CN1606533A - 有机性排水及污泥处理方法及处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于，在从人粪尿或净化槽污泥的消化脱离液、污泥的消化液、化工厂排水等含有高浓度的有机物、磷及氮的废水中，把磷等做成磷酸铵镁(以后略记为MAP)结晶来去除，同时回收该MAP结晶的技术中，提供高效回收纯度高、质量优良的MAP结晶的方法及装置。作为如此课题的解决手段，本发明涉及污泥处理方法，其特征在于，把有机性排水的生物处理***中生成的污泥混合液通过在厌氧性消化槽中进行处理来进行污泥的消化，同时通过往该厌氧性消化槽中添加镁源，在该厌氧性消化槽内使磷酸铵镁的结晶粒子生成及成长，从该厌氧性消化槽中取出含有磷酸铵镁的结晶污泥混合液，从该被取出的污泥混合液中分离及回收含有磷酸铵镁结晶粒子的固形物，把磷酸铵镁结晶粒子分离回收后的污泥混合液的一部分返回到厌氧性消化槽中。
Description
技术领域
本发明涉及处理下水处理厂或各种废水处理设施等的有机性排水或污泥的***，更详细地讲，涉及从人粪尿或净化槽污泥的消化脱离液、污泥的消化液、化工厂排水等含有高浓度的有机物、磷及氮的废水中把磷等做成磷酸铵镁(以后略记为MAP)结晶来去除，同时在回收该MAP结晶的技术中，高效回收纯度高、优质的MAP结晶的方法及装置。
背景技术
作为现有一般的脱氮、脱磷的同时处理方法，有厌氧无氧好气法等生物学的处理方法，和组合厌氧好气法、凝聚沉淀法、氧化铝吸附法等方法等。另外，近年来，也试验了把在人粪尿处理或下水处理的工序中产生的返流水或厌氧性消化脱离液等作为对象的MAP处理等。所谓MAP处理，是通过在含有氨的被处理水中加入镁源及pH调节剂使其反应，把被处理水中的磷做成MAP粒子并使其结晶来去除的处理。
在这些处理方法中，厌氧无氧好气法，存在因水质的变化或伴随季节变动的外部环境的变化使处理性能不稳定等问题，还有，组合厌氧好气法和凝聚沉淀法等的方法，除了处理工序繁杂之外，以试剂费用为首的运行成本也是大问题。与此相对，MAP处理方法，与原先二法相比，运行操作的繁杂度减少了，特别是除了能稳定地进行磷的回收之外，被回收的MAP还有做成优质肥料的附加价值，从资源的有效利用的观点来看，也可以说是优良的磷及氮的去除方法。
但是，MAP法也存在下述问题：(1)作为pH调节剂的氢氧化钠和作为镁源的氯化镁等试剂成本高；(2)当在不满一小时的短时间内急速地进行MAP结晶(略称为“急速MAP反应”)时，生成细微的MAP粒子，它们从MAP反应槽中漏掉，所以MAP回收率有时降低到60～70％左右；(3)急速MAP反应使大约400mg/L以上的SS混在液体中，SS与MAP结晶物聚合，不能回收到纯度高的MAP结晶；(4)在MAP处理工序前级采用厌氧消化工序等的情况下，在厌氧性消化工序中，污泥中的溶解性镁成为由速率决定的MAP反应在反应槽内已经进行了，生成的MAP粒子，由于在原封不动的状态下与SS的分离是困难的，所以以混合在消化污泥中的状态下不能回收，存在与污泥一起被处理等问题。
本发明者们，作为解决上述现有问题的手段，提出了把废水中的磷做成MAP再进行高效回收的技术(日本特开2002-45889号)。在此，把提出的方法的概要表示在图4中。有机性排水1，在最初沉淀池2被固液分离且污泥混合液3(初沉污泥)被分离去除之后，在生物反应槽4中进行生物处理。从生物反应槽4中排出的活性污泥混合液5，在最终沉淀槽6中被固液分离，与处理水7被取出的同时，污泥混合液8(剩余污泥)被回收。把从这样的有机性排水处理***中产生的污泥混合液3及8导入厌氧性消化槽51内。向厌氧性消化槽51中供给镁源55，在消化槽51内通过厌氧菌消化污泥中的有机物，同时进行MAP生成反应并生成MAP结晶粒子。把得到的含有MAP结晶粒子的污泥混合液，用液体旋风分离器等MAP回收装置52进行处理并分离回收生成的MAP结晶粒子56。MAP结晶粒子被分离后的污泥混合液57，导入脱水装置53并把SS部分做成脱水饼58后进行回收。通过脱水装置得到的分离水59，接着导入第二结晶槽54，通过添加、混合镁源60及pH调节剂61，再生成·回收MAP粒子62。MAP粒子被回收后的脱离液63，可以返回到最初沉淀槽2内。根据该方法，在厌氧性消化槽内的第一级的MAP生成·回收工序中通过把混入分离水中的MAP细微粒子和未反应的磷在第二结晶槽的第二级的MAP生成工序中进行结晶·结晶成长并回收，可以大幅度地提高排水中的磷回收效率。
