(57)【要約】【課題】低コストで排水のｐＨ値を中性域に低下させる。焼却灰埋立処分場の早期閉鎖を可能にする。【解決手段】焼却灰廃棄物の埋立層２と、埋立層２の下に形成された通気層３と、通気層３に大気を導く空気通路４を備え、埋立層２の少なくとも上側部分（層２ｂ）には浸透水のカルシウム濃度を増加させる中性のカルシウム塩が混合されており、通気層３において埋立層２を通り抜けた浸透水に大気を接触させて大気中の炭酸ガスを溶解させるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却灰廃棄物の埋立層の下に通気層を形成すると共に、前記通気層に大気を導く空気通路を形成し、前記埋立層の少なくとも上側部分に中性のカルシウム塩を混合し、浸透水のカルシウム濃度を増加させて前記焼却灰廃棄物からのカルシウムの溶出を抑制すると共に、前記通気層において前記埋立層を通り抜けた浸透水に大気を接触させて前記大気中の炭酸ガスを溶解させること特徴とする焼却灰埋立処分場の排水処理方法。
【請求項２】
前記中性のカルシウム塩は硫酸カルシウムであることを特徴とする請求項１記載の焼却灰埋立処分場の排水処理方法。
【請求項３】
焼却灰廃棄物の埋立層と、前記埋立層の下に形成された通気層と、前記通気層に大気を導く空気通路を備え、前記埋立層の少なくとも上側部分には浸透水のカルシウム濃度を増加させる中性のカルシウム塩が混合されており、前記通気層において前記埋立層を通り抜けた浸透水に大気を接触させて前記大気中の炭酸ガスを溶解させることを特徴とする焼却灰埋立処分場。
【請求項４】
前記中性のカルシウム塩は硫酸カルシウムであることを特徴とする請求項３記載の焼却灰埋立処分場。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼却灰埋立処分場の排水処理方法およびこれを利用した焼却灰埋立処分場に関する。さらに詳しくは、本発明は、アルカリ性を呈する石炭灰等の焼却灰廃棄物を処分する埋立処分場からの排水のｐＨ値を低下させることができる焼却灰埋立処分場の排水処理方法およびこれを利用した焼却灰埋立処分場に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所から排出される石炭灰の多くは、管理型処分場に埋立処分されている。石炭灰には水と接触するとアルカリ性を呈するものが多く、その埋立層に浸透して排出される水（排水）が排水基準値（ｐＨ８．６）を超過する可能性がある。このため、排水のｐＨ値が基準値を超える場合には中和処理を行う必要がある。
【０００３】
従来、石炭灰を中和する方法として特開２００１−２１９１３５号公報に開示されたものがある。この方法は、図５に示すように、石炭灰層１０１の上方に、硫化物含有物質としての泥岩に酸化剤としての過酸化水素水を添加してなるｐＨ緩衝層１０２を設置し、硫化物の酸化反応により生成した酸を利用して石炭灰の中和を行うものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１９１３５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の方法では中和に適した泥岩が必要となる。わが国における泥岩の分布地域は限られており、泥岩の入手は必ずしも容易ではない。仮に処分場の近くで中和に適した泥岩を採取できない場合には、遠隔地で採取した泥岩を長距離輸送する必要があり、そのためのコストが膨大となる。
【０００６】
また、地中における酸化反応を制御する必要があり、石炭灰層１０１のｐＨ値を中性域にコントロールすることが難しく、場合によっては排水が過度に酸性になる虞がある。そして、排水が過度の酸性になると、排水基準を満たすことができないばかりか、重金属等の有害物質の溶出による新たな環境汚染の原因になる可能性もある。
【０００７】
