JP5599574B2 - 焼却灰からの土壌改良材およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、微粉状に粉砕処理した焼却灰をチタンの酸化物と混合し、低酸素雰囲気または還元雰囲気において加熱して焼却灰に含まれる金属類を難溶化した簡便な方法で土壌改良材を製造することである。また、本発明の目的は、焼却により中間処理された焼却灰をさらに高温で熱分解させて、減容し、高温溶融し冷却してスラグ化する従来法とは異なり、焼成灰を300℃前後の低温度で熱処理することにより土壌改良材を製造することである。また、本発明の目的は、長期的な視点に基づき、焼却灰を再生利用できる資源として注目し、リサイクル技術の一つとして、実用化された土壌改良材製造するものであり、焼却灰を資源化する新規な方法を提供しようとするものである。
本発明は下記の焼成灰とチタンの酸化物から土壌改良材を製造する方法からなる。
(1)微粉状に粉砕処理した焼却灰をチタンの酸化物と混合し、酸素濃度6%以下である低酸素雰囲気または還元雰囲気において加熱することを特徴とする土壌改良材の製造方法。
(2)焼却灰が100〜300メッシュの微粒子に粉砕処理されている請求項1に記載の土壌改良材の製造方法。
(3)チタンの酸化物が、酸化チタンおよびチタンの複合酸化物から選ばれた1種以上の化合物である上記(1)または(2)に記載の土壌改良材の製造方法。
(4)焼却灰に対し、チタンとして0.0001〜0.01重量%のチタンの酸化物を混合し接触させる上記(1)からは(3)のいずれかに記載の土壌改良材の製造方法。
(5)焼却灰が、都市ゴミの焼却から発生する焼却灰である上記(1)から(4)のいずれかに記載の土壌改良材の製造方法。
(6)上記低酸素雰囲気または還元雰囲気における加熱温度が、300〜900℃の雰囲気温度である上記(1)から(5)のいずれかに記載の土壌改良材の製造方法。
(7)上記(1)から(6)のいずれかに記載の方法により焼却灰から製造されたことを特徴とする土壌改良材。
(8)粒度が0.5〜5mmの範囲にある上記(7)に記載の土壌改良材。
本発明は、微粉状に粉砕処理した焼却灰をチタンの酸化物と混合し、低酸素雰囲気または還元雰囲気において加熱して、焼却灰の吸着能などを賦活することにより、吸水性、保水性および消臭性に優れた土壌改良材を製造し提供するものである。
本発明により製造された土壌改良材は、100〜300メッシュの粒径を有することにより優れた吸水性、保水性を示すとともに優れた消臭性を示すものであるため、悪臭を有する土壌、例えば、産業廃棄物を含んだ土壌の改良には最適である。焼却灰の中にはカルシウム分が20%以上含有されている場合がある。このような焼却灰は弱い水硬性を示すことから、水分調整することで固化する性質を有する。本発明の土壌改良材もこうした性質を利用して、ミキサーでゆっくり攪拌することで小さな粒状とすることができ、例えば、砂の代替品として、吸水性を有する土壌改良用の砂として有用である。水硬性または造粒特性を付与するために少量の消石灰やセメント類を添加してもよい。
本発明の土壌改良材を使用するには、土壌1kgに対し2〜250g、好ましくは30〜150g添加混合する。また、本発明の土壌改良材に、更に消臭特性を高度化するには、公知の脱臭剤から選ばれた1種以上と併用することができる。例えば、活性炭、ゼオライト、シリカゲル、アルミナ、酸性白土、活性白土、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化第二鉄、金、銀、白金等の貴金属類等が挙げられる。
本発明が原料とする焼却灰としては、都市ごみの一般焼却灰が典型的な例であるが、各種の金属化合物を含む焼却灰であれば利用することができ、焼却灰の他の例としては、活性汚泥、下水汚泥、消化汚泥等の汚泥類の焼却灰、産業廃棄物の焼却灰を挙げることができるが、有害なダイオキシン類などを含有しない焼却灰であることが望ましい。焼却灰にはカドミウム、鉛、六価クロムのような有害物質が含有されている場合があり、しかも、有害物質の種類、含有量は常に変動しているが、本発明はそれらに対応して確実に有用な土壌改良材を製造することができる方法であるとも言える。
