(57)【要約】【課題】生し尿、リン含有有機性汚水に含まれるリンや窒素を再資源化が可能なリン酸マグネシウムアンモニウムまたはリン酸カルシウムの結晶として回収することができる。【解決手段】リン含有有機性汚水の受入貯留手段としての混合手段５、混合手段５内の汚水に凝集剤を添加し、混和する凝集混和手段６と、凝集混和手段６からの汚水を分離水１７と汚泥１８とに分離する固液分離手段８と、固液分離手段８において分離された汚泥１８を脱水する脱水手段９と、固液分離手段８において分離された分離水１７と脱水手段９からの脱水ろ液１９とを混合して、リン酸塩を生成させるリン酸塩生成手段１０と、リン酸塩生成手段１０において得られたリン酸塩を回収するリン酸塩回収手段１１と、リン酸塩生成手段１０からの脱離液２１と固液分離手段８において分離された汚泥１８の一部とを硝化脱窒処理する生物処理手段１３とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン含有有機性汚水の受入貯留手段と、前記受入貯留手段内の汚水に凝集剤を添加し、混和する凝集混和手段と、前記凝集混和手段からの汚水を分離水と汚泥とに分離する固液分離手段と、前記固液分離手段において分離された汚泥を脱水する脱水手段と、前記固液分離手段において分離された分離水を導入して、リン酸塩を生成させるリン酸塩生成手段と、前記リン酸塩生成手段において得られたリン酸塩を回収するリン酸塩回収手段と、前記リン酸塩生成手段からの脱離液と前記固液分離手段において分離された汚泥の一部とを硝化脱窒処理する生物処理手段とを備えたことを特徴とするリン含有有機性汚水処理装置。
【請求項２】
前記リン酸塩生成手段は、前記固液分離手段において分離された分離水と前記脱水手段からの脱水ろ液とを混合して、リン酸塩を生成させることを特徴する、請求項１記載のリン含有有機性汚水処理装置。
【請求項３】
前記リン酸塩生成手段により生成されるリン酸塩は、リン酸マグネシウムアンモニウムまたはリン酸カルシウムであることを特徴とする、請求項１または２記載のリン含有有機性汚水処理装置。
【請求項４】
前記リン酸塩回収手段の後にリン酸塩分級手段を設けて、粒子径の小さいリン酸塩結晶を前記リン酸塩生成手段に供給することを特徴とする、請求項１から３の何れか１つに記載のリン含有有機性汚水処理装置。
【請求項５】
前記生物処理手段からの汚泥を前記脱水手段に供給することを特徴とする、請求項１から４の何れか１つに記載のリン含有有機性汚水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リン含有有機性汚水、特に、生し尿、浄化槽汚泥、合併浄化槽汚泥、農集汚泥等のし尿系汚水、下水等、または、これらの混合物の廃液中に含まれるリンまたは窒素を、再資源化可能なリン酸マグネシウムアンモニウムまたはリン酸カルシウムとして回収でき、また、リンまたは窒素の除去効率を大幅に改善できるリン含有有機性汚水処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、リン含有有機性汚水の処理方法において、リンや窒素を除去するための手段としては、生物学的硝化脱窒素処理方法や、嫌気好気法、凝集沈殿法等を組み合わせた方法が多く、その一例として高負荷脱窒素処理プロセスが挙げられる。また、高負荷脱窒素処理プロセスからリンを回収する手段として、特公平１−２４５５８号公報（特許文献１）には、生物処理手段の前段でマグネシウム化合物を添加し、生成したリン酸マグネシウム化合物を添加し、生成したリン酸マグネシウムアンモニウムを濃縮汚泥と共に固液分離して、コンポスト化するプロセスが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特公平１−２４５５８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高負荷脱窒素処理プロセスは、生物処理手段に係る負荷変動が大きいために運転操作が煩雑であること、脱リンのために多量の薬剤を使用せざるを得ないこと等の問題があった。また、上記特許文献１に開示されたリン回収を伴うプロセスは、回収されたリンと汚泥とが混合された状態で分離されるために、回収されたリンの再資源化用途がコンポストに限られるので、リンを効率的に回収できないといった問題があった。
【０００５】
