JPH10151430A - 焼却炉から排出される灰中の有害物質の無害化処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼却炉から排出される集塵灰及び焼却炉残渣
灰中の有害重金属及び有機塩素系化合物などの有害物質
を薬剤添加及び低温で加熱することにより同時に無害化
処理できる方法を提供する。 【解決手段】 この無害化処理方法は、上記集塵灰及び
焼却残渣灰に、水及び無機酸水素塩化合物を添加し、攪
拌後に酸化性雰囲気下で２００〜６００℃の温度範囲で
加熱した後に１００℃以下に急速に冷却することを特徴
とし、無機酸水素塩化合物は、粉体状で添加されても液
体状で添加されても良く、リン酸水素塩化合物、炭酸水
素塩化合物及び硫酸水素塩化合物中から少なくとも１種
が好ましい。尚、加熱処理時の雰囲気は、空気、炭酸ガ
ス及び焼却炉排ガスの脱塩酸処理後のガスからの少なく
とも１種であることが好ましい。本処理方法により、設
備費や設備の設置場所が小さくなり、処理コストが非常
に安くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般都市ごみ焼却
炉あるいは産業廃棄物焼却炉などから排出する集塵灰及
び焼却残渣灰などに適用され、さらに、集塵灰や焼却残
渣灰を減溶化され、再利用及び有機塩素系化合物の分解
などを目的にして設置される高温溶融炉から排出される
集塵灰などに含まれる有害重金属及び有機塩素系化合物
の無害化処理する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般都市ごみや産業廃棄物を焼却処理し
た場合、必ず煤塵（ばいじん）が発生し、これをそのま
ま大気中へ放出することは大気汚染防止法等で禁止され
ているために、焼却処理施設には除塵設備が設置されて
いる。除塵設備にはバグフィルター方式あるいは電気式
集塵方式などがあり、これらの設備より排出される灰を
集塵灰といい、除塵設備前の排ガス処理方式の違いによ
って、高アルカリ性成分を多く含んだ集塵灰あるいは中
性成分を多く含んだ集塵灰など種々雑多な集塵灰があ
る。これら集塵灰中は有害物質を多量に含むために、廃
棄処分する際には環境汚染の面から無害化処理して処分
しなければならない。また、焼却後の残渣灰についても
同様に有害物質が含まれ、無害化処理して処分する必要
がある。集塵灰及び焼却残渣灰中の有害物質を処理する
方法として、有害重金属と有機塩素系化合物を別行程及
び別設備で処理しているのが現状である。

【０００３】ところで、有害重金属を無害化処理する方
法としては、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、溶融固化法などが挙げられる。
酸抽出処理法は、酸で有害重金属を溶出し、水処理装置
で処理し、硫化物や水酸化物の沈殿分離を行う方法であ
り、沈澱物、ろ液及び抽出後の残渣灰などが廃棄物処分
の対象となり、処理コストや操作の複雑性に問題点があ
る。排ガス中和処理法は、集塵灰、残渣灰などを水又は
汚水などに懸濁させた後、排ガスを注入し、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
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。しかし、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として、平成５年３月までは多用
されていたが、平成５年４月以降は法律が改正され、埋
立処分の基準値が厳しく改正されたことにより、無害化
の処理効果の点で問題があり、ほとんど採用されていな
いのが現状である。

【０００４】そのため、現在、有害重金属を無害化処理
する方法として、薬剤を用いて処理する方法が一般的に
行われており、薬剤処理法のうち、実際に用いられてい
るのは、有機系キレート剤添加処理法及び無機系結晶化
処理法である。しかしながら、薬剤処理法のうち、有機
系キレート剤を用いる方法は、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薬剤添加時
の臭気などに問題点が指摘されるようになってきた。一
方、無機系の結晶化反応を利用した薬剤処理法は、集塵
灰あるいは残渣灰を処理した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に利用できない問題
がある。そこで、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されつつある。ただし、溶
融固化法は初期設備投資金額やランニングコストが極端
に高く、現在、多用化されている薬剤処理から変更で一
般的に普及することは難しい。さらに、溶融固化処理さ
れてもばいじんは発生し、二次処理が必要であるという
問題点がある。

【０００５】上述のごとく、灰中に含まれる有害物質の
うち有害重金属は、埋立処分時の法規制があるために薬
剤などを用いて処理されているが、これら灰中に含まれ
る有機塩素系化合物については、法的規制がまだ整備さ
れておらず、無害化処理が一般的に行われていないのが
現状である。有機系塩素化合物としてよく知られている
ベンゾフランやダイオキシンは、一般都市ごみ焼却炉や
産業廃棄物の焼却炉から排出される集塵灰及び焼却残渣
灰中の有害物質として取り扱われつつある。有機塩素系
化合物のダイオキシンやベンゾフランは、焼却炉の炉内
で塩素と有機物が反応して生成され、高温域では分解さ
れるが、３００〜４００℃の温度範囲で再生成され、集
塵灰、焼却残渣灰、排ガスあるいは冷却水槽など、ほと
んどの排出物に含まれる。

