JPH08192128A

JPH08192128A - 有害廃棄物処理用薬剤及びそれを用いる処理方法

Info

Publication number: JPH08192128A
Application number: JP7019900A
Authority: JP
Inventors: Shinya Takenaka; 伸也竹中
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1995-01-13
Filing date: 1995-01-13
Publication date: 1996-07-30
Anticipated expiration: 2018-05-06
Also published as: JP3402535B2

Abstract

(57)【要約】【目的】廃棄物に含有される有害な重金属の溶出を簡
単な方法で、安価で、長期にわたり安定して防止でき、
しかも埋立地での酸性雨等を考慮して、酸性域でも安定
な処理が可能な処理薬剤とそれを用いた処理方法を提供
する。【構成】鉄塩と鉱酸の混合水溶液からなる有害廃棄物
処理用薬剤としたものであり、該薬剤において、混合水
溶液は鉄塩の濃度を１〜５０％（重量）、鉱酸の濃度を
１〜９０％（重量）とするのがよく、また、該薬剤を、
有害廃棄物に添加して混練し、含湿状態ないしペースト
状を呈する湿潤状態とする廃棄物の処理方法としたもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有害廃棄物の処理用薬
剤に係り、特に、廃棄物中の重金属を鉄塩を用いて固定
化する重金属含有廃棄物の処理用薬剤とそれを用いた処
理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ごみ焼却工場の焼却灰、集じん機で
捕集した飛灰あるいは廃水処理工場から排出されるスラ
ッジ、その他固形産業廃棄物には、各種の有害な重金属
が含まれている。また、都市ごみ焼却炉の飛灰は、廃棄
物の処理及び清掃に関する法律の改正に伴い、平成７年
４月１日以降は、前記重金属を不溶化処理しなければ埋
立処分ができなくなった。従来、不溶化処理対策として
は、下記の方法が提案されている。セメント固化法廃棄物をセメントと混合し、さらに少量の水を添加した
のち、混練して固化する方法である。本法の原理はセメ
ントの強アルカリ性による重金属イオンの不溶出化、セ
メントゲル生成による物理的封じ込め作用に基づいてい
る。

【０００３】溶融固化法廃棄物をその融点以上（１３００〜１５００℃）の温度
で加熱処理し、ガラス状のスラグとして回収する方法で
ある。不溶化の原理は、重金属類がガラスのマトリック
スに封じ込められる作用にもとずいている。液体キレート添加法廃棄物を液体キレートと混合し、さらに小量の水を添加
したのち、混練する方法である。不溶化の原理は、重金
属が不溶性のキレート化合物になることにもとずいてい
る。フェライト化処理法重金属を含む廃棄物を鉄塩の存在下にＯＨ基を有するア
ルカリを加えて混合したのち、該混合物を３００℃未満
の温度に保持する（特公昭６１−４７１５４号公報）。
この不溶化の原理は、重金属を不溶性のフェライト化合
物にすることにもとずいている。

【０００４】ところが、上述した従来の処理法には次の
ような問題点がある。セメント固化法は、比較的簡単な設備で運転コスト
が低いことから、最も多く実施されている処理法であ
る。前述したように、重金属の不溶化の原理は、セメン
トの強アルカリ性による重金属イオンの不溶化、及びセ
メントゲルによる物理的封じ込め作用であるか、飛灰中
に含まれる重金属の種類及び化学組成によっては全く不
溶化できないケースが生じている。重金属類は、一般に
アルカリ性（ｐＨを高くする）が高いほど水酸化物とし
て沈殿し不溶化されるが、例外として、ｐＨ値が高すぎ
るとＰｂは亜・鉛酸イオン（ＨＰｂＯ₂ ^-）、Ｚｎは亜
・亜鉛酸イオン（ＨＺｎＯ₂ ^-）として溶解する。従っ
て、アルカリ含有飛灰に本法を適用すると、飛灰中にも
ともと含有されているアルカリ物質に、さらにセメント
中のアルカリが加えられるため、逆にＰｂとＺｎの溶出
量が増加する傾向がみられる。また、セメントゲルによ
る封じ込めは、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＣａＣｌ₂等のアル
カリ金属塩、アルカリ土金属塩を多く含む飛灰（主とし
て、都市ごみ焼却炉飛灰）に適用した場合、セメントの
水硬化反応が阻害され、そのためセメントゲルの生成が
不完全となり、重金属類の物理的封じ込めも困難とな
る。

