(57)【要約】【課題】短時間且つ低コストで簡単な処理により廃棄物または土壌に含まれるホウ素を不溶化することができる、廃棄物または土壌に含まれるホウ素の不溶化処理方法を提供する。【解決手段】ホウ素を含有する廃棄物または土壌に、カルシウムと、硫酸イオンを含む化合物（例えば１０〜６０重量％程度に希釈した硫酸）または硫酸イオンとアルミニウムイオンを含む化合物（例えば液体硫酸バンド）とを混合することにより、ホウ素を不溶化する。カルシウム、アルミニウムイオンおよび硫酸イオンは、廃棄物または土壌に含まれるホウ素１モルに対して、それぞれ５モル以上、１モル以上、３モル以上になるように混合する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ素を含有する廃棄物または土壌に、カルシウムと、硫酸イオンを含む化合物とを混合することにより、ホウ素を不溶化することを特徴とする、廃棄物または土壌に含まれるホウ素の不溶化処理方法。
【請求項２】
前記廃棄物または土壌に含まれるホウ素１モルに対して、前記カルシウムの量が５〜１０００モルであり、前記硫酸イオンの量が３〜１５０モルであることを特徴とする、請求項１に記載の廃棄物または土壌に含まれるホウ素の不溶化処理方法。
【請求項３】
前記廃棄物または土壌に含まれるホウ素１モルに対して、前記カルシウムの量が５〜３００モルであり、前記硫酸イオンの量が３〜３０モルであることを特徴とする、請求項１に記載の廃棄物または土壌に含まれるホウ素の不溶化処理方法。
【請求項４】
前記廃棄物または土壌に含まれるホウ素１モルに対する前記カルシウムおよび前記硫酸イオンの量が、ホウ素の溶出液のｐＨが９〜１３になる量であることを特徴とする、請求項１に記載の廃棄物または土壌に含まれるホウ素の不溶化処理方法。
【請求項５】
前記硫酸イオンを含む化合物がアルミニウムイオンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の廃棄物または土壌に含まれるホウ素の不溶化処理方法。
【請求項６】
前記廃棄物または土壌に含まれるホウ素１モルに対して、前記カルシウムの量が５〜１０００モル、前記アルミニウムイオンの量が１〜１００モル、硫酸イオンの量が３〜１５０モルであることを特徴とする、請求項５に記載の廃棄物または土壌に含まれるホウ素の不溶化処理方法。
【請求項７】
前記廃棄物または土壌に含まれるホウ素１モルに対して、前記カルシウムの量が５〜３００モル、前記アルミニウムイオンの量が１〜２０モル、硫酸イオンの量が３〜３０モルであることを特徴とする、請求項５に記載の廃棄物または土壌に含まれるホウ素の不溶化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホウ素の不溶化処理方法に関し、特に、廃棄物または土壌に含まれるホウ素を不溶化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホウ素の含有量が高く且つホウ素の溶出率が高い廃棄物などを最終処分場に埋め立てる前に、環境対策としてホウ素を不溶化する必要がある。また、処分場の浸出水中のホウ素の増加を防止して排水基準をクリアするためにも、ホウ素の溶出値を低減させる必要がある。
【０００３】
従来、セメントの添加によってホウ素の溶出を防止する方法として、ホウ素（Ｂ）を含む土壌又は焼却灰、例えば石炭灰を、固化材料である高炉スラグＢセメントによって固化するか、あるいは固着材料によって固着することによって、ホウ素の溶出を抑制する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３１０１７５号公報（段落番号０００６）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の特許文献１の方法では、ホウ素化合物を生成するために１〜数週間程度の養生期間が必要であり、加熱処理が必要な場合もあり、処理時間およびコストがかかるという問題がある。
【０００６】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、短時間且つ低コストで簡単な処理により廃棄物または土壌に含まれるホウ素を不溶化することができる、廃棄物または土壌に含まれるホウ素の不溶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】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、ホウ素を含有する廃棄物または土壌に、カルシウムまたはカルシウムを含む化合物と、硫酸イオンを含む化合物、好ましくは硫酸イオンとアルミニウムイオンを含む化合物とを混合することにより、ホウ素を不溶化することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明による廃棄物または土壌に含まれるホウ素の不溶化処理方法は、ホウ素を含有する廃棄物または土壌に、カルシウムと、硫酸イオンを含む化合物とを混合することにより、ホウ素を不溶化することを特徴とする。
