(57)【要約】【課題】製紙スラッジを有効利用して、被処理水に含まれるリン成分を効率的に除去する。【解決手段】アルカリ物質成分と炭素成分を含んでなる製紙スラッジ由来のリン吸着材であって、前記吸着材の骨格成分は多孔質にした炭化物からなり、その表面及び孔面にはアルカリ質成分が位している。前記リン吸着材は、アルカリ質成分と炭素成分とを含む製紙スラッジを、間接加熱によって熱分解処理して、多孔質化して得る。そして、このリン吸着材を格納したリン回収槽１に、リン成分を含む被処理水を供して、液相中のリン成分を吸着除去する。リン回収槽１は、被処理水が供給される槽内に、複数の吸着カートリッジを着脱自在に複数備える。吸着カートリッジは、リン吸着材を透水性の格納部材に収納してなる。【選択図】　図１
2004114003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ物質成分と炭素成分を含んでなる製紙スラッジ由来のリン吸着材であって、
前記吸着材の骨格成分は多孔質にした炭化物からなり、その表面及び孔面にアルカリ質成分が位していること
を特徴とするリン吸着材。
【請求項２】
アルカリ物質成分と炭素成分を含んでなるリン吸着材の生成方法であって、
有害物質成分を含まずアルカリ質成分と炭素成分とを含む製紙スラッジを間接加熱によって熱分解処理することにより、アルカリ質成分と炭素成分を含有し多孔質化した吸着材を得ること
を特徴とするリン吸着材の生成方法。
【請求項３】
アルカリ物質成分と炭素成分を含んでなるリン吸着材の生成方法であって、
アルカリ物質成分と炭素成分を含む製紙スラッジに有害物質除去剤を添加混合して間接加熱によって熱分解処理することにより、有害物質成分を含まずアルカリ質成分と炭素成分を含む多孔質化した吸着材を得ること
を特徴とするリン吸着材の生成方法。
【請求項４】
被処理水中のリン成分の回収方法であって、
被処理水と、アルカリ質成分と炭素成分を含有し且つその表面及び孔面にアルカリ質成分が位してなる製紙スラッジ由来のリン吸着材と、を接触させて、被処理水に含まれるリン成分を吸着除去すること
を特徴とするリンの回収方法。
【請求項５】
リン吸着材は、透水性の格納部材に収納された吸着カートリッジとなし、この吸着カートリッジを前記処理水に浸漬すること
を特徴とする請求項４記載のリンの回収方法。
【請求項６】
吸着カートリッジを着脱自在に複数配置してリン回収槽を形成し、このリン回収槽を、被処理水の供給ラインに設けたこと
を特徴とする請求項４または５記載のリンの回収方法。
【請求項７】
リン成分を含む被処理水が、活性汚泥法由来の廃水または自然水系水であって、この被処理水から得た分離水をリン分解槽に導入すること
を特徴とする請求項６記載のリンの回収方法。
【請求項８】
被処理水中に浸漬して被処理水中のリン成分を吸着捕集した吸着材を、乾燥して水分を除去した後に、回収すること
を特徴とする請求項４から７いずれか１項記載のリンの回収方法。
【請求項９】
リン成分を吸着した製紙スラッジ由来のリン吸着材の処理方法であって、
リン成分を吸着したリン吸着材を乾燥して水分を除去する工程と、
乾燥処理したリン吸着材を間接加熱によって該吸着材に含まれる有機成分及び水分を除去する工程と、を有すること
を特徴とするリン吸着材の処理方法。
【請求項１０】
リン成分を吸着した製紙スラッジ由来の吸着材の処理方法であって、
リン成分を吸着したリン吸着材を乾燥して水分を除去する工程と、
乾燥処理したリン吸着材を燃焼処理して、吸着材を形成する炭素成分を除去する工程と、を有すること
を特徴とするリン吸着材の処理方法。
【請求項１１】
リン成分を除去する水処理方法であって、
汚水を嫌気性発酵槽に供して、発酵処理する工程と、
嫌気発酵処理した汚水を沈殿池に供して、リン成分を含む分離水を固液分離する工程と、
分離水を、アルカリ質成分と炭素成分を含有し且つその表面にアルカリ質成分が位してなる製紙スラッジ由来のリン吸着材を格納したリン回収槽に供して、分離水に含まれるリン成分を吸着除去する工程と、を有すること
を特徴とする水処理方法。
【請求項１２】
リン成分を除去する水処理方法であって、
被処理水を沈殿池に供して、リン成分を含む分離水を固液分離する工程と、
分離水を、アルカリ質成分と炭素成分を含有し且つその表面にアルカリ質成分が位してなる製紙スラッジ由来のリン吸着材を格納したリン回収槽に供して、分離水に含まれるリン成分を吸着除去する工程と、を有すること
を特徴とする水処理方法。
【請求項１３】
被処理水は、廃水または自然水系から導入したものであること
を特徴とする請求項１２記載の水処理方法。
【請求項１４】
リン回収槽は、被処理水が供給される槽内に、吸着カートリッジを着脱自在に複数備え、
吸着カートリッジは、前記吸着材を透水性の格納部材に収納してなること
を特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃水（工場排水等）、自然水系（河川、湖沼、ダム貯水池等）などに含まれるリン成分等を回収して河川、湖沼の富栄養化を防止する技術、さらには回収したリンを加工処理して再利用に供する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理には、一般的に活性汚泥法が採用されている。
