(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱媒体を収容可能な容器と、
前記加熱媒体中に配置され、所定の配管長及び所定の配管径を有し、コイル状又はスパイラル状又はコルゲート状に屈曲形成され、前記容器の外部から汚泥を導入する導入口と、前記外部へ前記汚泥を排出する排出口とを有する配管と、
前記汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された汚泥を前記加熱媒体を介して６０℃〜９０℃で加熱する加熱手段と、
前記配管長及び前記配管径を基に、前記配管へ導入された前記汚泥が当該配管内を前記導入口側から前記排出口側へ流通しながら３分〜１２０分間加熱された後に排出されるように前記汚泥の流速を制御する制御手段と
を具備することを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の汚泥処理装置であって、
前記配管から排出された汚泥を冷却する手段を更に具備することを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の処理装置であって、
前記配管への汚泥の導入を停止するとともに、当該配管へ浄水を導入する手段と、
前記配管への浄水の導入を停止するとともに、当該配管への汚泥の導入を再開する手段と
を更に具備することを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の処理装置において、
前記配管は前記容器に着脱可能に設けられることを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項５】
有機性廃水を導入して嫌気処理するための嫌気処理槽と、
前記嫌気処理後の有機性廃水を導入して好気処理するための好気処理槽と、
前記嫌気処理及び好気処理後の有機性廃水を一次処理水と一次汚泥とに固液分離するための第１の固液分離槽と、
加熱媒体を収容可能な容器と、
前記加熱媒体中に配置され、所定の配管長及び所定の配管径を有し、コイル状又はスパイラル状又はコルゲート状に屈曲形成され、前記容器の外部から前記分離された一次汚泥を導入する導入口と、前記外部へ当該一次汚泥を排出する排出口とを有する配管と、
前記一次汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された一次汚泥を前記加熱媒体を介して６０℃〜９０℃で加熱する加熱手段と、
前記配管長及び前記配管径を基に、前記配管へ導入された前記一次汚泥が当該配管内を前記導入口側から前記排出口側へ流通しながら３分〜１２０分間加熱された後に排出されるように前記一次汚泥の流速を制御する制御手段と、
前記配管から排出された一次汚泥を二次処理水と二次汚泥とに固液分離するための第２の固液分離槽と、
前記分離された二次処理水に凝集剤を添加してリン成分を沈殿させるための凝集槽と
を具備することを特徴とする有機性廃水処理装置。
【請求項６】
加熱媒体を収容可能な容器と、
前記加熱媒体中に配置され、所定の配管長及び所定の配管径を有し、コイル状又はスパイラル状又はコルゲート状に屈曲形成され、前記容器の外部から汚泥を導入する導入口と、前記外部へ汚泥を排出する排出口とを有する配管と、
前記汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された汚泥を前記加熱媒体を介して常温以上６０℃未満の温度で加熱する加熱手段と、
前記加熱中の汚泥に超音波を照射する超音波照射手段と、
前記配管長及び前記配管径を基に、前記配管へ導入された前記汚泥が当該配管内を前記導入口側から前記排出口側へ流通しながら３分〜１２０分間加熱された後に排出されるように前記汚泥の流速を制御する制御手段と
を具備することを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項７】
有機性廃水を導入して嫌気処理するための嫌気処理槽と、
前記嫌気処理後の有機性廃水を導入して好気処理するための好気処理槽と、
前記嫌気処理及び好気処理後の有機性廃水を一次処理水と一次汚泥とに固液分離するための第１の固液分離槽と、
加熱媒体を収容可能な容器と、
前記加熱媒体中に配置され、所定の配管長及び所定の配管径を有し、コイル状又はスパイラル状又はコルゲート状に屈曲形成され、前記容器の外部から前記分離された一次汚泥を導入する導入口と、前記外部へ当該一次汚泥を排出する排出口とを有する配管と、
前記汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された一次汚泥を前記加熱媒体を介して常温以上６０℃未満の温度で加熱する加熱手段と、
前記加熱中の一次汚泥に超音波を照射する超音波照射手段と、
前記配管長及び前記配管径を基に、前記配管へ導入された前記一次汚泥が当該配管内を前記導入口側から前記排出口側へ流通しながら３分〜１２０分間加熱された後に排出されるように前記一次汚泥の流速を制御する制御手段と、
前記配管から排出された一次汚泥を二次処理水と二次汚泥とに固液分離するための第２の固液分離槽と、
前記分離された二次処理水に凝集剤を添加してリン成分を沈殿させるための凝集槽と
を具備することを特徴とする有機性廃水処理装置。
【請求項８】
加熱媒体を収容可能な容器と、
前記加熱媒体中に配置され、所定の配管長及び所定の配管径を有し、コイル状又はスパイラル状又はコルゲート状に屈曲形成され、前記容器の外部から汚泥を導入する導入口と、前記外部へ汚泥を排出する排出口とを有する配管と、
前記汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された汚泥を前記加熱媒体を介して６０℃〜９０℃で加熱する加熱手段と、
前記配管長及び前記配管径を基に、前記配管へ導入された前記汚泥が当該配管内を前記導入口側から前記排出口側へ流通しながら３分以上１０分未満の間加熱された後に排出されるように前記汚泥の流速を制御する制御手段と
を具備することを特徴とする汚泥処理装置。
【請求項９】
有機性廃水を導入して嫌気処理するための嫌気処理槽と、
前記嫌気処理後の有機性廃水を導入して好気処理するための好気処理槽と、
前記嫌気処理及び好気処理後の有機性廃水を一次処理水と一次汚泥とに固液分離するための第１の固液分離槽と、
加熱媒体を収容可能な容器と、
前記加熱媒体中に配置され、所定の配管長及び所定の配管径を有し、コイル状又はスパイラル状又はコルゲート状に屈曲形成され、前記容器の外部から前記分離された一次汚泥を導入する導入口と、前記外部へ当該一次汚泥を排出する排出口とを有する配管と、
前記一次汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された一次汚泥を前記加熱媒体を介して６０℃〜９０℃で加熱する加熱手段と、
前記配管長及び前記配管径を基に、前記配管へ導入された前記一次汚泥が当該配管内を前記導入口側から前記排出口側へ流通しながら３分以上１０分未満の間加熱された後に排出されるように前記一次汚泥の流速を制御する制御手段と、
前記配管から排出された一次汚泥を二次処理水と二次汚泥とに固液分離するための第２の固液分離槽と、
前記分離された二次処理水に凝集剤を添加してリン成分を沈殿させるための凝集槽と
を具備することを特徴とする有機性廃水処理装置。
【請求項１０】
リン成分を含有する汚泥を含有する有機性廃水からリンを生産する方法であって、
前記有機性廃水を嫌気処理する工程と、
前記嫌気処理後の有機性廃水を好気処理する工程と、
前記好気処理後の有機性廃水を一次処理水と一次汚泥とに固液分離する工程と、
加熱媒体を収容した容器の前記加熱媒体中に配置され、所定の配管長及び所定の配管径を有し、コイル状又はスパイラル状又はコルゲート状に屈曲形成され、導入口及び排出口を有する配管へ、前記分離された一次汚泥を導入する工程と、
前記一次汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された一次汚泥を前記加熱媒体を介して６０℃〜９０℃で加熱する工程と、
前記配管長及び前記配管径を基に、前記配管へ導入された前記一次汚泥が当該配管内を前記導入口側から前記排出口側へ流通しながら３分〜１２０分間加熱された後に排出されるように前記一次汚泥の流速を制御する工程と、
前記配管から排出された一次汚泥を二次処理水と二次汚泥とに固液分離する工程と、
