JP4644898B2 - 焼却灰の処理構造及びその設計方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電所から多量に発生する石炭灰などの焼却灰を処理する構造及びその設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所から多量に発生する石炭灰や廃棄物を焼却した後に発生する灰などの焼却灰は、リサイクル可能な場合を除き、ほとんど埋立処理されているが、かかる焼却灰、特に石炭灰を廃棄物処分場にて埋立処理した場合、雨水の浸透に伴って高アルカリの滲出水が発生し、そのまま放置すれば、アルカリ成分が雨水とともに地下水系に流入するおそれがある。
【０００３】
そのため、埋立処分が完了した後も、石炭灰からの滲出水を処分場底面に敷設された集排水構造に集めるとともに、その滲出水のｐＨが所定の排水基準、例えば５．８〜８．６をクリアするまで滲出水をポンプアップして中和処理し、しかる後に放流することで埋立材からの滲出成分が環境に拡散することがないよう配慮されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、石炭灰等の焼却灰からのアルカリ分の溶出は長期間にわたるとともに、それに伴って上述した作業も長期間に及び、かくして、アルカリ分溶出のために多額の処理費用を必要とするのみならず、貴重な土地資源である埋立地の跡地利用が遅れ、又は実質的に跡地利用が困難になってしまうという問題を生じていた。
【０００５】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、焼却灰を埋立処理する場合においてその跡地利用を速やかに開始することが可能な焼却灰の処理構造及びその設計方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る焼却灰の処理構造は請求項１に記載したように、焼却灰を焼却灰層として配置するとともに、該焼却灰層の上層に、硫化鉄鉱石又はその残さ、泥岩、海底土、あるいは温泉地帯の土である硫化物含有物質及び酸化剤からなるｐＨ緩衝層を配置したものである。
【０００７】
また、本発明に係る焼却灰の処理構造は請求項２に記載したように、焼却灰からなる焼却灰層と、硫化鉄鉱石又はその残さ、泥岩、海底土、あるいは温泉地帯の土である硫化物含有物質及び酸化剤からなるｐＨ緩衝層を該焼却灰層が最下層となるように交互に積層配置するとともに、該最下層の下に砂質土からなる防護層を配置したものである。
【０００８】
また、本発明に係る焼却灰の処理構造は請求項３に記載したように、焼却灰を焼却灰層として配置するとともに、該焼却灰層の上層若しくは下層に、硫化鉄鉱石又はその残さ、泥岩、海底土、あるいは温泉地帯の土である硫化物含有物質からなるｐＨ緩衝層を配置し、該ｐＨ緩衝層と地上空間とが連通されるように所定の酸化剤注入管を埋設したものである。
【０００９】
また、本発明に係る焼却灰の処理構造は請求項４に記載したように、焼却灰からなる焼却灰層と、硫化鉄鉱石又はその残さ、泥岩、海底土、あるいは温泉地帯の土である硫化物含有物質からなるｐＨ緩衝層を該焼却灰層が最下層となるように交互に積層配置するとともに、該最下層の下に砂質土からなる防護層を配置し、前記各ｐＨ緩衝層と地上空間とが連通されるように所定の酸化剤注入管を埋設したものである。
【００１０】
また、本発明に係る焼却灰の処理構造は、前記ｐＨ緩衝層内に所定の透水性材料からなる酸化剤拡散層を面内配置するとともに該酸化剤拡散層と前記酸化剤注入管とを連通させたものである。
【００１１】
また、本発明に係る焼却灰の処理構造は、前記硫化物含有物質を泥岩としたものである。
【００１２】
また、本発明に係る焼却灰処理構造の設計方法は請求項７に記載したように、請求項１乃至請求項６のいずれか一記載の焼却灰の処理構造を構築する際、前記焼却灰からのアルカリ溶出によって生成する水酸化物イオン濃度（OH−）を中和滴定によって計測するとともに、前記硫化物含有物質及び酸化剤によって生成する酸による水素イオン濃度（H+）を中和滴定によって計測し、かかる計測結果から前記焼却灰層の厚み、前記ｐＨ緩衝層の厚み、及び前記酸化剤の供給量を設定するものである。
【００１３】
請求項１の発明に係る焼却灰の処理構造においては、硫化物含有物質及び酸化剤からなるｐＨ緩衝層が焼却灰から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮する。すなわち、硫化物含有物質が酸化剤で酸化されることによって多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが焼却灰から溶出したアルカリ分を効率的に中和する。
【００１４】
また、ｐＨ緩衝層を焼却灰層の上に配置したので、ｐＨ緩衝層で生成された硫酸イオンが降下して焼却灰層中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われることとなる。
【００１５】
次に、請求項２の発明に係る焼却灰の処理構造においては、請求項１の発明と同様、硫化物含有物質及び酸化剤からなるｐＨ緩衝層が焼却灰から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮する。すなわち、硫化物含有物質が酸化剤で酸化されることによって多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが焼却灰から溶出したアルカリ分を効率的に中和する。
【００１６】
具体的に説明すると、ｐＨ緩衝層で生成された硫酸イオンは、その下にある焼却灰層中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われる。また、焼却灰層中のアルカリ分は、その下にあるｐＨ緩衝層で生成された硫酸イオンと反応し、該ｐＨ緩衝層内にて中和反応が行われる。
【００１７】
ここで、最下層である焼却灰層に含まれるアルカリ分のうち、上層のｐＨ緩衝層による作用によって中和されずに残存することが考えられるが、かかる残存アルカリ分については、その下に配置された防護層によって環境への拡散が防止される。すなわち、残存アルカリ分は、防護層を構成する砂質土に含まれている粘土分のコロイド粒子に吸着されるため、地下水系に滲出する懸念はない。
【００１８】
なお、ｐＨ緩衝層は最下層である焼却灰層の上に配置してあるため、ｐＨ緩衝層で生じた硫酸イオンは、焼却灰層で中和されるとともにさらにその下にある防護層で阻止されるため、環境への拡散は未然に防止される。
【００１９】
酸化剤は、泥岩を層状に敷き均しながら散布する、泥岩を層状に敷き均した後で散布する、焼却灰層との交互の積層配置の後で地上から散水するなどの方法によってｐＨ緩衝層の構成物質とすることができる。
【００２０】
次に、請求項３の発明に係る焼却灰の処理構造においては、ｐＨ緩衝層に含まれる硫化物含有物質が酸化剤注入管を介して供給された酸化剤で酸化されることによって多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが焼却灰から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮し、該アルカリ分を効率的に中和する。
【００２１】
また、酸化剤注入管を介して地上から供給される酸化剤の供給量を調整することによって、硫化物含有物質の酸化速度ひいては硫酸イオンの発生量を制御することも可能となる。
【００２２】
さらに、ｐＨ緩衝層を焼却灰層の上に配置したので、ｐＨ緩衝層で生成された硫酸イオンが降下して焼却灰層中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われることとなる。
【００２３】
次に、請求項４の発明に係る焼却灰の処理構造においては、請求項３の発明と同様、ｐＨ緩衝層に含まれる硫化物含有物質が酸化剤注入管を介して供給された酸化剤で酸化されることによって多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが焼却灰から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮し、該アルカリ分を効率的に中和する。
【００２４】
具体的に説明すると、ｐＨ緩衝層で生成された硫酸イオンは、その下にある焼却灰層中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われる。また、焼却灰層中のアルカリ分は、その下にあるｐＨ緩衝層で生成された硫酸イオンと反応し、該ｐＨ緩衝層内にて中和反応が行われる。
【００２５】
ここで、最下層である焼却灰層に含まれるアルカリ分のうち、上層のｐＨ緩衝層による作用によって中和されずに残存することが考えられるが、かかる残存アルカリ分については、その下に配置された防護層によって環境への拡散が防止される。すなわち、残存アルカリ分は、防護層を構成する砂質土に含まれている粘土分のコロイド粒子に吸着されるため、地下水系に滲出する懸念はない。
【００２６】
なお、ｐＨ緩衝層は最下層である焼却灰層の上に配置してあるため、ｐＨ緩衝層で生じた硫酸イオンは、焼却灰層で中和されるとともにさらにその下にある防護層で阻止されるため、環境への拡散は未然に防止される。
【００２７】
また、酸化剤注入管を介して地上から供給される酸化剤の供給量を調整することによって、硫化物含有物質の酸化速度ひいては硫酸イオンの発生量を制御することも可能となる。
【００２８】
請求項３、請求項４に係る発明において、酸化剤は、本来、酸化剤注入管を介してｐＨ緩衝層に確実に注入されるが、ｐＨ緩衝層内に所定の透水性材料からなる酸化剤拡散層を面内配置するとともに該酸化剤拡散層と前記酸化剤注入管とを連通させた場合、酸化剤をｐＨ緩衝層全体にわたってさらに確実に供給することが可能となる。
【００３０】
一方、酸化剤としてどのようなものを選択するかは任意であって、さまざまな酸をはじめ、さらし粉（Ca(ClO)2）、次亜塩素酸ナトリウム（NaClO）なども使用可能であるが、環境面に鑑みた場合、酸素を放出した後に残留物として水しか残さない過酸化水素を酸化剤として使用するのが望ましい。
【００３１】
本発明に係る焼却灰の処理構造は、主として廃棄物処分場での埋立処理に適用することが考えられるが、他の場所での埋立に適用してもよいし、そもそも埋立に限定されるものではなく、例えば、焼却灰を盛土材として使用する場合にも本発明を適用することができる。
【００３２】
ここで、上述した各発明において、硫化物含有物質として特に、泥岩、海底土（ヘドロ）、温泉地帯の土といった粘土粒子含有物質を用いた場合には、上述した作用に加えて、含有粘土分のコロイド粒子がアルカリ金属やアルカリ土類金属を吸着していわゆるイオン交換作用を果たすという作用効果も奏する。
