JP2006205154A - Method for manufacturing adsorbent consisting essentially of hydroxyapatite crystal - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an adsorbent consisting essentially of hydroxyapatite with ease and at a low cost from gypsum and sewage sludge incineration ash or dried and solidified sewage sludge or sewage sludge subjected to carbonization treatment without deposition of aluminum hydroxide, without production of ammonia at the time of manufacturing and with ease treatment of a waste solution and to obtain the adsorbent which has acid resistance and high adsorption effect and which is effective to a countermeasure against water pollution and soil pollution. <P>SOLUTION: The sewage sludge incineration ash or dried and solidified sewage sludge or sewage sludge subjected to carbonization treatment is agitated in an alkaline solution and then filtration separation is carried out to obtain a solution. Gypsum is charged to the solution and then agitation at 40 to 100°C is carried out while holding pH at 13 to 14.9 at the time of reaction initiation and at ≥12 at the time of reaction ending. Thus phosphoric acid and gypsum in the alkaline solution are made to react with each other to manufacture the adsorbent consisting essentially of a hydroxyapatite crystal. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、石膏と下水汚泥焼却灰、乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥を用いた水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法、およびこの方法から得られる環境中の水・土壌中の重金属類を吸着する吸着材に関するものである。さらに、詳述すると、本発明は石膏として廃石膏を用いることが可能で、埋立処分されている廃棄物の中で、処分量が極めて多く社会問題化している、石膏ボード廃棄物と下水汚泥焼却灰あるいは下水汚泥を活用できる吸着材の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an adsorbent mainly composed of hydroxyapatite crystals using gypsum and sewage sludge incineration ash, dried and solidified sewage sludge or carbonized sewage sludge, and an environment obtained from this method. It relates to an adsorbent that adsorbs heavy metals in water and soil. Further, in detail, the present invention can use waste gypsum as gypsum, and among wastes that are disposed of in landfills, the amount of disposal is extremely large and has become a social problem, gypsum board waste and sewage sludge incineration The present invention relates to a method for producing an adsorbent capable of utilizing ash or sewage sludge.

水酸アパタイト(Ca10(PO(OH))はリン酸カルシウム化合物のなかでも、特定の無機イオンに対してイオン交換を伴った吸着性に富むことで知られている。水酸アパタイト結晶は常圧で水溶液中の鉛、カドミウム、フッ素、スズ、ウランあるいは、希土類元素であるイットリウム、ランタンを選択的に吸着する性質を有しており、水質浄化材および土壌浄化材としても活用が試みられている。 Hydroxyapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) is known to be rich in adsorptivity accompanied by ion exchange with respect to specific inorganic ions, among calcium phosphate compounds. Hydroxyapatite crystals have the property of selectively adsorbing lead, cadmium, fluorine, tin, uranium or rare earth elements yttrium and lanthanum at normal pressure, and are used as water purification materials and soil purification materials. Is also being used.

水酸アパタイトを多量に合成する目的においては、従来から硝酸カルシウムとリン酸アンモニウム塩を混合したアルカリ性水溶液混合法が用いられており、これはJarchoが報告している(非特許文献1)。最近では古田が石膏廃棄物から水酸アパタイトを製造する方法として、上記Jarchoの方法の硝酸カルシウムの代わりに石膏(硫酸カルシウム)を用いて水酸アパタイトを製造する方法を提案している(特許文献1、非特許文献2)。建築物の解体に伴って排出される石膏ボード廃棄物は、その大部分が埋立処分されており、この石膏ボード廃棄物を用いる方法は、画期的な方法ではある。   For the purpose of synthesizing a large amount of hydroxyapatite, an alkaline aqueous solution mixing method in which calcium nitrate and ammonium phosphate are mixed has been conventionally used, as reported by Jarcho (Non-patent Document 1). Recently, as a method for producing hydroxyapatite from gypsum waste, Furuta has proposed a method for producing hydroxyapatite using gypsum (calcium sulfate) instead of calcium nitrate in the Jarcho method (patent document). 1, Non-Patent Document 2). Most of the gypsum board waste discharged with the dismantling of the building is disposed of in landfill, and the method using this gypsum board waste is an epoch-making method.

特開2004−284890号公報JP 2004-284890 A 1976、J.of Material Sci., 11, p.2027-20301976, J.of Material Sci., 11, p.2027-2030 1998、J. Mater. Chem., 8, 2803-28061998, J. Mater. Chem., 8, 2803-2806

しかし、これらの方法ではリン酸源として薬品のリン酸アンモニウム塩を使用することから、原料のコストが高価である。   However, these methods use a chemical ammonium phosphate salt as a phosphoric acid source, so the cost of the raw material is high.

さらに、アンモニアを含む塩を使用した水熱合成過程で溶液中のアンモニア成分が空気中に揮散するため大規模製造するためには作業安全性、周辺環境への配慮が必要となり、密閉、換気等の設備コストがかかるという問題もある。   In addition, the ammonia component in the solution is volatilized in the air during the hydrothermal synthesis process using a salt containing ammonia, so it is necessary to consider work safety and the surrounding environment for large-scale production. Sealing, ventilation, etc. There is also a problem that the equipment cost is high.

また、現在リン酸の原料としてのリン鉱石が世界的に枯渇しつつあり、この現状を考えると、リサイクルされたリン酸原料を用いた新たな合成法の開発が望まれている。例えば、下水汚泥焼却灰、乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥に含まれるリンを利用することができれば、この問題を解決することができる。   In addition, phosphate ore as a raw material for phosphoric acid is currently being exhausted worldwide, and considering this situation, development of a new synthesis method using a recycled phosphoric acid raw material is desired. For example, if phosphorous contained in sewage sludge incineration ash, dried / solidified sewage sludge or carbonized sewage sludge can be used, this problem can be solved.

建築物の解体に伴って排出される石膏ボード廃棄物は、年間100万t以上排出され(2001年度推計)、その大部分が埋立処分されている。一方下水汚泥焼却灰も、年間70万t以上(2001年度)が埋立処分されており、両者とも量的に大きいことから、近年の廃棄物処分場の受け入れ容量を圧迫する要因になっている。石膏ボード廃棄物と下水汚泥焼却灰,乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥を用いて吸着材を合成することができれば、石膏ボード廃棄物や下水汚泥および下水汚泥焼却灰の有効利用を促進するとともに、安価な環境浄化資材を提供することができる。   More than 1 million tons of gypsum board waste discharged with the dismantling of buildings is discharged annually (estimated in 2001), and most of it is landfilled. On the other hand, more than 700,000 tons of sewage sludge incineration ash is disposed of in landfills each year (fiscal 2001), both of which are large in volume, and this is a factor that puts pressure on the capacity of recent waste disposal sites. Effective use of gypsum board waste, sewage sludge and sewage sludge incineration ash if adsorbents can be synthesized using gypsum board waste and sewage sludge incineration ash, dried and solidified sewage sludge, or carbonized sewage sludge It is possible to provide an inexpensive environmental purification material.

しかしながら、下水汚泥焼却灰、乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥をアルカリ溶液で抽出したリン酸含有抽出溶液をそのまま用い、石膏と混合して反応させて水酸アパタイトを得ようとすると、下記のような問題が生じる。   However, using sewage sludge incinerated ash, dried / solidified sewage sludge or carbonized sewage sludge extracted with an alkaline solution as it is, mixed with gypsum and reacted to obtain hydroxyapatite. Then, the following problems arise.

石膏とリン酸との反応過程において石膏がアパタイト結晶化する際に石膏から硫酸イオンが分離生成し、原理的にpHは低いほうへ変化する。このpHの低下により、リン酸含有抽出溶液中にアルミニウムイオンが多量に共存している場合には、pH低下過程で同時に水酸化アルミニウムが析出し、その後の水酸アパタイト結晶との分離が困難になるのである。   In the course of reaction between gypsum and phosphoric acid, when gypsum crystallizes apatite, sulfate ions are separated from gypsum, and the pH changes in principle to the lower side. Due to this decrease in pH, when a large amount of aluminum ions coexists in the phosphoric acid-containing extraction solution, aluminum hydroxide precipitates simultaneously during the pH decrease process, making it difficult to separate from the hydroxyapatite crystals thereafter. It becomes.

また、反応終了後に水酸アパタイトを固液分離した廃液中にアルミニウムイオンが多く含まれる場合、通常中性近くまで中和し、水酸化アルミニウムの形で沈殿処理するが、水酸化アルミニウムの沈殿は含水量が高く、一般に脱水・分離作業が容易ではない。   In addition, when the waste liquid obtained by solid-liquid separation of hydroxyapatite after the reaction contains a lot of aluminum ions, it is usually neutralized to near neutrality and precipitated in the form of aluminum hydroxide. The water content is high and generally dehydration and separation are not easy.

他方、得られる水酸アパタイトについては、従来方法で生成した水酸アパタイト結晶はpH5.5以下の弱酸性環境下では不安定であり、酸性土壌に添加した場合には短期間で分解する可能性もあり、耐酸性を向上する必要がある。   On the other hand, with respect to the obtained hydroxyapatite, the hydroxyapatite crystals produced by the conventional method are unstable under a weakly acidic environment at pH 5.5 or less, and may be decomposed in a short period of time when added to acidic soil. There is also a need to improve acid resistance.

そこで、本発明は、石膏と下水汚泥焼却灰、乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥から、水酸化アルミニウムが析出することなく、製造時にアンモニアも生成することなく、また、廃液の処理も容易であり、簡便に安価に水酸アパタイトを主成分とする吸着材を製造する方法、及び、耐酸性があり、吸着効果が高く、水、土壌汚染対策に有効な吸着材を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention is based on gypsum and sewage sludge incineration ash, dried and solidified sewage sludge or carbonized sewage sludge without precipitation of aluminum hydroxide, production of ammonia during production, and A method for producing an adsorbent composed mainly of hydroxyapatite that is easy to process and inexpensive, and an adsorbent that is acid resistant, has a high adsorbing effect, and is effective for water and soil contamination countermeasures. For the purpose.

かかる目的を達成するための請求項1に記載の水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法は、下水汚泥焼却灰をアルカリ溶液中で攪拌した後、濾過分離して得られた溶液に、石膏を投入し、反応開始時のpHを13〜14.9とし、40〜100℃で攪拌して、かつ反応終了時のpHを12以上に保持して、アルカリ溶液中のリン酸と石膏を反応させるようにしている。   In order to achieve this object, the method for producing an adsorbent mainly composed of hydroxyapatite crystals according to claim 1 is a solution obtained by stirring and separating sewage sludge incineration ash in an alkaline solution. The gypsum is added, the pH at the start of the reaction is set to 13 to 14.9, the mixture is stirred at 40 to 100 ° C., and the pH at the end of the reaction is maintained at 12 or more, so that phosphoric acid in the alkaline solution The gypsum is made to react.

また、請求項2に記載の水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法は、乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥をアルカリ溶液中で攪拌した後、濾過分離して得られた溶液に、石膏を投入し、反応開始時のpHを13〜14.9とし、40〜100℃で攪拌して、かつ反応終了時のpHを12以上に保持して、アルカリ溶液中のリン酸と石膏を反応させるようにしている。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for producing an adsorbent comprising hydroxyapatite crystals as a main component, wherein dried and solidified sewage sludge or carbonized sewage sludge is stirred in an alkaline solution and then filtered and separated. Gypsum is added to the obtained solution, the pH at the start of the reaction is set to 13 to 14.9, the mixture is stirred at 40 to 100 ° C., and the pH at the end of the reaction is maintained at 12 or more in an alkaline solution. The phosphoric acid and gypsum are made to react.

廃棄物である下水汚泥焼却灰をアルカリ溶液で撹拌することにより、下水汚泥焼却灰中に含まれるリンをアルカリ溶液中にリン酸として抽出することができる。そして、当該リン酸と石膏を上記条件下で反応させることにより、水酸化アルミニウムの析出を防いで、高純度且つ高収率で安価に水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材を得ることができる。   By stirring the sewage sludge incineration ash, which is a waste, with an alkaline solution, phosphorus contained in the sewage sludge incineration ash can be extracted as phosphoric acid in the alkaline solution. And by making the said phosphoric acid and gypsum react on the said conditions, precipitation of aluminum hydroxide can be prevented and the adsorbent which has a hydroxyapatite crystal as a main component can be obtained with high purity and high yield cheaply. it can.

また、乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥を用いた場合にも、下水汚泥焼却灰を用いた場合と同様にリンを抽出することが可能であるから、これらを用いても、本発明の水酸アパタイト結晶を同様な方法により得ることが可能である。   In addition, even when using dried and solidified sewage sludge or carbonized sewage sludge, it is possible to extract phosphorus in the same manner as when using sewage sludge incineration ash, so even if these are used, The hydroxyapatite crystal of the present invention can be obtained by a similar method.

さらに、請求項3に記載したように、石膏として廃石膏を用いることが好ましい。したがって、廃石膏をリサイクルすることができ、低コスト化を図ることができる。   Furthermore, as described in claim 3, it is preferable to use waste gypsum as gypsum. Therefore, waste gypsum can be recycled and cost reduction can be achieved.

