JP5866708B2 - Phosphorus removal / recovery material, removal / recovery method, and soil conditioner using the same - Google Patents

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本発明は、畜産排液などからリンを除去回収する技術および当該技術を有効活用した土壌改良剤に関する。   The present invention relates to a technique for removing and recovering phosphorus from livestock effluent and the like, and a soil conditioner that effectively uses the technique.

現在、リン資源は世界的に枯渇が危惧されており、リン鉱石の販売価格は、この20年間に6倍以上にも高騰している。しかも、リン鉱石は日本ではほとんど産出しない資源であり、100%海外輸入に依存しているのが現状である。一方、閉鎖性水域において、リンや窒素等の栄養塩類濃度の増加に起因する河川汚染や閉鎖性海域での赤潮発生による漁業被害等が問題となっている。また、リン酸やアンモニアを含有する家畜排液から発生する悪臭による空気汚染、下水や工場廃水など排水中の汚濁物質による土壌汚染、水汚染も無視できない。このような状況下に、各種の廃棄物からリンやアンモニアを除去、回収する技術が案出されている。   Currently, phosphorus resources are feared to be exhausted globally, and the price of phosphorus ore has soared more than six times over the past 20 years. Moreover, phosphorus ore is a resource that is rarely produced in Japan, and is currently 100% dependent on foreign imports. On the other hand, in closed water areas, there are problems such as river pollution caused by increased nutrient concentrations such as phosphorus and nitrogen, and fishery damage due to the occurrence of red tides in closed water areas. In addition, air pollution due to bad odor generated from livestock effluent containing phosphoric acid and ammonia, soil pollution due to pollutants in wastewater such as sewage and factory wastewater, and water pollution cannot be ignored. Under such circumstances, a technique for removing and recovering phosphorus and ammonia from various wastes has been devised.

例えば、特開2003−305461号公報(特許文献1)および特開2003−305462号公報(特許文献2)には、多孔質材料を用いて排水からアンモニアやリンを除去するための技術が記載されており、脱アンモニア用素材および脱リン用素材として竹炭や椰子殻炭が挙げられている。この技術は、それらの多孔質材料の単なる吸着性を利用して脱リンや脱アンモニアを意図しているにすぎない。   For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2003-305461 (Patent Document 1) and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2003-305462 (Patent Document 2) describe a technique for removing ammonia and phosphorus from waste water using a porous material. Bamboo charcoal and coconut shell charcoal are mentioned as deammonification materials and dephosphorization materials. This technique is only intended for dephosphorization and deammonification by utilizing the simple adsorptivity of these porous materials.

水溶液中で、リン酸イオンがアンモニウムイオンおよびマグネシウムイオンと反応してリン酸マグネシウムアンモニウム(MgNHPO:6HO:MAP)を生成することはよく知られており、この反応を利用する、所謂MAP法に基くリンの回収技術が幾つか提案されている。 It is well known that phosphate ions react with ammonium ions and magnesium ions to form magnesium ammonium phosphate (MgNH 4 PO 4 : 6H 2 O: MAP) in aqueous solution. Several phosphorus recovery techniques based on the so-called MAP method have been proposed.

例えば、「九州沖縄農業センター、研究成果情報、平成21年度:陶器製部材を用いた豚舎汚水からのリンの除去回収技術」(非特許文献1)には、塩化マグネシウムの溶液に陶器製の星形部材を浸漬した反応槽に豚舎汚水を注入して、該部材の多孔体部分にMAPを形成させることにより、リンを除去回収する技術が記載されている。   For example, “Kyushu Okinawa Agricultural Center, Research result information, 2009: Removal and recovery technology of phosphorus from pork sewage using porcelain members” (Non-Patent Document 1) includes a ceramic star in a magnesium chloride solution. There is described a technique for removing and recovering phosphorus by injecting swine sewage into a reaction tank in which a shape member is immersed and forming MAP in a porous portion of the member.

また、「環境バイオテクノロジー学会誌、Vol.4, No.2, 109-115, 2005:MAP法によるリン回収資源化システム」(非特許文献2)には、アンモニアとリン酸が共存するし尿や浄化槽汚泥にマグネシウム剤(塩化マグネシウム)を添加して窒素とリンをMAPとして回収する技術が記載されている。   In addition, “Journal of Environmental Biotechnology, Vol.4, No.2, 109-115, 2005: Phosphorus recovery resource system by MAP method” (Non-patent document 2) includes the urine and the coexistence of ammonia and phosphoric acid. A technique is described in which a magnesium agent (magnesium chloride) is added to septic tank sludge to recover nitrogen and phosphorus as MAP.

