回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法及び装置
無機栄養塩類を添加しなければ好気的及び／又は嫌気的生物処理が成り立たない廃水に対し、安価で容易に利用できる無機栄養塩類を利用する方法を提供する。 有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理過程から回収したリン酸マグネシウムアンモニウムを、嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程に添加し、無機栄養源として利用することを特徴とする回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法、及び装置。回収したリン酸マグネシウムアンモニウムの粒径を０．５ｍｍ以下の粒子にして、且つ／又はリン酸マグネシウムアンモニウムを添加する液のｐＨを１０以下として利用することが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機栄養塩類を添加しなければ好気的及び／又は嫌気的生物処理が成り立たない廃水に対して、安価で容易に利用できる無機栄養塩類を利用する処理方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
汚水中に含まれる窒素、リンは河川、海洋、貯水池などにおける富栄養化問題の原因物質であり、汚水処理工程で効率的に除去されることが望まれる。
【０００３】
また、リン資源は２１世紀中の枯渇が予想されている物質である。日本は、リンのほとんどを輸入に頼っており、今日では、有機性廃棄物及び廃水中からリンを、高効率に回収する方法が望まれている。
【０００４】
従来、リンを含有する汚水からリンを除去する方法としては、生物学的除去方法、凝集沈殿方法、晶析法、吸着法など様々な方法が開発されてきた。各処理方法にメリット、デメリットがあるが、晶析法は、基本的に汚泥発生がなく、除去したリンの再利用がしやすく、しかも安定した状態で除去（回収）できるという利点がある。
【０００５】
（特許文献１）には、高濃度のリン及びアンモニア性窒素を含む廃水から、リン酸マグネシウムアンモニウム（以下「ＭＡＰ」ともいう）としてリンを回収する方法が記載されている。このＭＡＰ法においては、液中のアンモニウムイオン、リン酸イオン、マグネシウムイオン、水酸基が式（１）のような形態で反応し、ＭＡＰが生成される。生成したＭＡＰは緩効性肥料（苦土リン安系）として再利用可能である。
【０００６】
【化１】
下水汚泥や生ゴミ、畜産廃棄物、モルトやお茶殻等の有機性廃棄物を嫌気性消化すると、固形物の可溶化工程、有機酸生成工程、メタン生成工程を経て、最終的に二酸化炭素、メタンに分解される。ところで、これらの有機性廃棄物には、リン、窒素が含まれており、これらの物質は嫌気性消化工程で液側に溶出する。従来の技術によると、これらの汚泥を脱水したろ液からＭＡＰを生成し該ＭＡＰを回収していた。ＭＡＰ生成には、上記のように液中にリン、アンモニア態窒素、マグネシウム、アルカリが必要であり、ろ液に不足する物質がある場合は添加していた。
【特許文献１】特開２００２−３２６０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、石油化学系廃水や、紙パルプ廃水、清涼飲料廃水、アルコール飲料廃水などは、一般的に嫌気的及び／又は好気的に生物学的処理がなされる。嫌気的生物処理は、嫌気性細菌の存在下に嫌気状態に維持することにより、嫌気性細菌を増殖させて排水中の有機物を分解する方法である。分解工程では、メタン生成細菌によるメタン生成工程を経て、最終的には二酸化炭素とメタンに分解される。微生物にとって、リンは核酸、リン脂質、補酵素の構成成分であり、窒素はたんぱく質、核酸、補酵素の構成成分となる。そのため、廃水中のリン、窒素などの無機塩類が不足すると、菌体合成が困難となり、希望する処理水質が得られない場合があった。好気性処理の場合も同様に、好気性細菌の増殖が抑制されて処理能力が低下する場合があった。
【０００８】
上記の廃水には往々にしてリン、窒素が不足するため、好気性処理では原水のＢＯＤに対してＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：２．５〜５：０．５〜１程度となるように、嫌気性処理では原水のＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：０．２５〜０．５：０．０５〜０．１程度となるように、リン、窒素を添加している。しかしながら、廃水処理量が多いと薬品コストが膨大となるため、安価な薬品が切望されていた。
【０００９】
本発明は、このような実情によりなされたものであり、本発明の目的は上記の課題を解決するために、無機栄養塩類を添加しなければ好気的及び／又は嫌気的生物処理が成り立たない廃水に対し、安価で容易に利用できる無機栄養塩類を利用する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、下記の手段によって上記の課題を解決することができた。
【００１１】
（１）有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理過程から回収したリン酸マグネシウムアンモニウムを、嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程に添加し、無機栄養源として利用することを特徴とする回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【００１２】
（２）回収したリン酸マグネシウムアンモニウムの粒径を０．５ｍｍ以下の粒子にして、且つ／又はリン酸マグネシウムアンモニウムを添加する液のｐＨを１０以下として利用することを特徴とする前記（１）記載の回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【００１３】
（３）前記生物処理工程は酸発酵槽を具備する嫌気性処理工程であり、酸発酵槽に前記回収したリン酸マグネシウムアンモニウムを添加することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【００１４】
（４）前記有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理工程は嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程であり、前記リン酸マグネシウムアンモニウムは該嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程の処理水から回収することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【００１５】
（５）有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理工程は嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程であり、前記リン酸マグネシウムアンモニウムは該嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程の処理水から回収し、再び同一の生物処理工程の嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程に循環させて利用することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【００１６】
（６）有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理過程から回収したリン酸マグネシウムアンモニウムを、無機栄養源として嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽を有する生物処理装置に添加することを特徴とする回収リン酸マグネシウムアンモニウムを利用する処理装置。
【００１７】
