JP5888720B2 - Fertilizer manufacturing method and rotary surface melting furnace used in fertilizer manufacturing method - Google Patents

Fertilizer manufacturing method and rotary surface melting furnace used in fertilizer manufacturing method Download PDF

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本発明は、リン含有汚泥またはリン含有焼却灰を含む被溶融物を溶融処理する溶融処理ステップと、前記溶融処理ステップで溶融されたスラグを冷却処理して固化する冷却処理ステップと、を含む肥料の製造方法、及び肥料の製造方法に用いられる回転式表面溶融炉に関する。   The present invention is a fertilizer comprising: a melting process step for melting a melt containing phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incinerated ash; and a cooling process step for cooling and solidifying the slag melted in the melting process step. The present invention relates to a rotary surface melting furnace used in the manufacturing method and fertilizer manufacturing method.

リン肥料や工業用リン酸の製造のために必要となるリン鉱石を100%海外に依存している我が国では、廃棄物からのリン資源の回収が重要な課題になっている。特に下水汚泥に濃縮されるリンは、輸入リン鉱石の30%以上を占めていることもあり、下水汚泥からリンを含む肥料を製造するための各種の試みがなされている。   Recovering phosphorus resources from waste has become an important issue in Japan, which is 100% dependent on foreign countries for phosphorus ore, which is necessary for the production of phosphorus fertilizer and industrial phosphoric acid. In particular, phosphorus concentrated in sewage sludge may account for 30% or more of imported phosphorus ore, and various attempts have been made to produce fertilizers containing phosphorus from sewage sludge.

例えば、特許文献1には、原料焼却灰の全リン酸濃度を測定し、該全リン酸濃度が予め定めた目標製品の濃度よりも低い場合には溶融処理前に高リン含有廃棄物の添加割合を求めて、原料中に添加した後に、溶融して、その後急冷してリン肥料を製造する方法が開示されている。当該文献によれば、汚泥に含まれるリン酸濃度が低い場合にはスラグ化した肥料のリンのク溶率が低くなるため、予め汚泥にリンを補充した後に溶融することで、所定のク溶率が得られる肥料の製造方法が開示されている。   For example, in Patent Document 1, the total phosphoric acid concentration of raw material incineration ash is measured, and when the total phosphoric acid concentration is lower than a predetermined target product concentration, the addition of high phosphorus-containing waste before melting treatment A method is disclosed in which a proportion is obtained, added to the raw material, melted, and then rapidly cooled to produce phosphorus fertilizer. According to this document, when the concentration of phosphoric acid contained in the sludge is low, the dissolution rate of phosphorus in the slag fertilizer becomes low. A method for producing a fertilizer that yields a rate is disclosed.

特開2006−1819号公報JP 2006-1819 A

しかし、特許文献1に開示された技術では、製造された肥料のク溶率が目標範囲に入るように、汚泥に他のリン原料を混入する必要があり、リン肥料の製造コストが上昇するという問題があった。   However, in the technique disclosed in Patent Document 1, it is necessary to mix other phosphorus raw materials into sludge so that the dissolution rate of the manufactured fertilizer falls within the target range, and the production cost of phosphorus fertilizer increases. There was a problem.

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、肥料原料となる汚泥に他のリン原料を混入しなくても、製造された肥料に含まれるリンのク溶率を調整することができる肥料の製造方法、及び肥料の製造方法に用いられる回転式表面溶融炉を提供する点にある。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is a fertilizer capable of adjusting the dissolution rate of phosphorus contained in the produced fertilizer without mixing other phosphorus raw materials into the sludge as the fertilizer raw material. It exists in the point which provides the rotary surface melting furnace used for the manufacturing method and the manufacturing method of a fertilizer.

上述の目的を達成するため、本発明による肥料の製造方法の第一特徴構成は、特許請求の範囲の請求項1に記載した通り、リン含有汚泥またはリン含有焼却灰を含む被溶融物を溶融処理する溶融処理ステップと、前記溶融処理ステップで溶融されたスラグを冷却処理して固化する冷却処理ステップと、を含む肥料の製造方法であって、スラグを評価する指標として光学的塩基度を用いて求めた添加量の骨格調整剤を前記被溶融物に添加して、前記冷却処理ステップで固化されたスラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所定値を上回るように調整する骨格調整剤添加ステップを、前記溶融処理ステップよりも前段に備えている点にある。 In order to achieve the above-mentioned object, the first characteristic configuration of the fertilizer manufacturing method according to the present invention is to melt a melt containing phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incinerated ash as described in claim 1 of the claims. A fertilizer manufacturing method comprising: a melting processing step to be processed; and a cooling processing step for cooling and solidifying the slag melted in the melting processing step, using optical basicity as an index for evaluating slag The amount of the skeletal conditioner obtained in this way is added to the melt, and the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the slag solidified in the cooling treatment step is adjusted to exceed a predetermined value. The skeleton adjusting agent adding step is provided in a stage prior to the melting treatment step .

溶融処理ステップで溶融され、冷却処理ステップで固化されたスラグの骨格を構成する珪酸は、実際の構造ではSiO四面体が酸素Oを橋渡しにして不規則に並べられた三次元の網目でつながっている。つまり、SiOの四つの酸素は、珪素Siが作る四頂点の軌道を囲んでSiO四面体を作りながら、酸素Oは他のもう一つの珪素Siとも結合して無限の網目構造が作られる。珪素Siをつないでいくこのような酸素Oを架橋酸素と呼ぶ。スラグに含まれるリン酸Pも同様にリンPに架橋酸素が結合され、無限の網目構造が作られる。このようなスラグ成分の中に金属イオン等の陽イオンが含まれると、珪素SiやリンPと結合されるべき酸素Oの一部の結合が切られて、当該陽イオンとイオン的につり合う状態になる。こういう酸素Oを非架橋酸素と呼ぶ。スラグ中に非架橋酸素が増加すると、スラグの骨格強度が脆弱化して崩壊し易くなる。 In the actual structure, silicic acid constituting the slag skeleton melted in the melting process step and solidified in the cooling process step is connected by a three-dimensional network in which the SiO 4 tetrahedron is irregularly arranged with oxygen O as a bridge. ing. That is, four oxygen SiO 4, while making the SiO 4 tetrahedra surrounds the orbits of the four vertices of silicon Si make, oxygen O is infinite network structure bonded with other another silicon Si is made . Such oxygen O that connects silicon Si is called bridging oxygen. Similarly, the phosphoric acid P 2 O 5 contained in the slag is bonded with phosphorus P to bridging oxygen to form an infinite network structure. When a cation such as a metal ion is contained in such a slag component, a part of the oxygen O to be bonded to silicon Si or phosphorus P is cut and is in an ionic balance with the cation. become. Such oxygen O is called non-bridging oxygen. When non-bridging oxygen increases in the slag, the slag skeleton strength becomes weak and easily collapses.

本願発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、架橋酸素による網目構造が主体となるスラグに対して、スラグ中の非架橋酸素の数が増えると、肥料成分であるリン酸のク溶率が上昇するという事実を確認した。そして、溶融処理ステップの前段でリン含有汚泥またはリン含有焼却灰に骨格調整剤を添加することにより、スラグ中の非架橋酸素の数を調整することが可能になり、骨格調整剤の添加量を調整することによって、冷却処理ステップで固化されたスラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所定値を上回るように調整することが可能になるという新知見を得たのである。   As a result of intensive research, the inventors of the present application have found that when the number of non-bridging oxygen in the slag increases with respect to the slag mainly composed of a network structure of bridging oxygen, the solubility of phosphoric acid, which is a fertilizer component, increases. Confirmed the fact that it rises. And by adding a skeletal modifier to the phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incinerated ash in the previous stage of the melting treatment step, it becomes possible to adjust the number of non-crosslinked oxygen in the slag, and the amount of the skeleton modifier added As a result of the adjustment, a new finding has been obtained that the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the slag solidified in the cooling treatment step can be adjusted to exceed a predetermined value.

即ち、リン含有汚泥またはリン含有焼却灰に他のリン原料を混入しなくても、単に骨格調整剤を添加して溶融処理すれば、冷却処理ステップで固化されたスラグの骨格構造が脆弱化して、当該スラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率を高めることができるようになった。 That is, even if other phosphorus raw materials are not mixed in phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incinerated ash, if the skeleton modifier is simply added and melted, the skeletal structure of the slag solidified in the cooling process step becomes weak. The ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the slag can be increased .

さらに本願発明者らは、更にスラグを評価する指標として、光学的塩基度を指標として用いることができることを見出した。光学的塩基度は、DuffyとIngramによって見出された指標であり、紫外光吸収ピークがガラス組成に対して敏感に変化することに注目し、多成分系酸化物ガラスについて、ガラスの組成とそれらを構成するカチオンの電気陰性度とから、以下の数式に基づいて導き出される指標である。 The present gun inventors, as an indicator to further evaluate the slug has been found that it is possible to use optical basicity as an index. Optical basicity is an index found by Duffy and Ingram, focusing on the fact that the ultraviolet light absorption peak changes sensitively with respect to the glass composition. Is an index that is derived from the electronegativity of the cation constituting s based on the following formula.

光学的塩基度Λ=1−Σ(zi・ri/2)・(1−1/γi)
但し、γi=1.36(χi−0.26)
ここに、ziはi種カチオンの原子価であり、riは酸素1個あたりで表現したときのi種カチオンの数であり、χiはi種カチオンの電気陰性度である。
Optical basicity Λ = 1−Σ (zi · ri / 2) · (1-1 / γi)
However, γi = 1.36 (χi−0.26)
Here, zi is the valence of the i-type cation, ri is the number of the i-type cation expressed per oxygen, and χi is the electronegativity of the i-type cation.

光学的塩基度は、リン含有汚泥またはリン含有焼却灰を含む被溶融物あるいはスラグの組成を分析することにより求まる値であるため、スラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所定値を上回るための光学的塩基度が定まれば、そのような光学的塩基度を得るための骨格調整剤の添加量を調整することができるようになる。 Optical basicity are the value obtained by analyzing the composition of the melt or slag containing Li down-containing sludge or phosphorus-containing ash, the ratio of click-soluble phosphorus weight relative to the total phosphorus weight contained in slag if Sadamare optically basicity to above a predetermined value, it is possible to adjust the amount of skeletal modifier to obtain optically basicity like it.

同第の特徴構成は、同請求項に記載した通り、上述した第の特徴構成に加えて、前記骨格調整剤添加ステップで添加される骨格調整剤の添加量は、前記冷却処理ステップで固化されたスラグの光学的塩基度が、当該スラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所定値を上回るように、予め前記被溶融物の組成を分析することにより求まる光学的塩基度に基づいて調整される値である点にある。 As described in claim 2 , the second feature configuration includes the amount of the skeleton modifier added in the skeleton modifier addition step in addition to the first feature configuration described above. The optical basicity of the slag solidified in step 1 is obtained by analyzing the composition of the melt beforehand so that the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the slag exceeds a predetermined value. The value is adjusted based on the basicity .

光学的塩基度は、予めリン含有汚泥またはリン含有焼却灰の組成を分析することにより求まる値であるため、スラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所定値を上回るための光学的塩基度が定まれば、事前にそのような光学的塩基度を得るための骨格調整剤の添加量を調整することができるようになる。従って、わざわざスラグの光学的塩基度を測定する必要がない。The optical basicity is a value obtained by analyzing the composition of phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incinerated ash in advance, so that the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the slag exceeds the predetermined value. Once the basic basicity is determined, it becomes possible to adjust the amount of the skeletal modifier for obtaining such optical basicity in advance. Therefore, it is not necessary to measure the optical basicity of the slag.

同第三の特徴構成は、同請求項3に記載した通り、上述した第一の特徴構成に加えて、前記骨格調整剤添加ステップで添加される骨格調整剤の添加量は、前記冷却処理ステップで固化されたスラグ光学的塩基度が、当該スラグを含む肥料に含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所定値を上回るように、予め前記被溶融物の組成を分析することにより求まる光学的塩基度に基づいて調整される値である点にある。In the third feature configuration, as described in claim 3, in addition to the first feature configuration described above, the addition amount of the skeleton modifier added in the skeleton modifier addition step is the cooling treatment step. The optical basicity of the slag solidified in (1) is obtained by analyzing the composition of the melt in advance so that the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the fertilizer containing the slag exceeds a predetermined value. The value is adjusted based on the optical basicity.

上述した第の特徴構成によって製造されたスラグのみからなる肥料を使用する場合のみならず、当該スラグに他の肥料を混合して使用する場合もある。後者の場合、混合した肥料全体として全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が調整される必要がある。そのような場合であっても、他の肥料のリンのク溶率が判明していれば、骨格調整剤の添加量を調整することによって、混合した肥料全体のリンのク溶率を調整することができるようになる。 Not only when using the fertilizer which consists only of slag manufactured by the 1st characteristic structure mentioned above, but also the other fertilizer may be mixed and used for the said slag. In the latter case, it is necessary to adjust the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight in the mixed fertilizer as a whole. Even in such a case, if found to phosphorus click溶率other fertilizers, by adjusting the amount of skeletal modifiers, adjusting the click溶率phosphorus of the total mixed fertilizers Will be able to.

同第四の特徴構成は、同請求項4に記載した通り、上述した第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記骨格調整剤添加ステップが溶融処理ステップより前に実行される点にある。In the fourth feature configuration, as described in claim 4, in addition to any one of the first to third feature configurations described above, the skeleton modifier adding step is executed before the melting processing step. In the point.

骨格調整剤添加ステップによって添加される骨格調整剤が被溶融物に均質に混合された後に溶融処理ステップが実行されるようになる。After the skeletal modifier added in the skeleton modifier adding step is homogeneously mixed with the melt, the melting treatment step is performed.

