(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却灰を埋設処理する際、該焼却灰を焼却灰層として配置するとともに該焼却灰層の上層若しくは下層に硫化物含有物質からなるｐＨ緩衝層を配置してなり、前記硫化物含有物質を泥岩としたことを特徴とする焼却灰の処理方法。
【請求項２】
焼却灰からなる焼却灰層と硫化物含有物質からなるｐＨ緩衝層を該焼却灰層が最下層となるように交互に積層配置するとともに、該最下層の下に砂質土からなる防護層を配置してなり、前記硫化物含有物質を泥岩としたことを特徴とする焼却灰の処理方法。
【請求項３】
焼却灰からなる焼却灰層と硫化物含有物質からなるｐＨ緩衝層を該焼却灰層が最下層となるように交互に積層配置するとともに、該最下層の下に砂質土からなる防護層を配置してなり、前記硫化物含有物質を泥岩としたことを特徴とする産業廃棄物処分場。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電所から多量に発生する石炭灰などの焼却灰を処理する方法及びそれを用いた産業廃棄物処分場に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所から多量に発生する石炭灰や廃棄物を焼却した後に発生する灰などの焼却灰は、リサイクル可能な場合を除き、ほとんど埋立処理されているが、かかる焼却灰、特に石炭灰を廃棄物処分場にて埋立処理した場合、雨水の浸透に伴って高アルカリの滲出水が発生し、そのまま放置すれば、アルカリ成分が雨水とともに地下水系に流入するおそれがある。
【０００３】
そのため、埋立処分が完了した後も、石炭灰からの滲出水を処分場底面に敷設された集排水構造に集めるとともに、その滲出水のｐＨが所定の排水基準、例えば５．８〜８．６をクリアするまで滲出水をポンプアップして中和処理し、しかる後に放流することで埋立材からの滲出成分が環境に拡散することがないよう配慮されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、石炭灰等の焼却灰からのアルカリ分の溶出は長期間にわたるとともに、それに伴って上述した作業も長期間に及び、かくして、アルカリ分溶出のために多額の処理費用を必要とするのみならず、貴重な土地資源である埋立地の跡地利用が遅れ、又は実質的に跡地利用が困難になってしまうという問題を生じていた。
【０００５】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、焼却灰を埋立処理する場合においてその跡地利用を速やかに開始することが可能な焼却灰の処理方法及びそれを用いた産業廃棄物処分場を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る焼却灰の処理方法は請求項１に記載したように、焼却灰を埋設処理する際、該焼却灰を焼却灰層として配置するとともに該焼却灰層の上層若しくは下層に硫化物含有物質からなるｐＨ緩衝層を配置してなり、前記硫化物含有物質を泥岩としたものである。
【０００７】
また、本発明に係る焼却灰の処理方法は請求項２に記載したように、焼却灰からなる焼却灰層と硫化物含有物質からなるｐＨ緩衝層を該焼却灰層が最下層となるように交互に積層配置するとともに、該最下層の下に砂質土からなる防護層を配置してなり、前記硫化物含有物質を泥岩としたものである。
【０００８】
また、本発明に係る産業廃棄物処分場は請求項３に記載したように、焼却灰からなる焼却灰層と硫化物含有物質からなるｐＨ緩衝層を該焼却灰層が最下層となるように交互に積層配置するとともに、該最下層の下に砂質土からなる防護層を配置してなり、前記硫化物含有物質を泥岩としたものである。
【００１２】
請求項１の発明に係る焼却灰の処理方法においては、硫化物含有物質からなるｐＨ緩衝層が焼却灰から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮する。すなわち、硫化物含有物質にはパイライト及び酸性であるその酸化物も含まれており、それらが焼却灰から溶出したアルカリ分を中和するとともに、パイライトが酸化されることによって多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが焼却灰から溶出したアルカリ分を効率的に中和する。
【００１３】
