(57)【要約】【課題】  余剰汚泥量が少なく、バイオリン鉱石への重金属類及び有機物の混入が少ない汚泥又は有機性排水からのリン回収方法を提供することを目的とする。【解決手段】  曝気処理後の汚泥を嫌気処理し、クロスフロー方式の膜分離装置を用いて汚泥を固液分離することを特徴とする。特に、加圧型のクロスフロー方式の膜分離装置も用いることにより、従来法よりも汚泥の濃縮率が高く、バイオリン鉱石への不純物の混入も減少する。また、固液分離後の汚泥の消化を効率的に行うことも可能である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥を嫌気状態にして汚泥中のリン成分を液相に放出させた後、クロスフロー方式の膜分離装置を用いて固液分離することを特徴とする、汚泥からのリン回収方法。
【請求項２】
前記クロスフロー方式の膜分離装置が、平膜形状の精密濾過膜又は限外濾過膜を設置することを特徴とする請求項１に記載の汚泥からのリン回収方法。
【請求項３】
前記固液分離の後、放出されたリン成分を含む液相に凝集剤を添加することによって、リン成分を沈殿させる工程をさらに含む、請求項１又は２に記載の汚泥からのリン回収方法。
【請求項４】
前記固液分離によって濃縮された汚泥の固形懸濁物濃度が、３w/v％以上６w/v％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の汚泥からのリン回収方法。
【請求項５】
前記固液分離によって濃縮された汚泥を嫌気性消化工程に付すことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリン回収方法。
【請求項６】
（１）排水が好気的処理に付される曝気処理工程、（２）曝気処理後の排水が一次処理水と一次汚泥とに分離される固液分離工程、（３）分離された一次汚泥よりリン成分を溶出させるために嫌気処理を行う放出工程、及び（４）クロスフロー方式の膜分離装置を用いて、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分離する固液分離工程を含む、有機性排水からのリン回収方法。
【請求項７】
前記クロスフロー方式の膜分離装置が、平膜形状の精密濾過膜又は限外濾過膜を設置することを特徴とする請求項５に記載の有機性排水からのリン回収方法。
【請求項８】
前記固液分離工程（４）の後に、該工程によって生じた二次処理水に凝集剤を添加し、リン成分を沈殿させるリン凝集工程（５）をさらに含む、請求項６又は７に記載の有機性排水からのリン回収方法。
【請求項９】
前記固液分離工程（４）によって濃縮された汚泥の固形懸濁物濃度が、３％以上６％以下であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の汚泥からのリン回収方法。
【請求項１０】
前記曝気処理工程（１）の前に、嫌気処理工程（６）をさらに含む請求項６乃至９のいずれか１項に記載の有機性排水からのリン回収方法。
【請求項１１】
前記固液分離工程（４）の後に、該工程で濃縮された汚泥を嫌気性消化工程に付す、請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の有機性排水からのリン回収方法。
【請求項１２】
汚泥処理装置であって、リン放出槽と固液分離手段を含み、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の汚泥からのリン回収方法を実施するための装置。
【請求項１３】
有機性排水処理装置であって、曝気槽、第一固液分離手段、リン放出槽及び第二固液分離手段を含み、請求項６乃至１１のいずれか１項に記載の有機性排水の処理方法を実施するための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水、屎尿・浄化槽汚泥、産業排水等の有機性排水を生物学的方法で処理する排水処理分野、特に、リン除去を目的として嫌気・好気活性汚泥法で運転される排水処理分野における、汚泥又は有機性排水からのリン回収方法及び該方法を実施するための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水の処理方法として、有機性排水の生物学的分解により生じる、微生物を主体とする微生物バイオマス及び未分解の残存汚泥からなる余剰汚泥を含んだ処理汚泥を、沈殿槽などで固液分離し、上清として得られる処理水を適宜廃棄処理する一方、余剰汚泥を海洋投棄又は陸地埋め立て等によって処理する方法が広く採用されていた。
