JP3981986B2 - 廃棄物処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、有害な重金属を含有する廃棄物を安定化処理するのに有効な廃棄物処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、日本では約４８００万トン（１９８８年）の一般廃棄物と約３.１億トン（１９８５年）の産業廃棄物が排出されている。西暦２０００年には、一般廃棄物は約８０００万トンに、産業廃棄物は約６億トンに達すると予測されている。そのうち一般廃棄物の約７割が焼却処理され、約２割が直接処分されている。また、産業廃棄物は約４割が再生利用され、約３割が焼却などによって減容化されて処分され、約３割が直接最終処分場で廃棄されている。これらの焼却された一般廃棄物や産業廃棄物は、有害な重金属が大量に含まれているために処分に関する規制が大幅に強化される方向にある。
【０００３】
例えば都市ゴミ処理場の場合、ゴミの中に含まれるカラー印刷の紙やセロファン類にはカドミウム（Ｃｄ）、鉛（Ｐｂ）、クロム（Ｃｒ）、水銀（Ｈｇ）、銅（Ｃｕ）など、プラスチック類からカドミウム、鉛、亜鉛（Ｚｎ）、クロム、水銀などが含まれておりこれらを焼却することによって重金属が濃縮された灰が得られる。焼却場ではこの灰をゴミのもえがらからなる主灰とバグフィルターなどで回収される飛灰に分けて回収する場合が多くなってきている。この主灰、飛灰ともに重金属が含まれているが飛灰では特に重金属が溶出しやすくなっている。
【０００４】
焼却場では焼却時に発生する塩酸ガスを捕捉するために、排気経路途中で消石灰や生石灰を吹き込んでいる。これらは塩酸ガスと結合して塩化カルシウムとなるために、排ガス中の塩酸ガス濃度が低減できる。ところが、未反応の消石灰や生石灰が飛灰中に残存するために、飛灰はｐＨ１２以上の高アルカリ性となる。飛灰には鉛が高濃度に含まれており、この鉛は高アルカリ性では鉛酸塩として水溶性となる性質があるために灰を未処理で廃棄すると鉛が溶出することになる。そこで、焼却場では有害金属の溶出を防ぐ目的で飛灰をセメントと混合し、水を加えて混練した後、養生固化して廃棄したり、主灰と混ぜて埋め立てられたりしている。しかしながら、セメントはアルカリ性であるところから、このような飛灰に対してセメントを大量に加えると鉛の溶出は抑制されない。平成７年４月から施行された改正廃棄物処理法では、鉛の溶出量の規制値は従来の１０分の１の０．３ｍｇ／Ｌになり、この規制値をセメントのみで満足することは殆ど無理であることが分かってきている。したがって、単にセメントで固化する従来の処理方法には種々の問題があり、用途を限定しなければ二次公害が発生する恐れがある。
【０００５】
例えば、鉛は、カドミウム、水銀、クロムなどとともに腎臓に破壊的に作用する。鉛は、血液成分のヘム合成阻害作用や水銀とともに神経系の影響が知られている。カドミウムは、高血圧の可能性、精子形成能力の低下が指摘されている。ニッケルや銅その他の金属類についても毒性が調べられている。従ってこれらの有害物質が、廃棄物処理場にて安定化処理をすることなく廃棄されたり、故意に環境に廃棄されると、これらが長期間の放置によって地下水を汚染して人体に影響を与えることが起こりうる。従って、これらの有害廃棄物の溶出を可能な限り低下させることが重要になってきている。
【０００６】
