(57)【要約】【課題】  被処理水中のリン酸イオンのＭＡＰ結晶成長を適切に促進して、被処理水からリンを効率よく回収することができる水処理装置を提供する。【解決手段】  原水にマグネシウムを反応させ、リン酸マグネシウムアンモニウム塩を生成するリン回収反応器5と、添加剤注入部に添加剤を注入する添加剤注入ラインL50と、添加剤注入部よりも上方に位置する原水導入部に原水を上向流となるように導入する原水導入ラインL4と、添加剤注入ラインに設けられ添加剤としてｐＨ調整剤を供給するｐＨ調整源供給器およびマグネシウム源を供給するマグネシウム源供給器のうちの少なくとも一方と、添加材注入ラインに設けられ、添加剤と処理水とを撹拌混合する撹拌装置81,91と、リン回収反応器から出てくる処理水が通流する処理水ラインL5と、処理水ラインから分岐して添加剤注入ラインに接続され、処理水の一部を添加剤とともに添加剤注入ラインを介してリン回収反応器内に上向流となるように還流させる第１の処理水還流ラインL51とを有する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア性窒素とリン酸イオンを含む原水からリンを回収するために、前記原水にマグネシウムを反応させ、リン酸マグネシウムアンモニウム塩を生成するリン回収反応器と、
前記リン回収反応器内の添加剤注入部に添加剤を注入する添加剤注入ラインと、
前記リン回収反応器内において前記添加剤注入部よりも上方に位置する原水導入部に原水を上向流となるように導入する原水導入ラインと、
前記添加剤注入ラインに設けられ、前記添加剤としてｐＨ調整剤を供給するｐＨ調整源供給器および前記添加剤としてマグネシウム源を供給するマグネシウム源供給器のうちの少なくとも一方と、
前記添加材注入ラインに設けられ、前記添加剤と前記処理水とを撹拌混合する撹拌装置と、
前記リン回収反応器から出てくる処理水が通流する処理水ラインと、
前記処理水ラインから分岐して前記添加剤注入ラインに接続され、前記処理水の一部を前記添加剤とともに前記添加剤注入ラインを介して前記リン回収反応器内に上向流となるように還流させる第１の処理水還流ラインと、
を具備することを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記処理水ラインから分岐して前記原水導入ラインに接続され、前記処理水の一部を原水とともに前記原水導入ラインを介して前記添加剤注入部よりも上方に位置する前記原水導入部に上向流となるように還流させる第２の処理水還流ラインをさらに有することを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
複数の前記原水導入ラインを有することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の水処理装置。
【請求項４】
前記処理水ライン上に設けられ、処理水を貯留する貯槽と、
前記貯槽から前記原水導入ラインまでの間に設けられ、前記貯槽に貯留された処理水を前記原水導入ラインを介して前記リン回収反応器に戻す貯槽水返送ラインと、をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の水処理装置。
【請求項５】
前記撹拌装置よりも下流側の前記添加剤注入ラインに設けられ、前記添加剤注入ラインを流れる流体のｐＨを測定するｐＨ測定装置と、前記ｐＨ測定装置からのｐＨ測定結果に基づいて前記マグネシウム源供給器を制御する制御装置と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の水処理装置。
【請求項６】
前記撹拌装置よりも下流側の前記添加剤注入ラインに設けられ、前記添加剤注入ラインを流れる流体のｐＨを測定するｐＨ測定装置と、前記ｐＨ測定装置からのｐＨ測定結果に基づいて前記ｐＨ調整剤供給器を制御する制御装置と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の水処理装置。
【請求項７】
前記処理水ラインを介して前記リン回収反応器に接続され、生物学的水処理を行う生物処理槽をさらに有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の水処理装置。
【請求項８】
前記生物処理槽は、膜分離活性汚泥処理を行う膜を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の水処理装置。
【請求項９】
前記リン回収反応器よりも上流側に固液分離装置および嫌気性消化槽をさらに有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記嫌気性消化槽は、ＵＳＢ型のメタン発酵槽であることを特徴とする請求項９記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水中に含まれるリンを回収するための水処理装置に係り、特に有機性の汚濁成分を含む、下水や、食品加工工場等の産業排水処理に用いられ、活性汚泥法をはじめとする生物学的排水処理から排出される、有機性廃液や汚泥の処理工程から排出される水処理装置における被処理水中に含まれるリンを回収するための水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、世界的な将来のリン資源枯渇化が予測され、リン資源の確保を輸入に依存する国内事情から、排水中のリン回収技術が注目されている。これまで、排水中にリン酸イオンの形態で存在するリンは、環境系への排出がその環境系を富栄養化する一因となることから、その除去と排出状況管理が必須とされてきた。このため、従来は排水中のリンの除去技術にもっとも注力されていた。代表的なリン除去技術として、微生物のリン蓄積能を利用する生物学的リン除去方法や、凝集沈殿法によるリン除去法がある。
