水処理装置
【課題】下水汚泥処理工程から排出される汚泥脱離液中に含まれる浮遊固形分とリンを、吸着剤を用いて同時に分離すると共に、吸着剤をリン含有資源として回収再利用することができる水処理装置を提供する。
【解決手段】無機層状化合物に由来する粉末状のリン吸着剤の固定床21を形成するための第１の支持体31を有し、前記固定床により被処理水からリンおよび固形分を分離し、前記リン吸着剤に吸着したままの状態で利用可能な形態でリンを回収する第１処理槽3と、前記リン吸着剤の流動床または固定床22を形成するための第２の支持体41を有し、前記流動床または固定床22により前記第１処理槽3から導入した処理水からリンを分離し、前記リン吸着剤に吸着したままの状態で利用可能な形態でリンを回収する第２処理槽4と、リンを吸着させたリン吸着剤を前記第２処理槽4から前記第１処理槽3へ移送するリン吸着剤移送手段L5を有する水処理装置。
【解決手段】無機層状化合物に由来する粉末状のリン吸着剤の固定床21を形成するための第１の支持体31を有し、前記固定床により被処理水からリンおよび固形分を分離し、前記リン吸着剤に吸着したままの状態で利用可能な形態でリンを回収する第１処理槽3と、前記リン吸着剤の流動床または固定床22を形成するための第２の支持体41を有し、前記流動床または固定床22により前記第１処理槽3から導入した処理水からリンを分離し、前記リン吸着剤に吸着したままの状態で利用可能な形態でリンを回収する第２処理槽4と、リンを吸着させたリン吸着剤を前記第２処理槽4から前記第１処理槽3へ移送するリン吸着剤移送手段L5を有する水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水中に含まれるリンを回収再利用するための水処理装置に係り、特に、下水道や、食品加工工場等の産業排水処理に用いられる、活性汚泥法をはじめとする生物学的排水処理から排出される、余剰汚泥の処理工程から排出される水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、世界的な将来のリン資源の枯渇化が予測されており、リン資源の確保を輸入に依存する我が国の国内事情から、排水中に含まれるリンの回収技術が注目されている。これまで、排水中のリンは、環境系への排出は富栄養化の一因になることから、その除去と排出状況管理とが必須とされ、このため、リンの除去技術のほうにもっとも注力されていた。代表的なリン除去技術として、微生物のリン蓄積能を利用する生物学的リン除去方法や、凝集沈殿法によるリン除去方法などがある。
【０００３】
これらのリン除去方法を直接リン回収利用手段とするためには、例えば、生物学的リン除去法から発生する余剰汚泥の焼却や化学処理等のプロセスが必要であり、多量の薬剤や複数の処理工程を追加して配する必要がある。例えば、リンを資源として再利用するために、使用する薬品や、由来する汚泥等に含有する不純物の影響を排除する必要もあるため、その調整や精製工程が必須となる。
【０００４】
これらの技術背景に鑑みて、近時、リンを選択的に吸着するリン吸着剤を利用する水処理技術が注目されている。陰イオンを選択的に除去する素材である陰イオン交換体として、陰イオン交換樹脂や、ハイドロタルサイト様の無機層状化合物などがあり、これらの製法や、この素材特性を発展させた吸着剤に関して、多くの方法が開発されている。
【０００５】
例えば特許文献１および特許文献２には、ハイドロタルサイト様物質の機能を付与した吸着剤を利用するリン回収システムが記載されている。
【０００６】
特許文献１の技術では、有機系素材にハイドロタルサイト様物質の機能を付与したリン吸着剤を用いて、該吸着剤に排水中のリンを吸着させた後に、薬液を用いて吸着剤からリンを脱離させ、脱離液からリン含有塩を晶析回収する。また、特許文献２の技術においても同様にハイドロタルサイト様素材を含有する吸着剤を用いて、排水中のリンを吸着させた後に、該吸着剤からリンを脱離させ、その後に吸着剤を再利用する。
【０００７】
また、特許文献３には、吸着剤を用いた多段の半回分式吸着システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２６０５６１号公報
【特許文献２】特開２００８−４９２４１号公報
【特許文献３】特開２００４−２６１７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１，２に記載された従来技術においては、リン吸着機能の他に、処理系にリン吸着剤を固定化するための構造を付加すること、吸着剤の製造費等が増加して高コストになること、および吸着剤を再利用する形態をとる方法が必須になることなどから、リン吸着以外の後工程を配する必要があり、その後工程において吸着剤からリンを脱離させるために多量の薬剤が必要になるという課題がある。また、素材の機能付与に伴って、回収物のリン含有割合を高めることが困難になる他、付与素材が含有することで、リンを吸着させた素材そのものを資源として再利用形態とするのが難しいという課題がある。
【００１０】
また、特許文献３の従来技術では、特許文献１，２と同様に、吸着素材は廃棄もしくは吸着剤として再利用する形態となっており、資源として再利用する形態ではないばかりでなく、吸着剤が被処理水中に浮遊固形分が含有する場合、その固形分によって吸着剤表面を汚損するという課題がある。
【００１１】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、生物学的水処理工程から排出される汚泥処理工程から排出される汚泥脱離液を被処理水とし、該被処理水中に含まれる浮遊固形分とリンを、吸着剤を用いて同時に分離すると共に、吸着剤をリン含有資源として回収再利用することができる水処理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】
【００１２】
本発明に係る水処理装置は、被処理水が導入され、無機層状化合物に由来する粉末状のリン吸着剤の固定床を形成するための第１の支持体を有し、前記形成されたリン吸着剤の固定床により前記被処理水からリンおよび固形分を分離し、前記リン吸着剤に吸着したままの状態で利用可能な形態でリンを回収する第１処理槽と、前記第１処理槽で処理された処理水が導入され、無機層状化合物に由来する粉末状のリン吸着剤が導入され、前記リン吸着剤の流動床または固定床を形成するための第２の支持体を有し、前記形成されたリン吸着剤の流動床または固定床により前記第１処理槽から導入した処理水からリンを分離し、前記リン吸着剤に吸着したままの状態で利用可能な形態でリンを回収する第２処理槽と、前記第２処理槽内でリンを吸着させたリン吸着剤を前記第２処理槽から前記第１処理槽へ移送するリン吸着剤移送手段と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の水処理装置によれば、系外へ排出するリン濃度の変動への影響を抑え、導入する被処理水中の固形分の影響を抑制し、吸着剤への汚損を抑制しつつ、薬剤の使用やリン吸着以外の工程（リン脱離工程など）を排した構成とし、被処理水中のリンを効率よく回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る水処理装置を示す構成ブロック図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る水処理装置を示す構成ブロック図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る水処理装置を示す構成ブロック図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る水処理装置を示す構成ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、下水道や、食品加工工場等の産業排水処理に用いられる、活性汚泥法をはじめとする生物学的排水処理から排出される、余剰汚泥の処理工程から排出される汚泥の脱離液の水処理装置に適用され、特に該汚泥の由来する生物学的水処理工程上流側へ返送される経路を有する生物学的排水処理工程を有する水処理装置に適用されるものである。すなわち、本発明の処理対象となる被処理水は、生物学的水処理に由来する汚泥処理工程から排出される脱離液である。
