消化汚泥の処理装置
【課題】消化汚泥から、スケーリングの発生要因成分である高濃度の溶解性のリン酸イオンを効率よく短時間でＭＡＰの固体粒子として回収することにより、消化汚泥を汚泥溶融設備などの汚泥処理施設へ送る送泥管内のスケール付着を防止する。
【解決手段】消化汚泥注入管４、マグネシウム化合物注入管５、曝気用の気体吹き込み管６、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を含んだ消化汚泥を引き抜くためのＭＡＰ引抜管７及び処理された消化汚泥を排出するための処理汚泥管８を備えるＭＡＰ反応塔３と、処理汚泥管８に接続しており、処理汚泥に含まれる微細なリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を回収してＭＡＰ反応塔３に戻すためのＭＡＰ回収装置９と、ＭＡＰ反応塔３のＭＡＰ引抜管７に接続しており、消化汚泥を濃縮するための液体サイクロンと、液体サイクロンからの濃縮液からリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離・除去するスクリーンとからなる。
【解決手段】消化汚泥注入管４、マグネシウム化合物注入管５、曝気用の気体吹き込み管６、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を含んだ消化汚泥を引き抜くためのＭＡＰ引抜管７及び処理された消化汚泥を排出するための処理汚泥管８を備えるＭＡＰ反応塔３と、処理汚泥管８に接続しており、処理汚泥に含まれる微細なリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を回収してＭＡＰ反応塔３に戻すためのＭＡＰ回収装置９と、ＭＡＰ反応塔３のＭＡＰ引抜管７に接続しており、消化汚泥を濃縮するための液体サイクロンと、液体サイクロンからの濃縮液からリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離・除去するスクリーンとからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、嫌気性消化汚泥から溶解性リン酸態リンを除去し、リン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子として回収し、消化汚泥を汚泥溶融設備などの汚泥処理施設へ送る送泥管内のスケール付着を防止できるようにした消化汚泥の処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理施設より発生した汚泥を汚泥溶融設備などの汚泥処理施設に送泥する際に、汚泥中に含有されるリン酸イオン（ＰＯ４３−）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）が配管中において、リン酸マグネシウムアンモニウム（ＭｇＮＨ４ＰＯ４・６Ｈ２Ｏ；以下ＭＡＰという。）を生成したり、リン酸イオン（ＰＯ４３−）、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）が反応してリン酸カルシウム化合物を生成し、配管内壁に析出することによりスケールを形成し、送泥管の口径を徐々に小さくし、最悪の場合にはやがてその送泥管の閉塞を招くといったおそれがあった。
【０００３】
嫌気性消化槽により汚泥の減容を行なった後に、送泥する場合には、ＭＡＰを形成する各イオンの濃度が高く、上記の傾向が大きくなる。特に近年の下水処理施設の高度処理化に伴い、生物学的脱リン法を適用された汚泥は嫌気性消化により吐き出すリン酸イオン濃度が高くなり、送泥管の閉塞が加速されるおそれがあった。
【０００４】
送泥管の閉塞障害を防ぐ方法として、従来では鉄系やアルミ系の無機凝集剤を多量に添加し、消化汚泥中のリン酸イオン濃度をＭＡＰ生成の飽和濃度以下に減少させ、ＭＡＰ生成反応を抑制する方法が採用されてきたが、この方法であると多量の凝集剤を必要とし、また、多量の金属塩の混入により、後段の汚泥処理施設、特に汚泥溶融設備での耐火材への影響が懸念されていた。
【０００５】
このような問題を解決する方法として、汚泥を輸送するための管路の上流にエアレーション装置を備え、このエアレーション装置で予め汚泥を曝気して脱炭酸によりｐＨを上昇させ、ＭＡＰの発生要因成分を取り除く方法（例えば、特許文献１参照）が知られている。しかしながら、ここに記載されている方法では、通常、消化汚泥中にはマグネシウムイオンモル数以上のリン酸イオンモル数が含有され、ＭＡＰ反応はマグネシウムイオンとリン酸イオンの当量反応であることより、リン酸イオンが相当量残留することが予想され、かつ、ＭＡＰの回収を行なわないため、配管中で再溶解し、ＭＡＰを生成するおそれがあった。
【０００６】
上記方法において生成したＭＡＰ粒子を遠心分離器により分離する方法（例えば、特許文献２参照）が知られている。しかしながら、この方法においても前記同様、消化汚泥に予め含有されるマグネシウムイオンをＭＡＰ反応に利用する方法であることより、リン酸イオンが相当量残留することが予想される。かつ、送泥前にＭＡＰ粒子を分離する方法についての記述はあるが、遠心分離濃縮物であることより当然、消化汚泥が多量に混入された状態であることが予想され、さらにＭＡＰ粒子の純度を高めるための分離方法についての記述はない。
【０００７】
さらに、消化槽にマグネシウム源を添加し、生成したＭＡＰの結晶を分離する処理方法及び処理装置（例えば、特許文献３参照）が知られている。しかしながら、ここに記載されている方法及び装置では、消化槽内に直接マグネシウム源を添加することにより、消化槽内でＭＡＰ反応が起こり、消化槽内でのＭＡＰのスケーリングが助長されるおそれがある。一旦、消化槽内でのスケーリングによる障害が発生すると、処理施設全体の運転が停止するという大きな問題があった。
【０００８】
さらに、消化槽とその後段のマグネシウム源の添加が可能なＭＡＰ熟成槽より構成される処理方法並びに処理装置（例えば、特許文献４参照）が知られている。しかしながら、ここに記載されている方法並びに装置では、微細なＭＡＰを含む液を消化槽に返送する方法及び装置であることにより、消化槽内でのＭＡＰの堆積またはスケーリングの原因となるおそれがあった。
【０００９】
一方、従来よりアンモニウムイオン及びリン酸イオンを含む廃水に、マグネシウム化合物を添加し、通気によって廃水を撹拌し、ＭＡＰの固体粒子を生成させる方法及び装置（例えば、特許文献５参照）が知られている。
【００１０】
さらに、液体サイクロンにより微細なＭＡＰ粒子を回収する装置（例えば、特許文献６参照）、生成したＭＡＰの固体粒子をスクリーンにより効率よく回収する装置（例えば、特許文献７参照）が知られている。しかしながら、これらに記載されている装置は、消化汚泥脱水ろ液やし尿脱離液などの汚泥濃度が数千ｍｇ／Ｌ以下の廃水を対象としており、汚泥濃度が数万ｍｇ／Ｌ程度の汚泥を対象としたものではなく、汚泥高濃度におけるＭＡＰの回収や分離についての知見は無かった。
