JP5147146B2 - ごみ焼却飛灰の処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみ焼却飛灰の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ごみ焼却施設においては、焼却炉から排ガスと共に飛散して捕集された飛灰は特別管理一般廃棄物に指定されているため、厚生大臣が定める方法（セメント固化法、薬剤添加法、溶融固化法、酸その他の溶媒への抽出法）の何れかにより中間処理し、飛灰中の重金属を安定化させた後、埋立て処分している。上記４方法のうち、薬剤添加法が広く採用されており、薬剤としてはジチオカルバミン酸系などの液体キレート剤が使用されることが多い。この場合には、飛灰に液体キレート剤を添加して混練し、重金属を不溶化する処理が行われる。
【０００３】
又、ごみ焼却施設においては、焼却炉から発生する排ガス中に含まれる塩化水素や硫黄酸化物などの酸性ガスを除去する処理が行われるが、この酸性ガスを除去する方法の一つとして、乾式集塵機よりも上流側の排ガス流路に酸性ガスの除去剤を吹き込んで酸性ガスと反応させ、排ガス中の酸性ガスを除去する方法があり、広く行われている。この際、酸性ガスの除去剤としては消石灰の粉末が使用される。
【０００４】
この方法によって処理された排ガスの集塵機においては、焼却炉から飛散してきた飛灰と共に消石灰と酸性ガスとの反応生成物や未反応の消石灰が捕集される。この排ガス流路に消石灰を吹込んだ際に捕集される飛灰（以下、アルカリ飛灰と記す）についても、上記法令の定めに従って、重金属の安定化処理を行った後、埋立て処分している。
【０００５】
なお、以下の説明においては、焼却炉から発生する排ガスの酸性ガス除去処理をするための消石灰の吹き込みをしなかった際に集塵機で捕集された飛灰を中性飛灰と記す。従って、中性飛灰と記した場合には消石灰を含まない飛灰であることを意味し、アルカリ飛灰と記した場合には消石灰を含む飛灰であることを意味する。そして、単に、飛灰と記した場合には上記両者の総称であることを意味するものとする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ジチオカルバミン酸系などの液体キレート剤を使用する薬剤添加法には幾つかの問題点がある。その一つとして、上記液体キレート剤を使用する薬剤添加法により飛灰を処理すると、液体キレート剤が高価な薬剤であるため、処理コストが高くなるという問題がある。又、飛灰に液体キレート剤を添加して混練する処理を行う際には、二硫化炭素などの有害ガスが発生する。このため、作業環境を改善するための設備を設けなければならない。
【０００７】
又、アルカリ飛灰の処理を、上記液体キレート剤を使用する方法によって行うと、液体キレート剤が重金属を捕捉する性能が低下してしまうという問題が発生する。この現象は、アルカリ飛灰中には未反応消石灰が多量に含まれているため、その溶出液のｐＨが非常に高くなり、そのｐＨ値がジチオカルバミン酸系などの液体キレート剤が効率よく重金属を捕捉することができる領域から外れるために起こるものである。このようなことから、アルカリ飛灰を処理する場合には、その飛灰のｐＨを適正な範囲まで下げるために、さらに塩化鉄などの薬剤が添加されている。このため、飛灰の処理コストがさらに高くなる。
【０００８】
さらに、ｐＨ１２以上のｐＨ領域においては、鉛（Ｐｂ）などの両性金属が水酸化錯イオンとなって溶解しやすくなるので、両性金属であるＰｂなどの重金属の溶出を抑えることが難しくなる。
【０００９】
そして、溶融固化法により飛灰を処理する場合には、電気炉やコークスベッド方式の溶融炉などの溶融炉を使用して、飛灰を千数百度まで加熱して溶融する処理をしなければならない。このため、複雑な処理設備が必要になると共に、多量のエネルギーが消費されるので、飛灰の処理コストが非常に高くなる。
【００１０】
本発明は、簡単な処理をするだけで重金属を安定化させることができる性状の飛灰が捕集されるごみ焼却排ガスの酸性ガス除去剤と、高価な薬剤を使用することなく、又簡単な装置で重金属を安定化することができるごみ焼却飛灰の処理方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決するために、ごみ焼却炉から発生する排ガスに消石灰を吹き込んで酸性ガスを除去する排ガス処理技術について、種々の研究を行った。そして、その研究過程において、排ガス中に吹き込む消石灰に硫酸塩含有物質を添加すると、集塵機で捕集された飛灰に水を加えて混練する簡単な処理をするだけでその中に含まれる重金属が安定化され、その溶出が抑えられるという効果が得られることを見出した。さらに、硫酸塩含有物質に加えてアルミニウム含有物質を添加することにより、飛灰中の重金属が安定化されてその溶出が抑制される効果が一層高められるという知見を得た。又、ごみ焼却飛灰に、消石灰と生石灰、又はそれらの中の何れか一方を添加すると共に硫酸塩含有物質を添加し、或いはさらにアルミニウム含有物質を添加した後、水を加えて混練すれば、飛灰中の重金属が安定化され、その溶出が抑えられるとの知見を得た。
【００１２】
本発明は上記のような知見に基づいてなされたものであり、前記の課題は、下記の発明により解決される。
【００１３】
請求項１の発明に係る発明は、ごみ焼却排ガスに消石灰を吹き込んで酸性ガスの除去処理をした際に捕集されるアルカリ飛灰に、硫酸塩含有物質とアルミニウム含有物質を添加し、さらに前記アルカリ飛灰に、消石灰及び／又は生石灰を添加し、アルカリ分として定量されるＣａＯの含有率を３０ｗｔ％以下に調整して、アルカリ分として定量されるＣａＯに対するＳＯ4成分のモル比をＳＯ4 ／ＣａＯ≧０．３、アルカリ分として定量されるＣａＯに対するＡｌ2Ｏ3成分のモル比をＣａＯ：Ａｌ2Ｏ3＝３：１〜３の範囲にそれぞれ調整した後、水の存在下で混練し、この混練物を密閉容器に入れ、圧力が２気圧未満に保持されるように加熱することを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明に係る発明は、焼却排ガスに消石灰を吹き込む酸性ガス除去処理をしなかった際に捕集される中性飛灰に、硫酸塩含有物質とアルミニウム含有物質を添加し、さらに前記アルカリ飛灰に消石灰及び／又は生石灰を添加し、アルカリ分として定量されるＣａＯの含有率を３０ｗｔ％以下に調整して、アルカリ分として定量されるＣａＯに対するＳＯ 4 成分のモル比をＳＯ 4 ／ＣａＯ≧０．３、アルカリ分として定量されるＣａＯに対するＡｌ 2 Ｏ 3 成分のモル比をＣａＯ：Ａｌ 2 Ｏ 3 ＝３：１〜３の範囲にそれぞれ調整した後、水の存在下で混練し、この混練物を密閉容器に入れ、圧力が２気圧未満に保持されるように加熱することを特徴としている。
【００２６】
上記の各発明において、アルカリ分として定量されるＣａＯ（以下、アルカリ分のＣａＯと記す）とは、消石灰や生石灰などのアルカリに由来するＣａＯを指すものであって、塩類などを形成しているカルシウム分をも含むものではない。なお、アルカリ分のＣａＯは、例えば、肥料分析法1992年版（農林水産省農業環境技術研究所、平成4 年12月、日本肥料検定協会発行）に定められている方法によって求めたアルカリ分から、別途に定量したＭｇＯをＣａＯに換算した値を差し引くことによって求めることができる。
