(57)【要約】【課題】リン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）回収率を著しく向上させる有機性廃水又は汚泥の処理方法と装置を提供する。【解決手段】嫌気性処理工程と、有機性廃水又は汚泥中のリン及び窒素をＭＡＰの形態で系外に取り出す工程とを有する有機性廃水又は汚泥の処理方法において、嫌気性処理工程で当該プロセスにより回収しようとするＭＡＰの目標回収量に応じてＭｇ源を添加し、ＭＡＰを生成させ、ＭＡＰ含有汚泥からＭＡＰ結晶を分離、回収し、ＭＡＰ回収後汚泥の一部を汚泥脱水工程に導き、残りを該反応槽内の上部に戻す有機性廃水又は汚泥の処理方法、及び装置。嫌気性処理工程の前段に汚泥の濃縮工程と嫌気性処理工程からの消化汚泥を濃縮又は脱水する工程を有し、各工程からの脱離水からＭＡＰを生成回収できる。【選択図】　　　図１
2004000941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌気性処理工程と、有機性廃水又は汚泥中のリン及び窒素をリン酸マグネシウムアンモニウムの形態で系外に取り出す工程とを有する有機性廃水又は汚泥の処理方法において、該嫌気性処理工程内又はその前段において当該プロセスにより回収しようとするリン酸マグネシウムアンモニウムの目標回収量に応じてマグネシウム源を添加する工程を有し、該嫌気性処理工程で発生するリン酸マグネシウムアンモニウムの結晶を分離する工程を有し、該リン酸マグネシウムアンモニウム回収後汚泥の一部を汚泥脱水工程に導き、かつ該リン酸マグネシウムアンモニウム回収後汚泥の残りを該嫌気性処理工程に戻すことことを特徴とする有機性廃水又は汚泥の処理方法。
【請求項２】
該嫌気性処理工程の前段に汚泥可溶化工程を有することを特徴とする請求項１記載の有機性廃水又は汚泥の処理方法。
【請求項３】
該嫌気性処理工程の前段に汚泥の濃縮工程と、該嫌気性処理工程からの消化汚泥を濃縮又は脱水する工程を有し、前記汚泥の濃縮工程及び消化汚泥の濃縮・脱水工程からの脱離水に対して、該嫌気性処理工程で発生したリン酸マグネシウムアンモニウム粒子、マグネシウム源を添加してリン酸マグネシウムアンモニウム生成反応を生じせしめ、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離回収することを特徴とする請求項１記載の有機性廃水又は汚泥の処理方法。
【請求項４】
嫌気性処理槽と、有機性廃水又は汚泥中のリン及び窒素をリン酸マグネシウムアンモニウムの形態で系外に取り出すリン酸マグネシウムアンモニウム分離装置とを有する有機性廃水又は汚泥の処理装置において、該嫌気性処理槽内又はその前段の槽にマグネシウム源の添加装置を設け、該嫌気性処理槽から引き抜いた汚泥からリン酸マグネシウムアンモニウム結晶を分離、回収する分離装置と、該分離装置からのリン酸マグネシウムアンモニウム回収後汚泥の一部を脱水する汚泥脱水装置、リン酸マグネシウムアンモニウム回収後汚泥の残りを該嫌気性処理槽の上部に戻す導管を有することことを特徴とする有機性廃水又は汚泥の処理装置。
【請求項５】
該嫌気性処理槽の前段に汚泥の濃縮装置と該嫌気性処理槽からの消化汚泥を濃縮又は脱水する装置とを有し、前記汚泥の濃縮装置及び消化汚泥の濃縮・脱水装置からの脱離水に対して、該嫌気性処理槽で発生したリン酸マグネシウムアンモニウム粒子、マグネシウム源を添加してリン酸マグネシウムアンモニウム生成反応を生じせしめ、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離回収する生成分離装置を設けたことを特徴とする請求項４記載の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、し尿や浄化槽汚泥の消化脱離液、汚泥の消化液、化学工場排水などの高濃度の有機物、リン及び窒素を含有する廃水から、リン等をリン酸マグネシウムアンモニウム（以後「ＭＡＰ」と略記することがある）結晶として除去するとともに、該ＭＡＰ結晶を回収する技術において、純度の高い良質のＭＡＰ結晶を効率良く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】
