WO2009116184A1 - ごみ固化燃料や木質バイオマス燃料、汚泥固化燃料等の焼却灰、及び廃棄物や汚染土壌を再生利用する方法 - Google Patents

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ferrous
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incinerated ash
waste
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正則 高橋
吉野秀明
和敏 五十嵐
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株式会社 環境開発
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Definitions

  • heavy metals are insolubilized to an incineration ash such as waste solidified fuel, woody biomass fuel, sludge solidified fuel, etc., and waste or contaminated soil with an addition amount of iron salt of 0.2% or less.
  • an incineration ash such as waste solidified fuel, woody biomass fuel, sludge solidified fuel, etc.
  • waste or contaminated soil with an addition amount of iron salt of 0.2% or less.
  • the present invention relates to a technical field that is recycled and used for roadbed materials.
  • waste solidified fuel woody biomass fuel, and sludge solidified fuel
  • the incinerated ash that burns these contains heavy metals such as lead in units of thousands of mg / kg, so soil environmental standards (for example, lead elution standards: 0.01 mg / L, environmental standards related to soil contamination) Value) and has been landfilled at the final disposal site as waste.
  • soil environmental standards for example, lead elution standards: 0.01 mg / L, environmental standards related to soil contamination
  • lead elution amount of 0.3 mg / L or less can be treated as general industrial waste at the final disposal site, but solidified fuel, woody biomass fuel and sludge solidified fuel.
  • the incineration ash such as the above is included in the interception type disposal site as special management type waste.
  • landfill disposal is in progress, and treatment costs (such as costs for landfill disposal), including contaminated soil, have increased.
  • Waste solidified fuel, woody biomass fuel, sludge solidified fuel, etc. contain heavy metals such as lead, but as a technology for insolubilizing heavy metals, generally insolubilization due to containment effect by cement, gypsum or asphalt / resin etc.
  • classification, cleaning, chemical treatment, biological treatment, high temperature treatment, melting treatment, and the like have been developed. Among these, as a measure with relatively low cost, there are many cases that are mainly based on chemical treatment.
  • the chelating agent is generally expensive and the processing cost is high, and the chelating agent itself is an artificially synthesized chemical substance that does not exist in nature. From the viewpoint of biodegradability, easy and frequent use has been pointed out as a drug that may cause problems.
  • Patent Document 7 to Patent Document 22 and Non-Patent Document 1 to Non-Patent Document 2 are shown as conventional techniques. As apparent from these techniques, the most common inorganic chemicals are iron salts.
  • the addition amount of iron salts (addition amount to incineration ash, waste or contaminated soil), among these materials, the technology with the smallest addition amount is 0.2% or more of iron (described in [0021]) ( In terms of ferrous chloride, it is 0.23% or more, and for ferric chloride, it is used at an addition amount of 0.29% or more as well. ing.
  • the present invention is characterized in that it can be processed in a state where the addition amount of the smallest iron salt is further reduced, and as a result of detoxification treatment, it is shown to be recycled for banking materials such as roads.
  • the main feature is that it is also a processing technology.
  • the waste solidified fuel to be treated is calcium hydroxide during the solidification and molding process.
  • Incineration ash of woody biomass fuel or sludge solidified fuel, etc. are all highly alkaline sprays such as calcium hydroxide and ammonia during the combustion process, and all change to highly alkaline incineration ash. There was to be. Therefore, for such highly alkaline incineration ash, the addition of a small amount of acidic iron salts effectively promotes the agglomeration effect (agglomeration reaction), and thus the insolubilization effect is remarkably exhibited. This is due to the finding.
  • the following shows each treatment technology for incineration ash, waste, and soil using inorganic compounds including iron salts.
  • Lead content 6 by adding 50% 15% aqueous solution of ferrous chloride (FeCL 2 ) to incinerated ash and heating to 50-95 ° C. (referred to as ferrite treatment method) , 600 mg / kg of ash has the effect of improving to 0.05 mg / L, and the pH of incinerated ash is adjusted to be effective at a pH of 7.0 to 11.5.
  • ferrite treatment method 50% 15% aqueous solution of ferrous chloride (FeCL 2 ) to incinerated ash and heating to 50-95 ° C.
  • a mixture of ferrous chloride solution, ferric chloride solution (FeCl 3 ) and ferrous sulfate (FeSO 4 ) for hazardous industrial waste containing heavy metals from municipal waste incineration ash and wastewater treatment plants The lead elution amount 120 mg / L is improved to 0.22 mg / L by adding 30 mL / 100 g ash of the mixed solution, and is improved to 0.1 mg / L or less by adding 40 mL / 100 g ash. It has been shown. In addition, in any claim of Patent Document 8, there is no description about the addition amount of iron chloride. JP-A-8-99075
  • the amount of lead elution from incinerated ash can be improved from 25 mg / L to 0.05 mg / L or less.
  • the mixing ratio of ferric chloride aqueous solution and ferrous chloride was 0.2 to 1.0% (ferric chloride aqueous solution 1.5 to 10% concentration).
  • Patent Document 18 describes that 0.1% or more of iron salt (including ferric chloride) is added in terms of iron. This is 0.23% in terms of concentration of ferrous chloride (iron molecular weight ratio: 56/128) solution, and in terms of concentration of ferric chloride (iron molecular weight ratio: 56/162) solution, It becomes 0.29%.
  • incineration ash mainly coal ash
  • incineration ash has been used. Although it has been limited to cement raw materials, a technology to recycle resources by removing harmful substances with sulfuric acid cleaning and cleaning liquid centrifuges has been introduced. "Succeeded in detoxifying coal ash” described in the Hebei Shinpo Newspaper (February 16, 2008, morning edition)
  • JP 2003-334526 A A technology that uses magnesium oxide powder to solidify and insolubilize contaminated soil is shown. JP 2003-334526 A
  • Waste solidified fuel, woody biomass fuel, and sludge solidified fuel are energy sources almost comparable to the calories burned by lignite, so the recent problem of soaring crude oil, etc. and the problem of restraining carbon dioxide emissions from fossil fuels (Kyoto Protocol) From this background, there is a tendency to increase use as new thermal energy.
  • a large amount of incineration ash is also discharged, and the treatment is landfilled at the final disposal site.
  • the development of technology that makes them harmless and effectively uses (recycles) them is desired.
  • Sludge solidified fuel uses sludge discharged from sewage treatment facilities and food factories that treat sewage and human waste, but the manufacturing process consists of dried or steamed and shaped into granules or pellets.
  • steamed and carbonized steamed at 850 ° C, there is a problem of dioxins formation in the absence of oxygen, and their decomposition; temperature setting considering 800 ° C), breathability, water retention, water permeability It has excellent properties and contains minerals and phosphoric acid, so it is used as a soil improvement material for horticulture, snow melting material, etc. Since it has a calorific value, many are incinerated as solid fuel. For this reason, it is thought that incineration ash of sludge solidified fuel will increase in the future, and it is necessary to develop effective utilization (recycling) technology instead of landfill disposal at the final disposal site as a treatment measure. .
  • Incineration of such waste solidified fuel, wood ash biomass fuel, sludge solidified fuel, etc. has a problem of generating highly toxic dioxins, but in order to prevent the generation of dioxins during combustion, as described in [0032]
  • As an effective technique for promoting the decomposition it is in the process of incineration at a high temperature of about 850 ° C. (because dioxins are decomposed at 800 ° C. or more).
  • mercury (Hg) is also incinerated at a temperature higher than the boiling point (boiling point of mercury: 356.73 ° C.), and thus vaporization is promoted.
  • Incineration ash contains almost no mercury. It is also a feature that is not a problem in terms of elution standards.
  • incineration facilities that burn these are often large-scale, but in such incineration facilities, SOx (sulfide) and NOx (nitrate oxide) from exhaust gas in the combustion process.