【０００３】
これらのリン除去方法を直接リン回収利用手段とするためには、例えば、生物学的リン除去法から発生する余剰汚泥の焼却や化学処理等のプロセスが必要であり、多量の薬剤や、複数の処理工程を配する必要がある。例えば、リンを資源として再利用するために、使用する薬品や、由来する汚泥等に含有する不純物の影響を排除する必要もあるため、その調整や精製工程が必要となる。これらの実情を鑑み、生物学的リン除去から排出される余剰汚泥の処理工程の排出液や、リンを高濃度に含む食品排水などのからリンを選択的に回収する水処理技術が注目されている。その中で、リンのほかに、アンモニア性窒素を含有する排水においては、マグネシウム塩の添加などによって生成するリン酸塩結晶であるリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）としてリンを取り出す、ＭＡＰ法の適用に関して多くの方法が提案されている。
【０００４】
このＭＡＰ法によるリン回収技術の多くは、アンモニア性窒素とリンを含む排水から、ＭＡＰ粒子の気体導入による攪拌を利用する流動層に代表される完全混合槽中に、被処理水とＭＡＰ生成源であるマグネシウム塩に由来するマグネシウム含有水と、ｐＨ調整水を導入し、ＭＡＰ生成を促すものであるが、ＭＡＰ微粒子生成を抑制できず、ＭＡＰ生成系から排出されるＭＡＰ微粒子の回収循環機構を設けるなどして、リン回収率を高める方策を講じていた。
【０００５】
この課題を解決するために提案された処理水の一部を循環利用するリン回収システムの一例として特許文献１〜３がある。
【０００６】
特許文献１には、２つの反応槽を用いて、１次反応槽から排出される液を２次反応槽に導入し、同時に薬液であるマグネシウム源およびアルカリ分と、場合によっては被処理水を導入し、ＭＡＰ晶析反応させ、該２次反応槽で得られるＭＡＰ粒子含有スラリーと被処理水を上向流式の１次反応槽へ導入することが記載されている。
【０００７】
特許文献２には、曝気を伴わないＭＡＰ粒子が充填されたプラグフロー反応器において、反応器下部にリン含有水の導入口を設けマグネシウム塩、アルカリ剤およびアンモニアのうち少なくとも１つをＭＡＰ充填層の異なる高さ位置に複数配したリン回収システムが記載され、その実施例中には反応器から排出される処理水を反応器下部へ循環導入し、マグネシウム塩と混合した原水と予混合した後にＭＡＰ粒子充填層へ導入し、アルカリ剤と供給部分を通過させることが記載されている。
【０００８】
特許文献３には、ＭＡＰ反応塔の処理水の一部を反応塔下部に導入する脱リン装置において、原水と循環水のリン濃度に応じて循環流量を制御するリン回収システムが記載され、その実施例中にはＭＡＰ反応塔へのマグネシウム塩、アンモニウム塩、アルカリ剤の供給部が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４００４７２５号公報
【特許文献２】特許第３２７１５５６号公報
【特許文献３】特許第４１８６２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の水処理装置においては、１次反応槽の処理水中に残存するイオン状のリンとマグネシウム等の薬液注入とによって２次反応槽内で過飽和域を生成し、処理水中のリンをＭＡＰ結晶化させ、その結晶を２次反応槽から１次反応槽へ返送しているが、その際に２次反応槽内でのＭＡＰ核化域までのＭＡＰ結晶生成過飽和度調整によるＭＡＰ結晶核形成とその結晶核成長にイオン状のリンが消費されるため、１次反応槽に保持され、リン回収物として処理系から引き出されるＭＡＰ結晶の成長に、処理水中に残存するイオン状のリンを有効に利用できない。また、この従来装置では、２次反応槽においてアルカリ分を添加するため、２次反応槽から排出される処理水を浄化する次工程を配する場合、その次工程プロセスに応じて処理水のｐＨ調整が再度必要になる。
【００１１】
また、特許文献２の水処理装置においては、例示された処理水の循環利用による脱リン装置での、処理水および原水中のイオン状のリンが、ＭＡＰ充填層内で段階的に導入されるｐＨ調整剤により、ＭＡＰ結晶の成長域へ過飽和調整されることで、ＭＡＰ結晶化へ消費される効果が期待される。しかし、原水中のイオン状のリン濃度は、処理水中のイオン状のリン濃度に比べて高濃度であり、処理水によるイオン状のリン濃度希釈の効果は、原水や処理水中のリン濃度が安定している場合は有効であるが、原水や処理水中のリン濃度が増加した場合は、希釈効果による過飽和調整効果を得ることが困難になる。
【００１２】
また、特許文献３の水処理装置においては、例示された処理水の循環利用による脱リン装置での、原水と処理水の予混合ならびにその予混合水のリン濃度計測による処理水循環水量制御の下で、反応塔へ導入しているが、反応塔下部に導入される薬液と予混合水とが一度に合流するため、薬液との接触部で部分的に過飽和度が著しく上昇し、ＭＡＰ核化が促進され、微細なＭＡＰ結晶の生成が促進される。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、被処理水中のリン酸イオンのＭＡＰ結晶成長を適切に促進して、被処理水からリンを効率よく回収することができる水処理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】
【００１４】