そこで、飛灰処理に液体有機系薬剤が試験的に使用されているが、とくにアルカリ性が高く鉛含有量の多い飛灰に対しては飛灰の重量に対して６％以上加えないと規制値以下に抑制されないものもある。加えて、薬剤の多くは、有機イオウを含有するために、二硫化炭素、フォスフィン、アミン類、溶媒として含まれているクロロフォルムなどが発生するために、薬剤を用いた時、作業者自体が危険であるばかりでなく、廃棄物処理場周辺の環境に影響を与え、生活妨害の原因ともなる。一般に、この様な液体有機系薬剤は単価がセメントの５０倍から８０倍と高価であるため、ランニングコストの面で大きな負荷になると考えられる。
【０００７】
このようにセメントや液体有機系薬剤を用いた重金属の安定化処理は困難であったり作業環境に悪影響を与える場合があることが分かってきた。加えて、焼却場にあるダストと処理材を混練する装置は多数の会社が様々な混練装置を製造しておりその混練性能も様々である。また同じ装置であっても、押し出される位置によって十分な混練が出来ていない場合もある。
【０００８】
以上のように、現状では処理材及び処理方法に問題があり、加えて国内の陸上埋立処分地の不足も問題になりはじめており、少量の処理材の添加でダスト中の有害な重金属が溶出しないよう強力に安定化することが可能な処理方法が望まれていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このようなダスト中の有害な重金属等を含有する廃棄物を安定化処理するのに有効な廃棄物処理方法を提供することである。特に本発明は上記のごとく焼却炉から排出されるアルカリ性の飛灰に含まれる有害な重金属等が再溶出しないように安定化することが可能な廃棄物処理方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記のような廃棄物処理の現状における問題点を解決する目的で鋭意検討した結果、この目的を達成しうる廃棄物処理方法を得るに至った。即ち、本発明者らは、廃棄物処理材として意外にも非晶質水酸化アルミニウム、特にアルミスラッジを単独で用いることが好ましいことを見出した。
【００１１】
本処理方法において用いられる水酸化アルミニウムとは、ｘ線回折でピークが観測されない非晶質のものである。本発明で使用する非晶質水酸化アルミニウムは、成分の中に結晶質水酸化アルミニウム、ニッケル、ホウ素などの不純物を含んでいてもこの範疇である。入手が比較的容易で安価という面で、アルミサッシ工場のアルミ加工過程で、本来廃棄される水酸化アルミニウムを濃縮回収したアルミスラッジが好ましい。例えば、アルミサッシ工場内では、アルミサッシやアルミパイプ等のアルミニウムを用いた成形品に付着した油を硫酸で除去して、更に腐食防止の目的でニッケルを表面にコートするアルマイト処理を行なった廃液が出る。工場内では、これに凝集剤を加えて沈澱濾過後、フィルター濾過して水酸化アルミニウムをアルミスラッジとして回収する。このアルミスラッジは、そのままで使用してもよいが、水分を７５％程度含んでいるために、そのままでは取扱いが困難である。従って、このスラッジを乾燥させて破砕を行い粉体状にすることが取扱い上好ましい。アルミスラッジの乾燥は、一般的には品温が２００℃以下になるようにして乾燥させる。また、一般に市販されている非晶質の乾燥水酸化アルミニウム等を使用してもよい。
【００１２】
次に本発明の処理方法では、非晶質水酸化アルミニウムを廃棄物に添加し、必要に応じて水を添加したものを混練し、養生固化させることを特徴とする。本発明の好ましい実施態様としては、ホッパーに集められたダストや飛灰を、別のホッパーからの前記の非晶質水酸化アルミニウムと混合し、必要に応じてこれに水を加え賦型装置内で十分に練り合わせて押し出す。
【００１３】
非晶質水酸化アルミニウムを廃棄物に添加する量は、廃棄物のアルカリ量を考慮しながら適宜調整されるが、廃棄物１００重量％に対して非晶質水酸化アルミニウムを３重量％〜３０重量％になるように混合することが好ましい。