さらに、特開2011−92822号公報(特許文献3)には、被処理水中のリン成分およびアンモニア成分をそれぞれイオン吸着材に吸着させてから脱着して得られたリン成分とアンモニア成分とが共存する溶液に、アルカリとマグネシウムイオン添加してそれらの成分をMAPとして回収する方法が記載されている。   Furthermore, in JP 2011-92822 A (Patent Document 3), a phosphorus component and an ammonia component obtained by adsorbing and desorbing a phosphorus component and an ammonia component in water to be treated on an ion adsorbent, respectively, coexist. A method for recovering these components as MAP by adding alkali and magnesium ions to the solution is described.

しかしながら、以上のMAP法によるリンの除去、回収に際しては、MAP反応を進行させるためにpHをアルカリに調整する反応制御操作や特別の反応装置が必要である等の難点がある。また、従来のMAP法に基くリンの除去・回収技術においては、非特許文献1に記載の技術から理解されるように、一般に、生成したMAPを分離するための複雑な工程を必要とし、あるいは、生成物をそのまま有効活用することはできない。   However, when removing and recovering phosphorus by the MAP method described above, there are difficulties such as requiring a reaction control operation for adjusting the pH to alkali and a special reaction apparatus in order to advance the MAP reaction. In addition, in the technology for removing and recovering phosphorus based on the conventional MAP method, as understood from the technology described in Non-Patent Document 1, generally, a complicated process for separating the generated MAP is required, or The product cannot be used effectively as it is.

特開2003−305461号公報JP 2003-305461 A 特開2003−305462号公報JP 2003-305462 A 特開2011−92822号公報JP 2011-92822 A

九州沖縄農業センター、研究成果情報、平成21年度:陶器製部材を用いた豚舎汚水からのリンの除去回収技術Kyushu Okinawa Agricultural Center, Research result information, 2009: Removal and recovery technology of phosphorus from piggery sewage using ceramic parts 環境バイオテクノロジー学会誌、Vol.4, No.2, 109-115, 2005:MAP法によるリン回収資源化システムJournal of Environmental Biotechnology, Vol.4, No.2, 109-115, 2005: Phosphorus recovery resource system by MAP method

本発明の目的は、畜産排液などの廃棄物から簡便にリンを除去、回収することができ、しかも、資源の有効活用や環境保全の観点からも有用な新しい技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a new technique that can easily remove and recover phosphorus from waste such as livestock effluent, and that is also useful from the viewpoint of effective use of resources and environmental conservation.

本発明者は、竹炭に代表される植物性多孔質炭化物に少量のリン酸マグネシウムアンモニウムを担持させたものを用いることにより上記の目的が達成されることを見出し本発明を導き出した。   The present inventor has found that the above object can be achieved by using a plant porous carbide represented by bamboo charcoal and a small amount of magnesium ammonium phosphate supported thereon, and has derived the present invention.

かくして、本発明に従えば、植物性多孔質炭化物にリン酸マグネシウムアンモニウムの結晶が担持されていることを特徴とするリンの除去回収材が提供される。
本発明に従えば、さらに、リン酸、マグネシウムおよびアンモニアを含有する廃棄物からリンを除去回収する方法であって、上記のリンの除去回収材を廃棄物中に投入して、該除去回収剤の細孔内および表面にリン酸マグネシウムアンモニウムの結晶を成長させる工程を含むことを特徴とする方法が提供される。
Thus, according to the present invention, there is provided a phosphorus removal / recovery material characterized in that crystals of magnesium ammonium phosphate are supported on a plant porous carbide.
According to the present invention, there is further provided a method for removing and recovering phosphorus from a waste containing phosphoric acid, magnesium and ammonia, wherein the phosphorus removal and recovery material is put into the waste, and the removal and recovery agent A method comprising the step of growing magnesium ammonium phosphate crystals in and on the pores.

また、本発明に従えば、上記のリンの除去回収方法を実施することにより生成され、植物性材料とリン酸マグネシウムアンモニウムとを含むことを特徴とする土壌改良剤が提供される。   Moreover, according to this invention, it produces | generates by implementing said phosphorus removal collection method, The soil improvement agent characterized by including a vegetable material and magnesium ammonium phosphate is provided.

本発明に従えば、pHの調整などの反応制御操作や特別の反応装置を一切必要とせずに、本発明のリンの除去回収材を廃棄物に投入するだけでリンを回収することができる。
また、本発明のリンの除去回収方法を実施することにより得られた生成物は、MAPの複雑な分離工程も必要とせずに、そのまま土壌改良剤(有機肥料)として有効活用することができる。
According to the present invention, phosphorus can be recovered by simply introducing the phosphorus removal / recovery material of the present invention into the waste without requiring any reaction control operation such as pH adjustment or any special reaction apparatus.
In addition, the product obtained by carrying out the method for removing and recovering phosphorus according to the present invention can be effectively used as it is as a soil conditioner (organic fertilizer) without requiring a complicated separation step of MAP.