本発明は、低コストで排水のｐＨ値を中性域に低下させることができる焼却灰埋立処分場の排水処理方法と、これを利用した焼却灰埋立処分場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】
【０００８】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の焼却灰埋立処分場の排水処理方法は、焼却灰廃棄物の埋立層の下に通気層を形成すると共に、通気層に大気を導く空気通路を形成し、埋立層の少なくとも上側部分に中性のカルシウム塩を混合し、浸透水のカルシウム濃度を増加させて焼却灰廃棄物からのカルシウムの溶出を抑制すると共に、通気層において埋立層を通り抜けた浸透水に大気を接触させて大気中の炭酸ガスを溶解させるものである。
【０００９】
焼却灰廃棄物の埋立層に染み込んだ雨等の水は、この埋立層を透過して通気層に流入し、その後、排出される。焼却灰と浸透水との接触によって焼却灰から浸透水中にカルシウムが溶け出し、浸透水がアルカリ性となる。埋立層はある程度の深さを有しているので、浸透水が埋立層を通り抜ける間に浸透水のカルシウム濃度が増加し、浸透水のｐＨ値が増加する。ここで、埋立層の少なくとも上側部分に混合された中性のカルシウム塩はそれ自体でただちに浸透水のアルカリ性を中和するものではないが、浸透水のｐＨ値に影響を与えることなくカルシウム濃度を増加させる。このため、焼却灰から浸透水へのカルシウムの溶出速度を遅らせることができ、焼却灰からカルシウムが大量に溶出してｐＨ値が大きくなる前に浸透水は埋立層を通り抜ける。
【００１０】
そして、通気層では浸透水に炭酸ガスを溶解させることで、数式１の中和反応が生じる。
［数１］
Ｈ２ＣＯ３＋Ｃａ２＋＋２ＯＨ−  →  ＣａＣＯ３↓（沈降）＋２Ｈ２Ｏ
つまり、大気中の炭酸ガスが浸透水に溶解してＨ２ＣＯ３となり、カルシウムイオンと反応する。これにより、浸透水中の水酸イオンが消費され、浸透水のｐＨ値が低下する。
【００１１】
このように、本発明では、焼却灰廃棄物の埋立層における焼却灰からのアルカリ溶出の抑制（第１段階）と、通気層における炭酸ガスとの接触による中和の促進（第２段階）という２段階の過程を経て焼却灰埋立処分場の排水のｐＨ値を中性域に減少させている。
【００１２】
また、請求項２記載の焼却灰埋立処分場の排水処理方法は、中性のカルシウム塩が硫酸カルシウムである。火力発電施設からは焼却灰と脱硫石こうが排出される。中性のカルシウム塩として硫酸カルシウムを使用することで、火力発電施設から排出された焼却灰廃棄物の処分に同じ火力発電施設から排出された脱硫石こうを使用することができる。
【００１３】
さらに、請求項３記載の焼却灰埋立処分場は、焼却灰廃棄物の埋立層と、埋立層の下に形成された通気層と、通気層に大気を導く空気通路を備え、埋立層の少なくとも上側部分には浸透水のカルシウム濃度を増加させる中性のカルシウム塩が混合されており、通気層において埋立層を通り抜けた浸透水に大気を接触させて大気中の炭酸ガスを溶解させるものである。したがって、請求項１記載の排水処理方法を実施して排水のｐＨ値を中性域に減少させることができる。
【００１４】
また、請求項４記載の焼却灰埋立処分場は、中性のカルシウム塩が硫酸カルシウムである。したがって、請求項２記載の排水処理方法を実施して排水のｐＨ値を中性域に減少させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
しかして、請求項１記載の焼却灰埋立処分場の排水処理方法では、上述のようにして排水のｐＨ値を中性域に減少させるので、焼却灰廃棄物を埋め立てた後には、人為的、外的な処理を行わなくても排水のｐＨ値を中性域に減少させることができる。このため、低コストで焼却灰廃棄物を埋立処分することができる。また、処分場を閉鎖するためには、人為的、外的な処理を行わなくても排水のｐＨ値が排水基準値（ｐＨ８．６）以下に保たれていることが必要であるが、本発明では、人為的、外的な処理を行わなくても排水のｐＨ値を中性域に減少させて排水基準値以下に保つことができるので、処分場を早期に閉鎖することが可能になり、早期に管理不要の状態にすることができると共に、土地の有効利用が可能になる。さらに、酸を利用して中和反応を生じさせるものではないので、浸透水即ち排水が過度に酸性になることがなく、構造的に安全な方法である。