【０００５】溶融固化法は、１３００〜１５００℃
の高温で処理しなければならないため、エネルギー多消
費型であり、また高温作業での危険性が伴う。さらに溶
融処理工程において、全ての重金属がガラスのマトリッ
クスに封じ込められるのではなく、低沸点の重金属（Ｃ
ｄ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｈｇ等）は再揮発するため、再度飛灰
となって捕集され、いわゆる溶融炉飛灰となって排出さ
れる。この溶融炉飛灰は、焼却炉飛灰よりも高濃度の重
金属が含まれるため、さらに不溶化処理が困難となる。

【０００６】液体キレート添加法は装置の簡易さ、
メンテナンスの利点があるため、導入しやすいシステム
である。しかし、キレート剤が高価なためライニングコ
ストが高くなり、また、キレート剤は有機物質であるた
め埋立地において微生物により分解をうけるため、長期
的安定性に問題がある。さらに液体キレートはそれ自体
は無害であるが、未反応のキレートが埋立地より流出す
ると、動植物に必要な有用金属をもキレート化するため
利用できなくなり、環境に対する二次公害も懸念されて
いる。フェライト化処理法は、空気酸化が必要であるた
め、反応時間が長くなり、さらに加熱処理等を考慮しな
ければならない。従って、設備が大型化するとともに運
転コストが高くなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解決し、廃棄物に含有される有害な重金属
の溶出を簡単な方法で、安価で、長期にわたり安定して
防止でき、しかも埋立地での酸性雨等を考慮して、酸性
域でも安定な処理が可能な処理薬剤とそれを用いた処理
方法を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、鉄塩と鉱酸の混合水溶液からなる有害
廃棄物処理用薬剤としたものである。前記薬剤におい
て、混合水溶液は、鉄塩の濃度が１〜５０％（重量）
で、鉱酸の濃度が１〜９０％（重量）とするのがよい。
また、本発明では、前記有害廃棄物処理用薬剤を、有害
廃棄物に添加して混練し、含湿状態ないしペースト状を
呈する湿潤状態とする廃棄物の処理方法としたものであ
り、こうすることにより、容易に重金属を不溶化するこ
とができる。本発明において、使用される鉄塩で第１鉄
塩としては、硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ₄）、塩化第一鉄
（ＦｅＣｌ₂）等の市販の薬品の他金属表面の酸洗い、
酸化チタン製造の際に大量に生じる副産物の塩化第一
鉄、硫酸第一鉄を用いることができる。

【０００９】また、第２鉄塩としては、硫酸第二鉄（Ｆ
ｅ₂（ＳＯ₄）₃）、塩化第二鉄（ＦｅＣｌ₃）、ポリ
硫酸鉄（｛Ｆｅ₂（ＯＨ）_n（ＳＯ₄）_3-n/2｝_n）等
の薬品を用いることができる。一方、鉱酸としては硫酸
（Ｈ₂ＳＯ₄）、塩酸（ＨＣｌ）、硝酸（ＨＮＯ₃）を
用いることができる。そして、本発明は、前記鉄塩と鉱
酸を混合した水溶液からなる薬剤であり、第１鉄塩と鉱
酸の混合水溶液、第２鉄塩と鉱酸の混合水溶液、あるい
は第１鉄塩と第２鉄塩と鉱酸の混合水溶液として用い
る。また、本発明においては、既存の薬剤、例えばセメ
ント、キレート剤等と併用して使用することも可能であ
る。

