(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン含有水から晶析助剤及びｐＨ調整剤の添加の下でリンを晶析回収するリン晶析槽を備えているリン回収装置であって、
リン吸着剤を備え前記リン晶析槽からの排出水が供給される少なくとも２系統のリン吸着槽と、
前記リン吸着槽にアルカリ助剤を供給し、前記リン吸着剤に吸着されたリンを脱着したアルカリ助剤を回収するアルカリ助剤供給機構と、
前記アルカリ助剤供給機構により回収されたリンが溶解したアルカリ助剤を前記ｐＨ調整剤として前記リン晶析槽に供給するｐＨ調整剤供給機構と、
を備え、
前記少なくとも２系統のリン吸着槽の各々が前記リン晶析槽からの排出水が供給されるリン吸着処理と、前記アルカリ助剤供給機構からアルカリ助剤が供給されるリン脱着処理とで切り替え可能に構成されているリン回収装置。
【請求項２】
リン含有水から晶析助剤及びｐＨ調整剤の添加の下でリンを晶析回収するリン晶析槽を備えているリン回収装置であって、
前記リン晶析槽からの排出水を貯留する吸着原水槽と、
リン吸着剤を備え前記吸着原水槽からの排出水が供給されるリン吸着槽と、
前記リン吸着槽にアルカリ助剤を供給し、前記リン吸着剤に吸着されたリンを脱着したアルカリ助剤を回収するアルカリ助剤供給機構と、
前記アルカリ助剤供給機構により回収されたリンが溶解したアルカリ助剤を前記ｐＨ調整剤として前記リン晶析槽に供給するｐＨ調整剤供給機構と、
を備え、
前記リン吸着槽に前記リン晶析槽からの排出水が供給される時間帯と、前記リン吸着槽に前記アルカリ助剤供給機構からアルカリ助剤が供給される時間帯とを切り替え可能に構成されているリン回収装置。
【請求項３】
有機性排水を生物処理する生物処理槽と、
前記生物処理槽で生物処理された処理水を固液分離する固液分離機構と、
をさらに備え、
前記固液分離機構で固液分離された生物処理水がリン含有水として前記リン晶析槽に供給されるとともに前記晶析助剤としてカルシウム助剤が添加されるように構成されている請求項１または２記載のリン回収装置。
【請求項４】
リン含有水から晶析助剤及びｐＨ調整剤の添加の下でリンを晶析回収するリン晶析槽を備えているリン回収装置であって、
リン吸着剤を備え前記リン晶析槽からの排出水が供給されるリン吸着槽と、
前記リン吸着槽にアルカリ助剤を供給し、前記リン吸着剤に吸着されたリンを脱着したアルカリ助剤を回収するアルカリ助剤供給機構と、
前記アルカリ助剤供給機構により回収されたリンが溶解したアルカリ助剤を前記ｐＨ調整剤として前記リン晶析槽に供給するｐＨ調整剤供給機構と、
有機性排水を生物処理する生物処理槽と、
前記生物処理槽で生物処理された処理水を固液分離する固液分離機構と、
を備え、
前記生物処理槽に供給される前の有機性排水がリン含有水として前記リン晶析槽に供給されるとともに前記晶析助剤としてマグネシウム助剤が添加されるように構成され、前記リン晶析槽からの排出水が前記生物処理槽に供給されるとともに前記固液分離機構で固液分離された生物処理水が前記リン吸着槽に供給されるように構成されているリン回収装置。
【請求項５】
有機性排水を生物処理する生物処理槽と、
前記生物処理槽で生物処理された処理水を固液分離する固液分離機構と、
前記生物処理槽または前記固液分離機構から引き抜かれた余剰汚泥を嫌気性消化処理する消化槽と、
をさらに備え、
前記消化槽で発生した返流水がリン含有水として前記リン晶析槽に供給されるとともに前記晶析助剤としてカルシウム助剤が添加されるように構成されている請求項１または２記載のリン回収装置。
【請求項６】
リン含有水から晶析助剤及びｐＨ調整剤の添加の下でリンを晶析回収するリン晶析工程を備えているリン回収方法であって、
前記リン晶析工程からの排出水に含まれるリンをリン吸着剤で吸着するリン吸着工程と、
前記リン吸着剤に吸着されたリンをアルカリ助剤で脱着するリン脱着工程と、
前記リン脱着工程で脱着されたリンが溶解したアルカリ助剤を前記リン晶析工程で添加するｐＨ調整剤として供給するｐＨ調整剤供給工程と、
を備え、
少なくとも２系統で前記リン吸着工程と前記リン脱着工程とが実行されるように構成され、前記リン晶析工程の実行中に各系統の前記リン吸着工程と前記リン脱着工程とが交互に実行されるように構成されているリン回収方法。
【請求項７】
リン含有水から晶析助剤及びｐＨ調整剤の添加の下でリンを晶析回収するリン晶析工程を備えているリン回収方法であって、
前記リン晶析工程からの排出水を貯留する工程と、
貯留された排出水に含まれるリンをリン吸着剤で吸着するリン吸着工程と、
前記リン吸着剤に吸着されたリンをアルカリ助剤で脱着するリン脱着工程と、
前記リン脱着工程で脱着されたリンが溶解したアルカリ助剤を前記リン晶析工程で添加するｐＨ調整剤として供給するｐＨ調整剤供給工程と、
を備え、
前記リン晶析工程に実行中に、前記リン吸着工程と前記リン脱着工程とが交互に実行されるように構成されているリン回収方法。
【請求項８】
有機性排水を生物処理する生物処理工程と、
前記生物処理工程で生物処理された処理水を固液分離する固液分離工程と、
をさらに備え、
前記固液分離工程で固液分離された生物処理水がリン含有水として前記リン晶析工程に供給されるとともに前記晶析助剤としてカルシウム助剤が添加されるように構成されている請求項６または７記載のリン回収方法。
