JP2008006405A - 液中イオンを含む水又は汚泥の処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被除去物質の除去と回収の両面を満足し、しかも純度のよい結晶を安定して回収できる液中イオンを含む水（廃水）又は汚泥の処理装置を提供する。
【解決手段】液体サイクロンと、液中イオンを含む水又は汚泥に薬品を添加することによって結晶を析出させる晶析リアクタを設け、液体サイクロンに晶析リアクタからの汚泥を投入する投入管Ａと、前記液体サイクロンで濃縮した結晶の一部又は全量を晶析リアクタに返送する返送管Ｂと、前記液体サイクロンの溢流上昇管より流出した処理汚泥の一部を前記汚泥の投入管Ａに返送する返送管Ｃを備え、前記投入管Ａ又は返送管Ｃに洗浄水の洗浄管Ｄを接続し、更に前記濃縮した結晶の一部又は全量を系外に排出する回収管Ｅを返送管Ｂに接続したことを特徴とする液中イオンを含む水又は汚泥の処理装置。各管にバルブを設け、それらのバルブの開閉を制御する制御機構を設けることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、液中イオンを含む水、又は嫌気性或いは好気性の汚泥に含まれる結晶並びにイオンを結晶化した結晶を分離・濃縮する装置に関する。また、本発明は、有機性廃棄物、廃水を嫌気性消化して発生した消化汚泥を処理する装置にも関する。更には、廃水中に含まれるイオンを結晶化させて、分離・濃縮する装置にも関する。

下水、廃水、し尿等のリン、窒素を含む有機性廃水の処理施設では、まず、最初沈殿地において生汚泥（以下、初沈汚泥ともいう）を固液分離し、該分離された上澄み液を活性汚泥処理して有機物を除去していた。活性汚泥処理では、増殖した活性汚泥が余剰汚泥として排出される。ところで、生汚泥や、余剰汚泥、し尿、生ごみ等の有機性廃棄物を嫌気性消化すると、酸生成細菌やメタン生成細菌の働きによって、廃棄物中の有機物が分解し汚泥の減量化が図れると共に、メタンや二酸化炭素などを含む気体、窒素及びリン濃度の高い廃水が生成される。今日、発生したメタンガスの熱源利用や、消化汚泥を脱水して得られる消化脱離液からＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム）を生成させて、肥料及び化学原料などに有効利用する検討が盛んに行われるようになった（特許文献１）。

さらに、今日では、更なるエネルギー回収、汚泥減量という点から、嫌気性消化槽の効率化が図られている。例えば、生汚泥、余剰汚泥、生汚泥と余剰汚泥を混合した混合汚泥を、物理・機械的処理や化学的液化処理、加温処理などを行うことで汚泥を可溶化し、後段の嫌気性消化工程におけるメタンガスの回収率の向上、汚泥の減量化の促進を行っている。このような物理・機械的処理には、超音波処理、ミルによる破砕処理等が挙げられ、化学的液化処理には、オゾン、過酸化水素、酸、アルカリによる処理があり、加温処理は、好熱菌による処理などがある。たとえば、（特許文献２）には、汚泥を超音波処理工程で処理して可溶化する方法が記載されている。

上記のように嫌気性消化の効率が上がれば上がるほど、消化汚泥中の窒素・リン濃度がより高くなる。元々、有機性廃棄物には、窒素・リン、更にマグネシウム等の元素が含まれており、有機性廃棄物が可溶化するとそれらの元素は液中に移行することになる。
今日では、消化汚泥の有効利用及び効率的な処理を図るため、各下水処理場等を管きょ（管路）で連結させて、発生した消化汚泥を管きょで輸送し、一つの処理場に集めてそこで処理する集約処理が行われている地域もある。管きょの建設費は、処理施設に比べ安価であり、汚泥の処理施設はスケールメリット（規模が大きくなることにより、単位当たりのコストが減少すること）が働くため、市街地などの家屋間が近接しているところでは経済的といわれている。

ところで、消化槽内では汚泥中のマグネシウムイオンと、リン酸イオン及びアンモニウムイオンが化合した、いわゆるＭＡＰの析出物が発生していた。また、消化汚泥やその脱離液を配管で輸送する場合も同様に、ＭＡＰの析出物が発生し、汚泥管内を閉塞する恐れがある。
上記の問題を解決するために、（特許文献３）では、汚泥を送泥管に送るに際して、予め消化汚泥をリアクタ内で曝気してＭＡＰ粒子を生成させた後、このＭＡＰ粒子を含む汚泥を遠心分離して、ＭＡＰを除去回収した後、送泥する方法が知られている。また、遠心分離された後のＭＡＰ粒子の一部或いは全部をリアクタに戻して、リアクタ内での新たなＭＡＰ粒子の生成核としている。このような操作を行うことで、ＭＡＰ粒子による汚泥管内の閉塞等の不具合を回避することができるとしている。
特開２００３−１１７３０６号公報 特開２００２−３３６８９８号公報 特開２００１−１６２３００号公報

