JPH09248540A - 廃棄物処理材および廃棄物処理方法 - Google Patents

廃棄物処理材および廃棄物処理方法

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JPH09248540A
JPH09248540A JP8055917A JP5591796A JPH09248540A JP H09248540 A JPH09248540 A JP H09248540A JP 8055917 A JP8055917 A JP 8055917A JP 5591796 A JP5591796 A JP 5591796A JP H09248540 A JPH09248540 A JP H09248540A
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waste treatment
treatment material
waste
weight
parts
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JP8055917A
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Inventor
Kazuhiro Hara
和宏 原
Kenji Uejima
健二 上島
Toru Yoshida
融 吉田
Takashi Funahashi
孝 舟橋
Masakazu Kamikita
正和 上北
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 都市ごみ焼却灰をはじめとして、鉱さい、汚
染土壌、汚泥、シュレッダーダスト等の廃棄物に含まれ
る有害な重金属などが長時間にわたって再溶出しないよ
うに安定化する。 【解決手段】 鉛、カドミウム、水銀などの有害物質を
含有する廃棄物を、Na 2 S、K2 S、NaHS、KH
S等の水溶性無機硫黄化合物と、粉体状のアルミニウム
シリケート、二酸化珪素等の多孔質無機吸着材や水ガラ
スを主たる構成成分とする廃棄物処理材とともに混合
し、必要に応じて水を添加したものを混練し、養生固化
させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、有害な重金属など
を含有する廃棄物を安定化処理するのに有効な、廃棄物
処理材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】都市ごみは、悪臭のするもので、従来
は、焼却して減容化し、焼却灰を最終処分場に廃棄すれ
ば、処理は終了すると考えられてきた。しかし、ごみの
中味の変化にともなって、都市ごみ処理の様相も変化し
てきた。例えば、焼却されるプラスチック、カラー印刷
の紙類、故意にごみの中に捨てられた乾電池は、カドミ
ニウム(Cd)、鉛(Pb)、クロム(Cr)、水銀
(Hg)、銅(Cu)などの重金属を含んでいる。そこ
で、これらのごみを焼却すると、焼却灰の中に重金属が
残存する。また、大気汚染防止の観点から、ごみの焼却
に伴って発生する排ガス中の塩素を除くための脱塩素化
が必要となり、煙道から消石灰が投入されるようになっ
た。消石灰は水に溶解するとアルカリを示す。脱塩素化
のためには、大量の消石灰の投入が必要なために、排ガ
ス中のばいじんを捕集した飛灰は高アルカリ性になっ
た。高アルカリ性では、重金属の中で鉛が溶出しやすく
なり、消石灰を投入しない低アルカリ灰でのカドミウム
の溶出と同様に問題化している。
【0003】重金属類は、発癌性、変異原性、臓器障害
性など、生体毒性を有するものがある。例えば、鉛は、
カドミニウム、水銀、クロムなどとともに腎臓に破壊的
に作用する。また、鉛は、血液成分のヘム合成阻害作用
や、水銀とともに神経系の影響も知られている。カドミ
ニウムは、高血圧の可能性、***形成能力の低下が指摘
されている。したがって、都市ごみ焼却灰は、有害廃棄
物と考えられるようになった。日本では、1995年4
月から、都市ごみは、特別管理一般廃棄物として、十分
な重金属の溶出量の抑制が求められている。そのため
