JP2001321602A - リン含有有機性排液の処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スケールの生成なしに被処理物を濃縮して被
処理物の容量を小さくし、これにより装置を小形化する
とともに使用熱量を少なくして効率よく有機物を分解す
ることができ、しかもリンを簡単な操作により分離する
ことができるリン含有有機性排液の処理方法および装置
を提供する。 【解決手段】 リン含有有機性排液からなる被処理物を
粉砕機６で粉砕し、脱炭酸装置７で脱炭酸し、種晶を添
加し、被処理物槽１から熱交換器１２を経て濃縮装置２
で蒸発濃縮し、被処理物中のリン酸カルシウム、リン酸
マグネシウム等のリン化合物を種晶に析出させて結晶を
成長させ、濃縮物３０を分解装置４で高酸化分解して有
機物を酸化分解し、反応液を分離装置５で固液分離して
結晶を回収し、肥料等に利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリン含有有機性排液
の処理方法および装置、特にリン化合物を容易に分離し
て回収利用することが可能なリン含有有機性排液の処理
方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】し尿、下水汚泥、その他の有機性排液に
は有機物のほかリンが含まれている。このような被処理
物の処理方法として、生物処理、高温酸化分解などの処
理方法が行われている。生物処理では好気性処理、嫌気
性処理等により、有機物を分解する。この方法は大形の
装置を必要とするほか、リンが処理液中に残るため、リ
ン除去のための処理が必要になる。また高温酸化分解は
高温状態で酸化することにより有機物を酸化分解する方
法であるが、被処理物をそのまま処理すると大容量の液
を処理するため、大形の装置を必要とするとともに加熱
のための熱量も多くなり、またリン除去のための処理も
必要になる。

【０００３】被処理物の容量を小さくするために、濃縮
することが考えられるが、蒸発濃縮の場合はリン酸カル
シウムその他のスケール成分が析出してスケールが生成
し、濃縮が行えなくなる。またリン除去方法としては生
物脱リン、凝集などの方法が採用されているが、いずれ
も複雑な操作を必要とし、分離した汚泥は多量のリンと
ともに他の成分も多量に含むため、その処理が困難であ
る。例えば生物脱リンではリンおよび有機物を多量に含
む余剰活性汚泥が生じ、凝集ではリンおよび凝集成分を
多量に含む凝集汚泥が生じるが、これらはリンの溶出を
少なくするための処理が困難である。

【０００４】上記の有機性排液を凝集、濾過等によりリ
ンを除去したのち、生物処理等により有機物を分解する
方法では、最初の処理で発生する凝集汚泥等に多量の有
機物が移行するため、その有機物除去が必要となり、そ
の処理が複雑になる。いずれの場合もリンの除去は困難
であり、複雑な処理方法が必要になるという問題点があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、スケ
ールの生成なしに被処理物を濃縮して被処理物の容量を
小さくし、これにより装置を小形化するとともに使用熱
量を少なくして効率よく有機物を分解することができ、
しかもリンを簡単な操作により分離することができるリ
ン含有有機性排液の処理方法および装置を提供すること
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は次のリン含有有
機性排液の処理方法および装置である。 （１） リン含有有機性排液を種晶の存在下に濃縮し
て、リン化合物を種晶に析出させる濃縮工程と、リン化
合物が析出した結晶を含む濃縮液中の有機物を分解する
分解工程と、分解工程の分解液から結晶と処理液を分離
する分離工程とを含むリン含有有機性排液の処理方法。 （２） 濃縮工程は蒸発濃縮工程である上記（１）記載
の方法。 （３） 種晶がリン化合物である上記（１）または
（２）記載の方法。 （４） 分解工程は酸化分解工程である上記（１）ない
し（３）のいずれかに記載の方法。 （５） リン含有有機性排液を種晶の存在下に濃縮し
て、リン化合物を種晶に析出させる濃縮装置と、リン化
合物が析出した結晶を含む濃縮液中の有機物を分解する
分解装置と、分解装置の処理液から結晶と処理液を分離
する分離装置とを含むリン含有有機性排液の処理装置。