【００１６】
本発明の水処理装置では、被処理水を導入する第１処理槽を固定床式反応器形態とする必要があるが、吸着剤を導入する第２処理槽のほうは流動床式（図２〜図４）または固定床式（図１）または移動床のいずれの方式の反応器形態も採用することができる。本発明の水処理装置において第２処理槽内に形成される吸着剤の反応器形態は、固定床、移動床、流動床のいずれであってもよく、ここではとくに限定されない。しかし、第２処理槽を流動床式反応器形態とするほうがより好ましい場合がある（図２〜図４）。第２処理槽内に吸着剤の流動床を形成すると、第２処理槽から第１処理槽への吸着剤の移送を円滑・容易化することができるからである。
【００１７】
本発明装置は、第２処理槽から排出される処理水からリン吸着剤を分離する固液分離手段をさらに有することが好ましい（図３、図４）。また、本発明装置は、第１処理槽から排出される処理水からリン吸着剤および被処理水に由来する固形分をそれぞれ分離するための手段をさらに有することが好ましい（図２〜図４）。このような固液分離手段としてサイクロンを用いることができる。無機層状化合物に由来する粉末状のリン吸着剤としてハイドロタルサイト様物質を用いることができ、このハイドロタルサイト様物質は比重１を超えて２前後にあり、実際は汚泥由来の固形分に比べてハイドロタルサイト様物質は比重が大きい。そのため第１処理槽から排出される処理水からリン吸着剤および被処理水に由来する固形分をそれぞれ分離するための固液分離手段としてサイクロンが適する。
【００１８】
本発明装置は、第１処理槽の固定床からリン吸着剤および被処理水に由来する固形分を分離するために第１処理槽内に導入する逆洗水として、第１処理槽および第２処理槽の少なくとも一方から排出される処理水を第１処理槽に導入する逆洗水導入手段をさらに有することが好ましい（図３、図４）。
【００１９】
さらに、本発明装置では、第１処理槽が並列に２つ以上配置されていることが望ましく、また第１処理槽の下流側に第２処理槽が並列に２つ以上配置されていることが望ましい（図４）。逆洗水処理しているほうの第１処理槽からは処理水を第２処理槽に送ることができないので、流路を切り替えて、その間において逆洗水処理していない他の第１処理槽から処理水を第２処理槽に送ることができるからである。また、第２処理槽を並列に２つ以上配置することにより、リンを吸着した吸着剤を効率よく第１処理槽に移送することができる。
【００２０】
本発明の水処理装置においては、リン濃度の低い被処理水が流れる第２処理槽に対してはリン吸着能の高いフレッシュな吸着剤が導入されるとともに、第２処理槽内でリンを吸着させたリン吸着剤を前記第２処理槽から前記第１処理槽へ移送することにより、吸着能力の低下した吸着剤に対してリン濃度の高い被処理水（導入原水）が接触するので、第１及び第２処理槽の吸着反応効率がバランスよく、常に最良の状態でリン吸着反応を維持できる。このため全体としてリン回収効率が非常に良好である。本発明によればリン吸着剤に吸着したままの状態で利用可能な形態でリンを回収でき、例えば肥料として回収したリンを吸着剤ごと耕作地に投肥することができる。
【００２１】
本発明に係る水処理装置を余剰汚泥の処理工程から排出される排水に適用するメリットとしては、通常、処理工程から排出される汚泥脱離液は、汚泥の由来する生物学的水処理工程上流側へ返送される。このため、リン再資源化をするための水処理装置としての目的を有する本発明により、処理系全体系内への流入水や処理系全体からの流出水部分に適用する場合と比べ、処理系全体から排出される放流水中でのリン濃度変動に伴う水質汚濁のリスクを軽減できる。
【００２２】
また、リン吸着剤からのリン成分脱離や吸着剤再生、リン成分の晶析回収といった、多数のプロセス付与が不要であり、薬品等も不要となる。
【００２３】
さらに、膜分離等の固液分離装置を付与することなく、リン回収水処理装置に流入する浮遊固形分によるリン吸着能の低下を抑制しながら、リンを回収できるため、吸着剤が保持できるリン含有量を高めた状態で、吸着剤そのものをリン回収資源化するメリットがある。
【００２４】
以下、添付の図面を参照して本発明に係る水処理装置の種々の好ましい実施の形態をそれぞれ説明する。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１を参照して本発明の第１の実施形態の水処理装置を説明する。
【００２６】
本実施形態の水処理装置１は、反応器形態の処理槽としての第１処理槽３および第２処理槽４を備えている。第１処理槽３は、上流側に配置され、図示しない原水供給源から被処理水を受け入れ、受け入れた被処理水を下降流で通流させ、被処理水中に含まれるリンを回収するものである。リンを回収するために第１処理槽３の支持体３１上には粒子状のリン吸着剤の固定床２１が形成されている。第２処理槽４は、第１処理槽３よりも下流側に配置され、第１処理槽３から被処理水を上方に受け、受け入れた被処理水を下降流で通流させ、被処理水中に含まれるリンを回収するものである。リンを回収するために第２処理槽４の支持体４１上には粒子状のリン吸着剤の固定床２２が形成されている。
【００２７】
これらの固定床２１，２２を形成するリン吸着剤は、無機層状の陰イオン交換体からなり、望ましい形態としては吸着部がハイドロタルサイト様の無機粒子があげられる。ハイドロタルサイト様の無機粒子は例えば比重が約２であり、吸着剤供給源２０から第２処理槽４内に投入されると、速やかに沈降して支持体４１の上に堆積する。なお、ここで示すリン吸着剤は、他の有機素材や無機素材との複合素材ではないことが望ましい。
【００２８】
第２処理槽４内には吸着剤供給源２０から新鮮なリン吸着剤が随時必要に応じて補給されるようになっている。また、処理開始前において第１処理槽３内には所定量の吸着剤が投入されることにより初期の固定床２１が形成されているが、支持体３１に保持された吸着剤が徐々に流出して吸着能が低下するため、これを補うために第２処理槽４から第１処理槽３に吸着剤を移送することができる。すなわち、三方弁６を排出ラインＬ６から移送ラインＬ５に切り替え、第２処理槽４の固定床２２に連通するラインＬ４を介して第２処理槽４から随時抜き取る吸着剤を移送ラインＬ５により第１処理槽３に移送することができる。これにより第１処理槽２１内の固定床２１に吸着剤が補充され、第１の固定床２１の吸着能が改善される。また、第１処理槽３内での固定床２１の吸着能（若干低い）と被処理水中のリン濃度（高濃度）との組み合わせと、第２処理槽４内での固定床２２の吸着能（高い吸着能）と被処理水中のリン濃度（若干低い濃度）との組み合わせと、の両者のバランスが良くなり、システム全体として効率的にリン回収処理を行うことができる。
【００２９】
なお、ラインＬ１〜Ｌ６，Ｌ８の各々には図示しないポンプが取り付けられ、これらのポンプの動作が図示しないコントローラにより制御されることにより、各ラインを通る流量と圧力が最適制御されるようになっている。
【００３０】
被処理水は、図示しない生物学的排水処理設備から排出される余剰汚泥の処理工程である汚泥脱離液に由来するものであり、例えば２０〜１４０ｍｇ／リットル程度の有機リンを含んでいる。ここでいう余剰汚泥の処理工程とは、汚泥濃縮や汚泥脱水工程、嫌気性消化処理の汚泥脱離液いずれであってもよい。また、被処理水は、下水処理の汚泥処理工程に適用した場合、被処理水の排水量や水質が安定していることから、計画的なリン回収に寄与することができるため、更に望ましい。
