JP3854337B2 - Solidification agent and solidification product for incineration ash - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、セメント系特殊固化剤、特に焼却灰用固化剤およびその固化生成物に関する。本発明は、一般ゴミ、下水汚泥、ヘドロ、産業廃棄物等を焼却した後に残る有害な重金属類を含む焼却灰をセメント化した焼却灰セメント化物を含有するセメント系特殊固化剤、特に焼却灰用固化剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物処理の主流は焼却である。焼却処理は悪臭やハエの発生の原因となる生ゴミなどの腐敗性のゴミを焼却することによって安定した焼却灰などに変化させることができるため衛生処理としては最も優れた方法とされている。さらに焼却処理を行うことによって容積や約５％〜１０％、重量は約１５％に減らすことができる。反面この焼却に伴って生成するＣ2やＣ4の化合物が、塩酸と酸素から高温で生成する塩素ガスや金属塩素物によって触媒反応で塩素化され、化学的にきわめて活発なクロロエチレンやクロロアセチレン系の化合物を経て、クロロベンゼンはヒドロキシルラジカル（ＯＨ-）や酸素、その他の燃焼排ガスと反応しクロロフェノールやクロロフェノキシラジカルとなり、Ｃ2やＣ4の化合物と結合してポリクロロベンゾジオキシンやポリクロロモノベンゾフラン、さらにはダイオキシンなどが生成する。
【０００３】
これらの問題点は現在焼却技術の向上により焼却炉内での燃焼プロセスである炉出口から排ガス処理装置におけるダストなどを中心とした大気汚染物質の除却などにより発生抑制や排出低減されている。有害物質は完全燃焼により発生の抑制ができる。完全燃焼を達成する条件は、▲１▼高い燃焼ガス温度、▲２▼充分なガスの滞留時間、▲３▼炉内での充分なガス攪拌、二次空気との混合である。これらの条件が燃焼ガス中の未燃カーボン、炭化水素などの変化しやすい物質を減らすための条件である。
【０００４】
従来ゴミ処理工場では、再利用できないゴミは焼却により、ゴミの体積を減容させ、後に残る焼却灰をそのまま、管理型の処分場に捨てるか、あるいは、セメントを混ぜて固化するなどして処理している。例えば、焼却灰をセメントに混ぜて固化させることで、環境への有害物質の溶出を防止する方法は一応の効果はあるが、セメントに過剰の水分を使用するのでその水分の蒸発によって固化後に毛細管ができ、固化物に水の浸透性が出て、有害物が溶出する可能性があり、長い期間にわたっては、溶出が無視できないほどになる場合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現在、都市ゴミ焼却炉の焼却灰のほとんどは最終的には埋立処分されている。そこでは雨水や海水、共存する廃棄物などによって様々な変化をうけ、浸出水と共に灰に含まれている有害物質が流出することが懸念されている。このような中でゴミの排出量は増大する一方埋立残余容量は少なくなり新たな埋め立て地の確保は住民の不信感から非常に難しくなっている。ここで考えられることは排出された廃棄物を捨てるという観念を改め、資源として再生することにある。
【０００６】
しかし、焼却後の灰についての問題点は、灰の中に有害な成分や重金属類や有機質分が多く含まれている場合である。これらのものは、焼却にともなう高熱で分解されなかったものであり、化学的な処理が困難なことが多い。脱塩素処理で石灰による強アルカリ性を示すため、酸化物として存在している金属や重金属は水に溶け出すと水酸化物の不溶性塩となるが、溶出試験を行うと少量であっても溶出して来るので、微量でも永続的に重金属類の溶出が続くことになる。このような有害成分を含む焼却灰をそのまま埋立てなどに用いると、有害成分が溶出し、環境に悪影響を与えることから、有害物の重金属を溶出しないような処理を施したうえで廃棄しなければならない。
【０００７】
本発明は、焼却灰をポルトランドセメントによる固化のみならず、焼却灰をセメント化し安定した状態でセメント系特殊固化剤として利用することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は焼却灰セメント化物、ポルトランドセメントおよび有害重金属安定処理剤を配合してなるセメント系特殊固化剤において、焼却灰セメント化物が、焼却灰に調整剤として重金属不溶化剤を添加してロータリーキルンで加熱処理し、その後粉砕機で１００メッシュ以下の微粉体にしたものであることを特徴とするセメント系特殊固化剤である。本発明は焼却灰によるセメント系特殊固化剤と有害重金属安定処理剤を併用する構成に基づき、優れた効果を奏するものである。
【０００９】
本発明のセメント系特殊固化剤は、焼却灰セメント化物、ポルトランドセメントおよび有害重金属安定処理剤を基本の配合成分とし、その焼却灰セメント化物として燃焼灰に特定の処理を施したものを用いることを特徴としている。すなわち、セメント系特殊固化剤の原料として焼却灰をセメント化したものを用いる点を特徴としている。本発明のセメント系特殊固化剤の基本の配合成分であるポルトランドセメントおよび有害重金属安定処理剤の割合は、好ましくは重量で焼却灰セメント化物１００に対してポルトランドセメント２０および有害重金属安定処理剤３０の割合である。
【００１０】
本発明のセメント系特殊固化剤の基本の配合成分である焼却灰セメント化物は、一般ゴミ、下水汚泥、ヘドロおよび／または産業廃棄物を焼却した後に残る有害な重金属類を含む燃焼灰に特定の処理を施しセメント化したものである。
