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資源・環境
( A046 )

リン資源の回収と有効利用

リン資源の回収と有効利用

【監修】
大阪大学 教授 大竹久夫

発刊日
2009年11月27日
体裁
B5判上製本 390頁
ISBN
978-4-903413-76-1
Cコード
3058
価格(税込)
64,800
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冊数:
PDFパンフレット(A046 書籍「リン資源の回収と有効利用」)

著者リスト

大竹 久夫 大阪大学
星野 寧 JFEテクノリサーチ(株)
稲森 悠平 福島大学
丸山 治 (株)アルファ水工コンサルタンツ
稲森 隆平 福島大学
徐 開欽 (独)国立環境研究所
黒田 章夫 広島大学
廣田 隆一 広島大学
本村 圭 広島大学
清水 正 旭化成ケミカルズ(株)
佐藤 利夫 島根大学
大橋 晶良 広島大学
幡本 将史 広島大学
小寺 博也 広島大学
高橋 正昭 四日市大学
松下 知広 ユニチカ(株)
八巻 昌宏 アタカ大機(株)
神谷 俊行 三菱電機(株)
蛯江 美孝 (独)国立環境研究所
近藤 貴志 神戸大学
常田 聡 早稲田大学
佐藤 恵一 東和環境科学(株)
柳瀬 哲也 メタウォーター(株)
岩井 良博 三機工業(株)
土手 裕 宮崎大学
織田 信博 栗田工業(株)
長坂 徹也 東北大学
松八重(横山) 一代 東北大学
東 眞幸 協和発酵キリン(株)
秋山 堯 (財)日本肥料検定協会
成田 義貞 日本肥料アンモニア協会
橋本 光史 小野田化学工業(株)
用山 徳美 日本燐酸(株)
古畑 哲 (財)日本土壌協会
後藤 逸男 東京農業大学
土井 清人 下関三井化学(株)
佐藤 英俊 下関三井化学(株)
木ノ瀬 豊 日本化学工業(株)
間渕 弘幸 (社)日本下水道協会
後藤 幸造 岐阜市
菅原 良 リン資源リサイクル推進協議会

趣旨

 リン資源枯渇の危機が忍び寄っている。リンがなくなれば食糧はもとより,再生可能資源と喧伝されるバイオマスも,低炭素型社会への貢献が期待されるバイオ燃料も生産できなくなる。リンはまた,わが国の先端産業においても重要な役割を果たしている。例えば,自動車車体など高度な防錆性が要求される鋼板表面の塗装下地には,リン酸亜鉛処理液が広く使われている。液晶製造工程においても,アルミ配線パターンの作成のために,濃厚なリン酸液がエッチング剤として使われている。リン資源の枯渇は,半導体や液晶,金属表面加工,医薬品や発酵食品など広範な工業分野においても,深刻な影響を及ぼしかねない。
 リン資源枯渇の危機に対処するためには,国内で使用したリンを回収・再利用する技術を開発するとともに,未利用リン資源の探索や回収・再利用のコストについても,余裕のあるうちに十分な検討をしておく必要がある。リン資源の回収・再利用を事業として成り立たせるためには,回収リンの品質を良くして再利用価値を高めるとともに,リン回収がもたらす副次的効果をうまく利用することが重要である。例えば,リン回収を行えば湖沼や内湾の富栄養化の防止に貢献できる。下水処理場では,リン回収により配管の閉塞障害や汚泥焼却炉の損傷などが低減され,回収技術によっては汚泥減容化の効果も期待できる。静脈産業への波及効果はとくに重要である。セメント製造プロセスでは,可燃性廃棄物である有機汚泥をセメント原料の一部として受け入れている。しかし,リンを多く含んだセメントは固まりにくく,コンクリート建造物の強度を低下させる。セメント業界が,リンを含んだ有機汚泥の受け入れをストップすれば,わが国の静脈産業は回らなくなる。
 本書は,迫りくるリン資源の枯渇の危機に立ち向かうために,リン資源の回収と再利用技術を巡る最新の動向を取り纏めたものである。リン資源の回収・再利用のコストを,先端産業に加えて静脈産業や環境ビジネスをも含めた枠組みの中でとらえようとするわが国の取組みは,間違いなく世界に先行している。そのアイデア豊かで迫力のある取組みを目の当たりにしていると,この分野もまた日本が世界に貢献できる重要な環境産業の一つに発展するのではないかとの思いを強くする。本書の出版が,わが国において世界に先駆けたリン資源リサイクルシステムを確立するための一助となれば幸いである。

