專利名稱：有機性排水及污泥處理方法及處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及處理下水處理廠或各種廢水處理設施等的有機性排水或污泥的系統(tǒng)，更詳細地講，涉及從人糞尿或凈化槽污泥的消化脫離液、污泥的消化液、化工廠排水等含有高濃度的有機物、磷及氮的廢水中把磷等做成磷酸銨鎂(以后略記為MAP)結晶來去除，同時在回收該MAP結晶的技術中，高效回收純度高、優(yōu)質(zhì)的MAP結晶的方法及裝置。
背景技術：
作為現(xiàn)有一般的脫氮、脫磷的同時處理方法，有厭氧無氧好氣法等生物學的處理方法，和組合厭氧好氣法、凝聚沉淀法、氧化鋁吸附法等方法等。另外，近年來，也試驗了把在人糞尿處理或下水處理的工序中產(chǎn)生的返流水或厭氧性消化脫離液等作為對象的MAP處理等。所謂MAP處理，是通過在含有氨的被處理水中加入鎂源及pH調(diào)節(jié)劑使其反應，把被處理水中的磷做成MAP粒子并使其結晶來去除的處理。
在這些處理方法中，厭氧無氧好氣法，存在因水質(zhì)的變化或伴隨季節(jié)變動的外部環(huán)境的變化使處理性能不穩(wěn)定等問題，還有，組合厭氧好氣法和凝聚沉淀法等的方法，除了處理工序繁雜之外，以試劑費用為首的運行成本也是大問題。與此相對，MAP處理方法，與原先二法相比，運行操作的繁雜度減少了，特別是除了能穩(wěn)定地進行磷的回收之外，被回收的MAP還有做成優(yōu)質(zhì)肥料的附加價值，從資源的有效利用的觀點來看，也可以說是優(yōu)良的磷及氮的去除方法。
但是，MAP法也存在下述問題(1)作為pH調(diào)節(jié)劑的氫氧化鈉和作為鎂源的氯化鎂等試劑成本高；(2)當在不滿一小時的短時間內(nèi)急速地進行MAP結晶(略稱為“急速MAP反應”)時，生成細微的MAP粒子，它們從MAP反應槽中漏掉，所以MAP回收率有時降低到60～70％左右；(3)急速MAP反應使大約400mg/L以上的SS混在液體中，SS與MAP結晶物聚合，不能回收到純度高的MAP結晶；(4)在MAP處理工序前級采用厭氧消化工序等的情況下，在厭氧性消化工序中，污泥中的溶解性鎂成為由速率決定的MAP反應在反應槽內(nèi)已經(jīng)進行了，生成的MAP粒子，由于在原封不動的狀態(tài)下與SS的分離是困難的，所以以混合在消化污泥中的狀態(tài)下不能回收，存在與污泥一起被處理等問題。
本發(fā)明者們，作為解決上述現(xiàn)有問題的手段，提出了把廢水中的磷做成MAP再進行高效回收的技術(日本特開2002-45889號)。在此，把提出的方法的概要表示在圖4中。有機性排水1，在最初沉淀池2被固液分離且污泥混合液3(初沉污泥)被分離去除之后，在生物反應槽4中進行生物處理。從生物反應槽4中排出的活性污泥混合液5，在最終沉淀槽6中被固液分離，與處理水7被取出的同時，污泥混合液8(剩余污泥)被回收。把從這樣的有機性排水處理系統(tǒng)中產(chǎn)生的污泥混合液3及8導入?yún)捬跣韵?1內(nèi)。向厭氧性消化槽51中供給鎂源55，在消化槽51內(nèi)通過厭氧菌消化污泥中的有機物，同時進行MAP生成反應并生成MAP結晶粒子。把得到的含有MAP結晶粒子的污泥混合液，用液體旋風分離器等MAP回收裝置52進行處理并分離回收生成的MAP結晶粒子56。MAP結晶粒子被分離后的污泥混合液57，導入脫水裝置53并把SS部分做成脫水餅58后進行回收。通過脫水裝置得到的分離水59，接著導入第二結晶槽54，通過添加、混合鎂源60及pH調(diào)節(jié)劑61，再生成·回收MAP粒子62。MAP粒子被回收后的脫離液63，可以返回到最初沉淀槽2內(nèi)。根據(jù)該方法，在厭氧性消化槽內(nèi)的第一級的MAP生成·回收工序中通過把混入分離水中的MAP細微粒子和未反應的磷在第二結晶槽的第二級的MAP生成工序中進行結晶·結晶成長并回收，可以大幅度地提高排水中的磷回收效率。
本發(fā)明者們，從更加詳細地研究這樣的方法的結果得知，從其經(jīng)濟的或者操作的容易性等方面來說，有關MAP回收率的提高和穩(wěn)定化、生成MAP高純度化、試劑使用量的降低及處理系統(tǒng)的簡化，有必要進一步改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有的技術問題，進一步改進日本特開2002-45889號公報中提出的方法。即，本發(fā)明在有機性排水或者污泥處理系統(tǒng)中，特別是含有有機物、氮、磷的廢水，例如，人糞尿或凈化槽污泥的消化脫離液、污泥的消化液、化工廠排水等含有高濃度的有機物、磷及氮的廢水或者污泥進行厭氧性處理的同時，把被處理水中的磷做成磷酸銨鎂結晶后進行去除的MAP處理方法中，提供大幅度地降低試劑的使用量，同時大幅度地提高氮及磷的去除效率且穩(wěn)定化，使生成MAP的高純度化成為可能且使處理系統(tǒng)的簡略化成為可能的方法及裝置。
