Japan Sewage Works Agency

下水汚泥中の希少金属等含有量に関する調査

日本下水道事業団 技術戦略部 資源エネルギー技術課 井上善之

令和元年8月6日

下水道研究発表会 S-6-2-8

Japan Sewage Works Agency

下水汚泥中の希少金属等含有量に関する調査

1.はじめに

2.調査方法

3.調査結果

4.まとめと今後について

1

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1.はじめに

非鉄金属のうち、様々な理由から産業界での流通量・使用量が少なく希少な金属

世界的に将来の枯渇・供給量不足が懸念されている希少金属等の鉱物資源について、下水汚泥から回収することの可能性を検討した

本研究の目的

希少金属（レアメタル）とは？

構造材 鉄などに添加して合金を作ることに使われ、強度を増したり、錆びにくくしたりする

電子材料・磁性材料 高性能モーターやレーザーなどのハイテク材料などに利用される

機能性材料 従来製品よりも高機能化させる場合に利用される

2

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1.はじめに

〇海外の状況確認 スイスで行われた調査では、水科学技術研究所（Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology）が同国の下水処理場64カ所を調査した事例がある 当調査で、1年間で金が43kg、銀が3tにのぼったと推計されることが報告されている

図-1 スイスの排水処理場の汚泥試料で測定された元素の濃度範囲（乾燥重量ベース）（N=64）

出典：Quantification of Element Fluxes in Wastewaters: A Nationwide Survey in Switzerland,Environ. Sci.

Technol. 2017, 51, 10943-10953

3

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1.はじめに

スイスでの調査における中央値の濃度が、我が国における汚泥にも含まれていると 仮定した際の、希少金属等の推定量・推定金額を示す

・仮定ではあるが、下水汚泥中には希少金属が含まれ、一定の採算可能性が存在 ・我が国の汚泥中の希少金属の含有量を分析し、実際のポテンシャルを把握する

推定量 推定金額

t/年 百万円/年 円/kg

Cu(銅) 683.0 374 548

Pb(鉛) 86.2 19 222

Zn(亜鉛) 2,270.0 518 228

Fe(鉄) 123,000.0 738 6

Al(アルミニウム) 23.0 5 231

Au(金) 0.1 456 4,906,000

銀(Ag) 11.3 714 62,960

Pd(パラジウム） 0.1 169 2,419,000

Sb(アンチモン) 6.8 6 858

Bi（ビスマス) 10.2 38 3,700

W(タングステン) 1.6 4 2,750

Ta(タンタル) 0.7 37 54,450

Nd(ネオジム) 14.7 120 8,140

Co(コバルト) 15.9 54 3,410

V(バナジウム) 70.0 113 1,617

Ga(ガリウム) 7.0 980 140,000

Hf(ハフニウム) 0.7 1,768 2,600,000

P（リン) 114,000.0 11,286 99

元　素

中央値価格(参考値)

表-1 希少金属等の推定量、推定金額

4

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2.調査方法

図-2 対象とした下水処理場の位置と選定理由

〇対象処理場の選定 ・下水汚泥試料は、図-2に示した国内の下水処理場13箇所（13試料） ・選定方針に基づき高含有量が推定される地域の下水処理場等の施設から選定

選定 方針

排除 方式

脱水 汚泥

焼却 灰

炭化 汚泥

溶融 スラグ

業務用機械 分流 〇

情報通信機械 分流 〇

輸送用機械 分流一部合流 〇

電子部品等 分流 〇

電気機械 その他 〇

鉱山・温泉 分流 〇

鉱山・温泉 分流 〇

鉱山・温泉 分流 〇

鉱山・温泉 合流一部分流 〇

鉱山・温泉 合流一部分流 〇

鉱山・温泉 分流 〇

その他 分流 〇

その他 分流 〇

計 7 2 2 2

〇選定方針 ・「平成29年工業統計表 地域別統計表」の上位市区町村 ・主要な金属鉱床や湧出量が全国上位の温泉が位置する市区町村 ・その他の地域の選定 脱水汚泥以外にも、炭化汚泥、焼却灰、溶融スラグを選定

5

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2.調査方法

周期 族

1 H 2 He

3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne

11 Na 12 Mg 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar

19 K 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni 29 Cu 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr

37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 Nb 42 Mo 43 Tc 44 Ru 45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe

55 Cs 56 Ba 72 Hf 73 Ta 74 W 75 Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn

87 Fr 88 Ra 104 Rf 105 Db 106 Sg 107 Bh 108 Hs 109 Mt

57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu

定量分析調査

半定量分析調査

169 10 11 12

原子番号

元 素 名

1 2 3 4 5 176 18元素周期表

1 ﾍﾘｳﾑ

13 14 157 8

元素記号

2

3

4

5

6

2

3

4

5

6 ｾｼｳﾑ

ﾍﾞﾘﾘｳﾑ

ﾏｸﾞﾈｼｳﾑ

7

水素

ﾘﾁｳﾑ

ﾅﾄﾘｳﾑ

ｶﾘｳﾑ

ﾙﾋﾞｼﾞｳﾑ

1

ﾆｯｹﾙﾊﾞﾅｼﾞｳﾑ

ｼﾞﾙｺﾆｳﾑ ﾆｵﾌﾞ

ﾊﾞﾘｳﾑ

ﾁﾀﾝ

ｽﾄﾛﾝﾁｳﾑ ｲｯﾄﾘｳﾑ

ｶﾙｼｳﾑ ｽｶﾝｼﾞｳﾑ

ﾓﾘﾌﾞﾃﾞﾝ ﾃｸﾈﾁｳﾑ ﾙﾃﾆｳﾑ ﾛｼﾞｳﾑ

白金

ｸﾛﾑ ﾏﾝｶﾞﾝ 鉄 ｺﾊﾞﾙﾄ

ﾊﾟﾗｼﾞｳﾑ

ﾋﾞｽﾏｽ

銅 亜鉛 ｶﾞﾘｳﾑ ｹﾞﾙﾏﾆｳﾑ

ｱﾝﾁﾓﾝ

ヒ素

ホウ素 炭素 窒素 酸素

塩素

金 水銀 ﾀﾘｳﾑ 鉛

フッ素 ﾈｵﾝ

ﾎﾟﾛﾆｳﾑ ｱｽﾀﾁﾝ ﾗﾄﾞﾝ

ｸﾘﾌﾟﾄﾝ

ﾃﾙﾙ ヨウ素 ｷｾﾉﾝ

硫黄

ｾﾚﾝ

ﾈｵｼﾞﾑ ﾌﾟﾛﾒﾁｳﾑ ｻﾏﾘｳﾑ

ｱﾙｺﾞﾝｱﾙﾐﾆｳﾑ ケイ素 ﾘﾝ

臭素

ｲﾝｼﾞｳﾑ ｽｽﾞ

ﾂﾘｳﾑ ｲｯﾃﾙﾋﾞｳﾑﾗﾝﾀﾝ ﾙﾃﾁｳﾑﾕｳﾛﾋﾟｳﾑ ｶﾞﾄﾞﾘﾆｳﾑ ﾃﾙﾋﾞｳﾑ ｼﾞｽﾌﾟﾛｼｳﾑ ﾎﾙﾐｳﾑ ｴﾙﾋﾞｳﾑ

57～71

ﾗﾝﾀﾉｲﾄﾞ

57～71

ﾗﾝﾀﾉｲﾄﾞ

ｱｸﾁﾉｲﾄﾞ ｼｰﾎﾞｷﾞｳﾑ

ｾﾘｳﾑ ﾌﾟﾗｾｵｼﾞﾑ

ﾊﾌﾆｳﾑ ﾀﾝﾀﾙ

789～103

ﾎﾞｰﾘｳﾑﾄﾞﾌﾞﾆｳﾑﾗｻﾞﾎｰｼﾞｳﾑﾗｼﾞｳﾑﾌﾗﾝｼｳﾑ ﾊｯｼｳﾑ ﾏｲﾄﾈﾘｳﾑ

銀 ｶﾄﾞﾐｳﾑ

ﾀﾝｸﾞｽﾃﾝ ﾚﾆｳﾑ ｵｽﾐｳﾑ ｲﾘｼﾞｳﾑ

図-3 調査対象鉱種と調査方法

〇分析方法 ・汚泥中の希少金属等の分析は定量分析および半定量分析の２つの方法で実施 ・定量分析とは試料中の物質の量を明らかにするための分析 ・半定量分析とは試料中の物質の量をおおまかに推定するための分析 〇定量分析対象元素（ICP質量分析計） ・定量分析対象は、採算性が高いと想定される６元素、および肥料原料等への活用が期待されるリンを加えた７元素

