JP2010131521A - 廃棄物の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は産業廃棄物から有害金属を簡単に除去する方法を提供することを課題とする。
【解決手段】廃棄物を水洗してアルカリ成分等を除去すると共に洗浄残渣中の塩素濃度を固形分に対して４〜１０質量％に調整した上で溶融処理を行なう。有害金属は洗浄残渣中の塩素と反応して揮発性の塩化物となり、溶融処理中に揮散し除去され、得られたスラグには有害金属が殆んど含有されず、有効利用出来る。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば溶融炉において一般廃棄物および産業廃棄物を溶融処理する際に発生する飛灰等の廃棄物を処理する方法に関するものである。

上記廃棄物を溶融処理する際には、排ガス中の酸性ガスを除去するために、消石灰を上記排ガスに接触させて中和処理が行われる。一般的には上記酸性ガスは塩化水素であり、消石灰との中和反応によって塩化カルシウムが生成する。
したがって上記廃棄物の溶融処理によって発生する飛灰は、一般に排ガス中の酸性ガスと消石灰との中和生成物と煤塵とからなり、上記中和生成物の殆んどが塩化カルシウムであり、上記煤塵には飛散物、アルカリ成分、重金属類が含まれている。
このような組成の飛灰を廃棄物として直接溶融炉に投入すると、塩化カルシウムが分解して塩化水素が発生し、該塩化水素を中和するために大量の消石灰が必要となり、飛灰量が増加しまた設備に対する負荷が増大することになる。更に塩化水素の高濃度化によって設備や配管の腐食が促進されるおそれもある。

上記不具合を解消するために、飛灰を水洗して酸性ガスと消石灰との中和生成物、アルカリ成分等の水溶性成分を除去した上で、溶融処理する方法が提案されている。

特開平９−１９２６２５号公報 特開２０００−１４４２７１号公報 特開２００３−１０８１４号公報 特開２００３−３２０３３６号公報 特開２００４−２９８７７７号公報

飛灰を水洗する方法では、単に水による洗浄では鉛等の重金属は除去出来ないので酸を添加した水を洗浄水として使用して、重金属を溶解することが必要である。しかしそのためには多量の酸の使用を必要とするために処理費用が高価になり、また酸を添加した水で洗浄した場合には飛灰中の多くの成分が洗浄水に溶出するため、水洗処理後の廃洗浄液の処理工程によって発生する残渣の量が多くなる、と云う問題点がある。

本発明は上記従来の課題を解決するための手段として、廃棄物を水洗して水溶性成分を除去すると共に洗浄残渣の塩素濃度を固形分に対して４〜１０質量％に調整する水洗処理工程と、上記塩素濃度を調整した洗浄残渣を溶融処理する溶融処理工程と、を備え、上記溶融処理工程から発生した飛灰が上記廃棄物の一部として水洗処理工程に循環される廃棄物の処理方法を提供するものである。本発明の対象である廃棄物としては、一般に飛灰がある。上記水洗処理工程において、洗浄水は上記廃棄物１質量部に対して１〜１０質量部添加されることが望ましい。また上記洗浄残渣には、所望なれば塩素濃度を固形分に対して４〜１０質量％に調節するために、塩素高含有物の所定量を添加した上で溶融処理を行なってもよい。この場合上記塩素高含有物としては、飛灰を用いることが望ましい。

〔作用〕
飛灰等の廃棄物を水洗すると、飛灰中に含まれるアルカリ成分や酸性ガスと消石灰との中和生成物等の水溶性成分が水に溶出して除去される。前記したように上記中和生成物の殆んどが塩化カルシウムである。

上記水洗処理工程において、洗浄水と廃棄物（飛灰）との混合比率を適当に調節することにより、上記中和生成物の残存量を調節して洗浄後の残渣中の塩素濃度を固形分に対して４〜１０質量％に調整する。あるいは水洗処理工程で上記中和生成物を過剰に除去した上で、改めて塩素高含有物を洗浄残渣に添加して塩素濃度を固形分に対して４〜１０質量％に調整してもよい。塩素高含有物としては、飛灰を再利用することが望ましい。