に、焼却後の灰中からの重金属の溶出を抑制する目的
で、セメント類、粉体薬剤、液体薬剤、溶融処理など、
様々な処理が行なわれている。
【0004】上記のような各種処理法の中で、有害金属
の溶出を防ぐ目的で近年多用されるのは、ポリエチレン
イミンにジチオカルボキシル基の結合したポリマーや、
ジブチルジチオカルバミン酸塩などの低分子の液体有機
薬剤である。この液体有機薬剤は、鉛の安定化に優れて
いるものの、セメントと比較して価格が20倍以上であ
り処理費用が高くつくという問題がある。またこの液体
有機薬剤は長期安定性が十分に証明されておらず、しか
も使用にあたって変異原性のある二硫化炭素が原料とし
て含まれているという問題がある。更に、中性灰の場合
には、鉛やカドミウムの安定化能力が低いという問題も
ある。このように、有機液体薬剤については多くの問題
点が指摘されている。したがって、焼却灰中の重金属安
定化処理に関して、重金属安定化性能、および長期安定
性に優れ、しかも安価な処理材および処理方法が望まれ
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
有害な重金属などを含有する廃棄物を安定化処理するの
に有効な廃棄物処理材を提供することである。特に本発
明は、上記のような都市ごみ焼却灰をはじめとして、鉱
さい、土壌、汚泥、シュレッダーダストに含まれる有害
な重金属などが長時間にわたって再溶出しないように安
定化することが可能な廃棄物処理材および処理方法を提
供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な問題を解決するために鋭意検討した結果、この目的を
達成し得る廃棄物処理材を得るに至った。即ち、本発明
の処理材は、水溶性無機硫黄化合物と、多孔質無機吸着
材または珪酸ナトリウムを主たる構成成分とする廃棄物
処理材である。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明で用いられる水溶性無機硫
黄化合物について説明する。水溶性無機硫黄化合物と
は、Sと、Na、H、Kなどの1価陽イオンとが結合し
たものである。具体例としては硫化ナトリウム(Na2
S)、硫化カリウム(K2 S)、水硫化ナトリウム(N
aHS)、水硫化カリウム(KHS)が挙げられる。こ
れらの無機硫黄化合物は、水と混合することにより溶解
する。本発明で使用される無機硫黄化合物には、SやF
eSといった非水溶性無機硫黄化合物は、有害な重金属
を安定化しないので含まれない。本発明で用いられる無
機硫黄化合物は、粉体でも水溶液や水分散液でもよい。
【0008】本発明の処理材では、上記の水溶性無機硫
黄化合物を、多孔質無機吸着材または珪酸ナトリウムと
組み合わせることが必須である。これは、多孔質無機吸
着材や珪酸ナトリウムと組み合わせることで、鉛、カド
ミウム、水銀の安定化性能が向上することによる。有害
金属の硫化物、例えば硫化鉛、硫化カドミウム、硫化水
銀は、溶解度積が低く不溶性である。しかしながら、廃
棄物において、必ずしも水溶性無機硫黄化合物のみを加
えれば有害金属が不溶化するわけではない。この理由は
明らかでないが、廃棄物中の有害金属と無機硫黄化合物
との反応により生成した重金属硫化物が、未反応の無機
硫黄化合物との平行反応で再溶解するものと考えられ
る。
【0009】本発明で用いられる多孔質無機吸着材とし
ては、活性炭、二酸化珪素、アルミニウムシリケートが
挙げられるが、入手が容易であるという点で、二酸化珪
素やアルミニウムシリケートが好ましく、多孔質二酸化
珪素と多孔質アルミニウムシリケートの両方を組み合わ
せて用いることもできる。これらの多孔質無機吸着材
は、それ自体に重金属安定化能があるが、これに前記の
水溶性無機硫黄化合物を加えることによって、重金属安
定化能力を高めることができ、処理材の使用量を減少さ
せることができる。
【0010】前記二酸化珪素やアルミニウムシリケート
は、結晶性、無定形が知られているが、本発明では、粉
体状であれば使用することができる。二酸化珪素は比表
面積が大きい方が鉛などの重金属の吸着能力が高く、ま