前記分離された二次処理水に凝集剤を添加して前記二次処理水中のリン成分を凝集させる工程と
を具備することを特徴とするリンの生産方法。
【請求項１１】
リン成分を含有する汚泥を含有する有機性廃水からリンを生産する方法であって、
前記有機性廃水を嫌気処理する工程と、
前記嫌気処理後の有機性廃水を好気処理する工程と、
前記好気処理後の有機性廃水を一次処理水と一次汚泥とに固液分離する工程と、
加熱媒体を収容した容器の前記加熱媒体中に配置され、所定の配管長及び所定の配管径を有し、コイル状又はスパイラル状又はコルゲート状に屈曲形成され、導入口及び排出口を有する配管へ、前記分離された一次汚泥を導入する工程と、
前記一次汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された一次汚泥を前記加熱媒体を介して常温以上６０℃未満の温度で加熱する工程と、
前記加熱中の一次汚泥に前記加熱媒体を介して超音波を照射する工程と、
前記配管長及び前記配管径を基に、前記配管へ導入された前記一次汚泥が当該配管内を前記導入口側から前記排出口側へ流通しながら３分〜１２０分間加熱された後に排出されるように前記一次汚泥の流速を制御する工程と、
前記配管から排出された一次汚泥を二次処理水と二次汚泥とに固液分離する工程と、
前記分離された二次処理水に凝集剤を添加して前記二次処理水中のリン成分を凝集させる工程と
を具備することを特徴とするリンの生産方法。
【請求項１２】
リン成分を含有する汚泥を含有する有機性廃水からリンを生産する方法であって、
前記有機性廃水を嫌気処理する工程と、
前記嫌気処理後の有機性廃水を好気処理する工程と、
前記好気処理後の有機性廃水を一次処理水と一次汚泥とに固液分離する工程と、
加熱媒体を収容した容器の前記加熱媒体中に配置され、所定の配管長及び所定の配管径を有し、コイル状又はスパイラル状又はコルゲート状に屈曲形成され、導入口及び排出口を有する配管へ、前記分離された一次汚泥を導入する工程と、
前記一次汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された一次汚泥を前記加熱媒体を介して６０℃〜９０℃で加熱する工程と、
前記配管長及び前記配管径を基に、前記配管へ導入された前記一次汚泥が当該配管内を前記導入口側から前記排出口側へ流通しながら３分以上１０分未満の間加熱された後に排出されるように前記一次汚泥の流速を制御する工程と、
前記配管から排出された一次汚泥を二次処理水と二次汚泥とに固液分離する工程と、
前記分離された二次処理水に凝集剤を添加して前記二次処理水中のリン成分を凝集させる工程と
を具備することを特徴とするリンの生産方法。
【請求項１３】
リン成分を第１の濃度で含有する第１の汚泥から、前記リン成分を第１の濃度より低い第２の濃度で含有する第２の汚泥を生産する汚泥の生産方法において、
加熱媒体を収容した容器の前記加熱媒体中に配置され、所定の配管長及び所定の配管径を有し、コイル状又はスパイラル状又はコルゲート状に屈曲形成され、導入口及び排出口を有する配管へ、前記第１の汚泥を導入する工程と、
前記第１の汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された第１の汚泥を前記加熱媒体を介して６０℃〜９０℃で加熱する工程と、
前記配管長及び前記配管径を基に、前記配管へ導入された前記第１の汚泥が当該配管内を前記導入口側から前記排出口側へ流通しながら３分〜１２０分間加熱された後に排出されるように前記第１の汚泥の流速を制御する工程と、
前記配管から排出された第１の汚泥を処理水と前記第２の汚泥とに固液分離する工程と
を具備することを特徴とする汚泥の生産方法。
【請求項１４】
リン成分を第１の濃度で含有する第１の汚泥から、前記リン成分を第１の濃度より低い第２の濃度で含有する第２の汚泥を生産する汚泥の生産方法において、
加熱媒体を収容した容器の前記加熱媒体中に配置され、所定の配管長及び所定の配管径を有し、コイル状又はスパイラル状又はコルゲート状に屈曲形成され、導入口及び排出口を有する配管へ、前記第１の汚泥を導入する工程と、
前記第１の汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された第１の汚泥を前記加熱媒体を介して常温以上６０℃未満の温度で加熱する工程と、
前記加熱中の第１の汚泥に前記加熱媒体を介して超音波を照射する工程と、
前記配管長及び前記配管径を基に、前記配管へ導入された前記第１の汚泥が当該配管内を前記導入口側から前記排出口側へ流通しながら３分〜１２０分間加熱された後に排出されるように前記第１の汚泥の流速を制御する工程と、
前記配管から排出された第１の汚泥を処理水と前記第２の汚泥とに固液分離する工程と
を具備することを特徴とする汚泥の生産方法。
【請求項１５】
リン成分を第１の濃度で含有する第１の汚泥から、前記リン成分を第１の濃度より低い第２の濃度で含有する第２の汚泥を生産する汚泥の生産方法において、
加熱媒体を収容した容器の前記加熱媒体中に配置され、所定の配管長及び所定の配管径を有し、コイル状又はスパイラル状又はコルゲート状に屈曲形成され、導入口及び排出口を有する配管へ、前記第１の汚泥を導入する工程と、
前記第１の汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された第１の汚泥を前記加熱媒体を介して６０℃〜９０℃で加熱する工程と、
前記配管長及び前記配管径を基に、前記配管へ導入された前記第１の汚泥が当該配管内を前記導入口側から前記排出口側へ流通しながら３分〜１０分未満の間加熱された後に排出されるように前記第１の汚泥の流速を制御する工程と、
前記配管から排出された第１の汚泥を処理水と前記第２の汚泥とに固液分離する工程と
を具備することを特徴とする汚泥の生産方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥を含む有機性廃水を加熱処理することが可能な汚泥処理装置、有機性廃水処理装置、前記有機性廃水からリンを生産する方法及び汚泥を生産する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、下水等の有機性廃水に含まれるリン（正リン酸、ポリリン酸、リン酸塩、リン酸エステル等）の除去方法としては、凝集剤添加法、晶析脱リン法、嫌気―好気活性汚泥法などが知られている。
【０００３】
凝集剤添加法は、アルミニウムイオンや鉄イオンなどの三価金属陽イオンが正リン酸イオンと反応して難水溶性のリン酸塩を生成することを利用し、硫酸アルミニウム等の凝集剤を廃水に混和して、難溶性のリン酸塩から形成されるフロックが沈殿分離されるものである。
【０００４】
晶析脱リン法とは、正リン酸イオンとカルシウムイオンとの搬送による難溶性のヒドロキシアパタイトの精製に基づくものであり、余剰汚泥の増加を伴わない点では好ましいものではあるが、前処理により晶析妨害物質を除去したり、ｐＨや温度を調整したりする等、アパタイト晶析のために必要な条件を厳密にコントロールする必要があるので、適用が限定され、またコスト増大の可能性もあり、好ましい方法とはいえない。
【０００５】
嫌気―好気活性汚泥法は、嫌気条件でエネルギー獲得のためにポリリン酸を正リン酸として放出した微生物が、好気状態で正リン酸を過剰摂取・代謝後にポリリン酸として蓄積することを利用した方法であり、廃水を嫌気処理槽、好気処理槽及び沈殿池における反復処理に付して、余剰汚泥にリン成分を内包させ、処理水中のリン成分を除去するものである。
【０００６】
