JP2007261878A - 汚泥焼却灰からのリン回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】汚泥焼却灰からリン酸カルシウムを高い回収率で回収することができる汚泥焼却灰からのリン回収方法を提供すること。
【解決手段】汚泥焼却灰とアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物を含む反応液を、汚泥焼却灰／反応液＝０．０２〜０．２kg/Lの割合で混合して混合スラリーとし、液中にリン酸成分を抽出してリン酸成分を含む抽出液と脱リン灰ケーキとに固液分離する。次いで、分離した脱リン灰ケーキを洗浄・固液分離して含水率６０％以下の脱リン灰を得る。一方、前記抽出液にCa(OH)₂を加えて反応させ、リン酸カルシウムケーキと水酸化物イオンを含む再生液とに固液分離し、このリン酸カルシウムケーキを洗浄・固液分離して含水率６０％以下のリン酸カルシウムを得る。また、前記再生液は反応液として循環使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、汚泥焼却灰からリン酸カルシウムを高い回収率で回収することができる汚泥焼却灰からのリン回収方法に関するものである。

従来から、生活排水や工場排水等は通常、活性汚泥法により処理されており、これに伴い発生する汚泥は腐敗防止や減容積を目的に焼却処理され、その後、埋め立て等の処分がなされているのが普通である。一方、この汚泥焼却灰にはリンが高濃度（リン酸に換算して約２０％程度）に含まれており、現在世界的に枯渇が危惧されているリン資源を考えると、毎日大量に発生するこの汚泥焼却灰は安定した有望な資源のひとつと考えられ、汚泥焼却灰中の有効成分を分離し、再利用する提案がいくつかなされている。

このような汚泥焼却灰からリン成分を回収する方法として、例えば特許文献１に示されるように、下記工程からなるものが知られている。
（１）汚泥焼却灰に苛性ソーダと濾液の混合物を加えてリン酸成分およびアルミニウム成分を抽出し、抽出液と抽出残焼却灰に分離する。
（２）抽出液に石灰乳を加え、反応液中のリン酸カルシウム濃度を100g/L以上に維持しながらリン酸カルシウムとアルミン酸ナトリウムとし、リン酸カルシウムと濾液に分離する。
（３）分離したリン酸カルシウム結晶を水洗浄し、付着アルミン酸成分をリン酸カルシウムから分離する。
（４）アルミン酸ナトリウム溶液の一部を抜き出すとともに、残部にリン酸カルシウム洗浄液を加え、濾液として（１）に戻す。
（５）（１）の抽出残焼却灰を水洗浄し、洗浄灰を取り出すとともに洗浄水を濾液とともに（１）に循環するか抽出液に加える。

しかしながら、上記方法においては、抽出液と抽出残焼却灰との固液分離が不十分であり、抽出液からのリン酸カルシウムの回収率が劣るという問題点や、NaOHの回収率が劣るという問題点があり、更には、抽出残焼却灰中から溶出する重金属の管理が十分になされていないという問題点もあった。
特開２００４−２０３６４１号公報

本発明は上記のような問題点を解決して、リン酸カルシウムの回収率およびNaOHの回収率を大幅に向上することができ、また脱リン灰中から溶出する重金属の管理も容易に行うことができる汚泥焼却灰からのリン回収方法を提供することを目的として完成されたものである。

上記課題を解決するためになされた本発明の汚泥焼却灰からのリン回収方法は、汚泥焼却灰とアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物を含む反応液を、汚泥焼却灰／反応液＝０．０２〜０．２kg/Lの割合で混合して混合スラリーとし、液中にリン酸成分を抽出してリン酸成分を含む抽出液と脱リン灰ケーキとに固液分離し、この脱リン灰ケーキを洗浄・固液分離して含水率６０％以下の脱リン灰を得る一方、前記抽出液にCa(OH)₂を加えて反応させ、リン酸カルシウムケーキと水酸化物イオンを含む再生液とに固液分離し、このリン酸カルシウムケーキを洗浄・固液分離して含水率６０％以下のリン酸カルシウムを得るとともに、前記再生液を反応液として循環使用することを特徴とするものである。

