(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニウムイオン及びリン酸イオンを含む廃水を注入するための廃水注入管と、マグネシウム化合物を注入するためのマグネシウム化合物注入管と、アルカリ剤を注入するためのアルカリ剤注入管と、攪拌用気体を吹き込むための攪拌用気体吹き込み管と、造粒されたリン酸マグネシウムアンモニウム固体粒子を多量に含む廃水を下方へと排出するためのリン酸マグネシウムアンモニウム固体粒子排出管と、さらに上部には少量のリン酸マグネシウムアンモニウム固体粒子を含む処理水を流出させるための処理水流出管とをそれぞれ備えたリン酸マグネシウムアンモニウム造粒塔に、この造粒塔の処理水流出管より供給されたリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子が混入した処理水よりリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子を分離する液体サイクロンを併設したことを特徴とする造粒脱リン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、造粒脱リン装置に関するものであり、特に、処理水と共に流出したリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子を効率良く分離し、回収する手段を有する造粒脱リン装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、閉鎖性水域で特に問題となっている富栄養化の一因子であるリンの除去技術にはアルミニウム塩や鉄塩等の金属塩とリンを反応させる凝集分離法、リン鉱石や骨炭等の種晶にヒドロキシアパタイトの形でリンを析出させる晶析法（接触脱リン法）、微生物のリン過剰摂取作用を利用した生物学的脱リン法、例えば嫌気・好気法などがある。
しかし、これらの処理プロセスから発生するリン化合物を含有した２次生成物の処分及び安定化が問題となっている。
【０００３】
このような状況に鑑み、近年、アンモニウムイオン及びリン酸イオンを含む廃水に、マグネシウム化合物を添加するとともにｐＨを８以上に調整し、廃水中のリン酸イオンをリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子として分離し、生成されたリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子を有効利用する技術が開発された。すなわち、特開平1-119392号公報には、アンモニウムイオン及びリン酸イオンを含む原水に、マグネシウム化合物を添加するとともにｐＨを８以上に調整し、通気によって廃水を撹拌し、リン酸マグネシウムアンモニウムの微細結晶を生成させ、廃水中の浮遊物質と上記リン酸マグネシウムアンモニウムの微細結晶とを分離して浮遊物質を系外に排出し、さらに上記リン酸マグネシウムアンモニウムの微細結晶を含む廃水を通気によって撹拌しながら連続的に廃水を供給し、上記リン酸マグネシウムアンモニウムの微細結晶核としてリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子を形成し、これを除去する装置及び方法が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の装置及び方法によって水中のリンをリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子として回収する際に、生成した微細なリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子が処理水と共に流出し、リン酸マグネシウムアンモニウムの回収率が低下したり、処理水槽中に蓄積される等の問題があった。
本発明は処理水とともに流出したリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子を効率良く分離し、回収することのできる造粒脱リン装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の造粒脱リン装置は、かかる目的を達成するものであって、アンモニウムイオン及びリン酸イオンを含む廃水を注入するための廃水注入管と、マグネシウム化合物を注入するためのマグネシウム化合物注入管と、アルカリ剤を注入するためのアルカリ剤注入管と、攪拌用気体を吹き込む吹き込み管と、造粒されたリン酸マグネシウムアンモニウム固体粒子を多量に含む廃水を下方へと排出するためのリン酸マグネシウムアンモニウム固体粒子排出管と、さらに少量のリン酸マグネシウムアンモニウム固体粒子を含む処理水を上方へと流出させるための処理水流出管とをそれぞれ備えたリン酸マグネシウムアンモニウム造粒塔に、この造粒塔の処理水流出管を経て供給されたリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子が混入した処理水よりリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子を分離する液体サイクロンを併設したことを特徴とするものである。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明を図面を参照しながら具体的に説明する。
