JP6236653B2 - 焼却灰安定化方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は、焼却灰に含まれる重金属類を安定化する焼却灰安定化方法および装置に関する。
現在、日本国の焼却処理施設より、年間合計約８００万トンもの一般廃棄物焼却残渣（焼却底灰、焼却飛灰や溶融飛灰等の焼却灰）が排出されている。これらの焼却灰は、高濃度の重金属類（特に鉛）を含有しているため、薬剤（キレート剤）を用いて不溶化（安定化）処理を施した後、管理型処分場に廃棄処分されているのが現状である。
ところが、薬剤処理では、コストがかかること、一度不溶化させたものが、環境変化に伴い再溶出する可能性があることや、環境条件によっては硫化水素ガスが発生すること等の問題がある。そこで、本発明者らは、薬剤に代わる不溶化（安定化）処理方法として紫外線照射処理による方法を提案している（特許文献１参照。）。
しかしながら、紫外線を用いた安定化方法では、処理日数が２ヶ月近くかかるという課題を有する。そこで、本発明においては、薬剤を使用することなく、かつ、紫外線を用いた安定化方法よりも短期間で安定化することが可能な焼却灰安定化方法および装置を提供することを目的とする。
本発明の焼却灰安定化方法は、焼却灰に含まれる重金属類を安定化する焼却灰安定化方法であって、焼却灰にオゾンガスを供給すること、オゾンガスの分解により生じた酸素ラジカルと焼却灰に含まれる重金属類とを反応させ、焼却灰に含まれる重金属類を安定化することを含むことを特徴とする。
また、本発明の焼却灰安定化装置は、焼却灰に含まれる重金属類を安定化する焼却灰安定化装置であって、焼却灰にオゾンガスを供給するオゾンガス供給手段と、オゾンガスの分解により生じた酸素ラジカルと焼却灰に含まれる重金属類とを反応させ、焼却灰に含まれる重金属類を安定化する安定化部とを有するものである。
これらの発明によれば、焼却灰に供給されたオゾンガスの分解により生じた酸素ラジカルによって、焼却灰に含まれる重金属類が短時間で酸化され、安定化する。
ここで、焼却灰中には予め水分を導入することで、オゾンガスの分解によりさらにＯＨラジカルを生じさせ、ＯＨラジカルと焼却灰に含まれる重金属類とを反応させることが望ましい。これにより、ＯＨラジカルによって焼却灰に含まれる重金属類がさらに短時間で酸化され、安定化する。
焼却灰にオゾンガスを供給し、オゾンガスの分解により生じた酸素ラジカルと焼却灰に含まれる重金属類とを反応させ、焼却灰に含まれる重金属類を安定化することにより、薬剤を使用することなく、かつ、紫外線を用いた安定化方法よりも短期間で焼却灰を安定化することが可能となる。
（実施の形態１）
図１は本発明の第１実施形態における焼却灰安定化装置の概略構成図である。図１において、本発明の第１実施形態における焼却灰安定化装置１は、両性金属である鉛（Ｐｂ）や亜鉛（Ｚｎ）等の重金属類を含む焼却灰Ａが内部に保持される中空円筒形の筒体２と、筒体２を回転させる回転手段３と、筒体２内にオゾン（Ｏ３）ガスを供給するオゾンガス供給手段４と、筒体２をオゾンガスが分解される温度まで加熱する加熱手段５とを有する。
図１は本発明の第１実施形態における焼却灰安定化装置の概略構成図である。図１において、本発明の第１実施形態における焼却灰安定化装置１は、両性金属である鉛（Ｐｂ）や亜鉛（Ｚｎ）等の重金属類を含む焼却灰Ａが内部に保持される中空円筒形の筒体２と、筒体２を回転させる回転手段３と、筒体２内にオゾン（Ｏ３）ガスを供給するオゾンガス供給手段４と、筒体２をオゾンガスが分解される温度まで加熱する加熱手段５とを有する。
回転手段３は、筒体２を中空円筒形の中心軸周りに回転させることによって、筒体２内に保持された焼却灰Ａを攪拌するものである。オゾンガス供給手段４により筒体２内に供給されたオゾンガスは、加熱手段５によってオゾンガスが分解される温度（室温〜８００℃程度）まで加熱されることで分解され、酸素ラジカルを生じる。筒体２は、このオゾンガスの分解により生じた酸素ラジカルと焼却灰Ａに含まれる重金属類とを反応させ、焼却灰Ａに含まれる重金属類を安定化する安定化部を構成する。