【０００９】
この廃棄物または土壌に含まれるホウ素の不溶化処理方法において、廃棄物または土壌に含まれるホウ素１モルに対して、カルシウムの量が、好ましくは５〜１０００モル、さらに好ましくは５〜３００モルであり、硫酸イオンの量が、好ましくは３〜１５０モル、さらに好ましくは３〜３０モルである。また、廃棄物または土壌に含まれるホウ素１モルに対するカルシウムおよび硫酸イオンの量が、ホウ素の溶出液のｐＨが９〜１３になる量であるのが好ましい。
【００１０】
また、上記の廃棄物または土壌に含まれるホウ素の不溶化処理方法において、硫酸イオンを含む化合物がアルミニウムイオンを含むのが好ましい。この場合、廃棄物または土壌に含まれるホウ素１モルに対して、カルシウムの量が、好ましくは５〜１０００モル、さらに好ましくは５〜３００モルであり、アルミニウムイオンの量が、好ましくは１〜１００モル、さらに好ましくは１〜２０モルであり、硫酸イオンの量が、好ましくは３〜１５０モル、さらに好ましくは３〜３０モルである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明による廃棄物または土壌に含まれるホウ素の不溶化処理方法の実施の形態では、不溶化反応に必要なカルシウム（Ｃａ）とアルミニウム（Ａｌ）と硫酸の反応が素早く進むように、アルミニウムと硫酸をイオン形態、すなわち液体として添加することにより、常温で１時間程度放置すれば不溶化反応が進み、ホウ素化合物を生成するための養生期間や加熱などが不要になるので、セメントの添加によって固化する方法と比べて経済的且つ取扱いも容易になる。また、ホウ素を数％以上含有するようなホウ素の含有量や溶出率の高い廃棄物に対してもホウ素を不溶化することができるので、医薬品、ガラス、半導体などの製造過程で排出されるホウ素を大量に含む廃棄物の処理を経済的に行うことができる。
【００１２】
また、本発明による廃棄物または土壌に含まれるホウ素の不溶化処理方法の実施の形態では、カルシウムとアルミニウムと硫酸を含む化合物を生成し、その中にホウ素を固溶体として取り込むことによりホウ素を不溶化する。セメント自体にもカルシウムとアルミニウムと硫酸が含まれているが、それ自体が元々安定な化合物なっているため、セメントとして添加したのではホウ素を固溶体として取り込むことができない。そのため、反応が起こり易いようにアルミニウムと硫酸をイオン形態、すなわち液体として添加することにより、固溶体を形成することができるようにする。
【００１３】
また、カルシウムとアルミニウムイオンと硫酸イオンの添加量を多くすれば、ホウ素の溶出値を０．１ｍｇ／Ｌ未満にしてホウ素をほぼ完全に不溶化することができる。また、アルミニウムを添加するとコストが高騰するので、経済的な制約がある場合には、アルミニウムを添加しなくても、硫酸イオンとカルシウムの反応によりホウ素の溶出を低減することができる。この場合、ホウ素を完全に不溶化することはできないが、ホウ素の溶出率を排水基準の２０％以下にすることができ、ホウ素の含有量がそれほど高くない場合に適用することができる。また、ホウ素の溶出率を１％以下にするためには、廃棄物または土壌に含まれるホウ素１モルに対して、カルシウムの量を５モル以上、アルミニウムイオンの量を１モル以上、硫酸イオンの量を３モル以上にするとともに、ホウ素の溶出液のｐＨが９〜１３になるようにすればよい。
【００１４】
本明細書において、ホウ素を含む廃棄物または土壌とは、常温で固形のものが好ましい。このような廃棄物または土壌に含まれるホウ素の形態は、ホウフッ化物やホウ酸化合物などいずれの形態でもよいが、ホウ素が水に溶解し易い化合物の形態になっているのが好ましい。例えば、医薬品、ガラス、半導体などのホウ素を大量に扱う製造過程において排出される飛灰や排水澱物などが好ましい。
【００１５】
また、カルシウムを含む化合物として、消石灰や生石灰などを使用してもよいし、カルシウムを豊富に含む焼却灰や飛灰などを使用してもよい。ゴミ焼却工場から排出される飛灰は重金属などを含むので、埋立処分のためにはｐＨ調整などを行って重金属を不溶化する必要があるが、この飛灰を本発明による不溶化処理方法に適用することによって重金属の不溶化も併せて行うことができるので、非常に経済的な処理が可能となる。カルシウムはイオンである必要はなく、固形物の形態でよいが、後述する硫酸や硫酸バンドなどと反応し易いものが好ましく、セメントなどの固化したものは、反応性が悪いので好ましくない。カルシウムの濃度はできるだけ高い方が好ましい。特に、飛灰などを使用する場合には、不純物が多いと反応に悪影響が生じるので、カルシウム濃度が１５重量％以上であるのが好ましい。
