JP2005138073A

JP2005138073A - 廃棄物の安定化処理固化物

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Publication number: JP2005138073A
Application number: JP2003379725A
Authority: JP
Inventors: Taisuke Shibata; 泰典柴田; Atsushi Kondo; 篤近藤; Noboru Takigawa; 昇多喜川
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2003-11-10
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-11-10
Also published as: JP4789410B2

Abstract

【課題】低コストで安全性に優れ、高強度で、多用途への展開が可能な、有害物質が難溶化された安定化処理固化物を提供する。
【解決手段】廃棄物に石灰系材と石膏と固化促進剤とを加えて水和反応を行うことにより、廃棄物に含まれる有害物質を難溶化する。必要に応じて、水和反応の後、有害物質の難溶化を促進するための養生を行う。養生は３０〜９８℃で１〜７２時間行う。
【選択図】なし

Description

この発明は、廃棄物の安定化処理固化物に関し、更に詳しくは、廃棄物に含まれる有害物質を難溶化して得られる、土木資材、農業資材等に利用可能な廃棄物の安定化処理固化物に関する。

従来、廃棄物の処理方法として、以下のような技術が提案されている。

(1)ごみ焼却飛灰等の廃棄物に水ガラスと水とを加え、混練し、養生固化することにより、安定化する技術（特許文献１）。

(2)重金属含有微粉状廃棄物を、消石灰等のカルシウム成分の存在下、珪石粉末等の固化促進剤又は塩化鉄等の還元剤を加え、成型し、オートクレーブ処理して固化体を製造する技術（特許文献２）。

(3)電着塗装廃液から発生する重金属を含む廃棄物に、固化処理剤（ケイ酸ナトリウム、塩化カルシウム、炭酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸カルシウム、硫化鉄及び／又は硫酸ナトリウム）を添加し、撹拌して固化する技術（特許文献３）。

しかしながら、特許文献１の技術では、水ガラスのみが添加されるので、Ｐｂ，Ｃｄ，Ｃｒ⁶⁺，Ｓｅ，Ａｓ，Ｔ−Ｈｇ（総水銀），Ｆ，Ｂ等の有害物質を同時に安定化（難溶化）することができない。また、特許文献２では、添加剤として石膏を用いていないので、安全性に優れた処理物とはならず、また、１００℃以上のオートクレーブ処理を行うので、処理コストが高くなる。更に、特許文献３では、多種類の材料より構成される添加剤を用いているので、処理コストが高く、また、反応が完結しないために、安全性、強度において不十分であり、用途が限定される。

このように、上記従来技術では、廃棄物の処理コスト、得られる処理物の安全性及び強度、多目的利用等の点で問題点を抱えている。
特開平９−３０８８７１号公報（請求項１）特開昭５５−１４９６７３号公報（特許請求の範囲第１項）特開２００１−２３２３３９号公報（請求項１）

本発明は上記従来技術の問題点を解決するために為されたものであり、本発明の目的は、低コストで安全性に優れ、高強度を有し、多用途への展開が可能な有害物質が難溶化された安定化処理固化物を提供することである。

本発明の廃棄物の安定化処理固化物は、廃棄物に含まれる有害物質を難溶化した安定化処理固化物であって、廃棄物と、石灰系材と、石膏と、固化促進剤との水和反応により得られ、粒子径が０．０５〜１０ｍｍであることを特徴とする。

上記において、前記安定化処理固化物の粒子形状は略球状又は不定形である。

上記に於いて得られる廃棄物の安定化処理固化物は、前記水和反応の後、有害物質の難溶化を促進するための養生を行うことが好ましい。また、前記養生は、３０〜９８℃で１〜７２時間行うことが好ましい。

本発明の安定化処理固化物の修正ＣＢＲは５％以上であることが好ましい。

本発明の廃棄物の安定化処理固化物に於いては、前記廃棄物１００重量部に対して、前記石灰系材の添加量が０．５〜１０重量部、前記石膏の添加量が０．５〜１０重量部、及び前記固化促進剤の添加量が０．１〜５重量部であることが好ましい。

