以往，垃圾是通过掩埋或焚烧处理的，但近十年来，由于大量生产、 大量消费的扩大而导致垃圾增加，随之而来的垃圾处理的问题成为社会 化问题。因此，垃圾的处理主要通过自治团体焚烧处理，现在70％的垃 圾是经焚烧处理的。
但是，随着垃圾的焚烧处理的增加，发生二噁英的生成问题或垃圾 焚烧灰烬中含有的重金属问题等多种环境污染问题。
从以往的焚烧炉中排出的焚烧灰烬一般通过掩埋处理，但焚烧灰烬 中含有很多未焚烧成份。该未焚烧成份中含有的大量未焚烧的碳和碳氢 化合物等是生成有害物质的前体。另外，焚烧设施的集尘机收集的飞灰 中含有大量的有机氯化合物、重金属类和二噁英类物质。
这些有害物质的前体、有机氯化合物和二噁英，是由于垃圾不完全 焚烧而产生的。因此，若能使垃圾完全焚烧，则不会产生有害物质。但 是，以往的焚烧设施多半不具备使垃圾完全焚烧的能力，目前是将含有 大量有害物质或二噁英类物质的焚烧灰烬直接掩埋处理。
另外，因为近年来掩埋处理场的不足，违法丢置就近处理、保管焚 烧灰烬的地方自治团体增加，垃圾造成的环境污染问题进一步加剧。
因此，厚生省鼓励通过高温融炉将垃圾完全焚烧和将焚烧残渣的再 资源化。
使用所述高温熔融炉的第一目的是垃圾的减容和减量化。但是，该 方法只不过是将垃圾丢弃到大气中的方法。
物质为固体、液体、气体三态的任一种形态。固体物质的消失意味 着固体物质转变为气体释放于大气中，因此，高温熔融对垃圾减量化的 方法并不绝对是对环境优良的处理方法。
另外，考虑到设备费用和处理费用也需要莫大的资金，因此对每日 丢出的垃圾进行这样的处理，将浪费税金。
使用高温熔融方式、气化熔融方式等高温熔融方式，可完全焚烧垃 圾。但是，即使以最优良的条件使垃圾焚烧，焚烧时，由于含氯物质， 即，卤素供给源的存在，垃圾同时被氧化与氯化，而使焚烧灰烬中含有 有害的氯代化合物。于是，该氯代化合物作为二噁英类等有害物质的前 体物质产生二噁英类等有害物质。
另外，即使利用所述高温熔融方式，焚烧后也会产生约20％的焚烧 灰烬与飞灰。而且，虽然焚烧灰烬与土壤成分相近，但其含有指定为有 害物质的铅、汞、镉、六价铬、砷和硒等6种物质。
所以，将这些焚烧灰烬直接掩埋处理将造成土壤污染和地下水污染。 因此，希望能开发在掩埋之前进行无害化的处理或将焚烧灰烬作为资源 再次利用的方法。

本发明的目的是提供将产生的废气无害化处理，并且将都市垃圾、 一般焚烧灰烬处理成对将来的环境不产生重金属类和二噁英类污染的焚 烧灰烬的处理方法及其设备。
本发明人等经过反复仔细地研究，发现以如下方法和设备可以解决 上述课题。即，通过将焚烧灰烬的原子扩散以分解而无害化的处理方法 是：
降低焚烧灰烬的含水量的脱水干燥步骤，
将前述脱水干燥步骤产生的废气在过渡金属催化剂的存在下加热处 理的排烟处理步骤，
将前述脱水干燥处理步骤干燥处理的焚烧灰烬粉碎处理的粉碎处理 步骤，以及
将前述粉碎处理步骤粉碎处理的焚烧灰烬，在与大气隔绝的低氧状 态空间，在一定温度维持一定时间的处理步骤，
组成的焚烧灰烬的无害化、再资源化的处理方法，
其中前述在与大气隔绝的低氧状态的空间，在一定温度维持一定时 间的处理步骤是，利用原子的扩散现象将焚烧灰烬中的有害物质无害化 并使之稳定的步骤。
通过所述方法，利用被粉碎处理的焚烧灰烬中含有的原子的扩散现 象，能将焚烧灰烬中含有的二噁英类等有害物质(特别是含有氯等卤素 物质)脱卤化分解，同时，焚烧灰烬中含有的重金属类物质重新组成稳 定无害的化合物。
另外，所述脱水干燥步骤是在加热炉内温度至500～700℃下进行的。 这样可除去焚烧灰烬中含有的水分，以便在后续的粉碎步骤中容易地进 行粉碎处理。
