フジタ技術研究報告第 44 号 2008 年

廃棄物の埋立管理における前処理の効果

洋

矢 島聡

*1

岡本太郎

酒向信一

*2

山田裕己

久保田

概*1

要

近年、最終処分場の立地困難、残余容量の逼迫から焼却灰の溶融処理やエコセメント化等の再利用を前提とした処理が始まっている。しかし、エネルギーやコストの点からなかなか進まず、現時点では焼却灰の多くは最終処分場に埋め立てられている。焼却灰を埋め立てる最終処分場の立地を困難にしている要因として焼却灰に含まれる塩類や重金属等に起因する長期に渡る周辺環境への負荷に対する住民の不安感や不信感があり、負荷が少なく安全性の高い最終処分場が厳しく求められている。
廃棄物を安全性及び安定性が高い状態に早期に改質する方法として、埋立前に行う前処理が提案されている。筆者らは、環境への負荷を抑えた前処理方法として、適切な散水と通気処理に着目し研究を行っている。本報文では焼却灰に対する前処理としての散水と通気の効果の検証を行い、埋立後の長期溶出特性についてもカラム実験にて検討を行った。
また焼却灰を溶融処理した場合に発生する溶融飛灰についても、埋立管理の参考とすべくその溶出特性について調査した。

The effect of pretreatment for landfill management of wastes
Abstract
Recycling of bottom ash using melting treatment and Eco - cement has started recently becauseof difficulty in finding new landfill sites and the limited capacity of existing sites. However, themajority of bottom ash is still being dumped in landfills because these recycling processes areexpensive and require a great deal of energy. The main difficulties in locating landfill sites comefrom worries of residents living near to candidate landfill sites about
long-term environmental
burdens caused from saline and heavy metals in bottom ash. Therefore, the need to constructwaste disposal sites, which present minimal environmental burdens is increasing.
In order to cope with these problems, pretreatment methods prior to dumping have been
proposed to make wastes safer and more stable. We focus on this pretreatment method, and havestarted the development of a method using sprinkling water and aerating to reduce environmental
burdens efficiently. In this report, the effect of sprinkling and aerating for bottom ash wasinvestigated and long-period elution behavior after landfilling of pretreated bottom ash wasstudied by using column experiments. The elution behavior of melting fly ash was also
investigated for landfill management.
キーワード：

最終処分場 焼却灰 前処理*1 設計エンジニアリングセンター *2 土木本部

散水 通気－49－フジタ技術研究報告 第 44 号

§１．はじめに§３．実験概要

最終処分場に搬入された廃棄物は自然降雨もしくは人

3.1 実証試験

工散水により安定化が進むとされている。焼却灰を主体と2003 年から 2004 年に北九州市において行った実証試

して搬入された最終処分場においても有機物などの成分

験（写真１）では散水処理の効果（一部前報 3）にて報告）

が長期にわたり低濃度で浸出水に溶出する可能性が指の他に、通気処理の効果、実施時期による影響について摘されている。そのため最終処分場が閉鎖された後も、の調査も行った。

廃止までに長期間を要し、浸出水処理などの管理コストや周辺環境に対する影響が懸念されているのが現状である。
これに対して、焼却灰を最終処分場に埋め立てる前に処理（前処理）を行い、より安定で安全な状態にしたものを埋め立てるという方法が提案されている。前処理を行う
ことにより、処分場のイニシャルコストは一時的に上昇するが、結果、浸出水の水質は安定し処分場の閉鎖後に速やかに廃止ができるようになるため、跡地利用の促進など全体としてはコスト削減になると期待されている。
本報告では、エネルギー消費や環境への影響を最小限に抑えながら、最大限の効果を得ることを目標に開発

写真１ 実証試験装置を進めている前処理方法について報告する。
3.2 前処理済み焼却灰の長期溶出特性§２．前処理の考え方

前処理を行った焼却灰が処分場に埋め立てられた場合の長期溶出特性について調べるために、前処理済焼却灰等の廃棄物を早期に安定化させるための処理み焼却灰を積み増ししたカラム試験装置を用いて実験方法としては、機械で洗浄する方法、酸化剤などの薬剤を行った。比較として未処理の焼却灰を積み増した実を添加する方法などが研究されているが１） 、2）、本研究で験を行った。

