JP2004041895A

JP2004041895A - 焼却灰の処理方法

Info

Publication number: JP2004041895A
Application number: JP2002201451A
Authority: JP
Inventors: Toshio Imai; 今井　敏夫; Yasuhisa Taguma; 田熊　靖久; Takamiki Tamae; 玉重　宇幹
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】この発明は、廃棄物焼却炉で生成される焼却灰から塩素成分を効率的に除去することにより、例えばセメント原料としての再資源化率を向上させることができる焼却灰の処理方法を提供することを課題とする。
【解決手段】廃棄物焼却炉１から排出された焼却主灰は、水没処理されることなく振動ふるい３へ供給され、ここで粗大な異物が除去されると共に磁力選別機２により鉄屑等が除去される。異物が除去された焼却主灰は、ベルトフィルタ６上を移動しながらスプレーノズル７からの散水により水洗され、直ちに固液分離がなされ、塩素成分が水に溶解して除去される。塩素成分が除去されてベルトフィルタ６上に残留した微粒の固形物は、混練機１０で粘土及びケイ石等の成分調整材が添加、混合された後、一時貯蔵ピット１１へ排出貯蔵される。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、焼却灰の処理方法に係り、特に廃棄物焼却炉で生成される焼却灰から塩素成分を効率的に除去し、セメント製造用原料としての利用を容易とする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可燃性の家庭ごみ廃棄物及び産業廃棄物は、廃棄物焼却施設のストーカ式焼却炉または流動床式焼却炉において焼却され、焼却灰として廃棄物最終処分場に埋立て処分される。焼却灰のうち集塵機等で捕集される飛灰（ばいじん）は、塩素濃度が高く、重金属類及びダイオキシン類で過度に汚染されており、平成３年の廃棄物処理法の改正により特別管理一般廃棄物に指定されている。一方、焼却灰のうち焼却残渣として排出される主灰（炉底灰、炉下灰）の塩素濃度、重金属類濃度及びダイオキシン類濃度は、飛灰と比較するとはるかに少ない。しかしながら、廃棄物最終処分場の安全性を確保するため、最終処分される焼却灰中の重金属類の濃度やダイオキシン類の含有量が、法律で定められる所定値を超過するものについては、遮断型最終処分場に埋立て処分するか、溶融、セメント固化、ダイオキシン類の分解処理を行なった後、管理型最終処分場に埋立て処分することが義務づけられている。
【０００３】
ところで、廃棄物焼却施設より発生する焼却灰は、セメント原料として必要なＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＦｅ_２Ｏ_３等を含んでいるため、セメント焼成用の原料として十分に再資源化することができる。加えて、セメント焼成工程のなかで原料は１４００℃以上の高温に晒されるため、焼却灰中のダイオキシン類の分解が可能であるほか、重金属類はセメントクリンカ鉱物中に取り込んで固定化することができる。
【０００４】
これらの理由により、近年、焼却灰を原料の一部に用いたセメント製造技術が確立され、例えば単一のセメント焼成キルンにおいて年間４万トンの焼却主灰と１万トンの焼却飛灰がセメントに再資源化されている。焼却主灰中及び焼却飛灰中の塩素濃度は、それぞれ１％及び１５％程度である。通常、焼却主灰は磁力選別による鉄分除去及びふるいによる異物除去のみを施してセメント原料とされる。一方、焼却飛灰にはＮａＣｌ等の形で塩素が高濃度で含まれているが、セメント製造プロセスへの過度な塩素の持ち込みはキルンの安定操業及びセメントの品質に悪影響を及ぼすため、水洗処理による塩素成分の除去の後セメント原料化されている。
【０００５】
