JP2008230921A - 溶融スラグの水砕処理方法とその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スラグ冷却水内の懸濁物質の濃度を引下げることにより、重金属の溶出リスクを低減するようにした溶融スラグの水砕処理に於いて、凝集剤等を使用することなしに、経済的に、しかも確実に重金属類の溶出を抑制できるようにした水砕スラグを得る。
【解決手段】 溶融スラグの水砕処理方法において、スラグ水冷水をスラグ冷却水槽とスラグ冷却水貯水槽と冷却器とを通して循環させると共に、冷却器の上流側に磁気分離装置を介設し、当該磁気分離装置でもってスラグ冷却水内の懸濁物質を、当該懸濁物質に含まれている鉄成分を利用して分離除去することにより、重金属類の溶出を抑制した水砕スラグを得る。
【選択図】 図３

Description

本発明は、都市ごみや廃棄物焼却残渣等を溶融処理する溶融炉の溶融スラグの水砕処理に於いて、重金属類の溶出を抑制できる清浄な水砕スラグを得るための方法とその装置の改良に関するものであり、溶融スラグの水砕処理用のスラグ冷却水内の懸濁物質に含まれる高い鉄化合物濃度と、当該鉄化合物濃度と鉛化合物濃度との間の相関関係に着目し、担磁操作を行うことなしにスラグ冷却水内の懸濁物質を磁気分離することにより、凝集剤等の使用を一切排してより経済的に且つ確実に、重金属類の溶出の殆どない清浄な水砕スラグを得るようにした溶融スラグの水砕処理方法とその装置に関するものである。

一般に、廃棄物を焼却した際に生じる焼却灰や焼却飛灰（焼却残渣）には、ダイオキシン類（ＤＸＮｓ）や有毒な重金属類が含まれている。これら焼却残渣の処理方法の１つである溶融固化は、無害化、長期安定化、減容化、減量化及び水砕スラグのリサイクルが可能であり、焼却残渣の処理方法として有効な手段である。
また、溶融方法としては、熱分解ガスによるガス化溶融炉、電気式のプラズマ溶融炉、燃料式の表面溶融炉、コークスヘッド式の溶融炉などがある。

一方、溶融スラグ中には重金属類が含有されているため、水砕スラグ自体から極少量の重金属類が溶出することは、広く知られている。
しかし、水砕スラグから重金属類が溶出する原因の主たるものは、重金属類を含むスラグ冷却水が水砕スラグの表面に付着するか若しくは水砕時にスラグ表面に取り込まれることであると考えられており、この水砕スラグの表面に付着したスラグ冷却水が原因となって、環境庁告示４６号の試験やＪＩＳＫ００５８−１の試験において、重金属、特に鉛が溶出基準値を超過することになり、重大な問題点となっている。

ところで、上述の如き水砕スラグからの重金属の溶出リスクを低減する有効な方法として、スラグ冷却水内の懸濁物質を除去する方法が開発されており、これを特開２００５−１３９０２７号として公開している。

図６は、上記特開２００５−１３９０２７号に係る処理方法の実施系統図であり、図において２１は焼却残渣等の被溶融物、２２は溶融炉、２３はスラグコンベア、２４はスラグ冷却水槽、２５はスラグ冷却水貯水槽、２６はストレーナ、２７は冷却器、２８は懸濁物質除去手段、２９は冷却水循環ポンプ、３０はスラグピット、Ｓ₀は溶融スラグ、Ｓ₁は水砕スラグ、Ｗはスラグ冷却水である。

溶融炉２２からの溶融スラグＳ₀は、スラグ冷却水槽２４内で急冷され、形成された水砕スラグＳ₁はスラグコンベア２３によりスラグピット３０内へ排出される。また、スラグ冷却水槽２４内の高温冷却水Ｗは、スラグ冷却水貯水槽２５からポンプ２９によりストレーナ２６、懸濁物質除去装置２８、冷却器２７を通して浄化並びに冷却され、スラグ冷却水槽２４へ戻される。

溶融スラグＳ₀内には、例えば鉛が最大で約１０ｐｐｍ程度含まれており、また、スラグピット３０内へ搬入された水砕スラグＳ₁には、５〜１０ｗｔ％の水分（スラグ冷却水Ｗ）が含まれている。
更に、溶融スラグＳ₀を水砕処理した後のスラグ冷却水Ｗには、鉛が最大で約１０ｐｐｍ程度含まれており、しかもこの鉛成分の約９０％は、スラグ冷却水Ｗ内の懸濁物質中に含まれている。