このようにして塩素濃度を固形分に対して４〜１０質量％に調整された廃棄物を溶融処理すると、廃棄物中の鉛等の有害金属は揮発性の高い塩化物となってガス化して除去される。塩素濃度が固形分に対して４質量％に満たない廃棄物の場合には、有害金属を完全に塩化物にするための塩素が不足し、有害金属の除去率が低下し、一方塩素濃度が固形分に対して１０質量％を超えると、余剰の塩素によって設備、配管等が腐食されるおそれがある。
上記廃棄物の溶融処理によって発生するスラグは、有害金属を殆んど含まないので、セメントの骨材や路盤材として利用出来る。

〔効果〕
本発明では廃棄物中の有害金属を、酸を使用することなく、揮発性の高い塩化物として溶融処理中にガス化して除去するから、低処理費で廃棄物を処理することが出来、溶融処理によって発生するスラグも再利用が出来る。

本発明を以下に詳細に説明する。
〔廃棄物〕
本発明が対象とする廃棄物としては、一般廃棄物や産業廃棄物を焼却、熱分解、溶融等の熱処理を行なう場合に発生する焼却灰や飛灰、あるいは排水処理工程から発生する汚泥、粉砕工程や分別工程から発生する微粉、焼却炉から発生する煙霧等が例示される。例えば該飛灰は上記溶融炉から集塵機によって集塵される。上記集塵機としては、例えば重力集塵機、慣性集塵機、サイクロン、バグフィルター、電気集塵機等が使用される。

上記廃棄物に含まれるアルカリ成分としては、消石灰や、塩化カルシウム、カセイソーダ、カセイカリ、炭酸ソーダ、炭酸カリ等、主としてナトリウム、カリウム等のアルカリ金属およびアルカリ土類金属の化合物があり、重金属としては鉛、亜鉛、カドミウム、クロム、コバルト、銅等が例示される。該重金属は単体あるいは化合物として該廃棄物に含まれる。
上記廃棄物の一種である飛灰には酸性ガスと消石灰との中和生成物の主成分である塩化カルシウムが略４８質量％程度多量に含まれている。

上記廃棄物に含まれる酸性ガス源としては、トリクロロエチレン、ダイオキシン等の有機塩素化合物、塩化ナトリウム、塩化カルシウム等の無機塩素化合物、硫黄、硫酸塩、亜硫酸塩等の硫黄化合物が例示され、塩素化合物からは塩化水素が発生し、硫黄あるいは硫黄化合物からは亜硫酸ガスが発生する。

〔水洗処理工程〕
本発明にあっては、該廃棄物を水によって洗浄する。具体的には攪拌機を付した洗浄タンク内に該廃棄物を投入すると共に水を注入し、攪拌洗浄を行なう。上記水洗処理工程によって該廃棄物に含まれる上記中和生成物、アルカリ成分、あるいは酸性ガス源は実質的に除去される。

上記水洗処理工程においては、洗浄残渣の塩素濃度を固形分に対して４〜１０質量％に調整する。そのためには洗浄水を上記廃棄物１質量部に対して１〜１０質量部の量で添加する。あるいは上記廃棄物から塩素を含む上記中和生成物を過剰に除去した上で、改めて塩化カルシウム、塩化マグネシウム、飛灰等の塩素高含有物を所定量添加して洗浄残渣の塩素濃度を固形分に対して４〜１０質量％に調節する。

水洗処理後は遠心分離機、フィルタープレス、真空脱水機等の固液分離手段によって固液分離を行なう。上記塩素高含有物を添加する場合には、通常固液分離を行った後の固体相（スラリーを含む）である洗浄残渣に添加する。

〔溶融処理工程〕
上記水洗処理後の固液分離を行なった洗浄残渣（固体相）は溶融炉内で溶融処理される。上記溶融炉の熱源として重油やコークス等の化石燃料を利用する方法と電気を利用する方法に大別される。化石燃料を利用する方法には、ロータリーキルン方式、コークスベッド方式、あるいは表面溶融方式等があり、電気を利用する方法にはアーク方式、プラズマ方式等がある。

