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ただきようみのなか
5 years ago
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1 鶏ふん焼却灰からのリン回収について宮崎大学工学部土木環境工学科関戸知雄土手裕発表資料リンク

2 宮崎県ブロイラー飼養頭羽数全国 1 位家畜ふん尿フロー鶏ふん量 25 万 3 千トン / 年熱処理窒素過多のためそのまま農地還元は環境汚染につながる可能性あり鶏ふん ( 宮崎県 ) は全家畜のリン排せつ量の約 4 割を占め高い含有量を持つ日本はリン鉱石を輸入に依存している鶏ふん焼却灰はリンの循環利用に貢献

3 宮崎県農地への窒素負荷量 (H15) Nitrogen Load on Farm Lands 30, 窒素 25,000 焼却により大気へ鶏 20,000 過剰量約 16 千 t/y 化学肥料豚 t/ 年 15,000 過剰量約 8000 トン /y 肉牛 10, 乳牛 5,000 適性施肥量農地施肥量

4 家畜ふん尿資源化戦略 3.8million ton/year 牛ふん尿豚ふん尿堆肥化堆肥の農地利用鶏ふん焼却焼却灰リン資源として利用

5 鶏ふんの概要 Characteristics of Chicken Manure 鶏舎で鶏ふんの含水率低下 70% -> 40% 低位発熱量 1,900kcal/kg(LHV) ( 都市ごみは 2,000kcal/kg) 鶏ふん焼却により重量は 10% に減少

6 鶏ふん焼却の概要 Outlines of Chicken Manure Incineration Facilities in Miyazaki 南国興産宮崎バイオマスリサイクル焼却炉タイプ流動床ストーカ処理容量 100,000 t/year 130,000 t/year (300 t/day) (440 t/day) 発電機出力 1,960 kw 11,350 kw 蒸気発生量 41 t/hour (1.67MPa) 55 t/hour (7.43MPa) 鶏ふん発生量 10, t/year 13,000 t/year 鶏ふんの利用方法肥料肥料

7 鶏ふん焼却施設の概要 Chicken Manure Incineration Facility

8 鶏ふん焼却施設の概要 Chicken Manure Incineration Facility

9 鶏ふん焼却灰の利用 PK 肥料として利用土壌がアルカリ性になる硫安を添加するとアンモニアが発生する

10 家畜ふん焼却灰中元素含有量 Element Contents in Manure Incineration Ash 施設 A( 流動床 ) 施設 B( ストーカ ) パイロットプラント ( 豚ふん ) C1 C2 P1 Sewage Sludge Ash* P 87, , ,000 89,000 Fe 3,500 4,700 16,000 64,000 Mn , ,200 4, ,800 Zn 1, ,200 5,700 Cu ,500 Ni Cr Pb Mo Cd Se K 170,000 64, ,000 19,000 Ca 70, , ,000 90,000 Mg 23,000 48,000 74,000 23,000 Na 26,000 30,000 23,000 8,600 mg/kg * Oshita, K., et al (2003) Environmental Engineering Research, 40, pp

11 鶏ふん焼却からのリン化合物回収 ( 実験室 ) Outline of Phosphate Recovery Method 酸アルカリを用いた湿式回収鶏ふん焼却灰酸アルカリ ph をコントロール廃水ろ過残渣ろ過沈殿物肥料重金属固定剤

12 回収 ph とリン化合物性状の関係アルカリ添加量と化合物回収率とりん酸含有量回収収率 C1 s C1 a C1 s C1 a りん酸酸含有量 (mg/g 化合合物 ) 化合物回収時 ph 回収 ph 高いリン回収率は上がるが濃度は下がる

13 リン化合物化合形態 (XRD 分析 ) XRD Analysis 溶液 ph CaHPO4(H2O)2 6 NaOH 8mL 添加リン酸水素カルシウム P:Ca=1: θ(deg) CaHPO4(H2O)2 Ca5(PO4) (OH, Cl, F) NaOH 10mL 添加 θ(deg) Ca5(PO4) (OH, Cl, F) NaOH 20mL 添加リン酸アパタイト P:Ca= θ(deg) りん化合物中化合形態 (XRD)

14 リン化合物回収プラント概要 Outline of Phosphate Recovery Method Pilot Plant (10kg/ バッチ 100kg/ バッチ ) リン回収物リン酸肥料原料飼料原料重金属除去剤料料

15 リン化合物回収プラント概要 Outline of Phosphate Recovery Method 鶏ふん 10kg 20% 塩酸水道水 40L 48% 水酸化ナトリウムタンク1 廃液タンク2 フィルター残渣リン回収物ポンプ

