(57)【要約】【課題】本発明の課題は、水の存在下、低温で、大量の高価な有機溶媒を残すことなく、危険なアルカリ金属を用いずに、都市ごみ、産業廃棄物、医療廃棄物などの廃棄物焼却後の焼却灰からのダイオキシン系化合物の有害性を軽減することである。【解決手段】本発明に記載のダイオキシン系化合物の有害性軽減法は、ダイオキシン系化合物に汚染された焼却灰を、350℃よりも低い温度などの比較的低い温度で、一定時間アルカリ土類金属水溶液と、水の存在下で接触、反応させて、有害性を軽減する。一度無害化が終点に達したら、該溶液を、別の焼却灰を処理するのに再使用可能な貯蔵容器に排出させる。ある実施では、該処理は、わずかに上昇させた温度（100℃など）で実行され、同レベルの無害化を維持しながら、無害化時間の長さを短縮させる。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却灰の有害性の軽減法で、前記方法が:
水と少なくとも1種類のアルカリ土類金属水酸化物を含む溶液を提供し;
焼却灰を前記溶液と350℃未満の温度で接触させ、焼却灰中のダイオキシン系化合物を前記溶液と反応させ、焼却灰から金属イオンを含む液体を生成し;そして、
前記液体を焼却灰から分離する;
工程を含む焼却灰の有害性軽減法。
【請求項２】
さらに、前記液体を酸と混合し、液体pHを低下させ、金属沈殿を生成し;そして、
活性炭フィルターを使って前記液体から前記沈殿を分離する;
工程を含む請求の範囲第1項記載の方法。
【請求項３】
さらに、前記液体を酸と混合し、液体pHを低下させ、金属沈殿を生成し;そして、
前記沈殿から前記液体をデカントする;
工程を含む請求の範囲第1項記載の方法。
【請求項４】
さらに、電気分解を使って前記液体から前記金属イオンを除去する工程を含む請求の範囲第1項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ダイオキシン系化合物を含有する焼却灰の有害性を軽減する方法に属する。さらにとりわけ、本発明は、低温、かつ、水の存在下で、ダイオキシン系化合物を含有する焼却灰の有害性の軽減に属する。本発明は、特に、しかし、それに限るものではないが、水とアルカリ土類金属水酸化物を含む溶液と灰を接触させることによって、ダイオキシン系化合物を含有する焼却灰の有害性の軽減に有用である。
【背景技術】
【０００２】
1980年代以来、ダイオキシン系化合物の塩素含量の減少または除去が有害性を軽減する、と認識されてきた。ここで使用する場合、「ダイオキシン系化合物」という用語は、その限りではないが、ポリクロロ-p-ジベンゾダイオキシン(PCDD)、ポリクロロジベンゾフラン(PCDF)およびポリ塩化ビフェニル(PCB)を含む。これらのダイオキシン系化合物は、一般に、都市ごみ、産業廃棄物および/または医療廃棄物焼却場などの各種焼却施設から排出される焼却灰中に認められる。
【０００３】
これまで、方法は、ダイオキシン系化合物含有材料とアルカリ金属(ナトリウムなど)を反応させて、材料の有害性を軽減する点について開示されてきた。不運なことに、アルカリ金属の取り扱いは、非常に危険であると思われ、爆発のリスクを回避するため、無水条件下、不活性雰囲気中で実施しなければならない。有機溶媒とアルカリ金属を使った例が、Howardらによる米国特許No.4,327,027に記述されている。さらに詳細には、Howardらは、有害塩化芳香族化合物の化学的無害化法で、計算量を上回る量の、アルカノール、アルコキシアルカングリコール、アルカンポリオールおよびそれらのモノアルキルエーテルのアルカリ金属アルコラートとの、昇温での上記化合物のインキュベーションを含む化学的無害化法を記述している。
【０００４】