ｐＨ緩衝層を焼却灰層の上に配置するか下に配置するかは任意であるが、ｐＨ緩衝層を焼却灰層の上に配置した場合には、ｐＨ緩衝層で生成された硫酸イオンが降下して焼却灰層中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われることとなるし、ｐＨ緩衝層を焼却灰層の下に配置した場合には、焼却灰層中のアルカリ分が降下してｐＨ緩衝層で生成された硫酸イオンと反応し、該ｐＨ緩衝層内にて中和反応が行われる。
【００１４】
硫化物含有物質は、硫化物又はそれが酸化されて生成した硫酸イオンが含まれている物質という意味である。
【００１５】
ここで、本発明では、硫化物含有物質として特に泥岩を用いたので、上述した作用に加えて、含有粘土分のコロイド粒子がアルカリ金属やアルカリ土類金属を吸着していわゆるイオン交換作用を果たすという作用効果も奏する。
【００１６】
かかる粘土粒子含有物質を用いた場合においても、ｐＨ緩衝層を焼却灰層の上に配置するか下に配置するかは任意であるが、ｐＨ緩衝層を焼却灰層の下に配置した場合には、降下したアルカリ分がｐＨ緩衝層を構成する粘土コロイド粒子に吸着してイオン交換作用が行われることとなる。
【００１７】
請求項２の発明に係る焼却灰の処理方法及び請求項３に係る産業廃棄物処分場においては、請求項１の発明と同様、硫化物含有物質からなるｐＨ緩衝層が焼却灰から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮する。すなわち、硫化物含有物質にはパイライト及び酸性であるその酸化物も含まれており、それらが焼却灰から溶出したアルカリ分を中和するとともに、パイライトが酸化されることによって多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが焼却灰から溶出したアルカリ分を効率的に中和する。
【００１８】
具体的に説明すると、ｐＨ緩衝層で生成された硫酸イオンは、その下にある焼却灰層中のアルカリ分と反応し、該焼却灰層内にて中和反応が行われる。また、焼却灰層中のアルカリ分は、その下にあるｐＨ緩衝層で生成された硫酸イオンと反応し、該ｐＨ緩衝層内にて中和反応が行われる。
【００１９】
ここで、最下層である焼却灰層に含まれるアルカリ分のうち、上層のｐＨ緩衝層による作用によって中和されずに残存することが考えられるが、かかる残存アルカリ分については、その下に配置された防護層によって環境への拡散が防止される。すなわち、残存アルカリ分は、防護層を構成する砂質土に含まれている粘土分のコロイド粒子に吸着されるため、地下水系に滲出する懸念はない。
【００２０】
なお、ｐＨ緩衝層は最下層である焼却灰層の上に配置してあるため、ｐＨ緩衝層で生じた硫酸イオンは、焼却灰層で中和されるとともにさらにその下にある防護層で阻止されるため、環境への拡散は未然に防止される。
【００２１】
硫化物含有物質は、硫化物又はそれが酸化されて生成した硫酸イオンが含まれている物質という意味である。
【００２２】
ここで、請求項２、請求項３についても、硫化物含有物質として特に泥岩を用いたので、上述した作用に加えて、含有粘土分のコロイド粒子がアルカリ金属やアルカリ土類金属を吸着していわゆるイオン交換作用を果たすという作用効果も奏する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る焼却灰の処理方法及びそれを用いた産業廃棄物処分場の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２４】
（第１実施形態）
【００２５】
本実施形態に係る焼却灰の処理方法にしたがって焼却灰としての石炭灰を埋設処理するには、まず、図１（ａ）に示すように、ショベル等を用いて地盤を掘削し、埋設空間１を確保する。
【００２６】
次に、同図（ｂ）に示すように埋設空間１内に石炭灰２を埋設し、ブルドーザ等を用いて例えば３ｍ程度の厚みに敷き均した後、必要に応じて転圧し、焼却灰層としての石炭灰層３を形成する。
【００２７】
次に、石炭灰層３の上に硫化物含有物質としての泥岩４を埋設し（同図（ｃ））、ブルドーザ等を用いて例えば５０ｃｍ程度の厚みに敷き均した後、必要に応じて転圧し、ｐＨ緩衝層５を形成する。なお、必要であれば、該ｐＨ緩衝層の上を覆土しておく。
【００２８】