【請求項９】
リン含有水から晶析助剤及びｐＨ調整剤の添加の下でリンを晶析回収するリン晶析工程を備えているリン回収方法であって、
前記リン晶析工程からの排出水に含まれるリンをリン吸着剤で吸着するリン吸着工程と、
前記リン吸着剤に吸着されたリンをアルカリ助剤で脱着するリン脱着工程と、
前記リン脱着工程で脱着されたリンが溶解したアルカリ助剤を前記リン晶析工程で添加するｐＨ調整剤として供給するｐＨ調整剤供給工程と、
有機性排水を生物処理する生物処理工程と、
前記生物処理工程で生物処理された処理水を固液分離する固液分離工程と、
を備え、
前記生物処理工程に供給される前の有機性排水がリン含有水として前記リン晶析工程に供給されるとともに前記晶析助剤としてマグネシウム助剤が添加されるように構成され、前記リン晶析工程からの排出水が前記生物処理工程に供給されるとともに前記固液分離工程で固液分離された生物処理水が前記リン吸着工程に供給されるように構成されているリン回収方法。
【請求項１０】
有機性排水を生物処理する生物処理工程と、
前記生物処理工程で生物処理された処理水を固液分離する固液分離工程と、
前記生物処理工程または前記固液分離工程で引き抜かれた余剰汚泥を嫌気性消化処理する消化処理工程と、
をさらに備え、
前記消化処理工程で発生した返流水がリン含有水として前記リン晶析工程に供給されるとともに前記晶析助剤としてカルシウム助剤が添加されるように構成されている請求項６または７記載のリン回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リン回収装置及びリン回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用リン酸やリン肥料の製造のために必要となるリン鉱石は、枯渇が懸念されており、欧米では戦略物資に指定されている重要な資源である。また、リン鉱石の生産国が世界的に遍在しているため、その輸入価格は高騰している。そのため、リン鉱石を１００％輸入に頼っている我が国では、し尿、浄化槽汚泥や下水中に含まれるリンを資源として回収することが重要な課題になっている。
【０００３】
非特許文献１には、汚泥再生処理センターにおいて、いわゆるＨＡＰ法等の晶析法を用いて汚泥からリンを回収するシステムが開示されている。図５に示すように、当該リン回収システムは、夾雑物除去装置、生物処理膜分離装置、リン回収装置、凝集処理膜分離装置、活性炭吸着装置、及び汚泥処理（脱水装置）等を備えて構成されている。
【０００４】
図５に示すように、し尿や浄化槽汚泥等のリン含有被処理水は、夾雑物が除去された後に生物処理され、生物処理後に膜分離により固液分離された生物処理水に対しリン回収装置でカルシウムイオンが添加され、苛性ソーダ等でｐＨが調整されることによりヒドロキシアパタイト（ＨＡＰ）として晶析され、晶析されたリンがその後に沈降分離回収される。
【０００５】
ここでは、生物処理水を対象としているため、不純物が比較的少なく、かつリンの含有量が多いため、肥料として資源価値の高いＨＡＰが回収できる。このとき、この晶析物の沈降性・脱水性を良好にするために、添加剤の添加量が調整されるため、リン回収処理水中にリンが２０ｍｇ／Ｌ程度残存することになる。
【０００６】
ところで、このリン回収後の処理水を河川に放流するための規定に適合させるためには、処理水中のリン濃度を１ｍｇ／Ｌ以下に調整する必要がある。そのため、生物処理水にカルシウムイオンを過剰供給し、高ｐＨ領域に調整する石灰凝集沈殿法を採用することにより、リン回収後の処理水のリン濃度を１ｍｇ／Ｌ以下にすることは不可能なわけではない。
【０００７】
しかし、石灰凝集沈殿法を採用する場合、生物処理水中に微細なＨＡＰの結晶が発生し、同時に、ＨＡＰ以外に炭酸塩等が同時に析出するため、沈降性・脱水性が悪くなるとともに、回収した晶出物に含まれるリンの含有量が低下してしまうという問題や、管路に析出したスケールによって管路の閉塞を招く虞もあった。
【０００８】
そこで、一般的には、ＨＡＰ法を適用した被処理水にポリ硫酸第二鉄、硫酸バンド等の無機凝集剤を添加して、リン回収後の処理水に残存するリンを凝集汚泥にして沈殿分離または膜分離する凝集沈殿装置を備えるようにリン回収システムが構成されている。
【０００９】
特許文献１には、晶析材としてのアパタイト結晶を前記リン含有有機性廃水に懸濁させて晶析反応させる混合部と、このアパタイト結晶を前記リン含有有機性廃水から固液分離する分離部とを有する第１の反応槽および第２の反応槽を備えたリン回収装置が提案されている。第１の反応槽では従来のＨＡＰ法と同程度のｐＨおよびカルシウムイオン濃度の条件で、ＨＡＰ結晶を高濃度で浮遊させ、粒子径が大きく回収後の脱水性が良好なＨＡＰ結晶を生成させ、第２の反応槽ではより高いｐＨ条件として、微細結晶を成長させて第１の反応槽に返送することにより低濃度になるまでリンを回収するというプロセスが実行される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４２２３３３４号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「ごみ処理施設整備の計画・設計要領 2006 改訂版」公益社団法人 全国都市清掃会議発行、平成１９年３月、ｐ．３０９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、上述した凝集沈殿装置を備えたリン回収システムで回収された凝集汚泥に含まれる汚泥は、リンが鉄やアルミニウム等の金属と強固な結合をしているため、肥効効果があまり期待できず、一般的には、焼却処分や埋立て処分するしかなく、リンを肥料として有効に回収することが困難であった。