前述のように、嫌気性消化の効率が上がれば上がるほど、より窒素・リン濃度が高い廃水が生じる。元々、有機性廃棄物には、窒素・リン、更にマグネシウム等の元素が含まれており、有機性廃棄物が可溶化するとそれらの元素は溶液中に移行することになる。窒素、リン、マグネシウムは、ＭＡＰを構成する成分であり、液中で高濃度になること、或いはアルカリが上昇することで、容易にＭＡＰの溶解度積以上の状態となり、消化槽内で自然発生的にＭＡＰが析出していた。消化槽では、ＭＡＰがドラフトチューブに析出することによって、消化汚泥の流動が悪化したり、ポンプ引き抜き時における配管閉塞等のスケールトラブルが多発していた。また、これらのＭＡＰは、回収されること無く、脱水汚泥と共に処分されており、ＭＡＰの効率的な回収方法の提供が要望されていた。

また、このようなＭＡＰを含む消化汚泥を汚泥の集約処理施設に配管輸送する際には、配管内にＭＡＰのスケールが多数発生し、汚泥の効率的な輸送の妨げとなっている。ＭＡＰのスケールは一度生成すると、更に成長する性質がある。配管内でＭＡＰのスケールを放置しておくと、いずれ管きょ全体がＭＡＰスケールで覆われ、汚泥の輸送が困難となるので、定期的な清掃が欠かせなく、メンテナンスが煩雑になっている。
更に消化汚泥中には、溶解性のリンが数百ｍｇ／リットル（Ｌ）含まれており、それらが水処理系に返流することで、放流水質の水質基準が遵守できなくなるなどの問題も生じており、溶解性のリンを除去する技術の提供が要望されている。
また、曝気してＭＡＰを遠心分離することでＭＡＰを回収する方法では、回収物中に、ＭＡＰだけでなく消化汚泥やし渣も混入しており、必ずしも純度のよいＭＡＰを回収することはできなかった。リンを再利用する場合は、純度も求められており、純度のよいＭＡＰの回収方法の提供が特に要望されていた。

本発明は、上記に示した問題点を解決し、リンの除去と回収の両面を満足し、純度のよいＭＡＰを回収すると共に、液体サイクロンが閉塞することなく高いＭＡＰ回収率で安定した処理を可能とする処理方法及び装置を提供することを課題とする。
本発明は、上述した嫌気性消化汚泥などからのＭＡＰ結晶の分離・回収だけでなく、各種排水からの様々な結晶の分離回収に適用することができる。例えば、下水の２次処理水や汚泥処理系からの返流水などの廃水からのリン酸カルシウム（Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）やヒドロキシアパタイト（Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２）：ＨＡＰ）の結晶の回収；半導体工場の廃水などからのフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）の結晶の回収；地下水を原水とする用水、排水、ゴミ浸出水からの炭酸カルシウムの結晶の回収；炭酸イオンを多く含む硬水からの炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）の結晶の回収；水道水中の不純物であるＭｎの炭酸マンガン（ＭｎＣＯ_３）の結晶としての回収；などに、本発明を適用することができる。
本明細書中においては、主として、嫌気性消化汚泥などからのＭＡＰ結晶の分離回収を行う場合を例に説明する。

本発明の課題は、下記の手段により解決された。
（１）液体サイクロンと、液中イオンを含む水又は汚泥に薬品を添加することによって結晶を析出させる晶析リアクタを設け、液体サイクロンに晶析リアクタからの汚泥を投入する投入管Ａと、前記液体サイクロンで濃縮した結晶の一部又は全量を晶析リアクタに返送する返送管Ｂと、前記液体サイクロンの溢流上昇管より流出した処理汚泥の一部を前記汚泥の投入管Ａに返送する返送管Ｃを備え、前記投入管Ａ又は返送管Ｃに洗浄水の洗浄管Ｄを接続し、更に前記濃縮した結晶の一部又は全量を系外に排出する回収管Ｅを返送管Ｂに接続したことを特徴とする液中イオンを含む水又は汚泥の処理装置。
（２）液体サイクロンで濃縮した結晶を固液分離した後、分離した分離水の一部或いは全量を前記液体サイクロンに投入することを特徴とする前記（１）記載の液中イオンを含む水又は汚泥の処理装置。
（３）前記返送管Ｂと前記返送管Ｃと前記洗浄管Ｄと前記回収管Ｅにそれぞれ開閉可能なバルブを備え、返送管Ｂと返送管Ｃのバルブが開である時に洗浄管Ｄと回収管Ｅのバルブが閉であり、返送管Ｂと返送管Ｃのバルブが閉である時に洗浄管Ｄと回収管Ｅのバルブが開とする制御機構を設けたことを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の液中イオンを含む水又は汚泥の処理装置。
（４）前記返送管Ｂ又は前記回収管Ｅにバルブを備えた洗浄管Ｆを設置すると共に、投入管Ａと溢流上昇管に流量計又は圧力計を備え、両者の差を検出することで、洗浄管Ｆを通して洗浄水を供給する制御機構を設けたことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項記載の液中イオンを含む水又は汚泥の処理装置。

