(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴミ焼却時に発生する焼却残渣灰を冷却水で冷却する際に、重金属を水不溶化させる処理剤を含有する冷却水を用いて、冷却と同時に重金属の水不溶化を行う焼却残渣灰の無害化処理方法であって、冷却水の貯槽内又は給水経路の冷却水と接触する部分に固形化した処理剤を配置し、該処理剤が冷却水中に徐々に溶出するようにしたことを特徴とする焼却残渣灰の無害化処理方法。
【請求項２】
固形化した処理剤が、塩形成により重金属を水不溶化させると共に、ｐＨ６〜１０で緩衝能力を示す固体のｐＨ緩衝剤である請求項１記載の無害化処理方法。
【請求項３】
ゴミ焼却時に発生する焼却残渣灰及び／又は焼却飛灰に添加される冷却水に徐々に溶出するように固形化した無害化処理剤であって、含水又は無水のリン酸塩を主成分とする物質を、溶融・冷却により固形化したものである無害化処理剤。
【請求項４】
ゴミ焼却時に発生する焼却残渣灰及び／又は焼却飛灰に添加される冷却水に徐々に溶出するように固形化した無害化処理剤であって、無水又は含水可能なリン酸塩を、水分を添加して凝結させ、含水塩として固形化したものである無害化処理剤。
【請求項５】
無害化処理剤が、水分を添加する際に更にリン酸を添加して、ｐＨ６〜１０で緩衝能力を示すように調製したものである請求項４記載の無害化処理剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物の焼却時に発生した残渣灰に含まれる重金属を溶出しないように処理する方法、即ち、一般都市ゴミや産業廃棄物の焼却工場で発生する焼却残渣灰に含まれる重金属の水不溶化処理のための無害化処理方法、並びに無害化処理剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般都市ゴミ等を焼却すると、ゴミに含まれる重金属は通常焼却により昇華するため粉塵として捕集され、その結果、重金属は飛灰に多く含まれることになる。従って、飛灰に対しては法律により厳しい規制が課せられているが、焼却残渣灰に対しては、そのような規制がなく、産業廃棄物処理法の埋め立て基準による規制のみが問題となる。しかしながら、ゴミ焼却時に完全に昇華しない重金属が残留し焼却残渣灰中に存在するのが事実である。その結果、若干の重金属が、このような焼却残渣灰に残留し、結果として溶出することが考えられ、上記の基準を越える可能性がある。
【０００３】
一方、焼却するゴミ種類によっても灰の性状は異なり、酸性物質を含む廃棄物を焼却すると灰も酸性化しやすくなるが、一般ゴミ等は焼却によって灰化した場合、含まれるカルシウムやマグネシウム等が多くなるため、焼却残渣灰自身はアルカリ性になる傾向がある。
【０００４】
一般的に重金属は酸性域で溶解し、アルカリ域では溶解しないものであるが、重金属の中でも鉛等の金属はあるｐＨ以上のアルカリで溶ける性質があり、特にｐＨ１２以上になればその性質が顕著になる。
【０００５】
上記のような重金属が溶出する焼却残渣灰は、産業廃棄物処理法で埋め立て基準を満たさなければ埋め立て処分ができないため、焼却後の灰を集め重金属の不溶出処理剤によって十分に不溶化処理して埋め立てなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、従来法のように焼却残渣灰を再処理する必要がなく、通常行われる冷却工程で焼却残渣灰を効率良く無害化処理できる処理方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかる無害化処理方法において冷却水中に徐々に溶出するように固形化した無害化処理剤を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、ゴミ焼却時に発生する焼却残渣灰を冷却水で冷却する際に、重金属を水不溶化させる処理剤を含有する冷却水を用いて、冷却と同時に重金属の水不溶化を行うことにより、上記目的が達成できることを見出し、更に検討を進めて本発明を完成するに到った。