另外，在前述粉碎处理步骤之前，设置粉碎筛分步骤。粉碎筛分步 骤作为微粉碎处理步骤的前处理可以除去混入焚烧灰烬中的铁等杂质， 并使玻璃类物质被微粉化。
另外，在前述粉碎处理步骤，给予5G惯性力的冲击。这样以给予 5G惯性力的冲击，将焚烧灰烬有效地调整为适合后续还原反应处理步骤 的粒径，同时使焚烧灰烬中含有的金属的晶格内缺失原子，而使后续的 还原处理步骤的氯和其他的杂质原子处于游离激发状态。
另外，前述在与大气隔绝的低氧状态的空间，以一定温度以及维持 一定时间处理的步骤，是由还原反应处理步骤与稳定化处理步骤组成的， 该还原反应处理步骤是于氧浓度为3％以下进行的还原反应处理步骤。这 样可抑制在前述粉碎处理步骤的炉内的氧化反应中有害物质的产生。
另外，本发明的处理方法所用设备包括：
将焚烧灰烬含有的水份进行脱水干燥的脱水干燥处理装置；
筛分脱水干燥的焚烧灰烬中含有的玻璃类物质，将筛分的玻璃类物 质粉碎的粉碎筛分装置；
将粉碎筛分后的焚烧灰烬微粉化并使焚烧灰烬中含有的金属晶格内 缺失原子的粉碎处理的粉碎处理装置；
利用粉碎处理后的焚烧灰烬中含有的原子的扩散反应，将有害物质 无害化的还原反应处理装置；
利用还原反应处理后的焚烧灰烬中含有的原子的扩散反应，将焚烧 灰烬中含有的金属类物质转化成稳定的化合物的稳定化处理装置；
脱水干燥装置、还原反应处理装置以及稳定化处理装置产生的排烟 的无害化处理的排烟处理装置。
通过上述设备，可将焚烧灰烬中含有的二噁英类物质无害化处理， 同时将焚烧灰烬中含有的重金属类物质转化成稳定的化合物。
附图说明
图1是本发明的焚烧灰烬的原子扩散以分解而无害化的处理方法的 流程图。

下面，使用图例说明本发明的一个实施例。图1是本发明通过将焚 烧灰烬的原子扩散以分解而无害化的处理方法的流程图。
本发明的焚烧灰烬的处理方法是，使用主灰、飞灰或它们的混合灰 (焚烧残渣)、其它产业废弃物等焚烧后产生的全部的焚烧灰烬(下称 为原灰)作为原料(原灰回收)。该原灰一般含有近40％的水分，为了 在后续步骤中容易进行处理，使用热风使炉内温度为500～700℃，优选 为600℃进行干燥处理(脱水干燥步骤)。
由于该干燥步骤是在空气存在下进行的，因此能使原灰中含有的未 焚烧物完全焚烧。
另外，为了防止原灰中含有的有害物质在热风干燥时气化而被释放 到大气中，前述干燥步骤产生的废气，经使用催化剂等处理废气中含有 的有害物质的排烟处理步骤，释放到大气中(排烟处理步骤)。
因此，该排烟处理，亦可对后述的还原反应处理步骤、稳定化处理 步骤产生的排烟进行处理。
接着，将干燥处理的原灰中含有的金属类物质用磁石等磁吸除去， 并以振动筛等筛分玻璃类物质以及粗大杂质。此外，筛分的玻璃类物质 被玻璃粉碎机细微粉碎后，与通过筛子的原灰混合(粉碎筛分步骤)。
将在前述粉碎筛分步骤除去了金属类物质和杂质的原灰，以粉碎机 粉碎处理，并使用旋风收尘器等分粒。将分粒后的原灰中特定粒径以上 的颗粒再放回到粉碎机中，使原灰的粒径小于特定的粒径(粉碎处理步 骤)。
该原灰中含有的各种金属类物质，例如铁、铅、铜、镉、汞等，这 些金属类物质作为催化剂在后续的还原步骤中利用。一般来说金属催化 剂表面积小，其做为催化剂的催化活性亦小，因此必需将原灰粉碎处理， 增大微粉末的表面积，使催化剂的活性增大。因此，所谓的特定的粒径， 对后续的还原处理步骤的活性等有影响，所以优选为50～200目，更佳 为100～150目。
另外，为了在微粉化的粉碎处理的同时使在原灰中含有的金属晶格 中缺失原子，本发明使用最低限的热与冲击力以及催化剂。所以，该粉 碎处理步骤的粉碎处理，惯性力为3G以上，优选以5G的冲击条件进行。 在此，对粉碎处理步骤使用的粉碎处理机并无特别的限制，例如有锤磨 机。