16 リン化合物回収プラント概要 Outline of Phosphate Recovery Method

17 リン回収率含有量 (10kg/ バッチ ) Phosphorus Yield 焼却灰にに対する P 回収率 ( ) リン回回収物中リンン含有量 (mg/kg) 回収 ph 回収 ph

18 リン物質収支 (10kg/ バッチ ) Mass Balance of Phosphorus 回収 ph 5 回収 ph 10 廃液 0% 残渣 44% リン回収物 55% フィルター 1% 廃液 11% 残渣 39% リン回収物 48% フィルター 2%

19 カリウム物質収支 (10kg/ バッチ ) Mass Balance of Potassium フィルター 5% 回収 ph 5 回収 ph 10 リン回収残渣フィルターリン回収物 3% 5% 物 5% 18% 残渣 6% 廃液 87% 廃液 71%

20 Cu 物質収支 (10kg/ バッチ ) Mass Balance of Copper 回収 ph 5 回収 ph 10 廃液フィル 0% ター残渣 1% 25% リン回収物 74% 廃液フィル 4% ター 3% 残渣 25% リン回収物 68%

21 リン化合物の評価 Evaluation of Recovered Phosphate リンカルシウク溶性リカドミウヒ素水銀ムン酸ム %(dry) mg/kg-dry リン回収物 (ph5) リン回収物 (ph10) 以下 0.01 以下以下 3.14 飼料の基準 18 以上 20~24 7 以下 1 以下 2.5 以下肥料の基準 15 以上 40* 1.5* * ク溶性リン酸 1% につき

22 コスト評価 (10kg/ バッチ ) 項目使用量 (L/kg 単価コスト or KWh/kg) ( 円 /LorkWh) ( 円 /kg) 20% 塩酸 % NaOH 電力合計 505 回収物重量あたり合計コストが505 円 /kgであり 20% 塩酸のコストが大部分を占めている硫酸を用いた

23 硫酸を用いたリン化合物回収 (100kg/ バッチ ) 鶏ふん焼却灰硫酸カルシウム ( 塩化カルシウム炭酸カルシウム卵の殻 ) 消石灰硫酸を除去ろ過ろ過廃水残渣肥料重金属固定剤残渣 ( 硫酸カルシウム ) 沈殿 ( 回収物 )

24 水 (L/S=4) 濃硫酸 ph1.5 CaCl 2 / 卵カラカルシウム添加比 * リン回収プロセスリン溶出率 80% 鶏ふん焼却灰溶出濃度 (mg/l) P: 24,000 リン溶出 SO 4 :100,000 リン溶出液リン溶出残渣プロセス硫酸除去硫酸除去液硫酸除去残渣プロセス Ca(OH) 2 水 L/S=10 回収 ph 回収物水洗浄回収物廃液廃液 *: リン溶出液中の SO 4 に対する添加した Ca のモル比リン回収プロセス水洗いプロセス

25 鶏ふん焼却灰中 Pの水洗浄物への回収率 ( 硫酸使用 ) 塩化 Ca 添加比 0.4 卵カラ添加比 0.2 塩化 Ca 添加比 0.8 卵カラ添加比回収率 (%) リン添加比 0.4 以下 ) リンン回収率 (% 添加比回収 ph 回収 ph リン回収率 (%) 塩化 Ca 添加比 1.2 卵カラ添加比 1.2 添加比 1.2 カルシウム添加比 0.8 以上では CaCl 2 > 卵カラ回収 ph

26 20 鶏ふん焼却灰中 Pの水洗浄物への回収率 ( 硫酸使用 ) 塩化 Ca 添加比 0.4 卵カラ添加比塩化 Ca 添加比 0.8 卵カラ添加比 0.8 含有量 (%) リン添加比 0.4 以下リン含含有量 (%) 添加比回収 ph 回収 ph リン含有量 (%) 塩化 Ca 添加比 1.2 炭酸カルシウムリン含有率カルシウム添加比 0.8 以上で10~19% 添加比回収 ph

27 硫酸を用いたリン化合物回収プロセスに関する検討カルシウム添加比 0.8 以上の条件では塩化カルシウムを用いた方がリン回収率が高い卵カラのリン回収率低下の原因は硫酸除去プロセスでの ph 上昇であったリン回収率回収物中リン含有量の観点からは塩化カルシウムを用いた方が望ましい

28 硫酸を用いたリン化合物回収コストに関する検討コスト面を考えると卵カラを用いた方がよいカルシウム添加比 0.2 回収 ph8 の時に回収物重量あたり 66 円 /kg(= 約 734 円 /kg-p) で目標 (100 円 /kg) を達成できたこのときのリン含有率は約 11% 含有率回収率を考慮するとカルシウム添加比 1.2 回収 ph6 で回収物あたり 109 円 /kg(= 約 960 円 /kg) リン含有率約 16%