（７）前記生物処理装置は、酸発酵槽を具備し、該酸発酵槽に前記回収したリン酸マグネシウムアンモニウムを添加することを特徴とする前記（６）に記載の処理装置。
【００１８】
（８）嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽と、該処理槽から排出される処理水を受け入れリン酸マグネシウムアンモニウムを生成させるリン酸マグネシウムアンモニウム生成槽と、該リン酸マグネシウムアンモニウムを嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽に循環させる配管と、を具備する回収リン酸マグネシウムアンモニウムを利用する有機性廃棄物及び／又は有機性廃水の生物処理装置。
【００１９】
（９）さらに、前記嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽の上流に酸発酵槽を具備し、前記配管は、前記リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽からのリン酸マグネシウムアンモニウムを該酸発酵槽に導入するように配置されていることを特徴とする前記（８）に記載の生物処理装置。
【００２０】
（１０）前記リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽には、さらにマグネシウム、アンモニウム及び／又はリンを含む薬剤の添加手段及び／又はｐＨ調整手段が設けられていることを特徴とする前記（８）又は（９）に記載の生物処理装置。
【００２１】
本発明の骨子は、有機性廃棄物及び／又は有機性廃水の処理過程から回収したＭＡＰを、無機栄養塩類を添加しなければ好気的或いは嫌気的生物処理が成り立たない廃水に対し、無機栄養塩類として利用すれば膨大なコストを大幅に低減できることを見出したことにある。特に、回収ＭＡＰの粒径を０．５ｍｍ以下にし、ＭＡＰを添加する液のｐＨを１０以下にすることで、ＭＡＰが短時間で溶解できて一段と効果的であることを見出した。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理過程から回収したＭＡＰを、無機栄養塩類を添加しなければ好気的或いは嫌気的生物処理が成り立たない廃水に対し添加することにより、安価で容易に利用できる無機栄養塩類を利用する方法を得ることができた。さらに、その際、ＭＡＰを０．５ｍｍ以下の粒子にして、なお且つＭＡＰを添加する液のｐＨを１０以下とすることでＭＡＰが短時間に溶解するので、ＭＡＰを無機栄養塩類として容易に利用できる。
【００２３】
本発明において、回収ＭＡＰを嫌性気処理槽の上流にある酸発酵槽に添加する場合には、より良好にＭＡＰを溶解させて無機栄養塩類として利用することができるので、さらに効果的である。
【００２４】
また、本発明の嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽と、該処理槽から排出される処理水を受け入れＭＡＰを生成させるリン酸マグネシウムアンモニウム生成槽と、該ＭＡＰを嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽に循環させる配管と、を具備する回収リン酸マグネシウムアンモニウムを利用する有機性廃棄物及び／又は有機性廃水の生物処理装置においては、同一の生物処理装置内において、ＭＡＰを回収し再び溶解させて無機栄養塩類として利用するので、リンの過剰な排出を防止することができ、ＭＡＰを効率的に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の回収ＭＡＰを嫌気性処理工程の無機栄養源として利用する一実施態様の系統図である。
【図２】ＭＡＰの平均粒径と溶解率の関係を示す、溶解時間別のグラフである。
【図３】本発明の回収ＭＡＰを嫌気性処理工程の無機栄養源として利用する別の実施態様の系統図である。
【図４】本発明の回収ＭＡＰを好気性処理工程の無機栄養源として利用する一実施態様の系統図である。
【図５】本発明の回収ＭＡＰを無機栄養源として利用する嫌気性処理工程の別の実施形態を示す概略説明図である。
【図６】実施例３において使用した本発明の回収ＭＡＰを利用する嫌気性処理工程を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１ ＥＧＳＢリアクター
２ 酸発酵槽
３ 曝気槽
４ 沈殿池
５ 原水
６ ＭＡＰ粒子
７ 処理水
８ 循環水
９ 返送汚泥
１０ リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽
１１ 配管
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の実施の形態を図面を参照にして詳細に説明する。なお、本発明の実施の形態を説明する全系統図において、同一機能を有するものは同一符号を用いて示す。
【００２８】
図１は、石油化学系廃水や、紙パルプ廃水、清涼飲料廃水、アルコール飲料廃水等の有機性廃水を、嫌気的生物処理によって浄化する方法を説明する系統図である。嫌気性生物処理は、酸発酵槽２及びＥＧＳＢリアクター１（Ｅｘｐａｎｄｅｄ ｇｒａｎｕｌａｒ ｓｌｕｄｇｅ ｂｅｄ：グラニュール汚泥膨張床）からなる。しかしながら、嫌気性生物処理は、必ずしも酸発酵槽２を必要としているわけではなく、原水５中の有機物が既に低分子化している場合は、直接ＥＧＳＢ法（ＥＧＳＢリアクター１）に投入しても良い。更に、ＥＧＳＢリアクター１の代わりに、ＵＡＳＢ（ｕｐｆｌｏｗ ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｓｌｕｄｇｅ ｂｌａｎｋｅｔ：上向流嫌気性スラッジブランケット）槽、固定床法、流動床法、などを用いても良い。なお、図１において、５は原水、６はＭＡＰ粒子、７は処理水、８は循環水である。
【００２９】
本実施形態では、有機性廃棄物及び／又は有機性廃水の処理工程から回収したＭＡＰ６を無機栄養塩類として、上記の廃水５に添加する。
【００３０】
有機性廃棄物には、下水汚泥や生ゴミ、畜産廃棄物、モルトや茶殻等の有機性廃棄物がある。これらの固形物を嫌気性消化すると、固形物の可溶化工程、有機酸生成工程、メタン生成工程を経て、最終的に二酸化炭素、メタンに分解されると共に、液側には、リン、窒素等が溶出する。この溶液にマグネシウム、及び／又はアルカリを添加することでＭＡＰ６を生成し回収する。回収ＭＡＰ６の性状は、リアクター、反応条件等によっても異なるが、平均粒径は０．０５ｍｍ〜５ｍｍ、ＭＡＰの純度は１０〜９０％であった。
【００３１】
ところで、ＭＡＰは難溶性塩であり、水に対する溶解度は小さい。ＭＡＰの溶解度（無水塩）を示すと、（共立出版株式会社発行、「化学大辞典」第９巻第８１７頁）によれば、０℃；０．０２３１ｇ／１００ｇ、８０℃；０．０１９５ｇ／１００ｇである。
【００３２】
しかしながら、ＭＡＰの溶解量はｐＨ依存性があることが知られている。本発明者がＭＡＰ溶解量のｐＨ依存性を調べたところ、ｐＨが低いほどＭＡＰ溶解量が多く、ｐＨ＝５；７０００ｍｇ／リットル、ｐＨ＝７；１６００ｍｇ／リットル、ｐＨ＝９；３４０ｍｇ／リットル、ｐＨ＝１０；１６０ｍｇ／リットル、ｐＨ＝１１；７４ｍｇ／リットルであった。
【００３３】
上記のように酸を用いてｐＨを低下させれば、ＭＡＰは比較的容易に溶解し、所定のリン濃度、アンモニア濃度を含む溶液を得ることができる。しかしながら、酸薬品を使用すること、ＭＡＰ溶解槽が別途必要なこと、ｐＨの低い溶液を生物処理槽に添加しなければならないこと、などから必ずしも効率的な方法ではなかった。
【００３４】
そこで、ＭＡＰ粒子を直接生物処理槽に投入し、ＭＡＰを直接溶解させる方法を試みた。しかしながら、ＭＡＰ添加量が溶解度以下であっても、ＭＡＰがなかなか溶解しない場合があり、希望とするリン濃度、アンモニア濃度を得ることが困難であった。更に悪いことに、未溶解のＭＡＰがスケールとなって、リアクター底部に堆積する場合もあった。
【００３５】
本発明者等は、回収ＭＡＰの無機栄養剤としての効率的な溶解方法を、さらに研究した結果、ＭＡＰの粒径に応じてＭＡＰの溶解速度が異なることを見出した。すなわち、図２に見られるように、溶解時間１時間では粒径０．１１ｍｍの場合；６９％、粒径０．５２ｍｍ；５２％、粒径１．５ｍｍ；４５％であり、同じ溶解時間ではＭＡＰ粒径が小さいほど溶解率が高く、短時間で溶解することが分かった。
