成果報告書詳細
管理番号20110000001219
タイトル平成22年度成果報告書 研究協力事業「中国メガシティにおけるセメント工場を活用した循環型廃棄物処理技術の展開のための研究協力」
公開日2011/8/25
報告書年度2010 - 2010
委託先名国立大学法人九州大学
プロジェクト番号P93048
部署名環境部
和文要約中国メガシティ(上海市、北京市、重慶市、成都市)の焼却残渣の性状を調査した。焼却飛灰の性状は日本の飛灰と違いはなかった。焼却灰の場合、主要な元素(Al、Ca、Si、Feなど)の含有量や鉱物組成は日本のものと変わりがないが、塩素含有量は中国の方が日本よりも低い傾向にあった。日本の焼却灰に含まれる難溶性塩素はその大部分がフリーデル氏塩であるが、中国の焼却灰(特に上海市)ではAlOClが主であり、難溶性塩素の化学形態に明確な違いが見出された。主要元素は中国メガシティ間で大きな地域的変動はなく、日本の焼却残渣とも変わらなかった。鉱物組成についても同様であった。北京市、重慶市、成都市の焼却灰ではフリーデル氏塩の存在が確認されたが、上海市の焼却灰については確認されなかった。上海市の焼却灰について塩素含有量(全塩素)の時間的変動を調査したところ、その変動幅は±7~12%に収まるものであった。上海市・老港処分場にセミプラントスケールの脱塩実験槽を建設し、脱塩実験を2010年6月から2011年2月まで実施した。Aged refuseの生物的分解速度が遅く、脱塩実験結果からは、脱塩促進材として効果は認められなかった。ただし、脱塩実験開始から30週目で目標値(全塩素含有量が0.18%以下)を達成した。可溶性塩素の除去が速やかに進み、難溶性塩素(主にAlOCl)が生成と分解を同時並行的に繰り返しながら、全体として減少していく傾向が見出された。自然降雨による浸透を利用した低コスト型脱塩システムが上海市の焼却灰に対しても有効であることを実証できた。なお、脱塩途中の焼却残渣を用いて、セメントクリンカを試験合成した。合成したセメントクリンカの化学成分、鉱物組成ともに従来のセメントクリンカと差異はなく、脱塩した焼却残渣を用いてセメントクリンカを製造可能であることを示した。上海市の焼却飛灰に対して日本の焼却飛灰用に開発した水洗技術を適用し、水洗処理から生じる排水の処理に日本で一般的な排水処理技術が適用できるか調査した。上海市の焼却飛灰を水洗処理することで、除去率にして約97%の脱塩が可能であった。ただし、脱水ケーキ洗浄(2次洗浄)用の水量として、焼却飛灰の溶解水(1次洗浄水)の60%程度は必要である。脱水ケーキ洗浄で用いた水を焼却飛灰の溶解水として再利用しても、塩素の除去率に影響は与えないことを示した。焼却飛灰を水洗処理した生じる排水は鉛、水銀が基準値を超える濃度で含まれており、排水処理が必要である。また、基準値以下ではあるが、六価クロムも含まれている。そこで日本の一般的な排水処理技術(鉄共沈、キレート吸着、活性炭吸着)を適応したところ、基準値を十分満足できるレベルまで処理できることを示した。セメント原料(石灰石、粘土、脱塩した焼却残渣)の生産・輸送からセメント製造に至るまでのプロセスを対象に、焼却残渣のセメント原料化による二酸化炭素排出量の削減効果を推定した。焼却残渣を用いない場合、セメント1トン生産する際の二酸化炭素排出量は892 kg-CO2であり、セメント1トン生産するにあたって焼却残渣を400 kg使用した場合(石灰石の17%と粘土の74%を焼却残渣で代替させるケースに相当する)には、二酸化炭素排出量が10.4%削減されると見積もられた。また、この場合にセメント製造単価は47%削減され、セメント製造での経済効果が現れる。また、脱塩設備の土地利用料が129元/トン以下だった場合、焼却残渣のセメント原料化にかかる費用は現状での処理・処分費用を下回り、廃棄物マネージメント面でも経済効果が現れると推定された。
英文要約Title: International Cooperative Research Program on cooperative study for the development of recycle-based waste management system using cement factories in Chinese mega-cities (FY2010) Final Report
Characteristics of MSWI residues sampled in Shanghai, Beijing, Chongqing, and Chengdu were investigated. There was no significant difference between Japanese and Chinese MSWI fly ash. In addition, Japanese and Chinese MSWI bottom ash had no significant difference of major element contents like Ca and mineralogical composition. However, chlorine content in Chinese bottom ash was lower than that of Japanese bottom ash. Although the most of insoluble chlorine in Japanese bottom ash was Friedel’s salt, AlOCl was major insoluble chlorine in Chinese bottom ash. Major element contents and mineralogical compositions had no significant difference among major Chinese mega-cities. Temporal variation of chlorine content in Shanghai bottom ash was within ±7 to 12% range from the average. Three semi-plant scale lysimeters for biological dechlorination were built in Laogang landfill site in Shanghai. Chlorine removal experiments were conducted from June 2010 to February 2011. Aged refuse had no positive effect on the dechlorination. However, chlorine content decreased and reached to the target level (less than 0.18%) within 30 weeks. Rapid removal of soluble chlorine and cyclic generation/conversion of insoluble chlorine like AlOCl were measured during experiment period. This showed that low-cost chlorine removal using rainfall infiltration was effective on the dechlorination of Shanghai bottom ash. Bottom ash samples taken during dechlorination experiments were used for cement clinker production and quality tests. Synthesized clinker had comparable quality with cement clinker made of only natural raw materials. Water extraction method for chlorine removal was applied to Chinese MSWI fly ash. It could remove about 97% of chlorine. If dehydrated cake, which was the residue of the first water extraction, was washed additionally, it could increase chlorine removal efficiency. More than 60% of water volume used in the first water extraction was recommended. Reuse of washing water used in first water extraction to the second washing had no negative effect on chlorine removal efficiency. Treatment experiments of washing water showed common methods like iron co-precipitation, adsorption to chelating resin and activated carbon could remove toxic heavy metals less than the standard. Life cycle carbon dioxide (LCCO2) of cement production including material transfer processes was evaluated. CO2 emission per 1 Mg of cement production without the usage of dechlorinated MSWI residues was estimated to be 892 kg-CO2. When 400 kg of dechlorinated MSWI residues is used to produce 1 Mg of cement, which substitutes 17% of limestone and 74% of clay comsumption, CO2 emission per 1 Mg of cement production can be decreased by 10.4%. In addition, production cost of 1 Mg of cement can also be decreased by 47%. This indicates the usage of dechlorinated MSWI residues enable to give economic benefit to cement production companies in Shanghai. If dechlorination site fee is less than 129 RMB/Mg-MSWI residues, total cost of suggested recycle system can be cheaper than current cost of MSWI residues treatment and disposal. Waste management section also can get economical benefit by MSWI residues recycle.
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