(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重金属含有廃棄物に水を混合した後、遠心分離することにより、該重金属含有廃棄物中の重金属を抽出する方法であって、該重金属含有廃棄物に水／重金属含有廃棄物（重量比）が０．１〜１となるように水を混合し、該遠心分離が遠心濾過であり、該遠心濾過の回転数が４０００〜１００００ｒｐｍであることを特徴とする重金属抽出方法。
【請求項２】
請求項１において、該重金属含有廃棄物に水を混合した後、ｐＨ調整を行うことなく遠心濾過を行うことを特徴とする重金属抽出方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、該遠心濾過で用いるフィルタの目開きが０．４〜１．５μｍであることを特徴とする重金属抽出方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、該遠心濾過時間が３０〜９０分であることを特徴とする重金属抽出方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、該重金属含有廃棄物に水を添加して混練した後、一昼夜以内に遠心濾過を行うことを特徴とする重金属抽出方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、該遠心濾過を不活性ガス雰囲気中で行うことを特徴とする重金属抽出方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、該重金属含有廃棄物に水を添加混合して得られる非液状ないし非スラリー状の抽出系を遠心濾過することを特徴とする重金属抽出方法。
【請求項８】
重金属含有廃棄物からの重金属溶出量を測定する方法であって、該重金属含有廃棄物に水／重金属含有廃棄物（重量比）が０．１〜１となるように水を混合した後、回転数４０００〜１００００ｒｐｍで遠心濾過し、濾液中の重金属含有量を測定することを特徴とする重金属溶出量の測定方法。
【請求項９】
請求項８において、該重金属含有廃棄物に水を混合した後、ｐＨ調整を行うことなく遠心濾過を行うことを特徴とする重金属溶出量の測定方法。
【請求項１０】
請求項８又は９において、該遠心濾過で用いるフィルタの目開きが０．４〜１．５μｍであることを特徴とする重金属溶出量の測定方法。
【請求項１１】
請求項８ないし１０のいずれか１項において、該遠心濾過時間が３０〜９０分であることを特徴とする重金属溶出量の測定方法。
【請求項１２】
請求項８ないし１１のいずれか１項において、該重金属含有廃棄物に水を添加して混練した後、一昼夜以内に遠心濾過を行うことを特徴とする重金属溶出量の測定方法。
【請求項１３】
請求項８ないし１２のいずれか１項において、該遠心濾過を不活性ガス雰囲気中で行うことを特徴とする重金属溶出量の測定方法。
【請求項１４】
請求項８ないし１３のいずれか１項において、該重金属含有廃棄物に水を添加混合して得られる非液状ないし非スラリー状の抽出系を遠心濾過することを特徴とする重金属溶出量の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重金属を高濃度で含有する焼却残渣や汚染土壌などの重金属含有廃棄物から、簡易な方法で重金属を効率的に抽出し、抽出残渣の重金属含有値を下げることにより、焼却残渣や汚染土壌の重金属汚染を軽減する方法に関する。本発明はまた、このような重金属含有廃棄物の重金属溶出量を簡易な方法で的確に測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴミ焼却炉から排出される焼却飛灰、灰溶融飛灰、焼却灰や電炉ダスト等は、一般に埋め立て処分されるが、これらは重金属を含有するため、そのまま埋め立て処分すると、埋め立て地周辺を有害な重金属で汚染することになる。このため、これらの重金属含有廃棄物の埋め立てに際しては、埋め立て地の環境保全のために、通常、含有される重金属を固定化してその溶出を防止するための処理が施されるが、一方で、重金属含有廃棄物から重金属を抽出除去して重金属の不溶化処理を不要ないし軽減する方法も知られている。
【０００３】
重金属含有廃棄物から重金属を抽出除去する方法としては、重金属含有廃棄物を水に溶解ないし懸濁させてスラリー化し、重金属を溶出させた後このスラリーを加圧濾過又は吸引濾過により固液分離する方法が一般的であり、この方法においてスラリーのｐＨを調整して各重金属を分離回収する方法も提案されている（特開平６−１７０３５４号公報等）。なお、特開平６−１７０３５４号公報記載の方法では、抽出に当たり、重金属含有飛灰に水を混合してスラリー状とするために、飛灰１００ｇに対して水２リットルを混合している。
