JP4217202B2 - 重金属含有焼却灰の再資源化方法 - Google Patents

Description

本発明は、下水汚泥の焼却灰その他の重金属を含有するおそれのある焼却灰ないし燃焼灰（以下及び特許請求の範囲において、「焼却灰」と総称する。）の無害化及び資源化処理方法に関するもので、焼却灰中のひ素、セレン、ふっ素、ほう素などの重金属を安定化して溶出を防止した処理物を産業資材として再利用可能にする技術に関するものである。

廃棄物や汚泥の焼却装置や粉炭燃焼装置などから排出される焼却灰は増加の一途にあり、これらの焼却灰の有効利用が叫ばれている。しかし、これらの焼却灰の多くは、有害な不純物を含んでおり、その産業資材としての利用の障害となっている。例えば、下水汚泥を焼却する際に発生する焼却灰は、ひ素、セレン、ふっ素、ほう素等の重金属を含んでおり、再利用に際しては、これら重金属の無害か処理が必要である。

従来、上記のような有害物質を含んだ焼却灰の無害化方法として、溶融固化、セメント固化、キレート剤などを用いる薬剤処理等があるが、埋立て処理が主である。溶融固化は、焼却灰を高温で溶融してスラグ化し、重金属の溶出による環境汚染を防止するとともに、これを骨材として利用するというものである。またセメント固化としては、焼却灰に多量の水（通常、焼却灰１００重量部に対して１８〜４０重量部）及びセメント（同１３〜４０重量部）とキレート剤を加えて固化したあと再度粉砕し、スラグ状にしたものを道路の路盤材などに使用することが行われている。セメントを用いて固化する方法は、重金属の固定化と焼却灰の固形化を同時に行える利点はあるが、焼却灰の種類によっては、多量のセメントの添加が必要であり、不純物の種類によっては、溶出量を基準値以下にできない場合もある。

なお、下記特許文献１には、重金属含有燃焼灰１００重量部に対して、生石灰及び／又は消石灰０．１〜２０重量部及び水１０〜１００重量部を添加して混合する重金属含有燃焼灰の処理方法が提案されている。また特許文献２には、焼却炉、溶融炉、ボイラといった燃焼装置から排出された焼却灰に、セメントやキレート剤を含む安定化剤と水とを混合して無害化する技術が示されている。
特開２００１−９４１８号公報 ２００３−２００１３２号公報

焼却灰を高温で溶融してスラグ化した溶融スラグは、処理が煩雑で高温の溶融炉が必要で、コストが高く、不経済である。また、セメントで固化して不純物を封じ込める従来方法は、多量のセメント及び水を使用して固化した処理物を得ているので、産業資材として再利用するのに、固化した処理物を再度破砕しなければならないなど、搬送や前処理に手数を必要とし、用途が限られ、産業資材として広く利用できる状況にはなっていない。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、下水道汚泥の焼却灰を始めとする各種の焼却灰からの有害重金属の溶出を少量の混合物で効率的に防止して、更に産業資材として利用する際の運搬、貯蔵、取扱いに便利な形態の処理生成物を得ることができる、簡便で経済的な方法を提供することを課題としている。

この発明は、焼却灰にセメント（高炉セメント）とキレート剤と水とを加えて混合するに際し、混合するセメントと水の量を少量とすると共に、混合により得られた中間製品に生石灰を加えて混合し、前記中間製品中の水分と生石灰とを反応させて水分の吸収を図ると共にその反応熱で水分を蒸発させて、乾燥した粉末状の再生製品としたものである。更に好ましくは、ミキサーから貯蔵庫への搬送中に加熱乾燥して、水分１％以下の安定した粉体の製品を得るというものである。

すなわち本願請求項１の発明に係る焼却灰の再資源化方法は、重金属含有焼却灰１００重量部に対して、高炉セメント３〜１５重量部、キレート剤０．２〜５重量部、水２〜１０重量部を添加して混合し、得られた混合物に更に生石灰を、前記焼却灰１００重量部に対して２〜２５重量部添加して混合することにより、焼却灰中の重金属を固定化した粉末状の混合物を得るというものである。

本発明の方法は、焼却灰１００重量部に対して２〜１０重量部、好ましくは２〜５重量部という少量の水を混合することによって、焼却灰をほぼ粉末状態のままキレート処理して乾燥させ、粉体として製品化することを特徴とするものである。

また本発明の方法は、生石灰を、焼却灰１００重量部に対し２〜２５重量部、好ましくは２〜１０重量部添加して混合することによって、不溶出効果を促進させるとともに、水と生石灰の水和反応によって水分蒸発を行わせることを特徴とするものである。