請求項4に記載の水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法は、請求項1〜3いずれか1つに記載の水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法において、アルカリ溶液は1.5〜3.0mol/Lの範囲の濃度とした水酸化カリウム溶液であり、下水汚泥焼却灰、乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥に対するアルカリ溶液の割合が固液比(L/S)で2〜10(リットル/kg)であり、投入する石膏の量は、石膏中に含有するCaと濾過分離して得られた溶液中に含有されるPのモル比が10:6となる量にしている。   The method for producing an adsorbent mainly comprising a hydroxyapatite crystal according to claim 4 is the method for producing an adsorbent mainly comprising a hydroxyapatite crystal according to any one of claims 1 to 3, The alkaline solution is a potassium hydroxide solution having a concentration in the range of 1.5 to 3.0 mol / L, and the ratio of the alkaline solution to the sewage sludge incineration ash, the dried / solidified sewage sludge or the carbonized sewage sludge is solid. The liquid ratio (L / S) is 2 to 10 (liter / kg), and the amount of gypsum to be added is the molar ratio of Ca contained in the gypsum and P contained in the solution obtained by filtration and separation. Is 10: 6.

アルカリ溶液を1.5〜3.0mol/Lの範囲の濃度とした水酸化カリウム溶液を用いることで、反応開始時のpHを13〜14.9とし、かつ反応終了時のpHを12以上に保持することができるので、水酸化アルミニウムが析出し難くなる。また、下水汚泥焼却灰、乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥に対するアルカリ溶液の割合が固液比(L/S)で2〜10(リットル/kg)とすることにより、リン酸を効率よく抽出することができる。さらに、石膏中に含有するCaと濾過分離して得られた溶液中に含有されるPのモル比を水酸アパタイト化学量論比となる10:6とすることで、未反応石膏を残すことなく、水酸アパタイト結晶を生成することができる。   By using a potassium hydroxide solution having an alkaline solution having a concentration in the range of 1.5 to 3.0 mol / L, the pH at the start of the reaction is set to 13 to 14.9, and the pH at the end of the reaction is set to 12 or more. Since it can hold | maintain, it becomes difficult to precipitate aluminum hydroxide. In addition, the ratio of the alkaline solution to the sewage sludge incineration ash, the dried and solidified sewage sludge or the carbonized sewage sludge is 2 to 10 (liter / kg) in terms of the solid-liquid ratio (L / S), thereby phosphoric acid. Can be extracted efficiently. Furthermore, leaving the unreacted gypsum by setting the molar ratio of Ca contained in the gypsum and P contained in the solution obtained by filtration separation to 10: 6 which is a hydroxyapatite stoichiometric ratio. And hydroxyapatite crystals can be produced.

請求項5に記載の水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法は、請求項1〜3いずれか1つに記載の水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法において、アルカリ溶液は0.1〜3.0mol/Lの範囲の濃度とした水酸化カリウム溶液であり、下水汚泥焼却灰、乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥に対するアルカリ溶液の割合が固液比(L/S)で2〜10(リットル/kg)であり、投入する石膏の量は、石膏中に含有するCaと濾過分離して得られた溶液中に含有されるPのモル比が10:6となる量であり、石膏投入時に、石膏投入モル量の0.3〜1倍モル量相当の水酸化カリウムを更に添加して、水熱反応開始時のpHを13〜14.9に保持するようにしている。   The method for producing an adsorbent mainly comprising a hydroxyapatite crystal according to claim 5 is the method for producing an adsorbent mainly comprising a hydroxyapatite crystal according to any one of claims 1 to 3, The alkaline solution is a potassium hydroxide solution having a concentration in the range of 0.1 to 3.0 mol / L, and the ratio of the alkaline solution to the sewage sludge incineration ash, the dried / solidified sewage sludge or the carbonized sewage sludge is solid. The liquid ratio (L / S) is 2 to 10 (liter / kg), and the amount of gypsum to be added is the molar ratio of Ca contained in the gypsum and P contained in the solution obtained by filtration and separation. Is 10: 6, and at the time of gypsum injection, potassium hydroxide equivalent to 0.3 to 1 times the molar amount of gypsum input is further added to adjust the pH at the start of the hydrothermal reaction to 13 to 14. 9 is held.

石膏投入時に、石膏投入モル量の0.3〜1倍モル量相当の水酸化カリウムを添加することにより、反応開始時のpHが13〜14.9となり、反応終了時のpHを12以上に保持することができる。したがって、水酸化アルミニウムの析出を防いで、高収率で高純度な水酸アパタイト結晶を得ることが可能になる。   By adding potassium hydroxide equivalent to 0.3 to 1 times the molar amount of gypsum charged at the time of gypsum charging, the pH at the start of the reaction is 13 to 14.9, and the pH at the end of the reaction is increased to 12 or more. Can be held. Therefore, precipitation of aluminum hydroxide can be prevented, and high-purity hydroxyapatite crystals can be obtained with high yield.

請求項6に記載の水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法は、請求項1〜5いずれか1つに記載の水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法において、反応終了後吸着材を固液分離して得られた高温の廃液に硫酸を加えpH3以下に調整し、その後冷却させることでカリミョウバンを析出させ、廃液中のアルミニウムイオンおよび硫酸イオンを分離する廃液処理過程を含むようにしている。   The method for producing an adsorbent mainly comprising a hydroxyapatite crystal according to claim 6 is the method for producing an adsorbent mainly comprising a hydroxyapatite crystal according to any one of claims 1 to 5, After completion of the reaction, sulfuric acid is added to the high-temperature waste liquid obtained by solid-liquid separation of the adsorbent, and the pH is adjusted to 3 or less, and then cooled to precipitate potassium alum and separate the aluminum ion and sulfate ion in the waste liquid. The process is included.

カリミョウバンは溶解度の温度依存性が高く、80℃では710g/L溶解し、一方20℃では59g/Lしか溶解できない(図2)。そこで、反応終了後に溶液が高温のうちに吸着材を固液分離し、得られた高温のままの廃液に硫酸を投入し、pH3以下に中和した後、冷却過程でカリミョウバン(AlK(SO)を沈降させることにより、温度が低下するに従って、液相中から効率的にミョウバンを析出させることが可能で、これにより廃液処理が容易となる。 Potash alum is highly temperature-dependent and dissolves at 710 g / L at 80 ° C., whereas only 59 g / L can be dissolved at 20 ° C. (FIG. 2). Therefore, after the reaction is completed, the adsorbent is subjected to solid-liquid separation while the solution is at a high temperature, and sulfuric acid is added to the obtained waste liquid at a high temperature, neutralized to a pH of 3 or less, and then the potassium alum (AlK (SO 4 ) By precipitating 2 ), alum can be efficiently precipitated from the liquid phase as the temperature is lowered, which facilitates waste liquid treatment.

請求項7に記載の水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法は、請求項1〜6いずれか1つに記載の水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法において、アルカリ溶液として反応終了後に吸着材を固液分離して得られた廃液を用いるようにしている。   The method for producing an adsorbent mainly comprising a hydroxyapatite crystal according to claim 7 is the method for producing an adsorbent mainly comprising a hydroxyapatite crystal according to any one of claims 1 to 6, The waste liquid obtained by solid-liquid separation of the adsorbent after completion of the reaction is used as the alkaline solution.

液相中のアルミニウム濃度は、非晶質の水酸化アルミニウムの溶解度に制限される。したがって、反応終了後に吸着材を固液分離して得られたアルミニウムを含む廃液を下水汚泥焼却灰、乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥からのリン抽出に用いることで、下水汚泥焼却灰、乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥からのアルミニウムの新たな溶出量を低減でき、処理が必要となる最終廃液の量を削減して、アルミニウムを含む沈殿物であるカリミョウバンの発生量を低減できる。さらに、下水汚泥焼却灰、乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥の溶出過程で使用する水酸化カリウムの使用量も削減することができる。   The aluminum concentration in the liquid phase is limited by the solubility of amorphous aluminum hydroxide. Therefore, wastewater containing aluminum obtained by solid-liquid separation of the adsorbent after completion of the reaction is used for phosphorus extraction from sewage sludge incineration ash, dried and solidified sewage sludge, or carbonized sewage sludge, so that sewage sludge can be used. New inflow of aluminum from incinerated ash, dried and solidified sewage sludge or carbonized sewage sludge can be reduced, and the amount of final waste liquid that needs to be treated can be reduced. The amount of alum generated can be reduced. Furthermore, the amount of potassium hydroxide used in the elution process of sewage sludge incineration ash, dried / solidified sewage sludge or carbonized sewage sludge can be reduced.

さらに、上記の製造方法により得られる請求項8に記載の発明は、水と接するとアルカリ性を呈する水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材に関する。この吸着材は水と接するとアルカリ性を呈する水酸アパタイト結晶を主成分としているので、酸性雰囲気中でも容易に分解せず、吸着効果を持続できる。   Furthermore, the invention according to claim 8 obtained by the production method described above relates to an adsorbent mainly composed of hydroxyapatite crystals that exhibit alkalinity when in contact with water. Since this adsorbent is mainly composed of hydroxyapatite crystals that exhibit alkalinity when in contact with water, it does not easily decompose even in an acidic atmosphere, and the adsorbing effect can be maintained.

また、上記の製造方法により得られる請求項9に記載の発明は、水酸アパタイト結晶の組成がシリカ含有水酸アパタイトである吸着材に関する。この吸着材の主成分である水酸アパタイト結晶はシリカを含有しているので、各種陽イオンを多量にイオン交換除去することができ、特に、Mn2+、Zn2+、Cd2+をより多く吸着する優れた吸着特性を有するなど優れた陽イオン交換特性を有している。 The invention according to claim 9 obtained by the above production method relates to an adsorbent in which the composition of hydroxyapatite crystals is silica-containing hydroxyapatite. Since the hydroxyapatite crystal which is the main component of this adsorbent contains silica, it can ion-remove a large amount of various cations, and in particular, adsorbs more Mn 2+ , Zn 2+ and Cd 2+. Excellent cation exchange characteristics such as excellent adsorption characteristics.

本発明によれば、水酸アパタイトの合成に、下水汚泥焼却灰、乾燥・固化した下水汚泥あるいはされた下水汚泥と廃石膏という2つの廃棄物を原料として用いることができ、安価に水酸アパタイトを得ることが可能である。また、これら両廃棄物のリサイクルを促進することで、廃棄物埋立処分量を低減することが期待できる。   According to the present invention, for the synthesis of hydroxyapatite, two wastes of sewage sludge incineration ash, dried and solidified sewage sludge or sewage sludge and waste gypsum can be used as raw materials, and the hydroxyapatite can be inexpensively produced. It is possible to obtain In addition, by promoting the recycling of both these wastes, it can be expected to reduce the amount of waste landfill disposal.

また、下水汚泥焼却灰、乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥のアルカリ抽出液をそのまま原料として用いるため、従来のような下水汚泥焼却灰、乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥からのリンの分離抽出に必要なアルミニウムの分離処理を行う必要がない。   In addition, sewage sludge incineration ash, dried and solidified sewage sludge or carbonized sewage sludge alkaline extract is used as raw materials as it is, so conventional sewage sludge incineration ash, dried and solidified sewage sludge or carbonized. In addition, it is not necessary to carry out separation treatment of aluminum necessary for separation and extraction of phosphorus from sewage sludge.

さらに、廃液の処理において、水熱合成後溶液が依然高温であることを利用し、溶液に硫酸を加え、溶解度の温度依存性の高いカリミョウバンを析出させることで、新たな加熱用エネルギーを加えずとも溶液中のアルミニウムおよび硫酸イオンを効率的に除去することが可能である。   Furthermore, in the treatment of waste liquid, utilizing the fact that the solution after hydrothermal synthesis is still hot, sulfuric acid is added to the solution, and potassium alum with high temperature dependence of solubility is precipitated, thereby adding new heating energy. At least, it is possible to efficiently remove aluminum and sulfate ions in the solution.

また、反応終了後に吸着材を固液分離して得られたアルミニウムを含む廃液を下水汚泥焼却灰、乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥からのリン抽出に用いることで、下水汚泥焼却灰、乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥からのアルミニウムの新たな溶出量を低減でき、最終的に処理が必要となる廃液の量を削減して、アルミニウムを含む沈殿物であるカリミョウバンの発生量を低減できる。下水汚泥焼却灰、乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥のリン酸抽出過程で使用する水酸化カリウムの使用量も削減することができる。   In addition, the waste liquid containing aluminum obtained by solid-liquid separation of the adsorbent after completion of the reaction is used for phosphorus extraction from sewage sludge incineration ash, dried and solidified sewage sludge, or carbonized sewage sludge. New inflow of aluminum from incinerated ash, dried / solidified sewage sludge or carbonized sewage sludge can be reduced, and the amount of waste liquid that ultimately needs to be treated can be reduced. Reduces the amount of certain potassium alum generated. The amount of potassium hydroxide used in the phosphoric acid extraction process of sewage sludge incineration ash, dried / solidified sewage sludge or carbonized sewage sludge can also be reduced.