本發(fā)明由下面所列的手段解決上述課題。
1.一種污泥處理方法，其特征在于，把有機性排水的生物處理系統(tǒng)中生成的污泥混合液通過在厭氧性消化槽中進行處理來進行污泥的消化，同時通過往該厭氧性消化槽中添加鎂源，在該厭氧性消化槽內(nèi)使磷酸銨鎂的結晶粒子生成及成長，從該厭氧性消化槽中取出含有磷酸銨鎂的結晶污泥混合液，從該被取出的污泥混合液中分離及回收含有磷酸銨鎂結晶粒子的固形物，把分離回收磷酸銨鎂結晶粒子后的污泥混合液的一部分返回到厭氧性消化槽中。
2.如上述第1項所述的污泥處理方法，其中，通過液體旋風分離器進行從取出的污泥混合液中分離及回收含有磷酸銨鎂結晶粒子的固形物的工序。
3.如上述第1項或第2項所述的污泥處理方法，其中，往厭氧性消化槽中添加的鎂源是氫氧化鎂或者氧化鎂。
4.如上述第3項所述的污泥處理方法，其中，作為鎂源，把將氫氧化鎂或者氧化鎂溶解在海水或者井水中的溶液添加到厭氧性消化槽內(nèi)。
5.如上述第1項～第4項的任一項所述的污泥處理方法，其特征在于，把分離回收磷酸銨鎂結晶粒子后的污泥混合液返回到厭氧性消化槽的返回量，是投入?yún)捬跣韵鄣奈勰嗷旌弦旱耐度肓康?.5～4倍。
附圖的簡單說明

圖1是表示通過本發(fā)明的一種方式的處理方法處理從有機性排水處理系統(tǒng)排出的濃縮污泥并進行污泥的消化和由MAP的生成回收去除磷的有機排水處理工序的全體狀態(tài)的方塊圖。
圖2是表示由投入MAP生成反應中的Mg源種類引起的生成MAP粒子的粒徑分布差異的曲線圖。
圖3是表示本發(fā)明的另一種方式的有機性排水工序的全體狀態(tài)的方塊圖。
圖4是表示由現(xiàn)有方法進行的有機性排水處理工序的全體狀態(tài)的方塊圖。
在附圖中，各參照符號表示以下的意思。
1流入的有機性排水；2最初沉淀池；3污泥混合液；4生物反應槽；5活性污泥混合液；6最終沉淀池；7處理水；8污泥混合液；9污泥濃縮裝置；10厭氧性消化槽；11 Mg源；12取出的污泥；13 MAP回收裝置；14回收MAP；15 MAP粒子分離回收后的污泥混合液；16脫水處理裝置；17脫水餅；19脫水濾液；20污泥濃縮裝置脫離液；32酸發(fā)酵槽；33粒子成熟槽；34厭氧性消化槽投入污泥；成長MAP粒子；36 Mg源；37 pH調(diào)節(jié)劑。
具體實施例方式
下面，根據(jù)圖1說明本發(fā)明的實施方式。
圖1是表示通過本發(fā)明的一種方式的處理方法處理從由最初沉淀槽2、暴氣槽等生物反應槽4及最終沉淀槽6構成的有機性排水處理系統(tǒng)排出的濃縮污泥，進行污泥消化和由MAP的生成回收去除磷的工序的全體狀態(tài)的方塊圖。在有機性排水處理系統(tǒng)中，作為處理對象的有機性排水1，在最初沉淀槽2進行固液分離去除污泥混合液3(初沉污泥)之后，在生物反應槽4進行生物處理。從生物反應槽4排出的活性污泥混合液5，在最終沉淀槽6進行固液分離，在取出處理水7的同時回收污泥混合液8(剩余污泥)。從這樣的有機性排水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥混合液3及8，在用污泥濃縮裝置9濃縮后，導入?yún)捬跣韵?0內(nèi)，由酸發(fā)酵及沼氣發(fā)酵等進行有機性污泥的厭氧性消化。從污泥濃縮裝置9出來的脫離液20可以返回最初沉淀池。在厭氧性消化槽10內(nèi)，再供給鎂源11，通過與被處理水中的磷及氨反應，由結晶反應生成、成長MAP粒子。
在厭氧性消化槽10中，進行有機性污泥的厭氧性消化及MAP粒子的生成、成長之后，從厭氧性消化槽10中取出污泥混合液或者排水(以下稱污泥混合液)，在MAP回收裝置13中，從污泥混合液分離、回收MAP粒子。作為MAP回收裝置13，可以使用液體旋風分離器等，也可以利用礦山領域用的浮游選礦等的礦山領域技術。
在MAP回收裝置13中，分離去除了MAP粒子14的污泥混合液15的一部分，導入污泥脫水裝置16中，在進行脫水處理后，作為脫水餅等廢棄物17排出到系統(tǒng)外。從脫水裝置排出的脫水濾液19，可以返回最初沉淀槽2內(nèi)。圖1所示的本發(fā)明的一種方式的工序中的重點，是把MAP粒子的分離去除后的污泥混合液15的一部分返回厭氧性消化槽10內(nèi)。在用液體旋風分離器等MAP回收裝置分離去除MAP粒子后的污泥混合液中，有少量的MAP粒子，但是殘存著用MAP回收裝置不能分離去除的直徑100μm左右的細微MAP粒子。通過將其返回厭氧性消化槽10內(nèi)，可以在消化槽10內(nèi)供作MAP的種粒子(種晶)。由本發(fā)明者們的研究可知，通過使細微MAP種粒子在厭氧性消化槽10中存在并進行結晶反應，可以使再生成的MAP粒子的平均粒子直徑增大并均勻化。