【０００７】本発明において処理の対象となる被処理物
としてのリン含有有機性排液は、リンおよび有機物を含
有する排液であり、他の無機物等の不純物を含んでいて
もよい。このようなリン含有有機性排液としては制限は
ないが、し尿、下水汚泥、浄化槽余剰汚泥、活性汚泥、
消化汚泥その他の有機性排液など、比較的有機物濃度が
高いものが好ましい。

【０００８】本発明ではこのようなリン含有有機性排液
からなる被処理液を種晶の存在下に濃縮してリン化合物
を種晶に析出させながら濃縮する。濃縮は蒸発濃縮が好
ましい。濃縮工程で使用する蒸発濃縮装置は被処理物を
蒸発により濃縮できるものであれば制限なく、液膜式、
浸管式、フラッシュ式など、任意の濃縮装置を用いるこ
とができるが、加熱した被処理物を熱交換部を通して循
環し、発生蒸気を必要によりミストを除去して圧縮し、
熱交換部に供給することにより、循環する被処理物を加
熱する循環式のものが好ましい。このような循環式の濃
縮装置は最初に加熱を行えば、その後は圧縮のためのエ
ネルギーを加えるだけで蒸発濃縮を行うことができ好ま
しい。被処理物の加熱に必要な熱は濃縮装置および／ま
たは分解装置から排出される処理物から回収して使用す
ることができる。

【０００９】被処理物は粉砕装置により粉砕して均質化
し、脱炭酸処理して蒸発濃縮を行うのが好ましい。粉砕
手段としてはポンプや粉砕機が使用できる。通常１ｍｍ
程度に粉砕することにより伝熱管の閉塞を防止できる。
脱炭酸処理は粉砕した被処理物をストリッピング、真空
脱気等の処理を行って、含まれている炭酸ガスを除去す
ることができる。このような被処理物をｐＨ７以上で蒸
発濃縮を行うと、水とともにアンモニアが蒸発して蒸気
側に移行する。またｐＨ７未満で蒸発濃縮するとアンモ
ニアは濃縮液側に残留する。本発明は任意のｐＨで濃縮
することができる。

【００１０】ｐＨ７以上で蒸発濃縮を行うと発泡が生じ
るので、消泡剤の存在下に蒸発濃縮を行うのが好まし
い。消泡剤としてはシリコーン油、脂肪酸、アルコー
ル、ワックス、非イオン性界面活性剤等が使用でき、市
販品でもよい。また高ｐＨで濃縮を行うとスケールが生
成しやすいが、脱炭酸処理によりスケール化は一部防止
される。濃縮工程において種晶を添加して蒸発濃縮を行
うと、被処理物中のリン酸、カルシウム、マグネシウム
等が種晶上に析出するため、濃縮装置および浄化装置の
スケール化を防止することができる。種晶としては特に
制限はなく、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウムな
どのリン化合物を使用すると、被処理物中のリンが析出
した結晶は全体がリン化合物になるため、回収利用に適
するため好ましい。このような種晶その他の固形物は濃
縮工程後に除去してもよく、また除去することなく分解
工程を行い、その後除去してもよいが、分解工程におい
て種晶を存在させると、分解工程でもリンの析出が起こ
るため好ましい。種晶の存在量は、スケール化が防止さ
れ、かつ処理液のリン濃度が許容限度となる量であれば
よく、一般的には濃縮装置内の濃縮液に対して１０〜３
０ｇ／ｌ程度である。

【００１１】濃縮工程において、種晶の存在下に濃縮を
行うことにより、被処理物中に存在するリンはリン酸カ
ルシウム、リン酸マグネシウム等のリン化合物の結晶と
なって種晶上に析出し、結晶が成長する。濃縮工程にお
ける濃縮倍率は任意であるが、分解工程において、含ま
れる有機物の燃焼により燃焼を維持できる程度、または
補助燃料を制限できる程度の濃度まで濃縮するのが好ま
しく、これにより処理コストを低減することができる。
濃縮倍率を高めすぎると濃縮物の流動性が低下する場合
があるので、この場合は濃縮倍率を低くし、補助燃料を
増加することができる。