【００３６】
これは、ＭＡＰの比表面積と関係していると推測され、粒径が小さいほど比表面積が大きく、固液の接触面積が多く、ＭＡＰの拡散速度が速いと考えられる。好気的、嫌気的を問わず生物処理の反応時間は通常１時間以上であり、少なくとも１時間で投入したＭＡＰの５０％以上が溶解すると、効率的な溶解であると評価される。そこで、回収ＭＡＰを無機栄養源として利用する場合には、ＭＡＰ粒径を０．５ｍｍ以下の粒子にする。ＭＡＰ粒径は、全てのＭＡＰ粒径が０．５ｍｍ以下となっていることが好ましいが、平均粒径で０．５ｍｍ以下となっていればよい。
【００３７】
前述したように、回収ＭＡＰの粒径はばらつきがある。ＭＡＰ粒径が０．５ｍｍ以下の場合はそのまま添加することができる。ＭＡＰ粒径が０．５ｍｍ以上の場合は、回収したＭＡＰを篩い分けたり、分級したりする。また、粉砕後、篩い分け、分級等の操作を行っても良い。
【００３８】
前述したようにＭＡＰの溶解量はｐＨ依存性があり、低ｐＨほど溶解量が多い。一方で高アルカリ性の廃水では粒径を０．５ｍｍ以下としても溶解しない。高アルカリ性の廃水でも廃水中のＮＨ４−Ｎが少なくとも１０ｍｇ／リットル以上となるように、ＭＡＰを溶解させる液のｐＨは１０以下とする。廃水或いは生物処理槽のｐＨが１０以下であれば、特にｐＨ調整する必要がない。
【００３９】
ＭＡＰ６の添加場所は、原水５、原水調整槽、循環水８、ＵＡＳＢ槽（又はＥＧＳＢリアクター１）内でもよいが、図３のように酸発酵槽２を備えた場合は、酸発酵槽２内のｐＨが５〜６であり、容易にＭＡＰが溶解するため、酸発酵槽２に添加するのが好ましい。
【００４０】
図４は、有機性廃水を好気性処理する場合の処理フローである。添加する回収ＭＡＰ６は、嫌気性処理の場合と同様に、全ての粒径／又は平均粒径が０．５ｍｍ以下とする。図４の例では、回収ＭＡＰ６の添加位置を曝気槽３としたが、原水５に供給しても良いし、返送ライン９に供給しても良い。また、原水調整槽があれば原水調整槽に添加してもよい。
【００４１】
回収ＭＡＰ６は、ＭＡＰ６を回収した処理場と同一の処理場で利用しても良いし、回収ＭＡＰ６を輸送し、別の廃水処理場で利用しても良い。
【００４２】
以下、生物処理後の回収ＭＡＰを再び同一の生物処理工程に戻して利用する場合の実施形態を図５を参照しながら説明する。
【００４３】
図５に示す実施形態において、本発明の生物処理装置は、ＥＧＳＢ槽１と、ＥＧＳＢ槽１から排出される処理水を受け入れＭＡＰを生成させるリン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０と、リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０からＭＡＰをＥＧＳＢ槽１に循環させる配管１１と、を具備する。本実施形態において、配管１１は、ＥＧＳＢ槽１に原水５を供給する原水供給配管に接続されている。リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０は、特に限定されるものではないが、ＭＡＰの生成を補助し、生成したＭＡＰの配管１１への導入を容易にする構成であることが好ましい。具体的には、リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０として、撹拌装置を具備し、固液分離を可能とする液体サイクロン、沈殿槽などを好ましく用いることができる。液体サイクロンである場合には、底部に配管１１を接続させ、生成したＭＡＰ粒子を液体サイクロン底部から抜き出す構成にすることで、生物処理装置内でのＭＡＰの循環を容易に行わせることができる。また、リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０には、必要に応じて、マグネシウム、アンモニウム及び／又はリンを添加する手段１２が設けられており、さらにｐＨ調整手段（図示せず）を設けて、ＭＡＰの結晶成長を制御することが好ましく、リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０にて生成されるＭＡＰの平均粒径を０．５ｍｍ以下となるように調整することが好ましい。あるいは、ＭＡＰ生成時間を短くして、０．５ｍｍ以上に成長させないか又は、固液分離して回収したＭＡＰを粉砕して０．５ｍｍ以下としてもよい。
【００４４】
本処理装置において、処理すべき原水は、無機栄養塩類としてのＭＡＰと共に、ＥＧＳＢ槽１に供給されて嫌気（ＥＧＳＢ）処理される。ＭＡＰ中には生物処理に必要なリンと窒素との比率（０．１：１程度）よりも過剰なリン（リン：窒素＝２．２：１）が含まれており、さらに、通常、処理装置の運転管理は、原水の濃度変動を考慮して無機栄養塩類を理論要求量の１．１〜１０倍量で添加するため、過剰な無機栄養塩類が処理水と共に流出することがある。よって、ＥＧＳＢ槽１から排出される嫌気処理後の処理水は、嫌気処理に用いた無機栄養塩類由来のリン、及び場合によってはＭＡＰを含む。この少なくともリンを含む処理水は、リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０に送られる。リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０において、処理水に、必要に応じて、マグネシウム、アンモニウム及び／又はリンを添加し、ｐＨを調整するなどして、平均粒径が０．５ｍｍ以下のＭＡＰが調製される。調製されたＭＡＰ又は回収されたＭＡＰは、配管１１を通して原水５に添加され、再び原水の生物処理に利用される。
【００４５】
また、図６に示すように、生物処理装置は、酸発酵槽２を含むものでもよい。この場合には、リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０からのリン酸マグネシウムアンモニウムを酸発酵槽２に導入するように、配管１１を配置することができる。図６において、配管１１は、酸発酵槽２に原水５を供給する原水供給配管に接続されている。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこの実施例により何等制限されるものではない。
（実施例１）
紙パルプ工場の製造工程廃水を嫌気性処理する際に、回収したＭＡＰ５００ｍｇ／リットルを添加した。ＭＡＰは、消化汚泥の分離液より回収した。回収したＭＡＰの粒径は２．０ｍｍであったが、粉砕することで０．２ｍｍ以下として利用した。原水ＢＯＤ ４２００ｍｇ／リットルに対し処理水のＢＯＤは４２０ｍｇ／リットルであり、ＢＯＤ除去率は９０％であった。汚泥のメタン生成活性度を測定したところ、０．８ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−汚泥／ｄであった。また、処理水中のＰＯ４−Ｐは３０ｍｇ／リットル、ＮＨ４−Ｎは１０ｍｇ／リットルであり、無機栄養塩類は十分に足りていた。なお、嫌気性処理工程におけるｐＨは７．５であった。
（実施例２）
実施例２では、図３に示す処理装置における回収ＭＡＰの利用を評価した。回収ＭＡＰの添加位置を酸発酵槽２とした以外は、実施例１と同様とした。すなわち、消化汚泥の分離液より回収した平均粒径２．０ｍｍのＭＡＰを粉砕して平均粒径０．２ｍｍ以下の粒子として、５００ｍｇ／リットルの添加量で、酸発酵槽２に添加し、ｐＨ７．５に維持したＥＧＳＢ槽１からの処理水７のＢＯＤ、処理汚泥のメタン生成活性度並びに処理水中のＰＯ４−Ｐ及びＮＨ４−Ｎを測定した。なお、ＢＯＤの分析は下水処理試験方法に準拠し、メタン生成活性度はグラニュール汚泥、培地、廃水を混合した密閉容器を振とうし、発生したメタンガス量として測定し、ＰＯ４−Ｐはモリブデン青吸光光度法で、ＮＨ４−Ｎはインドフェノール青吸光光度法でそれぞれ測定した。
【００４７】
原水のＢＯＤが４２００ｍｇ／リットルであったのに対して、処理水のＢＯＤは４００ｍｇ／リットルとなり、ＢＯＤ除去率は９０．５％であった。また、処理汚泥のメタン生成活性度は、実施例１と同様、０．８ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−汚泥／ｄａｙであった。処理水中のＰＯ４−Ｐは５０ｍｇ／リットル、ＮＨ４−Ｎは２０ｍｇ／リットルであり、実施例１よりも多量のＭＡＰが溶解していることがわかった。