【００１３】
また、特許文献１に記載されたリン回収装置では、２段の反応槽のそれぞれのｐＨ値を適正な範囲に調整するとともに、第２の反応槽で生じた微細結晶を第１の反応槽に返送する必要があり、設備の大型化、複雑化を招くという問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、有機性排水処理のコストの上昇を招くことなく、リンを資源として効率的に回収することができるリン回収装置及びリン回収方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の目的を達成するため、本発明によるリン回収装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の請求項１に記載した通り、リン含有水から晶析助剤及びｐＨ調整剤の添加の下でリンを晶析回収するリン晶析槽を備えているリン回収装置であって、リン吸着剤を備え前記リン晶析槽からの排出水が供給される少なくとも２系統のリン吸着槽と、前記リン吸着槽にアルカリ助剤を供給し、前記リン吸着剤に吸着されたリンを脱着したアルカリ助剤を回収するアルカリ助剤供給機構と、
前記アルカリ助剤供給機構により回収されたリンが溶解したアルカリ助剤を前記ｐＨ調整剤として前記リン晶析槽に供給するｐＨ調整剤供給機構と、を備え、前記少なくとも２系統のリン吸着槽の各々が前記リン晶析槽からの排出水が供給されるリン吸着処理と、前記アルカリ助剤供給機構からアルカリ助剤が供給されるリン脱着処理とで切り替え可能に構成されている点にある。
【００１６】
上述の構成によれば、リン晶析槽からの排出水に含まれるリンがリン吸着槽に配置されたリン吸着剤により吸着除去されるため、リン吸着槽から放出される排出水に含まれるリン濃度を河川等に放流可能なレベルにまで低減することができるようになる。そして、吸着剤に吸着されたリンはアルカリ助剤により吸着剤から脱着され、リンが溶解したアルカリ助剤がｐＨ調整剤としてリン晶析槽に供給されるので、晶析のための別途のアルカリ助剤を準備する必要がなく、しかもアルカリ助剤に溶解したリンもリン晶析槽で晶析されるようになる。これにより、リン回収装置の後段で凝集処理する必要がなくなり、凝集剤の使用コスト、および凝集汚泥の汚泥処理コストが低減できる。また、晶析されたリンは、肥料等の資源として有効利用できるようになる。そして、リン晶析槽でリンを晶析回収しつつ、リン吸着処理とリン脱着処理とが切り替えられ、何れかの系統のリン吸着剤が破過に到るような場合でも、安定して連続的にリンの晶析回収が可能になる。
【００１７】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、リン含有水から晶析助剤及びｐＨ調整剤の添加の下でリンを晶析回収するリン晶析槽を備えているリン回収装置であって、前記リン晶析槽からの排出水を貯留する吸着原水槽と、リン吸着剤を備え前記吸着原水槽からの排出水が供給されるリン吸着槽と、前記リン吸着槽にアルカリ助剤を供給し、前記リン吸着剤に吸着されたリンを脱着したアルカリ助剤を回収するアルカリ助剤供給機構と、前記アルカリ助剤供給機構により回収されたリンが溶解したアルカリ助剤を前記ｐＨ調整剤として前記リン晶析槽に供給するｐＨ調整剤供給機構と、を備え、前記リン吸着槽に前記リン晶析槽からの排出水が供給される時間帯と、前記リン吸着槽に前記アルカリ助剤供給機構からアルカリ助剤が供給される時間帯とを切り替え可能に構成されている点にある。
【００１８】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述した第一または第二の特徴構成に加えて、有機性排水を生物処理する生物処理槽と、前記生物処理槽で生物処理された処理水を固液分離する固液分離機構とをさらに備え、前記固液分離機構で固液分離された生物処理水がリン含有水として前記リン晶析槽に供給されるとともに前記晶析助剤としてカルシウム助剤が添加されるように構成されている点にある。
【００１９】
上述の構成によれば、リン晶析槽に供給されるのが、生物処理がされ固液分離機構で固液分離された生物処理水であるので、不純物の少ないＨＡＰを晶析することができる。そのため、高品質の肥料を作製するための原料として使用でき、そして、く溶性リン酸の含有率が高いので、肥料としての価値が高い。また、リン回収装置の後段で凝集処理をする必要がなく、凝集汚泥の汚泥処理コストを低減でき、さらに、リン晶析槽からの排出水が供給されるのは、リン吸着槽であるので、リン晶析槽に供給されるカルシウム助剤が過剰に供給されることにより発生する不具合は少ない。リン吸着槽で吸着除去されたリンは、最終的にはＨＡＰとして回収することができる。固液分離機構として膜分離機構や沈殿機構等を好適に用いることができる。
