JP4397944B2 - 排ガスおよび飛灰を処理するための複合処理剤、および、処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般廃棄物の焼却によって生じる排ガスおよび飛灰を処理するための複合処理剤ならびに処理方法に関する。

廃棄物の焼却処理に伴って生じる排ガスには、塩化水素（ＨＣｌ）や硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）などの酸性ガスが多量に含まれている。このため、排ガスによる大気汚染を防止する目的から、廃棄物焼却処理施設においては、焼却炉から排出された排ガスを中和する中和処理が行われる。中和処理のための中和剤のうち固体状のものとしては、消石灰すなわち水酸化カルシウム（Ｃａ(ＯＨ)_２）の粉末が最も広く用いられている。中和剤は、排ガスに対してその中に吹き込むなどの方法により添加することで、酸性ガスの中和反応を生じ、その結果、塩化水素や硫黄酸化物などを無害化する処理、すなわち脱塩や脱硫などの処理が行われる。

また、廃棄物の焼却によって排ガスと共に生じる飛灰には、重金属、なかでも鉛（Ｐｂ）やカドミウム（Ｃｄ）などの有害重金属を多量に含有されており毒性が高い。このため、飛灰による直接汚染や二次被害を防ぐ目的から、飛灰は特別管理廃棄物に指定され、飛灰を廃棄する際には薬剤処理や溶融処理などの中間処理を行うことが義務づけられている。さらに、中間処理物を管理型埋立処理施設に埋め立てる場合には、その中間処理物が埋立溶出基準に適合していなければならないと定められている。

飛灰からの重金属の溶出を薬剤処理によって抑える場合、飛灰に含まれる重金属を化学的に不溶化する処理、すなわち重金属の安定化処理が行われる。この安定化処理方法としては、近年、上記の中和処理をした後の排ガスに含まれる飛灰を集じん装置で集じんし、そこへ重金属安定化処理剤を添加して加水混練する、という方法が開発されてきた。重金属安定化剤としては、例えば、ジチオカルバミン酸系やピペラジン系等のキレート剤が広く用いられているほか、シリカやケイ酸アルミニウムなどの吸着剤や、ケイ酸ナトリウムなどの水ガラス類、などが用いられている（例えば、特許文献１参照）。

これら焼却後の廃棄物に対する中和および安定化という2種類の処理に関し、排ガスの中和処理のための中和剤と重金属の安定化処理剤とを配合することにより、両方の処理を一剤で行うことができるという、複合型の処理剤も開発されてきた（例えば特許文献１〜３を参照）。この複合処理剤を用いることにより、中和および安定化の処理を別々の薬剤を用いて別々に行う場合に比べると、より簡便で、合理的かつ効率的に排ガスおよび飛灰の処理を行うことができ、処理に用いる施設もより簡略化できるようになった。
特開平９−９９２３４号公報 特開２０００−４２３６０号公報 特開２００３−３１１１２２号公報

しかし、地球資源の保護、費用削減、および、焼却処理後の埋め立て処理量の低減という観点から、複合処理剤として使用するアルミニウムの量は少なければ少ないほど望ましい。
そこで、本発明は、排ガスおよび飛灰を処理するための、消石灰と適正量のリン酸アルミニウムとを含む新規複合処理剤と、排ガスおよび飛灰を処理するための新規処理方法とを提供することを目的とする。

発明者は、鋭意検討の結果、消石灰とリン酸アルミニウムの重量比が80 : 20〜85 : 15である場合に、一般廃棄物の焼却によって生じる排ガスを効率的に中和し、さらに飛灰に含まれる重金属を効果的に安定化できることを見出した。

即ち、本発明は下記の通りである。
（ｉ）一般廃棄物の焼却によって生じる排ガスおよび飛灰を処理するための複合処理剤であって、消石灰とリン酸アルミニウムとを含み、前記消石灰と前記リン酸アルミニウムの重量比が80 : 20〜85 : 15である複合処理剤。

（ｉｉ）一般廃棄物の焼却によって生じる排ガスおよび飛灰を処理するための処理方法であって、前記排ガスおよび飛灰に、複合処理剤を添加する工程と、前記複合処理剤が添加された飛灰を、前記添加された複合処理剤と共に集じんする工程と、前記集じんされた飛灰および複合処理剤に、水を添加して混練する工程とを含み、前記複合処理剤が、消石灰とリン酸アルミニウムとを含み、前記消石灰と前記リン酸アルミニウムの重量比が80 : 20〜85 : 15である、処理方法。