ここで、塩素成分の除去がなされていない焼却主灰と水洗処理された焼却飛灰とからの塩素の持ち込み量を比較してみると、焼却主灰からはセメントクリンカ中１９０ｐｐｍ、水洗処理された焼却飛灰からはセメントクリンカ中１４ｐｐｍとなり、再資源化量の多い焼却主灰からの塩素の持ち込み量のほうがはるかに多くなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年のセメント工場では、焼却灰だけでなく様々な廃棄物を原燃料の一部の代替物として再資源化している。これら廃棄物の処理量の増加に応じて、キルンの安定操業やセメント品質に悪影響を及ぼす塩素等の揮発性成分のキルンヘの持込み量も増加している。これら揮発性成分のうちの塩素の持ち込み量の増加に対する対策として塩素バイパス設備がある。塩素バイパス設備は、キルン尻付近の塩素等の揮発性成分濃縮領域からキルン排ガスの一部を抽気し、冷却することにより塩素化合物を主とする揮発性成分を固形化させた塩素バイパスダストを生成させ、この塩素バイパスダストを系外に排出することで、塩素をキルン内から除去する設備である。これにより、キルンの安定操業とセメントの品質を維持させることができる。
【０００７】
ただし、原燃料からの塩素の持ち込み量が増加した場合に、その対抗措置として排ガスの抽気率を増加するように塩素バイパス設備の仕様をスケールアップすると、今度はプロセス全体の熱効率が低下すると共に、設備が大型化することによる投資の増加及び設置のためのスペースに限界がある等の問題が生じてしまう。
このため、現在の技術では、クリンカ中の塩素の持ち込み量は３００ｐｐｍ程度が限界とされており、塩素除去がなされていない焼却主灰のセメント再資源化率は頭打ちの状況である。
【０００８】
そこで、焼却主灰からの塩素の持ち込み量を低減させる手段として、焼却飛灰と同様に、焼却主灰も水洗による塩素除去が考えられる。ところが、焼却飛灰の水洗法による塩素の除去率が約９８％であるのに対して、焼却主灰を水洗してもその塩素除去率は約５０％に留まる。この焼却主灰と焼却飛灰の塩素除去率の相違は、そもそも焼却主灰中の塩素濃度が１％程度であり、焼却飛灰中の塩素濃度１５％と比較してかなり低濃度であることだけでなく、塩素の存在形態の違いに起因している。すなわち、焼却飛灰中の塩素が主としてＮａＣｌ、ＫＣｌ等の水溶性の塩として存在しているのに対して、焼却主灰中の塩素はフリーデル氏塩（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２・１０Ｈ_２Ｏ）等の難水溶性の塩として存在するためである。
【０００９】
この発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、廃棄物焼却炉で生成される焼却灰から塩素成分を効率的に除去することにより、例えばセメント原料としての再資源化率を向上させることができる焼却灰の処理方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
通常、焼却主灰は、消火と冷却を目的として廃棄物焼却炉から排出されたときに水没処理される。そして、水との接触を保ったままピットに一時貯蔵される。
本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、水没処理の際に難水溶性の塩が形成され、塩素がこの難水溶性の塩の形で存在するため、その後水洗しても焼却主灰から塩素を十分に除去することができないことを解明した。
【００１１】
水没処理前の焼却主灰中には、セメントクリンカの主要構成鉱物のひとつであるカルシウムアルミネート（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３）、Ｃａ化合物及びＣｌ化合物等が存在する。この焼却主灰を水没させると、Ｃａ化合物及びＣｌ化合物のＣａ及びＣｌは水溶液中へイオンとして溶け出し、焼却主灰中のカルシウムアルミネートが一定時間この水溶液と接触することにより難水溶性のフリーデル氏塩が形成される。
したがって、焼却炉から排出された焼却主灰を水没処理することなく水洗して直ちに固液分離すれば、難水溶性のフリーデル氏塩の形成を抑制して塩素成分を除去することができる。
【００１２】
この発明に係る焼却灰の処理方法は、廃棄物焼却炉から排出された焼却灰を水没処理することなく水洗し、直ちに固液分離することにより焼却灰から塩素成分を除去する方法である。
焼却炉から排出された焼却灰の水との接触時間をできる限り短くするような水処理により固液分離を行なえば、難水溶性のフリーデル氏塩の形成を抑制しつつ焼却灰中の塩素を効率的に除去することができる。
このためには、焼却灰を廃棄物焼却炉から排出した直後に水洗することが好ましい。
【００１３】
