JPH08502472A - 焼却残渣の処理方法および吸着剤としてのそれらの使用 - Google Patents

焼却残渣の処理方法および吸着剤としてのそれらの使用

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JPH08502472A JP6512998A JP51299893A JPH08502472A JP H08502472 A JPH08502472 A JP H08502472A JP 6512998 A JP6512998 A JP 6512998A JP 51299893 A JP51299893 A JP 51299893A JP H08502472 A JPH08502472 A JP H08502472A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、例えば家庭の廃棄物を焼却する時に生じる焼却残渣を処理する方法に関するものであり、この方法では、CO2を含んでいる気体を用いて上記残渣の処理を行う。この処理で微生物を用いてもよいが、この微生物は既にその焼却残渣の中に自然と存在しているか或はそれに添加可能である。本発明は更に、排気ガスからCO2を除去するための吸収材料として焼却残渣を用いることにも関係している。

Description

【発明の詳細な説明】 焼却残渣の処理方法および吸着剤としてのそれらの使用 本発明は焼却残渣の処理方法に関する。 廃棄物、特に家庭用廃棄物およびそれに匹敵する廃棄物の焼却で放出されるス ラグは、道路建設における基礎材料および堤防材料として使用可能であると共に コンクリートの砂利代替物として使用可能であることが知られている(C.R. O.W.(1988):「残渣は(もはや)廃棄物ではない−WIPスラグ」( Residues are (no longer)waste−WIP sl ags)、Publication 15、Stichting C.R.O. W.Ede[1];Leenders,P.(1984):「オランダにおける 固体状の廃棄物焼却残渣の管理」(Management of Solid Waste Incinerator Residues i miensky(編集):「Recycling International 」、2巻、1420−1441頁、EF−Verlag、Berlin[2]) 。 略してWIPスラグと呼ばれているこの材料は、用途分野に応じて、特定の土 木工学および環境衛生上の品質要求を満足させる働きをしている。この環境衛生 上の品質要求は副次的に下記に分割され得る、即ち組成に関する要求と、生成物 が示す浸出性に関する要求とに分割され得る。オランダ領土に関する限り、この ような環境衛生上の品質要求はいわゆる建築材料規則(Building Ma terials Order)、即ち土壌保護法令の枠組内の議会内一般規則( General Ord er in Council)(AMVB)で決められることになるであろう。 公開された草案である上記AMVBでは、浸出に関係した品質要求が強調されて いる。基礎材料[1]として用いることに対して課せられる土木工学上の品質要 求の中で、特に灰化していない消化性を示す材料に課せられる要求が、上記枠組 内の事項に関連している。コンクリートの砂利代替物として用いる場合、そのp Hもまた重要である。 建築材料規則の要求に合致させるには、WIPスラグから重金属が浸出しない ようにする必要がある。一般的には固定化方法と呼ばれている上記方法は一般に 公知であり、これらは副次的に物理化学方法と熱方法に分割される。物理化学方 法の目的は、結合剤および他の骨材を用いて耐久性を示す低多孔度の硬質マトリ ックスを生じさせると同時に不純物を難溶性化合物の形態で固定させることにあ る。 公知方法に従い、例えば結合剤を用いて硬質マトリックスを生じさせるのは一 般に容易である。しかしながら、浸出試験に従うと、多くの場合、これらの不純 物は化学的結合を生じない。このマトリックスが還元されると、しばしば、その 浸出性は再びその出発材料のレベルになってしまう。この物理化学的固定化方法 の別の弱点は、セメントの如き高価な骨材を比較的多量(重量を基準にして典型 的に10−50%)に用いる必要がある点である。 