(57)【要約】      （修正有）【課題】  活性汚泥処理設備を有する排水処理において、回収されるスラッジ焼却灰の再利用に関し、特に製紙スラッジ焼却灰について、製紙用原料としての再利用を可能とする、一貫した処理システムの構築を課題とする。具体的には、（ａ）リン酸成分を有する汚泥脱水ケーキを得る事、（ｂ）得られた汚泥脱水ケーキを適正な方式で焼却し高白色製紙スラッジ焼却灰を得る事、（ｃ）再処理コストの合理的抑制を実現すること。以上を解決し、以降、粉砕／分級処理によって再生原料とすることを課題とする。【解決手段】  活性汚泥を含む回収汚泥にリン酸又はリン酸塩化合物を添加し、汚泥脱水ケーキと為す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥処理設備、凝集沈殿処理設備及び終末処理設備を少なくとも有する製紙工場の排水処理に由来する製紙スラッジを焼却処理する方法において、活性汚泥処理設備、凝集沈殿処理設備、終末処理施設及び類似する処理設備等の少なくとも１つの処理設備から廃泥される回収汚泥排水が乾燥固形物濃度として０．０５ｗｔ％〜４．０ｗｔ％の汚泥固形物を有する汚泥排水であり、該汚泥排水を凝集汚泥槽で凝集処理するときに、リン酸及び／又はリン酸塩の添加を行なう回収汚泥凝集工程（Ａ）を経由することを特徴とする、上記製紙スラッジの焼却処理方法。
【請求項２】
前記回収汚泥凝集工程（Ａ）において添加されるリン酸及び／又はリン酸塩の量が回収汚泥排水量に対しのPO４３−質量割合で０．０５ｗｔ％〜３．０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１に記載の製紙スラッジの焼却処理方法。
【請求項３】
添加されたリン酸及び／又はリン酸塩で回収汚泥をリン酸又はリン酸塩処理し、残余のリン成分を活性汚泥に還流させる、請求項１又は２に記載の製紙スラッジの焼却処理方法。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の製紙スラッジの焼却処理方法によって得られる製紙スラッジ焼却灰。
【請求項５】
請求項２に記載の製紙スラッジの焼却処理方法によって得られる製紙スラッジ焼却灰において、白色度７０％以上を特徴とする高白色製紙スラッジ焼却灰。
【請求項６】
請求項４に記載の製紙スラッジ焼却灰、又は請求項５に記載の高白色製紙スラッジ焼却灰を製紙用原料として再利用する方法。
【請求項７】
請求項４に記載の製紙スラッジ焼却灰、又は請求項５に記載の高白色製紙スラッジ焼却灰を再利用した紙、板紙、ボード又は塗工紙。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性汚泥処理工程を含む排水処理技術及び回収汚泥の回収処理技術を利用する製紙スラッジの焼却処理方法及びこの方法で得られる製紙スラッジ焼却灰に関する。さらには、製紙用原料として再利用を可能とする製紙スラッジ焼却灰の白色化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
多量に発生する製紙スラッジ焼却灰の有効利用を図るに当たって、可能であれば、製紙用原料としての再利用が好ましいことは、多く提言されるところである。しかしながら、製紙スラッジを焼却するときに、焼却温度を高め完全焼却を図らないと排出される焼却灰は、灰黒色を呈し、逆に焼却温度を高めると焼却灰は、赤褐色を呈し、再利用に適さないという問題があった。
【０００３】
例えば、特許文献１では、赤褐色を呈した焼却灰をリン酸アルミニュウム等と混練りし、再焼成することによって再利用可能なレベルでの白色度を有する製紙スラッジ焼却灰とする方法を開示した。
【０００４】
製紙スラッジ焼却炉の焼却温度を低く抑え、中間に炭化焼成処理を加え、製紙スラッジ灰の白色化を実現する方法が開示されている（例えば、特許文献３を参照。）。
【０００５】
