JP7169601B1 - 焼却灰の無害化方法及び再生肥料の生産方法 - Google Patents
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Abstract
Description
バイオマス発電で使用される燃料としては、国内間伐材、未利用材、製材端材、海外からの輸入バイオマス燃料(主として、木質系チップ、ホワイトペレット、PKS等)、建築廃材、食品残渣、糞尿などの下水汚泥等がある。特に、国内間伐材、未利用材、製材端材、海外からの輸入バイオマス燃料を使用するバイオマス発電設備が増加し、それに伴って同設備から発生する焼却灰が急増しており、その有効利用が喫緊の課題となっている。
しかし、その焼却灰には、人体に極めて有害な六価クロムが含まれており、セレン、フッ素、鉛等が環境基準値を超過して含まれる場合もあるため、バイオマス発電設備において発生する焼却灰の有効利用に際しては、これらの有害物質を低減させる必要がある。
例えば、特許文献1(特開2005-253313号公報、特許第4610912号公報)には、30~80重量%のSiO2を含有する廃棄物(バイオマス燃焼灰を含む)に、石灰原料、苦土原料、炭酸原料及びこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される添加材料を加えて、換算CaO含有量が5~50重量%、換算MgO含有量が1~10重量%、及び換算CO3含有量が0.5~10重量%となるように組成を調整した混合材料と、該混合材料をスラリ化するための水とを含有するスラリに対して水熱処理を行い、更に固液分離を行って得られる湿潤状態のケーキに、該ケーキの乾燥物と同じ組成の乾粉を加えて乾燥させて得られる肥料等に適用可能な緑化資材組成物が記載されている(特に、請求項1、16及び段落0001等を参照)。しかし、この方法は、水熱処理により有害重金属を難溶化することで無害化を行っている。
しかし、この方法は、燃料や発電設備に関する工夫であり、また、燃焼中の生成ガスの比を調整することが困難なため、簡便に実施することができないという課題がある。
しかし、この方法では、焼却灰に含まれる六価クロムとフッ素以外の有害物質であるセレンや鉛等の低減について考慮されていないという課題がある。
また、この発明における六価クロムの低減メカニズムは主に植物由来微生物による発酵過程によるものであり、低減に要する期間は長くなることが予想され、低減メカニズム自体についても明確に解明されていない。
しかし、この方法は、バイオマス資源の焼却灰を無害化した後に特殊肥料として有効利用を行うことを目的としたものではない。
そして、この方法は、鶏糞のみではなく、籾殻炭及び籾殻酢液又は鶏糞から成る基本浄化資材に多孔質資材を調合する浄化方法である。
また、この方法は、土壌や汚泥に対する効果を示しているが、焼却灰への有効性については明らかでない。
さらに、従来は有害物質の低減という場合、主に六価クロムの低減を重視してきたが、焼却灰には六価クロム以外にセレン、フッ素、鉛等の有害物質も環境基準値以上含まれていることがあるので、これらも必要に応じて低減しなければならない。
また、本発明は、六価クロム以外にバイオマス資源の焼却灰に含まれるセレン、フッ素及び鉛等の有害物質を封じ込め、水脈等の外部環境へ溶出しないようにすることを第2の課題としている。
さらに、本発明は、バイオマス資源の焼却灰を無害化して、急増するバイオマス発電設備から発生する焼却灰を有効に活用することを第3の課題としている。
なお、本発明における無害化とは、廃棄物の処理及び清掃に関する法律に記載されている無害化処理(廃棄物を人の健康又は生活環境に係る被害が生ずるおそれがない性状にすること)と同じ意味を指す。
化学反応によって、前記焼却灰を無害化する焼却灰の無害化方法であって、
前記バイオマス資源は、国内間伐材、未利用材、製材端材、木質系チップ、木質ペレット又はPKSであり、
前記焼却灰と前記有機性廃棄物の重量比は、1:0.1~10であり、
前記焼却灰及び前記有機性廃棄物の混合物と前記水分の重量比は、1:0.2~0.4であり、
前記有機性廃棄物の酸化還元電位は、前記焼却灰の酸化還元電位と同じ又は前記焼却灰の酸化還元電位より還元側であり、
前記有機性廃棄物のpHは、前記焼却灰のpHと同じ又は前記焼却灰のpHより酸性側であることを特徴とする。
化学反応によって、前記焼却灰を無害化する焼却灰の無害化方法であって、
前記焼却灰と前記有機性廃棄物の重量比は、1:0.1~10であり、
前記焼却灰及び前記有機性廃棄物の混合物と前記水分の重量比は、1:0.1~1.0であり、
前記有機性廃棄物の酸化還元電位は、前記焼却灰の酸化還元電位と同じ又は前記焼却灰の酸化還元電位より還元側であり、
