(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともセレンを含む有害物質及び潮解性化合物を含む廃棄物を溶解水に溶解してスラリー化してスラリー化物を得るスラリー化槽と、
前記スラリー化槽の下流側に配置され、前記スラリー化槽から導入されたスラリー化物にセメント固化剤を添加し、セメント混練物を得るセメント混練槽と、
前記スラリー化槽に接続され、前記スラリー化槽のスラリー化物に鉄系添加剤を添加する鉄系添加剤供給部と、
前記セメント混練槽の下流側に配置され、前記セメント混練槽から導入された前記セメント混練物を乾燥・養生してセメント固化物とするセメント固化部と、を備えると共に、
前記スラリー化槽において、前記潮解性化合物を溶解水でスラリー化物とした後、前記鉄系添加剤を添加し、前記鉄系添加剤によって前記スラリー化物中において６価セレンを、６価セレンよりも固相に溶出し易い４価セレンに還元し、
前記セメント固化部において、前記セメント固化剤の添加により、４価セレンが前記セメント固化剤中のアルカリと鉄が反応して水酸化鉄を生成する際に固相共沈し、分散・均質化しセメントの圧縮強度を増加させ、圧縮強度が２００ｋｇ／ｃｍ2以上のセメント固化物とすることを特徴とする廃棄物のセメント固化処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記鉄系添加剤が、第一鉄無機塩であることを特徴とする廃棄物のセメント固化処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば重金属及び潮解性化合物を含む廃棄物のセメント固化処理装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば焼却炉からの排ガス中に含まれる例えば水銀（Ｈｇ）等の重金属を固定化する技術として、排ガス中の煤塵を集塵する集塵装置で回収した飛灰をセメント固化剤で固定化することが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１７８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば石炭焚ボイラからの排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置からの脱硫排液を無排水化処理するに際し、その無排水化処理の際に発生する潮解性を有する蒸発塩を常温でセメント固化処理する場合、通常の蒸発塩とセメントを混合した後に水を加える固化方法ではセメント固化物表面に潮解性塩の作用によって水分が滲出し重金属が溶出しやすくなる、という問題がある。
【０００５】
よって、重金属などの有害物質と共に潮解性化合物を含む蒸発塩をセメント固化する際、セメント固化物表面に蒸発塩の潮解作用による水分の滲出を抑制しつつ重金属などの有害成分の溶出を防止できる様に、セメント固化物の強度が所望強度以上となるセメント固化技術の出現が切望されている。
【０００６】
本発明は、前記問題に鑑み、セメント固化の強度が所望強度となるセメント固化処理装置及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、有害物質及び潮解性化合物を含む廃棄物を溶解水に溶解してスラリー化してスラリー化物を得るスラリー化槽と、前記鉄系添加剤が混合されたスラリー化物に、セメント固化剤を添加し、セメント混練物を得るセメント混練槽と、前記スラリー化槽又はセメント混練槽のいずれか一方又は両方に鉄系添加剤を添加する鉄系添加剤供給部と、前記セメント混練物を乾燥・養生してセメント固化物とするセメント固化部と、を備えることを特徴とする廃棄物のセメント固化処理装置にある。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記鉄系添加剤が、第一鉄無機塩であることを特徴とする廃棄物のセメント固化処理装置にある。
【０００９】
第３の発明は、重金属及び潮解性化合物を含む廃棄物を溶解水に溶解してスラリー化してスラリー化物を得るスラリー化工程と、前記鉄系添加剤が混合された重金属を含むスラリー化物に、セメント固化剤を添加し、混練するセメント固化剤添加工程と、有害物質及び潮解性化合物を含むスラリー化物又はセメント混練物に、鉄系添加剤を添加する鉄系添加剤添加工程と、セメント固化剤が混合されたセメント混練物を養生してセメント固化物とするセメント固化工程と、を有することを特徴とする重金属及び潮解性化合物を含む廃棄物のセメント固化処理方法にある。
