JPH1157650A - 廃棄物焼却集塵灰の安定化処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃棄物焼却集塵灰の安定化処理方法に関し、
鉛等の両性重金属の溶出を安価でかつ効果的に低減させ
ることを課題とする。 【解決手段】 廃棄物焼却集塵灰に、白土等の珪酸分を
含む処理剤を添加して水で練り混ぜた後、飽和水蒸気圧
下で高温高圧養生を行なうことにより鉛等の重金属の溶
出を低減させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物焼却集塵灰
の安定化処理方法に関するものであり、さらに詳しくは
集塵灰に含まれる鉛等の有害重金属を不溶化、固定化す
ることによって、廃棄物焼却集塵灰からの重金属の溶出
量を低減させる処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】廃棄物焼却場から排出される焼却集塵灰
は、そのまま埋め立て処分することはできず、含有され
ている重金属の溶出量が所定の基準値に適合するよう
に、中間処理を行なうことが義務づけられている。中間
処理の方法としては、セメント固化、高分子キレート剤
等各種の薬剤による処理、酸抽出処理、溶融処理等が採
用されている。また、廃棄物の焼却過程で、排気ガスの
浄化のために消石灰等を吹き込み、その集塵灰を水で練
り混ぜ造粒し、焼却炉の廃熱等を利用した水蒸気オート
クレーブにより固化することによって重金属の溶出を低
減しようとする方法も提案されている（特開昭55-3587
0）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし最近は、焼却炉
の排気ガス浄化のために吹き込まれる消石灰等によっ
て、集塵灰は高アルカリ性となっている場合が多く、鉛
等の両性重金属は溶出しやすい状況にある。また、特開
昭55-35870「廃棄物の焼却処理方法」は、消石灰等の石
灰を吹き込んだ集塵灰をオートクレーブ養生で固化した
だけで、重金属の溶出に関して、カドミウムの溶出防止
に効果がある旨の記載がある。しかし、これは、カドミ
ウムの水酸化物が高アルカリ性下では水に難溶性である
ためと考えられ、この処理方法では、集塵灰固化物はオ
ートクレーブ養生後も依然高アルカリ性を示すため、両
性金属である鉛の溶出を防ぐことは困難である。

【０００４】さらに、鉛の溶出量基準値が改定強化され
たため、セメント固化によっても固化物は高アルカリ性
であるため、溶出量基準値をクリアーすることが困難で
ある。また、高分子キレート剤等の薬剤による処理で
は、溶出量基準値をクリアーできたとしても、多量の薬
剤を添加しなければならず、処理コストが高価にならざ
るを得ない。その他、集塵灰を溶融し、スラグ化する方
法もある。この方法では重金属はスラグの構造中に封じ
込められてしまうため、重金属は非常に溶出しにくくな
る。しかし、集塵灰を溶融するためには多量のエネルギ
ーが必要であり、設備的に大がかりにならざるを得な
い。さらに、溶融過程で鉛等の重金属が非常に濃縮され
た溶融集塵灰が発生してしまい、この溶融集塵灰の処理
は、溶融前の集塵灰の処理よりはるかに困難である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明が上記課題を解決
するための手段は、廃棄物焼却集塵灰に珪酸分を含む処
理剤を添加して水で練り混ぜた後、飽和水蒸気圧下で高
温高圧養生を行なうことにより、廃棄物焼却集塵灰から
の重金属の溶出を低減させること特徴とする。集塵灰に
処理剤として白土や高炉水砕スラグなどを添加して水で
練り混ぜた後、単に常温常圧下で養生を行なうだけで
も、集塵灰に含まれている鉛等の重金属の溶出量を低減
することができる（特願平8-268547、特願平8-06684
3）。