竹廃材から調製した改質竹炭から成る本発明のリンの除去回収材を焼成してから小さく破砕してサイズを揃えた後の写真、およびリン酸イオン/マグネシウムイオン/アンモニウムイオン含有水溶液に浸漬した後の写真を示す。The phosphorus removal / recovery material of the present invention, which is made of modified bamboo charcoal prepared from bamboo waste material, is fired and then crushed to a small size, and then immersed in an aqueous solution containing phosphate ions / magnesium ions / ammonium ions. A later photo is shown. 竹廃材から調製した改質竹炭から成る本発明のリンの除去回収材の焼成後のSEM写真(1200倍)、およびリン酸イオン/マグネシウムイオン/アンモニウムイオン含有水溶液に浸漬した後のSEM写真(1200倍)を示す。SEM photograph after firing of the phosphorus removal and recovery material of the present invention comprising modified bamboo charcoal prepared from bamboo waste (1200 times), and SEM photograph after immersion in an aqueous solution containing phosphate ions / magnesium ions / ammonium ions (1200) Times). 竹廃材から調製した改質竹炭から成る本発明のリンの除去回収材を豚のし尿に適用した場合にMAPの結晶が成長していることを示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows that the crystal | crystallization of MAP is growing when the phosphorus removal collection material of this invention which consists of modified bamboo charcoal prepared from bamboo waste material is applied to pig manure. 市販の竹炭にMAPの結晶を担持して調製した本発明のリンの除去回収材のSEM写真を示す。The SEM photograph of the phosphorus removal collection material of this invention prepared by carrying | supporting the MAP crystal | crystallization on commercially available bamboo charcoal is shown. 市販の竹炭にMAPの結晶を担持して調製した本発明のリンの除去回収材をリン酸イオン/マグネシウムイオン/アンモニウムイオン含有水溶液に浸漬した後のSEM写真を示す。The SEM photograph after immersing the phosphorus removal collection material of the present invention prepared by carrying MAP crystals on commercially available bamboo charcoal in an aqueous solution containing phosphate ions / magnesium ions / ammonium ions is shown.

本発明に従えば、廃棄物から、リン酸マグネシウムアンモニウムとしてリンを回収することができ、本発明の対象とする廃棄物は、リン成分(リン酸イオン)、マグネシウム成分(マグネシウムイオン)およびアンモニア成分(アンモニウムイオン)を含有するものである。動物のし尿(屎尿)には、リン成分およびアンモニア成分の他、マグネシウム成分が含まれている。したがって、本発明の対象とする特に好適な廃棄物として、畜産排液(家畜糞尿)、トイレからのし尿や浄化槽汚泥などが挙げられる。   According to the present invention, phosphorus can be recovered from waste as magnesium ammonium phosphate, and the waste targeted by the present invention includes a phosphorus component (phosphate ion), a magnesium component (magnesium ion), and an ammonia component. (Ammonium ion) is contained. Animal excreta (human waste) contains a magnesium component in addition to a phosphorus component and an ammonia component. Therefore, particularly suitable wastes targeted by the present invention include livestock drainage (livestock manure), human waste from toilets, and septic tank sludge.

本発明のリンの除去回収材を構成するのに用いられる植物性多孔質炭化物の好ましい例として、竹炭、木炭、ヤシ(椰子)殻炭などの木質系炭化物が挙げられ、後述するように、特に好ましいのは竹炭である。木質系炭化物以外の籾殻、米糠等の植物性多孔質炭化物も使用可能である。   Preferable examples of the plant porous carbide used for constituting the phosphorus removal / recovery material of the present invention include wood-based carbides such as bamboo charcoal, charcoal, palm (coconut) shell charcoal, and as will be described later, Preferred is bamboo charcoal. Plant porous carbides such as rice husks and rice bran other than wood-based carbides can also be used.

植物性多孔質炭化物が粉状物または粒状物として入手される場合には、適当な大きさ(例えば、長さまたは径が0.5cm〜1m程度)の板状物、棒状物または球状物に固めて、本発明に従う除去回収のための使用に供される。   When plant porous carbide is obtained as a powder or granule, it can be used as a plate, rod, or sphere having an appropriate size (for example, a length or diameter of about 0.5 cm to 1 m). Hardened and used for removal recovery according to the present invention.