【００１０】
第４の発明は、第３の発明において、前記鉄系添加剤が、第一鉄無機塩であることを特徴とする廃棄物のセメント固化処理方法にある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、先ずスラリー化槽においてスラリー化物を得た後に、このスラリー化物にセメント固化剤を添加して、セメント混練槽で混練処理させることで、セメント固化物の固化強度を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施例に係る廃棄物のセメント固化処理装置の概略図である。
【図２】図２は、セメント添加重量比（固形成分を１としている）と、セメント圧縮強度（ｋｇ／ｃｍ2）との関係を示す図である。
【図３】図３は、鉄系薬剤Ａ、鉄系薬剤Ｂを添加した場合の溶出Ｓｅ濃度の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例】
【００１４】
図１は、実施例に係る廃棄物のセメント固化処理装置の概略図である。
図１に示すように、本実施例に係る廃棄物のセメント固化処理装置１０は、有害物質及び潮解性化合物を含む廃棄物１１を溶解水１２に溶解してスラリー化してスラリー化物１３を得るスラリー化槽１４と、スラリー化槽１４に鉄系添加剤１５を添加する鉄系添加剤供給部１６と、鉄系添加剤１５が混合されたスラリー化物１３に、セメント固化剤１７をセメント固化剤供給部１８から添加し、セメント混練物１９を得るセメント混練槽２０と、セメント混練物１９を乾燥、養生・固化してセメント固化物２１とするセメント固化部２２と、を備えるものである。
【００１５】
ここで、本実施例でセメント固化処理する対象の廃棄物１１には、例えば重金属（例えば水銀（Ｈｇ）、セレン（Ｓｅ）及びヒ素（Ａｓ））等の有害物質を含むものであり、この有害物質と共に潮解性化合物を含むものである。ここで、重金属とは、比重４以上の金属をいい、水銀（Ｈｇ）、セレン（Ｓｅ）以外には、例えば、鉛（Ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、鉄（Ｆｅ）等を挙げることができる。
【００１６】
この処理対象である廃棄物１１は、例えばゴミ焼却設備の集塵装置からの集塵飛灰、ゴミ焼却設備からの排水処理の無排水化工程における濃縮物、鉱山系の排水処理の無排水化工程における濃縮物、原子力発電設備からの廃棄物と排水の混合濃縮物、石炭焚ボイラ設備の脱硫設備からの脱硫排水の無排水化の際の濃縮物（蒸発塩）等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。
【００１７】
また、本発明の処理対象の廃棄物には、有害物質以外に潮解性化合物を含むものである。この潮解性化合物とは、該化合物の固体を大気中に放置するとき、その固体が空気中の水分を吸収し、その水分に固体が溶け出す現象を呈する物質をいう。例えば一般的な潮解性化合物として、例えば塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ2）等を挙げることができる。
【００１８】
セメント固化するためのセメント固化剤１７としては、例えば３ＣａＯ・ＳｉＯ2、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3等を配合するものであり、廃棄物中の有害成分の固定化をより確実としている。このセメント固化剤として、例えばポルトランドセメント等を例示することができる。また、セメント固化剤と共に、フライアッシュ等を添加するようにしてもよい。
【００１９】
ここで、従来技術に係る廃棄物をセメント固化する場合には、廃棄物の固体とセメント固化剤１７とを、粉体（固体）状態で混ぜ合わせ、所定の水分を添加しつつ混練して、乾燥、養生・固化させるセメント固化処理を行っている。
【００２０】
しかしながら、廃棄物１１に潮解性化合物が含まれている場合には、この従来実施していた蒸発塩とセメントを混合し水を加える混合方法では、得られたセメント固化物の圧縮強度（圧潰強度）が所望の基準値に達成せず、セメント固化物を長期間に亙って、埋立処理する場合、セメント固化物が割れたり、潮解性化合物がセメント固化物の表面に滲出したりするという問題がある。
【００２１】
さらに、このセメント固化物２１の表面に、潮解性化合物の潮解作用に伴う水分が滲出した場合には、セメント固化物２１内部の有害物質が同伴して、この有害物質が外部に漏洩する場合がある。この結果、長期間に亙る埋立処理をする際、環境排出基準値が極めて低い有害物質や、将来において環境排出基準が厳しくなるような有害物質を含む場合には、そのままでは埋立処理ができなくなるおそれがある。
