JPH09296923A

JPH09296923A - 燐を含む焼却灰のスラグ化方法

Info

Publication number: JPH09296923A
Application number: JP6488596A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Furuya; 恒夫古谷; Toshiyuki Nishikawa; 敏行西川; Takao Murakami; 孝雄村上; Kenji Suga; 研二須賀; Keisuke Nakahara; 啓介中原; Takeshi Nakayama; 剛中山; Yasushi Hoshino; 寧星野
Original assignee: GESUIDO SHIN GIJUTSU SUISHIN K; GESUIDO SHIN GIJUTSU SUISHIN KIKO; KANAGAWA PREF GOV; Kanagawa Prefecture; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: GESUIDO SHIN GIJUTSU SUISHIN K; GESUIDO SHIN GIJUTSU SUISHIN KIKO; KANAGAWA PREF GOV; Kanagawa Prefecture; JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-03-21
Filing date: 1996-03-21
Publication date: 1997-11-18

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に、スラ
グ中の燐が溶出し、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、溶融物の
温度を８００℃未満の領域まで降下させた後、再び加熱
して８００℃〜１０００℃に昇温させ、この温度領域で
所定時間保持しスラグ化する。【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
水汚泥などの廃棄物の焼却灰を溶融処理し、燐の溶出が
起こり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、焼却灰を減容化させると共
に、焼却灰中の重金属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として有効利用されて
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
含まれている。このスラグ中の燐の多くは、溶融処理に
よって難溶化あるいは不溶化されているが、その一部に
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、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
材として使用した場合、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となること
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おり、これら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についても、主要な検討事項の一
つとして取り上げられなければならない。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】

【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、この溶融物の温度を一旦降下させた後、
前記溶融物を加熱して昇温させる処理を行う。

【０００８】請求項２に係る発明においては、燐を含有
する焼却灰を溶融し、この溶融物の温度を一旦８００℃
未満の領域まで降下させた後、前記溶融物を加熱して８
００℃〜１０００℃の温度領域に昇温させ、前記温度領
域で所定時間保持する処理を行う。

【０００９】請求項３に係る発明においては、燐を含有
する焼却灰を溶融し、この溶融物の温度を一旦６００℃
以上８００℃未満の領域まで降下させ、前記温度領域で
所定時間保持した後、前記溶融物を加熱して８００℃〜
１０００℃の温度領域に昇温させ、前記温度領域で所定
時間保持する処理を行う。

【００１０】請求項４に係る発明においては、燐を含有
する焼却灰を溶融し、この溶融物の温度を一旦降下させ
た後、１段目の加熱をして昇温させ、次いで２段目の加
熱をしてさらに昇温させる処理を行う。

【００１１】請求項５に係る発明においては、燐を含有
する焼却灰を溶融し、この溶融物の温度を一旦６００℃
未満の領域まで降下させた後、前記溶融物を１段目の加
熱により６００℃以上８００℃未満の温度領域に昇温さ
せ、前記温度領域で所定時間保持し、次いで、２段目の
加熱により８００℃〜１０００℃の温度領域に昇温さ
せ、前記温度領域で所定時間保持する処理を行う。

【００１２】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の検討を重ね、多
くの試験を行い、それらの結果の中から燐を不溶化させ
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、その溶融物を冷却して固化させるまでの過程にお
ける温度条件と燐の溶出量との関係について調べた結
果、次のような知見を得た。

【００１３】燐を含有する焼却灰を溶融した後、この溶
融物の温度を、一旦、ある温度以下に降下させ、次い
で、これを加熱して再び昇温させると言うパターンで温
度変化させた熱履歴を有するスラグの燐溶出量は、非常
に少なくなることが分かった。そして、後述するよう
に、燐の溶出を抑えるために昇降させるべき温度条件の
範囲を試験的に求めたところ、温度を降下させる際に
は、８００℃未満の領域、好ましくは６００℃〜８００
℃未満の温度領域まで下げる必要があり、加熱して昇温
させる際には、８００℃〜１０００℃の温度領域まで上
昇させる必要があることが確認された。

