(57)【要約】【課題】リンを含有する有機性廃水中のリンを高効率に回収する。【解決手段】実施形態のリン含有廃水からのリン回収方法は、固形物を含むリン含有廃水を消化槽中に導入し、前記固形物を消化して消化汚泥を得るステップと、前記消化汚泥にリン回収剤を添加して、前記消化汚泥からリン回収物及び汚泥を得るステップとを具える。また、前記汚泥を脱水して脱水ろ液を得るステップと、前記リン回収物を前記脱水ろ液で洗浄するステップと、を具える。【選択図】図１
2015020160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形物を含むリン含有廃水を消化槽中に導入し、前記固形物を消化して消化汚泥を得るステップと、
前記消化汚泥にリン回収剤を添加して、前記消化汚泥からリン回収物及び汚泥を得るステップと、
前記汚泥を脱水して脱水ろ液を得るステップと、
前記リン回収物を前記脱水ろ液で洗浄するステップと、
を具えることを特徴とする、リン含有廃水からのリン回収方法。
【請求項２】
固形物を含むリン含有廃水を濃縮槽中に導入し、リン含有濃縮分離液及びリン含有汚泥を得るステップと、
前記リン含有汚泥を消化槽中に導入し、消化汚泥を得るステップと、
前記消化汚泥にリン回収剤を添加して、前記消化汚泥からリン回収物及び汚泥を得るステップと、
前記汚泥を脱水して脱水ろ液を得るステップと、
前記リン回収物を前記リン含有濃縮分離液及び前記脱水ろ液の少なくとも一方で洗浄するステップと、
を具えることを特徴とする、リン含有廃水からのリン回収方法。
【請求項３】
前記脱水ろ液に対して追加のリン回収剤を添加し、前記脱水ろ液から追加のリン回収物を得るステップを具えることを特徴とする、請求項１又は２に記載のリン含有廃水からのリン回収方法。
【請求項４】
前記リン含有濃縮分離液に対して追加のリン回収剤を添加し、前記リン含有濃縮分離液から追加のリン回収物を得るステップを具えることを特徴とする、請求項２に記載のリン含有廃水からのリン回収方法。
【請求項５】
前記リン回収剤はマグネシウム源を含み、前記リン回収物はリン酸マグネシウムアンモニウムの結晶を含むことを特徴とする、請求項１〜４のリン含有廃水からのリン回収方法。
【請求項６】
前記追加のリン回収剤はマグネシウム源を含み、前記追加のリン回収物はリン酸マグネシウムアンモニウムの結晶を含むことを特徴とする、請求項３〜５のリン含有廃水からのリン回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、リン含有廃水からのリン回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市下水または有機性廃水処理中にはリンが含まれている場合が多く、このようなリン含有の有機性廃水が東京湾などの内湾、琵琶湖などの湖沼の閉鎖性水域に流れ込むことにより、リンを原因物質とする富栄養化の問題が生じている。一方で、リンは特に農作物の肥料源として重要な資源であるが、我が国はリン鉱石を生産せず、輸入に頼っている状況である。
【０００３】
したがって、上述のようなリン含有廃水中からリンを効率良く回収し、リサイクルすることができれば、上述した富栄養化の問題を解消することができるとともに、リン資源の国内での自活を図ることができる。
【０００４】
廃水中からリンを除去するためには、従来、各種金属塩を用いた凝集沈殿法や晶析脱リン法が用いられていた。晶析脱リン法としてはＭＡＰ法やＨＡＰ法が汎用されている。凝集沈殿法は、廃水中にＡｌ塩、Ｆｅ塩、Ｃａ塩等の薬剤を添加し、リン化合物を生成して沈殿させ、廃水中のリンをリン化合物の沈殿物として回収するものであるが、薬剤コストが高いこと、生成した沈殿物の処理が大きな問題となっている。
【０００５】
ＨＡＰ法はヒドロキシルアパタイトの種晶を用い、リンを効率よくヒドロキシルアパタイトに変換し、これを除去する方法（ＨＡＰ方式）であり、生成沈澱物は少なくなるものの、液中の ＨＣＯ３− イオンが晶析を阻害するため、一度酸性にしてＨＣＯ３− を除去した後、弱アルカリ側にｐＨをもどす必要がある。このため凝集沈殿法と同様に薬剤によるランニングコストが大きくなる。
【０００６】