【００２７】
消石灰の吹き込みによりごみ焼却排ガス中の酸性ガスを除去する場合、排ガス中の酸性ガスと反応する量よりも過剰の消石灰を吹き込むので、集塵機で捕集された飛灰には未反応の消石灰が含まれている。このため、本発明の酸性ガス除去剤を吹き込んだ際に捕集されるアルカリ飛灰は、焼却炉から飛散してきたダスト（飛灰）と消石灰と硫酸塩含有物質の混合物、或いは焼却炉から飛散してきた飛灰と消石灰と硫酸塩含有物質とアルミニウム含有物質よりなる混合物である。そして、前述のように、このアルカリ飛灰は水を加えて混練するだけで、その中に含まれている重金属が安定化されて溶出しないようになる特性を有している。
【００２８】
上記のようにして発現する重金属安定化のメカニズムは必ずしも明らかではないが、上記の混合物であるアルカリ飛灰に水を加えた際に、安定な鉱物が生成する反応が起こり、重金属がその安定な鉱物の組織の中に取り込まれて安定化され、或いはその中に吸着されて安定化されることによるものと考えられる。
【００２９】
すなわち、本発明の酸性ガス処理剤を吹き込んだ際に捕集されたアルカリ飛灰に水を加えると、この飛灰に含まれているアルカリ分のＣａＯ成分と、硫酸塩、アルミニウム化合物、飛灰中のケイ酸系化合物などが反応し、次のような安定な鉱物が生成する。生成する安定な鉱物としては、ケイ酸カルシウム系化合物、ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・Ｈ2 Ｏ、３ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・６Ｈ2 Ｏ、３ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・１０〜１２Ｈ2 Ｏなどのアルミン酸カルシウム水和物、エトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・３ＣａＳＯ4 ・３２Ｈ2 Ｏ）などのカルシウムアルミニウムサルフェート化合物などである。
【００３０】
上記のような安定な鉱物が生成する反応が起こることによって、次のような効果がもたらされる。まず、上記の鉱物が生成する際に、重金属類がその鉱物中に取り込まれたり、或いはその鉱物に吸着されたりし、飛灰中の重金属が安定化される。又、アルカリ分のＣａＯが消費されるので、捕集されたアルカリ飛灰が高アルカリ性（高ｐＨ）になるのが避けられ、Ｐｂなどの両性金属が溶出し難い状態になる。さらに、上記鉱物の生成によって、処理物が固化した際の強度が大きくなる。
【００３１】
上記のような効果が得られる酸性ガス除去剤を構成する物質としては、消石灰の他に、少なくとも硫酸塩含有物質が混合されていることが必要である。そして、さらにアルミニウム含有物質が混合されていれば、その効果を一層高めることができる。なお、焼却炉から飛散してきた飛灰にはケイ酸系化合物が含まれているので、通常、シリカ含有物質を添加する必要はないが、飛灰中のシリカ含有物質の含有量が少ない場合には、必要に応じて、シリカ含有物質を添加する。
【００３２】
硫酸塩含有物質としては、石膏、無水石膏、半水石膏、明礬石、硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウムなどを使用することができる。アルミニウム含有物質としては、明礬石、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、カオリンなどを使用することができる。又、シリカ含有物質としては、珪石、明礬石、珪藻土、カオリン、ケイ酸ソーダなどを使用することができる。
【００３３】
そして、基材である消石灰粉末に適量の硫酸塩含有物質の粉末を添加し、或いはさらにアルミニウム含有物質の粉末の適量を添加して混合することにより、本発明の酸性ガス除去剤が調製される。この調製においては、硫酸塩含有物質の粉末やアルミニウム含有物質の粉末は基材である消石灰に対し適度の量を添加する。添加物質が硫酸塩含有物質だけである場合、消石灰に由来するアルカリ分のＣａＯに対するＳＯ4 のモル比がＣａＯ：ＳＯ4 ＝１：０．００８〜０．４、好ましくはＣａＯ：ＳＯ4 ＝１：０．０２〜０．０８になるように硫酸塩含有物質を添加することにより、本発明の酸性ガス除去剤が得られる。又、添加物質が硫酸塩含有物質とアルミニウム含有物質である場合、消石灰に由来するアルカリ分のＣａＯに対するＳＯ4 のモル比がＣａＯ：ＳＯ4 ＝１：０．００８〜０．４、好ましくはＣａＯ：ＳＯ4 ＝１：０．０２〜０．０８になるように硫酸塩含有物質を添加し、Ａｌ2 Ｏ3 のモル比がＣａＯ：Ａｌ2 Ｏ3 ＝１：０．００３〜０．１３３、好ましくはＣａＯ：Ａｌ2 Ｏ3 ＝０．００７〜０．０２７になるようにアルミニウム含有物質を添加することにより、本発明の酸性ガス除去剤が得られる。
【００３４】
酸性ガス除去剤の基材である消石灰粉末は排ガス中の酸性ガスと反応させてこれを吸収するものであり、又、捕集された飛灰を処理する際に、その未反応分と他の成分を反応させて安定な鉱物を生成させるものであるので、何れの場合にも反応性のよいものが望ましく、その比表面積ができるだけ大きいものがよい。本発明の酸性ガス除去剤に用いる消石灰粉末は、その比表面積が１５ｍ2 ／ｇ以上、好ましくは２０ｍ2 ／ｇ以上のものであるのがよい。これは、後記する実施例における飛灰の溶出試験結果に基づくものである。この溶出試験結果によれば、比表面積が１５ｍ2 ／ｇの消石灰を使用した際にも重金属の溶出が規制値以下に抑制されるが、重金属の溶出量を安定的な低値にするためには、比表面積が２０ｍ2 ／ｇ程度以上の消石灰を使用することが望ましい。
【００３５】
本発明の酸性ガス除去剤に混合されている硫酸塩含有物質の粉末やアルミニウム含有物質の粉末の添加量は、実験結果に基づいて定められたものである。本発明の酸性ガス除去剤において、アルカリ分のＣａＯに対するＳＯ4 のモル比が０．００８未満であると、重金属の溶出抑制が十分に行われなくなる。又、アルカリ分のＣａＯに対するＳＯ4 のモル比が０．４を超えても、硫酸塩含有物質の添加量の増加に見合う重金属の溶出抑制効果は認められない。そして、アルカリ分のＣａＯに対するＡｌ2 Ｏ3 のモル比が０．００３未満であると、アルミニウム含有物質の添加によるさらなる重金属の溶出抑制効果が得られない。又、アルカリ分のＣａＯに対するＡｌ2 Ｏ3 のモル比が０．１３３を超えても、アルミニウム含有物質の添加量の増加に見合う重金属の溶出抑制効果は認められない。
【００３６】
消石灰に硫酸塩含有物質やアルミニウム含有物質が混合された酸性ガス除去剤をごみ焼却排ガス中へ吹き込めば、集塵機で捕集された飛灰は、安定な鉱物が生成する反応物質である消石灰、硫酸塩含有物質、アルミニウム含有物質が十分によく混合された状態で取り出されるので、その飛灰の安定化処理に際しては、水を加えて混練するだけでよく、その処理操作が簡素化される。
【００３７】
なお、酸性ガス除去剤を調製する場合、消石灰と他の添加物質の配合比は、その除去剤を吹込むごみ焼却炉毎に決定することが望ましい。これは、焼却炉に装入されるごみの質は同じ収集地域内であればそれほど変動しないが、地域差があるので、ごみ焼却炉から飛散してくる飛灰の組成が地域により異なることがあるためである。このため、酸性ガス除去剤の配合比は過去の飛灰の組成と酸性ガスに対する消石灰の当量比（消石灰の吹込み量）に基づいて決められる。必要に応じて、さらにシリカ含有物質を添加すれば、一層望ましい効果が得られる。
