JP2008000655A

JP2008000655A - 集塵灰中の重金属類溶出防止方法

Info

Publication number: JP2008000655A
Application number: JP2006170809A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Sudo; 雅弘須藤; Hiroshi Yamamoto; 浩山本
Original assignee: JFE Engineering Corp; JFE Environmental Solutions Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp; JFE Environmental Solutions Corp
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】廃棄物の焼却、溶融処理または灰溶融処理において発生する集塵灰中の重金属類溶出防止方法であって、集塵灰からの重金属の溶出を防止するために必要なキレート剤量やｐＨ調整剤を低減でき、長期にわたって重金属の溶出を防止することができる方法を提供する。
【解決手段】廃棄物焼却炉、廃棄物溶融炉または灰溶融炉のうちいずれかの炉出口から炉に併設された廃熱ボイラの出口または減温塔の入口までの排ガス流路内に、カルシウム化合物を吹き込む工程を含むことを特徴とする集塵灰中の重金属類溶出防止方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物の焼却処理または溶融処理、或いは灰溶融処理を行う際に発生する飛灰を捕集した集塵灰から重金属類の溶出を防止する方法に関する。

都市ごみ、産業廃棄物、汚泥等の廃棄物の焼却処理または溶融処理、或いは焼却処理した灰の溶融処理を行う際に発生する飛灰を捕集した集塵灰には、鉛、亜鉛、カドミウム等の重金属類が含まれている。このような集塵灰は、そのまま埋立され環境に放出された場合、重金属類が雨水などに溶解して溶出し、環境汚染源となる。そのため、集塵灰中の重金属類の溶出を防止するための固定化処理方法が種々提案されている。

集塵灰中の重金属類を固定化処理する方法としては、集塵灰にキレート剤と水を添加し混練・養生して重金属を不溶化する方法がある（特許文献１参照）。
また、他の方法として、集塵灰に硫酸バンド等の弱酸性物を添加して重金属類を水酸化物とし、適正なｐＨ値の範囲（例えば水酸化鉛ではｐＨ９〜１１）のもとで水に不溶な生成物として固定化する方法（従来技術２）が知られている。
特開平５−８７３２４号公報

しかしながら、特許文献１のキレート剤を用いて重金属類を固定化する方法では、キレート剤が大量に必要であり、しかもキレート剤は高価であるので経済的でないという問題がある。
また、従来技術２の方法により重金属類を水に不溶な水酸化物として固定化する方法では、空気中の炭酸ガスや酸性雨により、固定化した重金属類を含む集塵灰のｐＨが適正なｐＨ値の範囲から外れたときには、水酸化物が水溶性に変化し重金属類が溶出するという問題がある。この場合、適正なｐＨ値の範囲（例えば水酸化鉛ではｐＨ９〜１１）を維持するためにｐＨ調整剤を添加しておくことも考えられるが、この場合には集塵灰全体のｐＨ調整をしなければならず、ｐＨ調整剤を集塵灰に対して相当量を添加する必要があり、ｐＨ調整剤が多量に必要であるばかりでなく集塵灰総量が多くなり運搬費用や埋立処分費用が高くなるという問題がある。

本発明は係る問題点を解決するためになされたものであり、廃棄物の焼却、溶融処理または灰溶融処理において発生する集塵灰中の重金属類溶出防止方法であって、集塵灰からの重金属の溶出を防止するために必要なキレート剤量やｐＨ調整剤を低減でき、長期にわたって重金属の溶出を防止することができる方法を得ることを目的とする。

（１）本発明の集塵灰中の重金属類溶出防止方法は、廃棄物焼却炉、廃棄物溶融炉または灰溶融炉のうちいずれかの炉出口から炉に併設された廃熱ボイラの出口または減温塔の入口までの排ガス流路内に、カルシウム化合物を吹き込む工程を含むことを特徴とするものである。
カルシウム化合物を粉状またはスラリ状として吹き込むのが好ましい。

（２）また、廃棄物焼却炉または灰溶融炉の炉内に、カルシウム化合物を供給する工程を含むことを特徴とする集塵灰中の重金属類溶出防止方法。

（３）また、上記（１）または（２）に記載のものにおいて、カルシウム化合物が水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸化カルシウムのうち少なくとも一つであることを特徴とするものである。

本発明は、排ガス中に揮発している重金属類の酸化物と、カルシウム化合物から生成する酸化カルシウムとを反応させることにより水に不溶な複合酸化物を生成できるという新たな発見に基づくものである。以下、重金属類のうち排ガス中の含有率の高い鉛を例に挙げてこの原理を具体的に説明する。