【００１４】溶融物の温度を降下させた後に、加熱して
昇温させる際の好ましい温度領域（以下、高温側保持温
度領域と言う）は、次のようにして決められた。加熱後
の溶融物の温度を８００℃以上にすれば、燐の溶出量が
極度に減少するスラグが得られる。しかし、この温度を
１０００℃を超えて上げても、燐の溶出量が更に減少す
る訳ではないので、省エネルギーの見地から、加熱温度
の上限を１０００℃とした。従って、高温側保持温度領
域は８００℃〜１０００℃の範囲内とすべきである。

【００１５】また、溶融物の温度を降下させる際の好ま
しい温度領域（以下、低温側保持温度領域と言う）は、
次のようにして決められた。溶融物の温度を降下させる
際に、低温側保持温度領域以下の温度にすれば、燐の溶
出は抑制される。従って、溶融物の温度をそれより低い
領域まで降下させ、別途に加熱処理する場合には、降下
させる温度を特定する必要はない。

【００１６】しかし、溶融物の温度を降下させた後、直
ちに加熱して昇温させる操作を連続して実施する場合に
は、降温処理する際の温度をどの程度に止めることがで
きるかと言うことが、後に行う加熱昇温処理の際のエネ
ルギー消費に大きな影響を及ぼす。低温側保持温度領域
（６００℃以上８００℃未満）は、このエネルギー消費
に係る目的に沿って定められたものであり、８００℃未
満の温度は、燐の溶出を極度に抑制することができる上
限温度である。なお、下限温度６００℃は、省エネルギ
ーの見地から定めた値である。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施態様の方
法を示す図である。第１実施態様の方法によれば、焼却
灰のスラグ化は下記のようにして行われる。

【００１８】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。この
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。

【００１９】次いで、溶融物を溶融炉から取り出
し、常温まで冷却する。冷却されたスラグを加熱炉に入れて加熱し、８００
℃〜１０００℃（高温側保持温度領域）まで昇温させた
後、この温度領域で所定時間保持する。

【００２０】次いで、加熱炉から加熱されたスラグ
を取り出し、そのまま放冷する。この処理によって得ら
れたスラグの燐の溶出は極度に抑制されている。

【００２１】図２は本発明の第２実施態様の方法を示す
図である。第２実施態様の方法によれば、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。

【００２２】溶融物を溶融炉から取り出して６００
℃〜８００℃未満（低温側保持温度領域）まで冷却し、
保温機能を有する装置の中に入れてそのまま所定時間保
持する。

【００２３】次いで溶融物を加熱し、８００℃〜１
０００℃（高温側保持温度領域）まで昇温させ、この温
度領域に所定時間保持する。次いで、加熱されたスラグを取り出し、そのまま放
冷する。

【００２４】図３は本発明の第３実施態様の方法を示す
図である。第３実施態様の方法によれば、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。

【００２５】図１のと同様の処理を行って、溶融
物を常温まで降温させる。冷却されたスラグを加熱炉に入れて加熱し、６００
℃〜８００℃（低温側保持温度領域）まで昇温させた
後、この温度領域で所定時間保持する。

【００２６】以下、図２のおよびと同様の処理
を行って、燐の溶出が極度に抑制されたスラグを得る。

【００２７】図１〜図３に示した方法を実施する際に使
用する焼却灰の溶融炉の型式は、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。

【００２８】図２の方法において、溶融炉から取り出し
た溶融物を、低温側保持温度領域に保持し、次いで、高
温側保持温度領域に保持する処理を行う場合、この二つ
の処理を同一の装置内で継続して行うこともできるし、
二つの装置を用いて、低温側保持処理と高温側保持処理
とを段階的に行うこともできる。また、上記二つの処理
に際しては、連続式の装置を用いるとができるし、バッ
チ式の装置を用いるともできる。