熱方法の目的は、その材料の焼結または溶融を行うことによってケイ酸塩マト リックスの中に不純物を組み込むことにある。試験の結果、これらの不純物はし ばしば充分に固定されていることが確認されている。この方法の欠点は、投資額 が高くそしてエネルギー消費がかなり高い結果としてコストが高い点である。 序論の中に記述した種類の方法をここに見い出し、この方法は、大気圧から1 0バールの圧力下、好適には周囲温度から200℃の温度で、CO2が0.1か ら100体積%の量で含まれている気体で上記残渣を処理することを特徴として いる。このCO2の含有量は大気中の含有量よりも高い。 周囲温度(約0−30℃)および大気圧(約1バール)でこの方法を実施する ことができる。しかしながら、圧力と温度を高くするとこの反応が促進される。 CO2含有量が少なくとも1、例えば約5−20、特に約8体積%の気体を高 くとも100℃の温度、例えば約20−70℃、より特別には約20−50℃の 温度で高くとも1気圧の過圧下で用いると、良好な結果が得られた。 この方法は公知の物理化学的固定化方法に類似しているが、硬質マトリックス が生じない点でそれとは異なっている。別の相違は、微生物反応も利用している 点である。従って、微生物変換で効率を高めた化学的固定化方法として本方法を 記述すべきである。 現存している固定化方法は、多量に生じる残渣の処理が本質的に実用的でない 結果として不純物の固定化が不充分でありそして/またはコストレベルが比較的 高いことによって特徴づけられる。 CO2と塩基性WIPスラグが反応すると炭酸塩の生成がもたらされ、従って (再)炭酸塩化過程が関与している。しかしながら、重金属および半金属の固定 化を行うにとって、炭酸塩を生じさせることが重要であるばかりでなく、関係す る成分の溶解度が最小になるようにその材料のpHを調節することも重要である 。更に、微生物学的反応を最適にする にとっても、このようにpHを調節することが重要である。大部分の微生物(特 に細菌)は、未処理のWIPスラグが示す可能性のある強塩基性pH値では増殖 できない。このpHを下げて弱塩基性値、例えば7−8.5にすると、コンクリ ートなどのための骨材としてこのスラグを利用することができるようになるばか りでなく、微生物をかなりの度合で増殖させることができるようになる。加うる に、栄養素を添加しそして微生物(例えば細菌およびカビ培養物など)を接種す ることによって、微生物が示す作用を改良することができる。この微生物が示す 好ましい作用は、灰化していない有機材料および窒素、例えばアンモニウム基を 含んでいる材料の分解を生じさせることが基になっている。これらの物質がその まま浸出性の一因になるのとは別に、これらはまた、金属の浸出で1つの役割を 果す。有機物質(酸、フミン系材料など)およびアンモニウム基は両方とも金属 錯体を生じ得る。 この処理の重要な効果は、スラグの土木工学的品質もかなり改良する点である 。pHを低くすると、破壊的膨張の危険性、例えば金属アルミニウム片が水酸化 アルミニウムに変化する時の膨張がかなり低くなる。更に、このような材料は、 コンクリート内の砂利代替物として用いるにずっと適切である。 好適には、この気体混合物に酸素を含有させ、そしてこれを水で飽和させる以 外、この用いるCO2およびこのCO2を含んでいる気体混合物を制限する特別な 要求は全くない。この酸素は微生物学的反応を進行させるに必要である。そのス ラグを乾燥させないように水蒸気を用いる。水が不足すると微生物の増殖が阻害 されるか或は死滅することもあり得る。 CO2を供給業者から入手した後それを空気で希釈することも可能である。し かしながら、生物学的過程で生じる(精製)排ガスまたはオフガスもまたCO2 源として適切である。これらの気体混合物に負わすべき要求は、このガスの中に 存在している可能性のある不純物が、吸着過程によってそのスラグの品質を有意 に低下させるような不純物であってはならないと言った要求である。 オフガスをCO2源として用いるならば、このような処理がCO2排出量低下に 直接貢献することになる。従って、この変法では、本方法をCO2除去方法と見 なすべきである。