【００１０】さらに、本発明では、混練操作によって含
湿状態ないしペースト状を呈する湿潤状態とするもので
あるが、このような状態は被処理物に対する混合溶液の
液体成分及び／又は別途に供給する水の量によって調整
することになる。ここでいう含湿状態とは、液体成分量
が最低の場合の状態であって、被処理物が液体成分で凝
集して塊状を呈する状態を意味する。すなわち、本発明
においては、被処理物の粒子表面が均質に濡れるための
最低限の液体成分の存在が必要となる。一方、ペースト
状を呈する湿潤状態とは、そのとおりの意味であり、泥
状あるいはクリーム状とも称され、放置時に液体成分が
分離や流出を起こさない程度までの湿潤状態を意味す
る。分離や流出を起こすような状態では混練工程や混合
物の搬出工程で取扱いに問題が生じ、また処理後にろ過
等の手段を講じるような必要があって本来の目的を外れ
ることになり、ろ液の処理も問題となり、さらに、作用
すべき薬剤成分が有効に使用されないため無駄にするこ
とになる。

【００１１】含湿状態からペースト状態となるべき薬剤
の容量は、被処理物の粒度や性状に左右されるが、一応
の目安を限定すれば、被処理物１００ｇに対して薬剤の
容量は１０〜５０ｍｌの範囲が好適である。これ以上薬
剤の容量が増加すると被処理物はスラリー状となり、前
記理由により処理が困難となる。従って、使用する薬剤
はできるだけ高濃度で作成した方が容量が少なくてすむ
が、混合水溶液における溶解度を考慮すると、鉄塩は１
〜５０％（ｗｔ）の範囲内で鉱酸は１〜９０％の範囲内
で調合するのがよい。また、鉄塩と鉱酸の混合比率は処
理すべき廃棄物に含まれる重金属とアルカリ分の含有率
によって異なり、重金属が多量に存在し、アルカリ分が
少い場合は鉄塩濃度を高くし鉱酸濃度を低くすれば良
い。一方重金属が多く、アルカリ分が少い場合は鉱酸濃
度が高く、鉄塩濃度の低い混合水溶液を用いれば良い。

【００１２】そして、混合水溶液は、その添加混練時の
ｐＨが７〜１２（１０ｗｔ％スラリー換算）の範囲とな
るよう鉄塩と鉱酸の混合比率及び量を調整して添加する
のが良い。また、本発明の薬剤を適用する廃棄物として
は焼却炉排ガス又は炉内に有害ガス除去用アルカリ剤を
添加して得られるアルカリ飛灰等がある。そして、焼却
炉より発生するアルカリ飛灰中のアルカリ含有量は、Ｃ
ａＯとして２０〜６０％であり、また重金属（Ｚｎ、Ｐ
ｂ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｈｇ、Ａｓ等）の含有量は、１〜３％
程度である。このような高アルカリ飛灰を処理するため
の鉄塩と鉱酸の混合溶液中の最適濃度は、鉄塩、鉱酸と
も２０〜３０％の範囲である。すなわち、前記２０〜６
０％のＣａＯを含む飛灰の場合は鉄塩、鉱酸を２０〜３
０％に調整した混合溶液を用いれば、全ての飛灰に対し
て処理可能である。なお、重金属を不溶性とするために
必要な薬剤量が少なすぎて被処理物が含湿状態に至らな
い場合は、別途水を供給に調整すれば良い。

【００１３】

【作用】本発明方法により廃棄物中に含まれるアルカリ
分が鉄塩と作用し、水酸化鉄沈殿を形成する。そして、
廃棄物中に含まれる微量の重金属類は水酸化鉄の結晶格
子のＦｅイオンと置換して取り込まれるものと考えられ
る。例えば、鉄塩が第１鉄の場合は、下記式の反応に
より、鉄塩が第２鉄の場合は下記式の反応がおこり、
重金属の不溶化が可能となる。Ｍ²⁺＋２Ｆｅ²⁺＋６ＯＨ^-→ＭＦｅ₂（ＯＨ）₆ ・・・・・Ｍ²⁺＋２Ｆｅ²⁺＋８ＯＨ^-→ＭＦｅ₂（ＯＨ）₈ ・・・・・ここで、ＭはＰｂ，Ｃｄ，Ｚｎ，Ｈｇ等の重金属を示
す。

