JPH09187752A - 廃棄物焼却灰及び溶融飛灰の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】有害重金属を含む焼却灰、溶融飛灰を無害化す
ることができる処理方法を提供する。 【解決手段】廃棄物焼却灰を酸またはアルカリで処理し
て有害重金属を抜き取り無害化する。このとき液側に移
行した有害重金属はキレート剤あるいは硫化物剤により
捕捉し、無害スラッジとする。有害重金属をほとんど含
まない灰が得られるので、焼却灰の有効利用が可能とな
る。また溶融飛灰に酸性水を添加して溶融飛灰をほぼ液
化・溶解させ、液中に溶解している有害重金属をキレー
トあるいは硫化物剤にて捕集する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、下水汚泥焼却炉、
廃棄物焼却炉、都市ゴミ焼却炉等から排出される廃棄物
焼却灰の処理方法、及びこの廃棄物焼却灰や排ガス処理
で集塵された灰を溶融処理する際に生じる溶融飛灰の処
理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記のような各種焼却炉から排出される
廃棄物焼却灰には多くの場合有害重金属が含まれてお
り、平成７年度に行われた処分基準値の見直しによりそ
の安全性、溶出性がクローズアップされている。また、
廃棄物焼却灰に含有される有害重金属は、焼却灰を建築
資材等として有効利用することの妨げとなっている。特
に都市ごみの焼却炉から発生した焼却飛灰は、多量のC
d,Pb,Cr,Cu,Zn,As 等を含むために有害性が高く、法律
において中間処理が義務づけられている。

【０００３】この法定の焼却飛灰の中間処理は、薬剤
混練法、酸抽出硫化物固定法、セメント固化法、
溶融固化法であるが、いずれもその後は埋め立て処分す
ることを目的としている。しかし埋め立て処分には用地
等の制約があるため、廃棄物焼却灰を埋め立てることな
く有効利用できるように無害化する方法が求められてい
る。

【０００４】また、本発明により処理される溶融飛灰と
は、産業廃棄物等を焼却して生成した焼却灰や、排ガス
を処理する際に捕集した飛灰の単独又は混合したものを
約1000〜1600℃で加熱溶融した際に、排ガス処理系統で
捕集される飛灰を指す。この溶融飛灰中には鉛やカドミ
ウム等が多量に含まれており、埋め立て処分時の溶出試
験において溶出する危険性があるとの報告が多数ある。
この溶融飛灰の処理方法としては、焼却飛灰と同様にセ
メントあるいはキレート剤を混練し固化する方法が提案
されているが、単にこれらを溶融飛灰に混練するだけで
は含有される重金属元素との反応性が低く、例えば鉛等
が溶出するおそれが残されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の問題点を解決し、有害重金属を含む廃棄物焼却灰を無
害化し、その有効利用を図ることができるようにした廃
棄物焼却灰の処理方法を提供することを目的とするもの
である。また本発明の他の目的は、有害重金属を含む溶
融飛灰を無害化することができる溶融飛灰の処理方法を
提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明の廃棄物焼却灰の処理方法は、廃棄
物焼却灰を酸またはアルカリで処理して有害重金属を抜
き取り無害化するとともに、液側に移行した有害重金属
をキレート剤あるいは硫化物剤により捕捉し、無害スラ
ッジとすることを特徴とするものである。なお、酸また
はアルカリで処理した廃棄物焼却灰を中和することによ
り、無害化された灰として有効利用し易い状態とするこ
とが好ましい。更に本発明の溶融飛灰の処理方法は、廃
棄物焼却灰等を溶融処理する際に生じた溶融飛灰に酸性
水を添加して溶融飛灰をほぼ液化・溶解させ、液中に溶
解している有害重金属をキレートあるいは硫化物剤にて
捕集することを特徴とするものである。なお、酸性水と
して、焼却システムあるいは溶融システム中のスクラバ
ーで得られる酸性ガス処理水を中和せずに使用すること
が好ましい。以下に本発明の実施の形態を説明する。