【０００８】
即ち、本発明の要旨は
（１）  ゴミ焼却時に発生する焼却残渣灰を冷却水で冷却する際に、重金属を水不溶化させる処理剤を含有する冷却水を用いて、冷却と同時に重金属の水不溶化を行う焼却残渣灰の無害化処理方法であって、冷却水の貯槽内又は給水経路の冷却水と接触する部分に固形化した処理剤を配置し、該処理剤が冷却水中に徐々に溶出するようにしたことを特徴とする焼却残渣灰の無害化処理方法、
（２）  ゴミ焼却時に発生する焼却残渣灰及び／又は焼却飛灰に添加される冷却水に徐々に溶出するように固形化した無害化処理剤であって、含水又は無水のリン酸塩を主成分とする物質を、溶融・冷却により固形化したものである無害化処理剤、及び
（３）  ゴミ焼却時に発生する焼却残渣灰及び／又は焼却飛灰に添加される冷却水に徐々に溶出するように固形化した無害化処理剤であって、無水又は含水可能なリン酸塩を、水分を添加して凝結させ、含水塩として固形化したものである無害化処理剤
に関する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の無害化処理方法は、一般都市ゴミ、産業廃棄物、可燃性廃棄物等の焼却時に発生する焼却残渣灰を処理の対象とするものである。当該焼却残渣灰には、ゴミ焼却時に重金属が完全に昇華せずに残留しているが、本発明はこれらの重金属の水不溶化を行って、その無害化処理をするものである。
【００１０】
本発明の無害化処理方法は、このような焼却残渣灰を冷却水で冷却する際に、重金属を水不溶化させる処理剤を含有する冷却水を用いて、冷却と同時に重金属の水不溶化を行うことを特徴とするものである。
本発明では、発生した後の焼却残渣灰を再処理する従来の方法でなく、灰が発生直後の冷却工程で処理を可能とするため、再処理設備の必要もなく、更に対象とする灰及び熱をもった灰のため、無機処理剤の反応性も良くなり効率良く処理することが可能になる。
【００１１】
ここで、処理剤を含有する冷却水としては、水に液状の処理剤を適宜添加したものであってもよいが、冷却水の貯槽内、又は給水経路の冷却水と接触する部分に固形化した処理剤を配置し、該処理剤が冷却水中に徐々に溶出するようにして、冷却水中に処理剤を含有させる方法が好ましい。
【００１２】
即ち、固形化した処理剤を用いる方法では、処理剤の溶解が好適に持続するため、液状処理剤の供給のための設備や、その他の設備等の改造が要らなくてすむという長所がある。
ここで、冷却水の貯槽内とは、冷却場所とは別の場所に設けられた貯槽（給水経路の途中に設けたものを含む）の他、冷却場所として冷却水が貯められ、残渣灰が導入される貯槽であってもよい（図１参照）。また、給水経路の冷却水と接触する部分とは、給水口の出口部や給水配管内など、貯槽以外の冷却水と接触する部分であれば、何れの部分でもよい。
【００１３】
また、冷却水中に溶解する処理剤の濃度としては、処理対象物中の重金属含有量にもよるが、一般的には数十〜数万ｐｐｍ程度であり、数百〜数千ｐｐｍの場合が好ましい。この範囲内であると、重金属の不溶化およびｐＨの制御が好適に行えるからである。
本発明によると重金属の不溶性塩の形成能力と、重金属の不溶性ｐＨ域とするｐＨ調整効果の２つの作用により、通常の薬剤処理と比べて薬剤添加量を少なくしても処理を確実に行なうことができる。
【００１４】
用いられる処理剤としては、重金属を水不溶化させるものであれば特に限定されないが、重金属と不溶性化合物（不溶性塩、不溶性錯体等）を形成したり、またｐＨをアルカリ側に制御して重金属水酸化物を形成させるなどして、重金属を水不溶化させる処理剤であればよい。
【００１５】
具体的には、重金属の水不溶化処理に一般的に用いられる、リン酸、リン酸塩、硫化剤、キレート剤等に加え、ｐＨをアルカリ側に制御できるリン酸塩、酢酸塩、水酸化アルカリ塩等が挙げられる。
【００１６】
本発明では、固形化した処理剤が、塩形成により重金属を水不溶化させると共に、ｐＨ６〜１０、特にｐＨ７〜９で緩衝能力を示す固体のｐＨ緩衝剤であることが好ましい。
【００１７】
