JP2006000701A

JP2006000701A - 有害物質溶出抑制剤および有害物質溶出抑制方法

Info

Publication number: JP2006000701A
Application number: JP2004177000A
Authority: JP
Inventors: Katsuhisa Honda; 克久本田; Muneshiro Ouchi; 宗城大内
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2006-01-05

Abstract

【課題】砒素、セレンおよびこれらの化合物並びにこれら以外の有害物質が灰から溶出するのを効果的に抑制する。
【解決手段】有害物質溶出抑制方法は、灰から有害物質が溶出するのを抑制するための方法であり、灰へ酸化鉄を添加して混合する工程を含んでいる。この抑制方法は、例えば、灰へ酸化鉄と共にアルカリ土類金属化合物を添加して混合する。若しくは、この抑制方法は、例えば、灰へ酸化鉄を添加して混合することにより得られた混合物に対し、アルカリ土類金属化合物をさらに添加して混合する工程をさらに含んでいる。ここで用いられる酸化鉄は、通常、四三酸化鉄が好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、有害物質溶出抑制剤および有害物質溶出抑制方法、特に、灰から有害物質が溶出するのを抑制するための抑制剤および抑制方法に関する。

生活排水や工場排水等の下水の処理時に発生する汚泥は、そのまま環境中へ放置すると環境汚染を引き起こす可能性があるため、通常、焼却処理されている。ところが、汚泥の焼却により生成する焼却灰は、鉛、カドミウムおよび銅等の重金属元素、フッ素、ホウ素、セレン並びに砒素などの有害元素を含む場合があり、そのまま放置したり建設資材として再利用したりすると、有害物質が溶出し、環境汚染を引き起こす可能性がある。このため、焼却灰は、廃棄時や再利用時において、有害物質の溶出を抑制するための処理が必要になる。

汚泥焼却灰から有害物質の溶出を抑制するための処理方法として、例えば、特許文献１には、焼却灰に硫酸第一鉄の溶液を添加して混合し、この混合物を所定期間放置する方法が記載されている。この処理方法によれば、焼却灰中の砒素およびセレンを効率的に不溶化することができ、焼却灰からこれらの有害物質が溶出するのを抑制することができる。

ところが、上述の処理方法は、溶出を抑制可能な有害物質の種類が砒素、セレンおよびこれらの化合物に限定されており、鉛、カドミウムおよび銅等の重金属元素、フッ素、ホウ素およびその他の有害元素並びにこれらの化合物の溶出を効果的に抑制しにくいという不具合がある。また、この処理方法では、混合物のｐＨが硫酸第一鉄の作用により酸性側へ大きく移行し、それによる有害物質の溶出が生じるのを防ぐため、比較的多量のアルカリ土類金属化合物を混合物に対して添加する必要がある。さらに、この処理方法は、硫酸第一鉄の水溶液を用いているため、処理後の焼却灰は含水率が高い。したがって、処理後の焼却灰を建設資材として再利用する場合は、乾燥する必要があり、エネルギーコストの点において不都合がある。

特開２００３−１７５３７０公報

本発明の目的は、砒素、セレンおよびこれらの化合物並びにこれら以外の有害物質が灰から溶出するのを効果的に抑制することにある。

本発明の有害物質溶出抑制剤は、灰から有害物質が溶出するのを抑制するためのものであり、酸化鉄を含んでいる。この有害物質溶出抑制剤は、例えば、アルカリ土類金属化合物をさらに含んでいる。

本発明の有害物質溶出抑制方法は、灰から有害物質が溶出するのを抑制するための方法であり、灰へ酸化鉄を添加して混合する工程を含んでいる。この抑制方法は、例えば、灰へ酸化鉄と共にアルカリ土類金属化合物を添加して混合する。若しくは、この抑制方法は、例えば、灰へ酸化鉄を添加して混合することにより得られた混合物に対し、アルカリ土類金属化合物を添加して混合する工程をさらに含んでいる。

本発明の有害物質溶出抑制剤は、酸化鉄を含んでいるため、砒素、セレンおよびこれらの化合物並びにこれら以外の有害物質が灰から溶出するのを効果的に抑制することができる。

本発明の有害物質溶出抑制方法は、灰へ酸化鉄を添加して混合する工程を含んでいるため、砒素、セレンおよびこれらの化合物並びにこれら以外の有害物質が灰から溶出するのを効果的に抑制することができる。

本発明の有害物質溶出抑制剤は、酸化鉄を含んでいる。ここで利用可能な酸化鉄は、特に限定されるものではなく、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３（三二酸化鉄）、Ｆｅ_３Ｏ_４（四三酸化鉄）等、酸化鉄の概念に含まれる各種のものである。これらの酸化鉄は、二種以上のものが混合して用いられてもよい。また、酸化鉄は、水分を含むものであってもよいし、水分を実質的に含まないものであってもよい。

