JP4789411B2

JP4789411B2 - 廃棄物の安定化処理物及び処理装置

Info

Publication number: JP4789411B2
Application number: JP2003379764A
Authority: JP
Inventors: 泰典柴田; 篤近藤; 昇多喜川; 昌之高橋
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2003-11-10
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2023-11-10
Also published as: JP2005138074A

Description

この発明は、廃棄物の安定化処理物に関し、更に詳しくは、廃棄物に含まれる有害物質を難溶化して得られる、土木資材、農業資材などに利用可能な安定化処理物に関する。

従来、廃棄物を処理する方法として、以下のような技術が提案されている。

(1)ごみ焼却飛灰などの廃棄物に水ガラスと水とを加え、混練し、養生固化することにより、安定化する技術（特許文献１）。

(2)重金属含有微粉状廃棄物を、消石灰などのカルシウム成分の存在下、珪石粉末などの固化促進剤又は塩化鉄などの還元剤を加え、成型し、オートクレーブ処理して固化体を製造する技術（特許文献２）。

(3)廃棄物に、石膏類を主として含有するセメントと、硫酸アルミニウムや硫酸鉄などの水溶性硫酸塩とを加え、水で混練した後、常温で養生し、安定な処理物を製造する技術（特許文献３）。

(4)おが屑などの有機質炭素源材と、鶏糞や家畜糞尿等の窒素源材と、石炭灰との混合物を水で混練し、発酵して堆肥を製造する技術（特許文献４）。

しかしながら、特許文献１の技術では、水ガラスのみが添加されるので、Ｐｂ，Ｃｄ，Ｃｒ⁶⁺，Ｓｅ，Ａｓ，Ｔ−Ｈｇ（総水銀），Ｆ，Ｂなどの有害物質を同時に安定化（難溶化）することができない。また、特許文献２では、添加剤として石膏を用いていないので、安全性に優れた処理物とはならず、また、１００℃以上のオートクレーブ処理を行うので、処理コストが高くなる。更に、特許文献３では、添加剤量が３０％以上になるため、処理コストが高くなるとともに、最終的に得られる処理物の量が大幅に増加する。しかも、セメントを用いているので、特にＣｒ⁶⁺の固定に問題を残している。また、特許文献４では、安定化された石炭灰を用いていないので、堆肥の安全性は低くなる。

このように、上記従来技術では、廃棄物の処理コスト、得られる処理物の安全性、ハンドリング性、多目的利用等の点で問題点を抱えている。
特開平９−３０８８７１号公報（請求項１）特開昭５５−１４９６７３号公報（特許請求の範囲第１項）特開平７−２０４６０２号公報（請求項２）特開２００１−１３０９９１号公報（請求項１）

本発明は上記従来技術の問題点を解決するために為されたものであり、本発明の目的は、低コストで安全性に優れ、ハンドリング性が良好で、多くの用途展開が可能な有害物質が難溶化された安定化処理物を提供することである。

本発明の廃棄物の安定化処理物は、廃棄物に含まれる有害物質を難溶化した安定化処理物であって、廃棄物と、石灰系材と、石膏と、前記有害物質を難溶化する難溶化剤との水和反応により得られる水分が５〜２５％であることを特徴とする。

上記に於いて得られる廃棄物の安定化処理物は、前記水和反応の後、有害物質の難溶化を促進するための養生を行うことが好ましい。また、前記養生は、常温〜９８℃で０．５〜２４時間行うことが好ましい。

また、前記安定化処理物は粒状物からなり、該粒状物を構成する３ｍｍ粒子の圧壊強度が５Ｎ以下であることが好ましい。

本発明の廃棄物の安定化処理物に於いては、前記廃棄物１００重量部に対して、前記石灰系材の添加量が０．５〜６重量部、前記石膏の添加量が０．５〜６重量部、及び前記難溶化剤の添加量が０．１〜６重量部であることが好ましい。