また、固液分離された固形物に成分調整材を添加してセメント製造用原料の一部として利用することが可能である。高効率で塩素成分が除去された焼却灰は、セメント製造プロセスへの塩素の持ち込み量を大幅に低減させることができるので、セメント原料としての再資源化率の大幅の向上を見込むことができる。なお、焼却主灰をセメント原料として再資源化するためには、ＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＦｅ_２Ｏ_３の主要４成分の成分調整を行なう必要がある。そこで、廃棄物焼却施設の場内において、アルミナ成分を調整するための粘土、シリカ成分を調整するためのケイ石、石灰成分を調整するための石灰石等を成分調整材として添加、混合すれば、セメント工場での処理工程を簡略化することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１にこの発明の実施の形態に係る焼却灰の処理方法の流れを概略的に示す。廃棄物焼却炉１の近傍に磁力選別機２を具備した振動ふるい３が配置されると共に、振動ふるい３の近傍には振動ふるい３の周辺で発生した塵埃を捕捉する集塵機４と選別された異物を収容する異物ピット５とが配置されている。振動ふるい３の下方には固液分離のためのベルトフィルタ６が配設され、ベルトフィルタ６の直上に散水のためのスプレーノズル７が配置されている。ベルトフィルタ６の集水皿８には、固液分離後の水を浄化処理する水処理装置９が接続されている。また、ベルトフィルタ６の出口端には、セメント原料とすべく成分調整材を添加、混合するための混練機１０が配置され、混練機１０の近傍に一時貯蔵ピット１１が配置されている。
【００１５】
廃棄物焼却炉１から排出された焼却主灰は振動ふるい３へ供給され、ここで焼却主灰中に含まれている粗大な異物が除去されると共に磁力選別機２により鉄屑等が除去され、これら異物が異物ピット５に収容される。また、このとき振動ふるい３の周辺で発生した塵埃は集塵機４によって捕捉される。なお、消火と発塵の防止を目的として、選別効果が低下しない範囲内で振動ふるい３上の焼却主灰に散水することもできる。
【００１６】
異物が除去された焼却主灰は、振動ふるい３からベルトフィルタ６に供給され、上方のスプレーノズル７から散水されると共に下方から水分が真空吸引されつつベルトフィルタ６上を出口側へと移動する。すなわち、焼却主灰はベルトフィルタ６上を移動しながら水洗され、直ちに固液分離がなされる。焼却主灰を水没処理することなくこの水洗処理に供するため、焼却主灰中に難水溶性のフリーデル氏塩等が未だ形成されておらず、焼却主灰に含まれていた塩素成分は効率よく水に溶解する。このようにして固液分離後の塩素成分が溶解した水は、ベルトフィルタ６の集水皿８に集められ、さらに水処理装置９へ送られ、ここで重金属類に対して適切な浄化処理がなされた後に排水される。
【００１７】
一方、塩素成分が除去されてベルトフィルタ６上に残留した微粒の固形物は、混練機１０へ供給され、セメント原料とすべく石灰石、粘土及びケイ石等の成分調整材が添加、混合されてＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＦｅ_２Ｏ_３の主要４成分の成分調整がなされた後、一時貯蔵ピット１１へ排出貯蔵される。
【００１８】
一時貯蔵ピット１１に一時的に貯蔵された成分調整済みの焼却主灰は、適宜セメント工場へ運び出され、セメント原料の一部としてセメント製造工程中の原料供給工程へそのまま、あるいはさらに成分を微調整した後に添加される。廃棄物焼却施設の混練機１０において、ベルトフィルタ６から排出された焼却主灰の固形物に成分調整材が既に添加、混合されているため、セメント工場側での成分調整が不要あるいは軽微になる。
【００１９】
なお、ベルトフィルタ６の前段に、必要に応じて解砕機または解砕機を経た後にスラリー化タンクを配置し、焼却主灰をスラリー化した状態でベルトフィルタ６に供給することもできる。また、固液分離手段としては、ベルトフィルタに限定されず、例えば遠心力を利用したデカンタ方式であっても構わない。
【００２０】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げてこの発明の詳細についてさらに説明する。
実施例１．
人口５０万人程度の中規模都市の自治体の都市ごみ焼却場（ストーカ方式）において、焼却炉より排出された直後の焼却主灰（以下、乾燥灰とする）を採取したところ、その塩素濃度は１．８％であった。この乾燥灰３ｋｇを１５リットルの工業用水に入れ３０分間攪拌することでスラリー化した。このスラリーを直ちに吸引濾過法により固液分離し、フィルター上に残った固形物を乾燥させた後、塩素濃度を再度測定すると、０．１５％となり、乾燥灰に対して９２％もの高い脱塩素率で塩素が除去されたことが分かった。この実施例１の結果により、廃棄物焼却炉から排出された直後の焼却灰を水洗し、直ちに固液分離することで、焼却主灰に対しても高い脱塩素率を得ることが示された。
