(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料の生成過程あるいは燃焼過程においてアルカリ性の薬剤の添加がなされ、高アルカリ性を呈する、ごみ固化燃料、木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料の焼却灰に含まれる鉛の不溶化方法を提供する。【解決手段】鉄塩類のうち、塩化第一鉄、塩化第二鉄及び硫酸第一鉄、硫酸第二鉄から１種あるいは２種以上選定し、０．２％〜０．００１％の添加量で混合することで、土壌環境基準を満足することが可能な処理技術である。高アルカリ性のセメント等のバインダー材を併用することで、道路の路盤や盛土材に再生利用することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄塩類のうち、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄及び硫酸第二鉄から、１種あるいは２種以上選択し、０．２％から０．００１％の範囲の添加量で、ごみ固化燃料の焼却灰を再生利用する方法。
【請求項２】
鉄塩類のうち、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄及び硫酸第二鉄から、１種あるいは２種以上選択し、０．２％から０．００１％の範囲の添加量で、木質バイオマス燃料の焼却灰を再生利用する方法。
【請求項３】
鉄塩類のうち、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄及び硫酸第二鉄から、１種あるいは２種以上選択し、０．２％から０．００１％の範囲の添加量で、汚泥固化燃料の焼却灰を再生利用する方法。
【請求項４】
鉄塩類のうち、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄及び硫酸第二鉄から１種あるいは２種以上選択し、０．２％から０．００１％の範囲の添加量で、一般廃棄物を再生利用する方法。
【請求項５】
鉄塩類のうち、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄及び硫酸第二鉄から、１種あるいは２種以上選択し、０．２％から０．００１％の範囲の添加量で、産業廃棄物を再生利用する方法。
【請求項６】
鉄塩類のうち、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第一鉄及び硫酸第二鉄から、１種あるいは２種以上選択し、０．２％から０．００１％の範囲の添加量で、汚染土壌を再生利用する方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【００１】  本発明は、ごみ固化燃料や木質バイオマス燃料、汚泥固化燃料等の焼却灰、及び廃棄物や汚染土壌に対して、鉄塩類を０．２％以下の添加量で、重金属類の不溶化処理をし、路盤材等に再生利用する技術分野に関するものである。
【背景技術】
【００２】  ごみ固化燃料や木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料の利用については、廃棄物処分にあたっての減量化をはかる必要があることと（廃棄物処分場に余裕が少なくなってきたこと）、工業用のボイラー等に使用されている重油の高騰問題及び、腐敗・分解による昇温効果の高いメタンガス発生の抑制対策効果と、化石燃料からの二酸化炭素発生を減少させる目的（地球温暖化防止の目的、いわゆるカーボンニュートラル政策として）によって、国及び各自治体（廃棄物処理関係）あるいは各産業業界（電機、鉄鋼、製紙、石油、自動車、清涼飲料、食品、ガス、林業等の各企業）で盛んに取り組まれてきている状況にある。【００３】これらを燃焼した焼却灰は、鉛等の重金属を数千ｍｇ／ｋｇ単位で含有していることから、土壌環境基準（例えば、鉛の溶出基準：０．０１ｍｇ／Ｌ、土壌汚染に係る環境基準値）を超えるものとなっており、廃棄物として最終処分場に埋立処分されてきたものである。【００４】最終処分場における処分区分からみれば、鉛の溶出量が０．３ｍｇ／Ｌ以下のものは、一般の産業廃棄物として最終処分場で処理できるが、ごみ固化燃料や木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料等の焼却灰では、［０４１］記載の表．１及び［０４２］記載の表．２に示したように、この基準を上まわるものが含まれるため、特別管理型廃棄物として遮断型の処分場に埋立処分されているのが現状であり、汚染土壌を含めて、処理費用（埋立処分に係る経費等）が嵩むものとなっていた。【００５】又、ごみ固化燃料や木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料等の新たな利用による焼却灰の増加によって、今後、国内の限られた最終処分場においてはいずれの施設も埋立余量が減少し、近い将来には埋立処分場の確保が困難な自治体が発生するものと懸念され、これらの処分対象となっているものを再生利用する技術の開発が急務となっている。【００６】ごみ固化燃料や木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料等には、鉛をはじめとする重金属を含有するが、重金属の不溶化をはかる技術としては、一般にはセメント、石膏あるいはアスファルト・樹脂等による封じ込め効果による不溶化や、分級、洗浄、及び薬剤処理、あるいは生物処理、高温処理、溶融処理等が開発されている。