JP4653531B2 - スラグ固化物の安定化処理方法 - Google Patents

Description

本発明はスラグ固化物の安定化処理方法、更に詳しくは廃棄物由来の溶融スラグを固化したスラグ固化物から重金属類、なかでもＰｂが溶出するのを抑制できるスラグ固化物の安定化処理方法に関する。都市ごみや産業廃棄物等の廃棄物の焼却残渣を溶融炉で処理すると、またかかる廃棄物をガス化溶融炉で処理すると、生成した溶融スラグがこれらの溶融炉から排出される。排出された溶融スラグは水冷や空冷により固化され、スラグ固化物となる。かかるスラグ固化物については、埋立地逼迫及び天然骨材枯渇の現況化で、天然骨材代替材として土木工事用骨材やコンクリート二次製品用骨材等に利用することが求められている。

一方、前記のようなスラグ固化物の安定性評価には現在、平成３年環境庁告示４６号による試験方法と基準が採用されている。ここでは、Ｃｄ、Ｐｂ、６価クロム、Ａｓ、総Ｈｇ及びＳｅの６項目について土壌環境基準を満たすことが求められており、なかでもＰｂについてはその溶出基準値０．０１mg／Ｌ以下であることが求められている。ところで、前記のようなスラグ固化物は非晶質のガラス組織を有し、その中に重金属類を安全に封じ込めているものとされてきたが、実際のところはそのように重金属類を完全に封じ込めているわけではない。スラグ固化物のなかには前記したＰｂの溶出基準値０．０１mg／Ｌ以下を満たしていないものも見受けられるのが実情である。本発明はスラグ固化物からのＰｂの溶出を、そしていうまでもなく他の５項目についてもこれらの溶出をその基準値未満に抑制することができるスラグ固化物の安定化処理方法に関する。

従来、焼却飛灰や溶融飛灰の安定化処理方法として、これらに有機系薬剤、通常は各種のキレート剤を混合する方法が知られている。しかし、これをスラグ固化物に応用しようとした場合、かかる有機系薬剤には、効果の持続性に問題があり、分解により有害ガスや悪臭を発生し易く、有効利用上障害になるという問題がある。そこで従来、有機系薬剤に代えて無機系薬剤を用いるスラグ固化物の安定化処理方法として、溶融炉から排出された溶融スラグを水砕固化する水砕槽又はその後の水洗槽に分散剤や凝集剤を加えておき、水砕固化したスラグ固化物を分散剤で洗浄処理及び／又は凝集剤で凝集処理する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。また別の安定化処理方法として、スラグ固化物を特殊な装置で磁選処理及び破砕処理する工程において、かかる処理の前又は後にアルカリ、例えば石灰と水とを加え、加温して一定時間養生する、例えば６０〜１００℃で０．１〜２時間養生する方法も提案されている（例えば特許文献２参照）。

しかし、前記した特許文献１のような安定化処理方法には、水砕槽や水洗槽に分散剤や凝集剤を加えるため、これらの薬剤の使用量が多くなるとともに、薬剤が添加された水砕槽水や水洗槽水の水処理設備に負荷がかかるため、費用が嵩むという問題がある。また前記した特許文献２のような安定化処理方法には、特殊な装置を必要とし、実際には養生も必要とするため、装置や処理に費用が嵩み、時間もかかるという問題がある。
特開２０００−２６３０１５号公報 特開２００３−１４５１２３号公報

本発明が解決しようとする課題は、特殊な装置を必要としない簡便な処理で、安価且つ短時間に、スラグ固化物からのＰｂの溶出を、そしていうまでもなく前記した他の５項目についてもこれらの溶出をその基準値未満に抑制することができるスラグ固化物の安定化処理方法を提供する処にある。

前記の課題を解決する本発明は、廃棄物由来の溶融スラグを固化したスラグ固化物からの重金属類の溶出を抑制する該スラグ固化物の安定化処理方法であって、スラグ固化物を水分５〜１５重量％の条件下で、リン酸系薬剤の単独使用、リン酸薬剤と石灰系薬剤との併用又は塩化鉄系薬剤と石灰系薬剤との併用のいずれかである無機系薬剤を、検液ｐＨが６〜１２となるように乾物換算のスラグ固化物１００重量部当たり０．１重量部以上の割合で混合することを特徴とするスラグ固化物の安定化処理方法に係る。尚、ここで水分は、｛水分量／（乾燥したスラグ固化物量＋水分量）｝×１００を意味する。

