JP2005028343A - 有害金属汚染廃棄物からの有害金属の溶出防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 有害金属で汚染された土壌などの廃棄物の有害金属を良好に封じ込めて、外部への溶出を抑制する。
【解決手段】 有害金属で汚染された土壌などの有害金属汚染廃棄物に、酸化マグネシウムを有効成分として含む処理材を５〜２０質量％添加し、次いで解砕機能を有する攪拌造粒機により混合造粒して、酸化マグネシウムを内部または表面に含有する粒状物を製造する工程、前記攪拌造粒機により、該粒状物の表面を酸化マグネシウムを有効成分として含む処理材で被覆して０．３〜１０ｍｍの粒状物が７５質量％以上である酸化マグネシウム被覆粒状物を製造する工程、そして該酸化マグネシウム被覆粒状物を養生する工程からなる、有害金属汚染廃棄物から有害金属の溶出を防止する方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、重金属類に代表される有害金属で汚染された焼却灰、汚泥、土壌、底質、石粉、再生粉等の廃棄物から、有害金属の溶出を極力低減することを可能にする有害金属汚染廃棄物からの有害金属の溶出防止方法に関する。

この種の廃棄物の処理方法としては、従来、幾つかの技術が開示されている。
例えば、特許文献１には、粉状体、又は泥状体からなる産業廃棄物の原料にセメントと水ガラス溶液とを添加し、攪拌することによって泥状の混合体となし、混合体を丸めて多数の粒状体を形成し、更に、その粒状体に水ガラス溶液を噴霧して、粒状体の表面を被覆した後に、乾燥して硬化し、有害物質が溶出しないようにした技術が開示されている。

特許文献２には、産業廃棄物をアルカリ金属塩のアルカリ性水溶液とコバルトアミン錯体の酸性ないし中性溶液との組合せからなる処理剤により処理し、その産業廃棄物をセメントと水の存在下で粒径が０．５〜２０ｍｍの範囲内にあるものに造粒し、その造粒物をモルタルにより被覆し、有害物質の溶出を抑制した技術が開示されている。

特許文献３には、石膏系廃材を粉砕して得た粒子を適当な粒径（粗骨材の場合であれば、粒径２３ｍｍ以下）に造粒した後、その表面を、セメント原料および水からなるセメント系原料で被覆し、加熱加圧下で炭酸ガスに曝して炭酸化処理し、硫酸カルシウム成分の溶出を抑制した硬質な被覆膜が形成された廃石膏利用骨材を得る技術が開示されている。

特許文献４では、セメント等では処理が難しい鉛、六価クロム、砒素、セレン等による汚染土壌を泥土状となし、所定の水と酸化マグネシウムまたは酸化マグネシウムに酸性固化助剤を加えたものを添加・固化して、重金属の近接土壌への溶出を防止した技術が開示されている。

しかしながら、上述の特許文献１〜３に示された発明においては、いずれにおいてもセメントあるいは水ガラスで粒状体を形成した後、セメントまたは水ガラスで被覆、あるいは加熱加圧下で炭酸化するものであり、重金属の溶出は物理的な封じ込めによってなされるもので、その効果は未だ不十分であった。
また、作製された造粒物の粒度分布が広く、特に粗大粒子や微粒子において重金属を封じ込める上で信頼性が低くなる欠点があった。

一方、特許文献４では、セメント等では処理が難しい鉛、六価クロム、砒素、セレン等の汚染土壌に所定量の水と酸化マグネシウムまたは酸化マグネシウムに酸性固化助剤を加えたものを添加・固化して、近接土壌への溶出を防止しているが、このような酸化マグネシウムの使用方法においては、土壌と処理材との混合精度が十分とは言えず、高い固化強度が得られ難いことや、重金属の不溶化効果更にはその長期安定性の確保に問題があった。

特開平１１−３３３４２３号公報 特開平８−５７４４３号公報 特開２００１−９７７５０号公報 特開２００２−２０６０９０号公報

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、重金属類などの有害金属（特に、鉛、六価クロム、砒素、セレン等）によって汚染された焼却灰、汚泥、土壌、底質、石粉、再生粉などの廃棄物からの有害金属の溶出を防止する方法を提供することを目的とする。尚、ここで、再生粉とは、コンクリート構造物の解体時に回収した砂とセメントの混合物のことを言う。

