JP2022190642A - Fertilizer and production method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、木質バイオマス灰を原料とした肥料及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fertilizer using woody biomass ash as a raw material and a method for producing the same.
近年地球温暖化が問題となってきておりその原因である温室効果ガスを排出しない再生可能エネルギーの導入を推進するため、固定価格買取制度(FIT)法が制定されたことから間伐材等の木質系燃料を使用したバイオマス発電が増加してきており、それに伴って排出される焼却灰(以下、木質バイオマス灰ともいう)も増加しているが、現状有効なリサイクル方法が確立されておらず、廃棄物として埋め立て処分されている。 In recent years, global warming has become a problem, and in order to promote the introduction of renewable energy that does not emit greenhouse gases, the feed-in tariff (FIT) law was enacted. Biomass power generation using biomass fuel is increasing, and the incineration ash (hereinafter also referred to as woody biomass ash) that is emitted along with this is increasing. It is disposed of as landfill.
一方木質バイオマス灰は木質系燃料を使用していることから、木質由来のカリウムやカルシウム等の肥料成分を多く含んでいる。また木質バイオマス発電に使用される燃焼炉にはストーカ炉、流動床炉、回転キルン炉等があり、特に流動床炉は珪砂等の粒子層の下部から加圧された空気を供給して、蓄熱した珪砂等を流動させ、その中で燃料を燃焼させるため、珪砂等の摩滅により生じる珪素分を多量に含んだ珪砂粉等も木質バイオマス灰には多く含まれていることから、特に珪素分を補うための肥料としての利用が試みられている。 On the other hand, since woody biomass ash uses woody fuel, it contains a large amount of fertilizer components such as potassium and calcium derived from wood. Combustion furnaces used for woody biomass power generation include stoker furnaces, fluidized bed furnaces, and rotary kiln furnaces. Silica sand, etc. is made to flow and fuel is burned in it, so woody biomass ash contains a large amount of silica sand powder, etc. containing a large amount of silicon content generated by abrasion of silica sand, etc. Attempts have been made to use it as a supplementary fertilizer.
特にイネ科の植物は、珪素分を多く必要とすることから有用な肥料として利用が試みられている。例えば、下記特許文献1(特開2021-14394号公報)には、バイオマス焼却灰を用いて、K2Oを1.0質量%以上、およびSiO2を20質量%以上含むカリウム源に、マグネシウム源および/またはカルシウム源を、Mg/Caモル比が0.25~1.0および/またはCa/Siモル比が1.25~1.95になるように混合した混合原料を、1275~1400℃で焼成した後、毎分30℃以下の速度で冷却して珪酸質肥料を製造する方法が開示されており、メルビナイト及びモンティセライトの合計の含有率が30%以上である珪酸質肥料であり、水-弱酸性陽イオン交換樹脂法により測定した水溶性珪酸の水溶率が13%以上、溶性加里が0.5%以上の肥料が示されている。In particular, plants of the Gramineae family require a large amount of silicon, and are therefore being tried to be used as useful fertilizers. For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2021-14394) below, biomass incineration ash is used, and a potassium source containing 1.0% by mass or more of K O and 20 % by mass or more of SiO is added with magnesium source and / or calcium source, Mg / Ca molar ratio is 0.25 ~ 1.0 and / or Ca / Si molar ratio is 1.25 ~ 1.95 mixed raw material, 1275 ~ 1400 C., and then cooled at a rate of 30.degree. C. or less per minute to produce a siliceous fertilizer. , a fertilizer with a water-soluble silicic acid content of 13% or more and a soluble potassium content of 0.5% or more as measured by the water-weakly acidic cation exchange resin method.
また下記特許文献2(特開2016-166115号公報)には、木質焼却灰は強アルカリ性を示すことから、強酸性を示す無機酸を混合して木質バイオマス灰のアルカリ分を中和して肥料とする製造方法および肥料が記載されている。 In addition, in the following Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-166115), since the wood incineration ash exhibits strong alkalinity, an inorganic acid exhibiting strong acidity is mixed to neutralize the alkali content of the woody biomass ash. A manufacturing method and a fertilizer are described.
