(57)【要約】【課題】  再生利用する種晶の形状、寸法のばらつきを少なくする。【解決手段】  被処理水を槽内に充填した種晶１２と接触させて被処理水中のリンを種晶１２の表面に晶析リンとして析出させる晶析反応槽１０と、晶析反応槽１０から抜き出した種晶１２を受け入れてノズル３８から噴射する水の動エネルギによって種晶１２表面の晶析リンを剥離する晶析リン剥離槽３４と、晶析リン剥離槽３４を経た種晶１２と晶析リンとを分離する液体サイクロン６８と、液体サイクロン６８で分離された種晶１２を晶析反応槽１０に返送する管路８０と、液体サイクロン６８によって種晶１２から分離された晶析リンを回収する回収タンク７８とを具備している。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を槽内に充填した種晶と接触させて被処理水中のリンを前記種晶の表面に晶析リンとして析出させる晶析反応槽と、前記晶析反応槽から抜き出した種晶を受け入れて当該種晶表面の晶析リンを剥離する晶析リン剥離手段と、前記晶析リン剥離手段を経た種晶と晶析リンとを分離する分離手段と、前記分離手段で分離された種晶を前記晶析反応槽に返送する種晶返送手段と、前記分離手段によって種晶から分離された晶析リンを回収する晶析リン回収手段とを具備したことを特徴とするリン回収システム。
【請求項２】
前記晶析リン剥離手段は前記種晶に流体を噴射するノズルを具備しており、当該ノズルから噴射する流体の動エネルギによって種晶の表面に析出した晶析リンを剥離するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のリン回収システム。
【請求項３】
前記晶析リン剥離手段には前記ノズルから噴射する水を内部で循環使用する循環手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のリン回収システム。
【請求項４】
前記分離手段が液体サイクロンであることを特徴とする請求項１に記載のリン回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリン回収システムに係り、特にリンを含む被処理水を晶析法によって処理することによってリンを回収するリン回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
リンを含む被処理水からリンを回収する方法として晶析法が知られている。この方法は、リン，カルシウムイオン，水酸イオンが反応して生成するヒドロキシアパタイトなどのリン酸カルシウムを種晶の表面に晶析リンとして析出させることによって、リンを含む被処理水からリンを回収する。回収したリンは晶析反応槽から種晶ごと引抜いて、リン酸質肥料などに利用される。
【０００３】
しかしながら、回収したリンを種晶ごと晶析反応槽から引抜くと、晶析反応槽に新たな種晶を充填する必要がある。このため、種晶の材料費が嵩み、運転コストが高くなるという欠点がある。
このような欠点を解消するための技術として、特許文献１や特許文献２には晶析法によって肥大化した種晶を粉砕（破砕）し、種晶として再利用する方法が開示されている。また、特許文献３には晶析反応槽を回転自在に構成し、この晶析反応槽を間欠的に回転させることによって種晶（脱リン材）の表面に析出した晶析リンを剥離させ、種晶の脱リン性能を回復させる方法が開示されている。
【特許文献１】特開平７−３０３８８９号公報
【特許文献２】特開２００３−２７５７７４号公報
