(57)【要約】【課題】脱水汚泥から、鉄化合物を回収する方法を提供する。【解決手段】汚泥を脱水し、得られた脱水ケーキに対して炭化処理を行い、得られた汚泥炭化物を磁選機を用いて磁選することで鉄含有率の高い炭化物を分別し、次いで鉄化合物を回収することを特徴とする汚泥から鉄化合物を回収する方法を要旨とするものであり、好ましくは、得られた汚泥炭化物を粉砕し、水中における比重差を利用して鉄含有率の高い炭化物を沈殿させた後、磁選機を用いて鉄化合物を回収する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥を脱水し、得られた脱水ケーキに対して炭化処理を行い、得られた汚泥炭化物を磁選機を用いて磁選することで鉄含有率の高い炭化物を分別し、次いで鉄化合物を回収することを特徴とする汚泥から鉄化合物を回収する方法。
【請求項２】
汚泥を脱水し、得られた脱水ケーキに対して炭化処理を行い、得られた汚泥炭化物を粉砕し、水中における比重差を利用して鉄含有率の高い炭化物を沈殿させた後、得られた沈殿物を磁選機を用いて磁選することで鉄含有率の高い炭化物を分別し、次いで鉄化合物を回収することを特徴とする汚泥から鉄化合物を回収する方法。
【請求項３】
汚泥を脱水した脱水ケーキを原料として製造した炭化物を、粉砕後、磁選及び／又は水中における比重差を利用して鉄の含有率の高い炭化物を沈殿分離することを特徴とする鉄化合物回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上水処理、下水処理、産業廃水処理などから発生する凝集沈殿汚泥から、鉄化合物を回収する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
我が国において、産業廃棄物の最終処分場容量は残余年数１０年を下回る状況にある。上水処理、下水処理、産業廃水処理などから発生する汚泥に対しては、最終処分量を減量し、循環型社会構築に資する資源回収への取り組みが期待されている。
【０００３】
汚泥の減量方法としては、有機性排水の活性汚泥処理施設から発生する余剰汚泥をオゾン等で酸化処理する化学的方法、ディスクやビーズによって破砕する物理的方法、高エネルギーによって分解する亜臨界法などが開発されてきた（特許文献１〜４参照）。
【０００４】
資源回収方法としては、従来から嫌気性消化処理によってメタンガスを回収し、メタンガスのエネルギーを利用する方法が行われてきた。一部の下水処理施設では汚泥を焼却して残る灰をレンガの原料としたり、汚泥を溶融してできるスラグを砕石の代用として利用する方法が実施されている。最近では下水汚泥中に含まれるリン資源を回収する方法が開発され、肥料として有効利用することが試みられている（特許文献５参照）。
【０００５】
農地に恵まれる地域では、汚泥をコンポスト化して土壌に施用する方法をとることが多かった。しかし、汚泥中には様々な金属が含有されており、製造されたコンポストに含有される金属によっては、そのまま土壌に施用することができない場合もあった（特許文献６参照）。
【０００６】
近年、汚泥を炭化処理して炭化物を製造し、その有効利用を図ることが試みられている。特に、発電所のCO2排出量を低減する観点から下水汚泥を炭化処理によって固形燃料化し、石炭火力発電用の燃料にするシステムが考えられている。しかし、石炭火力発電所は海岸部に偏在し、内陸部から汚泥炭化物を輸送すれば輸送によって消費するエネルギーや発生するCO2を無視することができない。そのため下水汚泥の固形燃料化は、各地の下水処理施設にとって汎用性のある有効利用方法とすることが難しいという問題がある。
【０００７】
また、下水汚泥など有機性廃棄物の再資源化方法の一つとして、消化汚泥を鉄系凝集剤によって凝集させて脱水した後に炭化させ、酸化鉄系脱硫性化合物を含んだ炭化物を回収する技術が提案されている（特許文献７参照）。この方法によれば、内燃式キルン炉、外燃式キルン炉、ダブル円筒型バッチ炉等の炭化炉で、５００〜８５０℃、滞留時間２０分以上として処理することにより炭化された炭化汚泥を脱硫塔に充填し、メタンガスの脱硫をすることができる。しかし、この方法は鉄系凝集剤によって凝集させて脱水した消化汚泥にしか適用できないので、適用できる下水処理施設は限定されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３３２６０８４号公報
