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消石灰混合材の「スーパー・シリーズ」や「BCライト・シリーズ」は、ごみ焼却場で発生する飛灰からのPb溶出抑制、放射性Cs溶出抑制を目的とした製品です。これらの機構や効果について紹介します。
消石灰複合材の「スーパー・シリーズ」はごみ焼却場飛灰からの有害重金属類、とりわけPbの溶出抑制機能を付与した製品です。その重金属溶出抑制の機構について紹介します。
Pb含有率の異なる3種の飛灰、飛灰A(Pb: 0.11%)、飛灰B(Pb:0.19%)、飛灰C(Pb:0.30%)に、非晶質水酸化アルミニウム、または活性白土を添加した水練処理物を作製し、環境庁告示第13号試験を実施し重金属溶出抑制性能の比較を行った。
図-1,2より、非晶質水酸化アルミニウムを添加した系では、各飛灰固有にpHの低下とともにPb溶出量の低下が見られ、すべての飛灰で活性白土よりも少ない添加率でPb埋立基準0.3mg・L-1以下を満たした。
図-1 重金属溶出抑制材添加率と溶出液pH
図-2 重金属溶出抑制材添加率とPb溶出量
水酸化アルミニウム添加系の溶出残渣に限って、フリーデル氏塩(3CaO・Al2O3・CaCl2・10H2O)の回折ピークが確認され(図-3)、その生成量が、水酸化アルミニウム添加率に随伴する傾向が認められ、このことからフリーデル氏塩形成に伴い処理物pH低下とPb溶出抑制を生じることが判明した。
さらに、pH変化とPb溶出量の相関(図-1,2)から、pH低下によるPb溶解度減少を超えてPb溶出が抑制されたことを確認したことから、フリーデル氏塩にPb安定化効果があることが強く示唆された。
Ca(OH)2 + HCl → CaClOH + H2O
2Ca(OH)2 + 2CaClOH + 2Al(OH)3 + 4H2O → 3CaO・Al2O3・CaCl2・10H2O (推定)
図-3 溶出試験後残渣のXRD
図-4 重金属溶出抑制材添加率と回折強度
消石灰複合材の「BCライト・シリーズ」はごみ焼却場飛灰からの放射性Csの溶出抑制機能を付与した製品です。そのCs溶出抑制の機構について紹介します。 放射性Cs含有量が、8,000Bq・kg-1以下である飛灰が埋立処分可能である一方で、最終処分場の放流水が、下記の(式1)を満たすことが廃棄物関係ガイドラインに記されている。
Cs濃度計算値:
{134Cs濃度(Bq・L-1)÷60(Bq・L-1)} + {137Cs濃度(Bq・L-1)÷90(Bq・L-1)} ≦ 1 ・・・(式1)
天然ゼオライトのCs溶出抑制性能の検討
放射性Cs含有飛灰(134Cs:1,710Bq・L-1、137Cs:2,460Bq・L-1)に天然ゼオライトA〜F、活性白土、酸性白土を添加・水練りした飛灰処理物を作製し、JIS K 0058-1による有姿撹拌試験を実施した。添加材の主な結晶性物質は、ゼオライトA〜Cがモルデナイト、ゼオライトD〜Fがクリノプチロライト、白土類がモンモリロナイトであった。
表-1に添加材の物性を、図-5に試験結果から得られた不等式(式1)の左辺計算値を示す。添加率20%までの範囲では、モルデナイト系天然ゼオライトA〜Cのみ、基準値を満たした。
| 種類 | CEC (cmolc・kg-1) |
比表面積 m2・g-1 |
| ゼオライトA | 182 | 32 |
|---|---|---|
| ゼオライトB | 125 | 17 |
| ゼオライトC | 88 | 30 |
| ゼオライトD | 113 | 19 |
| ゼオライトE | 153 | 24 |
| ゼオライトF | 135 | 44 |
| 活性白土 | 46 | 227 |
| 酸性白土 | 79 | 70 |
図-5 添加材添加率とCs溶出の関係
また、図-6に添加材A〜CのCECと放射性Cs溶出量の関係を示す。図-5,6より、モルデナイト系で、CECの高い天然ゼオライトが飛灰の放射性Cs溶出抑制材として適していると結論された。
図-6 放射性Cs溶出濃度と溶出抑制材CEC
[学会関係]
●くろまる無機マテリアル学会
・2012年 水酸化アルミニウムまたは活性白土によるごみ焼却飛灰からの鉛の溶出抑制
・2012年 東日本大震災の復興に貢献する石灰
・2013年 ゼオライトによるゴミ焼却飛灰からの放射性セシウムの溶出抑制
・2014年 生石灰の水和により得られた消石灰の比表面積に及ぼす添加剤の影響
・2015年 特殊消石灰の粉体物性
●くろまる International Symposium on Inorganic and Environmental Materials
・2013年 Elution control of the lead from the fly ash by aluminum hydroxide or activated clay
●くろまる 全国都市清掃研究・事例発表会
・2013年 水酸化アルミニウムおよび活性白土等による飛灰からの鉛の溶出抑制
・2015年 ゼオライト等による飛灰からの放射性セシウムの溶出抑制
●くろまる 廃棄物資源循環学会
研究発表会
・2012年 リン酸アルミニウムで処理した飛灰安定化物中鉛の溶出挙動
論文誌
・2011年 廃棄物を原料とした重金属固定材の合成と鉛安定化性能
・2013年 廃リン酸から合成したリン酸アルミニウムによる飛灰中の鉛不溶化メカニズム
[特許]
・特許第4374602 重金属固定化剤およびその破棄物処理方法
・特許第4392455 リン酸アルミニウムの製造方法
・特許第4397944 排ガスおよび飛灰を処理するための複合処理剤、および、処理方法
・特許第4411336 排脱石膏を製造するための炭酸カルシウムの選択方法、排脱石膏の製造方法、
および、排脱石膏
・特許第4415332 石膏の回収方法
・特許第4445990 石膏硬化体の吸湿性予測方法
・特許第4511398 付着抑制型消石灰
・特許第4573893 重金属安定化組成物の製造方法
・特許第4588798 排ガスおよび飛灰を処理するための複合処理剤、および、処理方法
・特許第4682240 重金属含有廃棄物に含まれる重金属の加水混錬安定化方法