【０００６】しかし、処理剤の添加量を少なくした場合
や養生時間を短くした場合に、また、常温常圧下では集
塵灰との反応性が低い安価な処理剤を使用する場合に、
効果的に集塵灰からの重金属の溶出を低減するには、珪
酸分を含む処理剤を添加、水で練り混ぜた後、飽和水蒸
気圧下で、高温高圧養生を行うことが効果的であること
を見いだした。さらに、従来のセメント固化や高分子キ
レート剤等の薬剤処理では困難であった溶融処理の過程
で発生する溶融集塵灰からの重金属の溶出を低減する場
合にも、珪酸分を含む処理剤を添加、水で練り混ぜた
後、飽和水蒸気圧下で高温高圧養生を行なうことが効果
的であることを見いだした。

【０００７】珪酸分を含む処理剤としては、白土、ベン
トナイト、アタパルジャイト、セピオライト、イライ
ト、アロフェン等の粘土鉱物や、フライアッシュ、シリ
カヒューム、珪石微粉末、シリカゲル、高炉水砕スラグ
等を使用することができる。但し、珪酸が含まれている
限り、特に限定されない。これらは、粉末度や比表面積
の大きいものほど反応性が高いが、添加量を含め集塵灰
の処理コスト的にできる限り安価なものを選択すること
が望ましい。従って、添加量が少なくても効果の高い白
土や、非常に安価なフライアッシュを使用するのが好ま
しい。なお、これらの処理剤は、集塵灰に対して単体で
使用しても、任意に組み合わせて複数使用してもよい。

【０００８】処理剤の添加量は、対象となる集塵灰や溶
融スラグ化処理により発生する集塵灰の性状によって適
宜調整されるが、集塵灰重量に対して５〜３０重量％の
範囲で添加することが好ましい。処理剤の添加による処
理後の集塵灰の増量を嫌う場合は白土等の粘土鉱物を、
処理後の集塵灰の増量よりも処理コストを重視する場合
にはフライアッシュや高炉水砕スラグを使用するのが望
ましい。

【０００９】養生温度は、密閉容器中の飽和水蒸気圧を
１気圧以上にするために１００℃よりも高くすることが
必要であり、圧力は密閉容器中であれば加熱温度に依存
して決まる。本発明の処理方法の高温高圧養生条件は、
温度１００〜３００℃、圧力１〜９０気圧が望ましい。
本発明の処理方法の重金属の溶出低減効果は、養生温度
が高いほど顕著になるが、温度をあまりに高くすると、
それに伴って圧力が高くなるため、高圧に耐える処理装
置にコストがかかり、また大きな加熱エネルギーが必要
とされるので、一般的なオートクレーブの養生条件であ
る温度１８０℃圧力１０気圧程度で高温高圧養生するの
が好ましい。

【００１０】養生時間に関しても、対象となる集塵灰や
溶融スラグ化処理により発生する集塵灰の性状によっ
て、適宜調整される。養生時間は、ある程度長い方が溶
出低減効果が増大するが、温度条件と同様に処理コスト
から考えて、短かい養生時間で行なうことが望ましい。

【００１１】

【作用】高アルカリ性の集塵灰に珪酸分を含む処理剤を
添加して水で練り混ぜた後、飽和水蒸気圧下で高温高圧
養生を行なうことによって、珪酸カルシウム水和物や珪
酸アルミニウム水和物等が生成する。

【００１２】すなわち、処理剤の珪酸分と集塵灰に多量
に含まれている消石灰中のカルシウムが反応し、珪酸カ
ルシウムが生成される。例えば、トバモライト、ゾノト
ライト等の結晶性珪酸カルシウム水和物が生成され、こ
れらは鉛等の重金属をイオン交換により結晶構造中に取
り込み、集塵灰からの重金属の溶出を低減させる。ま
た、結晶性以外の珪酸カルシウム水和物も生成され、こ
れらは鉛等の重金属を物理的に封じ込めたり、化学的に
吸着することにより集塵灰からの重金属の溶出を低減す
る。