【特許文献２】特許第３４９４３６２号公報
【特許文献３】特開２００３−９３９０８号公報
【特許文献４】特許第４００４７６６号公報
【特許文献５】特開２００７−２４４９９４号公報
【特許文献６】特開平１１−３４６５５５号公報
【特許文献７】特開平１１−３３３４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般に汚泥中には様々な金属、非金属が含有されており、それらを低エネルギー消費で回収し再利用することは社会的要求である。しかしながら汚泥の性状は単一の下水処理施設においてさえ一定することはなく、日々変動し、季節変動するものである。そのため、資源を回収し再利用することを企図しても、回収物、たとえば酸化鉄系化合物を含んだ炭化物をなりゆきで製造していては品質の保証ができないので、実際に再利用のリサイクルシステムを構築することが難しい。
【００１０】
本発明は、上記のような課題を解決するために鋭意検討した結果であり、脱水汚泥から一定性状の鉄化合物を回収する方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、脱水ケーキを炭化処理したのち磁選することにより鉄含有率の高い炭化物を分別し得ることを見出し、本発明に到達した。
【００１２】
すなわち、本発明の第一は、汚泥を脱水し、得られた脱水ケーキに対して炭化処理を行い、得られた汚泥炭化物を磁選機を用いて磁選することで鉄含有率の高い炭化物を分別し、次いで鉄化合物を回収することを特徴とする汚泥から鉄化合物を回収する方法を要旨とするものであり、好ましくは、汚泥を脱水し、得られた脱水ケーキに対して炭化処理を行い、得られた汚泥炭化物を粉砕し、水中における比重差を利用して鉄含有率の高い炭化物を沈殿させた後、得られた沈殿物を磁選機を用いて磁選することで鉄含有率の高い炭化物を分別し、次いで鉄化合物を回収することを特徴とする汚泥から鉄化合物を回収する方法である。
【００１３】
また、本発明の第二は、汚泥を脱水した脱水ケーキを原料として製造した炭化物を、粉砕後、磁選及び／又は水中における比重差を利用して鉄の含有率の高い炭化物を沈殿分離することを特徴とする鉄化合物回収装置を要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、脱水汚泥を炭化処理して有機物を乾留することで、鉄含有率を高めた炭化物とし、得られた炭化物を磁選することでさらに鉄含有率の高い炭化物を分別し、鉄化合物として回収することができる。また、得られた汚泥炭化物を粉砕し、水中における比重差を利用して鉄含有率の高い炭化物を沈殿させた後、得られた沈殿物を磁選機を用いて磁選することでさらに鉄含有率の高い炭化物を分別し、回収することができる。汚泥炭化物から鉄含有率の高い炭化物を別途回収することで、炭化物の一部が鉄資源として再利用が可能になり、残余の鉄分の少ない炭化物は減容される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る鉄化合物の回収方法の一実施の形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係る鉄化合物の回収方法の他の実施の形態を示す模式図である。
【図３】水洗槽８の炭化物投入口付近断面の模式図である。
【図４】水洗工程の無終端水路模式図である。
【図５】ベルト下に磁石を設置したコンベヤの模式図である。
【図６】磁選実験の概略図である。
【図７】実施例４における微量元素の挙動を示す図である。
