(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異物や繊維状物質等の夾雑物を含有する有機性廃水又は汚泥を処理し、その際前記異物や繊維状物質等の夾雑物を除去する処理工程を行う有機性廃水又は汚泥処理システムにおいて、異物や繊維状物質等の夾雑物を含有し、かつ生物学的又は化学的処理により発生した微粒子を含む廃水又は汚泥を、メッシュ状又はスリット状のふるい体による分離処理、液体サイクロンによる分離処理、及び横型円筒形の回転体内に対象液を導入させ、回転による遠心力と回転軸方向に振動する機構と本回転体の傾きを任意に調節できる機構を持つ微粒子分離装置によって順次処理して、該微粒子を分離・回収することを特徴とする有機性廃水及び汚泥の処理方法。
【請求項２】
嫌気性消化工程を組み入れた有機性廃水又は汚泥処理システムであり、該嫌気性消化工程において汚泥中に発生するリン酸マグネシウムアンモニウム及び／又はリン酸カルシウムを主体とする微粒子を、系外に取り出すプロセスを有することを特徴とする請求項１記載の有機性廃水及び汚泥の処理方法。
【請求項３】
異物や繊維状物質等の夾雑物を含有する有機性廃水又は汚泥を処理し、その際前記異物や繊維状物質等の夾雑物を除去する処理工程を行う有機性廃水又は汚泥処理装置において、異物や繊維状物質等の夾雑物を含有し、かつ生物学的又は化学的処理により発生した微粒子を含む廃水又は汚泥を、メッシュ状又はスリット状のふるい体を有する分離装置、液体サイクロンによる分離装置、及び横型円筒形の回転体内に対象液を導入させ、回転による遠心力と回転軸方向に振動する機構と本回転体の傾きを任意に調節できる機構を持つ微粒子分離装置によって順次処理する該微粒子を分離・回収することを特徴とする有機性廃水又は汚泥の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理場や各種廃水処理施設等において有機性廃水又は汚泥を処理するシステムに係わり、更に詳しくは、廃水処理により発生する有機性汚泥、し尿や浄化槽汚泥の消化脱離液、化学工場の高濃度廃水又は汚泥等の液体中に混在する、リン、鉄、アルミニウム、硫黄等の金属類を構成元素の一つとする比重１．３以上の微粒子を、廃水や汚泥から分離・回収する技術において、効率良く微粒子を分離・回収する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な廃水処理や汚泥処理システムでは、プロセス水やプロセス汚泥中に発生し分散する微粒子を、その特性に応じて分離・除去したり、分離・回収したりする技術はほとんど存在しなかった。下水処理場等の廃水処理施設に流入する有機性廃水（以下「原水」ともいう）中には、微細な砂、髪の毛、果実の種等の微粒子や夾雑物が存在し、それらの微粒子や夾雑物を取り除く装置として、沈砂池や微細目スクリーンなどの分離装置を採用する場合があった。しかし、この種の方式の分離装置は、夾雑物や微粒子を液体から除外することを目的として設計された装置であるので、選択的にある種の微粒子のみを分離回収するためにこれらを使用するのは困難であった。また、対象となる液体の濃度や粘性、回収すべき固形物の比重や粒径分布等に応じて分離装置の運転条件を適宜操作または制御することも困難であった。
【０００３】
もともと、これまでは廃水や汚泥中に存在する有用な微粒子をわざわざ他の夾雑物と分離し、かつ回収するという発想自体があまり一般的でなかったために、既存の単位装置やシステムとして、廃水や汚泥中の有価微粒子を回収する技術はほとんど確立していなかったと言える。しかしながら、昨今の回収リサイクル、リユース等、環境問題や資源枯渇を配慮した取り組みが多方面において展開される時代にあって、廃水や汚泥中に存在するが、今までは回収されていなかった有価微粒子を回収する技術の必要性が、今後出てくるべきであると本発明者らは考えてきた。