2009 年11月 大竹久夫 (「はじめに」より)


目次

第1章 総論~リン資源リサイクルの実現のために~

第2章 世界とわが国のリン資源状況と国内未利用リン資源

第3章 リン資源の回収技術
 1節 水処理・汚泥処理におけるリン除去・回収・有効利用と課題・展望
 2節 微生物のポリリン酸蓄積機構解明とリン濃縮への利用
 3節 下水・排水からのリン回収技術
  [1] 高速吸着剤によるリン回収
  [2] ハイドロタルサイト化合物によるリン回収技術
  [3] DHSリアクターシステムを用いたリン回収
 4節 余剰汚泥からのリン回収技術
  [1] 化学処理法によるリン回収
  [2] MAP法によるリン回収
  [3] アパタイト晶析法によるリン回収
  [4] オゾン+アルカリ処理法によるエネルギー・リン同時回収システム
  [5] 嫌気/好気/無酸素法とオゾン処理、リン吸着法のハイブリッド化による汚泥減容化と
     リン除去・回収資源化
  [6] Heatphos法によるリン回収
 5節 焼却灰からのリン回収
  [1] 汚泥焼却灰からのリン回収と灰の無害化
  [2] 下水汚泥焼却灰を原料としたリン酸肥料製造技術
  [3] 鶏糞焼却灰からのリン酸の回収と有効利用
 6節 工場排水および未利用資源からのリン回収
  [1] 液晶工場排水からのリン酸の回収
  [2] 磁気分離法による製鋼スラグからのリン資源の回収
  [3] 発酵工場排水からのリン回収

第4章 リンの用途と利用技術
 1節 天然リン鉱石とリン化合物の特性
 2節 農業分野での利用
  [1] 世界とわが国のリン肥料状況と動向
  [2] 回収リンの肥料への利用
  [3] 回収リンからの肥料用リン酸の製造
  [4] 回収リンを用いたリン酸質肥料の圃場における肥効試験
  [5] 農業分野における回収リン酸の活用
 3節 工業分野での利用
  [1] 回収リンからの工業用リン酸の製造
  [2] 黄リンとその化合物

第5章 リン回収・循環利用ビジネスの展開
 1節 自治体におけるリン回収事業(リン回収・再利用のビジネスモデル)
  [1] 自治体におけるリン回収事業
  [2] 汚泥焼却灰の高度利用(リン肥料化と処理灰の利用)
 2節 リンの回収・有効利用における産学官連携 -リン資源リサイクル推進協議会の役割-


--------- 詳細項目は以下をご覧ください ---------

第1章 総論~リン資源リサイクルの実現のために~
 1. リン資源回収技術の最新動向
 2. 回収リンの再利用技術の最新動向
 3. リン資源リサイクルの課題

第2章 世界とわが国のリン資源状況と国内未利用リン資源
 1. 最近のリン資源の価格動向
 2. 世界のリンの需給状況
 3. わが国のリン資源状況と需要予測
  3.1 流入状況
  3.2 国内需要
   3.2.1 肥料
   3.2.2 化学製品
  3.3 国内リン収支
  3.4 未利用資源
  3.4.1有機系排水
   (1) 生活系排水
   (2) 畜産系
  3.4.2 製鋼スラグ

第3章 リン資源の回収技術
 1節 水処理・汚泥処理におけるリン除去・回収・有効利用と課題・展望
  1. 流域環境健全化のためのリン対策の意義
  2. 水処理・汚泥処理におけるリン除去・回収・資源化技術の動向
  3. 吸着脱リン法におけるリン除去技術
  4. 鉄電解脱リン法におけるリン除去技術
  5. 緩溶解性凝集剤脱リン法におけるリン除去技術
  6. 脱リン法における派生汚泥からのリン回収技術
   6.1 吸着脱リン法再生液からのリン回収技術
   6.2 鉄電解脱リン法汚泥からのリン回収技術
  7. 回収リンの植害試験・肥効試験による評価
  8. リン資源化のコスト評価
   8.1 処理コスト評価
   8.2 ジルコニウム吸着法のコスト特性
   8.3 リン回収の各技術の適用上からの評価
  9. リン収支・利用価格等を考慮した資源循環ネットワーク
   9.1 リン負荷量のコントロール化
   9.2 海外リン依存量の低減化
   9.3 リン資源循環利用の社会システム構想
   9.4 ネットワーク構築シナリオ
   9.5 システムの構成プロセスと要素項目
  10. リン需給マップによるコントロールモデルと効果の評価
  11. 課題および展望

