JP3920937B2 - 焼却灰のセメント系土壌改良固化剤の製法と安定処理剤 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は一般ゴミ、下水汚泥、ヘドロ、産業廃棄物等を焼却した後に残る有害な重金属類を含む焼却灰をセメント化し、焼却灰のセメント系土壌改良剤の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来ゴミ処理工場では、再利用できないゴミは焼却により、ゴミの体積を減容させ、後に残る焼却灰をそのまま、管理型の処分場に捨てるか、あるいは、セメントを混ぜて固化するなどして処理している。
例えば、焼却灰をセメントに混ぜて固化させることで、環境への有害物質の溶出を防止する方法は一応の効果はあるが、セメントに過剰の水分を使用するので、その水分の蒸発によって固化後に毛細管ができ、固化物に水の浸透性が出て、有害物が溶出する可能性があり、長い期間にわたっては、溶出が無視できないほどになる場合がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
焼却後の灰についての問題点は、灰の中に有害な成分や重金属類や有機質分が多く含まれている場合である。これらのものは、焼却にともなう高熱で分解されなかったものであり、化学的な処理が困難なことが多い。脱塩素処理で石灰による強アルカリ性を示すため、酸化物として存在している金属や重金属は水に溶け出すと水酸化物の不溶性塩となるが、溶出試験を行うと少量であっても溶出して来るので、微量でも永続的に重金属類の溶出が続くことになる。このような有害成分を含む焼却灰をそのまま埋立てなどに用いると、有害成分が溶出し、環境に悪影響を与えることから、有害物の重金属を溶出しないような処理を施したうえで廃棄しなければならない。
【０００４】
従って本発明は、焼却灰をポルトランドセメントによる固化のみならず、焼却灰をセメント化し安定した状態でセメント系土壌改良剤に利用することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は有害重金属、若しくは有機塩を含む、焼却灰をキルンにかけ、１００メッシュの粉体にして、無水炭酸ナトリウム、無水炭酸カリウム、酢酸ナトリウム、ホウ酸、二酸化ケイ素、酸化カルシウム等のガラス形成成分を主成分とする有機物安定処理剤を加えて、セメント化することにより、固化物による再度の廃棄物の処理をはぶき、環境への有害物質の溶出を防ぐ方法によるセメント系土壌改良剤を提供するものである。
【０００６】
本発明で使用する有害物質安定処理剤は二酸化ケイ素と無水炭酸ナトリウムとコバルトの反応を基礎としたものであり、二酸化ケイ素は可溶性ケイ酸塩に変わり、無水炭酸ナトリウムとの化学反応により、ケイ酸ナトリウムを生じ粘着剤となり、また、二酸化炭素は、ケイ素との共有結合による結晶化合物をつくりケイ素と炭素との共有結合による非常に安定で高温に耐える有機ケイ素化合物となる。シリカゲルは無害であり、危険性も少なく、安価なためきわめて実用的であり、乾燥剤の役目をすると同時にシリカゲルが水を吸い、水分子が塩化コバルトと反応し、コバルト（ＩＩ）イオン等金属イオンのまわりに、塩化物イオンのような陰イオンが規則正しく並んで錯体を形成する。さらに無水炭酸ナトリウムは水と反応して水酸化ナトリウムをつくり、水酸化ナトリウムは水によく溶けて水酸化物イオンを電離する。ナトリウムイオンはイオン化傾向も大きいので、金属との化学反応も起こしやすく、水酸化物イオンは、アルカリ性で、中和反応を起こし、酸性雨による害を止める役目もする。
本発明の安定処理剤はＳｉＯ_２、Ｎａ_２ＣＯ_３、ＣａＣＯ_３のようなガラスの固化成分をもち、さらに無水ホウ酸、Ｈ_３ＢＯ_３を加えれば硬質ガラス系のものとなるものであり、またＣａＣＯ_３、ＳｉＯ_２、ＳＯ_２Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等セメント成分も混合するものである。このセメントの成分は１００ｇに対して２０ｇほど加えることにより、水和反応による一層の造岩作業の働きを強め、岩石の主成分であるＨ_２ＳｉＯ_３＋ＳｉＯ_２を長い年月をかけてつくりあげるもので、セメントによる水和反応のみでなく、錯イオン結合と相まって造岩性を強くするものである。
