(57)【要約】【課題】各種可燃物を焼却処理した焼却灰中に含まれる鉛を不溶化するための不溶化剤及びその不溶化方法を提供する。【解決手段】アロフェンの持つ鉛吸着能力を有効に発揮できるように、粒径１５０μｍ以下のアロフェン含有火山灰からなる焼却灰中の鉛の不溶化剤を基本として提供する。そして、アロフェン含有火山灰を粉砕して、粒径１５０μｍ以下に粒度調整した。また、粒径１５０μｍ以下に代えて、７５μｍ以下とし、アロフェン含有火山灰からアロフェン粒子を露出させ、アロフェンの含有率が１０重量％以上のアロフェン含有火山灰を使用する。そして、上記構成の焼却灰中の鉛の不溶化剤を、焼却灰に添加し、該不溶化剤によって焼却灰中の鉛を不溶化する焼却灰中の鉛の不溶化方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径１５０μｍ以下のアロフェン含有火山灰からなることを特徴とする焼却灰中の鉛の不溶化剤。
【請求項２】
アロフェン含有火山灰を粉砕して、粒径１５０μｍ以下に粒度調整した請求項１記載の焼却灰中の鉛の不溶化剤。
【請求項３】
粒径１５０μｍ以下に代えて、７５μｍ以下とした請求項１又は２記載の焼却灰中の鉛の不溶化剤。
【請求項４】
アロフェン含有火山灰からアロフェン粒子を露出させた請求項１，２又は３記載の焼却灰中の鉛の不溶化剤。
【請求項５】
アロフェンの含有率が１０重量％以上のアロフェン含有火山灰を使用する請求項１，２，３又は４記載の焼却灰中の鉛の不溶化剤。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の焼却灰中の鉛の不溶化剤を、
焼却灰に添加し、該不溶化剤によって焼却灰中の鉛を不溶化することを特徴とする焼却灰中の鉛の不溶化方法。
【請求項７】
不溶化剤を添加後に焼却灰と混練する請求項６記載の焼却灰中の鉛の不溶化方法。
【請求項８】
焼却灰の鉛溶出試験を行って不溶化する鉛の溶出量を特定し、該鉛の溶出量に対する不溶化剤を使用した不溶化試験を行って、焼却灰に対する土壌環境基準に規定する鉛の不溶化の基準を達成可能な不溶化剤の添加量を決定して添加する請求項６又は７記載の焼却灰中の鉛の不溶化方法。
【請求項９】
焼却灰の鉛溶出量の単位体積当たりの重量を基本とし、焼却灰のｐＨ条件を加味して、土壌環境基準に規定する不溶化基準を達成することのできる添加量を添加する請求項６又は７記載の焼却灰中の鉛の不溶化方法。
【請求項１０】
焼却灰として、震災瓦礫や津波堆積物等の災害廃棄物の焼却灰を使用する請求項６，７，８又は９記載の焼却灰中の鉛の不溶化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種可燃物を焼却処理した焼却灰中に含まれる鉛を不溶化するための不溶化剤及びその不溶化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２０１１年３月１１日に発生した未曾有の災害である東日本大震災によって、今まで経験したこともない大量の震災瓦礫や津波堆積物等の災害廃棄物が発生している。その処理のために、環境省の作成した「東日本大震災に係る災害廃棄物処理指針」の下に国を挙げて取り組んでいる。しかしながら、災害発生後３年６月を経過した現在においても、その処理は遅々として進んでいないのが現状である。
【０００３】
東日本大震災による災害廃棄物の処理に際しては、原則として、一次仮置き場で可燃物，不燃物，特定品目（廃家電製品，有害廃棄物／油，アスベスト，ＰＣＢ，フロンガス，ガスボンベ）等に選別処理したものを、二次仮置き場に搬送し、その後、破砕、焼却等による中間処理によって、リサイクルによる再資源化を図るとともに、焼却や埋立によって最終処理する災害廃棄物の減量化に努めるとされている。
【０００４】