本発明は、有害金属で汚染された焼却灰、汚泥、土壌、底質、石粉、および再生粉からなる群から選ばれる少なくとも一種の有害金属汚染廃棄物に、酸化マグネシウムを有効成分として含む処理材を５〜２０質量％添加し、次いで解砕機能を有する攪拌造粒機により混合造粒して、酸化マグネシウムを内部または表面に含有する粒状物を製造する工程、前記攪拌造粒機により、該粒状物の表面を酸化マグネシウムを有効成分として含む処理材で被覆して０．３〜１０ｍｍの粒状物が７５質量％以上である酸化マグネシウム被覆粒状物を製造する工程、そして該酸化マグネシウム被覆粒状物を養生する工程からなる、有害金属汚染廃棄物から有害金属の溶出を防止する方法にある。

本発明の好ましい態様を以下に記載する。
（１）粒状物の表面を被覆する上記処理材の被覆量を、粒状物に対して５〜２０質量％とする。
（２）混合造粒用の攪拌造粒機そして処理材被覆用の攪拌造粒機を、いずれも、容器内に攪拌羽根とチョッパーとを備えた構成とする。
（３）前記処理材がいずれも、ブレーン比表面積６０００〜２００００ｃｍ²／ｇの酸化マグネシウムを有効成分として含む。

本発明の有害金属の溶出防止方法によれば、処理対象物の解砕処理と、酸化マグネシウムを有効成分とする処理材添加による粒状物の作製、当該処理材による粒状物の被覆、被覆粒状物の養生固化という一連の処理により、有害金属の溶出が抑制された強固な造粒物を得ることができる。また、被覆粒状物間の間隙を十分に確保できることから、埋立て状態での透水性に優れ、地下水汚染などの二次汚染をも回避できる。従って、本発明に従う有害金属の溶出防止方法により、地球環境の保全に多大に貢献できる。

本発明の方法の第一工程では、処理対象の、有害金属を含む焼却灰、汚泥、土壌、底質、石粉、再生粉などの無機廃棄物に、酸化マグネシウムを有効成分として含有する処理材を添加した後、解砕機能を有する攪拌造粒機により無機廃棄物を解砕しながら、処理材と無機廃棄物解砕物とを混合し、無機廃棄物解砕物の内部もしくは表面に処理材を分散付着させる。処理材の無機廃棄物解砕物内における分散性を上げるには、解砕物の粒径はおよそ０．３〜１０ｍｍの範囲とすることが好ましい。
攪拌混合に、攪拌混合用の攪拌羽根と破砕用のチョッパーを設けた攪拌造粒機を使用すれば、攪拌混合時に、処理対象物を構成する粒子の、粒径１０ｍｍ以下への解砕が効果的に進むことから、処理材の分散性が上がり好ましい結果が得られる。

処理材の有効成分である酸化マグネシウム粉末は、製造時の焼成温度により水和反応性が異なるため、粉末度を調整するのが好ましい。具体的には、酸化マグネシウムは、炭酸マグネシウムあるいは水酸化マグネシウム等を焼成して得られるが、その粉末度は、ブレーン比表面積基準で６０００〜２００００ｃｍ²／ｇの範囲にあることが好ましい。すなわち、焼成温度が高くなると、水和活性が低下するため、粉末度を上げて、細かい粉末にすることが望ましいが、細かすぎると、処理材自体のハンドリング性が低下し、好ましくない。

処理材としての酸化マグネシウムは、その水和により生成する水酸化マグネシウムの特性上、処理土のｐＨが鉛の不溶化に適正な１０〜１１程度となり、鉛を水酸化物として安定に固定することができる。また、水酸化マグネシウムは、六価クロムや砒素、セレン等を効果的に吸着・不溶化する特性を有する。

