JP2020078790A

JP2020078790A - 焼却灰の無害化方法及び焼却灰再生肥料

Info

Publication number: JP2020078790A
Application number: JP2018214037A
Authority: JP
Inventors: 博樹押田; Hiroki Oshida; 正美末永; Masami Suenaga; 径典陸田; Michinori Mutsuda
Original assignee: TECHNO CHUBU KK
Current assignee: TECHNO CHUBU KK
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2018-11-14
Publication date: 2020-05-28

Abstract

【課題】簡便な方法によって、六価クロムの含有量を低減させる焼却灰の無害化方法と、六価クロム含有量を低減させた焼却灰再生肥料を提供する。【解決手段】本発明の焼却灰の無害化方法は、バイオマス資源の焼却灰と有機性廃棄物とを混合し、発酵させる方法である。本発明の焼却灰の無害化方法によれば、有機性廃棄物に含まれる微生物による発酵により、又は、有機性廃棄物に含まれる有機物との接触による還元反応により、焼却灰に含まれる有害な六価クロムが無害な三価クロムに還元されるため、簡便な方法によって、バイオマス資源の焼却灰を無害なものとすることができる。また、本発明の焼却灰再生肥料は、バイオマス資源の焼却灰と、有機性廃棄物と、を含有し、本発明の焼却灰の無害化方法によって無害化された肥料である。【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマス資源の焼却灰を無害化する方法と、バイオマス資源の焼却灰を含有する焼却灰再生肥料に関する。

製材廃材及び林地残材などの木質廃材、野菜などの食品残材及びサトウキビ残渣などの食品廃材並びに糞尿などの下水汚泥などのバイオマスのエネルギー（以下、バイオマス資源とする。）は、日々発生し、バイオマス資源を有効に活用する方法の検討が進められている。バイオマス資源を有効に活用する方法の一つとして、バイオマス資源を燃焼させて発電を行なうバイオマス発電がある。バイオマス発電により、バイオマス資源を有効に活用することができるものの、バイオマス発電は、発電を行なうことによって、大量の焼却灰が発生する。バイオマス資源の焼却灰の利用として、特許文献１では、バイオマス資源の焼却灰に石灰源材料などを添加して成分調整を行なった焼却灰再生肥料が記載されている。

しかし、バイオマス資源の焼却灰は、人体に極めて有害な六価クロムが多く含まれているという問題がある。これに対して、焼却灰に含まれる六価クロムの含有量を低減させる方法として、従来、特許文献２において、燃焼中の生成ガスの比を調整することにより、六価クロムの含有量を低減させる方法が記載されている。

特開２００５−２５３３１３号公報特開２００７−１９６２１４号公報

特許文献２に記載された従来の焼却灰に含まれる六価クロムの含有量を低減させる方法は、燃焼中の生成ガスの比を調整することが困難であり、簡便に実施することができないという課題があった。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、簡便な方法によって、六価クロムの含有量を低減させる焼却灰の無害化方法と、六価クロム含有量を低減させた焼却灰再生肥料を提供することを目的とする。

本発明に係る焼却灰の無害化方法は、バイオマス資源の焼却灰と有機性廃棄物とを混合し、発酵させることを特徴とする。

本発明の焼却灰の無害化方法によれば、有機性廃棄物に含まれる微生物による発酵により、又は、有機性廃棄物に含まれる有機物との接触による還元反応により、焼却灰に含まれる有害な六価クロムが無害な三価クロムに還元されるため、簡便な方法によって、バイオマス資源の焼却灰を無害なものとすることができる。

