(57)【要約】  本発明は、廃水からリン酸塩を回収するための方法であって、機械的処理ステップにおいて、溶解したリンを廃水に残す、少なくとも１種の有機凝集剤またはポリマーを廃水に添加すること、好ましくは、沈殿、浮遊または濾過によって、処理された廃水から機械的スラッジを分離すること、リンを含有する処理された廃水を後処理ステップに移し、そこで少なくとも１種の化学沈殿剤を添加して、溶解したリン酸塩を固体リン酸塩へと沈殿させること、および処理された廃水から固体リン酸塩を分離して、リン酸塩を回収することによる方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水からリン酸塩を回収するための方法であって、
−機械的処理ステップにおいて、機械的に処理された廃水に、溶解したリン酸塩を含む溶解したリンを残す、少なくとも１種の有機凝集剤またはポリマーを前記廃水に添加すること、
−好ましくは、沈殿、浮遊または濾過から選択される物理的分離ステップによって、前記機械的に処理された廃水から機械的スラッジとして固体を分離すること、
−前記リン酸塩を含有する処理された廃水を後処理ステップに移すこと、
−前記リン酸塩を含有する処理された廃水に、少なくとも１種の化学沈殿剤を添加し、前記処理された廃水から、前記溶解したリン酸塩を固体リン酸塩へと沈殿させること、および
−前記固体リン酸塩を、前記処理された廃水から分離して、リン酸塩を回収し、そして最終溶出物を形成すること
による方法。
【請求項２】
前記後処理ステップの前に、前記リン酸塩を含有する機械的に処理された廃水を、生物学的処理ステップを介して移し、そこで、生物学的スラッジが、前記処理された廃水から分離されることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１種の有機凝集剤またはポリマーが、ポリアクリルアミド、メラミンホルムアルデヒド、タンニン、ポリアミンおよびポリＤＡＤＭＡＣ、好ましくは、ポリアクリルアミド、ポリアミンおよびポリＤＡＤＭＡＣから選択される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記固体に結合したリン酸塩を水相に放出するために前記機械的スラッジおよび前記生物学的スラッジのうち少なくとも１つを嫌気消化すること、ならびに前記水相を、以前の廃水処理ステップに戻すことをさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記溶解したリン酸塩が、鉄、アルミニウム、カルシウムおよびマグネシウム塩からなる群から選択される少なくとも１種の化学的沈殿剤を使用して沈殿され、前記固体リン酸塩が提供される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１種の化学的沈殿剤が、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸アルミニウム、ポリ硝酸アルミニウム、クロルヒドロキシアルミニウム、水酸化アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、クロロ硫酸第二鉄、塩化第一鉄、硫酸第一鉄、クロロ硫酸第一鉄、水酸化第二鉄、水酸化第一鉄および水酸化ナトリウム、ならびにそれらのいずれかの組合せからなる群から選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記固体リン酸塩が、物理的分離ステップおよび／または化学的物理的分離ステップを使用して、前記処理された廃水から分離される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記物理的分離ステップが、濾過、浮遊、遠心分離または沈殿からなる群から選択され、好ましくは、ディスクフィルター、チャンバーフィルタープレス、デカンター遠心分離機および／またはハイドロサイクロンの使用による、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記化学的物理的分離ステップが、吸着および／またはイオン交換の群から選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法によって得られるリン酸塩を含む肥料または肥料原材料。
【請求項１１】
肥料または肥料原材料としての、あるいは肥料または肥料原材料の製造における、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法によって得られるリン酸塩の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、統合された化学的および生物学的廃水処理プラント（ＷＷＴＰ）における単純かつ効率的な様式での廃水からのリンの回収に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市廃水には、多くの異なる物質が含まれる。最も一般的に使用されるパラメータは、生化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、懸濁固体（ＳＳ）、リン（Ｐ）および窒素（Ｎ）から構成される。これらのパラメータは、典型的に、当局によって調節される。
【０００３】
都市廃水処理プロセスには、典型的に、全てが水流へと水を戻すために十分クリーンな水を提供するように設計された、いくつかのステップが含まれる。これらのプロセスステップには、
−例えば、沈殿池において、懸濁固体と、可能であればリンを未処理下水から分離するよう設計された、任意に無機物質が添加された機械的ステップと、
−微生物を使用して有機物質を消費するように設計された、生物学的ステップと、好ましくは、それに続く、懸濁固体をさらに分離するように設計された、さらなる沈殿ステップと、
−生物学的プロセスの一部であることが可能であるか、または化学的処理によって実行可能である中和除去
が含まれ得る。
【０００４】
機械的処理において、典型的に約３０％のＢＯＤおよび５０〜６０％のＳＳが除去され、そして非常にわずかなＰおよびＮのみが除去される。多くの場合、これは不十分であり、そして分離を改善するために、化学物質が導入される。添加された化学物質は、鉄またはアルミニウム塩であり得る。これらの塩は、通常、凝集剤または無機凝集剤と呼ばれ、粒子、ＢＯＤおよびリン除去を補助する。凝集剤が、機械的処理と同時にプロセスに添加される場合、９５％までのＳＳおよび７５％のＢＯＤを減少させることが可能である。鉄およびアルミニウムは、リンも沈殿させるため、無機凝集剤が使用される場合、溶解したリンも廃水から除去される。９８％までのＰを除去することができる。いくつかの場合、化学強化一次処理（ＣＥＰＴ）は、廃水溶出物基準を満たすために十分である。そのような場合、このプロセスは、ＣＥＰＴプラントまたは直接沈殿プラントと記載される。
