JP2016137431A - 飛灰の処理装置および処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 廃棄物処理において発生する焼却飛灰等から、飛灰処理工程において障害となるカルシウム等のアルカリ土類金属成分を選択的に分離し、濃縮・回収するとともに、飛灰等中に含まれる有用な塩類等を効率的にかつより低エネルギーで回収する。【解決手段】 飛灰１，洗浄水３および処理剤２が導入され、撹拌・洗浄処理が行われる洗浄槽４と、洗浄処理液４ａが固液分離される固液分離装置５と、分離された液体成分５ｂが導入され、蒸発・乾燥処理が行われる蒸発乾固装置７と、を備え、処理剤２として、飛灰１中のアルカリ土類金属成分と反応し、非水溶性化合物を形成する無機酸または無機塩類を用いるとともに、蒸発乾固装置７として、ヒートポンプ式乾燥装置が用いられることを特徴とする。【選択図】 図１
Description
本発明は、飛灰の処理装置および処理方法に関するものであり、特に、廃棄物処理において発生するカルシウム等のアルカリ土類金属成分を含む飛灰の処理装置および処理方法に関する。
各種燃料、廃棄物、汚泥などの焼却灰、焼却飛灰、溶融飛灰などには、有害な重金属が含まれている場合があり、こうした有害物質を含む飛灰をそのまま埋め立て処理することは、環境上好ましいものではなく、埋め立てる場合でも、無害化処理して行うことが要求される。また、焼却主灰および飛灰にはＣａＯ，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ，Ｆｅ２Ｏなどが多く含まれておりセメントの主成分に近いことからセメント原料への利用が進んでいる。しかし、これら焼却灰には多くの塩素が含まれており、そのままセメント原料に使用するとセメント中の塩素濃度が高くなってしまうため、塩素を除去する必要がある。こうした廃棄物の無害化は、大きな社会的な要求となっている。
例えば、有害な重金属や塩素を除去する方法として、灰塵の洗浄処理において、脱塩および重金属除去効果を高めることを目的として、灰塵を塩素イオン濃度が２．０ｗｔ％以上の溶液で洗浄することにより灰塵に含まれる重金属類の溶出を促し、灰塵の洗浄懸濁液に二酸化炭素を導入して洗浄することにより灰塵に含まれるフリーデル氏塩からの塩素イオンの溶出を促す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、こうした方法を含めた従前の方法においては、以下のような課題を有している。
（ｉ）灰塵の洗浄に伴う脱塩処理においては、処理後に排出される塩類を多く含む洗浄排水が発生する。こうした排水をそのまま放流すると、下流における生態系に影響を及ぼし水質汚濁の原因となることがあり、中和処理や塩類等を除去する必要があった。
（ii）脱塩処理後の塩類を含む洗浄排水の処理として、これを蒸発乾固して、得られた固化塩を肥料等として有効利用する方法も挙げられるが、この方式では、蒸発乾固する工程で大量の水分を蒸発処理しなければならないため、水の潜熱以上の大量のエネルギーを必要とした。
（iii）また、廃棄物処理において発生する灰塵中には、カルシウム等のアルカリ土類金属成分が含まれることが多く、脱塩処理ラインに沈積して処理プロセスの妨害成分となったり、処理後の塩類等に不純物として混在することがあった。
（ｉ）灰塵の洗浄に伴う脱塩処理においては、処理後に排出される塩類を多く含む洗浄排水が発生する。こうした排水をそのまま放流すると、下流における生態系に影響を及ぼし水質汚濁の原因となることがあり、中和処理や塩類等を除去する必要があった。
（ii）脱塩処理後の塩類を含む洗浄排水の処理として、これを蒸発乾固して、得られた固化塩を肥料等として有効利用する方法も挙げられるが、この方式では、蒸発乾固する工程で大量の水分を蒸発処理しなければならないため、水の潜熱以上の大量のエネルギーを必要とした。
（iii）また、廃棄物処理において発生する灰塵中には、カルシウム等のアルカリ土類金属成分が含まれることが多く、脱塩処理ラインに沈積して処理プロセスの妨害成分となったり、処理後の塩類等に不純物として混在することがあった。
