JP2014163841A

JP2014163841A - 下水汚泥焼却灰の処理方法

Info

Publication number: JP2014163841A
Application number: JP2013036267A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Mine; 哲哉峰; Yasuhiko Nagamori; 泰彦永森; Seiichi Murayama; 清一村山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2014-09-08

Abstract

【課題】放射性物質が含まれる下水汚泥焼却灰の処理方法の提供を課題とする。
【解決手段】放射性物質とリンとを含む下水汚泥焼却灰にアルカリ溶液を混合した後に固液分離操作を行うことにより、放射性物質の一部及びリンを含むアルカリ溶出液と、下水汚泥焼却灰とに分離するアルカリ処理と、アルカリ処理後の下水汚泥焼却灰に酸溶液を混合した後に固液分離操作を行うことにより、放射性物質の残部を含む酸溶出液と、下水汚泥焼却灰とに分離する酸処理と、を行う下水汚泥焼却灰の処理方法を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、下水汚泥焼却灰の処理方法に関する。

下水処理は、流入下水を最初沈殿池に流入させ、土砂等の無機物と比較的大きな有機物固形分を生汚泥として沈降分離させたのち、活性汚泥法などの生物学的処理によって下水中の有機物を処理した後に、公共下水道、河川または海洋に放流するのが一般的である。また、生物学的処理に伴って発生した余剰汚泥は、最初沈殿池において沈降分離された生汚泥とともに、汚泥処理によって処理される。汚泥処理では、余剰汚泥及び生汚泥が、脱水処理及び焼却処理を経ることによって減容され、下水汚泥焼却灰とされる。下水汚泥焼却灰は、建設資材の原料として再利用されたり、埋め立て処分される。

ところで、環境中に放射性物質が放出されると、雨水等を介して下水中に放射性物質が含有されることになる。特許文献１には、放射性物質を含む廃液の処理方法が開示されている。

特開２００７−２７１３０６号公報

しかしながら、下水中に含まれる放射性物質は、生汚泥や余剰汚泥に蓄積されやすい性質がある。このため、生汚泥や余剰汚泥を減容して得られた下水汚泥焼却灰に、放射性物質が高濃度で含まれる場合がある。放射性物質が含まれる下水汚泥焼却灰は、従来のように建築資材への再利用や埋立処分が困難となり、下水汚泥焼却灰の最終処分が問題になっている。

本発明の実施形態は、放射性物質が含まれる下水汚泥焼却灰の処理方法の提供を課題とする。

実施形態によれば、放射性物質とリンとを含む下水汚泥焼却灰にアルカリ溶液を混合してから固液分離することにより、前記放射性物質の一部及び前記リンを含むアルカリ溶出液と、前記下水汚泥焼却灰とに分離するアルカリ処理と、前記アルカリ処理後の前記下水汚泥焼却灰に酸溶液を混合してから固液分離することにより、前記放射性物質の残部を含む酸溶出液と、前記下水汚泥焼却灰とに分離する酸処理と、を行うことを特徴とする下水汚泥焼却灰の処理方法を提供する。

図１は、実施形態の下水汚泥焼却灰の処理方法に適用される下水汚泥焼却灰の処理設備を説明するブロック図である。

以下、本実施形態の下水汚泥焼却灰の処理方法について、図面を参照して説明する。

放射性物質を含む下水汚泥焼却灰の処理方法において、放射性物質を効率よく除去する方法について検討したところ、下水汚泥焼却灰から放射性物質を酸に溶出させる際に、下水汚泥焼却灰に高濃度で含まれるリンが酸を余分に消費し、放射性物質の溶出を阻害することが分かった。そこで本実施形態では、下水汚泥焼却灰から酸に放射性物質を溶出させる前に、アルカリ溶液を用いて下水汚泥焼却灰に含まれるリンを除去しておくことにより、下水汚泥焼却灰から放射性物質を高い除去率で除去できることを見出した。以下、本実施形態について説明する。

図１には、本実施形態の下水汚泥焼却灰の処理方法に適用される下水汚泥焼却灰の処理設備１０を示す。

本実施形態の下水汚泥焼却灰の処理設備１０は、アルカリ処理が行われるアルカリ処理槽１１と、第１の吸着処理が行われる第１吸着塔１３と、酸処理が行われる酸処理槽１２と、第２の吸着処理が行われる第２吸着塔１４と、酸再生処理が行われる酸再生装置１５とが少なくとも備えられている。