【００１６】
また、アルミニウムイオンを含む化合物として、硫酸バンド（硫酸アルミニウム）、ポリ塩化アルミニウム、水酸化アルミニウムなどを使用することができるが、後述する硫酸イオンも含むことから硫酸バンドを使用するのが好ましい。また、アルミニウムがイオンとして存在している方が混合時の反応性がよいので、液体の硫酸バンドを使用するのが好ましい。
【００１７】
また、硫酸イオンを含む化合物として、硫酸バンドの他、経済的な制約からアルミニウムを添加しない場合には、硫酸を使用してもよい。硫酸根は、石膏などの固形物として添加すると反応が進行しないので、必ずイオン形態、すなわち液体として添加することが必要である。硫酸の濃度をあまり高い濃度にすると、反応熱とミストが大量に発生して取扱いに不都合が生じるため、１０〜６０重量％程度に希釈した硫酸を使用するのが好ましい。
【００１８】
混合の仕方は、各添加物を均一に混合することができれば、特に限定されないが、硫酸とカルシウム化合物が反応すると、石膏が生成して瞬間的に固化することにより混合が困難になる場合があるので、水分を適量添加して局所的に固化しないように混合するのが好ましい。
【００１９】
本発明による廃棄物または土壌に含まれるホウ素の不溶化処理方法の実施の形態では、セメントのように養生を必要とせず、即時の反応によりホウ素を不溶化できることが特徴であり、その機構を以下に説明する。カルシウム化合物と、硫酸や硫酸バンドなどの（アルミニウムと）硫酸イオンを含む化合物が反応すると、石膏水和物（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）、エトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）、モノサルフェート水和物（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＳＯ４・１２Ｈ２Ｏ）などが生成する。このうち、エトリンガイトとモノサルフェート水和物が生成する際に、これらの水和生成物中にホウ素が固溶体として取り込まれて不溶化されると考えられる。ホウ素が固溶体として取り込まれると、吸着反応のように容易に破壊されることはなく、安定な形になるので、長期的なホウ素の溶出にも耐えられる。これらの水和生成物を生成させるための必要量から算出すると、カルシウムとアルミニウムイオンと硫酸イオンの添加量は、廃棄物または土壌に含まれるホウ素１モルに対して、それぞれ５モル以上、１モル以上および３モル以上である。また、カルシウムとアルミニウムイオンと硫酸イオンを、廃棄物または土壌に含まれるホウ素１モルに対して、それぞれ５モル以上、１モル以上および３モル以上添加することによって、上記の水和生成物が生成され、ホウ素が不溶化されて、ホウ素の溶出率を１％以下にすることができることが確認された。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明による廃棄物または土壌に含まれるホウ素の不溶化処理方法の実施例について詳細に説明する。
【００２１】
［実施例１］
図１に示すように、８重量％のホウ素を含有するホウ砂１ｇに対して、４重量％のアルミニウムと２３重量％の硫酸イオンを含有する液体硫酸バンド４５ｇとを混合してホウ砂を溶解させた後、２０重量％のカルシウムを含有するゴミ処理工場の飛灰２００ｇを混合した。ここで、ホウ砂と硫酸バンドを混合してホウ砂を溶解させた後に飛灰を混合したのは、混合を容易にするためである。また、この実施例では、混合を容易にするために、水を５ｇ程度加えて混合した。
【００２２】
なお、この混合後のホウ素の含有量は３０６ｍｇ／ｋｇであり、ホウ素１モルに対するカルシウム、アルミニウムイオンおよび硫酸イオンのモル比は、それぞれＣａ／Ｂ＝１３８、Ａｌ／Ｂ＝１０、ＳＯ４／Ｂ＝１５である。
【００２３】
次に、混合後の残渣を常温で１時間放置した後、環境庁告示第４６号に従ってホウ素の溶出試験を行った。その結果、溶出液のｐＨは１１．３、ホウ素の溶出値は０．１ｍｇ／Ｌ未満、ホウ素の溶出率は０．３％未満であった。この溶出試験の結果から、本実施例の方法によって、ホウ素の溶出を抑制できることがわかる。
【００２４】
［実施例２］
飛灰の量を１００ｇ、液体硫酸バンドの量を２２ｇとした以外は実施例１と同様の溶出試験を行った。この実施例において、混合後のホウ素の含有量は６１３ｍｇ／ｋｇであり、ホウ素１モルに対するカルシウム、アルミニウムイオンおよび硫酸イオンのモル比は、それぞれＣａ／Ｂ＝６９、Ａｌ／Ｂ＝５、ＳＯ４／Ｂ＝７である。この溶出試験の結果、溶出液のｐＨは１０．９、ホウ素の溶出値は０．１ｍｇ／Ｌ、ホウ素の溶出率は０．２％であった。この溶出試験の結果から、本実施例の方法によって、ホウ素の溶出を抑制できることがわかる。