たアルカリ吸着能力も高い。したがって、比表面積が広
くなると、重金属は安定化されて溶出しなくなるが、そ
の一方で、処理材のかさ比重が低下して、処理材が嵩高
くなる。このため、処理材の輸送量が減る、保管に大き
なサイロが必要になる、廃棄物との混合時に、セメント
と同じフィーダーでは、少量の処理材しか混合できない
といった取り扱い上の問題が生じてくる。このような理
由から、本発明で使用する多孔質二酸化珪素の比表面積
(BET法による)は、150m2 /g以上、1000
2 /g未満であることが好ましく、より好ましくは2
00m2 /g以上、700m2 /g未満である。この様
な多孔質の二酸化珪素としては、カープレックスBS3
04、カープレックスBS304F、カープレックス#
67、カープレックス#80(いずれもシオノギ製薬
製)などがあげられる。また、酸性白土を硫酸で加熱処
理した後に、十分に洗浄して得られる多孔質二酸化珪素
も使用することができるが、これらに限定されるもので
はない。
【0011】アルミニウムシリケートとは、ケイ酸のケ
イ素の一部がアルミニウムで置換されたもので、軽石、
フライアッシュ、カオリン、ベントナイト、活性白土、
ケイソウ土、ゼオライトなどの天然のアルミニウムシリ
ケートや合成のアルミニウムシリケートが知られてい
る。多孔質アルミニウムシリケートは、比表面積が大き
い方が鉛などの重金属の吸着能力が高く、またアルカリ
吸着能力も高い。したがって、前記多孔質二酸化珪素と
同様に、このアルミニウムシリケートの比表面積(BE
T法による)も、150m2 /g以上、1000m2
g未満であることが好ましく、より好ましい範囲として
比表面積は200m2 /g以上700m2/g未満であ
る。このようなアルミニウムシリケートとしては、キョ
ーワード700PEL、キョーワード700PL(いず
れも協和化学株式会社製)などが挙げられる。また、モ
ンモリロナイト系の粘土である酸性白土、活性白土、ベ
ントナイトなどでその比表面積の広いものも使用できる
が、これらに限定されるものではない。
【0012】本発明で使用する珪酸ナトリウムは、粉
体、液体いずれも使用可能であるが、入手の容易さ、価
格面から、いわゆる水ガラスが好ましい。水ガラスで
は、Na 2 OとSiO2 のそれぞれの固形分比の違いに
よって、1号、2号、3号、4号があり、廃棄物のアル
カリ度に応じて適宜選択して使用するのがよい。なぜな
らば、廃棄物が酸性や中性である場合にはCdがイオン
化する。その場合、水ガラスのアルカリ性を利用して、
Cd(OH)2 とし、補助的にCdの安定化が可能とな
るからである。一方、廃棄物が高アルカリ性の場合に
は、アルカリ性の高い、つまりNa2 Oの含有量の多い
水ガラスを使用すると、かえってPbの再溶解を促す。
以上の理由で、廃棄物の特徴を把握しながら水ガラスを
選択する。また、液体の水ガラスを使用する場合には、
低温において粘度が比較的低く、固形分濃度が比較的高
く、常温において容易に取り扱い可能な3号水ガラスが
最も好ましい。
【0013】次に、前記多孔質無機吸着材または珪酸ナ
トリウムと、水溶性無機硫黄化合物との混合比率につい
て説明する。まず、多孔質無機吸着材と硫黄化合物との
混合比率は、廃棄物に含まれる重金属の溶出量に応じて
異なるが、一般的な混合比率は、無機吸着材100重量
部に対して硫黄化合物が5〜100重量部であり、より
好ましい範囲は、無機吸着材100重量部に対して硫黄
化合物が5〜50重量部である。これは、無機系硫黄化
合物は、溶解するとアルカリ性を示し、鉛を再溶解させ
る作用をするために少ないことが好ましいことによる。
【0014】また、粉体の珪酸ナトリウムと粉体の硫黄
化合物を混合する場合、および粉体の珪酸ナトリウムと
液体の硫黄化合物を別々に加えて処理材として用いる場
合には、多孔質無機吸着材の場合と同様に、混合比率
は、珪酸ナトリウム100重量部に対して、硫黄化合物
が5〜100重量部であることが好ましい。
【0015】しかし、液体の珪酸ナトリウムと硫黄化合
物とを混合して1液とする場合には、両者が反応して、
処理液の粘度が高まる。また、調合後、数日で沈殿物を
