JP2023018706A - 有用物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、上記公開公報には、有機性廃棄物(汚泥)から重金属を除去する具体的技術が一切記載されていない。
それは、経年により、あるいは強酸の作用により、吸着されている重金属が溶出する可能性があるからである。
(1)
重金属類が混在する有機性廃棄物を処理して、炭化物を含有する有用物を製造する有用物の製造方法であって、
前記重金属類が混在する有機性廃棄物に、該混在する重金属類をトバモライト結晶内に封じ込めるのに充分な量のトバモライト原料であるCa成分原料およびSiO2成分原料を添加するトバモライト原料添加工程、
このトバモライト原料が添加された有機性廃棄物を、乾式炭化処理して、前記有機性廃棄物を炭化し炭化物を形成する炭化物形成工程、
この炭化物形成工程で形成された炭化物と前記トバモライト原料とを、前工程での高温状態を維持したままで、反応容器内に投入し、水の存在下で撹拌しつつ徐冷し、前記有機性廃棄物中に混在していた重金属類を封じ込めたトバモライト結晶鉱物を形成して、炭化物とトバモライト結晶鉱物が分散したスラリーを形成する重金属類封じ込め工程、および
前工程で形成されたスラリーを乾燥または脱水して、前記トバモライト結晶鉱物が混在した炭化物を含有する有用物を製造する有用物製造工程
を備えていることを特徴とする有用物の製造方法。
(2)
重金属類が混在する有機性廃棄物を処理して、炭化物を含有する有用物を製造する有用物の製造方法であって、
重金属類が混在する有機性廃棄物、乾式炭化処理して、前記有機性廃棄物を炭化し炭化物を形成する炭化物形成工程、
この炭化物形成工程で形成された炭化物と前記重金属類とを、前工程での高温状態を維持したままで、反応容器内に投入するとともに、前記混在する重金属類をトバモライト結晶内に封じ込めるのに充分な量のトバモライト原料であるCa成分原料およびSiO2成分原料を添加し、これらを、水の存在下で撹拌しつつ徐冷し、前記有機性廃棄物中に混在していた重金属類を封じ込めたトバモライト結晶鉱物を形成して、炭化物とトバモライト結晶鉱物が分散したスラリーを形成する重金属類封じ込め工程、および
前工程で形成されたスラリーを乾燥または脱水して、前記トバモライト結晶鉱物が混在した炭化物を含有する有用物を製造する有用物製造工程
を備えていることを特徴とする有用物の製造方法。
(3)
前記有機性廃棄物がリンを含有するものである場合、前記有用物中に、リン酸カルシウムを含有する前記(1)または(2)の有用物の製造方法。
(4)
前記重金属類が、クロム、鉛、カドミウム、砒素、水銀、亜鉛、銅、ニッケルから選択される少なくとも1つである前記(1)~(3)のいずれかの有用物の製造方法。
(5)
重金属類が混在する有機性廃棄物中に予め含まれるCa成分の含有量(A-1)およびSiO2成分の含有量(A-2)を分析して求め、かつ処理中に少なくとも前記重金属類を5CaO・6SiO2・5H2O結晶(トバモライト)構造中に封じ込めるための5CaO・6SiO2・5H2O結晶(トバモライト)が形成されるのに十分な量のCa成分(B-1)およびSiO2成分の量(B-2)を算出し、下記の式(1)および式(2)により、用いるCa成分原料の必要量(C-1)およびSiO2成分原料の必要量(C-2)を求め、これらの必要量(C-1)のCa成分原料および必要量(C-2)のSiO2成分原料を用いて前記処理を行う前記(1)~(4)のいずれかの有用物の製造方法。
[(B-1)-(A-1)]=(C-1) ・・・式(1)
[(B-2)-(A-2)]=(C-2) ・・・式(2)
(6)
前記重金属類が、前記処理によって得られた有用物中の5CaO・6SiO2・5H2O結晶(トバモライト)構造中に封じ込められているので、この有用物は、土壌環境基準および/または特殊肥料基準を満足させるものである前記(1)~(5)~5のいずれかの有用物の製造方法。
(7)
前記炭化物形成工程中に、有機性廃棄物を撹拌する前記(1)~(6)のいずれかの有用物の製造方法。
(8)
前記乾式炭化物処理をロータリーキルン式の処理装置で行う前記(1)~(7)のいずれかの有用物の製造方法。
(9)
前記乾式炭化処理における加熱温度が、5~600℃である前記(1)~(8)のいずれかの有用物の製造方法。