【０００６】最近では、ばいじん及び排ガス中の塩酸ガ
スを高効率に除去するため、消石灰（Ca(OH)₂ ）吹き込
み方式のバグフィルター集塵装置が設置されることが多
く、より高濃度のダイオキシンを無害化処理する方法と
しては、１９８６年にドイツのハーゲンマイヤーが低酸
素（Ｏ₂ １％以下）雰囲気下で３００〜４００℃に加熱
してダイオキシン中の塩素の脱塩素化を行い、無害化処
理する技術が発表されている。このハーゲンマイヤーの
技術は日本においても導入され、一部では実用化されて
いる。実用化された技術は、いずれも低酸素（Ｏ₂ １％
以下）あるいは不活性ガスの窒素ガス雰囲気下で３５０
〜５００℃に加熱処理後、１００℃以下に急冷し、有機
塩素系化合物のダイオキシンやベンゾフランを無害化処
理する方法であり、このハーゲンマイヤーの技術は有機
塩素系化合物の無害化処理法としては非常に有用であ
る。

【０００７】しかしながら、一般都市ごみ焼却炉や産業
廃棄物の焼却炉から排出される集塵灰や焼却残渣灰中に
は、有機塩素系化合物のダイオキシンやベンゾフランな
どの有害物質だけでなく有害重金属も含まれているの
で、有害物質中の有害重金属について薬剤処理した後、
有機塩素系化合物を低酸素雰囲気下での熱分解で無害化
処理する場合には、それぞれの処理を別々の設備を用い
て別工程で行わなければならず、処理コスト、設備費、
設置スペースなどの点で２工程分必要となり、すべての
点で高価になるという問題点がある。このような問題点
により、このような処理装置の設置については、世界的
に大問題になっているダイオキシンも日本の法的な規制
が整備されつつある現在、検討されているところは多い
が、実際に設置されているところは１〜２箇所程度しか
ないのが現状である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の従来
法における問題点を解決し、集塵灰及び焼却残渣灰中の
有害重金属や有機塩素系化合物のダイオキシンやベンゾ
フランを同一工程内で同時に処理し、処理コスト、設備
費、設置スペースなどの問題点を解決することが可能な
優れた無害化処理方法を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、焼却炉より排
出される集塵灰及び焼却残渣灰中に含まれる有害重金属
及び有機塩素系化合物を同時に無害化処理することが可
能な方法であって、前記集塵灰及び焼却残渣灰に、水及
び無機酸水素塩化合物を添加し、攪拌後に酸化性雰囲気
下で、２００〜６００℃の温度範囲で加熱処理した後に
１００℃以下に急速に冷却することを特徴とする。又、
本発明は、上述の無害化処理方法において、上記無機酸
水素塩化合物が、リン酸水素塩化合物、炭酸水素塩化合
物及び硫酸水素塩化合物からなる群より選ばれた少なく
とも１種であり、上記無機酸水素塩化合物を粉体状又は
液体状にて添加することを特徴とするものでもある。更
に、本発明は、上述の無害化処理方法において、加熱処
理する際の雰囲気が、空気、炭酸ガス及び焼却炉排ガス
の脱塩酸処理後のガスからなる群より選ばれた少なくと
も１種であることを特徴とするものでもある。

【００１０】

【作用】本発明の無害化処理方法において使用される水
は、水熱反応のイオン反応が加速される、あるいは加水
分解作用が活発となるなどのことから非常に重要な要素
の１つであり、集塵灰又は焼却残渣灰１００重量部に対
する水の添加量は２５〜６０重量部が好ましい。２５重
量部以下になると水熱反応が不完全となる傾向があり、
６０重量部を極端に越えると、過剰水による熱エネルギ
ー損失や処理物が壁面へ付着するという問題がある。本
発明では、無機酸水素塩化合物である炭酸水素塩化合
物、硫酸水素塩化合物あるいはリン酸水素塩化合物から
なる群より選ばれた１種又は２種以上を、水と事前に混
合しても良く、液状にして用いることもできる。炭酸水
素塩化合物、硫酸水素塩化合物あるいはリン酸水素塩化
合物からなる薬剤は、灰中の有害重金属と化学反応ある
いは水熱反応により炭酸化合物、硫酸化合物、リン酸化
合物などの溶解度積の小さい化合物になり、有害重金属
を不溶出化させる。また、それぞれの薬剤に含有されて
いる水素は、上記反応の進行過程で水素ガスとして有機
塩素系化合物の脱塩素化時に水素ラジカルとして作用
し、有機塩素系化合物をビフェニルなどの無害化物質に
変えることができる。集塵灰又は焼却残渣灰１００重量
部に対する無機酸水素塩化合物の添加量は５〜３５重量
部が好ましい。

