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
○関戸知雄、土手裕
発表資料リンク http://www.civil.miyazaki-u.ac.jp/~sekito/index.html家畜ふん尿フロー
ブロイラ 宮崎県 鶏ふん量 ブロイラー 飼養頭羽数 25万3千トン/年 全 位 熱処理 全国1位 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 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 焼却 循 献 鶏ふん焼却灰はリンの循環利用に貢献宮崎県農地への窒素負荷量(H15)
Nitrogen Load on Farm Lands
30 000 窒素
Nitrogen Load on Farm Lands
焼却により大気へ 25,000 30,000 鶏 焼却により大気へ 20,000 化学肥料 豚 過剰量 約16千t/y 10 000 15,000 t/ 年 肉牛 乳牛 過剰量約8000トン/y 5,000 10,000 ‐ 適性施肥量 農地施肥量 適性施肥量 農地施肥量
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 y 堆肥の農 地利用 豚ふん尿 堆肥化 地利用 鶏ふん 焼却 焼却灰 鶏ふん 焼却 焼却灰 リン資源と して利用 して利用鶏ふんの概要
Characteristics of Chicken Manure Characteristics of Chicken Manure
鶏舎で鶏ふんの含水率低下
鶏舎で鶏ふんの含水率低下
70% -> 40%
低位発熱量1 900k l/k (LHV)
低位発熱量1,900kcal/kg(LHV)
（都市ごみは
2,000kcal/kg）
（都市
,
g）
鶏ふん 焼却により重量は10％に減少
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 in Miyazaki 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 (300 t/day) 130,000 t/year (440 t/day) ( y) ( y) 発電機出力 1,960 kW 11,350 kW 蒸気発生量 蒸気発生量 41 t/hour (1.67MPa) 55 t/hour (7.43MPa) 鶏ふん発生量 10 000 t/ 13 000 t/ 鶏ふん発生量 10,000 t/year 13,000 t/year 鶏ふんの利用方法 肥料 肥料 鶏ふんの利用方法 肥料 肥料
鶏ふん焼却施設の概要
Chicken Manure Incineration Facility Chicken Manure Incineration Facility
鶏ふん焼却施設の概要
Chicken Manure Incineration Facility Chicken Manure Incineration Facility
鶏ふん焼却灰の利用
PK肥料として利用
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
生する
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* Ash P 87,000 130,000 180,000 89,000 Fe 3,500 4,700 16,000 64,000 Mn 2 000 1 200 4 800 2 800 Mn 2,000 1,200 4,800 2,800 Zn 1,700 930 2,200 5,700 Cu 330 330 690 2,500 Ni 70 58 90 360 Ni 70 58 90 360 Cr 17 44 60 690 Pb 0 0 3 320 Mo 30 4 3 Cd 2 0 1 Se 2 6 4 K 170,000 64,000 130,000 19,000 * Oshita, K., et al (2003) Environmental Engineering Research, 40, pp.395-404 Ca 70,000 130,000 110,000 90,000 Mg 23,000 48,000 74,000 23,000 Na 26,000 30,000 23,000 8,600 mg/kg
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 廃水 pHをコント ロール ろ過 ろ過 沈殿物 残渣 沈殿物 肥料 重金属固定剤 肥料、重金属固定剤
回収pHとリン化合物性状の関係
500 1 アルカリ添加量と化合物回収率とりん酸含有量 400 450 500 0.8 1 合 物 ) 250 300 350 0.6 (mg /g ‐化 合 収 率 150 200 250 0.4 酸 含有量 ( 回 収 C1‐s C1‐a 0 50 100 0 0.2 りん 酸 C1‐s C1‐a 0 0 0 2 4 6 8 10 12 14 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リン化合物化合形態（XRD分析）