【００１６】
また、請求項２記載の焼却灰埋立処分場の排水処理方法では、上述のようにして排水のｐＨ値を中性域に減少させるので、火力発電施設で発生する焼却灰廃棄物の処分に同じ火力発電施設で発生した脱硫石こうを使用することができる。このため、焼却灰と中性のカルシウム塩の輸送が合理化され、処分に要するコストをより一層下げることができる。また、中性のカルシウム塩の確保が容易である。さらに、火力発電施設で発生する脱硫石こうを有効に利用することができる。
【００１７】
さらに、請求項３記載の焼却灰埋立処分場では、上述のようにして焼却灰埋立処分場を構成しているので、請求項１記載の排水処理方法と同様の効果を奏すると共に、請求項１記載の排水処理方法の実施に適した焼却灰埋立処分場を提供することができる。
【００１８】
また、請求項４記載の焼却灰埋立処分場では、上述のようにして焼却灰埋立処分場を構成しているので、請求項２記載の排水処理方法と同様の効果を奏すると共に、請求項２記載の排水処理方法の実施に適した焼却灰埋立処分場を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１に、本発明の焼却灰埋立処分場の実施形態の一例を示す。焼却灰埋立処分場１は、焼却灰廃棄物の埋立層２と、埋立層２の下に形成された通気層３と、通気層３に大気を導く空気通路４を備え、埋立層２の少なくとも上側部分には浸透水のカルシウム濃度を増加させる中性のカルシウム塩が混合されており、通気層３において埋立層２を通り抜けた浸透水に大気を接触させて大気中の炭酸ガスを溶解させるものである。即ち、本発明の焼却灰埋立処分場の排水処理方法を実施して排水処理を行うものである。本発明の焼却灰埋立処分場の排水処理方法は、焼却灰廃棄物の埋立層２の下に通気層３を形成すると共に、通気層３に大気を導く空気通路４を形成し、埋立層２の少なくとも上側部分に中性のカルシウム塩を混合し、浸透水のカルシウム濃度を増加させて焼却灰廃棄物からのカルシウムの溶出を抑制すると共に、通気層３において埋立層２を通り抜けた浸透水に大気を接触させて大気中の炭酸ガスを溶解させるものである。
【００２１】
本発明では、焼却灰廃棄物の埋立層２において中性のカルシウム塩によって浸透水のｐＨ値を増加させずにカルシウム濃度を増加させることで焼却灰廃棄物から新たに溶出するアルカリ分としてのカルシウムの溶出を抑制する第一段階、通気層３において埋立層２を通り抜けた浸透水に大気を接触させることで浸透水のｐＨ値を排水基準値以下に低減する第二段階、という２段階の中和過程を用いている。なお、中性のカルシウム塩は例えば硫酸カルシウムであり、例えば火力発電施設の脱硫過程で生じる硫酸カルシウムを使用する。
【００２２】
第一段階の中和過程について説明する。石炭灰等の焼却灰から浸透水に溶出するアルカリ物質は大部分がカルシウムである。焼却灰から浸透水に溶出するカルシウムの溶出速度は、浸透水中のカルシウムイオンの量が多いほど即ちカルシウム濃度が高いほど小さくなる（共通イオン効果）。ここで、例えば硫酸カルシウム等の中性のカルシウム塩は、溶解の過程において、ｐＨに影響を与えることなく常に一定濃度のカルシウムを浸透水中に供給する性質がある。浸透水のカルシウム濃度が上昇することにより、焼却灰からの主要なアルカリ成分であるＣａ(ＯＨ)２等の溶出速度が遅くなり、結果として、浸透水のｐＨ値の増加量が減少する。
【００２３】
