JPH08173930A

JPH08173930A - ごみ焼却飛灰の無害化処理方法

Info

Publication number: JPH08173930A
Application number: JP6317958A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Nakahara; 啓介中原; Masahiro Sudo; 雅弘須藤
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 1996-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】埋め立て処分をした際に、高濃度のカルシウ
ム塩類溶液が流出しないアルカリ飛灰の無害化処理方法
を提供する。【構成】ごみ焼却設備の排ガス流路に水酸化カルシウ
ム含有物質の粉末が投入された際に捕集されたアルカリ
飛灰に、二酸化珪素含有物質の粉末を混合し、この混合
物を水蒸気雰囲気下で加熱処理する。上記の加熱処理を
することによって、アルカリ飛灰中のカルシウム化合物
が二酸化珪素と反応し、溶解度が小さいケイ酸カルシウ
ムに変わる。このため、処理物の溶解度が小さくなり、
その溶出液のカルシウム濃度が低下する。【効果】上記カルシウム濃度の低下によって、処分場
の排水処理設備におけるスケールの発生が抑制される。
また、加熱処理によって生成したケイ酸カルシウムにア
ルカリ飛灰中の有害重金属が固定され、その溶出が防止
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ごみ焼却設備から排出
する飛灰を廃棄処分するための処理方法であって、特
に、乾式集塵機よりも上流の排ガス流路に水酸化カルシ
ウムなどを含むものの粉末を吹き込んだ際に捕集された
飛灰（以下、アルカリ飛灰という）を無害化処理する方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ごみ焼却設備の操業においては、焼却炉
から発生する排ガス中に塩化水素が含まれているので、
この塩化水素を除去する処理が行なわれる。この排ガス
中の塩化水素除去方法の一つとして、乾式集塵機よりも
上流の排ガス流路に消石灰などの水酸化カルシウム含有
物質の粉末を吹き込んで、水酸化カルシウムと塩化水素
を反応させ、これによって塩化水素を捕捉する方法があ
る。この方法においては、塩化水素と水酸化カルシウム
の反応生成物が捕集される。このため、この際に捕集さ
れたもの（アルカリ飛灰）の中には、焼却炉から飛散し
てくる通常の飛灰と共に、塩化水素と水酸化カルシウム
の反応生成物である塩化カルシウムやその複塩などの溶
解度の大きいカルシウム化合物が多量に含まれており、
また、未反応の水酸化カルシウムやごみの焼却に由来す
る数多くの塩類も含まれている。

【０００３】このような性状のアルカリ飛灰をそのまま
埋め立て処分すると、種々様々なカルシウム化合物を高
濃度に含む液が流出し、この液によって植物の成長が阻
害される等の問題が発生することもあるので、その対策
が種々検討されている。これらの提案としては、例え
ば、アルカリ飛灰を溶融処理して不溶化する方法や、ア
ルカリ飛灰を炭酸化処理し、易溶性のカルシウム化合物
を溶解度の小さい炭酸カルシウムに変える方法などがあ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記いずれの
方法にも難点がある。すなわち、溶融処理法は処理コス
トが非常に高いという問題がある。また、炭酸化処理す
る方法においては、アルカリ飛灰に大量の水を加えてス
ラリーにし、このスラリーに炭酸ガスを吹き込んだ後、
濾過する操作を行わなければならないので、濾過排水が
発生する。そして、この排水中には、上記炭酸化処理で
難溶化されなかったアルカリ飛灰中の塩類が高濃度で溶
解している。このため、下水道が完備されていない地域
においては、濾過された排水をそのまま放流することが
できず、この濾過排水を蒸発固化させるなどの処理を行
って塩類を回収しなければならないと言う新たな問題が
発生する。従って、現状においては、アルカリ飛灰の処
分に際し、高濃度のカルシウム化合物溶液の流出を防止
する処理を実施せずに廃棄処分することが多い。