従来の一般的な脱窒、脱リンの同時処理方法としては、嫌気無酸素好気法などの生物学的処理方法や、嫌気好気法、凝集沈殿法、アルミナ吸着法等を組み合わせた方法等がある。また、近年、し尿処理や下水処理の工程で発生する返流水や嫌気性消化脱離液等を対象としてＭＡＰ処理等も試みられている。これらの処理方法の内、嫌気無酸素好気法は、水質の変化や季節変動に伴う外部環境の変化により、処理性能が安定しない等の問題があり、嫌気好気法と凝集沈殿法等を組み合わせた方法は、処理工程が煩雑な上に薬品代をはじめとするランニングコストが大きく問題であった。ＭＡＰ処理法は、先の２法に比べて運転操作の煩雑さは少なく、特にリンの回収を安定的に行える上、回収されるＭＡＰは優れた肥料としての付加価値があり、資源の有効利用の点からも優れたリン及び窒素の除去技術といえる。
【０００３】
しかし、ＭＡＰ法の場合も、１）ｐＨ調整剤としての水酸化ナトリウムや添加剤としての塩化マグネシウム等の薬品コストが大きい、２）１時間未満程度の短時間で急速にＭＡＰ晶析させる（「急速ＭＡＰ反応」と略記する）と、微細なＭＡＰ粒子が生成され、ＭＡＰ反応槽からリークし、ＭＡＰ回収率が６０〜７０％程度に低下する場合がある、３）急速ＭＡＰ反応は、約４００ｍｇ／リットル以上のＳＳが液中に混在するとＳＳがＭＡＰ晶析物と絡み合い、純度の高いＭＡＰ結晶として回収できない、４）ＭＡＰ処理工程の前段に嫌気性消化工程等を採用している場合においては、嫌気性消化工程において、汚泥中の溶解性マグネシウム律速となるＭＡＰ反応が、反応槽内ですでに行われており、生成されたＭＡＰ粒子は、そのままではＳＳとの分離が困難であるため、消化汚泥に混在した状態で回収されないまま、汚泥とともに処分されているなどの問題点である。
【０００４】
そこで、本発明者らは上述した従来の問題を解決すべく、「有機性廃水の処理方法及び処理装置」（特許文献１）として、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、有機性廃水処理工程において発生する余剰汚泥に対して嫌気性消化処理を行い、かつ該工程においてマグネシウム源を供給して反応槽内にＭＡＰを生成せしめ、生成したＭＡＰを消化汚泥から分離し回収する工程を有する有機性廃水の処理方法と処理装置を提案した。該発明を実施することにより、排水中のリン回収効率を大幅に高めることが可能となった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−４５８８９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らはさらに該発明を詳細に検討した結果、その経済的あるいは操作の容易性などの点からいうと、ＭＡＰ回収率の向上と安定化、生成ＭＡＰの高純度化、薬品使用量の低減化、及び処理システムの簡略化に関して、さらに向上させることが必要であることが分かった。
本発明は、上述した従来技術の問題点の解決及び特開２００２−４５８８９の発明をさらに向上させることを目的とする。すなわち、本発明は、有機性廃水排水又は汚泥処理システムの中で、特に有機物、窒素、リンを含有する廃水、例えば、し尿や浄化槽汚泥の消化脱離液、汚泥の消化液、化学工場排水などの高濃度の有機物、リン及び窒素を含有する廃水又は汚泥に対して、嫌気性処理工程を採用し、かつリンをリン酸マグネシウムアンモニウム結晶として除去するＭＡＰ処理法において、リンの除去効率を大幅に改善する技術を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を以下に示す手設によって解決することができた。
（１）嫌気性処理工程と、有機性廃水又は汚泥中のリン及び窒素をリン酸マグネシウムアンモニウムの形態で系外に取り出す工程とを有する有機性廃水又は汚泥の処理方法において、該嫌気性処理工程内又はその前段において当該プロセスにより回収しようとするリン酸マグネシウムアンモニウムの目標回収量に応じてマグネシウム源を添加する工程を有し、該嫌気性処理工程で発生するリン酸マグネシウムアンモニウムの結晶を分離する工程を有し、該リン酸マグネシウムアンモニウム回収後汚泥の一部を汚泥脱水工程に導き、かつ該リン酸マグネシウムアンモニウム回収後汚泥の残りを該嫌気性処理工程に戻すことことを特徴とする有機性廃水又は汚泥の処理方法。