本発明に係る水処理装置は、アンモニア性窒素とリン酸イオンを含む原水からリンを回収するために、前記原水にマグネシウムを反応させ、リン酸マグネシウムアンモニウム塩を生成するリン回収反応器と、前記リン回収反応器内の添加剤注入部に添加剤を注入する添加剤注入ラインと、前記リン回収反応器内において前記添加剤注入部よりも上方に位置する原水導入部に原水を上向流となるように導入する原水導入ラインと、前記添加剤注入ラインに設けられ、前記添加剤としてｐＨ調整剤を供給するｐＨ調整源供給器および前記添加剤としてマグネシウム源を供給するマグネシウム源供給器のうちの少なくとも一方と、前記添加材注入ラインに設けられ、前記添加剤と前記処理水とを撹拌混合する撹拌装置と、前記リン回収反応器から出てくる処理水が通流する処理水ラインと、前記処理水ラインから分岐して前記添加剤注入ラインに接続され、前記処理水の一部を前記添加剤とともに前記添加剤注入ラインを介して前記リン回収反応器内に上向流となるように還流させる第１の処理水還流ラインと、を具備することを特徴とする。
【００１５】
本発明では、第１の処理水還流ラインから処理水を添加剤注入ラインの添加剤溶液に混合することにより、添加剤溶液が希釈されて添加剤濃度が低下し、添加剤の添加によって変化するＭＡＰ過飽和度の急激な増加が抑制され、新規なＭＡＰ微粒子形成の抑制、すなわち核化を抑制するため、新規ＭＡＰ微粒子の形成に伴うＭＡＰ反応器でのＭＡＰ保持能の低下により、リン回収率の低下が抑制される。
【００１６】
さらに、本発明において、前記処理水ラインから分岐して前記原水導入ラインに接続され、前記処理水の一部を原水とともに前記原水導入ラインを介して前記添加剤注入部よりも上方に位置する前記原水導入部に上向流となるように還流させる第２の処理水還流ラインをさらに有することができる。
【００１７】
本発明では、第２の処理水還流ラインから処理水を原水導入ラインの原水に混合することにより、原水が希釈されてリン濃度が低下し、リン濃度の低下した原水が反応器内に導入されると、過剰なＭＡＰ過飽和上昇を抑制した状態で、反応器内で保持されるＭＡＰ粒子と接触し、リンがＭＡＰ粒子の成長に消費されるため、新規なＭＡＰ微粒子の形成が抑制され、リン回収率の低下が抑制される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の水処理装置によれば、第１の処理水還流ラインから処理水を添加剤注入ラインの添加剤溶液に混合することにより、添加剤溶液が希釈されて添加剤濃度が低下し、ＭＡＰ過飽和度の急激な増加が抑制される。これにより新規なＭＡＰ微粒子形成の抑制、すなわち核化が抑制され、新規ＭＡＰ微粒子の形成に伴うＭＡＰ反応器でのＭＡＰ保持能が低下し、原水中のリン酸イオンのＭＡＰ結晶成長が適切に促進され、その結果、原水からリンを効率よく回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る水処理装置を示す構成ブロック図。
【図２】ＭＡＰ反応器を切り欠いて原水導入部に原水を上向き流となるように導入するための原水導入管を示す横断面平面図。
【図３】変形例として他の原水導入管を示す横断面平面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る水処理装置を示す構成ブロック図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る水処理装置を示す構成ブロック図。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る水処理装置を示す構成ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（１）本発明の水処理装置は、アンモニア性窒素とリン酸イオンを含む原水からリンを回収するために、前記原水にマグネシウムを反応させ、リン酸マグネシウムアンモニウム塩を生成するリン回収反応器と、前記リン回収反応器内の添加剤注入部に添加剤を注入する添加剤注入ラインと、前記リン回収反応器内において前記添加剤注入部よりも上方に位置する原水導入部に原水を上向流となるように導入する原水導入ラインと、前記添加剤注入ラインに設けられ、前記添加剤としてｐＨ調整剤を供給するｐＨ調整源供給器および前記添加剤としてマグネシウム源を供給するマグネシウム源供給器のうちの少なくとも一方と、前記添加材注入ラインに設けられ、前記添加剤と前記処理水とを撹拌混合する撹拌装置と、前記リン回収反応器から出てくる処理水が通流する処理水ラインと、前記処理水ラインから分岐して前記添加剤注入ラインに接続され、前記処理水の一部を前記添加剤とともに前記添加剤注入ラインを介して前記リン回収反応器内に上向流となるように還流させる第１の処理水還流ラインと、を有する。
【００２１】
本発明では、添加剤注入ラインに第１の処理水還流ラインを合流させることにより、局所的な添加剤高濃度領域（添加剤注入部）にリン濃度の低い処理水が導入され、高濃度添加剤の注入によって変化するＭＡＰ過飽和度の急激な増加が抑制される。すなわち、本発明によれば、第１の処理水還流ラインから処理水を添加剤注入ラインの添加剤溶液に混合することにより添加剤溶液が希釈されて添加剤濃度が低下し、ＭＡＰ過飽和度の急激な増加が抑制される。これにより新規なＭＡＰ微粒子形成の抑制、すなわち核化が抑制され、新規ＭＡＰ微粒子の形成に伴うＭＡＰ反応器でのＭＡＰ保持能が低下し、その結果としてリン回収率の低下が抑制される。
【００２２】
（２）上記（１）において、処理水ラインから分岐して原水導入ラインに接続され、処理水の一部を原水とともに原水導入ラインを介して添加剤注入部よりも上方に位置する原水導入部に上向流となるように還流させる第２の処理水還流ラインを、さらに有することが好ましい。