本発明によれば、液中イオンを含む水や汚泥、特に有機性廃棄物を嫌気性消化して発生した消化汚泥中のリンを、晶析リアクタと液体サイクロンで分離する装置において、リンの除去と回収の両面を満足し、純度のよいＭＡＰを回収すると共に、液体サイクロンが閉塞することなく高いＭＡＰ回収率で安定した処理が可能である。
本発明によれば、ＭＡＰを含む消化汚泥を汚泥の集約処理施設に配管輸送する際に、配管内にＭＡＰのスケールが多数発生し、汚泥の効率的な輸送の妨げとなるという問題が起こることがないので、汚泥の輸送が容易となり、定期的な清掃をする回数が減り、メンテナンスも簡単となる。
本発明は、ＭＡＰ結晶の分離・回収だけでなく、各種排水からの様々な結晶の分離回収に適用することができる。例えば、下水の２次処理水や汚泥処理系からの返流水などの廃水からのリン酸カルシウム（Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２）やヒドロキシアパタイト（Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６（ＯＨ）_２）：ＨＡＰ）の結晶の回収；半導体工場の廃水などからのフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）の結晶の回収；地下水を原水とする用水、排水、ゴミ浸出水からの炭酸カルシウムの結晶の回収；炭酸イオンを多く含む硬水からの炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）の結晶の回収；水道水中の不純物であるＭｎの炭酸マンガン（ＭｎＣＯ_３）の結晶としての回収；などに適用して、これらの結晶や塩を得ることができる。

本発明を、図面を参照にして詳細に説明する。なお、図面において、同一機能を有する構成要素は同一の符号を付けて説明する。
本発明で処理する汚泥としては、し尿、浄化槽汚泥、下水汚泥、農業汚泥、家畜ふん尿、生ごみ、食品廃棄物などが挙げられ、大体は液のスラリとなっているか、あるいは固体状でも水分がかなり多いものである。その処理を円滑に行わせるには、それ自体がスラリ状でないものは、排水などを投入してスラリ状として処理することが好ましい。以下、有機性廃棄物として、消化汚泥を採用した場合を例に説明する。

図１は、晶析リアクタ１と液体サイクロン２を用いて、消化汚泥中のＭＡＰ並びに溶解性のリンを回収する処理フローである。
嫌気性消化槽（図示していない）では、余剰汚泥及び／又は初沈汚泥が投入される。嫌気性消化槽内では、約５５℃、或いは約３５℃を保つように加温されている。嫌気性消化槽内で前記汚泥は、酸発酵菌、メタン生成菌の働きにより、メタン、二酸化炭素、硫化水素等のガス、水溶性の窒素、リン等に分解される。発生したメタンガスは、回収することによってエネルギー利用することが可能である。余剰汚泥のみならず、易分解性の生汚泥を投入することで、更にメタンガスの発生量が増加する。汚泥の分解と共に、リン、マグネシウム、アンモニウムが液側に移行し、ＭＡＰの溶解度積以上の濃度となると、嫌気性消化槽内で自然発生的にＭＡＰの結晶が発生する。発生したＭＡＰは、核化と成長と繰り返し、数μｍ〜数百μｍと幅広い粒径分布で存在している。また、一部はドラフトチューブや嫌気性消化槽の底部、或いは汚泥の排出配管内等に付着、成長し、スケールトラブルが発生していた。

無論、ＭＡＰの生成現象は、嫌気性消化槽に投入される汚泥の性状や、薬品の添加の有無等によっても影響を受けるので、処理場Ａでは多くのＭＡＰが生成していたり、処理場Ｂでは全く生成しないということもある。また、消化汚泥中には、溶解性のリンが数百ｍｇ／Ｌ、アンモニア性窒素が数百〜数千ｍｇ／Ｌ含まれている。
嫌気性消化槽から引抜かれた消化汚泥は、晶析リアクタを経て液体サイクロンに投入される。

図１に示す晶析リアクタ１は、嫌気性消化槽から抜き出した消化汚泥３に対し、マグネシウム化合物４を添加することで、液中に溶解しているＰＯ_４−Ｐと反応させて、ＭＡＰを析出させる。このとき、曝気処理や減圧処理などを併用すると、脱炭酸してｐＨが上昇し、より効率的にＭＡＰを析出させることができる。無論、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム等の薬品を添加してｐＨを上昇させてもよい。添加するマグネシウム化合物４としては、塩化マグネシウムのほか、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、海水等を使用することができる。マグネシウムの添加量は、消化汚泥３中の溶解性のオルトリン酸濃度に対し、モル比で０．１〜１０、好ましくは０．５〜３．０、もっと好ましくは０．８〜１．２がよい。反応におけるｐＨは、７．０〜１１．０、好ましくは７．５〜８．５がよい。
更に、効率的にＭＡＰを生成させるために、晶析工程に種晶を添加しておく。種晶は、晶析工程で析出したＭＡＰ、別途リアクターで析出したＭＡＰを用いることができ、更には、消化槽で自然発生的に析出したＭＡＰも用いることができる。

