JPH09236240A

JPH09236240A - 燐を含む焼却灰のスラグ化方法

Info

Publication number: JPH09236240A
Application number: JP8039812A
Authority: JP
Inventors: Takao Murakami; 孝雄村上; Kenji Suga; 研二須賀; Keisuke Nakahara; 啓介中原; Masahiro Sudo; 雅弘須藤; Yasushi Hoshino; 寧星野
Original assignee: GESUIDO SHIN GIJUTSU SUISHIN K; GESUIDO SHIN GIJUTSU SUISHIN KIKO; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: GESUIDO SHIN GIJUTSU SUISHIN K; GESUIDO SHIN GIJUTSU SUISHIN KIKO; JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1996-02-27
Publication date: 1997-09-09

Abstract

(57)【要約】【課題】下水を脱燐処理した汚泥の焼却灰中には多量
の燐が含まれており、この焼却灰を溶融処理しても、一
部には未だ溶解性のものが存在する。従って、このスラ
グを廃棄したり、建設資材として使用した場合、燐が溶
出し河川や湖沼の富栄養化を引き起こす原因となる。【解決手段】燐を含有する焼却灰を溶融し、この溶融
物を８００〜１０００℃の温度領域内で所定時間保持し
た後冷却することによりスラグ化する。【効果】上記の熱処理によって、スラグからの燐の溶
出が極度に抑制され、溶出液中の燐濃度は閉鎖水域にお
ける燐の排出基準値である１mg/l以下になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、燐を含有する下
水汚泥などの焼却灰を溶融処理し、燐の溶出が生じにく
いスラグを製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】下水処理場で発生する汚泥等の廃棄物
は、一般に、焼却された後、埋め立て処分されている。
しかし、埋め立て用地の確保が、年々、困難になってい
る上、焼却灰中の重金属類の溶出による二次公害の発生
が懸念されている。そこで、焼却灰の減容化と共に、焼
却灰中の重金属類を不溶化し安定化させるために、焼却
灰を溶融してスラグ化する処理が行われている。この焼
却灰の溶融処理によって生成したスラグの多くは廃棄さ
れているが、その一部は建設資材などに有効利用されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、下水を脱燐
処理した際に発生する汚泥には燐が含まれているので、
これを焼却、溶融処理して得たスラグ中にも多量の燐が
含有されている。このスラグ中の燐の多くは、溶融処理
によって難溶化または不溶化されているが、その一部に
は溶解性のものが存在するため、このスラグを水と接触
させた場合に、かなりの量の燐が溶出する。

【０００４】従って、上記スラグを廃棄したり、建設資
材として利用する場合に、その溶出液が河川や湖沼に流
入し、河川や湖沼の富栄養化を引き起こす原因になるこ
とが懸念されている。特に、閉鎖水域においては、厳し
い排水規制が設けられているので、この地域においてス
ラグを投棄したり、建設資材として使用する際には、ス
ラグ中からの燐の溶出量を、主要な検討事項の一つとし
て取り上げなければならない。しかるに、従来の焼却灰
の溶融処理においては、燐の溶出防止に対する考慮がな
された技術は見当たらない。

【０００５】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、水と接触しても燐の溶出が起こりにくく、河
川や湖沼の富栄養化を引き起こすようなことがないスラ
グが得られる、燐を含む焼却灰のスラグ化方法を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に係る発明においては、燐を含有する焼
却灰を溶融し、この溶融物を８００℃〜１０００℃の温
度領域内で所定時間保持した後冷却する。そして、請求
項２に係る発明においては、上記溶融物の８００℃〜１
０００℃の温度領域内での保持を、一定温度で所定時間
経過させることにより行い、また、請求項３に係る発明
においては、上記溶融物の８００℃〜１０００℃の温度
領域内での保持を、降温させながら所定時間経過させる
ことにより行う。

【０００７】本発明者等は、焼却灰を溶融する際の条件
やその溶融物の処理方法について種々検討を重ね、多く
の試験を行い、それらの結果から燐を不溶化することが
できる条件を見出した。すなわち、焼却灰を溶融し、そ
の溶融物を冷却する過程における温度条件と燐の溶出量
との関係について調べたところ、次のような知見を得
た。