本発明の安定化処理固化物に用い得る廃棄物としては、石炭灰、ごみ、製紙スラッジ、下水汚泥、煤塵、燃えがら、汚泥、汚染土壌、これらの混合物等を挙げることができる。

また、前記石灰系材としては、生石灰、消石灰、貝殻焼成粉末等を用いることができる。

また、前記石膏としては、排脱石膏、化学石膏、廃石膏ボード粉末、天然石膏粉末等を用いることができる。

前記固化促進剤としては、水ガラス、塩化カルシウム、シリカヒューム、これらの組み合わせ等を用いることができる。

本発明の廃棄物の安定化処理固化物は、廃棄物に石灰系材と石膏と固化促進剤とを加えて水和反応を行うことにより、また、必要に応じて養生を行うことにより得られるので、有害物質を難溶化した低コストで安全性に優れたものとなり、高い強度を有することとなる。従って、本発明の安定化処理固化物によれば、廃棄物を土木資材、農業資材などの多くの用途に展開することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら説明する。なお、本発明は下記の実施の形態に限定されるものでなく、適宜変更して実施可能なものである。

本発明の安定化処理固化物のコスト低減、安全性、高強度化及び多目的利用性は、以下のような作用機序によって確保される。

（コスト低減）
安価な添加剤である石灰系材料、石膏、固化促進剤を少量使用するため、原料コストを低減させることができる。また、１００℃未満で養生を行うため、処理プロセスが簡素となり、また、固化促進剤を用いることで養生を短時間で行うことができ、プロセスコストの低減を図ることができる。

（安全性）
石灰系剤、石膏及び固化促進剤を加え、必要に応じて水を加えて混練後、養生処理を行うことにより、有害重金属を固定するエトリンガイト、Ｃ−Ｓ−Ｈ（カルシウム−シリケート−ハイドレート）等を多く生成させ、安全性の基準を満足させる。

（高強度化）
石灰系剤、石膏、固化促進剤を加え、養生を行うことにより、有害重金属を固定するエトリンガイト、Ｃ-Ｓ−Ｈを多く生成させる。特に、固化促進剤は、短時間の養生処理で、固化体の強度を大幅に向上させる。

（多目的利用性）
本発明の廃棄物の安定化処理固化物の粒子径は０．０５〜１０ｍｍであり、略球状であるため、地盤改良材、園芸資材、法面緑化材、家畜糞尿処理材等に利用することができる。また、粒子の大きさが０．０５〜１０ｍｍの不定形の安定化処理固化物は、修正ＣＢＲ（Carifornia Bearing Ratio）が５％以上あり、土木用砂代替材として、埋戻し材、裏込材、盛土材、地盤改良材、透水材等、多方面に利用することができる。

本発明に於ける有害物質には、Ｔ−Ｈｇ，Ｃｒ⁶⁺，Ａｓ，Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂ等の有害重金属や、Ｆ，Ｂ等の環境規制物質が含まれる。

本発明の廃棄物の安定化処理固化物では、石灰系材の添加量は、廃棄物１００重量部に対して、０．５〜１０重量部、好ましくは１〜５重量部である。また、石膏の添加量は、廃棄物１００重量部に対して、０．５〜１０重量部、好ましくは１〜５重量部である。固化促進剤の添加量は、０．１〜５重量部、好ましくは０．５〜３重量部である。固化促進剤はそのまま添加してもよく、また、予め水に溶解又は分散させた後に添加してもよい。石灰系材、石膏及び固化促進剤の添加剤量が上記範囲より少ないと、有害物質の安定化（難溶化）及び固化が不十分となり、多くなるとコストアップとなる。

本発明に於いては、上記原料に加えて、必要に応じて水が加えられる。添加する水の量は、撹拌造粒工程に於ける撹拌造粒物の粒子径に応じて決められる。撹拌造粒物の粒子径は、例えば、ＣＣＤカメラ等により得た画像を画像処理することにより求めることができる。添加すべき水の量は、粒子径と水の添加量との関係を示す検量線を予め作成しておき、画像処理により求めた粒子径とこの検量線とに基づいて求めることができる。これにより、種々の廃棄物に適した水量を設定でき、得られる安定化処理固化物の大きさを一定にすることができる。