因みに、酸化鉄は、ＦｅＣｌ_２やＦｅＣｌ_３等の塩化鉄、ＦｅＳＯ_４やＦｅ_２（ＳＯ_４）_３等の硫酸鉄およびＦｅ（ＮＯ_３）_２やＦｅ（ＮＯ_３）_３等の硝酸鉄のような、水溶液中で製造されて水和物となる、結晶性を有する水溶性の鉄化合物とは異なり、低結晶性で水に溶解しにくい性状を有している。

本発明において利用可能な酸化鉄のうちで好ましいものは、四三酸化鉄である。四三酸化鉄は、酸化鉄（ＦｅＯ）と三二酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）との混合物であり、通常、マグネタイトと言われている。四三酸化鉄は、製法等が特に限定されるものではないが、例えば、硫酸法酸化チタンの製造工程において副生成物として得られるものが好ましい。具体的には、硫酸法酸化チタンの製造工程において得られる鉄含有硫酸を中和した後に濃縮・分離処理する。そして、その際の上澄み液をろ過して得られたろ過液をさらに中和、酸化処理する。より具体的には、ろ過液に気流を通過させながら水酸化ナトリウムを加え、温度を６５℃に設定しながら、ｐＨが６．０〜６．３に、また、酸化率が７５〜８０％になるよう処理する。そして、このような中和、酸化処理により得られる生成物をろ過して分離した後、１２０℃程度で乾燥すると、ＦｅＯとＦｅ_２Ｏ_３との比率（ＦｅＯ：Ｆｅ_２Ｏ_３）が１０〜３０：９０〜７０の低結晶性の四三酸化鉄が得られる。なお、最終の乾燥工程は、窒素雰囲気下で実施するのが好ましい。このようにすると、ＦｅＯとＦｅ_２Ｏ_３との比率が上述のように設定された、有害物質の溶出抑制効果の高い四三酸化鉄が得られやすい。

上述のような酸化鉄は、処理対象となる灰と均一に混合しやすいことから粉末状のものが好ましいが、その粒形状は特に限定されるものではない。但し、酸化鉄は、一般に、より細粒なもの程、灰と混合しやすいため灰との接触効率が高まり、それに伴って有害物質の溶出をより効果的に抑制することができるが、細粒化すると高価になるため、通常は酸化鉄の現状の製造ラインを用いて製造した粉末状のものをそのまま利用することができる。因みに、酸化鉄粉末の平均粒径は、２００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましい。

酸化鉄として四三酸化鉄を用いる場合、それを粉末状にするための方法や条件は特に限定されるものではないが、通常は、四三酸化鉄が水分および酸素と反応して有害物質の溶出抑制効果が低下するのを避けるため、四三酸化鉄を無水の不活性ガス気流下（例えば窒素気流下）において粉砕すると共に乾燥するのが好ましい。

本発明の有害物質溶出抑制剤は、実質的に上述の酸化鉄のみからなるものであってもよいが、アルカリ土類金属化合物をさらに含んでいてもよい。アルカリ土類金属化合物は、酸化鉄と共に灰からの有害物質の溶出を抑制するために機能する成分であるが、酸化鉄の作用により処理対象となる灰のｐＨが酸性側へ移行するのを抑制する作用も同時に発揮し得る。

ここで用いられるアルカリ土類金属化合物は、水と反応し、または水に溶解若しくは分散してアルカリ性若しくは中性を呈するものであれば特に限定されるものではないが、通常は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）およびこれらの混合物（例えば、ドロマイト、焼成ドロマイトおよび消化ドロマイトなど）並びに硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_４）などが好ましく用いられる。

上述のようなアルカリ土類金属化合物は、処理対象となる灰や酸化鉄と均一に混合しやすいことから粉末状のものが好ましいが、その粒形状は特に限定されるものではない。但し、アルカリ土類金属化合物は、一般に、より細粒なもの程、灰や酸化鉄と混合しやすいため灰や酸化鉄との接触効率が高まり、それに伴って有害物質の溶出をより効果的に抑制することができるが、細粒化すると高価になるため、通常はアルカリ土類金属化合物の現状の製造ラインを用いて製造した粉末状のものをそのまま利用することができる。因みに、アルカリ土類金属化合物の平均粒径は、２００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましい。

