フジタ技術研究報告第 45 号 2009 年

FAST システム最終処分場の実証研究

久 保 田 洋矢島聡

岡 本 太 郎酒 向 信 一山 田 裕 己概要

わが国における最終処分場をめぐる状況は、リサイクルや資源化の促進等により最終処分量は減少しているが、依然として最終処分場の確保は厳しい状況にある。特に地域的な偏りが大きく、地域によっては処分場が確保できず域外に廃棄物が流出し、処分が広域化する事態となっている。このような最終処分場の立地を困難にしている大きな要因のひとつとして、地域住民の方の抱える長期的な環境への不安感や埋立てられる廃棄物に対する不信感がある。
筆者らは、最終処分場の主要埋立物の１つである焼却灰の早期安定化を目的として、最適な散水と通気を行う、環境負荷の低い前処理手法（ＦＡＳＴシステム）の開発を行ってきた。本報文ではＦＡＳＴシステムの実用性を検証するために 2008 年に行った実大規模での実証試験について報告する。また地域住民の方により安全で安心な最終処分場を提供するためにＦＡＳＴシステムを組み込んだ新しい最終処分場の管理方法についても考察した。

Empirical research into the “ FAST system ” for landfill management technology”

Abstract
Although the volume of waste being landfilled in Japan has been reduced by an increase inrecycling, it is still difficult to find sufficient landfill sites for current levels of waste. In particularregional deflection is big problem. Wide-area disposal results from the inability of some regions
to reserve landfill. One of difficulties in landfill construction is uncertainty about the long-term
environmental impact and distrust of landfill waste by local residents.
We have researched an environmental low-load pretreatment method and developed the“FAST system” to improve the safety and stability of bottom ash. The FAST system results in
optimal aeration of waste and treatment with sprinkling water. In this work, results of full-scale
experiments undertaken in 2008 to verify the practical utility of the FAST system method werereported. In addition, a new landfill management system was discussed to provide safer andmore secure landfill to local residents.

キーワード：

最終処分場 焼却灰 前処理実証試験 ＦＡＳＴシステム－1－フジタ技術研究報告 第 45 号

§１．はじめに

FAST システム最終処分場の特徴と優位性を図１に示す。
①必要水量
機械洗浄方式と比較して必要水量は 1/2 以下

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②安全・安心前処理後の焼却灰を埋め立て後の浸出水
水質は安定する
全有機態炭素(TOC)濃度 (mg/L)

2,000

計画的な散水

前処理なし（TOC)
前処理あり（TOC)

1,500

処理が始まっている。しかし、溶融処理はエネルギーの負前処理で浸出水水質は安定する

1,000

担が大きく、エコセメント化は市販セメントの２～４倍のコストになる等の課題が指摘されている。平成 18 年度時点では

500

積増し

00

焼却施設からの残渣の約８割は最終処分場に埋立てられ下部からの通気50
100150埋め立て後経過日数（日）200

図１ FAST システム最終処分場の特徴と優位性ている 1）。
焼却灰を埋立てる最終処分場の立地を困難にしている§３．実験概要

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的な周辺環境への影響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3.1 カラム試験求められている。そのため安全性が高く、環境負荷の少なFAST システムの実証試験にあたり、ラボにおいてシい最終処分場の建設が可能になれば、全国で必要な最終ステムの仕様を検討するためのカラム試験を実施した処分場の整備が進むことが期待できる。

（図２）。カラム試験は基準前処理法の撒き出し厚の６倍にあたる 180cm 厚で行った。

筆者らは負荷が少なく安全性の高い最終処分場を実現する技術として早期安定化に着目し、埋立前の焼却主灰を対象として散水と通気による低負荷な前処理手法の研究開発を行ってきた。その結果、30～40cm 厚に撒き出した焼却灰に 2mm/sec の通気をしながら、4mm/日の水を分割して散水する前処理手法を開発した（以降、基準前処理法とする）1）2）。この前処理手法は液/固比 1 以下という効率的な散水と通気により、焼却灰中の溶出しやすい成分は洗い出し、そうでない成分は分解もしくは難溶化させることで、埋立後の浸出水濃度を早期に低下させることを特長としている。

