水处理装置的制作方法

专利名称：水处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于回收被处理水中含有的磷的水处理装置；特别涉及如下的水处理 装置其应用于下水道或食品加工厂等的工业排水处理，对从剩余污泥的处理工序中排出 的排水进行处理，其中剩余污泥是由以活性污泥法为代表的生物学排水处理中排出的；特 别涉及对被处理水中含有的磷进行回收再利用的水处理装置。
背景技术：
现在，可以预测世界性的未来磷资源的枯竭化，基于依靠进口以确保磷资资源的 国内情况，排水中的磷回收技术引人注目。以前，排水中的磷向环境系的排出是富营养化的原因之一，因而磷的除去和排出 状况的管理是必须的，因此，磷的除去技术最具注意力。作为代表性的除磷技术，有利用微 生物的磷蓄积能的生物学除磷方法及利用凝集沉淀法的除磷法。为了将上述除磷方法直接作为磷的回收利用手段，例如由生物学除磷法产生的剩 余污泥的焚烧或化学处理等工艺是必要的，需要配合大量的药剂或多道处理工序。例如，为 了将磷作为资源再利用，还需要将使用的药品或产生的污泥等中含有的杂质的影响排除， 因此需要对其进行调整或精制的工序。鉴于这些实情，利用有选择性地吸附磷的磷吸附剂 的水处理技术引人注目。作为有选择性地除去阴离子的基材，作为阴离子交换体有阴离子 交换树脂、或以水滑石之类的无机层状化合物为基的磷吸附剂、或以多种金属为基的吸附 剂等，关于它们的制备方法、或发展了该基材特性的磷吸附剂及利用磷吸附剂的磷回收，提 出了多种方法。例如，作为利用所述吸附剂的磷回收系统的例子，有日本特开2006-346555号公 报。日本特开2006-346555号公报中记载了具备生物处理污泥的可溶化机构、固液分 离机构和磷吸附机构的排水处理装置。在日本特开2006-346555号公报所记载的排水处理装置中，由污泥可溶化机构排 出的污泥可溶化机构的处理物进入生物处理机构进行循环，处理物的一部分通过污泥分离 后机构供给至磷吸附机构。因此，采用污泥分离机构的形式除去固体成分，供给至磷吸附机 构。这样虽可降低排水中的磷浓度，但在吸附剂能降低的磷吸附饱和后，例示出了吸附剂的 交换、磷解吸或再利用，磷吸附剂的被处理水中所含的溶解性杂质残存在具备磷吸附剂的 磷吸附机构中。因此，在进行使吸附的磷从吸附剂解吸的操作时，吸附剂的被处理水中所含 的杂质将混入要回收的磷液中。因此，存在的课题是在例示的作为磷酸盐的回收工序中含 有杂质。此外，作为其它的课题，在含磷排水的除磷中，关于含磷的被处理水中含有的杂质，在吸附除去磷后，在通入用于解吸磷的碱性液体时，除了被碱性液体解吸的、转移到通 水完毕的碱性液体中的磷以外，被处理水中含有的杂质也混入到解吸磷的碱性液体中，因 此存在杂质混入磷回收液中的问题。

发明内容
本发明的目的在于提供一种水处理装置，其以从生物学水处理工序排出的污泥的 处理工序排出的污泥澄清液(sludge supernatant liquor)作为被处理水，采用吸附剂对 该被处理水中含有的磷进行分离，抑制被处理水中的杂质的混入，从而回收磷。本发明涉及一种水处理装置，其特征在于，包括反应器，其具有填充着磷吸附剂 的吸附剂填充层，所述磷吸附剂用于吸附被处理水中含有的磷；导入路径，用于向所述反应 器中导入被处理水；排出路径，用于排出来自所述反应器的磷除去完毕的被处理水；通水 机构，用于通入磷解吸药液，从磷吸附完毕的磷吸附剂解吸磷；磷回收机构，其可从通水处 理过的所述磷解吸药液得到磷酸盐；以及上向流(up-fl0W)形成路径，其与所述反应器的 下部连接，在保持于所述反应器中的被处理水排出后，向所述反应器朝上地导入液体，从而 形成上向流。


