JP2005255484A

JP2005255484A - 燐肥料製造装置及び同方法

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Publication number: JP2005255484A
Application number: JP2004071073A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Iwai; 良博岩井; Tetsuharu Sadatsuka; 徹治定塚; Takashi Komatsu; 貴司小松; Sadafumi Takagi; 禎史高木
Original assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Current assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】最適な水温で水砕処理をすることにより、より有効なリン肥料を製造する方法等を提供することを課題としている。
【構成】
下水汚泥焼却灰に添加物を添加し、溶融炉内で加熱し、ガラス化した溶融スラグを水砕処理して燐肥料を製造する製造装置において、前記水砕処理に用いる水の温度を摂氏４０度〜摂氏８０度の範囲の適当な温度を維持しながら溶融スラグを粒状化したことを特徴とする。
【選択図】
図１

Description

この発明は、燐肥料製造方法に関するものである。更に、具体的には、燐肥料製造における水砕処理の技術に関するものである。

従来は、リン肥料の製造には、リン鉱石が原料として使用されていた。近年資源のリサイクルを図る目的や、リン肥料の製造コストを低減する目的等から汚泥焼却灰を利用する技術が開発されている。汚泥焼却灰を利用するリン肥料の製造方法としては、例えば特許文献１に開示されている方法がある。以下にこの文献に記載されている技術内容を簡単に説明する。
特開２００３−１１２９８８号公報

図８はこの製造工程を示した図である。図８において、タンク５０内の汚水５１に鉄系凝集剤等５２を添加して汚水中に含まれているリン成分を沈降させて、沈降物５３を汚泥５４と共に収集し、脱水して汚泥混合物５５を得る。この汚泥混合物５５を焼却してリン成分の高い汚泥焼却灰５６が得られる。この汚泥焼却灰５６にコークス５７、酸化マグネシウム５８、酸化カルシウム５９及び酸化カリウム６０等の添加物を添加したものを原料投入機６１、原料投入口６２を介して溶融炉６３の内部に投入し、ヒータ６４，６５によって加熱すると溶融炉６３内の底部に溶融金属６６とその上側に溶融スラグ６７が２液分離した状態で得られる。溶融スラグ６７の上側は溶融していない原料５６と添加物５７〜６０を示す。

溶融金属６６は排出口６８から排出され、自然風等による冷却後、ウエイト等として再利用される。また、溶融スラグ６７は排出口６９から排出され、水流トラフ７０を介して水砕槽７１へ出滓させ、水砕槽７１内の水７２により急冷して水砕処理が行われる。溶融スラグ６７は水砕処理されると粒状化し、この粒状化したスラグ７３を肥料として、使用する。なお、汚泥焼却灰５６中に含まれていた有害金属は溶融されたときに、低沸点のものはガス化して排ガス側に、比較的高沸点で比重の重いものは溶融金属側に鉄分と共に沈降し、スラグから分離される。

以上に述べたように、汚泥焼却灰を利用してリン肥料を製造するには溶融スラグを水砕処理する必要があった。この水砕処理をするための水砕槽については、上記特許文献１の他に以下の特許文献にも開示されている。
特開２００１−６５８２７号公報（溶融炉における溶融メタルの水砕方法及びその装置）特開２００３−２０２１０９号公報（焼却灰溶融炉及び水砕スラグ生成方法）特許文献２や特許文献３には水砕槽の構成については開示されているが、水砕槽に使用する「水砕水」或いは「冷却水」については何ら開示されていない。この水砕水としては従来技術では、通常工業用水が使用されていた。一般に使用されている工業用水温度は約摂氏２０度〜３０度である。

本発明は最適な水温で水砕処理をすることにより、より有効なリン肥料を製造する方法等を提供することを課題としている。

従来から、工業用水は簡便に入手可能な冷却水として水砕用にも利用されてきた。しかし、下水汚泥焼却灰を利用したリン肥料製造において、工業用水をそのまま利用することが有効な肥料を製造する上で最善かどうかは本出願の発明者にとっては疑問であった。これを確かめるために以下の実験を行った。即ち、原料焼却灰の組成成分の異なる２種類のサンプルを作り、これらの２種類のサンプルについて水砕水温度が摂氏２０度の場合と摂氏６０度の場合についてリン肥料を製造し、製造したリン肥料を使用して作物の生育実験を行った。以下に、この実験結果について説明する。なお、実験に使用した作物は広島菜で、３〜４週間の生育日数で行った。

