程開始から０．５時間（嫌気処理工程終了後０．５時間）の間は、微生物保持部材１３がリンリッチな回収液４１を吸収しているので、処理液のリン濃度が被処理液２１よりも高くなったと考えられる。
【０１１１】
このような場合、初期の被処理液２１の流入によって押し出される微生物保持部材１３に吸収されていた回収液４１を回収液貯留槽４２へ回収すること、及び、回収液４１が混ざったややリン濃度の高い処理液を、ポンプアップして再び処理容器１１内に導入して好気処理工程を行い、確実にリン除去するようにすればよい。
【０１１２】
好気処理工程開始から０．５時間以降では、処理液のリン濃度は被処理液２１よりも低くなっており、リンは平均して２．５ｍｇ／Ｌ除去されていることがわかる。リン含有水からリンを除去するという環境保全を目的とした見地では、リンは完全に除去されていることが好ましいので、リンが完全に除去されるよう、被処理液２１が処理容器１１内に滞留する時間や、微生物保持部材１３等の配置数を適宜調節するとよい。
【０１１３】
有機物質含有液３１のＣＯＤ濃度を高くして用い、処理容器１１に充填する有機物質含有液３１及び回収液４１の液量を調節することによって、回収液４１のリン濃度をより高めることができる。
【０１１４】
実際の実験で、図７における運転日数８５〜１２０日の運転では、上述したように、嫌気処理準備工程において、有機物質含有液３１の液量を０．０４Ｌ、回収液４１の液量を０．７６Ｌとし、この混合した液体の液量を０．８Ｌとした。すなわち有機物質含有液３１量：回収液４１量＝１：１９となる。ここで有機物質含有液３１のＣＯＤ濃度が６０００ｍｇＣＯＤ／Ｌで、回収液４１のＣＯＤ濃度が０ｍｇＣＯＤ／Ｌの場合、混合した液体のＣＯＤ濃度は３００ｍｇＣＯＤ／Ｌとなる。
【０１１５】
１１０日以降では、回収液４１のリン濃度は１５５〜１５８ｍｇ／Ｌで安定するようになり、結果として、初期の回収液４１に比較して約３０倍のリン濃度へと濃縮することができた。回収液貯留槽４２から排出する回収液４１を１／２にしたため、嫌気処理開始時において、微生物保持部材１３が被処理液２１を保持していなければ、理論上では回収液４１のリン濃度を２倍とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
上述のように、容易に下水や工場排水、し尿系汚水等からリンを除去できるとともに、リンを高濃度にして回収することができる。したがって、河川や湖沼、或いは、下水や工場排水等の水処理等に幅広く利用可能であり、更に、回収したリンを資源として有効活用することが期待できる。
【符号の説明】
【０１１７】
１  リン回収装置
１１  処理容器
１２  通気孔
１３  微生物保持部材
１４  糸
２１  被処理液
２２  被処理液貯留槽
２３  被処理液供給ポンプ
２４  被処理液供給流路
２５  タイマー
２６  処理液排出ポンプ
２７  処理液排出流路
３１  有機物質含有液
３２  有機物質含有液貯留槽
３３  有機物質含有液供給ポンプ
３４  有機物質含有液供給流路
３５  三方バルブ
３６  連接管
３７  三方バルブ
３８  回収液回収流路
３９  回収液回収ポンプ
４０  タイマー
４１  回収液
４２  回収液貯留槽
４３  回収液供給ポンプ
４４  回収液供給流路
４５  回収液排出流路
４６  回収液排出ポンプ
４７  タイマー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010194499.tif 000009
【図８】
2010194499.tif 000010
【図９】
2010194499.tif 000011