  • SOx sulfuride
  • NOx nitrate oxide
  • Emission control which forms a compound and is removed by solidification / precipitation
  • Ca (OH) 2 calcium hydroxide
  • NH 4 OH aqueous ammonia
  • the incineration ash is originally weakly acidic (pH 5.8 to 7.0), but the incineration ash produced by the addition of these highly alkaline chemicals (particularly incineration fly ash)
  • a major feature is that it exhibits a high alkalinity of pH 11 or higher.
  • incineration ash of solidified fuel is the one that exhibits the highest alkalinity, but this is caused by the measures taken to prevent dehydration, decay, and odor generation in the process of solidification and processing into pellets when producing solidified solid fuel.
  • about 5% slaked lime (calcium hydroxide, half of water molecules are removed when baked) or quick lime (calcium oxide, which reacts violently with water to form calcium hydroxide) is mixed. It is characterized by the fact that the mixing of these is aimed at removing moisture contained therein and raising the temperature to promote drying, as well as sterilization, anti-corruption and deodorizing effects.
  • incineration ash such as waste solidified fuel, woody biomass fuel and sludge solidified fuel has a high alkalinity of pH 11 or higher. It can be seen that insolubilization measures are a major problem.
  • Table 1 shows the analysis results of incineration ash (in this case, incineration fly ash) that uses solidified fuel produced from collected household waste for boiler overheating. From the table, lead is contained in a large amount and is highly alkaline with a pH of 12.6. In the dissolution test results (analysis method: according to Notification No. 46 of the Ministry of the Environment, 1991), lead is 7 .5mg / L, which is much higher than the environmental standard, and it is 0.3mg / L or more from the waste acceptance standard. The final disposal of specially managed waste is obliged to be landfilled at a shut-off type final disposal site, and with such a disposal method, the disposal cost increases and the amount of surplus disposal site is drastically reduced. It is a big problem, and technology development to recycle these is necessary.
  • Table 2 shows the analysis result of the incineration ash (here, incineration fly ash) of the woody biomass fuel.
  • the raw material of the woody biomass here is mainly construction waste, which is made into chips and burned for boiler heating in a large paper mill.
  • the lead content is high, indicating a high alkalinity of pH 12.1.
  • the lead dissolution test results show a smaller value (0.52 mg / L) than in Table 1 described in [0041], but this is caused by the final disposal of discharged incinerated ash or From the problem of acceptance standards for intermediate disposal (lead elution standards of 0.3 mg / L or less), for the purpose of clearing acceptance standards for intermediate disposal sites for disposal or recycling as normal industrial waste This is because a chelating agent has already been added to the incineration ash to suppress lead elution.
  • Table 3 shows the containment effect of lead by cement solidification in order to recycle the incineration ash of solidified fuel shown in Table 1 (container test with 1 kg test sample, elution test was conducted for 7 days. Is).
  • the cement itself is mainly composed of strong alkaline (about pH 13) calcium hydroxide, the increase in the mixing amount of cement makes it more alkaline and facilitates the elution of lead. It has been shown. Therefore, it can be understood that the containment method by cement solidification does not exhibit the effect of insolubilization of lead even if the amount of cement is increased, and it is difficult to perform the insolubilization treatment with cement alone (the amount of cement mixed is 10% or more for solidification).
  • test data for the purification treatment of contaminated soil according to claim 6 is shown in Table 4 (container test of 3 kg of test sample).
  • Table 4 container test of 3 kg of test sample.
  • the insolubilization effect of lead can be seen even when a small amount of cement is mixed, and the environmental standard is satisfied by mixing 1.5% and 2.5%.
  • the elution suppression effect is not exhibited, and it is understood that the cause thereof exhibits high alkalinity due to an increase in cement.
  • ferrous chloride ferric chloride, ferrous sulfate, and ferric sulfate are used from acidic iron salts. It is selected as described above, and it is characterized by being a technology that satisfies the soil environmental standards by adding 0.2% or less and insolubilizing lead, which is the most problematic in the use of incinerated ash.
  • iron salts strong acid chemicals such as ferric chloride have a concentration of 37% (31% ferrous chloride solution) when transported from the manufacturing plant. Originally, it is used for etching electronic parts or recently as a drug for eluting metal from shredder waste, and it is a chemical that has a remarkable corrosion effect on metals that corrode stainless steel. When such strongly acidic chemicals are actually used in intermediate processing facilities or mobile processing facilities, corrosion damage is a major obstacle to the equipment and plants used. Since the addition amount is 0.2% or less, it has become possible to minimize the influence from the corrosion failure by diluting with water in advance.
  • the incineration ash to be treated has a high alkalinity of pH 11 or higher as described above, and even if a strongly acidic chemical of 0.2% or less is added to this, it is mixed and quickly becomes highly alkaline (pH Therefore, the problem of corrosion of the equipment used is minimally reduced (contact with the bottom and side surfaces of the container or the splashed chemical adheres at the moment of addition). Rather, it was also confirmed that mechanical abrasion or chipping becomes a problem due to stirring when mixing incinerated ash. From this, it is possible to use a strong acid ferric chloride solution in a safe manner, and it can be said that this is a technique in which hesitation in use has been eliminated.
  • ferrous sulfate is neutral and is a food additive used for iron supplements.
  • ferric sulfate and ferric chloride are strongly acidic drugs.
  • ferric chloride had a total production of about 350,000 tons in Japan, but recently its production is low. It is a drug that has become. This is due to changes in the structure of the industry, and the most demanding area for ferric chloride was the manufacturing process of cathode ray tubes for electronic equipment. Is in a situation.
  • a chemical manufacturer with the highest production volume in Japan caused major environmental problems due to a leakage accident from a production factory in 2004 and a spill accident in a rear-end collision on a highway in 2006. It is also a drug that has been discontinued due to this.
  • the incineration ash to be treated as waste solidified fuel, woody biomass fuel, sludge solidified fuel, etc. is highly alkaline with a pH of 11 or more, but when mixed with about 10-15% of highly alkaline cement.
  • the properties are the same (pH becomes higher by about 0.5), it can be used together with cement solidification.
  • the pH transitions to a higher alkalinity and lead is more likely to be eluted. Therefore, it is necessary to increase the amount of iron salt added.
  • an insolubilizing effect can be obtained with an addition amount of 0.2% or less.
  • the present invention arranges the existing knowledge about the composition and elution characteristics of incinerated ash such as solidified solid fuel, woody biomass fuel, and sludge solidified fuel that is expected to increase. It is clear that all of these have high alkalinity and lead elution is a problem. In this detoxification treatment, insolubilization of lead is the most necessary, and the development of effective drugs for this purpose And the development of the addition method has been carried out using the sample and analysis room of the facility that actually performs the intermediate treatment. As a result, it was confirmed that it is effective to select one or more of ferrous chloride, ferric chloride, ferrous sulfate, and ferric sulfate among iron salts, and a series of treatments.
  • the test has been conducted from a container test to a kneading machine test and a demonstration test using an actual machine (large stirrer) actually operated in an intermediate treatment facility.
  • these incineration ash is characterized by high alkalinity having a pH of 11 or more due to the addition of alkaline chemicals (calcium hydroxide, ammonium, etc.) during the fuel production process or combustion process.
  • alkaline chemicals calcium hydroxide, ammonium, etc.
  • the addition amount of a chemical such as ferric chloride is effective at a small amount of 0.2% or less, which is the cost of using the chemical. It is also very effective for reduction, and it can be said that it is the most advantageous treatment method at present compared with the conventional treatment costs with chelating agents and other inorganic compounds.
  • Table 5 shows an estimate based on the amount of chemicals used to satisfy environmental standards and their purchase price, which was made clear from the results of this treatment test for the detoxification treatment of incinerated ash from solidified fuel and woody biomass fuel. This is a comparison of construction costs. As apparent from the table, when ferric chloride is added, it is possible to add the amount of 0.2% or less, which is the claim of the present invention, and from the viewpoint of cost, the conventional chemical treatment can be performed. It will drop to 4 to 5 times.
  • Table 6 shows the test results as the roadbed material by the sample after cement solidification generated in the actual machine test. This sample has already been subjected to a series of test results of environmental standards related to soil (first type: organic solvent type, second type: heavy metal type, dioxins, etc.). Of course.