これらの原料の撹拌造粒を行った後、処理温度３０〜９８℃、好ましくは６０〜９５℃で、処理時間１〜７２時間、好ましくは２〜１０時間で養生を行う。養生に際してその処理温度が上記範囲より低いか又は処理時間が短いと、安定化及び固化が不十分となり、処理温度が高いか又は処理時間が長いと、コストアップとなる。

本発明に於いては、養生工程に於いて得られる固化物を破砕して砂状不定形粒子を得るように構成することができる。破砕方法として、養生機が破砕機を兼ねる場合、即ち固化物を養生機より排出する前に、撹拌速度を速くして破砕する方法、衝撃破砕機やロール式破砕機等を養生機の後に設置する方法等がある。

本発明に於いて使用し得る廃棄物には、石炭灰、ごみ、製紙スラッジ、下水汚泥、木屑等の煤塵、燃えがら、汚泥（建設汚泥、上水汚泥、廃水汚泥等）、汚染土壌、これらの混合物等が含まれる。ただし、水分の多い汚泥や汚染土壌の場合、乾燥状態にある廃棄物と組み合わせるか、石灰系材として生石灰を使用することが望ましい。また、同一工場内、近隣地域内で複数の廃棄物が発生する場合、水分の多い廃棄物と少ない廃棄物とを組み合わせて処理することが望ましい。

本発明に於ける石灰系材として、生石灰、消石灰、セメント、高炉スラグ粉末、貝殻焼成粉末等を使用することができ、特にＣａＯを４０％以上含有する材料が好ましい。即ち、有害物質の安定化（難溶化）及び得られる安定化処理固化物の高強度化のためには、ＣａＯ含有量の高い生石灰、消石灰が優れており、低コスト化のためには、セメント、高炉スラグ粉末、貝殻焼成粉末が適している。

本発明に於ける石膏として、排脱石膏、リン酸、フッ酸工業等からの化学石膏、廃石膏ボード粉末、天然石膏粉末等を使用することができる。石膏の粒度は小さい方が望ましいが、平均粒径が１００μｍ以下であれば問題なく使用することができる。また、水分は少ない方がよいが、１０％以下であれば問題なく使用することができる。

本発明に於ける固化促進剤として、水ガラス、塩化カルシウム、シリカヒューム及びこれらの組み合わせ等を使用することができる。特に、水ガラスが安定化、高強度化等の点で優れている。

上記の廃棄物の安定化処理固化物を製造するための安定化処理装置について説明する。図１は安定化処理装置の一例を示す概略構成図である。この安定化処理装置は、図１に示すように、廃棄物供給機１０、石灰系材供給機１１、石膏供給機１２、固化促進剤供給機１３及び水供給機１４の５台の原料供給機と、原料供給機１０〜１４から供給される原料の混練及び撹拌造粒を行う撹拌造粒機１６と、撹拌造粒機１６から排出される造粒物に含まれる有害物質の難溶化を促進する複数の養生機１７とにより構成されている。安定化処理装置に於ける撹拌造粒機１６には、造粒機能を有し撹拌翼が垂直の撹拌造粒機又は撹拌翼が水平の撹拌造粒機が用いられる。養生機１７は、バッチ運転が可能な撹拌翼を有する逆円錐台型のものであり、ジャケット（図示せず）に水蒸気を導入することにより加熱することが可能となっている。養生機１７として、バッチ運転が可能な撹拌翼を有する円筒型のものも用いることができる。なお、廃棄物が含水率の高い汚泥の場合や添加材が湿っている場合などは、原料供給機１０〜１３を使用することなく、直接撹拌造粒機１６に投入する方がハンドリングトラブルが起こりにくい。

図２は、他の形式の安定化処理装置の概略構成を示している。この安定化処理装置では、固化促進剤供給機１３から供給される固化促進剤と水供給機１４から供給される水とを水溶液供給機１５に供給して予め固化促進剤の水溶液を調製しておき、この水溶液を水溶液供給機１５から直接直接撹拌造粒機１６に投入するように構成したものである。このように予め固化促進剤の水溶液を調製しておく構成は、廃棄物の含水率が低い場合に、固化促進剤を廃棄物全体に行き渡らせるのに有効である。

