(57)【要約】【課題】原水中に含まれるリン酸イオン濃度が低くても、リンを効率良く回収できる有機性廃棄物の処理方法および処理装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】本願発明は、生物処理手段２で固液分離した汚泥８を可溶化手段１３で可溶化して液体に溶解し、さらにその液体を濃縮手段１５にて濃縮する。固形化手段２７では、濃縮した液体に固定剤を加えてリン酸塩を析出し、その後、固液分離手段３１にて、リン酸塩を取り出すというものである。【選択図】図１
2006305474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を可溶化して液体に溶解し、
この可溶化した液体を濃縮手段にて濃縮し、
この濃縮した液体に固定剤を添加して生成するリン酸塩を回収することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
有機性廃棄物を可溶化して液体に溶解し、
この可溶化した液体を濃縮手段にて濃縮し、
この濃縮した液体にマグネシウム剤を添加して生成するリン酸マグネシウムアンモニウムを回収することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
有機性廃棄物を可溶化して液体に溶解し、
この可溶化した液体を濃縮手段にて濃縮し、
この濃縮した液体にカルシウム剤を添加して生成するヒドロキシアパタイトを回収することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
前記濃縮手段は、処理槽内に、
陽イオンを選択的に透過する陽イオン交換膜、または陰イオンを選択的に透過する陰イオン交換膜の少なくともいずれか一方を用いて２以上の隔室を設けるとともに、少なくとも１対の陰極と陽極よりなる電極を備え、
前記処理槽に前記液体を流入した後、前記電極に電流を流すことで前記液体を濃縮することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
前記濃縮手段は、前記液体の水分を蒸発させて濃縮することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項６】
有機性廃棄物を可溶化して液体に溶解する可溶化手段と、
前記可溶化した液体を濃縮する濃縮手段と、
前記濃縮した液体に固定剤を添加してリン酸塩を生成する固形化手段とを設けたことを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項７】
有機性廃棄物を可溶化して液体に溶解する可溶化手段と、
前記可溶化した液体を濃縮する濃縮手段と、
前記濃縮した液体にマグネシウム剤を添加してリン酸マグネシウムアンモニウムを生成する固形化手段とを設けたことを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項８】
有機性廃棄物を可溶化して液体に溶解する可溶化手段と、
前記可溶化した液体を濃縮する濃縮手段と、
前記濃縮した液体にカルシウム剤を添加してヒドロキシアパタイトを生成する固形化手段とを設けたことを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項９】
前記濃縮手段は、陽イオンを選択的に透過する陽イオン交換膜、または陰イオンを選択的に透過する陰イオン交換膜の少なくともいずれか一方を用いて２以上の隔室を設けるとともに、少なくとも１対の陰極と陽極よりなる電極を備えた処理槽としたことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理装置。
【請求項１０】
前記濃縮手段は、前記液体の水分を蒸発させる蒸発手段を備えたことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の有機性廃棄物の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物処理による生物汚泥や農林畜水産加工および食品あるいは発酵工業から発生する有機性廃棄物を処理する処理方法及びその処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、家畜舎などから排出される有機性廃棄物を含む排水にはリンが含まれており、そのまま外部環境へ放出すると環境汚染を引き起こすことが知られている。
【０００３】
一方で、リンは資源の枯渇が懸念されており、しかも肥料の３要素のひとつに挙げられる有用な物質であることも知られている。
【０００４】
そのため、リンを回収する方法としては、この有機性廃棄物を含む原水の成分を調べた上で、アンモニウムやマグネシウム、またはマグネシウムのみ、あるいはカルシウムなどを加えて、排水中のリン酸イオン、アンモニウムイオンおよびマグネシウムイオンとを反応させ、リン酸マグネシウムアンモニウム（以下、「ＭＡＰ」と記す。）を生成したり、ヒドロキシアパタイト（以下、「ＨＡＰ」と記す。）を生成するものが知られている。