  • the test results as roadbed materials in the detoxified sample of the mixture of waste solidified fuel and incinerated ash of woody biomass fuel shown in [0055] are materials that can be sold to construction companies, etc. , Processing costs when receiving treatment as an intermediate treatment facility (income: 20,000-30,000 yen / ash t) and treated recycled materials can be sold to construction companies etc. (income: 500-1,000 yen / ash) Therefore, a stable income source can be obtained. From the perspective of a construction company that purchases such recycled materials, the purchase cost of ordinary roadbed materials is around 3,000 yen / t. As a result, it is considered that recycling can be surely expanded by establishing mutual distribution routes.
  • the composition analysis of the incineration ash of the solidified fuel and the incineration ash of the woody biomass fuel was carried out to confirm the components, content and pH of the contained heavy metals.
  • the incineration ash elution test was carried out, and the heavy metals in question were identified against the environmental standards. As a result, it was confirmed that the insolubilization treatment of lead was the most important because all the incineration ash exceeded the elution standard of lead.
  • all incineration ash is highly alkaline with a pH of 12 or higher, select ferric chloride solution and ferrous sulfate from iron salts with insolubilizing effect in order to achieve insolubilizing effect of lead. The insolubilization effect was confirmed.
  • the addition test of the chelating agent was performed as a guideline for the insolubilizing effect because the chelating agent shows a certain insolubilizing effect.
  • iron salts ferrous sulfate (powder) is commercially available, and ferric chloride (liquid) was obtained as a reagent in the container test, but in the kneading machine and actual machine test, the production factory ( Rasa Industrial Co., Ltd., Gunma Factory).
  • the insolubilization test was conducted by diluting iron salts and changing the amount added.
  • the first scale of the test was an indoor container test (test with a sample of about 1 kg).
  • the second is a test with a 50 L kneader (test with a 20 kg sample)
  • the third is a real machine (test with a 1 t sample with a 2.9 m 3 stirrer that is actually operating in an intermediate processing plant).
  • the dissolution test was conducted after curing for 1 to 7 days to confirm the insolubilization effect.
  • insolubilized material was subjected to a physical test (test according to JIS standards) for roadbed materials to confirm that it could be recycled.
  • Table 7 shows the results of a chemical treatment test (using a chelating agent) of incinerated ash (unit volume weight: 0.65 t / m 3 ) of the solidified fuel. From the table, it was confirmed that the amount of the chelating agent added was 3% and the environmental standard was satisfied with respect to the lead elution amount of 7.5 mg / L.
  • Table 8 shows the results of the chemical treatment test (using ferrous sulfate) of the incinerated ash of the solidified fuel. From the table, it is considered necessary to use an addition amount of 6% or more in order to satisfy the environmental standards due to the addition of ferrous sulfate.
  • ferrous sulfate is a neutral chemical and has little effect of reducing pH against highly alkaline incineration ash, but heavy metals such as lead are adsorbed to the added ferrous sulfate powder and insolubilized. It is considered that an effect can be obtained.
  • Table 9 shows the results of a chemical treatment test (using a chelating agent) of incinerated ash of woody biomass fuel. From the table, it was confirmed that the amount of chelating agent added was 0.5% and the environmental standard was satisfied with respect to the lead elution amount of 0.52 mg / L.
  • Table 10 shows the results of the chemical treatment test (with ferrous sulfate) of the incinerated ash of woody biomass fuel. From the table, it was confirmed that the environmental standard was satisfied with the addition amount of 0.5%. From the table, it is shown that it is difficult to add 0.2% or less shown in claim 1 of this patent in order to insolubilize lead by adding ferrous sulfate.
  • Table 11 shows the results of a chemical treatment test of incineration ash of woody biomass fuel (when solidified by mixing 10% cement, the addition of the chemical is by the combined use of a chelating agent and ferrous sulfate). It was confirmed that the environmental standard was satisfied by adding 2% of the chelating agent added 0.5% by mixing 10% of cement and 1% of ferrous sulfate added thereto. From the table, it was confirmed that the pH increased from 10.5 to 11.8 shown in Table 10 of [0067] as a result of mixing 10% cement, and the pH at which lead is more likely to elute is exhibited. It has become. As a result, it was confirmed that the amount of drug added increased as a result.
  • Table 12 shows the results of the chemical treatment test of the incinerated ash of the solidified fuel (in the case of 10% cement mixing, using ferric chloride solution).
  • the ferric chloride solution stock (concentration 37%) was diluted to a concentration of 10%, and this was carried out as the basis of the amount added. By adding 3% of this to the weight of the incinerated ash, it has been confirmed that the environmental standard is satisfied.
  • the amount of ferric chloride added at this time is 0.25% of the total weight of the incinerated ash considering water (20%).
  • the reason why the insolubilization effect of lead is not exhibited in proportion to the increase in the amount of ferric chloride used is that the formation of lead chloride was promoted by the addition of ferric chloride. As a result, it can be considered that lead chloride is the compound most easily dissolved in water among lead compounds.
  • Table 13 shows an effect test with a 20 kg sample using a 50-liter kneader, in which the incineration ash of the solidified fuel and the incineration ash of the woody biomass fuel were mixed at a 1: 3 ratio, when 10% of the cement was mixed. It is the test which added the ferrous sulfate of. The amount of ferrous sulfate added is approximately 1%, which is considered to satisfy environmental standards.
  • This kind of incineration ash mixing treatment is caused by the fact that the amount of incineration ash from the solidified fuel carried into the intermediate treatment facility is less than the incineration ash from the woody biomass fuel.
  • the treatment method can be handled by the same treatment method at a time without changing the addition amount of the drug, and is considered to be an effective means in practice.
  • Table 14 shows the results of a verification test in which ferric chloride solution was added to a test sample of 20 kg using a 50 L kneader. From the table, solidified fuel is set to this mixing ratio because the amount of arrival at the intermediate treatment facility is relatively small. At this time, it was confirmed that the insolubilization of lead satisfying the environmental standard could be achieved by adding 10% concentration of ferric chloride solution at 1% (the total amount of ferric chloride was 0.058%). It was done. After this test result, a demonstration test (test sample 1t, tested in 3 cases) using actual equipment (2.9m 3 agitator, 2 units) of the processing plant actually operating in the intermediate treatment facility As a result of carrying out (implementation), a similar insolubilization result could be obtained.