【０００４】
例えば、様々な廃水又は汚泥処理のプロセスにおいて、その廃水又は汚泥中に、リン酸マグネシウムアンモニウム（以下「ＭＡＰ」ともいう）やリン酸カルシウム（以下「ＨＡＰ」ともいう）や硫化鉄等の微粒子が発生する場合があるが、これら微粒子は、最終的には余剰な処分すべき汚泥の一部として、濃縮、脱水、乾燥、焼却等の工程を経て廃棄物として埋め立て処分される場合が多く、汚泥中の有価微粒子のみを回収することはまれであった。これらＭＡＰ、ＨＡＰ、硫化鉄等は、それぞれ化学原料や肥料等として付加価値を高めて再利用することも可能である上、ＭＡＰやＨＡＰ等は、それを分離回収することにより残った汚泥中のリン濃度が減少することから、その汚泥を焼却した後の焼却灰のセメント原料化を行う場合に、セメントの速硬性が増す等の副次的なメリットもある。
【０００５】
本発明者らは、先に有機性廃水や汚泥からリンをＭＡＰなどの形で回収するために、いくつかの方法を提案しており、例えば「有機性廃水の処理方法及び処理装置」により、廃水中のリンを効率良くＭＡＰとして回収する技術を提案した。すなわち、有機性廃水の生物処理工程で発生する余剰汚泥、あるいはこれと最初沈殿池において沈降分離した初沈汚泥との混合汚泥に対して嫌気性消化処理を行うとともに、廃水中に含まれる窒素及び／又はリンからＭＡＰを生成させ、生成したＭＡＰ粒子を消化汚泥から分離し回収する工程を有する有機性排液の処理方法と処理装置を提案した（特許文献１）。この消化ＭＡＰ工程では発生したＭＡＰ粒子と、汚泥中の他のＳＳ成分の比重差を利用した分離操作により、ＭＡＰ粒子とＳＳ成分との分離が比較的容易に行える。具体的には、重力沈降分離や遠心分離により分離が可能である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−０４５８８９号公報、特に段落［００１５］
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来までの処理方式では、濃度や粘性が比較的高い液体から、髪の毛や果物の種等の夾雑物を排除しつつ、１００μｍ程度の微粒子を回収する方法が確立されていなかったために、これら廃水や汚泥中からの有価微粒子を回収することは困難であり、大きな課題の一つであった。
【０００８】
本発明は、上述した従来までの課題を解決することを目的とする。すなわち、本発明は下水処理場や各種廃水処理施設等において有機性廃水又は汚泥を処理するシステムを提供することを目的とし、更に詳しくは、廃水処理により発生する有機性汚泥、し尿や浄化槽汚泥の消化脱離液、化学工場の高濃度廃水又は汚泥等の液体中に混在し、かつプロセス中に発生する、リン、鉄、アルミニウム、硫黄等の金属類を構成元素の一つとする比重１．３以上の微粒子を、有機性廃水や汚泥から分離・回収する技術において、他の夾雑物と分離された状態で、効率良く微粒子のみを分離・回収する方法及び装置を供給することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の手段によって上記課題を解決することができた。
（１）異物や繊維状物質等の夾雑物を含有する有機性廃水又は汚泥を処理し、その際前記異物や繊維状物質等の夾雑物を除去する処理工程を行う有機性廃水又は汚泥処理システムにおいて、異物や繊維状物質等の夾雑物を含有し、かつ生物学的又は化学的処理により発生した微粒子を含む廃水又は汚泥を、メッシュ状又はスリット状のふるい体による分離処理、液体サイクロンによる分離処理、及び横型円筒形の回転体内に対象液を導入させ、回転による遠心力と回転軸方向に振動する機構と本回転体の傾きを任意に調節できる機構を持つ微粒子分離装置によって順次処理して、該微粒子を分離・回収することを特徴とする有機性廃水及び汚泥の処理方法。