【００３８】
次に、ごみ焼却飛灰中の重金属を安定化させる処理方法について説明する。本発明は、アルカリ飛灰、中性飛灰の何れの処理にも適用することができる。前述のように、中性飛灰に、消石灰と生石灰、又はそれらの中の何れか一方を添加すると共に硫酸塩含有物質を添加し、水の存在下で混練すれば、飛灰中の重金属が安定化され、その溶出が抑えられる。そして、中性飛灰に、消石灰と生石灰、又はそれらの中の何れか一方を添加すると共に硫酸塩含有物質を添加し、さらにアルミニウム含有物質を添加すれば、飛灰中の重金属の溶出は一層抑制される。この重金属の溶出抑制は、添加した消石灰又は生石灰或いはその双方、硫酸塩、アルミニウム化合物、飛灰中のケイ酸系化合物などの成分が反応し、前記のような種々の安定な鉱物が生成し、その鉱物が生成する際に、重金属類がその鉱物中に取り込まれたり、或いはその鉱物に吸着されたりして安定化されることにより、発現するものと考えられる。
【００３９】
又、アルカリ飛灰に、硫酸塩含有物質を添加し、水の存在下で混練すれば、飛灰中の重金属が安定化され、その溶出が抑えられる。或いはさらにアルミニウム含有物質を添加すれば、飛灰中の重金属の溶出は一層抑制される。この重金属の溶出抑制は、添加した硫酸塩やアルミニウム化合物、アルカリ飛灰中の消石灰、飛灰中のケイ酸系化合物などの成分が反応して、前記のような種々の安定な鉱物が生成し、重金属が安定化されるものと考えられる。なお、アルカリ飛灰を処理する場合には、既に消石灰が含まれているので、通常、新たに消石灰や生石灰を添加しなくても所定の成分調整を行うことができる。しかし、アルカリ飛灰中の消石灰の含有量が少ないときには、消石灰又は生石灰或いはその双方を添加し、安定な鉱物の生成量を増加させる。
【００４０】
上記のような効果が得られる鉱物を生成させるためには、飛灰に、消石灰と生石灰、又はそれらの中の何れか一方を添加すると共に硫酸塩含有物質を添加し、或いはさらにアルミニウム含有物質を添加し、アルカリ分のＣａＯとＳＯ4 の成分比、或いはアルカリ分のＣａＯとＳＯ4 の成分比及びアルカリ分のＣａＯとＡｌ2 Ｏ3 の成分比を所定の範囲に調整する必要がある。
【００４１】
上記の成分比は、各種の実験結果に基づいて定められ、アルカリ分のＣａＯに対するＳＯ4 の成分比（ＳＯ4 ／ＣａＯ）は０．３以上であることが好ましい。ＳＯ4 ／ＣａＯが０．３未満であると、カルシウムアルミニウムサルフェート化合物の生成量が少なく、飛灰が高アルカリ性（高ｐＨ）になって、Ｐｂなどの両性金属の溶出量が増加する。又、アルカリ分のＣａＯ：Ａｌ2 Ｏ3 のモル比は１：１〜３：１であることが好ましい。そのモル比がＣａＯ＜Ａｌ2 Ｏ3 であると、安定な鉱物の生成量が少なくなり、重金属溶出抑制効果の発現度合が小さくなる。又、アルカリ分のＣａＯがＡｌ2 Ｏ3 の３倍を超えるモル比にすると、アルカリ分のＣａＯの一部が余剰となり、処理物のｐＨが上昇する。
【００４２】
上記の成分調整において、成分比を調整する際の基準成分となるアルカリ分のＣａＯの含有量は、成分調整後の粉体全量に対し３０ｗｔ％以下になるようにする。アルカリ分のＣａＯが上限値３０ｗｔ％を超えると、処理物の量が増え、埋め立て処分に不利になる。
【００４３】
なお、上記飛灰の処理方法についての記述には、ごみ焼却飛灰に、消石灰、生石灰、硫酸塩含有物質、アルミニウム含有物質などの添加物質を添加した後、水の存在下で混練することにより、飛灰中の重金属が安定化されることが記載されているが、本発明においては、上記の各添加物質は必ずしも粉末状で添加することを要しない。上記の各添加物質は、事前に水を加えてスラリー状にしたものであってもよい。添加物質をスラリー状で添加すると、混練に必要な水の一部或いは必要な水のすべてが添加物質の添加時に供給されるので、混練時には必要に応じて不足分の水を供給する。この際、すべての添加物質をスラリー状で添加する必要はなく、特定の添加物質だけであってもよい。
【００４４】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を説明する。
Ａ 酸性ガス除去剤の試験
（酸性ガス除去剤の調製）
基材である消石灰粉末については、比表面積が４３ｍ2 ／ｇのものと、１５ｍ2 ／ｇのものの２種類を使用した。又、硫酸塩含有物質としては、無水石膏の粉末と二水石膏の粉末の２種類を使用した。アルミニウム含有物質としては、伊豆明礬石（組成は表１に示す）の粉末を使用した。これらのものを原料とし、混合割合が異なる各種の酸性ガス除去剤を調製した。調製した酸性ガス除去剤の混合割合及び成分比は表２に示す。そして、これらの酸性ガス除去剤をごみ焼却炉の排ガス中へ吹き込む酸性ガス除去剤として使用した。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
【００４７】
（実施例１）
比表面積が４３ｍ2 ／ｇの高表面積消石灰（奥多摩工業株式会社製、商品名：タマカルク）１０００ｋｇに対し、無水石膏の粉末を１５ｋｇの割合で加えて混合し、酸性ガス除去剤を調製した。この酸性ガス除去剤を用いて、処理能力が都市ごみ９５トン／日、排ガス量２８８００Ｎｍ3 ／h のごみ焼却炉の排ガス処理を行った。
【００４８】
この処理においては、排ガス中のＨＣｌとＳＯ2 量に対して約２当量の消石灰を含む酸性ガス除去剤を排ガス処理塔内へ噴射した。排ガス処理塔の排ガス煙道入口における排ガス濃度はＨＣｌが５８３ｐｐｍ、ＳＯ2 が４６．３ｐｐｍであった。又、排ガス処理塔の出口における処理後の排ガス濃度はＨＣｌが１６ｐｐｍ、ＳＯ2 が８．２ｐｐｍであり、除去率はＨＣｌが９７％、ＳＯ2 が８２％であった。この際、排ガス温度は１７０〜１８０℃であった。集塵はバグフィルターで良好に行われた。
【００４９】
バグフィルターで捕集された飛灰の組成は、アルカリ分のＣａＯが１５ｗｔ％、ＳＯ4 が８ｗｔ％、Ａｌ2 Ｏ3 が１２ｗｔ％、ＳｉＯ2 が２２ｗｔ％であった。又、飛灰中の重金属を分析したところ、鉛が２８００ｍｇ／ｋｇ、カドミウムが５０ｍｇ／ｋｇ、砒素が１１ｍｇ／ｋｇ、総クロムが８３ｍｇ／ｋｇ、総水銀が３．６ｍｇ／ｋｇであった。
【００５０】
この飛灰に水を加えて混練し、この混練物を密閉容器に入れて加熱し、１．９ａｔｍの加圧状態（１１８℃）で２時間保持する処理をした。この処理物について、環境庁告示１３号に基づく溶出試験を行ったところ、重金属の溶出量は鉛が０．０５ｍｇ／リットル未満であり、法定基準値以下であった。水銀、カドミウム、砒素、及びクロムは検出されなかった。又、溶出水のｐＨは１１．８であり、低く抑えられた値であった。こられの結果は表３に示す。表３において、重金属溶出量の欄に記載されているＮＤは重金属溶出量が検出限界以下であることを示す。
【００５１】
【表３】
【００５２】
（実施例２〜実施例３２）
表２に示す割合で配合された酸性ガス除去剤を使用し、実施例１の場合と同じごみ焼却炉の排ガス処理を、実施例１と同じ条件で行った。そして、バグフィルターで捕集された飛灰について、実施例１の場合と同一条件で溶出試験を実施した。この結果は表３に示す通りであった。