また、液体サイクロン２で回収したＭＡＰを含む微粒子等を用いることもできる。分離工程途中の分離水や、流出水等にＭＡＰが含まれている場合は、これらを用いてもよい。このほか、リン鉱石やドロマイト、骨炭、活性炭、けい砂、珪酸カルシウム等の粉末或いは粒状物を用いることができる。
種晶の粒径は任意でよいが、好ましくは０．０５〜３．０ｍｍ、もっと好ましくは０．１〜０．５ｍｍがよい。種晶の表面で新たなＭＡＰを析出させることで、後段の液体サイクロン２での消化汚泥とＭＡＰの分離が良好になる。種晶の表面で析出させるには、種晶の充填量がきわめて重要である。充填量は、リンの投入量と、種晶粒径を考慮し、種晶の表面積当たりのリン投入量（以下リン表面積負荷という）が、１００ｇ−Ｐ／ｍ^２／ｄ以下、好ましくは３０ｇ−Ｐ／ｍ^２／ｄ以下、もっと好ましくは１０ｇ−Ｐ／ｍ^２／ｄ以下とするのがよい。即ち、同一の粒径に対しては、リアクタ内に高濃度のＭＡＰを維持すると、リアクタ容積を小さくすることが可能となり、イニシャルコストの低減を図ることができる。

ここで、晶析工程におけるリアクタは、とくに限定されることなく、機械式の攪拌装置を備えた完全混合型のリアクタ、ポンプを用いて噴流式攪拌リアクタ、種晶を高密度に充填した流動層型のリアクタ、ドラフトチューブを備えた内部循環型のリアクタ、外部循環型のリアクタ、等を用いることができる。
晶析工程で析出させたＭＡＰ及び消化槽で生成したＭＡＰは、液体サイクロン２で回収する。

図１に示す液体サイクロン２は、下部構造が逆円錐形となっており、側部に液体サイクロン投入管Ａ５（流入管ともいう）、下部に結晶の排出管９に接続された返送管Ｂ６、上部に溢流上昇管７が設けられている。液体サイクロン２では、ポンプの圧送によって、ＭＡＰを含有した消化汚泥が液体サイクロン投入管Ａ５を通して通泥され、液体サイクロン２内部の逆円錐形の壁面を旋回流を起こしながら下降し、消化汚泥より比重の重いＭＡＰを含む結晶が、遠心力の働きでより下方の壁面側に集められて濃縮される。濃縮された結晶は、返送管Ｂ６から連続的或いは間欠的に抜出される。また、ＭＡＰを含む結晶が除去された汚泥（処理汚泥８）は、溢流上昇管７より取り出され、排出される。
液体サイクロン２の結晶の排出管９の管径と、溢流上昇管７（汚泥排出管）の管径は変えることができ、両者を変えることで、流量や粒径分布を変化させることができる。

ところで、結晶の排出管９より回収される濃縮されたＭＡＰは、ＭＡＰのほかにも汚泥が１０〜３０ｇ／Ｌ程度、その他の不純物（硫化物やＡｌ塩、Ｆｅ塩など）も含まれている。従来、ＭＡＰを再利用する場合には、良好な純度が求められ、用途にもよるが肥料として再利用する場合には概ね８０％以上、好ましくは９０％以上必要となる。しかしながら、従来のただ単に消化汚泥からＭＡＰを分離する方法では最高でも７０％程度であり、純度を高めるために、後段で回収ＭＡＰの洗浄工程が必要となっていた。
本発明では、前記ＭＡＰ含有汚泥の投入管Ａ５又は返送管Ｃ１０に洗浄水の洗浄管Ｄ１１を接続し、汚泥を洗浄水１２で希釈ないし洗浄しつつ、汚泥中の結晶を液体サイクロン２で濃縮しつつ回収する。また、溢流上昇管７より流出した処理汚泥８の一部を前記汚泥の投入管Ａ５に返送する返送管Ｃ１０が接続されている。更に、結晶の返送管Ｂ６に、濃縮したＭＡＰ１３を系外に排出する回収管Ｅ１４が接続されている。

（返送管Ｃ）
液体サイクロン２に投入する流量は一定であることが好ましく、投入流量や投入圧が変化すると処理性能に影響を与える。例えば２インチサイクロンの場合は投入流量を４ｍ^３／ｈｒ、４インチサイクロンの場合は投入流量を２０ｍ^３／ｈｒとするのがよい。また、投入する汚泥中のＭＡＰ濃度は、サイクロンが閉塞するか否かを決める重要な因子であり、１００ｇ／Ｌ以下、好ましくは５０ｇ／Ｌ以下、もっと好ましくは２０ｇ／Ｌ以下にするのがよい。ＭＡＰ濃度が高いとサイクロンは閉塞する。以上のことを鑑みると、サイクロンの溢流上昇管７より流出した処理汚泥８にはＭＡＰがほとんど含まれておらず、該処理汚泥８を投入管Ａ５に返送することで、サイクロン投入のＭＡＰ濃度が低下し、また、汚泥流量を一定に保つことができるので好ましい。