【００２９】また、図１〜図３の説明においては、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。

【００３０】

【実施例】

（試験例１）この試験においては、溶融物を冷却した
後、高温側保持温度領域まで加熱することによる効果を
確認した。

【００３１】表１のＡ欄に示す成分組成の下水汚泥（高
分子凝集剤を使用した脱燐処理汚泥）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。

【００３２】

【表１】

【００３３】次いで、電気炉から坩堝を取り出し、溶融
物を一旦冷却した後、再び電気炉に入れて加熱し、８０
０℃まで昇温させ、この温度で２時間保持したのち放冷
した。このような処理が施されたスラグについて、燐の
溶出試験を行った。なお、比較のために、溶融物を冷却
したままで加熱しなかったスラグも作り、このスラグに
ついても、燐の溶出試験を行った。

【００３４】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に対し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１μ
ｍ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。

【００３５】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。

【００３６】

【表２】

【００３７】表２から明らかなように、未処理スラグの
燐溶出濃度は２〜３mg/lであって、閉鎖水域における排
出基準（燐の排出基準：１mg/l以下）を大幅に超えた値
であった。これに対し、冷却した後に加熱処理したスラ
グの燐の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、全く問題の生じないことが確
認された。

【００３８】（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の燐溶
出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５ｗ
ｔ％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。

【００３９】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。

【００４０】この試料を、試験例１の場合と同様に溶融
し、次いで、常温まで冷却した後、加熱して８００℃ま
で昇温させ、この温度で２時間保持したのち冷却した。
処理されたスラグについて、燐の溶出試験を行った。な
お、比較のために、溶融物を冷却したまま加熱しなかっ
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。試験結果を表３に示す。

【００４１】

【表３】

【００４２】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程度あり、燐の溶出抑制は
不十分であった。これに対し、冷却した後に加熱処理し
たスラグの燐溶出濃度は、何れも１．０mg/l以下であり
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。

【００４３】（試験例３）この試験においては、溶融物
を冷却した後に加熱する際の好ましい温度領域（高温側
保持温度領域）を求めた。

【００４４】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混合し、ＣａＯ／ＳｉＯ₂の重量
比が０．３〜１．１の４試料を調製した。この試料を試
験例１の場合と同様に溶融し、次いで、常温まで冷却し
た後、加熱して昇温させ、その温度に２時間保持した。
冷却後の加熱保持温度は６００℃〜１０００℃の５水準
にした。このように加熱処理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４および図４に示す。

【００４５】

【表４】

【００４６】表４および図４から明らかなように、加熱
保持温度が６００℃のスラグの場合には、１〜３mg/lの
燐が溶出しており、燐の溶出抑制は不十分であった。こ
れに対し、７００℃以上の温度で保持したスラグの場合
には、燐の溶出濃度が何れも１mg/l以下であり、そし
て、加熱保持温度が８００℃以上の場合には、燐の溶出
濃度が一層低下し、０．５mg/l以下になった。

【００４７】従って、加熱保持温度（高温側保持温度領
域）は、８００℃以上にすることが必要である。なお、
高温側保持温度領域の上限は、前述した理由により、１
０００℃にすべきある。

【００４８】（試験例４）この試験においては、溶融物
を冷却する際の好ましい温度領域（低温側保持温度領
域）を求めた。

【００４９】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混合し、ＣａＯ／ＳｉＯ₂の重
量比が０．３〜１．１の４試料を調製した。この試料を
試験例１の場合と同様に溶融し、溶融物を常温まで冷却
し、次いで、４００℃〜９００℃の６水準の温度条件で
加熱した後、２時間その温度で保持した。次いで、加熱
して１０００℃まで昇温させ、その温度で２時間保持し
た。このように処理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および図５に示す。

