JP2013248548A - 排ガス処理方法および排ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】下水汚泥焼却炉の排ガス中からセシウムの少ない焼却灰を回収することができるとともに、高コストとなる焼却灰への薬剤添加や排水中からのセシウム除去処理を不要にすること。
【解決手段】下水汚泥を酸化雰囲気中で焼却する下水汚泥焼却炉１の排ガスを、セシウムが揮散する６７８℃以上の高温雰囲気において高温用サイクロン３に導き、焼却灰の大部分をセシウム含有量の少ない高温集塵灰４として分離回収する。一部の焼却灰は排ガスとともに高温用サイクロン３を通過させ、排ガス中に揮散したセシウムを降温過程において焼却灰に再捕捉させる。この焼却灰を２５０℃以下の低温雰囲気においてバグフィルタやセラミックフィルタなどのろ過式集塵装置６で分離回収し、低温集塵灰７を回収する。
【選択図】図１

Description

本発明は、下水汚泥を焼却して得られる焼却灰からセシウムを分離する排ガス処理方法および排ガス処理装置に関する。

従来、下水処理場から発生する下水脱水汚泥のほとんどは、流動床炉などの下水汚泥焼却炉において、空気比が１．２〜１．６程度の酸化雰囲気下で焼却処分されている。この焼却処分は、８００℃以上の高温で行われるため、多量の焼却灰を含む高温の排ガスが発生する。そこで、この多量の焼却灰を含む高温の排ガスは、熱交換器などによって熱回収された後、低温集塵機によって２５０℃以下の低温雰囲気で集塵される。集塵後の残部の排ガスはさらにスクラバによって脱硫および脱塩されて大気中に放出される。

しかしながら、このような下水汚泥焼却炉の排ガス中においては、微量ながら重金属が含まれている。そのため、低温集塵機により集塵された集塵灰を有効利用する場合には、この重金属の溶出が問題となる。

そこで、従来、下水汚泥焼却炉の排ガスを８００℃以上の高温雰囲気においてセラミックフィルタによって集塵する方法が提案されている（特許文献１）。この８００℃以上の高温雰囲気下において、重金属はガス中に揮散しているため、セラミックフィルタを通過する。これにより、特許文献１に記載された方法の場合には、重金属含有量の少ない焼却灰を回収することができ、焼却灰の有効利用が可能になる。

また、回収された焼却灰に生石灰やチオ硫酸化合物などの薬剤を添加したり、加熱処理を行ったりすることによって、焼却灰中の重金属元素を固定化する方法も提案されている（特許文献２，３）。

特開２００２−１０２６４７号公報 特開昭５７−６８１８６号公報 特開２００３−２４５６３５号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載された方法では、排ガス中のほとんどの重金属がスクラバ排水中に移行するため、キレート処理などによって排水中から重金属を除去する操作が必要となり、その処理に要するコストが高コスト化するという問題があった。また、上述した特許文献２，３に記載された方法では、一度回収した焼却灰に薬剤を添加する設備が必要になるので、薬剤に要するコストが生じ、高コスト化するという問題があった。

さらに、近年、回収された焼却灰にセシウム（Ｃｓ）が含まれる可能性が高い状況が生じていることが指摘されており、この焼却灰から、重金属の一種であるセシウムを除去する排ガス処理方法が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、下水汚泥焼却炉の排ガス中からセシウム含有量が極めて少ない焼却灰を回収することができ、焼却灰への薬剤添加や排水中からのセシウム除去処理を要しないとともに、焼却灰の有効利用が可能となる排ガス処理方法および排ガス処理装置を提供することにある。

上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る排ガス処理方法は、下水汚泥を酸化雰囲気で焼却する下水汚泥焼却工程と、下水汚泥焼却工程において生じた排ガスおよび焼却灰から、６７８℃以上の温度で焼却灰の一部を分離回収する高温集塵灰回収工程と、高温集塵灰回収工程において回収されなかった排ガスと焼却灰の残部とを２５０℃以下に冷却して排ガス中のセシウムを焼却灰の残部に凝結させる冷却工程と、焼却灰の残部を分離回収してセシウムが凝結された焼却灰を回収する低温集塵灰回収工程と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る排ガス処理方法は、上記の発明において、高温集塵灰回収工程において、焼却灰が５μｍ以上の粒度の焼却灰であることを特徴とする。