【特許文献３】特開２００４−５１４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載された方法は種晶を機械的に粉砕（破砕）するので、粉砕（破砕）後の種晶の形状、寸法にばらつきが多く、晶析反応槽に再投入した場合に運転の不安定を招くという問題点があった。また、特許文献３に記載された方法は、晶析反応槽を回転自在にするための機構が複雑になるため設備費や運転保守費の高騰を招き、下水処理など大容量向けの処理設備に不適であるという問題点があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を改善し、再生利用する種晶の形状、寸法にばらつきが少なく、晶析反応槽に種晶として再投入した場合でも安定運転が得られ、かつ、大容量向けの処理設備としても好適なリン回収システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明に係るリン回収システムは、被処理水を槽内に充填した種晶と接触させて被処理水中のリンを前記種晶の表面に晶析リンとして析出させる晶析反応槽と、前記晶析反応槽から抜き出した種晶を受け入れて当該種晶表面の晶析リンを剥離する晶析リン剥離手段と、前記晶析リン剥離手段を経た種晶と晶析リンとを分離する分離手段と、前記分離手段で分離された種晶を前記晶析反応槽に返送する種晶返送手段と、前記分離手段によって種晶から分離された晶析リンを回収する晶析リン回収手段とを具備したことを特徴とする。
【０００７】
上記構成のリン回収システムにおいては、前記晶析リン剥離手段は前記種晶に流体を噴射するノズルを具備しており、当該ノズルから噴射する流体の動エネルギによって種晶の表面に析出した晶析リンを剥離するように構成されたことが望ましい。また、前記晶析リン剥離手段には前記ノズルから噴射する水を内部で循環使用する循環手段が設けられていることが望ましい。なお、前記分離手段としては液体サイクロンが好ましく用いられる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る晶析リン剥離手段では、種晶を粉砕（破砕）することなく種晶の表面に析出した晶析リンを剥離するように構成されている。このため、再生後の種晶は形状、寸法にばらつきが少なく原形をとどめている。したがって、この再生後の種晶を晶析反応槽に種晶として再投入した場合でも安定運転が得られる。また、種晶の表面から剥離し、回収する晶析リンは種晶を粉砕（破砕）することによって得られた余剰の晶析リンに比べて性状や形状が安定しており、肥料などに有効利用しやすい。また、晶析反応槽は格別の回転機構を必要としないので、大容量向けの処理設備としても好適なリン回収システムを実現することができる。
【０００９】
また、晶析リン剥離手段はノズルから噴射する流体の動エネルギによって種晶の表面に析出した晶析リンを剥離するように構成されている。このため、種晶の表面に流体の動エネルギが万遍なく作用して、晶析リンの剥離が進行する。したがって、再生後の種晶は形状、寸法にばらつきが少ない。また、回収する晶析リンも性状や形状が安定しており、肥料などに有効利用しやすい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明に係るリン回収システムの実施形態を示す系統図である。晶析反応槽１０は縦型の流動床式反応槽であり、内部には直径が１〜３ｍｍ程度の種晶１２が充填されている。循環ポンプ１４によって晶析反応槽１０の底部から流入した被処理水は、晶析反応槽１０内を上向流で流れる。この被処理水の上向流によって晶析反応槽１０内には種晶１２の流動床が形成される。晶析反応槽１０の上部には集水管１６が配設されており、被処理水の大部分は集水管１６から抜き出され、管路１８を経て循環ポンプ１４により循環される。管路１８にはリン含有水である被処理水の流入管２０が接続している。また、晶析反応槽１０の上方には薬品供給管２２が接続しており、リンの晶析反応に必要なカルシウムイオンや水酸イオンが適量、添加される。
【００１１】
上記構成の晶析反応槽１０では、被処理水が種晶１２の流動床を上向流で通過する過程で、被処理水中のリンが種晶１２の表面に晶析リンとして析出し、被処理水のリン濃度が低下する。そして、流入管２０から流入した被処理水の水量に見合う量の処理水が排出管２４から排出され、処理水槽２６に一時的に貯留された後、管路２８から系外へ放出される。この晶析処理の結果、晶析反応槽１０内の種晶１２は表面に析出した晶析リンによって次第に肥大化するとともに、活性が低下してくる。したがって、種晶１２の一部を晶析反応槽１０から間欠的に抜き出し、再生する。