本発明の有害物質溶出抑制剤が上述のアルカリ土類金属化合物を含む場合、酸化鉄の割合は、通常、４０重量％以上に設定するのが好ましく、６０重量％以上に設定するのがより好ましい。一方、アルカリ土類金属化合物の割合は、通常、６０重量％以下に設定するのが好ましく、５０重量％以下に設定するのがより好ましい。酸化鉄の割合が４０重量％未満でありかつアルカリ土類金属化合物の割合が６０重量％を超える場合は、灰からの有害物質の溶出抑制効果を発揮しにくくなる可能性がある。

アルカリ土類金属化合物を含む本発明の有害物質溶出抑制剤は、通常、所要量の酸化鉄と所要量のアルカリ土類金属化合物とを均一に混合すると、容易に製造することができる。

因みに、上述のような硫酸法酸化チタンの製造工程においては、副生成物として、三二酸化鉄と硫酸カルシウムとの混合物が得られる。この混合物は、三二酸化鉄を約４５重量％、硫酸カルシウムを約５０重量％それぞれ含むものであるため、本発明の有害物質溶出抑制剤としてそのまま利用することができる。また、この混合物は、硫酸カルシウム以外の他のアルカリ土類金属化合物を混合し、本発明の有害物質溶出抑制剤として用いることもできる。

本発明の有害物質溶出抑制剤は、その目的とする効果を損なわない範囲において、上述の酸化鉄およびアルカリ土類金属化合物の他に、ケイ素、チタンおよびアルミニウム等を含む化合物を不純物として含んでいてもよい。

次に、本発明に係る有害物質溶出抑制方法について説明する。この抑制方法は、灰に含まれる有害物質が灰から溶出するのを抑制するための方法であり、処理対象となる灰は、特に限定されるものではないが、通常、家庭排水や工場排水等の下水に由来の汚泥の焼却灰（汚泥焼却灰）若しくは石炭灰等である。処理対象となる灰は、実質的に水分を含まないものであってもよいし、水分を含むものであってもよい。

本発明の抑制方法の第一の形態では、処理対象となる灰に対して上述の有害物質溶出抑制剤を添加して十分に混合する。この際、溶出抑制剤の混合割合は、灰１００重量部に対して酸化鉄の割合が０．１〜２５重量部になるよう設定するのが好ましく、１〜１０重量部になるよう設定するのがより好ましい。酸化鉄の割合が０．１重量部未満になるよう溶出抑制剤を混合した場合は、処理対象となる灰から有害物質の溶出を効果的に抑制するのが困難になる可能性がある。逆に、酸化鉄の割合が２５重量部を超えるよう溶出抑制剤を混合した場合は、溶出抑制剤の使用量の増加に伴う有害物質の溶出抑制効果が得られず不経済である。

上述のような混合工程においては、必要に応じ、水を添加することもできる。

一方、本発明の抑制方法の第二の形態では、先ず、処理対象となる灰に対し、上述の酸化鉄を添加して十分に混合する。酸化鉄の添加量は、上述の第一の形態の場合と同様に設定するのが好ましい。次に、灰と酸化鉄との混合物に対し、上述のアルカリ土類金属化合物を添加して十分に混合する。アルカリ土類金属化合物の添加量は、通常、処理対象となる灰１００重量部に対し、０．１〜２５重量部になるよう設定するのが好ましく、１〜１５重量部になるよう設定するのがより好ましい。アルカリ土類金属化合物の添加量が０．１重量部未満の場合は、アルカリ土類金属化合物の添加による効果が得られにくくなる可能性がある。逆に、アルカリ土類金属化合物の添加量が２５重量部を超える場合は、それに伴う効果が得られず不経済であるばかりか、鉛などの両性金属類が再溶出するという不具合を生じる可能性がある。

上述のような第二の形態においても、灰と酸化鉄との混合工程および当該工程により得られた混合物とアルカリ土類金属化合物との混合工程の一方若しくは両方において、必要に応じ、水を添加することができる。

第一の形態および第二の形態における混合は、通常、スクリューコンベアーやバイブロミキサーをはじめとする各種の混合機を用いて実施することができる。

上述のような本発明の抑制方法においては、灰に含まれる有害物質、特に、カドミウム、銅および鉛等の重金属類、クロム、砒素、セレン、フッ素、ホウ素、マンガン、鉄および水銀並びにこれら有害元素やシアンの化合物等の有害物質に対して酸化鉄およびアルカリ土類金属化合物が作用し、灰からこれらの有害物質が溶出するのが抑制される。例えば、これらの有害物質の溶出量を、環境庁告示第４６号において規定された、土壌における溶出基準値以下に抑制することができる。