【００５３】
表３によれば、上記実施例においては、特に問題となる鉛の溶出量が、すべて法令の規制値（０．３ｍｇ／リットル）以下になっており、良好の結果が得られている。特に、硫酸塩含有物質として添加した石膏の他に、アルミニウム含有物質として伊豆明礬石を添加した場合には、重金属の溶出が一層抑制されている。
【００５４】
捕集された飛灰の処理において、混練物を１．９ａｔｍの加圧状態まで加熱した場合には、重金属の溶出量が短時間で規制値以下に低下した。
（比較例１〜比較例３）
消石灰単味の酸性ガス除去剤を使用し、実施例１の場合と同じごみ焼却炉の排ガス処理を、実施例１と同じ条件で行った。バグフィルターで捕集された飛灰については、実施例と同一条件で溶出試験を行った。この結果は実施例の結果と共に表３に示す。
【００５５】
表３によれば、比較例における重金属の溶出量は非常に大きく、規制値を遥かに超える値であった。
Ｂ 飛灰の処理試験
アルカリ飛灰に、硫酸塩含有物質又は硫酸塩含有物質とアルミニウム含有物質を添加し、アルカリ分のＣａＯ、ＳＯ4 、及びＡｌ2 Ｏ3 成分の含有率をそれぞれ所定の範囲内に調整した後、水を加えて混練し、この混練物を加熱する処理を行った。なお、この試験においては、処理する飛灰が既に適度の消石灰を含んでいるアルカリ飛灰であったので、消石灰の添加は行わなかった。
（実施例３３）
アルカリ飛灰１０００ｇに無水石膏１００ｇを加えてよく混合した。石膏が混合された飛灰の組成はアルカリ分のＣａＯが２０ｗｔ％、ＳＯ4 が１１ｗｔ％、Ａｌ2 Ｏ3 が７ｗｔ％、ＳｉＯ2 が１９ｗｔ％であった。この組成から混練前の粉体の成分比（モル比）を求めると、ＳＯ4 ／ＣａＯ＝０．３３、ＣａＯ：Ａｌ2 Ｏ3 ＝３：０．６であり、少なくとも、ＳＯ4 ／ＣａＯの値については本発明で定めた範囲内の値であった。又、アルカリ飛灰の重金属含有量は、鉛が２１００ｍｇ／ｋｇ、カドミウムが５８ｍｇ／ｋｇ、砒素が８ｍｇ／ｋｇ、総クロムが７９ｍｇ／ｋｇ、総水銀が２．９ｍｇ／ｋｇであった。
【００５６】
そして、石膏が混合された飛灰に水４５０ｇを加えて混練した後、この混練物を密閉容器に入れて加熱し、１．９ａｔｍに加圧（１１８℃）しながら２時間保持する処理をした。その後、処理物について環境庁告示１３号に基づく溶出試験を行った。
【００５７】
溶出試験の結果は、鉛の溶出量が０．１２ｍｇ／リットルであったが、この値は法定基準値以下であった。水銀、カドミウム、砒素、及びクロムは検出されなかった。又、溶出水のｐＨは１１．９であった。このｐＨ値は、添加剤を加えないで安定化処理をした場合のｐＨが１２．５程度まで上昇するのに対し、低く抑えられた値であった。こられの結果は表４に示す。表４において、重金属溶出量の欄に記載されているＮＤは重金属溶出量が検出限界以下であることを示す。
【００５８】
【表４】
【００５９】
（実施例３４〜実施例４０）
表４に示す割合で、飛灰に石膏（無水石膏又は二水石膏）又は石膏と伊豆明礬石を混合し、実施例３３の場合と同じ方法により、飛灰の処理を行った。こられの結果は表４に示す。
【００６０】
表４によれば、実施例３３〜実施例４０においては、特に問題となる鉛の溶出量が、すべて法令の規制値以下になっており、良好の結果が得られている。特に、石膏の他に伊豆明礬石を添加した場合には、重金属の溶出が一層抑制されている。
【００６１】
この結果によれば、飛灰中の重金属の溶出量を規制値以下にするためには、消石灰の他に、少なくとも硫酸塩含有物質を混合することを要する。その際の硫酸塩含有物質の添加量はアルカリ分のＣａＯに対するＳＯ4 のモル比が０．３以上になるようにする。そして、重金属の溶出をさらに抑制しようとする場合には、さらにアルミニウム含有物質を添加する必要がある。
【００６２】
飛灰の処理を密閉容器中で行い、１．９ａｔｍまで加圧する加熱をした場合には、重金属の溶出量が短時間で規制値以下に低下し、処理時間が著しく短縮された。
（比較例４、比較例５）
ごみ焼却施設の集塵機から排出されたままのアルカリ飛灰１０００ｇに、水５００ｇを加えて混練した後、混練物を加熱せずに放置する処理と、加圧下で加熱する処理の２方法を行った。この結果は実施例の結果と共に表４に示す。
【００６３】
表４によれば、比較例における重金属の溶出量は非常に大きく、規制値を遥かに超える値であった。比較例においては、処理する飛灰中のアルカリ分のＣａＯに対するＳＯ4 のモル比がＳＯ4 ／ＣａＯ＝０．１程度であった。この結果から、ＳＯ4 ／ＣａＯの成分比が所定値以上にすることにより、重金属の溶出が抑制されることが確認された。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る酸性ガス除去剤を使用してごみ焼却排ガスの酸性ガス除去処理をすれば、集塵機で捕集される飛灰に水を加えて混練するだけの簡単な処理をするだけで、飛灰中の重金属が安定化され、その溶出が抑制される。このため、飛灰を埋め立て処分する際の処理が大いに簡素化される。これにより処理コストが低減される。さらに、飛灰の処理に際しては、飛灰中に残留している消石灰が重金属を安定化させる反応物質の一成分と活用されるので、資源の有効活用がなされる。
【００６５】
又、捕集された飛灰の処理を簡単な装置で行うことができるので、エネルギー消費が非常に少ない。又、液体キレート剤のような薬剤が添加されていないので、飛灰処理の際に有害ガスが発生しない。
【００６６】
本発明に係るごみ焼却飛灰の処理方法によれば、飛灰に安価な石灰及び硫酸塩含有物質やアルミニウム含有物質などの無機物質を添加することによって飛灰中の重金属が安定化され、その溶出が抑制されるので、飛灰を埋め立て処分する際の処理コストが大幅に低減される。
【００６７】
そして、本発明に係るごみ焼却飛灰の処理方法により、アルカリ飛灰を処理する場合には、飛灰中に残留している消石灰が重金属を安定化させる反応物質の一成分となるので、酸性ガス除去剤として使用した消石灰の残留物をそのまま重金属を安定させる成分として利用することができる。このため、資源を有効活用することができると共に、処理コストが低減される。
【００６８】
さらに、アルカリ飛灰の処理においては、飛灰中の消石灰が添加した無機物質と反応して安定な鉱物になるので、消石灰が消費され、飛灰のｐＨの上昇が抑えられる。このため、飛灰のｐＨを重金属の溶出が起こらない領域まで低下させることができる。
【００６９】
又、液体キレート剤のような薬剤を使用しないので、有害ガスが発生しない。又、混練や加熱などの簡単な処理をするだけでよいので、処理装置が簡素で、エネルギー消費が非常に少ない。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみ焼却飛灰の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ごみ焼却施設においては、焼却炉から排ガスと共に飛散して捕集された飛灰は特別管理一般廃棄物に指定されているため、厚生大臣が定める方法（セメント固化法、薬剤添加法、溶融固化法、酸その他の溶媒への抽出法）の何れかにより中間処理し、飛灰中の重金属を安定化させた後、埋立て処分している。上記４方法のうち、薬剤添加法が広く採用されており、薬剤としてはジチオカルバミン酸系などの液体キレート剤が使用されることが多い。この場合には、飛灰に液体キレート剤を添加して混練し、重金属を不溶化する処理が行われる。