【０００３】
図１４は、活性汚泥法に基づく下水処理システムの概略図である。
【０００４】
先ず、最初沈殿池では、導入した汚水を分離水と汚泥とに固液分離している。生物反応槽では、分離水を活性汚泥によって生物学的に処理し、分離水中の有機物成分を分解している。次いで、嫌気性発酵槽では、生物反応処理水を嫌気発酵処理している。そして、最終沈殿池では、嫌気発酵処理水を固液分離している。固液分離によって得た処理水は河川に放流している。また、汚泥濃縮槽では、最初沈殿池と最終沈殿池で分離した汚泥（リン成分を含む）をさらに固液分離して濃縮している。このとき、濃縮した汚泥は、埋め立て、焼却若しくは炭化処理している。一方、固液分離によって得た分離水は、生物反応槽に適宜返送して再処理している。
【０００５】
活性汚泥法によると、下水は活性汚泥に含まれる微生物群の作用によって、その処理水は窒素成分（アンモニウム態窒素、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素）及びリン成分（リン酸）を含むものとなる。窒素成分及びリン成分を含む処理水は、河川に放流されると水質の富栄養化を惹起するので、今日厳しく規制されている。そこで、生物反応槽においては、さらに生物学的脱窒処理によって窒素成分を除去している。また、嫌気性発酵槽においては、汚泥微生物群の細胞内からリン酸の形態で溶出したリン成分を、凝集剤の添加によって沈殿分離している（例えば特許文献１）。
【０００６】
しかしながら、この方法は、リン成分を有効利用するものではない。
【０００７】
そこで、各種の液相からリン成分を回収して再利用する技術が提案されている。
【０００８】
例えば、カルシウムに着目し、リン酸イオンとカルシウムイオンとの結合によりリンを回収するものがある（例えば特許文献２）。
【０００９】
また、被処理水のｐＨに着目し、吸着材の性状に応じて、被処理水のｐＨ値をアルカリ側に調整するものがある（例えば特許文献３）。
【００１０】
さらには、活性炭、炭化物に着目し、活性炭の多孔質特性、または炭化物中のカルシウム成分の存在を利用したものがある（例えば特許文献４、特許文献５）。
【００１１】
また、製紙スラッジを利用したもので、陽イオン交換容量（ＣＥＣ）や比表面積が大きいことに着目して土壌改良材として利用したものがある（例えば特許文献６）。さらに、酸化性雰囲気で、製紙スラッジを炭化して得たアニオン吸着剤により、硝酸イオン、リン酸イオンなどの陰イオンを吸着、固定するものがある（例えば特許文献７）。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００１−１４９９８１号公報
【００１３】
【特許文献２】
特開２０００−２３３１８９号公報
【００１４】
【特許文献３】
特開２００１−２１９１７８号公報
【００１５】
【特許文献４】
特開２００１−２１９１７８号公報
【００１６】
【特許文献５】
特開昭５５−１０４９０８号公報
【００１７】
【特許文献６】
特開平０７−１１３０７５号公報
【００１８】
【特許文献７】
特開２００２−５９００１号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術において、例えば、特許文献３に開示された技術は、廃棄物として処理されていた汚泥等を多孔質化した炭化物に加工することにより、その比表面積を大きく形成させて、リンの捕集効果を得ようとするものである。
【００２０】
しかしながら、この方法は、下水汚泥（石灰系、高分子系）または都市ごみのＲＤＦ（廃棄物固形化燃料）から炭化物を得ているので、これらの被処理物は、塩素成分を含む場合が多い。特に、カチオン系の高分子凝集剤を使用した高分子系汚泥の場合には塩素成分が含まれているので、これらを単純に炭化処理すると、塩化水素の発生、機器の腐蝕、ダイオキシン類の生成、さらには、炭化物内にダイオキシン類を吸着している可能性がある。したがって、ハロゲン物質成分や硫黄成分などの有害物質となり得る成分を除去する必要がある。
【００２１】
また、特許文献７に開示された技術は、製紙スラッジを直接燃焼して含まれる有機物を酸素雰囲気中で燃焼除去するものであるが、製紙スラッジを直接燃焼する場合には、安定した燃焼状態を維持することが難しく、不完全な処理となって品質の安定した加工品が得にくい。しかも、古紙などの原料中に塩素が含まれる場合には、有害なダイオキシン類発生の原因となる。
【００２２】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、その目的は、リン成分と反応するアルカリ物質を含む製紙スラッジに着目すること、さらにこの製紙スラッジを適切に加工処理することでリン回収を安全に行えることに着目することで、製紙スラッジを有効利用し、被処理水に含まれるリン成分を効率的に除去できるリン吸着材とその生成方法、リン回収方法、リン吸着材の処理方法、及びリン成分を含む水の処理方法の提供にある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、製紙スラッジに含まれているアルカリ物質成分、特にリン成分を吸着するアルカリ物質成分に着目してなされたものである。