図３は、更なる他の形式の安定化処理装置の概略構成を示している。この安定化処理装置は、図２の装置に水量制御装置２０とＣＣＤカメラ１９とを設けたものである。ＣＣＤカメラ１９は撹拌造粒機１６の出口に於ける撹拌造粒物の撮像を行い、その画像を水量制御装置２０に送る。水量制御装置２０は、送られてきた撹拌造粒物の画像の画像処理を行って、撹拌造粒物の粒子径を求めるように構成されていている。即ち、添加すべき水の量は、粒子径と水の添加量との関係を示す検量線を予め作成しておき、画像処理により求めた粒子径とこの検量線とに基づいて決定される。このようにして決定された添加水量に基づいて、水量制御装置２０は水供給機１４からの水の供給量を制御する。

図４は、更なる他の形式の安定化処理装置の概略構成を示している。この安定化処理装置は、図１、図２又は図３の装置に加えて、養生機１７の後に破砕機１８を設けたものであり、養生機１７及び破砕機１８以外の部分は省略してある。破砕機としては、インパクトクラッシャー、ジュークラッシャー、ロールクラッシャー等が好適に使用される。

図５は、図１〜図４に於ける逆円錐台型の養生機１７に代えて、略水平円筒容器型の養生機２７を使用した安定化処理装置の概略構成を示しており、同図では撹拌造粒機１６と略水平円筒容器型養生機２７の部分のみを示してある。略水平円筒容器型の養生機２７は、その内部に水平軸２１と、水平軸２１に取り付けられた多数の撹拌翼２２とを有し、その外周にはジャケット２３が設けられている。図５では水平軸２１が１本のものを示したが、水平軸２１は２本設けてもよい。図５の装置では、ジャケット２３に水蒸気を導入しつつ撹拌を行うことにより、内部の混練物の養生が可能となっている。

図６は、図１〜図４に於ける逆円錐台型の養生機１７に代えて、回転式の略水平円筒容器型の養生機３７を使用した安定化処理装置の概略構成を示しており、同図では撹拌造粒機１６と養生機３７の部分のみを示してある。回転式略水平円筒容器型の養生機３７には、セメント焼成炉などに用いられているロータリ型円筒容器が適している。図６の養生機３７は、回転する円筒容器３１を有しているが、撹拌翼を有していない。また、円筒容器３１の外周にはジャケット３２が設けられている。図６の装置に於いては、ジャケット３２に水蒸気を導入しつつ円筒容器３１の回転を行うことにより、内部の混練物の養生が可能となっている。

図７は、図１〜図４に於ける逆円錐台型の養生機１７に代えて、上部が開放された複数の小容器とこれらの小容器を順次導入するトンネルとを有するトンネル式養生機４７を使用した安定化処理装置の概略構成を示している。この装置では、トンネル式養生機４７に加えて、養生された処理物の入った小容器４１を持ち上げ、略水平方向に回転し、及び反転を行うことにより、処理物を排出する構造の反転機４２を備えている。同図では撹拌造粒機１６と養生機４７と反転機４２の部分のみを示してある。また、図７の装置では、小容器４１は反転用の治具（図示せず）を有しており、また、トンネル式養生機４７内に設けたレール４３上を移動できるように、キャスター４４を有している。また、トンネル式養生機４７は断熱材で構成され、内部には温度と湿度を維持するための水蒸気吹き出し管４５が設けられ、これにより、小容器４１内の混練物の養生が可能となっている。

本発明の安定化処理固化物は、廃棄物と、石灰系材と、石膏と、固化促進剤との水和反応により得られ、その粒子径は０．０５〜１０ｍｍ、好ましくは０．１〜６ｍｍである。安定化処理固化物が略球状の場合、粒子径が０．０５ｍｍより小さい粒子が多いとハンドリング時に粉塵が発生し、また、透水性、吸水性等が低下する。１０ｍｍより大きい粒子が多くなると、空隙が多くなり過ぎる等により締め固め特性等が低下する。また、安定化処理固化物が不定形の場合、安定化処理固化物に含まれる不定形粒子の割合が多くなると、内部摩擦角及び修正ＣＢＲが大きくなるので好ましくない。不定形粒子の大きさが上記範囲を外れると、締め固め特性が良くならず、透水性が適正な範囲を外れる等の問題を有する。