本発明により得られた水酸アパタイト結晶は水と接触すると弱アルカリ性を呈する性質があり、一般に重金属溶出が顕在化しがちな酸性土壌中に添加してもより安定して存在することができる。   Hydroxyapatite crystals obtained by the present invention have the property of exhibiting weak alkalinity when contacted with water, and can generally exist more stably even when added to acidic soil where heavy metal elution tends to become apparent.

また製造過程でアンモニア塩を用いないことから、水熱合成過程を非密閉条件下で行うことも可能で、アンモニアが気散することがないため、作業安全性の確保および周辺環境へ影響低減ができる。   In addition, since no ammonia salt is used in the manufacturing process, the hydrothermal synthesis process can be performed under unsealed conditions, and ammonia is not diffused, ensuring work safety and reducing the impact on the surrounding environment. it can.

本発明は、新たに、下水汚泥焼却灰中に含まれるリンを抽出して活用する方法を提供する。本発明においては、水酸アパタイトを合成する際のリン酸源として下水汚泥焼却灰を用いるものである。下水汚泥焼却灰にはリンが高濃度に含まれており、その含有量は酸化物P換算で10〜30重量%程度といわれている。 The present invention newly provides a method for extracting and utilizing phosphorus contained in sewage sludge incineration ash. In the present invention, sewage sludge incineration ash is used as a phosphoric acid source when synthesizing hydroxyapatite. The sewage sludge incineration ash contains phosphorus at a high concentration, and the content thereof is said to be about 10 to 30% by weight in terms of oxide P 2 O 5 .

焼却灰からリン酸を抽出する技術としては、これまで酸またはアルカリで抽出する方法が試みられている。酸を用いる方法については、重金属等の有害物質も同時に溶出することが指摘されている。一方アルカリを用いてリン抽出する方法については、重金属の溶出量が、酸抽出と比較して小さいという利点がある。しかしいずれの方法でも抽出物にリン酸とともに多量のアルミニウムイオンが含まれるため、そのままでは抽出液からの生成物はリン酸アルミニウムとなり、産業上の再利用は難しいとされている。   As a technique for extracting phosphoric acid from incinerated ash, an extraction method using acid or alkali has been attempted so far. Regarding the method using acid, it has been pointed out that toxic substances such as heavy metals are also eluted at the same time. On the other hand, the phosphorus extraction method using an alkali has an advantage that the amount of elution of heavy metals is smaller than that of acid extraction. However, in any method, since the extract contains a large amount of aluminum ions together with phosphoric acid, the product from the extract becomes aluminum phosphate as it is, and industrial reuse is difficult.

本発明では従来産業上の再利用が難しいとされる下水汚泥焼却灰のアルカリ溶出液をアパタイト結晶生成原料として活用することで、製造コストのローコスト化を図るものである。また、石膏として石膏廃棄物を用いれば、石膏廃棄物処分と下水汚泥焼却灰処分の両方の処分引き受け費用を製造コストへ転稼することにより、さらに生産事業の採算性を向上させることができる。   In the present invention, an alkaline eluate of sewage sludge incineration ash, which is conventionally difficult to be reused in the industry, is utilized as an apatite crystal production raw material, thereby reducing the manufacturing cost. Further, if gypsum waste is used as gypsum, the profitability of the production business can be further improved by transferring the disposal acceptance costs for both gypsum waste disposal and sewage sludge incineration ash disposal to production costs.

本発明においては、下水汚泥焼却灰にアルカリ溶液を加え、攪拌して、アルカリ溶液でリン酸を抽出する。攪拌は、通常少なくとも1時間、好ましくは、3〜12時間行う。攪拌後、固液分離し、リン酸を含むアルカリ溶液を得ることができる。アルカリ溶液としては水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム等のアルカリ水酸化物の溶液が挙げられる。   In the present invention, an alkaline solution is added to the sewage sludge incineration ash and stirred to extract phosphoric acid with the alkaline solution. Stirring is usually performed for at least 1 hour, preferably 3 to 12 hours. After stirring, solid-liquid separation can be performed to obtain an alkaline solution containing phosphoric acid. Examples of the alkaline solution include alkaline hydroxide solutions such as potassium hydroxide, sodium hydroxide, and magnesium hydroxide.

水酸化カリウムの代わりに水酸化ナトリウムを用いることで、リンを抽出することは不可能ではない。しかし、カリウムイオンのイオン半径(0.133nm)はカルシウムのイオン半径(0.099nm)より大きいのに対して、ナトリウムのイオン半径(0.095nm)はこれより小さいことから、ナトリウムイオンは容易に水酸アパタイト合成過程において固溶した形態で、水酸アパタイト中の結晶格子中に入り込む性質がある。このため液相中のナトリウムイオンが増加すると、水酸アパタイト結晶の純度が低下するとともに、結晶化速度も低下することから、本発明におけるアルカリ抽出には水酸化カリウムを使うことが望ましい。   It is not impossible to extract phosphorus by using sodium hydroxide instead of potassium hydroxide. However, the ionic radius of potassium ion (0.133 nm) is larger than the ionic radius of calcium (0.099 nm), whereas the ionic radius of sodium (0.095 nm) is smaller than this, so sodium ions are easily It has the property of entering into the crystal lattice in the hydroxyapatite in a form dissolved in the hydroxyapatite synthesis process. For this reason, when the sodium ion in the liquid phase increases, the purity of the hydroxyapatite crystal decreases and the crystallization rate also decreases. Therefore, it is desirable to use potassium hydroxide for the alkali extraction in the present invention.

アルカリ溶液は通常0.1〜3.0 mol/lのものが用いられるが、高濃度のものが好ましい。例えば、水酸化カリウム溶液であれば、0.5〜3.0mol/lが好ましく、さらに好ましくは、1.0〜2.0mol/lである。濃度が低いと抽出できるリン酸の量が少なくなるので、好ましくない。濃度を高くすればリン酸の抽出量は多くなるが、1mol/lを超えるとあまり差はなくなるので、薬品の投入量と抽出されたリン酸量のバランスから、適宜選択すればよい。但し、あまり濃度が高いと石膏との反応時にアルカナイト(KSO)が生成するので好ましくない。このような条件でリン酸の抽出を行い、抽出時のpHを12〜14程度とすることが好ましい。尚、一般的な下水汚泥焼却灰を用いたリン酸抽出液(アルミニウム濃度0.5mol/l以下)の場合は、水酸化カリウム溶液の濃度を1.5mol/l以上とすることで、反応開始時のpHを13以上とすることができ、反応終了時にpH12以上とすることができる。したがって、この場合には、後に説明する水酸化カリウムの追加添加をせずとも、水酸化アルミニウムが析出しない。ただし、リン酸抽出液のアルミニウム濃度が約0.7mol/l以上になると、pH12でも水酸化アルミニウムが析出する虞がある。このような場合には、後に説明する水酸化カリウムの追加添加を行うことで、水酸化アルミニウムの析出を確実に防いで、生成する水酸アパタイト結晶の純度を高めることができる。 The alkaline solution is usually 0.1 to 3.0 mol / l, but preferably has a high concentration. For example, if it is a potassium hydroxide solution, 0.5-3.0 mol / l is preferable, More preferably, it is 1.0-2.0 mol / l. If the concentration is low, the amount of phosphoric acid that can be extracted decreases, which is not preferable. If the concentration is increased, the amount of phosphoric acid extracted will increase, but if it exceeds 1 mol / l, there will be no significant difference. Therefore, it may be appropriately selected based on the balance between the amount of the chemical input and the amount of phosphoric acid extracted. However, if the concentration is too high, alkanite (K 2 SO 4 ) is produced during the reaction with gypsum, which is not preferable. It is preferable that phosphoric acid is extracted under such conditions, and the pH at the time of extraction is about 12 to 14. In the case of a phosphoric acid extract (aluminum concentration of 0.5 mol / l or less) using general sewage sludge incineration ash, the reaction is started by setting the concentration of the potassium hydroxide solution to 1.5 mol / l or more. The pH at the time can be 13 or more, and can be 12 or more at the end of the reaction. Therefore, in this case, aluminum hydroxide does not precipitate without additional addition of potassium hydroxide described later. However, when the aluminum concentration of the phosphoric acid extract is about 0.7 mol / l or more, aluminum hydroxide may be precipitated even at pH 12. In such a case, the addition of potassium hydroxide, which will be described later, can be performed to reliably prevent the precipitation of aluminum hydroxide and increase the purity of the produced hydroxyapatite crystals.

また、抽出における下水汚泥焼却灰に対するアルカリ溶液の比は、固液比(L/S)で2〜10(リットル/kg)が好ましい。この固液比の範囲で良好にリン酸を抽出することができるが、この範囲を超えてもリン酸の抽出は可能であり、この範囲に限られるものではない。   Further, the ratio of the alkaline solution to the sewage sludge incinerated ash in the extraction is preferably 2 to 10 (liter / kg) in terms of solid-liquid ratio (L / S). Phosphoric acid can be satisfactorily extracted within the range of the solid-liquid ratio, but the phosphoric acid can be extracted even when the range is exceeded, and is not limited to this range.

このようにして抽出して得られた溶液のリン酸の濃度を測定し、この溶液にCa/Pモル比が好ましくは10/6(水酸アパタイト化学量論比)となるように石膏を加える。このモル比は10/6でなくとも、未反応石膏を残さない観点からリン酸過剰条件であればよく、範囲で示すとすれば、10/6〜10/10程度範囲であればよい。   The concentration of phosphoric acid in the solution thus obtained is measured, and gypsum is added to this solution so that the Ca / P molar ratio is preferably 10/6 (hydroxyapatite stoichiometric ratio). . Even if this molar ratio is not 10/6, it is sufficient if it is an excess condition of phosphoric acid from the viewpoint of leaving no unreacted gypsum, and if it is shown in the range, it may be in the range of about 10/6 to 10/10.

本発明において、石膏としては、石膏ボード廃棄物、脱硫石膏などの廃石膏を用いることができ、リサイクル、コストの観点から好ましいが、通常の市販石膏粉末などあらゆる石膏を用いることができる。   In the present invention, as the gypsum, waste gypsum such as gypsum board waste and desulfurized gypsum can be used. From the viewpoint of recycling and cost, any gypsum such as ordinary commercial gypsum powder can be used.

石膏を加えた後、40〜100℃、好ましくは45℃〜95℃、さらに好ましくは70〜95℃で、6〜48時間、好ましくは12〜24時間水熱反応を行う。尚、水熱反応時間を1時間としても水酸アパタイト結晶は生成されるが、水酸アパタイト生成をおおむね完了させるためには6時間以上水熱反応を行うことが好ましく、水酸アパタイト生成を十分に完了させるためには12〜24時間水熱反応を行うことが好ましい。ここで、一般的に高温のほうが反応速度は速くなり、100℃を超える温度であっても加圧容器を用いて反応させれば合成は可能であることから、100℃を超える温度で合成を行うことを否定するものではない。また大気圧条件下において,溶液が沸騰した条件下(100℃付近)でも合成は可能であるが、この場合は沸騰により失われる水分を補給する必要がある。尚、石膏とリン酸との反応は、反応時開始時の溶液のpHが13〜14.9、好ましくはpH13〜13.5で反応終了時のpHが12以上に保たれなければならない。一般に下水汚泥焼却灰溶出液のアルミニウム濃度は最大10g/L程度と考えられ、水熱反応開始時のpHが13未満では水熱反応後pHが低下してこれを12以上に保つことができず、水酸化アルミニウム(Al(OH))が析出する恐れがあり、一方、pH14.0を超えると液相中のカリウム濃度が高いため、生成物の純度が低下し、不純物としてアルカナイト(KSO)が生成する恐れがある。pHが13〜14.0好ましくはpH13〜13.5であれば、水酸化アルミニウムやアルカナイト(KSO)をほとんど含有しない水酸化アパタイトが得られる。上記のようにpHの値を保てば、溶液の組成は水酸化アルミニウム(Al(OH))に対して依然として不飽和(溶存状態)であり、この操作により、水酸化アルミニウムの析出を防止でき、生成された水酸アパタイト成分だけを固液分離することができる。 After adding the gypsum, the hydrothermal reaction is carried out at 40 to 100 ° C., preferably 45 to 95 ° C., more preferably 70 to 95 ° C., for 6 to 48 hours, preferably 12 to 24 hours. Hydroxyapatite crystals are produced even when the hydrothermal reaction time is set to 1 hour. However, in order to substantially complete the production of hydroxyapatite, it is preferable to carry out the hydrothermal reaction for 6 hours or more, and sufficient production of hydroxyapatite is sufficient. In order to complete the process, it is preferable to conduct a hydrothermal reaction for 12 to 24 hours. Here, in general, the reaction rate is higher at a higher temperature, and even if the temperature exceeds 100 ° C., the synthesis is possible if the reaction is carried out using a pressure vessel. Therefore, the synthesis is performed at a temperature exceeding 100 ° C. There is no denying what to do. In addition, the synthesis is possible even under atmospheric pressure conditions where the solution is boiled (around 100 ° C.), but in this case, it is necessary to replenish water lost due to boiling. In addition, the reaction of gypsum and phosphoric acid must be such that the pH of the solution at the start of the reaction is 13 to 14.9, preferably pH 13 to 13.5 and the pH at the end of the reaction is 12 or more. Generally, the aluminum concentration of the sewage sludge incinerated ash eluate is considered to be about 10 g / L at the maximum. If the pH at the start of the hydrothermal reaction is less than 13, the pH decreases after the hydrothermal reaction and cannot be maintained at 12 or more. , Aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) may be precipitated. On the other hand, when the pH exceeds 14.0, the potassium concentration in the liquid phase is high, so that the purity of the product is lowered and alkanite (K 2 SO 4 ) may be generated. When the pH is 13 to 14.0, preferably 13 to 13.5, a hydroxyapatite containing almost no aluminum hydroxide or alkanite (K 2 SO 4 ) can be obtained. If the pH value is maintained as described above, the composition of the solution is still unsaturated (dissolved) with respect to aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), and this operation prevents the precipitation of aluminum hydroxide. Only the produced hydroxyapatite component can be solid-liquid separated.