本發(fā)明者們反復進行各種實驗得知，從MAP回收裝置13返回厭氧性消化槽10的污泥混合液返回量，相對于向厭氧性消化槽10投入的污泥混合液的量，為0.5～4倍量是合適的。當污泥混合液的返回量是投入量的0.5倍以下時，生成粒子的直徑看不見變化，另外，即使達到4倍以上也見不到有在其以上的改善效果。
為了提高厭氧性消化槽10內(nèi)的MAP回收率，有必要提高純度高粒徑大的MAP粒子的比率。為此，有必要盡可能在厭氧性消化槽10內(nèi)創(chuàng)造適宜MAP結晶的條件。因此，作為厭氧性消化槽內(nèi)的攪拌機構，優(yōu)選采用高效地使消化槽內(nèi)均勻化，同時容易把比重大的MAP粒子集中到槽底部的取出管附近那樣形態(tài)的機構。例如，在卵形及龜甲形的消化槽中，在槽中央裝備通風管，在通風管內(nèi)裝備空氣升液泵，從通風管內(nèi)的上升氣流產(chǎn)生回旋氣流那樣的攪拌方法，作為使MAP粒子成長、成熟的攪拌方式是比較有效的。污泥的取出管，最好與容易集中沉降在厭氧性消化槽10底部的比重大的MAP粒子的部分連接。
從厭氧性消化槽10取出的污泥混合液12，作為MAP回收裝置13通過利用比重差的固液分離裝置進行處理，可以使以MAP粒子14為中心的固形物與它們以外的液體即污泥混合液15分離。特別是當使用作為固液分離裝置的液體旋風分離器時，可以容易地進行MAP粒子等固形物和污泥混合液的固液分離。以MAP結晶粒子為主體的固形物，如果需要，通過再與其他的夾雜物分離，可以更加提高回收的固形物中的MAP純度。去除了MAP粒子的污泥混合液15，將一部分導入污泥脫水裝置16后進行脫水處理。這時，由于混在污泥混合液中的MAP粒子大幅度地減少，所以即使在把脫水處理后的脫水餅17作為廢棄物處理的情況，由于脫水餅中的含磷率比較低，從磷的再利用觀點的來說也是有效的。但是，如上述那樣，由于在用液體旋風分離器等固液分離裝置處理后的污泥混合液中，殘留粒徑約100μm以下的細微MAP粒子的一部分，所以送入污泥脫水裝置16的污泥混合液以外的殘余的污泥混合液，通過從槽上部返回到厭氧性消化槽10內(nèi)，細微MAP粒子作為種粒子供結晶反應并在厭氧性消化槽10內(nèi)成長，能長大到粒徑100μm以上的容易固液分離的水平。
作為投入?yún)捬跣韵?0的鎂源，優(yōu)選使用難溶于水的鎂化合物。
本發(fā)明者們，對于使純度高的MAP粒子均勻成長并維持高的MAP粒子回收率的條件進行了各式各樣的研究，結果發(fā)現(xiàn)，為了在厭氧性消化槽那樣滯留時間非常長的槽中均勻地發(fā)生MAP生成反應，降低鎂離子濃度是重要的。把MAP生成的反應表示在下述的化學反應式(1)中。
(1)在進行該MAP生成反應的厭氧性消化槽中，由于厭氧性處理有機性污泥，所以與MAP反應相關的銨離子通常處于大大過剩的狀態(tài)。因此，在把鎂源添加到厭氧性消化槽10那樣滯留時間長的槽中，換句話說，添加到非常大的槽中之際，當作為溶解度高的鎂鹽添加時，局部上，鎂離子成為過剩，當一部分顯著地進行MAP反應時，產(chǎn)生鎂離子濃度低且難以進行MAP反應的部分。其結果，表現(xiàn)在生成的MAP粒子的粒徑上有很大的差異。在圖2中，表示觀察作為向厭氧性消化槽供給的鎂源使用溶解度高的氯化鎂(MgCI2-6H2O)使進行MAP生成反應的情況和使用難溶于水的氫氧化鎂(Mg(OH)2)的情況的生成MAP粒子的粒徑分布的結果。由圖2可知，在使用氯化鎂的情況，從粒徑小的到粒徑大的分布寬且不均勻，與此對對，在使用氫氧化鎂的情況，向粒徑大側移動且分布變窄。
另外，更重要的是，發(fā)現(xiàn)了在局部鎂離子濃度高且MAP反應急速進行的情況，在MAP生成時卷入SS(污泥)，有生成MAP的純度下降的傾向。在像厭氧性消化槽10那樣有數(shù)十日左右的滯留時間的情況下，由于成熟得慢，所以可以成長出純度高的MAP粒子。因此，把液體中的鎂離子濃度降低到適當?shù)乃揭韵?，降低反應速度并保持在充分的平衡狀態(tài)下是重要的，為此，作為鎂源，優(yōu)選使用難溶性的鎂化合物。
作為難溶于水的鎂化合物，例如，可以是氫氧化鎂、氧化鎂等任何能在工業(yè)上利用的產(chǎn)品。
如上述說明的那樣，為了把液體中的鎂離子濃度降低到適當水平以下，降低MAP生成的反應速度且保持在充分的平衡狀態(tài)，優(yōu)選把難溶性的鎂化合物以分散于水中的狀態(tài)下供給厭氧性消化槽10，使之在局部不形成鎂濃度高的部分。為了這樣的目的，作為分散難溶性的鎂化合物的分散媒介，除了水之外，可以使用海水和井水。特別是由于在海水和井水中含有鎂離子，所以可以有效利用它們作為MAP生成的鎂源，可以減少從外部供給的鎂化合物的使用量。因此，特別是在排水處理設施處于海沿岸和山間的情況等，作為鎂化合物的分散媒介，優(yōu)選使用可以容易入手的海水和井水。