【００２３】
本発明によれば、第２の処理水還流ラインから処理水を原水導入ラインの原水に混合することにより、原水が希釈されてリン濃度が低下し、リン濃度の低下した原水が反応器内に導入されると、過剰なＭＡＰ過飽和上昇を抑制した状態で、反応器内で保持されるＭＡＰ粒子と接触し、リンがＭＡＰ粒子の成長に消費されるため、新規なＭＡＰ微粒子の形成が抑制され、リン回収率の低下が抑制される。
【００２４】
（３）上記（１）または（２）において、複数の原水導入ラインを有することが好ましい（図２、図３）。複数の原水導入ラインを介して原水導入部の複数箇所に原水を導入するようにすると、リン回収反応器内において原水が均一に分散し、ＭＡＰ反応器内の局所的なＭＡＰ過飽和が抑制され、新規なＭＡＰ微粒子の形成が抑制され、リン回収率の低下が有効に抑制されるようになる。
【００２５】
（４）上記（１）〜（３）において、処理水ライン上に設けられ、処理水を貯留する貯槽と、この貯槽から原水導入ラインまでの間に設けられ、該貯槽に貯留された処理水を原水導入ラインを介してリン回収反応器に戻す貯槽水返送ラインと、をさらに有することが好ましい（図４）。
【００２６】
本発明では、貯槽水（処理水）を原水導入ラインに返送することにより、原水に対する処理水の混合量がさらに増加して原水が希釈され、原水導入ラインを通って反応器内の原水導入部に導入される処理水のリン濃度が低下する。処理水のＭＡＰ反応器循環反応系において、リン濃度が低下した原水によって、原水中のリン濃度が高濃度時においては、ＭＡＰ反応器に導入される被処理水中のリン濃度が高いために引き起こされるＭＡＰ反応器内の局所的なＭＡＰ過飽和が抑制され、ＭＡＰ核化によるＭＡＰ微粒子形成と流出に伴うリン回収能低下が抑制される。
【００２７】
（５）上記（１）〜（４）において、撹拌装置よりも下流側の前記添加剤注入ラインに設けられ、前記添加剤注入ラインを流れる流体のｐＨを測定するｐＨ測定装置と、前記ｐＨ測定装置からのｐＨ測定結果に基づいて前記マグネシウム源供給器を制御する制御装置と、を有することが好ましい。本発明では、利用するマグネシウム源によって系内のｐＨ変化が引き起こされる場合、系内に導入されるマグネシウム濃度を監視制御することにより、過不足なくマグネシウム源を供給でき、原水に由来するリンのＭＡＰ粒子成長によるリン回収を適切に運用できる。
【００２８】
（６）上記（１）〜（４）において、撹拌装置よりも下流側の添加剤注入ラインに設けられ、添加剤注入ラインを流れる流体のｐＨを測定するｐＨ測定装置と、ｐＨ測定装置からのｐＨ測定結果に基づいてｐＨ調整剤供給器を制御する制御装置と、を有することが好ましい。本発明では、過不足なくｐＨ調整剤を供給でき、原水に由来するリンのＭＡＰ粒子成長によるリン回収を適切に運用できる。
【００２９】
（７）上記（１）〜（６）において、
前記処理水ラインを介して前記リン回収反応器に接続され、生物学的水処理を行う生物処理槽をさらに有することが好ましい。本発明では、アンモニア性窒素を含む排水からＭＡＰ成長によるリン回収後に処理水残余するアンモニア性窒素や、ＢＯＤ成分などの浄化を適切に行うことができる。
【００３０】
（８）上記（１）〜（７）において、生物処理槽は、膜分離活性汚泥処理を行う膜を有することが好ましい。本発明では、ＭＡＰリン回収の処理水後段に配される生物学的水処理工程に膜活性汚泥工程を用いることにより、生物学的水処理工程のコンパクト化が図られると共に、前段であるＭＡＰ反応器でのリン回収によって、排水中のＭＡＰ形成能が低下するため、膜分離部分での無機塩生成による閉塞を抑制した水質浄化を行うことができる。
【００３１】
（９）上記（１）〜（８）において、リン回収反応器よりも上流側に固液分離装置および嫌気性消化槽をさらに有することが好ましい。固液分離装置を上流側に設置するメリットとして、リン回収反応器内において回収するリン結晶であるＭＡＰへの固形不純物の混入が抑制されるようになる。また、嫌気性消化槽を上流側に設置するメリットとして、処理系に流入するＢＯＤ成分からバイオガス生成にともなう水質浄化を行うことができるため、排水中に含まれるＢＯＤ成分の再資源化と、ＭＡＰによるリン回収再資源化とができ、さらに、排水中の窒素分の一部をＭＡＰ形成に消費除去することで、水質浄化と排水中の有価物再資源化双方を達成することができる。
【００３２】
（１０）上記（９）において、嫌気性消化槽は、上向流式嫌気性汚泥床（ＵＡＳＢ）型のメタン発酵槽であることが好ましい。本発明では、嫌気性消化槽としてＵＡＳＢ型メタン発酵槽をリン回収反応器の前段（上流側）に設置し、これにより原水を高速に水質浄化すると共に、原水の長時間の滞留によるメタン発酵槽内でのＭＡＰ粒子生成蓄積を抑制することによって、ＭＡＰ反応槽にてリンを効率よく適切に回収することができる。ちなみに、ＵＡＳＢ型メタン発酵槽をもたない水処理装置では１バッチの処理に例えば２０〜３０日間程度の長い時間を要していたが、本発明のＵＡＳＢ型メタン発酵槽をもつ嫌気性消化槽ではこの処理時間を数時間ないし数日間と大幅に短縮することができる。
【００３３】
以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための種々の形態を説明する。
【００３４】
（第１の実施形態）
図１を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。
【００３５】