【０００７】

【発明の実施の形態】

〔廃棄物焼却灰の処理方法〕図１は焼却灰を酸処理する
ケースを示すフローシートであり、まず廃棄物を焼却炉
で燃焼させた際に生じる焼却灰を集塵装置で集塵し、反
応槽にて酸と混合し、一定時間反応させる。酸として
は、例えば濃度が0.1 〜２Ｎの塩酸または硝酸を用いる
ことができる。反応条件は温度が10〜90℃、時間は0.5
〜６Hrである。このように焼却灰を酸と反応させること
により、焼却灰中の有害重金属を液側に溶出させる。

【０００８】反応させたスラリー状の灰は例えば遠心分
離型の脱水機にて固液分離し、含水率の少ないスラリー
（抽出残灰）を得る。このスラリーは酸性側へずれてい
るので、カセイソーダ等のアルカリで中和する。中和さ
れたスラリーを脱水し、必要であれば乾燥することによ
り、有害重金属の抜けた中和残灰を得ることができる。
この灰は、各種分野に有効利用することが可能である。

【０００９】一方、脱水により分離された酸廃液は有害
重金属を含んでいるので、化学的に安定なキレート剤に
より有害重金属を捕捉させ、安定化させる。ここで前段
で発生した脱水廃液も同時に処理する。まず、キレート
剤が有効に反応するpH領域(12 ＞pH＞３）までカセイソ
ーダ等により中和し、その後、キレート剤を添加する。
キレート剤の未反応基を無害なイオンで埋めるため、塩
化第二鉄等の薬剤を添加する。

【００１０】次に、キレート剤により捕捉された有害重
金属を廃液中から除去するため、高分子凝集剤を用いて
凝集・沈殿させ、不溶化した沈殿物として取り出す。ま
た、液はpHを調整した後排水する。キレート化合は他の
化学結合（水酸化物、炭酸化物）より強固であるので、
最終的に得られた凝集沈殿物は無害化され、廃棄処分す
ることができる。

【００１１】上記の例では焼却灰を酸処理したが、図２
には焼却灰をアルカリ処理することにより焼却灰中の有
害重金属を液側に溶出させるケースを示す。この場合、
アルカリとしては例えばカセイソーダを使用することが
できる。その他の工程は酸とアルカリが異なる点を除き
図１と同様であるので、説明を省略する。

【００１２】〔溶融飛灰の処理方法〕図３は本発明の溶
融飛灰の処理方法を示すフローシートである。図３に示
すように、溶融飛灰をpH１〜２程度に調整した酸性水と
混合し後に酸洗浄し、残査分が残存しないように溶解さ
せる。その条件は、例えば濃度が0.001 〜１Ｎの塩酸、
硝酸あるいは硫酸、温度が10〜90℃、時間が0.5 〜６H
r、酸性水と溶融飛灰の比が３〜20m³/ トンである。但
し、溶融飛灰中に含まれる不溶解性の成分例えばシリカ
分は若干残存する。

【００１３】溶解した重金属を含む液に、例えば高分子
系の凝集剤を添加し、液中に浮遊しているキレート剤あ
るいは硫化物剤にて安定化された重金属元素を凝集沈殿
させる。凝集沈殿させた後、例えば遠心脱水型の脱水機
にて固液分離し、沈殿物は安定化物として廃棄処分され
る。また脱水液はシステム内で利用する。例えば、酸性
水を作成するための希釈用の工程水として利用できる。

【００１４】なお、本発明において用いる酸性水は、焼
却システムあるいは溶融システム内で使用されるスクラ
バで排ガス処理を行った際の発生酸性水を用いてもよ
い。但し、スクラバ内では酸性排ガスの処理を行うため
に一般にカセイソーダを注入しているが、スクラバの段
数を２段にすることで、酸性排ガス中の酸性成分を本発
明で述べる溶融飛灰処理用と、酸性ガスの中和用に分け
て使用することが可能である。

【００１５】本発明で使用するキレート剤は、重金属捕
集剤あるいは重金属固定剤等と呼ばれるもので、各種の
市販品を用いることができ特定のものに限定されない。
但し、ジチオカルバミン基、チオール基等をキレート基
として持つ高分子重金属捕集剤が望ましい。また重金属
含有液にキレート剤を添加した際にフロックが形成され
るものであることが望ましい。しかしいかなるもので
も、重金属の溶出抑制効果の大きいものほどよい。