本発明に係る排ガス処理装置は、下水汚泥を酸化雰囲気で焼却する下水汚泥焼却手段と、下水汚泥焼却手段から生じる排ガスおよび焼却灰から、６７８℃以上の温度で焼却灰の一部を分離回収する高温用焼却灰回収手段と、高温集塵灰回収手段から供給される排ガスと焼却灰の残部とを２５０℃以下に冷却する冷却手段と、排ガス中のセシウムが凝結された焼却灰の残部を回収する低温用焼却灰回収手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る排ガス処理装置は、上記の発明において、高温用焼却灰回収手段が、５μｍ以上の粒度の焼却灰を回収可能に構成されていることを特徴とする。

このような構成によれば、セシウムは粒度が５μｍ以下の焼却灰に含有される濃度が高いので、高温用焼却灰回収手段において５μｍ以上の粒度の焼却灰を捕集するようにすれば、セシウム含有量および溶出量が極めて少ない焼却灰をより効率よく回収できる。

本発明に係る排ガス処理装置は、上記の発明において、低温用焼却灰回収手段が、バグフィルタまたはセラミックフィルタであることを特徴とする。

本発明に係る排ガス処理方法および排ガス処理装置によれば、下水汚泥焼却手段の排ガスを、セシウムが揮散する６７８℃以上の高温雰囲気で高温用焼却灰回収手段に供給して、排ガス中に含まれる焼却灰の大部分をセシウムが含まれていない状態で分離回収することができるので、セシウム含有量が極めて少ない焼却灰を回収することができ、焼却灰への薬剤添加や排水中からのセシウム除去処理を要しないとともに、焼却灰の有効利用が可能となる。

図１は、本発明の一実施形態による排ガス処理システムを示す図である。 図２は、本発明の一実施形態による排ガス処理方法を示すフローチャートである。 図３は、従来の集塵におけるセシウムの含有率を１００とした場合の、捕集温度と高温集塵灰中のセシウムの含有量率との関係を示すグラフである。 図４は、従来の集塵におけるセシウムの含有率を１００とした場合の、各粒度でのセシウムの含有割合を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。また、本発明は以下に説明する一実施形態によって限定されるものではない。

図１は、この一実施形態による下水汚泥焼却炉を含む排ガス処理システムを示し、図２は、この排ガス処理システムによる排ガス処理のフローチャートである。

図１に示すように、この一実施形態による排ガス処理システムは、下水汚泥焼却炉１、汚泥ポンプ２、高温用サイクロン３、冷却搭５、ろ過式集塵装置６、およびスクラバ８を備える。

下水汚泥焼却炉１は、空気比が１．２〜１．６程度の酸化雰囲気で下水汚泥を焼却する下水汚泥焼却手段としての炉である。この下水汚泥焼却炉１に汚泥ポンプ２によって脱水汚泥が投入されると、脱水汚泥は、８００℃以上、好適には８５０℃以上の高温で焼却され、汚泥焼却処理工程が行われる（図２中、ステップＳＴ１）。なお、この一実施形態においては、下水汚泥焼却炉１は、下部の砂層部から空気を供給する流動炉であるが、炉の形式としては、炉の中部や上部からも空気を供給して、最適な燃焼領域を形成可能な多層燃焼流動炉などであってもよく、特に限定されるものではない。

下水汚泥焼却炉１から排出された排ガス中には、焼却灰のほかにセシウム（Ｃｓ）が極微量含まれる場合がある。この排ガスにおいて、下水汚泥焼却炉１の内部がセシウムの沸点（６７８℃）以上の温度の高温雰囲気であることから、セシウムはガス化した状態である。

下水汚泥焼却炉１から排出された排ガスは、高温用焼却灰回収手段としての高温用サイクロン３に供給される。高温用サイクロン３の内部の排ガス温度は、セシウムが揮散する６７８℃以上であり、典型的には、８００℃以上である。高温用サイクロン３においては、排ガス中の粒度の大きい焼却灰の一部が高温集塵灰４として分離回収され、分離回収処理工程が行われる（図２中、ステップＳＴ２）。