【００２０】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、リン含有水から晶析助剤及びｐＨ調整剤の添加の下でリンを晶析回収するリン晶析槽を備えているリン回収装置であって、リン吸着剤を備え前記リン晶析槽からの排出水が供給されるリン吸着槽と、前記リン吸着槽にアルカリ助剤を供給し、前記リン吸着剤に吸着されたリンを脱着したアルカリ助剤を回収するアルカリ助剤供給機構と、前記アルカリ助剤供給機構により回収されたリンが溶解したアルカリ助剤を前記ｐＨ調整剤として前記リン晶析槽に供給するｐＨ調整剤供給機構と、有機性排水を生物処理する生物処理槽と、前記生物処理槽で生物処理された処理水を固液分離する固液分離機構と、を備え、前記生物処理槽に供給される前の有機性排水がリン含有水として前記リン晶析槽に供給されるとともに前記晶析助剤としてマグネシウム助剤が添加されるように構成され、前記リン晶析槽からの排出水が前記生物処理槽に供給されるとともに前記固液分離機構で固液分離された生物処理水が前記リン吸着槽に供給されるように構成されている点にある。
【００２１】
上述の構成によれば、リン晶析槽で、リン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）を晶析させることも可能となり、有機性排水に含まれるリンのみならずアンモニアの除去も可能となる。ＭＡＰは、肥料の３大要素であるリン、窒素、および植物の生育に必須な元素であるマグネシウムを含むため、単体での肥料として利用可能であり、また、く溶性リン酸の含有率が高く肥料としての価値が高い。さらに、ＭＡＰは、粒子化しているため、沈降性・脱水性は極めて良く回収が容易である。リン晶析槽からの排出水は生物処理槽に供給され、生物処理槽で硝化処理されるため、排出水に残存するリンの一部は、汚泥中の微生物が利用することができる。そして、固液分離機構で固液分離された生物処理水は、リン吸着槽に供給されるので、生物処理水に残存するリンは、リン吸着槽でさらに吸着除去され、最終的に回収することができる。
【００２２】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述した第一または第二の特徴構成に加えて、有機性排水を生物処理する生物処理槽と、前記生物処理槽で生物処理された処理水を固液分離する固液分離機構と、前記生物処理槽から引き抜かれた余剰汚泥を嫌気性消化処理する消化槽とをさらに備え、前記消化槽で発生した返流水がリン含有水として前記リン晶析槽に供給されるとともに前記晶析助剤としてカルシウム助剤が添加されるように構成されている点にある。
【００２３】
下水排水のように比較的リン濃度が低い有機性排水の場合でも、余剰汚泥は高濃度のリンを含んでおり、余剰汚泥を濃縮、嫌気性消化処理、脱水処理をした際の脱水濾液には、１００ｍｇ／Ｌ程度のリン酸を含む返流水が生じる。
【００２４】
上述の構成によれば、リンを含んだ有機性排水は、生物処理槽で硝化処理されるため、有機性排水が含有するリンの一部は、生物処理槽の汚泥に取り込まれる。そして、生物処理槽から引き抜かれたリンを含んだ余剰汚泥を消化槽で嫌気性細菌による消化処理後、脱水を行うと、そこで発生する返流水は、高濃度のリンを含むことになる。そして、当該返流水をリン晶析槽で処理することにより、返流水に含まれるリンをＨＡＰとして回収することができる。ＨＡＰとして回収できなかったリンは、リン吸着槽で吸着除去され、最終的に回収することができる。尚、固液分離機構として膜分離機構や沈殿機構等を好適に用いることができる。
【００２５】
本発明によるリン回収方法の第一の特徴構成は、特許請求項６に記載した通り、リン含有水から晶析助剤及びｐＨ調整剤の添加の下でリンを晶析回収するリン晶析工程を備えているリン回収方法であって、前記リン晶析工程からの排出水に含まれるリンをリン吸着剤で吸着するリン吸着工程と、前記リン吸着剤に吸着されたリンをアルカリ助剤で脱着するリン脱着工程と、前記リン脱着工程で脱着されたリンが溶解したアルカリ助剤を前記リン晶析工程で添加するｐＨ調整剤として供給するｐＨ調整剤供給工程と、を備え、少なくとも２系統で前記リン吸着工程と前記リン脱着工程とが実行されるように構成され、前記リン晶析工程の実行中に各系統の前記リン吸着工程と前記リン脱着工程とが交互に実行されるように構成されている点にある。
【００２６】
本発明によるリン回収方法の第二の特徴構成は、特許請求項７に記載した通り、リン含有水から晶析助剤及びｐＨ調整剤の添加の下でリンを晶析回収するリン晶析工程を備えているリン回収方法であって、前記リン晶析工程からの排出水を貯留する工程と、貯留された排出水に含まれるリンをリン吸着剤で吸着するリン吸着工程と、前記リン吸着剤に吸着されたリンをアルカリ助剤で脱着するリン脱着工程と、前記リン脱着工程で脱着されたリンが溶解したアルカリ助剤を前記リン晶析工程で添加するｐＨ調整剤として供給するｐＨ調整剤供給工程と、を備え、前記リン晶析工程に実行中に、前記リン吸着工程と前記リン脱着工程とが交互に実行されるように構成されている点にある。
【００２７】