上記特許文献1に記載の肥料は、主に水田の土壌に施用することが想定されているが、水田の土壌の最適pH(水素イオン濃度)は5.5~6.5といわれており、アルカリ分が多い木質バイオマス灰で作られた肥料では土壌のpHが高くなってしまう。しかしながら土壌は雨水、酸性肥料の施用、有機物の分解に伴う有機酸の生成等により酸性化しやすいため、木質バイオマス灰のようにアルカリ分の多い肥料であっても、酸性度を改良するための土壌改良材として施用することは可能であり、また稲のように湛水栽培をする場合は水田中の多量の水により薄められるため、土壌のpHは高くなりにくい。 The fertilizer described in
一方芝生のような湛水栽培をしないイネ科の植物も珪素を多く必要とするが、木質バイオマス灰のようなアルカリ分が高い原料で出来ている肥料を施用すると土壌のpHが上がりやすく、十分注意する必要がある。また、1275~1400℃の高温で焼成する場合、特殊な焼成炉等が必要になり製造コストが高くなる問題もある。 On the other hand, plants of the grass family that are not submerged, such as lawns, also require a lot of silicon, but if you apply a fertilizer made from raw materials with a high alkaline content, such as woody biomass ash, the pH of the soil will tend to rise, so be careful. There is a need to. Moreover, when firing at a high temperature of 1275 to 1400° C., a special firing furnace or the like is required, which raises the manufacturing cost.
また、上記特許文献2には強酸性を示す無機酸により中和することが提案されている。一般的にバイオマス灰には微量ではあるがクロム等の重金属が含まれており、強酸性を示す無機酸により中和を行うと、アルカリ分と反応し中性になる前に一部の重金属が溶出してしまう。一旦溶出した重金属はバイオマス灰に再度付着するが、この付着した重金属は雨水等でも簡単に溶出してしまうため、これを使用した肥料を土壌に施用すると土壌及び地下水を汚染する可能性がある。 In addition, the
以上から、近年増加している木質バイオマス灰の有効なリサイクル方法として肥料としての利用が試みられているが、アルカリ分が高く、施用に十分注意が必要であり、特にアンモニア態窒素肥料と同時に施用するとアンモニアが揮散してしまううえ、あらかじめ酸により中和する場合、重金属が溶出するおそれがある。 Based on the above, attempts have been made to use woody biomass ash as a fertilizer as an effective method of recycling woody biomass ash, which has been increasing in recent years. As a result, ammonia volatilizes, and heavy metals may be eluted if neutralized with an acid in advance.
そこで、本発明者らは、木質バイオマス灰の中和方法について鋭意検討を行った結果、酸を含浸させた微粉炭を加えることで強酸による木質バイオマス灰への作用を緩和し、重金属の溶出を抑えるとともに、木質バイオマス灰のpHを下げることが可能となることに想到し、本発明に至ったものである。 Therefore, the present inventors conducted intensive studies on a method for neutralizing woody biomass ash. As a result, the addition of pulverized coal impregnated with acid alleviates the action of strong acid on woody biomass ash and prevents the elution of heavy metals. The inventors have conceived that it is possible to reduce the pH of woody biomass ash while suppressing it, and have arrived at the present invention.
そこで、本発明の目的は、木質バイオマス灰を原料とし、アンモニア態窒素の揮散を抑え、且つ重金属が溶出しにくい肥料及びその製造方法を提供するものである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fertilizer that uses woody biomass ash as a raw material, suppresses volatilization of ammonium nitrogen, and hardly elutes heavy metals, and a method for producing the same.
本発明の第1の態様の肥料は、バイオマス燃焼炉から発生する木質バイオマス灰と酸を含浸させた微粉炭を含有し、且つ前記微粉炭の酸含浸前の重量が前記木質バイオマス灰の重量に対して5~50重量%であることを特徴とする。 The fertilizer of the first aspect of the present invention contains woody biomass ash generated from a biomass combustion furnace and pulverized coal impregnated with acid, and the weight of the pulverized coal before acid impregnation is equal to the weight of the woody biomass ash. It is characterized by being 5 to 50% by weight.
本発明の第2の態様の肥料は、第1の態様の肥料であって、前記バイオマス燃焼炉は流動床式燃焼炉であることを特徴とする。 A fertilizer according to a second aspect of the present invention is the fertilizer according to the first aspect, wherein the biomass combustion furnace is a fluidized bed combustion furnace.