同第五の特徴構成は、同請求項5に記載した通り、上述した第四の特徴構成に加えて、前記リン含有汚泥が原水を生物処理して浄化する水処理ステップで生じた余剰汚泥であり、前記骨格調整剤添加ステップが前記水処理ステップで引き抜かれた余剰汚泥に対して実行される点にある。In addition to the fourth feature configuration described above, the fifth feature configuration is surplus sludge generated in a water treatment step in which the phosphorus-containing sludge is biologically treated to purify raw water. And the skeletal conditioner adding step is performed on the excess sludge extracted in the water treatment step.

水処理ステップで引き抜かれた余剰汚泥に骨格調整剤を添加することにより、汚泥中に骨格調整剤を効率的かつ均一に分散させることができる。By adding a skeletal modifier to the excess sludge extracted in the water treatment step, the skeleton modifier can be efficiently and uniformly dispersed in the sludge.

同第六の特徴構成は、同請求項6に記載した通り、上述した第四の特徴構成に加えて、前記リン含有汚泥が原水を生物処理して浄化する水処理ステップで生じた余剰汚泥であり、前記骨格調整剤添加ステップが前記水処理ステップで生物処理される前の原水に対して実行される点にある。In addition to the fourth feature configuration described above, the sixth feature configuration is surplus sludge generated in a water treatment step in which the phosphorus-containing sludge is biologically treated to purify raw water. And the skeletal regulator addition step is performed on the raw water before being biologically treated in the water treatment step.

同第七の特徴構成は、同請求項7に記載した通り、上述した第六の特徴構成に加えて、前記骨格調整剤添加ステップで用いられる骨格調整剤が非水溶性の骨格調整剤である点にある。In the seventh characteristic configuration, as described in claim 7, in addition to the sixth characteristic configuration described above, the skeleton adjusting agent used in the skeleton adjusting agent adding step is a water-insoluble skeleton adjusting agent. In the point.

非水溶性の骨格調整剤を添加するので、骨格調整剤が処理水中に溶解することなく汚泥中に効率的に分散されるようになる。Since the water-insoluble skeleton modifier is added, the skeleton modifier is efficiently dispersed in the sludge without dissolving in the treated water.

同第八の特徴構成は、同請求項8に記載した通り、上述した第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記骨格調整剤添加ステップが前記リン含有汚泥または前記リン含有焼却灰に対して実行される点にある。In the eighth feature, as described in claim 8, in addition to any of the first to third features described above, the skeletal modifier addition step includes the phosphorus-containing sludge or the phosphorus-containing incineration. It is in a point that is performed against ash.

同第の特徴構成は、同請求項に記載した通り、上述した第から第の何れかの特徴構成に加えて、前記骨格調整剤添加ステップで添加される骨格調整剤が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属から選ばれる一種類または複数種類の金属単体または金属化合物である点にあり、スラグの骨格強度を調整するために必要な陽イオンとして、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属から選ばれる一種類または複数種類の金属単体または金属化合物を好適に用いることができる。 In the ninth feature configuration, as described in claim 9 , in addition to any of the first to eighth feature configurations described above, the skeleton modifier added in the skeleton modifier addition step is an alkali. One or more kinds of simple metals or metal compounds selected from metals, alkaline earth metals, and transition metals. Alkaline metals, alkaline earths as cations required to adjust the slag skeleton strength One kind or plural kinds of simple metals or metal compounds selected from a similar metal or a transition metal can be preferably used.

同第の特徴構成は、同請求項10に記載した通り、上述した第一から第の何れかの特徴構成に加えて、前記骨格調整剤添加ステップで添加される骨格調整剤が、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、マンガン、銅、亜鉛から選ばれる一種類または複数種類の金属単体または金属化合物である点にある。 In the tenth feature, as described in claim 10 , in addition to any one of the first to ninth features described above, the skeleton modifier added in the skeleton modifier addition step is sodium. , Potassium, calcium, magnesium, iron, manganese, copper, zinc, or one or more kinds of simple metals or metal compounds.

スラグを脆弱化してリンの溶出を促すための骨格調整剤として、カリウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、マンガン、銅、亜鉛から選ばれる一種類または複数種類の金属単体または金属化合物を用いると、それら自身が植物に不可欠な肥料成分となり、品質がより良好な肥料が得られる。例えば、骨格調整剤としてナトリウム、カリウム、カルシウム、鉄の金属単体または金属化合物を用いると、溶融処理ステップで汚泥等の融点を低下させることができ、溶融のための化石燃料や電力等の外部エネルギーの消費量を低減することができる。また、鉄の金属単体または金属化合物を用いると、リンと合金化してその沸点を上昇させ、溶融処理時にリン成分が気化することを効果的に抑制することができる。このように、骨格調整剤が融点制御材の役割を有しており、融点を制御することもできる。   When using one or more kinds of simple metals or metal compounds selected from potassium, calcium, magnesium, iron, manganese, copper, and zinc as skeletal modifiers to weaken slag and promote phosphorus elution, they themselves Becomes an indispensable fertilizer component for plants, and a fertilizer with better quality can be obtained. For example, if sodium, potassium, calcium, or iron metal alone or a metal compound is used as a skeletal modifier, the melting point of sludge can be lowered in the melting step, and external energy such as fossil fuel and electric power for melting. Consumption can be reduced. Further, when an iron metal simple substance or a metal compound is used, it can be alloyed with phosphorus to raise its boiling point, and the phosphorus component can be effectively prevented from vaporizing during the melting treatment. Thus, the skeleton modifier has a role of a melting point controlling material, and the melting point can be controlled.

同第十一の特徴構成は、同請求項11に記載した通り、上述した第一から第の何れかの特徴構成に加えて、前記骨格調整剤添加ステップで添加される骨格調整剤に鉄またはその化合物が含まれ、前記溶融処理ステップが還元性雰囲気または酸化性雰囲気で実行される点にある。 In the eleventh characteristic configuration, as described in claim 11 , in addition to any of the first to tenth characteristic configurations described above, iron is added to the skeleton adjusting agent added in the skeleton adjusting agent adding step. Alternatively, the compound is contained, and the melting step is performed in a reducing atmosphere or an oxidizing atmosphere .

骨格調整剤添加ステップで添加される骨格調整剤に鉄またはその化合物が含まれている場合は、溶融処理ステップを酸化性雰囲気で実施すると、溶融スラグ中の鉄がFeの形態になるため骨格強度が強いスラグを得ることができる。溶融処理ステップを還元性雰囲気で実施すると、溶融スラグ中の鉄がFeOの形態となり骨格強度が弱いスラグを得ることができる。つまり、溶融時の雰囲気を還元性雰囲気にするか酸化性雰囲気にするかによって、スラグに含まれるリンのク溶率を調整することができる。 When the framework modifier added in the framework modifier adding step contains iron or a compound thereof, the iron in the molten slag is in the form of Fe 2 O 3 when the melting treatment step is performed in an oxidizing atmosphere. Therefore, a slag having a high skeleton strength can be obtained. When the melting treatment step is performed in a reducing atmosphere, iron in the molten slag becomes a form of FeO, and a slag having a low skeleton strength can be obtained. That is, the dissolution rate of phosphorus contained in the slag can be adjusted depending on whether the atmosphere during melting is a reducing atmosphere or an oxidizing atmosphere.

同第十二の特徴構成は、同請求項12に記載した通り、上述した第一から第十一の何れかの特徴構成に加えて、前記溶融処理ステップは、スラグの温度を1000℃から1700℃の範囲で調整した条件下で実行される点にある。In the twelfth feature, as described in claim 12, in addition to any one of the first to eleventh features described above, the melting treatment step may be performed at a slag temperature of 1000 ° C. to 1700 ° C. It is in the point which is performed under the condition adjusted in the range of ° C.

1300℃より高温で溶融処理すると、スラグの粘性が低く、スラグ骨格がエネルギー安定的は平衡状態に近づき、骨格強度が強いスラグを得ることができ、1300℃以下の溶融温度で溶融処理すると、スラグの粘性が高く、スラグ骨格が平衡状態に達しないので、骨格強度が弱いスラグを得ることができるようになる。When melt processing is performed at a temperature higher than 1300 ° C., the viscosity of the slag is low, the slag skeleton approaches an energy-stable equilibrium state, and a slag having a high skeleton strength can be obtained. Since the slag skeleton does not reach an equilibrium state, a slag having a low skeleton strength can be obtained.

同第十三の特徴構成は、同請求項13に記載した通り、上述した第一から第十三の何れかの特徴構成に加えて、前記溶融処理ステップは、スラグの温度を1300℃以下に調整した条件下で実行される点にあり、1300℃より高温で溶融処理すると、スラグの粘性が低く、スラグ骨格がエネルギー安定的は平衡状態に近づき、骨格強度が強いスラグとなるが、1300℃以下の溶融温度で溶融処理すると、スラグの粘性が高く、スラグ骨格が平衡状態に達しないので、骨格強度が弱いスラグを得ることができるようになる。 In the thirteenth feature configuration, as described in claim 13 , in addition to any of the first to thirteenth feature configurations described above, the melting treatment step may be configured such that the temperature of the slag is 1300 ° C. or lower. When it is melted at a temperature higher than 1300 ° C., the viscosity of the slag is low, the slag skeleton approaches an energy-stable equilibrium state, and the slag has a strong skeleton strength. When the melting treatment is performed at the following melting temperature, the slag has a high viscosity and the slag skeleton does not reach an equilibrium state, so that a slag having a low skeleton strength can be obtained.

同第十四の特徴構成は、同請求項14に記載した通り、上述した第一から第十三の何れかの特徴構成に加えて、前記冷却処理ステップは、前記溶融処理ステップで溶融されたスラグを緩速冷却して固化するステップまたは水冷機構を用いて急速冷却するステップを含む点にある。 In the fourteenth feature, as described in claim 14 , in addition to any one of the first to thirteenth features described above, the cooling treatment step is melted in the melting treatment step. The method includes a step of slowly cooling and solidifying the slag or a step of rapid cooling using a water cooling mechanism .

冷却処理ステップで溶融スラグを冷却する場合に、溶融スラグを水槽に落下させる等によって急速冷却すると非結晶質主体のスラグが得られ、リンは非結晶質骨格に取り込まれているので、リン溶出率の低いスラグとなる。溶融スラグを空冷等によって緩速冷却すると、結晶質主体のスラグが得られ、リンは結晶質骨格に取り込まれにくいため、リン溶出率の高いスラグとなる。 When the molten slag is cooled in the cooling process step, if the molten slag is rapidly cooled, such as by dropping it into a water tank, amorphous slag is obtained and phosphorus is incorporated into the amorphous skeleton, so the phosphorus elution rate Low slag. When the molten slag slow cooled by air cooling or the like, the slag crystalline entity is obtained, phosphorus because less likely to be taken in the crystalline framework, ing a high phosphorus dissolution rate slag.

発明による肥料の製造方法に用いられる回転式表面溶融炉の第一の特徴構成は、同請求項15に記載した通り、上述した第一から第十四の何れかの特徴構成を備えた肥料の製造方法に用いられる回転式表面溶融炉であって、燃焼器が配置された天井部の周囲に立設された内筒と、底部中央に出滓口が形成された有底の外筒とを共通軸心周りに配置し、前記外筒と前記内筒との間の蓄積部に投入されたリン含有汚泥またはリン含有焼却灰を含む被溶融物を、前記外筒と前記内筒の相対回転により前記内筒の下縁部から前記天井部の下部空間の主燃焼室に移動させて、その露出面を前記燃焼器の燃焼火炎により溶融し、前記出滓口から溶融スラグを落下排出するように構成され、前記主燃焼室で溶融されたスラグの滞留時間を調整する滞留時間調整機構を備えている点にある。 The first characteristic configuration of the rotary surface melting furnace used in the method for producing a fertilizer according to the present invention is the fertilizer having any one of the first to fourteenth characteristic configurations described above, as described in claim 15. A rotary surface melting furnace used for the manufacturing method of the above, an inner cylinder standing around the ceiling portion where the combustor is disposed, and a bottomed outer cylinder having a bottom outlet formed in the center of the bottom portion, Is disposed around the common axis, and the melted material containing phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incinerated ash charged into the accumulating portion between the outer cylinder and the inner cylinder is disposed relative to the outer cylinder and the inner cylinder. By rotating, the inner cylinder is moved from the lower edge of the inner cylinder to the main combustion chamber in the lower space of the ceiling, the exposed surface is melted by the combustion flame of the combustor, and the molten slag is dropped and discharged from the outlet. The residence time is configured to adjust the residence time of the slag melted in the main combustion chamber There in that it includes an integer mechanism.

滞留時間調整機構によってスラグの滞留時間が長くなるように調整することによって、スラグ骨格がエネルギー安定的な平衡状態に近づき、ク溶率が低い肥料を製造することができるようになり、また、溶融スラグに含まれる重金属類を十分に気化させて、肥料に含まれる重金属成分を極めて低く調整できるようになる。また、滞留時間調整機構によってスラグの滞留時間が短くなるように調整することによって、スラグ骨格が平衡状態に達しない弱い状態となり、ク溶率が高い肥料となる。   By adjusting the residence time adjustment mechanism so that the residence time of slag becomes longer, the slag skeleton approaches an energy stable equilibrium state, and it becomes possible to produce fertilizers with a low dissolution rate and melting. The heavy metals contained in the slag can be sufficiently vaporized, and the heavy metal components contained in the fertilizer can be adjusted extremely low. Moreover, by adjusting so that the residence time of slag may become short with a residence time adjustment mechanism, a slag frame | skeleton will be in the weak state which does not reach an equilibrium state, and becomes a fertilizer with a high melt | dissolution rate.

