JP6376951B2 - リン回収設備及びリン回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、リン回収設備及びリン回収方法に関する。

リン肥料や工業用リン酸の製造のために必要となるリン鉱石は、枯渇資源として欧米では戦略物資に指定されている重要資源であり、そのリン鉱石を１００％海外に依存している我が国では、廃棄物からのリン資源の回収が重要な課題になっている。特に下水汚泥等の有機性汚泥に濃縮されるリンは、輸入リン鉱石の１０〜２０％を占めると想定されていることもあり、有機性汚泥からリンを回収する様々なリン回収設備が提案されている。

このようなリン回収設備は、リンを含む有機性汚泥を受け入れる汚泥受入部と、汚泥受入部に受け入れられた有機性汚泥に高分子凝集剤を添加して混和する混和処理部と、混和処理部で混和処理された有機性汚泥から液分を分離する汚泥分離処理部と、汚泥分離処理部で分離された分離液からリンを回収するリン回収処理部を備えている。当該リン回収処理部では、ＭＡＰ法やＨＡＰ法等の晶析法が用いられている。

例えば、特許文献１には、リンを肥料等として再利用できる態様で回収できる晶析法を適用した上で、リンを高効率で回収し、同時に、低含水率の脱水汚泥を排出し、さらに、ｐＨ調整剤や希釈水を使用しない、またはこれらの使用量を少なくできる汚泥処理装置等が開示されている。

詳述すると、汚泥に高分子凝集剤を添加する高分子凝集剤添加手段と、前記高分子凝集剤を添加した後の前記汚泥の少なくとも一部を固液分離し、凝集汚泥および分離液を排出する濃縮部と、前記分離液に晶析法を適用してリンを回収し、残部であるアルカリ性脱リン液を排出するリン回収部と、前記凝集汚泥に無機凝集剤を添加する無機凝集剤添加手段と、前記無機凝集剤を添加した後の前記凝集汚泥を脱水処理し、脱水汚泥および酸性脱水液を排出する脱水部と、前記アルカリ性脱リン液および前記酸性脱水液を混合し中和処理液を排出する混合部と、を備えることを特徴とする汚泥処理装置が開示されている。

当該汚泥処理装置によれば、高分子凝集剤が添加された凝集汚泥にさらに無機凝集剤を添加して固液分離することにより、燃焼助剤として好適な含水率の低い脱水汚泥が得られる。

また、特許文献２には、し尿、浄化槽汚泥を含む被処理液の処理に際してリン回収量を高めることができる水処理装置等を提供することを目的として、し尿、浄化槽汚泥を含む被処理液にポリマーを添加するポリマー供給手段を有し、主として被処理液中のＳＳ分を除去する前脱水設備と、前脱水設備の脱水ろ液を生物処理する生物処理設備と、生物処理設備を経た生物処理水にカルシウムを添加するカルシウム供給手段およびｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤供給手段を有し、生物処理水中のリンをヒドロキシアパタイトとして晶析させて沈殿・分離除去するリン回収設備と、を備えたことを特徴とする水処理装置が開示されている。

何れも汚泥に高分子凝集剤を添加して固液分離することで、リンが固体側に取り込まれることなく分離液側に残留し、効率的に回収されるようになる。汚泥にポリ硫酸第二鉄や塩化第二鉄等の無機凝集剤を添加すると、汚泥に溶解しているリン酸イオンがこれらの無機凝集剤と反応してリン酸塩固形物となり、固液分離後の分離液に含まれるリン酸イオンの濃度が低下してリンの回収効率が低下するため、無機凝集剤に替えて高分子凝集剤が用いられていた。

特許第５４３９４３９号公報 特許第４６６０２４７号公報

特許文献１には、リン回収部から排出されたアルカリ性脱リン液と、無機凝集剤が添加された凝集汚泥が脱水処理された酸性脱水液とを、混合部で混合して中和処理液を生成することにより、ｐＨ調整剤や希釈水を使用することなく、生物処理し或いは希釈後下水放流すると記載され、特許文献１の図４には、混合部で混合された中和処理液の一部をリン回収部に循環供給する態様が開示されている。

しかし、生物処理後の処理水には若干のリン成分が残存しているため、高度処理を含めて上質の処理水を得るためには、生物処理後の処理水にさらに無機凝集剤を添加してリン成分等を凝集分離等する必要があり、その際の凝集物を処理するためにフィルタプレス等の別途の固液分離装置が必要になり設備コストが嵩むという問題があった。

また、混合部で混合された中和処理液の一部をリン回収部に循環供給する場合には、無機凝集剤成分が含まれる酸性脱水液がリン回収部に供給される結果、リン回収部で処理液に溶解しているリン酸イオンが無機凝集剤と反応してリン酸塩固形物となり、処理液に含まれるリン酸イオンの濃度が低下してリンの回収効率が低下する虞もあった。