【００１３】処理剤に珪酸分の他に珪酸アルミニウム分
が含まれている場合も、高温高圧養生によって、ハイド
ロガーネット等の珪酸アルミニウム水和物が生成され、
これらも鉛等の重金属を物理的に封じ込めたり、化学的
に吸着する。また、集塵灰に含まれる消石灰中のカルシ
ウムが処理剤の珪酸分との水和反応によって消費され、
アルカリ性の集塵灰が中和されることによっても鉛等の
重金属の溶出が低減される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１５】実施例１〜４ 実施例１〜４として、都市ゴミ焼却場から排出された、
灰中の鉛の含有量が2800(mg/kg) 、環境庁告示第１３号
試験による鉛の溶出量が50(mg/l)の集塵灰１００重量部
に対して、珪酸分を含む処理剤として市販の活性白土、
酸性白土、ベントナイト、 JIS規格フライアッシュをそ
れぞれ１０重量部添加して、水で十分に練り混ぜた後、
オートクレーブ装置で毎時１００℃昇温し、１８０℃１
０気圧で１時間飽和水蒸気圧下で水熱養生した。

【００１６】比較例１〜１０ 比較例１として、実施例と同様の集塵灰１００重量部に
対して普通ポルトランドセメント１０重量部を添加し、
１８０℃１０気圧で１時間水熱養生した。比較例２〜９
として、実施例と同様の集塵灰１００重量部に対して普
通ポルトランドセメントを１０及び３０重量部、市販の
高分子キレート剤を１及び３重量部、上記の珪酸分を含
む処理剤１０重量部それぞれ添加し、常温常圧下で１時
間養生した。さらに、比較例１０として、水のみで集塵
灰を混練し、常温常圧下で１時間養生した。

【００１７】実施例５〜１２ 実施例５〜１２として、上記実施例と同様の集塵灰１０
０重量部に対して、珪酸分を含む処理剤として市販の活
性白土及び JIS規格フライッシュをそれぞれ１０重量部
添加し、水で十分に練り混ぜた後、オートクレーブ装置
で毎時１００℃で昇温し、１２０℃、１５０℃、１８０
℃、２００℃の各温度で１時間飽和水蒸気圧下で水熱養
生した。

【００１８】比較例１１〜１６ 比較例１１及び１２として、１００℃で１時間飽和水蒸
気圧下で水熱養生した。他の条件は、上記実施例５〜１
２と同様である。比較例１３〜１６として、水のみで集
塵灰を混練し、上記実施例５〜１２の各温度で１時間飽
和水蒸気圧下で水熱養生した。他の条件は上記実施例５
〜１２と同様である。

【００１９】実施例１３〜１５ 都市ゴミ焼却場集塵灰を溶融スラグ化処理する過程で排
出された、灰中の鉛の含有量が18200(mg/kg)、環境庁告
示第１３号試験による鉛の溶出量が120(mg/l)の集塵灰
１００重量部に対して、珪酸分を含む処理剤として市販
の活性白土、 JISフライアッシュ、高炉水砕スラグをそ
れぞれ２０重量部添加して水で十分に練り混ぜた後、オ
ートクレーブ装置で毎時１００℃で昇温し、１８０℃１
０気圧で１時間飽和水蒸気圧下で水熱養生した。

【００２０】比較例１７〜２５ 比較例１７〜１９として、上記実施例１３〜１５と同様
の処理剤を添加し、常温常圧下で養生した。他の条件
は、上記実施例１３〜１５と同様である。比較例２０〜
２３として、集塵灰１００重量部に対して普通ポルトラ
ンドセメント２０及３０重量部、市販の高分子キレート
剤３及び５重量部を添加し、常温常圧下で養生した。他
の条件は、実施例１３〜１５と同様である。比較例２４
及び２５として、水のみで混練し、１８０℃１０気圧下
及び常温常圧下で養生した。他の条件は、実施例１３〜
１５と同様である。