アルカリ金属による明白な作業上の問題を回避するため、有機溶媒中でアルカリ金属の水酸化物またはアルコラートを使って多くの他の工程が開発された。これらの工程は、無水条件下で実施されるのが典型的である。有機溶媒の使用には、いくつかの欠点がある。ある欠点では、エチレングリコール、アルコールまたは2-メトキシエタノールの使用は、処理費をかなり増加させる。さらに、大部分の有機溶媒は、個体中に留まり、個体の廃棄を複雑にするので、個体の処理には、溶媒が問題となる。有機溶媒とのアルカリ金属水酸化物を使った工程は、Halpernらによって米国特許No.5,043,054に記述されている。さらに詳細には、Halpernらは、20〜135℃の範囲の温度でアルカリ土類金属水酸化物と2-メトキシエタノールを使った汚染廃棄物材料の脱ハロゲン化を説いている。同様に、Tateishiらによる米国特許No.6,162,958は、有機溶媒と水酸化ナトリウムを使って、350℃程度、水中で炭酸ナトリウムを形成するPCB分解工程に関する。
【０００５】
また、これまでに、アルカリ成分との炭酸塩によるダイオキシン系化合物の吸着と、それに続く無水条件下、350℃での焙焼によってダイオキシン系化合物を分解する工程が開示されている。例えば、Tanakaらによる米国特許No.6,072,099は、アルカリ成分の存在下、酸素欠乏状態、350℃でのダイオキシン吸着炭質吸着剤の分解について開示している。この工程は、有機溶媒を必要としないが、無水条件と酸素欠乏雰囲気は必要である。これらの必要事項は、汚染油の処理に実行可能と思われるが、焼却灰の処理中に無水条件を維持するのは非常に困難である。具体的には、一般に、焼却灰は、灰が塵埃にならないように灰に散布する水で湿ってしまう。また、焼却灰は、一般に、空気中の水分を吸収する。
【０００６】
上記の工程の多くは、触媒使用を要する。例えば、Hagenmaierらの米国特許No.5,276,250は、焼却灰を触媒として使用できる、と説いている。Hagenmaierは、ダイオキシンおよびダイオキシン系化合物が破壊されるまで廃棄物を焙焼する。不運なことに、Hagenmaierの技術では、150〜550℃の上昇温度で分解が起こり、無水条件が必要になる。
【０００７】
要約すると、前述のダイオキシン系化合物の処理法は、すべて、焼却灰の処理に使用する場合、欠点がある。ある一連の工程では、危険なアルカリ金属を使用する。別の工程では、90%以上の有機溶媒から成る液体に廃棄物を接触させなければならず、これが費用を増加させ、処理済み焼却灰中に大量の残留溶媒が残る。なおも別の一連の工程では、廃棄物は、無水下で、比較的高い温度で加熱しなければならない。
【０００８】
上記の観点から、低温、水の存在下で実施できる1つの単純な工程によって焼却灰の有害性を軽減することが本発明の目的である。処理中に導入した大量の残留溶媒で汚染された処理済み焼却灰を放置することなく、焼却灰を処理することが、本発明の別の目的である。本発明のなおも別の目的は、使い易く、製造が比較的単純で、費用対効果が比較的高い焼却灰の処理法を提供することである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、ダイオキシン系化合物を含有する焼却灰の有害性を軽減する方法に適用する。本発明の方法は、低温(例、350℃未満)で実施するもので、しばしば焼却灰貯蔵パイル中に見られる水の存在下で実施できる。
【００１０】
本発明によれば、水と水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなどのアルカリ土類金属水酸化物の処理液を、汚染された焼却灰に接触させる。ある実装では、灰をコンテナに入れ、その溶液に完全に浸し、灰の処理液との完全接触を確実に行う。溶液と灰の接触を、予定の無害化時間中保持する。いったん、無害化が完了すると、貯蔵コンテナに溶液を排出する。焼却灰から排出された溶液は、再利用し、次の焼却灰を処理できる。再利用前に、溶液のpHを検査し、pHレベルがpH9よりも低いpHに下がっていないことを保証する。
【００１１】
本発明のある実装では、同じレベルの無害化を維持しながら、無害化時間の長さを短縮するために、若干温度を上昇させて(例、100℃)処理を実施する。上昇した温度は、溶液を熱交換機と焼却灰コンテナを循環させて維持できる。別法として、例えば、非接触油浴を使って、焼却灰/溶液スラリーを間接的に焼却できる。さらに別の実装では、水蒸気を焼却灰コンテナに噴射して、望みの温度にスラリーを維持できる。焼却灰中の化合物が触媒として作用し、低温で無害化反応を起こすので、高温（すなわち、３５０℃より高い温度）を必要とせずに無害化を達成する。
