JP2018196853A - 重金属類の溶出抑制方法および溶出抑制材 - Google Patents

Abstract

【課題】重金属類の溶出抑制を容易かつ低コストで行える重金属類の溶出抑制方法および溶出抑制材を提供する。【解決手段】石炭灰とフスマとセメント等とを混合することによって（ステップＳ１〜Ｓ３）、石炭灰に含まれる重金属類が溶出することを抑制するようにする。ここで、石炭灰とフスマとセメント等とを混合して粒状に造粒してもよいし（ステップＳ４）、さらにこの造粒物の表層を固化材で覆うようにしてもよい（ステップＳ５）。【選択図】図１

Description

本発明は、鉛、砒素、フッ素、六価クロム、ホウ素、セレン等の重金属類の溶出抑制方法および溶出抑制材に関するものである。

従来、火力発電所から排出される石炭灰をリサイクルし、資源として使用する技術が知られている。このような技術の一つとして、例えばコンクリート等と混ぜて造粒することで石炭灰中に含まれる重金属類の溶出を抑制し、利用しようとする方法がある（例えば、特許文献１を参照）。

ただし、この方法では、石炭灰に含まれる重金属類を造粒物中に閉じ込めておく必要があるため、含有する重金属類に対応した溶出抑制剤や不溶化剤などの薬剤をあらかじめ混入しておく必要がある。こうした薬剤としては、硫酸第一鉄、酸化マグネシウム、ドロマイト、特許文献２に記載の溶出抑制剤などが知られている。火力発電所から発生する石炭灰の特徴として、石炭原産地の違いなどにより、含有する重金属類の量が一定ではなく、対応する薬剤も異なることから、その溶出抑制対策には多大なコストが掛かるという問題があった。

一方、重金属類の溶出抑制技術に関連して、例えば特許文献３に記載の技術が知られている。この技術は、六価クロムを含有する土壌、汚泥または廃材に、糟糠類を添加混合して嫌気的発酵を行うことにより、土壌、汚泥または廃材中の六価クロム濃度を低減するものである。

特願２０１５−２２２３２０号（現時点で未公開） 特開２００１−１５７８８４号公報 特開２００５−１７７７４０号公報

上述したように、火力発電所から発生する石炭灰の特徴として、石炭原産地の違いなどにより、含有する重金属類の量が一定ではなく、対応する薬剤も異なることから、その溶出抑制対策には多大なコストが掛かるという問題があった。このため、石炭灰からの重金属類の溶出抑制を容易かつ低コストに行うことのできる方法が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、石炭灰からの重金属類の溶出抑制を容易かつ低コストで行える重金属類の溶出抑制方法および溶出抑制材を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る重金属類の溶出抑制方法は、石炭灰と、フスマと、固化材とを混合することによって、石炭灰に含まれる重金属類が溶出することを抑制することを特徴とする。

また、本発明に係る他の重金属類の溶出抑制方法は、石炭灰と、フスマと、固化材とを混合して粒状に造粒することによって、石炭灰に含まれる重金属類が溶出することを抑制することを特徴とする。

また、本発明に係る他の重金属類の溶出抑制方法は、石炭灰と、フスマと、固化材とを混合して粒状に造粒して造粒物を製造した後、この造粒物の表層を固化材で覆うことによって、石炭灰に含まれる重金属類が溶出することを抑制することを特徴とする。

また、本発明に係る重金属類の溶出抑制材は、石炭灰に含まれる重金属類が溶出することを抑制する溶出抑制材であって、フスマを含有することを特徴とする。

本発明に係る重金属類の溶出抑制方法によれば、石炭灰と、フスマと、固化材とを混合することによって、石炭灰に含まれる重金属類が溶出することを抑制するので、フスマと固化材の混合処理により石炭灰に含まれる重金属類の溶出抑制を容易かつ低コストに行うことができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の重金属類の溶出抑制方法によれば、石炭灰と、フスマと、固化材とを混合して粒状に造粒することによって、石炭灰に含まれる重金属類が溶出することを抑制するので、フスマと固化材による造粒処理により石炭灰に含まれる重金属類の溶出抑制を容易かつ低コストに行うことができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の重金属類の溶出抑制方法によれば、石炭灰と、フスマと、固化材とを混合して粒状に造粒して造粒物を製造した後、この造粒物の表層を固化材で覆うことによって、石炭灰に含まれる重金属類が溶出することを抑制するので、固化材による被覆処理により石炭灰に含まれる重金属類の溶出抑制を容易かつ低コストに行うことができるという効果を奏する。

