JP4698880B2

JP4698880B2 - 汚泥の処理方法および処理システム

Info

Publication number: JP4698880B2
Application number: JP2001155026A
Authority: JP
Inventors: 博文吉川; 成仁 ▲高▼本; 隆則中本
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2001-05-24
Filing date: 2001-05-24
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2021-05-24
Also published as: JP2002346595A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は汚泥の処理方法および処理システムに係り、特に火力発電所から排出される汚泥中に含まれるフッ素やホウ素の溶出を、低コストで経済的に防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭火力発電所の排水を処理する際に発生する汚泥には、各種重金属の他に、今後、排出の規制が予想されるフッ素やホウ素もかなりの濃度で含まれている。これらの有害物質の処理費には多額の費用が掛かり、また、２次汚染の恐れを考慮すると、発電所内で低コストに処理できる方法が望まれている。
【０００３】
この種の汚泥には排水中に含まれていたフッ素やホウ素が濃縮されているため、汚泥をそのまま廃棄した場合は、フッ素やホウ素が汚泥から再溶出する恐れがある。また、汚泥自身が水分を多く含むため、取り扱いが困難であるという問題点もある。
【０００４】
従来、汚泥中からの重金属の再溶出を抑制する方法として、例えば、次のような方法が提案されている。
【０００５】
▲１▼ 汚泥にセメントなどを混合して固化する（例えば、特開平１１−１９５０８号公報参照）。
【０００６】
▲２▼ 汚泥に、石灰、石膏、石炭灰などを添加して混合する（例えば、特開平０８−２０６７００号公報参照）。
【０００７】
いずれの方法も、汚泥と添加剤を混合することにより、汚泥が固化または塊状化され、ハンドリングが容易で重金属の溶出を低減することが可能になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では以下に示す問題点を有している。すなわち、▲１▼の方法は、比較的高価なセメントを使用するので経済的でないし、▲２▼の方法は、重金属などの溶出を抑制する効果が小さいという問題があった、
【０００９】
本発明の課題は、これらの問題点を解決し、汚泥中の有害物質（フッ素やホウ素）の溶出が少なく、かつ、ハンドリングが容易な汚泥処理を実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、フッ素またはホウ素のいずれか一方もしくは双方を含有する汚泥に、石灰、石炭燃焼灰、石膏のうちの少なくとも１つ以上を添加して水の存在下で混練し、この混練して生成した生成物の比表面積を増加させることを特徴とする汚泥の処理方法によって達成される。
【００１１】
本発明によれば、汚泥に石灰、石炭燃焼灰、石膏などを添加して混合すると固化し、フッ素やホウ素が固化物内に固定化される。また、これらのフッ素やホウ素が吸着される固化物の表面積が増加するため、これらの有害物質の溶出が減少する。
【００１２】
また、本発明の具体的手段として、フッ素またはホウ素のいずれか一方もしくは双方を含有する汚泥に、石灰（生石灰でも消石灰でもよい）、石炭燃焼灰、石膏のうちの少なくとも１つ以上を添加して水の存在下で混練し、この混練して生成した生成物の水分濃度を所定値以上に所定期間維持することを特徴とする。
【００１３】
また、好ましくは、上記混練後の生成物の水分濃度を所定値以上に所定期間維持した後、該生成物の水分濃度を一定値以下にすることを特徴とする。より好ましくは、上記水の存在下で混練する際の水分濃度を１５％以上とし、混練後の生成物の水分濃度を１０％以上で１〜１０日間維持した後、該生成物の水分濃度を５％以下にすることを特徴とする。
【００１４】
また、上記混練後の生成物の水分濃度を所定値以上に維持する方法として、蒸気雰囲気で養生してもよい。さらに、好ましくは、養生後の水分濃度を一定値以下にするとよい。
【００１５】
ここで、本発明の作用について考察する。汚泥に、石灰、石炭燃焼灰、石膏を添加してよく混合すると固化し、フッ素やホウ素の溶出が少なくなる。この理由は明かではないが、固体表面に吸着されたり、石灰（ＣａＯ）と反応して固定化されるためと考えられる。