【００３３】
かかる粘土粒子含有物質を用いた場合においても、ｐＨ緩衝層を焼却灰層の上に配置するか下に配置するかは任意であるが、ｐＨ緩衝層を焼却灰層の下に配置した場合には、降下したアルカリ分がｐＨ緩衝層を構成する粘土コロイド粒子に吸着してイオン交換作用が行われることとなる。
【００３４】
次に、請求項７に係る焼却灰処理構造の設計方法においては、請求項１乃至請求項６のいずれか一記載の焼却灰の処理構造を構築する際、前記焼却灰からのアルカリ溶出によって生成する水酸化物イオン濃度（OH-）を中和滴定によって計測するとともに、前記硫化物含有物質及び酸化剤によって生成する酸による水素イオン濃度（H+）を中和滴定によって計測し、かかる計測結果から前記焼却灰層の厚み、前記ｐＨ緩衝層の厚み、及び前記酸化剤の供給量を設定する。
【００３５】
このようにすると、焼却灰処理構造をより合理的かつ効率的に設計することが可能となる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る焼却灰の処理構造及びその設計方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
（第１実施形態）
【００３８】
図１は、本発明に係る焼却灰の処理構造を産業廃棄物処分場の埋立処理に適用した様子を示した断面図である。同図(c)でわかるように、本実施形態に係る焼却灰処理構造６は、埋設処理される焼却灰としての石炭灰２を焼却灰層３として配置するとともに、該焼却灰層の上層に硫化物含有物質としての泥岩４に酸化剤としての過酸化水素水（Ｈ2Ｏ2）を添加してなるｐＨ緩衝層５を配置してなる。
【００３９】
本実施形態に係る処理構造６を構築するには、まず、同図(a)に示すように、ショベル等を用いて地盤を掘削し、埋設空間１を確保する。
【００４０】
次に、同図(b)に示すように埋設空間１内に石炭灰２を埋設し、ブルドーザ等を用いて例えば３ｍ程度の厚みに敷き均した後、必要に応じて転圧し、焼却灰層３を形成する。
【００４１】
次に、同図(c)に示すように、焼却灰層３の上に泥岩４をブルドーザ等で例えば５０ｃｍ程度の厚みに敷き均しつつ過酸化水素水を散布し、しかる後、必要に応じて転圧することによってｐＨ緩衝層５を形成する。なお、必要であれば、ｐＨ緩衝層５の上を覆土しておく。
【００４２】
過酸化水素水の濃度は、例えば１〜５％とすることが考えられる。
【００４３】
本実施形態に係る焼却灰の処理構造６においては、泥岩４及び過酸化水素水からなるｐＨ緩衝層５が石炭灰２から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮する。すなわち、泥岩４にはパイライト(FeS2)が含まれており、かかるパイライトが酸化剤である過酸化水素水によって酸化されることによって多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが土中を降下して焼却灰層３中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われることとなる。
【００４４】
なお、ｐＨ緩衝層５は焼却灰層３の上に配置してあるため、ｐＨ緩衝層５の厚みを適宜調整することにより、該ｐＨ緩衝層で生じた硫酸イオンは、焼却灰層３での中和にほぼ消費され、周囲に拡散して地下水を酸性化させる懸念はほとんどない。
【００４５】
ここで、焼却灰処理構造１を設計するにあたっては、焼却灰である石炭灰２からのアルカリ溶出によって生成する水酸化物イオン濃度（OH-）を中和滴定によって計測するとともに、酸化剤である過酸化水素水が添加された硫化物含有物質である泥岩４に生成している酸による水素イオン濃度（H+）を中和滴定によって計測し、かかる計測結果から焼却灰層３の厚み、ｐＨ緩衝層４の厚み、過酸化水素水の濃度等の諸条件を設定すればよい。
【００４６】
設計方針としては、ｐＨ緩衝層５内に存在する硫酸イオンがすべて焼却灰層３内に存在するアルカリイオンの中和に消費されるように上述した諸条件を定めることが考えられる。
【００４７】
このようにすると、焼却灰処理構造６をより合理的かつ効率的に設計することが可能となる。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態に係る焼却灰の処理構造６によれば、泥岩４及び過酸化水素水からなるｐＨ緩衝層５が石炭灰２から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮し、石炭灰２の中性化を大幅に促進させることが可能となる。
【００４９】
そのため、石炭灰を自然に中性化させる場合においてきわめて長期間を要するという弊害や、薬剤で中和させる場合において多額の費用を要するという弊害を生じることなく、比較的短期間にかつ低コストで貴重な土地資源である埋立地の跡地利用を早期に開始することができる。
【００５０】
また、過酸化水素水が酸素放出後に水しか残留させないという性質を持つ関係上、塩酸等の薬剤による中和とは異なり、化学的問題を発生させることなく長期間にわたって穏やかな持続性が期待できるという作用効果や、ｐＨ緩衝層５が泥岩４という土材料を主として使用するため、施工管理が容易であるとともに施工後の地盤力学特性が把握しやすい等の作用効果、あるいは急激なｐＨ低下による石炭灰からの重金属溶出、降雨による作用低下といったことを懸念する必要がないという作用効果も奏する。
【００５１】
また、本実施形態に係る焼却灰処理構造の設計方法によれば、処理構造６を合理的かつ効率的に設計することができる。具体的には、例えばｐＨ緩衝層５で生じた硫酸イオンを焼却灰層３での中和にほぼ消費させることが可能となり、余剰硫酸イオンが周囲に拡散して地下水を酸性化させるのを未然に防止することができる。
【００５２】
次に、本実施形態に係る焼却灰の処理構造及びその設計方法による作用効果を実験で確認したので、その概略を以下に説明する。
【００５３】
まず、自然酸化による場合と過酸化水素水を使用した場合とで泥岩のｐＨがどの程度変化するかを調べるｐＨ低下試験を行った。
【００５４】
表１は、泥岩をさまざまな養生条件下においてそれらのｐＨ変化を調べた結果をまとめたものであり、”湿潤―水容器”は、容器の底に水を張った状態でその上に自然含水比の泥岩を置いて容器内に密閉したケース、”湿潤―密閉”は、自然含水比の泥岩を単に容器内に密閉したケース、”風乾―密閉”は、風乾した泥岩を容器内に密閉したケース、”炉乾燥―密閉”は、炉乾燥によって絶乾した泥岩を容器内に密閉したケースをそれぞれ示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
かかる試験から、ケースによってはある程度自然酸化が進行するものの、大きなｐＨ低下は観測されなかったことがわかる。
【００５７】
次に、計７種類の濃度（濃度ゼロを含む）の過酸化水素水を泥岩に添加して３０分放置した後のｐＨと、水酸化ナトリウム溶液を用いた中和滴定を行った場合の▲１▼水酸化ナトリウム溶液量、▲２▼生成酸イオン濃度（Ｈ+,mmol/mL）及び▲３▼生成酸イオン濃度（Ｈ+,mol/泥岩dry,ton）を調べた結果をまとめたものである。
【００５８】
【表２】
【００５９】
かかる試験から、１％以上の過酸化水素水を添加した場合に▲３▼生成酸イオン濃度が特に大きくなる、換言すれば、１％以上の過酸化水素水を泥岩に添加することによって、石炭灰２中のアルカリ成分を効果的に中和することが可能であることがわかる。
【００６０】
次に、泥岩への過酸化水素水浸透カラム試験を行った。
【００６１】
実験は、図２(a)に示すようにアクリル円筒８内に泥岩試料９を詰め、かかる状態にて該円筒下方からタンク７に溜めた水又は過酸化水素水をポンプで注入して上方に浸透させ、アクリル円筒８の上方に浸透してきた水又は過酸化水素水を吸い上げてフラスコ１０に採取し、そのｐＨを測定した。
【００６２】
浸透させた水又は過酸化水素水の水量とｐＨとの関係を同図(b)に示す。同図に示すように、浸透させた後の水又は過酸化水素水のｐＨは、５〜６リットル程度までは確実に低下し続けることがわかる。
【００６３】
本実施形態では、焼却灰を石炭灰としたが、石炭灰以外に廃棄物等を焼却した後の灰についても本発明の焼却灰として取り扱うことができることは言うまでもない。
【００６７】
また、本実施形態では、硫化物含有物質として泥岩を用いたが、該泥岩に代えて海底土（ヘドロ）や温泉地の掘削土を用いても上述したと同様の作用効果が期待できる。特に、海底土を用いた場合には、埋立作業において発生する浚渫ヘドロを廃棄せずに有効利用することができるという副次的な作用効果も奏する。
【００６８】
更に言えば、泥岩や海底土でなくとも、硫化物含有物質であれば、酸化によって生成する硫酸イオンの作用効果が期待できるので、例えば泥岩に代えて硫化鉄鉱石等を使用することが可能である。なお、硫化鉄鉄鉱石の場合にはパイライトの含有量が高いため、ｐＨ緩衝層として高い機能が期待できる。
【００６９】
（第２実施形態）
【００７０】
次に、第２実施形態に係る焼却灰の処理構造及びそれを用いた設計方法について説明する。なお、上述の実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
図４(c)は、本発明に係る焼却灰の処理構造を第１実施形態と同様、産業廃棄物処分場の埋立処理に適用した様子を示した断面図である。同図(c)でわかるように、本実施形態に係る焼却灰の処理構造３１は、焼却灰としての石炭灰２からなる焼却灰層３と硫化物含有物質である泥岩４及び酸化剤としての過酸化水素水からなるｐＨ緩衝層５を焼却灰層３が最下層となるように交互に積層配置するとともに、該最下層の下に砂質土１１からなる防護層１２を配置してある。
【００７２】
かかる焼却灰の処理構造３１を構築するには、まず、同図(a)に示すように、ショベル等を用いて地盤を掘削し、埋設空間１を確保する。
【００７３】
次に、同図(b)に示すように埋設空間１の底部に砂質土１１を埋設し、５０ｃｍ程度の厚みに敷き均した後、必要に応じて転圧し、防護層１２を形成する。
【００７４】
次に、同図(c)に示すように、防護層１２の上に石炭灰２をブルドーザ等で例えば３ｍ程度の厚みに敷き均して必要に応じて転圧し、焼却灰層３を形成するとともに、その上に例えば５０ｃｍ程度の厚みの泥岩４を敷き均しつつ過酸化水素水を散布してｐＨ緩衝層５を同様に形成する。そして、かかる手順を繰り返すことで、焼却灰層３を最下層とし、焼却灰層３とｐＨ緩衝層５が下から順に交互に積層配置された焼却灰処理構造３１を構築する。なお、必要であれば、最上層となる焼却灰層３又はｐＨ緩衝層５の上を覆土しておく。また、過酸化水素水の散布は、上述した積層作業が終わってから最後に行うことも考えられる。