また、本発明に係る重金属類の溶出抑制材によれば、石炭灰に含まれる重金属類が溶出することを抑制する溶出抑制材であって、フスマを含有するので、石炭灰に含まれる重金属類の溶出抑制を容易かつ低コストで行える溶出抑制材を提供することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る重金属類の溶出抑制方法の実施の形態を示す概略フローチャート図である。 図２は、セメント等でコーティングした造粒物のイメージを示す図である。 図３は、本発明の効果を検証するために行った溶出試験の配合と試験結果を示す図である。

本発明は、重金属類の溶出が懸念される石炭灰等（例えば火力発電所等で排出される新生灰や既成灰など）を使用して造粒物を製造する際、重金属類の溶出抑制材としてフスマ（小麦の糠）を混合することで重金属類の溶出を抑制し、さらに必要に応じて、製造した石炭灰等による造粒物の表層を、セメント等の固化材でコーティングすることでこの溶出抑制効果を増進する方法である。

従来の重金属類の不溶化剤としては、硫酸第一鉄や酸化マグネシウム、ドロマイト等が使用されてきた。それぞれの不溶化剤には、得意とする重金属があり、しかも固化材にセメントを使うか、中性固化材を使うかによっても、その溶出量に影響する。例えば、硫化第一鉄の場合は、固化材に中性固化材を使用すると、添加量に比例してフッ素等の溶出量が増加する。

一方、本発明のようにフスマを利用した場合、溶出量は添加量に比例して、減少させることができる。また、他の不溶化剤との親和性も良く、他の不溶化材との併用が可能である。このように、本発明によれば、固化材の種類や溶出する重金属に関わらず使用でき、安価な溶出抑制が可能となる。

以下に、本発明に係る重金属類の溶出抑制方法および溶出抑制材の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る重金属類の溶出抑制方法は、まず、石炭灰等の原料を準備し（ステップＳ１）、これを所定の粒度に粒度調整した後（ステップＳ２）、粒度調整した石炭灰等の原料に対して不溶化剤（溶出抑制材）としてのフスマおよび硫酸第一鉄と、固化材としてのセメントとを所定量ずつ混合撹拌して混合物を作製する（ステップＳ３）。こうすることで、この混合物から重金属類が溶出することを抑制することができる。この場合、石炭灰等の原料に対して外割で０〜５％程度のフスマ、５〜２０％程度のセメントを混合してもよい。

その後、この混合物を粒状に造粒し（ステップＳ４）、必要に応じて、この造粒物の表層をセメント等の固化材でコーティングする（ステップＳ５）。これにより、重金属類の溶出抑制作用をさらに向上させることができる。その後、この造粒物を所定期間養生し、重金属類の溶出抑制に関する品質管理を行う（ステップＳ６）。

セメント等の固化材をコーティングした造粒物のイメージを図２に示す。この図に示すように、造粒物１の表層にはセメント等の固化材がコーティングされている。この造粒物１は比較的容易かつ低コストに得ることができる。造粒物１の内部の石炭灰等に含まれる重金属類は、造粒物１の内部に混合したフスマ、硫酸第一鉄、セメントの作用により封じ込められて溶出が抑制されるとともに、造粒物１の表層のセメント等の固化材の作用によっても封じ込められて溶出が抑制される。このように、石炭灰等を使用して造粒物を製造する際に、所定量のフスマ、硫酸第一鉄、セメントを混合することで、石炭灰等に含まれる重金属類を封じ込め、溶出抑制を行うことができる。したがって、本実施の形態によれば、重金属類の溶出抑制を容易かつ低コストに行うことができる。また、石炭灰等の造粒物の表層をセメント等の固化材で被覆することによって、重金属類の溶出抑制効果をさらに高めることができる。また、造粒物のｐＨ調整が容易となる。

なお、上記のステップＳ２の粒度調整の工程は本発明に必須なものではなく省略可能であるが、フスマによる溶出抑制効果を高める上で実施することが望ましい。また、上記のステップＳ３を終えた段階で処理を終了し、ステップＳ４〜Ｓ６は省略してもよい。この場合、ステップＳ３で作製した造粒物からの重金属類の溶出抑制を図ることができる。また、上記のステップＳ４を終えた段階で処理を終了し、ステップＳ５、Ｓ６は省略してもよい。この場合、ステップＳ４で作製した造粒物からの重金属類の溶出抑制を図ることができる。