【０００４】
一方、重金属含有廃棄物の重金属を不溶化処理するに当たっては、処理薬剤の必要量を決定するために、処理する重金属含有廃棄物からの重金属溶出量を測定したり、また、薬剤による処理効果を確認するために、処理物からの重金属溶出量を測定したりする必要がある。従来、この重金属溶出量の評価方法は、例えば環境庁告示１３号試験に従って実施されている。この環境庁告示１３号試験においては、水の添加量を試料、即ち、重金属含有廃棄物又は処理物の１０倍として６時間以上の振盪を行った後に、重金属の溶出量が測定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
重金属含有廃棄物を水に溶解ないし懸濁させてスラリー状として重金属を溶出させる従来の重金属の抽出除去方法では、重金属の抽出効率が十分でなく、その向上が望まれていた。また、多量の水を添加してスラリー状とすることから、固液分離により発生する大量の分離液の処理の問題がある上に、抽出作業も煩雑で大掛かりなものとなる。
【０００６】
一方、環境庁告示１３号試験のように、試料に対して多量の水を添加して溶出試験を行う、従来の重金属溶出量の測定方法では、実際の埋め立て処分場における重金属の溶出状況を把握できない場合がある。即ち、実際の埋め立て処分場における水の存在比は、試料に対して１０倍量もの水を添加する測定条件よりも大幅に少ない場合が多く、このため試料に対して多量の水を添加する従来の測定方法では実際の溶出状況を再現して的確な評価を行うことはできない。しかも、従来の測定方法では、６時間以上もの振盪が必要であり、測定に長時間を要する上に、やはり、測定後に排出される多量の分離液の処理が必要となるという問題点もある。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点を解決し、重金属含有廃棄物から簡易な方法で重金属を効率的に抽出除去する重金属抽出方法を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明はまた、このような重金属含有廃棄物の重金属溶出量を簡易な方法で短時間に的確に測定することができる重金属溶出量の測定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】
本発明の重金属抽出方法は、重金属含有廃棄物に水を混合した後、好ましくは遠心濾過により遠心分離することにより、該重金属含有廃棄物中の重金属を抽出する方法であって、該重金属含有廃棄物に水／重金属含有廃棄物（重量比）が０．１〜１となるように水を混合し、該遠心分離が遠心濾過であり、該遠心濾過の回転数が４０００〜１００００ｒｐｍであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の重金属溶出量の測定方法は、重金属含有廃棄物からの重金属溶出量を測定する方法であって、該重金属含有廃棄物に水／重金属含有廃棄物（重量比）が０．１〜１となるように水を混合した後、回転数４０００〜１００００ｒｐｍで遠心濾過し、濾液中の重金属含有量を測定することを特徴とする。
【００１１】
即ち、本発明者らは、重金属含有廃棄物から重金属を水中に溶出させて抽出する際の抽出効率を高めるべく、鋭意検討を重ねた結果、水／重金属含有廃棄物の混合重量比を０．１〜１という、従来法に比べて非常に少ない水量で抽出を行うと、重金属が水相に移行し易くなり、抽出効率が格段に向上することを見出し、本発明を完成させた。
【００１２】
重金属含有廃棄物にこのように少量の水を添加した場合、抽出系の外観は液状ないしスラリー状とはならず、従来の加圧濾過や吸引濾過では固液分離することができないが、遠心濾過によれば、効率的に固液分離することが可能となる。
【００１３】
本発明の重金属抽出方法及び重金属溶出量の測定方法では、処理対象の重金属含有廃棄物の近傍に存在する水分中（間隙水）のｐＨ、塩類濃度が高くなり、重金属の溶出が促進されると考えられる。このように高濃度で溶解している重金属類を遠心力により強制的に脱離することにより、重金属含有廃棄物中の重金属を効率的に水側へ溶出させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
本発明の重金属抽出方法においては、焼却飛灰等の重金属含有廃棄物に、水／重金属含有廃棄物の重量比が１以下で重金属含有廃棄物の外観が液（又はスラリー）状ないし泥状とならない程度に水を添加して混練機等で十分に混練する。この水添加量が水／重金属含有廃棄物の重量比で１を超えると、十分に重金属含有廃棄物中の重金属を溶出させて高い抽出効率で抽出を行うことができない。ただし、この水添加量は過度に少なくても抽出効率が悪くなり、その後の遠心分離での抽出液の回収率も悪くなることから、水／重金属含有廃棄物の重量比が０．１〜１．０、特に０．４〜０．６となるように水を添加するのが好ましい。