【００７５】
本実施形態に係る焼却灰の処理構造３１においては、泥岩４及び過酸化水素水からなるｐＨ緩衝層５が石炭灰２から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮する。すなわち、泥岩４には粘土分が含まれており、該粘土分のコロイド粒子がアルカリ金属やアルカリ土類金属を吸着していわゆるイオン交換作用を果たすが、泥岩４に含まれているパイライト(FeS2)が酸化剤である過酸化水素水によって酸化されることによって多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが土中を降下して焼却灰層３中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われることとなる。
【００７６】
具体的に説明すると、ｐＨ緩衝層５で生成された硫酸イオンは、その下にある焼却灰層３中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われる。また、焼却灰層３中のアルカリ分は、その下にあるｐＨ緩衝層５で生成された硫酸イオンと反応し、該ｐＨ緩衝層内にて中和反応が行われるとともに、ｐＨ緩衝層を構成する泥岩４内の粘土コロイド粒子に吸着してイオン交換作用が行われる。
【００７７】
ここで、最下層である焼却灰層３においては、上層のｐＨ緩衝層５による作用によって中和されないアルカリ分が残存することが考えられるが、かかる残存アルカリ分については、その下に配置された防護層１２によって環境への拡散が防止される。すなわち、残存アルカリ分は、防護層１２を構成する砂質土に含まれている粘土分のコロイド粒子に吸着されるため、地下水系に滲出する懸念はない。
【００７８】
なお、ｐＨ緩衝層５は最下層である焼却灰層３の上に配置してあるため、ｐＨ緩衝層５で生じた硫酸イオンは、焼却灰層３で中和されるとともにさらにその下にある防護層１２で阻止されるため、環境への拡散は未然に防止される。
【００７９】
ここで、処理構造３１を設計するにあたっては、焼却灰である石炭灰２からのアルカリ溶出によって生成する水酸化物イオン濃度（OH-）を中和滴定によって計測するとともに、酸化剤である過酸化水素水が添加された硫化物含有物質である泥岩４に生成している酸による水素イオン濃度（H+）を中和滴定によって計測し、かかる計測結果から焼却灰層３の厚み、ｐＨ緩衝層４の厚み、過酸化水素水の濃度等の諸条件を設定すればよい。
【００８０】
設計方針としては、ｐＨ緩衝層４内に存在する硫酸イオンがすべて焼却灰層３内に存在するアルカリイオンの中和に消費されるように上述した諸条件を定めることが考えられる。
【００８１】
このようにすると、焼却灰処理構造３１をより合理的かつ効率的に設計することが可能となる。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態に係る焼却灰の処理構造によれば、泥岩４及び過酸化水素水からなるｐＨ緩衝層５が石炭灰２から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮し、石炭灰２の中性化を大幅に促進させることが可能となる。
【００８３】
そのため、石炭灰を自然に中性化させる場合においてきわめて長期間を要するという弊害や、薬剤で中和させる場合において多額の費用を要するという弊害を生じることなく、比較的短期間にかつ低コストで貴重な土地資源である埋立地の跡地利用を早期に開始することができる。
【００８４】
また、過酸化水素水が酸素放出後に水しか残留させないという性質を持つ関係上、塩酸等の薬剤による中和とは異なり、化学的問題を発生させることなく長期間にわたって穏やかな持続性が期待できるという作用効果や、ｐＨ緩衝層５が泥岩４という土材料を主として使用するため、施工管理が容易であるとともに施工後の地盤力学特性が把握しやすい等の作用効果、あるいは急激なｐＨ低下による石炭灰からの重金属溶出、降雨による作用低下といったことを懸念する必要がないという作用効果も奏する。
【００８５】
また、本実施形態に係る焼却灰の処理構造３１によれば、焼却灰層３を最下層とするとともに該最下層の下に防護層１２を配置したので、最下層の焼却灰層３内にアルカリ分が残存したとしても、その下に配置された防護層１２によって環境への拡散が防止されるとともに、ｐＨ緩衝層５で生じた硫酸イオンは、焼却灰層３で中和されるとともにさらにその下にある防護層１２で阻止されることとなり、残存アルカリ分や硫酸イオンが地下水系に滲出するのを確実に防止することが可能となる。
【００８６】
また、本実施形態に係る焼却灰処理構造の設計方法によれば、処理構造３１を合理的かつ効率的に設計することができる。具体的には、例えばｐＨ緩衝層４で生じた硫酸イオンを焼却灰層３での中和にほぼ消費させることが可能となり、余剰硫酸イオンが周囲に拡散して地下水を酸性化させるのを未然に防止することができる。
【００８７】
なお、焼却灰が石炭灰に限定されないことや硫化物含有物質が泥岩に限定されない点については第１実施形態と同様であるが、ここではその説明を省略する。
【００８８】
（第３実施形態）
【００８９】
次に、第３実施形態について説明する。なお、上述の実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９０】
図５(c)は、本発明に係る焼却灰の処理構造を第１実施形態と同様、産業廃棄物処分場の埋立処理に適用した様子を示した断面図である。同図(c)でわかるように、本実施形態に係る処理構造４１は、石炭灰２を焼却灰層３として配置するとともに、該焼却灰層の上層に泥岩４からなるｐＨ緩衝層４３を配置し、該ｐＨ緩衝層と地上空間とが連通されるように酸化剤注入管４２を埋設してなる。
【００９１】
本実施形態に係る処理構造４１を構築するには、まず、同図(a)に示すように、ショベル等を用いて地盤を掘削し、埋設空間１を確保する。
【００９２】
次に、同図(b)に示すように埋設空間１内に石炭灰２を埋設し、ブルドーザ等を用いて例えば３ｍ程度の厚みに敷き均した後、必要に応じて転圧し、焼却灰層３を形成する。
【００９３】
次に、同図(c)に示すように、焼却灰層３の上に泥岩４をブルドーザ等で例えば５０ｃｍ程度の厚みに敷き均し、しかる後、必要に応じて転圧することによってｐＨ緩衝層４３を形成する。なお、必要であれば、ｐＨ緩衝層４３の上を覆土しておく。
【００９４】
次に、ｐＨ緩衝層４３と地上空間とが連通されるように酸化剤注入管４２を埋設する。
【００９５】
本実施形態に係る焼却灰の処理構造４１においては、ｐＨ緩衝層４３の泥岩４に含まれているパイライトが、酸化剤注入管４２を介して供給された過酸化水素水によって酸化されることで多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが土中を降下して焼却灰層３中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われる。
【００９６】
なお、ｐＨ緩衝層４３は焼却灰層３の上に配置してあるため、ｐＨ緩衝層４３の厚みや過酸化水素水の供給量を適宜調整することにより、該ｐＨ緩衝層で生じた硫酸イオンは、焼却灰層３での中和にほぼ消費され、周囲に拡散して地下水を酸性化させる懸念はほとんどない。
【００９７】
ここで、焼却灰処理構造４１を設計するにあたっては、焼却灰である石炭灰２からのアルカリ溶出によって生成する水酸化物イオン濃度（OH-）を中和滴定によって計測するとともに、酸化剤である過酸化水素水が硫化物含有物質である泥岩４に供給された場合に生じる酸による水素イオン濃度（H+）を中和滴定によって計測し、かかる計測結果から焼却灰層３の厚み、ｐＨ緩衝層４の厚み、過酸化水素水の濃度や供給量等の諸条件を設定すればよい。
【００９８】
設計方針としては、ｐＨ緩衝層４３内で発生した硫酸イオンがすべて焼却灰層３内に存在するアルカリイオンの中和に消費されるように、上述した諸条件を定めることが考えられる。
【００９９】
このようにすると、焼却灰処理構造４１をより合理的かつ効率的に設計することが可能となる。
【０１００】
以上説明したように、本実施形態に係る焼却灰の処理構造４１によれば、ｐＨ緩衝層４３の泥岩４が過酸化水素水で酸化されることによって硫酸イオンが発生し、該硫酸イオンが石炭灰２から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮し、石炭灰２の中性化を大幅に促進させることが可能となる。
【０１０１】
そのため、石炭灰を自然に中性化させる場合においてきわめて長期間を要するという弊害や、薬剤で中和させる場合において多額の費用を要するという弊害を生じることなく、比較的短期間にかつ低コストで貴重な土地資源である埋立地の跡地利用を早期に開始することができる。
【０１０２】
また、過酸化水素水が酸素放出後に水しか残留させないという性質を持つ関係上、塩酸等の薬剤による中和とは異なり、化学的問題を発生させることなく長期間にわたって穏やかな持続性が期待できるという作用効果や、ｐＨ緩衝層４３が泥岩４という土材料を主として使用するため、施工管理が容易であるとともに施工後の地盤力学特性が把握しやすい等の作用効果、あるいは急激なｐＨ低下による石炭灰からの重金属溶出、降雨による作用低下といったことを懸念する必要がないという作用効果も奏する。
【０１０３】
また、本実施形態に係る焼却灰の処理構造４１によれば、酸化剤としての過酸化水素水を酸化剤供給管４２を介して行うようにしたので、散布等の方式に比べ、泥岩４に確実に過酸化水素水を供給することが可能となり、中和処理の信頼性を大幅に高めることが可能となる。
【０１０４】
また、本実施形態に係る焼却灰処理構造の設計方法によれば、処理構造４１を合理的かつ効率的に設計することができる。具体的には、例えばｐＨ緩衝層４３で生じる硫酸イオンが焼却灰層３での中和にほぼ消費されるように過酸化水素水の供給量を定めることが可能となり、余剰硫酸イオンが周囲に拡散して地下水を酸性化させるのを未然に防止することができる。
【０１０５】
本実施形態では、過酸化水素水の供給量を本発明の設計方法により予め定めるようにしたが、これに代えて、酸化剤注入管４２をモニタリング管兼用とし、該モニタリング管を介してｐＨ緩衝層４３内の水をモニタリングしてｐＨを計測し、そのｐＨ値に基づいて過酸化水素水の供給量を定めるようにしてもよい。
【０１０６】
なお、焼却灰が石炭灰に限定されないことや硫化物含有物質が泥岩に限定されない点については第１実施形態と同様であるが、ここではその説明を省略する。