（２）嫌気性消化工程を組み入れた有機性廃水又は汚泥処理システムであり、該嫌気性消化工程において汚泥中に発生するリン酸マグネシウムアンモニウム及び／又はリン酸カルシウムを主体とする微粒子を、系外に取り出すプロセスを有することを特徴とする前記（１）記載の有機性廃水及び汚泥の処理方法。
【００１０】
（３）異物や繊維状物質等の夾雑物を含有する有機性廃水又は汚泥を処理し、その際前記異物や繊維状物質等の夾雑物を除去する処理工程を行う有機性廃水又は汚泥処理装置において、異物や繊維状物質等の夾雑物を含有し、かつ生物学的又は化学的処理により発生した微粒子を含む廃水又は汚泥を、メッシュ状又はスリット状のふるい体を有する分離装置、液体サイクロンによる分離装置、及び横型円筒形の回転体内に対象液を導入させ、回転による遠心力と回転軸方向に振動する機構と本回転体の傾きを任意に調節できる機構を持つ微粒子分離装置によって順次処理する該微粒子を分離・回収することを特徴とする有機性廃水又は汚泥の処理装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。以下の形態は本発明の一実施形態であり、本発明は本実施の形態に限定されるものではない。
【００１２】
廃水処理システムや汚泥処理システムにおいて発生するプロセス廃水やプロセス汚泥は様々に存在するが、図２に示すものは、下水処理場において発生する消化汚泥８からリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）を分離・回収するシステムのフローシートであって、それに本発明を適用することができる。
図２において、流入する原水１は最初沈殿池１６、活性汚泥タンク１７及び最終沈殿池１８からなる有機性排水処理システムで処理され、それから排出される初沈汚泥５と余剰汚泥６は、汚泥濃縮装置２１で濃縮され、濃縮汚泥７は嫌気性消化槽２２に導かれる。次に、嫌気性消化槽２２から消化汚泥８を引き抜き、ＭＡＰ回収装置２３でＭＡＰ１３とＭＡＰ脱離汚泥９とに分離する。ＭＡＰ脱離汚泥９は、脱水装置２４に導き脱水処理を行う。脱水装置２４から出た脱水ろ液１１は最初沈澱池１６に送られ、また、汚泥濃縮装置２１からの脱離液１２も最初沈澱池１６に送られる。
【００１３】
一般的に下水処理場の嫌気性消化処理で出る消化汚泥中には髪の毛や果実の種、木片等の夾雑物と、生物学的または化学的に発生させたＭＡＰの微粒子が存在する場合が多い。ＭＡＰはリンとアンモニアとマグネシウムを分子内モル比１：１：１の割合で含有する結晶物であり、リン肥料や化学原料として実際に市場取引されている化学物質の一つである。しかし、消化汚泥８中のＭＡＰは比重が約１．７、粒径分布の約８０％以上が８０μｍ〜１５００μｍの範囲内である場合が多く、このＭＡＰ微粒子は通常は汚泥中に分散している。一方、消化汚泥８は一般的に汚泥濃度２〜３％、粘度３０〜７０ｍＰａ・ｓの性状をもち、かつ１％以上の髪の毛等の夾雑物を含む場合が多い。
【００１４】
このような消化汚泥８からＭＡＰ微粒子のみを回収する方法として、本発明プロセスの要となるふるい、液体サイクロン及びドラム回転型微粒子分離装置について以下に詳細に説明する。なお、ここでは、本発明で用いる「横型円筒形の回転体内に対象液を導入させ、回転による遠心力と回転軸方向に振動する機構と本回転体の傾きを任意に調節できる機構を持つ微粒子分離装置」の具体例としてドラム回転型微粒子分離装置を用いたが、同じ機構を有するものであれば、他の装置でもよい。
本発明方法では、図１に示すように、まずメッシュ状またはスリット状のふるい体３１による分離処理を行うことにより夾雑物３２を消化汚泥８から排除する。この時、単なる固定型のふるい体を使用すると、ふるい体に目詰まりが生じ易いので、自動的に振動する機構やふるい目を掃除する機構を搭載したふるい機３１が適している。
【００１５】