（洗浄管Ｄ）
本発明のように洗浄管Ｄ１１を設け、ＭＡＰを回収するときに洗浄水１２を供給することで、特別な装置を設置することなく、純度の高いＭＡＰを効率的に得ることができる。
洗浄管Ｄ１１から供給する洗浄水１２は、特に限定する必要はないが、少なくとも消化汚泥よりもＳＳ濃度が低く、好ましくは数百ｍｇ／Ｌ以下、もっと好ましくは数十ｍｇ／Ｌ以下がよい。具体的には、工業用水、二次処理水、三次処理水などＳＳの無いことが好ましい。汚泥と洗浄水は任意の比率（希釈比）で混合することができ、洗浄水の割合が多いほど後段の水切り操作が容易となり、回収結晶１３の純度は向上する。
水きり操作では汚泥の粘度が低いほど有機物を含む廃水（上澄液）の排出が容易となるので、前述の希釈比が高いほど好ましい。一般的に消化汚泥は１０〜５０ｍＰａｓの粘度があるが、少なくとも１０ｍＰａｓ以下、好ましくは５ｍＰａｓ以下、もっと好ましくは３ｍＰａｓ以下に、洗浄水で希釈していることが好ましい。
以上を鑑みると、希釈比は１〜２０、洗浄水の使用量を少なくすることを考慮すると１〜１０が好ましい。

また、前述したように、結晶の排出管９の管径と溢流上昇管７の管径を変えると、排出管９と溢流上昇管７の流量比（Ｑｕ／Ｑｏ）は変化する。流量比が少ないほど排出管９の排出流量が少なくなることで、汚泥の絶対的な排出量が少なくなる。汚泥の排出量が少なくなると、相対的に結晶の単位重量あたりの汚泥量が少なくなるので純度は向上する傾向にある。

（返送管Ｂ、回収管Ｅ）
通常の運転では、液体サイクロン２で濃縮したＭＡＰは返送管Ｂ６を通して全量リアクタ１に返送される。濃縮したＭＡＰをリアクタ１に返送することで、リアクタ内のＭＡＰ濃度を高く維持することが可能となり、リアクタ１が小型化する。ところで、晶析反応の進行と共に、リアクタ内のＭＡＰ濃度は上昇するので、適時ＭＡＰを系外に引抜く必要がある。その場合、返送管Ｂ６に接続された回収管Ｅ１４から、濃縮したＭＡＰを系外に排出することが可能となる。このようにしてリアクタ内のＭＡＰ濃度を一定に維持する。抜出し頻度は任意に設定でき、１回／１日引抜いたり、リアクタ内のＭＡＰ濃度を計測することで一定に保っても良い。

（バルブ制御）
ところで、返送管Ｂ６と返送管Ｃ１０と洗浄管Ｄ１１と回収管Ｅ１４には、これらを目的に適するように作用させるために、これらのそれぞれには開閉可能なバルブが設置しておく。
通常の運転において、返送管Ｂ６を通して返送する濃縮ＭＡＰの純度は特に高くする必要はないので、通常の運転では洗浄水を供給する必要はない。回収管Ｅ１４を通して濃縮したＭＡＰを回収する場合には、回収物の純度が高いほど好ましいので、このようなときに洗浄水１２の洗浄管Ｄ１１より洗浄水１２を供給し、汚泥の希釈・洗浄を行いながら回収するとよい。

然るに、本発明では、返送管Ｂ６と返送管Ｃ１０のバルブが開である時には、洗浄管Ｄ１１と回収管Ｅ１４のバルブは閉となり、返送管Ｂ６と返送管Ｃ１０のバルブが閉である時には、洗浄管Ｄ１１と回収管Ｅ１４のバルブは開とすることが前記した作用を行わせる上で必要であるので、そのように各バルブが動作するように制御する制御機構を設ける。このようにすることで、通常運転時は、洗浄水１２を使用することなく洗浄水量の低減となり、濃縮したＭＡＰを回収する場合には、洗浄水で希釈・洗浄されているので、純度の高い結晶物を得ることができる。