この場合、WIPスラグを吸着剤と見なすことができ、これは 、この材料にとって新規な用途である。 CO2が豊富な気体でスラグを処理すべき時間は、適用する処理条件(圧力、 温度、CO2含有量)に依存している。この時間は1時間(高圧高温下)から約 8週間で変化する。約1気圧の圧力および約20℃の温度では一般に2週間から 4週間の滞留時間で充分であろう。 述べたように、一般に大気圧から10バール過圧の間で圧力を変化させる。微 生物を用いる方法の典型的な態様では、0.01−0.1バールの過圧を用いる 。 本発明に従う方法を実施することができる、考えられる装置を図1の中に図式 的に示す。この図において、 1は、CO2が豊富な気体混合物のための供給ラインである。 2は、穴開き管である。 3は、砂利と粗い砂か或は匹敵する材料の層であり、この中に上記穴開き管が埋 め込まれている。 4は、ビヒクルに適切な穴開き床である。 5は、厚さが0.5−5mのWIPスラグ層である。 6は、例えばテントなどで上部を閉じることができるコンクリート製タンクであ る。 CO2が豊富なガスを、2と3で生じさせた分配システムにより、スラグ層の 中を通して上方に流す。このガスをそのスラグ層の上部から排出させた後、その 組成に応じて、これを再循環させるか、直接排出させるか、フィルターを通して 排出させるか、或は炉のための焼却用空気として使用する。 処理すべきスラグ流れの度合に応じて、そのコンクリート製タンクをセクショ ンに分割すべきである。半連続運転の場合、少なくとも2つのセクションを常に 存在させる必要があり、そしてその1つのセクションの中で材料を交互に処理す るか、或は1つのセクションを空にしながらもう一方のセクションを満たす。 これらのセクションを満たしている間および処理を行っている間、所望に応じ て接種材料および栄養素を加えてもよい。 水平に配列されているドラムを用いそして回転運動でスラグを移送する結果と して、連続運転を行うことも可能である。CO2が豊富なガスをこのドラムの中 に吹き込む。別法は垂直に配置されているサイロを用いる方法であり、この上部 を満たしそして下部を空にする。このサイロの中を通してそのCO2が豊富なガ スを上方に向かって吹き込む。 CO2が豊富なガスを多量に用いることが本方法の特徴であることから、使用 できるガス流れを図2および3の中で詳しく考察する。 充分に精製された排ガス、例えばオランダの「1989焼却指令」の要求に合 致する排ガスをCO2源として用いることができる。図2では このガス流れを7で示す。更に図2の参照番号は下記を表している: 8−コンプレッサー 9−熱交換器(任意、これが必要なのはその排ガスの温度が高すぎる時のみであ ろう) 10−スラグ処理装置(図1に従う) 11−再循環流れ 12−使用済み排ガスの戻り流れ 13−12の代替、ここでは、その使用済み排ガスを焼却用空気として炉14に 供給する 15−釜 16−排ガス浄化システム 16a−煙突。 12または13を通してガスを除去することの相対的利点は主に技術的/経済 的問題であり、各設備で変化し得る。揮発性を示す不純物が許容されない量でそ のスラグから放出されることが起こるとしたならば、13を通して除去を行わな くてはならないであろう。 両方の場合とも、WIPの中を通るガス流れの中にそのスラグ処理装置のガス 流れを完全に一体化することができる。 このWIPが産生する排ガスの品質が不適当でありそしてCO2が豊富な他の 奇麗なオフガス流れを利用することができない場合、CO2(工業品質)を空気 と混合することによってCO2が豊富なガス流れを作り出すことができる。可能 ならば、100体積%のCO2をガス流れとして用いることも可能である。この CO2は気体供給業者から入手可能であるか、或は現場で排ガスからCO2を分離 することができる。 高純度のCO2を用いる別法を図3の中に図式的に示す。ここで、 17は、CO2が入っている原料容器であり、 18は、CO2と空気を混合する気体混合プラントであり、 19は、CO2が豊富なガスのための供給ラインであり、 10は、スラグ処理装置(図1に従う)であり、 13は、炉14に向かうガスの出口である。 この出口が必要とされるのは、揮発性を示す不純物が許容されない量でそのス ラグから放出されることが起こる場合のみである。