本発明の第3の態様の肥料の製造方法は、微粉炭に酸を含浸させる酸含浸工程と、前記酸含浸工程で酸を含浸させた前記微粉炭とバイオマス燃焼炉から発生する木質バイオマス灰を混合する混合工程と、前記混合工程で混合した混合灰を乾燥する乾燥工程と、前記乾燥工程で乾燥した乾燥灰を造粒する造粒工程からなることを特徴とする。 A method for producing a fertilizer according to a third aspect of the present invention includes an acid impregnation step of impregnating pulverized coal with acid, and the pulverized coal impregnated with acid in the acid impregnation step and woody biomass ash generated from a biomass combustion furnace. It is characterized by comprising a mixing step of mixing, a drying step of drying the mixed ash mixed in the mixing step, and a granulation step of granulating the dried ash dried in the drying step.
本発明の第4の態様の肥料の製造方法は、第3の態様の肥料の製造方法であって、前記バイオマス燃焼炉は流動床式燃焼炉であることを特徴とする。 A method for producing fertilizer according to a fourth aspect of the present invention is the method for producing fertilizer according to the third aspect, wherein the biomass combustion furnace is a fluidized bed combustion furnace.
本発明の第5の態様の肥料の製造方法は、第3または4の態様の肥料の製造方法であって、前記微粉炭の酸含浸前の重量が前記木質バイオマス灰の重量に対して5~50重量%であることを特徴とする。 The method for producing a fertilizer according to a fifth aspect of the present invention is the method for producing a fertilizer according to the third or fourth aspect, wherein the weight of the pulverized coal before acid impregnation is 5 to the weight of the woody biomass ash. 50% by weight.
本発明の第1の態様の肥料によれば、あらかじめ酸を含浸した微粉炭によって木質バイオマス灰に含まれるアルカリ分が中和されているため、アンモニア態窒素肥料と同時に施用する際にアンモニアが揮散することがなく、且つ過剰の酸によって木質バイオマス灰中の重金属が溶出し、土壌および地下水を汚染することを抑制できる。また酸含浸前の微粉炭の重量を木質バイオマス灰の重量に対して5~50重量%にすることで、十分な施肥効果が得られ、且つ微粉炭が目立って土壌が黒っぽくなることを防止できる。 According to the fertilizer of the first aspect of the present invention, since the alkaline content contained in the woody biomass ash is neutralized by the pulverized coal impregnated with acid in advance, ammonia volatilizes when applied simultaneously with the ammonia nitrogen fertilizer. Moreover, it is possible to suppress the elution of heavy metals in the woody biomass ash due to excess acid, which would contaminate the soil and groundwater. In addition, by setting the weight of pulverized coal before acid impregnation to 5 to 50% by weight with respect to the weight of woody biomass ash, a sufficient fertilization effect can be obtained and the pulverized coal can be conspicuous and the soil can be prevented from becoming dark. .
本発明の第2の態様の肥料によれば、流動床式燃焼炉は珪素を多く含有した砂を主な流動媒体とすることから、砂が摩滅して多くの珪素分を含んだ微粒子が木質バイオマス灰に混入しているため、木質バイオマス灰に含まれるカリウムやカルシウムに加えて珪素を含有した肥料となることから、特に珪素を必要とするイネ科の植物に対して珪素の施肥効果が得られる。 According to the fertilizer of the second aspect of the present invention, since sand containing a large amount of silicon is used as a main fluidizing medium in the fluidized bed combustion furnace, fine particles containing a large amount of silicon are produced as wood by abrasion of the sand. Since it is mixed with biomass ash, it becomes a fertilizer that contains silicon in addition to the potassium and calcium contained in woody biomass ash, so the fertilizing effect of silicon can be obtained especially for plants of the grass family that require silicon. be done.
本発明の第3の態様の肥料の製造方法によれば、酸を含浸した微粉炭の混合量により土壌改質材、元肥、追肥に用途分けして使用でき、且つ重金属による土壌および地下水の汚染を抑制できる肥料が提供できる。 According to the method for producing a fertilizer according to the third aspect of the present invention, the amount of acid-impregnated pulverized coal mixed can be selected for use as a soil conditioner, base fertilizer, and top dressing, and the soil and groundwater are contaminated with heavy metals. It is possible to provide a fertilizer that can suppress
本発明の第4の態様の肥料の製造方法によれば、木質由来のカリウムおよびカルシウムのほか、流動媒体から生じる微粉砂から珪素が溶け出すため、珪素の施肥効果がある肥料が提供できる。 According to the method for producing a fertilizer according to the fourth aspect of the present invention, in addition to wood-derived potassium and calcium, silicon is eluted from the fine sand produced from the fluid medium, so a fertilizer having a fertilizing effect of silicon can be provided.