前に述べたように、反応過程において硫酸が分離生成するためpHは低下していく。そこで、反応時に反応終了までpH12の範囲に保つには、反応開始時には、溶液のpHは13より大きい必要がある。アルカリ抽出時のアルカリ溶液のpHが高く、反応によりpHが低下しても反応終了時にpHを12以上に保持できる場合は、そのまま、石膏を加えて水熱反応を行うことができる。しかしながら、例えば0.1〜1mol/Lの範囲の濃度の水酸化カリウム溶液で抽出した場合のように抽出溶液の初期pHが低い場合は、さらにここで、分離する硫酸イオン量を上回る量のアルカリを液中に再度添加し、液相のpHをさらに上昇させた後、水熱反応を行う。水熱反応後、pHは低下するが、アルカリを再度添加するため、この反応溶液は下水汚泥焼却灰をアルカリ抽出した時のpHよりも値が高く保たれ、水熱反応中の水酸アルミニウムの飽和度を、アルカリ抽出時のアルカリ溶液よりも常に低く保つことが可能となる。この場合のアルカリの添加モル量は、石膏投入モル量の0.2倍以上で好ましくは0.3〜1倍程度である。   As described above, since the sulfuric acid is separated and produced in the reaction process, the pH is lowered. Therefore, in order to keep the pH in the range of 12 until the end of the reaction during the reaction, the pH of the solution needs to be higher than 13 at the start of the reaction. If the pH of the alkaline solution at the time of alkali extraction is high and the pH can be maintained at 12 or more at the end of the reaction even if the pH is lowered by the reaction, gypsum can be added and the hydrothermal reaction can be performed. However, when the initial pH of the extraction solution is low, such as when extracted with a potassium hydroxide solution having a concentration in the range of 0.1 to 1 mol / L, for example, an alkali in an amount exceeding the amount of sulfate ion to be separated Is again added to the liquid to further increase the pH of the liquid phase, and then a hydrothermal reaction is performed. After the hydrothermal reaction, the pH drops, but since alkali is added again, the reaction solution is kept at a higher value than the pH when the sewage sludge incineration ash is alkali extracted, and the aluminum hydroxide during the hydrothermal reaction It is possible to keep the degree of saturation always lower than the alkaline solution at the time of alkaline extraction. In this case, the added molar amount of alkali is 0.2 times or more of the gypsum charged molar amount, and preferably about 0.3 to 1 times.

また、上記のように抽出溶液の初期pHが低い場合でなくとも、アルカリを液中に再度添加してもよい。アルカリ溶液中にFe、Zn等の両性金属イオンが多量に含まれている場合は、水熱反応に伴うpHの低下によって、これらの沈殿が形成される。この場合もアルカリを再添加することにより、これらの水酸化物の生成物中への混入を抑止することが可能である。   Moreover, even when the initial pH of the extraction solution is not low as described above, the alkali may be added again into the liquid. When an amphoteric metal ion such as Fe or Zn is contained in a large amount in an alkaline solution, these precipitates are formed due to a decrease in pH accompanying a hydrothermal reaction. Also in this case, it is possible to suppress the mixing of these hydroxides into the product by re-adding the alkali.

さらに、リン酸溶液中のアルミニウム濃度が不明な場合、アルカリを液中に再度添加することにより、簡単・確実にpHを上記の水酸化アルミニウムが沈殿しない範囲に維持でき、分析作業や試行実験の要らないメリットもあり、好ましい方法である。   Furthermore, when the aluminum concentration in the phosphoric acid solution is unknown, it is possible to easily and reliably maintain the pH within the range where the above aluminum hydroxide does not precipitate by adding alkali to the solution again. There are also merits that are not necessary, and this is the preferred method.

図1の工程図に本発明の水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法の一例を示す。   FIG. 1 shows an example of a method for producing an adsorbent mainly composed of a hydroxyapatite crystal of the present invention.

反応の化学式は、アルカリ抽出液組成をリン酸塩の形で代表すれば以下のようになる。   The chemical formula of the reaction is as follows if the alkaline extract composition is represented in the form of phosphate.

10CaSO4:2H2O + 6K3PO4 → Ca10(PO4)6(OH)2 +9K2SO4 + H2SO4 10CaSO 4 : 2H 2 O + 6K 3 PO 4 → Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 + 9K 2 SO 4 + H 2 SO 4

なお、本発明の方法において反応時のpHはpH12〜14.9程度であり、このような非常に高いアルカリ条件における水熱反応により、実際に水酸アパタイト結晶が生成可能であることについては、過去に報告例が無く、未知の事実である。   In the method of the present invention, the pH during the reaction is about pH 12 to 14.9, and the fact that a hydroxyapatite crystal can actually be produced by such a hydrothermal reaction under extremely high alkaline conditions. There are no reports in the past, and it is an unknown fact.

このようにして得られる水酸化アパタイトは、高いアルカリ性条件で生成するため、一般の水酸アパタイトと異なり、水と接触するとアルカリ性を呈する。一般の水酸アパタイトは中性の物質であり、pH5.5以下の環境では容易に分解してしまうが、本発明の方法で得られる水酸アパタイトは、酸性雰囲気中でも容易に分解せず、吸着効果を持続できると考えられる。従って、一般に重金属溶出が顕在化しがちな酸性土壌中に添加してもより安定して存在することができる。   Since the hydroxyapatite thus obtained is produced under high alkaline conditions, it is alkaline when in contact with water, unlike general hydroxyapatite. General hydroxyapatite is a neutral substance and easily decomposes in an environment of pH 5.5 or lower. However, the hydroxyapatite obtained by the method of the present invention is not easily decomposed even in an acidic atmosphere. It is thought that the effect can be sustained. Therefore, it can exist more stably even if it is added to acidic soil where heavy metal elution tends to become obvious.

また、本発明の方法により得られた水酸アパタイトは、分析結果からは、組成としてシリカ(SiO)が4.7〜5.0重量%含まれており、本発明品はシリカ含有水酸アパタイトである。 Further, the hydroxyapatite obtained by the method of the present invention contains 4.7 to 5.0% by weight of silica (SiO 2 ) as a composition from the analysis results, and the product of the present invention is a silica-containing hydroxy acid. It is apatite.

水熱反応後、水酸アパタイトを濾過分離したアルカリ溶液(残液)は、コスト削減のため複数回繰り返してアルカリ抽出に使用することも可能である。アルカリ溶液として水酸化カリウム溶液を用いた場合には、リン酸抽出時の液量の約60体積%相当量が最終的に残液となり、この分はアルカリ抽出に再利用できる。この時の液量損失は主にリン酸抽出後に分離した下水汚泥焼却灰中に残留する水分量である。また、液相中のアルミニウム濃度は、非晶質の水酸化アルミニウムの溶解度に制限される。したがって、残液を下水汚泥焼却灰からのリン抽出に用いることで、下水汚泥焼却灰からのアルミニウムの新たな溶出量を低減でき、処理が必要となる最終廃液の量を削減して、アルミニウムを含む沈殿物であるカリミョウバンの発生量を低減できる。さらに、残液に不足分の水酸化カリウム溶液を加えて用いることができるので、下水汚泥焼却灰の溶出過程で使用する水酸化カリウムの使用量も削減することができる。   After the hydrothermal reaction, the alkali solution (residual liquid) obtained by filtering and separating the hydroxyapatite can be repeatedly used for alkali extraction for cost reduction. When a potassium hydroxide solution is used as the alkaline solution, about 60% by volume of the liquid volume at the time of phosphoric acid extraction finally becomes a residual liquid, and this portion can be reused for alkaline extraction. The liquid loss at this time is mainly the amount of water remaining in the sewage sludge incineration ash separated after the phosphoric acid extraction. Also, the aluminum concentration in the liquid phase is limited by the solubility of amorphous aluminum hydroxide. Therefore, by using the residual liquid for phosphorus extraction from sewage sludge incineration ash, the amount of new aluminum leaching from the sewage sludge incineration ash can be reduced, and the amount of final waste liquid that needs to be processed can be reduced. It is possible to reduce the amount of potassium alum generated as a sediment. Furthermore, since a short amount of potassium hydroxide solution can be added to the residual liquid and used, the amount of potassium hydroxide used in the sewage sludge incineration ash elution process can also be reduced.

水熱反応後、残液を複数回繰り返してアルカリ抽出に使用しても、最終的には、溶存成分を分離処理する必要がある。通常、アルミニウムイオンはpHを中性にすることで、ゼロ価の水酸化アルミニウムとなり、沈殿するが、この沈殿物は含水量が大きく、脱水・分離が容易ではない。本発明においては、水熱反応後の溶液が依然高温であることを利用し、反応終了後に溶液が高温のうちに吸着材を固液分離し、得られた高温のままの廃液に硫酸を投入し、pH3以下に中和した後、冷却過程でカリミョウバン(AlK(SO)を沈降させる。カリミョウバンは溶解度の温度依存性が高く、80℃では710g/L溶解し、一方20℃では59g/Lしか溶解できない(図2)。このため温度が低下するに従い、液相中から効率的にカリミョウバンを析出させることが可能で、これにより廃液処理が容易となる。この過程を組み合わせることについては、アパタイト生成の水熱反応時のエネルギーをそのまま使うため新たな加熱用エネルギーを必要としないという利点がある。 Even after the hydrothermal reaction, even if the residual liquid is repeatedly used for alkali extraction, it is necessary to finally separate dissolved components. Usually, aluminum ions become zero-valent aluminum hydroxide by neutralizing the pH and precipitate, but this precipitate has a large water content and is not easy to dehydrate and separate. In the present invention, utilizing the fact that the solution after the hydrothermal reaction is still at a high temperature, the adsorbent is separated into solid and liquid while the solution is at a high temperature after the reaction is completed, and sulfuric acid is added to the obtained waste liquid with the high temperature. Then, after neutralizing to pH 3 or lower, potassium alum (AlK (SO 4 ) 2 ) is allowed to settle in the cooling process. Potash alum is highly temperature-dependent and dissolves at 710 g / L at 80 ° C., whereas only 59 g / L can be dissolved at 20 ° C. (FIG. 2). For this reason, as the temperature decreases, it is possible to precipitate potassium alum efficiently from the liquid phase, thereby facilitating waste liquid treatment. Combining this process has the advantage that no new heating energy is required because the energy during the hydrothermal reaction of apatite generation is used as it is.

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上記実施形態では、下水汚泥焼却灰からリン抽出を行うようにしているが、リンを含む下水汚泥由来の原料であれば、これに限られるものではなく、例えば、乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理、例えば、低酸素雰囲気下で熱処理された下水汚泥等を用いてリン抽出を行うことも可能である。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, phosphorus is extracted from sewage sludge incineration ash, but is not limited to this as long as it is a raw material derived from sewage sludge containing phosphorus. For example, dried and solidified sewage sludge Or it is also possible to perform phosphorus extraction using carbonization treatment, for example, sewage sludge heat-treated in a low oxygen atmosphere.

