JP2013199542A

JP2013199542A - 廃棄物の処理方法

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Publication number: JP2013199542A
Application number: JP2012067514A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Takemoto; 智典竹本
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-10-03
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: JP5845124B2

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する廃棄物の処理方法であって、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、前記反応容器内で廃棄物中の塩素が分解し発生する塩化水素をアルカリにより固相へ固定し、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、当該反応容器外に導出された固形分を破砕した後、所定の粒度で分級した微粒の固形分のみを水洗する廃棄物の処理方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物の処理方法に関する。さらに詳細には、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問題があった。

さらに、得られた固形物中に残存する塩素の含有率を十分に低減させるには、多量の水を用いる水洗処理が必要であった。

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して、塩素含有量が低く固形燃料等として再利用可能な生成物を得る方法を提供することにある。

本発明者らは、かかる実情に鑑み、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、過熱水蒸気を反応容器に供給し、反応容器内で廃棄物中の塩素が分解し発生する塩化水素をアルカリにより固相へ固定し、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、反応容器外に導出された固形分を破砕した後、所定の粒度で分級した微粒の固形分のみを水洗することにより、従来より少ないエネルギーで優れた品質の固形燃料を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する廃棄物の処理方法であって、塩素を含む廃棄物と、当該廃棄物の粒径よりも粒径が小さい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、前記反応容器内で廃棄物中の塩素が分解し発生する塩化水素をアルカリにより固相へ固定し、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、当該反応容器外に導出された固形分を破砕した後、好ましくは篩目の孔径が１〜５ｍｍの篩で分級し、篩目を通過した固形分のみを水洗する廃棄物の処理方法を提供するものである。

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およびその他の揮発成分の固相への固定を促進するため、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。

本発明の一実施形態で使用する装置を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

図１にて、本発明の処理対象とする塩素を含む廃棄物１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、廃ブラ、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。

塩素を含む廃棄物の粒径の範囲を０．５〜５０ｍｍとするのが好ましく、廃棄物中において、粒径０．５〜５０ｍｍの粒子が８０質量％以上含まれるのが好ましい。また、脱塩率及び水洗水量削減の点から塩素を含む廃棄物の粒径の範囲を２〜５０ｍｍとするのがより好ましく、廃棄物中において、粒径２〜５０ｍｍの粒子が８０質量％以上含まれるのがより好ましい。さらに、塩素を含む廃棄物の粒径の範囲を２〜３０ｍｍとするのがさらに好ましく、粒径２〜３０ｍｍの粒子が８０質量％以上含まれるのがさらに好ましい。

このような廃棄物を導入する反応容器５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。

反応容器５は、反応容器内での廃棄物の熱分解を効率的に行うため、外熱式の反応容器を使用するのが好ましい。外熱の熱源としては、電気、重油、ガスを熱源とした加熱又は工場廃熱などを使用できる。反応容器５の外熱温度は、２５０〜４５０℃となるように調整するのが好ましい。

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５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工場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。

廃棄物とアルカリとの混合物表面を炭化する点から、過熱水蒸気の温度は、２１０℃以上３５０℃以下の範囲とするのが好ましい。

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、塩素を含む廃棄物を分解し、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℃以下の範囲とするのが好ましく、二次加熱による過熱度は８０Ｋ以上２５０Ｋ以下の範囲とするのが好ましい。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、市販の過熱水蒸気発生装置７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を、１０分以上６０分以下の範囲とするのが好ましく、２０分以上６０分以下の範囲とするのがより好ましい。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、０．５Ｌ／ｈｒ以上とするのが好ましい。

過熱水蒸気による処理により、反応容器内で廃棄物中の塩素は熱分解される。塩素が分解し発生する塩化水素は、事前に添加されているアルカリにより固相への固定が促進され、固定できなかった塩化水素は過熱水蒸気とともに反応容器外に導出される。排出された塩化水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、反応容器内に固体状、スラリー状、液体状のアルカリ２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、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、炭酸アルカリ金属、炭酸アルカリ土類金属等、例えば、Ｃａ（ＯＨ）₂、ＣａＣＯ₃、ＮａＯＨ、Ｎａ₂ＣＯ₃等が好ましく用いられる。

本発明においては、固体状およびスラリー状のアルカリを使用する場合、アルカリの粒径を、塩素を含む廃棄物の粒径よりも小さくするのが好ましい。更に、塩素含有廃棄物との混合性及び廃棄物から揮発する塩化水素との接触率向上の観点から、アルカリの粒径を０．５ｍｍ未満とするのが好ましく、１０μｍ〜５００μｍの範囲とするのがより好ましい。液体状のアルカリを使用する場合、アルカリが溶解しているため、粒径は特に限定されない。