（実施例３）
実施例３では、回収ＭＡＰの利用として、図６に示す生物処理装置におけるＭＡＰの再循環利用を評価した。図６に示す処理装置は、ＥＧＳＢ槽１と、ＥＧＳＢ槽１から排出される処理水を受け入れＭＡＰを生成させるリン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０と、リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０からＭＡＰをＥＧＳＢ槽１に循環させる配管１１と、を具備する。配管１１は原水供給配管に接続されている。さらに酸発酵槽２がＥＧＳＢ槽１の上流に設けられていて、酸発酵槽２には原水供給配管から原水５とＭＡＰ６が導入されるように構成されている。
【００４８】
初期運転時に、平均粒径０．２ｍｍのＭＡＰ粒子５００ｍｇ／リットルを原水５に添加して生物処理を行わせた。ＥＧＳＢ槽１から排出された処理水７をリン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０に受け入れて、ＭＡＰ生成に不足するマグネシウム塩、アンモニウム塩を添加して、さらにｐＨを８．０〜９．５に調整することで、ＭＡＰを生成させ、平均粒径０．５ｍｍ以下のＭＡＰ粒子１００ｍｇ／リットルとして回収した。ＭＡＰ粒子の平均粒径は、ＭＡＰ粒子のリン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０内での滞留時間を１日以下に調整することで０．５ｍｍ以下とした。なお、ＭＡＰ粒子の平均粒径は、適時レーザー回折法による粒径分布測定機器を用いて測定した。回収したＭＡＰ粒子１００ｍｇ／リットルを配管１１を通して原水供給配管中の原水５に再び添加した。原水５にはさらに、平均粒径が０．２ｍｍ以下の新しいＭＡＰ粒子４００ｍｇ／リットルを添加し、原水５に添加するＭＡＰ粒子を合計５００ｍｇ／リットルとして、生物処理装置内に再び循環させた。
【００４９】
実施例２と同様に生物処理し、生物処理後の処理水を測定した。
【００５０】
原水のＢＯＤが４２００ｍｇ／リットルであったのに対して、処理水のＢＯＤは４００ｍｇ／リットルとなり、ＢＯＤ除去率は９０．５％であった。また、処理汚泥のメタン生成活性度は、実施例１と同様、０．８ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−汚泥／ｄａｙであった。処理水中のＰＯ４−Ｐは５０ｍｇ／リットル、ＮＨ４−Ｎは２０ｍｇ／リットルであった。実施例２と同様の結果が得られ、実施例１よりも多量のＭＡＰが溶解していることがわかった。
（比較例１）
実施例１と同様に、紙パルプの製造工程廃水を嫌気性処理する際に、回収したＭＡＰを５００ｍｇ／リットルとなるように添加した。ＭＡＰは粉砕せず、２ｍｍのものを添加した。原水ＢＯＤ：４０００ｍｇ／リットルに対し処理水のＢＯＤは２０００ｍｇ／リットルであり、ＢＯＤ除去率は５０％であった。汚泥のメタン生成活性度を測定したところ、０．５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−汚泥／ｄであり、実施例１に比較して活性度が低かった。また、処理水中のＰＯ４−Ｐは０．１ｍｇ／リットル以下、ＮＨ４−Ｎは０．１ｍｇ／リットル以下であり、無機栄養塩類が不足していた。無機栄養塩類が不足したことで汚泥の活性度が低下したと判断される。なお、嫌気性処理工程におけるｐＨは７．５であった。
【００５１】
リアクター内の底部には、溶解しきれていないＭＡＰが堆積しており、粒径が大きいことで溶解時間が不足していたと推測される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機栄養塩類を添加しなければ好気的及び／又は嫌気的生物処理が成り立たない廃水に対して、安価で容易に利用できる無機栄養塩類を利用する処理方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
汚水中に含まれる窒素、リンは河川、海洋、貯水池などにおける富栄養化問題の原因物質であり、汚水処理工程で効率的に除去されることが望まれる。
【０００３】
また、リン資源は２１世紀中の枯渇が予想されている物質である。日本は、リンのほとんどを輸入に頼っており、今日では、有機性廃棄物及び廃水中からリンを、高効率に回収する方法が望まれている。
【０００４】
従来、リンを含有する汚水からリンを除去する方法としては、生物学的除去方法、凝集沈殿方法、晶析法、吸着法など様々な方法が開発されてきた。各処理方法にメリット、デメリットがあるが、晶析法は、基本的に汚泥発生がなく、除去したリンの再利用がしやすく、しかも安定した状態で除去（回収）できるという利点がある。
【０００５】
（特許文献１）には、高濃度のリン及びアンモニア性窒素を含む廃水から、リン酸マグネシウムアンモニウム（以下「ＭＡＰ」ともいう）としてリンを回収する方法が記載されている。このＭＡＰ法においては、液中のアンモニウムイオン、リン酸イオン、マグネシウムイオン、水酸基が式（１）のような形態で反応し、ＭＡＰが生成される。生成したＭＡＰは緩効性肥料（苦土リン安系）として再利用可能である。
【０００６】
【化１】
下水汚泥や生ゴミ、畜産廃棄物、モルトやお茶殻等の有機性廃棄物を嫌気性消化すると、固形物の可溶化工程、有機酸生成工程、メタン生成工程を経て、最終的に二酸化炭素、メタンに分解される。ところで、これらの有機性廃棄物には、リン、窒素が含まれており、これらの物質は嫌気性消化工程で液側に溶出する。従来の技術によると、これらの汚泥を脱水したろ液からＭＡＰを生成し該ＭＡＰを回収していた。ＭＡＰ生成には、上記のように液中にリン、アンモニア態窒素、マグネシウム、アルカリが必要であり、ろ液に不足する物質がある場合は添加していた。
【特許文献１】特開２００２−３２６０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、石油化学系廃水や、紙パルプ廃水、清涼飲料廃水、アルコール飲料廃水などは、一般的に嫌気的及び／又は好気的に生物学的処理がなされる。嫌気的生物処理は、嫌気性細菌の存在下に嫌気状態に維持することにより、嫌気性細菌を増殖させて排水中の有機物を分解する方法である。分解工程では、メタン生成細菌によるメタン生成工程を経て、最終的には二酸化炭素とメタンに分解される。微生物にとって、リンは核酸、リン脂質、補酵素の構成成分であり、窒素はたんぱく質、核酸、補酵素の構成成分となる。そのため、廃水中のリン、窒素などの無機塩類が不足すると、菌体合成が困難となり、希望する処理水質が得られない場合があった。好気性処理の場合も同様に、好気性細菌の増殖が抑制されて処理能力が低下する場合があった。
【０００８】
上記の廃水には往々にしてリン、窒素が不足するため、好気性処理では原水のＢＯＤに対してＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：２．５〜５：０．５〜１程度となるように、嫌気性処理では原水のＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：０．２５〜０．５：０．０５〜０．１程度となるように、リン、窒素を添加している。しかしながら、廃水処理量が多いと薬品コストが膨大となるため、安価な薬品が切望されていた。
【０００９】
本発明は、このような実情によりなされたものであり、本発明の目的は上記の課題を解決するために、無機栄養塩類を添加しなければ好気的及び／又は嫌気的生物処理が成り立たない廃水に対し、安価で容易に利用できる無機栄養塩類を利用する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、下記の手段によって上記の課題を解決することができた。
【００１１】
（１）有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理過程から回収したリン酸マグネシウムアンモニウムを、嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程に添加し、無機栄養源として利用することを特徴とする回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【００１２】