【特許文献１】特開２０００−２７１５９５号公報
【特許文献２】特開２００１−１６２３００号公報
【特許文献３】特開２００４−９４１号公報
【特許文献４】特開２００４−１６０３００号公報
【特許文献５】特許第２５７８１３６号公報
【特許文献６】特許第３６８１０７３号公報
【特許文献７】特開平９−１１７７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、消化汚泥から、スケーリングの発生要因成分である高濃度の溶解性のリン酸イオンを効率よく短時間でＭＡＰの固体粒子として回収することにより、消化汚泥を汚泥溶融設備などの汚泥処理施設へ送る送泥管内のスケール付着を防止できる技術を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、このような課題を解決するために鋭意検討の結果、特定の装置より構成される消化汚泥の処理装置により、消化汚泥中に含まれるリン酸イオンを短時間で効率よく除去でき、汚泥混入の少ないＭＡＰの固体粒子として、回収できるという事実を見出し、本発明に到達した。
【００１３】
すなわち、本発明は、消化汚泥を注入するための消化汚泥注入管、マグネシウム化合物注入管、曝気用の気体吹き込み管、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を含んだ消化汚泥を引き抜くための引抜管及び処理された消化汚泥を排出するための処理汚泥管を備える反応塔と、この処理汚泥管に接続しており、処理汚泥に含まれる微細なリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を回収して前記反応塔に戻すための回収装置と、前記反応塔の引抜管に接続しており、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を含む消化汚泥を濃縮するための液体サイクロンと、この液体サイクロンからの濃縮液からリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離・除去するスクリーンとからなることを特徴とする消化汚泥の処理装置を要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明によれば、消化汚泥からＭＡＰなどのスケーリングの発生要因成分である高濃度のリン酸イオンを効率よく短時間でＭＡＰの固体粒子として回収できることから、消化汚泥を汚泥溶融設備などの汚泥処理施設へ送る送泥管内のスケール付着を防止できる。さらに、枯渇資源とされるリン資源を回収することができ、肥効を持続する緩効性の化成肥料として有効利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて具体的に説明する。
本発明において対象となる消化汚泥は、リン酸イオン、アンモニウムイオンを含有するものであり、特に高濃度のリン酸イオンが含まれるものが好適である。このような消化汚泥の代表例としては、下水処理施設より発生する最初沈殿池汚泥（生汚泥）及び／又は、最終沈殿池汚泥（余剰汚泥）を減容化及び安定化するために適用される嫌気性消化槽より引き抜かれる消化汚泥（嫌気性消化汚泥）が挙げられる。
【００１６】
次に、本発明の消化汚泥の処理装置について、図１のフローシートにより説明する。
嫌気性消化槽１より引き抜かれた消化汚泥を、本発明の処理装置２に供給する。処理装置２は、ＭＡＰを生成するためのＭＡＰ反応塔３を有し、このＭＡＰ反応塔３には、消化汚泥を注入するための消化汚泥注入管４、マグネシウム化合物を供給するためのマグネシウム化合物注入管５、曝気するための気体吹き込み管６、ＭＡＰの固体粒子と消化汚泥を引き抜くためのＭＡＰ引抜管７、及び処理汚泥管８を備えている。さらに、ＭＡＰ反応塔３より流出した微細なＭＡＰの固体粒子を回収するためのＭＡＰ回収装置９を有し、このＭＡＰ回収装置９により回収された微細なＭＡＰの固体粒子はＭＡＰ反応塔３に回収ＭＡＰ返送管１０により返送される。さらに、ＭＡＰ反応塔３よりＭＡＰ引抜管７を介して引き抜かれたＭＡＰの固体粒子と消化汚泥の混合物より、ＭＡＰの固体粒子を分離するための分離装置１１を有し、この分離装置１１より分離された消化汚泥と微細なＭＡＰの固体粒子は分離汚泥返送管１２を介してＭＡＰ反応塔３に返送される。本発明においては、分離装置１１が、混合物を濃縮するための液体サイクロンと、濃縮された混合物からＭＡＰを分離するためのスクリーンからなることを特徴としている。なお、図１において、１３は前記ＭＡＰ回収装置９と汚泥処理の次工程１４との間を繋ぐ液体サイクロン処理汚泥管、１５は前記分離装置１１より除去された分離ＭＡＰ粒子である。
【００１７】
次に、処理装置２を構成するＭＡＰ反応塔３、ＭＡＰ回収装置９、分離装置１１について詳細を説明する。
ＭＡＰ反応塔３では、消化汚泥中に多量に含まれているリン酸イオンとアンモニウムイオンにリン酸イオンの当量より不足しているマグネシウム化合物を添加することにより、（１）式の反応式によりＭＡＰを生成させ、固体粒子に成長させる。
ＰＯ４３−＋ＮＨ４＋＋Ｍｇ２＋＋６Ｈ２Ｏ→ＭｇＮＨ４ＰＯ４・６Ｈ２Ｏ↓（ＭＡＰ）…（１）
（１）式の反応はｐＨが高くなるほど、化学平衡反応は右側に移動し、消化汚泥中のリン酸態リン濃度は低下するので、苛性ソーダなどのアルカリ剤によりＭＡＰ反応塔３内のｐＨ調整を行なってもよいが、通常、曝気により消化汚泥中の炭酸が追い出され、その結果ｐＨが上昇するため、必ずしもｐＨ調整を必要とはしない。（１）式の最適なｐＨは、通常は７．０〜９．５の範囲となるようにすることが好ましく、さらに７．５〜９．０の範囲が好ましく、８．０〜８．５の範囲が最も好ましい。
【００１８】
添加するマグネシウム化合物としては、塩化マグネシウムや水酸化マグネシウムなどのマグネシウムを含有する化合物であれば特に限定されないが、それ自身がアルカリ剤であり、安価な水酸化マグネシウムの使用が好ましい。添加率としては、消化汚泥中に含有されているマグネシウムイオン濃度によるが、通常は、消化汚泥中の溶解性リン酸態リンのモル数に対して、マグネシウムのモル数が０．８〜２．５倍となるようにマグネシウム化合物を添加することが好ましく、さらに０．９〜２．０倍の範囲が好ましく、１．０〜１．５倍の範囲が最も好ましい。
【００１９】
ＭＡＰ反応塔３では、（１）式の化学反応を進行させるためにＭＡＰ反応塔３内を撹拌混合する必要がある。撹拌方法としては撹拌羽根の回転による機械的撹拌方法や、ＭＡＰ反応塔３内のポンプによる循環混合方法など、特に限定されるものではないが、前記の通り、脱炭酸効果や反応効率を考慮すると空気撹拌式縦形二重円筒型反応塔が最も適する。
【００２０】
次に、空気撹拌式縦形二重円筒型反応塔について、図２に基づき説明する。