例えば、特許文献２では、排水処理汚泥の回収に際し、凝集材の添加順序と攪拌羽を設けた造粒槽を組み合わせることによって、炭化に適する造粒物サイズとすることによって、安定した炭化処理と白色化とを実現する方法が提示されている。
【０００６】
一方、廃棄物処理技術に関しリン酸成分に着目した技術として、例えば特許文献４では、フッ素含有固体廃棄物のフッ素固定にリン酸化合物及びカルシウム化合物の添加混練が有効であることが開示されている。
【０００７】
以上に述べた通り、従来の製紙スラッジ焼却灰の白色化技術では、白色を重要視する紙原料への再利用にはほど遠いものであった。また、特許文献１の方法は、特にダイオキシン対策として、焼却又は焼成温度を８００℃以上とする設備を使用するに有効な手段であるが、一度焼成した後に再度焼成処理しなければならないことに難点がある。次の特許文献３の方法についても、新たな炭化焼成炉を必要とすると同時に、含まれる成分変動等によって安定した炭化物を得るに、複雑な設備と操業が要求されることに難点がある。更に、特許文献２の技術では、製紙スラッジ焼却灰白色化の技術開発に際し、低温焼成による新たな着色（赤褐色）を抑制する手段に終始するものであり、含まれる成分に着目した技術開発は、ほとんど行われていない。特に製紙スラッジ焼却灰の白色化技術に関し、リン酸成分に着目した技術開発は、皆無である。またさらに、特許文献４の技術は、弗素含有固体廃棄物の処理方法に関するものであり、製紙スラッジの処理方法を示唆し得るものではない。
【特許文献１】特開２００３−２７８０９２号公報
【特許文献２】特開２００４−１７６２０８号公報
【特許文献３】特開５４−１４３６７号公報
【特許文献４】特開２００２−３３１２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の通り、従来の製紙スラッジ焼却灰の白色化技術は、排水処理工程全体及び廃棄物処理技術全般を鳥瞰し、製紙用原料への再利用化を図るという技術ではなかった。本発明の課題は、排水処理工程全体及び廃棄物処理技術全般を鳥瞰して、白色化を達成した製紙スラッジ焼却灰を製紙用原料に再利用する合理的なシステムを提供することである。
【０００９】
更に本発明の課題は、この合理的なシステムを、特段の費用増を要することなく、製紙スラッジ焼却灰の再利用を可能とする高白色製紙スラッジ焼却灰の提供を実現することである。具体的には、リン酸又はリン酸塩の効果的利用と該成分の排水処理施設外への流出防止方法とを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、活性汚泥処理設備、凝集沈殿処理設備及び終末処理設備を少なくとも有する製紙工場の排水処理に由来する製紙スラッジを焼却処理する方法において、活性汚泥処理設備、凝集沈殿処理設備、終末処理施設及び類似する処理設備等の少なくとも1つの処理設備から廃泥される回収汚泥排水が乾燥固形物濃度として０．０５ｗｔ％〜４．０ｗｔ％の汚泥固形物を有する汚泥排水であり、該汚泥排水を凝集汚泥槽で凝集処理するときに、リン酸及び／又はリン酸塩の添加を行なうことを特徴とする回収汚泥凝集工程（Ａ）を経由することを特徴とする、上記製紙スラッジの焼却処理方法によって解決される。ここで回収汚泥凝集工程（Ａ）とは、汚泥凝集槽に流入する僅か前の、回収汚泥排水が存在する域及び／又は汚泥凝集槽で構成される工程を言う。
【００１１】
製紙工場の排水処理においては、活性汚泥処理工程による微生物凝集処理において、微生物増殖に不可欠なリン成分は、製紙工程では使用されないことから、活性汚泥処理設備内の状態としては、常にリン成分に対する飢餓状態が維持されているという特徴を有する。しかし、該微生物によるリン成分除去能力には限界がある。
【００１２】
したがって、本発明は、上記目的を達成するために、活性汚泥処理工程入口排水に含まれる許容されるリン成分濃度範囲内となるように、図１に示す回収汚泥排水にリン酸又はリン酸塩を回収汚泥排水量に対しのPO４３−質量割合で０．０１ｗｔ％〜３．０ｗｔ％であるように添加し、含まれる回収汚泥をリン酸又はリン酸塩処理し、残余のリン成分を活性汚泥に還流させ、リン成分の系外流出を防止する手段を設けるものでもある。