本発明によって、排ガスおよび飛灰を処理するための、消石灰と適正量のリン酸アルミニウムとを含む新規複合処理剤と、排ガスおよび飛灰を処理するための新規処理方法とを提供することが可能となる。

以下、上記知見に基づき完成した本発明の実施の形態を、実施例を挙げながら詳細に説明する。なお、本発明の目的、特徴、利点、および、そのアイデアは、本明細書の記載により当業者には明らかであり、本明細書の記載から当業者であれば容易に本発明を再現できる。以下に記載された発明の実施の形態及び具体的な実施例などは、本発明の好ましい実施態様を示すものであり、例示又は説明のために示されているのであって、本発明をそれらに限定するものではない。本明細書で開示されている本発明の意図並びに範囲内で、本明細書の記載に基づき、様々な改変並びに修飾ができることは、当業者にとって明らかである。

＝＝＝複合処理剤＝＝＝
本発明の複合処理剤は、消石灰とリン酸アルミニウムとを含み、前記消石灰と前記リン酸アルミニウムの重量比が80 : 20〜85 : 15となるように配合されている。
本発明の複合処理剤の剤形、ならびに消石灰およびリン酸アルミニウムの本発明の複合処理剤中での配合の様式は、排ガスに添加したときの中和処理、および、飛灰と共に加水混練したときの安定化処理が効率的に行われるような剤形ならびに配合様式であればよく、特に限定されない。粉末状の消石灰およびリン酸アルミニウムを使用する場合は、両者を粉末状のまま充分に混合して、そのまま粉末状の剤形とした複合処理剤とすることが、取り扱いの容易さや反応効率の維持などの点で好ましいが、必要に応じて、その他の固体状の剤形、例えば顆粒状やペレット状などにしてもよい。

実施例において後述するように、本発明の複合処理剤において、消石灰とリン酸アルミニウムの配合比を上記の範囲になるように配合することによって、消石灰に対して少ないアルミニウム元素量（消石灰100重量部に対して、アルミニウム換算量で3.91〜5.53重量部）を用いて、効率的に重金属の安定化処理を行うことができる。
ここで、消石灰100重量部に対して、アルミニウム換算量で3.91重量部以下であれば、重金属、特に鉛が溶出し、5.53重量部以上であれば、特にカドミウムが溶出してしまう。さらに、アルミニウム元素量が増えるに伴って、高額な処理費を要し、また、廃棄物の量も増大してしまう。

消石灰、および、リン酸アルミニウムの純度は特に限定されず、安定化の妨げとならなければ、不純物を含んでいても良い。

＝＝＝複合処理剤の適用対象となる廃棄物＝＝＝
本発明の複合処理剤は、一般廃棄物の処理を目的とする。ここで、「一般廃棄物」とは、廃棄物の処理および清掃に関する法律に定められる、産業廃棄物以外の廃棄物のことをいう。例えば、市町村などの地方公共団体において廃棄された一般廃棄物は、基本的にそれぞれの地方公共団体の処理施設において処理される。このため、一般廃棄物を焼却によって処理する場合、処理されるべき廃棄物や、処理に用いられる焼却処理施設の設備構成は、処理を行う市町村ごとにそれぞれ異なることとなる。

しかしながら、一般廃棄物のうち可燃性のごみの成分及びその割合は、全国的にも、また年度が異なってもほぼ同程度であるため（例えば、「廃棄物処理技術」、福本勤著、共立出版株式会社、22頁、ならびに、第16回廃棄物学会研究発表会講演論文集(2005)、酒井護ら、31頁、等を参照）、一般廃棄物を同一の方法で焼却処理した場合に生じる飛灰などの成分及びその割合も、ほぼ同程度になると考えることができる。そして、実施例に後述するように、複数の地方公共団体で排出された異なる一般廃棄物を、異なる設備構成を有するそれぞれの焼却処理施設で焼却した場合においても、本発明の複合処理剤および処理方法を用いると、有効に排ガスおよび飛灰の処理ができることが確かめられている。
従って、本発明の複合処理剤および処理方法は、広く一般廃棄物の焼却処理をする際に排出される排ガスおよび飛灰などの処理に有効である。

＝＝＝複合処理剤の使用方法、および、排ガスおよび飛灰の処理方法＝＝＝
本発明は、廃棄物の焼却により生じる排ガスおよび飛灰を処理するための以下のような処理方法を提供する。
（１）まず、廃棄物の焼却によって生じた排ガスの流れの中に、上記複合処理剤を添加することにより、排ガス中に含まれる酸性ガスの中和処理を行う。
本発明の複合処理剤に含まれる消石灰は、排ガスに添加されると、排ガスに含まれる酸性ガス、例えば塩化水素や硫黄酸化物と接触することにより、これら酸性ガスの中和反応を生じさせるので、その結果、排ガスを無害化することができる。