一方、ＭＡＰ法は、廃水中にマグネシウム源（マグネシウム化合物）を添加するとともに、ｐＨ調整剤を加えてｐＨを８程度に維持し、廃水を撹拌することによりこれらを反応させてリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）の微細結晶を生成成長させ、廃水中の浮遊物質と生成したリン酸マグネシウムアンモニウムの結晶とを分離し、リン酸イオンをリン酸マグネシウムアンモニウムの結晶として除去回収するものである。このＭＡＰ法は、操作が簡易であってリン回収を安定的に行うことができるという利点がある。
【０００７】
上記リン酸マグネシウムアンモニウム結晶を回収する際には、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶に含有された、あるいは付着した有機性の汚泥を洗浄によって除去する必要がある。リン酸マグネシウムアンモニウム結晶から汚泥を洗浄するための洗浄水としては、一般に上水や処理水などが用いられる（特許文献１）。しかしながら、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶を上水や処理水で洗浄すると、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶、すなわちリン回収物を溶解してしまい、リン回収物の回収効率が減少してしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１６０３０４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、リンを含有する有機性廃水中のリンを高効率に回収することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態のリン含有廃水からのリン回収方法は、固形物を含むリン含有廃水を消化槽中に導入し、前記固形物を消化して消化汚泥を得るステップと、前記消化汚泥にリン回収剤を添加して、前記消化汚泥からリン回収物及び汚泥を得るステップとを具える。また、前記汚泥を脱水して脱水ろ液を得るステップと、前記リン回収物を前記脱水ろ液で洗浄するステップと、を具える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態のリン含有廃水からのリン回収方法において使用するリン回収装置の概略構成図である。
【図２】第２の実施形態のリン含有廃水からのリン回収方法において使用するリン回収装置の概略構成図である。
【図３】第３の実施形態のリン含有廃水からのリン回収方法において使用するリン回収装置の概略構成図である。
【図４】第４の実施形態のリン含有廃水からのリン回収方法において使用するリン回収装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態のリン含有廃水からのリン回収方法において使用するリン回収装置の概略構成図である。
【００１３】
図１に示すリン含有廃水からのリン回収装置１０は、初期沈殿槽１１と、この初期沈殿槽１１と連結した生物反応槽１２と、この生物反応槽１２と連結した最終沈殿槽１３とを有している。なお、これら初期沈殿槽１１、生物反応槽１２及び最終沈殿槽１３は有機性廃水処理システムを構成している。
【００１４】
上記有機性廃水処理システムの下方には、濃縮槽１４、消化槽１５、リン回収槽１６及び洗浄槽１７が順次に配設されている。また、リン回収槽１６には脱水槽１８が連結されている。
【００１５】
次に、図１に示すリン回収装置１０を用いた本実施形態のリン含有廃水からのリン回収方法について説明する。
【００１６】
リン含有廃水Ｗ１は、最初に初期沈殿槽１１内に導入されて固液分離され、沈降した汚泥Ｓ１を分離除去した後、生物反応槽１２に導入され、例えばミクロコッカス様 NM-1 株 (FERM P-9971) あるいは NM-2株 (FERP P-10115) 等のリン蓄積菌によって、リン含有廃水Ｗ１中のリンが蓄積吸収されて除去される。生物反応槽１２内は、上記リン蓄積菌によってリン含有廃水Ｗ１中のリンが適宜に蓄積吸収されるように、少なくとも嫌気的条件に保持する。
【００１７】
なお、リン含有廃水中において、リンは一般にリン酸イオン（ＰＯ４３−又はＰ２Ｏ７４−）あるいはリン酸塩の形態で存在するが、本実施形態では、これらの形態を総称して単にリンと呼ぶことにする。
【００１８】