【００２４】
すなわち、前記課題を解決するための本発明は以下のことを特徴とする。
【００２５】
請求項１記載の発明は、アルカリ物質成分と炭素成分を含んでなる製紙スラッジ由来のリン吸着材であって、前記吸着材の骨格成分は多孔質にした炭化物からなり、その表面及び孔面にアルカリ質成分が位していることを特徴とする。
【００２６】
請求項２記載の発明は、アルカリ物質成分と炭素成分を含んでなるリン吸着材の生成方法であって、有害物質成分を含まずアルカリ質成分と炭素成分とを含む製紙スラッジを間接加熱によって熱分解処理することにより、アルカリ質成分と炭素成分を含有し多孔質化した吸着材を得ることを特徴とする。
【００２７】
請求項３記載の発明は、アルカリ物質成分と炭素成分を含んでなるリン吸着材の生成方法であって、アルカリ物質成分と炭素成分を含む製紙スラッジに有害物質除去剤を添加混合して間接加熱によって熱分解処理することにより、有害物質成分を含まずアルカリ質成分と炭素成分を含む多孔質化した吸着材を得ること
を特徴とする。
【００２８】
請求項４記載の発明は、被処理水中のリン成分の回収方法であって、被処理水と、アルカリ質成分と炭素成分を含有し且つその表面及び孔面にアルカリ質成分が位してなる製紙スラッジ由来のリン吸着材と、を接触させて、被処理水に含まれるリン成分を吸着除去することを特徴とする。
【００２９】
請求項５記載の発明は、請求項４記載のリンの回収方法において、リン吸着材は、透水性の格納部材に収納された吸着カートリッジとなし、この吸着カートリッジを前記処理水に浸漬することを特徴とする。
【００３０】
請求項６記載の発明は、請求項４または５記載のリンの回収方法において、吸着カートリッジを着脱自在に複数配置してリン回収槽を形成し、このリン回収槽を、被処理水の供給ラインに設けたことを特徴とする。
【００３１】
請求項７記載の発明は、請求項６記載のリンの回収方法において、リン成分を含む被処理水が、活性汚泥法由来の廃水または自然水系水であって、この被処理水から得た分離水をリン分解槽に導入することを特徴とする。
【００３２】
請求項８記載の発明は、請求項４から７いずれか１項記載のリンの回収方法において、被処理水中に浸漬して被処理水中のリン成分を吸着捕集した吸着材を、乾燥して水分を除去した後に、回収することを特徴とする。
【００３３】
請求項９記載の発明は、リン成分を吸着した製紙スラッジ由来のリン吸着材の処理方法であって、リン成分を吸着したリン吸着材を乾燥して水分を除去する工程と、乾燥処理したリン吸着材を間接加熱によって該吸着材に含まれる有機成分及び水分を除去する工程と、を有することを特徴とする。
【００３４】
請求項１０記載の発明は、リン成分を吸着した製紙スラッジ由来の吸着材の処理方法であって、リン成分を吸着したリン吸着材を乾燥して水分を除去する工程と、乾燥処理したリン吸着材を燃焼処理して、吸着材を形成する炭素成分を除去する工程と、を有することを特徴とする。
【００３５】
請求項１１記載の発明は、リン成分を除去する水処理方法であって、
汚水を嫌気性発酵槽に供して、発酵処理する工程と、
嫌気発酵処理した汚水を沈殿池に供して、リン成分を含む分離水を固液分離する工程と、
分離水を、アルカリ質成分と炭素成分を含有し且つその表面にアルカリ質成分が位してなる製紙スラッジ由来のリン吸着材を格納したリン回収槽に供して、分離水に含まれるリン成分を吸着除去する工程と、を有することを特徴とする。
【００３６】
請求項１２記載の発明は、リン成分を除去する水処理方法であって、
被処理水を沈殿池に供して、リン成分を含む分離水を固液分離する工程と、
分離水を、アルカリ質成分と炭素成分を含有し且つその表面にアルカリ質成分が位してなる製紙スラッジ由来のリン吸着材を格納したリン回収槽に供して、分離水に含まれるリン成分を吸着除去する工程と、を有することを特徴とする。
【００３７】
請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の水処理方法において、被処理水は、廃水または自然水系から導入したものであることを特徴とする。廃水には、例えば、生活廃水、畜産廃水、工場廃水、農業廃水等が挙げられる。
【００３８】
請求項１４記載の発明は、請求項１１から１３のいずれか１項記載の水処理方法において、リン回収槽は、被処理水が供給される槽内に、吸着カートリッジを着脱自在に複数備え、吸着カートリッジは、前記吸着材を透水性の格納部材に収納してなることを特徴とする。
【００３９】
【発明の実施の形態】
発明者は、本発明の創出にあたり、製紙スラッジから得た炭化物のリン吸着性能について調べた。
【００４０】
表１は、各種炭化物のＥＰＭＡ（電子プルーブＸ線マイクロアナライザー）による成分分析結果を示す。
【００４１】
表において、試料１は、製紙スラッジを乾燥後に炭化して得たものである。試料２は、ポリブタジエンゴムとクロロスルホン化ポリエチレンゴムとクロロプレンゴムとカーボンブラックとを含有する廃ゴムを乾燥後に炭化して得たものである。試料３は、ポリブタジエンゴムとエチレンプロピレン系ゴム廃ゴムとカーボンブラックとを含有する廃ゴムを乾燥後に炭化して得たものである。
【００４２】