特許文献２には、リン回収後の処理液に残存する１０〜２０ｍｇ／Ｌ程度の若干のリンが生物処理設備で活性汚泥に取り込まれ、リン濃度が約１０ｍｇ／Ｌ以下となり、生物処理設備の後段に凝集分離設備を設ける必要がなくなると記載されているが、上質の処理水を得るためには、生物処理後の処理水にさらに無機凝集剤を添加してリン成分等を凝集分離等する必要があり、上述と同様の問題が内在している。

また、特許文献２の場合、低含水率の脱水汚泥を得るために、前脱水設備の濃縮汚泥に無機凝集剤を後添加して固液分離すると、無機凝集剤が含まれる分離液をリン回収設備に投入することができないため、分離液を浄化するための別途の水処理装置が必要になり、設備コストが嵩むという問題があった。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、設備コストの上昇を招くことなく、リンを効率的に回収するとともに燃焼助剤として使用可能な低含水率の脱水汚泥を得ることができるリン回収設備及びリン回収方法を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明によるリン回収設備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、リンを含む有機性汚泥を受け入れる汚泥受入部と、前記汚泥受入部に受け入れられた有機性汚泥に高分子凝集剤を添加して混和する混和処理部と、前記混和処理部で混和処理された有機性汚泥から液分を分離する汚泥分離処理部と、前記汚泥分離処理部で分離された分離液からリンを回収するリン回収処理部と、を備えているリン回収設備であって、前記汚泥分離処理部で分離された濃縮汚泥に無機凝集剤を添加して脱水する脱水処理部と、前記脱水処理部で生じた脱水液を前記汚泥受入部に返送する返送機構と、
を備えている点にある。

本発明者らは、脱水処理部で生じた無機凝集剤を含有する脱水液の処理方策について、鋭意研究を重ねた結果、当該脱水液を汚泥受入部に返送すると、意外にも無機凝集剤中の無機金属イオンと有機性汚泥中のリン酸との反応は進行せず、無機凝集剤に含まれる金属イオンがリンを含む有機性汚泥中に含まれる硫化水素と優先的に反応して金属硫化物が生成され、汚泥から発生する悪臭が大幅に軽減されるという新知見を得た。

従来の見識によれば、汚泥に無機凝集剤を添加して脱水して得られた脱水液には無機凝集剤が含まれているため、この液分を汚泥受入部に返送すると無機凝集剤中の金属イオンと有機性汚泥中のリン酸イオンとが反応して金属リン酸塩として沈殿し、液中のリン濃度が低下するため、リン回収処理部でのリンの回収量が低下すると予測されていたが、当に当該予測に反する結果が得られたのである。

上述の構成によれば、リン回収処理部でのリンの回収量の低下を招くことなく、また脱水処理部で生じた脱水液に対する別途の水処理設備も不要となるばかりでなく、有機性汚泥中に含まれる硫化水素と反応して金属硫化物が生成されることにより、有機性汚泥から悪臭の原因となる硫化水素が除去されるので、悪臭を除去するための別途の設備も不要となるのである。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述した第一の特徴構成に加えて、前記リン回収処理部でリンが回収された分離液に無機凝集剤を添加する凝集処理部と、前記凝集処理部で凝集処理された凝集物を前記汚泥受入部に返送する無機系凝集物返送機構と、を備えている点にある。

リン回収処理部でリンが回収された分離液に無機凝集剤が添加され、残存する少量のリンも凝集除去され、上質の処理水が得られるようになる。そして、無機凝集剤が含まれる凝集物が汚泥受入部に返送されることにより、第一の特徴構成と同様に、有機性汚泥から悪臭の原因となる硫化水素が除去され、凝集物を処理するための別途の固液分離装置も不要となる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述した第一の特徴構成に加えて、前記リン回収処理部でリンが回収された分離液に無機凝集剤を添加する凝集処理部と、前記凝集処理部で凝集処理された凝集物を前記脱水処理部に返送する無機系凝集物返送機構と、を備えている点にある。

凝集処理部で凝集処理された凝集物が無機系凝集物返送機構によって脱水処理部に返送され、汚泥分離処理部で分離された濃縮汚泥とともに当該脱水処理部で脱水処理され、燃焼助剤に好適な低含水率の脱水汚泥が得られ、液分が返送機構によって汚泥受入部に返送されることにより、有機性汚泥から悪臭の原因となる硫化水素が効果的に除去される。

また、上述の第二の特徴構成と同様に、リン回収処理部でリンが回収された分離液に残存するリンを除去するために無機凝集剤が添加され、凝集物にも無機凝集剤が多量に含まれる。従って、脱水処理部で添加される無機凝集剤の量を低減することができるようになる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記リン回収処理部は、前記汚泥分離処理部で分離された分離液からＨＡＰ法またはＭＡＰ法に基づいてリンを回収するように構成されている点にある。