アルカリ処理槽１１では、アルカリ処理として、下水汚泥焼却灰１とアルカリ溶液２とを混合した後に固液分離操作が行われる。アルカリ処理槽１１では、１つの槽において混合操作と固液分離操作が行なわれてもよい。また、アルカリ処理槽１１に撹拌槽及び固液分離槽を設け、撹拌槽において下水汚泥焼却灰とアルカリ溶液との混合操作が行なわれ、固液分離槽において固液分離操作が行なわれてもよい。

アルカリ処理槽１１に供給されるアルカリ溶液２としては、下水汚泥焼却灰１からリンを溶離できるものであれば如何なるものでもよく、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどが用いられ、特に水酸化ナトリウムが用いられる。
また、アルカリ処理槽１１に供給される下水汚泥焼却灰１は、汚泥処理によって処理された下水汚泥焼却灰１である。この下水汚泥焼却灰１には、セシウムやストロンチウムなどの放射性物質が含まれる。また、下水汚泥焼却灰１には、鉄やアルミニウム等の金属や、リン等が含まれる。アルカリ処理槽１１においては、下水汚泥焼却灰１から放射性物質の一部とリンが除去される。

また、アルカリ処理槽１１には第１吸着塔１３が接続されている。第１吸着塔１３には第１の吸着材が充填されており、アルカリ処理後のアルカリ溶出液から放射性物質を吸着除去できるようになっている。第１吸着材としては、放射性物質を吸着しうるものであれば如何なるものでもよく、例えば、ゼオライト、ケイ酸塩などを含むものが挙げられる。

また第１吸着塔１３の下流側にはリン回収装置が備えられている。リン回収装置は、第１吸着塔１３を通過したアルカリ溶出液からリンを回収する。なお、リン回収装置は、第１の吸着塔を介さず、アルカリ処理槽１１に直接に接続されていてもよい。

次に、酸処理槽１２では、酸処理として、アルカリ処理後の下水汚泥焼却灰１と酸溶液３とを混合した後に固液分離操作がなされる。酸処理槽１２では、１つの槽において混合操作と固液分離操作とが行なわれてもよい。また、酸処理槽１２に撹拌槽及び固液分離槽を設け、撹拌槽において下水汚泥焼却灰と酸溶液との混合操作が行なわれ、固液分離槽において固液分離操作が行なわれてもよい。

酸処理槽１２に供給される酸溶液としては、例えば、シュウ酸水溶液、塩酸水溶液、硫酸水溶液などが用いられ、特に溶出効率に優れる点でシュウ酸水溶液が用いられる。
また、酸処理槽１２において処理される下水汚泥焼却灰１ｂは、先のアルカリ処理によって固液分離された固形分である。この下水汚泥焼却灰１ｂには、セシウムやストロンチウムなどの放射性物質の残部と、鉄やアルミニウム等の金属等が含まれている。酸処理槽１２において、下水汚泥焼却灰１ｂから放射性物質の残部と金属とが除去される。

また、酸処理槽１２には第２吸着塔１４が接続されている。第２吸着塔１４には第２の吸着材が充填されており、酸処理後の酸溶出液から放射性物質を吸着除去できるようになっている。第２吸着材としては、放射性物質を吸着しうるものであれば如何なるものでもよく、例えば、ゼオライト、ケイ酸塩などを含むものが挙げられる。

また、第２吸着塔１４の下流側には酸再生装置１５が備えられている。酸再生装置１５は、返送配管１５ａを介して酸処理槽１２に接続されている。酸再生装置１５では、第２吸着塔１４を通過した酸溶出液から金属を除去して酸溶液に再生するとともに、再生した酸溶液を返送配管１５ａにより酸処理槽１２に返送させる。酸再生装置１５としては、例えば、キレート樹脂またはイオン交換樹脂等が充填された吸着塔や、電気透析装置等が用いられる。

次に、下水汚泥焼却灰の処理設備１０を用いた下水汚泥焼却灰の処理方法について説明する。

（アルカリ処理）
まず、図１に示すように、アルカリ処理として、下水汚泥焼却灰１とアルカリ溶液２とをアルカリ処理槽１１に供給し、アルカリ処理槽１１内において下水汚泥焼却灰１とアルカリ溶液２とを混合する。下水汚泥焼却灰１と、例えばアルカリ溶液２として水酸化ナトリウム水溶液とを混合すると、下水汚泥焼却灰１中に含まれるリンが下水汚泥焼却灰１からアルカリ溶液２中に溶出されるとともに、下水汚泥焼却灰１に含まれるセシウムなどの放射性物質の一部が溶出される。また、下水汚泥焼却灰１中に含まれる金属の一部もアルカリ溶液２中に溶出される場合がある。

