(57)【要約】【課題】焼却飛灰を含む被処理物から、塩素及び重金属を高い除去率で除去して、セメント原料等として再資源化するための処理方法であって、設備投資が少なく、低コストの処理方法を提供する。【解決手段】貯留スペース内の焼却飛灰を含む被処理物からなる被処理物層の上に、微生物による部分的分解が可能な有機物質からなる有機物質層を形成させる積層体形成工程と、貯留スペース内の被処理物層と有機物質層との積層体の上面に、降雨または給水による水散布を行なって、塩素及び重金属の各々の含有率が低減された処理済の被処理物を得る脱塩素・脱重金属工程とを含む焼却飛灰の処理方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯留スペース内の焼却飛灰を含む被処理物からなる被処理物層の上に、微生物による部分的分解が可能な有機物質からなる有機物質層を形成させる積層体形成工程と、
前記貯留スペース内の被処理物層と有機物質層との積層体の上面に、降雨または給水による水散布を行なって、塩素及び重金属の各々の含有率が低減された処理済の被処理物を得る脱塩素・脱重金属工程と
を含むことを特徴とする焼却飛灰の処理方法。
【請求項２】
前記処理済の被処理物を前記貯留スペースから搬出する搬出工程を含み、
前記処理済の被処理物が搬出された後の貯留スペースに対して、以後、前記積層体形成工程、脱塩素・脱重金属工程、及び搬出工程を繰り返し行なう、請求項１に記載の焼却飛灰の処理方法。
【請求項３】
複数の貯留スペースを有し、かつ、これら複数の貯留スペースに対して、順次、前記積層体形成工程、脱塩素・脱重金属工程、及び搬出工程を行なう請求項２に記載の焼却飛灰の処理方法。
【請求項４】
前記貯留スペースの下方に設けた排水設備によって、塩素及び重金属を含む水を回収する水回収工程を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の焼却飛灰の処理方法。
【請求項５】
前記処理済の被処理物中の焼却飛灰は、塩素の含有率が１，０００ｍｇ／ｋｇ以下、鉛の含有率が１００ｍｇ／ｋｇ以下、六価クロムの含有率が１０ｍｇ／ｋｇ以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載の焼却飛灰の処理方法。
【請求項６】
前記貯留スペースから搬出された処理済の被処理物は、セメント原料として用いるためのものである請求項１〜５のいずれか１項に記載の焼却飛灰の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼却飛灰の処理方法であって、特に、焼却飛灰と必要に応じて含むことができる焼却主灰とからなる焼却灰を含む被処理物を、セメント原料等として再資源化するための処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭ごみ等の廃棄物を焼却炉で燃焼させた際に得られる焼却灰は、年間で数百万トンにも達し、その大部分が有効利用されることなく埋立処分されているのが現状である。
近年、これらの廃棄物を受け入れる埋立処分場の確保が困難になりつつある。また、廃棄に必要な費用についても高騰する傾向があるため、焼却灰のセメント原料化等によるリサイクルが推進されている。
このような技術として、例えば、焼却施設から排出された焼却残渣及び／又は既設埋立処分場の埋立処分焼却残渣を、予め設定した粒度を基準に分別し、前記分別後の設定粒度以下の焼却残渣に有機物含有物を混合して屋外処分場に貯留し、自然脱塩により塩分濃度が低減した焼却残渣を、セメント原料あるいは土木資材として使用することを特徴とする焼却残渣の再利用方法が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
また、都市ごみ焼却灰、汚泥、貝殻等の廃棄物の中、少なくとも一つを原料とするセメント製造装置において、鉄片等、水分を除去する乾燥前処理装置と、焼却灰及び石灰石を粉砕する原料粉砕装置と、焼却灰及び石灰石を調合した原料を混合する原料調合混合装置と、原料を焼成してセメントクリンカとする焼成冷却装置と、クリンカ、石膏を混合粉砕すると共に必要に応じて凝結調整材を添加してセメントを製造する製品粉砕装置と、前記焼成冷却装置から発生する排ガスを急冷してダイオキシン類の再合成を抑制すると共に排ガスを無害化する排ガス処理装置とを備えたことを特徴とするセメント製造装置が提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００４−８２１００号公報