リンを回収する方法としては、液中のリンを種晶表面に晶析させる反応に基づいてリンを回収する晶析法、水処理系から吸着剤を用いてリンを回収する吸着脱リン法、焼却灰からリン酸カルシウムを回収するアルカリ抽出法、焼却灰からリン酸系肥料を製造する還元溶融法などが知られている。晶析法には、水処理系からＨＡＰ（ヒドロキシアパタイト）を回収するＨＡＰ法及び水処理系からＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム）を回収するＭＡＰ法が知られている。ＨＡＰ法及びＭＡＰ法は比較的リン濃度が高い液体からリンを回収するのに適した方法である。また、回収されたＨＡＰ及びＭＡＰは、そのままでく溶性の肥料として用いることができる。液中のリンを回収すること及び回収されたリンを肥料として用いるという点から、晶析法を用いてリンを回収するのが好ましく、ＨＡＰ法またはＭＡＰ法を用いてリンを回収するのがさらに好ましい。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記汚泥分離処理部で分離された分離液を生物処理する生物処理部を備え、前記リン回収処理部は、前記生物処理部で生物処理された被生物処理液からＨＡＰ法に基づいてリンを回収するように構成されている点にある。

ＨＡＰ法とは、リン含有液にカルシウムイオンとｐＨ調整剤を添加して、液中のリンを種晶表面に晶析させＨＡＰ（ヒドロキシアパタイト）を得る方法であり、生物処理により窒素が除去された被生物処理液にＨＡＰ法を適用することにより、リンが回収される。従って、リン回収処理部では、アンモニアの非存在下でリンが回収されるので、臭気が発生することなく衛生的に処理でき、リン回収物も臭気が発生することなく衛生的である。好ましい環境下でリンが効果的に回収できるようになり、回収されたＨＡＰは、く溶性のリン酸肥料として有効に利用できるようになる。

同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、リンを含む有機性汚泥が、し尿及び／または浄化槽汚泥である。

し尿及び／または浄化槽汚泥は、高濃度のリンを含む液体であるため、液中からのリンの回収である本発明を適用するのに適しているからである。

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７に記載した通り、リンを含む有機性汚泥を汚泥受入部に受け入れる汚泥受入工程と、前記汚泥受入部に受け入れられた有機性汚泥に高分子凝集剤を添加して混和する混和処理工程と、前記混和処理工程で混和処理された有機性汚泥から液分を分離する汚泥分離処理工程と、前記汚泥分離処理工程で分離された分離液からリンを回収するリン回収処理工程と、を備えているリン回収方法であって、前記汚泥分離処理工程で分離された濃縮汚泥に無機凝集剤を脱水処理部に添加して脱水する脱水処理工程と、前記脱水処理工程で生じた脱水液を前記汚泥受入部に返送する返送工程と、を備えている点にある。

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８に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記リン回収処理工程でリンが回収された分離液に無機凝集剤を添加する凝集処理工程と、前記凝集処理工程で凝集処理された凝集物を前記汚泥受入部に返送する無機系凝集物返送工程と、を備えている点にある。

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９に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記リン回収処理工程でリンが回収された分離液に無機凝集剤を添加する凝集処理工程と、前記凝集処理工程で凝集処理された凝集物を前記脱水処理部に返送する無機系凝集物返送工程と、を備えている点にある。

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１０に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記汚泥分離処理工程で分離された分離液を生物処理する生物処理工程を備え、前記リン回収処理工程は、前記生物処理工程で生物処理された被生物処理液からＨＡＰ法に基づいてリンを回収する工程である点にある。

以上説明した通り、本発明によれば、設備コストの上昇を招くことなく、リンを効率的に回収するとともに燃焼助剤として使用可能な低含水率の脱水汚泥を得ることができるリン回収設備及びリン回収方法を提供することができるようになった。

本発明の第１の実施形態によるリン回収設備の説明図 本発明の第１の実施形態によるリン回収方法のフロー図 本発明の第２の実施形態によるリン回収設備の説明図 本発明の第２の実施形態によるリン回収方法のフロー図 本発明の第３の実施形態によるリン回収設備の説明図 本発明の第３の実施形態によるリン回収方法のフロー図 本発明の第４の実施形態によるリン回収設備の説明図 本発明の第４の実施形態によるリン回収方法のフロー図

以下、本発明のリン回収設備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設備１が示されている。リン回収設備１は、リンを含む有機性汚泥からリンを回収する装置で、リンを含む有機性汚泥を受け入れる受入槽２及び中継槽４を備えた汚泥受入部と、リンを含む有機性汚泥に高分子凝集剤を添加して混和する混和処理部５と、混和処理部５で混和処理された有機性汚泥から液分を分離する汚泥分離処理部６と、汚泥分離処理部６で分離された分離液からリンを回収するリン回収処理部１０を備えている。尚、本明細書では、「リンを含む有機性汚泥」を単に「有機性汚泥」と表記する場合もある。

汚泥受入部２は、リンを含む有機性汚泥を受け入れる。受入槽２に受け入れられたリンを含む有機性汚泥は、所望の供給量で汚泥受入部２から前処理部３へ送られる。前処理部３は、スクリーンなどで構成され、リンを含む有機性汚泥中の固形物やティッシュペーパーなどの繊維の長いゴミなどの汚水中の夾雑物が「し渣」として除去される。