同図に示すように、本実施形態の有用物の製造装置10は、原料である有機性廃棄物を乾式炭化処理して、肥料や土壌改良材等となる炭化物の有用物を製造するもので、内筒12と外筒14とを備えて横置円筒状に形成されたロータリーキルン型の炭化炉本体16と、炭化炉本体16の原料取り入れ口18側に取り付けられた原料供給装置20と、炭化炉本体16の炭化物排出口22側に設けられ、移送されてきた炭化された有機性廃棄物を落下させるホッパー24と、このホッパー24からの炭化物を受ける反応容器26とを備えている。この反応容器26内には、ポンプWにより水が供給されるようになっており、受けた炭化物を撹拌・混合する撹拌部材28が設けられている。
ここで、乾式炭化とは、有機性廃棄物を炭化する時、炭化装置内に外部から熱水を提供して炭化する湿式炭化方法―例えば亜臨界水(蒸煮等)炭化方法とは異なり、有機性廃棄物自身が水分を保有していても、炭化装置外部に熱を加えたり(間接的)、或いは内部に熱風を導入して(直接的)水分を蒸発排除され乾燥した有機性廃棄物が還元雰囲気で熱分解して炭化物になる方法を指す。
ここで、炭化炉本体16として、ロータリーキルン型のものを用いたのは、炭化炉本体16の回動により、有機性廃棄物等が転動し、それらの加熱をむらなく均等に行えることと、有機性廃棄物の重金属類と前記トバモライトのCa成分原料およびSiO2成分原料を、後の処理のため、充分に撹拌混合できるからである。
前記貯蔵槽72の上下方向の中間部には、濾過函74が設けられており、前記反応容器26から排出落下した炭化物等分散溶液は、この濾過函74により固液分離が行われる。
これにより、前記濾過函74に炭化物、トバモライト結晶鉱物等を含有する固形分S(あるいはスラリー)が収容され、分離された液体分Lのみが濾過函74を通過して、貯蔵槽72の底部に貯蔵される。
この前記制御装置100の前記中央処理回路102は、前記重金属類が混在する、有用物である炭化物となる有機性廃棄物(原料)に、該混在する重金属類をトバモライト結晶内に封じ込めるのに充分な量のトバモライト原料であるCa成分原料およびSiO2成分原料を添加するため、前記第1、第2、第3原料供給機50、52、54を制御するための第1原料供給機制御回路104,第2原料供給機制御回路106、第3原料供給機制御回路108を制御するためのものであって、下記に基づいて作動する。
[(B-1)-(A-1)]=(C-1) ・・・式(1)
[(B-2)-(A-2)]=(C-2) ・・・式(2)
以上により、有機性廃棄物が炭化されてできた炭化物、重金属類、トバモライト原料は、炭化炉本体16の炭化物排出口22で上記の概ね500~600℃となっている。
なお、炭化処理する対象の有機性廃棄物が下水汚泥、生ごみ、家畜糞等でリン酸を含んでいる場合、このリン酸は、上記炭化処理中に炭化物から分離される。
このような状態で反応容器26内を撹拌しつつ自然冷却すれば、前記トバモライト原料は、200℃~180℃の温度過程で最も速くトバモライトの準結晶の合成が始まり、そこから更に130℃までの温度低下過程で安定なトバモライト結晶の合成反応が行われて、トバモライト結晶鉱物が形成される。
これと同時に、前記リン酸は、Ca成分原料であるCaOと反応して、リン酸カルシウムとなる。
ここで、重要なことは、前記200℃から180℃までの温度低下過程を少なくとも1時間、更に180℃から130℃までの温度低下過程を少なくとも1時間、好ましくは、2~3時間維持するようにすることである。
このような反応時間を維持するため、すなわち温度状態を維持するため、前記反応容器26には、温度センサおよび加熱手段を設けておき、好ましい温度範囲に維持するようにしてもよい。
、下記式(3)により廃棄物に予め含まれるCa成分や新たに添加したCa成分と廃棄物に予め含まれるSiO2成分や新たに添加したSiO2成分が水和反応して、安定なケイ酸カルシウム(トバモライト:5CaO・6SiO2・5H2O)と称される鉱物の結晶が形成される。
トバモライトの結晶は、Si-O四面体層、Ca-O八面体層、Si-O四面体層が繰り返され、Si-O四面体層とSi-O四面体層の間にカルシウムイオンがインターカレートされた層状に成長する構造になっている。
この後、バルブ62を開放すると、前記炭化物と、重金属類を完全に取り込んだトバモライト結晶鉱物、リン酸カルシウムが分散した溶液は、排出落下し、上記したように固形分は前記濾過函74に受けられ、液体分が分離される。このように濾過函74で受けられた固形分である炭化物、重金属類を完全に取り込んだトバモライト結晶鉱物、リン酸カルシウムは、肥料や土壌改良材等(有用物)として用いることができる。