本発明の第5の態様の肥料の製造方法によれば、酸を含浸する前の微粉炭の重量を木質バイオマス灰の重量に対して5~50重量%にすることで、十分な施肥効果が得られ、且つ土壌が黒っぽくならない肥料を提供できる。 According to the method for producing a fertilizer according to the fifth aspect of the present invention, a sufficient fertilization effect can be obtained by setting the weight of pulverized coal before impregnating with acid to 5 to 50% by weight with respect to the weight of woody biomass ash. It is possible to provide a fertilizer that is obtained and does not darken the soil.
以下、本発明の実施形態に係る肥料およびその製造方法について説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具現化するための肥料およびその製造方法を例示するものであって、本発明をこれに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適用し得るものである。 A fertilizer and a method for producing the same according to embodiments of the present invention will be described below. However, the embodiments shown below are intended to exemplify fertilizers and methods for producing the same for embodying the technical idea of the present invention, and are not intended to limit the present invention to these. are equally applicable to other embodiments within the scope of
[実施形態]
以下、図1を参照して本発明の実施形態に係る肥料の製造方法を説明する。図1は、本発明の実施形態に係る肥料の製造方法の工程ブロック図である。
本発明の実施形態に係る肥料の製造方法は、微粉炭に酸を含浸させる酸含浸工程(a)と、酸を含浸させた微粉炭とバイオマス燃焼炉から発生する木質バイオマス灰を混合する混合工程(b)と、混合した混合灰を乾燥する乾燥工程(c)と、乾燥した混合灰を造粒する造粒工程(d)からなっている。[Embodiment]
Hereinafter, a method for producing a fertilizer according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a process block diagram of a fertilizer manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
A method for producing a fertilizer according to an embodiment of the present invention includes an acid impregnation step (a) of impregnating pulverized coal with acid, and a mixing step of mixing pulverized coal impregnated with acid and woody biomass ash generated from a biomass combustion furnace. (b), a drying step (c) for drying the mixed ash, and a granulation step (d) for granulating the dried mixed ash.
以下、各工程について詳述する。
(a)酸含浸工程
この工程では、微粉炭に硫酸等の酸を含浸させる。微粉炭には無数の微細な細孔が有るため、あらかじめ酸をこの細孔に吸収させておくことができる。含浸させる酸は、特に限定するものではなく、木質バイオマス灰のpHによって酸の種類および濃度を調整する。
なお微粉炭は一般的に市販されている炭の微粉でよく、特に限定されるものではない。Each step will be described in detail below.
(a) Acid impregnation step In this step, pulverized coal is impregnated with an acid such as sulfuric acid. Since pulverized coal has countless fine pores, acid can be absorbed in the pores in advance. The impregnating acid is not particularly limited, and the type and concentration of the acid are adjusted according to the pH of the woody biomass ash.
The pulverized charcoal may be a commercially available fine charcoal powder, and is not particularly limited.
(b)混合工程
この工程では、バイオマス燃焼炉から発生する木質バイオマス灰と酸を含浸させた微粉炭を混合する。この酸を含浸させた微粉炭を木質バイオマスに混合すると木質バイオマス灰に含有されているカルシウム等のアルカリ分が酸により中和される。この際中和で発生する中和水によりアルカリ分に接触している酸は薄められpHが上がり重金属の溶出を抑制できる。(b) Mixing step In this step, the woody biomass ash generated from the biomass combustion furnace and the pulverized coal impregnated with acid are mixed. When this acid-impregnated pulverized coal is mixed with the woody biomass, the acid neutralizes the alkali content such as calcium contained in the woody biomass ash. At this time, neutralization water generated by the neutralization dilutes the acid in contact with the alkaline component, raising the pH and suppressing the elution of heavy metals.
一旦薄められた酸は、微粉炭から沁み出す酸によってpHが下がり、さらに木質バイオマス灰のアルカリ分と中和反応を行い、全体のアルカリ分が減少する。この時微粉炭に含浸した酸は、微粉炭の細孔を通って沁み出してくるため、アルカリ分に対して過剰な酸が一度に供給されることがなく、部分的な酸過剰部が生じないため、木質バイオマス灰中の重金属の溶出が抑制される。 Once diluted, the acid seeps out of the pulverized coal, lowers the pH, further neutralizes the alkali content of the woody biomass ash, and reduces the overall alkali content. At this time, the acid impregnated into the pulverized coal seeps out through the fine pores of the pulverized coal, so the excess acid is not supplied to the alkali content at once, and a partial excess acid occurs. Therefore, the elution of heavy metals in woody biomass ash is suppressed.