木炭などの他の植物性多孔質炭化物に比べて、微細孔が多数存在して、その細孔や表面積が大きく、さらに、後記の資源の有効活用および環境保全の観点からも、特に好ましいのは、竹炭である。竹炭は、一般に、10〜30nm程度の細孔径を有し、10〜500m/g程度の表面積を有するものが多い。 Compared to other plant porous carbides such as charcoal, there are many fine pores, the pores and surface area are large, and from the viewpoint of effective utilization of resources and environmental conservation described below, it is particularly preferable. , Bamboo charcoal. Bamboo charcoal generally has a pore diameter of about 10 to 30 nm and many surface areas of about 10 to 500 m 2 / g.

本発明に従うリンの除去回収材は、上記のような植物性多孔質炭化物にリン酸マグネシウムアンモニウム(MAP)の結晶が担持されて構成されている。植物性多孔質炭化物に担持されているMAPの量は限定的なものではなく、種結晶(種晶)として存在する量であれば充分であり、後に、廃棄物中に投入されたときに、その種結晶に因り、MAPの結晶が成長する。竹炭などの植物性多孔質炭化物に担持されるMAPの量は、例えば、当該炭化物に対して1〜3重量%であるが、これに限定されるものではない。また、使用するMAPは薬品・化学品メーカーによって市販されているような純度の高いものでなくてもよい。例えば、MAPは、水溶液中でリン酸二水素カリウム、塩化マグネシウムおよび塩化アンモニウムを反応させることによって容易に得られるので、このようなMAPを使用してもよい。あるいは、既述のMAP法によるリン回収技術によって得られるような純度の低いMAPを用いることもできる。   The phosphorus removal / recovery material according to the present invention is configured by supporting magnesium ammonium phosphate (MAP) crystals on the above-described plant porous carbide. The amount of MAP supported on the plant porous carbide is not limited, and an amount existing as a seed crystal (seed crystal) is sufficient, and when it is put into waste later, Due to the seed crystal, a MAP crystal grows. The amount of MAP supported on a vegetable porous carbide such as bamboo charcoal is, for example, 1 to 3% by weight with respect to the carbide, but is not limited thereto. Further, the MAP to be used does not have to be high in purity as marketed by a chemical / chemical manufacturer. For example, MAP may be used because it is readily obtained by reacting potassium dihydrogen phosphate, magnesium chloride and ammonium chloride in an aqueous solution. Alternatively, MAP having a low purity such as that obtained by the phosphorus recovery technique by the MAP method described above can also be used.

本発明の好ましい態様に従い、植物性多孔質炭化物として竹炭を使用する場合、竹炭として製造され、あるいは販売されているものに、リン酸マグネシウムアンモニウムの結晶を担持させてもよいが、以下に説明するように、竹材そのものから、竹炭にリン酸マグネシウムアンモニウムの結晶が担持されているリンの除去回収材を調整することもできる。   According to a preferred embodiment of the present invention, when bamboo charcoal is used as the plant porous carbide, magnesium ammonium phosphate crystals may be supported on those manufactured or sold as bamboo charcoal, which will be described below. In this way, it is also possible to prepare a phosphorus removal / recovery material in which bamboo charcoal crystals of magnesium ammonium phosphate are supported on the bamboo material itself.

竹材から竹炭にMAPの結晶が担持されているリンの除去回収材を調整する場合には、原料となる竹材をMAPの水溶液に浸漬することにより、竹材の表面および細孔内にMAPを浸透、付着させた後、竹材を取り出し乾燥し、次いで密閉反応器(電気炉または炭焼き窯)内に入れて焼成する。焼成温度が高いほど、得られる竹炭の細孔が大きくなる利点はあるが、焼成温度が高すぎるとMAPの結晶が分解して蒸散するので、焼成は600℃未満の温度で行うべきである。すなわち、本発明のリンの除去回収材を調製するのに際してMAPが付着した竹材の焼成温度は、200℃から600℃未満、好ましくは400℃から600℃未満である。この点、一般に、800〜1000℃で焼成することにより良質の竹炭が得られると言われていることと対照的である。   When adjusting the phosphorus removal / recovery material in which MAP crystals are supported on bamboo charcoal from bamboo, the MAP penetrates into the surface and pores of the bamboo by immersing the raw bamboo into an aqueous solution of MAP. After being attached, the bamboo is taken out and dried, and then placed in a closed reactor (electric furnace or charcoal kiln) and fired. The higher the calcination temperature is, the larger the resulting bamboo charcoal pores are. However, if the calcination temperature is too high, the MAP crystals decompose and evaporate, so the calcination should be carried out at a temperature below 600 ° C. That is, when the phosphorus removal / recovery material of the present invention is prepared, the firing temperature of the bamboo material to which MAP is attached is 200 ° C. to less than 600 ° C., preferably 400 ° C. to less than 600 ° C. In contrast, it is generally said that good quality bamboo charcoal is said to be obtained by firing at 800 to 1000 ° C.