本发明者们，从更加详细地研究这样的方法的结果得知，从其经济的或者操作的容易性等方面来说，有关MAP回收率的提高和稳定化、生成MAP高纯度化、试剂使用量的降低及处理***的简化，有必要进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有的技术问题，进一步改进日本特开2002-45889号公报中提出的方法。即，本发明在有机性排水或者污泥处理***中，特别是含有有机物、氮、磷的废水，例如，人粪尿或净化槽污泥的消化脱离液、污泥的消化液、化工厂排水等含有高浓度的有机物、磷及氮的废水或者污泥进行厌氧性处理的同时，把被处理水中的磷做成磷酸铵镁结晶后进行去除的MAP处理方法中，提供大幅度地降低试剂的使用量，同时大幅度地提高氮及磷的去除效率且稳定化，使生成MAP的高纯度化成为可能且使处理***的简略化成为可能的方法及装置。
本发明由下面所列的手段解决上述课题。
1.一种污泥处理方法，其特征在于，把有机性排水的生物处理***中生成的污泥混合液通过在厌氧性消化槽中进行处理来进行污泥的消化，同时通过往该厌氧性消化槽中添加镁源，在该厌氧性消化槽内使磷酸铵镁的结晶粒子生成及成长，从该厌氧性消化槽中取出含有磷酸铵镁的结晶污泥混合液，从该被取出的污泥混合液中分离及回收含有磷酸铵镁结晶粒子的固形物，把分离回收磷酸铵镁结晶粒子后的污泥混合液的一部分返回到厌氧性消化槽中。
2.如上述第1项所述的污泥处理方法，其中，通过液体旋风分离器进行从取出的污泥混合液中分离及回收含有磷酸铵镁结晶粒子的固形物的工序。
3.如上述第1项或第2项所述的污泥处理方法，其中，往厌氧性消化槽中添加的镁源是氢氧化镁或者氧化镁。
4.如上述第3项所述的污泥处理方法，其中，作为镁源，把将氢氧化镁或者氧化镁溶解在海水或者井水中的溶液添加到厌氧性消化槽内。
5.如上述第1项～第4项的任一项所述的污泥处理方法，其特征在于，把分离回收磷酸铵镁结晶粒子后的污泥混合液返回到厌氧性消化槽的返回量，是投入厌氧性消化槽的污泥混合液的投入量的0.5～4倍。
附图的简单说明
图1是表示通过本发明的一种方式的处理方法处理从有机性排水处理***排出的浓缩污泥并进行污泥的消化和由MAP的生成回收去除磷的有机排水处理工序的全体状态的方块图。
图2是表示由投入MAP生成反应中的Mg源种类引起的生成MAP粒子的粒径分布差异的曲线图。
图3是表示本发明的另一种方式的有机性排水工序的全体状态的方块图。
图4是表示由现有方法进行的有机性排水处理工序的全体状态的方块图。
在附图中，各参照符号表示以下的意思。
1流入的有机性排水；2最初沉淀池；3污泥混合液；4生物反应槽；5活性污泥混合液；6最终沉淀池；7处理水；8污泥混合液；9污泥浓缩装置；10厌氧性消化槽；11 Mg源；12取出的污泥；13 MAP回收装置；14回收MAP；15 MAP粒子分离回收后的污泥混合液；16脱水处理装置；17脱水饼；19脱水滤液；20污泥浓缩装置脱离液；32酸发酵槽；33粒子成熟槽；34厌氧性消化槽投入污泥；成长MAP粒子；36 Mg源；37 pH调节剂。
具体实施方式
下面，根据图1说明本发明的实施方式。
图1是表示通过本发明的一种方式的处理方法处理从由最初沉淀槽2、暴气槽等生物反应槽4及最终沉淀槽6构成的有机性排水处理***排出的浓缩污泥，进行污泥消化和由MAP的生成回收去除磷的工序的全体状态的方块图。在有机性排水处理***中，作为处理对象的有机性排水1，在最初沉淀槽2进行固液分离去除污泥混合液3(初沉污泥)之后，在生物反应槽4进行生物处理。从生物反应槽4排出的活性污泥混合液5，在最终沉淀槽6进行固液分离，在取出处理水7的同时回收污泥混合液8(剩余污泥)。从这样的有机性排水处理***产生的污泥混合液3及8，在用污泥浓缩装置9浓缩后，导入厌氧性消化槽10内，由酸发酵及沼气发酵等进行有机性污泥的厌氧性消化。从污泥浓缩装置9出来的脱离液20可以返回最初沉淀池。在厌氧性消化槽10内，再供给镁源11，通过与被处理水中的磷及氨反应，由结晶反应生成、成长MAP粒子。
在厌氧性消化槽10中，进行有机性污泥的厌氧性消化及MAP粒子的生成、成长之后，从厌氧性消化槽10中取出污泥混合液或者排水(以下称污泥混合液)，在MAP回收装置13中，从污泥混合液分离、回收MAP粒子。作为MAP回收装置13，可以使用液体旋风分离器等，也可以利用矿山领域用的浮游选矿等的矿山领域技术。