 2節 微生物のポリリン酸蓄積機構解明とリン濃縮への利用
  1. 微生物のポリリン酸蓄積機構
   1.1 リンは生命活動に必須な元素
   1.2 なぜ微生物はポリリン酸をつくるのか?
   1.3 生命のポリリン酸合成装置
   1.4 ストレス応答から見えてくるポリリン酸蓄積機構
   1.5 蓄積したポリリン酸顆粒とポリアミン
   1.6 リン酸を放出する遺伝子とポリリン酸
   1.7 大腸菌のポリリン酸蓄積機構
   1.8 嫌気好気法の微生物とポリリン酸
  2. ポリリン酸蓄積変異株の育種
   2.1 phoU変異株はポリリン酸を蓄積する
   2.2 物理的な方法でのポリリン酸蓄積菌選抜技術
   2.3 変異によってポリリン酸を蓄積させる技術

 3節 下水・排水からのリン回収技術
  [1] 高速吸着剤によるリン回収
   1. 高速リン吸着剤
    1.1 リン除去性能
    1.2 リン選択性
    1.3 吸着・脱着繰返し特性
   2. リン除去・回収システム
    2.1 吸着工程
    2.2 脱着工程
    2.3 回収工程
   3. 下水二次処理水への適用
    3.1 リン除去性
    3.2 回収リン
    3.3 処理コスト
    3.4 利用形態

  [2] ハイドロタルサイト化合物によるリン回収技術
   1. 無機イオン交換体とハイドロタルサイト化合物
   2. Mg-Al-Cl型ハイドロタルサイト化合物のリン酸イオン交換特性
   3. 実用化に向けた担持成形体(HTCF:Hydrotalcite Carring Fiber)の開発
   4. ゼロエミッション型のHTCF再生・リン回収・再資源化技術
   5. 試作実機による実証試験(リン除去性能・回収効率)
   6. 事業化の観点からみたHTCFによる排水からのリン回収技術の利点
   7. 組成変換技術によるハイドロタルサイト化合物の今後の展開

  [3] DHSリアクターシステムを用いたリン回収
   1. 下水・排水処理水からのリン回収の原理とシステム
    1.1 リン含有排水の高濃度化
    1.2 微生物によるリン高濃度化の原理
    1.3 DHSリアクターによるリン回収システム
   2. リン回収の性能
   3. 回収液リン濃度の限界と課題 
   4. 初沈汚泥からの有機酸生成
   5. リン回収DHSリアクターシステムの適用拡大

 4節 余剰汚泥からのリン回収技術
  [1] 化学処理法によるリン回収
   1. 硫酸抽出リン回収方法
    1.1 処理方法
    1.2 リンの溶出条件
    1.3 リン回収実験
    1.4 回収物の組成
    1.5 酸処理炭化物の特性
   2. アルカリを用いたリン回収法
    2.1 処理方法
    2.2 焼成法
     2.2.1 回収条件
     2.2.2 回収物量及び回収物の性状
    2.3 水熱処理法
     2.3.1 回収条件
     2.3.2 回収物量及び回収物の性状
   3. リン酸鉄含有汚泥からのリン回収
    3.1 リン回収方法
    3.2 リン回収試験結果
   4. 回収物の利用用途と課題
    4.1 利用用途
    4.2 価格と経済性

  [2] MAP法によるリン回収
   1. MAP反応式
   2. MAP設備の処理工程
   3. 宍道湖東部浄化センターへの導入事例
    3.1 MAP設備導入の経緯
    3.2 MAP設備導入の効果
     3.2.1 リン負荷の低減化
     3.2.2 窒素負荷の低減化
     3.2.3 年間MAP回収量の推移
     3.2.4 コスト比較
    3.3 回収MAPの利用方法
   4. その他の適用事例
   5. 対象となる排水の条件
    5.1 リン酸イオンの濃度条件
    5.2 アンモニウムイオン共存の必要性
    5.3 配管スケールからの判別