前記有機性廃棄物のpHは、前記焼却灰のpHと同じ又は前記焼却灰のpHより酸性側であり、
前記焼却灰は、マグネシウムを含む化合物及びアルミニウムを含む化合物を含有しており、
前記焼却灰、前記有機性廃棄物及び前記水分の混合期間は、7日以上であり、
前記焼却灰及び前記有機性廃棄物の混合物と前記水分の重量比を混合時に1:0.1~1.0とし、前記混合期間を経ることでハイドロタルサイト又はエトリンガイトを生成し、有害物質を封じ込めることを特徴とする。
図1は、バイオマス資源の発電への利用、バイオマス発電所で発生する焼却灰を無害化した再生肥料の生産及び再生肥料の利用に関する概念図である。
バイオマス資源は、国内の農地や林地にある樹木の間伐材等及び海外にあるバイオマス燃料用植林地等で生育した樹木から加工されるウッドペレット等であり、これらを船舶やトラック等でバイオマス発電所に運んで燃やし、タービンを回転させて発電する。
バイオマス発電所においてバイオマス資源を燃焼させることによって発生する焼却灰を、直接又はトラック等で現地又は近隣にある再生工場に運び、この焼却灰に養鶏場や採卵事業者等から供給される鶏糞等の有機性廃棄物と混ぜ合わせるとともに水分調整を行って、焼却灰に含まれる六価クロム等の有害物質を無害化して再生肥料を製造する。
製造した再生肥料は、国内の農地や林地向けの販売や、輸出して海外のバイオマス燃料用植林地や農場向けの販売が可能であるため、ループ状の燃料サイクルが完成する。
バイオマス資源1は、バイオマス発電所2で電力を得るために燃やされると焼却灰3となる。この焼却灰3に、養鶏場等4から供給される鶏糞等の有機性廃棄物5及び水分6を混合して無害化すると、焼却灰再生肥料7を生産することができる。
ここで、焼却灰3と有機性廃棄物5の重量比は1:0.1~10が好ましく、焼却灰3及び有機性廃棄物5の混合物と水分6の重量比は1:0.1~1.0が好ましい。
ただし、焼却灰3を有効利用しつつ確実に無害化するためには、焼却灰3と有機性廃棄物5の重量比を1:0.1~3.0とするのがより好ましく、焼却灰3及び有機性廃棄物5の混合物と水分6の重量比を1:0.2~0.5とするのがより好ましく、自然乾燥による水分量低下に伴い適時加水をして重量比を保持する方が良い。
そして、前者の重量比が1:0.1未満の場合は、無害化が不完全になり有害物質の量が環境基準値以下とならないおそれがあり、逆に同重量比が1:3.0を超える場合は、焼却灰3の有効利用量が減ることとなり、その輸送コスト及び保管コストが過大となって不経済であり、有機性廃棄物5に多く含まれる有害物質の問題も生じる。
また、有機性廃棄物5の酸化還元電位(以下「ORP」という。)は、焼却灰3のORPと同じ又は焼却灰3のORPより還元側、かつ、有機性廃棄物5のpHは、焼却灰3のpHと同じ又は焼却灰3のpHより酸性側(すなわち、焼却灰3のORP及びpH≧有機性廃棄物5のORP及びpH)とする必要がある。
また、焼却灰3、有機性廃棄物5及び水分6の混合物を数日以上保管し、焼却灰3及び有機性廃棄物5の混合物と水分6の重量比を、自然乾燥による水分量低下で1:0.1未満にならないようにすれば、通常焼却灰3に含まれているマグネシウムを含む化合物及びアルミニウムを含む化合物が水分6等と反応し、層状のハイドロタルサイトが生成される。
そして、その層状体の間に、焼却灰3に含まれる負の電荷を有する有害物質を封じ込めることができるので、負の電荷を有する有害物質が水脈等の外部環境へ溶出することを防止できる。また、上記工程でエトリンガイトが生成される場合もあり、エトリンガイトはフッ素、セレン、鉛、カドミウム 等の有害物質を封じ込めることができる。
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。
そして、表1に、実施例1で使用する焼却灰と鶏糞のORP及びpH、並びに六価クロムの分析値を示す。
なお、表2には記載しなかったが、焼却灰、鶏糞及び水分の混合物のORPは、いずれの場合でも混合して間もなく-62mg/l程度となっており、pHは12.9から13.1となった。
従来の微生物発酵で発生する硫化水素による還元反応では、六価クロムから三価クロムに変化するのに少なくとも1か月程度を要していたことを考えると、実施例1の無害化方法による六価クロムから三価クロムへの変化は非常に短期間で生じているといえる。
表3は、実施例2で使用する焼却灰中に含まれるマグネシウムとアルミニウムの含有量及び結晶形を、それぞれ蛍光X線分析法及びX線回折分析法で分析した結果である。
このようなMgを含む化合物及びAlを含む化合物を含有している焼却灰からは層状のハイドロタルサイトを生成させることができ、ハイドロタルサイトの層状体の間には、図4のイメージ図に示すように、負の電荷を有する有害物質を封じ込めることができる。
