專(zhuān)利名稱(chēng)：磷酸鎂銨的生成、回收方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在下水處理廠(chǎng)或各種廢水處理設(shè)施等中處理有機(jī)性廢水的系統(tǒng)，更具體來(lái)說(shuō)，涉及從含有磷及氮的廢水中，將磷等作為磷酸鎂銨(Magnesium Ammonium Phosphate取首字母也稱(chēng)作「MAP」；化學(xué)式為MgNH4PO4·6H2O)的結(jié)晶有效地回收的方法及裝置。
背景技術(shù)：
迎來(lái)21世紀(jì)之際，廢水處理技術(shù)不僅是簡(jiǎn)單地將水凈化，將凈化后的水作為資源回收的必要性在增加。其中，就產(chǎn)生了從下水等有機(jī)性廢水中將磷除去、回收的技術(shù)。
磷的除去法雖然已經(jīng)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用了藥品凝聚沉淀法，還取得了實(shí)際效果，然而由于藥品成本和大量的污泥的產(chǎn)生，因而在實(shí)際設(shè)備中的應(yīng)用還處于被回避的狀況中。進(jìn)入20世紀(jì)70年代以來(lái)，作為生物學(xué)的磷除去法，開(kāi)發(fā)出并實(shí)用化了著眼于活性污泥的磷過(guò)度攝取的厭氧-好氧法、以與氮同時(shí)除去為目標(biāo)的方法。其中，厭氧無(wú)氧好氧法由于巧妙地利用微生物的代謝作用，可以在繁殖的微生物的細(xì)胞內(nèi)大量地蓄積磷，因此在日本國(guó)內(nèi)已經(jīng)廣泛地普及。但是，厭氧無(wú)氧好氧法因水質(zhì)的變化或伴隨著季節(jié)變化而產(chǎn)生的外部環(huán)境的變化，而有處理性能不穩(wěn)定等問(wèn)題，此種情況下，就需要組合了凝聚沉淀法等的方法。其結(jié)果是，處理工序煩雜、藥品費(fèi)用等運(yùn)行成本高的情況成為問(wèn)題。
另一方面，作為從廢水中回收磷的嘗試，在20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)出了使磷作為磷灰石析出的接觸脫磷法或結(jié)晶法。近年來(lái)，以在屎尿處理或下水處理的工序中產(chǎn)生的回流水或厭氧性消化脫離液等作為對(duì)象，嘗試了MAP結(jié)晶法等。所謂MAP結(jié)晶法是利用了在水中磷酸離子、銨離子、鎂粒子分別等摩爾反應(yīng)而生成MgNH4PO4的6水合鹽的結(jié)晶(MAP結(jié)晶)的現(xiàn)象的方法。將MAP結(jié)晶的生成反應(yīng)表示在下式中。
(1)通常的下水污泥中，一般來(lái)說(shuō)與鎂離子相比，磷酸離子、銨離子的濃度更高，然而通過(guò)向此種廢水中添加鎂離子，將pH從中性附近設(shè)為堿性附近，就會(huì)生成MAP的結(jié)晶。此后，通過(guò)將長(zhǎng)成了的MAP結(jié)晶粒子從反應(yīng)體系中提取出來(lái)，就可以從廢水中除去磷，并且還可以除去部分銨離子。
MAP結(jié)晶法的運(yùn)轉(zhuǎn)操作的煩雜性很少，特別是可以穩(wěn)定地進(jìn)行磷的回收。所回收的MAP由于在重量上含有13％的磷，因而具有作為優(yōu)良的肥料的附加價(jià)值，從資源的有效利用的觀(guān)點(diǎn)考慮，可以說(shuō)是優(yōu)良的磷及氮的除去、回收技術(shù)。
但是，對(duì)于MAP結(jié)晶法的情況，也仍然存在以下等問(wèn)題，即，(1)作為pH調(diào)整劑的氫氧化鈉或作為Mg源而添加的氯化鎂等藥品成本高；(2)當(dāng)以30分鐘左右的較短的滯留時(shí)間急速地使MAP析出(以下稱(chēng)作「急速M(fèi)AP反應(yīng)」)時(shí)，就會(huì)生成微細(xì)的MAP粒子，由于微細(xì)MAP粒子被夾帶地向從MAP反應(yīng)槽中流出的處理水中排出，因此MAP回收率降低為6～7成左右；(3)急速M(fèi)AP反應(yīng)中，當(dāng)在液體中混和存在約為大于等于1000mg/L的SS時(shí)，則由于SS與MAP結(jié)晶物絡(luò)合，因此無(wú)法作為高純度的MAP結(jié)晶回收；(4)當(dāng)在MAP處理工序的前段中采用了厭氧性消化工序等時(shí)，在厭氧性消化工序中就已經(jīng)產(chǎn)生了MAP反應(yīng)。由此，由于所生成的MAP粒子難以直接與有機(jī)性SS分離，因此仍然未被回收，被直接以與污泥混和的狀態(tài)處理。
所以，本發(fā)明人等為了解決所述的以往的問(wèn)題，提出了將廢水中的磷有效地作為MAP回收的技術(shù)(參照特開(kāi)2002-45889號(hào)公報(bào)、國(guó)際申請(qǐng)PCT/JP03/04909)。即，提出了具有以下的工序的有機(jī)性排出液的處理方法和處理裝置，對(duì)在有機(jī)性廢水處理工序中產(chǎn)生的剩余污泥(一般來(lái)說(shuō)是指，將在最初沉淀池中沉降分離了的初沉淀污泥、從在最終沉淀池中進(jìn)行了沉降分離的活性污泥中除去了回送污泥的剩余污泥混和了的污泥。)進(jìn)行厭氧性消化處理，并且在該工序中供給鎂源而使反應(yīng)槽內(nèi)積極地生成MAP，將所生成的MAP從消化污泥中分離而回收。通過(guò)實(shí)施該方法，就可以大幅度地提高從廢水中的磷回收率。