【特許文献２】特開平１１−２４６２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２の技術によると、焼却灰をセメント原料としてリサイクルすることができる。
しかし、特許文献１の技術では、焼却残渣と有機物含有物を混合して、屋外処分場に貯留しているため、有機物含有物から発生する微生物分解生成ガス（例えば、二酸化炭素、硫化水素等）のガスによって、焼却残渣に含まれている重金属が不溶化し、被処理物中に留まる傾向がある。したがって、特許文献１の技術は、特に、焼却飛灰（焼却主灰と比べて重金属の含有率が高いものである。）を多く含む焼却残渣を処理対象とする場合において、特許文献１に記載されている脱塩素という目的に加えて、焼却残渣に含まれている重金属を溶出させて除去し、重金属の含有率の小さなセメント原料を得ようという目的があるときには、追加の処理をしなければ重金属の除去が不十分となり、これらの目的を共に達成することができないという問題がある。
【０００５】
また、特許文献２の技術では、焼却灰の処分量が増加するに従って、セメントキルン等の加熱設備に持ち込まれる塩素等の揮発性成分の量も増加し、セメント製造設備におけるプレヒータの閉塞等を引き起こす可能性があるという問題がある。また、設備投資が大きく、処理コストが高いという問題もある。
そこで、本発明は、焼却主灰と比べて重金属の含有率が高い焼却飛灰を含む被処理物から、塩素及び重金属を高い除去率で除去して、セメント原料等として再資源化するための処理方法であって、しかも、設備投資が少なく、低コストの処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、貯留スペース内の焼却飛灰を含む被処理物からなる被処理物層の上に、微生物による部分的分解が可能な有機物質からなる有機物質層を形成させて、積層体とした後、この積層体の上面に水を散布すれば、有機物質層内で発生する二酸化炭素、硫化水素等のガスが上方の空気中に拡散して、被処理物層内の重金属の不溶化の原因にならず、かつ、有機物質層内で発生する有機酸が下方に流下して、被処理物層内の重金属の溶出を促進するという効果が得られることに想到し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［６］を提供するものである。
［１］  貯留スペース内の焼却飛灰を含む被処理物からなる被処理物層の上に、微生物による部分的分解が可能な有機物質からなる有機物質層を形成させる積層体形成工程と、前記貯留スペース内の被処理物層と有機物質層との積層体の上面に、降雨または給水による水散布を行なって、塩素及び重金属の各々の含有率が低減された処理済の被処理物を得る脱塩素・脱重金属工程とを含むことを特徴とする焼却飛灰の処理方法。
［２］  前記処理済の被処理物を前記貯留スペースから搬出する搬出工程を含み、前記処理済の被処理物が搬出された後の貯留スペースに対して、以後、前記積層体形成工程、脱塩素・脱重金属工程、及び搬出工程を繰り返し行なう、前記［１］に記載の焼却飛灰の処理方法。
［３］  複数の貯留スペースを有し、かつ、これら複数の貯留スペースに対して、順次、前記積層体形成工程、脱塩素・脱重金属工程、及び搬出工程を行なう前記［２］に記載の焼却飛灰の処理方法。
［４］  前記貯留スペースの下方に設けた排水設備によって、塩素及び重金属を含む水を回収する水回収工程を含む前記［１］〜［３］のいずれかに記載の焼却飛灰の処理方法。
［５］  前記処理済の被処理物中の焼却飛灰は、塩素の含有率が１，０００ｍｇ／ｋｇ以下、鉛の含有率が１００ｍｇ／ｋｇ以下、六価クロムの含有率が１０ｍｇ／ｋｇ以下である前記［１］〜［４］のいずれかに記載の焼却飛灰の処理方法。