【０００３】
しかし、処理すべき有機性排水によっては、上記処理によって発生する処理水及び余剰汚泥中にリン成分（例えば、正リン酸（オルトリン酸）、ポリリン酸、リン酸塩、リン酸エステル、リンタンパク質、グリセロリン酸、リン脂質等）が多量に含まれることがある。このような処理水及び余剰汚泥を環境中に大量に投棄することは、環境汚染の直接的な原因として問題視されるようになった。特に、上記リン成分を含む処理水を湖沼等に大量に排出すると、水の富栄養化による植物プランクトンの著しい増殖を招くため、環境保全の見地から好ましくない。
【０００４】
従って、沈殿装置からの処理水に凝集剤を添加してリン成分を沈殿させた後、処理水を排出するような手段が採られる場合もあったが、大量の処理水に凝集処理を行うためには大規模な処理装置が必要となり、処理コスト、所要時間、必要人員等の増加を招くこととなる。また、凝集効率も低下し、リン成分の除去が不十分となることもある。そのため、余剰汚泥中のリン成分は、除去する術がないまま投棄せざるを得ない状況にある。
【０００５】
ここで、排水中に含まれるリン成分の除去方法としては、Ａ）凝集剤添加法、Ｂ）晶析脱リン法、Ｃ）嫌気−好気活性汚泥法等が知られている（非特許文献１）。
【０００６】
Ａ）の凝集剤添加法は、アルミニウムイオン、鉄(III)イオン等の酸化金属陽イオンが正リン酸と反応して難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排水に混和して、難溶性リン酸塩から形成されるフロック（生物由来のフロックを含む）を沈殿分離するものである。この方法では５〜２０％程度余剰汚泥の増加が認められる。このため、リン成分を多量に含む余剰汚泥を大量投棄することとなり、環境保全の見地からは、好ましい方法とは言えない。
【０００７】
Ｂ）の晶析脱リン法は、正リン酸とカルシウムイオンとの反応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が、アパタイト晶析のために必要な条件（例えば、前処理による炭酸イオン等の晶析妨害物質の除去、ｐＨ調整、温度調整等）を厳密にコントロールする必要があり、適用が限定される。また、処理コストも高くなるため、大規模な処理には好ましいとは言えない。
【０００８】
Ｃ）の好気−嫌気活性汚泥法は、嫌気状態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・代謝後ポリリン酸として蓄積することを利用した方法である。これは、排水を嫌気槽、好気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、処理排水中のリン成分を除去するものである。この方法は、処理水から効果的にリン成分を除去することができるが、余剰汚泥はリン成分に富み、さらに種々の有機成分や重金属等が含まれるため、その廃棄に問題を生じる。
【０００９】
このようにリン成分は、例えば、肥料やリン化合物の工業的製造等に有効利用しうるにもかかわらず、雑多な成分と混合した汚泥に含まれている状態にあっては、無駄に廃棄するほかなかった。
【００１０】
そこで、生物学的処理により発生した汚泥からリン成分を回収し、それを有効利用する目的で汚泥を嫌気的に処理することによって汚泥中のリン成分を溶出させ、その溶出したリン成分を回収する方法（特許文献１）が開発され、さらにオゾン処理法（特許文献２）、アルカリ添加法（特許文献３）等により汚泥中のリン成分を回収する方法が提案されている。
【００１１】