従って、この発明の目的は、リン含有有機性汚水の処理に際し、リン含有有機性汚水中に含まれるリンまたは窒素を再資源化可能なリン酸マグネシウムアンモニウムまたはリン酸カルシウムの結晶として回収すると共に、リンまたは窒素の除去効率を大幅に改善することにより、生物反応手段にかかる負荷を軽減して、脱リンのために必要な薬剤を大幅に軽減することができるリン含有有機性汚水処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、リン含有有機性汚水の受入貯留手段と、前記受入貯留手段内の汚水に凝集剤を添加し、混和する凝集混和手段と、前記凝集混和手段からの汚水を分離水と汚泥とに分離する固液分離手段と、前記固液分離手段において分離された汚泥を脱水する脱水手段と、前記固液分離手段において分離された分離水を導入して、リン酸塩を生成させるリン酸塩生成手段と、前記リン酸塩生成手段において得られたリン酸塩を回収するリン酸塩回収手段と、前記リン酸塩生成手段からの脱離液と前記固液分離手段において分離された汚泥の一部とを硝化脱窒処理する生物処理手段とを備えたことに特徴を有するものである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記リン酸塩生成手段は、前記固液分離手段において分離された分離水と前記脱水手段からの脱水ろ液とを混合して、リン酸塩を生成させることに特徴を有するものである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、前記リン酸塩生成手段により生成されるリン酸塩は、リン酸マグネシウムアンモニウムまたはリン酸カルシウムであることに特徴を有するものである。
【０００９】
請求項４記載の発明は、前記リン酸塩回収手段の後にリン酸塩分級手段を設けて、粒子径の小さいリン酸塩結晶を前記リン酸塩生成手段に供給することに特徴を有するものである。
【００１０】
請求項５記載の発明は、前記生物処理手段からの汚泥を前記脱水手段に供給することに特徴を有するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、この発明のリン含有有機性汚水処理装置の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、この発明のリン含有有機性汚水処理装置の一例を示すブロック図である。この例は、生し尿１と浄化槽汚泥２との両方を受け入れる例である。この発明の処理対象となるリン含有有機性汚水は、特に、生し尿、浄化槽汚泥、合併浄化槽汚泥、農集汚泥等のし尿系汚水、下水等、または、これらの混合物を含む。
【００１３】
図１において、３は、生し尿１を導入して夾雑物を除去する第一前処理手段であり、４は、浄化槽汚泥２を導入して夾雑物を除去する第二前処理手段である。
【００１４】
第一および第二前処理手段３および４は、髪の毛、砂、石、紙、繊維、ゴム製品、その他、ゴミ等の夾雑物を除去する手段であり、その構成は限定されない。
【００１５】
５は、第一および第二前処理手段３および４において処理された各々の汚水を、攪拌翼等の攪拌手段を用いて均一に混合する、リン含有有機性汚水の受入貯留手段としての混合手段である。
【００１６】
６は、凝集混和手段であり、混合手段５からの均一に混和された汚水に、後述する固液分離手段８にて効率良く固液分離できるように、凝集剤添加手段７からのポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄等の無機系凝集剤および高分子凝集剤のうちの少なくとも１つを添加し、混和する。
【００１７】
８は、凝集混和手段６において凝集剤が添加された汚水を分離水１７と汚泥１８とに固液分離する固液分離手段である。固液分離手段８により分離され引き抜かれた汚泥１８の一部は、後述する脱水手段９に送られて脱水される。残りの汚泥１８は、後述する生物処理手段１３に送られ、生物処理手段１３での生物反応の際に不足する有機物、無機物等の補給源となる。
【００１８】
固液分離手段８は、重力沈降装置、遠心分離装置、浮上分離装置、膜ろ過装置、ろ布ろ過装置等、汎用されている何れの分離装置であっても良い。例えば、ろ布ろ過装置を用いた場合には、使用されるろ布は、懸濁成分等を除去することができるろ布であり、主に通気度１〜１０，０００ｍＬ／ｃｍ２／分のろ布が使用される。さらに、ろ布ろ過装置形式は、加圧打込み式、加圧圧搾式、走行式、ドラム式、多段ディスク式等が用いられる。また、ろ布ろ過への通水方式は、外圧型と内圧型があり、どちらの通水方式でも問題ない。得られる分離水１７のＳＳ濃度は、濁質分がろ布表面上に堆積したケーキを用いてろ過するため、１ｍｇ／Ｌ程度まで除去することが可能である。また過大な加圧ポンプを用いる必要はなく、安価なろ布を使用するため、経済的にも有利である。また、膜分離手段を用いた場合には、清澄な分離水１７が得られる。
