都市ごみ焼却飛灰の安定化のためのプラズマガラス固化技術の環境持続可能性への取り組み

Addressing environmental sustainability of plasma vitrification technology for stabilization of municipal solid waste incineration fly ash.

• Si-Lu Pei
• Tse-Lun Chen
• Shu-Yuan Pan
• Yan-Ling Yang
• Zhong-Hua Sun
• Yao-Jian Li

抄録

都市ごみ焼却飛灰は、有害な重金属や有機物を含む有害廃棄物であり、環境安全上の脅威となっている。本研究では、都市ごみ焼却飛灰の安定化を目的とした熱プラズマガラス固化プロセスの評価を行うために、ライフサイクルアセスメントを適用した。本研究では、以下の4つのシナリオを設定した。(i)集中処理及びオフサイトプラズマ処理を含むプラズマガラス固化, (ii)燃料ベースのガラス固化, (iii)水洗処理後にロータリーキルンで処理, (iv)従来の固化・埋め立ての4つのシナリオを設定しました。プラズマガラス固化技術を導入することで、環境への影響、特に生態系の質と人間の健康への毒性を大幅に低減できることがわかりました。また、より大きな処理能力を持つプラズマガラス固化施設をクリーンな電力で集中管理することで、環境負荷をさらに低減できることが分かりました。一方、水洗処理は、気化した重金属の排出により、最も高い環境影響を示しました。LCAと感度解析に基づき、熱プラズマガラス固化処理は、都市ごみ焼却飛灰の持続可能な処理のための環境に優しいソリューションとして検討されるべきであることを確認しました。最後に、持続可能な材料管理を実現するためのプラズマガラス固化の展望と展望を示しました。

Fly ash from municipal solid waste incineration is considered as a hazardous waste, which would raise great threats on environmental safety due to the inherent toxic heavy metals and organic pollutants. In this study, we applied the life cycle assessment to evaluate the thermal plasma vitrification process for stabilization of fly ash from municipal solid waste incineration. We established four scenarios: (i) plasma vitrification, including centralized and off-site plasma treatment, (ii) fuel-based vitrification, (iii) water-washing treatment followed by a rotary kiln, and (iv) conventional solidification and landfill. We found that the environmental impacts, especially toxicity to ecosystem quality and human health, could be significantly reduced by deploying plasma vitrification technology. We also found that centralized plasma vitrification facilities possessing larger treatment capabilities with clean electricity could further reduce the environmental impacts. In contrast, the water-washing treatment exhibited the highest environmental impacts due to the emissions of vaporized heavy metals. Based on the LCA and sensitivity analysis, we confirmed that the thermal plasma vitrification should be considered as an environmentally-friendly solution to sustainable treatment of fly ash from municipal solid waste incineration. Lastly, we provided several perspectives and prospects of plasma vitrification for realizing the sustainable materials management.

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