一方、木質バイオマス灰に強酸を直接混合すると、部分的に過剰な酸が木質バイオマス灰に作用して、重金属等が溶出してしまう恐れがある。一旦溶出した重金属はそのまま木質バイオマス灰の表面に付着したまま残存する。この残存した重金属は雨水等によっても溶出しやすいため、土壌及び地下水を汚染する恐れがある。 On the other hand, if a strong acid is directly mixed with the woody biomass ash, there is a risk that a partially excessive acid will act on the woody biomass ash, eluting heavy metals and the like. Heavy metals once eluted remain attached to the surface of the woody biomass ash. Since the remaining heavy metals are likely to be eluted by rainwater or the like, they may contaminate soil and groundwater.
なお、木質バイオマス灰に弱酸または濃度を薄めた強酸を混合して中和する場合、木質バイオマス灰からの重金属の溶出は抑制されるが、比較的多くの水分が残るため、造粒する前に乾燥する必要があるが、酸を含浸させた微粉炭を混合する場合は、もともと水分が少ないうえ、中和熱により水分が蒸発し、造粒に適した水分量に調整することが可能であり、造粒前の乾燥時間を短縮もしくは省略できる。 When woody biomass ash is neutralized by mixing it with a weak acid or a diluted strong acid, the elution of heavy metals from woody biomass ash is suppressed, but a relatively large amount of water remains. It needs to be dried, but when pulverized coal impregnated with acid is mixed, the moisture content is originally low, and the heat of neutralization evaporates the moisture, making it possible to adjust the moisture content to a level suitable for granulation. , the drying time before granulation can be shortened or omitted.
木質バイオマス灰に混合する微粉炭の量は含浸する酸及び木質バイオマス灰のアルカリ度によって異なり、ほぼ中性にすることで良好な肥料となるが、微粉炭の量を少なくすると肥料がアルカリ性になるため、酸性土化した土壌の土壌改良材も兼ねることができる。また微粉炭の量を多くすると、ほぼ中性にすることができるため元肥及び追肥として利用できる。なお、混合方法および装置は、ミキサー等の一般的な混合方法および装置を使用できる。 The amount of pulverized coal mixed with the woody biomass ash varies depending on the acid to be impregnated and the alkalinity of the woody biomass ash. Making it almost neutral results in a good fertilizer, but if the amount of pulverized coal is reduced, the fertilizer becomes alkaline. Therefore, it can also serve as a soil improvement material for acidic soil. Also, if the amount of pulverized coal is increased, it can be made almost neutral, so it can be used as base fertilizer and top dressing. As for the mixing method and device, a general mixing method and device such as a mixer can be used.
(c)乾燥工程
この工程では、混合工程で混合した混合灰を造粒に適した含水率に乾燥する。なお、木質バイオマス灰と酸を含浸させた微粉炭を混合した混合灰はあらかじめ造粒に適した含水率に調整することが可能であり、その場合、この工程は省略できる。(c) Drying step In this step, the mixed ash mixed in the mixing step is dried to a moisture content suitable for granulation. The mixed ash obtained by mixing woody biomass ash and acid-impregnated pulverized coal can be adjusted in advance to have a moisture content suitable for granulation, in which case this step can be omitted.
(d)造粒工程
この工程では、木質バイオマス灰と酸を含浸した微粉炭を混合した混合灰を造粒機で造粒する。混合灰をそのまま撒くと飛散したり、濡れると塊状のダマになったりして施用しにくいため、粒状等に造粒する。また、造粒に際して水溶性の粘結材を加えることでより用途に適した造粒物が得られる。なお造粒方法および装置には、コンパクティング造粒機、ブリケッティング造粒機、エクストルード造粒機、パン型転動造粒機等の一般的な造粒方法および造粒機を使うことができる。(d) Granulation step In this step, mixed ash obtained by mixing woody biomass ash and pulverized coal impregnated with acid is granulated by a granulator. If the mixed ash is scattered as it is, it will scatter, and if it gets wet, it will become lumpy and difficult to apply, so it is granulated. Further, by adding a water-soluble caking agent at the time of granulation, a granule more suitable for the application can be obtained. As the granulation method and apparatus, a general granulation method and granulator such as a compacting granulator, a briquetting granulator, an extruded granulator, and a pan-type tumbling granulator may be used. can be done.