【００１９】
９は、脱水手段であり、固液分離装置８により分離され引き抜かれた汚泥１８、生物処理手段１３により分離された余剰汚泥２４、および後述する凝集処理手段１４により分離された汚泥２５を脱水して、脱水ろ液１９と脱水汚泥２０とに分離する。
【００２０】
１０は、リン酸塩生成手段であり、固液分離手段８により分離された分離水１７および脱水手段９により分離された脱水ろ液１９にマグネシウム塩またはカルシウム塩を添加して、リン酸マグネシウムアンモニウムまたはリン酸カルシウムの結晶を析出し、成長させる。
【００２１】
１１は、リン酸塩回収手段であり、リン酸塩生成手段１０において生成したリン酸マグネシウムアンモニウムまたはリン酸カルシウムの結晶を回収する。回収されたリン酸塩２３は、肥料原料として利用可能である。リンまたは窒素が除去された脱離液２１は、生物処理手段１３に送られる。
【００２２】
なお、リン酸塩回収手段１１の後にリン酸塩分級手段１２を設けて、粒子径の小さいリン酸塩結晶をリン酸塩生成手段１０に返送することにより、リン酸塩生成における種結晶として再利用が可能であり、これにより効率的且つ良質なリン酸塩の製造が可能となる。
【００２３】
１３は、生物処理手段であり、生物反応硝化および生物反応脱窒素等の処理がなされる。生物処理手段１３には、通常、固液分離手段が含まれ、生物反応が完了した汚泥は、固液分離され、分離された余剰汚泥２４は、脱水機９に導入され、脱水される。固液分離方法としては、重力沈降装置、遠心分離装置、浮上分離装置、膜ろ過装置、ろ布ろ過装置等を用いることができる。例えば、膜分離手段を用いた場合には、清澄な分離水が得られる。膜分離手段に用いる膜の種類は、限外ろ過膜、精密ろ過膜、逆浸透膜等の何れでも良く、その使用方法は、槽内設置型（液中膜式等）でも槽外設置型でも良い。また、膜の形式は、平膜、中空糸、管状等の何れでも良い。
【００２４】
１４は、凝集処理手段であり、凝集剤が攪拌混和された液を、ＣＯＤ成分および残留リン成分等が移行した汚泥２５と分離水とに固液分離する。凝集剤には、ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄等の無機系凝集剤および高分子凝集剤のうちの少なくとも１つを用いる。また、分離された汚泥２５は、脱水手段９に導入され、脱水される。脱水手段９により脱水、減容化された脱水汚泥２０は、焼却処理されるか生ゴミと混合してメタン発酵用原料もしくはコンポスト用原料として利用される。
【００２５】
１５は、砂ろ過手段であり、凝集処理手段１４によって分離された分離水を砂ろ過処理し、僅かに存在するＳＳ分を分離除去する。
【００２６】
１６は、活性炭処理手段であり、砂ろ過手段１５からの砂ろ過処理水中の残留ＣＯＤ成分、色度成分および臭気成分等を吸着分離する。
【００２７】
このようにして処理された清澄な処理水２６は、次工程に送られる。
【００２８】
この発明は、新設されるリン含有有機性汚水処理装置として適用可能であるばかりか、既存のリン含有有機性汚水装置の生物処理手段に付加することによって、リンまたは窒素の負荷を軽減でき、再資源化が可能なリンとして回収可能となる。
【００２９】
以上のように構成されている、この発明のリン含有有機性汚水処理装置によれば、以下のようにして、生し尿と浄化槽汚泥とが処理される。
【００３０】
生し尿１は、第一前処理手段３、浄化槽汚泥２は、第二前処理手段４においてそれぞれ処理されて種々の夾雑物が除去される。夾雑物が除去された汚水は、混合手段５に送られて均一に混合される。混合手段５からの均一に混和された汚水は、凝集混和手段６に送られ、ここで凝集剤添加手段７からのポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄等の無機系凝集剤および高分子凝集剤のうちの少なくとも１つが添加され、混和される。凝集混和手段６からの凝集剤が添加された汚水は、固液分離手段８により分離水１７と汚泥１８とに固液分離される。
【００３１】
固液分離手段８により分離され引き抜かれた汚泥１８の一部は、脱水手段９に送られ、脱水される。残りの汚泥１８は、生物処理手段１３での生物反応の際に不足する有機物、無機物等の補給源として生物処理手段１３に送られる。固液分離手段８からの分離水１７は、リン酸塩生成手段１０に送られ、ここでマグネシウム塩またはカルシウム塩が添加されて、リン酸マグネシウムアンモニウムまたはリン酸カルシウムの結晶が析出し、成長する。リン酸塩生成手段１０において生成したリン酸マグネシウムアンモニウムまたはリン酸カルシウムの結晶は、リン酸塩回収手段１１により回収される。回収されたリン酸塩２３は、肥料原料として利用される。なお、リン酸塩分級手段１２を設けた場合には、粒子径の小さいリン酸塩結晶がリン酸塩生成手段１０に返送されて、リン酸塩生成における種結晶として再利用される。