本發(fā)明也涉及用于實施上述說明的方法的裝置。即，本發(fā)明的另一個方式涉及污泥處理裝置，其特征在于，具備收容在有機性排水的生物處理系統(tǒng)中生成的污泥混合液并進污泥的消化，同時進行磷酸銨鎂結晶粒子的生成、生長的厭氧性消化槽；向該厭氧性消化槽內(nèi)供給鎂源的鎂源供給裝置；用于從厭氧性消化槽中取出污泥混合液的污泥取出管；用于通過污泥取出管收容從厭氧性消化槽取出的污泥混合液并分離及回收含有磷酸銨鎂結晶粒子的固形物的固液分離裝置；用于把從固液分離裝置回收的磷酸銨鎂結晶粒子被分離回收后的污泥混合液的一部分返回厭氧性消化槽內(nèi)的配管。另外，本發(fā)明也涉及固液分離裝置是液體旋風分離器的上述中記述的裝置。
再有，上述記述的本發(fā)明的技術思想，不僅可以用于從有機排水的生物處理設備中排出的污泥混合液的MAP的回收，也可以用于利用結晶反應的各種液體中離子的回收。即，本發(fā)明的另一種方式涉及液體中的離子的去除方法，是由結晶法去除被處理液中的被去除的離子的方法，其特征在于，把含有被去除離子的被處理水導入結晶反應槽，向結晶反應槽中供給與被處理水中的被去除離子反應并形成難溶性的鹽的離子并使被去除離子的難溶性鹽的結晶粒子成長，再固液分離反應液并分離回收成長了的結晶粒子，再把成長了的結晶粒子被分離回收后的反應液的一部分返回晶體反應槽。根據(jù)這樣的方法，成長了的結晶粒子被分離回收后的反應液中殘存的用固液分離不能分離的細微結晶粒子被供給結晶反應槽，通過將其作為種晶粒子并進行結晶反應，可以使生成的結晶粒子的平均粒徑變大并均勻化。
按照上述本發(fā)明的另一種方式，例如，通過在來自下水的2次處理水和污泥處理系統(tǒng)的返流水等的廢水中添加鈣并析出磷酸鈣(Ca3(PO4)2和羥基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2:HAP)的結晶來去除廢水中的磷酸離子，或者通過在富含氟離子的半導體工廠的廢水中添加鈣并析出氟化鈣(CaF2)的結晶來去除廢水中的氟離子，或者通過對把地下水作為原水的用水、排水、垃圾浸出水等添加pH調(diào)節(jié)劑或碳酸源并析出碳酸鈣的結晶來去除被處理水中的鈣離子，或者通過在富含碳酸離子的硬水中添加鈣離子并析出碳酸鈣的結晶，可以使硬度降低。再有，通過在管道水中添加碳酸離子來析出碳酸錳的結晶，可以去除作為管道水中的雜質(zhì)錳。無論在哪一個領域，根據(jù)本發(fā)明，都可以由結晶反應使生成、成長的結晶粒子的平均粒徑增大或均勻化。
另外，本發(fā)明也涉及用于實施上述方法的裝置，即，本發(fā)明的另一種方式涉及結晶反應裝置，其特征在于，具備收容含有被去除離子的被處理水并形成被去除離子的難溶性鹽的結晶反應槽；往結晶反應槽中供給與被處理水中的被去除離子反應并形成難溶性鹽的離子的鹽形成離子供給裝置；用于從結晶反應槽取出反應后的反應液的反應液排出管；與反應液排出管相通并在固液分離從結晶反應槽取出的反應液后用于分離回收成長了的結晶粒子的固液分離裝置；用于把從固液分離裝置回收的成長結晶粒子被分離回收后的反應液的一部分返回結晶反應槽的配管。
再有，本發(fā)明也可以適用于作為用于污泥處理的厭氧性消化槽的前級并配置酸發(fā)酵槽的污泥處理工序。有機污泥的厭氧性消化，主要通過酸發(fā)酵和沼氣發(fā)酵進行。即，污泥中的有機成分通過酸發(fā)酵菌的作用進行分解并生成乳酸、酪酸、丙酸、醋酸等有機酸，再由沼氣發(fā)酵菌的作用分解這些酸。在該技術中，由于反應槽的設置空間上的問題和運轉(zhuǎn)操作的簡便性等理由，一般在單一的厭氧槽內(nèi)進行酸發(fā)酵和沼氣發(fā)酵，但在生物學上，首先在酸發(fā)酵槽內(nèi)進行有機污泥的酸發(fā)酵，其次再進行沼氣發(fā)酵是高效且理想的。本發(fā)明的另一種方式，提供在這樣的稱為酸發(fā)酵槽-厭氧槽的結構的污泥處理工序中極高效地進行污泥的消化處理和MAP的生成、成長的方法。
即，本發(fā)明的另一種方式，涉及污泥處理方法，其特征在于，把在有機性排水的生物處理系統(tǒng)中生成的污泥混合液在酸發(fā)酵槽進行發(fā)酵處理之后，在粒子成熟槽中添加鎂源并使磷酸銨鎂的結晶粒子成長，接著通過在厭氧性消化槽中進行處理來進行污泥的消化及磷酸銨鎂的結晶粒子的成長，從該厭氧性消化槽中取出含有磷酸銨鎂結晶的污泥混合液，從該取出的污泥混合液中分離及回收含有磷酸銨鎂結晶粒子的固形物，把磷酸銨鎂結晶粒子被分離回收后的污泥混合液的一部分供給酸發(fā)酵槽，同時把分離回收的磷酸銨鎂的結晶粒子供給粒子成熟槽。
根據(jù)圖3對本發(fā)明涉及的方式進行說明。在圖3中，對于與圖1相同的結構要素用相同的參照符號表示并省略說明。圖3是表示由本發(fā)明上述涉及的處理方法處理從由最初沉淀槽2、暴氣槽等生物反應槽4及最終沉淀槽6構成的有機性排水處理系統(tǒng)排出的濃縮污泥并由污泥的消化和MAP的生成回收進行磷除去的工序的全體狀態(tài)的方塊圖。