ＭＡＰ反応塔３は、ＭＡＰ反応塔直胴部１６と、その下部に位置するＭＡＰ反応塔円錐部１７と、ＭＡＰ反応塔直胴部１６の上部に位置しＭＡＰ反応塔直胴部１６より広径のＭＡＰ反応塔沈殿部１８とから構成され、ＭＡＰ反応塔沈殿部１８の内部には、傾斜部分とＭＡＰ反応塔直胴部１６との交点でスリットを形成するように、ＭＡＰ反応塔円筒体１９が設けられており、さらに、内部にＭＡＰ反応塔第２円筒体２０が立設されている。
【００２１】
ＭＡＰ反応塔沈殿部１８の傾斜部分及びＭＡＰ反応塔円錐部１７の傾斜角としては、特に限定されるものではないが、固体粒子のスムーズな滑りを考慮すると、傾斜角４５度以上が好ましく、さらに好ましくは６０度以上が好ましい。
【００２２】
また、ＭＡＰ反応塔第２円筒体２０の直径とＭＡＰ反応塔直胴部１６の直径の比率（第２円筒体直径／ＭＡＰ反応塔直胴部直径）としては、通常は０．２〜０．８の範囲となるように設計することが好ましく、さらに０．３〜０．７の範囲が好ましく、０．４〜０．６の範囲が最も好ましい。
【００２３】
ＭＡＰ反応塔３高さ（ＭＡＰ反応塔直胴部１６の高さ＋ＭＡＰ反応塔沈殿部１８の高さ）とＭＡＰ反応塔直胴部１６の直径との比率（ＭＡＰ反応塔高さ／ＭＡＰ反応塔直胴部直径）としては、通常は２〜７の範囲となるように設計することが好ましく、さらに２．５〜６の範囲が好ましく、３〜５の範囲が最も好ましい。
【００２４】
本発明においては、消化汚泥を、消化汚泥注入管４によってＭＡＰ反応塔第２円筒体２０の内部に供給する。消化汚泥供給量としては、ＭＡＰ反応塔反応部容積（ＭＡＰ反応塔直胴部１６により形成される部分の容積＋ＭＡＰ反応塔円筒体１９により形成される部分の容積）での汚泥滞留時間を通常は５〜９０分の範囲に設定するのが好ましく、さらに１０〜６０分の範囲が好ましく、１５〜４０分の範囲が最も好ましい。
【００２５】
ＭＡＰ反応塔沈殿部１８の内側とＭＡＰ反応塔円筒体１９の外側で形成される固体粒子の重力沈降部分の水面積負荷は消化汚泥注入量に対して通常は５〜６０ｍ３／ｍ２／日の範囲、好ましくは６〜５０ｍ３／ｍ２／日の範囲、さらに好ましくは８〜４０ｍ３／ｍ２／日の範囲とする。
【００２６】
曝気用気体は、気体吹き込み管６からＭＡＰ反応塔３内に吹き込む。曝気用気体としては、炭酸ガスの含有量が少ない気体であれば特に限定されないが、通常は空気を使用する。気体吹き込み管６より供給される風量は、ＭＡＰ反応塔直胴部１６の断面積に対して、通常は５〜１００ｍ３／ｍ２／時の範囲、好ましくは８〜７０ｍ３／ｍ２／時の範囲、さらに好ましくは１０〜５０ｍ３／ｍ２／時の範囲とする。
【００２７】
ＭＡＰ反応塔３の内部において、ＭＡＰの結晶が生成、成長し固体粒子が形成される。ＭＡＰの固体粒子はＭＡＰ反応塔沈殿部１８により沈降分離され、沈降分離したＭＡＰはＭＡＰ反応塔沈殿部１８の傾斜部分とＭＡＰ反応塔直胴部１６との交点とＭＡＰ反応塔円筒体１９との間で形成されたスリットよりＭＡＰ反応塔３内部に滑り込む。
【００２８】
一方、沈降しなかったＭＡＰとリン酸態リン濃度が低下した消化汚泥は、ＭＡＰ反応塔沈殿部１８の外側に取り巻く流出トラフに設置されたＶノッチを越流し、処理汚泥管８よりＭＡＰ回収装置９へ供給される。
【００２９】
ＭＡＰ反応塔３の内部に蓄積したＭＡＰ粒子と消化汚泥は、３日〜２週間の間隔でＭＡＰ反応塔円錐部１７の底部に気体吹き込み管６を介して接続したＭＡＰ引抜弁２１を開け、ＭＡＰ引抜管７より分離装置１１へ供給される。
【００３０】
ＭＡＰ反応塔３の内部にＭＡＰの種結晶を充填しておいてもよく、その場合は数日の間に粒径の大きなＭＡＰ粒子を得ることができる。
ＭＡＰ回収装置９は、消化汚泥と微細なＭＡＰ粒子の混合物からＭＡＰ粒子を回収するものであり、スクリーンによる分離方法や遠心分離方法など、特に限定されるものではないが、消化汚泥とＭＡＰ粒子（真比重１．７２）の比重差を利用した液体サイクロンが最も適する。
【００３１】
処理汚泥管８を液体サイクロン中継槽２２に接続して、一旦貯留し、液体サイクロン原汚泥供給ポンプ２３により、液体サイクロン２４Ａの直胴部切線方向に供給する。液体サイクロン２４Ａの上流側の圧力が十分に高い場合は、液体サイクロン中継槽２２や液体サイクロン原汚泥供給ポンプ２３は不要となるが、通常、十分な供給速度を得るためには、液体サイクロン２４Ａでの圧損を考慮するとポンプによる圧送が必要となる。
【００３２】
液体サイクロン２４Ａへの供給量は、液体サイクロン入口流速が、通常は１〜２０ｍ／ｓｅｃの範囲、好ましくは２〜１０ｍ／ｓｅｃ、さらに好ましくは３〜８ｍ／ｓｅｃの範囲とする。液体サイクロン２４Ａに供給された消化汚泥と微細なＭＡＰ粒子の混合物は、液体サイクロン２４Ａの直胴部周壁に沿う回転流となって速度勾配に伴う剪断力が与えられ、液体サイクロン２４Ａの下部の円錐部へ進み、比重の大きなＭＡＰ粒子は最底部に達し、回収ＭＡＰ返送ポンプ２５により、回収ＭＡＰ返送管２６を経てＭＡＰ反応塔３へ返送される。返送量は液体サイクロン２４Ａへの供給量に対して、通常は１〜３０％の範囲、好ましくは２〜２０％、さらに好ましくは３〜１０％の範囲とする。一方、ＭＡＰ粒子の大部分を回収された消化汚泥は、液体サイクロン２４Ａの中央付近を渦流状態となって上昇し、液体サイクロン２４Ａの上部に接続した液体サイクロン処理汚泥管１３より汚泥処理の次工程１４に移送される。
【００３３】
分離装置１１は、ＭＡＰ反応塔３内部より引き抜かれた消化汚泥とＭＡＰ粒子の混合物からＭＡＰ粒子を分離するものであり、比重差を利用した重力沈降法や遠心分離方法などがあるが、規定の目幅のスクリーンにより分離する方法が最も適する。
【００３４】
ＭＡＰ反応塔３内部に蓄積したＭＡＰ粒子と消化汚泥は、ＭＡＰ引抜管７に接続したＭＡＰ引抜ポンプ２７によりＭＡＰ分離機２８へ供給される。ＭＡＰ分離機２８はスクリーンにより構成され、規定の目幅は、通常は０．１〜２ｍｍの範囲、好ましくは０．１５〜１．５ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜１．０ｍｍの範囲とする。スクリーンは断面が台形状であるウェッジワイヤーより構成されるものが目詰まりの防止に効果的であり、さらにスクリーンは平板状、円筒状の何れでもよいが、前記スクリーンを円筒体にし、円筒体内部より被分離混合物を供給し、円筒体を１分間に１０〜６０回転程度に回転させ、洗浄水により洗浄するいわゆるトロンメル形状のものが最も適する。
【００３５】
分離装置１１により分離された分離ＭＡＰ粒子１５はＭＡＰ分離機２８の一端より排出される。一方、スクリーンを通過した消化汚泥と微細なＭＡＰ粒子は、分離汚泥移送ポンプ２９によりＭＡＰ反応塔３へ返送される。
【００３６】
分離装置１１として、予め濃縮した後にＭＡＰ分離機２８へ供給することにより、分離ＭＡＰ粒子１５中に比重の比較的小さな夾雑物の混入を防ぐことができ、洗浄水量を少なくできるなど、効率的な分離が可能となる。濃縮する方法としては、重力沈降による方法や遠心分離による方法などがあるが、前記液体サイクロン２４Ａと同様の液体サイクロン２４Ｂにより濃縮し、濃縮ＭＡＰ供給ポンプ３０によりＭＡＰ分離機２８へ供給する方法が最も適する。
【００３７】