【００３２】
リンまたは窒素が除去された脱離液２１は、固液分離手段を有する生物処理手段１３に送られ、ここで、生物反応硝化および生物反応脱窒素等の処理がなされると共に生物反応が完了した汚泥が固液分離される。分離水は、凝集処理手段１４に送られ、ここで凝集剤が攪拌混和された液は、ＣＯＤ成分および残留リン成分等が移行した汚泥２５と分離水とに固液分離される。一方、余剰汚泥２４は、脱水機９に導入され、脱水される。
【００３３】
凝集処理手段１４からの分離水は、砂ろ過手段１５に送られ、ここで砂ろ過処理され、僅かに存在するＳＳ分が分離除去される。一方、汚泥２５は、脱水手段９に導入され、脱水される。脱水手段９により脱水、減容化された脱水汚泥２０は、焼却処理されるか生ゴミと混合してメタン発酵用原料もしくはコンポスト用原料として利用される。脱水手段９からの脱水ろ液１９は、リン酸塩生成手段１０に返送される。砂ろ過手段１５からの砂ろ過処理水は、活性炭処理手段１６に送られ、ここで砂ろ過処理水中の残留ＣＯＤ成分、色度成分および臭気成分等が吸着分離される。
【００３４】
このようにして、生し尿と浄化槽汚泥とは、清澄な処理水２６に処理され、次工程に送られる。
【００３５】
【実施例】
次に、この発明を実施例によりさらに説明する。
【００３６】
それぞれ５０％ずつの浄化槽汚泥およびし尿を図１に示す処理装置を用いて、目開き１ｍｍの細目スクリーンを用いて前処理し、混合手段５において混合攪拌した。凝集混和手段６に導入した混合液の性状は、表１の通りであり、凝集剤として高分子凝集剤を使用し、その添加量は、１．２％対ＳＳとした。なお、分析法は、ＪＩＳＫ−０１０２に準拠した。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
また、固液分離手段８において、ろ布走行式のろ布ろ過装置を用いて処理した。この結果、表２に示すような性状のろ液および濃縮液を得た。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
表２のろ液に、マグネシウムとリンとのモル比が１．０になるように、マグネシウムイオンとして塩化マグネシウムを添加し、ｐＨを８．５に調整して、リン酸マグネシウムアンモニウム生成手段（リン酸塩生成手段）１０に供給した。リン酸マグネシウムアンモニウム生成手段１０からの脱離液中のＰＯ４−Ｐは、２．５ｍｇ／Ｌとなり、８８％の除去率が得られた。さらに、リン酸マグネシウムアンモニウム生成手段１０により粒径０．２〜０．６ｍｍの白色針状物または白色粒状物を得た。この白色針状物または白色粒状物は、ＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分光分析）により分析を行った結果、大部分がリン酸マグネシウムアンモニウムの結晶であることが分かった。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、生し尿、リン含有有機性汚水に含まれるリンや窒素を再資源化が可能なリン酸マグネシウムアンモニウムまたはリン酸カルシウムの結晶として回収することができ、しかも、脱窒素および硝化等の生物処理の前段においてリン酸マグネシウムアンモニウムまたはリン酸カルシウムの結晶として回収することにより、リンまたは窒素の除去効率を大幅に改善することができるので、生物反応手段にかかる負荷を軽減することができるといった有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のリン含有有機性汚泥処理装置の一実施態様を示すブロック図である。
【符号の説明】
１：生し尿
２：浄化槽汚泥
３：第一前処理手段
４：第二前処理手段
５：混合手段
６：凝集混和手段
７：凝集剤添加手段
８：固液分離手段
９：脱水手段
１０：リン酸塩生成手段
１１：リン酸塩回収手段
１２：リン酸塩分級手段
１３：生物処理手段
１４：凝集処理手段
１５：砂ろ過手段
１６：活性炭処理手段
１７：分離水
１８：汚水
１９：脱水ろ液
２０：脱水汚泥
２１：脱離液
２２：リン酸塩結晶
２３：リン酸塩
２４：余剰汚泥
２５：汚泥
２６：処理水
【図１】
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