(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却炉から排出される焼却灰から大型不燃物や金属を除去する第１工程と、除去後の焼却灰を粒径が２０ｍｍ以上の粗粒灰と５〜２０ｍｍの中粒灰と２〜５ｍｍの細粒灰と２ｍｍ以下の微粒灰に分級する第２工程と、粗粒灰と中粒灰はそのまま回収し、細粒灰は重金属固定処理をして回収し、微粒灰はダイオキシン分解処理をする第３工程からなることを特徴とする焼却残渣処理方法。
【請求項２】
前記第３工程において細粒灰に固化材化処理を併せて行う請求項１に記載の焼却残渣処理方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の第３工程で得られる細粒灰の処理物を固化材として活用することを特徴とする固化材の製造方法。
【請求項４】
請求項１の第２工程で得られる粗粒灰と中粒灰の何れか一方又は両方を粉砕して細粒灰とし、請求項３で得られる固化材と混合して活用することを特徴とする固化材の製造方法。
【請求項５】
請求項１の第２工程で得られる粗粒灰と中粒灰の何れか一方又は両方を粉砕して細粒灰とし、この細粒灰に重金属固定処理と固化材化処理の何れか一方又は両方を施したあと、請求項３で得られる固化材と混合して活用することを特徴とする固化材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみ、産業廃棄物等の焼却炉から排出される焼却残渣の処理方法に関し、更に詳細には、焼却残渣を粒径毎に分級して処理することにより処理効率の高効率化を図り、しかも処理物の有効利用を図ることのできる焼却残渣処理方法並びに焼却残渣を用いた骨材及び固化材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、都市ごみや産業廃棄物等は焼却処分により減量化されている。従って、焼却炉からは日々大量の焼却残渣（以下、焼却灰とも云う）が排出され、古くから埋立処分等の方法により処理されてきた。
しかし、近年における廃棄物の急増は埋立処分場の不足を招き、また焼却灰の風による飛散も問題となっている。特に、焼却灰中に含まれる猛毒のダイオキシン類や、重金属の溶出といった環境汚染の問題は社会的に極めて大きく、従来から埋立処分に替る方法や有効利用法が種々検討されてきた。
【０００３】
これらの方法の中で、近年特に注目されてきたものに、焼却灰の溶融固化処理法があり、既に実用に供されている。焼却灰は溶融固化することにより、その容積を１／２〜１／３に減らすことができる。また、重金属等の有害物質の溶出防止やダイオキシン類の完全分解が可能である。その溶融スラグは道路用材、コンクリート骨材などとして再利用できるから、最終埋立処分場の延命効果を有している。
しかし、大量の焼却灰を溶融固化処理するには膨大な熱エネルギーが必要となり、設備費やランニングコストを増大させるばかりでなく、省エネルギーの見地からも問題があった。
【０００４】
また、焼却灰をセメント原料の一部としてセメントキルンに投入し、ポルトランドセメントにする方法がある。この方法は、商業運転されているセメント製造技術により容易に実現でき、設備コストも安価である。
しかし、焼却場とセメント工場とがかなり離隔しているという立地的制約があり、また焼却灰中に存在している塩素成分がセメントの品質に悪影響を及ぼすという欠点がある。従って、焼却灰を汎用ポルトランドセメントには利用し難く、セメントの用途が限られるという問題を有していた。
【０００５】
更に、焼却灰の安価な有効利用法として、焼却灰を乾燥粉砕し、これに添加剤およびセメントを加えて固化剤とする方法がある。この固化剤は軟弱土壌や浚渫汚泥等の土壌固化剤として利用でき、比較的高価に販売できる。