【００３１】
被処理水は、原水導入ラインＬ１を通って上方から第１処理槽３内に導入され、第１段階として第１処理槽３内を流下する間に第１の固定床２１の吸着剤にリンが吸着され、次いで移送ラインＬ２を通って第１処理槽３の下部から第２処理槽４の上部へ移送され、第２段階として第２処理槽４内を流下する間に第２の固定床２２の吸着剤にリンが吸着され、第２処理槽４の下部の排出ラインＬ３を通って系外に排出される。
【００３２】
三方弁６を切り替え、第２処理槽４内でリンを吸着したリン吸着剤の一部を移送ラインＬ５を介して第１処理槽３に移送することにより、それまで第２の固定床２２において使用していた吸着剤を第１の固定床２１で利用することができる。
【００３３】
次に本実施の形態における効果作用について示す。
【００３４】
被処理水は、汚泥の固液分離操作によって排出される脱離液であり、通常、浮遊固形分を含有する。このため、吸着剤を用いるプロセスにおいては、この浮遊固形分が吸着剤に付着することによって、吸着剤の汚損を引き起こす可能性がある。このため、この浮遊固形分の影響を排した水処理装置の構成が求められる。そこで、本発明では、以下の方法で、リン吸着剤のもつリン吸着容量が確保される。
【００３５】
第１に、第１処理槽３内のリン吸着剤を固定床形態とし、ここに浮遊固形分とリンを含有する被処理水を導入することにより、リン吸着剤固定床２１を通水する際に、浮遊固形分がろ過されると共に、リンの吸着が起こる。この第１処理槽３にて処理された、浮遊固形分を含まない第１処理槽処理水を第２処理槽４に通水することによって、第２処理槽４内に配されるリン吸着剤は、浮遊固形分の影響なしに、リンを吸着することができる。
【００３６】
第２に、第１処理槽３から第２処理槽４に導入される処理水は、原水供給源からの被処理水に比べて含まれるリン濃度が低減されているため、この第１処理槽の処理水から、より多くのリンを回収する場合、リン吸着量が少ない状態でのリン吸着剤利用形態が望ましく、このため、未使用の新鮮なリン吸着剤を供給源２０から第２処理槽４内に導入して利用することにより、リンを効率的に吸着できる。また、第２処理槽４内でリンを吸着した吸着剤を、第１処理槽の固定床２１に利用することで、一定のリンを吸着した形で、リン吸着および浮遊固形分の排除を行うため、第１処理槽３から排出される使用済みのリン吸着剤のリン吸着量を常に一定上確保することができるため、使用済みリン吸着剤を、リン資源として再利用する際の品質を確保できる。
【００３７】
よって、これら２つの効果から、使用劣化したリン吸着剤をリン資源として活用できる。ここで、リン吸着剤を、無機陰イオン交換体であり、高いリン吸着能を有することで広く知られているハイドロタルサイト様物質を初めとする無機層状化合物を適用することで、再利用環境への適合性が高い回収リン資源として活用できる。ここで、ハイドロタルサイト様物質を構成する金属イオン分については、アルカリ土類等の２価の金属イオンと３価の金属イオンの複合形態を利用することができるが、リン資源として再利用できる形態である元素から、任意に選定すればよく、ここでは種類や含有比率、製造方法等は限定は無く、公知の手法から選定する。また、リン吸着剤を構成する素材は、再利用する形態に併せた、再利用環境への適合性の高い素材から構成することが望ましい。また、第２処理工程は、処理プロセス方向に直列配置などの複数多段とすることによって、リン回収量を高めることが出来るため好適である。
【００３８】
第１の実施形態の水処理装置によれば、従来おこなっていた前処理や使用後のリン吸着剤や回収リン成分の処理工程を省略することができ、被処理水に含まれるリンを浮遊固形分の影響を抑制した形で、リン含有量を一定以上含んだリン吸着剤の運用が可能となるため、使用済みリン吸着剤をリン再利用形態とした、リン回収操作を効率よく適切に運用できる。
【００３９】
（第２の実施形態）
次に図２を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態を説明するにあたり、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明を省略するか又は簡略化する。
【００４０】
第２実施形態の水処理装置１Ａでは、第２処理槽４を流動床とし、第２処理槽４の処理水が排出される排出ラインＬ３に固液分離器５を接続し、処理水と共に第２処理槽４から流出する流動床２２からの吸着剤を固液分離器５で分離回収するようにしている。すなわち、固液分離器５の底部を三方弁６に連通するラインＬ４に接続し、三方弁６を排出ラインＬ６から移送ラインＬ５に切り替え、固液分離器５で分離回収した固形分（吸着剤）を移送ラインＬ５を通って第１処理槽３に移送することができる。なお、本実施形態の各ラインＬ１〜Ｌ８においても図示しないポンプがそれぞれ設けられている。
【００４１】
本実施形態では第２処理槽４を流動床とすることで、系内の被処理水とリン吸着剤の接触効率を高めると共に、固定床形態と比べて、導入水方向の上流側から下流側までの吸着剤のリン吸着量の差分を小さくすることができる。第２処理槽４の流動床２２に利用する吸着剤を第１処理槽３の固定床２１の吸着剤として利用する本実施形態においては、一定のリン吸着量を確保した、使用済みリン吸着剤を得ることができる。
【００４２】
第２処理槽の固液分離器５にはサイクロン等の公知の固液分離装置を利用することができる。この固液分離器５の導入によって、第２処理槽４の処理水に付随して排出される、リン吸着量の少ない状態のリン吸着剤の系外への排出を抑制できると共に、第１処理槽３にて利用するリン吸着剤を過不足なく確保できる。なお、第２処理槽の固液分離器５にサイクロンを用いる場合、沈殿槽等の重力沈降を利用する固液分離に比べて省スペースでコンパクトな装置構成が図れる。また、サイクロンを直列多段に設置することで、さらに第２処理槽５の流動床２２からのリン吸着剤の流出を抑制することができる。
【００４３】
第２の実施形態の水処理装置によれば、より安定にリン吸着量を一定以上確保した使用済みリン吸着剤を回収することができるため、従来おこなわれていた前処理や使用後のリン吸着剤や回収リン成分の処理工程を省略することができ、被処理水に含まれるリンを浮遊固形分の影響を抑制した形で、リン含有量を一定以上含んだリン吸着剤の運用が可能となるため、使用済みリン吸着剤をリン再利用形態とした、リン回収操作を効率よく適切に運用できる。
【００４４】
（第３の実施形態）
次に図３を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。なお、本実施形態を説明するにあたり、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明を省略するか又は簡略化する。
【００４５】
第３実施形態の水処理装置１Ｂでは、リン吸着剤の固定床２１を有する第１処理槽３の底部に逆洗水ラインＬ３１を接続するとともに、逆洗水時に第１処理槽３から排出される固形分を逆洗水から分離するための固液分離器１０を排出ラインＬ８に取り付けている。なお、第２処理槽４を流動床とし、第２処理槽４の処理水が排出される排出ラインＬ３に固液分離器５を接続し、処理水と共に第２処理槽４から流出する流動床２２からの吸着剤を固液分離器５で分離回収する点は、上記第２の実施形態の装置１Ａと実質的に同じである。なお、本実施形態のラインＬ１〜Ｌ９，Ｌ４２，Ｌ４３においても図示しないポンプがそれぞれ設けられている。
【００４６】
本実施形態の水処理装置の効果作用を説明する。
【００４７】