图1是表示本发明的第1实施方式的水处理装置的结构框图。图2是表示本发明的第2实施方式的水处理装置的结构框图。图3是表示本发明的第3实施方式的水处理装置的结构框图。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明优选的实施方式进行说明。(第1实施方式)图1是表示本发明的水处理装置的实施例1的结构框图。该水处理装置适用于污泥澄清液的水处理装置，其应用于食品加工厂等的工业排 水处理，其中污泥澄清液是从以活性污泥法为代表的生物学排水处理中排出的剩余污泥的 处理工序中排出的；特别适用于具有生物学排水处理工序的水处理装置，其中生物学排水 处理工序具有将源自该污泥的污泥澄清液返送到生物学水处理工序上游侧的路径。被处理水源自该剩余污泥的处理工序的污泥澄清液。这里所说的剩余污泥的处理 工序是全部包括污泥浓缩工序和污泥脱水工序、或者厌氧性消化处理的工序。也就是说，被 处理水是来自污泥浓缩工序的污泥澄清液、来自污泥脱水工序的污泥澄清液、及来自厌氧 性消化处理的污泥澄清液中的1种或2种以上的混合物。此外，被处理水在适用于下水处 理的污泥处理工序时，由于排水量及水质稳定，因此能够有助于有计划地回收磷。被处理水 在泵Pl的驱动下，从原水供给源20经由路径Li，分别导入至第1反应器31及第2反应器 32。第1反应器31及第2反应器32分别具有填充着吸附剂的填充层2。这里，所谓磷吸附剂，优选从如下的基材中加以选择，即能够对以例如日本特开 2009-56457号公报中公开的有机金属络合物为基的磷反复地进行化学上可逆的吸附及解 吸操作，在排水中的磷被吸附后，从吸附剂解吸磷时所用的解吸液的选择性较宽，能够有选
4择性地吸附磷。作为磷吸附剂的一个例子，可列举出的磷吸附剂具有含氮化合物，为在其 结构的一端具有1或2以上的氨基的有机系高分子(也包括只是单独的氨基)；载体，其附 载着该含氮化合物；以及金属离子，其固定在该含氮化合物上，为选自锌离子、铜离子、铁离 子及锆离子之中的至少一种。作为载体，能够采用硅胶、氧化铝、玻璃、高岭土、云母、滑石、 粘土、水合氧化铝、硅灰石、铁粉、钛酸钾、氧化钛、氧化锌、碳化硅、氮化硅、碳酸钙、碳、硫酸 钡、硼、铁酸盐等。第1反应器31及第2反应器32在导入被处理水时以固定床形态运转作 业。此外，为了连续地除去被处理水中含有的磷，优选在第1反应器31及第2反应器32中 的任何一方通入被处理水的期间，另一方进行实施被处理水以外的通水操作的操作(例如 逆清洗操作)。被处理水导入至第1反应器31及第2反应器32中的至少一方，在用磷吸附剂将 含有的磷除去后，经由第1处理水排出路径L41及第2处理水排出路径L42分别从第1反 应器31及第2反应器32中排出。在泵Pl的驱动下，从原水供给源20经由路径Ll将被处 理水导入到第1反应器31及第2反应器32中，使被处理水中的磷吸附在填充层2的吸附 剂上。关于吸附了磷的吸附剂，此后在停止被处理水的通水后，从第1处理水排出路径L41 及第2处理水排出路径L42排出保持在第1反应器31及第2反应器32中液体。在第1反 应器31及第2反应器32的上部分别设有放气路径L81、L82，因此经由各放气路径L81、L82 而从反应器31、32排出内部气体，由此分别促进处理水从反应器31、32的排出。在保持于第1反应器31及第2反应器32中的液体的排出结束后，如果从第1液 体导入路径L51及第2液体导入路径L52分别向第1反应器31及第2反应器32的下部导 入液体，则导入的液体与填充层2的磷吸附剂接触。这里，经由路径L51、L52导入到第1反 应器31及第2反应器32下部的液体不会引起磷吸附剂的变质或本水处理装置的结构材料 的腐蚀，而且含有对磷吸附剂具有吸附能的成分，不含影响后道工序的离子成分或固体成 分。此外，在通水给第1反应器31及第2反应器32的被处理水中含有的杂质有可能蓄积 在磷吸附剂上时，也可以采用从第1反应器液体导入路径L51及第2反应器液体导入路径 L52导入的液体对吸附剂进行逆清洗。