このように処理剤の性能としてｐＨの緩衝性を持たせることによって、処理剤の過剰添加による弊害をなくすこと、重金属中の鉛等の性質はｐＨ７以下とｐＨ１２以上で溶ける性質があるために酸性域又は過剰アルカリ域を避け、重金属が溶けださないｐＨ域に自動的に調整することが可能になる。
【００１８】
つまり、リン酸は、塩基性塩との反応によってｐＨの緩衝性が生まれることは周知の事実であるが、焼却残渣灰の処理に関しては重金属の溶け出さないｐＨ域があるのでその中でｐＨをコントロールすることによって溶出しない効果を生み出すことが可能になる。
【００１９】
本発明の無害化処理剤は、上記のような本発明の無害化処理方法に好適に使用することができるが、その他、一般都市ゴミ、産業廃棄物、可燃性廃棄物等の焼却時に発生し、電気集塵機、バグフィルター等で集塵等された焼却飛灰を無害化処理する場合にも使用することができる。具体的には次の態様がある。
▲１▼  含水もしくは無水のリン酸塩を主成分とする物質を、溶融・冷却により固形化したもの、
▲２▼  無水もしくは含水可能なリン酸塩を主成分とする物質を、水分添加して凝結させ含水塩として固形化したもの、
▲３▼  無水もしくは含水可能なリン酸塩を主成分とする物質を、水分並びに、リン酸を添加して凝結させ含水塩として固形化したもの、である。
【００２０】
上記の態様には、それぞれ次のような長所がある。
▲１▼の態様では、実質的に無水状態の固形化処理剤が得られるため、その溶解速度を遅くして、溶出量を少なく抑制できる、▲２▼の態様では、簡便な方法で固形化処理剤を得ることができ、溶出量を多めに制御できる、▲３▼の態様では、簡便な方法で固形化処理剤を得ることができると共に、ｐＨ６〜１０で緩衝能力を示すように調製することができ、更に、酸および酸性塩とアルカリ塩との量比を調節することにより、容易に緩衝ｐＨをコントロールすることができる。
【００２１】
即ち、▲３▼の態様は、処理剤を固形化するために無水の処理剤に水を添加することで固形化するものであるが、アルカリリン酸塩の無水物等を使用し、それに対してリン酸によってｐＨが６〜１０の範囲内になるための適当な当量を配合して、緩衝ｐＨのコントロールされた固形化処理剤を得ることができる。
【００２２】
具体的な配合比率としては、目的とする緩衝ｐＨとなるための酸とアルカリの中和量の配合にし、必要により水を吸収させて固化するための水分添加量となる配合比率である。
【００２３】
なお、リン酸塩としては、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属塩、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、陽イオンが２種以上結合している複塩等が挙げられる。中でも、アルカリ金属塩が好ましい。
【００２４】
固形化処理剤の製造方法は、特に限定されることなく、通常使用される溶融炉や加熱装置、又は適当な混合装置等を用いて適宜製造することができる。
なお、固形化処理剤の形状としては、特に限定されず、冷却水の使用量と処理剤の溶出速度等を考慮して、塊状から粒状まで適宜調製すればよい。即ち、粒状の如く、単位質量当たりの表面積を大きくすると溶出速度は大きくなり、一方、塊状の如く表面積を小さくすると溶出速度は小さくなる。
【００２５】
本発明の処理剤は、前記のように緩衝性能を出す処理剤自身が重金属と不溶性塩を形成するか、もしくは重金属と不溶性塩等を形成する処理剤を配合することによって重金属の不溶出化処理が可能になる。
【００２６】
従って、本発明の処理剤の大きな特徴としては、薬剤成分で重金属を不溶出化すること、ｐＨ緩衝性によって鉛の不溶解域のｐＨにコントロールすること、が挙げられ、更に、設備に対する腐食を押さえることも可能である。
【００２７】
以下、図面を用いて、本発明の処理方法の具体的な冷却操作について説明する。
現在、ゴミ焼却工場で使用されている焼却装置の冷却装置としては、図１に示す水封方式と、図２に示すマルチン方式が主なものとして挙げられる。本発明の処理方法は、これら以外の冷却方式にも同様に適用可能であるが、この２つの方式を例にとり、固形化された処理剤を用いた場合について説明する。