さもなければ、オフガスを直 接排出させることができる(必要ならば簡単なバイオフィルターを通して)。 本方法をバッチ式で行うに適した図1に示す配置に加えて、混合ドラム、サイ ロまたは匹敵する処理装置の中でCO2が豊富なガスにその処理すべき残渣を接 触させることによって、本発明に従う方法を連続的に実施することも可能である 。 上の記述から、微生物の添加有り無しで本方法を用いることができることは明 らかであろう。しかしながら、本方法の典型的な実施では微生物を用いる。その 処理すべき材料の中に微生物が既に自然に存在している可能性があることを指摘 する。しかしながら、既に処理を受けていて微生物を含んでいる材料をその処理 すべき材料に「接種」することも可能である。これらの微生物は一般に酸素を消 費する。 微生物を用いるか或は微生物を存在させるか否かは、本発明に従う方法で選択 すべき条件にとって決定的である。このように、微生物を用いるとしたならば水 の存在が必須であり、好適には水蒸気が含まれているガスを用いることになり、 好ましくは、上述した量で二酸化炭素が含ま れているばかりでなく水蒸気で飽和されているガスを用いる。微生物を用いる場 合、一般に、温度を約70℃よりも高くしない。上述したように若干過圧下であ るが圧力を1バール以上高くしないで運転を行う。 しかしながら、微生物を用いないで運転を行う場合の温度は200℃以上であ ってもよく、例えば300℃または400℃であってもよいが、一般に、実用上 の理由で400℃にはしない。水蒸気の存在は有利であり得るが、必ずしも必要 でない。圧力に関しても、極端な条件を用いることができるといったことが当て はまり、そして3または4バールの圧力が望ましいが、しかしながら、10、2 0または50バールの圧力も使用可能であるが、同時に、実用上の理由で圧力を より高くすることはしばしば望ましくない。 本発明の方法に従って処理可能な焼却残渣は、好適には微細形態、例えば0− 4cmの範囲の大きさを有する粒子の形態で存在しているのは明らかである。 上で既に述べたように、また、CO2が豊富なオフガスからCO2を除去する目 的で焼却残渣を使用することができる。従って、本発明はまた、CO2が豊富な オフガス、例えば排ガス、バイオガス、処分現場のガスまたは堆肥プラント由来 のオフガスなどからCO2を除去する吸収材料として焼却残渣を用いることにも 関係している。 本発明は、焼却残渣が有利にCO2を吸収することの発見を基にしたものであ ることを指摘する。従って、上述した、焼却残渣の処理方法および未処理残渣を 吸収目的で使用することの両方とも、本発明の本質を満足させるものである。 上の説明の範囲内において、焼却残渣は炉の中で廃棄物質を焼却する 時に生じる固体残渣を意味するとして理解する。これに関連して、炉の中に残存 する比較的粗い材料であるスラグと、排ガスと一緒に出て来て静電フィルター内 に集められる微細成分であるフライアッシュとを区別すべきである。このスラグ は、消化後しばしば、鉄の除去および粉砕および/または粗い成分のふるい分け を行うことによる除去の形態の最終処理を受ける。その結果として、例えば0− 4cmの等級になる。実施例1 実験室規模の試験手順を用いた。高さが0.5mのカラムの中にWIPスラグ を約1kgの量で入れた。このカラムの中を通して空気(参照)またはCO2が 豊富な空気(約8体積%)を上方に向けて流した。このガスの流量を5L/時に 設定し、温度を約25℃にし、そして約0.1バール過圧にした。この処理を1 0週間継続した。振とう試験を用いた処理を行う前と後で、このスラグが示す浸 出性を測定した。液体/固体(L/S)比を10にして、この材料を脱イオン水 (硝酸で酸性にしてpH4にした)と一緒に23時間振とうした(NEN 73 43に従う方法)。 表1から、最も重要な重金属の浸出濃度は両方の条件下で低下したが、その効 果はCO2を加えるとかなり上昇することが明らかになった。従って、このこと は銅にも当てはまり、CO2の濃度を高くした時の低下率は、空気を通した時の 低下率が58%であるのに比較して、84%であった。モリブデン浸出の低下率 は57%から81%に上昇した。