（回収結晶の固液分離）
図２に示す、本発明における他の実施の形態は、液体サイクロンで回収したＭＡＰを更に固液分離１５して（「水切り」ともいう）、含水率の低下したＭＡＰを得ると共に、微細なＭＡＰを含む分離水を、晶析リアクタ１に送ることにより、再度液体サイクロン２に投入することで、システム全体のＭＡＰの回収率を向上させる処理フローである。
回収管Ｅ１４を通して回収された濃縮ＭＡＰは固液分離して、分離水１６を排除したＭＡＰ１３を得る。固液分離の方法として、比重差を利用して分離する方法としては液体サイクロン、遠心沈降機、重力分離を利用した沈降分離槽などがあり、粒子径の違いを利用した分離の方法としては、振動篩、ドラムスクリーン、ろ過槽や分級槽型分離槽などを用いることができる。いずれの方法においても、分離水の一部或いは全量を前記の液体サイクロン２に投入する。分離水１６は、投入管Ａ５に返送しても、晶析リアクタ１に返送しても良く、また、返送管Ｃ１０に返送してもよい。いずれにしても液体サイクロン２をもう一度通するようにする。
前述の分離装置１５では、少なからず微細なＭＡＰが分離水側に排出されるので、この微細はＭＡＰを含む分離水１６を前記液体サイクロン２に返送することで、システム全体としての回収率を高めることができる。また、晶析リアクタ１に返送する場合は種晶として用いることができる。

（洗浄管Ｆ）
図６に示す他の発明の形態は、サイクロンのアンダーフローの閉塞検知を、投入管Ａ５と溢流上昇管７にそれぞれ設置された流量計又は圧力計によって検出された値の差を演算することで、閉塞したか否かを認知し、閉塞した場合は洗浄水を供給する処理フローである。以下、主に流量計を設置した場合について説明する。
図６に示すように、投入管Ａ５と溢流上昇管７にはそれぞれ流量計１７、１８が設置されている。また、開閉可能なバルブが備えられた洗浄管Ｆ１９が返送管Ｂ６又は回収管Ｅ１４に設置されている。更に、各流量計１７、１８の値を検出し、その差を演算し、尚且つ演算結果によって洗浄管Ｆ１９に設置されたバルブの開閉制御を行う制御機構２０が備えられている。

図７は前記制御機構の一例をフローチャートにした図である。図７を元にして説明する。通常運転では返送管Ｂ６のバルブが開いており、洗浄管Ｆ１９のバルブが閉じている。なお、返送管Ｂ６のバルブが開いているので、回収管Ｅのバルブも閉じている。また、投入管Ａ５の流量（Ｆ１という）と溢流上昇管７の流量（Ｆ２という）の差（ΔＦ）が所定量の値となっている。ここでは通常ΔＦは０．８ｍ^３／ｈｒとする。この値がアンダーフローの流量となる。サイクロンアンダーフローが閉塞すると、ΔＦはゼロとなる。このとき、洗浄管Ｆ１９のバルブを開き、返送管Ｂ６バルブを閉じて、洗浄水１２がサイクロンを逆流する。なお、この場合、回収管Ｅ１４のバルブを閉じたままとしている。このようにしてサイクロンを洗浄する。所定時間洗浄した後は、通常運転を行う。なお、図７のフローチャートは、前記の操作を数回繰り返しても問題が解消されない場合は、異常停止する制御も組込まれている。
圧力で制御する場合も概ね図７のフローチャートを取ることができる。

以下に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例１
実施例１では図１に示すような処理フローを用いて処理を行った。処理対象汚泥は、図示しない消化槽から引き抜いた消化汚泥とした。原汚泥３は、消化汚泥中のし査等をスクリーンで除去した汚泥とした。
晶析リアクタ１は、塩化マグネシウム４を消化汚泥のオルトリン酸イオン濃度に対し、Ｍｇ／Ｐモル比＝１となるように添加すると共に、ｐＨを８．０となるようにｐＨ調整剤を添加した。なお、晶析装置内のＭＡＰ濃度は８０ｇ／Ｌを維持した。

汚泥の投入量は０．２５ｍ^３／ｈｒで、晶析リアクタ１から１．５ｍ^３／ｈｒで汚泥を引抜くと共に、液体サイクロンの処理汚泥を２．５ｍ^３／ｈｒで返送し、液体サイクロン２の投入量を４ｍ^３／ｈｒした。液体サイクロン２の投入は間欠的に行い、晶析リアクタ１内の水位を圧力式のレベル計で検出しｏｎ−ｏｆｆ制御した。液体サイクロンはインチサイクロンを用いて、液体サイクロンで濃縮したＭＡＰは通常晶析リアクタに返送した。１回／１日、濃縮したＭＡＰを回収するために、回収管Ｅ１４のバルブを開けて、ＭＡＰ１３を回収した。この際に、返送管Ｃ１０のバブルを閉めて洗浄管Ｄ１１のバルブを開けた。なお、洗浄水１２の投入量は２．５ｍ^３／ｈｒとした。
回収ＭＡＰの性状はＭＡＰ濃度として１８０ｇ／Ｌ、有機物濃度として７ｇ／Ｌであり、ＭＡＰの純度としては９６％であった。後述の比較例１と比較して純度は１０ポイント以上向上した。