【００１４】
従来の技術で述べたように、焼却場では焼却時に発生する塩酸ガスを捕捉するために、排気経路途中で消石灰や生石灰を吹き込んでいる。そのために、焼却場から発生する飛灰はｐＨ１２以上の高アルカリ性となる。高アルカリ性では飛灰中の鉛は、鉛酸塩として水溶性となる性質があるために、飛灰のｐＨを把握して鉛の溶出量を予測する必要があるが、実際には、飛灰からの鉛の溶出量は、飛灰中に含まれる総アルカリ量に左右されると考えられる。飛灰のｐＨは、飛灰の抽出液のｐＨをｐＨメーターで測定する方法が一般的である。しかし、高アルカリ性では、pHの変動が小さいために、ｐＨのわずかな変動では、その中のアルカリ量を正確に測定できない。
【００１５】
ここで本発明者らが、アルカリ量を測定するために採用した方法は、以下のとうりである。廃棄物１ｇに０．５Ｎ塩酸１００ｍｌを添加する。この溶液を２０℃で２０時間振とうする。次に、１Ｎの水酸化ナトリウムを添加してｐＨが７になった時の添加量を求める。この時の添加量をｘｍｌとすると、廃棄物１ｇ当たりのアルカリ量ｙ（ｍｍｏｌ／ｇ）＝５０−Ｘとなる。例えば、飛灰中にアルカリが大量に存在する場合、アルカリ量は１４ｍｍｏｌ／ｇ程度になる。一方、飛灰中にアルカリが比較的少ない場合には、アルカリ量は６〜７ｍｍｏｌ／ｇ程度になる。アルカリが大量に存在する場合には、２０〜３０重量％の非晶質水酸化アルミニウムで鉛が十分安定化可能となる。一方、アルカリが比較的少ない場合には、３重量％の非晶質水酸化アルミニウムで十分安定化が可能となる。従って廃棄物１００重量％に対して非晶質水酸化アルミニウムを３重量％〜３０重量％になるように混合することが好ましい。その場合の廃棄物のアルカリ量は６ｍｍｏｌ／ｇ以上である。但し、必要な場合にはこれよりもっと多量の非晶質水酸化アルミニウムの添加を妨げるものではないが過剰の添加はコストアップにつながり、実用的には、殆どの場合、上記の範囲内の添加で充分である。
【００１６】
本発明の非晶質水酸化アルミニウムが、有害重金属を安定化する機構は明らかでない。しかし、アルカリ量が多いと非晶質水酸化アルミニウムの添加量が多いところから、非晶質水酸化アルミニウムの固体酸としての作用によるアルカリの中和、有害金属を含むコロイド粒子の凝集や吸着が主なものであると推察される。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の廃棄物処理方法を用いて有害重金属を含有する産業廃棄物や都市ゴミの焼却炉から排出されるＥＰ灰やバグ灰（特に、消石灰や生石灰を吹き込んだＥＰ灰やバグ灰）を処理することで、有害重金属、特に鉛が効率よく安定化され、溶出量が減少し、安定化処理に非常に有効なものである。有害重金属では水銀、ヒ素、銅、鉛、カドミウム、クロムなどを安定化できる。例えば、半導体工場やメッキ工場のような各種廃液の処理後に排出されるスラリー状スラッジや脱水ケーキスラッジ、あるいは製鋼所での電気炉溶融窯などの作業場での作業環境保全用の有害集塵ダスト、都市ゴミ溶融炉からでる飛灰あるいは埋立投棄処分等による汚染土壌などを安定化処理する事が出来、この際、有害重金属が安定化され、溶出量が抑えられる。
【００１８】
【実施例】
処理材として用いたアルミスラッジは、アルミ加工会社より泥状アルミスラッジを入手し、品温１０５℃で２４時間乾燥を行った後破砕（粉砕）した。アルミスラッジの含水率は１１％であった。
【００１９】
（実施例１）
