JP4589652B2 - ペーパースラッジ焼却灰の水熱固化体の製造方法 - Google Patents
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Description
また、ペーパースラッジ焼却灰には、重金属類の有害物質が含まれており、直接埋立処分ができず、埋立を行う場合は、管理型処分場といわれる遮水シート等で外部への浸透水流出を防止した処分場で埋立処分をしなければならないように義務づけられている。
もしくは埋立処分とする場合、有害物質の溶出を抑制する中間処理が必要である。中間処理として薬剤(キレート)処理や溶融固化処理があるが、高価なキレート剤が処理すべき灰に対して数%程度必要であり、溶融固化処理では設備費及び多くのエネルギーが必要となり、これらの中間処理方法は焼却灰処理費用を増大させる要因となる。
また、埋立処分場を確保すること自体が、近年ますます困難になってきている。
特許文献1には、製紙工場から排出されるペーパースラッジを200〜1000℃で前処理した後、酸化珪素、水酸化ナトリウム及び酸化カルシウムを添加した後水熱合成することにより、イオン交換体として有用なトバモライト混合物を製造する方法が開示されている。
特許文献2及び特許文献4に記載の方法では、造粒ではなく加圧成形を行い固化体を製造している。
特許文献3に記載の方法では、成形もしくは造粒にて固化体を製造している。
一般廃棄物の焼却灰やフライアッシュ等から、長期的に安定な強度のある重金属類の有害成分の溶出を抑制した、加圧成形にて固化体を得る方法は提供されてはいるが、ペーパースラッジ焼却灰から固化体を製造する有効な方法は提供されていないのが現状である。
(1)ペーパースラッジ焼却灰の場合、適度な大きさを有する木質系有機物(微細繊維、柔細胞、紙で使われる有機顔料・填料等)とから成ることにより、空隙部とシリカが適当な間隔を持って存在するため、添加される生石灰と水熱固化反応がしやすく、より強度の高い安定的な粒状の水熱固化体が、得られることになる。よって、ペーパースラッジ焼却灰に、水及び/又は温水、生石灰及びセメントを加え、混合して粒状に造粒した成形体を前養生し、恒温槽やオートクレーブ等の養生室にて水蒸気養生を行うことにより、ペーパースラッジ焼却灰に対して、重金属類の有害物質の溶出を抑制した、高強度、かつ、長期的に安定な高品質の水熱固化体を製造することができる。
(2)ペーパースラッジ焼却灰は、上記の構造上の記述からも明らかなように、元々細孔性と多孔性であるため、得られる水熱固化体も、細孔性および多孔性であり吸水性や保水性を有している。また粒状であるため表面積が大きいことから、より吸水性や保水性の効果が大きいこと、水捌けの改善や地盤の沈下抑制をし作物の育成改善が成されること、尚且つ重金属等の有害物質の溶出基準を満たすこと、等土壌改良材に求められる品質・性状を備えている。
図は、本発明の実施の形態によるペーパースラッジ焼却灰水熱固化体の製造方法を示している。
(1)ペーパースラッジ焼却灰は、パルプ製造工程、紙製造工程、古紙処理工程等から発生するペーパースラッジをボイラーで焼却処理した焼却灰のことである。ボイラーには流動層ボイラやストーカ焼却炉等種々あるが、この場合、形式は限定されるものではない。また、助燃用とする程度であれば重油や石炭をペーパースラッジと共に、ボイラーで混焼しても構わない。
さらに、ペーパースラッジ焼却灰の本来の性状である細孔性や多孔性を損なわない程度であれば、RDF(ごみ固形燃料)、RPF(産業系廃プラスチック・古紙類固形燃料)、その他一般可燃物もペーパースラッジと共に、ボイラーでの混焼は構わない。
助燃用に石炭を使用した場合の、ペーパースラッジ焼却灰は微量ながらも重金属類(六価クロム、砒素、セレン、フッ素、ホウ素等)を含んでいるのが、一般的である。
水及び/又は温水の添加量は、造粒条件や造粒後の強度に影響する。
焼却灰に対して、水及び/又は温水の添加量が多くなると、造粒時間は短くなる。これは、水及び/又は温水が速く焼却灰に浸透することで、造粒も速く進むと考えられる。但し、造粒後の強度は低くなる傾向にある。一方、焼却灰に対して、水及び/又は温水の添加量が少なくなると、造粒時間は長くなるが、造粒後の強度は高くなる傾向である。
