Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
[分析方法] 溶出試験および含有量試験の検液の調整は、ともに「産業廃棄物に含まれる金属等の検定法（昭和48.2.17環境庁告示13号）」に従った。

[分析結果と安全性評価] 「判定基準省令」の判定基準に適合しない有害な産業廃棄物は、特別な基準により処分することが義務づけられている。また、これを利用して生産されるリサイクル品についてもこの判定基準に適合することが環境影響上必要と思われる。判定基準は「判定基準省令」によると、埋立処分基準と海洋投入処分基準に分けられ、埋立処分基準は汚泥等に対して溶出量基準が定められている。海洋投入処分は、ロンドン条約の改正で原則禁止となっているが、一部処分が認められる廃酸・廃アルカリ廃棄物等に対して処分基準が定められている。

一方、「廃掃法施行規則」の中に特別管理産業廃棄物の規定があり、これらは、収集・運搬及び処分にあたり特別の扱いを要する廃棄物としての規定されている。特別管理産業廃棄物とは、爆発性、毒性、感染性その他の人の健康または生活環境に係る被害を生ずる恐れがある性状を有するものとして政令で定める廃棄物である。

今回、安全性を評価するにあたり、上記に示した産業廃棄物の処分基準に係る判定基準と特別管理産業廃棄物の分類に係る判定基準を用いて安全性を評価した。下水污泥焼却灰、各種回収リン、残渣については、污泥等の埋立処分基準（溶出量）、埋立処分基準の無いふつ素化合物及びフェノール類は海洋投入処分基準の非水溶性污泥の処分基準(溶出量)を用いて評価した。さらに、ダイオキシン類については、特別管理産業廃棄物の判定基準（含有量）を用いて評価した。廃アルカリ液については、海洋投入処分基準（含有量）を用い、ダイオキシン類は特別管理産業廃棄物の判定基準（含有量）を用いて評価した。

すべての検体（都南、北上、および湖南の下水污泥焼却灰による回収リンおよび脱リン残渣）で、アルカリ水銀化合物は不検出、シアン化合物、P C B、ふっ化物は定量限界以下であった。定量限界値は、アルカリ水銀化合物が0.0005mg/L、シアン化合物が0.1mg/L、P C Bが0.0005mg/L及びふっ化物が0.1mg/Lである。判定基準値と分析値を比較すると、すべての焼却灰、回収リン及び脱リン残渣で基準値を超えるものはなかった。

揮発性物質の基準には11成分の揮発性有機物質の規定があり、分析結果は11成分とも定量限界以下であった。定量限界値はトリクロロエチレンが0.002mg/L、テトラクロロエチレンが0.0005mg/L、ジクロロメタンが0.02mg/L、四塩化炭素が0.0002mg/L、1,2-ジクロロエタンが0.0004mg/L、1,1-ジクロロエチレンが0.002mg/L、シス-1,2-ジクロロエチレンが0.002mg/L、1,1,1-トリクロロエタンが0.0005mg/L、1,1,2-トリクロロエタンが0.0006mg/L、1,3-ジクロロプロペンが0.0002mg/L、ベンゼンが0.01mg/Lである。判定基準値と分析値を比較すると、すべての焼却灰、回収リン及び脱リン残渣のすべての成分で基準値を超えるものはなかった。

6 検体でダイオキシン類の分析を行ったが、実施した検体すべてで分析結果は定量限界以下であった。定量限界値は 0.003ng-TEQ/g である。判定基準値と分析値を比較すると、回収リン及び脱リン残渣で基準値を超えるものはなかった。

すべての検体で、チウラム、シマジン、チオベンカルブ、フェノール類及び有機リン化合物は
定量限界以下であった。定量限界値は廃アルカリ液以外の検体では、チウラムが0.0006mg/L、シマジンが0.003mg/L、チオベンカルブが0.02mg/L、フェノール類が0.1mg/L及び有機リン化合物が0.1mg/Lである。廃アルカリ液では、それぞれ0.06mg/L、0.03mg/L、0.2mg/L、0.1mg/L、0.1mg/Lである。判定基準値と分析値を比較すると、すべての回収リン及び廃アルカリ液で基準値を超えるものはなかった。

分析結果と判定基準値を比較した結果、供試した供試した検体すべてで「判定基準省令」の判定基準値を越える検体はなく、また、「廃掃法施行規則」の特別管理産業廃棄物に該当する検体はなかった。このことから、今回供試した焼却灰、回収リン、脱リン残渣及び廃アルカリ液は、廃棄物としてとらえた場合、有機性有害成分については有害性を有していなかった。

## 2 -9 まとめ

リンリサイクルシステム上、活用できるリン含有廃棄物は以下の通りであった。

[食品系廃棄物] 直接施肥が可能な廃棄物が多く、該当なし。

[農業系廃棄物] 鶏糞および豚糞などの動物糞炭化物（リンを約10wt%前後含む）

[都市系廃棄物] 下水汚泥焼却灰（リンを約12wt%前後含む）

[工業系廃棄物] リン酸亜鉛化成処理工程排出スラッジ（リンを約15wt%前後含む）

そのほか、下記のことが明らかとなった。

・リン抽出試薬代替材料として、廃酸および廃アルカリが活用できる。

・リンの抽出条件として、アルカリ濃度のほか、抽出温度条件を調整することで、効率的なリン抽出が可能である。

・岩手県内排出の下水污泥焼却灰は、HAPおよびMAP系のリ酸化合物と、アルミニウム、鉄、および亜鉛などの金属塩（リ酸塩）形態で存在しており、酸抽出法では90wt%以上のリンが回収できるが、アルカリ抽出法では約50wt%以下であった。アルカリ抽出法においては、リン抽出液中への重金属類溶出を抑制することが可能であるが、HAPおよびMAPの割合が多い場合、効率的なリン抽出が難しい。

・国内製造の自動車や家電製品製造由来の廃棄物は、ヨーロッパ等への輸出対応（ローズ規制ほか）により、カドミウムおよび水銀といった有害金属を含まないものが多い。高い安全性が求められる、肥料原料（リン鉱石）として優れたリン含有廃棄物が存在する。

・廃酸および廃アルカリについては、多くの産廃処理事業所では中和処理による最終処分を行っているが、中には高純度に近い酸やアルカリの廃棄物も存在しており、分別回収による再利用が可能な場合が多く見受けられた。

・灰アルカリ法はリン抽出法として優れており、回収リン酸塩中に無機性有害成分を含まない。

・下水污泥焼却灰は $ 850^{\circ} $ C 焼成処理が行われていることから、この焼却灰を利用したリン回収物より有機有害成分が検出されなかった。

本研究の取組みにより、リンリサイクルシステム上の原料に成りうる一部のリン含有廃棄物の性状が明らかとなった。さらにリサイクル研究の展開により、工業系廃棄物の農業資材への新
たな展開の可能性も示されたことから、肥料取締法上の有機性有害物質の項目が早期に検討されることを期待する。
## 第3章 リン回収実証試験およびリン回収プラント稼動コスト等試算

## 3 -1 はじめに

灰アルカリ抽出法（図 2-7）による下水污泥焼却灰からのリン回収実証試験を行うため、平成22年度は都南浄化センターおよび北上浄化センターの下水污泥焼却灰を用い、リン回収条件を変化させながら実験室試験による最適リン回収条件を探索した。