【００１４】しかしながら、廃棄物中のアルカリ分が多
量に存在する場合は、前記反応がさらに進み、重金属特
に鉛（Ｐｂ）が再溶解する現象がみうけられた。再溶解
するときの反応について詳細に検討した結果、下記の反
応式が存在することが明確になった。ＭＦｅ₂（ＯＨ）₆＋２ＯＨ^-→ＭＯ₂ ^-＋２Ｆｅ（ＯＨ）₂＋２Ｈ₂Ｏ・・・・・′ ＭＦｅ₂（ＯＨ）₈＋２ＯＨ^-→ＭＯ₂ ^-＋２Ｆｅ（ＯＨ）₃＋２Ｈ₂Ｏ・・・・・′ これら′，′の反応を抑制するために、過剰のアル
カリ分を中和するための酸が必要である。例えば、過剰
のアルカリ分が消石灰であり、中和剤として硫酸（Ｈ₂
ＳＯ₄）を使用した場合Ｃａ（ＯＨ）₂＋Ｈ₂ＳＯ₄→ＣａＳＯ₄＋２Ｈ₂Ｏ・・・・・の反応により、′，′に示したＰｂの再溶解が抑制
できる。

【００１５】すなわち、鉄塩と鉱酸の混合溶液で作成し
た薬剤を用いれば重金属の再溶解は防止できる。なお、
混練時に、鉄塩と鉱酸を別々に添加する、すなわち廃棄
物に鉄塩を添加したのち、混練し、次いで鉱酸を添加し
て混練した場合あるいはその逆の場合は、消石灰の表面
を中和反応物である硫酸カルシウム（ＣａＳＯ₄）がコ
ーティングし中和反応の進行を防げることを見い出し
た。そのため、重金属の完全不溶化は困難であった。さ
らに、鉄塩と鉱酸をあらかじめ混合し酸度を高めた溶液
を使用した場合は、鉄塩が極めて安定した状態で長期間
保存できることが明確となった。すなわち、鉄塩の酸化
反応が抑制され、水酸化鉄の沈殿が生成することが防止
できた。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例１ストーカ式都市ごみ焼却炉より排出される飛灰を用い
て、各種テストを行った。本飛灰は消石灰を焼却炉排ガ
スに添加して、排ガスと反応させ、電気集じん機により
捕集したものである。飛灰の化学組成を表１に、環境庁
告示第１３号による飛灰の溶出試験結果を表２に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】表１に示すように、本飛灰は排ガス中の有
害成分と未反応の消石灰に起因する多量の生石灰（Ｃａ
Ｏとして分析値を表示）が６０％含まれており高アルカ
リ飛灰であった。また、表２に示すようにＰｂの溶出量
がわが国の基準値（昭和４８年、総理府令第５号）を上
わまるため、そのまま埋立処分できない廃棄物であっ
た。そこで、本飛灰を鉄塩と鉱酸の混合溶液を用いて処
理した。すなわち、市販のポリ硫酸第２鉄溶液（Ｆｅ₂
（ＳＯ₄）₃として４０％含有）と濃硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄
として９８％含有）を容量比で４：１の比率で混合した
混合溶液を用いた。混合溶液の鉄塩濃度はＦｅ₂（ＳＯ
₄）₃として３０％、鉱酸濃度は５％であった。本混合
溶液を用いた処理試験結果を表３に示す。

【００２０】

【表３】（ＮＤ：＜０．０１）表３に示したように、飛灰１００ｇに対して混合溶液２
０ｍｌを添加して混練処理すれば重金属の溶出液濃度を
ＮＤ（０．０１ｍｇ／リットル未満）にすることができ
る。一方、鉄塩と硫酸を別々に添加した場合（ポリ硫酸
第２鉄溶液１６ｍｌ、硫酸４ｍｌ；合計２０ｍｌ）はｐ
Ｈ値が安定せず、Ｃｄ、ＺｎはＮＤであったがＰｂは２
〜１０ｐｐｍの間で変動し、実際上完全不溶化はできな
かった。