從有機性排水處理系統(tǒng)的最初沉淀槽2及最終沉淀槽6排出的初沉污泥3及剩余污泥8，在污泥濃縮裝置9中被濃縮分離。濃縮裝置的脫離液20可以返回最終沉淀槽6。在污泥濃縮裝置9中，濃縮的污泥混合液，在酸發(fā)酵槽32中通過酸發(fā)酵菌進行污泥中的有機成分的分解之后，向粒子成熟槽33中添加氫氧化鎂和氧化鎂等的鎂源36以及根據(jù)需要添加pH調(diào)節(jié)劑37并進行MAP粒子的成長，接著在厭氧性消化槽10中進行沼氣發(fā)酵等污泥消化處理和MAP粒子的成長之后，用液體旋風分離器等固液分離裝置13分離回收成長MAP粒子。被分離回收的成長MAP粒子的一部分38，供給粒子成熟槽33，另外，成長MAP粒子被分離回收后的污泥混合液15的一部分，供給酸發(fā)酵槽32。
在酸發(fā)酵槽32中，由酸發(fā)酵菌進行污泥中的有機成分的分解，與其相伴，產(chǎn)生乳酸、酪酸、丙酸、乙酸等有機酸并使pH值降低，使酸發(fā)酵的反應速度降低或者停止。但是，在圖3所示的系統(tǒng)中，成長MAP粒子被分離回收后的污泥混合液15的一部分被供給酸發(fā)酵槽32。在厭氧性消化槽10中被消化處理的成長MAP粒子被分離回收后的污泥混合液15，由于富含堿成分，通過將其供給酸發(fā)酵槽32，可以抑制酸發(fā)酵槽32中的pH值降低，可以維持、促進酸發(fā)酵反應。
在酸發(fā)酵槽32中處理的污泥混合液，接著導入粒子成熟槽33，在此，通過添加鎂源36以及根據(jù)需要添加pH調(diào)節(jié)劑37，進行MAP粒子的成長。在圖3所示的系統(tǒng)中，在固液分離裝置13中被分離回收的粒經(jīng)約為100μm以上的成長MAP粒子的一部分38被供給粒子成熟槽33。供給粒子成熟槽33的成長MAP粒子，在粒子成熟槽33中起到種晶的作用，在該MAP種晶的表面上析出MAP，使MAP粒子成長。即，在粒子成熟槽33中，由于適度地存在鎂、正磷酸、氨離子及種結晶，所以，通過把pH值維持在中性區(qū)域，可以形成MAP粒子容易成長的環(huán)境。再有，當粒子成熟槽33中的pH值過高時，細微MAP粒子生成得多，回收變得困難。
再有，在圖3所示的系統(tǒng)中，如上述說明的那樣，成長MAP粒子被分離回收后的污泥混合液15的一部分被供給酸發(fā)酵槽32。該污泥混合液15，含有用固液分離裝置13不能被完全分離的細微MAP粒子。已經(jīng)知道，當將其供給酸發(fā)酵槽32時，在酸發(fā)酵槽32內(nèi)的酸性pH條件下，細微MAP粒子作為溶解性磷進行溶解。因此，在圖3所示的系統(tǒng)中，由于酸發(fā)酵槽32中的細微MAP粒子進行溶解，所以在下級的粒子成熟槽33中，生成MAP的離子更加大量存在，在此，由于把成長MAP粒子38作為種晶導入，所以更加促進MAP種晶表面上的MAP的結晶，可以更加有效地進行MAP粒子的成長。
含有在粒子成熟槽33中成長了的MAP粒子的污泥混合液34，接下來投入?yún)捬跣韵?0內(nèi)。厭氧性消化槽10的大小，一般相對于粒子成熟槽33優(yōu)選做成10～30倍的容積。在厭氧性消化槽10中，由于在20日以上的滯留時間期間，有機物被厭氧地分解，與其相伴，由于溶出溶解性的磷、鎂、氨，所以進一步地發(fā)生MAP生成反應并進行MAP粒子的成長。在厭氧性消化槽10內(nèi)，為了能生成高純度且大粒徑(φ300μm以上)的MAP粒子，優(yōu)選把pH值維持在7.0～7.6的中性區(qū)域，把鎂離子濃度維持在10～30mg/L左右的低水平。
富含成長了的MAP粒子的污泥混合液12，從厭氧性消化槽10的底部被取出，由液體旋風分離器等固液分離裝置13，分離成以成長MAP粒子為主體的泥漿狀的回收MAP14和幾乎不含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，被導入粒子成熟槽33，用作促進MAP結晶反應的種晶。另外，成長MAP粒子被分離的污泥混合液15，一部分被導入酸發(fā)酵槽32，剩余部分導入污泥脫水裝置16進行脫水處理。
本發(fā)明也涉及用于實施上述說明的本發(fā)明另一種方式的方法的裝置。即，本發(fā)明的另一種方式涉及污泥處理裝置，其特征在于，具備收容在有機性排水的生物處理系統(tǒng)中生成的污泥混合液并由酸發(fā)酵進行污泥的處理的酸發(fā)酵槽；在從該酸發(fā)酵槽中排出的污泥混合液中添加鎂源并使磷酸銨鎂的結晶粒子成長的粒子成熟槽；向該粒子成熟槽供給鎂源的鎂源供給裝置；收容從該粒子成熟槽中排出的污泥混合液并進行污泥的消化及成長磷酸銨鎂的結晶粒子的厭氧消化槽；用于從該厭氧性消化槽中取出污泥混合液的污泥取出管；與該污泥取出管相通并收容從厭氧性消化槽中取出的污泥混合液且用于分離及回收含有磷酸銨鎂結晶粒子的固形物的固液分離裝置；用于把從固液分離裝置中回收的磷酸銨鎂結晶粒子被分離回收后的污泥混合液的一部分供給酸發(fā)酵槽的配管；用于把從固液分離裝置中回收磷酸銨鎂的結晶粒子供給粒子成熟槽的配管。