【０００５】
その一つとして、ＭＡＰを生成する次の方法がある。
【０００６】
すなわち、有機性廃棄物を含む排水（以下、「原水」と記す。）を沈殿槽に導き、この沈殿槽で固液分離することで、沈殿物である汚泥を得る。
【０００７】
そして、得た汚泥を遠心分離機を用いて濃縮し、さらにこの濃縮された汚泥を高温高圧水を用いて加水分解することで可溶化する。
【０００８】
その後、温度、時間、ｐＨの値を調整し、マグネシウムを添加して固形化したＭＡＰを析出する。
【０００９】
最後に析出したＭＡＰを濾過膜で濾過してＭＡＰを回収するというものである。
【特許文献１】特開２００２―８６０９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の方法では、汚泥を円滑に次工程へと搬送するために、除去できる水分量に限界があり、その結果として、汚泥からのＭＡＰ、ひいてはリンを回収する効率の改善にも限度があるという課題があった。
【００１１】
つまり、一般的に汚泥を濃縮する目安としては、１０倍濃縮（含水率９０％）が目安となっている。
【００１２】
その理由は、１０倍以上の濃縮を行うと、汚泥がいわゆる脱水ケーキと呼ばれる状態となり、含まれる水分が少ないために円滑に次工程へと濃縮した汚泥を搬送できなくなるというものである。
【００１３】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、従来よりも効率よくリン酸塩を析出することで、リンを回収する効率を向上することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、有機性廃棄物を可溶化して液体に溶解した後、この可溶化した液体を濃縮手段にて濃縮し、この濃縮した液体に固定剤を添加して生成するリン酸塩を回収するというものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、有機性廃棄物を可溶化した状態、すなわち、回収したいリンをリン酸イオン状態で濃縮手段にて精度よく濃縮することで、高濃度の濃縮液体を生成することができる。
【００１６】
その結果、この高濃度の濃縮液体に従来よりも少ない量の固定剤を添加することで、効率よくリン酸塩を析出することができるというものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態は、有機性廃棄物を可溶化して液体に溶解し、この可溶化した液体を濃縮手段にて濃縮し、この濃縮した液体に固定剤を添加して生成するリン酸塩を回収するというものである。
【００１８】
この方法を用いれば、可溶化した液体を濃縮手段にて高濃度のリン酸イオンへと濃縮することができる。
【００１９】
その結果、少量の固定剤でもリン酸イオンと効率よく反応することができるため、汚泥からのリン酸塩、例えば、ＭＡＰやＨＡＰなどの回収効率を向上させることができる。
【００２０】
なお、有機性廃棄物を可溶化する手段としては、酸化剤、アルカリ剤、オゾン、高熱高圧水や好熱性細菌を用いてもよく、超音波を当てるなどしてもよい。
【００２１】
さらに、本発明でいう固定剤とは、リンを析出するために固形化を促すものであり、アンモニウムやマグネシウム、カルシウムの他に、鉄、アルミニウム凝集剤や吸着剤と呼ばれるものを意図している。
【００２２】
また、他の実施の形態は、濃縮手段として、処理槽内に陰イオン交換膜、陽イオン交換膜の少なくともいずれか一方を用いて２以上の隔室を設けるとともに、少なくとも１対の陰極と陽極よりなる電極を備え、処理槽に可溶化した液体を流入した後、１対の電極間に電流を流すことで可溶化した液体を濃縮するというものである。
【００２３】
すなわち、液体中にイオン状態で存在する各々の物質に対して、電流を流し、電気泳動を促すことで、所望の物質を所望の電極近傍へと導くことができるというものである。
【００２４】
しかも、陰陽イオンを各々一方向にのみ透過するイオン交換膜を用いているため、イオン交換膜で仕切られた各々の隔室を陰イオン物質富化、陽イオン物質富化、陰陽イオン物質ともに富化あるいは貧化など所望の状態を作り出すことが可能となる。
【００２５】
この方法によれば、流れる電流値や印加する電圧値を制御することにより、容易にしかも精度よく、可溶化した液体中に含まれる物質を陰陽、各々の電極へと導くことができる。
【００２６】
また、この方法を用いれば、従来、回収が困難であった重金属、例えば、鉛、カドミウム、クロム、亜鉛、ニッケルなどの物質も各々所望の隔室に集めることができるので、適切な添加剤などを添加することで、精度よく回収することが可能となる。
【００２７】
さらに他の実施の形態は、可溶化した液体の水分を蒸発させて濃縮するというものである。
【００２８】