【００１６】
しかし、本発明者らが詳細に研究したところ、汚泥に、石灰、石炭燃焼灰、石膏を添加して混合し、この混合後の固化物の水分濃度を所定値以上に所定期間維持することにより、フッ素やホウ素の溶出濃度をさらに低くすることが可能であることが判明した。
【００１７】
これは、固化した後に固化物の水分濃度を所定値以上に所定期間維持することにより比表面積が増加するためである。また、固化物の強度も増加し、ハンドリングがより容易になるという効果も得られた。
【００１８】
また、このようにして汚泥を固化した直後は、フッ素やホウ素の溶出濃度が低い（溶出防止効果が高い）が、数週間以上経過するとフッ素やホウ素の溶出濃度が高く（溶出防止効果が低く）なる傾向が認められた。
【００１９】
そこで、固化物からのフッ素やホウ素の溶出濃度の増加を抑制する方法を鋭意研究したところ、固化物の水分濃度を低くすることがきわめて有効であることが判明した。これは、フッ素やホウ素の溶出濃度増加の原因が、大気中のＣＯ_２ガスを吸収して反応することであり、固化物の水分濃度を低くすることにより、汚泥固化物と大気中のＣＯ_２ガスとの吸収・反応を抑制できるためと推定される。
【００２０】
すなわち、水分の存在下で、汚泥と、石灰、石炭燃焼灰、石膏の１つ以上を混合した後、水分濃度を所定値以上に所定期間維持し、その後水分濃度を一定値以下にすることにより、比表面積が大きく、フッ素やホウ素の溶出濃度が低く、かつ、溶出濃度の経時増加が少なく、強度の高い固化物に調整できることが判明した。
【００２１】
なお、汚泥の固化物の水分濃度を所定値以上に所定期間維持する代わりに、これを養生することによっても同じ効果が得られる。ここでいう養生処理とは、例えば、汚泥の固化物を蒸気雰囲気に数時間維持することを意味する。養生するための装置や熱源が必要となるが、短時間で比表面積の大きな固化物が得られるというメリットもある。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１に、本発明の汚泥処理システムの系統図の一例を示す。
【００２３】
汚泥Ａが供給管２から混練機１に供給され、石灰Ｂ、石炭燃焼灰Ｃ、石膏Ｄの少なくとも１つ以上が、それぞれ供給管３、４、５から混練機１に添加される。必要に応じて水Ｅが供給管６から添加され、汚泥Ａは、水分の存在下で、石灰Ｂ、石炭燃焼灰Ｃ、石膏Ｄなどと混合される。
【００２４】
所定の時間混合された汚泥は、管路７から成形機８に送られ、所定の大きさに成形される。成形された固化物は管路９から湿度調整槽１０に送られ、所定範囲の水分含有量で所定の期間貯留される。その後、管路１１から乾燥装置１２に送られ、一定以下の水分含有量になるまで乾燥され、管路１３から排出される。
【００２５】
次に、本発明の具体的実施例を説明する。
「実施例１」
図１に示したシステムで汚泥を処理した。ただし、乾燥ベースで、汚泥：石炭灰：消石灰：石膏＝４５：４５：５：５、の比率で３０分間混合し、混合時の水分濃度は２５％であった。
【００２６】
また、混練後に成形機８で、φ１０ｍｍ×４０ｍｍ、に成形した。湿度調整槽１０では３日間固化物の水分濃度を２０〜２５％に維持し、乾燥装置１２で水分濃度３％以下になるように乾燥した。
【００２７】
こうして処理した汚泥の、フッ素および／またはホウ素の溶出試験を、以下の環境庁告示第１３号法による方法に基づいて実施した。
（１）固化物を粉砕（２ｍｍ目の非金属性ふるいを通過可能）し、試料とする。
（２）試料と溶媒（純水に塩酸を加え、ｐｈ＝５.８〜６.３、となるようにしたもの）とを、重量比１０％の割合で混合し、かつその混合液が５００ｍｌ以上となるようにする。
（３）試料液を常温常圧で振とう機を用いて、６時間連続して振とうする。
（４）得られた試料液を静置後、遠心分離して上澄み液をメンブランフィルタでろ過してろ液を取り、これを検液とする。
【００２８】
このようにして得られた検液中の成分を分析した。同様に、処理していない汚泥を１００℃で乾燥し、比較例として上記方法で溶出試験を行った。ただし、処理していない汚泥の溶出試験では、汚泥をあらかじめ乾燥し、２ｍｍ以下に粉砕した後、溶媒に重量比４.５％の割合で混合した。これらの試験から、各成分の溶出濃度の低減率を下記の式（１）から計算した。その結果を表１に示す。
【００２９】
溶出低減率（％）＝（１−固化物の検液中の濃度／処理していない汚泥の検液中の濃度）×１００ ………………（１）
【００３０】
ただし、固化物は、調整後、１週間および４週間経過後のサンプルを用いた。また、固化物の強度を硬度計（木屋式硬度計、（株）藤原製作所、ＫＨＴ−２０型）で測定した。
【００３１】
【表１】