夾雑物が除去された有機性汚泥は、中継槽４に蓄えられ、中継槽４に接続される混和処理部５などの処理能力に応じた供給量で混和処理部５に送られる。混和処理部５では、有機性汚泥に高分子凝集剤が添加され、混和処理される。高分子凝集剤は有機性汚泥中のＳＳ（浮遊物質）を凝集して、脱水を容易にする。この処理により、有機性汚泥に含まれるリン酸態リン（ＰＯ_４ ^３−）は有機性汚泥の液分に含まれることとなる。尚、混和処理部５には、高分子凝集剤を所望量供給するための高分子凝集剤供給手段が設けられていてもよく、有機汚泥と高分子凝集剤を効率よく混合するための攪拌手段が設けられていてもよい。

汚泥分離処理部６では、混和処理部５で高分子凝集剤と混和処理をされた有機性汚泥から液分が分離される。汚泥分離処理部６は、公知のスクリーンを使用することができる。汚泥分離処理部６で分離された液分は、分離液として貯留部８に貯留され、所望の量が生物処理部９に送られ、硝化脱窒処理される。

生物処理部９は、分離液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・脱窒槽と処理後の被処理液を膜分離する膜分離槽を備えている。膜分離された汚泥は、一部が返送汚泥として硝化・脱窒槽に返送され、一部が余剰汚泥として中継槽４に返送される。

リン回収処理部１０では、生物処理部９で硝化・脱窒処理が行われた被生物処理液からリンが回収される。本実施の形態のリンの回収は、ＨＡＰ法により行われる。被生物処理液は、カルシウムイオンを供給するカルシウムイオン源とｐＨを調整するｐＨ調整剤と共にリン回収処理部１０に供給される。

リンが回収された後の被生物処理液には、１５〜２０ｍｇ／Ｌ程度のリンが含まれている。凝集処理部１１において、無機凝集剤が添加されて、残存するリンが除去される。凝集処理により、得られた凝集物及び凝集物に含まれる無機凝集剤は、無機系凝集物返送機構１４を介して汚泥受入槽２に返送される。尚、凝集処理部１１には、無機凝集剤を所望量供給するための無機凝集剤供給手段が設けられていてもよく、被生物処理液と無機凝集剤を効率よく混合するための攪拌手段が設けられていてもよい。

汚泥受入槽２では、無機凝集剤に含まれる金属イオンがリンを含む有機性汚泥中に含まれる硫化水素と優先的に反応して金属硫化物が生成され、汚泥から発生する悪臭が大幅に軽減されるようになる。

高度処理・消毒設備１２では、活性炭などを用い、凝集処理部１１から排出された被生物処理液に含まれるＣＯＤ、色度原因物質などの汚濁物質が除去され、放流される。

上述した汚泥分離処理部６で分離された濃縮汚泥は、無機凝集剤が添加されて脱水処理部７で脱水処理され、低含水率の脱水汚泥が得られる。このため、減容効果により処理場外への搬送輸送費を安くすることができ、或いは燃焼した際の発熱量の大きさを利用して燃焼助剤として用いることができる。脱水処理部７で脱水された液分は、返送機構１３を介して汚泥受入部２に返送される。

尚、返送機構１３を介して返送される液分、または無機系凝集物返送機構１４を介して返送される凝集物及び凝集物に含まれる無機凝集剤は、主に汚泥受入槽２であるが、これらの返送先は、汚泥受入槽２とともに汚泥受入部２を構成する中継槽４であってもよく、汚泥受入槽２と中継槽４の双方であってもよい。

図２には、本発明の第１の実施形態によるリン回収方法のフローチャートが示されている。
上述した汚泥受入部によってリンを含む有機性汚泥が受け入れられる汚泥受入工程が実行され、混和処理部５によって汚泥受入部２に受け入れられた有機性汚泥に高分子凝集剤を添加して混和する混和処理工程が実行される。

汚泥分離処理部６によって混和処理部５で混和処理された有機性汚泥から液分を分離する汚泥分離処理工程が実行され、リン回収処理部１０によって汚泥分離処理部６で分離された分離液からリンを回収するリン回収処理工程が実行され、脱水処理部７によって汚泥分離処理工程で分離された濃縮汚泥に無機凝集剤を添加して脱水する脱水処理工程が実行される。そして、返送機構１３によって脱水処理工程で脱水された液分を汚泥受入部２に返送する返送工程が実行される。

リンを含む有機性汚泥は、リン酸態リン（ＰＯ_４ ^３−）を含む固形と液状の中間性状を示す泥状の廃棄物であれば特に限定されず、鉱工業や農水産業の生産活動に伴って発生するのみならず、下水道、し尿処理、廃水処理などの公害防止施設など様々な分野から発生するものを含む。