在经过前述粉碎处理步骤的原灰中添加Pt等催化剂和添加剂(无机 物质等)，并投入到还原反应炉中，将原灰加热至600℃，进行40分钟 的还原反应(还原反应步骤)。
通过导入氮气等惰性气体来调节该还原反应炉的低氧浓度。此外， 原灰中含有金属和非金属元素的氧化物，有时这些物质作为催化剂也会 导致有毒物质产生。因此，为了抑制这些毒性物质特别是以氧为媒体而 生成的有害物质(例如二噁英类)的生成，该炉内的氧浓度优选为6％以 下。为了更有效地防止有害物质的生成，氧浓度更优选为3％以下。
在此，作为催化剂的物质可为气体、液体、固体等各种形式。
一般来说，二噁英类物质在950℃以下的焚烧温度是无法分解的。 但是，使用本发明的方法，原灰在前述粉碎处理步骤微粉化，且金属晶 格中的金属原子缺失，以及通过原子的扩散现象被活化，因此可以在 500～600℃的低温下分解。
另外，在其中混入氧化钙时，可以在更低温度开始分解二噁英，生 成氯化钙。
因此，二噁英类物质在与大气隔绝的低氧浓度氛围的空间，通过维 持一定的温度以及一定时间，以扩散现象活化，被催化剂以及添加剂(无 机物质)脱氯/氢化，而被分解。
接着，经过还原反应步骤后的原灰，在所述低氧浓度氛围下，调节 炉内温度为300～600℃，更优选调节为400～500℃，进行20～30分钟 加热处理(稳定化处理步骤)。
在该步骤，利用原子的扩散现象，使含有重金属的多种金属的混合 物的原灰有效地相互分解，利用重金属盐类、金属氧化物和金属单体为 催化剂，解离金属盐，使其结晶化而使之稳定。
在此，扩散是指固体金属(结晶)中原子的移动，也就是在结晶之 中原子自由地来回运动。
在物质的存在形式之一的固体状态下，大部分的物质形成结晶，该 结晶中，多数的原子按三维整齐配列为晶格。在本发明中，由于在粉碎 处理步骤给予5G的惯性力冲击而使晶格中金属原子缺失，因此金属晶格 中产生空穴或扭曲，金属变成不稳定状态。
因此，在热能作用下，原子的热运动增加，结晶中的原子自由地来 回运动(扩散状态)，晶格中新原子缺失而消除晶格的扭曲(脱卤化)， 或者，容易在结晶中的空穴容纳原子而消除晶格的扭曲，同时金属转换 至稳定的化合物(稳定化)。
再者，该稳定化步骤中金属成为稳定的化合物，依金属的种类，得 到氧化物、氢氧化物、硫酸盐、硫化物、磷酸盐、磷化物等等各种形态。 例如，碱金属与碱土族金属以外的金属，大多稳定地成为不溶于水的氢 氧化物。另外，Pb等可以被稳定地成为氢氧化物[Pb(OH)2]，但因为该氢 氧化物在强酸条件下有水溶性，所以稳定为硫化物。另外，As和P与CaO 反应，从而使之稳定。
这些金属元素的密度高，主要属于过渡金属的金属与其的离子。原 灰成分中的元素，在普通土壤中含量比较少。但是，原灰成分中亦含有 作为植物生长不可缺失的微量元素。
另外，有时不是有害指定物质的非金属微量元素也涉及污染问题。
金属化合物被埋藏于地下时，土壤中的微生物将其构成元素的大部 分慢慢矿化，以CO2、H2O、N2等形式还原至大气中。
另外，Ca2+、Mg2+、K+等无机阳离子被腐殖质或粘土吸附。其中腐殖 质的有机酸的官能基吸附这些阳离子，粘土是用粘土矿物质的层间位置 或晶格空穴的负电荷吸附这些阳离子。
Cl-、SO4 2-等阴离子也被腐殖质和粘土的部分正电荷所吸附。稳定化 的金属化合物大部分以一次矿物、粘土矿物以及腐殖质的内部构造的形 式存在、以离子的形式于溶液中或被吸附保持于粘土和腐殖质的表面的 离子交换部位。