但是，這些技術(shù)中，雖然有藥劑成本的降低和不需要特別的反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，然而有作為反應(yīng)時(shí)間需要25天左右的很長(zhǎng)天數(shù)的問(wèn)題。所以，本發(fā)明人等進(jìn)一步地反復(fù)進(jìn)行了研究，確立了在不是特別以污泥的厭氧性消化處理為前提的排出水處理系統(tǒng)中，將污泥或廢水中的磷作為MAP有效地回收的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明以解決所述的以往技術(shù)的問(wèn)題作為目的。即，本發(fā)明的課題在于，提供如下的方法及裝置，即，在有機(jī)性排出水處理系統(tǒng)中，從含有磷及氮的廢水中，將磷等作為MAP結(jié)晶有效地回收，并且大幅度地改善生物學(xué)的脫氮、脫磷法的處理性能。即，本發(fā)明提供除了實(shí)現(xiàn)價(jià)廉的藥劑成本以外還將用于磷回收的反應(yīng)時(shí)間縮短并且合理化的有機(jī)性排出水處理系統(tǒng)。
以往的MAP回收技術(shù)中，雖然有藥劑成本的降低和不需要特別的反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，然而有作為反應(yīng)時(shí)間需要25天左右的很長(zhǎng)時(shí)間的缺點(diǎn)。為了消除該缺點(diǎn)，本發(fā)明人等進(jìn)一步進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和研究，在不以污泥的厭氧性消化處理作為前提的排出水處理系統(tǒng)中，成功地確立了將污泥或廢水中的磷作為300～1000μm的尺寸的顆粒狀的MAP而有效地回收的技術(shù)。
本發(fā)明能夠利用以下的手段來(lái)解決所述問(wèn)題。
1.一種污泥的處理方法，是處理在利用了微生物代謝的有機(jī)性廢水的生物學(xué)的處理工序中產(chǎn)生的污泥的方法，其特征是，對(duì)該污泥進(jìn)行以利用通性厭氧性菌的酸發(fā)酵為主的生物學(xué)處理，使磷酸離子和銨離子從污泥中溶出，并且通過(guò)向該污泥中添加鎂源，而由溶出的磷酸離子及銨離子生成磷酸鎂銨粒子，從含有所生成的磷酸鎂銨粒子的污泥中將磷酸鎂銨粒子分離。
2.根據(jù)所述第1項(xiàng)所記載的污泥的處理方法，其特征是，具有(A)將分離了磷酸鎂銨粒子后的污泥導(dǎo)向脫水工序的工序；及/或(B)將分離了磷酸鎂銨粒子后的污泥送回有機(jī)性廢水的生物學(xué)處理工序，并且將在有機(jī)性廢水的生物學(xué)處理工序中產(chǎn)生的污泥脫水的工序。
3.根據(jù)所述第1項(xiàng)或第2項(xiàng)所記載的污泥的處理方法，其特征是，將從含有磷酸鎂銨粒子的污泥中分離出的磷酸鎂銨粒子或分離了磷酸鎂銨粒子后的污泥送回磷酸鎂銨粒子的生成工序。
4.一種污泥的處理裝置，是處理在利用了微生物的代謝的有機(jī)性廢水的生物學(xué)處理工序中產(chǎn)生的污泥的裝置，其特征是，具備磷酸、銨離子溶出兼磷酸鎂銨生成槽，其對(duì)該污泥進(jìn)行以利用通性厭氧性菌的酸發(fā)酵為主的生物學(xué)處理而使磷酸離子和銨離子從污泥中溶出，并且通過(guò)向該污泥中添加鎂源，而由溶出的磷酸離子及銨離子生成磷酸鎂銨粒子；分離裝置，其從含有在該磷酸、銨離子溶出兼磷酸鎂銨生成槽中生成的磷酸鎂銨粒子的污泥中將磷酸鎂銨粒子分離。
5.根據(jù)所述第4項(xiàng)所記載的裝置，其特征是，具備送回機(jī)構(gòu)，其將利用所述分離裝置得到的分離了磷酸鎂銨粒子后的污泥送回所述磷酸、銨離子溶出兼磷酸鎂銨生成槽。
本發(fā)明在有機(jī)性排出水處理系統(tǒng)中，特別是在從含有有機(jī)物、氮、磷的廢水中回收磷的系統(tǒng)中，可以發(fā)揮如下所示的效果。
(1)可以作為高純度MAP將磷回收。具體來(lái)說(shuō)，可以作為純度大于等于70％、最高純度為92％的MAP將磷回收。
(2)可以將有機(jī)物中所含的磷的大部分，具體來(lái)說(shuō)是大于等于35％的量回收。
(3)還可以適用于未采用污泥的厭氧性消化處理(滯留天數(shù)為25天左右)的處理系統(tǒng)。另外，在已經(jīng)設(shè)有污泥消化槽的系統(tǒng)中，由于也能產(chǎn)生抑制消化槽中的MAP生成的結(jié)果，因此消化槽自身的保持管理變得容易。
(4)所使用的藥品量與現(xiàn)有類(lèi)型MAP回收裝置相比更少(這是因?yàn)椋瑸榱嗽趐H中性區(qū)域進(jìn)行反應(yīng)，因此堿的添加可以被抑制為最小必需限度)。
(5)生物學(xué)的脫氮、脫磷的處理性能提高。
(6)能夠?qū)崿F(xiàn)從生物學(xué)的處理系統(tǒng)中排出的污泥的減少化。
(7)在焚燒、熔融脫水濾餅的情況下，可以避免磷所導(dǎo)致的飛灰問(wèn)題。


圖1是本發(fā)明的處理裝置的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖。