ここで、上記焼却灰の無害化方法において、前記発酵の温度が０〜１００℃であるものとすることができる。

これによれば、微生物による発酵が活発になり、六価クロムの三価クロムへの還元が促進されるため、好適に、バイオマス資源の焼却灰を無害なものとすることができる。

また、上記焼却灰の無害化方法において、前記有機性廃棄物が植物由来有機性廃棄物であるものとすることができる。

これによれば、植物由来有機性廃棄物は、他の有機性廃棄物と比して発酵時に発する臭いが少なく、無害化時の周辺環境への負担を少なくすることができる。

ここで、本発明に係る焼却灰再生肥料は、バイオマス資源の焼却灰と、有機性廃棄物と、を含有することを特徴とする。

本発明の焼却灰再生肥料によれば、有機性廃棄物に含まれる微生物による発酵により、又は、有機性廃棄物に含まれる有機物との接触による還元反応により、焼却灰に含まれる有害な六価クロムが無害な三価クロムに還元されるため、無害な焼却灰再生肥料を提供することができる。

また、上記焼却灰再生肥料において、前記有機性廃棄物が植物由来有機性廃棄物であるものとすることができる。

これによれば、植物由来有機性廃棄物は、肥料の三大栄養素である窒素、リン及びカリウムをバランスよく含有しているため、焼却灰再生肥料の栄養バランスが高いものとすることができる。

また、上記焼却灰再生肥料において、バイオマス資源の焼却灰が木質廃材の焼却灰であるものとすることができる。

これによれば、木質廃材が他のバイオマス資源と比して長期保管が容易であるため、焼却灰再生肥料の生産調整が容易なものとなる。

本発明の焼却灰の無害化方法によれば、有機性廃棄物に含まれる微生物による発酵により、又は、有機性廃棄物に含まれる有機物との接触による還元反応により、焼却灰に含まれる有害な六価クロムが無害な三価クロムに還元されるため、焼却灰と有機性廃棄物を混合し、発酵させるだけの簡便な方法によって、バイオマス資源の焼却灰を無害なものとすることができる。また、本発明の焼却灰再生肥料によれば、有機性廃棄物に含まれる微生物による発酵により、又は、有機性廃棄物に含まれる有機物との接触による還元反応により、焼却灰に含まれる有害な六価クロムが無害な三価クロムに還元されるため、無害な焼却灰再生肥料を提供することができる。

本発明の実施形態の焼却灰再生肥料を利用したエネルギー循環サイクルを示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る焼却灰の無害化方法と焼却灰再生肥料について説明する。実施形態の焼却灰の無害化方法は、バイオマス資源の焼却灰と有機性廃棄物とを混合し、有機性廃棄物に含まれる微生物による発酵により、又は、有機性廃棄物に含まれる有機物との接触による還元反応により、焼却灰に含まれる有害な六価クロムを無害な三価クロムに還元するものである。実施形態の焼却灰再生肥料は、バイオマス資源の焼却灰と、有機性廃棄物と、を含有し、実施形態の焼却灰の無害化方法によって無害化された肥料である。

バイオマス資源の焼却灰は、バイオマス資源がバイオマス発電によって燃焼されることによって発生する。バイオマス資源としては、製材廃材及び林地残材などの木質廃材、野菜などの食品残材及びサトウキビ残渣などの食品廃材並びに糞尿などの下水汚泥などを使用することができる。これらバイオマス資源の中でも、木質廃材を好んで使用することができる。木質廃材は、他のバイオマス資源と比して長期保管が容易であるため、焼却灰再生肥料の生産調整を容易なものとすることができ、かつ、木材が肥料の土壌改良要素として有用なカルシウムを多く含有しているからである。また、木質廃材は、バイオマス発電所で発電の熱源として燃焼に供されるときに、二酸化炭素を排出するが、木材の成長過程で大気中の二酸化炭素を吸収するため、二酸化炭素の排出量と吸収量が等しい、いわゆる、カーボンニュートラルであるため、自然環境に優しいものである。