ＭＡＰ引抜管７をＭＡＰ引抜ポンプ２７に接続し、液体サイクロン２４Ｂの直胴部切線方向に供給する。液体サイクロン２４Ｂへの供給量は、液体サイクロン入口流速が、通常は１〜２０ｍ／ｓｅｃの範囲、好ましくは２〜１０ｍ／ｓｅｃ、さらに好ましくは３〜８ｍ／ｓｅｃの範囲とする。液体サイクロン２４Ｂに供給された消化汚泥とＭＡＰ粒子の混合物は、液体サイクロン２４Ｂの直胴部周壁に沿う回転流となって速度勾配に伴う剪断力が与えられ、液体サイクロン２４Ｂの下部の円錐部へ進み、比重の大きなＭＡＰ粒子は最底部に達し、濃縮ＭＡＰ供給ポンプ３０により、ＭＡＰ分離機２８へ供給される。供給量は液体サイクロン２４Ｂへの供給量に対して、通常は１〜３０％の範囲、好ましくは２〜２０％、さらに好ましくは３〜１０％の範囲とする。一方、ＭＡＰ粒子の大部分を回収された消化汚泥は、サイクロン中央付近を渦流状態となって上昇し、液体サイクロン２４Ｂ上部に接続した消化汚泥返送管３１よりＭＡＰ反応塔３に返送される。
【００３８】
ＭＡＰ分離機２８は前記記載のスクリーンを使用し、スクリーンを通過した消化汚泥と微細なＭＡＰ粒子は、分離汚泥移送ポンプ２９によりＭＡＰ反応塔３へ返送される。
以上の装置により、消化槽にマグネシウム源を添加することなく、消化槽でのスケーリング障害を防止し、かつ、消化汚泥中のリン酸イオンを十分に除去すると同時に、緩効性化成肥料として有効利用可能な形態のＭＡＰ固体粒子として回収することができる。
【実施例】
【００３９】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
実施例１
ＭＡＰ反応塔の直胴部の直径３００ｍｍ、沈殿部の直径６００ｍｍ、直胴部と沈殿部及び下部円錐部を合わせた全高１５１０ｍｍ、全容積１６０リットルであり、ＭＡＰ反応塔内部には直胴部と沈殿部傾斜部分との交点にスリットを形成するように円筒体を設置し、さらに該スリットより上部に上端が位置するように直径１５５ｍｍの第２円筒体を設置したＭＡＰ反応塔にｐＨ７．８、リン酸態リン濃度１５０ｍｇ／リットル、汚泥濃度２６０００ｍｇ／リットル、アンモニア性窒素濃度１０００ｍｇ／リットル含まれた消化汚泥を５ｍ３／日の流量で連続的に供給し、ＭＡＰ反応塔底部より４０リットル／分で連続的に空気で曝気し、リン酸態リン濃度１５０ｍｇ／リットルに対し、モル比で１．５となるように５％水酸化マグネシウムスラリーを連続的に供給した。
【００４０】
ＭＡＰ反応塔沈殿部よりオーバーフローした消化汚泥と微細ＭＡＰ粒子の混合物を有効容量５２０リットルの液体サイクロン中継槽に溜め、この液体サイクロン中継槽により１分間に１２０回転の速度で常時撹拌した。液体サイクロン中継槽に設置したレベルスイッチにより液体サイクロン原汚泥供給ポンプを起動させ、１２０ｍ３／日の流量で、直胴部直径１１５ｍｍ、円錐部を合わせた全高５５０ｍｍの回収用液体サイクロンに切線速度６．８ｍ／秒で供給した。なお、液体サイクロンにより回収された微細なＭＡＰ粒子を多量に含む消化汚泥はＭＡＰ返送ポンプにより６ｍ３／日の流量で連続的にＭＡＰ反応塔へ返送した。
【００４１】
上記の運転を１週間継続し、ＭＡＰ反応塔下部より反応塔内部のＭＡＰ粒子と消化汚泥をＭＡＰ引抜ポンプにより１２０ｍ３／日の流量で、直胴部直径１１５ｍｍ、円錐部を合わせた全高５５０ｍｍの濃縮用液体サイクロンに切線速度６．８ｍ／秒で供給した。なお、液体サイクロンにより濃縮されたＭＡＰ粒子を多量に含む消化汚泥は濃縮ＭＡＰ供給ポンプにより、２ｍ３／日の流量で内径２００ｍｍ、長さ６００ｍｍ、目開き０．３ｍｍのドラム型ウェッジワイヤースクリーンに連続的に供給し、１分間に１０回転の速度で回転させ、４ｍ３／日の洗浄水で連続的に洗浄し、スクリーンを通過した微細なＭＡＰ粒子と消化汚泥及び洗浄水は分離汚泥移送ポンプによりＭＡＰ反応塔へ返送した。一方、液体サイクロンの上部より流出した消化汚泥はＭＡＰ反応塔へ返送した。
【００４２】
以上の方法により、回収用液体サイクロンの処理汚泥は、ｐＨ８．３程度まで上昇し、リン酸態リン濃度は２０ｍｇ／リットル以下にまで低下した。なお、ＭＡＰ分離スクリーンにより、０．３ｍｍ以上の固体粒子が得られ、Ｘ線回折の結果、ＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム；ＭｇＮＨ４ＰＯ４・６Ｈ２Ｏ）であることが判明した。真空乾燥後、成分分析を行なった結果、く溶性リン酸（Ｐ２Ｏ５）２８％、く溶性苦土（ＭｇＯ）１５％、アンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）５．４％を含み、カドミウム、水銀、鉛などの有害成分含有量は、肥料取締法に定める化成肥料の有害成分許容値を大幅に下回ることが判明した。
比較例１
実施例１で用いた消化汚泥と同じものを上記と同様なＭＡＰ反応塔により処理し、液体サイクロンにより流出した微細なＭＡＰ粒子を回収し、ＭＡＰ反応塔底部より引き抜いたＭＡＰ粒子と消化汚泥の混合物を液体サイクロンにより濃縮せず、そのまま２ｍ３／日の流量で内径２００ｍｍ、長さ６００ｍｍ、目開き０．３ｍｍのドラム型ウェッジワイヤースクリーンに連続的に供給し、１分間に１０回転の速度で回転させ、４ｍ３／日の洗浄水で連続的に洗浄した場合、ＭＡＰ反応塔処理汚泥のリン酸態リン濃度は２０ｍｇ／リットル以下にまで低下したものの、スクリーンにより分離されたＭＡＰ粒子中には多量の夾雑物が混入された。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の消化汚泥の処理装置を示すフローシート図である。
【図２】本発明の消化汚泥の処理装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 嫌気性消化槽
２ 処理装置
３ ＭＡＰ反応塔
４ 消化汚泥注入管
５ マグネシウム化合物注入管
６ 気体吹き込み管
７ ＭＡＰ引抜管
８ 処理汚泥管
９ ＭＡＰ回収装置
１０ 回収ＭＡＰ返送管
１１ 分離装置
１２ 分離汚泥返送管
１３ 液体サイクロン処理汚泥管
１４ 次工程
１５ 分離ＭＡＰ粒子
１６ ＭＡＰ反応塔直胴部
１７ ＭＡＰ反応塔円錐部
１８ ＭＡＰ反応塔沈殿部
１９ ＭＡＰ反応塔円筒体
２０ ＭＡＰ反応塔第２円筒体
２１ ＭＡＰ引抜弁
２２ 液体サイクロン中継槽
２３ 液体サイクロン原汚泥供給ポンプ
２４Ａ 液体サイクロン
２４Ｂ 液体サイクロン
２５ 回収ＭＡＰ返送ポンプ
２６ 回収ＭＡＰ返送管
２７ ＭＡＰ引抜ポンプ
２８ ＭＡＰ分離機
２９ 分離汚泥移送ポンプ
３０ 濃縮ＭＡＰ供給ポンプ