【００１６】キレート剤の添加量は重金属元素及びその
他の成分の含有量にも依存するが、通常１L 中に含まれ
る重金属の濃度10ppm の処理に必要なキレート剤量は、
300mg である。酸性水で溶解させた後の溶液中の重金属
含有量が1000ppmで、飛灰1kg に対して10L の酸性水を
用いるとすると、キレート剤量は30g が必要となる。ま
たキレート剤の量が多ければそれだけランニングコスト
が上昇するので、溶融飛灰中の重金属含有量に併せた最
小値が望ましい。また、キレート剤を添加した後には、
キレート剤中の余剰キレート基を安定させるために無機
系凝集剤であるＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）や塩化
第二鉄を微量添加する必要がある。

【００１７】本発明で使用する硫化物剤は、重金属元素
を硫化物固定化するための化合物である。例えば水硫化
ソーダ（NaHS) 、硫化ソーダ(Na₂S)等である。一般に重
金属硫化物は溶解度が非常に低く、再溶解性がないとさ
れている。また本発明で使用する硫化物の量は、酸性水
で溶解させた液中の重金属含有量に対して反応当量分だ
け添加すればよい。これも、溶融飛灰中の重金属含有量
にあわせた最小値量だけ添加することでランニングコス
トを少なくすることができる。

【００１８】また、キレート剤あるいは硫化物剤を添加
した後、廃液を排水処理する場合には、中性のpH値へ調
整しなければならない。一般に飛灰中には溶解時に飛散
したアルカリ分が多量に含まれていることから、酸性水
による洗浄・溶解時に中性側に移行する。よってpH調整
に必要な薬剤（カセイソーダ等）は微量で済む。以下に
各発明の実施例を示す。

【００１９】

【実施例】〔廃棄物焼却灰の処理方法の実施例〕 酸抽出試験 清掃工場から発生した都市ゴミ焼却飛灰を試験対象とす
る。焼却飛灰の組成は表１の通りである。

【００２０】

【表１】

【００２１】上記の焼却飛灰からの有害重金属の抽出と
灰の無害化を目的とする実験を行った。なお、実験は全
て室温で行った。まず容量10L の容器に純水5000g 、濃
塩酸500gを混合し、約1Nの塩酸を作成した。その後、上
記の焼却飛灰500gを溶液中に投入し、攪拌棒を攪拌機で
回転させることにより焼却飛灰と溶液とを1 時間反応さ
せ、スラリーを得た。終了後、そのスラリーを遠心分離
機を用いて回転数3000rpm で15分間固液分離を行った。
遠心分離後の固形分を4Nのカセイソーダを用いて中和
し、中和後のスラリーを脱水し、中和残灰及び廃液に分
離した。表２に中和残灰の組成を示す。この表２に示さ
れるように、中和残灰は有害重金属の抜けたものとなっ
た。

【００２２】

【表２】

【００２３】 キレート処理試験 上記の酸抽出試験で発生した酸廃液中には有害重金属
が含有されているので、以下にキレート処理実験を行っ
た。実験は全て室温が行った。まず、酸廃液900mL を4N
のカセイソーダでpH＝3 程度まで中和し、その後有害重
金属をキレート結合にて捕捉する性能を持つキレート剤
を300ppmになるように添加した。20分程度混合・攪拌
し、その後塩化第二鉄を100ppmになるよう添加して、10
分程度混合・攪拌した。さらに、アニオン系及びノニオ
ン系の高分子凝集剤を10ppm になるよう添加した後、緩
速攪拌を行った。凝集剤によりフロックを形成し、フロ
ックを沈降させた。沈降したフロックを含む液を吸引ろ
過機にて脱水し、液はカセイソーダを微量添加すること
でpH調整した。液の組成を表３に示す。表３から明らか
なように、pH調整後の廃液中の有害重金属はごく微量で
あった。