【０００８】燐を含有する焼却灰を溶融し、その溶融物
を冷却する過程において、溶融物を、特定の温度領域内
で所定時間保持すると、得られたスラグから溶出する燐
の濃度が極度に低下することが判った。すなわち、溶融
物を、特定の温度領域（以下、保持温度領域という）内
において、一定温度で所定時間経過させるか、あるい
は、温度を下げながら所定時間経過させ、上記何れかの
方法によって、溶融物が保持温度領域内に存在する時間
を長くすれば、燐の溶出が抑制される。上記保持温度領
域を試験的に求めたところ、後述するように、８００℃
〜１０００℃であった。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施態様の方
法を示す図であり、焼却灰のスラグ化は下記のようにし
て行われる。まず、燐を含む焼却灰を１４００℃〜１６００℃に
保持された溶融炉へ送って溶融する。その際、溶融処理
する焼却灰のＣａＯ／ＳｉＯ₂の比（塩基度）が所定値
になるように、炭酸カルシウム等のカルシウム含有物質
を加え、成分調整する。次いで、溶融物を溶融炉から取り出して保温装置に
入れ、溶融物を保持温度領域（８００℃〜１０００℃）
内の所定温度まで冷却し、その温度に所定時間保持す
る。次いで、保温装置からスラグを取り出し、そのまま
放冷する。この処理によって得られたスラグの燐溶出
は、極度に抑制されている。

【００１０】図２は本発明の第２実施態様の方法を示す
図であり、焼却灰のスラグ化は下記のようにして行われ
る。図１のと同様の処理を行って、焼却灰を溶融す
る。次いで、溶融物を溶融炉から取り出して保温装置に
入れ、溶融物を保持温度領域（８００℃〜１０００℃）
まで冷却すると共に、保持温度領域を経る時間が所定時
間以上になる速度で緩やかに冷却する。冷却速度は、冷
却開始温度によっても異なるが、通常、１℃／分前後で
ある。次いで、保温装置からスラグを取り出し、そのまま
放冷する。この処理によって得られたスラグの燐溶出
は、図１の方法によって得られたものと同様に、極度に
抑制されている。

【００１１】図１および図２に示した方法を実施する際
に使用する焼却灰溶融炉の型式は、特に限定されるもの
ではなく、旋回流式溶融炉、表面溶融炉、コークスベッ
ド溶融炉、アーク溶融炉、電気抵抗式溶融炉などの型式
のものを用いることができる。また、溶融物を冷却した
後に、一定の温度で保持する保温装置、および、緩やか
に冷却しながら保持温度領域内の温度を経過させる保温
装置は、連続装入・連続排出する形式のもの、または、
断続的に装入・排出するバッチ式のものを用いることが
できる。

【００１２】また、図１および図２においては、焼却灰
を溶融炉に投入して溶融し、スラグ化する方法について
説明したが、本発明においては、必ずしも、出発物質が
焼却灰に限定されるものではなく、焼却前の物質を出発
物質とすることもできる。例えば、焼却処理と溶融処理
とを一連の操作の中で行うことができる旋回溶融炉のよ
うな型式の溶融炉を使用する場合には、汚泥のような焼
却前の物質を投入しても、これを焼却・溶融して上記の
ような温度保持処理を行えば、燐の溶出が極度に抑制さ
れたスラグを得ることができる。

【００１３】

【実施例】

（試験例１）この試験においては、溶融物を保持温度領
域に保持した後に冷却することによる効果を確認した。
高分子凝集剤を使用して脱燐処理した、表１のＡ欄に示
す成分組成の下水汚泥の焼却灰に、炭酸カルシウムを種
々の割合で混合し、ＣａＯ／ＳｉＯ₂の重量比（塩基
度）が０．３〜１．３の５種類の試料を調製した。これ
らの試料を２００ｇ秤量して坩堝に受け、電気炉に入れ
て溶融した。

【００１４】

【表１】

【００１５】次いで、電気炉から坩堝を取り出し、内容
物が溶融状態のまま、これを９００℃の保持温度に設定
されている別の電気炉に入れ２時間保持した後、坩堝を
取り出し、放冷した。このような処理を施したスラグに
ついて、燐の溶出試験を行った。比較のために、電気炉
から取り出した溶融物をそのまま放冷した未処理スラグ
についても、燐の溶出試験を行った。

【００１６】溶出試験は、スラグを２mm以下の粒度にな
るように粉砕し、この粉末１００ｇに１リットルの割合
で蒸留水を混合して６時間振盪した後、孔径１μｍのグ
ラスファイバ製のフィルタで濾過し、濾液中の燐濃度を
分析することにより行った。溶出試験の結果を表２に示
す。なお、溶出試験における溶出液中の燐濃度は燐単体
（Ｐ）として表されている。