【０００８】
（２）該嫌気性処理工程の前段に汚泥可溶化工程を有することを特徴とする前記（１）記載の有機性廃水又は汚泥の処理方法。
（３）該嫌気性処理工程の前段に汚泥の濃縮工程と、該嫌気性処理工程からの消化汚泥を濃縮又は脱水する工程を有し、前記汚泥の濃縮工程及び消化汚泥の濃縮・脱水工程からの脱離水に対して、該嫌気性処理工程で発生したリン酸マグネシウムアンモニウム粒子、マグネシウム源を添加してリン酸マグネシウムアンモニウム生成反応を生じせしめ、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離回収することを特徴とする前記（１）記載の有機性廃水又は汚泥の処理方法。
【０００９】
（４）嫌気性処理槽と、有機性廃水又は汚泥中のリン及び窒素をリン酸マグネシウムアンモニウムの形態で系外に取り出すリン酸マグネシウムアンモニウム分離装置とを有する有機性廃水又は汚泥の処理装置において、該嫌気性処理槽内又はその前段の槽にマグネシウム源の添加装置を設け、該嫌気性処理槽から引き抜いた汚泥からリン酸マグネシウムアンモニウム結晶を分離、回収する分離装置と、該分離装置からのリン酸マグネシウムアンモニウム回収後汚泥の一部を脱水する汚泥脱水装置、リン酸マグネシウムアンモニウム回収後汚泥の残りを該嫌気性処理槽の上部に戻す導管を有することことを特徴とする有機性廃水又は汚泥の処理装置。
（５）該嫌気性処理槽の前段に汚泥の濃縮装置と該嫌気性処理槽からの消化汚泥を濃縮又は脱水する装置とを有し、前記汚泥の濃縮装置及び消化汚泥の濃縮・脱水装置からの脱離水に対して、該嫌気性処理槽で発生したリン酸マグネシウムアンモニウム粒子、マグネシウム源を添加してリン酸マグネシウムアンモニウム生成反応を生じせしめ、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離回収する生成分離装置を設けたことを特徴とする前記（４）記載の有機性廃水又は汚泥の処理装置。
【００１０】
なお、本発明の方法は、下記の態様を取ることができる。
（６）前記汚泥の濃縮工程の後に汚泥可溶化工程を行ない、該汚泥可溶化工程からの可溶化処理汚泥を嫌気性処理工程に導入することを特徴とする前記（３）記載の有機性廃水又は汚泥の処理方法。
さらに、本発明の装置は、下記の態様を取ることができる。
（７）該嫌気性処理槽の前段に汚泥可溶化槽を有することを特徴とする前記（４）記載の有機性廃水又は汚泥の処理装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示すブロック図であり、最初沈殿池２１、曝気槽２２及び最終沈殿池２３からなる有機性排水処理システムから排出される初沈汚泥５と余剰汚泥６は、汚泥貯槽１７で貯留され、嫌気性処理工程を行う嫌気性処理反応槽である嫌気性消化槽２６に導かれる。嫌気性消化槽２６の役割は、汚泥中の有機物嫌気性環境下において分解し、メタン等の有価物として回収することと、純度の高いＭＡＰを成長促進（熟成）させることである。前者の役割を妨げることなく、後者の役割を十分に発揮させることが本発明の主眼である。なお、図１は、嫌気性消化槽２６にマグネシウム源を添加し、嫌気性消化槽２６からのＭＡＰ含有汚泥をＭＡＰ回収装置２７に入れそこで回収ＭＡＰを得るプロセスを示すものであって、図３以下に示す本発明のプロセスとの対比の関係で、この方法を便宜上「本発明Ａ法」という。
【００１２】
純度の高いＭＡＰを均一に成長促進させて、回収率を高く維持する条件についてさまざまな検討を行ったところ、下記のことがわかった。嫌気性消化槽のように滞留時間が２０日以上である非常に長い槽に対して、ＭＡＰ生成反応を均一に生じさせるためには、マグネシウムイオン濃度を低くすることが重要であることがわかった。つまり、有機性汚泥を嫌気性処理している嫌気性消化槽には、ＭＡＰ反応に関与するアンモニウムイオンは常に大過剰の状態にある。
ＭＡＰ生成の反応を下記の化学反応式（１）に示す。
【００１３】
【化１】
2004000941.tif 000003
【００１４】
