非晶質シリカを用いた焼却飛灰安定化と有害重金属の鉱物学的不溶化

• Project/Area Number: 20K19992
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 64020:Environmental load reduction and remediation-related
• Research Institution: National Institute for Environmental Studies
• Principal Investigator: 北村 洋樹 国立研究開発法人国立環境研究所, 資源循環領域, 特別研究員 (70867035)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 焼却飛灰 / 非晶質シリカ / 有害金属 / ポゾラン反応 / 二次鉱物

Outline of Research at the Start

有害重金属を含有する廃棄物焼却飛灰を埋立処分するため、有機系キレート剤を用いた重金属の不溶化が行われている。しかし、有機汚濁源であるキレート剤は埋立地の浸出水処理を長期化させるだけでなく、キレート剤分解に伴う重金属の再溶出が懸念されている。本研究は、焼却飛灰の不安定な鉱物群を、無機処理によって安定かつ重金属を不溶化する鉱物へ転化し、重金属の鉱物学的不溶化と焼却飛灰の早期安定化を同時に実現する処理方法を提案する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では特別管理廃棄物である一般廃棄物焼却飛灰からの鉛の溶出量を抑制させるため、不溶化材として非晶質シリカであるもみ殻灰の有効性を検討した。
はじめに、もみ殻を電気炉で1時間焼成し、焼成温度を300℃、500℃、700℃と変えることでポゾラン活性（水酸化カルシウムとの反応性）が異なるもみ殻灰を調整した。飽和水酸化カルシウム水溶液へもみ殻灰を添加し、電気伝導度の変化によってポゾラン活性を測定した結果、より低い温度で焼成したもみ殻灰ほど高いポゾラン活性を示した。
焼却飛灰へもみ殻灰を添加して高温条件下で湿潤養生を行った後、廃棄物に含有する有害物質の溶出性を評価し、廃棄物最終処分場への埋立判定可否を判定するための溶出試験に供した。その結果、500℃ならびに700℃で焼成したもみ殻灰を10 wt%添加した場合、14日間の養生を行うことで鉛の溶出量を埋立判定基準以下（0.3 mg/L）まで抑制できることを見出した。一番高いポゾラン活性を示した300℃で焼成したもみ殻灰については、鉛の溶出量を埋立判定基準以下まで抑制することはできなかった。
もみ殻灰と焼却飛灰の湿潤養生によって生成するケイ酸カルシウム水和物の物性が鉛の溶出量抑制に影響を及ぼしていると考え、養生後における焼却飛灰の比表面積を測定した。その結果、500℃あるいは700℃で焼成したもみ殻灰を添加して養生した焼却飛灰の比表面積は300℃で焼成したもみ殻灰を添加した場合よりも高く、比表面積の違いが鉛の溶出量抑制効果に影響を及ぼしていることを確認した。
本研究の結果から、非晶質シリカを含有するもみ殻等は焼却飛灰の不溶化材として利活用できる見込みが示され、セメントよりも添加量が少なく済む新しい不溶化技術としての可能性が示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Impact of diatomite addition on lead immobilization in air pollution control residues from a municipal solid waste incinerator (2021)
  • Author(s): Kitamura Hiroki、Ueshima Masato、Back Seungki、Sutthasil Noppharit、Sakanakura Hirofumi、Ishigaki Tomonori、Yamada Masato
  • Journal Title: Environmental Science and Pollution Research Volume: 29 Issue: 15 Pages: 21232-21243
  • DOI: 10.1007/s11356-021-17349-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] もみ殻灰添加による一般廃棄物焼却飛灰中の鉛に対する不溶化効果の検討 (2022)
  • Author(s): 北村洋樹、石垣智基、石森洋行、山田正人
  • Organizer: 第33回廃棄物資源循環学会研究発表会