これらの方法のうち、嫌気―好気活性汚泥法を応用した技術として、有機性廃水に対して嫌気処理及び好気処理を実施した後、廃水を一次処理水と一次汚泥とに固液分離し、分離された一次汚泥からリン成分を液相に放出させるために６０℃〜９０℃で１０分〜１２０分間加熱処理を行い、放出されたリン成分を含有する二次処理水と、リン成分が除去された二次汚泥とに固液分離し、分離された二次処理水に対して凝集剤を添加することで前記液相からリン成分を沈殿させる、という処理方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３４９９１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ポリリン酸は、リン酸が直鎖状に数個〜数千個重合したポリマーである。したがって、上記リン成分は、リン酸よりもポリリン酸として放出される方が、後で添加する凝集剤の量も少なくて済み、かつ沈殿として回収されるリン成分の量も多いため効率がよい。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においては、加温槽に直接汚泥を導入して加熱処理するため、加熱された一次汚泥は、加温槽から短時間で排出される場合と加温槽内に長時間滞留した後に排出される場合とがあり、汚泥の加温時間にばらつきが出る。よって、短時間（例えば１０分未満）で排出された場合には、加温時間が短すぎるためにポリリン酸が液相に放出されず、長時間（例えば１２０分以上）滞留後に排出された場合には、加温時間が長すぎるために液相に放出されたポリリン酸がリン酸に加水分解してしまい、ポリリン酸として沈殿させることができない。リン酸として沈殿された場合には、添加する凝集剤の量も多くなり、ｐＨ調節（アルカリ処理）等余計な作業も必要となる。
【０００９】
また、加温時間にばらつきがあるために、汚泥中に存在するノロウィルスやクリプトスポリジウム等の病原性微生物の殺滅効果が不完全となり、回収されたリン成分を再利用する際に問題となる。更に、加温槽は密閉されていないため、汚泥の加熱により悪臭が発生してしまうという問題もある。
【００１０】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、有機性廃水から効率よくリン成分を回収することが可能な汚泥処理装置、有機性廃水処理装置、リンの生産方法及び汚泥の生産方法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】
【００１１】
上述の課題を解決するため、本発明の主たる観点に係る汚泥処理装置は、加熱媒体を収容可能な容器と、前記加熱媒体中に配置され、前記容器の外部から汚泥を導入し、前記外部へ前記汚泥を排出することが可能な配管と、前記汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された汚泥を前記加熱媒体を介して６０℃〜９０℃で加熱する加熱手段と、前記配管へ導入された前記汚泥が３分〜１２０分間加熱された後に排出されるように前記汚泥の流速を制御する制御手段とを具備する。
【００１２】
ここで上記リン成分とは、ポリリン酸やリン酸である。上記液相中にリン成分を放出させて配管から汚泥を排出させた後に、凝集剤を添加して固形のリンとして回収するためには、リン酸よりはポリマーとしてのポリリン酸の方が好ましい。また加熱温度を６０℃〜９０℃としたのは、６０℃未満だと、放出されるリン成分が少なく、かつポリリン酸よりもリン酸として放出される量の方が多いため、最終的に固形のリン成分として十分な量を回収できないためであり、また９０℃より温度が高いと、リン成分は放出されるものの、９０度以下の場合に比べてその放出量がとりたてて増加するわけではないため、エネルギーが無駄になってしまい加熱コストが増す一方、放出されたポリリン酸が速やかにリン酸へ分解してしまうためにリン成分回収のための凝集剤の必要量も増し、効率よくリン成分を回収できないからである。また、汚泥の加熱時間を３分〜１２０分としたのは、３分未満だとリン成分が液相中にほとんど放出されず、１２０分より長い時間加熱すると放出されたポリリン酸の多くがリン酸へ分解されてしまい、いずれの場合も効率よくリン成分を回収できなくなるためである。加熱手段としては例えばスチーム発生装置やヒータが用いられ、例えば水等の加熱媒体の温度が６０℃〜９０℃となるように調整される。当該加熱媒体の熱が配管内の汚泥へ伝えられることで汚泥が加熱されるため、「３分〜１２０分間加熱」とは、汚泥の温度が６０℃〜９０℃まで実際に上昇してから３分〜１２０分加熱することをいう。
【００１３】
この構成によれば、汚泥を配管に導入して加熱するため、先に導入された汚泥は後に導入された汚泥よりも常に先に排出されることになる。従って、汚泥の流速を制御することで、導入された汚泥は常に３分〜１２０分加熱された後に排出されることとなる。これにより、上記容器に直接汚泥を導入して加熱する場合に比べて、汚泥の加熱時間にばらつきが生じることがなくなるため、汚泥からリン成分をより効率よく高濃度で放出させることができ、当該放出されたリン成分を凝集させることで、固形のリン成分を効率よく回収することができる。また、汚泥が十分に加熱されることで、汚泥中に含まれる病原性微生物を確実に殺滅させることができる。更に、配管という密閉空間で加熱するため、悪臭が発生することもなくなる。
【００１４】
本発明の一の形態によれば、上記汚泥処理装置において、前記配管はコイル状又はスパイラル状又はコルゲート状に形成される。この場合、例えば長尺の一本の配管をコイル状又はスパイラル状又はコルゲート上に屈曲形成する。配管をこのような形状とすることで、容器内のスペースを有効活用して、上記３分〜１２０分の加熱を行なうのに十分な長さをとることができ、汚泥の液相中へリン成分を確実に放出させることができる。当該配管の材質は例えば鉄等の金属であるが、樹脂等であってもよい。
【００１５】
本発明の一の形態によれば、上記汚泥処理装置は、前記配管から排出された汚泥を冷却する手段を更に具備していてもよい。上述のように、放出されたリン成分に凝集剤を添加して固形のリンとして回収するには、リン酸よりはポリリン酸の方が好ましいが、上記汚泥を加熱した場合に放出されるポリリン酸は、そのまま加熱を続けるとリン酸等に分解されてしまうおそれがある。そこで、加熱してリン成分を放出させた汚泥を冷却することで、ポリリン酸のリン酸等への分解を防いで効率よくリン成分を回収することが可能となる。
【００１６】
本発明の一の形態によれば、上記汚泥処理装置は、前記配管への汚泥の導入を停止するとともに、当該配管へ浄水を導入する手段と、前記配管への浄水の導入を停止するとともに、当該配管への汚泥の導入を再開する手段とを具備する。これにより、上記配管へ汚泥の導入を長時間停止した場合に、浄水を導入しておくことで、汚泥がスケールとして配管内に沈着して配管に詰まりが生じることを未然に防止することができる。
【００１７】
本発明の一の形態によれば、上記汚泥処理装置において、前記配管は前記容器に着脱可能に設けられてもよい。これにより、例えば前記配管内に詰まりが生じたり、配管が破損または劣化したりする等のトラブルが生じた場合でも、配管自体を例えば着脱可能にカセット化しておき、トラブル時に当該配管を問題の無い配管に交換することで、トラブルを早期に解決して汚泥処理装置の稼動を再開させることができる。
【００１８】
本発明の他の観点に係る有機性廃水処理装置は、有機性廃水を導入して嫌気処理するための嫌気処理槽と、前記嫌気処理後の有機性廃水を導入して好気処理するための好気処理槽と、前記嫌気処理及び好気処理後の有機性廃水を一次処理水と一次汚泥とに固液分離するための第１の固液分離槽と、加熱媒体を収容可能な容器と、前記加熱媒体中に配置され、前記容器の外部から前記分離された一次汚泥を導入し、前記外部へ当該一次汚泥を排出することが可能な配管と、前記一次汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された一次汚泥を前記加熱媒体を介して６０℃〜９０℃で加熱する加熱手段と、前記配管へ導入された前記一次汚泥が３分〜１２０分間加熱された後に排出されるように前記一次汚泥の流速を制御する制御手段と、前記配管から排出された一次汚泥を二次処理水と二次汚泥とに固液分離するための第２の固液分離槽と、前記分離された二次処理水に凝集剤を添加してリン成分を沈殿させるための凝集槽とを具備する。
【００１９】
上記嫌気処理槽及び好気処理槽においては、いわゆる嫌気好気活性汚泥法により有機性廃水が嫌気条件及び好気条件に繰り返し晒されることによって、有機性廃水の水分側（上記一次処理水側）へ含まれていたリン成分が汚泥側（一次汚泥側）へ濃縮される。そして上記第１の固液分離槽において分離された一次汚泥が、上記容器内の配管に導入されて３分〜１２０分加熱された後に排出される。当該排出された一次汚泥は、第２の固液分離槽でリン成分を含む二次処理水とリン成分を除去された二次汚泥とに分離され、凝集槽で二次処理水に凝集剤を添加することで固形のリン成分を回収可能となる。これにより、上記容器に直接汚泥を導入して加熱する場合に比べて、上記３分〜１２０分の加熱時間を確保することができ、汚泥の加熱時間にばらつきが生じることがなくなるため、汚泥からリン成分をより効率よく高濃度で放出させ、第２の固液分離槽を経て凝集槽にて固形のリン成分を効率よく回収することができる。なお、上記凝集剤とは例えば塩化カルシウムである。