３１ 消化汚泥返送管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、嫌気性消化汚泥から溶解性リン酸態リンを除去し、リン酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子として回収し、消化汚泥を汚泥溶融設備などの汚泥処理施設へ送る送泥管内のスケール付着を防止できるようにした消化汚泥の処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理施設より発生した汚泥を汚泥溶融設備などの汚泥処理施設に送泥する際に、汚泥中に含有されるリン酸イオン（ＰＯ４３−）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）が配管中において、リン酸マグネシウムアンモニウム（ＭｇＮＨ４ＰＯ４・６Ｈ２Ｏ；以下ＭＡＰという。）を生成したり、リン酸イオン（ＰＯ４３−）、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）が反応してリン酸カルシウム化合物を生成し、配管内壁に析出することによりスケールを形成し、送泥管の口径を徐々に小さくし、最悪の場合にはやがてその送泥管の閉塞を招くといったおそれがあった。
【０００３】
嫌気性消化槽により汚泥の減容を行なった後に、送泥する場合には、ＭＡＰを形成する各イオンの濃度が高く、上記の傾向が大きくなる。特に近年の下水処理施設の高度処理化に伴い、生物学的脱リン法を適用された汚泥は嫌気性消化により吐き出すリン酸イオン濃度が高くなり、送泥管の閉塞が加速されるおそれがあった。
【０００４】
送泥管の閉塞障害を防ぐ方法として、従来では鉄系やアルミ系の無機凝集剤を多量に添加し、消化汚泥中のリン酸イオン濃度をＭＡＰ生成の飽和濃度以下に減少させ、ＭＡＰ生成反応を抑制する方法が採用されてきたが、この方法であると多量の凝集剤を必要とし、また、多量の金属塩の混入により、後段の汚泥処理施設、特に汚泥溶融設備での耐火材への影響が懸念されていた。
【０００５】
このような問題を解決する方法として、汚泥を輸送するための管路の上流にエアレーション装置を備え、このエアレーション装置で予め汚泥を曝気して脱炭酸によりｐＨを上昇させ、ＭＡＰの発生要因成分を取り除く方法（例えば、特許文献１参照）が知られている。しかしながら、ここに記載されている方法では、通常、消化汚泥中にはマグネシウムイオンモル数以上のリン酸イオンモル数が含有され、ＭＡＰ反応はマグネシウムイオンとリン酸イオンの当量反応であることより、リン酸イオンが相当量残留することが予想され、かつ、ＭＡＰの回収を行なわないため、配管中で再溶解し、ＭＡＰを生成するおそれがあった。
【０００６】
上記方法において生成したＭＡＰ粒子を遠心分離器により分離する方法（例えば、特許文献２参照）が知られている。しかしながら、この方法においても前記同様、消化汚泥に予め含有されるマグネシウムイオンをＭＡＰ反応に利用する方法であることより、リン酸イオンが相当量残留することが予想される。かつ、送泥前にＭＡＰ粒子を分離する方法についての記述はあるが、遠心分離濃縮物であることより当然、消化汚泥が多量に混入された状態であることが予想され、さらにＭＡＰ粒子の純度を高めるための分離方法についての記述はない。
【０００７】
さらに、消化槽にマグネシウム源を添加し、生成したＭＡＰの結晶を分離する処理方法及び処理装置（例えば、特許文献３参照）が知られている。しかしながら、ここに記載されている方法及び装置では、消化槽内に直接マグネシウム源を添加することにより、消化槽内でＭＡＰ反応が起こり、消化槽内でのＭＡＰのスケーリングが助長されるおそれがある。一旦、消化槽内でのスケーリングによる障害が発生すると、処理施設全体の運転が停止するという大きな問題があった。
【０００８】
さらに、消化槽とその後段のマグネシウム源の添加が可能なＭＡＰ熟成槽より構成される処理方法並びに処理装置（例えば、特許文献４参照）が知られている。しかしながら、ここに記載されている方法並びに装置では、微細なＭＡＰを含む液を消化槽に返送する方法及び装置であることにより、消化槽内でのＭＡＰの堆積またはスケーリングの原因となるおそれがあった。
【０００９】
一方、従来よりアンモニウムイオン及びリン酸イオンを含む廃水に、マグネシウム化合物を添加し、通気によって廃水を撹拌し、ＭＡＰの固体粒子を生成させる方法及び装置（例えば、特許文献５参照）が知られている。
【００１０】
さらに、液体サイクロンにより微細なＭＡＰ粒子を回収する装置（例えば、特許文献６参照）、生成したＭＡＰの固体粒子をスクリーンにより効率よく回収する装置（例えば、特許文献７参照）が知られている。しかしながら、これらに記載されている装置は、消化汚泥脱水ろ液やし尿脱離液などの汚泥濃度が数千ｍｇ／Ｌ以下の廃水を対象としており、汚泥濃度が数万ｍｇ／Ｌ程度の汚泥を対象としたものではなく、汚泥高濃度におけるＭＡＰの回収や分離についての知見は無かった。
【特許文献１】特開２０００−２７１５９５号公報
【特許文献２】特開２００１−１６２３００号公報
【特許文献３】特開２００４−９４１号公報
【特許文献４】特開２００４−１６０３００号公報
【特許文献５】特許第２５７８１３６号公報
【特許文献６】特許第３６８１０７３号公報
【特許文献７】特開平９−１１７７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、消化汚泥から、スケーリングの発生要因成分である高濃度の溶解性のリン酸イオンを効率よく短時間でＭＡＰの固体粒子として回収することにより、消化汚泥を汚泥溶融設備などの汚泥処理施設へ送る送泥管内のスケール付着を防止できる技術を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、このような課題を解決するために鋭意検討の結果、特定の装置より構成される消化汚泥の処理装置により、消化汚泥中に含まれるリン酸イオンを短時間で効率よく除去でき、汚泥混入の少ないＭＡＰの固体粒子として、回収できるという事実を見出し、本発明に到達した。
【００１３】
すなわち、本発明は、消化汚泥を注入するための消化汚泥注入管、マグネシウム化合物注入管、曝気用の気体吹き込み管、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を含んだ消化汚泥を引き抜くための引抜管及び処理された消化汚泥を排出するための処理汚泥管を備える反応塔と、この処理汚泥管に接続しており、処理汚泥に含まれる微細なリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を回収して前記反応塔に戻すための回収装置と、前記反応塔の引抜管に接続しており、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を含む消化汚泥を濃縮するための液体サイクロンと、この液体サイクロンからの濃縮液からリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離・除去するスクリーンとからなることを特徴とする消化汚泥の処理装置を要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明によれば、消化汚泥からＭＡＰなどのスケーリングの発生要因成分である高濃度のリン酸イオンを効率よく短時間でＭＡＰの固体粒子として回収できることから、消化汚泥を汚泥溶融設備などの汚泥処理施設へ送る送泥管内のスケール付着を防止できる。さらに、枯渇資源とされるリン資源を回収することができ、肥効を持続する緩効性の化成肥料として有効利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて具体的に説明する。