（２）回収したリン酸マグネシウムアンモニウムの粒径を０．５ｍｍ以下の粒子にして、且つ／又はリン酸マグネシウムアンモニウムを添加する液のｐＨを１０以下として利用することを特徴とする前記（１）記載の回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【００１３】
（３）前記生物処理工程は酸発酵槽を具備する嫌気性処理工程であり、酸発酵槽に前記回収したリン酸マグネシウムアンモニウムを添加することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【００１４】
（４）前記有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理工程は嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程であり、前記リン酸マグネシウムアンモニウムは該嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程の処理水から回収することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【００１５】
（５）有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理工程は嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程であり、前記リン酸マグネシウムアンモニウムは該嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程の処理水から回収し、再び同一の生物処理工程の嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程に循環させて利用することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【００１６】
（６）有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理過程から回収したリン酸マグネシウムアンモニウムを、無機栄養源として嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽を有する生物処理装置に添加することを特徴とする回収リン酸マグネシウムアンモニウムを利用する処理装置。
【００１７】
（７）前記生物処理装置は、酸発酵槽を具備し、該酸発酵槽に前記回収したリン酸マグネシウムアンモニウムを添加することを特徴とする前記（６）に記載の処理装置。
【００１８】
（８）嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽と、該処理槽から排出される処理水を受け入れリン酸マグネシウムアンモニウムを生成させるリン酸マグネシウムアンモニウム生成槽と、該リン酸マグネシウムアンモニウムを嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽に循環させる配管と、を具備する回収リン酸マグネシウムアンモニウムを利用する有機性廃棄物及び／又は有機性廃水の生物処理装置。
【００１９】
（９）さらに、前記嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽の上流に酸発酵槽を具備し、前記配管は、前記リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽からのリン酸マグネシウムアンモニウムを該酸発酵槽に導入するように配置されていることを特徴とする前記（８）に記載の生物処理装置。
【００２０】
（１０）前記リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽には、さらにマグネシウム、アンモニウム及び／又はリンを含む薬剤の添加手段及び／又はｐＨ調整手段が設けられていることを特徴とする前記（８）又は（９）に記載の生物処理装置。
【００２１】
本発明の骨子は、有機性廃棄物及び／又は有機性廃水の処理過程から回収したＭＡＰを、無機栄養塩類を添加しなければ好気的或いは嫌気的生物処理が成り立たない廃水に対し、無機栄養塩類として利用すれば膨大なコストを大幅に低減できることを見出したことにある。特に、回収ＭＡＰの粒径を０．５ｍｍ以下にし、ＭＡＰを添加する液のｐＨを１０以下にすることで、ＭＡＰが短時間で溶解できて一段と効果的であることを見出した。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理過程から回収したＭＡＰを、無機栄養塩類を添加しなければ好気的或いは嫌気的生物処理が成り立たない廃水に対し添加することにより、安価で容易に利用できる無機栄養塩類を利用する方法を得ることができた。さらに、その際、ＭＡＰを０．５ｍｍ以下の粒子にして、なお且つＭＡＰを添加する液のｐＨを１０以下とすることでＭＡＰが短時間に溶解するので、ＭＡＰを無機栄養塩類として容易に利用できる。
【００２３】
本発明において、回収ＭＡＰを嫌性気処理槽の上流にある酸発酵槽に添加する場合には、より良好にＭＡＰを溶解させて無機栄養塩類として利用することができるので、さらに効果的である。
【００２４】
また、本発明の嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽と、該処理槽から排出される処理水を受け入れＭＡＰを生成させるリン酸マグネシウムアンモニウム生成槽と、該ＭＡＰを嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽に循環させる配管と、を具備する回収リン酸マグネシウムアンモニウムを利用する有機性廃棄物及び／又は有機性廃水の生物処理装置においては、同一の生物処理装置内において、ＭＡＰを回収し再び溶解させて無機栄養塩類として利用するので、リンの過剰な排出を防止することができ、ＭＡＰを効率的に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の回収ＭＡＰを嫌気性処理工程の無機栄養源として利用する一実施態様の系統図である。
【図２】ＭＡＰの平均粒径と溶解率の関係を示す、溶解時間別のグラフである。
【図３】本発明の回収ＭＡＰを嫌気性処理工程の無機栄養源として利用する別の実施態様の系統図である。
【図４】本発明の回収ＭＡＰを好気性処理工程の無機栄養源として利用する一実施態様の系統図である。
【図５】本発明の回収ＭＡＰを無機栄養源として利用する嫌気性処理工程の別の実施形態を示す概略説明図である。
【図６】実施例３において使用した本発明の回収ＭＡＰを利用する嫌気性処理工程を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１ ＥＧＳＢリアクター
２ 酸発酵槽
３ 曝気槽
４ 沈殿池
５ 原水
６ ＭＡＰ粒子
７ 処理水
８ 循環水
９ 返送汚泥
１０ リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽
１１ 配管
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の実施の形態を図面を参照にして詳細に説明する。なお、本発明の実施の形態を説明する全系統図において、同一機能を有するものは同一符号を用いて示す。
【００２８】
図１は、石油化学系廃水や、紙パルプ廃水、清涼飲料廃水、アルコール飲料廃水等の有機性廃水を、嫌気的生物処理によって浄化する方法を説明する系統図である。嫌気性生物処理は、酸発酵槽２及びＥＧＳＢリアクター１（Ｅｘｐａｎｄｅｄ ｇｒａｎｕｌａｒ ｓｌｕｄｇｅ ｂｅｄ：グラニュール汚泥膨張床）からなる。しかしながら、嫌気性生物処理は、必ずしも酸発酵槽２を必要としているわけではなく、原水５中の有機物が既に低分子化している場合は、直接ＥＧＳＢ法（ＥＧＳＢリアクター１）に投入しても良い。更に、ＥＧＳＢリアクター１の代わりに、ＵＡＳＢ（ｕｐｆｌｏｗ ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｓｌｕｄｇｅ ｂｌａｎｋｅｔ：上向流嫌気性スラッジブランケット）槽、固定床法、流動床法、などを用いても良い。なお、図１において、５は原水、６はＭＡＰ粒子、７は処理水、８は循環水である。