［６］  前記貯留スペースから搬出された処理済の被処理物は、セメント原料として用いるためのものである前記［１］〜［５］のいずれかに記載の焼却飛灰の処理方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、貯留スペース内の焼却飛灰を含む被処理物からなる被処理物層の上に、微生物による部分的分解が可能な有機物質からなる有機物質層を形成させて、積層体とした後、この積層体の上面に水を散布するという簡易な方法によって、（ｉ）被処理物層の上方に形成させた有機物質層内で発生する二酸化炭素、硫化水素等のガスが、有機物質層の上方の空気中に拡散するので、被処理物層内の重金属の不溶化の原因にならないこと、及び、（ｉｉ）有機物質層内で発生する有機酸が下方に流下して、被処理物層内の重金属の溶出を促進すること、の２つの作用によって、被処理物に含まれる塩素及び重金属を高い除去率で除去し、その結果、セメント原料等として好適に用い得る、塩素及び重金属の含有率の小さな被処理物を得ることができる。
また、本発明の焼却灰の処理方法は、化石燃料や高価な設備を必要としないため、従来の処理方法と比べて少ない設備運転費及び設備投資で実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の焼却灰の処理方法を詳細に説明する。
本発明の焼却灰の処理方法は、（ａ）貯留スペース内の焼却飛灰を含む被処理物からなる被処理物層の上に、微生物による部分的分解が可能な有機物質からなる有機物質層を形成させる積層体形成工程と、（ｂ）前記貯留スペース内の被処理物層と有機物質層との積層体の上面に、降雨または給水による水散布を行なって、塩素及び重金属の各々の含有率が低減された処理済の被処理物を得る脱塩素・脱重金属工程と、を含むことを特徴とする。
本発明の焼却灰の処理方法は、さらに、（ｃ）工程（ｂ）で得られた処理済の被処理物を、貯留スペースから搬出する搬出工程、を含むことができる。
本発明の焼却灰の処理方法は、さらに、（ｄ）前記処理済の被処理物が搬出された後の貯留スペースに対して、以後、工程（ａ）〜（ｃ）を繰り返し行なうこと、を含むことができる。
本発明の焼却灰の処理方法は、工程（ａ）の前工程として、焼却灰を分別して異物を除去する分別工程を含むことができる。
【００１０】
［分別工程］
本工程は、焼却飛灰等を含む被処理物を分別して、異物等を除去する工程である。
本発明において、処理の対象となる被処理物は、少なくとも、焼却飛灰を含むものである。
被処理物の典型的な例としては、焼却飛灰と必要に応じて含むことができる焼却主灰とからなる焼却灰が挙げられる。この場合、焼却灰中の焼却飛灰の含有率は、好ましくは１０質量％以上、より好ましくは２０質量％以上、さらに好ましくは３０質量％以上である。
ここで、焼却飛灰とは、都市ごみ等の廃棄物を燃焼させた際に発生する排ガス中の煤塵であり、焼却主灰と比べて、塩素及び重金属を多量に含むものである。
焼却主灰とは、都市ごみ等の廃棄物を燃焼させた際に、炉底に溜まる残渣である。
本発明における被処理物には、焼却灰以外の異物（例えば、金属片、セラミックス片等）が含まれることがある。本工程は、これらの異物を除去するものである。
【００１１】
異物の除去方法としては、特に限定されないが、例えば、回転篩、振動篩等の篩、液体サイクロン、分離板型分級機、円筒型分級機等の遠心分級機、ハイドロセパレータ、スパイラル分級機、ボール分級機等の重力分級機等を用いる方法が挙げられる。中でも、篩を用いる方法が好ましい。篩としては、１〜５ｍｍの目開きを有するものが好ましい。
また、分別は、１段に限らず、多段によっても行うことができる。異なる分別方法を組み合わせて行うこともできる。
【００１２】
［（ａ）積層体形成工程］
本工程は、貯留スペース内の焼却飛灰を含む被処理物からなる被処理物層の上に、微生物による部分的分解が可能な有機物質からなる有機物質層を形成させる工程である。
貯留スペースとしては、被処理物（焼却飛灰を含むもの）を貯留することができるものであればよく、特に限定されないが、例えば、掘削型、埋設型、地上型等のいずれも用いることができる。
