JP5157384B2 - 灰の脱塩方法 - Google Patents

Description

本発明は灰の脱塩方法に係り、特に、焼却施設から発生する焼却灰や飛灰などの焼却残渣（本発明においては、これらを「灰」と称す。）を水洗して高度に脱塩する方法に関する。

都市ごみ、産業廃棄物の焼却施設から発生する焼却灰や飛灰などの焼却残渣（灰）は、従来、その大部分が最終処分場で埋立処分されているが、近年、最終処分場の残余容量は年々減少してきており、また、新規の処分場立地の設置も、環境問題などの制約から難しい状況にある。

一方、灰の主要な成分であるカルシウム、シリカ、アルミナ等はセメント原料の主成分であることから、灰はセメント原料としてのリサイクルが有望視されており、灰のリサイクルで最終処分場の延命化にもつながると考えられている。

しかしながら、塩素濃度が高いコンクリートは鉄筋を腐食させる問題があることから、灰のセメント原料へのリサイクルに当っては、灰中に通常１〜２０重量％程度含まれる塩素含有量を０．１重量％以下にまで低減する必要がある。

従来、灰の塩素含有量を低減する技術としては、灰を天然の降水または強制散水により水洗して脱塩する技術（特開平１１−３２２３８１号公報）がある。この方法は、水洗浄により、可溶性の塩素イオンを灰中から水側へ移行させて、脱塩素を行うものである。また、灰の水洗浄操作時のｐＨを特定の範囲（ｐＨ６〜１０）に維持するように、酸を加えて脱塩する方法（特開平１１−３１９７６９号公報）も提案されている。
特開平１１−３２２３８１号公報 特開平１１−３１９７６９号公報

しかし、通常、高アルカリ性である灰は、水洗浄の過程で溶液のｐＨが１１付近となり、灰中の塩素イオンはフリーデル氏塩等の難溶性塩を形成するため、単なる水洗では溶出除去することができず、水洗浄後の灰の塩素含有量は０．３〜４重量％程度が限界であり、十分に脱塩することはできない。

また、酸を用いることにより、難溶性塩の形成を防止して、塩素イオンの溶出を促進することができるが、この方法では、酸注入設備を耐酸性素材に変更する必要があり、改造費等が別途必要となるなどの問題があった。

本発明は上記従来の問題点を解決し、酸を用いることなく、灰（焼却施設から発生する焼却灰や飛灰などの焼却残渣）を高度に脱塩するための脱塩方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、灰の水洗時に硫酸塩を共存させておくことにより、硫酸塩が灰中の難溶性塩中の塩素と置換することで、或いは塩素を含む難溶性塩の形成を抑制することで、脱塩が促進されることを見出し、本発明を完成させた。

本発明（請求項１）の灰の脱塩方法は、灰に、硫酸塩と水を添加し、ｐＨ１０以上のもと混合することにより脱塩を行うことを特徴とする。

請求項２の灰の脱塩方法は、上記脱塩方法において、前記硫酸塩が、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄および硫酸アルミニウムよりなる群から選ばれる１種以上であることを特徴とする。

請求項３の灰の脱塩方法は、上記脱塩方法において、前記硫酸塩を混合した灰をｐＨ１０以上である水洗槽にて水洗することを特徴とする。

本発明の脱塩方法によれば、灰の水洗時における灰からの塩素の溶出が促進され、塩素含有量が著しく低減された処理灰を得ることができる。このため、本発明によれば、焼却施設から発生する焼却灰や飛灰などの焼却残渣のセメント原料としての代替割合を増加させることが可能であり、有効再利用を促進することができる。

以下に本発明の灰の脱塩方法の実施の形態を詳細に説明する。

本発明で用いる脱塩促進剤は、硫酸塩を含むことを特徴とする。

本発明における、硫酸塩による灰の水洗時の脱塩促進効果は、次のような作用機構によるものと考えられる。

即ち、灰中の塩素分は、下記反応式（１）に従って灰中のカルシウムやアルミニウムと反応して、難溶性の塩を形成し、この結果、水に容易には溶出しなくなるため、水洗による除去が困難となる。しかし、硫酸塩を添加することにより、硫酸塩中の硫酸イオンが、下記反応式（２）のような反応機構で、難溶性塩中のＣｌと置換することで、Ｃｌを可溶化させ、或いは反応式（１）による難溶性の塩の形成自体を抑制することで、水洗で容易に脱塩できるようになる。

３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３ ＋ ＣａＣｌ_２ ＋ Ｈ_２Ｏ
→ ３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２・１０Ｈ_２Ｏ …（１）
３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２・１０Ｈ_２Ｏ ＋ （ＳＯ_４ ^２−）
→ ３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏ ＋ （Ｃｌ⁻） …（２）

本発明で用いる硫酸塩としては特に制限はないが、上述の脱塩促進作用の面から、好ましいものとして硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、硫酸アルミニウムなどが挙げられる。これらの硫酸塩は１種を単独で用いても良く、２種以上を併用しても良い。尚、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウムなどは難溶性化合物であるが、微量溶解した硫酸イオンが脱塩素に作用していると考えられる。

本発明方法に従って、このような脱塩促進剤を用いて灰を水洗することにより脱塩するには、灰に本発明の脱塩促進剤、即ち、硫酸塩の所定量を添加して水洗する。硫酸塩は、水洗に先立ち予め灰に添加混合しても良く、また、水洗時に灰に添加しても良い。