【００１１】本発明の無害化処理方法における化学反応
あるいは水熱反応を促進あるいは有害物質の再生を防止
するためには、空気雰囲気、炭酸ガス雰囲気又は脱塩酸
処理後の排ガス（該排ガス中には数１０％の割合で炭酸
ガスが含有される）雰囲気下で、２００〜６００℃の温
度範囲で１０分〜２時間加熱処理し、１００℃以下に急
速に冷却することが好ましく、特に加熱処理の温度を３
５０〜４５０℃の範囲に保持し、滞留時間を１０分以上
確保することが望ましいが、加熱時間は処理対象物に応
じて適宜選択できる。この際、加熱処理温度が２００℃
よりも極端に低い場合には、添加水が蒸発するだけで水
熱反応が進行しないという問題点が生じ、逆に加熱処理
温度が６００℃よりも極端に高い場合には、処理物の冷
却に時間を要し、ＰＣＤＤs やＰＣＤＦs が再合成され
易くなるという問題が生じる。尚、本発明では、１００
℃以下に急速冷却する際、一般工業用水などが利用で
き、間接的に冷却しても直接的に冷却しても良い。本発
明では、このような急速冷却により、有機塩素系化合物
の再生成反応が抑制され、灰中に含まれる有害重金属及
び有機塩素系化合物などの有害物質を無害化処理するこ
とが可能となり、急速冷却を行わない場合には、有機塩
素系化合物の再生成反応が充分に抑制できなくなり、無
害化処理効率が低下する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下の実施例により本発明の詳細
を説明するが、本発明はこれに限定されるものではな
い。実証試験の試料としては、焼却残渣灰を高温で溶融
し、発生したばいじんや塩酸ガスなどに消石灰を吹き込
み後、バグフィルター装置にて集塵した灰（Ａ試料）
と、一般都市ごみ焼却炉のストーカ式で連続運転型の消
石灰吹き込みのバグフィルター装置の集塵灰（Ｂ試料）
を用いた。

【００１３】ここで、上記Ａ試料とＢ試料に対する従来
法による処理について説明する。高温で溶融した集塵灰
のＡ試料は、有害重金属を多量に含み、一般的な薬剤処
理法を用いて有害重金属の無害化処理する場合には、薬
剤を３０〜５０％程度添加しなければならず、極端に高
い処理コスト及び処理物の増量などの点で現状の処理技
術で充分な処理がなされているとは言い難い試料であ
る。一方、一般都市ごみ焼却炉からの集塵灰のＢ試料
も、現在、薬剤処理により有害重金属の無害化が最も多
く行われているものであるが、上記Ａ試料の処理と同様
の問題点があり、現状の処理技術で充分な処理がなされ
ているとは言い難い試料である。尚、このように有機塩
素系化合物を多く含有する集塵灰を無害化処理するに
は、有機塩素系化合物のダイオキシンの低酸素（Ｏ₂ １
％以下）雰囲気下での熱分解による無害化処理装置を用
いる方法が有効であるが、この方法は、装置が非常に高
価で、広い設置スペースを必要とし、処理コストが高
い。

【００１４】次に、本発明の無害化処理方法おいて使用
される無機酸水素塩のうち、各種のリン酸水素化合物と
して、リン酸１水素ナトリウム（Ｎａ₂ ＨＰＯ₄ ）リン
酸２水素ナトリウム（Ｎａ₃ Ｈ₂ ＰＯ₄ ）を用いた。加
熱は電気式の磁製の管状炉を用いて、磁製ボートに試料
を秤量し、磁製管内に送入して行った。温度の測定は、
磁製管中央部に熱電対を設置して行った。加熱雰囲気は
エアーポンプにて磁製管内に１ l/minの一定流量で送入
した。加熱処理後の試料の冷却は、試料をロータリーエ
バポレーター内へ移し、２５℃の定温恒温槽内での間接
冷却と、１ l/minの流量で室温の空気をエバポレーター
内へ送入する直接冷却する方法により１５分間継続し、
試料を６０℃以下の温度まで冷却した。