【０００５】
生物学的処理において、残りのＳＳおよびＢＯＤが除去される。このステップにおいて、天然バクテリアが、有機物をバイオマス、二酸化炭素および水へと分解する。これは、通常、例えば、活性スラッジプロセスにおいて、効率を増加させるため、酸素が水に添加された好気性条件下で実行される。生物学的処理は、活性スラッジプロセスにおける生物学的処理と同時に化学的リン沈殿が起こる同時リン還元プロセスによって完了させることができる。生物学的段階は、凝集池としても機能し、そして次の段階において、生物学的スラッジおよび化学的スラッジの両方が除去される。同時沈殿のために通常使用される凝集剤は、アルミニウム塩または鉄塩である。
【０００６】
上記の統合された化学的および生物学的廃水処理プラントは、窒素およびリンを含む、懸濁固体、生分解性有機物質および栄養分の量を減少させることにおいて効率的である。しかしながら、特に栄養分に関して懸濁固体および有機物質の量をなお減少させながら、効率的にこれらの栄養分を回収し、それによって、上記栄養分が分離、リサイクルおよび再利用可能であるプロセスがなお必要とされている。
【０００７】
廃水は、オルトリン酸塩、有機物質結合リンおよびポリリン酸塩の形態のリンを含有し得る。都市廃水中のリンの濃度は、典型的に、例えば３〜２０ｍｇ／ｌであり得るが、より高い濃度も可能である。いくつかの工業廃水は、１００ｍｇ／ｌ以上のリンの量を含有し得る。
【０００８】
廃水からのリンの除去は、リンが富栄養化において有する役割のたに、廃水処理の不可欠なステップである。したがって、リン除去は、典型的に、当局によって調節される。
【０００９】
廃水中のリンは、微粒子および溶存物質で存在する。溶存物質は、主に、リン酸塩からなる。したがって、ＷＷＴＰにおいて、微粒子および溶存Ｐの両方を除去することが不可欠であり、そしてこれは、化学的または生物学的手段によって、種々の様式で実行可能である。
【００１０】
無機凝集剤などのリン除去のための化学物質は、ＷＷＴＰの異なる部分において適用可能である。リンは、さらなる処理を行わずに、直接沈殿プラントにおいて廃水から分離することができる。また、リンは、活性スラッジタンク中でも沈殿させることができる。このプロセスは、同時沈殿または共沈殿と呼ばれる。沈殿したリンは、スラッジと混合して残る。
【００１１】
生物学的リン除去は、２つの異なる手段、同化および強化された生物学的リン除去によって実行されてよい。同化は、バイオマス中でのリンの取り込みである。これは、全ての生体において実行されるが、取り込まれるリンの量はそれほど高くない。バイオマスの約１％のみがリンである。したがって、生物学的処理におけるより多くのバイオマス生産によって、より多くのリンを除去することが可能である。化学前処理によって、生物学的処理へのＢＯＤ負荷量を制御することが可能である。高いＢＯＤ負荷量によって、より多くのリンが同化可能であり、そして逆もまた同様である。
【００１２】
強化された生物学的リン除去（ＥＢＰＲ）は、リンを取り込む可能性がより高いバクテリアの成長が促進される、活性スラッジプロセスである。このプロセスにおいて、バクテリアは、リンを放出し、かつ取り込む。嫌気性条件下でリンが放出され、そして好気性条件下でリンが取り込まれる。これは、生物学的スラッジが、バイオガスを生産するように嫌気的に消化され、いくつかのリン酸塩が放出さることを意味する。このリン酸塩放出は、消化槽および消化槽後の脱水システムにおいてスケーリングの問題を引き起こす可能性があるが、いくつかのリンの回収のために開放可能である。ＥＢＰＲプロセスは、化学的リン除去プロセスほど効率的かつ安定ではなく、そして溶出物必要条件が満たされることを保証するために、通常、化学的プロセスで後方支援される。
【００１３】
化学的リン除去は、リンを廃水から除去し、そしてスラッジ中にそれを沈殿させることに関して高い性能を有する。次いで、それをスラッジによって農地にリサイクルし、そして栄養分として使用することができる。他方、生物学的リン除去プロセスは、それほど効率的ではなく、そして廃水は、典型的に、より高い量のリンを含有する。しかしながら、リンは、リンを放出することができる嫌気消化後、側流において回収することができる。しかしながら、これは、低いリン除去効率を有するプラント中の内部リサイクル流であり、そしてリンのわずかな部分のみ、すなわち、流入リンの５〜３０％のみが回収される。
【００１４】
さらなる使用のためにリン化合物を効率的に回収することができるように、リン化合物を効率的に濃縮および分離する、改善された手順がなお必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、リンを廃水から効率的に回収するためのプロセスを提供することである。
【００１６】
特に、本発明の目的は、リンが、濃縮された形態で、廃水およびスラッジから分離可能であり、次いで、原料として利用可能であるか、またはそのまま使用可能であるプロセスを提供することである。
【００１７】
これらおよび他の目的は、周知のプロセス以上のその利点と共に、本発明によって達成されて、以下に記載されて、かつ主張される。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
したがって、本発明は、廃水からリン酸塩を回収するためのプロセスに関する。
【００１９】
より特に、本発明のプロセスは、添付の請求項において主張されるものによって特徴づけられる。
【００２０】
本プロセスにおいて、リンの最大量は、廃水処理プロセスから後処理ステップまで、水相中に溶解したリンとして保持される。溶解したリンは、リン酸塩を含み得、そして好ましくは、主にリン酸塩である。後処理において、溶解したリン酸塩は、固体リン酸塩へと沈殿する。したがって、溶解したリンを廃水から沈殿することが可能であり、そして他の不純物の大部分は、以前のステップにおいて、廃水から除去されているので、高純度で、後処理ステップにおいて廃水から、濃縮した形態で分離された固体リン酸塩が得られる。吸着またはイオン交換などの他のリン除去技術も使用されてよい。干渉するバイオマスはすでに除去されており、かるリンがサイクルからではなく、主流から回収されるため、この回収は効率的に実行することができる。
【００２１】
本発明に従って、沈殿され、そして廃水から分離される固体リン酸塩は、低い有機含有量を有する生成物を形成し、そしてそのまま使用可能であるか、または任意に、分離後、例えば、肥料原料への集中アップグレーディングプラントにおいて、さらなに処理されることが可能である。
【００２２】