本発明の造粒脱リン装置の一例を示す図１において、１は廃水中のアンモニウムイオン及びリン酸イオンをリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子として造粒する造粒塔である。リン酸マグネシウムアンモニウム造粒塔１はアンモニウムイオン及びリン酸イオンを含む廃水を造粒塔１に注入するための廃水注入管２を備えている。
【０００７】
また、造粒塔１には、廃水中のアンモニウムイオン及びリン酸イオンと反応させるマグネシウム化合物を注入するためのマグネシウム化合物注入管５が設けられており、これによりマグネシウム化合物を廃水中のリン酸と等モルになるように注入することができるようになされている。さらに、造粒塔１には、廃水中のｐＨをアルカリ性に調整するためのアルカリ剤注入管６が設けられており、これを通じて、造粒塔１内の廃水にアルカリ剤、例えば苛性ソ−ダを注入してｐＨを８以上に調整するようになされている。
【０００８】
さらに、造粒塔１の底部には、リン酸マグネシウムアンモニウム造粒塔１内の廃水を攪拌するための攪拌用気体吹き込み管３が設けられており、これより攪拌用気体を供給して、リン酸マグネシウムアンモニウム造粒塔１内の廃水の曝気・攪拌を行うことにより、リン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子の生成を促進することができる。このようにして、増粒塔１内においてアンモニウムイオン及びリン酸イオンを含む廃水にマグネシウム化合物及びアルカリ剤を添加するとともに、ｐＨを８以上に調整して攪拌を行うことにより、直径0.2 〜0.8 mmのリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子を生成させることができる。
【０００９】
造粒塔１の底部には、生成したリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子の大部分を取り出すための固体粒子排出管４が設けられている。生成したリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子の大部分は、リン酸マグネシウムアンモニウム造粒塔１内において沈降分離され、リン酸マグネシウムアンモニウム造粒塔１の底部に降下して蓄積されるので、蓄積されたリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子は廃水の一部とともに１〜２週間の間隔で固体粒子排出管４より排出される。
【００１０】
造粒塔１の上方には、処理水流出部７が設けられており、沈降しなかったリン酸マグネシウムアンモニウム固体粒子が混入した汚泥を含む処理水は処理水流出部７、処理水流出部８を経て流出され、処理水槽９に貯留される。
処理水槽９の上部からは、固体粒子や汚泥を含まない溢流水１８が流出し、残りのリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子と汚泥を含んだ処理水は、ポンプ等の処理水供給装置１０によりリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子を分離する液体サイクロン１１に供給されるようになされている。
【００１１】
液体サイクロン１１の処理水入口１２に供給された処理水は、サイクロン円筒部１３へ切線的に流入し、周壁に沿う回転流となって速度勾配に伴う剪断力が与えられ下方のサイクロン円錐部１４へ進み、処理水中のリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子は遠心力により周壁面側へ集められ、ついで円錐部１４の周壁面に沿って回転しながら下方に進み、下流出口１５より、リン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子が連続的に排出される。液体サイクロン１１の内部では大きな速度勾配があり、強い剪断力が働くから、リン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子と汚泥をばらばらに分離することができる。
液体サイクロン１１から排出されたリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子は、肥料などとして有効利用する。一方、リン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子の大部分を分離した汚泥と液はサイクロン中央付近を渦流状態となって上昇し、上流上昇管１６を通り、上流出口管１７をへて、流出される。
【００１２】
また、本発明の造粒脱リン装置の他の例を示す図２においては、処理水流出管８を通じて流出したリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子が混入した汚泥を含んだ処理水を液体サイクロン１１へ供給するためにポンプを利用するかわりに、液体サイクロン１１をリン酸マグネシウムアンモニウム造粒塔１の水面より低い位置に設置し、その水頭圧を利用して、処理水を液体サイクロン１１へ供給するものである。
【００１３】