【００１７】

【表２】

【００１８】表２から明らかなように、溶融物をそのま
ま放冷した未処理スラグの燐溶出濃度は、１mg/l以上で
あって、多いものは４mg/lに近く、閉鎖水域における排
出基準（燐の排出基準：１mg/l以下）を大幅に超える値
であった。これに対し、保持温度で２時間保持したスラ
グの燐溶出濃度は極めて低く、何れも１．０mg/l以下で
あり、良好であった。従って、このスラグを、厳しい排
出基準が設けられている閉鎖水域などに廃棄したり、路
盤材などに使用しても、何ら問題が生じないことが確認
された。

【００１９】（試験例２）この試験においては、焼却灰
中の燐の含有率とその焼却灰から得られたスラグから溶
出する燐濃度との関係を調べた。この試験における試料
中の燐含有率は５ｗｔ％〜３０ｗｔ％である。なお、こ
の燐含有率は、一般に、通常の汚泥焼却灰中の燐含有率
が５ｗｔ％程度であり、脱燐汚泥の焼却灰中の燐含有率
が最高３０ｗｔ％程度であることに基づいて定めた。

【００２０】試験のための試料を次のようにして調製し
た。表１Ａ欄に示す成分組成の下水汚泥の焼却灰に、試
薬の二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化鉄、炭酸カル
シウム、燐酸カルシウムを適宜配合し、燐含有率が、Ｐ
₂Ｏ₅換算で５ｗｔ％〜３０ｗｔ％になるようにした。
この際、ＣａＯ／ＳｉＯ₂の重量比（塩基度）が１．０
となるように炭酸カルシウムを添加し、他の成分源を添
加する必要がある場合には、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｆ
ｅ₂Ｏ₃の比が表１Ａ欄に示すものと同じになるよう
に、二酸化珪素、酸化アルミニウム、および酸化第二鉄
を配合した。

【００２１】この試料を、試験例１の場合と同様に溶融
し、これを９００℃で２時間保持したのち放冷した。処
理されたスラグについては、燐の溶出試験を行った。な
お、比較のために、溶融物を直接冷却したスラグも作
り、このスラグについても、燐の溶出試験を行った。こ
の結果は表３に示す。

【００２２】

【表３】

【００２３】表３から明らかなように、未処理のスラグ
の燐溶出濃度は、２〜３mg/l程度であり、その溶出抑制
は不十分であった。これに対し、９００℃の温度で保持
する熱処理を施したスラグの燐溶出濃度は、何れも１．
０mg/l以下で極めて低く、良好であった。このように、
燐含有率が高い焼却灰をスラグ化した場合にも、燐の溶
出濃度はさして変わらないことが判った。

【００２４】（試験例３）この試験においては、溶融物
を所定温度に保持する際の好ましい温度領域を求めた。
表１のＡ欄に示す成分組成の下水汚泥焼却灰に、炭酸カ
ルシウムを種々の割合で混合し、ＣａＯ／ＳｉＯ₂の重
量比（塩基度）が１．０の試料を調製した。この試料を
２００ｇ秤量して坩堝に受け、電気炉に入れて溶融させ
た。次いで、電気炉から坩堝を取り出し、所定温度に設
定されている別の電気炉に入れ、所定時間保持した後、
坩堝を取り出し放冷した。このような処理を施したスラ
グについて、試験例１の場合と同様の方法による燐の溶
出試験を行った。試験結果を表４および図３に示す。な
お、保持温度は６００℃〜１２００℃の７水準にし、保
持時間は０．５時間〜３時間の４水準にした。

【００２５】

【表４】

【００２６】表４および図３から明らかなように、保持
時間が０．５時間の場合には、保持温度の如何に係わら
ず、何れも燐の溶出濃度が１mg/l以上であり、燐の溶出
抑制は不十分であった。また、保持温度を６００℃から
７００℃にした場合、および１１００℃〜１２００℃に
した場合には、何れも燐の溶出濃度が１mg/l以上であ
り、上記と同様に、燐の溶出抑制が不十分であった。

【００２７】これに対し、保持温度を８００℃〜１００
０℃にし、保持時間を１時間〜３時間にした場合には、
燐の溶出濃度が１mg/l以下となり、燐の溶出抑制が十分
になされていた。特に、保持温度が９００℃〜１０００
℃で、保持時間が２時間以上の場合には、燐の溶出濃度
が０．５mg/l以下になり、この範囲の条件で得られたス
ラグは極めて良好のものであった。