次いで、生物反応槽１２においてリンを蓄積吸収したリン蓄積菌及びリン含有廃水Ｗ１中からリンを除去した後の処理水Ｗ２は、最終沈殿槽１３に導入され、当該最終沈殿槽１３において固液分離され、リン蓄積菌を含む余剰汚泥Ｓ２と処理水Ｗ２とに分離される。処理水Ｗ２は、最終沈殿槽１３から外部に放出され、必要に応じて適宜処理される。
【００１９】
初期沈殿槽１１及び最終沈殿槽１３における固液分離は、汚泥Ｓ１とリン含有廃水Ｗ１とが固液分離され、余剰汚泥Ｓ２と処理水Ｗ２とが固液分離されれば特に限定されるものではないが、例えば重力分離、液体サイクロン、篩分け等の手段を用いて行うことができる。
【００２０】
初期沈殿槽１１で分離された汚泥Ｓ１及び最終沈殿槽１３で分離されたリン蓄積菌を含む余剰汚泥Ｓ２は、濃縮槽１４に集められ、例えば重力濃縮によって固液分離され、濃縮分離液Ｗ３と残留汚泥Ｓ３とに分離される。その後、残留汚泥Ｓ３は、消化槽１５に送られ、当該消化槽１５において例えば３５℃〜４３℃の温度で２０日〜３０日間保持することにより消化し、消化汚泥Ｓ４を得る。なお、濃縮分離液Ｗ３中には、リンが残存しているので、初期沈殿槽１１に還流させ、再度上述のような操作に供することによって、リン含有廃水Ｗ１中に含まれるリンをより効率的に回収するようにする。
【００２１】
その後、消化汚泥Ｓ４は、リン回収槽１６に送られ、当該リン回収槽１６に例えばマグネシウム源やカルシウム源等のリン回収剤を添加し、リン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ法）あるいはヒドロキシルアパタイト（ＨＡＰ法）の形態のリン回収物Ｒとして消化汚泥Ｓ４中のリンを回収して除去する。
【００２２】
なお、マグネシウム源としては水酸化マグネシウム、塩化マグネシウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイトの他、マグネシウムを含むハイドロタルサイト様物質等を挙げることができ、カルシウム源としてはヒドロキシアパタイト、ドロマイトの他、カルシウムを含むハイドロタルサイト様物質等を挙げることができる。
【００２３】
操作が簡易であってリン回収を安定的に行うことができるという観点から、好ましくはリン回収剤としてマグネシウム源を用い、リン回収物をリン酸マグネシウムアンモニウムの形態として回収する。
【００２４】
次いで、リン回収物１６中の汚泥Ｓ５は、脱水槽１８に送られ、当該脱水槽１８内で脱水処理が行われることにより、脱水ろ液Ｗ４と脱水ケーキＳ６とに分離される。なお、脱水ケーキＳ６は、その後、必要に応じて焼却され、埋め立て処理に供される。
【００２５】
脱水槽１８における脱水処理は、例えば遠心脱水、ベルトプレス、スクリュープレス、加圧脱水等の手段で行われる。
【００２６】
リン回収物Ｒは洗浄槽１７中に送られ、当該洗浄槽１７において脱水槽１８で生成した脱水ろ液Ｗ４で洗浄され、回収される。
【００２７】
脱水ろ液Ｗ４中には多少なりとも上述したリン酸マグネシウムアンモニウムあるいはヒドロキシルアパタイトリン回収物等のリン回収物Ｒを含んでいるので、脱水ろ液Ｗ４でリン回収物Ｒを洗浄した場合においても、脱水ろ液Ｗ４とリン回収物Ｒとのリン回収物に関する濃度差が小さくなることによりリン回収物Ｒを溶解してしまう度合いが減少し、リン回収物Ｒの回収効率が減少してしまうという問題を回避することができる。
【００２８】
一方、従来技術で述べた上水や処理水は、リン回収物Ｒを含まないので、これら上水及び処理水とリン回収物Ｒとのリン回収物に関する濃度差が大きくなるので、リン回収物Ｒを溶解してしまう度合いが増大し、リン回収物Ｒの回収効率が減少してしまう。
【００２９】
なお、従来技術で引用した特開２００４−１６０３０４号には、脱水ろ液によってＭＡＰ粒子を洗浄できることが記載されているが、上記脱水ろ液にはマグネシウム源を含有させることを要求している。また、上水、処理水及び脱水ろ液等の洗浄水でＭＡＰ粒子を洗浄することにより、有機性汚泥成分を含まないＭＡＰ粒子を回収できることが記載されているが、上記引用文献においては、洗浄水の種類に依存してＭＡＰ粒子を溶解してしまうという技術的課題は何ら認識しておらず、したがって、ＭＡＰ粒子の洗浄には、上水や処理水ではなく脱水ろ液を使用すべきであるという技術的思想は何ら教示されていない。
【００３０】