【図８】実施例４における主要元素の挙動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明による鉄化合物を回収する方法の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る鉄化合物の回収方法の一実施の形態を示すフロー図である。本発明においては、まず２の脱水機で汚泥を脱水する。脱水されていない汚泥の含水率は９９質量％程度であるが、脱水することで含水率を７０〜８５質量％程度にすることができる。その結果、容量１ｍ3だった汚泥が脱水後は３０〜７０Ｌ程度に減容される。汚泥脱水のためには凝集剤の添加が必要である。本発明において添加する凝集剤の種類は問わないが、塩化第二鉄溶液その他鉄系の凝集剤を用いた場合には凝集剤に含まれる鉄分の回収も可能であり、鉄回収量が増えることから好ましい。
【００１８】
本発明においては次に、脱水汚泥を炭化炉３で炭化処理する。図示しないが、別途乾燥機を設置し、脱水汚泥を乾燥してから炭化炉３に供給することも可能である。脱水汚泥の乾燥時には強い臭気が発生することが知られている。従って乾燥機を設置する場合は、汚泥から水蒸気と共に発生する臭気を脱臭して大気放散する脱臭装置の設置が望ましい。施設全体の装置構成を簡素にするためには、脱水汚泥を直接炭化処理する方が好ましい。
【００１９】
本発明における炭化処理の条件は、炭化温度３００〜４００℃の低温条件ではなく、５００℃以上の条件が好ましい。低温条件では炭化物中に残存する有機物の割合が高く、炭化物重量の５０％以上となることが多い。鉄含有率の高い炭化物を得る本発明の趣旨からして、炭化温度５００〜７００℃の範囲が好ましい。
【００２０】
このようにして得られた炭化物は揮発性炭素がほとんど残っていない精煉された炭化物となる。本発明においては、次に炭化物に対して磁選機４を用いて磁選を行ない、鉄含有率の高い部分を集める工程を行う。本発明において磁選する際に、磁選に用いる磁力が強い場合、炭化物の粒の一部に鉄含有率の高い部分があると、引き寄せてしまうことがある。結果として磁選された炭化物に鉄含有率の低い部分が残ってしまうことになる。したがってこれを防ぐために磁選前に粉砕工程を入れることが好ましい。もちろん、炭化炉から排出される炭化物が既に微細な状態であれば粉砕工程は不要である。
【００２１】
磁選された炭化物５は、鉄含有率が高まっているので鉄資源として再利用が可能である。磁選工程で分別された残余の炭化物６は、従来の炭化物としての再利用工程へもちこまれることとなる。黒色を活かした融雪剤パウダーとして利用されたり、吸着材として利用される場合もある。
【００２２】
図２は、本発明に係る鉄化合物の回収方法の他の実施の形態を示すフロー図である。鉄含有率の高い炭化物の比重が残余の炭化物に比べて大きいことを利用した実施の形態を示す模式図である。粉砕機７で粉砕された炭化物は、水洗槽８に送られる。水洗槽８は図４に示すような無終端水路が好ましい。水洗後、磁選された沈殿炭化物９は鉄資源としてリサイクルされる。
【００２３】
図３は、水洗槽８の炭化物投入口付近断面の模式図である。水の流れは断面に対して垂直方向である。水洗水が流速０．１〜５m／秒程度で循環している中へ粉砕機７で粉砕された炭化物１２を投入し、投入口下の水中にはベルトコンベア１１を設置する。比重の大きい炭化物は速やかに沈殿するのでベルトコンベア１１上に堆積する。それを引き上げて沈殿炭化物９として回収する。
【００２４】
本発明においては、図５に示すように、ベルト下に磁石１５を設置することで、より効率よくベルト上に集めることができる。残余の炭化物１０は磁石を設置しないベルトコンベア１４に乗ることで回収される。市販のドラム型磁選機を利用することもできる。
【００２５】
回収した鉄含有率の高い炭化物は酸処理によって鉄を溶解し、鉄を液体として回収することもできる。使用する酸の種類に制限はないが、鉄以外の金属が多量に溶解することは好ましくないので、希塩酸が適している。
【実施例】
【００２６】
実施例１
下水処理施設から発生した脱水汚泥を炭化処理した。汚泥は標準活性汚泥槽から発生する余剰汚泥に対して、塩化第二鉄と高分子凝集剤を脱水助剤として添加し、ベルトプレス脱水機にて脱水した汚泥である。炭化処理条件は炭化温度６００℃、炭化時間３０分とした。このようにして得られた炭化汚泥１００ｇを、コーヒーミルで３０秒間粉砕した。この粉砕炭化物をステンレストレイに移し、磁石（０．１２Ｔ）を用いてトレイの底部から図６に示すように磁力による選別を行い、４．６ｇの磁選炭化物５を得た。炭化汚泥の鉄含有率は５．８％であったが、磁選炭化物５の鉄含有率は４４％となり、炭化汚泥中に含まれた鉄のうち、３４％を回収できた。