焼却処理は可燃物からなる災害廃棄物の中間処理や最終処理の中核となるべき処理手段であり、選別処理を経た各種可燃物をロータリーキルンやストーカー焼却炉等の各種焼却炉で焼却し、残った焼却灰をセメント及び不溶化剤と混合し、地盤改良材として再利用することが計画されている。しかしながら、災害廃棄物の焼却灰は、５００ｍｇ／ｋｇ程度の鉛を含有しているため、再利用のためにセメントと混合すると高ｐＨとなって環境省の定める土壌環境基準（検液につき鉛が０．０１ｍｇ／Ｌ以下）を上回る値の鉛が溶出することとなる。そのため、この焼却灰中に含まれる鉛の溶出が障害となって、焼却灰を地盤改良材として再利用する計画が頓挫している。
【０００５】
また、焼却灰を再利用することなく、廃棄処分や埋設等によって最終処分する場合においても、土壌環境基準を達成するように鉛の不溶化処理を行う必要がある。不溶化処理は、安定化処理ともいわれ、焼却灰中の鉛を水に溶出しにくい形態に転換する処理の総称である。
【０００６】
従来より不溶化剤は、主として重金属によって汚染した土壌の安定化を図るために、マグネシウム系，鉄系，アルミニウム系の各種不溶化剤が提供されている。また、火山灰の一種である鉄質風化火山灰を土壌中に不溶化剤として混合することによって、土壌中の砒素及び鉛の同時不溶化を行う不溶化処理方法も提供されている（特許文献１）。この鉄質風化火山灰は、噴出年代が約１万年前〜３０万年の火山からの噴出物であって、火山ガラスの風化によりＡｌ、Ｆｅ、Ｓｉより成る非晶質鉱物を含み、鉄を１０％以上含有している火山灰である。
【０００７】
そのため、汚染土壌に含まれる重金属等を不溶化するための不溶化剤として従来より提供されているマグネシウム系，鉄系，アルミニウム系の各種不溶化剤をセメントとともに焼却灰に混合することによって焼却灰中の鉛の溶出を防止する不溶化処理が試みられてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１４４３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のマグネシウム系の不溶化剤を用いると焼却灰のｐＨが上昇し、一旦不溶化を施しても鉛イオンが再溶出することがあり、又鉄系，アルミニウム系の不溶化剤は元々陽イオン交換性がなく、遷移金属陽イオンである鉛の不溶化をすることができない。そのため、汚染土壌に含まれる重金属を不溶化するための従来の各種不溶化剤は、焼却灰中の鉛の不溶化には効果が薄く、土壌環境基準を達成することができなかった。
【００１０】
重金属には不溶化しやすいｐＨ領域があり、それぞれの重金属によって領域が異なり、本発明が対象とする鉛は、中性域のｐＨで不溶化が達成される。これに対して、焼却灰に関しては基本的にｐＨが高いため、ｐＨが中性域で不溶化が達成される鉛を不溶化するためには、焼却灰のｐＨの問題を避けて通ることができない。更に、焼却灰は焼却時の排ガス処理のための排煙脱硫・脱塩素処理のために水酸化カルシウムを添加することがあり、この場合は高ｐＨに起因して鉛を不溶化できない場合がある。
【００１１】
特許文献１には、鉄質風化火山灰からなる不溶化剤が土壌中の鉛の溶出防止に効果があることは示されているものの、焼却灰についての知見は示されていない。土壌は鉛などの重金属陽イオンに対する吸着力が元々強いため、不溶化処理が比較的容易である。一方、焼却灰は、鉛等の重金属陽イオンに対する吸着力が元々弱い。そのため、土壌中の鉛の不溶化剤が、そのまま焼却灰の不溶化剤として土壌環境基準を達成する効果を奏するものではない。また、現実的にも、焼却灰中の鉛の不溶化を実現できていない。
【００１２】
焼却灰中の鉛が溶出する代表的なケースとしては、セメントと混合することによってｐＨが変動し、結果的に高ｐＨになって鉛が溶出するケース、焼却の過程において高ｐＨになっているケース、鉛の含有量が元々高く過飽和状態となっているケース等が考えられる。