図２は原料の組成が異なる２個のサンプルに対して水砕温度を変えて製造したリン肥料（製品）の組成を示す。図３は上記リン肥料の肥効成分を示す。即ち、サンプル１、サンプル２は何れも同一組成の原料に対して水砕水温度が摂氏２０度の場合と摂氏６０度の場合についての製品の組成、肥効成分を示すものである。なお、水砕水は摂氏２０度の工業用水を利用し、摂氏６０度の水砕水は摂氏６０度の水（又は湯）を循環させて行ったデータである。サンプル１、サンプル２はスラグのモル比による組成「（ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ｐ２Ｏ５」が夫々（６．０）、（５．０）の数値となるようにＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＣａＯ（酸化カルシウム）を添加した。図２から理解できるように、リン肥料の組成は水砕水温度によって明らかな相違や一定の傾向は見られない。また、図３から理解できるように、肥効成分についても水砕水温度による明らかな相違等は見られなかった。

図４、図５は、上記サンプル１、サンプル２を使用して広島菜の栽培を同一条件の下で行った結果を示すグラフである。図４は収穫した広島采の根の部分を除去し、茎と葉の合計重量（即ち、生体重）とＰ２Ｏ５（リン酸）の吸収量を示している。生体重は乾燥していない収穫量を意味している。横軸はモル比「（ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ｐ２Ｏ５」を示し、図４の縦軸は一鉢当りの生体重（グラム「ｇ」）と一鉢当りのリン酸吸収量（ミリグラム「ｍｇ」）を示す。丸印は生体重で、また、菱形はリン酸の吸収量を示す。なお、黒く塗りつぶしたもの（黒丸、黒菱形）は工業用水（摂氏２０度）で水砕処理を行ったもの、白いもの（白丸、白菱形）は摂氏６０度の水を循環させて水砕処理を行った場合を示す。以下のグラフにおいても同様である。

図４において、摂氏２０度の水で水砕処理した場合と摂氏６０度の水で水砕処理した場合を比較すると、モル比が５（サンプル２）の場合とモル比が６（サンプル１）の場合とでは摂氏６０度の水で水砕処理した方が生体重、リン酸吸収量が共に大きいことが分かる。

図５は乾物重とリン酸含有量を示したグラフである。横軸は図４と同様のモル比を示す。左縦軸は一鉢当りの乾物重（ｇ）で、図５中の丸印で示す。右縦軸は乾物重１グラム当りのリン酸含有量（ｍｇ）で、図５中の菱形で示す。なお、図中で白丸中に黒点を有するものは白丸と黒丸が一致したことを示す。なお、乾物重は固形分の重量、即ち、「収穫量ｘ（１００−含水率）／１００」で表される。図５において、摂氏６０度の場合（白丸、白菱形）と摂氏２０度の場合（黒丸、黒菱形）との大小関係は図４の場合と同じ傾向を示している。大小の差分の大きさは著しく小さくなっている。例えば、乾物重では、目盛りが１０倍に拡大されているにも拘らず、グラフの大きさを比較しても小さくなっている。

図６、図７は同じリン肥料を使用して別の場所における別の実験者による肥効試験の結果を示すグラフである。なお、１鉢の大きさは図４（及び図５）の場合と異なる。従って、数値自体は図４の場合と比較しても意義がない。図６は標準量の肥料を使用した標準区における試験結果で、図７は倍量の肥料を使用した倍量区における試験結果を示す。なお、図６、図７のグラフにおける記号及び、縦軸の意味は図４、図５の場合と同様である。但し縦軸の目盛りの大きさは異なっている。

図６、図７から判るように、モル比が５、６のケースについては水砕水温度を摂氏６０度とした方が摂氏２０度とした場合に比べて、生体の収穫量、リン酸の吸収量ともに優れている。なお、倍量区で肥効結果の差が小さくなっているのは倍量区では効果が飽和状態に近づいていることが原因と考えられる。又、乾物重では前述した大小関係が維持されている。

以上の試験結果から、モル比が５〜６のときは、水砕水温度を摂氏６０度とした方が摂氏２０度とした場合に比べて、生体及び乾物の収穫量、リン酸の吸収量が大きくなっており、水砕水温度を摂氏６０度にして処理を行ったリン肥料が優れていると結論することができるものと思われる。なお、この理由については検討中である。水砕水の温度を高くしたことにより溶融スラグ中の結晶化が進んだためと考えられる。また、肥料中から溶け出したリンが同時に溶け出したアルミニウムとの結合に原因があるものとも思われる。なお、この効果は摂氏４０度〜摂氏８０度においても有するものと思われる。

