(57)【要約】【課題】  本発明は、迅速且つ簡便で適格に廃棄物最終処分場が廃止要件を満たすか否かについて判定する診断方法を提供することを目的とする。【解決手段】  都市ごみ焼却主灰を含む廃棄物の最終処分場の安定化判定方法であって、前記最終処分場の廃棄物の保有水または浸出水の蒸発残留物を空気中で熱重量分析し、２００℃以上で４００℃以下の発熱ピークに対応する重量減少量が、４００℃以上５００℃以下の発熱ピークに対応する重量減少量に対して、その比率が０．４以下になることをもって、安定化が完了したこととする判定方法、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】
都市ごみ焼却主灰を含む廃棄物の最終処分場の安定化判定方法であって、前記最終処分場の廃棄物の保有水または浸出水の蒸発残留物を空気中で熱重量分析し、２００℃以上で４００℃以下の発熱ピークに対応する重量減少量が、４００℃以上５００℃以下の発熱ピークに対応する重量減少量に対して、その比率が０．４以下になることをもって、安定化が完了したこととする判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物最終処分場の熱重量分析による安定化の診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、都市ごみ焼却灰は、主にストーカ式焼却炉あるいは流動床式焼却炉において焼却され、焼却炉の焼却残渣（主灰）は焼却灰として一般廃棄物最終処分場または産業廃棄物の管理型最終処分場に、搬入車両から直接ダンピングされ重機などで成形しながら埋立処分される。混合や分級などの特段の前処理がなされることもなく、埋め立てられるのが通常である。管理型最終処分場は、埋立地に遮水工を施すとともに、自然降雨等による埋立地内の保有水を集水する設備を有する。集水された保有水は適切な水質にまで浄化された後に自然環境へ放流される。
【０００３】
最終処分場は早いもので５年、通常１５年〜２０年で満杯となるが、埋立てが終了した時点でその処分場を廃止できるわけではなく、最終処分場を廃止するためには、以下の廃止要件を満たす必要がある。
1 保有水等の水質が２年以上にわたって排水基準を満足すること。
2 埋立地ガスの発生がほとんど認められず、そのガスの発生量の増加が２年以上にわたって認められないこと。
3 埋立て地の内部温度が周辺の地中温度に比して異常な高温となっていないこと。
【０００４】
環境省の作成した非特許文献１には、安定化のモニタリングの指標として、埋め立て廃棄物、浸出液、湧出ガス、内部温度、埋め立て地表層を対象とすること、更に、微生物群の解析、内部保有水の分布、透水係数、物理探査も補足的な指標として、採用できるという記載がある。しかし、上記の複数の指標診断結果に基づいてなされる判定には、膨大な作業量が必要とされる。そこで、より簡便で迅速な診断手法の開発が望まれる。
【０００５】
【非特許文献１】廃棄物最終処分場安定化監視マニュアル  環境庁  １９９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、迅速且つ簡便で適格に廃棄物最終処分場が廃止要件を満たすか否かについて判定する診断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】
【０００７】
都市ごみ焼却主灰を含む廃棄物の最終処分場の安定化判定方法であって、前記最終処分場の集水管等で集められた保有水または浸出水の蒸発残留物を空気中で熱重量分析し、２００℃以上で４００℃以下の発熱ピークに対応する重量減少量が、４００℃以上５００℃以下の発熱ピークに対応する重量減少量に対して、その比率が０．４以下になることをもって、安定化が完了したこととする判定方法、を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る最終処分場の安定化診断方法によれば、廃棄物最終処分場が廃止要件を満たすか否かについて判定すること及び廃止要件を満たす時期を推定することなど、都市ごみ焼却主灰の最終処分場の熱重量分析による安定化判定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