本発明の安定化処理物に用い得る廃棄物としては、石炭灰、ごみ、製紙スラッジ、下水汚泥、煤塵、燃えがら、汚泥、汚染土壌、これらの混合物等を挙げることができる。

また、前記石灰系材としては、生石灰、消石灰、貝殻焼成粉末等を用いることができる。

前記石膏としては、排脱石膏、化学石膏、廃石膏ボード粉末、天然石膏粉末等を用いることができる。

前記難溶化剤としては、硫酸鉄、亜硫酸ナトリウム、リン酸、硫化ナトリウム、硫化カリウム、水ガラス等を使用することができ、これらを組み合わせて使用することもできる。

本発明の堆肥は、上記安定化処理物を、家畜糞尿と有機質炭素源材と共に混合して発酵することにより得られる。

本発明の廃棄物の安定化処理物は、法面緑化材、融雪材、家畜糞尿の水分やｐＨ調整材などの土木資材、農業資材などに利用することができる。

本発明の廃棄物の安定化処理物は、廃棄物に石灰系材と石膏と有害物質を難溶化する難溶化剤とを加えて水和反応を行うことにより、また、必要に応じて養生を行うことにより得られるので、低コストで安全性に優れ、ハンドリング性が良好なものとなる。この安定化処理物は、廃棄物を緑化材などの土木資材、家畜糞尿などと混合・発酵して得られる堆肥などの農業資材、融雪材などとして利用するなど、多くの用途展開が可能である。

以下、本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら説明する。なお、本発明は下記の実施の形態に限定されるものでなく、適宜変更して実施可能なものである。

本発明の安定化処理物のコスト低減、安全性、ハンドリング性及び多目的利用性は、以下のような作用機序によって確保される。

（コスト低減）
安価な添加剤である石灰系材料、石膏、難溶化剤を少量使用するため、原料コストを低減させることができる。また、１００℃未満で養生を行うため、処理プロセスが簡素となり、また、難溶化剤を用いることで養生を短時間で行うことができ、プロセスコストの低減を図ることができる。

（安全性）
石灰系剤、石膏及び難溶化剤を加え、必要に応じて水を加えて混練後、養生処理を行うことにより、有害重金属を固定するエトリンガイト、Ｃ−Ｓ−Ｈ（カルシウム−シリケート−ハイドレート）等を多く生成させ、安全性の基準を満足させる。

（ハンドリング性）
水による混練物状態をファニキュラＩ状態とすることで水和反応性が促進され、良好なハンドリング性、即ち、粉塵発生がなく、容器に付着せず、搬送しやすいなどの特性を確保することが出来る。特に、混練時に０．１〜１０ｍｍの造粒物（ファニュキュラＩ状態）とした後、養生処理で有害重金属等を固定する水和反応物が生成した低強度の処理物とすることで、使用時及び使用後のハンドリング性が良好となる。例えば、融雪材の場合には散布後に粉状となるので、土壌との馴染みが良好である。更に、家畜糞尿の処理材として使用する場合には、家畜糞尿との混練時に粉状となるので、より均一な堆肥を得ることができる。

本発明に於ける有害物質には、Ｔ−Ｈｇ，Ｃｒ⁶⁺，Ａｓ，Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂ等の有害重金属や、Ｆ，Ｂ等の環境規制物質が含まれる。

本発明の安定化処理物は、廃棄物と、石灰系材と、石膏と、難溶化剤との水和反応により得られ、その含水率は５〜２５重量％である。含水率が５重量％未満であると粉塵が発生しやすくなり、２５重量％を超えると吸水性が劣ることとなる。また、本発明の安定化処理物は粒状物からなり、この粒状物を構成する３ｍｍ粒子の圧壊強度は５Ｎ以下である。圧壊強度が５Ｎを超えると混練時などに、破砕されず、融雪剤、家畜糞尿処理材などとして利用する場合に、ハンドリング性、性能などに悪影響を及ぼすことがある。

本発明の廃棄物の安定化処理物では、石灰系材の添加量は、廃棄物１００重量部に対して０．５〜６重量部、好ましくは１〜５重量部である。また、石膏の添加量は、廃棄物１００重量部に対して、０．５〜６重量部、好ましくは１〜５重量部である。更に、難溶化剤の添加量は、廃棄物１００重量部に対して、０．１〜６重量部、好ましくは０．５〜５重量部である。ここで、難溶化剤はそのまま添加してもよく、また、予め水に溶解又は分散させた後に添加してもよい。廃棄物に対する、石灰系材、石膏及び難溶化剤の添加剤量が少ないと、安定化（難溶化）が不十分となり、多くなると得られる処理物の強度が高くなり過ぎるとともに、コストアップとなる。