一方、排ガス中の粒度が小さい焼却灰の残部は高温用サイクロン３を通過する。高温用サイクロン３によって分離回収される焼却灰と、高温用サイクロン３を通過する焼却灰との重量比は、具体的には８：２〜９：１程度である。そして、高温用サイクロン３の内部においてセシウムはガス化されているため、分離回収される高温集塵灰４はセシウムをほとんど含まない清浄な焼却灰になるので、有効利用を行う際にセシウムの含有量を低減することができる。

ここで、図３は、高温用サイクロン３における捕集温度と、捕集された高温集塵灰４におけるセシウムの含有量との関係において、従来の集塵工程において得られるセシウムの含有率を１００とした場合の、各集塵温度でのセシウムの含有量率を示すグラフである。図３に示すように、集塵温度を６５０℃とした場合には、セシウムの含有量は従来の含有量の７５％、７００℃とした場合には従来の２０％、７５０℃とした場合には従来の１０％、８００℃とした場合には従来の３％、８５０℃とした場合には従来の１％になっている。

図３から、高温用サイクロン３における捕集温度を７００℃以上、好適には８００℃以上とすると、高温集塵灰４内のセシウムの含有量を大幅に減少できることが分かる。

また、図４は、本発明者の知見により得られた、捕集した集塵灰の粒度と捕集された集塵灰のＣｓの含有量との関係において、従来の集塵工程で得られるセシウムの含有率を１００とした場合の、集塵灰の各粒度でのセシウムの含有割合を示すグラフである。図４に示すように、集塵灰における粒度が、１．０μｍ未満の場合には従来の４００％、１．０μｍ以上５．０μｍ未満の場合には従来の１５０％、５．０μｍ以上１０．０μｍ未満の場合には従来の２０％、１０．０μｍ以上の場合には従来の１０％となる。

図４から、粒度が５．０μｍ未満の焼却灰は、比較的セシウムの含有濃度が高いことが分かる。そのため、高温用サイクロン３において５．０μｍ以上の粒度の焼却灰を捕集するようにすれば、極めて清浄な焼却灰を回収することができる。

また、高温用サイクロン３を通過した排ガスは、後段の冷却手段としての冷却塔５に供給される。冷却搭５においては、排ガスが例えば２５０℃以下の低温雰囲気まで冷却され、冷却処理工程が行われる（図２中、ステップＳＴ３）。この排ガスの冷却処理工程において、焼却灰の表面にセシウムのガスが凝結され再捕捉される。

冷却された焼却灰および排ガスは、低温用焼却灰回収手段としてのろ過式集塵装置６に、２５０℃以下の低温雰囲気で供給される。ろ過式集塵装置６においては、焼却灰が集塵されセシウムの含有量が多い低温集塵灰７が分離回収されて、分離回収処理工程が行われる（図２中、ステップＳＴ４）。このように、低温集塵灰７の集塵にろ過式集塵装置６を用いることにより、集塵ろ過面の低温灰層によってセシウムなどの重金属類の捕捉率を向上させることができる。なお、ろ過式集塵装置６としては、例えばバグフィルタまたはセラミックフィルタを用いるのが好ましい。このバグフィルタやセラミックフィルタを用いることにより、排ガス中のダスト分を除去することができるので、セシウムの含有量の多い焼却灰が後段側に移行してしまうのを防止することができる。

また、セシウムを焼却灰の表面に凝結させるためには、ろ過式集塵装置６の排ガス温度を２５０℃以下にするのが好ましい。一方、ろ過式集塵装置６の排ガス温度を酸露点よりも低温にすると、酸が液化して装置の配管などを腐蝕損傷させる可能性がある。これらの点を考慮すると、ろ過式集塵装置６における排ガス温度は、排ガスの組成により異なるが、酸露点以上、具体的には例えば１５０℃以上に維持することが好ましい。

ろ過式集塵装置６から排出された排ガスは、スクラバ８に供給される。スクラバ８においては、排ガスに対して脱硫処理および脱塩処理が行われた後に大気中に放出され、放出処理工程が行われる（図２中、ステップＳＴ５）。