【０００３】
又、ごみ焼却施設においては、焼却炉から発生する排ガス中に含まれる塩化水素や硫黄酸化物などの酸性ガスを除去する処理が行われるが、この酸性ガスを除去する方法の一つとして、乾式集塵機よりも上流側の排ガス流路に酸性ガスの除去剤を吹き込んで酸性ガスと反応させ、排ガス中の酸性ガスを除去する方法があり、広く行われている。この際、酸性ガスの除去剤としては消石灰の粉末が使用される。
【０００４】
この方法によって処理された排ガスの集塵機においては、焼却炉から飛散してきた飛灰と共に消石灰と酸性ガスとの反応生成物や未反応の消石灰が捕集される。この排ガス流路に消石灰を吹込んだ際に捕集される飛灰（以下、アルカリ飛灰と記す）についても、上記法令の定めに従って、重金属の安定化処理を行った後、埋立て処分している。
【０００５】
なお、以下の説明においては、焼却炉から発生する排ガスの酸性ガス除去処理をするための消石灰の吹き込みをしなかった際に集塵機で捕集された飛灰を中性飛灰と記す。従って、中性飛灰と記した場合には消石灰を含まない飛灰であることを意味し、アルカリ飛灰と記した場合には消石灰を含む飛灰であることを意味する。そして、単に、飛灰と記した場合には上記両者の総称であることを意味するものとする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ジチオカルバミン酸系などの液体キレート剤を使用する薬剤添加法には幾つかの問題点がある。その一つとして、上記液体キレート剤を使用する薬剤添加法により飛灰を処理すると、液体キレート剤が高価な薬剤であるため、処理コストが高くなるという問題がある。又、飛灰に液体キレート剤を添加して混練する処理を行う際には、二硫化炭素などの有害ガスが発生する。このため、作業環境を改善するための設備を設けなければならない。
【０００７】
又、アルカリ飛灰の処理を、上記液体キレート剤を使用する方法によって行うと、液体キレート剤が重金属を捕捉する性能が低下してしまうという問題が発生する。この現象は、アルカリ飛灰中には未反応消石灰が多量に含まれているため、その溶出液のｐＨが非常に高くなり、そのｐＨ値がジチオカルバミン酸系などの液体キレート剤が効率よく重金属を捕捉することができる領域から外れるために起こるものである。このようなことから、アルカリ飛灰を処理する場合には、その飛灰のｐＨを適正な範囲まで下げるために、さらに塩化鉄などの薬剤が添加されている。このため、飛灰の処理コストがさらに高くなる。
【０００８】
さらに、ｐＨ１２以上のｐＨ領域においては、鉛（Ｐｂ）などの両性金属が水酸化錯イオンとなって溶解しやすくなるので、両性金属であるＰｂなどの重金属の溶出を抑えることが難しくなる。
【０００９】
そして、溶融固化法により飛灰を処理する場合には、電気炉やコークスベッド方式の溶融炉などの溶融炉を使用して、飛灰を千数百度まで加熱して溶融する処理をしなければならない。このため、複雑な処理設備が必要になると共に、多量のエネルギーが消費されるので、飛灰の処理コストが非常に高くなる。
【００１０】
本発明は、簡単な処理をするだけで重金属を安定化させることができる性状の飛灰が捕集されるごみ焼却排ガスの酸性ガス除去剤と、高価な薬剤を使用することなく、又簡単な装置で重金属を安定化することができるごみ焼却飛灰の処理方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決するために、ごみ焼却炉から発生する排ガスに消石灰を吹き込んで酸性ガスを除去する排ガス処理技術について、種々の研究を行った。そして、その研究過程において、排ガス中に吹き込む消石灰に硫酸塩含有物質を添加すると、集塵機で捕集された飛灰に水を加えて混練する簡単な処理をするだけでその中に含まれる重金属が安定化され、その溶出が抑えられるという効果が得られることを見出した。さらに、硫酸塩含有物質に加えてアルミニウム含有物質を添加することにより、飛灰中の重金属が安定化されてその溶出が抑制される効果が一層高められるという知見を得た。又、ごみ焼却飛灰に、消石灰と生石灰、又はそれらの中の何れか一方を添加すると共に硫酸塩含有物質を添加し、或いはさらにアルミニウム含有物質を添加した後、水を加えて混練すれば、飛灰中の重金属が安定化され、その溶出が抑えられるとの知見を得た。
【００１２】
本発明は上記のような知見に基づいてなされたものであり、前記の課題は、下記の発明により解決される。
【００１３】
請求項１の発明に係る発明は、ごみ焼却排ガスに消石灰を吹き込んで酸性ガスの除去処理をした際に捕集されるアルカリ飛灰に、硫酸塩含有物質とアルミニウム含有物質を添加し、さらに前記アルカリ飛灰に、消石灰及び／又は生石灰を添加し、アルカリ分として定量されるＣａＯの含有率を３０ｗｔ％以下に調整して、アルカリ分として定量されるＣａＯに対するＳＯ4成分のモル比をＳＯ4 ／ＣａＯ≧０．３、アルカリ分として定量されるＣａＯに対するＡｌ2Ｏ3成分のモル比をＣａＯ：Ａｌ2Ｏ3＝３：１〜３の範囲にそれぞれ調整した後、水の存在下で混練し、この混練物を密閉容器に入れ、圧力が２気圧未満に保持されるように加熱することを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明に係る発明は、焼却排ガスに消石灰を吹き込む酸性ガス除去処理をしなかった際に捕集される中性飛灰に、硫酸塩含有物質とアルミニウム含有物質を添加し、さらに前記アルカリ飛灰に消石灰及び／又は生石灰を添加し、アルカリ分として定量されるＣａＯの含有率を３０ｗｔ％以下に調整して、アルカリ分として定量されるＣａＯに対するＳＯ 4 成分のモル比をＳＯ 4 ／ＣａＯ≧０．３、アルカリ分として定量されるＣａＯに対するＡｌ 2 Ｏ 3 成分のモル比をＣａＯ：Ａｌ 2 Ｏ 3 ＝３：１〜３の範囲にそれぞれ調整した後、水の存在下で混練し、この混練物を密閉容器に入れ、圧力が２気圧未満に保持されるように加熱することを特徴としている。
【００２６】
上記の各発明において、アルカリ分として定量されるＣａＯ（以下、アルカリ分のＣａＯと記す）とは、消石灰や生石灰などのアルカリに由来するＣａＯを指すものであって、塩類などを形成しているカルシウム分をも含むものではない。なお、アルカリ分のＣａＯは、例えば、肥料分析法1992年版（農林水産省農業環境技術研究所、平成4 年12月、日本肥料検定協会発行）に定められている方法によって求めたアルカリ分から、別途に定量したＭｇＯをＣａＯに換算した値を差し引くことによって求めることができる。
【００２７】
消石灰の吹き込みによりごみ焼却排ガス中の酸性ガスを除去する場合、排ガス中の酸性ガスと反応する量よりも過剰の消石灰を吹き込むので、集塵機で捕集された飛灰には未反応の消石灰が含まれている。このため、本発明の酸性ガス除去剤を吹き込んだ際に捕集されるアルカリ飛灰は、焼却炉から飛散してきたダスト（飛灰）と消石灰と硫酸塩含有物質の混合物、或いは焼却炉から飛散してきた飛灰と消石灰と硫酸塩含有物質とアルミニウム含有物質よりなる混合物である。そして、前述のように、このアルカリ飛灰は水を加えて混練するだけで、その中に含まれている重金属が安定化されて溶出しないようになる特性を有している。
【００２８】