【００１３】
故に本発明の有利な一つの実施態様は、回収汚泥凝集工程（Ａ）において、リン酸及び／又はリン酸塩の添加量として、回収汚泥排水量に対し、PO４３−質量割合が０．０１ｗｔ％〜３．０ｗｔ％とした処理方法である。別の有利な一つの実施態様は、添加されたリン酸及び／又はリン酸塩で回収汚泥をリン酸又はリン酸塩処理し、残余のリン成分を活性汚泥に還流させる、請求項２に記載の製紙スラッジの焼却処理方法である。更に別の有利な一つの実施態様は、添加されたリン酸及び／又はリン酸塩で回収汚泥をリン酸又はリン酸塩処理し、残余のリン成分を活性汚泥に還流させる、請求項１又は２に記載の製紙スラッジの焼却処理方法である。
本発明は更に上述の製紙スラッジの焼却処理方法で得られる製紙スラッジ焼却灰に関する。本発明の一つの有利な実施態様は、製紙スラッジの焼却処理方法によって得られる製紙スラッジ焼却灰において、白色度７０％以上としたものである。
【００１４】
さらに、本発明は、本発明の焼却処理方法によって得られる製紙スラッジ焼却灰、特に高白色製紙スラッジを製紙用原料として再利用する方法及びそうして製造される紙、板紙、ボード又は塗工紙にも関する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、製紙スラッジ処理において系外にリン成分を流出させることなく、安価で入手の容易なリン酸及び／又はリン酸塩で処理して、製紙スラッジに含まれるアルミニウム成分をリン酸固定することを可能とし、更には、リン酸成分による洗浄効果等と併せ、再利用可能な高白色製紙スラッジ焼却灰を経済的に提供できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１に、本発明を適用するフローの一例を示す。このフローにおいて、活性汚泥処理設備が設けてあること、かつ、活性汚泥設備のリン成分除去能力が、図１に示す(3)ろ過水に含まれるリン成分の除去に十分な設備容量を有することが必要である。活性汚泥設備の前後の処理工程は、本発明に何ら影響を及ぼすものではない。本発明において、終末処理施設とは、公共排水路に放流可能な排水とすべく設ける施設を意味し、例えば最終凝集沈殿設備、オゾン処理施設、活性炭処理設備等がある。類似する処理設備には例えばラグーン等がある。活性汚泥処理設備としては、微生物凝集処理を目的として、大容量の曝気槽を有する処理設備を総称するものであり、酸素曝気も含む。
【００１７】
本発明に係るリン成分としてのリン酸又はリン酸塩として、例えば、オルトリン酸、リン酸アルミニウム、リン酸アンモニウム、リン酸カリウム、リン酸マンガン、リン酸マグネシウム、リン酸カルシユウム、リン酸カルシウムアンモニウム、リン酸水素アンモニウム、リン酸水素カリウム、リン酸マグネシウムアンモニウム等を例示することができる。
【００１８】
リン酸及び／又はリン酸塩の添加場所としては、図１に示す(1)回収汚泥排水又は汚泥凝集槽が適する。通常これらの設備は、凝集汚泥脱水設備の前処理設備として回収汚泥の脱水処理を容易にするために、凝集材料を添加し、適当なフロックを形成することを目的として設けられていることから、該凝集材料を添加する前、又は添加と同時とすることによって、リン成分の流出を抑制することができる。さらに、この汚泥凝集槽については、リン成分による処理時間を確保するに十分な容量とすることが必要である。
【００１９】
前記の汚泥凝集槽についての十分な容量とは、添加するリン酸及び／又はリン酸塩成分濃度が高い場合には容量をコンパクトにすることができるが、図１に示す(3)ろ過水に流出するリン成分濃度を高める結果となる。一方、図１に示す(1)回収汚泥排水は、通常、乾燥固形分濃度として、０．０５ｗｔ％〜４ｗｔ％の濃度で、好ましくは０．１ｗｔ％〜３．５ｗｔ％濃度で、より好ましくは０．５ｗｔ％〜３ｗｔ％濃度で維持され、０．０５ｗｔ％未満では、通常の汚泥脱水処理設備に適する汚泥凝集物を生成させるに困難であり、常法における脱水処理の限界と考えられることによる。４ｗｔ％を超えると、リン酸等の混合添加に支障をきたし、常法における混合処理の限界と考えられることによる。すなわち、本発明は、常法による回収汚泥凝集工程を基準とし、リン酸及び／又はリン酸塩の添加を特徴とする回収汚泥凝集をとする回収汚泥凝集工程（Ａ）を規定するものである。