【００５０】

【表５】

【００５１】表５および図５から明らかなように、この
試験においては、総じて好ましい値が得られたが、特
に、低温側保持温度を６００℃〜８００℃未満にした場
合に、燐の溶出濃度は極めて低い値になり、その多くが
０．１mg/l以下になった。

【００５２】なお、低温側保持温度が４００℃〜５００
℃の場合、および９００℃の場合でも、燐の溶出濃度は
１．０mg/l以下の好ましい範囲の値であったが、これら
の条件においては、燐濃度の値が、試験例３（表４）に
おける加熱温度が１０００℃の場合の値と比べて、僅か
に低下している程度であり、低温側保持温度内に保持す
ることによる効果は極めて小さかった。

【００５３】上記結果から、溶出液中の燐濃度が１．０
mg/lを遙に下回るように、一段と低下させるためには、
低温側保持温度を６００℃〜８００℃未満の範囲内にす
べきである。

【００５４】（試験例５）焼却灰の溶融物を、低温側保
持温度領域まで冷却し、そのまま保持した後、加熱して
高温側保持温度領域まで昇温させ、保持する試験を行っ
た。

【００５５】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混合して、ＣａＯ／ＳｉＯ₂の重量
比が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、
坩堝を取り出して、所定の低温側保持温度に設定されて
いる電気炉に入れ、２時間保持した。次いで、その坩堝
を取り出し、所定の高温側保持温度に設定されている電
気炉に入れ、２時間保持した後、取り出して放冷した。
このようにして、低温側保持温度を６００℃、高温側保
持温度を９００℃にした試験と、低温側保持温度を７０
０℃、高温側保持温度を１０００℃にした試験を行っ
た。処理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６に示す。

【００５６】

【表６】

【００５７】表６から明らかなように、試験例４（表
５）の場合と同様に、燐の溶出濃度は極めて低く、０．
１mg/l以下であった。

【００５８】

【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、水と
接触しても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】本発明の第１実施態様の方法を示す図である。

【図２】本発明の第２実施態様の方法を示す図である。

【図３】本発明の第３実施態様の方法を示す図である。

【図４】加熱処理温度（高温側保持温度）と燐の溶出濃
度との関係を示す図である。

【図５】加熱処理温度（低温側保持温度）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)発明者西川敏行神奈川県横浜市泉区和泉町464−16 (72)発明者村上孝雄東京都豊島区西池袋１の22の８財団法人下水道新技術推進機構内 (72)発明者須賀研二東京都豊島区西池袋１の22の８財団法人下水道新技術推進機構内 (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)発明者中山剛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、この溶融
物の温度を一旦降下させた後、前記溶融物を加熱して昇
温させ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を溶融し、この溶融
物の温度を一旦８００℃未満の領域まで降下させた後、
前記溶融物を加熱して８００℃〜１０００℃の温度領域
に昇温させ、前記温度領域で所定時間保持することを特
徴とする、燐を含む焼却灰のスラグ化方法。
【請求項３】燐を含有する焼却灰を溶融し、この溶融
物の温度を一旦６００℃以上８００℃未満の領域まで降
下させ、前記温度領域で所定時間保持した後、前記溶融
物を加熱して８００℃〜１０００℃の温度領域に昇温さ
せ、前記温度領域で所定時間保持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４】燐を含有する焼却灰を溶融し、この溶融
物の温度を一旦降下させた後、前記溶融物を１段目の加
熱により昇温させ、次いで２段目の加熱により更に昇温
させ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５】燐を含有する焼却灰を溶融し、この溶融
物の温度を一旦６００℃未満の領域まで降下させた後、
前記溶融物を１段目の加熱により６００℃以上８００℃
未満の温度領域に昇温させ、そして、前記温度領域で所
定時間保持し、次いで、２段目の加熱により８００℃〜
１０００℃の温度領域に昇温させ、そして、前記温度領
域で所定時間保持することを特徴とする、燐を含む焼却
灰のスラグ化方法。