【００２１】実施例２実施例１の飛灰を用いて、硫酸第１鉄と硫酸の混合溶液
で処理した。すなわち、硫酸第１鉄水溶液（ＦｅＳＯ₄
として２０％含有）と濃硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄として９８％
含有）を１：４の比率で混合した混合溶液を用いた。混
合溶液の鉄塩濃度はＦｅＳＯ₄として２．６％、鉱酸濃
度は８５．３％であった。本混合溶液を用いた処理試験
結果を表４に示す。

【００２２】

【表４】（ＮＤ：＜０．０１）表４に示すように飛灰１００ｇに対して混合溶液３０ｍ
ｌを添加すれば重金属の溶出液濃度を全てＮＤにするこ
とができた。一方、鉄塩と鉱酸を別々に添加した場合
（硫酸第１鉄溶液６ｍｌ、硫酸２４ｍｌ）はＣｄ、Ｚｎ
はＮＤであったが、Ｐｂは１〜５ｐｐｍの間で変動し実
際上完全不溶化はできなかった。

【００２３】実施例３流動床式都市ごみ焼却炉より排出される飛灰を用いて、
各種テストを行った。本飛灰は消石灰を焼却炉排ガスに
添加して、排ガスと反応させ、電気集じん機により捕集
したものである。飛灰の化学組成を表５に示す。

【表５】

【００２４】そこで本飛灰を鉄塩と鉱酸の混合溶液を用
いて処理した。すなわち、市販の塩化第２鉄溶液（Ｆｅ
Ｃｌ₃として３７％含有する）と濃塩酸溶液（ＨＣｌと
して３７％含有する）を容量比で１：１の比率で混合し
た混合溶液を用いた。混合溶液の鉄塩濃度はＦｅＣｌ₃
として１７．３％、鉱酸濃度は１９．７％であった。本
混合溶液を用いた処理試験結果を表６に示す。

【表６】

【００２５】表６に示したように、飛灰１００ｇに対し
て混合溶液５ｍｌ添加して混練処理すれば重金属の溶出
濃度をＮＤとすることができる。なお、本実施例では薬
剤の容量が飛灰１００ｇに対して５ｍｌと少いため、湿
潤状態に到らなかったため、さらに水を５ｍｌ添加して
調整した。一方、鉄塩と鉱酸を別々に添加した場合（塩
化第２鉄溶液２．５ｍｌ、塩酸２．５ｍｌ）はＰｂは
０．８〜２．０ｐｐｍの間で変動し、実際上完全不溶化
は困難であった。

【００２６】実施例４焼却炉より排出されるＣａＯ濃度の異なる飛灰を最適濃
度の薬剤（鉄塩；Ｆｅ₂（ＳＯ₄）₃含有量２５％、
鉱酸；Ｈ₂ＳＯ₄ ２５％）を用いて処理した。処理結
果を図１に示す。最適濃度範囲の薬剤を用いればＣａＯ
濃度のいかんにかかわらず処理可能であった。

【００２７】

【発明の効果】本発明においては、鉄塩と鉱酸を同時に
濃厚な溶液として有害廃棄物に添加できるため、鉄塩を
有効に利用でき、少量の使用で全ての重金属、特に鉛の
溶出を長期に安定して防止できる。また、埋立地での酸
性雨により、酸性域となった場合でも、重金属の溶出を
基準値以下に保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】薬剤添加量とＰｂの溶出液濃度との関係を示す
グラフ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄塩と鉱酸の混合水溶液からなる有害廃
棄物処理用薬剤。
【請求項２】前記混合水溶液は、鉄塩の濃度が１〜５
０％（重量）、鉱酸の濃度が１〜９０％（重量）である
ことを特徴とする請求項１記載の有害廃棄物処理用薬
剤。
【請求項３】請求項１記載の有害廃棄物処理用薬剤
を、有害廃棄物に添加して混練し、含湿状態ないしペー
スト状を呈する湿潤状態とすることを特徴とする廃棄物
の処理方法。