JP2012179560A

JP2012179560A - 廃棄物の処理方法

Info

Publication number: JP2012179560A
Application number: JP2011044766A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Takemoto; 智典竹本; Soichiro Okamura; 聰一郎岡村; Yasuyuki Ishida; 泰之石田
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2031-03-02
Also published as: JP5732278B2

Abstract

【課題】本発明は、簡便な方法で、塩素を含有する廃棄物を処理する方法を提供する。
【解決手段】
塩素を含む廃棄物を高温で分解脱塩し且つ乾燥する廃棄物の処理方法において、塩素を含む廃棄物とアルカリを反応容器内に導入するとともに、過熱水蒸気を前記反応容器に供給・排出し、反応容器内で塩素を気化し、前記反応容器内に残留した固形分を再生固形燃料として反応容器外に導出し、当該再生固形燃料を水洗するに際し、固液比（Ｘ）と水洗時間（Ｙ）が下記関係式を満たすことを特徴とする廃棄物の処理方法。
Ｙ≧０．８Ｘ²−２．５Ｘ＋１１．７・・・（１）
(式中、Ｘは、水の質量Ａ（ｇ）と固形分の質量Ｂ（ｇ）の比（Ａ／Ｂ）を示し、Ｙは水洗時間(分)を示す)
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物の処理方法に関する。さらに詳しくは、塩素を含有する廃棄物の処理方法に関する。

近年、医療ゴミ、廃プラスチック、建築廃棄物、廃自動車シュレッダーダスト、都市ゴミ等の廃棄物（これらを加工したＲＰＦなども含む）にポリ塩化ビニル等の塩素含有プラスチックが大量に含まれるようになった。このような廃棄物の大部分は単純に焼却されるか、埋立て処理されていた。
しかし、埋立て場不足や数々の法規制を背景にして、単純に焼却処理や埋立て処理するのではなく、廃棄物中に含まれる燃料としての有効成分を回収し、固形燃料として再利用することが検討されている。具体的には、塩素含有プラスチックを含む廃棄物を熱分解し、得られる炭化物を水洗することによって低塩素燃料を得る方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、この方法では、廃棄物を熱分解するため、塩素は塩化水素（ＨＣｌ）ガスとして他の揮発成分と共に廃棄物中から除去される。他の揮発成分が除去されるため燃料品位が低下するとともに、ガスには様々な成分が含まれているのでガス処理工程が必要となる課題があった。
また、燃焼装置内にアルカリ金属化合物とカルシウム化合物とを投入し、燃焼装置内の廃棄物が含有する塩素を固相中に固定しつつ、廃棄物を燃焼処理し、得られる残渣から塩素を分離する廃棄物処理方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、この方法では、投入されるアルカリ金属化合物等によっては、塩化水素ガスの発生が阻害されて、廃棄物中に塩素が残留し、固形燃料として使用する際に供給される炉の腐食等の課題、あるいは、セメント製造用の固形燃料として使用した場合におけるセメント品質の低下の課題等があった。

特開２０００−９６０６６号公報特開２００３−３９０３８号公報

従って、本発明の目的は、簡便な方法で、塩素を含有する廃棄物を処理する方法を提供することにある。

本発明者らは、斯かる実情に鑑み、種々検討した結果、廃棄物中の塩素揮発をアルカリ添加により抑制することによって、燃料成分の揮発を防止し、さらに処理物中に残存した塩素を水洗するに際し、所定の固液比と水洗時間で水洗することにより、優れた品質の固形燃料を、従来より少ないエネルギーで得ることができることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、塩素を含む廃棄物を高温で分解脱塩し且つ乾燥する廃棄物の処理方法において、塩素を含む廃棄物とアルカリを反応容器内に導入するとともに、過熱水蒸気を前記反応容器に供給・排出し、反応容器内で塩素を気化し、前記反応容器内に残留した固形分を再生固形燃料として反応容器外に導出し、当該再生固形燃料を水洗するに際し、固液比（Ｘ）と水洗時間（Ｙ）が下記関係式を満たすことを特徴とする廃棄物の処理方法を提供するものである。
Ｙ≧０．８Ｘ²−２．５Ｘ＋１１．７・・・（１）
(式中、Ｘは、水の質量Ａ（ｇ）と固形分の質量Ｂ（ｇ）の比（Ａ／Ｂ）を示し、Ｙは水洗時間(分)を示す)

本発明によれば、少ないエネルギーで塩素を含む廃棄物を分解し、塩素を効率良く除去することができ、常圧で連続処理することが可能となる。特に、水洗時の排水量を低減できるので排水処理にかかるコストを削減することが可能となる。
また、アルカリ添加により塩化水素の揮発を抑制し、塩化水素の揮発に伴う他の揮発成分の揮発を抑制したため、排ガス処理にかかるコストを削減することができ、優れた品質を有する固形燃料を得ることができたという優れた効果を奏する。

