(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性汚泥を機械的方法により破砕して、有機性汚泥中のりんをりん酸イオンとして溶出させた後、マグネシウム化合物を添加して、ｐＨを８〜９に調整し、りん酸イオンをりん酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子として回収することを特徴とする有機性汚泥のりん除去方法。
【請求項２】
有機性汚泥を機械的方法により破砕して、有機性汚泥中のりんをりん酸イオンとして溶出させたるとともに残留汚泥を除いた後、マグネシウム化合物を添加して、ｐＨを８〜９に調整し、りん酸イオンをりん酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子として回収することを特徴とする有機性汚泥のりん除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性汚泥を減容化するとともに汚泥中のりんを除去する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場等から発生する有機性汚泥は、廃棄物として埋め立て処分されてきたが、近年、埋め立て処分地の不足問題や環境破壊問題により汚泥の減容化が望まれている。
汚泥の減容化方法としては、従来より嫌気性消化法や汚泥溶融法等が検討されており、多くの実施設が稼働している。
また最近では、汚泥を可溶化することにより生物分解性を向上させ、生物反応槽でガスに変換する方法が検討されている。汚泥の可溶化法としては、湿式酸化、熱アルカリ処理、オゾン処理、超音波処理、機械的破砕等が行われており、特に、余剰汚泥をオゾン処理することにより、細胞膜を破壊して有機物を溶出させ、生物反応槽に返送することにより余剰汚泥の発生しないプロセスも実現可能であることが示唆されている（「ＰＰＭ」1996年６月号17〜23頁、特開平９−９４５９６号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
嫌気性消化法や汚泥溶融法においては、原汚泥が生物脱りん汚泥のように高濃度のりんを含有している場合には、消化槽内にりん化合物のスケールが発生したり、汚泥溶融プロセスの煙道中にりん化合物が付着するなど、維持管理の上で大きな障害となっていた。
一方、汚泥を可溶化した後生物反応に供するシステムにおいては、可溶化有機物は生物反応に有効に利用されるものの、過剰に可溶化したりんや窒素は十分に生物反応で利用されず、結果として放流水中のりんや窒素濃度の上昇を招いたり、返流りん負荷や窒素負荷を増大させるという問題点があった。また、上記した汚泥の可溶化法のうち、湿式酸化や熱アルカリ処理は、汚泥可溶化後のｐＨ調整等の後処理が必要となるという問題点があり、オゾン処理については大規模なオゾン発生機の設置やランニングコストがかさむ等の問題点があり、超音波処理に関しては可溶化効果が低いという問題点があった。
【０００４】
また、循環脱窒法に代表される生物学的脱窒法においては、しばしば脱窒槽における炭素源不足が生じ、十分な脱窒効果が得られないことがあった。この場合、可溶化脱りんされた汚泥処理液を脱窒槽に供給すれば、脱窒菌の炭素源として有効に利用できることが示唆されていた。
【０００５】
本発明は、汚泥の減容化及び可溶化を容易に達成すると同時に、汚泥中のりんをりん酸マグネシウムアンモニウムとして回収することにより、水処理系への返流りん負荷を軽減できる方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、このような課題を解決するため鋭意検討の結果、有機性汚泥を機械的に破砕してりんを溶出させ、このりん酸イオンを含んだ可溶化汚泥にマグネシウム化合物を添加してりん酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子として有機性汚泥に含まれていたりんを回収することで、汚泥の減容化とりん除去が達成できるという事実を見出し、本発明に到達した。
【０００７】
すなわち、本発明の第一は、有機性汚泥を機械的方法により破砕して、有機性汚泥中のりんをりん酸イオンとして溶出させた後、マグネシウム化合物を添加して、ｐＨを８〜９に調整し、りん酸イオンをりん酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子として回収することを特徴とする有機性汚泥のりん除去方法を要旨とするものである。
【０００８】
また、本発明の第二は、有機性汚泥を機械的方法により破砕して、有機性汚泥中のりんをりん酸イオンとして溶出させたるとともに残留汚泥を除いた後、マグネシウム化合物を添加して、ｐＨを８〜９に調整し、りん酸イオンをりん酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子として回収することを特徴とする有機性汚泥のりん除去方法を要旨とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のりん除去方法は、有機性汚泥を機械的に破砕して、汚泥中のりんをりん酸イオンとして溶出させた後、マグネシウム化合物を添加してりん酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子として有機性汚泥に含まれていたりんを回収する方法である。