【００２２】
そこで、本発明では、スラリー化槽１４において、廃棄物１１を先ず溶解水１２に溶解してスラリー化する処理を行い、溶解水でスラリー化物１３を得るようにしている。このスラリー化工程において得られたスラリー化物１３は、溶解水１２の作用により廃棄物１１中の有害物質の分散化及び均質化を図るようにしている。
【００２３】
すなわち、スラリー化槽１４において、溶解水１２の中に徐々に廃棄物１１の固体を投入し、攪拌手段（図示せず）等で掻き混ぜ、液体と固体とが混在した懸濁状のスラリー化物１３を得ることで固液の混合分散化促進処理を行い、その後のセメント固化剤１７との混練処理の均質化を図り易くしている。
【００２４】
このように、本実施例では、廃棄物１１とセメント固化剤１７とを固体状態のままで混練せずに、先ずスラリー化槽１４においてスラリー化物１３を得た後に、セメント固化剤１７とセメント混練槽２０で混練処理させることで、セメント固化物２１の固化強度を増加させることとなる。これは、前記のスラリー化物１３を得る際に分散化を促進させている。これによって重金属を含むスラリー化物１３とセメント固化剤１７とを均質に混入させる操作の際、セメント固化剤１７がスラリー内で均質化し固化強度が上昇しやすくなる。この結果、当該スラリー化処理をしない時に比べてより少ないセメント量での固化が可能となる。
【００２５】
そしてこのセメント固化強度の増加と共に、潮解性化合物の滲出しも低減することとなり、この結果、潮解性化合物に同伴して外部に滲出す有害物質量も低減できるので、長期間に亙って埋立処理した場合でも、環境排出基準を満足するセメント固化物２１を得ることができる。
【００２６】
また、スラリー化物１３を得る際、鉄系添加剤１５として２価の鉄系薬剤を添加し、セメント固化剤によるセメント固化処理における水和反応と２価鉄系薬剤によるフェライト化反応が、スラリー内で均質に混合された状態で水和反応が進行すると共に、有害物質がセメントの水和反応固溶結晶体の内部に容易に取り込まれて固定化がなされるようにしている。
【００２７】
本実施例では、スラリー化槽１４に鉄系添加剤供給部１６から鉄系添加剤１５を添加しているが、本発明はこれに限定されず、スラリー化槽１４又はセメント混練槽２０のいずれか一方又は両方に鉄系添加剤供給部１６から鉄系添加剤１５を添加するようにしてもよい。
【００２８】
ここで、２価の鉄系薬剤としては、例えば塩化第１鉄（ＦｅＣｌ2）、硫酸第１鉄（ＦｅＳＯ4）、硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ3）2）、炭酸鉄（ＦｅＣＯ3）、ヨウ化鉄（ＦｅＩ2）、フッ化鉄（ＦｅＦ2）等を例示することができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２９】
このようにして得られたセメント固化物の圧縮強度（圧潰強度）としては、例えば１５０ｋｇ／ｃｍ2以上、より好ましくは２００ｋｇ／ｃｍ2以上であることが好ましい。この圧縮強度は、有害物質１１中に含まれる重金属濃度と、セメント固化物２１における目標とする溶出濃度との関係を、セメント固化処理を運用する際に事前に把握しておき、同じ廃棄物１１をセメント固化処理する場合には、目標の圧縮濃度を定期的に確認しておくことで、溶出濃度が満足していることの指標とすることができる。なお、圧縮強度は溶出基準に応じて設定される。よって、廃棄物１１中に含まれる有害重金属濃度が高くなり、或いは当該重金属の溶出規制値が厳しくなる場合には、高いセメント圧縮強度を指標として運用することが望ましい。
【００３０】
図２は、セメント添加重量比（固形成分を１としている）と、セメント圧縮強度（ｋｇ／ｃｍ2）との関係を示す図である。
試験例は、廃棄物である蒸発塩の固形物を溶解水１２でスラリー化物１３とした後、このスラリー化物１３とセメント固化剤１７とを混合し、セメント混練物１９を得た後、乾燥、養生・固化処理をして、セメント固化物としたものである。
比較例は、従来と同様に廃棄物である蒸発塩の固形物と、セメント固化剤１７とを混合し、水を加えてセメント混練物１９を得た後、乾燥、養生・固化処理をして、セメント固化物としたものである。
セメント比は、蒸発塩の固形物を１とし、これに対するセメントを３倍添加した場合（セメント比３）の試験例１及び比較例１のセメント固化物の圧縮強度を求めた。
同様に、セメントを５倍添加した場合（セメント比５）の試験例２及び比較例２のセメント固化物の圧縮強度を求めた。