さらに近年、活性汚泥処理により有機物を分解させる際に、活性汚泥にリン成分を摂取させ、該活性汚泥をその後、嫌気状態にすることによって、摂取したリン成分を放出させて汚泥から回収する方法（特許文献４）が提案されている。この方法では、第１段階として、リンを含有する有機性排水を好気状態の曝気槽で活性汚泥処理することにより、有機物を好気的に分解すると共に、リン成分を活性汚泥に摂取させる。次に第２段階として、汚泥を嫌気状態にすることによって、好気状態で摂取させたリン成分を放出させることを特徴としており、特段の設備も薬剤も必要としない処理を行うことによって、有機性排水中のリン成分を液相に放出させることが可能である。この方法は、さらに汚泥を膜分離することを特徴としており、固形分を含まない清澄なリン含有水を得ることができる。分離後の汚泥についても、１.５〜３.０％程度に濃縮可能とされている。
【００１２】
ここで、汚泥処理に用いられる固液分離装置としては、沈殿槽、遠心分離器、膜分離器、ベルトプレス、フィルタープレス等が知られている。このうち膜分離器として、特許文献４の実施例では孔径０.１μｍ、直径０.５ｍｍのポリエチレン製の浸漬方式の中空糸膜を用いている。
【特許文献１】特開平９−２６７０９９号公報
【特許文献２】特開平９−９４５９６号公報
【特許文献３】特開平８−３９０９６号公報
【特許文献４】特開２０００−３１７４９２号公報
【非特許文献１】下水道施設計画・設計指針と解説（後編）１９９４年版、（社）日本下水道協会発行、第１３１〜１３６頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、遠心脱水機等の固液分離装置は、固形物除去率が９５〜９８％であり、固形物（汚泥）に起因する有機物や重金属類等が、回収リン成分中に残留するという欠点があった。このため、回収したリン成分を肥料、工業用原料に再利用する際の障害となっていた。
【００１４】
また、特許文献４に開示されるような浸漬方式の中空糸膜は、吸引濾過方式であるために加圧濾過方式と比較して濾過速度が遅く、中空糸膜の外周面に汚泥が蓄積しやすいために、液を撹拌、曝気等して膜を揺動したり、適時ポンプを停止して膜の洗浄を行う必要もあった。また、濃縮倍率も低く、余剰汚泥の処理には別途遠心脱水機等の濃縮装置が必要であった。
【００１５】
本発明は、上記既存の汚泥からのリン回収方法の欠点を克服し、回収したリン成分を再利用するのに適した汚泥からのリン回収方法、及び該方法を実施するための装置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】
【００１６】
本発明は、汚泥が摂取したリン成分を、嫌気状態で汚泥から放出させ、放出されたリン成分を加圧型のクロスフロー方式の膜分離装置で固液分離するリン回収方法、及び該方法を実施するための装置に関する。
【００１７】
具体的に、本発明は、汚泥を嫌気状態にして汚泥中のリン成分を液相に放出させた後、加圧型のクロスフロー方式の膜分離装置を用いて固液分離することを特徴とする、汚泥からのリン回収方法に関するものである（請求項１）。固液分離装置としてクロスフロー方式の膜分離装置を用いることにより、沈殿槽や遠心分離器を用いる場合と比較して、有機物や重金属類の回収リン成分への混入を効果的に防止することができ、特に固形有機物は、完全に分離・除去することが可能である。また、浸漬方式の膜分離装置と比較して濃縮倍率を高めることができるため、余剰汚泥を処理するために別途遠心分離器等を使用する必要もなくなる。
【００１８】
クロスフロー方式の膜分離装置は、汚泥濃縮倍率を高めるために平膜形状の精密濾過膜又は限外濾過膜を設置することが好ましい（請求項２、７）。
【００１９】
固液分離の後、放出されたリン成分を含む液相に凝集剤を添加することによって、リン成分を沈殿させることによって、リンを回収することも可能である（請求項３、８）。
【００２０】
固液分離によって濃縮された汚泥を消化槽に添加して、消化槽内の有機物濃度を嫌気消化に適した濃度に維持するためには、固液分離後の汚泥の固形懸濁物濃度が、３w/v％以上６w/v％以下であることが好ましい（請求項４、９）。
【００２１】
また、本発明は（１）排水が好気的処理に付される曝気処理工程、（２）曝気処理後の排水が一次処理水と一次汚泥とに分離される固液分離工程、（３）分離された一次汚泥よりリン成分を溶出させるために嫌気処理を行う放出工程、及び（４）クロスフロー方式の膜分離装置を用いて、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分離する固液分離工程を含む、有機性排水からのリン回収方法に関する（請求項６）。このような排水処理の構成とすることで、有機性排液中のリン成分を効果的に回収することが可能となる。