【００１０】
先ず、有機性汚泥を機械的に破砕して汚泥中のりんをりん酸イオンとして溶出させる工程について説明する。
本発明における有機性汚泥とは、下水処理場の最初沈殿池から発生する汚泥や最終沈殿池から発生する余剰汚泥、尿処理場や浄化槽から発生する有機性汚泥または産業排水処理から発生する有機性汚泥など、有機性の汚泥であればどのようなものでもよく、その性状などは特に限定されない。
【００１１】
本発明で用いられる機械的破砕手段としては、従来から汚泥の破砕に用いられている方法が良好に用いられるが、その中でもディスポーザーと一般に呼ばれている金属羽根を高速回転させる方法やミルビーズを高速回転させる湿式ビーズミル法等が適している。
ディスポーザーを用いる方法において、金属羽根の回転数としては、1,000 〜10,000ｒｐｍが好ましく、2,000 〜4,000 ｒｐｍがより好ましい。汚泥の滞留時間としては、金属羽根の回転数や汚泥の性状に影響され一概に決まらないが通常、０．５〜２０分が好ましく、１〜５分がより好ましい。
【００１２】
湿式ビーズミル法においては、ガラスおよび／またはＺｒＯ2 より形成された０．２５〜０．５ｍｍ、好ましくは０．３〜０．４ｍｍのミルビーズを、回転円板が設置されたミル室に充填率８０〜９０％程度、好ましくは約８５％で充填し、ミル室内に汚泥を投入した後、回転円板を1,000 〜10,000ｒｐｍ、好ましくは2,000 〜4,000 ｒｐｍで回転させ、汚泥を０．５〜２０分間、好ましくは１〜５分間滞留させることによって汚泥を破砕することができる。
このようにして有機性汚泥を破砕することにより、汚泥中のりんがりん酸イオンとして溶出してくる。
【００１３】
次に、上記の破砕工程を経た可溶化汚泥に対して、マグネシウム化合物を添加してりん酸マグネシウムアンモニウムを形成させる。この造粒脱りん工程は、りん含有廃水に対して従来行われていた方法が良好に用いられる（特許第２５７８１３６号公報参照）。
ここで用いられるマグネシウム化合物としては、特に限定されないが、塩化マグネシウム、酢酸マグネシウム、水酸化マグネシウム等の水中でイオン化するマグネシウム塩が用いられ、海水中のマグネシウムイオンを利用することも可能である。
マグネシウム化合物の添加量としては、可溶化汚泥中のりん酸イオンとのモル比が０．５〜３となるようにすることが好ましく、さらに好ましくは、０．８〜１．３である。添加量がモル比で３以上に上昇してもりん除去率の向上は見られず、一方、０．５以下の場合は、りん除去率が低い値を示すので、好ましくない。
【００１４】
本発明においては、マグネシウム化合物を添加した際に、可溶化汚泥のｐＨを８〜９に調整することが必要である。可溶化汚泥のｐＨや使用するマグネシウム化合物によっては、ｐＨ調整剤を添加する必要がない場合もあるが、通常は苛性ソーダのようなアルカリ剤を添加して、ｐＨを８〜９に調整する。ｐＨが９を超えるとりん酸マグネシウムアンモニウム以外の成分が生成してくるので好ましくなく、一方、８未満の場合は、りん除去率が著しく低下するので好ましくない。
さらにこの造粒脱りん工程においては、曝気により装置本体内を攪拌混合するのが好ましい。
【００１５】
この造粒脱りん工程により、可溶化汚泥に含まれていたりん酸イオンの８０〜９０％がりん酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子として生成され、りん酸が除かれた処理液は装置本体上部より排出される。装置内に生成してくるりん酸マグネシウムアンモニウムは１〜２週間装置本体内に滞留し、粒径０．５〜１．０ｍｍ程度にまで造粒した後、装置本体下部より引き抜くことにより固体粒子として回収され、化成肥料として有効利用される。
【００１６】
なお、回収するりん酸マグネシウムアンモニウムの純度を上げるためには、可溶化汚泥を造粒脱りん工程に導入する前に、機械的破砕後の固形残渣である残留汚泥と分離液に分離し、分離液のみを造粒脱りん工程に導入することが有効である。可溶化汚泥から残留汚泥を分離する方法としては、種々考えられるが、薬注または無薬注の凝集加圧浮上法、機械脱水法（フィルタープレス、ベルトプレス、遠心分離機等）、膜分離法等が適している。
【００１７】
本発明の方法により、りんが除去された処理液は、次に続く生物処理工程に返送されてもよいし、また従来の汚泥減容化法である嫌気性消化工程、汚泥溶融工程に供されてもよい。
【００１８】
次に、本発明をフロー概略図により説明する。
図１において、最初沈殿池あるいは余剰汚泥から供給される有機性汚泥１は、機械的破砕工程２に供されてりん酸イオンが溶出した後、造粒脱りん工程３に供される。造粒脱りん工程３においては、マグネシウム化合物４を添加することにより、可溶化汚泥中のりん酸イオンはりん酸マグネシウムアンモニウム５の固体粒子として回収される。図１の例は、本発明の方法で得られた処理液をさらに生物処理（特に脱窒処理）での炭素源として利用する一例であって、生物反応工程６の原汚泥として供給することによって、生物処理水中のりん濃度が低減される。