次に、これらの原料を水の存在下に混練することによりファニュキュラＩ状態とする。ファニュキュラＩ状態では水和反応性が促進されるとともに、撹拌により造粒作用が発揮される。

次に、ファニュキュラＩ状態となった混練物対して、養生を行うことが好ましい。養生は、常温〜９８℃で０．５〜２４時間、好ましくは３０〜９５℃で１〜１５時間行うことが好ましい。養生温度が低いか又は養生時間が短いと、安定化が不十分となることがあり、養生温度が高いか又は養生時間が長いと、得られる処理物の強度が高くなり過ぎることがあるとともに、コストアップとなる。従って、養生は、温度が高ければ短時間で済み、逆に温度が低ければ長時間を要することとなる。

本発明に於いて使用される廃棄物には、石炭灰、ごみ、製紙スラッジ、下水汚泥、木屑などの煤塵、燃えがら、汚泥（建設汚泥、上水汚泥、廃水汚泥、ライムケーキなど）、汚染土壌、及びそれらの混合物が含まれる。特に、廃棄物が同一工場内や近隣地域で発生する場合は、組み合わせて処理することが望ましい。また、乾燥状態にある廃棄物と湿った状態にある廃棄物とを組み合わせることにより、処理が容易となる。

また、本発明に於ける石灰系材として、生石灰、消石灰、貝殻焼成粉末等を使用することができるが、得られる処理物のハンドリング性の向上、コストなどの観点より、生石灰が最も適している。

更に、本発明に於ける石膏として、排脱石膏、リン酸、フッ酸工業などからの化学石膏、廃石膏ボード粉末、天然石膏粉末等を使用することができる。石膏の粒度は小さい方が望ましいが、平均径が１００μｍ以下であれば問題なく使用することができる。また、水分は少ない方がよいが、１０％以下であれば問題なく使用することができる。

本発明に於ける難溶化剤としては、上述したように硫酸鉄、亜硫酸ナトリウム、リン酸、硫化ナトリウム、硫化カリウム、水ガラス及びこれらの組み合わせ等を使用することができる。通常、硫酸鉄（II）が最も好適に使用され得るが、特定の有害物の溶出が多い場合、即ち、Ｃｒ⁶⁺、Ｓｅ等が多い場合は亜硫酸ナトリウムを主成分とする組み合わせが好適であり、フッ素が多い場合はリン酸を主成分とする組み合わせが好適であり、Ｐｂ、Ｃｄ、Ａｓ等が多い場合は硫化ナトリウム及び／又は硫化カリウム酸とを主成分とする組み合わせが好適である。

本発明の廃棄物の安定化処理物を製造するための安定化処理装置について説明する。図１は安定化処理装置の一例を示す概略構成図である。この安定化処理装置は、図１に示すように、廃棄物供給機１０、石灰系材供給機１１、石膏供給機１２、難溶化剤供給機１３及び水供給機１４の５台の原料供給機と、原料供給機１０〜１４から供給される原料の混練及び撹拌造粒を行う混練機１６と、混練機１６からの混練物に含まれる有害物質の難溶化を促進する複数の養生機１７と、養生機内の排気により養生後の混練物の水分除去を行う排気装置１８とにより構成されている。この安定化処理装置に於ける混練機１６には、造粒機能を有し撹拌翼が垂直の混練機又は撹拌翼が水平の混練機が用いられる。養生機１７は、バッチ運転が可能な撹拌翼を有する逆円錐台型のものであり、ジャケット（図示せず）に水蒸気を導入することにより加熱することが可能となっている。養生機１７として、バッチ運転が可能な撹拌翼を有する円筒型のものも用いることができる。排気装置１８には、ブロア、ファン、真空ポンプなどの吸引式のものを用いる。なお、廃棄物が含水率の高い汚泥の場合や添加材が湿っている場合などは、原料供給機１０〜１３を使用して各原料を計量して投入せず、ロードセル等の計量器を備えた混練機を設け、この混練機に原料を順次計量しながら直接投入する方がハンドリングトラブルが起こりにくい。また、養生後、排気装置１８を稼働させることにより、混練機１６を乾燥機として使用することができる。