酸化マグネシウムは、有害金属で汚染された処理対象物の粒度構成や含水比等によっては、十分な造粒物の強度や不溶化効果が得られ難い場合が生じるが、所望により、硫酸アルミニウム、硫酸鉄、硫酸鉄、過燐酸石灰、ヘキサメタ燐酸ナトリウム、炭酸エチレン等の調整材を添加することで改善することができる。これらの調整材は、ｐＨ調整や強度向上等の機能を有する。このほかに、対象となる有害金属の種類に応じて、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫化ナトリウム、硫黄、燐酸、燐酸ナトリウム、水酸化アパタイト、フッ素アパタイト、キレート剤、次亜塩素酸等の有害金属不溶化剤を酸化マグネシウムに併用することもできる。
これら調整材の添加量は、処理材に対して内割り質量基準で３０質量％未満とする。多すぎると逆に強度低下を招くことがある。

酸化マグネシウムを有効成分として含む処理材の添加量は、有害金属を含む処理対象物に対し５〜２０質量％とする。処理材添加量が５質量％未満では固化が不十分となり、その後の処理材による被覆を含めても不溶化処理性能が低下し、一方では、２０質量％より大としても、新たに付加される添加効果は小さく、処理コストが大幅に増加する。

廃棄物の攪拌混合・解砕物は、並行して、あるいは続いて造粒処理が施され、処理材が内部もしくは表面に付着した粒状物となる。造粒処理は、攪拌・解砕に用いた前記攪拌造粒機を使用して行なうのが便利であるが、回転式の造粒専用機で球状の粒状物を作製する方法でも構わない。
処理対象物（廃棄物）を構成していた粒子は、造粒後の粒状物においては、解砕を受けたまたは解砕を受けなかった堅牢な粒子の何れかとして存在する。処理材は、解砕を受けた粒子ではその表面および内部に、解砕を受けなかった粒子では主としてその表面に、水和した状態で付着されることになるが、一部は、未水和の状態で、粒状物の内部および／または表面に存在する。この、解砕を受けた構成粒子の表面あるいは内部に存在する未水和処理材は、各粒子からの有害金属の溶出（一次溶出）の抑制に極めて優れた効果を発揮する。

また、このような少なくとも表面に未水和処理材を含む粒状物では、次工程における、同一種の処理材による被覆処理をより効果的に行うことができる。

第一工程で得られた粒状物には、さらに、酸化マグネシウムを有効成分として含む酸化マグネシウム含有処理材で被覆処理が施される。この被覆処理で、十分な強度を持つ被覆粒状物を得ることができる。なお、本発明により処理が施された造粒土が酸性雨や埋戻し時に土中の腐植酸等の有機酸に曝された場合には、該被覆層が中和層（緩衝層）として機能することになるが、酸化マグネシウムはセメント等に比較して単位質量当たりの酸中和能が非常に大きいことから、本発明に従って金属溶出防止処理が施された粒状処理土は、長期にわたって、処理土のｐＨ値が鉛等の不溶化に適正な１０〜１１程度に維持されることになる。すなわち、有害金属の粒状物外への溶出（二次溶出）が物理的および化学的に、さらにはこれらの相乗効果によって抑制され、金属不溶化能力が長期間にわたって安定的に維持されることになる。

粒状物を被覆する被覆材の好ましい添加量の範囲は、粒状物の５〜２０質量％である。５質量％より少ないと十分な被覆層厚さが得られにくく、結果として不溶化効果が低下する傾向がある。一方、２０質量％より大としても、新たに付加される効果は小さく、処理コストが増加するため工業的には不利となる。また、被覆材には、必要に応じて、水ガラスや高分子系の水溶液やエマルジョンを併用しても良い。

本発明の有害金属不溶化処理方法においては、攪拌混合・解砕、造粒あるいは被覆工程において適量の水分が必要であるが、処理対象物（廃棄物）から持込まれる水分量では不足する場合には、水分を補充・調整することになる。しかし、必要以上の水分が持ち込まれると、多量の処理材が必要となって、処理コストが増加する他、粒状物や被覆層の形成が上手く行かず、有害金属の初期の封じ込めが達成できない。このため、予め、土木脱水、沈降分離、機械脱水（高圧フィルタープレス等）による脱水により水分量を低減し、寧ろ、不溶化処理過程では適宜添加する方が良い結果が得られることが多い。