焼却灰のセメント化は、焼却灰に調整剤として重金属不溶化剤を添加してロータリーキルンで加熱処理し、その後粉砕機で１００メッシュ以下の微粉体にして行う。ロータリーキルンで加熱処理する際、焼却灰に重金属不溶化剤として硫酸カリウム、硫酸ナトリウムを添加し、ポルトランドセメントを少量混入して、セメント系特殊固化剤の原料をつくる。このようにして有害重金属類を含む焼却灰を再利用することができる。
【００１１】
焼却灰のロータリーキルンでの加熱処理調の際に添加する重金属不溶化剤は、硫酸カリウム、硫酸ナトリウムおよびポルトランドセメントの組み合わせからなる。硫酸カリウム、硫酸ナトリウムおよびポルトランドセメントは、重量で、焼却灰１００に対して硫酸カリウム１、硫酸ナトリウム１およびポルトランドセメント２の割合で用いる。ポルトランドセメントは主として水和反応に必要とされるが、重金属不溶化にも寄与している。ロータリーキルンにて熱循環を行い、粉砕機で１００メッシュ以下の微粉末にして焼却灰の表面横を拡大し、含有している重金属類の表面エネルギーをも増大させる。
【００１２】
ロータリーキルン中の加熱処理で、未燃カーボン、炭化水素など含有されているであろう焼却灰は低酸素雰囲気で加熱処理されることにより脱塩素化し水素化が図られ、微粉砕され微粉体になることによりその表面積が大きくなる。焼却灰が含有している重金属の中には化学反応の触媒作用に適した元素があり、反応促進剤の役割を果たすことも考えられる。
【００１３】
本発明のセメント系特殊固化剤の基本の配合成分である有害重金属安定処理剤は、硫酸カリウム（Ｋ2ＳＯ4）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、硫酸ナトリウム（Ｎａ2ＳＯ4）、ケイ酸ナトリウム（Ｎａ2ＳｉＯ3・ｎＨ2Ｏ）、硫化ナトリウム（Ｎａ2Ｓ・５Ｈ2０）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）、水酸化ナトリウム（Ｃａ（ＯＨ）2）、石膏（Ｎａ2ＳＯ4２Ｈ2Ｏ）、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）、硫化鉄（ＦｅＳ2）などが例示されるが、硫酸カリウムおよび硫酸ナトリウムが最も好ましい例として挙げられる。
【００１４】
すなわち本発明においては、有害重金属安定処理剤として少なくとも硫酸カリウムおよび硫酸ナトリウムを含有するものを用いる。この場合、本発明は焼却灰をロータリーキルンにて熱循環を行い、粉砕機で１００メッシュ以下の微粉末にしたものに、有害重金属安定処理剤、好ましくは硫酸カリウムおよび／または硫酸ナトリウムを添加し、さらにポルトランドセメントを少量混入させたことを特徴とするセメント系特殊固化剤である。
【００１５】
さらに有害重金属安定処理剤として、塩化カリウム、ケイ酸ナトリウム、硫化ナトリウム、塩化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化ナトリウム、石膏、塩化アンモニウムおよび硫化鉄を含有させることができる。これらの有害重金属安定処理剤は好ましくは水溶液として添加される。これらを水溶液として混合することにより、イオン水溶液をつくる。イオン性物質でもイオンの電荷が２+と２-の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）は溶けにくい。さらにイオン間結合力の強いものも溶けにくい。分子性物質でも親水性の基−ＯＨを多くもっている物質は水和イオンをつくる。金属イオンのまわりに集まる陰イオンにより錯体が形成され水和反応による造岩作用の働きを強め岩石の主成分であるＨ2ＳｉＯ2＋ＳｉＯ2を長い年月かけてつくりあげるもので共有結合と相まって造岩性を強くするものである。
【００１６】
現在焼却灰の処理方法について廃棄物学会で問題とされている一番の問題は鉛処理である。鉛の環境基準値が上がり、今までの処理方法ではほとんど鉛がクリアーできない。しかし、本発明で使用する有害重金属安定処理剤は上記化合物を含有する「ＲＣ２００１」と「ＲＣ６００１」の二種類の製品があり、ＲＣ６００１のｐＨ濃度２．６、ＲＣ２００１のｐＨ濃度は１２．９である。重金属不溶化剤および有害重金属安定処理剤の添加により、鉛化合物は硫化鉛として化合される。すなわち、鉛は焼却した後は酸化鉛が塩化鉛となる。鉛化合物の水に対する溶解度は、塩化鉛が最大で１０，７００ｐｐｍ、酸化鉛が１．０７ｐｐｍ、硫酸鉛が０．４５２ｐｐｍ、硫化鉛が０．０１０〜０．０１４ｐｐｍである。鉛は硫黄と反応性が強く、酸化鉛、塩化鉛を酸抽出（ＲＣ６００１）して抽出後鉛と硫黄の反応が行われる。
【００１７】
本発明は、上記セメント系特殊固化剤の焼却灰用固化剤としての用途にも係わる。すなわち、本発明は焼却灰セメント化物、ポルトランドセメントおよび有害重金属安定処理剤を配合してなるセメント系特殊固化剤において、焼却灰セメント化物が、焼却灰に調整剤として重金属不溶化剤を添加してロータリーキルンで加熱処理し、その後粉砕機で１００メッシュ以下の微粉体にしたものであることを特徴とする焼却灰用固化剤である。
【００１８】
また、本発明は、上記セメント系特殊固化剤で焼却灰を固化した固化生成物である。本発明の焼却灰用固化剤を用いて固化した生成物は金属単体としてではなく、金属化合物としてセメント系含有物が形成される。
【００１９】
焼却灰に含まれている有害物の薬品処理方法では、どのような処理方法であっても焼却灰と薬品の混合、攪拌効率が一番の問題となるため、処理対象物に見合った混合方法、処理時間のテストを繰り返し、焼却灰粒子の無機質成分は固化に必要な石灰分（ＣａＯ）、ケイ酸分（ＳｉＯ2）、アルミナ分（Ａｌ2Ｏ3）、鉄分（Ｆｅ2Ｏ3）、硫酸根（−ＳＯ4）等の化合物を水と反応させて水和物を生成し、液性イオン濃度の変化に応じてイオン荷電が修正され、沈積が始まる。