【００１２】濃縮工程において蒸発濃縮を行うことによ
り、被処理物に含まれるアンモニアの一部は蒸発し、そ
の一部は凝縮水に移行し、一部は非凝縮ガスとともに排
気される。この場合蒸発したアンモニアを除去するた
め、触媒分解、吸収、吸着、ストリッピングなどにより
蒸気および／または凝縮水からアンモニアを除去するこ
とができる。凝縮水に有機物、アンモニア、固形物の不
純物が残留している場合（触媒分解等のアンモニア除去
手段を設けない場合も含む）は、逆浸透膜を用いる膜分
離等により有機物その他の不純物を濃縮し、その濃縮液
を被処理物の濃縮物と合わせて分解工程へ送ることがで
きる。膜分離による透過液は必要に応じて活性炭処理等
により有機物その他の不純物を除去して回収、使用する
ことができる。

【００１３】分解工程では濃縮工程で得られる被処理物
の濃縮物を分解装置に導入して高温酸化分解等により有
機物の分解を行う。このとき前述のように凝縮液の膜分
離による濃縮液を合せて分解工程により分解することが
できる。分解工程は濃縮物に含まれる有機物を分解する
工程であり、高温酸化分解等で有機物を酸化分解する方
法を採用すると、蒸発による濃縮の効果を発揮できるの
で好ましい。高温酸化分解は濃縮物をそのまま高温酸化
分解装置に導入し、必要により補助燃料を燃焼させて加
熱を行い、液相で有機物を酸化させて分解する。

【００１４】分解工程の分解液は分離工程において結晶
と処理液に分離する。結晶は種晶を中心にリン酸カルシ
ウム、リン酸マグネシウム等が析出して成長したもので
あるから、大粒径で固液分離性が良く、沈澱、濾過、遠
心分離等により容易に分離する。分離した結晶はリン酸
カルシウム、リン酸マグネシウム等のリン化合物が含ま
れるため肥料その他の用途に利用でき、特にリン化合物
を種晶とした場合はリン化合物の純度の高い結晶として
の利用が可能である。

【００１５】上記の処理では濃縮工程で種晶の存在下に
濃縮を行うことにより、スケール化を防止するととも
に、分離の困難なリン化合物を種晶に析出させて結晶を
成長させることにより、分離を容易にすることができ、
従来困難であった回収利用が容易になる。また予め濃縮
工程において被処理物であるリン含有有機性排液を濃縮
することにより、小容量かつ高濃度の濃縮物を分解工程
に導入して酸化分解等により有機物の分解を行うことが
できる。酸化分解の場合、被反応物の熱量により有機物
を分解することができ、外部から加える熱量を少なくし
て高分解率で有機物を分解することが可能になる。この
場合蒸発による濃縮は凝集剤等を使用することなく高濃
縮できるので、熱量の高い状態での酸化による分解が可
能であり、処理すべき濃縮液の容量を少なくして必要な
熱量を少なくし、効率よく処理を行うことができる。

【００１６】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、リン含有
有機性排液を種晶の存在下に濃縮してリン化合物を析出
させ、濃縮液の有機物を分解するとともに、結晶と処理
液を分離するようにしたので、スケールの生成なしに被
処理物を濃縮して被処理物の容量を小さくし、これによ
り装置を小形化するとともに使用熱量を少なくして効率
よく有機物を分解することができ、しかもリンを簡単な
操作により分離することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は一実施形態の処理装置のフロー
図である。