以下、さらに肥料について詳述する。
微粉炭に酸を含浸させると微粉炭中の細孔に酸が含浸する。この酸を含浸した微粉炭と木質バイオマス灰を混合すると微粉炭の周りの木質バイオマス灰中のアルカリ分と微粉炭に含浸している酸が中和反応を行い、水と塩が生じる。この水に木質バイオマス灰のカルシウム等のアルカリ分が溶出するとともに微粉炭の細孔中の酸も拡散しさらに中和反応が進む。この際酸は微粉炭の細孔を通って拡散するため常にアルカリ分のほうが酸よりも多くなり、木質バイオマス灰に過度な酸の作用が生じることはなく、重金属が強酸により溶出することを抑制できる。Fertilizers are further detailed below.
When the pulverized coal is impregnated with acid, the acid impregnates the pores in the pulverized coal. When this acid-impregnated pulverized coal and woody biomass ash are mixed, the alkali content in the woody biomass ash surrounding the pulverized coal and the acid impregnated in the pulverized coal undergo a neutralization reaction to generate water and salt. Alkaline components such as calcium in the woody biomass ash are eluted into this water, and the acid in the pores of the pulverized coal is also diffused to further promote the neutralization reaction. At this time, since the acid diffuses through the pores of the pulverized coal, the alkalinity is always greater than the acid, preventing the woody biomass ash from being excessively affected by the acid and suppressing the elution of heavy metals by the strong acid. can.
微粉炭に含浸させる酸はアルカリ分を中和できればいいため、特に限定する必要はないが、例えば硫酸を使用すると中和により生成される塩は主に硫酸カルシウム及び硫酸カリウムであり、これらはカリウム、カルシウムのほか硫黄の施肥効果に寄与する。また、硝酸を使用すると同様に窒素の施肥効果が得られるが、硝酸態窒素は施肥し過ぎると過剰に植物等に蓄積され、過剰に蓄積された野菜等を食した際の人体への影響が懸念されていることから、注意を要す。さらにまた、リン酸を使用するとリンの施肥効果が得られるが、土壌が酸性になるとリン酸の施肥効果を阻害するアルミナ等が活発になるためpHをアルカリ側に調整する必要がある。 The acid with which the pulverized coal is impregnated does not have to be particularly limited as long as it can neutralize the alkali content. , contributes to the fertilization effect of sulfur in addition to calcium. In addition, the use of nitric acid has the same effect of nitrogen fertilization, but if nitrate nitrogen is applied too much, it accumulates excessively in plants, etc., and the effects on the human body when eating excessively accumulated vegetables, etc. Caution is warranted due to concerns. Furthermore, when phosphoric acid is used, the fertilization effect of phosphorus can be obtained, but when the soil becomes acidic, alumina and the like that inhibit the fertilization effect of phosphoric acid become active, so it is necessary to adjust the pH to the alkaline side.
また酸を含浸させる微粉炭は特に限定する必要はないが、例えば下水汚泥を炭化して得られる下水汚泥炭はリンを多量に含有しているため、これを微粉炭として使用することでリンの施肥効果が得られる。 The pulverized coal to be impregnated with the acid is not particularly limited. For example, sewage sludge coal obtained by carbonizing sewage sludge contains a large amount of phosphorus. Fertilization effect is obtained.
さらにまたゼオライトや珪藻土等のような多孔質の材料で且つ酸と反応しない材料であれば酸の含浸材として利用することができるがゼオライトや珪藻土のように比重が大きい材料を使用すると肥料が重くなり、取り扱いが大変になるため、より軽い微粉炭を使用するほうが良い。 Furthermore, a material such as zeolite or diatomaceous earth which is porous and does not react with acid can be used as an acid impregnating material. It is better to use lighter pulverized coal because it becomes difficult to handle.
なお、予め微粉炭と木質バイオマス灰を混合したのち、酸で中和することで外観上同様な肥料が得られるが、本発明の実施形態の製造方法により製造することでのみ上述した効果が得られる。 By mixing pulverized coal and woody biomass ash in advance and then neutralizing with acid, a fertilizer with a similar appearance can be obtained. be done.
一方、流動床式燃焼炉から発生する木質バイオマス灰には、流動媒体の砂が摩滅して微粉化した微粒子が含まれている。この微粒子は珪素を多く含んでいるうえ、高温の状態で摩擦により生成されるため、非常に細かいため表面積が広く、また活性化しているため珪素の溶出量が比較的多くなり、珪素の施肥効果も得られる。 On the other hand, the woody biomass ash generated from the fluidized bed combustion furnace contains fine particles that are pulverized by abrasion of the sand of the fluidized medium. Since these fine particles contain a large amount of silicon and are generated by friction at high temperatures, they are extremely fine and have a large surface area. is also obtained.