【００２０】
焼却灰内の液層、気層、さらに有機質の硬化に対する最大の阻害要因は、セメントの水硬性鉱物が加水分解によって生ずるカルシウムイオンといち早く反応して、不溶性、又は可溶性の化合物を形成する点にある。例えば不溶性塩を形成する場合はその主成分が、セメント粒子の表面を被覆して以後の反応を進まなくする作用、また、可溶性塩の場合は次々に反応して溶液として水和反応の系外に待ち去ってしまう作用である。いずれにしても、このように水和反応の主体であるべき、カルシウムイオンが他の反応系に持ち去られたのでは水和反応の化学バランスが崩れる。依って本発明の安定カルシウム処理剤を混合することにより、液相が石灰含有量を増大し、アルカリ性の組成となることを、さらには急速な水和反応によって水和阻止効果の及ぶ前に固化を達成する組成とすることで、アルミン酸石灰水和物の水和反応を促進し、エトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・３ＣａＳＯ4・３２Ｈ2Ｏ）の生成をより多くするもので、これら複塩は重金属を含む、有害物を固定し、溶出させない状態にするものである。
【００２１】
本発明によるセメント系特殊固化剤にアンモニアを添加することにより、アンモニアを配位子とするアンモニア分子の水素原子が有機の炭化水素基で置換され、炭化水素基の２箇所に窒素原子が結合した分子は、窒素原子が配位したときに一種の環をつくり、安定度を増す。
【００２２】
セメントはエトリンガイドの水和反応による固化作用で固化生成物を形成するため、マイナス温度による固化作用は不可能である。しかし、本発明のセメント系特殊固化剤は、アンモニア分子との反応により、マイナス温度においても固化反応が可能である。
【００２３】
【作用】
本発明のセメント系特殊固化剤と有害重金属安定処理剤による焼却灰の安定無害化は、これまだ困難とされてきた焼却灰に含まれている有害物質が漏出することのない固化生成物を得ることができる。これは金属イオンによる液相反応と固相反応の共有結合によるものと思われる。重金属の含まれている焼却灰を徴粉枠することにより自由エネルギーの変化と、金属表面エネルギーの増加アミノ基導入により化合物を構成するイオンが溶液中で過飽和になり、濃度が過剰に存在することにより鉱物の生成に等しい反応が生まれる。
【００２４】
本発明による焼却灰のセメント系材料としての生成物の圧縮強度は、ポルトランドセメント及び安定処理剤の比率を調整することにより、任意に変えることもできる。これにより焼却灰は廃棄物ではなくセメントの資材として充分使用できる副産物となる。
【００２５】
焼却時における焼却灰は燃焼による酸化作用で水との反応はおこらない。また都市ゴミ焼却灰からダイオキシンや金属塩化物等有害金属類が生成され未燃物の残留炭素、酸化物、塩化物などの反応による有機塩素化合物が生成される。飛灰（フライアッシュ）中に未燃物として含まれる炭素粒子が水（Ｈ2Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ2）までに完全に酸化分解せず部分酸化で止まり、その時に多種多量の化合物を生成する。この反応化合物を抑制する物質として、アミノ基や水酸基を含む化合物、塩基性化合物などが考えられると共に、触媒作用による活性化吸着という現象で表面に分子を取り込んで原子に解離する働きをさせたり、触媒が中間化合物を生成して反応を伝達したりする。これらのことを解決するために、これら未燃カーボン、炭化水素等、含有されているであろう焼却灰を微粉砕して０．０７４ｍｍ（２００メッシュ）の微粉体にすることにより、その表面積を１グラム当たり１００〜３００平方メートルにする。そしてロータリーキルンにより低酸素雰囲気で加熱処理することにより脱塩素化し水素化が図られる。
燃焼用空気の配分、ガス攪拌、混合などによる熱循環などにより燃焼の安定化も図る。その結果、完全燃焼から残された物質は、原子間結合力により、▲１▼金属結合、▲２▼共有結合、▲３▼ファンデルワールス力、▲４▼イオン結合、▲５▼水素結合、それぞれの結合力によって形成される。
【００２６】
微粒子による表面の拡大と原子配列の乱れにより、含有重金属は触媒活性が向上し反応の活性化が大となる。次の３点に要約される。１）反応速度や溶解速度を高めること。２）多成分からなる物質を微細化して必要成分の分離を容易にすること。３）多成分の混合度を高め分子間自由エネルギーの増大を計り安定化合物の生成を促進すること。
【００２７】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが、これらの実施例は単に本発明の理解を助けるための手段に過ぎず、これらの実施例によって本発明が何等限定されるものでないことは当然理解されなければならないところである。なお、以下の実施例は大阪市、東京都、宇都宮市、栃木広域行政区、富里町等２０ケ町村で実施し、厚生省認定検査機関での試験データによるものである。
【００２８】
実施例１
江戸崎衛生組合、三鷹市、二枚橋衛生組合、東京都、大阪市の焼却灰を使用した。１００メッシュの焼却灰を６００℃のキルンにて約３０分間攪拌を行ないながら熱加工し焼却灰のセメント化物を調整した。その際、調整剤として硫酸カリウム（Ｋ2ＳＯ4）１０ｇ、硫酸ナトリウム（Ｎａ2ＳＯ4）１０ｇ、ポルトランドセメント５０ｇを用いた。
【００２９】
セメント系特殊固化剤の主原料として、セメント化物を１００メッシュに粉砕したものを１０００ｇ、ポルトランドセメント２００ｇをよく混合する。