【００１８】図１において、１は被処理物槽、２は濃縮
装置、３は濃縮物槽、４は分解装置、５は分離装置であ
る。被処理物槽１にはリン含有有機性排液からなる被処
理物１０を粉砕して供給するための粉砕機６および脱炭
酸装置７を有する被処理物供給路８とともに、消泡剤供
給路９ａ、ｐＨ調整剤供給路９ｂおよび種晶供給路９ｃ
が連絡している。また被処理物槽１から系路１１が熱交
換器１２を介して濃縮装置２の下部に連絡している。

【００１９】濃縮装置２は循環式の蒸発濃縮装置であ
り、被処理物１３と蒸気１４を収容する本体１５の上部
に、複数の熱交換管１６を垂直方向に配置した熱交換部
１７、およびさらにその上に分配部１８を有し、本体１
５の下部から系路１９を通してポンプ２１により被処理
物１３を分配部１８に送り、分配器２２により被処理物
を熱交換管１６の内壁に沿って膜状に流下させて循環す
るように構成されている。また本体１５の上部と熱交換
部１７間に設けられたミスト除去部材２３を通して、本
体１５上部から蒸気を系路２４に吸引し、コンプレッサ
２５で圧縮して熱交換部１７の熱交換管１６の外側に供
給するように構成されている。系路１９から分岐する系
路２６が濃縮物槽３に連絡している。

【００２０】濃縮装置２の熱交換部１７から系路２７が
熱交換器２８、２９を介して触媒反応槽３１に連絡して
いる。熱交換器２９には蒸気供給路３２が連絡してい
る。触媒反応槽３１から系路３３が熱交換器２８、１２
を介して膜分離装置３４の濃縮室３４ｂに連絡してい
る。膜分離装置３４は内部に設けられた逆浸透膜３４ａ
により濃縮室３４ｂと透過室３４ｃに区画されている。
濃縮室３４ｂから系路３５が濃縮物槽３に連絡してい
る。また透過室３４ｃから処理水路３６が系外に連絡し
ている。

【００２１】濃縮物槽３から濃縮物３０を供給するポン
プ３７を有する系路３８が分解装置４に設けられた供給
装置４１に連絡している。供給装置４１には酸化剤供給
路４２および排ガス路４３が連絡している。この供給装
置４１は濃縮物と酸化剤、例えば空気の混合流を供給す
るように分解装置４に取付けられている。分解装置４は
触媒の存在下に濃縮物と酸化剤を高温(例えば１５０℃
以上)で反応させて有機物を酸化するように構成されて
いる。触媒としてはチタニア、アルミナ等の酸化触媒が
使用でき、間隙の大きい固定床が好ましい。

【００２２】分解装置４から系路４４が分離装置５に連
絡している。分離装置５は沈降分離槽からなり、上部に
処理水路５１および下部に排泥路５２が連絡している。
なお上記の装置においてポンプ、弁、攪拌機等が設けら
れているが、省略して図示されている。

【００２３】上記の装置における処理は以下のように行
われる。まずリン含有有機性排液からなる被処理物を被
処理物供給路８から供給し、粉砕機６で粉砕し、脱炭酸
装置７で炭酸ガスを除去して被処理物槽１に導入する。
被処理物槽１には消泡剤供給路９ａから消泡剤を供給
し、ｐＨ調整剤供給路９ｂからｐＨ調整剤を供給してｐ
Ｈ７以上に調整し、また種晶供給路９ｃから種晶を供給
して被処理物１０と混合する。

【００２４】被処理物槽１内の被処理物１０は系路１１
から熱交換器１２を通して加熱し、濃縮装置２の本体１
５に導入する。濃縮装置２ではポンプ２１を駆動するこ
とにより系路１９を通して被処理物１３を分配部１８に
送り、分配器２２により熱交換管１６の内壁に膜状に分
配して流下させることにより水分を蒸発させ、蒸気およ
び濃縮物を本体１５に循環させる。この場合、脱炭酸装
置７で炭酸ガスを除去しているため炭酸カルシウム等の
炭酸塩の析出は抑制され、また種晶添加によりリン酸カ
ルシウム、リン酸マグネシウム等の他のスケール成分が
種晶に析出するため、濃縮装置２へのスケール化は防止
され、結晶が成長する。