解吸药液供给源22经由2个分支路径L61、L62分别连接在第1反应器31及第2 反应器32上。在从解吸药液供给源22到第1反应器31及第2反应器32之间的共同路径 上安装有泵P2。在经由上述液体导入路径L51、L52将液体导入给第1反应器31及第2反应器32、 吸附剂吸附了被处理水中含有的磷后，在泵P2的驱动下，经由第1解吸药液导入路径L61 及第2解吸药液导入路径L62，从药液供给源22分别向第1反应器31及第2反应器32导 入解吸药液。通过该解吸药液从磷吸附剂中解吸磷。然后，经由第1解吸药液通水处理水 排出路径L71及第2解吸药液通水处理水排出路径L72，从第1反应器31及第2反应器32 排出含有源自被处理水的磷和源自解吸药液的成分的液体。这里，作为经由药液导入路径 L61、L62导入的药液，优选从对吸附剂的特性、构成的设备结构件、以及磷晶析物的影响小 的成分中加以选择，例如能够采用氢氧化钠水溶液等呈碱性的成分、或稀盐酸等。从维持该 药液的磷酸盐晶析物的纯度的观点来看，特别优选采用氢氧化钠水溶液。把从第1解吸药液通水处理水排出路径L71及第2解吸药液通水处理水排出路径 L72排出的含磷液体导入晶析槽8。在晶析槽8中进行晶析药液的导入和利用搅拌装置10的搅拌混合操作。晶析药液经由路径L9而从药液供给源23注入到晶析槽8。作为这里所 说的晶析药液，优选添加钙盐等与磷形成固体盐的成分，更优选采用氢氧化钙。此外，优选 向晶析槽8中事先及/或连续地供给磷酸羟基磷灰石等的晶种。该连续的晶种供给也可以 经由晶析物返送路径L13供给在对从晶析槽8排出的液体的晶析物进行固液分离的晶析固 液分离槽11中得到的晶析物的一部分。结果，磷作为经由晶析物排出路径L12从分离槽11 排出的晶析物被回收，也就是说，在晶析固液分离槽11内生成的晶析物成为用于回收磷的 磷回收物。再者，晶析槽8和晶析固液分离槽11可以形成在同一槽内装入这些功能的单一 槽，也可以形成多段处理的构成。下面对本实施方式的装置1的作用和效果进行说明。被处理水是通过污泥的固液分离操作而排出的澄清液，通常含有悬浮固体成分 (suspended solids)。因此，在采用吸附剂的工艺中，该悬浮固体成分具有蓄积在填充层2 中、从而引起吸附剂的污损的可能性。此外，在反复使用的吸附剂中，悬浮固体成分有可能 混入到采用从填充层2排出的液体的后段工序中。再有，被处理水中含有的其它杂质也有 可能在反复使用的吸附剂中，混入到采用从填充层2排出的液体的后段工序中。因此，用户 一直要求能够排除被处理水中含有的悬浮固体成分等杂质、能够反复利用吸附剂的水处理 装置。于是，在本实施方式的装置1中，采用以下的方法从被处理水中排除杂质类。第1，将被处理水通水到第1反应器31及第2反应器32中，在用吸附剂将被处理 水中含有的磷除去后，经由第1处理水排出路径L41及第2处理水排出路径L42，从第1反 应器31及第2反应器32的下部分别排出液体，从而排除由源自被处理水的溶解性杂质类 受到的不良影响。由此，可以避免悬浮固体成分等杂质混入到从第1反应器31及第2反应 器32通过路径L71、L72而导入到晶析槽8内的解吸药液(含磷液体)。第2，被处理水中含有的悬浮固体成分杂质在向第1反应器31及第2反应器32通 水时蓄积于吸附剂填充层2中的情况下，可通过利用从路径L71、L72导入的液体的逆清洗 操作来排出，因此可排除悬浮固体成分对其后导入到晶析槽8中的从第1路径L71及第2 路径L72排出的来自磷吸附剂的含磷的解吸药液的影响。除了这些杂质排除操作以外，通 过在晶析槽8中时常保持作为目的的磷酸盐晶种，便能够维持磷回收物的形态。