酸性ガスの中和処理のための中和剤として消石灰を使用することは、他の中和剤、例えば炭酸塩や重炭酸塩に比べて消石灰が比較的安価であることや、国内の廃棄物焼却処理施設の多くが消石灰の吹き込みによる中和処理を前提として設計されていることなどから、本発明の実施に好適である。

複合処理剤を排ガスに添加するための方法は、複合処理剤が排ガス中の酸性ガスと接触して、酸性ガスの中和反応が効率的に行われるような任意の方法であればよく、例えば焼却炉から排出される排ガスが通過する煙道の中で、排ガスの流れの中に複合処理剤を吹き込んで分散させるようにしてもよい。また、本発明の複合処理剤の添加は、必要であれば、排ガスへの他の薬剤の添加、例えばダイオキシンの吸着処理のための活性炭等の添加と、同時に行っても良いし、あるいは、別々に行ってもよい。

（２）次に、排ガスに含まれる飛灰を、添加された複合処理剤と共に集じんする。
上記の複合処理剤の排ガスへの添加の工程の後に、この集じんの工程を行うことにより、添加された複合処理剤が飛灰と共に排ガス中から捕集される。集じんのための方法は、飛灰を複合処理剤と共に効率的に捕集することのできる方法であればよく、例えば、バッグフィルター式、電機集じん式、マルチサイクロン式等の、一般的な集じん方式の集じん機を用いて集じんすることができる。

（３）さらに、飛灰と共に集じんされた複合処理剤とに水を添加して混練することにより、重金属の安定化処理を行う。
本発明の複合処理剤は、重金属の安定化のために、リン酸アルミニウムを含有する。リン酸アルミニウムが、飛灰と共に混練されることにより、飛灰中の重金属と接触し、その結果、重金属の安定化反応がおきる。このようにして、飛灰から重金属が溶出することを防ぐことができる。

重金属安定化処理のために、リン酸アルミニウムを使用することは、キレート剤を用いて重金属安定化処理を行う場合に比べて安価に行うことができ、また有害ガスの発生のおそれもないため、好ましい。さらに、リン酸アルミニウムは、消石灰に対して少ないアルミニウム添加量で効率的に安定化処理を行うことができる点で非常に優れている。

重金属とは、金属等を含む産業廃棄物に係る判定基準を定める省令が規定する物質のうち、例えば、鉛、カドミウム、ヒ素、セレン、水銀、および、六価クロムなどがあげられるが、これに限定されず、特に焼却場の灰類や土壌汚染で注目される金属が好ましい。
例えば、飛灰には、鉛、および、カドミウムに代表される重金属が含まれている。

なお、加水混練のための方法は、粉体に液体を加えて混合する一般的な方法で行えばよく、例えば、手動による攪拌の他、混練用ミルや、振動式または二軸式ミキサーといった、一般的な混練装置を用いて混練することができる。また添加する水の量は、重金属の安定化処理が効率的に行えるように適宜調節する。飛灰重量に対し、約40％程度の重量比の水を添加混合して混練処理する方法が一般的であるが、焼却処理施設によっては15〜50％程度の重量比となるよう適宜調節してもよく、例えばプレス成形型、ミキサータイプ、および振動式の各方式の混練装置を使用する場合は、それぞれ約15〜20％程度、約20〜45％程度、および約35〜40％程度の重量比であってもよい。

以上のような本発明の複合処理剤を使用した安定化処理を行うことにより、実施例に示すように、重金属安定化処理をした後の飛灰からの鉛およびカドミウムの溶出量は、昭和48年環境庁告示13号に定められる試験方法により測定した場合に、金属等を含む産業廃棄物に係る判定基準を定める省令が規定する埋め立て溶出基準値（共に0.3 mg/L以下）に抑えることができる。従って、本発明の複合処理剤を用いて処理された飛灰は、そのまま適法に埋立て処理をすることができる。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲は下記の実施例に限定されることはない。

[実施例]
6箇所の異なる一般廃棄物焼却処理施設において焼却処理に伴い排出された排ガスおよび飛灰に対し、消石灰とリン酸アルミニウムの重量比が80 : 20〜85 : 15となるよう配合した複合処理剤を用い、酸成分の中和と重金属の安定化を行った。