【００２４】

【表３】

【００２５】〔溶融飛灰の処理方法の実施例〕 酸洗浄・溶解試験 清掃工場から発生した都市ゴミ焼却飛灰を1200〜1400℃
の温度範囲で溶融した際に発生した飛灰を試験対象と
し、室温で酸洗浄・溶解試験を行った。まず容量10L の
容器に純水5000g 、濃塩酸50g を混合し、約0.1Nの塩酸
を作成した。その後、上記溶融飛灰500gを溶液中に投入
し、攪拌棒を攪拌器にて回転させることにより溶融飛灰
と溶液を激しく1 時間反応させた。反応時間経過後の飛
灰はほとんど固形分を残しておらず、含有成分は溶解し
ていた。

【００２６】 キレート処理試験 酸抽出試験で発生した酸廃液中には重金属元素が含有さ
れているので、これをキレート処理により除去する実験
を行った。なお実験は全て常温で行った。まず酸廃液10
00mLを4NのカセイソーダでpH＝3 程度まで中和し、その
後重金属をキレート結合にて捕捉する性能を持つキレー
ト剤を30ppm になるよう添加した。20分程度混合攪拌
し、その後塩化第二鉄を100ppmになるよう添加し、10分
程度混合攪拌した。さらにアニオン及びノニオン系の高
分子凝集剤を10ppm になるよう添加した後、緩速攪拌を
行った。凝集剤によりフロックを形成し、フロックは沈
降した。沈降したフロック液を含む液を吸引濾過機にて
脱水し、液はカセイソーダを微量添加することでpH調整
を実施した。pH調整後の廃液の組成を表４に示す。

【００２７】

【表４】

【００２８】 硫化物剤による安定化試験 酸廃液1000mLに水硫化ソーダ (NaHS・nH₂O、NaHS分70
％) を10g 添加し、30分反応させた。反応後、浮遊物を
沈降させるためにアニオン及びノニオン系の高分子凝集
剤を10ppm になるよう添加した後、緩速攪拌を行った。
凝集剤によりフロックを形成し、フロックは沈降した。
沈降したフロック液を含む液を吸引濾過機にて脱水し、
液はカセイソーダを微量添加することでpH調整を実施し
た。pH調整後の廃液の組成を表５に示す。

【００２９】

【表５】

【００３０】処理後の安定化物の溶出試験を実施した結
果を表６に示す。検定方法は、「産業廃棄物に含まれる
金属等の検出方法（昭和48年２月17日、環境庁告示第13
号) 」に定める方法に準じて行い、「金属等を含む産業
廃棄物に係わる判定基準を定める総理府令（昭和48年２
月17日、総理府令第５号) 」に定める陸上埋立判定基準
とを比較した結果を表７に示す。

【００３１】

【表６】

【００３２】

【表７】

【００３３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の廃棄物
焼却灰の処理方法によれば、焼却灰を無害化して利用し
易いものとすることができ、また、焼却灰から除去した
有害重金属成分をキレート剤により不溶化させ、安定化
することができる利点がある。また本発明の溶融飛灰の
処理方法によれば、溶融飛灰から除去した有害重金属成
分をキレート剤により不溶化させ、安定化することがで
きる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の廃棄物焼却灰の処理方法のフローシー
トである。

【図２】本発明の廃棄物焼却灰の処理方法の他のフロー
シートである。

【図３】本発明の溶融飛灰の処理方法のフローシートで
ある。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃棄物焼却灰を酸またはアルカリで処理
   して有害重金属を抜き取り無害化するとともに、液側に
   移行した有害重金属をキレート剤あるいは硫化物剤によ
   り捕捉し、無害スラッジとすることを特徴とする廃棄物
   焼却灰の処理方法。
2. 【請求項２】 酸またはアルカリで処理した廃棄物焼却
   灰を中和することにより、無害化された灰として有効利
   用し易い状態とする請求項１に記載の廃棄物焼却灰の処
   理方法。
3. 【請求項３】 廃棄物焼却灰等を溶融処理する際に生じ
   た溶融飛灰に酸性水を添加して溶融飛灰をほぼ液化・溶
   解させ、液中に溶解している有害重金属をキレートある
   いは硫化物剤にて捕集することを特徴とする溶融飛灰の
   処理方法。
4. 【請求項４】 酸性水として、焼却システムあるいは溶
   融システム中のスクラバーで得られる酸性ガス処理水を
   中和せずに使用する請求項３に記載の溶融飛灰の処理方
   法。