ここで、第一の形態において用いる溶出抑制剤としてアルカリ土類金属化合物を含むものを用いた場合および第二の形態の場合（以下、アルカリ土類金属化合物利用形態という）、アルカリ土類金属化合物は、酸化鉄の作用により灰のｐＨが酸性側へ移行するのを抑制し、灰のｐＨを中性から弱アルカリ性の領域に維持する。したがって、アルカリ土類金属化合物利用形態の場合は、灰のｐＨが酸性領域へ移行した場合に溶出しやすい砒素やカドミウム等の有害元素の溶出をより効果的に抑制することができる。

因みに、酸化鉄は、硫酸第一鉄等の他の鉄化合物に比べて灰のｐＨを酸性側へ移行させにくい。このため、アルカリ土類金属化合物利用形態においては、アルカリ土類金属化合物の使用量を上述のような比較的少量の範囲に抑制することができ、多量のアルカリ土類金属化合物を用いる従来の方法に比べて実施コストを抑制することができる。

上述のような本発明の溶出抑制方法により処理された灰（以下、処理灰という）は、有害物質の溶出が抑制されているため、安全に廃棄することができ、また、建設用資材、例えば、アスファルト用の増量材（アスファルトフィラー）の製造材料として再利用することもできる。

アルファルトフィラーの製造材料として利用する処理灰は、アスファルトフィラーの団粒化を防ぎ、アスファルト舗装の破損発生を防止する観点から、水分含有率が１重量％未満に設定されているものが好ましい。処理灰の水分含有率を１重量％未満に設定するためには、本発明の溶出抑制方法の各混合工程において水を添加しないのが好ましい。また、本発明の溶出抑制剤および溶出抑制方法において、処理対象となる灰や酸化鉄等として含水したものを用いる場合、アルカリ土類金属化合物として酸化カルシウムや酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属酸化物を用いるのが好ましい。アルカリ土類金属酸化物は、処理対象となる灰や酸化鉄に含まれる水分と反応して水酸化物に変化するため、処理灰の水分含有率を容易に減少させることができる。

因みに、アルファルトフィラーは、処理灰と石粉とを概ね等量ずつ混合して乾燥させると製造することができる。この場合、本発明の溶出抑制方法により得られた処理灰は、水分含有率が１重量％未満のものを得やすいため、従来の処理方法により得られた処理灰を用いる場合に比べ、乾燥に要するコストを抑制することができる。

実施例１〜８
下水汚泥焼却灰１００ｇと、表１に示す組成および量の有害物質溶出抑制剤とをミキサーにより均一に混合し、下水汚泥焼却灰を処理した。なお、実施例５および８については、混合時に表１に示す量の水を添加した。

比較例１〜３
有害物質溶出抑制剤を表２に示す組成のものに変更した点を除き、実施例１〜８の場合と同様にして下水汚泥焼却灰を処理した。但し、比較例３については、混合時に表２に示す量の水を添加した。因みに、表２において、有害物質溶出抑制剤の一成分として表示されている水は、主に、硫酸第一鉄若しくは硫酸第二鉄を水溶液として用いていることによるものである。

評価
実施例１〜８および比較例１〜３により得られた処理後の下水汚泥焼却灰（処理後下水汚泥焼却灰）および処理前の下水汚泥焼却灰（未処理下水汚泥焼却灰）について、有害物質の溶出試験を実施した。溶出試験は、環境庁告示第４６号に記載の溶出試験方法に従った。結果を表３に示す。表３に示した基準値は、環境庁告示第４６号に示された、土壌基準における規制値である。また、表３において、「＊」は検出限界以下であること、「＊＊」は基準がないことおよび「−」は未測定であることをそれぞれ示している。

表３によると、実施例１〜８においては、表示された全ての有害物質の溶出量を基準値以下に抑制することができたのに対し、比較例１〜３においては、一部の有害物質の溶出量を基準値以下に抑制するのは困難であった。また、実施例の処理後下水汚泥焼却灰は、処理時に多量の水を用いたもの（実施例８）を除き、含水率が０．５重量％以下であり、建設資材、特にアルファルトフィラーの製造材料として適している。

Claims

灰から有害物質が溶出するのを抑制するための抑制剤であって、
酸化鉄を含む、
有害物質溶出抑制剤。
アルカリ土類金属化合物をさらに含む、請求項１に記載の有害物質溶出抑制剤。
灰から有害物質が溶出するのを抑制するための方法であって、
前記灰へ酸化鉄を添加して混合する工程を含む、
有害物質溶出抑制方法。
前記灰へ前記酸化鉄と共にアルカリ土類金属化合物を添加して混合する、請求項３に記載の有害物質溶出抑制方法。
前記灰へ前記酸化鉄を添加して混合することにより得られた混合物に対し、アルカリ土類金属化合物を添加して混合する工程をさらに含む、請求項３に記載の有害物質溶出抑制方法。