  [3] アパタイト晶析法によるリン回収
   1. 技術の原理
   2. 晶析反応におけるpHの影響
   3. 水温およびHRTの影響
   4. 晶析物の肥効性
   5. し尿及び浄化槽汚泥からのアパタイト晶析法によるリン回収
   6. 下水処理施設におけるアパタイト晶析法によるリン回収

  [4] オゾン+アルカリ処理法によるエネルギー・リン同時回収システム
   1. 汚泥処理とリン資源に関する課題
   2. エネルギー・リン同時回収システム
   3. オゾン+アルカリ処理の特徴と効果
    3.1 下水汚泥からのリン回収
    3.2 下水汚泥からのエネルギー回収
   4. テストプラントでの性能実証

  [5] 嫌気/好気/無酸素法とオゾン処理、リン吸着法のハイブリッド化による汚泥減容化と
     リン除去・回収資源化
   1. 脱窒性リン蓄積細菌の特性解析
    1.1 電子受容体存在下での脱窒性リン蓄積細菌の生理学的性質
    1.2 脱窒性リン蓄積細菌の種類
    1.3 脱窒性リン蓄積細菌の培養
   2. 嫌気/好気/無酸素(AOA)プロセスの開発
    2.1 嫌気/好気/無酸素(AOA)法による窒素・リン同時除去プロセスの確立
    2.2 嫌気/好気/無酸素(AOA)法におけるステップ流入の導入
   3. AOA法とオゾン処理、リン吸着法のハイブリッド化による高効率リン回収および
     汚泥減溶化を志向した排水処理プロセスの構築
    3.1 AOAプロセスへのオゾン処理、リン吸着法の導入
    3.2 AOA法とオゾン処理、リン吸着法のハイブリッド化による汚泥減容化とリン除去・回収資源化

  [6] Heatphos法によるリン回収
   1. 実機規模の実証試験
    1.1 実証試験目的
    1.2 実証試験設備
    1.3 実証試験方法
    1.4 実証試験および結果
     1.4.1 リン回収率
     1.4.2 エネルギー使用量
     1.4.3 人工リン鉱石の品質
     1.4.4 Heatphos法の副次効果の確認
    1.5 考察
   2. 押出し流式加温槽での探索試験
   3. Heatphos法の経済性の検討
    3.1 検討対象プロセス
    3.2 ライフサイクルコスト(LCC)検討
    3.3 経済性検討結果

 5節 焼却灰からのリン回収
  [1] 汚泥焼却灰からのリン回収と灰の無害化
   1. 焼却灰からのリン回収技術の位置づけ
   2. システムの概要
   3. 実証試験
    3.2 試験条件
    3.3 試験結果
     3.3.1 リン抽出率
     3.3.2 リン酸塩析出率
     3.3.3 回収リン酸塩の性状
     3.3.4 回収リン酸塩の肥料利用
   4. 回収リン酸塩の利用展望
   5. 無害化灰
   6. プラントシステムについて

  [2] 下水汚泥焼却灰を原料としたリン酸肥料製造技術
   1. システムの概要
   2. リン酸肥料運転条件
   3. 植生試験
   4. 肥料取締法公定規格
   5. 工業化システム

  [3] 鶏糞焼却灰からのリン酸の回収と有効利用
   1. 鶏糞焼却灰
   2. リン回収プロセス
    2.1 プロセスの概要
    2.2 リン溶出プロセス
    2.3 リン化合物回収プロセス
    2.4 回収物の利用方法

 6節 工場排水および未利用資源からのリン回収
  [1] 液晶工場排水からのリン酸の回収
   1. 液晶製造工場からのリン酸含有排水
   2. リン回収技術の選定
    2.1 リン酸カルシウム法
    2.2 イオン交換法
    2.3 その他の方法
   3. 処理フロー
    3.1 ろ過処理
    3.2 イオン交換処理(カチオン塔)
    3.3 RO膜処理
     3.3.1 RO透過水からの水回収
    3.4 蒸発濃縮装置
    3.5 システムとしての安全性
   4. 既設との比較