本発明に係る廃棄物の処理方法で採用される固液比（ｘ）と水洗時間（ｙ）の関係の一例を示すグラフである。本発明の実施例１において使用した過熱水蒸気発生装置を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

本発明で対象とする塩素を含む廃棄物は、塩素を含有するプラスチックを含むもので、例えば、医療ゴミ、廃プラ、建築廃棄物、廃自動車シュレッダーダスト、都市ゴミ等の廃棄物（これら廃棄物を加工したRPF(Refuse Paper ＆ Plastic Fuel）なども含む）である。

このような廃棄物を導入する反応容器の形状は特に限定されず、市販の様々な形状のものを使用することができる。例えば、バッチ式の反応容器や、連続的に処理する場合には、コンベア型、ロータリーキルン型、流動床炉、竪型炉、多段型、パドル型攪拌等の搬送機能を有する反応容器が好ましい。

過熱水蒸気は、飽和水蒸気を発生させた後、過熱装置により飽和水蒸気を二次加熱することにより過熱水蒸気とし、反応容器に供給・排出される。飽和水蒸気を発生させる装置は特に限定されず、例えば、市販の水管ボイラ、丸ボイラ等を使用することができる。
また、セメント製造工程等で発生する廃熱を用いて飽和水蒸気を発生させる廃熱ボイラを使用することもできる。過熱装置は飽和水蒸気が通過する管を外部より加熱することにより過熱水蒸気を発生させる装置である。過熱装置の熱源は、特に限定されず、燃料バーナー、高周波加熱装置等を使用したり、セメント製造工程等で発生する廃熱を利用することも好ましい。

過熱水蒸気の温度は、２１０℃以上３５０℃以下の範囲が好ましく、特に、熱分解による脱塩が十分に達成される観点から、２３５℃以上３５０℃以下の範囲がより好ましい。

従来の熱分解では、３５０℃以上の温度での処理が必要であったため、多大なエネルギーを要していたが、本発明においては、これより低い温度での処理により、塩素を含有する廃棄物を分解し、塩素を除去することが可能となる。

過熱水蒸気を得るための飽和水蒸気の温度は、一般的な低圧ボイラの温度範囲である１００℃以上１３０℃以下の範囲が好ましく、二次加熱による過熱度は８０Ｋ以上２５０Ｋ以下の範囲が好ましい。本発明の処理において、水分を含む廃棄物を処理した場合は乾燥効果も得られるため、より多くの水分を廃棄物から過熱水蒸気に移行させるには、過熱度が高いほど好ましい。

なお、過熱度とは、飽和水蒸気を二次加熱して所定の過熱水蒸気の温度まで上昇させる温度上昇分をいう。

前記のような過熱水蒸気は、市販の過熱水蒸気装置を用いて供給することができる。反応容器内において、廃棄物を過熱水蒸気で処理する時間は、１０分以上であるのが好ましく、３０分以上であるのがより好ましく、６０分以上であるのがさらに好ましい。過熱水蒸気による処理は、常圧でも可能である。

使用する過熱水蒸気量は、反応容器の形状、充填率、処理する廃棄物の塩素含有量、含水率、性状等によって異なり、特に限定されないが、廃棄物１ｋｇ当り、１８０Ｌ／ｈｒ以上であるのが好ましい。

過熱水蒸気による処理により、反応容器内で廃棄物中の有機塩素は熱分解される。分解・気化された塩素は、過熱水蒸気とともに反応容器外に導出される。排出された塩素を含む過熱水蒸気は、凝縮及び凝縮水の廃水処理（中和処理）等の工程により、無害化される。

本発明においては、反応容器内にアルカリが導入される。アルカリとして、例えば、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物等を使用することができる。アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物として、Ｃａ（ＯＨ）₂、ＣａＣＯ₃、ＮａＯＨ、Ｎａ₂ＣＯ₃等が好ましく用いられる。

そして、塩素ガス揮発に伴う燃料として有用な成分の揮発を抑制する点から、導入するアルカリ量を、廃棄物中の塩素量に対して３モル当量以上とするのが好ましく、特に、６モル当量以上の範囲とするのがより好ましい。導入するアルカリ量の上限値は、特に限定されないが、廃棄物中の塩素量に対して１０モル当量以下とするのが好ましい。
一方、反応容器内に残留した固形分は、容器外に導出され、再生固形燃料として使用される。

この固形分は、本発明で対象とする、医療ゴミ、廃プラ、建築廃棄物、廃自動車シュレッダーダスト、都市ゴミ、ＲＰＦ等の場合、セメントキルンやボイラで使用されるＲＰＦ燃料の要求規格の点から塩素含有量が０．３質量％程度まで低減され、そのまま、再生固形燃料として利用可能なものである。