本発明において対象となる消化汚泥は、リン酸イオン、アンモニウムイオンを含有するものであり、特に高濃度のリン酸イオンが含まれるものが好適である。このような消化汚泥の代表例としては、下水処理施設より発生する最初沈殿池汚泥（生汚泥）及び／又は、最終沈殿池汚泥（余剰汚泥）を減容化及び安定化するために適用される嫌気性消化槽より引き抜かれる消化汚泥（嫌気性消化汚泥）が挙げられる。
【００１６】
次に、本発明の消化汚泥の処理装置について、図１のフローシートにより説明する。
嫌気性消化槽１より引き抜かれた消化汚泥を、本発明の処理装置２に供給する。処理装置２は、ＭＡＰを生成するためのＭＡＰ反応塔３を有し、このＭＡＰ反応塔３には、消化汚泥を注入するための消化汚泥注入管４、マグネシウム化合物を供給するためのマグネシウム化合物注入管５、曝気するための気体吹き込み管６、ＭＡＰの固体粒子と消化汚泥を引き抜くためのＭＡＰ引抜管７、及び処理汚泥管８を備えている。さらに、ＭＡＰ反応塔３より流出した微細なＭＡＰの固体粒子を回収するためのＭＡＰ回収装置９を有し、このＭＡＰ回収装置９により回収された微細なＭＡＰの固体粒子はＭＡＰ反応塔３に回収ＭＡＰ返送管１０により返送される。さらに、ＭＡＰ反応塔３よりＭＡＰ引抜管７を介して引き抜かれたＭＡＰの固体粒子と消化汚泥の混合物より、ＭＡＰの固体粒子を分離するための分離装置１１を有し、この分離装置１１より分離された消化汚泥と微細なＭＡＰの固体粒子は分離汚泥返送管１２を介してＭＡＰ反応塔３に返送される。本発明においては、分離装置１１が、混合物を濃縮するための液体サイクロンと、濃縮された混合物からＭＡＰを分離するためのスクリーンからなることを特徴としている。なお、図１において、１３は前記ＭＡＰ回収装置９と汚泥処理の次工程１４との間を繋ぐ液体サイクロン処理汚泥管、１５は前記分離装置１１より除去された分離ＭＡＰ粒子である。
【００１７】
次に、処理装置２を構成するＭＡＰ反応塔３、ＭＡＰ回収装置９、分離装置１１について詳細を説明する。
ＭＡＰ反応塔３では、消化汚泥中に多量に含まれているリン酸イオンとアンモニウムイオンにリン酸イオンの当量より不足しているマグネシウム化合物を添加することにより、（１）式の反応式によりＭＡＰを生成させ、固体粒子に成長させる。
ＰＯ４３−＋ＮＨ４＋＋Ｍｇ２＋＋６Ｈ２Ｏ→ＭｇＮＨ４ＰＯ４・６Ｈ２Ｏ↓（ＭＡＰ）…（１）
（１）式の反応はｐＨが高くなるほど、化学平衡反応は右側に移動し、消化汚泥中のリン酸態リン濃度は低下するので、苛性ソーダなどのアルカリ剤によりＭＡＰ反応塔３内のｐＨ調整を行なってもよいが、通常、曝気により消化汚泥中の炭酸が追い出され、その結果ｐＨが上昇するため、必ずしもｐＨ調整を必要とはしない。（１）式の最適なｐＨは、通常は７．０〜９．５の範囲となるようにすることが好ましく、さらに７．５〜９．０の範囲が好ましく、８．０〜８．５の範囲が最も好ましい。
【００１８】
添加するマグネシウム化合物としては、塩化マグネシウムや水酸化マグネシウムなどのマグネシウムを含有する化合物であれば特に限定されないが、それ自身がアルカリ剤であり、安価な水酸化マグネシウムの使用が好ましい。添加率としては、消化汚泥中に含有されているマグネシウムイオン濃度によるが、通常は、消化汚泥中の溶解性リン酸態リンのモル数に対して、マグネシウムのモル数が０．８〜２．５倍となるようにマグネシウム化合物を添加することが好ましく、さらに０．９〜２．０倍の範囲が好ましく、１．０〜１．５倍の範囲が最も好ましい。
【００１９】
ＭＡＰ反応塔３では、（１）式の化学反応を進行させるためにＭＡＰ反応塔３内を撹拌混合する必要がある。撹拌方法としては撹拌羽根の回転による機械的撹拌方法や、ＭＡＰ反応塔３内のポンプによる循環混合方法など、特に限定されるものではないが、前記の通り、脱炭酸効果や反応効率を考慮すると空気撹拌式縦形二重円筒型反応塔が最も適する。
【００２０】
次に、空気撹拌式縦形二重円筒型反応塔について、図２に基づき説明する。
ＭＡＰ反応塔３は、ＭＡＰ反応塔直胴部１６と、その下部に位置するＭＡＰ反応塔円錐部１７と、ＭＡＰ反応塔直胴部１６の上部に位置しＭＡＰ反応塔直胴部１６より広径のＭＡＰ反応塔沈殿部１８とから構成され、ＭＡＰ反応塔沈殿部１８の内部には、傾斜部分とＭＡＰ反応塔直胴部１６との交点でスリットを形成するように、ＭＡＰ反応塔円筒体１９が設けられており、さらに、内部にＭＡＰ反応塔第２円筒体２０が立設されている。
【００２１】
ＭＡＰ反応塔沈殿部１８の傾斜部分及びＭＡＰ反応塔円錐部１７の傾斜角としては、特に限定されるものではないが、固体粒子のスムーズな滑りを考慮すると、傾斜角４５度以上が好ましく、さらに好ましくは６０度以上が好ましい。
【００２２】
また、ＭＡＰ反応塔第２円筒体２０の直径とＭＡＰ反応塔直胴部１６の直径の比率（第２円筒体直径／ＭＡＰ反応塔直胴部直径）としては、通常は０．２〜０．８の範囲となるように設計することが好ましく、さらに０．３〜０．７の範囲が好ましく、０．４〜０．６の範囲が最も好ましい。
【００２３】
ＭＡＰ反応塔３高さ（ＭＡＰ反応塔直胴部１６の高さ＋ＭＡＰ反応塔沈殿部１８の高さ）とＭＡＰ反応塔直胴部１６の直径との比率（ＭＡＰ反応塔高さ／ＭＡＰ反応塔直胴部直径）としては、通常は２〜７の範囲となるように設計することが好ましく、さらに２．５〜６の範囲が好ましく、３〜５の範囲が最も好ましい。
【００２４】
本発明においては、消化汚泥を、消化汚泥注入管４によってＭＡＰ反応塔第２円筒体２０の内部に供給する。消化汚泥供給量としては、ＭＡＰ反応塔反応部容積（ＭＡＰ反応塔直胴部１６により形成される部分の容積＋ＭＡＰ反応塔円筒体１９により形成される部分の容積）での汚泥滞留時間を通常は５〜９０分の範囲に設定するのが好ましく、さらに１０〜６０分の範囲が好ましく、１５〜４０分の範囲が最も好ましい。
【００２５】
ＭＡＰ反応塔沈殿部１８の内側とＭＡＰ反応塔円筒体１９の外側で形成される固体粒子の重力沈降部分の水面積負荷は消化汚泥注入量に対して通常は５〜６０ｍ３／ｍ２／日の範囲、好ましくは６〜５０ｍ３／ｍ２／日の範囲、さらに好ましくは８〜４０ｍ３／ｍ２／日の範囲とする。
【００２６】
曝気用気体は、気体吹き込み管６からＭＡＰ反応塔３内に吹き込む。曝気用気体としては、炭酸ガスの含有量が少ない気体であれば特に限定されないが、通常は空気を使用する。気体吹き込み管６より供給される風量は、ＭＡＰ反応塔直胴部１６の断面積に対して、通常は５〜１００ｍ３／ｍ２／時の範囲、好ましくは８〜７０ｍ３／ｍ２／時の範囲、さらに好ましくは１０〜５０ｍ３／ｍ２／時の範囲とする。
【００２７】
ＭＡＰ反応塔３の内部において、ＭＡＰの結晶が生成、成長し固体粒子が形成される。ＭＡＰの固体粒子はＭＡＰ反応塔沈殿部１８により沈降分離され、沈降分離したＭＡＰはＭＡＰ反応塔沈殿部１８の傾斜部分とＭＡＰ反応塔直胴部１６との交点とＭＡＰ反応塔円筒体１９との間で形成されたスリットよりＭＡＰ反応塔３内部に滑り込む。