【０１０７】
（第４実施形態）
【０１０８】
次に、第４実施形態に係る焼却灰の処理構造及びそれを用いた設計方法について説明する。なお、上述の実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１０９】
図６(c)は、本発明に係る焼却灰の処理構造を第１実施形態と同様、産業廃棄物処分場の埋立処理に適用した様子を示した断面図である。同図(c)でわかるように、本実施形態に係る焼却灰の処理構造５１は、焼却灰としての石炭灰２からなる焼却灰層３と硫化物含有物質である泥岩４からなるｐＨ緩衝層４３を焼却灰層３が最下層となるように交互に積層配置するとともに、該最下層の下に砂質土１１からなる防護層１２を配置し、さらに、各ｐＨ緩衝層４３と地上空間とが連通されるように酸化剤注入管４２を埋設してある。
【０１１０】
かかる焼却灰の処理構造５１を構築するには、まず、同図(a)に示すように、ショベル等を用いて地盤を掘削し、埋設空間１を確保する。
【０１１１】
次に、同図(b)に示すように埋設空間１の底部に砂質土１１を埋設し、５０ｃｍ程度の厚みに敷き均した後、必要に応じて転圧し、防護層１２を形成する。
【０１１２】
次に、同図(c)に示すように、防護層１２の上に石炭灰２をブルドーザ等で例えば３ｍ程度の厚みに敷き均して必要に応じて転圧し、焼却灰層３を形成するとともに、その上に例えば５０ｃｍ程度の厚みの泥岩４を敷き均してｐＨ緩衝層４３を同様に形成する。そして、かかる手順を繰り返すことで、焼却灰層３を最下層とし、焼却灰層３とｐＨ緩衝層４３が下から順に交互に積層配置された焼却灰処理構造５１を構築する。なお、必要であれば、最上層となる焼却灰層３又はｐＨ緩衝層４３の上を覆土しておく。
【０１１３】
次に、各ｐＨ緩衝層４３と地上空間とが連通されるように酸化剤注入管４２を埋設する。
【０１１４】
本実施形態に係る焼却灰の処理構造５１においては、ｐＨ緩衝層４３の泥岩４に含まれているパイライトが、酸化剤注入管４２を介して供給された過酸化水素水によって酸化されることで多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが石炭灰２から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮する。すなわち、泥岩４には粘土分が含まれており、該粘土分のコロイド粒子がアルカリ金属やアルカリ土類金属を吸着していわゆるイオン交換作用を果たすが、泥岩４に含まれているパイライト(FeS2)が酸化剤である過酸化水素水によって酸化されることによって多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが土中を降下して焼却灰層３中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われることとなる。
【０１１５】
具体的に説明すると、ｐＨ緩衝層４３で生成された硫酸イオンは、その下にある焼却灰層３中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われる。また、焼却灰層３中のアルカリ分は、その下にあるｐＨ緩衝層４３で生成された硫酸イオンと反応し、該ｐＨ緩衝層内にて中和反応が行われるとともに、ｐＨ緩衝層を構成する泥岩４内の粘土コロイド粒子に吸着してイオン交換作用が行われる。
【０１１６】
ここで、最下層である焼却灰層３においては、上層のｐＨ緩衝層４３による作用によって中和されないアルカリ分が残存することが考えられるが、かかる残存アルカリ分については、その下に配置された防護層１２によって環境への拡散が防止される。すなわち、残存アルカリ分は、防護層１２を構成する砂質土に含まれている粘土分のコロイド粒子に吸着されるため、地下水系に滲出する懸念はない。
【０１１７】
なお、ｐＨ緩衝層４３は最下層である焼却灰層３の上に配置してあるため、ｐＨ緩衝層４３で生じた硫酸イオンは、焼却灰層３で中和されるとともにさらにその下にある防護層１２で阻止されるため、環境への拡散は未然に防止される。
【０１１８】
ここで、処理構造５１を設計するにあたっては、焼却灰である石炭灰２からのアルカリ溶出によって生成する水酸化物イオン濃度（OH-）を中和滴定によって計測するとともに、酸化剤である過酸化水素水が硫化物含有物質である泥岩４に供給された場合に生じる酸による水素イオン濃度（H+）を中和滴定によって計測し、かかる計測結果から焼却灰層３の厚み、ｐＨ緩衝層４の厚み、過酸化水素水の濃度や供給量等の諸条件を設定すればよい。
【０１１９】
設計方針としては、ｐＨ緩衝層４３内に存在する硫酸イオンがすべて焼却灰層３内に存在するアルカリイオンの中和に消費されるように上述した諸条件を定めることが考えられる。
【０１２０】
このようにすると、焼却灰処理構造５１をより合理的かつ効率的に設計することが可能となる。
【０１２１】
以上説明したように、本実施形態に係る焼却灰の処理構造５１によれば、ｐＨ緩衝層４３の泥岩４が過酸化水素水で酸化されることによって硫酸イオンが発生し、該硫酸イオンが石炭灰２から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮し、石炭灰２の中性化を大幅に促進させることが可能となる。
【０１２２】
そのため、石炭灰を自然に中性化させる場合においてきわめて長期間を要するという弊害や、薬剤で中和させる場合において多額の費用を要するという弊害を生じることなく、比較的短期間にかつ低コストで貴重な土地資源である埋立地の跡地利用を早期に開始することができる。
【０１２３】
また、過酸化水素水が酸素放出後に水しか残留させないという性質を持つ関係上、塩酸等の薬剤による中和とは異なり、化学的問題を発生させることなく長期間にわたって穏やかな持続性が期待できるという作用効果や、ｐＨ緩衝層４３が泥岩４という土材料を主として使用するため、施工管理が容易であるとともに施工後の地盤力学特性が把握しやすい等の作用効果、あるいは急激なｐＨ低下による石炭灰からの重金属溶出、降雨による作用低下といったことを懸念する必要がないという作用効果も奏する。
【０１２４】
また、本実施形態に係る焼却灰の処理構造５１によれば、焼却灰層３を最下層とするとともに該最下層の下に防護層１２を配置したので、最下層の焼却灰層３内にアルカリ分が残存したとしても、その下に配置された防護層１２によって環境への拡散が防止されるとともに、ｐＨ緩衝層４３で生じた硫酸イオンは、焼却灰層３で中和されるとともにさらにその下にある防護層１２で阻止されることとなり、残存アルカリ分や硫酸イオンが地下水系に滲出するのを確実に防止することが可能となる。
【０１２５】
また、本実施形態に係る焼却灰の処理構造５１によれば、酸化剤としての過酸化水素水を酸化剤供給管４２を介して行うようにしたので、散布等の方式に比べ、泥岩４、特に地中深く埋設された泥岩４に確実に過酸化水素水を供給することが可能となり、中和処理の信頼性を大幅に高めることが可能となる。
【０１２６】
また、本実施形態に係る焼却灰処理構造の設計方法によれば、処理構造５１を合理的かつ効率的に設計することができる。具体的には、例えばｐＨ緩衝層４３で生じた硫酸イオンを焼却灰層３での中和にほぼ消費させることが可能となり、余剰硫酸イオンが周囲に拡散して地下水を酸性化させるのを未然に防止することができる。
【０１２７】
本実施形態では特に言及しなかったが、酸化剤である過酸化水素水は、本来、酸化剤注入管４２を介してｐＨ緩衝層４３に確実に注入されるが、図７に示すようにｐＨ緩衝層４３内に不織布、砂層、多孔管等の透水性材料からなる酸化剤拡散層６１を平面状、帯状、格子状等の形態で面内配置するとともに該酸化剤拡散層と酸化剤注入管４２とを連通させておけば、ｐＨ緩衝層４３を構成する泥岩４が転圧等に起因して透水係数が小さくなっていたとしても、過酸化水素水をｐＨ緩衝層４３全体にわたって確実に供給することが可能となる。
【０１２８】
なお、かかる変形例を第３実施形態にも適用可能であることは言うまでもない。
【０１２９】
また、焼却灰が石炭灰に限定されないことや硫化物含有物質が泥岩に限定されない点については第１実施形態と同様であるが、ここではその説明を省略する。
【０１３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の焼却灰の処理構造及びその設計方法によれば、ｐＨ緩衝層内で発生した硫酸イオンが焼却灰から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮し、焼却灰の中性化を大幅に促進させることが可能となる。
【０１３１】
そのため、焼却灰を自然に中性化させる場合においてきわめて長期間を要するという弊害や、薬剤で中和させる場合において多額の費用を要するという弊害を生じることなく、比較的短期間にかつ低コストで貴重な土地資源である埋立地の跡地利用を早期に開始することができる。
【０１３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る焼却灰の処理構造の断面図。
【図２】第１実施形態に係る焼却灰の処理構造の作用効果を実証した試験結果を示したものであり、(a)は試験方法の概要図、(b)は試験結果を示したグラフ。
【図３】第２実施形態に係る焼却灰の処理構造の断面図。
【図４】第３実施形態に係る焼却灰の処理構造の断面図。
【図５】第４実施形態に係る焼却灰の処理構造の断面図。
【図６】変形例に係る焼却灰の処理構造の詳細断面図。
【符号の説明】
２ 石炭灰（焼却灰）
３ 焼却灰層
４ 泥岩（硫化物含有物質）
５、４３ ｐＨ緩衝層
６、３１、４１、５１ 焼却灰処理構造
１１ 砂質土
１２ 保護層
４２ 酸化剤注入管
６１ 酸化剤拡散層
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電所から多量に発生する石炭灰などの焼却灰を処理する構造及びその設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所から多量に発生する石炭灰や廃棄物を焼却した後に発生する灰などの焼却灰は、リサイクル可能な場合を除き、ほとんど埋立処理されているが、かかる焼却灰、特に石炭灰を廃棄物処分場にて埋立処理した場合、雨水の浸透に伴って高アルカリの滲出水が発生し、そのまま放置すれば、アルカリ成分が雨水とともに地下水系に流入するおそれがある。
【０００３】