圖2是本發(fā)明的處理裝置的另一個(gè)實(shí)施方式的流程圖。
圖3是特愿2000-231633號(hào)中所記載的實(shí)施方式的流程圖。
圖4是現(xiàn)有的處理裝置的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖。
在各附圖中，符號(hào)分別具有以下的含義。
1流入水，2最初沉淀池流出水，3生物學(xué)的水處理反應(yīng)槽流出水，4處理水，5初沉淀污泥，6剩余污泥，7濃縮污泥，8磷酸、銨離子溶出兼MAP生成槽流出污泥，9回收MAP，10MAP脫離污泥，11最初沉淀池，12生物學(xué)的水處理反應(yīng)槽，13最終沉淀池，14流出水，15送回污泥，21污泥濃縮裝置，22磷酸、銨離子溶出兼MAP生成槽，23MAP分離回收機(jī)，24污泥脫水裝置，25MAP生成槽，31脫水濾餅，32脫水濾液具體實(shí)施方式
依照?qǐng)D1、圖2對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖1及圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明并不限定于這些實(shí)施方式。而且，本發(fā)明中所說(shuō)的「剩余污泥」是以在有機(jī)性廢水處理工序中產(chǎn)生的全部的污泥作為對(duì)象。
有機(jī)性排出水(流入水)1被導(dǎo)入最初沉淀池11，容易沉淀的懸浮物質(zhì)被沉降、分離。固液分離后的上清液2被導(dǎo)向生物學(xué)的水處理反應(yīng)槽12，BOD或氮、磷等被凈化。在生物學(xué)的水處理反應(yīng)槽12中，一般來(lái)說(shuō)配備有用于供給對(duì)于好氧性微生物的活動(dòng)來(lái)說(shuō)所必需的氧的空氣供給裝置。該反應(yīng)槽雖然可以是單一槽，但是一般來(lái)說(shuō)優(yōu)選由多個(gè)槽構(gòu)成。近年來(lái)的廢水處理中，實(shí)施了不僅將BOD而且將氮或磷也有效地凈化的方法。具體來(lái)說(shuō)，采用將一部分的槽設(shè)為厭氧狀態(tài)而人為地控制生物代謝功能的手段，該控制手段可以稱(chēng)作循環(huán)式硝化脫氮法或厭氧-無(wú)氧-好氧法等。本發(fā)明中，也可以將此種形式的厭氧-無(wú)氧-好氧槽作為生物學(xué)的水處理反應(yīng)槽12使用。
生物學(xué)的水處理反應(yīng)槽12的流出水3被導(dǎo)入最終沉淀池13，被固液分離。固液分離后的上清液作為處理水4向體系外排出。被固液分離了的污泥當(dāng)中的一部分被作為送回污泥15向生物學(xué)的水處理反應(yīng)槽12送回，這樣就可以維持生物學(xué)的水處理反應(yīng)槽12的細(xì)菌量。另外，殘留的污泥被作為剩余污泥6與在最初沉淀池11中被固液分離了的初沉淀污泥5一起被送回污泥濃縮裝置21。
污泥濃縮裝置21既可以是沉淀方式，也可以是機(jī)械濃縮方式，另外只要不與溶解性磷或氨結(jié)合，可以是添加藥品的方式，只要基本上可以將初沉淀污泥5和剩余污泥6濃縮即可。如此得到的濃縮污泥7被導(dǎo)入磷酸、銨離子溶出兼MAP生成槽22。濃縮污泥7也可以在進(jìn)行了超聲波處理或臭氧處理后導(dǎo)入磷酸、銨離子溶出兼MAP生成槽22。
厭氧條件下的一般的污泥的分解可以分為2個(gè)階段。作為第1階段，首先產(chǎn)生高分子有機(jī)物的水解，生成單糖、氨基酸等，它們被分解為有機(jī)酸或醇、H2、CO2等(酸發(fā)酵)。其后，當(dāng)進(jìn)入第2階段時(shí)，則產(chǎn)生利用絕對(duì)厭氧性菌的反應(yīng)。
在利用酸發(fā)酵將污泥中的有機(jī)物分解為醋酸或丙酸等有機(jī)酸時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生磷或氨的溶出。磷的溶出是由如下的因素造成的，即，由水解造成的磷酸的放出、由酸性代謝產(chǎn)物(有機(jī)酸或硝酸、硫酸)造成的磷酸鈣的可溶化及由硫化氫造成的磷酸鐵的溶解等。另外，氨的溶出是由如下等因素造成的，即，伴隨著蛋白質(zhì)的由通性厭氧性菌群造成的分解而產(chǎn)生的氨放出，即由從蛋白質(zhì)分解而生成的氨基酸上的脫羧基、脫氨基造成的氨生成。
磷酸、銨離子溶出兼MAP生成槽22(以下也稱(chēng)作「反應(yīng)槽22」)中，進(jìn)行以利用通性厭氧性菌的酸發(fā)酵為主體的生物學(xué)的處理，即，利用由通性厭氧性菌群造成的有機(jī)物分解的第1階段，即利用酸發(fā)酵等手段，使磷和氨從污泥中溶出，同時(shí)由所生成的磷酸離子和銨離子一合成MAP，這構(gòu)成本發(fā)明方法的核心。
與作為絕對(duì)厭氧性的甲烷菌的成長(zhǎng)極為緩慢不同，由于通性厭氧性菌群的成長(zhǎng)很快，因此與滯留天數(shù)為20天左右的甲烷發(fā)酵相比，能夠用2小時(shí)到7天左右，理想情況下能夠用5小時(shí)～60小時(shí)的短時(shí)間進(jìn)行處理。但是，有時(shí)會(huì)因反應(yīng)槽22的通氣條件或溫度條件，在通性厭氧性菌中產(chǎn)生一部分絕對(duì)厭氧性菌，參與磷酸或銨離子的溶出反應(yīng)，然而基本上設(shè)想為是利用通性厭氧性菌的磷酸·銨離子溶出而使用反應(yīng)槽22。