【００１２】
焼却灰から溶液を排出した後、無害化された灰を処分用、あるいは、ある場合には、建設利用としてコンテナから取り出す。必要ならば、最終利用または廃棄前に、焼却灰を水と塩酸などの酸の溶液と接触させて、処理済み焼却灰のpHを低下させる。
【００１３】
（好ましい形態の説明）
構造および作業に関する本発明の新規特徴、並びに、本発明自体、その両方が、添付した説明と共に、添付図から最もよく理解でき、この場合、同一参照番号は、同一部分を示す。
ここで、図は、ダイオキシン系化合物で汚染され、すべて10で表した焼却灰の処理の工程を図解したものである。図のように、工程10の各部分は、固定タンクのような定置式コンテナまたはロールオフのような可動式コンテナであることができる処理コンテナ12中で実施する。ロールオフのような可動式コンテナを使用する場合、ごみ処分または再利用施設につながった可動式コンテナまで処理済み焼却灰を運搬し、材料取り扱い費を最小限に抑えることができる。
【００１４】
さらに明らかなように、直接ごみの安全レベルを上回る、あるいは、上回ると考えられるダイオキシン系化合物に汚染された焼却灰14を、処理コンテナ12(矢印16)に導入する。焼却灰14は、一般に、処理コンテナ12への導入前に、タンク内、ロールオフ内またはパイルとして保管するが、空気中から吸収した水分を含む可能性があり、あるいは、塵埃最小化作業によって湿潤する可能性がある。工程10による処理に適した焼却灰は、その限りではないが、都市ごみ、産業廃棄物および/または医療廃棄物を含む廃棄物を焼却する焼却施設からの飛灰および他の焼却灰を含む。
【００１５】
さらに明らかなように、アルカリ土類金属水酸化物の水溶液18は、汚染焼却灰14を溶液18に完全に浸漬するのに十分な処理コンテナ12にポンプで汲みいれる、または供給する（矢印20）。ある実装では、溶液18を汚染焼却灰14中を循環させる。適切なアルカリ土類金属水酸化物は、その限りではないが、水酸化ナトリウム(NaOH)および水酸化カリウム(KOH)を含む。好ましいアルカリ土類金属水酸化物は、低コストで、世界中で入手できるために、水酸化ナトリウム(NaOH)である。典系的には、アルカリ土類金属水酸化物のモル濃度は、約0.5モル/L〜約3.0モル/Lの範囲になる。汚染焼却灰14の溶液18中の浸漬は、汚染焼却灰14全体と溶液18の間の接触を確実に行う。
【００１６】
本発明の方法に従って、溶液18は、汚染焼却灰14が処分用または建設利用に十分に安全と見なされる十分なレベルまで、汚染焼却灰14の有害性を減少させるのに十分な時間中、汚染焼却灰14と接触したままにする。世界各地で、このレベルは、調整されている。例えば、現在、日本では、ダイオキシン系化合物のレベルは、埋立て処分には、2,3,7,8-テトラクロロジベンゾ-p-ダイオキシンに相当する有害性3ng/g未満でなければならない。
【００１７】
接触時間の長さは、汚染焼却灰14の代表的サンプルに関する処理能試験の実施、または、汚染焼却灰14の直接測定によって決定できる。しかし、直接測定は、高価で時間がかかるのが通例である。典型的な接触時間は、約10分〜約2日の範囲である。ダイオキシン系化合物レベルの測定は、その限りではないが、分光分析とバイオアッセイを含む標準ダイオキシン試験法を使って実施できる。
【００１８】
所定の接触時間の完了後、処理コンテナ12から保持タンク24に溶液18を排液(矢印22)またはデカントする。溶液18がアルカリ性であるため、溶液18は焼却灰14から容易に分離する。ある実装では、処理コンテナ12は、溶液18の排液を促進する二重底を用意している。焼却灰14が二重底に入らないようにするために、フィルターシート(未掲載)を使用できる。一方、溶液18は、フィルターシートを通って排出され、二重底で収集し、その後、そこで保持タンク24に排出される。フィルタープレスなどの液体から個体を分離する関連技術として周知の他の技法も、焼却灰14から溶液18の分離に使用できるだろう。