另外，原灰的碱度CaO/SiO2高，具有慢慢冷却结晶化的性质，急速 冷却则成为玻璃质，即，难溶于水的物质，而生成稳定且安全的物质。
再者，在该稳定化步骤中，为了改变化合物的性质为不溶性金属， 可以添加无机类的添加剂。例如，钙系、磷系的添加剂由于没有毒性可 作为主要的添加剂。再者，使用钙系添加剂的场合，原灰中的氯被固定 为氯化钙。该氯化钙是无公害物质不会造成污染。
接着，说明使用本发明的方法从原灰得到的生成物(以下称为处理 后的原灰)。一般来说，因为原灰含水量高，是有机成分和重金属类物 质的混合物，在水固化的水泥中使用时，很难固化。
为了无害化具有该固化阻碍原因的金属，以及促进有机化合物的硬 化，本发明的处理后的原灰，通过微粒子化的原子的扩散分解，催化反 应与还原反应的协同效应除去阻碍因素。
一般来说，水泥与水反应，析出水合物的结晶，由于其凝结固化， 该水合物结晶在常温是稳定的。构成水泥的元素，最多的成分是钙，其 次为氧、硅、铝、铁、硫、镁、钠等，但化学成分是以CaO、SiO2、Al2O3、 Fe2O3、SO3、MgO等氧化物形式存在的，占总量的92％。
另一方面，处理后的原灰的品质并不一定，但氧化钙CaO最多为25～ 27％，其次氧化铝Al2O3为22～24％，二氧化硅SiO2为15～17％，铁Fe2O3 为9～11％，三氧化硫SO3为2％，氧化镁MgO为2％，虽含有水泥的三种 成分石灰、硅、铝，但没有作为水固化的水泥的效力。
但是，具有潜在的水固化性，其通过碱或硫酸盐等非中性物质的刺 激作用慢慢地、长期地发挥水固化性。
另外，处理后的原灰的化学成分表示的碱度值的(CaO+Al2O3+MgO) /SiO2为1.35～1.45，比水泥低1.00％。
与水泥比较，处理后的原灰的优点是不会因为与水蒸气或二氧化碳 气体反应而不被风化固结。
并且，处理后的原灰含有大量反应激烈的氧化铝或镁、钙成分，由 于其含有量比水泥成分中的含量多，因此具有反应速度快且膨胀系数高 的特征。
另外，一般来说水泥被固化，其构造物容易破坏，硫酸盐与混凝土 中的Ca(OH)2化合，成为硫酸钙CaSO4，且与氧化钙和氧化铝水合物 3CaOAl2O3nH2O结合，成为水泥钙矾石。
本发明的处理后的焚烧灰烬，由于反应速度快，膨胀系数高，反应 开始初期，很快生成Ca(OH)2,因为固化物中Ca(OH)2少，C3A也减少了， 所以构造物的抵抗性增大。
因为上述性质，所以本发明的处理后的焚烧灰烬具有与水泥并用固 化时必要的产气能力，其优良的分散能力和流动性也可使粘性强的土质 化学变化为砂质。
并且，本发明的处理后的焚烧灰烬具有土壤改良等优良的透水性和 维持强度的特性。
接着说明本发明的方法实施时应用的设备。
本发明的设备包括：将焚烧灰烬等原灰含有的水分以热风进行脱水 干燥处理的同时，将原灰中含有的未燃成分以高温完全焚烧的脱水干燥 处理装置；
将混入脱水干燥的焚烧灰烬等原灰中的铁类以磁石磁吸而从原灰中 筛出，再于振动筛筛出原灰中含有的玻璃类物质以及粗大杂质，为了混 入经过筛子后的原灰，将筛出的玻璃类物质进行粉碎的粉碎筛分的粉碎 筛分装置；
对粉碎筛分后的焚烧灰烬等原灰给予5G的惯性力，使原灰的粒径小 于特定的粒径，同时促进在后续还原处理步骤的氯和其它的杂质原子的 游离的粉碎处理装置；
于粉碎处理后的焚烧灰烬中加入Pt，原灰中含有的金属类物质和Pt作为催化剂，在氮气等惰性气体氛围下，以一定温度维持一定时间的处 理，还原处理原灰中含有的有害物质的还原反应处理装置；
将还原反应处理后的焚烧灰烬等原灰中含有的金属类物质转化成无 害的化合物的稳定化处理装置；
利用催化剂将脱水干燥、还原反应处理、以及稳定化处理时产生的 排烟中所含的有害物质无害化处理的排烟处理装置。