同第二の特徴構成は、同請求項16に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記滞留時間調整機構が、前記内筒と前記外筒を前記共通軸心方向に相対移動させて、前記内筒の下縁部と前記外筒の底部との間隔を調整する間隔調整機構で具現化されている点にある。 In the second feature configuration, as described in claim 16 , in addition to the first feature configuration described above, the dwell time adjustment mechanism may cause the inner cylinder and the outer cylinder to move relative to each other in the common axis direction. It is realized by a distance adjusting mechanism that moves and adjusts the distance between the lower edge of the inner cylinder and the bottom of the outer cylinder.

間隔調整機構によって内筒の下縁部と前記外筒の底部との間隔が狭くなるように調整すると、内筒の下縁部から主燃焼室に移動する被溶融物である汚泥等の量が少なくなり、その表面から溶融したスラグが出滓口から流出するまでの長い時間を確保できるようになる。また、間隔調整機構によって内筒の下縁部と前記外筒の底部との間隔が広くなるように調整すると、内筒の下縁部から主燃焼室に移動する被溶融物である汚泥等の量が多くなり、その表面から溶融したスラグが出滓口から流出するまでの時間を短くなるように調整できる。   By adjusting the distance adjustment mechanism so that the distance between the lower edge of the inner cylinder and the bottom of the outer cylinder is narrowed, the amount of sludge, etc. that is the melt to be moved from the lower edge of the inner cylinder to the main combustion chamber is reduced. As a result, the slag melted from the surface can be secured for a long time until it flows out from the tap. Further, when the interval adjusting mechanism is adjusted so that the interval between the lower edge portion of the inner cylinder and the bottom portion of the outer cylinder is increased, the sludge that is a melted material moving from the lower edge portion of the inner cylinder to the main combustion chamber, etc. The amount of the slag melted from the surface can be adjusted to be short, and the time until the molten slag flows out from the spout is shortened.

同第三の特徴構成は、同請求項17に記載した通り、上述した第一から第十四の何れかの特徴構成を備えた肥料の製造方法に用いられる回転式表面溶融炉であって、燃焼器が配置された天井部の周囲に立設された内筒と、底部中央に出滓口が形成された有底の外筒とを共通軸心周りに配置し、前記外筒と前記内筒との間の蓄積部に投入されたリン含有汚泥またはリン含有焼却灰を含む被溶融物を、前記外筒と前記内筒の相対回転により前記内筒の下縁部から前記天井部の下部空間に移動させて、その露出面を前記燃焼器の燃焼火炎により溶融し、前記出滓口から溶融スラグを落下排出するように構成され、前記蓄積部に投入されたリン含有汚泥またはリン含有焼却灰に前記骨格調整剤を添加する添加機構を備えている点にある。 The third characteristic configuration is a rotary surface melting furnace used in the method for manufacturing a fertilizer having any one of the first to fourteenth characteristic configurations as described in claim 17 , An inner cylinder erected around the ceiling where the combustor is disposed, and a bottomed outer cylinder with a tap hole formed in the center of the bottom are arranged around a common axis, and the outer cylinder and the inner cylinder The molten material containing phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incinerated ash charged into the accumulation part between the cylinder is moved from the lower edge of the inner cylinder to the lower part of the ceiling by the relative rotation of the outer cylinder and the inner cylinder It is configured to move to the space, melt the exposed surface by the combustion flame of the combustor, and drop and discharge the molten slag from the outlet, and phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incineration charged into the accumulation unit It is in the point provided with the addition mechanism which adds the skeleton adjusting agent to ash.

溶融炉に備えた添加機構によって、蓄積部に投入されたリン含有汚泥またはリン含有焼却灰に適量の骨格調整剤を溶融処理の直前に添加して外筒の回転により攪拌することができ、溶融炉とは別体の添加攪拌機構を備える必要が無くなる。   With the addition mechanism provided in the melting furnace, an appropriate amount of skeletal conditioner can be added to the phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incinerated ash charged in the accumulator immediately before the melting treatment and stirred by rotation of the outer cylinder. It is not necessary to provide an additional stirring mechanism separate from the furnace.

以上説明した通り、本発明によれば、肥料原料となる汚泥に他のリン原料を混入しなくても、製造された肥料に含まれるリンのク溶率を調整することができる肥料の製造方法、及び肥料の製造方法に用いられる回転式表面溶融炉を提供することができるようになった。   As described above, according to the present invention, a fertilizer manufacturing method that can adjust the dissolution rate of phosphorus contained in the manufactured fertilizer without mixing other phosphorus raw materials into the sludge that is the fertilizer raw material. And a rotary surface melting furnace used in a method for producing a fertilizer can be provided.

肥料の製造装置のブロック構成図Block diagram of fertilizer manufacturing equipment 肥料の製造方法の説明図Illustration of fertilizer manufacturing method 本発明による回転式表面溶融炉の説明図であって、(a)は各部の構成を示す説明図、(b)内筒が上に可動したときの説明図It is explanatory drawing of the rotary surface melting furnace by this invention, Comprising: (a) is explanatory drawing which shows the structure of each part, (b) Explanatory drawing when an inner cylinder moves upwards (a)はベース試料及び比較試料の組成の説明図、(b)は試料の説明図(A) is explanatory drawing of the composition of a base sample and a comparative sample, (b) is explanatory drawing of a sample. 各試料の主要組成を示す図表Chart showing the main composition of each sample 各試料の光学的塩基度を示す図表Chart showing optical basicity of each sample 溶出試験における各元素の溶出濃度及び溶出液pHを示す図表Chart showing elution concentration and eluate pH of each element in dissolution test 溶出試験における各元素の溶出割合を示す図表Chart showing elution ratio of each element in dissolution test 各元素の光学的塩基度と溶出割合との関係を示す図表Chart showing the relationship between optical basicity and elution ratio of each element (a)は各試料の説明図、(b)は各試料の実験条件の説明図(A) is explanatory drawing of each sample, (b) is explanatory drawing of the experimental condition of each sample. 溶出試験における光学的塩基度とリン溶出割合を示す図表Chart showing optical basicity and phosphorus dissolution rate in dissolution test 溶出試験における各元素の溶出割合を示す図表Chart showing elution ratio of each element in dissolution test 溶出試験における各元素の溶出割合を示す図表Chart showing elution ratio of each element in dissolution test 溶出試験における各元素の溶出割合を示す図表Chart showing elution ratio of each element in dissolution test

以下、実施形態を説明する。
図1には、本発明による肥料の製造方法が実行される肥料の製造プラント10、つまりリン含有汚泥またはリン含有焼却灰を原料とする肥料の製造プラント10が示されている。
Hereinafter, embodiments will be described.
FIG. 1 shows a fertilizer manufacturing plant 10 in which the fertilizer manufacturing method according to the present invention is executed, that is, a fertilizer manufacturing plant 10 using phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incinerated ash as a raw material.

当該製造プラント10は、外部から生物処理槽に流入する下水汚泥を活性汚泥法や膜分離活性汚泥法等を用いて生物処理する水処理機構11と、水処理機構11からポンプPを介して引き抜かれた余剰汚泥を脱水する脱水機構12と、脱水機構12で脱水された脱水汚泥を乾燥する乾燥機構13と、乾燥機構13で乾燥された乾燥汚泥を溶融する溶融機構14と、溶融機構14から流出される溶融スラグを冷却する冷却機構15と、冷却機構15で得られコンベア機構16で搬送されたスラグを肥料として好ましい粒度に整粒する整粒機構17等を備えている。   The manufacturing plant 10 includes a water treatment mechanism 11 for biologically treating sewage sludge flowing into the biological treatment tank from the outside using an activated sludge method, a membrane separation activated sludge method, and the like, and a pump P from the water treatment mechanism 11. From the dehydration mechanism 12 for dewatering the excess sludge extracted, the drying mechanism 13 for drying the dewatered sludge dehydrated by the dehydration mechanism 12, the melting mechanism 14 for melting the dried sludge dried by the drying mechanism 13, and the melting mechanism 14. A cooling mechanism 15 that cools the molten slag that flows out, and a sizing mechanism 17 that regulates the slag obtained by the cooling mechanism 15 and conveyed by the conveyor mechanism 16 to a preferable particle size as a fertilizer are provided.

水処理機構11に備えた生物処理槽で、活性汚泥により下水中の有機物が分解除去されて浄化される。生物処理槽で下水が好気処理される過程で、活性汚泥に下水中のリンが取り込まれ、リンを取り込んだリン含有汚泥が、生物処理槽または生物処理槽の後段に配置された沈殿槽から引き抜かれて脱水機構12に搬送される。   In the biological treatment tank provided in the water treatment mechanism 11, organic substances in the sewage are decomposed and removed by activated sludge and purified. In the process of aerobic treatment of sewage in the biological treatment tank, phosphorus in the sewage is taken into the activated sludge, and the phosphorus-containing sludge that has taken in the phosphorus from the biological treatment tank or the sedimentation tank placed at the subsequent stage of the biological treatment tank It is pulled out and conveyed to the dehydrating mechanism 12.

沈殿槽等に鉄系凝集剤を添加して、下水中に含まれるリン成分を沈降させることによって、水処理機構11から引き抜かれる汚泥に含まれるリン成分の濃度を高めることができる。   By adding an iron-based flocculant to a sedimentation tank or the like and precipitating the phosphorus component contained in the sewage, the concentration of the phosphorus component contained in the sludge extracted from the water treatment mechanism 11 can be increased.

脱水機構12に備えたスクリュープレス方式の脱水装置によって、汚泥が含水率80%程度に脱水され、後段の乾燥機構13で含水率が20〜40%程度に乾燥され、その後溶融機構14に搬送される。   The sludge is dehydrated to a water content of about 80% by a screw press type dewatering device provided in the dewatering mechanism 12, the water content is dried to about 20 to 40% by the subsequent drying mechanism 13, and then transported to the melting mechanism 14. The

脱水装置としてスクリュープレス方式の脱水装置以外に、ロータリプレス方式、フィルタプレス方式、遠心分離方式、ベルトプレス方式等の任意の脱水装置を採用することも可能である。   In addition to the screw press type dehydrator, any dehydrator such as a rotary press type, a filter press type, a centrifugal separation type, or a belt press type can be adopted as the dehydrating unit.

乾燥機構13は、本体ケーシングの上流側に備えた汚泥投入部から投入された脱水汚泥を、本体ケーシングの下流側に備えた汚泥排出部に向けて本体ケーシング内を攪拌しながら搬送するスクリュー式搬送機構を備えている。スクリュー式搬送機構に備えた軸部空洞部に溶融機構14からの排ガスの保有熱を熱源として生成された蒸気または高温空気を供給することによって、本体ケーシング内で搬送中の脱水汚泥が間接加熱されて乾燥される。   The drying mechanism 13 is a screw-type transport that transports the dewatered sludge input from the sludge input section provided on the upstream side of the main casing while stirring the main casing toward the sludge discharge section provided on the downstream side of the main casing. It has a mechanism. By supplying steam or high-temperature air generated using the retained heat of the exhaust gas from the melting mechanism 14 as a heat source to the shaft cavity provided in the screw-type transport mechanism, the dewatered sludge being transported in the main body casing is indirectly heated. And dried.

溶融機構14で溶融されてスラグとなった汚泥は、後段の冷却機構15で冷却固化され、さらにベルト式搬送機構16で整粒機構17に搬送されて、所望の粒径に整粒される。   The sludge melted by the melting mechanism 14 to become slag is cooled and solidified by the subsequent cooling mechanism 15 and further conveyed to the particle size adjusting mechanism 17 by the belt type conveying mechanism 16 to be adjusted to a desired particle size.

つまり、図2に示すように、当該製造プラント10では、水処理機構11で下水汚泥を浄化処理する水処理ステップ(SA1)、水処理ステップで発生した余剰汚泥を引き出して脱水機構12で脱水処理する脱水ステップ(SA2)、脱水ケーキを乾燥機構13で乾燥する乾燥ステップ(SA3)、乾燥汚泥を溶融機構14で溶融処理する溶融処理ステップ(SA4)、溶融処理ステップで溶融されたスラグを冷却機構15で冷却処理して固化する冷却処理ステップ(SA5)、冷却処理ステップで固化されたスラグを整粒機構17で粉砕して粒度を調整する整粒ステップ(SA6)を含む肥料の製造方法が実行される。また、肥料によっては、整粒ステップの後に他の肥料原料を混ぜて肥料とすることもある。   That is, as shown in FIG. 2, in the manufacturing plant 10, a water treatment step (SA 1) for purifying sewage sludge by the water treatment mechanism 11, and surplus sludge generated in the water treatment step is drawn and dewatered by the dewatering mechanism 12. A dehydrating step (SA2), a drying step (SA3) for drying the dehydrated cake with the drying mechanism 13, a melting processing step (SA4) for melting the dried sludge with the melting mechanism 14, and a cooling mechanism for the slag melted in the melting processing step The fertilizer manufacturing method includes a cooling process step (SA5) in which the slag is cooled and solidified in 15 and a slag solidified in the cooling process step is pulverized by the sizing mechanism 17 to adjust the particle size (SA6). Is done. Moreover, depending on the fertilizer, other fertilizer raw materials may be mixed after the sizing step to obtain a fertilizer.

尚、本実施形態では、リン含有汚泥を溶融して肥料を製造する方法を主に説明するが、下水汚泥を脱水した後に焼却炉で焼却処理して得られるリン含有焼却灰を溶融機構14で溶融処理することによって肥料を製造する方法にも適用できる。   In addition, although this embodiment mainly demonstrates the method of melt | dissolving phosphorus containing sludge and manufacturing a fertilizer, after dehydrating sewage sludge, the phosphorus containing incinerated ash obtained by incineration with an incinerator is used with the melting mechanism 14. It is applicable also to the method of manufacturing a fertilizer by melt-processing.

当該肥料の製造方法には、溶融処理ステップの前段に、リン含有汚泥またはリン含有焼却灰に骨格調整剤を添加して、冷却処理ステップで固化されたスラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所定値を上回るように調整する骨格調整剤添加ステップを備えている。   In the fertilizer manufacturing method, a skeletal phosphate is added to the total phosphorus weight contained in the slag solidified in the cooling treatment step by adding a skeletal conditioner to the phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incinerated ash before the melting treatment step. A skeletal regulator addition step for adjusting the weight ratio to exceed a predetermined value is provided.