したがって、本発明の手段によって、なりの利点が得られる。推定されるリン回収レートは、本プロセスにおいて、流入リンの３０〜７０％、例えば、５０〜７０％である。この回収されたリンは、追加の精製ステップを行わなくても、さらなる利用のために十分に純粋な形態で得られ、かつそれは、通常の脱水下水スラッジほど重金属および持続的な有機汚染物質を含有しない。
【００２３】
リンが水から分離され、そしてスラッジ中に沈殿されないため、手順のスラッジ体積を減少させることができるため、さらなる利点を得ることができる。これは、次に、リン化合物のより効率的な回収ももたらす。より低いスラッジ体積は、スラッジ処理または廃棄の必要の減少ももたらす。さらに、水からリンを分離することは、スラッジから、または焼却などのスラッジ処理プロセスおよび抽出などの高い化学物質消費を有する灰からの分離後にそれを分離する場合よりも容易であり、かつエネルギー消費が低い。
【００２４】
次に、本発明は、添付の図画および詳細な説明を参照にして、より密接に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の実施形態で使用されるプロセススキームの略図である。
【図２】図２は、本発明の別の実施形態で使用されるプロセススキームの略図である。
【図３】図３は、本発明の第３の実施形態で使用されるプロセススキームの略図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態で使用される詳細なプロセススキームの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
開示された本発明の実施形態は、本明細書に開示された特定の構造、プロセスステップまたは材料に限定されないが、当業者によって認識されるその等価物まで拡張されることは理解されるべきである。本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態のみを説明する目的で使用され、そして限定するように意図されないことも理解されるべきである。
【００２７】
本明細書を通して、一実施形態または実施形態の意味は、実施形態に関連して記載される特定の特性、構造または特徴が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書中の様々な箇所における「一実施形態において」または「実施形態において」という句は、必ずしも全て同一実施形態を示していない。例えば、約または実質的になどの用語を使用して数値を参照する場合、正確な数値も開示される。
【００２８】
したがって、本発明の実施形態は、都市ＷＷＴＰを参照して記載される。本発明の他の実施形態において、リンを含有する工業廃水または他の廃水が処理されてよい。工業ＷＷＴＰは、都市ＷＷＴＰと類似のデザインを有し、かつ都市ＷＷＴＰに関して記載された実施形態は、工業ＷＷＴＰに関しても適用可能である。
【００２９】
本発明の実施形態において、典型的に、流入廃水中のリンの主要部分が、統合された化学的および生物学的ＷＷＴＰの潜在的な利点に影響を与えることなく、そしてエネルギー消費を増加させることなく、バイオガス生産を低下させることなく、または高い投資を必要とすることなく、再利用される。本発明の実施形態は、大部分のＷＷＴＰにおいて容易に実施可能な単純なプロセスを提供する。
【００３０】
都市廃水は、初期処理ステップ、機械的処理ステップ、生物学的処理ステップおよび後処理ステップを含む、次の実施例の実施形態で記載される、ステップワイズプロセスで処理されてもよい（図１参照）。
【００３１】
本実施形態によれば、廃水はスクリーンおよび／または濾過され、それによって、大粒子、特にサイズ＞３ｍｍの粒子、デブリおよび他の固体物質が分離される。次いで、砂および挽コーヒーなどのわずかにより小さい粒子が通気タンク中で分離されるサンドトラップに水を通過させる。これらの初期ステップから分離された廃棄物は、典型的に非常に低いリサイクル値を有するため、処分されるか、または焼却され得る。
【００３２】
本発明による廃水処理の次のステップにおいて、初期ステップから得られた廃水から、より小さい粒子が、沈殿池において分離される。この機械的処理ステップで除去された粒子は、機械的スラッジにおいて終了する。典型的に、約３０％のＢＯＤおよび５０〜６０％のＳＳが除去され、そして非常にわずかのＰおよびＮが除去される。
【００３３】
本発明の実施形態において、目的は、可能な限り多くのリンを水中に保持することである。廃水は、非常に少量の無機凝集剤を用いて、または好ましくは、無機凝集剤を全く用いずに、機械的処理ステップにおいて処理される。目標は、機械的処理の好影響を利用し、そして生物学的処理へのＢＯＤ負荷量の減少、したがって、より低いエネルギー消費、ならびにバイオガス生産が可能な限り高くなるように、より高い機械的スラッジ生産を達成することである。これは、有機凝集剤またはポリマーを利用することによって実行され、適切なものは、ポリアクリルアミド、メラミンホルムアルデヒド、ポリアミン、ポリＤＡＤＭＡＣ、タンニンおよびリグニンなどの天然ポリマー、天然多糖類、例えば、でんぷん、セルロース、ヘミセルロースアルギネート、グアーガム、キチンおよびキトサン、ならびにそのカチオン性またはアニオン性誘導体およびそのいずれかの組合せ、好ましくは、ポリアクリルアミド、ポリアミンおよびポリＤＡＤＭＡＣから選択され得る。本実施形態において、粒子の除去は、従来の機械的処理と少なくとも同水準、好ましくはそれより良好であるが、溶解したリンは廃水中に保持される。
【００３４】
通常より高い溶解リン酸塩含有量を有する機械的処理された廃水は、次いで、実施形態に従って、生物学的処理ステップにおいて処理される。活性スラッジプロセスが好ましいが、他の生物学的処理プロセスも使用可能である。いくつかのリンは、生物学的処理ステップにおいて同化される。本発明の実施形態によると、生物学的処理に入るＢＯＤの量は制御可能であり、したがって、リンが同化される量も制御することが可能である。目標は、後処理ステップまでリンを廃水中に保持することであり、それによって、機械的および生物学的処理ステップにおいて、可能な限り多くのＢＯＤを除去すること、そしてこれらのステップにおいて同時に不必要なリン除去を避けることが好ましい。
【００３５】