第１処理槽３は、リン吸着と同時に、被処理水に含まれる浮遊固形分の分離を行うため、浮遊固形分の蓄積等によって、被処理水の導入圧が高まる。このため、定期的に蓄積する浮遊固形分を排する必要がある。この浮遊固形分を排出するため、逆洗水ラインＬ３１を通じて、固定床２１に蓄積した浮遊固形分とリン吸着剤を定期的に固定床２１の上から排除する必要がある。ここで、逆洗水ラインＬ３１にて利用する水源としては、固液分離した水を用いることが望ましく、例えば第１処理槽からの処理水や第２処理槽からの処理水を貯槽（図示せず）等によって確保して利用することができる。また、第１処理槽の固液分離器１０は、リン吸着剤と浮遊固形分とを分離できる既存の分離技術を用いることができる。ここでは第１処理槽の固液分離器１０にサイクロンを用いることで、浮遊固形分とリン吸着剤の比重差などを利用して、両者を分離することができる。なお、回収されるリン吸着剤は、リンの吸着程度によっては、第１処理槽３に返送するようにしてもよい。この場合は、排出ラインＬ３３を第１処理槽３の上部に接続することが望ましい。
【００４８】
本実施の形態の水処理装置によれば、被処理水中に含有する固形分を適切に排除することにより、従来おこなわれていた前処理や使用後のリン吸着剤や回収リン成分の処理工程を省略することができ、被処理水１に含有するリンを浮遊固形分の影響を抑制した形で、リン含有量を一定以上含んだリン吸着剤の運用が可能となるため、使用済みリン吸着剤をリン再利用形態とした、リン回収操作を効率よく適切に運用できる。
【００４９】
（第４の実施形態）
次に図４を参照して本発明の第４の実施形態を説明する。なお、本実施形態を説明するにあたり、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明を省略するか又は簡略化する。
【００５０】
第４実施形態の水処理装置１Ｃでは、２つの第１処理槽３ａ，３ｂおよび２つの第２処理槽４ａ，４ｂを並列に配置している。これらのうち第１処理槽３ａと第２処理槽４ａとの組み合わせ、および第１処理槽３ｂと第２処理槽４ｂとの組み合わせは、それぞれ上記第３の実施形態の装置１Ｂと実質的に同じ構成である。
【００５１】
前者の組み合わせの被処理水移送ラインＬ１２と後者の組み合わせの被処理水移送ラインＬ２２とはバイパスラインＬ７１によって接続されている。バイパスラインＬ７１の両端には三方弁６３ａ，６３ｂがそれぞれ取り付けられている。
【００５２】
また、前者の組み合わせの吸着剤移送ラインＬ１５と後者の組み合わせの吸着剤移送ラインＬ２５とはバイパスラインＬ７２によって接続されている。バイパスラインＬ７２の両端には三方弁６４ａ，６４ｂがそれぞれ取り付けられている。
【００５３】
通常時の定常運転において、本実施形態の水処理装置１Ｃでは、ラインＬ１２を通って第１処理槽３ａから第２処理槽４ａへ被処理水を送るとともに、ラインＬ１５を通って第２処理槽４ａから第１処理槽３ａへ吸着剤を移送する。これと並行して、ラインＬ２２を通って他方の第１処理槽３ｂから第２処理槽４ｂへ被処理水を送るとともに、ラインＬ２５を通って第２処理槽４ｂから第１処理槽３ｂへ吸着剤を移送する。
【００５４】
一方、逆洗水時の非定常運転において、本実施形態の水処理装置１Ｃでは、逆洗水ラインＬ３１から第１処理槽３ａ内に逆洗水を導入する場合、三方弁６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂの流路をそれぞれ切り替え、被処理水移送ラインＬ２２→バイパスラインＬ７１→被処理水移送ラインＬ２２の順に第２組の第１処理槽３ｂから第１組の第２処理槽４ａに被処理水を移送する。これと並行して、吸着剤移送ラインＬ１５→バイパスラインＬ７２→吸着剤移送ラインＬ２５の順に第１組の第２処理槽４ａから第２組の第１処理槽３ｂに吸着剤（流動床２２ａでリンを吸着した吸着剤）を移送する。
【００５５】
本実施の形態の水処理装置によれば、逆洗水時においてもリン吸着処理を部分的に継続することができ、システム全体としての処理効率を維持・向上させることができる。
【００５６】
なお、本実施形態では第１処理槽と第２処理槽との組み合わせを２組としたが、本発明はこれのみに限定されず、３組以上を組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００５７】
３，３ａ，３ｂ…第１処理槽、
４，４ａ，４ｂ…第２処理槽、
５，５ａ，５ｂ，１０，１０ａ，１０ｂ…固液分離器、 ６，６１，６１ａ，６１ｂ，６２，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂ…三方弁、
２０，２０ａ，２０ｂ…吸着剤供給源、
２１，２１ａ，２１ｂ…第１処理槽内に形成されたリン吸着剤の固定床、
２２，２２ａ，２２ｂ…第２処理槽内に形成されたリン吸着剤の流動床または固定床、
３１…第１の支持体、 ４１…第２の支持体、
Ｌ１，Ｌ１１，Ｌ２１…被処理水導入ライン、
Ｌ２，Ｌ１２，Ｌ２２…被処理水移送ライン、
Ｌ３，Ｌ１３，Ｌ２３…被処理水排出ライン、
Ｌ４，Ｌ４１…リン吸着剤排出ライン、
Ｌ５，Ｌ１５，Ｌ２５…リン吸着剤移送ライン（リン吸着剤移送手段）、
Ｌ６，Ｌ１６，Ｌ２６…リン吸着剤排出ライン、
Ｌ７，Ｌ９，Ｌ１７，Ｌ１９，Ｌ２７，Ｌ２９…固液分離器処理水排出ライン、
Ｌ８，Ｌ１８，Ｌ２８…固形分排出ライン、
Ｌ３１，Ｌ３２…逆洗水導入ライン（逆洗水導入手段）、
Ｌ３３，Ｌ３４…リン吸着剤排出ライン、
Ｌ４２…リン吸着剤移送ライン、
Ｌ４３…リン吸着剤返送ライン、
Ｌ７１，Ｌ７２…バイパスライン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水中に含まれるリンを回収再利用するための水処理装置に係り、特に、下水道や、食品加工工場等の産業排水処理に用いられる、活性汚泥法をはじめとする生物学的排水処理から排出される、余剰汚泥の処理工程から排出される水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、世界的な将来のリン資源の枯渇化が予測されており、リン資源の確保を輸入に依存する我が国の国内事情から、排水中に含まれるリンの回収技術が注目されている。これまで、排水中のリンは、環境系への排出は富栄養化の一因になることから、その除去と排出状況管理とが必須とされ、このため、リンの除去技術のほうにもっとも注力されていた。代表的なリン除去技術として、微生物のリン蓄積能を利用する生物学的リン除去方法や、凝集沈殿法によるリン除去方法などがある。
【０００３】
これらのリン除去方法を直接リン回収利用手段とするためには、例えば、生物学的リン除去法から発生する余剰汚泥の焼却や化学処理等のプロセスが必要であり、多量の薬剤や複数の処理工程を追加して配する必要がある。例えば、リンを資源として再利用するために、使用する薬品や、由来する汚泥等に含有する不純物の影響を排除する必要もあるため、その調整や精製工程が必須となる。
【０００４】
これらの技術背景に鑑みて、近時、リンを選択的に吸着するリン吸着剤を利用する水処理技術が注目されている。陰イオンを選択的に除去する素材である陰イオン交換体として、陰イオン交換樹脂や、ハイドロタルサイト様の無機層状化合物などがあり、これらの製法や、この素材特性を発展させた吸着剤に関して、多くの方法が開発されている。
【０００５】
例えば特許文献１および特許文献２には、ハイドロタルサイト様物質の機能を付与した吸着剤を利用するリン回収システムが記載されている。
【０００６】
特許文献１の技術では、有機系素材にハイドロタルサイト様物質の機能を付与したリン吸着剤を用いて、該吸着剤に排水中のリンを吸着させた後に、薬液を用いて吸着剤からリンを脱離させ、脱離液からリン含有塩を晶析回収する。また、特許文献２の技術においても同様にハイドロタルサイト様素材を含有する吸着剤を用いて、排水中のリンを吸着させた後に、該吸着剤からリンを脱離させ、その後に吸着剤を再利用する。
【０００７】
