(57)【要約】【課題】  本発明は、リンを含有する汚泥焼却灰の大量再利用を有効にかつ簡便に図れるようにする方法を提供するものであり、リン含有量の少ない部分を大量にセメント原料に利用できるようにすると共に、リン含有量の多い部分はリン成分回収用原料として再利用処理に用いることを目的とする。【解決手段】  本発明の、汚泥焼却灰の再利用方法は、汚泥焼却灰を粒度による分級処理し、次いで分級された汚泥焼却灰にそれぞれ異なる処理を施すものであり、分級処理された汚泥焼却灰の粒度に傾斜して含まれるリン含有量に応じて、セメント原料として用いる処理またはリン回収用原料として用いる処理を課して再利用を図る。【図面】  図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥焼却灰を粒度による分級処理し、次いで分級された汚泥焼却灰にそれぞれ異なる処理を施すことを特徴とする、汚泥焼却灰の再利用方法。
【請求項２】
請求項１記載の汚泥焼却灰の再利用方法において、分級処理された汚泥焼却灰の粒度に傾斜して含まれるリン含有量に応じて、分級された汚泥焼却灰に異なる処理を施すことを特徴とする、汚泥焼却灰の再利用方法。
【請求項３】
請求項２記載の汚泥焼却灰の再利用方法において、異なる処理とは、セメント原料として用いる処理またはリン回収用原料として用いることを特徴とする、汚泥焼却灰の再利用方法。
【請求項４】
請求項３記載の汚泥焼却灰の再利用方法において、リン含有量が少ない粒度の汚泥焼却灰をセメント原料として用いることを特徴とする、汚泥焼却灰の再利用方法。
【請求項５】
請求項３記載の汚泥焼却灰の再利用方法において、リン含有量が多い粒度の汚泥焼却灰をリン回収用原料として用いることを特徴とする、汚泥焼却灰の再利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リン含有汚泥焼却灰の有効利用方法に関し、特に、リン成分を含む汚泥焼却灰を、セメント原料やリン回収用原料として有効な利用に供することができる再利用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、下水道の普及に伴い下水処理量は年々増加しており、それとともに発生する汚泥量も着実に増加してきている。
かかる増大する汚泥を処理するために、汚泥を減量化（減容化）することが行われており、そのため汚泥を焼却処理したり、汚泥を溶融処理したりすることが実施されている。
特に汚泥の焼却処理が積極的に行われており、それに伴う焼却灰の発生量も増加している。
【０００３】
このような現状下では、発生した汚泥や当該汚泥を焼却した焼却灰のほとんどが最終処分場で埋め立て処分されており、処分地の制約が大きい大都市のみならず、新たに下水処理を開始した中小都市においても莫大な埋め立て費用が大きな問題となっている。
そのため、例えば汚泥の焼却灰を加圧成形した後焼成してレンガを製造したり、前記焼却灰を加圧造粒して人造骨材にしたり、また、当該焼却灰を溶融して得られたスラグを路盤材に利用する技術等が提案されている。
【０００４】
特に、近年、セメント業界においても、これらの焼却灰はセメント原料の粘土代替用材料として利用することが注目されており、セメント原料として有効に使用できると年間数千トンのオーダで再利用が図れることも可能となり、その需要は年々増加している。
【０００５】
しかし、一般に、汚泥焼却灰中にはリン成分が含有されており、かかるリン（Ｐ２Ｏ５換算で、１０〜２０重量％程度）成分は、得られるセメントの性状、特に初期圧縮強度の低下、凝結の遅延やセメントクリンカの易焼成性の低下等、セメントに必要とされる特性に悪影響を与えることが知られている（５ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ｏｆ  Ｃｅｍｅｎｔ  Ｖｏｌ．Ｉ，  ｐ．１５７−１６２，ｐ．３４０−３４７（１９６８）、セメント技術年報Ｖｏｌ．２４，ｐ．３９−４３（１９７０）等）。
【０００６】
また、通常ポルトランドセメント中のリン化合物は、Ｐ２Ｏ５換算で０．１〜０．２重量％程度含有されているが、セメントクリンカ中のリン化合物がＰ２Ｏ５換算で０．５重量％以上含有されるようになると、上記したようなセメント特性への悪影響が生じてしまうため、リン化合物を高濃度で含有した汚泥焼却灰等の廃棄物を、大量にセメント原料として使用することは困難であった。