リン回収物Ｒを回収した後の洗浄槽１８中に残留した洗浄水、すなわち脱水ろ液Ｗ４中には、汚泥Ｓ５中に残存したリン及びリン回収物Ｒの洗浄によって溶解したリン回収物Ｒの一部、すなわちリンが含まれているので、上記残留洗浄水は、返流水Ｗ５として初期沈殿槽１１に送られ、再度上述したリン回収の操作に供される。
【００３１】
（第２の実施形態）
図２は、本実施形態のリン含有廃水からのリン回収方法において使用するリン回収装置の概略構成図である。本実施形態のリン回収装置２０は、濃縮槽１４で得た濃縮分離液Ｗ３を初期沈殿槽１１に還流させる代わりに、洗浄槽１７に導入するように構成している点を除き、第１の実施形態に係る図１に示すリン回収装置１０と同様の構成を採っている。したがって、以下においては、上記リン回収装置の相違に基づくリン回収方法の相違点を中心に説明する。
【００３２】
リン含有廃水Ｗ１は、最初に初期沈殿槽１１内に導入されて固液分離され、沈降した汚泥Ｓ１を分離除去した後、少なくとも嫌気的条件に保持された生物反応槽１２に導入され、例えばミクロコッカス様 NM-1 株 (FERM P-9971) あるいは NM-2株 (FERP P-10115) 等のリン蓄積菌によって、リン含有廃水Ｗ１中のリンが蓄積吸収されて除去される。
【００３３】
次いで、生物反応槽１２においてリンを蓄積吸収したリン蓄積菌及びリン含有廃水Ｗ１中からリンを除去した後の処理水Ｗ２は、最終沈殿槽１３に導入され、当該最終沈殿槽１３において固液分離され、リン蓄積菌を含む余剰汚泥Ｓ２と処理水Ｗ２とに分離される。処理水Ｗ２は、最終沈殿槽１３から外部に放出され、必要に応じて適宜処理される。
【００３４】
初期沈殿槽１１で分離された汚泥Ｓ１及び最終沈殿槽１３で分離されたリン蓄積菌を含む余剰汚泥Ｓ２は、濃縮槽１４に集められ、例えば重力濃縮によって固液分離され、濃縮分離液Ｗ３と残留汚泥Ｓ３とに分離される。その後、残留汚泥Ｓ３は、消化槽１５に送られ、当該消化槽１５において例えば３５℃〜４３℃の温度で２０日〜３０日間保持することにより消化し、消化汚泥Ｓ４を得る。なお、濃縮分離液Ｗ３は、洗浄槽１７に送られる。  
【００３５】
一方、消化汚泥Ｓ４は、リン回収槽１６に送られ、当該リン回収槽１６に例えばマグネシウム源やカルシウム源等のリン回収剤を添加し、リン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ法）あるいはヒドロキシルアパタイト（ＨＡＰ法）の形態のリン回収物Ｒとして消化汚泥Ｓ４中のリンを回収して除去する。
【００３６】
操作が簡易であってリン回収を安定的に行うことができるという観点から、好ましくはリン回収剤としてマグネシウム源を用い、リン回収物をリン酸マグネシウムアンモニウムの形態として回収する。
【００３７】
次いで、リン回収物１６中の汚泥Ｓ５は、脱水槽１８に送られ、当該脱水槽１８内で脱水処理が行われることにより、脱水ろ液Ｗ４と脱水ケーキＳ６とに分離される。なお、脱水ケーキＳ６は、その後、必要に応じて焼却され、埋め立て処理に供される。
【００３８】
リン回収物Ｒは洗浄槽１７中に送られ、当該洗浄槽１７において消化槽１５で得た濃縮分離液Ｗ３で洗浄され、回収される。
【００３９】
この濃縮分離液Ｗ３中には比較的高濃度のリンが含まれているので、濃縮分離液Ｗ３でリン回収物Ｒを洗浄した場合において、上記リンがリン回収物Ｒ中に取り込まれ、リン回収物Ｒを溶解してしまう度合いが減少し、リン回収物Ｒの回収効率が減少してしまうという問題を回避することができる。
【００４０】
一方、従来技術で述べた上水や処理水は、リンを含まないので、リンがリン回収物Ｒに取り込まれることはなく、リン回収物Ｒを溶解してしまう度合いが増大し、リン回収物Ｒの回収効率が減少してしまう。
【００４１】
リン回収物Ｒを回収した後の洗浄槽１８中に残留した洗浄水、すなわち濃縮分離液Ｗ３中には、汚泥Ｓ５中に残存したリン及びリン回収物Ｒの洗浄によって溶解したリン回収物Ｒの一部、すなわちリンが含まれているので、上記残留洗浄水は、返流水Ｗ５として初期沈殿槽１１に送られ、再度上述したリン回収の操作に供される。
【００４２】
なお、本実施形態は単独で行うこともできるが、第１の実施形態と組み合わせて行うこともできる。すなわち、洗浄槽１７において、リン回収物Ｒを脱水ろ液Ｗ４及び濃縮分離液Ｗ３の両方で洗浄することもできる。この場合も、上述した脱水ろ液Ｗ４及び濃縮分離液Ｗ３の作用効果によって、リン回収物Ｒを溶解してしまう度合いが減少し、リン回収物Ｒの回収効率が減少してしまうという問題を回避することができる。
