(57)【要約】【課題】汚泥中のリンを短時間で効率的に液相中に溶出させることのできるリン溶出方法および装置、ならびに溶出したリンを効率的に回収することのできるリン回収方法および装置を提供する。【解決手段】汚泥中の微生物に損傷を与える前処理工程、および前処理後の汚泥をアルカリ溶液に接触させる工程によって、汚泥中のリンをアルカリ溶液中に溶出させる汚泥中リンの溶出方法および溶出装置。さらに、前記溶出方法によってリンを溶出させたリン含有のアルカリ溶液に凝集剤を供給し、沈殿したリンを回収する汚泥中リンの回収方法および回収装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥中からリンを溶出させる汚泥中リンの溶出装置であって、汚泥中の微生物に損傷を与える前処理手段、アルカリ溶液を貯留するアルカリ溶液槽、および前処理後の汚泥をアルカリ溶液槽のアルカリ溶液に接触させる接触槽からなる汚泥中リンの溶出装置。
【請求項２】
前記前処理手段が、汚泥をオゾン処理するオゾン処理槽である請求項１記載の汚泥中リンの溶出装置。
【請求項３】
汚泥中からリンを溶出させ回収する汚泥中リンの回収装置であって、
汚泥中の微生物に損傷を与える前処理手段、アルカリ溶液を貯留するアルカリ溶液槽、前処理後の汚泥をアルカリ溶液槽のアルカリ溶液に接触させる接触槽、およびアルカリ溶液に凝集剤を供給し沈殿したリンを回収する固液分離装置からなる汚泥中リンの回収装置。
【請求項４】
前記前処理手段が、汚泥をオゾン処理するオゾン処理槽である請求項３記載の汚泥中リンの回収装置。
【請求項５】
リン回収後のアルカリ溶液を前記アルカリ溶液槽に循環させる請求項３または４記載の汚泥中リンの回収装置。
【請求項６】
汚泥中からリンを溶出させる汚泥中リンの溶出方法であって、汚泥中の微生物に損傷を与える前処理工程、および前処理後の汚泥をアルカリ溶液に接触させる工程からなる汚泥中リンの溶出方法。
【請求項７】
前記前処理工程が、汚泥をオゾン処理する工程である請求項６記載の汚泥中リンの溶出方法。
【請求項８】
汚泥中からリンを溶出させ回収する汚泥中リンの回収方法であって、
汚泥中の微生物に損傷を与える前処理工程、前処理後の汚泥をアルカリ溶液に接触させる工程、およびアルカリ溶液に凝集剤を供給し沈殿したリンを回収する工程からなる汚泥中リンの回収方法。
【請求項９】
前記前処理工程が、汚泥をオゾン処理する工程である請求項８記載の汚泥中リンの回収方法。
【請求項１０】
リン回収後のアルカリ溶液を再使用する請求項８または９記載の汚泥中リンの回収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥中のリンを回収するための回収装置および回収方法に関し、汚泥中のリンを液相中に溶出させるための溶出装置および溶出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リンの原料であるリン鉱石は、１００年も満たないうちに枯渇すると言われている。日本はリン鉱石を１００％輸入しており、リンは農業生産には必須であることから、このままでは深刻な食糧不足が生じる可能性がある。このような背景から有機性廃棄物の資源化処理として、活性汚泥からリンを回収し、資源化することが試みられている。さらに、リンを積極的に回収することによって、水環境中へのリンの排出量を削減して富栄養化を抑制することができる。
【０００３】
汚泥からのリン回収の一例は、たとえば特開２００１−２３９２９８号公報「汚泥の処理方法及び当該処理方法を含む有機性廃水の処理方法ならびに有機性廃水処理装置」に開示されている。この特開２００１−２３９２９８号公報に開示の技術では、下水処理工程で生じた余剰汚泥が濃縮手段において濃縮され、その一部が加熱槽に運ばれ、加熱手段によって１〜２時間、６０〜９０℃に加熱される。加熱された汚泥は固液分離手段に運ばれ、そこでリン溶出水と残渣汚泥とに分離される。続いてリン溶出水にカルシウムなどの凝集剤を添加してリンを凝集させ、固液分離槽でリンを沈殿させて回収する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２３９２９８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の汚泥を加熱して汚泥からリンを溶出させてリンを回収する方法は、汚泥を加熱するのに多量のエネルギーを必要とし、さらに１時間以上の処理時間がかかるという問題点があった。また、加熱した汚泥を２０〜３０℃程度までに冷却する必要があり、冷却時間がかかるという問題点があった。