本実施形態の水処理装置１は、上流側から順に原水槽２、固液分離装置３、嫌気性消化槽としてのＵＡＳＢ型メタン発酵槽４、リン回収反応器としてのＭＡＰ反応器５、生物処理槽６および膜分離槽７を有し、これらの機器がポンプ及び／又はバルブ及び／又は各種計測器などの付属部品を含む配管ラインＬ１〜Ｌ６によってほぼ直列に接続されている。本実施形態の水処理装置１の全体システムは、図示しない制御器により統括的にコントロールされるようになっている。処理対象である原水は上流側の原水槽２から送り出され、下流側の膜分離槽７までの間で種々の浄化処理を施され、所定の水質基準を満たす清浄な処理水となって河川や海洋等に放流されるようになっている。さらに、水処理装置１は、ＭＡＰ反応器５の下部に添加物を注入するためのラインＬ５０に添加物としてｐＨ調整剤溶液を供給するｐＨ調整剤溶液供給器８と、同ラインＬ５０に添加物としてマグネシウム塩またはマグネシウムイオンを含む溶液を供給するマグネシウム源供給器９と、を備えている。
【００３６】
原水槽２は、例えば食品、製油、製鉄、機械、金属、繊維のような工場から排出されるアンモニア性窒素とリン酸イオンを含む排水を貯留している。このような工場排水からなる原水は固形分を少なからず含んでいる。原水槽２はポンプＰ１を有する配管ラインＬ１により固液分離装置３の上部入口に接続され、固液分離装置３により原水中の固形分が除去されるようになっている。
【００３７】
固液分離装置３は、後段の排水処理工程において必要とされる固形分濃度まで原水から固形分を除去できる機能を有するものであればよく、特定の方式の装置のみに限定されるものではない。例えば、固液分離装置３として、凝集剤の存在下で固形分を沈降させる沈殿槽（シックナー）を用いてもよいし、あるいは被処理水の旋回流を形成して固形分を液分から遠心分離する固液分離機（サイクロン）を用いるようにしてもよい。
【００３８】
固液分離装置３の排水口はポンプＰ２を有するラインＬ２を介してメタン発酵槽４に接続され、ポンプＰ２の駆動によって固液分離装置３から固形分の少ない原水がラインＬ２を介してメタン発酵槽４に供給されるようになっている。
【００３９】
メタン発酵槽４は、固液分離装置３から排出される固液分離水をメタン発酵反応させるために、メタン発酵菌を内部に保持している。メタン発酵槽４は、内部の発酵反応を促進させるために、内容物を配管内に循環させる循環ラインＬ３１を有する。この循環ラインＬ３１は、ポンプＰ３の下流側に配置された三方弁Ｖ１のところで主流路である発酵処理水排出ラインＬ３から分岐し、さらにメタン発酵槽４の底部に連通している。一方、メタン発酵槽４の上部にはバイオガス排出ラインＬ３２が設けられ、発酵反応により発生したバイオガス（メタンガス等）がメタン発酵槽４からラインＬ３２を通って図示しないバイオガス回収容器に排出されるようになっている。
【００４０】
ここで、メタン発酵槽４には、嫌気性消化槽、とくにＵＡＳＢ型のメタンリアクターなどを用いることによって、被処理水を高速に水質浄化することができる。さらに、被処理水の長時間の滞留によるＭＡＰ反応器５の前段槽４内でのＭＡＰ粒子生成蓄積を抑制することによって、ＭＡＰ反応器５にてリンを適切に回収することに寄与できる。なお、メタン発酵槽４には、必要に応じて加温機器やｐＨ調整装置などを取り付けるようにしてもよい。
【００４１】
発酵処理水排出ラインＬ３は、上述したように三方弁Ｖ１の一方の分岐流路がメタン発酵槽４側の循環ラインＬ３１に連通し、三方弁Ｖ１の他方の分岐流路がＭＡＰ反応器５側の循環ラインＬ５２，Ｌ４に連通している。すなわち、発酵処理水排出ラインＬ３が第２の処理水還流ラインＬ５２と出合い、これら出合った２本のラインＬ３とラインＬ５２とが原水導入ラインＬ４に１本化され、この１本化されたラインＬ４がＭＡＰ反応器５の側壁を貫通し、その先端の分散導入管５１が内部の原水導入部５５のところに導かれている。
【００４２】
次に、図２と図３を参照して反応器内の原水導入部５５に被処理水を導入するための各種形態の分散導入管５１，５１Ａをそれぞれ説明する。
【００４３】
図２に示す形態の分散導入管５１は、原水導入ラインＬ４にそれぞれ連通する２本のストレート状の原水導入管５１が互いに直交するように交叉配置されている。各原水導入管５１の端部は盲板により閉じられている。各原水導入管５１の上部には複数の孔部５２が開口している。これら複数の孔部５２からは被処理水が上向きに噴出され、排出ラインＬ５に連通する上部排出口に向かう上向流が形成されるようになっている。
【００４４】
図３に示す形態の分散導入管５１Ａは、反応器内の原水導入部５５において、原水導入ラインＬ４にそれぞれ連通する２本のＴ字状の原水導入管５１Ａが互いに向き合うように対向配置されている。各原水導入管５１Ａの上部には複数の孔部５２Ａが開口している。これら複数の孔部５２Ａからは被処理水が上向きに噴出され、排出ラインＬ５に連通する上部排出口に向かう上向流が形成されるようになっている。
【００４５】
ＭＡＰ反応器５は、原水やメタン発酵処理水に由来し、アンモニア性窒素とリン酸イオンを含む液から反応によりＭＡＰ粒子を成長させ、ＭＡＰ粒子の形態でリンを回収するための反応器である。ＭＡＰ反応器５には上述の原水導入ラインＬ４を通って（メタン発酵処理水＋リン回収処理水）混合希釈水が原水導入部５５に導入されるとともに、添加剤注入ラインＬ５０を通って添加剤が反応器下部５６に注入されるようになっている。また、ＭＡＰ反応器５の底部には開閉弁Ｖ５を有するＭＡＰ排出ラインＬ５３が接続されている。さらに、ＭＡＰ反応器５からは処理水排出ラインＬ５を通ってＭＡＰ反応によりリンを回収した後のリン回収処理水が排出されるようになっている。ここで、原水導入ラインＬ４は、添加剤注入ラインＬ５０よりも上方においてＭＡＰ反応器５の内部に連通している。この添加剤注入ラインＬ５０は、ＭＡＰ反応器５の下部に連通し、添加剤供給源８，９からラインＬ５０を通って所定の添加剤溶液がＭＡＰ反応器５内に注入されるようになっている。添加剤注入ラインＬ５０から注入された添加剤はＭＡＰ反応器５内を上昇し、原水導入ラインＬ４の分散導入管５５から導入される上向き流の被処理水と出合い、両者の反応によりＭＡＰが生成されるようになっている。