本発明によるリン回収方法の第三の特徴構成は、特許請求項８に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、有機性排水を生物処理する生物処理工程と、前記生物処理工程で生物処理された処理水を固液分離する固液分離工程とをさらに備え、前記固液分離工程で固液分離された生物処理水がリン含有水として前記リン晶析工程に供給されるとともに前記晶析助剤としてカルシウム助剤が添加されるように構成されている点にある。
【００２８】
本発明によるリン回収方法の第四の特徴構成は、特許請求項９に記載した通り、リン含有水から晶析助剤及びｐＨ調整剤の添加の下でリンを晶析回収するリン晶析工程を備えているリン回収方法であって、前記リン晶析工程からの排出水に含まれるリンをリン吸着剤で吸着するリン吸着工程と、前記リン吸着剤に吸着されたリンをアルカリ助剤で脱着するリン脱着工程と、前記リン脱着工程で脱着されたリンが溶解したアルカリ助剤を前記リン晶析工程で添加するｐＨ調整剤として供給するｐＨ調整剤供給工程と、有機性排水を生物処理する生物処理工程と、前記生物処理工程で生物処理された処理水を固液分離する固液分離工程と、を備え、前記生物処理工程に供給される前の有機性排水がリン含有水として前記リン晶析工程に供給されるとともに前記晶析助剤としてマグネシウム助剤が添加されるように構成され、前記リン晶析工程からの排出水が前記生物処理工程に供給されるとともに前記固液分離工程で固液分離された生物処理水が前記リン吸着工程に供給されるように構成されている点にある。
【００２９】
本発明によるリン回収方法の第五の特徴構成は、特許請求項１０に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、有機性排水を生物処理する生物処理工程と、前記生物処理工程で生物処理された処理水を固液分離する固液分離工程と、前記生物処理工程で引き抜かれた余剰汚泥を嫌気性消化処理する消化処理工程とをさらに備え、前記消化処理工程で発生した返流水がリン含有水として前記リン晶析工程に供給されるとともに前記晶析助剤としてカルシウム助剤が添加されるように構成されている点にある。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明した通り、本発明によれば、有機性排水処理のコストの上昇を招くことなく、リンを資源として効率的に回収することができるリン回収装置及びリン回収方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態によるリン回収装置の説明図
【図２】本発明の第２の実施形態によるリン回収装置の説明図
【図３】本発明の第３の実施形態によるリン回収装置の説明図
【図４】本発明の第４の実施形態によるリン回収装置の説明図
【図５】従来のＨＡＰ法によるリン回収システムの説明図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明のリン回収装置及びリン回収方法の実施形態を説明する。
（実施の形態１）
図１には、本発明の第１の実施形態によるリン回収装置１が示されている。リン回収装置１は、リン含有水からリンを回収する装置で、リン含有水を受け入れて、晶析助剤及びｐＨ調整剤の添加の下でリンを晶析させて回収するリン晶析槽２と、リン晶析槽２からの排出水が供給され、排出水に残存するリンを、配置されたリン吸着剤により吸着除去するリン吸着槽３と、リン吸着槽３にアルカリ助剤を供給し、リン吸着剤に吸着されたリンを脱着し、脱着したリンが溶解するアルカリ助剤を回収するアルカリ助剤供給機構４と、アルカリ助剤供給機構４により回収されたアルカリ助剤を前記ｐＨ調整剤として前記リン晶析槽２に供給するｐＨ調整剤供給機構５とを備えている。
【００３３】
リン晶析槽２は、攪拌機またはエアーリフトなどの撹拌機能を備えており、ＨＡＰ法またはＭＡＰ法と呼ばれる晶析法を用いて、リン含有水中のリンをリン酸化合物に析出させる。
【００３４】
ＨＡＰ法を用いる場合には、リン酸カルシウムと水酸化カルシウムの複合体であり、化学式Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２で示される塩基性リン酸カルシウムであるＨＡＰ（ヒドロキシアパタイト）を晶析させる。
【００３５】
ＨＡＰ法は、リン含有水中のリン酸態リン（ＰＯ４３−）に、晶析助剤としてカルシウムイオン源を添加して、さらにｐＨを調整することでリン酸溶液から、ＨＡＰを種結晶の表面に晶析させるものである。リン含有水中のリン酸態リンの濃度やカルシウムイオン源の添加量にも依存するが、ｐＨは、概ね７．５〜８．０に調整し、ＨＡＰの溶解度の準安定域内で晶析操作される。
【００３６】
添加することのできるカルシウムイオン源としては、イオン性物質のうち、陽イオンがカルシウムで構成されるものであればよく、例えば、塩化カルシウム、消石灰（水酸化カルシウム）等のカルシウム塩の何れかから選択される単一または複数の物質が好適に用いられる。尚、後述するように、リン晶析槽２の後段で凝集処理を行う必要がなくなるので、カルシウム助剤の過剰な供給に起因する凝集膜の目詰まり等の不具合は発生しない。さらに、カルシウム助剤の供給量の調整範囲が拡がるので、晶析の効率化を図りやすくなる。
【００３７】