【０００６】
さらに、リンが溶出したリン含有処理水と残渣汚泥とを分離する工程が必要であるという問題点があった。またリン含有処理水中のリンを凝集、沈殿させる際、ポリリン酸態のリンは凝集するがそれ以外の形態のリンは凝集しないため、回収率が低いなどの問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、汚泥中のリンを短時間で効率的に液相中に溶出させて、さらに溶出したリンを効率的に回収する方法および装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、汚泥中からリンを溶出させる汚泥中リンの溶出装置であって、汚泥中の微生物に損傷を与える前処理手段、アルカリ溶液を貯留するアルカリ溶液槽、および前処理後の汚泥をアルカリ溶液槽のアルカリ溶液に接触させる接触槽からなる汚泥中リンの溶出装置に関する。
【０００９】
また本発明は、汚泥中からリンを溶出させ回収する汚泥中リンの回収装置であって、汚泥中の微生物に損傷を与える前処理手段、アルカリ溶液を貯留するアルカリ溶液槽、前処理後の汚泥をアルカリ溶液槽のアルカリ溶液に接触させる接触槽、およびアルカリ溶液に凝集剤を供給し沈殿したリンを回収する固液分離装置からなる汚泥中リンの回収装置に関する。
【００１０】
さらに本発明は、汚泥中からリンを溶出させる汚泥中リンの溶出方法であって、汚泥中の微生物に損傷を与える前処理工程、および前処理後の汚泥をアルカリ溶液に接触させる工程からなる汚泥中リンの溶出方法に関する。
【００１１】
また本発明は、汚泥中からリンを溶出させ回収する汚泥中リンの回収方法であって、汚泥中の微生物に損傷を与える前処理工程、前処理後の汚泥をアルカリ溶液に接触させる工程、およびアルカリ溶液に凝集剤を供給し沈殿したリンを回収する工程からなる汚泥中リンの回収方法に関する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照しつつ説明するが、本発明がこれら実施の形態に限定されるわけではない。
【００１３】
実施の形態１
まず、本発明の汚泥中リンの溶出方法および溶出装置について、一実施の形態を説明する。
【００１４】
図１に示すとおり、本実施の形態のリン溶出装置は、オゾン処理槽１、アルカリ溶液槽２および接触槽３からなる。オゾン処理槽１には、オゾン発生装置５および排オゾン処理槽７が接続され、アルカリ溶液槽にはアルカリ溶液が貯留されている。
【００１５】
つぎに、本実施の形態におけるリン溶出方法およびリン溶出装置の動作について説明する。
【００１６】
まず、汚泥ｘが、汚泥供給ポンプ８によってオゾン処理槽１に送られる。汚泥は、たとえば嫌気・好気処理による下水からのリン除去を行なっている下水処理場から排出される多量のリンが含まれている余剰汚泥がよいが、これに限定されるものではない。
【００１７】
オゾン処理槽１にオゾン発生装置５で発生させたオゾン化ガスが注入されて、汚泥とオゾンとが接触する。これによって汚泥中のリンを含有する微生物の細胞壁や細胞膜が損傷すると同時に若干のリンが汚泥から溶出する。このオゾン処理におけるオゾンの注入率は、１０〜２００ｍｇ−Ｏ３／ｇ−ＳＳが好ましく、さらには３０〜１５０ｍｇ−Ｏ３／ｇ−ＳＳが好ましい。オゾン注入率が１０ｍｇ−Ｏ３／ｇ−ＳＳよりも低い場合、汚泥中の微生物に充分な損傷を与えることができないため、後のアルカリ処理によるリンの溶出効果が低減する。オゾン注入率が２００ｍｇ−Ｏ３／ｇ−ＳＳよりも高い場合、多量のオゾンが必要となるため処理コストが高くなる。
【００１８】
オゾン処理槽１において汚泥と反応しなかったオゾンは、排オゾン化ガスとして排出され、排オゾン処理槽７で酸素に分解、無害化されて大気中へ放出される。