上記構成の焼却灰安定化装置１では、焼却灰Ａに供給されたオゾンガスの分解により生じた酸素ラジカルによって、焼却灰Ａに含まれる両性金属である鉛（Ｐｂ）や亜鉛（Ｚｎ）等の重金属類が短時間で酸化され、安定化する。例えば、溶解度の高い鉛化合物（例えば、塩化鉛（ＰｂＣｌ２））を酸素ラジカルの強酸化力を利用して酸化させることにより、溶解度の低い鉛化合物（例えば、ＰｂＯ、ＰｂＯ２等）へと形態変化させ、安定化する。したがって、この焼却灰安定化装置１では、薬剤を使用することなく、かつ、紫外線を用いた安定化方法よりも短期間で焼却灰を安定化することが可能となる。
また、焼却灰Ａ中に予め水分を導入し、加水雰囲気中でオゾンガスを分解する構成とすることが望ましい。これにより、さらにＯＨラジカル（ヒドロキシラジカル）を生じさせ、ＯＨラジカルと焼却灰Ａに含まれる重金属類とを反応させ、酸素ラジカルによる効果との相乗効果により、さらに短期間で焼却灰を安定化することが可能となる。第２実施形態においても同様である。
なお、本実施形態においては、オゾンガスの分解は加熱によって行っているが、例えば紫外線照射などの他の方法により行うことも可能である。要するに、焼却灰に供給するオゾンガスの分解により酸素ラジカルを生じさせることができれば良く、さらにＯＨラジカルを生じさせることができればより好ましい。第２実施形態においても同様である。
（実施の形態２）
図２は本発明の第２実施形態における焼却灰安定化装置の概略構成図である。図２において、本発明の第２実施形態における焼却灰安定化装置６は、廃棄物Ｒを焼却する焼却炉１０と、焼却炉１０から排出される排ガスに含まれる有害物質を除去する排ガス処理部（スクラバー）１１とを接続する配管の途中に設けられたものであり、焼却炉１０からの排ガスを通過させる管７と、管７内にオゾンガスを供給するオゾンガス供給手段としてのオゾン源８ａおよびオゾン供給管８ｂと、管７内をオゾンガスが分解される高温領域とする加熱手段９とを有する。加熱手段９は、バーナーやヒーターなどの加熱装置を用いることも可能であるが、焼却炉１０により生じる予熱を利用することも可能である。
図２は本発明の第２実施形態における焼却灰安定化装置の概略構成図である。図２において、本発明の第２実施形態における焼却灰安定化装置６は、廃棄物Ｒを焼却する焼却炉１０と、焼却炉１０から排出される排ガスに含まれる有害物質を除去する排ガス処理部（スクラバー）１１とを接続する配管の途中に設けられたものであり、焼却炉１０からの排ガスを通過させる管７と、管７内にオゾンガスを供給するオゾンガス供給手段としてのオゾン源８ａおよびオゾン供給管８ｂと、管７内をオゾンガスが分解される高温領域とする加熱手段９とを有する。加熱手段９は、バーナーやヒーターなどの加熱装置を用いることも可能であるが、焼却炉１０により生じる予熱を利用することも可能である。
焼却炉１０から排出される排ガスには、焼却灰としての飛灰Ｂが含まれており、この飛灰Ｂを含む排ガスが通過する管７内にオゾンガスを供給し、管７内をオゾンガスが分解される高温領域とすることで、管７は、オゾンガスの分解により生じた酸素ラジカルと飛灰Ｂに含まれる重金属類とを反応させ、飛灰Ｂに含まれる重金属類を安定化する安定化部を構成している。
これにより、第１実施形態と同様、飛灰Ｂに供給されたオゾンガスの分解により生じた酸素ラジカルによって、飛灰Ｂに含まれる重金属類が短時間で酸化され、安定化する。したがって、この焼却灰安定化装置６では、薬剤を使用することなく、かつ、紫外線を用いた安定化方法よりも短期間で焼却灰を安定化することが可能となる。
本発明の焼却灰安定化方法による効果について確認試験を行った。図３は試験装置の概略構成図を示している。
図３に示すように、この試験装置２０は、焼却灰としての飛灰Ｂを導入し、オゾンガスの分解により生じた酸素ラジカルと飛灰Ｂに含まれる重金属類とを反応させるテストセル２１と、テストセル２１を加熱し、オゾンガスを熱分解する加熱手段としてのマントルヒーター２２と、テストセル２１内に供給するオゾンガスを発生するオゾナイザー（オゾン発生装置）２３とを有する。
テストセル２１は、チャンバー内に攪拌フィン（図示せず。）を備えており、その攪拌により飛灰Ｂに含まれる重金属類の酸化を促進するようになっている。また、テストセル２１の前後の配管３０，３１にはそれぞれ排気コック２４，２５を介してオゾン濃度測定器２６ａ，２６ｂが接続されている。また、オゾナイザー２３にＯ２ガスおよびＮ２ガスをそれぞれ供給する配管３２，３３の途中には、それぞれ流量計２７ａ，２７ｂを備えている。また、テストセル２１には、内部の温度を測定する温度計２８が設けられている。