【００１６】
重金属含有廃棄物に水を添加して混練した後は遠心分離を行って抽出液を強制的に分離するが、水を添加して混練した後は、長時間放置せずに遠心分離を行うことが抽出効率の面で好ましく、一般的には、水を添加して混練後、一昼夜以内で遠心分離を行うのが好ましい。
【００１７】
この遠心分離としての遠心濾過で用いるフィルタとしては目開き０．４〜１．５μｍ程度のメンブレンフィルタやグラスフィルタ等が好適である。
【００１８】
また、遠心濾過の遠心分離の際の遠心力は大きい方が抽出効率が高いため好ましく、通常の場合、４０００Ｇ以上とするのが好ましい。また、この遠心分離の処理時間は３０分以上であることが好ましい。特にこの遠心分離は、４０００Ｇ以上で６０分以上行うのが、抽出液の回収効率の面で好ましい。ただし、この遠心分離を６０分以上で過度に長時間行ってもそれ以上抽出液の回収率の増加は望めない。この遠心分離時間は一般的には６０〜９０分程度行えば良い。
【００１９】
なお、本発明における抽出に当っては、ｐＨ調整を行わなくとも、高い抽出効率で重金属を抽出することができるが、４〜１２程度にｐＨ調整を行っても良い。
【００２０】
遠心濾過を空気中で行う場合、脱水に伴い水と置換して空気が重金属含有廃棄物に取り込まれ、空気中の二酸化炭素が重金属と不溶性の炭酸塩を生成し、抽出効率が低下することがある。これを防止するため不活性ガス雰囲気下で処理してもよい。
【００２１】
このような本発明の方法において、処理対象となる重金属含有廃棄物としては、特に制限はなく、焼却飛灰、灰溶融飛灰、焼却灰、電炉ダスト、汚染土壌などが挙げられ、また、これらを通常の重金属固定化方法で処理して得られた処理物であっても良い。
【００２２】
このような本発明の重金属抽出方法であれば、これらの重金属含有廃棄物中の重金属を効率的に抽出除去することができる。本発明の重金属抽出方法で得られる重金属抽出後の残渣は、溶出基準を満足する場合にはそのまま、満足しない場合には常法に従って重金属の不溶化処理を行った上で、埋め立て処分したり、土木・建設材料として再利用することができる。重金属を含有する抽出液は、重金属処理剤で重金属を不溶化し、固液分離して重金属を除去した後、その処理水は上記抽出のための混練水に再利用したり、蒸発乾固して塩を回収したり、或いは下水道などへ放流処分する。固液分離により得られる重金属が濃縮した固形分は鉱業原料として再利用することもできる。
【００２３】
本発明の重金属溶出量の測定方法は、上記抽出により得られた抽出液（濾液）中の重金属含有量を常法に従って測定するものであり、重金属含有廃棄物の重金属の溶出量を的確に求めることができる。
【００２４】
この方法は、特に、重金属含有廃棄物を埋め立て処分した場合の、処分場における重金属溶出可能性の評価に有効である。即ち、前述の如く、従来の評価方法、例えば環境庁告示１３号試験では、水の添加率を廃棄物の１０倍としたときの重金属溶出量を測定していた。しかし、処分場においては、水／重金属含有廃棄物の重量比が１程度となることもあり、その場合には１３号試験で測定されたよりも多量の重金属が溶出する。本発明の方法により重金属溶出量を測定すれば、１３号試験よりも実際の処分場での重金属の挙動をよく再現することができる可能性がある。また、従来の評価方法では長時間の振盪が必要であったが、本発明の方法であれば短時間に簡便に結果を得ることができ、測定後の廃液量も少ないため、その処理が軽減される。
【００２５】
本発明の重金属溶出量の測定方法は、被処理重金属含有廃棄物に適用して重金属固定化薬剤の必要量を決定したり、或いは、重金属固定化薬剤等で処理した後の重金属含有廃棄物に適用して、処理効果を確認したりする場合にも有効である。
【００２６】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
【００２７】
なお、以下において、重金属含有廃棄物としては、都市ゴミ清掃工場から採取した２種類の飛灰Ａ，Ｂを用いた。それぞれの飛灰の成分分析結果は表１に示す通りである。
【００２８】
【表１】
0004538890.tif 000002
【００２９】
実施例１〜６、比較例１，２
飛灰Ａ，Ｂに、それぞれ蒸留水を飛灰重量に対して表２に示す量添加し、均一になるように良く混練した後、飛灰と水分をなじませるために一昼夜室内に放置した。
【００３０】
