(57)【要約】【課題】可燃物を焼却して発生した灰等の残渣を溶融し、固化して得られる溶融固化物、或いは可燃物を溶融し、固化して得られる溶融固化物からの重金属の溶出を防止する簡便な手段を提供する。【解決手段】本発明は、可燃物を焼却して発生した灰等の残渣を溶融し、固化して得られる溶融固化物、或いは可燃物を溶融し、固化して得られる溶融固化物を、アルカリ金属の炭酸塩を溶解した水と接触させることを特徴とする可燃物の溶融固化物の重金属溶出防止方法に関する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃物を焼却して発生した灰等の残渣を溶融し、固化して得られる溶融固化物、或いは可燃物を溶融し、固化して得られる溶融固化物を、アルカリ金属の炭酸塩を溶解した水と接触させることを特徴とする可燃物の溶融固化物の重金属溶出防止方法。
【請求項２】
可燃物を焼却して発生した灰等の残渣を溶融した溶融物、或いは可燃物を溶融した溶融物を、アルカリ金属の炭酸塩を溶解した水中に投入して急冷することによって可燃物の溶融固化物を形成することを特徴とする可燃物の溶融固化物の重金属溶出防止方法。
【請求項３】
可燃物を焼却して発生した灰等の残渣を溶融し、固化して得られる溶融固化物、或いは可燃物を溶融し、固化して得られる溶融固化物を、アルカリ金属の炭酸塩を溶解した水と接触させる装置を具備することを特徴とする、可燃物の溶融固化物の重金属溶出防止処理を行うための装置。
【請求項４】
可燃物を焼却して発生した灰等の残渣を溶融した溶融物、或いは可燃物を溶融した溶融物を水中に投入する装置；及び上記溶融物が投入される水中にアルカリ金属の炭酸塩を加える装置；を具備することを特徴とする、可燃物の溶融固化物の重金属溶出防止処理を行うための装置。
【請求項５】
可燃物を焼却して発生した灰等の残渣を溶融した溶融物、或いは可燃物を溶融した溶融物に、アルカリ金属の炭酸塩を溶解した水を散水する散水冷却装置を具備することを特徴とする可燃物の溶融固化物の重金属溶出防止処理を行うための装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可燃物、特に廃棄物の処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般廃棄物の発生量は、現在、全国で年間約５０００万トンで、このうちの約８０％が焼却処分されて、１／２０〜１／３０まで減容化されている。しかしながら、焼却によって灰等の焼却残渣が年間約６００万トン発生しており、これを廃棄処分するための最終処分場の確保は年々困難になっている。また、ごみの焼却に伴って発生したダイオキシン類は、排ガス中だけでなく、灰等の焼却残渣中、特に集塵施設で捕集された煤塵中に多く含まれており、煤塵に含まれるダイオキシン量を削減すると共に、処分に伴う環境汚染の防止を図る必要がある（財団法人廃棄物研究財団編：スラグの有効利用マニュアル（１９９９））。
【０００３】
一方、焼却熱や電気から得られた熱エネルギーによって焼却残渣等の一般廃棄物を加熱して、高温条件下で有機物を燃焼・ガス化させると共に無機物を溶融した後に、冷却した固化物（スラグ）とする溶融固化技術が開発され、重金属の溶出防止及びダイオキシン類の分解・削減に極めて有効と考えられている（上記の「スラグの有効利用マニュアル」参照）。このような溶融スラグ化によって、容積を溶融前の焼却残渣に対して約１／２に減容することができると共に、溶融固化物として、天然の道路用骨材、コンクリート用骨材等とほぼ同じ性状のものが得られるので、天然資源の枯渇防止にも貢献できる。
【０００４】
溶融固化物（溶融スラグ）は、水砕スラグと徐冷スラグとに分類することができる（道路用溶融スラグ（案）ＴＲＡ００１７：２００２、日本工業標準調査会標準部会土木技術専門委員会）。水砕スラグとは、溶融状態のスラグを水中に投入して急冷することによって得られるスラグをいい、細粒状（砂状）である。また、溶融スラグを大気中に放置して自然冷却、固化して得られるものを空冷スラグ、溶融スラグの冷却温度を制御して結晶化を促進させることで得られるものを徐冷スラグと言うが、この空冷スラグ及び徐冷スラグの両方を一般に「徐冷スラグ」と称することとしており、これらは何れも塊状の形状を呈している。