上記のように、竹材から、MAPの結晶が担持されている竹炭から成るリンの除去回収材を調製する場合、原料となる竹材として竹廃材を使用することが好ましい。近年、里山では放置竹林の異常繁殖による農地や森林の被害が多く発生している。また、竹林整備の際に発生した間伐竹廃材の処理が課題となっている。本発明のリンの除去回収材に竹廃材を利用することは、竹林被害を減少させて環境を保全し資源の有効活用を図る点からも有用な技術を提供することになる。   As described above, when preparing a phosphorus removal and recovery material made of bamboo charcoal on which MAP crystals are supported, it is preferable to use bamboo waste material as a bamboo material. In recent years, there have been many damages to farmland and forests due to abnormal breeding of abandoned bamboo forests in satoyama. In addition, the disposal of the thinned bamboo waste generated during the construction of the bamboo forest is an issue. The use of bamboo waste material for the phosphorus removal and recovery material of the present invention provides a useful technique from the viewpoint of reducing the damage to the bamboo forest, preserving the environment and effectively utilizing resources.

本発明のリンの除去回収材は、竹炭として製造され、または販売されているものから、直接、調製することもできる。その場合は、竹炭をMAPの水溶液に浸漬させて、竹炭の表面および細孔内にMAPの結晶を付着させた後、乾燥することによって使用に供することができる。   The phosphorus removal and recovery material of the present invention can also be directly prepared from those manufactured or sold as bamboo charcoal. In that case, the bamboo charcoal is immersed in an aqueous solution of MAP to attach crystals of MAP to the surface and pores of the bamboo charcoal, and then dried for use.

木炭、ヤシ殻炭、籾殻、米糠等の竹炭以外の植物性多孔質炭化物を使用する場合においても、適当な大きさと形状での植物性多孔質炭化物をMAPの水溶液に浸漬させた後、乾燥することにより、それらの植物性多孔質炭化物にMAPの結晶が担持された本発明のリンの除去回収材を得ることができる。   Even when plant porous carbides other than bamboo charcoal such as charcoal, coconut shell charcoal, rice husk, rice bran, etc. are used, the plant porous carbide with an appropriate size and shape is immersed in an aqueous solution of MAP and then dried. Thus, the phosphorus removal / recovery material of the present invention in which MAP crystals are supported on these plant porous carbides can be obtained.

以上のようにして得られた本発明のリンの除去回収材は、適当な保持具(例えば、洗濯ネット)に入れて、液状を呈している廃棄物(畜産排液等)に投入するだけで、廃棄物に含有されているリンをリン酸マグネシウムアンモニウム(MAP)の結晶として除去回収することができる。すなわち、リンの除去回収材に予め担持されているリン酸マグネシウムアンモニウムを種結晶(種晶)として、除去回収材の細孔内および表面にリン酸マグネシウムアンモニウムの結晶が成長する。この際、従来のMAP生成法によるリンの回収のように、pHの調整やMAPを生成するための反応制御操作は一切不要である。   The phosphorus removal / recovery material of the present invention obtained as described above is simply put in a suitable holding tool (for example, a washing net) and put into a liquid waste (such as livestock wastewater). The phosphorus contained in the waste can be removed and recovered as crystals of magnesium ammonium phosphate (MAP). That is, using ammonium ammonium phosphate previously supported on the phosphorus removal and recovery material as a seed crystal (seed crystal), crystals of magnesium ammonium phosphate grow in the pores and on the surface of the removal and recovery material. At this time, there is no need for pH adjustment or reaction control operation for generating MAP as in the case of phosphorus recovery by the conventional MAP generation method.

上述したような本発明のリンの除去回収方法によって得られ植物性炭素炭化物とリン酸マグネシウムアンモニウム(MAP)とを含む生成物は、そのまま、土壌改良剤ないしは有機肥料として使用に供することができる。すなわち、本発明に従うリンの除去回収方法を実施した後、MAPの結晶が成長した植物性多孔質炭化物を保持具(洗濯ネット等)から取り出し(必要に応じて乾燥した後)、適当な大きさに破砕するだけで土壌改良剤(有機肥料)として使用することができ、生成したMAPの複雑な分離工程も必要としない。   The product containing the vegetable carbon carbide and magnesium ammonium phosphate (MAP) obtained by the phosphorus removal and recovery method of the present invention as described above can be used as it is as a soil conditioner or organic fertilizer. That is, after carrying out the method for removing and recovering phosphorus according to the present invention, the plant porous carbide on which the MAP crystals have grown is taken out of the holder (washing net or the like) (after drying if necessary), and is appropriately sized. It can be used as a soil conditioner (organic fertilizer) just by crushing it into corn and does not require a complicated separation process of the produced MAP.