この生物学的処理ステップにおいて、バクテリアは、廃水中の有機物質をバイオマス、二酸化炭素および水へと分解する。次いで、バイオマスは、生物学的スラッジとして、処理された廃水から分離可能であり、そのようにして、ＢＯＤが減少される。これは、効率を増加させるために酸素が廃水に添加された、好気性酸素豊富条件下で実行され得る。バクテリアの成長は遅いため、それらは、処理される廃水よりも長時間、処理プロセスに保持されなければならない。これは、いくつかの様式で、例えば、バクテリアが高濃度でバイオリアクター中に生存する活性スラッジプロセスによって実行可能である。バイオリアクターの後、処理された廃水と一緒に沈殿池に放出されたバクテリアは分離され、そして再びバイオリアクターにリサイクルすることができる。沈殿タンクは、膜フィルターによって交換されてもよい。そのような場合、活性スラッジタンクは、膜バイオリアクターと呼ばれる。代わりに、バクテリアは、トリックリングフィルターなどのフィルター中、または移動床バイオリアクターなどのバイオリアクター中のキャリア材料上で成長することが可能である。そのような場合、バクテリアは処理後にバイオリアクターにリサイクルされない。生物学的処理ＢＯＤは、かなりの範囲まで除去され得る。通常、９０％より多くが除去される。
【００３６】
本発明の一実施形態において、リンは回収されず、かつ生物学的ステップの前に分離されないため、栄養分の欠如は生物学的処理ステップの性能を制限しない。それらの除去効率を低下させることなく、ＢＯＤおよび窒素除去のために利用可能な十分なリンが存在するであろう。また、生物学的ステップの前に、大部分の有機物が除去される場合も、バクテリアは、有機物が存在する場合と同等に少ないリンを必要とし、したがって、最少のリンが消費および結合され、そして大部分の溶解したリン酸塩は、後処理のリン分離ステップまで、水相中に残ったままであろう。さらに、スラッジ日齢、すなわち、バイオマスがこのステップにおいて過ごす時間は、容易に制御可能であり、かつ長くすることが可能であり、水相中の溶解したリン酸塩の量をさらに増加させ、そしてリン分離ステップにおいてさらに多くのリンが回収される。
【００３７】
直接または前沈殿のないＷＷＴＰと比較して、本発明の実施形態は、通気の必要が低いため、そして処理体積の要求がより低いため、エネルギー節約を提供し得る。したがって、生物学的処理ステップにおける生物学的プロセスは、よりコンパクトであり、かつエネルギー要求が低くなることが可能である。これは、ほとんどの既存の生物学的処理プラントよりも低い資本および操作上のコストを提供する。代替物として、処理能力は既存の生物学的処理において増加可能である。
【００３８】
生物学的処理ステップの後、残りの処理された廃水のＢＯＤおよびＳＳレベルは低い。この段階において、リンが廃水に残っている限り、廃水をさらに精製することができる。窒素レベルは、プラントの構造によって低くなることが可能である。しかしながら、窒素レベルは、典型的に、リン分離において影響を有さない。
【００３９】
本発明の実施形態において、リンは、後処理ステップにおいて、処理された廃水から分離される。好ましい実施形態において、溶解したリンのほぼ全てがリン酸塩として存在するため、溶解したリンは、化学的手段によって沈殿される。本プロセスは、リン酸塩などの廃水中の無機リンに影響を与えることが可能である。リン酸塩として存在する溶解したリンは、好ましくは、少なくとも１つの化学沈殿剤を使用して沈殿される。固体リン酸塩は、そのような化学処理から得られる。適当な化学沈殿剤の例は（第二鉄か、あるいは第一鉄の）鉄の塩、アルミニウム、溶かされたリンを切り離すために使われるかもしれないカルシウムあるいはマグネシウムである。適切な塩としては、例えば、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸アルミニウム、ポリ硝酸アルミニウム、クロルヒドロキシアルミニウム、水酸化アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、クロロ硫酸第二鉄、塩化第一鉄、硫酸第一鉄、クロロ硫酸第一鉄、水酸化第二鉄、水酸化第一鉄または水酸化ナトリウムが含まれる。次いで、これらの沈殿物を、例えば、沈殿、浮遊、遠心分離または濾過による物理的手段を使用する物理的分離によって、処理された廃水から分離する。物理的分離は、デカンター遠心分離機、ディスクフィルター、チャンバーフィルタープレスおよび／またはハイドロサイクロンを使用して実行されてもよい。また、処理された廃水から溶解したリンを分離するために、イオン交換または吸着などの化学的−物理的分離法などの他のリン除去技術も後処理において使用されてよい。沈殿物分離が複数回の分離ステップを使用して実行され得ることは留意すべきである。これらの分離ステップは、例えば、上記の１つまたはそれ以上の分離デバイスを、いずれかの組合せで含み得る。
【００４０】
後処理ステップ後に得られたリン沈殿物は、典型的に、従来の廃水スラッジよりも低含有量の他の汚染物質およびはるかに高濃度のリンを有する。本発明の実施形態によって得られたリン沈殿物は、肥料としての直接的使用などのリンの直接的または間接的再利用のため、あるいはさらなる処理または精製のためのリン供給源として使用するために適切である。
【００４１】
可能な限り高いリン回収収率を達成するために、機械的および／または生物学的スラッジをさらに処理することは好ましい（図２参照）。好ましい実施形態において、スラッジは、嫌気的に消化される。消化されたスラッジは脱水されてよく、そして不合格品は、機械的処理の前に、プロセスに戻されてよい。次いで、スラッジ体積は減少し、そして微粒子結合リンのいくらかが放出され、そしてリンが分離される後処理の前の廃水処理プロセスのステップにリサイクル可能である。放出されたリンは水中で終了し、そして生物学的処理後に分離することができる。
【００４２】
一実施形態において、リン酸塩沈殿物は、嫌気消化などの以前のプロセスステップに戻されてもよい。第二鉄または第一鉄化合物が沈殿において使用される場合、後処理からのリン沈殿物（すなわち、リン酸塩含有沈殿物）のわずかな部分を嫌気消化に戻すことができる。戻された鉄の量が、嫌気消化において典型的に形成される硫化水素含有量と最適化される場合、その硫化物を、リン酸塩の沈殿物から放出されるリサイクルされた鉄によって結合および沈殿させることが可能である。硫化物を鉄と結合させることは、硫化水素の除去によって、それがバイオガス収率をさらに増加させ、そして同時に、それは液相中に再びリン酸塩を放出し、次いで、これは、機械的分離または生物学的処理ステップに、あるいは後処理ステップにおいて再び回収および分離されるように後処理にリサイクルされることが可能であろうため、嫌気消化において二重の利点を有するであろう。したがって、嫌気消化でリン酸塩は損失しないが、鉄も利用される。
【００４３】