しかし、この方法では含有される重金属類が溶出する危険性がある。例えば鉛の溶解性はｐＨ依存性を有しており、そのｐＨ条件が満たされるとかなりの量の鉛が溶出する。また、ダイオキシン類が熱分解されずに残留し、乾燥粉砕時に一部のダイオキシン類が排ガスと共に大気中に放散する等の問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、焼却残渣又は焼却灰の従来処理方法には多くの問題があった。埋立処分法では、埋立地問題・重金属溶出問題・ダイオキシン問題があり、溶融固化処理方法ではコストやエネルギー消費問題が大きい。
また、セメント原料への利用ではセメントの品質の問題があり、土壌固化剤への利用では鉛溶出問題・ダイオキシン問題が発生している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記欠点を解消するためになされたものであり、請求項１の発明に係る焼却残渣処理方法は、焼却炉から排出される焼却灰から大型不燃物や金属を除去する第１工程と、除去後の焼却灰を粒径が２０ｍｍ以上の粗粒灰と５〜２０ｍｍの中粒灰と２〜５ｍｍの細粒灰と２ｍｍ以下の微粒灰に分級する第２工程と、粗粒灰と中粒灰はそのまま回収し、細粒灰は重金属固定処理をして回収し、微粒灰はダイオキシン分解処理をする第３工程からなることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明に係る焼却残渣処理方法は、請求項１の発明における第３工程において、細粒灰に固化材化処理を併せて行うことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の発明に係る固化材の製造方法は、請求項１又は請求項２の発明の第３工程で得られる細粒灰の処理物を固化材として活用することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４の発明に係る固化材の製造方法は、請求項１の発明の第２工程で得られる粗粒灰と中粒灰の何れか一方又は両方を粉砕して細粒灰とし、請求項３の発明で得られる固化材と混合して活用することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５の発明に係る固化材の製造方法は、請求項１の発明の第２工程で得られる粗粒灰と中粒灰の何れか一方又は両方を粉砕して細粒灰とし、この細粒灰に重金属固定処理と固化材化処理の何れか一方又は両方を施したあと、請求項３の発明で得られる固化材と混合して活用することを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
焼却灰の従来処理法の欠点は、焼却灰の性質が焼却灰全体に共通して存在すると判断し、焼却灰の全体を一括処理しようとしてきたことである。そこで、本発明者等は、焼却灰が粒径に依存して異なった性質を有するのではないかと着眼した。
【００１５】
従来処理法の問題点の中で、重金属類の溶出とダイオキシン類の放出が大きいから、焼却灰の重金属類含有量とダイオキシン類含有量に着目し、その粒径依存性を研究することにした。
即ち、焼却灰を粗粒灰・中粒灰・細粒灰及び微粒灰に分けて、各々の重金属類含有量とダイオキシン類含有量を測定し、粒径（粒度とも云う）毎に顕著な差異があれば、その特性に適した処理法と有効利用法を確立することである。
【００１６】
そこで基準となる重金属類濃度とダイオキシン類濃度を定めておかなければならない。重金属類濃度の許容値としては土壌環境基準とするのが主流であるから、これを表１に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
ダイオキシン類の許容値としては、オランダ、ドイツで設定されている土壌中のダイオキシン類の許容値が参考となる。オランダの場合を表２に、ドイツの場合を表３に示す。オランダでは、土壌の法的基準は設定されていないが、ガイドライン値として表２の値が１９８７年に提案された。ドイツでは、土壌中濃度の参考値が１９９１年に表３として提案されている。この参考値は強制的なものではないが、多くの州政府により実践されている。参考文献としては、環境庁が発行するダイオキシン排出抑制対策検討会報告（平成９年５月）がある。ここでＴＥＱは毒性等価換算値を指称する。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