そのため、特開２００５−１３９０２７号の発明に於いては、スラグ冷却水Ｗの循環回路にストレーナ２６と懸濁物質除去手段２８を設け、ストレーナ２６により約５００μｍ以上の比較的大きな粒径の懸濁物質を除去すると共に、数μｍ程度の微粒子を多く含む細かな懸濁物質を、凝集沈澱装置や砂濾過装置、膜濾過装置等の単独若しくは組み合せに係る懸濁物質除去手段２８により除去するようにしており、具体的には凝集剤を併用した砂濾過装置が多く用いられている。

この特開２００５−１３９０２７号に係る処理技術に於いては、循環使用をするスラグ冷却水Ｗ内の懸濁物質を除去することにより、スラグ冷却水Ｗ内に存在する重金属、例えば鉛成分が有効に除去されることになる。その結果、スラグピット３０内に回収された水砕スラグＳ₁は、その外表層部に重金属類を殆ど含有若しくは付着しないものとなり、水砕スラグＳ₁のより安全な再利用が図れると云う優れた効用を奏するものである。

しかし、当該２００５−１３９０２７号の処理技術にも、解決すべき問題が多く残されており、その中でも、特に、イ．懸濁物質除去装置２８の除去効率をより高めること、及びロ．ランニングコストや設備費の削減を図ること等が、緊急に解決を要する問題点として残されている。

例えば、イ．懸濁物質除去装置として凝集沈澱方式の装置を用いた場合には、沈澱池の設置に大きなスペースを必要とするうえ、懸濁物質の分離除去に長時間を必要とし、除去処理能力の点に難点がある。
また、ロ．砂濾過装置を用いた場合には、スラグ冷却水中の懸濁物質の除去効率が相対的に低いため、懸濁物質が濾過層空隙から多量にリークすることになり、懸濁物質を高効率で確実に除去することが出来ないという難点がある。
更に、ハ．膜濾過装置を用いた場合には、頻繁な膜の洗浄が必要となり、膜のメンテナンスや膜濾過装置のランニングコストの大幅な引下げを図れないと云う難点がある。
加えて、ニ．凝集沈澱、砂濾過及び膜濾過方式の各懸濁物質除去装置は、その作動時に何れも凝集剤を必要とするため、凝集剤の供給装置のみならず多額の凝集剤費が必要になると云う難点がある。

特開２００５−１３９０２７

本発明は、特開２００５−１３９０２７号に開示されているようなスラグ冷却水Ｗを循環使用する方式の溶融スラグの水砕処理システムにおける上述の如き問題，即ちイ．凝集沈澱方式の懸濁物質除去装置を用いた場合には、除去処理時間の点から設備の小型化が図れないこと，ロ．砂濾過装置を用いた場合には、懸濁物質を確実に高効率で除去することが困難なこと、ハ．膜濾過装置を用いた場合には、メンテナンス費がかかり、ランニングコストの引下げが図れないこと，及びニ．懸濁物質除去装置の運転に凝集剤を必要とするため、ランニングコストの引下げが図り難いうえ、凝集剤による新たな循環汚損を生じる虞があること等の問題を解決せんとするものであり、懸濁物質除去装置として磁気分離方式の除去装置を用いることにより、スラグ冷却水Ｗ内の懸濁物質を、これに特別な担磁操作を行うことなしに高効率で、しかも確実により低いランニングコストでもって除去することにより、重金属類の溶出値の大幅な削減を可能とした水砕スラグを簡単且つ安価に得られるようにした、溶融スラグの水砕処理方法とその装置を提供することを発明の主目的とするものである。

本願発明者は、先ずスラグ冷却水内の懸濁物質を凝集剤を用いることなしに除去する方策として、磁気分離方式の利用を着想すると共に、焼却残渣用溶融炉からの溶融スラグの水砕処理に使用したスラグ冷却水について、その内部に含まれる懸濁物質の物理的性質及び化学的性質等を精査した。

而して、一般に水処理における汚濁物質は、物理的性状に応じて懸濁物質（１００〜１μｍ）、コロイド（１μｍ〜１ｎｍ）及び溶解物質（１ｎｍ以下）等に大別されるが、焼却残渣の溶融スラグを水砕処理するスラグ冷却水内の懸濁物質は、鉄化合物の濃度が比較的高く、しかも、懸濁物質内の鉄化合物と鉛化合物の存在量の間には相関関係があり、懸濁物質の除去と共に鉄成分濃度及び鉛成分濃度が夫々低下することが判明した。