在MAP回收装置13中，分离去除了MAP粒子14的污泥混合液15的一部分，导入污泥脱水装置16中，在进行脱水处理后，作为脱水饼等废弃物17排出到***外。从脱水装置排出的脱水滤液19，可以返回最初沉淀槽2内。图1所示的本发明的一种方式的工序中的重点，是把MAP粒子的分离去除后的污泥混合液15的一部分返回厌氧性消化槽10内。在用液体旋风分离器等MAP回收装置分离去除MAP粒子后的污泥混合液中，有少量的MAP粒子，但是残存着用MAP回收装置不能分离去除的直径100μm左右的细微MAP粒子。通过将其返回厌氧性消化槽10内，可以在消化槽10内供作MAP的种粒子(种晶)。由本发明者们的研究可知，通过使细微MAP种粒子在厌氧性消化槽10中存在并进行结晶反应，可以使再生成的MAP粒子的平均粒子直径增大并均匀化。
本发明者们反复进行各种实验得知，从MAP回收装置13返回厌氧性消化槽10的污泥混合液返回量，相对于向厌氧性消化槽10投入的污泥混合液的量，为0.5～4倍量是合适的。当污泥混合液的返回量是投入量的0.5倍以下时，生成粒子的直径看不见变化，另外，即使达到4倍以上也见不到有在其以上的改善效果。
为了提高厌氧性消化槽10内的MAP回收率，有必要提高纯度高粒径大的MAP粒子的比率。为此，有必要尽可能在厌氧性消化槽10内创造适宜MAP结晶的条件。因此，作为厌氧性消化槽内的搅拌机构，优选采用高效地使消化槽内均匀化，同时容易把比重大的MAP粒子集中到槽底部的取出管附近那样形态的机构。例如，在卵形及龟甲形的消化槽中，在槽中央装备通风管，在通风管内装备空气升液泵，从通风管内的上升气流产生回旋气流那样的搅拌方法，作为使MAP粒子成长、成熟的搅拌方式是比较有效的。污泥的取出管，最好与容易集中沉降在厌氧性消化槽10底部的比重大的MAP粒子的部分连接。
从厌氧性消化槽10取出的污泥混合液12，作为MAP回收装置13通过利用比重差的固液分离装置进行处理，可以使以MAP粒子14为中心的固形物与它们以外的液体即污泥混合液15分离。特别是当使用作为固液分离装置的液体旋风分离器时，可以容易地进行MAP粒子等固形物和污泥混合液的固液分离。以MAP结晶粒子为主体的固形物，如果需要，通过再与其他的夹杂物分离，可以更加提高回收的固形物中的MAP纯度。去除了MAP粒子的污泥混合液15，将一部分导入污泥脱水装置16后进行脱水处理。这时，由于混在污泥混合液中的MAP粒子大幅度地减少，所以即使在把脱水处理后的脱水饼17作为废弃物处理的情况，由于脱水饼中的含磷率比较低，从磷的再利用观点的来说也是有效的。但是，如上述那样，由于在用液体旋风分离器等固液分离装置处理后的污泥混合液中，残留粒径约100μm以下的细微MAP粒子的一部分，所以送入污泥脱水装置16的污泥混合液以外的残余的污泥混合液，通过从槽上部返回到厌氧性消化槽10内，细微MAP粒子作为种粒子供结晶反应并在厌氧性消化槽10内成长，能长大到粒径100μm以上的容易固液分离的水平。
作为投入厌氧性消化槽10的镁源，优选使用难溶于水的镁化合物。
本发明者们，对于使纯度高的MAP粒子均匀成长并维持高的MAP粒子回收率的条件进行了各式各样的研究，结果发现，为了在厌氧性消化槽那样滞留时间非常长的槽中均匀地发生MAP生成反应，降低镁离子浓度是重要的。把MAP生成的反应表示在下述的化学反应式(1)中。
在进行该MAP生成反应的厌氧性消化槽中，由于厌氧性处理有机性污泥，所以与MAP反应相关的铵离子通常处于大大过剩的状态。因此，在把镁源添加到厌氧性消化槽10那样滞留时间长的槽中，换句话说，添加到非常大的槽中之际，当作为溶解度高的镁盐添加时，局部上，镁离子成为过剩，当一部分显著地进行MAP反应时，产生镁离子浓度低且难以进行MAP反应的部分。其结果，表现在生成的MAP粒子的粒径上有很大的差异。在图2中，表示观察作为向厌氧性消化槽供给的镁源使用溶解度高的氯化镁(MgCI2-6H2O)使进行MAP生成反应的情况和使用难溶于水的氢氧化镁(Mg(OH)2)的情况的生成MAP粒子的粒径分布的结果。由图2可知，在使用氯化镁的情况，从粒径小的到粒径大的分布宽且不均匀，与此对对，在使用氢氧化镁的情况，向粒径大侧移动且分布变窄。
另外，更重要的是，发现了在局部镁离子浓度高且MAP反应急速进行的情况，在MAP生成时卷入SS(污泥)，有生成MAP的纯度下降的倾向。在像厌氧性消化槽10那样有数十日左右的滞留时间的情况下，由于成熟得慢，所以可以成长出纯度高的MAP粒子。因此，把液体中的镁离子浓度降低到适当的水平以下，降低反应速度并保持在充分的平衡状态下是重要的，为此，作为镁源，优选使用难溶性的镁化合物。
作为难溶于水的镁化合物，例如，可以是氢氧化镁、氧化镁等任何能在工业上利用的产品。
如上述说明的那样，为了把液体中的镁离子浓度降低到适当水平以下，降低MAP生成的反应速度且保持在充分的平衡状态，优选把难溶性的镁化合物以分散于水中的状态下供给厌氧性消化槽10，使之在局部不形成镁浓度高的部分。为了这样的目的，作为分散难溶性的镁化合物的分散媒介，除了水之外，可以使用海水和井水。特别是由于在海水和井水中含有镁离子，所以可以有效利用它们作为MAP生成的镁源，可以减少从外部供给的镁化合物的使用量。因此，特别是在排水处理设施处于海沿岸和山间的情况等，作为镁化合物的分散媒介，优选使用可以容易入手的海水和井水。