一方、上記のように分離された液体分は、更に落下して貯蔵槽72の底部に貯蔵される。この貯蔵槽72に貯められた液体分は、栄養分(窒素、カリ)を含んだ液肥として用いることができる。
Claims (9)
- 重金属類が混在する有機性廃棄物を処理して、炭化物を含有する有用物を製造する有用物の製造方法であって、
前記重金属類が混在する有機性廃棄物に、該混在する重金属類をトバモライト結晶内に封じ込めるのに充分な量のトバモライト原料であるCa成分原料およびSiO2成分原料を添加するトバモライト原料添加工程、
このトバモライト原料が添加された有機性廃棄物を、乾式炭化処理して、前記有機性廃棄物を炭化し炭化物を形成する炭化物形成工程、
この炭化物形成工程で形成された炭化物と前記トバモライト原料とを、前工程での高温状態を維持したままで、反応容器内に投入し、水の存在下で撹拌しつつ徐冷し、前記有機性廃棄物中に混在していた重金属類を封じ込めたトバモライト結晶鉱物を形成して、炭化物とトバモライト結晶鉱物が分散したスラリーを形成する重金属類封じ込め工程、および
前工程で形成されたスラリーを乾燥または脱水して、前記トバモライト結晶鉱物が混在した炭化物を含有する有用物を製造する有用物製造工程
を備えていることを特徴とする有用物の製造方法。 - 重金属類が混在する有機性廃棄物を処理して、炭化物を含有する有用物を製造する有用物の製造方法であって、
重金属類が混在する有機性廃棄物、乾式炭化処理して、前記有機性廃棄物を炭化し炭化物を形成する炭化物形成工程、
この炭化物形成工程で形成された炭化物と前記重金属類とを、前工程での高温状態を維持したままで、反応容器内に投入するとともに、前記混在する重金属類をトバモライト結晶内に封じ込めるのに充分な量のトバモライト原料であるCa成分原料およびSiO2成分原料を添加し、これらを、水の存在下で撹拌しつつ徐冷し、前記有機性廃棄物中に混在していた重金属類を封じ込めたトバモライト結晶鉱物を形成して、炭化物とトバモライト結晶鉱物が分散したスラリーを形成する重金属類封じ込め工程、および
前工程で形成されたスラリーを乾燥または脱水して、前記トバモライト結晶鉱物が混在した炭化物を含有する有用物を製造する有用物製造工程
を備えていることを特徴とする有用物の製造方法。 - 前記有機性廃棄物がリンを含有するものである場合、前記有用物中に、リン酸カルシウムを含有する請求項1または2の有用物の製造方法。
- 前記重金属類が、クロム、鉛、カドミウム、砒素、水銀、亜鉛、銅、ニッケルから選択される少なくとも1つである請求項1~3のいずれかの有用物の製造方法。
- 重金属類が混在する有機性廃棄物中に予め含まれるCa成分の含有量(A-1)およびSiO2成分の含有量(A-2)を分析して求め、かつ処理中に少なくとも前記重金属類を5CaO・6SiO2・5H2O結晶(トバモライト)構造中に封じ込めるための5CaO・6SiO2・5H2O結晶(トバモライト)が形成されるのに十分な量のCa成分(B-1)およびSiO2成分の量(B-2)を算出し、下記の式(1)および式(2)により、用いるCa成分原料の必要量(C-1)およびSiO2成分原料の必要量(C-2)を求め、これらの必要量(C-1)のCa成分原料および必要量(C-2)のSiO2成分原料を用いて前記処理を行う請求項1~4のいずれかの有用物の製造方法。
[(B-1)-(A-1)]=(C-1) ・・・式(1)
[(B-2)-(A-2)]=(C-2) ・・・式(2) - 前記重金属類が、前記処理によって得られた有用物中の5CaO・6SiO2・5H2O結晶(トバモライト)構造中に封じ込められているので、この有用物は、土壌環境基準および/または特殊肥料基準を満足させるものである請求項1~5のいずれかの有用物の製造方法。
- 前記炭化物形成工程中に、有機性廃棄物を撹拌する請求項1~6のいずれかの有用物の製造方法。
- 前記乾式炭化物処理をロータリーキルン式の処理装置で行う請求項1~7のいずれかの有用物の製造方法。
- 前記乾式炭化処理における加熱温度が、5~600℃である請求項1~8のいずれかの有用物の製造方法。
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