アンモニア含有排水の処理方法
【課題】家畜糞尿などの高濃度の有機物、アンモニア及び尿素が含有されているアンモニア含有排水を、強酸や強アルカリを使用せず、また臭気発生を抑制しながら処理することができる処理方法を提供する。
【解決手段】アンモニア含有排水に、塩化マグネシウム及びリン酸を添加してＭＡＰ（MgNH4PO4・６H2O：リン酸マグネシウムアンモニウム）を合成させ、これを固液分離することにより、窒素分を除去する。ＭＡＰを合成させる前に、アンモニア含有排水を２６０〜３００℃の温度で１５〜６０分間水熱処理し、尿素を分解しておくことが好ましい。このようにして窒素分が除去されたアンモニア含有排水から、更に通常の活性汚泥法によりＢＯＤを除去すれば、河川に放流することができる。
【解決手段】アンモニア含有排水に、塩化マグネシウム及びリン酸を添加してＭＡＰ（MgNH4PO4・６H2O：リン酸マグネシウムアンモニウム）を合成させ、これを固液分離することにより、窒素分を除去する。ＭＡＰを合成させる前に、アンモニア含有排水を２６０〜３００℃の温度で１５〜６０分間水熱処理し、尿素を分解しておくことが好ましい。このようにして窒素分が除去されたアンモニア含有排水から、更に通常の活性汚泥法によりＢＯＤを除去すれば、河川に放流することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家畜糞尿やメタン発酵消化液のようなアンモニア及び尿素を含有するアンモニア含有排水の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
畜舎から排出される家畜糞尿には高濃度の有機物、アンモニア及び尿素が含有されている。また、生ゴミ、家畜糞尿、下水汚泥などをメタン発酵処理させた際に生ずるメタン発酵消化液にも、同様に高濃度の有機物、アンモニア及び尿素が含有されている。一方、アンモニアなどの窒素成分は、湖沼・海域等の閉鎖性水域に流入すると富栄養化を引き起こす事から、濃度規制及び総量規制(濃度×排水量)が既に実施されている。
窒素分を処理する方法としては、従来から硝化・脱窒処理と呼ばれる生物処理が利用されている。これは、排水中のアンモニアを好気条件下で硝酸へと酸化し(硝化反応)、嫌気条件下で硝酸を窒素へと還元する(脱窒反応)方法である。しかし、硝化処理は、排水中の有機物濃度が高いと進行しにくい為、家畜糞尿やメタン発酵消化液等の窒素分だけでなく高濃度の有機物も同時に含む排水にそのまま適用すると、窒素を処理する前に、有機物の処理も必要となり多大なエネルギーとコストが必要となる。
【０００３】
また、特許文献１には、家畜糞尿などの処理方法として先ず強酸性物質を添加して酸性としたうえ、強アルカリ性物質を添加してアルカリ性とし、含有される有機分及び無機分を沈殿分離させ、肥料などとして利用する方法が開示されている。しかし強酸や強アルカリを使用するうえ、大規模な設備を必要とするので、設備コストが高くなるという問題がある。
【０００４】
このほか特許文献２には、家畜糞尿などを発酵槽内で強力に撹拌曝気し、高温発酵を促進させる処理方法が開示されている。しかしこの方法は臭気発生の問題があるうえ、やはり大規模な設備を必要とするので、設備コストが高くなるという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−２５１４００号公報
【特許文献２】特開平２−２０７８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記した従来の問題点を解決して、家畜糞尿などの高濃度の有機物、アンモニア及び尿素が含有されているアンモニア含有排水を、強酸や強アルカリを使用せず、また臭気発生を抑制しながら処理することができるアンモニア含有排水の処理方法を提供するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するためになされた請求項１の発明は、アンモニア含有排水に、塩化マグネシウム及びリン酸を添加してＭＡＰを合成させ、これを固液分離することによりアンモニア含有排水中の窒素分を除去することを特徴とするものである。ここでＭＡＰとは、MgNH4PO4・６H2O（リン酸マグネシウムアンモニウム）を意味する。ＭＡＰを合成させる前に、アンモニア含有排水を予め水熱処理することが好ましく、水熱処理を２６０〜３００℃の温度で、１５〜６０分間行うことが好ましい。