このように焼却灰への中性のカルシウム塩の混合によって浸透水のｐＨ値の増加量を減少させることはできるが、カルシウム（アルカリ成分）の溶出を完全に防止することは困難であり、一般に第一段階の中和過程だけで浸透水のｐＨ値を排水基準値以下にすることは容易ではないと考えられる。このため、本発明ではさらに第二段階の中和過程を行い、埋立層２を通り抜けた浸透水を通気層３で大気と接触させることで、更なるｐＨ値の低下を図っている。
【００２４】
次に、第二段階の中和過程について説明する。第二段階の中和過程における中和反応を数式２に示す。大気中に含まれる炭酸ガスは、浸透水に溶解してＨ２ＣＯ３となり、カルシウムイオンと反応する。これにより、浸透水中の水酸イオンが消費され、浸透水のｐＨ値を低下させることができる。
［数２］
Ｈ２ＣＯ３＋Ｃａ２＋＋２ＯＨ−  →  ＣａＣＯ３↓（沈降）＋２Ｈ２Ｏ
【００２５】
この反応はＣａＣＯ３（炭酸カルシウム）の沈降により左辺から右辺へと進むが、このとき、浸透水のカルシウム濃度が高いと、Ｈ２ＣＯ３の濃度が低くてもＣａＣＯ３を沈降させて反応を進ませることができる。本発明では、埋立層２の焼却灰に中性のカルシウム塩を混合しており、浸透水のカルシウム濃度を増加させていることから、ＣａＣＯ３の沈降に必要なＨ２ＣＯ３の濃度が低くてすむ利点がある。このため、Ｈ２ＣＯ３の濃度を維持するために必要な気相中の平衡ＣＯ２濃度も低い状態で反応を進めることができる。
【００２６】
焼却灰埋立処分場１では遮水層５で囲んだ領域に焼却灰廃棄物を埋め立てている。遮水層５は、例えば不透水性地盤あるいはゴムシートで覆った地盤である。遮水層５の内側に通気層３を形成し、その上に焼却灰廃棄物の埋立層２を形成している。そして、埋立層２の少なくとも上側部分に中性のカルシウム塩として例えば硫酸カルシウムを混合している。本実施形態では、埋立層２の上側部分に硫酸カルシウムを混合しており、焼却灰廃棄物の層２ａと焼却灰廃棄物に硫酸カルシウムを混合した層２ｂとで埋立層２を構成している。
【００２７】
硫酸カルシウムの混合量は、例えば焼却灰埋立処分場１の周辺の年有効降水量に基づいて決定する。例えば、数式３によって求めることができる。
【００２８】
［数３］
硫酸カルシウムの混合量（ｋｇ） ＝ 中和性能を保証する年数（年）×年間総排水量（ｍ３／ｍ２／年）×処分場面積（ｍ２）×水中の硫酸カルシウムの飽和濃度（ｋｇ／ｍ３）
ここで、水中の硫酸カルシウムの飽和濃度は、硫酸カルシウム二水和物（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）で約２．４（ｋｇ／ｍ３）である。例えば、有効降水量を１１００ｍｍ／年、中和性能の保証年数を１０年とすると、処分場面積１ｍ２あたり２７ｋｇの硫酸カルシウム二水和物を埋立層２の上側部分に混合する。ただし、硫酸カルシウムの混合量の決定方法はこれに限るものではないことは勿論である。
【００２９】
硫酸カルシウムの混合と埋め立ては、焼却灰廃棄物に硫酸カルシウムを予め混合したものを埋め立てることで行っても良く、または焼却灰廃棄物と硫酸カルシウムとを一緒に埋め立てることで行っても良い。また、埋立処分後に中和性能を保証する期間を延長する必要が生じた場合等には、埋立層２の地表部分に硫酸カルシウムを添加しても良い。
【００３０】
通気層３は、例えば小石等より構成された通気性の良好なれき層であり、その内部には埋立層２を通り抜けた浸透水が流れる液相と、大気が自然に流れる気相とが共存する。通気層３の気相の部分には、多数の通気孔６ａが形成された通気管６が設置されている。この通気管６には空気通路４としての通気管（以下、通気管４という）が接続されており、通気管６内に地上の大気を自然導入している。地上から通気管４を介して通気管６内に自然に進入した大気は通気孔６ａから通気層３内の気相中に自然拡散する。通気層３には、液相である浸透水を排出する排水口７が設けられている。
【００３１】