このうち、コストが比較的安価な対策として薬剤処理を主体としたものが多く実施されている状況にある。【００７】本特許では、重金属を含有する焼却灰や廃棄物あるいは土壌の薬剤処理に関する技術分野であるが、このような薬剤処理に関する従来の技術としては、ｐＨの変化に係らず不溶化効果に優れた薬剤として、化学合成された有機系化合物のキレート剤による処理が多く実施されているのが現状である。キレート剤の実際の処理にあたっては、キレート剤単独、あるいは、無機系の化合物との複数の組み合わせによる処理方法がいくつか示されているが、これらの技術については、以下の特許文献１記載〜特許文献６記載に示したようである。
【特許文献１】      特開平９−５７２３４号公報
【特許文献２】      特開２００２−１９４３２８号公報
【特許文献３】      特開２００６−６８６号公報
【特許文献４】      特開２００６−１３６８０５号公報
【特許文献５】      特開２００６−３１６１８３号公報
【特許文献６】      特開２００７−２１６０７８号公報
【００８】［００７］記載のキレート剤を使用した処理方法については、一般にキレート剤は高価であり処理コストが嵩むこと、及び、キレート剤そのものは、人工的に合成された化学物質で、自然界に元々存在しないものであることから、生分解性の観点からみても安易に多用することは、問題を招く可能性がある薬物として指摘されている面が一方ではあった。【００９】このような背景から、無機化合物を使用した薬剤による処理技術も多く提案されており、特に、これまでの焼却灰等に含有する重金属類の不溶化技術については、鉄塩類を使用して溶出し難い化合物とする技術、吸着効果や固化剤を併用した封じ込め技術が示されている。以下の［０１０］記載から［０２９］記載には従来の技術として、特許文献７から特許文献２２と、非特許文献１から非特許文献２とを示した。これらの技術であきらかなように、無機系の薬剤として最も多いものは、鉄塩類である。鉄塩類の添加量（焼却灰、廃棄物あるいは汚染土壌に対する添加量）の記載からみれば、これらの資料中、最も添加量の少ない技術は、［０２１］記載の０．２％以上の鉄（Ｆｅ、鉄のみの換算）とされており、塩化第一鉄で換算すると０．２３％以上となり、塩化第二鉄については、同様に０．２９％以上の各添加量で使用するものとなっている。ここに、本発明は、この最も少ない鉄塩類の添加量をさらに減少した状態で処理可能であることを特徴とするとともに、無害化処理した結果、道路等の盛土材に再生利用することを示した処理技術でもあることを大きな特徴とするものである。このように、従来の塩化鉄類の添加量を大幅に低減して無害化処理可能になった大な要因としては、処理対象となっているごみ固化燃料は、固化・成形過程で水酸化カルシウムを混合していること、木質バイオマス燃料あるいは汚泥固化燃料の焼却灰等は、燃焼過程でいずれも水酸化カルシウムやアンモニア等の高アルカリ性の噴霧等で、いずれも高アルカリ性の焼却灰に変化していることにあった。従って、このような高アルカリ性の焼却灰に対しては、酸性の鉄塩類を少量添加することによって凝集効果（凝集反応）が効果的に進行し、このために不溶化効果が著しく発揮されることを見出したことによるものである。以下に、鉄塩類を含む無機系の化合物を使用した、焼却灰や廃棄物及び土壌についての既往の各処理技術を示したものである。【０１０】焼却灰に塩化第一鉄（ＦｅＣＬ２）の１５％水溶液を５０％添加して、５０〜９５℃に加熱して処理する方法（フェライト処理法と呼称される）で、鉛の含有量：６，６００ｍｇ／ｋｇの灰が０．０５ｍｇ／Ｌに改善する効果があり、又、焼却灰のｐＨ調整を行い、ｐＨ７．０〜１１．５で効果的であることが示されている。
【特許文献７】      特開平６−１３４４３６号公報
【０１１】都市ごみ焼却灰や排水処理工場からの重金属類を含有する有害産業廃棄物に対し、塩化第一鉄液、塩化第二鉄液（ＦｅＣｌ３）に硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ４）を混合したもので処理する技術であり、鉛溶出量１２０ｍｇ／Ｌが、混合液３０ｍＬ／１００ｇ灰の添加で０．２２ｍｇ／Ｌに改善され、４０ｍＬ／１００ｇ灰の添加で、０．１ｍｇ／Ｌ以下に改善されたことが示されている。なお、特許文献８のいずれの請求項にも、塩化鉄の添加量についての記載は示されていない。
【特許文献８】      特開平８−９９０７５号公報
【０１２】塩化第一鉄液に硫酸第一鉄を混合して、重金属類の不溶化をはかる技術で、鉛溶出７．５ｍｇ／Ｌが２０％の添加で０．０５ｍｇ／Ｌ以下に改善されたことが示されている。又、［特許文献９］の請求項３では、これらの鉄塩を添加する濃度について、Ｆｅ換算で１％〜９０％（廃棄物に対する重量比）を添加することで示されているが、この鉄塩の濃度換算では、塩化第一鉄（鉄の分子量比：５６／１２８）の濃度が約２．３％〜２０７％（廃棄物に対する重量比）となる。
【特許文献９】      特開２００４−２０９３７２
【０１３】塩化第二鉄水溶液とポリ硫酸第二鉄からなる鉄化合物を１０％と、ｐＨ調整剤として消石灰１０％添加で、焼却灰の鉛の溶出量：３８ｍｇ／Ｌを０．０５ｍｇ／Ｌに改善された方法が示されている。