使用该设备，焚烧灰烬等原灰中含有的二噁英类等有害物质，通过 还原处理使之无害化，金属类物质通过稳定化处理使之无害化，另外， 废气中含有的有害物质通过排烟处理装置使之无害化。
因此，如以往的焚烧灰烬那样掩埋处理利用本发明的设备处理的焚 烧灰烬不会对土壤造成污染。
另外，利用本发明的设备处理的焚烧灰烬，可作为混凝土等的骨材， 作为回收资源利用。
再者，各装置并不限定设置单独一个装置，为了增加焚烧灰烬的处 理量也可以多台相同装置并列构成。
实施例1
实际使用本发明的方法进行焚烧灰烬的处理结果如下。
焚烧灰烬是从司炉方式的焚烧场以及流动床炉方式的焚烧场采得 的，每天的示范吨数为30吨(t)，进行了3年。
另外，焚烧灰烬的再资源化设备系统的破碎粉碎反应、还原反应、 稳定化反应、排烟反应各个装置的规格、设定条件如下。
(1)原灰进入槽：            50m3
   供给灰起重机            13t/h
   接受槽                  10m3
   进料机                  15t/h
(2)筛分粉碎装置
振动筛(筛50mm)
筛分机(除铁之外的磁选机)
(3)干燥装置                3t/h×2
   干燥温度                500℃
   处理时间                30分钟
   添加剂(钙系3％)
   氧气浓度                约6％以下
(4)粉碎装置
给予微粉末(微粒子)5G的冲击
添加磷矿石0.03％，添加磷化物或硫化铁0.03％制成硫化物。
(5)还原反应处理装置
炉处理量：3t/h×2
反应温度：500～400℃
反应时间：20～30分钟
酸性浓度：30％以下
(6)稳定化反应处理装置
炉处理量：3t/h×2
反应温度：200～300℃
反应时间：10分钟
(7)制品料斗搅拌机：30m3
(8)排烟处理装置
综合考虑废气处理，使用袋滤器。检测该滤过层滤布的压力损失， 控制在一定压力范围(60～150mmAg)。
<处理后的原灰中的有害物质量>
焚烧灰烬以及飞灰的混合物的焚烧残渣以本设备无害化的生成物与 水泥20％混合作为固化物，有害指定金属的溶出检查结果，如表1所示 明确了基准值。
表1   计量的对象                   计量的结果   pH＝7     pH＝4     镉   不足0.01(mg/L)     不足0.01(mg/L)     铅   不足0.01(mg/L)     不足0.01(mg/L)     六价铬   不足0.05(mg/L)     不足0.05(mg/L)     砷   不足0.01(mg/L)     不足0.01(mg/L)     总汞   不足0.00005(mg/L)     不足0.00005(mg/L)     硒   不足0.01(mg/L)     不足0.01(mg/L)
再者，溶出检查是在pH＝7与pH＝4的2个水平下进行的。另外，各 计量对象的计量，镉以JIS K 0102 55.1为基准，铅以JIS K 0102 51.4 为基准，六价铬以JIS K 0102 65.2.1为基准，砷以JIS K 0102 61.2 为基准，总汞以昭46环告第59号附表1为基准，硒以JIS K 0102 67.2 为基准分别进行。
另外，焚烧炉废气中的二噁英类的浓度的测定结果见表2。其结果 如表2所示，可判断废气中的各气体浓度在基准值以下，且二噁英类的 浓度亦显示不足ND值(定量下限值)。因此，以本发明的设备排出的废 气中所含有害物质在基准值以下。