【００２２】
曝気処理工程（１）の前に、有機性排水中の有機物の分解させるために嫌気処理工程（６）を設けることもできる（請求項１０）。
【００２３】
また、固液分離工程（４）の後に、該工程で濃縮された汚泥を嫌気性消化槽に付す構成とすることもできる。（請求項５、１１）。
【００２４】
さらに、本発明は、リン放出槽及び固液分離手段を含み、上記汚泥の処理方法を実施するための汚泥処理装置、並びに曝気槽、第一固液分離手段、リン放出槽及び第二固液分離手段を含み、上記有機性排水の処理方法を実施するための有機性排水処理装置に関する（請求項１２、１３）。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の汚泥又は有機性排水からのリン回収方法は、回収リン成分への有機物や重金属類の混入を大幅に削減することが可能である。また、本発明のリン回収方法は、固液分離の濃縮倍率が高いために、膜分離後の汚泥の減容化を図ることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り下記に限定されるものではない。
【００２７】
例えば、有機性排水からリン成分を回収する従来方法は、図１に示すフローチャートのような手順で行われていた。まず、最初沈殿槽２で固形物を沈殿させ、曝気槽３で活性汚泥法により有機物を好気的に分解し、汚泥を最終沈殿槽４で沈殿させる。曝気槽３の汚泥濃度は、一般的には1,500 〜 8,000 ｍｇ／Ｌ、滞留時間は２〜１５時間である。沈殿したリン摂取汚泥の濃度は、一般的には5,000 〜 12,000 ｍｇ／Ｌ（０.５〜１.２w/v％）である。
【００２８】
嫌気リン放出槽６は、嫌気状態とされるが、嫌気状態を促進するために有機性排水又は最初沈殿槽汚泥を導入することも可能である。嫌気リン放出槽での滞留時間は、通常１〜２０時間である。
【００２９】
嫌気処理後の汚泥は、沈殿、遠心、浸漬型の膜分離装置等（図１では浸漬方式の中空糸膜分離装置７）によって固液分離され、放出されたリン成分を含む液相は、晶析槽８に送られ、晶析される。生じた結晶は、乾燥させてリン成分９として回収される。なお、晶析槽８に代えて凝集沈殿槽を設置し、凝集剤（例えば、水酸化カルシウム又は塩化カルシウム）を添加することにより、リン成分を固形物として沈殿させ、回収することも可能である。
【００３０】
遠心濃縮後の汚泥は、遠心分離機１０を用いて濃縮される。次に、消化槽１１において有機物を嫌気的に分解した後、脱水機１２を用いて水分を除去され、脱水ケーキ１３として減容・廃棄される。
【００３１】
なお、曝気槽３の前に嫌気槽１４を設置して、最終沈殿槽４からの返送汚泥を嫌気処理工程に導入して、下水中の有機物の分解を促進させると共に、返送汚泥からリン成分を放出させ、次に曝気槽３で汚泥に過剰のリン成分を蓄積する構成とする場合が多い。
【実施例１】
【００３２】
本発明の一実施例として、例えば、下水からリン成分を回収する方法について説明する。本実施例のフローチャートを図２に示す。本実施例では、嫌気リン放出槽内の嫌気処理後の汚泥を、クロスフロー方式の膜分離装置２７を用いて固液分離することを特徴とする。固液分離手段として加圧型のクロスフロー方式の膜分離装置２７を用いることにより、沈殿又は遠心分離では除去が困難であった有機物や重金属類を効果的に除去することが可能である。
【００３３】
本実施例の下水からのリン回収方法は、まず、大きな固形物を最初沈殿槽２２で沈殿除去する。その後、（１）排水が好気的処理に付される曝気処理工程（曝気槽２３）、（２）曝気処理後の排水が一次処理水と一次汚泥とに分離される固液分離工程（最終沈殿槽２４）、（３）分離された一次汚泥よりリン成分を溶出させるために嫌気処理を行う放出工程（嫌気リン放出槽２６）、及び（４）クロスフロー方式の膜分離装置２７を用いて、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分離する固液分離工程の順で下水２１を処理する。
【００３４】