これを受けて、平成23年度はこの最適なリン回収条件において、100 kg/バッチ スケール級の中規模リン回収実証試験を実施し、平成22年度の実験室試験で確認された各種特性値を確認すると共に、実規模スケールを想定したリン回収プラント稼動コストを試算した。

平成 24 年度は、滋賀県の湖南中部浄化センターの下水污泥焼却灰を用い、100 kg/バッチスケール級の中規模リン回収実証試験を実施すると共に、様々なシステム経費削減方法についてその効果の試算を行った。

## 3 -2 廃アルカリ等を利用した最適リン回収条件探索試験

## 3 −2−1 最適リン回収条件探索のための設定条件

灰アルカリ抽出法では、リン抽出に用いるアルカリ液の濃度、抽出回数、抽出温度、さらにリン抽出液からリン酸塩を回収する際の析出剤添加率、析出温度、析出時間がリン回収コストの大小を決めるための大きな要素となる。

そこで、これらの各要素の値を変化させながらリン回収を試み、最適リン回収条件を探索した。本試験における各要素の設定条件一覧を表3-1に示す。

表 3-1 リン回収試験の設定条件一覧

対象とする灰	都南灰 北上灰 都南粉碎灰
抽出液	薬品（0.5、0.75、1.0N），廃アルカリ
抽出回数	1回 2回
抽出条件	温度（50, 60, 70℃）
析出剤	消石灰 （リン濃度当量の）1, 1.3, 1.5倍
析出条件	温度（常温, 40℃） 時間（3, 6, 12時間）

## 3 -2-2 最適リン回収条件

表 3-1 に示す設定条件により、各要素条件を変化させた 45 通りの組合せについて、実験室試験によるリン回収試験を行い、最も効果的なリン回収条件を探った（図 3-1）。

その結果、45通りの組合せの中から最も良好な数値（回収リン酸塩）を示した条件と結果を得た（表3-2 数值からのみ判断した最適リン回収条件）。しかし、これらの条件は、運転費用の軽減という視点からは、必ずしも最適とは言えない条件も含まれている。
そこで、実際の運転時の状況を踏まえ、抽出液（アルカリ液）濃度や析出温度、消石灰添加率の条件を再検討した結果、実機の運転条件を踏まえた場合の最適なリン回収条件を得た（表3-2実機の運転条件を踏まえた最適リン回収条件）。

①焼却灰からリン抽出

②残渣(脱リン灰)分離

図 3-1 リン回収試験

③抽出液→消石灰添加

④析出リンの分離

表 3–2 最適なリン回収条件（焼却灰 1kg 当り）

数値からのみ判断した最適リン回収条件	実機の運転条件を踏まえた最適リン回収条件
対象とする灰	北上灰	北上灰
抽出液(アルカリ液)	1mol/L×10L	0.5mol/L×10L
抽出回数	2回	2回
抽出温度	70℃	70℃
抽出後のリン酸溶液濃度	2,470mg/L～2,600mg/L	2,370mg/L
抽出率(A)	37%	34%
析出剤添加量	消石灰 0.224kg	消石灰 0.204kg
析出温度	40℃	常温(25℃)
析出時間	3時間	6時間
析出率(B)	87%	82%
リン回収率(A×B)	32%	28%
回収リン酸塩	0.29kg	0.27kg

注1）抽出率＝アルカリ抽出後に溶液中に存在する溶解性リン量÷抽出前に溶液中に存在した全リン量

注2）析出率=1-消石灰投入後に溶液中に存在する溶解性リン量÷消石灰投入前に溶液中に存在した全リン量
## 3 −3 リン回收実証試験およびリン回收プラント稼動コスト試算

## 3 −3−1 リン回収実証試験（平成23年度実施）

都南及び北上の2種類の下水污焼却灰を用いて、100kg/バッチ規模のリン回収実証プラント（千葉県市原市、図3-2、表3-3）により、薬品NaOH及び廃アルカリによるリン回収実証試験を計4回実施した。結果を表3-3及び表3-4に示す。LOTUSプロジェクト（国土交通省下水污泥資源化・先端技術誘導プロジェクト）においては、脱リン灰は元灰の76%程度であり、ほぼ同等となった。薬品試験と廃アルカリを使用した試験では、回収物量と消費量はほとんど変わらなかった。廃アルカリ使用の試験では、灰使用量を薬品試験時の半分としたため、脱リン灰のプロセス内での滞留が大きく、みかけの回収率が低下した。

回収リン酸塩の回収率は都南で18%程度，北上で15%程度となった。LOTUSプロジェクトにおける、回収率と比較して大幅に低くなっているが，今回用いた焼却灰ではリンがアルカリ難溶性のCa塩、Mg塩として存在している比率が高いことや、回収リン酸塩のリン濃度が高く，相対的に発生量が低下していることが影響していると考えられる。また，元灰から回収リン酸塩へのリンの移行率は、薬品NaOHによる試験は都南、北上それぞれで17.8%、15.1%であり、廃アルカリによる試験では17.6%、15.0%であった。よって、廃アルカリを使用しても薬品NaOHを使用した場合と遜色なくリン回収が可能であることがわかった。

図 3-2 実証プラント（左からプラント入口、リン抽出槽、リン析出槽）

表 3-3 実証プラントにおける試験条件

使用灰量	100 kg or 50 kg
抽出液量	2 回抽出合計 2m³ or 1m³
抽出液濃度	0.5M NaOH, 廃アルカリ
抽出温度時間	70℃ × 30min(投入後)
消石灰量	リン濃度当量の1.3倍
析出条件	常温(15～25 ℃程度)12h
表 3-4 元灰等の消費量と回収物量一覧（都南）

薬品 NaOH	廃アルカリ
回収物量 kg-dry	消費/発生率 %-元灰比	回収物量 kg-dry	消費/発生率 %-元灰比
元 灰	100	-	50	-
消石灰	14.9	14.9	7.5	14.9
回収リン酸塩	17.8	17.8	8.8	17.6
脱リン灰	73.0	73.0	35.0	70.0

表 3–5 元灰等の消費量と回収物量一覧（北上）

薬品 NaOH	廃アルカリ
回収物量 kg-dry	消費/発生率 %-元灰比	回収物量 kg-dry	消費/発生率 %-元灰比
元 灰	100	-	50	-
消石灰	16.3	16.3	7.0	14.0
回収リン酸塩	15.1	15.1	7.5	15.0
脱リン灰	76.0	76.0	36.5	73.0

## 3 −3−2 リン回収プラント稼動コスト試算結果

岩手県内の下水汚泥焼却灰を対象とするリン回収プラント設置を想定し、今回実施した試験結果等に基づいて試算した。

以下にリン回収プラント稼動コスト試算における試算条件を挙げる。なお、コスト試算の前提として、都南・北上の両施設から発生する全焼却灰をリン回収プラントに用いることとし、リン回収方法は灰アルカリ抽出法を用いることとする。