上記のようにして発現する重金属安定化のメカニズムは必ずしも明らかではないが、上記の混合物であるアルカリ飛灰に水を加えた際に、安定な鉱物が生成する反応が起こり、重金属がその安定な鉱物の組織の中に取り込まれて安定化され、或いはその中に吸着されて安定化されることによるものと考えられる。
【００２９】
すなわち、本発明の酸性ガス処理剤を吹き込んだ際に捕集されたアルカリ飛灰に水を加えると、この飛灰に含まれているアルカリ分のＣａＯ成分と、硫酸塩、アルミニウム化合物、飛灰中のケイ酸系化合物などが反応し、次のような安定な鉱物が生成する。生成する安定な鉱物としては、ケイ酸カルシウム系化合物、ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・Ｈ2 Ｏ、３ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・６Ｈ2 Ｏ、３ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・１０〜１２Ｈ2 Ｏなどのアルミン酸カルシウム水和物、エトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・３ＣａＳＯ4 ・３２Ｈ2 Ｏ）などのカルシウムアルミニウムサルフェート化合物などである。
【００３０】
上記のような安定な鉱物が生成する反応が起こることによって、次のような効果がもたらされる。まず、上記の鉱物が生成する際に、重金属類がその鉱物中に取り込まれたり、或いはその鉱物に吸着されたりし、飛灰中の重金属が安定化される。又、アルカリ分のＣａＯが消費されるので、捕集されたアルカリ飛灰が高アルカリ性（高ｐＨ）になるのが避けられ、Ｐｂなどの両性金属が溶出し難い状態になる。さらに、上記鉱物の生成によって、処理物が固化した際の強度が大きくなる。
【００３１】
上記のような効果が得られる酸性ガス除去剤を構成する物質としては、消石灰の他に、少なくとも硫酸塩含有物質が混合されていることが必要である。そして、さらにアルミニウム含有物質が混合されていれば、その効果を一層高めることができる。なお、焼却炉から飛散してきた飛灰にはケイ酸系化合物が含まれているので、通常、シリカ含有物質を添加する必要はないが、飛灰中のシリカ含有物質の含有量が少ない場合には、必要に応じて、シリカ含有物質を添加する。
【００３２】
硫酸塩含有物質としては、石膏、無水石膏、半水石膏、明礬石、硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウムなどを使用することができる。アルミニウム含有物質としては、明礬石、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、カオリンなどを使用することができる。又、シリカ含有物質としては、珪石、明礬石、珪藻土、カオリン、ケイ酸ソーダなどを使用することができる。
【００３３】
そして、基材である消石灰粉末に適量の硫酸塩含有物質の粉末を添加し、或いはさらにアルミニウム含有物質の粉末の適量を添加して混合することにより、本発明の酸性ガス除去剤が調製される。この調製においては、硫酸塩含有物質の粉末やアルミニウム含有物質の粉末は基材である消石灰に対し適度の量を添加する。添加物質が硫酸塩含有物質だけである場合、消石灰に由来するアルカリ分のＣａＯに対するＳＯ4 のモル比がＣａＯ：ＳＯ4 ＝１：０．００８〜０．４、好ましくはＣａＯ：ＳＯ4 ＝１：０．０２〜０．０８になるように硫酸塩含有物質を添加することにより、本発明の酸性ガス除去剤が得られる。又、添加物質が硫酸塩含有物質とアルミニウム含有物質である場合、消石灰に由来するアルカリ分のＣａＯに対するＳＯ4 のモル比がＣａＯ：ＳＯ4 ＝１：０．００８〜０．４、好ましくはＣａＯ：ＳＯ4 ＝１：０．０２〜０．０８になるように硫酸塩含有物質を添加し、Ａｌ2 Ｏ3 のモル比がＣａＯ：Ａｌ2 Ｏ3 ＝１：０．００３〜０．１３３、好ましくはＣａＯ：Ａｌ2 Ｏ3 ＝０．００７〜０．０２７になるようにアルミニウム含有物質を添加することにより、本発明の酸性ガス除去剤が得られる。
【００３４】
酸性ガス除去剤の基材である消石灰粉末は排ガス中の酸性ガスと反応させてこれを吸収するものであり、又、捕集された飛灰を処理する際に、その未反応分と他の成分を反応させて安定な鉱物を生成させるものであるので、何れの場合にも反応性のよいものが望ましく、その比表面積ができるだけ大きいものがよい。本発明の酸性ガス除去剤に用いる消石灰粉末は、その比表面積が１５ｍ2 ／ｇ以上、好ましくは２０ｍ2 ／ｇ以上のものであるのがよい。これは、後記する実施例における飛灰の溶出試験結果に基づくものである。この溶出試験結果によれば、比表面積が１５ｍ2 ／ｇの消石灰を使用した際にも重金属の溶出が規制値以下に抑制されるが、重金属の溶出量を安定的な低値にするためには、比表面積が２０ｍ2 ／ｇ程度以上の消石灰を使用することが望ましい。
【００３５】
本発明の酸性ガス除去剤に混合されている硫酸塩含有物質の粉末やアルミニウム含有物質の粉末の添加量は、実験結果に基づいて定められたものである。本発明の酸性ガス除去剤において、アルカリ分のＣａＯに対するＳＯ4 のモル比が０．００８未満であると、重金属の溶出抑制が十分に行われなくなる。又、アルカリ分のＣａＯに対するＳＯ4 のモル比が０．４を超えても、硫酸塩含有物質の添加量の増加に見合う重金属の溶出抑制効果は認められない。そして、アルカリ分のＣａＯに対するＡｌ2 Ｏ3 のモル比が０．００３未満であると、アルミニウム含有物質の添加によるさらなる重金属の溶出抑制効果が得られない。又、アルカリ分のＣａＯに対するＡｌ2 Ｏ3 のモル比が０．１３３を超えても、アルミニウム含有物質の添加量の増加に見合う重金属の溶出抑制効果は認められない。
【００３６】
消石灰に硫酸塩含有物質やアルミニウム含有物質が混合された酸性ガス除去剤をごみ焼却排ガス中へ吹き込めば、集塵機で捕集された飛灰は、安定な鉱物が生成する反応物質である消石灰、硫酸塩含有物質、アルミニウム含有物質が十分によく混合された状態で取り出されるので、その飛灰の安定化処理に際しては、水を加えて混練するだけでよく、その処理操作が簡素化される。
【００３７】
なお、酸性ガス除去剤を調製する場合、消石灰と他の添加物質の配合比は、その除去剤を吹込むごみ焼却炉毎に決定することが望ましい。これは、焼却炉に装入されるごみの質は同じ収集地域内であればそれほど変動しないが、地域差があるので、ごみ焼却炉から飛散してくる飛灰の組成が地域により異なることがあるためである。このため、酸性ガス除去剤の配合比は過去の飛灰の組成と酸性ガスに対する消石灰の当量比（消石灰の吹込み量）に基づいて決められる。必要に応じて、さらにシリカ含有物質を添加すれば、一層望ましい効果が得られる。
【００３８】
次に、ごみ焼却飛灰中の重金属を安定化させる処理方法について説明する。本発明は、アルカリ飛灰、中性飛灰の何れの処理にも適用することができる。前述のように、中性飛灰に、消石灰と生石灰、又はそれらの中の何れか一方を添加すると共に硫酸塩含有物質を添加し、水の存在下で混練すれば、飛灰中の重金属が安定化され、その溶出が抑えられる。そして、中性飛灰に、消石灰と生石灰、又はそれらの中の何れか一方を添加すると共に硫酸塩含有物質を添加し、さらにアルミニウム含有物質を添加すれば、飛灰中の重金属の溶出は一層抑制される。この重金属の溶出抑制は、添加した消石灰又は生石灰或いはその双方、硫酸塩、アルミニウム化合物、飛灰中のケイ酸系化合物などの成分が反応し、前記のような種々の安定な鉱物が生成し、その鉱物が生成する際に、重金属類がその鉱物中に取り込まれたり、或いはその鉱物に吸着されたりして安定化されることにより、発現するものと考えられる。