溶融処理ステップで溶融され、冷却処理ステップで固化されたスラグの骨格を構成する主成分となる珪酸は、実際の構造ではSiO四面体が酸素Oを橋渡しにして不規則に並べられた三次元の網目でつながっている。つまり、SiOの四つの酸素は、珪素Siが作る四頂点の軌道を囲んでSiO四面体を作りながら、酸素Oは他のもう一つの珪素Siとも結合して無限の網目構造が作られる。珪素Siをつないでいくこのような酸素Oを架橋酸素と呼ぶ。スラグに含まれるリン酸Pも同様にリンPに架橋酸素が結合され、無限の網目構造が作られる。このようなスラグ成分の中に金属イオン等の陽イオンが含まれると、珪素SiやリンPと結合されるべき酸素Oの一部の結合が切られて、当該陽イオンとイオン的につり合う状態になる。こういう酸素Oを非架橋酸素と呼ぶ。スラグ中に非架橋酸素が増加すると、スラグの骨格強度が脆弱化して崩壊し易くなる。逆にスラグ中に非架橋酸素が減少すると、スラグの骨格強度が強くなる。 Silica, which is the main component of the slag skeleton melted in the melting step and solidified in the cooling step, is a three-dimensional structure in which the SiO 4 tetrahedron is irregularly arranged with oxygen O as a bridge in the actual structure. It is connected by the mesh. That is, four oxygen SiO 4, while making the SiO 4 tetrahedra surrounds the orbits of the four vertices of silicon Si make, oxygen O is infinite network structure bonded with other another silicon Si is made . Such oxygen O that connects silicon Si is called bridging oxygen. Similarly, the phosphoric acid P 2 O 5 contained in the slag is bonded with phosphorus P to bridging oxygen to form an infinite network structure. When a cation such as a metal ion is contained in such a slag component, a part of the oxygen O to be bonded to silicon Si or phosphorus P is cut and is in an ionic balance with the cation. become. Such oxygen O is called non-bridging oxygen. When non-bridging oxygen increases in the slag, the slag skeleton strength becomes weak and easily collapses. Conversely, when non-bridging oxygen decreases in the slag, the slag skeleton strength increases.

架橋酸素による網目構造が主体となるスラグに対して、スラグ中の非架橋酸素の数が増えると、肥料成分であるリン酸のク溶率が上昇する。   When the number of non-bridging oxygen in the slag increases with respect to the slag mainly composed of a network structure by bridging oxygen, the solubility of phosphoric acid, which is a fertilizer component, increases.

そこで、溶融処理ステップの前段でリン含有汚泥またはリン含有焼却灰に骨格調整剤を添加することにより、スラグ中の非架橋酸素の数を調整することが可能になり、骨格調整剤の添加量を調整することによって、冷却処理ステップで固化されたスラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所定値を上回るように調整することが可能になる。上位概念的には、骨格調整剤の添加量を調整することによって、冷却処理ステップで固化されたスラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所望の比率になるように構成することができる。   Therefore, by adding a skeletal modifier to the phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incinerated ash before the melting treatment step, it becomes possible to adjust the number of non-crosslinked oxygen in the slag, and the amount of skeleton modifier added can be reduced. By adjusting, it becomes possible to adjust so that the ratio of the soluble phosphorus weight with respect to the total phosphorus weight contained in the slag solidified in the cooling step exceeds a predetermined value. Conceptually, the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the slag solidified in the cooling step is adjusted to a desired ratio by adjusting the amount of the skeletal modifier added. Can do.

骨格調整剤添加ステップは、冷却処理ステップで固化されたスラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所定値を上回るように、冷却処理ステップで固化されたスラグの光学的塩基度を調整するステップであることが好ましい。   In the skeletal modifier addition step, the optical basicity of the slag solidified in the cooling treatment step is adjusted so that the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the slag solidified in the cooling treatment step exceeds a predetermined value. Preferably, the step of adjusting.

スラグの骨格強度を評価する指標として、光学的塩基度を指標として用いることができる。光学的塩基度は、DuffyとIngramによって見出された指標であり、紫外光吸収ピークがガラス組成に対して敏感に変化することに注目し、多成分系酸化物ガラスについて、ガラスの組成とそれらを構成するカチオンの電気陰性度とから、以下の数式に基づいて導き出される指標である。   As an index for evaluating the skeletal strength of slag, optical basicity can be used as an index. Optical basicity is an index found by Duffy and Ingram, focusing on the fact that the ultraviolet light absorption peak changes sensitively with respect to the glass composition. Is an index that is derived from the electronegativity of the cation constituting s based on the following formula.

光学的塩基度Λ=1−Σ(zi・ri/2)・(1−1/γi)
但し、γi=1.36(χi−0.26)
ここに、ziはi種カチオンの原子価であり、riは酸素1個あたりで表現したときのi種カチオンの数であり、χiはi種カチオンの電気陰性度である。
Optical basicity Λ = 1−Σ (zi · ri / 2) · (1-1 / γi)
However, γi = 1.36 (χi−0.26)
Here, zi is the valence of the i-type cation, ri is the number of the i-type cation expressed per oxygen, and χi is the electronegativity of the i-type cation.

光学的塩基度は、予めリン含有汚泥またはリン含有焼却灰の組成を分析することにより求まる値であるため、スラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所定値を上回るような骨格強度を実現するための光学的塩基度が定まれば、事前にそのような光学的塩基度を得るための骨格調整剤の添加量を調整することができるようになる。実験によれば、光学的塩基度が0.57以上に調整することによって、リンのク溶率、つまり、スラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率を効果的に上昇させることができ、市販の緩効性の肥料と同等以上のものができることが判明している。   The optical basicity is a value obtained by analyzing the composition of phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incinerated ash in advance, so that the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the slag exceeds the predetermined value. If the optical basicity for realizing the strength is determined, the amount of the skeleton adjusting agent for obtaining such optical basicity can be adjusted in advance. According to the experiment, by adjusting the optical basicity to 0.57 or more, the dissolution rate of phosphorus, that is, the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the slag can be effectively increased. It has been found that the same or better than commercially available slow-release fertilizers can be produced.

骨格調整剤添加ステップが、冷却処理ステップで固化されたスラグを含む肥料に含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所定値を上回るように、冷却処理ステップで固化されたスラグの光学的塩基度を調整するステップであってもよい。当該スラグに他の肥料を混合して使用する場合もあり、その場合は、混合した肥料全体として全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が調整される必要がある。そのような場合であっても、他の肥料のリンのク溶率が判明していれば、骨格調整剤の添加量を調整することによって、混合した肥料全体のリンのク溶率を調整することができるようになる。   The optical component of the slag solidified in the cooling treatment step so that the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the fertilizer containing the slag solidified in the cooling treatment step exceeds the predetermined value in the skeletal conditioner addition step. It may be a step of adjusting the basicity. In some cases, other fertilizers may be mixed with the slag, and in that case, the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight as the whole mixed fertilizer needs to be adjusted. Even in such a case, if the phosphorus dissolution rate of other fertilizers is known, the phosphorus dissolution rate of the entire mixed fertilizer is adjusted by adjusting the addition amount of the skeleton regulator. Will be able to.

骨格調整剤添加ステップで添加される骨格調整剤が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属から選ばれる一種類または複数種類の金属単体または金属化合物であることが好ましく、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、マンガン、銅、亜鉛から選ばれる一種類または複数種類の金属単体または金属化合物であることがさらに好ましい。   The skeletal modifier added in the skeletal modifier adding step is preferably one or more kinds of simple metals or metal compounds selected from alkali metals, alkaline earth metals, or transition metals. Sodium, potassium, calcium More preferably, it is one or more kinds of simple metals or metal compounds selected from magnesium, iron, manganese, copper, and zinc.

スラグを脆弱化してリンの溶出を促すための骨格調整剤として、カリウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、マンガン、銅、亜鉛から選ばれる一種類または複数種類の金属単体または金属化合物を用いると、それら自身が植物に不可欠な肥料成分となり、複数の肥料成分を持つ品質がより良好な肥料が得られる。   When using one or more kinds of simple metals or metal compounds selected from potassium, calcium, magnesium, iron, manganese, copper, and zinc as skeletal modifiers to weaken slag and promote phosphorus elution, they themselves Becomes an indispensable fertilizer component for plants, and a fertilizer of better quality with multiple fertilizer components can be obtained.

図2に示すように、添加される骨格調整剤がカルシウムまたは鉄系の非水溶性の金属化合物等である場合には、生物処理される前の原水に対して骨格調整剤添加ステップを実行すれば(SA71)、水処理機構11で骨格調整剤が分散し汚泥中に均一に分散させることができる。   As shown in FIG. 2, when the skeletal regulator to be added is a calcium or iron-based water-insoluble metal compound or the like, the skeletal regulator addition step is performed on the raw water before biological treatment. If it is (SA71), the skeleton adjusting agent is dispersed by the water treatment mechanism 11 and can be uniformly dispersed in the sludge.

添加される骨格調整剤がナトリウムやカリウム等の水溶性の金属化合物等である場合には、骨格調整剤が水に溶けて排水されないように生物処理槽等から引き抜かれ、脱水処理される直前の汚泥に対して骨格調整剤添加ステップを実行すればよく(SA72)、溶融処理ステップの前段(SA73)までの何れかの工程で骨格調整剤添加ステップを実行すればよい。勿論、カルシウムまたは鉄系の非水溶性の金属化合物を、ステップSA72からステップSA73の間の何れかの段階で汚泥に添加されるように構成してもよい。このように、骨格調整剤の投入場所を変えることで、骨格調整剤を汚泥中に均一に分散させることができる。   When the skeletal regulator to be added is a water-soluble metal compound such as sodium or potassium, the skeletal regulator is drawn out from the biological treatment tank etc. so that the skeleton regulator dissolves in water and is not drained, and immediately before being dehydrated. The skeletal modifier addition step may be executed on the sludge (SA72), and the skeleton modifier addition step may be executed in any step up to the melt treatment step (SA73). Of course, a calcium or iron-based water-insoluble metal compound may be added to the sludge at any stage between step SA72 and step SA73. In this way, the skeleton modifier can be uniformly dispersed in the sludge by changing the input location of the skeleton modifier.

尚、上述した骨格調整剤添加ステップ(SA71、SA72、SA73)は、何れかのみを実行してよいし、組み合わせて実行してもよい。
It should be noted that only one of the above-described skeleton modifier addition steps (SA71, SA72, SA73) may be executed or may be executed in combination.

例えば、骨格調整剤としてナトリウム、カリウム、カルシウム、鉄の金属単体または金属化合物を用いると、溶融処理ステップで汚泥等の融点を低下させることができ、溶融のための化石燃料や電力等の外部エネルギーの消費量を低減することができる。   For example, if sodium, potassium, calcium, or iron metal alone or a metal compound is used as a skeletal modifier, the melting point of sludge can be lowered in the melting step, and external energy such as fossil fuel and electric power for melting. Consumption can be reduced.

1300℃より高温で溶融処理すると、スラグの粘性が低く、スラグ骨格がエネルギー安定的は平衡状態に近づき、骨格強度が強いスラグとなるが、1300℃以下の溶融温度で溶融処理すると、スラグの粘性が高く、スラグ骨格が平衡状態に達しないので、骨格強度が弱いスラグを得ることができるようになる。しかも、ナトリウム、カリウム、カルシウム、鉄の金属単体または金属化合物を添加することによって、溶融温度そのものを低下させることができるので、化石燃料等の溶融エネルギーを節約することができる。   When melt processing is performed at a temperature higher than 1300 ° C., the viscosity of the slag is low, the slag skeleton approaches an energy-stable equilibrium state, and the slag has a strong skeleton strength. Since the slag skeleton does not reach an equilibrium state, it is possible to obtain a slag having a low skeleton strength. In addition, the melting temperature itself can be lowered by adding sodium, potassium, calcium, and iron metal simple substance or metal compound, so that the melting energy of fossil fuel and the like can be saved.

さらに、骨格調整剤による骨格強度の脆弱化と、溶融温度を1300℃以下とすることによるスラグの脆弱化の2つの効果を合わせ持つことができ、よりリン等の成分が溶出しやすいスラグとすることができる。   Furthermore, it is possible to combine the two effects of weakening the skeleton strength by the skeleton modifier and weakening the slag by setting the melting temperature to 1300 ° C. or less. be able to.

尚、溶融処理ステップでは、汚泥に含まれる有害物質であるダイオキシン類が熱分解されるとともに水銀等の沸点の低い重金属が蒸発揮散され、銅等の沸点の高い重金属がスラグに閉じ込められて無害化される。そのため、スラグを利用した肥料の安全性が保たれる。   In the melting step, dioxins, which are harmful substances contained in sludge, are thermally decomposed and heavy metals with low boiling point such as mercury are evaporated, and heavy metals with high boiling point such as copper are trapped in slag and made harmless. Is done. Therefore, the safety of the fertilizer using slag is maintained.

また、鉄の金属単体または金属化合物を用いると、リンと合金化してその沸点を上昇させ、溶融処理時にリン成分が気化することを効果的に抑制することができる。つまり、スラグ中のリン含有量を増やすことができる。   Further, when an iron metal simple substance or a metal compound is used, it can be alloyed with phosphorus to raise its boiling point, and the phosphorus component can be effectively prevented from vaporizing during the melting treatment. That is, the phosphorus content in the slag can be increased.