【００２９】
本実施形態では、有機性廃棄物及び／又は有機性廃水の処理工程から回収したＭＡＰ６を無機栄養塩類として、上記の廃水５に添加する。
【００３０】
有機性廃棄物には、下水汚泥や生ゴミ、畜産廃棄物、モルトや茶殻等の有機性廃棄物がある。これらの固形物を嫌気性消化すると、固形物の可溶化工程、有機酸生成工程、メタン生成工程を経て、最終的に二酸化炭素、メタンに分解されると共に、液側には、リン、窒素等が溶出する。この溶液にマグネシウム、及び／又はアルカリを添加することでＭＡＰ６を生成し回収する。回収ＭＡＰ６の性状は、リアクター、反応条件等によっても異なるが、平均粒径は０．０５ｍｍ〜５ｍｍ、ＭＡＰの純度は１０〜９０％であった。
【００３１】
ところで、ＭＡＰは難溶性塩であり、水に対する溶解度は小さい。ＭＡＰの溶解度（無水塩）を示すと、（共立出版株式会社発行、「化学大辞典」第９巻第８１７頁）によれば、０℃；０．０２３１ｇ／１００ｇ、８０℃；０．０１９５ｇ／１００ｇである。
【００３２】
しかしながら、ＭＡＰの溶解量はｐＨ依存性があることが知られている。本発明者がＭＡＰ溶解量のｐＨ依存性を調べたところ、ｐＨが低いほどＭＡＰ溶解量が多く、ｐＨ＝５；７０００ｍｇ／リットル、ｐＨ＝７；１６００ｍｇ／リットル、ｐＨ＝９；３４０ｍｇ／リットル、ｐＨ＝１０；１６０ｍｇ／リットル、ｐＨ＝１１；７４ｍｇ／リットルであった。
【００３３】
上記のように酸を用いてｐＨを低下させれば、ＭＡＰは比較的容易に溶解し、所定のリン濃度、アンモニア濃度を含む溶液を得ることができる。しかしながら、酸薬品を使用すること、ＭＡＰ溶解槽が別途必要なこと、ｐＨの低い溶液を生物処理槽に添加しなければならないこと、などから必ずしも効率的な方法ではなかった。
【００３４】
そこで、ＭＡＰ粒子を直接生物処理槽に投入し、ＭＡＰを直接溶解させる方法を試みた。しかしながら、ＭＡＰ添加量が溶解度以下であっても、ＭＡＰがなかなか溶解しない場合があり、希望とするリン濃度、アンモニア濃度を得ることが困難であった。更に悪いことに、未溶解のＭＡＰがスケールとなって、リアクター底部に堆積する場合もあった。
【００３５】
本発明者等は、回収ＭＡＰの無機栄養剤としての効率的な溶解方法を、さらに研究した結果、ＭＡＰの粒径に応じてＭＡＰの溶解速度が異なることを見出した。すなわち、図２に見られるように、溶解時間１時間では粒径０．１１ｍｍの場合；６９％、粒径０．５２ｍｍ；５２％、粒径１．５ｍｍ；４５％であり、同じ溶解時間ではＭＡＰ粒径が小さいほど溶解率が高く、短時間で溶解することが分かった。
【００３６】
これは、ＭＡＰの比表面積と関係していると推測され、粒径が小さいほど比表面積が大きく、固液の接触面積が多く、ＭＡＰの拡散速度が速いと考えられる。好気的、嫌気的を問わず生物処理の反応時間は通常１時間以上であり、少なくとも１時間で投入したＭＡＰの５０％以上が溶解すると、効率的な溶解であると評価される。そこで、回収ＭＡＰを無機栄養源として利用する場合には、ＭＡＰ粒径を０．５ｍｍ以下の粒子にする。ＭＡＰ粒径は、全てのＭＡＰ粒径が０．５ｍｍ以下となっていることが好ましいが、平均粒径で０．５ｍｍ以下となっていればよい。
【００３７】
前述したように、回収ＭＡＰの粒径はばらつきがある。ＭＡＰ粒径が０．５ｍｍ以下の場合はそのまま添加することができる。ＭＡＰ粒径が０．５ｍｍ以上の場合は、回収したＭＡＰを篩い分けたり、分級したりする。また、粉砕後、篩い分け、分級等の操作を行っても良い。
【００３８】
前述したようにＭＡＰの溶解量はｐＨ依存性があり、低ｐＨほど溶解量が多い。一方で高アルカリ性の廃水では粒径を０．５ｍｍ以下としても溶解しない。高アルカリ性の廃水でも廃水中のＮＨ４−Ｎが少なくとも１０ｍｇ／リットル以上となるように、ＭＡＰを溶解させる液のｐＨは１０以下とする。廃水或いは生物処理槽のｐＨが１０以下であれば、特にｐＨ調整する必要がない。
【００３９】
ＭＡＰ６の添加場所は、原水５、原水調整槽、循環水８、ＵＡＳＢ槽（又はＥＧＳＢリアクター１）内でもよいが、図３のように酸発酵槽２を備えた場合は、酸発酵槽２内のｐＨが５〜６であり、容易にＭＡＰが溶解するため、酸発酵槽２に添加するのが好ましい。
【００４０】
図４は、有機性廃水を好気性処理する場合の処理フローである。添加する回収ＭＡＰ６は、嫌気性処理の場合と同様に、全ての粒径／又は平均粒径が０．５ｍｍ以下とする。図４の例では、回収ＭＡＰ６の添加位置を曝気槽３としたが、原水５に供給しても良いし、返送ライン９に供給しても良い。また、原水調整槽があれば原水調整槽に添加してもよい。
【００４１】
回収ＭＡＰ６は、ＭＡＰ６を回収した処理場と同一の処理場で利用しても良いし、回収ＭＡＰ６を輸送し、別の廃水処理場で利用しても良い。
【００４２】
以下、生物処理後の回収ＭＡＰを再び同一の生物処理工程に戻して利用する場合の実施形態を図５を参照しながら説明する。
【００４３】
図５に示す実施形態において、本発明の生物処理装置は、ＥＧＳＢ槽１と、ＥＧＳＢ槽１から排出される処理水を受け入れＭＡＰを生成させるリン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０と、リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０からＭＡＰをＥＧＳＢ槽１に循環させる配管１１と、を具備する。本実施形態において、配管１１は、ＥＧＳＢ槽１に原水５を供給する原水供給配管に接続されている。リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０は、特に限定されるものではないが、ＭＡＰの生成を補助し、生成したＭＡＰの配管１１への導入を容易にする構成であることが好ましい。具体的には、リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０として、撹拌装置を具備し、固液分離を可能とする液体サイクロン、沈殿槽などを好ましく用いることができる。液体サイクロンである場合には、底部に配管１１を接続させ、生成したＭＡＰ粒子を液体サイクロン底部から抜き出す構成にすることで、生物処理装置内でのＭＡＰの循環を容易に行わせることができる。また、リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０には、必要に応じて、マグネシウム、アンモニウム及び／又はリンを添加する手段１２が設けられており、さらにｐＨ調整手段（図示せず）を設けて、ＭＡＰの結晶成長を制御することが好ましく、リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０にて生成されるＭＡＰの平均粒径を０．５ｍｍ以下となるように調整することが好ましい。あるいは、ＭＡＰ生成時間を短くして、０．５ｍｍ以上に成長させないか又は、固液分離して回収したＭＡＰを粉砕して０．５ｍｍ以下としてもよい。
【００４４】
本処理装置において、処理すべき原水は、無機栄養塩類としてのＭＡＰと共に、ＥＧＳＢ槽１に供給されて嫌気（ＥＧＳＢ）処理される。ＭＡＰ中には生物処理に必要なリンと窒素との比率（０．１：１程度）よりも過剰なリン（リン：窒素＝２．２：１）が含まれており、さらに、通常、処理装置の運転管理は、原水の濃度変動を考慮して無機栄養塩類を理論要求量の１．１〜１０倍量で添加するため、過剰な無機栄養塩類が処理水と共に流出することがある。よって、ＥＧＳＢ槽１から排出される嫌気処理後の処理水は、嫌気処理に用いた無機栄養塩類由来のリン、及び場合によってはＭＡＰを含む。この少なくともリンを含む処理水は、リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０に送られる。リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０において、処理水に、必要に応じて、マグネシウム、アンモニウム及び／又はリンを添加し、ｐＨを調整するなどして、平均粒径が０．５ｍｍ以下のＭＡＰが調製される。調製されたＭＡＰ又は回収されたＭＡＰは、配管１１を通して原水５に添加され、再び原水の生物処理に利用される。