被覆処理後の粒状物の構造例を摸式的に図１に示す。この構造は、有害金属で汚染された焼却灰、汚泥、土壌、底質、石粉、再生粉中の構成粒子が解砕された後の造粒過程において、粒状物中の粒子間接着が余り起こらない場合であって、例えば、含水率が少ない場合に見られるものである。これに対して、含水率が多くなると、粒状物中の処理材が分散した解砕粒子の破壊・接着が繰返され一体化する。但し、実際には、これらの中間、すなわち、形状を維持した構成粒子と解砕を受け形状を維持しない構成粒子とが混在する粒状物になるケースも多い。

粒状物に、被覆処理を施して得られた被覆粒状物は、粒径０．３〜１０ｍｍの粒群が７５質量％以上含まれる粒度のものが好ましい。このように、微粉粒量を少なくすることにより、処理物を最終処分場などに埋め戻す場合、粒子間に間隙が多いことから透水し易くなり、例えば、被覆粒状物から重金属等が二次的に溶出したとしても、それが長期間にわたって蓄積され高濃度化することが避けられる。一方、被覆粒状物の粒度がこの範囲を逸脱すると、有害金属の被覆粒状物内への封じ込めが不十分となる。

次いで、被覆粒状物を、屋外または屋内において所定期間養生する。養生期間は、被覆粒状物の性状、未水和処理材量、養生条件（温度、湿度、降雨量）や利用目的によって異なるが、１日以上、通常３日〜１週間程度である。

従って、本発明の有害金属汚染廃棄物からの有害金属の溶出防止方法は、処理材や調整材を粒状物、さらには被覆粒状物の被覆層部分に均一に分散させることによって、単に処理材を添加混合・固化した場合に比べて、良好な有害金属の溶出防止効果を達成することができるものとなる。

次に、本発明の実施手順を図面に基づいて詳細に説明する。
図２は、本発明の有害金属の溶出防止方法を利用した汚染土壌の処理の全体プロセスを説明する概略構成図である。
図２において、有害金属で汚染された汚染土壌をベルトコンベア１により土壌水洗機２に搬送して水洗処理し、その有害金属が溶出した洗浄排水を原水槽３に供給する。洗浄処理によって有害金属を洗浄除去して無害化処理した土壌は、そのまま、再利用や埋戻し用等として回収する。
原水槽３に貯められた排水を薬剤凝集槽４に供給し、凝集剤を注入して凝集させた後、固液分離槽５に供給する。この固液分離槽５において、汚泥を沈降分離させ、上澄み液は処理水槽６に回収する。その回収された処理水は、土壌洗浄用の界面活性剤を添加混合して土壌水洗機２に供給され、再利用される。

固液分離槽５から沈降分離された汚泥ケーキは、ベルトコンベア（図示せず）などで取出し、攪拌造粒機７に供給される。
攪拌造粒機７は、図３の縦断面図、および図４の平面図に示すように、容器本体８内の底部に攪拌羽根（アジテータ）９が回転駆動可能に設けられ、容器本体８内の周部の一個所にチョッパー１０を設けて構成されている。

チョッパー１０は、６枚の細長い楕円状の小径刃体１１と大径刃体１２とを、交互に十字状になるように所定間隔を隔てて回転軸１３に取り付けて構成されている。
上記構成とすることにより、攪拌羽根９の回転数を高速回転状態から低速回転状態に３段階に切り換えて汚泥ケーキの解砕処理を行い、その後に、この攪拌造粒機７を用いて造粒処理を行うことが可能になっている。

以下では、具体的例を示し、本発明を更に詳細に説明する。
［実施例１〜５及び比較例１〜４］
環境庁告示４６号法による鉛、六価クロム、砒素およびセレン溶出量がそれぞれ１、１．７、７および２．８ｍｇ／Ｌである汚染汚泥（シルト、含水比２０質量％）を処理対象とした。
上述した攪拌造粒機７に模擬汚泥１００質量部に対して、下記の表１に記載の量の処理材を投入し、チョッパー１０の回転数を３０００ｒｐｍとし、攪拌羽根９の回転数を２００ｒｐｍとして１分間駆動して予備解砕処理を行った。