竹炭や木炭は従来から土壌改良剤として利用されており、土壌に混ぜることによって、土壌の通気性と通水性がよくなることが知られている。本発明のリンの除去回収材を構成する竹炭に代表される植物性材料にはカリウムが含まれている。したがって、本発明に従うリンの回収方法を実施することによって得られる土壌改良剤(有機肥料)は、リン、窒素およびカリウムの肥料の3要素の他、マグネシウムなどの栄養塩が含まれているため、従来の竹炭等そのものを土壌にまいて土壌改良を行う従来の手法に比べて植物の促進効果を高めることができる。また、MAP生成に基く従来のリンの回収技術に見られるように陶器などを利用する方法では、このような土壌改良効果を奏することはできない。   Bamboo charcoal and charcoal have been conventionally used as soil conditioners, and it is known that when mixed with soil, the air permeability and water permeability of the soil are improved. The plant material represented by bamboo charcoal constituting the phosphorus removal and recovery material of the present invention contains potassium. Therefore, the soil conditioner (organic fertilizer) obtained by carrying out the method for recovering phosphorus according to the present invention contains nutrients such as magnesium in addition to the three elements of phosphorus, nitrogen and potassium fertilizers. Compared to the conventional method of improving soil by spreading bamboo charcoal or the like in the soil itself, the effect of promoting the plant can be enhanced. Moreover, such a soil improvement effect cannot be achieved by a method using pottery or the like as seen in the conventional phosphorus recovery technology based on MAP generation.

以下、本発明を実施例に沿って説明するが、本発明はこれらの実施例によって制限されるものではない。
実施例1:竹廃材からのリンの除去回収材の調製およびその検証
ゴミ箱(内容積45L)にMAP(MgNHPO・6HO:和光純薬(株)製)の1重量%水溶液を入れ、これに里山整備する際にできた竹廃材を24時間浸漬した。
竹廃材をゴミ箱から取り出し、室温で乾燥した後、電気炉内に入れて焼成した。室温から昇温して、炉内の温度が500℃〜550℃にあることを確認して、竹廃材の焼成を行い、竹廃材を改質した竹炭から成るリンの除去回収材を調製した。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated along an Example, this invention is not restrict | limited by these Examples.
Example 1: Preparation and verification of phosphorus removal / recovery material from bamboo waste material 1% by weight aqueous solution of MAP (MgNH 4 PO 4 .6H 2 O: manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was put in a trash box (inner volume 45 L). Then, the bamboo waste material that was produced when the village forest was maintained was immersed for 24 hours.
The bamboo waste was removed from the trash can, dried at room temperature, and then fired in an electric furnace. The temperature was raised from room temperature, and it was confirmed that the temperature in the furnace was 500 ° C. to 550 ° C., and the bamboo waste material was fired to prepare a phosphorus removal and recovery material made of bamboo charcoal modified from the bamboo waste material.

上記のようにして得られた改質竹炭から成るリンの除去回収材をほぼ5cm〜40cmの大きさに切断し、5000mLのリン酸イオン、マグネシウムイオンおよびアンモニアにウムイオンを含有する水溶液(すなわち、リン酸二水素カリウム、塩化マグネシウム、塩化アンモニウムのそれぞれ0.0728molを1000mLの水に溶かした水溶液)に24時間浸漬して、実験室規模での効果を検証した。   The phosphorus removal / recovery material composed of the modified bamboo charcoal obtained as described above is cut to a size of approximately 5 cm to 40 cm, and 5000 mL of an aqueous solution containing phosphate ions, magnesium ions, and ammonia containing um ions (that is, phosphorus It was immersed for 24 hours in an aqueous solution of 0.0728 mol of potassium dihydrogen acid, magnesium chloride, and ammonium chloride in 1000 mL of water, and the effect on a laboratory scale was verified.

図1に焼成してから小さく破砕してサイズを揃えた後の改質竹炭の写真(a)、およびリン酸イオン/マグネシウムイオン/アンモニウムイオン含有水溶液に浸漬後の改質竹炭の写真(b)を示す。さらに、図2に、焼成してから小さく破砕してサイズを揃えた後の改質竹炭のSEM写真(a)、およびリン酸イオン/マグネシウムイオン/アンモニウムイオン含有水溶液に浸漬後の改質竹炭のSEM写真(b)を示す。   The photograph (a) of the modified bamboo charcoal after being crushed into small sizes after firing in FIG. 1 and the photograph (b) of the modified bamboo charcoal after being immersed in an aqueous solution containing phosphate ions / magnesium ions / ammonium ions Indicates. Further, FIG. 2 shows an SEM photograph (a) of the modified bamboo charcoal after firing and crushing it to the same size, and the modified bamboo charcoal after immersion in an aqueous solution containing phosphate ions / magnesium ions / ammonium ions. An SEM photograph (b) is shown.