【表３】
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【００２１】
次に、本発明者等は、大型ストーカ式都市ごみ焼却炉の焼却灰を分析することにした。図１は都市ごみ焼却炉の要部構成図である。クレーン２により都市ごみをホッパー４内に投下し、都市ごみを矢印順に乾燥ストーカ６、燃焼ストーカ８、後燃焼ストーカ１０、灰出コンベア１２および灰出バンカ１４へと送る。
【００２２】
図１において、後燃焼ストーカ１０の排出口より焼却灰を採取し、また後燃焼ストーカ１０下のシュートからリドリング灰を採取した。焼却灰およびリドリング灰ともに、サンプルＡと、サンプルＢの２種類を採取した。従って、サンプルＡは焼却灰Ａとリドリング灰Ａからなり、サンプルＢは焼却灰Ｂとリドリング灰Ｂからなる。リドリンク灰は、灰の全量に対するリドリンク灰の量の割合を推定するために採取した。
【００２３】
サンプルＡおよびＢは、図２の分析フローに従って分析された。即ち、焼却灰サンプルは乾燥後、物理組成分析にかけられ、クリンカ、がれき、石、灰、ガラス、陶器、金属類の含有量が測定された。また、乾灰を５０ｍｍ角ふるいにかけて大型の不燃物、金属等を除去し、残った前処理灰を分析にかけた。
【００２４】
前処理灰をふるいにかけて粒径毎に分級する。即ち、２０ｍｍ以上の粗粒灰、５〜２０ｍｍの中粒灰、２〜５ｍｍの細粒灰、２ｍｍ以下の微粒灰の４粒径に分級し、各々についてダイオキシン類含有量、重金属類含有量、重金属類溶出量を分析した。重金属類溶出量については、環境庁告示第４６号溶出試験（環告４６号と略称する）が行なわれた。
【００２５】
表４に分析項目が一覧化されており、実施された試験に○が付されている。また、後述するように、必要な粒度に対しては固化強度テストまたは重金属安定化テストが行なわれた。
【００２６】
【表４】
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【００２７】
図３にはサンプルの物理組成が示されている。例えば、サンプルＡはリドリング灰１２．４％と焼却灰８７．６％からなり、この焼却灰は４２．５％のガラ（５０ｍｍ角以上）と４５．１％の６種物理組成に分けられる。つまり、粗粒灰、中粒灰、細粒灰および微粒灰を合計したものの物理組成が前記の６種物理組成になる。サンプルＢも同様に考えてよい。
【００２８】
粗粒灰、中粒灰、細粒灰および微粒灰の分析結果が表５にまとめられている。サンプルＡおよびＢについて、粒度分布、ダイオキシン類分析、Ｐｂ分析、Ｃｄ分析、ｐＨ分析がなされた。
【００２９】
【表５】
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【００３０】
表５の結果から明らかなように、粒度分布については粗粒灰と中粒灰の合計が過半数を占めている。また、ダイオキシン類については、その９０％以上が微粒灰に含まれており、粗粒灰・中粒灰・細粒灰では、表３のドイツ基準における０．００５ｎｇ−ＴＥＱ／ｇ以下であるから、土地利用に何ら制限のない安全な灰である。ドイツ基準では５ｎｇ−ＴＥＱ／ｋｇとなっており単位換算により上述の値になることを注意しておく。
【００３１】
重金属類については、細かい灰の方が含有量、溶出量ともに高い傾向がある。Ｐｂでは、粗粒灰および中粒灰の環告４６号の値は、表１の土壌環境基準値０．０１ｍｇ／ｌ以下である。また、Ｃｄでは、全ての灰で環告４６号の値は土壌環境基準値０．０１ｍｇ／ｌ未満である。ｐＨは細かい灰程高くなる傾向にある。
【００３２】
以上の結果をまとめると、粗粒灰および中粒灰はダイオキシン類および重金属類共に基準値以下である。細粒灰ではダイオキシン類は基準値以下だが、重金属類では基準値を越えている。微粒灰では、ダイオキシン類および重金属類共に基準値を越えていることが分った。
【００３３】