【００４６】
添加剤注入ラインＬ５０には２つの撹拌器８１，９１が設けられている。一方の撹拌器８１にはｐＨ調整剤供給源８につながるラインＬ８が接続され、他方の撹拌器９１にはマグネシウム源供給源９につながるラインＬ９が接続されている。各供給ラインＬ８，Ｌ９はポンプＰ８，Ｐ９をそれぞれ有し、ポンプＰ８の駆動によりｐＨ調整剤供給源８から所望のｐＨ調整剤溶液が添加剤注入ラインＬ５０の撹拌器８１に供給され、ポンプＰ９の駆動によりマグネシウム源供給源９から所望のマグネシウム含有溶液が添加剤注入ラインＬ５０の撹拌器９１に供給されるようになっている。
【００４７】
処理水排出ラインＬ５は、主流路からそれぞれ分岐する２つの処理水還流ラインＬ５１，Ｌ５２を含むものである。第１の処理水還流ラインＬ５１は、三方弁Ｖ３により主流路から分岐し、添加剤注入ラインＬ５０に連続してつながり、添加剤注入ラインＬ５０を経由してＭＡＰ反応器の下部５６に接続されている。これにより反応器５→ラインＬ５→Ｌ５１→Ｌ５０→反応器５からなる第１の処理水循環回路（以下、単に第１の循環回路という）が形成される。また、第２の処理水還流ラインＬ５２は、三方弁Ｖ２により主流路から分岐し、原水導入ラインＬ４に連続してつながり、原水導入ラインＬ４を経由してＭＡＰ反応器の原水導入部５５に接続されている。これにより反応器５→ラインＬ５→Ｌ５２→Ｌ４→反応器５からなる第２の処理水循環回路（以下、単に第２の循環回路という）が形成される。これら第１及び第２の循環回路は、ＭＡＰ反応器５から出てくるリン回収後の処理水の一部をそれぞれＭＡＰ反応器５に戻し、前者は下部５６に注入される添加剤溶液を希釈して添加剤濃度を低下させ、後者は原水導入部５５に導入される被処理水を希釈してリン濃度を低下させる。
【００４８】
生物処理槽６は、入口がラインＬ５を介してＭＡＰ反応器５に接続され、ＭＡＰ反応器５から排出されるリン回収後の処理水を生物学的に処理する好気性微生物を担持する担体を保有している。生物処理槽６の底部にはブロア１０に連通するエアレーションラインＬ１０が接続され、ブロア１０から圧縮空気を送るとエアレーションラインＬ１０の複数の開口から気泡が噴出し、被処理水がエアバブリングされるようになっている。この生物処理槽６では、アンモニア性窒素を含む排水からＭＡＰ成長によるリン回収後に処理水残余するアンモニア性窒素や、ＢＯＤ成分などの浄化を行うことができる。なお、ここでいう生物処理槽とは、標準活性汚泥法や生物学的脱窒法、膜分離活性汚泥法などの公知の技術を適用できるが、生物処理による窒素除去能を有する処理槽を適用することが望ましい。
【００４９】
膜分離槽７は、入口がラインＬ６を介して生物処理槽６に接続され、生物処理槽６から生物処理された後の処理水を受け、該処理水中に含まれる汚泥を固液分離するための膜を有している。膜分離槽７の出口はポンプＰ６を有する排出ラインＬ７１に接続され、分離された液分が処理水として図示しない貯槽または放流口に排出されるようになっている。膜分離槽７の底部には、上述のエアレーションラインＬ１０および還流ラインＬ７２がそれぞれ接続されている。還流ラインＬ７２には開閉弁Ｖ４とポンプＰ７が設けられ、開閉弁Ｖ４を開閉させ、ポンプＰ７を駆動させることにより、膜分離槽７からラインＬ７２を介して生物処理槽６に処理水を戻し、膜分離槽７と生物処理槽６との間で水を循環させることができるようになっている。
【００５０】
このような膜分離槽７を生物処理槽６の後段に設けることにより、生物処理槽６のコンパクト化が図られると共に、前段のＭＡＰ反応器５でのリン回収によって、排水中のＭＡＰ形成能が低下するため、膜分離槽７での無機塩生成による膜閉塞を抑制した水質浄化を行うことができる。なお、ここでいう膜分離槽７は、公知の技術を用いればよく、特定の型式のみに限定されるものではない。
【００５１】
次に本実施形態の作用を説明する。
【００５２】
原水に含まれる固形分は、固液分離装置３にて除去される。固液分離装置３から排出される固液分離水は、次のメタン発酵槽４にて発酵反応が進行すると、バイオガスの発生を伴って固液分離水に含まれるＢＯＤ成分が除去される。次いで、メタン発酵槽４の処理水であるメタン発酵処理水は、ＭＡＰ反応器５に導入される。ここで、ＭＡＰ反応器５とは、内部に種晶として、ＭＡＰ結晶が充填され、上向流にてＭＡＰ結晶と、原水導入部５５に導入されるＭＡＰ被処理水（原水＋処理水）が接触するものであり、充填されるＭＡＰ結晶が運転中に流出しない構造をなし、その底部は逆円錐状（コーン形状）に形成され、さらにＭＡＰ反応器５の底部には結晶成長によってリン分を回収したＭＡＰを取り出すためのＭＡＰ含有水排出ラインＬ５３に接続されている。
【００５３】
ＭＡＰ反応器５に充填されるＭＡＰ結晶は、導入されるリン負荷量や、処理速度、上向流速に応じて、充填量および結晶径を決定すればよいが、少なくとも原水導入部５５の水位以上にＭＡＰ結晶を充填している必要がある。ＭＡＰ反応器５から排出される処理水は、ラインＬ５の三方弁Ｖ３から第１の処理水還流ラインＬ５１を通り、さらに添加物注入ラインＬ５０を通ってＭＡＰ反応器５の底部に循環供給される。すなわち、添加剤溶液は、添加剤注入ラインＬ５０からＭＡＰ反応器の下部５６に注入され、反応器５内を上昇し、原水導入部５５に到達すると、原水導入ラインＬ４の分散導入管５１から導入される（メタン発酵処理水＋リン回収処理水）混合希釈水と出合い、反応器５内のＭＡＰ結晶と反応してＭＡＰ結晶が成長する。