表4には、実施例2で焼却灰、鶏糞及び水分を混合した混合物に含まれる結晶形をX線回折分析法で分析した結果と、ハイドロタルサイトの生成状況を記載した。
表5に、実施例3で使用する焼却灰と鶏糞に含まれる有害成分のうち環境基準値を超過するものの分析値を示す。また、同焼却灰と同鶏糞の重量比を4:1(焼却灰に対する鶏糞の量を20重量%)として混合し、混合時の焼却灰及び鶏糞の混合物に対する水分の量を40重量%として1か月間養生した混合物の分析値を示す。比較のため同焼却灰及び同鶏糞の前記混合割合に基づく加重平均計算値も示す。
表7に、実施例4に係る焼却灰及び鶏糞の混合割合に基づく加重平均計算値並びに同無害化方法実施後(無害化後)における混合物の分析値について、pHと主な肥料成分及び有害成分のうち表1及び表5に示した成分を示す。また、参考のため、各有害成分の環境基準値も合わせて示してある。
また、混合物に含まれる有害成分は、六価クロム、セレン、フッ素及び鉛のいずれも、環境基準値程度又は未満まで低減できている。
図3から、焼却灰のORP及びpHの分析値は-122mV及び12.5(六価クロム域内)であり、鶏糞のORP及びpHの分析値は-109mV及び8.75(三価クロム域内)であるところ、実施例4の無害化方法実施後の混合物においては、ORP及びpHの分析値が-56mV及び10.46(三価クロム域内)となっており、主として焼却灰に含まれていた六価クロムが還元され、無害な三価クロムに変化したことが分かる。
また、焼却灰に対してORP及びpHの小さい物質を水分とともに混合することで、六価クロムを還元し無害な三価クロムにすることができ、かつ、焼却灰の場合pHよりORPの方が下がり易いと推測されるので、焼却灰を短期間で無害化する際は、よりORPの小さい有機性廃棄物を用いた方が良く、鶏糞等の有機性廃棄物を入手しにくい場合には、硫酸第1鉄やシュウ酸ナトリウム等の還元剤を有機性廃棄物に添加すると良い。
(1)実施形態においては、焼却灰再生肥料の形態を限定していなかったが、施肥に際しての取り扱い上の利便性を考慮すると、粒状又はペレット状とすればより良い。
(2)実施例1においては、焼却灰に対する鶏糞量と焼却灰及び鶏糞の混合物に対する水分量を最適化すれば、混合後1日以内に六価クロムの量を環境基準値以下にできるので、保持期間は20時間まで短縮することが可能である。
(3)ハイドロタルサイト又はエトリンガイト等の生成においては、マグネシウムを含む化合物とアルミニウムを含む化合物の含有量が多い焼却灰を利用したり、マグネシウム化合物やアルミニウム化合物を添加したりすることによって、ハイドロタルサイト又はエトリンガイトの生成期間を短縮できるので、保持期間は7日まで短縮することが可能である。
4 養鶏場等 5 有機性廃棄物 6 水分 7 焼却灰再生肥料
Claims (3)
- バイオマス資源の焼却灰、有機性廃棄物及び水分を混合し、
化学反応によって、前記焼却灰を無害化する焼却灰の無害化方法であって、
前記バイオマス資源は、国内間伐材、未利用材、製材端材、木質系チップ、木質ペレット又はPKSであり、
前記焼却灰と前記有機性廃棄物の重量比は、1:0.1~10であり、
前記焼却灰及び前記有機性廃棄物の混合物と前記水分の重量比は、1:0.2~0.4であり、
前記有機性廃棄物の酸化還元電位は、前記焼却灰の酸化還元電位と同じ又は前記焼却灰の酸化還元電位より還元側であり、
前記有機性廃棄物のpHは、前記焼却灰のpHと同じ又は前記焼却灰のpHより酸性側である
ことを特徴とする焼却灰の無害化方法。 - バイオマス資源の焼却灰、有機性廃棄物及び水分を混合し、
化学反応によって、前記焼却灰を無害化する焼却灰の無害化方法であって、
前記焼却灰と前記有機性廃棄物の重量比は、1:0.1~10であり、
前記焼却灰及び前記有機性廃棄物の混合物と前記水分の重量比は、1:0.1~1.0であり、
前記有機性廃棄物の酸化還元電位は、前記焼却灰の酸化還元電位と同じ又は前記焼却灰の酸化還元電位より還元側であり、
前記有機性廃棄物のpHは、前記焼却灰のpHと同じ又は前記焼却灰のpHより酸性側であり、
前記焼却灰は、マグネシウムを含む化合物及びアルミニウムを含む化合物を含有しており、
前記焼却灰、前記有機性廃棄物及び前記水分の混合期間は、7日以上であり、
前記焼却灰及び前記有機性廃棄物の混合物と前記水分の重量比を混合時に1:0.1~1.0とし、前記混合期間を経ることでハイドロタルサイト又はエトリンガイトを生成し、有害物質を封じ込める
ことを特徴とする焼却灰の無害化方法。 - 請求項1又は2に記載されている焼却灰の無害化方法を用いて、バイオマス資源の焼却灰による肥料を生産する
ことを特徴とする焼却灰再生肥料の生産方法。
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