この分析結果が示すところは次の通りである。焼却灰を処理・処分・再利用する場合に、粗粒灰から微粒灰までの全てが含まれている焼却灰をそのまま、ダイオキシン分解処理や重金属固定処理を行うことは極めて不効率、不経済である。つまり、焼却灰を各粒度に分級し、各粒度のもつ特性に合わせて処理した方がより効果的・経済的であり、この点が本発明の中心思想である。
【００３４】
即ち、焼却灰の過半数を占める粗粒灰と中粒灰については、ダイオキシン類および重金属類が基準値以下に少ないので、加熱処理を施して無害化する必要もなく、粉砕処理も施さないで、そのまま例えば骨材として利用することができる。
【００３５】
細粒灰については、ダイオキシン類は基準値以下である一方、重金属類、特にＰｂが基準値を超える。従って、ダイオキシン類を除去するための高価な加熱処理を施す必要はないが、重金属類の溶出を防止するための適切な重金属固定処理剤を加えることが必要となる。更に、これに固化剤、例えばセメント系固化剤を加えて固化材処理をすると、軟弱土壌や浚渫土壌等の土壌固化材として利用することができる。
【００３６】
尚、細粒灰に重金属固定処理と固化材処理を施してこれを土壌固化材として利用する場合に、当該細粒灰に、前期粗粒灰と中粒灰の何れか一方又は両方に粉砕処理を施して細粒灰としたものを適宜量混合するようにしてもよい。
【００３７】
また、前記重金属処理と固化材処理を施した細粒灰に、粗粒灰と中粒灰の何れか一方又は両方を粉砕して細粒灰としたものを混合する場合に、後者の粉砕処理により形成した細粒灰に、予かじめ重金属処理と固化材処理の何れか一方又は両方を施しておくようにしてもよい。土壌固化材としての安全性がより一層向上するからである。
【００３８】
微粒灰については、ダイオキシン類が基準値を超え、且つ重金属類も基準値を超えるので、ダイオキシン類分解処理と重金属固定処理の両方を行う必要がある。ダイオキシン分解処理には溶融・焼成等の加熱処理や化学的分解法があり、重金属固定処理には重金属固定剤の投入処理等がある。
【００３９】
特に、溶融処理はダイオキシン類を分解すると同時に重金属類を固定化する作用も有するので、極めて効果的である。生成された溶融物は、例えば骨材などに利用することができる。溶融処理は設備費・ランニングコスト共に高価ではあるが、微粒灰の焼却灰に占める割合は２０％程度と低いので、焼却灰全部を溶融処理することに比し、設備費・ランニングコスト共に大幅に節約することができる。
【００４０】
【実施例】
以下に、本発明に係る焼却残渣処理方法および焼却残渣再利用品の実施例を図面とともに説明する。
【００４１】
［実施例１：焼却残渣処理方法］
図４は焼却灰を処理するフロー図である。このフロー図は大きく分けると、焼却灰排出Ｉ、前処理II、分級III およびダイオキシン分解IVの４工程からなり、その構成と動作を以下に説明する。
都市ごみ等を焼却炉２１で焼却すると、焼却灰と燃焼ガスが生成する。燃焼ガスはバグフィルタ２２および湿式有害ガス除去装置２３を通して浄化される。
【００４２】
一方、焼却灰はコンベア２４を経て、５０ｍｍのスクリーン２５ａにかけられ、粒径が５０ｍｍ以上の粗大物２５ｂは埋立処分に回される。次に補助スクリーン２５ｃと破砕装置２５ｄにより細かくして、磁選機２６により鉄２６ａを分離し、アルミ選別機２７によりアルミ２７ａを分離する。
【００４３】
鉄２６ａとアルミ２７ａを分離された焼却灰は、分級機２８に入り、ここで粒径が２０ｍｍ以上の粗粒灰、５〜２０ｍｍの中粒灰、２〜５ｍｍの細粒灰、２ｍｍ以下の微粒灰に分級される。
【００４４】
粗粒灰および中粒灰はそのまま骨材２９に利用される。細粒灰は重金属固定処理３０と固化材化処理３０ａにより固化材３０ｂとして有効利用される。
【００４５】
微粒灰は、局所集塵用バグフィルタ３１の集塵灰とともに、ダイオキシン分解装置３２に移送される。
ダイオキシン分解装置３２には、高温をかけて熱分解させる溶融炉等が使用される。
【００４６】