嫌気処理後の汚泥は、クロスフロー方式の膜分離装置２７によって固液分離され、放出されたリン成分を含む液相は、晶析槽２８に送られ、生じた結晶は、乾燥させてリン成分２９として回収される。晶析槽２８に代えて凝集沈殿槽を設置し、凝集剤（例えば、水酸化カルシウム又は塩化カルシウム等）を添加することにより、リン成分を固形物として沈殿させ、回収させることも可能である。
【００３５】
なお、従来法と同様に、曝気処理工程（曝気槽２３）の前に、嫌気処理工程（嫌気槽３４）をさらに設置し、最終沈殿槽２４からの返送汚泥、又は嫌気リン放出槽２６からのリン放出汚泥を嫌気処理工程に導入して下水中の有機物の分解を促進させると共に、返送汚泥からリン成分を放出させ、次に、曝気槽２３において汚泥に過剰のリン成分を蓄積する構成としてもよい。
【００３６】
クロスフロー方式の膜分離装置２７によって固液分離した後の膜濃縮液３０は、消化槽３１内の有機物濃度を高めて嫌気消化を促進させるために、嫌気リン放出槽２６に添加される。
【００３７】
膜濃縮液３０は、消化槽３１で有機物を嫌気的に分解された後、脱水機３２を用いて水分を除去し、脱水ケーキ３３として減容、廃棄される。
【００３８】
（濃縮倍率）
浸漬方法の膜分離装置は、オープンな槽の中に膜を浸漬し、吸引することにより濾過を行うものであり、水処理分野を中心として、近年多用されるようになってきた。しかし、減圧により処理液を膜透過させるために、加圧型のクロスフロー方式の膜分離装置と比較して処理圧が低く、濃縮倍率が低いという欠点がある。例えば、一般的な浸漬方式の膜分離装置は、汚泥濃度15,000 ｍｇ/Ｌ（１.５w/v％）程度が濃縮限界である。このため、汚泥からのリン回収方法における固液分離手段として用いた場合、固液分離後の汚泥を処理するために、さらに遠心分離等により汚泥の濃縮を行う必要があった。
【００３９】
これに対して、本発明のリン回収方法は、クロスフロー方式の膜分離装置を用いて汚泥を固液分離するため、一般的な浸漬方式の膜分離装置よりも処理圧が高く、汚泥濃度60,000 ｍｇ/Ｌ（６.０w/v％）程度まで濃縮可能であり、クロスフロー方式の膜分離装置、特に加圧型のクロスフロー方式の膜分離装置を用いることにより、浸漬方式の膜分離装置と比較して３倍程度減容することが可能であり、別途汚泥濃縮のための装置（例えば、遠心分離器）は不要である。また、固液分離後の汚泥の乾燥も容易となり、汚泥投棄にかかるコストを削減することができる。
【００４０】
本発明に用いるクロスフロー方式の膜分離装置は、膜の洗浄が容易で、装置の構造も簡単な平膜型であることが好ましく、特に、加圧型のクロスフロー方式の膜分離装置が好ましい。また、使用する膜としては、精密濾過膜（ＭＦ膜）又は限外濾過膜（ＵＦ膜）が有機物、重金属類の効果的な除去の見地から好ましい。
【００４１】
具体的には、図３に示すような、被処理水入口及び濃縮水出口を有する圧力容器と、前記圧力容器内に設けられた集水部と、前記集水部にて挟持して保持された膜分離エレメント群とを備え、前記膜分離エレメント群が、複数の膜分離エレメントと、前記膜分離エレメント間に設けられたスペーサとを積層して構成され、前記膜分離エレメント及び前記スペーサを貫通すべく、前記膜分離エレメントに貫通孔が形成されており、前記膜分離エレメント群に形成された前記貫通孔が、前記集水部に形成された透過水排出路に連通されており、前記圧力容器に導入された被処理水が、前記膜分離エレメント内を浸透して、前記貫通孔及び前記透過水排出路を経て外部に排出されることを特徴とする、クロスフロー方式の膜分離装置を用いることが好ましい。
【００４２】
かかる膜分離装置においては、前記膜分離エレメント群が一対の集水部にて挟持され、前記一対の集水部が固定手段にて固定されている構成とすることが好ましく、また、前記集水部が、板状部材を用いて構成されていることが好ましい。
【００４３】
前記膜分離エレメントが、透過性膜、間隔保持体、支持板、間隔保持体、透過性膜を順次積層した５層構造であって、前記貫通孔に一方端部が接すべく、前記支持板に少なくとも一つの切り込みが設けられる構成とすることも好ましく、前記切り込みの他方端部が、前記支持板における前記スペーサの投影領域の外側に設けられていてもよい。また、前記圧力容器の被処理水入口側には整流板を設けられており、前記整流板が、隣接する膜分離エレメント群と略直交するように設けられる構成とすることも好ましい。