形成することから、保存安定性、取り扱い性に問題が生
ずる。したがって、硫黄化合物を液体珪酸ナトリウムと
混合する場合には、処理液の固形分100重量部中で、
硫黄化合物が固形分で12重量部以下、5重量部以上に
なるように混合することが好ましい。また、処理液中の
総固形分としては、珪酸ナトリウムと硫黄化合物の固形
分総量が43重量%以下であることが好ましい。なお、
処理液の保存安定性を向上させる目的で、粘度の高い廃
棄物処理材を運搬後、保管タンク内で希釈して使用する
ことも本発明の範疇である。このような観点から、処理
液中の固形分総量の下限は、4重量%である。
【0016】次に、本発明に係る廃棄物処理材の作製方
法に付いて説明する。本処理材はそれぞれの成分を予め
混合してもよいし、また、使用に際して全ての成分を混
合してもよい。なお、無機硫黄化合物は特有の臭気を持
つために、活性炭と組み合わせることで臭気を防ぐこと
が好ましい。また、液体珪酸ナトリウムと無機硫黄化合
物を組み合わせる場合には、無機硫黄化合物の濃度が高
いと、処理材の粘度が上昇することから、使用に際して
液体珪酸ナトリウムと無機硫黄化合物の2液を別々に混
合することが好ましい。
【0017】本発明で、多孔質無機吸着材や珪酸ナトリ
ウムを、無機硫黄化合物と組み合わせることが重金属安
定化の点で有効である理由は明らかでない。しかし、デ
バイヒュッケル式での水和イオンの有効半径が、カドミ
ウムイオンでは5Å、鉛イオンでは4.5Å、水銀イオ
ンでは4Å、硫黄化合物の水和イオンであるHSイオン
の有効半径が、OHイオンと同じ3.5Åと知られてい
る。したがって、多孔質無機吸着材では、重金属の水和
イオンが入ることのできる細孔にHSイオンが入り、多
孔質中で重金属を安定化できる。多孔質中には、飛灰中
のOHイオンも入って多孔質吸着材中のHイオンを中和
させ、重金属との反応点が失われ、重金属の安定化性能
が低下する。これを、硫化物イオンが、多孔質中で重金
属と反応して安定化して、補助的な安定化作用を果たし
ていると考えることができる。また、珪酸ナトリウムの
場合は、珪酸ナトリウムと硫黄化合物とが反応して着色
したり、粘度が高くなることから、珪酸ナトリウムがポ
リマー化して重金属の硫黄化合物を取り込んで、安定化
すると考えることができる。
【0018】次に、本発明の廃棄物処理材は、鉛、カド
ミウム、水銀からなる群より選ばれた少なくとも1つの
有害金属を含有する廃棄物とともに混合し、また、粉体
状の廃棄物の場合、あるいは、スラッジ状の廃棄物であ
っても、処理材と混合、混練した際に粉塵が舞い上が
り、廃棄物と処理材とを十分に混合できないような廃棄
物の場合には、必要に応じて水を添加し、これを混練
し、養生固化させることが好ましい。本発明を適用し得
る廃棄物としては、特に焼却灰、鉱さい、土壌、汚泥が
好適である。焼却灰には、主灰と飛灰がある。飛灰は、
都市ごみや産業廃棄物などの焼却に伴って発生する粉状
のばいじんや、溶融炉から発生するばいじんを集塵した
ものであり、電気集塵器で集塵したEP灰や、バグフィ
ルターなどで集塵したバグ灰などがあげられる。本発明
では、このようにして得られた飛灰、特に、アルカリ性
の高い飛灰が対象となる。一方、主灰は、都市ごみや産
業廃棄物の焼却場で、焼却炉下部より排出される灰であ
り、有害な重金属を含むものが対象となる。更に、本発
明の処理材および処理方法は、鉱山より排出される鉱さ
い、重金属などで汚染された土壌中の重金属の安定化、
廃水処理にともない発生する重金属を含んだ汚泥につい
ても処理対象とすることができる。
【0019】本発明に係る廃棄物処理方法の好ましい実
施態様としては、ホッパーに集められたダストや飛灰な
どの廃棄物と、別のホッパーやタンクからの廃棄物処理
材とを混合し、必要に応じてこれに水を加え賦型装置内
で十分に練り合わせて押し出す、というものである。一
般に、従来のセメントによる処理方法では廃棄物100
重量部に対して10〜30重量部のセメントを加えて混
練を行う。本発明の処理材を用いる場合には、同量のセ
メントを加えた場合よりも優れた性能が得られる。その
ために、例えばセメントと同等の重金属安定化能を希望