また、特許文献３には、吸着剤を用いた多段の半回分式吸着システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２６０５６１号公報
【特許文献２】特開２００８−４９２４１号公報
【特許文献３】特開２００４−２６１７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１，２に記載された従来技術においては、リン吸着機能の他に、処理系にリン吸着剤を固定化するための構造を付加すること、吸着剤の製造費等が増加して高コストになること、および吸着剤を再利用する形態をとる方法が必須になることなどから、リン吸着以外の後工程を配する必要があり、その後工程において吸着剤からリンを脱離させるために多量の薬剤が必要になるという課題がある。また、素材の機能付与に伴って、回収物のリン含有割合を高めることが困難になる他、付与素材が含有することで、リンを吸着させた素材そのものを資源として再利用形態とするのが難しいという課題がある。
【００１０】
また、特許文献３の従来技術では、特許文献１，２と同様に、吸着素材は廃棄もしくは吸着剤として再利用する形態となっており、資源として再利用する形態ではないばかりでなく、吸着剤が被処理水中に浮遊固形分が含有する場合、その固形分によって吸着剤表面を汚損するという課題がある。
【００１１】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、生物学的水処理工程から排出される汚泥処理工程から排出される汚泥脱離液を被処理水とし、該被処理水中に含まれる浮遊固形分とリンを、吸着剤を用いて同時に分離すると共に、吸着剤をリン含有資源として回収再利用することができる水処理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】
【００１２】
本発明に係る水処理装置は、被処理水が導入され、無機層状化合物に由来する粉末状のリン吸着剤の固定床を形成するための第１の支持体を有し、前記形成されたリン吸着剤の固定床により前記被処理水からリンおよび固形分を分離し、前記リン吸着剤に吸着したままの状態で利用可能な形態でリンを回収する第１処理槽と、前記第１処理槽で処理された処理水が導入され、無機層状化合物に由来する粉末状のリン吸着剤が導入され、前記リン吸着剤の流動床または固定床を形成するための第２の支持体を有し、前記形成されたリン吸着剤の流動床または固定床により前記第１処理槽から導入した処理水からリンを分離し、前記リン吸着剤に吸着したままの状態で利用可能な形態でリンを回収する第２処理槽と、前記第２処理槽内でリンを吸着させたリン吸着剤を前記第２処理槽から前記第１処理槽へ移送するリン吸着剤移送手段と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の水処理装置によれば、系外へ排出するリン濃度の変動への影響を抑え、導入する被処理水中の固形分の影響を抑制し、吸着剤への汚損を抑制しつつ、薬剤の使用やリン吸着以外の工程（リン脱離工程など）を排した構成とし、被処理水中のリンを効率よく回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る水処理装置を示す構成ブロック図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る水処理装置を示す構成ブロック図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る水処理装置を示す構成ブロック図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る水処理装置を示す構成ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、下水道や、食品加工工場等の産業排水処理に用いられる、活性汚泥法をはじめとする生物学的排水処理から排出される、余剰汚泥の処理工程から排出される汚泥の脱離液の水処理装置に適用され、特に該汚泥の由来する生物学的水処理工程上流側へ返送される経路を有する生物学的排水処理工程を有する水処理装置に適用されるものである。すなわち、本発明の処理対象となる被処理水は、生物学的水処理に由来する汚泥処理工程から排出される脱離液である。
【００１６】
本発明の水処理装置では、被処理水を導入する第１処理槽を固定床式反応器形態とする必要があるが、吸着剤を導入する第２処理槽のほうは流動床式（図２〜図４）または固定床式（図１）または移動床のいずれの方式の反応器形態も採用することができる。本発明の水処理装置において第２処理槽内に形成される吸着剤の反応器形態は、固定床、移動床、流動床のいずれであってもよく、ここではとくに限定されない。しかし、第２処理槽を流動床式反応器形態とするほうがより好ましい場合がある（図２〜図４）。第２処理槽内に吸着剤の流動床を形成すると、第２処理槽から第１処理槽への吸着剤の移送を円滑・容易化することができるからである。
【００１７】
本発明装置は、第２処理槽から排出される処理水からリン吸着剤を分離する固液分離手段をさらに有することが好ましい（図３、図４）。また、本発明装置は、第１処理槽から排出される処理水からリン吸着剤および被処理水に由来する固形分をそれぞれ分離するための手段をさらに有することが好ましい（図２〜図４）。このような固液分離手段としてサイクロンを用いることができる。無機層状化合物に由来する粉末状のリン吸着剤としてハイドロタルサイト様物質を用いることができ、このハイドロタルサイト様物質は比重１を超えて２前後にあり、実際は汚泥由来の固形分に比べてハイドロタルサイト様物質は比重が大きい。そのため第１処理槽から排出される処理水からリン吸着剤および被処理水に由来する固形分をそれぞれ分離するための固液分離手段としてサイクロンが適する。
【００１８】
本発明装置は、第１処理槽の固定床からリン吸着剤および被処理水に由来する固形分を分離するために第１処理槽内に導入する逆洗水として、第１処理槽および第２処理槽の少なくとも一方から排出される処理水を第１処理槽に導入する逆洗水導入手段をさらに有することが好ましい（図３、図４）。
【００１９】
さらに、本発明装置では、第１処理槽が並列に２つ以上配置されていることが望ましく、また第１処理槽の下流側に第２処理槽が並列に２つ以上配置されていることが望ましい（図４）。逆洗水処理しているほうの第１処理槽からは処理水を第２処理槽に送ることができないので、流路を切り替えて、その間において逆洗水処理していない他の第１処理槽から処理水を第２処理槽に送ることができるからである。また、第２処理槽を並列に２つ以上配置することにより、リンを吸着した吸着剤を効率よく第１処理槽に移送することができる。
【００２０】
本発明の水処理装置においては、リン濃度の低い被処理水が流れる第２処理槽に対してはリン吸着能の高いフレッシュな吸着剤が導入されるとともに、第２処理槽内でリンを吸着させたリン吸着剤を前記第２処理槽から前記第１処理槽へ移送することにより、吸着能力の低下した吸着剤に対してリン濃度の高い被処理水（導入原水）が接触するので、第１及び第２処理槽の吸着反応効率がバランスよく、常に最良の状態でリン吸着反応を維持できる。このため全体としてリン回収効率が非常に良好である。本発明によればリン吸着剤に吸着したままの状態で利用可能な形態でリンを回収でき、例えば肥料として回収したリンを吸着剤ごと耕作地に投肥することができる。
【００２１】
本発明に係る水処理装置を余剰汚泥の処理工程から排出される排水に適用するメリットとしては、通常、処理工程から排出される汚泥脱離液は、汚泥の由来する生物学的水処理工程上流側へ返送される。このため、リン再資源化をするための水処理装置としての目的を有する本発明により、処理系全体系内への流入水や処理系全体からの流出水部分に適用する場合と比べ、処理系全体から排出される放流水中でのリン濃度変動に伴う水質汚濁のリスクを軽減できる。