  [2] 磁気分離法による製鋼スラグからのリン資源の回収
   1. 鉄鋼製造プロセスにおけるリンの挙動
   2. 製鋼スラグ中におけるリンの存在状態と磁気分離の原理 
   3. 磁気分離法によるリン回収実験
    3.1 実験方法
    3.2 磁気分離実験結果

  [3] 発酵工場排水からのリン回収
   1. 高濃度発酵廃液の肥料化によるリン酸の利用
   2. 化学的脱リン法
   3. 生物的脱窒脱リン処理
   4. 高純度リン回収プロセス
   5. 今後の課題

第4章 リンの用途と利用技術
 1節 天然リン鉱石とリン化合物の特性
  1. 天然リン鉱石の種類と組成
   1.1 火成岩質リン鉱石
   1.2 堆積岩質リン鉱石
  2. リン鉱石のク溶性
  3. リン鉱石の酸分解性
   3.1 塩酸や硝酸による分解性
   3.2 硫酸とリン酸の混酸による分解性
  4. リン酸の製造
   4.1 乾式法によるリン酸の製造
   4.2 湿式法によるリン酸の製造
  5. 湿式リン酸のアンモニア化反応
   5.1 N/PO4 モル比とpHとの関係
   5.2 水溶性塩類
   5.3 非水溶性塩類
  6. リン酸カルシウム系塩類の生成と性質
  7. リン酸カルシウムナトリウム系塩類
  8. リン酸ナトリウム系塩類
  9. リン酸マグネシウム系塩類

 2節 農業分野での利用
  [1] 世界とわが国のリン肥料の状況と動向
   1. リン肥料製造の歴史
    1.1 わが国における肥料製造の歴史
    1.2 ヨーロッパにおける肥料製造の歴史
   2. リン肥料の需給状況と動向
    2.1 世界のリン肥料の需給と動向
    2.2 わが国のリン肥料の需給状況と動向

  [2] 回収リンの肥料への利用
   1. 肥料取締法とりん酸質肥料の種類
    1.1 肥料の分類
    1.2 肥料の種類と定義,公定規格について
    1.3 登録手続き
    1.4 下水等からの回収品の肥料登録
    1.5 まとめ
   2. りん酸質肥料の製造方法
    2.1 過りん酸石灰
    2.2 熔成りん肥
    2.3 焼成りん肥
    2.4 加工りん酸肥料
    2.5 鉱さいりん酸肥料及び加工鉱さいりん酸肥料

  [3] 回収リンからの肥料用リン酸の製造
   1. 国内の肥料用のリン資源の重要性とリン資源確保のための課題
    1.1 わが国の燐鉱石の需要
    1.2 燐鉱石ソースの多元化による燐鉱石確保の取り組み経緯
    1.3 国内の未利用リン資源への期待
   2. リン回収物を利用していくための課題
    2.1 燐酸製造工場の燐鉱石の要求品質
    2.2 下水処理場のリン回収物に要望する品質
    2.3 燐酸工場でリン回収物を利用するための重点課題
 
  [4] 回収リンを用いたリン酸質肥料の圃場における肥効試験
   1. 人工リン鉱石,MAPの野菜類に対する肥効試験
    1.1 試験方法
    1.2 試験結果
   2. 人工リン鉱石由来加工リン酸肥料の野菜に対する肥効試験
    2.1 試験方法
    2.2 試験結果
   3. 人工リン鉱石由来リン酸質肥料の水稲に対する肥効試験
    3.1 試験方法
    3.2 試験結果

  [5] 農業分野における回収リン酸の活用
   1. 黒い土は、よい土か
   2. 不毛の原野が、今や「メタボ土壌」
   3. 土壌のリン酸過剰が土壌病害を助長する
   4. バイオマス資源などから回収したリン酸の用途
   5. バイオマス資源などから回収したリン酸資材の種類と特性
   6. 地域性を活かした回収リン酸の活用
   7. 回収リン酸の活用には、土壌診断との併用が不可欠