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Abstract

　ごみ固化燃料、木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料の使用は、今後増大していくものであるが、同時に増加する焼却灰の処理については、処分場の余量の減少を招くことから、安全に、且つ、安価に再生利用する技術の開発が必要となっていた。このような焼却灰等は、燃料の生成過程あるいは燃焼過程においてアルカリ性の薬剤の添加がなされ、高アルカリ性を呈し、鉛の不溶化対策が問題となっていた。 　これらの焼却灰は高アルカリ性を呈していることを確認し、塩化鉄のうち、塩化第一鉄、塩化第二鉄及び硫酸第一鉄、硫酸第二鉄のうち酸性の薬剤として１種あるいは２種以上選定し、０．２％以下の添加量で混合することで、土壌環境基準を満足することが可能な処理技術である。又、同様に高アルカリ性のセメント等のバインダー材との併用にも効果的であることを確認し、この結果、道路の路盤や盛土材に再生利用する目的を達成できた。  

Description

ごみ固化燃料や木質バイオマス燃料、汚泥固化燃料等の焼却灰、及び廃棄物や汚染土壌を再生利用する方法
　本発明は、ごみ固化燃料や木質バイオマス燃料、汚泥固化燃料等の焼却灰、及び廃棄物や汚染土壌に対して、鉄塩類を０．２％以下の添加量で、重金属類の不溶化処理をし、路盤材等に再生利用する技術分野に関するものである。
従来の技術
　ごみ固化燃料や木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料の利用については、廃棄物処分にあたっての減量化をはかる必要があることと（廃棄物処分場に余裕が少なくなってきたこと）、工業用のボイラー等に使用されている重油の高騰問題及び、腐敗・分解による昇温効果の高いメタンガス発生の抑制対策効果と、化石燃料からの二酸化炭素発生を減少させる目的（地球温暖化防止の目的、いわゆるカーボンニュートラル政策として）によって、国及び各自治体（廃棄物処理関係）あるいは各産業業界（電機、鉄鋼、製紙、石油、自動車、清涼飲料、食品、ガス、林業等の各企業）で盛んに取り組まれてきている状況にある。
　これらを燃焼した焼却灰は、鉛等の重金属を数千ｍｇ／ｋｇ単位で含有していることから、土壌環境基準（例えば、鉛の溶出基準：０．０１ｍｇ／Ｌ、土壌汚染に係る環境基準値）を超えるものとなっており、廃棄物として最終処分場に埋立処分されてきたものである。
　最終処分場における処分区分からみれば、鉛の溶出量が０．３ｍｇ／Ｌ以下のものは、一般の産業廃棄物として最終処分場で処理できるが、ごみ固化燃料や木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料等の焼却灰では、［００４１］記載の表１及び［００４２］記載の表２に示したように、この基準を上まわるものが含まれるため、特別管理型廃棄物として遮断型の処分場に埋立処分されているのが現状であり、汚染土壌を含めて、処理費用（埋立処分に係る経費等）が嵩むものとなっていた。
　又、ごみ固化燃料や木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料等の新たな利用による焼却灰の増加によって、今後、国内の限られた最終処分場においてはいずれの施設も埋立余量が減少し、近い将来には埋立処分場の確保が困難な自治体が発生するものと懸念され、これらの処分対象となっているものを再生利用する技術の開発が急務となっている。
　ごみ固化燃料や木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料等には、鉛をはじめとする重金属を含有するが、重金属の不溶化をはかる技術としては、一般にはセメント、石膏あるいはアスファルト・樹脂等による封じ込め効果による不溶化や、分級、洗浄、及び薬剤処理、あるいは生物処理、高温処理、溶融処理等が開発されている。このうち、コストが比較的安価な対策として薬剤処理を主体としたものが多く実施されている状況にある。
　本特許では、重金属を含有する焼却灰や廃棄物あるいは土壌の薬剤処理に関する技術分野であるが、このような薬剤処理に関する従来の技術としては、ｐＨの変化に係らず不溶化効果に優れた薬剤として、化学合成された有機系化合物のキレート剤による処理が多く実施されているのが現状である。キレート剤の実際の処理にあたっては、キレート剤単独、あるいは、無機系の化合物との複数の組み合わせによる処理方法がいくつか示されているが、これらの技術については、以下の特許文献１記載～特許文献６記載に示したようである。
特開平９－５７２３４号公報 特開２００２－１９４３２８号公報 特開２００６－６８６号公報 特開２００６－１３６８０５号公報 特開２００６－３１６１８３号公報 特開２００７－２１６０７８号公報
　［０００７］記載のキレート剤を使用した処理方法については、一般にキレート剤は高価であり処理コストが嵩むこと、及び、キレート剤そのものは、人工的に合成された化学物質で、自然界に元々存在しないものであることから、生分解性の観点からみても安易に多用することは、問題を招く可能性がある薬物として指摘されている面が一方ではあった。
　このような背景から、無機化合物を使用した薬剤による処理技術も多く提案されており、特に、これまでの焼却灰等に含有する重金属類の不溶化技術については、鉄塩類を使用して溶出し難い化合物とする技術、吸着効果や固化剤を併用した封じ込め技術が示されている。以下の［００１０］記載から［００２９］記載には従来の技術として、特許文献７から特許文献２２と、非特許文献１から非特許文献２とを示した。これらの技術であきらかなように、無機系の薬剤として最も多いものは、鉄塩類である。鉄塩類の添加量（焼却灰、廃棄物あるいは汚染土壌に対する添加量）の記載からみれば、これらの資料中、最も添加量の少ない技術は、［００２１］記載の０．２％以上の鉄（Ｆｅ、鉄のみの換算）とされており、塩化第一鉄で換算すると０．２３％以上となり、塩化第二鉄については、同様に０．２９％以上の各添加量で使用するものとなっている。ここに、本発明は、この最も少ない鉄塩類の添加量をさらに減少した状態で処理可能であることを特徴とするとともに、無害化処理した結果、道路等の盛土材に再生利用することを示した処理技術でもあることを大きな特徴とするものである。このように、従来の塩化鉄類の添加量を大幅に低減して無害化処理可能になった大な要因としては、処理対象となっているごみ固化燃料は、固化・成形過程で水酸化カルシウムを混合していること、木質バイオマス燃料あるいは汚泥固化燃料の焼却灰等は、燃焼過程でいずれも水酸化カルシウムやアンモニア等の高アルカリ性の噴霧等で、いずれも高アルカリ性の焼却灰に変化していることにあった。従って、このような高アルカリ性の焼却灰に対しては、酸性の鉄塩類を少量添加することによって凝集効果（凝集反応）が効果的に進行し、このために不溶化効果が著しく発揮されることを見出したことによるものである。以下に、鉄塩類を含む無機系の化合物を使用した、焼却灰や廃棄物及び土壌についての既往の各処理技術を示したものである。
　焼却灰に塩化第一鉄（ＦｅＣＬ２）の１５％水溶液を５０％添加して、５０～９５℃に加熱して処理する方法（フェライト処理法と呼称される）で、鉛の含有量：６，６００ｍｇ／ｋｇの灰が０．０５ｍｇ／Lに改善する効果があり、又、焼却灰のｐH調整を行い、ｐH７．０～１１．５で効果的であることが示されている。
特開平６－１３４４３６号公報
　都市ごみ焼却灰や排水処理工場からの重金属類を含有する有害産業廃棄物に対し、塩化第一鉄液、塩化第二鉄液（ＦｅＣｌ３）に硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ４）を混合したもので処理する技術であり、鉛溶出量１２０ｍｇ／Ｌが、混合液３０ｍＬ／１００ｇ灰の添加で０．２２ｍｇ／Ｌに改善され、４０ｍＬ／１００ｇ灰の添加で、０．１ｍｇ／Ｌ以下に改善されたことが示されている。なお、特許文献８のいずれの請求項にも、塩化鉄の添加量についての記載は示されていない。
特開平８－９９０７５号公報
　塩化第一鉄液に硫酸第一鉄を混合して、重金属類の不溶化をはかる技術で、鉛溶出７．５ｍｇ／Ｌが２０％の添加で０．０５ｍｇ／Ｌ以下に改善されたことが示されている。又、
の請求項３では、これらの鉄塩を添加する濃度について、Ｆｅ換算で１％～９０％（廃棄物に対する重量比）を添加することで示されているが、この鉄塩の濃度換算では、塩化第一鉄（鉄の分子量比：５６／１２８）の濃度が約２．３％～２０７％（廃棄物に対する重量比）となる。 特開２００４－２０９３７２