本実施形態に係る焼却灰の処理方法においては、泥岩４からなるｐＨ緩衝層５が石炭灰２から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮する。すなわち、泥岩４にはパイライト（ＦｅＳ２）及び酸性であるその酸化物が含まれており、それらが石炭灰２から溶出したアルカリ分を中和するとともに、パイライトが酸化されることによって多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが土中を降下して石炭灰層３中のアルカリ分と反応し、該石炭灰層内にて中和反応が行われることとなる。
【００２９】
なお、ｐＨ緩衝層５は石炭灰層３の上に配置してあるため、ｐＨ緩衝層５の厚みを適宜調整することにより、該ｐＨ緩衝層で生じた硫酸イオンは、石炭灰層３での中和にほぼ消費され、周囲に拡散して地下水を酸性化させる懸念はほとんどない。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態に係る焼却灰の処理方法によれば、泥岩４からなるｐＨ緩衝層５が石炭灰２から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮し、石炭灰２の中性化を大幅に促進させることが可能となる。
【００３１】
そのため、石炭灰を自然に中性化させる場合においてきわめて長期間を要するという弊害や、薬剤で中和させる場合において多額の費用を要するという弊害を生じることなく、比較的短期間にかつ低コストで貴重な土地資源である埋立地の跡地利用を早期に開始することができる。
【００３２】
また、薬剤による中和ではないため、化学的問題を発生させることなく長期間にわたって穏やかな持続性が期待できる、ｐＨ緩衝層５が泥岩４という土材料であるため、施工管理が容易であるとともに施工後の地盤力学特性が把握しやすいといった作用効果を奏するほか、急激なｐＨ低下による石炭灰からの重金属溶出、降雨による作用低下といったことを懸念する必要がない。
【００３３】
さらには、ｐＨ緩衝層５の厚みを適宜調整することにより、該ｐＨ緩衝層で生じた硫酸イオンを石炭灰層３での中和にほぼ消費させることが可能となり、余剰硫酸イオンが周囲に拡散して地下水を酸性化させるのを未然に防止することが可能となる。
【００３４】
次に、本実施形態に係る焼却灰の処理方法による作用効果を実験で確認したので、その概略を以下に説明する。
【００３５】
まず、焼却灰としては２種類の石炭灰を、ｐＨ緩衝層を構成する材料としては、泥岩のほかに砂質土としての山砂及び粘性土を試験材料とし、該試験材料に対する物理的及び化学的性状を調べた。表１にその結果を示す。
【００３６】
【表１】
0003587241.tif 000002
【００３７】
同表でわかるように、山砂のｐＨがほぼ中性、粘性土のｐＨが弱酸性であるのに対し、泥岩のｐＨは強酸性を示した。また、酸化に伴う潜在的なｐＨを調べるｐＨ（Ｈ２Ｏ２）試験では、山砂と粘性土ではわずかなｐＨ低下しか観察されないのに対し、泥岩では１．８まで低下し非常に強い酸性を呈することがわかった。これは、パイライトの酸化による硫酸生成によるものと考えられる。
【００３８】
次に、試験材料が有する定量的なｐＨ緩衝能力を調べるため、石炭灰２００ｇ、湿潤状態の試験材料０〜２００ｇ及び蒸留水２００ｇを密閉容器に入れ、２００回／分の往復振とうを６時間行い、これをｐＨの変化が認められなくなるまで繰り返した。
【００３９】
その結果を図２に示す。同図は、上述の振とうを１０回繰り返したものであるが、同図でわかるように、石炭灰のみでは１３．８と非常に高いｐＨであるのに対し、石炭灰に対する試験材料の割合が大きくなるにつれてｐＨが低下すること、特に泥岩の場合にｐＨが大きく低下することがわかった。
【００４０】
次に、石炭灰と試験材料を層状に配置して連続通水した場合の試験材料のｐＨ緩衝能力を調べるため、カラム試験を行った。カラム試験は、直径１０ｃｍ、高さ１８０ｃｍのアクリル製円筒に試験材料と石炭灰を下から順に２４ｃｍ、９６ｃｍの厚みでそれぞれ積層し（石炭灰と試験材料の高さ比は４：１）、かかる状態でカラム上部から注水を行った。
【００４１】
図３に浸透水量とｐＨの関係を示す。同図でわかるように、山砂の場合にはｐＨ緩衝能力が持続せず、透水量が１０リットルを超えると、ｐＨが急激に上昇するのに対し、泥岩の場合には、実験終了（透水量３４リットル）までｐＨが基準上限値である８．６を上回ることはなかった。
【００４２】
図４に、カラム解体後のｐＨ分析結果を示す。同図でわかるように、石炭灰層のｐＨは、山砂を用いた場合と泥岩を用いた場合とでほとんど差がなく、どちらも透水によるアルカリイオンの溶脱が原因と思われる若干のｐＨ上昇が深さ方向に見られた。
【００４３】