乾燥及び炭化は、図９に示したように、電気炉において行った。製紙スラッジを入れた容器９１を電気炉９０に格納し、所定の加熱温度及び時間で乾燥及び炭化処理を行った。容器９１はＳＵＳ製で、容器９１を密閉するキャップ９２には加熱によって生じたガスを吸引排出するための排出管９３が接続されている。本実験では、１１０℃のもとで２時間加熱して乾燥を行い、次いで６００℃のもとで２時間加熱して炭化を行った。そして、得られた炭化物のＥＰＭＡ分析を行った。
【００４３】
【表１】
2004114003.tif 000003
【００４４】
次いで、製紙スラッジ炭化物のリン酸イオン吸着量について調べた。
【００４５】
表２に、製紙スラッジ炭化物のリン酸イオン吸着量を、廃ゴム炭化物のものと対比して、開示した。ここでは、ビーカーに測り採った所定濃度２０ｐｐｍのリン酸水溶液５００ｍｌに、粉体状の試料を所定量添加した後に、マグネチックスターラーによって所定時間攪拌して、試料１ｇ当りのリン酸イオン吸着量の測定結果を示した。リン酸濃度の測定は吸光光度法に基づいた。カッコ内の数値は反応時間（攪拌時間）を示す。
【００４６】
試料１は、製紙スラッジ由来の炭化物で、前記リン酸水溶液５００ｍｌには０．２ｇ添加した。当該炭化物は、表１の試験で述べた加熱処理によって得た。
【００４７】
試料２は、ポリブタジエンゴムとクロロスルホン化ポリエチレンゴムとクロロプレンゴムとカーボンブラックとを含有する廃ゴム由来の炭化物で、前記リン酸水溶液５００ｍｌには０．５ｇ添加した。当該炭化物は、試料１と同様に、表１の試験で述べた加熱処理によって得た。
【００４８】
試料３は、ポリブタジエンゴムとエチレンプロピレン系ゴム廃ゴムとカーボンブラックとを含有する廃ゴム由来の炭化物で、前記リン酸水溶液５００ｍｌには０．５ｇ添加した。当該炭化物は、試料１と同様に、表１の試験で述べた加熱処理によって得た。
【００４９】
【表２】
2004114003.tif 000004
【００５０】
表２に示されたように、試料１の１ｇ当りのリン酸イオン吸着量は４３．４ｍｇ／ｇであった。一方、試料２及び試料３の１ｇ当りのリン酸イオン吸着量はそれぞれ９．９ｍｇ／ｇ、１５．６ｍｇ／ｇであった。このとき、試料２，試料３のリン酸イオン吸着量は攪拌時間２日経過後においてもリン酸イオンの吸着が進行しなかったことが確認された。
【００５１】
また、表２の結果に基づき、リン酸イオン濃度２０ｐｐｍの水溶液１ｔからリン酸イオンを吸着するのに必要な各試料の添加量を算出した結果を表３に示した。同様に、各試料１ｔで処理可能な２０ｐｐｍリン酸イオン水溶液量を算出した結果を表４に示した。
【００５２】
【表３】
2004114003.tif 000005
【００５３】
【表４】
2004114003.tif 000006
【００５４】
表３に示された算出結果から明らかなように、リン酸イオンを除去するのに必要な試料２及び試料３の添加量は、試料１の３〜５倍であることが確認できる。また、表４に示された算出結果から明らかなように、試料２及び試料３のリン酸イオンの処理能力は、試料１の処理能力の１／３〜１／５に留まることが確認できる。したがって、試料１のリン吸着特性が極めて優れていることがわかる。
【００５５】
以上のことから、製紙スラッジ由来の炭化物のリン酸イオン吸着性能は、廃ゴム由来の炭化物のものと比較して、顕著に優れたものであることがわかる。このように、発明者は、少ない量のリン吸着材によって効率的なリンの回収が可能であることを見出した。そして、この実験結果に基づき創出された本発明の実施形態について説明する。
【００５６】
（実施形態１）
図１は、本発明に係るリン吸着材を使用したシステム構成の概略図で、下水処理施設に適用した場合のものである。
【００５７】
ここでは、活性汚泥法に基づく下水処理施設に、図３で示す本発明の吸着材を備えたリン回収槽１を設置したものである。
【００５８】
図において、最初沈殿池では、導入した汚水を固液分離処理する。生物反応槽では、最初沈殿池で得た固液分離水を活性汚泥と接触させて、液相中の有機物及び窒素成分を生物学的に分解除去する。嫌気発酵槽では、生物反応処理水を嫌気性発酵によって、活性汚泥微生物群の細胞内からリン成分をリン酸の形態で溶出している。最終沈殿池は、嫌気発酵処理水を固液分離処理する。汚泥濃縮槽は、最初沈殿池と最終沈殿池で分離した汚泥を濃縮する。最終沈殿池及び汚泥濃縮槽で得た分離水はリン回収槽１に移送している。分離水は、嫌気性発酵槽、最終沈殿池及び汚泥濃縮槽における嫌気作用によって、リン酸に富んだものとなっている。分離水は、リン回収槽１内に導入されると、一定の滞留時間の下、本発明のリン吸着材と接触する。このとき、分離水中のリン酸は、当該吸着材によって吸着除去される。処理水は、河川等に自然水系に放流される。リン成分を吸着した吸着材は、リン回収槽１から回収された後、図６、図７または図８記載の加熱処理施設に供される。尚、汚泥濃縮槽で濃縮した汚泥は、本発明のリン吸着材の原料として利用できる。
【００５９】
図２は、本発明に係るリン吸着材を用いたリン回収槽を、河川又は湖沼等の自然水系の浄化施設に適用した場合の概略図である。
【００６０】