溶融スラグの有効利用については、１９９８年３月に旧厚生省より「一般廃棄物の溶融固化物の再生利用の実施の促進について（生衛発５０８号）」が出された。その別添の「一般廃棄物の溶融固化物の再生利用に関する指針」においては、溶融固化の実施に当っては、再生によって得られる溶融固化物の利用についても十分に留意することが重要であり、その利用によって土壌や地下水の汚染等を生じることがないなど、その安全性が確実に確保されなければならないとしている。このため、生活環境保全の観点から、溶融固化を行うにあたって満たすことが望まれる基準として、溶融固化物に係る各種金属の溶出量の目標基準が定められている。目標基準は、カドミウム、鉛、六価クロム、砒素、総水銀及びセレンの６項目について定められている。表１にこれらの溶出量の目標基準を示す。なお、溶出試験の方法は、「土壌の汚染に係る環境基準について」（１９９１年環境庁告示第４６号）に定める方法によるものとした。
【０００５】
【表１】
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【０００６】
上記表１に示す目標基準は、溶融炉の適正な運転管理（溶融炉内温度、水砕スラグ冷却水の水質管理など）を行うことによってある程度達成することができる。また、更に積極的な重金属溶出防止対策としては、水熱処理によって溶融固化物を改質したり（谷山他「ごみ焼却灰・溶融スラグの有効利用技術に関する開発」、川崎重工技報、１４１号、１３〜１９頁（１９９９））、水砕スラグを融点とガラス転移点の中間温度位まで再加熱して３０分以上その温度で保持する方法などがある。なお、上記表１に示す値は、一般廃棄物の溶融固化物を有効利用していくための目標基準であるが、産業廃棄物の溶融固化物についても満足すべき基準と考えることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、溶融炉の適切な運転管理によって、溶融固化物からの重金属の溶出をある程度防止することができるが、より積極的に重金属の溶出を防止する簡便な方法が望まれていた。また、水熱反応や再加熱処理は、スラグの改質には効果があるが、相応のコスト（イニシャルコスト及びランニングコスト）がかかるため、より低コストで積極的に重金属の溶出を防止する方法が望まれていた。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決し、廃棄物などの可燃物の溶融固化物からの重金属の溶出を防止するための簡便な方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記表１に示す環境庁告示４６号の方法による溶融固化物の金属溶出試験結果において、特に注目されるのは鉛である。図１に、溶融固化物の溶出試験における溶出液のｐＨと鉛濃度との関係のグラフを示す（肴倉他「土壌環境基準検定試験におけるスラグ溶出液の性状」、第９回廃棄物学会研究発表会講演論文集、４８１〜４８３頁（１９９８）参照）。図１のグラフ中の曲線は、ＯＨ−による沈殿及び錯体の生成（無機炭素濃度（ＩＣ）の実測値をもとにＩＣ＝２ｍｇ／Ｌでの炭酸塩生成）を考慮した溶解度曲線である。表１に示される鉛の溶出濃度目標基準は０．０１ｍｇ／Ｌで、図１の最小鉛濃度よりも低いが、系中に鉄や銅、亜鉛などが共存すると共沈などによって鉛溶解量が溶解度曲線より低下することが知られている。前述の通り適切な運転管理を実施すれば鉛についてはほとんど目標基準を満足できる。しかしながら、より積極的な溶出防止策を考えた場合、図１より鉛溶出のｐＨ依存性は高いと考えられるため、溶融固化物からの鉛の溶出濃度を低減させる方法として、ｐＨを図１において最小鉛濃度を示すｐＨ７．５〜８．５の弱アルカリ性にすることが考えられる。しかしながら、本発明者の研究により、実際の溶融固化物からの鉛溶出においては、環境庁告示４６号の方法による試験の、試験終了時の溶出液ｐＨは、図１の曲線で見られるようなｐＨと鉛溶出濃度との関係にはならず、溶融固化物からの鉛溶出防止策として、溶融固化物を水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液中に通すことは、有効な手段とはなり得ないことが判明した。
【００１０】