　塩化第二鉄水溶液とポリ硫酸第二鉄からなる鉄化合物を１０％と、ｐH調整剤として消石灰１０％添加で、焼却灰の鉛の溶出量：３８ｍｇ／Lを０．０５ｍｇ／Lに改善された方法が示されている。
特開２００５－２８８３７８号公報
　塩化第二鉄を少量含む塩化第一鉄との混合水溶液を添加量７．５～１０％で、焼却灰の鉛の溶出量を２５ｍｇ／Lから０．０５ｍｇ／L以下に改善でき、このときの塩化第二鉄水溶液と塩化第一鉄との混合割合が０．２～１．０％（塩化第二鉄水溶液１．５～１０％濃度）であったことが示されている。
特開２００６－１５０３３９号公報
　珪酸ソーダ（水ガラス）と炭酸ナトリウムを混和した重金属類の不溶化技術については、珪酸ソーダ５～１０％、炭酸ナトリウム１０～２０％添加で、鉛の溶出４．１ｍｇ／Lが０．１９ｍｇ／Lに改善できたことが示されている。
特開平９－１８７７５０号公報
　硫酸ナトリウム（Na２S）と硫酸鉄（FeSO4）を混合して合成硫化鉄鉱物として不溶化する技術であり、これらを０．５％混合して鉛の溶出０．０９ｍｇ／Lから０．０１ｍｇ／L以下に改善されたことが示されている。
特開２００１－１２１１３０号公報
　硫酸アルミニウム粉末や硫酸第一鉄粉末からなる酸性物質を１０％添加し、ｐH１２．４から７．７８にアルカリ度を低下させ、鉛の溶出を抑制する技術で、加熱成形して樹脂で固化させて、鉛の溶出０．２４７ｍｇ／Lから０．００１ｍｇ／Lに改善されたことが示されている。
特開２００１－４６９９８号公報
　酸化鉄粉と水酸化鉄、石膏との組み合わせで固化する技術で、７０％以上の添加で泥土状のものに対して重金属類の不溶化に効果的あることが示されている。
特開２００６－２０５１５２号公報
　リン酸マグネシウムアンモニウム化合物を加熱して吸着効果を高めて、重金属類を吸着して不溶化する技術である。
特開２００５－２３０６５７号公報
　焼却灰に含有する重金属類の不溶化処理として、焼却灰の燃焼ガスからＳＯｘを除去するため消石灰水の噴霧がなされており、この結果焼却灰本来のｐH５．８～７．０程度であったものが、ｐH１２と高アルカリ性となって鉛が溶出し易くなっている問題があった。このような高アルカリ性の焼却灰の鉛の溶出抑制のためには、アルカリ度を低下させることが効果的と考えられて、硫酸溶液を添加し、この結果、ｐH１０±０．５程度に調整されて、鉛の溶出が抑制された技術が示されている。
特開２０００－２８８５０５号公報
　焼却飛灰の重金属溶出防止方法として、１５～３０％のセメントを加えて硫酸第一鉄を１１～１５％加え、１５～２０％加水して、鉛溶出量１．４～２．８ｍｇ／Ｌが０．０１ｍｇ／Ｌ以下に改善されたことが示されている。この特許文献１８の請求項１では、塩鉄（塩化第二鉄を含む）を鉄換算で０．１％以上添加することを記載している。このことは、塩化第一鉄（鉄の分子量比：５６／１２８）液の濃度に換算すると０．２３％、塩化第二鉄（鉄の分子量比：５６／１６２）液の濃度に換算すると、０．２９％になる。
特開２００２－８６１００号公報
　焼却灰、汚泥、低質、石粉、再生粉等に５～３０％のセメントを添加し、攪拌造粒機を使用して攪拌し、これを養生、固化させて有害物質を封じ込める技術が示されている。
特開２００４－８９４５号公報
　焼却飛灰の重金属溶出低減方法について、硫酸第一鉄と酸化物質（過酸化水素あるいは次亜塩素酸ナトリウム）を併用する技術で、硫酸第一鉄を５％添加して、鉛の溶出５４．２ｍｇ／Ｌを０．０１ｍｇ／Ｌ以下に改善していることを示し、特にセメントを１０％混合した状態で効果があることが示されている。又、塩酸第一鉄、硝酸第一鉄も同様な処理をすることで請求項に示されている。
特開平１０－１１３６３７号公報
　土壌固化剤において、固化を促進させるために、酸化マグネシウムと塩化第二鉄水溶液を使用するが、塩化第二鉄水溶液は凝集効果が顕著なために、酸化マグネシウムが固化する問題を、吸着材に塩化第二鉄水溶液をあらかじめ吸着させて両剤が一度に混合できることを特徴とした技術である。塩化第二鉄水溶液による機器の腐食を抑制する効果があるが、このような土壌の固化による重金属類の不溶化問題には言及していない。
特開２００２－１６７５８２号公報
　土壌等の重金属類の不溶化のために、酸化マグネシウムと酸性の固化助剤として硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸第一鉄、塩化第二鉄等を１０％以上加えて中性化をはかる技術が示されている。
特開２００２－２０６０９０号公報
　石炭灰を主とする焼却灰は、これまでは。セメント原料に限定されてきたが、硫酸による洗浄と洗浄液の遠心分離機で有害物を除去して、再生資源化する技術が紹介されている。
河北新報新聞（平成２０年２月１６日、朝刊）記載の「石炭灰無害化に成功」
　汚染土壌の浄化方法については、分級と洗浄によって汚染物質を離脱させ、これらの汚染物質を分離槽で振動、気泡等で分離する技術が示されている。
特開２００２－２５４０６３号公報
　汚染土壌を対象として、酸化マグネシウム粉末を使用し、固化・不溶化を行う技術が示されている。
特開２００３－３３４５２６号公報
　ヒ素で汚染された土壌に塩化第二鉄液を使用して、不溶化処理を実施した事例が示されている。
ホームページ（低濃度ヒ素汚染土の高速不溶化処理、鴻池組土木部公報）
　ごみ固化燃料や木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料は、亜炭の燃焼するカロリーにほぼ匹敵するエネルギー源であることから、近年の原油等の高騰問題と、化石燃料からの二酸化炭素排出抑制問題（京都議定書等に基づく二酸化炭素削減計画の実行問題）があり、今後このような背景から、新たな熱エネルギーとして利用の増大がはかられる傾向にある。しかしながら、これらの新しく製造された燃料の焼却利用が拡大する結果、大量の焼却灰が排出されることにもなり、その処理は最終処分場に埋立処分されることから、最終処分場の余量に大きな影響を与えかねず、これらを無害化して有効利用する（リサイクルする）技術開発が望まれている状況にある。
　特に、ごみ固化燃料については、これまで未焼却で処分されてきたものの利用拡大が施策として進められており、焼却灰の発生が増大することになる。又、木質バイオマスも、建設廃材等の利用に加え（現在、利用が拡大して建設廃材の確保が困難な状況になっていることから）、製材所から排出される未利用部（製材工程で製材が６～７割、未利用部３～４割程度発生する）も、利用され始め、さらに間伐材や製材所や製紙工場から排出される総ての有機物の有効利用の推進がはかられ、同様に焼却灰が今後増大することになる。
　汚泥固化燃料は、下水やし尿を処理する下水処理施設及び食品工場から排出される汚泥を利用したものであるが、その製造工程は、乾燥あるいは蒸し焼きにし、粒状あるいはペレット状に成形したものからなり、このうち、蒸し焼きにして炭化したもの（８５０℃の蒸し焼き、酸素の無い状態ではダイオキシン類の生成問題があり、これらの分解；８００℃を考慮した温度設定）では、通気性・保水性・透水性に優れ、ミネラルや燐酸を含有することから、園芸等の土壌改良材としての利用や融雪材等に使用されるものであるが、燃料としても石炭の二分の一から三分の一程度の熱量を有していることから、固形燃料として焼却されるものも多く見込まれるものとなっている。このために、今後、汚泥固化燃料の焼却灰の発生が多くなるものと考えられ、その処理対策として、最終処分場での埋立処分ではなく有効利用（リサイクル）技術の開発が必要となっている。
　このようなごみ固化燃料や木質灰バイオマス燃料及び汚泥固化燃料等の焼却では、毒性の強いダイオキシン類の発生問題があるが、燃焼にあたってのダイオキシン類の発生を防止するため、［００３２］記載同様に、その分解を促す効果的な技術として８５０℃程度（ダイオキシン類は８００℃以上で分解するため）の高温で焼却する技術で対応しているところであり、このような高温下での燃焼により、焼却灰に本来は含有する重金属類のうち水銀（Ｈｇ）も、沸点（水銀の沸点：３５６．７３℃）より高温の焼却であることから気化が促進され、焼却灰には水銀も殆ど含有せず、溶出基準からみれば問題とはならないものとなっているのも特徴である。