実施例２
実施例２では、下水処理場の消化槽から抜き出した消化汚泥を対象として、リンをリン酸マグネシウムアンモニウムの形態で回収する試験を行った。処理フローを図３に示す。
処理フローは、篩方式のし査除去装置２１、晶析装置１、液体サイクロン２、循環水槽２２からなる。
晶析装置１は、塩化マグネシウム４を消化汚泥３のオルトリン酸イオン濃度に対し、Ｍｇ／Ｐモル比＝１となるように添加すると共に、ｐＨを８．０となるようにｐＨ調整剤を添加した。なお、晶析装置内１のＭＡＰ濃度は８０ｇ／Ｌを維持した。

汚泥の引抜管２４から抜出した汚泥は投入管Ａ５に供給し、連続的に液体サイクロン２に供給した。液体サイクロン２は、２インチサイクロンを用いた。汚泥の排出管径は１４ｍｍ、粒子の排出管径は９．４ｍｍとした。液体サイクロン２の投入流量は４ｍ^３／ｈｒ、投入圧は０．４０Ｍｐａとした。
なお、原汚泥供給量は０．２５ｍ^３／ｈｒ、引抜量は１．５ｍ^３／ｈｒとした。１回／１日、濃縮したＭＡＰを回収するために、回収管Ｅ１４のバルブを開けて、ＭＡＰを回収した。この際に、返送管Ｃ１０のバブルを閉めて洗浄管Ｄ１１のバルブを開けた。なお、洗浄水の投入量は２．５ｍ^３／ｈｒとした。
回収ＭＡＰの性状はＭＡＰ濃度として１８０ｇ／Ｌ、有機物濃度として７ｇ／Ｌであり、ＭＡＰの純度としては９６％であった。後述の比較例１と比較して純度は１０ポイント以上向上した。

実施例３
実施例３は、実施例２の処理フローに、回収物の固液分離装置１５を設置し、その分離水２５を循環水槽に返送するフローである（図４）。固液分離装置１５には、目開き５０μｍの篩を用いた。固液分離装置の分離水は全量循環水槽２２に返送した。固液分離装置１５で約１日静置することで水切りを行ったところ、含水率が６０％から２０％に低下した。更に、水切りを行ったＭＡＰの純度を調べたところ９５％であった。

実施例４
実施例４は、図６の処理フローで処理した。図３の処理フローに、洗浄管Ｆ１９と閉塞解消システム２０を設置した以外同一とした。閉塞解消システム２０は、投入管Ａ５と溢流上昇管７に流量計１７、１８を設置し、その流量計の差が０．８ｍ^３／ｈｒ以下となると、洗浄管Ｆ１９から洗浄水が供給され、サイクロン内を上向流で洗浄するシステムである。
通水開始３０時間後に、サイクロンアンダーが閉塞し、閉塞解消システム２０が作動し、洗浄管Ｆ１９のバルブが開き、洗浄水が供給された。１回目では問題が解消されず、２回目で閉塞が解消された。その後は、安定した処理を行うことができた。なお、閉塞は、ＭＡＰと髪の毛が絡まった異物が混入したためであった。

実施例５
実施例５では、ゴミ浸出水の処理にあたり、炭酸カルシウム粒子を析出させることでカルシウム塩の除去を行った。処理装置は、晶析リアクタ１と液体サイクロン２からなる。処理フローを図８に示す。
晶析リアクタでは、ゴミ浸出水（以下原水２６という）を晶析リアクタ１上部に供給すると共に、炭酸源の５％炭酸ナトリウム水溶液２７も同様に晶析リアクタ１に供給した。原水２６の性状はカルシウム濃度２０００ｍｇ／Ｌ、ＳＳ濃度３０００ｍｇ／Ｌであった。炭酸ナトリウムの添加量は、晶析リアクタ１へ投入する原水２６のカルシウム濃度に対してＣＯ_３／Ｃａモル比＝１：１とした。反応ｐＨは８．０とした。なお、晶析リアクタ１内の炭酸カルシウム濃度は２０ｇ／Ｌを維持した。

原水２６の投入量は０．２５ｍ^３／ｈｒで、晶析リアクタ１から１．５ｍ^３／ｈｒで結晶を含む排水を引抜くと共に、サイクロンの処理水を２．５ｍ^３／ｈｒで返送し、液体サイクロン２の投入量を４ｍ^３／ｈｒとした。液体サイクロン２への投入は間欠的に行い、リアクタ１内の水位を圧力式のレベル計で検出しｏｎ−ｏｆｆ制御した。液体サイクロン２は２インチサイクロンを用いて、液体サイクロンで濃縮した炭酸カルシウムは通常晶析リアクタ１に返送した。１回／１日、濃縮した炭酸カルシウムを回収するために、回収管Ｅ１４のバルブを開けて、炭酸カルシウムを回収した。この際に、返送管Ｃ１０のバブルを閉めて洗浄管Ｄ１１のバルブを開けた。なお、洗浄水１２の投入量は２．５ｍ^３／ｈｒとした。
回収した炭酸カルシウム１３の性状は炭酸カルシウム濃度として８０ｇ／Ｌ、有機物濃度として１ｇ／Ｌであり、炭酸カルシウムの純度としては９９％であった。後述の比較例１と比較して純度は３ポイント以上向上した。