【００２８】
図１の水封方式による冷却では、給水管１から給水された冷却水は冷却水槽４内に貯められているが、灰ホッパ２から落下した灰は、冷却水槽４で冷却された後、かき出しコンベア３で搬送される。そのとき、Ｐ１の位置に固形化処理剤を配置（吊り下げ）することにより給水された冷却水と接触させるか、Ｐ２の位置に固形化処理剤を配置（吊り下げ）することにより貯槽内の冷却水と接触させるかし、処理剤が冷却水中に徐々に溶出できるようにする。
また、灰のかき出しコンベア３の上部Ｐ５の位置に処理剤を吊り下げ、水道水によって水をかけながら溶解させ、溶解した液がコンベアを伝わって冷却水槽に入ることにより処理することもできる。
【００２９】
図２のマルチン方式による冷却では、給水管１から給水された冷却水は、灰ホッパ２から落下して灰かき出し装置５で搬送される灰に直接給水されて冷却される。そのとき、Ｐ４の位置に固形化処理剤を配置（吊り下げ）することにより給水された冷却水と接触させるか、Ｐ３の位置に固形化処理剤を配置することによりサービスタンク６内の冷却水と接触させるかし、処理剤が冷却水中に徐々に溶出できるようにする。
【００３０】
上記のような冷却操作において、処理剤が液体の場合には、処理剤のタンクや配管が必要になり液体を適度な濃度で添加する装置が必要のため処理にかかわる手間がかかるものであるが、処理剤を固形化することにより、冷却水用のタンク等に投入するか冷却水配管中に溶解層を設けるだけで徐々に溶け出し、その効果を長期にわたり持続させることが可能になる。
【００３１】
【実施例】
以下、参考例および実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例等によりなんら限定されるものではない。
【００３２】
参考例１
固形物の型となる容器の内部で、無水の第３リン酸ナトリウム６０重量部を７５％リン酸３０重量部と水１０重量部を混合した液と混合することによって発熱させ、常温まで冷却して固形物を得た。このものは、約ｐＨ６．５で緩衝能力がある。
【００３３】
この固形物の１％濃度溶液を作製し、アルカリ度が高く重金属も多く含まれる焼却残渣灰１０ｇを１０００ｍｌ中の水道水で１時間攪拌したものに、上記１％濃度溶液を表１に示す量だけ添加した。そのときの、ｐＨ及び重金属溶出量等を測定した。その結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
0003795173.tif 000002
【００３５】
この焼却残渣灰に関しては、アルカリ度が高く溶解塩の緩衝性によるｐＨ調整は顕著ではないものの、確実にｐＨが低下していることが分かり、鉛の溶出量については顕著な効果が得られた。
【００３６】
この灰の鉛の含有量は１９８０ｐｐｍであり、処理剤の添加量が０．１％（１０００ｐｐｍ）の時に、リン酸鉛を形成するための処理剤の反応当量を考慮すると、実質的な重金属不溶出化としては反応等量以下の量になるはずであるが、それにも関わらず鉛の溶出量を抑えられているのはｐＨ調整の作用とあいまっているからと言える。
【００３７】
実際に処理する場合、焼却直後の灰を処理剤を含有する冷却水で冷却するため、反応が高温で進むため重金属と優先的に反応が進むと考えられる。
【００３８】
また、処理剤の濃度が増えると液中のカルシウムやマグネシウム濃度も低下しており、これらの成分が不溶性塩を形成していることが分かる。また、これによって冷却水の循環や冷却水経路の配管や設備中のスケール障害を低減することも可能になる。
【００３９】
実施例１
参考例１と同様に、無水の第３リン酸ナトリウム５０重量部とヘキサメタリン酸ナトリウム２５重量部を混合した粉末に、８５％リン酸１５重量部と水１０重量部を混合した液をゆっくりと混合することによって発熱させ、常温まで冷却して、約ｐＨ７．２で緩衝能力がある固形化した処理剤を得た。
【００４０】
某Ａ市の都市ゴミ焼却工場で、この処理剤を実際の灰冷却装置の中に組み込んでテストを行った。