この種の処理に用いるキレート剤（重金属固定剤）には、無機系（硫酸鉄系、硫化鉄系など）と有機系（有機リン酸系など）とがあり、また、粉体のものと液体のものとがある。キレート剤の混合量は、通常、焼却灰１００重量部に対し２〜５重量部であり、１０重量部以上を用いている例もある。キレート剤は高価なので、少ない混合量で重金属を固定化できることが望ましい。この発明の方法によれば、焼却灰１００重量部に対し、０．２〜１重量部という少量のキレート剤で、重金属の固定化が可能であるが、コストを問題にしなくてよいなら、これより多い量を混合してもよい。

この発明で提唱するより好ましい方法では、焼却灰の無害化において、焼却灰に高炉セメント、キレート剤及び水を、焼却灰１００重量部に対し高炉セメント３〜１５重量部、キレート剤０．２〜１重量部、水２〜５重量部添加して混合し、更に生石灰を、焼却灰１００重量部に対し２〜１０重量部添加して混合する。更に好ましくは、上記混合で得られた前製品を加熱乾燥機能を付与した搬送装置で貯蔵サイロに搬送して、水分を処理物１００重量部に対し１．０％以下、好ましくは０．５％以下に低減させることによって、産業資材としての品質性能を向上させる。

この発明は、燃焼装置から排出された焼却灰に、高炉セメントからなる固化剤及びキレート剤からなる重金属固定剤と水とを供給して振動ミキサー１にて混合して重金属を安定化させ、その後振動ミキサー２にて生石灰と混合して消化吸水反応、イオン交換反応、ポゾラン反応、炭酸化反応を促進させ、更に乾燥装置で水を蒸発させるとともに、重金属を封じ込めて、無害化した粉末状の産業資材を得るものである。

上記方法における材料の混合は、混合媒体として複数のロッド２２を装入した振動ミキサー１、２あるいは前記ロッドを装入しない振動ミキサーを用いて連続的に行うのがよく、特にロッドを装入した振動ミキサーを用いることにより、均質な混合物を能率良く得ることができる。

従来、焼却灰から有害物質の溶出を防止した状態で粉末状の産業資材を得る技術は知られていない。この発明では、焼却灰を粉体の状態でキレート処理し、生石灰を添加することによって不溶出効果を促進させるとともに水分蒸発を補填し、更に処理物を搬送装置にて貯蔵設備へ搬送する際に当該搬送装置で加熱乾燥を行い、水分率の少ない乾燥した粉末状の産業資材を得ている。得られた処理物は、アスファルトフィラー、コンクリート二次製品の材料等、多用途に利用でき、乾燥した粉末状であるから、貯蔵、搬送、使用前の前処理などの際の取扱いに便利である。

以下、図１の処理フロー図及び図２の処理装置のブロック図を参照して、この発明の実施形態を説明する。

第１振動ミキサー１の材料投入口１１に焼却灰サイロ３、高炉セメントサイロ４、薬剤タンク５及び水タンク６を接続して、それらのサイロ及びタンクから下水汚泥の焼却灰、高炉セメント、キレート剤及び水を所定の比率で投入し、それらの混合物を得る。投入する材料の比率は、焼却灰１００重量部に対して高炉セメント３〜１５重量部、キレート剤０．１〜３重量部、水２〜１０重量部である。より好ましい混合比は、焼却灰１００重量部に対して高炉セメント３．７５〜１５重量部、キレート剤０．２５〜１重量部、水２〜５重量部である。

第１振動ミキサー１及び後述する第２振動ミキサー２は、図５に示すように、材料投入口１１、２１側を閉鎖した横置き円筒状の本体２０内に複数本のロッド２２を材料投入側の端部で片持ち状態で支持した構造で、本体２０及びロッド２２を振動させる加振装置が設けられている。材料投入口１１、２１に材料を所定の比率で連続的に投入することにより、それらの混合物を本体２０の開放された端部から連続的に吐出させることができる。ロッド２２を設けたものは、効率の良い混合処理が可能であるが、ロッド２２を有しない構造のものもある。このような構造の振動ミキサー１を用いることで、上記比率で投入した焼却灰、高炉セメント、キレート剤及び水の効率の良い連続混合が可能である。

次に第１振動ミキサー１から吐出された混合物（中間製品）に生石灰サイロ７の生石灰を添加して、第２振動ミキサー２に投入し、両者を混合して前製品を得る。生石灰の混合比は、焼却灰１００重量部に対し生石灰２．５〜２５重量部、好ましくは２．５〜１０重量部である。第２振動ミキサー２から吐出される前製品は、水分１〜２％程度の粉体である。

得られた前製品は、スクリュコンベア１２などの搬送装置で第１製品貯蔵サイロ８に送られる。第２振動ミキサー２から吐出される前製品は、そのままでもセメントやアスファルト舗装材に混合するフィラー（石粉）として利用できるが、貯蔵の安定性と品質の向上を図るために、サイロ８への搬送中にヒータや熱風で加熱乾燥して、水分を１％以下、特に０．５％以下にするのが好ましい。