【００２８】
一方、沈降しなかったＭＡＰとリン酸態リン濃度が低下した消化汚泥は、ＭＡＰ反応塔沈殿部１８の外側に取り巻く流出トラフに設置されたＶノッチを越流し、処理汚泥管８よりＭＡＰ回収装置９へ供給される。
【００２９】
ＭＡＰ反応塔３の内部に蓄積したＭＡＰ粒子と消化汚泥は、３日〜２週間の間隔でＭＡＰ反応塔円錐部１７の底部に気体吹き込み管６を介して接続したＭＡＰ引抜弁２１を開け、ＭＡＰ引抜管７より分離装置１１へ供給される。
【００３０】
ＭＡＰ反応塔３の内部にＭＡＰの種結晶を充填しておいてもよく、その場合は数日の間に粒径の大きなＭＡＰ粒子を得ることができる。
ＭＡＰ回収装置９は、消化汚泥と微細なＭＡＰ粒子の混合物からＭＡＰ粒子を回収するものであり、スクリーンによる分離方法や遠心分離方法など、特に限定されるものではないが、消化汚泥とＭＡＰ粒子（真比重１．７２）の比重差を利用した液体サイクロンが最も適する。
【００３１】
処理汚泥管８を液体サイクロン中継槽２２に接続して、一旦貯留し、液体サイクロン原汚泥供給ポンプ２３により、液体サイクロン２４Ａの直胴部切線方向に供給する。液体サイクロン２４Ａの上流側の圧力が十分に高い場合は、液体サイクロン中継槽２２や液体サイクロン原汚泥供給ポンプ２３は不要となるが、通常、十分な供給速度を得るためには、液体サイクロン２４Ａでの圧損を考慮するとポンプによる圧送が必要となる。
【００３２】
液体サイクロン２４Ａへの供給量は、液体サイクロン入口流速が、通常は１〜２０ｍ／ｓｅｃの範囲、好ましくは２〜１０ｍ／ｓｅｃ、さらに好ましくは３〜８ｍ／ｓｅｃの範囲とする。液体サイクロン２４Ａに供給された消化汚泥と微細なＭＡＰ粒子の混合物は、液体サイクロン２４Ａの直胴部周壁に沿う回転流となって速度勾配に伴う剪断力が与えられ、液体サイクロン２４Ａの下部の円錐部へ進み、比重の大きなＭＡＰ粒子は最底部に達し、回収ＭＡＰ返送ポンプ２５により、回収ＭＡＰ返送管２６を経てＭＡＰ反応塔３へ返送される。返送量は液体サイクロン２４Ａへの供給量に対して、通常は１〜３０％の範囲、好ましくは２〜２０％、さらに好ましくは３〜１０％の範囲とする。一方、ＭＡＰ粒子の大部分を回収された消化汚泥は、液体サイクロン２４Ａの中央付近を渦流状態となって上昇し、液体サイクロン２４Ａの上部に接続した液体サイクロン処理汚泥管１３より汚泥処理の次工程１４に移送される。
【００３３】
分離装置１１は、ＭＡＰ反応塔３内部より引き抜かれた消化汚泥とＭＡＰ粒子の混合物からＭＡＰ粒子を分離するものであり、比重差を利用した重力沈降法や遠心分離方法などがあるが、規定の目幅のスクリーンにより分離する方法が最も適する。
【００３４】
ＭＡＰ反応塔３内部に蓄積したＭＡＰ粒子と消化汚泥は、ＭＡＰ引抜管７に接続したＭＡＰ引抜ポンプ２７によりＭＡＰ分離機２８へ供給される。ＭＡＰ分離機２８はスクリーンにより構成され、規定の目幅は、通常は０．１〜２ｍｍの範囲、好ましくは０．１５〜１．５ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜１．０ｍｍの範囲とする。スクリーンは断面が台形状であるウェッジワイヤーより構成されるものが目詰まりの防止に効果的であり、さらにスクリーンは平板状、円筒状の何れでもよいが、前記スクリーンを円筒体にし、円筒体内部より被分離混合物を供給し、円筒体を１分間に１０〜６０回転程度に回転させ、洗浄水により洗浄するいわゆるトロンメル形状のものが最も適する。
【００３５】
分離装置１１により分離された分離ＭＡＰ粒子１５はＭＡＰ分離機２８の一端より排出される。一方、スクリーンを通過した消化汚泥と微細なＭＡＰ粒子は、分離汚泥移送ポンプ２９によりＭＡＰ反応塔３へ返送される。
【００３６】
分離装置１１として、予め濃縮した後にＭＡＰ分離機２８へ供給することにより、分離ＭＡＰ粒子１５中に比重の比較的小さな夾雑物の混入を防ぐことができ、洗浄水量を少なくできるなど、効率的な分離が可能となる。濃縮する方法としては、重力沈降による方法や遠心分離による方法などがあるが、前記液体サイクロン２４Ａと同様の液体サイクロン２４Ｂにより濃縮し、濃縮ＭＡＰ供給ポンプ３０によりＭＡＰ分離機２８へ供給する方法が最も適する。
【００３７】
ＭＡＰ引抜管７をＭＡＰ引抜ポンプ２７に接続し、液体サイクロン２４Ｂの直胴部切線方向に供給する。液体サイクロン２４Ｂへの供給量は、液体サイクロン入口流速が、通常は１〜２０ｍ／ｓｅｃの範囲、好ましくは２〜１０ｍ／ｓｅｃ、さらに好ましくは３〜８ｍ／ｓｅｃの範囲とする。液体サイクロン２４Ｂに供給された消化汚泥とＭＡＰ粒子の混合物は、液体サイクロン２４Ｂの直胴部周壁に沿う回転流となって速度勾配に伴う剪断力が与えられ、液体サイクロン２４Ｂの下部の円錐部へ進み、比重の大きなＭＡＰ粒子は最底部に達し、濃縮ＭＡＰ供給ポンプ３０により、ＭＡＰ分離機２８へ供給される。供給量は液体サイクロン２４Ｂへの供給量に対して、通常は１〜３０％の範囲、好ましくは２〜２０％、さらに好ましくは３〜１０％の範囲とする。一方、ＭＡＰ粒子の大部分を回収された消化汚泥は、サイクロン中央付近を渦流状態となって上昇し、液体サイクロン２４Ｂ上部に接続した消化汚泥返送管３１よりＭＡＰ反応塔３に返送される。
【００３８】
ＭＡＰ分離機２８は前記記載のスクリーンを使用し、スクリーンを通過した消化汚泥と微細なＭＡＰ粒子は、分離汚泥移送ポンプ２９によりＭＡＰ反応塔３へ返送される。
以上の装置により、消化槽にマグネシウム源を添加することなく、消化槽でのスケーリング障害を防止し、かつ、消化汚泥中のリン酸イオンを十分に除去すると同時に、緩効性化成肥料として有効利用可能な形態のＭＡＰ固体粒子として回収することができる。
【実施例】
【００３９】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
実施例１
ＭＡＰ反応塔の直胴部の直径３００ｍｍ、沈殿部の直径６００ｍｍ、直胴部と沈殿部及び下部円錐部を合わせた全高１５１０ｍｍ、全容積１６０リットルであり、ＭＡＰ反応塔内部には直胴部と沈殿部傾斜部分との交点にスリットを形成するように円筒体を設置し、さらに該スリットより上部に上端が位置するように直径１５５ｍｍの第２円筒体を設置したＭＡＰ反応塔にｐＨ７．８、リン酸態リン濃度１５０ｍｇ／リットル、汚泥濃度２６０００ｍｇ／リットル、アンモニア性窒素濃度１０００ｍｇ／リットル含まれた消化汚泥を５ｍ３／日の流量で連続的に供給し、ＭＡＰ反応塔底部より４０リットル／分で連続的に空気で曝気し、リン酸態リン濃度１５０ｍｇ／リットルに対し、モル比で１．５となるように５％水酸化マグネシウムスラリーを連続的に供給した。
【００４０】