【００３９】
又、アルカリ飛灰に、硫酸塩含有物質を添加し、水の存在下で混練すれば、飛灰中の重金属が安定化され、その溶出が抑えられる。或いはさらにアルミニウム含有物質を添加すれば、飛灰中の重金属の溶出は一層抑制される。この重金属の溶出抑制は、添加した硫酸塩やアルミニウム化合物、アルカリ飛灰中の消石灰、飛灰中のケイ酸系化合物などの成分が反応して、前記のような種々の安定な鉱物が生成し、重金属が安定化されるものと考えられる。なお、アルカリ飛灰を処理する場合には、既に消石灰が含まれているので、通常、新たに消石灰や生石灰を添加しなくても所定の成分調整を行うことができる。しかし、アルカリ飛灰中の消石灰の含有量が少ないときには、消石灰又は生石灰或いはその双方を添加し、安定な鉱物の生成量を増加させる。
【００４０】
上記のような効果が得られる鉱物を生成させるためには、飛灰に、消石灰と生石灰、又はそれらの中の何れか一方を添加すると共に硫酸塩含有物質を添加し、或いはさらにアルミニウム含有物質を添加し、アルカリ分のＣａＯとＳＯ4 の成分比、或いはアルカリ分のＣａＯとＳＯ4 の成分比及びアルカリ分のＣａＯとＡｌ2 Ｏ3 の成分比を所定の範囲に調整する必要がある。
【００４１】
上記の成分比は、各種の実験結果に基づいて定められ、アルカリ分のＣａＯに対するＳＯ4 の成分比（ＳＯ4 ／ＣａＯ）は０．３以上であることが好ましい。ＳＯ4 ／ＣａＯが０．３未満であると、カルシウムアルミニウムサルフェート化合物の生成量が少なく、飛灰が高アルカリ性（高ｐＨ）になって、Ｐｂなどの両性金属の溶出量が増加する。又、アルカリ分のＣａＯ：Ａｌ2 Ｏ3 のモル比は１：１〜３：１であることが好ましい。そのモル比がＣａＯ＜Ａｌ2 Ｏ3 であると、安定な鉱物の生成量が少なくなり、重金属溶出抑制効果の発現度合が小さくなる。又、アルカリ分のＣａＯがＡｌ2 Ｏ3 の３倍を超えるモル比にすると、アルカリ分のＣａＯの一部が余剰となり、処理物のｐＨが上昇する。
【００４２】
上記の成分調整において、成分比を調整する際の基準成分となるアルカリ分のＣａＯの含有量は、成分調整後の粉体全量に対し３０ｗｔ％以下になるようにする。アルカリ分のＣａＯが上限値３０ｗｔ％を超えると、処理物の量が増え、埋め立て処分に不利になる。
【００４３】
なお、上記飛灰の処理方法についての記述には、ごみ焼却飛灰に、消石灰、生石灰、硫酸塩含有物質、アルミニウム含有物質などの添加物質を添加した後、水の存在下で混練することにより、飛灰中の重金属が安定化されることが記載されているが、本発明においては、上記の各添加物質は必ずしも粉末状で添加することを要しない。上記の各添加物質は、事前に水を加えてスラリー状にしたものであってもよい。添加物質をスラリー状で添加すると、混練に必要な水の一部或いは必要な水のすべてが添加物質の添加時に供給されるので、混練時には必要に応じて不足分の水を供給する。この際、すべての添加物質をスラリー状で添加する必要はなく、特定の添加物質だけであってもよい。
【００４４】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を説明する。
Ａ 酸性ガス除去剤の試験
（酸性ガス除去剤の調製）
基材である消石灰粉末については、比表面積が４３ｍ2 ／ｇのものと、１５ｍ2 ／ｇのものの２種類を使用した。又、硫酸塩含有物質としては、無水石膏の粉末と二水石膏の粉末の２種類を使用した。アルミニウム含有物質としては、伊豆明礬石（組成は表１に示す）の粉末を使用した。これらのものを原料とし、混合割合が異なる各種の酸性ガス除去剤を調製した。調製した酸性ガス除去剤の混合割合及び成分比は表２に示す。そして、これらの酸性ガス除去剤をごみ焼却炉の排ガス中へ吹き込む酸性ガス除去剤として使用した。
【００４５】
【表１】
【表２】
（実施例１）
比表面積が４３ｍ2 ／ｇの高表面積消石灰（奥多摩工業株式会社製、商品名：タマカルク）１０００ｋｇに対し、無水石膏の粉末を１５ｋｇの割合で加えて混合し、酸性ガス除去剤を調製した。この酸性ガス除去剤を用いて、処理能力が都市ごみ９５トン／日、排ガス量２８８００Ｎｍ3 ／h のごみ焼却炉の排ガス処理を行った。
【００４８】
この処理においては、排ガス中のＨＣｌとＳＯ2 量に対して約２当量の消石灰を含む酸性ガス除去剤を排ガス処理塔内へ噴射した。排ガス処理塔の排ガス煙道入口における排ガス濃度はＨＣｌが５８３ｐｐｍ、ＳＯ2 が４６．３ｐｐｍであった。又、排ガス処理塔の出口における処理後の排ガス濃度はＨＣｌが１６ｐｐｍ、ＳＯ2 が８．２ｐｐｍであり、除去率はＨＣｌが９７％、ＳＯ2 が８２％であった。この際、排ガス温度は１７０〜１８０℃であった。集塵はバグフィルターで良好に行われた。
【００４９】
バグフィルターで捕集された飛灰の組成は、アルカリ分のＣａＯが１５ｗｔ％、ＳＯ4 が８ｗｔ％、Ａｌ2 Ｏ3 が１２ｗｔ％、ＳｉＯ2 が２２ｗｔ％であった。又、飛灰中の重金属を分析したところ、鉛が２８００ｍｇ／ｋｇ、カドミウムが５０ｍｇ／ｋｇ、砒素が１１ｍｇ／ｋｇ、総クロムが８３ｍｇ／ｋｇ、総水銀が３．６ｍｇ／ｋｇであった。
【００５０】
この飛灰に水を加えて混練し、この混練物を密閉容器に入れて加熱し、１．９ａｔｍの加圧状態（１１８℃）で２時間保持する処理をした。この処理物について、環境庁告示１３号に基づく溶出試験を行ったところ、重金属の溶出量は鉛が０．０５ｍｇ／リットル未満であり、法定基準値以下であった。水銀、カドミウム、砒素、及びクロムは検出されなかった。又、溶出水のｐＨは１１．８であり、低く抑えられた値であった。こられの結果は表３に示す。表３において、重金属溶出量の欄に記載されているＮＤは重金属溶出量が検出限界以下であることを示す。
【００５１】
【表３】
（実施例２〜実施例３２）
表２に示す割合で配合された酸性ガス除去剤を使用し、実施例１の場合と同じごみ焼却炉の排ガス処理を、実施例１と同じ条件で行った。そして、バグフィルターで捕集された飛灰について、実施例１の場合と同一条件で溶出試験を実施した。この結果は表３に示す通りであった。
【００５３】
表３によれば、上記実施例においては、特に問題となる鉛の溶出量が、すべて法令の規制値（０．３ｍｇ／リットル）以下になっており、良好の結果が得られている。特に、硫酸塩含有物質として添加した石膏の他に、アルミニウム含有物質として伊豆明礬石を添加した場合には、重金属の溶出が一層抑制されている。
【００５４】
捕集された飛灰の処理において、混練物を１．９ａｔｍの加圧状態まで加熱した場合には、重金属の溶出量が短時間で規制値以下に低下した。
（比較例１〜比較例３）
消石灰単味の酸性ガス除去剤を使用し、実施例１の場合と同じごみ焼却炉の排ガス処理を、実施例１と同じ条件で行った。バグフィルターで捕集された飛灰については、実施例と同一条件で溶出試験を行った。この結果は実施例の結果と共に表３に示す。
【００５５】