まず、消石灰とリン酸アルミニウムとを、重量比が80 : 20〜85 : 15の範囲となるよう配合して複合処理剤とした。
この複合処理剤を、表１に示す設備構成を有する一般廃棄物焼却処理施設のうち、施設番号１〜６の各施設において排出された排ガスおよび飛灰に対して、それぞれ所定の供給量で煙道中へ吹き込み、排ガス中の酸性ガスの中和処理を行った。続いて、集じんを行い、複合処理剤の混在した飛灰に対して、40％〜50％の重量比で水を添加して混練し、飛灰中の重金属の安定化処理を行った。

安定化処理後の飛灰について、昭和48年環境庁告示13号に定められる重金属溶出試験により鉛溶出量を測定し、また、pHの測定を行った。得られた結果を、表２に示す。

表２に示すように、施設番号１〜６のいずれの焼却処理施設においても、安定化処理後の飛灰からの鉛およびカドミウムの溶出量は、不検出もしくは最大でも0.03 mg/Lであり、埋め立て溶出基準である0.3 mg/Lを大きく下回った。

このように、消石灰とリン酸アルミニウムとを80 : 20〜85 : 15の重量比となるよう配合した複合処理剤は、消石灰に対して少ないアルミニウム元素量で（消石灰100重量部に対して、アルミニウム換算量で3.91〜5.53重量部）、異なる設備構成を有する複数の一般廃棄物焼却処理施設において使用したいずれの場合においても、排ガス中の酸性ガスの中和処理と飛灰中の重金属の安定化処理の両方を効率よく行うことができた。

[比較例]
消石灰とリン酸アルミニウムとを配合した複合処理剤において、消石灰とリン酸アルミニウムの配合比が実施例の範囲から異なる場合の重金属を安定化する性能を、以下のように比較した。

まず、消石灰とリン酸アルミニウムとを、重量比にして90 : 10、87 : 13、78 : 22、75 : 25、および、70 : 30となるよう配合して、5種類の複合処理剤を調製した。これらの複合処理剤を用いて、実施例と同様の方法で、表１に示す施設番号６の施設において排ガスの中和処理および重金属の安定化処理を行った。

それぞれの複合処理剤によって処理をした後の飛灰について、昭和48年環境庁告示13号に定められる重金属溶出試験により鉛溶出量を測定し、また、pHの測定を行った。得られた結果を、表３に示す。

表３に示すように、実施例の85:15という配合からリン酸アルミニウムの割合を僅かに減らし、消石灰とリン酸アルミニウムの割合を87 : 13とした場合には、飛灰からの鉛の溶出量は1.5 mg/Lとなり、埋め立て溶出基準である0.3 mg/Lにも及ばず、85:15の場合よりはるかに大きい値となった。
さらにリン酸アルミニウムの割合を減らした90 : 10という配合においては、鉛溶出量は13 mg/Lとなり、この複合処理剤で処理した後の飛灰を適法に埋め立てるためには、なお50倍近い希釈を要するという、実際に産業上利用するには不可能な値を示した。

一方、実施例の80:20という配合からリン酸アルミニウムの割合を僅かに増やし、消石灰とリン酸アルミニウムの割合を78 : 22とした時には、鉛の溶出は検出されなかった。しかし、カドミウムの溶出量は、3.0 mg/Lとなり、80:20の場合よりはるかに大きい値となった。
さらにリン酸アルミニウムの割合を増やした75 : 25の配合の場合には、カドミウム溶出量は13.0 mg/Lにまで達し、よりリン酸アルミニウムの割合を増やした70 : 30の配合においては、カドミウムの溶出量が58 mg/Lに上ったのみならず、鉛の溶出も31 mg/Lと非常に高い数値が検出されるに至り、重金属の安定化効果はほとんど得られなかった。

このように、本発明の複合処理剤は、消石灰とリン酸アルミニウムの配合比を80 : 20〜85 : 15とすることにより、この数値の範囲内で重金属の安定化効果が際立って優れたものとなる。

Claims (2)

1. 一般廃棄物の焼却によって生じる排ガスおよび飛灰を処理するための複合処理剤であって、消石灰とリン酸アルミニウムとを含み、前記消石灰と前記リン酸アルミニウムの重量比が80 : 20〜85 : 15である複合処理剤。
2. 一般廃棄物の焼却によって生じる排ガスおよび飛灰を処理するための処理方法であって、
   前記排ガスおよび飛灰に、複合処理剤を添加する工程と、
   前記複合処理剤が添加された飛灰を、前記添加された複合処理剤と共に集じんする工程と、
   前記集じんされた飛灰および複合処理剤に、水を添加して混練する工程を含み、
   前記複合処理剤が、消石灰とリン酸アルミニウムとを含み、前記消石灰と前記リン酸アルミニウムの重量比が80 : 20〜85 : 15である、処理方法。