JP4092836B2 - 焼却灰及び／又は焼却飛灰の重金属溶出防止処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ゴミの焼却灰及び／又は焼却飛灰の溶融スラグからの重金属の溶出を防止する重金属溶出防止処理方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
一般ごみ廃棄物や下水汚泥等の産業廃棄物は、通常焼却処理されるが、更にその減量化や安定化を目的として焼却残渣を溶融処理する場合がある。
【０００３】
このような溶融処理で排出される溶融スラグ中には重金属が含有されている。この溶融スラグ中の重金属は一般的には溶出しにくいとされているが、条件によっては溶出する場合がある。特に、酸性条件下では重金属の溶出量が高くなることが知られている。また、重金属のうち、特に鉛の溶出量が高いことも知られている。
【０００４】
従来、このような溶融スラグからの重金属の溶出を防止する方法として、
(1) 焼却ダストにリン酸一水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム又はリン酸三カリウムを添加して溶融する方法（特開昭６０−１６５３２６号公報）
(2) 被溶融物にＦｅ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ａｌの成分を有する添加物を添加して溶融する方法（特開平１０−２７７５２１号公報）が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記(1)，(2)の方法では、重金属の溶出防止効果が十分ではなく、得られる溶融スラグは、再利用の基準とされている環境庁告示４８号試験における土壌環境基準値を多くの場合満足するものの、酸性雨を考慮した酸性条件下での溶出試験では、埋立基準値や土壌環境基準値を満足できないか、或いは、これらの基準値を満足するためには大量の薬剤が必要となるという欠点があった。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点を解決し、少ない薬剤使用量で、酸性条件においても都市ゴミの焼却灰及び／又は焼却飛灰の溶融スラグからの重金属の溶出を確実に防止することができる重金属溶出防止剤を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の焼却灰及び／又は焼却飛灰の重金属溶出防止処理方法は、都市ゴミの焼却灰及び／又は焼却飛灰に重合リン酸、重合リン酸塩、リン酸二水素ナトリウム及びリン酸の多価金属塩よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含有する重金属溶出防止剤を混合した後、１２００〜１６００℃で加熱溶融し、その後冷却する焼却灰及び／又は焼却飛灰の重金属溶出防止処理方法であって、前記重金属溶出防止剤は、トリポリリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、ヒドロキシアパタイト、二リン酸三カルシウム、リン酸アルミニウム、又はリン酸鉄（ III ）であることを特徴とする。
【０００８】
なお、以下において、重合リン酸及び／又は重合リン酸塩を「重合リン酸（塩）」と称す場合がある。
【０００９】
一般に、重金属類は、溶融過程において溶融スラグ中に閉じこめられるとともに、一部は揮発し溶融飛灰中に移行する。
【００１０】
本発明において、重合リン酸（塩）やリン酸二水素ナトリウムは、重金属類の大部分を溶融スラグ中に閉じこめて安定化させる機能を奏し、この結果、溶融飛灰中の重金属は低減する。一方、溶融スラグの重金属量含有量は従来法よりも多くなるが、この溶融スラグ中の重金属は安定的に溶融スラグ中に固定され、非常に溶出しにくいものとなる。重合リン酸（塩）及びリン酸二水素ナトリウムによるこの作用機構の詳細なメカニズムは明らかではないが、次のように推定される。即ち、重合リン酸（塩）やリン酸二水素ナトリウムの融点は、通常の廃棄物の溶融処理温度である１２００〜１６００℃よりも低いため、被溶融物が溶融状態にあるときにこれらの化合物が融解し、被溶融物中の重金属と相互作用することで重金属類を溶融スラグ中に取り込み、安定化し、その溶出を防止する。
