リン回収とは?
栄養素としてのリン – 私たちの社会にとっての重要性
リンは化学元素です。それは、ATP (エネルギー通貨) や DNA (生殖) など、すべての生物にとって重要な分子に含まれています。そのため、リンは肥料の必須成分です。リンがないということは、食べ物がないということです。
今日私たちが社会で使用しているリンは、主にいくつかの国に集中している有限のリン岩資源に由来します。岩石の採掘と加工は環境破壊を引き起こします。現在私たちが使用しているリンの約 80 ～ 90% は、肥料の生産に使用されています。畑に広がると、リンは作物に取り込まれ、何らかの形で私たちの食物になります.トイレでリンを排泄します。
汚染物質としてのリン – 廃水処理プラントでの除去
最後に、リンは廃水処理プラントに行き着きます。リンが地表水 (流出物を受け取る) に到達すると、水生肥料として機能します。それは、しばしば有毒な藻類の成長を促進します。結果として生じる生態学的および経済的損害を防ぐために、リンは処理プラントで廃水から除去されます。最も一般的な方法は、廃水に鉄塩を添加することです。追加されると、鉄はリンと結合します。形成されたリン酸鉄は不溶性です。それはタンクの底に集められ、有機物である下水汚泥と一緒に形成されます。廃水からリンが除去されます。
次のステップでは、下水汚泥が消化槽に運ばれます。ここでは、微生物が有機物をバイオガスに変換します。バイオガスは、熱と電気の生産に使用できます。消化槽内の条件は、下水処理場の他の部分とは異なります。化学的、生物学的、物理的条件が安定しています。酸素がなく、消化槽内に約1ヶ月滞留します。その後、汚泥は、汚泥に含まれるリンをさらに使用することなく、埋め立てまたは焼却されることがよくあります。汚泥が農地に運ばれることもありますが、その量が多いため物流が複雑であり、汚泥中のリンの汚染物質や植物の利用可能性について議論があります.
リン酸鉄含有下水汚泥からのリン回収
私たちの研究のより広い目標は、リン酸鉄を含む下水消化汚泥からリンを分離する技術を開発することでした。これにより、リンを肥料に再利用することができます。
このような技術を開発できるようにするためには、消化された下水汚泥に含まれる鉄リンの正確な種類に関するより多くの情報が必要であると確信しました.何百もの異なる鉄リン化合物があるからです。それらはすべて、化学的および物理的特性が異なります。文献を調べたところ、下水汚泥中の鉄リンに関する情報はほとんどないことが明らかになりました.
鉄リン鉱物ビビアナイト - 下水汚泥中のリンの主な形
フィンランド、ドイツ、オランダから下水汚泥のサンプルを収集しました。無酸素条件下でサンプルを処理および分析 (X 線回折、電子顕微鏡法、メスバウアー分光法など) しました。リン除去に鉄を使用したすべての処理プラントで、ビビアナイトと呼ばれる鉄リン鉱物が見つかりました。スラッジに存在する鉄が多いほど、ビビアナイトに結合するリンが多くなり、リンの最大 90% がビビアナイトに結合していました。ビビアナイトは、スラッジ中に約 100 µm の小さな粒子として存在します。それは人間の髪の毛の直径とほぼ同じです。これは、ほとんどすべてのリンが 1 つの単一相に存在することを意味します。誰もが考える前に、リンはさまざまな形で存在していました.消化槽はビビアナイトの生産場所であることが判明しました。その長く安定した状態と酸素の不在がビビアナイトの形成を促進します。
下水汚泥に含まれる名高いミネラル
ビビアナイトは、アーティストにも使用される青い鉱物です。たとえば、デルフトの巨匠画家ヨハネス フェルメールは、この顔料を熱心に使用していました。下水汚泥以外にも、このミネラルは泥炭など他の場所にも見られます。
アメリカ先住民もこの顔料を使用していました。米国のアーティストが、下水処理場から入手したビビアナイトで絵を描きました。
ビビアナイト - リン回収の重要なミネラル
ビビアナイトの良い点は、そのベビーブルーの色に加えて、強磁性であることです。鉱業ですでに確立されている費用対効果の高い装置を使用して、磁石によって下水汚泥から回収できます。小規模なセットアップを使用することで、60% の回収率が達成されました。これは、下水汚泥を対象とする他のすべてのリン回収技術よりも優れています。おそらく、この割合は、今後のパイロット プラントの設置でさらに増加するでしょう。
鉱物が分離されたら、ビビアナイトをカリ灰汁で溶解して、液体のリン酸カリウム肥料を生成できます。ビビアナイトの溶解中に、鉄塩の生成に使用できる酸化鉄が形成され、下水処理場でリン酸塩の除去に再利用できます。
次は?
このプロセスは特許を取得しており、EU が資金提供するプロジェクト (EIT 原材料) の一環として、今後 2 年間で Wetsus/TU Delft によってパイロット規模でテストされる予定です。
並行して、Wetsus/TU Delft の科学者は、下水汚泥中のビビアナイトの粒子サイズを大きくしようと試みています。粒子が大きいほど、下水から分離しやすくなります。肥料生産のために、より多くのリンを回収できます。
この調査の話は、しばしば私たちが除去しなければならない製品と見なされる廃水に、実際には貴重な資源が含まれていることを示しています。
これらの調査結果は、消化された下水汚泥の主要なリン酸塩ミネラルとしてのビビアナイトと、リン酸塩回収におけるその役割というタイトルの記事で説明されています。この記事は、Water Research ジャーナルに最近掲載されました。 この作業は Wetsus の P. Wilfert とデルフト工科大学 A.I. Dugulan、K. Goubitz、G.J. Witkamp、M.C.M.デルフト工科大学の Van Loosdrecht、Wetsus の L. Korving。