リンを含む有機性汚泥としては、特に、し尿及び／または浄化槽汚泥が好ましい。し尿及び／または浄化槽汚泥は、リン含有量が多く、また、悪臭の原因となる硫化水素（Ｈ_２Ｓ）を含有しているからである。本発明のリンの回収方法に適している有機性汚泥としては、特に制限はなく、例えば、リン含有量（全リン）として３０〜５００ｍｇ／Ｌ、リン酸態リン濃度として３０〜３００ｍｇ／Ｌのリンが含まれる有機性汚泥が挙げられる。

汚泥受入工程では、汚泥受入部２で、投入されたリンを含む有機性汚泥に含まれる、土砂や石、金属片など後段の装置を傷める異物が、沈降除去される。

汚泥受入部２で受け入れられた有機性汚泥中には、固形物やティッシュペーパーなどの繊維の長いゴミなどの汚水中の夾雑物が存在する。前処理工程では、前処理部３で、これらの夾雑物が除去される。

混和処理工程では、混和処理部５で有機性汚泥に高分子凝集剤が添加される。混和処理部５で有機性汚泥に添加される高分子凝集剤は、有機性汚泥に添加することができ、有機性汚泥中のＳＳ（浮遊物質）を凝集して、固液分離を容易にすることができるものとして、公知の高分子凝集剤が用いられる。高分子凝集剤のイオン性はアニオン、カチオン、ノニオンまたは両性のいずれであってもよく、高分子凝集剤は、液状タイプ（エマルジョンタイプ）であってもよく、粉末タイプであってもよい。

これらの高分子凝集剤としては、ポリアクリルアミド系高分子凝集剤、ポリアクリル酸エステル系高分子凝集剤、ポリメタクリル酸エステル系高分子凝集剤などが挙げられる。使用する高分子凝集剤としては、処理対象である有機性汚泥の性状により最適な種類を選択することができる。

高分子凝集剤の添加割合は、有機性汚泥中に含まれるほとんどのリン酸態リンが、汚泥分離処理部から分離され、かつ汚泥中のＳＳ（浮遊物質）を凝集できる量であればよく、処理対象である有機性汚泥の性状により最適な添加量が決定される。例えば、有機性汚泥中の固形物乾燥量（ＤＳ）に対して１．０重量％から３．０重量％、好ましくは１．５重量％から２．５重量％である。

汚泥分離処理工程では、混和処理工程で高分子凝集剤と混和処理をされた有機性汚泥から液分が分離される。

汚泥分離処理工程で使用されるスクリーンとしては、脱水処理部で有機性汚泥を脱水して、有機性汚泥を減容化することができ、且つ目詰まりを起こしにくいものであれば、特に制限はなく、公知のスクリーンを使用することができる。

使用することのできるスクリーンの例としては、例えば、ウェッジワイヤースクリーン、ロータリースクリーン、ハニカムスクリーンなどの公知のスクリーンが挙げられる。スクリーンの目開きとしては、０．５ｍｍから１．０ｍｍ程度である。尚、公知のスクリーンが組み込まれた濃縮ユニットなどを使用することもできる。

脱水処理工程では、汚泥分離処理工程で分離された濃縮汚泥に無機凝集剤が添加されて脱水処理される。無機凝集剤は、高分子凝集剤と同様に有機汚泥中のＳＳ分を凝集させるものである。本実施の形態で無機凝集剤を添加するのは、高分子凝集剤によって濃縮させた濃縮汚泥に添加して、フロックをさらに強固にし、脱水しやすいものに変えるためである。濃縮汚泥に無機凝集剤を添加することで、脱水処理を容易にすることができるものである。

使用できる無機凝集剤としては、上述の機能を奏するものであれば特に制限はなく、公知の無機凝集剤を使用することができる。例えば、塩化第二鉄、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸第二鉄、ポリ硫酸鉄、ポリ硫酸第二鉄、ポリ塩化第二鉄などが挙げられ、好ましくはポリ硫酸第二鉄である。

無機凝集剤の添加量は、濃縮汚泥の性状により異なり、また使用する無機凝集剤の種類により異なる。濃縮汚泥中の固形物乾燥量（ＤＳ）に対して２．０重量％から７．０重量％、好ましくは５．０重量％程度添加すればよい。

脱水処理工程で、無機凝集剤が添加された濃縮汚泥を脱水する装置としては、公知の脱水分離装置を使用することができる。例えば、スクリュープレス脱水機、ベルトプレス脱水機、遠心脱水機などである。脱水処理工程で脱水された脱水汚泥は、燃焼助剤として再利用することができる。

脱水処理工程で生じた脱水液は、受入処理部２に返送される。当該脱水液には、脱水処理工程で添加された無機凝集剤が含まれる。上述したように、無機凝集剤を混和処理部５に返送すると、無機凝集剤が含まれた脱水液がリン回収工程に供され、リンの回収率が低下する。一方、無機凝集剤が含まれた脱水液を受入処理部２に返送すると、無機凝集剤が有機性汚泥に含まれる硫化水素などの悪臭の原因となる物質と反応して悪臭を軽減させるとともに、リンの回収処理効率が低減しないという効果を有する。

