JP4259270B2 - 焼却主灰の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、ごみ焼却場から排出される焼却主灰の処理方法、特に、重金属の溶出を抑えることができる焼却主灰の処理方法に関するものである。

現在日本全国で２，０００ヶ所以上のごみ焼却施設で、都市ごみ、産業廃棄物などの可燃ごみが焼却処理されている。焼却時の焼却残渣である焼却主灰（以後単に「主灰」と略す）は、埋立て処分されるが、その量は１年に６００万トン以上といわれ、今では全国的に埋立て場所の確保が難しくなってきている。

主灰は、“煤塵”と異なり、特別管理廃棄物に指定されていないことに加え、重金属の含有量が少ない、ということでこれまで比較的安易に埋立て処分されていたという経過がある。しかし、最近では埋立て場所が一杯になり、新たな場所の確保も難しくなるとともに、主灰からの鉛など重金属の溶出が指摘され、埋め立てができない状況に陥って深刻な社会的な問題となってきた。

焼却炉で発生する灰の処理は、これまで排煙処理における飛灰に対するものが中心であり、飛灰中のダイオキシン類、重金属を少なくする方法が提案され、例えば、飛灰に重金属固定化剤とポリハロゲン化化合物分解剤を混合して造粒し、２５０℃以上４００℃未満に加熱することからなる飛灰の処理方法〔特許文献１参照〕。重金属含有灰にリン酸系重金属固定化剤を添加して混練した後、空気あるいは炭酸ガス又は炭酸ガスを含む気体と均一に接触させることを特徴とする重金属含有灰の処理方法。〔特許文献２参照〕アルカリ飛灰に水を加えて混練した後、炭酸ガスを吹き込み、次いでリン酸系重金属固定化剤を添加して混練することを特徴とするアルカリ飛灰の処理方法〔特許文献３参照〕、燐酸化合物と尿素を組み合わせて焼却灰に加えて加熱処理する方法〔特許文献４参照〕などがある。

特開２００１−０７９５１３号公報 特開平１１−１８８３３１号公報 特開平０８−１５５４１７号公報 特開２００１−１４５８６２号公報

これまでの提案における焼却灰は、対象は飛灰であって、これは実質的に水を含まないものであった。ところが、主灰は、高温で取り出して水中に投入して冷却させているために、通常は多量の水を含んでいる。従って、本発明の目的は、多量に水を含んだ主灰に対して重金属を固定化する方法を提供することにある。

本発明者らは、主灰の特性を考慮してその処理方法を鋭意検討した結果、主灰を水が含んだ状態で処理して重金属の固定化に有効な方法を見出し本発明に到達した。すなわち、請求項１の発明は焼却主灰の処理方法に係り、焼却炉から取り出し水中に投じて冷却させた後水切りした含水率５〜５０重量％の焼却主灰を、リン酸系重金属固定化剤を加えた後に炭酸ガスの存在する空気中１５０〜６００℃に加熱し、炭酸ガスと焼却主灰中の重金属とを反応させて重金属炭酸塩を形成させることからなっている。

請求項２の発明は焼却主灰の処理方法に係り、焼却炉から取り出し水中に投じて冷却させた後水切りした含水率５〜５０重量％の焼却主灰を、炭酸ガスの存在する空気中１５０〜６００℃に加熱し、炭酸ガスと焼却主灰中の重金属とを反応させて重金属炭酸塩を形成させた後に、リン酸系重金属固定化剤、キレート系重金属固定剤から選ばれる１種以上の重金属固定化剤添加し、混練りすることからなっている。

請求項３の発明は請求項１または２記載の焼却主灰の処理方法に係り、前記炭酸ガスは、空気中に本来含まれる炭酸ガスであることからなっている。

請求項４の発明は請求項１または２記載の焼却主灰の処理方法に係り、前記炭酸ガスは、焼却炉で発生する排ガス中に含まれるものである。

本発明の効果として主灰中の重金属溶出が抑えられ、同時に加熱処理により水分が減少して主灰の減容化が実現でき、埋立て処理が容易になる。

本発明が対象としている主灰は、焼却炉の火格子上に残る焼却残査であり、焼却炉から取り出すとき高温であることから通常は水槽中に投じて冷却させ、簡単な水切りした程度の含水率が高い状態でトラック等により運搬され処分されている。一方、上記した飛灰は、排煙設備で回収される灰であり、実質的に水を含まない状態で処理される。本発明の焼却主灰の処理方法は、含水率の高い主灰を、炭酸ガスの存在する雰囲気で加熱することを特徴としている。