由以下的實施例更具體地說明本發(fā)明的各種形態(tài)。但是本發(fā)明不局限于本實施例。
實施例1本實施例使用A下水處理廠的污泥并由圖1所示構成的裝置進行厭氧性消化及MAP生成、回收的實驗。在把最初沉淀槽2的初沉污泥3和最終沉淀槽6的剩余污泥8以大約1∶1的比例混合后，由卵形厭氧性消化槽10進行滯留25日的中溫厭氧性消化處理。作為厭氧性消化槽中的MAP生成用的難溶解性鎂源11，把35％的氫氧化鎂用水稀釋到濃度為10％后與投入污泥混合，將其投入?yún)捬跣韵?0內(nèi)。
氫氧化鎂的添加量，調(diào)節(jié)成厭氧性消化槽內(nèi)的Mg的濃度在10～30mg/L的范圍內(nèi)。消化槽內(nèi)的攪拌方法采用通風管+空氣升液器方式。不使用pH調(diào)節(jié)劑，但實驗中的槽內(nèi)pH值在7.0～7.6的范圍內(nèi)變動。從卵形厭氧性消化槽的底部取出投入污泥量(＝1Q)的3倍(＝3Q)的污泥12，由液體旋風分離器13分離回收MAP結晶14。分離回收MAP結晶后的污泥混合液15之中，1Q進行脫水處理，剩余的2Q返送給卵形厭氧性消化槽10。該2Q的返送污泥混合液，采用與投入污泥和氫氧化鎂的混合液混合后從卵形厭氧性消化槽10的上部投入的方式。本實施例的結果表示在表1中。
另外，作為現(xiàn)有方法1，除了不進行氫氧化鎂的添加、不由液體旋風分離器進行MAP回收處理以外，在與上述實施例完全相同的條件下進行試驗。再有，作為現(xiàn)有方法2，按照日本特開2002-45889號公報的記載，使用圖4所示的裝置，把初沉污泥3和剩余污泥8的混合污泥導入?yún)捬跣韵?1，與上述同樣添加鎂源55并進行厭氧性消化處理，把從消化槽取出的污泥混合液在MAP回收裝置(液體旋風分離器)52中進行處理并進行MAP結晶56的分離回收，在把分離了MAP結晶的污泥混合液57脫水處理后，把脫水濾液59導入水理學的滯留時間35分鐘的第2結晶槽54內(nèi)，再相對于溶解性P以1.3倍的摩爾比添加混合鎂源60，通過由pH調(diào)節(jié)劑61調(diào)整pH值為8.5來生成并回收MAP粒子62。這些結果也一并表示在表1中。
表1

*每1m3投入污泥的添加量**現(xiàn)有方法2中消化槽MAP回收量和第二結晶槽MAP回收量的總和投入卵形厭氧性消化槽內(nèi)的投入污泥的性狀，平均SS濃度是4.5％(45g/L)，平均T-P濃度是1070mg/L。在現(xiàn)有方法1中，消化污泥的SS濃度是2.9g/L，T-P濃度是1020mg/L，PO4-P濃度是390mg/L，在消化污泥中殘留很多PO4-P。在現(xiàn)有方法2中，每1m3的投入污泥，回收3.7kg的MAP結晶，消化污泥中的T-P濃度是460mg/L，與此相對，在本發(fā)明方法中，每1m3的投入污泥，回收5.1kg/L的MAP結晶，消化污泥中的T-P濃度是350mg/L。
本發(fā)明方法，在單位投入污泥量的MAP回收量中大到1.4kg，在消化污泥T-P濃度中小到110mg/L。另外，在現(xiàn)有方法2中，由于在污泥中殘留細微MAP粒子，所以相對于在反應槽內(nèi)生成了的MAP，實際上回收率小。與此相對，在本發(fā)明方式中，通過使用難溶性的鎂源、改善反應槽內(nèi)的攪拌方法以及回送液體旋風分離器分離后的細微MAP粒子，可以促進MAP粒子的成長且提高MAP回收率。
作為總的MAP回收量，在現(xiàn)有方法2的方式中為4.4kg/m3，在本發(fā)明的方式中為5.1kg/m3，本發(fā)明方法增大了0.7kg/m3。另外，回收的MAP粒子的純度，在現(xiàn)有方法2中是87％，與此相對，本發(fā)明方法為96％，提高了9個百分點。
由以上的結果，可以說在特別容易生成細微MAP的情況，本發(fā)明方式發(fā)揮了非常有效的MAP回收性能。
實施例2與實施例1的A處理廠的污泥相對，把處理廠附近的地下水(Mg濃度＝48mg/L)作為35％氫氧化鎂的稀釋水使用，每1m3的投入污泥使用100L的稀釋水來進行運轉(zhuǎn)，氫氧化鎂使用量從1080g/污泥·m3減少到970g/污泥·m3，使降低試劑使用成本成為可能。還可知由于有效地利用含有鎂的地下水，使以更低的成本進行MAP回收成為可能。