• 焼却灰発生量：都南、北上の年間の焼却灰発生量である、696t/年、314t/年とする。

・建設費：機電・土木基礎（10万円/m²）・建屋（20万円/m²）を含む概算費用とする。

・ 維持管理費 ：薬品 NaOH、消石灰、希硫酸、電力、管理人員費、輸送費を含み、

それぞれ 2 万円/t、2 万円/t、2 万円/t、12 円/kWh、1,000 万円/人・年、

0.6 万円/t とする。

• 収入単価：回収リン酸塩売却益、脱リン灰売却益、廃アルカリ処理受託費を含み、それぞれ4万円/t，0.1万円/t，5万円/m³とする。

各ケース及び費目毎に消費原単位/価格原単位を設定し、それぞれの年価/年間費用を試算した。算出した年価を年間処理灰量で割ることで、焼却灰1トンあたりの費用を算出した。また、北上
の焼却灰を都南に集約するケースも想定したが、その際の消費原単位は、支配的な灰である都南灰の値を用いて算出した。なお、以下の検討では「排液の処分に関わる費用」（リン回収システムから排出される洗浄水等の排液）と「抽出液加温に関わる費用」は試算に含めなかった。

本試算の結果、都南・北上でリン回収を行う場合，薬品NaOHを使用すると、焼却灰の産廃委託処理時に比較して1.5倍から2.7倍に膨らむ。一方で、廃アルカリを使用すれば、試薬を使用する通常の処理法と比較して、稼動コストの大幅な改善が見込めることが分かった（表3-6）。

表 3–6 リン回収システム導入の有無による効果（単位：万円/年）

下水污泥焼却灰の処理方法	年間費用	委託処理との差分
都南単独施設	リン回收システム導入なし（委託処理）	1,671
リン回收システム導入あり	薬品NaOH利用	2,523	852
廃アルカリ利用	-21,269	-22,939
北上単独施設	システム導入なし（委託処理）	754
リン回收システム導入あり	薬品NaOH利用	1,959	1,205
廃アルカリ利用	-8,792	-9,547
集約施設	システム導入なし（委託処理）	2,425
リン回收システム導入あり	薬品NaOH利用	3,223	797
廃アルカリ利用	-31,310	-33,735

注）年間費用がマイナスの場合は収益が出ることを意味する。

## 3 -4 実証プラントでのリン回収試験およびシステム経費削減効果試算

## 3 -4-1 実証プラントでのリン回収試験（平成24年度実施）

福島第一原子力発電所の事故により、岩手県内の下水污泥焼却灰は、都南及び北上のいづれも放射性セシウム濃度が、クリアランスレベルである100Bq/kgを大きく超過する状態が続いており、研究に用いることができないことから、クリアランスレベル内にある滋賀県の湖南中部浄化センターから下水污泥焼却灰をご提供頂き、薬品NaOH及び廃アルカリにより50 kg/バッチスケール級のリン回収実証試験を2回行った。

図3-3に，湖南灰と都南灰，北上灰で薬品NaOH及び廃アルカリによりリン回収試験を実施した場合の，消石灰の消費率と回収リン酸塩，脱リン灰の発生率を示した。なお，廃アルカリ試験の結果は図中で（廃）と記した。湖南灰からの脱リン灰の発生率は，薬品NaOH試験で61.8%，廃アルカリ試験では61.1%となった。都南・北上の脱リン灰発生率が約70%程度であったことに対して，やや低めの値となった理由は，アルミニウム等のアルカリ溶液に溶けやすい成分が多く含まれ，溶けにくい鉄やカルシウムが少ないことと，装置内でパイプに残る等のロスがあったことが考えられた。
薬品試験と廃アルカリ試験では, 回収物量と消費量はほとんど変わらなかった。湖南灰からの回収リン酸塩の回収率は約30%であり, 都南・北上灰からの発生率（15～18%）の約2倍であった。この原因として, 焼却灰中のリンとアルミニウム含有率が高く, アルカリ溶液に溶けにくい鉄とカルシウムの含有率が低いために抽出液中のリン濃度が高くなったことが考えられた。配管ロスがあることを考慮に入れると, 実際に実機で運転した場合の発生率はもっと高くなると想定された。

図 3-3 消石灰の消費率と回収リン酸塩，脱リン灰の生成率
## 3 -4-2 システム経費削減効果試算

リン回収設備は抽出液の加温に焼却炉の余剰熱を利用するという性質から,本来は処理場内の焼却炉付近に設置することが想定されるが,設置スペースの問題によっては焼却炉から遠く離れた場所,若しくは処理場の外に設置するケースも考えられる。こうしたケースでは,システムの熱源にA重油等,なんらかの外部燃料を用いる必要がある。

そこで、ここでは岩手県で大量に発生する鶏糞炭、そして下水処理場の消化槽から発生する余剩消化ガス（発電分を除く）を安価な熱源として期待できることから、それらを熱源として利用した場合のシステム経費を、必要な熱量、価格等について焼却炉の余剩熱やA重油利用と対比させることにより、リン回収プラント運用時のシステム経費削減にどのような効果があるか試算した（表3-7）。

その結果、余剰熱利用が最も経費削減効果が高いことが分かった。

また、遠隔地にリン回収プラントを設置する場合の熱源として、鶏糞炭、A重油、消化ガスを比較したところ、消化ガスが最も経費削減に効果があることが分かった。

表 3-7 リン回収システム導入の有無による効果（単位：万円/年）

下水污泥烧却灰の処理方法	年間費用	委託処理との差分
都南単独施設	リン回収システム導入なし(委託処理)	1,671
リン回収システム導入あり	薬品NaOH	余剰熱	2,523	852
廃アルカリ	余剰熱	-21,269	22,939
北上単独施設	システム導入なし(委託処理)	754
リン回収システム導入あり	薬品NaOH	余剰熱	1,959	1,205
廃アルカリ	余剰熱	-8,792	9,547
都南北上集約施設(都南施設集約)	システム導入なし(委託処理)	2,425
リン回収システム導入あり(余剰熱や消化ガスは都南施設発生分を利用)	薬品NaOH	余剰熱	3,223	797
薬品NaOH	鶏糞炭	3,927	1,502
薬品NaOH	A重油	3,942	1,517
薬品NaOH	消化ガス	3,255	830
廃アルカリ	余剰熱	-31,310	33,735
廃アルカリ	鶏糞炭	-30,620	33,046
廃アルカリ	A重油	-30,598	33,023
廃アルカリ	消化ガス	-31,149	33,574

注）年間費用がマイナスの場合は収益が出ることを意味する。
## 3 -5 まとめ

実験室試験による最適リン回収条件探索試験では、岩手県内で発生する下水污泥焼却灰を用いた場合について、数値から得た最適リン回収条件と実機の運転条件を踏まえた最適リン回収条件とを得ることができ、廃アルカリを用いた場合でもリン回収が十分可能となるデータを得ることができた。

リン回收実証試験では平成22年度に実施した最適リン回收条件探索試験のデータを用い、都南、北上、滋賀県湖南中部の各浄化センターの下水污泥焼却灰を用いて実証レベルのリン回收試験を行った。