図２ カラム試験装置

本研究では、前述の基準前処理法を基に安定化処理※能力の向上を図った FAST システム最終処分場の実施
3.2 実証試験

計画・設計に必要な試験データの取得を目的とした。
※

実証試験は北九州市エコタウンセンター内廃棄物実証

FAST： Fujita’ s Ash Stabilization & Treatment System for

試験施設（写真１）内にて行った。本実証試験は実大規

Disposal Facilities

模での前処理の効果を検証することを目的としており、北九州市内の工場より焼却主灰を 81ｔ搬入し、180ｃｍ厚に§２．FAST システム最終処分場の技術的特徴と優位性撒き出した後、散水試験を 60 日間行った。

本研究で検証する FAST システム最終処分場の特徴は、薬剤等は使用せず最適な水量と空気を使った低環境負荷な前処理システムを用いて焼却灰を改質し、安全性を確認
した焼却灰を埋立てるシステムである。また改質された焼却灰が早期に安定化することで処分場の閉鎖から廃止までの期間の短縮を可能にし、水処理施設のランニングコスト削減が期待されるシステムである。本システムにおける前処理
では次の作用が並行して行われることを特徴とする。
① 塩類等の溶出しやすい物質を速やかに溶出する
写真１ 北九州エコタウンセンター内実証試験施設② 有機成分を分解促進する③ 重金属等は難溶化する－2－

ＦＡＳＴシステム最終処分場の実証研究

§４．実験

700
600

4.1.1 試験方法
本研究では 2007 年に一般廃棄物の焼却施設より採取した焼却灰（主灰）を 10mm のふるいにて夾雑物を除去し、TOC（mg/L)

4.1 カラム試験

500
400
300
200100

前処理試験用の円筒カラム（内径 100mm、カラム底部に050mm 砂利充填）に充填し実験に供した。カラム高さは実010験に応じ設定した。散水はタイマーでポンプを制御し、カラム上部より水道水を滴下して行った。通気はカラム横下2030経過日数（日）180cm_36mm散水部より導入し、焼却灰の乾燥を防止するため加湿を行っ

405030cm_4mm散水

図３ 浸出水中のＴＯＣ濃度の推移た。浸出水はカラム下部に浸出水受け器を取り付けて採取した。カラム試験装置は 25℃の恒温室内に設置した。
上層

試験条件を表 1 に示す。
実験終了後カラムを解体し、充填されている焼却灰を三中層層になるように分割しそれぞれサンプリングした（上層、中層、下層）。180cm カラムについては、上層（0-20cm）、下層中層（90-110cm）、下層（160-180cm）と 20cm ずつ採取した。良く混合した各サンプルを環告 13 号に準じて溶出試

02験を行った。溶出試験水及び試験期間中の浸出水につ180cm_36mm散水

いて pH、EC、TOC（全有機態炭素）、Na、Ca、Pb につい81030cm_4mm散水

図４ 溶出試験のＴＯＣ濃度て分析した。

4.2 実証試験

表１ 試験条件
試験区

試験条件
充填高 充填密度
通気
試験条件概要cmg/cm3mm/sec
180cm厚 36mm散水 + 2mm/sec通気
1800.85230cm厚 4mm散水 + 2mm/sec通気

46TOC (mg/L）

350.802mm/日
36

試験日数日
40440

4.2.1 実証試験実施場所及び試験施設
実証試験は北九州市エコタウンセンター内廃棄物実証試験施設内の試験槽（7m×5m×4mH）にて実施した。試験期間としては平成２０年９月１３日から平成２１年２月１０日まで行った。供試試料は北九州市皇后崎工場から焼4.1.2 カラム試験結果
本実験では、基準前処理法の約 6 倍にあたる 180cm ま却灰（主灰）の提供を受けて搬入した。搬入量は 81ｔとしで焼却灰を充填したカラムを作製し、従来と同様の間欠た。焼却灰の搬入後、散水試験を 60 日間実施した。実証