する場合には、処理材の添加量はセメントよりも少量で
よく、処理後の固化物の減容化が期待できる。また、従
来のセメントでは重金属の安定化が不十分な場合には、
セメントと同量の本処理材を加えることで、強力な重金
属安定化効果が期待できる。本処理材の使用量として
は、廃棄物100重量部に対して、処理材が5〜30重
量部になるように廃棄物に対して混合することが好まし
い。
【0020】
【発明の効果】本発明の廃棄物処理材を用いて、有害重
金属を含有する産業廃棄物や都市ごみの焼却炉から排出
されるEP灰やバグ灰(特に、消石灰や生石灰を吹き込
んだEP灰やバグ灰)といった廃棄物を処理した場合に
は、重金属安定化性能に優れ、しかも廃棄物中の有害な
重金属が長期間にわたって再溶出しないよう強力に安定
化できる。また、この処理材は、安価でもあることか
ら、産業廃棄物や都市ごみの焼却炉から排出されるEP
灰やバグ灰などの飛灰の安定化処理に非常に有効なもの
である。
【0021】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に
説明するが、本発明はこれに限定されるものでない。
【0022】(実施例1)二酸化珪素は、酸性白土を硫
酸で加熱処理した後に十分洗浄して得られた多孔質二酸
化珪素(比表面積250m2 /g)を用いた。また、硫
化ソーダは、和光純薬より入手した。都市ごみ焼却工場
から排出された、鉛を大量に含有する高アルカリ性飛灰
(無処理時の鉛溶出量73mg/L(環境庁告示13号
法による。以下、同じ。))30gに対して、以下の表
1に示す処理材および18gの水を添加して混練を行
い、20℃で1日間養生させた。その後、これらの処理
材を用いた場合の無害化効果を調べるために、環境庁告
示13号法で抽出試験を行ない、鉛の溶出濃度を測定し
た。この時の実験結果を以下の表1に示す。
【0023】
【表1】
【0024】実施例1−1〜実施例1−3と比較例1−
1、比較例1−2を比較すると、本発明に係る処理材
は、処理材として二酸化珪素を単独で使用した場合より
も鉛の溶出量が低下していることが分かる。
【0025】(実施例2)二酸化珪素は、酸性白土を硫
酸で加熱処理した後に十分洗浄して得られた多孔質二酸
化珪素(比表面積250m2 /g)を用いた。水硫化ソ
ーダ(NaSH)、硫化鉄(FeS)、硫黄(S)は、
和光純薬より入手した。都市ごみ焼却工場から排出され
た、鉛を大量に含有する高アルカリ性飛灰(無処理時の
鉛溶出量94mg/L)30gに対して、以下の表2に
示す処理材および18gの水を添加して混練を行い、2
0℃で1日間養生させた。その後、これらの処理材を用
いた場合の無害化効果を調べるために、環境庁告示13
号法で抽出試験を行ない、鉛の溶出濃度を測定した。こ
の時の実験結果を以下の表2に示す。
【0026】
【表2】
【0027】実施例2と比較例2−3とを比較すると、
処理材として二酸化珪素を単独で使用した場合に較べ
て、二酸化珪素に水硫化ソーダ(NaHS)を添加する
ことによって鉛溶出量が低下していることが分かる。ま
た、比較例2−4や比較例2−5と比較すると、水硫化
ソーダ(NaHS)の代わりに硫化鉄(FeS)や硫黄
(S)を添加しても、鉛溶出量を低下させることはでき
ないことが分かる。
【0028】(実施例3)3号水ガラス(日本化学製)
に対して水硫化ソーダ(和光純薬製)を4重量%添加し
て十分に混合して処理材を得た。都市ごみ焼却工場から
排出された、鉛を大量に含有する高アルカリ性飛灰(無
処理時の鉛溶出量100mg/L)30gに対して、以
下の表3に示す処理材および18gの水を添加して混練
を行い、20℃で1日間養生させた。その後、これらの
処理材を用いた場合の無害化効果を調べるために、環境
庁告示13号法で抽出試験を行ない、鉛の溶出濃度を測
定した。この時の実験結果を以下の表3に示す。
【0029】
【表3】
【0030】実施例3−1〜実施例3−3と比較例3−
1〜比較例3−3とを比較すると、水ガラスに水硫化ソ
ーダを添加すると、鉛に対する安定化性能が向上するこ