【００２０】
本発明の他の観点に係る汚泥処理装置は、加熱媒体を収容可能な容器と、前記加熱媒体中に配置され、前記容器の外部から汚泥を導入し、前記外部へ汚泥を排出することが可能な配管と、前記汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された汚泥を前記加熱媒体を介して常温以上６０℃未満の温度で加熱する加熱手段と、前記加熱中の汚泥に超音波を照射する超音波照射手段と、前記配管へ導入された前記汚泥が３分〜１２０分間加熱された後に排出されるように前記汚泥の流速を制御する制御手段とを具備する。
【００２１】
これにより、上記配管に導入された汚泥に超音波を照射することで、超音波振動により汚泥とリン成分との分子間結合の開裂が引き起こされ、６０℃未満の温度で加熱しても、６０℃〜９０℃で加熱した場合と同様に効率よく汚泥の液相中にリン成分を放出させることが可能となる。
【００２２】
本発明の他の観点に係る有機性廃水処理装置は、有機性廃水を導入して嫌気処理するための嫌気処理槽と、前記嫌気処理後の有機性廃水を導入して好気処理するための好気処理槽と、前記嫌気処理及び好気処理後の有機性廃水を一次処理水と一次汚泥とに固液分離するための第１の固液分離槽と、加熱媒体を収容可能な容器と、前記加熱媒体中に配置され、前記容器の外部から前記分離された一次汚泥を導入し、前記外部へ当該一次汚泥を排出することが可能な配管と、前記汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された一次汚泥を前記加熱媒体を介して常温以上６０℃未満の温度で加熱する加熱手段と、前記加熱中の一次汚泥に超音波を照射する超音波照射手段と、前記配管へ導入された前記一次汚泥が３分〜１２０分間加熱された後に排出されるように前記一次汚泥の流速を制御する制御手段と、前記配管から排出された一次汚泥を二次処理水と二次汚泥とに固液分離するための第２の固液分離槽と、前記分離された二次処理水に凝集剤を添加してリン成分を沈殿させるための凝集槽とを具備する。
【００２３】
これにより、上記配管に導入された一次汚泥に超音波を照射することで、６０℃未満の温度で加熱しても、６０℃〜９０℃で加熱した場合と同様に効率よく汚泥の液相中にリン成分を放出させ、上記凝集槽にて効率よくリン成分を回収することが可能となる。
【００２４】
本発明のまた別の観点に係る汚泥処理装置は、加熱媒体を収容可能な容器と、前記加熱媒体中に配置され、前記容器の外部から汚泥を導入し、前記外部へ汚泥を排出することが可能な配管と、前記汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された汚泥を前記加熱媒体を介して６０℃〜９０℃で加熱する加熱手段と、前記配管へ導入された前記汚泥が３分以上１０分未満の間加熱された後に排出されるように前記汚泥の流速を制御する制御手段とを具備する。
【００２５】
この構成により、上記容器に直接汚泥を導入して加熱する場合に比べて、３分以上１０分未満というわずかな時間でリン成分を上記汚泥の液相中に放出させ、当該リン成分を効率よく回収することが可能となる。
【００２６】
本発明のまた別の観点に係る有機性廃水処理装置は、有機性廃水を導入して嫌気処理するための嫌気処理槽と、前記嫌気処理後の有機性廃水を導入して好気処理するための好気処理槽と、前記嫌気処理及び好気処理後の有機性廃水を一次処理水と一次汚泥とに固液分離するための第１の固液分離槽と、加熱媒体を収容可能な容器と、前記加熱媒体中に配置され、前記容器の外部から前記分離された一次汚泥を導入し、前記外部へ当該一次汚泥を排出することが可能な配管と、前記一次汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された一次汚泥を前記加熱媒体を介して６０℃〜９０℃で加熱する加熱手段と、前記配管へ導入された前記一次汚泥が３分以上１０分未満の間加熱された後に排出されるように前記一次汚泥の流速を制御する制御手段と、前記配管から排出された一次汚泥を二次処理水と二次汚泥とに固液分離するための第２の固液分離槽と、前記分離された二次処理水に凝集剤を添加してリン成分を沈殿させるための凝集槽とを具備する。
【００２７】
本発明のリンの生産方法は、リン成分を含有する汚泥を含有する有機性廃水からリンを生産する方法であって、前記有機性廃水を嫌気処理する工程と、前記嫌気処理後の有機性廃水を好気処理する工程と、前記好気処理後の有機性廃水を一次処理水と一次汚泥とに固液分離する工程と、前記分離された一次汚泥を、加熱媒体を収容した容器の前記加熱媒体中に配置された配管へ導入する工程と、前記一次汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された一次汚泥を前記加熱媒体を介して６０℃〜９０℃で加熱する工程と、前記配管へ導入された前記一次汚泥が３分〜１２０分間加熱された後に排出されるように前記一次汚泥の流速を制御する工程と、前記配管から排出された一次汚泥を二次処理水と二次汚泥とに固液分離する工程と、前記分離された二次処理水に凝集剤を添加して前記二次処理水中のリン成分を凝集させる工程とを具備する。
【００２８】
上記凝集されたリン成分は上記有機性排水中の汚泥から完全に分離され、また上記有機性排水中に含まれているリン以外の成分を除去されているため、いわば人工的なリン鉱石として、例えば、肥料、合成洗剤、洗浄剤、金属イオン封鎖剤、食品添加剤の原料や、製紙、染色、写真技術等に用いる試薬原料、リン化合物、薬剤製造のための原料等として利用することができる。
【００２９】
本発明の他の観点に係るリンの生産方法は、リン成分を含有する汚泥を含有する有機性廃水からリンを生産する方法であって、前記有機性廃水を嫌気処理する工程と、前記嫌気処理後の有機性廃水を好気処理する工程と、前記好気処理後の有機性廃水を一次処理水と一次汚泥とに固液分離する工程と、前記分離された一次汚泥を、加熱媒体を収容した容器の前記加熱媒体中に配置された配管へ導入する工程と、前記一次汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された一次汚泥を前記加熱媒体を介して常温以上６０℃未満の温度で加熱する工程と、前記加熱中の一次汚泥に前記加熱媒体を介して超音波を照射する工程と、前記配管へ導入された前記一次汚泥が３分〜１２０分間加熱された後に排出されるように前記一次汚泥の流速を制御する工程と、前記配管から排出された一次汚泥を二次処理水と二次汚泥とに固液分離する工程と、前記分離された二次処理水に凝集剤を添加して前記二次処理水中のリン成分を凝集させる工程とを具備する。
【００３０】
これにより、６０℃未満という比較的低い温度でも上記一次汚泥から効率よくリン成分を放出させることで、リンを生産することが可能となる。
【００３１】
本発明の更に別の観点に係るリンの生産方法は、リン成分を含有する汚泥を含有する有機性廃水からリンを生産する方法であって、前記有機性廃水を嫌気処理する工程と、前記嫌気処理後の有機性廃水を好気処理する工程と、前記好気処理後の有機性廃水を一次処理水と一次汚泥とに固液分離する工程と、前記分離された一次汚泥を、加熱媒体を収容した容器の前記加熱媒体中に配置された配管へ導入する工程と、前記一次汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された一次汚泥を前記加熱媒体を介して６０℃〜９０℃で加熱する工程と、前記配管へ導入された前記一次汚泥が３分〜１０分未満の間加熱された後に排出されるように前記一次汚泥の流速を制御する工程と、前記配管から排出された一次汚泥を二次処理水と二次汚泥とに固液分離する工程と、前記分離された二次処理水に凝集剤を添加して前記二次処理水中のリン成分を凝集させる工程とを具備する。
【００３２】
これにより、３分から１０分未満というわずかな時間でも上記有機性廃水からリンを生産することが可能となる。
【００３３】