予備解砕処理の後に、予備解砕と同条件で５分間駆動して停止し、一次解砕処理を行なった。次いで、同じ条件で更に１分間駆動して２次解砕処理を行い、汚泥内部および／または表面に酸化マグネシウムを含む未水和の処理材を含有または付着させた。

その後に、チョッパー１０の回転数を２０００ｒｐｍとし、攪拌羽根９の回転数２００ｒｐｍとして１分間駆動することにより攪拌混合処理して、粒径が実質的に３ｍｍ以下である粒状物を作製した。

その粒状物１００質量部に、処理材を所定量撒布し、チョッパー１０の回転数を２００ｒｐｍとし、攪拌羽根９の回転数を１００ｒｐｍとして１分間駆動し、造粒物の表面を被覆した。得られた被覆造粒物中における０．３〜１０ｍｍの粒径を持つ粒群量はいずれも８０〜９０％であった。被覆造粒物は７日間養生させて固化させた後、環境庁告示４６号法による重金属の溶出量を測定した。結果を表１に示す。

本発明の方法によって得られる被覆粒状物では、いずれの有害金属類の溶出量についても大幅に低減されており、また、溶出試験時の振とう後の解こう率も低いことから、本発明の処理方法は、優れた有害金属溶出防止処理方法であることが分かる。これに対して、処理材による被覆を行わないか処理材添加量が少ない場合には、有害金属の封じ込め効果や固化処理効果が小さかった。

次に、実施例２の有害金属溶出防止方法おいて、攪拌造粒機のチョッパーおよび攪拌羽根の回転数を変えて、粒度（０．３〜１０ｍｍの粒子群）の異なる造粒物を作製し、環境庁告示４６号による鉛の溶出量を測定した。その結果を表２に示す。

０．３〜１０ｍｍの粒子群量が７５質量％以上になると、鉛の溶出量が顕著に低下することが分る。

上述の方法で得られた有害金属の溶出が防止された粒状物は、造粒物の強度が高く破壊され難く、有害金属を溶出させずに良好に封じ込めることができる。すなわち、図５の摸式図に示すような、粒状物Ａの表面全面が酸化マグネシウムを有効成分とする被覆材Ｂで被覆された構造をとることにより、有害金属の溶出が効果的に抑制されるものと推察される。これに対して、単に造粒処理しただけのものでは、造粒物の表面が若干剥離し、有害金属が溶解するおそれのあるものであった。

本発明の有害金属の溶出防止方法は、焼却灰、汚泥、土壌、底質、石粉、再生粉以外にも、コンクリート用骨材や軽量骨材の製造工程における大きさを均一化するための研磨洗浄時や、採石場における砕石物洗浄時に発生する、有害金属で汚染された石粉を含んだ泥水などを原水として処理した際に生成する汚泥ケーキの処理にも適用できる。次に、そのような汚泥ケーキの回収例について、図６に基づいて説明する。

図６において、原水は先ず高分子凝集剤と共に沈殿槽２１に供給される。
沈殿槽２１内で、第１の攪拌装置２２により緩速で攪拌回転し、汚泥を沈降分離させ、上澄み液は清水タンク２３に回収し、沈降分離された汚泥はスラリーポンプ２４により濃縮タンク２５に供給する。図面上、濃縮タンク２５は沈殿槽２１と同じような大きさに記載しているが、例えば、沈殿槽２１が直径３０ｍで高さ６ｍであるのに対して濃縮タンク２５が直径５ｍで高さ６ｍといったように、容量的には、沈殿槽２１よりも大幅に小さいものである。

濃縮タンク２５内で、第２の攪拌装置２６により回転攪拌し、汚泥を濃縮処理する。濃縮された汚泥を高圧スラリーポンプ２７によりフィルタープレス型脱水機に２８に供給し、含水比３０質量％以下になるように一層の濃縮処理する。