【００１３】
焼却灰中の鉛の不溶化処理は、焼却灰を再利用或いは最終処分を可能とするための処理であり、しかも鉛そのものが焼却灰中に留まることを前提とする処理方法であるため、なにより長期間安定して不溶化状態を保持できることが求められる。加えて、処理工程が容易で、かつ、即効性のある不溶化処理が求められている。しかしながら、現状ではこれらの要求に応えることができていない。
【００１４】
そこで、本発明は前記した焼却灰中の鉛の溶出の問題を解決し、災害廃棄物の焼却処理を可能とするために、土壌環境基準（検液につき鉛が０．０１ｍｇ／Ｌ以下）を達成することのできる実効性の高い焼却灰中の鉛の不溶化剤及びその不溶化方法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】
【００１５】
本発明者は上記目的を達成するために、種々の試行錯誤の結果、火山灰中に含まれるアロフェン（allophane）に着目した。アロフェンが鉛の吸着作用を有することは既に知られており、特許文献１に示す鉄質風化火山灰にもアロフェンが含まれていることが示されている。しかしながら、特許文献１には土壌中の重金属の不溶化には効果を有することが示されているが、焼却灰中の鉛についての知見は示されていない。
【００１６】
そこで、食品工場の焼却炉から排出された焼却灰に中心粒径２００μｍに調整したアロフェン含有火山灰を５重量％，１０重量％，１５重量％，２０重量％添加して混合し、土壌環境基準に示す溶出量（ｍｇ／Ｌ）を測定した。その結果、アロフェン含有火山灰の添加量を増加するにつれて、鉛溶出量は減少しているが、添加率２０重量％であっても、溶出量は土壌環境基準（検液につき鉛が０．０１ｍｇ／Ｌ以下）を上回っていた。そのため、汚染土壌に含まれる鉛の不溶化処理を行うための従来のアロフェン含有火山灰を焼却灰に添加しても、焼却灰中の鉛を土壌環境基準を満たす程度に不溶化することはできなかった。
【００１７】
発明者は、アロフェンが鉛の吸着作用を有することに相違ないため、アロフェンの持つ鉛吸着能力を有効に発揮できるように、粒径１５０μｍ以下のアロフェン含有火山灰からなる焼却灰中の鉛の不溶化剤を基本として提供する。そして、アロフェン含有火山灰を粉砕して、粒径１５０μｍ以下に粒度調整した。また、粒径１５０μｍ以下に代えて、７５μｍ以下とし、アロフェン含有火山灰からアロフェン粒子を露出させ、アロフェンの含有率が１０重量％以上のアロフェン含有火山灰を使用する。
【００１８】
上記構成の焼却灰中の鉛の不溶化剤を、焼却灰に添加し、該不溶化剤によって焼却灰中の鉛を不溶化する焼却灰中の鉛の不溶化方法を提供し、不溶化剤を添加後に焼却灰と混練する。また、焼却灰の鉛溶出試験を行って不溶化する鉛の溶出量を特定し、該鉛の溶出量に対する不溶化剤を使用した不溶化試験を行って、焼却灰に対する土壌環境基準に規定する鉛の不溶化の基準を達成可能な不溶化剤の添加量を決定して添加する。更に、焼却灰の鉛溶出量の単位体積当たりの重量を基本とし、焼却灰のｐＨ条件を加味して、土壌環境基準に規定する不溶化基準を達成することのできる添加量を添加する。そして、焼却灰として、震災瓦礫や津波堆積物等の災害廃棄物の焼却灰を使用する。
【発明の効果】
【００１９】
以上記載した本発明にかかる焼却灰中の鉛の不溶化剤は、アロフェン含有火山灰を粉砕して粒度を調節し、粒径１５０μｍ以下、好ましくは７５μｍ以下のアロフェン含有火山灰からなるため、火山灰の比表面積が増大するとともに、火山灰から直径３．５〜５．５ｎｍのアロフェン粒子が剥き出しとなる割合が増加する。そのため、焼却灰中の鉛イオンにアロフェン粒子が接触する機会が多くなり、吸着量が増加するため、土壌環境基準を満足する不溶化を実現することができる。
【００２０】