【００２０】
ただし、リン成分による洗浄効果は、相当低濃度でも認められるが、本発明ではそのような極低濃度領域を含めない。図１に示す(1)回収汚泥排水の乾燥固形物重量あたりPO４３―質量割合として、０．０１ｗｔ％〜３．０ｗｔ％とする量のリン酸又はリン酸塩を回収汚泥に添加する。PO４３―重量割合として０．０１ｗｔ％未満であるとリン成分による洗浄効果は認められるが反応又は汚泥成分への吸着等の効果による焼却灰の白色化への寄与は認められない。
【００２１】
３．０ｗｔ％を超える量を添加した場合、反応ガスの発生が顕著となり、更には常法での脱水処理において、図１に示す(3)ろ過水へのリン成分の流出に伴う活性汚泥入口排水のPO４３―として９ｍｇ／リットルを超えると想定される。したがって、終末処理設備出口のPO４３―濃度として０．００５ｍｇ／リットルを超える危険も予測されることから、本発明でのリン酸又はリン酸塩の添加量として、回収汚泥排水量に対するPO４３―重量割合として３．０ｗｔ％を上限とする。
【００２２】
汚泥凝集槽の容量を設計するに当たって、必要な滞留時間は、回収汚泥排水量に対するＰＯ４３−添加量を、０．０１ｗｔ％〜３．０ｗｔ％とする場合、最小３０分前後を確保可能な容量とすることが好ましい。一方、回収汚泥排水に含まれる回収汚泥の性状が各様であることから、本発明は、汚泥凝集槽の滞留時間及び攪拌方式等の要素による制限を受けるものではない。
【００２３】
一方、汚泥凝集槽は、回収汚泥排水に無機凝集材料又は高分子凝集材料を添加し、凝集物を生成させ、以降の脱水処理を容易に行なえるように処理することを目的とするものである。この系内にリン酸及び／又はリン酸塩を添加することによって、回収汚泥のイオン性に変化が現れるが、常法によって、高分子凝集材料のイオン性の調整によって対応することが可能であることから、これら凝集材料の種類等の要素にも制限されるものではない。
【００２４】
本発明によるリン酸及び／又はリン酸塩添加処理によるスラッジ脱水ケーキ、すなわち図１に示す(5)スラッジ乾燥ケーキを焼却処理する場合、焼却設備への直接投入又は別途乾燥設備を設けて焼却処理を行なう方法、いずれについても採用することができる。ただし、焼却処理設備での安定焼却の観点からすれば事前の乾燥処理が好ましい。
【００２５】
焼却設備での焼却温度について、本発明による図１(4)に示すスラッジ脱水ケーキは、焼成温度又は焼却温度として８００℃を超える場合についても、良好な白色を維持することを特徴とする。したがって、以降、常法に従い、図１に示す(6)スラッジ焼却灰を粉砕／分級若しくは分級／粉砕を湿式又は乾式によって製紙用再生原料とすることができる。
【００２６】
次に、廃棄物処理の最終的課題である再生原料の用途については、回収・再生された再生原料がそもそも製紙用原料そのものであることから、製紙用原料として再利用することによって需要確保が可能となる。
【００２７】
一方、焼成・焼却処理によって、再生原料の硬度上昇によるワイヤー磨耗が指摘されるが、そのような弊害を起こさない部分での使用は、当然可能となる。例えば、塗工液・サイズ液への利用等である。さらには、含まれるカルシウム成分が多い場合、硬度が比較的硬くならないことから、内添填料として、紙・板紙への利用が可能となる。また、ボード等については、多量の無機質を使用する品種もあり、本発明による高白色製紙スラッジ焼却灰を切り替え使用することによって、白色を高めたボードが提供できる。
【実施例１】
【００２８】