ｐＨ調整剤としては、水酸基を有する化合物を用いればよい。例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウムなどのアルカリ土類金属水酸化物などを用いることができる。尚、カルシウムイオン源として水酸化カルシウムを用いると、カルシウムイオン源とｐＨ調整剤の両方の機能を果たすことができる。
【００３８】
リンの回収は、リン晶析槽２から種結晶の表面に晶析した結晶を一部引き抜いて行う。残りの結晶はリン晶析槽２で次の反応での種結晶として用いられる。リンの回収を収率よく行うためには、リン晶析槽２からの排出水のリン濃度が２０ｍｇ／Ｌ程度になるようにリンの回収を行うとよい。例えば、リン濃度が１００ｍｇ／Ｌのリン含有水からのリンの回収率は８０％となる。尚、後述するように、リン晶析槽２からの排出水に含まれるリンのほとんどは、再度、リン晶析槽２に戻されることになるため、実質的には、リンの回収率は、ほぼ１００％に近づけることができる。
【００３９】
ＨＡＰ法により回収されたリンには、く溶性リン酸が３０％程度含まれる。また、例えば、生物処理が行われたリン含有水を用いた場合には、得られるＨＡＰは臭気がなく、衛生的である。尚、回収されたＨＡＰの径は数十μｍであり、必要に応じて脱水処理を行なってもよい。
【００４０】
ＭＡＰ法では、リン含有水にアンモニアが含まれている場合に、ＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム）が回収される。ＭＡＰは、化学式ＭｇＮＨ４ＰＯ４で示される。
【００４１】
ＭＡＰ法は、リン酸態リン（ＰＯ４３−）とアンモニアが共存する状態で、晶析助剤としてマグネシウムイオン源を添加して、さらにｐＨを調整することで窒素とリンからＭＡＰを得て種結晶の表面に晶析させるものである。ＭＡＰ法はアンモニアイオンが存在することが必須である。尚、ｐＨの調整は、ＨＡＰ法と同様に、リン含有水中のリン酸態リンの濃度やマグネシウムイオン源の添加量に依存するが、ＭＡＰ法での晶析操作に好適なｐＨは、ＨＡＰ法のそれより若干高めで、概ね８．５〜９．０である。
【００４２】
添加することのできるマグネシウムイオン源としては、イオン性物質のうち、陽イオンがマグネシウムで構成されるものであればよく、例えば、塩化マグネシウム、水酸化マグネシウム等のマグネシウム塩の何れかから選択される単一または複数の物質が好適に用いられる。
【００４３】
ｐＨ調整剤としては、水酸基を有する化合物を用いればよい。例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、水酸化マグネシウムなどのアルカリ土類金属水酸化物などを用いることができる。尚、マグネシウムイオン源として水酸化マグネシウムを用いると、マグネシウムイオン源とｐＨ調整剤の両方の機能を果たすことができる。
【００４４】
リンの回収は、リン晶析槽２から種結晶の表面に晶析した結晶を一部引き抜いて行う。残りの結晶はリン晶析槽２で次の反応での種結晶として用いられる。リンの回収量は、ＨＡＰ法の場合と同様に、リン晶析槽２に流入するリン含有水のリン濃度とリン晶析槽２からの排出水のリン濃度とに基づいて適宜決定することができる。尚、リン晶析槽２に流入するリン含有水のリン濃度が高い場合には、リン回収率を９０％以上にすることも可能である。また、後述するように、リン晶析槽２からの排出水に含まれるリンのほとんどは、再度、リン晶析槽２に戻されることになるため、実質的には、リンの回収率は、ほぼ１００％に近づけることができる。
【００４５】
ＭＡＰ法により回収されたリン（ＭＡＰ）の径はｍｍ単位であり、脱水はスクリーンで行うことができる。また、ＭＡＰは、肥料の３大要素のリンと窒素、及び必須元素のマグネシウムを含むため、単体で肥料として使用することができる。
【００４６】
尚、ＭＡＰ法では、アンモニアが必要であるので、リン含有水としては、生物処理前のし尿や浄化槽汚泥が好適に用いられる。このため、臭気、衛生対策が必要とされる。
【００４７】
リン吸着槽３には、リン晶析槽２からの排出水が、例えば吸着原水槽６を介して、供給される。ただし、吸着原水槽６は必須ではない。リン吸着槽３では、リン晶析槽２からの排出水に残存するリンが、リン吸着槽３内に配置された吸着剤により吸着除去される。例えば、リン晶析槽２からの排出水のリン濃度が２０ｍｇ／Ｌの場合、リン吸着槽３での処理後のリン濃度を１ｍｇ／Ｌ以下にすることが可能である。すなわち、排出水からリンは、この段階で、ほぼ１００％回収され、排出水に含まれるリン濃度は、河川等に放流可能なレベルにまで低減できる。そして、リンが除去された排出水は、その後、高度処理・消毒設備７に送られ、放流される。
【００４８】
リン吸着槽３は、内部に吸着剤が配置され、リン晶析槽２からの排出水と吸着剤とが接触できる方式のものであれば何でもよく、例えば、吸着剤が充填された吸着塔で、リン晶析槽２からの排出水が通水され吸着剤と接触可能なものであってもよい。
【００４９】
リン吸着槽３は、複数の独立した吸着槽あるいは吸着塔等で構成されることが好ましい。そして、これら複数の吸着槽等を、２つのグループに編成する。一方のグループの吸着槽等には、リン晶析槽２からの排出水を通水し、内部の吸着剤にて排出水に残存するリンの吸着処理をさせる。他方、もう一方のグループの吸着槽等には、後述するアルカリ助剤供給機構４により供給されるアルカリ助剤を通水し、吸着剤に吸着されたリンの脱着処理をさせる。