そして、塩化水素の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１４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、廃ブラ、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０．４〜５質量％程度まで低減され、そのままでも、再生固形燃料として利用可能なものである。

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、固体状又はスラリー状又は液状で導入したアルカリは、アルカリ粒子単独で、あるいは廃棄物の固形分の表面・表面近傍に付着・固着して存在している。廃棄物中の塩素が分解し発生する塩化水素はそのアルカリにすぐに捕捉され塩化アルカリの粒子を生成する。このため、残留固形分から、生成した塩化アルカリ粒子及び塩化アルカリ粒子が付着・固着している固形分表面を分離することで、主に塩化アルカリ粒子からなる高塩素濃度の固形分とそれ以外の低塩素濃度の固形分に分離することができる。この際、アルカリの粒径を廃棄物の粒径よりも小さくすることによって、効率よく分離することが可能となる。また、この分離は、以下の破砕処理及び分級処理によって行うことが可能である。

水洗処理前に、反応容器から導出された固形分を破砕する。固形分の破砕には、フードミキサー、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乾式の破砕機を採用することができる。固形物の破砕にあたっては、固形分全量を微破砕する必要はなく、固形分の表面・表面近傍に付着・固着した塩化アルカリ粒子を固形分から剥ぎ取ることができる程度の破砕効果で良い。

破砕後、破砕された固形分を分級する。固形分の分級には、振動式、円筒回転式等の篩式分級機、比重選別式、重力慣性式等の風力式分級機等の分級機を採用することができるが、特に篩式分級機を用いることが好ましい。この分級処理によって、主に塩化アルカリ粒子からなる高塩素濃度の微粒の固形分と、それ以外の低塩素濃度の固形分とに所定の粒度で分離される。分級における所定の粒度は、処理される廃棄物の種類や粒度、導入するアルカリの種類や粒度、過熱水蒸気による反応条件、あるいは破砕条件などに応じて適宜調整されるが、例えば、篩式分級機を用いる場合は、篩目の孔径が１〜５ｍｍの範囲の篩で分級するのが好ましい。篩機の篩目は、単一の孔径を有するものを使用するのが好ましい。

分級後、篩機の篩上に残存した残分の質量割合を、篩機にかける前の固形分に対して、４０〜７０％の範囲とすることが好ましい。

本発明は、篩目を通過した、高塩素濃度の固形分（以下、篩下品と称する）のみを水洗処理する。篩目を通過せず、篩上に残存した、低塩素濃度の固形分（以下、篩上品と称する）は、水洗処理を施さなくてもよい。篩下品は、既に細かくされているので、水洗脱塩効率が高く、改めて粉砕せずに、そのまま水洗処理に供することができる。また、篩上に残存した固形分は、水洗処理を施さないため、水洗処理に使用する水量を削減することが可能となる。

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。

水洗の際、固液比（質量比）を２〜５の範囲とするのが好ましく、水洗時間を１０〜６０分の範囲とするのが好ましく、２０〜４０分の範囲とするのがより好ましい。また、水洗時の温度を、５０℃以上１００℃以下の範囲とするのが好ましく、７０℃以上１００℃以下の範囲とするのがより好ましい。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。

水洗処理による「脱塩率」以外の観点で考えると、反応容器から導出された固形分の全量を水洗した場合、濾過残渣には２０〜４０％の水分が残ってしまうことになり、これを、再生固形燃料として高温炉に投入すると高温帯への水分の持ち込みとなり熱損失が発生する。これを防ぐには、高温炉投入前に乾燥処理が必要となる。

これに対して、篩下品のみを水洗した場合、水洗濾過残渣には２０〜４０％の水分が残っているが、水洗していない残り（篩上品）はほぼ絶乾なので、両者を併せると５〜２０％の水分となり、この程度の水分ならばそのまま高温炉に投入しても熱損失への影響を最小限に抑えることができる。また、高温炉への水分持ち込みを最小限にするため、湿潤状態の篩下品のみを乾燥処理を行う場合、全量水洗した濾過残渣を乾燥する場合よりも乾燥処理量が少なくて済む。

本発明の処理により得られる再生固形燃料は、過熱水蒸気処理後の固形分を水洗処理することにより、塩素を効率的に除去するが、固形分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品位の良好なものを得ることができる。また、固形分の被粉砕性も良好なものであり、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１〜４]
（供試試料）