本発明のように過熱水蒸気による処理では、乾燥効果もあるため、従来のように乾燥工程を必要とせず、一工程で脱塩された再生固形燃料を製造することができる。再生固形燃料においては、乾燥工程は重要であるが、この工程を特別に設けなくても乾燥された再生固形燃料が得られることは非常に有利である。

また、廃棄物に含まれていた塩素は十分に除去されつつ、燃料となり得る他の化学成分（炭素、水素等）は、ほとんど除去されていないので、再生固形燃料として用いた際の総発熱量も高いものとなる。

本発明においては、アルカリ添加により廃棄物中の塩素揮発を抑制しているので、過熱水蒸気処理による処理では、塩素は水溶性の無機塩化物などとして固形物中に残存する。このため、過熱水蒸気処理後の再生固形燃料を水洗処理することにより、塩素を効率的に除去することができる。過熱水蒸気処理後の再生固形燃料中の燃料となり得る他の化学成分は、ほとんど除去されていないので燃料として品位に優れたものを得ることができる。

水洗処理の際、反応容器から導出された固形分を、予め適当な粒径に破砕しておくことも好ましい。固形分の破砕には、ダブルロールクラッシャー、ハードクラッシャー、衝撃せん断ミル等の破砕機を採用することができる。

水洗処理の方法は、固形分と水を接触させる方法であれば特に限定されず、例えば、下部に金網、溝等の水抜き機構を有するピットに固形分の粉状体を堆積させ、その上部より水を散布する方法、攪拌機付の洗浄槽内で固形分を水に懸濁させた後、濾過して水を除去する方法等を採用することができる。ここで、濾過は、フィルタープレス、遠心分離機等により行うことが好ましく、灰押出し機や、積み付け時の自然流下による水切り程度でもよい。

また、水洗を２段以上の工程を経て行う、いわゆるカスケード水洗方式を採用することもできる。

本発明においては、水洗処理に用いる水の質量、固形分の質量、水洗時間が特定関係を満たすようにする。すなわち、水の質量Ａ（ｇ）と固形分の質量Ｂ（ｇ）との質量比（Ａ／Ｂ）である固液比（Ｘ）と水洗時間（Ｙ）が下記関係式を満たす。
Ｙ≧０．８Ｘ²−２．５Ｘ＋１１．７・・・（１）
(式中、Ｘは、水の質量Ａ（ｇ）と固形分の質量Ｂ（ｇ）の比（Ａ／Ｂ）を示し、Ｙは水洗時間(分)を示す)

図１は、本発明に係る廃棄物の処理方法で採用される固液比（ｘ）と水洗時間（ｙ）の関係の一例を示すグラフである。図１において、斜線部分の領域により本発明における固液比と水洗時間の最適条件が模式的に示されている。

水洗時の温度は、５０℃以上１００℃以下の範囲が好ましく、７０℃以上１００℃以下の範囲がより好ましい。１００℃以上でも好ましく行われるが加圧下での実施が必要となる。

本発明の処理により得られる再生固形燃料は、被粉砕性も良好なものである。例えば、固形燃料をセメントキルンで好適に使用できる条件として、粒度が１．５ｍｍ以下の割合を９０％以上とするのが好ましいが、本発明の処理物は、このような粒度に粉砕することが可能である。

以下、本発明をより具体的に説明するため、実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

<実施例１〜５>
（供試試料）
ASR(Automobile Shredder Residue)破砕品について、図２に示す過熱水蒸気装置（サンケイエンジニアリング社製；装置の概要を以下に示す）を用いて、以下の処理条件で処理を行った。
（過熱水蒸気装置）
・バッチ式処理反応槽
・ステンレスメッシュ反応容器
・飽和水蒸気・過熱水蒸気連続生成
（ＩＨヒーターにより、１００℃の飽和水蒸気を連続して二次加熱し過熱水蒸気を生成）
（処理条件）
・ＡＳＲ破砕品充填量：１０ｇ
・飽和水蒸気発生量：１．８ｋｇ／ｈｒ（１００℃）
・過熱度：１６０Ｋ
・処理時間：６０分
（アルカリ添加）

アルカリとして、Ｃａを用い、廃棄物中の塩素量に対して３モル当量となるように、反応容器内に導入した。具体的には、アルカリとしてＣａ（ＯＨ）₂を用い、塩素を含む廃棄物１０ｇに対し、０．３ｇとなるように導入した。
（水洗条件）

１００ｍｌビーカーに過熱水蒸気処理直後の試料１０ｇを入れ、蒸留水を試料に対する固液比（質量比）が１：１になるように投入した。蒸留水投入後、マグネチックスターラーで攪拌しながら、試料を１０分間（実施例１）、１５分間（実施例２）、２０分間（実施例３）、３０分間（実施例４）、６０分間（実施例５）水洗した。なお、１００ｍｌビーカーを保温材で被い、水温を一定に保持した。