【００２２】
また、リン吸着剤からのリン成分脱離や吸着剤再生、リン成分の晶析回収といった、多数のプロセス付与が不要であり、薬品等も不要となる。
【００２３】
さらに、膜分離等の固液分離装置を付与することなく、リン回収水処理装置に流入する浮遊固形分によるリン吸着能の低下を抑制しながら、リンを回収できるため、吸着剤が保持できるリン含有量を高めた状態で、吸着剤そのものをリン回収資源化するメリットがある。
【００２４】
以下、添付の図面を参照して本発明に係る水処理装置の種々の好ましい実施の形態をそれぞれ説明する。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１を参照して本発明の第１の実施形態の水処理装置を説明する。
【００２６】
本実施形態の水処理装置１は、反応器形態の処理槽としての第１処理槽３および第２処理槽４を備えている。第１処理槽３は、上流側に配置され、図示しない原水供給源から被処理水を受け入れ、受け入れた被処理水を下降流で通流させ、被処理水中に含まれるリンを回収するものである。リンを回収するために第１処理槽３の支持体３１上には粒子状のリン吸着剤の固定床２１が形成されている。第２処理槽４は、第１処理槽３よりも下流側に配置され、第１処理槽３から被処理水を上方に受け、受け入れた被処理水を下降流で通流させ、被処理水中に含まれるリンを回収するものである。リンを回収するために第２処理槽４の支持体４１上には粒子状のリン吸着剤の固定床２２が形成されている。
【００２７】
これらの固定床２１，２２を形成するリン吸着剤は、無機層状の陰イオン交換体からなり、望ましい形態としては吸着部がハイドロタルサイト様の無機粒子があげられる。ハイドロタルサイト様の無機粒子は例えば比重が約２であり、吸着剤供給源２０から第２処理槽４内に投入されると、速やかに沈降して支持体４１の上に堆積する。なお、ここで示すリン吸着剤は、他の有機素材や無機素材との複合素材ではないことが望ましい。
【００２８】
第２処理槽４内には吸着剤供給源２０から新鮮なリン吸着剤が随時必要に応じて補給されるようになっている。また、処理開始前において第１処理槽３内には所定量の吸着剤が投入されることにより初期の固定床２１が形成されているが、支持体３１に保持された吸着剤が徐々に流出して吸着能が低下するため、これを補うために第２処理槽４から第１処理槽３に吸着剤を移送することができる。すなわち、三方弁６を排出ラインＬ６から移送ラインＬ５に切り替え、第２処理槽４の固定床２２に連通するラインＬ４を介して第２処理槽４から随時抜き取る吸着剤を移送ラインＬ５により第１処理槽３に移送することができる。これにより第１処理槽２１内の固定床２１に吸着剤が補充され、第１の固定床２１の吸着能が改善される。また、第１処理槽３内での固定床２１の吸着能（若干低い）と被処理水中のリン濃度（高濃度）との組み合わせと、第２処理槽４内での固定床２２の吸着能（高い吸着能）と被処理水中のリン濃度（若干低い濃度）との組み合わせと、の両者のバランスが良くなり、システム全体として効率的にリン回収処理を行うことができる。
【００２９】
なお、ラインＬ１〜Ｌ６，Ｌ８の各々には図示しないポンプが取り付けられ、これらのポンプの動作が図示しないコントローラにより制御されることにより、各ラインを通る流量と圧力が最適制御されるようになっている。
【００３０】
被処理水は、図示しない生物学的排水処理設備から排出される余剰汚泥の処理工程である汚泥脱離液に由来するものであり、例えば２０〜１４０ｍｇ／リットル程度の有機リンを含んでいる。ここでいう余剰汚泥の処理工程とは、汚泥濃縮や汚泥脱水工程、嫌気性消化処理の汚泥脱離液いずれであってもよい。また、被処理水は、下水処理の汚泥処理工程に適用した場合、被処理水の排水量や水質が安定していることから、計画的なリン回収に寄与することができるため、更に望ましい。
【００３１】
被処理水は、原水導入ラインＬ１を通って上方から第１処理槽３内に導入され、第１段階として第１処理槽３内を流下する間に第１の固定床２１の吸着剤にリンが吸着され、次いで移送ラインＬ２を通って第１処理槽３の下部から第２処理槽４の上部へ移送され、第２段階として第２処理槽４内を流下する間に第２の固定床２２の吸着剤にリンが吸着され、第２処理槽４の下部の排出ラインＬ３を通って系外に排出される。
【００３２】
三方弁６を切り替え、第２処理槽４内でリンを吸着したリン吸着剤の一部を移送ラインＬ５を介して第１処理槽３に移送することにより、それまで第２の固定床２２において使用していた吸着剤を第１の固定床２１で利用することができる。
【００３３】
次に本実施の形態における効果作用について示す。
【００３４】
被処理水は、汚泥の固液分離操作によって排出される脱離液であり、通常、浮遊固形分を含有する。このため、吸着剤を用いるプロセスにおいては、この浮遊固形分が吸着剤に付着することによって、吸着剤の汚損を引き起こす可能性がある。このため、この浮遊固形分の影響を排した水処理装置の構成が求められる。そこで、本発明では、以下の方法で、リン吸着剤のもつリン吸着容量が確保される。
【００３５】
第１に、第１処理槽３内のリン吸着剤を固定床形態とし、ここに浮遊固形分とリンを含有する被処理水を導入することにより、リン吸着剤固定床２１を通水する際に、浮遊固形分がろ過されると共に、リンの吸着が起こる。この第１処理槽３にて処理された、浮遊固形分を含まない第１処理槽処理水を第２処理槽４に通水することによって、第２処理槽４内に配されるリン吸着剤は、浮遊固形分の影響なしに、リンを吸着することができる。
【００３６】
第２に、第１処理槽３から第２処理槽４に導入される処理水は、原水供給源からの被処理水に比べて含まれるリン濃度が低減されているため、この第１処理槽の処理水から、より多くのリンを回収する場合、リン吸着量が少ない状態でのリン吸着剤利用形態が望ましく、このため、未使用の新鮮なリン吸着剤を供給源２０から第２処理槽４内に導入して利用することにより、リンを効率的に吸着できる。また、第２処理槽４内でリンを吸着した吸着剤を、第１処理槽の固定床２１に利用することで、一定のリンを吸着した形で、リン吸着および浮遊固形分の排除を行うため、第１処理槽３から排出される使用済みのリン吸着剤のリン吸着量を常に一定上確保することができるため、使用済みリン吸着剤を、リン資源として再利用する際の品質を確保できる。
【００３７】
よって、これら２つの効果から、使用劣化したリン吸着剤をリン資源として活用できる。ここで、リン吸着剤を、無機陰イオン交換体であり、高いリン吸着能を有することで広く知られているハイドロタルサイト様物質を初めとする無機層状化合物を適用することで、再利用環境への適合性が高い回収リン資源として活用できる。ここで、ハイドロタルサイト様物質を構成する金属イオン分については、アルカリ土類等の２価の金属イオンと３価の金属イオンの複合形態を利用することができるが、リン資源として再利用できる形態である元素から、任意に選定すればよく、ここでは種類や含有比率、製造方法等は限定は無く、公知の手法から選定する。また、リン吸着剤を構成する素材は、再利用する形態に併せた、再利用環境への適合性の高い素材から構成することが望ましい。また、第２処理工程は、処理プロセス方向に直列配置などの複数多段とすることによって、リン回収量を高めることが出来るため好適である。
【００３８】
第１の実施形態の水処理装置によれば、従来おこなっていた前処理や使用後のリン吸着剤や回収リン成分の処理工程を省略することができ、被処理水に含まれるリンを浮遊固形分の影響を抑制した形で、リン含有量を一定以上含んだリン吸着剤の運用が可能となるため、使用済みリン吸着剤をリン再利用形態とした、リン回収操作を効率よく適切に運用できる。
【００３９】
（第２の実施形態）