したがって、マグネシウム源を嫌気性消化槽２６のように滞留時間の長い槽、言い換えれば非常に大きな槽に添加する際、溶解度の高い塩を添加してしまうと局部的にマグネシウムイオンが過剰になり、部分的にＭＡＰ反応が著しく進むところと、マグネシウムイオン濃度がうすく、ＭＡＰ反応の進みにくい部分が生じる。その結果、図２に示すように、溶解度の高い塩化マグネシウムを使用した場合と、水に難溶性の水酸化マグネシウムで比較し結果、生成ＭＡＰの粒子径に大きな違いが見られた。塩化マグネシウムの場合、粒子径が細かいところから大きなところまであり、不均一であるのに対して水酸化マグネシウムの方は粒子径の大きい方にシフトしている。後段の回収工程を考慮すると、回収率に大きな差が出てくる。
【００１５】
また、さらに重要なことは、局部的にマグネシウムイオンが高く、ＭＡＰ反応が急速に進む場合は、ＭＡＰ生成時にＳＳ（汚泥）を取り込み、生成ＭＡＰの純度を下げる傾向も見られた。消化槽２６のように数十日程度の滞留時間がある場合では、ゆっくりと熟成させることによって純度の高いＭＡＰを作り上げることができる。そのためには、マグネシウムイオン濃度を極力下げ、反応速度を下げて、ゆっくりと平衡状態にもっていくことが肝要であり、そのためにも難溶性のマグネシウム塩は有効である。
【００１６】
水に対して難溶性のマグネシウム塩は、水酸化マグネシウムに限らず工業的に利用できるものであれば使用することが可能である場合が多い。また、難溶性マグネシウム塩とともに、海水やマグネシウムイオンの存在する井水を併用しても、消化槽内でのマグネシウムイオンの局在化を招かない限り構わない。
【００１７】
次に、嫌気性消化槽２６から汚泥９を引き抜き、ＭＡＰ回収装置２７でＭＡＰと汚泥とに分離する。ＭＡＰ回収装置２７は液体サイクロンを用いることもできるが、鉱山分野で利用されている浮遊選鉱などの鉱山分野技術も利用できる。
【００１８】
ＭＡＰ回収装置２７から出たＭＡＰ回収後汚泥１１の一部は汚泥脱水処理を行う汚泥脱水装置２８に導かれ、脱水ケーキ１２等の廃棄物として系外に排出する。本発明で重要なもう一つのポイントは、ＭＡＰ回収後の汚泥１１の一部を嫌気性消化槽２６に戻すことである。図２にも示したように、本発明の方法によってもわずかではあるが、１００μｍ程度の微細なＭＡＰ粒子は残存する。この１００μｍ以下の微細なＭＡＰ粒子と１００μｍ以上のＭＡＰ粒子の一部を消化槽２６に戻すことによって、消化槽２６内にＭＡＰの種粒子にすることができる。つまり、ＭＡＰの種汚泥の存在により、さらに生成ＭＡＰの平均粒子径を大きくしたり、均一化することができることがわかった。様々な実験を繰り返したところ、汚泥返送量は投入汚泥量に対して、２分の１から４倍が適切であった。２分の１以下では粒子径に変化が見られず、また４倍以上では改善効果に変化が見られない。
【００１９】
該消化槽２６内で発生するＭＡＰの回収率を高めるためには、純度が高く粒子径が大きいＭＡＰの粒子の比率を高める必要がある。そのためにはできるだけＭＡＰ晶析に適した条件を消化槽２６内に作り上げる必要がある。そのために、消化槽２６内の撹拌機構としては、消化槽２６内を効率的に均一化するとともに、比重の大きいＭＡＰ粒子が底部の引き抜き管近傍に集まりやすくなるような撹拌形態が有効であり、例えば、卵形及び亀甲型消化槽において中央にドラフトチューブ、その中にエアリフトポンプを装備し、ドラフトチューブ内のアップフローから旋回流を生じさせるような撹拌方法は、ＭＡＰ粒子を熟成させる撹拌方式としては比較的有効である。また、消化槽の下部に堆積するＭＡＰ粒子をかき寄せる機構を設けることも有効である。該汚泥の引き抜き管は、消化槽２６底部に沈降した比重の大きいＭＡＰ粒子が集まりやすい部分に接続することが望ましく、該引き抜き汚泥１２は、比重差を利用した固液分離装置であるＭＡＰ回収装置２７により、ＭＡＰ粒子を中心とした固形物とそれ以外の液体に分離できる。
【００２０】