また、焼却灰はｐＨ８以上の値を示すものが多いが、アロフェンはｐＨ調整能力を有するため、焼却灰のｐＨが８以上の高い値を示しても、不溶化に適したｐＨ５〜６の中性付近に調節することが可能である。また、アロフェン含有火山灰の表面は水酸基で覆われているため、反応性が高く、鉛イオンと錯形成をする。この錯形成が吸着に相当し、鉛イオンと表面との間に強い化学的結合が形成され、安定した不溶化処理を実現することができる。
【００２１】
そして、焼却灰中の鉛を不溶化するためには、不溶化剤を焼却灰の１重量％以上添加して混練するだけで、混練直後から不溶化を実現することができる。特に、震災瓦礫や津波堆積物等の災害廃棄物の焼却灰中の鉛を再利用或いは最終処分可能となるように不溶化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明にかかる不溶化剤の製造工程を示す工程説明図。
【図２】本発明にかかる不溶化方法の工程説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下本発明にかかる焼却灰中の鉛の不溶化剤及びその不溶化方法の実施形態を説明する。本発明は、アロフェンの持つ高い鉛吸着能力及びｐＨ調整能力に着目し、アロフェンの持つ鉛吸着能力を焼却灰において効果的に発揮させて、焼却灰中の鉛を土壌環境基準を満たして不溶化を図るものである。
【００２４】
［アロフェン含有火山灰の鉛吸着とｐＨ調整能力]
焼却灰中の鉛の不溶化を阻害する一因として、焼却灰が高いｐＨを有することがあげられる。そこで、先ずアロフェン含有火山灰とｐＨとの関係を検証するために、鉛標準液５ｍｇ／Ｌを含んだｐＨ２．０，ｐＨ４．０，ｐＨ６．０，ｐＨ７．９，ｐＨ１０．０，ｐＨ１１．９のｐＨの異なる６種類の５０ｍＬ水溶液にアロフェン含有火山灰を、それぞれ０．１ｇ添加し、試料溶液中の鉛をアロフェン含有火山灰に吸着させ、アロフェン含有火山灰による鉛吸着のｐＨ調整能力について評価を行なった。
【００２５】
実施手順は、アロフェン含有火山灰を風乾させ、１５０μｍのふるいを通過したものを実験に用いる試料とした。試料溶液の作成は、アロフェン含有火山灰０．１ｇに対して純水約４０ｍＬに０．１ｍｏｌ／Ｌ塩酸（キシダ化学：特級）あるいは０．１ｍｏｌ／Ｌ水酸化ナトリウム（ナカライテスク：特級）を添加して、溶液のｐＨが２．０〜１１．９の６段階となるように調製し、鉛濃度が１ｍｇ／Ｌになるように鉛標準液（ナカライテスク：原子吸光分析用標準液）を添加した後、最終的に溶液が５０ｍＬとなるように純水を加えて調製した。この試料溶液を振とう機（あらかじめ振とう回数を毎分約２００回に、振とう幅を４ｃｍ以上５ｃｍ以下に調整したもの）で２４時間連続振とうさせ、試料溶液を１０分から３０分程度静置し、上澄み液を孔径０．４５μｍのメンブランフィルターでろ過し、ろ液を検液とした。検液中の鉛については原子吸光法（島津ＡＡ−６２００）を用いて測定し、５ｍｇ／Ｌ試料溶液中の鉛減少を測定して、アロフェン含有火山灰への吸着率を算出した。振とう前のｐＨ，アロフェン含有火山灰添加及び振とう後のｐＨ，振とう後の濃度（mg/L）及び吸着率（％）を表１に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１に示すように、ｐＨ２．０〜１１．９に調製した試料溶液にアロフェン含有火山灰を添加すると、ｐＨが中性域に調節されている。振とう前のｐＨが「ｐＨ４．０，６．０，７．９，１０．０」の各試料は、アロフェン含有火山灰を添加し、振とうした後のｐＨが「ｐＨ５．２，５．８，５．８，６．２」と鉛の吸着に最適なｐＨ領域に調節されている。なお、ｐＨ２．０の強酸性条件とｐＨ１１．９の強アルカリ性条件でも僅かではあるが中性側へのｐＨの変化がみられた。アロフェンには鉛の吸着に最適なｐＨ領域はｐＨ６付近であり、アロフェンは鉛の吸着に最適なｐＨ領域へのｐＨ調節能力を有するため、広いｐＨ領域で鉛を効果的に吸着することができる。なお、現実的にはｐＨ２．０といった強酸性の焼却灰は存在しない。