29 卵の殻をカルシウム源に利用費 ( 円 /kg g) 回収 P 当たりりの薬剤卵カラ消石灰濃硫酸含有量カルシウムカルシウムカルシウム添加比倍添加比 0.2 倍添加比倍含有量 16% 734 円 /kg 960 円 /kg 回収 ph (mg/kg) P 含有量回収物中

30 硫酸を用いたリン化合物回収飼料原料 (DCPD) としての検討既存製品より P 含有量が小さい重金属類は問題ない肥料原料 (DCPD) としての検討ク溶性リン酸量は含有すべき最小量を満足している重金属類は問題ない植害試験 ( 小松菜 ) では異常は見られない

31 リン化合物の利用鶏ふん焼却灰リン溶出液 L/S 比 =5 塩酸抽出 ph=1.3に調整 P 濃度 =11000(mg/l) + 水酸化アルミニウム溶液 Al 濃度 =62,000(mg/l) 沈殿物回収重金属固定剤 ( 都市ごみ焼却飛灰中重金属溶出抑制剤 )

32 リン化合物の重金属固定剤への利用鉛溶溶出量 (mg g/l) 鶏ふん焼却灰中リン酸を利用 0.01 アルミ系薬剤合成 AlPO4 試薬 AlPO 添加率 (%) 溶出試験飛灰と重金属固定剤の加水混練物を環境庁告示第 13 号法により分析鉛の埋立溶出基準 0.3mg/L 以下で判断すると市販のアル鉛の埋立溶出基準 0.3mg/L 以下で判断すると市販のアルミ系重金属固定剤の約 2 倍の効果を発揮

33 鶏ふん焼却灰中リン資源の循環利用 Recycle of Phosphorus Resource 飼料工業原農地ブロイ料ラーリン酸肥料今後の検討課題 - 低コスト技術鶏ふん -リン回収物利用技術開発焼却灰環境制御材料 : 重金属固定剤リン化合物回収

35 リンの収支 ( 卵カラ使用カルシウム添加モル比 1.2 倍回収 ph6.0) 鶏ふん焼却灰 (100) リン溶出液 (80) リン溶出残渣 (24) ロス (0) 硫酸除去液 (52) 硫酸除去残渣 (26) ロス (2) 回収物 (52) 廃液 (0) ロス (0)

36 硫酸除去残渣の同定結果塩化 Ca 使用 Ca 添加モル比 1.2 倍炭酸 Ca 使用 Ca 添加モル比 1.2 倍卵カラ使用 Ca 添加モル比 1.2 倍 :CaSO 4 :CaMg(CO 3 3) 2 硫酸除去残渣 : 石膏が主な化合物として存在炭酸 Ca 卵カラについては CaMg(CO 3 ) 2 が存在

37 硫酸除去残渣硫酸除去残渣組成 (%) P Na Mg K Ca SO4 塩 Ca 添加モル比 1.2 倍炭 Ca 添加モル比 1.2 倍卵カラ添加モル比 1.2 倍硫酸除去残渣収率塩化カルシウムによる除去卵カラによる除去炭酸カルシウムによる除去収率酸除去残渣収 (-) 硫酸 Ca 添加比 ( 倍 )

38 回収物の同定結果塩化 Ca 使用 Ca 添加モル比 1.2 倍回収 ph6.0 炭酸 Ca 使用 Ca 添加モル比 1.2 倍回収 ph6.0 卵使用 Ca 添加モル比 1.2 倍回収 ph6.0 :Ca 18 Mg 2 H 2 (PO 4 ) 14 : 不明回収物 : Ca 18 Mg 2 H 2 (PO 4 ) 14 が主な化合物として存在

39 回収物中リン含有量低下の理由ナトリウムマグネシウムカリウム含有量 (mg/kg) 50,000 40,000 30,000 20,000 10, 回収 ph 回収 ph 高くなるとナトリウムマグネシウム含有量が高くなる他元素含有量増加によりリン含有量低下

40 塩酸との比較塩酸を用いた場合回収物への P 移行率 40~60% リン含有量約 6~18% 硫酸を用いた場合回収物への P 移行率 50~70% リン含有量約 6~19% 塩酸と同程度の結果を得られた

2011年度　化学１（物理学科）

2011年度　化学１（物理学科） 014 年度スペシャルプログラム (1/17) 酸塩基 : 酸塩基の定義を確認する No.1 1 酸と塩基の定義に関する以下の文章の正を答えよ場合は間違いを指摘せよ文章正指摘 1 酸と塩基の定義はアレニウスとブレンステッドローリーの種類であるルイスの定義もあるアレニウスの定義によれば酸とは H を含むものである水に溶けて電離して H+ を出すものである 3 アレニウスの定義によれば