JP4508339B2 - 重金属含有飛灰用処理剤及びその処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却炉飛灰中の重金属の処理剤及び該処理剤による処理方法に関し、より詳細には、焼却炉飛灰中の重金属を不溶化・無害安定化処理するための澱粉及び／又は米糠を主成分とする新規重金属含有飛灰用処理剤及び該処理剤による重金属含有飛灰の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ゴミや産業廃棄物を焼却プラントで焼却すると、焼却灰や燃焼廃ガスに同伴して重金属含有飛灰が発生する。これらの重金属含有飛灰はバグフィルターや電気集塵機で捕捉され、集塵された焼却灰や飛灰は埋め立て、地盤工事などに有効利用されている。
【０００３】
ところで、こうして得られる重金属含有飛灰中には重金属が含有されているため、重金属含有飛灰を埋め立て等に利用するに当たっては、重金属含有飛灰中の重金属の溶出を防止する処理を施す必要がある。重金属含有飛灰はその発生源の焼却炉の形式や廃ガス処理方式により性状が異なるが、特に、ストーカー炉で発生する重金属含有飛灰の場合、廃ガス中のＨＣｌ、ＳＯ_Xを除去するため消石灰が加えられるが、未反応の消石灰などが残留するため高アルカリ性を呈する。このため、このような重金属含有飛灰は水と接触したときのｐＨが高くなり、両性金属の鉛が多量に溶出し易くなるためこれを防止する必要がある。
【０００４】
従来、重金属含有飛灰の重金属溶出防止法としては、セメント固化法、酸又はその他の溶媒による抽出法、溶融法、薬剤処理法などが提案されているが、設備、運転管理、処理コスト等の面からセメント固化法が広く用いられている。しかしながら、セメントはアルカリ性であることから、飛灰に対してセメントを大量に加えると鉛の溶出を抑制することができない。今後さらに溶出基準が厳しくなることが予想されるため、単にセメントで固化する従来の処理方法には種々の問題がある。
【０００５】
また、一部の飛灰処理にジチオカルバミン酸を主成分とする硫黄系キレート化剤を添加する方法が使用されているが、特にアルカリ性が高く鉛含有量の多い飛灰に対しては、飛灰に対して６％以上を加えないと規制値以下に抑制することが難しく、更に、このようなキレート化剤は価格がセメントの５０倍から８０倍と高価であるため、処理費用の面で大きな負担になる。また、これらキレート化剤の多くは液状品のため飛灰への添加方法に制限があり、現行のセメント固化法との併用が可能な粉末状の重金属含有飛灰用処理剤が求められている。また、特開平１０−２７２４３５には、高炉水砕スラグなどの潜在水硬化性物質及び多糖類からなる重金属含有廃棄物用処理剤が記載されているが、実際上は、スラグの比表面積や多糖類の種類、廃棄物と処理剤との混練温度等の制限が多く、実用的ではない。
【０００６】
以上のように、従来のセメント固化法やキレート化剤を用いた重金属含有飛灰中重金属の無害安定化処理は、今後重金属の溶出基準が厳しくなるに従い技術的、経済的に困難となることが予想され、これらの問題を解決する新規重金属含有飛灰用処理剤が求められている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、都市ゴミ焼却飛灰中の有害重金属を無害安定化処理するのに有効な重金属含有飛灰用処理剤を提供することを目的とする。
即ち、本発明は重金属含有飛灰を容易かつ効率的に、しかも安全に処理して処理物から重金属の溶出を確実に防止できる処理剤及び処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、このような問題を解決するために鋭意検討した結果、この目的を達成し得る重金属含有飛灰用処理剤を得るに至った。
即ち、本発明は以下の発明を含有する。
（１）澱粉及び／又は米糠からなる粒径が２００メッシュ以上の粉末を主成分とする都市ゴミ焼却炉飛灰中の重金属を無害安定化するための処理剤。
（２）澱粉及び／又は米糠がアルファー化度４０％以上の澱粉及び／又は米糠であることを特徴とする前記（１）に記載の処理剤。
（３）前記（１）又は（２）に記載の処理剤を用いることを特徴とする都市ゴミ焼却飛灰中重金属の無害安定化処理法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の重金属含有飛灰用処理剤は、粒径が２００メッシュ以上の澱粉及び／又は米糠を主成分とすることを特徴とする。