なお、前記脱リン灰ケーキおよびリン酸カルシウムケーキを濾材に付着させたまま通水洗浄することが好ましく、これを請求項２に係る発明とする。また、脱リン灰ケーキを洗浄・固液分離して得られた洗浄排水の一部または全部を抽出液と混合し、および／または、リン酸カルシウムケーキを洗浄・固液分離して得られた洗浄排水の一部または全部を再生液と混合することが好ましく、これを請求項３に係る発明とする。さらに、脱リン灰ケーキおよびリン酸カルシウムケーキを洗浄・固液分離して得られた洗浄排水を中和処理して下水処理場に返流することが好ましく、これを請求項４に係る発明とする。

本発明では、固液分離法として濾過法を用いることにより、脱リン灰（およびリン酸カルシウム）を含水率45〜50%にできるため、抽出液収率（および再生液収率）の向上が図れる。
また、脱リン灰ケーキと抽出液の固液分離後、脱リン灰ケーキを濾材に付着させたまま通水洗浄することで、押出し流れに近い洗浄となることから、初期の洗浄排水は脱リン灰ケーキに残留した抽出液が押し出され、抽出液と同程度のリンを含む液が得られ、この結果、積算洗浄水量／焼却灰量（乾燥ベース）＝0〜2.0L/kgの洗浄排水を採取して、抽出液と混合することによりリン収率が向上する。
また、リン収率が向上することにより、リン酸カルシウム製造のためのCa(OH)₂添加量が増加する結果、リン酸カルシウム精製時に副生する水酸化物イオンが増加し、水酸化物イオン回収率が向上する。
更には、脱リン灰ケーキの場合と同様に、リン酸カルシウムの洗浄・固液分離においても、積算洗浄水量／Ca(OH)₂添加量（乾燥ベース）＝0〜2.0L/kgの洗浄排水を採取して、再生液と混合することにより水酸化物イオン回収率が更に向上する。
一方、重金属類は余剰洗浄排水としてプロセス系外へ排出されるので、管理が容易となる。

以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
図１は、本発明に係る泥焼却灰からのリン回収処理工程のフローチャ−トを示すものである。

本発明では、先ず汚泥焼却灰とNaOHを含む反応液を混合して混合スラリーとし、液中にリン酸成分を抽出してリン酸成分を含む抽出液と脱リン灰ケーキとに固液分離する。なお、前記NaOHを含む反応液とは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属水酸化物を含む反応液を意味し、NaOHに限定されるものではない。
これにより、液中にリン酸成分を抽出し、抽出液と脱リン灰ケーキに固液分離する。このように本発明では、固液分離方法として、濾過法を用いる点に特徴を有する。
このとき、汚泥焼却灰と反応液との混合割合は、汚泥焼却灰／反応液＝０．０２〜０．２kg/Lの割合が好ましい。０．０２kg/L未満では処理効率が劣り、０．２kg/Lより大きいと攪拌が困難となるからである。より好ましくは、汚泥焼却灰／反応液＝０．０５〜０．１kg/Lの範囲である。

この場合の反応式の一例を示すと下記のとおりである。
P₂O₅ （灰中に含有）＋6NaOH → 2Na₃PO₄（抽出液中に溶解）＋3H₂O

次いで、分離した脱リン灰ケーキを洗浄・固液分離して含水率６０％以下の脱リン灰を得る。この脱リン灰の含水率６０%以下、好適には５５%以下、更に好適には５０%以下まで脱水処理するのが好ましい。