焼却灰が含有している重金属を化学的に処理するために、有害重金属安定処理剤の水溶液を、ケイ酸ナトリウム（Ｎａ3ＳｉＯ3・ｎＨ2Ｏ）５ｇ、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）２ｇ、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）２ｇ、硫酸カリウム（Ｋ2ＳＯ4）３ｇ、塩化カリウム（ＫＣｌ）２ｇ、硫酸ナトリウム（Ｎａ2ＳＯ4）３ｇ、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）２ｇ、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）５ｇ、石膏（Ｃａ（ＯＨ）2２Ｈ3Ｏ）３ｇ、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）５ｇ、硫化鉄（ＦｅＳ2）１０ｇに水１０リットルを入れてよく攪拌して調製した。
【００３０】
ゴミ焼却場より出された焼却灰を１００メッシュの粉体にしたものを１０００ｇに、ポルトランドセメント２００ｇ、上記のセメント系特殊固化剤の主原料３００ｇと混ぜ合わせ、上記の有害重金属安定処理剤を１０倍に希釈してスランプ８ｃｍの水分量で混練し、固化して４週間養生期間を置き溶出試験を行なった。
【００３１】
溶出試験は、カドミウム、シアン、有機リン、鉛、六価クロム、ひ素、アルキル水銀について行った。この試験の結果、シアン、有機リン、六価クロム、アルキル水銀については検出されず、鉛は０．５ｍｇ／ｌ未満、カドミウム及びひ素は０．０５ｍｇ／ｌ未満、全水銀は０．０００５ｍｇ／ｌ未満といずれも有害物の判定基準に達しない値であった。
【００３２】
実施例２
東京都のごみ焼却場より出された焼却灰を１００メッシュの粉体にしたものを１０００ｇにポルトランドセメント２００ｇ、上記のセメント系特殊固化剤の主原料に上記の有害重金属安定処理剤の水溶液とアンモニア水を加えて混練し、実施例１と同様の方法で１週間後に溶出試験を行った。
水銀、カドミウム、鉛、ひ素、シアン、クロムの中、鉛が０．３４ｍｇ／ｌ未満、クロムが０．０６ｍｇ／ｌ未満で水銀、カドミウム、ひ素、シアンについては不検出であった。
【００３３】
実施例３
宇都宮市焼却場の焼却灰を１００メッシュの粉体にしたものを１０００ｇに、ポルトランドセメント２００ｇ、および上記のセメント系特殊固化剤の主原料に、上記の有害重金属安定処理剤の水溶液とアンモニア水を加えて、実施例１と同様の方法で混線し、２週間後に溶出試験を行った。
溶出試験は鉛、カドミウム、ひ素、六価クロム、全水銀、有機リン、全シアンについて行った。この溶出試験の結果は、鉛０．１７ｍｇ／ｌ未満、カドミウム０．００５ｍｇ／ｌ未満、ひ素０．０２ｍｇ／ｌ、六価クロム０．１４ｍｇ／ｌ未満、全水銀０．０００５ｍｇ／ｌ未満、有機リンと全シアンは不検出といずれも有害物の判定基準に合格した。
【００３４】
実施例４
栃木地区広域行政事務組合焼却場の焼却灰のセメント化物１０００ｇにポルトランドセメント２００ｇ、その他は実施例２と同様に固化し、１週間後に溶出試験を実施した。
鉛、カドミウム、ひ素、六価クロム、全水銀、有機リン、全シアンの溶出試験の結果は鉛１．００ｍｇ／ｌ、カドミウム０．０００５ｍｇ／ｌ、ひ素０．０２ｍｇ／ｌ、六価クロム０．０６ｍｇ／ｌ、全水銀０．０００５ｍｇ／ｌ、有機リンと全シアンは不検出で、すべて判定基準に達しない価であった。
【００３５】
実施例５
栃木地区広域行政事務組合焼却場の焼却灰のセメント化物をセメント系特殊固化剤の原料とした。セメント化物１０００ｋｇをコンクリート混練機に入れて回転させながらセメント２００ｋｇを入れて１５分間攪拌し、その後上記の有害重金属安定処理剤の水溶液とアンモニア水１８ｌを１０倍の水で希釈して投入し、更に１０分間混練した後、スランプｌ５ｃｍにして圧送ポンプにて廃棄場所に流し込んだ。１週間後にはトラック（１０ｔ車）が乗っても崩れない固化物となった。
【００３６】
実施例６
兵庫県神戸市のゴミ焼却場より出されたばいじん５００ｇに、有害重金属安定処理剤の水溶液２００ｃｃと水２００ｃｃを加え、スラリー状として混合した。有害重金属安定処理剤はｐＨ１．９のものを使用した。鉛の抽出に重点をおいた。スラリー状のエマルションに焼却灰セメント化物２００ｇ、セメント１００ｇを混入し５分聞混練した。スランプ８ｃｍ固化生成物を４週問養生溶出試験を行った。
【００３７】
【発明の効果】
焼却灰を廃棄物ではなくセメントの資材として充分使用できる副産物とすることができる。これまで困難とされてきた一般ゴミ、下水汚泥、ヘドロ、産業廃棄物等を焼却した後に残る有害な重金属類を含む焼却灰を用いて有害物質が漏出することのない固化生成物を得ることができる。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a cement-based special solidifying agent, in particular, a solidifying agent for incineration ash and a solidified product thereof. The present invention is a cement-based special solidifying agent containing incinerated ash cemented product obtained by cementing incinerated ash containing harmful heavy metals remaining after incineration of general waste, sewage sludge, sludge, industrial waste, etc., especially for incinerated ash It relates to a solidifying agent.