【０００５】ところで、アルカリ飛灰を埋め立てる処分
場には、堆積された廃棄物から流出する液を処理する排
水処理設備が備えられている。このような処分場に、塩
化カルシウムや水酸化カルシウムなどのカルシウム化合
物が多量に含まれている上記のようなアルカリ飛灰が埋
め立て処分されると、堆積された廃棄物から流出した多
量のカルシウム化合物を含む液が排水処理設備へ送られ
る。そして、この流出液が排水処理設備で処理されてい
る間に、流出液が空気中の炭酸ガスを吸収したり、ある
いは流出液中のカルシウム化合物自体の溶解度が低下し
たりする等の現象が起こり、生成した炭酸カルシウムや
他のカルシウム化合物が析出する。そして、この析出が
起こった際に、析出物の一部が、いわゆるスケールとな
って排水処理設備内に付着する。このスケールは処理時
間の経過と共に増加し、遂には配管類を閉塞状態にして
しまう。このため、排水処理設備内のスケール除去をし
ばしば行わなければならないと言う問題が引き起こされ
る。

【０００６】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、埋め立て処分をした際に、
高濃度のカルシウム塩類溶液が流出することがなく、ス
ケールの発生も抑制されるアルカリ飛灰の無害化処理方
法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】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明においては、ごみ焼却設備の排ガ
ス流路に水酸化カルシウム含有物質の粉末が投入された
際に捕集されたアルカリ飛灰に、二酸化珪素含有物質の
粉末を混合し、この混合物を水蒸気雰囲気下で加熱処理
する。

【０００８】また、請求項２の発明においては、ごみ焼
却設備の排ガス流路に水酸化カルシウム含有物質の粉末
および二酸化珪素含有物質の粉末が投入された際に捕集
されたアルカリ飛灰を、水蒸気雰囲気下で加熱処理す
る。

【０００９】そして、請求項３の発明においては、請求
項１の発明または請求項２の発明において、アルカリ飛
灰を水蒸気雰囲気下で加熱処理するに際し、予め、加熱
処理する混合物を粒状化する。

【００１０】

【作用】本発明者が、アルカリ飛灰中に含まれているカ
ルシウム化合物の溶出を抑制する方法について種々検討
した結果、カルシウム化合物を溶解度の小さい化合物に
変換すればよく、その化合物としてはケイ酸カルシウム
がよいとの結論に達した。アルカリ飛灰中のカルシウム
化合物を溶解度の小さいケイ酸カルシウムにしてしまえ
ば、流出液のカルシウム濃度は高くならない上に、ケイ
酸カルシウムは安定化された化合物であるので、その若
干が溶解したとしても、これが埋立地の排水処理設備内
で析出するようなことはなく、配管の閉塞を起こす原因
物質になる恐れはない。

【００１１】このため、本発明においては、アルカリ飛
灰に二酸化珪素含有物質の粉末を混合し、この混合物を
水蒸気雰囲気下で加熱処理（以下、水蒸気雰囲気下にお
ける加熱処理を水蒸気養生という）する。この処理を行
なう場合、アルカリ飛灰に、ケイソウ土、ヒュームドシ
リカ、石炭灰などのシリカ質ダスト、ごみ焼却灰のよう
なシリカ分が多く含まれている焼却灰、あるいはカオリ
ン、ベントナイトなどの粘土類等、二酸化珪素含有物質
の粉末を混合し、必要により水を加えた後、この混合物
を水蒸気養生する。

【００１２】このアルカリ飛灰の水蒸気養生に際し、ア
ルカリ飛灰中には、塩化カルシウム、水酸化カルシウ
ム、ケイ酸カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウ
ム、水酸化カルシウムと塩化カルシウムの複塩（ＣａＣ
ｌ（ＯＨ））など様々な形態のカルシウム化合物が存在
しているので、その反応は複雑であり、必ずしも、一義
的に示すことはできないが、主として、カルシウム化合
物と二酸化珪素が反応し、ケイ酸カルシウム水和物ゲル
が生成するものと考えられる。例えば、カルシウム化合
物が水酸化カルシウムである場合には、次の（１）式の
反応が起こるものと考えられる。

【００１３】

【化１】

【００１４】この反応の進行によって、溶解度の大きい
カルシウム化合物や水酸化カルシウムが消失し、処理物
から溶出する液中のカルシウム濃度が低下する。

【００１５】なお、上記処理時に添加する二酸化珪素含
有物質としては、非晶質の二酸化珪素を含むものが望ま
しい。

【００１６】また、例えば、ごみ焼却設備の排ガス流路
に水酸化カルシウム含有物質と共に二酸化珪素含有物質
が投入された際のアルカリ飛灰などのように、捕集され
たアルカリ飛灰中に、既に、二酸化珪素含有物質の粉末
が含まれており、その量がカルシウムの溶出を抑制でき
る程度に存在している場合には、二酸化珪素含有物質を
加えることなく、そのアルカリ飛灰を水蒸気養生する。
この場合にも、上記と同様の反応が進行する。