【特許文献１０】      特開２００５−２８８３７８号公報
【０１４】塩化第二鉄を少量含む塩化第一鉄との混合水溶液を添加量７．５〜１０％で、焼却灰の鉛の溶出量を２５ｍｇ／Ｌから０．０５ｍｇ／Ｌ以下に改善でき、このときの塩化第二鉄水溶液と塩化第一鉄との混合割合が０．２〜１．０％（塩化第二鉄水溶液１．５〜１０％濃度）であったことが示されている。
【特許文献１１】      特開２００６−１５０３３９号公報
【０１５】珪酸ソーダ（水ガラス）と炭酸ナトリウムを混和した重金属類の不溶化技術については、珪酸ソーダ５〜１０％、炭酸ナトリウム１０〜２０％添加で、鉛の溶出４．１ｍｇ／Ｌが０．１９ｍｇ／Ｌに改善できたことが示されている。
【特許文献１２】      特開平９−１８７７５０号公報
【０１６】硫酸ナトリウム（Ｎａ２Ｓ）と硫酸鉄（ＦｅＳＯ４）を混合して合成硫化鉄鉱物として不溶化する技術であり、これらを０．５％混合して鉛の溶出０．０９ｍｇ／Ｌから０．０１ｍｇ／Ｌ以下に改善されたことが示されている。
【特許文献１３】      特開２００１−１２１１３０号公報
【０１７】硫酸アルミニウム粉末や硫酸第一鉄粉末からなる酸性物質を１０％添加し、ｐＨ１２．４から７．７８にアルカリ度を低下させ、鉛の溶出を抑制する技術で、加熱成形して樹脂で固化させて、鉛の溶出０．２４７ｍｇ／Ｌから０．００１ｍｇ／Ｌに改善されたことが示されている。
【特許文献１４】      特開２００１−４６９９８号公報
【００１８】酸化鉄粉と水酸化鉄、石膏との組み合わせで固化する技術で、７０％以上の添加で泥土状のものに対して重金属類の不溶化に効果的あることが示されている。
【特許文献１５】      特開２００６−２０５１５２号公報
【０１９】リン酸マグネシウムアンモニウム化合物を加熱して吸着効果を高めて、重金属類を吸着して不溶化する技術である。
【特許文献１６】      特開２００５−２３０６５７号公報
【０２０】焼却灰に含有する重金属類の不溶化処理として、焼却灰の燃焼ガスからＳＯｘを除去するため消石灰水の噴霧がなされており、この結果焼却灰本来のｐＨ５．８〜７．０程度であったものが、ｐＨ１２と高アルカリ性となって鉛が溶出し易くなっている問題があった。このような高アルカリ性の焼却灰の鉛の溶出抑制のためには、アルカリ度を低下させることが効果的と考えられて、硫酸溶液を添加し、この結果、ｐＨ１０±０．５程度に調整されて、鉛の溶出が抑制された技術が示されている。
【特許文献１７】      特開２０００−２８８５０５号公報
【０２１】焼却飛灰の重金属溶出防止方法として、１５〜３０％のセメントを加えて硫酸第一鉄を１１〜１５％加え、１５〜２０％加水して、鉛溶出量１．４〜２．８ｍｇ／Ｌが０．０１ｍｇ／Ｌ以下に改善されたことが示されている。この特許文献１８の請求項１では、塩鉄（塩化第二鉄を含む）を鉄換算で０．１％以上添加することを記載している。このことは、塩化第一鉄（鉄の分子量比：５６／１２８）液の濃度に換算すると０．２３％、塩化第二鉄（鉄の分子量比：５６／１６２）液の濃度に換算すると、０．２９％になる。
【特許文献１８】      特開２００２−８６１００号公報
【０２２】焼却灰、汚泥、低質、石粉、再生粉等に５〜３０％のセメントを添加し、攪拌造粒機を使用して攪拌し、これを養生、固化させて有害物質を封じ込める技術が示されている。
【特許文献１９】      特開２００４−８９４５号公報
【０２３】焼却飛灰の重金属溶出低減方法について、硫酸第一鉄と酸化物質（過酸化水素あるいは次亜塩素酸ナトリウム）を併用する技術で、硫酸第一鉄を５％添加して、鉛の溶出５４．２ｍｇ／Ｌを０．０１ｍｇ／Ｌ以下に改善していることを示し、特にセメントを１０％混合した状態で効果があることが示されている。又、塩酸第一鉄、硝酸第一鉄も同様な処理をすることで請求項に示されている。
【特許文献２０】      特開平１０−１１３６３７号公報
【０２４】土壌固化剤において、固化を促進させるために、酸化マグネシウムと塩化第二鉄水溶液を使用するが、塩化第二鉄水溶液は凝集効果が顕著なために、酸化マグネシウムが固化する問題を、吸着材に塩化第二鉄水溶液をあらかじめ吸着させて両剤が一度に混合できることを特徴とした技術である。塩化第二鉄水溶液による機器の腐食を抑制する効果があるが、このような土壌の固化による重金属類の不溶化問題には言及していない。
【特許文献２１】      特開２００２−１６７５８２号公報
【０２５】土壌等の重金属類の不溶化のために、酸化マグネシウムと酸性の固化助剤として硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸第一鉄、塩化第二鉄等を１０％以上加えて中性化をはかる技術が示されている。
【特許文献２２】      特開２００２−２０６０９０号公報
【０２６】石炭灰を主とする焼却灰は、これまでは。セメント原料に限定されてきたが、硫酸による洗浄と洗浄液の遠心分離機で有害物を除去して、再生資源化する技術が紹介されている。
【非特許文献１】      河北新報新聞（平成２０年２月１６日、朝刊）記載の「石炭灰無害化に成功」
【０２７】  汚染土壌の浄化方法については、分級と洗浄によって汚染物質を離脱させ、これらの汚染物質を分離槽で振動、気泡等で分離する技術が示されている。