[0002]
[Prior art]
The mainstream of waste treatment is incineration. Incineration treatment is considered to be the most excellent sanitary treatment because it can be changed to stable incineration ash by incinerating perishable garbage such as raw garbage that causes foul odors and flies. Further, by performing incineration, the volume, about 5% to 10%, and the weight can be reduced to about 15%. On the other hand, the C 2 and C 4 compounds produced during this incineration are chlorinated by a catalytic reaction with chlorine gas and metal chlorate generated at high temperature from hydrochloric acid and oxygen, and are chemically active chloroethylene and chloroacetylene. through the compound in the system, chlorobenzene hydroxyl radical (OH -), oxygen, other flue gas reacts with becomes chlorophenol and chlorophenoxy radicals, polychlorotrifluoroethylene benzodioxin and polychloro coupled with a compound of C 2 or C 4 Monobenzofuran and dioxin are produced.
[0003]
These problems are currently suppressed and reduced by removing air pollutants such as dust in the exhaust gas treatment device from the furnace exit, which is a combustion process in the incinerator, by improving the incineration technology. Hazardous substances can be suppressed by complete combustion. Conditions for achieving complete combustion are (1) high combustion gas temperature, (2) sufficient gas residence time, (3) sufficient gas stirring in the furnace, and mixing with secondary air. These conditions are conditions for reducing easily changing substances such as unburned carbon and hydrocarbons in the combustion gas.
[0004]
In conventional garbage processing plants, waste that cannot be reused is incinerated to reduce the volume of the garbage, and the incineration ash that remains afterwards is disposed of in a managed disposal site or solidified by mixing with cement. is doing. For example, the method of preventing the release of harmful substances to the environment by mixing incinerated ash with cement and solidifying has a temporary effect, but since excessive water is used in cement, the capillaries after solidification by evaporation of the water In this case, water permeability of the solidified product may be generated, and harmful substances may be eluted, and elution may not be negligible over a long period of time.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Currently, most of the incineration ash in municipal waste incinerators is finally disposed of in landfills. There are concerns that toxic substances contained in the ash will be leaked along with the leachate due to various changes caused by rainwater, seawater and coexisting waste. Under such circumstances, the amount of garbage discharged increases, but the remaining landfill capacity decreases, making it difficult to secure a new landfill due to the distrust of the residents. What can be considered here is to change the idea of throwing away the discharged waste and recycle it as a resource.
[0006]
However, the problem with ash after incineration is when the ash contains a lot of harmful components, heavy metals and organic matter. These are those that have not been decomposed by the high heat accompanying incineration and are often difficult to chemically treat. Since dechlorination shows strong alkalinity due to lime, metals and heavy metals that exist as oxides become insoluble salts of hydroxides when they dissolve in water. As a result, elution of heavy metals continues even in trace amounts. If such incinerated ash containing harmful components is used as it is for landfill, etc., harmful components will elute and adversely affect the environment. I must.
[0007]
An object of the present invention is not only to solidify incinerated ash with Portland cement, but also to incinerate incinerated ash and use it as a cement-based special solidifying agent in a stable state.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a cement-based special solidifying agent comprising incinerated ash cement, Portland cement and a toxic heavy metal stabilizer, and the incinerated ash cement is heated in a rotary kiln with a heavy metal insolubilizing agent added to the incinerated ash. A cement-type special solidifying agent characterized by being processed and then made into a fine powder of 100 mesh or less by a pulverizer. The present invention has an excellent effect on the basis of a configuration in which a cement-based special solidifying agent and a harmful heavy metal stabilizing agent with incinerated ash are used in combination.
[0009]
The cement-based special solidifying agent of the present invention uses an incinerated ash cemented product, Portland cement and a hazardous heavy metal stabilizer as a basic blending component, and uses the incinerated ash cemented product obtained by subjecting combustion ash to a specific treatment. It is a feature. That is, it is characterized in that incinerated ash is cemented as a raw material for the cement-based special solidifying agent. The ratio of Portland cement and harmful heavy metal stabilizer, which are the basic blending components of the cement-based special solidifying agent of the present invention, is preferably that of Portland cement 20 and harmful heavy metal stabilizer 30 with respect to the incinerated ash cementation product 100 by weight. It is a ratio.