【００２７】
実施例２
浄化槽から発生した脱水汚泥を炭化処理した。汚泥は回分式活性汚泥槽から発生する余剰汚泥に対して、ポリ硫酸第二鉄と高分子凝集剤を脱水助剤として添加し、加圧脱水機にて脱水した汚泥である。炭化処理条件は炭化温度６００℃、炭化時間３０分とした。このようにして得られた炭化汚泥１００ｇを実施例１と同様に粉砕し、磁選によって２０．４ｇの磁選炭化物５を得た。炭化汚泥の鉄含有率は２２％であったが、磁選炭化物の鉄含有率は４７％となり、炭化汚泥中に含まれた鉄のうち、４４％を回収できた。
【００２８】
実施例３
実施例２で用いたものと同じ炭化汚泥５０ｇをコーヒーミルで３０秒間粉砕し、１Ｌの水道水を入れたメスシリンダー中に投入した。ガラス棒で撹拌して粉砕炭化物を分散させた後、３０秒待って、黒く濁った水を５Ｃろ紙を用いてろ過した。ろ液は透明であった。ろ紙を乾燥し、ろ紙上に残った黒色粉末（イ）を回収した。メスシリンダー底部に残った粉砕炭化物は、再度メスシリンダーに水道水を１Ｌ入れてガラス棒で撹拌し、水中に分散させ、すぐに５Ｃろ紙を用いてろ過した。ろ液は透明であった。ろ紙を乾燥し、ろ紙上に残った黒色粉末（ロ）を回収した。それでもメスシリンダー底部に残った粉砕炭化物はスパチュラで回収し、ろ紙にのせて乾燥した（ハ）。回収物の重量比は、（イ）：（ロ）：（ハ）＝１８：８２：０．４となった。もとの炭化汚泥の鉄含有率は２２％であったが、黒色粉末（イ）では１６％、（ロ）では２３％、（ハ）の鉄含有率は６５％となり、水中に分散すると鉄含有率の高い部分が沈殿しやすいことを利用して、極めて鉄含有率の高い部分（ハ）を分離、回収することができた。
【００２９】
実施例４
実施例２で用いたものと同じ炭化汚泥１００ｇを実施例１と同様に粉砕し、磁選によって２７．５ｇの磁選炭化物を得た。炭化物製造原料の脱水汚泥と、炭化汚泥、炭化汚泥からの磁選物、磁選後の残渣について、蛍光Ｘ線分析を行った。脱水汚泥を炭化し磁選することで、それぞれに含有される成分の割合は表１（及び図７，８）に示すように変化した。鉄については炭化物において１５．６％含有されていたが、磁選物では含有率が３２％に上昇した。このとき、磁選操作後の残余においては鉄含有率が低下しており１３．２％となっていた。鉄と同様の挙動を示した金属は他にもあり、マンガン、クロム、ニッケルは磁選物で含有率が上昇し、残余で低下した。鉄と逆の挙動を示したのは、リン、アルミニウム、ケイ素、カルシウム、カリウム、チタン、亜鉛、銅、ストロンチウムであり、これらは磁選物で含有率が低下し、残余において含有率が上昇した。モリブデンについては、脱水汚泥と、炭化汚泥、磁選後の残渣において検出されなかったが、磁選物においては極微量検出された。ルビジウムと鉛については、脱水汚泥と、炭化汚泥、炭化汚泥からの磁選物において検出されなかったが、残余においては極微量検出された。
【００３０】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明により、鉄含有率の高い炭化物を分別し、鉄化合物として回収することができる。一定の磁力によって汚泥炭化物から鉄含有率の高い炭化物を回収することで、汚泥炭化物の一部が鉄含有率の安定した鉄資源として回収され、再利用が可能になる。
【符号の説明】
【００３２】
１    汚泥
２    脱水機
３    炭化炉
４    磁選機
５    磁選炭化物
６    残余炭化物
７    粉砕工程
８    水洗槽
９    沈殿炭化物
１０  残余炭化物
１１  ベルトコンベヤ
１２  粉砕炭化物
１３  保管容器
１４  残余炭化物ベルトコンベヤ
１５  磁石
１６  トレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010111564.tif 000008
【図６】
2010111564.tif 000009
【図７】
2010111564.tif 000010
【図８】
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