散水を行った。散水量は焼却灰が乾燥気味であることを試験装置を図５に示す。試験装置は散水装置、通気装考慮し、基準法の 9 倍にあたる 36mm/日に設定した。

置、浸出水集水装置からなり、施設内の試験槽底面に排浸出水の TOC 濃度の推移を図３に示す。 180cm 厚処

水用砕石および通気用の散気管を敷設した。

理区では 30cm 厚の処理区とほぼ同様の推移を示した。
気温・湿度センサ

また試験終了後の溶出試験（図４）においても 30cm 厚と計測制御 PC同等かそれ以下の値を示していた。これは EC や Pb 濃度流量計

散水ノズルおいても同様の傾向が見られた。180cm 厚にすることで、電動弁実験施設
給水栓より焼却灰の自重による圧密やそれに伴う水みちの形成など浸出水貯留槽へ危惧されたが、水質にそれらの影響は見られなかった。

温度センサ

2m

給気ファン2m

焼却灰（主灰）H=2m

浸出水ポンプ本実験の結果より 180cm 厚においても散水量をコントロ

実験施設 集水枡ールすることにより 30cm 厚で行っていた基準前処理方法と同等の前処理効果を得ることが可能であることが示

散気管（50A 有孔管）

実証試験装置（実験槽仕様）

唆された。
図５ 実証試験装置概要

本結果を受けて、実証試験においても同様に撒き出し厚さ 180ｃｍ、36ｍｍ/日散水に設定することとした。

－3－フジタ技術研究報告 第 45 号

4.2.2 焼却灰の搬入

pH, EC, TOC, BOD, COD, T-N, Pb, Na, Ca, Cl

工場から焼却灰（主灰）の提供を受けて、実証試験施○ 前処理前後の焼却灰設に 10t ダンプトラックで搬入した。搬入量はトラックで 9搬入時および実証試験終了時前処理済焼却灰（主回、合計 81t とした。焼却灰は搬入・投入ステージに一灰）の搬出時に焼却灰の採取を行った。採取した焼却度ダンプし（写真２）、各ロットごとにサンプリングを行っ灰について溶出試験（環告１３号）を行った。

た。ステージにダンプされた焼却灰は実作業を想定し、溶出液について、以下の分析項目を分析した。

篩い分けは行わず有姿のままバックホウを用いて実験

pH, EC, TOC, Pb, Na, Ca, Cl

槽内に敷き均した。表面から 40cm、80cm、140cm の位置○ 環境計測データの回収および解析に温度センサ（熱電対）を設置ながら搬入を継続し、81ｔ

実証試験期間中の下記の項目について計測制御を搬入した時点で完了とした。完了時における焼却灰のPC を用いて連続計測・制御を行った。制御項目は送深さは 180ｃｍとなった。

風量、散水量である。
･ 計測および制御項目
水量（散水量、浸出水量） 計測および制御
ブロア送風量・ 計測項目温度（外気温、各焼却灰層（40、80、140ｃｍ）
外気湿度
4.2.5 試験結果
1） 焼却灰層の温度

写真２ ダンプトラックによる搬入

各層における焼却灰層内温度の推移を図６に示す。
試験開始直後から温度が上昇し、中層においては開始１週間後に 50℃を超えた。各層の温度は２週間前後を経過した時点から徐々に低下してゆく傾向を示したが、散水・通気を行っている期間では外気温と比較して高い傾向を示すことを確認した。水和反応や生物反応による温度上昇の可能性が考えられるが、今後の検討が必要である。
上層（40cm）
中層（80cm）
下層（140cm）
外気温

6050
温度（℃）

写真３ バックホウによる敷き均し
4.2.3 運転条件
実証試験条件はラボ試験結果をもとに、以下のとおりに40302010設定した。
○水量0散水量

031.2 m /日

浸出水量 0.96 m3/日

102030経過日数（日）4050

図６ 焼却灰層内の温度推移

浸出水量／散水量 80％
経過日数 50 日の時点での液固比 0.62) 浸出水の性状の変化○通気量（1）着色の変化

1.8 mm/sec でほぼ一定

試験開始 49 日後までの浸出水の着色の変化を写真 4 に示す。20 日を過ぎるころから着色が薄まってゆ4.2.4 サンプリング・分析項目及び計測項目

く傾向が確認された。40 日後からは着色はほとんど感○ 浸出水じられなかった。また臭気についても 40 日以降の浸出浸出水の分析項目を以下に示す。

水はほとんど感じられなかった。

－4－

ＦＡＳＴシステム最終処分場の実証研究

時の 1/10 程度に低下した。これらの指標は浸出水に含まれる有機性成分の含有量と関連する。本試験では同じ有機性成分の指標として TOC の経時変化を分析したが、TOC においても同様にピーク時の 1/10 程度に低下した。一般的に BOD、COD の分析と比較して6日後