なお、脱リン灰ケーキと抽出液の固液分離後、脱リン灰ケーキを濾材に付着させたまま通水洗浄するのが好ましい。これにより、押出し流れに近い洗浄となることから、初期の洗浄排水は脱リン灰ケーキに残留した抽出液が押し出され、抽出液と同程度のリンを含む液が得られ、この結果、洗浄排水を採取して抽出液と混合することによりリン収率が向上する。
なお洗浄排水のうち、抽出液と混合するのは積算洗浄水量／焼却灰量（乾燥ベース）＝０〜２．０L/kgの割合とするのが好ましい。

一方、前記抽出液にCa(OH)₂を加えて反応させ、リン酸カルシウムと水酸化物イオンを含む再生液とに固液分離して、リン酸カルシウムケーキとする。なお、再生液はリン酸成分の抽出反応に循環利用する。
この場合の反応式の一例を示すと下記のとおりである。
反応式（例）：2Na₃PO₄＋3Ca(OH)₂→ Ca₃(PO₄)₂↓（沈殿）＋6NaOH（循環利用）

次に、このリン酸カルシウムケーキを洗浄・固液分離して含水率６０％以下のリン酸カルシウムを得る。

なお、分離したリン酸カルシウムは水洗浄処理後に肥料として利用することができる。また、前記脱リン灰も水洗浄処理後にアスファルトフィラーとして利用こともできる。
また、脱リン灰ケーキと抽出液の固液分離後、脱リン灰ケーキを濾材に付着させたまま通水洗浄するのが好ましいことは前述のとおりである。

また、脱リン灰ケーキおよびリン酸カルシウムケーキを洗浄・固液分離して得られた洗浄排水は中和処理後に下水処理場に返流することができる。

以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、リン酸カルシウムの回収率およびNaOHの回収率を大幅に向上することができ、また脱リン灰中から溶出する重金属の管理も容易に行うことができることとなる。

焼却灰30kg（リン含有量 3.27kg）と3wt% NaOH水溶液300Lを50℃で30min混合後、同混合スラリーを濾過面積3.8m²、濾室容積 70Lのフィルタープレスに供給し、濾液（Ａ）を回収した。次いで、フィルタープレスに洗浄水30Lを供給後0.7MPaで30min圧搾し、洗浄濾液（Ｂ）を前項濾液（Ａ）と混合して、混合濾液（Ｃ）とした。
フィルタープレスに洗浄水 700Lを供給後0.7MPaで30min圧搾し、脱リン焼却灰脱水ケーキを得た。得られた脱リン焼却灰脱水ケーキの含水率は50.6%であった。
また、混合濾液（Ｃ）のリン回収量は、2.09kg、回収液量は、299L（液中リン濃度 6.99g/L）で、リン回収率は、63.9%であった。
一方、混合濾液（Ｃ）とCa(OH)₂ 7.2kgを室温で16h混合後、同混合スラリーを濾過面積3.8m²、濾室容積 70Lのフィルタープレスに供給し、濾液（Ｄ）を回収した。
フィルタープレスに洗浄水10Lを供給後、0.7MPaで30min圧搾し、洗浄濾液（Ｅ）を前項濾液（Ｄ）と混合して、混合濾液（Ｆ）とした。
次いで、フィルタープレスに洗浄水700Lを供給後0.7MPaで30min圧搾し、リン酸カルシウム脱水ケーキを得た。得られたリン酸カルシウム脱水ケーキの含水率は47.4%、リン酸カルシウム回収量は10.0kg（乾燥基準）、リン回収率は61.2%であった。
また、混合濾液（Ｆ）のNaOH回収量は8.1kg、回収液量は305L（液中NaOH濃度2.7wt%）、。NaOH回収率は90.0%であった。

[比較例１]