本発明の汚泥の生産方法は、リン成分を第１の濃度で含有する第１の汚泥から、前記リン成分を第１の濃度より低い第２の濃度で含有する第２の汚泥を生産する汚泥の生産方法において、前記第１の汚泥を、加熱媒体を収容した容器の前記加熱媒体中に配置された配管へ導入する工程と、前記第１の汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された第１の汚泥を前記加熱媒体を介して６０℃〜９０℃で加熱する工程と、前記配管へ導入された前記第１の汚泥が３分〜１２０分間加熱された後に排出されるように前記第１の汚泥の流速を制御する工程と、前記配管から排出された第１の汚泥を処理水と前記第２の汚泥とに固液分離する工程とを具備する。
【００３４】
これにより、上記第２の汚泥は脱リン汚泥として再利用することが可能となる。例えば、そのままセメント原料として利用することも可能である。また、脱リン汚泥はすなわち微生物であることから、メタン発酵させてメタンガスを生成することで、再生可能エネルギーの一種であるバイオマスエネルギーとして、発電等の燃料に用いることができる。また、当該メタンガスを燃料として発電するとともに、その排熱を有効利用した、いわゆるコ・ジェネレーションシステムに適用することも可能である。更に、上記発電燃料として利用した後の残渣には炭素等が含まれているため、それらを乾燥させたり炭化させたりすることで、例えば石炭火力の発電所の燃料や製鉄所における微粉炭吹き込み等に利用することもできる。
【００３５】
本発明の他の観点に係る汚泥の生産方法は、リン成分を第１の濃度で含有する第１の汚泥から、前記リン成分を第１の濃度より低い第２の濃度で含有する第２の汚泥を生産する汚泥の生産方法において、前記第１の汚泥を、加熱媒体を収容した容器の前記加熱媒体中に配置された配管へ導入する工程と、前記第１の汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された第１の汚泥を前記加熱媒体を介して常温以上６０℃未満の温度で加熱する工程と、前記加熱中の第１の汚泥に前記加熱媒体を介して超音波を照射する工程と、前記配管へ導入された前記第１の汚泥が３分〜１２０分間加熱された後に排出されるように前記第１の汚泥の流速を制御する工程と、前記配管から排出された第１の汚泥を処理水と前記第２の汚泥とに固液分離する工程とを具備する。
【００３６】
これにより、６０℃未満という比較的低い温度でも上記第２の汚泥を生産することが可能となる。
【００３７】
本発明の他の観点に係る汚泥の生産方法は、リン成分を第１の濃度で含有する第１の汚泥から、前記リン成分を第１の濃度より低い第２の濃度で含有する第２の汚泥を生産する汚泥の生産方法において、前記第１の汚泥を、加熱媒体を収容した容器の前記加熱媒体中に配置された配管へ導入する工程と、前記第１の汚泥の液相中にリン成分を放出させるために、前記配管に導入された第１の汚泥を前記加熱媒体を介して６０℃〜９０℃で加熱する工程と、前記配管へ導入された前記第１の汚泥が３分〜１０分未満の間加熱された後に排出されるように前記第１の汚泥の流速を制御する工程と、前記配管から排出された第１の汚泥を処理水と前記第２の汚泥とに固液分離する工程とを具備する。
【００３８】
これにより、３分〜１０分未満というわずかな時間で上記第２の汚泥を生産することが可能となる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、有機性廃水から効率よくリン成分を回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づき説明する。
【００４１】
（第１実施形態）  
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る有機性廃水処理装置の構成を示した図である。
【００４２】
同図に示すように、有機性廃水処理装置１００は、嫌気処理槽１、好気処理槽２、第１の固液分離槽３、加熱処理ユニット４、第２の固液分離槽５、凝集槽６、第３の固液分離槽７で構成される。嫌気処理槽１には、有機性廃水を攪拌するための攪拌装置１１が設けられ、また好気処理槽２には、例えばエアポンプ、ブロア等の曝気装置２１と、当該曝気手段から送られる空気を好気処理槽２内に行き渡らせるための散気装置２２が設けられる。また凝集槽６にも攪拌装置６１が設けられる。以下、当該有機性廃水処理装置１００における処理の流れについて説明する。
【００４３】
有機性廃水である原廃水Ａはまず上記嫌気処理槽１及び好気処理槽２においていわゆる嫌気―好気活性汚泥法による処理に付される。まず原廃水Ａは上記嫌気処理槽１に導入され、嫌気的条件下にて微生物体内に有機物を摂取せしめると共に、微生物体内にポリリン酸の顆粒として貯留されているリン成分を放出させる。この際、攪拌装置１１によって原廃水を攪拌することで、微生物と被処理水中の有機物とが効率よく接触してリン成分の放出が促進される。当該リン成分は概ね加水分解されて正リン酸として液相へ放出される。
【００４４】
次いで、この処理液は嫌気処理槽１へ移され、エアポンプ等の曝気装置２１及び散気装置２２によって、好気的な微生物による有機物の分解及び微生物によるリン成分の摂取（体内貯留）が行なわれる。上記嫌気処理によって放出されたリン成分が、当該好気処理によって微生物体内に濃縮される。当該好気処理後の廃水は再び嫌気処理槽１へ戻され、上記処理が繰り返されることで、上記リン成分の濃縮が進む。
【００４５】
上記嫌気処理及び好気処理を複数回繰り返した後、好気処理後の廃水は第１の固液分離槽３に付され、リン成分が濃縮された上記一次汚泥ｘと、一次処理水ａとに分離され、一次処理水ａは放流される。固液分離手段としては、従来から知られている沈殿、膜分離を含めた濾過等を適宜採用することができる。なお、この一次汚泥ｘの一部は、適宜嫌気処理槽１へ返送されて、その後の処理に付される汚泥の量を調整すると共に、嫌気及び好気処理での有機物の分解及び微生物によるリン成分の摂取を十分に行なわせるようにしてもよい。
【００４６】
次に、固液分離槽３から得られた一次汚泥ｘは、加熱処理ユニット４へ移される。ここで当該加熱処理ユニット４の詳細について説明する。図２は当該加熱処理ユニット４の構成を示した図である。
【００４７】
同図に示すように、加熱処理ユニット４は、処理前貯留槽４１、浄水貯留槽４２、熱交換器４４、加温槽４５、スチーム発生装置４７、処理後貯留槽４９で構成される。処理前貯留槽４１には、上記第１の固液分離槽３において分離された一次汚泥ｘが導入される。また処理前貯留槽４１はポンプ４１ａを有し、導入された一次汚泥ｘを槽外へ送り出す。
【００４８】
処理前貯留槽４１から送り出された一次汚泥ｘは、熱交換器４４を経て加温槽４５へ導入される。加温槽４５には例えば水等の加熱媒体４５ａが収容され、当該加熱媒体４５ａに浸されるように例えばコイル状に屈曲形成された加熱配管４６が設けられている。加温槽４５は例えば円筒状に形成され、その直径が例えば１ｍ、高さが２ｍである。
【００４９】
加熱配管４６は、一次汚泥ｘを導入するための導入口４６ａと、当該導入された一次汚泥ｘを排出するための排出口４６ｂを有し、例えば内径が３０ｍｍ〜５０ｍｍ、上記導入口４６ａから排出口４６ｂまでの長さが例えば３６０ｍであるが、当該内径及び長さはこれに限られるものではない。また加熱配管４６の材質は例えば鉄等の金属であるが、樹脂等であっても構わない。
【００５０】
加熱媒体４５ａには上記スチーム発生装置４７からスチームｓが導入され、当該スチームｓによって加熱媒体４５ａの温度が例えば６０℃〜９０℃となるように調整される。なお、スチーム発生装置４７以外にも、例えばコンロやヒータ等により加熱媒体４５ａの加熱を行なっても勿論構わない。
【００５１】
上記導入口４６ａから加熱配管４６に導入された一次汚泥は、当該加熱配管４６内で上記加熱媒体４５ａにより６０℃から９０℃で加熱され、例えば１０分〜１２０分経過後に上記排出口４６ｂから排出される。温度が７０℃〜８０℃の場合は、排出までの時間は２０分〜６０分となる。この排出までの時間は、上記処理前貯留槽４１のポンプ４１ａにより一次汚泥ｘの流速（流量）を制御することで調整される。すなわち、加熱配管４６に導入された一次汚泥ｘは、上記スチーム発生装置４７及び加熱媒体４５ａによる温度制御と、上記ポンプ４１ａによる一次汚泥ｘの流速制御により、加温槽４５内で６０℃〜９０℃で１０分〜１２０分、好ましくは７０℃〜８０℃で２０分〜６０分加熱されることとなる。
【００５２】