【０００７】
一方、天然のリン鉱石の枯渇が懸念されていることもあり、下水汚泥焼却灰からリンを回収して資源化することにより有効利用しようとする技術等が提案されている。
例えば、特開平９−７７５０６号公報には、下水汚泥焼却灰から酸性溶液にてリン酸分を溶出させ、溶出液と不溶解性残渣とを分離し、溶出液を水と２相を形成する有機溶媒に混合してリン酸分を有機溶媒に移行させ、この有機溶媒を洗浄して酸を除去したうえ、水と混合して逆抽出を行ないリン酸分を回収するリン酸回収法が開示されており、また、特開２０００−４４２１３号公報には、汚泥焼却灰を硫酸浸出し、固液分離後、溶媒抽出によって、溶媒抽出後の溶媒相をリン酸で洗浄して溶媒相から硫酸分を除去し、この硫酸分を含むリン酸を硫酸浸出工程に回送して再利用する一方、洗浄した溶媒相からリン酸を回収する方法が開示されている。
【０００８】
しかし、従来のリン回収技術では、焼却灰中のリン化合物含有量が低濃度である場合には、リンを抽出する効率が悪くなり、リンの回収を有効に図ることができないという課題を有していた。
【非特許文献１】５ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ｏｆ  Ｃｅｍｅｎｔ  Ｖｏｌ．Ｉ，  ｐ．１５７−１６２，ｐ．３４０−３４７（１９６８）
【非特許文献２】セメント技術年報Ｖｏｌ．２４，ｐ．３９−４３（１９７０）
【特許文献１】特開平９−７７５０６号公報
【特許文献２】特開２０００−４４２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、リンを含有する汚泥焼却灰の大量再利用を有効にかつ簡便に図れるようにする方法を提供するものであり、具体的には、リン含有焼却灰を、リン含有量に応じて簡便に分別して、それぞれリン含有量に応じた適切な再利用方法に供することができる、汚泥焼却灰の再利用方法を提供することである。
また、本発明の他の目的は、特に、リン含有量の多い汚泥焼却灰を分級処理することにより、リン含有量の少ない粒度区分の汚泥焼却灰部分を大量にセメント原料に利用できるようにすると共に、リン含有量の多い粒度区分の汚泥焼却灰部分はリン成分回収用原料として再利用することができる、汚泥焼却灰の再利用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、リン含有汚泥焼却灰中に含まれるリン成分の含有量は、焼却灰の粒度により偏在があり、従って焼却灰を分級処理することで、調整されたリン含有量の焼却灰を分別し、これにより有効利用が達成できるものである。
【００１１】
本発明の汚泥焼却灰の再利用方法は、汚泥焼却灰を粒度による分級処理し、次いで分級された汚泥焼却灰にそれぞれ異なる処理を施すことを特徴とするものである。
好適には、上記本発明の汚泥焼却灰の再利用方法において、分級処理された汚泥焼却灰の粒度に傾斜して含まれるリン含有量に応じて、分級された汚泥焼却灰に異なる処理を施すことを特徴とする。
【００１２】
更に、好適には、上記本発明の汚泥焼却灰の再利用方法において、異なる処理とは、セメント原料として用いる処理またはリン回収用原料として用いることであり、特に、リン含有量が少ない粒度の汚泥焼却灰をセメント原料として用い、また、リン含有量が多い粒度の汚泥焼却灰をリン回収用原料として用いることを特徴とする汚泥焼却灰の再利用方法である。
【発明の効果】
【００１３】
リン化合物を高濃度で含有した汚泥焼却灰廃棄物は、セメントの物性に悪影響を与えるため、大量にセメント原料に使用することが実際は困難であり、また、下水汚泥焼却灰からリン成分を回収する技術等も提案されているが、焼却灰中のリン化合物含有量が低濃度である場合は、抽出する効率が悪くなり、経済的でないという問題を有していたところ、本発明のリン含有汚泥焼却灰の再利用方法は、これらの汚泥焼却灰を風力遠心力分級機などにより粒度ごとに分級し、粗粉と微粉とに分けたのち、リン含有量が低い粗粉はセメント原料に大量に有効利用することができ、リン含有量が多い微粉は酸抽出などの公知手段によりリン成分をリン酸として効率よく回収して利用に供することができるため、汚泥焼却灰の大量かつ安定したリサイクル処理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を具体的な態様に基づいて、次の好適例により詳細に説明する。