　又、これらの焼却灰の特性としては、これらを燃焼する焼却施設は大規模のものが多いが、このような焼却施設では、燃焼過程における排気ガスからのＳＯｘ（硫化物）及びＮＯｘ（硝酸化物）の排出抑制（化合物を形成して、固化・沈殿により除去される）のために、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）とアンモニア水（ＮＨ４ＯＨ）の噴霧を実施する技術が導入されている。この結果、焼却灰は、本来は弱酸性（ｐＨ５．８～７．０程度）を呈するものであるが、これらの高アルカリ性の薬剤の添加によって、生成した焼却灰（特に焼却飛灰）では、ｐＨ１１以上の高アルカリ性を呈していることが大きな特徴として挙げられる。
　［００１０］記載の特許文献７及び［００２０］記載の特許文献１７等の技術で、鉄塩類（ここでは塩化第一鉄）を使用して鉛等の重金属を不溶化するために、焼却灰に消石灰（水酸化カルシウム）を添加してアルカリ性に調整した後に、酸性の塩化鉄を混合して反応を促進させる技術を示している。しかしながら、本特許技術の目的であるごみ固化燃料、木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料等の焼却灰のいずれについても、今日では、燃焼過程において［００３４］記載で示すようにアルカリ性の薬剤の噴霧等によって、ｐＨ１１以上の高アルカリ性を呈することが大きな特徴であり、鉄塩類を添加するにあたっては、あらためてｐＨ調整（焼却灰をアルカリ性にするための調整）の必要性は無いものとなっている。
　このうち、最も高アルカリ性を呈するものはごみ固化燃料の焼却灰であるが、この要因として、ごみ固化固化燃料の生成にあたり、固化してペレットに加工する過程で、脱水と腐敗及び悪臭発生対策のために、５％程度の消石灰（水酸化カルシウム、焼くと水分子が半分除去される）を焼いたもの、あるいは生石灰（酸化カルシウム、水分と激しく反応して水酸化カルシウムを形成する）を混合しているのが特徴であるが、これらの混合によって、含まれる水分の除去と昇熱して乾燥を促す効果や殺菌・腐敗防止・消臭効果を目的としたものである。この結果、ごみ固化燃料の燃焼灰は、燃焼前に比べ重量が約１０分の１に低下するが、水酸化カルシウムが不燃物として多く残留することから、［００４１］記載に示すように、ｐＨ１２以上の高アルカリ性を呈する要因となっていることが特徴となっている。
　又、このような焼却灰は、［００４１］記載の分析結果に示したように、重金属類のうち最も多く含有する鉛（Ｐｂ）の溶出が問題となっていることがわかる。鉛の溶出特性からみれば、高アルカリ性領域（ｐＨ１１以上）と酸性域（ｐＨ６以下）で溶出し易く、中性域では溶出し難い特性があることが知られている。
　このように鉛の溶出特性から、ごみ固化燃料、木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料等のいずれの焼却灰も、ｐＨ１１以上の高アルカリ性を呈すことから、これらの焼却灰の再生利用にあたっては、鉛の不溶化対策が大きな問題となっていることがわかる。
　請求項４、請求項５記載の一般廃棄物と産業廃棄物についても、家庭ごみや食品屑等の有機物を含むものについては、焼却場で処理されたものが多くを占めており、［００３４］記載同様の燃焼過程により、焼却されたものは高アルカリ性を呈するものとなっている。現状、これらの廃棄物の最終処分場の余量が各自治体で減少し、新たな処分場の建設も困難となっていることから、これらを再生利用する技術の開発が必要になってくるものと考えられる。
　このような再生技術の必要性は、汚染土壌の処理についても同様であり、同じく再生利用が求められている現状にあり、請求項６記載に示す技術が必要であり、無害化して盛土や路盤材に利用することが望ましいと考える。
　表１には、収集した家庭ごみから作成したごみ固化燃料を、ボイラーの過熱用に使用した焼却灰（ここでは焼却飛灰の例）の分析結果を示した。同表から、鉛が大量に含有し、又、ｐＨ１２．６の高アルカリ性を呈しており、溶出試験結果（分析の方法：平成３年環境省告示４６号による、以下同様）では、鉛が７．５ｍｇ／Ｌと環境基準を大きく上まわり、廃棄物の受入れ基準からみても、０．３ｍｇ／Ｌ以上であることから、特別管理型廃棄物の対象となる。特別管理型廃棄物の最終処分は、遮断型の最終処分場への埋立処分が義務付けられ、このような処分方法では、処分コストがより嵩むことと、受入れる処分場の余量の急激な減少が大きな問題となっており、これらを再生利用する技術開発が必要となっている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表２には、木質バイオマス燃料の焼却灰（ここでは焼却飛灰による）の分析結果を示した。ここでの木質バイオマスの原料は、主に建築廃材を主とし、これらをチップ化し、大型の製紙工場のボイラー加熱用として燃焼させたものである。同表でも、鉛の含有量が多く、ｐＨ１２．１の高アルカリ性を示している。なお、表２では鉛の溶出試験結果では［００４１］記載の表１に比して小さい値（０．５２ｍｇ／Ｌ）となっているが、この原因は、排出された焼却灰の最終処分あるいは中間処分の受入れ基準（鉛の溶出基準で０．３ｍｇ／Ｌ以下）の問題から、通常の産業廃棄物として処分あるいは、再生利用するための中間処分場への受入れ基準をクリアーすることを目的として、鉛の溶出抑制のために焼却灰にキレート剤を既に添加していることによるものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表３には、表１に示したごみ固化燃料の焼却灰を再生利用することを目的として、セメント固化による鉛の封じ込め効果を試験（試験試料１ｋｇによる容器試験、溶出試験実施は７日間養生にいる）したものである。この試験結果からあきらかなように、セメント自体が強アルカリ性（ｐＨ１３程度）の水酸化カルシウムを主体としていることから、セメントの混合量の増加によってより高アルカリ性となって鉛が溶出し易くなっていることが示されている。従って、セメント固化による封じ込め方法は、セメント量を増加しても鉛の不溶化効果が発揮されず、セメント単独（固化させるためのセメント混合量１０％以上）では不溶化処理が困難であることがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　請求項６記載の汚染土壌の浄化処理の試験資料例を表４に示した（試験試料３ｋｇの容器試験）。同表では、低濃度の鉛を含有する土壌にセメントを混合して、これを封じ込める不溶化処理工事を実施するための室内試験として実施されたものである。同表から、少量のセメントの混合でも鉛の不溶化効果がみられ、１．５％と２．５％混合によって環境基準を満足するが、３．５％混合のケースでは、逆に、鉛の溶出抑制効果が発揮されないことも示され、その原因がセメントの増量による高アルカリ性を呈することがわかる。このことから、セメントによる鉛の不溶化処理方法の実施にあたっては、高アルカリ性のセメントの増量によって、むしろ、逆効果となることと、セメントによる封じ込め処理方法を実施するためには、［００４３］記載同様、他の不溶化効果のある薬剤との併用が必要となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　ごみ固化燃料、木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料の焼却灰の再生利用にあたっては、鉛の溶出抑制を実施して、土壌環境基準（鉛の溶出量０．０１ｍｇ／Ｌ以下）を満足する必要があるが、いずれもｐＨ１１程度の高アルカリ性となっていることから、重金属のうち、特に鉛の不溶化対策が最も重要な課題となっている。又、既に最終処分場に処分された廃棄物や汚染土壌についても、鉛を含む重金属類の不溶化がはかられれば再生材としての利用が可能となる。
　本発明では、このような焼却灰はいずれも高アルカリ性を呈することから、酸性の鉄塩類から、塩化第一鉄、塩化第二鉄及び硫酸第一鉄、硫酸第二鉄から１種あるいは２種以上選定し、これを０．２％以下の添加量で、焼却灰の利用で最も問題となっている鉛の不溶化がはかられ、土壌環境基準を満足する技術であることを特徴としている。