焼却灰廃棄物の埋立層２に染み込んだ雨等の水は埋立層２中で焼却灰と接触するので、焼却灰中のカルシウムが浸透水に溶出する。このとき、浸透水はまず最初に硫酸カルシウムを混合した層２ｂに染み込むので、埋立層２を透過する最初の段階で硫酸カルシウムに接触し、ｐＨ値を増加させることなくカルシウム濃度を高められる。このため、以降、浸透水が焼却灰に接触しても焼却灰のカルシウムが浸透水中に溶出する速度が遅くなり、焼却灰のカルシウムが大量に溶出する前に浸透水が埋立層２を通り抜ける。即ち、埋立層２において上記第一段階の中和過程が行われ、埋立層２を通過する最初の段階で浸透水をカルシウムリッチの状態にすることで、埋立層２における浸透水のｐＨ値の増加を抑えることができる。
【００３２】
埋立層２を通り抜けた浸透水は通気層３で大気と接触する。つまり、通気層３内の液相の水面とこれに接する気相との間で大気からもたらされたＣＯ２の供給が行われるので、通気層３において上記第二段階の中和過程が行われ、浸透水のｐＨ値が排水基準値以下の中性域に減少される。このため、人為的、外的な中和処理を行わずに浸透水を排水基準値以下に中性化することができる。この後、中性となった浸透水は排水口７から排出される。このようにして本発明では排水を排水基準値以下のｐＨ値にすることができる。
【００３３】
本発明では、焼却灰廃棄物を埋め立てた後には、人為的、外的な処理を行わなくても排水のｐＨ値を排水基準値以下に減少させることができるため、低コストで焼却灰廃棄物を埋立処分することができる。また、排水の中和処理のために追加的・外部的な処理設備を設ける必要がなく、このことからも焼却灰廃棄物の埋立処分を低コストで行うことができる。
【００３４】
また、処分場１の埋め立て量が一杯になった後、処分場１を閉鎖するためには、人為的、外的な処理を行わなくても排水のｐＨ値が排水基準値以下に保たれていることが必要であるが、本発明では、人為的、外的な処理を行わなくても排水のｐＨ値を中性域に減少させて排水基準値以下に保つことができるので、処分場１を早期に閉鎖することができる。
【００３５】
さらに、本発明では、酸を利用して中和反応を生じさせるものではないので、浸透水（排水）が過度に酸性になる虞が全くなく、構造的に安全である。つまり、第二段階で用いたＣａＣＯ３の沈降を伴うｐＨ値の低下は、理論的に水質が弱アルカリ性領域でｐＨ値が平衡に達することから、図５に示す硫化鉱物の酸化による中和方法と比較してｐＨ値の安定化が容易であり、過度に酸性になることが無いことから有害物質の溶出への影響もなく、環境への安全性が高いものである。
【００３６】
また、例えば火力発電施設等から排出される廃棄物・副産物には、焼却灰の他に脱硫石こうがある。中性のカルシウム塩として硫酸カルシウムを使用することで、脱硫石こうを利用することができ、火力発電施設等の廃棄物・副産物を有効利用することができる。
【００３７】
また、火力発電施設で発生した焼却灰廃棄物の処分に同じ火力発電施設で発生した脱硫石こうを使用することで、焼却灰と中性のカルシウム塩（硫酸カルシウム）の輸送が合理化され、処分に要するコストをより一層下げることができると共に、中性のカルシウム塩の確保が容易である。
【００３８】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の説明では、埋立層２の上側部分にのみ硫酸カルシウムを混合していたが、埋立層２全体に硫酸カルシウムを混合させても良い。また、埋立層２の最上部を土で覆った覆土層としても良く、この場合には、埋立層２と覆土層のいずれか一方に硫酸カルシウムを添加しても良く、あるいは埋立層２と覆土層の両方に硫酸カルシウムを添加しても良い。要するに、埋立層２の浸透水のカルシウム濃度を増加させることができるように硫酸カルシウムを混合すれば良く、この場合、できるだけ早い段階で浸透水のカルシウム濃度を増加させることができる位置に硫酸カルシウムを混合させることが好ましい。
【００３９】