生物学的処理ステップからのリンの放出をさらに増加させるために、生物学的沈殿からのリターンスラッジまたはリターンスラッジの側流を処理して、そしてそれがバイオリアクターに戻される前または脱水ステップに送られる前に、別々にそれを処理することが可能である。このような追加の処理ステップは、黒丸として図２に示される。それをすることによって、生物学的スラッジの体積が減少し、そしてより少ないリンがバイオマス中に結合されることが可能である。これは、生物学的、化学的または物理的手段あるいはこれらの組合せによって実行可能である。適切な手段の例は、嫌気性、無酸素性、微好気性または好気性処理における生物学的処理、オゾン、過酸化水素、過ギ酸もしくは他の強化学酸化剤または反応物による化学的処理、および例えば、超音波、マイクロスクリーニングおよび他の物理的プロセスによる物理的手段である。
【００４４】
スラッジの嫌気消化によって、メタンガスが生産され得る。さらなる実施形態において、メタンガスは、エネルギー生産のために利用され、それによって、プロセスのカーボンフットプリントは減少され得る。
【００４５】
本発明の実施形態において、スラッジ体積は最小化され、そしてリンの一部が、好気性処理または化学的物理的手段によってスラッジから放出される。しかしながら、これは、嫌気性スラッジ処理と同様に、メタン生産を生じないであろう。このような放出されたリンは、次いで、生物学的処理において水に戻すことができる。
【００４６】
上記の実施形態において、流入リンの７０％程度の高いリンの回収レートを達成することができる。これは、従来のＷＷＴＰまたは強化された生物学的リン除去プロセスによって可能であるものよりはるかに高い。
【００４７】
本発明の実施形態において、上記と同一の概念は、可能な限り多くのリンが廃水中に保持されるように、有機凝集剤、あるいはポリアクリルアミド、メラミンホルムアルデヒド、タンニン、ポリアミンおよびポリＤＡＤＭＡＣ、好ましくは、ポリＤＡＤＭＡＣ、ポリアミンまたはポリアクリルアミドなどのポリマーを用いて実行される直接沈殿（図３参照）に適用される。リン酸塩分離ステップは、後処理ステップに関して上記されたものと同一の様式で、リンが沈殿および分離される最終処理として追加される。リンの回収レートは上記された実施形態のプロセスと同一レベルに近い。この後者の実施形態で得られたリン沈殿物は、溶解した物質のいくらかの残渣を含有し得るが、さらなる処理のためのリン原材料として使用することができる。また、本実施形態において、スラッジ体積の減少は、微粒子リンのいくらかの放出を意味する可能性があるため、スラッジの処理によって回収レートを増加させることができる。
【００４８】
本発明のさらなる実施形態において、リンの追加的な量をプロセスに再循環させるために、上記されたスラッジは全て処理される（図４参照）。機械的スラッジは、嫌気消化を受ける。次いで、スラッジ体積は減少し、そして微粒子結合リンのいくらかが放出され、そしてプロセスにリサイクルされる。主にバイオマスからなる生物学的スラッジの一部は、再使用のための生物学的処理ステップに戻することができ、それによって、バイオマスで残るいずれのリンも、それから抽出することができる。
【００４９】
リン回収は、本発明の重要部分であるが、従来の廃水処理プロセスと比較して、このプロセスに他の利点があることを指摘することが必要とされる。機械的処理ステップにおける改善された粒子分離によって、嫌気性消化槽でのバイオガス生産は劇的に改善される。それは、極端な場合、生物学的強化リン除去プロセスなどの他の廃水処理プロセスと比較して２倍になることが可能である。その上に、粒子の効率的な減少は、生物学的処理ステップをアンロードし、そしてその単位操作におけるエネルギーを節約する。
【００５０】
本プロセスによって、リン酸塩を含む肥料または肥料原材料が得られ得る。本プロセスによって得られたリン酸塩は、肥料または肥料原材料として使用され得るか、あるいは肥料または肥料原材料の製造において使用され得る。
【００５１】
次の非限定的な実施例は、単に、本発明の実施形態によって得られた利点を説明するように意図される。
【実施例】
【００５２】
実施例１．ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、ポリアミン（ＰＡ）およびポリＤＡＤＭＡＣ凝集剤（ｐ−Ｄ）、ならびに従来の無機凝集剤塩化第二鉄（ＰＩＸ）およびポリ塩化アルミニウム（ＰＡＸ）を使用する、機械的スラッジの分離
ａ）廃水処理プラントへの受入廃水をプロセスから採取した。
乾燥固体含有量は０．０５％であった。乾燥ポリマー（１００％活性剤）を０．１％活性剤溶液に、そしてポリマー溶液を５％活性剤濃度まで溶解することによって、凝集剤溶液を調製した。９００ｇの受入廃水をビーカー中に採取した。モーター付き混合機をビーカー中に配置し、そして２００ｒｐｍの速度で回転させた。この速度での混合を３０秒間続け、その間、ピペットを用いて、十分混合した溶液に凝集剤溶液を添加した。次いで、撹拌を４０ｒｐｍまで減速し、そしてこの速度で５分間撹拌を続けた。この撹拌を停止した後、形成されたフロックを１０分間沈降させ、その後、３ｃｍの深さで試料採取を行った。
【００５３】
【表１】
2019505368.tif 000003
【００５４】
【表２】
2019505368.tif 000004
【００５５】
ｂ）廃水処理プラントへの受入廃水をプロセスから採取した。
乾燥固体含有量は０．０７％であった。乾燥ポリマー（１００％活性剤）を０．１％＞活性剤溶液に、そしてポリマー溶液を５％活性剤濃度まで溶解することによって、凝集剤溶液を調製した。１０００ｇの受入廃水をビーカー中に採取した。モーター付き混合機をビーカー中に配置し、そして２００ｒｐｍの速度で回転させた。この速度での混合を３０秒間続け、その開始時に、ピペットを用いて、十分混合した溶液に凝集剤溶液を添加した。次いで、撹拌を４０ｒｐｍまで減速し、そしてこの速度で５分間撹拌を続けた。この撹拌を停止した後、形成されたフロックを１０分間沈降させ、その後、３ｃｍの深さで試料採取を行った。
【００５６】
【表３】
2019505368.tif 000005
【００５７】
ｃ）廃水処理プラントへの受入廃水をプロセスから採取した。
懸濁固体含有量は０．０５％であった。１０００ｇの受入廃水をビーカー中に採取した。モーター付き混合機をビーカー中に配置し、そして４００ｒｐｍの速度で回転させた。この速度での混合を１０秒間続け、その間、ピペットを用いて、十分混合した溶液に無機凝集剤を添加した。使用された無機凝集剤は、ＰＩＸ−１１１（Ｆｅ１３．８％、密度１．４２ｇ／ｍｌ）、ＰＡＸ−ＸＬ９（Ａｌ４．５％、密度１．２ｇ／ｍｌ）およびＰＡＸ−ＸＬ−１９（Ａｌ１２．５％、密度１．３５ｇ／ｍｌ）であった。次いで、撹拌を４０ｒｐｍまで減速し、そしてこの速度で５分間撹拌を続けた。
【００５８】
この撹拌を停止した後、形成されたフロックを１０分間沈降させ、その後、３ｃｍの深さで試料採取を行った。
【００５９】
【表４】
2019505368.tif 000006
【００６０】