その結果、滋賀県湖南中部の焼却灰は，リンの含有率は都南・北上の焼却灰よりもやや低いが，アルミニウムの含有率が約26％と高いことや，鉄やカルシウム等のリンと結びつきアルカリに溶けにくい元素の含有率が低いといった，リン抽出に適する特徴を有していた。岩手県内の焼却灰との違いは，污泥処理工程の差（消化工程を含まない）に起因する可能性が強く推察された。

さらに、リン回収プラント稼動コスト試算では、リン回収実証試験のデータを受けて、岩手県内で発生する下水汚泥焼却灰を用いて回収プラントを設置した場合の稼動コストを試算した。その結果、廃アルカリを使用すれば、試薬を使用する通常の処理法と比較して、稼動コストの大幅な改善が見込めることが分かった。

加えて、システム経費削減効果の試算では、A重油や鶏糞炭に比べ、消化ガスをリン抽出の熱源に用いることにより、経費削減が効果的に行えることが分かったが、焼却炉余熱を利用する場合が、最も追加的な経費が少なくなった。したがって、熱輸送の効率の関係で、リン回収プラントを下水処理場内に設置することがポイントになることが分かった。
## 第4章 下水汚泥焼却灰からの回収リン酸等の肥効試験及び植害試験

## 4 -1 はじめに

下水汚泥焼却灰からの回収リン酸等の肥効を確認するため、葉菜類（こまつな及びほうれんそう）用いた肥効試験を実施した。

また、肥料取締法に基づき、「59 農蚕第 1943 号農林水産省農産園芸局通知」に準じた方法で、こまつなを用いた植害試験を実施し、植物の生育を阻害しないか、確認を行った。

試験実施にあたり、岩手県工業技術センターは農学的試験設備を有していないため、肥効試験については岩手県農業研究センター（図4-1）で、植害試験についてはコープケミカル株式会社農材開発研究所において実施した。

図 4-1 肥効試験の作業風景（平成 23 年度実施分）

（左図：肥料配合作業、中図：プランターへの種まき作業、右図：肥効効果の確認作業）

## 4 –2 肥効試験

肥効試験試料として、平成23年度は都南及び北上浄化センター系列（試薬アルカリ回収リン、試薬アルカリ脱リン残渣、廃アルカリ回収リン、廃アルカリ脱リン残渣、下水污泥焼却灰）を用い、さらに対照区として重過リン酸石灰、参考として無リン酸を設けて実施した。

また、平成24年度は都南及び北上、滋賀県の湖南中部の各浄化センター系列（試薬アルカリ回収リン、廃アルカリ回収リン）を用い、さらに対照区として重過リン酸石灰、参考として無リン酸を設けて実施した。

肥効調査のための植物は、一般的な評価に用いられる こまつな 及び 岩手県内で栽培が盛んなほうれんそう の 2 種類を選定した。

試験は岩手県農業研究センター敷地内にある自動温調ガラス温室にて、プランター栽培試験を行った。栽培は温調管理が容易な秋期間に実施した（図4-2）。

肥効試験の結果は以下のとおり。

①収穫時草丈は対照区並〜やや優り、各資材区間で比較するとアルカリ回収リン酸区＞脱リン酸残査区＝污泥焼却灰区の順に大きくなる傾向が見られた。原料産地間では、都南と北上で特に差は見られなかったが、湖南は有意に低かった。

②地上部乾物重は無リン酸区が最も小さく、リン酸施用区は対照区と同程度であった。アルカリ回収リン酸区およびアルカリ脱リン酸区は対照区並みからやや優った。原料産地間では、
都南と北上で特に差は見られなかったが、滋賀県湖南は有意に低かった。

③地上部リン酸含量は、都南廃アルカリ区および湖南試薬アルカリ区が対照区より低いものがあり、抽出処理間では試薬アルカリ区で高いものがあった。

④地上部リン酸吸收量はリン酸施用効果がみられ、湖南で対照区より低いものがあったがそのほかは回収リン酸施用区とも対照区並〜やや優った。原料産地間で比較した場合、湖南のリン酸吸收量が有意に少なく、都南と北上の間では差は見られなかった。抽出処理間で差は認められなかった。

⑤跡地土壌の化学性はトルオーグリン酸含量に多少の差は見られたが、生育に影響を及ぼす差ではなかった。また、硝酸態窒素含量および交換性カリウム含量は地上部乾物重の大きい区ほど減少する傾向が見られた。

⑥栽培試験中における生理障害および病虫害の発生は認められなかった。

表 4-1 ほうれんそうの地上部養分濃度および吸収量（平成 24 年度実施分）

No.	区名	地上部養分含量(%)	地上部養分吸收量(mg/株)

図 4-2 ほうれんそう収穫時 (播種後 86 日目)
## 4 —3 植害試験

岩手県内の都南浄化センター、北上浄化センターの2事業所、および滋賀県湖南中部浄化センターから排出された下水汚泥焼却灰を用い、灰アルカリ抽出法によりリン抽出を行った。