主灰は、焼却炉から取り出し水中に投じて冷却させた後簡単な水切りしたものであり、通常はそのまま本発明の処理が行われることになる。従って、本発明における主灰の含水率は５〜７０重量％、多くは２０〜５０重量％である。ここで、含水率とは、主灰中の固体分と水の合計量に対する水の重量％を表している。本発明では水を含んでいることが必須条件であり、含水率が５重量％未満では、本発明の目的とする重金属の固定化が充分でない。一方、７０重量％より多いと本発明の目的とする重金属の固定化には特に支障にならないが、水が多いことによる加熱段階で熱を多く使用して不利となる。

本発明における重金属は、鉛、カドミウム、クロム、ヒ素、水銀、セレンなどであり、ごみ、産業廃棄物などに由来して主灰中に濃縮されたものである。

本発明を実施する炭酸ガスの存在する雰囲気は、空気中の炭酸ガス、すなわち約０．０３％（容量）程度の濃度でよいが、好ましくは空気に炭酸ガスを追加して濃度を上げるのがよい。追加される炭酸ガスは、ボンベなどで供給される純度の高い炭酸ガス、焼却炉で発生した炭酸ガスを含む排ガス、あるいは主灰が加熱処理されるときの温度で分解して炭酸ガスを発生することができる炭酸アンモニウムなどである。炭酸ガスを追加する場合でも、空気中の炭酸ガス濃度１０％（容量）程度までであり、それより高くしても実質的な効果の増大は期待できない。

加熱温度は、１５０〜６００℃、好ましくは４００〜５００℃である。加熱温度が１５０℃未満では重金属の固定化が不充分なことがあり、６００℃より高い温度では主灰中の水分を除き、さらに熱により主灰を凝結させる上では効果があるが、重金属固定化の上では必要以上の温度であり、熱量の無駄になる。加熱時間は温度により異なるが、通常５〜３０分程度である。加熱時の主灰は、攪拌して全体が均一に処理されるようにするのが好ましく、例えばロータリー型の炉を用いると都合がよい。

本発明においては、主灰に重金属固定剤を混合させてから加熱処理を行うことができ、あるいは加熱処理した後に重金属固定剤を混合させることもできる。重金属固定剤は、リン酸系重金属固定剤、あるいはキレート系重金属固定剤がある。このうち、キレート系重金属固定剤は高熱で分解するので加熱処理前に混合させるには適さない。

リン酸系重金属固定化剤の例を挙げると、リン酸又はその塩であり、リン酸としては正リン酸、次亜リン酸、メタ亜リン酸、ピロ亜リン酸、正亜リン酸、次リン酸、メタリン酸、ピロリン酸、三リン酸、縮合リン酸であり、リン酸塩としては、これらのリン酸の第１リン酸塩、第２リン酸塩があり、具体的には、これらのナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩である。キレート系重金属固定剤の例を挙げると、ジチオカルバミン酸基を有する化合物、およびそのカルシウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩である。

重金属固定剤の添加量は、重金属固定剤の種類により異なり、また主灰の性状などにより異なるので一律に定義できないが、通常主灰固形分に対して１〜３０重量％である。重金属固定剤は、主灰に均一に付着すればよく、従ってその添加方法は任意であるが、例えば、主灰を攪拌しつつ、この中に重金属固定剤を少量の水に溶解してスプレーしていくなどで行うことができる。

本発明における重金属の固定化は、炭酸ガスが水分に溶解し、１５０〜６００℃の加熱条件下で主灰中の重金属と反応し炭酸塩を形成することにある。加熱処理前に加えられたリン酸系重金属固定剤は、重金属リン酸塩を形成して、前記重金属炭酸塩とは異なる形態で重金属を固定化させることができ、いずれも重金属の溶出を抑える上で有効である。また、加熱処理後の主灰に、リン酸系重金属固定化剤、あるいはキレート系重金属固定剤を加えると、主灰中に万一重金属炭酸塩とならなかったものがあるとき、あるいは重金属炭酸塩が土中に埋立てられた後になんらかの理由で解離したとき、それらの重金属をリン酸塩あるいはキレートして結合させて固定化することができる。