【００２１】
実施例２．
焼却炉から排出された直後で未だ水没処理がなされていない焼却主灰を水洗して脱塩素処理を施し、これを主原料にしてセメントを焼成した。
水没処理がなされていない焼却主灰約６トンを、セメントの試験製造が可能な設備のある施設へ輸送した。この焼却主灰から、振動ふるい及び磁力選別機を用いて粗大な異物及び鉄屑等を除去した。異物が除去された焼却主灰１００重量部に、工業用水４００重量部を添加してスラリーとした。このスラリーを直ちにベルトフィルタに供給し固液分離することで、焼却主灰中の塩素を水洗除去した。塩素成分が除去された焼却主灰２８重量部（乾燥状態に換算）に、粉砕済みの石灰石及びケイ石をそれぞれ１００重量部及び９２重量部、粘土を３９重量部添加し、ロータリー式の粘土ドライヤーに通じ、エアーブレンディングタンクにより均一に混合した。
【００２２】
セメントの試験焼成にはレンガ内径１５００ｍｍ、全長２８ｍのロータリーキルンを使用し、１．５トン／ｈｒの割合で調合原料をロータリーキルンへ供給し、最高温度１４３０℃でセメントクリンカを焼成した。
試験焼成の結果、得られたクリンカのＨＭ、ＳＭ及びＩＭはそれぞれ２．１７、２．５０及び１．９０であり、クリンカ鉱物組成はエーライトが６１％、ビーライトが１６％であり、通常のポルトランドセメントクリンカと同一の組成のものを得ることができた。なお、上記のＨＭ、ＳＭ及びＩＭはそれぞれ次の成分比（重量パーセント）を示している。
ＨＭ＝ＣａＯ／（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｆｅ_２Ｏ_３）
ＳＭ＝ＳｉＯ_２／（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｆｅ_２Ｏ_３）
ＩＭ＝Ａｌ_２Ｏ_３／Ｆｅ_２Ｏ_３
【００２３】
比較例１．
実施例１と同様の人口５０万人程度の中規模都市の自治体の都市ごみ焼却場（ストーカ方式）において、焼却炉より排出され、水没処理後一時貯蔵ピットに３日間程度保存された焼却主灰（以下、湿潤灰とする）を採取した。乾燥状態の湿潤灰中の塩素濃度は２．０％であった。この湿潤灰３ｋｇを１５リットルの工業用水に入れ３０分間攪拌することでスラリー化した。このスラリーを吸引濾過法により固液分離し、フィルター上に残った固形物を乾燥させた後、塩素濃度を再度測定したところ０．８７％であり、湿潤灰に対する脱塩素率は５７％に留まっていた。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、廃棄物焼却炉から排出された焼却灰を水没処理することなく水洗し、直ちに固液分離するので、難水溶性のフリーデル氏塩の形成を抑制しつつ焼却灰中の塩素成分を効率的に除去することができる。
このようにして高効率で塩素成分が除去された焼却主灰は、セメント製造プロセスへの塩素の持ち込み量を大幅に低減させることができるので、セメント原料としての再資源化率を大幅に向上させることが可能となる。さらに、廃棄物焼却施設の場内において成分調整材が添加されれば、セメント工場でそのまま、あるいは軽微な成分調整の後直ちにセメント資源化が可能である。
【００２５】
従来は、セメント焼成用原料のうち焼却主灰が代替できる割合は２％程度であったが、本願発明によれば約１３％までの代替が可能となる。焼却主灰からの塩素の持ち込み量が、セメントクリンカ中２００ｐｐｍ程度に抑えることができるため、既存の能力の塩素バイパスが設備されているキルンであれば、工程トラブルの発生も起こらず、またセメントの品質も低下することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る焼却灰の処理方法の流れを概略的に示すフロー図である。
【符号の説明】
１　廃棄物焼却炉、２　磁力選別機、３　振動ふるい、４　集塵機、５　異物ピット、６　ベルトフィルタ、７　スプレーノズル、８　集水皿、９　水処理装置、１０　混練機、１１　一時貯蔵ピット。

Claims

廃棄物焼却炉から排出された焼却灰を水没処理することなく水洗し、直ちに固液分離することにより焼却灰から塩素成分を除去することを特徴とする焼却灰の処理方法。
焼却灰を廃棄物焼却炉から排出した直後に水洗する請求項１に記載の焼却灰の処理方法。
固液分離された固形物に成分調整材を添加してセメント製造用原料の一部とする請求項１または２に記載の焼却灰の処理方法。