【００１９】
保持タンク24中の使用済み溶液18は、いったん排出されると、別の焼却灰14の処理に再利用できる(矢印26)。使用済み溶液18は、未使用溶液18と混合し、望みの濃度(即ち、モル濃度)のアルカリ土類金属水酸化物を得ることができる。図に示すように、処理済み焼却灰28は、役に立つ生成物として蓄えるまたは再利用することができる。処理コンテナ12としてロールオフを使用する場合、ロールオフをトラックに積んで、別の材料を扱わずに、希望の目的地まで安価に運ぶことができる。
【００２０】
図からさらに明らかなように、熱源と熱交換機30を使って、処理中、望みの上昇温で、溶液18を維持することができる。具体的には、溶液18を処理コンテナ12と熱交換機30を通して循環させることができる。溶液18は、処理コンテナ12を上下または逆方向に循環させることができる。別法として、処理コンテナ12中の焼却灰14と溶液18のスラリーを、例えば、非接触油浴を使って、間接的に加熱できる。さらに別の実装では、処理コンテナ12中に水蒸気を噴射し、スラリーを望みの温度に維持できる。ある実装では、処理を80〜120℃の温度、周囲圧力下で実施する。軽度の加熱は、周囲圧力下での処理に比較して、安価で、必要な処理時間を短縮する。
【００２１】
焼却灰14の加熱中の空気中に不快な臭いと有害と思われる汚染物質の放出を防止するために、小型濃縮装置32を使用して、蒸気を捕捉し、それらを濃縮することができる。希望すれば、濃縮蒸気を溶液18に再導入(矢印34)できる。図に示すように、活性炭素ベント36を使って、非濃縮蒸気をトラップすることができる。ベント36は、処理中、周囲圧力を維持できる。さらに、ベント36は、処理コンテナ12からの溶液18の排出中に、処理コンテナ12中のベーパーロックの発生を防止する。
【００２２】
ある場合、保持コンテナ24中の排出溶液18は、焼却灰14から浸出される金属イオンを含む。図で明らかなように、排出溶液18に酸溶液38を添加し、溶液18から金属を沈殿させることができる。ある実装では、入手し易さとコストの点から、塩酸(HCl)を使って、金属を沈殿させる。沈殿後、活性炭濾過40を使って溶液18から金属を分離できる。活性炭は、金属を効率良く収集するが、定期的に取り替えなければならない。ある場合には、再利用のために、消費した活性炭から金属を回収できる。沈降、遠心分離、フィルタープレスによる濾過などの他の分離法を使用して、溶液18から金属沈殿を取り出すことができる。また、排出溶液18に酸を添加し、油を脱乳化し、その後、スキミングまたはデカント技術を使って溶液18から分離できる。別の実装では、電気分解工程を使って、金属イオンを溶液18から直接(即ち、酸を添加せずに)取り出すことができる。重金属および油の除去後、ほぼ水と塩から成る残りの溶液42を下水管に排出できる。塩含量が低い場合、別の焼却灰14の処理のために、アルカリ土類金属水酸化物を残りの溶液42から回収できる。
【００２３】
任意に、約50容積%までの少量の水溶性有機溶媒を溶液18に添加できる。市販品の入手し易さ、価格、低有害性の点から、アルコールとジメチルスルフォキサイドが優れた添加物である。これらの溶媒の残量がわずかであれば、処理済み焼却灰28の処分を複雑にすることなく、処理済み焼却灰28中に存在することができる。
【実施例】
【００２４】
日本にある3ヶ所の別々の施設からの焼却灰を、本発明の方法を使って処理した。飛灰にNaOHまたはKOHの１〜3モル溶液を添加し、温度制御非接触油浴中、100℃に加熱して、これらのサンプルをダイオキシンの無害化処理に供した。サンプルは、30分〜24時間の間加熱した。加熱処理後、溶液を焼却灰からデカントし、焼却灰と液体の両方をサンプリングした。
【００２５】