ここで、掘削型とは、地面を掘削することによって形成したスペースに、必要に応じて内周面の固化等の処理を施して、貯留スペースとするものである。埋設型とは、貯留スペースとなる筒型の枠体等の貯留手段を、少なくとも一部を地下に埋設して設置するものである。地上型とは、貯留スペースとなる筒型の枠体等の貯留手段を、地上に設置するものである。
中でも、貯留スペースを形成する貯留手段の設置、及び貯留スペース内の被処理物層から溶出した塩素及び重金属を含む水を排出するための排水設備の設置の容易さから、地上型が好ましく用いられる。
貯留手段は、金属製、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製等で形成される。
貯留スペースの形状としては、直方体の筒状、円筒状等が挙げられる。
被処理物層の厚さは、好ましくは０．５〜５ｍ、より好ましくは０．５〜２ｍである。該厚さが０．５ｍ未満では、処理の効率が悪くなる。該厚さが５ｍを超えると、塩素及び重金属を十分に除去するのに必要な期間が長くなり、処理の回転が悪くなる。
【００１３】
［（ｂ）脱塩素・脱重金属工程］
本工程は、貯留スペース内の被処理物層と有機物質層との積層体の上面に、降雨または給水による水散布を行なって、塩素及び重金属の各々の含有率が低減された処理済の被処理物を得る工程である。
有機物質層は、微生物による部分的分解が可能な有機物質を材料とするものであればよく、例えば、有機性汚泥、古紙の裁断物、廃木材チップ等を材料として形成することができる。
有機物質層の厚さは、好ましくは０．５〜３ｍ、より好ましくは０．５〜２ｍである。該厚さが０．５ｍ未満では、発生する有機酸の量が不十分となり、有機酸による被処理物層中の重金属の溶出の促進効果が不十分となる。該厚さが３ｍを超えると、（ｉ）有機物質層を形成させるための材料を多量に確保しなければならない、（ｉｉ）有機物質層の下部で生じた微生物分解生成ガス（硫化水素等）が、有機物質層の上方の大気中に拡散せずに、有機物質層の下方の被処理物層に移動して、被処理物層内の重金属の不溶化の原因となる、などの欠点がある。
本工程において、降雨または給水による水散布を行なうことによって、被処理物層の上方に形成させた有機物質層内で、微生物の活動の結果として、二酸化炭素、硫化水素等のガス、及び、液状の有機酸を発生させることができる。なお、好気性微生物は、主に、二酸化炭素等を発生させる。嫌気性微生物は、硫化水素等のガス、及び、酢酸、プロピオン酸等の有機酸を発生させる。
このうち、二酸化炭素、硫化水素等のガスは、有機物質層の厚さが過大でない限りにおいて、有機物質層の上方の空気（積層体上の大気）中に拡散するので、被処理物層内の重金属の不溶化の原因となることはない。一方、液状の有機酸は、下方に流下して、被処理物層内の重金属の溶出を促進する。
なお、本発明と異なる方法、例えば、有機物質と被処理物の混合物からなる１層として処理する方法を採用する場合、層の下部で発生する硫化水素等のガスが、層の上方の大気中に拡散できずに、層内の重金属の不溶化の原因となったり、層内で発生する有機酸による重金属の溶出の促進効果が不十分になる。
例えば、本発明に該当する、有機物質層の厚さが１．５ｍ、被処理物層の厚さが１．５ｍである積層体（以下、本発明の積層体と略す。）と、本発明に該当しない、有機物質と被処理物の混合物からなる厚さが３ｍの層（以下、比較層と略す。）を比較すると、本発明の積層体では、有機物質層の厚さが１．５ｍと小さく、しかも有機物質と被処理物とが分離されているので、有機物質層内で発生するガスが、被処理物層内の重金属と接触せずに、上方の大気中に拡散する傾向が強く、その結果、被処理物層内の重金属が不溶化され難いのに対し、比較層では、全体の層の厚さが３ｍと大きく、しかも有機物質と被処理物とが分離されていないので、３ｍの層の最深部（例えば、深さ２〜３ｍの領域）で発生するガスが、層内に滞留して、被処理物中の重金属と接触し易く、その結果、重金属が不溶化され易い。また、本発明の積層体では、有機物質層で発生する液状の有機酸が、被処理物層の上面から下面までの全体を通過するので、重金属の溶出効果が大きいのに対し、比較層では、層の下部（例えば、深さ２〜３ｍの領域）で発生する液状の有機酸が、層の上部（例えば、深さ０〜２ｍの領域）における重金属の溶出に関わることができず、比較層全体として、重金属の溶出効果が小さい。