【００１７】水蒸気養生する際、アルカリ飛灰と上記添
加物の混合物を、皿型造粒機、プレス機、ブリケットマ
シンなどで成型し、粒状化しておくことが望ましい。処
理するアルカリ飛灰の混合物を粒状化しておくと、水蒸
気養生する際の水蒸気の通気が容易になるので、その際
に混合物を攪拌する必要がなく、処理混合物を静置して
おいただけでも水蒸気との接触が十分に行なわれ、反応
が進行する。また、粒状化しておくと、移動、運搬など
の取扱時や廃棄処分後における飛散が起こらなくなる。
このため、粒状化されたアルカリ飛灰の処理混合物は、
移動、運搬などの取扱時に破壊されない程度の強度を有
することが望ましい。

【００１８】そして、アルカリ飛灰を水蒸気養生する
と、アルカリ飛灰中に含まれているＰｂ、Ｃｄ、Ｚｎ、
Ｃｒなどの重金属類の溶出が防止されるという副次的効
果が得られる。この重金属類の溶出防止は、生成するケ
イ酸カルシウムと重金属類が複合化合物を形成したり、
あるいはケイ酸カルシウム水和物ゲルに重金属類が吸着
されたりすることによるものであろうと考えられる。

【００１９】上述のような作用に基づいて重金属類の溶
出を防止するためには、その溶出液ｐＨが適正な範囲の
値になるように、処理物の性状を調整する必要がある。
上記ｐＨ値の適正範囲は、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｃｒなど
の有害重金属類が安定化されている領域である。従っ
て、上記ｐＨ値の具体的な範囲は８〜１２程度であるの
がよいが、さらに好ましい範囲は９〜１１である。

【００２０】溶出液が適正なｐＨを示す処理物は、アル
カリ飛灰の水蒸気養生を適当な条件にすれば得られる。
これは、水蒸気養生の反応がＳｉ／Ｃａ比や温度または
時間によって、反応の進行度合やケイ酸カルシウム水和
物ゲルの生成量が変わることに基づくものであって、二
酸化珪素含有物質粉末の添加量や温度または処理時間を
適宜変えれば、処理物の溶出液のｐＨを上記範囲内に調
整することができる。

【００２１】アルカリ飛灰に対する二酸化珪素含有物質
粉末の添加量は、事前に実験的に求めた結果に基づいて
決定される。これは、二酸化珪素含有物質粉末の添加量
はアルカリ飛灰中の塩化カルシウムや水酸化カルシウム
の含有量によって決定されるものであるが、アルカリ飛
灰中のカルシウム化合物は、上記のようなものが様々な
形態で存在しており、単なる化学分析値だけでは、それ
ぞれの化合物の含有量を算定することは難しく、また、
それぞれのカルシウム化合物の反応性がアルカリ飛灰の
発生源やその性状によって異なるためである。

【００２２】二酸化珪素含有物質粉末を添加・混合する
方法としては、二酸化珪素含有物質粉末を、ごみ焼却設
備の乾式集塵機から排出されたアルカリ飛灰と共にミキ
サに入れて混合してもよいし、アルカリ飛灰をバグフィ
ルターなどの乾式集塵機で捕集する際に、その上流側の
排ガス流路に投入し、アルカリ飛灰と共に捕集して混合
してもよい。二酸化珪素含有物質粉末を添加・混合する
上記２方法のうち、アルカリ飛灰と二酸化珪素含有物質
粉末の混合をアルカリ飛灰の捕集時に行なう方法による
場合、その乾式集塵機がバグフィルターのような濾過式
のものであって、かつ投入する二酸化珪素含有物質粉末
がケイソウ土のような嵩高の粉末であれば、これらの粉
末が濾過助材の役目をなし、バグフィルターにおける圧
力損失の上昇が抑えられる。

【００２３】水蒸気養生の温度については、特に限定さ
れないが、８０〜３００℃程度の範囲であるのがよい。
水酸化カルシウムと二酸化珪素の反応速度は高温域であ
るほど大きくなるが、水蒸気養生温度をあまり高温にす
ると、水蒸気養生の反応槽が高圧用の装置になるので、
設備コストが高くなる。このため、実用的には、水蒸気
圧が１００３ｋＰａを超えない範囲の温度（１８０℃以
下）にすることが望ましい。