主灰を構成する主要な鉱物は炭酸カルシウム、石英、長石、ゲーレナイトなどであるが、これらのほかに水との接触により水和するカルシウムシリケイトおよびカルシウムアルミネイトなどを含んでいる。最終処分場で埋立てられた主灰は、埋めた後に地中に浸透する降水との反応によりエトリンガイトやフリーデル氏塩などの水和鉱物を生成する。これらの水和物は主灰の粒子間隙を充填しながら成長していくので、主灰は次第に緻密な固化物へと変化していく。この固化物あるいは固化層の発達が進行すると、次第に降水が浸透し難くなっていく。
【００１０】
主灰は都市ごみの焼却によって発生するが、少ないもので３％、多いもので１２％程度の有機物が未燃焼の状態で残っている。これらの有機物は、処分場内の保有水の水質および処分場外に排水される浸出水の汚濁の原因物質となる。
適切な水分および酸素の供給がなされるのであれば、埋立てられた廃棄物中の有機物の分解は好気的な微生物活動により進行するので、埋立後の時間の経過に伴って比較的短期間で発生ガス量が減少するとともに浸出水中の汚濁物質の量も減少していく。
【００１１】
ところが、埋立後に地中で主灰の固化の固化が起こり、大気および降水の供給が阻害されたり不均一となったりすると、微生物活動による有機物の分解は分解速度が極めて遅い嫌気的条件で進行するようになるため、いつまでたっても埋立地からのガスの放出は継続するとともに浸出水中の汚濁物質の量も減少しないことになる。
【００１２】
有機物分解に基づく処分場の安定化は時系列的な次５段階に分けて考えることができる。
１  好気的分解期：酸素が消費され、二酸化炭素が生成し始める、窒素濃度は一定で、一部嫌気的部位での揮発的有機物が生成する。
２  通性嫌気菌が支配的な嫌気性酸発酵期：易生物分解性有機物の加水分解、酸発酵により、酸素がすべて消費されて二酸化炭素の生成が活発であり、揮発性有機酸、水素が発生する。窒素濃度は相対的に低下する。
３  絶対嫌気性菌が支配的なメタン発生発達期：揮発性有機酸は、メタンガスと炭酸ガスに変換される。
【００１３】
４  難分解性有機物が徐々に可溶化・分解されるメタン生成定常期：揮発性有機酸が消費されると、セルロース及びリグニンの分解産物がメタン生成に使われる。メタンの生成により層内のガス圧が上昇する。
５  有機物が少なくなり、大気が拡散進入するメタン発酵終末期：窒素や酸素の濃度が相対的に増加する。
【００１４】
上記の安定化段階のうち、最も長期間に及ぶのは４の段階であり、これを経過すると最終処分場の廃止要件を満たすことになる。
【００１５】
また、４の段階を完全に経過しなくても、これを経過する状況を適切にモニターできれば、廃止要件を満たす時期を判定することができる。
【００１６】
第1乃至３の段階では、水素と揮発性有機物の生成と減少、二酸化炭素等気体の急激な増大と減少が特徴的である。一方、セルロース量の減少する割合がすくない。４の段階では、メタン、二酸化炭素濃度が定常的であり、有機酸が少量で、セルロースの量が比較的大きな減少をすることが特徴的である。
【００１７】
そこで、次検討により、４の段階の状況を把握する指標として前記最終処分場の集水管等で集められた保有水または浸出水の蒸発残留物の熱重量分析による判定が適切であることが判明した。
【００１８】
廃棄物処分場から、廃棄物由来の浸出水を採取し、これを蒸発乾固させ、サンプルを得る。最終処分場からは、底部に設けられた集水溝、集水管を通って廃棄物由来の保有水、浸出水が集まる仕組みが設けられていることが多いので、集水管等で集められた水は、代表性の良い試料となり、これを用いて熱重量分析をすることが好ましい。
熱重量分析機は、株式会社リガク製Ｔｈｅｒｍｏ  ｐｌｕｓ  ＴＧ８２１０を使用し、約１０ｍｇの試料を白金パンに秤量し、大気雰囲気中で、室温から１０００℃まで昇温速度１０℃／ｍｉｎで重量変化（以下ＴＧ）測定とＤＴＡ測定を行った。標準試料には、αアルミナを用いた。昇温速度１０℃／ｍｉｎであり、室温から昇温開始するが、温度更正の結果、１０分後には、１００℃、２０分後には、２００℃、以後順次１０分経過後の温度更正を続け、１００分後に１０００℃となるように調整した。
【００１９】
図１に、安定化の進んでいない初年度目の処分場から採取した試料、図２に、安定化の進行した１０年目の処分場から採取したサンプルのＴＧ−ＤＴＡ曲線を示す。
【００２０】