【００２８】
前記したようにｐＨが中性側に調節された結果、振とう後のｐＨが中性付近では吸着率が＞９９．９％であり、振とう後のｐＨが２．５の強酸性では吸着率１６．６％と低い結果となった。一方、振とう後のｐＨが１１．３の強アルカリ性条件下では吸着率が９６．８％と高い結果であった。これはアロフェン含有火山灰の粒子表面が水酸基で覆われ、鉛と錯体を形成したものと考えられる。
【００２９】
次にアロフェンの鉛吸着能力を効果的に発揮させるために、次の実験によってアロフェン含有火山灰の粒径と鉛吸着特性との関係の知見を得た。先ず、風乾させたアロフェン含有火山灰を、粒径＜７５μｍ，７５〜１５０μｍ，１５０〜３００μｍ，３００μｍ＜粒径となるようにふるい分けて試料とした。次に、アロフェン含有火山灰０．１ｇに対して、鉛濃度が０，２，４，６，８，１０ｍｇ／Ｌとなるように鉛標準液を加え、全体的に５０ｍＬとなるように純水を加えて試料溶液を作成した。これらの試料溶液を振とう機で２４時間連続振とうさせ、試料溶液を１０分から３０分程度静置し、上澄み液を孔径０．４５μｍのメンブランフィルターでろ過し、ろ液を検液とした。検液中の鉛については原子吸光法（島津ＡＡ−６２００）を用いて測定し、各試料溶液中の鉛の減少を測定して、粒径の異なるアロフェン含有火山灰への吸着特性を測定した。その結果を表２に示し、表２の結果から計算した粒径毎の飽和吸着量を表３に示す。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
【表３】
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【００３２】
表２，表３に示すように、粒径が小さくなるにつれて吸着量が増加していることがわかる。また、粒径１５０μｍ以下からでは吸着量に変化は見られなかった。これは粒径１５０μｍとすることによって、火山灰から直径３．５〜５．５ｎｍのアロフェン粒子が剥き出しとなる割合が増加するためと思われる。
【００３３】
上記した知見から、本発明は、アロフェン含有火山灰におけるアロフェン粒子の比表面積を広くし、アロフェン粒子と焼却灰中の鉛の接触する機会を増加させることによって、土壌環境基準以下に焼却灰中の鉛を不溶化するものである。そのために、本発明では、アロフェン含有火山灰を粉砕して粒度を調節し、アロフェン含有火山灰からアロフェン粒子を露出させ、粒径１５０μｍ以下、好ましくは７５μｍ以下のアロフェン含有火山灰からなる不溶化剤を提供する。
【００３４】
図１は、本発明にかかる不溶化剤１の製造工程を示す工程説明図である。先ず、試掘等によって予めアロフェンの含有を調査・確認したアロフェン含有火山灰をステップＡで掘削する。アロフェンは、火山灰土壌中にひろく存在する特有の粘土鉱物であり、火山灰由来の土壌が長期間、風化することによって生成した直径３．５〜５．５ｎｍ（０．００３５μｍ〜０．００５５μｍ）の中空球状の粒子からなり、化学的にはシリカとアルミナの比が１〜２の範囲にある水和物である（Al2O3・SiO2・nH2O）。アロフェンは、非常に微細な気孔を多く含み、大きな比表面積を持つため、毛細管現象によって物理的に高い吸着・吸湿能力を有する。このアロフェンを含有する火山灰の組成の一例を表４に示す。火山灰は一般的に園芸用土として広く利用されており、アロフェンを多く含む火山灰は黄色を呈し比較的地下浅層部に分布している。
【００３５】
【表４】
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【００３６】