下水汚泥焼却灰１とアルカリ溶液２とを混合する際の温度は常温であってもよいが、下水汚泥焼却灰１中に含まれるリンをアルカリ溶液２中に効率よく溶出させるために、アルカリ溶液を加熱してもよい。加熱する場合の加熱温度は９０℃以下の温度であることが好ましい。

下水汚泥焼却灰１とアルカリ溶液２との混合時間は、下水汚泥焼却灰１からリンを効率よくアルカリ溶液２中に溶出させるために、５分以上であることが好ましい。また、下水汚泥焼却灰の処理方法全体の処理時間の短縮化のためには、下水汚泥焼却灰１とアルカリ溶液２との混合時間を６０分以下とすることが好ましい。

下水汚泥焼却灰１からリン等を溶出させる場合のアルカリ溶液２の使用量は、質量比で下水汚泥焼却灰１の１０〜５０倍量であることが好ましい。アルカリ溶液２の使用量が、下水汚泥焼却灰１の１０倍量以上であれば、下水汚泥焼却灰１中に含まれるリンを効率よくアルカリ溶液２中に溶出できる。また、アルカリ溶液２の使用量が、下水汚泥焼却灰１の５０倍量以下であれば、アルカリ溶液２の使用量が少なくて済む。その結果、第１吸着材の劣化を抑制できる。

下水汚泥焼却灰１とアルカリ溶液２との混合操作が終了したら、下水汚泥焼却灰１とアルカリ溶液２とを固液分離して、下水汚泥焼却灰１とアルカリ溶出液とに分離する。アルカリ処理によって生じたアルカリ溶出液には、リンと放射性物質の一部とが含まれる。またアルカリ溶出液に金属が溶出される場合もある。一方、アルカリ処理後の下水汚泥焼却灰１ｂには、放射性物質の残部が含有されるとともに、アルカリ処理において残留した金属が含まれる。下水汚泥焼却灰１に含まれていたリンは、アルカリ処理によってそのほとんどがアルカリ溶出液に溶出される。そして、固液分離の後に、アルカリ溶出液は第１吸着塔１３に送られ、下水汚泥焼却灰１ｂは酸処理槽１２に送られる。

（第１吸着処理）
次に、第１吸着処理では、アルカリ処理において固液分離されたアルカリ溶出液を第１吸着材に通過させることによって、アルカリ溶出液中の放射性物質を、第１吸着材に選択的に吸着させる。例えば、放射性物質がセシウムの場合は、第１吸着材としてゼオライトを用いることで、アルカリ溶出液からセシウムを効率よく吸着除去できる。

第１吸着処理後のアルカリ溶出液にはリンが残存する。また、アルカリ溶出液に金属が同時に残存する場合もある。この第１吸着処理後のアルカリ溶出液は、リン回収装置に送られる。

なお、アルカリ溶出液中の放射性物質が極めて低濃度である場合は、第１吸着処理を省略してもよい。この場合は、アルカリ処理後のアルカリ溶出液をリン回収装置に直送してもよい。

（リン回収処理）
次に、リン回収処理では、リン回収装置において第１吸着処理後のアルカリ溶出液中のリンを回収する。リン回収処理によってアルカリ溶出液から回収されたリンは、リン資源として利用される。

（酸処理）
次に、図１に示すように、アルカリ処理後の下水汚泥焼却灰１ｂは酸処理槽１２に送られて、酸処理がなされる。酸処理では、まず、酸処理槽１２において下水汚泥焼却灰１ｂと酸溶液３とを混合する。下水汚泥焼却灰１ｂと、例えば酸溶液３としてシュウ酸水溶液とを混合すると、下水汚泥焼却灰１ｂ中に含まれる放射性物質が下水汚泥焼却灰１ｂから酸溶液３中に溶出されるとともに、下水汚泥焼却灰１ｂに含まれる鉄等の金属が溶出される。

下水汚泥焼却灰１ｂと酸溶液３とを混合する際の温度は常温であってもよいが、下水汚泥焼却灰１ｂ中に含まれる放射性物質を酸溶液３中に効率よく溶出させるために、酸溶液を加熱してもよい。加熱する場合の加熱温度は９０℃以下の温度であることが好ましい。

下水汚泥焼却灰１ｂと酸溶液３との混合時間は、下水汚泥焼却灰１から効率よく放射性物質を酸溶液３中に溶出させるために、５分以上であることが好ましい。また、下水汚泥焼却灰の処理方法全体の処理時間の短縮化のためには、下水汚泥焼却灰１ｂと酸溶液３との混合時間を６０分以下とすることが好ましい。