都市ゴミ焼却工場から排出された、鉛を大量に含有する飛灰３０ｇ（１ｇ当たりのアルカリ量１４．３ｍｍｏｌ／ｇ）に対して、上記アルミスラッジおよび水１８ｇを、下記表１に示す割合で添加して混練を行ない、２０℃で１日養生固化させた。その後、これらの処理材を用いた場合の無害化効果を調べるために、環境庁告示１３号法により鉛の溶出試験を行なった。この時の実験条件、並びに結果を表１に示した。尚、処理材を加えず、環境庁告示１３号法により溶出試験を行なった場合の鉛溶出量は４５０ｍｇ／Ｌであった。
【００２０】
【表１】

【００２１】
表１に示した実施例１-1〜-3の結果を無処理例と比較すると、本発明の廃棄物処理材を飛灰に１０重量％以上加えることで、鉛溶出量が無処理の鉛溶出量よりも大幅に低下して、２０重量％添加すると、改正廃棄物処理法での鉛規制値である０．３ｍｇ／Ｌ以下になることが分かる。
【００２２】
（実施例２）
都市ゴミ焼却工場から排出された、鉛を大量に含有する飛灰３０ｇ（１ｇ当たりのアルカリ量９．９５ｍｍｏｌ／ｇ）に対して、アルミスラッジ、および水２０ｇを、下記表２に示す割合で添加して混練を行ない、２０℃で９日養生固化させた。その後、これらの処理材を用いた場合の無害化効果を調べるために、環境庁告示１３号法により鉛の溶出試験を行なった。この時の実験条件、並びに結果を表２に示した。尚、処理材を加えず、環境庁告示１３号法により溶出試験を行なった場合の鉛溶出量は４９ｍｇ／Ｌであった。
【００２３】
【表２】

【００２４】
表２に示した実施例２-1〜-3の結果を無処理例と比較すると、本発明の廃棄物処理材を飛灰に１５重量％加えると、鉛溶出量が無処理の鉛溶出量よりも大幅に低下して、２０重量％添加すると、改正廃棄物処理法での鉛規制値である０．３ｍｇ／Ｌ以下より大幅に低下していることが分かる。
【００２５】
（実施例３）
都市ゴミ焼却工場から排出された、鉛を大量に含有する飛灰３０ｇ（１ｇ当たりのアルカリ量７．２９ｍｍｏｌ／ｇ）に対して、アルミスラッジおよび水１８ｇを、下記表３に示す割合で添加して混練を行ない、２０℃で１日養生固化させた。その後、これらの処理材を用いた場合の無害化効果を調べるために、環境庁告示１３号法により鉛の溶出試験を行なった。この時の実験条件、並びに結果を表３に示した。尚、処理材を加えず、環境庁告示１３号法により溶出試験を行なった場合の鉛溶出量は４９０ｍｇ／Ｌであった。
【００２６】
【表３】

【００２７】
表３に示した実施例３-1〜-3の結果を無処理例と比較すると、本発明の廃棄物処理材を飛灰に３重量％以上加えることで、鉛溶出量が無処理の鉛溶出量よりも大幅に低下して、改正廃棄物処理法での鉛規制値である０．３ｍｇ／Ｌ以下になることが分かる。

Claims (3)

1. 鉛、カドミウム、水銀、クロム、銅、ニッケル、亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも１つの有害金属を含有する廃棄物の処理方法であって、
   前記廃棄物が、都市ゴミ焼却工場から排出された飛灰であり、
   かつ、廃棄物１ｇに０．５Ｎ塩酸１００ミリリットルを添加して２０℃で２０時間振とうし１Ｎ水酸化ナトリウム溶液を添加してｐＨ７となった時の水酸化ナトリウム溶液の添加量がｘ（ミリリットル）である場合に、廃棄物１ｇ当たりのアルカリ量ｙ（ミリモル／ｇ）＝５０−ｘ、として算出した廃棄物１ｇ当たりのアルカリ量ｙが６ミリモル／ｇ以上である廃棄物に、アルミスラッジである非晶質水酸化アルミニウム単独からなる廃棄物処理材を、廃棄物に対して３重量％〜３０重量％になるように混合し、必要に応じて水を加えたものを混練し、養生固化することを特徴とする廃棄物処理方法。
2. 非晶質水酸化アルミニウムが、粉体状のものであることを特徴とする請求項１記載の廃棄物処理方法。
3. アルミスラッジを乾燥させて破砕を行い粉体状としてなる請求項２記載の廃棄物処理方法。