全塩素濃度が２．８５（質量％）（実施例１、２、比較例１、２）と３．５０（質量％）（実施例１、２、比較例１、２）であるＡＳＲ（ＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＳｈｒｅｄｄｅｒＲｅｓｉｄｕｅ）を１０ｍｍ以下に破砕した破砕品について、以下の処理条件で処理を行った。
（過熱水蒸気発生装置：サンケイエンジニアリング社製）
・バッチ式処理反応槽
・ステンレスメッシュ反応容器
・飽和水蒸気および過熱水蒸気連続生成装置
（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：２０ｇ
・飽和水蒸気発生量：１．８ｋｇ／ｈｒ（１００℃）
・過熱水蒸気の温度：２６０℃（過熱度：１６０Ｋ）
・処理時間：６０分
（アルカリ添加）

アルカリとして、Ｃａ化合物を用い、廃棄物中の全塩素量に対して６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、アルカリとして固体状のＣａ（ＯＨ）₂（１５０μｍ以下）を用い、全塩素濃度が２．８５質量％の廃棄物２０ｇに対して３．５７ｇ添加した。全塩素濃度が３．５０質量％の廃棄物２０ｇに対して４．３９ｇ添加した。
（破砕条件）

過熱水蒸気処理後、反応容器から取り出した固形分を、ミルサー（イワタニ社製ＩＦＭ−１７０Ｇ）を用いて、２０秒間破砕した。
（分級条件）

破砕した固形分を篩の篩目孔径１．０ｍｍ、２．０ｍｍの篩で篩い分け、篩目を通過した小さな固形分粒子（篩下品と称する）を回収した。
（水洗条件）

１００ｍｌビーカーに破砕・分級を行って回収した篩下品１０ｇを入れ、蒸留水を試料に対する固液比（質量比）が１：４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３０分間水洗した。なお、１００ｍｌビーカーを保温材で被い、水温を５０℃に保持した。水洗処理後、全量濾過し、濾過残渣を回収する。
（分析方法）

水洗処理を施していない篩上品および水洗処理を施した篩下品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。なお、過熱水蒸気処理後の固形分（以下、炭化品と称する）の残留塩素量と脱塩率は下記式により算出した。
・炭化品残留塩素＝水洗処理を施していない篩上品の全塩素濃度＋水洗処理を施した篩下品の全塩素濃度
・脱塩率＝（炭化品全塩素−炭化品残留塩素）／（炭化品全塩素）×１００

得られた脱塩率の結果を表１に示す。各実施例の脱塩率と水洗水量削減率が、それぞれ目標値である６０％以上、４０％を超えているので、燃料品位の優れた固形燃料を得ることができた。
[比較例１]

水洗時間を過熱水蒸気処理後の固形分を破砕、分級処理を実施しない以外は、実施例１と同様にして固形分を得た。水洗水量削減率が０％となり、水洗水量を削減することができなかった。
[比較例２]

水洗時間を過熱水蒸気処理後の分級処理の際の篩目孔径を０．５ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして固形分を得た。脱塩率が目標値６０％に満たないものしか得ることができなかった。
[比較例３]

水洗時間を過熱水蒸気処理後の固形分を破砕、分級処理を実施しない以外は、実施例３と同様にして固形分を得た。水洗水量削減率が０％となり、水洗水量を削減することができなかった。
[比較例４]

水洗時間を過熱水蒸気処理後の分級処理の際の篩目孔径を０．５ｍｍとした以外は、実施例３と同様にして固形分を得た。脱塩率が目標値６０％に満たないものしか得ることができなかった。

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廃棄物
２アルカリ
３定量供給機
４定量供給機
５反応容器
６排ガス
７過熱水蒸気発生装置
８破砕処理
９分級処理
１０水洗脱塩処理
１１排水処理
１２排水
１３水
１４再生固形燃料

Claims

塩素を含む廃棄物を高温で分解脱塩する廃棄物の処理方法であって、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、前記反応容器内で当該廃棄物中の塩素が分解し発生する塩化水素をアルカリにより固相へ固定し、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、当該反応容器外に導出された固形分を破砕した後、所定の粒度で分級した微粒の固形分のみを水洗する廃棄物の処理方法。
前記塩素を含む廃棄物を、粒径０．５〜５０ｍｍの粒子を８０質量％以上含有するものとする請求項１記載の廃棄物の処理方法。
前記分級が、篩を使用して分離され、その篩目の孔径が１〜５ｍｍであり、篩目を通過した微粒の固形分のみを水洗する請求項１又は２記載の廃棄物の処理方法。
導入するアルカリ量を、前記塩素を含む廃棄物中の塩素量に対して３モル当量以上とする請求項１〜３のいずれか１項記載の廃棄物の処理方法。
過熱水蒸気の温度を２１０〜３５０℃とする請求項１〜４のいずれか１項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１〜５のいずれか１項に記載の廃棄物の処理方法。
脱塩率を６０％以上とする請求項１〜６のいずれか１項記載の廃棄物の処理方法。