図２は、他の形式の安定化処理装置の概略構成を示している。この安定化処理装置では、難溶化剤供給機１３から供給される難溶化剤と水供給機１４から供給される水とを水溶液供給機１５に供給して予め難溶化剤の水溶液を調製しておき、この水溶液を水溶液供給機１５から直接混練機１６に投入するように構成したものである。このように予め難溶化剤の水溶液を調製しておく構成は、廃棄物の含水率が低い場合に、難溶化剤を廃棄物全体に行き渡らせるのに有効である。

図３は、更なる他の形式の安定化処理装置の概略構成を示している。この安定化処理装置は、図１の装置に於ける排気装置１８に代えて乾燥機１９を設けた構成を有し、その他の部分は図１の安定化処理装置と同じであるため省略してある。図３の装置では、養生機１７から排出される混練物は乾燥機１９に於いて乾燥処理される。乾燥機１９としては、養生機１７と同様の構造で排気装置を有するバッチ型の装置、連続式で撹拌翼のないロータリ型，バンド型又は流動層型のもの、撹拌を有した伝導型や通風型のものなどが適している。

図４は、図１に於ける逆円錐台型の養生機１７に代えて、略水平円筒容器型の養生機２７を使用した安定化処理装置の概略構成を示しており、同図では混練機１６と養生機２７の部分のみを示してある。略水平円筒容器型の養生機２７は、その内部に水平軸２１と、水平軸２１に取り付けられた多数の撹拌翼２２とを有し、その外周にはジャケット２３が設けられている。図４では水平軸２１が１本のものを示したが、水平軸２１は２本設けてもよい。図４の装置では、ジャケット２３に水蒸気を導入しつつ撹拌を行うことにより、内部の混練物の加熱養生が可能となっている。

図５は、図１に於ける逆円錐台型の養生機１７に代えて、回転式の略水平円筒容器型の養生機３７を使用した安定化処理装置の概略構成を示しており、同図では混練機１６と養生機３７の部分のみを示してある。回転式略水平円筒容器型の養生機３７には、セメント焼成炉などに用いられているロータリ型円筒容器が適している。養生機３７は、回転する円筒容器３１を有しているが、撹拌翼を有していない。また、円筒容器３１の外周にはジャケット３２が設けられている。図５の装置に於いては、ジャケット３２に水蒸気を導入しつつ円筒容器３１の回転を行うことにより、内部の混練物の加熱養生が可能となっている。

図６は、図１に於ける逆円錐台型の養生機１７に代えて、上部が開放された複数の小容器とこれらの小容器を順次導入するトンネルとを有するトンネル式養生機４７を使用した安定化処理装置の概略構成を示している。この装置では、トンネル式養生機４７に加えて、養生された処理物の入った小容器４１を持ち上げ、略水平方向に回転し、及び反転を行うことにより、処理物を排出する構造の反転機４２を備えている。同図では混練機１６と養生機３７と反転機４２の部分のみを示してある。また、この装置では、小容器４１は反転用の治具（図示せず）を有しており、また、トンネル式養生機４７内に設けたレール４３上を移動できるように、キャスター４４を有している。また、トンネル式養生機４７は断熱材で構成され、内部には温度と湿度を維持するための水蒸気吹き出し管４５が設けられ、これにより、小容器４１内の混練物の加熱養生が可能となっている。

本発明の安定化処理物は、家畜糞尿と、おが屑や木屑などの有機質炭素源材と混合することにより、堆肥を得ることができる。即ち、当該安定化処理物は吸水性を有しアルカリであるので、家畜糞尿とおが屑や木屑などの有機炭素源材と混合すると発酵が促進され、安全性でハンドリングに優れた堆肥を得ることができる。当該安定化処理物の添加量は、家畜糞尿の特性に依存するが、通常、家畜糞尿１００重量部に対し、５０重量部〜２００重量部が適している。

（実施例１）
石炭灰１００重量部に対し、生石灰３重量部、排脱石膏（水分８％）３重量部及び硫酸鉄（II）１重量部を溶解した水溶液２５重量部を、撹拌軸が縦型の混練機に投入して撹拌造粒を行い、０．５〜４ｍｍの造粒物を製造した。次に、逆円錐台型の養生機を用い、９５℃で２時間養生を行って、粒状物からなる安定化処理物を得た。