下水汚泥焼却灰１ｂから放射性物質を溶出させる際の酸溶液３の使用量は、質量比で下水汚泥焼却灰１の１０〜５０倍量であることが好ましい。酸溶液３の使用量が、下水汚泥焼却灰１ｂの１０倍量以上であれば、下水汚泥焼却灰１ｂ中に含まれる放射性物質を効率よく酸溶液３中に溶出できる。また、酸溶液３の使用量が、下水汚泥焼却灰１ｂの５０倍量以下であれば、酸溶液３の使用量が少なくて済み、第２吸着材の劣化を抑制できる。

下水汚泥焼却灰１ｂと酸溶液３との混合操作が終了したら、下水汚泥焼却灰１ｂと酸溶液３とを固液分離して、下水汚泥焼却灰１ｃと酸溶出液とに分離する。酸処理によって生じた酸溶出液には、放射性物質の残部と、金属とが溶出される。一方、酸処理後の下水汚泥焼却灰１ｃからは、リン、放射性物質、金属の何れもが除去される。

そして、固液分離後の酸溶出液は第２吸着塔１４に送られる。また、下水汚泥焼却灰１ｃは処理済み下水汚泥焼却灰１ａとして建築材料への再利用や埋立処分等の最終処分がなされる。

（第２吸着処理）
第２吸着処理では、酸処理において固液分離された酸溶出液を、第２吸着材に通過させることにより、酸溶出液中の放射性物質を、第２吸着材に選択的に吸着させる。例えば、放射性物質がセシウムの場合は、第２吸着材としてゼオライトを用いることで、酸溶出液からセシウムを効率よく吸着除去できる。

第２吸着処理後の酸溶出液には、鉄、アルミニウム等の金属が残存する。この第２吸着処理後の酸溶出液は、酸再生装置１５に送られる。

（酸再生処理）
第２吸着処理後の酸溶出液には、酸処理において溶出された鉄やアルミニウムなどの金属が含まれている。第２吸着処理後の酸溶出液をそのまま酸溶液３として酸処理槽１２に返送すると、酸溶出液に含まれている金属が酸を消費してしまい、セシウムなどの放射性物質の溶出効率が低下してしまう。このため、本実施形態においては、図１に示すように、第２吸着処理後の酸溶出液を酸再生装置１５に供給し、酸溶出液に含まれる鉄やアルミニウムなどの金属を除去して酸溶液３を再生する。

酸再生装置１５として、キレート樹脂またはイオン交換樹脂が充填された吸着塔を用いる場合は、第２吸着処理後の酸溶出液をキレート樹脂またはイオン交換樹脂に流して、酸溶出液中の金属を吸着除去する。

また、酸再生装置１５として電気透析装置を用いる場合は、陽極と、陰極と、陽極と陰極との間に配置された陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜とが備えられた電気透析装置を用いる。陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜は、陽極と負極との間に交互に離間して配置され、陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜によって複数の流路が区画形成される。各流路には、第２吸着処理後の酸溶出液が濃縮液として供給されるとともに、脱塩水が供給される。酸溶出液は、陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜によって区画形成された流路のうち脱塩室に供給され、また、脱塩水は、陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜によって区画形成された流路のうちの濃縮室に供給される。脱塩室と濃縮室は相互に隣り合っている。

そして、外部電源から陽極及び陰極に直流電流を通電すると、脱塩室を流れる酸溶出液中の水素イオンが陽イオン交換膜を通過して濃縮室を流れる脱塩水に輸送され、また、脱塩室を流れる酸溶出液中の陰イオンが陰イオン交換膜を通過して濃縮室を流れる脱塩水に輸送される。金属イオンは陽イオン交換膜を通過できず、脱塩室に留まる。このようにして、脱塩室中の水素イオン及び陰イオンがともに濃縮室に輸送されることで、濃縮室に供給された脱塩水が酸溶液となって電気透析装置から排出される。一方、脱塩室に供給された酸溶出液には金属イオンが残留し、金属イオン排液として電気透析装置から排出される。再生された酸溶液は、返送配管１５ａを介して酸処理槽１３に返送される。一方、脱塩室から排出された金属イオン排液は、金属処理設備に回送されて処理される。

図１に示すように、酸再生装置１５によって酸再生処理された酸溶液は、酸処理槽１２に直接返送してもよく、必要に応じて酸を追加してｐＨ調整を行ったのちに酸処理槽１２に返送してもよい。また、ｐＨを調整しても再利用が困難なほど劣化したしたと判断された酸溶液は、酸処理槽１２に返送せずに廃棄してもよい。