表2     计量的对象           计量的结果     测定值     O212％换算值 二噁英浓度(ng-TEQ/m3N)     --     ＜0.016 粉尘浓度(g/m3N)     0.05     0.06 氧化氮浓度(v/v ppm)     46     56 氧化硫浓度(v/v ppm)     ＜5     -- 氧化硫的量(m3N/h)     ＜0.008     -- 氯化氢浓度(v/v ppm)     0.7     0.9 一氧化碳浓度(v/v ppm)     8     10
再者，各测定对象的浓度测定法，二噁英类浓度以厚生省公布的第 234号(1997)「二噁英类浓度的计算方法」为基准，粉尘浓度以JIS Z 8808(1995)「废气中的粉尘浓度的测定法」为基准，氧化氮浓度以JIS K 0104(1984)「废气中的氧化氮浓度的测定法」为基准，氧化硫浓度 以JIS K 0103(1995)「废气中的硫氧化物浓度的测定法」为基准，氯 化氢浓度以JIS K 0107(1995)「废气中的氯化氢浓度的测定法」为基 准，一氧化碳浓度以JIS K 0098(1988)「废气中的一氧化碳浓度的测 定法」为基准分别进行。
根据权利要求第1项所记载的发明，使晶格中缺失原子，给予含有 活化状态的金属原子的焚烧灰烬热能，使原子热运动活跃，可以使结晶 中的原子处于自由地来回运动的状态(扩散状态)，为了解决晶格的扭 曲，晶格中缺失新的原子(卤原子等)，可以使焚烧灰烬中所含的二噁 英类等有害物质无害化。
另外，为了解决晶格的扭曲，结晶中的空穴容易收纳原子，引起原 子的交换，焚烧灰烬中所含的重金属类物质等转化为稳定无害的化合物。
根据权利要求第2项所记载的发明，由于能除去焚烧灰烬中含有的 水分，使湿润的流动性差的焚烧灰烬的流动性变好。因此，可以容易地 进行脱水干燥步骤后续的粉碎筛分步骤的筛分、粉碎。另外，焚烧灰烬 中含有的未燃成分在氧气存在下，可以通过高温使其完全焚烧。所以， 可防止未燃成分产生二噁英类物质。
另外，权利要求第3项所记载的发明，可以将混入脱水干燥的焚烧 灰烬等原灰中的钉子等铁类物质以磁石磁吸而从原灰中筛出。另外，通 过振动筛可筛分原灰中含有的玻璃类物质以及粗大杂质，将筛分的玻璃 类物质粉碎处理，并混入经过筛子后的原灰。其结果是除去钉等难以处 理的杂质，另外，在后续的粉碎处理步骤，可容易地粉碎处理焚烧灰烬。
另外，根据权利要求第4项所记载的发明，对粉碎筛分后的焚烧灰 烬等原灰给予5G惯性力，使其粒径小于特定的粒径。在该原灰中，含有 在后续步骤的还原处理步骤做为催化剂的金属类物质。这些物质经过惯 性力粉碎处理后，由于被微细化，催化剂得到活化，可促进在还原处理 步骤的反应。
另外，根据权利要求第5项所记载的发明，导入惰性气体，使还原 反应在低氧条件下进行。其结果是可抑制以氧为媒介的有害物质的生成。
另外，使用权利要求第6项所记载的本发明的设备，还原反应处理 装置将焚烧灰烬中含有的有害指定物质无害化。并且，将原灰中含有的 水溶性物质进行化学处理与物理处理使其稳定，成为不溶性物质(自然 埋藏的矿物资源)。处理后的原灰成为不会以重金属类物质和二噁英类 物质污染环境的安全成分。
并且，处理后的原灰成为土壤成分，与普通(Portland)水泥等的合 用，也可作为水合固化材料使用。
因此，在最终处理场无须掩埋，可再资源化为新素材，也就是构成 循环型社会。
另外，处理每日排出的垃圾，使用本发明的处理设备与使用高温熔 融方式相比，费用仅为其1/3。