【００１０】
澱粉は６個のグルコース基を単位として環状に巻き、全体として螺旋構造をとるものと考えられており、鉛などの重金属をこの螺旋構造にとり込んで不溶化するものと推定される。
また、都市ゴミ焼却灰中の重金属はイオン以外の形態、即ちクラスターもしくは微細なコロイド状を維持しているものと考えられ、このようなクラスター、コロイドは澱粉の螺旋構造に取り込まれずに澱粉表面に吸着されるものと考えられる。
【００１１】
本発明者らは、澱粉又は米糠の粒径と重金属吸着作用に大きな関連があることを解明し本発明の重金属含有飛灰用処理剤を見出した。即ち、本発明者等は、２００メッシュ以上の粒径を有する澱粉又は米糠を都市ゴミ焼却灰中の重金属含有飛灰に添加、混錬することにより重金属含有飛灰中の重金属を無害安定化できることを見出した。更に好ましくは、これら２００メッシュ以上の澱粉又は米糠のアルファー化度が４０％以上であれば、重金属溶出抑制効果はさらに向上することも見出した。
【００１２】
ここで、２００メッシュ以上の澱粉又は米糠とは、篩い分け試験により２００メッシュの篩を通過した小粒子画分をいう。尚、本発明において、澱粉の篩い分けは、ロータップ型篩振盪機（（株）池田理化製）とＪＩＳ Ｚ8801-1994標準網篩(直径２００ｍｍ)を使用して、試料を振盪しつつ篩い分けする。
【００１３】
篩い分け条件は以下のとおりである。
ロータップ型篩振盪機の回転数：２５０回／分、ハンマー打数：１２２回／分、試料：１００ｇ、振盪時間：１０分、篩：ＪＩＳ Ｚ8801-1994に定められた標準網篩(直径２００ｍｍ、スレンレス製)
次に、本発明のメカニズムについて説明する。
【００１４】
重金属含有飛灰中の鉛は、水中に溶解した際、鉛イオン（Ｐｂ²⁺）と亜鉛酸イオン（ＨＰｂＯ₂ ^-）とが混在した形で存在する。澱粉はＰｂ²⁺をその螺旋構造に取り込んで、澱粉の水酸基との相互作用により不溶化する。また、ＨＰｂＯ₂ ^-は澱粉の螺旋構造には取り込まれずに、クラスターとして存在している可能性が高い。
【００１５】
都市ゴミ焼却飛灰について溶出試験を行うと、鉛の溶解度よりはるかに多量の鉛が検出されることが多く見受けられる。この現象は、都市ゴミ焼却飛灰を水に分散した場合に溶け出る鉛が、イオン以外の形態（クラスターもしくは微細なコロイド状態）である可能性を示している。このようなクラスターは、澱粉の螺旋構造には、取り込まれずに、澱粉粒子表面の吸着力により溶液中から除去されるものと考えられる。
【００１６】
本発明の重金属含有飛灰用処理剤で有効に除去できる重金属及び物質としては、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｃｄ等の重金属及びそれらのイオン、又はそれらの重金属を含むクラスター若しくはコロイド等が挙げられ、特にＰｂの除去に有効である。
本発明でいう「都市ゴミ」とは、家庭ゴミやその他一般産業廃棄物のうち焼却処分されるゴミ全般を指し、「焼却炉飛灰」とは、そのような都市ゴミを焼却した際に生じる焼却灰及び燃焼廃ガス中に含まれる焼却灰の粉塵のことをいう。
【００１７】
本発明で用いられる澱粉について詳しく説明する。澱粉は原料により小麦澱粉、米澱粉、ジャガイモ澱粉、トウモロコシ澱粉、サツマイモ澱粉、タピオカ澱粉などがある。また、これらの澱粉を物理的、化学的に化工した様々な化工澱粉が知られており、そのような化工澱粉としては、過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ）変性澱粉、酵素変性澱粉、酸変性澱粉、アルファー化澱粉、酸化澱粉、エーテル化澱粉、エステル化澱粉、架橋澱粉、アセチル化澱粉、リン酸エステル化澱粉、カチオン化澱粉、グラフト化澱粉等が挙げられる。また、上記澱粉の他に米糠も使用できる。本発明では、これらの澱粉又は米糠を単独で用いてもよいし、あるいはこれらの２種類以上を混合して使用してもよい。
【００１８】
本発明は、これらの澱粉又は米糠を原料に粒径が２００メッシュ以上の細かい粒子の澱粉又は米糠を用いることを特徴とする。即ち、上記の澱粉又は米糠を篩い分けあるいは分級したもの、或いはこれらの澱粉又は米糠を粉砕して２００メッシュ以上の細かい粒子として用いても何ら差し支えない。
【００１９】