【００１９】
図２は、本発明の他の態様を示す例であって、可溶化され、かつ、りんが除去された処理液を、嫌気性消化工程７の原汚泥として供給することによって、消化槽内での消化率が向上し、消化槽内でのりん化合物によるスケーリングを低減することができる。
【００２０】
図３は、可溶化され、かつ、りんが除去された処理液を汚泥溶融工程８に供給した例であって、これにより汚泥溶融において煙道に付着するりん化合物を低減することができる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１
有機性汚泥として、下水処理場最初沈殿池濃縮汚泥を用いた。この有機性汚泥の性状を表１の左欄に示した。機械的破砕手段として、家庭用ディスポーザーを用いた。使用したディスポーザーは、全高３７０ｍｍ、直径２００ｍｍの円筒型で、１回あたりの処理量は５Ｌである。
有機性汚泥５Ｌを家庭用ディスポーザーに投入し、8,000 ｒｐｍで３分間破砕を行った。この破砕により得られた可溶化汚泥の性状を表１の中欄に示した。この破砕工程により溶解性のＢＯＤは破砕前に比べて約１０％、溶解性のＣＯＤは約３０％、アンモニウムイオンは約２０％、りん酸イオンは約４０％それぞれ上昇した。
【００２２】
次に、可溶化汚泥中のりん酸イオンに対してモル比で１となるように水酸化マグネシウムを添加して、２４％苛性ソーダでｐＨを９に調整し、３０分間攪拌混合を行った。造粒脱りん工程を経た処理液の性状を表１の右欄に示した。この工程によりりん酸イオンの８５％がりん酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子として回収されたことがわかる。
一方、汚泥中の不溶成分を表すＭＬＳＳは、本発明の方法を施すことにより20,000ｍｇ／Ｌから11,000ｍｇ／Ｌに減少した。また、不溶成分中のりん含有率は、１．０％から０．７％に低下した。
【００２３】
【表１】
0003853922.tif 000002
【００２４】
なお、本発明の方法を経た処理液を循環脱窒工程の脱窒槽に供給した結果、循環脱窒処理水のＰＯ4 −Ｐ濃度は常に０．５ｍｇ／Ｌ以下の低濃度を示した。
【００２５】
実施例２
有機性汚泥として、浄化槽汚泥を用いた。この有機性汚泥の性状を表２の左欄に示した。機械的破砕手段としては、ガラス製で粒径０．２５〜０．５ｍｍのミルビーズを８５％充填したミル室（容量１０Ｌ）を用いた。有機性汚泥１．５Ｌをミル室に投入し、2,500 ｒｐｍで１０分間破砕を行った。この破砕で得られた可溶化汚泥の性状を表２の中欄に示した。溶解性のＢＯＤ、ＣＯＤ共に破砕前に比べて約１０００％、アンモニウムイオン、りん酸イオン共に約５０％それぞれ上昇した。
【００２６】
次に、可溶化汚泥中のりん酸イオンに対してモル比で１となるように水酸化マグネシウムを添加して、２４％苛性ソーダでｐＨを９に調整し、３０分間攪拌混合を行った。造粒脱りん工程を経た処理液の性状を表２の右欄に示した。この工程によりりん酸イオンの９０％がりん酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子として回収されたことがわかる。
一方、汚泥中の不溶成分を表すＭＬＳＳは、本発明の方法を施すことにより21,000ｍｇ／Ｌから12,000ｍｇ／Ｌに減少した。また、不溶成分中のりん含有率は、２．１％から１．８％に低下した。
また、汚泥のりん含有率は、りん除去処理により２．１％から１．８％に低下した。
【００２７】
【表２】
0003853922.tif 000003
【００２８】
なお、造粒脱りん工程後の処理液を循環脱窒工程の脱窒槽に供給した結果、循環脱窒処理水のＰＯ4 −Ｐ濃度は常に０．５ｍｇ／Ｌ以下の低濃度を示した。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の有機性汚泥のりん除去方法によれば、有機性汚泥の効率的な減容化、可溶化と共に汚泥中のりんを除去することができ、水処理系へのりん負荷の軽減や汚泥処理系工程でのりん負荷の軽減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機性汚泥のりん除去方法と生物反応工程を組み合わせた一例を示すフロー概略図である。
【図２】本発明の有機性汚泥のりん除去方法と嫌気性消化工程を組み合わせた一例を示すフロー概略図である。
【図３】本発明の有機性汚泥のりん除去方法と汚泥溶融工程を組み合わせた一例を示すフロー概略図である。
【符号の説明】
１  有機性汚泥
２  機械的破砕工程
３  造粒脱りん工程
４  マグネシウム化合物
５  りん酸マグネシウムアンモニウム
６  生物反応工程
７  嫌気性消化工程
８  汚泥溶融工程
【図１】
0003853922.tif 000004
【図２】
0003853922.tif 000005
【図３】
0003853922.tif 000006