一方、石炭灰層の下においては、山砂の場合には、石炭灰層のｐＨとほとんど変わりがない、すなわち石炭灰間隙水が山砂層からｐＨ緩衝を受けることなくそのまま通過したのに対し、泥岩の場合には、下方にいくにつれてｐＨが低下し、石炭灰間隙水が泥岩層からｐＨ緩衝を受けていることがわかった。
【００４４】
本実施形態では、焼却灰を石炭灰としたが、石炭灰以外に廃棄物等を焼却した後の灰についても本発明の焼却灰として取り扱うことができることは言うまでもない。
【００４５】
また、本実施形態では、泥岩４からなるｐＨ緩衝層５を石炭灰層３の上に配置するようにしたが、ｐＨ緩衝層５で生成される硫酸イオンが相対的に少ないのであれば、図５のように配置順序を入れ替え、ｐＨ緩衝層５を石炭灰層３の下に配置するようにしてもよい。
【００４６】
同図に示す変形例においては、石炭灰層３中のアルカリ分が土中を降下してｐＨ緩衝層５で生成された硫酸イオンと反応し、該ｐＨ緩衝層内にて中和反応が行われるとともに、降下したアルカリ分がｐＨ緩衝層５を構成する泥岩４内の粘土コロイド粒子に吸着してイオン交換作用が行われることとなるため、石炭灰２の中和は、上述の実施形態によりもさらに効率的に行われる。なお、ｐＨ緩衝層５の厚みを適宜調整することによって該ｐＨ緩衝層での硫酸イオンの生成量を比較的少なくすれば、石炭灰層３中のアルカリ分と反応せずに残存する硫酸イオンの量も少なくなり、地下水系に流入して該地下水を酸性化させるリスクを減少させることができる。
【００４９】
（第２実施形態）
【００５０】
次に第２実施形態に係る焼却灰の処理方法及びそれを用いた産業廃棄物処分場について説明する。なお、上述の実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５１】
本実施形態に係る焼却灰の処理方法にしたがって焼却灰としての石炭灰を埋設し、産業廃棄物処分場を構築するには、まず、図１（ａ）に示すように、ショベル等を用いて地盤を掘削し、埋設空間１を確保する。
【００５２】
次に、同図（ｂ）に示すように埋設空間１の底部に砂質土１１を埋設し、５０ｃｍ程度の厚みに敷き均した後、必要に応じて転圧し、防護層１２を形成する。
【００５３】
次に、同図（ｃ）に示すように、防護層１２の上に石炭灰２を埋設し、ブルドーザ等を用いて例えば３ｍ程度の厚みに敷き均した後、必要に応じて転圧し、焼却灰層としての石炭灰層３を形成するとともに、その上に例えば５０ｃｍ程度の厚みの硫化物含有物質としての泥岩４からなるｐＨ緩衝層５を同様に形成する。そして、かかる手順を繰り返すことで、石炭灰層３を最下層とし、石炭灰層３とｐＨ緩衝層５が下から順に交互に積層配置された廃棄物処分場を構築する。なお、必要であれば、最上層となる石炭灰層３若しくはｐＨ緩衝層５の上を覆土しておく。
【００５４】
本実施形態に係る焼却灰の処理方法及びそれを用いた産業廃棄物処分場においては、泥岩４からなるｐＨ緩衝層５が石炭灰２から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮する。すなわち、泥岩４には粘土分が含まれており、該粘土分のコロイド粒子がアルカリ金属やアルカリ土類金属を吸着していわゆるイオン交換作用を果たすが、泥岩４にはパイライト（ＦｅＳ２）及び酸性であるその酸化物も含まれており、それらが石炭灰２から溶出したアルカリ分を中和するとともに、パイライトが酸化されることによって多量の硫酸イオンが生成され、かかる硫酸イオンが石炭灰２から溶出したアルカリ分を効率的に中和する。
【００５５】
具体的に説明すると、ｐＨ緩衝層５で生成された硫酸イオンは、その下にある石炭灰層３中のアルカリ分と反応し、該石炭灰層内にて中和反応が行われる。また、石炭灰層３中のアルカリ分は、その下にあるｐＨ緩衝層５で生成された硫酸イオンと反応し、該ｐＨ緩衝層内にて中和反応が行われるとともに、ｐＨ緩衝層を構成する泥岩４内の粘土コロイド粒子に吸着してイオン交換作用が行われる。
【００５６】
ここで、最下層である石炭灰層３においては、上層のｐＨ緩衝層５による作用によって中和されないアルカリ分が残存することが考えられるが、かかる残存アルカリ分については、その下に配置された防護層１２によって環境への拡散が防止される。すなわち、残存アルカリ分は、防護層１２を構成する砂質土に含まれている粘土分のコロイド粒子に吸着されるため、地下水系に滲出する懸念はない。
【００５７】