特に液体サイクロンを使用することにより、容易に固液分離が行える。ＭＡＰ結晶を主とする固形物は、必要ならば他の夾雑物と分離することにより、回収した固形物中のＭＡＰ純度をさらに高めることが可能である。ＭＡＰが取り除かれた汚泥は、一部を汚泥脱水装置２８に導き脱水処理を行う。この時点で、汚泥中に混在するＭＡＰ粒子は大幅に減少しているので、脱水処理後の脱水ケーキを廃棄物として処理した場合においても、脱水ケーキ中のリン含率は比較的低く、リンのリサイクルの観点からも有効である。ただし、液体サイクロン処理後の汚泥には粒径約１００μｍ以下の微細なＭＡＰ粒子の一部が残留していることから、汚泥脱水装置２８に送られた汚泥以外の残りの汚泥は、該嫌気性消化槽２６に槽上部から戻すことにより、微細なＭＡＰ粒子が再び消化槽２６内で成長して、粒径１００μｍ以上の固液分離が容易なレベルまで大きくすることが可能になる。
【００２１】
図２に、Ａ下水処理場の汚泥を使用して、本発明方式でマグネシウム塩として水酸化マグネシウムを用いるのと特開２００２−４５８８９の方式でマグネシウム塩として水溶性の塩化マグネシウムを用いるのを別々の系統で嫌気性消化を行った場合の消化槽２６内ＭＡＰ粒子の粒径分布を示す。特開２００２−４５８８９の方式では、嫌気性反応槽内で生成しきれなかった溶解性リン成分を、後段の脱水処理工程で分離される脱水ろ液からＭＡＰとして回収する機構がある。しかし、本発明では、嫌気性消化槽だけで良質なＭＡＰを十分に回収することができるので、脱水ろ液からＭＡＰを回収する工程が不要になる。
【００２２】
以下に、本発明の別の実施の形態を図３に基づいて説明する。なお、図３は、前記本発明Ａ法にさらに汚泥可溶化工程を付与したプロセス（便宜上「本発明Ｂ法」という）と、本発明Ａ法に汚泥濃縮工程及び消化汚泥濃縮工程と、前記各濃縮工程からの脱離液にＭＡＰ回収装置からのＭＡＰ粒子を添加するＭＡＰ造粒反応工程を付加したプロセス（便宜上「本発明Ｃ法」という）の両方を有するものであるので、これを便宜上「本発明（Ｂ＋Ｃ）法」という。
【００２３】
図３は、本発明の一実施形態を示すブロック図であり、最初沈殿池２１、曝気槽２２及び最終沈殿池２３からなる有機性廃水処理システムにおいて、最初沈殿池２１から排出される初沈汚泥５と最終沈殿池２３から排出される余剰汚泥６は、汚泥濃縮装置２４で濃縮され、その濃縮汚泥７は汚泥可溶化装置２５へ導かれる。汚泥の可溶化処理は近年オゾン処理、超音波処理、ボールミル等の物理的破砕、電気化学的処理、熱処理、高圧又は減圧処理、酸やアルカリ等の化学的処理等の様々の方式が提案されているが、処理対象となる汚泥の性状、処理施設環境、及び処理コスト等の諸条件により最適の汚泥可溶化処理を選択することが望ましい。ただし、本発明における主要反応である嫌気性消化槽２６内のＭＡＰ生成反応を妨げることがないように必要に応じてｐＨ調整等の後処理を行う場合がある。また、この汚泥の可溶化処理を行うことにより汚泥固形物中のマグネシウムが溶出、又は溶出しやすい形態になる場合があり、そのことを利用することにより、本発明法におけるマグネシウム源の供給を軽減又はなしにすることも可能になる場合もある。
【００２４】
汚泥可溶化処理を受けた可溶化汚泥８は、嫌気性処理工程を行う嫌気性処理反応槽である嫌気性消化槽２６に導かれる。なお、汚泥濃縮装置２４から出る脱離液１４は後述するＭＡＰ造粒反応装置２９に導かれる。
嫌気性消化槽２６においては、汚泥可溶化処理を受けた可溶化汚泥８は、嫌気性消化されやすい形態に変化しているため、嫌気性消化槽２６での消化率は可溶化処理なしの場合よりも大幅に向上する。消化率が高くなると従来ではＳＳ性であったリンやマグネシウム成分が溶出するために、溶解性リンやマグネシウムイオンが多くなり、嫌気性消化槽内のＭＡＰ発生量が多くなる。
【００２５】
嫌気性消化槽２６内ではｐＨを７．０〜７．６の中性領域を維持し、マグネシウムイオン濃度を１０〜３０ｍｇ／リットル程度の低レベルに維持することは高純度かつ大粒径（φ３００μｍ以上）のＭＡＰ粒子を生成するためには望ましい。
ＭＡＰ粒子を多く含んだ消化汚泥である引き抜き汚泥９はＭＡＰ分離装置２７によりＭＡＰ粒子を主体とするスラリーである回収ＭＡＰ１０とＭＡＰ粒子をほとんど含まないＭＡＰ回収後汚泥１１に分離される。ＭＡＰ回収装置２７は液体サイクロンを用いることもできるが、鉱山分野で利用されている浮遊選鉱などの鉱山分野技術も利用できる。
【００２６】