焼却灰は、反応器内での粒子の外表面積が大きいほど活性が大きくなるので原料焼却灰の粒径は小さいほどよい。焼却灰を土壌改良材として利用するには、焼却灰の金属成分を難溶性金属化合物に変えることが必要であり、また、触媒性能および吸着性能を高くするためには金属成分の表面を広げるために焼却灰を微粉砕にしなければならない。焼却灰を微粉化することにより生成した金属化合物の表面積が大きくなり触媒活性が大となり、添加するチタンの酸化物との反応性、ならびに、焼却灰の重金属類を含む異種金属化合物の混合物間あるいは添加するチタンの酸化物との相互分解・反応が良好となる。本発明の土壌改良材の製造方法において、焼却灰の表面積を拡大するために、好ましくは100〜300メッシュ、さらに好ましくは150〜250メッシュの微粒子に粉砕処理する粉砕処理工程を還元反応処理工程の前に設けることが好適である。
本発明の触媒能と吸着能の賦活化された焼却灰からなる土壌改良材を製造する原材料としては焼却灰とチタンの酸化物を主要成分とするものである。チタンの酸化物としては、例えば、酸化チタン、チタン酸塩またはチタン複合酸化物としてチタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸鉄、チタン酸カリウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸アルミニウム、ニッケル、コバルト、ジルコニウム等を含むチタン複合酸化物を挙げることができる。また、チタン鉱石として知られている、イルメナイト、ゲイキ石、バイロファン石等の粉砕物を特別な処理を施すことなく用いることができる。
一般家庭廃棄物、下水汚泥、産業廃棄物等の焼却灰の再焼却に先だってチタンの酸化物を上記の範囲から選択した量を添加し、チタンの含有量を調整する。再焼成する時には、原料焼却灰に含まれるチタン(チタンの酸化物)量の確認が必要で、原料焼却灰に含まれるチタン(チタンの酸化物)量を勘案して添加するチタンの酸化物の量を決めて、再焼却時に粉体状のチタンの酸化物を添加して焼却する。そうすることにより、チタンの酸化物の触媒作用で、重金属類を含む異種金属化合物の混合物である焼却灰を250℃前後の低い温度で効率よく相互分解・反応させ、重金属類を難溶性金属化合物に変化させるとともに吸着能などを賦活化させて土壌改良材に再加工することができる。
通常、焼却灰は金属もしくは非金属元素の酸化物の混合体であり、場合によっては毒性物質の発生もあり得るため、酸化反応を極力小さくし、金属酸化物を金属状態に近づけると同時に共存する金属類間の反応を促進するために不活性ガス雰囲気下、低酸素雰囲気下または還元雰囲気下に加熱することが好適である。チタンの酸化物の存在下に低酸素雰囲気または還元雰囲気においては、焼却灰から触媒を製造する工程において、焼却灰中に含まれる有害物質を除去または無害化することができる。通常、焼却灰からダイオキシン類を分解除去するには、ダイオキシン類の完全な分解を考慮して、処理温度は雰囲気温度900℃前後とすることが好適であるとされている。炉内温度800〜900℃で処理する加熱処理工程を設けて、焼却灰の含水率を短時間で低減(2%以下)する場合には、銅処理と同時に排ガス中のダイオキシン類の熱分解を行ってもよい。しかし、この乾燥工程は必ずしも必要ではなく、ダイオキシン類の除去を次の還元加熱工程と同時に行なうことが好ましい。
次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