得られた粒状の安定化処理物の安全性を確認するために、溶出試験（環境庁告示４６号に準拠）を行ったところ、有害重金属等の有害物質（Ｔ−Ｈｇ，Ｃｒ⁶⁺，Ａｓ，Ｓｅ，Ｃｄ，Ｐｂ，Ｆ，Ｂ）の溶出量は基準値を満たした。また、３ｍｍ粒子で圧壊強度を測定したところ、１Ｎ以下であった。

（実施例２）
実施例１に於いて、逆円錐台型の養生機に接続した排気装置を用いて排気を行うことにより、養生機内の粒状物を９５℃で０．２時間乾燥させ、水分１１％、圧壊強度１Ｎ以下の粒状物を得た。この粒状物１００重量部と、家畜糞尿１００重量部と、おが屑５０重量部とを混合し、１週間発酵を行った。発酵は順調に起こり、発酵物の溶出試験を行ったところ、ｐＨは８．１であり、有害重金属等の有害物質の溶出量は基準値を満たした。

（実施例３）
ごみ焼却飛灰１００重量部に対し、生石灰２重量部、排脱石膏（水分８％）３重量部、硫化ナトリウム１重量部を溶解した水溶液４５重量部を、撹拌軸が横型の混練機に投入して撹拌造粒を行い、０．５〜５ｍｍの造粒物を製造した。次に、逆円錐台型の養生機を用い、８５℃で４時間養生を行って、粒状物からなる安定化処理物を得た。

得られた粒状の安定化処理物の安全性を確認するために、溶出試験（環境庁告示４６号に準拠）を行ったところ、有害重金属等の有害物質の溶出量は基準値を満たした。また、３ｍｍ粒子で圧壊強度を測定したところ、３Ｎであった。

（実施例４）
石炭灰１００重量部、ライムケーキ（製糖工場廃棄物）５０重量部、生石灰３重量部、廃石こうボード粉末３重量部、硫酸鉄（II）１重量部を溶解した水溶液２２重量部を、撹拌軸が縦型の混練機に投入して撹拌造粒を行い、０．５〜４ｍｍの造粒物を製造した。次に、逆円錐台型の養生機を用い、９５℃で２時間養生を行って、粒状物からなる安定化処理物を得た。

得られた粒状の安定化処理物の安全性を確認するために、溶出試験（環境庁告示４６号に準拠）を行ったところ、有害重金属等の有害物質の溶出量は基準値を満たした。また、３ｍｍ粒子で圧壊強度を測定したところ、１Ｎ以下であった。

（比較例１）
石炭灰１００重量部に対し、生石灰３重量部、排脱石膏（水分８％）３重量部、水２５重量部を、撹拌軸が縦型の混練機に投入して撹拌造粒を行い、０．５〜４ｍｍの造粒物を製造した。次に、逆円錐台型の養生機を用い、９５℃で３時間養生を行って粒状固化体を得た。

得られた粒状固化体の安全性を確認するために、溶出試験（環境庁告示４６号に準拠）を行ったところ、一部の有害重金属（Ｃｒ⁶⁺，Ｆ，Ｓｅ）溶出量が基準値を超えた。

（比較例２）
石炭灰１００重量部に対し、生石灰７重量部、排脱石膏（水分８％）７重量部、水２９重量部を、撹拌軸が縦型の混練機に投入して撹拌造粒を行い、０．５〜５ｍｍの造粒物を製造した。次に、逆円錐台型の養生機を用い、９５℃で６時間養生を行って粒状固化体を得た。

得られた粒状固化体の安全性を確認するために、溶出試験（環境庁告示４６号に準拠）を行ったところ、有害重金属等の有害物質の溶出量は基準値を満たしたが、圧壊強度が２２Ｎであった。