当該施設において、沈殿池は、自然水系から導入した水を、汚泥と分離水に固液分離する。汚泥濃縮槽は、沈殿池から移送された汚泥を濃縮する。リン回収槽１には、被処理水として沈殿池及び汚泥濃縮槽から移送された分離水が供給される。分離水は、沈殿池及び汚泥濃縮槽における嫌気作用によって、リン酸に富んだものとなっている。分離水は、リン回収槽１内に導入されると、一定の滞留時間の下、本発明のリン吸着材と接触し、分離水中のリン酸は、当該吸着材によって吸着除去される。処理水は、河川等の自然水系に放流される。リン成分を吸着した吸着材は、リン回収槽１から回収された後、図６、図７または図８記載の加熱処理施設に供される。尚、本実施形態でも、汚泥濃縮槽で濃縮した汚泥は、本発明のリン吸着材の原料として利用できる。
【００６１】
図３は、本発明のリン吸着材を備えたリン回収槽の実施形態例を示す概略図である。
【００６２】
リン回収槽１は、被処理水が供給される槽１０内に、複数の吸着カートリッジ１１を備えている。吸着カートリッジ１１は、回収交換できるように着脱自在に設けられる。また、槽１０内には迂流板１２が適宜複数設けられ、被処理水と吸着カートリッジとの接触効率を高めている。
【００６３】
吸着カートリッジ１１は、リン吸着材１１０を格納部材１１１に収納してなる。
【００６４】
リン吸着材１１０は、製紙スラッジ由来のもので、リン酸吸着機能を有するアルカリ質成分と、炭素成分と、を含有する。当該吸着材は、多孔質化した微粉体状の炭化物であり、その表面及び孔面にはアルカリ物質成分が位している状態となっており、アルカリ質成分と炭素成分とを含む原料を間接加熱によって熱分解処理することで得られる。リン吸着材１１０の生成方法は、後で説明する。
【００６５】
リン吸着材１１０の原料としては、例えば、製紙工場から排出された製紙スラッジが挙げられる。特に、ハロゲン物質などの有害物質を含まないものが望ましい。尚、有害物質含む場合には、後述の有害物質除去剤を併用するとよい。
【００６６】
リン酸を吸着するアルカリ物質成分としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属等がある。アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム等がある。アルカリ土類金属としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム等がある。また、リン酸を吸着するその他の金属成分としては、アルミニウムや鉄等がある。特に、アルミニウム、カルシウム及びマグシウムは、好ましい成分である。
【００６７】
格納部材１１１は、透水性であって且つ粉末状のリン吸着材１１０を格納できる形状であればよく、例えば袋状や箱状に形成される。
【００６８】
格納部材１１１の素材としては、透水性で加熱分解処理しやすいものが採用される。当該素材には、例えば、天然繊維及び合成繊維等がある。合成繊維としては、例えば、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンを含んでなるものがある。
【００６９】
また、格納部材１１１表面には、リンを吸着する材料を適宜坦持させてもよい。かかる構成とすることで、リン成分の回収効率がより一層向上する。リンを吸着する材料としては、前記アルカリ物質成分がある。さらに、格納部材１１１表面は、親水性を発現するように、適宜変性処理される。変性法としては、既知の方法でよく、例えば、グロー放電法やグラフト処理法等がある。
【００７０】
また、原料がハロゲン物質などの有害物質を含む場合には、有害物質を除去できるアルカリ物質等の有害物質除去剤を添加して加熱処理することで、原料に含まれる塩素成分や硫黄成分は無害な物質（無機塩等）に置換されるので、リン吸着材１１０の生成過程では、塩化水素等のハロゲン化水素の発生、ダイオキシン類の生成といった有害物質発生の問題は起こらない。しかも、炭化物内にダイオキシン類が吸着されることもない。
【００７１】
有害物質除去剤としては、例えば、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物中の少なくとも１種類を選択または２種類以上を含有するものが有効である。
【００７２】
アルカリ金属化合物には、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムまたはフランシウムの、酸化物、水酸化物、炭酸水素塩、炭酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩、硝酸塩または硫酸塩等が挙げられる。具体的に、例えば、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、セスキ炭酸ナトリウム、天然ソーダ、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウムカリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。尚、炭酸水素ナトリウムは、酸性炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウムまたは重炭酸ソーダと別称される。炭酸ナトリウムは、炭酸ソーダ、ソーダ、ソーダ灰、洗濯ソーダまたは結晶ソーダと別称される。セスキ炭酸ナトリウムは、二炭酸一水素ナトリウム、三二炭酸水素ナトリウムまたはナトリウムセスキカーボネートと別称される。天然ソーダは、トロナと別称される。