10日後

20日後

30日後

40日後

49日後

TOC の分析は簡便であるため、日常の水質管理はTOC 成分を指標として行い、水質管理指標としてBOD または COD の値を監視するような形での前処理工程の運転管理が考えられた。

写真４ 浸出水着色の変化

表２ 浸出水中の BOD,COD の変化（2） 水質の経時変化① EC
EC の経時変化を図 7 に示す。散水開始後 10 日間

初期値

50 日後

ＢＯＤ

2,600mg/L210mg/L

ＣＯＤ

1,500mg/L

170mg/L

程度の期間は高い値を示したが、その後低下し、40 から 50 日程度で EC 値低下の速度が低下した。散水によ

3） 焼却灰の溶出試験

EC（S/m)

り、塩類の洗い出し効果が進んでいることが伺えた。

散水試験終了後（65 日後）、表層より深さ 40-50cm、590-100cm の焼却灰を採取し溶出試験を行ったところ、前4処理なしの焼却灰（9 回分平均値）と比較して EC で１／3、TOC で１／７程度まで減少していることが確認された。こ3のことから本研究の前処理手法によりほぼ均一に焼却灰2の安定化を進めることが可能であることが確認された。

14） カラム試験との比較

00102030
経過日数（日）40

ラボ試験における試験データ（埋め立て高さ 30ｃｍで散50

水量の液固比および通気条件は同条件で設定、焼却灰

図７ 浸出水中の EC の推移は北九州市皇后崎工場より採取したが時期は異なる）と② TOCの比較を行った。図９に TOC の比較結果を示す。「実証TOC の経時変化を図 8 に示す。EC の経時変化と比試験 180cm」は今回の試験結果、「カラム試験 30cm」は較して TOC 濃度の立ち上がりに時間差があったが、5過去のラボ試験結果を示す。
焼却灰の採取時期は異なるが、実証試験およびカラムた。塩類の洗い出しと同様に TOC で示される有機成試験における EC、TOC 値の経時変化は同様の傾向を分についても散水による洗い出しの効果が進んでいる示した。これらの結果から、実証規模での前処理方法のことが伺えた。

有効性を確認できたと同時にカラム試験によって埋立も2500

しくは前処理に受け入れる焼却灰の事前試験・トリータビ2000リティ試験を実施できる可能性が示唆された。
2500

1500

実証試験180cm
カラム試験30cm

2000

1000

TOC（mg/L)

TOC（mg/L)