回収ＭＡＰ１０はそのまま水切り等を行なって肥料や工業原料等の有価物として回収することも可能であるが、該ＭＡＰ粒子の一部又は全部をＭＡＰ造粒反応装置２９に導き、ＭＡＰ晶析反応を促進させるための種結晶として使用することにより該ＭＡＰ造粒反応の反応速度を高めることができる。ＭＡＰ回収後汚泥１１は、一部又は全部を脱水装置２８に導いて脱水処理し、残りのＭＡＰ回収後汚泥１１は嫌気性消化槽２６に循環する。ＭＡＰ回収後汚泥１１中に存在する微細なＭＡＰ粒子を種晶として使用することで該嫌気性消化槽２６内でのＭＡＰ反応を促進させる。
【００２７】
脱水処理された脱水ケーキ１２にはＭＡＰ粒子がほとんど存在しない上、汚泥可溶化処理と嫌気性消化処理の組合せによる消化率向上により汚泥発生量が大幅に削減されていることから、脱水ケーキとして系外に排出されるリンの比率は大幅に削減されることになる。
脱水装置２８により分離された脱水ろ液１３は、ＭＡＰ造粒反応装置２９に導く。ＭＡＰ造粒反応装置２９に投入される濃縮槽脱離液１４、脱水ろ液１３及び回収ＭＡＰ１０に対して更にマグネシウム源とｐＨ調整剤を添加することによりＭＡＰ晶析反応が生じ回収ＭＡＰ１０がさらに成長する。
【００２８】
この成長したＭＡＰ粒子を分離回収することにより汚泥中のリンを高純度のＭＡＰとして高回収率下で回収することが可能になる。
ＭＡＰ造粒反応装置２９では種結晶としての回収ＭＡＰ１０の表面にＭＡＰを析出させることを主眼としており、該反応装置内であらたに晶析した微細ＭＡＰ粒子は回収せずに他のＳＳ成分とともにＭＡＰ処理水１５として最初沈殿池２１に返送する。該反応装置でのマグネシウム添加方法、設定ｐＨ、及び線流速等の条件により、該反応装置でのリン回収率をある程度コントロールすることが可能である。最初沈殿池２１に返流するＭＡＰ処理水１５中の溶解性リン濃度が削減されると、初沈流出水としてエアレーションタンクに流入するリン負荷が軽減し、放流水として流出するリンが減少する。
【００２９】
また、図３に示す例では、汚泥可溶化処理を行うプロセスとＭＡＰ造粒反応装置を用いるプロセスの両方が同時に組み込まれているものであるが、本発明の方法においては、汚泥可溶化処理を行うプロセスとＭＡＰ造粒反応装置を用いるプロセスを別々に採用して行なうことができ、それぞれ相応の効果を得ることができる。
【００３０】
以上説明したように、本発明の方法を採用することにより下水汚泥中に含有するリン成分の大部分をＭＡＰとして高効率に回収することが可能であり、処理水及び脱水ケーキとして系外に排出されるリンの比率を大幅に削減することが可能となる。
【００３１】
【実施例】
次に、本発明の廃水処理技術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。
【００３２】
（実施例１）
本実施例は、先述したＡ下水処理場の汚泥を使用して行った実施例である。Ａ処理場は標準活性汚泥処理を採用しており、初沈汚泥と余剰汚泥を約１：１で混合後に、卵形消化槽により滞留日数２５日の中温嫌気性消化処理を行っている。消化槽に供給する難溶解性マグネシウム源としては、３５％水酸化マグネシウムを１０％に希釈した後に投入汚泥に混合し、消化槽に投入する方法を取った。
水酸化マグネシウム添加量は、反応槽内のＭｇ濃度が１０〜３０ｍｇ／リットルの範囲になるように調節した。撹拌方法は、ドラフトチューブ＋エアリフトによる方式を採用した。ｐＨ調整剤は使用しなかったが、実験中の槽内ｐＨは７．０〜７．６の範囲内で推移した。卵形消化槽の底部より投入汚泥量（＝１Ｑとする）の３倍量（＝３Ｑ）を引き抜き、液体サイクロンによりＭＡＰ結晶を分解回収し、ＭＡＰ回収後汚泥の内１Ｑは脱水処理を行い、残りの２Ｑは卵形消化槽に返送した。この２Ｑの返送汚泥は、投入汚泥と水酸化マグネシウムの混合液に混合した後に卵形消化槽の上部から投入する方式を採用した。本実施例の結果を第１表に示す。
なお、従来法として、水酸化マグネシウムの添加及び液体サイクロンによるＭＡＰ回収処理を行わない以外はすべて上記の実施例と同じ条件でも試験を行った。
【００３３】
【表１】
2004000941.tif 000004
【００３４】