そこで、本発明の目的は、廃棄物処理において発生する焼却飛灰等から、飛灰処理工程において障害となるカルシウム等のアルカリ土類金属成分を選択的に分離し、濃縮・回収するとともに、飛灰等中に含まれる有用な塩類等を効率的にかつより低エネルギーで回収することができる飛灰の処理装置および処理方法を提供することにある。
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す飛灰の処理装置および処理方法によって、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
本発明に係る飛灰の処理装置は、
粉状または細砕された飛灰，洗浄水および処理剤が導入され、撹拌・洗浄処理が行われる洗浄槽と、
該洗浄槽から供出された洗浄処理液が固液分離され、分離された固体成分が回収される固体回収部と、分離された液体成分が供出される液体供出部と、を有する固液分離装置と、
前記液体成分が導入され、蒸発・乾燥処理が行われ、該液体成分中の溶解成分が回収される塩類等回収部と、蒸発成分が凝縮処理される水分等回収部と、を有する蒸発乾固装置と、を備え、
前記処理剤として、前記飛灰中のアルカリ土類金属成分と反応し、非水溶性化合物を形成する無機酸または無機塩類を用いるとともに、
前記蒸発乾固装置として、ヒートポンプ式乾燥装置が用いられることを特徴とする。
粉状または細砕された飛灰，洗浄水および処理剤が導入され、撹拌・洗浄処理が行われる洗浄槽と、
該洗浄槽から供出された洗浄処理液が固液分離され、分離された固体成分が回収される固体回収部と、分離された液体成分が供出される液体供出部と、を有する固液分離装置と、
前記液体成分が導入され、蒸発・乾燥処理が行われ、該液体成分中の溶解成分が回収される塩類等回収部と、蒸発成分が凝縮処理される水分等回収部と、を有する蒸発乾固装置と、を備え、
前記処理剤として、前記飛灰中のアルカリ土類金属成分と反応し、非水溶性化合物を形成する無機酸または無機塩類を用いるとともに、
前記蒸発乾固装置として、ヒートポンプ式乾燥装置が用いられることを特徴とする。
また、本発明は、飛灰の処理方法であって、
粉状または細砕された飛灰が、洗浄水および無機酸または無機塩類系の処理剤と混合・撹拌され、洗浄処理とともに、該処理剤と前記飛灰中のアルカリ土類金属成分との反応によって非水溶性化合物が形成される洗浄工程と、
洗浄された洗浄処理液が固液分離され、分離された固体成分が回収され、分離された液体成分が供出される固液分離工程と、
前記液体成分中の水分が蒸散または分離され、該液体成分中の溶解成分が回収され、蒸発成分が凝縮処理され回収される蒸発乾固工程と、
を有することを特徴とする。
粉状または細砕された飛灰が、洗浄水および無機酸または無機塩類系の処理剤と混合・撹拌され、洗浄処理とともに、該処理剤と前記飛灰中のアルカリ土類金属成分との反応によって非水溶性化合物が形成される洗浄工程と、
洗浄された洗浄処理液が固液分離され、分離された固体成分が回収され、分離された液体成分が供出される固液分離工程と、
前記液体成分中の水分が蒸散または分離され、該液体成分中の溶解成分が回収され、蒸発成分が凝縮処理され回収される蒸発乾固工程と、
を有することを特徴とする。
廃棄物処理において発生する焼却飛灰等の処理プロセスにおいては、上記のように塩類等の効率的な回収と処理工程において障害となるカルシウム等の除去・回収が重要な課題である。本発明者は、こうした課題に対して、第１段階の処理において、カルシウム等を後述するような炭酸ナトリウム等の処理剤によって非水溶性物質として回収し、さらに第２段階の処理において、該処理後の液体成分中の塩類を、エネルギー効率の高いヒートポンプ式乾燥装置を用いて蒸発乾固させて回収することによって、課題解決を図ることができることを見出した。こうした飛灰の処理装置および処理方法によって、従来にない効率的かつより低エネルギーの、不純物の除去および有用な塩類等の回収を図ることが可能となった。