【特許文献２３】      特開２００２−２５４０６３号公報
【０２８】汚染土壌を対象として、酸化マグネシウム粉末を使用し、固化・不溶化を行う技術が示されている。
【特許文献２４】      特開２００３−３３４５２６号公報
【０２９】  ヒ素で汚染された土壌に塩化第二鉄液を使用して、不溶化処理を実施した事例が示されている。
【非特許文献２】      ホームページ（低濃度ヒ素汚染土の高速不溶化処理、鴻池組土木部公報）
【発明が解決しようとする課題】
【０３０】  ごみ固化燃料や木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料は、亜炭の燃焼するカロリーにほぼ匹敵するエネルギー源であることから、近年の原油等の高騰問題と、化石燃料からの二酸化炭素排出抑制問題（京都議定書等に基づく二酸化炭素削減計画の実行問題）があり、今後このような背景から、新たな熱エネルギーとして利用の増大がはかられる傾向にある。しかしながら、これらの新しく製造された燃料の焼却利用が拡大する結果、大量の焼却灰が排出されることにもなり、その処理は最終処分場に埋立処分されることから、最終処分場の余量に大きな影響を与えかねず、これらを無害化して有効利用する（リサイクルする）技術開発が望まれている状況にある。
【０３１】特に、ごみ固化燃料については、これまで未焼却で処分されてきたものの利用拡大が施策として進められており、焼却灰の発生が増大することになる。又、木質バイオマスも、建設廃材等の利用に加え（現在、利用が拡大して建設廃材の確保が困難な状況になっていることから）、製材所から排出される未利用部（製材工程で製材が６〜７割、未利用部３〜４割程度発生する）も、利用され始め、さらに間伐材や製材所や製紙工場から排出される総ての有機物の有効利用の推進がはかられ、同様に焼却灰が今後増大することになる。
【０３２】汚泥固化燃料は、下水やし尿を処理する下水処理施設及び食品工場から排出される汚泥を利用したものであるが、その製造工程は、乾燥あるいは蒸し焼きにし、粒状あるいはペレット状に成形したものからなり、このうち、蒸し焼きにして炭化したもの（８５０℃の蒸し焼き、酸素の無い状態ではダイオキシン類の生成問題があり、これらの分解；８００℃を考慮した温度設定）では、通気性・保水性・透水性に優れ、ミネラルや燐酸を含有することから、園芸等の土壌改良材としての利用や融雪材等に使用されるものであるが、燃料としても石炭の二分の一から三分の一程度の熱量を有していることから、固形燃料として焼却されるものも多く見込まれるものとなっている。このために、今後、汚泥固化燃料の焼却灰の発生が多くなるものと考えられ、その処理対策として、最終処分場での埋立処分ではなく有効利用（リサイクル）技術の開発が必要となっている。
【０３３】このようなごみ固化燃料や木質灰バイオマス燃料及び汚泥固化燃料等の焼却では、毒性の強いダイオキシン類の発生問題があるが、燃焼にあたってのダイオキシン類の発生を防止するため、［０３２］記載同様に、その分解を促す効果的な技術として８５０℃程度（ダイオキシン類は８００℃以上で分解するため）の高温で焼却する技術で対応しているところであり、このような高温下での燃焼により、焼却灰に本来は含有する重金属類のうち水銀（Ｈｇ）も、沸点（水銀の沸点：３５６．７３℃）より高温の焼却であることから気化が促進され、焼却灰には水銀も殆ど含有せず、溶出基準からみれば問題とはならないものとなっているのも特徴である。
【０３４】又、これらの焼却灰の特性としては、これらを燃焼する焼却施設は大規模のものが多いが、このような焼却施設では、燃焼過程における排気ガスからのＳＯｘ（硫化物）及びＮＯｘ（硝酸化物）の排出抑制（化合物を形成して、固化・沈殿により除去される）のために、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）とアンモニア水（ＮＨ４ＯＨ）の噴霧を実施する技術が導入されている。この結果、焼却灰は、本来は弱酸性（ｐＨ５．８〜７．０程度）を呈するものであるが、これらの高アルカリ性の薬剤の添加によって、生成した焼却灰（特に焼却飛灰）では、ｐＨ１１以上の高アルカリ性を呈していることが大きな特徴として挙げられる。
【０３５】［０１０］記載の特許文献７及び［０２０］記載の特許文献１７等の技術で、鉄塩類（ここでは塩化第一鉄）を使用して鉛等の重金属を不溶化するために、焼却灰に消石灰（水酸化カルシウム）を添加してアルカリ性に調整した後に、酸性の塩化鉄を混合して反応を促進させる技術を示している。しかしながら、本特許技術の目的であるごみ固化燃料、木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料等の焼却灰のいずれについても、今日では、燃焼過程において［０３４］記載で示すようにアルカリ性の薬剤の噴霧等によって、ｐＨ１１以上の高アルカリ性を呈することが大きな特徴であり、鉄塩類を添加するにあたっては、あらためてｐＨ調整（焼却灰をアルカリ性にするための調整）の必要性は無いものとなっている。