【００２１】試験例 上記実施例１〜１５及び比較例１〜２５で得られた処理
後の集塵灰について、鉛の溶出試験を行なった。溶出試
験は、練り混ぜから２４時間後に環境庁告示第１３号に
準拠して行なった。すなわち混練物を粉砕してフルイ目
開き0.5 〜5mm の間に残るものを 50g採取し、500ml の
蒸留水を加えて６時間振とうさせ、この振とう液をろ過
し、ろ液から鉛の溶出量及び溶出ろ液のｐＨを測定し
た。測定結果を表１〜３に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】試験の結果、珪酸分を含む処理剤を添加
後、オートクレーブで水熱養生した場合（実施例１〜
４）は、集塵灰固化物の溶出ろ液のｐＨは約１１程度ま
で下がり、効果的に鉛の溶出量が低減され、環境庁の定
める溶出基準値〔 0.3(mg/l)未満〕をクリアーすること
ができることがわかった。一方、普通ポルトランドセメ
ントを実施例１〜４と同量添加し、同じ条件で水熱養生
した場合（比較例１）、普通ポルトランドセメント及び
高分子キレート剤を添加して常温常圧下で養生した場合
（比較例２〜５）、実施例１〜４と同様の珪酸分を添加
して常温常圧下で養生した場合（比較例６〜９）、水の
みで混練した場合（比較例１０）は、いずれも集塵灰固
化物のｐＨが約１２であり、鉛の溶出量を十分に低減で
きないことがわかった。

【００２６】また、珪酸分を含む処理剤を添加しオート
クレーブで水熱養生した場合は、養生温度が高いほど溶
出ろ液のｐＨは下がり、鉛の溶出量が低減されることが
わかった。特に、１８０℃以上で水熱養生した場合に、
効果的に鉛の溶出量を低減することができる（実施例５
〜１２）。一方、１００℃で１時間水熱養生した場合
（比較例１１及び１２）は、基準値をクリアーできるほ
ど鉛の溶出量を低減することができず、実施例５〜１２
と同様の各養生条件下において、水のみで集塵灰を混練
した場合（比較例１３〜１６）は、鉛の溶出量を低減す
ることができないことがわかった。なお、 JIS規格フラ
イアッシュは活性白土よりも反応性が悪く、とくに温度
が低い場合にその差が顕著である。

【００２７】更に、溶融スラグ化処理により発生する集
塵灰についても、珪酸分を含む処理剤を添加しオートク
レーブを使用して１８０℃で１時間水熱養生した場合
（実施例１３〜１５）は、効果的に鉛の溶出量を低減す
ることができ、溶出基準値をクリアーすることがわかっ
た。一方、珪酸分を添加して常温常圧で養生した場合
（比較例１７〜１９）、普通ポルトランドセメント及び
高分子キレート剤を添加した場合（比較例２０〜２
３）、水のみで混練した場合（比較例２４及び２５）
は、いずれも鉛の溶出量を十分に低減することができな
いことがわかった。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明の処理方法によれ
ば、廃棄物焼却集塵灰又は溶融スラグ化処理により発生
する集塵灰から、鉛等の両性重金属の溶出を、安価でか
つ効果的に低減することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 君田 美智夫 東京都千代田区神田美土代町１番地 住友 大阪セメント株式会社内 (72)発明者 國西 健史 大阪市大正区南恩加島７丁目１番55号 住 友大阪セメント株式会社セメント・コンク リート研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄物焼却集塵灰に珪酸分を含む処理剤
   を添加して水で練り混ぜた後、飽和水蒸気圧下で高温高
   圧養生を行なうことにより重金属の溶出を低減させるこ
   とを特徴とする廃棄物焼却集塵灰の安定化処理方法。
2. 【請求項２】 前記珪酸分を含む処理剤が、白土やベン
   トナイト等の粘土鉱物、フライアッシュ、珪石、高炉水
   砕スラグから選ばれる１種以上であることを特徴とする
   請求項１記載の廃棄物焼却集塵灰の安定化処理方法。
3. 【請求項３】 前記養生が、温度１００〜３００℃、圧
   力１〜９０気圧で行なわれることを特徴とする請求項１
   記載の廃棄物焼却集塵灰の安定化処理方法。