比較例１
この比較例１は、実施例２に対応する比較例である。処理フローを図５に示す。図５は洗浄水の洗浄管Ｄがないこと以外、図３と同じである。
回収ＭＡＰの性状はＭＡＰ濃度として１８０ｇ／Ｌ、有機物濃度として２０ｇ／Ｌであり、ＭＡＰの純度としては８５％であった。実施例２に比べ１０ポイント以上純度が低かった。

比較例２
この比較例は実施例５の比較例である。処理フローを図９に示す。図９は洗浄水の洗浄管Ｄがないこと以外、図８と同じである。
回収した炭酸カルシウムの性状は炭酸カルシウムとして８０ｇ／Ｌ、有機物濃度として３ｇ／Ｌであり、炭酸カルシウムの純度としては９６％であった。実施例５に比べ３ポイント純度が低かった。

本発明は、嫌気性消化汚泥などからのＭＡＰ結晶を効率よく高純度で分離・回収するだけでなく、下水の２次処理水や汚泥処理系からの返流水などの廃水からのリン酸カルシウムやヒドロキシアパタイトの結晶の回収；半導体工場の廃水などからのフッ化カルシウムの結晶の回収；地下水を原水とする用水、排水、ゴミ浸出水からの炭酸カルシウムの結晶の回収；炭酸イオンを多く含む硬水からの炭酸カルシウムの結晶の回収；水道水中の不純物であるＭｎの炭酸マンガンの結晶としての回収；などに適用することができる。

晶析リアクタと液体サイクロンを用いて、消化汚泥中のＭＡＰを回収する本発明の基本的な処理フローを示す図である。 晶析リアクタ、液体サイクロン及び固液分離装置からなる本発明の処理フローを示す図である。 実施例２の処理フローを示す図である。 実施例３の処理フローを示す図である。 比較例１の処理フローを示す図である。 洗浄水の供給を制御する制御機構が設けられた本発明の処理フローを示す図である。 図６の演算・制御機構の一例をフローチャートにした図である。 実施例５の処理フローを示す図である。 比較例２の処理フローを示す図である。

符号の説明

１ 晶析リアクタ
２ 液体サイクロン
３ 原汚泥（消化汚泥）
４ Ｍｇ化合物（薬品供給管）
５ 液体サイクロン投入管Ａ（流入管Ａ）
６ 返送管Ｂ
７ 溢流上昇管
８ 処理汚泥
９ 結晶の排出管
１０ 返送管Ｃ
１１ 洗浄管Ｄ
１２ 洗浄水
１３ 回収結晶
１４ 回収管Ｅ
１５ 固液分離装置
１６ 分離水
１７ 流量計（又は圧力計）
１８ 流量計（又は圧力計）
１９ 洗浄管Ｆ
２０ 演算・制御機構
２１ し渣取り装置
２２ 循環水槽
２３ ｐＨ計
２４ 引抜管
２５ 分離水
２６ 原水
２７ 炭酸源
２８ 返送管Ｇ
２９ 返送水
３０ 循環水流入管
３１ 処理水
３２ 原水供給管
３３ 薬品供給管

Claims (4)

1. 液体サイクロンと、液中イオンを含む水又は汚泥に薬品を添加することによって結晶を析出させる晶析リアクタを設け、液体サイクロンに晶析リアクタからの汚泥を投入する投入管Ａと、前記液体サイクロンで濃縮した結晶の一部又は全量を晶析リアクタに返送する返送管Ｂと、前記液体サイクロンの溢流上昇管より流出した処理汚泥の一部を前記汚泥の投入管Ａに返送する返送管Ｃを備え、前記投入管Ａ又は返送管Ｃに洗浄水の洗浄管Ｄを接続し、更に前記濃縮した結晶の一部又は全量を系外に排出する回収管Ｅを返送管Ｂに接続したことを特徴とする液中イオンを含む水又は汚泥の処理装置。
2. 液体サイクロンで濃縮した結晶を固液分離した後、分離した分離水の一部或いは全量を前記液体サイクロンに投入することを特徴とする請求項１記載の液中イオンを含む水又は汚泥の処理装置。
3. 前記返送管Ｂと前記返送管Ｃと前記洗浄管Ｄと前記回収管Ｅにそれぞれ開閉可能なバルブを備え、返送管Ｂと返送管Ｃのバルブが開である時に洗浄管Ｄと回収管Ｅのバルブが閉であり、返送管Ｂと返送管Ｃのバルブが閉である時に洗浄管Ｄと回収管Ｅのバルブが開とする制御機構を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液中イオンを含む水又は汚泥の処理装置。
4. 前記返送管Ｂ又は前記回収管Ｅにバルブを備えた洗浄管Ｆを設置すると共に、投入管Ａと溢流上昇管に流量計又は圧力計を備え、両者の差を検出することで、洗浄管Ｆを通して洗浄水を供給する制御機構を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の液中イオンを含む水又は汚泥の処理装置。

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