とが分かる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C02F 11/00 ZAB B09B 3/00 304K (72)発明者 舟橋 孝 大阪府摂津市鳥飼西5丁目1番1号 鐘淵 化学工業株式会社内 (72)発明者 上北 正和 大阪府摂津市鳥飼西5丁目1番1号 鐘淵 化学工業株式会社内

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水溶性無機硫黄化合物と、多孔質無機吸
    着材または珪酸ナトリウムを主たる構成成分とする、
    鉛、カドミウム、または水銀を含有する廃棄物の処理
    材。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の廃棄物処理材において、
    前記水溶性無機硫黄化合物が、Na2 S、K2 S、Na
    HS、およびKHSの内から選択される少なくとも1種
    である廃棄物処理材。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の廃棄物処理材において、
    前記多孔質無機吸着材が、BET比表面積が150m2
    /g以上、1000m2 /g未満である粉体状のアルミ
    ニウムシリケートまたは二酸化珪素である廃棄物処理
    材。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の廃棄物処理材において、
    前記多孔質無機吸着材が、BET比表面積が200m2
    /g以上、700m2 /g未満である粉体状のアルミニ
    ウムシリケートまたは二酸化珪素である廃棄物処理材。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の廃棄物処理材において、
    前記珪酸ナトリウムが、粉体または液体である廃棄物処
    理材。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の廃棄物処理材において、
    前記珪酸ナトリウムが、1号水ガラス、2号水ガラス、
    3号水ガラス、および4号水ガラスの内から選択される
    少なくとも1種である廃棄物処理材。
  7. 【請求項7】 請求項1記載の廃棄物処理材において、
    多孔質無機吸着材100重量部に対して、硫黄化合物が
    5〜100重量部である廃棄物処理材。
  8. 【請求項8】 請求項1記載の廃棄物処理材において、
    多孔質無機吸着材100重量部に対して、硫黄化合物が
    5〜50重量部である廃棄物処理材。
  9. 【請求項9】 請求項1記載の廃棄物処理材において、
    粉体珪酸ナトリウム100重量部に対して、硫黄化合物
    が5〜100重量部である廃棄物処理材。
  10. 【請求項10】 請求項1記載の廃棄物処理材におい
    て、珪酸ナトリウムの固形分(SiO2 +Na2 O)1
    00重量部に対して、硫黄化合物が固形分で5〜12重
    量部になるように調合してなり、かつSiO2 、Na2
    O、および硫黄化合物の固形分の総量が4〜43重量%
    である液体状の廃棄物処理材。
  11. 【請求項11】 鉛、カドミウム、水銀からなる群より
    選ばれた少なくとも1つの有害物質を含有する廃棄物
    を、請求項1〜10のいずれかに記載の廃棄物処理材と
    ともに混合し、必要に応じて水を添加したものを混練
    し、養生固化させる廃棄物処理方法。
  12. 【請求項12】 請求項11記載の廃棄物処理方法にお
    いて、前記廃棄物が、焼却灰、鉱さい、土壌、または汚
    泥である廃棄物処理方法。
  13. 【請求項13】 請求項11記載の廃棄物処理方法にお
    いて、前記廃棄物が、高アルカリ性の焼却飛灰である廃
    棄物処理方法。
JP8055917A 1996-03-13 1996-03-13 廃棄物処理材および廃棄物処理方法 Pending JPH09248540A (ja)

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