本実施例では、焼却灰サンプルとしてストーカ炉方式の焼却場および流動床炉方式の焼却場より採取したものを使用して土壌改良材を製造した。本発明の製造装置は、焼却灰再資源化プラントシステムの還元反応設備、安定化反応設備、排煙処理設備等の設備からなる。
(2)選別設備:粒度選別:振動篩(スクリーン網目50mm、粒度50mm以上除外、粒度50mm以下次工程へ)鉄分選別:磁選機〔鉄分除外(比較的粗大な鉄分)〕
(3)破砕処理:粒度100メッシュ以下に破砕
(4)還元反応設備:雰囲気温度約900℃、焼却灰温度約600℃、処理時間約40分、添加剤(チタンの複合酸化物)、酸素濃度約6%、加熱源(A重油)
主反応:有機塩素化合物の脱塩素化;灰中のダイオキシン類分解、有機塩素化合物の熱分解;炉内のダイオキシン類分解;重金属化合物とチタンの複合酸化との反応、触媒活性の付与
(5)破砕・粉砕設備:破砕設備:粒度10〜20mm以下、鉄分選別:鉄分除去(比較的微細な鉄分)、粉砕処理:粒度150メッシュ(95%)
(6)安定化反応設備:処理温度約200℃、処理時間約60分、酸素濃度約6% 加熱源(廃熱利用)
製造した土壌改良材中のダイオキシン類濃度を測定したところ、「毒性等量」は「0.000」であった。また、生成物の重金属溶出性の評価実験を行ったところ、重金属類の溶出はほとんど認められなかった。
焼却灰サンプルはストーカ炉方式の焼却場より採取したものを使用した。実施例1と同様にして本発明の土壌改良材を製造した。焼却灰化から土壌改良材を製造する再資源化プラントシステムは、乾燥処理設備、還元反応設備、安定化処理設備を有し、実施例1の設備に乾燥処理設備を付属させたものである。酸素量は3%に設定して、酸素媒体による反応を抑制した。還元的雰囲気内では、特に有害元素等は酸素よりも硫黄と反応しやすく、ケイ酸塩類は逆に硫黄よりも酸素と反応しやすい。
排ガス中のダイオキシン類の熱分解 粉砕処理工程 処理 乾燥焼却灰を粒度100メッシュ以下に粉砕 効果 焼却灰の表面積増大による反応速度向上及び安定化
(2)一次反応処理工程(還元処理工程)
処理: 添加剤(主成分:酸化チタン)を混入 炉内酸素濃度3% 、排煙処理設備:排ガス急冷装置+バグファイルタ、 効果: 焼却灰中のダイオキシン類の脱塩素化および熱分解
、重金属溶出防止
実施例1で製造した製品の金属溶出試験を行い、土壌改良材としての適応性を検討した。溶出した金属類の試験は、JIS K 0102におけるカドニウム、鉛、六価クロム、砒素、セレンの計量法により、水銀は昭和46環境報告59号付表1に記載の計量法によった。測定結果は表2に示した。測定した全ての金属類は難溶性となっており、本発明の土壌改良材を使用しても環境を汚染し、また人体に悪影響を及ぼすことはないことが判明した。
Claims (8)
- 微粉状に粉砕処理した焼却灰をチタンの酸化物と混合し、酸素濃度6%以下である低酸素雰囲気または還元雰囲気において加熱することを特徴とする土壌改良材の製造方法。
- 焼却灰が100〜300メッシュの微粒子に粉砕処理されている請求項1に記載の土壌改良材の製造方法。
- チタンの酸化物が、酸化チタンおよびチタンの複合酸化物から選ばれた1種以上の化合物である請求項1または2に記載の土壌改良材の製造方法。
- 焼却灰に対し、チタンとして0.0001〜0.01重量%のチタンの酸化物を混合し接触させる請求項1からは3のいずれかに記載の土壌改良材の製造方法。
- 焼却灰が、都市ゴミの焼却から発生する焼却灰である請求項1から4のいずれかに記載の土壌改良材の製造方法。
- 上記低酸素雰囲気または還元雰囲気における加熱温度が、300〜900℃の雰囲気温度である請求項1から5のいずれかに記載の土壌改良材の製造方法。
- 請求項1から6のいずれかに記載の方法により焼却灰から製造されたことを特徴とする土壌改良材。
- 粒度が0.5〜5mmの範囲にある請求項7に記載の土壌改良材。
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