そのため、埋立処分が完了した後も、石炭灰からの滲出水を処分場底面に敷設された集排水構造に集めるとともに、その滲出水のｐＨが所定の排水基準、例えば５．８〜８．６をクリアするまで滲出水をポンプアップして中和処理し、しかる後に放流することで埋立材からの滲出成分が環境に拡散することがないよう配慮されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、石炭灰等の焼却灰からのアルカリ分の溶出は長期間にわたるとともに、それに伴って上述した作業も長期間に及び、かくして、アルカリ分溶出のために多額の処理費用を必要とするのみならず、貴重な土地資源である埋立地の跡地利用が遅れ、又は実質的に跡地利用が困難になってしまうという問題を生じていた。
【０００５】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、焼却灰を埋立処理する場合においてその跡地利用を速やかに開始することが可能な焼却灰の処理構造及びその設計方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る焼却灰の処理構造は請求項１に記載したように、焼却灰を焼却灰層として配置するとともに、該焼却灰層の上層に、硫化鉄鉱石又はその残さ、泥岩、海底土、あるいは温泉地帯の土である硫化物含有物質及び酸化剤からなるｐＨ緩衝層を配置したものである。
【０００７】
また、本発明に係る焼却灰の処理構造は請求項２に記載したように、焼却灰からなる焼却灰層と、硫化鉄鉱石又はその残さ、泥岩、海底土、あるいは温泉地帯の土である硫化物含有物質及び酸化剤からなるｐＨ緩衝層を該焼却灰層が最下層となるように交互に積層配置するとともに、該最下層の下に砂質土からなる防護層を配置したものである。
【０００８】
また、本発明に係る焼却灰の処理構造は請求項３に記載したように、焼却灰を焼却灰層として配置するとともに、該焼却灰層の上層若しくは下層に、硫化鉄鉱石又はその残さ、泥岩、海底土、あるいは温泉地帯の土である硫化物含有物質からなるｐＨ緩衝層を配置し、該ｐＨ緩衝層と地上空間とが連通されるように所定の酸化剤注入管を埋設したものである。
【０００９】
また、本発明に係る焼却灰の処理構造は請求項４に記載したように、焼却灰からなる焼却灰層と、硫化鉄鉱石又はその残さ、泥岩、海底土、あるいは温泉地帯の土である硫化物含有物質からなるｐＨ緩衝層を該焼却灰層が最下層となるように交互に積層配置するとともに、該最下層の下に砂質土からなる防護層を配置し、前記各ｐＨ緩衝層と地上空間とが連通されるように所定の酸化剤注入管を埋設したものである。
【００１０】
また、本発明に係る焼却灰の処理構造は、前記ｐＨ緩衝層内に所定の透水性材料からなる酸化剤拡散層を面内配置するとともに該酸化剤拡散層と前記酸化剤注入管とを連通させたものである。
【００１１】
また、本発明に係る焼却灰の処理構造は、前記硫化物含有物質を泥岩としたものである。
【００１２】
また、本発明に係る焼却灰処理構造の設計方法は請求項７に記載したように、請求項１乃至請求項６のいずれか一記載の焼却灰の処理構造を構築する際、前記焼却灰からのアルカリ溶出によって生成する水酸化物イオン濃度（OH−）を中和滴定によって計測するとともに、前記硫化物含有物質及び酸化剤によって生成する酸による水素イオン濃度（H+）を中和滴定によって計測し、かかる計測結果から前記焼却灰層の厚み、前記ｐＨ緩衝層の厚み、及び前記酸化剤の供給量を設定するものである。
【００１３】
請求項１の発明に係る焼却灰の処理構造においては、硫化物含有物質及び酸化剤からなるｐＨ緩衝層が焼却灰から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮する。すなわち、硫化物含有物質が酸化剤で酸化されることによって多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが焼却灰から溶出したアルカリ分を効率的に中和する。
【００１４】
また、ｐＨ緩衝層を焼却灰層の上に配置したので、ｐＨ緩衝層で生成された硫酸イオンが降下して焼却灰層中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われることとなる。
【００１５】
次に、請求項２の発明に係る焼却灰の処理構造においては、請求項１の発明と同様、硫化物含有物質及び酸化剤からなるｐＨ緩衝層が焼却灰から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮する。すなわち、硫化物含有物質が酸化剤で酸化されることによって多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが焼却灰から溶出したアルカリ分を効率的に中和する。
【００１６】
具体的に説明すると、ｐＨ緩衝層で生成された硫酸イオンは、その下にある焼却灰層中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われる。また、焼却灰層中のアルカリ分は、その下にあるｐＨ緩衝層で生成された硫酸イオンと反応し、該ｐＨ緩衝層内にて中和反応が行われる。
【００１７】
ここで、最下層である焼却灰層に含まれるアルカリ分のうち、上層のｐＨ緩衝層による作用によって中和されずに残存することが考えられるが、かかる残存アルカリ分については、その下に配置された防護層によって環境への拡散が防止される。すなわち、残存アルカリ分は、防護層を構成する砂質土に含まれている粘土分のコロイド粒子に吸着されるため、地下水系に滲出する懸念はない。
【００１８】
なお、ｐＨ緩衝層は最下層である焼却灰層の上に配置してあるため、ｐＨ緩衝層で生じた硫酸イオンは、焼却灰層で中和されるとともにさらにその下にある防護層で阻止されるため、環境への拡散は未然に防止される。
【００１９】
酸化剤は、泥岩を層状に敷き均しながら散布する、泥岩を層状に敷き均した後で散布する、焼却灰層との交互の積層配置の後で地上から散水するなどの方法によってｐＨ緩衝層の構成物質とすることができる。
【００２０】
次に、請求項３の発明に係る焼却灰の処理構造においては、ｐＨ緩衝層に含まれる硫化物含有物質が酸化剤注入管を介して供給された酸化剤で酸化されることによって多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが焼却灰から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮し、該アルカリ分を効率的に中和する。
【００２１】
また、酸化剤注入管を介して地上から供給される酸化剤の供給量を調整することによって、硫化物含有物質の酸化速度ひいては硫酸イオンの発生量を制御することも可能となる。
【００２２】
さらに、ｐＨ緩衝層を焼却灰層の上に配置したので、ｐＨ緩衝層で生成された硫酸イオンが降下して焼却灰層中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われることとなる。
【００２３】
次に、請求項４の発明に係る焼却灰の処理構造においては、請求項３の発明と同様、ｐＨ緩衝層に含まれる硫化物含有物質が酸化剤注入管を介して供給された酸化剤で酸化されることによって多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが焼却灰から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮し、該アルカリ分を効率的に中和する。
【００２４】
具体的に説明すると、ｐＨ緩衝層で生成された硫酸イオンは、その下にある焼却灰層中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われる。また、焼却灰層中のアルカリ分は、その下にあるｐＨ緩衝層で生成された硫酸イオンと反応し、該ｐＨ緩衝層内にて中和反応が行われる。
【００２５】
ここで、最下層である焼却灰層に含まれるアルカリ分のうち、上層のｐＨ緩衝層による作用によって中和されずに残存することが考えられるが、かかる残存アルカリ分については、その下に配置された防護層によって環境への拡散が防止される。すなわち、残存アルカリ分は、防護層を構成する砂質土に含まれている粘土分のコロイド粒子に吸着されるため、地下水系に滲出する懸念はない。
【００２６】
なお、ｐＨ緩衝層は最下層である焼却灰層の上に配置してあるため、ｐＨ緩衝層で生じた硫酸イオンは、焼却灰層で中和されるとともにさらにその下にある防護層で阻止されるため、環境への拡散は未然に防止される。
【００２７】
また、酸化剤注入管を介して地上から供給される酸化剤の供給量を調整することによって、硫化物含有物質の酸化速度ひいては硫酸イオンの発生量を制御することも可能となる。
【００２８】
請求項３、請求項４に係る発明において、酸化剤は、本来、酸化剤注入管を介してｐＨ緩衝層に確実に注入されるが、ｐＨ緩衝層内に所定の透水性材料からなる酸化剤拡散層を面内配置するとともに該酸化剤拡散層と前記酸化剤注入管とを連通させた場合、酸化剤をｐＨ緩衝層全体にわたってさらに確実に供給することが可能となる。
【００３０】
一方、酸化剤としてどのようなものを選択するかは任意であって、さまざまな酸をはじめ、さらし粉（Ca(ClO)2）、次亜塩素酸ナトリウム（NaClO）なども使用可能であるが、環境面に鑑みた場合、酸素を放出した後に残留物として水しか残さない過酸化水素を酸化剤として使用するのが望ましい。
【００３１】
本発明に係る焼却灰の処理構造は、主として廃棄物処分場での埋立処理に適用することが考えられるが、他の場所での埋立に適用してもよいし、そもそも埋立に限定されるものではなく、例えば、焼却灰を盛土材として使用する場合にも本発明を適用することができる。
【００３２】
ここで、上述した各発明において、硫化物含有物質として特に、泥岩、海底土（ヘドロ）、温泉地帯の土といった粘土粒子含有物質を用いた場合には、上述した作用に加えて、含有粘土分のコロイド粒子がアルカリ金属やアルカリ土類金属を吸着していわゆるイオン交換作用を果たすという作用効果も奏する。
【００３３】
かかる粘土粒子含有物質を用いた場合においても、ｐＨ緩衝層を焼却灰層の上に配置するか下に配置するかは任意であるが、ｐＨ緩衝層を焼却灰層の下に配置した場合には、降下したアルカリ分がｐＨ緩衝層を構成する粘土コロイド粒子に吸着してイオン交換作用が行われることとなる。
【００３４】
次に、請求項７に係る焼却灰処理構造の設計方法においては、請求項１乃至請求項６のいずれか一記載の焼却灰の処理構造を構築する際、前記焼却灰からのアルカリ溶出によって生成する水酸化物イオン濃度（OH-）を中和滴定によって計測するとともに、前記硫化物含有物質及び酸化剤によって生成する酸による水素イオン濃度（H+）を中和滴定によって計測し、かかる計測結果から前記焼却灰層の厚み、前記ｐＨ緩衝層の厚み、及び前記酸化剤の供給量を設定する。
【００３５】
