JP5246663B2

JP5246663B2 - リン化合物の回収方法

Info

Publication number: JP5246663B2
Application number: JP2009044946A
Authority: JP
Inventors: 浩三上田; 亮一阪本; 修史浜野
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: JP2010194502A

Description

本発明は、畜糞などに含まれるリン化合物の回収方法に関する。

近年のリン鉱石需要の逼迫より、国内のリン酸質肥料の価格が急騰し、耕種農家の財政を圧迫している。ところで、我が国は肥料や鉱石以外に食糧や飼料の形で毎年１６０万ｔものリンを輸入しており、その多くは人や家畜を通して糞尿に移行して廃棄されていることから、既に、下水、家畜尿などからリンを回収する技術として、ＨＡＰ法、ＭＡＰ法などが確立されている。

一方、家畜の糞（畜糞という）などの固形物中からリンを回収する技術としては、特開２００７−７０２１７号公報に開示された方法がある。
このリンを回収する方法は、畜産系焼却灰から鉱酸水溶液を調製した後、水酸化ナトリウムまたは水酸化カルシウムを用いてｐＨを調整し鉄イオンを除去し、さらにそれらをアルカリ水溶液と混合することにより、リンをヒドロキシアパタイトおよび／またはリン酸水素カルシウムの無機リン化合物として選択的に凝集・沈殿させる方法である。

特開２００７−７０２１７号公報

しかし、上述した従来のリンの回収方法によると、どうしても、回収に要するエネルギーおよびコストが多くかかるという問題がある。
そこで、本発明は、畜糞などのリン含有物からリンを回収する際に必要となるエネルギーおよびコストの低減化を図り得るリン化合物の回収方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のリン化合物の回収方法は、リン含有物を酸素欠乏雰囲気下で３００〜６００℃の温度にて加熱し、次にこの加熱した後のリン含有物の表面を剥ぎ取ることによりリン化合物を回収する方法である。

また、上記回収方法において、リン含有物を、粒状、棒状、シート状などの塊状物に成型させる方法であり、また加熱した後のリン含有物を窒素流通雰囲気下で冷却する方法であり、また篩装置若しくはサイクロンを用いて粒子の表面を剥ぎ取る方法である。

さらに、上記回収方法において、リン含有物を、下水汚泥、畜糞、若しくはこれらの混合物、または堆肥とする方法である。

上記のリン化合物の回収方法によると、リン含有物を酸素欠乏雰囲気下で３００〜６００℃の温度にて加熱し、次にこの加熱した後のリン含有物の各粒子の表面を剥ぎ取ることによりリン化合物を回収するようにしたので、例えば従来の湿式の回収技術に比べて、非常に少ないエネルギーおよび低コストでもって、畜糞等の低濃度リン含有物から高濃度のリン化合物を回収することができる。

本発明の実施の形態に係るリン化合物の回収方法を適用する回収設備の概略構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態に係るリン化合物の回収方法を図面に基づき説明する。

まず、リン化合物の回収方法を実施するための回収設備について説明する。
この回収設備は、図１に示すように、リン含有物、例えばリン化合物を含む畜糞からリン化合物を回収するためのもので、概略的には、造粒機１と、この造粒機１で或る程度の大きさ、例えば０．５〜１０ｍｍ程度に造粒されたリン含有物（以下、造粒物ともいう）を炭化させる炭化炉２と、この炭化炉２で炭化されたリン含有物（以下、炭化物ともいう）を冷却させる冷却器３と、この冷却器３で冷却された炭化物を導きその表面部分を剥離させる表面剥離装置４と、上記炭化炉２から排出された乾留ガスを燃焼させる二次燃焼炉５と、この二次燃焼炉５で燃焼された排ガスを導き灰などの粉塵を回収するろ過式集塵機（例えば、バグフィルタが用いられる）６と、この集塵機６で粉塵が除去された排ガスを吸引し大気に放出するための誘引送風機７および煙突８とから構成されている。

上記炭化炉２では、リン含有物を酸素欠乏雰囲気下（例えば、酸素濃度が０〜５％の範囲内）で３００〜６００℃の温度（温度範囲内）で加熱してリン化合物の炭化を行うと同時にリンを表面に析出（集積）させる。

上記冷却器３では、リン含有物は窒素流通雰囲気下で冷却が行われる。
そして、上記表面剥離装置４としては篩装置が用いられており、リン含有物（炭化物である）の粒子同士を互いに衝突させて表面を破砕することにより、表面の剥離が行われる。

ここで、本発明に至った経緯について簡単に説明しておく。
本発明者等は、回収コストを抑える手段として残渣にエネルギーを残すことができる炭化プロセスに注目し、実験（具体例については後述する）を行ったところ、畜糞を酸素欠乏雰囲気下（例えば、酸素濃度が０〜５％の範囲内）で３００〜６００℃の温度で加熱した残渣粒子を電子顕微鏡により観察した結果、粒子に含有するリンが比較的表面に偏在していることが判明した。そして、このリン含有物に衝撃を与えて剥ぎ取った粒子のリン含有量を測定すると、炭化物全体の濃度よりも、３０％程度高くなっていることが分かり、さらにこの粒子のＸ線回折による形態分析を行ったところ、リン化合物としては、リン酸マグネシウムおよびリン酸マグネシウムカリウムが多く含まれることも判明したことに基づいている。