【００２４】

【実施例】

（実施例１）表１に示す組成のアルカリ飛灰１０ｇに、
二酸化珪素の量が表２に示す所定量になるように、シリ
カゲルの微粉末を加え、さらに３mlの水を加えて混練し
た。この混練物を、直径２０mmの一軸圧縮成型機を用い
て１００kgf/cm²で成型した。次いで、内容量１リット
ルのオートクレーブを用意し、その底部に水蒸気を発生
させるための水約８０mlを入れた後、水と接しない高さ
の位置にステンレス網を載せ、その上に上述の操作によ
って得た成型体を装填して、表２に示す所定温度まで加
熱し、そのまま２時間保持した。そして、冷却した後、
オートクレーブから水蒸気養生処理物である成型体を回
収した。このような操作を繰り返して行い、表２に示す
No.1〜No.8の条件による水蒸気養生処理を８回実施し
た。

【００２５】これらの水蒸気養生処理物を１０５℃で６
時間乾燥し、５mm以下の粒度になるように破砕した後、
このうちの約１０ｇを秤取し、これに９０mlの蒸留水を
加えて６時間振盪した。そして、振盪後の泥漿液を補足
粒子径が１μｍのフィルタで濾過し、濾液のｐＨと、濾
液中のＣａおよび重金属の濃度を分析した。また、比較
のために、無処理のアルカリ飛灰についても、その溶出
液の分析を行なった。これらの結果を表２に示す。

【００２６】表２において、二酸化珪素の添加量（kg／
飛灰kg）は、実験に供したアルカリ飛灰１ｋｇに対す
る、添加したシリカゲル中の二酸化珪素の重量で表した
値である。また、Ｓｉ／Ｃａは、アルカリ飛灰とシリカ
ゲルを混合した処理物中に含まれるＣａ量とＳｉ量のmo
l 比である。そして、Ｃａ低下率は、無処理飛灰の場合
の溶出液のＣａ濃度を１．００とし、この値に対する各
実験におけるＣａ濃度の比である。

【００２７】表２の結果で明らかなように、水蒸気養生
の温度を２００℃または２５０℃にし、Ｓｉ／Ｃａのmo
l 比を約０．４〜１．０になるように二酸化珪素を添加
したいずれの場合においても、溶出液中のＣａ濃度およ
びＰｂ濃度は、無処理飛灰の分析値よりも著しく低く、
良好であった。まず、溶出液中のＣａ濃度は、無処理の
場合の値に対し、約０．５〜０．１に低下しており、特
に、Ｓｉ／Ｃａのmol比が０．８を超えるようにシリカ
ゲルを添加した場合には、無処理の場合の値に対し、
０．１以下になっている。また、有害重金属であるＰｂ
は、無処理の場合の値が５１mg/lであるのに対し、いず
れの場合においても、１mg/l以下に低下している。この
Ｐｂの濃度は排水基準の規制値を十分に下回っている値
である。なお、溶出液分析値の各項目において、水蒸気
養生温度が２００℃と２５０℃の間には、明らかな差異
は認められない。

【００２８】なお、ごみ焼却設備の排ガス流路に消石灰
の粉末と共に二酸化珪素含有物質としてケイソウ土を投
入し、飛灰の捕集時に二酸化珪素含有物質を添加・混合
したアルカリ飛灰についても、水蒸気養生処理を行った
が、この際に得た処理物の溶出液中のＣａ濃度およびＰ
ｂ濃度は表２に記載した値と大差がなく、良好であっ
た。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】（比較例１）表１に示す組成のアルカリ飛
灰を使用し、アルカリ飛灰にシリカゲルを添加しない
で、水蒸気養生した。この実験においては、シリカゲル
を添加しなかったこと以外は、実施例１の場合と全く同
様の操作を行い、同一条件で実施した。この結果は表３
に示す。また、表３には、実施例１の実験と一緒に行な
って得た無処理飛灰の溶出液の分析値も記載した。

【００３２】表３によれば、二酸化珪素を添加せずに水
蒸気養生した場合には、溶出液中のＣａ濃度は、無処理
の場合に対し若干低下するものの、その０．７５程度に
しかなっていない。また、溶出液中のＰｂは、無処理の
場合よりも低下しているが、その低下度合は小さく、１
７mg/lに止まっている。