【００１１】
また、リン酸の多価金属塩は、重金属類を溶融飛灰に移行させることで重金属含有量の低い溶融スラグを製造すると共に、溶融スラグからの重金属の溶出をも防止する機能を奏する。リン酸の多価金属塩によるこの作用機構の詳細なメカニズムは明らかではないが、次のように推定される。即ち、リン酸の多価金属塩の融点は、通常の溶融温度である１２００〜１６００℃よりも高いため、被溶融物が溶融状態にあったときでも、被溶融物中の重金属との相互作用はあまり起こらず、そのままの形態で溶融スラグ中に残存すると考えられる。しかし、溶融スラグから重金属が溶出する際、この重金属と不溶性の化合物を形成し、これを安定化させて溶出を防止する。
【００１２】
リン酸の多価金属塩を用いた場合は、重合リン酸（塩）やリン酸二水素ナトリウムを用いた場合に比較すると、重金属濃度の高い溶融飛灰が生成されるので、これを別途処理する必要がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の焼却灰及び／又は焼却飛灰の重金属溶出防止処理方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
本発明の焼却灰及び／又は焼却飛灰の重金属溶出防止処理方法において、重合リン酸としては、メタリン酸、トリポリリン酸が挙げられ、重合リン酸塩としては、これらの重合リン酸のナトリウム塩が挙げられる。
【００１５】
また、リン酸の多価金属塩としては、二リン酸三カルシウム又はヒドロキシアパタイトや、リン酸鉄、リン酸アルミニウムが挙げられる。
【００１６】
本発明においては、これらのリン酸化合物の１種を単独で用いても良く、また、２種以上を併用して用いても良い。
【００１７】
本発明に従って都市ゴミの焼却灰及び／又は焼却飛灰の溶融スラグからの重金属の溶出を防止するには、都市ゴミの焼却灰、焼却飛灰に上記の重金属溶出防止剤を予め混合した後、加熱溶融し、その後冷却する。
【００１８】
このようにして溶融スラグからの重金属の溶出を防止するに当たり、重金属溶出防止剤の添加量は、重金属の溶出防止効果及び薬剤コストの面から、被溶融物に対して１〜２０重量％の範囲とするのが好ましい。
【００１９】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例により何ら限定されるものではない。
【００２０】
なお、以下の実施例及び比較例では、被溶融物として、都市ごみ焼却灰（ボトムアッシュ）と焼却飛灰（フライアッシュ）を焼却灰：焼却飛灰＝７：３（重量比）で混合した混合灰を用いた。これらの成分分析結果は表１に示す通りである。
【００２１】
【表１】

【００２２】
実施例１〜７、比較例１〜３
被溶融物である混合灰１８０．０ｇを採取し、これに表２に示す各種のリン酸化合物１８．０ｇ（混合灰に対して１０重量％）を、均一に混合し（ただし、比較例１では薬剤添加せず。また、比較例３ではリン酸化合物３６．０ｇ（混合灰に対して２０重量％）添加）アルミナルツボに入れた。この混合物を入れたアルミナツルボを高温電気炉に入れて１４５０℃で１時間加熱して溶融させた。その後、アルミナルツボを高温電気炉から取り出し、５分程度放冷した。その後、１５Ｌの水道水が入っているバケツにアルミナルツボを入れて冷却させた後、バケツから取り出した。
【００２３】
アルミナツルボから溶融スラグを取り出した後、粉砕器を用いて溶融スラグを粉砕し、ふるいを用いて粒度ごとに分別した。
【００２４】
粉砕した溶融スラグ（粒径０．３ｍｍ以下）について、スラグ中のＰｂ含有量の分析を行った。また、下記手順で環境庁告示４６号に準じた溶出試験と、酸性条件下での溶出試験を行い、これらの結果を表２に示した。
