(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
泥水に、濃度が１〜７０重量％の硝酸第２鉄及び／又は硝酸アルミニウムの水溶液を加え、次いで消石灰及び／又は生石灰を主成分とする無機系アルカリ性粉末又は該粉末の含水スラリーを加え、脱水することを特徴とする泥水からのセメント原料製造方法。
【請求項２】
無機系アルカリ性粉末が、セメント製造工程の中間品であって、ＳｉＯ2５〜３０重量％、Ａｌ2Ｏ3１〜８重量％、Ｆｅ2Ｏ3１〜８重量％及びＣａＯ４５〜７５重量％の鉱物成分並びに遊離ＣａＯ２５〜５５重量％を含有することを特徴とする請求項１記載の泥水からのセメント原料製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、下水汚泥などの泥水中の固型分をセメント原料に転換する方法に関する。より詳しくは下水処理場などで処理される下水中の分散固型分を凝集させこれを脱水分離したセメント原料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
下水処理場での下水処理は、通常、下水に凝集剤を添加し、凝集された固型分を液分と分離して脱水ケーキ（固型分成形物）を作製し、これをそのまま或いは一般的には焼却減容したものを廃棄処分場で埋設処理されている。これらの脱水ケーキ中には土壌構成成分などの有価無機物質が比較的多く含まれるため、また昨今の廃棄物埋立処分場の枯渇、処理コストの高騰という状況も加わって、これを新たな資源として活用することが検討されている。このような活用先として、脱水ケーキの構成物質がセメント製造原料の含有成分に類似した成分を含むことから、セメント製造原料への活用化を挙げることができる。
【０００３】
【発明が解決する課題】
しかるに、下水処理場では下水に添加する凝集剤として一般に塩化第二鉄と消石灰との混合粉が使用されているが、大量に添加せねば凝集効果が乏しく、その結果脱水後の脱水ケーキが大量の塩化物を含むこととなり、新たに脱塩処理を行わない限り、含有塩素濃度に上限規定があるセメントの製造原料には適さなかった。また、凝集剤として高分子化合物からなる凝集剤も知られているが、無機系混合粉の使用に適応した処理設備を有する下水処理場の場合、凝集剤供給設備を始めとし、脱水ケーキ濾布からの剥離性が悪くなる傾向もあるため脱水工程設備などを高分子系凝集剤に適応するものに変更する必要がある他、高分子系凝集剤そのものの単価も高く、概して処理コストの高騰を導き易かった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は種々検討を重ねた結果、塩素を殆ど含まずかつ凝集力が高い無機系凝集成分に加えてより一層の凝集作用を有するセメント製造中間工程から得た無機系アルカリ性粉末を使用することによって、下水中の固型分を凝集でき、しかも既存の下水処理場設備で十分使用でき、得られた脱水ケーキはセメント原料成分により近い構成成分となることから、比較的大量にセメント原料として利用でき、更にこれを原料として製造したセメントの品質も従来のセメントと遜色無いとことから本発明を完成するに至った。
【０００５】
即ち、本発明は、泥水に、濃度が１〜７０重量％の硝酸第２鉄及び／又は硝酸アルミニウムの水溶液を加え、次いで消石灰及び／又は生石灰を主成分とする無機系アルカリ性粉末又は該粉末の含水スラリーを加え、脱水することを特徴とする泥水からのセメント原料製造方法である。
【０００６】
また、本発明は、無機系アルカリ性粉末が、セメント製造工程の中間品であって、ＳｉＯ2５〜３０重量％、Ａｌ2Ｏ3１〜８重量％、Ｆｅ2Ｏ3１〜８重量％及びＣａＯ４５〜７５重量％の鉱物成分並びに遊離ＣａＯ２５〜５５重量％を含有することを特徴とする前記の泥水からのセメント原料製造方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明で対象とする泥水とは、通常の下水処理場で処理される若しくは処理可能な、いわゆる下水、汚水、汚泥、廃水などであって、水溶液中に土壌や廃棄物等の雑多な固型分が分散しているものであれば特に限定されない。
