トイレを流した後、排水を行った後、または洗濯をした後、廃水は下水道システムを通って廃水処理施設に流れ込みます。これにより、下水汚泥と呼ばれる残留固形廃棄物が生成され、これには重金属、化学物質、病原体が含まれる可能性があります。世界中で大量に発生する下水汚泥は、高レベルの汚染物質による環境問題を引き起こしています。しかし、スペインのコルドバ大学の研究者らは、下水汚泥を産業分野や住宅分野の幅広い分野で使用できる高価値の活性炭に変換する持続可能かつ簡略化された方法を開発しました。
近年、下水汚泥を貴重な活性炭に変換する方法として、熱分解（不活性雰囲気中での物質の高温熱分解）が注目を集めています。このプロセスが実現可能かどうかについてはまだ大きな知識のギャップがあるため、研究者たちはここから始めました。
生物学的プロセス（微生物を使用して廃水を浄化する）で処理された生の下水汚泥を使用して、研究者らはまず汚泥を炉で乾燥させ、その高含水量を除去した。次に、乾燥した生成物を粉砕機で粉末に粉砕し、活性化剤と混合します。
活性剤は熱化学反応を活性化または促進し、下水汚泥から活性炭を得るために不可欠です。研究者らは、低コストで無公害であるという理由で水酸化カリウム（KOH）を選択し、プロセスをより持続可能にし、資源消費、環境汚染、最終生産コストを削減するために、使用割合を低くしようと試みました。活性化後の汚泥粉末は、嫌気条件下で熱分解および炭化され、塩酸で処理されて特定のミネラルが浄化および除去されます。
研究者らは、汚泥から高表面積活性炭を製造する最良の方法を決定するために、汚泥とKOHのさまざまな混合比、熱分解時間、目標温度を研究しました。研究者らは、KOHの量を少なくとも50%削減し、汚泥とKOHの比を3:1、最高温度を800℃(1,472°F)にすることが最適で、下水汚泥1キログラム(2.2ポンド)当たり活性炭0.63kg(1.3ポンド)が得られることを発見した。これにより、活性炭の多孔性も高まり、炭素含有量が高くなります (62%)。活性炭は空気や水の浄化、臭気制御、貴金属の回収に使用されるため、その多孔質の性質は気体や液体中の化学物質の吸着能力を高めるために重要です。
この研究の責任著者であるマリア・アンヘレス・マルティン氏は、「実用的な観点からは、産業規模で実装できるソリューションを考え出すことが重要です。これは、文献の中で最も単純な手順の1つであり、既に産業規模で市場に存在している技術を使用しています。」と述べた。
研究者らは、エネルギー、質量、経済性を計算し、湿った汚泥から活性炭を製造するコストは 1 キログラムあたり 17.53 ユーロ (18.91 ドル) になると推定しました。コスト高の理由は、汚泥の含水率が92％と高いためだという。遠心分離を使用して廃水処理プロセスで湿度を 80% に下げると、活性炭 1 キログラムあたりのコストが 50% 以上削減され、8 ユーロ (8.63 ドル) になると彼らは試算しています。
下水汚泥から得られる活性炭の品質を検証するための簡略化されたプロセスのテストが終了したので、研究者らはこの材料の用途を開発する予定である。
この研究はJournal of Environmental Managementに掲載されました。