また、下水汚泥を乾燥・固化あるいは炭化させた素材を使用し、石炭と混ぜて燃焼させて発電するバイオ発電システムでは、燃料に含まれるリンの含有率が高く、石炭との混焼の結果、発生する石炭灰中のリン含有量も増加する。石炭灰の現在の主なリサイクル用途はセメント原料であるが、石炭灰中のリン含有量が増加すると、石炭灰を利用したセメントの硬化性能が低下する。このため、石炭灰のリサイクルを考慮した場合、混焼時の下水汚泥加工燃料の投入量を大きく増やすことは困難であるが、下水汚泥中のリンの濃度を低減できれば、この下水汚泥を加工したバイオマス燃料中のリン濃度も低減でき、石炭灰のリサイクルの点から有利である。そこであらかじめ本発明の手法を用いてリンの濃度を低減した下水汚泥を用いることで、結果として石炭灰のリン濃度の増加を抑制でき、その最大の利用用途であるセメント材料としての品質の低下(リン濃度上昇による硬化性能の低下)を抑止することができる利点がある。また火力発電所の多くで脱硫石膏が排出されていることから、発電所近傍で下水汚泥からリンを抽出し、そのリンと脱硫石膏から水酸アパタイト吸着材を製造し、リン抽出後の下水汚泥を発電所のバイオマス燃料として活用すれば、石膏や、リン抽出後の下水汚泥の輸送コストを大幅に低減することができると考えられる。したがって、本発明により、非常に安価にアパタイト吸着材を得ることができ、且つ、炭化燃料のリン含有量を低下させることで当該炭化燃料使用後の石炭灰のリン濃度の含有量も低下させて高品質なセメント材料を提供できるという経済的にも非常に利点の大きなシステム(図15)を提供することができる。   In addition, bio-power generation systems that use sewage sludge dried, solidified, or carbonized, mixed with coal, and burned to generate electricity have a high phosphorus content in the fuel, resulting in co-firing with coal. The phosphorus content in the coal ash that increases is also increased. The current main recycling application of coal ash is as a raw material for cement, but as the phosphorus content in coal ash increases, the hardening performance of cement using coal ash decreases. For this reason, when considering the recycling of coal ash, it is difficult to greatly increase the amount of sewage sludge processing fuel input at the time of co-firing, but if the concentration of phosphorus in the sewage sludge can be reduced, the biomass processed from this sewage sludge The concentration of phosphorus in the fuel can also be reduced, which is advantageous in terms of recycling coal ash. Therefore, by using sewage sludge with a reduced phosphorus concentration using the method of the present invention in advance, an increase in the phosphorus concentration of coal ash can be suppressed as a result, and the quality of the cement material, which is its maximum application, is reduced ( There is an advantage that a decrease in curing performance due to an increase in phosphorus concentration can be suppressed. Also, since desulfurized gypsum is discharged at many thermal power plants, phosphorus is extracted from sewage sludge in the vicinity of the power plant, and a hydroxyapatite adsorbent is produced from the phosphorus and desulfurized gypsum. Is considered to be able to significantly reduce the cost of transporting gypsum and sewage sludge after phosphorus extraction. Therefore, according to the present invention, an apatite adsorbent can be obtained at a very low cost, and the phosphorus content of coal ash after use of the carbonized fuel can be reduced by reducing the phosphorus content of the carbonized fuel. An economically very advantageous system (FIG. 15) can be provided in which a high-quality cement material can be provided.

尚、図15においては、下水汚泥からアパタイトを合成しているが、下水汚泥を乾燥・固化あるいは炭化した素材と石炭火力発電所の脱硫石膏を用いて、本手法により水酸アパタイトを主成分とする吸着材を生成することによっても、下水汚泥を乾燥・固化あるいは炭化した素材のリン含有量を低減できるため、石炭灰のリン濃度増加に関する問題を解決することができ、上記と同様の利点を発揮する。   In FIG. 15, apatite is synthesized from sewage sludge. Hydroxyapatite is mainly composed of this material using dry, solidified or carbonized material of sewage sludge and desulfurized gypsum from a coal-fired power plant. Can also reduce the phosphorus content of the raw material obtained by drying, solidifying, or carbonizing sewage sludge, thereby solving the problem related to the increase in the phosphorus concentration of coal ash. Demonstrate.

以下実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

原料となる石膏ボード廃棄物は、国内の中間処理業者から発生した紙分離処理後の廃石膏を用いた。石膏廃棄物のX線回折結果を図3に示す。石膏廃棄物は、大部分が2水石膏であるが、微量に無水石膏、半水石膏が含まれていた。XRF(蛍光X線)分析結果を表1に示す。石膏主成分の他にSiOを10重量%、Alを2.8重量%含有していた。尚、本実施例において、X線回折測定にはフィリップス(株)PW3020(管球Cu, 出力40kV,50mA, 波長CuKα,1.54056Å, 回折角度2θ=2゜〜60゜, スキャンスピード 1゜/分)を、XRF測定には島津製作所(株) XRF1500を用い、石膏試料は全て粉体プレス法で定量した。 The gypsum board waste used as a raw material was waste gypsum after paper separation processing generated from a domestic intermediate processing company. The X-ray diffraction result of the gypsum waste is shown in FIG. Most of the gypsum waste is dihydrate gypsum, but a trace amount of anhydrous gypsum and hemihydrate gypsum was included. Table 1 shows the results of XRF (fluorescence X-ray) analysis. In addition to the main component of gypsum, it contained 10% by weight of SiO 2 and 2.8% by weight of Al 2 O 3 . In this example, for the X-ray diffraction measurement, Philips PW3020 (tube Cu, output 40 kV, 50 mA, wavelength CuKα, 1.54056 mm, diffraction angle 2θ = 2 ° -60 °, scan speed 1 ° / min. The XRF measurement was performed using Shimadzu Corporation XRF1500, and all the gypsum samples were quantified by the powder press method.

一方、下水汚泥焼却灰は、国内の下水処理場から発生したものを用いた。下水汚泥焼却灰のXRF分析結果を表2に示す。下水汚泥焼却灰の主成分はSiO 30重量%、 Al15重量%、 Pが28重量%、CaOが10重量%含まれていた。 On the other hand, sewage sludge incineration ash was generated from domestic sewage treatment plants. Table 2 shows the XRF analysis results of the sewage sludge incineration ash. Main component of sewage sludge incineration ash SiO 2 30 wt%, Al 2 O 3 15 wt%, P 2 O 5 is 28% by weight, CaO were contained 10% by weight.

Figure 2006205154
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Figure 2006205154
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次に、下水汚泥焼却灰に、0.5mol/L、1mol/L、2mol/Lの水酸化カリウム溶液をそれぞれ固液比(L/S)で5(リットル/kg)の割合で混合し、振とう器で200rpmで6時間室温で溶出操作を実施した。振とう後、濾過分離して得られた溶液をICP分析した。陽イオン成分については、島津製作所(株)ICPS-8100、陰イオン成分については東ソー(株)IC-2001(陰イオン成分)により分析した。結果を表3に示す。溶液からは、リン酸とアルミニウムが多量に溶出しており、0.5mol/Lと1mol/Lではリン酸の濃度に大きく差があるが、1mol/Lと2mol/Lでは、溶出するリン酸濃度にあまり大きな違いがないことから、この結果からは薬品の投入量と抽出されたリン酸量のバランスを考えた場合、水酸化カリウム濃度は1mol/Lが適当と判断される。   Next, 0.5 mol / L, 1 mol / L, 2 mol / L of potassium hydroxide solution is mixed with sewage sludge incineration ash at a solid-liquid ratio (L / S) of 5 (liter / kg), respectively. The elution operation was performed at 200 rpm with a shaker at room temperature for 6 hours. After shaking, the solution obtained by filtration and separation was analyzed by ICP. The cation component was analyzed by Shimadzu Corporation ICPS-8100, and the anion component was analyzed by Tosoh Corporation IC-2001 (anion component). The results are shown in Table 3. A large amount of phosphoric acid and aluminum are eluted from the solution, and there is a large difference in the concentration of phosphoric acid between 0.5 mol / L and 1 mol / L, but the phosphoric acid eluted at 1 mol / L and 2 mol / L. Since there is not much difference in concentration, from this result, it is judged that 1 mol / L is appropriate for the potassium hydroxide concentration when considering the balance between the amount of the drug input and the amount of phosphoric acid extracted.

Figure 2006205154
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投入する石膏の量は液相中のリン酸に対して、1.67倍とし、水酸化アルミニウムの沈殿を防ぐために上記の抽出溶液1Lに対して0.5molの水酸化カリウムを更に投入することとした。水酸化カリウムの再投入量に関しては、化学式からは、投入した石膏のモル数の0.2倍以上投入すれば、pHの低下を防止出来ることになるが、一度水熱反応中に水酸化アルミニウムが生成すると、加速度的にpHが下降してしまうことから、水質組成をアルミニウムに対して十分不飽和にしておく必要がある。上記の1mol/Lの濃度で抽出した溶液を例にとると、水酸化アルミニウムの沈殿が生成しないpHを維持するために必要な水酸化カリウムの量はこの溶液1Lに対して最大0.1mol程度であるが、他の共存成分による影響を考慮すれば,添加量は理論量よりもかなり多くすることが望ましく、そのため1Lに対して理論量の約5倍相当量の0.5molの水酸化カリウム添加量を設定した。   The amount of gypsum to be added is 1.67 times the amount of phosphoric acid in the liquid phase, and 0.5 mol of potassium hydroxide is further added to 1 L of the above extraction solution to prevent precipitation of aluminum hydroxide. It was. Regarding the amount of potassium hydroxide re-introduced, from the chemical formula, it is possible to prevent a decrease in pH by adding 0.2 times the number of moles of gypsum added, but once during the hydrothermal reaction, aluminum hydroxide Therefore, it is necessary to keep the water composition sufficiently unsaturated with respect to aluminum. Taking the above solution extracted at a concentration of 1 mol / L as an example, the amount of potassium hydroxide required to maintain a pH at which no aluminum hydroxide precipitate is generated is about 0.1 mol at maximum with respect to 1 L of this solution. However, considering the influence of other coexisting components, it is desirable that the addition amount is considerably larger than the theoretical amount, so that 0.5 mol of potassium hydroxide corresponding to about 5 times the theoretical amount per 1 liter. The amount added was set.

この時点で水酸化カリウムを添加することに関して、アルカリ溶出液の溶存成分の化学組成分析結果を元に、水熱合成後のpHと水酸アパタイト(HAP)生成量、水酸化アルミニウム沈殿量を熱力学平衡理論を用いた地球化学モデルにより計算した結果を表4に示す。0.5mol/L濃度溶出液と、1.0mol/L溶出液については、水酸化カリウムを添加しない場合には水熱合成後のpHが顕著に低下し、水酸化アルミニウムが顕著に沈殿するという計算結果となった。一方、水酸化カリウムを添加した場合には、水酸化アルミニウムは沈降せず、水酸アパタイト成分だけを選択的に生成することが出来ることが計算より確認された。   Regarding the addition of potassium hydroxide at this point, based on the chemical composition analysis results of the dissolved components of the alkaline eluate, the pH after hydrothermal synthesis, the amount of hydroxyapatite (HAP) produced, and the amount of aluminum hydroxide precipitated are heated. Table 4 shows the results calculated by a geochemical model using dynamic equilibrium theory. About 0.5 mol / L concentration eluate and 1.0 mol / L eluate, when potassium hydroxide is not added, the pH after hydrothermal synthesis is remarkably lowered and aluminum hydroxide is remarkably precipitated. It became the calculation result. On the other hand, when potassium hydroxide was added, it was confirmed by calculation that aluminum hydroxide did not settle and only the hydroxyapatite component could be selectively produced.

Figure 2006205154
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この計算結果から、各溶液に石膏(リン酸の10/6モル比相当量)とKOHを1Lあたり0.5mol加え、80℃の温度で24時間、120rpmの速度で振とうし、その後濾過により固液分離し、得られた固相を純水で洗浄した。なお、これらの試料の水熱反応開始時のpH値(実測)は13.9〜14.9、終了時のpH値は12.9〜13.8程度であった。   From this calculation result, 0.5 mol / L of gypsum (corresponding to a 10/6 molar ratio of phosphoric acid) and KOH were added to each solution, shaken at a temperature of 120 ° C. for 24 hours at a temperature of 80 ° C., and then filtered. Solid-liquid separation was performed, and the obtained solid phase was washed with pure water. In addition, the pH value (actual measurement) at the start of the hydrothermal reaction of these samples was about 13.9 to 14.9, and the pH value at the end was about 12.9 to 13.8.

この固相のX線回折波形を図4に示す。図中黒丸が水酸アパタイトのピークであり、得られた3試料ともに、合成物は水酸アパタイト結晶を主成分としていることが確認された。また、2mol/Lのアルカリ溶出液からの合成物については、別にアルカナイト(KSO)のピークも確認され、2mol/Lの条件下では、アルカナイトが固相中に混入していることが判明した。また、これらの波形からは石膏のピークは確認されず、石膏中のカルシウムが完全に水酸アパタイト結晶の形に変化していることが明らかになった。また波形中にギブサイト(Al(OH))のピークは確認されなかった。 The X-ray diffraction waveform of this solid phase is shown in FIG. In the figure, the black circle is a peak of hydroxyapatite, and it was confirmed that the synthesized product was mainly composed of hydroxyapatite crystals in all three obtained samples. In addition, with respect to the synthesized product from the 2 mol / L alkaline eluate, a peak of alkanite (K 2 SO 4 ) was also confirmed, and under conditions of 2 mol / L, the alkanite was mixed in the solid phase. It has been found. In addition, these waveforms did not confirm the peak of gypsum, and it was clarified that calcium in the gypsum completely changed into a hydroxyapatite crystal. Moreover, the peak of gibbsite (Al (OH) 3 ) was not confirmed in the waveform.