次に、本発明者は、以上のように構成されたこの一実施形態による排ガス処理システムを用いて、ある下水処理場において発生した下水汚泥脱水ケーキを、炉内温度を８５０℃とした流動床式の下水汚泥焼却炉によって焼却し、その排ガスに対して排ガス処理を行った。また、比較のために、従来技術におけると同様にして、下水汚泥焼却炉の排ガスを熱交換器によって３００℃まで冷却してサイクロンおよび電気集塵機によって集塵するシステムを用いて、排ガス処理を行った。

その結果、高温集塵灰４と低温集塵灰７との重量比は約８：２〜９：１であり、セシウムは１〜２割の低温集塵灰７に集中し、８〜９割の高温集塵灰４にはセシウムがほとんど含有されていないことが確認された。これにより、焼却灰の大部分をセシウム含有量の極めて少ない高温集塵灰４として回収できることがわかる。したがって、下水汚泥焼却炉１から排出される焼却灰を容易に有効利用することができる。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、脱水汚泥を焼却処理することにより生じる焼却灰を、セシウム含有量が極めて少ない大量の焼却灰（高温集塵灰４）と、セシウム含有量が多い少量の焼却灰（低温集塵灰７）とに分離して回収することが可能になるので、セシウム含有量の多い少量の焼却灰のみを処分することによって、全般的な処理に要するコストを低減することができる。

また、上述の一実施形態によれば、焼却灰中に含有されているセシウムは、低温集塵灰７に捕捉されて、後段のスクラバ排水中にはほとんど移行しない。これにより、大気中に放出される排ガス中にはセシウムがほとんど含まれないため、特許文献１などに記載されたスクラバ排水中からのセシウムなどの重金属に対する回収処理が不要になるとともに、特許文献２，３に記載されたような回収された焼却灰に対する薬剤添加も不要になるので、全般的な処理に要するコストを大幅に低減することができる。

上述の一実施形態においては、高温用サイクロン３における排ガスの温度を６７８℃以上、好適には８００℃以上としているが、この温度は６７８℃以上であれば８００℃未満としてもよく、より限定的には７００℃未満としてもよい。

１ 下水汚泥焼却炉
２ 汚泥ポンプ
３ 高温用サイクロン
４ 高温集塵灰
５ 冷却塔
６ ろ過式集塵装置
７ 低温集塵灰
８ スクラバ

Claims (5)

1. 下水汚泥を酸化雰囲気で焼却する下水汚泥焼却工程と、
   前記下水汚泥焼却工程において生じた排ガスおよび焼却灰から、６７８℃以上の温度で前記焼却灰の一部を分離回収する高温集塵灰回収工程と、
   前記高温集塵灰回収工程において回収されなかった前記排ガスと前記焼却灰の残部とを２５０℃以下に冷却して前記排ガス中のセシウムを前記焼却灰の残部に凝結させる冷却工程と、
   前記焼却灰の残部を分離回収してセシウムが凝結された焼却灰を回収する低温集塵灰回収工程と、
   を含むことを特徴とする排ガス処理方法。
2. 前記高温集塵灰回収工程において、前記焼却灰が５μｍ以上の粒度の焼却灰であることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理方法。
3. 下水汚泥を酸化雰囲気で焼却する下水汚泥焼却手段と、
   前記下水汚泥焼却手段から生じる排ガスおよび焼却灰から、６７８℃以上の温度で前記焼却灰の一部を分離回収する高温用焼却灰回収手段と、
   前記高温集塵灰回収手段から供給される排ガスと焼却灰の残部とを２５０℃以下に冷却する冷却手段と、
   前記排ガス中のセシウムが凝結された前記焼却灰の残部を回収する低温用焼却灰回収手段と、
   を備えることを特徴とする排ガス処理装置。
4. 前記高温用焼却灰回収手段が、５μｍ以上の粒度の焼却灰を回収可能に構成されていることを特徴とする請求項３に記載の排ガス処理装置。
5. 前記低温用焼却灰回収手段が、バグフィルタまたはセラミックフィルタであることを特徴とする請求項３または４に記載の排ガス処理装置。

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