次にステップＢで掘削したアロフェン含有火山灰を乾燥させ、ステップＣで、乾燥させたアロフェン含有火山灰を粉砕し、篩分けによって粒度調整を行って、アロフェン含有火山灰を１５０μｍ以下、好ましくは７５μｍ以下の粒径とする。アロフェン含有火山灰の粒度調整する手段には限定はなく、その性状に応じて適宜の手段を選択すればよい。例えば、アロフェン含有火山灰を公知の粉砕機等の機械的手段によって粉砕したものを篩分けする。なお、粒径の特定は、ＪＩＳ  Ｚ８８０１に規定されている篩を用い、篩残留分あるいは通過分によって行った。この粒度調整は、アロフェン含有火山灰からアロフェン粒子をより多く剥き出しにして鉛吸着力を向上させるためである。
【００３７】
次に、ステップＤで粒度調整したアロフェン含有火山灰を定性分析して、アロフェン含有の有無を確認する。定性分析の手段としては、示差熱分析法，イオンクロマトグラフ法，ＸＲＤ法，ＸＲＦ法等の公知の手段によって行なう。そして、ステップＥでアロフェン含有が確認されたアロフェン含有火山灰を定量分析して、アロフェンの含有量を確認する。定量分析の手段としては、火山灰可溶のケイ素濃度を測定して次式により、アロフェン含有率を計算する。
アロフェン含有率（％）＝Ｓｉｏ（％）×７．１４
【００３８】
アロフェンが一定量以下だと、アロフェン含有火山灰の添加量を多くしてもアロフェンの絶対量が不足して、土壌環境基準を満たした焼却灰中の鉛の不溶化を実現することが困難となるため、１０重量％以上のアロフェンを含有する火山灰を使用する。火山灰によっては、アロフェンが多量に含まれている火山灰も存在するため、１０重量％より多く含有されている火山灰を使用することは何ら問題なく、アロフェンの鉛吸着能力をより高く発揮することが可能となる。
【００３９】
火山灰中のアロフェン含有量は、火山灰を採取する掘削地や掘削深さによって大きく変化するが、概ね１０重量％〜１６重量％で推移しているようである。よって、アロフェンの含有が確認された火山灰であれば、そのまま使用することが可能であり、アロフェン含有量が多少１０重量％を下回っていたとしても使用することが可能である。
【００４０】
最後にステップＦで、実際に得られたアロフェン含有火山灰の焼却灰中の鉛吸着特性確認試験を行って、ステップＧに示す焼却灰中の鉛の不溶化剤１を得る。
【００４１】
次に前記した本発明にかかる焼却灰中の鉛の不溶化剤１を使用した焼却灰中の鉛の不溶化方法について説明する。図２は不溶化方法の工程説明図である。
【００４２】
先ず、ステップＨで不溶化対象物として、災害廃棄物その他の可燃物を焼却した焼却灰２を準備する。次にステップＩで土壌環境基準に規定する方法で焼却灰２の鉛溶出試験を行い、不溶化する鉛の溶出量を特定する。そして、ステップＪで不溶化剤１を使用した不溶化試験を行って、ステップＫで土壌環境基準を達成することができる不溶化剤１の添加量を決定する。
【００４３】
ステップＫにおける不溶化剤１の添加量は、焼却灰２の鉛溶出量の単位体積当たりの重量を基本とし、焼却灰２のｐＨ等種々の条件を加味して、土壌環境基準（検液につき鉛が０．０１ｍｇ／Ｌ以下）を達成することのできる添加量を決定する。具体例としては、焼却灰２の鉛溶出量が０．１２ｍｇ／Ｌを超えるようであれば、添加量は１０重量％程度添加するとよい。一方、焼却灰２の鉛溶出量が０．１０ｍｇ／Ｌ程度であれば、添加量は１重量％程度で効果がある。添加量の上限はないが、不溶化を実現できる量を超えて添加量を増量することは焼却灰２の量が増加するだけで有り、不溶化の観点からは必要性がない。
【００４４】
なお、従来の不溶化手段として、凝集沈殿処理やキレート剤による不溶化が知られている。凝集沈殿処理を行う場合、鉛を凝集沈殿させる最適なｐＨ（ｐＨ８付近）に調整する必要があり、強酸性あるいは強アルカリ性の条件では多量にｐＨ調整剤が必要となる。また、キレート剤を用いる方法でもやはりｐＨ調整が必要となり、キレート剤が有機化合物であることから長期的な不溶化が実現できず、鉛が再溶出する場合がある。これに対して、アロフェンにはｐＨ調整能力があるため、不溶化剤１の使用に際してｐＨ調整を必要とせず、広いｐＨ範囲での不溶化が可能である。