卵形消化槽に投入した投入汚泥性状は、平均ＳＳ濃度が４．５％（４５ｇ／リットル）、平均Ｔ−Ｐ濃度が１０７０ｍｇ／リットル、であった。従来法では消化汚泥のＳＳ濃度２．９ｇ／リットル、Ｔ−Ｐ濃度１０２０ｍｇ／リットル、ＰＯ４−Ｐ濃度３９０ｍｇ／リットルであり、消化汚泥中には多くのＰＯ４−Ｐが残留していた。特開２００２−４５８８９の方式による処理では、投入汚泥１ｍ３当り３．７ｋｇのＭＡＰ結晶を回収し、消化汚泥中のＴ−Ｐは４６０ｍｇ／リットルであったのに対して、本発明法では投入汚泥１ｍ３当り５．１ｋｇ／リットルのＭＡＰ結晶を回収し、消化汚泥中のＴ−Ｐは３５０ｍｇ／リットルであった。
本発明法の方が投入汚泥量当りのＭＡＰ回収量で１．４ｋｇ大きく、消化汚泥Ｔ−Ｐで１１０ｍｇ／リットル小さかった。特開２００２−４５８８５の方式では、汚泥中に微細なＭＡＰ粒子が残存していたために、実際に反応槽内で生成されたＭＡＰに対する回収率が小さく、本発明方式では難溶性のマグネシウム源の使用、反応槽内の撹拌方法の改善、及び液体サイクロン分離後の微細ＭＡＰ粒子の返送等を行うことにより、ＭＡＰ粒子の成長を促しＭＡＰ回収率を向上させることができたためであると考えられる。
【００３５】
トータルのＭＡＰ回収量としては、消化槽からのＭＡＰ量は特開２００２−４５８８５の方式は４．４ｋｇ／ｍ３、本発明の方式では５．１ｋｇ／ｍ３となり、本発明法の方が０．７ｋｇ／ｍ３大きくなった。また、回収したＭＡＰ粒子の純度は、特開２００２−４５８８９の方式が８７％であるのに対して、本発明法は９６％と９ポイント向上した。
以上の結果より、Ａ下水処理場の消化システムのように微細なＭＡＰが生成されやすいケースにおいて、本発明方式は非常に有効なＭＡＰ回収性能を発揮するといえる。
【００３６】
（実施例２）
また、実施例１のＡ処理場の汚泥に対して、処理場近くの地下水（＝Ｍｇ濃度４８ｍｇ／リットル）を３５％水酸化マグネシウムの希釈水として使用し、投入汚泥１ｍ３あたり１００リットルの希釈水を使用する運転を行ったところ、水酸化マグネシウム使用量は１０８０ｇ／汚泥・ｍ３から９７０ｇ／汚泥・ｍ３に減少し、薬品使用コストを軽減することが可能となった。マグネシウムを含有する水を有効利用することで、ＭＡＰ回収をより低コストで行うことが可能になると言える。
【００３７】
（実施例３）
本実施例は、Ｂ下水処理場の汚泥を使用して行った実施例である。Ｂ処理場は嫌気好気法による活性汚泥処理を採用している。実施例プラントは、図３に示すプロセスを行うものであり、ここではＡ処理場から採取した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する。濃縮脱離液はＭＡＰ造粒反応装置に導入する。混合濃縮汚泥は超音波による可溶化処理を行う。超音波処理は嫌気性消化槽に投入する汚泥の１／３に対して行い、汚泥１リットル当たりのエネルギー投入率４０ｋｗｓｅｃ／リットル、周波数１８〜２４ｋＨｚ、照射セル滞留時間５分とした。
【００３８】
超音波処理後の汚泥は卵形の嫌気性消化槽に導入し、滞留日数２５日の中温嫌気性消化処理を行った。消化槽に供給するマグネシウム源としては、３５％水酸化マグネシウムを１０％に希釈した後に投入汚泥に混合した後に、消化槽に投入する方法を取った。水酸化マグネシウム添加量は、消化槽内の溶解性Ｍｇ濃度が１０〜３０ｍｇ／リットルの範囲になるように調節した。消化槽の撹拌方法は、ドラフトチューブ＋エアリフトによる方式を採用した。ｐＨ調整剤は使用しなかったが、実験中の槽内ｐＨは７．０〜７．６の範囲内で推移した。卵形消化槽の底部より投入汚泥量（＝１Ｑとする）の３倍量（＝３Ｑ）を引き抜き、液体サイクロンによりＭＡＰ結晶を分解回収し、ＭＡＰ回収後汚泥の内１Ｑは脱水処理を行い、残りの２Ｑは卵形消化槽に返送した。この２Ｑの返送汚泥は、投入汚泥と水酸化マグネシウムの混合液に混合した後に卵形消化槽の上部から投入する方式を採用した。
【００３９】
ＭＡＰ脱離汚泥（ＭＡＰ回収後汚泥）の脱水処理はスクリュープレス型脱水機により行った。脱水ろ液と濃縮機脱離液、及び回収ＭＡＰ結晶を含むスラリーは全量をＭＡＰ造粒反応槽の下部から投入した。ＭＡＰ造粒反応槽に添加するマグネシウム源は塩化マグネシウムとし、ｐＨは７．６になるように水酸化ナトリウムを添加した。また、本実施例の対照系として従来法としての「混合濃縮＋嫌気性消化＋脱水」のプロセスを同時に行なった。
更に、対比のために、本発明Ａ法について嫌気性消化工程の前に汚泥濃縮工程を付加したプロセス（便宜上「本発明Ａ１法」という）も上記の実施例と同様な条件で試験を行った。