このようにすると、焼却灰処理構造をより合理的かつ効率的に設計することが可能となる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る焼却灰の処理構造及びその設計方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
（第１実施形態）
【００３８】
図１は、本発明に係る焼却灰の処理構造を産業廃棄物処分場の埋立処理に適用した様子を示した断面図である。同図(c)でわかるように、本実施形態に係る焼却灰処理構造６は、埋設処理される焼却灰としての石炭灰２を焼却灰層３として配置するとともに、該焼却灰層の上層に硫化物含有物質としての泥岩４に酸化剤としての過酸化水素水（Ｈ2Ｏ2）を添加してなるｐＨ緩衝層５を配置してなる。
【００３９】
本実施形態に係る処理構造６を構築するには、まず、同図(a)に示すように、ショベル等を用いて地盤を掘削し、埋設空間１を確保する。
【００４０】
次に、同図(b)に示すように埋設空間１内に石炭灰２を埋設し、ブルドーザ等を用いて例えば３ｍ程度の厚みに敷き均した後、必要に応じて転圧し、焼却灰層３を形成する。
【００４１】
次に、同図(c)に示すように、焼却灰層３の上に泥岩４をブルドーザ等で例えば５０ｃｍ程度の厚みに敷き均しつつ過酸化水素水を散布し、しかる後、必要に応じて転圧することによってｐＨ緩衝層５を形成する。なお、必要であれば、ｐＨ緩衝層５の上を覆土しておく。
【００４２】
過酸化水素水の濃度は、例えば１〜５％とすることが考えられる。
【００４３】
本実施形態に係る焼却灰の処理構造６においては、泥岩４及び過酸化水素水からなるｐＨ緩衝層５が石炭灰２から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮する。すなわち、泥岩４にはパイライト(FeS2)が含まれており、かかるパイライトが酸化剤である過酸化水素水によって酸化されることによって多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが土中を降下して焼却灰層３中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われることとなる。
【００４４】
なお、ｐＨ緩衝層５は焼却灰層３の上に配置してあるため、ｐＨ緩衝層５の厚みを適宜調整することにより、該ｐＨ緩衝層で生じた硫酸イオンは、焼却灰層３での中和にほぼ消費され、周囲に拡散して地下水を酸性化させる懸念はほとんどない。
【００４５】
ここで、焼却灰処理構造１を設計するにあたっては、焼却灰である石炭灰２からのアルカリ溶出によって生成する水酸化物イオン濃度（OH-）を中和滴定によって計測するとともに、酸化剤である過酸化水素水が添加された硫化物含有物質である泥岩４に生成している酸による水素イオン濃度（H+）を中和滴定によって計測し、かかる計測結果から焼却灰層３の厚み、ｐＨ緩衝層４の厚み、過酸化水素水の濃度等の諸条件を設定すればよい。
【００４６】
設計方針としては、ｐＨ緩衝層５内に存在する硫酸イオンがすべて焼却灰層３内に存在するアルカリイオンの中和に消費されるように上述した諸条件を定めることが考えられる。
【００４７】
このようにすると、焼却灰処理構造６をより合理的かつ効率的に設計することが可能となる。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態に係る焼却灰の処理構造６によれば、泥岩４及び過酸化水素水からなるｐＨ緩衝層５が石炭灰２から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮し、石炭灰２の中性化を大幅に促進させることが可能となる。
【００４９】
そのため、石炭灰を自然に中性化させる場合においてきわめて長期間を要するという弊害や、薬剤で中和させる場合において多額の費用を要するという弊害を生じることなく、比較的短期間にかつ低コストで貴重な土地資源である埋立地の跡地利用を早期に開始することができる。
【００５０】
また、過酸化水素水が酸素放出後に水しか残留させないという性質を持つ関係上、塩酸等の薬剤による中和とは異なり、化学的問題を発生させることなく長期間にわたって穏やかな持続性が期待できるという作用効果や、ｐＨ緩衝層５が泥岩４という土材料を主として使用するため、施工管理が容易であるとともに施工後の地盤力学特性が把握しやすい等の作用効果、あるいは急激なｐＨ低下による石炭灰からの重金属溶出、降雨による作用低下といったことを懸念する必要がないという作用効果も奏する。
【００５１】
また、本実施形態に係る焼却灰処理構造の設計方法によれば、処理構造６を合理的かつ効率的に設計することができる。具体的には、例えばｐＨ緩衝層５で生じた硫酸イオンを焼却灰層３での中和にほぼ消費させることが可能となり、余剰硫酸イオンが周囲に拡散して地下水を酸性化させるのを未然に防止することができる。
【００５２】
次に、本実施形態に係る焼却灰の処理構造及びその設計方法による作用効果を実験で確認したので、その概略を以下に説明する。
【００５３】
まず、自然酸化による場合と過酸化水素水を使用した場合とで泥岩のｐＨがどの程度変化するかを調べるｐＨ低下試験を行った。
【００５４】
表１は、泥岩をさまざまな養生条件下においてそれらのｐＨ変化を調べた結果をまとめたものであり、”湿潤―水容器”は、容器の底に水を張った状態でその上に自然含水比の泥岩を置いて容器内に密閉したケース、”湿潤―密閉”は、自然含水比の泥岩を単に容器内に密閉したケース、”風乾―密閉”は、風乾した泥岩を容器内に密閉したケース、”炉乾燥―密閉”は、炉乾燥によって絶乾した泥岩を容器内に密閉したケースをそれぞれ示す。
【００５５】
【表１】
かかる試験から、ケースによってはある程度自然酸化が進行するものの、大きなｐＨ低下は観測されなかったことがわかる。
【００５７】
次に、計７種類の濃度（濃度ゼロを含む）の過酸化水素水を泥岩に添加して３０分放置した後のｐＨと、水酸化ナトリウム溶液を用いた中和滴定を行った場合の▲１▼水酸化ナトリウム溶液量、▲２▼生成酸イオン濃度（Ｈ+,mmol/mL）及び▲３▼生成酸イオン濃度（Ｈ+,mol/泥岩dry,ton）を調べた結果をまとめたものである。
【００５８】
【表２】
かかる試験から、１％以上の過酸化水素水を添加した場合に▲３▼生成酸イオン濃度が特に大きくなる、換言すれば、１％以上の過酸化水素水を泥岩に添加することによって、石炭灰２中のアルカリ成分を効果的に中和することが可能であることがわかる。
【００６０】
次に、泥岩への過酸化水素水浸透カラム試験を行った。
【００６１】
実験は、図２(a)に示すようにアクリル円筒８内に泥岩試料９を詰め、かかる状態にて該円筒下方からタンク７に溜めた水又は過酸化水素水をポンプで注入して上方に浸透させ、アクリル円筒８の上方に浸透してきた水又は過酸化水素水を吸い上げてフラスコ１０に採取し、そのｐＨを測定した。
【００６２】
浸透させた水又は過酸化水素水の水量とｐＨとの関係を同図(b)に示す。同図に示すように、浸透させた後の水又は過酸化水素水のｐＨは、５〜６リットル程度までは確実に低下し続けることがわかる。
【００６３】
本実施形態では、焼却灰を石炭灰としたが、石炭灰以外に廃棄物等を焼却した後の灰についても本発明の焼却灰として取り扱うことができることは言うまでもない。
【００６７】
また、本実施形態では、硫化物含有物質として泥岩を用いたが、該泥岩に代えて海底土（ヘドロ）や温泉地の掘削土を用いても上述したと同様の作用効果が期待できる。特に、海底土を用いた場合には、埋立作業において発生する浚渫ヘドロを廃棄せずに有効利用することができるという副次的な作用効果も奏する。
【００６８】
更に言えば、泥岩や海底土でなくとも、硫化物含有物質であれば、酸化によって生成する硫酸イオンの作用効果が期待できるので、例えば泥岩に代えて硫化鉄鉱石等を使用することが可能である。なお、硫化鉄鉄鉱石の場合にはパイライトの含有量が高いため、ｐＨ緩衝層として高い機能が期待できる。
【００６９】
（第２実施形態）
【００７０】
次に、第２実施形態に係る焼却灰の処理構造及びそれを用いた設計方法について説明する。なお、上述の実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
図４(c)は、本発明に係る焼却灰の処理構造を第１実施形態と同様、産業廃棄物処分場の埋立処理に適用した様子を示した断面図である。同図(c)でわかるように、本実施形態に係る焼却灰の処理構造３１は、焼却灰としての石炭灰２からなる焼却灰層３と硫化物含有物質である泥岩４及び酸化剤としての過酸化水素水からなるｐＨ緩衝層５を焼却灰層３が最下層となるように交互に積層配置するとともに、該最下層の下に砂質土１１からなる防護層１２を配置してある。
【００７２】
かかる焼却灰の処理構造３１を構築するには、まず、同図(a)に示すように、ショベル等を用いて地盤を掘削し、埋設空間１を確保する。
【００７３】
次に、同図(b)に示すように埋設空間１の底部に砂質土１１を埋設し、５０ｃｍ程度の厚みに敷き均した後、必要に応じて転圧し、防護層１２を形成する。
【００７４】
次に、同図(c)に示すように、防護層１２の上に石炭灰２をブルドーザ等で例えば３ｍ程度の厚みに敷き均して必要に応じて転圧し、焼却灰層３を形成するとともに、その上に例えば５０ｃｍ程度の厚みの泥岩４を敷き均しつつ過酸化水素水を散布してｐＨ緩衝層５を同様に形成する。そして、かかる手順を繰り返すことで、焼却灰層３を最下層とし、焼却灰層３とｐＨ緩衝層５が下から順に交互に積層配置された焼却灰処理構造３１を構築する。なお、必要であれば、最上層となる焼却灰層３又はｐＨ緩衝層５の上を覆土しておく。また、過酸化水素水の散布は、上述した積層作業が終わってから最後に行うことも考えられる。
【００７５】
本実施形態に係る焼却灰の処理構造３１においては、泥岩４及び過酸化水素水からなるｐＨ緩衝層５が石炭灰２から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮する。すなわち、泥岩４には粘土分が含まれており、該粘土分のコロイド粒子がアルカリ金属やアルカリ土類金属を吸着していわゆるイオン交換作用を果たすが、泥岩４に含まれているパイライト(FeS2)が酸化剤である過酸化水素水によって酸化されることによって多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが土中を降下して焼却灰層３中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われることとなる。
【００７６】