フィルタープレス型脱水機２８には、機体本体の水平方向の一端側に、油圧シリンダ２９によって水平方向に移動可能な可動プレート３０が設けられ、他端側に、固定プレート３１が設けられるとともにその固定プレート３１に汚泥供給管３２が接続されている。可動プレート３０と固定プレート３１との間に、図示しないが、両側に水切りネットと濾布とを設けた濾板と、濾枠とが交互に並ぶ状態で設けられている。

これにより、可動プレート３０を押込んだ状態で、濾布によって形成される処理空間内に汚泥供給管３２を通じて濃縮タンク２５からの濃縮汚泥を供給し、濾過した水を樋３３で受け止めて回収し、その回収後に、可動プレートを所定の位置に待避させて汚泥ケーキ（フィルタープレス型脱水機２８によって濃縮処理された後の汚泥）を落下させて回収できるように構成されている。

図中３４は、濾過時間調整装置を示している。この濾過時間調整装置には、図示しないが、樋３３からの濾過水の一部が流入するセンサー用タンクが設けれらるとともにそのセンサー用タンク内にフローティングスイッチが設けられ、濾過処理の終了を検出するようになっている。

すなわち、センサー用タンクの下部には排水口が設けられ、濾過処理を行なっている状態では、センサー用タンク内への濾過水の流入量が排出口からの排出量よりも多くてオーバーフローし、フローティングスイッチが浮上状態に維持される。そして、汚泥供給管３２からの濃縮汚泥の供給が停止されて濾過水の流入量が排出口からの排水量よりも少なくなるに伴い、濾過水がオーバーフローせず、センサー用タンク内での液面が低下してフローティングスイッチが下降し、これにより濾過処理の終了を検出するようになっている。

濃縮処理された汚泥ケーキはベルトコンベア（図示せず）などで取り出し、前述した攪拌造粒機７に供給し、前述の方法で不溶化処理する。

有害金属の溶出が防止された被覆処理物は、封じ込めた有害金属の種類によっては、細骨材として利用しても良い。

本発明により得られる被覆粒状物の摸式図である。 本発明の有害物の有害金属の溶出防止方法に係る実施例を示す全体概略構成図である。 攪拌造粒機の縦断面図である。 攪拌造粒機の平面図である。 有害金属の溶出防止処理が為された状態を示す摸式図である。 本発明の有害金属の溶出防止方法を泥水に適用する場合の全体概略構成図である。

符号の説明

７ 攪拌造粒機
８ 容器本体
９ 攪拌羽根（アジテータ）
１０ チョッパー
Ａ 粒状物
Ｂ 被覆材

Claims (4)

1. 有害金属で汚染された焼却灰、汚泥、土壌、底質、石粉、および再生粉からなる群から選ばれる少なくとも一種の有害金属汚染廃棄物に、酸化マグネシウムを有効成分として含む処理材を５〜２０質量％添加し、次いで解砕機能を有する攪拌造粒機により混合造粒して、酸化マグネシウムを内部または表面に含有する粒状物を製造する工程、前記攪拌造粒機により、該粒状物の表面を酸化マグネシウムを有効成分として含む処理材で被覆して、粒径が０．３〜１０ｍｍの粒状物が７５質量％以上である酸化マグネシウム被覆粒状物を製造する工程、そして該酸化マグネシウム被覆粒状物を養生する工程からなる、有害金属汚染廃棄物から有害金属の溶出を防止する方法。
2. 粒状物の表面を被覆する上記処理材の被覆量が、粒状物に対して５〜２０質量％である請求項１に記載の有害金属汚染廃棄物から有害金属の溶出を防止する方法。
3. 混合造粒用の攪拌造粒機そして処理材被覆用の攪拌造粒機がいずれも、容器内に攪拌羽根とチョッパーとを備えた構成からなる請求項１もしくは２に記載の有害金属汚染廃棄物から有害金属の溶出を防止する方法。
4. 酸化マグネシウムのブレーン比表面積が６０００〜２００００ｃｍ²／ｇである、請求項１乃至３の何れかに記載の有害金属汚染廃棄物から有害金属の溶出を防止する方法。

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