は環境への負荷を少なく、エネルギー消費やコストを抑える方法として、埋立前の廃棄物を散水と通気によって前3.3 溶融飛灰の溶出特性処理する方法の研究開発を行っている。本研究の前処理

焼却灰以外の廃棄物を前処理する場合の条件設定の期待される効果としては、廃棄物中の塩類等の溶出さの参考とするため、溶融処理に伴い発生する溶融飛灰れやすい成分を適量の散水により洗い流し、通気によっを対象として、散水処理実験を行いその溶出挙動を焼て有機物の分解、重金属類の難溶化を促進することであ却灰と比較した。実験は内径１００mm、高さ４００mm のる。「溶出しやすいものは洗い流し、溶出しにくいものはカラム試験装置（図１）を用いて行った。

閉じ込める」ことが本研究の前処理の考え方であり、処分場からの浸出水がより安定したものになることで埋立管理における省力化や処分場の早期廃止によるコスト削減が可能になると考えている。本報告では、前処理によって廃棄物の浸出水が初期に比べて濃度が低く、安定した状態になることを「改質」と定義した。
本研究の前処理について、2003、2004 年に北九州市
エコタウン実証研究センターにあるコンクリート製ドーム型
クローズドシステム処分場実験施設にて実証試験を実施した。実証試験の結果、散水を分割して行うことによって効率的に洗い流しが行うことができることを矢島らが報告している ３） 。

図１ カラム試験装置－50－

廃棄物の埋立管理における前処理の効果§４．実験

2) 通気処理の効果
4mm/日相当の水量を散水（1.3mm×3 回）する条件
において、通気を通気線速度 2mm/秒、試験槽下部よ4.1 実験 1（実証試験）

り上向流で行い、通気処理の効果を検討した。TOC 濃

4.1.1 試験方法
実証試験装置としては 2m×2m×0.6m の試験槽を 6 区

度の推移を図３に示す。通気処理を行った試験区にお画設置し、上部からスプリンクラーによる散水、試験槽

いては浸出水 TOC 濃度が未処理区と比較して早期に下部より通気が行える装置を装備した。一般廃棄物の低下しており、通気処理が焼却灰の改質に効果的であ焼却施設から得た焼却灰（主灰）を 10mm のふるいにてることを確認した。

夾雑物を除去し、試験槽に搬入した。充填密度は前処

600

理時の締め固め・転圧しない状態として 1.3g/cm3 、埋500TOC(mg/L)

立 時 の 重 機 に よ る 転 圧 など に よ り 締 め 固 め た 状 態
1.8g/cm3 とした。実験は冬期、夏期、秋期の３回行った。
各実験の処理条件を表１に示す。
表１ 試験条件

4003002001000010203040506070

経過日数（日）通気未通気

図３ 通気処理が TOC 溶出に与える影響（夏期）3) 通気処理における散水量の効果
通気処理における散水量の効果について検討を行った結果を図４に示す。散水量を 2mm/日（0.7mm×3 回）に減じた試験区では、4mm/日散水・未通気処理区と比較して TOC 濃度の低減効果は見られなかった。前処
4.1.2 結果

理においては通気と共に散水量が重要な要素であるこ

1) 分割散水の効果とが示唆された。

4mm/ 日 の 散 水 量 を 分 割 し た 場 合 の 全 有 機 炭 素900（TOC）の累積溶出量を図２に示す（データは冬期）。

800
700

TOC(mg/L)

TOC 溶出量は浸出水量と TOC 濃度から算出した。試
験期間を通じて、各処理区の溶出量は直線的に推移した。分割回数が多いほど TOC 累積溶出量が多くなる傾向が示された。このことから前報と同様に、分割散水600500400300200にすることで水と焼却灰の接触時間が長くなり効率的な100洗い流しが可能となることが示された。