CO2を添加しない場合、アルミニウムの浸出 率が若干高くなった(+6%)が、CO2を用いた場合のアルミニウム浸出率は 95%降下した。この処理はアンチモンおよび亜鉛に有効性を示さなかった。し かしながら、亜鉛 濃度の上昇は驚くほどの上昇でなかった。 また、pHがかなり低下することも明らかになり(約8にまで)、このことは 、土木工学上の品質にとって有益である。実施例2 実施例1に記述した実験が終了した時点で、その材料の細菌およびカビの数を 測定した。これを行う目的で、L/Sを10にして23時間振とうすることで得 られた振とう液を用いて一連の希釈を行った。これらの希釈液をPCAプレート およびマルトース−寒天プレートに付けた。これらのプレート上のコロニー数を 2日後(PCA)または3日後(マルトース−寒天)数えた。この結果から(表 2参照)、CO2で処理するとその結果として細菌にとって有益な環境が生じる ことは明らかである。参照のカラム内では細菌が検出されなかった。残存してい る(灰化していない)有機物の分解を生じさせるには、ミクロフローラがより多 様に存在している方が有利である。このような細菌集団の発生は、追加的CO2 を用いて処理した材料のCOD浸出量低下がより大きいことの観察と一致してい る(表1参照)。実施例3 実施例1に記述した方法に従ってこの試験を実施した。カラムから2週毎にサ ンプルを集めたことで、経時的変動に関する図が得られた。この変動を図4に示 す。この図から、2週間の処理時間内にWIPスラグの銅およびモリブデン浸出 低下の大部分が達成されることは明らかである。このスラグの初期品質(不純物 の種類および濃度)および必要とされる最終品質レベルに応じて、2週間または 恐らくはそれより短い滞留時間で充分である。ある場合には滞留時間をより長く する必要があるで あろう。実施例4 この実験では、CO2/空気混合物を用い高圧(3.5バール)高温(150 ℃)下でスラグを1時間処理した。この試験を始める時点で、この気体混合物に はCO2が約30体積%含まれていた。実施例1に記述した浸出試験を用いて、 実験を行う前と後のスラグ品質を測定した。この実験の結果を表3に示す。この 表から、このような処理を行うと銅、鉛およびアルミニウムの浸出量がかなり低 下することが明らかになった(その度合は50%以上の位)。重要な成分である モリブデンの浸出量が上昇した(この実施例では)。従って、この処理方法が適 切なのは、モリブデン浸出が本質的に重要でないスラグ処理のみである。 (1)参照:10週間処理; (2)10週間処理。
【手続補正書】特許法第184条の8 【提出日】1994年12月6日 【補正内容】 請求の範囲 1. 廃棄物焼却残渣内の重金属および/または半金属を固定する方法におい て、CO2をO.1から100体積%含んでいる気体を大気圧から10バール過 圧の圧力下、周囲温度から200℃の温度で用いて、該残渣の処理を行い、この 処理を行っている間に、出発材料として用いる該廃棄物焼却残渣のpHを低くす ることによる方法。 2. CO2を5−20体積%含んでいる気体を用いて100℃以下の温度お よび1気圧以下の過圧下でこの方法を実施することを特徴とする請求の範囲1記 載の方法。 3. CO2を用いた処理を行っている間か或はその前に微生物を加えること を特徴とする請求の範囲1または2の1項以上記載の方法。 4. CO2を用いた処理を開始する時点か或はそれを行っている間に栄養素 を加えて微生物の増殖を刺激することを特徴とする請求の範囲1−3の1項以上 記載の方法。 5. その必要なCO 2 を完全または部分的に排ガスの形態か或はCO2が豊富 な他のオフガス流れの形態で供給することを特徴とする請求の範囲1−4の1項 以上記載の方法。 6. 廃棄物焼却プラント由来の排ガスを用いることを特徴とする請求の範囲 5記載の方法。 7. バイオガス、排ガスまたはCO2が豊富な他の気体からその必要なCO2 を分離した後、必要な組成になるようにこれを空気と混合することを特徴とする 請求の範囲1−6の1項以上記載の方法。 8. 水蒸気を含んでいる気体を用いることを特徴とする請求の範囲1−7の 1項以上記載の方法。 9. 密封チャンバの中に入っているその処理すべき残渣の中をそのCO2が 豊富な気体を通すことによってこの方法をバッチ式で実施することを特徴とする 請求の範囲1−8の1項以上記載の方法。 