[0010]
The incinerated ash cemented material, which is a basic compounding component of the cement-based special solidifying agent of the present invention, is specific to combustion ash containing harmful heavy metals remaining after incineration of general waste, sewage sludge, sludge and / or industrial waste. Treated and cemented.
Cementation of incineration ash is performed by adding a heavy metal insolubilizing agent to the incineration ash as a regulator and heat-treating with a rotary kiln, and then using a pulverizer to make fine powder of 100 mesh or less. When heat treatment is performed in a rotary kiln, potassium sulfate and sodium sulfate are added to the incinerated ash as heavy metal insolubilizers, and a small amount of Portland cement is mixed to produce a raw material for cement-based special solidifying agents. In this way, incinerated ash containing harmful heavy metals can be reused.
[0011]
The heavy metal insolubilizing agent added during the heat treatment in the rotary kiln of incinerated ash is a combination of potassium sulfate, sodium sulfate and Portland cement. Potassium sulfate, sodium sulfate and Portland cement are used in a ratio of potassium sulfate 1, sodium sulfate 1 and Portland cement 2 to incinerated ash 100 by weight. Portland cement is mainly required for the hydration reaction, but also contributes to insolubilization of heavy metals. Thermal circulation is performed in a rotary kiln, and the surface side of the incinerated ash is enlarged by making it a fine powder of 100 mesh or less with a pulverizer, and the surface energy of the contained heavy metals is also increased.
[0012]
Incineration ash that will contain unburned carbon, hydrocarbons, etc. in the heat treatment in the rotary kiln is dechlorinated and hydrogenated by heat treatment in a low-oxygen atmosphere, and pulverized into fine powder This increases the surface area. Among the heavy metals contained in incineration ash, there are elements suitable for catalysis of chemical reactions, and it is also possible to play a role as a reaction accelerator.
[0013]
The harmful heavy metal stabilizer, which is a basic blending component of the cement-based special solidifying agent of the present invention, is potassium sulfate (K 2 SO 4 ), potassium chloride (KCl), sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), sodium silicate ( Na 2 SiO 3 · nH 2 O), sodium sulfide (Na 2 S · 5H 2 0), calcium chloride (CaCl 2 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), sodium hydroxide (Ca (OH) 2 ), gypsum (Na 2 SO 4 2H 2 O), ammonium chloride (NH 4 Cl), iron sulfide (FeS 2 ) and the like are exemplified, and potassium sulfate and sodium sulfate are the most preferred examples.
[0014]
That is, in the present invention, a harmful heavy metal stabilizing agent containing at least potassium sulfate and sodium sulfate is used. In this case, the present invention performs thermal circulation of the incinerated ash in a rotary kiln and adds a harmful heavy metal stabilizer, preferably potassium sulfate and / or sodium sulfate, to a fine powder of 100 mesh or less by a pulverizer, Furthermore, it is a cement-type special solidifying agent characterized by mixing a small amount of Portland cement.
[0015]
Further, as a harmful heavy metal stabilizer, potassium chloride, sodium silicate, sodium sulfide, calcium chloride, calcium carbonate, sodium hydroxide, gypsum, ammonium chloride and iron sulfide can be contained. These harmful heavy metal stabilizers are preferably added as an aqueous solution. By mixing these as an aqueous solution, an aqueous ionic solution is produced. Even in an ionic substance, calcium carbonate (CaCO 3 ) having an ionic charge of 2 + and 2 − is hardly dissolved. In addition, it is difficult to melt those having strong ion-bonding power. Even a molecular substance having a large amount of hydrophilic group —OH creates hydrated ions. A complex is formed by anions gathering around metal ions, strengthening the action of rock formation by hydration reaction, and making H 2 SiO 2 + SiO 2 , which is the main component of rock, over a long period of time. It enhances rockiness.
[0016]
Currently, the most important problem in the Waste Society regarding the disposal of incineration ash is lead treatment. The environmental standard value of lead goes up, and lead can hardly be cleared by the conventional treatment method. However, the hazardous heavy metal stabilizer used in the present invention has two types of products “RC2001” and “RC6001” containing the above-mentioned compounds. The pH concentration of RC6001 is 2.6 and the pH concentration of RC2001 is 12.9. is there. By adding heavy metal insolubilizing agent and harmful heavy metal stabilizer, the lead compound is combined as lead sulfide. That is, after lead is incinerated, lead oxide becomes lead chloride. The solubility of lead compounds in water is 10,700 ppm at maximum for lead chloride, 1.07 ppm for lead oxide, 0.452 ppm for lead sulfate, and 0.010 to 0.014 ppm for lead sulfide. Lead is highly reactive with sulfur, and lead oxide and lead chloride are subjected to acid extraction (RC6001), and the reaction between lead and sulfur is performed after extraction.
[0017]
The present invention also relates to the use of the cement-based special solidifying agent as a solidifying agent for incineration ash. That is, the present invention relates to a cement-based special solidifying agent comprising an incinerated ash cemented product, Portland cement and a harmful heavy metal stabilizer, and the incinerated ash cemented product is a rotary kiln in which a heavy metal insolubilizing agent is added to the incinerated ash as a regulator. It is a solidifying agent for incinerated ash, characterized in that it is heat-treated and then made into a fine powder of 100 mesh or less with a pulverizer.