実施例２．後処理におけるリン回収
後処理におけるリン回収は、生物学的処理プロセスを有する廃水処理プラントからの廃水を使用して、実験室規模でシミュレートした。廃水処理の実施は、今日、リンの除去を必要とするため、廃水中の全リンは、プラントでのこれらの必要条件を満たすように減少された。したがって、本発明によるリン回収をシミュレートするために、Ｎａ３ＰＯ４を使用して、リンレベルを所望のレベルまで上昇させた。
【００６１】
ａ）第二鉄凝集剤を使用する沈殿
０．３３ｍｇ／ｌの全リンを有する２０リットルの廃水をプロセスから採取した。５２９．０ｍｇのＮａ３ＰＯ４を添加し、リンレベルを５ｍｇＰ／ｌまで上昇させた。１０００ｍｌのそのようにして調製されたリン豊富廃水をビーカー中に採取した。モーター付き混合機を４００ｒｐｍの速度で回転させた。混合開始直後に、ピペットを用いて、リンを沈殿させるためのＦｅ−凝集剤ＰＩＸ−１１１（Ｆｅ１３．７％、密度１．４４ｇ／ｍｌ）の所望の量を添加した。強力な４００ｒｐｍの撹拌を３０秒間続けて、次いで、１０分間、４０ｒｐｍまで減速した。撹拌を停止し、そして試料を１０分間沈降させた。リン沈殿物は、ビーカーの底部に分離した。液体表面の上部から３ｃｍの深さで試料を採取した。液相の分析によってリン沈殿物の形成が確認されたが、これは逆に、液体からのリンの除去およびリン沈殿物の形成を示す。
【００６２】
【表５】
2019505368.tif 000007
【００６３】
ｂ）ＣａＣｌ２およびＮａＯＨを使用する沈殿
０．４３ｍｇ／ｌの全リンおよび０．２０ｍｇ／ｌの溶解オルトリンを有する４９９９．８７グラムの廃水をプロセスから採取した。１３２．３ｍｇのＮａ３ＰＯ４を添加し、リンレベルを５ｍｇＰ／ｌまで上昇させた。９００ｇのそのようにして調製されたリン豊富廃水をビーカー中に採取した。モーター付き混合機を４００ｒｐｍの速度で回転させた。２０％ＮａＯＨを使用して、所望のレベルまでｐＨを調整した。リンの沈殿のために、ピペットを用いて、９．７７％Ｃａを有するＣａＣｌ２溶液の所望の量を添加した。ＣａＣｌ２溶液添加の開始から、強力な４００ｒｐｍの撹拌を１０秒間続けて、その後、１５分間、９９ｒｐｍまで減速した。撹拌を停止し、そして分析用試料を採取した。この試料は、０．４５μｍフィルターを用いて濾過された。残りの液相の分析によってリン沈殿物の形成が確認されたが、これは逆に、液体からのリンの除去およびリン沈殿物の形成を示す。
【００６４】
【表６】
2019505368.tif 000008
【００６５】
ｃ）ＣａＣｌ２およびＮａＯＨを使用する沈殿
０．４３ｍｇ／ｌの全リンおよび０．２０ｍｇ／ｌの溶解オルトリンを有する４９９９．７４グラムの廃水をプロセスから採取した。２６４．６ｍｇのＮａ３ＰＯ４を添加し、リンレベルを１０ｍｇＰ／ｌまで上昇させた。９００ｇのそのようにして調製されたリン豊富廃水をビーカー中に採取した。モーター付き混合機を４００ｒｐｍの速度で回転させた。２０％ＮａＯＨを使用して、所望のレベルまでｐＨを調整した。リンの沈殿のために、ピペットを用いて、９．７７％Ｃａを有するＣａＣｌ２溶液の所望の量を添加した。ＣａＣｌ２溶液添加の開始から、強力な４００ｒｐｍの撹拌を１０秒間続け、次いで、１５分間、９９ｒｐｍまで減速した。撹拌を停止し、そして分析用試料を採取した。この試料は、０．４５μｍフィルターを用いて濾過された。残りの液相の分析によってリン沈殿物の形成が確認されたが、これは逆に、液体からのリンの除去およびリン沈殿物の形成を示す。
【００６６】
【表７】
2019505368.tif 000009
【００６７】
ｄ）Ｃａ（ＯＨ）２を使用する沈殿
０．５６ｍｇ／ｌの全リンおよび０．２７ｍｇ／ｌの溶解オルトリンを有する４９９９．８７グラムの廃水をプロセスから採取した。１３２．３ｍｇのＮａ３ＰＯ４を添加し、リンレベルを５ｍｇＰ／ｌまで上昇させた。９００ｇのそのようにして調製されたリン豊富廃水をビーカー中に採取した。モーター付き混合機を４００ｒｐｍの速度で回転させた。リンの沈殿のために、５５．００％Ｃａを有する固体Ｃａ（ＯＨ）２の所望の量を結晶のまま注意深く添加した。Ｃａ（ＯＨ）２の添加後、強力な４００ｒｐｍの撹拌を１０秒間続け、その後、１５分間、９９ｒｐｍまで減速した。撹拌を停止し、そして分析用試料を採取した。この試料は、０．４５μｍフィルターを用いて濾過された。残りの液体の分析によってリン沈殿物の形成が確認されたが、これは逆に、液体からのリンの除去およびリン沈殿物の形成を示す。
【００６８】
【表８】
2019505368.tif 000010
【００６９】
ｅ）ＣａＯを使用する沈殿
試験ｄ）からのＣａ（ＯＨ）２を、６９．３３％のＣａを含有するＣａＯで置き換えた。試料の採取時、９９ｒｐｍの撹拌速度での１５分の反応時間後に撹拌を停止しなかったが、これを６０分まで続け、そして第２の試料を採取した。
【００７０】
【表９】
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【００７１】
ｆ）ＭｇＣｌ２を使用する沈殿
５リットルの廃水をプロセスから採取した。７９３９．３ｍｇのＮａ３ＰＯ４を添加し、リンレベルを２８８ｍｇＰ／ｌまで上昇させた。９００ｍｌのそのようにして調製されたリン豊富廃水をビーカー中に採取し、そして１０％ＨＣｌを用いて、ｐＨを９．４または１１へと調整した。モーター付き混合機を４００ｒｐｍの速度で回転させた。混合開始直後に、リンを沈殿させるための７８９７μｌのＭｇＣｌ２溶液（Ｍｇ３．６％、密度１．１１６ｇ／ｍｌ）および３３３１μｌのＮＨ４Ｃｌ溶液（Ｎ５．２％、１．０４８ｇ／ｍｌ）を添加した。強力な４００ｒｐｍの撹拌を１５秒間続けて、次いで、２０分間、４０ｒｐｍまで減速した。２０分の反応時間の間、ｐＨは、２０％ＮａＯＨによって一定レベルに保持された。液相中の残りのオルトリンおよびＮＨ４−Ｎの分析によってリン沈殿物の形成が確認された。
【００７２】
【表１０】
2019505368.tif 000012
【００７３】
ｇ）アルミニウム凝集剤を使用する沈殿
９．９９９７４グラムの廃水をプロセスから採取した。２６４．６ｍｇのＮａ３ＰＯ４を添加し、リンレベルを５ｍｇＰ／ｌまで上昇させた。１０００ｇのそのようにして調製されたリン豊富廃水をビーカー中に採取した。モーター付き混合機を３５０ｒｐｍの速度で回転させた。混合開始直後に、ピペットを用いて、リンを沈殿させるための凝集剤（Ｆｅ１３．６１％および密度１．４２ｇ／ｍｌを有するＰＩＸ−１１１、またはＡｌ３．９４％および密度１．２９ｇ／ｍｌを有する硫酸アルミニウム（ＡＬＳ））の所望の量を添加した。強力な３５０ｒｐｍの撹拌を１０秒間続けて、次いで、１０分間、４０ｒｐｍまで減速した。撹拌を停止し、そして試料を１０分間沈降させた。リン沈殿物は、ビーカーの底部に分離した。液体表面の上部から３ｃｍの深さで試料を採取した。この試料は、０．４５μｍフィルターを用いて濾過された。残りの液相の分析によってリン沈殿物の形成が確認されたが、これは逆に、液体からのリンの除去およびリン沈殿物の形成を示す。
