JPH10151429A - 高アルカリ性集塵灰中の有害重金属の無害化処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高アルカリ性集塵灰を有機性または無機性の
薬剤などを使用せずに、安価にかつ、安定的に有害重金
属を無害化処理できる方法を提供する。 【解決手段】 焼却炉から発生する塩酸ガス、亜硫酸ガ
ス、ばいじんおよびダイオキシンなどを効果的に捕集す
ることを目的に設置されることが多い消石灰吹き込み
後、バッグフィルターで捕集された高アルカリ性集塵灰
を無害化処理するための方法であって、前記集塵灰に水
を添加し、混合攪拌した後、空気または炭酸ガス雰囲気
中で２００〜６００℃の温度にて加熱を行うことによ
り、溶出し易い重金属、特に鉛や亜鉛を無害化処理する
ことができる。水の添加量は、前記集塵灰１００重量部
に対して２５重量部以上であり、前記雰囲気中に焼却炉
排ガスを導入しても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物の焼却炉や
溶融炉から発生する灰のうち、排ガス中の塩酸ガスを消
石灰により脱塩酸され、集塵機で捕集された高いアルカ
リ性を示す集塵灰を対象にして比較的低温度で加熱を行
うことにより、当該集塵灰中に含まれる有害重金属を無
害化処理するための方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般都市ごみ焼却炉や産業廃棄物を焼却
処理する上で排ガス中に塩酸ガスや亜硫酸ガスが多量に
発生し、ガス処理のために水酸化ナトリウム（ＮａＯ
Ｈ）や水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ)₂ )（通称：消石
灰）が使用され、処理される。最近では、ばいじんの捕
集効果向上やダイオキシンの除去を目的にして、消石灰
が使用されることが多く、灰中には未反応の消石灰が多
量に残存し、灰の水素イオン濃度（ｐＨ）が高くなって
いる。灰のｐＨが高くなれば、灰中に含まれる有害重金
属のうち、鉛（Ｐｂ）や亜鉛（Ｚｎ）が水中に溶出し易
くなり、埋立処分する際に問題となる。したがって、こ
れら高アルカリ飛灰を無害化処理するために、酸抽出処
理法、排ガス中和処理法、セメント固化法、薬剤処理
法、溶融固化法などが採用されて行われている。しか
し、いずれの方法も、処理コスト、装置規模、操作性、
処理効果、長期安定性、減容化率などの点に長所、短所
を持っている。

【０００３】酸抽出処理法は酸抽出後の液を水処理操作
により有害重金属を無害化処理する方法であるが、水処
理操作では硫化物や水酸化物により沈殿ろ別を行うの
で、沈殿物、ろ液および抽出後飛灰を排出し、処分しな
ければならず、処理コストおよび操作性に問題がある。
また、排ガス中和処理にしても、飛灰を水または汚水な
どに懸濁させた後、排ガスを注入し、排ガス中の炭酸ガ
ス（ＣＯ₂ ）と水中に溶出した有害重金属イオンとを反
応させて炭酸化物の沈殿を生成し、ろ別する方法である
が、酸抽出法と同様に処理コスト、操作性、設備規模な
どの点に問題がある。セメント固化法は非常に安価に処
理できる方法であるが、本発明で対象としている高アル
カリ性を示す飛灰については、埋立処分ができる無害化
処理方法としては処理効果の点で他法より劣る。

【０００４】一般的には、薬剤処理としてキレート剤や
結晶化反応を利用した無害化処理方法が多く採用されて
いる。さらに最近では、埋立処分場の容量や長期安定性
の点で溶融固化法が検討採用されつつある。薬剤処理の
うち、キレート処理方法は処理コストや埋立処分後の土
壌菌による分解での長期安定性、あるいは処理時の臭気
などに問題点があり、また、結晶化反応を用いた方法で
は、飛灰処理後の処理物が増量する欠点があり、限りあ
る埋立処分場が有効利用できない問題がある。また、溶
融固化法では設備費やランニングコストが大幅に上昇
し、現在多用化されている薬剤処理からの変更は非常に
難しい状況下にある。