具体的に説明すると、ｐＨ緩衝層５で生成された硫酸イオンは、その下にある焼却灰層３中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われる。また、焼却灰層３中のアルカリ分は、その下にあるｐＨ緩衝層５で生成された硫酸イオンと反応し、該ｐＨ緩衝層内にて中和反応が行われるとともに、ｐＨ緩衝層を構成する泥岩４内の粘土コロイド粒子に吸着してイオン交換作用が行われる。
【００７７】
ここで、最下層である焼却灰層３においては、上層のｐＨ緩衝層５による作用によって中和されないアルカリ分が残存することが考えられるが、かかる残存アルカリ分については、その下に配置された防護層１２によって環境への拡散が防止される。すなわち、残存アルカリ分は、防護層１２を構成する砂質土に含まれている粘土分のコロイド粒子に吸着されるため、地下水系に滲出する懸念はない。
【００７８】
なお、ｐＨ緩衝層５は最下層である焼却灰層３の上に配置してあるため、ｐＨ緩衝層５で生じた硫酸イオンは、焼却灰層３で中和されるとともにさらにその下にある防護層１２で阻止されるため、環境への拡散は未然に防止される。
【００７９】
ここで、処理構造３１を設計するにあたっては、焼却灰である石炭灰２からのアルカリ溶出によって生成する水酸化物イオン濃度（OH-）を中和滴定によって計測するとともに、酸化剤である過酸化水素水が添加された硫化物含有物質である泥岩４に生成している酸による水素イオン濃度（H+）を中和滴定によって計測し、かかる計測結果から焼却灰層３の厚み、ｐＨ緩衝層４の厚み、過酸化水素水の濃度等の諸条件を設定すればよい。
【００８０】
設計方針としては、ｐＨ緩衝層４内に存在する硫酸イオンがすべて焼却灰層３内に存在するアルカリイオンの中和に消費されるように上述した諸条件を定めることが考えられる。
【００８１】
このようにすると、焼却灰処理構造３１をより合理的かつ効率的に設計することが可能となる。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態に係る焼却灰の処理構造によれば、泥岩４及び過酸化水素水からなるｐＨ緩衝層５が石炭灰２から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮し、石炭灰２の中性化を大幅に促進させることが可能となる。
【００８３】
そのため、石炭灰を自然に中性化させる場合においてきわめて長期間を要するという弊害や、薬剤で中和させる場合において多額の費用を要するという弊害を生じることなく、比較的短期間にかつ低コストで貴重な土地資源である埋立地の跡地利用を早期に開始することができる。
【００８４】
また、過酸化水素水が酸素放出後に水しか残留させないという性質を持つ関係上、塩酸等の薬剤による中和とは異なり、化学的問題を発生させることなく長期間にわたって穏やかな持続性が期待できるという作用効果や、ｐＨ緩衝層５が泥岩４という土材料を主として使用するため、施工管理が容易であるとともに施工後の地盤力学特性が把握しやすい等の作用効果、あるいは急激なｐＨ低下による石炭灰からの重金属溶出、降雨による作用低下といったことを懸念する必要がないという作用効果も奏する。
【００８５】
また、本実施形態に係る焼却灰の処理構造３１によれば、焼却灰層３を最下層とするとともに該最下層の下に防護層１２を配置したので、最下層の焼却灰層３内にアルカリ分が残存したとしても、その下に配置された防護層１２によって環境への拡散が防止されるとともに、ｐＨ緩衝層５で生じた硫酸イオンは、焼却灰層３で中和されるとともにさらにその下にある防護層１２で阻止されることとなり、残存アルカリ分や硫酸イオンが地下水系に滲出するのを確実に防止することが可能となる。
【００８６】
また、本実施形態に係る焼却灰処理構造の設計方法によれば、処理構造３１を合理的かつ効率的に設計することができる。具体的には、例えばｐＨ緩衝層４で生じた硫酸イオンを焼却灰層３での中和にほぼ消費させることが可能となり、余剰硫酸イオンが周囲に拡散して地下水を酸性化させるのを未然に防止することができる。
【００８７】
なお、焼却灰が石炭灰に限定されないことや硫化物含有物質が泥岩に限定されない点については第１実施形態と同様であるが、ここではその説明を省略する。
【００８８】
（第３実施形態）
【００８９】
次に、第３実施形態について説明する。なお、上述の実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９０】
図５(c)は、本発明に係る焼却灰の処理構造を第１実施形態と同様、産業廃棄物処分場の埋立処理に適用した様子を示した断面図である。同図(c)でわかるように、本実施形態に係る処理構造４１は、石炭灰２を焼却灰層３として配置するとともに、該焼却灰層の上層に泥岩４からなるｐＨ緩衝層４３を配置し、該ｐＨ緩衝層と地上空間とが連通されるように酸化剤注入管４２を埋設してなる。
【００９１】
本実施形態に係る処理構造４１を構築するには、まず、同図(a)に示すように、ショベル等を用いて地盤を掘削し、埋設空間１を確保する。
【００９２】
次に、同図(b)に示すように埋設空間１内に石炭灰２を埋設し、ブルドーザ等を用いて例えば３ｍ程度の厚みに敷き均した後、必要に応じて転圧し、焼却灰層３を形成する。
【００９３】
次に、同図(c)に示すように、焼却灰層３の上に泥岩４をブルドーザ等で例えば５０ｃｍ程度の厚みに敷き均し、しかる後、必要に応じて転圧することによってｐＨ緩衝層４３を形成する。なお、必要であれば、ｐＨ緩衝層４３の上を覆土しておく。
【００９４】
次に、ｐＨ緩衝層４３と地上空間とが連通されるように酸化剤注入管４２を埋設する。
【００９５】
本実施形態に係る焼却灰の処理構造４１においては、ｐＨ緩衝層４３の泥岩４に含まれているパイライトが、酸化剤注入管４２を介して供給された過酸化水素水によって酸化されることで多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが土中を降下して焼却灰層３中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われる。
【００９６】
なお、ｐＨ緩衝層４３は焼却灰層３の上に配置してあるため、ｐＨ緩衝層４３の厚みや過酸化水素水の供給量を適宜調整することにより、該ｐＨ緩衝層で生じた硫酸イオンは、焼却灰層３での中和にほぼ消費され、周囲に拡散して地下水を酸性化させる懸念はほとんどない。
【００９７】
ここで、焼却灰処理構造４１を設計するにあたっては、焼却灰である石炭灰２からのアルカリ溶出によって生成する水酸化物イオン濃度（OH-）を中和滴定によって計測するとともに、酸化剤である過酸化水素水が硫化物含有物質である泥岩４に供給された場合に生じる酸による水素イオン濃度（H+）を中和滴定によって計測し、かかる計測結果から焼却灰層３の厚み、ｐＨ緩衝層４の厚み、過酸化水素水の濃度や供給量等の諸条件を設定すればよい。
【００９８】
設計方針としては、ｐＨ緩衝層４３内で発生した硫酸イオンがすべて焼却灰層３内に存在するアルカリイオンの中和に消費されるように、上述した諸条件を定めることが考えられる。
【００９９】
このようにすると、焼却灰処理構造４１をより合理的かつ効率的に設計することが可能となる。
【０１００】
以上説明したように、本実施形態に係る焼却灰の処理構造４１によれば、ｐＨ緩衝層４３の泥岩４が過酸化水素水で酸化されることによって硫酸イオンが発生し、該硫酸イオンが石炭灰２から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮し、石炭灰２の中性化を大幅に促進させることが可能となる。
【０１０１】
そのため、石炭灰を自然に中性化させる場合においてきわめて長期間を要するという弊害や、薬剤で中和させる場合において多額の費用を要するという弊害を生じることなく、比較的短期間にかつ低コストで貴重な土地資源である埋立地の跡地利用を早期に開始することができる。
【０１０２】
また、過酸化水素水が酸素放出後に水しか残留させないという性質を持つ関係上、塩酸等の薬剤による中和とは異なり、化学的問題を発生させることなく長期間にわたって穏やかな持続性が期待できるという作用効果や、ｐＨ緩衝層４３が泥岩４という土材料を主として使用するため、施工管理が容易であるとともに施工後の地盤力学特性が把握しやすい等の作用効果、あるいは急激なｐＨ低下による石炭灰からの重金属溶出、降雨による作用低下といったことを懸念する必要がないという作用効果も奏する。
【０１０３】
また、本実施形態に係る焼却灰の処理構造４１によれば、酸化剤としての過酸化水素水を酸化剤供給管４２を介して行うようにしたので、散布等の方式に比べ、泥岩４に確実に過酸化水素水を供給することが可能となり、中和処理の信頼性を大幅に高めることが可能となる。
【０１０４】
また、本実施形態に係る焼却灰処理構造の設計方法によれば、処理構造４１を合理的かつ効率的に設計することができる。具体的には、例えばｐＨ緩衝層４３で生じる硫酸イオンが焼却灰層３での中和にほぼ消費されるように過酸化水素水の供給量を定めることが可能となり、余剰硫酸イオンが周囲に拡散して地下水を酸性化させるのを未然に防止することができる。
【０１０５】
本実施形態では、過酸化水素水の供給量を本発明の設計方法により予め定めるようにしたが、これに代えて、酸化剤注入管４２をモニタリング管兼用とし、該モニタリング管を介してｐＨ緩衝層４３内の水をモニタリングしてｐＨを計測し、そのｐＨ値に基づいて過酸化水素水の供給量を定めるようにしてもよい。
【０１０６】
なお、焼却灰が石炭灰に限定されないことや硫化物含有物質が泥岩に限定されない点については第１実施形態と同様であるが、ここではその説明を省略する。
【０１０７】
（第４実施形態）
【０１０８】
次に、第４実施形態に係る焼却灰の処理構造及びそれを用いた設計方法について説明する。なお、上述の実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１０９】
図６(c)は、本発明に係る焼却灰の処理構造を第１実施形態と同様、産業廃棄物処分場の埋立処理に適用した様子を示した断面図である。同図(c)でわかるように、本実施形態に係る焼却灰の処理構造５１は、焼却灰としての石炭灰２からなる焼却灰層３と硫化物含有物質である泥岩４からなるｐＨ緩衝層４３を焼却灰層３が最下層となるように交互に積層配置するとともに、該最下層の下に砂質土１１からなる防護層１２を配置し、さらに、各ｐＨ緩衝層４３と地上空間とが連通されるように酸化剤注入管４２を埋設してある。
【０１１０】
かかる焼却灰の処理構造５１を構築するには、まず、同図(a)に示すように、ショベル等を用いて地盤を掘削し、埋設空間１を確保する。
【０１１１】
次に、同図(b)に示すように埋設空間１の底部に砂質土１１を埋設し、５０ｃｍ程度の厚みに敷き均した後、必要に応じて転圧し、防護層１２を形成する。