１） 試料
主灰；６０トン／１６ｈｒ．の処理能力を有する准連続燃焼式ストーカ炉で都市ごみを焼却した際に発生した主灰を用いた。
鉛含有量 ４００ｍｇ／ｋｇ
Ｐ−アルカリ度 １５ｍｇ／ｇ
含水率 ４６．４重量％
また、評価に用いた含水率３％以下の主灰は、含水率４６．４重量％の主灰を減圧下１００℃以下で充分時間をかけて調製した。

２） 重金属固定剤
リン酸系重金属固定化剤；水溶性リン酸塩を主成分とした重金属固定剤〔栗田工業（株）製、「アッシュナイトＲ−３０３」（商品名）〕を使用した。
キレート系重金属固定剤；ジチオカルバミン酸塩を主成分とした重金属固定剤〔栗田工業（株）製、「アッシュナイトＳ−８０１」（商品名）〕を使用した。

３） 加熱方法
予め所定温度に調整した電気炉中に試料２００ｇを入れ、所定時間保持した。炭酸ガス源は、空気中の炭酸ガス（濃度：０．０２％）とした。

４） 分析方法
溶出試験；水を含む主灰約２００ｇを採取し、所定温度に加熱した電気炉に投入し、所定時間保持した。空気中自然冷却した。この試料について、環境庁告示１３号法〔試料を乾かし、粉砕し、ｐＨ５．８〜６．３の水溶液にいれ、６時間震振し、１μｍでろ過し、そのろ液中の重金属を測定する。〕に準じて、溶出量を測定した。
重金属濃度の測定；ＪＩＳ Ｋ ０１０２ ５４．１に準拠し、フレーム型原子吸光測定装置〔（株）日立製作所製、「ＨＩＴＡＣＨＩ Ｚ６０００」〕を用いて測定した。
含水率の測定；試料を１０５℃で加熱し、主灰中の水分の蒸発に伴う重量の低下を連続的に測定〔栗田工業（株）製、「ＦＤ２４０Ｋ」を使用〕した。

５） 結果
表１には、含水率３％以下の主灰、および含水率４６．４％の主灰についてそれぞれ加熱処理したものの鉛溶出量（ｍｇ／Ｌ）、処理後の含水率（％）を、表２は、含水率４６．４％の主灰について加熱処理後（あるいは前）に重金属固定剤を加えたものの鉛溶出量（ｍｇ／Ｌ）を示した。

以上の結果から、含水主灰を炭酸ガスの存在する系で加熱することにより、主灰中の重金属が固定化され、重金属固定化剤が存在すると上記の効果が不充分な場合に補完する効果を有していることがわかる。

本発明により、主灰中が埋立てた後での鉛など重金属の溶出が抑えられ、同時に主灰の含水率が低くなり、運搬効率を上げるとともに、埋立てに際し空隙を少なくして埋立て地の使用効率を上げることができ、主灰の埋立てを容易にすることができる。

Claims (4)

1. 焼却炉から取り出し水中に投じて冷却させた後水切りした含水率５〜５０重量％の焼却主灰を、リン酸系重金属固定化剤を加えた後に炭酸ガスの存在する空気中１５０〜６００℃に加熱し、炭酸ガスと焼却主灰中の重金属とを反応させて重金属炭酸塩を形成させることを特徴とする焼却主灰の処理方法。
2. 焼却炉から取り出し水中に投じて冷却させた後水切りした含水率５〜５０重量％の焼却主灰を、炭酸ガスの存在する空気中１５０〜６００℃に加熱し、炭酸ガスと焼却主灰中の重金属とを反応させて重金属炭酸塩を形成させた後に、リン酸系重金属固定化剤、キレート系重金属固定剤から選ばれる１種以上の重金属固定化剤添加し、混練りすることを特徴とする焼却主灰の処理方法。
3. 前記炭酸ガスは、空気中に本来含まれる炭酸ガスであることを特徴とする請求項１または２記載の焼却主灰の処理方法。
4. 前記炭酸ガスは、焼却炉で発生する排ガス中に含まれるものであることを特徴とする請求項１または２記載の焼却主灰の処理方法。