脱水処理工程で生じた脱水液を汚泥受入部に返送する返送機構１４は、液分を移送することができるものであれば、特に制限がなく、公知の移送機構を用いることができる。返送機構は、例えば、パイプであり、またはポンプなどの強制移送装置が設けられているパイプである。

生物処理工程では、上述の汚泥分離処理工程で分離された分離液が被生物処理液として生物処理される。生物処理工程には、被生物処理液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・脱窒工程と処理後の被処理液を膜分離する膜分離工程が含まれる。生物処理工程は、公知の生物処理に用いられる方法を用いればよい。生物処理工程では、一部のリンが菌体合成に用いられるだけであり、高いリン濃度の分離液を得ることができる。高負荷（膜分離）脱窒素処理方式を採用した生物処理工程は、アンモニアも不純物も少なく、ＨＡＰ法を用いてリン酸を回収するための好適な態様となる。

本実施の形態においては、リン回収工程は晶析法の１つの方法であるＨＡＰ法を用いてリンが回収される。ＨＡＰ法では、被生物処理液からＨＡＰ（ヒドロキシアパタイト）が回収される。ＨＡＰ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Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２で示される塩基性リン酸カルシウムである。

ＨＡＰ法では、被生物処理液中のリン酸態リン（ＰＯ_４ ^３−）にカルシウムイオン源を添加して、さらにｐＨを調整することで過飽和としたリン酸溶液から、ＨＡＰを種結晶の表面に晶析させるものである。

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）、硝酸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。

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。

本実施の形態のリン回収工程では、ＨＡＰ法を用いるので、リンの回収は、リン回収処理部１０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。残りの結晶はリン回収処理部１０で次の反応での種結晶として用いられる。本実施の形態のリン回収工程において、被生物処理液中のリン濃度が２０ｍｇ／Ｌ以下になると、回収するための薬品量が低下する。リンの回収を収率よく行うためには、リン回収工程後の被生物処理液中のリン濃度が１５ｍｇ／Ｌ以上になるようにリン回収工程を行うとよい。例えば、リン濃度が５０ｍｇ／Ｌの被生物処理液からのリンの回収率は７０％、リン濃度が１００ｍｇ／Ｌの被生物処理液からのリンの回収率は８５％となる。

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、生物処理が行われた被生物処理液を用いてリン回収工程が行われるので、得られた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。

リンが回収された被生物処理液には、リンが１５ｍｇ／Ｌから２０ｍｇ／Ｌ程度含まれている。凝集処理工程では、リンが回収された被生物処理液に無機凝集剤を添加して、残存するリンを凝集処理する。この処理により、リン（Ｔ−Ｐ）は、１．０ｍｇ／Ｌ以下の極微量な濃度とすることができる。

凝集処理工程で用いられる無機凝集剤は、上述した無機凝集剤と同様の無機凝集剤を使用することができる。凝集処理が行われた分離液は膜分離などで固液分離され、凝集物が分離される。分離された凝集物には無機凝集剤が含まれる。分離された凝集物及び凝集物に含まれる無機凝集剤を、無機系凝集物返送機構１４を介して汚泥受入部２に返送することができる。分離された凝集物を汚泥受入部２に返送することで、凝集物を処理するための別途の処理設備が不要になるばかりでなく、分離された凝集物に含まれる無機凝集剤により、その後のリンの回収処理が阻害されることなく、有機性汚泥の悪臭が効果的に抑制されるようになる。

高度処理・消毒処理工程では、凝集処理工程を経た被処理液に含まれるＣＯＤや着色物質などが除去される。高度処理・消毒処理工程は、例えば、被処理液を活性炭吸着塔などに導入することによって行われる。高度処理・消毒処理工程を経た被処理液は、放流される。

（第２の実施形態）
以下、本発明による別のリン回収設備及びリン回収方法を説明する。
図３には本発明の第２の実施形態によるリン回収設備の説明図が、図４には本発明の第２の実施形態によるリン回収方法のフロー図が示されている。本実施の形態では、凝集処理工程で凝集処理が行われ、分離された凝集物が無機系凝集物返送機構１４を介して、脱水処理部７に返送される点が実施の形態１と異なる。以下の説明において、実施の形態１とは、異なる部分のみを説明する。

凝集処理工程で無機凝集剤を添加して凝集処理が行われる。十分な凝集効果を得るために、無機凝集剤は必要量より多く添加される。凝集処理工程で得られた凝集物を脱水処理部７に無機系凝集物返送機構１４を介して返送することで、脱水処理部７で添加される無機凝集剤の添加量を軽減することができる。

また、無機系凝集物返送機構１４を介して返送された凝集物は、脱水汚泥と共に回収され、再利用される。一方、脱水処理後の液分は、返送機構１３を介して汚泥受入部に返送されるので、無機凝集剤が有機性汚泥に含まれる硫化水素などの悪臭の原因となる物質と反応して悪臭を軽減させるとともに、リンの回収処理効率が低減しないという効果を有する。