バイオマス資源としての木質廃材には、植林地で育成された木材、並びに、木材から発生する製材廃材及び林地残材などが使用される。木質廃材は、粉末状に裁断され、その後、圧縮成形されることにより、木質ペレットとされ、バイオマス発電所で発電の熱源として燃焼に供される。木質ペレットには、原料とする木材の採取する部位の違いにより、木部ペレット（ホワイトペレット）、樹皮ペレット（バークペレット）及び全木ペレットの３種類がある。ホワイトペレットは樹皮を含まない木質部を主体とした原料を用いて製造したペレットであり、バークペレットは樹皮を主体とした原料を用いて製造したペレットであり、全木ペレットは樹皮付き丸太を原料として製造したペレットである。実施形態の焼却灰の無害化方法では、木材の採取する部位の違いに係らず、バイオマス資源としての木質ペレットを使用することができるが、バイオマス資源として発熱量が大きいホワイトペレットをより好んで使用することができる。

木質ペレットは、木材を原料としているため、自然環境として特に地下水中に存在する有害物質を高い濃度で含有し、木質ペレットがバイオマス発電所で発電の熱源として燃焼に供され燃焼残留物として残った焼却灰には、有害物質として六価クロムやフッ素が高い濃度で存在する。このため、焼却灰を再利用又は破棄するにあたり、これら有害物質を無害化又は除去する必要が生じる。

これに対して、本願発明者らは、鋭意開発に努力をした結果、有機性廃棄物に含まれる微生物による発酵により、又は、有機性廃棄物に含まれる有機物との接触による還元反応により、焼却灰に含まれる有害な六価クロムが無害な三価クロムに還元されるため、簡便な方法によって、バイオマス資源の焼却灰を無害なものとすることを見出したものである。また、有機性廃棄物が、焼却灰に含まれる有害なフッ素を無害化することも見出したものである。これは、焼却灰に含まれるフッ素が、カルシウムと難溶性塩を形成し、混合された有機性廃棄物や焼却灰に吸着され、無害化されるものと推測する。

有機性廃棄物とは、本来の用途を終えた原材料の残滓や原材料そのものであって、有機分を含有し、かつ、三大栄養素（窒素、リン、カリウム）の少なくともいずれか一種類を含有するものとし、肥料取締法（昭和二十五年法律第百二十七号）においては、およそ特殊肥料に該当するものである。

有機性廃棄物は、有機分を含有する特殊肥料に該当するものであれば、実施形態の焼却灰の無害化方法における、バイオマス資源の焼却灰と混合させて発酵させる有機性廃棄物として使用することができるが、有機性廃棄物が植物由来有機性廃棄物であるものがより好ましい。植物由来有機性廃棄物は、動物由来の有機性廃棄物と比して、発酵時の発生する臭いが少ないため、周辺環境に及ぼす影響を小さいものとすることができるからである。また、植物由来有機性廃棄物は、肥料の三大栄養素である窒素、リン及びカリウムをバランスよく含有しているため、焼却灰再生肥料の栄養バランスの高いものとすることができる。

植物由来有機性廃棄物としては、肥料取締法における肥料の種類の表記で、米ぬか、くず植物油かす及びその粉末、草本性植物種子皮殻油かす及びその粉末、木の実油かす及びその粉末、又は、くず大豆及びその粉末が入手容易であるため、より好んで使用することができる。なお、米ぬかとは、精米の際に発生する米の皮部、胚乳の一部及び胚の混合物であり、２０％程度の油分を含むものである。くず植物油かす及びその粉末とは、植物油原料の精選の際に排出されるくず植物種子や事故原料種子を別途に搾油したかすのことである。草本性植物種子皮殻油かす及びその粉末とは、草本性の植物種子の皮殻を搾油して得られる油かすであって、芥子粉の製造の際に得られるものが主で、窒素３％、りん酸、カリウムそれぞれ１％程度を含むものである。木の実油かす及びその粉末とは、カポックの種子以外の木本性植物の種子を搾油したかすの総称であり、桐の実油かす、ろうみ油かす、茶の実油かす、オリーブ実油かすなどのことである。くず大豆及びその粉末とは、半割等のくず大豆または水ぬれ等により変質した大豆を、搾油工程を経ないで加熱変性させ、フレーク状に圧ぺんしたもの、またはこれを粉末にしたものであり、窒素６％、りん酸１％、カリウム２％程度を含むものである。植物由来有機性廃棄物として具体的には、入手が容易であり、焼却灰との混合性に優れる粉末状である、米ぬか、肌ぬか、種々の植物油を原料とする油かす、又は、おから、をより好んで使用することができる。