また得られた固相のXRF分析結果を表5に示す。尚、得られた固相のXRF分析は、ガラスビード定量分析法により行った。合成物はいずれもカルシウム及びリンを主成分としていることが確認された。本発明品には不純物としてカリウムとアルミニウムが含まれている。アルミニウムに関しては合成物に含まれる量は原料として用いた石膏廃棄物中に含まれていたアルミニウム総量と同等あるいは、やや少ない量となっており、このことは、合成過程において、水酸化カリウムを再添加することにより、汚泥焼却灰抽出液中に高濃度に含まれていたアルミニウムイオンが固相に沈殿すること抑止できていることを示している。また分析結果からは,組成としてシリカ(SiO)が4.7〜5.0重量%含まれており、この発明品はシリカ含有水酸アパタイトであることが判明した。このシリカは,原料の廃石膏中に含まれていた成分が水熱合成過程で結晶中に残存したものと考えられる。 Table 5 shows the XRF analysis results of the obtained solid phase. In addition, XRF analysis of the obtained solid phase was performed by a glass bead quantitative analysis method. It was confirmed that all the synthesized products were mainly composed of calcium and phosphorus. The product of the present invention contains potassium and aluminum as impurities. As for aluminum, the amount contained in the composite is the same as or slightly less than the total amount of aluminum contained in the gypsum waste used as a raw material. By adding, it is shown that aluminum ions contained in a high concentration in the sludge incineration ash extract can be prevented from precipitating in the solid phase. From the analysis results, the composition contained 4.7 to 5.0% by weight of silica (SiO 2 ), and it was found that the product of the present invention was silica-containing hydroxyapatite. This silica is thought to be the component that was contained in the waste gypsum raw material remained in the crystal during the hydrothermal synthesis process.

この表から水酸アパタイトとしての純度は0.5mol/Lの条件が最も高いが、リンの抽出効率からくる合成物の生産効率を加味すると水酸化カリウム濃度 1mol/L条件がもっとも実用に適していると判断できる。

Figure 2006205154
From this table, the purity of hydroxyapatite is highest under the condition of 0.5 mol / L. However, the potassium hydroxide concentration of 1 mol / L is the most suitable for practical use, taking into account the production efficiency of the synthetic product derived from the extraction efficiency of phosphorus. Can be judged.
Figure 2006205154

次に、抽出液に石膏を投入後に水酸化カリウムを追加添加することによる効果について、合成物をXRF分析により調査した結果を図8に示す。尚、図8の測定結果は表5の場合とは異なる廃石膏試料を原料として実施した結果である。図8において、(a)は0.5mol/L抽出液を用いて水酸化カリウムを追加添加せずに合成した合成物、(b)は0.5mol/L抽出液を用いて水酸化カリウムを追加添加して合成した合成物、(c)は1.0mol/L抽出液を用いて水酸化カリウムを追加添加せずに合成した合成物、(d)は1.0mol/L抽出液を用いて水酸化カリウムを追加添加して合成した合成物の結果を示している。尚、水酸化カリウムの添加量は1Lあたり0.5molとした。水酸化カリウムを追加添加することにより、合成物中のCaOとPの合計含有量がKOH−0.5mol/L条件の抽出液を使用した場合には54重量%から71重量%に、KOH−1.0mol/L抽出液を使用した場合には47重量%から64重量%に増加し、合成物中の水酸アパタイト含有量が増加していることが確認された。また、水酸化カリウムを追加添加することにより、合成物中のカリウムの含有量が低下し、さらにアルミニウム(Al)の含有量もKOH−0.5mol/L条件の抽出液を使用した試料で9.9重量%が2.8重量%に、KOH−1.0mol/L条件抽出液を使用した試料で11.5重量%から5.9重量%に低下することが確認された。したがって、水酸アパタイトを純度よく高収率で生成するためには、水酸化カリウムを追加添加した方が良いことが判明した。 Next, FIG. 8 shows the result of investigating the synthesized product by XRF analysis regarding the effect of adding potassium hydroxide after adding gypsum to the extract. In addition, the measurement result of FIG. 8 is a result of having implemented the waste gypsum sample different from the case of Table 5 as a raw material. In FIG. 8, (a) is a compound synthesized using 0.5 mol / L extract without additional potassium hydroxide, and (b) is potassium hydroxide using 0.5 mol / L extract. A compound synthesized by additional addition, (c) using 1.0 mol / L extract and adding no potassium hydroxide, (d) using 1.0 mol / L extract The results of the synthesized product with additional potassium hydroxide added are shown. The amount of potassium hydroxide added was 0.5 mol per liter. By additionally adding potassium hydroxide, the total content of CaO and P 2 O 5 in the composition is reduced from 54 wt% to 71 wt% when using an extract under the condition of KOH-0.5 mol / L. When the KOH-1.0 mol / L extract was used, the content increased from 47% by weight to 64% by weight, confirming that the hydroxyapatite content in the composite was increased. In addition, by adding potassium hydroxide, the content of potassium in the composition was lowered, and the extract of aluminum (Al 2 O 3 ) was used under the condition of KOH-0.5 mol / L. It was confirmed that 9.9% by weight of the sample was reduced to 2.8% by weight, and that of the sample using the KOH-1.0 mol / L conditioned extract was reduced from 11.5% by weight to 5.9% by weight. Therefore, it was found that it is better to add potassium hydroxide in order to produce hydroxyapatite with high purity and high yield.

また、水酸アパタイト結晶の合成に必要な時間と最適な温度条件について調査した結果を図9に示す。縦軸のX線回折最大ピーク高さ(カウント数)は得られた水酸化アパタイト結晶をX線回折により測定した際の水酸化アパタイト結晶の最大ピーク値であり、水酸アパタイト結晶の生成量の指標となる値である。また、●は合成温度を40℃とした場合、○は合成温度を95℃とした場合の結果である。水酸アパタイト結晶は両温度条件共に合成開始後1時間程度で生成し始め、合成開始後6時間までは両温度条件共にX線回折最大ピーク高さの上昇が見られ、それ以降は、45℃条件ではピーク高さはほぼ一定に、95℃条件では若干上昇する傾向が見られた。したがって、1時間程度の合成時間で水酸アパタイト結晶が得られるが、合成をおおむね完了させるためには6時間程度必要であり、十分に合成を完了させるためには12〜24時間程度の合成時間とするのが好ましいことが判明した。また、合成温度は40℃〜95℃にすれば十分に水酸アパタイト結晶が得られるが、より多くの水酸アパタイト結晶を得るためには95℃に近い合成温度とするのが好ましいことが判明した。   Further, FIG. 9 shows the results of investigation on the time required for synthesizing the hydroxyapatite crystal and the optimum temperature condition. The X-ray diffraction maximum peak height (count number) on the vertical axis is the maximum peak value of the hydroxyapatite crystal when the obtained hydroxyapatite crystal is measured by X-ray diffraction. This is an index value. Also, ● represents the result when the synthesis temperature is 40 ° C., and ○ represents the result when the synthesis temperature is 95 ° C. Hydroxyapatite crystals begin to form within about 1 hour after the start of synthesis under both temperature conditions, and up to 6 hours after the start of synthesis, an increase in the maximum peak height of X-ray diffraction is observed under both temperature conditions. Under the conditions, the peak height was almost constant, and at 95 ° C., the peak height tended to increase slightly. Accordingly, a hydroxyapatite crystal can be obtained in a synthesis time of about 1 hour, but it takes about 6 hours to complete the synthesis, and a synthesis time of about 12 to 24 hours to fully complete the synthesis. It turned out to be preferable. Further, it is found that a hydroxyapatite crystal can be sufficiently obtained if the synthesis temperature is set to 40 ° C. to 95 ° C., but it is preferable that the synthesis temperature is close to 95 ° C. in order to obtain more hydroxyapatite crystals. did.

[吸着性能試験]
次に、この合成物の吸着性能を比較・確認するために、鉛、カドミウム、フッ素を対象に吸着性能試験を実施した。
[Adsorption performance test]
Next, in order to compare and confirm the adsorption performance of this composite, an adsorption performance test was conducted on lead, cadmium and fluorine.

比較対象とした試料は、水酸アパタイト高純度試薬(和光純薬製)、市販の類似成分を有する骨炭末、リン酸水素二アンモニウムと石膏ボード廃棄物(本発明品に用いたものと同一品)を水熱反応させて生成した水酸アパタイト(従来法による合成品)と前記のように本発明の方法により合成した3試料(発明品)である。   Samples to be compared were hydroxyapatite high purity reagent (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), commercially available bone charcoal powder with similar components, diammonium hydrogen phosphate and gypsum board waste (the same product used in the present invention product) Hydroxyapatite (synthetic product by a conventional method) produced by hydrothermal reaction of) and 3 samples (inventive product) synthesized by the method of the present invention as described above.

鉛(硝酸鉛塩溶液)と、カドミウム(硝酸カドミウム塩)溶液には1g/Lの割合で吸着物試料を添加し、フッ素(フッ化ナトリウム塩)溶液に対しては2g/Lの割合で添加した。溶液の初期濃度は鉛とカドミウムは50ppm、フッ素は20ppmに調製し、初期pHを5.8〜6.3に調整後、振とう速度120rpmで室温で6時間振とうし、振とう後の濾液を分析した。分析は鉛とカドミウム濃度はICP(島津製作所ICP−8100)、フッ素濃度はイオンクロマトグラフ(東ソーIC−2001)で行った。   Add an adsorbate sample at a rate of 1 g / L to lead (lead nitrate salt solution) and cadmium (cadmium nitrate salt) solution, and add 2 g / L to fluorine (sodium fluoride salt) solution. did. The initial concentration of the solution was adjusted to 50 ppm for lead and cadmium and 20 ppm for fluorine, adjusted to an initial pH of 5.8 to 6.3, shaken at a shaking speed of 120 rpm for 6 hours at room temperature, and the filtrate after shaking. Was analyzed. The analysis was conducted by ICP (Shimadzu ICP-8100) for lead and cadmium concentrations, and ion chromatograph (Tosoh IC-2001) for fluorine concentrations.

結果を図5〜7に示す。鉛に関しては、水酸アパタイト高純度試薬や、骨炭を投入した場合には5〜15ppm以上残存しているのに対して、本発明の方法で合成した吸着物質は残存量が0.07〜0.15ppmであり、本発明の方法で合成した試料の方が他試料より優れた吸着性を示した。また、カドミウムに対しても、高純度試薬、骨炭、従来法と比較して本発明品の吸着性能は優れていた。文献(1992、Gypsum&Lime、236、3−11)によれば「シリカ含有水酸アパタイトは水酸アパタイトよりも各種陽イオンを多量にイオン交換除去すること」、「特に、Mn2+、Zn2+、Cd2+をより多く吸着する優れた吸着特性を有すること」が確認されており、本発明品がシリカ含有水酸アパタイトであることが、本発明品の陽イオン吸着性が高純度試薬・骨炭よりも優れている主な要因であると推定される。また、フッ素に対しても本発明品は、従来法による水酸アパタイトとほぼ同程度の吸着性を示した。 The results are shown in FIGS. Regarding lead, when adsorbed with hydroxyapatite high purity reagent or bone charcoal, 5 to 15 ppm or more remains, while the adsorbate synthesized by the method of the present invention has a residual amount of 0.07 to 0. The sample synthesized by the method of the present invention showed better adsorptivity than other samples. Also, the adsorption performance of the product of the present invention was superior to cadmium as compared with high purity reagents, bone charcoal, and conventional methods. According to the literature (1992, Gypsum & Lime, 236, 3-11), “silica-containing hydroxyapatite removes a large amount of various cations than hydroxyapatite”, “especially Mn 2+ , Zn 2+ , Cd It has been confirmed that it has excellent adsorption properties for adsorbing more 2+, and that the product of the present invention is silica-containing hydroxyapatite, the cation adsorption property of the product of the present invention is higher than that of a high purity reagent / bone charcoal It is estimated that it is the main factor that excels. In addition, the product of the present invention also exhibited substantially the same adsorptivity to fluorine as the hydroxyapatite obtained by the conventional method.

また、上記カドミウム吸着試験における、振とう終了時の液相のpHを計測したところ、他の試料が5.9〜6.7と中性であるのに対して、本発明の方法で合成した試料のpH値は7.8〜8.2と弱アルカリ性であった。また本発明品(1mol/Lの合成条件)を固液比10(L/kg)相当量を純水中に入れ、6時間振とう後の平衡pHの値は10.2であり、アルカリ性を示した。本発明品がアルカリ性を示すことは,一般にアルカリ性領域で溶解度が小さくなる重金属の溶出を抑制するには好ましい性質である。   In addition, when the pH of the liquid phase at the end of shaking in the cadmium adsorption test was measured, the other samples were neutral at 5.9 to 6.7, but were synthesized by the method of the present invention. The pH value of the sample was weakly alkaline at 7.8 to 8.2. In addition, the product of the present invention (1 mol / L synthesis condition) in an amount equivalent to a solid-liquid ratio of 10 (L / kg) in pure water and shaken for 6 hours has an equilibrium pH value of 10.2 and is alkaline. Indicated. The fact that the product of the present invention exhibits alkalinity is a preferable property for suppressing elution of heavy metals whose solubility generally decreases in the alkaline region.