〔環境庁告示４６号溶出試験〕
試料（単位ｇ）と溶媒（純水に塩酸を加え、水素イオン濃度指数が５．８〜６．３となるようにしたもの）（単位ｍＬ）とを重量体積比１０％の割合で混合し、混合液５００ｍＬ以上を調製して試料液とする。調製した試料液を常温（おおむね２０℃）、常圧（おおむね１気圧）で振盪機（予め振盪回数を毎分約２００回、振盪幅を４〜５ｃｍに調整したもの）を用いて、６時間連続して振盪する。この試料液を１０〜３０分程度静置後、毎分約３，０００回転で２０分間遠心分離した後の上澄み液を孔径０．４５μｍのメンブランフィルターで濾過して濾液を取り、そのｐＨとＰｂ濃度を測定する。
〔酸性条件下溶出試験〕
試料を２００ｍＬのビーカーに所定量採取し、脱塩水を溶融スラグの１０倍量加える。次にｐＨスタットを用いてｐＨ＝４になるように硝酸（０．１Ｎ）をポンプ注入し、６時間攪拌する。その後、溶出液を孔径０．４５μｍのグラスファイバー濾紙を用いて濾過し、濾液のｐＨとＰｂ濃度を測定する。
【００２５】
【表２】

【００２６】
表２より次のことが明らかである。
（１） リン酸化合物を混合せずに溶融した場合（比較例１）、溶融スラグ中のＰｂ含有量は５０ｍｇ／ｋｇ以下である。また、環境庁告示４６号試験でのＰｂの溶出量は低いが（０．００８ｍｇ／Ｌ）、ｐＨ＝４の酸性条件下での溶出試験におけるＰｂ溶出量は高い。
（２） トリポリリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、又はリン酸二水素ナトリウムを混合して溶融した場合（実施例１〜３）、溶融スラグ中のＰｂ含有量は高くなるが、環境庁告示４６号での溶出試験においても、ｐＨ＝４の酸性条件下での溶出試験においてもＰｂの溶出量は低い。
（３） リン酸三ナトリウムを混合して溶融した場合（比較例２，３）、溶融スラグ中のＰｂ含有量は高くなる。環境庁告示４６号での溶出試験でのＰｂ溶出量は低いが、ｐＨ＝４の酸性条件下での溶出試験におけるＰｂ溶出量は高くなり、充分低くするためには比較例３の如く、多くの添加量を要する。
（４） リン酸の多価金属塩を混合して溶融した場合（実施例４〜７）、溶融スラグ中のＰｂ含有量は５０ｍｇ／ｋｇ以下であり、環境庁告示４６号での溶出試験においても、ｐＨ＝４の酸性条件下での溶出試験においてもＰｂの溶出量は低い。なお、この場合、溶融スラグ中のＰｂ含有量は、薬剤無添加の比較例１と同等であるが、溶出試験、特に酸性条件下での溶出試験において、著しく優れた重金属の溶出防止効果が示されている。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の溶融スラグの重金属溶出防止剤によれば、少ない薬剤使用量で溶融スラグ中の重金属類の溶出を確実に防止することができる。

Claims (3)

1. 都市ゴミの焼却灰及び／又は焼却飛灰に重合リン酸、重合リン酸塩、リン酸二水素ナトリウム及びリン酸の多価金属塩よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含有する重金属溶出防止剤を混合した後、１２００〜１６００℃で加熱溶融し、その後冷却する焼却灰及び／又は焼却飛灰の重金属溶出防止処理方法であって、
   前記重金属溶出防止剤は、トリポリリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、ヒドロキシアパタイト、二リン酸三カルシウム、リン酸アルミニウム、又はリン酸鉄（ III ）であることを特徴とする焼却灰及び／又は焼却飛灰の重金属溶出防止処理方法。
2. 請求項１において、前記重金属溶出防止剤の添加量が、前記焼却灰及び／又は焼却飛灰に対して１〜２０重量％の範囲であることを特徴とする焼却灰及び／又は焼却飛灰の重金属溶出防止処理方法。
3. 請求項１において、前記重金属溶出防止剤の添加量が、前記焼却灰及び／又は焼却飛灰に対して１〜１０重量％の範囲であることを特徴とする焼却灰及び／又は焼却飛灰の重金属溶出防止処理方法。