本發(fā)明中，所謂「進(jìn)行以利用通性厭氧性菌的酸發(fā)酵為主體的生物學(xué)的處理」是指「不以利用絕對(duì)厭氧性菌的處理為主體」，可以如下所示地說(shuō)明。在通常的厭氧性消化處理中滯留天數(shù)為25天左右的消化槽內(nèi)，絕對(duì)厭氧性的甲烷菌成為主體而將丙酸等有機(jī)酸分解為甲烷，然而在本過(guò)程中，由于滯留天數(shù)比較短，根據(jù)需要進(jìn)行通氣，因此認(rèn)為成為主體的微生物群為通性厭氧性菌。但是，根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件，也要考慮一部分甲烷生成菌等的絕對(duì)厭氧性菌的產(chǎn)生?？紤]到該層意思，在所述說(shuō)明中使用了「不以利用絕對(duì)厭氧性菌的處理為主體」的說(shuō)法。換言之，可以描述為「不加入實(shí)質(zhì)上僅利用絕對(duì)厭氧性菌的厭氧性處理工序」。本反應(yīng)槽的處理系統(tǒng)的目的始終是「分解有機(jī)物而增多有機(jī)酸或溶解性磷」，而不是將該生成的有機(jī)酸進(jìn)一步分解而產(chǎn)生甲烷。雖然會(huì)由一部分產(chǎn)生的絕對(duì)厭氧性菌生成甲烷，然而這不會(huì)成為問(wèn)題。這是因?yàn)椋淄榘l(fā)酵的進(jìn)行處于促進(jìn)磷酸或銨離子的溶出的方向，完全不會(huì)妨礙MAP的生成。
當(dāng)然，本發(fā)明中為了實(shí)現(xiàn)有機(jī)物分解的有效化，可以根據(jù)需要適當(dāng)?shù)靥砑觩H調(diào)整劑，或進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)、適度的攪拌及適度的通風(fēng)等。
另外，作為磷酸和銨離子的溶出方法，既可以采用在污泥減少化中所使用的臭氧、超聲波、電化學(xué)的處理等物理化學(xué)處理，也可以將以酸發(fā)酵為代表的生物學(xué)的反應(yīng)和這些物理化學(xué)的反應(yīng)同時(shí)使用。
像這樣，就可以將混入污泥的SS(suspended solid懸濁固形成分)性磷或SS性氮轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿釕B(tài)磷或氨性氮這樣的溶解狀態(tài)。與此同時(shí)，調(diào)整反應(yīng)槽內(nèi)的條件，使得在該反應(yīng)槽22內(nèi)在污泥之中分離性良好地生成純度高的MAP。具體來(lái)說(shuō)，可以實(shí)施氫氧化鎂或氯化鎂等Mg源的添加或用于長(zhǎng)成MAP結(jié)晶的緩慢的攪拌，另外作為晶種，也可以實(shí)施后段的回收MAP9當(dāng)中的一部分的循環(huán)。
在酸發(fā)酵時(shí)，由于生成很多醋酸或丙酸等有機(jī)酸，因此通過(guò)補(bǔ)充堿成分，可以防止由堿成分不足造成的酸發(fā)酵效率的降低。先前所述的氫氧化鎂既是堿源，又是MAP生成反應(yīng)中所使用的Mg源，具有一石二鳥(niǎo)的效果。另外，以往的MAP脫磷法中，為了將pH維持在8.0～9.0的區(qū)域而經(jīng)常添加堿試劑等，然而本過(guò)程由于設(shè)想為pH7.0左右，因此可以降低pH調(diào)整劑等的藥品使用量。
所添加的Mg由于與酸發(fā)酵了的污泥中所含的磷酸離子以等摩爾生成MAP，因此作為Mg的添加量，相對(duì)于磷酸離子從等摩爾到2倍摩爾的范圍是合適的。當(dāng)考慮磷酸離子的減少和Mg的利用效率兩方面時(shí)，從1.1倍摩爾到1.4倍摩爾為Mg的最佳的添加量。
在添加Mg源而生成MAP時(shí)，pH是重要的條件。無(wú)論是對(duì)于酸發(fā)酵還是對(duì)于MAP生成，酸性區(qū)域都不太理想，對(duì)于哪一種都是堿性的一方更為理想。但是，當(dāng)pH過(guò)高時(shí)，則過(guò)飽和度上升，促進(jìn)結(jié)晶化的力過(guò)強(qiáng)地作用，從而有可能導(dǎo)致微細(xì)MAP的生成。pH優(yōu)選處于6.8～7.7的范圍，另外如果在7.1～7.4之間，則更為理想。
作為Mg源，只要是不阻礙酸發(fā)酵，將Mg2+相對(duì)于磷酸離子或銨離子以大于等于等摩爾程度添加而可以引起MAP反應(yīng)即可，無(wú)論是藥品，還是海水等水都可以使用，根據(jù)場(chǎng)合，即使是廢水也可以使用。從結(jié)晶的原理上考慮，磷酸或銨離子的基質(zhì)濃度越高，則MAP生成量就越多。藥品當(dāng)中，由于氯化鎂溶解度比較高，因此可以溶于水而作為高濃度的Mg注入。從成本方面考慮，氫氧化鎂最為廉價(jià)，將更為廉價(jià)的工業(yè)用的氫氧化鎂的料漿直接注入的方法無(wú)論是在成本上還是在操作上都是理想的。