【００７４】
【表１１】
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【００７５】
【表１２】
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【００７６】
ｈ）アルミニウム凝集剤を使用する沈殿
９．９９９４７グラムの廃水をプロセスから採取した。５２９．３ｍｇのＮａ３ＰＯ４を添加し、リンレベルを５ｍｇＰ／ｌまで上昇させた。１０００ｇのそのようにして調製されたリン豊富廃水をビーカー中に採取した。モーター付き混合機を３５０ｒｐｍの速度で回転させた。混合開始直後に、ピペットを用いて、リンを沈殿させるための凝集剤（Ｆｅ１３．６１％および密度１．４２ｇ／ｍｌを有するＰＩＸ−１１１、またはＡｌ３．９４％および密度１．２９ｇ／ｍｌを有するＡＬＳ）の所望の量を添加した。強力な３５０ｒｐｍの撹拌を１０秒間続けて、次いで、１０分間、４０ｒｐｍまで減速した。撹拌を停止し、そして試料を１０分間沈降させた。リン沈殿物は、ビーカーの底部に分離した。液体表面の上部から３ｃｍの深さで試料を採取した。この試料は、０．４５μｍフィルターを用いて濾過された。残りの液相の分析によってリン沈殿物の形成が確認されたが、これは逆に、液体からのリンの除去およびリン沈殿物の形成を示す。
【００７７】
【表１３】
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【００７８】
【表１４】
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【００７９】
ｉ）より大規模での第二鉄凝集剤を使用する沈殿
５２．９３グラムのＮａ３ＰＯ４を１リットルの水に溶解した。１０００キログラムの廃水をプロセスから採取し、そしてモーター撹拌子を備えた１ｍ３のＩＢＣ容器中に配置した。撹拌を開始し、そして調製したＮａ３ＰＯ４溶液を、混合された廃水中に添加し、リンレベルを１０ｍｇＰ／ｌまで上昇させた。２４１．７ｇのＰＩＸ−１１１（Ｆｅ１３．８％、密度１．４２ｇ／ｍｌ）を、十分に混合された容器中に底部から注ぎ入れて、迅速に添加した。ＰＩＸ−１１１添加後、混合を１０秒間続け、その後、停止した。沈殿物を１時間沈降させた。それが沈降したら、ポンプを使用して、約６００リットルの透明な水を容器の表面から注意深く除去した。沈降させた沈殿物を別々に回収し、そして円錐形反応器中に配置し、それを再び静沈降させた。沈殿物が円錐形反応器の底部に沈降したら、それを底部バルブから注意深く回収し、そして実験室規模のブフナー漏斗で減圧濾過し、さらに脱水させた。湿潤ケーキは、実験室濾過の後、８５％の水を含有した。脱水ケーキを一晩、５０℃のオーブン中で乾燥させ、そして乾燥ケーキを分析した。
【００８０】
【表１５】
2019505368.tif 000017
【００８１】
実施例３．生物学的処理ステップに及ぼす機械的スラッジの分離の影響
機械的分離への受入廃水を廃水処理プラントから採取し、そして３つの異なる様式で処理した。
【００８２】
バッチ１は、４００リットルの受入廃水中に、いずれの化学薬品の添加も行わずに実行された（化学薬品なしと記載される）。
【００８３】
バッチ２は、２００リットルの受入廃水中に、３６ｍｌの塩化第二鉄（ＰＩＸ−１１１）を添加することによって実行された（ＰＩＸ−１１１と記載される）。
【００８４】
バッチ３は、全体積３００リットルの受入廃水（２００リットルおよび１００リットルのバッチ）中に１５００ｍｌのポリマー溶液（Ｃ４９２、ＰＡＭ）（０．１％ｗ／ｗ）を添加することによって実行された（Ｃ４９２と記載される）。
【００８５】
最初に、容器に受入廃水を装てんした。強力な混合を開始した。使用された混合機は、通常、工事現場において使用されるコンクリートミキサーブレードを有するボール盤であった。開示された化学薬品は、Ｂａｔｃｈｅｓ２および３の中に迅速に添加された。目視評価によって、形成されたフロックの数が最高となった、化学薬品の添加から５〜１０秒後に混合を停止した。全３つのバッチを１時間４５分間沈降させた。その後、上澄水を容器から排出させた。ＰＩＸ−１１１およびＣ４９２容器中、上澄液を、濾布として使用された薄ナイロンタイツを通して排出させ、約１〜２リットルのスラッジが回収された。Ｃ４９２とは異なり、ＰＩＸ−１１１は濾層を詰まらせ、そして圧迫することによって、さらに脱水された。バッチ１において、約４０リットルの沈降させたフラクションを金属ふるいを通して排出させた。全ての溶出物を回収および分析し、そして未処理の受入廃水と比較して除去レートを算出した（表１６参照）。
【００８６】
【表１６】
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【００８７】
フィンランドの人口の約３０％を表す、フィンランドのＥｓｐｏｏ、Ｈｅｌｓｉｎｋｉ、ＴａｍｐｅｒｅおよびＴｕｒｋｕの廃水処理プラントの年次報告書（平均フィンランドと記載される）から、表１７に示す平均値を算出することができる。
【００８８】
【表１７】
2019505368.tif 000019
【００８９】
バッチ１〜３に関して、二次通気において必要とされた電気を算出することができる。機械的スラッジ分離、すなわち、一次スラッジ分離に関する結果（表１６参照）が使用される。機械的スラッジ分離の後、生物学的処理ステップ、二次ステップが適用されてもよい。平均フィンランドの生物学的処理損失および生物学的処理通気電気から、０．４１の因子を算出することができる（２８／６８）。この因子は、バッチ１〜３のために必要とされた生物学的処理通気電気を算出するために使用することができる。流入および溶出のエネルギー含有量は、バッチ１〜３に関して、平均フィンランド値と同一に保持される。生物学的処理ステップにおける二次流入のエネルギーシェア喪失は、平均フィンランドよりわずかに低いと推定される。
【００９０】
【表１８】
2019505368.tif 000020
【００９１】
そのようにして、機械的処理ステップが本発明に従って実行される場合、最少量の電気が生物学的処理通気において消費されることを結論づけることができる。上記の表から、機械的処理ステップにおいて無機凝集剤（ＰＩＸ−１１１）を使用する場合よりも、Ｃ９４２処理を使用する場合、４４％低い生物学的処理通気電気が使用され、そしていずれの化学薬品も使用しない場合と比較して５８％低いことがわかる。
【００９２】