【００４４】
図３（ａ）は、本発明で用いるのに好ましい膜分離装置の概略断面図を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面の概略断面図を示し、図３（ｃ）は、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面の概略断面図を示している。
【００４５】
図３に示す膜分離装置は、矩形管状の圧力容器４９、この圧力容器４９内に設けられた平板状の集水部５０、及び一対の集水部５０に挟持して保持された二つの膜分離エレメント群４８等を用いて構成されている。ここで、膜分離エレメント群４８は、例えば、１００mm×１００mm×２００mmの大きさのものが用いられる。
【００４６】
各膜分離エレメント群４８は、複数の膜分離エレメント４３と、各膜分離エレメント４３間に設けられたスペーサ４４とを積層して構成されており、積層された膜分離エレメント４３及びスペーサ４４の一方側から他方側にかけて貫通すべく、膜分離エレメント群４８に貫通孔４５が形成されている。そして、この貫通孔４５にはパイプ４６が挿入されており、パイプ４６には長手方向に沿って４本の透過水排出溝（図示せず）が形成されている。
【００４７】
膜分離装置を構成する圧力容器４９には、入口４１及び出口４２側のそれぞれにフランジ部５２，５３が設けられている。そして、この入口４１及び出口４２側には、それぞれフランジ部５２，５３に連接可能に構成されたフランジ部５５，５７を備えた、入口側継手５４および出口側継手５６が設けられている。圧力容器４９に設けられたフランジ部５２，５３と各継手５４，５６に設けられたフランジ部５５，５７とは、ボルトおよびナット等から成る締結手段を用いて接続されている。また、出口側継手５６に設けられたフランジ部５７には、集水部５０に形成された透過水排出路４７に連通した透過水排出路５８が設けられている。
【００４８】
図３に示す膜分離装置では、複数の膜分離エレメント４３およびスペーサ４４等を積層して構成された膜分離エレメント群４８が平板状に形成された集水部５０で挟持されることによって膜分離装置が構成されている。より具体的には、膜分離エレメント群４８が一対の集水部５０にて挟持され、このように挟持した一対の集水部５０が複数の締付バンド５１にて締め付けて固定され、一対の集水部５０および締付バンド５１にて挟持して保持された膜分離エレメント群４８が、矩形管状に形成された圧力容器４９内に押し込められることによって膜分離装置が構成されている。
【００４９】
また、この膜分離装置においては、一対の集水部５０にて挟持されたそれぞれの膜分離エレメント群４８が、四本の締付バンド５１を用いて締め付けられており、この締付バンド５１は、膜分離エレメント群４８とパイプ４６との間における漏洩防止等の観点から、パイプ４６の配設位置に対応して設けられている。
【００５０】
さらに、このようにして膜分離エレメント群４８を挟持すべく構成された板状の集水部５０には、締付バンド５１を取り付けるための取付溝部５０ａが設けられており、この取付溝部５０ａに締付バンド５１を取り付けた状態で、集水部５０及び膜分離エレメント群４８が圧力容器４９内に配設可能である。この締付バンド５１は、例えば、ステンレス、プラスチック、ゴム等を用いて構成されている。
【００５１】
図４に膜分離エレメントからなる積層体を分解した斜視図を示す。膜分離エレメント４３は矩形の平膜状であって、この例では長辺対短辺の比は２であり、パイプを挿入する貫通孔４５は短辺の２等分線上にある。具体的には、長辺が１００〜３００mmで、短辺が５０〜１５０mmが好ましい。あまり長いと、超音波による溶着によって膜分離エレメントを作製するのが困難になり、また逆洗もできなくなる（破損の恐れが生じる）。
【００５２】
図５に膜分離エレメントの断面図を示す。膜分離エレメント４３は透過性膜５９、不織布６０、支持板６１、不織布６２、透過性膜６３を順次積層した５層構造であって、透過性膜５９、不織布６０、不織布６２及び透過性膜６３の端部は超音波で溶着されている。支持板６１の材質は、合成樹脂でもよく、金属でもよく、要するに、膜分離エレメント４３が一定の形状を保持できるような材質のものであればよい。