上記溶融処理中、洗浄残渣に含まれる鉛等の有害金属は、洗浄残渣に含まれる塩素と反応して揮発性の高い塩化物となり、ガス化して溶融炉から飛灰と共に排出される。
排出された飛灰は水洗処理工程に循環して他の廃棄物と合一するか、あるいは飛灰単独で水洗処理されるが、所望ならば、前記したように一部を洗浄残渣に添加して洗浄残渣の塩素濃度の調節用に使用する。更に排出された飛灰を他の廃棄物と合一して水洗処理し、塩素濃度を調節した上で再び溶融処理を行なうサイクルは多数回繰り返すことが出来る。

上記したように溶融処理において、洗浄残渣中の鉛等の有害金属は、洗浄残渣中の塩素と反応して揮発性の高い塩化物となってガス化して除去されるが、そのためには前記したように該洗浄残渣中の塩素濃度を固形分に対して４〜１０質量％に調節する。その根拠は図１に示される。図１は鉛を０．４質量％含有する飛灰について、含有塩素濃度と溶融処理による鉛の揮発率（除去率）との関係を示したグラフである。図１によれば、含有塩素濃度が４質量％以上で略９５質量％以上の揮発率が保障され、含有塩素濃度が１０質量％以上では揮発率が１００質量％で鉛は殆んど完全に除去される。したがって含有塩素濃度が１０質量％を超えた場合には鉛の除去効果は飽和しており、それ以上の含有塩素濃度では、設備、配管等が腐食されるおそれがある。

上記溶融処理によって発生したスラグは、鉛等の有害金属を殆んど含んでいないので、セメント骨材や路盤材として有効利用出来る。
更に水洗処理によって発生した廃洗浄液には有害金属が含まれているから、ｐＨをアルカリ性にしてこれらを水酸化物のスラッジとして除去したり、イオン交換膜を通したりする適切な後処理をした後河川に放流する。

以下に本発明の実施例を説明するが、本発明は当該実施例のみに限定されるものではない。
図２に本発明の処理に使用する装置系が示される。図に示す装置系において、飛灰等の廃棄物はコンベア１によって移送され、水洗浄タンク２内に投入され、同時に給水路３からタンク２内に水が所定量供給され、攪拌機４によって攪拌を行なって廃棄物の水洗処理が行なわれる。

水洗処理後のタンク２の内容物はポンプ５によって遠心脱水機６に送られ、遠心脱水が行なわれる。脱水された洗浄残渣は塩素調整槽１１において塩素濃度を調整後溶融炉９に導入される。
遠心脱水機６から排出される排水は排水路７から排水処理施設８に導入される。

溶融炉９においては、上記洗浄残渣の溶融処理が行われるが、該溶融処理において発生する飛灰は集塵機１０によって集塵される。該集塵機１０としては、バグフィルター、サイクロン等が例示される。
集塵された飛灰は循環されて水洗浄タンク２に投入されるか、あるいはその一部は塩素調整槽１１に循環されて遠心脱水後の洗浄残渣に添加され、塩素含有量が調節される。

以下に本発明の処理方法の具体例を述べる。
廃棄物としては、産業廃棄物の溶融処理によって発生した飛灰を使用した。該飛灰について蛍光Ｘ線分析法によって元素分析を行い、元素組成を求めた。その結果を表１に示す。

＜水洗処理工程＞
上記飛灰は水洗浄タンク２によって水洗された。この際の洗浄水の量は飛灰１質量部に対して１０質量部に設定し、常温にて６０分間攪拌洗浄を行った。
洗浄処理後は内容物を遠心脱水機６によって脱水し、洗浄残渣は溶融炉９内に投入して溶融処理を行った。
該洗浄残渣をサンプリングして１１０℃、２時間加熱乾燥し、乾燥物について蛍光Ｘ線分析法によって元素分析を行った。その結果は表２に示される。

表２によれば、洗浄残渣の固形分に対して塩素は５．１質量％含まれており、鉛は０．６質量％含まれている。したがって本具体例によれば、洗浄残渣の塩素濃度は固形分に対して４〜１０質量％の範囲内であるから、塩素調整槽１１における塩素濃度の調節は不要であった。また表１と表２とを比較すると、水洗処理によって塩素は２８．０質量％から５．１質量％に減少し、アルカリ成分であるナトリウムは５．３質量％から０．７質量％に減少し、カリウムは１．６質量％から０．８質量％に減少することが認められる。