20分程度の接触時間は、ダイオキシンTEQが64%という驚くほど大幅な減少を生じた。最大の減少は、接触時間24時間と水酸化カリウム溶液の使用によって達成された。この混合液と処理時間は、最高ダイオキシン焼却灰サンプルの有害性当量(TEQ)を1.1ng/gから0.01ng/gまで減少させた。即ち92%の減少である。ダイオキシン無害化試験の結果を以下の表に示す：
【００２６】
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【００２７】
全サンプルで、ダイオキシンTEQが有意に減少した。
【００２８】
ここに示し、詳細に開示しているダイオキシン汚染焼却灰に対する特定の処理法は、目的を達成し、ここで先に述べた長所を提供することが十分に可能だが、本発明の現在好ましい実施態様を説明しただけであり、付属の特許請求の範囲記載事項を除いて、ここで示す構成または設計の詳細に限定することを意図するものではないことをお分かりいただきたい。
【００２９】
本発明の内容として以下を開示する。
（１）ダイオキシン系化合物を含む焼却灰の有害性を軽減する方法で、前記方法が以下の工程を含む有害性の軽減法:
水と少なくとも1種類のアルカリ土類金属を含む溶液を提供し;
焼却灰を350℃未満で前記溶液と接触させ、焼却灰の有害性を軽減する。
（２）前記アルカリ土類金属水酸化物を水酸化カリウム、水酸化ナトリウムおよびそれらの配合物から成る群から選択する（１）項記載の焼却灰の有害性軽減法。
（３）前記接触工程を約80℃〜120℃の温度で実施する（１）項記載の焼却灰の有害性の軽減法。
（４）前記溶液が約0.5モル/L〜約3.0モル/Lの範囲のアルカリ土類金属水酸化物モル濃度を有する（１）記載の焼却灰の有害性の軽減法。
（５）前記接触工程を約10分間〜約2日間の範囲の間実施する（１）項記載の焼却灰の有害性の軽減法。
（６）さらに前記接触工程後に焼却灰から前記溶液を排出する工程を含む（１）項記載の焼却灰の有害性の軽減法。
（７）さらに、前記排出溶液を加熱する工程を含む（６）項記載の焼却灰の有害性の軽減法。
（８）さらに、前記排出溶液の加熱後に前記溶液と焼却灰を再接触させる工程を含む（７）項記載の焼却灰の有害性の軽減法。
（９）さらに、前記排出溶液を酸と混合し、前記溶液のpHを低下させ、沈殿を生じ;また、活性炭フィルターを使って前記溶液から沈殿を濾過する工程を含む（６）項記載の焼却灰の有害性の軽減法。
（１０）さらに、前記排出溶液を酸と混合し、前記溶液のpHを低下させ、前記溶液中の油を脱乳化し;また、前記溶液の残りの部分から前記油をデカントする工程を含む（６）項記載の焼却灰の有害性の軽減法。
（１１）前記溶液がさらにアルコールを含む（１）項記載の焼却灰の有害性の軽減法。
（１２）前記アルコールが前記溶液の50容積%未満を構成する（１１）項記載の焼却灰の有害性の軽減法。
（１３）前記溶液が、さらに、ジメチルスルフォキサイドを含む（１）項記載の焼却灰の有害性の軽減法。
（１４）前記ジメチルスルフォキサイドが前記溶液の50容積%未満を構成する（１３）項記載の焼却灰の有害性の軽減法。
（１５）焼却灰を前記溶液と接触させ、焼却灰の有害性を2,3,7,8-テトラクロロジベンゾ-ｐ-ダイオキシンと等価の有害性3ng/g未満のレベルまで軽減させる（１）項記載の焼却灰の有害性の軽減法。
（１６）前記接触工程に前記溶液への焼却灰の浸漬を伴う（１）項記載の焼却灰の有害性の軽減法。
（２１）ダイオキシン系化合物を含有する焼却灰の有害性の軽減法で、前記方法が:水と少なくとも1種類のアルカリ土類金属水酸化物を含む溶液を約80℃〜120℃の範囲の温度まで加熱し;焼却灰を前記溶液に浸漬し、焼却灰を前記溶液と接触させ;前記溶液を焼却灰から排出する工程を含む焼却灰の有害性の軽減法。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図は、本発明の方法を図解する概略図である。
【図１】
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【外国語明細書】
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