バイオマス資源の焼却灰は、有機性廃棄物と混合され、有機性廃棄物に含まれる微生物による発酵により、又は、有機性廃棄物に含まれる有機物との接触による還元反応により、焼却灰に含まれる有害な六価クロムが無害な三価クロムに還元される。また、焼却灰に含まれる有害なフッ素が、カルシウムと難溶性塩を形成し、混合された有機性廃棄物や焼却灰に吸着され、無害化される。

バイオマス資源の焼却灰に対する有機性廃棄物の混合比（重量比）は、特に限定されるものではないが、バイオマス資源の焼却灰１に対して、有機性廃棄物が０．０５〜１０の範囲であることが好ましい。バイオマス資源の焼却灰に含まれる有害物質を好適に無害化することができるためである。混合比が０．０５に満たない場合には、有害物質を十分に無害化することができないおそれがあり、また、焼却灰再生肥料としての肥料成分が不足するおそれがある。一方、混合比が１０を超えると、有機性廃棄物が過剰となり、有機性廃棄物の輸送や保管にコストを要することとなり、コスト的に不利益が生じるおそれがある。より好ましくは、混合比は、バイオマス資源の焼却灰１に対して、有機性廃棄物が０．１〜１であり、さらに好ましくは、０．２〜０．５である。焼却灰は、篩にかけて有機性廃棄物に混合させ、パドルミキサーなどで撹拌を行なう。また、発酵中においても、発酵が促進するように、２〜３日毎に撹拌を行なうのが好ましい。

発酵の温度は、０〜１００℃であることが好ましい。微生物による発酵が活発になり、有害物質の無害化が促進されるため、好適に、バイオマス資源の焼却灰を無害なものとすることができるためである。発酵の温度が０℃に満たない場合には、微生物による発酵が活発にならず、有害物質の無害化が促進されないおそれがある。一方、発酵の温度が１００℃を超えると、有機性廃棄物が分解してしまい、有害物質を好適に無害化することができないおそれがあると共に、加える熱量が過大となり不経済となるおそれがある。より好ましくは、発酵の温度は、１０〜８０℃であり、さらに好ましくは、２０〜６０℃である。

バイオマス資源の焼却灰は、有機性廃棄物と混合され、発酵させられることにより、有害物質が無害化され、栄養素が豊富であることにより、焼却灰再生肥料として使用することができる。

焼却灰再生肥料は、バイオマス資源としての木質ペレットの原料となる木材の植林地に使用されることにより、図１に示すような、焼却灰再生肥料を利用したエネルギー循環サイクルを形成する。

植林地で育成された木材、並びに、木材から発生する製材廃材及び林地残材などの木質廃材は、木質ペレット工場にて、バイオマス資源として、圧縮成形されて、粒状の燃料体である木質ペレットに加工される。木材は、自然環境として特に地下水中に存在する有害物質を高い濃度で含有し、有害物質として三価クロムやフッ素が高い濃度で含有されている。加工された木質ペレットも同様に、三価クロムやフッ素が高い濃度で含有されている。