なお、請求項１記載の処理方法により窒素分が除去されたアンモニア含有排水から、更に活性汚泥法によりＢＯＤを除去することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、家畜糞尿などの高濃度の有機物、アンモニア及び尿素が含有されているアンモニア含有排水に、pH８.５から１２程度のアルカリ条件下で塩化マグネシウム及びリン酸を添加することによりＭＡＰを合成させる。このときアンモニア含有排水中のアンモニアがＭＡＰ中に取り込まれる。この反応は常温で進行し、固体（粉体）のＭＡＰを固液分離して取り出すことにより、簡単に窒素分を除去することができる。従来法に比較して、あらかじめ有機物を処理する必要もなく、臭気の発生が少なく、強酸や強アルカリを使用する必要もない。
【０００８】
また、アンモニア含有排水を予め水熱処理しておけば、排水中の固形物が可溶化し生成したMAPとの固液分離が一段と容易となるとともに、排水中の尿素がアンモニアに分解されるため、窒素分の除去率をより高めることができる。このようにして大部分の窒素分を取り除かれた排水は、活性汚泥法により残存する有機物（ＢＯＤ）を除去するだけで浄化され、河川等に放流することが可能となる。生成されたＭＡＰは加熱すればアンモニアを放出してMHP（リン酸マグネシウム：Mg4PO4・3H2O）となるが、このMHPはアンモニア吸収能を持つので、再度アンモニア含有排水の処理に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は請求項１の発明のフローを示すもので、家畜糞尿やメタン発酵消化液のような高濃度の有機物、アンモニア及び尿素を含有するアンモニア含有排水に、常温で塩化マグネシウム及びリン酸を添加する。これによりアンモニア含有排水中のアンモニアを分子中に取り込んだＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム）が合成される。pHを８.５〜１２程度の弱アルカリ条件とすることが好ましい。合成されたＭＡＰは固体（粉体）であるため、重力沈降やろ過などの通常の固液分離手段により排水中から分離することができ、容易に取り出すことができる。
【００１０】
合成されたＭＡＰは加熱するとアンモニアを放出してMHP（リン酸マグネシウム）となるので、純粋なアンモニアを回収することもできる。またMHPはアンモニア吸着能力を持つので、循環させてアンモニア含有排水と再度接触させ、アンモニア含有排水中のアンモニアを吸着させることもできる。
【００１１】
一方、アンモニア分が除去された排液は、通常の活性汚泥法などによってBODを除去した上、河川等に放流することができる。上記の方法により家畜糞尿中の窒素分の約７割を除去することができるため、後段のBOD除去は容易に行うことができ、後段の処理を下水処理場で行わせる場合にも、その負担は従来よりも大幅に軽減される。
【００１２】
図１のフローでは、アンモニア含有排水中の窒素分の約７割を除去することができるものの、尿素の状態にある窒素分を全て除去することは困難であるため窒素分の３割は除去することができない。また、排水中に固形物が残っているとMAPとの分離が困難となり、生成させたMAPの回収率が低下してしまう。そこで請求項２の発明を示す図２のフローでは、アンモニア含有排水を予め水熱処理することにより、アンモニア含有排水中の尿素をアンモニアに分解するとともに排水中の固形物をあらかじめ可溶化する。その後の工程は図１のフローと同様である。
【００１３】
この場合の水熱処理は２６０〜３００℃の温度で、１５〜６０分間行うことが好ましい。本発明者等の行った実験の結果によれば、水熱処理なしの図１のフローの場合、窒素除去率が７割であるのに対して、２６０℃、１５分の水熱処理を行うことにより、窒素除去率が約９割となる。水熱処理の温度を高めたり時間を長くすることにより窒素除去率は向上するが、アンモニアとしての収率は低下する。具体的には、２６０℃で１時間の水熱処理を行うと、アンモニアの収率は６割程度にまで低下する。これは窒素分の一部が窒素ガスになるためと推測される。従ってアンモニアを回収したい場合には、２６０〜３００℃の温度で15分程度の短時間の水熱処理を行うことが好ましい。また、これらの条件範囲では、通常のアンモニア排水中に残存する固形物は完全に可溶化することができる。
【００１４】