【０３６】このうち、最も高アルカリ性を呈するものはごみ固化燃料の焼却灰であるが、この要因として、ごみ固化固化燃料の生成にあたり、固化してペレットに加工する過程で、脱水と腐敗及び悪臭発生対策のために、５％程度の消石灰（水酸化カルシウム、焼くと水分子が半分除去される）を焼いたもの、あるいは生石灰（酸化カルシウム、水分と激しく反応して水酸化カルシウムを形成する）を混合しているのが特徴であるが、これらの混合によって、含まれる水分の除去と昇熱して乾燥を促す効果や殺菌・腐敗防止・消臭効果を目的としたものである。この結果、ごみ固化燃料の燃焼灰は、燃焼前に比べ重量が約１０分の１に低下するが、水酸化カルシウムが不燃物として多く残留することから、［０４１］記載に示すように、ｐＨ１２以上の高アルカリ性を呈する要因となっていることが特徴となっている。
【０３７】又、このような焼却灰は、［０４１］記載の分析結果に示したように、重金属類のうち最も多く含有する鉛（Ｐｂ）の溶出が問題となっていることがわかる。鉛の溶出特性からみれば、高アルカリ性領域（ｐＨ１１以上）と酸性域（ｐＨ６以下）で溶出し易く、中性域では溶出し難い特性があることが知られている。
【０３８】このように鉛の溶出特性から、ごみ固化燃料、木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料等のいずれの焼却灰も、ｐＨ１１以上の高アルカリ性を呈すことから、これらの焼却灰の再生利用にあたっては、鉛の不溶化対策が大きな問題となっていることがわかる。
【０３９】請求項４、請求項５記載の一般廃棄物と産業廃棄物についても、家庭ごみや食品屑等の有機物を含むものについては、焼却場で処理されたものが多くを占めており、［０３４］記載同様の燃焼過程により、焼却されたものは高アルカリ性を呈するものとなっている。現状、これらの廃棄物の最終処分場の余量が各自治体で減少し、新たな処分場の建設も困難となっていることから、これらを再生利用する技術の開発が必要になってくるものと考えられる。
【０４０】このような再生技術の必要性は、汚染土壌の処理についても同様であり、同じく再生利用が求められている現状にあり、請求項６記載に示す技術が必要であり、無害化して盛土や路盤材に利用することが望ましいと考える。
【０４１】表．１には、収集した家庭ごみから作成したごみ固化燃料を、ボイラーの過熱用に使用した焼却灰（ここでは焼却飛灰の例）の分析結果を示した。同表から、鉛が大量に含有し、又、ｐＨ１２．６の高アルカリ性を呈しており、溶出試験結果（分析の方法：平成３年環境省告示４６号による、以下同様）では、鉛が７．５ｍｇ／Ｌと環境基準を大きく上まわり、廃棄物の受入れ基準からみても、０．３ｍｇ／Ｌ以上であることから、特別管理型廃棄物の対象となる。特別管理型廃棄物の最終処分は、遮断型の最終処分場への埋立処分が義務付けられ、このような処分方法では、処分コストがより嵩むことと、受入れる処分場の余量の急激な減少が大きな問題となっており、これらを再生利用する技術開発が必要となっている。
【表１】
2009226385.tif 000002
【０４２】表．２には、木質バイオマス燃料の焼却灰（ここでは焼却飛灰による）の分析結果を示した。ここでの木質バイオマスの原料は、主に建築廃材を主とし、これらをチップ化し、大型の製紙工場のボイラー加熱用として燃焼させたものである。同表でも、鉛の含有量が多く、ｐＨ１２．１の高アルカリ性を示している。なお、表．２では鉛の溶出試験結果では［０４１］記載の表．１に比して小さい値（０．５２ｍｇ／Ｌ）となっているが、この原因は、排出された焼却灰の最終処分あるいは中間処分の受入れ基準（鉛の溶出基準で０．３ｍｇ／Ｌ以下）の問題から、通常の産業廃棄物として処分あるいは、再生利用するための中間処分場への受入れ基準をクリアーすることを目的として、鉛の溶出抑制のために焼却灰にキレート剤を既に添加していることによるものである。
【表２】
2009226385.tif 000003
【０４３】表．３には、表．１に示したごみ固化燃料の焼却灰を再生利用することを目的として、セメント固化による鉛の封じ込め効果を試験（試験試料１ｋｇによる容器試験、溶出試験実施は７日間養生にいる）したものである。この試験結果からあきらかなように、セメント自体が強アルカリ性（ｐＨ１３程度）の水酸化カルシウムを主体としていることから、セメントの混合量の増加によってより高アルカリ性となって鉛が溶出し易くなっていることが示されている。従って、セメント固化による封じ込め方法は、セメント量を増加しても鉛の不溶化効果が発揮されず、セメント単独（固化させるためのセメント混合量１０％以上）では不溶化処理が困難であることがわかる。
【表３】
2009226385.tif 000004
【０４４】［請求項６］記載の汚染土壌の浄化処理の試験資料例を表．４に示した（試験試料３ｋｇの容器試験）。同表では、低濃度の鉛を含有する土壌にセメントを混合して、これを封じ込める不溶化処理工事を実施するための室内試験として実施されたものである。同表から、少量のセメントの混合でも鉛の不溶化効果がみられ、１．５％と２．５％混合によって環境基準を満足するが、３．５％混合のケースでは、逆に、鉛の溶出抑制効果が発揮されないことも示され、その原因がセメントの増量による高アルカリ性を呈することがわかる。このことから、セメントによる鉛の不溶化処理方法の実施にあたっては、高アルカリ性のセメントの増量によって、むしろ、逆効果となることと、セメントによる封じ込め処理方法を実施するためには、［０４３］記載同様、他の不溶化効果のある薬剤との併用が必要となる。
【表４】
2009226385.tif 000005
【課題を解決するための手段】