つまり、この可溶化した液体を直接的あるいは間接的に加熱して、液体の水分を蒸発させ、溶液のリン酸イオン濃度を高めることで、少量の固定剤を投入しても、高い反応効率でリン酸塩が析出することを期待できる。
【００２９】
このとき、蒸発手段の熱源として、排熱を利用できるようであれば、新たな熱源を改めて設ける必要がなく、従来捨てていた排熱の有効利用を実現することができるため、省エネルギー化にも有用である。
【００３０】
また、濃度を高めた結果、溶液の体積が減少するため、各物質の固形化に使用する容器も小さなもので対応できるようになり、ひいては装置全体の小型化を促進することが可能となる。
【００３１】
当然、従来よりも有用な物質の回収効率が向上することはいうまでもない。
【実施例】
【００３２】
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００３３】
ます、図１のブロック図を用いて、全体の流れを説明する。
図に示すように、有機性廃棄物を含有する原水は、原水管１を通って生物処理手段２に導かれる。生物処理手段２の概要について、図２を用いて説明する。
【００３４】
図２に示すように、生物処理手段２には、原水管１を通ってきた原水を処理する曝気槽３が備えてある。
【００３５】
曝気槽３には好気性微生物（図示せず）がおり、この好気性微生物を活性化するために、例えば空気などの酸素を含む気体を曝気する曝気手段４が曝気槽３に設けてある。
【００３６】
このようにして、好気性微生物により生物処理された原水は、流入管５を通って沈殿槽６へと導かれる。沈殿槽６では、流入した生物処理された原水が、上澄み液７と沈殿した汚泥８に固液分離される。
【００３７】
上澄み液７は、放出管９を通って河川などへ処理水として放出される。
【００３８】
一方、沈殿槽６の底部に沈殿した汚泥８は、返送管１０を通ってその一部が原水管１へと返送されるとともに、汚泥管１１を通って、次工程である有機性廃棄物の処理工程１２へと導かれる。
【００３９】
次に、図１を用いて、有機性廃棄物の処理工程１２について説明する。
【００４０】
汚泥管１１を経由して有機性廃棄物の処理工程１２に導かれた汚泥（図１中、図示せず）は、まず、可溶化手段１３へ流入する。
【００４１】
流入した汚泥は、可溶化して液体に溶解する。すなわち、可溶化手段１３中の溶液の中には、リン酸イオンが生成することとなる。
【００４２】
このリン酸イオンを含む溶液は、溶液管１４を経由して濃縮手段１５へと導かれる。
【００４３】
濃縮手段１５の具体例を、図３、図４を用いて説明する。
【００４４】
図３には、陽イオン２４を選択的に透過させる陽イオン交換膜１６、１７と、陰イオン２５を選択的に透過させる陰イオン交換膜１８、１９とが処理槽２０に交互に設けてあり、複数の隔室２０ａ〜２０ｅを形成している。そして隔室２０ａには陰極２１、隔室２０ｅには陽極２２を設けている。
【００４５】
このような構成の処理槽２０に、溶液管１４からリン酸イオンを含む溶液が送り込まれてくる。
【００４６】
その後、電源２３から処理槽２０に設けた陰極２１と陽極２２との間に電圧が加えられ、溶液中に電流が流れる。
【００４７】
すなわち溶液中では、陽イオン２４、陰イオン２５が電気泳動により電気的に反対の極２１、２２に引き寄せられる。この状態を図４に示す。
【００４８】
ところで、陽イオン２４は陰イオン交換膜１８、１９を通過することはできないが、陽イオン交換膜１６、１７は通過できる。逆に、陰イオン２５は陽イオン交換膜１６、１７を通過することはできないが、陰イオン交換膜１８、１９は通過できる。
【００４９】
この結果、隔室２０ｃには濃縮されたイオン濃縮液ができ、隔室２０ｂ、２０ｄには陰陽イオン２４，２５が除去された処理液ができる。
【００５０】
また、隔室２０ｅには、リン酸イオンを含む陰イオン２５が濃縮された陰イオン液ができる。
【００５１】
こうして得られた陰イオン液は、陰イオン管２６を介して図１に示す固形化手段２７へと導かれる。
【００５２】
また、処理液は、処理液管２８と後述する搬送管２９を経由して原水管１へと搬送される。
【００５３】
なお、例えば、設備の排熱などを利用できる環境であれば、その排熱を利用して水分を蒸発させることでイオン濃度を高めた後、アンモニウムとマグネシウムを加えてＭＡＰを生成したり、カルシウムを加えてＨＡＰを生成する方が、省エネルギーという観点からは有効である。
【００５４】
図５、図６に蒸発手段４０を用いた場合の濃縮手段１５の一例を示す。
なお、図３、図４と同一の構成については、同一の符号を付して、説明は流用する。
【００５５】
図５は、溶液管１４からリン酸イオンを含む溶液が処理槽２０へと送り込まれてきた状態である。
【００５６】
その後、熱源４１から供給された熱は、蒸発手段４０を介して処理槽２０へ伝えられる。
【００５７】
その結果、図６に示すように、溶液の水分が蒸発して、リン酸イオンをはじめとする各イオン２４，２５の濃度は高くなる。
【００５８】