図５は総量１００の焼却灰が処理される場合の物質収支の一例である。○の中に書かれた数値が物質量を表わす。この例では、焼却灰総量１００は、粗大物２５ｂに４２、鉄２６ａに５、アルミ２７ａに５、骨材２９に３０、固化材３０ｂに９、ダイオキシン分解装置３２に９と流れる。粗大物２５ｂは埋立てに、鉄２６ａ・アルミ２７ａは売却もしくは埋立されるが、分級処理された残りはほとんど有効利用されることになる。この分級処理による有効利用は本発明により初めて可能となったものである。
【００４７】
［実施例２：細粒灰の土壌固化材への利用］
実施例１で分級された細粒灰に重金属固定剤を添加して重金属固定処理３０を行い、更にセメント系固化剤を添加して固化材化処理３０ａを行って土壌固化材を製造した。この土壌固化材を海底浚渫土および陸上軟弱土に各々加えて、ソイルミキサーを用いて３分間×２回混練し、φ５×１０ｃｍの供試体を成形した。詳細を表６に示す。
【００４８】
【表６】
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【００４９】
細粒灰と土の比率は１：１０、１：３、１：１の３種類で、重金属固定剤の添加量は土の１０重量％である。また、セメント系固化剤の添加量は土壌固化材１ｍ3 当りに、５２〜５８ｋｇである。
【００５０】
次に、これらの供試体の固化強度を測定するために、一軸圧縮強度試験を行った。材齢７日と２８日について試験を行ったが、２８日の方が７日より高くなり焼却残渣：海底浚渫土＝１：１０の１条件以外は材齢２８日の一軸圧宿強度は全て２ｋｇｆ／ｃｍ2 以上であり、土壌固化材として十分再利用できることが実証された。
【００５１】
更に、固化供試体に対し環告４６号による重金属溶出試験を行った。材齢７日、２８日の供試体について行ったがＰｂ溶出量およびＣｄ溶出量は全て０．０１ｍｇ／ｌ以下であった。従って、Ｐｂ、Ｃｄ共に表１の土壌環境基準を満足していることが証明された。
【００５２】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものである。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によって、従来、焼却灰に含まれるダイオキシン類や重金属類の処理のため、焼却灰全体に高価な溶融処理を施したり、或いは多量の重金属固定剤を添加したりしていたのに対し、スクリーンという簡素な設備を附加するだけで、焼却灰を粗粒灰、中粒灰、細粒灰、微粒灰に分級し、それぞれをその粒度のもつ特性に合わせて処理し、再利用品に加工することができる。
【００５４】
また、本発明によって最終処分場への埋立量を低減することができ、高価でエネルギー消費の大きい溶融炉、焼成炉などの負荷を下げ、設備コストの低減、ランニングコストの低減を行うことができる。
従って、省エネルギーに役立ち、しかも焼却灰の再利用化を促進できる産業上有益な方法を実現した。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明が適用される都市ごみ焼却炉の要部構成図である。
【図２】図２は本発明の分析フロー図である。
【図３】図３はサンプルの物理組成図である。
【図４】図４は実施例１の焼却灰処理フロー図である。
【図５】図５は実施例１における焼却灰の物質収支の一例である。
【符号の説明】
２はクレーン、４はホッパー、６は乾燥ストーカ、８は燃焼ストーカ、１０は後燃焼ストーカ、１２は灰出コンベア、１４は灰出バンカ、２１は焼却炉、２２はバグフィルタ、２３は湿式有害ガス除去装置、２４はコンベア、２５ａはスクリーン、２５ｂは粗大物、２５ｃは補助スクリーン、２５ｄは破砕装置、２６は磁選機、２６ａは鉄、２７はアルミ選別機、２７ａはアルミ、２８は分級機、２９は骨材、３０は重金属固定処理、３０ａは固化材化処理、３０ｂは固化剤、３１は局所集塵用バグフィルタ、３２はダイオキシン分解装置、Ｉは焼却灰排出、IIは前処理、III は分級、IVはダイオキシン分解である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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