さらに澱粉又は米糠の粒度について言及すれば、好ましくは２００メッシュ以上の粒子が良く、より好ましくは３００メッシュ以上の微粒子が望ましい。
澱粉又は米糠の粒子が２００メッシュより大きいと、飛灰中の重金属との接触が充分におこなわれず、従って該粒子による重金属の吸着効果が充分ではなく重金属の溶出を抑制することが困難となる。
【００２０】
本発明の２００メッシュ以上の細かな澱粉を得るには、前述の各種澱粉を通常の粉砕機、即ち、ボールミル、ロッドミル、ローラーミル、ハンマーミルなどの極く普通の粉砕機で粉砕して容易に得ることができる。また、各種澱粉を粉砕せずに篩い分け、分級する場合には、前述の各種澱粉を用いても何ら問題ないが、澱粉の粒子径が比較的小さい小麦澱粉、好ましくは小粒子が多く含まれる１等小麦澱粉あるいは米澱粉および精米時に発生する米糠、更に好ましくは白糠あるいは上白糠を用いることが技術的、経済的に極めて有利となる。
【００２１】
また、本発明で用いられる澱粉又は米糠は、アルファー化された澱粉又は米糠であることが好ましい。本発明においては、アルファー化された澱粉又は米糠のアルファー化度が通常４０％以上、好ましくは４５％以上、更に好ましくは５０％以上のものを用いる。澱粉又は米糠のアルファー化度が４０％以上の場合、アルカリ性の重金属含有飛灰の中で澱粉が充分に膨潤する為、澱粉粒子による重金属の吸着効果が高くなり、さらに重金属の溶出が抑制される。
【００２２】
また、これら澱粉又は米糠の添加量は、重金属含有飛灰１００重量部に対し好ましくは１〜５０重量部、さらに好ましくは１〜２０重量部である。
本発明の方法は、一般的には、重金属含有飛灰に水と澱粉及び／又は米糠とを添加して混練することにより実施される。この場合、重金属含有飛灰に対する水の添加量は１０〜６０重量％とするのが好ましいが、処理後の含水率による効果に大差はなく、水の添加量は作業性等の面から適宜決定しても良い。
【００２３】
また、重金属含有飛灰に水と澱粉及び／又は米糠とを添加する際の添加順にも特に制限はなく、どのような順序で添加しても良く、また同時添加でも良い。
なお、重金属含有飛灰、水と澱粉及び／又は米糠との混練方法は、重金属含有飛灰と澱粉及び／又は米糠が均一に混ざる方法であればどのような方法を用いても溶出が殆どない処理物を得ることができる。
【００２４】
また、本発明の重金属含有飛灰処理剤と従来処理法で固化剤として用いられるセメントを併用しても何ら差し支えない。すなわち固化剤として、以下の各種セメントを添加することができる。例えば、普通セメント、ポルトランドセメント、フライアッシュセメント、高炉セメント、早強セメント、アルミナセメント、石膏など、通常の固形剤であればいずれも使用できる。
同様に、キレート化剤などの薬剤と併用しても良いことはいうまでもない。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例により、その技術的範囲が限定されるものではない。
なお、実施例及び比較例において使用した飛灰（都市ゴミの清掃工場焼却設備から発生した乾式ストーカ飛灰）の鉛含量は１８２９ｐｐｍであった。
（実施例１〜８及び比較例１〜５）
飛灰１００重量部に、水３０重量部と表１に示す重金属含有飛灰用処理剤を表１に示す量を添加して（但し、比較例１は添加なし）小型混練機で混練した後、環境庁告示１３号試験に準じて溶出試験を行い、鉛濃度の測定結果を表１に示した。
【００２６】
【表１】

【００２７】
【発明の効果】
本発明の重金属含有飛灰用処理剤は、産業廃棄物や都市ゴミの焼却炉から排出される飛灰中の有害重金属、特に鉛を効率よく安定化して溶出量を減少させるため無害化に非常に有効なものである。
本発明により、安価で都市ゴミ焼却炉飛灰中の有害重金属を効率的に除去できる重金属含有飛灰用処理剤及び処理方法を提供できる。

Claims (3)

1. アルファー化度４０％以上の澱粉からなる粒径が２００メッシュ以上の粉末を含む都市ゴミ焼却炉飛灰中の重金属を無害安定化するための処理剤。
2. アルファー化度４０％以上の米糠からなる粒径が２００メッシュ以上の粉末を含む都市ゴミ焼却炉飛灰中の重金属を無害安定化するための処理剤。
3. アルファー化度４０％以上の澱粉からなる粒径が２００メッシュ以上の粉末、又はアルファー化度４０％以上の米糠からなる粒径が２００メッシュ以上の粉末を、重金属含有飛灰１００重量部に対し１〜５０重量部添加することを特徴とする都市ゴミ焼却飛灰中の重金属の無害安定化処理法。