（第３の実施形態）
以下、本発明による別のリン回収設備及びリン回収方法を説明する。
図５には本発明の第３の実施形態によるリン回収設備の説明図が、図６には本発明の第３の実施形態によるリン回収方法のフロー図が示されている。本実施の形態では、リン回収方法としてＭＡＰ法を用いる。このため、汚泥分離処理部６で分離された分離液を用いて、リン回収処理部１０でリンを回収し、リンが回収された分離液を被生物処理液として生物処理する生物処理部９が設けられている点が実施の形態１と異なる。以下の説明において、実施の形態１とは、異なる部分のみを説明する。

本実施の形態においては、リン回収工程は晶析法の１つの方法であるＭＡＰ法を用いてリンが回収される。ＭＡＰ法では、被処理液から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ＭｇＮＨ_４ＰＯ_４で示される。

ＭＡＰ法では、リン酸態リン（ＰＯ_４ ^３−）とアンモニアが共存する状態で、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。本実施の形態では有機性汚泥中にアンモニアイオンが存在するため、アンモニアを添加する工程を省略することができる。また、有機汚泥中のアンモニアの含有量が少ない場合は、アンモニアが添加されてもよい。

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、硝酸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。

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。

本実施の形態のリン回収工程では、ＭＡＰ法を用いるので、リンの回収は、リン回収処理部１０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。残りの結晶はリン回収処理部１０で次の反応での種結晶として用いられる。本実施の形態のリン回収工程において、リン回収量は、実施の形態１と同様に、リン回収工程後の被処理液中のリン濃度と汚泥分離処理部で分離された分離液中のリン濃度とに基づいて適宜決定することができる。

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。

尚、ＭＡＰ法では、アンモニアが必要であるので、有機性汚泥としては、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。

生物処理工程では、上述のリン回収工程で処理された分離液が被生物処理液として生物処理される。生物処理工程では、被生物処理液中のリン回収工程で消費されなかった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・脱窒工程と処理後の被生物処理液を膜分離する膜分離工程からなる。生物処理工程は、公知の生物処理に用いられる方法を用いればよい。高負荷（膜分離）脱窒素処理方式を採用した生物処理工程を行うことが望ましい。

（第４の実施形態）
以下、本発明による別のリン回収設備及びリン回収方法を説明する。
図７には本発明の第４の実施形態によるリン回収設備の説明図が、図８には本発明の第４の実施形態によるリン回収方法のフロー図が示されている。本実施の形態では、リン回収方法としてＭＡＰ法を用い、汚泥分離処理部６で分離された分離液を用いて、リン回収処理部１０でリンを回収し、リンが回収された分離液を被生物処理液として生物処理する生物処理部９が設けられている点が実施の形態３と同様である。また、凝集処理部１１で凝集処理された凝集物を脱水処理部７に無機系凝集物返送機構を介して返送する構成は、実施の形態２と同様である。

（他の実施形態）
上述した実施形態では、無機系凝集物返送機構として、凝集処理部１１で凝集処理された凝集物を汚泥受入部に返送する構成、または凝集処理部１１で凝集処理された凝集物を脱水処理部７に返送する構成を説明したが、凝集処理部１１で凝集処理された凝集物を汚泥受入部及び脱水処理部７の双方に返送するように構成されていてもよい。

上記第１から第４の実施形態は晶析法を用いてリンを回収する。その他、水処理系から吸着剤を用いてリンを回収する吸着脱リン法、焼却灰からリン酸カルシウムを回収するアルカリ抽出法または焼却灰からリン酸系肥料を製造する還元溶融法などの公知のリンの回収方法を上記各実施の形態のリン回収処理部１０に適用することも可能である。

以下に実験例を説明する。
（実験例１）
Ｋ施設搬入し尿等（ＢＯＤ：３，７００ｍｇ／ｌ，ＳＳ：５，７００ｍｇ／ｌ，Ｔ−Ｎ：１，３００ｍｇ／ｌ）８０ｍＬとＫ施設濃縮汚泥（ＳＳ：２，８００ｍｇ／ｌ）１０ｍＬと水１０ｍＬで全体として１００ｍＬとして実験例１の試験サンプルを作成した。Ｋ施設無機系濃縮汚泥は、無機凝集剤として硫化第二鉄を用い、生物処理として膜分離高負荷脱窒素処理方式を行った。

（実験例２）
Ｋ施設搬入し尿等（ＢＯＤ：３，７００ｍｇ／ｌ，ＳＳ：５，７００ｍｇ／ｌ，Ｔ−Ｎ：１，３００ｍｇ／ｌ）８０ｍＬとＩ施設濃縮汚泥（ＳＳ：２，４００ｍｇ／ｌ）１０ｍＬと水１０ｍＬで全体として１００ｍＬとして実験例２の試験サンプルを作成した。Ｋ施設無機系濃縮汚泥は、無機凝集剤として硫化第二鉄を用い、生物処理として膜分離高負荷脱窒素処理方式を行った。

（実験例３）
Ｋ施設搬入し尿等（ＢＯＤ：３，７００ｍｇ／ｌ，ＳＳ：５，７００ｍｇ／ｌ，Ｔ−Ｎ：１，３００ｍｇ／ｌ）８０ｍＬと水２０ｍＬで全体として１００ｍＬとして実験例３の試験サンプルを作成した。