【００２５】
［実施例３］
飛灰の量を１０ｇ、液体硫酸バンドの量を１１ｇとし、水を加えなかったこと以外は実施例１と同様の溶出試験を行った。この実施例において、混合後のホウ素の含有量は３６４１ｍｇ／ｋｇであり、ホウ素１モルに対するカルシウム、アルミニウムイオンおよび硫酸イオンのモル比は、それぞれＣａ／Ｂ＝７、Ａｌ／Ｂ＝２、ＳＯ４／Ｂ＝３である。この溶出試験の結果、溶出液のｐＨは１０．０、ホウ素の溶出値は２．８ｍｇ／Ｌ、ホウ素の溶出率は０．８％であった。この溶出試験の結果から、本実施例の方法によって、ホウ素の溶出を抑制できることがわかる。
【００２６】
［実施例４］
飛灰の量を１００ｇとし、液体硫酸バンドの代わりに５５％硫酸２０ｇを使用し、水を加えなかったこと以外は実施例１と同様の溶出試験を行った。この実施例において、混合後のホウ素の含有量は６２５ｍｇ／ｋｇであり、ホウ素１モルに対するカルシウム、アルミニウムイオンおよび硫酸イオンのモル比は、それぞれＣａ／Ｂ＝６９、Ａｌ／Ｂ＝０、ＳＯ４／Ｂ＝１５である。この溶出試験の結果、溶出液のｐＨは１１．９、ホウ素の溶出値は１１ｍｇ／Ｌ、ホウ素の溶出率は１７．６％であった。この溶出試験の結果から、本実施例の方法によって、ホウ素の溶出を抑制できることがわかる。
【００２７】
［比較例１］
飛灰の量を１００ｇとし、液体硫酸バンドの代わりに５５％硫酸５０ｇを使用し、水を加えなかったこと以外は実施例１と同様の溶出試験を行った。この実施例において、混合後のホウ素の含有量は５００ｍｇ／ｋｇであり、ホウ素１モルに対するカルシウム、アルミニウムイオンおよび硫酸イオンのモル比は、それぞれＣａ／Ｂ＝６９、Ａｌ／Ｂ＝０、ＳＯ４／Ｂ＝３９である。この溶出試験の結果、溶出液のｐＨは４．１、ホウ素の溶出値は４３ｍｇ／Ｌ、ホウ素の溶出率は８６．０％であった。
【００２８】
［比較例２］
飛灰の量を１００ｇとし、液体硫酸バンドを使用しなかった以外は実施例１と同様の溶出試験を行った。この実施例において、混合後のホウ素の含有量は７５０ｍｇ／ｋｇであり、ホウ素１モルに対するカルシウム、アルミニウムイオンおよび硫酸イオンのモル比は、それぞれＣａ／Ｂ＝６９、Ａｌ／Ｂ＝０、ＳＯ４／Ｂ＝０である。この溶出試験の結果、溶出液のｐＨは１１．５、ホウ素の溶出値は７０ｍｇ／Ｌ、ホウ素の溶出率は９３．３％であった。
【００２９】
実施例１〜３の結果から、これらの実施例の方法によって、ホウ素の溶出を抑制することができ、モル比Ａｌ／Ｂが大きくなるにつれてほぼ完全にホウ素の溶出を抑制できることがわかる。また、実施例４では、アルミニウムを添加しておらず、実施例１〜３の場合よりもホウ素の溶出値および溶出率が高いが、比較例１および２と比べてホウ素の溶出をかなり抑制できることがわかる。
【００３０】
また、比較例１のように硫酸の量が増加して溶出液のｐＨが酸性まで下がってしまうと、ホウ素の溶出量が大幅に増大する。したがって、溶出液のｐＨが９〜１３の範囲になるようにカルシウム、アルミニウムイオンおよび硫酸イオンを混合するのが好ましい。また、比較例２のようにカルシウム源である飛灰のみを混合した場合にも、ホウ素のほぼ全量が溶出し、ホウ素が全く不溶化されていないことがわかる。
【００３１】
なお、これらの実施例１〜４および比較例１〜２の結果を表１〜３に示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
【表２】
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【００３４】
【表３】
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【００３５】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、ホウ素を含む廃棄物または土壌を焼却することなく、短時間且つ低コストで簡単な処理により、廃棄物または土壌からのホウ素の溶出を低減することができる。また、加熱や養生が不要なため、セメントの添加による固化と比べてコストや取扱いの点で優れている。さらに、ホウ素の溶出が非常に大きい廃棄物などでも、経済的にホウ素を不溶化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による廃棄物または土壌に含まれるホウ素の不溶化処理方法の実施の形態を示す工程図。
【図１】
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