在注入Mg源之時(shí)，可以向酸發(fā)酵槽直接注入。但是，該方法中，由于Mg濃度局部地急速上升，Mg的過(guò)飽和度變高而在瞬間進(jìn)行MAP生成，因此有可能導(dǎo)致無(wú)法完全回收的微細(xì)的MAP結(jié)晶的生成?？紤]到此種情況，Mg的注入采用在加入酸發(fā)酵槽之前混入原污泥中的方法，可以防止急速的MAP反應(yīng)，因而是有效的。如果將Mg化合物之中溶解度低的氫氧化鎂的料漿混入了原污泥后注入酸發(fā)酵槽，則在進(jìn)一步提高M(jìn)AP的回收率方面是有效的。為了提高M(jìn)AP的回收率，最好將暫時(shí)回收的MAP粒子作為晶種而再次送回MAP生成槽，通過(guò)增大MAP所析出的晶種的表面積，來(lái)防止微細(xì)MAP的生成。作為晶種送回MAP生成槽的MAP粒子優(yōu)選粒徑大于等于Φ150μm的粒子，另外Φ250～800μm的范圍的粒子最佳。
在對(duì)某個(gè)下水處理廠(chǎng)的剩余污泥，進(jìn)行了酸發(fā)酵MAP生成過(guò)程的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的實(shí)驗(yàn)后，得到了如下表所示的結(jié)果。


以往方法的污泥消化處理中，在滯留時(shí)間約為25天的消化槽中，構(gòu)成有機(jī)物的碳被分解為甲烷和二氧化碳，磷和氮被分解為磷酸和氨性氮，磷酸和氨的一部分在消化槽的25天的滯留時(shí)間期間緩慢地充分地被合成為MAP，生成分離性良好的MAP粒子。本發(fā)明人等通過(guò)在利用有機(jī)物的分解而使「NH4+」和「HPO42-」溶出，利用氫氧化鎂等的添加而供給了「Mg2+」、「OH-」的反應(yīng)槽22中，進(jìn)行了降低Mg的過(guò)飽和度的各種工作，在3小時(shí)～7天這樣的酸發(fā)酵的反應(yīng)時(shí)間期間成功地合成了分離性良好的MAP。即，找到了可以將合成在污泥中分離性良好的MAP粒子的時(shí)間從以往的25天左右變?yōu)槠浯蠹s1/4左右的方法。這樣，就可以容易地從該反應(yīng)槽22的污泥中回收MAP粒子，即使是不具有污泥消化設(shè)備的設(shè)施，也可以實(shí)現(xiàn)從污泥中的高效率的磷回收。
另外，通過(guò)恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行通氣等，就可以將污泥中的有機(jī)物分解進(jìn)行至以酸發(fā)酵為主體的分解反應(yīng)，而不會(huì)使反應(yīng)積極地進(jìn)行至甲烷發(fā)酵，從而可以在污泥中殘留較多的有機(jī)酸，通過(guò)將因MAP生成而使磷及氮濃度減少的污泥送回生物學(xué)的水處理工序，就可以例如作為脫氮處理的氫給體或脫磷處理的BOD源利用。在沒(méi)有消化槽的設(shè)施中，本發(fā)明當(dāng)然極為有效，然而本發(fā)明在已經(jīng)有消化槽的設(shè)置中也是有效的。該情況下，由于MAP在消化槽的前段被除去，因此就產(chǎn)生容易進(jìn)行消化槽的維持管理的優(yōu)點(diǎn)。另外，此時(shí)，因?qū)⑾鄣奈勰嗟囊徊糠炙突胤磻?yīng)槽22，從而還能夠緩和伴隨著酸發(fā)酵產(chǎn)生的pH降低。
另外，在沒(méi)有消化槽的設(shè)施中，利用本發(fā)明還可以產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)污泥的減少化的優(yōu)點(diǎn)。像這樣，在磷酸、銨離子溶出兼MAP生成槽22中有效地生成的含有MAP的流出污泥8被導(dǎo)入MAP分離回收機(jī)23。在這里，可以回收污泥中的MAP粒子的大約大于等于95％。作為MAP分離回收機(jī)23，優(yōu)選特愿2002-328336號(hào)或特愿2002-326968號(hào)等中所記載的分離裝置，也可以使用液體旋風(fēng)分離器、電動(dòng)式的篩子或篩網(wǎng)狀的分離體、沉淀分離裝置及MAP清洗裝置或?qū)⑺鼈兘M合了的系統(tǒng)。
利用MAP分離回收機(jī)23分離、回收了的MAP可以作為含磷有價(jià)物而用于肥料原料等中。另外，根據(jù)需要，MAP的一部分可以送回磷酸、銨離子溶出兼MAP生成槽22，作為MAP合成的晶種使用。在MAP分離回收機(jī)23中除去了MAP的MAP脫離污泥10可以如圖1所示，直接利用污泥脫水裝置24進(jìn)行脫水處理，作為脫水濾餅31排出。脫水濾液32可以向最初沉淀池11等回流。
但是，根據(jù)污泥的種類(lèi)，當(dāng)將MAP脫離污泥10原樣地導(dǎo)向脫水工序時(shí)，會(huì)使脫水性能降低，從而有需要大量的凝聚劑等藥劑或?yàn)V餅含水率上升的情況。此種情況下，也可以如圖2所示，將MAP脫離污泥10的一部分送回生物學(xué)的水處理工序12。此時(shí)，也可以將剩余污泥6或濃縮污泥7的一部分導(dǎo)向污泥脫水裝置24(未圖示)。另外，如前所述，在MAP脫離污泥10中，與以往類(lèi)型的標(biāo)準(zhǔn)活性污泥處理方式的送回污泥不同，液體中所含的磷含有率大幅度地降低，由此就具有可以將其富含的有機(jī)酸等易分解性有機(jī)物作為生物學(xué)的水處理的脫氮的氫給體、脫磷處理的BOD源而有效地使用的優(yōu)點(diǎn)。但是，該情況下，雖然污泥脫水性能或生物學(xué)的水處理性能提高，然而MAP回收率有降低的傾向。另外，本發(fā)明中，也可以將MAP脫離污泥10的一部分送回磷酸、銨離子溶出兼MAP生成槽22。這樣，未回收干凈的污泥中的微小的MAP粒子就會(huì)起到晶種的作用，生長(zhǎng)成足夠的大小，從而有可以作為MAP粒子回收的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明中，并不限定導(dǎo)向污泥脫水裝置24的污泥的種類(lèi)，也可以采取將圖1和圖2并用的方法。特別是，當(dāng)像下水處理那樣，在夏季和冬季原水性狀或污泥性狀不同時(shí)，或者在工廠(chǎng)廢水中因產(chǎn)品的變化而使原水性狀或污泥性狀明顯地變動(dòng)等情況下，預(yù)先進(jìn)行兩方的操作是上策。