写真16. 都南浄化センター下水汚泥焼却灰

写真17. 都南浄化センター下水污泥焼却灰 回収リン酸（試薬アルカリ抽出物）

写真18. 都南浄化センター下水汚泥焼却灰 回収リン酸（廃アルカリ抽出物）

写真19. 都南浄化センター下水污泥焼却灰脱リン残渣試薬アルカリ抽出物）

撮影日2011年10月13日（播種後21日目）

写真20. 都南浄化センター下水污泥焼却灰脱リン残渣（廃アルカリ抽出物）

いずれの写真も上から試験区、対照区、標準区

左から標準施用区、2倍施用区、3倍施用区

図 4-3 こまつな生育写真（平成 23 年度実施分）
表 4–2 都南焼却灰系統の発芽調査成績および生育調査結果（平成 23 年度実施分）

試験区	反覆	発芽調査成績	生育調査成績
9/24	9/25	9/26	9/29	10/13
発芽率	葉長(cm)	葉長(cm)	全重(g/鉢)
供試資材	都南浄化センター下水污泥焼却灰	標準施用区	①	88	96	96	2.5	14.9	32.3
②	92	96	96	2.4	14.5	30.3
③	84	96	96	2.5	14.6	31.7
平均	88	96	96	2.5	14.7	31.4
2倍施用区	①	96	100	100	2.7	14.6	31.7
②	88	100	100	2.6	14.4	33.5
③	84	96	96	2.5	13.9	30.1
平均	89	99	99	2.6	14.3	31.7
3倍施用区	①	88	96	96	2.4	14.4	32.6
②	88	96	96	2.6	15.1	30.9
③	88	96	96	2.5	14.9	29.9
平均	88	96	96	2.5	14.8	31.2
都南浄化センター下水污泥焼却灰からの回収リン酸(試薬アルカリ抽出物)	標準施用区	①	92	100	100	2.7	14.4	33.2
②	88	100	100	2.8	14.3	34.0
③	76	88	92	2.4	14.8	30.9
平均	85	96	97	2.6	14.5	32.7
2倍施用区	①	96	96	96	2.7	14.6	33.4
②	104	100	100	3.1	14.3	31.8
③	96	96	96	2.6	14.9	33.6
平均	99	97	97	2.8	14.6	32.9
3倍施用区	①	88	100	100	2.5	14.2	33.5
②	92	96	96	2.5	15.0	33.6
③	84	92	92	2.6	15.6	32.7
平均	88	96	96	2.5	14.9	33.2
都南浄化センター下水污泥焼却灰からの回収リン酸(廃アルカリ抽出物)	標準施用区	①	80	96	100	2.5	14.0	31.6
②	92	92	92	2.5	15.2	30.5
③	92	100	100	2.3	14.0	30.3
平均	88	96	97	2.4	14.4	30.8
2倍施用区	①	88	88	88	2.5	14.1	32.8
②	100	100	100	2.5	14.6	31.4
③	92	92	92	2.1	14.4	29.1
平均	93	93	93	2.4	14.4	31.1
3倍施用区	①	88	92	88	2.8	15.2	33.9
②	96	96	100	2.4	15.0	34.9
③	92	92	96	2.4	13.7	31.2
平均	92	93	95	2.6	14.6	33.3
都南浄化センター下水污泥焼却灰からの脱リン残渣(試薬アルカリ抽出物)	標準施用区	①	92	100	100	2.6	14.1	33.4
②	92	100	100	2.6	14.4	34.0
③	88	96	96	2.7	14.5	32.5
平均	91	99	99	2.6	14.3	33.3
2倍施用区	①	92	96	96	2.4	13.9	33.0
②	88	88	88	2.5	15.1	33.1
③	96	96	96	2.9	13.7	31.8
平均	92	93	93	2.6	14.3	32.6
3倍施用区	①	92	96	96	2.7	14.1	30.6
②	80	96	96	2.3	14.3	32.6
③	64	96	96	2.2	13.6	29.8
平均	79	96	96	2.4	14.0	31.0
都南浄化センター下水污泥焼却灰からの脱リン残渣(廃アルカリ抽出物)	標準施用区	①	96	100	100	2.6	14.6	31.1
②	84	100	100	2.7	14.2	31.3
③	92	100	100	2.8	14.5	31.1
平均	91	100	100	2.7	14.4	31.1
2倍施用区	①	92	96	96	2.5	14.4	31.9
②	88	96	96	2.7	14.5	32.3
③	68	92	92	2.5	14.1	30.9
平均	83	95	95	2.5	14.3	31.7
3倍施用区	①	84	96	96	2.7	14.0	32.1
②	92	96	96	2.0	13.8	28.2
③	88	96	96	2.7	15.2	32.6
平均	88	96	96	2.5	14.3	30.9
この抽出リンを水酸化カルシウム（消石灰）と反応させ、リン酸カルシウムとして析出し肥料成分とした。このリン酸カルシウムを「回収リン酸」、リン抽出残渣を「脱リン残渣」とし、植害試験を実施した（平成23年度は都南（図4-3）及び北上、平成24年度はこれらに加え滋賀県湖南中部の各浄化センターからの排出系列に係る植害試験を実施）。

なお、この回収リン酸および脱リン残渣は、試薬アルカリおよび岩手県内企業から排出された特別管理産業廃棄物である廃アルカリを用いて合成したもので、第3章で述べた中規模プラント試験により得られたものである。

本項では、下水汚泥焼却灰および回収リン酸、脱リン残渣の試料について、肥料取締法に基づき、「59農蚕第1943号農林水産省農産園芸局通知」に準じた方法で植害試験を実施し、植物（こまつな）の生育を阻害しないか、確認を行った。

その結果、発芽率は、対照資材区と供試資材区に差は認められなかった。播種1週後は生育に差は認められなかった。栽培3週後の生体重は、概ね以下の順に大きくなる傾向を示した。

①対照資材（過燐酸石灰、可溶性りん酸で施肥設計した）区

②施肥りん酸（全$\mathrm{P}_{2}\mathrm{O}_{5}$）に対するく溶性りん酸の割合が高い試薬アルカリ抽出物と廃アルカリ抽出物区

③施肥りん酸（全$\mathrm{P}_{2}\mathrm{O}_{5}$）に対するく溶性りん酸の割合が低い污泥焼却灰と脱りん残渣区すなわち、地上部生体重は土壌中りん酸の可給難易に従っていた。

なお、本試験の期間中にコマツナに対する生育阻害等は認められず、供試資材中に植害作用を示す物はなかった。

したがって、下水污泥焼却灰および廃アルカリを活用した回収リンおよび脱リン残渣は、土壌へ施肥できることが明らかとなった。

## 4 -4 まとめ

肥効試験については、都南浄化センターおよび北上浄化センターの試薬アルカリ回収リン酸区、及び産アルカリ回収リン酸区について、対照区と同等以上の肥効が認められ、既存のリン酸肥料の代替として活用できることが示めされた。

なお、両浄化センターの下水汚泥焼却灰区、及びアルカリ脱リン酸残渣区については、対照区より肥効は低めであったが、無リン酸区以上の肥効は認められた。これは、下水汚泥焼却灰中の肥効成分以外の元素が成長を阻害し、一方、脱リン残渣はリンが完全には抽出していないため、ある程度肥効効果を示したものと考えられる。

第 2 章の無機成分および有機成分評価と併せ、回収リンは安全性の高い肥料であることが明らかとなった。

次に植害試験について、発芽率は対照資材区と供試資材区に差は認められず、播種1週後は生育に差は認められなかった。また、本試験の期間中にコマツナに対する生育阻害等は認められず、供試資材中に植害作用を示す物はなかった。

したがって、下水汚泥焼却灰および廃アルカリを活用した回収リンおよび脱リン残渣は、土壌へ施肥できることが明らかとなった。
## 第5章 新たなリン回収法およびリン回収率向上の検討

## 5 -1 はじめに

本研究ではリンを抽出する方法として、アルカリ抽出法（灰アルカリ法）のほか、酸および廃酸利用による酸抽出法の検討を行った。酸抽出法により期待される効果として、下水污泥焼却灰中に含まれるリンのほとんどを抽出できる可能性がある。しかしながら、リン以外の有害金属元素の溶出も想定されることから、イオン交換法による抽出リン酸の精製を検討した。

一方、イオン交換におけるイオン交換樹脂への負荷軽減を目的とし、乾式法による下水污泥焼却灰中の不純物低減除去の検討を行った。この方法はアルカリ抽出法への応用も期待され、さらに下水污泥焼却灰中のリン濃縮を果たすことで、輸送コストの低減にも繋がると期待される。

## 5 -2 イオン交換技術を用いた下水污泥焼却灰中の肥料としてのリン回収試験

## 5 -2-1 はじめに

本研究では、イオン交換技術を用いた下水污泥焼却灰中の肥料としてのリン回収試験を実施した。当課題では、地域で排出される廃酸の利活用を前提に、酸抽出法によるリン抽出工程、抽出リンの精製および晶析工程、晶析した回収リンの安全性評価（肥効および植害試験）を行なった。

## 5 –2–2 材料と方法

## · 供試材料

平成22年6月に、岩手県内の2事業所より下水污泥焼却灰を採取した。以降、焼却灰Aおよび焼却灰Bと呼称する。岩手県内の企業より、電子部品製造工程で排出される廃酸（硫酸および過酸化水素の混合廃液）を採取した。試作リン肥料の肥効試験において、コマツナ（品種：わかみ、サカタのタネ）を栽培した。肥効試験の培土は、岩手県北部の山林地表から数メートル下まで切り崩して得られた土壤を用いた（三研ソイル(株)様より提供）。