上記洗浄処理において、飛灰に含まれる各成分が洗浄排水と洗浄残渣とに分配された比率（分配率）を図３に示す。
図３を見れば、設備や配管等の腐食の原因となる塩素やアルカリ成分は大部分排水中に溶出し除去されることが認められる。また鉛は両性金属であるため、アルカリ性の排水（通常ｐＨ１１〜１２．５）中に部分的に溶出することも認められる。
以下に実際の溶融処理の場合の具体例を示す。本具体例においては、廃棄物としてプラスチック、紙、木、シュレッダーダスト、汚泥の混合物を用い、該廃棄物と上記洗浄残渣とを固形分で３４：１質量比に混練した混練物について溶融処理を行なった。該溶融処理は１２００℃、１２０分の条件で行われた。
本具体例で使用した廃棄物を６００℃、３時間の条件で焼却処理した場合の焼却残渣（灰）の元素組成を表３に示す。

溶融物は溶融炉９から取り出した後、水砕を行ない小塊状スラグとした。
上記溶融処理におけるスラグと排出ガスとの成分分配比率を図４に示す。
図４を参照すると、鉛は約９５質量％がガスとして揮発してスラグ中の残存率は極めて低くなることが認められる。
上記スラグについて、溶出試験（平成３年環境庁告示第４６号）および土壌含有量試験（平成１５年環境省告示第１９号）を行なった結果を表４、表５に示す。

表４および表５により、上記スラグについての溶出試験および土壌含有量試験はいずれも基準値をはるかに下回る結果となり、上記スラグは安全に埋め立て処理、あるいはセメント骨材や路盤材として使用出来ることが確認された。
更に準参考例として、廃棄物を混練することなく、洗浄残渣のみ溶融処理をした場合に発生したスラグに含まれる鉛について土壌含有量試験を行なった結果は、８０ｍｇ／ｋｇであり、基準値を大幅に下回る結果となった。

上記具体例の処理工程は、溶融処理工程から発生した飛灰を水洗処理工程に循環させ、２０回繰り返して行われた。循環回数と各処理工程から発生したスラグ中の鉛濃度（土壌含有量試験にて測定）との関係を表６に示す。

鉛についての土壌含有量の基準値は、表５に示すように１５０ｍｇ／ｋｇ以下であり、表６によれば、循環回数１０回以降安定した数値となり、循環回数に依存することなく、土壌含有量試験における鉛基準値１５０ｍｇ／ｋｇ以下を達成することが認められる。

本発明の処理方法は簡単で低コストであり、そして設備や配管の腐食も抑制出来、排出されるスラグは安定して鉛等の有害金属を殆んど含まないため、有効利用できるので、産業上利用可能である。

含有塩素濃度と溶融処理による鉛の揮発率（除去率）との関係を示したグラフである。 本発明の処理に使用する装置系を説明する図である。 洗浄処理による各成分の分配率を示すグラフである。 混練物の溶融による各成分の分配率を示すグラフである。

符号の説明

１ コンベア
２ 水洗浄タンク
３ 給水路
４ 攪拌機
５ ポンプ
６ 遠心脱水機
７ 排水路
８ 排水処理施設
９ 溶融炉
１０ 集塵機
１１ 塩素調整槽

Claims (5)

1. 廃棄物を水洗して水溶性成分を除去すると共に洗浄残渣の塩素濃度を固形分に対して４〜１０質量％に調整する水洗処理工程と、
   上記塩素濃度を調整した洗浄残渣を溶融処理する溶融処理工程と、を備え、
   上記溶融処理工程から発生した飛灰が上記廃棄物の一部として水洗処理工程に循環される
   ことを特徴とする廃棄物の処理方法。
2. 上記廃棄物は飛灰である請求項１に記載の廃棄物の処理方法。
3. 上記水洗処理工程において、洗浄水は上記廃棄物１質量部に対して１〜１０質量部添加される請求項１または請求項２に記載の廃棄物の処理方法。
4. 上記洗浄残渣には、所望なれば塩素濃度を固形分に対して４〜１０質量％に調節するために、塩素高含有物の所定量を添加した上で溶融処理が行われる請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の廃棄物の処理方法。
5. 上記塩素高含有物は飛灰である請求項４に記載の廃棄物の処理方法。