この場合の一次汚泥の流速は、加熱配管４６の内径を４０ｍｍ、導入口４６ａから排出口４６ｂまでの長さを３６０ｍとすると、加熱時間が１２０分の場合には流速０．０５ｍ／ｓ、加熱時間が１０分の場合には流速０．６ｍ／ｓとなる。すなわち、１０分〜１２０分加熱する場合の一次汚泥ｘの流速の範囲は０．０５ｍ／ｓ〜０．６ｍ／ｓ程度となる。なお、このとき、一次汚泥ｘの粘性係数を水と同一と仮定すると、レイノルズ数は約５，０００〜６０，０００程度となるので、一次汚泥ｘの流れは乱流となる。
【００５３】
当該加熱により、一次汚泥ｘの微生物中（汚泥中）から液相中にリン成分が主にポリリン酸として放出される。ポリリン酸としてリン成分が放出されると、液相から沈殿として上記凝集槽６にてリン成分を回収するために必要な金属塩（カルシウム）等の凝集剤の必要量が、上述した嫌気処理及び好気処理後に加熱せずに凝集剤を加える場合に比べて格段に低減する。
【００５４】
本発明者らは、上記加熱条件を定めるにあたり、上述のように一次汚泥ｘを加熱処理した場合のリン成分（ポリリン酸及びリン酸）の放出量について事前実験を行なった。以下、当該実験結果について説明する。
【００５５】
実験室内回分式嫌気好気活性汚泥プロセスにて、１Ｌ容量の三角フラスコ中に、下水処理場由来の活性汚泥５００ｍｌを入れ、次いで図３に示す組成を有する有機性廃水５００ｍｌを投入した。
【００５６】
この原廃水１Ｌに対して、嫌気処理を２０℃、ｐＨ７にて滞留時間２時間に亘って行い、続いて２０℃、曝気量２０ｖｖｍ（エアレーションポンプを使用）、ｐＨ７にて滞留時間５時間に亘って好気処理を実施した。この処理の間、液体をスターラーで攪拌し続け、液量は１Ｌに維持するようにした。
【００５７】
好気処理終了後に、汚泥を１ｍｌずつエッペンドルチューブ２５本に分取し、それぞれ５本ずつを５０℃、６０℃、７０℃、８０℃及び９０℃に設定した恒温槽に静置した。２０分毎に１チューブずつサンプリングし、各試料を８，０００×ｇにて５分間遠心分離してから、上清に含まれる全リン量、ポリリン酸量及びリン酸量を以下の方法に従って定量した。  
全リン量：過硫酸アンモニウム存在下に熱水分解（１２１℃、３０分間）した後、下記方法によりリン酸として定量  
ポリリン酸量：１Ｎ塩酸の存在下に加熱分解（１００℃、７分間）した後、下記方法によりリン酸として定量  
リン酸量：ＪＩＳＫ０１０２によるモリブデン青（アスコルビン酸還元）吸光光度法に基づくリン酸イオン量測定  
次いで、これらの上清中のリン成分が凝集沈殿によって分離できるか否かを調べるため、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）を最終濃度が５０ｍＭとなるように添加し、８，０００×ｇにて５分間遠心分離することによって得られる沈殿物の全リン量を上記全リン定量法により測定した。
【００５８】
こうして得られた結果を図４に示す。同図において、（ａ）は５０℃、（ｂ）は６０℃、（ｃ）は７０℃、（ｄ）は８０℃、（ｅ）は９０℃での加熱処理による各定量値の経時変化を示し、（ｆ）には、上記加熱処理前の活性汚泥中のリン組成（（１）：リン酸、（２）：ポリリン酸、（３）：その他リン酸化合物量）を示す。
【００５９】
同図に示すように、活性汚泥試料の加熱処理を５０℃で行った場合には、汚泥から放出されるリン成分の量は全て少なく、しかもポリリン酸よりもリン酸として放出される量が多いことが分かる（図４（ａ））。この温度では、汚泥中のポリリン酸顆粒はほとんど遊離して来ないようであった。処理温度７０℃では（図４（ｃ））、加熱開始後１時間で活性汚泥中に存在していたポリリン酸量（図４（ｆ）（２））の約９０％が遊離、放出されていた。そしてこの時点では、ポリリン酸の約２０％に該当する量が、リン酸にまで分解されている。加熱開始２時間後に塩化カルシウムを添加して遠心分離を行なうと、遊離していた全リン量のほとんどが、沈殿物として回収できた。処理温度を９０℃とすると（図４（ｅ））、ポリリン酸の放出は急速に進行し、この条件下では約１０分で終了してしまう。この時点でリン酸に分解していた量は約１０％であった。ポリリン酸の放出が終了すると、このポリリン酸は急速にリン酸へと分解され、加熱開始２時間後には遊離したポリリン酸の約６０％がリン酸になっていた。この時点で塩化カルシウムによる凝集沈殿を行なっても、回収できるリン成分の量は放出された量の約２０％程度に過ぎなかった。従って、本発明を９０℃の温度で実施する場合には、放出されたポリリン酸を速やかに凝集沈殿に付すことが好ましいことが分かる。
【００６０】
以上の実験結果により、汚泥を６０℃〜９０℃で１０分〜１２０分間加熱処理することで汚泥の液相中に多くのポリリン酸を放出させ、少ない凝集剤で効率よくリン成分を回収できることが分かった。しかしながら、当該加熱の際に、例えば従来のように加温槽４５内に直接一次汚泥ｘを導入した場合（混合型の加温槽）、当該一次汚泥ｘは、攪拌装置で攪拌をしたとしても、全ての一次汚泥ｘが加温槽内に１０分〜１２０分滞留して排出されるわけではなく、導入されてから１０分に満たない間に排出されたり、逆に１２０分以上経過後も加温槽内に留まって排出されなかったりする場合がある。すなわち、従来のような混合型加温槽の場合には、加熱時間にばらつきが生じ、１０分〜１２０分という最適加熱時間を確実に設定することができなくなる。よって、加熱時間が１０分に満たない場合には、一次汚泥ｘの液相中にリン成分が放出されず、また加熱時間が長すぎる場合には、液相中に放出されたポリリン酸がリン酸へと加水分解してしまうため、上記実験結果のように効率よくリン成分を回収することが困難になる。
【００６１】
そこで本実施形態においては、上記加熱媒体４５ａを収容した加温槽４５内に上記加熱配管４６を設け、加熱配管４６に導入された一次汚泥ｘを加熱媒体４５ａを介して加熱することで、加熱配管４６内を流れている間は確実に加熱を行ない、上記加熱時間のばらつきを防ぐこととしている。
【００６２】
加温槽４５において加熱処理され、排出口４６ｂから排出された加熱処理液ｈは、熱交換器４４において、上記処理前貯留槽４１から加温槽４５へ導入される一次汚泥ｘとの間で熱交換される。加熱槽４５で放出させたポリリン酸は、更に引き続いて高温下に晒されるとリン酸等へ分解されてしまうため、当該熱交換により加熱処理液ｈの温度を７０℃以下、好ましくは５０℃以下、更に好ましくは４０℃以下に調整する。このように熱交換によって液温を調整することで、ヒートロスが少なくなるためランニングコストを削減することができる。また加熱処理液ｈが冷却された後に図１に示す次なる第２の固液分離槽５に供されることとなるため、当該固液分離槽５の耐熱性があまり要求されなくて済むこととなる。なお熱交換器４４を用いずに水冷、通風等によって加熱処理液ｈの冷却を行なっても構わない。そして、熱交換器４４にて冷却された加熱処理液ｈは、処理後貯留槽４９に貯留された後、図１に示す第２の固液分離槽５に付されることとなる。
【００６３】
なお、本実施形態における有機性廃水処理装置１００は例えば下水処理場等において２４時間稼動させることも可能であるが、例えば夜間中等、一時的に比較的長期間稼動を停止することも考えられる。その場合、上記加熱配管４６に導入された一次汚泥ｘの流れが停止して時間が経過すると、当該一次汚泥ｘが加熱配管４６内でスケールとして沈着して、稼動を再開した場合に加熱配管４６が詰まってしまう可能性がある。そこで、本実施形態においては、有機性廃水処理装置１００の稼動停止時に、加熱配管４６内を例えば浄水で置換して、詰まりを未然に防止することとしている。
【００６４】
具体的には、加熱処理ユニット４内に上記浄水４２ａを貯留しておくための浄水貯留槽４２を設け、有機性廃水処理装置１００の稼動が停止されたのを検知すると、処理前貯留槽４１と熱交換器４４との間に設けた第１の切替バルブ４３を切り替えて、加熱配管４６へ、一次汚泥ｘに換わってポンプ４２ｂにより浄水４２ａを導入する。また有機性廃水処理装置１００の稼動停止後に加熱配管４６に残留している一次汚泥ｘを全て処理後貯留槽４９へ移動させると同時に、熱交換器４４と処理後貯留槽４９との間に設けた第２の切替バルブ４８により流路を切り替えて、上記導入した浄水４２ａを加熱処理ユニット４外へ排出する。有機性廃水処理装置１００の稼動が再開されると、上記第１の切替バルブ４３及び第２の切替バルブ４８をそれぞれ切り替えて、加熱配管４６への浄水４２ａの導入を停止して一次汚泥ｘを導入する。これにより、有機性廃水処理装置１００の稼動停止時には加熱配管４６内には一次汚泥ｘの代わりに常に浄水４２ａが満たされているため、一次汚泥ｘ内の固形物がスケールとして沈着して加熱配管４６を詰まらせるのを未然に防止することができる。なお上記有機性廃水処理装置１００の稼動停止は、例えば嫌気処理槽１や好気処理槽２等の前段階のいずれかの装置のスイッチのＯＦＦを検出することで検知してもよいし、例えば処理前貯留槽４１から第１の切替バルブ４３までの間に流量計又は圧力計を設置して一次汚泥ｘの流速の変化を検出することで検知するようにしてもよい。