本发明也涉及用于实施上述说明的方法的装置。即，本发明的另一个方式涉及污泥处理装置，其特征在于，具备：收容在有机性排水的生物处理***中生成的污泥混合液并进污泥的消化，同时进行磷酸铵镁结晶粒子的生成、生长的厌氧性消化槽；向该厌氧性消化槽内供给镁源的镁源供给装置；用于从厌氧性消化槽中取出污泥混合液的污泥取出管；用于通过污泥取出管收容从厌氧性消化槽取出的污泥混合液并分离及回收含有磷酸铵镁结晶粒子的固形物的固液分离装置；用于把从固液分离装置回收的磷酸铵镁结晶粒子被分离回收后的污泥混合液的一部分返回厌氧性消化槽内的配管。另外，本发明也涉及固液分离装置是液体旋风分离器的上述中记述的装置。
再有，上述记述的本发明的技术思想，不仅可以用于从有机排水的生物处理设备中排出的污泥混合液的MAP的回收，也可以用于利用结晶反应的各种液体中离子的回收。即，本发明的另一种方式涉及液体中的离子的去除方法，是由结晶法去除被处理液中的被去除的离子的方法，其特征在于，把含有被去除离子的被处理水导入结晶反应槽，向结晶反应槽中供给与被处理水中的被去除离子反应并形成难溶性的盐的离子并使被去除离子的难溶性盐的结晶粒子成长，再固液分离反应液并分离回收成长了的结晶粒子，再把成长了的结晶粒子被分离回收后的反应液的一部分返回晶体反应槽。根据这样的方法，成长了的结晶粒子被分离回收后的反应液中残存的用固液分离不能分离的细微结晶粒子被供给结晶反应槽，通过将其作为种晶粒子并进行结晶反应，可以使生成的结晶粒子的平均粒径变大并均匀化。
按照上述本发明的另一种方式，例如，通过在来自下水的2次处理水和污泥处理***的返流水等的废水中添加钙并析出磷酸钙(Ca3(PO4)2和羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2:HAP)的结晶来去除废水中的磷酸离子，或者通过在富含氟离子的半导体工厂的废水中添加钙并析出氟化钙(CaF2)的结晶来去除废水中的氟离子，或者通过对把地下水作为原水的用水、排水、垃圾浸出水等添加pH调节剂或碳酸源并析出碳酸钙的结晶来去除被处理水中的钙离子，或者通过在富含碳酸离子的硬水中添加钙离子并析出碳酸钙的结晶，可以使硬度降低。再有，通过在管道水中添加碳酸离子来析出碳酸锰的结晶，可以去除作为管道水中的杂质锰。无论在哪一个领域，根据本发明，都可以由结晶反应使生成、成长的结晶粒子的平均粒径增大或均匀化。
另外，本发明也涉及用于实施上述方法的装置，即，本发明的另一种方式涉及结晶反应装置，其特征在于，具备：收容含有被去除离子的被处理水并形成被去除离子的难溶性盐的结晶反应槽；往结晶反应槽中供给与被处理水中的被去除离子反应并形成难溶性盐的离子的盐形成离子供给装置；用于从结晶反应槽取出反应后的反应液的反应液排出管；与反应液排出管相通并在固液分离从结晶反应槽取出的反应液后用于分离回收成长了的结晶粒子的固液分离装置；用于把从固液分离装置回收的成长结晶粒子被分离回收后的反应液的一部分返回结晶反应槽的配管。
再有，本发明也可以适用于作为用于污泥处理的厌氧性消化槽的前级并配置酸发酵槽的污泥处理工序。有机污泥的厌氧性消化，主要通过酸发酵和沼气发酵进行。即，污泥中的有机成分通过酸发酵菌的作用进行分解并生成乳酸、酪酸、丙酸、醋酸等有机酸，再由沼气发酵菌的作用分解这些酸。在该技术中，由于反应槽的设置空间上的问题和运转操作的简便性等理由，一般在单一的厌氧槽内进行酸发酵和沼气发酵，但在生物学上，首先在酸发酵槽内进行有机污泥的酸发酵，其次再进行沼气发酵是高效且理想的。本发明的另一种方式，提供在这样的称为酸发酵槽-厌氧槽的结构的污泥处理工序中极高效地进行污泥的消化处理和MAP的生成、成长的方法。
即，本发明的另一种方式，涉及污泥处理方法，其特征在于，把在有机性排水的生物处理***中生成的污泥混合液在酸发酵槽进行发酵处理之后，在粒子成熟槽中添加镁源并使磷酸铵镁的结晶粒子成长，接着通过在厌氧性消化槽中进行处理来进行污泥的消化及磷酸铵镁的结晶粒子的成长，从该厌氧性消化槽中取出含有磷酸铵镁结晶的污泥混合液，从该取出的污泥混合液中分离及回收含有磷酸铵镁结晶粒子的固形物，把磷酸铵镁结晶粒子被分离回收后的污泥混合液的一部分供给酸发酵槽，同时把分离回收的磷酸铵镁的结晶粒子供给粒子成熟槽。