上記安定化処理固化物に含まれる粒子の好ましい修正ＣＢＲは５％以上である。このような修正ＣＢＲを有する不定形粒子の含有割合が３０重量％である安定化処理固化物が好ましい。

上記の安定化処理固化物は、何れも図１〜図７の装置を用いて製造することができる。

（実施例１）
石炭灰１００重量部に対し、生石灰３重量部、排脱石膏（水分８％）３重量部、及び水ガラス１重量部を添加した水２５重量部を、撹拌軸が縦型の撹拌造粒機に投入して撹拌造粒を行い、粒子径が０．５〜４ｍｍの造粒物を製造した。次に、逆円錐台型の養生機を用い、９５℃で６時間養生を行って、粒状の安定化処理固化物を得た。この粒状の安定化処理固化物の安全性を確認するために、溶出試験（環境庁告示４６号に準拠）を行ったところ、有害物質（Ｔ−Ｈｇ，Ｃｒ⁶⁺，Ａｓ，Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂ，Ｆ，Ｂ）の溶出量は基準値を満たした。また、３ｍｍ粒子で圧壊強度（ＪＩＳＺ８８４１、造粒物−強度試験法による圧壊試験方法に準拠）を測定したところ、２０Ｎであった。更に、修正ＣＢＲは８％であった。

（実施例２）
実施例１の粒状の安定化処理固化体をロールクラッシャーを用いて破砕して、０．１〜４ｍｍの不定形の粒子からなる安定化処理固化物の製造を行った。得られた安定化処理固化物の修正ＣＢＲは１７％であった。

（実施例３）
ごみ焼却飛灰１００重量部に対し、生石灰４重量部、排脱石膏（水分８％）４重量部、及び水ガラス２重量部を添加した水３５重量部を、撹拌軸が横型の撹拌造粒機に投入して撹拌造粒を行い、粒子径が０．５〜５ｍｍの造粒物を製造した。次に、逆円錐台型の養生機を用い、８５℃で８時間養生を行って、粒状の安定化処理固化物を得た。この粒状の安定化処理固化物の安全性を確認するために、溶出試験（環境庁告示４６号に準拠）を行ったところ、有害物質の溶出量は基準値を満たした。また、３ｍｍ粒子で圧壊強度を測定したところ、１６Ｎであった。更に、修正ＣＢＲは６％であった。

（比較例１）
石炭灰１００重量部に対し、生石灰３重量部、排脱石膏（水分８％）３重量部、及び水２５重量部を、撹拌軸が縦型の撹拌造粒機に投入して撹拌造粒を行い、粒子径が０．５〜４ｍｍの造粒物を製造した。次に、逆円錐台型の養生機を用い、９５℃で６時間養生を行って、粒状の固化物を得た。この粒状の固化物の安全性を確認するために、溶出試験（環境庁告示４６号に準拠）を行ったところ、一部の有害重金属（Ｃｒ⁶⁺，Ｆ，Ｓｅ）の溶出量が基準値を超えた。また、３ｍｍ粒子で圧壊強度を測定したところ、低強度のため、測定困難であった。また、修正ＣＢＲも測定困難であった。

（比較例２）
ごみ焼却飛灰１００重量部に対し、生石灰４重量部、排脱石膏（水分８％）４重量部、及び水ガラス２重量部を添加した水３５重量部を、撹拌軸が横型の造粒機に投入して撹拌造粒を行い、粒子径が０．５〜５ｍｍの造粒物を製造した。次に、常温（約２０℃）で７日間養生を行って、粒状の固化物を得た。この粒状の固化物の安全性を確認するために、溶出試験（環境庁告示４６号に準拠）を行ったところ、一部の有害重金属（Ｐｂ，Ｃｒ⁶⁺）の溶出量が基準値を超えた。また、３ｍｍ粒子で圧壊強度を測定したところ、低強度のため、測定困難であった。