實施例3本實施例與實施例1相同，使用A下水處理廠的污泥，由圖3所示構成的裝置進行酸發(fā)酵-厭氧性消化及MAP生成、回收的實驗。以大約1∶1的比例混合最初沉淀槽的初沉污泥3和最終沉淀槽的剩余污泥8，由離心濃縮機9進行濃縮。把濃縮污泥導入酸發(fā)酵槽32。往酸發(fā)酵槽32中再導入從消化污泥中去除MAP粒子后的MAP脫離污泥15。酸發(fā)酵槽32加溫到水溫40℃，槽內(nèi)由攪拌機混合，槽內(nèi)pH值控制在5.0～5.5的范圍內(nèi)。pH值的控制通過MAP脫離污泥15的流量控制來進行，使之能確保酸發(fā)酵槽32的水理學的滯留時間為10小時以上來確定槽容量。把在酸發(fā)酵槽32被處理的污泥混合液，導入MAP粒子成熟槽33。向粒子成熟槽33中導入含有從消化污泥中用MAP回收裝置回收的MAP粒子的泥漿38、氫氧化鎂36及作為PH調(diào)節(jié)劑37的鹽酸或氫氧化鈉。粒子成熟槽33由密閉型使用氣相空氣的空氣升液泵攪拌槽內(nèi)，控制槽內(nèi)的pH值為7.0～7.3。在粒子成熟槽33中，確定槽容量，使水理學的滯留時間為3小時。
把來自粒子成熟槽33的污泥混合液34(消化槽投入污泥)導入?yún)捬跣韵?0并進行滯留日數(shù)為25日的中溫消化處理。在厭氧性消化槽10內(nèi)，通過添加粒子成熟槽33中的氫氧化鎂，調(diào)節(jié)鎂離子的濃度在10～30mg/L的范圍內(nèi)。厭氧性消化槽10內(nèi)的攪拌方法，采用通風管+空氣升液器方式。氫氧化鎂以外的具有pH調(diào)節(jié)功能的添加劑不被使用，實驗中的厭氧性消化槽10內(nèi)的pH值在7.0～7.6的范圍內(nèi)變動。從厭氧性消化槽10的底部取出投入污泥量(＝1Q)的1.5倍(＝1.5Q)的污泥12，由液體旋風分離器13分離回收MAP結晶14。把回收的MAP粒子的30％(38)供給粒子成熟槽33，把MAP分離后的污泥混合液15的約0.5Q供給酸發(fā)酵槽32。MAP分離后的污泥混合液15的剩余的1Q，導入污泥脫水裝置16進行脫水。脫水處理由皮帶式壓榨型脫水機進行。投入?yún)捬跣韵鄣奈勰嗷旌弦?4的SS、MAP粒子被分離去除后污泥混合液15的T-P及PO4-P、回收MAP14的純度、MAP的回收率、磷的回收率表示在表2中。另外，作為現(xiàn)有方法，把混合濃縮初沉污泥和剩余污泥的污泥導入?yún)捬跣韵郏徊⑦M行污泥消化的方式實驗。其結果也一并表示在表2中。再有，用上述的實施例1的裝置，把向厭氧性消化槽投入的氫氧化鎂的投入量作為800g/m3并進行了實驗。其結果也一并表示在表2中。
表2

*每1m3投入污泥的添加量**相對于流入下水處理廠的下水中磷負荷量的磷回收率投入消化槽的投入污泥SS，在現(xiàn)有方法中是4.2％，在實施例1的方法中是4.0％，在實施例3中是3.2％。實施例3的SS比較小，被認為是由于在酸發(fā)酵中混合了濃度比較低的MAP脫離污泥。能作為MAP回收的磷，在實施例1的方法中，平均1m3消化槽投入污泥為5.5kg/m3，是良好的，而在實施例3中，為6.2kg/m3，是更好的。另外，被回收的MAP粒子純度，在實施例1的方法及實施例3的方法中都高達95％以上。當把該磷回收率作為相對于流入下水處理廠的磷的回收率進行計算時，在實施例1的方法中高達49％，而在實施例3的方法中，更提高到61％。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明，在把從有機性排水處理系統(tǒng)排出的含有有機物、氮、磷的污泥混合液進行厭氧性處理的同時并把磷做成磷酸銨鎂結晶進行去除的MAP處理方法中，可以大幅度地提高MAP回收率，同時可以生成純度高的MAP。另外，由于可以利用廉價但被認為處理困難的Mg(OH)2，所以可以大幅度地降低試劑費用，再有，由于使用海水或井水等含有鎂的水系作為供給的鎂化合物的分散媒介，所以更能降低試劑費用。再有，由于可以充分回收厭氧性消化槽中優(yōu)良的MAP，所以發(fā)揮了不需要從后級的脫水濾液中回收MAP的優(yōu)良效果。
權利要求
1.污泥處理方法，其特征在于，把有機性排水的生物處理系統(tǒng)中生成的污泥混合液通過在厭氧性消化槽中進行處理來進行污泥的消化，同時通過往該厭氧性消化槽中添加鎂源，在該厭氧性消化槽內(nèi)使磷酸銨鎂的結晶粒子生成及成長，從該厭氧性消化槽中取出含有磷酸銨鎂的結晶污泥混合液，從該被取出的污泥混合液中分離及回收含有磷酸銨鎂結晶粒子的固形物，把分離回收磷酸銨鎂結晶粒子后的污泥混合液的一部分返回到厭氧性消化槽中。
2.如權利要求1所述的污泥處理方法，其中，通過液體旋風分離器進行從取出的污泥混合液中分離及回收含有磷酸銨鎂結晶粒子的固形物的工序。
3.如權利要求1或2所述的污泥處理方法，其中，往厭氧性消化槽中添加的鎂源是氫氧化鎂或者氧化鎂。
4.如權利要求3所述的污泥處理方法，其中，作為鎂源，把將氫氧化鎂或者氧化鎂溶解在海水或井水中的溶液添加到厭氧性消化槽內(nèi)。
5.如權利要求1～4中任一項所述的污泥處理方法，其特征在于，把分離回收磷酸銨鎂結晶粒子被后的污泥混合液返回到厭氧性消化槽的返回量，是投入?yún)捬跣韵鄣奈勰嗷旌弦旱耐度肓康?.5～4倍。