なお、ｐＨ緩衝層５は最下層である石炭灰層３の上に配置してあるため、ｐＨ緩衝層５で生じた硫酸イオンは、石炭灰層３で中和されるとともにさらにその下にある防護層１２で阻止されるため、環境への拡散は未然に防止される。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態に係る焼却灰の処理方法及びそれを用いた産業廃棄物処分場によれば、泥岩４からなるｐＨ緩衝層５が石炭灰２から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮し、石炭灰２の中性化を大幅に促進させることが可能となる。
【００５９】
そのため、石炭灰を自然に中性化させる場合においてきわめて長期間を要するという弊害や、薬剤で中和させる場合において多額の費用を要するという弊害を生じることなく、比較的短期間にかつ低コストで貴重な土地資源である埋立地の跡地利用を早期に開始することができる。
【００６０】
また、薬剤による中和ではないため、化学的問題を発生させることなく長期間にわたって穏やかな持続性が期待できる、ｐＨ緩衝層５が泥岩４という土材料であるため、施工管理が容易であるとともに施工後の地盤力学特性が把握しやすいといった作用効果を奏するほか、急激なｐＨ低下による石炭灰からの重金属溶出、降雨による作用低下といったことを懸念する必要がない。
【００６１】
また、本実施形態に係る焼却灰の処理方法及びそれを用いた産業廃棄物処分場によれば、石炭灰層３を最下層とするとともに該最下層の下に防護層１２を配置したので、最下層の石炭灰層３内にアルカリ分が残存したとしても、その下に配置された防護層１２によって環境への拡散が防止されるとともに、ｐＨ緩衝層５で生じた硫酸イオンは、石炭灰層３で中和されるとともにさらにその下にある防護層１２で阻止されることとなり、残存アルカリ分や硫酸イオンが地下水系に滲出するのを確実に防止することが可能となる。
【００６２】
本実施形態では、焼却灰を石炭灰としたが、石炭灰以外に廃棄物等を焼却した後の灰についても本発明の焼却灰として取り扱うことができることは言うまでもない。
【００６５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る焼却灰の処理方法及びそれを用いた産業廃棄物処分場によれば、硫化物含有物質からなるｐＨ緩衝層が焼却灰から溶出したアルカリ分に対して優れたｐＨ緩衝作用を発揮し、焼却灰の中性化を大幅に促進させることが可能となる。
【００６６】
そのため、焼却灰を自然に中性化させる場合においてきわめて長期間を要するという弊害や、薬剤で中和させる場合において多額の費用を要するという弊害を生じることなく、比較的短期間にかつ低コストで貴重な土地資源である埋立地の跡地利用を早期に開始することができる。
【００６７】
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る焼却灰の処理方法の施工手順を示した断面図。
【図２】第１実施形態に係る焼却灰の処理方法の作用を確認するための実験結果を示したグラフ。
【図３】同じく第１実施形態に係る焼却灰の処理方法の作用を確認するための実験結果を示したグラフ。
【図４】同じく第１実施形態に係る焼却灰の処理方法の作用を確認するための実験結果を示したグラフ。
【図５】変形例に係る焼却灰の処理方法を示した断面図。
【図６】第２実施形態に係る焼却灰の処理方法及びそれを用いた産業廃棄物処分場を示した断面図。
【符号の説明】
２                          石炭灰（焼却灰）
３                                                    石炭灰層（焼却灰層）
４                                                    泥岩（硫化物含有物質）
５                                                    ｐＨ緩衝層
１１                                                砂質土
１２                                                防護層
【図１】
0003587241.tif 000003
【図２】
0003587241.tif 000004
【図３】
0003587241.tif 000005
【図４】
0003587241.tif 000006
【図５】
0003587241.tif 000007
【図６】
0003587241.tif 000008