## ・下水汚泥焼却灰のリン含有量の測定

肥料分析法に準じ、熱王水抽出法により焼却灰AおよびBのリン含有量を測定した。

## ・下水汚泥焼却灰からのリン抽出

下水污泥焼却灰を一定量分取し、所定濃度に希釈した市販硫酸（関東化学社）または廃酸を加え、所定温度で一定時間置いた。これを無灰ろ紙（ADVANTEC No. 5C または Whatman グレード42）でろ過し、ろ液を試料とした。

## ・陽イオン交換法によるリン抽出液の精製および回収リンの晶析

アンバーライト IR120B（オルガノ社）を一定量湿潤してガラスカラムに充填し、陽イオン交換カラムとした。ここに4 mol L $ ^{-1} $ 塩酸、脱イオン水、1 mol L $ ^{-1} $ 塩酸、脱イオン水の順に流下し、イオン交換樹脂を活性化した。リン抽出試料液を陽イオン交換カラムに流下し、続けて脱イオン水を流下し、カラムの通過液を採取した。なお、カラムに流下した塩酸および脱イオン水の液量は、湿潤した陽イオン交換樹脂の体積のおよそ10倍量を目安とした。

陽イオン交換法により精製した回収リン試料液を一定量分取し、メチルレッドまたはBTB液を
指示薬として、水酸化ナトリウムによる中和滴定法で酸度を測定した。求められた酸度をわずかに上回るように水酸化カルシウムを添加し、一定時間攪拌した。これを無灰ろ紙(ADVANTEC No.5C またはWhatman グレード42）でろ過し、得られた粉末を試作リン肥料とした。試作リン肥料について、肥料分析法に準じ、リン含有量（全量）およびク溶性リン含有量を測定した。

## ・試作リン肥料の肥効試験

培土を風乾し、1/5000 a サイズのワグネルポットに充填した。リンの施肥量が $ P_{2}O_{5} $ 換算で 0、5、および 10 kg/10 a になるように、試作リン肥料または市販の過リン酸石灰を施用した。また、窒素の施肥量が N 換算で 10 kg/10 a になるように尿素を施肥した。コマツナ種子を 1 ポット当たり 10-15 粒ずつ播種し、土を軽く被せた。ポットに水道水を毎日散水し、播種後 30 日でコマツナを収穫した。収穫したコマツナは新鮮重を測定後、70℃ に設定した通風乾燥機で 1 昼夜以上乾燥し、乾物重量を測定した。乾燥した植物体を一定量採取し、硝酸-過塩素酸法で湿式灰化した。

## ·元素組成の定量

リン抽出液または植物体を湿式灰化した試料液を希釈し、マルチ型ICP発光分光分析装置（ICPE-9000、島津製作所）およびシーケンシャル型ICP発光分光分析装置（SPS3520UV、SIIナノテクノロジー社）を用い元素組成を測定した。

## 5 -2-3 結果と考察

図 5-1 下水污泥烧却灰

供試した焼却灰AおよびBの外観を図5-1に、主要な熱王水可溶性元素を図5-2にそれぞれ示した。焼却灰AおよびBの両方で、リンが10%程度含まれ、次いでカルシウムが多く含まれた。なお、熱王水可溶性元素の量を、当課題では便宜的に全量とし、各元素の抽出（溶出）率を算出した。

供試した廃酸について、外観を図5-3に、元素組成を表5-1にそれぞれ示した。供試した廃酸は硫酸と過酸化水素の混合廃液で、 $ 40\ g\ L^{-1} $ を上回る高濃度の銅を含有し青色を呈した。これを用い下水污泥焼却灰からリン抽出を実施したところ、 $ 0.5\ mol\ L^{-1} $ 硫酸と同等のリン抽出効果を示したが、抽出されたリン試料液中へ多量の銅が混入した（図5-4）。陽イオン交換法により廃酸由来の銅も除去可能であったが（図5-5）、イオン交換樹脂への負荷が大きかった。そこで、電気分解法により廃酸中の銅を除去し（表5-1）、リン抽出剤とした。

電気分解した廃酸を用い下水汚泥焼却灰から抽出したリン含有試料液を、陽イオン交換法により精製し、水酸化カルシウム添加により中和晶析した（試作リン肥料の作成）。試作リン肥料の元素

図 5–2 下水污泥焼却灰の主な熱王水可溶性元素組成

図 5−3 廃酸の外観
組成を表 5-2 に示す。試作リン肥料に含まれるリンの全量がク溶性であったことから、良好な肥効が期待された。これを施用してコマツナを栽培した結果、市販の過リン酸石灰と同等の肥効を示したが、試作リン肥料連用した場合、2 作目に下位葉の黄白化症状が認められた（図 5-6）。これは試作リン肥料中のリン含有量に対してカルシウム含有量が高く、カルシウム過剰誘導マグネシウム欠乏が発生したと考えられる。試作リン肥料中のカルシウム含有量が高い原因は、回収リンの中和晶析工程において、廃酸由来の硫酸により硫酸カルシウムが生成したためであると考えられる。

表 5-1 廃酸の元素組成

電気分解前	電気分解後
元素濃度 (mg L^{-1})
銅	46.5 × 10^{3} ± 0.2 × 10^{3}	49.3 ± 0.58
硫黄	46.4 × 10^{3} ± 0.4 × 10^{3}	47.5 × 10^{3} ± 0.5 × 10^{3}
亜鉛	14.7 ± 0.1	25.8 ± 0.33
カリウム	2.65 ± 0.02	0.1 mg L^{-1} 未満
カルシウム	1.69 ± 0.08	0.1 mg L^{-1} 未満
マグネシウム	1.35 × 10^{-1} ± 0.05 × 10^{-1}	0.1 mg L^{-1} 未満
酸度 (mg L^{-1})
1.93 ± 0.13	3.02 ± 0.15

図 5-4 （電気分解前の）廃酸を用い下水污泥焼却灰から抽出したリン含有試料液の元素組成

図 5-5 市販硫酸または廃酸で抽出したリン含有試料液の陽イオン交換
表 5-2 試作リン肥料のリン、カルシウム、および硫黄の含有量

晶析物中含有量（mg g^{-1} 晶析物）
烧却灰A	烧却灰B
リン	カルシウム	硫黄	リン	カルシウム	硫黄
王水抽出	24.5±0.5(2.45%)	332±4(33.2%)	102±1(10.2%)	30.6±0.5(3.06%)	316±1(31.6%)	107±2(10.7%)
ク溶性	24.2±1.0(2.42%)	328±7(32.8%)	90.2±2.0(9.02%)	31.5±1.2(3.15%)	311±5(31.1%)	93.6±2.4(9.36%)
水溶性	LD	LD	47.6±0.3(4.76%)	LD	LD	47.4±0.6(4.74%)