根据图3对本发明涉及的方式进行说明。在图3中，对于与图1相同的结构要素用相同的参照符号表示并省略说明。图3是表示由本发明上述涉及的处理方法处理从由最初沉淀槽2、暴气槽等生物反应槽4及最终沉淀槽6构成的有机性排水处理***排出的浓缩污泥并由污泥的消化和MAP的生成回收进行磷除去的工序的全体状态的方块图。
从有机性排水处理***的最初沉淀槽2及最终沉淀槽6排出的初沉污泥3及剩余污泥8，在污泥浓缩装置9中被浓缩分离。浓缩装置的脱离液20可以返回最终沉淀槽6。在污泥浓缩装置9中，浓缩的污泥混合液，在酸发酵槽32中通过酸发酵菌进行污泥中的有机成分的分解之后，向粒子成熟槽33中添加氢氧化镁和氧化镁等的镁源36以及根据需要添加pH调节剂37并进行MAP粒子的成长，接着在厌氧性消化槽10中进行沼气发酵等污泥消化处理和MAP粒子的成长之后，用液体旋风分离器等固液分离装置13分离回收成长MAP粒子。被分离回收的成长MAP粒子的一部分38，供给粒子成熟槽33，另外，成长MAP粒子被分离回收后的污泥混合液15的一部分，供给酸发酵槽32。
在酸发酵槽32中，由酸发酵菌进行污泥中的有机成分的分解，与其相伴，产生乳酸、酪酸、丙酸、乙酸等有机酸并使pH值降低，使酸发酵的反应速度降低或者停止。但是，在图3所示的***中，成长MAP粒子被分离回收后的污泥混合液15的一部分被供给酸发酵槽32。在厌氧性消化槽10中被消化处理的成长MAP粒子被分离回收后的污泥混合液15，由于富含碱成分，通过将其供给酸发酵槽32，可以抑制酸发酵槽32中的pH值降低，可以维持、促进酸发酵反应。
在酸发酵槽32中处理的污泥混合液，接着导入粒子成熟槽33，在此，通过添加镁源36以及根据需要添加pH调节剂37，进行MAP粒子的成长。在图3所示的***中，在固液分离装置13中被分离回收的粒经约为100μm以上的成长MAP粒子的一部分38被供给粒子成熟槽33。供给粒子成熟槽33的成长MAP粒子，在粒子成熟槽33中起到种晶的作用，在该MAP种晶的表面上析出MAP，使MAP粒子成长。即，在粒子成熟槽33中，由于适度地存在镁、正磷酸、氨离子及种结晶，所以，通过把pH值维持在中性区域，可以形成MAP粒子容易成长的环境。再有，当粒子成熟槽33中的pH值过高时，细微MAP粒子生成得多，回收变得困难。
再有，在图3所示的***中，如上述说明的那样，成长MAP粒子被分离回收后的污泥混合液15的一部分被供给酸发酵槽32。该污泥混合液15，含有用固液分离装置13不能被完全分离的细微MAP粒子。已经知道，当将其供给酸发酵槽32时，在酸发酵槽32内的酸性pH条件下，细微MAP粒子作为溶解性磷进行溶解。因此，在图3所示的***中，由于酸发酵槽32中的细微MAP粒子进行溶解，所以在下级的粒子成熟槽33中，生成MAP的离子更加大量存在，在此，由于把成长MAP粒子38作为种晶导入，所以更加促进MAP种晶表面上的MAP的结晶，可以更加有效地进行MAP粒子的成长。
含有在粒子成熟槽33中成长了的MAP粒子的污泥混合液34，接下来投入厌氧性消化槽10内。厌氧性消化槽10的大小，一般相对于粒子成熟槽33优选做成10～30倍的容积。在厌氧性消化槽10中，由于在20日以上的滞留时间期间，有机物被厌氧地分解，与其相伴，由于溶出溶解性的磷、镁、氨，所以进一步地发生MAP生成反应并进行MAP粒子的成长。在厌氧性消化槽10内，为了能生成高纯度且大粒径(φ300μm以上)的MAP粒子，优选把pH值维持在7.0～7.6的中性区域，把镁离子浓度维持在10～30mg/L左右的低水平。
富含成长了的MAP粒子的污泥混合液12，从厌氧性消化槽10的底部被取出，由液体旋风分离器等固液分离装置13，分离成以成长MAP粒子为主体的泥浆状的回收MAP14和几乎不含φ100μm以上的MAP粒子的污泥混合液15。如上述所述，回收MAP粒子的一部分38，被导入粒子成熟槽33，用作促进MAP结晶反应的种晶。另外，成长MAP粒子被分离的污泥混合液15，一部分被导入酸发酵槽32，剩余部分导入污泥脱水装置16进行脱水处理。
本发明也涉及用于实施上述说明的本发明另一种方式的方法的装置。即，本发明的另一种方式涉及污泥处理装置，其特征在于，具备：收容在有机性排水的生物处理***中生成的污泥混合液并由酸发酵进行污泥的处理的酸发酵槽；在从该酸发酵槽中排出的污泥混合液中添加镁源并使磷酸铵镁的结晶粒子成长的粒子成熟槽；向该粒子成熟槽供给镁源的镁源供给装置；收容从该粒子成熟槽中排出的污泥混合液并进行污泥的消化及成长磷酸铵镁的结晶粒子的厌氧消化槽；用于从该厌氧性消化槽中取出污泥混合液的污泥取出管；与该污泥取出管相通并收容从厌氧性消化槽中取出的污泥混合液且用于分离及回收含有磷酸铵镁结晶粒子的固形物的固液分离装置；用于把从固液分离装置中回收的磷酸铵镁结晶粒子被分离回收后的污泥混合液的一部分供给酸发酵槽的配管；用于把从固液分离装置中回收磷酸铵镁的结晶粒子供给粒子成熟槽的配管。