混合ミキサーで処理した下水汚泥焼却灰を製品としての品質規格に適合させるには、粉体に含まれる水分を蒸発させ、粉体の含水比を１％以下とする。振動ミキサーの混合において生石灰を投入すると、粉体は生石灰の水和反応によって昇温し、併行して水分の蒸発が行われ、振動ミキサーから排出された粉体は、含水比１．５％、温度７０℃程度となる。これを搬送装置で貯蔵槽に搬送する間に、加熱乾燥して含水比を０．５％に低減させる。

本願発明者らの試算では、冬期外気温；−５℃、夏期外気温；３０℃、搬送装置入口粉体温度；７０℃とすると、コンベア搬送中における粉体温度は、搬送距離Ｌ＞４.０ｍで粉体温度が５０℃以下となり、蒸発能力の低下、結露の発生が懸念され、適切な保温施工が必要である。しかし保温材で保温しただけでは、Ｌ＞１４ｍで粉体温度が５０℃以下となる。

冬期、夏期の含水比（０．５％）を確保するためには、搬送装置として、
(1)冬場においては、粉体を加熱し粉体温度５０℃以上を確保すること。
(2)搬送装置内部に水分蒸発のための空間を確保すること。
(3)乾燥空気の供給時は、粉体が飛散しない程度で且つ粉体層温度より高温であること。
(4)コンベア出口で蒸発水分の凝縮がおこらないこと。
が必要であると考えられる。

搬送装置に保温材、ヒータ等を設けることによって、外気温の低い冬場においても所要の含水比（０．５％）を確保することができる。この条件は、例えば冬期には、コンベアをヒータで加熱すると共に、空気加熱器で生成した乾燥空気（８０℃）をコンベアの搬送空間に供給する。冬期以外は、必要に応じてこれらの加熱装置を部分負荷で運転すればよい。

すなわち、この実施形態では、スクリュコンベア１２にヒータを取付けて８０℃程度に加熱すると共に乾燥空気を送って、水分０．５％以下の乾燥した粉末状の第１製品として製品サイロ８に貯蔵している。貯蔵された第１製品は、セメントと混合してコンクリートブロックの材料などとして用いることができる。

この発明により得られる製品の最も大きな用途は、アスファルト舗装をする際のフィラーであると考えられる。アスファルト舗装のフィラーとして用いるときは、第１製品にほぼ同量の天然フィラーを混合した第２製品を用いる。図３及び図４は、第１製品に天然フィラーを混合して第２製品を得るためのフロー図及び装置ブロック図を示したものである。この実施形態では、前述した第２振動ミキサー２を用いて第１製品と天然フィラーとの混合を行っている。

すなわち、第２振動ミキサー２の投入口２１に接続した天然フィラーサイロ９から供給される天然フィラーを第１製品サイロ８の第１製品と共に投入して第２製品を得る。第１製品と天然フィラーとの混合割合は、実施例では第１製品１００重量部に対して天然フィラー１００重量部であるが、特に限定されるものではない。得られた第２製品は、第２製品サイロ１０に貯蔵され、注文に応じて出荷される。

上記方法によって得られた第１製品及び第２製品の混合割合と、得られた製品のＪＩＳ規格による重金属の溶出試験結果を表１及び表２に示す。表１は、第１製品の実施例であり、表２は、第２製品の実施例である。試料番号ｃ（セメント１．５重量部、キレート剤０．１重量部）のもの及び試料番号ｅ（水２．０重量部、生石灰混合無し）のものは、セレンの溶出量が法定許容値の０．０１をオーバーしており、製品として不適合である。なお、表中の溶出量の単位はｍｇ／リットル、−は当該成分を含まないこと又は当該物質の溶出試験を行わなかったことを示している。

第１製品の製造工程図 第１製品の製造設備のブロック 第２製品の製造工程図 第２製品の製造設備のブロック 振動ミキサーの模式的な説明図

Claims (3)

1. 重金属含有焼却灰１００重量部に対して、高炉セメント３〜１５重量部、キレート剤０．２〜５重量部、水２〜１０重量部を添加して混合し、得られた混合物に更に生石灰を、前記焼却灰１００重量部に対して２〜２５重量部添加して混合することにより、焼却灰中の重金属を固定化した粉末状の混合物を得る、焼却灰の再資源化方法。
2. 重金属含有焼却灰に高炉セメント、キレート剤及び水を、焼却灰１００重量部に対し、高炉セメント３〜１５重量部、キレート剤０．２〜１重量部、水２〜５重量部添加して混合し、得られた混合物に更に生石灰を、前記焼却灰１００重量部に対し２〜１０重量部添加して混合し、更に搬送コンベア内で加熱乾燥して、焼却灰中の重金属を固定化した水分率１重量％以下の粉末状の混合物を得る、焼却灰の再資源化方法。
3. 材料の混合を、振動ミキサーを用いて行う、請求事項１又は２記載の焼却灰の再資源化方法。

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