ＭＡＰ反応塔沈殿部よりオーバーフローした消化汚泥と微細ＭＡＰ粒子の混合物を有効容量５２０リットルの液体サイクロン中継槽に溜め、この液体サイクロン中継槽により１分間に１２０回転の速度で常時撹拌した。液体サイクロン中継槽に設置したレベルスイッチにより液体サイクロン原汚泥供給ポンプを起動させ、１２０ｍ３／日の流量で、直胴部直径１１５ｍｍ、円錐部を合わせた全高５５０ｍｍの回収用液体サイクロンに切線速度６．８ｍ／秒で供給した。なお、液体サイクロンにより回収された微細なＭＡＰ粒子を多量に含む消化汚泥はＭＡＰ返送ポンプにより６ｍ３／日の流量で連続的にＭＡＰ反応塔へ返送した。
【００４１】
上記の運転を１週間継続し、ＭＡＰ反応塔下部より反応塔内部のＭＡＰ粒子と消化汚泥をＭＡＰ引抜ポンプにより１２０ｍ３／日の流量で、直胴部直径１１５ｍｍ、円錐部を合わせた全高５５０ｍｍの濃縮用液体サイクロンに切線速度６．８ｍ／秒で供給した。なお、液体サイクロンにより濃縮されたＭＡＰ粒子を多量に含む消化汚泥は濃縮ＭＡＰ供給ポンプにより、２ｍ３／日の流量で内径２００ｍｍ、長さ６００ｍｍ、目開き０．３ｍｍのドラム型ウェッジワイヤースクリーンに連続的に供給し、１分間に１０回転の速度で回転させ、４ｍ３／日の洗浄水で連続的に洗浄し、スクリーンを通過した微細なＭＡＰ粒子と消化汚泥及び洗浄水は分離汚泥移送ポンプによりＭＡＰ反応塔へ返送した。一方、液体サイクロンの上部より流出した消化汚泥はＭＡＰ反応塔へ返送した。
【００４２】
以上の方法により、回収用液体サイクロンの処理汚泥は、ｐＨ８．３程度まで上昇し、リン酸態リン濃度は２０ｍｇ／リットル以下にまで低下した。なお、ＭＡＰ分離スクリーンにより、０．３ｍｍ以上の固体粒子が得られ、Ｘ線回折の結果、ＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム；ＭｇＮＨ４ＰＯ４・６Ｈ２Ｏ）であることが判明した。真空乾燥後、成分分析を行なった結果、く溶性リン酸（Ｐ２Ｏ５）２８％、く溶性苦土（ＭｇＯ）１５％、アンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）５．４％を含み、カドミウム、水銀、鉛などの有害成分含有量は、肥料取締法に定める化成肥料の有害成分許容値を大幅に下回ることが判明した。
比較例１
実施例１で用いた消化汚泥と同じものを上記と同様なＭＡＰ反応塔により処理し、液体サイクロンにより流出した微細なＭＡＰ粒子を回収し、ＭＡＰ反応塔底部より引き抜いたＭＡＰ粒子と消化汚泥の混合物を液体サイクロンにより濃縮せず、そのまま２ｍ３／日の流量で内径２００ｍｍ、長さ６００ｍｍ、目開き０．３ｍｍのドラム型ウェッジワイヤースクリーンに連続的に供給し、１分間に１０回転の速度で回転させ、４ｍ３／日の洗浄水で連続的に洗浄した場合、ＭＡＰ反応塔処理汚泥のリン酸態リン濃度は２０ｍｇ／リットル以下にまで低下したものの、スクリーンにより分離されたＭＡＰ粒子中には多量の夾雑物が混入された。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の消化汚泥の処理装置を示すフローシート図である。
【図２】本発明の消化汚泥の処理装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 嫌気性消化槽
２ 処理装置
３ ＭＡＰ反応塔
４ 消化汚泥注入管
５ マグネシウム化合物注入管
６ 気体吹き込み管
７ ＭＡＰ引抜管
８ 処理汚泥管
９ ＭＡＰ回収装置
１０ 回収ＭＡＰ返送管
１１ 分離装置
１２ 分離汚泥返送管
１３ 液体サイクロン処理汚泥管
１４ 次工程
１５ 分離ＭＡＰ粒子
１６ ＭＡＰ反応塔直胴部
１７ ＭＡＰ反応塔円錐部
１８ ＭＡＰ反応塔沈殿部
１９ ＭＡＰ反応塔円筒体
２０ ＭＡＰ反応塔第２円筒体
２１ ＭＡＰ引抜弁
２２ 液体サイクロン中継槽
２３ 液体サイクロン原汚泥供給ポンプ
２４Ａ 液体サイクロン
２４Ｂ 液体サイクロン
２５ 回収ＭＡＰ返送ポンプ
２６ 回収ＭＡＰ返送管
２７ ＭＡＰ引抜ポンプ
２８ ＭＡＰ分離機
２９ 分離汚泥移送ポンプ
３０ 濃縮ＭＡＰ供給ポンプ
３１ 消化汚泥返送管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消化汚泥を注入するための消化汚泥注入管、マグネシウム化合物注入管、曝気用の気体吹き込み管、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を含んだ消化汚泥を引き抜くための引抜管及び処理された消化汚泥を排出するための処理汚泥管を備える反応塔と、この処理汚泥管に接続しており、処理汚泥に含まれる微細なリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を回収して前記反応塔に戻すための回収装置と、前記反応塔の引抜管に接続しており、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を含む消化汚泥を濃縮するための液体サイクロンと、この液体サイクロンからの濃縮液からリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離・除去するスクリーンとからなることを特徴とする消化汚泥の処理装置。
【請求項１】
消化汚泥を注入するための消化汚泥注入管、マグネシウム化合物注入管、曝気用の気体吹き込み管、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を含んだ消化汚泥を引き抜くための引抜管及び処理された消化汚泥を排出するための処理汚泥管を備える反応塔と、この処理汚泥管に接続しており、処理汚泥に含まれる微細なリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を回収して前記反応塔に戻すための回収装置と、前記反応塔の引抜管に接続しており、リン酸マグネシウムアンモニウム粒子を含む消化汚泥を濃縮するための液体サイクロンと、この液体サイクロンからの濃縮液からリン酸マグネシウムアンモニウム粒子を分離・除去するスクリーンとからなることを特徴とする消化汚泥の処理装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−２４４９９５（Ｐ２００７−２４４９９５Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７１８９９（Ｐ２００６−７１８９９）
【出願日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【出願人】（０００００４５０３）ユニチカ株式会社 (1,214)
【出願人】（０００１６５２７３）月島機械株式会社 (253)
【出願人】（５９１０３０４９９）大阪市 (64)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【出願人】（０００００４５０３）ユニチカ株式会社 (1,214)
【出願人】（０００１６５２７３）月島機械株式会社 (253)
【出願人】（５９１０３０４９９）大阪市 (64)
【Ｆターム（参考）】
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