（リン酸濃度及び硫化水素濃度確認試験）
上記実験例１〜３をそれぞれ２００ｍＬの上記実験例１〜３をそれぞれ２００ｍＬのバイアルに入れ密栓し、室温で、振とう機を用いて、５０回／分の振とう条件で連続的に浸透した。密栓直後（０時間）及び７２時間振とう後の液中のリン酸濃度及び硫化水素濃度を測定した。リン酸濃度はモリブデン青吸光度法を用い、硫化水素濃度はガスクロマトグラフ法を用いて測定した。結果を表１に示す。

表１から、凝集処理された凝集物をし尿等に添加して浸透した実験例１，２では、リン酸濃度はほとんど変化していないのに対し、硫化水素濃度は大きく減少していることがわかる。この結果から、硫化水素は、硫化第二鉄と反応し、硫化鉄（ＦｅＳ）が生成されたためと考えられた。また、実験例３において、７２時間後に硫化水素が増加したのは、し尿等に含まれる硫酸菌がし尿等中の硫化物を還元反応したためと考えられた。

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。

１：リン回収装置
２：汚泥受入部（受入槽）
３：前処理部
４：汚泥受入部（中継槽）
５：混和処理部
６：汚泥分離処理部
７：脱水処理部
８：貯留部
９：生物処理部
１０：リン回収処理部
１１：凝集処理部
１２：高度処理・消毒設備
１３：返送機構
１４：無機系凝集物返送機構

Claims (10)

1. リンを含む有機性汚泥を受け入れる汚泥受入部と、前記汚泥受入部に受け入れられた有機性汚泥に高分子凝集剤を添加して混和する混和処理部と、前記混和処理部で混和処理された有機性汚泥から液分を分離する汚泥分離処理部と、前記汚泥分離処理部で分離された分離液からリンを回収するリン回収処理部と、を備えているリン回収設備であって、
   前記汚泥分離処理部で分離された濃縮汚泥に無機凝集剤を添加して脱水する脱水処理部と、
   前記脱水処理部で生じた脱水液を前記汚泥受入部に返送する返送機構と、
   を備えているリン回収設備。
2. 前記リン回収処理部でリンが回収された分離液に無機凝集剤を添加する凝集処理部と、
   前記凝集処理部で凝集処理された凝集物を前記汚泥受入部に返送する無機系凝集物返送機構と、
   を備えている請求項１記載のリン回収設備。
3. 前記リン回収処理部でリンが回収された分離液に無機凝集剤を添加する凝集処理部と、
   前記凝集処理部で凝集処理された凝集物を前記脱水処理部に返送する無機系凝集物返送機構と、
   を備えている請求項１記載のリン回収設備。
4. 前記リン回収処理部は、前記汚泥分離処理部で分離された分離液からＨＡＰ法またはＭＡＰ法に基づいてリンを回収するように構成されている請求項１から３の何れかに記載のリン回収設備。
5. 前記汚泥分離処理部で分離された分離液を生物処理する生物処理部を備え、前記リン回収処理部は、前記生物処理部で生物処理された被生物処理液からＨＡＰ法に基づいてリンを回収するように構成されている請求項１から３の何れかに記載のリン回収設備。
6. リンを含む有機性汚泥が、し尿及び／または浄化槽汚泥である請求項１から５の何れかに記載のリン回収設備。
7. リンを含む有機性汚泥を汚泥受入部に受け入れる汚泥受入工程と、前記汚泥受入部に受け入れられた有機性汚泥に高分子凝集剤を添加して混和する混和処理工程と、前記混和処理工程で混和処理された有機性汚泥から液分を分離する汚泥分離処理工程と、前記汚泥分離処理工程で分離された分離液からリンを回収するリン回収処理工程と、を備えているリン回収方法であって、
   前記汚泥分離処理工程で分離された濃縮汚泥に無機凝集剤を脱水処理部に添加して脱水する脱水処理工程と、前記脱水処理工程で生じた脱水液を前記汚泥受入部に返送する返送工程と、を備えているリン回収方法。
8. 前記リン回収処理工程でリンが回収された分離液に無機凝集剤を添加する凝集処理工程と、前記凝集処理工程で凝集処理された凝集物を前記汚泥受入部に返送する無機系凝集物返送工程と、を備えている請求項７記載のリン回収方法。
9. 前記リン回収処理工程でリンが回収された分離液に無機凝集剤を添加する凝集処理工程と、前記凝集処理工程で凝集処理された凝集物を前記脱水処理部に返送する無機系凝集物返送工程と、を備えている請求項７記載のリン回収方法。
10. 前記汚泥分離処理工程で分離された分離液を生物処理する生物処理工程を備え、前記リン回収処理工程は、前記生物処理工程で生物処理された被生物処理液からＨＡＰ法に基づいてリンを回収する工程である請求項７から９の何れかに記載のリン回収方法。
    

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