XRD Analysis
CaHPO4(H2O)2 6XRD Analysis
溶液pH 6 リン酸水素カ ルシウム P:Ca=1:1.32 NaOH 8mL添加 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 θ(deg) CaHPO4(H2O)2 Ca5(PO4) (OH, Cl, F) 6.5 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 θ( ) 11 リン酸アパ NaOH 10mL添加 θ(deg) Ca5(PO4) (OH, Cl, F) 11 リン酸アパ タイト P:Ca=2.2 NaOH 20mL添加 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 θ(deg)りん化合物中化合形態（
XRD）
リン化合物回収プラント概要
Outline of Phosphate Recovery Method Outline of Phosphate Recovery Method ¾ Pilot Plant (10kg/バッチ Æ 100kg/バッチ)( g g )
リン回収物
酸 料 料 飼料 料 金 除 剤
リン化合物回収プラント概要
Outline of Phosphate Recovery Method Outline of Phosphate Recovery Method
20％塩酸 鶏ふん 10k 20％塩酸 水道水40L 48％水酸化ナトリウム 10kg 水道水40L 48％水酸化ナトリウム タンク1 タンク2 フィルター 廃液 フィルタ 残渣 リン回収物 ポンプ
リン化合物回収プラント概要
Outline of Phosphate Recovery Method Outline of Phosphate Recovery Method
リン回収率・含有量（10kg/バッチ） Phosphorus Yield Phosphorus Yield 1 0 240000 0.8 1.0 回 収率 (‐ ) 180000 240000 ン 含有量 ） 0 4 0.6 に 対す る P 回 120000 回 収物中リ ン （mg /k g ） 0.2 0.4 焼却灰 に 60000 リン 回 0.0 3 5 7 9 11 0 3 5 7 9 11 回収pH 回収pH
リン物質収支(10kg/バッチ) Mass Balance of Phosphorus Mass Balance of Phosphorus
回収pH 5 回収回収pH 10p 廃液 0% フィル ター 廃液 11% フィル ター リン 残渣 タ 1% リン 回収 タ 2% 回収 物 55% 残渣 44% 回収 物 48% 残渣 55% 残渣 39%
カリウム物質収支(10kg/バッチ) Mass Balance of Potassium
Mass Balance of Potassium
回収pH 5 回収回収pH 10p リン 回収 残渣 フィル タ リン 回収 フィル タ 回収 物 5% 残渣 3% ター 5% 回収 物 18% ター 5% 5% 18% 残渣 6% 廃液 87% 8 % 廃液 71%
Cu物質収支(10kg/バッチ) Mass Balance of Copper Mass Balance of Copper
回収pH 5 回収回収pH 10p 廃液 0% フィル タ 廃液 4% フィル タ 残渣 25% 0% ター 1% 残渣 4% ター 3% リン 25% リン 回収 残渣 25% 回収 物 74% 物 68% 74%
リン化合物の評価
Evaluation of Recovered Phosphate Evaluation of Recovered Phosphate
リン カルシウ ム ク溶性リ ン酸 ヒ素 水銀 カドミウ ム ム ン酸 ム ％(dry) mg/kg-dry リン回収物 (pH5) 17.5 24.2 40.3 0.2以下 0.01以下 2.33 リン回収物 （pH10） 11.9 24 29.1 2.9 0.01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
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 6.46 71 457 48％ NaOH 0.47 97 46 電力 0.12 15 2 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 トが大部分を占め る 合計 505 酸のコストが大部分を占めている 硫酸を 硫酸を用いた硫酸を用いたリン化合物回収
(100kg/バッチ)
(100kg/バッチ)
カルシウム （塩化カルシウム 炭 鶏ふん焼却灰 硫酸 （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 沈殿 残渣 残渣（硫酸カ ルシウム） 沈殿 （回収物） 肥料 重金属固定剤 ルシウム） 肥料、重金属固定剤リン回収プロセス