【００５３】
膜分離エレメント４３の支持板６１に切り込み６４を設けないと、膜分離エレメント内の透過水は不織布のみを通じて排出されるため、透過水の圧損が大きくなる。ここで、図６に示すように、貫通孔４５周囲の膜分離エレメントの支持板６１に切り込み６４を入れることにより、膜分離エレメント内を浸透する透過液の圧損が低減される。切り込み６４は、貫通孔４５に一方の端部が接し、他方の端部がスペーサ４４の投影領域の外側に設けられるのが好ましく、複数本設けることが特に好ましい。
【００５４】
（嫌気消化）
汚泥の濃縮倍率が高いことによる別の効果として、固液分離後の汚泥の固形懸濁物濃度（ＳＳ）が高いことが挙げられる。固液分離後の汚泥は、消化槽で嫌気消化されて有機物をさらに分解されるが、嫌気消化は有機物濃度が低すぎると有機物の分解効率が低くなる。一般的な消化槽では、有機物の指標としてＳＳを３w/v％程度以上に保つことが好ましいとされているが、本実施例のクロスフロー方式の膜分離装置で固液分離された汚泥は、固液分離前のＳＳが０.５％程度であるのに対し、３w/v％以上に濃縮できるため、消化槽内の有機物濃度を嫌気消化に適した濃度に維持することが可能である。固液分離後の汚泥のＳＳは、消化槽における嫌気消化を適正に行う見地から３w/v％以上６w/v％以下、好ましくは３.５w/v％以上５w/v％以下であることが好ましい。嫌気消化の適正化によって、余剰汚泥の減容も可能となる。
【００５５】
なお、嫌気リン放出槽内のリン放出を促進するために、最初沈殿槽の汚泥を嫌気リン放出槽に投入することも可能である。
【００５６】
（メタン回収）
消化槽における嫌気消化を適正化する事によるさらなる効果として、消化槽で発生するメタンガス量が増加するため、これを回収して嫌気リン放出槽を３０〜４０℃に加熱する熱源として再利用すれば、本実施例の汚泥処理方法にかかるエネルギーの節約も図ることが可能になると共に、汚泥からのリン放出も促進され、汚泥から高効率にリン成分を回収することができる。
【００５７】
（膜処理によるリン成分及び有機物の除去）
有機性排液を、加圧型のクロスフロー方式の膜分離装置を用いて処理し、膜処理前後の可溶性全リン濃度（Ｓ・Ｔ−Ｐ）及び可溶性全有機性炭素濃度（Ｓ−ＴＯＣ）を測定した。
【００５８】
重金属類を含む有機性排液として今回膜処理を行った試料は、下水処理場の最終沈殿槽から採取した汚泥を最初沈殿槽汚泥に加えて（最終沈殿槽汚泥と最初沈殿槽汚泥の容量比は４：１）５時間嫌気処理し、リン成分を放出させた汚泥である。膜分離処理にはＵＦ膜を、表１に示す操作条件において用いた。
【００５９】
【表１】
2005342635.tif 000003
【００６０】
ここで試料排液の処理手順について説明する。テストセルの３５０ｍＬ容器に試料２００ｍＬを投入し、攪拌しながら窒素ガスボンベを用いて所定圧力下で試料排水の膜分離処理を開始した。膜分離初期の１０〜２０ｍＬを捨て、その後約５０ｍＬの膜分離液を得るまで処理継続し、これを分析試料とした。
【００６１】
なお、測定は、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２工場排水試験方法（1998）に準拠して行った。すなわち、Ｓ・Ｔ−Ｐはペルオキソ二硫酸カリウム分解法（項46.3.1）、Ｓ−ＴＯＣは燃焼酸素−赤外線式ＴＯＣ分析法（項22.1）によって測定した。
【００６２】
その結果、Ｓ・Ｔ−Ｐについては、嫌気リン放出汚泥が１２０ ｍｇ／Ｌ、ＵＦ膜分離液が１１６ ｍｇ／Ｌ（阻止率３.３％）であり、試料中のリン成分の９６％以上が膜分離液中に移行していた。また、Ｓ・ＴＯＣについては、嫌気リン放出汚泥が３０.４ ｍｇ／Ｌ、ＵＦ膜分離液が３０.０ ｍｇ／Ｌ（阻止率１.３％）であり、試料中の有機物の９８％以上が膜分離液中に移行していた。
【００６３】
ここで阻止率とは、
阻止率（％）＝（Ｃ０−Ｃｆ）／Ｃ０×１００
（Ｃ０：嫌気リン放出汚泥中の濃度ｍｇ/Ｌ、Ｃｆ：膜分離液中の濃度ｍｇ/Ｌ）
という式から算出され、試料（嫌気リン放出汚泥液）中の測定対象が膜処理によって何％除去されたかを示す数値である。
【００６４】
（回収リン成分への有機物の混入）