【０４５】  ごみ固化燃料、木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料の焼却灰の再生利用にあたっては、鉛の溶出抑制を実施して、土壌環境基準（鉛の溶出量０．０１ｍｇ／Ｌ以下）を満足する必要があるが、いずれもｐＨ１１程度の高アルカリ性となっていることから、重金属のうち、特に鉛の不溶化対策が最も重要な課題となっている。又、既に最終処分場に処分された廃棄物や汚染土壌についても、鉛を含む重金属類の不溶化がはかられれば再生材としての利用が可能となる。
【０４６】本発明では、このような焼却灰はいずれも高アルカリ性を呈することから、酸性の鉄塩類から、塩化第一鉄、塩化第二鉄及び硫酸第一鉄、硫酸第二鉄から１種あるいは２種以上選定し、これを０．２％以下の添加量で、焼却灰の利用で最も問題となっている鉛の不溶化がはかられ、土壌環境基準を満足する技術であることを特徴としている。
【０４７】これらの鉄塩類のうち、塩化第二鉄等の強酸性の薬剤は、製造工場から搬送された状態では濃度３７％（塩化第一鉄液は３１％）であり、この原液での利用目的は、本来は電子部品のエッチング用あるいは、最近ではシュレッダーごみから金属を溶出する薬剤として使用されているものであり、ステンレス鋼も腐食させる金属類の腐食効果が著しい薬剤である。このよう強酸性の薬剤を中間処理施設あるいは移動処理施設等で実際に使用する場合には、使用する機材やプラントに腐食被害が大きな障害となるが、本特許で示すこれらの強酸性の薬剤の添加量が０．２％以下であることから、予め加水分で希釈して使用することで、その腐食障害からの影響を最小限にすることも可能になった。即ち、処理対象の焼却灰等は既に述べたようにｐＨ１１以上の高アルカリ性であり、これに０．２％以下の強酸性の薬剤を添加しても、混合して瞬く間に高アルカリ性（ｐＨが０．５程度以内低下する）を有することから、使用する機材等の腐食の問題は最小減（添加した瞬間に容器の底面や側面に接触、あるいは跳ねた薬剤が付着すること等）であり、むしろ、焼却灰を混合するときの攪拌によって機械的な磨耗や欠損等が問題となることも確認された。このことから、強酸性の塩化第二鉄液の安全な使用方法も可能となり、これまでの使用上のためらいが払拭された技術と言える。
【０４８】なお、鉄塩類のうち、硫酸第一鉄は中性であり鉄のサプリメントに使用される食品添加物である。しかしながら、硫酸第二鉄及び塩化第二鉄は、強酸性の薬剤であり、このうち塩化第二鉄については、国内の総生産量が３５万ｔ程度であったが、最近では生産量が少なくなっている薬剤である。このことは産業界の構造の変化によるものであり、塩化第二鉄液の最も多い需要分野は、電子機器のブラウン管の製作工程であったが、ブラウン管の利用が消失したことから、減産されている状況にある。又、国内で最も生産量が多かった薬品メーカー（年間２０万ｔ生産）では、平成１６年に生産工場からの漏洩事故と平成１８年の高速道路における追突事故での流出事故によって、大きな環境問題になったことを契機として、生産停止している薬剤でもある。
【０４９】このような経緯を踏まえると、塩化第二鉄等の強酸性の薬剤を使用した処理方法については、この薬剤の貯留施設や添加施設等の安全性の確保が必要となるが、搬送された薬剤（塩化第二鉄液の場合：３７％濃度）を貯留する場合には、受入れ容器に１０％濃度に希釈して保管し、添加する工程で加水して０．２％以下の溶液とすることで、保管及び利用上の安全性が確保できるものとなっている。
【０５０】ごみ固化燃料、木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料等の処理対象となる焼却灰は、いずれもｐＨ１１以上の高アルカリ性を呈しているが、これに高アルカリ性のセメントを１０〜１５％程度混合した場合にでも性状が同様であることから（ｐＨが０．５前後高くなる）、セメント固化との併用も可能である。セメントの混合にあたっては、よりｐＨが高アルカリ性に遷移して鉛が溶出し易くなることから、鉄塩類の添加量を増加させる必要がある。しかしながら、この場合でも、０．２％以下の添加量でいずれも不溶化効果が得られることを確認している。
【０５１】なお、セメントを混合したものは、固化後の塊状の処理物を粉砕、あるいは、攪拌機等による造粒加工によって、道路の盛土等に再生材として利用できる技術であることも特徴である。
【発明の実施形態】
【０５２】  ごみ固化燃料の焼却灰と木質バイオマス燃料の焼却灰との組成分析を実施して、含有する重金属類の成分と含有量及びｐＨを確認した。次に、この焼却灰の溶出試験を実施し、環境基準と照らし合わせて、問題となる重金属の特定を行った。この結果、いずれの焼却灰も鉛が溶出基準を超過しており、鉛の不溶化処理が最も重要であることを確認した。又、いずれの焼却灰もｐＨ１２以上の高アルカリ性であることから、鉛の不溶化効果をはかるために、不溶化効果がある鉄塩類の中から、塩化第二鉄液と硫酸第一鉄を選定して不溶化効果の確認を行った。これらの薬剤の添加試験に際して、キレート剤の添加試験の実施は、キレート剤が確実な不溶化効果を示すことから、不溶化効果の指針としてこれを実施したものである。