本発明に係るスラグ固化物の安定化処理方法（以下、単に本発明の安定化処理方法という）でも、処理対象はスラグ固化物である。前記したように、都市ごみや産業廃棄物等の廃棄物の焼却残渣を溶融炉で処理すると、またかかる廃棄物をガス化溶融炉で処理すると、生成した溶融スラグがこれらの溶融炉から排出される。排出された溶融スラグは水冷や空冷により固化され、スラグ固化物となる。本発明の安定化処理方法ではかかるスラグ固化物を安定化処理する。

本発明の安定化処理方法では、前記したようなスラグ固化物を水分５〜１５重量％の条件下で無機系薬剤と混合する。スラグ固化物の水分が５重量％未満では、無機系薬剤と混合しても、該無機系薬剤がそのようなスラグ固化物の全表面へ充分に均一付着せず、逆にスラグ固化物の水分が１５重量％超では、無機系薬剤と混合しても、該無機系薬剤がそのようなスラグ固化物の表面から流れ落ち易くなり、いずれにしてもかかるスラグ固化物を効率良く確実に安定化処理するのが難しい。スラグ固化物を効率良く確実に且つより高度に安定化処理するためには、スラグ固化物を水分６〜１０重量％の条件下で無機系薬剤と混合するのが好ましい。

したがって、スラグ固化物が溶融炉から排出された溶融スラグを水冷により固化、通常は水砕固化したものである場合には、水砕槽から引上げた当初のスラグ固化物は吸水率が低いので通常は搬送中に水分１０重量％程度になっているが、そうでないものは相応に水切りして水分が５〜１５重量％になったものを無機系薬剤と混合する。またスラグ固化物が溶融炉から排出された溶融スラグを空冷により固化したものである場合には、かかるスラグ固化物は殆ど水分を含んでいないので、水を加えて、例えば水を散布して水分が５〜１５重量％になったものを無機系薬剤と混合する。混合時のスラグ固化物の温度は、該スラグ固化物から明らかに且つ直ちに水分が蒸発するような高温でない限り、特に制限されないが、一般には所謂常温、例えば２０〜８０℃であればよい。

本発明の安定化処理方法において、無機系薬剤としては、いずれも無機系の、リン酸系薬剤、石灰系薬剤、塩化鉄系薬剤等を使用できる。リン酸系薬剤には、リン酸、第一リン酸ナトリウム、第一リン酸カリウム、第二リン酸ナトリウム、第二リン酸カリウム、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム等の他に、これらを主成分とする薬剤がある。また石灰系薬剤には、消石灰、生石灰、炭酸カルシウム、炭素水素カルシウム等の他に、これらを主成分とする薬剤がある。更に塩化鉄系薬剤には、塩化第一鉄、塩化第二鉄等の他に、これらを主成分とする薬剤がある。これらは液状であっても又は固状であってもよいが、固状である場合には粉粒体が好ましい。本発明の安定化処理方法では、いずれも前記したようなリン酸系薬剤の単独使用、リン酸系薬剤と石灰系薬剤との併用又は塩化鉄系薬剤と石灰系薬剤との併用のいずれかである無機系薬剤を使用するが、かかるリン酸系薬剤としてはリン酸、リン酸カルシウム又はこれらを主成分とする薬剤が特に好ましい。これらはいずれも、スラグ固化物の詳しくは後述するような一般的処理に用いる装置を腐食することなく、該スラグ固化物に含まれるＰｂを実質的に不溶化し、更には凝集乃至共沈させる。

スラグ固化物が溶融炉から排出された溶融スラグを水砕固化したものである場合、かかるスラグ固化物は一般に、水砕槽からの引上げ→搬送→磁選→搬送→破砕→搬送→貯留の工程で処理されている。またスラグ固化物が溶融炉から排出された溶融スラグを空冷により固化したものである場合、かかるスラグ固化物は一般に、空冷装置からの搬送→一次破砕→分級→搬送→二次破砕→分級→搬送→貯留の工程で処理されている。そしてかかるスラグ固化物の処理工程において、一次破砕や二次破砕を含む意味での破砕には、高速遠心式磨砕機やケージミル等、各種の形式の破砕機、粉砕機、磨砕機等と称されるものが使用されているが、これらはいずれも、スラグ固化物を激しく撹拌しつつ破砕するようになっている。