図１の初年度の処分場の浸出水からの蒸発乾固物（Ａ）のＤＴＡ曲線には、２６０℃、３６０℃、４５０℃にブロードな発熱ピークが認められる。他の吸熱ピークは、生成した水和鉱物の脱水、複合塩化物の融解によるものと思われる。
【００２１】
他方安定化の進行した処分場の浸漬液からの蒸発乾固物（Ｂ）のＤＴＡ曲線には、２６０℃から３９０℃に亘って発熱するピークと４５０℃を中心とする発熱ピークが認められ、前記（Ａ）の発熱ピークと温度範囲が略一致する。これらは、処分場の浸漬液に溶け込んだ有機物由来のピークに対応する。
【００２２】
各ピークの特定のために、試薬のフミン酸、天然の腐植土壌から抽出した腐植物のＴＧ−ＤＴＡ曲線を、図３、図４に示す。共に２００℃から６００℃に亘る２段階の発熱ピークが求められ、各ステップの中間は４００℃程度であり、各ピークは、３６０℃、４７０〜４９０℃程度である。腐植の進行に伴い、前段のピークが小さくなり、後段のピークが大となる傾向がうかがえる。
【００２３】
そこで、図１、図２の発熱ピークを再度検討すると、２００℃から４００℃までの第１段階のピークが初期の処分場の有機物の発熱によるもの、４００℃を越える発熱ピークが前記有機物の経年分解による変性した有機物と考えることができる。
【００２４】
初期の処分場の有機物に帰属させた第１段階のピークに対応する試料重量に対応する重量減少量をその含有率とする。また、より高温の第２段階のピークに対応する重量減少量の割合を経年分解による変性した有機物の含有率とすることができる。
【００２５】
図１によって説明すると、初年度の処分場の浸出水からの蒸発乾固物（Ａ）の初期の処分場に多い有機物に帰属させた第１段階のピークの燃焼による重量減は、ＤＴＡ曲線がそのベースラインから急激に立ち上がる発熱温度２００℃から４００℃に亘るピークに対応する重量減と特定されるので、その減少量は、縦軸の目盛で９となり、より高温の第２段階のピークに対応する重量減は、４００℃から５００℃と特定されるので、縦軸目盛で１．５の重量減少量となる。従って、試料（Ａ）中の第１ピークに対応する燃焼による重量減少量の第２ピークに対応する燃焼による重量減少量に対する比率は６となる。
【００２６】
一方、図２に示すように、安定化の進行した処分場の浸漬液からの蒸発乾固物（Ｂ）の第１ステップの燃焼による重量減は、ＤＴＡ曲線がそのベースラインから離れる発熱温度２５０℃から４００℃の重量減と特定されるので、その重量減少量は、縦軸の目盛で８となり、第２ステップの燃焼による重量減は、同じように４００℃から５００℃と特定されるので、その重量減少量は、縦軸目盛で１６となる。従って、試料（Ｂ）中の第１ピークに対応する燃焼による重量減少量の第２ピークに対応する燃焼による重量減少量に対する比率は０．５となる。
【００２７】
更に、いくつかの経年変化のある処分場から採取した試料の第１ピークに対応する燃焼による重量減少量の第２ピークに対応する燃焼による重量減少量に対する比率及び、廃棄物最終処分場の廃止要件１から３の関係は、表１に示すとおりである。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
従って、第１ピークに対応する燃焼による重量減少量の第２ピークに対応する燃焼による重量減少量に対する比率が、０．４以下となるとき、廃棄物処分場が安定したと判定し、廃止要件が満たされることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明に係る判定方法により、より簡便、迅速に廃棄物最終処分場の安定化の進行状況の目安を得ることができ、廃止要件を満たしたかの判定が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】初年度の処分場の浸出水からの蒸発乾固物（Ａ）のＴＧ−ＤＴＡ曲線を示す図。
【図２】安定化の進行した処分場の浸出水からの蒸発乾固物（Ｂ）のＴＧ−ＤＴＡ曲線を示す図。
【図３】フミン酸のＴＧ−ＤＴＡ曲線を示す図。
【図４】天然の腐植土壌から抽出した腐植物のＴＧ−ＤＴＡ曲線を示す図。
【符号の説明】
【００３２】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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