本発明は上記の課題を解決するための手段として上記実験結果に基づき以下の構成を採用している。即ち、
請求項１記載の発明は、下水汚泥焼却灰に添加物を添加し、溶融炉内で加熱し、ガラス化した溶融スラグを水砕処理して燐肥料を製造する製造装置において、前記水砕処理に用いる水の温度を摂氏４０度〜摂氏８０度内の所定温度にしたことを特徴としている。
また、請求項２は請求項１の方法の発明であり、下水汚泥焼却灰に添加物を添加して、溶融炉内で加熱して、ガラス化した溶融スラグを水砕処理して燐肥料を製造する製造方法において、前記水砕処理に用いる水の温度を摂氏４０度〜摂氏８０度内の所定温度にしたことを特徴としている。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２において、前記所定温度を摂氏５０度〜摂氏７０度内の温度としたことを特徴としている。

本発明によれば収穫量を多くすることができるという効果が得られる。

以下本発明の実施形態を図１に基づいて説明する。図１において水砕槽７１には水砕水７２が張られている。溶融スラグ６７が排出口６９から水流トラフ７０を経て水砕槽７１の水砕水７２に投入される。溶融スラグは高温であるために水砕水は常に温度が上昇する傾向にある。水砕水温度を摂氏４０〜８０度の範囲内の所定温度、例えば摂氏６０度近辺の温度に維持するためには、例えば水道管３１から低温の工業用水を注入する必要がある。一方、工業用水を注入するだけでは水砕槽７１の水が溢れるために、ポンプ１２により出口管１１から水砕水７２が取水され、その一部は排出管１５から放出され、残りは循環パイプ１３を通って水砕槽７１に戻される。なお、循環パイプ１３の途中には必要に応じてゴミ取り用のフィルタ１６や、図示されているように、冷却用熱交換器を設けてもよい。

水砕水７２の温度は温度計１７によって測定され、温度測定データはコントローラ２０に入力される。また、水砕槽７１の液面レベルは水位計１８によって測定される。水位計測データもコントローラ２０に入力される。コントローラ２０は水砕水７２の温度が所定の温度で、しかも水位レベルが所定の値になるように制御弁２１及び２２を制御する。なお、これらの制御方式は従来技術を使用してもよい。以上の様に本実施形態では、溶融スラグを摂氏略６０度の高温の水砕水で冷却しているために、収穫量が増大するリン酸肥料を製造することができる。

以上本発明の実施形態を図面に基づいて詳述してきたが、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではなく、実質的に同一技術と見られる改良や変更があっても本発明の技術的範囲に属する。例えば、所定温度は一定温度である必要はなく、時間的に変動してもよい。また、収穫量が増大する理由が水砕時における結晶の緩やかな成長等の理由によるものであれば、摂氏４０度〜摂氏８０度の範囲においても（常温の工業用水を利用する場合に比べて）収穫量の増大が期待できる。

本発明を実施した実施形態の概略構成を示す。摂氏２０と摂氏６０によるリン肥料の組成を示す。図２のリン肥料の肥効成分を示す。図２の肥料を使用して栽培した生体重とリン酸の吸収量を示す。同肥料による乾物重とリン酸含有量を示す。別の肥効試験結果（標準区における生体重とリン酸吸収量）を示す。別の肥効試験結果（倍量区における生体重とリン酸吸収量）を示す。従来の焼却灰によるリン肥料製造方法を示す。

符号の説明

１２循環ポンプ
１７温度計
１８水位計
２０コントローラ
２１、２２制御弁
７１水砕槽
７２水砕水
７３粒状スラグ

Claims

下水汚泥焼却灰に添加物を添加し、溶融炉内で加熱し、ガラス化した溶融スラグを水砕処理して燐肥料を製造する製造装置において、前記水砕処理に用いる水の温度を摂氏４０度〜摂氏８０度内の所定温度にしたことを特徴とする燐肥料製造装置。
下水汚泥焼却灰に添加物を添加して、溶融炉内で加熱して、ガラス化した溶融スラグを水砕処理して燐肥料を製造する製造方法において、前記水砕処理に用いる水の温度を摂氏４０度〜摂氏８０度内の所定温度にしたことを特徴とする燐肥料製造方法。
前記所定温度の範囲を摂氏５０度〜７０度の範囲としたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燐肥料製造装置又は方法。