【００２５】一方、蒸気１４はミスト除去部材２３を通
してミストを除去し、コンプレッサ２５により圧縮して
系路２４から熱交換部１７に供給する。圧縮により温度
上昇した水蒸気は熱交換管１６の外側に至り、熱交換管
１６の内壁を膜状に流下する被処理物を加熱して蒸発さ
せ、自身は凝縮して凝縮水となり、系路２７から熱交換
器２８、２９に入る。この場合濃縮装置２から取り出さ
れる凝縮水は熱交換器２８で加熱した後、熱交換器２９
において蒸気供給路３２から供給する蒸気により加熱し
て触媒反応槽３１において触媒層３１ａを通過させるこ
とにより、凝縮水に含まれるアンモニア等が分解して除
去される。触媒反応液は熱交換器２８で凝縮水を加熱し
たのち、熱交換器１２に入って新しい被処理物と熱交換
して膜分離装置３４に入る。

【００２６】膜分離装置３４では触媒反応液を系路３３
から濃縮室３４ｂに高圧で供給して有機物等が濃縮され
る。その際に、逆浸透膜３４ａを通して水を透過室３４
ｃに透過させ、濃縮液は系路３５から濃縮物槽３に送
り、濃縮物３０と混合する。透過液は系路３６から処理
水として取り出され、必要に応じて活性炭等により有機
物その他の不純物を除去し、処理水路３６から処理水と
して排出し、回収水として使用される。

【００２７】上記の濃縮工程では、運転開始時に熱交換
器１２に蒸気等の熱源を供給して被処理物を加熱して蒸
発を開始すれば、その後はコンプレッサ２５の圧縮によ
って温度上昇させて蒸発を行い、被処理物を効率よく濃
縮することができる。濃縮物は系路２６から濃縮物槽３
に送られる。ミスト除去部材２３で除去されたミストは
そのまま本体１５に戻り、凝縮水の汚染を防止する。

【００２８】濃縮物槽３の濃縮物３０はポンプ３７によ
り系路３８から供給装置４１に送り、ここで酸化剤供給
路４２から送られる酸化剤と混合し、混合流を分解装置
４に供給して高温酸化分解を行う。供給装置４１から供
給される混合流は高温の分解装置内で酸化触媒と接触し
て酸化反応を起こす。これにより濃縮物中の有機物、ア
ンモニアその他の可燃物は酸化分解される。この分解工
程では前の濃縮工程で濃縮されて熱量の高くなった濃縮
物が酸化反応するため、濃縮物の持つ熱量だけで酸化分
解可能なときは補助燃料を使うことなく酸化分解を行
い、有機物とともにアンモニアも分解することができ
る。熱量が不足する場合は補助燃料により加熱すること
ができる。分解装置４の反応液は系路４４から分離装置
５に送られ、排ガスは排ガス路４３から排出される。

【００２９】分離装置５では沈降分離により結晶その他
の固形物が分離される。結晶はリン酸カルシウム、リン
酸マグネシウム等の析出により重質となっているので、
固液分離性に優れ、容易に分離できる。分離液は処理水
として処理水路５１から排出され、汚泥は排泥路５２か
ら排出される。汚泥はリン化合物を多く含むため肥料等
として回収利用される。種晶としてリン化合物を用いる
場合はリン化合物の純度が高くなる。

【００３０】上記の実施形態において、濃縮装置２とし
て循環式の蒸発濃縮装置を示したが液膜式、浸管式、フ
ラッシュ式など他の蒸発形式の蒸発濃縮装置を用いても
よい。また分解装置４としては液中燃焼装置、焼却炉な
ど他の酸化分解装置を利用することもできる。分離装置
５としても、濾過、遠心分離、膜分離などの他の固液分
離装置を使用することができる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００３２】実施例１ し尿処理場から採取した生し尿と浄化槽汚泥の混合物
（表１に性状を示す）のｐＨを調整して１literのフラ
スコにとり、種晶として粒径５〜２５μmのリン酸カル
シウム結晶を１５，０００〜２０，０００ｍｇ／ｌ添加
し、マントルヒーターで加熱して沸騰させ濃縮した。蒸
気は水を流した冷却器で冷却し、凝縮水を回収し分析し
た。濃縮試験結果を表２に示す。