【００１９】
オゾン処理後の汚泥ｘは、アルカリ溶液槽２内にある接触槽３へ運ばれ、汚泥はアルカリ溶液と接触する。アルカリ溶液は、たとえばＮａＯＨ、ＫＯＨなどの強アルカリ剤がよく、接触槽内の汚泥のｐＨが１０以上、好ましくは１２以上とするのがよい。ｐＨが１０以下ではリンの溶出量が減少し、ｐＨが高いとリンの溶出量は大きくなるが必要なアルカリ剤が増大する。もしくはアルカリ剤の濃度が０．１Ｎ以上、好ましくは１Ｎ以上とするのがよい。アルカリ剤の濃度が０．１Ｎ以下ではリンの溶出量が減少し、アルカリ剤の濃度が高いとリンの溶出量は大きくなるが必要なアルカリ剤が増大する。
【００２０】
図２は、オゾン処理（オゾン吸収量２７ｍｇ−Ｏ３／ｇ−ＳＳ）を行なった後に汚泥にアルカリ溶液（８ＮのＮａＯＨ溶液）を添加してｐＨを１２に調整したとき、汚泥から溶出したリン濃度の時間変化を示している。これは汚泥をオゾン処理後アルカリ性にすると、瞬間的に汚泥からリンが溶出することを示している。このように、本実施の形態のリン溶出方法およびリン溶出装置によれば、汚泥中のリンを短時間に効率的に、アルカリ溶液中に溶出させることができる。
【００２１】
接触槽３は、たとえば図３（ａ）の断面図および図３（ｂ）の上面図に示すように、０．１μｍ〜１ｍｍ、好ましくは１μｍ〜０．１ｍｍの範囲にある均等な孔径を持つメッシュ槽であり、汚泥がアルカリ溶液に横溢しないような状態でアルカリ溶液槽２に浸漬されている。図３（ａ）に示す接触槽３は上部が開放となっているが、必ずしも開放である必要はなく、たとえば図３（ｃ）の断面図に示すように、配管のような形状をしていても差し支えない。汚泥が接触槽を通過する間にアルカリ溶液と接触し、図２で示したように瞬間的に汚泥中のリンがアルカリ溶液のほうに溶出する。接触槽３における汚泥とアルカリ溶液の接触時間は、１秒以上３０分以下、好ましくは１分以上２０分以下がよい。
【００２２】
なお、アルカリ溶液および汚泥のｐＨを好ましい値に保つため、アルカリ貯留槽６にアルカリ剤を貯留し、アルカリ供給ポンプ９によってアルカリ溶液槽２に供給するようにするとよい。アルカリ剤の供給量については、汚泥のｐＨを測定するｐＨメータによってアルカリ供給ポンプ９を制御して、汚泥のｐＨが一定となるように調整することも可能である。
【００２３】
以上のように、本実施の形態によれば、オゾン処理された汚泥が接触槽にてアルカリ溶液と接触して汚泥中のリンがアルカリ溶液に溶出するので、極めて短時間で効率よく汚泥中のリンを溶出させ、残渣汚泥と分離できる。
【００２４】
実施の形態２
つぎに、本発明の汚泥中リンの回収方法および回収装置について、一実施の形態を説明する。
【００２５】
図１に示すとおり、本実施の形態のリン回収装置は、オゾン処理槽１、アルカリ溶液槽２、接触槽３および固液分離槽４からなる。オゾン処理槽１には、オゾン発生装置５および排オゾン処理槽７が接続されている。また、アルカリ剤および凝集剤を貯留するため、アルカリ貯留槽６および凝集剤槽１１が設けられている。
【００２６】
つぎに、本実施の形態におけるリン回収方法およびリン回収装置の動作について説明する。
【００２７】
まず、汚泥をオゾン処理し、オゾン処理後の汚泥をアルカリ溶液に接触させることにより、汚泥中のリンをアルカリ溶液中に溶出させる。このオゾン処理およびアルカリ溶液へのリンの溶出については、前記実施の形態１と同様であるため詳細な説明は省略する。
【００２８】
リンをアルカリ溶液に溶出した残渣汚泥ｙは、そのまま接触槽３から排出される。一方、汚泥から溶出したリンを含むアルカリ溶液ｚはアルカリ循環ポンプ１３によって固液分離槽４へと導かれるが、固液分離槽４へと導入される前に、凝集剤供給ポンプ１２によって凝集剤槽１１から注入される凝集剤と混合される。混合方法としてスタティックミキサーなどを使うことが好ましく、短時間で効率よく凝集反応が進行する。
【００２９】
凝集剤としては、塩化カルシウム、消石灰、生石灰、塩化第二鉄、硫酸アルミニウム、ポリアクリルアミド（ＰＡＣ）、高分子凝集剤、酸化ジルコニウム、マグネシウムなどを使用することができる。固液分離槽４で凝集剤によって凝集、沈殿したリンはリン引き抜きポンプ１０で引き抜かれて回収される。