すなわち、リン酸イオンの濃度が高くなるため、固定剤との反応効率が高くなる。
【００５９】
よって、より少量の固定剤で、効率よくリン酸塩を析出することができる。
【００６０】
なお、上述した熱源４１に、本装置近傍に設けられた他の設備の排熱などを用いることができれば、エネルギーの有効活用となり、省エネルギー化を推進することができる。
【００６１】
次に、固形化手段２７へ導かれた陰イオン液にアンモニウムとマグネシウムを投入する。
【００６２】
その結果、ＭＡＰを析出することができる。
【００６３】
あるいは、アンモニウムとマグネシウムの代わりにカルシウムを投入する。
【００６４】
その結果、ＨＡＰを析出することができる。
【００６５】
従来の技術との違いについて、数字を用いて説明する。なお、以下に示す数字は、一つの例であって、本発明の主旨が、後述する数値に限定されるものではない。
【００６６】
まずは、ソリットステイト（いわゆるＳＳ）濃度１％の汚泥が１ｌあったとすると、汚泥の固形分は、１０，０００ｍｇ／ｌとなり、その中に含まれる全リン量（いわゆるＴ−Ｐ（トータルリン））が、４００ｍｇ／ｌであるとする。
【００６７】
従来の技術、例えば、遠心分離機を用いた場合、１０倍濃縮が限度であることから、リン濃度としては、４０００ｍｇ／ｌ、体積としては１／１０にまでは濃縮できる。
【００６８】
一方、本発明を用いた場合、陰イオン液のリン濃度は１００００ｍｇ／ｌ、体積としては１／２５にまで濃縮することができる。
【００６９】
従って、添加するアンモニウムやマグネシウムなどの量を１／２．５に低減しても、従来と同量のＭＡＰなどの物質を入手することができる。
【００７０】
また、高濃度の陰イオン液でリン酸イオンを取り扱うことができるため、本発明で用いる処理槽２０の容積は、従来の技術で用いる同様の槽よりも小さくすることが可能となる。その結果、有機性廃棄物の処理装置全体の大きさを小型化することができる。
【００７１】
さらに従来の技術では、ｐＨや溶液の温度を管理、調整する必要があるなど、装置が複雑になり、作業性が困難となるのに対し、本発明は、陰陽のイオン交換膜を用いた簡素な装置を用いて、陰陽の電極間に流す電流量を制御することで、容易にイオンの析出量や析出時間を調整することが可能となるという作業性を容易にできるものである。
【００７２】
その後、析出したＭＡＰ、あるいはＨＡＰは、溶液とともにＭＡＰ管３０を介して固液分離手段３１で上澄み液である処理水と沈殿物であるＭＡＰ、またはＨＡＰに分離される。
【００７３】
そして、ＭＡＰまたはＨＡＰは固定管３２から取り出されるとともに、処理水は搬送管２９から原水管１へと搬送される。
【００７４】
なお、上記説明でＭＡＰを析出する際、アンモニウムとマグネシウムを添加すると記載したが、例えば、原水の源が豚舎などの場合、既に原水にはアンモニウムが含まれているため、固定剤として添加するものは、マグネシウムだけでよい。
【００７５】
また、原水を酸化、あるいは高熱高圧水にて可溶化すれば、液体中にリン酸イオンと硝酸態イオンが並存することとなり、処理槽２０にて電流を流し、電気泳動を実施した結果、リン酸イオンおよび硝酸態イオンとも陽極側へ導くことが可能となり、リンと窒素とをイオンの状態で同時に除去することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、生物処理による生物汚泥や農林畜水産加工および食品あるいは発酵工業からの有機性廃棄物を処理する処理方法、および、その処理装置で利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施例における有機性廃棄物の処理手順を示すブロック図
【図２】同一実施例における生物処理手段の構成図
【図３】同一実施例における濃縮手段の構成図
【図４】同一実施例における濃縮手段の構成図
【図５】同一実施例における他の濃縮手段の構成図
【図６】同一実施例における他の濃縮手段の構成図
【符号の説明】
【００７８】
１３    可溶化手段
１５    濃縮手段
１６、１７    陽イオン交換膜
１８、１９    陰イオン交換膜
２０    処理槽
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ    隔室
２１    陰極
２２    陽極
２４    陽イオン
２５    陰イオン
２７    固形化手段
４０    蒸発手段
【図１】
2006305474.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006305474.tif 000005
【図４】
2006305474.tif 000006
【図５】
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【図６】
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