このことから、造粒後の強度も高く、製造効率も高い望ましい範囲を追究したところ、上記記載の、ペーパースラッジ焼却灰に加える水及び/又は温水は、焼却灰100重量部に対して、60〜100重量部、望ましくは75〜95重量部であることが得られた。
ペーパースラッジ焼却灰に加えるセメントは、必要な強度にもよるが、焼却灰100重量部に対して、0〜20重量部が望ましい。添加されるセメントは、水及び/又は温水とから成る強度自体を発生させる役割があることと、さらにはセメントに含有するシリカ分(SiO2)が、ペーパースラッジ焼却灰に元々含有しているシリカ分(SiO2)と共に、先述した石灰分(CaO)と、水熱固化反応において強度向上及び重金属類の有害物質の溶出抑制に、重要な役割を果たす。
硬化促進剤、分散剤には、塩化カルシウム、塩化第二鉄、塩化アルミニウム、塩化マグネシウム、炭酸ソーダ、炭酸カリ、珪弗化亜鉛、珪弗化マグネシウム、珪弗化ソーダ等がある。
混合・造粒工程の温度は、常温〜98℃、望ましくは60〜95℃を保持することが強度向上のためには必要である。
混合・造粒時間は先述したように、水及び/又は温水の添加量に影響され、また、混合装置(撹拌子の回転数や大きさ等)にも影響されるが、5〜10分間が望ましい。
なお、ペーパースラッジ焼却灰、水、生石灰、セメントは造粒機に別々に供給してもよく、予め混合した状態で供給してもよい。
土壌改良材は土中に層状(例えば約50〜150cm厚さ)に施工された上に、表土(例えば約100cm)を施工することで、水捌けを改良するものである。
表土からの雨水等の水捌けが良好であるためには、土壌改良材の粒子間に間隙があり、水の抜け道があることが必要である。表土下の土壌改良材層が保水性を持ち表土水分が低下した場合に水分補給が可能であることも必要である。そのためには、土壌改良材の粒子が細孔性や多孔性であることで、吸水性や保水性を有することが必要である。土壌改良材層が保水性を持つことで、農作物の旱害・冬害を防ぐこともできる。また、粒子の表面積が大きい方が吸水性や保水性には有利であり、粒径が小さいほど粒子の表面積が大きくなる。但し、粒子が球状に近い場合は、小粒径だけでは施工上締め固めがしにくく、また逆に大粒径だけでも同様に締め固めがしにくい。粒径の大きなものの間隙に粒径の小さなものが充填されることにより締め固めしやすくなる。これより、土壌改良材として、施工上締め固めしやすく、また土壌改良材に必要な適性を持った粒径範囲が規定されることとなる。
本発明の造粒機は、土壌改良材に適した細孔性及び多孔性を保持する必要から、粒子自体がソフトに成形でき、さらに、施工上締め固めしやすいように一定の粒径ではなく、ある範囲をもった粒度分布が得られ、また、用途上、大量生産に適したものでなければならない。これから、上記の造粒機の中では、転動造粒機がもっとも好適である。
元々ペーパースラッジ焼却灰に含有している石灰分とシリカだけでは、水熱固化反応で充分な強度を得ることはできないため、後添加の生石灰とセメントが必要である。
表1に示す組成のペーパースラッジ焼却灰100重量部に対し、水91重量部、生石灰10重量部、セメント10重量部を造粒機で混合し造粒した粒状の造粒品を、前養生として2週間の自然養生を行い、さらに水熱固化処理として180℃で5時間の水蒸気養生を行って得られた水熱固化体と、同一組成のフライアッシュと、水熱固化処理をしていない造粒品、における有害物質の溶出分析値の比較を表2に示した。フライアッシュと造粒品はフッ素の数値が土壌環境基準を越えているが、水熱固化品はフッ素を含めその他の分析項目でも土壌環境基準内であり、有害物質の溶出抑制の効果が確認できる。
Claims (3)
- ペーパースラッジを焼却処理した際に発生する焼却灰に、水及び/又は温水、生石灰並びにシリカを含有するセメントを加え、常温から98℃までの温度で混合して粒状に造粒した成形体を養生した後、水熱固化反応を利用して粒状の固化体を製造することを特徴とする、細孔性及び多孔性構造を有する、ペーパースラッジ焼却灰の水熱粒状固化体の製造方法。
- 前記焼却灰が、石炭を焼却処理した際に発生する焼却灰を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記焼却灰に、硬化促進剤及び/又は分散剤をさらに添加する、請求項1又は2に記載の方法。
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