【００４５】
そして、ステップＬで焼却灰２に不溶化剤１を添加し、ステップＭで焼却灰２と不溶化剤１を混練して、焼却灰２中の鉛と不溶化剤１中のアロフェンを接触させて、鉛を不溶化し、ステップＮで不溶化した焼却灰３を得る。不溶化処理はステップＭの混練後に直ちに実現することができ、混練後直ちに溶出試験を行っても鉛が溶出することはない。焼却灰２中の鉛の不溶化は、不溶化剤１のアロフェン粒子に鉛イオンが吸着することで達成される。また、不溶化剤１は天然鉱物の火山灰であるため、一旦吸着した鉛イオンがアロフェンから離脱することがない。このことは、不溶化した焼却灰３の不溶化の保持時間は社団法人土壌環境センターが定める酸・アルカリ添加１００年試験および５００年試験をクリアしている事からも裏付けられる。
【００４６】
不溶化した焼却灰３は、ステップＯに示すように再利用することができる。例えば、東日本大震災の災害廃棄物の処理としては、災害廃棄物の焼却灰を不溶化した焼却灰３にセメントを加えて固化し、盛土材の代替品として使用するようにしている。
【実施例１】
【００４７】
粒径＜１５０μｍのアロフェン含有火山灰を、焼却灰に対して１０重量％添加し、添加後に混練してから、環境省の定める土壌環境基準に規定する方法で鉛の溶出試験を行った。焼却灰としては、可燃物からなる災害廃棄物を焼却した実際の焼却灰であって、初期の鉛溶出量が０．１２ｍｇ／Ｌの焼却灰を使用した。実施手順としては、焼却灰を風乾した後、２ｍｍの篩に通過させ、均一な試料とし、アロフェン含有火山灰を１０重量％となるように添加し、添加後に混練してから鉛の溶出試験を行った。
【実施例２】
【００４８】
アロフェン含有火山灰の添加率を２０重量％とした以外は、実施例１と同一の条件で鉛の溶出試験を行った。
【００４９】
[比較例１，２]
アロフェン含有火山灰の添加率を２重量％，５重量％とした以外は、実施例１と同一の条件で鉛の溶出試験を行った。
【００５０】
[比較例３〜６]
１５０μｍ＜粒径のアロフェン含有火山灰を使用し、アロフェン含有火山灰の添加率を２重量％，５重量％，１０重量％，２０重量％とした以外は実施例１と同一の条件で鉛の溶出試験を行った。
【００５１】
【表５】
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【００５２】
表５に示すように、火山灰からアロフェン粒子が剥き出しとなる割合が増加する粒径１５０μｍ以下のアロフェン含有火山灰を、溶出量０．１２ｍｇ／Ｌの焼却灰に１０重量%添加した実施例１によれば、土壌環境基準の定める溶出量０．０１ｍｇ／Ｌ以下を実現することができる。同様に２０重量％添加した実施例２においても土壌環境基準を達成している。一方、粒径＜１５０μｍのアロフェン含有火山灰であっても、添加率が５重量％の比較例２では、鉛溶出量が０．０２ｍｇ／Ｌとなって、土壌環境基準を達成することができない。更に、添加率が２重量％の比較例１では、鉛溶出量が０．０５ｍｇ／Ｌと増加している。
【００５３】
また、１５０μｍ＜粒径のアロフェン含有火山灰を使用した比較例３〜６では、２０重量％添加した比較例６でも鉛溶出量は０．０２ｍｇ／Ｌであって、土壌環境基準を達成していない。
【００５４】
実施例１，２及び比較例１〜６に使用したアロフェン含有火山灰には少なくとも１０重量％程度のアロフェンが含有されていたため、初期の鉛溶出量が０．１２ｍｇ／Ｌ程度の焼却灰であれば、粒径＜１５０μｍのアロフェン含有火山灰を１０重量％程度添加すれば、土壌環境基準に定める鉛の不溶化の基準を満たすことができる。このことから、焼却灰に対する鉛の不溶化に関しては、アロフェン含有火山灰を微粉末化することによって吸着力が増し、少ない添加率で不溶化が達成されることが判る。