【０００７】
焼却灰に含まれている有害物の薬品処理方法では、どのような処理方法であっても焼却灰と薬品の混合、攪拌効率が一番の問題となるため、処理対象物に見合った混合方法、処理時間のテストを繰り返し、焼却灰粒子の無機質成分は固化に必要な石灰分（ＣａＯ）、ケイ酸分（ＳｉＯ_２）、アルミナ分（Ａｌ_２Ｏ_３）、鉄分（Ｆｅ_２Ｏ_３）、硫酸根（−ＳＯ_４）等の化合物を水と反応させて水和物を生成し、液性イオン濃度の変化に応じてイオン荷電が修正され、沈積が始まる。
【０００８】
焼却灰内の液層、気層、さらに有機質の硬化に対する最大の阻害要因は、セメントの水硬性鉱物が加水分解によって生ずるカルシウムイオンといち早く反応して、不溶性、又は可溶性の化合物を形成する点にある。例えば不溶性塩を形成する場合はその主成分が、セメント粒子の表面を被覆して以後の反応を進まなくする作用、又、可溶性塩の場合は次々に反応して溶液として水和反応の系外に持ち去ってしまう作用である。
いずれにしても、このように水和反応の主体であるべき、カルシウムイオンが他の反応系に持ち去られたのでは水和反応の化学バランスが崩れる。依って本発明の安定カルシウム処理剤を混合することにより、液相が石灰含有量を増大し、アルカリ性の組成となることを、さらには急速な水和反応によって水和阻止効果の及ぶ前に固化を達成する組成とすることで、アルミン酸石灰水和物の水和反応を促進し、エトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏ）の生成をより多くするもので、これら複塩は重金属を含む、有害物を固定し、溶出させない状態にするものである。
【０００９】
本発明によるセメント系土壌改良剤にアンモニアを配位子とするアンモニア分子の水素原子が有機の炭化水素基で置換され、炭化水素基の２箇所に窒素原子が結合した分子は、窒素原子が配位したときに一種の環をつくり、安定度を増す。セメントはエトリンガイトの水和反応による固化作用で固化生成物を形成するため、マイナス温度による固化作用は不可能である。しかし、本発明によるセメント系土壌改良剤は、アンモニア分子との反応により、マイナス温度においても固化反応が可能である。
【００１０】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが、これらの実施例は単に本発明の理解を助けるための手段に過ぎず、これらの実施例によって本発明が何等限定されるものでないことは当然理解されなければならないところである。なお、以下の実施例は大阪市、東京都、宇都宮市、栃木広域行政区、富里町等２０ケ町村で実施し、厚生省認定検査機関での試験データによるものである。
【００１１】
実施例１
セメント系土壌改良剤の主原料として焼却灰を１００メッシュに粉砕したものを１０００ｇ、ポルトランドセメント２００ｇをよく混合する。焼却灰が含有している重金属を処理（化学的）するために、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）１０ｇ、酸化カルシウム（ＣａＯ）３ｇ、無水炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）１０ｇ、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）２ｇ、無水ホウ酸（Ｂ_２Ｏ_３）５ｇ、無水炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）３ｇ、ケイ酸カリウム（ＳｉＯ・Ｋ_２Ｏ）５ｇ、酸化コバルト（ＣｏＯ）２ｇを使用、６００℃のキルンにて約３０分間攪拌を行いながら熱加工し、セメント系土壌改良剤を調製した。本発明による土壌改良剤に触媒としてメチルエチルケトン（Ｃ_２Ｈ_５ＣＯＣＨ_３）、酢酸ナトリウム（ＣＨ_３ＣＯＯＮａ・３Ｈ_２Ｏ）、エチレンジアミン（ＮＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨ_２）をそれぞれ５ｇずつ使用した。アンモニア水を入れる前に触媒とセメント系土壌改良剤を３０分間攪拌、さらにアンモニア水を入れて３０分間の攪拌を実施した。