上記の焼成によって得られる改質竹炭は、MAPの種結晶と考えられる白色部分が認められるが、全体としては、一般の竹炭に見られるように、黒色を帯びていることが図1の(a)に示されており、また、多孔質を呈していることが図2の(a)から理解される。これをリン酸イオン/マグネシウムイオン/アンモニウムイオン含有水溶液に浸漬した後は、図1の(b)に示すように、全体として白色になっており、SEM観察すると、改質竹炭の表面にリン酸マグネシウムアンモニウムの結晶が成長していることが図2の(b)から理解される。このようにして、本発明の改質竹炭から成るリンの除去回収材を用いると、溶液中のリン酸イオン濃度とアンモニウムイオン濃度を同時に低減できることを実験で確認した。   In the modified bamboo charcoal obtained by the above firing, a white portion considered to be a seed crystal of MAP is recognized, but as a whole, it is black as shown in FIG. 2), and it is understood from FIG. 2 (a) that it is porous. After immersing this in an aqueous solution containing phosphate ions / magnesium ions / ammonium ions, as shown in FIG. 1 (b), the whole is white, and when observed with SEM, phosphoric acid is formed on the surface of the modified bamboo charcoal. It can be understood from FIG. 2B that magnesium ammonium crystals are growing. Thus, it was confirmed by experiments that the phosphate ion concentration and the ammonium ion concentration in the solution can be simultaneously reduced by using the phosphorus removal and recovery material made of the modified bamboo charcoal of the present invention.

次に、宮崎県の養豚場から排出されるし尿に、本発明の改質竹炭から成るリンの除去回収材を適用して、その実用的な効果も検証した。7個の曝気槽が直列に連絡され8m/日のし尿を連続的に流通させて処理するし尿処理装置の最初の曝気槽(内容積250m3)内に、既述のようにして得られた改質竹炭から成るリンの除去回収材2kgを洗濯ネットに入れて、投入、浸漬した。投入から、5日および10日後にそれぞれ1kgずつを曝気槽から引き上げ、洗濯ネットから取り出し乾燥して観察を行った。 Next, by applying the phosphorus removal and recovery material comprising the modified bamboo charcoal of the present invention to human waste discharged from a pig farm in Miyazaki Prefecture, the practical effect was verified. Seven aeration tanks are connected in series, and 8 m 3 / day of human waste is continuously circulated and processed in the first aeration tank (with an internal volume of 250 m 3 ) of the human waste treatment apparatus. 2 kg of phosphorus removal / recovery material made of modified bamboo charcoal was put into a laundry net, and charged and immersed. After the introduction, 5 kg and 10 days later, 1 kg each was pulled out of the aeration tank, taken out from the washing net and dried for observation.

上記の実験室規模の検出の場合と同様に、当初は全体的に黒色を呈していた改質竹炭から成るリンの除去回収材が、浸漬後、乾燥すると全体的に白くなっていた。そのSEM写真を図3に示す。5日後および10日後のいずれの場合においても充分にリン酸マグネシウムアンモニウム(MAP)の結晶が成長していることが観察され、排液中のリンをMAPの結晶として回収できることが確認された。   As in the case of the laboratory-scale detection described above, the phosphorus removal / recovery material composed of modified bamboo charcoal, which was initially black as a whole, became white when dried after immersion. The SEM photograph is shown in FIG. It was observed that the crystals of magnesium ammonium phosphate (MAP) were sufficiently grown in both cases after 5 days and 10 days, and it was confirmed that phosphorus in the drainage could be recovered as MAP crystals.

実施例2:竹炭からのリンの除去回収材の調製およびその検証
0,1,2および3重量%のMAP水溶液に、市販の竹炭(立花バンブー株式会社製、商品名:夢竹炭)を24時間浸漬した後、室温で乾燥することにより、リンの除去回収材を調製した。各濃度のMAP水溶液について、得られたリンの除去回収材のSEM写真を図4に示す。MAP水溶液の濃度が高くなる程、MAPの種結晶となる白色部分が多くなる傾向が認められるが、いずれも竹炭に由来する多孔質を保持していることが確認された。
Example 2: Preparation and verification of phosphorus removal and recovery material from bamboo charcoal Commercial bamboo charcoal (manufactured by Tachibana Bamboo Co., Ltd., trade name: Yumetake charcoal) in 0, 1, 2 and 3 wt% MAP aqueous solution for 24 hours After immersion, the material for removing and collecting phosphorus was prepared by drying at room temperature. FIG. 4 shows SEM photographs of the obtained phosphorus removal and recovery materials for each concentration of MAP aqueous solution. As the concentration of the MAP aqueous solution increases, the white portion that becomes the seed crystal of MAP tends to increase, but it was confirmed that all retained the porous material derived from bamboo charcoal.