図１は、上記焼却残渣の溶融スラグを水砕処理するスラグ冷却水中の懸濁物質ＳＳと、スラグ冷却水中の鉄成分及び鉛成分濃度との関係を示すグラフであり、本願発明者が測定した結果を示すものである。図１からも明らかなように、懸濁物質中には鉄成分が高濃度で存在し、且つ鉄成分と鉛成分との間には相関関係のあることが判る。
また、鉄成分が存在するため、当該鉄成分を磁気により分離除去することで、懸濁物質濃度を低下させ得ることが判る。
更に、Ｆｅ成分を磁気分離でもって除去することにより、スラグ冷却水中に残留する懸濁物質中のＰｂ成分濃度が低下することも、図１から明らかである。

次に、前記焼却残渣の溶融スラグを水砕処理するスラグ冷却水中のＰｂ成分濃度が低下すれば、環境庁告示４６号に規定の鉛溶出試験値が低下することの確認試験を行った。

図２は、スラグ冷却水中の鉛濃度と鉛溶出量の関係を示す一例であり、本願発明者が実施した試験結果に基づくものである。
図２からも明らかなように、スラグ冷却水中のＰｂ濃度が低下すれば、環境庁告示第４６号に規定する鉛溶出試験値も低下することが判る。

本願発明者は、上記各基礎試験の結果に基づいて、磁気によりスラグ冷却水内の懸濁物質中の鉄成分を除去することで、懸濁物質濃度を低下させると共に、鉄成分の除去と同時に鉛濃度も低下させ得ることを着想した。
本願発明は、本願発明者の上記着想を基にして創作されたもので、請求項１の発明は溶融スラグの水砕処理方法において、スラグ冷却水をスラグ冷却水槽とスラグ冷却水貯水槽と冷却器とを通して循環させると共に、冷却器の上流側に磁気分離装置を介設し、当該磁気分離装置でもってスラグ冷却水内の懸濁物質を、当該懸濁物質に含まれている鉄成分を利用して分離除去することにより、重金属類の溶出を抑制した水砕スラグを得ることを発明の基本構成とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、磁気分離装置を冷却器の入口側とスラグ冷却水貯水槽との間を連通するスラグ冷却水の一部循環回路に介設するようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、磁気分離装置を超電導磁石を用いた磁気分離装置とするようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、スラグ冷却水貯水槽の上流側にスラグ冷却水のストレーナを設け、平均粒径が５００μｍを越える大径の懸濁物質を予め除去するようにしたものである。

請求項５の発明は、スラグ冷却水槽から高温のスラグ冷却水をスラグ冷却水貯水槽内へ導出すると共に、当該スラグ冷却水貯水槽からのスラグ冷却水を浄化処理装置で清浄化したあと冷却器により冷却し、低温のスラグ冷却水を前記スラグ冷却水槽へ導入するようにした溶融炉からの溶融スラグの水砕処理装置に於いて、前記スラグ冷却水の浄化処理装置を、スラグ冷却水のストレーナとその下流側に位置する磁気分離装置とから形成し、スラグ冷却水内の懸濁物質を、磁気分離装置でもって当該懸濁物質内に含まれる鉄成分を利用して分離除去することにより、重金属類の溶出を抑制した水砕スラグを得ることを発明の基本構成とするものである。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、磁気分離装置を、冷却器の入口側とスラグ冷却水貯水槽との間を連通するスラグ冷却水の一部循環回路に介設するようにしたものである。

請求項７の発明は、請求項５又は請求項６の発明において、磁気分離装置を、超電導磁石を用いた磁気分離装置としたものである。

磁気分離法による水中の懸濁物質の除去には、鉄系の凝集剤を添加する等の所謂担磁操作が一般に必要である。しかし、溶融スラグの水砕処理におけるスラグ冷却水の場合には、懸濁物質中の鉄分が多いためその必要がない。したがって、凝集剤添加設備や薬剤費の削減が可能となる。また、磁気分離に強磁場発生の可能な超電導磁石を用いることにより、懸濁物質除去装置を小型化できる。
更に、スラグ冷却水を磁気分離方式によって浄化処理することにより、製品である水砕スラグからの鉛溶出値を土壌環境基準値以下に低下させることが出来る。

以下、図面に基づいて本発明の各実施形態を説明する。
図３は、本発明に係るスラグ処理方法の第１実施形態を示す全体系統図であり、図３において、１は都市ごみや都市ごみの焼却残渣等の被溶融物、２は溶融炉、３はスラグ冷却水槽、４はスラグコンベア、５はスラグピット、６はスラグ冷却水貯水槽、７はスラグ冷却水のストレーナ、８は磁気分離装置、９はスラグ冷却水の冷却器、１０はスラグ冷却水の循環ポンプである。