大阪市ゴミ焼却場より出された焼却灰を１００メッシュの粉体にしたものを１０００ｇに、ポルトランドセメント２００ｇ、本発明の安定処理剤を入れたセメント系土壌改良剤に触媒とアンモニア水を混練し、スランプ８ｃｍの水分量で固化して、４週間養生期間を置き、溶出試験を行った。溶出試験は、カドミウム、シアン、有機リン、鉛、六価クロム、ひ素、アルキル水銀、ＰＣＢについて行った。この試験の結果、シアン、有機りん、六価クロム、アルキル水銀、ＰＣＢについては検出されず、鉛は０．５ｍｇ／ｌ未満、カドミウム及びひ素は０．０５ｍｇ／ｌ未満、全水銀は０．０００５ｍｇ／ｌ未満といずれも有害物の判定基準に達しない値であった。
【００１２】
実施例２
東京都のごみ焼却場より出された焼却灰を１００メッシュの粉体にしたものを１０００ｇにポルトランドセメント２００ｇ、本発明の安定処理剤を入れたセメント系土壌改良剤に触媒とアンモニア水を加えて混練し、実施例１と同様の方法で１週間後に溶出試験を行った。水銀、カドミウム、鉛、ひ素、シアン、クロムの中、鉛が０．３４ｍｇ／ｌ未満、クロムが０．０６ｍｇ／ｌ未満で水銀、カドミウム、ひ素、シアンについては不検出であった。
【００１３】
実施例３
宇都宮市焼却場の焼却灰を１００メッシュの粉体にしたものを１０００ｇに、ポルトランドセメント２００ｇ、本発明の安定処理剤を入れたセメント系土壌改良剤に触媒とアンモニア水を加え、実施例１と同様の方法で混練し、２週間後に溶出試験を行った。溶出試験は鉛、カドミウム、ひ素、六価クロム、全水銀、有機リン、全シアンについて行った。この溶出試験の結果は、鉛０．１７ｍｇ／ｌ未満、カドミウム０．００５ｍｇ／ｌ未満、ひ素０．０２ｍｇ／ｌ、六価クロム０．１４ｍｇ／ｌ未満、全水銀０．０００５ｍｇ／ｌ未満、有機リンと全シアンは不検出といずれも有害物の判定基準に合格した。
【００１４】
実施例４
栃木地区広域行政事務組合焼却場の焼却灰を本発明のセメント系土壌改良剤にしたものを１０００ｇにポルトランドセメント２００ｇ、その他は前記実施例と同様に固化し、１週間後に溶出試験を実施した。鉛、カドミウム、ひ素、六価クロム、全水銀、有機リン、全シアンの溶出試験の結果は鉛１．００ｍｇ／ｌ、カドミウム０．０００５ｍｇ／ｌ、ひ素０．０２ｍｇ／ｌ、六価クロム０．０６ｍｇ／ｌ、全水銀０．０００５ｍｇ／ｌ、有機リンと全シアンは不検出で、すべて判定基準に達しない価であった。
【００１５】
実施例５
セメント系土壌改良剤１０００Ｋｇをコンクリート混練機に入れて回転させながらセメント２００Ｋｇを入れて１５分間攪拌し、その後触媒とアンモニア水１８１を１０倍の水で希釈して投入し、更に１０分間混練した後、スランプ１５ｃｍにして圧送ポンプにて廃棄場所に流し込んだ。１週間後にはトラック（１０ｔ車）が乗っても崩れない固化物となった。
【００１６】
【発明の効果】
本発明のセメント系土壌改良剤と安定処理触媒を用いて焼却灰をセメント化することによって、これまで困難とされてきた焼却灰に含まれている有害物質が漏出することのない固化生成物を得ることができる。これは炭酸ソーダ等から発生する二酸化炭素がケイ酸ソーダの分解を助けて液相にコロイド状シリカを生成せ、このコロイドシリカが炭素−ケイ素結合を形成するためと考えられる。また重金属元素には電気的に陽性になりやすいものと陰性になりやすいものとがあり、陰陽の組み合わせによって安定な化合物が生まれる。本発明による焼却灰のセメント系材料としての生成物の圧縮強度はポルトランドセメント及び安定処理剤の比率を調整することにより任意に変えることもできる。これにより焼却灰は廃棄物ではなく、セメントの資材として充分使用できる副産物となる。

Claims (2)

1. 焼却灰に、ポルトランドセメント、二酸化ケイ素、酸化カルシウム、無水炭酸ナトリウム、酸化アルミニウム、無水ホウ酸、無水炭酸カリウム、ケイ酸カリウム、酸化コバルトを混合しキルンにて攪拌を行いながら熱加工して製造されたセメント系土壌改良剤。
2. 請求項１のセメント系土壌改良剤に、触媒としてメチルエチルケトン、酢酸ナトリウム、エチレンジアミン、とアンモニア水を混練固化して得た固化生成物。