在本实施方式的装置中，通过向填充有磷吸附剂的反应器中导入含有磷的被处理 水，在磷吸附剂捕捉了磷后，通过从保持在反应器中的磷除去完毕的处理水排出路径排出 反应器所保持的液体，便可将含有源自被处理水的杂质的磷吸附完毕的处理水排出。因此， 能够将保持有吸附了磷的磷吸附剂的反应器内保持的杂质浓度降低。此外，通过向反应器中导入上向流的液体，能够将反应器内的残留在吸附剂填充 层中的气相排除。因此，使其后导入的磷解吸药液与通水机构中的磷解吸药液的接触均质 化，从而能够高效率地对被磷吸附剂捕捉的磷进行解吸。通过这些机构，在利用磷解吸药 液的通水处理水的可得到磷酸盐的晶析机构的磷回收中，通过将杂质少而稳定的磷解吸药 液的通水处理水作为被处理水，能够降低获得磷回收物即磷酸盐的晶析机构中的杂质，能 够抑制杂质向磷回收物中的混入，因此能够适当地从排水中回收磷。顺便说一下，在向反应 器导入下向流的液体的方式中，不能有效地将反应器内的残留在吸附剂填充层中的气相除 去。或者，通过在向反应器导入上向流的液体的机构中采用逆清洗机构，能够抑制杂质向由磷解吸机构排出的通水完毕的磷解吸药液中的混入。由此，能够降低杂质在用于得 到磷回收物(磷酸盐)的晶析机构中的混入量，从而能够抑制杂质向磷回收物中的混入。通过将磷解吸机构中采用的磷解吸药液设定为碱性药液，能够抑制源自磷的阴离 子以外的阴离子杂质混入由磷解吸机构排出的通水完毕的磷解吸药液中。由此，能够降低 用于得到磷酸盐的晶析机构中的阴离子杂质，从而能够抑制杂质混入磷回收物中。此外，通过将晶析机构设定为磷解吸药液的通水处理水与磷酸羟基磷灰石及氢 氧化钙液体接触的机构，能够在晶析机构中适当地进行作为以磷酸羟基磷灰石为晶析核、 以磷解吸药液的通水处理水为磷源、以氢氧化钙液体为钙源的磷酸羟基磷灰石的晶析磷回 收。配设多个填充有磷吸附剂的反应器，通过切换通水液连续地除去并回收被处理水 中的磷，从而不设置储留槽等而从排水中连续地回收磷，由此能够抑制因磷回收装置中的 磷负荷变动及维护等而影响位于被处理水源的上游的排水处理设施，能够稳定地除去并回 收磷。以下对将本实施方式的水处理装置适用于从剩余污泥的处理工序排出的排水时 的优点进行说明。通常，从处理工序排出的污泥澄清液被返送到产生污泥的生物学水处理工序的上 游侧。因此，通过进行磷再资源化的水处理装置，与适用于流入整个处理系内的流入水或从 整个处理系流出的流出水部分的情况相比，还能够减轻从整个处理系排到系外的放流中的 伴随着磷浓度变动的水质污浊的危险。也就是说，根据本实施方式的装置，可排除被处理水中含有的杂质的影响，可反复 利用磷吸附剂除去磷，可进行抑制了杂质混入的磷回收的应用，因此能够高效率地适当运 用从排水中回收磷的操作。(第2实施方式)参照图2对第2实施方式的装置进行说明。再有，本实施方式中的与上述实施方 式重复的部分的说明在此予以省略。本实施方式的水处理装置IA还具备第3反应器33、第3处理水排出路径L43、第 3反应器液体导入路径L53、第3解吸药液导入路径L63、第3解吸药液通水处理水排出路径 L73、再生药液导入路径L15和再生处理水排出路径L16、及固液分离装置21。第3反应器33实质上具有与第1反应器31及第2反应器32相同的构成。第1 反应器31 第3反应器33通过多条配管路径而并列连接，能够进行转换磷回收操作和逆 清洗操作的旋转动作。再生药液导入路径L15与用于供给吸附剂的再生药液的再生药液供给源24连接， 并且分别与第1反应器31 第3反应器33的上部连接。在再生药液导入路径L15上设有 泵P3，可在泵P3的驱动下，再生药液通过路径L15从供给源24向第1反应器31 第3反 应器33进行供给。再生处理水排出路径L16分别与第1反应器31 第3反应器33的下部连接。如 果打开阀门，就可经由再生处理水排出路径L16，从第1反应器31 第3反应器33排出再 生处理后的再生处理水。