運転結果を第２表に示す。
【００４０】
【表２】
2004000941.tif 000005
【００４１】
消化槽に投入した投入汚泥のＳＳは、従来法が４．２％、本発明Ａ１法が４．０％、本発明（Ｂ＋Ｃ）法が３．５％であった。本発明（Ｂ＋Ｃ）法でのＳＳが少ないのは前段の汚泥可溶化処理により汚泥の一部が液状化したことによる。嫌気性消化処理後の消化汚泥からＭＡＰ粒子を取り除いた後のＭＡＰ脱離消化汚泥のＳＳは、従来法が２．５％、本発明Ａ１法が２．３％、本発明（Ｂ＋Ｃ）法が１．５％であった。本発明（Ｂ＋Ｃ）法のＳＳが大幅に小さくなったのは、汚泥可溶化処理により汚泥のＶＳ当たりの消化率が７０％程度に高まったことと、消化にともなって大量に溶出した溶解性リンが消化槽内でＭＡＰに変化し、該ＭＡＰ粒子を回収したことに起因する。
【００４２】
返流水のＰＯ４−Ｐは従来法で１３０ｍｇ／リットル、本発明Ａ１法で３５ｍｇ／リットル、本発明（Ｂ＋Ｃ）法で１２ｍｇ／リットルであった。従来法では嫌気性消化処理において溶出する溶解性リンを回収することができないので相対的に大きい。本発明Ａ１法では嫌気性消化汚泥からの溶解性リンはＭＡＰとして回収できたものの、濃縮機脱離液と脱水ろ液中に含まれる溶解性リンを回収していないので、３５ｍｇ／リットルと本発明（Ｂ＋Ｃ）法の約３倍の濃度となった。
【００４３】
最終的にＭＡＰとして回収できたリンは、消化槽投入汚泥１ｍ３当たり、本発明Ａ１法での５．５ｋｇ／ｍ３に対し、本発明（Ｂ＋Ｃ）法では７ｋｇ／ｍ３となり、本発明（Ｂ＋Ｃ）法の方が１．５ｋｇ／ｍ３大きくなった。また、回収したＭＡＰ粒子の純度は、本発明Ａ１法と本発明（Ｂ＋Ｃ）法とは共に９５％以上であった。このリン回収率を下水処理場に流入するリンに対する回収率として算出すると、本発明Ａ１法での４９％に対して、本発明（Ｂ＋Ｃ）法は７１％と、２２ポイント向上する結果となった。
以上の結果より、Ａ下水処理場の消化システムのように微細なＭＡＰが生成されやすいケースにおいて、本発明（Ｂ＋Ｃ）方式は非常に有効なＭＡＰ回収性能を発揮するといえる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、有機性廃水処理システムの中で、特に有機物、窒素、リンを含有する廃水、例えば、し尿や浄化槽汚泥の消化脱離液、化学工場排水などの高濃度の有機物、リン及び窒素を含有する廃水から、リン酸マグネシウムアンモニウム結晶として除去するＭＡＰ処理法において、
１）ＭＡＰ回収率を大幅に向上することができる、
２）純度の高いＭＡＰを生成することができる、
３）安価であるがハンドリングが困難と考えられていたＭｇ（ＯＨ）２を利用することができることから、薬品代を大幅に軽減することが可能となる、
４）さらに、嫌気性消化槽において良質なＭＡＰを十分に回収できるので、後段の脱水ろ液からのＭＡＰ回収が不要になるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機性排水の処理方法を示すブロック工程図である。
【図２】Ｍｇイオンの溶解度の差によるＭＡＰ粒子の粒径分布の違いを示すグラフである。
【図３】本発明（Ｂ＋Ｃ）法の有機性廃水の処理方法を示すブロック工程図である。
【図４】本発明Ａ１法の有機性廃水の処理方法を示すブロック工程図である。
【図５】従来法の有機性廃水の処理方法を示すブロック工程図である。
【符号の説明】
１　流入水
２　流出水
３　活性汚泥混合液
４　処理水
５　初沈汚泥
６　余剰汚泥
７　濃縮汚泥
８　可溶化汚泥
９　引き抜き汚泥（消化汚泥）
１０　回収ＭＡＰ
１１　ＭＡＰ回収後汚泥
１２　脱水ケーキ
１３　脱水ろ液
１４　濃縮槽脱離液
１５　ＭＡＰ処理水
１６　最終回収ＭＡＰ
１７　汚泥貯留槽
１８　Ｍｇ源供給
２１　最初沈殿池
２２　曝気槽
２３　最終沈殿池
２４　濃縮槽
２５　汚泥可溶化槽
２６　嫌気性消化槽
２７　ＭＡＰ回収装置（液体サイクロン）
２８　汚泥脱水装置
２９　ＭＡＰ造粒反応装置
【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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