　これらの鉄塩類のうち、塩化第二鉄等の強酸性の薬剤は、製造工場から搬送された状態では濃度３７％（塩化第一鉄液は３１％）であり、この原液での利用目的は、本来は電子部品のエッチング用あるいは、最近ではシュレッダーごみから金属を溶出する薬剤として使用されているものであり、ステンレス鋼も腐食させる金属類の腐食効果が著しい薬剤である。このよう強酸性の薬剤を中間処理施設あるいは移動処理施設等で実際に使用する場合には、使用する機材やプラントに腐食被害が大きな障害となるが、本特許で示すこれらの強酸性の薬剤の添加量が０．２％以下であることから、予め加水分で希釈して使用することで、その腐食障害からの影響を最小限にすることも可能になった。即ち、処理対象の焼却灰等は既に述べたようにｐＨ１１以上の高アルカリ性であり、これに０．２％以下の強酸性の薬剤を添加しても、混合して瞬く間に高アルカリ性（ｐＨが０．５程度以内低下する）を有することから、使用する機材等の腐食の問題は最小減（添加した瞬間に容器の底面や側面に接触、あるいは跳ねた薬剤が付着すること等）であり、むしろ、焼却灰を混合するときの攪拌によって機械的な磨耗や欠損等が問題となることも確認された。このことから、強酸性の塩化第二鉄液の安全な使用方法も可能となり、これまでの使用上のためらいが払拭された技術と言える。
　なお、鉄塩類のうち、硫酸第一鉄は中性であり鉄のサプリメントに使用される食品添加物である。しかしながら、硫酸第二鉄及び塩化第二鉄は、強酸性の薬剤であり、このうち塩化第二鉄については、国内の総生産量が３５万ｔ程度であったが、最近では生産量が少なくなっている薬剤である。このことは産業界の構造の変化によるものであり、塩化第二鉄液の最も多い需要分野は、電子機器のブラウン管の製作工程であったが、ブラウン管の利用が消失したことから、減産されている状況にある。又、国内で最も生産量が多かった薬品メーカー（年間２０万ｔ生産）では、平成１６年に生産工場からの漏洩事故と平成１８年の高速道路における追突事故での流出事故によって、大きな環境問題になったことを契機として、生産停止している薬剤でもある。
　このような経緯を踏まえると、塩化第二鉄等の強酸性の薬剤を使用した処理方法については、この薬剤の貯留施設や添加施設等の安全性の確保が必要となるが、搬送された薬剤（塩化第二鉄液の場合：３７％濃度）を貯留する場合には、受入れ容器に１０％濃度に希釈して保管し、添加する工程で加水して０．２％以下の溶液とすることで、保管及び利用上の安全性が確保できるものとなっている。
　ごみ固化燃料、木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料等の処理対象となる焼却灰は、いずれもｐＨ１１以上の高アルカリ性を呈しているが、これに高アルカリ性のセメントを１０～１５％程度混合した場合にでも性状が同様であることから（ｐＨが０．５前後高くなる）、セメント固化との併用も可能である。セメントの混合にあたっては、よりｐＨが高アルカリ性に遷移して鉛が溶出し易くなることから、鉄塩類の添加量を増加させる必要がある。しかしながら、この場合でも、０．２％以下の添加量でいずれも不溶化効果が得られることを確認している。
　なお、セメントを混合したものは、固化後の塊状の処理物を粉砕、あるいは、攪拌機等による造粒加工によって、道路の盛土等に再生材として利用できる技術であることも特徴である。
　本発明は、現状増大化しているごみ固化燃料、木質バイオマス燃料及び、増加することが見込まれる汚泥固化燃料等の焼却灰の組成及び溶出特性について、これまでの知見を整理し、これらの焼却灰等がいずれも高アルカリ性を呈することと、鉛の溶出が問題となっていることをあきらかにし、この無害化処理にあたっては、鉛の不溶化が最も必要であり、このための効果的な薬剤の開発と添加方法の開発を、実際に中間処理している施設の試料や分析室を使用して行ってきた。この結果、鉄塩類のうち、塩化第一鉄、塩化第二鉄及び硫酸第一鉄、硫酸第二鉄から１種あるいは２種以上選択することが効果的であることを確認し、一連の処理試験を容器試験から始まって、混練機試験及び中間処理施設で実際に運用されている実機（大型の攪拌機）による実証試験まで実施してきた。この結果、これらの焼却灰は燃料の生成過程あるいは燃焼過程でアルカリ性の薬剤（水酸化カルシウムやアンモニウム等）の添加によって、いずれもｐＨ１１以上の高アルカリ性を呈していることが特徴である。このため、例えば塩化第二鉄液等の強酸性液の添加によって、混合・攪拌することによって鉛の不溶化効果が顕著に現れることを確認した。このような顕著な不溶化効果の確認によって、上記の塩化第二鉄液を使用した場合には、［００２１］記載の特許文献１８の請求項に記載されている添加量（請求項１：０．２％以上から１００％の添加量）より少ない添加量で、環境基準を満足することを［００６９］記載及び［００７１］記載に示すように確認したが、このような焼却灰の実情に会わせた効果的な薬剤の使用に関する知見は、本発明で始めてのものであった。
　従って、このような大量に発生する焼却灰の無害化処理に対して、塩化第二鉄等の薬剤の添加量が０．２％以下と少量で効果的であることは、薬剤使用のコストの低減化に対しても非常に効果的であり、これまでのキレート剤による処理コストや他の無機化合物の薬剤に比して、現状、最も有利な処理方法と言える。
　表５には、ごみ固化燃料及び木質バイオマス燃料の焼却灰の無害化処理にあたって、今回の処理試験結果からあきらかになった、環境基準を満足するための薬剤の使用量とその購入価格から、概算工費を比較したものである。同表からあきらかなように、塩化第二鉄を添加した場合には、本発明の請求項である０．２％以下の添加量で可能なことと、コスト面からみて、従来の薬剤処理の四～五分の一に低下することになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表６には、実機試験で生成されたセメント固化後の試料による路盤材としての試験結果を示した。この試料は、既に土壌に係る環境基準（第一種：有機溶剤系、第二種：重金属系及びダイオキシン類等）の一連の試験結果を実施した結果、総てを満足したものであることは勿論である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　［００５５］記載に示した、ごみ固化燃料と木質バイオマス燃料の焼却灰との混合したものの無害化処理した試料における、道路の路盤材としての試験結果は、建設会社等に販売可能な資材であり、中間処理施設として処理を受入れたときの処理費（収入：２万～３万円／灰ｔ程度）と、処理した再生材が建設会社等に販売できる（収入：５００～１千円／灰ｔ程度）ために、安定した収入源を得ることができる。又、このような再生材を購入する建設会社側からみれば、通常の路盤材の購入費が３千円／ｔ程度であることから、より安価（三分の一以下）に路盤材が調達できることになり、互いの流通ルートを確立することによって、確実に再生利用が拡大するものと考えられる。
　［０００４］記載及び［０００５］記載に示したように、ごみ固化燃料、木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料の利用の拡大は、これらから発生する焼却灰を従来通り最終処分場で埋立処分することは、処分場の余量の急速な減少を招く問題があったが、［００６８］記載に示す再生利用の拡大だ実現すれば、これらの問題も解消可能となる。又、既に埋立処分された焼却処分された廃棄物や汚染土壌についても、この再生利用がはかられれば、あらたな処分場の開発が困難となっている状況からみれば、朗報になると言える。
なお、今後に残された問題としては、各焼却灰の無害化処理で、本発明で示す塩化第二鉄等の添加によって［００５６］記載のように道路の路盤材等の建設資材に広く使用される場合には、鉛等の再溶出問題について、その耐久性を詳細に把握して評価する必要がある。このためには、例えばアベイラビリティー試験（ｐＨ４とアルカリ性領域での溶出試験基準）等を実施する必要があり、現状、その試験の準備を行っているところである。従って、路盤材や盛土等の建設資材への利用では、現状、一般の砕石に一定程度をブレンド（５～３０％程度）して利用することとしている。
発明の実施形態
　ごみ固化燃料の焼却灰と木質バイオマス燃料の焼却灰との組成分析を実施して、含有する重金属類の成分と含有量及びｐＨを確認した。次に、この焼却灰の溶出試験を実施し、環境基準と照らし合わせて、問題となる重金属の特定を行った。この結果、いずれの焼却灰も鉛が溶出基準を超過しており、鉛の不溶化処理が最も重要であることを確認した。又、いずれの焼却灰もｐＨ１２以上の高アルカリ性であることから、鉛の不溶化効果をはかるために、不溶化効果がある鉄塩類の中から、塩化第二鉄液と硫酸第一鉄を選定して不溶化効果の確認を行った。これらの薬剤の添加試験に際して、キレート剤の添加試験の実施は、キレート剤が確実な不溶化効果を示すことから、不溶化効果の指針としてこれを実施したものである。