バイオマス資源としての木質ペレットは、バイオマス発電所にて、燃焼に供されて発電がおこなわれる。木質ペレットは、燃焼されることによって焼却灰となり、焼却灰には、土壌改良成分として有用なカルシウム分が多く含まれる。一方で、焼却灰には、木質ペレットに含まれる三価クロムが、燃焼時の高温の酸化雰囲気により六価クロムに酸化され、六価クロムが、燃焼による灰化減量により焼却灰中で濃縮され、高濃度で含有されることになる。また、木質ペレットに含まれるフッ素も、燃焼による灰化減量により焼却灰中で濃縮され、高濃度で含有されることになる。

焼却灰は、有効利用されるために、焼却灰再生工場にて、有機性廃棄物と混合され、無害化及び肥料化がなされる。具体的には、焼却灰は、有機性廃棄物と混合され、有機性廃棄物に含まれる微生物による発酵により、又は、有機性廃棄物に含まれる有機物との接触による還元反応により、焼却灰に含まれる有害な六価クロムが無害な三価クロムに還元される。また、焼却灰に含まれる有害なフッ素が難溶性塩を形成し、混合された有機性廃棄物や焼却灰に吸着され、無害化される。有機性廃棄物と混合されることによって、焼却灰は、カルシウム分に加え、窒素、リン及びカリウム分が付加され、栄養素が豊富な焼却灰再生肥料となる。

焼却灰再生肥料は、植林地で使用されることによって、焼却灰再生肥料の栄養分が木材を育成し、木材の一部となる。植林地で育成された木材は、再び、加工されてバイオマス資源に供され、エネルギー循環サイクルを形成する。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。実施例では、焼却灰は、株式会社中部プラントサービスが運営する、再生可能エネルギー木質バイオマス発電所「多気バイオパワー」（三重県多気郡多気町）から排出されたバイオマス資源の焼却灰を使用した。「多気バイオパワー」では、木質ペレット工場で加工されたホワイトペレットを燃焼させてバイオマス発電がおこなわれている。有機性廃棄物には、精米工場から排出された米ぬかと、食品工場から排出された油粕を使用した。焼却灰、米ぬか及び油粕の肥料成分と有害成分の含有量を表１に記載する。なお、肥料成分は、窒素全量、リン酸、カリウム及びカルシウムの含有量を重量％で記載した。有害成分は、六価クロム及びフッ素の含有量をｍｇ／Ｌで記載した。

（実施例１）
実施例１は、焼却灰に「多気バイオパワー」から排出されたバイオマス資源の焼却灰を使用し、有機性廃棄物に精米工場から排出された米ぬかを使用し、重量比で、焼却灰：有機性廃棄物＝１：４で混合した。焼却灰と有機性廃棄物との混合は、焼却灰を２ｍｍの篩にかけて米ぬかと混合させ、混合物を２５℃の環境下で発酵させ、焼却灰に含まれる有害成分の無害化を行なった。混合物は、２日毎に撹拌を行なった。そして、肥料成分と有害成分の含有量の測定を、混合直後、２週間後及び１か月後に行い、測定結果を表２に記載した。なお、混合直後は、酸化反応により含有量に誤差が生じるため、混合前の焼却灰と有機性廃棄物の肥料成分と有害成分の含有量の測定値から、混合比により計算した値を混合直後の肥料成分と有害成分の含有量とした。

実施例１では、六価クロムは、混合直後の０．０４ｍｇ／Ｌから、発酵期間２週間で７５％減の０．０１ｍｇ／Ｌまで減少し、１か月で測定限界値以下となり、無害化されたことが確認できた。フッ素は、混合直後の０．４２ｍｇ／Ｌから、発酵期間２週間で２９％減の０．３ｍｇ／Ｌまで減少したが、１か月でも同じ値であった。肥料成分は、発酵期間が２週間でも１か月でも変化はほとんど見られなかった。

（実施例２）
実施例２は、混合物の発酵を３７℃の環境下で行った。それ以外は実施例１と同じである。混合直後、２週間後及び１か月後の肥料成分と有害成分の含有量の測定結果を表３に記載する。