（１）オゾン濃度特性
図４〜図６は処理時間と鉛（Ｐｂ）溶出濃度の関係を示す図である。Ｐｂ溶出濃度の測定は、以下の手順により行った。
（１）安定化処理後の飛灰Ｂを、環境庁告示第４６号法試験に則り、液固比（Ｌ／Ｓ）＝１０で純水と混合し、６時間振とうさせた。
（２）その後、回転数３０００ｒｐｍで遠心分離し、上水を採水し、０．４５μｍのろ紙を用いてろ過した。
（３）ろ過してできたろ液を、ＪＩＳ Ｋ ０１０２に準拠し、ＩＣＰプラズマ発光分析装置（ＩＣＰ７０００−Ｖｅｒ．２：島津製作所製）を用いて定量した。
図４〜図６は処理時間と鉛（Ｐｂ）溶出濃度の関係を示す図である。Ｐｂ溶出濃度の測定は、以下の手順により行った。
（１）安定化処理後の飛灰Ｂを、環境庁告示第４６号法試験に則り、液固比（Ｌ／Ｓ）＝１０で純水と混合し、６時間振とうさせた。
（２）その後、回転数３０００ｒｐｍで遠心分離し、上水を採水し、０．４５μｍのろ紙を用いてろ過した。
（３）ろ過してできたろ液を、ＪＩＳ Ｋ ０１０２に準拠し、ＩＣＰプラズマ発光分析装置（ＩＣＰ７０００−Ｖｅｒ．２：島津製作所製）を用いて定量した。
なお、図４に示す例では、分析しやすくするため、液固比５０で検液を作成した。図５は実際に土壌環境基準や埋立基準と比較するために液固比１０で検液を作成し、分析した結果である。また、図５には亜鉛（Ｚｎ）の溶出濃度についても同様に測定して示している。図６はテストセル２１内温度が３７３℃の場合を示している。
図４から分かるように、テストセル２１内の温度が１７７℃の場合には、オゾン濃度５００ｐｐｍのときのＰｂ安定化効果が３００ｐｐｍのときよりも大きく、２０℃の場合には、同等であった。２０℃では、熱分解による酸素ラジカル生成処理限界がオゾン濃度３００ｐｐｍ以下であったと考えられる。一方、１７７℃では酸素ラジカル生成処理限界が増大したため、オゾン濃度５００ｐｐｍのときの方が処理能力が高かったと考えられる。
また、図５から分かるように、鉛（Ｐｂ）と同じ両性金属である亜鉛（Ｚｎ）でも同様の効果が得られており、他の重金属類であっても同様に、酸素ラジカルの強酸化力を利用して酸化させることにより、安定化することが可能であると考えられる。
また、図６から分かるように、テストセル２１内温度３７３℃、オゾン濃度１４００ｐｐｍのときが最もＰｂ安定化効果が高かった。酸素ラジカル量が大きくなったこと、および、それに見合う酸素ラジカル生成処理を実現する温度が設定されたためと考えられる。なお、３７３℃のとき、処理開始時のＰｂ溶出濃度が５００ｐｐｍのときが大きくなっているが、飛灰Ｂに含まれるＰｂ濃度が元々不安定であること、温度が高い方がオゾンの分解速度が大きいため、Ｐｂ濃度のばらつきの影響が大きく出てしまったと考えられる。
（２）温度特性
図４から分かるように、オゾン濃度５００ｐｐｍで、テストセル２１内の温度が１７７℃のときのＰｂ安定化効果が２０℃のときよりも大きかった。さらに、３７３℃（１４００ｐｐｍ）の方がＰｂ安定化効果が大きく、温度が高いほど、オゾンガスの熱分解（酸素ラジカル生成量）が大きくなることが確認できた。なお、温度が高すぎると酸素ラジカルの寿命が短くなってしまうため、上限としては８００℃程度がＰｂ安定化には適当であると考えられる。
図４から分かるように、オゾン濃度５００ｐｐｍで、テストセル２１内の温度が１７７℃のときのＰｂ安定化効果が２０℃のときよりも大きかった。さらに、３７３℃（１４００ｐｐｍ）の方がＰｂ安定化効果が大きく、温度が高いほど、オゾンガスの熱分解（酸素ラジカル生成量）が大きくなることが確認できた。なお、温度が高すぎると酸素ラジカルの寿命が短くなってしまうため、上限としては８００℃程度がＰｂ安定化には適当であると考えられる。
（３）加水処理
図７は焼却飛灰の含水比を変えた場合の処理時間と鉛（Ｐｂ）溶出濃度の関係を示す図である。図７から分かるように、水分が含まれている方が、Ｐｂ安定化への高速処理が可能であった。オゾンガスの熱分解の際、水分雰囲気にあるため、酸素ラジカルの他にＯＨラジカルも生成され、このＯＨラジカルがＰｂ安定化に寄与していると考えられ、処理速度も向上している。
図７は焼却飛灰の含水比を変えた場合の処理時間と鉛（Ｐｂ）溶出濃度の関係を示す図である。図７から分かるように、水分が含まれている方が、Ｐｂ安定化への高速処理が可能であった。オゾンガスの熱分解の際、水分雰囲気にあるため、酸素ラジカルの他にＯＨラジカルも生成され、このＯＨラジカルがＰｂ安定化に寄与していると考えられ、処理速度も向上している。