得られたリンの除去回収材を、実施例1と同様に、リン酸イオン/マグネシウムイオン/アンモニウムイオン含有水溶液に10日間浸漬した。当初のリンの濃度は100ppm、pHは8.4であった。除去回収材の調製に用いたMAP水溶液の濃度0,1,2および3重量%におけるリンの除去率(回収率)は、それぞれ、31%,46%,50%および51%であり、リンの除去率が高くなるに従い、pHが低下し、MAP濃度3重量%で調製したリンの除去回収材の場合(回収率51%)、pHは当初の8.4から7.5となった。リン酸イオン/マグネシウムイオン/アンモニウムイオン含有水溶液に浸漬後のリンの除去回収材のSEM写真を図5に示す。上述のリンの除去率に応じて、MAPの結晶の成長が認められ、竹炭に直接MAPを担持させた場合においても、溶液中のリン酸イオンとアンモニウムイオンをMAPの結晶として除去、回収できることが確認された。
The obtained phosphorus removal / recovery material was immersed in an aqueous solution containing phosphate ions / magnesium ions / ammonium ions for 10 days in the same manner as in Example 1. The initial phosphorus concentration was 100 ppm and the pH was 8.4. The removal rate (recovery rate) of phosphorus at concentrations of 0, 1, 2 and 3% by weight of the MAP aqueous solution used for the preparation of the removal and recovery material was 31%, 46%, 50% and 51%, respectively. As the removal rate increased, the pH decreased, and in the case of the phosphorus removal and recovery material prepared at a MAP concentration of 3% by weight (recovery rate of 51%), the pH was changed from the initial 8.4 to 7.5. FIG. 5 shows an SEM photograph of the phosphorus removal and recovery material after immersion in an aqueous solution containing phosphate ions / magnesium ions / ammonium ions. According to the removal rate of phosphorus described above, MAP crystal growth is observed, and even when MAP is directly supported on bamboo charcoal, phosphate ions and ammonium ions in the solution can be removed and recovered as MAP crystals. confirmed.

Claims (4)

植物性多孔質炭化物の原料として竹材を用いたリン除去回収材の製造方法であって、竹材をリン酸マグネシウムアンモニウムの水溶液に浸漬した後、200℃から600℃未満の温度で焼成することでリン酸マグネシウムアンモニウムの結晶が担持された状態の竹炭を得ることを特徴とするリン除去回収材の製造方法。   A method for producing a phosphorus removal and recovery material using bamboo as a raw material for plant porous carbide, wherein the bamboo is immersed in an aqueous solution of magnesium ammonium phosphate and then fired at a temperature of 200 ° C. to less than 600 ° C. A method for producing a phosphorus removal and recovery material, characterized in that bamboo charcoal in a state where crystals of magnesium ammonium oxide are supported is obtained. リン酸、マグネシウムおよびアンモニアを含有する廃棄物からリンを除去回収する方法であって、請求項1に記載の製造方法により製造されたリン除去回収材を廃棄物中に投入して、当該リン除去回収材の細孔内および表面にリン酸マグネシウムアンモニウムの結晶を、pHをアルカリに調整することなく成長させる工程を含むことを特徴とするリンを除去回収する方法。   A method for removing and recovering phosphorus from a waste containing phosphoric acid, magnesium and ammonia, wherein the phosphorus removal and recovery material produced by the production method according to claim 1 is introduced into the waste, and the phosphorus is removed. A method for removing and recovering phosphorus, comprising a step of growing magnesium ammonium phosphate crystals in the pores and on the surface of the recovery material without adjusting the pH to alkali. 廃棄物が畜産排液であることを特徴とする請求項2に記載のリンを除去回収する方法。   The method for removing and recovering phosphorus according to claim 2, wherein the waste is livestock drainage. 請求項2又は3に記載の方法を実施することによりリン酸マグネシウムアンモニウムの成長した結晶が担持された竹炭を得ることを特徴とする土壌改良剤の製造方法。   A method for producing a soil improver, characterized in that bamboo charcoal carrying crystals grown with magnesium ammonium phosphate is obtained by carrying out the method according to claim 2 or 3.
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