　鉄塩類による薬剤処理の不溶化効果試験実施にあたっては、鉄塩類単独での添加による不溶化効果の確認と併せ、市販のキレート剤による効果を確認するとともに、コストの面から勘案して、キレート剤と鉄塩類との併用の試験等も実施した。鉄塩類のうち、硫酸第一鉄（粉末）は市販のもので、塩化第二鉄（液）は、容器試験は試薬として入手したものであるが、混練機及び実機試験にあたっては、生産工場（ラサ工業株式会社、群馬工場）から直接取り寄せたものである。
　不溶化効果の試験は、鉄塩類を希釈したものを用意し、これを添加量を変化させて実施したもので、試験の実施規模は、１番目は室内での容器試験（１ｋｇ程度の試料による試験）、２番目は５０Ｌの混練機による試験（２０ｋｇの試料による試験）、３番目には、実機（実際に中間処理プラントで稼動している２．９ｍ３の攪拌機による１ｔの試料による試験）を実施し、１～７日間の養生後に溶出試験を実施して、不溶化効果を確認した。
　又、不溶化処理したものについて、路盤材の物理試験（ＪＩＳ規格による試験）を実施して、再生利用可能であることを確認した。
　請求項１及び請求２記載のごみ固化燃料と木質バイオマス燃料についての薬剤の不溶化効果試験を実施した。薬剤の選定及び使用方法と試験手順については、（１）キレート剤（市販による）による試験、（２）硫酸第一鉄（粉末、市販による）、及び（３）キレート剤、硫酸第一鉄使用によるセメント混合のケース、（４）塩化第二鉄による試験、（５）塩化第二鉄によるセメント混合のケース等の各試験を実施した。なお、練混機と実機試験の実施では、いずれもセメント混合のケースである。
　表７には、ごみ固化燃料の焼却灰（単位体積重量：０．６５ｔ／ｍ３）の薬剤処理試験（キレート剤による）結果を示した。同表から、鉛の溶出量７．５ｍｇ／Ｌに対し、キレート剤の添加量３％で環境基準を満足することが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　表８には、ごみ固化燃料の焼却灰の薬剤処理試験（硫酸第一鉄による）結果を示した。同表から、硫酸第一鉄の添加による環境基準を満足するためには、添加量を６％以上使用する必要があると考えられる。ここに、硫酸第一鉄は中性の薬剤であり、高アルカリ性の焼却灰に対するｐＨの低減効果は少ないが、添加された硫酸第一鉄の粉末に鉛等の重金属類が吸着して、不溶化効果が得られるものと考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　表９には、木質バイオマス燃料の焼却灰の薬剤処理試験（キレート剤による）結果を示した。同表から、鉛の溶出量０．５２ｍｇ／Ｌに対し、キレート剤の添加量は０．５％で環境基準を満足することが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　表１０には、木質バイオマス燃料の焼却灰の薬剤処理試験（硫酸第一鉄による）結果を示した。同表から、添加量０．５％で環境基準を満足することが確認された。同表から、硫酸第一鉄の添加によって鉛の不溶化処理をするためには、本特許の請求項１に示される０．２％以下の添加量では困難であることを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　表１１には、木質バイオマス燃料の焼却灰の薬剤処理試験（セメント１０％混合して固化した場合で、薬剤の添加はキレート剤と硫酸第一鉄の併用による）結果を示した。セメント１０％の混合によって、キレート剤０．５％添加し、これに硫酸第一鉄を１％添加した２薬剤の併用することによって、環境基準を満足することが確認されたものである。同表から、１０％のセメントの混合によって、ｐＨが［００６７］記載の表１０示した１０．５から１１．８に上昇していることが確認され、より鉛が溶出し易いｐＨを呈するものとなっている。このことから、結果として、薬剤の添加量が全体に増加することが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
　表１２には、ごみ固化燃料の焼却灰の薬剤処理試験（１０％のセメント混合の場合、塩化第二鉄液による）結果を示した。同表では、塩化第二鉄液の原液（濃度３７％）を希釈して１０％濃度とし、これを添加量の基本として実施したものである。これを焼却灰の重量に対して３％添加することによって、環境基準基準を満足することが確認されたものである。このときの塩化第二鉄の添加量は、加水（２０％）を考慮する焼却灰全体の重量の０．２５％の使用量となっている。又、同表では、塩化第二鉄の使用量を増加しても、鉛の不溶化効果がこれに比例して発揮されない理由としては、塩化第二鉄の添加によって、塩化鉛の形成を促した結果、塩化鉛は鉛化合物の中で最も水に溶解し易い化合物であることに起因していることが考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
　表１３には、５０Ｌの混練機による２０ｋｇの試料による効果試験であり、ごみ固化燃料の焼却灰と木質バイオマス燃料の焼却灰を１：３で混合したものに対しての、セメント１０％混合時の硫酸第一鉄を添加した試験である。硫酸第一鉄の添加量は概ね１％程度で環境基準を満足するものと考えられる。このような焼却灰の混合処理については、現状、中間処理施設に搬入されるごみ固化燃料の焼却灰が、木質バイオマス燃料の焼却灰に比して少ないことに起因しているが、両者を混合して処理する方法は、薬剤の添加量を変えずに一度に同様の処理方法で対応できることから、実務的には有効な手段と考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
　表１４は、５０Ｌの混練機により試験試料２０ｋｇに対して、塩化第二鉄液の添加処理を行った実証試験結果である。同表から、ごみ固化燃料は中間処理施設への入荷量が比較的少ないことから、この混合比に設定したものである。この時の塩化第二鉄液１０％濃度を１％の添加（塩化第二鉄の総添加量は０．０５８％となる）では、環境基準を満足する鉛の不溶化が達成できたことが確認された。この試験結果の後、中間処理施設で実際に稼動している処理プラントの実機（２．９ｍ３の攪拌機、２台設置されている）を使用して実証試験（試験試料１ｔ、３ケースで試験実施）を行った結果、同様の不溶化結果を得ることができた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
　本発明によれば、焼却灰、廃棄物、汚染土壌に対して重金属類の不溶化処理を施すことにより、路盤材等に再生利用可能な記述を提供することができる。

Claims (6)

  1. 鉄塩類のうち、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄及び硫酸第二鉄から、１種あるいは２種以上選択し、０．２％から０．００１％の範囲の添加量で、ごみ固化燃料の焼却灰を再生利用する方法。
  2. 鉄塩類のうち、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄及び硫酸第二鉄から、１種あるいは２種以上選択し、０．２％から０．００１％の範囲の添加量で、木質バイオマス燃料の焼却灰を再生利用する方法。
  3. 鉄塩類のうち、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄及び硫酸第二鉄から、１種あるいは２種以上選択し、０．２％から０．００１％の範囲の添加量で、汚泥固化燃料の焼却灰を再生利用する方法。
  4. 鉄塩類のうち、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄及び硫酸第二鉄から１種あるいは２種以上選択し、０．２％から０．００１％の範囲の添加量で、一般廃棄物を再生利用する方法。
  5. 鉄塩類のうち、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄及び硫酸第二鉄から、１種あるいは２種以上選択し、０．２％から０．００１％の範囲の添加量で、産業廃棄物を再生利用する方法。
  6. 鉄塩類のうち、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄及び硫酸第二鉄から、１種あるいは２種以上選択し、０．２％から０．００１％の範囲の添加量で、汚染土壌を再生利用する方法。
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