【００３１】
ここで、本試験では、セメント固化剤として普通ポルトランドセメントを用いた。セメント固化剤２８を投入した後の所定時間混練し、所定条件で乾燥した。乾燥後室温大気下で所定時間養生した。
【００３２】
図２に示すように、試験例１及び２のセメント固化物は共に、＞２００ｋｇ／ｃｍ2であった。これに対し、比較例１のセメント固化物は１００ｋｇ／ｃｍ2であり、比較例２のセメント固化物は１５５ｋｇ／ｃｍ2であった。
【００３３】
次に、セメント固化操作時に添加する薬剤として、２価の鉄系薬剤として、鉄系薬剤Ａ、鉄系薬剤Ｂを添加した場合の溶出Ｓｅ濃度試験を実施し溶出性を確認した。
【００３４】
図３は、鉄系薬剤Ａ、鉄系薬剤Ｂを添加した場合の溶出Ｓｅ濃度の結果を示す図である。なお、図３の試験では、セメント比を５とした。
本試験のセメント固化条件は、図２の試験と同様とした。また、廃棄物としては、脱硫排液を蒸発固化させた蒸発塩を用い、廃棄物中のセレン（Ｓｅ）濃度は、３３０ｍｇ／ｋｇであり、この廃棄物を溶解水に溶解させた際のセレン（Ｓｅ）濃度は４価のセレンが１１ｍｇ／Ｌ、６価のセレンが２．３ｍｇ／Ｌのものを用いた。
【００３５】
ここで、溶出試験は、米国ＥＰＡ  １３１１法に定められるＴＣＬＰ（Ｔｏｘｉｃｉｔｙ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  ｌｅａｃｈｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）に従って以下の通り実施した。
所定時間乾燥養生させたセメント固化物１７の一部を抜出し、所定量を氷酢酸水溶液中に投入する。ＴＣＬＰ試験用の回転式攪拌機で１８時間振とうする。なお、セメント固化物の径が９．５ｍｍ以上のものは粉砕して試験した。回転振とう後、ガラス製のろ過装置を用いてろ過し、そのろ液について定量分析を行った。定量分析としては、高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）吸光光度分析法にて実施した。
【００３６】
図３に示すように、鉄系薬剤Ａを鉄濃度換算で３重量％添加した場合（試験例３）、鉄系薬剤Ａを鉄濃度換算で６重量％添加した場合（試験例４）、鉄系薬剤Bを鉄濃度換算で３重量％添加した場合（試験例５）、鉄系薬剤Ｂを鉄濃度換算で６重量％添加した場合（試験例６）共に、０．０１ｍｇ／Ｌ以下であった。
これに対して、第一鉄無機塩を添加しない場合（比較例３）では、セメント比が７の場合であり、セメント比が８であっても０．０１ｍｇ／Ｌ以下とすることはできなかった。
【００３７】
前記のように鉄系薬剤Ａ、Ｂを添加した場合にのみ好適な結果が得られた理由としては、以下の様な現象が起きたものと推察している。すなわち、まずスラリー化槽２５において、廃棄物１１である蒸発塩を溶解水１２に溶解してスラリー化した懸濁液に、鉄系添加剤１５を添加することで、この鉄系添加剤１５によって当該スラリー中において６価セレンが６価セレンよりも固相に溶出し易い４価セレンに還元される。そして、セメント固化剤１７の添加により、当該４価セレンがセメント固化剤１７中のアルカリと鉄が反応して水酸化鉄を生成する際に固相共沈し、更に前記の分散・均質化しセメントの圧縮強度を増加せしめる状態において、セメントの固化反応が好適に促進される。
【００３８】
ところで、２０１５年現在、有害物質の一つであるセレン（Ｓｅ）は、日本での排水基準値が０．１ｍｇ／Ｌ以下と定められており、将来において、さらに排出基準が厳しくなることが予想されるが、本発明によれば、その際における埋立処理物の厳しいセレン規制基準（例えば現在の基準値の０．１ｍｇ／Ｌの１／１０の基準値になった場合の０．０１ｍｇ／Ｌ以下）にも十分に対応することができる。また、日本以外においても、排出規制の強化が計画されている国によっては排水規制強化に加え、埋立廃棄物の各成分溶出値の規制強化が計画されている国もあり、特に埋立規制物質中の、例えば水銀（Ｈｇ）、ヒ素（Ａｓ）、セレン（Ｓｅ）は当該国の環境省内で日本国の約１／１０レベルの溶出規制に対して、十分に対応することができる。
【００３９】
以上より、セメント固化物２１を得るためには、廃棄物を最初に溶解水１２を用いてスラリー化してスラリー化物１３を得た後、このスラリー化物１３に粉体のセメント固化剤１７を添加し、セメント混練槽２０で混練処理をし、セメント混練物１９を得る。その後この得られたセメント混練物１９を乾燥・養生固化処理することで、セメント固化物２１を得る。