上記したように、本発明の方法によれば家畜糞尿やメタン発酵消化液のような有機物、アンモニア及び尿素を含有するアンモニア含有排水から容易に窒素分を除去することができる。この方法は従来のような強酸や強アルカリを使用せず、また曝気槽で撹拌する必要もないため臭気発生を抑制することができる。そして窒素分を除去された排水は、通常の活性汚泥法などによってBODを除去した上、河川等に放流することができる。回収されたMAPを加熱すればアンモニアを放出してアンモニア吸着能力を持つMHP（リン酸マグネシウム）となるので、これを循環させてアンモニア含有排水と再度接触させ、アンモニア吸着に利用することができる。
次に本発明の実施例を示す。
【実施例】
【００１５】
アンモニアと尿素を合わせて窒素分として７８００ ｐｐｍ含有する家畜糞尿から固形分を除去したもの１Lを反応容器に入れ、２６０℃、１５分の水熱処理を行った。その後、pH１０．４に調整したうえ、当量の塩化マグネシウムとリン酸を添加して緩やかに撹拌したところ、速やかにＭＡＰが合成された。ろ過により固液分離を行いＭＡＰを回収したところ、その重量は４４０グラムであった。透過液中のアンモニアと尿素を合わせた窒素分は８００ｐｐｍにまで低下しており、通常の活性汚泥法によりBODを除去すれば河川に放流可能なレベルであった。
【００１６】
また水熱処理を行わず、その他の条件は上記と同一とした場合には、ＭＡＰの回収重量は４７０グラムであり、透過液中のアンモニアと尿素を合わせた窒素分は９００ｐｐｍであった。若干窒素分濃度は高いが、通常の活性汚泥法によりBODを除去すれば河川に放流可能なレベルであった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】第２の実施形態を示すブロック図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家畜糞尿やメタン発酵消化液のようなアンモニア及び尿素を含有するアンモニア含有排水の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
畜舎から排出される家畜糞尿には高濃度の有機物、アンモニア及び尿素が含有されている。また、生ゴミ、家畜糞尿、下水汚泥などをメタン発酵処理させた際に生ずるメタン発酵消化液にも、同様に高濃度の有機物、アンモニア及び尿素が含有されている。一方、アンモニアなどの窒素成分は、湖沼・海域等の閉鎖性水域に流入すると富栄養化を引き起こす事から、濃度規制及び総量規制(濃度×排水量)が既に実施されている。
窒素分を処理する方法としては、従来から硝化・脱窒処理と呼ばれる生物処理が利用されている。これは、排水中のアンモニアを好気条件下で硝酸へと酸化し(硝化反応)、嫌気条件下で硝酸を窒素へと還元する(脱窒反応)方法である。しかし、硝化処理は、排水中の有機物濃度が高いと進行しにくい為、家畜糞尿やメタン発酵消化液等の窒素分だけでなく高濃度の有機物も同時に含む排水にそのまま適用すると、窒素を処理する前に、有機物の処理も必要となり多大なエネルギーとコストが必要となる。
【０００３】
また、特許文献１には、家畜糞尿などの処理方法として先ず強酸性物質を添加して酸性としたうえ、強アルカリ性物質を添加してアルカリ性とし、含有される有機分及び無機分を沈殿分離させ、肥料などとして利用する方法が開示されている。しかし強酸や強アルカリを使用するうえ、大規模な設備を必要とするので、設備コストが高くなるという問題がある。
【０００４】
このほか特許文献２には、家畜糞尿などを発酵槽内で強力に撹拌曝気し、高温発酵を促進させる処理方法が開示されている。しかしこの方法は臭気発生の問題があるうえ、やはり大規模な設備を必要とするので、設備コストが高くなるという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−２５１４００号公報
【特許文献２】特開平２−２０７８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記した従来の問題点を解決して、家畜糞尿などの高濃度の有機物、アンモニア及び尿素が含有されているアンモニア含有排水を、強酸や強アルカリを使用せず、また臭気発生を抑制しながら処理することができるアンモニア含有排水の処理方法を提供するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するためになされた請求項１の発明は、アンモニア含有排水に、塩化マグネシウム及びリン酸を添加してＭＡＰを合成させ、これを固液分離することによりアンモニア含有排水中の窒素分を除去することを特徴とするものである。