【００３０】
図４はｐＨに対するリンの安定性を示している。ｐＨが１０以上の高い領域ではリンは非常に不安定になるため凝集剤の添加によって沈殿しやすく、短時間で効率的にリンを回収することができることが分かる。
【００３１】
固液分離槽４から流出したアルカリ溶液ｚは、再度アルカリ溶液槽２に返送されて循環利用される。リンの凝集沈殿によってアルカリ度が消費されるため、アルカリ貯留槽６からアルカリ供給ポンプ９によってＮａＯＨ、ＫＯＨなどのアルカリ剤が供給される。アルカリ剤の供給量については、残渣汚泥のｐＨを測定するｐＨメータによってアルカリ供給ポンプ９を制御して、残渣汚泥のｐＨが一定となるように調整することも可能である。なお、アルカリ溶液を循環利用するためにはアルカリ剤は固形性のものがよいが、液状のものを用いる場合は、図５に示すようにアルカリ溶液引き抜きポンプ１４を用いて余剰のアルカリ溶液を排出する必要がある。
【００３２】
以上のように、本実施の形態によれば、汚泥から溶出したリンがｐＨの高いアルカリ溶液中に存在するため、凝集剤の添加によってリンを短時間で容易に効率的に凝集させ、回収することができる。また、アルカリ溶液には炭酸根が含まれていないため、カルシウム系の凝集剤を用いても炭酸カルシウムの沈殿を生成することがなく、リンの含有率の高い沈殿物を回収できる。さらに、リン回収後のアルカリ溶液をアルカリ溶液槽に循環させるので、必要なアルカリ剤を低減できる。
【００３３】
実施の形態３
前記実施の形態では、汚泥をアルカリ溶液と接触させる前にオゾン処理を行なう場合について説明したが、汚泥をオゾン処理する代わりに機械による破砕処理、超音波処理、加熱処理、紫外線照射処理、過酸化水素添加処理、電気パルス処理、凍結処理など汚泥中の微生物に損傷を与える処理方法であればよく、前記実施の形態と同様の効果がある。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、オゾン処理された汚泥が接触槽にてアルカリ溶液と接触して汚泥中のリンがアルカリ溶液に溶出するので、極めて短時間で汚泥中のリンを溶出させて残渣汚泥と分離できるという効果がある。
【００３５】
また、本発明によれば、汚泥から溶出したリンがｐＨの高いアルカリ溶液中に存在するため、凝集剤の添加によって短時間で容易に効率的に凝集するという効果がある。
【００３６】
さらに、本発明によれば、固液分離槽で流出したアルカリ溶液をアルカリ溶液槽に循環させるので必要なアルカリ剤を低減できるという効果がある。加えてアルカリ溶液には炭酸根が含まれていないため、カルシウム系の凝集剤を用いた場合炭酸カルシウムの沈殿を生成することがなく、リンの含有率の高い沈殿物を回収できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるリン溶出および回収方法、ならびにリン溶出および回収装置を説明するための図である。
【図２】オゾン処理後の汚泥にアルカリ溶液を加えた場合について、汚泥からのリン溶出量の時間変化を示した図である。
【図３】本発明の一実施の形態における接触槽の例を示した図である。
【図４】ｐＨに対するリンの安定性を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施の形態におけるリン溶出および回収方法、ならびにリン溶出および回収装置を説明するための図である。
【符号の説明】
１  オゾン処理槽、２  アルカリ溶液槽、３  接触槽、４  固液分離槽、５  オゾン発生装置、６  アルカリ貯留槽、７  排オゾン処理槽、８  余剰汚泥供給ポンプ、９  アルカリ供給ポンプ、１０  リン引抜ポンプ、１１  凝集剤槽、１２  凝集剤供給ポンプ、１３  ろ液引抜ポンプ、１４  アルカリ溶液引き抜きポンプ、ｘ  汚泥、ｙ  残渣汚泥、ｚ  アルカリ溶液。
【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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