【００１４】
このように、本発明においては、被処理物層の上方に形成させた有機物質層に対し、水を供給することによって、重金属の溶出を促進する有機酸のみが被処理物層内を通過するので、有機物質層を上方に有しない、被処理物のみからなる被処理物層の上面に、水を供給する場合や、有機物質層を上方に有しない、被処理物と有機物質（微生物による部分的分解が可能な有機性汚泥等）を混合させてなる被処理物層の上面に、水を供給する場合と比べて、被処理物層中の重金属の溶出を促進することができる。また、被処理物層内を水が流下することによって、被処理物層内の塩素及び重金属を下方に排出することができる。そして、塩素及び重金属の各々が高い除去率で除去された、被処理物層を構成する処理済の被処理物を、セメント原料等として好適に用いることができる。
処理済の被処理物中の塩素の含有率は、好ましくは１，０００ｍｇ／ｋｇ以下、より好ましくは８００ｍｇ／ｋｇ以下、特に好ましくは５００ｍｇ／ｋｇ以下である。該含有率が１，０００ｍｇ／ｋｇを超えると、処理済の被処理物を例えばセメント原料として用いる場合に、プレヒータ等の閉塞を引き起こすなど、セメント製造設備への負荷が増大することがあり、好ましくない。
【００１５】
処理済の被処理物中の重金属の含有率は、以下のとおりである。
処理済の被処理物中の鉛の含有率は、好ましくは１００ｍｇ／ｋｇ以下、より好ましくは８０ｍｇ／ｋｇ以下、特に好ましくは５０ｍｇ／ｋｇ以下である。
処理済の被処理物中の六価クロムの含有率は、好ましくは１０ｍｇ／ｋｇ以下、より好ましくは８ｍｇ／ｋｇ以下、特に好ましくは５ｍｇ／ｋｇ以下である。
鉛及び六価クロムの含有率が各々１００ｍｇ／ｋｇ、１０ｍｇ／ｋｇを超えると、処理済の被処理物のセメント原料としての使用量が制限されるため、セメント原料の代替量を増加させることができず、好ましくない。
本工程の処理時間は、処理する場所の降雨量等の、供給される水量や、貯留スペース内の被処理物層及び有機物質層の厚さにもよるが、処理の効率の面から、好ましくは３年以内、より好ましくは２年以内、特に好ましくは１年以内である。
本発明の焼却飛灰の処理方法は、貯留スペースの下方に設けた排水設備によって、塩素及び重金属を含む水を回収する水回収工程を含むことができる。
［（ｃ）搬出工程］
本工程は、処理済の被処理物を前記貯留スペースから搬出する工程である。
処理後の有機物質層は、新たな処理の有機物質層として再利用するか、あるいは、有機肥料等として用いることができる。
【００１６】
［（ｄ）貯留スペースの繰り返しの使用］
本発明の焼却飛灰の処理方法の好ましい実施形態の例として、処理済の被処理物が搬出された後の貯留スペースに対して、以後、積層体形成工程、脱塩素・脱重金属工程、及び搬出工程を繰り返し行なうことを挙げることができる。
また、この例における、さらに好ましい実施形態の例として、複数の貯留スペースを有し、かつ、これら複数の貯留スペースに対して、順次、積層体形成工程、脱塩素・脱重金属工程、及び搬出工程を行なうことを挙げることができる。
このように、積層体形成工程、脱塩素・脱重金属工程、及び搬出工程を繰り返し行なうことによって、貯留スペースを繰り返し利用することができ、従来の埋立処分のように処分場が枯渇することがなく、焼却飛灰を含む被処理物を半永久的に処理し続けることができる。また、この場合、複数の貯留スペースを有することによって、処理可能量の増大、及び処理の効率化を図ることができる。
【００１７】
［本発明の方法の実施場所］
本発明の方法の各工程を実施する場所としては、下記の種々の組み合わせのいずれかを採用することができる。
（１）分別（異物除去）工程、積層体形成工程、及び、脱塩素・脱重金属工程のすべてを、屋外の廃棄物処理場で行なう形態
（２）分別工程を屋内（清掃工場等）で行ない、積層体形成工程、及び、脱塩素・脱重金属工程を、屋外の廃棄物処理場で行なう形態
（３）分別工程を屋内（清掃工場等）で行ない、積層体形成工程、及び、脱塩素・脱重金属工程を、セメント工場の敷地内（屋外または屋内）で行なう形態
（４）分別（異物除去）工程、積層体形成工程、及び、脱塩素・脱重金属工程のすべてを、セメント工場の敷地内（屋外または屋内）で行なう形態