【０００５】さらに、加熱処理による灰中の有害物質の
無害化処理方法は、低酸素または還元雰囲気下での有機
塩素化合物、中でもダイオキシンを対象にしたものが多
く見られる。重金属化合物を加熱して無害化処理する方
法として、特開平６−８６９６６号があるが、加熱温度
が重金属の昇華温度以上に加熱し、加熱雰囲気を水素
（Ｈ₂ ）や一酸化炭素（ＣＯ）で還元性に保持して、昇
華した重金属ガスを金属にして回収しようとする方法で
あって、空気などの酸化性雰囲気下で無害化処理するも
のではなく、非常に高い温度まで加熱する必要がある。
また、灰中の有害重金属を９００〜１０００℃で加熱
し、昇華させて無害化処理する方法は既知の技術である
が、処理コスト、設備費あるいは設置スペースなどの点
で実用化し難い問題点がある。

【０００６】ところで、焼却炉から発生する塩酸ガス、
亜硫酸ガス、ばいじんおよびダイオキシンなどを効果的
に捕集することを目的に設置されることが多い消石灰や
ドロマイトなどを吹き込み後、バグフィルターで捕集さ
れた集塵灰、特に高アルカリ性集塵灰は、未反応の消石
灰分が多く含まれるため高いアルカリ性を示し、両性金
属である鉛や亜鉛が溶出し易くなり、無処理のまま埋立
処分することができないという問題点がある。現状は、
有機キレートや結晶化反応を利用した無機系薬剤などに
より無害化処理し、埋立処分されているが、埋立処分後
に土壌菌により有機系処理物が分解される、土壌中のフ
ミン酸により有機系処理物が溶解するなどの問題点が指
摘されている。一方、無機系薬剤で処理された処理物は
長期安定性には優れているものの、処理物量が増量し、
埋立処分場の寿命が短くなる問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高アルカリ
性集塵灰を対象にして、種々の従来技術で解決し得なか
った処理コスト、設備費、操作性および限りある埋立処
分場などの問題点を解決するための灰の無害化処理方法
を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、焼却炉から発
生する塩酸ガス、亜硫酸ガス、ばいじんおよびダイオキ
シンなどを効果的に捕集することを目的に設置されるこ
とが多い消石灰やドロマイトなどを吹き込み後、バグフ
ィルターで捕集された集塵灰、特に高アルカリ性集塵灰
を無害化する処理方法である。本発明の処理方法は、焼
却炉より排出される灰のうち、排ガス中の塩酸ガスを消
石灰により脱塩酸処理され、集塵機で捕集された高アル
カリ性集塵灰中に含まれる鉛や亜鉛などの有害重金属を
無害化処理するための方法であって、前記高アルカリ性
集塵灰に水を添加し、混合攪拌した後、空気または炭酸
ガス雰囲気中で２００〜６００℃の温度にて加熱を行う
ことを特徴とする。

【０００９】本発明では、高アルカリ性集塵灰に所定割
合で水を添加し、集塵灰中に含まれる水に対する溶解性
の高い物質を溶解させた後、比較的低温（２００〜６０
０℃）で加熱することにより、溶解した物質、特に塩化
物などを塩酸ガスとして揮散させ、残留した有害重金属
類については、空気あるいは炭酸ガス雰囲気下で溶解度
の小さい炭酸化合物により不溶出化する。本発明の処理
方法において空気雰囲気下で加熱処理を行う場合には、
空気を使用することで処理コストが安くでき、しかも空
気は取り扱いが容易で、特別な設備を必要とせずに供給
できるなどの利点がある。これに対して、炭酸ガス雰囲
気下で加熱処理を行う場合には、空気に比較して無害化
処理時間が短時間で完了する特徴があり、集塵灰処理の
量が多い設備などに適している。ただし、炭酸ガス雰囲
気下での加熱処理の場合、反応速度は速いが、炭酸ガス
の供給設備を必要とし、空気を使用する場合に較べて処
理コストが高くなる。