0010

累積TOC溶出量(g/m 2)1402030405060経過日数（日）
通気 2mm/日

120

通気 4mm/日

未通気 4mm/日

100

図４ 通気・散水処理が TOC 溶出に与える影響

80（秋・冬期）

6040４) 気温が前処理に与える影響20

本項では、３回の実証試験において同一条件で行った前処理試験区を抽出し、比較検討を行い、前処理に0010203040506070

経過日数（日）
1回2回対する、気温などの環境条件の影響を検討した。前処
理条 件は 4mm/ 日（ 1.3mm ×3 回 ） 散水 、 埋 立密 度

3回

1.3g/cm3 、未通気である。試験期間中の日平均気温及

図２ TOC 累積溶出量の推移－51－フジタ技術研究報告 第 44 号

日を過ぎても大きな変動は見られなかった。

び日平均相対湿度を表２に示す。
浸出水中の TOC 濃度の経時変化を図５に示す。初14期濃度は 700～900mg/L とほぼ同じ程度であった。夏前処理なし積増前処理あり積増

12期に行った試験結果では、40～50 日の時点で濃度は10

他 の 時 期 の 試 験 区 では 、 60 日 以 降 の TOC200 ～8ｐＨ

100mg/L 以下となり、60 日以降でほぼ横ばいとなった。
300mg/L 程度になると予想され、周囲の気温条件によ6って改質の効果が異なる可能性が示唆された。

42

表２ 試験期間中の平均気温及び平均相対湿度

00200

400

600

800

1000

1200

1400

経過日数（日）図６ 浸出水中の pH800

電気伝導度（EC）の結果を図７に示す。EC は積み増700し後に各処理区ともに濃度変動が見られた。濃度のピ600500ークの大きさは未処理区のピークが最大 5.1S/m あった

400のに対して、前処理区では 1.3S/m と低い値であった。

3006200

２層目充填
３層目充填

100

前処理なし積増前処理あり積増50010203040506070

4冬期

夏期

EC(S/m)

経過日数（日）秋・冬期

図５ 浸出水中の TOC 濃度の推移（時期別）

324.2 前処理済み焼却灰の長期溶出特性14.2.1 試験方法
04.1 の実証試験（2004 夏・秋期）で前処理（４mm/日散0200400水）を行った焼却灰と、同時期に採取した未処理焼却

600

800

1000

1200

1400

経過日数（日）

灰をそれぞれ時期をずらして三層積み増すカラム試験

図７ 浸出水中の EC の推移を行った。カラムは内径 100mm、高さ 800mm の塩化ビ

浸出水中の TOC 及び全窒素（TN）の結果を図８に示

ニル製の装置を用いた。基本的構造は図１と同様であす。TOC、TN についても EC と同様に積み増しに伴う大る。実験の手順としては、1 層目の焼却灰を高さ 20 ㎝、きな濃度の変動が未処理区で見られた。一方、前処理区

密度 1.8g/cm3 で充填し、4mm/日の散水条件にて開始

では３層積み増しを行っても、試験開始時に TOC でした。以降開始から４０日後に 2 層目、１６０日後に 3 層250mg/L、TN で 25mg/L 程度が最高値であり、その後は目と同条件にて焼却灰を充填、4mm/日の散水を継続濃度変動の小さい安定した水質を示すことが確認された。

する実験を行い、3 層目積み増しが終了した後も散水ピークの出現した時期は EC と TOC では一致していた。
２層目充填

2,000140

３層目充填

的な溶出特性についての検討を行った。

前処理なし（TOC)
前処理あり（TOC)
前処理なし（TN)前処理あり（TN)1,500

4.2.2 結果積み増した焼却灰の浸出水 pH の結果を図６に示す。
pH は前処理なしで積み増したカラム（以降、未処理区）

120
100
80

1,00060
40500

で 1 層目充填後に pH12 近くあったが約 50 日後には200

pH9 にまで下がり、その後積み増しに伴う大きな変動は00見られなかった。前処理済み焼却灰のカラム（以降、前200

400

600

800

経過日数（日）処理区）では１層目充填直後から pH8 前後を示し、1200

図８ 浸出水中の TOC 及び TN 濃度の推移－52－

TN (mg/L)を続け、前処理済み焼却灰を埋め立てた場合の長期TOC (mg/L)