溶融固化物からの鉛溶出を防止する他の方法として、炭酸ガスを含ませた液中に溶融固化物を通過させて、鉛を炭酸塩等として不溶化することが考えられる。この場合、炭酸ガス源として、排ガスを利用することも可能であると考えられる。しかしながら、この方法は、設備構成の煩雑さ等を伴うため、現実的ではない。
【００１１】
そこで、本発明者は、炭酸塩の中で水への溶解度が大きいアルカリ金属の炭酸塩（代表例：炭酸ナトリウム）を加えた水溶液を溶融固化物と接触させることによって、水酸化鉛：Ｐｂ（ＯＨ）２の沈殿に加えて、炭酸塩：ＰｂＣＯ３や、水に対する溶解度がより小さいとされる炭酸塩水酸化物：Ｐｂ３（ＯＨ）２（ＣＯ３）２を生成させることにより、溶融固化物からの鉛の溶出が防止できるのではないか、との着想の下に鋭意研究を重ねた結果、その効果を確認するに至った。なおその他の炭酸塩水酸化物としては、Ｚｎ５（ＯＨ）６（ＣＯ３）２等が知られている。
【００１２】
従って、本発明は、可燃物を焼却して発生した灰等の残渣を溶融し、固化して得られる溶融固化物、或いは可燃物を溶融し、固化して得られる溶融固化物を、アルカリ金属の炭酸塩を溶解した水と接触させることを特徴とする可燃物の溶融固化物の重金属溶出防止方法に関する。本発明において用いることのできるアルカリ金属の炭酸塩としては、炭酸ナトリウムなどを代表例として挙げることができる。
【００１３】
なお、本発明は、可燃物全般の溶融固化物の処理に適用することができるが、特に廃棄物の溶融固化物の環境安全性確保に大きな効果を発揮するもので、上記では、廃棄物の溶融固化物の処理を中心に説明している。しかしながら、この記載によって本発明の範囲が廃棄物処理に限定されるものではなく、本発明は石炭やバイオマス資源などの焼却灰や溶融物の処理などにも適用することができる。
【００１４】
本発明が対象とする可燃物の溶融固化物とは、可燃物を焼却して発生した灰等の残渣を溶融し、固化して得られる溶融固化物、或いは、ガス化溶融や二段ガス化などのプロセスによって可燃物を溶融し、固化して得られる溶融固化物のいずれをも含む。更に、後者の溶融固化物としては、可燃物から一旦ガスとチャーを発生させた後、可燃物中の灰分を溶融し、固化して得られるものも含まれる。本発明を適用することのできる可燃物の溶融固化物としては、一般廃棄物由来の溶融固化物や、同様にＳｉＯ２、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３を骨格とする産業廃棄物由来の溶融固化物を挙げることができ、更には石炭やバイオマス資源などに由来する溶融物も挙げることができる。また、溶融固化物には、上述のように水砕スラグと徐冷スラグとがあるが、水砕スラグを本発明によって処理する場合には、水砕水そのものにアルカリ金属の炭酸塩を加えることによって、溶融物を固化しながら同時にアルカリ金属の炭酸塩による処理を行うことができるので、より好都合である。即ち、本発明の他の態様は、可燃物を焼却して発生した灰等の残渣を溶融した溶融物、或いは可燃物を溶融した溶融物を、アルカリ金属の炭酸塩を溶解した水中に投入して急冷することによって可燃物の溶融固化物を形成することを特徴とする可燃物の溶融固化物の重金属溶出防止方法に関する。
【００１５】
本発明において、溶融固化物をアルカリ金属炭酸塩の水溶液と接触させる際、或いは溶融物をアルカリ金属炭酸塩の水溶液と接触させて溶融固化物を得る際には、水溶液の温度は１０〜４０℃が好ましく、実用上、２５〜３５℃がより好ましく、また、その際の溶融固化物若しくは溶融物とアルカリ金属炭酸塩の水溶液との接触時間は、実用上、１０分以下が好ましい。
【００１６】
また、本発明は上記の方法を実施するための装置をも提供する。即ち、本発明の他の態様は、可燃物を焼却して発生した灰等の残渣を溶融した溶融物、或いは可燃物を溶融した溶融物を水中に投入する装置；及び上記溶融物が投入される水中にアルカリ金属の炭酸塩を加える装置；を具備することを特徴とする、可燃物の溶融固化物の重金属溶出防止処理を行うための装置に関する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図２を参照して、本発明に係る可燃物の溶融固化物の重金属溶出防止処理を行うための装置及び方法の一具体例を示す。図２は、本発明を水砕スラグ製造装置に適用した装置の概念図を示す。図２は、本発明を適用した装置の一具体例を示すものであり、本発明はこれによって限定されるものではない。