本実施形態の下水汚泥焼却灰１の処理方法では、アルカリ処理においてアルカリ溶液２により下水汚泥焼却灰１からリンを溶離させてから固液分離し、酸処理においてリンが除去された下水汚泥焼却灰から酸溶液３により放射性物質を溶離させる。これにより、酸処理における下水汚泥焼却灰から酸溶液３への放射性物質の溶出がリンによって阻害されることがない。
その結果、アルカリ処理後の下水汚泥焼却灰から酸溶液３への放射性物質の溶出効率が向上し、下水汚泥焼却灰１から放射性物質を高い除去率で除去することができる。よって、本実施形態の処理方法によって処理された下水汚泥焼却灰１ａは、従来の下水汚泥焼却灰と同様に、建設資材の原料として再利用や、埋立処分が可能になる。

また、本実施形態の下水汚泥焼却灰１の処理方法では、下水汚泥焼却灰から溶離されたリンを回収するリン回収処理を行うことで、肥料などの貴重な資源としてのリンを回収できる。

また、本実施形態の下水汚泥焼却灰１の処理方法では、放射性物質が除去された酸溶出液から金属を除去して酸溶液として再生する酸再生処理を行うことで、酸溶液をリサイクルすることができ、酸溶液の消費量を抑制できる。

なお、上述した実施形態においては、リン回収処理、第２吸着処理および酸再生処理を随時行う場合を例に挙げて説明したが、リン回収処理、第２吸着処理、酸再生処理のうちいずれか一つまたは全部を行わなくてもよい。この場合であっても、下水汚泥焼却灰１から放射性物質が高い除去率で除去された処理済み下水汚泥焼却灰１ａが得られる。

以上説明したように、実施形態の下水汚泥焼却灰の処理方法では、リンを除去した後の下水汚泥焼却灰に酸溶液を添加して、放射性物質を酸溶液に溶出させる。これにより、下水汚泥焼却灰から酸溶液に放射性物質を溶出させる際のリンの影響を除くことができる。その結果、実施形態の下水汚泥焼却灰の処理方法では、下水汚泥焼却灰から放射性物質を高い除去率で除去できる。

１下水汚泥焼却灰、２アルカリ溶液、３酸溶液、１０放射性物質除去装置、１１アルカリ処理槽、１２酸処理槽、１３第１吸着塔、１４第２吸着塔、１５酸再生装置。

Claims

放射性物質とリンとを含む下水汚泥焼却灰にアルカリ溶液を混合してから固液分離することにより、前記放射性物質の一部及び前記リンを含むアルカリ溶出液と、前記下水汚泥焼却灰とに分離するアルカリ処理と、
前記アルカリ処理後の前記下水汚泥焼却灰に酸溶液を混合してから固液分離することにより、前記放射性物質の残部を含む酸溶出液と、前記下水汚泥焼却灰とに分離する酸処理と、
を行うことを特徴とする下水汚泥焼却灰の処理方法。
前記アルカリ処理後の前記アルカリ溶出液に含まれる前記放射性物質の一部を、第１の吸着材により吸着除去する第１の吸着処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の下水汚泥焼却灰の処理方法。
前記アルカリ処理後または前記第１の吸着処理後の前記アルカリ溶出液に含まれるリンを回収するリン回収処理を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の下水汚泥焼却灰の処理方法。
前記酸処理後の前記酸溶出液に含まれる前記放射性物質の残部を、第２の吸着材により吸着除去する第２の吸着処理を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の下水汚泥焼却灰の処理方法。
前記第２の吸着処理後の前記酸溶出液に含まれる金属成分を除去して、前記酸処理の前記酸溶液として返送する酸再生処理を行うことを特徴とする請求項４に記載の下水汚泥焼却灰の処理方法。
前記アルカリ溶液が水酸化ナトリウム水溶液であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の下水汚泥焼却灰の処理方法。
前記アルカリ処理において、質量比で前記下水汚泥焼却灰の１０〜５０倍量の前記アルカリ溶液を前記下水汚泥焼却灰に添加することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の下水汚泥焼却灰の処理方法。
前記酸溶液がシュウ酸水溶液であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の下水汚泥焼却灰の処理方法。
前記酸処理において、質量比で前記下水汚泥焼却灰の１０〜５０倍量の前記酸溶液を添加することを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の下水汚泥焼却灰の処理方法。