実施例２では、六価クロムは、混合直後の０．０４ｍｇ／Ｌから、発酵期間２週間で７５％減の０．０１ｍｇ／Ｌまで減少し、１か月で測定限界値以下となり、無害化されたことが確認できた。フッ素は、混合直後の０．４２ｍｇ／Ｌから、発酵期間２週間で５２％減の０．２ｍｇ／Ｌまで減少し、１か月で７６％減の０．１ｍｇ／Ｌまで減少した。肥料成分は、発酵期間が２週間でも１か月でも変化はほとんど見られなかった。

（実施例３）
実施例３は、有機性廃棄物に油粕を使用した。それ以外は実施例１と同じである。混合直後、２週間後及び１か月後の肥料成分と有害成分の含有量の測定結果を表４に記載する。

実施例３では、六価クロムは、混合直後の０．０４ｍｇ／Ｌから、発酵期間２週間で２５％減の０．０３ｍｇ／Ｌまで減少し、１か月で５０％減の０．０２ｍｇ／Ｌまで減少した。フッ素は、混合直後の０．４２ｍｇ／Ｌから、発酵期間２週間で２９％減の０．３ｍｇ／Ｌまで減少し、１か月で５２％減の０．２ｍｇ／Ｌまで減少した。肥料成分は、発酵期間が２週間でも１か月でも変化はほとんど見られなかった。

（実施例４）
実施例４は、混合物の発酵を３７℃の環境下で行った。それ以外は実施例３と同じである。混合直後、２週間後及び１か月後の肥料成分と有害成分の含有量の測定結果を表５に記載する。

実施例４では、六価クロムは、混合直後の０．０４ｍｇ／Ｌから、発酵期間２週間で変化は見られなかったものの、１か月で測定限界値以下となり、無害化されたことが確認できた。フッ素は、混合直後の０．４２ｍｇ／Ｌから、発酵期間２週間で２９％減の０．３ｍｇ／Ｌまで減少し、１か月で５２％減の０．２ｍｇ／Ｌまで減少した。肥料成分は、発酵期間が２週間でも１か月でも変化はほとんど見られなかった。

実施例の焼却灰の無害化方法によって、六価クロムを無害化することができ、フッ素の大半を無害化することができた。また、実施例の焼却灰再生肥料は、実施例の焼却灰の無害化方法によって、肥料成分に変化はほとんどなく、焼却灰のカルシウム分に加え、有機性廃棄物の窒素、リン及びカリウム分が付加された栄養素のバランスに優れるものであった。焼却灰再生肥料の三大栄養素の含有量は、焼却灰と有機性廃棄物の混合比率に依存するため、混合比率を変化させて計算した結果を表６と表７に記載する。米ぬかと油粕は、有機性廃棄物：焼却灰＝１：９より多く含まれることによって、肥料として十分な三大栄養素を含有することが分かる。なお、実施例の焼却灰無害化方法は、常温で無害化が進行するため、バイオマス資源の焼却灰と有機性廃棄物とを混合及び梱包した焼却灰再生肥料を出荷することによって、出荷の移動中に有害物質の無害化を図ることもできる。

Claims

バイオマス資源の焼却灰と有機性廃棄物とを混合し、発酵させることを特徴とする焼却灰の無害化方法。
前記発酵の温度が０〜１００℃であることを特徴とする請求項１に記載の焼却灰の無害化方法。
前記有機性廃棄物が植物由来有機性廃棄物であることを特徴とする請求項１に記載の焼却灰の無害化方法。
バイオマス資源の焼却灰と、有機性廃棄物と、を含有することを特徴とする焼却灰再生肥料。
前記有機性廃棄物が植物由来有機性廃棄物であることを特徴とする請求項４に記載の焼却灰再生肥料。
バイオマス資源の焼却灰が木質廃材の焼却灰であることを特徴とする請求項４に記載の焼却灰再生肥料。