焼却灰30kg（リン含有量 3.27kg）と3wt% NaOH水溶液300Lを50℃で30min混合後、同混合スラリーを濾過面積3.8m²、濾室容積 70Lのフィルタープレスに供給後0.7MPaで30min圧搾し、濾液（ａ）を回収した。また、フィルタープレスに洗浄水 700Lを供給後0.7MPaで30min圧搾し、脱リン焼却灰脱水ケーキを得た。得られた脱リン焼却灰脱水ケーキの特性は以下のとおりであった。
脱リン焼却灰脱水ケーキ：含水率50.4%
濾液（ａ）：リン回収量 1.88kg、回収液量 270L（液中リン濃度 6.96g/L）
リン回収率 57.4%
一方、濾液（ａ）とCa(OH)₂ 6.7kgを室温で16h混合後、同混合スラリーを濾過面積3.8m²、濾室容積 70Lのフィルタープレスに供給後0.7MPaで30min圧搾し、濾液（ｂ）を回収し、フィルタープレスに洗浄水700Lを供給後0.7MPaで30min圧搾し、リン酸カルシウム脱水ケーキを得た。
得られたリン酸カルシウム脱水ケーキの特性は、含水率47.1%、リン酸カルシウム回収量：9.3kg（乾燥基準）、リン回収率：60.9%であった。
また、混合濾液（ｂ）は、NaOH回収量：7.3kg、回収液量：261L（液中NaOH濃度 2.8wt%）、NaOH回収率：81.1%であった。

[比較例２]
焼却灰30kg（リン含有量 3.27kg）と3wt% NaOH水溶液300Lを50℃で30min混合後、同混合スラリーを遠心分離法により固液分離し、濾液（ａ）と脱リン焼却灰脱水ケーキを得た。
得られた脱リン焼却灰脱水ケーキの含水率は62.3%、濾液（ａ）のリン回収量は1.74kg、回収液量は250L（液中リン濃度 6.96g/L）で、リン回収率は53.2%であった。
一方、濾液（ａ）とCa(OH)₂ 6.7kgを室温で16h混合後、同混合スラリーを濾過面積3.8m²、濾室容積 70Lのフィルタープレスに供給後0.7MPaで30min圧搾し、濾液（ｂ）を回収した。
フィルタープレスに洗浄水700Lを供給後0.7MPaで30min圧搾し、リン酸カルシウム脱水ケーキを得た。得られたリン酸カルシウム脱水ケーキの含水率は60.7%、リン酸カルシウム回収量 8.4kg（乾燥基準）で、リン回収率は51.4%であった。
また、混合濾液（ｂ）はNaOH回収量：6.7kg、回収液量：242L（液中NaOH濃度 2.8wt%）で、NaOH回収率は74.4%であった。

本発明の実施の形態を示すフローチャ−トである。

Claims (4)

1. 汚泥焼却灰とアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物を含む反応液を、汚泥焼却灰／反応液＝０．０２〜０．２kg/Lの割合で混合して混合スラリーとし、液中にリン酸成分を抽出してリン酸成分を含む抽出液と脱リン灰ケーキとに固液分離し、この脱リン灰ケーキを洗浄・固液分離して含水率６０％以下の脱リン灰を得る一方、前記抽出液にCa(OH)₂を加えて反応させ、リン酸カルシウムケーキと水酸化物イオンを含む再生液とに固液分離し、このリン酸カルシウムケーキを洗浄・固液分離して含水率６０％以下のリン酸カルシウムを得るとともに、前記再生液を反応液として循環使用することを特徴とする汚泥焼却灰からのリン回収方法。
2. 脱リン灰ケーキおよびリン酸カルシウムケーキを濾材に付着させたまま通水洗浄することを特徴とする請求項１に記載の汚泥焼却灰からのリン回収方法。
3. 脱リン灰ケーキを洗浄・固液分離して得られた洗浄排水の一部または全部を抽出液と混合し、および／または、リン酸カルシウムケーキを洗浄・固液分離して得られた洗浄排水の一部または全部を再生液と混合することを特徴とする請求項１または２に記載の汚泥焼却灰からのリン回収方法。
4. 脱リン灰ケーキおよびリン酸カルシウムケーキを洗浄・固液分離して得られた洗浄排水を中和処理して下水処理場に返流することを特徴とする請求項１または２または３に記載の汚泥焼却灰からのリン回収方法。

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