また、フスマや硫酸第一鉄などの不溶化剤（溶出抑制材）およびセメントの使用量については、あらかじめ実験等により、処理対象の石炭灰等に対する添加量と重金属類の溶出抑制効果の関係、添加量と造粒物の密度や強度など物理特性との関係を把握しておき、この関係に基づいて設定することが望ましい。

上記のステップＳ３では、フスマと硫酸第一鉄とセメントを石炭灰等の原料に混合する場合について説明したが、フスマと硫酸第一鉄とセメントに加えて別の材料を石炭灰等に混合してもよい。また、本発明では、フスマの添加は必須であるが硫酸第一鉄の添加は必須ではない。したがって、硫酸第一鉄の添加は省略してもよいし、硫酸第一鉄の代わりに別の不溶化剤を添加してもよい。また、フスマは単体で石炭灰等に混合してもよいし、フスマを含有する物質を石炭灰等に混合してもよい。

また、石炭灰等に混合する固化材、コーティング用の固化材として、ぞれぞれセメントを単体で使用する場合を例にとり説明したが、このようにする代わりに、セメントを含有するセメント系の固化材を用いてもよいし、石灰系の固化材を用いてもよい。しかし、これらの固化材を用いて固化処理した材料は高いｐＨ値を示す場合が多い。このｐＨ値が高い材料は植生や生物棲息に適さないことから、再生資源として有効利用する場合には用途が制限されてしまう。そこで、石炭灰等に混合する固化材やコーティング用の固化材として、材料のｐＨ値に影響を与えず環境に優しい材料を得るために中性固化材を用いてもよい。この中性固化材としては、例えば、中性の半水石膏等を主成分とする石膏系固化材、石炭火力発電所の副産物である排煙脱硫石膏と加圧流動床石炭灰を主原料とした固化材、製紙スラッジなどの焼却灰を主原料とした固化材などを用いることができる。

上記のステップＳ４では、例えば以下の造粒工程を経て造粒物を製造することができる。一例として、固化材にセメントを使用して約２ｋｇの原料を造粒する際の造粒工程の場合を例にとり説明する。

（造粒工程）
（１）まず、造粒装置に原料（石炭灰等、フスマ等、セメント）を投入し、６０秒間混合する（混合工程）。
（２）混合後、原料の含水率、セメント量に応じた水を加え、６０秒間混練をする（混練工程）。
（３）混練後、造粒物を製造するため、１８０秒間造粒作業を実施する（造粒工程）。
（４）造粒物を整えるため、６０秒間の整粒を実施する（整粒工程）。

また、上記のステップＳ５では、例えば以下のコーティング工程を経て造粒物の表層に固化材をコーティングすることができる。一例として、コーティング用の固化材としてセメントを使用した場合を例にとり説明する。

（コーチィング工程）
（１）上記の造粒工程を用いて造粒物を製造した後、造粒物を造粒装置から一旦取り出して一定時間静置して養生する（養生工程）。養生方法は一昼夜以上の湿潤養生が望ましいが、形式上、造粒確認ができれば次のコーティング工程に移行できる。
（２）養生工程の後、造粒物を造粒装置に戻して造粒装置内で再度撹拌を行い、造粒装置内にセメントを少量ずつ投入する。こうすることで、造粒物の表面は、図２に示すように、セメントによるコーティング膜を形成するようになる（コーティング工程）。このコーティング膜の厚みは、溶出抑制対象の重金属類に応じて適宜設定すればよい。セメントによるコーティング膜が一様に造粒物表面全体を覆うように形成されたことを確認して、処理を終了する。
（３）上記（２）のコーティング工程の操作を繰り返すことで、長期安定性も向上する（溶出抑制強化工程）。

（溶出試験）
次に、本発明の作用効果を検証するために行った溶出試験について説明する。

図３に、使用したサンプルの配合と溶出試験結果を示す。各サンプルは、重金属類を含有する原料（石炭灰）を１００％とし、これに外割で固化材を１５％、不溶化剤（溶出抑制材）を１％加えて造粒した造粒物を用いた。フスマを混合したサンプルＣ、Ｇ、Ｊが本発明の実施例に相当し、これら以外のフスマを混合しないサンプルＡ、Ｂ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｈ、Ｉが比較例に相当する。これらサンプルに対して環境省告示４６号に準じた溶出試験を実施し、六価クロム（Ｃｒ（ＶＩ））とホウ素（Ｂ）の溶出量を調べた。