なお、流動床式燃焼炉から発生する木質バイオマス灰は、もともとアルカリ分や重金属を含有していない流動媒体の微粒子を多く含むため、その他の燃焼炉から発生する木質バイオマス灰と比較して、アルカリ分も少なく、重金属等の有害物質の含有量も少ないことから、肥料としやすく、またより安全である。 The woody biomass ash generated from the fluidized bed combustion furnace originally contains a large amount of fluidized medium particles that do not contain alkali or heavy metals. It is easy to use as a fertilizer and safer because it contains less harmful substances such as heavy metals.
<微粉炭混合とpHに関する実験[実験例1~9、比較例1]>
本発明の実施形態の製造方法で、含浸する酸の濃度および酸を含浸した微粉炭の量を変えて、肥料を製作し、そのpHを測定した。<Experiments on pulverized coal mixing and pH [Experimental Examples 1 to 9, Comparative Example 1]>
Fertilizers were produced by changing the concentration of impregnated acid and the amount of pulverized coal impregnated with acid in the manufacturing method of the embodiment of the present invention, and the pH thereof was measured.
最初に微粉炭に濃度の異なる硫酸を任意の割合で含浸させたのち、木質バイオマス灰に任意の割合で混合し、造粒を行い、試料(実験例1~9)を製作し、重量体積比10%で純水と混合し、pHを測定した。また木質バイオマス灰(比較例1)のpHを同様にして測定した。その結果を表1および図2に示した。 First, pulverized coal was impregnated with sulfuric acid of different concentrations at an arbitrary ratio, then mixed with woody biomass ash at an arbitrary ratio, granulated, samples (Experimental Examples 1 to 9) were produced, and the weight-to-volume ratio It was mixed with pure water at 10% and the pH was measured. Also, the pH of woody biomass ash (Comparative Example 1) was measured in the same manner. The results are shown in Table 1 and FIG.
表1および図2の結果から、以下のことが判明した。
木質バイオマス灰にあらかじめ硫酸を含浸した微粉炭を混合することで、任意のpHの肥料が得られ、特に濃度が高い硫酸を含浸することでほぼ中性の肥料が得られた。なお、濃度が90重量%以上の濃硫酸を使用すると、より少量の硫酸で中性にすることができるが、濃硫酸は管理上より注意を要するため、今回は実施しなかった。The results of Table 1 and FIG. 2 revealed the following.
By mixing woody biomass ash with pulverized coal pre-impregnated with sulfuric acid, a fertilizer with an arbitrary pH was obtained. If concentrated sulfuric acid having a concentration of 90% by weight or more is used, neutralization can be achieved with a smaller amount of sulfuric acid.
また硫酸を含浸した微粉炭の混合量を増やすと濃度の低い硫酸でも中性にすることができるが、微粉炭の量が木質バイオマス灰に対して50重量%を超えると、炭が目立って全体的に黒っぽくなるうえ、施用したのち、乾燥した際に微粉炭が舞うことから、中性に近い肥料を得るためには濃度の高い硫酸を含浸したほうがよい。 In addition, if the mixed amount of pulverized coal impregnated with sulfuric acid is increased, even low-concentration sulfuric acid can be neutralized. In general, it becomes blackish, and when it dries after application, pulverized coal floats, so it is better to impregnate with high concentration sulfuric acid in order to obtain a near-neutral fertilizer.
一方酸性度の高い土壌に施用する場合は、濃度の低い硫酸を含浸させるか、硫酸を含浸させた微粉炭の量を少なくすることで、土壌改良材および肥料としての両方の効能が得られるが、微粉炭の量が木質バイオマス灰に対して5重量%未満だとpHの改善が得られない。なお、微粉炭に含浸させる酸は硫酸に限定されるものでなく、塩酸、硝酸、リン酸等の一般的な酸を使用できる。 On the other hand, when applied to highly acidic soil, impregnation with low-concentration sulfuric acid or reducing the amount of pulverized coal impregnated with sulfuric acid can provide benefits as both a soil conditioner and a fertilizer. If the amount of pulverized coal is less than 5% by weight relative to the woody biomass ash, no improvement in pH is obtained. The acid with which the pulverized coal is impregnated is not limited to sulfuric acid, and general acids such as hydrochloric acid, nitric acid and phosphoric acid can be used.