本発明は、焼却灰に含まれる重金属類を安定化する焼却灰安定化方法および装置として有用であり、特に、薬剤を使用することなく、かつ、紫外線を用いた安定化方法よりも短期間で安定化することが可能な焼却灰安定化方法および装置として好適である。
１，６ 焼却灰安定化装置
２ 筒体
３ 回転手段
４ オゾンガス供給手段
５，９ 加熱手段
７ 管
８ａ オゾン源
８ｂ オゾン供給管
１０ 焼却炉
１１ 排ガス処理部
２０ 試験装置
２１ テストセル
２２ マントルヒーター
２３ オゾナイザー
２４，２５ 排気コック
２６ａ，２６ｂ オゾン濃度測定器
２７ａ，２７ｂ 流量計
２８ 温度計
３０，３１，３２，３３ 配管
２ 筒体
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５，９ 加熱手段
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８ｂ オゾン供給管
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２３ オゾナイザー
２４，２５ 排気コック
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２７ａ，２７ｂ 流量計
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３０，３１，３２，３３ 配管
Claims (7)
- 焼却灰に含まれる重金属類を安定化する焼却灰安定化方法であって、
前記焼却灰にオゾンガスを供給すること、
前記オゾンガスを１７７℃乃至８００℃の範囲に加熱して分解すること、
前記オゾンガスの分解により生じた酸素ラジカルと前記焼却灰に含まれる重金属類とを反応させ、前記焼却灰に含まれる重金属類を安定化すること
を含む焼却灰安定化方法。 - 前記焼却灰中に予め水分を導入することで、前記オゾンガスの分解によりさらにＯＨラジカルを生じさせ、前記ＯＨラジカルと前記焼却灰に含まれる重金属類とを反応させることを特徴とする請求項１記載の焼却灰安定化方法。
- 焼却灰に含まれる重金属類を安定化する焼却灰安定化方法であって、
焼却炉からの焼却灰を含む排ガスを通過させる管内にオゾンガスを供給すること、
前記管内を加熱して前記オゾンガスが分解される高温領域とすること、
前記オゾンガスの分解により生じた酸素ラジカルと前記焼却灰に含まれる重金属類とを反応させ、前記焼却灰に含まれる重金属類を安定化すること
を含む焼却灰安定化方法。 - 焼却灰に含まれる重金属類を安定化する焼却灰安定化装置であって、
前記焼却灰にオゾンガスを供給するオゾンガス供給手段と、
前記オゾンガスを１７７℃乃至８００℃の範囲に加熱して分解する加熱手段と、
前記オゾンガスの分解により生じた酸素ラジカルと前記焼却灰に含まれる重金属類とを反応させ、前記焼却灰に含まれる重金属類を安定化する安定化部と
を有する焼却灰安定化装置。 - 前記安定化部は、中空円筒形の筒体と、前記筒体を回転させる回転手段と、前記筒体を前記オゾンガスが分解される温度まで加熱する加熱手段とを有する請求項４記載の焼却灰安定化装置。
- 前記安定化部は、焼却炉からの排ガスを通過させる管と、前記管内を前記オゾンガスが分解される高温領域とする加熱手段とを有する請求項４記載の焼却灰安定化装置。
- 焼却灰に含まれる重金属類を安定化する焼却灰安定化装置であって、
焼却炉からの焼却灰を含む排ガスを通過させる管と、前記管内にオゾンガスを供給するオゾンガス供給手段と、前記管内を前記オゾンガスが分解される高温領域とする加熱手段とを有し、前記オゾンガスの分解により生じた酸素ラジカルと前記焼却灰に含まれる重金属類とを反応させ、前記焼却灰に含まれる重金属類を安定化する安定化部と
を有する焼却灰安定化装置。
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| JP2013103893A JP6236653B2 (ja) | 2013-05-16 | 2013-05-16 | 焼却灰安定化方法および装置 |
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