表３によれば、比較例における重金属の溶出量は非常に大きく、規制値を遥かに超える値であった。
Ｂ 飛灰の処理試験
アルカリ飛灰に、硫酸塩含有物質又は硫酸塩含有物質とアルミニウム含有物質を添加し、アルカリ分のＣａＯ、ＳＯ4 、及びＡｌ2 Ｏ3 成分の含有率をそれぞれ所定の範囲内に調整した後、水を加えて混練し、この混練物を加熱する処理を行った。なお、この試験においては、処理する飛灰が既に適度の消石灰を含んでいるアルカリ飛灰であったので、消石灰の添加は行わなかった。
（実施例３３）
アルカリ飛灰１０００ｇに無水石膏１００ｇを加えてよく混合した。石膏が混合された飛灰の組成はアルカリ分のＣａＯが２０ｗｔ％、ＳＯ4 が１１ｗｔ％、Ａｌ2 Ｏ3 が７ｗｔ％、ＳｉＯ2 が１９ｗｔ％であった。この組成から混練前の粉体の成分比（モル比）を求めると、ＳＯ4 ／ＣａＯ＝０．３３、ＣａＯ：Ａｌ2 Ｏ3 ＝３：０．６であり、少なくとも、ＳＯ4 ／ＣａＯの値については本発明で定めた範囲内の値であった。又、アルカリ飛灰の重金属含有量は、鉛が２１００ｍｇ／ｋｇ、カドミウムが５８ｍｇ／ｋｇ、砒素が８ｍｇ／ｋｇ、総クロムが７９ｍｇ／ｋｇ、総水銀が２．９ｍｇ／ｋｇであった。
【００５６】
そして、石膏が混合された飛灰に水４５０ｇを加えて混練した後、この混練物を密閉容器に入れて加熱し、１．９ａｔｍに加圧（１１８℃）しながら２時間保持する処理をした。その後、処理物について環境庁告示１３号に基づく溶出試験を行った。
【００５７】
溶出試験の結果は、鉛の溶出量が０．１２ｍｇ／リットルであったが、この値は法定基準値以下であった。水銀、カドミウム、砒素、及びクロムは検出されなかった。又、溶出水のｐＨは１１．９であった。このｐＨ値は、添加剤を加えないで安定化処理をした場合のｐＨが１２．５程度まで上昇するのに対し、低く抑えられた値であった。こられの結果は表４に示す。表４において、重金属溶出量の欄に記載されているＮＤは重金属溶出量が検出限界以下であることを示す。
【００５８】
【表４】
（実施例３４〜実施例４０）
表４に示す割合で、飛灰に石膏（無水石膏又は二水石膏）又は石膏と伊豆明礬石を混合し、実施例３３の場合と同じ方法により、飛灰の処理を行った。こられの結果は表４に示す。
【００６０】
表４によれば、実施例３３〜実施例４０においては、特に問題となる鉛の溶出量が、すべて法令の規制値以下になっており、良好の結果が得られている。特に、石膏の他に伊豆明礬石を添加した場合には、重金属の溶出が一層抑制されている。
【００６１】
この結果によれば、飛灰中の重金属の溶出量を規制値以下にするためには、消石灰の他に、少なくとも硫酸塩含有物質を混合することを要する。その際の硫酸塩含有物質の添加量はアルカリ分のＣａＯに対するＳＯ4 のモル比が０．３以上になるようにする。そして、重金属の溶出をさらに抑制しようとする場合には、さらにアルミニウム含有物質を添加する必要がある。
【００６２】
飛灰の処理を密閉容器中で行い、１．９ａｔｍまで加圧する加熱をした場合には、重金属の溶出量が短時間で規制値以下に低下し、処理時間が著しく短縮された。
（比較例４、比較例５）
ごみ焼却施設の集塵機から排出されたままのアルカリ飛灰１０００ｇに、水５００ｇを加えて混練した後、混練物を加熱せずに放置する処理と、加圧下で加熱する処理の２方法を行った。この結果は実施例の結果と共に表４に示す。
【００６３】
表４によれば、比較例における重金属の溶出量は非常に大きく、規制値を遥かに超える値であった。比較例においては、処理する飛灰中のアルカリ分のＣａＯに対するＳＯ4 のモル比がＳＯ4 ／ＣａＯ＝０．１程度であった。この結果から、ＳＯ4 ／ＣａＯの成分比が所定値以上にすることにより、重金属の溶出が抑制されることが確認された。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る酸性ガス除去剤を使用してごみ焼却排ガスの酸性ガス除去処理をすれば、集塵機で捕集される飛灰に水を加えて混練するだけの簡単な処理をするだけで、飛灰中の重金属が安定化され、その溶出が抑制される。このため、飛灰を埋め立て処分する際の処理が大いに簡素化される。これにより処理コストが低減される。さらに、飛灰の処理に際しては、飛灰中に残留している消石灰が重金属を安定化させる反応物質の一成分と活用されるので、資源の有効活用がなされる。
【００６５】
又、捕集された飛灰の処理を簡単な装置で行うことができるので、エネルギー消費が非常に少ない。又、液体キレート剤のような薬剤が添加されていないので、飛灰処理の際に有害ガスが発生しない。
【００６６】
本発明に係るごみ焼却飛灰の処理方法によれば、飛灰に安価な石灰及び硫酸塩含有物質やアルミニウム含有物質などの無機物質を添加することによって飛灰中の重金属が安定化され、その溶出が抑制されるので、飛灰を埋め立て処分する際の処理コストが大幅に低減される。
【００６７】
そして、本発明に係るごみ焼却飛灰の処理方法により、アルカリ飛灰を処理する場合には、飛灰中に残留している消石灰が重金属を安定化させる反応物質の一成分となるので、酸性ガス除去剤として使用した消石灰の残留物をそのまま重金属を安定させる成分として利用することができる。このため、資源を有効活用することができると共に、処理コストが低減される。
【００６８】
さらに、アルカリ飛灰の処理においては、飛灰中の消石灰が添加した無機物質と反応して安定な鉱物になるので、消石灰が消費され、飛灰のｐＨの上昇が抑えられる。このため、飛灰のｐＨを重金属の溶出が起こらない領域まで低下させることができる。
【００６９】
又、液体キレート剤のような薬剤を使用しないので、有害ガスが発生しない。又、混練や加熱などの簡単な処理をするだけでよいので、処理装置が簡素で、エネルギー消費が非常に少ない。
Claims (2)
- ごみ焼却排ガスに消石灰を吹き込んで酸性ガスの除去処理をした際に捕集されるアルカリ飛灰に、硫酸塩含有物質とアルミニウム含有物質を添加し、さらに前記アルカリ飛灰に、消石灰及び／又は生石灰を添加し、アルカリ分として定量されるＣａＯの含有率を３０ｗｔ％以下に調整して、アルカリ分として定量されるＣａＯに対するＳＯ4成分のモル比をＳＯ4／ＣａＯ≧０．３、アルカリ分として定量されるＣａＯに対するＡｌ2Ｏ3成分のモル比をＣａＯ：Ａｌ2Ｏ3＝３：１〜３の範囲にそれぞれ調整した後、水の存在下で混練し、この混練物を密閉容器に入れ、圧力が２気圧未満に保持されるように加熱することを特徴とする、ごみ焼却飛灰の処理方法。
- 焼却排ガスに消石灰を吹き込む酸性ガス除去処理をしなかった際に捕集される中性飛灰に、硫酸塩含有物質とアルミニウム含有物質を添加し、さらに前記アルカリ飛灰に消石灰及び／又は生石灰を添加し、アルカリ分として定量されるＣａＯの含有率を３０ｗｔ％以下に調整して、アルカリ分として定量されるＣａＯに対するＳＯ 4 成分のモル比をＳＯ 4 ／ＣａＯ≧０．３、アルカリ分として定量されるＣａＯに対するＡｌ 2 Ｏ 3 成分のモル比をＣａＯ：Ａｌ 2 Ｏ 3 ＝３：１〜３の範囲にそれぞれ調整した後、水の存在下で混練し、この混練物を密閉容器に入れ、圧力が２気圧未満に保持されるように加熱することを特徴とする、ごみ焼却飛灰の処理方法。
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