日前後をピークにして経過時間に伴って濃度が低下し

500
00102030経過日数（日）

4050

1500
1000
5000

図８ 浸出水中の TOC 濃度の推移

0③ 試験終了時の BOD,COD
試験開始時の浸出水の BOD および COD の分析値

10203040
経過日数（日）50

図９ 浸出水中の TOC の推移を表２に示す。散水開始後 50 日の時点で初期ピーク－5－60

フジタ技術研究報告 第 45 号

§５．ＦＡＳＴシステムによる新しい埋立管理工程（安定化の状況）を記録する。

ＦAST システムの前処理工程の特徴として、焼却灰の⑧ POINT８：トレーサビリティ：処分場再生等に活用

改質と埋立前の焼却灰の性状を把握する（トリータビリティ

埋立記録により、焼却灰のトレーサビリティを確保するの確認）ことが考えられた。これらの特徴を基に新しい最終ことができる。

処分場の管理工程を以下のように考察した。（図１０）§６．まとめ
焼却灰搬入

浸出水水質改善
安定化

焼却灰判定

埋立

本研究で得られた結果を以下にまとめる。

散水

散水(1) 焼却灰を充填し、散水及び通気を行う前処理槽内では温度が 50℃程度まで上昇することが本実証試験で

浸出水

浸出水

通気

散水＋通気処理浸出水水質分析

搬入先記録

散水＋通気処理浸出水水質分析

埋立位置・埋立量
浸出水データPOINT 1

POINT 2

POINT 3

POINT 5

POINT 6

POINT 7

焼却施設ごとに焼却灰を管理搬入時に目視で検査

浸出水の水質で検査

浸出水水質を改善

浸出水水質の安定で埋立判断

浸出水水質安定で埋立位置・量・品質の記録

焼却施設と焼却灰性状の記録
埋立不適焼却灰は排除

POINT 4
受入初期に埋立不適物を判断

POINT 8

明らかになった。

通気

浸出水水質の安定化で埋立時期と浸出水質を推定(2) 焼却灰の早期安定化することを目的として開発を進めてきた、散水と通気による前処理手法について実大埋立位置と埋立量の記録規模での実証試験を行った。焼却主灰 81ｔを 180ｃｍ厚さに撒き出し、約 50 日で浸出水中の EC、TOC 濃度が埋立管理データの記録排出者・埋立時性状・埋立位置・埋立量低下することを確認した。この結果からラボ試験と同様トレーサビリティ
処分場再生等に活用

図１０ FAST システムによる最終処分場管理工程の効果が実大規模においても得られることが明らかになった。

管理工程のポイントをまとめると以下のようになる。

(3) ラボにおけるカラム試験が実大規模での前処理の経① POINT１：焼却施設ごとに焼却灰を管理時変化と同様の傾向を示すことが確認され、トリータビ

最終処分場に数ヶ所の焼却施設から焼却灰が搬入さリティ試験としてカラム試験が有効であることが示唆されている場合は、焼却灰性状はそれぞれの焼却施設れた。の焼却方式・稼動年数・搬入可燃ごみの地域差などにより異なる。そのため、それらの焼却灰を混ぜずにそれ

謝 辞 本研究は福岡大学大学院、株式会社クリーンセ

ぞれの焼却施設ごとに養生区画を変えて、別々に安定ンターとの共同研究による平成２０年度北九州市環境未化を図る必要がある。

来開発助成「ＦＡＳＴシステム最終処分場の実証研究」の② POINT２：搬入時に目視で検査成果であり、関係各位の方々に深謝いたします。

搬入時のダンプアップ時に目視により前処理に不適
参考文献

な粗大ごみや燃え残りなどを可能な限り選別し、安定化

1) 環境省，一般廃棄物処理実態調査（平成 18 年度調査結に悪影響がないようにする。

果）③ POINT３：浸出水の水質で検査

2） 矢島聡・佐竹英樹ら：高度管理型最終処分場における受入初期に出てくる浸出水の性状を検査する。

埋立物安定化に関する研究，フジタ技術研究報告 第④ POINT４：受入初期に埋立不適物を判断

40 号，2004

検査の結果、有機物が規定以上含まれていたり、重金属類の含有量が異常に多い焼却灰などをチェックし、

3） 久保田洋・矢島聡ら：廃棄物の埋立管理における前処理の効果，フジタ技術研究報告，第 44 号，2008

通常の前処理で対応できないものは、撤去し焼却施設

4） 久保田洋・樋口壯太郎ら：焼却灰の埋立管理におけに返送し再焼却するか、セメント固化処理などの処理を行う。

る前処理の効果（４），第 20 回廃棄物学会研究発表⑤ POINT５：浸出水水質改善会講演論文集，2009

散水・通気を行い、定期的に浸出水を検査し、前処理
ひ と こ とによる安定化の進行状況をチェックする。

安全・安心な最終処分場の普及の⑥ POINT６：浸出水水質の安定で埋立判断

ためには川上（搬入時）での管理が重浸出水の水質が所定の濃度になったら、前処理終了要であり、そのためにＦＡＳＴシステムと判断し、最終処分場に搬出する。のようなリスク管理手法は有効である⑦ POINT７：浸出水水質安定で埋立位置・量・品質のと考えています。

記録

久保田 洋

最終処分場では、その焼却灰の埋立位置・量・性状－6－