〇半定量分析対象元素（ICP質量分析計） ・半定量分析対象は、安定供給の確保が必要とされる31元素（図-3参照）

6

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3.調査結果

図-5 定量分析結果

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

金（Au） （mg/乾kg）

脱水汚泥 焼却灰 固形燃料化物 溶融スラグ

回収可能濃度 1.1mg/乾kg

0

1

10

100

1,000

10,000

ハフニウム（Hｆ） （mg/乾kg）

脱水汚泥 焼却灰 固形燃料化物 溶融スラグ

回収可能濃度10,000mg/乾kg

0

10

20

30

40

50

60

ガリウム（Ga） （mg/乾kg）

脱水汚泥 焼却灰 固形燃料化物 溶融スラグ

回収可能濃度50mg/乾kg

0

50

100

150

200

タンタル（Ta） （mg/乾kg）

脱水汚泥 焼却灰 固形燃料化物 溶融スラグ

回収可能濃度170mg/乾kg

0

5

10

15

20

銀（Ag） （mg/乾kg）

脱水汚泥 焼却灰 固形燃料化物 溶融スラグ

回収可能濃度13mg/乾kg

0

20,000

40,000

60,000

80,000

100,000

120,000

140,000

リン（P） （mg/乾kg）

脱水汚泥 焼却灰 固形燃料化物 溶融スラグ

回収可能濃度100,000mg/乾kg

（注）（独）物質・材料研究機構 材料環境情報データNo.18「概説 資源端重量」2009年3月、（独）石油天然ガス・金属鉱物資源機構 鉱物資源マテリアルフロー2018

金 2/13

ハフニウム 0/13

タンタル 0/13 ガリウム 0/13

銀 1/13

リン 2/13

7

パラジウム 2/13

〇調査結果（定量分析） ・それぞれの図中に費用対効果を踏まえた回収可能な限界（注）を示す ・現状の回収方法では、採算性が厳しいことが判明

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3.調査結果

〇調査結果（海外文献値との比較） ・概ね海外調査結果の範囲であったが、金等の高価な元素は含有されていない ・チタンおよびタングステンは若干高い値

図-７ 海外文献との比較（脱水汚泥）

(mg/乾

kg)

8

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①②

③

④⑤⑥

⑦⑧⑨⑩⑪

⑫⑬

46.96

8.3

12.4 19.7

14.6

下水汚泥の資源量ポテンシャル

19.4

108.71

27.22

3.6

3.9

119.84

9.3

163.86

3.調査結果

図-8 ポテンシャルマップ（金額的価値の合計値）

本調査のポテンシャルマップ（金額的価値の合計値） ・13ヵ所の合計として、 概ね5.5億円/年 ・ただし、リン（P）およびルビジウム（Rb）で 金額的価値の大半を占めることに留意

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00

百万円/年

P Rb

Rb以下の金額的価値 Pd,Au,Cr,W,Ag,Cs,Ga・・・

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0.01

0.1

1

10

単純平均

鉱山・温泉 a

鉱山・温泉 b

鉱山・温泉 c

鉱山・温泉 d

鉱山・温泉 e

鉱山・温泉 f

業務用機械 g

情報通信機械 h

電子部品 i

電気機械 j

輸送用機械 k

炭化汚泥 l

炭化汚泥 m

Ti Ni Rb W

3.調査結果

調査結果の考察 製造品出荷額と希少金属等含有量に一定の相関が確認された（図-９） 〇輸送用機械器具出荷額上位の都市 ニッケル（Ni）、ルビジウム（Rb）、チタン（Ti）等の多様な元素濃度が高い傾向にあり、機械器具製品との関連が示唆された 〇電気機械器具出荷額上位の都市 切削用工具等に使用されるタングステン（W）の濃度が特異的に高いことから、電気機械器具部品の製造との関連が示唆された

図-９ 希少金属等含有量 （単純平均に対する対数）

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〇鉱山・温泉については、濃度差が多くみられ、 鉱山・温泉からの影響だけではなく、処理区域内における、製造業・工場からの排水の影響が考えられた

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5.まとめと今後について

本調査のまとめ 〇汚泥に含まれる希少金属等含有量は、高価な元素を除き海外調査と概ね同等の範囲であった 〇現在の回収方法、含有濃度では、安定的に採算性があるとは言えなかった 〇産業分野と希少金属含有量に一定の相関がみられた 今後について 〇希少金属等の流通が不安定になった際に、一部の元素ではあるが、安定的に供給可能なルートの構築の可能性 〇選択的回収法やバイオテクノロジーを用いた回収法など、より低濃度からの回収方法の実用化が望まれる

最後に 本調査にご協力いただいた関係各位の皆様に、 この場をお借りしてお礼申し上げます

ご清聴ありがとうございました

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