固液分离装置21被设在从原水供给源20到第1反应器31 第3反应器33的之间，以预先除去被处理水中含有的杂质(悬浮固体成分等)。作为固液分离装置21，例如能 够采用膜分离方式的装置。在采用膜分离方式的装置时，需要采取另外设置清洗液排出用 配管等措施，以便使伴随着为维持而进行的药液清洗等的废液不会混入第1反应器31 第 3反应器33中。在这种情况下，也可以并用第1反应器31 第3反应器33中的第1反应 器液体排出路径L51 第3反应器液体排出路径L53的液导入进行逆清洗。此外，如果只是进行经由第1解吸药液导入路径L61 第3解吸药液导入路径L63 的解吸药液的导入，在可使填充层2的磷吸附剂再次吸附磷的状态下操作困难时，进行经 由再生药液导入路径L15导入再生药液，保持填充层2的吸附剂的吸附能的操作。作为这 里所说的再生药液，只要采用与解吸药液相比含阴离子的成分的浓度更高的药剂即可，除 去具有引起填充层2的磷吸附剂性能下降等可能性的成分，优选从通液后不需要其它排水 处理等的物质中选择，例如能够采用氯化钠等。正如以上所说明的那样，磷解吸药液最终成为得到磷酸盐的晶析机构中的磷晶析 机构的被处理水，因此能够根据磷的回收磷酸盐形态解吸磷，并且优选从对磷酸盐晶析的 影响小的药液中选择。因此，如果只采用磷解吸药液，在磷吸附剂不能恢复到预定的磷吸附 能时，通过另外通入磷吸附剂的再生药液，能够反复利用磷吸附剂从排水中除去、回收磷。此外，通过预先将导入到具有磷吸附剂的反应器中的被处理水所含的杂质之一即 固体成分除去，能够抑制固体成分在磷吸附剂内部的蓄积，因而能够抑制施加给向反应器 导入的机构的负荷的上升，并能够抑制杂质混入由磷解吸机构排出的通水完毕的磷解吸液 中，因此能够降低得到磷回收物即磷酸盐的晶析机构中的杂质，能够抑制杂质混入磷回收 物中。根据本实施方式的装置1A，能够迅速排除被处理水中的悬浮固体成分的影响，更 适当地反复利用磷吸附剂，因而能够高效率地适当运用从排水中的磷除去及回收操作。(第3实施方式)参照图3对第3实施方式的装置进行说明。再有，本实施方式中的与上述实施方 式重复的部分的说明在此予以省略。在本实施方式的水处理装置IB中，在第1反应器液体导入路径L51及第2反应 器液体导入路径L52上分别连接着第1解吸药液导入路径L171及第2解吸药液导入路径 L172，并且在第1解吸药液导入路径L171 第2解吸药液导入路径L172上设有解吸药液 通水处理水固液分离装置18。在将源自保持在第1反应器31及第2反应器32中的被处理水的液体排出后，在通 过第1反应器液体导入路径L51及第2反应器液体导入路径L52以上向流的方式导入液体 后，将其一部分或全部经由第1解吸药液导入路径L171及第2解吸药液导入路径L172，导 入磷吸附剂的解吸药液。通过导入该药液，能够抑制从第1解吸药液通水处理水排出路径 L71 第2解吸药液通水处理水排出路径L72排出的回收磷成分及解吸药液的浓度变动，因 而能够使导入到晶析槽8中的水质更加均质化，因此能够适当地运用磷回收操作。此外，通过在第1解吸药液通水处理水排出路径L71 第2解吸药液通水处理水 排出路径L72上配设解吸药液通水处理水固液分离装置18，能够在进一步排除混入到解吸 药液通水处理水中的固体成分后，将液体导入到晶析槽8中，因此能够排除晶析槽8中的固 体成分杂质的影响。这里，作为解吸药液通水处理水固液分离装置18，在为了不使伴随着为维持膜分离而进行的药液清洗等产生的废液混入晶析槽中而采取了切换清洗工序等措施 之后，可以采用公知的膜分离装置等。根据本实施方式的装置1B，通过将向保持有磷吸附完毕的磷吸附剂的反应器中导 入上向流的液体的机构中所采用的液体设定为磷解吸药液，能够抑制通过上向流导入的液 体对由磷解吸机构排出的通水完毕的磷解吸液体的影响。因此，还能够抑制通过上向流导 入的液体对得到磷回收物即磷酸盐的晶析机构的影响。通过预先在从由磷解吸机构排出的通水完毕的磷解吸液中排出、并导入给得到磷 回收物即磷酸盐的晶析机构的导入路径上配设固液分离机构，能够降低杂质，能够抑制杂 质向晶析机构的磷回收物中的混入。根据本实施方式的装置1B，能够进行流入的固液成分对用于回收磷的晶析槽的影 响、及药液成分的浓度变动受到抑制的磷回收操作，因此能够高效率地适当运用从排水中 的磷除去及回收操作。根据本发明，可提供一种从被处理水中回收磷的水处理装置，其可抑制杂质混入 被处理水中，控制药液消耗。