次に、発明品と比較品(試薬水酸アパタイト、骨炭)の種々のフッ素濃度におけるフッ素吸着量から等温吸着線を作成し、発明品と比較品のフッ素吸着性能を検討した。尚、等温吸着線は以下のようにして得た。吸着材を2g/L投入し、フッ素イオン初期濃度を1mg/L、5mg/L、20mg/L、125mg/Lとして、室温で6時間、振とう速度120rpmでバッチ試験を行い、バッチ試験終了時の液相の濃度をイオンクロマトグラフ(東ソーIC−2001)で測定して、この濃度を平衡濃度とした。吸着量は吸着材を入れない対照試験の液相中の濃度値と、吸着材を入れた試験の濃度値の差から求め、これを吸着材投入量(g)あたりの吸着量としてプロットした。結果を図10に示す。図10において、●は試薬水酸アパタイト(水酸アパタイト高純度試薬(和光純薬製))、○は骨炭、▲は石膏ボードを用いて本発明の方法により合成した発明品、△は脱硫石膏を用いて本発明の方法により合成した発明品の結果を示している。発明品の吸着性能は、試薬水酸アパタイトと比較して非常に高いことが確認された。また、発明品と骨炭とを比較すると、フッ素濃度が0.1〜1mg/Lの濃度範囲では吸着量にそれほど大差が無いが、1mg/L以上の濃度範囲では比較品より優れた吸着性能を有し、特に、10〜100mg/Lの範囲では骨炭に比べて吸着性能が非常に優れていることが明らかとなった。   Next, isothermal adsorption lines were created from the amount of fluorine adsorption at various fluorine concentrations of the inventive product and the comparative product (reagent hydroxide apatite, bone charcoal), and the fluorine adsorption performance of the inventive product and the comparative product was examined. The isothermal adsorption line was obtained as follows. 2g / L of adsorbent was added and the initial concentration of fluoride ion was 1mg / L, 5mg / L, 20mg / L, 125mg / L, and a batch test was performed at room temperature for 6 hours at a shaking speed of 120rpm. The concentration of the liquid phase was measured with an ion chromatograph (Tosoh IC-2001), and this concentration was taken as the equilibrium concentration. The amount of adsorption was determined from the difference between the concentration value in the liquid phase of the control test without adsorbent and the concentration value of the test with adsorbent, and this was plotted as the amount of adsorption per adsorbent input (g). The results are shown in FIG. In FIG. 10, ● represents a reagent hydroxyapatite (hydroxyapatite high purity reagent (manufactured by Wako Pure Chemical Industries)), ○ represents bone charcoal, ▲ represents an invention product synthesized by the method of the present invention using a gypsum board, and Δ represents desulfurized gypsum. The result of the invention product synthesized by the method of the present invention using is shown. It was confirmed that the adsorption performance of the product of the invention was very high compared to the reagent hydroxyapatite. Further, when the invention product and bone charcoal are compared, there is not much difference in the adsorption amount in the concentration range of 0.1 to 1 mg / L of fluorine concentration, but the adsorption performance superior to that of the comparative product in the concentration range of 1 mg / L or more. In particular, in the range of 10 to 100 mg / L, it was revealed that the adsorption performance is very excellent as compared with bone charcoal.

次に、発明品を土壌中に添加したときの吸着能について、長期のカラム吸着試験を行った。結果を図11に示す。カラムは、外径18mm長さ30.5cmのサイズとし、カラムへの充填物は豊浦標準砂に発明品あるいは比較品を砂(70g)に対して100:8の比で添加したものを用いた。カラム入り口より、2mg/Lのフッ素イオンを含んだ水溶液を流通させ、カラム通過後の排水の濃度を定期的に測定した。流速の指標である空間速度(単位時間通過流量/カラム充填物体積)は地下水の浸透、即ち、水の流れの非常に遅い条件下での吸着現象を模擬するため0.089hr−1(=2.1day−1)の低流量に設定した。図中横軸は、発明品あるいは比較品投入量1gあたりの累積処理水量(L)である。また、図中にはフッ素に関する地下水の浄化目標値である地下水環境基準値0.8mg/Lを記載した。尚、比較品としては骨炭(●)を、発明品として脱硫石膏を用いて本発明の方法により合成したもの(○)、石膏ボードを用いて本発明の方法により合成したもの(△)を用いた。この試験結果から、カラムからの排水が0.8mg/Lに到達するまでの累積処理水量を比較すると、発明品は骨炭より累積処理水量が多く、脱硫石膏から合成した発明品は、骨炭の1.2倍(1.5L/g),石膏ボードから合成した発明品は、骨炭の1.6倍(1.9L/g)の水を処理できることが確認された。したがって、フッ素に汚染された土壌の浄化材および,フッ素を多く含む物質を含む廃棄物処分場の化学的バリア材とて、発明品は極めて有効であることが示された。 Next, a long-term column adsorption test was conducted on the adsorption ability when the invention product was added to the soil. The results are shown in FIG. The column had a size of an outer diameter of 18 mm and a length of 30.5 cm, and the packing used for the column was Toyoura standard sand added with the invention or comparative product in a ratio of 100: 8 to sand (70 g). . An aqueous solution containing 2 mg / L of fluorine ions was circulated from the column inlet, and the concentration of waste water after passing through the column was measured periodically. The space velocity (unit time passage flow rate / column packing volume), which is an index of flow velocity, is 0.089 hr −1 (= 2) in order to simulate the infiltration phenomenon of groundwater, that is, the adsorption phenomenon under a very slow condition of water flow. 0.1 day -1 ). In the figure, the horizontal axis represents the cumulative amount of treated water (L) per gram of the invention or comparative product input. In the figure, groundwater environmental standard value 0.8 mg / L, which is the purification target value of groundwater related to fluorine, is described. As comparative products, bone charcoal (●), synthesized by the method of the present invention using desulfurized gypsum (◯), and synthesized by the method of the present invention using gypsum board (△) are used. It was. From this test result, comparing the cumulative amount of treated water until the waste water from the column reaches 0.8 mg / L, the inventive product has more cumulative treated water than bone charcoal, and the inventive product synthesized from desulfurized gypsum is one of bone charcoal. It was confirmed that the invention synthesized from gypsum board, which is twice (1.5 L / g), can treat 1.6 times (1.9 L / g) water of bone charcoal. Therefore, it has been shown that the invention is extremely effective as a soil purification material contaminated with fluorine and a chemical barrier material in a waste disposal site containing a substance containing a large amount of fluorine.

最後に、発明品から溶出するフッ素、ホウ素、カドミウム、セレン、六価クロム、砒素、鉛の濃度を環境庁告示46号法による溶出試験により確認した。結果を表6に示す。いずれの元素の溶出濃度も土壌環境基準値を下回っており、本発明品の環境上の安全性が確認された。また平衡時の水のpHは10程度であり、本発明品がアルカリ性を呈することがこの試験結果からも示された。   Finally, the concentration of fluorine, boron, cadmium, selenium, hexavalent chromium, arsenic and lead eluted from the invention was confirmed by an elution test according to the Environmental Agency Notification No. 46 method. The results are shown in Table 6. The elution concentration of any element was below the soil environmental standard value, confirming the environmental safety of the product of the present invention. Moreover, the pH of water at the time of equilibrium is about 10, and this test result also showed that the product of the present invention exhibits alkalinity.

Figure 2006205154
Figure 2006205154

以上の結果から、今回生成したアパタイトはシリカ含有水酸アパタイトであり、環境浄化材として既存品と同等あるいはより優れた吸着能を有することともに、アルカリ性の性質を有することが示された。   From the above results, it was shown that the apatite produced this time is silica-containing hydroxyapatite, and has the same or better adsorption ability as the existing product as an environmental purification material, and also has an alkaline property.

[残液の再利用検討]
水酸アパタイト合成後に固液分離して得られる液体(以下、残液と呼ぶ)を再使用できるか否かの検討を行った。残液には、下水汚泥焼却灰に水酸化カリウム1.0mol/L溶液を用いて得られたリン酸抽出液を使用して水酸アパタイト合成を行い、その後に固液分離して得られた液体を用いた。残液60体積%に対して1.0mol/L濃度の水酸化カリウム溶液を40体積%混合し、その中に固液比1:5の割合で下水汚泥焼却灰を入れ、室温で200rpmで6時間振とうして溶出操作を行った。抽出後の溶液に1Lあたり0.5molの水酸化カリウムを追加添加して、その中に石膏を88g/L入れ、温度80℃で24時間反応させた。反応操作終了後、固液分離して残液(2回目)を得た。さらに、この残液(2回目)を、上記と同様の操作で下水汚泥焼却灰のリン酸の抽出に用いた。
[Reuse of residual liquid]
An investigation was made as to whether or not a liquid obtained by solid-liquid separation after synthesis of hydroxyapatite (hereinafter referred to as residual liquid) can be reused. The residual liquid was obtained by synthesizing hydroxyapatite using a phosphoric acid extract obtained by using a 1.0 mol / L potassium hydroxide solution in sewage sludge incineration ash, followed by solid-liquid separation. Liquid was used. 40% by volume of a 1.0 mol / L potassium hydroxide solution is mixed with 60% by volume of the remaining liquid, and sewage sludge incineration ash is put therein at a solid-liquid ratio of 1: 5. The elution operation was carried out with shaking. An additional 0.5 mol of potassium hydroxide per liter was added to the solution after extraction, 88 g / L of gypsum was placed therein, and the mixture was reacted at a temperature of 80 ° C. for 24 hours. After completion of the reaction operation, solid-liquid separation was performed to obtain a residual liquid (second time). Furthermore, this residual liquid (2nd time) was used for extraction of phosphoric acid from sewage sludge incineration ash by the same operation as described above.

残液再利用時の水酸化カリウムの使用量は、残液を利用しない場合には合計1.5mol/L量であるが、残液を利用した場合には0.9mol/L量となり、水酸化カリウム使用量を実質4割削減することができる。また、実験操作時の計量結果から、リン酸抽出時の液量の約60体積%相当量が最終的に残液となっており、この時の液量損失は主に下水汚泥焼却灰中に残留する水分量である。このため、再利用時の残液60体積%比率での混合は、実際に発生した残液のほとんどを再利用していることを意味する。   The amount of potassium hydroxide used when reusing the residual liquid is 1.5 mol / L in total when the residual liquid is not used, but 0.9 mol / L when the residual liquid is used. The amount of potassium oxide used can be substantially reduced by 40%. In addition, from the measurement results at the time of the experimental operation, about 60% by volume of the liquid volume at the time of phosphoric acid extraction finally becomes the residual liquid, and the liquid volume loss at this time is mainly in the sewage sludge incineration ash. The amount of water remaining. For this reason, mixing at a ratio of 60% by volume of the remaining liquid at the time of recycling means that most of the actually generated residual liquid is reused.

図12に(a)初回(残液不使用)リン酸抽出時、(b)1回使用済み残液使用によるリン酸抽出時、そして(c)2回使用済み残液使用のリン酸抽出時にそれぞれ測定した下水汚泥焼却灰から新規に溶出したアルミニウムの濃度を示す。この図から、残液を利用したリン酸抽出過程の採用により、下水汚泥焼却灰からのアルミニウム溶出量を低減できることが明らかとなった。   FIG. 12 shows (a) when extracting phosphoric acid for the first time (using no residual liquid), (b) when extracting phosphoric acid using the residual liquid once used, and (c) when extracting phosphoric acid using the residual liquid used twice. The concentration of aluminum newly eluted from each sewage sludge incineration ash is shown. From this figure, it became clear that the aluminum elution amount from the sewage sludge incineration ash can be reduced by adopting the phosphoric acid extraction process using the residual liquid.

図13に使用済み残液を用いた溶出液から合成した試料のXRD測定結果を示す。(a)は水酸化カリウム溶出液を用いた合成試料、(b)は残液(60体積%)利用溶出液を用いた合成試料の測定結果である。使用済み残液を用いた溶出液中には硫酸イオンが高濃度で含まれるため、XRD波形にはシゲナイト(KCa(SO:HO)ピークがあり、生成物中に当該鉱物が若干量含まれていることが確認された。一方、二水石膏や半水石膏の石膏成分のピークについては完全に消滅しており、合成過程で石膏の結晶の分解が完全に行われたことが確認された。さらに水酸アパタイトのピーク部分の波形の形状やピーク高さは、残液を用いずに合成した試料の波形とほぼ一致しており、この結果から残液を用いても水酸アパタイト結晶の生成には何ら影響がないことが示された。 FIG. 13 shows the XRD measurement results of the sample synthesized from the eluate using the used residual liquid. (A) is a measurement result of a synthetic sample using a potassium hydroxide eluate, and (b) is a measurement result of a synthetic sample using a residual liquid (60% by volume) utilization eluate. Since the eluate using the used residual liquid contains a high concentration of sulfate ions, the XRD waveform has a shigenite (KCa (SO 4 ) 2 : H 2 O) peak, and the mineral is present in the product. It was confirmed that some amount was contained. On the other hand, the peak of the gypsum component of dihydrate gypsum and hemihydrate gypsum completely disappeared, and it was confirmed that the gypsum crystals were completely decomposed during the synthesis process. In addition, the waveform shape and peak height of the hydroxyapatite peak are almost the same as the waveform of the sample synthesized without using the residual liquid. Was shown to have no effect.