また、上述の説明では、中性のカルシウム塩として例えば硫酸カルシウムを使用していたが、硫酸カルシウムに限るものではない。例えば、粒状に成形した塩化カルシウム等でも良い。
【実施例１】
【００４０】
液相中のカルシウム濃度が排水（石炭灰を通り抜けた浸透水）のｐＨ値に与える効果を調べる実験を行った。焼却灰として石炭灰を小型カラムに充填し、その上からカルシウム水溶液（中性）を滴下し、その際の石炭灰からのカルシウムの溶出量と排水のｐＨ値を測定した。濃度の異なる複数のカルシウム水溶液について、他の条件をそろえて測定を行った。
【００４１】
その結果を図２に示す。カラムの上から滴下するカルシウム水溶液のカルシウム濃度が高いものほど、石炭灰からの新たなカルシウム溶出量が減っており、結果として排水のｐＨ値が低くなることを確認できた。
【実施例２】
【００４２】
焼却灰に硫酸カルシウムを混合することによる排水（焼却灰を通り抜けた浸透水）のｐＨ値の低下の効果を確認する実験を行った。長さ２ｍのカラムに焼却灰として石炭灰を充填し、これを通り抜けた排水のｐＨの変化を長期にわたって計測した。カラムを２本を用意し、一方には硫酸カルシウムを混合した石炭灰（乾燥重量比６％相当量の硫酸カルシウム二水和物を添加）を、他方には硫酸カルシウムを添加していない石炭灰（オリジナル灰）をそれぞれ充填した。２本のカラムに対して１日に約３０ｍｍずつ水を滴下し、約１年間にわたって継続的に排水中のｐＨを計測した。
【００４３】
その結果を図３に示す。両者の排水のｐＨ値は最初はほぼ同じであったが、その後、オリジナル灰の方は排水のｐＨ値があまり減少しなかったのに対し、硫酸カルシウムを混合した石炭灰の方は排水のｐＨ値が大きく減少した。この結果、石炭灰に硫酸カルシウムを混合することにより、即ち、第一段階の処理過程を行うことで、第一段階の処理過程を行わない場合に比べて、浸透水のｐＨ値を１〜２程度低下させることができることを確認できた。
【００４４】
また、第一段階の処理過程だけで浸透水のｐＨ値を排水基準値以下にすることは容易ではないこともわかった。
【実施例３】
【００４５】
石炭灰を通り抜けたアルカリ排水を模擬した水に対して硫酸カルシウムを添加した場合について考察を行った。
【００４６】
実際の２ｍの厚さの石炭灰層を通過した排水の組成を参考に、アルカリ排水として、Ｃａイオン濃度３ｍｍｏｌ／Ｌ、Ｎａイオン濃度０．５ｍｍｏｌ／Ｌの溶液（ｐＨ１１．８）を想定した。数式４の反応により、想定したアルカリ排水のｐＨ値を排水基準値以下にするために必要な気相中のＣＯ２濃度について化学平衡理論により計算した。
［数４］
Ｈ２ＣＯ３＋Ｃａ２＋＋２ＯＨ−  →  ＣａＣＯ３↓（沈降）＋２Ｈ２Ｏ
【００４７】
その結果、上記溶液に硫酸カルシウムを添加しない場合には、通気層３内の空気中のＣＯ２濃度が最低１５０ｐｐｍ以上必要であるのに対し、上記溶液に硫酸カルシウムを飽和量まで添加した場合には、通気層３内の空気中のＣＯ２濃度が最低８ｐｐｍ以上あれば良いことがわかった。これにより、通気層３において、大幅な低濃度条件下においても中和反応を進めることが可能であることがわかった。なお、この８ｐｐｍという値は大気中のＣＯ２濃度の１／５０程度の濃度に相当し、通気層３中で空気の拡散がある程度制限された環境下でも十分に確保できると考えられるレベルの濃度である。
【実施例４】
【００４８】
焼却灰としての石炭灰を通り抜けた排水のｐＨ値を８．６以下にするために必要な気相中の炭酸ガス濃度について計算を行った。実施例２の実験において、排水のｐＨ値を計測すると共に排水のイオン成分の分析を行っておき、そのデータに基づき、排水のｐＨ値を８．６以下にするのに必要な空気中のＣＯ２濃度を化学平衡理論により計算した。
【００４９】