【００４３】
（第３の実施形態）
図３は、本実施形態のリン含有廃水からのリン回収方法において使用するリン回収装置の概略構成図である。本実施形態のリン回収装置３０は、リン回収剤をリン回収槽１６及び洗浄槽１７に導入するように構成している点を除き、第１の実施形態に係る図１に示すリン回収装置１０と同様の構成を採っている。したがって、以下においては、上記リン回収装置の相違に基づくリン回収方法の相違点を中心に説明する。
【００４４】
第１の実施形態で説明したようにして、リン回収槽１６にリン回収剤を添加してリン回収物Ｒを得た後、このリン回収物Ｒを洗浄槽１７内に導入し、脱水槽１８で得た脱水ろ液Ｗ４で洗浄する。また、脱水ろ液Ｗ４による洗浄と前後させて、脱水槽１８に同じくリン回収剤を添加する。脱水ろ液Ｗ４中には、未回収のリンが残存しているので、上述のようにしてリン回収剤を添加することにより新たなリン回収物Ｒ１を得ることができる。したがって、最終的に得るリン回収物は、上記リン回収物Ｒ１が加わることにより、Ｒ＋Ｒ１として得られるようになる。
【００４５】
すなわち、本実施形態においては、リン回収物Ｒを洗浄する脱水ろ水Ｗ４にもリン回収剤を添加しているので、目的とするリンの回収量を増大させることができる。
【００４６】
また、第１の実施形態と同様に、リン回収に脱水ろ液Ｗ３を使用しているので、リン回収物Ｒを溶解してしまう度合いが減少し、リン回収物Ｒの回収効率が減少してしまうという問題を回避することができる。
【００４７】
（第４の実施形態）
図４は、本実施形態のリン含有廃水からのリン回収方法において使用するリン回収装置の概略構成図である。本実施形態のリン回収装置４０は、リン回収剤をリン回収槽１６及び洗浄槽１７に導入するように構成している点を除き、第２の実施形態に係る図２に示すリン回収装置２０と同様の構成を採っている。したがって、以下においては、上記リン回収装置の相違に基づくリン回収方法の相違点を中心に説明する。
【００４８】
第２の実施形態で説明したようにして、リン回収槽１６にリン回収剤を添加してリン回収物Ｒを得た後、このリン回収物Ｒを洗浄槽１７内に導入し、消化槽１５で得た濃縮分離液Ｗ３で洗浄する。また、濃縮分離液Ｗ３による洗浄と前後させて、脱水槽１８に同じくリン回収剤を添加する。濃縮分離液Ｗ３中には、未回収のリンが残存しているので、上述のようにしてリン回収剤を添加することにより新たなリン回収物Ｒ２を得ることができる。したがって、最終的に得るリン回収物は、上記リン回収物Ｒ２が加わることにより、Ｒ＋Ｒ２として得られるようになる。
【００４９】
すなわち、本実施形態においては、リン回収物Ｒを洗浄する濃縮分離液Ｗ３にもリン回収剤を添加しているので、目的とするリンの回収量を増大させることができる。
【００５０】
また、第２の実施形態と同様に、リン回収に濃縮分離液Ｗ３を使用しているので、リン回収物Ｒを溶解してしまう度合いが減少し、リン回収物Ｒの回収効率が減少してしまうという問題を回避することができる。
【００５１】
なお、本実施形態は単独で行うこともできるが、第３の実施形態と組み合わせて行うこともできる。すなわち、洗浄槽１７において、リン回収物Ｒを脱水ろ液Ｗ４及び濃縮分離液Ｗ３の両方で洗浄し、脱水ろ液Ｗ４及び濃縮分離液Ｗ３の両方から追加でリン回収物Ｒ１及びＲ２を得ることもできる。この場合も、上述した脱水ろ液Ｗ４及び濃縮分離液Ｗ３の作用効果によって、リン回収物Ｒを溶解してしまう度合いが減少し、リン回収物Ｒの回収効率が減少してしまうという問題を回避することができる。
【００５２】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５３】
１０，２０，３０，４０  リン含有廃水からのリン回収装置
１１  初期沈殿槽
１２  生物反応槽
１３  最終沈殿槽
１４  濃縮槽
１５  消化槽
１６  リン回収槽
１７  洗浄槽
１８  脱水槽
【図１】
2015020160.tif 000003
【図２】
2015020160.tif 000004
【図３】
2015020160.tif 000005
【図４】
2015020160.tif 000006