以上のことから、微粉炭の混合量を、木質バイオマス灰に対して5~50重量%とすることで任意のpHに調整された肥料が得られる。 Based on the above, a fertilizer adjusted to an arbitrary pH can be obtained by mixing pulverized coal in an amount of 5 to 50% by weight with respect to woody biomass ash.
<重金属の溶出に関する実験[実験例10、比較例2]>
本発明の実施形態の製造方法で肥料を製作し、重金属の溶出試験を実施した。
最初に微粉炭50gに80%硫酸75gを含浸させたのち、木質バイオマス灰200gと混合、撹拌して混合灰を作製したのち、造粒して直径3mm程度の試料(実験例10)を製作した。次に木質バイオマス灰200gに80%硫酸75gを直接混合、混錬したのち、造粒して直径3mm程度の試料(比較例2)を製作した。
次に製作した実験例10および比較例2の試料について環告46号溶出試験を行い重金属の溶出量を測定した。<Experiments on Elution of Heavy Metals [Experimental Example 10, Comparative Example 2]>
A fertilizer was produced by the production method of the embodiment of the present invention, and a heavy metal elution test was conducted.
First, 50 g of pulverized coal was impregnated with 75 g of 80% sulfuric acid, then mixed with 200 g of woody biomass ash and stirred to prepare a mixed ash, which was then granulated to produce a sample with a diameter of about 3 mm (Experimental Example 10). . Next, 75 g of 80% sulfuric acid was directly mixed with 200 g of woody biomass ash, kneaded, and then granulated to produce a sample (Comparative Example 2) having a diameter of about 3 mm.
Next, the prepared samples of Experimental Example 10 and Comparative Example 2 were subjected to Kankan No. 46 elution test to measure the elution amount of heavy metals.
表2に木質バイオマス灰の成分分析結果、表3に重金属の溶出試験結果を示した。 Table 2 shows the results of component analysis of the woody biomass ash, and Table 3 shows the results of the heavy metal elution test.
表3に示した結果から、以下のことが判明した。
あらかじめ硫酸を含浸させた微粉炭を木質バイオマス灰と混合して作製した試料(実験例10)は、木質バイオマス灰に直接硫酸を混合して作製した試料(比較例2)に対して、六価クロムCr(VI)の溶出量が十分の一に減少した。その他の重金属はほとんど差がなかった。重金属のうち六価クロムは特に酸に溶けやすいことから、直接硫酸を混合した肥料は六価クロムの溶出が多くなったのに対して、本発明の肥料は微粉炭に酸を含浸した効果が得られたことから差が出たものと考えられる。The results shown in Table 3 revealed the following.
A sample prepared by mixing pulverized coal impregnated with sulfuric acid in advance with woody biomass ash (Experimental Example 10) had a hexavalent The eluted amount of chromium Cr(VI) was reduced to one tenth. Other heavy metals showed almost no difference. Of the heavy metals, hexavalent chromium is particularly soluble in acid, so the fertilizer directly mixed with sulfuric acid eluted a lot of hexavalent chromium, whereas the fertilizer of the present invention showed the effect of impregnating pulverized coal with acid. It is thought that the difference came out from the results obtained.
<芝生への肥効の確認実験[実験例11、比較例3]>
本発明の実施形態の肥料を芝生に施用し、その効果を確認した。流動床式燃焼炉の木質バイオマス発電所から発生した木質バイオマス灰に予め硫酸を含浸した微粉炭を混合し、pHを5.7に調整した肥料を追肥した芝(実験例11)と追肥しない芝(比較例3)を1か月栽培した。<Confirmation experiment of fertilizer effect on lawn [Experimental example 11, Comparative example 3]>
A fertilizer according to an embodiment of the present invention was applied to a lawn, and its effect was confirmed. Woody biomass ash generated from a woody biomass power plant in a fluidized bed combustion furnace is mixed with pulverized coal impregnated with sulfuric acid in advance, and the lawn is top-fertilized with fertilizer adjusted to pH 5.7 (Experimental example 11) and lawn without top-fertilization (Comparative Example 3) was cultivated for one month.
その後、成長した芝の長いほうから20本を選びその長さを測定した。
表4及び図3にその結果を示した。After that, 20 long grasses were selected and their lengths were measured.
The results are shown in Table 4 and FIG.
11 微粉炭
12 酸
13 木質バイオマス灰
14 肥料
(a) 酸含浸工程
(b) 混合工程
(c) 乾燥工程
(d) 造粒工程11 pulverized
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