【００５０】
リン吸着剤は、一般的に、ある一定量のリンを吸着すると、それ以上のリンを吸着することができなくなってしまう性質を有している。このことを破過するという。そして、破過してしまったリン吸着剤は、吸着したリンを脱着させない限り、吸着剤としての機能を発揮できなくなる。そこで、リンの吸着処理グループの吸着槽で、そのリン吸着剤が破過してしまった吸着槽等は、もう一方のリンの脱着処理グループの方に編入し、吸着剤に吸着されたリンの脱着処理を行う。他方、リンの脱着処理グループに編入されていて、吸着剤に吸着されたリンの脱着処理が完了した吸着剤等は、リンの吸着処理グループの方に戻すようにする。このように、上記２つのグループ間での吸着槽等の入替えを順次行うことにより、装置の停止を最小限に止め、安定した処理の継続が可能となる。また、吸着原水槽での滞留時間を十分にとり、吸着時間帯、脱着時間帯を設けることにより、１つのグループのリン吸着塔で処理することもできる。
【００５１】
リン吸着剤は、無機イオン吸着体を含有する吸着剤が好ましい。含有する無機イオン吸着体としては、特にリン酸イオンの吸着性能に優れている、水和酸化ジルコニウム、水和酸化セリウム、水和酸化ランタン、水和酸化チタンなどが挙げられるが、この限りではない。また、リン吸着剤の形状、粒径、及び表面加工等については、リンの吸着効率、及び後述する脱着効率も考慮して選択する。
【００５２】
アルカリ助剤供給機構４は、リン吸着槽３にアルカリ助剤を供給し、リン吸着剤に吸着されたリンをアルカリ助剤により脱着し、そして、脱着したリンを含んだアルカリ助剤をリン吸着槽３から回収する。
【００５３】
アルカリ助剤は、アルカリ性の薬剤であれば、特に種類は問わないが、通常、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カルシウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化アンモニウムなどの無機アルカリ、及び有機アミン類の水溶液などが用いられる。その中でも、コストの点から、水酸化ナトリウムを用いることが好ましい。尚、アルカリ助剤のｐＨや濃度は、リンの脱着効率やコストを考慮して選択すればよい。
【００５４】
ｐＨ調整剤供給機構５は、アルカリ助剤供給機構４により回収されたリンを含んだアルカリ助剤を、上述したｐＨ調整剤としてリン晶析槽２に供給する。よって、回収されたリンは、再度、リン晶析槽２にて晶析処理を受けることになる。
【００５５】
（第２の実施形態）
以下、本発明による別のリン回収装置及びリン回収方法を説明する。
図２には本発明の第２の実施形態によるリン回収装置１の説明図が示されている。本実施の形態では、有機性排水を生物処理する生物処理槽１１と、生物処理槽１１で生物処理された処理水を固液分離する固液分離機構１２とをさらに備え、固液分離機構１２で固液分離された生物処理水がリン含有水としてリン晶析槽２に供給されるとともに晶析助剤としてカルシウム助剤が添加されるように構成されている点が、第１の実施形態と異なる。以下の説明において、第１の実施形態とは、異なる部分のみを説明する。
【００５６】
生物処理槽１１は、有機性排水中のアンモニアを硝化菌が硝酸に変え、脱窒素菌が硝酸を窒素ガスに変えて取り除く硝化槽及び脱窒槽を備えている。有機性排水に含まれているリンの一部は、硝化槽の活性汚泥に取り込まれ、除去される。尚、リンを含んだ有機性排水は、通常、受入槽１３で受け入れ、所望の供給量で受入槽１３から前処理設備１４へ送られ、そして、前処理設備１４で、夾雑物が「し渣」として除去された後、貯留槽１５に一旦貯留されてから、生物処理槽１１に送られる。
【００５７】
固液分離機構１２には、膜分離あるいは沈殿等の機構があり、生物処理槽１１で生物処理された処理水を固液分離し、汚泥と生物処理水とに分離する。分離された汚泥は、一部が返送汚泥として生物処理槽１１に返送され、一部が余剰汚泥として汚泥処理設備に送られる。
【００５８】
リン晶析槽２には、固液分離機構１２で固液分離された生物処理水がリン含有水として供給される。生物処理水は、硝化槽の活性汚泥では除去しきれないリンが残存しているからである。そして、生物処理水は、生物処理槽１１で生物処理を行った処理水を固液分離したものであり、アンモニアを含まないので、リン晶析槽２では、ＨＡＰ法を用いた晶析を行う。よって、晶析助剤としては、カルシウム助剤が添加される。カルシウム助剤は、例えば、塩化カルシウム、消石灰（水酸化カルシウム）等のカルシウム塩の何れかから選択される単一または複数の物質が好適に用いられる。尚、生物処理がされ、固液分離機構１２で固液分離された生物処理水を用いているため、不純物の少ないＨＡＰを晶析することができる。さらに、リン晶析槽２からの排出水が供給されるのは、リン吸着槽３であるため、リン晶析槽２に供給されるカルシウム助剤が過剰に供給されることにより発生する不具合は少ない。そのため、カルシウム助剤の供給量の調整範囲が拡がり、晶析の効率化を図りやすくなる。固液分離機構１２として膜分離機構や沈殿機構等を好適に用いることができる。
