(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水汚泥焼却灰を硫酸に加え該焼却灰中のリン成分を溶出させてリンを回収する方法において、リン成分の溶出を０〜４０℃の常温域において、濃度０.１〜４規定の硫酸を用いて行い、かつ硫酸に対する焼却灰の固液比(パルプ密度)を０.０４g/ml以下に制御することによってカルシウムの溶出を促進しつつリン成分を溶出させることを特徴とするリン回収方法。
【請求項２】
濃度１〜２規定の硫酸を用い、硫酸に対する焼却灰の固液比(パルプ密度)を０.０３g/ml以下に制御してリン成分を溶出させる請求項１のリン回収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥焼却灰からリンを回収する方法に関し、詳しくは、該焼却灰中のカルシウムの溶出を促進することにより焼却灰中の硫酸根の混入を抑制して効率よくリン成分を溶出させ、従って、リンの回収効率に優れると共に溶出残渣に残留する硫酸カルシウム量が少なく、セメント原料に適する残渣とすることができるリンの回収方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場から排出される下水汚泥焼却の多くは埋め立てなどにより処分されているが、処理に莫大な費用が必要であるため、建設資材用などへの資源化が図られている。例えば、下水汚泥焼却灰に石灰石、粘土、珪石などを加え焼成したものに石膏を配合しセメントとして使用することが知られている。
しかし、下水汚泥焼却灰は石炭灰とは異なりリンが多く含まれているので、セメント原料として使用できる焼却灰の量は性状安定化のため、セメント原料を焼成してなるクリンカー中のリン濃度が過多とならないよう制約を受ける。また、該焼却灰中に含まれるリンは約２０重量％程度と高く、これは低品位リン鉱石の含有量に匹敵し、リン資源の枯渇化傾向からそのリサイクルも望まれる。
【０００３】
そこで、焼却灰からリン成分を溶出させてリンを回収し再利用する一方、その残査をセメント原料として使用することが試みられている。具体的には、下水汚泥焼却灰に硫酸を添加し、煮沸することにより灰中のリン成分を溶出させてリンを回収し、残査をセメント原料とするものである。
しかし、この方法ではリンと同様に焼却灰中に含まれるカルシウム成分が硫酸と反応して硫酸カルシウムを生じ、これが残査中に多量に残り、これをセメント原料として使用すると多量の硫酸根が持ち込まれることとなり、セメント強度に悪影響を与えるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来のリン溶出回収法における問題を解決するものであり、下水汚泥焼却灰からリンを溶出するにあたり、カルシウムの溶出を促進しつつ効率良くリンを溶出し、これによりリンの回収率を高めると共に硫酸カルシウム量が少ない残渣とするリンの回収方法を提供するものである。
【０００５】
【問題を解決するための手段】
本発明者らは、焼却灰に硫酸を加えて煮沸する従来のリン抽出法を検討したところ、このような加熱処理では硫酸の量が減少するのに伴ってリンの溶出量が低下すること、および溶出処理を常温域で行った場合には硫酸の量を減らしてもリンの溶出量が低下しないこと、また硫酸の量を調整することによりリンの溶出量を低下させずにカルシウムの溶出量を制御できることを見出した。本発明はかかる知見に基づくものである。
【０００６】
すなわち、本発明は、（１）下水汚泥焼却灰を硫酸に加え該焼却灰中のリン成分を溶出させてリンを回収する方法において、リン成分の溶出を０〜４０℃の温度域において、濃度０.１〜４規定の硫酸を用いて行い、かつ硫酸に対する焼却灰の固液比(パルプ密度)を０.０４g/ml以下に制御することによってカルシウムの溶出を促進しつつリン成分を溶出させることを特徴とするリン回収方法に関する。
本発明のリン回収方法は、（２）濃度１〜２規定の硫酸を用い、硫酸に対する焼却灰の固液比(パルプ密度)を０.０３g/ml以下に制御してリン成分を溶出させる上記(１)のリン回収方法を含む。
【０００７】
以下に本発明を具体的に説明する。
本発明のリン回収方法は、下水汚泥焼却灰を硫酸に加え該焼却灰中のリン成分を溶出させてリンを回収する方法において、リン成分の溶出を常温域において行い、かつ硫酸に対する焼却灰の固液比(パルプ密度)を制御することによりカルシウムの溶出を促進しつつリン成分を溶出させる方法である。
下水汚泥焼却灰中のリンは主にリン酸塩の状態で存在している。一般にリン酸塩の硫酸に対する溶解度は温度に対して比例関係にあるため、常温下よりも加熱下でその溶出量は向上する。しかし、溶出量を高めようとして焼却灰の量を増加させると、加熱処理下では硫酸に対する焼却灰の固液比(パルプ密度)が高くなるのに比例してリンの溶出量は急激に低下する。それに対して、常温で溶出処理を行った場合には、この固液比(パルプ密度)が高くてもリンの溶出量を高く維持できるのである。
【０００８】