取り除いた夾雑物３２は別途破砕や脱水等の処理を施しても良いが、後段でのＭＡＰ回収後の汚泥に再度添加して脱水、焼却等の汚泥減量化処理を行っても良い。ふるい機３１で夾雑物３２を除かれた汚泥８は液体サイクロン３３に導入し、数十倍にＭＡＰを濃縮した濃縮ＭＡＰスラリー３４を回収する。ＭＡＰを除かれた汚泥は濃縮、脱水、乾燥、焼却等の減量化処理を施し、セメント原料化等の他の用途で再利用するか、廃棄物として処分する。
【００１６】
濃縮ＭＡＰスラリー３４は、横型円筒形の回転体内であり回転による遠心力と回転軸方向に振動する機構と本回転体の傾きを任意に調節できる機構を持つドラム回転型微粒子分離装置３５に導入し、ＭＡＰ１３を分離・回収する。この微粒子分離装置３５に洗浄水を導入することにより、濃縮ＭＡＰスラリー中のＭＡＰ粒子は、ＭＡＰ以外の微粒子と分離されつつ洗浄を行うことが可能になる。このようなシステムにより、高濃度汚泥からのＭＡＰ微粒子１３の回収が可能となる。
【００１７】
【実施例】
次に、本発明の廃水処理技術システムを実際に組み込んだ実験プラントの運転結果の一例について説明する。ただし、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【００１８】
実施例１
本実施例は、Ａ下水処理場の汚泥を使用して行ったパイロットプラント実験による実施例であり、フローは先に示した図２のフローと同じである。Ａ処理場は、嫌気好気法による活性汚泥処理を採用しており、嫌気性消化槽に投入される汚泥は、初沈汚泥と余剰汚泥を約１：１で混合し、遠心濃縮機により濃縮された汚泥濃度約４％の汚泥である。嫌気性消化汚泥の濃度は約２．５％であり、粘性は約５０ｍＰａ・ｓ、汚泥中夾雑物混入率２．３％、ＭＡＰ含有量０．８５ｇ／リットル、ＭＡＰ平均粒径４２０μｍである。
【００１９】
使用したふるい機は、穴径１．３ｍｍのメッシュ状ふるい機で連続的に振動し、メッシュ上のし渣を回転体により連続的に取り除くことができる機構を持つ。液体サイクロンは、スピゴット径３．２ｍｍ、アップフロー径１４ｍｍ、投入圧力０．３ＭＰａとした。ドラム回転型微粒子分離装置は、回転速度１８０回転-1、振動周波数４．８回／ｓ、振動幅１５ｍｍ、回転体傾き６度として設定した。
本発明方法により、消化汚泥中のＭＡＰ粒子は９３％の回収率を得ることが可能となり、かつ回収した微粒子中のＭＡＰ占有率は９８％に達した。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、下水処理場や各種廃水処理施設等において、有機性廃水を処理するシステムにて発生する廃水又は汚泥等の液体中に混在する金属化合物微粒子を、他の夾雑物と分離して、廃水や汚泥から分離・回収する本発明の方法を使用することにより、以下の効果を奏することができる。
（１）従来までは廃棄物として廃棄していた微粒子有価物を高効率で回収できる。
（２）廃棄物発生量を減量できる。
（３）廃水処理システムにおいて返流水中のリン負荷を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＭＡＰ微粒子のみを分離・回収する分離装置の要部説明図である。
【図２】本発明の一実施例のフローシートである。
【符号の説明】
１  流入原水
２  最初沈殿池流出水
３  生物反応装置流出水
４  処理水
５  初沈汚泥
６  余剰汚泥
７  濃縮汚泥
８  消化汚泥
９  ＭＡＰ脱離汚泥
１０  脱水ケーキ
１１  脱水ろ液
１２  濃縮装置脱離液
１３  回収ＭＡＰ
１６  最初沈殿池
１７  活性汚泥タンク（嫌気好気法）
１８  最終沈殿池
２１  汚泥濃縮装置
２２  消化槽
２３  本発明ＭＡＰ回収装置
２４  脱水装置
３１  ふるい（機）
３２  夾雑物
３３  液体サイクロン
３４  濃縮ＭＡＰスラリー
３５  ドラム回転型微粒子分離装置
【図１】
0003664399.tif 000002
【図２】
0003664399.tif 000003