【００５４】
第１の処理水還流ラインＬ５１を含む第１の循環回路において、上向流の最上流部であり、ＭＡＰ反応器５に供給される液のうち添加剤濃度が最も高い液が、ＭＡＰ結晶が充填される箇所５６に導入される。これに対して第２の処理水還流ラインＬ５２を含む第２の循環回路では、ＭＡＰ結晶充填箇所５６よりも上向流の下流側の箇所５５（上方の位置）に、ＭＡＰ被処理水（原水＋処理水）が導入される。この導入位置関係は、処理水と添加剤の混合後に、反応器５内で保持されるＭＡＰ粒子上でＭＡＰ結晶成長させ、添加剤とリンを系内で消費した液が、反応器内の原水導入部５５に導入されるリン含有水と混合することから、添加剤濃度が低減されていることによる過剰な過飽和上昇を抑制した状態で、反応器５内で保持されるＭＡＰ粒子と接触し、リンがＭＡＰ粒子成長に消費されるため、新規なＭＡＰ微粒子形成が抑制され、リン回収率の低下が抑制される。
【００５５】
本実施形態の効果を説明する。
【００５６】
本実施形態によれば、反応器５→ラインＬ５→Ｌ５１→Ｌ５０→反応器５からなる第１の循環回路において、原水導入ラインＬ４からのＭＡＰ被処理水に比べて被処理水を高流量で供給することにより、ＭＡＰ被処理水１１のＭＡＰ形成に係る成分の濃度変動に伴う、ＭＡＰ結晶化の過飽和度の変動幅を小さくできる。
【００５７】
また、本実施形態によれば、第１の循環回路にｐＨ調整液供給源８およびマグネシウム源供給源９からｐＨ調整液およびマグネシウム源を供給することにより、第１の循環回路を流れる還流処理水により添加剤溶液が希釈されるので、反応系のなかで添加剤の濃度がもっとも上昇する反応器下部５６において、マグネシウム源の添加によって変化するＭＡＰ過飽和度の急激な増加が抑制される。このため、新規なＭＡＰ微粒子の形成、すなわち核化を抑制でき、新規ＭＡＰ微粒子の形成に伴うＭＡＰ反応器でのＭＡＰ保持能低下による、リン回収率低下を抑制できる。
【００５８】
なお、本実施形態では、ＭＡＰ被処理水（原水）が導入されるＭＡＰ反応器内の原水導入部を複数配することにより、ＭＡＰ反応器内のＭＡＰ被処理水に由来する高濃度なＭＡＰ生成能成分の偏在を抑制できるため、局所的なＭＡＰ形成成分の高濃度域生成にともなう、ＭＡＰ過飽和度の上昇による核化域形成を抑制でき、新規なＭＡＰ微粒子形成、すなわち核化を抑制できるため、新規ＭＡＰ微粒子の形成に伴うＭＡＰ反応器でのＭＡＰ保持能低下による、リン回収率低下を抑制できる。
【００５９】
本実施形態では、第２の循環回路を用いて処理水の一部をＭＡＰ被処理水（原水）に混合させることにより、被処理水中のリン濃度が高濃度時においては、ＭＡＰ反応器に導入される被処理水中のリン濃度が高いために引き起こされるＭＡＰ反応器内の局所的なＭＡＰ過飽和を抑制することができ、新規なＭＡＰ微粒子形成を抑制できるため、リン回収率低下を抑制できる。ＭＡＰ反応器５の後段に生物処理槽６を配置することにより、アンモニア性窒素を含む排水からＭＡＰ成長によるリン回収後に処理水残余するアンモニア性窒素や、ＢＯＤ成分などの浄化を適切に行うことができる。なお、ここでいう生物処理槽とは、標準活性汚泥法や生物学的脱窒法、膜分離活性汚泥法などの公知の技術を適用できるが、生物処理による窒素除去能を有するものを適用することが望ましい。また、生物処理槽６の後段に膜分離槽７を設けることにより、生物処理槽６のコンパクト化が図られる。
【００６０】
本実施の形態によれば、本水処理装置における被処理水に含有するＢＯＤ成分はバイオガスとして浄化され水質浄化と資源回収が図れると共に、アンモニア性窒素とリン酸イオン分は、ＭＡＰ微細結晶の生成を抑制してＭＡＰ結晶として回収できるため、水質浄化と資源回収が図られ、ＢＯＤや窒素、リン分を低減した液を膜活性汚泥法にて浄化するため、窒素、リン、ＢＯＤ負荷や無機塩生成能を低減して水質浄化ができ、水処理装置への負荷軽減と水質浄化、資源回収を適切に運用できる。
【００６１】
本実施形態においては、処理水と添加剤の混合後に、反応器内で保持されるＭＡＰ粒子上でＭＡＰ結晶成長させ、添加剤とリンを系内で消費した液（処理水）が、反応器内の被処理水導入部から流入するリン含有の被処理水と混合される。この処理水と被処理水との混合により被処理水が希釈され、添加剤の濃度が低減され、過剰なＭＡＰ過飽和上昇を抑制した状態で、反応器内で保持されるＭＡＰ粒子と接触し、リンがＭＡＰ粒子の成長に消費されるため、新規なＭＡＰ微粒子の形成が抑制され、リン回収率の低下が抑制される。
【００６２】
（第２の実施形態）
次に、図４を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００６３】
本実施形態の水処理装置１Ａでは、処理水ラインＬ５上において第１の処理水還流ラインＬ５１が分岐する三方弁Ｖ３よりも下流側に貯槽１１を設け、さらに貯槽１１から原水導入ラインＬ４までの間にポンプＰ１１を有する貯槽水返送ラインＬ１１を設けている。貯槽１１は、生物処理槽６のすぐ前段に位置し、ＭＡＰ反応器５から排出される処理水を一時的に貯留するものである。
【００６４】
本実施形態の作用を説明する。
【００６５】
貯槽１１に所定量の処理水が貯まると、ポンプＰ１１を起動し、貯槽１１からラインＬ１１を介して貯槽水を第２の循環回路のラインＬ４に返送する。すなわち、第２の循環回路を流れる［原水＋処理水］混合水にさらに貯槽水（処理水の一部）を合流させ、希釈率を上げて、リン濃度を低下させた状態で被処理水をＭＡＰ反応器５内に導入する。このように本実施形態では、処理水のＭＡＰ反応器５の循環反応系で、リン濃度が低減した液によって、被処理水中のリン濃度が高濃度時においては、ＭＡＰ反応器５に導入される被処理水中のリン濃度が高いために引き起こされるＭＡＰ反応器５内の局所的なＭＡＰ過飽和を抑制し、ＭＡＰ核化によるＭＡＰ微粒子形成と流出に伴うリン回収能低下が抑制される。