在污泥脫水裝置24中被脫水了的脫水濾餅31既可以原樣地向體系外搬出，也可以實(shí)施干燥、焚燒、熔融處理而減少容積。特別是，在焚燒、熔融處理之時(shí)，由于脫水濾餅中的含磷率降低，因此可以避免由磷造成的飛灰問(wèn)題。
相對(duì)于所述的本發(fā)明，將以往的方法的例子表示于圖3及圖4中。圖3是特愿2000-231633號(hào)中所記載的實(shí)施方式的流程圖。這里，MAP生成槽25變?yōu)閰捬跣韵?。厭氧性消化槽的滯留時(shí)間非常長(zhǎng)，達(dá)到25天，需要巨型且大規(guī)模的設(shè)備，空間或成本上的制約大。另外，還有產(chǎn)生H2S或CH4等氣體的問(wèn)題，需要煩雜的維護(hù)。由此，能夠?qū)氲募?shù)受到限制。另外，圖4是以往的處理裝置的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖。這里，經(jīng)過(guò)厭氧性消化槽25中的Mg添加，來(lái)自厭氧性消化槽的流出污泥不穿過(guò)MAP分離回收機(jī)而被導(dǎo)入脫水機(jī)24。所以，在厭氧性消化槽內(nèi)產(chǎn)生的MAP粒子未被回收而混入脫水濾餅中，對(duì)脫水機(jī)或傳送帶由于磨損造成損傷。雖然脫離液的磷濃度降低，對(duì)水處理的負(fù)荷減輕，然而由于在消化污泥中作為T(mén)-P含有高濃度的磷，因此在焚燒時(shí)就會(huì)導(dǎo)致磷飛灰問(wèn)題。另外，該流程與添加鐵鹽等凝聚劑的方法相同，有增大污泥產(chǎn)生量的缺點(diǎn)。
實(shí)施例下面，對(duì)將本發(fā)明的廢水處理技術(shù)用于實(shí)際后的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。但是，本發(fā)明并不限定于本實(shí)施例。
實(shí)施例1本實(shí)施例是使用A下水處理廠(chǎng)的污泥而進(jìn)行的利用中試實(shí)驗(yàn)裝置得到的實(shí)驗(yàn)例，流程與先前所示的圖1的流程相同。A下水處理廠(chǎng)采用了利用厭氧無(wú)氧好氧法的活性污泥處理。本實(shí)施例中，將從A下水處理廠(chǎng)中采取的初沉淀污泥和剩余污泥以約1∶1混和，利用離心濃縮機(jī)濃縮。濃縮污泥導(dǎo)入了磷酸、銨離子溶出兼MAP生成槽22。該槽22的槽底部為料斗狀，槽內(nèi)用攪拌機(jī)攪拌，通過(guò)將從槽底部攪出的污泥向槽上部連續(xù)地循環(huán)，而使槽底部的MAP粒子在整個(gè)槽內(nèi)流動(dòng)。該槽22的其他的條件設(shè)定為，水力學(xué)的滯留時(shí)間60小時(shí)，水溫45度，通氣量0.12vvm，pH7.3，MAP(6水合鹽)濃度1.5g/L。導(dǎo)入該槽22的Mg源及pH調(diào)整劑設(shè)為35％氫氧化鎂料漿及氫氧化鈉溶液。MAP濃度調(diào)整設(shè)為將利用液體旋風(fēng)分離器濃縮了的MAP濃縮料漿的一部分向該槽22送回的方式。MAP分離裝置23使用了將孔徑2mm的振動(dòng)篩、液體旋風(fēng)分離器、旋轉(zhuǎn)圓筒型分級(jí)清洗機(jī)串聯(lián)組合了的裝置。脫水機(jī)使用了螺旋壓榨機(jī)型脫水機(jī)。另外，作為比較例，利用不適用本發(fā)明的已設(shè)設(shè)備，即，利用對(duì)于來(lái)自最初沉淀池的初沉淀污泥5和來(lái)自最終沉淀池的剩余污泥6不進(jìn)行消化處理而脫水，將脫離液送回最初沉淀池11的流程的設(shè)備的廢水處理實(shí)驗(yàn)。
將運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始后30天的處理成績(jī)表示于表2中。從表2中看到，在排放水質(zhì)的特別是T-N、T-P方面，實(shí)施例一方的處理成績(jī)明顯優(yōu)良。作為該結(jié)果的主要原因，可以舉出如下的方面，即，與以往方式的回流水相比時(shí)的回流水中所含的磷及氮負(fù)荷的減輕，以及利用較多地含有有機(jī)酸的回流水的對(duì)水處理系統(tǒng)的脫氮、脫磷反應(yīng)的有效化等。此外，通過(guò)將利用以往方式無(wú)法回收的磷作為MAP回收，能夠?qū)⒘魅胂滤械牧椎募s43％作為MAP回收。另外，污泥產(chǎn)生量以固形物基礎(chǔ)表示減少了約3成。這被認(rèn)為是由以下原因?qū)е碌?，即，在?shí)施例方式的磷酸、銨離子溶出兼MAP生成槽22中有機(jī)物的一部分可溶化，以及從污泥中去除了MAP粒子。在將MAP脫離污泥10的一部分送回厭氧槽后，雖然處理水的磷濃度為0.2～0.6mg/L，然而有降低至0.1～0.4mg/L的傾向，確認(rèn)在厭氧性菌放出磷酸時(shí)可以作為取入有機(jī)物而有效地利用。