次に図２を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態を説明するにあたり、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明を省略するか又は簡略化する。
【００４０】
第２実施形態の水処理装置１Ａでは、第２処理槽４を流動床とし、第２処理槽４の処理水が排出される排出ラインＬ３に固液分離器５を接続し、処理水と共に第２処理槽４から流出する流動床２２からの吸着剤を固液分離器５で分離回収するようにしている。すなわち、固液分離器５の底部を三方弁６に連通するラインＬ４に接続し、三方弁６を排出ラインＬ６から移送ラインＬ５に切り替え、固液分離器５で分離回収した固形分（吸着剤）を移送ラインＬ５を通って第１処理槽３に移送することができる。なお、本実施形態の各ラインＬ１〜Ｌ８においても図示しないポンプがそれぞれ設けられている。
【００４１】
本実施形態では第２処理槽４を流動床とすることで、系内の被処理水とリン吸着剤の接触効率を高めると共に、固定床形態と比べて、導入水方向の上流側から下流側までの吸着剤のリン吸着量の差分を小さくすることができる。第２処理槽４の流動床２２に利用する吸着剤を第１処理槽３の固定床２１の吸着剤として利用する本実施形態においては、一定のリン吸着量を確保した、使用済みリン吸着剤を得ることができる。
【００４２】
第２処理槽の固液分離器５にはサイクロン等の公知の固液分離装置を利用することができる。この固液分離器５の導入によって、第２処理槽４の処理水に付随して排出される、リン吸着量の少ない状態のリン吸着剤の系外への排出を抑制できると共に、第１処理槽３にて利用するリン吸着剤を過不足なく確保できる。なお、第２処理槽の固液分離器５にサイクロンを用いる場合、沈殿槽等の重力沈降を利用する固液分離に比べて省スペースでコンパクトな装置構成が図れる。また、サイクロンを直列多段に設置することで、さらに第２処理槽５の流動床２２からのリン吸着剤の流出を抑制することができる。
【００４３】
第２の実施形態の水処理装置によれば、より安定にリン吸着量を一定以上確保した使用済みリン吸着剤を回収することができるため、従来おこなわれていた前処理や使用後のリン吸着剤や回収リン成分の処理工程を省略することができ、被処理水に含まれるリンを浮遊固形分の影響を抑制した形で、リン含有量を一定以上含んだリン吸着剤の運用が可能となるため、使用済みリン吸着剤をリン再利用形態とした、リン回収操作を効率よく適切に運用できる。
【００４４】
（第３の実施形態）
次に図３を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。なお、本実施形態を説明するにあたり、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明を省略するか又は簡略化する。
【００４５】
第３実施形態の水処理装置１Ｂでは、リン吸着剤の固定床２１を有する第１処理槽３の底部に逆洗水ラインＬ３１を接続するとともに、逆洗水時に第１処理槽３から排出される固形分を逆洗水から分離するための固液分離器１０を排出ラインＬ８に取り付けている。なお、第２処理槽４を流動床とし、第２処理槽４の処理水が排出される排出ラインＬ３に固液分離器５を接続し、処理水と共に第２処理槽４から流出する流動床２２からの吸着剤を固液分離器５で分離回収する点は、上記第２の実施形態の装置１Ａと実質的に同じである。なお、本実施形態のラインＬ１〜Ｌ９，Ｌ４２，Ｌ４３においても図示しないポンプがそれぞれ設けられている。
【００４６】
本実施形態の水処理装置の効果作用を説明する。
【００４７】
第１処理槽３は、リン吸着と同時に、被処理水に含まれる浮遊固形分の分離を行うため、浮遊固形分の蓄積等によって、被処理水の導入圧が高まる。このため、定期的に蓄積する浮遊固形分を排する必要がある。この浮遊固形分を排出するため、逆洗水ラインＬ３１を通じて、固定床２１に蓄積した浮遊固形分とリン吸着剤を定期的に固定床２１の上から排除する必要がある。ここで、逆洗水ラインＬ３１にて利用する水源としては、固液分離した水を用いることが望ましく、例えば第１処理槽からの処理水や第２処理槽からの処理水を貯槽（図示せず）等によって確保して利用することができる。また、第１処理槽の固液分離器１０は、リン吸着剤と浮遊固形分とを分離できる既存の分離技術を用いることができる。ここでは第１処理槽の固液分離器１０にサイクロンを用いることで、浮遊固形分とリン吸着剤の比重差などを利用して、両者を分離することができる。なお、回収されるリン吸着剤は、リンの吸着程度によっては、第１処理槽３に返送するようにしてもよい。この場合は、排出ラインＬ３３を第１処理槽３の上部に接続することが望ましい。
【００４８】
本実施の形態の水処理装置によれば、被処理水中に含有する固形分を適切に排除することにより、従来おこなわれていた前処理や使用後のリン吸着剤や回収リン成分の処理工程を省略することができ、被処理水１に含有するリンを浮遊固形分の影響を抑制した形で、リン含有量を一定以上含んだリン吸着剤の運用が可能となるため、使用済みリン吸着剤をリン再利用形態とした、リン回収操作を効率よく適切に運用できる。
【００４９】
（第４の実施形態）
次に図４を参照して本発明の第４の実施形態を説明する。なお、本実施形態を説明するにあたり、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明を省略するか又は簡略化する。
【００５０】
第４実施形態の水処理装置１Ｃでは、２つの第１処理槽３ａ，３ｂおよび２つの第２処理槽４ａ，４ｂを並列に配置している。これらのうち第１処理槽３ａと第２処理槽４ａとの組み合わせ、および第１処理槽３ｂと第２処理槽４ｂとの組み合わせは、それぞれ上記第３の実施形態の装置１Ｂと実質的に同じ構成である。
【００５１】
前者の組み合わせの被処理水移送ラインＬ１２と後者の組み合わせの被処理水移送ラインＬ２２とはバイパスラインＬ７１によって接続されている。バイパスラインＬ７１の両端には三方弁６３ａ，６３ｂがそれぞれ取り付けられている。
【００５２】
また、前者の組み合わせの吸着剤移送ラインＬ１５と後者の組み合わせの吸着剤移送ラインＬ２５とはバイパスラインＬ７２によって接続されている。バイパスラインＬ７２の両端には三方弁６４ａ，６４ｂがそれぞれ取り付けられている。
【００５３】
通常時の定常運転において、本実施形態の水処理装置１Ｃでは、ラインＬ１２を通って第１処理槽３ａから第２処理槽４ａへ被処理水を送るとともに、ラインＬ１５を通って第２処理槽４ａから第１処理槽３ａへ吸着剤を移送する。これと並行して、ラインＬ２２を通って他方の第１処理槽３ｂから第２処理槽４ｂへ被処理水を送るとともに、ラインＬ２５を通って第２処理槽４ｂから第１処理槽３ｂへ吸着剤を移送する。
【００５４】
一方、逆洗水時の非定常運転において、本実施形態の水処理装置１Ｃでは、逆洗水ラインＬ３１から第１処理槽３ａ内に逆洗水を導入する場合、三方弁６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂの流路をそれぞれ切り替え、被処理水移送ラインＬ２２→バイパスラインＬ７１→被処理水移送ラインＬ２２の順に第２組の第１処理槽３ｂから第１組の第２処理槽４ａに被処理水を移送する。これと並行して、吸着剤移送ラインＬ１５→バイパスラインＬ７２→吸着剤移送ラインＬ２５の順に第１組の第２処理槽４ａから第２組の第１処理槽３ｂに吸着剤（流動床２２ａでリンを吸着した吸着剤）を移送する。
【００５５】
本実施の形態の水処理装置によれば、逆洗水時においてもリン吸着処理を部分的に継続することができ、システム全体としての処理効率を維持・向上させることができる。
【００５６】
なお、本実施形態では第１処理槽と第２処理槽との組み合わせを２組としたが、本発明はこれのみに限定されず、３組以上を組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００５７】