[0018]
Moreover, this invention is the solidification product which solidified incineration ash with the said cementitious special solidification agent. The product solidified by using the solidifying agent for incineration ash of the present invention forms a cementitious material as a metal compound, not as a simple metal.
[0019]
In any chemical treatment method for hazardous substances contained in incineration ash, the most important issue is the mixing and incineration efficiency of incineration ash and chemicals. , Repeated test of treatment time, the inorganic components of the incinerated ash particles are lime (CaO), silicic acid (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), iron (Fe 2 O 3 ) necessary for solidification, A compound such as sulfate radical (—SO 4 ) reacts with water to form a hydrate, and the ionic charge is corrected according to the change in the liquid ion concentration, and deposition begins.
[0020]
The biggest impediment to the hardening of the liquid layer, air layer, and organic matter in incinerated ash is that the cement hydraulic mineral reacts quickly with calcium ions generated by hydrolysis to form insoluble or soluble compounds. is there. For example, in the case of forming an insoluble salt, the main component covers the surface of the cement particles and prevents the subsequent reaction from proceeding. It is the action that waits for. In any case, the chemical balance of the hydration reaction is lost if calcium ions, which should be the main component of the hydration reaction, are taken away by other reaction systems. Therefore, by mixing the stable calcium treating agent of the present invention, the liquid phase increases the lime content and becomes an alkaline composition, and further solidifies before reaching the hydration inhibitory effect by a rapid hydration reaction. By promoting the hydration reaction of lime aluminate hydrate and increasing the production of ettringite (3CaO.Al 2 O 3 .3CaSO 4 .32H 2 O), A salt fixes a harmful substance including a heavy metal so that it does not elute.
[0021]
By adding ammonia to the cement-based special solidifying agent according to the present invention, the hydrogen atom of the ammonia molecule having ammonia as a ligand is replaced with an organic hydrocarbon group, and nitrogen atoms are bonded to two positions of the hydrocarbon group. The molecule creates a kind of ring when the nitrogen atom is coordinated and increases stability.
[0022]
Since cement forms a solidified product due to the solidification effect of the hydration reaction of etrin guide, the solidification effect at minus temperature is impossible. However, the cement-type special solidifying agent of the present invention can be solidified at a minus temperature by reaction with ammonia molecules.
[0023]
[Action]
Stable detoxification of incinerated ash by the cement-based special solidifying agent and the toxic heavy metal stabilizer of the present invention provides a solidified product from which noxious substances contained in the incinerated ash, which has been considered difficult yet, will not leak. be able to. This seems to be due to the covalent bond between the liquid phase reaction and the solid phase reaction with metal ions. Change in free energy by incineration ash containing heavy metals and increase in metal surface energy The ions constituting the compound become supersaturated in solution due to the introduction of amino groups, and the concentration is excessive. Produces a reaction equal to the formation of minerals.
[0024]
The compressive strength of the product of the incinerated ash as a cementitious material according to the present invention can be arbitrarily changed by adjusting the ratio of Portland cement and stabilizer. As a result, the incineration ash is not a waste but a by-product that can be used as a cement material.
[0025]
Incineration ash at the time of incineration does not react with water due to oxidation by combustion. In addition, hazardous metals such as dioxins and metal chlorides are produced from municipal waste incineration ash, and organochlorine compounds are produced by reactions of residual carbon, oxides, chlorides, etc. of unburned materials. The carbon particles contained in the fly ash (fly ash) as unburned substances are not completely oxidatively decomposed to water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ), and stop by partial oxidation. Generate. As a substance that suppresses this reactive compound, a compound containing an amino group or a hydroxyl group, a basic compound, and the like can be considered, and a phenomenon of activated adsorption by catalysis can be taken into the surface to dissociate into atoms, The catalyst generates an intermediate compound and transfers the reaction. In order to solve these problems, the incinerated ash that would be contained, such as unburned carbon and hydrocarbons, is pulverized into a fine powder of 0.074 mm (200 mesh), thereby reducing the surface area. 100-300 square meters per gram. Then, it is dechlorinated and hydrogenated by heat treatment in a low-oxygen atmosphere with a rotary kiln.
Stabilization of combustion will be achieved through distribution of combustion air, gas agitation, heat circulation by mixing, etc. As a result, the substances left from the complete combustion are divided into (1) metal bond, (2) covalent bond, (3) van der Waals force, (4) ionic bond, (5) hydrogen bond, It is formed by each binding force.
[0026]
Due to the enlargement of the surface by the fine particles and the disorder of the atomic arrangement, the contained heavy metal has improved catalytic activity and increased activation of the reaction. The following three points are summarized. 1) Increase the reaction rate and dissolution rate. 2) Minimizing a multi-component substance to facilitate separation of necessary components. 3) To increase the degree of mixing of multiple components and increase the intermolecular free energy to promote the formation of stable compounds.
[0027]
【Example】
Examples of the present invention are shown below, but these examples are merely means for helping understanding of the present invention, and it should be understood that the present invention is not limited to these examples. This is where we have to go. The following examples were carried out in 20 towns and villages such as Osaka City, Tokyo, Utsunomiya City, Tochigi District, Tomisato Town, etc., and are based on test data from an inspection organization authorized by the Ministry of Health and Welfare.