【００５９】
（第３の実施形態）
以下、本発明による別のリン回収装置及びリン回収方法を説明する。
図３には本発明の第３の実施形態によるリン回収装置１の説明図が示されている。本実施の形態では、有機性排水を生物処理する生物処理槽１１と、生物処理槽１１で生物処理された処理水を固液分離する固液分離機構１２とをさらに備え、生物処理槽１１に供給される前の有機性排水がリン含有水としてリン晶析槽２に供給されるとともに晶析助剤としてマグネシウム助剤が添加されるように構成され、リン晶析槽２からの排出水が生物処理槽１１に供給されるとともに固液分離機構１２で固液分離された生物処理水がリン吸着槽３に供給されるように構成されている点が、第１の実施形態と異なる。以下の説明において、第１の実施形態とは、異なる部分のみを説明する。
【００６０】
有機性排水を生物処理する生物処理槽１１と、生物処理槽１１で生物処理された処理水を固液分離する固液分離機構１２とをさらに備えている点は、第２の実施形態と同様である。
【００６１】
リンを含んだ有機性排水は、受入槽１３で受け入れ、所望の供給量で受入槽１３から前脱水設備１４へ送られ、有機性脱水助剤のみによる脱水処理を行い、その脱水濾液が、貯留槽１５に一旦貯留される。
【００６２】
貯留槽１５に貯留された有機性排水は、通常、生物処理槽１１に供給されるが、本実施の形態では、その前に、リン晶析槽２に供給する。貯留槽１５に貯留された有機性排水は、リン以外にアンモニアも含んでいるので、リン晶析槽２では、ＭＡＰ法を用いて晶析を行う。よって、晶析助剤としては、マグネシウム助剤を添加する。このように、有機性排水に含まれるリン及びアンモニアの一部を、リン晶析槽２でＭＡＰにして、有機性排水から除去する。
【００６３】
リン晶析槽２からの排出水は、生物処理槽１１に供給され、生物処理槽１１で硝化処理されるため、排出水に残存するリンの一部は、汚泥に取り込まれ回収することができる。
【００６４】
リン晶析槽２からの排出水は、生物処理槽１１に供給され生物処理がされた後、固液分離機構１２で固液分離される。固液分離機構１２で固液分離された生物処理水は、リン吸着槽３に供給され、生物処理水に残存するリンが吸着除去される。そして、吸着除去されたリンは、当該リンが溶解したｐＨ調整剤をリン晶析槽２に添加することにより、最終的に回収することができる。
【００６５】
（第４の実施形態）
以下、本発明による別のリン回収装置及びリン回収方法を説明する。
図４には本発明の第４の実施形態によるリン回収装置１の説明図が示されている。本実施の形態では、有機性排水を生物処理する生物処理槽１１と、生物処理槽１１で生物処理された処理水を固液分離する固液分離機構１２（膜分離／沈殿等）と、生物処理槽１１または固液分離機構１２から引き抜かれた余剰汚泥を濃縮後消化処理する消化槽１６とをさらに備え、消化槽１６で発生した消化汚泥を脱水した際の脱水濾液である返流水がリン含有水としてリン晶析槽２に供給されるとともに晶析助剤としてカルシウム助剤が添加されるように構成されている点が、第１の実施形態と異なる。以下の説明において、第１の実施形態とは、異なる部分のみを説明する。
【００６６】
有機性排水を生物処理する生物処理槽１１と、生物処理槽１１で生物処理された処理水を固液分離する固液分離機構１２（膜分離／沈殿等）とをさらに備えている点は、第２及び第３の実施形態と同様である。
【００６７】
消化槽１６では、生物処理槽１１または固液分離機構１２から引き抜かれた余剰汚泥を消化処理する。消化処理は、汚泥を濃縮した後、空気と光から遮断し２０日間余り３５〜５５℃の温度に保ち、メタン菌の働きで汚泥に含まれる有機物をメタンガスや炭酸ガス等に分解する処理である。この処理の際、余剰汚泥に取り込まれていたリンは、その後、脱水した際に発生する脱水濾液である返流水に溶出する。返流水には、リン濃度として６０〜１００ｍｇ／Ｌのリンが含まれる。
【００６８】
リン晶析槽２には、消化槽１６で発生したリンを含んだ返流水が、リン含有水として供給される。リン晶析槽２では、ＨＡＰ法を用いた晶析を行う。よって、晶析助剤としては、カルシウム助剤が添加される。
【００６９】
リン晶析槽２からの排出水は、生物処理槽１１に供給される。その後の処理は、第３の実施形態と同様である。
【００７０】
（他の実施形態）
第２及び第３の実施形態において、第４の実施形態に記載の返流水を受入槽１３に返送する構成としてもよい。
【００７１】
上述した実施形態は本発明の一態様であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成や制御態様は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００７２】
１：リン回収装置
２：リン晶析槽
３：リン吸着槽
４：アルカリ助剤供給機構
５：ｐＨ調整剤供給機構
６：吸着原水槽
７：高度処理・消毒設備
１１：生物処理槽
１２：固液分離機構
１３：受入槽
１４：前処理設備（前脱水設備）
１５：貯留槽
１６：消化槽
【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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