6.污泥處理裝置，其特征在于，具備收容在有機性排水的生物處理系統(tǒng)中生成的污泥混合液并進污泥的消化，同時進行磷酸銨鎂結晶粒子的生成、生長的厭氧性消化槽；向該厭氧性消化槽內(nèi)供給鎂源的鎂源供給裝置；用于從厭氧性消化槽中取出污泥混合液的污泥取出管；用于通過污泥取出管收容從厭氧性消化槽取出的污泥混合液并分離及回收含有磷酸銨鎂結晶粒子的固形物的固液分離裝置；用于把從固液分離裝置回收的磷酸銨鎂結晶粒子被分離回收后的污泥混合液的一部分返回厭氧性消化槽內(nèi)的配管。
7.如權利要求6所述的污泥處理裝置，其特征在于，固液分離裝置是液體旋風分離器。
8.液體中離子的去除方法，是由結晶法去除被處理液中的被去除離子的方法，其特征在于，把含有被去除離子的被處理水導入結晶反應槽，向結晶反應槽中供給與被處理水中的被去除離子反應并形成難溶性的鹽的離子并使被去除離子的難溶性鹽的結晶粒子成長，接著固液分離反應液并分離回收成長了的結晶粒子，把成長了的結晶粒子被分離回收后的反應液的一部分返回結晶反應槽。
9.結晶反應裝置，其特征在于，具備收容含有被去除離子的被處理水并形成被去除離子的難溶性鹽的結晶反應槽；向結晶反應槽供給與被處理水中的被去除離子反應并形成難溶性鹽的離子的鹽形成離子供給裝置；用于從結晶反應槽取出反應后的反應液的反應液排出管；與反應液排出管相通并在固液分離從結晶反應槽取出的反應液后用于分離回收成長了的結晶粒子的固液分離裝置；用于把從固液分離裝置回收的成長結晶粒子被分離回收后的反應液的一部分返回結晶反應槽的配管。
10.污泥處理方法，其特征在于，把在有機性排水的生物處理系統(tǒng)中生成的污泥混合液在酸發(fā)酵槽進行發(fā)酵處理之后，在粒子成熟槽中添加鎂源并使磷酸銨鎂的結晶粒子成長，接著在厭氧性消化槽中進行處理來進行污泥的消化及磷酸銨鎂的結晶粒子的成長，從該厭氧性消化槽中取出含有磷酸銨鎂的結晶的污泥混合液，從該取出的污泥混合液中分離及回收含有磷酸銨鎂結晶粒子的固形物，把磷酸銨鎂結晶粒子被分離回收后的污泥混合液的一部分供給酸發(fā)酵槽的同時，把分離回收的磷酸銨鎂的結晶粒子供給粒子成熟槽。
11.如權利要求10所述的污泥處理方法，其中，通過液體旋風分離器進行從取出的污泥混合液中分離及回收含有磷酸銨鎂結晶粒子的工序。
12.如權利要求10或11所述的污泥處理方法，其中，往厭氧性消化槽中添加的鎂源是氫氧化鎂或者氧化鎂。
13.如權利要求12所述的污泥處理方法，其中，作為鎂源，把將氫氧化鎂或者氧化鎂溶解在海水或井水內(nèi)的溶液添加到厭氧性消化槽內(nèi)。
14.如權利要求10～13中任一項所述的污泥處理方法，其特征在于，磷酸銨鎂結晶粒子被分離回收后的污泥混合液返回量是投入到厭氧性消化槽內(nèi)的污泥混合液的投入量的0.5～4倍。
15.污泥處理裝置，其特征在于，具備收容在有機性排水的生物處理系統(tǒng)中生成的污泥混合液并由酸發(fā)酵進行污泥的處理的酸發(fā)酵槽；在從該酸發(fā)酵槽中排出的污泥混合液中添加鎂源并使磷酸銨鎂的結晶粒子成長的粒子成熟槽；向該粒子成熟槽供給鎂源的鎂源供給裝置；收容從該粒子成熟槽中排出的污泥混合液并進行污泥的消化及成長磷酸銨鎂的結晶粒子的厭氧性消化槽；用于從該厭氧性消化槽中取出污泥混合液的污泥取出管；與該污泥取出管相通并收容從厭氧性消化槽中取出的污泥混合液且用于分離及回收含有磷酸銨鎂結晶粒子的固形物的固液分離裝置；用于把從固液分離裝置中回收的磷酸銨鎂結晶粒子被分離回收后的污泥混合液的一部分供給酸發(fā)酵槽的配管；用于把從固液分離裝置中回收磷酸銨鎂的結晶粒子供給粒子成熟槽的配管。
16.如權利要求15所述的污泥處理裝置，其中，固液分離裝置是液體旋風分離器。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，在從人糞尿或凈化槽污泥的消化脫離液、污泥的消化液、化工廠排水等含有高濃度的有機物、磷及氮的廢水中，把磷等做成磷酸銨鎂(以后略記為MAP)結晶來去除，同時回收該MAP結晶的技術中，提供高效回收純度高、質(zhì)量優(yōu)良的MAP結晶的方法及裝置。作為如此課題的解決手段，本發(fā)明涉及污泥處理方法，其特征在于，把有機性排水的生物處理系統(tǒng)中生成的污泥混合液通過在厭氧性消化槽中進行處理來進行污泥的消化，同時通過往該厭氧性消化槽中添加鎂源，在該厭氧性消化槽內(nèi)使磷酸銨鎂的結晶粒子生成及成長，從該厭氧性消化槽中取出含有磷酸銨鎂的結晶污泥混合液，從該被取出的污泥混合液中分離及回收含有磷酸銨鎂結晶粒子的固形物，把磷酸銨鎂結晶粒子分離回收后的污泥混合液的一部分返回到厭氧性消化槽中。
文檔編號C02F1/38GK1606533SQ0380072
公開日2005年4月13日 申請日期2003年4月17日 優(yōu)先權日2002年4月18日
發(fā)明者萩野隆生, 府中裕一, 吉田秀潔, 西本將明, 島村和彰 申請人:株式會社荏原制作所