汚泥固形分濃度を１．０ｗｔ％に調整した回収汚泥排水１００ｇに、リン酸をＰＯ４３―質量割合として、０．１ｗｔ％を添加し、その後硫酸アルミニウムを０．００５ｗｔ％添加し、約３０分攪拌し、凝集フロックを形成させ、凝集汚泥とした。その凝集汚泥を化学分析用グレードＮｏ．２のろ紙でろ過し、水分を６５ｗｔ％に調整し、リン酸処理を行なったスラッジ脱水ケーキサンプルとした。
【実施例２】
【００２９】
汚泥固形分濃度を０．０５ｗｔ％に調整した回収汚泥排水について、実施例１と同様にしてスラッジ脱水ケーキサンプルを得た。
【実施例３】
【００３０】
汚泥固形分濃度を４．０ｗｔ％に調整した回収汚泥排水について、実施例１と同様にしてスラッジ脱水ケーキサンプルを得た。
［比較例１］
【００３１】
汚泥固形分濃度を０．０１ｗｔ％に調整した回収汚泥排水について、実施例１と同様にしてスラッジ脱水ケーキサンプルを得た。
［比較例２］
【００３２】
汚泥固形分濃度を５．０ｗｔ％に調整した回収汚泥排水について、実施例１と同様にしてスラッジ脱水ケーキサンプルを得た。
【実施例４】
【００３３】
実施例１において、リン酸をＰＯ４３―質量割合として、０．０１ｗｔ％添加した以外は、実施例１と同様にしてスラッジ脱水ケーキサンプルを得た。
【実施例５】
【００３４】
実施例１において、リン酸をＰＯ４３―質量割合として、３．０ｗｔ％添加した以外は、実施例１と同様にしてスラッジ脱水ケーキサンプルを得た。
【比較例３】
【００３５】
実施例１において、リン酸をＰＯ４３―質量割合として、０．００１ｗｔ％添加した以外は、実施例１と同様にしてスラッジ脱水ケーキサンプルを得た。
【比較例４】
【００３６】
実施例１において、リン酸をＰＯ４３―質量割合として、３．５ｗｔ％添加した以外は、実施例１と同様にしてスラッジ脱水ケーキサンプルを得た。
【００３７】
前記実施例及び比較例で得られたスラッジ脱水ケーキサンプルを、風乾し、電気炉にて８００℃×３０分間の条件で製紙スラッジ焼却灰サンプルとした。この製紙スラッジ焼却灰サンプルをスーパーミルにて粉砕し、平均粒径を０．５μｍ〜１０μｍに調整した。紙塗工に使用するベースサイズ液としては、ポリビニルアルコール（商品名ゴーゼノール、日本合成化学（株）社製）１．５ｗｔ％水溶液を使用した。このベースサイズ液に平均粒度を調整した焼却灰を２０重量部添加し、実際に使用するサイズ液とした。このサイズ液を、白色度６９％の再生紙にバー塗工処理を行い、乾燥塗工量１．５ｇ／ｍ２とし、表１に示す焼却灰の白色度の測定結果が得られた。なお、白色度は、JIS P 8148：2001「紙，板紙及びパルプ−ISO白色度（拡散青色光反射率）の測定方法」に準拠した。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
回収汚泥排水サンプルの乾燥汚泥固形物濃度が０．０５ｗｔ％未満の場合には、常法による凝集脱水処理による流出リン酸成分量が増加し、添加したリン酸成分が有効に白色度改善に寄与せず、４．０ｗｔ％を超える場合には、添加したリン酸成分と汚泥の混合が常法では困難となり、結果として添加したリン酸成分が有効に白色度改善に寄与しない。したがって、０．０５ｗｔ％〜４．０ｗｔ％の範囲内の場合のみ、リン酸処理した製紙スラッジ焼却灰サンプルの白色度が７０％を超える結果が得られることが解る。
【００４０】
【表２】
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【００４１】
表２に示すとおり、比較例３の回収汚泥排水サンプル量に対し、ＰＯ４３−質量割合として、０．０１ｗｔ％未満の添加量すなわち０．００１ｗｔ％では、リン酸処理した製紙スラッジ焼却灰サンプルの白色度は、７０％を下回る６８．５％となり、製紙用原料としての再利用に関しては十分なものとは言えないが、厚紙等での使用は可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】は本発明の方法を実施する一つの態様を示すフローシートである。
【図１】
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