骨格調整剤添加ステップで添加される骨格調整剤として鉄またはその化合物を使用し、溶融処理ステップを還元性雰囲気で実行すれば、スラグ中で鉄がFeOとなり、骨格強度を脆弱にすることができる。逆に、溶融処理ステップを酸化性雰囲気で実行すると、スラグ中で鉄がFeとなり、架橋酸素が多くなるため骨格強度が強いスラグになる。つまり、溶融時の雰囲気を還元性雰囲気にするか酸化性雰囲気にするかによって、スラグに含まれるリンのク溶率を調整することができる。 If iron or a compound thereof is used as a skeletal modifier added in the skeletal modifier addition step and the melting treatment step is performed in a reducing atmosphere, iron becomes FeO in the slag, and the skeleton strength can be weakened. . Conversely, when the melt treatment step is performed in an oxidizing atmosphere, iron becomes Fe 2 O 3 in the slag, and the amount of cross-linking oxygen increases, resulting in a slag with strong skeleton strength. That is, the dissolution rate of phosphorus contained in the slag can be adjusted depending on whether the atmosphere during melting is a reducing atmosphere or an oxidizing atmosphere.

冷却処理ステップで溶融スラグを冷却する場合に、溶融スラグを水槽に落下させる等によって急速冷却すると非結晶質主体のスラグが得られ、リンは非結晶質骨格に取り込まれているので、リン溶出率の低いスラグとなる。溶融スラグを空冷等によって緩速冷却すると、結晶質主体のスラグが得られ、リンは結晶質骨格に取り込まれにくいため、リン溶出率の高いスラグとなる。   When the molten slag is cooled in the cooling process step, if the molten slag is rapidly cooled, such as by dropping it into a water tank, amorphous slag is obtained and phosphorus is incorporated into the amorphous skeleton, so the phosphorus elution rate Low slag. When the molten slag is slowly cooled by air cooling or the like, a slag mainly composed of a crystal is obtained, and phosphorus is difficult to be taken into the crystalline skeleton, so that a slag having a high phosphorus elution rate is obtained.

尚、冷却方法にかかわらず、骨格調整剤の添加による骨格強度の脆弱化の効果はある。つまり、緩速冷却することにより、より一層リン溶出率の高いスラグを得ることができる。   Regardless of the cooling method, there is an effect of weakening the skeleton strength by adding the skeleton adjusting agent. That is, slag with a higher phosphorus elution rate can be obtained by slow cooling.

リンのク溶性を高くするという観点では緩速冷却が好ましいが、そのための機構、つまり、空冷機構等緩速冷却する為の複雑な機構が必要となる。その点で、溶融スラグを水槽に落下させることで急冷して水砕スラグにする場合には、冷却機構を簡素化できる利点、単位時間当たりの製造量を稼ぐことができるという利点がある。   Although slow cooling is preferable from the viewpoint of increasing phosphorus solubility, a mechanism for that purpose, that is, a complex mechanism for slow cooling such as an air cooling mechanism is required. In this respect, when the molten slag is rapidly cooled by dropping it into a water tank to obtain a granulated slag, there are advantages that the cooling mechanism can be simplified and that the production amount per unit time can be earned.

以上、溶融処理ステップの前段に、冷却処理ステップで固化されたスラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所定値を上回るように調整する骨格調整剤添加ステップを備えている肥料の製造方法という観点での発明を説明したが、本発明は、溶融処理ステップの前段から冷却処理ステップの間に、冷却処理ステップで固化されたスラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率を調整するク溶性リン調整処理ステップを備えた肥料の製造方法という観点での発明でもある。   As described above, the fertilizer having the skeletal conditioner addition step for adjusting the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the slag solidified in the cooling treatment step to be higher than a predetermined value before the melting treatment step. Although the invention in terms of the manufacturing method has been described, the present invention relates to the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the slag solidified in the cooling treatment step between the melt treatment step and the cooling treatment step. It is also an invention from the viewpoint of a method for producing a fertilizer provided with a soluble phosphorus adjusting treatment step for adjusting.

この場合も、ク溶性リン調整処理ステップによって、スラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率を調整することができるので、スラグ単体を肥料として施肥する場合のみならず、他の肥料と混合した混合肥料として施肥する場合であっても、冷却処理ステップで固化されたスラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率を調整することが可能になる。   Also in this case, since the ratio of the slag soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the slag can be adjusted by the slag soluble phosphorus adjustment processing step, not only when fertilizing the slag alone as a fertilizer, but also with other fertilizers. Even when fertilized as a mixed mixed fertilizer, the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the slag solidified in the cooling step can be adjusted.

ク溶性リン調整処理ステップは、溶融処理ステップの前段で、リン含有汚泥またはリン含有焼却灰を含む被溶融物に骨格調整剤を添加する骨格調整剤添加ステップであることが好ましい。既に説明したように、架橋酸素による網目構造が主体となるスラグに対して、スラグ中の非架橋酸素の数が増えると、肥料成分であるリン酸のク溶率が上昇する。そして、溶融処理ステップの前段でリン含有汚泥またはリン含有焼却灰に骨格調整剤を添加する骨格調整剤添加ステップを備えることにより、スラグ中の非架橋酸素の数を調整することが可能になり、骨格調整剤の添加量を調整することによって、冷却処理ステップで固化されたスラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率を調整することが可能になる。   The soluble phosphorus adjusting treatment step is preferably a skeleton adjusting agent adding step for adding a skeleton adjusting agent to the melt containing phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incinerated ash, before the melting treatment step. As already explained, when the number of non-bridging oxygen in the slag increases with respect to the slag mainly composed of a network structure with bridging oxygen, the solubility of phosphoric acid, which is a fertilizer component, increases. And it becomes possible to adjust the number of non-bridging oxygen in the slag by providing a skeletal modifier addition step of adding a skeleton modifier to phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incinerated ash in the previous stage of the melting treatment step, By adjusting the addition amount of the skeleton adjusting agent, the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the slag solidified in the cooling treatment step can be adjusted.

即ち、肥料としてのスラグのリンのク溶率を所望のク溶率に調整することができるので、他の肥料と混合した肥料を製造する場合であっても、肥料全体としてク溶率を調整することができるスラグを製造することができるようになる。   That is, the slag phosphorus dissolution rate as a fertilizer can be adjusted to the desired dissolution rate, so even when manufacturing fertilizers mixed with other fertilizers, the slag dissolution rate is adjusted as a whole fertilizer. It becomes possible to produce a slag that can be made.

また、骨格調整剤添加ステップは、リン含有汚泥またはリン含有焼却灰に骨格調整剤を添加して前記冷却処理ステップで固化されたスラグの光学的塩基度を調整するステップであることが好ましい。   Moreover, it is preferable that a frame | skeleton adjusting agent addition step is a step which adjusts the optical basicity of the slag solidified at the said cooling process step by adding a frame | skeleton adjusting agent to phosphorus containing sludge or phosphorus containing incinerated ash.

既に説明したように、光学的塩基度は、予めリン含有汚泥またはリン含有焼却灰の組成を分析することにより求まる値であるため、スラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所定値となるような骨格強度を実現するための光学的塩基度が定まれば、事前にそのような光学的塩基度を得るための骨格調整剤の添加量を調整することができるようになる。   As already explained, since the optical basicity is a value obtained by analyzing the composition of phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incinerated ash in advance, the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the slag is predetermined. If the optical basicity for realizing such a skeleton strength is determined, the addition amount of the skeleton adjusting agent for obtaining such optical basicity can be adjusted in advance.

骨格調整剤添加ステップで添加される骨格調整剤が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属から選ばれる一種類または複数種類の金属単体または金属化合物であることが好ましく、特にナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、マンガン、銅、亜鉛から選ばれる一種類または複数種類の金属単体または金属化合物であることが好ましい。   The skeleton modifier added in the skeleton modifier addition step is preferably one or more kinds of simple metals or metal compounds selected from alkali metals, alkaline earth metals, or transition metals, particularly sodium, potassium, One or more kinds of simple metals or metal compounds selected from calcium, magnesium, iron, manganese, copper, and zinc are preferable.

スラグからのリンの溶出を制御するための骨格調整剤として、カリウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、マンガン、銅、亜鉛から選ばれる一種類または複数種類の金属単体または金属化合物を用いると、それら自身が植物に不可欠な肥料成分となり、肥料成分を複数含む品質がより良好な肥料が得られる。   When one or more kinds of simple metals or metal compounds selected from potassium, calcium, magnesium, iron, manganese, copper, and zinc are used as a skeletal modifier for controlling phosphorus elution from slag, they themselves It becomes an essential fertilizer component for plants, and a fertilizer with better quality including multiple fertilizer components can be obtained.

例えば、骨格調整剤としてナトリウム、カリウム、カルシウム、鉄の金属単体または金属化合物を用いると、溶融処理ステップで汚泥等の融点を低下させることができ、溶融のための化石燃料や電力等の外部エネルギーの消費量を低減することができる。また、鉄の金属単体または金属化合物を用いると、リンと合金化してその沸点を上昇させ、溶融処理時にリン成分が気化することを効果的に抑制することができる。   For example, if sodium, potassium, calcium, or iron metal alone or a metal compound is used as a skeletal modifier, the melting point of sludge can be lowered in the melting step, and external energy such as fossil fuel and electric power for melting. Consumption can be reduced. Further, when an iron metal simple substance or a metal compound is used, it can be alloyed with phosphorus to raise its boiling point, and the phosphorus component can be effectively prevented from vaporizing during the melting treatment.

骨格調整剤添加ステップで添加される骨格調整剤に鉄またはその化合物が含まれ、溶融処理ステップが還元性雰囲気または酸化性雰囲気の何れかで実行されることが好ましい。   It is preferable that the skeleton adjusting agent added in the skeleton adjusting agent adding step includes iron or a compound thereof, and the melting treatment step is performed in either a reducing atmosphere or an oxidizing atmosphere.

骨格調整剤添加ステップで添加される骨格調整剤に鉄またはその化合物が含まれている場合は、溶融処理ステップを酸化性雰囲気で実施すると、溶融スラグ中の鉄がFeの形態になるため骨格強度が強いスラグを得ることができる。溶融処理ステップを還元性雰囲気で実施すると、溶融スラグ中の鉄がFeOの形態となり骨格強度が弱いスラグを得ることができる。 When the framework modifier added in the framework modifier adding step contains iron or a compound thereof, the iron in the molten slag is in the form of Fe 2 O 3 when the melting treatment step is performed in an oxidizing atmosphere. Therefore, a slag having a high skeleton strength can be obtained. When the melting treatment step is performed in a reducing atmosphere, iron in the molten slag becomes a form of FeO, and a slag having a low skeleton strength can be obtained.

溶融処理ステップは、スラグの温度を1300℃より高温で溶融処理すると、スラグの粘性が低く、スラグ骨格がエネルギー安定的は平衡状態に近づき、骨格強度が強いスラグを得ることができ、1300℃以下の溶融温度で溶融処理すると、スラグの粘性が高く、スラグ骨格が平衡状態に達しないので、骨格強度が弱いスラグを得ることができるようになる。   In the melting treatment step, when the slag is melted at a temperature higher than 1300 ° C., the viscosity of the slag is low, the slag skeleton approaches an energy stable equilibrium state, and a slag having a high skeleton strength can be obtained. When the melting treatment is performed at a melting temperature of slag, since the viscosity of the slag is high and the slag skeleton does not reach an equilibrium state, a slag having a low skeleton strength can be obtained.

さらに、冷却処理ステップは、溶融処理ステップで溶融されたスラグを空冷機構または保温機構を用いて緩速冷却して固化するステップ、または水冷機構を用いて急速冷却するステップを含むことが好ましい。   Furthermore, the cooling process step preferably includes a step of slowly cooling and solidifying the slag melted in the melting process step using an air cooling mechanism or a heat retaining mechanism, or a step of rapidly cooling using a water cooling mechanism.

冷却処理ステップで溶融スラグを冷却する場合に、溶融スラグを空冷機構または保温機構を用いて緩速冷却して固化すると、結晶質主体のスラグが得られ、リンは結晶質骨格に取り込まれにくいため、リン溶出率の高いスラグとなる。また、水冷機構を用いて急速冷却すると非結晶質主体のスラグが得られ、リンは非結晶質骨格に取り込まれているので、リン溶出率の低いスラグとなる。   When the molten slag is cooled in the cooling step, if the molten slag is cooled slowly and solidified using an air cooling mechanism or a heat retaining mechanism, a crystalline-based slag is obtained, and phosphorus is not easily incorporated into the crystalline skeleton. It becomes slag with high phosphorus elution rate. In addition, when the water cooling mechanism is used for rapid cooling, amorphous slag is obtained, and since phosphorus is incorporated into the amorphous skeleton, the slag has a low phosphorus elution rate.

尚、スラグ温度の調整や冷却処理方法の変更は、骨格調整剤の添加量の調整に合わせて行うことができ、より幅広くリンのク溶率の調整を達成することができる。   The adjustment of the slag temperature and the change of the cooling treatment method can be performed in accordance with the adjustment of the addition amount of the skeleton adjusting agent, and the adjustment of the phosphorus dissolution rate can be achieved more widely.

このように、リン含有汚泥に骨格調整剤を添加して溶融することで、スラグの骨格構造を脆弱化させ、冷却処理ステップで固化されたスラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所望の値に調整できるので、目的に合った肥料効果を調整した付加価値の高い肥料を製造することができるようになった。   In this way, by adding a skeletal modifier to the phosphorus-containing sludge and melting it, the skeletal structure of the slag is weakened and the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the slag solidified in the cooling treatment step Can be adjusted to a desired value, so that it is possible to produce a fertilizer with high added value in which the fertilizer effect suitable for the purpose is adjusted.