この焼却工場では灰の冷却はマルチン方式と言われる方式（図２参照）で行われ、焼却された灰を溜めるホッパーから一定量づつ出してきた灰に水を噴霧して冷却するという方法である。このため、ノズルから噴霧される水によって固形の処理剤を溶解せしめるために、ノズルの上流側に処理剤の溶解槽を設けてその中に処理剤を入れ（図２のＰ３の位置）、その槽を通過した液で灰を冷却した。
【００４１】
冷却されて灰のピットに溜まっている灰を毎日サンプリングし、１週間にわたりその灰の状態を確認した。
灰の確認には廃棄物の処理および清掃に関する法律に則してサンプリングした灰を鉛の溶出試験方法（ＪＩＳＫ−０１０２）で検定を行い、その溶出液の鉛、Ｃａ＋Ｍｇの濃度等を測定した。その結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】
0003795173.tif 000003
【００４３】
この結果によると、処理剤を使用する前と比べてｐＨは０．４程度確実に低下しており、鉛の溶出量も埋め立ての基準値（鉛は０．３ｐｐｍ）以下に安定して低下していることが判明した。
重金属だけで判断すると、焼却された後の灰に含まれるものとして鉛、水銀、カドミウムが対象となり、表３が示すように鉛と同様に、埋め立ての基準値以下の溶出量となっていた。
【００４４】
【表３】
0003795173.tif 000004
【００４５】
本工場ではゴミの焼却を一日に９０トン焼却できる能力をもつ炉を２基持ち合わせ、一つの炉でおおよそ１０〜１５トンの焼却残渣灰が発生し、その灰を冷却するために一日２トンの水を使用している。そして、本実施例では処理剤が一日７５０ｇの割合で消耗されており、冷却水中の処理剤の濃度としては３７５ｐｐｍの濃度で灰に対しては７５ｐｐｍの濃度で添加されていることになる。
【００４６】
この添加濃度で処理剤の目的は十分に発揮されているのが分かり、カルシウム、マグネシウムに関しても確実に減少しており、スケール生成の抑制効果も生じることが分かる。
【００４７】
実施例２
実施例１で使用した固形の処理剤で某Ｂ市焼却工場で冷却水中に処理剤を含ませる方法を行った。
この焼却工場では灰冷却に水封式の方式（図１参照）を採用しており、焼却残渣灰のホッパーから水を溜めている槽の中に直接灰を落下させて冷却する方法のため、冷却水の給水経路中に処理剤の溶解部分を設ける方法あるいは冷却水の貯槽内に固形の処理剤を投入する方法等が考えられる。本実施例では、冷却槽に落下した灰をかき出すコンベアとかき出した灰を灰バンカに送り込むコンベアが連動しており、灰バンカへのコンベアのところで処理剤を宙づりにし、それに冷却水をかけながら溶解させ、冷却水槽内に処理剤を溶け込ませる方法をとった（図１のＰ４の位置）。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によると、従来法のように焼却残渣灰を再処理する必要がなく、通常行われる冷却工程で焼却残渣灰を無害化処理できる。このとき対象とする灰が熱をもっているため、処理剤の反応性も良くなり、効率良く処理することが可能になる。また、固形化した処理剤を用いる場合、処理剤の溶解が持続するため、設備の改造を要せずして、好適な処理を行うことができる。また、処理剤にｐＨの緩衝性を持たせることにより、処理剤の過剰な溶解によって中性以下にならないようにして酸性域で重金属の溶解をなくすと共に、設備に対する腐食を押さえることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の無害化処理方法が適用できる冷却装置の一例（水封方式）を示す模式断面図である。
【図２】図２は、本発明の無害化処理方法が適用できる冷却装置の一例（マルチン方式）を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１  給水管
２  灰ホッパ
３  かき出しコンベア
４  冷却水槽
５  灰かき出し装置
６  サービスタンク
【図１】
0003795173.tif 000005
【図２】
0003795173.tif 000006