【００６５】
次に、上記図１を再び参照して、上記加熱処理ユニット４における処理以降の処理について説明する。当該加熱処理ユニット４から排出された一次汚泥は、第２の固液分離槽５に付され、比較的小容量のリン成分高含有処理水（二次処理水）ｂと、二次汚泥ｙとに分離される。上述の通り、第２の固液分離槽５に高い耐熱性が要求されることはないので、例えば汎用されている浮上分離機のほか、遠心分離器、膜分離器、ベルトプレス、フィルタープレス等の脱水機等を広く利用することができる。
【００６６】
こうして得られる二次処理水ｂは、従来の加熱を伴わない廃水処理装置において生じる、リン成分を含む処理水よりもその容量が格段に低減されているので、引き続き行なわれるリン凝集沈殿のための凝集槽６や第３の固液分離槽７等の設備が非常に小規模なもので十分となる。なお、上記第２の固液分離槽５によって分離された二次汚泥ｙは、脱リン汚泥として、再利用することが可能である。
【００６７】
例えば、そのままセメント原料として利用することも可能である。リン成分が除去されていないと、セメントが乾燥時に凝固しないおそれがあるが、本実施形態の二次汚泥ｙならばそのような問題も除去される。
【００６８】
また、脱リン汚泥はすなわち微生物であることから、メタン発酵させてメタンガスを生成することで、再生可能エネルギーの一種であるバイオマスエネルギーとして、発電等の燃料に用いることができる。また、当該メタンガスを燃料として発電するとともに、その排熱を有効利用した、いわゆるコ・ジェネレーションシステムに適用することも可能である。更に、上記発電燃料として利用した後の残渣には炭素等が含まれているため、それらを乾燥させたり炭化させたりすることで、例えば石炭火力の発電所の燃料や製鉄所における微粉炭吹き込み等に利用することもできる。
【００６９】
続いて、上記第２の固液分離槽５から排出された二次処理水ｂは、凝集槽６に導入され、例えば塩化カルシウム等の凝集剤Ｂを添加して攪拌装置６１で攪拌させることで、リン成分を固形成分として凝集させる。上述したように二次処理水ｂに含まれるリン成分は主としてポリリン酸として得られているため、少量の凝集剤Ｂを用いるだけで回収の容易な顆粒状の固形成分に凝集させることができる。なお、凝集剤Ｂの添加量は、二次処理水ｂに含まれる全リン成分及びポリリン酸の量から遊離リン酸残基数を割り出して、これに足るモル数の量だけ用いればよい。
【００７０】
そして、凝集槽６における処理液を第３の固液分離槽７に導入して、リン成分を実質的に含まない三次処理水ｃと固形リン成分ｐを得る。この固形のリン成分ｐは、汚泥から分離されており、原廃水Ａに含まれていたその他の成分もほとんど含んでおらず、そして減容化されているので、肥料、合成洗剤、洗浄剤、金属イオン封鎖剤、食品添加剤の原料として、また、製紙、染色、写真技術等に用いる試薬原料、リン化合物、薬剤製造のための原料等として利用しやすいものとなっている。なお、上記三次処理水ｃは上記嫌気処理槽１に返送されて再度嫌気処理に付される。
【００７１】
本発明者らは、上記加熱ユニット４を用いて、加熱配管４６の管径、管長、加熱配管４６に導入される一次汚泥ｘの流量、流速及び加熱時間を変更しながら、一次汚泥ｘを加熱配管４６に導入して加熱した場合のリンの放出量について実験を行った。以下、当該実験結果について述べる。
【００７２】
図５は、本実験の実験条件を示した図である。同図（ａ）〜（ｄ）に示すように、本実験においては、加熱温度は何れも９０℃として、加熱時間、流量、流速、管長及び管径をそれぞれ４つの条件で変更して実験を行った。一時汚泥ｘの加熱にはコンロ（図示せず）を用い、加熱後の一次汚泥ｘは、例えば冷水を充填させた冷却槽（図示せず）に導入して冷却してから処理後貯留槽４９へ貯留した。
【００７３】
なお、同図（ａ）の実験条件（１）による実験（以下、実験１という）と、同図（ｂ）の実験条件（２）による実験（以下、実験２という）を同日に、また、同図（ｃ）の実験条件（３）による実験（以下、実験３という）と、同図（ｄ）の実験条件４による実験（以下、実験（４）という）を他の同日にそれぞれ行った。
【００７４】
実験１（同図（ａ））においては、管長を７２５ｃｍ、管径を０．４ｃｍとし（この場合の管内体積は、約３６４ｃｍ３（３６４ｍｌ））、加熱温度を９０℃、加熱時間を６分３３秒、７分８秒、１２分３４秒及び１３分２６秒の４段階に設定して実験した。この場合の一次汚泥ｘの流速は５２．０ｃｍ／分〜１０２．８ｃｍ／分となり、流量は２６．１３ｍｌ／分〜５１．６５ｍｌ／分となる。
【００７５】
実験２（同図（ｂ））においては、管長を１５０７ｃｍ、管径を０．４ｃｍとし（この場合の管内体積は、約７５７ｃｍ３（７５７ｍｌ））、加熱温度は９０℃、加熱時間は２３分４３秒と設定した。この場合の一次汚泥ｘの流速は６２．２ｃｍ／分、流量は３１．２７ｍｌ／分となる。
【００７６】
実験３（同図（ｃ））においては、管長を１１６ｃｍ、管径を０．４ｃｍとし（この場合の管内体積は、約５８．３ｃｍ３（５８．３ｍｌ））、加熱温度は９０℃。加熱時間は３１秒、５８秒及び３分８秒の３段階に設定した。この場合の一次汚泥ｘの流速は３１．９ｃｍ／分〜１１４．２ｃｍ／分となり、流量は１６．０４ｍｌ／分〜５７．３７ｍｌ／分となる。
【００７７】
実験４（同図（ｄ））においては、管長を７２５ｃｍ、管径を０．４ｃｍとし（この場合の管内体積は、約３６４ｃｍ３（３６４ｍｌ））、加熱温度を９０℃、加熱時間は５分１８秒と９分１秒の２段階に設定した。この場合の一次汚泥ｘの流速は１２５ｃｍ／分及び７６．１ｃｍ／分となり、流量は６２．８２ｍｌ／分及び３８．２５ｍｌ／分となる。
【００７８】
なお、一次汚泥ｘの加熱時間としては、一次汚泥ｘが加熱されてからその温度が実際に９０℃まで上がるまでの昇温時間も考慮に入れる必要がある。本実験及び以下の実験においては、昇温時間は３０秒とし、図５においては加熱時間から当該昇温時間である３０秒を差し引いた時間を実質的な加熱時間（実加熱時間）とする。
【００７９】
また、一次汚泥ｘの粘性係数を水と同一と仮定すると、上記実験１〜実験４の何れの場合も一次汚泥ｘの流れは乱流となる。
【００８０】
図６〜図８は、上記実験１〜４の実験結果を示した図である。図６は、上記実験１及び実験２の実験結果として、一次汚泥ｘ中に放出されるリン酸、ポリリン酸の濃度（ｍｇ／ｌ）を表及びグラフで示した図であり、図７は、上記実験３及び実験４の実験結果として、一次汚泥ｘ中に放出されるリン酸、ポリリン酸の濃度（ｍｇ／ｌ）を表及びグラフで示した図であり、図８は、上記実験１〜実験４の実験結果として、一次汚泥ｘ中にもともと含まれる全リン量を１００とした場合のリン酸及びポリリン酸の割合を表及びグラフで示した図である。なお、図中のＭＬＳＳ（Mixed Liquor Suspended Solids）（混合液懸濁物質）はすなわち加熱配管４６に導入された一次汚泥ｘの量を示している。
【００８１】
これらの図に示すように、実験１及び実験２においては、一次汚泥ｘの加熱開始から約６．５分で、一次汚泥ｘ中に含まれる全リン量の約４５％のポリリン酸が放出され、そこから加熱時間が長くなるにつれてポリリン酸の放出量も増え、約２４分加熱後には約７０％のポリリン酸が放出されている。
【００８２】
また実験３及び実験４においては、一次汚泥ｘの加熱開始から１分間程度でリンの放出が始まり、３分程度加熱した場合には、一次汚泥ｘ中に含まれる全リン量の５０％以上のポリリン酸が放出され、そこから加熱時間が長くなるにつれてポリリン酸の放出量も増えている。９分間加熱した場合には７５％以上が放出されており、上記実験１及び実験２において約２４分間加熱した場合に比べても放出量に大した差はないことが分かる。
【００８３】