焼却残渣などの被溶融物１は溶融炉２に供給され、１２００〜１６００℃の高温で溶融される。溶融スラグＳ₀はスラグ冷却水Ｗを張ったスラグ冷却水槽３内で水砕処理されて粒状の水砕スラグＳ₁となり、スラグコンベア４によってスラグピット５に搬出される。
高温のスラグ冷却水Ｗは、一旦スラグ冷却水貯水槽６に貯留した後、ポンプ１０によって圧送され、ストレーナ７、磁気分離装置８および冷却器９を介してスラグ冷却水槽３へ戻される。スラグ冷却水Ｗ中の懸濁物質については、ストレーナ６によって所定の粒径（例えば、５００μｍ）以上の物質が除去された後、磁気分離装置８によってそれ以下の物質が除去される。これによって、溶融スラグＳ₀は、常に清浄に処理されたスラグ冷却水Ｗによって水砕処理されることになり、重金属類の溶出の少ない状態でスラグピット５に搬出される。

また、ストレーナ７としては、一般に耐蝕性の金属製濾材が用いられるが、具体的には、スラグの種類によって適宜選択される。冷却器９の位置も、図１のような位置に限定されるものではないが、懸濁物質などによる汚染を考慮すると、磁気分離装置８の下流位置が好ましい。懸濁物質は冷却器９の内壁へ付着して熱交換率を低下させることがあるためである。

前記磁気分離装置８は、強磁場の発生が可能な超電導磁石を内蔵するものであり、スラグ冷却水Ｗ内の懸濁物質に比較的多量に含まれている鉄成分を磁化すると共に、これを超電導磁石へ吸着するように構成されている。
勿論、超電導磁石による前記鉄成分の吸着は、鉄成分のみの単独吸着ではなしに、鉄成分や鉛成分を含有する懸濁物質のフロックを吸着する形態で行われ、これによって鉄成分や鉛成分・その他の重金属類を含んだ懸濁物質がスラグ冷却水Ｗ内から磁力によって分離されることになる。

尚、本発明で使用する超電導磁石そのものは公知であるため、ここではその詳細な説明を省略するが、磁化の強さは０．５〜３Ｔ位の磁化力で十分である。
また、磁気分離装置８で使用する磁石は、超電導磁石以外の電磁石や永久磁石であっても良いことは勿論であり、磁石の磁化の強さはスラグ冷却水Ｗの処理量や処理時間、懸濁物質の含有量、懸濁物質中の鉄成分濃度やその粒径等に応じて適宜に選定される。

図４は、本発明の第２実施形態を示すものであり、スラグ冷却水のストレーナ７の出口側からスラグ冷却水Ｗを分岐させ、分岐せしめたスラグ冷却水Ｗ₁を磁気分離装置８によって分離処理したあと、スラグ冷却水貯水槽６へ戻すようにしたものであり、磁気分離装置８により処理するスラグ冷却水Ｗ₁の流量は、循環するスラグ冷却水Ｗの懸濁物質濃度等によって適宜に調整される。

図５は、本発明の一実施例によるスラグ冷却水中の懸濁物質（ＳＳ）の磁気分離試験の結果を示すものである。
先ず、３００ｍｌのビーカに、実稼動溶融炉のスラグ冷却水槽から採取したスラグ冷却水Ｗ約２８０ｍｌを入れ、当該ビーカの中に永久磁石（φ３０ｍｍ×２０ｍｍ、磁化の強さ５０００Ｇ＝０．５Ｔ）を沈め、水を緩やかに攪拌することにより磁石に懸濁物質を付着させたあと、スラグ冷却水Ｗを取り出しした。
同様の処理操作を３回行い、約８８０ｍｌのスラグ冷却水の磁気分離処理を行った。

次に、前記処理済みのスラグ冷却水と、未処理のスラグ冷却水について、含有する懸濁物質ＳＳ、鉄成分Ｆｅ及び鉛成分Ｐｂの分析を行うことにより、懸濁物質ＳＳに対する磁気分離の効果（即ち、懸濁物質の除去効果）を確認した。