【００６６】
本実施形態の効果を説明する。
【００６７】
本実施の形態によれば、被処理水中のリン濃度変動に対応して、ＭＡＰ微細結晶の生成を抑制してＭＡＰ結晶として回収できるため、窒素、リン、ＢＯＤ負荷や無機塩生成能を低減して水質浄化ができ、水処理装置への負荷軽減と水質浄化、資源回収を適切に運用できる。
【００６８】
（第３の実施形態）
次に、図５を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００６９】
本実施形態の水処理装置１Ｂは、ｐＨ測定装置２１および制御装置２０を備えている。ｐＨ測定装置２１は、添加剤注入ラインＬ５０の最下流のところ、すなわち２つの撹拌器８１，９１よりも下流に取り付けられている。制御装置２０は、入力部にｐＨ測定装置２１からの信号線が接続され、出力部がマグネシウム源供給用ポンプＰ９の駆動回路に接続されている。
【００７０】
本実施形態の作用を説明する。
【００７１】
マグネシウム源として水酸化マグネシウム塩などのマグネシウムイオン成分を用いる場合、その供給により系内のｐＨ値が変動するため、ＭＡＰ反応器５でのＭＡＰ過飽和の変動が大きくなる。本実施形態では、マグネシウム源の供給状況をｐＨ測定装置２１により測定し、ｐＨ測定信号Ｓ１を制御装置２０の入力部に送り、入力信号Ｓ１に基づいて制御装置２０からポンプＰ９の駆動回路に制御信号Ｓ２を出力する。これにより、ポンプＰ９が停止または減速し、マグネシウム源供給源９から添加剤注入ラインＬ５０へのマグネシウム源の供給が停止または低減され、これにより反応器下部５６に注入されるマグネシウム源の量が少なくなり、マグネシウム源に由来する過剰なＭＡＰ過飽和度増が抑制される。
【００７２】
本実施形態の効果を説明する。
【００７３】
本実施の形態によれば、マグネシウム源の供給量を制御することにより、ＭＡＰ過飽和度の過剰な系を形成することを抑制できるため、ＭＡＰ微細結晶の生成を抑制してＭＡＰ結晶として回収できるため、窒素、リン、ＢＯＤ負荷や無機塩生成能を低減して水質浄化ができ、水処理装置への負荷軽減と水質浄化、資源回収を適切に運用できる。
【００７４】
（第４の実施形態）
次に、図６を参照して本発明の第４の実施形態を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００７５】
本実施形態の水処理装置１Ｃは、ｐＨ測定装置２１および制御装置２０を備えている。ｐＨ測定装置２１は、添加剤注入ラインＬ５０の最下流のところ、すなわち２つの撹拌器８１，９１よりも下流に取り付けられている。制御装置２０は、入力部にｐＨ測定装置２１からの信号線が接続され、出力部がｐＨ調整剤溶液供給用ポンプＰ８の駆動回路に接続されている。
【００７６】
本実施形態の作用を説明する。
【００７７】
ｐＨ調整剤の添加により処理水のｐＨを調整し、ＭＡＰ反応器５でのｐＨ調整をする際に、そのｐＨ値が所望の設定値より低い場合にはＭＡＰ溶解飽和未満の領域となり、ＭＡＰ結晶が成長せずに、系外へリンが流出する。一方、ｐＨ値が所望の設定値より高い場合には、過剰な過飽和領域となり、反応系内にてＭＡＰ微細粒子の生成によるＭＡＰ成長の抑制とリン回収率低下を引き起こす可能性がある。本実施形態においては、ＭＡＰ反応器５へ供給する処理水に由来する液は、ｐＨ値を制御することにより、前記ｐＨ異常が抑制される。
【００７８】
本実施形態の効果を説明する。
【００７９】
本実施形態によれば、ｐＨ調整薬液の供給量を制御することにより、ＭＡＰ過飽和度を適切に維持できるため、窒素、リン、ＢＯＤ負荷や無機塩生成能を低減して水質浄化ができ、水処理装置への負荷軽減と水質浄化、資源回収を適切に運用できる。
【００８０】
なお、本実施形態では、制御装置２０がｐＨ調整剤溶液供給用ポンプＰ８のみを制御するようにしているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、本実施形態を上記第３の実施形態と組み合わせて用いることも可能である。すなわち、制御装置２０が２つのポンプＰ８，Ｐ９の動作を同時並行的に制御して、ｐＨ調整剤溶液の供給量およびマグネシウム源の供給量をともに制御することにより、反応器内における過剰なＭＡＰ過飽和度増を抑制することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…水処理装置、
２…原水槽、３…固液分離装置、４…メタン発酵槽、
５…リン回収反応器(ＭＡＰ反応器)、
６…生物処理槽、７…膜分離槽、
８…ｐＨ調整液供給源、８１…攪拌装置、Ｐ８…ｐＨ調整液供給器（ポンプ）、
９…マグネシウム源供給源、９１…攪拌装置、Ｐ９…マグネシウム源供給器（ポンプ）、
１０…ブロア、１１…貯槽、
２０…制御器、２１…ｐＨ測定装置、
５１，５１Ａ…分散導入管、５２，５２Ａ…注入孔、
５５…原水導入部、５６…添加剤注入部、
Ｌ１１…貯槽水返送ライン、
Ｌ３２…バイオガス排出ライン、
Ｌ４…原水導入ライン、
Ｌ５…処理水ライン、
Ｌ５０…添加剤注入ライン、
Ｌ５１…第１の処理水還流ライン、
Ｌ５２…第２の処理水還流ライン、
Ｌ５３…ＭＡＰ回収ライン、
Ｐ１〜Ｐ９…ポンプ、Ｖ１〜Ｖ５…バルブ。
【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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