この際の廃棄物（固形物）とセメントとの比は、１：３〜１：６、好適には１：５が好ましい。
【００４０】
また、固形物：セメント＝１：５において、鉄系薬剤Ａや鉄系薬剤Ｂを鉄濃度換算で３重量％以上、好ましくは鉄濃度換算で５重量％以上、より好ましくは鉄濃度換算で６重量％以上が好ましい。
【００４１】
また、水分添加率（水分／総重量（廃棄物、セメント固形剤、鉄系添加剤））としては、２０％以上、より好ましくは３０％以上とするのが好ましい。
【００４２】
廃棄物のセメント固化処理方法は、重金属及び潮解性化合物を含む廃棄物（濃縮物又は蒸発塩）１１を溶解水１２に溶解してスラリー化してスラリー化物１３を得るスラリー化工程と、このスラリー化物１３Ａに、鉄系添加剤１５を添加する鉄系添加剤添加工程と、鉄系添加剤１５が混合された重金属を含むスラリー化物１３Ｂに、セメント固化剤１７を添加し、混練するセメント固化剤添加工程と、セメント固化剤１７が混合されたセメント混練物１９を養生してセメント固化するセメント固化工程と、を有するものである。
【００４３】
この結果、従来のような廃棄物１１とセメント固化剤１７とを固体状態のままで混練せずに、先ずスラリー化槽１４においてスラリー化物１３を得、当該スラリーを分散・均質化した後に、このスラリー化物１３にセメント固化剤１７を添加して、セメント混練槽２０で混練処理させることで、より少ないセメント量でセメント固化物２１の固化強度を増加させることとなる。
【００４４】
すなわち、有害物質及び潮解性化合物を含む廃棄物１１を溶解水１２に溶解してスラリー化してスラリー化物を得るスラリー化工程により、廃棄物１１中の有害物質の分散化及び均質化を図る。その後、有害物質及び潮解性化合物を含むスラリー化物１３に、鉄系添加剤１５を添加する鉄系添加剤添加工程により、スラリー中において有害物質として例えば６価セレンが６価セレンよりも固相に溶出し易い４価セレンに還元される。その後、鉄系添加剤１５が混合された有害物質及び潮解性化合物を含むスラリー化物１３に、セメント固化剤１７を添加し、混練するセメント固化剤添加工程により、４価セレンがセメント固化剤１７中のアルカリと鉄が反応して水酸化鉄を生成する際に固相共沈し、更に前記の分散・均質化しセメントの圧縮強度を増加せしめる状態において、セメントの固化反応が好適に促進される。
【００４５】
そして、このセメント固化強度の増加と共に、潮解性化合物によるセメント固化物表面への水分の滲出しも低減することとなり、この結果、潮解性化合物に同伴して外部に滲出する有害物質量も固化物内に封入し当該有害物質の溶出濃度も低減できるので、長期間に亙って埋立処理した場合でも、環境排出基準を満足するセメント固化物２１を得ることができる。
【００４６】
次に、本実施例に係るセメント固化装置１０の全体動作について説明する。
本実施例に係るセメント固化装置１０では、各種の有害物質及び潮解性化合物を含む廃棄物１１は、スラリー化槽１４へ導入され、溶解水１２によりスラリー化物１３を得る。この際、鉄系添加剤１５がスラリー化物１３に添加される。この溶解水１２の添加により廃棄物１１をスラリーとすることで、廃棄物１１中の有害物質の分散化及び均質化を図ることができる。スラリー化物１３は、セメント混練槽２０に導入され、セメント固化剤供給部１８からセメント固化剤１７が供給され、セメント混練物１９を得る。このセメント混練物１９は、セメント固化部２２において、乾燥、養生・固化され、圧縮強度の高いセメント固化物２１を得る。
【００４７】
以上、本実施例によれば、各種の有害物質及び潮解性化合物を含む廃棄物１１は、その後セメント固化処理されるが、有害物質及び潮解性化合物を含有する場合において、一度スラリー化物を得てから、セメント固化剤１７を供給してセメント固化処理するので、圧縮強度の高いセメント固化物２１とすることできる。この結果、セメント固化物２１を別途埋め立て処理される際、固定化処理がなされているので、環境排出基準を満足するセメント固化物２１の埋立処理を行うことができる。
【符号の説明】
【００４８】
１０  セメント固化処理装置
１１  有害物質及び潮解性化合物を含む廃棄物（廃棄物）
１２  溶解水
１３  スラリー化物
１４  スラリー化槽
１５  鉄系添加剤
１６  鉄系添加剤供給部
１７  セメント固化剤
１８  セメント固化剤供給部
１９  セメント混練物
２０  セメント混練槽
２１  セメント固化物
２２  セメント固化部
【図１】
0006594001.tif 000002
【図２】
0006594001.tif 000003
【図３】
0006594001.tif 000004