骨格調整剤添加ステップは、冷却処理ステップで固化されたスラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所定値を上回るように、冷却処理ステップで固化されたスラグの光学的塩基度Λを調整する。光学的塩基度と肥料からのリンの溶出割合に正の相関関係があり、光学的塩基度Λが概ね0.57未満になるように骨格調整剤を添加することで、骨格が強く肥料効果の低いスラグが、光学的塩基度Λが0.57以上となるように骨格調整剤を添加することで、骨格が弱く肥料効果の高いスラグが製造可能となる。   In the skeletal modifier addition step, the optical basicity Λ of the slag solidified in the cooling treatment step is set so that the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the slag solidified in the cooling treatment step exceeds a predetermined value. Adjust. There is a positive correlation between the optical basicity and the phosphorus elution ratio from the fertilizer. By adding a skeletal modifier so that the optical basicity Λ is generally less than 0.57, the skeleton has a strong fertilizer effect. By adding a skeletal modifier so that the low slag has an optical basicity Λ of 0.57 or more, a slag having a weak skeleton and a high fertilizer effect can be produced.

本発明による肥料の製造方法に用いられる溶融機構14として、回転式表面溶融炉や電気炉を用いることができる。以下に、回転式表面溶融炉について説明する。   As the melting mechanism 14 used in the fertilizer manufacturing method according to the present invention, a rotary surface melting furnace or an electric furnace can be used. The rotary surface melting furnace will be described below.

図3(a),(b)に示すように、回転式表面溶融炉20は、燃焼器21が配置された天井部22の周囲に立設された内筒23と、底部中央に出滓口24が形成された有底の外筒25とが共通軸心周りに配置され、外筒25を軸心周りに回転させる回転機構を備え、外筒25が内筒23に対して回転可能に構成されている。   As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the rotary surface melting furnace 20 includes an inner cylinder 23 erected around the ceiling portion 22 where the combustor 21 is disposed, and an outlet at the center of the bottom portion. And a bottomed outer cylinder 25 formed with a base 24 is arranged around a common axis, and includes a rotation mechanism that rotates the outer cylinder 25 around the axis, and the outer cylinder 25 is configured to be rotatable with respect to the inner cylinder 23. Has been.

燃焼器21は、燃料タンクから供給される燃料とブロワから供給される空気を混合して燃焼させるバーナで構成され、燃料の供給量を調整することによって溶融スラグの温度を1000℃から1700℃の範囲となるように主燃焼室26内の温度が調整され、空気の供給量を調整することによって主燃焼室26内の雰囲気を還元性雰囲気にするか酸化性雰囲気にするかが調整される。   The combustor 21 is composed of a burner that mixes and burns fuel supplied from a fuel tank and air supplied from a blower. The temperature of the molten slag is adjusted to 1000 ° C. to 1700 ° C. by adjusting the amount of fuel supplied. The temperature in the main combustion chamber 26 is adjusted so as to be in the range, and the atmosphere in the main combustion chamber 26 is adjusted to be a reducing atmosphere or an oxidizing atmosphere by adjusting the supply amount of air.

ホッパーに投入された乾燥汚泥が、内筒23と外筒25の間に形成された蓄積部27に定量投入され、内筒23と外筒25の相対回転により内筒23の下縁部から天井部22の下部空間の主燃焼室26に供給される。汚泥の露出面が燃焼器21の燃焼火炎により溶融して、主燃焼室26の底面の中央部に形成された出滓口24から溶融スラグとして落下排出される。出滓口24から落下した溶融スラグは、下方に配置された冷却固化機構15としての水槽で急冷され水砕スラグとなる。   The dried sludge charged into the hopper is quantitatively charged into the accumulating portion 27 formed between the inner cylinder 23 and the outer cylinder 25, and the ceiling from the lower edge of the inner cylinder 23 by the relative rotation of the inner cylinder 23 and the outer cylinder 25. It is supplied to the main combustion chamber 26 in the lower space of the section 22. The exposed surface of the sludge is melted by the combustion flame of the combustor 21 and is dropped and discharged as molten slag from the tap outlet 24 formed at the center of the bottom surface of the main combustion chamber 26. The molten slag that has fallen from the tap outlet 24 is rapidly cooled in a water tank as a cooling and solidifying mechanism 15 disposed below to become a granulated slag.

出滓口24から横方向に分岐する煙道28から排出された排ガスは、排ガス処理設備で処理された後に煙突から排出される。排ガス処理設備として、炉内から排出される排ガスを完全燃焼させる後燃焼装置、後燃焼後の排ガスの保有熱で燃焼器21及び後燃焼装置に供給する燃焼用空気を予熱する空気予熱器、乾燥機構13への乾燥用蒸気を生成する廃熱ボイラ、白煙防止用空気を加熱する空気加熱器、減温塔、排ガス浄化装置、バグフィルタ、誘引送風機等が煙道に沿って配置されている。   The exhaust gas discharged from the flue 28 branching laterally from the tap outlet 24 is discharged from the chimney after being treated by the exhaust gas treatment facility. As an exhaust gas treatment facility, a post-combustion device that completely combusts exhaust gas discharged from the furnace, an air preheater that preheats combustion air supplied to the combustor 21 and the post-combustion device with the retained heat of the exhaust gas after post-combustion, and drying A waste heat boiler for generating steam for drying to the mechanism 13, an air heater for heating white smoke prevention air, a temperature reducing tower, an exhaust gas purification device, a bag filter, an induction fan, and the like are arranged along the flue. .

内筒23の下縁部と外筒25の底部との間隔を調整するために、内筒23及び天井部22を外筒25に対して一体的に上下方向に昇降させるギア式またはクレーン式の昇降機構でなる間隔調整機構が設けられている。   In order to adjust the distance between the lower edge of the inner cylinder 23 and the bottom of the outer cylinder 25, a gear type or crane type that raises and lowers the inner cylinder 23 and the ceiling portion 22 integrally with the outer cylinder 25 in the vertical direction. An interval adjusting mechanism including an elevating mechanism is provided.

図3(a)に示すように、内筒23を降下させると、内筒23の下縁部と外筒25の底部との間隔が狭く、蓄積部27から主燃焼室26に導かれる汚泥の量が少なくなるため、表面から溶融したスラグが出滓口24に流下する時間が長くなり、スラグの十分な滞留時間が確保できるようになる。   As shown in FIG. 3A, when the inner cylinder 23 is lowered, the interval between the lower edge of the inner cylinder 23 and the bottom of the outer cylinder 25 is narrow, and the sludge introduced from the accumulator 27 to the main combustion chamber 26 is reduced. Since the amount is reduced, the time for the molten slag to flow down from the surface to the outlet 24 becomes longer, and a sufficient residence time of the slag can be secured.

図3(b)に示すように、内筒23を上昇させると、内筒23の下縁部と外筒25の底部との間隔が広くなり、蓄積部27から主燃焼室26に導かれる汚泥の量が多くなるため、表面から溶融したスラグが直ちに出滓口24に流下し、スラグの滞留時間が短くなる。   As shown in FIG. 3B, when the inner cylinder 23 is raised, the interval between the lower edge of the inner cylinder 23 and the bottom of the outer cylinder 25 is widened, and the sludge guided from the accumulation section 27 to the main combustion chamber 26. Therefore, the slag melted from the surface immediately flows down to the spout 24 and the slag residence time is shortened.

つまり、主燃焼室26で溶融されたスラグの滞留時間を調整する滞留時間調整機構が、内筒23と外筒25を共通軸心方向に相対移動させて、内筒23の下縁部と外筒25の底部との間隔を調整する間隔調整機構で具現化される。   In other words, the residence time adjusting mechanism that adjusts the residence time of the slag melted in the main combustion chamber 26 moves the inner cylinder 23 and the outer cylinder 25 relative to each other in the common axial direction so that the lower edge of the inner cylinder 23 and the outer This is realized by an interval adjusting mechanism that adjusts an interval between the bottom of the tube 25.

また、上述の間隔調整機構に限らず、出滓口24の周囲に堰を備え、堰の高さを調整する調整機構を備えることによって、溶融スラグの主燃焼室内での滞留時間を可変に調整してもよい。   In addition to the above-described interval adjusting mechanism, a dwell is provided around the spout 24 and an adjusting mechanism for adjusting the height of the weir is provided to variably adjust the residence time of the molten slag in the main combustion chamber. May be.

平面視でドーナツ状の蓄積部27の上部には、乾燥汚泥用のホッパーに加えて、汚泥に添加するための骨格調整剤を収容した単一または複数のホッパーが設置され、ホッパーの下部に設けられた切出機構によって骨格調整剤の添加量が調整される。つまり、骨格調整剤用のホッパーと切出機構によって添加機構が構成される。   In addition to the dry sludge hopper, a single or a plurality of hoppers containing a skeletal conditioner for addition to the sludge are installed on the upper portion of the doughnut-shaped accumulating portion 27 in plan view, and are provided at the bottom of the hopper The added amount of the skeleton adjusting agent is adjusted by the cut-out mechanism. That is, the addition mechanism is constituted by the hopper for the skeleton adjusting agent and the cutting mechanism.

このように、回転式表面溶融炉は、炉内の酸素濃度の調整や、スラグの滞留時間の調整、骨格調整剤の投入・攪拌が容易であり肥料の製造に適した溶融炉である。   Thus, the rotary surface melting furnace is a melting furnace suitable for the production of fertilizer because it is easy to adjust the oxygen concentration in the furnace, to adjust the residence time of the slag, and to input and agitate the skeletal regulator.

尚、上述の何れの実施形態でも、溶融機構14に投入されるのが乾燥機構13から搬送されるリン含有汚泥である構成について説明したが、乾燥機構13に変えて、脱水汚泥を燃焼する燃焼炉を備えて脱水汚泥の燃焼ステップを実行し、得られたリン含有焼却灰を溶融機構13に搬送して溶融処理するように構成してもよい。   In any of the above-described embodiments, the configuration in which the phosphorus-containing sludge fed from the drying mechanism 13 is input to the melting mechanism 14 has been described. However, instead of the drying mechanism 13, combustion for burning dehydrated sludge A furnace may be provided to perform the dewatered sludge combustion step, and the obtained phosphorus-containing incinerated ash may be conveyed to the melting mechanism 13 and melted.

上述した実施形態は、何れも本発明の一例であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、材料やサイズ等の各部の具体的な構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。   Each of the above-described embodiments is an example of the present invention, and the present invention is not limited by the description, and the specific configuration of each part such as material and size is within the range where the effects of the present invention are exhibited. Needless to say, the design can be changed as appropriate.

以下に、光学的塩基度とスラグの骨格構造との相関を示す第一の実験例を説明する。
上述したように、溶融スラグからの各種元素の溶出挙動は、スラグの骨格構造に支配される。理想的なSiO四面体構造に近ければ骨格構造が強く各種元素の溶出濃度は低いが、CaOやNaO、KOなどの成分が多く欠陥構造部分の割合が高いと骨格構造が弱くPやCaなどの肥料成分の溶出濃度は高くなる。
A first experimental example showing the correlation between optical basicity and slag skeleton structure will be described below.
As described above, the elution behavior of various elements from the molten slag is governed by the slag skeleton structure. If it is close to the ideal SiO 2 tetrahedral structure, the skeleton structure is strong and the elution concentration of various elements is low, but if there are many components such as CaO, Na 2 O, K 2 O and the proportion of defect structure parts is high, the skeleton structure is weak. The elution concentration of fertilizer components such as P and Ca increases.

そこで、ベース試料となるスラグに骨格調整剤として炭酸ナトリウムNaCOや炭酸カルシウムCaCOを添加して再溶融することにより、スラグ骨格強度の弱い試料スラグを製造し、骨格強度低下によりリン溶出が促進されることを比較確認した。 Therefore, by adding sodium carbonate Na 2 CO 3 or calcium carbonate CaCO 3 as a skeleton adjusting agent to the base sample slag and remelting it, a sample slag with low slag skeleton strength is produced, and phosphorus elution is caused by a decrease in skeleton strength. Compared to confirm that is promoted.

図4(a)には、試験のベース試料となる下水汚泥溶融スラグの組成が示されている。当該下水汚泥溶融スラグは、表の下段に示す都市ゴミ溶融スラグに比べてCaO濃度や重金属濃度が低く、鉄、リン濃度が高い傾向がある。   FIG. 4A shows the composition of the sewage sludge molten slag that is the base sample of the test. The sewage sludge molten slag tends to have lower CaO concentration and heavy metal concentration and higher iron and phosphorus concentrations than the municipal waste molten slag shown in the lower part of the table.

図4(b)の表に示すように、ベース試料のみのものを試料1とし、ベース試料とNaCOを8:2の割合で混合したものを試料2とし、ベース試料とCaCOを8:2の割合で混合したものを試料3として以下の実験を行った。 As shown in the table of FIG. 4 (b), the base sample alone is sample 1, the base sample and Na 2 CO 3 mixed at a ratio of 8: 2 is sample 2, and the base sample and CaCO 3 are mixed. The following experiment was conducted using Sample 3 mixed at a ratio of 8: 2.

試料1〜3を、φ80mm×H100mmの黒鉛るつぼに厚み約8cm(重量約250g)で充填し、1400℃に温度調節した電気マッフル炉の中で1h保持し、スラグを作成した。加熱中は、電気炉内のガス雰囲気調整を行わなかった。その後、黒鉛るつぼを電気炉から取り出し、スラグを黒鉛るつぼに入れたまま常温空気中で急速冷却した。   Samples 1 to 3 were filled in a graphite crucible of φ80 mm × H100 mm with a thickness of about 8 cm (weight: about 250 g) and held for 1 h in an electric muffle furnace adjusted to a temperature of 1400 ° C. to prepare a slag. During the heating, the gas atmosphere in the electric furnace was not adjusted. Thereafter, the graphite crucible was removed from the electric furnace, and the slag was rapidly cooled in room temperature air while being placed in the graphite crucible.

溶出試験は環境庁告示第46号法による操作(スラグ:蒸留水=1:10、6h撹拌)により実施した。試料の物理形状による影響を除去するため、スラグを1−2mmに破砕し、1−2mm形状のスラグで実施した。   The dissolution test was carried out by an operation according to the Environmental Agency Notification Method No. 46 (slag: distilled water = 1: 10, stirring for 6 hours). In order to remove the influence of the physical shape of the sample, the slag was crushed to 1-2 mm, and the slag having a 1-2 mm shape was used.