【００１５】有害重金属の無害化処理の効果の評価は、
環境庁告示第１３号に記載されている溶出試験方法に準
拠して行い、水素イオン濃度（ｐＨ）及び鉛（Ｐｂ）の
溶出量を測定し、陸上埋立処分基準値の０．３mg/lを用
いて行った。陸上埋立処分基準は、金属等を含む産業廃
棄物に係る判定基準値 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。有機塩素系化合物であるダイオ
キシン（ＰＣＤＤｓ）及びジベンゾフラン（ＰＣＤＦ
ｓ）無害化処理効果については、熱分解処理前と処理後
の含有量を求めて評価を行った。

【００１６】

【実施例】

〔実施例１〕焼却残渣灰の溶融炉の集塵灰中の有害重金
属及び有機塩素系化合物の無害化処理実験 下記の前処理、加熱条件及び冷却条件にて上記集塵灰
（Ａ試料）の処理を行った。その結果を以下の表１に示
す。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１に見られるように、リン酸２水素ナト
リウムと水を添加し、空気中で４５０℃に加熱し、急冷
することにより、非常に無害化処理することが難しいと
されていた焼却残渣灰の溶融炉の集塵灰中の有害重金属
及び有機塩素系化合物のダイオキシンとベンゾフランを
同一工程内で同時に無害化処理できることが確認でき
た。有害重金属の鉛（Ｐｂ）は、検出下限値以下で陸上
埋立処分の基準値をクリアーし、有機塩素系化合物のダ
イオキシンとベンゾフランについてもすべての異性体化
合物で除去率として９０％以上得られている。

【００１９】〔実施例２〕一般都市ごみ焼却炉のストー
カー式消石灰吹き込み脱塩酸処理後バグフィルター集塵
灰中の有害重金属及び有機塩素系化合物の無害化処理実
験 下記の前処理、加熱条件及び冷却条件にて上記集塵灰
（Ｂ試料）の処理を行った。その結果を以下の表２に示
す。

【００２０】

【表２】

【００２１】表２に見られるように、本発明の無害化処
理方法を用いることにより、一般都市ごみ焼却炉の集塵
灰中に高濃度に含まれる有機塩素系化合物のダイオキシ
ン及びベンゾフランは８０％以上の除去率で無害化処理
できることが確認された。又、本処理方法により、有害
重金属であるＰｂの溶出量も、処理後は検出下限界の
０．０５mg/l以下に抑制できることがわかった。実施例
１と実施例２の実験結果を比較すると、有機塩素系化合
物のダイオキシンとベンゾフランの含有量に大きな差が
認められ、実施例２で用いたＢ試料の方が実施例１のＡ
試料よりも極めて多量の有機塩素系化合物を含有してい
ることがわかる。又、実施例２で用いたＢ試料中の有害
重金属のＰｂの溶出量は実施例１のＡ試料に比べて極端
に低くなっている。

【００２２】

【発明の効果】上記実施例１及び実施例２の実験結果か
らも理解されるように、本発明の無害化処理方法を用い
た場合には、一般的に無害化処理が非常に困難であると
されている、集塵灰及び焼却残渣灰中に含有される高濃
度の有害重金属を無害化処理することができ、しかも同
一工程内で同時に、高濃度の有機塩素系化合物のダイオ
キシンやベンゾフランも無害化処理できる。本発明の無
害化処理方法は、特別な装置を設置しなくても既存の設
備を利用して行うことができ、処理コスト、設備費、設
置スペースなどの従来法における問題点を解決可能なも
のである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼却炉より排出される集塵灰及び焼却残
   渣灰中に含まれる有害重金属及び有機塩素系化合物を同
   時に無害化処理することが可能な方法であって、前記集
   塵灰及び焼却残渣灰に、水及び無機酸水素塩化合物を添
   加し、攪拌後に酸化性雰囲気下で、２００〜６００℃の
   温度範囲で加熱処理した後に１００℃以下に急速に冷却
   することを特徴とする、焼却炉から排出される灰中の有
   害物質の無害化処理方法。
2. 【請求項２】 上記無機酸水素塩化合物が、リン酸水素
   塩化合物、炭酸水素塩化合物及び硫酸水素塩化合物から
   なる群より選ばれた少なくとも１種であり、上記無機酸
   水素塩化合物を粉体状又は液体状にて添加することを特
   徴とする、請求項１記載の焼却炉から排出される灰中の
   有害物質の無害化処理方法。
3. 【請求項３】 加熱処理する際の雰囲気が、空気、炭酸
   ガス及び焼却炉排ガスの脱塩酸処理後のガスからなる群
   より選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする、
   請求項１又は請求項２記載の焼却炉から排出される灰中
   の有害物質の無害化処理方法。