由以下的实施例更具体地说明本发明的各种形态。但是本发明不局限于本实施例。
实施例1
本实施例使用A下水处理厂的污泥并由图1所示构成的装置进行厌氧性消化及MAP生成、回收的实验。在把最初沉淀槽2的初沉污泥3和最终沉淀槽6的剩余污泥8以大约1∶1的比例混合后，由卵形厌氧性消化槽10进行滞留25日的中温厌氧性消化处理。作为厌氧性消化槽中的MAP生成用的难溶解性镁源11，把35％的氢氧化镁用水稀释到浓度为10％后与投入污泥混合，将其投入厌氧性消化槽10内。
氢氧化镁的添加量，调节成厌氧性消化槽内的Mg的浓度在10～30mg/L的范围内。消化槽内的搅拌方法采用通风管+空气升液器方式。不使用pH调节剂，但实验中的槽内pH值在7.0～7.6的范围内变动。从卵形厌氧性消化槽的底部取出投入污泥量(＝1Q)的3倍(＝3Q)的污泥12，由液体旋风分离器13分离回收MAP结晶14。分离回收MAP结晶后的污泥混合液15之中，1Q进行脱水处理，剩余的2Q返送给卵形厌氧性消化槽10。该2Q的返送污泥混合液，采用与投入污泥和氢氧化镁的混合液混合后从卵形厌氧性消化槽10的上部投入的方式。本实施例的结果表示在表1中。
另外，作为现有方法1，除了不进行氢氧化镁的添加、不由液体旋风分离器进行MAP回收处理以外，在与上述实施例完全相同的条件下进行试验。再有，作为现有方法2，按照日本特开2002-45889号公报的记载，使用图4所示的装置，把初沉污泥3和剩余污泥8的混合污泥导入厌氧性消化槽51，与上述同样添加镁源55并进行厌氧性消化处理，把从消化槽取出的污泥混合液在MAP回收装置(液体旋风分离器)52中进行处理并进行MAP结晶56的分离回收，在把分离了MAP结晶的污泥混合液57脱水处理后，把脱水滤液59导入水理学的滞留时间35分钟的第2结晶槽54内，再相对于溶解性P以1.3倍的摩尔比添加混合镁源60，通过由pH调节剂61调整pH值为8.5来生成并回收MAP粒子62。这些结果也一并表示在表1中。
表1
| 项目 | 投入污泥 | 现有方法1 | 现有方法2 | 实施例1 | 实施例2 |
| SS(％) | 4.5 | 2.9 | 2.2 | 2.0 | 2.0 |
| T-P(mg/L) | 1070 | 1020 | 460 | 350 | 340 |
| PO4-P(mg/L) | 250 | 390 | 34 | 19 | 17 |
| Mg(OH)2添加量(g/cm3)* | - | - | 940 | 1080 | 970 |
| 消化槽MAP回收量(kg/m3) | - | - | 3.7 | 5.1 | 5.1 |
| 全MAP回收量(kg/m3)** | - | - | 4.4 | - | - |
| MAP纯度(％) | - | - | 87 | 96 | 94 |
*每1m3投入污泥的添加量
**现有方法2中消化槽MAP回收量和第二结晶槽MAP回收量的总和
投入卵形厌氧性消化槽内的投入污泥的性状，平均SS浓度是4.5％(45g/L)，平均T-P浓度是1070mg/L。在现有方法1中，消化污泥的SS浓度是2.9g/L，T-P浓度是1020mg/L，PO4-P浓度是390mg/L，在消化污泥中残留很多PO4-P。在现有方法2中，每1m3的投入污泥，回收3.7kg的MAP结晶，消化污泥中的T-P浓度是460mg/L，与此相对，在本发明方法中，每1m3的投入污泥，回收5.1kg/L的MAP结晶，消化污泥中的T-P浓度是350mg/L。
本发明方法，在单位投入污泥量的MAP回收量中大到1.4kg，在消化污泥T-P浓度中小到110mg/L。另外，在现有方法2中，由于在污泥中残留细微MAP粒子，所以相对于在反应槽内生成了的MAP，实际上回收率小。与此相对，在本发明方式中，通过使用难溶性的镁源、改善反应槽内的搅拌方法以及回送液体旋风分离器分离后的细微MAP粒子，可以促进MAP粒子的成长且提高MAP回收率。
作为总的MAP回收量，在现有方法2的方式中为4.4kg/m3，在本发明的方式中为5.1kg/m3，本发明方法增大了0.7kg/m3。另外，回收的MAP粒子的纯度，在现有方法2中是87％，与此相对，本发明方法为96％，提高了9个百分点。
由以上的结果，可以说在特别容易生成细微MAP的情况，本发明方式发挥了非常有效的MAP回收性能。
实施例2