灰への脱塩促進剤の添加量は、用いる硫酸塩の種類や灰の性状によっても異なるが、通常、灰に対する硫酸塩添加量として１〜２０重量％、特に１０〜１５重量％とし、硫酸イオン換算の添加量として０．７〜１４重量％、特に７．０〜１０．５重量％とすることが好ましい。硫酸塩添加量が少な過ぎると十分な脱塩促進効果を得ることができず、多過ぎてもそれ以上の効果は得られず、添加薬剤コストが高くつき不経済である。

なお、水洗に先立ち灰に硫酸塩を添加する場合、灰に対して粉状の硫酸塩を添加混合するよりも、若干量の加湿水と共に硫酸塩を灰に添加するか、或いは硫酸塩を水溶液として灰に添加する方が、均一混合性を高めることができ、好ましい。この場合、灰に対する加湿水の添加量は、取り扱い性や均一混合性の面で１０〜４０重量％とすることが好ましい。

本発明による具体的な灰の脱塩方法としては次のような方法が挙げられる。

（１） 灰に硫酸塩を加湿水と共に添加して十分に混合した後、水洗槽に投入し、撹拌して水洗する。
この場合、必要に応じて、濾過、水の入れ換え、撹拌水洗を、例えば２〜４回程度繰り返してもよい。水洗に用いる水量は、繰り返し水洗回数によっても異なるが、水洗に用いた合計の水量として、灰１００ｇに対して５００〜９００ｍｌ程度とすることが好ましい。また、撹拌時間についても、用いた水洗水量、繰り返し回数によっても異なるが、１回の水洗における撹拌時間として６０〜３６０分程度とすることが好ましい。この水洗槽内での灰の洗浄に際しては、水洗槽内の水のｐＨが１０以上、特に１０を超えるｐＨ、例えば１０．５〜１３．０となるようにすることが好ましい。

即ち、前述の如く、焼却施設から発生する焼却灰や飛灰などの焼却残渣は通常高アルカリ性であり、硫酸塩を添加した後水洗槽に投入しても、水洗槽内のｐＨは１０以上の高ｐＨとなる。本発明は、ｐＨ低減のための酸を添加することなく、ｐＨ１０以上、特にｐＨ１０を超える高ｐＨ条件で水洗して高度な脱塩効果を得ることに特徴を有する。

（２） 灰を水洗槽に添加した後、或いは灰を水洗槽に添加する際同時に、水洗槽に硫酸塩を添加し、上記（１）と同様に水洗する。

（３） 灰に硫酸塩を加湿水と共に添加して十分に混合した後、天然の降水または強制散水により水洗する。この場合、処分場に穴を掘り、硫酸塩を混合した灰を入れて雨ざらし（必要によりスプリンクラー等による強制散水を併用する。）にしても良いが、硫酸塩を混合した灰の濾床を形成し、この濾床に降水または散水の水を透過させ、灰から溶出した塩素を含む透過水を回収して処理するようにすることもできる。

なお、灰に硫酸塩を添加混合した後水洗する場合、硫酸塩の添加後直ちに水洗しても良く、また硫酸塩の添加後、７〜１４日程度養生した後水洗しても良い。

以下に実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
焼却プラントより排出された焼却灰に加湿水２５重量％と硫酸ナトリウム５重量％（硫酸イオンとして３．５重量％）を添加して、均一に混合した（以下、この硫酸ナトリウムを混合した灰を「処理灰」と称す。）。
この処理灰について、以下の洗浄試験を行って結果を表１に示した。

＜混合直後の洗浄試験＞
処理灰２０ｇ（この２０ｇ中の灰の含有量は１５．４ｇ、差分４．６ｇは水分）を採取し、純水１００ｍｌを加え、攪拌することで水洗を行った。このとき、Ｎｏ．１では撹拌せず（撹拌時間０分）、Ｎｏ．２では６０分撹拌、Ｎｏ．３では１８０分撹拌、Ｎｏ．４では３６０分撹拌とした。所定時間撹拌した懸濁液サンプルを各々孔径１μｍの濾紙で濾過した。
各濾過残渣を再び純水１００ｍｌで上記と同様にして洗浄して、残留水中の可溶性塩素を除去した後、濾過残渣中の塩素含有量をＪＩＳＡ１１５４「硬化コンクリート中に含まれる塩化物イオンの試験方法」により測定した。また、濾液のｐＨを測定した。

＜養生後の洗浄試験＞
処理灰を7日間大気開放下で養生した後、上記と同様の洗浄試験を実施した。

［実施例２］
焼却灰への硫酸ナトリウム添加量を１０重量％（硫酸イオンとして７重量％）としたこと以外は実施例１と同様にして洗浄試験を行い、結果を表１に示した。

［比較例１］
焼却灰に硫酸ナトリウムを添加しなかったこと以外は実施例１と同様にして洗浄試験を行い、結果を表１に示した。

表１より次のことが明らかである。
混合直後に水洗した場合、硫酸ナトリウムを添加した実施例１、２について、ｐＨ１２．１〜１２．６の範囲で、比較例１に対して、濾過残渣中の塩素含有量（Ｃｌ％）が顕著に低減された。
また、処理灰を７日間養生した場合、ｐＨが炭酸化の影響で１０〜１１程度となったが、混合直後の水洗時と同様に硫酸イオン添加による濾過残渣中の塩素濃度低減効果が確認された。

Claims (3)

1. 灰に、硫酸塩と水を添加し、ｐＨ１０以上のもと混合することにより脱塩を行うことを特徴とする灰の脱塩方法。
2. 前記硫酸塩が、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄および硫酸アルミニウムよりなる群から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１に記載の灰の脱塩方法。
3. 前記硫酸塩を混合した灰をｐＨ１０以上である水洗槽にて水洗することを特徴とする請求項１又は２に記載の灰の脱塩方法。