リン溶出率80% 鶏ふん焼却灰 水(L/S=4) 濃硫酸→pH1.5 リン溶出 リン溶出率80% 溶出濃度(mg/L) P: 24,000 濃硫酸 p リン溶出液 リン溶出残渣 リン溶出 プロセス , SO4：100,000 CaCl2/卵カラ 硫酸除去液 硫酸除去残渣 硫酸除去 プロセス カルシウム添加比* 硫酸除去液 硫酸除去残渣 Ca(OH)2 プロセス リン回収プ 廃液 回収物 リン回収プ ロセス 回収pH 水 水 L/S=10 廃液 水洗浄回収物 水洗いプロ セス *：リン溶出液中のSO4に対する添加したCaのモル比 廃液 水洗浄回収物鶏ふん焼却灰中
Pの水洗浄物への
回収率（硫酸使用）
80 100 塩化Ca、添加比0.4 卵カラ、添加比0.2 ） 80 100 塩化Ca、添加比0.8 卵カラ、添加比0.8 ）回収率（硫酸使用）
40 60 80 回収率（％ ） 40 60 80 ン 回収率（％ 0 20 4 5 6 7 8 9 10 11 12 リン 0 20 4 5 6 7 8 9 10 11 12 リ ン 回収 H 添加比0.8 添加比0.4以下 塩化Ca、添加比1.2 卵カラ、添加比1.2 回収pH 回収pH 60 80 100 率 （％） カルシウム添加比0.8 以上では 20 40 リン回収 率 添加比1.2 以上では CaCl2＞卵カラ 0 4 5 6 7 8 9 10 11 12 回収pH鶏ふん焼却灰中
Pの水洗浄物への
回収率（硫酸使用）
回収率（硫酸使用）
20 塩化Ca、添加比0.4 卵カラ、添加比0.2 ） 20 塩化Ca、添加比0.8 卵カラ、添加比0.8 添加比0.8 添加比0.4以下 10 15 含有量（％ ） 10 15 含 有量（％） 添 0 5 4 5 6 7 8 9 10 11 12 リン 0 5 4 5 6 7 8 9 10 11 12 リン 含 含有率 回収pH 塩化Ca、添加比1.2 炭酸カルシウム 回収pH リン含有率 カルシウム添加比0.8以上 15 20 量 （％） 添加比1.2 で10～19% 5 10 リン含有 量 0 4 5 6 7 8 9 10 11 12 回収pH硫酸を用いたリン化合物回収
プロセスに関する検討 ¾ 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。 ¾ 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。硫酸を用いたリン化合物回収
コストに関する検討 ¾コスト面を考えると卵カラを用いた方がよい ¾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％。 ¾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％。卵の殻をカルシウム源に利用
卵 消 濃硫酸 含有量 4500 5000 g） 18 20 卵カラ 消石灰 濃硫酸 含有量 カルシウム 添加比1 2倍 カルシウム 添加比0 8倍 カルシウム 加 倍 3000 3500 4000 費( 円/ kg 12 14 16 (m g/ kg ） 添加比1.2倍 添加比0.8倍 添加比0.2倍 2000 2500 3000 り の薬剤 8 10 12 P 含有量 734円/kg 含有量16％ 960円/kg 1000 1500 2000 収 P当 た り 4 6 8 回 収物中 734円/kg 円 g 0 500 4 6 8 10 6 8 10 6 8 10 回 収 0 2 回 4 6 8 10 6 8 10 6 8 10 回収pH硫酸を用いたリン化合物回収
飼料原料（DCPD）としての検討 ¾既存製品よりP含有量が小さい。 ¾重金属類は問題ない。 肥料原料（DCPD）としての検討 ¾ク溶性リン酸量は含有すべき最小量を満足している ¾ク溶性リン酸量は含有すべき最小量を満足している。 ¾重金属類は問題ない。 ¾植害試験（小松菜）では異常は見られない ¾植害試験（小松菜）では異常は見られない。リン化合物の利用
鶏ふん焼却灰 水酸化アルミニウム溶液 L/S比=5 塩酸抽出 リン溶出液 水酸化アルミニウム溶液 L/S比=5、塩酸抽出 pH=1.3に調整 P濃度=11000(mg/l) Al濃度=62,000(mg/l)＋
P濃度=11000(mg/l) 沈殿物回収 重金属固定剤 沈殿物回収 （都市ごみ焼却飛灰中 重金属溶出抑制剤） 重金属溶出抑制剤）リン化合物の重金属固定剤への利用
10 1 g/L ） ●溶出試験 飛灰と重金属固定剤 の加水混練物を 環 1 溶 出量（ m g の加水混練物を、環 境庁告示第13号法に より分析 0.1 鉛 溶 アルミ系薬剤 合成AlPO4 試薬AlPO4 鶏ふん焼却灰中 リン酸を利用 0.01 0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 添加率（％） リ 酸を利用 添加率（％） 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倍の効果を発揮鶏ふん焼却灰中リン資源の循環利用 Recycle of Phosphorus Resource
Recycle of Phosphorus Resource
飼料 飼料 工業原 料 農地 ブロイ ラ 料 ラー 鶏ふん 焼却灰 リン酸肥料 今後の検討課題 - 低コスト技術 -リン回収物利用技術開発物 開 焼却灰 リン化合物 回収 環境制御材料： 重金属固定剤 重金属固定剤