与实施例1的A处理厂的污泥相对，把处理厂附近的地下水(Mg浓度＝48mg/L)作为35％氢氧化镁的稀释水使用，每1m3的投入污泥使用100L的稀释水来进行运转，氢氧化镁使用量从1080g/污泥·m3减少到970g/污泥·m3，使降低试剂使用成本成为可能。还可知由于有效地利用含有镁的地下水，使以更低的成本进行MAP回收成为可能。
实施例3
本实施例与实施例1相同，使用A下水处理厂的污泥，由图3所示构成的装置进行酸发酵-厌氧性消化及MAP生成、回收的实验。以大约1∶1的比例混合最初沉淀槽的初沉污泥3和最终沉淀槽的剩余污泥8，由离心浓缩机9进行浓缩。把浓缩污泥导入酸发酵槽32。往酸发酵槽32中再导入从消化污泥中去除MAP粒子后的MAP脱离污泥15。酸发酵槽32加温到水温40℃，槽内由搅拌机混合，槽内pH值控制在5.0～5.5的范围内。pH值的控制通过MAP脱离污泥15的流量控制来进行，使之能确保酸发酵槽32的水理学的滞留时间为10小时以上来确定槽容量。把在酸发酵槽32被处理的污泥混合液，导入MAP粒子成熟槽33。向粒子成熟槽33中导入含有从消化污泥中用MAP回收装置回收的MAP粒子的泥浆38、氢氧化镁36及作为PH调节剂37的盐酸或氢氧化钠。粒子成熟槽33由密闭型使用气相空气的空气升液泵搅拌槽内，控制槽内的pH值为7.0～7.3。在粒子成熟槽33中，确定槽容量，使水理学的滞留时间为3小时。
把来自粒子成熟槽33的污泥混合液34(消化槽投入污泥)导入厌氧性消化槽10并进行滞留日数为25日的中温消化处理。在厌氧性消化槽10内，通过添加粒子成熟槽33中的氢氧化镁，调节镁离子的浓度在10～30mg/L的范围内。厌氧性消化槽10内的搅拌方法，采用通风管+空气升液器方式。氢氧化镁以外的具有pH调节功能的添加剂不被使用，实验中的厌氧性消化槽10内的pH值在7.0～7.6的范围内变动。从厌氧性消化槽10的底部取出投入污泥量(＝1Q)的1.5倍(＝1.5Q)的污泥12，由液体旋风分离器13分离回收MAP结晶14。把回收的MAP粒子的30％(38)供给粒子成熟槽33，把MAP分离后的污泥混合液15的约0.5Q供给酸发酵槽32。MAP分离后的污泥混合液15的剩余的1Q，导入污泥脱水装置16进行脱水。脱水处理由皮带式压榨型脱水机进行。投入厌氧性消化槽的污泥混合液34的SS、MAP粒子被分离去除后污泥混合液15的T-P及PO4-P、回收MAP14的纯度、MAP的回收率、磷的回收率表示在表2中。另外，作为现有方法，把混合浓缩初沉污泥和剩余污泥的污泥导入厌氧性消化槽，一并进行污泥消化的方式实验。其结果也一并表示在表2中。再有，用上述的实施例1的装置，把向厌氧性消化槽投入的氢氧化镁的投入量作为800g/m3并进行了实验。其结果也一并表示在表2中。
表2
| 项目 | 实施例3 | 实施例1的方法 | 现有方法 |
| 消化槽投入污泥SS(％) | 3.2 | 4.0 | 4.2 |
| MAP脱离污泥T-P(mg/L) | 360 | 450 | 1140 |
| PO4-P(mg/L) | 19 | 21 | 410 |
| 回收MAP纯度(％) | 96 | 96 | - |
| MAP回收量(kg/m3)* | 6.2 | 5.5 | 0 |
| 磷回收率(％)** | 61 | 49 | 0 |
*每1m3投入污泥的添加量
**相对于流入下水处理厂的下水中磷负荷量的磷回收率
投入消化槽的投入污泥SS，在现有方法中是4.2％，在实施例1的方法中是4.0％，在实施例3中是3.2％。实施例3的SS比较小，被认为是由于在酸发酵中混合了浓度比较低的MAP脱离污泥。能作为MAP回收的磷，在实施例1的方法中，平均1m3消化槽投入污泥为5.5kg/m3，是良好的，而在实施例3中，为6.2kg/m3，是更好的。另外，被回收的MAP粒子纯度，在实施例1的方法及实施例3的方法中都高达95％以上。当把该磷回收率作为相对于流入下水处理厂的磷的回收率进行计算时，在实施例1的方法中高达49％，而在实施例3的方法中，更提高到61％。
产业上的利用可能性
本发明，在把从有机性排水处理***排出的含有有机物、氮、磷的污泥混合液进行厌氧性处理的同时并把磷做成磷酸铵镁结晶进行去除的MAP处理方法中，可以大幅度地提高MAP回收率，同时可以生成纯度高的MAP。另外，由于可以利用廉价但被认为处理困难的Mg(OH)2，所以可以大幅度地降低试剂费用，再有，由于使用海水或井水等含有镁的水系作为供给的镁化合物的分散媒介，所以更能降低试剂费用。再有，由于可以充分回收厌氧性消化槽中优良的MAP，所以发挥了不需要从后级的脱水滤液中回收MAP的优良效果。
Claims (16)