水酸化カルシウム（消石灰）は大気中580℃以上で下式に示すように熱分解脱水し酸化カルシウムが生成される。
Ｃａ(ＯＨ)_２→ＣａＯ＋Ｈ_２Ｏ
また、炭酸カルシウム（石灰石）は大気中900℃以上で下式示すように熱分解し酸化カルシウムが生成される。
ＣａＣＯ_３→ＣａＯ＋ＣＯ_２
もっとも、上記の熱分解脱水反応温度は純物質の場合の温度であり、雑多な物質が存在する廃棄物焼却炉等の排ガス中ではこれらの温度以下でもカルシウム化合物の熱分解反応が生じていることを確認している。

上記の反応により生成した酸化カルシウムまたは供給した酸化カルシウムが、酸化鉛と反応して水に不溶な複合酸化物である２ＣａＯ・ＰｂＯ_２（Ｃａ_２ＰｂＯ_４）を生成する。
なお、この複合酸化物生成に好適な温度範囲は、700〜950℃である。

廃棄物焼却炉、廃棄物溶融炉または灰溶融炉のうちいずれかの炉出口から炉に併設された廃熱ボイラの出口または減温塔の入口までの排ガス流路内を流通する排ガス温度は、炉出口で800〜1000℃程度であり、廃熱ボイラの出口または減温塔の入口で300〜350℃程度である。したがって、上記の排ガス流路内にカルシウム化合物を吹き込み、酸化カルシウムを生成し、生成された酸化カルシウムと揮発した重金属類の酸化物を反応させることにより、複合酸化物を生成することができる。

上記のようにして生成される重金属類の複合酸化物は、ｐＨが変化しても水に不溶であるので、重金属類の水酸化物のように空気中の炭酸ガスや酸性雨により適正なｐＨ値の範囲から外れたとしても水溶性に変化し溶出するという問題がない。
このため、上記の方法を採用することにより、集塵灰中の重金属類のほとんどを水に不溶な複合酸化物の形態にすることができる。さらに、重金属類の溶出量規制値以下となるように、なお残存する水溶性の重金属類を固定化する分だけのキレート剤を添加すればよく、キレート剤の使用量を大幅に減少できる。
また、排ガス中の重金属類を集塵灰として捕集される前に不溶性物にするので、残存する水溶性の重金属類を固定化するために従来技術２の方法を採用したとしても、大量のｐＨ調整剤を添加する必要がなく、問題がない。

本発明においては、廃棄物焼却炉、廃棄物溶融炉または灰溶融炉のうちいずれかの炉出口から炉に併設された廃熱ボイラの出口または減温塔の入口までの排ガス流路内に、カルシウム化合物を吹き込むようにしたので、集塵灰中の重金属類はそのほとんどが水に不溶な複合酸化物の形態となり、重金属類の溶出量規制値以下となるように、なお残存する水溶性の重金属類を固定化する分だけのキレート剤を添加すればよく、キレート剤の使用量を大幅に減少できる。

［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１の集塵灰中の重金属類溶出防止方法の説明図であり、廃棄物焼却炉における排ガスの通過する機器類と排ガスの流れをブロック図で示してある。
まず、排ガスの流れを説明する。廃棄物焼却炉に投入されて燃焼を開始した廃棄物は、燃焼用空気により熱分解されて可燃性ガスが発生し、ガスの一部が燃焼する。廃棄物焼却炉の排ガスは二次燃焼炉に流入し、その中に含まれている未燃焼の可燃性ガス成分が完全に燃焼する。
二次燃焼炉から排出された排ガスは、廃熱ボイラ、エコノマイザへ送られて熱回収された後、減温塔で減温され、さらに集塵器で飛灰が集塵灰として回収され、除塵された排ガスが煙突を通って大気中に放散される。

上記のような排ガスの流れにおける廃棄物焼却炉の出口から減温塔の入口までの排ガス流路内、例えば図１に示すように、二次燃焼炉、廃熱ボイラ、エコノマイザにおける排ガスダクト内に粉状カルシウム化合物または水に粉状カルシウム化合物を分散したスラリ状カルシウム化合物を吹き込む。カルシウム化合物の吹込み量は廃棄物供給量に対して、0.05〜0.5重量％とするのが好ましい。カルシウム化合物の吹込み量を前記の値としたのは、下限値未満では複合酸化物の生成が十分でなく、不溶化できる効果が少ないし、他方、上限値より多いと排ガス中のダスト量が多くなり集塵機への負担が大きくなり問題となるからである。

前記の排ガス流路内にカルシウム化合物を吹き込むことにより、酸化カルシウムが生成され、生成された酸化カルシウムと排ガス中で揮発している重金属類の酸化物が反応することにより、複合酸化物が生成される。複合酸化物が生成されることにより、前述のように重金属類が固定化されることになる。

複合酸化物として重金属類が固定化された飛灰は集塵器で集塵され、集塵灰は残存する水溶性の重金属類を固定化するためにキレート剤が添加される。このとき、集塵灰中の重金属類はそのほとんどが水に不溶な複合酸化物の形態となっているので、添加するキレート剤の量は少量でよい。