図５は、上記実施例１の試験結果を示すものであり、磁気処理後のスラグ冷却水Ｗ内の懸濁物質濃度は２０ｍｇ／Ｌ以下にまで低下することになり、磁気による懸濁物質の除去が十分可能であることが当該試験の結果から判る。
また、懸濁物質濃度の低下に伴い、スラグ冷却水Ｗ内の鉄成分Ｆｅ及び鉛成分Ｐｂ濃度も低下することが確認できた。
尚、前記鉛成分濃度の低下は、約０．５ｍｇ／Ｌまで可能なことが確認されている。

更に、前記図２の試験データからも明らかなように、スラグ冷却水Ｗ内の鉛成分濃度が０．５ｍｇ／Ｌまで低下すれば、磁気処理後のスラグ冷却水Ｗを循環的に溶融スラグＳ₀の水砕処理に利用することにより、水砕スラグＳ₁からの鉛溶出量を土壌環境基準で定める値以下に抑制できることとなる。

本発明に係る溶融スラグの水砕処理方法及び装置は、都市ごみや都市ごみ焼却炉からの焼却残渣等の溶融処理炉のみならず、あらゆる種類の溶融炉における溶融スラグの水砕処理に利用できるものである。

溶融スラグの水砕処理におけるスラグ冷却水Ｗ内の懸濁物質濃度と、鉛成分濃度及び鉄成分濃度との関係を示すグラフである。 スラグ冷却水Ｗ内の鉛成分濃度と環境庁告示４６号溶出試験における鉛溶出量との関係を示す線図である。 本発明の第１実施形態に係る水砕スラグ処理方法を示す構成系統図である。 本発明の第２実施形態に係る水砕スラグ処理方法を示す構成系統図である。 本発明の実施例に係るスラグ冷却水Ｗ内の懸濁物質に対する磁気分離効果を示す線図である。 従前のスラグ処理方法におけるスラグ冷却水処理を示す構成系統図である。

符号の説明

Ｓ₀は溶融スラグ
Ｓ₁は水砕スラグ
Ｗはスラグ冷却水
Ｗｃは炉冷却水
１は被溶融物
２は溶融炉
３はスラグ冷却水槽
４はスラグコンベア
５はスラグピット
６はスラグ冷却水貯水槽
７はスラグ冷却水のストレーナ
８は磁気分離装置
９はスラグ冷却水の冷却器
１０はスラグ冷却水の循環ポンプ

Claims (7)

1. 溶融スラグの水砕処理方法において、スラグ冷却水をスラグ冷却水槽とスラグ冷却水貯水槽と冷却器とを通して循環させると共に、冷却器の上流側に磁気分離装置を介設し、当該磁気分離装置でもってスラグ冷却水内の懸濁物質を、当該懸濁物質に含まれている鉄成分を利用して分離除去することにより、重金属類の溶出を抑制した水砕スラグを得る構成としたことを特徴とする溶融スラグの水砕処理方法。
2. 磁気分離装置を、冷却器の入口側とスラグ冷却水貯水槽との間を連通するスラグ冷却水の一部循環回路に介設するようにした請求項１に記載の溶融スラグの水砕処理方法。
3. 磁気分離装置を超電導磁石を用いた磁気分離装置とするようにした請求項１又は請求項２に記載の溶融スラグの水砕処理方法。
4. スラグ冷却水貯水槽の下流側にスラグ冷却水のストレーナを設け、平均粒径が５００μｍを越える大径の懸濁物質を予め除去するようにした請求項１に記載の溶融スラグの水砕処理方法。
5. スラグ冷却水槽から高温のスラグ冷却水をスラグ冷却水貯水槽内へ導出すると共に、当該スラグ冷却水貯水槽からのスラグ冷却水を浄化処理装置で清浄化したあと冷却器により冷却し、低温のスラグ冷却水を前記スラグ冷却水槽へ導入するようにした溶融スラグの水砕処理装置に於いて、前記スラグ冷却水の浄化処理装置をスラグ冷却水のストレーナとその下流側に位置する磁気分離装置とから形成し、スラグ冷却水内の懸濁物質を、磁気分離装置でもって当該懸濁物質内に含まれる鉄成分を利用して分離除去することにより、重金属類の溶出を抑制した水砕スラグを得ることを特徴とする溶融スラグの水砕処理装置。
6. 磁気分離装置を、冷却器の入口側とスラグ冷却水貯水槽との間を連通するスラグ冷却水の一部循環回路に介設するようにした請求項５に記載の溶融スラグの水砕処理装置。
7. 磁気分離装置を、超電導磁石を用いた磁気分離装置とした請求項５又は請求項６に記載の溶融スラグの水砕処理装置。

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