1.污泥处理方法，其特征在于，把有机性排水的生物处理***中生成的污泥混合液通过在厌氧性消化槽中进行处理来进行污泥的消化，同时通过往该厌氧性消化槽中添加镁源，在该厌氧性消化槽内使磷酸铵镁的结晶粒子生成及成长，从该厌氧性消化槽中取出含有磷酸铵镁的结晶污泥混合液，从该被取出的污泥混合液中分离及回收含有磷酸铵镁结晶粒子的固形物，把分离回收磷酸铵镁结晶粒子后的污泥混合液的一部分返回到厌氧性消化槽中。
2.如权利要求1所述的污泥处理方法，其中，通过液体旋风分离器进行从取出的污泥混合液中分离及回收含有磷酸铵镁结晶粒子的固形物的工序。
3.如权利要求1或2所述的污泥处理方法，其中，往厌氧性消化槽中添加的镁源是氢氧化镁或者氧化镁。
4.如权利要求3所述的污泥处理方法，其中，作为镁源，把将氢氧化镁或者氧化镁溶解在海水或井水中的溶液添加到厌氧性消化槽内。
5.如权利要求1～4中任一项所述的污泥处理方法，其特征在于，把分离回收磷酸铵镁结晶粒子被后的污泥混合液返回到厌氧性消化槽的返回量，是投入厌氧性消化槽的污泥混合液的投入量的0.5～4倍。
6.污泥处理装置，其特征在于，具备：收容在有机性排水的生物处理***中生成的污泥混合液并进污泥的消化，同时进行磷酸铵镁结晶粒子的生成、生长的厌氧性消化槽；向该厌氧性消化槽内供给镁源的镁源供给装置；用于从厌氧性消化槽中取出污泥混合液的污泥取出管；用于通过污泥取出管收容从厌氧性消化槽取出的污泥混合液并分离及回收含有磷酸铵镁结晶粒子的固形物的固液分离装置；用于把从固液分离装置回收的磷酸铵镁结晶粒子被分离回收后的污泥混合液的一部分返回厌氧性消化槽内的配管。
7.如权利要求6所述的污泥处理装置，其特征在于，固液分离装置是液体旋风分离器。
8.液体中离子的去除方法，是由结晶法去除被处理液中的被去除离子的方法，其特征在于，把含有被去除离子的被处理水导入结晶反应槽，向结晶反应槽中供给与被处理水中的被去除离子反应并形成难溶性的盐的离子并使被去除离子的难溶性盐的结晶粒子成长，接着固液分离反应液并分离回收成长了的结晶粒子，把成长了的结晶粒子被分离回收后的反应液的一部分返回结晶反应槽。
9.结晶反应装置，其特征在于，具备：收容含有被去除离子的被处理水并形成被去除离子的难溶性盐的结晶反应槽；向结晶反应槽供给与被处理水中的被去除离子反应并形成难溶性盐的离子的盐形成离子供给装置；用于从结晶反应槽取出反应后的反应液的反应液排出管；与反应液排出管相通并在固液分离从结晶反应槽取出的反应液后用于分离回收成长了的结晶粒子的固液分离装置；用于把从固液分离装置回收的成长结晶粒子被分离回收后的反应液的一部分返回结晶反应槽的配管。
10.污泥处理方法，其特征在于，把在有机性排水的生物处理***中生成的污泥混合液在酸发酵槽进行发酵处理之后，在粒子成熟槽中添加镁源并使磷酸铵镁的结晶粒子成长，接着在厌氧性消化槽中进行处理来进行污泥的消化及磷酸铵镁的结晶粒子的成长，从该厌氧性消化槽中取出含有磷酸铵镁的结晶的污泥混合液，从该取出的污泥混合液中分离及回收含有磷酸铵镁结晶粒子的固形物，把磷酸铵镁结晶粒子被分离回收后的污泥混合液的一部分供给酸发酵槽的同时，把分离回收的磷酸铵镁的结晶粒子供给粒子成熟槽。
11.如权利要求10所述的污泥处理方法，其中，通过液体旋风分离器进行从取出的污泥混合液中分离及回收含有磷酸铵镁结晶粒子的工序。
12.如权利要求10或11所述的污泥处理方法，其中，往厌氧性消化槽中添加的镁源是氢氧化镁或者氧化镁。
13.如权利要求12所述的污泥处理方法，其中，作为镁源，把将氢氧化镁或者氧化镁溶解在海水或井水内的溶液添加到厌氧性消化槽内。
14.如权利要求10～13中任一项所述的污泥处理方法，其特征在于，磷酸铵镁结晶粒子被分离回收后的污泥混合液返回量是投入到厌氧性消化槽内的污泥混合液的投入量的0.5～4倍。
15.污泥处理装置，其特征在于，具备：收容在有机性排水的生物处理***中生成的污泥混合液并由酸发酵进行污泥的处理的酸发酵槽；在从该酸发酵槽中排出的污泥混合液中添加镁源并使磷酸铵镁的结晶粒子成长的粒子成熟槽；向该粒子成熟槽供给镁源的镁源供给装置；收容从该粒子成熟槽中排出的污泥混合液并进行污泥的消化及成长磷酸铵镁的结晶粒子的厌氧性消化槽；用于从该厌氧性消化槽中取出污泥混合液的污泥取出管；与该污泥取出管相通并收容从厌氧性消化槽中取出的污泥混合液且用于分离及回收含有磷酸铵镁结晶粒子的固形物的固液分离装置；用于把从固液分离装置中回收的磷酸铵镁结晶粒子被分离回收后的污泥混合液的一部分供给酸发酵槽的配管；用于把从固液分离装置中回收磷酸铵镁的结晶粒子供给粒子成熟槽的配管。
16.如权利要求15所述的污泥处理装置，其中，固液分离装置是液体旋风分离器。
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