TOC(mg/L)

900

廃棄物の埋立管理における前処理の効果

表３ 無機成分組成

ピークの出現は積み増し回数が増えるに従い遅れており、１層目では充填からピーク出現まで 9 日だったのが、２層目では 40 日、３層目では 187 日と焼却灰を積み増し

NaMg
AlSiPSKCaTiMnFeCuZnPbていくことで浸出水質の改善により時間がかかることが示された。本実験ではたかだか 60cm の積み増し高さであるが、実際の処分場では 10m 以上積み増すことも多く、ピークの出現には非常に長い時間を要していると推察される。３層目を充填してから 200 日以上経過すると未処理区
でも、散水による洗い流し効果により水質は安定するが、EC、TOC、TN の値は前処理区の方が未処理区よりも低い値で推移しており、その傾向は３層目埋立後 500 日以上経過しても変わらなかった。本実験の結果より埋立前

単位：wt.(%)
焼却灰
0.445
0.784
5.769
18.789
1.615
1.482
1.328
17.939
0.899
0.310
6.994
0.160
0.321
0.278

溶融飛灰
4.673
0.5341.526
2.759
0.267
4.682
3.338
38.0300.307
0.1081.029
0.238
0.966
0.596に前処理を行うことにより処分場閉鎖後の水質の改善に
2) 溶出試験結果も寄与でき、早期廃止の可能性が示唆された。

表４に溶出試験結果を示した。溶融飛灰の溶出水では焼却灰に比べ、EC で約 4 倍、Na 濃度で約 30 倍、4.3 溶融飛灰の溶出特性調査

Ca 濃度で約 2.5 倍高く、浸出水への大量の無機塩類

4.3.1 試験方法の溶出の可能性が示唆された。

一般廃棄物焼却施設に併設した焼却主灰・飛灰溶融
表４ 溶出試験溶出水の成分組成

炉から採取した重金属固定処理済の溶融飛灰と、一般

項目廃棄物焼却施設（ストーカー式）から採取した焼却主灰

単位

溶融飛灰pH（以下、焼却灰）の成分及び溶出特性を比較し、溶融飛灰に対する散水の効果について検討した。
1) 無機成分組成及び溶出試験

焼却灰

12.812.6ECS/m3.10.8TOCmg／L

1234Namg／L

2,93690Camg／L

1,915753

無機成分については溶融飛灰および焼却灰を 105℃
3) カラム試験結果

で乾燥しボールミルで破砕した後、蛍光 X 線分析装置にて分析を行った。溶出試験は環境庁告示 13 号に準

溶融飛灰および焼却灰の浸出水の EC 値の推移を図じて行った。溶出水の無機塩類濃度は ICP 発光分光光

9 に示す。焼却灰の EC は試験開始から 40～50 日で度計により分析した。

1S/m 以下でほぼ横ばいになった。溶融飛灰の EC は40 日前後まで高い値で維持した後に低下する傾向が見られ、1S/m 程度まで下がるのに 150 日を要した。

2) カラム試験
カラム試験装置（図１）に溶融飛灰約 1.1g/cm 、焼却35

焼却灰

灰約 1.3g/cm3 の密度 でそれぞれ充填 した。散水 は30

溶融飛灰3EC(S/m)

4mm/日（1.3mm×3 回）になるようにタイマーでポンプを制御しカラム上部より滴下した。浸出水はカラム下部に浸出水受器を取り付け採取した。カラム試験は 25℃の25201510恒温室内にて行った。

5004.3.2 結果

50

経過日数

100150

図９ 浸出水中の EC の推移

1) 無機成分分析結果
表３に蛍光 X 線分析の結果を示した。焼却灰と比較して、溶融飛灰では Ca、 Na、 K 等の無機塩類の含有

浸出水中 Na、Ca 濃度の推移について図 10、11 に示量が高いことが確認された。重金属類についても高いす。焼却灰では経過日数と共に Na、Ca 濃度は低下し傾向が見られた。