その結果を図４に示す。オリジナル灰を通り抜けた排水についてのＣＯ２濃度は、一時期、図４中破線で示す大気中ＣＯ２濃度（３７０ｐｐｍ）を超えた値となり、大気中に長期間放置してもｐＨ値が排水基準値以下に低減しないことがわかった。これに対して、硫酸カルシウムを混合した石炭灰を通り抜けた排水についてのＣＯ２濃度は、大気中ＣＯ２濃度よりも遙かに低く、その１／６０程度の低濃度条件下でもｐＨ値を排水基準値以下まで低減できることがわかった。
【００５０】
なお、実際の２ｍの厚さ（深さ）の石炭灰層を通り抜けた排水を中和するために必要な時間については以下のようにして求めることができる。
【００５１】
まず、気液界面におけるＣＯ２の輸送を考慮した場合に、ＣＯ２の液面へのフラックスＦは気体輸送係数ＫＬを用いて数式５で表される。
［数５］
Ｆ＝（Cs−C0）ＫＬ
ここで、Csは液面表面における溶存ＣＯ２の飽和濃度、C0は溶液全体のＣＯ２濃度である。ＣＯ２の液面への供給量は溶液中のＣＯ２分圧と、気相のＣＯ２分圧の差に支配される。
【００５２】
一般に水表面のＫＬの値は、風速や、波、流速等によって大きく変化する。ここでは排水のｐＨ変化であるため、その流速は非常に小さいものであると仮定し、ＫＬは排水の水面上の空気の流れに依存すると考えた。気体輸送係数については、低風速域の自由水面におけるデータ（境界層外縁での風速約２ｍ）で８×１０−４ｃｍ／ｓという実験値がKomori and Shimadaにより報告されている(角野ほか, 2000)ことから、ここではこの値を用いた。
【００５３】
さらに、Csを大気中のＣＯ２濃度と等しいと考えた場合には、硫酸カルシウムを混合した石炭灰を通り抜けた排水のｐＨ８．６平衡時のＣＯ２分圧はほとんどの期間において６．３ｐｐｍ程度であり、大気中の濃度３７０ｐｐｍと比較して十分小さいことから、数式５においてC0＝０としても、その影響は無視できる。大気と平衡した液相上部境界面のＣＯ２濃度Csは１×１０−８ｍｏｌ／ｃｍ３であることから、Ｆ＝Cs×ＫＬとしてその値を計算するとＣＯ２の液相への供給速度は８×１０−１２ｍｏｌ／ｃｍ２／ｓという値になった。
【００５４】
一方、硫酸カルシウムを添加した灰において排水がｐＨ８．６に低減するために必要なＣＯ２量は累積排水量８００ｍｍ以降では０．３９〜１ｍｍｏｌ／Ｌ程度であった。仮に処分場の年間有効降水量を１１００ｍｍ／ｙｒとすれば排水層中に平均３ｍｍ／ｄａｙの割合で排水が供給されることになるので、これを中和するために必要な単位面積（１ｃｍ２）あたりのＣＯ２量を求めると１．２×１０−７〜３．０×１０−７ｍｏｌ／ｃｍ２となる。一方、排水の水面におけるＣＯ２溶解速度は８×１０−１２ｍｏｌ／ｃｍ２／ｓであることから、中和に必要なＣＯ２量を溶解速度で割ると、４〜１０時間程度で排水ｐＨが８．６以下に降下するとの計算結果を得た。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の焼却灰埋立処分場の実施形態の一例を示す概略構成図である。
【図２】石炭灰層の液相（浸透水）中のカルシウム濃度と石炭灰からのカルシウムの溶出量及び排水のｐＨ値との関係を示すグラフである。
【図３】石炭灰に硫酸カルシウムを混合することで排水のｐＨ値が低下することを示すグラフである。
【図４】石炭灰からの排水をｐＨ８．６以下にするために必要な気相中の炭酸ガス濃度を示すグラフである。
【図５】従来の焼却灰埋立処分場を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  焼却灰埋立処分場
２  焼却灰廃棄物の埋立層
２ｂ  硫酸カルシウム（中性のカルシウム塩）を混合した層
３  通気層
４  空気通路
【図１】
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【図２】
2005238105.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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