【００１８】
図２において、１は溶融炉、２は水砕トラフ、３は水槽、４はスラグ搬出コンベア、５はスラグ冷却水循環ポンプ、６はスラグ冷却水冷却器、７は炭酸ナトリウム溶解槽、８は炭酸ナトリウム水溶液供給ポンプ、９はスラグコンベアである。以下の説明から明らかになるが、図２に示す装置においては、水砕トラフ２及び水槽３が、上記の「可燃物を焼却して発生した灰等の残渣を溶融した溶融物、或いは可燃物を溶融した溶融物を水中に投入する装置」に該当する。
【００１９】
図２において、溶融炉１としては、廃棄物として都市ごみ、下水ごみ等全ての廃棄物を処理対象とするものを適用することができる。溶融炉の種類としては、焼却炉で廃棄物を焼却した後の灰等の残渣を溶融する灰溶融炉（電気式、バーナー式、副資材溶融式など）、ガス化溶融炉において用いられる溶融炉（廃棄物のガス化と溶融を同時に行う直接溶融炉、廃棄物をガス化した後に溶融する流動床式ガス化溶融炉、キルン式ガス化溶融炉、プッシャー式ガス化溶融炉など）などがあり、本発明は、いずれの形式の溶融炉にも適用することができる。更に、本発明は、廃棄物の焼却処理に用いられる溶融炉だけでなく、可燃物から有価ガスを発生させる所謂ガス化プラント（ガス化改質プラントなど）で採用されうる溶融炉にも適用することができる。
【００２０】
溶融炉１で発生した溶融スラグａは、水砕トラフ２に導かれる。ここで、水槽３に蓄えられた水ｃの一部がスラグ冷却水循環ポンプ５によって循環されて、この冷却水により溶融スラグａが急冷される。急冷された溶融固化物ｂは、重力によって水槽３の水ｃ中に落下する。水ｃ中に落下した溶融固化物ｂは、スラグ搬出コンベア４によって水槽３の外に搬出され、更に別途スラグコンベア（図示せず）により破砕機（図示せず）に導かれて、整粒後、貯留される。これらは、建設資材として有効利用することができる。なお、水砕トラフ２は、滑り台状に構成されていることが望ましい。
【００２１】
スラグ冷却水循環ポンプ５によって送られた水は、スラグ冷却水冷却器６に送られ、冷却水ｅによって冷却された後、水槽３に戻される。
固体の炭酸ナトリウムｇが、質量を計量した後に、人手により炭酸ナトリウム溶解槽７に投入される。また、炭酸ナトリウム溶解槽７の中に貯えられている水溶液ｆの炭酸ナトリウム濃度を調整する為に、スラグ冷却水循環ポンプ５からの水の一部を手動で炭酸ナトリウム溶解槽７に送給する経路が設けられている。
【００２２】
炭酸ナトリウム溶解槽７中には、炭酸ナトリウム水溶液ｆが貯留され、これが、炭酸ナトリウム供給ポンプ８によって水槽３に導入される。これにより、水砕トラフ２及び水槽３内において、溶融固化物ｂが炭酸ナトリウム水溶液ｃと接触することになり、溶融固化物中の重金属の不溶化処理がなされる。炭酸ナトリウム水溶液ｆは、水砕トラフに供給する水に直接加えてもよい。なお、炭酸ナトリウム水溶液ｃを作成するための水としては、スラグ冷却水循環ポンプ５の吐出し口からの水の一部が用いることができる。また、水槽３からは、循環運転で不純物を含んだ水の一部が排水ｈとして排出される。そして、水槽３には供給水ｉが補給される。
【００２３】
なお、上記では、所謂水砕スラグ製造装置に本発明を適用する場合を説明したが、これ以外にも、可燃物の溶融固化物を形成した後に、形成された溶融固化物にアルカリ金属炭酸塩の水溶液を接触させる方法や、可燃物の溶融物にアルカリ金属炭酸塩の水溶液を散水して冷却することによって溶融固化物を形成する方法によっても、同様の効果が奏され、これらの形態も本発明の範囲に含まれる。即ち、本発明の他の各種態様は、
可燃物を焼却して発生した灰等の残渣を溶融し、固化して得られる溶融固化物、或いは可燃物を溶融し、固化して得られる溶融固化物を、アルカリ金属の炭酸塩を溶解した水と接触させることを特徴とする可燃物の溶融固化物の重金属溶出防止方法；
可燃物を焼却して発生した灰等の残渣を溶融した溶融物、或いは可燃物を溶融した溶融物に、アルカリ金属の炭酸塩を溶解した水を散水して冷却することによって可燃物の溶融固化物を形成することを特徴とする可燃物溶融固化物の重金属溶出防止方法；