【０５３】鉄塩類による薬剤処理の不溶化効果試験実施にあたっては、鉄塩類単独での添加による不溶化効果の確認と併せ、市販のキレート剤による効果を確認するとともに、コストの面から勘案して、キレート剤と鉄塩類との併用の試験等も実施した。鉄塩類のうち、硫酸第一鉄（粉末）は市販のもので、塩化第二鉄（液）は、容器試験は試薬として入手したものであるが、混練機及び実機試験にあたっては、生産工場（ラサ工業株式会社、群馬工場）から直接取り寄せたものである。
【０５４】不溶化効果の試験は、鉄塩類を希釈したものを用意し、これを添加量を変化させて実施したもので、試験の実施規模は、１番目は室内での容器試験（１ｋｇ程度の試料による試験）、２番目は５０Ｌの混練機による試験（２０ｋｇの試料による試験）、３番目には、実機（実際に中間処理プラントで稼動している２．９ｍ３の攪拌機による１ｔの試料による試験）を実施し、１〜７日間の養生後に溶出試験を実施して、不溶化効果を確認した。
【０５５】又、不溶化処理したものについて、路盤材の物理試験（ＪＩＳ規格による試験）を実施して、再生利用可能であることを確認した。
【実施例】
【０５６】  請求項１及び請求２記載のごみ固化燃料と木質バイオマス燃料についての薬剤の不溶化効果試験を実施した。薬剤の選定及び使用方法と試験手順については、▲１▼キレート剤（市販による）による試験、▲２▼硫酸第一鉄（粉末、市販による）、及び▲３▼キレート剤、硫酸第一鉄使用によるセメント混合のケース、▲４▼塩化第二鉄による試験、▲５▼塩化第二鉄によるセメント混合のケース等の各試験を実施した。なお、練混機と実機試験の実施では、いずれもセメント混合のケースである。【０５７】表．４には、ごみ固化燃料の焼却灰（単位体積重量：０．６５ｔ／ｍ３）の薬剤処理試験（キレート剤による）結果を示した。同表から、鉛の溶出量７．５ｍｇ／Ｌに対し、キレート剤の添加量３％で環境基準を満足することが確認された。
【表４】
2009226385.tif 000006
【０５８】表．５には、ごみ固化燃料の焼却灰の薬剤処理試験（硫酸第一鉄による）結果を示した。同表から、硫酸第一鉄の添加による環境基準を満足するためには、添加量を６％以上使用する必要があると考えられる。ここに、硫酸第一鉄は中性の薬剤であり、高アルカリ性の焼却灰に対するｐＨの低減効果は少ないが、添加された硫酸第一鉄の粉末に鉛等の重金属煩が吸着して、不溶化効果が得られるものと考えられる。
【表５】
2009226385.tif 000007
【０５９】表．６には、木質バイオマス燃料の焼却灰の薬剤処理試験（キレート剤による）結果を示した。同表から、鉛の溶出量０．５２ｍｇ／Ｌに対し、キレート剤の添加量は０．５％で環境基準を満足することが確認された。
【表６】
2009226385.tif 000008
【０６０】表．７には、木質バイオマス燃料の焼却灰の薬剤処理試験（硫酸第一鉄による）結果を示した。同表から、添加量０．５％で環境基準を満足することが確認された。同表から、硫酸第一鉄の添加によって鉛の不溶化処理をするためには、本特許の請求項１に示される０．２％以下の添加量では困難であることを示す。
【表７】
2009226385.tif 000009
【０６１】表．８には、木質バイオマス燃料の焼却灰の薬剤処理試験（セメント１０％混合して固化した場合で、薬剤の添加はキレート剤と硫酸第一鉄の併用による）結果を示した。セメント１０％の混合によって、キレート剤０．５％添加し、これに硫酸第一鉄を１％添加した２薬剤の併用することによって、環境基準を満足することが確認されたものである。同表から、１０％のセメントの混合によって、ｐＨが［０６０］記載の表．７示した１０．５から１１．８に上昇していることが確認され、より鉛が溶出し易いｐＨを呈するものとなっている。このことから、結果として、薬剤の添加量が全体に増加することが確認された。
【表８】
2009226385.tif 000010
【０６２】表．９には、ごみ固化燃料の焼却灰の薬剤処理試験（１０％のセメント混合の場合、塩化第二鉄液による）結果を示した。同表では、塩化第二鉄液の原液（濃度３７％）を希釈して１０％濃度とし、これを添加量の基本として実施したものである。これを焼却灰の重量に対して３％添加することによって、環境基準基準を満足することが確認されたものである。このときの塩化第二鉄の添加量は、加水（２０％）を考慮する焼却灰全体の重量の０．２５％の使用量となっている。又、同表では、塩化第二鉄の使用量を増加しても、鉛の不溶化効果がこれに比例して発揮されない理由としては、塩化第二鉄の添加によって、塩化鉛の形成を促した結果、塩化鉛は鉛化合物の中で最も水に溶解し易い化合物であることに起因していることが考えられる。
【表９】
2009226385.tif 000011
【０６３】表．１には、５０Ｌの混練機による２０ｋｇの試料による効果試験であり、ごみ固化燃料の焼却灰と木質バイオマス燃料の焼却灰を１：３で混合したものに対しての、セメント１０％混合時の硫酸第一鉄を添加した試験である。硫酸第一鉄の添加量は概ね１％程度で環境基準を満足するものと考えられる。このような焼却灰の混合処理については、現状、中間処理施設に搬入されるごみ固化燃料の焼却灰が、木質バイオマス燃料の焼却灰に比して少ないことに起因しているが、両者を混合して処理する方法は、薬剤の添加量を変えずに一度に同様の処理方法で対応できることから、実務的には有効な手段と考えられる。
【表１０】
2009226385.tif 000012