３，３ａ，３ｂ…第１処理槽、
４，４ａ，４ｂ…第２処理槽、
５，５ａ，５ｂ，１０，１０ａ，１０ｂ…固液分離器、 ６，６１，６１ａ，６１ｂ，６２，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂ…三方弁、
２０，２０ａ，２０ｂ…吸着剤供給源、
２１，２１ａ，２１ｂ…第１処理槽内に形成されたリン吸着剤の固定床、
２２，２２ａ，２２ｂ…第２処理槽内に形成されたリン吸着剤の流動床または固定床、
３１…第１の支持体、 ４１…第２の支持体、
Ｌ１，Ｌ１１，Ｌ２１…被処理水導入ライン、
Ｌ２，Ｌ１２，Ｌ２２…被処理水移送ライン、
Ｌ３，Ｌ１３，Ｌ２３…被処理水排出ライン、
Ｌ４，Ｌ４１…リン吸着剤排出ライン、
Ｌ５，Ｌ１５，Ｌ２５…リン吸着剤移送ライン（リン吸着剤移送手段）、
Ｌ６，Ｌ１６，Ｌ２６…リン吸着剤排出ライン、
Ｌ７，Ｌ９，Ｌ１７，Ｌ１９，Ｌ２７，Ｌ２９…固液分離器処理水排出ライン、
Ｌ８，Ｌ１８，Ｌ２８…固形分排出ライン、
Ｌ３１，Ｌ３２…逆洗水導入ライン（逆洗水導入手段）、
Ｌ３３，Ｌ３４…リン吸着剤排出ライン、
Ｌ４２…リン吸着剤移送ライン、
Ｌ４３…リン吸着剤返送ライン、
Ｌ７１，Ｌ７２…バイパスライン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水が導入され、無機層状化合物に由来する粉末状のリン吸着剤の固定床を形成するための第１の支持体を有し、前記形成されたリン吸着剤の固定床により前記被処理水からリンおよび固形分を分離し、前記リン吸着剤に吸着したままの状態で利用可能な形態でリンを回収する第１処理槽と、
前記第１処理槽で処理された処理水が導入され、無機層状化合物に由来する粉末状のリン吸着剤が導入され、前記リン吸着剤の流動床または固定床を形成するための第２の支持体を有し、前記形成されたリン吸着剤の流動床または固定床により前記第１処理槽から導入した処理水からリンを分離し、前記リン吸着剤に吸着したままの状態で利用可能な形態でリンを回収する第２処理槽と、
前記第２処理槽内でリンを吸着させたリン吸着剤を前記第２処理槽から前記第１処理槽へ移送するリン吸着剤移送手段と、
を具備することを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記第２処理槽が流動床式反応器形態であることを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記第２処理槽から排出される処理水からリン吸着剤を分離する固液分離手段をさらに有することを特徴とする請求項２記載の水処理装置。
【請求項４】
前記固液分離手段がサイクロンであることを特徴とする請求項３記載の水処理装置。
【請求項５】
前記第１処理槽から排出される処理水からリン吸着剤および前記被処理水に由来する固形分を分離するための手段としてサイクロンをさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の水処理装置。
【請求項６】
前記第１処理槽の固定床からリン吸着剤および前記被処理水に由来する固形分を分離するために前記第１処理槽内に導入する逆洗水として、前記第１処理槽および第２処理槽の少なくとも一方から排出される処理水を前記第１処理槽に導入する逆洗水導入手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の水処理装置。
【請求項７】
前記第１処理槽が並列に２つ以上配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の水処理装置。
【請求項８】
前記第１処理槽の下流側に前記第２処理槽が並列に２つ以上配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の水処理装置。
【請求項９】
前記被処理水は、生物学的水処理に由来する下水汚泥処理工程から排出される脱離液であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記無機層状化合物に由来する粉末状のリン吸着剤としてハイドロタルサイト様物質を用いることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の水処理装置。
【請求項１】
被処理水が導入され、無機層状化合物に由来する粉末状のリン吸着剤の固定床を形成するための第１の支持体を有し、前記形成されたリン吸着剤の固定床により前記被処理水からリンおよび固形分を分離し、前記リン吸着剤に吸着したままの状態で利用可能な形態でリンを回収する第１処理槽と、
前記第１処理槽で処理された処理水が導入され、無機層状化合物に由来する粉末状のリン吸着剤が導入され、前記リン吸着剤の流動床または固定床を形成するための第２の支持体を有し、前記形成されたリン吸着剤の流動床または固定床により前記第１処理槽から導入した処理水からリンを分離し、前記リン吸着剤に吸着したままの状態で利用可能な形態でリンを回収する第２処理槽と、
前記第２処理槽内でリンを吸着させたリン吸着剤を前記第２処理槽から前記第１処理槽へ移送するリン吸着剤移送手段と、
を具備することを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記第２処理槽が流動床式反応器形態であることを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記第２処理槽から排出される処理水からリン吸着剤を分離する固液分離手段をさらに有することを特徴とする請求項２記載の水処理装置。
【請求項４】
前記固液分離手段がサイクロンであることを特徴とする請求項３記載の水処理装置。
【請求項５】
前記第１処理槽から排出される処理水からリン吸着剤および前記被処理水に由来する固形分を分離するための手段としてサイクロンをさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の水処理装置。
【請求項６】
前記第１処理槽の固定床からリン吸着剤および前記被処理水に由来する固形分を分離するために前記第１処理槽内に導入する逆洗水として、前記第１処理槽および第２処理槽の少なくとも一方から排出される処理水を前記第１処理槽に導入する逆洗水導入手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の水処理装置。
【請求項７】
前記第１処理槽が並列に２つ以上配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の水処理装置。
【請求項８】
前記第１処理槽の下流側に前記第２処理槽が並列に２つ以上配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の水処理装置。
【請求項９】
前記被処理水は、生物学的水処理に由来する下水汚泥処理工程から排出される脱離液であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記無機層状化合物に由来する粉末状のリン吸着剤としてハイドロタルサイト様物質を用いることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２１４２６０（Ｐ２０１０−２１４２６０Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６１９８９（Ｐ２００９−６１９８９）
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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