[下水汚泥焼却灰と乾燥下水汚泥を用いた場合のリン抽出率比較]
下水汚泥焼却灰と乾燥下水汚泥について、水酸化カリウム溶液を用いたリンの抽出操作による固相中のリン含有量変化の測定結果(XRF分析結果)を図14に示す。(a)は下水汚泥焼却灰(処理前)、(b)は下水汚泥焼却灰(0.5mol/L水酸化カリウム処理)、(c)は下水汚泥焼却灰(1mol/L水酸化カリウム処理)、(d)は下水汚泥焼却灰(2mol/L水酸化カリウム処理)、(e)は乾燥下水汚泥(処理前)、(f)乾燥下水汚泥(pH12条件での抽出(0.5〜1mol/L水酸化カリウム処理に相当))の測定結果を表している。尚、乾燥下水汚泥は脱水ケーキをさらに乾燥(風乾)したものとした。水酸化カリウム溶液によるリンの抽出操作により、下水汚泥焼却灰や乾燥下水汚泥中のリンの含有量が減少することが確認された。また、リンの抽出率(溶出量/処理前含有量)は下水汚泥焼却灰で12〜36%、乾燥下水汚泥で34%であり、乾燥下水汚泥を用いてもアルカリ溶液による抽出操作により高い効率でリンを抽出することができることが明らかとなった。上記の結果から下水汚泥焼却灰を原料とする場合と同様なプロセスで、乾燥下水汚泥(通常は脱水ケーキの形態)を原料に、水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材を製造することが可能であることがわかった。尚、下水汚泥はできるだけ乾燥させておくことで、使用するアルカリ溶液の量を削減できる。また、炭化処理することにより、さらなる減容化を図って、アルカリ溶液の量の削減を図ることも可能である。
[Comparison of phosphorus extraction rate when using sewage sludge incineration ash and dry sewage sludge]
FIG. 14 shows the measurement results (XRF analysis results) of the change in phosphorus content in the solid phase by the extraction operation of phosphorus using a potassium hydroxide solution for the sewage sludge incineration ash and the dried sewage sludge. (A) is sewage sludge incineration ash (before treatment), (b) is sewage sludge incineration ash (0.5 mol / L potassium hydroxide treatment), and (c) is sewage sludge incineration ash (1 mol / L potassium hydroxide treatment). (D) is sewage sludge incineration ash (2 mol / L potassium hydroxide treatment), (e) is dry sewage sludge (before treatment), (f) dry sewage sludge (extraction under pH 12 conditions (0.5 to 1 mol / L). Equivalent to L potassium hydroxide treatment))). The dried sewage sludge was obtained by further drying (air-drying) the dehydrated cake. It was confirmed that the phosphorus content in the sewage sludge incineration ash and dry sewage sludge decreased by the extraction operation of phosphorus with potassium hydroxide solution. The phosphorus extraction rate (elution amount / content before treatment) is 12 to 36% for sewage sludge incineration ash and 34% for dry sewage sludge. It was revealed that phosphorus can be extracted with From the above results, it is possible to produce an adsorbent mainly composed of hydroxyapatite crystals using dry sewage sludge (usually in the form of a dehydrated cake) as a raw material in the same process as when using sewage sludge incineration ash as a raw material. I found it possible. In addition, the quantity of the alkaline solution to be used can be reduced by drying sewage sludge as much as possible. In addition, the volume of the alkaline solution can be reduced by further reducing the volume by carbonization.

本発明により、石膏ボード廃棄物や下水汚泥焼却灰あるいは下水汚泥の有効利用を促進することができるとともに、安価に水酸アパタイトを主成分とする吸着材を提供することが出来る。また、本発明の吸着材は環境浄化資材として有用である。また、土壌汚染対策法の施行に伴い、汚染土壌中に含まれる重金属を安定化する資材のニーズが高くなっていることから、本発明による吸着材はこのような土壌汚染対策に対して活用できる。   According to the present invention, effective utilization of gypsum board waste, sewage sludge incineration ash, or sewage sludge can be promoted, and an adsorbent mainly composed of hydroxyapatite can be provided at a low cost. The adsorbent of the present invention is useful as an environmental purification material. In addition, with the enforcement of the Soil Contamination Countermeasures Law, the need for materials that stabilize heavy metals contained in contaminated soil has increased, so the adsorbent according to the present invention can be used for such soil contamination countermeasures. .

本発明の吸着材の製造方法の一例を示す工程図である。It is process drawing which shows an example of the manufacturing method of the adsorbent of this invention. カリミョウバンの溶解度曲線である。It is a solubility curve of potash alum. 実施例で用いた石膏ボード廃棄物のX線回折の結果である。It is a result of the X-ray diffraction of the gypsum board waste used in the Example. 実施例で得られた吸着材のX線回折の結果である。It is a result of the X-ray diffraction of the adsorbent obtained in the Example. 実施例のテストにおける、各吸着材を用いた時に残存する鉛濃度を示すグラフである。It is a graph which shows the lead concentration which remain | survives when using each adsorbent in the test of an Example. 実施例のテストにおける、各吸着材を用いた時に残存するカドミウム濃度を示すグラフである。It is a graph which shows the cadmium density | concentration which remain | survives when using each adsorbent in the test of an Example. 実施例のテストにおける、各吸着材を用いた時に残存するフッ素濃度を示すグラフである。It is a graph which shows the fluorine density | concentration which remain | survives when using each adsorbent in the test of an Example. 水酸化カリウムを追加添加した試料と追加添加しなかった試料のXRF測定結果を示す図である。It is a figure which shows the XRF measurement result of the sample which added potassium hydroxide, and the sample which did not add additionally. 水熱反応時間と水酸アパタイト結晶生成量の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between hydrothermal reaction time and the amount of hydroxyapatite crystal production. 実施例のテストにおける、各吸着材を用いた場合のフッ素の等温吸着線を示す図である。It is a figure which shows the isothermal adsorption line of the fluorine at the time of using each adsorbent in the test of an Example. 実施例のテストにおける、フッ素の長期カラム吸着試験結果を示す図である。It is a figure which shows the long-term column adsorption test result of the fluorine in the test of an Example. 使用済み残液を用いたリン酸抽出操作後の溶液中において、下水汚泥焼却灰から新たに溶出したアルミニウム濃度を示す図である。It is a figure which shows the aluminum concentration newly eluted from the sewage sludge incineration ash in the solution after the phosphoric acid extraction operation using a used residual liquid. 使用済み残液を用いたリン酸溶出液により合成された試料をXRD測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed the XRD measurement of the sample synthesize | combined with the phosphoric acid eluate using a used residual liquid. アルカリ処理前後の下水汚泥焼却灰と乾燥下水汚泥のリン含有量の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of phosphorus content of the sewage sludge incineration ash before and behind alkali treatment, and dry sewage sludge. リン回収型の下水汚泥炭化燃料化システムを示す図である。It is a figure which shows a phosphorus recovery type sewage sludge carbonization fuel system.

Claims (9)

下水汚泥焼却灰をアルカリ溶液中で攪拌した後、濾過分離して得られた溶液に、石膏を投入し、反応開始時のpHを13.0〜14.9とし、40〜100℃で攪拌して、かつ反応終了時のpHを12以上に保持して、前記アルカリ溶液中のリン酸と前記石膏を反応させることを特徴とする水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法。   After stirring the sewage sludge incinerated ash in an alkaline solution, gypsum is added to the solution obtained by filtration and separation, and the pH at the start of the reaction is adjusted to 13.0 to 14.9 and stirred at 40 to 100 ° C. And the pH at the time of completion | finish of reaction is hold | maintained to 12 or more, The phosphoric acid in the said alkaline solution and the said gypsum are made to react, The manufacturing method of the adsorbent which has a hydroxyapatite crystal as a main component is characterized by the above-mentioned. 乾燥・固化した下水汚泥あるいは炭化処理された下水汚泥をアルカリ溶液中で攪拌した後、濾過分離して得られた溶液に、石膏を投入し、反応開始時のpHを13.0〜14.9とし、40〜100℃で攪拌して、かつ反応終了時のpHを12以上に保持して、前記アルカリ溶液中のリン酸と前記石膏を反応させることを特徴とする水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法。   The dried and solidified sewage sludge or carbonized sewage sludge is stirred in an alkaline solution, and gypsum is added to the solution obtained by filtration and separation, and the pH at the start of the reaction is 13.0 to 14.9. And a hydroxyapatite crystal, which is stirred at 40 to 100 ° C. and maintains the pH at the end of the reaction at 12 or more to react phosphoric acid in the alkaline solution with the gypsum. The manufacturing method of adsorbent. 前記石膏が廃石膏である請求項1又は2に記載の水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法。   The method for producing an adsorbent comprising a hydroxyapatite crystal as a main component according to claim 1 or 2, wherein the gypsum is waste gypsum. 前記アルカリ溶液が1.5〜3.0mol/Lの範囲の濃度の水酸化カリウム溶液であり、前記下水汚泥焼却灰、前記乾燥・固化した下水汚泥あるいは前記炭化処理された下水汚泥に対するアルカリ溶液の割合が固液比(L/S)で2〜10(リットル/kg)であり、投入する前記石膏の量は、石膏中に含有するCaと濾過分離して得られた溶液中に含有されるPのモル比が10:6となる量である請求項1〜3いずれか1つに記載の水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法。   The alkaline solution is a potassium hydroxide solution having a concentration in the range of 1.5 to 3.0 mol / L, and is an alkaline solution for the sewage sludge incineration ash, the dried / solidified sewage sludge, or the carbonized sewage sludge. The ratio is 2 to 10 (liter / kg) in terms of solid-liquid ratio (L / S), and the amount of the gypsum to be added is contained in a solution obtained by filtration separation from Ca contained in the gypsum. The method for producing an adsorbent comprising a hydroxyapatite crystal as a main component according to any one of claims 1 to 3, wherein the molar ratio of P is 10: 6. 前記アルカリ溶液が0.1〜3.0mol /Lの範囲の濃度の水酸化カリウム溶液であり、前記下水汚泥焼却灰、前記乾燥・固化した下水汚泥あるいは前記炭化処理された下水汚泥に対するアルカリ溶液の割合が固液比(L/S)で2〜10(リットル/kg)であり、投入する前記石膏の量は、石膏中に含有するCaと濾過分離して得られた溶液中に含有されるPのモル比が10:6となる量であり、石膏投入時に、石膏投入モル量の0.3〜1倍モル量相当の水酸化カリウムを更に添加して、水熱反応開始時のpHを13〜14.9に保持する請求項1〜3いずれか1つに記載の水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法。   The alkaline solution is a potassium hydroxide solution having a concentration in the range of 0.1 to 3.0 mol / L, and is an alkaline solution for the sewage sludge incineration ash, the dried / solidified sewage sludge, or the carbonized sewage sludge. The ratio is 2 to 10 (liter / kg) in the solid-liquid ratio (L / S), and the amount of the gypsum to be added is contained in the solution obtained by filtration separation from Ca contained in the gypsum. The molar ratio of P is 10: 6. When gypsum is charged, potassium hydroxide corresponding to 0.3 to 1 times the molar amount of gypsum is further added to adjust the pH at the start of the hydrothermal reaction. The manufacturing method of the adsorbent which has a hydroxyapatite crystal as described in any one of Claims 1-3 hold | maintained at 13-14.9. 反応終了後吸着材を固液分離して得られた高温の廃液に硫酸を加えpH3以下に調整し、その後冷却させることでカリミョウバンを析出させ、廃液中のアルミニウムイオンおよび硫酸イオンを分離する廃液処理過程を含む請求項1〜5いずれか1つに記載の水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法。   After completion of the reaction, sulfuric acid is added to the high-temperature waste liquid obtained by solid-liquid separation of the adsorbent, and the pH is adjusted to 3 or less, and then cooled to precipitate potassium alum and separate the aluminum ion and sulfate ion in the waste liquid. The manufacturing method of the adsorbent which has a hydroxyapatite crystal | crystallization as described in any one of Claims 1-5 containing a process process as a main component. 前記アルカリ溶液は、反応終了後に吸着材を固液分離して得られた廃液であることを特徴とする請求項1〜6いずれか1つに記載の水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材の製造方法。   The adsorbent comprising a hydroxyapatite crystal as a main component according to any one of claims 1 to 6, wherein the alkaline solution is a waste liquid obtained by solid-liquid separation of the adsorbent after completion of the reaction. Manufacturing method. 請求項1〜7のいずれか1つに記載の製造方法により得られる、水と接するとアルカリ性を呈する水酸アパタイト結晶を主成分とする吸着材。   The adsorbent which has as a main component the hydroxyapatite crystal | crystallization which exhibits the alkalinity when it contacts with water obtained by the manufacturing method as described in any one of Claims 1-7. 請求項1〜7のいずれか1つに記載の製造方法により得られる水酸アパタイト結晶の組成がシリカ含有水酸アパタイトである吸着材。
The adsorbent whose composition of the hydroxyapatite crystal | crystallization obtained by the manufacturing method as described in any one of Claims 1-7 is a silica containing hydroxyapatite.
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