実際に、実施例の図１、図２に示すように、煮沸処理条件下ではパルプ密度が０.１g/mlより大きくなるとリンの溶出率が急激に低下するが、室温処理条件下ではパルプ密度が０.１g/mlを超えてもリンの溶出率はほとんど低下しない。
その理由は明らかではないが、以下のように考えられる。すなわち、焼却灰に含まれるリン酸塩は硫酸によって溶解した後に、その一部は再び析出しようとする。この時、処理温度の相違によって再析出するリン酸化合物が異なり、当然に溶存するリンの量も異なってくる。煮沸処理下では、高いパルプ密度領域において焼却灰中のリン酸塩とは異なるリン化合物、例えばアパタイト等を含む種々の溶解度の低いリン化合物が析出し、従って、リン酸塩の溶出よりも析出工程が支配的になる。一方、室温処理下では、このような溶解度の低いリン化合物は析出しないのでリンの溶出と析出の平衡状態は影響を受けず、パルプ密度が変動してもリンの高い溶出率が維持される。
【０００９】
本発明において常温域とは０〜４０℃程度であり、室温前後の温度域である。これより温度が低すぎるとリン酸化合物の溶解度が低下し、また温度が高すぎると煮沸処理と同様の問題を生じる。
硫酸の濃度は０.１〜４規定程度が適当であり、１〜２規定が好ましい。硫酸の濃度が０.１規定よりも低く、また４規定よりも高いとリンの溶出率が低下する。
【００１０】
硫酸に対する焼却灰の固液比(パルプ密度:g/ml)は０.０４g/ml以下が適当であり、０.０３g/ml以下が好ましい。図１に示すように、室温処理下ではパルプ密度によってリンの溶出率は殆ど変化しないが、カルシウムの溶出率は大幅に変動し、パルプ密度が０.０３g/ml未満ではカルシウムの溶出率が著しく高い。このカルシウム溶出率はパルプ密度０.０３g/ml付近で急激に低下し、０.０８g/ml以上になると密度０.０２g/mlのときの溶出率の約１／１０程度になる。一方これらのパルプ密度においてもリンの溶出率は殆ど変化しない。従って、このパルプ密度を調整することにより、カルシウムの溶出を促進してリンの溶出率を高めることができる。
【００１１】
処理時間は焼却灰の種類や硫酸濃度・量などにより一様ではないが、概ね約５分〜５時間が適当であり、３０分〜３時間程度が好ましい。焼却灰を硫酸に投入した後は撹拌すると良い。溶出処理後、ろ過、遠心分離などの手段により固液分離し、液体はリンの回収工程に供し、固体、すなわち溶出残査はセメント原料に使用することができる。
【００１２】
本発明の処理方法では、焼却灰中のカルシウムの溶出が促進されているので、硫酸カルシウム(石膏)の析出が少なく、従って、この溶出残渣はセメント原料に適する。
一方、溶液に含まれるリン(リン酸)は各種の回収方法によって回収し、精製して高純度のリン酸を得ることができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に示す。なお、これらは例示であり本発明を限定するものではない。
実施例および比較例表１に示される成分を含有する下水汚泥焼却灰を用い、これを１規定硫酸に投入し、異なるパルプ密度で、煮沸下（約100℃）あるいは室温下（約25℃）で３時間攪拌し、リンを溶出させた。その後、固液分離して液中のリン含量(溶出量)および溶出率を求めた。また、カルシウムについても同様に溶出量と溶出率を求めた。室温処理の結果を図１に示し、煮沸処理の結果を図２に示した。図１に示すように、室温処理下ではパルプ密度が高くなってもリンの溶出率は殆ど変化しないが、カルシウムの溶出率は大幅に変動する。例えば、パルプ密度が０.０３g/ml未満では、カルシウムの溶出率は１１００ppm前後であり著しく高い。ところが、パルプ密度が０.０３g/ml付近でカルシウムの溶出率は急激に低下し、パルプ密度０.１g/ml以上のカルシウム溶出率は約１００ppm程度である。一方、煮沸処理下では、図２に示すように、パルプ密度が０.０４g/mlより高くなるとカルシウムの溶出率が急激に低下するが、リンの溶出率も大幅に低下し、パルプ密度０.１６g/ml付近では３０％程度に止まる。従って、煮沸処理ではカルシウムの溶出を促進しつつ同時にリンの溶出を高めることはできない。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
【発明の効果】
本発明のリン回収方法によれば、リンを効率よく溶出させて回収することができる。しかも焼却灰中のカルシウムの溶出を促進できるので、硫酸カルシウムの析出を抑制することができ、残渣(焼却灰)に含有される硫酸根の量を低減することができる。従って、セメント原料に適する残渣を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  室温処理下のパルプ密度と溶出量(率)の関係を示すグラフ。
【図２】  煮沸処理下のパルプ密度と溶出量(率)の関係を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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