比重差選別と炭酸化処理を併用した改質焼却主灰の土木資材利用に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号	22K04323
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分22030:地盤工学関連
研究機関	福岡大学
研究代表者	藤川拓朗福岡大学, 工学部, 助教 (20609606)
研究分担者	肴倉宏史国立研究開発法人国立環境研究所, 資源循環領域, 室長 (70331973)
研究期間 (年度)	2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス	交付 (2023年度)
配分額 *注記	4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円) 2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円) 2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円) 2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワード	焼却主灰 / 比重差選別 / 鉛 / 含有量 / 炭酸化 / 土木資材 / エアテーブル / 重金属 / リサイクル
研究開始時の研究の概要	本研究は、①エアテーブル選別機を用いて焼却灰中の鉛等の重金属（高密度粒子）を分離回収し、排出形態の異なる種々の焼却灰の鉛の含有量を低下させること、②選別した焼却主灰（低密度粒子）に炭酸化処理を施して不溶化させ、その物理・力学・溶出特性を明らかにし、土木資材（路盤材や盛土材）としての有効利用法を提示することを目的としている。
研究実績の概要	本研究の目的は、比重差選別装置（エアテーブル）を用いて、焼却灰中に含まれる鉛の含有量を基準値以下まで低減させることであり、焼却主灰を天然資源に代わる土木資材として有効活用することを研究の最終目標としている。そのための基盤研究として、研究機関に以下に示す1)～3)について明らかにするとともに、データの蓄積を行う。 1) 鉛の含有量低下に向けた最適な分離効率を得るための条件設定の検討、2)選別された焼却主灰の物理・力学・溶出特性の把握、3)エアテーブル選別と炭酸化処理を併用した焼却主灰の土木資材利用への適用性評価本年度は、昨年度に実施する予定で出来なかった1)について重点的に研究を行った（半導体不足によるエアテーブルの納品が遅れたことが主な理由であり、昨年度の研究実績でも説明している）。その結果、エアテーブルによる比重差選別を行うことで焼却主灰を低密度から高密度まで選別することが可能であり、鉛の含有量を削減できることが明らかとなった。さらに、事前に磁力選別を行って鉄を取り除くことで、比重差選別後の鉛の含有量はさらに削減することが明らかとなった。しかしながら、いずれも鉛の含有量基準値以下までの削減には至らなかった。そのため、鉛の含有量をさらに低下させる手段として、実験に使用したエアテーブルのスロープの長さが短いため選別効率に影響を与えると考え、スロープの長さを選別回数で補うことに着目した。その結果、選別回数を増やすことで鉛の含有量は低下する傾向にあり、選別回数3回目においては、含有量基準を下回る結果が得られた。このことは、選別回数を増やすことで鉛の含有量を基準値以下まで削減できることを示唆しており、本年度の貴重な研究成果である。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 2: おおむね順調に進展している理由昨年度、比重差選別機（エアテーブル）の納品が遅れたことから、検討項目の１つである、1) 鉛の含有量低下に向けた最適な分離効率を得るための条件設定の検討について十分な実験が行えていなかったが、納品後、本年度は順調に実験が進み、当初の目標であった最適な条件設定を見つけることが出来た。また、2)選別された焼却主灰の物理・力学・溶出特性の把握、3)エアテーブル選別と炭酸化処理を併用した焼却主灰の土木資材利用への適用性評価については、昨年度、前倒しで実験を行ったことから、十分なベンチマークとなる試験結果が得られている。そのため、次年度（最終年度）は予定通り（計画通り）、研究を進めて行くことが可能と判断できる。
今後の研究の推進方策	研究最終年度である本年度は、前年度までに得られた最適条件を用いて比重差選別を行い、鉛の含有量を削減させた主灰を用いて炭酸化処理を実施する。炭酸化処理後、土木資材の検討として、コーン指数試験やCBR試験を実施し、盛土材や路盤材としての有効利用の可能性について検討を行う。また、これらの結果を炭酸化前の主灰の結果と比較することで、炭酸化処理が力学特性に与える影響についても明らかにする予定である。