【０６４】表．１１は、５０Ｌの混練機により試験試料２０ｋｇに対して、塩化第二鉄液の添加処理を行った実証試験結果である。同表から、ごみ固化燃料は中間処理施設への入荷量が比較的少ないことから、この混合比に設定したものである。この時の塩化第二鉄液１０％濃度を１％の添加（塩化第二鉄の総添加量は０．０５８％となる）では、環境基準を満足する鉛の不溶化が達成できたことが確認された。この試験結果の後、中間処理施設で実際に稼動している処理プラントの実機（２．９ｍ３の攪拌機、２台設置されている）を使用して実証試験（試験試料１ｔ、３ケースで試験実施）を行った結果、同様の不溶化結果を得ることができた。
【表１１】
2009226385.tif 000013
【発明の効果】
【０６５】  本発明は、現状増大化しているごみ固化燃料、木質バイオマス燃料及び、増加することが見込まれる汚泥固化燃料等の焼却灰の組成及び溶出特性について、これまでの知見を整理し、これらの焼却灰等がいずれも高アルカリ性を呈することと、鉛の溶出が問題となっていることをあきらかにし、この無害化処理にあたっては、鉛の不溶化が最も必要であり、このための効果的な薬剤の開発と添加方法の開発を、実際に中間処理している施設の試料や分析室を使用して行ってきた。この結果、鉄塩類のうち、塩化第一鉄、塩化第二鉄及び硫酸第一鉄、硫酸第二鉄から１種あるいは２種以上選択することが効果的であることを確認し、一連の処理試験を容器試験から始まって、混練機試験及び中間処理施設で実際に運用されている実機（大型の攪拌機）による実証試験まで実施してきた。この結果、これらの焼却灰は燃料の生成過程あるいは燃焼過程でアルカリ性の薬剤（水酸化カルシウムやアンモニウム等）の添加によって、いずれもｐＨ１１以上の高アルカリ性を呈していることが特徴である。このため、例えば塩化第二鉄液等の強酸性液の添加によって、混合・攪拌することによって鉛の不溶化効果が顕著に現れることを確認した。このような顕著な不溶化効果の確認によって、上記の塩化第二鉄液を使用した場合には、［０２１］記載の特許文献１８の請求項に記載されている添加量（請求項１：０．２％以上から１００％の添加量）より少ない添加量で、環境基準を満足することを［０６２］記載及び［０６４］記載に示すように確認したが、このような焼却灰の実情に会わせた効果的な薬剤の使用に関する知見は、本発明で始めてのものであった。
【０６６】従って、このような大量に発生する焼却灰の無害化処理に対して、塩化第二鉄等の薬剤の添加量が０．２％以下と少量で効果的であることは、薬剤使用のコストの低減化に対しても非常に効果的であり、これまでのキレート剤による処理コストや他の無機化合物の薬剤に比して、現状、最も有利な処理方法と言える。
【０６６】表．１２には、ごみ固化燃料及び木質バイオマス燃料の焼却灰の無害化処理にあたって、今回の処理試験結果からあきらかになった、環境基準を満足するための薬剤の使用量とその購入価格から、概算工費を比較したものである。同表からあきらかなように、塩化第二鉄を添加した場合には、本発明の請求項である０．２％以下の添加量で可能なことと、コスト面からみて、従来の薬剤処理の四〜五分の一に低下することになる。
【表１２】
2009226385.tif 000014
【０６７】表．１３には、実機試験で生成されたセメント固化後の試料による路盤材としての試験結果を示した。この試料は、既に土壌に係る環境基準（第一種：有機溶剤系、第二種：重金属系及びダイオキシン類等）の一連の試験結果を実施した結果、総てを満足したものであることは勿論である。
【表１３】
2009226385.tif 000015
【０６８】［０６７］記載に示した、ごみ固化燃料と木質バイオマス燃料の焼却灰との混合したものの無害化処理した試料における、道路の路盤材としての試験結果は、建設会社等に販売可能な資材であり、中間処理施設として処理を受入れたときの処理費（収入：２万〜３万円／灰ｔ程度）と、処理した再生材が建設会社等に販売できる（収入：５００〜１千円／灰ｔ程度）ために、安定した収入源を得ることができる。又、このような再生材を購入する建設会社側からみれば、通常の路盤材の購入費が３千円／ｔ程度であることから、より安価（三分の一以下）に路盤材が調達できることになり、互いの流通ルートを確立することによって、確実に再生利用が拡大するものと考えられる。
【０６９】［００４］記載及び［００５］記載に示したように、ごみ固化燃料、木質バイオマス燃料及び汚泥固化燃料の利用の拡大は、これらから発生する焼却灰を従来通り最終処分場で埋立処分することは、処分場の余量の急速な減少を招く問題があったが、［０６８］記載に示す再生利用の拡大だ実現すれば、これらの問題も解消可能となる。又、既に埋立処分された焼却処分された廃棄物や汚染土壌についても、この再生利用がはかられれば、あらたな処分場の開発が困難となっている状況からみれば、朗報になると言える。
【０７０】なお、今後に残された問題としては、各焼却灰の無害化処理で、本発明で示す塩化第二鉄等の添加によって［０６８］記載のように道路の路盤材等の建設資材に広く使用される場合には、鉛等の再溶出問題について、その耐久性を詳細に把握して評価する必要がある。このためには、例えばアベイラビリティー試験（ｐＨ４とアルカリ性領域での溶出試験基準）等を実施する必要があり、現状、その試験の準備を行っているところである。従って、路盤材や盛土等の建設資材への利用では、現状、一般の砕石に一定程度をブレンド（５〜３０％程度）して利用することとしている。