したがって、無機系薬剤をスラグ固化物の全表面へ充分に均一付着させて、該スラグ固化物からのＰｂの溶出を確実に且つより高度に抑制するためには、前記のようにスラグ固化物を、ここでは一次破砕や二次破砕を含む意味での破砕する工程において、その破砕直前、破砕中及び／又は破砕後に、無機系薬剤を加えて混合するのが好ましい。なかでも、スラグ固化物が溶融炉から排出された溶融スラグを水砕固化したものである場合、かかるスラグ固化物を前記のように磁選して更に破砕する工程において、その磁選後であって且つ破砕前及び／又は破砕中に、無機系薬剤を加えて混合するのがより好ましい。またスラグ固化物が溶融炉から排出された溶融スラグを空冷により固化したものである場合、かかるスラグ固化物を前記のように一次破砕して更に二次破砕する工程において、その一次破砕後であって且つ二次破砕前及び／又は二次破砕中に、無機系薬剤を加えて混合するのが好ましい。

本発明の安定化処理方法では、スラグ固化物と混合する無機系薬剤の量は、その種類や形態にもよるが、検液ｐＨが６〜１２となるように乾物換算のスラグ固化物１００重量部当たり無機系薬剤を０．１重量部以上の割合で混合する。前記した平成３年環境庁告示４６号による試験方法では、試料／蒸留水＝１／１０（重量比）の割合で振とうし、その上澄液を０．４５μｍのメンブレンで濾過した濾液を検液としてＰｂ等を測定しているが、本発明の安定化処理方法において検液はかかる検液を意味する。

本発明の安定化処理方法によると、特殊な装置を必要としない簡便な処理で、安価且つ短時間に、スラグ固化物からのＰｂの溶出を、そしていうまでもなくＣｄ、６価クロム、Ａｓ、総Ｈｇ及びＳｅについてもこれらの溶出をその基準値未満に抑制することができる。

本発明の安定化処理方法の実施形態としては次の１）〜３）が挙げられる。
１）都市ごみの焼却残渣をアーク式溶融炉で処理するときに該アーク式溶融炉から排出された溶融スラグを水砕固化し、水砕固化したスラグ固化物を、水砕槽からの引上げ→搬送→磁選→搬送→破砕→搬送→貯留の工程で処理する。かかる処理工程において、磁選後のスラグ固化物（水分８重量％、温度４０℃）を破砕する破砕機内に、乾物換算のスラグ固化物１００重量部当たり、７５重量％リン酸水溶液を０．５重量部及び粉状消石灰を０．２重量部の割合で加え（検液ｐＨ８．０）、結果としてこれらを混合するスラグ固化物の安定化処理方法。

２）都市ごみの焼却残渣をアーク式溶融炉で処理するときに該アーク式溶融炉から排出された溶融スラグを水砕固化し、水砕固化したスラグ固化物を、水砕槽からの引上げ→搬送→磁選→搬送→破砕→搬送→貯留の工程で処理する。かかる処理工程において、磁選後のスラグ固化物（水分８重量％、温度３５℃）を破砕機へと搬送するコンベヤにて、乾物換算のスラグ固化物１００重量部当たり、３４重量％塩化第一鉄水溶液を０．４重量部及び粉状消石灰を０．２重量部の割合で加え（検液ｐＨ１１．４）、結果としてこれらを混合するスラグ固化物の安定化処理方法。

３）都市ごみの焼却残渣をアーク式溶融炉で処理するときに該アーク式溶融炉から排出された溶融スラグを空冷により固化し、固化したスラグ固化物を、空冷装置からの搬送→一次破砕→分級→搬送→二次破砕→分級→搬送→貯留の工程で処理する。かかる処理工程において、一次破砕して分級後のスラグ固化物（水分８重量％、温度３５℃）を二次破砕する破砕機内に、乾物換算のスラグ固化物１００重量部当たり、３４重量％塩化第一鉄水溶液を０．４重量部及び粉状消石灰を０．２重量部の割合で加え（検液ｐＨ１１．０）、結果としてこれらを混合するスラグ固化物の安定化処理方法。