図5には、加熱試験後における試料1〜3の主要組成が示されている。試料2に添加されたNaCOや、試料3に添加されたCaCOは加熱時に熱分解を起こしてCOを放出するため、溶融スラグ中にNaO、CaOとして取り込まれる。そのため、NaCO、CaCOを20%添加することによるスラグ中NaO、CaOの増加濃度は、それぞれ11.7%、11.2%となる。ベース試料のみの試料1に対して試料2はNaOが、試料3はCaOが、それぞれ相対的に10%程度高く、想定通りの組成になっていることが確認された。 FIG. 5 shows the main compositions of Samples 1 to 3 after the heating test. Since Na 2 CO 3 added to the sample 2 and CaCO 3 added to the sample 3 undergo thermal decomposition during heating to release CO 2, they are taken into the molten slag as Na 2 O and CaO. Therefore, the increasing concentrations of Na 2 O and CaO in the slag by adding 20% of Na 2 CO 3 and CaCO 3 are 11.7% and 11.2%, respectively. It was confirmed that Na 2 O in Sample 2 and CaO in Sample 3 were about 10% higher than Sample 1 with only the base sample, and the composition was as expected.

図6には、骨格強度を表す指標として、各試料の光学的塩基度が示されている。尚、光化学的塩基度は、既に説明した数式から求められる。試料2及び3のように、NaCO、CaCOを添加することにより光学的塩基度が増加し、スラグの骨格強度が低下する。その序列は、試料2>試料3>試料1の順である。試料2に添加されている1価のNaイオンの方が、試料3に添加されている2価のCaイオンよりも骨格強度を低下させる度合が大きい。 FIG. 6 shows the optical basicity of each sample as an index representing the skeleton strength. The photochemical basicity can be obtained from the mathematical formula already described. As in Samples 2 and 3, by adding Na 2 CO 3 and CaCO 3 , the optical basicity increases and the skeletal strength of the slag decreases. The order is the order of Sample 2> Sample 3> Sample 1. Monovalent Na ions added to Sample 2 have a higher degree of lowering the skeleton strength than divalent Ca ions added to Sample 3.

図7には、溶出試験における各試料からのリン(P)溶出濃度が示されている。併せて、スラグの主要組成元素(Si)及び植物成長のための主要必須元素の溶出濃度についても調査した。尚、スラグの主要組成元素(Si)も珪酸として、稲の病気に対する耐性や、耐倒伏性を向上する効果を持つ元素である。   FIG. 7 shows the phosphorus (P) elution concentration from each sample in the elution test. At the same time, the elution concentrations of the main constituent element (Si) of slag and the main essential elements for plant growth were also investigated. In addition, the main composition element (Si) of slag is an element having an effect of improving resistance to rice diseases and lodging resistance as silicic acid.

リン(P)の溶出濃度は、ベース試料のみの試料1に比べて、NaCO、CaCOを添加した試料2、試料3の溶出濃度の方が高い結果となった。Si、Ca、Fe、Mg、Sといった主だった元素ついても同様の傾向が見られた。Kについては逆に試料2、試料3の方が低く、Zn、Cl、Mo、B、Moについては定量下限値未満であった。 The elution concentration of phosphorus (P) was higher in the elution concentrations of sample 2 and sample 3 to which Na 2 CO 3 and CaCO 3 were added than in sample 1 having only the base sample. The same tendency was observed for main elements such as Si, Ca, Fe, Mg, and S. Contrary to K, Samples 2 and 3 were lower, and Zn, Cl, Mo, B, and Mo were less than the lower limit of quantification.

図8には、溶出試験における各元素の溶出割合が示されている。溶出割合は組成分析結果と溶出試験結果から以下に示す数式により算出した。その結果、溶出割合についても同様に、リン(P)、Si、Ca、Fe、Mg、Sについて、添加なしの試料1に比べて、NaCO、CaCOを添加した試料2、試料3の方が高かった。 FIG. 8 shows the elution ratio of each element in the elution test. The dissolution rate was calculated from the composition analysis results and dissolution test results according to the following mathematical formula. As a result, the sample 2 and sample 3 to which Na 2 CO 3 and CaCO 3 were added were also compared for the elution rate for phosphorus (P), Si, Ca, Fe, Mg, and S as compared to the sample 1 without addition. Was higher.

溶出割合(mg/kg)=(溶出した金属量(mg)/含有する金属量(mg))×1000000   Elution ratio (mg / kg) = (Amount of eluted metal (mg) / Amount of metal contained (mg)) × 1000000

図9には、光学的塩基度と溶出割合との関係が示されている。骨格調整剤の添加により溶出割合が増加したリン(P)、Si、Ca、Feについては、何れも光学的塩基度と溶出割合との間に正の相関関係が見られた。従って、スラグの光学的塩基度を制御することにより、リンを初めとした数種の肥効成分(P,Si,Ca,Fe)の放出量(溶出量)を意図的に増加させられることが示された。   FIG. 9 shows the relationship between optical basicity and elution ratio. For phosphorus (P), Si, Ca, and Fe whose elution ratio increased by the addition of the skeleton modifier, a positive correlation was observed between the optical basicity and the elution ratio. Therefore, by controlling the optical basicity of the slag, it is possible to intentionally increase the release amount (elution amount) of several fertilizer components (P, Si, Ca, Fe) including phosphorus. Indicated.

以上のように、下水汚泥溶融スラグをベース試料として、各試薬の添加によりスラグ骨格強度を変えたスラグでリン溶出濃度を調査し、以下の結果を得た。   As described above, using the sewage sludge melted slag as a base sample, the phosphorus elution concentration was investigated with the slag whose slag skeleton strength was changed by adding each reagent, and the following results were obtained.

NaCO、CaCOを添加することによりスラグの光学的塩基度が増加し(スラグの骨格強度は低下し)、その序列はNaCOを添加した試料2>CaCOを添加した試料3、ベース試料のみの試料1となった。 By adding Na 2 CO 3 and CaCO 3 , the optical basicity of the slag increases (the slag's skeleton strength decreases), and the order is the sample 2 to which Na 2 CO 3 is added> the sample to which CaCO 3 is added 3. Sample 1 with only base sample.

光学的塩基度とリン溶出割合との間に正の相関関係が見られた、したがって、スラグの光学的塩基度を制御することにより、リンの放出量(溶出量)を意図的に増加させることができることが示された。   There was a positive correlation between optical basicity and phosphorus elution rate, therefore intentionally increasing the amount of phosphorus released (elution amount) by controlling the optical basicity of the slag It was shown that

次に、骨格調整剤によるク溶性リンへの影響に関する第二の実験例を説明する。   Next, a second experimental example regarding the influence of the skeletal modifier on the soluble phosphorus will be described.

試験のベース試料となる下水汚泥溶融スラグと都市ゴミ溶融スラグの組成は図4(a)に示す表と同じものである。   The composition of the sewage sludge molten slag and the municipal waste molten slag, which are the base samples for the test, is the same as the table shown in FIG.

図10(a)の表に示すように、ベース試料のみのものを試料4とし、ベース試料とNaCOを8:2の割合で混合したものを試料5として以下の実験を行った。 As shown in the table of FIG. 10 (a), the following experiment was conducted with the base sample alone as sample 4 and the base sample mixed with Na 2 CO 3 at a ratio of 8: 2 as sample 5.

試料4及び5を、φ80mm×H100mmの黒鉛るつぼに厚み約8cm(重量約250g)で充填し、1400℃に温度調節した電気マッフル炉の中で1h保持し、スラグを作成した。加熱中は、電気炉内のガス雰囲気調整を行わなかった。その後、黒鉛るつぼを電気炉から取り出し、スラグを黒鉛るつぼに入れたまま常温空気中で急速冷却した。得られたスラグについてク溶性リン溶出試験を行い、ク溶性リンの溶出挙動を比較した。   Samples 4 and 5 were filled in a graphite crucible of φ80 mm × H100 mm with a thickness of about 8 cm (weight: about 250 g) and held for 1 h in an electric muffle furnace adjusted to 1400 ° C. to prepare a slag. During the heating, the gas atmosphere in the electric furnace was not adjusted. Thereafter, the graphite crucible was removed from the electric furnace, and the slag was rapidly cooled in room temperature air while being placed in the graphite crucible. The obtained slag was subjected to a soluble phosphorus elution test, and the dissolution behavior of the soluble phosphorus was compared.

ク溶性リン溶出試験は、試料の物理形状による影響を除去するため、スラグを1−2mmに破砕し、1−2mm形状のスラグで実施した。ク溶性リン溶出試験はクエン酸を溶媒とした酸水溶液中(pH2〜3)での溶出試験であり、植物の根がクエン酸を放出することから、植物の生長がある程度進んだ段階での肥料効果(緩効性)を示す指標として用いられる。   In order to remove the influence of the physical shape of the sample, the slag-soluble phosphorus elution test was performed by crushing the slag to 1-2 mm and using a 1-2 mm-shaped slag. The soluble phosphorus elution test is an elution test in an aqueous acid solution (pH 2 to 3) using citric acid as a solvent. Since plant roots release citric acid, fertilizer at a stage where plant growth has progressed to some extent. It is used as an index indicating the effect (slow effect).

図11に、ク溶性リン溶出試験におけるリン溶出割合と光学的塩基度との関係を示す。ク溶性溶出割合は組成分析結果と溶出試験結果から以下に示す数式により算出した。   FIG. 11 shows the relationship between the phosphorus elution ratio and the optical basicity in the soluble phosphorus elution test. The soluble elution ratio was calculated from the composition analysis result and the dissolution test result according to the following formula.

ク溶性溶出割合(%)=(溶出した金属量(mg)/含有する金属量(mg))×100   Soluble elution ratio (%) = (eluted metal amount (mg) / contained metal amount (mg)) × 100

結果としては、光学的塩基度とク溶性リン溶出割合との間に正の相関関係が見られた、したがって、スラグの光学的塩基度を制御(スラグ骨格の脆弱化)することにより、ク溶性リンの放出量(溶出量)を意図的に増加させることができることが示された。   As a result, a positive correlation was found between the optical basicity and the soluble phosphorus elution ratio.Therefore, by controlling the optical basicity of the slag (weakening of the slag skeleton), It was shown that the release amount (elution amount) of phosphorus can be intentionally increased.

次に、スラグの溶融時間、溶融温度の影響に関する第三の実験例を説明する。   Next, a third experimental example relating to the influence of slag melting time and melting temperature will be described.

試験のベース試料となる下水汚泥溶融スラグの組成は図4(a)に示す表と同じものである。   The composition of the sewage sludge molten slag as the base sample for the test is the same as the table shown in FIG.

図10(b)の表に示すように、ベース試料とNaCOを8:2の割合で混合したものを試料5,試料6,試料7の3つ用意し、図10(b)に示すように溶融条件を異ならせて実験を行った。 As shown in the table of FIG. 10 (b), three samples, sample 6, sample 6 and sample 7, prepared by mixing the base sample and Na 2 CO 3 at a ratio of 8: 2, are prepared in FIG. 10 (b). As shown, the experiment was conducted under different melting conditions.

試料5は、φ80mm×H100mmの黒鉛るつぼに厚み約8cm(重量約250g)で充填し、1400℃に温度調節した電気マッフル炉の中で1h保持し、スラグを作成した。   Sample 5 was filled in a graphite crucible of φ80 mm × H100 mm with a thickness of about 8 cm (weight: about 250 g) and held in an electric muffle furnace adjusted to a temperature of 1400 ° C. for 1 h to prepare a slag.

試料6は、φ80mm×H100mmの黒鉛るつぼに厚み約8cm(重量約250g)で充填し、1400℃に温度調節した電気マッフル炉の中で4h保持し、スラグを作成した。   Sample 6 was filled in a graphite crucible of φ80 mm × H100 mm with a thickness of about 8 cm (weight: about 250 g), and held in an electric muffle furnace adjusted to a temperature of 1400 ° C. for 4 hours to prepare a slag.

試料7は、φ80mm×H100mmの黒鉛るつぼに厚み約8cm(重量約250g)で充填し、1250℃に温度調節した電気マッフル炉の中で1h保持し、スラグを作成した。   Sample 7 was filled in a graphite crucible of φ80 mm × H100 mm with a thickness of about 8 cm (weight: about 250 g) and held in an electric muffle furnace adjusted to 1250 ° C. for 1 h to prepare a slag.

試料5から7の何れも加熱中は、電気炉内のガス雰囲気調整を行わなかった。その後、黒鉛るつぼを電気炉から取り出し、スラグを黒鉛るつぼに入れたまま常温空気中で急速冷却した。   During the heating of any of Samples 5 to 7, the gas atmosphere in the electric furnace was not adjusted. Thereafter, the graphite crucible was removed from the electric furnace, and the slag was rapidly cooled in room temperature air while being placed in the graphite crucible.

まず、スラグの溶融時の溶融時間によるリンの溶出割合の変化を調べるため試料5及び試料6に対して、環境庁告示第46号法操作による溶出試験及びク溶性リン溶出試験を実施した。試料の物理形状による影響を除去するため、スラグを1−2mmに破砕し、1−2mm形状のスラグで実施した。ク溶性リン溶出試験はクエン酸を溶媒とした酸水溶液中(pH2〜3)での溶出試験であり、植物の根がクエン酸を放出することから、植物の生長がある程度進んだ段階での肥料効果(緩効性)を示す指標として用いられる。中性〜弱アルカリ水溶液中での溶出試験である環境庁告示第46号法操作による溶出試験と比較すると苛酷な雰囲気での溶出試験であり、溶出レベルとしては高く、全体の数十%が溶出する。   First, in order to investigate the change in the dissolution rate of phosphorus due to the melting time when slag was melted, a dissolution test and a soluble phosphorus dissolution test were conducted on Sample 5 and Sample 6 by the operation of the Environment Agency Notification No. 46. In order to remove the influence of the physical shape of the sample, the slag was crushed to 1-2 mm, and the slag having a 1-2 mm shape was used. The soluble phosphorus elution test is an elution test in an aqueous acid solution (pH 2 to 3) using citric acid as a solvent. Since plant roots release citric acid, fertilizer at a stage where plant growth has progressed to some extent. It is used as an index indicating the effect (slow effect). Compared with the dissolution test by the Environment Agency Notification No. 46 method, which is a dissolution test in neutral to weakly alkaline aqueous solution, it is a dissolution test in a harsh atmosphere, and the dissolution level is high. To do.