本発明の廃棄物の安定化処理物を製造するための安定化処理装置の概略構成を示す図である。本発明の廃棄物の安定化処理物を製造するための他の形式の安定化処理装置の概略構成を示す図である。本発明の廃棄物の安定化処理物を製造するための更なる他の形式の安定化処理装置の概略構成を示す図である。略水平円筒容器型の養生機を使用した安定化処理装置の概略構成を示す図である。回転式の略水平円筒容器型の養生機を使用した安定化処理装置の概略構成を示す図である。上部が開放された複数の小容器とこれらの小容器を順次導入するトンネルとを有するトンネル式養生機を使用した安定化処理装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１０廃棄物供給機
１１石灰系材供給機
１２石膏供給機
１３難溶化剤供給機
１４水供給機
１５水溶液供給機
１６混練機
１７養生機
１８排気装置
１９乾燥機
２７養生機
２１水平軸
２２撹拌翼
２３ジャケット
３７養生機
３１円筒容器
３２ジャケット
４７トンネル式養生機
４１小容器
４２反転機
４３レール
４４キャスター
４５水蒸気吹き出し管

Claims

廃棄物に含まれる有害物質を難溶化した安定化処理物であって、廃棄物と、石灰系材と、石膏と、前記有害物質を難溶化する難溶化剤との水和反応の後、有害物質の難溶化を促進するための養生を行うことにより得られる廃棄物の安定化処理物であり、
前記石灰系材は、生石灰、消石灰及び貝殻焼成粉末からなる群から選択されるものであり、前記難溶化剤は、硫酸鉄、亜硫酸ナトリウム、リン酸、硫化ナトリウム、硫化カリウム及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるものであり、
前記廃棄物１００重量部に対して、前記石灰系材の添加量が０．５〜６重量部、前記石膏の添加量が０．５〜６重量部、及び前記難溶化剤の添加量が０．１〜６重量部であって、
前記安定化処理物が粒状物からなり、該粒状物を構成する３ｍｍ粒子の圧壊強度が５Ｎ以下である廃棄物安定化処理物。
前記養生を、常温〜９８℃で０．５〜２４時間行うことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物安定化処理物。
前記廃棄物は、石炭灰、ごみ、製紙スラッジ、下水汚泥、煤塵、燃えがら、汚泥、汚染土壌、及びこれらの混合物からなる群から選択されるものである請求項１又は２に記載の廃棄物安定化処理物。
前記石膏は、排脱石膏、化学石膏、廃石膏ボード粉末及び天然石膏粉末からなる群から選択されるものである請求項１乃至３の何れかに記載の廃棄物安定化処理物。
請求項１乃至４の何れかに記載の安定化処理物と、家畜糞尿と、有機質炭素源材との混合物を発酵することにより得られる堆肥。
請求項１又は２に記載の廃棄物安定化処理物を製造するための安定化処理装置であって、
前記廃棄物、前記石灰系材、前記石膏及び前記難溶化剤をそれぞれ供給する複数の原料供給機と、
前記廃棄物１００重量部に対して、前記石灰系材の添加量が０．５〜６重量部、前記石膏の添加量が０．５〜６重量部、及び前記難溶化剤の添加量が０．１〜６重量となるように、前記複数の原料供給機からの供給量を制御する制御手段と、
該原料供給機から供給された原料の混練を水の存在下に行う混練機と、
該混練機からの混練物に含まれる前記有害物質の難溶化を促進する養生機と
を備えたことを特徴とする安定化処理装置。
前記養生機内の排気により養生後の混練物の水分除去を行う排気装置を更に設けたことを特徴とする請求項６記載の安定化処理装置。
養生後の混練物の乾燥を行う乾燥機を更に設けたことを特徴とする請求項６記載の安定化処理装置。
前記養生機は、内部に水平軸の撹拌翼を有する略水平円筒容器型の装置である請求項６乃至８の何れかに記載の安定化処理装置。
前記養生機は、回転式の略水平円筒容器型の装置である請求項６乃至８の何れかに記載の安定化処理装置。
前記養生機は、上部が開放された複数の小容器とこれらの小容器を順次導入するトンネルとを有するトンネル式養生機である請求項６乃至８の何れかに記載の安定化処理装置。
前記養生機は、バッチ運転が可能な撹拌翼を有する逆円錐台型の装置である請求項６乃至８の何れかに記載の安定化処理装置。
前記養生機は、バッチ運転が可能な撹拌翼を有する円筒型の装置である請求項６乃至８の何れかに記載の安定化処理装置。