後処理ステップにおける回収および分離のために利用可能なリンの量は、表１６からのリン除去レートおよび平均フィンランド値を使用して算出することができる。平均フィンランド値は以下の表１９に提供される。流入が、全ての場合において、平均フィンランドと同一であり、そしてバッチ２（ＰＩＸ−１１１）およびバッチ３（Ｃ４９２）のための溶出は、平均フィンランドと同一であると想定される。バッチ１（化学薬品なし）に関しては、溶出リンレベルはわずかにより高い状態であることが推定される。バッチ２  Ｃ４９２の生物学的スラッジ中のリン含有量は、１．５％であると推定される。
【００９３】
【表１９】
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【００９４】
【表２０】
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【００９５】
したがって、本発明の処理バッチ３  Ｃ４９２において、リン酸塩として後処理ステップにおいて回収および分離のために利用可能である６８％の受入リンが存在するであろう。
【００９６】
実施例４．イオン交換樹脂を使用する廃水からのリン除去
後処理においてイオン交換を利用することによるリン除去は、実験室規模でシミュレートされた。５ｍｇ／ｌのリン濃度のリン含有廃水は、廃水処理プラントからの排出廃水と実験室グレードのリン酸ナトリウム（Ｎａ３ＰＯ４）を混合することによって製造された。
【００９７】
廃水からのリン除去のための市販の樹脂が使用された。実施例１は、架橋ポリスチレンを含有する強塩基性樹脂を使用する。実施例２は、３級アミン基を有するマクロ多孔性を含有する弱塩基性樹脂を使用する。実施例３は、キレートビスピコリアミン官能基を含有する弱塩基性樹脂を使用する。
【００９８】
実験室ビーカー中、周囲温度で、１００ｇの廃水（Ｐ＝５ｍｇ／ｋｇ）中に１０ｍｌの樹脂を添加し、そして溶液を１時間、非常にゆっくりと撹拌した。１時間後に試料を採取し、そしてリンの濃縮をＩＣＰ−ＭＳによって分析した。結果を表２１に示す。
【００９９】
【表２１】
2019505368.tif 000023
【０１００】
実施例５：得られたリン酸塩生成物の含有量
後処理におけるリン回収は、生物学的処理プロセスを有する廃水処理プラントからの廃水を使用して、実験室規模でシミュレートした。廃水処理の実施は、今日、リンの除去を必要とするため、廃水中の全リンは、０．３ｍｇＰ／ｌ未満まで、プラントでのこれらの必要条件を満たすように減少された。したがって、最初にＮａ３ＰＯ４を使用して、リンレベルを所望のレベルまで上昇させた。
【０１０１】
５２．９３グラムのＮａ３ＰＯ４を１リットルの水に溶解した。１０００リットルの廃水をプロセスから採取し、そしてモーター撹拌子を備えた１ｍ３のＩＢＣ容器中に配置した。撹拌を開始し、そして調製したＮａ３ＰＯ４溶液を、混合された廃水中に添加し、リンレベルを１０ｍｇＰ／ｌまで上昇させた。２４１．７ｇのＰＩＸ−１１１（Ｆｅ１３．８％、密度１．４２ｇ／ｍｌ）を、十分に混合された容器中に底部から注ぎ入れて、迅速に添加した。ＰＩＸ−１１１添加後、混合を１０秒間続け、その後、停止した。沈殿物を１時間沈降させた。それが沈下したら、ポンプを使用して、約６００リットルの透明な水を容器の表面から注意深く除去した。沈降させた沈殿物を別々に回収し、そして円錐形反応器中に配置し、それを再び沈降させた。沈殿物が円錐形反応器の底部に沈降したら、それを底部バルブから注意深く回収し、そして実験室規模のブフナー漏斗で減圧濾過し、さらに脱水させた。湿潤ケーキは、実験室濾過の後、８５％の水を含有した。脱水ケーキを一晩、５０℃のオーブン中で乾燥させ、そして乾燥ケーキを分析した。ＦｅＰＯ４豊富沈殿物が得られた。
【０１０２】
以下の表２２中、得られた沈殿物のリン、鉄、炭素および金属不純物の測定値、沈殿物として同一プラントからの通常のスラッジ中の測定されたリンおよび炭素、容認されるフィンランド肥料における金属不純物の制限値、標準スラッジの測定値、ならびにスラッジが農地において使用される場合の指令による下水スラッジの金属不純物の制限値を示す。
【０１０３】
表２２中、ＦｅＰＯ４沈殿物は、リンが豊富であり、かつ同一プラントからの通常のスラッジより高いリンの量を含有することがわかる。
【０１０４】
表２２は、非常に純粋なＦｅＰＯ４含有沈殿物が得られたことを明白に示す。金属不純物の非常に少ない量が測定され、そしてこれら全ての不純物は、フィンランドにおいて容認される肥料の制限値未満であった。沈殿物も、標準スラッジより少ない量の不純物を含有した。
【０１０５】
さらに、ＦｅＰＯ４沈殿物が、標準スラッジよりも低い量の金属不純物を含有し、標準スラッジと比較した場合、そのまま、農地上に、または肥料製造プロセスにおいて使用するために、より純粋な肥料材料であることがわかる。
【０１０６】
ＦｅＰＯ４沈殿物の有機炭素含有量は、同一プラントからの通常のスラッジにおける場合よりもはるかに低いことがわかる。したがって、有機不純物も、通常のスラッジと比較して、ＦｅＰＯ４沈殿物中で減少している。
【０１０７】
【表２２】
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【０１０８】
表２２は、廃水処理の終了時にリンを回収することによって、廃水プロセスのより初期の段階におけるリンの排出量を有し得るスラッジと比較して、リン含有量が増加したのみならず、かなり低い量の望ましくない金属も含有する、費用として使用するためのリン含有沈殿物／スラリー／材料が提供されることを示す。
【０１０９】
リン豊富スラリーに関して、他と比べて約３倍多いリンが得られた。また、リン豊富スラリーは、標準的プロセススラッジに見られるものの多くとも１１分の量の１のカドミウム、７分の１の量の塩化クロム、９分の１の量の鉛、３分の１の量の亜鉛および半分未満の量の水銀を含有した。このことから、好ましい実施形態において、廃水処理プロセスの最後までリンが沈殿しないスラリーから肥料が製造される。
【０１１０】
本明細書に記載されるプラント１からのＦｅＰＯ４沈殿物は、肥料を必要とする土壌に、さらなるいずれかの処理を行わずに、肥料として直接配布することができる種類の沈殿物である。当然、この種類の沈殿物は、窒素、カリウムおよび／または追加のリン含有化合物を含むように処理することができる。また、この材料は、存在し、かつ粒状化され、かつ任意にコーティングされた、いずれかの水の蒸発によって乾燥させられることができる。また、この材料は、いずれの粒状化も行わずに乾燥させ、そして次いで、微粒生成物を得ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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