図13及び図14に示すように、環境庁告示第46号法操作による溶出試験及びク溶性リン溶出試験ともに、試料6は試料5に比べて、リンを含む全ての元素について溶出割合が減少した。骨格組成が同様であっても、溶融時間を伸ばすことにより、骨格構造がエネルギー安定的な平衡状態に近づき、スラグ骨格が強固になったと考えられる。   As shown in FIGS. 13 and 14, in both the dissolution test by the Environment Agency Notification No. 46 method operation and the soluble phosphorus dissolution test, the dissolution rate of sample 6 for all the elements containing phosphorus decreased compared to sample 5. . Even if the skeleton composition is the same, it is considered that by extending the melting time, the skeleton structure approaches an energy stable equilibrium state, and the slag skeleton is strengthened.

次に、スラグの溶融時の溶融温度によるリンの溶出割合の変化を調べるため試料5及び試料7に対して環境庁告示第46号法操作による溶出試験を実施した。   Next, in order to investigate the change in the dissolution rate of phosphorus depending on the melting temperature at the time of slag melting, a dissolution test was conducted on Sample 5 and Sample 7 by the operation of the Environment Agency Notification No. 46.

図14に示すように、試料7は試料5に比べて、リンを含む多くの元素について、溶出割合が指数的に増加する結果となった。溶融温度が低いと、溶融スラグの粘性が低く平衡状態に達するのに時間を要するため、溶出割合が増加したと考えられる。   As shown in FIG. 14, Sample 7 resulted in an exponentially increasing elution ratio for many elements including phosphorus, compared to Sample 5. When the melting temperature is low, the viscosity of the molten slag is low, and it takes time to reach an equilibrium state. Therefore, it is considered that the elution rate has increased.

10: 肥料の製造プラント
11:水処理機構
12:脱水機構
13:乾燥機構
14:溶融機構
15:冷却機構
16:コンベア機構
17:整粒機構
20:回転式表面溶融炉
21:燃焼器
22:天井部
23:内筒
24:出滓口
25:外筒
26:主燃焼室
27:蓄積部
28:煙道

10: Fertilizer production plant 11: Water treatment mechanism 12: Dehydration mechanism 13: Drying mechanism 14: Melting mechanism 15: Cooling mechanism 16: Conveyor mechanism 17: Granulating mechanism 20: Rotary surface melting furnace 21: Combustor 22: Ceiling Part 23: Inner cylinder 24: Outlet 25: Outer cylinder 26: Main combustion chamber 27: Accumulator 28: Flue

Claims (17)

リン含有汚泥またはリン含有焼却灰を含む被溶融物を溶融処理する溶融処理ステップと、前記溶融処理ステップで溶融されたスラグを冷却処理して固化する冷却処理ステップと、を含む肥料の製造方法であって、
スラグを評価する指標として光学的塩基度を用いて求めた添加量の骨格調整剤を前記被溶融物に添加して、前記冷却処理ステップで固化されたスラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所定値を上回るように調整する骨格調整剤添加ステップを、前記溶融処理ステップよりも前段に備えている肥料の製造方法。
A method for producing a fertilizer, comprising: a melting treatment step for melting a melt containing phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incinerated ash; and a cooling treatment step for cooling and solidifying the slag melted in the melting treatment step. There,
An addition amount of a skeleton adjusting agent obtained by using optical basicity as an index for evaluating slag is added to the melt, and soluble phosphorus with respect to the total phosphorus weight contained in the slag solidified in the cooling treatment step. skeletal modifier added step of the ratio of the weight is adjusted to exceed the predetermined value, producing how fertilizers are provided in a stage preceding the melt-processing step.
前記骨格調整剤添加ステップで添加される骨格調整剤の添加量は、前記冷却処理ステップで固化されたスラグの光学的塩基度が、当該スラグに含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所定値を上回るように、予め前記被溶融物の組成を分析することにより求まる光学的塩基度に基づいて調整される値である請求項1記載の肥料の製造方法。 The amount of the skeletal modifier added in the skeleton modifier adding step is such that the optical basicity of the slag solidified in the cooling treatment step is the ratio of the soluble phosphorus weight to the total phosphorus weight contained in the slag. The method for producing a fertilizer according to claim 1, wherein the fertilizer is a value adjusted based on optical basicity obtained by analyzing the composition of the melt beforehand so as to exceed a predetermined value . 前記骨格調整剤添加ステップで添加される骨格調整剤の添加量は、前記冷却処理ステップで固化されたスラグ光学的塩基度が、当該スラグを含む肥料に含まれる全リン重量に対するク溶性リン重量の比率が所定値を上回るように、予め前記被溶融物の組成を分析することにより求まる光学的塩基度に基づいて調整される値である請求項1記載の肥料の製造方法 The amount of the skeletal modifier added in the skeletal modifier addition step is such that the slag optical basicity solidified in the cooling treatment step is the soluble phosphorus weight relative to the total phosphorus weight contained in the fertilizer containing the slag. The method for producing a fertilizer according to claim 1, wherein the fertilizer is a value adjusted based on optical basicity obtained by analyzing the composition of the melt beforehand so that the ratio exceeds a predetermined value . 前記骨格調整剤添加ステップが溶融処理ステップより前に実行される請求項1から3の何れかに記載の肥料の製造方法。The manufacturing method of the fertilizer in any one of Claim 1 to 3 with which the said frame | skeleton adjustment agent addition step is performed before a fusion | melting process step. 前記リン含有汚泥が原水を生物処理して浄化する水処理ステップで生じた余剰汚泥であり、前記骨格調整剤添加ステップが前記水処理ステップで引き抜かれた余剰汚泥に対して実行される請求項4記載の肥料の製造方法。The phosphorus-containing sludge is surplus sludge generated in a water treatment step of biologically treating raw water to purify the raw water, and the skeletal modifier addition step is performed on the surplus sludge extracted in the water treatment step. The manufacturing method of the fertilizer of description. 前記リン含有汚泥が原水を生物処理して浄化する水処理ステップで生じた余剰汚泥であり、前記骨格調整剤添加ステップが前記水処理ステップで生物処理される前の原水に対して実行される請求項4記載の肥料の製造方法。The phosphorus-containing sludge is surplus sludge generated in a water treatment step for biologically treating and purifying raw water, and the skeletal regulator addition step is performed on raw water before being biologically treated in the water treatment step. Item 5. A method for producing a fertilizer according to Item 4. 前記骨格調整剤添加ステップで用いられる骨格調整剤が非水溶性の骨格調整剤である請求項6記載の肥料の製造方法。The method for producing a fertilizer according to claim 6, wherein the skeleton adjusting agent used in the skeleton adjusting agent adding step is a water-insoluble skeleton adjusting agent. 前記骨格調整剤添加ステップが前記リン含有汚泥または前記リン含有焼却灰に対して実行される請求項1から3の何れかに記載の肥料の製造方法。The manufacturing method of the fertilizer in any one of Claim 1 to 3 with which the said frame | skeleton adjustment agent addition step is performed with respect to the said phosphorus containing sludge or the said phosphorus containing incinerated ash. 記骨格調整剤添加ステップで添加される骨格調整剤が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属から選ばれる一種類または複数種類の金属単体または金属化合物である請求項1からの何れかに記載の肥料の製造方法。 Skeletal modifier to be added in the previous SL backbone modifier addition step, an alkali metal, one of claims 1 to 8 of an alkaline earth metal or one kind or more kinds of single metal or metal compound selected from transition metals, The manufacturing method of the fertilizer of crab. 前記骨格調整剤添加ステップで添加される骨格調整剤が、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、マンガン、銅、亜鉛から選ばれる一種類または複数種類の金属単体または金属化合物である請求項1からの何れかに記載の肥料の製造方法。 The skeleton modifier added in the skeleton modifier adding step is one or more kinds of simple metals or metal compounds selected from sodium, potassium, calcium, magnesium, iron, manganese, copper, and zinc. The method for producing a fertilizer according to any one of 9 . 前記骨格調整剤添加ステップで添加される骨格調整剤に鉄またはその化合物が含まれ、前記溶融処理ステップが還元性雰囲気または酸化性雰囲気で実行される請求項1から10の何れかに記載の肥料の製造方法。 The fertilizer according to any one of claims 1 to 10 , wherein the skeleton modifier added in the skeleton modifier addition step contains iron or a compound thereof, and the melting treatment step is performed in a reducing atmosphere or an oxidizing atmosphere. Manufacturing method. 前記溶融処理ステップは、スラグの温度を1000℃から1700℃の範囲で調整した条件下で実行される請求項1から11の何れかに記載の肥料の製造方法。The method for producing a fertilizer according to any one of claims 1 to 11, wherein the melting step is performed under a condition in which a temperature of the slag is adjusted in a range of 1000 ° C to 1700 ° C. 前記溶融処理ステップは、スラグの温度を1300℃以下に調整した条件下で実行される請求項12記載の肥料の製造方法。 The method for producing a fertilizer according to claim 12 , wherein the melting step is performed under a condition in which a temperature of the slag is adjusted to 1300 ° C or lower. 前記冷却処理ステップは、前記溶融処理ステップで溶融されたスラグを緩速冷却して固化するステップまたは水冷機構を用いて急速冷却するステップを含む請求項1から13の何れかに記載の肥料の製造方法。 The fertilizer production according to any one of claims 1 to 13 , wherein the cooling processing step includes a step of slowly cooling and solidifying the slag melted in the melting processing step or a rapid cooling using a water cooling mechanism. mETHODS. 求項1から14の何れかに記載された肥料の製造方法に用いられる回転式表面溶融炉であって、
燃焼器が配置された天井部の周囲に立設された内筒と、底部中央に出滓口が形成された有底の外筒とを共通軸心周りに配置し、前記外筒と前記内筒との間の蓄積部に投入されたリン含有汚泥またはリン含有焼却灰を含む被溶融物を、前記外筒と前記内筒の相対回転により前記内筒の下縁部から前記天井部の下部空間の主燃焼室に移動させて、その露出面を前記燃焼器の燃焼火炎により溶融し、前記出滓口から溶融スラグを落下排出するように構成され、
前記主燃焼室で溶融されたスラグの滞留時間を調整する滞留時間調整機構を備えている回転式表面溶融炉。
A rotary surface melting furnace used in a method of manufacturing a fertilizer as claimed in any one of Motomeko 1 14,
An inner cylinder erected around the ceiling where the combustor is disposed, and a bottomed outer cylinder with a tap hole formed in the center of the bottom are arranged around a common axis, and the outer cylinder and the inner cylinder The molten material containing phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incinerated ash charged into the accumulation part between the cylinder is moved from the lower edge of the inner cylinder to the lower part of the ceiling by the relative rotation of the outer cylinder and the inner cylinder Moved to the main combustion chamber of the space, the exposed surface is melted by the combustion flame of the combustor, and the molten slag is dropped and discharged from the outlet.
A rotary surface melting furnace provided with a residence time adjusting mechanism for adjusting a residence time of the slag melted in the main combustion chamber.
前記滞留時間調整機構が、前記内筒と前記外筒を前記共通軸心方向に相対移動させて、前記内筒の下縁部と前記外筒の底部との間隔を調整する間隔調整機構で具現化されている請求項15記載の回転式表面溶融炉。 The dwell time adjustment mechanism is embodied by an interval adjustment mechanism that adjusts the interval between the lower edge of the inner cylinder and the bottom of the outer cylinder by relatively moving the inner cylinder and the outer cylinder in the common axis direction. The rotary surface melting furnace according to claim 15 , wherein the rotary surface melting furnace is made. 請求項1から14の何れかに記載された肥料の製造方法に用いられる回転式表面溶融炉であって、
燃焼器が配置された天井部の周囲に立設された内筒と、底部中央に出滓口が形成された有底の外筒とを共通軸心周りに配置し、前記外筒と前記内筒との間の蓄積部に投入されたリン含有汚泥またはリン含有焼却灰を含む被溶融物を、前記外筒と前記内筒の相対回転により前記内筒の下縁部から前記天井部の下部空間に移動させて、その露出面を前記燃焼器の燃焼火炎により溶融し、前記出滓口から溶融スラグを落下排出するように構成され、前記蓄積部に投入されたリン含有汚泥またはリン含有焼却灰に前記骨格調整剤を添加する添加機構を備えている回転式表面溶融炉。
A rotary surface melting furnace used in the method for producing a fertilizer according to any one of claims 1 to 14 ,
An inner cylinder erected around the ceiling where the combustor is disposed, and a bottomed outer cylinder with a tap hole formed in the center of the bottom are arranged around a common axis, and the outer cylinder and the inner cylinder The molten material containing phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incinerated ash charged into the accumulation part between the cylinder is moved from the lower edge of the inner cylinder to the lower part of the ceiling by the relative rotation of the outer cylinder and the inner cylinder It is configured to move to the space, melt the exposed surface by the combustion flame of the combustor, and drop and discharge the molten slag from the outlet, and phosphorus-containing sludge or phosphorus-containing incineration charged into the accumulation unit A rotary surface melting furnace provided with an addition mechanism for adding the skeleton modifier to ash.
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