本発明のリン回収方法は、汚泥を嫌気処理した後、加圧型のクロスフロー方式の膜分離装置を用いて汚泥の固液分離を行うことを特徴としており、重金属類、固形有機物等の混入が少ないリン成分を汚泥中から回収することができる。また、本発明のリン回収方法は、特に高価な試薬や特別な設備を要しない点で、経済性にも優れている。
【００６５】
本実施例において、ＵＦ膜処理後の分離液に塩化カルシウムを添加して凝集試験したところ、Ｓ・ＴＯＣ（可溶性有機性炭素濃度物）については嫌気リン放出汚泥が３０.４ ｍｇ／Ｌ、ＵＦ膜処理分離液が３０.０ ｍｇ／Ｌ（阻止率１.３％）であったが、凝集沈殿上澄み液は２９.２ ｍｇ／Ｌ（阻止率２.７％）であった。すなわち、膜を透過した可溶性有機物は処理水側に流出し、回収リン成分中には蓄積されなかった。このことは、膜処理後の分離液中に可溶性有機物が含まれていても、分離液中のリン成分を凝集沈殿させることにより、有機物をほとんど含まないリン成分を回収できることを示している。
【００６６】
一方、Ｓ・Ｔ−Ｐについては嫌気リン放出汚泥が１２０ ｍｇ／Ｌ、ＵＦ膜処理分離液が１１６ｍｇ／Ｌ（阻止率３.３％）であったが、凝集沈殿上澄み液は２.８ mg／Ｌ（阻止率９７.６％）であった。すなわち、膜を透過したリン成分は、その９７％以上を回収することができた。このように、本実施例においてはリン成分の回収率が高いにもかかわらず、可溶性有機物はほとんど回収リン成分に混入しないという優れた効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
このように、本発明のリン回収方法及び該方法を実施するための装置は、回収リン成分の品質、処理の経済性、リン成分の高回収等の観点から優れた特徴を有するものであり、下水等の有機性排液からのリン回収方法及びリン回収装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】従来法による下水からのリン回収方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明による下水からのリン回収方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明に用いるのに好ましい膜分離装置の一例の概略図であって、図１６（ａ）は膜分離装置の概略断面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面の概略断面図、図１６（ｃ）は図１６（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面の概略断面図である。
【図４】多数の膜分離エレメントからなる積層体を分解した斜視図である。
【図５】膜分離エレメントの断面図である。
【図６】図７（ａ）は膜分離エレメントの支持板の貫通孔周囲に形成した切り込みの一例を示す平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のVII−VII線断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１，２１：流入下水
２，２２：最初沈殿槽
３，２３：曝気槽
４，２４：最終沈殿槽
５，２５：放流水
６，２６：嫌気リン放出槽
７：浸漬型の膜分離装置
８，２８：晶析槽
９，２９：回収リン成分
１０：遠心濃縮機  
１１，３１：消化槽
１２，３２：脱水装置
１３：脱水ケーキ
１４，３４：嫌気槽
２６：嫌気リン放出槽
２７：クロスフロー方式の膜分離装置
４１：入口
４２：出口
４３：膜分離エレメント
４４：シール材兼スペーサ
４５：貫通孔
４６：パイプ
４７，５８：透過水排出路
４８：膜分離膜エレメント群
４９：圧力容器
５０：集水部
５１：締付バンド
５２，５３，５５，５７：フランジ部
５４：入口側継手
５６：出口側継手
５９，６３：透過性膜
６０，６２：不織布
６１：支持板
６４：切り込み
【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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【図６】
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