本発明の汚泥焼却灰の再利用方法は、汚泥焼却灰を粒度による分級処理し、次いで分級された汚泥焼却灰にそれぞれ異なる処理を施すことにより、汚泥焼却灰を大量にかつ有効に再利用できる方法である。
当該本発明の方法は、リン含有汚泥焼却灰中のリン含有量には、当該汚泥焼却灰の粒度により偏在しており、すなわち粒度に傾斜して、含まれるリン含有量が異なるという新規な知見に基づくものである。
【００１５】
具体的には、汚泥焼却灰の微粉側にはリン成分が多く偏在して含有され、一方粗粉側にはリン成分の含有量が少なく、所定の条件で分級処理して粒度ごとに分けることにより、特定のリン含有量を含む焼却灰ごとに分別調整でき、当該リン含有量に応じて汚泥焼却灰に異なる処理を施してその有効利用を図るものである。
好適には、汚泥焼却灰を分級処理すると、リン含有量の少ない汚泥焼却灰は、大量にセメント原料に利用する処理に課され、それとともにリン含有量の多い汚泥焼却灰はリン成分回収用原料としてリン回収用処理に課されて再利用が図られるものである。
【００１６】
本発明の汚泥焼却灰の再利用方法に用いることができる汚泥焼却灰は、リン成分を含有する汚泥焼却灰であれば特に限定されず、例えば、下水汚泥、浄水汚泥、食品残渣汚泥、家畜糞尿汚泥、し尿、家庭用雑排水及び産業用廃水処理などによって発生した任意の汚泥焼却灰の少なくとも１種以上を適用することができる。
特に下水処理場で発生する汚泥量は、近年増加しており、本発明の方法が下水処理場で発生する汚泥焼却灰の再利用方法として好適に用いられる。
更に、汚泥焼却灰を大別すると、高分子凝集剤が添加された汚泥を焼却したものと、石灰系凝集剤が添加された汚泥を焼却した灰とに分けられるが、減容化対策から最近では高分子凝集剤を使用したものが多く、本発明の方法においては両者共に適用が可能である。
【００１７】
これらの焼却灰は、通常、汚泥を汚泥処理場で含水率約６０〜９０重量％程度にまで脱水処理したものを焼却したものであり、本発明においては、汚泥の含水率は特に限定されないが、上記各種汚泥を含水率約６０〜９０重量％程度にまで脱水処理した通常の汚泥を焼却した焼却灰が好適に使用される。
【００１８】
また、汚泥の焼却には、多段焼却炉や流動床焼却炉等の任意の焼却炉を用いることができ、さらにその焼却方法は、通常使用されている任意の焼却方法を使用することが可能である。
一般に、流動床炉を用いて汚泥を焼却する場合には、得られる焼却灰の平均粒径は２５〜５０μｍ程度である。
【００１９】
このようにして、汚泥を焼却して得られた汚泥焼却灰を、粒度ごとに分級する。
これは、一定の幅の粒度ごとに分級処理して分別された汚泥焼却灰中に含有されるリン成分の含有状況を確認したところ、粒度が大きくなるにつれて、含有されるリン成分の量が少なくなる傾向があり、粒度に傾斜して汚泥焼却灰中に含まれるリン含有量が異なるからである。
かかる分級処理により、汚泥焼却灰を、含有されるリン成分の量に応じて分別できるので、用途に合致させた汚泥焼却灰の再利用が有効となる。
【００２０】
粒度ごとの分級方法としては、重力分級機、遠心分級機、慣性分級機等の通常の分級方法を用いることができ、他に、ＪＩＳふるいによる分級法等も使用可能である。
【００２１】
粒度ごとに分級処理された汚泥焼却灰は、粒度の大きい粗粉側は、含有されるリン成分の量が少ないので、リン成分が多量に含まれると弊害が生じてしまうような用途に好適に用いることができる。
このような用途としては、セメント原料として利用されることが好適であり、これは含有されるリン成分量が少ないとともに、汚泥焼却灰はシリカ成分を含むため、セメント原料として大量に用いられるのに好適だからである。特に、粘土代替用材料として有効に使用できる。
これは、リン化合物がＰ２Ｏ５換算で０．５重量％以上含まれると、初期圧縮強度の低下等のセメントに必要とされる特性の低下が生じてしまうので、大量にリン成分を含有させることは適切ではないからであり、また、後述するように、汚泥焼却灰の粗粉側に含まれるシリカ（ＳｉＯ２）成分は、粗粉側で増加傾向を示し、このことはセメントにおいて粘土代替材料として用いるのに好適だからである。
【００２２】
一方、粒度ごとに分級処理された汚泥焼却灰であって粒度の小さい微分側の汚泥焼却灰は、含有されるリン成分の量が多くなるので、特にリン成分が多量に含まれることにより有効な処理が図れる用途に好適に用いることができる。