【００１０】本発明では、処理コストを最も安くするた
めに、バッグフィルター通過の脱塩酸ガス、脱亜硫酸ガ
ス処理後の焼却炉排ガスを循環使用しても良く、このよ
うな焼却炉排ガス中には数１０％の割合で炭酸ガスが含
まれており、空気雰囲気の場合、空気よりも炭酸化効果
が高くなる。上記焼却炉排ガスを再利用することによ
り、空気と炭酸ガスが混在した雰囲気が得られ、ガスに
よる減温損失などが防止でき、かつ１５０〜３００℃の
加熱温度範囲での有効な無害化処理が達成でき、このよ
うな空気−炭酸ガス混在雰囲気は、本発明の無害化処理
を実施するのに最も適した雰囲気ガスである。尚、本発
明では、上記ガス雰囲気下によって、高アルカリ性集塵
灰中の有害重金属を無害化処理する際の加熱温度を低く
することができ、加熱温度は２００〜６００℃が好まし
く、加熱時間としては１０分間〜２時間が一般的であ
り、このような低温域であっても無害化処理が完結す
る。

【００１１】これら本発明で使用する空気、炭酸ガス、
焼却炉排ガスはすべて集塵灰中の有害重金属類を炭酸化
物、あるいは過剰の消石灰を炭酸カルシウムに化合形態
を変化させるために供給するものである。又、本発明に
おける水の最適添加量は、高アルカリ性集塵灰１００重
量部に対して２５重量部以上であり、このような添加量
でＰｂの基準値をクリヤーすることができる。この際、
水の添加量が多くなるに従って、Ｐｂ溶出量は検出下限
界値以下となるが、集塵灰中に水を多量、例えば１００
重量部以上に加えると混合物が粘土状になって取り扱い
にくくなり、機械的なトラブル発生の原因となることが
あるという問題点がある。このような点から、本発明で
は、水の最適添加量は高アルカリ性集塵灰１００重量部
に対して２５〜１００重量部の範囲であり、２５〜４０
重量部が特に望ましい。又、本発明の処理方法における
水添加、ガス雰囲気、加熱の３要素は、炭酸化化合物の
生成を促進するためのものであるが、集塵灰中の共存元
素あるいは有害重金属類の化合形態により、加熱温度あ
るいは処理時間は適宜選択される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、実施例を挙げて本発明を具
体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。無害化処理対象試料として、都市ごみ焼却炉（ス
トーカ式連続運転）に消石灰吹き込み後、バッグフィル
ター式集塵装置で集塵された灰を用いた。また、無害安
定化の処理効果は日本の環境庁告示第１３号の溶出試験
方法により、有害金属の溶出量および水素イオン濃度
（ｐＨ）を測定した。加熱装置は直径３０ｍｍφ、長さ
５０ｃｍの磁製の燃焼管を用いた。電気式管状炉で行
い、空気はダイヤフラム式ポンプで、炭酸ガスと窒素ガ
スは市販のボンベより管状炉内へ供給した。無害化安定
化の処理効果は環境庁告示第１３号の溶出試験を行い、
水素イオン濃度及びＰｂの溶出量を測定し、Ｐｂ陸上埋
立処分基準値０．３ｍｇ／ｌを用いて評価を行った。陸
上埋立処分基準は、金属を含む産業廃棄物に係わる判定
基準値総理府令第５号 昭和４８年２月１７日の平成６
年９月２６日公布、平成７年４月１日施行の新基準値に
よる。

【００１３】

【実施例】

〔実施例１〕 本発明の水添加効果および添加量 まず、水を添加しないで加熱処理した条件を水添加量
（ｇ）０として１０ｇ〜１００ｇの範囲で水添加量を変
化させた時の無害化処理効果の確認を行った。無害化処
理効果としてｐＨとＰｂの溶出量を測定した。この時の
加熱条件および試料量などは一定とした。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１に見られるように、水を添加しないで
加熱すると、無害化処理効果は低いが、水が増えるに従
って有害重金属の溶出量が減少し、水５０ｇを添加すれ
ば、検出下限界値の０．０５ｍｇ／ｌ以下の溶出量であ
った。上記実験から、高アルカリ性集塵灰１００重量部
に対して３０重量部以上添加することでＰｂの基準値を
クリヤーすることができ、水の添加量が多くなるに従っ
て、Ｐｂ溶出量は検出下限界値以下を示すことが認めら
れた。