【００７３】
アルカリ土類金属化合物には、カルシウム、ストロンチウム、バリウムまたはラジウム等の、酸化物、水酸化物、炭酸水素塩または炭酸塩等が挙げられる。具体的に、例えば、石灰（ＣａＯ）、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）またはドロマイド（ＣａＣＯ３・ＭｇＣＯ３）等が挙げられる。
【００７４】
（実施形態２）本発明のリン吸着材の生成
図４は、本発明のリン吸着材を生成する施設の概略図である。
【００７５】
乾燥炉２は、原料の製紙スラッジを乾燥処理するための手段である。このとき、原料は、計量されながら定量的に供給される。
【００７６】
乾燥炉２は、回転キルン方式を採用し、回転自在の回転炉２１と、回転炉２１の外周にガスダクトを形成し、熱風ガスを導入して回転炉２１を外部から加熱する外部加熱手段としての加熱ジャケット２２と、回転炉２１を両端側で回転自在に支承する支持ローラと、回転炉２１を回転駆動する回転駆動源と、を具備する。尚、熱風ガスは、後述の熱風炉２４から導入している。
【００７７】
回転炉２１は、その一端側に原料を搬入する供給口を、また他端側に排出口を設け、円筒体内部には搬送物を攪拌搬送するための送り羽根が複数枚具備する。そして、供給ダクト２０から供給された原料を、供給口側から回転炉２１に導入し、回転炉２１の回転によって、該原料を撹拌しながらの排出口側への移送を可能とさせている。また、供給ダクト２０には、原料さらには必要に応じて、（Ａ）ラインを介して、前記有害物質除去剤を投入するホッパー設備２０１が設けられる。尚、有害物質除去剤は、原料を乾燥処理した後に、連絡ダクト３０において、添加してもよい（（Ｂ）ライン）。
【００７８】
熱分解炉４は、乾燥炉２にて乾燥処理した原料を熱分解処理し、多孔質性の炭化物を得るための手段で、回転キルン方式を採用し、乾燥炉２と同様の構成をなし、回転炉４１と加熱ジャケット４２とを備える。
【００７９】
乾燥炉２と熱分解炉４は、図示されたように、熱分解炉４の供給口が乾燥炉２の排出口と連絡するように配置される。このとき、乾燥炉２の排出口と熱分解炉４の供給口には、これら排出口と供給口を覆って連通する連絡ダクト３０が設けられる。連絡ダクト３０には、乾燥炉２で乾燥処理した原料を解砕する解砕手段３と、解砕処理した原料を熱分解炉４に搬送するための搬送手段３１が具備される。
【００８０】
図５は、解砕手段と搬送手段とを設けた連絡ダクトの概略構成図である。ここでは、乾燥炉２から移送された玉化した原料の解砕処理を行うと共に、加熱処理によって発生した水蒸気と熱分解ガスの混合を防ぐことで、加熱処理施設における腐食現象や閉塞現象を回避させ、安定した加熱処理を図る。
【００８１】
解砕手段３は、可撓性継ぎ手３０６によって連絡ダクト３０に接続される。このとき、解砕手段３における原料供給側には、誘導板３０５が適宜設けられる。解砕手段３は、原料が導入される胴体３０３に、一対の回転体３０４を具備する。そして、互いに回転方向の異なる回転体３０４の間に原料を挿入させて圧搾することにより、玉化した原料を粉砕する。
【００８２】
搬送手段３１は、解砕された原料を受け入れるホッパー部３１０を備えている。このとき、ホッパー部３１０は、乾燥炉２から排出された水蒸気を主成分とする気相と、熱分解炉４から排出された熱分解ガスを主成分とする気相と、が混ざらないように、設けられる。水蒸気を主成分とする気相及び熱分解ガスを主成分とする気相は、連絡ダクト３０に接続された経路３０１，３０２を介してガス燃焼炉６に移送して燃焼処理する。尚、搬送手段３１は、原料供給量を調節できるように、回転速度可変な駆動源Ｍを具備している。
【００８３】
図４において、熱風炉２４は、熱風ガスを供給するための手段で、熱風ガスを発生させるための燃焼バーナー２４０を備えている。発生した熱風ガスは、先ず、熱分解炉４の加熱ジャケット４２に供され、回転炉４１を加熱した後に、乾燥炉２の加熱ジャケット２２内に供給され、回転炉２１を加熱する。加熱ジャケット２２から排出された熱風ガスは排気するが、一部のガスはガス燃焼炉６におけるエゼクタ駆動ガスとして利用している。
【００８４】
また、熱風ガスは、温度調整用の空気が注入され、ガス温度が適宜調整される。例えば、乾燥炉２においては、回転炉２１を３５０〜４５０℃で加熱するように調節される。尚、熱分解炉４においては、回転炉４１を４５０〜７００℃で加熱している。このようにして、乾燥炉１内に導入された原料は、間接加熱によって乾燥処理される。また、熱分解炉４内に導入された原料は、間接加熱によって熱分解処理される。熱分解炉４で得られた炭化物は、有機成分等が除去されて多孔質となっていると共に、その表面はアルカリ金属やアルカリ土類金属が露出した状態で形成されている。そして、この炭化物がリン吸着材となる。
【００８５】
粉砕移送手段５は、熱分解炉４で得た炭化物を粉砕し回収するための手段である。粉砕移送手段５は、搬送物（炭化物）を搬送する胴体５０内に、回転速度可変な駆動源Ｍを備えたスクリューを具備している。胴体５０は水冷ジャケット５１を付帯し、炭化物は冷却処理されながら粉砕移送される。
【００８６】