表2實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

注1)()表示平均值注2)磷回收率表示回收MAP中的磷相對(duì)于流入水中的磷負(fù)荷量的比例實(shí)施例2下面，對(duì)將本發(fā)明的廢水處理技術(shù)用于實(shí)際的其他的方式的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。但是，本發(fā)明并不限定于本實(shí)施例。本實(shí)施例是使用A食品廢水處理廠(chǎng)的污泥而進(jìn)行的利用中試實(shí)驗(yàn)裝置得到的實(shí)驗(yàn)例，流程與先前所示的圖2的流程相同。A處理廠(chǎng)作為生物學(xué)的水處理工序12，采用了利用厭氧無(wú)氧好氧法的活性污泥處理。本實(shí)施例中，將從A處理廠(chǎng)中采取的初沉淀污泥和剩余污泥以約2∶1混和，利用重力濃縮機(jī)濃縮。濃縮污泥導(dǎo)入了磷酸、銨離子溶出兼MAP生成槽22。該槽22在污泥投入配管部設(shè)有超聲波處置裝置，濃縮污泥在被實(shí)施了超聲波處理后，被投入磷酸、銨離子溶出兼MAP生成槽22。該槽22的槽底部為料斗狀，槽內(nèi)用攪拌機(jī)攪拌，通過(guò)將從槽底部攪出的污泥向槽上部連續(xù)地循環(huán)，而使槽底部的MAP粒子在整個(gè)槽內(nèi)流動(dòng)。該槽22的其他的條件設(shè)定為，水力學(xué)的滯留時(shí)間45小時(shí)，水溫40度，通氣量0.15vvm，pH7.2，MAP(6水合鹽)濃度1.0g/L。導(dǎo)入該槽22的Mg源、pH調(diào)整劑、MAP分離裝置23及脫水機(jī)24使用了與實(shí)施例1相同的物質(zhì)。
另外，作為比較例，集中進(jìn)行了利用不適用本發(fā)明的已設(shè)設(shè)備，即，利用對(duì)于來(lái)自最初沉淀池的初沉淀污泥5和來(lái)自最終沉淀池的剩余污泥6不進(jìn)行消化處理而脫水，將脫離液送回最初沉淀池11的流程的設(shè)備的廢水處理實(shí)驗(yàn)。
將MAP脫離污泥10的一部分向厭氧無(wú)氧好氧槽12的厭氧槽的入口及無(wú)氧槽的入口送回，根據(jù)需要調(diào)節(jié)了各送回量。殘留的MAP脫離污泥10與初沉淀污泥5的一部分混和，利用脫水機(jī)24進(jìn)行了脫水處理。將運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始后30天的處理成績(jī)表示于表3中。從表3中看到，與實(shí)施例1相同，在排放水質(zhì)的特別是T-N、T-P方面，實(shí)施例一方的處理成績(jī)明顯優(yōu)良。另外，本實(shí)施例中，由于對(duì)濃縮污泥實(shí)施了超聲波處理，因此與通常相比，污泥的可溶化進(jìn)一步進(jìn)行，溶解性的磷或氮增加，然而由于該增加部分的大部分被作為MAP回收，因此不會(huì)對(duì)處理水質(zhì)的磷及氮濃度造成不良影響?？梢詫⒘魅胨械牧椎拇蠹s55％作為MAP回收。另外，污泥產(chǎn)生量以固形物基礎(chǔ)表示也減少了大約35％。另外，由于向MAP脫離污泥10中添加了初沉淀污泥5的一部分，因此污泥的脫水性也提高，能夠獲得與已設(shè)設(shè)備的脫水濾餅同等程度以上的脫水性。
表3實(shí)施例2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

注1)()表示平均值注2)磷回收率表示回收MAP中的磷相對(duì)于流入水中的磷負(fù)荷量的比例實(shí)施例3另外，對(duì)將本發(fā)明的廢水處理技術(shù)用于實(shí)際的其他的方式的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。但是，本發(fā)明并不限定于本實(shí)施例。
本實(shí)施例是使用A食品工廠(chǎng)的廢水處理廠(chǎng)的污泥而進(jìn)行的利用中試驗(yàn)裝置得到的實(shí)驗(yàn)例，流程與先前所示的圖2的流程相同。A工廠(chǎng)的廢水處理廠(chǎng)采用了利用厭氧無(wú)氧好氧法的活性污泥處理。本實(shí)施例中，將從A工廠(chǎng)的處理廠(chǎng)中采取的初沉淀污泥和剩余污泥以約2∶1混和，利用重力濃縮機(jī)濃縮。濃縮污泥首先被導(dǎo)入臭氧處理槽(在圖2中未圖示)，在實(shí)施了利用臭氧的可溶化處理后，導(dǎo)入了磷酸、銨離子溶出兼MAP生成槽22。該槽22的槽底部為料斗狀，槽內(nèi)用攪拌機(jī)攪拌，通過(guò)將從槽底部攪出的污泥向槽上部連續(xù)地循環(huán)，而使槽底部的MAP粒子在整個(gè)槽內(nèi)流動(dòng)。該槽22的其他的條件設(shè)定為，水力學(xué)的滯留時(shí)間45小時(shí)，水溫40度，通氣量0.15vvm，pH7.2，MAP(6水合鹽)濃度1.0g/L。導(dǎo)入該槽22的Mg源、pH調(diào)整劑、MAP分離裝置23及脫水機(jī)24使用了與實(shí)施例1相同的物質(zhì)。