【００１２】
すなわち、種晶１２の流動床が形成されている晶析反応槽１０の下部には種晶１２の引抜管３０が接続されている。引抜管３０に設けた開閉弁３２を開放することによって、晶析反応槽１０内の種晶１２の一部を間欠的に抜き出す。抜き出した種晶１２は晶析リン剥離手段である晶析リン剥離槽３４に送り込まれる。水を張り込んだ晶析リン剥離槽３４内に投入された種晶１２はその自重によって槽底部３６に沈降する。槽底部３６にはノズル３８が配置され、当該ノズル３８から噴射する水の動エネルギによって種晶１２の表面に析出した晶析リンを剥離する。
【００１３】
図２は槽底部３６における種晶１２の挙動を示した説明図である。ノズル３８は下部には縮流部３８Ａと攪拌筒４０とを有している。ノズル３８の縮流部３８Ａから高速で噴射する噴射水が槽底部３６に激しく打ち付けられる。そして槽底部３６で反発した噴射水の一部が攪拌筒４０に戻り、攪拌筒４０の内部では激しい攪拌が行われる。攪拌筒４０の下端と槽底部３６との間隙から種晶１２が攪拌筒４０の下方に流入し、攪拌筒４０での内部攪拌により、種晶１２が激しく削り合い、それを繰り返すことによって種晶１２の表面に析出した晶析リンが剥離する。晶析リンが剥離した種晶１２は噴射水の水流によって攪拌筒４０の外側に吐き出され、晶析リンが剥離した種晶１２よりも重たい種晶１２が槽底部３６に沈降，流入して晶析リンの剥離作用を受ける。この剥離作用の繰り返しによって、晶析リン剥離槽３４内に投入された種晶１２の表面から晶析リンが万遍なく剥離される。
【００１４】
ノズル３８から噴射する水は晶析リン剥離槽３４内に張り込んだ水を循環ポンプ４２で循環させることによって賄う。晶析リン剥離槽３４の上部には傾斜板４４が設けられ、槽内を上向流で循環する水はこの傾斜板４４によって同伴する種晶１２や晶析リンの剥離物が分離された後に循環部４５に溢流し、噴射水として繰り返し利用される。
【００１５】
上記した晶析リンの剥離操作を所定時間（例えば８時間）実施した後、循環ポンプ４２を停止し、種晶１２と晶析リンの剥離物を槽底部３６に沈降させる。次に、槽底部３６に接続された種晶排出管４６の開閉弁４８を開放する。種晶排出管４６の他端はインジェクタポンプ５０の吸込口５２に接続している。インジェクタポンプ５０の水供給口５４は、清澄水槽５５からの清澄水を管路５６を介して圧送する圧送ポンプ５８の吐出管６０に接続されている。圧送ポンプ５８を駆動させつつ、吐出管６０に設けた開閉弁６２を開放する。すると、インジェクタポンプ５０に圧送ポンプ５８からの圧送水が導入され、インジェクタポンプ５０の吸込口５２に吸引力が発生する。その結果、晶析リン剥離槽３４の底部の種晶１２と晶析リンの剥離物を含んだスラリーがインジェクタポンプ５０の吸込口５２から吸込まれる。このスラリーはインジェクタポンプ５０の吐出口６４に接続した管路６６を介して分離手段である液体サイクロン６８へ送られる。
【００１６】
液体サイクロン６８ではスラリー中の粒径が大きい種晶１２が液体サイクロン６８の底部から分離，排出され、晶析リンの剥離物を含む懸濁水７０が液体サイクロン６８の内筒７２から分離，排出される。懸濁水７０はフィルタ又はスクリーンなどの固液分離手段７４によって分離水７５と晶析リンの剥離物７６とに分離され、分離水７５は処理水槽２６に返送される。また、晶析リンの剥離物７６は晶析リン回収手段である回収タンク７８に回収され、リン酸質肥料などに有効利用される。
【００１７】
液体サイクロン６８で分離された種晶１２は種晶返送手段である管路８０を介して晶析反応槽１０内に返送される。なお、圧送ポンプ５８の吐出管６０にはさらに管路８６を分岐させ、この管路８６の開閉弁８８を開放することによって、晶析リン剥離槽３４へ水を張り込むようにする。
【００１８】
上述の晶析反応槽１０からの種晶１２の抜き出し、晶析リン剥離槽３４での晶析リンの剥離、液体サイクロン６８による種晶と晶析リンの分離、分離した種晶１２の晶析反応槽１０への返送、分離した晶析リンの回収といった一連の操作を例えば一週間に一回の頻度で実施する。すると、晶析反応槽１０内に充填された種晶１２はその一部が一週間に一回の頻度で更新されることになり、晶析反応槽１０では種晶１２の流動床が常に安定して維持される。