【００３３】

【表３】

【００３４】（実施例２）表１に示す組成のアルカリ飛
灰１０ｋｇと、シリカゲル微粉末３ｋｇ、水３リットル
を混合し、この混合物をブリケットマシンで成型して、
長径が約３cmのアーモンド形の成型体を得た。この成型
体を内容量２０リットルのオートクレーブに装填し、実
施例１の場合と同様にして１６０℃で水蒸気養生を開始
した。３時間経過後、オートクレーブから処理物を取出
した。また、上記と同じ操作によって得た成型体を、１
２０℃で３時間の蒸気養生を行なう実験も実施した。こ
れらの処理物については、その１００ｇを採取し、これ
に９００mlの蒸留水を加えて６時間振盪した。振盪後の
泥漿液を補足粒子径が１μｍのフィルタで濾過し、濾液
のｐＨと、濾液中のＣａおよび重金属の濃度を分析し
た。これらの結果を表４に示す。なお、表４には、実施
例１の実験と一緒に行なって得た無処理飛灰の溶出液の
分析値も記載した。

【００３５】表４に示す実施例２の結果は、表２に記載
されている実施例１の結果と同様に良好であり、溶出液
中のＣａ濃度は無処理の場合の値に対して０．３以下に
低下し、Ｐｂは１mg/l以下になっている。

【００３６】

【表４】

【００３７】（実施例３）表１に示す組成のアルカリ飛
灰１０ｋｇと、シリカゲル粉末３ｋｇ、水３リットルを
混合し、この混合物をブリケットマシンで成型し、長径
約３cmのアーモンド形の成型体にした。この成型体を常
圧の反応槽に装填し、水蒸気を通気しながら約８０℃に
保持した。この状態で４８時間経過させた後、処理物を
取出した。これらの処理物については、実施例２の場合
と同様に処理し、濾液のｐＨと、濾液中のＣａおよび重
金属の濃度を分析した。これらの結果を表５に示す。な
お、表５には、実施例１の場合に得た無処理飛灰につい
ての溶出液の分析値も記載した。この表のように、溶出
液中のＣａ濃度は無処理の場合に対して０．４程度まで
低下した。

【００３８】

【表５】

【００３９】

【発明の効果】本発明は、ごみ焼却設備の排ガス流路に
水酸化カルシウム含有物質の粉末が投入された際に捕集
されたアルカリ飛灰に、二酸化珪素含有物質の粉末を混
合した後、この混合物を水蒸気養生し、埋め立て処分後
のアルカリ飛灰から高濃度のカルシウム塩溶液が流出し
ないようにする方法である。本発明によれば、アルカリ
飛灰中に含まれているカルシウム化合物を二酸化珪素と
反応させ、溶解度が小さいケイ酸カルシウムに変えてし
まうので、処理物の溶解度が小さくなり、その溶出液の
カルシウム濃度が低下する。このため、処分場の流出液
を処理する排水処理設備におけるスケールの発生が抑制
される。また、水蒸気養生によってケイ酸カルシウムが
生成するので、このケイ酸カルシウムにアルカリ飛灰中
の有害重金属が固定され、その溶出が防止される。

【００４０】また、本発明によれば、アルカリ飛灰の水
蒸気養生に際し、予め、処理する混合物を粒状にしてお
くので、水蒸気養生する際の水蒸気の通気が容易にな
り、反応の進行が促進される。さらに、搬送時や廃棄処
分後などにおける飛散が起こらなくなる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ごみ焼却設備の排ガス流路に水酸化カル
シウム含有物質の粉末が投入された際に捕集されたアル
カリ飛灰に、二酸化珪素含有物質の粉末を混合し、この
混合物を水蒸気雰囲気下で加熱処理することよりなるご
み焼却飛灰の無害化処理方法。
【請求項２】ごみ焼却設備の排ガス流路に水酸化カル
シウム含有物質の粉末および二酸化珪素含有物質の粉末
が投入された際に捕集されたアルカリ飛灰を、水蒸気雰
囲気下で加熱処理することよりなるごみ焼却飛灰の無害
化処理方法。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載のごみ焼
却飛灰の無害化処理方法において、アルカリ飛灰を水蒸
気雰囲気下で加熱処理するに際し、予め、加熱処理する
混合物を粒状化することを特徴とするごみ焼却飛灰の無
害化処理方法。