$ ^{*} $ LD = 検出下限未満。括弧内の値は重量パーセント表示。

図 5–6 試作リン肥料を施用して栽培したコマツナ（2作目収穫時）

試作リン肥料のカルシウム含有量を軽減するため、リン抽出工程に用いる廃酸を希釈し、上記と同じ手順により改良型試作リン肥料を得た。酸度が0.6 mol L⁻¹で下水汚泥焼却灰からのリン抽出率がほぼ100%に達したことから（図5-7）、廃酸の希釈倍率は5倍とした。作成した改良型試作リン肥料のリン含有量を図8に示す。改良型試作リン肥料のリン含有量は市販の過リン酸石灰を上回った。このとき、カルシウムの含有量は約17%であった。これを施用してコマツナを栽培したところ、下位葉の黄白化は認められず、希釈廃酸を用いたリン抽出により、狙い通りの成績を得たと判断する。
図 5-7 下水汚泥焼却灰のリン抽出率に対する酸濃度の影響

## 5 –2–4 本項のまとめ

高効率でリンを抽出し、かつ回収リン資材への有害重金属等の混入を確実に排除するリン回収工程として、酸抽出法と陽イオン交換法による組合せ手法を検討した。

下水污泥焼却灰にはリンが P 換算で十数%含まれ、排出量およびリン含有量の変動が小さい。下水污泥にはカドミウムなどの有害元素が含まれることが多く、農業利用の妨げとなるが、下水

汚泥から抽出したリンについて精製工程を経て加工する場合、有害元素の問題は解決される。よって、下水汚泥焼却灰からのリン回収は、リン鉱石に替わるリン資源確保の手段として有望である。

本研究では酸抽出法によるリン抽出を採用した。酸抽出法は抽出温度に関わらず高効率でリンを抽出可能であり、リン回収工程の省力化という点で有利である。酸抽出法は有害元素の溶出抑制が困難であることから敬遠される場合が多いが、

図 5-8 改良型試作リン肥料のリン含有量

抽出したリンの精製工程を経由することで解決できる。また、アルカリ抽出法では抽出用アルカリに由来するナトリウムやカリウムにより陽イオン交換法が適用できない一方で、酸抽出法により得た抽出リンは陽イオン交換法への展開が容易である。ゆえに、回収リンの簡便かつ確実な精製工程を組み合わせたリン回収工程という観点からも、酸抽出法は優れている。

当課題においては、酸抽出法に廃酸の利用を検討した。廃酸は特別管理産業廃棄物であり、これの有効利用が果たされれば、リン回収工程における経費（試薬代）と地域の産業廃棄物処理経費を同時に低減できると期待される。また、下水污泥焼却灰には様々な元素が含まれるため、リ
ン抽出のために高純度の酸を用いる必要性は低く、廃酸の有効利用は利点が多い。実際に、本研究では廃酸を利用して下水污泥焼却灰から抽出したリンの肥料化に成功した。技術的にはシンプルな手法の組み合わせであり、下水污泥焼却灰以外のリン含有廃棄物からのリン回収への応用も容易であると期待される。

## 5 −3 乾式分離法による下水汚泥焼却灰中の不純物低減除去方法の検討

## 5 -3-1 はじめに

焼却灰にアルミニウム化合物が含まれていると、リン酸アルミニウムが形成され易く、前処理工程が極めて煩雑になる。下水污泥焼却灰を灰アルカリ抽出法で処理する前工程において、アルミニウム化合物を効率よく除去できればNaOH濃度を増加することが可能となり、リン抽出効率を向上させることが可能である。

本研究は、灰アルカリ抽出法の前処理として、磁気分離をとりあげ、下水焼却灰からのアルミニウム化合物等の不純物を分離するとともに、リン酸の品位の向上について検討を行った。

## 5 –3–2 磁気分分離装置

磁気分離は、試料を構成する粒子の磁気特性の違いを利用して分離をおこなうものである。磁気分離装置には湿式および乾式があり、乾式は空気中で分離を行い、湿式は試料を溶媒（ほとんど水）に懸濁させて、懸濁液を磁気分離装置に供給して分離を実施する。

本研究では、乾式の磁気分離装置を用いて磁気分離実験を行った。乾式磁気分離機として日本磁力選鉱（株）製乾式対磁極磁選機を用いた。装置の構造を図5-9に示した。2個1対の電磁石ド

図 5–9 乾式対磁極磁選機

ラムは矢印の方向に回転する。振動フィーダーから対極部の間隙の上方から試料が供給される。非磁性粒子は電磁石ドラムの間隙を落下し非磁着物として回収される。選別板の角度θを変化させることにより、非磁着物として回収される落下範囲を調整することができる。磁性粒子は電磁石ドラム面に磁着し、左右に運ばれ、粒子の磁性の強さにより落下する位置が異なる。磁性の強い粒子は電磁石ドラムの両端に設置された磁気払い落とし装置により強制的に払い落とされる。これを磁着物として回収した。図5-9に示したように電磁石ドラムの下部においた5個の回収ボックス（40×300×50mm）に落下した試料をそれぞれ非磁着物、片刃、磁着物として分類した。

乾式磁気分離実験は以下のように行った。振動フィルターの振動数、電磁石の磁場、回転数を所定の条件に設定した後、試料 10 g を振動フィルダーから供給して磁気分離を行う。各回収ボックスの産物を回収して秤量する。磁着率を算出する場合、片刃は磁着物として扱った。各産物の主な成分を蛍光X線分析装置で分析した。
## 5 −3−3 実験結果および考察

磁場を 1350 gauss から 4960 gauss まで変化させて行った磁気分離実験の結果、1350 gauss では非磁着物のリン酸品位は 45.6% 、リン酸回収率は 49.5% であった。磁場が高くなるにしたがい、非磁着物のリン酸品位は増加するが、リン酸回収率は低下し、4960 gauss での分離実験の非磁着物のリン酸品位は 51.5% で、リン酸回収率は 33.8% であった。これは、磁場が高くなるにしたがい、磁性の弱い粒子（Fe の品位が低い粒子）が磁着するため、リン酸品位が比較的高い粒子が非磁着物として回収されたためと考えられる。

磁場を 4960 gauss として電磁石ドラムの回転速度を 25 rpm と 55 rpm に変化させて分離実験行った。その結果、電磁石ドラム回転数を変化させても非磁着物のリン酸品位とリン酸回収率は変わらなかった。電磁石ドラム回転速度を速くすると片刃の割合が減少した。これは、磁性回転速度が速いため、磁性の弱い粒子が片刃区域で落下せずに磁着物区域まで運ばれるためと考えられる。

選別板の角度を $ 90^{\circ} $ あるいは $ 70^{\circ} $ に変えて磁選分離を行った。角度が小さいほど、非磁着物として回収する空間範囲が狭くなり、電磁石の磁場に影響を受けずに鉛直落下した粒子（Fe 含有量が少ない）を回収できると考えられる。その結果、 $ 90^{\circ} $ と $ 70^{\circ} $ で行った実験の非磁着物のリン酸品位は $ 49.8\% $ と $ 49.2\% $ でほとんど同じであるが、リン酸回収率はそれぞれ $ 39.8\% $ と $ 34.1\% $ であった。 $ 90^{\circ} $ で行った分離実験（非磁着物として回収する空間範囲が広い）のほうが効率よい分離が行われる。