【０００８】
この泥水に、硝酸第２鉄、硝酸アルミニウムの何れか１種又は任意の比率で両者を含む濃度１〜７０重量％の水溶液、望ましくは濃度１０〜５０重量％の水溶液を加える。該水溶液の添加により、鉄イオン及び／又はアルミニウムイオンが泥水中の負の荷電を中和し、凝集させる作用をする。その添加量は、水溶液中の固型分量が泥水中の固型分重量の概ね５％以上となる量が好ましく、より好ましくは８〜１５％とする。硝酸第２鉄及び／又は硝酸アルミニウムの粉末ではなくその水溶液を泥水に加えるのは、泥水へ速やかに分散させることができ且つ系全体に均一に凝集反応が進行し易いためである。硝酸第２鉄及び／又は硝酸アルミニウムの水溶液の濃度が１重量％未満では相対的に凝集効果が乏しく、凝集効果を得るには大量に使用する必要があり、後の脱水等で作業性が低下するので好ましくない。また濃度が７０重量％を超えると硝酸第２鉄及び／又は硝酸アルミニウムの結晶が析出し易くなり、流動性が著しく低下し、扱い難くなるので好ましくない。尚、硝酸第２鉄、硝酸アルミニウムは何れも過剰な硝酸分を含むものであっても良い。
【０００９】
次いで、硝酸第２鉄及び／又は硝酸アルミニウムの水溶液を添加した泥水に、消石灰及び／又は生石灰を主成分とする無機系アルカリ性粉末又は該粉末の含水スラリーを加える。消石灰及び／又は生石灰を主成分とする無機系アルカリ性粉末とは、消石灰及び／又は生石灰だけでも良いが、望ましくは例えばＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3などの消石灰及び／又は生石灰以外の他の金属酸化物などを副成分として含み、構成成分で非アルカリ性のものが一部含まれていても、粉末全体としてアルカリ性を示すものであれば良い。尚、消石灰及び／又は生石灰以外に含有する成分としては、セメント構成原料として不適当なアルカリ金属塩や重金属塩を除く成分とするのが望ましい。このようなアルカリ性を呈する粉末として最適なものは、通常のセメント製造工程で得られる中間品であって、より具体的には、セメント調合原料をプレヒーター中約９００℃前後で加熱してなるものであり、ＳｉＯ2：５〜３０重量％、Ａｌ2Ｏ3：１〜８重量％、Ｆｅ2Ｏ3：１〜８重量％、ＣａＯ：４５〜７５重量％の鉱物成分を含み、更に遊離のＣａＯを２５〜５５重量％含む粉末である。この粉末は、前工程での硝酸第２鉄及び／又は硝酸アルミニウム水溶液添加によっても依然泥水中に分散する固型残分をより確実に凝集せしめ、更に生成した凝集物の再分散を防ぐ作用を有する他、凝集物をセメント原料としてより利用し易い組成物にするために添加される。特に、該粉末がシリカ分を含有する場合は石灰分と共に泥水中の水分と反応して珪酸カルシウム化合物を速やかに生成し、この珪酸カルシウム化合物は吸水作用及び固化作用を呈するので、凝集体形成の促進と形成された凝集体の再分散を強力に防ぐ。また、該粉末がアルミニウムや鉄分を含有する場合は、泥水中でアルミニウムイオン、鉄イオンが生じて泥水の負の荷電を中和し凝集させる作用が働く。本粉末は、泥水固型分重量に対し、少なくとも５％の添加とし、より好ましくは５０〜１００％とする。また、取り扱い性や反応性を向上させる上で、この粉末を水と混合してスラリーとし、これを泥水に添加しても良い。スラリー濃度は特に限定されないが、余りにも低い場合は泥水への添加量ばかり増えることになり、後の脱水効率が低下するので好ましくない。
【００１０】