10. 混合ドラム、サィロまたは匹敵する処理装置の中でその処理すべき残 渣をそのCO2が豊富な気体に接触させることによってこの方法を連続的に実施 することを特徴とする請求の範囲1−9の1項以上記載の方法。 11. CO2を含んでいる気体で処理することによって該焼却残渣のpHを 7−8.5に設定することを特徴とする請求の範囲1−10の1項以上記載の方 法。 12. CO2が豊富なオフガス、例えば排ガス、バイオガス、処分現場のガ スまたは堆肥プラントのオフガスなどからCO2を除去する吸収材料としての廃 棄物焼却残渣の使用。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AT,AU,BB,BG,BR,BY, CA,CH,CZ,DE,DK,ES,FI,GB,H U,JP,KP,KR,KZ,LK,LU,LV,MG ,MN,MW,NL,NO,NZ,PL,PT,RO, RU,SD,SE,SK,UA,US,UZ,VN

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.焼却残渣の処理方法において、CO2を0.1から100体積%含んでい る気体を用いて該残渣を処理することを特徴とする方法。 2.該処理を、大気圧から10バール過圧の圧力下、周囲温度から200℃の 温度で実施することを特徴とする請求の範囲1記載の方法。 3.CO2を5−20体積%含んでいる気体を用いて100℃以下の温度およ び1気圧以下の過圧下でこの方法を実施することを特徴とする請求の範囲1また は2記載の方法。 4.CO2を用いた処理を行っている間か或はその前に微生物を加えることを 特徴とする請求の範囲1または2の1項以上記載の方法。 5.CO2を用いた処理を開始する時点か或はそれを行っている間に栄養素を 加えて微生物の増殖を剌激することを特徴とする請求の範囲1−4の1項以上記 載の方法。 6.その必要なCO2を完全または部分的に排ガスの形態か或はCO2が豊富な 他のオフガス流れの形態で供給することを特徴とする請求の範囲1−5の1項以 上記載の方法。 7.廃棄物焼却プラント由来の排ガスを用いることを特徴とする請求の範囲6 記載の方法。 8.バイオガス、排ガスまたはCO2が豊富な他の気体からその必要なCO2を 分離した後、必要な組成になるようにこれを空気と混合することを特徴とする請 求の範囲1−7の1項以上記載の方法。 9.水蒸気を含んでいる気体を用いることを特徴とする請求の範囲1−8の1 項以上記載の方法。 10.密封チャンバの中に入っているその処理すべき残渣の中をそのCO2が 豊富な気体を通すことによってこの方法をバッチ式で実施することを特徴とする 請求の範囲1−9の1項以上記載の方法。 11.混合ドラム、サイロまたは匹敵する処理装置の中でその処理すべき残渣 をそのCO2が豊富な気体に接触させることによってこの方法を連続的に実施す ることを特徴とする請求の範囲1−10の1項以上記載の方法。 12.CO2を含んでいる気体で処理することによって該焼却残渣のpHを7 −8.5に設定することを特徴とする請求の範囲1−11の1項以上記載の方法 。 13.CO2が豊富なオフガス、例えば排ガス、バイオガス、処分現場のガス または堆肥プラントのオフガスなどからCO2を除去する吸収材料としての焼却 残渣の使用。
JP6512998A 1992-11-23 1993-11-23 焼却残渣の処理方法および吸着剤としてのそれらの使用 Expired - Lifetime JP2603450B2 (ja)

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NL9202033 1992-11-23
PCT/NL1993/000248 WO1994012444A1 (en) 1992-11-23 1993-11-23 Method for the treatment of incineration residues and the use thereof as adsorption agent

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