以上のように、本実施の形態においては、排ガス流路内にカルシウム化合物を吹き込むことにより、集塵灰中の重金属類のほとんどを水に不溶な複合酸化物の形態とすることができ、集塵灰の固定化のために添加するキレート剤の量を大きく減少させることができる。

なお、上記の実施の形態では廃棄物焼却炉を例に挙げて説明したが、廃棄物溶融炉または灰溶融炉であっても同様の処理を行うことができる。
また、上記の実施の形態においては集塵灰にキレート剤を添加する例を示したが、集塵灰の残存する水溶性の重金属類を固定化するために、集塵灰に硫酸バンド等の弱酸性物を添加して重金属類を水酸化物とし、適正なｐＨ値の範囲に調整して水に不溶な生成物に固定化するようにしてもよい。この場合にも、集塵灰の固定化のために添加する弱酸性物およびｐＨ調整剤の量を大幅に低減できる。

［実施の形態２］
図２は本発明の実施の形態２の集塵灰中の重金属類溶出防止方法の説明図であり、廃棄物焼却炉における排ガスの通過する機器類と排ガスの流れをブロック図で示してある。
本実施の形態においては、カルシウム化合物を廃棄物焼却炉の炉内に供給するようにしたものである。
このようにカルシウム化合物を廃棄物焼却炉の炉内に供給しても、実施の形態１と同様に、キレート剤またはｐＨ調整剤の量を低減できる。
また、本実施の形態ではカルシウム化合物を炉内に供給するので、実施の形態１のようにカルシウム化合物を粉状、スラリ状にする必要がない。

なお、カルシウム化合物を炉内に供給する方法として、廃棄物と別に供給してもよいし、廃棄物とカルシウム化合物を混合して供給してもよい。廃棄物とカルシウム化合物を混合して供給する場合には、廃棄物供給用のホッパにカルシウム化合物を供給するようにできる。
また、上記の実施の形態では廃棄物焼却炉を例に挙げて説明したが、灰溶融炉であっても同様の処理を行うことができる。

以下においては、実施の形態１および実施の形態２の実施例をそれぞれ実施例１、実施例２として示すと共にそれぞれの比較例を示して実施例の効果を説明する。

・廃棄物焼却炉Ａ：100ｔ/日の処理規模
・集塵灰中の鉛（金属換算）含有量：4500ｍｇ/ｋｇ
・炭酸カルシウム吹込み方法：焼却炉出口の排ガスダクト内へ粉状にして吹き込む
・炭酸カルシウム投入量：5ｋｇ/ｈ
上記の条件で稼動した廃棄物焼却炉の集塵灰にキレート剤を添加し、環境省告示１３号に基づく溶出試験を行い基準値である鉛溶出量0.3ｍｇ/ｌ以下となるために必要なキレート剤添加率を求めたところ、集塵灰に対して４重量％であった。

上記の実施例に対する比較例として、炭酸カルシウムを吹き込まない場合の鉛溶出量が基準値以下となるために必要なキレート剤添加率を求めたところ、集塵灰に対して６重量％であった。
このように、炭酸カルシウムを吹き込むことにより、集塵灰に対するキレート剤添加量を30％程度削減することができることが実証された。

・廃棄物焼却炉Ｂ：80ｔ/日の処理規模
・集塵灰中の鉛（金属換算）含有量：7500ｍｇ/ｋｇ
・炭酸カルシウム吹込み方法：廃棄物と混合して供給
・炭酸カルシウム投入量：5ｋｇ/ｈ（粉状）
上記の条件で稼動した廃棄物焼却炉の集塵灰にキレート剤を添加し、環境省告示１３号に基づく溶出試験を行い基準値である鉛溶出量0.3ｍｇ/ｌ以下となるために必要なキレート剤添加率を求めたところ、集塵灰に対して６重量％であった。

上記の実施例に対する比較例として、炭酸カルシウムを吹き込まない場合の、鉛溶出量が基準値以下となるために必要なキレート剤添加率を求めたところ、集塵灰に対して８重量％であった。
このように、炭酸カルシウムを吹き込むことにより、集塵灰に対するキレート剤添加量を25％程度削減することができることが実証された。

本発明の実施の形態１の集塵灰中の重金属類溶出防止方法の説明図である。本発明の実施の形態２の集塵灰中の重金属類溶出防止方法の説明図である。

Claims

廃棄物焼却炉、廃棄物溶融炉または灰溶融炉のうちいずれかの炉出口から炉に併設された廃熱ボイラの出口または減温塔の入口までの排ガス流路内に、カルシウム化合物を吹き込む工程を含むことを特徴とする集塵灰中の重金属類溶出防止方法。
廃棄物焼却炉または灰溶融炉の炉内に、カルシウム化合物を供給する工程を含むことを特徴とする集塵灰中の重金属類溶出防止方法。
カルシウム化合物が水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸化カルシウムのうち少なくとも一つであることを特徴とする請求項１または２に記載の集塵灰中の重金属類溶出防止方法。