試験区分１（水砕固化したスラグ固化物の安定化処理）
都市ごみの焼却残渣を溶融炉で処理するときに該アーク式溶融炉から排出された溶融スラグを水砕固化し、水砕固化したスラグ固化物を、水砕槽からの引上げ→搬送→磁選→搬送→破砕→搬送→貯留の工程で処理した。かかる処理工程において、表１に記載の内容で、スラグ固化物に無機系薬剤を加えて混合し、スラグ固化物を安定化処理した。安定化処理後のスラグ固化物について（但し、比較例１は安定化処理せず）、Ｐｂ溶出値を求め、結果を表１に示した。

表１において、
添加率：乾物換算したスラグ固化物１００重量部当たり、添加した無機系薬剤の重量部。
場所：前記したスラグ固化物の処理工程において、無機系薬剤を添加した場所。
温度：無機系薬剤を添加するときのスラグ固化物の温度。
水分：無機系薬剤を添加するときのスラグ固化物の水分。尚、水分の調整は、水きり、天日乾燥又は散水で行なった。
検液ｐＨ：前記したスラグ固化物の処理工程において、採取したスラグ固化物を、試料量／蒸留水＝１／１０（重量比）の割合で振とうし、２０分静置後、３０００ｒｐｍで２０分間遠心分離し、その上澄液を０．４５μｍのメンブレンで濾過した濾液を検液として、この検液の２２℃におけるｐＨ。
Ｐｂ溶出値：前記した平成３年環境庁告示４６号による試験方法で測定した値。
１−１：７５重量％リン酸水溶液
１−２：粉状リン酸カルシウム
１−３：３４重量％塩化第一鉄水溶液
１−４：３８重量％塩化第二鉄水溶液
２−１：粉状消石灰
Ａ：磁選前の搬送途中
Ｂ：磁選と破砕との間の搬送途中
Ｃ：破砕中
Ｄ：破砕と貯留との間の搬送途中
これらは以下同じ。

試験区分２（空冷により固化したスラグ固化物の安定化処理）
都市ごみの焼却残渣を溶融炉で処理するときに該アーク式溶融炉から排出された溶融スラグを空冷により固化し、固化したスラグ固化物を、空冷装置からの搬送→一次破砕→分級→搬送→二次破砕→分級→搬送→貯留の工程で処理した。かかる処理工程において、表２に記載の内容で、スラグ固化物に無機系薬剤を加えて混合し、スラグ固化物を安定化処理した。安定化処理後のスラグ固化物について（但し、比較例６は安定化処理せず）、Ｐｂ溶出値を求め、結果を表２に示した。

表２において、
Ｅ：一次破砕後の分級と二次破砕との間の搬送途中
Ｆ：二次破砕中

表１及び２の結果からも明らかなように、各実施例ではいずれも、既存のスラグ固化物の処理工程をそのまま利用して、Ｐｂ溶出値を基準値（０．０１mg／Ｌ）未満に抑制できている。尚、結果の記載を省略するが、各実施例ではいずれも、Ｃｄ、６価クロム、Ａｓ、総Ｈｇ及びＳｅの溶出値は基準値未満であった。

Claims (4)

1. 廃棄物由来の溶融スラグを固化したスラグ固化物からの重金属類の溶出を抑制する該スラグ固化物の安定化処理方法であって、スラグ固化物を水分５〜１５重量％の条件下で、リン酸系薬剤の単独使用、リン酸薬剤と石灰系薬剤との併用又は塩化鉄系薬剤と石灰系薬剤との併用のいずれかである無機系薬剤を、検液ｐＨが６〜１２となるように乾物換算のスラグ固化物１００重量部当たり０．１重量部以上の割合で混合することを特徴とするスラグ固化物の安定化処理方法。
2. スラグ固化物を破砕する工程において、その破砕直前、破砕中及び／又は破砕後に、無機系薬剤を加えて混合する請求項１記載のスラグ固化物の安定化処理方法。
3. 溶融スラグを水砕固化し、水砕固化したスラグ固化物を磁選して更に破砕する工程において、その磁選後であって且つ破砕前及び／又は破砕中に、無機系薬剤を加えて混合する請求項１記載のスラグ固化物の安定化処理方法。
4. 溶融スラグを空冷固化し、空冷固化したスラグ固化物を一次破砕して更に二次破砕する工程において、その一次破砕後であって且つ二次破砕前及び／又は二次破砕中に、無機系薬剤を加えて混合する請求項１記載のスラグ固化物の安定化処理方法。