ガス燃焼炉６は、乾燥炉２で発生した水蒸気及び熱分解炉４で発生した熱分解ガスを、一定の雰囲気及び滞留時間のもとで（例えば、約８５０℃の雰囲気で、２秒以上の滞留時間）燃焼し、無害化処理する。水蒸気及び熱分解ガスは、経路３０１，３０２を介してエゼクタブロアによって導入される。このとき、いずれの被処理ガスにも、系外から空気が適宜導入される。
【００８７】
ガス燃焼炉６は、導入したガスを燃焼するガス燃焼室を備える。ガス燃焼室においては、水蒸気及び熱分解ガスを、それぞれエゼクタ６１ａ，６１ｂを介して導入し、燃焼バーナー６０によって混合燃焼する。このとき、熱分解ガスが充分発生している場合には、燃焼バーナー６０による燃焼は、燃料の供給を絞ることにより適宜制限される。また、ガス燃焼炉６にて燃焼処理したガスは、空気を冷却媒体とする気体−気体熱交換方式の熱交換器６２によって冷却処理し、さらにバグフィルタ６３に供した後、ブロア６４によって煙突６５から大気に開放している。尚、熱交換器６２にて、加熱された空気は、熱風炉２４での熱風ガスの生成に供される。
【００８８】
（実施形態３）リン吸着材の回収
図６は、実施形態１において使用済みのリン吸着材を回収したときのリン吸着材乾燥処理施設の概略図である。尚、図４記載の手段と同様な構成の手段には、当該手段と同一の符号を付して説明する。
【００８９】
乾燥炉２は、リン回収槽１から回収した吸着カートリッジ１１（リン吸着材１１０，格納部材１１１）を乾燥処理する手段で、回転キルン方式を採用し、図４記載の乾燥炉２と同様の構成をなす。尚、本実施形態の乾燥炉２におけるホッパー設備２０１は、ホッパー部２０１にて、互いに回転方向の異なる回転体２０２によって吸着カートリッジ１１を圧搾することにより、リン吸着材１１０と格納部材１１１の断片とに破砕処理している。
【００９０】
破砕処理された吸着カートリッジ１１は、乾燥炉２に供されるが、このとき、加熱ジャケット２２には３５０〜４５０℃程度の熱風ガスが熱風炉２４から供給され、回転炉２１内の温度は１００〜１５０℃程度となる。
【００９１】
このとき、回転炉２１内にて発生した水蒸気は、脱臭などの目的に応じて、排出ダクト２３に接続された経路２３１を介して、ガス燃焼炉６に供され、燃焼処理される。燃焼処理されたガスは、熱交換器６２及びバグフィルタ６２に供された後に、ブロア６４によって煙突６５から大気開放される。
【００９２】
一方、乾燥処理されたリン吸着材１１０と格納部材１１１の断片は、排出ダクト２３に接続された経路２３２を介して、回収され、その後、分別処理される。回収されたリン吸着材１１０は、リン成分が豊富なので、土壌改良剤や肥料等の原料として利用できる。
【００９３】
（実施形態４）回収したリン吸着材の処理
図７は、実施形態１において使用済みのリン吸着材を回収したときの、リン吸着材処理施設の概略図である。尚、図４及び図６記載の手段と同一の手段には、当該手段と同一の符号を付して、その説明を省略した。
【００９４】
ここでは、リン回収槽１から回収した吸着カートリッジ１１（吸着材１１０，格納部材１１１）を乾燥処理し、その後、さらに間接加熱することで、被処理物（乾燥処理したリン吸着材１１０及び格納部材１１１）に含まれる有機物成分及び水分を熱分解除去している。すなわち、図６における乾燥工程のみでは、吸着材の細孔内に有機物及び水分が存在する可能性があるので、これらを一層除去して吸着材の多孔質再生化（比表面積の拡大）を図り、より有効な肥料等として利用できるものに加工する。
【００９５】
加熱加工炉７は、乾燥炉２から搬送された被処理物を間接加熱によって、被処理物中の有機物成分及び水分を熱分解除去するため手段で、乾燥炉２と同様の構成となす。すなわち、回転キルン方式を採用し、回転炉７１と加熱ジャケット７２とを備える。回転炉７１において、被処理物の供給側には、乾燥炉２と連絡する連絡ダクト３０が接続され、処理物の排出側には、排出ダクト７３が接続されている。尚、連絡ダクト３０内部には、被処理物を加熱加工炉７に誘導させるための誘導板３０７が設置されている。
【００９６】
加熱ジャケット７２には、熱風炉２４から４５０〜７００℃程度の熱風ガスが、経路７２１を介し導入され、回転炉７１内は４００〜６００℃程度にとなる。また、乾燥炉２の加熱ジャケット２２には、加熱ジャケット７２から排出された熱風ガスが経路２２１を介して導入され、回転炉２１内は３５０〜４５０℃で加熱される。
【００９７】
このとき、回転炉７１内のリン吸着材１１０及び格納部材１１１の断片に含まれる有機物成分及び水分が熱分解除去され、炭化物が得られる。回転炉７１内で得られた炭化物は排出ダクト７３から回収される。当該炭化物は、リン成分を豊富に含むと共に細孔が再生されているので、保水性及び微生物の繁殖性に優れた土壌改良材及び肥料として利用できる。
【００９８】
（実施形態５）回収したリン吸着材の処理
図８は、実施形態１において使用済みのリン吸着材を回収したときの、リン吸着材加熱加工処理施設の他の実施形態を示した概略図である。尚、図４、図６及び図７記載の手段と同一の手段には、当該手段と同一の符号を付してその説明を省略した。
【００９９】
ここでは、リン回収槽１から回収した吸着カートリッジ１１（吸着材１１０，格納部材１１１）を乾燥処理し、その後、燃焼処理することで、被処理物（乾燥処理したリン吸着材１１０及び格納部材１１１）に含まれる炭素成分を除去し、リン及びリン化合物を回収している。