4960 gauss で行った磁気分離の磁着物、片刃、非磁着物の主要成分の品位は、磁着率（片刃を含む）は75%、非磁着物のリン酸品位（試料品位37.2%）は51.5%、リン酸回収率は33.8%であった。非磁着物の$\mathrm{Fe}_{2}\mathrm{O}_{3}$品位は3.7%（同7.3%）、$\mathrm{Al}_{2}\mathrm{O}_{3}$品位は4.3%（同11.8%）であり、これらの品位を試料の半分程度に低下させることができた。

## 5 -3-4 本項のまとめ

乾式磁気分離装置を用いた磁気分離では、75 μm 以上の粒子群では Fe と Al を含む粒子を磁着物として除去することができた。-212 μm + 150 μm の粒子群では、非磁着物のリン酸品位は 51.5%、リン酸回収率は 33.8% であった。非磁着物の Fe₂O₃ 品位は 3.7%（試料品位 7.3%）、Al₂O₃ 品位は 4.3%（同 11.8%）であり、磁気分離により Fe 化合物とアルミニウム化合物を除去し、リン酸品位を高めることができた。しかし、-75 μm の粒子群では磁気分離によりリン酸品位を高めることができなかった。これは、各粒子に P、Fe、Al が含まれている、いわゆる複合状態になっているためと考えられる。

## 5 -4 まとめ

イオン交換法はコストが課題とされているが、前処理として磁気分離法を用いることでリン濃縮の可能性があり、さらに下水処理場で発生する電力を活用し、電気分解法によりリン酸液中の不純物を低減させ、最終精製工程でイオン交換樹脂に負荷をかけずイオン交換を行うことで、コスト低減が果たされたリン酸精製システムの可能性が認められた。
## 第6章 下水汚泥焼却灰脱リン残渣の建設資材および土木資材としての適用性検討

## 6 -1 はじめに

下水汚泥焼却灰からリンを回収する場合、リンを回収した後の処理残渣が発生するが、この処理残渣（以後、脱リン残渣と呼ぶ）の活用検討例はほとんどない。

そこで、本検討では下水污泥焼却灰の脱リン残渣を活用すべく、アスファルト用フィラー及び戻りコンクリート（使われずに戻ってきた生コン）と混合固化後破砕して作成した路盤材（以下、「灰利用再生路盤材」と呼ぶ）への適用を試みた。

## 6 –2 実験方法

## 6 –2–1 脱リン残渣の性状

焼却灰からのリン回収工程では、水酸化ナトリウムを使用してリンを抽出する。この際、リン以外のアルミニウム等の両性元素も溶出して化学組成が変動する。攪拌や脱水工程などの物理的な要因で焼却灰粒子の物性も変化する可能性がある。したがって、まず脱リン残渣の化学性状、物理性状を明らかとすることにした。

## 6 –2–2 アスファルト混合物用フィラーへの適用性

資源の有効利用や下水污泥の利用の観点からは、フィラーの全量を焼却灰とできれば良いが、焼却灰原灰の場合と同様、単体での使用は不適格とも成り得ると判断し、石粉を脱リン残渣で置換できる割合を検討することとした。

また、脱リン残渣を粉砕処理して改質した残渣を用いてアスファルト混合物の供試体を作成し、耐水性評価試験を行うこととした。

## 6 –2–3 灰利用再生路盤材への適用性

既往の研究によれば、焼却灰の混合割合を増加させた際に支持力が低下することが明らかとなっている。通常の焼却灰粒子にはリンが多量に含まれるが、リンはその形態によってはセメントの凝結を阻害する。しかし、脱リン残渣の場合は脱リン効果により凝結阻害が低減され、支持力が改善することを期待して検討することとした。

焼却灰の有効利用の観点からは、戻りコンクリートに対する配合割合が高いほど良い。そこで脱リン残渣の配合割合と路盤材としての品質の関係把握を検討の主たる対象とした。また、原灰を配合した場合と脱リン残渣を比較した。

## 6 –3 実験結果

## 6 −3−1 脱リン残渣の性状

焼却灰および脱リン残渣の溶出試験結果を表6-1に示す。脱リン残渣では、原灰と比較し、ヒ素、セレン、ホウ素の溶出量が低減する。一方で都南灰でのみ、鉛、カドミウムの溶出量増加が起こった。また、各試料の化学組成計算値を表6-2に示す。都南灰よりも北上灰でリンの含有量
が多く、また都南灰は鉄の含有量が多いことが分かる。都南浄化センターでは下水処理工程でポリ硫酸第2鉄を添加しているため、これが組成比に反映されていると推測される。

表 6-1 溶出量試験結果（単位 mg/L）

都南灰	北上灰	JLT46
基准值
原灰	脱リン	原灰	脱リン
pH	6.4	3.6	6.3	7.4	-
As	0.47	0.013	0.25	0.030	0.01
Se	0.048	<0.003	0.018	<0.003	0.01
F	<0.20	0.21	<0.20	<0.2	0.8
B	0.72	0.33	0.74	<0.15	1.0
Pb	<0.002	0.003	<0.002	<0.002	0.01
Cd	0.003	0.042	0.003	<0.003	0.01
Hg	<0.0002	<0.0002	<0.0002	<0.0002	0.0005
Cr(VI)	<0.020	<0.020	<0.020	<0.020	0.05

表 6–2 化学组成计算值 (wt%)

都南灰	北上灰
原灰	脱リン	原灰	脱リン
P₂O₅	26.4	5.5	29.6	25.4
SiO₂	20.6	24.7	22.6	25.9
CaO	15.3	17.9	15.8	17.3
Al₂O₃	12.6	6.12	13.4	11.5
Fe₂O₃	13.0	12.2	4.0	4.7
MgO	4.2	1.9	6.2	6.3
K₂O	1.4	0.9	1.7	1.3
SO₃	0.8	27.2	1.4	1.6
Na₂O	0.5	0.3	0.5	0.4

次に石粉物理試験結果を表 6-3 に示す。アスファルトフィラーとして通常用いられる石粉も比較のため測定した。都南原灰、北上原灰ともに粗粒分が多く、アスファルトフィラー用石粉の目標範囲を外れる。脱リン処理後は、若干細粒分が増加しており、抽出、固液分離操作時の粒子相互の物理的な接触により、粒子破壊が起こったものと思われる。

表 6–3 石粉物理試験結果

石粉	都南灰	北上灰	JISA5008 目標値
質量百分率	600μm	100.0	99.7	100	100.0	100
300μm	100.0	99.5	99.3	99.7	99.5
150μm	99.5	97.4	93.9	88.7	91.4
75μm	93.3	38.1	81.7	61.1	66.7
含水比(%)	0.20	50.6	141.4	57.7	134.0	1.0以下
密度(g/cm³)	2.710	2.742	3.004	2.672	2.880	2.6以上
フロー値(%)	31.8	110.2	142.5	117.6	139.4	50以下

## 6 −3−2 アスファルト混合物用フィラーへの適用性

脱リン残渣をフィラーとして利用した各アスファルト混合物の最適アスファルト量（OAC）を決定した。最適アスファルト量およびマーシャル特性値を表6-4に示す。脱リン残渣を置換した場合、原灰を置換する場合に比べてマーシャル安定度が高まる傾向にある点は有利であるが、残