【００１９】
上述のとおり、本実施形態のリン回収システムによれば、晶析リン剥離槽３４では、ノズル３８から噴射する水の動エネルギによって種晶１２の表面に析出した晶析リンを剥離するように構成されている。このため、種晶１２の表面に流体の動エネルギが万遍なく作用して、晶析リンの剥離が進行する。したがって、再生後の種晶１２は形状、寸法にばらつきが少なく原形をとどめており、この再生後の種晶１２を晶析反応槽１０に再投入した場合でも安定運転が得られる。また、種晶の表面から剥離し、回収する晶析リンも性状や形状が安定しており、肥料などに有効利用しやすい。また、晶析反応槽１０は格別の回転機構を必要としないので、大容量向けの処理設備としても好適なリン回収システムを実現することができる。
【００２０】
図３は本発明に係るリン回収システムにおける晶析リン剥離手段の変形例を示す断面図である。この晶析リン剥離手段１００は、水が張り込まれた外筒９０と内筒９２とからなり、内筒９２の下部にはブロワ９４からの供給された圧縮空気を噴出する噴気ノズル９６が配置されている。また、内筒９２内には水流をジグザグに案内する案内部材９８が設けられている。
【００２１】
噴気ノズル９６から噴出した空気の動エネルギ及び当該空気の浮力に基くエアリフト作用によって、内筒９２では上向、外筒９０では下向の循環流が生起される。この循環流に乗って種晶１２も内筒９２と外筒９０を循環する。この循環の過程で種晶１２は内筒９２内の案内部材９８に衝突し、或いは種晶１２同士が激しく衝突し合う。この衝突力によって種晶１２表面の晶析リンが徐々に剥離する。したがって、この循環運転を一定時間（例えば８時間）、継続することによって、種晶１２表面から所定のレベルで晶析リンを剥離させることができる。
この晶析リン剥離手段１００は前記実施形態に係る晶析リン剥離槽３４に代替するものであり、晶析リン剥離槽３４に比べて装置構成を簡潔にすることができる。
【００２２】
前記実施形態では晶析反応槽として縦型の流動床式のものを示した。しかしながら、本発明に係る晶析反応槽はこれに限定されず、固定床式の反応槽にも適用できる。また、本発明に係る晶析リン剥離手段としては、ノズルから噴射する流体の動エネルギによって種晶の表面に析出した晶析リンを剥離するものに限らず、種晶を混合攪拌し、種晶同士の接触、摩擦力によって晶析リンを剥離する構造を採用してもよい。また、本発明に係る分離手段は液体サイクロンに限らず、他形式の分級機を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るリン回収システムの実施形態を示す系統図である。
【図２】槽底部３６における種晶１２の挙動を示した説明図である。
【図３】本発明に係る晶析リン剥離手段の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０………晶析反応槽、１２………種晶、１４………循環ポンプ、１６………集水管、２０………流入管、２２………薬品供給管、２４………排出管、２６………処理水槽、３０………引抜管、３４………晶析リン剥離槽、３６………槽底部、３８………ノズル、３８Ａ………縮流部、４０………攪拌筒、４２………循環ポンプ、４４………傾斜板、４５………循環部、４６………種晶排出管、５０………インジェクタポンプ、５５………清澄水槽、５８………圧送ポンプ、６０………吐出管、６８………液体サイクロン、７０………懸濁水、７４………固液分離手段、７５………分離水、７６………晶析リンの剥離物、７８………回収タンク、９０………外筒、９２………内筒、９４………ブロワ、９６………噴気ノズル、９８………案内部材、１００………晶析リン剥離手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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