可燃物を焼却して発生した灰等の残渣を溶融し、固化して得られる溶融固化物、或いは可燃物を溶融し、固化して得られる溶融固化物を、アルカリ金属の炭酸塩を溶解した水と接触させる装置を具備することを特徴とする、可燃物の溶融固化物の重金属溶出防止処理を行うための装置；
可燃物を焼却して発生した灰等の残渣を溶融した溶融物、或いは可燃物を溶融した溶融物に、アルカリ金属の炭酸塩を溶解した水を散水する散水冷却装置を具備することを特徴とする可燃物の溶融固化物の重金属溶出防止処理を行うための装置；
に関する。
【００２４】
なお、上記に説明した各種態様においては、溶融固化物とアルカリ金属炭酸塩の水溶液とを受容して所定時間接触させておくための水槽を用いることが好ましい。
【００２５】
【実施例】
シュレッダーダスト等の産業廃棄物の溶融固化物を砂状化したものを複数検体集め、これを十分に混合して試料母集団とした。下表２に、試料母集団の代表成分の分析結果を示す。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
比較例１
上記の溶融固化物試料に関し、環境庁告示４６号の溶出試験方法に従って重金属溶出試験を行った。即ち、溶融固化物試料母集団をふるいにかけて粒径２ｍｍ以下としたものを溶出試験用試料とし、この試料に対して約１０倍質量の溶出液（純水にＨＣｌを加えてｐＨ５．８〜６．３としたもの）を加えて、室温で６時間振盪し、溶出液中の重金属濃度を測定した。結果を表３に示す。
【００２８】
実施例１
炭酸ナトリウムを水に溶解して、ｐＨ７．５〜１０の水溶液を調製した。粒径２ｍｍ以下とした溶融固化物の溶出試験用試料を、約１０倍質量の炭酸ナトリウム水溶液中に入れて室温で１０分振盪した。振盪終了後、直ちに炭酸ナトリウム水溶液を捨て、風乾した後、試料の１０倍質量の溶媒（純水にＨＣｌを加えてｐＨ５．８〜６．３にしたもの）中に１０分間浸漬した後、溶媒を捨て、風乾した後、この試料に対して環境庁告示４６号の溶出試験方法に従って重金属溶出試験を行った。結果を表３に示す。
【００２９】
なお、溶融固化物の溶出試験用試料を、炭酸ナトリウム水溶液中で振盪し、風乾した後、試料の１０倍質量の溶媒（純水にＨＣｌを加えてｐＨ５．８〜６．３にしたもの）中に１０分間浸漬したのは、実機における処理では、溶融固化物を本発明に係る炭酸ナトリウム水溶液に通した後に、水スプレーや溶融固化物の破砕操作時に微粉が破砕機内部に付着するのを防止するために水を使うことを想定したためである。
【００３０】
比較例２
炭酸ナトリウム水溶液に代えて、ＮａＯＨ水溶液又はＮａＨＣＯ３水溶液を加えてｐＨ７．５として試験液、或いは純水にＨＣｌを加えてｐＨ５．８〜６．３とした試験液を用いて予備処理を行った他は、実施例１と同様に重金属の溶出試験を行った。結果を表３に示す。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
上記表３に示す結果から、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）による前処理は、ｐＨ７．５〜１０の範囲で、溶融固化物からの鉛溶出防止に効果があった。これに対して、ｐＨ７．５における比較から、他の薬品（ＮａＯＨ又はＮａＨＣＯ３）による処理（ｐＨ調整）では十分な鉛溶出防止効果が得られなかった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、可燃物から得られる溶融固化物をアルカリ金属炭酸塩の水溶液中に通すという極めて簡便な処理によって、溶融固化物からの重金属（特に鉛）の溶出を防止することができる。また、本発明を水砕スラグに適用した場合、水砕水そのものにアルカリ金属の炭酸塩を加えることによって、新たな工程を加える必要なしに溶融固化物からの重金属の溶出を防止することができるので、より有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶融固化物の溶出試験における溶出液のｐＨと鉛濃度との関係を示すグラフである。
【図２】本発明を水砕スラグ製造装置に適用した装置の概念図である。
【図１】
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【図２】
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