ここでＭＡＰとは、MgNH4PO4・６H2O（リン酸マグネシウムアンモニウム）を意味する。ＭＡＰを合成させる前に、アンモニア含有排水を予め水熱処理することが好ましく、水熱処理を２６０〜３００℃の温度で、１５〜６０分間行うことが好ましい。なお、請求項１記載の処理方法により窒素分が除去されたアンモニア含有排水から、更に活性汚泥法によりＢＯＤを除去することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、家畜糞尿などの高濃度の有機物、アンモニア及び尿素が含有されているアンモニア含有排水に、pH８.５から１２程度のアルカリ条件下で塩化マグネシウム及びリン酸を添加することによりＭＡＰを合成させる。このときアンモニア含有排水中のアンモニアがＭＡＰ中に取り込まれる。この反応は常温で進行し、固体（粉体）のＭＡＰを固液分離して取り出すことにより、簡単に窒素分を除去することができる。従来法に比較して、あらかじめ有機物を処理する必要もなく、臭気の発生が少なく、強酸や強アルカリを使用する必要もない。
【０００８】
また、アンモニア含有排水を予め水熱処理しておけば、排水中の固形物が可溶化し生成したMAPとの固液分離が一段と容易となるとともに、排水中の尿素がアンモニアに分解されるため、窒素分の除去率をより高めることができる。このようにして大部分の窒素分を取り除かれた排水は、活性汚泥法により残存する有機物（ＢＯＤ）を除去するだけで浄化され、河川等に放流することが可能となる。生成されたＭＡＰは加熱すればアンモニアを放出してMHP（リン酸マグネシウム：Mg4PO4・3H2O）となるが、このMHPはアンモニア吸収能を持つので、再度アンモニア含有排水の処理に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は請求項１の発明のフローを示すもので、家畜糞尿やメタン発酵消化液のような高濃度の有機物、アンモニア及び尿素を含有するアンモニア含有排水に、常温で塩化マグネシウム及びリン酸を添加する。これによりアンモニア含有排水中のアンモニアを分子中に取り込んだＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム）が合成される。pHを８.５〜１２程度の弱アルカリ条件とすることが好ましい。合成されたＭＡＰは固体（粉体）であるため、重力沈降やろ過などの通常の固液分離手段により排水中から分離することができ、容易に取り出すことができる。
【００１０】
合成されたＭＡＰは加熱するとアンモニアを放出してMHP（リン酸マグネシウム）となるので、純粋なアンモニアを回収することもできる。またMHPはアンモニア吸着能力を持つので、循環させてアンモニア含有排水と再度接触させ、アンモニア含有排水中のアンモニアを吸着させることもできる。
【００１１】
一方、アンモニア分が除去された排液は、通常の活性汚泥法などによってBODを除去した上、河川等に放流することができる。上記の方法により家畜糞尿中の窒素分の約７割を除去することができるため、後段のBOD除去は容易に行うことができ、後段の処理を下水処理場で行わせる場合にも、その負担は従来よりも大幅に軽減される。
【００１２】
図１のフローでは、アンモニア含有排水中の窒素分の約７割を除去することができるものの、尿素の状態にある窒素分を全て除去することは困難であるため窒素分の３割は除去することができない。また、排水中に固形物が残っているとMAPとの分離が困難となり、生成させたMAPの回収率が低下してしまう。そこで請求項２の発明を示す図２のフローでは、アンモニア含有排水を予め水熱処理することにより、アンモニア含有排水中の尿素をアンモニアに分解するとともに排水中の固形物をあらかじめ可溶化する。その後の工程は図１のフローと同様である。
【００１３】
この場合の水熱処理は２６０〜３００℃の温度で、１５〜６０分間行うことが好ましい。本発明者等の行った実験の結果によれば、水熱処理なしの図１のフローの場合、窒素除去率が７割であるのに対して、２６０℃、１５分の水熱処理を行うことにより、窒素除去率が約９割となる。水熱処理の温度を高めたり時間を長くすることにより窒素除去率は向上するが、アンモニアとしての収率は低下する。具体的には、２６０℃で１時間の水熱処理を行うと、アンモニアの収率は６割程度にまで低下する。これは窒素分の一部が窒素ガスになるためと推測される。従ってアンモニアを回収したい場合には、２６０〜３００℃の温度で15分程度の短時間の水熱処理を行うことが好ましい。また、これらの条件範囲では、通常のアンモニア排水中に残存する固形物は完全に可溶化することができる。