【００３３】表２に示すように、生し尿および浄化槽汚
泥の混合物をそのまま蒸発処理すると（Ｒｕｎ−１）、
沸騰直前から発泡が始まった。沸騰開始とともに著しく
発泡し、混合物はフラスコから冷却管側にまで移行し、
濃縮作業を続けることはできなかった。これに対して、
消泡剤としてクリレス７１０（栗田工業（株）製、商
標）を２００ｍｇ／ｌ添加して蒸発を行った場合（Ｒｕ
ｎ−２）は発泡せず、通常の沸騰状態を示し、アンモニ
アは蒸気側に移行した。また塩酸でｐＨ６．０〜５．０
（Ｒｕｎ−３、４）とした場合には発泡せず、通常の沸
騰状態を示した。本実施例では７倍濃縮としたが、濃縮
倍数をさらに高くすることも可能であった。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】実施例２ 実施例１のＲｕｎ−２で得られた濃縮物（ＴＯＣ：２３
２００ｍｇ／ｌ、ＮＨ ₄ ⁺：３９００ｍｇ／ｌ）につい
て、高温酸化分解装置において、触媒としてチタニアを
添加し、酸化剤として空気を供給し、温度２７０℃で酸
化分解を行ったところ、有機物、残留アンモニア等の被
酸化性物質を酸化分解することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の処理装置のフロー図である。

【符号の説明】

１ 被処理物槽 ２ 濃縮装置 ３ 濃縮物槽 ４ 分解装置 ５ 分離装置 ６ 粉砕機 ７ 脱炭酸装置 ８ 被処理物供給路 ９ａ 消泡剤供給路 ９ｂ ｐＨ調整剤供給路 ９ｃ 種晶供給路 １０、１３ 被処理物 １２、２８、２９ 熱交換器 １４ 蒸気 １５ 本体 １６ 熱交換管 １７ 熱交換部 １８ 分配部 ２１、３７ ポンプ ２２ 分配器 ２３ ミスト除去部材 ２５ コンプレッサ ３０ 濃縮物 ３１ 触媒反応槽 ３４ 膜分離装置 ３６、５１ 処理水路 ４１ 供給装置 ４２ 酸化剤供給路 ４３ 排ガス路 ５２ 排泥路

【手続補正書】

【提出日】平成１２年５月１６日（２０００．５．１
６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】

【表１】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｄ 9/02 ６１７ Ｂ０１Ｄ 9/02 ６１７ Ｃ０２Ｆ 1/04 ＺＡＢ Ｃ０２Ｆ 1/04 ＺＡＢＤ 11/06 11/06 Ａ 11/12 11/12 Ａ Ｂ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リン含有有機性排液を種晶の存在下に濃
   縮して、リン化合物を種晶に析出させる濃縮工程と、 リン化合物が析出した結晶を含む濃縮液中の有機物を分
   解する分解工程と、 分解工程の分解液から結晶と処理液を分離する分離工程
   とを含むリン含有有機性排液の処理方法。
2. 【請求項２】 濃縮工程は蒸発濃縮工程である請求項１
   記載の方法。
3. 【請求項３】 種晶がリン化合物である請求項１または
   ２記載の方法。
4. 【請求項４】 分解工程は酸化分解工程である請求項１
   ないし３のいずれかに記載の方法。
5. 【請求項５】 リン含有有機性排液を種晶の存在下に濃
   縮して、リン化合物を種晶に析出させる濃縮装置と、 リン化合物が析出した結晶を含む濃縮液中の有機物を分
   解する分解装置と、 分解装置の処理液から結晶と処理液を分離する分離装置
   とを含むリン含有有機性排液の処理装置。