另外，作為比較例，利用不適用本發(fā)明的已設(shè)設(shè)備，即，利用對(duì)于來(lái)自最初沉淀池的初沉淀污泥5和來(lái)自最終沉淀池的剩余污泥6不進(jìn)行消化處理而脫水，將脫離液送回最初沉淀池11的流程的設(shè)備的廢水處理實(shí)驗(yàn)。
將MAP脫離污泥10的一部分向厭氧無(wú)氧好氧槽12的厭氧槽的入口及無(wú)氧槽的入口送回，根據(jù)需要調(diào)節(jié)了各送回量。殘留的MAP脫離污泥10與初沉淀污泥5的一部分混和，利用脫水機(jī)24進(jìn)行了脫水處理。將運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始后30天的處理成績(jī)表示于表4中。從表4中看到，與實(shí)施例1相同，在排放水質(zhì)的特別是T-N、T-P方面，實(shí)施例一方的處理成績(jī)明顯優(yōu)良。另外，本實(shí)施例中，由于對(duì)濃縮污泥實(shí)施了臭氧處理，因此與通常相比，污泥的可溶化進(jìn)一步進(jìn)行，溶解性的磷或氮增加，然而由于該增加部分的大部分被作為MAP回收，因此不會(huì)對(duì)處理水質(zhì)的磷及氮濃度造成不良影響。可以將流入水中的磷的大約49％作為MAP回收。另外，污泥產(chǎn)生量以固形物基礎(chǔ)表示也減少了大約38％。另外，由于向MAP脫離污泥10中添加了初沉淀污泥5的一部分，因此污泥的脫水性也提高，能夠獲得與已設(shè)設(shè)備的脫水濾餅同等程度以上的脫水性。

表4實(shí)施例3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

注1)()表示平均值注2)磷回收率表示回收MAP中的磷相對(duì)于流入水中的磷負(fù)荷量的比例本發(fā)明作為在下水處理廠(chǎng)或各種廢水處理設(shè)施等中，從含有磷及氮的廢水中將磷等作為磷酸鎂銨結(jié)晶而有效地回收的方法、裝置是有用的技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種污泥的處理方法，是處理在利用了微生物代謝的有機(jī)性廢水的生物學(xué)的處理工序中產(chǎn)生的污泥的方法，其特征是，對(duì)該污泥進(jìn)行以利用通性厭氧性菌的酸發(fā)酵為主體的生物學(xué)的處理，使磷酸離子和銨離子從污泥中溶出，并且通過(guò)向該污泥中添加鎂源，而由溶出的磷酸離子及銨離子生成磷酸鎂銨粒子，從含有所生成的磷酸鎂銨粒子的污泥中將磷酸鎂銨粒子分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的污泥的處理方法，其特征是，具有(A)將分離了磷酸鎂銨粒子后的污泥導(dǎo)向脫水工序的工序；及/或(B)將分離了磷酸鎂銨粒子后的污泥向有機(jī)性廢水的生物學(xué)的處理工序送回，并且將在有機(jī)性廢水的生物學(xué)的處理工序中產(chǎn)生的污泥脫水的工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所記載的污泥的處理方法，其特征是，將從含有磷酸鎂銨粒子的污泥中分離出的磷酸鎂銨粒子或分離了磷酸鎂銨粒子后的污泥向磷酸鎂銨粒子的生成工序送回。
4.一種污泥的處理裝置，是處理在利用了微生物的代謝的有機(jī)性廢水的生物學(xué)的處理工序中產(chǎn)生的污泥的裝置，其特征是，具備磷酸、銨離子溶出兼磷酸鎂銨生成槽，其對(duì)該污泥進(jìn)行以利用通性厭氧性菌的酸發(fā)酵為主體的生物學(xué)的處理而使磷酸離子和銨離子從污泥中溶出，并且通過(guò)向該污泥中添加鎂源，而由溶出的磷酸離子及銨離子生成磷酸鎂銨粒子；分離裝置，其從含有在該磷酸、銨離子溶出兼磷酸鎂銨生成槽中生成的磷酸鎂銨粒子的污泥中將磷酸鎂銨粒子分離。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所記載的裝置，其特征是，具備送回機(jī)構(gòu)，其將利用所述分離裝置得到的分離了磷酸鎂銨粒子后的污泥送回所述磷酸、銨離子溶出兼磷酸鎂銨生成槽。
全文摘要
本發(fā)明提供在有機(jī)性廢水的生物學(xué)的處理系統(tǒng)之中，可以從含有有機(jī)物、磷及氮的廢水中，將磷等作為MAP結(jié)晶而有效地回收，并且可以大幅度地改善生物學(xué)的脫氮、脫磷法的處理性能的方法及裝置。本發(fā)明涉及污泥的處理方法及用于實(shí)施該方法的裝置，該方法是處理在利用了微生物代謝的有機(jī)性廢水的生物學(xué)的處理工序中產(chǎn)生的污泥的方法，其特征是，對(duì)該污泥進(jìn)行以利用通性厭氧性菌的酸發(fā)酵為主體的生物學(xué)的處理，使磷酸離子和銨離子從污泥中溶出，并且通過(guò)向該污泥中添加鎂源，而由溶出的磷酸離子及銨離子生成磷酸鎂銨粒子，從含有所生成的磷酸鎂銨粒子的污泥中將磷酸鎂銨粒子分離。
文檔編號(hào)C02F3/34GK1894167SQ20048003720
公開(kāi)日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2004年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月21日
發(fā)明者萩野隆生, 府中裕一, 池田倫子 申請(qǐng)人:株式會(huì)社荏原制作所