このことは、水等の溶媒を用いずに高濃度リン化合物を製造できる可能性を示しており、従来の湿式抽出技術に比べて、回収に要するエネルギーおよびコストを非常に少なくすることができ、且つ炭素分を燃焼させずに固定炭素にすることができる。したがって、地球温暖化防止に貢献し得る技術ということができる。

次に、リン化合物の回収方法について説明する。
リン化合物を含んだ畜糞を造粒機１に投入して、外径が０．５〜１０ｍｍ（好ましくは、０．５〜５ｍｍ）程度となるように造粒する。これは、後工程でのリンの回収率を上げるためである。

そして、造粒されたリン含有物を炭化炉２に供給する。
炭化炉２では、酸素欠乏雰囲気下で３００〜６００℃の温度でもって維持される。その滞留時間としては、リン含有物に含まれている水分量にもよるが、概ね、１５〜６０分程度の範囲内とされる。

次に、炭化炉２から排出されたリン化合物の炭化物は冷却器３に導かれて冷却される。なお、炭化炉２から排出される炭化物は可燃分を含んでおり発火の危険性があるため、冷却は窒素流通雰囲気下（窒素雰囲気下）で行うことが好ましい。

そして、冷却器３で冷却されたリン含有物は表面剥離装置４としての篩装置に導かれ、ここで篩にかけられる。この篩動作によりリン含有物の粒子同士が接触してその表面が剥離され、高濃度リン含有炭化物が得られる。すなわち、低濃度リン含有炭化物と高濃度リン含有炭化物とに分離される。

この高濃度リン含有炭化物、すなわちリンのマグネシウム塩は付加価値の高いリン化合物として、肥料や肥料原料などに利用される。一方、低濃度リン含有炭化物は燃料や脱臭剤、水分調整剤などに利用される。

ところで、本発明者等が行った試験（上述した試験）では、リンをＰ_２Ｏ_５ベースで６％（乾ベース）含む豚糞堆肥を酸素欠乏雰囲気下で５００℃の温度で炭化させて冷却した後の炭化物に含まれるリンはＰ_２Ｏ_５ベースで１５．７％（乾ベース）であった。

この炭化物粒子のリン存在部位を表面分析装置（例えば、ＳＥＭ−ＥＰＭＡ）にて観察した結果、リンは粒子表面に偏在していることが分かった。
この粒子に軽く衝撃を加えながら分級し、７５μｍ以下の粒子をＸ線回折により形態分析を行ったところ、炭化物表面とほぼ同じ化合物であることが同定され、またそのリンの濃度はＰ_２Ｏ_５ベースで１６．７〜１９．９％にのぼることが分かった。

この方法により、畜糞から高濃度のリンを含む粒子を回収することができた。
すなわち、従来の湿式の回収技術に比べて、非常に少ないエネルギーおよび低コストでもって、畜糞の低濃度リン含有物から高濃度のリン化合物を回収することができる。

さらに、従来の焼却灰からの回収方法では、リンがカルシウム塩になっているのに対し、リン化合物を炭化物として回収した場合には、マグネシウム塩となるため、肥料や肥料原料として利用することができる。

本発明のリン化合物の回収方法は、持続的農業生産はもとより、地球温暖化抑制への発展にも寄与するものである。
ところで、上記実施の形態においては、最初に、リン含有物を造粒させるようにしたが、例えば棒状、シート状などの塊状物に成型させるようにしてもよい（この意味で、造粒を成型と、また造粒機を成型機と呼ぶことができる）。すなわち、この塊状物を炭化させることにより、造粒の場合と同様に、リン化合物をその表面に析出させることができる。この場合の棒状のサイズとしては、径が０．５〜２０ｍｍの範囲で、長さが２０〜５０ｍｍの範囲とされ、またシート状のサイズとしては、厚さが０．５〜１０ｍｍの範囲で、面積が１００〜１０００ｍｍ^２の範囲とされる。

また、上記実施の形態においては、リン含有物を炭化させた炭化物の表面を剥ぎ取るの
に篩装置を用いたが、篩装置を用いずに、炭化物の移動経路で自らの接触による摩擦力、
配管内面との接触による摩擦力により、またはサイクロンを用い、当該サイクロンにおけ
る粒子の気流搬送時での壁面摩擦法により、表面を剥ぎ取るようにしてもよい。

なお、上記実施の形態においては、リン含有物として、畜糞について説明したが、下水
汚泥、畜糞と下水汚泥の混合物、または堆肥などであっても、同様の効果が得られる。

１造粒機
２炭化炉
３冷却器
４表面剥離装置
５二次燃焼炉
６ろ過式集塵機

Claims

リン含有物を酸素欠乏雰囲気下で３００〜６００℃の温度にて加熱し、次にこの加熱した後のリン含有物の表面を剥ぎ取ることによりリン化合物を回収することを特徴とするリン化合物の回収方法。
リン含有物を、粒状、棒状、シート状などの塊状物に成型させることを特徴とする請求項１に記載のリン化合物の回収方法。
加熱した後のリン含有物を窒素流通雰囲気下で冷却することを特徴とする請求項１または２に記載のリン化合物の回収方法。
篩装置またはサイクロンを用いてリン含有物の表面を剥ぎ取ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のリン化合物の回収方法。
リン含有物が下水汚泥、畜糞、若しくはこれらの混合物、または堆肥であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のリン化合物の回収方法。