この湿潤飛灰を汎用の遠心濾過機（０．４５μｍメンブレンフィルタ）を利用して遠心濾過することにより湿潤飛灰中の重金属溶出液を採取した。この遠心濾過機は、図１（ａ）に示す如く、外筒１と内筒２との２重管構造となった試料容器３（短時間で遠心濾過を行うため、蓋なしの容器を用いた）の内筒２内に試料の湿潤飛灰４を入れ、回転体１０に取り付け、内筒２の底面に設けられたフィルタ５を遠心力により強制的に通過した分離液（重金属溶出液）を回収するものである。
【００３１】
この遠心濾過機の回転数は１００００ｒｐｍ（１７０００Ｇ）で、９０分間回転させた。なお、この遠心濾過により加水量の８割程度が回収される。
【００３２】
得られた重金属溶出液のＰｂ濃度から試料灰１ｋｇ当たりから抽出されたＰｂ量を算出すると共に、抽出率を算出し、結果を表２に示した。なお、表２には抽出液（重金属溶出液）のｐＨを併記した。
【００３３】
比較例３，４
１２５μｍ以下に粉砕した飛灰Ａ，Ｂ１６ｇにそれぞれ純水８００ｍＬを加え、スターラーで攪拌しながら、ｐＨコントローラーを用いて硝酸を滴下しながらこの溶出液（スラリー）をｐＨ７に維持して３時間溶出（抽出）操作を行った。３時間後、この溶出液を０．４５μｍメンブレンフィルターで濾過し、ｐＨ７の濾液及び残渣を得た。次に、残渣に再度８００ｍＬの蒸留水を加え、同様に溶出液をｐＨ４に３時間維持して溶出、濾過を行いｐＨ４の濾液及び残渣を得た。このｐＨ７及びｐＨ４の濾液を混合し、混合液中のＰｂ濃度を測定した。この溶出濃度から試料灰１ｋｇ当たりから抽出されたＰｂ量を算出すると共に抽出率を算出し、結果を抽出液のｐＨの測定結果と共に表２に示した。なお、この比較例３，４の抽出処理条件は、オランダの溶出試験法（ＮＥＮ７３４１，アベイラビリティ試験）と同じ手順である。
【００３４】
比較例５
飛灰Ａ５０ｇに蒸留水５００ｍＬを入れたボトルを６時間振盪して溶出操作を行った。６時間後、この溶出液（スラリー）を１μｍグラスファイバーペーパーフィルターで濾過し、濾液中のＰｂ濃度を測定した。この溶出濃度から試料灰１ｋｇ当たりから抽出されたＰｂ量を算出すると共に抽出率を算出し、結果を抽出液のｐＨの測定結果と共に表２に示した。なお、この比較例５の抽出処理条件は環境庁告示１３号試験と同じ手順である。
【００３５】
【表２】
0004538890.tif 000003
【００３６】
表２より、本発明の重金属抽出方法によれば、高い抽出効率で重金属の抽出を行えることがわかる。
【００３７】
実施例７
実施例２において、飛灰Ａに水を添加した後の放置時間を０日（水添加後直ちに）、１日又は３日として遠心濾過し、更に、遠心濾過の回転数を４０００〜１００００ｒｐｍ（２５００〜１７０００Ｇ）の範囲で変えたこと以外は同様にして抽出操作を行い、抽出液のＰｂ濃度を調べ、結果を図２に示した。
【００３８】
図２より、遠心濾過の回転数が大きいほどＰｂ抽出濃度は高くなる傾向を示し、特にこの傾向は回転数４０００〜８０００ｒｐｍにおいて顕著であり、本発明における遠心力は５０００ｒｐｍ（４０００Ｇ）以上が適当であることがわかる。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の重金属抽出方法によれば、重金属含有廃棄物から簡易な方法で重金属を効率的に抽出除去することができる。本発明の重金属抽出方法で得られる抽出残渣は、その重金属含有量が著しく低減されているため、埋め立て処分に当たり、重金属の不溶化処理を省略するか或いは大幅に軽減することができる。しかも、抽出により発生する抽出液量が少ないため、その処理も容易となる上に、全体の抽出系容量が従来に比べて格段に少ないために、設備、作業面においても極めて有利である。
【００４０】
また、本発明の重金属溶出量の測定方法によれば、埋め立て処分場の環境を模擬、反映して的確かつ実用的な測定値を短時間で得ることができる。このため、重金属含有廃棄物の処理のための薬剤の必要量の決定或いは薬剤の処理効果の判定を確実に行うことが可能となり、埋め立て処分場での重金属の溶出を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例において用いた遠心濾過機の説明図であり、図１（ａ）は試料容器を示す断面図、図１（ｂ）は試料容器を回転体に取り付けた状態を示す断面図である。
【図２】  実施例７で求めた遠心濾過の回転数及び水添加後の放置日数と抽出液のＰｂ濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  外筒
２  内筒
３  試料容器
４  湿潤飛灰
５  フィルタ
６  分離液
１０  回転体
【図１】
0004538890.tif 000004
【図２】
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