【００１６】〔実施例２〕 加熱雰囲気と時間 加熱雰囲気と加熱時間の比較を行った。加熱雰囲気とし
て、空気、炭酸ガス、窒素ガスの３種類を用い、空気は
ダイヤフラムポンプを用いて注入し、炭酸ガスおよび窒
素ガスについては純度９９％以上の市販の純ガスを用い
た。加えて３種類のガス注入量と時間について比較を行
った。

【００１７】

【表２】

【００１８】表２に見られるように、空気と炭酸ガスの
２種類について、有害金属の無害化の処理効果が認めら
れた。窒素については注入量、時間に関係なく、無害化
の効果は認められなかった。無害化の処理効果が認めら
れた空気と炭酸ガスのうち、空気気流中の注入量および
時間については注入量が多く、時間が長い方がやや優れ
た無害化処理効果を示した。又、炭酸ガス雰囲気下で
は、注入量、時間共にほとんど差がなかった。更に、空
気雰囲気下と炭酸ガス雰囲気下とを比較すると、空気よ
り炭酸ガスの方が注入量が少なくても無害化の効果が高
く、単時間で無害化の効果が得られ、反応性に優れてい
ることが認められた。

【００１９】〔実施例３〕 加熱温度と無害化処理効果 本発明の特徴の１つである低温加熱温度と処理効果を明
らかにした。一般的に、有害重金属を加熱して無害化処
理する場合、９００〜１０００℃の高温域まで温度を上
昇させて、有害重金属を昇華させて揮散処理し、無害化
する。しかし、以下の表３に見られるように、２００℃
で総理府令第５号昭和４８年２月１７日（平成６年９月
２６日公布）の金属等を含む産業廃棄物に係る判定基準
値の新基準値であるＰｂ溶出基準値０．３ｍｇ／ｌをク
リアーし、４００℃で検出限界値（０．０５ｍｇ／ｌ）
以下に無害化処理されていることが明らかになった。本
実施例では、温度上昇する方が無害化の処理効果も上が
るが、温度上昇するにつれてエネルギーコスト、すなわ
ち処理コストも上昇するので、なるべく低温で加熱処理
し、効率的に無害化処理する必要があり、本処理方法を
適用する際の温度としては２００〜６００℃の範囲内が
望ましい。

【００２０】

【表３】

【００２１】

【発明の効果】本発明の無害化処理法を用いて、焼却炉
などから排出される高アルカリ性集塵灰を処理した場合
には、有機性または無機性の薬剤などを使用しなくても
有害重金属が完全に（溶出基準値以下にまで）無害化さ
れ、さらに、処理コストも安く、操作性も容易で、集塵
灰の排出量によっては集塵灰サイロが不要になるなどの
効果がある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼却炉より排出される灰のうち、排ガス
   中の塩酸ガスを消石灰により脱塩酸処理され、集塵機で
   捕集された高いアルカリ性を示す高アルカリ性集塵灰中
   に含まれる有害重金属を無害化処理するための方法であ
   って、前記高アルカリ性集塵灰に水を添加し、混合攪拌
   した後、空気または炭酸ガス雰囲気中で２００〜６００
   ℃の温度にて加熱を行うことを特徴とする、高アルカリ
   性集塵灰中の有害重金属の無害化処理方法。
2. 【請求項２】 前記高アルカリ性集塵灰１００重量部に
   対して添加される水の量が２５重量部以上であることを
   特徴とする請求項１記載の無害化処理方法。
3. 【請求項３】 前記雰囲気中に、焼却炉から発生する脱
   塩酸処理後もしくは脱亜硫酸処理後の焼却炉排ガスを導
   入することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無
   害化処理方法。