【００３２】
表１に示すように、実施例１によれば、ホウ素は９０％以上、フッ素は８８％の溶出低減率が得られ、１〜４週間の経時的な増加もほとんど認められない。また、固化物には５ｋｇ以上の強度が認められた。
【００３３】
「比較例１」
実施例１と同様に、図１に示したシステムで汚泥を処理した。ただし、乾燥ベースで、汚泥：石炭灰：消石灰：石膏＝４５：４５：５：５、の比率で混合し、混合時の水分濃度を２５％に調整したが、３０分混練後、すぐに乾燥装置１２で水分濃度３％以下になるように乾燥した。
【００３４】
こうして処理した固化物について、実施例１と同様に、強度測定および溶出試験を行った。その結果を表２に示す。実施例１と比較して、強度、溶出低減率ともに低いことがわかる。
【００３５】
【表２】

【００３６】
「実施例２」
実施例１と同様に、図１に示したシステムで汚泥を処理した。ただし、乾燥ベースで、汚泥：石炭灰：消石灰：石膏＝４５：４５：５：５、の比率で混合し、混合時の水分濃度を２５％に調整した後、湿度調整槽１０に３日間貯留し、固化物の水分濃度を２０〜２５％に維持したが、乾燥装置１２は使用せず大気中に放置して自然乾燥した。
【００３７】
こうして処理した固化物の強度測定および溶出試験を、実施例１と同様に行った。その結果を表３に示す。実施例１と比較して、初期の溶出低減率はほぼ同じであるが、経時的に低下する傾向が認められた。
【００３８】
【表３】

【００３９】
「実施例３」
実施例１と同様に、図１に示した装置で汚泥を処理した。ただし、混合時の水分濃度を１０〜３０％の範囲で変化させた。その際の、ホウ素の溶出低減率と固化物の強度を、それぞれ図２および３に示す。
【００４０】
混練時の水分濃度が高くなると、ホウ素の溶出低減率も高くなるが、２０％以上ではほぼ一定となる。汚泥の性状によっても異なるが、混練時の水分濃度は１５％以上が好ましい。ただし、図３に示すように、水分濃度が高くなりすぎると強度が低下することもある。
【００４１】
「実施例４」
実施例１と同様に、図１に示した装置で汚泥を処理した。ただし、混合後の湿度調整槽での水分濃度および維持期間を変化させた。その際の、ホウ素の溶出低減率を図４に示す。図４からわかるように、１０％以上の水分濃度で、４〜５日保持すれば溶出低減率はほぼ一定となる。
【００４２】
「その他の実施例」
上記実施例では、混合した固化物を湿度調整槽１０に数日間貯留するが、その代わりに蒸気で数時間養生することも可能である。図５に、蒸気で養生する方式のシステム系統を示す。
【００４３】
図１のシステムとの相違は、湿度調整槽８に代えて養生装置１５を設置した点である。成形機８で所定の大きさに成形された汚泥は、管路１４から養生装置１５に送られ、所定範囲の水分含有量で所定期間維持される。その後、管路１６から乾燥装置１２に送られ、一定以下の水分含有率になるまで乾燥され、管路１７から排出される。
【００４４】
「実施例５」
図５に示した装置で、実施例１と同じ条件で汚泥を処理した。ただし、養生装置１５では、１００℃の蒸気雰囲気で３時間養生した。その結果を表４に示す。養生に蒸気を必要とするが、実施例１よりも強度およびフッ素やホウ素などの溶出低減率を高くできる。
【００４５】
【表４】

【００４６】
以上の各実施例では、石灰を用いているが、これは生石灰でも消石灰でもよく、さらには石炭灰中に酸化カルシウム（ＣａＯ）を多量に含む場合は、これで代用することも可能である。また、発電所から出る石炭灰や石膏を用いることができるため、きわめて経済的である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、汚泥固化物の比表面積を増加することにより、汚泥中の有害物質（フッ素やホウ素）の溶出が少なく、かつ、ハンドリングが容易な汚泥処理を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明システムの一例を示す系統図である。
【図２】本発明法に関する実験データである。
【図３】本発明法に関する実験データである。
【図４】本発明法に関する実験データである。
【図５】本発明システムの他の例を示す系統図である。
【符号の説明】
１混練機
２、３、４、５、６供給管
７、９、１１、１４、１６、１７管路
８成形機
９管路
１０湿度調整槽
１１管路
１２乾燥装置
１５養生装置

Claims

フッ素またはホウ素のいずれか一方もしくは双方を含有する汚泥に、石灰、石炭燃焼灰、石膏のうちの少なくとも１つ以上を添加して、水の存在下で混練する際の水分濃度を１５％以上とし、混練後の生成物の水分濃度を１０％以上で１〜１０日間維持した後、該生成物の水分濃度を５％以下にすることを特徴とする汚泥の処理方法。
フッ素またはホウ素のいずれか一方もしくは双方を含有する汚泥に、石灰、石炭燃焼灰、石膏のうちの少なくとも１つ以上を添加して、水の存在下で混練する混練機と、該混練機から送られる混合物を成形する成形機と、該成形機から送られる固化物の水分濃度を所定値以上に維持する湿度調整槽と、該湿度調整槽から送られる固化物を、一定値以下の水分濃度に乾燥する乾燥装置とを備えたことを特徴とする汚泥の処理システム。
フッ素またはホウ素のいずれか一方もしくは双方を含有する汚泥に、石灰、石炭燃焼灰、石膏のうちの少なくとも１つ以上を添加して、水の存在下で混練する混練機と、該混練機から送られる混合物を成形する成形機と、該成形機から送られる固化物を蒸気雰囲気で養生する養生装置と、該養生装置から送られる固化物の水分濃度を一定値以下に乾燥する乾燥装置とを備えたことを特徴とする汚泥の処理システム。