このような用途としては、汚泥焼却灰からのリン回収用原料として利用処理されることが好適であり、特に資源の枯渇化の観点からも、効率的にリン成分を回収することが期待されている。
【００２３】
当該リン回収技術としては、酸抽出や、上記したような特開２０００−４４２１３号公報や特開平９−７７５０６号公報に開示される多数の技術が提案されており、本発明により分級処理された微粉側の焼却灰は、これらの方法を含む公知の任意の方法における、リン回収用の原料として用いることができる。
これは、リン回収用原料として汚泥焼却灰を用いた場合、当該汚泥焼却灰に含有されるリン成分の量が少ないと、リンを回収する効率が悪くなるとともに、不経済になり、結局有効な再利用が図れなくなるからである。
【００２４】
分級された汚泥焼却灰の粒径と含有されるリン成分の含有量とは一義的に決定されるわけではないが、一般に、分級平均粒径が例えば１０から４０μｍへと大きくなるとともにリン含有量が漸次減少し、特に３０μｍ前後、好適には約３２μｍ付近で急激に減少する。
よってセメント原料として使用される汚泥焼却灰粗粉とリン回収用原料として使用される汚泥焼却灰の微粉との粒度分級点としては、２０〜３２μｍ以上が好ましいが、汚泥の性状や、焼却装置、焼却条件等によりリン成分の偏在状況は変化するため、この条件に限定されるものではない。
【００２５】
従って、分級処理して粒度ごとに分別された汚泥焼却灰のリン含有量を、公知の方法、例えば、ＪＩＳ  Ｒ  ５２０２により測定して、汚泥焼却灰の粒度区分ごとの汚泥焼却灰中に含まれるリン含有量を決定し、微粉と粗粉とに分級する適切な分級点を決定、または所望する再利用に適するリン含有量の汚泥焼却灰粒度範囲を決定することが好ましい。
ここで、粗粉または微粉とは、上記決定された分級点により、前記篩、分級機等で粒度を分けた場合の篩上残分（篩上）、もしくは分級点より粗い粒子を粗粉とし、また、篩通過分（篩下）、もしくは分級点より細かい粒子を微粉としているものである。
【００２６】
また、かかる粗粉側での含有量減少傾向は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や、酸化カルシウム（ＣａＯ）も同様であり、逆にシリカ（ＳｉＯ２）は、粗粉側で増加傾向を示すので、汚泥焼却灰を分級して粒度ごとに分別調整し、含有されるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）やシリカ（ＳｉＯ２）の含有量の点から、粒度ごとに異なる処理に用いて有効利用に供することも可能である。
【実施例】
【００２７】
以下に実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
実施例１
Ａ市の下水処理場から発生した汚泥を焼却した下水汚泥焼却灰（乾灰）を入手した。
その組成を元粉と表示して、表１に示す。
次いで、当該Ａ市の下水焼却灰中の粒度による組成成分の偏在状況を確認するために、３２、４５、９０μｍでＪＩＳ篩を使用して分級し、その区間粒度の組成（重量％）、収率（％）、平均粒径（μｍ）を表１に示す。
なお、平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（ＣＩＬＡＳ１０６４：シーラス社製）を用いて測定した値を、組成はポルトランドセメントの化学分析方法（ＪＩＳ  Ｒ  ５２０２）に準拠して測定した値を示す。
【００２８】
【表１】
2006212579.tif 000002
【００２９】
上記表１の分析結果より、粒径が大きいほど、Ｐ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯの含有量は減少し、逆にＳｉＯ２の含有量は増加することが明らかである。
従って、所望するリン含有量を含む粒径範囲の汚泥焼却灰を選択することが容易となり、所望する再利用処理に適切に用いることが可能となる。
【００３０】
実施例２
４箇所（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の下水処理場から発生した汚泥を焼却した下水汚泥焼却灰（乾灰）をそれぞれ入手した。
その平均粒径（μｍ）と、含有されるＰ２Ｏ５成分の量（重量％）を元粉と表示して、表２に示す。