た。溶融飛灰の Na 濃度は 40 日ごろまで高い値のまま－53－フジタ技術研究報告 第 44 号

一定で推移し、その後急激に低下した。Ca 濃度は初期後に Ca が溶出するなど焼却灰とは異なっていた。本実に約 2000mg/L で維持した後、Na 濃度の低下が始まる

験では 4mm/日の散水を行ったが、溶融飛灰の場合は50 日前後を境に急激に濃度が上昇し、85 日前後で最スケール等の問題に十分配慮し、長期的な挙動も含め大値を示した。て前処理や埋立管理を行う必要性があると考えられる。
6,000

溶融飛灰

100,000§５．まとめ

5,000

焼却灰

4,000

80,00060,0003,000

40,0002,000

20,0001,000

本研究で得られた結果を以下にまとめる。

Na（mg/L)焼却灰

Na(mg/L)溶融飛灰

120,000(1) 焼却灰の前処理方法としての散水は、分割して行うことにより効率的な洗い流し効果が得られること、また通気処理と併用することにより TOC 濃度の低減に効果的であることが示唆された。前処理は周囲の気温条件に

00050

経過日数100により、改質の効果が異なる可能性が示唆された。

150(２) 前処理済みの焼却灰をカラムに積み増し行った長期溶出実験では、未処理焼却灰カラムの浸出水 EC、TOC、TN 値は積み増しの度に大きな変動を示したが、16,000

焼却灰

14,000

溶融飛灰

前処理済みカラムでは変動は小さく、低く安定した水12,000

質を示していた。また積み増し回数が進むに従い、浸10,000

出水中の各濃度の変動ピーク出現が遅くなることが示

8,000

唆された。

6,000
4,000

(３) 溶融飛灰は焼却灰に比べて塩濃度が非常に高く、2,000固定剤なども混入しているため、焼却灰とは異なる溶0050

経過日数100

出特性を示すことが確認された。

150

図１１ 浸出水中の Ca 濃度の推移

謝 辞 本研究の一部は三井造船株式会社との共同研
究による平成 15、16 年度（財）エンジニアリング振興協会

浸出水中の TOC 濃度の推移を図１２に示す。焼却の受託研究「高度管理型最終処分場の新プロセス技術」

灰の TOC 濃度は散水開始 10 日前後でピークを示したの成果であり、その実施に当たっては同協会および委員後、低下した。TOC の低下速度は 40～50 日を境に遅会の先生方の貴重なご意見、ご指導を頂きました。関係くなる傾向が見られた。溶融飛灰では散水初期時は一各位の方々に深謝いたします。

定で推移していたが、50 日前後を境に上昇を示した。
原因として、溶融飛灰に混合された固定剤等の流出が

参 考文 献推察された。

TOC(mg/L)

Ca(mg/L)

図１０ 浸出水中の Na 濃度の推移

1) 谷岡隆・吉田忠弘ら：スパイラル式湿式洗浄設備による

1,600

焼却灰

廃棄物洗浄、第 13 回廃棄物学会研究発表会講演論文

1,400

溶融飛灰集、pp978-980、2002.

1,200

2) 木崎稔・樋口壯太郎ら：廃棄物埋立地の早期廃止、安定1,000化に関する研究、第 15 回廃棄物学会研究発表会講演

800

論文集、pp1208-1210、2004.

6004003) 矢島聡・佐竹英樹ら：高度管理型最終処分場における埋200

立物安定化に関する研究、フジタ技術研究報告、第 400050100号、2004．

150

経過日数

ひ と こ と

図１２ 浸出水中の TOC 濃度の推移

環境負荷が少なく、安全性を向上さ

本実験の結果から、溶融飛灰は焼却灰に比べ塩濃せる前処理方法の実現に向けて研究度が非常に高い廃棄物であることが確認された。試験を進めていきたいと思います。

期間中の溶融飛灰ではカラム試験装置の受器に大量の塩の析出が見られた。また溶出特性についても Na の久保田 洋－54－