【００４５】
また、図６に示すように、生物処理装置は、酸発酵槽２を含むものでもよい。この場合には、リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０からのリン酸マグネシウムアンモニウムを酸発酵槽２に導入するように、配管１１を配置することができる。図６において、配管１１は、酸発酵槽２に原水５を供給する原水供給配管に接続されている。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこの実施例により何等制限されるものではない。
（実施例１）
紙パルプ工場の製造工程廃水を嫌気性処理する際に、回収したＭＡＰ５００ｍｇ／リットルを添加した。ＭＡＰは、消化汚泥の分離液より回収した。回収したＭＡＰの粒径は２．０ｍｍであったが、粉砕することで０．２ｍｍ以下として利用した。原水ＢＯＤ ４２００ｍｇ／リットルに対し処理水のＢＯＤは４２０ｍｇ／リットルであり、ＢＯＤ除去率は９０％であった。汚泥のメタン生成活性度を測定したところ、０．８ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−汚泥／ｄであった。また、処理水中のＰＯ４−Ｐは３０ｍｇ／リットル、ＮＨ４−Ｎは１０ｍｇ／リットルであり、無機栄養塩類は十分に足りていた。なお、嫌気性処理工程におけるｐＨは７．５であった。
（実施例２）
実施例２では、図３に示す処理装置における回収ＭＡＰの利用を評価した。回収ＭＡＰの添加位置を酸発酵槽２とした以外は、実施例１と同様とした。すなわち、消化汚泥の分離液より回収した平均粒径２．０ｍｍのＭＡＰを粉砕して平均粒径０．２ｍｍ以下の粒子として、５００ｍｇ／リットルの添加量で、酸発酵槽２に添加し、ｐＨ７．５に維持したＥＧＳＢ槽１からの処理水７のＢＯＤ、処理汚泥のメタン生成活性度並びに処理水中のＰＯ４−Ｐ及びＮＨ４−Ｎを測定した。なお、ＢＯＤの分析は下水処理試験方法に準拠し、メタン生成活性度はグラニュール汚泥、培地、廃水を混合した密閉容器を振とうし、発生したメタンガス量として測定し、ＰＯ４−Ｐはモリブデン青吸光光度法で、ＮＨ４−Ｎはインドフェノール青吸光光度法でそれぞれ測定した。
【００４７】
原水のＢＯＤが４２００ｍｇ／リットルであったのに対して、処理水のＢＯＤは４００ｍｇ／リットルとなり、ＢＯＤ除去率は９０．５％であった。また、処理汚泥のメタン生成活性度は、実施例１と同様、０．８ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−汚泥／ｄａｙであった。処理水中のＰＯ４−Ｐは５０ｍｇ／リットル、ＮＨ４−Ｎは２０ｍｇ／リットルであり、実施例１よりも多量のＭＡＰが溶解していることがわかった。
（実施例３）
実施例３では、回収ＭＡＰの利用として、図６に示す生物処理装置におけるＭＡＰの再循環利用を評価した。図６に示す処理装置は、ＥＧＳＢ槽１と、ＥＧＳＢ槽１から排出される処理水を受け入れＭＡＰを生成させるリン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０と、リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０からＭＡＰをＥＧＳＢ槽１に循環させる配管１１と、を具備する。配管１１は原水供給配管に接続されている。さらに酸発酵槽２がＥＧＳＢ槽１の上流に設けられていて、酸発酵槽２には原水供給配管から原水５とＭＡＰ６が導入されるように構成されている。
【００４８】
初期運転時に、平均粒径０．２ｍｍのＭＡＰ粒子５００ｍｇ／リットルを原水５に添加して生物処理を行わせた。ＥＧＳＢ槽１から排出された処理水７をリン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０に受け入れて、ＭＡＰ生成に不足するマグネシウム塩、アンモニウム塩を添加して、さらにｐＨを８．０〜９．５に調整することで、ＭＡＰを生成させ、平均粒径０．５ｍｍ以下のＭＡＰ粒子１００ｍｇ／リットルとして回収した。ＭＡＰ粒子の平均粒径は、ＭＡＰ粒子のリン酸マグネシウムアンモニウム生成槽１０内での滞留時間を１日以下に調整することで０．５ｍｍ以下とした。なお、ＭＡＰ粒子の平均粒径は、適時レーザー回折法による粒径分布測定機器を用いて測定した。回収したＭＡＰ粒子１００ｍｇ／リットルを配管１１を通して原水供給配管中の原水５に再び添加した。原水５にはさらに、平均粒径が０．２ｍｍ以下の新しいＭＡＰ粒子４００ｍｇ／リットルを添加し、原水５に添加するＭＡＰ粒子を合計５００ｍｇ／リットルとして、生物処理装置内に再び循環させた。
【００４９】
実施例２と同様に生物処理し、生物処理後の処理水を測定した。
【００５０】
原水のＢＯＤが４２００ｍｇ／リットルであったのに対して、処理水のＢＯＤは４００ｍｇ／リットルとなり、ＢＯＤ除去率は９０．５％であった。また、処理汚泥のメタン生成活性度は、実施例１と同様、０．８ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−汚泥／ｄａｙであった。処理水中のＰＯ４−Ｐは５０ｍｇ／リットル、ＮＨ４−Ｎは２０ｍｇ／リットルであった。実施例２と同様の結果が得られ、実施例１よりも多量のＭＡＰが溶解していることがわかった。
（比較例１）
実施例１と同様に、紙パルプの製造工程廃水を嫌気性処理する際に、回収したＭＡＰを５００ｍｇ／リットルとなるように添加した。ＭＡＰは粉砕せず、２ｍｍのものを添加した。原水ＢＯＤ：４０００ｍｇ／リットルに対し処理水のＢＯＤは２０００ｍｇ／リットルであり、ＢＯＤ除去率は５０％であった。汚泥のメタン生成活性度を測定したところ、０．５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−汚泥／ｄであり、実施例１に比較して活性度が低かった。また、処理水中のＰＯ４−Ｐは０．１ｍｇ／リットル以下、ＮＨ４−Ｎは０．１ｍｇ／リットル以下であり、無機栄養塩類が不足していた。無機栄養塩類が不足したことで汚泥の活性度が低下したと判断される。なお、嫌気性処理工程におけるｐＨは７．５であった。
【００５１】
リアクター内の底部には、溶解しきれていないＭＡＰが堆積しており、粒径が大きいことで溶解時間が不足していたと推測される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理過程から回収したリン酸マグネシウムアンモニウムを、嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程に添加し、無機栄養源として利用することを特徴とする回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【請求項２】
回収したリン酸マグネシウムアンモニウムの粒径を０．５ｍｍ以下の粒子にして、且つ／又はリン酸マグネシウムアンモニウムを添加する液のｐＨを１０以下として利用することを特徴とする請求項１記載の回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【請求項３】
前記生物処理工程は酸発酵槽を具備する嫌気性処理工程であり、酸発酵槽に前記回収したリン酸マグネシウムアンモニウムを添加することを特徴とする請求項１又は２に記載の回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【請求項４】
前記有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理工程は嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程であり、前記リン酸マグネシウムアンモニウムは該嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程の処理水から回収することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【請求項５】