【０１００】
処理物加工燃焼炉８は、乾燥炉２で乾燥処理した吸着材１１０及び格納部材１１１を燃焼処理して炭素成分を除去するため手段である。被処理物は、排出ダクト３０から経路８０１を介して導入している。
【０１０１】
処理物加工燃焼炉８は、図示省略した回転炉から構成され、回転炉は、筒状の鋼材からなり、その筒状の鋼材の内部にはキャスタブル材による耐火・耐熱層（図示省略）が設けられている。その回転炉は、軸方向の両側が図示省略した回転ローラで支持され、中央部には、駆動源により回転される手段を備えている。回転炉は、進行方向に適度に傾斜して構成され、自然搬送が可能となるようにしている。また、回転炉の上流側、すなわち、被処理物投入側には、図示省略された箱状の投入ジャケットがシールを介して具備され、さらに被処理物の搬送手段（スクリュー、スパイラル）と、被処理物を着火燃焼する燃焼バーナー８０とが具備される。一方、回転炉の下流側、すなわち、灰化物排出側には、内部にキャスタブル材による耐火・耐熱層（図示省略）を装着した箱状の排出ジャケットが備えられている。
【０１０２】
処理物加工燃焼炉８における加熱加工温度は、６００〜７００℃程度で行う。排出ジャケットから排出された残渣は、リン及びリン化合物を主成分とし、経路８０２を介して回収される。リン及びリン含有物は、各種の原料として再利用できる。
【０１０３】
一方、処理物加工燃焼炉８から排出された燃焼排ガスは、経路８０３を介してガス燃焼炉６に供給され燃焼処理される。このとき、ガス燃焼炉６には、乾燥炉２から水蒸気が、経路３０１を介して導入される。ガス燃焼炉６にて燃焼処理されたガスは、熱交換器６１及びバグフィルタ６２を経て系外移送される。
【０１０４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の請求項１から１４記載のリン吸着材とその生成方法、リン回収方法、リン吸着材の処理方法、及びリン成分を含む水の処理方法は、以下の効果を奏する。
【０１０５】
製紙スラッジ由来の炭化物は、多孔質体であり、その表面、孔内壁にアルカリ物質が露出して存在するので、水中のリンと接触反応することで、リン成分の回収が効率的に行える。したがって、水系の浄化に有効である。
【０１０６】
また、本発明においては、製紙スラッジを外部からの間接加熱で且つ還元性雰囲気にて乾燥し且つ熱分解処理しているので、製紙スラッジが有害な塩素、硫黄を含む場合であったとしても、これらの成分を効果的に除去でき、乾燥物、炭化物中の残存することなく、安全且つ安心な資源として再利用できる。
【０１０７】
さらに、吸着材を加熱加工する際に分解析出して発生する有害物質と接触反応して無害な物質に置換生成する薬剤としてアルカリ物質を添加混合することで、熱分解処理工程において、このアルカリ物質が吸着材に取り込まれるので、一層、アルカリ成分のリッチな吸着材となり、リンの吸着回収効果の向上が期待できる。
【０１０８】
また、吸着材で回収したリンは、乾燥すること、加熱加工すること、炭素成分を燃焼除去することなどの、目的に応じた加工を行うことにより、土壌改良材、肥料として直接利用可能で、また、炭素成分を燃焼除去することで、リン成分を回収できるので、各種原材料として利用が可能となる。
【０１０９】
さらに、下水処理場などの汚水系に適用した場合には、リンは汚泥中に埋没しないので、汚泥の発生量を削減できる。
【０１１０】
このように、本発明は、製紙スラッジを有効利用して、被処理水に含まれるリン成分を効率的に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリン吸着材の第一の実施形態を示した概略図。
【図２】本発明に係るリン吸着材の第二の実施形態を示した概略図。
【図３】リン回収槽の実施形態を示した概略図。
【図４】本発明のリン吸着材を生成する施設を示した概略図。
【図５】解砕手段と搬送手段とを設けた連絡ダクトの概略構成図。
【図６】使用済みのリン吸着材を回収したときのリン吸着材乾燥処理施設の概略図。
【図７】使用済みのリン吸着材を回収したときの、リン吸着材処理施設の概略図。
【図８】使用済みのリン吸着材を回収したときの、リン吸着材加熱処理施設の他の実施形態を示した概略図。
【図９】表１に係る試験に供した電気炉の概略図。
【符号の説明】
１…リン回収槽、１１…吸着カートリッジ、１１０…リン吸着材、１１１…格納部材、１２…迂流板
２…乾燥炉
３…解砕手段
４…熱分解炉
５…粉砕移送手段
６…ガス燃焼炉
７…加熱加工炉
８…処理物加工燃焼炉
９０…電気炉、９１…容器、９２…キャップ、９３…排出管
【図１】
2004114003.tif 000007
【図２】
2004114003.tif 000008
【図３】
2004114003.tif 000009
【図４】
2004114003.tif 000010
【図５】
2004114003.tif 000011
【図６】
2004114003.tif 000012
【図７】
2004114003.tif 000013
【図８】
2004114003.tif 000014
【図９】
2004114003.tif 000015