次いで、当該４箇所の下水焼却灰中の粒度によるリン成分の偏在状況を確認するために、遠心風力式分級機（ＴＣ１５Ｎ日清エンジニアリング社製）にて、６、１０、２０、３２、４５μｍで分級し、その区間粒度別の平均粒径（μｍ）、Ｐ２Ｏ５含有量（重量％）を表２及び図１に示す。
平均粒径及びＰ２Ｏ５含有量は、実施例１と同様の測定方法により得られた値を示す。
【００３１】
【表２】
2006212579.tif 000003
【００３２】
図１及び表２から、分級粉平均粒径が１０から４０μｍへと大きくなるにつれて、リン含有量が漸次減少し、特に分級点約３２μｍ付近で急激に減少していることが明らかとなった。
次いで、当該４箇所の汚泥焼却灰の上記各分級点を分岐として、当該分級点より粗分側に位置する焼却灰の合計量の、元粉に対するＰ２Ｏ５削減率の結果を、それぞれ表３及び図２に示す。
【００３３】
【表３】
2006212579.tif 000004
【００３４】
表３及び図２より、下水汚泥焼却灰の種類によって、粗粉側のＰ２Ｏ５含有量に差があることがわかるが、いずれの汚泥焼却灰についても、その粒度が大きくなるにつれて含有されるリン成分の量は少なくなることがわかる。
従って、各汚泥焼却灰を分級処理して、分別した粒度区分ごとにリン成分の含有量を測定し、再利用処理に供するのに適切な粒度区分の汚泥焼却灰を選択することが容易となる。
次に、上記４種類（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の汚泥焼却灰の各粒間累積収率と各粒間累積粉末中のＰ２Ｏ５含有量の関係を表４及び図３に、上記４種類（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の汚泥焼却灰の各粒間累積収率と各粒間累積粉末中Ｐ２Ｏ５削減率の関係を表５及び図４に示す。
【００３５】
【表４】
2006212579.tif 000005
【００３６】
【表５】
2006212579.tif 000006
【００３７】
図３より、例えばＢでは、元粉のＰ２Ｏ５含有量が約２１重量％に対し、各粒間累積収率約１５％で約半分のＰ２Ｏ５含有量１０重量％となることがわかる。
また、図４の各粒間累積収率と各粒間累積粉末中Ｐ２Ｏ５削減率との関係から、例えば、Dでは、各粒間累積粉末中Ｐ２Ｏ５削減率が約７０％前後では各粒間累積収率は約２０％前後、各粒間累積粉末中Ｐ２Ｏ５削減率約５０％前後では各粒間累積収率は約３０％前後、各粒間累積粉末中Ｐ２Ｏ５削減率約３０％前後では各粒間累積収率は約５０％前後になることがわかる。
【００３８】
以上より、汚泥焼却灰元粉の種類に応じて含有されるリン成分の量は異なるが、どの汚泥焼却灰についても粒度が大きくなるに従い含有されるリン量は減少することが明らかである。
従って、汚泥焼却灰を粒度ごとに分級し、分級された汚泥焼却灰の粒度範囲ごとに含有されるリン成分の量を測定して、当該リン含有量に応じた汚泥焼却灰を異なる処理に有効に用いて再利用を図ることができる。
特に、リン含有量の少ない粗粉側の汚泥焼却灰をセメントの原料に用い、リン含有量の多い微粉側の汚泥焼却灰をリン回収用原料として再利用処理に用いることが、汚泥焼却灰の大量処理を可能とするものである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、リン含有量の多い汚泥焼却灰、特に下水汚泥焼却灰を大量にかつ効率的に再利用することに適用され、特にセメント原料やリン回収用原料として大量にかつ有効に用いられることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、複数の汚泥焼却灰の分級粉平均粒径とそのＰ２Ｏ５含有量との関係を示す図である。
【図２】図２は、図１と同様の複数の汚泥焼却灰における分級点とその分級点による粗粉側のＰ２Ｏ５削減率との関係を示す図である。
【図３】図３は、図１と同様の複数の汚泥焼却灰の分級各粒間累積収率と各粒間累積粉末中のＰ２Ｏ５含有量との関係を示す図である。
【図４】図４は、図１と同様の複数の汚泥焼却灰の分級各粒間累積収率と各粒間累積粉末中のＰ２Ｏ５削減率との関係を示す図である。
【図１】
2006212579.tif 000007
【図２】
2006212579.tif 000008
【図３】
2006212579.tif 000009
【図４】
2006212579.tif 000010