有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理工程は嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程であり、前記リン酸マグネシウムアンモニウムは該嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程の処理水から回収し、再び同一の生物処理工程の嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程に循環させて利用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【請求項６】
有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理過程から回収したリン酸マグネシウムアンモニウムを、無機栄養源として嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽を有する生物処理装置に添加することを特徴とする回収リン酸マグネシウムアンモニウムを利用する処理装置。
【請求項７】
前記生物処理装置は、酸発酵槽を具備し、該酸発酵槽に前記回収したリン酸マグネシウムアンモニウムを添加することを特徴とする請求項６に記載の処理装置。
【請求項８】
嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽と、該処理槽から排出される処理水を受け入れリン酸マグネシウムアンモニウムを生成させるリン酸マグネシウムアンモニウム生成槽と、該リン酸マグネシウムアンモニウムを嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽に循環させる配管と、を具備する回収リン酸マグネシウムアンモニウムを利用する有機性廃棄物及び／又は有機性廃水の生物処理装置。
【請求項９】
さらに、前記嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽の上流に酸発酵槽を具備し、前記配管は、前記リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽からのリン酸マグネシウムアンモニウムを該酸発酵槽に導入するように配置されていることを特徴とする請求項８に記載の生物処理装置。
【請求項１０】
前記リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽には、さらに、マグネシウム、アンモニウム及び／又はリンを含む薬剤の添加手段及び／又はｐＨ調整手段が設けられていることを特徴とする請求項８又は９に記載の生物処理装置。
【請求項１】
有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理過程から回収したリン酸マグネシウムアンモニウムを、嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程に添加し、無機栄養源として利用することを特徴とする回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【請求項２】
回収したリン酸マグネシウムアンモニウムの粒径を０．５ｍｍ以下の粒子にして、且つ／又はリン酸マグネシウムアンモニウムを添加する液のｐＨを１０以下として利用することを特徴とする請求項１記載の回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【請求項３】
前記生物処理工程は酸発酵槽を具備する嫌気性処理工程であり、酸発酵槽に前記回収したリン酸マグネシウムアンモニウムを添加することを特徴とする請求項１又は２に記載の回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【請求項４】
前記有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理工程は嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程であり、前記リン酸マグネシウムアンモニウムは該嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程の処理水から回収することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【請求項５】
有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理工程は嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程であり、前記リン酸マグネシウムアンモニウムは該嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程からなる生物処理工程の処理水から回収し、再び同一の生物処理工程の嫌気性処理工程及び／又は好気性処理工程に循環させて利用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回収リン酸マグネシウムアンモニウムの利用方法。
【請求項６】
有機性廃棄物及び／又は有機性廃水処理の処理過程から回収したリン酸マグネシウムアンモニウムを、無機栄養源として嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽を有する生物処理装置に添加することを特徴とする回収リン酸マグネシウムアンモニウムを利用する処理装置。
【請求項７】
前記生物処理装置は、酸発酵槽を具備し、該酸発酵槽に前記回収したリン酸マグネシウムアンモニウムを添加することを特徴とする請求項６に記載の処理装置。
【請求項８】
嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽と、該処理槽から排出される処理水を受け入れリン酸マグネシウムアンモニウムを生成させるリン酸マグネシウムアンモニウム生成槽と、該リン酸マグネシウムアンモニウムを嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽に循環させる配管と、を具備する回収リン酸マグネシウムアンモニウムを利用する有機性廃棄物及び／又は有機性廃水の生物処理装置。
【請求項９】
さらに、前記嫌気性処理槽及び／又は好気性処理槽の上流に酸発酵槽を具備し、前記配管は、前記リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽からのリン酸マグネシウムアンモニウムを該酸発酵槽に導入するように配置されていることを特徴とする請求項８に記載の生物処理装置。
【請求項１０】
前記リン酸マグネシウムアンモニウム生成槽には、さらに、マグネシウム、アンモニウム及び／又はリンを含む薬剤の添加手段及び／又はｐＨ調整手段が設けられていることを特徴とする請求項８又は９に記載の生物処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【国際公開番号】ＷＯ２００５／００５３２８
【国際公開日】平成１７年１月２０日（２００５．１．２０）
【発行日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１１５６７（Ｐ２００５−５１１５６７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００９９６１
【国際出願日】平成１６年７月１３日（２００４．７．１３）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年１月２０日（２００５．１．２０）
【発行日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００９９６１
【国際出願日】平成１６年７月１３日（２００４．７．１３）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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