すなわち、上記図４で示した事前実験においては、ポリリン酸の放出には少なくとも１０分間の加熱が必要とされたが、当該実験１〜４の結果により、加熱ユニット４により、一次汚泥ｘを加熱配管４６に導入して加熱を行う場合には、少なくとも３分間の加熱により十分な量のポリリン酸が一次汚泥の液相中に放出されることが分かった。また、実験１〜４においては、ポリリン酸からリン酸への分解もほとんど見られないようであった。したがって、少なくとも３分間の加熱により、一次汚泥ｘからポリリン酸を固形成分として効率よく回収することが可能となる。
【００８４】
また、実験１から実験４においては加熱温度は９０℃においてしか実験を行っていないが、上記実験１から実験４の結果及び上記事前実験の結果から、６０℃〜９０℃未満の温度においても十分な量のポリリン酸の放出が期待できる。
【００８５】
以上説明したように、本実施形態によれば、上記一次汚泥ｘを加温槽４５内の加熱配管４６に導入して加熱媒体４５ａを介して間接的に加熱することで、加温槽４５内に一次汚泥ｘを直接導入する混合型の加温槽で加熱する場合に比べて、加熱時間のばらつきを防ぐことができ、一次汚泥ｘの液相中にポリリン酸を確実に高濃度で放出させることが可能となる。また、これにより、その後の凝集処理によって得られる固形のリン成分ｐのリン含有量も高くなり、当該リン成分ｐを再利用するにあたっての品質を向上させることができる。
【００８６】
また、上述の混合型の加温槽のように加熱時間のばらつきが生じる可能性がある場合には、長時間の加熱によってｐＨが低下して、ポリリン酸の分解が進むのを防ぐために、例えばＮａＯＨやＨ２ＳＯ４等、ｐＨを中性付近に保つための試薬を投入しなければならないが、本実施形態のように、加熱しすぎることがない場合にはそのような試薬も使用しなくて済むこととなる。
【００８７】
また、本実施形態によれば、加熱時間が十分でない間に一次汚泥ｘが加温槽４５から排出されることもないため、一次汚泥ｘ中に含まれるノロウィルスやクリプトスポリジウム等の病原性微生物を殺滅するのに十分な加熱時間をとることができ、回収したリン成分を再利用する際の安全性も高めることができる。
【００８８】
更に、加温槽４５のような上方が開放された容器に一次汚泥ｘを直接導入するのではなく、加熱配管４６へ導入して間接的に加熱するため、異臭が発生することもなくなる。
【００８９】
（第２の実施形態）  
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態において上記第１の実施形態と同様の構成となる部分については同一の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。
【００９０】
図５は、本実施形態における有機性廃水処理装置１００の加熱処理ユニット４を示した図である。同図に示すように、本実施形態においては、上述の第１実施形態と同様の加熱槽４５に、新たに超音波発生装置５０を設けている。当該超音波発生装置５０は、超音波発振器５１、超音波振動子５２、ホーン５３、チップ５４等からなり、例えばチップ５４がコイル状の加熱配管４６に囲まれながら加熱媒体４５ａに浸されるように設けられている。超音波発振器５１から発振された超音波（交流電圧）は、超音波振動子５２へ伝えられ、それにより超音波振動子５２は機械的な超音波振動を発生する。当該超音波振動はホーン５３に伝達されて増幅された上で、ホーン５３の先端に設けられたチップ５４から照射される。当該超音波振動は加熱媒体４５ａを介して加熱配管４６内の一次汚泥ｘへ伝えられる。
【００９１】
また、本実施形態における加熱温度は、例えば常温〜６０℃未満の温度に設定される。すなわち、超音波を照射することで、一次汚泥ｘ中のリン成分と汚泥との分子間結合が弱くなり、上記第１の実施形態のように６０℃〜９０℃よりも低い温度でリン成分を液相中に放出させることが可能となる。従って、エネルギー消費を抑えながらも一次汚泥ｘからポリリン酸を高濃度で放出させ、効率よくリン成分を回収することができる。
【００９２】
また、本実施形態によれば、ポリリン酸を高濃度で放出させることができるため、固形のリン成分としてのみでなく、ポリリン酸を生産するためのプロセスとして本実施形態を利用することも可能である。
【００９３】
なお、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００９４】
上述の第１及び第２の実施形態においては、加熱配管４６の形状はコイル状であったが、この他にも種々の形状を採用することができる。以下、その形状の例について説明する。
【００９５】
図６は、加温槽４５が円筒形状の場合に加熱配管４６が採ることの可能な形状の例を示した図である。同図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ加熱配管４６がスパイラル状、縦のコルゲート状、横のコルゲート状の場合の各正面斜視図（上）及び平面図（下）を示している。いずれの形状も、加温槽４５の円筒形状に合わせてスペースを効率よく使うように成形され、上記１０分〜１２０分の加熱時間を取るのに十分な長さとなっている。
【００９６】
図７は、加温槽４５が直方体形状の場合に加熱配管４６が採ることの可能な形状の例を示した図である。同図（ａ）及び（ｂ）は、加熱配管４６が横のコルゲート状及び縦のコルゲート状の場合の各正面斜視図（上）及び平面図（下）を示している。いずれの形状も、上記円筒形状の場合と同様、加温槽４５の直方体形状に合わせてスペースを効率よく使うように形成され、上記加熱時間を取るのに十分な長さとなっている。
【００９７】
これらの形状以外にも、加温槽４５及び加熱配管４６の形状は上記加熱配管４６の加熱を行なうことができる形状ならばどのような形状でも採ることができる。
【００９８】
また、上記加温槽４５及びそれに設けられた加熱配管４６等は、加熱処理ユニット４内に複数設けて、複数台をパラレルで稼動させるようにしてもよい。これにより加熱処理ユニット４に発生する危険やトラブルを回避し、また生じてもすぐに回復させて有機性廃水処理装置１００の稼動停止を極力防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】第１の実施形態における有機性廃水処理装置１００の構成を示した図である。
【図２】第１の実施形態における加熱処理ユニット４の構成を示した図である。
【図３】第１の実施形態において実験に用いた有機性廃水の組成を示す図である。
【図４】活性汚泥を５０℃〜９０℃で加熱処理実験した場合のリン成分の放出量の経時的変化を示すグラフである。
【図５】第１の実施形態における加熱ユニット４を用いてリンの放出量について行った実験の条件を示した図である。
【図６】図５の実験１及び２の結果を示した図である。
【図７】図５の実験３及び４の結果を示した図である。
【図８】図５の実験１〜実験４の結果を示した図である。
【図９】第２の実施形態における加熱処理ユニット４の構成を示した図である。
【図１０】加温槽４５が円筒形状の場合に加熱配管４６が採ることの可能な形状の例を示した図である。
【図１１】加温槽４５が直方体形状の場合に加熱配管４６が採ることの可能な形状の例を示した図である。
【符号の説明】
【０１００】
１…嫌気処理槽
２…好気処理槽
３…第１の固液分離槽
４…加熱処理ユニット
５…第２の固液分離槽
６…凝集槽
７…第３の固液分離槽
４１…処理前貯留槽
４２…浄水貯留槽
４２ａ…浄水
４３…第１の切替バルブ
４４…熱交換器
４５…加温槽
４５ａ…加熱媒体
４５…加熱槽
４６…加熱配管
４６ａ…導入口
４６ｂ…排出口
４７…スチーム発生装置
４８…第２の切替バルブ
４９…処理後貯留槽
５０…超音波発生装置
１００…有機性廃水処理装置
Ａ…原廃水
Ｂ…凝集剤
ａ…一次処理水
ｂ…二次処理水
ｃ…三次処理水
ｘ…一次汚泥
ｙ…二次汚泥
ｓ…スチーム
ｈ…加熱処理液
ｐ…リン成分
【図１】
0004786332.tif 000002
【図２】
0004786332.tif 000003
【図３】
0004786332.tif 000004
【図４】
0004786332.tif 000005
【図５】
0004786332.tif 000006
【図６】
0004786332.tif 000007
【図７】
0004786332.tif 000008
【図８】
0004786332.tif 000009
【図９】
0004786332.tif 000010
【図１０】
0004786332.tif 000011
【図１１】
0004786332.tif 000012