サンプルＡ、Ｄは、重金属類を含有する原料１００％のものであり、固化材および不溶化剤は加えていない。サンプルＢ、Ｃは、サンプルＡを使用したもの、サンプルＥ〜Ｊは、サンプルＤを使用したものである。よって、以下では、サンプルＡとＤを基準に各サンプルの溶出量の違いを比較する。

サンプルＡ、Ｂ、Ｃの比較より、フスマによる溶出抑制効果はセメントと同等かそれ以上であることが確認できる。

サンプルＤ、Ｅ、Ｆ、Ｇの比較より、セメントおよびセメントと不溶化材による溶出抑制効果が確認できる。中でも、フスマを添加したサンプルＧが最も高い溶出抑制効果を示すことが確認された。

サンプルＤ、Ｈ、Ｉ、Ｊの比較より、中性固化材および中性固化材と不溶化材による効果を確認した。その結果、ｐＨを下げる目的で固化材に中性固化材を使用した場合、フスマを添加したサンプルＪが最も高い溶出抑制効果を示すことが確認された。

なお、上記の実施の形態では、石炭灰に含まれる重金属類の溶出抑制を行う場合を例にとり説明したが、本発明は石炭灰以外の重金属類が溶出する可能性のある粒状物に対しても適用可能である。例えば一般的な燃焼灰や火山地帯で回収される火山灰、自然由来の土壌、汚染土壌、山岳トンネルなどの建設工事で発生する岩石や土壌などの建設発生土などにも適用可能であり、こうした材料に含まれる重金属類の溶出抑制を図ることもできる。

本発明によれば、石炭灰等に含まれる重金属類の溶出抑制によりこれらの資材化が可能となる。このため、本発明により重金属類の溶出が抑制された石炭灰等の混合物や造粒物を、地盤材料や建設資材として再利用することもできる。また、固化材として中性固化材を用いた混合物や造粒物の場合には、植栽用途に使用することもできる。

以上説明したように、本発明に係る重金属類の溶出抑制方法によれば、石炭灰と、フスマと、固化材とを混合することによって、石炭灰に含まれる重金属類が溶出することを抑制するので、フスマと固化材の混合処理により石炭灰に含まれる重金属類の溶出抑制を容易かつ低コストに行うことができる。

また、本発明に係る他の重金属類の溶出抑制方法によれば、石炭灰と、フスマと、固化材とを混合して粒状に造粒することによって、石炭灰に含まれる重金属類が溶出することを抑制するので、フスマと固化材による造粒処理により石炭灰に含まれる重金属類の溶出抑制を容易かつ低コストに行うことができる。

また、本発明に係る他の重金属類の溶出抑制方法によれば、石炭灰と、フスマと、固化材とを混合して粒状に造粒して造粒物を製造した後、この造粒物の表層を固化材で覆うことによって、石炭灰に含まれる重金属類が溶出することを抑制するので、固化材による被覆処理により石炭灰に含まれる重金属類の溶出抑制を容易かつ低コストに行うことができる。

また、本発明に係る重金属類の溶出抑制材によれば、石炭灰に含まれる重金属類が溶出することを抑制する溶出抑制材であって、フスマを含有するので、石炭灰に含まれる重金属類の溶出抑制を容易かつ低コストで行える溶出抑制材を提供することができる。

以上のように、本発明に係る重金属類の溶出抑制方法および溶出抑制材は、石炭灰からの重金属類の溶出抑制に有用であり、特に、溶出抑制を容易かつ低コストに行うのに適している。

１ 造粒物

Claims (4)

1. 石炭灰と、フスマと、固化材とを混合することによって、石炭灰に含まれる重金属類が溶出することを抑制することを特徴とする重金属類の溶出抑制方法。
2. 石炭灰と、フスマと、固化材とを混合して粒状に造粒することによって、石炭灰に含まれる重金属類が溶出することを抑制することを特徴とする重金属類の溶出抑制方法。
3. 石炭灰と、フスマと、固化材とを混合して粒状に造粒して造粒物を製造した後、この造粒物の表層を固化材で覆うことによって、石炭灰に含まれる重金属類が溶出することを抑制することを特徴とする重金属類の溶出抑制方法。
4. 石炭灰に含まれる重金属類が溶出することを抑制する溶出抑制材であって、フスマを含有することを特徴とする重金属類の溶出抑制材。

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