前記各添加物が加わった泥水は、分散固型分が凝集物となって沈降するため、これを脱水することによって沈降した固型分を分離回収する。泥水の脱水方法は特に限定されず、例えば通常下水処理場で行われているような汚泥固型物からなる汚泥ケーキの作製と同様な方法で良く、具体的には真空脱水、フィルタープレス、ベルトプレス、遠心脱水等で行うことができる。
【００１１】
得られた脱水ケーキは適宜これを乾燥し、解砕したものを、セメントクリンカー焼成用のセメント原料の一部として使用することができる。焼成前のセメント原料とするには、該脱水ケーキを構成する化学成分を考慮した上で、ＣａＣＯ3、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3などの成分を、一般のセメント調合原料、例えば普通ポルトランドセメント調合原料の化学成分と概ね同様の組成範囲となるよう配合調整する。該脱水ケーキ中には処理前の泥水由来の種々の成分が含まれてはいるものの、その殆どは一般のセメントと類似した成分からなり、また脱水ケーキ中に残存する泥水への無機系添加物も実質的にセメント原料構成成分と同等のものを含むため、概ね脱水ケーキ中の化学成分の含有割合を考慮し、不足成分を補う程度で良い。
【００１２】
【実施例】
［実施例］  表１に記した成分よりなる下水２５Ｋｇに、固型分濃度２０重量％の硝酸第２鉄水溶液０．４Ｋｇを加えて約１分間攪拌したものに、普通ポルトランド製造工程中の仮焼炉から取り出した表２に記した化学成分のセメント調合原料仮焼物０．６Ｋｇを加えた。これをフィルタープレスを使用して脱水し、脱水物を得た。該脱水物を自然乾燥後、重量を測定した結果約１．１Ｋｇであった。乾燥物の化学成分を蛍光Ｘ線で調べた結果、表３のようになった。この乾燥物１ＫｇにＳｉＯ2を０．２０３Ｋｇ、Ａｌ2Ｏ3を０．０４１Ｋｇ、Ｆｅ2Ｏ3を０．００９Ｋｇ、ＣａＣＯ3を０．６９６Ｋｇ加えたものを電気炉で約１４５０℃で焼成し、セメントクリンカーを作製した。得られたセメントクリンカーの鉱物成分等を粉末Ｘ線並びに蛍光Ｘ線で調べた結果、表４に表すように一般の普通セメントクリンカーと殆ど同様の成分・組成であった。
【００１３】
【表１】
0004219052.tif 000002
【００１４】
【表２】
0004219052.tif 000003
【００１５】
【表３】
0004219052.tif 000004
【００１６】
【表４】
0004219052.tif 000005
【００１７】
［比較例１］  実施例１と同様の下水２５Ｋｇに、塩化第２鉄（市販試薬）の１９％水溶液０．４０Ｋｇと消石灰０．３０Ｋｇを加え約１分間攪拌した。これを前記実施例１と同様の手法で脱水し、脱水物を得た。該脱水物を自然乾燥後、重量を測定した結果１．０Ｋｇであった。この乾燥物１．０ＫｇにＳｉＯ2を０．２７５Ｋｇ、Ａｌ2Ｏ3を０．０５６Ｋｇ、ＣａＣＯ3を１．５０４Ｋｇ加えたものを前記実施例１と同様の電気炉で約１４５０℃で焼成し、セメントクリンカーを作製した。得られたセメントクリンカーの鉱物成分等を粉末Ｘ線並びに蛍光Ｘ線で調べた結果、表４に表すように塩素の含有量が多いものとなった。
【００１８】
［比較例２］  実施例１と同様の下水２５Ｋｇに、固型分濃度０．５重量％の硝酸第２鉄水溶液０．４０Ｋｇを加えて約１分間攪拌した。これを前記実施例１と同様の手法で脱水し、脱水物を得た。該脱水物を自然乾燥後、重量を測定した結果約０．１Ｋｇとなり、下水中に含まれていた固型分の回収率が低いものとなった。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の泥水からのセメント原料製造方法によれば、これまで廃棄されることが多かった下水などからの脱水物を総じてセメント原料化できるので、資源再活用や環境面からも優れた方策である。また、併せて本法は既存の処理設備でも下水中の分散固型分を高い収率で効率良く脱水物として回収でき、そのためのコストも従来と比較し低いものとなる。