【００２８】上記試験結果から、好ましい保持温度領域
は、８００℃〜１０００℃であることが判った。ただ
し、上記保持温度領域内で保持する際の保持時間は、１
時間以上、好ましくは２時間以上であることが必要であ
る。

【００２９】（試験例４）この試験においては、溶融物
を試験例３で求めた好ましい保持温度領域（８００℃〜
１０００℃）に保持する際に、溶融物を所定の冷却速度
で温度降下させ、この温度降下による影響を調べた。

【００３０】表１のＡ欄に示す成分組成の下水汚泥焼却
灰に、炭酸カルシウムを種々の割合で混合し、ＣａＯ／
ＳｉＯ₂の重量比（塩基度）が１．０の試料を調製し
た。この試料を２００ｇ秤量して坩堝に受け、電気炉に
入れて溶融した。次いで、電気炉から坩堝を取り出し、
短時間放置して冷却した後、これを１０００℃から８０
０℃まで所定の温度勾配で降温するようにプログラム設
定された冷却用電気炉に入れ、その温度を緩やかに低下
させた。このときの冷却速度は、０．８℃／分〜６．７
℃／分の５水準とした。溶融物が８００℃まで冷却され
た時点で、坩堝を取り出し放冷した。このような処理を
施したスラグについて、試験例１の場合と同様の操作に
よる溶出試験を行った。試験結果を表５に示す。

【００３１】

【表５】

【００３２】表５から明らかなように、３．３℃／分以
下の冷却速度で８００℃〜１０００℃の保持温度領域を
経過させた場合（保持時間１時間以上）には、何れも燐
の溶出濃度は１mg/l以下に抑制されている。また、冷却
速度を１．６℃／分以下（保持時間２時間以上）にした
場合には、燐の溶出濃度は０．５mg/l以下になり、燐の
溶出を、更に十分に抑制することができた。上記試験結
果から、冷却速度の如何に係わらず、８００℃〜１００
０℃の保持温度領域内に、１時間以上、好ましくは２時
間以上保持すれば、燐の溶出濃度が十分に抑制されるこ
とが判った。

【００３３】（試験例５）この試験においては、塩基度
の影響について調べた。表１のＡ欄に示す組成の下水汚
泥の焼却灰に炭酸カルシウムを種々の割合で混合し、Ｃ
ａＯ／ＳｉＯ₂の重量比（塩基度）が０．３〜１．１の
４試料を調製した。これらの試料を２００ｇ秤量して坩
堝に受け、電気炉に入れて溶融させた。

【００３４】次いで、電気炉から坩堝を取り出し、内容
物が溶融状態のまま、これを所定の保持温度に設定され
ている別の電気炉に入れ、２時間保持した後、坩堝を取
り出し、放冷した。このような処理が施されたスラグに
対し、試験例１の場合と同様の操作による溶出試験を行
った。試験結果を表６および図４に示す。なお、上記保
持温度は６００℃〜１２００℃の７水準とした。

【００３５】

【表６】表６および図４から明らかなように、保持温度が８００
℃〜１０００℃の場合には、得られたスラグの溶出液中
の燐濃度は０．５mg/lよりも小さく、良好な値であっ
た。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
燐を含有する下水汚泥などの焼却灰を溶融処理し、燐の
溶出が生じにくいスラグを製造することができ、従っ
て、この発明の方法によって処理されたスラグを、閉鎖
水域などのような厳しい排出基準が設けられている地域
に廃棄し、また、建設資材として使用しても、公害問題
が生ずることがない、工業上有用な効果がもたらされ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の第１実施態様を示す図である。

【図２】本発明の方法の第２実施態様を示す図である。

【図３】保持温度および保持時間と燐の溶出濃度との関
係を示す図である。

【図４】保持温度および塩基度と燐の溶出濃度との関係
を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中原啓介東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者須藤雅弘東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者星野寧東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燐を含有する焼却灰を溶融し、その溶融
物を８００℃〜１０００℃の温度領域内で所定時間保持
した後冷却することを特徴とする燐を含む焼却灰のスラ
グ化方法。
【請求項２】燐を含有する焼却灰の溶融物の、８００
℃〜１０００℃の温度領域内での保持を、一定温度で所
定時間経過させることにより行う、請求項１に記載の燐
を含む焼却灰のスラグ化方法。
【請求項３】燐を含有する焼却灰の溶融物の、８００
℃〜１０００℃の温度領域内での保持を、降温させなが
ら所定時間経過させることにより行う、請求項１に記載
の燐を含む焼却灰のスラグ化方法。