リン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子が混入した汚泥を含んだ処理水の液体サイクロン１１への供給量は、液体サイクロンの入口流速が、0.5 〜5.0 m/sec となる程度が良く、下流出口からのリン酸マグネシウムアンモニウムを多量に含む液の引き抜き量は、処理水の供給量の10〜20％程度がよい。液体サイクロンの直径は0.01〜1.2 m 、円錐頂角は10〜30°で、0.1 〜300 t/hrの処理能力があり、1 〜30％のスラリ−を0.2 〜4 Kg/cm2の吹き込み圧力で供給することにより、0.003 〜1.0 mm程度の粒子を分級することが可能である。
このような液体サイクロン１１を用いることにより、リン酸マグネシウムアンモニウム造粒塔１より流出したリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子と汚泥とを効率良く分離し、分離された固体粒子を容易に回収することができる。
【００１４】
具体例
図１に示す造粒脱リン装置を用いて、廃水の処理を行った。
廃水注入管２から注入する廃水として消化汚泥脱水ろ液を用い、実効容積10m3のリン酸マグネシウムアンモニウム造粒塔１の底部に6.25 m3/hrの流量で廃水注入管２から廃水を供給した。
また、マグネシウム槽内の30％塩化マグネシウム水溶液を、廃水中のリン酸と等モルとなるようにリン酸マグネシウムアンモニウム造粒塔１内にマグネシウム化合物注入管５から注入し、また、アルカリ槽内の48％苛性ソ−ダ水溶液を造粒塔内にアルカリ剤注入管６から注入して、ｐＨを9.0 に調整してリン酸マグネシウムアンモニウム造粒塔１内に攪拌用気体吹き込み管３より攪拌用気体を吹き込み攪拌を行った。
【００１５】
これによって、水中のリン酸態リンの96％、アンモニア態窒素の18％が反応して、直径0.2 〜0.8 mmのリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子が生成し、リン酸マグネシウムアンモニウム造粒塔１の底部にリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子が多量に蓄積される１〜２週間の間隔で、リン酸マグネシウムアンモニウムを含む液の引き抜きを行った。
また、沈降しなかったリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子が混入した汚泥を含む処理水を、造粒脱リン装置の処理水流出管８を通じて、実効容積２m3の処理水槽９に供給した。ここで、立軸渦巻きポンプ１０（グルンドフォス社製  CRN2-30 ）によりリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子と汚泥が混入した処理水を液体サイクロン１１に1.62〜4.92 m3/hrで供給した。
【００１６】
ここで、使用した液体サイクロン１１のサイクロン円筒部１３の直径は204 mm、高さ210 mm、サイクロン円錐部１４の高さ560 mmで円錐角は２０°、処理水入口１２の直径は51 mm 、上流上昇管の直径は53 mm である。
下流出口１５より、0.18〜0.96 m3/hrの速度でリン酸マグネシウムアンモニウムの微粒子を引き抜いた。処理水槽底部より引き抜いたリン酸マグネシウムアンモニウムの微粒子と汚泥と処理水の混合物の一部を採取し、20 Wで５分間超音波処理し、リン酸マグネシウムアンモニウムの微粒子と汚泥を破砕し、3000 rpmで１分間遠心分離することにより、リン酸マグネシウムアンモニウム層と汚泥層を分離し、それぞれの容積百分率を測定した。同様に上流出口管１７及び下流出口１５より流出した分についても、汚泥とリン酸マグネシウムアンモニウムの容積百分率を測定し、それぞれの流量を測定することにより、上流出口管１７より流出する汚泥の流出率及び下流出口より回収するリン酸マグネシウムアンモニウムの回収率を算出した。その結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
0003681073.tif 000002
【００１８】
処理量4.92 m3/hrの場合には、63.2％のリン酸マグネシウムアンモニウムの微粒子を回収することができ、88.3％の汚泥を分離、排出することができた。
粒径分布の測定の結果、処理量3.27 m3/hrの場合には、0.420 mm以上のリン酸マグネシウムアンモニウムの微粒子は100 ％回収されていることが明らかとなった。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、リン酸マグネシウムアンモニウム造粒塔からの処理水とともに流出したリン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子を効率良く分離し、回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の造粒脱リン装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の造粒脱リン装置の他の例を示す概略図である。
【符号の説明】
１  リン酸マグネシウムアンモニウム造粒塔
２  廃水注入管
３  攪拌用気体吹き込み管
４  固体粒子排出管
５  マグネシウム化合物注入管
６  アルカリ剤注入管
７  処理水流出部
８  処理水流出管
９  処理水槽
１０  処理水供給装置
１１  液体サイクロン
１２  処理水入口
１３  サイクロン円筒部
１４  サイクロン円錐部
１５  下流出口
１６  上流上昇管
１７  上流出口管
１８  溢流水
【図１】
0003681073.tif 000003
【図２】
0003681073.tif 000004