【実施例３】
【００５５】
粒径＜７５μｍのアロフェン含有火山灰を、焼却灰に対して１重量％添加し、添加後に混練してから、環境省の定める土壌環境基準に規定する方法で鉛の溶出試験を行った。焼却灰としては、可燃物からなる災害廃棄物を焼却した実際の焼却灰であって、初期の鉛溶出量が０．０２ｍｇ／Ｌの焼却灰を使用した。実施手順としては、焼却灰を風乾した後、２ｍｍの篩に通過させ、均一な試料とし、アロフェン含有火山灰を１重量％となるように添加し、添加後に混練してから鉛の溶出試験を行った。
【実施例４】
【００５６】
アロフェン含有火山灰の添加率を３重量％とした以外は、実施例３と同一の条件で鉛の溶出試験を行った。
【実施例５】
【００５７】
アロフェン含有火山灰の添加率を５重量％とした以外は、実施例３と同一の条件で鉛の溶出試験を行った。
【実施例６】
【００５８】
アロフェン含有火山灰の添加率を１０重量％とした以外は、実施例３と同一の条件で鉛の溶出試験を行った。
【００５９】
【表６】
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【００６０】
実際に使用した焼却灰は鉛溶出量が０．０２ｍｇ／Ｌであった。各添加率による鉛の不溶化実験結果を表６に示す。表６からわかるように、アロフェン含有火山灰の添加率をあげればあげるほど鉛溶出量は減少し、添加率１重量％で土壌環境基準が達成された。
実施例１〜６に使用したアロフェン含有火山灰には少なくとも１０重量％程度のアロフェンが含有されていたため、初期の鉛溶出量が０．０２ｍｇ／Ｌ程度の焼却灰であれば、粒径＜７５μｍのアロフェン含有火山灰を１重量％程度添加すれば、土壌環境基準に定める鉛の不溶化の基準を満たすことができる。このことから、焼却灰に対する鉛の不溶化に関しては、アロフェン含有火山灰を微粉末化することによって吸着力が増し、少ない添加率で不溶化が達成されることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上記載した本発明にかかる焼却灰中の鉛の不溶化剤は、アロフェン含有火山灰を粉砕して粒度を調節し、粒径１５０μｍ以下、好ましくは７５μｍ以下のアロフェン含有火山灰からなるため、火山灰の比表面積が増大するとともに、火山灰から直径３．５〜５．５ｎｍのアロフェン粒子が剥き出しとなる割合が増加する。そのため、焼却灰中の鉛イオンにアロフェン粒子が接触する機会が多くなり、吸着量が増加するため、土壌環境基準を満足する不溶化を実現することができる。
【００６２】
また、焼却灰はｐＨ８以上の値を示すものが多いが、アロフェンはｐＨ調整能力を有するため、焼却灰のｐＨが８以上の高い値を示しても、不溶化に適したｐＨ５〜６の中性付近に調節することが可能である。また、アロフェン含有火山灰の表面は水酸基で覆われているため、反応性が高く、鉛イオンと錯形成をする。この錯形成が吸着に相当し、鉛イオンと表面との間に強い化学的結合が形成され、安定した不溶化処理を実現することができる。
【００６３】
そして、焼却灰中の鉛を不溶化するためには、不溶化剤を焼却灰の１重量％以上添加して混練するだけで、混練直後から不溶化を実現することができる。特に、震災瓦礫や津波堆積物等の災害廃棄物の焼却灰中の鉛を再利用或いは最終処分可能となるように不溶化することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１…（焼却灰中の鉛の）不溶化剤
２…焼却灰
３…不溶化した焼却灰
【図１】
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【図２】
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