权利要求
一种水处理装置，其特征在于，包括反应器，其具有填充着磷吸附剂的吸附剂填充层，所述磷吸附剂用于吸附被处理水中含有的磷；导入路径，用于向所述反应器中导入被处理水；排出路径，用于排出来自所述反应器的磷除去完毕的被处理水；通水机构，用于通入磷解吸药液，从磷吸附完毕的磷吸附剂解吸磷；磷回收机构，其可从通水处理过的所述磷解吸药液得到磷酸盐；以及上向流形成路径，其与所述反应器的下部连接，在保持于所述反应器中的被处理水排出后，向所述反应器朝上地导入液体，从而形成上向流。
2.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，从所述上向流形成路径导入给所 述反应器的液体是所述磷解吸药液。
3.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，从所述上向流形成路径导入给所 述反应器的液体是用于对被处理水中含有的、蓄积在所述反应器中的固体成分进行逆清洗 的清洗水。
4.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，还具有在通入所述磷解吸药液后 通入磷吸附剂的再生药液的磷吸附剂再生机构。
5.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，还具有配置在所述导入路径上的 固液分离机构。
6.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，还具有配置在所述排出路径上的 固液分离机构。
7.根据权利要求4所述的水处理装置，其特征在于，具有多个所述反应器，通过切换所 述通水机构和所述磷吸附剂再生机构连续地除去并回收被处理水中的磷。
8.根据权利要求1所述的水处理装置，其中，所述磷解吸药液是碱性药液。
9.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述磷回收机构是与通水处理过 的所述磷解吸药液和磷酸羟基磷灰石及氢氧化钙液体接触的机构。
10.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述被处理水是从源自生物学水 处理的污泥的处理工序排出的污泥澄清液。全文摘要
本发明涉及一种水处理装置，其将被处理水通水到第1反应器(31)及第2反应器(32)中，在用吸附剂将被处理水中含有的磷除去后，从第1处理水排出路径(L41)及第2处理水排出路径(L42)分别将保持在各反应器中的液体排出，排除源自被处理水的溶解性杂质的影响。此外，在被处理水中含有的悬浮固体成分杂质蓄积在磷吸附剂中时，通过利用其后从反应器液体导入路径导入的液体的逆洗操作而将其排除，因此，可排除被处理水中的悬浮固体成分对其后导入给晶析槽(8)的来自磷吸附剂的含磷的解吸药液的影响。
文档编号C02F1/58GK101898810SQ20101019485
公开日2010年12月1日 申请日期2010年5月31日 优先权日2009年5月29日
发明者仕入英武, 原口智, 堤正彦, 山本胜也, 河野龙兴, 海老原聪美, 纳田和彦, 茂庭忍, 足利伸行, 辻秀之, 铃木昭子 申请人:株式会社东芝