【０１１２】
次に、同図(c)に示すように、防護層１２の上に石炭灰２をブルドーザ等で例えば３ｍ程度の厚みに敷き均して必要に応じて転圧し、焼却灰層３を形成するとともに、その上に例えば５０ｃｍ程度の厚みの泥岩４を敷き均してｐＨ緩衝層４３を同様に形成する。そして、かかる手順を繰り返すことで、焼却灰層３を最下層とし、焼却灰層３とｐＨ緩衝層４３が下から順に交互に積層配置された焼却灰処理構造５１を構築する。なお、必要であれば、最上層となる焼却灰層３又はｐＨ緩衝層４３の上を覆土しておく。
【０１１３】
次に、各ｐＨ緩衝層４３と地上空間とが連通されるように酸化剤注入管４２を埋設する。
【０１１４】
本実施形態に係る焼却灰の処理構造５１においては、ｐＨ緩衝層４３の泥岩４に含まれているパイライトが、酸化剤注入管４２を介して供給された過酸化水素水によって酸化されることで多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが石炭灰２から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮する。すなわち、泥岩４には粘土分が含まれており、該粘土分のコロイド粒子がアルカリ金属やアルカリ土類金属を吸着していわゆるイオン交換作用を果たすが、泥岩４に含まれているパイライト(FeS2)が酸化剤である過酸化水素水によって酸化されることによって多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが土中を降下して焼却灰層３中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われることとなる。
【０１１５】
具体的に説明すると、ｐＨ緩衝層４３で生成された硫酸イオンは、その下にある焼却灰層３中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われる。また、焼却灰層３中のアルカリ分は、その下にあるｐＨ緩衝層４３で生成された硫酸イオンと反応し、該ｐＨ緩衝層内にて中和反応が行われるとともに、ｐＨ緩衝層を構成する泥岩４内の粘土コロイド粒子に吸着してイオン交換作用が行われる。
【０１１６】
ここで、最下層である焼却灰層３においては、上層のｐＨ緩衝層４３による作用によって中和されないアルカリ分が残存することが考えられるが、かかる残存アルカリ分については、その下に配置された防護層１２によって環境への拡散が防止される。すなわち、残存アルカリ分は、防護層１２を構成する砂質土に含まれている粘土分のコロイド粒子に吸着されるため、地下水系に滲出する懸念はない。
【０１１７】
なお、ｐＨ緩衝層４３は最下層である焼却灰層３の上に配置してあるため、ｐＨ緩衝層４３で生じた硫酸イオンは、焼却灰層３で中和されるとともにさらにその下にある防護層１２で阻止されるため、環境への拡散は未然に防止される。
【０１１８】
ここで、処理構造５１を設計するにあたっては、焼却灰である石炭灰２からのアルカリ溶出によって生成する水酸化物イオン濃度（OH-）を中和滴定によって計測するとともに、酸化剤である過酸化水素水が硫化物含有物質である泥岩４に供給された場合に生じる酸による水素イオン濃度（H+）を中和滴定によって計測し、かかる計測結果から焼却灰層３の厚み、ｐＨ緩衝層４の厚み、過酸化水素水の濃度や供給量等の諸条件を設定すればよい。
【０１１９】
設計方針としては、ｐＨ緩衝層４３内に存在する硫酸イオンがすべて焼却灰層３内に存在するアルカリイオンの中和に消費されるように上述した諸条件を定めることが考えられる。
【０１２０】
このようにすると、焼却灰処理構造５１をより合理的かつ効率的に設計することが可能となる。
【０１２１】
以上説明したように、本実施形態に係る焼却灰の処理構造５１によれば、ｐＨ緩衝層４３の泥岩４が過酸化水素水で酸化されることによって硫酸イオンが発生し、該硫酸イオンが石炭灰２から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮し、石炭灰２の中性化を大幅に促進させることが可能となる。
【０１２２】
そのため、石炭灰を自然に中性化させる場合においてきわめて長期間を要するという弊害や、薬剤で中和させる場合において多額の費用を要するという弊害を生じることなく、比較的短期間にかつ低コストで貴重な土地資源である埋立地の跡地利用を早期に開始することができる。
【０１２３】
また、過酸化水素水が酸素放出後に水しか残留させないという性質を持つ関係上、塩酸等の薬剤による中和とは異なり、化学的問題を発生させることなく長期間にわたって穏やかな持続性が期待できるという作用効果や、ｐＨ緩衝層４３が泥岩４という土材料を主として使用するため、施工管理が容易であるとともに施工後の地盤力学特性が把握しやすい等の作用効果、あるいは急激なｐＨ低下による石炭灰からの重金属溶出、降雨による作用低下といったことを懸念する必要がないという作用効果も奏する。
【０１２４】
また、本実施形態に係る焼却灰の処理構造５１によれば、焼却灰層３を最下層とするとともに該最下層の下に防護層１２を配置したので、最下層の焼却灰層３内にアルカリ分が残存したとしても、その下に配置された防護層１２によって環境への拡散が防止されるとともに、ｐＨ緩衝層４３で生じた硫酸イオンは、焼却灰層３で中和されるとともにさらにその下にある防護層１２で阻止されることとなり、残存アルカリ分や硫酸イオンが地下水系に滲出するのを確実に防止することが可能となる。
【０１２５】
また、本実施形態に係る焼却灰の処理構造５１によれば、酸化剤としての過酸化水素水を酸化剤供給管４２を介して行うようにしたので、散布等の方式に比べ、泥岩４、特に地中深く埋設された泥岩４に確実に過酸化水素水を供給することが可能となり、中和処理の信頼性を大幅に高めることが可能となる。
【０１２６】
また、本実施形態に係る焼却灰処理構造の設計方法によれば、処理構造５１を合理的かつ効率的に設計することができる。具体的には、例えばｐＨ緩衝層４３で生じた硫酸イオンを焼却灰層３での中和にほぼ消費させることが可能となり、余剰硫酸イオンが周囲に拡散して地下水を酸性化させるのを未然に防止することができる。
【０１２７】
本実施形態では特に言及しなかったが、酸化剤である過酸化水素水は、本来、酸化剤注入管４２を介してｐＨ緩衝層４３に確実に注入されるが、図７に示すようにｐＨ緩衝層４３内に不織布、砂層、多孔管等の透水性材料からなる酸化剤拡散層６１を平面状、帯状、格子状等の形態で面内配置するとともに該酸化剤拡散層と酸化剤注入管４２とを連通させておけば、ｐＨ緩衝層４３を構成する泥岩４が転圧等に起因して透水係数が小さくなっていたとしても、過酸化水素水をｐＨ緩衝層４３全体にわたって確実に供給することが可能となる。
【０１２８】
なお、かかる変形例を第３実施形態にも適用可能であることは言うまでもない。
【０１２９】
また、焼却灰が石炭灰に限定されないことや硫化物含有物質が泥岩に限定されない点については第１実施形態と同様であるが、ここではその説明を省略する。
【０１３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の焼却灰の処理構造及びその設計方法によれば、ｐＨ緩衝層内で発生した硫酸イオンが焼却灰から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮し、焼却灰の中性化を大幅に促進させることが可能となる。
【０１３１】
そのため、焼却灰を自然に中性化させる場合においてきわめて長期間を要するという弊害や、薬剤で中和させる場合において多額の費用を要するという弊害を生じることなく、比較的短期間にかつ低コストで貴重な土地資源である埋立地の跡地利用を早期に開始することができる。
【０１３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る焼却灰の処理構造の断面図。
【図２】第１実施形態に係る焼却灰の処理構造の作用効果を実証した試験結果を示したものであり、(a)は試験方法の概要図、(b)は試験結果を示したグラフ。
【図３】第２実施形態に係る焼却灰の処理構造の断面図。
【図４】第３実施形態に係る焼却灰の処理構造の断面図。
【図５】第４実施形態に係る焼却灰の処理構造の断面図。
【図６】変形例に係る焼却灰の処理構造の詳細断面図。
【符号の説明】
２ 石炭灰（焼却灰）
３ 焼却灰層
４ 泥岩（硫化物含有物質）
５、４３ ｐＨ緩衝層
６、３１、４１、５１ 焼却灰処理構造
１１ 砂質土
１２ 保護層
４２ 酸化剤注入管
６１ 酸化剤拡散層
Claims (7)
- 焼却灰を焼却灰層として配置するとともに、該焼却灰層の上層に、硫化鉄鉱石又はその残さ、泥岩、海底土、あるいは温泉地帯の土である硫化物含有物質及び酸化剤からなるｐＨ緩衝層を配置したことを特徴とする焼却灰の処理構造。
- 焼却灰からなる焼却灰層と、硫化鉄鉱石又はその残さ、泥岩、海底土、あるいは温泉地帯の土である硫化物含有物質及び酸化剤からなるｐＨ緩衝層を該焼却灰層が最下層となるように交互に積層配置するとともに、該最下層の下に砂質土からなる防護層を配置したことを特徴とする焼却灰の処理構造。
- 焼却灰を焼却灰層として配置するとともに、該焼却灰層の上層若しくは下層に、硫化鉄鉱石又はその残さ、泥岩、海底土、あるいは温泉地帯の土である硫化物含有物質からなるｐＨ緩衝層を配置し、該ｐＨ緩衝層と地上空間とが連通されるように所定の酸化剤注入管を埋設したことを特徴とする焼却灰の処理構造。
- 焼却灰からなる焼却灰層と、硫化鉄鉱石又はその残さ、泥岩、海底土、あるいは温泉地帯の土である硫化物含有物質からなるｐＨ緩衝層を該焼却灰層が最下層となるように交互に積層配置するとともに、該最下層の下に砂質土からなる防護層を配置し、前記各ｐＨ緩衝層と地上空間とが連通されるように所定の酸化剤注入管を埋設したことを特徴とする焼却灰の処理構造。
- 前記ｐＨ緩衝層内に所定の透水性材料からなる酸化剤拡散層を面内配置するとともに該酸化剤拡散層と前記酸化剤注入管とを連通させた請求項３又は請求項４記載の焼却灰の処理構造。
- 前記硫化物含有物質を泥岩とした請求項１乃至請求項５のいずれか一記載の焼却灰の処理構造。
- 請求項１乃至請求項６のいずれか一記載の焼却灰の処理構造を構築する際、前記焼却灰からのアルカリ溶出によって生成する水酸化物イオン濃度（OH-）を中和滴定によって計測するとともに、前記硫化物含有物質及び酸化剤によって生成する酸による水素イオン濃度（H+）を中和滴定によって計測し、かかる計測結果から前記焼却灰層の厚み、前記ｐＨ緩衝層の厚み、及び前記酸化剤の供給量を設定することを特徴とする焼却灰処理構造の設計方法。
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