[0028]
Example 1
Incinerated ash from Edozaki Sanitary Association, Mitaka City, Nihombashi Sanitation Association, Tokyo and Osaka City was used. A 100-mesh incinerated ash was heat-processed while stirring in a kiln at 600 ° C. for about 30 minutes to prepare a cemented product of the incinerated ash. At that time, 10 g of potassium sulfate (K 2 SO 4 ), 10 g of sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), and 50 g of Portland cement were used as regulators.
[0029]
As a main raw material of the cement-based special solidifying agent, 1000 g of a cemented product pulverized to 100 mesh and 200 g of Portland cement are mixed well.
In order to chemically treat heavy metals contained in incineration ash, an aqueous solution of a toxic heavy metal stabilizer is prepared by using 5 g of sodium silicate (Na 3 SiO 3 .nH 2 O), 2 g of calcium carbonate (CaCO 3 ), carbonic acid. 2 g of sodium (Na 2 CO 3 ), 3 g of potassium sulfate (K 2 SO 4 ), 2 g of potassium chloride (KCl), 3 g of sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), 2 g of calcium chloride (CaCl 2 ), calcium hydroxide (Ca (Ca ( OH) 2 ) 5 g, gypsum (Ca (OH) 2 2H 3 O) 3 g, ammonium chloride (NH 4 Cl) 5 g, and iron sulfide (FeS 2 ) 10 g were mixed with 10 liters of water and prepared.
[0030]
100g powder of incineration ash from the garbage incineration plant is mixed with 1000g, 200g of Portland cement and 300g of the main raw material of the above cement-based special solidifying agent, and 10 The elution test was carried out with a 4-week curing period after the mixture was diluted twice, kneaded with a slump of 8 cm in water content, and solidified.
[0031]
The dissolution test was conducted for cadmium, cyan, organophosphorus, lead, hexavalent chromium, arsenic, and alkylmercury. As a result of this test, cyan, organophosphorus, hexavalent chromium and alkyl mercury were not detected, lead was less than 0.5 mg / l, cadmium and arsenic were less than 0.05 mg / l, and total mercury was 0.0005 mg / l. Both were less than the criteria for toxic substances.
[0032]
Example 2
100g powder of incinerated ash from a garbage incineration plant in Tokyo, 1000g, 200g of Portland cement, aqueous solution of the above-mentioned hazardous heavy metal stabilizer and ammonia as the main raw material of the above cement-based special solidifying agent Water was added and kneaded, and a dissolution test was conducted one week later in the same manner as in Example 1.
Among mercury, cadmium, lead, arsenic, cyan and chromium, lead was less than 0.34 mg / l, chromium was less than 0.06 mg / l, and mercury, cadmium, arsenic and cyan were not detected.
[0033]
Example 3
100g powder of incineration ash from Utsunomiya city incineration plant to 1000g, 200g of Portland cement, and aqueous solution of the above mentioned heavy heavy metal stabilizer and aqueous ammonia as the main raw material of the above cement-based special solidifying agent In addition, the mixture was crossed in the same manner as in Example 1, and a dissolution test was conducted after 2 weeks.
The dissolution test was conducted for lead, cadmium, arsenic, hexavalent chromium, total mercury, organophosphorus, and total cyanide. The results of this dissolution test were: lead less than 0.17 mg / l, cadmium less than 0.005 mg / l, arsenic 0.02 mg / l, hexavalent chromium less than 0.14 mg / l, total mercury less than 0.0005 mg / l, organic Phosphorus and all cyanide were both undetected and passed the criteria for hazardous substances.
[0034]
Example 4
Portland cement was mixed with 1000 g of incinerated ash cementation in the Tochigi area wide-area administrative office association incineration site, and the others were solidified in the same manner as in Example 2 and an elution test was conducted one week later.
The results of dissolution tests of lead, cadmium, arsenic, hexavalent chromium, total mercury, organophosphorus, and total cyan are: lead 1.00 mg / l, cadmium 0.0005 mg / l, arsenic 0.02 mg / l, hexavalent chromium 0. 06 mg / l, total mercury 0.0005 mg / l, organophosphorus and total cyan were not detected and all did not meet the criteria.
[0035]
Example 5
Cementation of incineration ash from Tochigi area wide administrative office association incineration plant was used as a raw material for cement-based special solidifying agent. Put 1000 kg of cementation into a concrete kneader, add 200 kg of cement and stir for 15 minutes, then dilute an aqueous solution of the above-mentioned harmful heavy metal stabilizer and 18 l of ammonia water with 10 times water, After kneading for 10 minutes, the slump was set to 15 cm and poured into a disposal site with a pressure pump. One week later, it became a solidified product that would not collapse even if a truck (10t car) got on.
[0036]
Example 6
200 cc of an aqueous solution of harmful heavy metal stabilizer and 200 cc of water were added to 500 g of dust from a garbage incineration plant in Kobe, Hyogo Prefecture, and mixed as a slurry. A harmful heavy metal stabilizer was used having a pH of 1.9. Emphasis was placed on lead extraction. 200 g of incinerated ash cement and 100 g of cement were mixed in the slurry emulsion and kneaded for 5 minutes. The slump 8 cm solidified product was subjected to a 4-week curing elution test.
[0037]
【The invention's effect】
Incineration ash can be a by-product that can be used as a cement material instead of waste. It is possible to obtain solidified products that do not leak harmful substances using incinerated ash containing harmful heavy metals remaining after incineration of general waste, sewage sludge, sludge, industrial waste, etc. it can.
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