【００１４】
上記したように、本発明の方法によれば家畜糞尿やメタン発酵消化液のような有機物、アンモニア及び尿素を含有するアンモニア含有排水から容易に窒素分を除去することができる。この方法は従来のような強酸や強アルカリを使用せず、また曝気槽で撹拌する必要もないため臭気発生を抑制することができる。そして窒素分を除去された排水は、通常の活性汚泥法などによってBODを除去した上、河川等に放流することができる。回収されたMAPを加熱すればアンモニアを放出してアンモニア吸着能力を持つMHP（リン酸マグネシウム）となるので、これを循環させてアンモニア含有排水と再度接触させ、アンモニア吸着に利用することができる。
次に本発明の実施例を示す。
【実施例】
【００１５】
アンモニアと尿素を合わせて窒素分として７８００ ｐｐｍ含有する家畜糞尿から固形分を除去したもの１Lを反応容器に入れ、２６０℃、１５分の水熱処理を行った。その後、pH１０．４に調整したうえ、当量の塩化マグネシウムとリン酸を添加して緩やかに撹拌したところ、速やかにＭＡＰが合成された。ろ過により固液分離を行いＭＡＰを回収したところ、その重量は４４０グラムであった。透過液中のアンモニアと尿素を合わせた窒素分は８００ｐｐｍにまで低下しており、通常の活性汚泥法によりBODを除去すれば河川に放流可能なレベルであった。
【００１６】
また水熱処理を行わず、その他の条件は上記と同一とした場合には、ＭＡＰの回収重量は４７０グラムであり、透過液中のアンモニアと尿素を合わせた窒素分は９００ｐｐｍであった。若干窒素分濃度は高いが、通常の活性汚泥法によりBODを除去すれば河川に放流可能なレベルであった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】第２の実施形態を示すブロック図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア含有排水に、塩化マグネシウム及びリン酸を添加してＭＡＰを合成させ、これを固液分離することによりアンモニア含有排水中の窒素分を除去することを特徴とするアンモニア含有排水の処理方法。
【請求項２】
ＭＡＰを合成させる前に、アンモニア含有排水を予め水熱処理することを特徴とする請求項１記載のアンモニア含有排水の処理方法。
【請求項３】
水熱処理を２６０〜３００℃の温度で、１５〜６０分間行うことを特徴とする請求項２記載のアンモニア含有排水の処理方法。
【請求項４】
請求項１記載の処理方法により窒素分が除去されたアンモニア含有排水から、更に活性汚泥法によりＢＯＤを除去することを特徴とするアンモニア含有排水の処理方法。
【請求項１】
アンモニア含有排水に、塩化マグネシウム及びリン酸を添加してＭＡＰを合成させ、これを固液分離することによりアンモニア含有排水中の窒素分を除去することを特徴とするアンモニア含有排水の処理方法。
【請求項２】
ＭＡＰを合成させる前に、アンモニア含有排水を予め水熱処理することを特徴とする請求項１記載のアンモニア含有排水の処理方法。
【請求項３】
水熱処理を２６０〜３００℃の温度で、１５〜６０分間行うことを特徴とする請求項２記載のアンモニア含有排水の処理方法。
【請求項４】
請求項１記載の処理方法により窒素分が除去されたアンモニア含有排水から、更に活性汚泥法によりＢＯＤを除去することを特徴とするアンモニア含有排水の処理方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−６９１６５（Ｐ２００７−６９１６５Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２６１４６１（Ｐ２００５−２６１４６１）
【出願日】平成１７年９月９日（２００５．９．９）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人 北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月９日（２００５．９．９）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人 北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
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