 3節 工業分野での利用
  [1] 回収リンからの工業用リン酸の製造
   1. 工業用リン酸プロセス
   2. 人工リン鉱石と天然リン鉱石の組成の差異について
   3. リン酸製造プロセスへの不純物混入の影響について
    3.1 有機物の影響
    3.2 金属類の影響
   4. 粗リン酸中の金属除去法の検討
    4.1 ブタノールによる溶媒抽出試験
    4.2 メタノール希釈によるイオン交換樹脂を用いた金属除去試験
     4.2.1 希釈溶媒について
     4.2.2 イオン交換
   5. 天然リン鉱石とのブレンド使用について
    5.1 分解/濃縮および精製工程
    5.2 混合リン鉱石の増分コスト試算

  [2] 黄リンとその化合物
   1. 黄リンの一般物性
   2. 電気炉法による黄リンの製造
    2.1 原料,電力
    2.2 反応
    2.3 黄リンの品質
    2.4 黄リンの精製
   3. 黄リンを原料とする化学工業薬品
    3.1 赤リン
    3.2 五二硫化リン
    3.3 乾式リン酸 
    3.4 無水リン酸
    3.5 三塩化リン
    3.6 次亜リン酸ソーダ
    3.7 その他

第5章 リン回収・循環利用ビジネスの展開
 1節 自治体におけるリン回収事業(リン回収・再利用のビジネスモデル)
  [1] 自治体におけるリン回収事業
   1. 福岡市(MAP回収法)
    1.1 背景
    1.2 MAP造粒施設の概要
    1.3 運転方法及び回収率の状況
    1.4 MAPの有効利用について
   2. 島根県(MAP回収法)
    2.1 背景
    2.2 MAP造粒施設の概要
    2.3 運転方法及び回収率の状況
    2.4 MAPの有効利用について
   3. 大阪市(MAP回収法)
    3.1 背景
    3.2 MAP造粒施設の概要
    3.3 運転方法及び回収率の状況
    3.4 MAPの有効利用について
   4. 群馬県(りん酸肥料原料:汚泥炭化物)
    4.1 背景
    4.2 焼成汚泥肥料「リン炭ぐんま1号」製造技術について
    4.3 リン炭ぐんま1号の品質について
    4.4 用途拡大について
   5 福島県北塩原村(HAP法)
    5.1 背景
    5.2 改良型フォストリップ施設の概要
    5.3 運転条件及び結晶の成長
    5.4 回収リンの肥料化検討

  [2] 汚泥焼却灰の高度利用(リン肥料化と処理灰の利用)
   1. 目的
    1.1 汚水処理コストの低減
    1.2 安定した汚泥処理
    1.3 未利用資源リンの活用
   2. 有害物質の除去
   3. 汚水処理からのリン回収方法
    3.1 嫌気・好気活性汚泥法
    3.2 PAC(ポリ塩化アルミニウム)の添加
   4. 焼却灰からのアルカリ抽出によるリン回収方法
    4.1 特徴
    4.2 リン回収システム
    4.3 リン回収施設(建設中)
    4.4 リン回収施設と脱水・焼却設備との連携(将来)
   5. 回収されるく溶性リン酸肥料
    5.1 焼却灰中のリン含有量
    5.2 リン回収量
    5.3 回収したリン酸カルシウムの特徴
    5.4 リン酸肥料としての品質
    5.5 栽培試験
   6. 処理灰の品質
    6.1 処理灰の成分
    6.2 処理灰の有害物質の溶出試験
    6.3 処理灰の有害物質の含有量試験
   7. 処理灰の建設資材としての利用
    7.1 下層路盤材RC40の修正CBR改良材としての利用
    7.2 土質改良材としての利用
    7.3 アスファルトフィラーとしての利用
   8. 除去した有害物質の処理
   9. リン回収率の向上
   10. リン回収と再利用のビジネスモデル
   10.1 リン酸肥料の流れ
   10.2 リン酸の買い取り価格
   10.3 リン酸肥料(単肥)の利用
   11. 液肥でのリン回収方法
   12. 課題
   13. 下水道がリン回収を行う意義

 2節 リンの回収・有効利用における産学官連携 -リン資源リサイクル推進協議会の役割-
  1. リン資源リサイクルを巡る状況
  2. リン資源リサイクル推進協議会の設立
  3. リン資源リサイクル推進協議会の概要