過熱水蒸気処理直後の処理物中の全塩素濃度をエシュカ法（ＪＩＳＭ８８１３「石炭類及びコークス類−元素分析方法」およびＪＩＳＺ７３０２−６「廃棄物固形化燃料−第６部：全塩素分試験方法」解説に記載の方法）にて測定した。全塩素濃度は０．９４質量％であった。水分は、２質量％であった。過熱水蒸気処理後の処理物中の塩素に対するアルカリ（Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ）量を、蛍光Ｘ線においてファンダメンタルパラメーター法により測定した値を用い、アルカリの価数を考慮して、モル当量を算出した。水洗後は、５Ｂ濾紙を用いて濾過を行い、濾液中の塩化物イオン濃度をＴＯＸ計（三菱化学社製塩素・硫黄分析装置ＴＯＸ−１００）で測定し、脱塩率を算出した。得られた脱塩率の結果を表１に示す。

各実施例の脱塩率は目標値である８０％以上を超えているので、例えばＲＰＦ燃料の全塩素濃度の規格値に用いられる０．３ｍａｓｓ−ｗｅｔ％を満たす燃料品位に優れた固形燃料を得ることができた。

<比較例１>
水洗時間を５分とした以外は、実施例１と同様にして固形分を得た。脱塩率が７４％となり、８０％に満たないものしか得ることができず、規格を満たすものが得られなかった。

<実施例６〜１０>
１００ｍｌビーカーに実施例１と同様にして得られた過熱水蒸気処理直後の試料１０ｇを入れ、蒸留水を試料に対する固液比（質量比）が１：２になるように投入した。蒸留水投入後、マグネチックスターラーで攪拌しながら、試料を１０分間（実施例６）、１５分間（実施例７）、２０分間（実施例８）、３０分間（実施例９）、６０分間（実施例１０）水洗した。なお、１００ｍｌビーカーを保温材で被い、水温を一定に保持した。水洗後の濾過や脱塩率の算出は実施例１と同様にした。

得られた脱塩率の結果を併せて表１に示す。各実施例の脱塩率は目標値である８０％以上を超えているのでＲＰＦ燃料の規格を満たす燃料品位に優れた固形燃料を得ることができた。

<比較例２>
水洗時間を５分とした以外は、実施例６と同様にして固形分を得た。脱塩率が６２％となり、８０％に満たないものしか得ることができず、規格を満たすものが得られなかった。

<実施例１１〜１３>
１００ｍｌビーカーに実施例１と同様にして得られた過熱水蒸気処理直後の試料１０ｇを入れ、蒸留水を試料に対する固液比（質量比）が１：５になるように投入した。蒸留水投入後、マグネチックスターラーで攪拌しながら、試料を２０分間（実施例１１）、３０分間（実施例１２）、６０分間（実施例１３）水洗した。なお、１００ｍｌビーカーを保温材で被い、水温を一定に保持した。水洗後の濾過や脱塩率の算出は実施例１と同様にした。

<比較例３〜５>
水洗時間を５分（比較例３）、１０分（比較例４）、１５分（比較例５）とした以外は、実施例１１と同様にして固形分を得た。脱塩率が８０％に満たないものしか得ることができず、規格を満たすものが得られなかった。

本発明の廃棄物の処理方法によれば、塩素を含有する廃棄物から優れた品位の再生固形燃料を得ることができる。

１過熱装置（ＩＨヒーター）
２リアクター
３リアクター制御装置
４サンプル

Claims

塩素を含む廃棄物を高温で分解脱塩し且つ乾燥する廃棄物の処理方法において、塩素を含む廃棄物とアルカリを反応容器内に導入するとともに、過熱水蒸気を前記反応容器に供給・排出し、反応容器内で塩素を気化し、前記反応容器内に残留した固形分を再生固形燃料として反応容器外に導出し、当該再生固形燃料を水洗するに際し、固液比（Ｘ）と水洗時間（Ｙ）が下記関係式を満たすことを特徴とする廃棄物の処理方法。
Ｙ≧０．８Ｘ²−２．５Ｘ＋１１．７・・・（１）
(式中、Ｘは、水の質量Ａ（ｇ）と固形分の質量Ｂ（ｇ）の比（Ａ／Ｂ）を示し、Ｙは水洗時間(分)を示す)
導入するアルカリ量が、廃棄物中の塩素量に対して３モル当量以上であることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物の処理方法。
過熱水蒸気の温度が２１０℃以上３５０℃以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物の処理方法。
過熱水蒸気の過熱度が８０Ｋ以上２５０Ｋ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の廃棄物の処理方法。
水洗が２段以上の工程を経由して行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の廃棄物の処理方法。
前記反応容器外に導出された再生固形燃料が加水・破砕され、水洗されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の廃棄物の処理方法。