（比較例３）
石炭灰１００重量部に対し、生石灰３重量部、水ガラス２重量部を添加した水２４重量部を、撹拌軸が縦型の造粒機に投入して撹拌造粒を行い、粒子径が０．５〜４ｍｍの造粒物を製造した。次に、逆円錐台型の養生機を用い、９５℃で６時間養生を行って、粒状の固化物を得た。この粒状の固化物の安全性を確認するために、溶出試験（環境庁告示４６号に準拠）を行ったところ、一部の有害重金属（Ｃｒ⁶⁺，Ｓｅ，Ｆ）の溶出量が基準値を超えた。また、３ｍｍ粒子で圧壊強度を測定したところ、４Ｎであった。更に、修正ＣＢＲは２％であった。

本発明の廃棄物の安定化処理物を製造するための安定化処理装置の概略構成を示す図である。本発明の廃棄物の安定化処理物を製造するための他の形式の安定化処理装置の概略構成を示す図である。本発明の廃棄物の安定化処理物を製造するための更なる他の形式の安定化処理装置の概略構成を示す図である。本発明の廃棄物の安定化処理物を製造するための更なる他の形式の安定化処理装置の概略構成を示す図である。略水平円筒容器型の養生機を使用した安定化処理装置の概略構成を示す図である。回転式の略水平円筒容器型の養生機を使用した安定化処理装置の概略構成を示す図である。上部が開放された複数の小容器とこれらの小容器を順次導入するトンネルとを有するトンネル式養生機を使用した安定化処理装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１０廃棄物供給機
１１石灰系材供給機
１２石膏供給機
１３固化剤供給機
１４水供給機
１５水溶液供給機
１６撹拌造粒機
１７養生機
１８破砕機
１９ＣＣＤカメラ
２０水量制御装置
２７略水平円筒容器型養生機
２１水平軸
２２撹拌翼
２３ジャケット
３７養生機
３１円筒容器
３２ジャケット
４７トンネル式養生機
４１小容器
４２反転機
４３レール
４４キャスター
４５水蒸気吹き出し管

Claims

廃棄物に含まれる有害物質を難溶化した安定化処理固化物であって、廃棄物と、石灰系材と、石膏と、固化促進剤との水和反応により得られ、粒子径が０．０５〜１０ｍｍである廃棄物の安定化処理固化物。
前記安定化処理固化物の粒子形状が略球状である請求項１記載の廃棄物の安定化処理固化物。
前記安定化処理固化物の粒子形状が不定形である請求項１記載の廃棄物の安定化処理固化物。
前記水和反応の後、有害物質の難溶化を促進するための養生を行うことにより得られる請求項１乃至３の何れかに記載の廃棄物の安定化処理固化物。
前記養生を、３０〜９８℃で１〜７２時間行うことを特徴とする請求項４記載の廃棄物の安定化処理固化物。
前記安定化処理固化物の修正ＣＢＲが５％以上である請求項１乃至５の何れかに記載の廃棄物の安定化処理固化物。
前記廃棄物１００重量部に対して、前記石灰系材の添加量が０．５〜１０重量部、前記石膏の添加量が０．５〜１０重量部、及び前記固化促進剤の添加量が０．１〜５重量部である請求項１乃至６の何れかに記載の廃棄物の安定化処理固化物。
前記廃棄物は、石炭灰、ごみ、製紙スラッジ、下水汚泥、煤塵、燃えがら、汚泥、汚染土壌、及びこれらの混合物からなる群から選択されるものである請求項１乃至７の何れかに記載の廃棄物の安定化処理固化物。
前記石灰系材は、生石灰、消石灰及び貝殻焼成粉末からなる群から選択されるものである請求項１乃至８の何れかに記載の廃棄物の安定化処理固化物。
前記石膏は、排脱石膏、化学石膏、廃石膏ボード粉末及び天然石膏粉末からなる群から選択されるものである請求項１乃至９の何れかに記載の廃棄物の安定化処理固化物。
前記固化促進剤は、水ガラス、塩化カルシウム、シリカヒューム及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるものである請求項１乃至１０の何れかに記載の廃棄物の安定化処理固化物。