本発明は、上記飛灰の処理装置であって、前記処理剤として、炭酸ナトリウム，炭酸カリウム，重炭酸ナトリウム，硫酸およびリン酸のいずれかまたはこれらのいくつかを組み合わせて用いることを特徴とする。
上記のように、カルシウム等のアルカリ土類金属成分は、沈積やその成長によって飛灰の処理プロセスにおいて障害となることがある。一方、その成分は飛灰の成分（廃棄物の種類）によって異なることから、こうした成分の非水溶性化合物の生成・回収には、それぞれの最適な処理剤を選択することが好ましい。具体的に、カルシウムの場合には、処理剤として炭酸ナトリウムや炭酸カリウム等を用いることによって、非水溶性化合物である炭酸カルシウムを生成させることができる。この炭酸カルシウムを固液分離によって回収することによって、例えばセメント原料として利用することが可能となり、従前利用が難しかった飛灰からの有価物の取り出しが可能となった。
上記のように、カルシウム等のアルカリ土類金属成分は、沈積やその成長によって飛灰の処理プロセスにおいて障害となることがある。一方、その成分は飛灰の成分（廃棄物の種類）によって異なることから、こうした成分の非水溶性化合物の生成・回収には、それぞれの最適な処理剤を選択することが好ましい。具体的に、カルシウムの場合には、処理剤として炭酸ナトリウムや炭酸カリウム等を用いることによって、非水溶性化合物である炭酸カルシウムを生成させることができる。この炭酸カルシウムを固液分離によって回収することによって、例えばセメント原料として利用することが可能となり、従前利用が難しかった飛灰からの有価物の取り出しが可能となった。
本発明は、上記飛灰の処理装置であって、前記ヒートポンプ式乾燥装置が、前記液体成分が導入される１次熱交換部と、該１次熱交換部の下流側に設けられ高温・減圧条件下で前記液体成分の蒸発・乾燥処理が行われる２次熱交換部と、該２次熱交換部の吸熱側において前記液体成分の一部から作成された蒸気成分を断熱圧縮し再度２次熱交換部の放熱側に導入する圧縮機と、前記２次熱交換部の吸熱側を減圧する減圧手段と、を備え、
前記２次熱交換部の放熱側から供出された圧縮蒸気が、前記１次熱交換部において前記液体成分と熱交換して凝縮されて凝縮水として取り出され、前記２次熱交換部の吸熱側において、前記液体成分中の溶解成分が塩類として乾燥固化され、固化塩として回収されることを特徴とする。
既述のように、飛灰中の塩類等を回収するためは、蒸発・乾燥処理に大量のエネルギーを必要とするとの課題があった。本発明は、これをエネルギー効率の高いヒートポンプ式乾燥装置を用いることによって低エネルギーの塩類等の回収を図るとともに、さらに、従前の密閉された流路を循環する熱媒体による熱交換方式を用いた閉鎖系のヒートポンプ式乾燥装置に代えて、いわば開放系のヒートポンプ式乾燥装置を用いることによって、さらにエネルギー効率の高い蒸発・乾燥機能を確保した。つまり、循環する熱媒体の閉ループを有しない構成であって、２次熱交換部において蒸発・乾燥処理が行われた液体成分からの蒸気成分を圧縮し、高温の熱媒体として２次熱交換部の放熱側に還流させて吸熱側の液体成分と熱交換させ、１次熱交換部においてさらに低温化した蒸気成分を凝縮水として取り出すとともに、１次熱交換部を介して２次熱交換部の吸熱側に導入された液体成分を乾燥固化させ、塩類を固化塩として回収する、という２つの流通系の間での２段階の熱交換処理機能を有する構成によって、著しいエネルギー効率の向上を図ることが可能となった。
前記２次熱交換部の放熱側から供出された圧縮蒸気が、前記１次熱交換部において前記液体成分と熱交換して凝縮されて凝縮水として取り出され、前記２次熱交換部の吸熱側において、前記液体成分中の溶解成分が塩類として乾燥固化され、固化塩として回収されることを特徴とする。
既述のように、飛灰中の塩類等を回収するためは、蒸発・乾燥処理に大量のエネルギーを必要とするとの課題があった。本発明は、これをエネルギー効率の高いヒートポンプ式乾燥装置を用いることによって低エネルギーの塩類等の回収を図るとともに、さらに、従前の密閉された流路を循環する熱媒体による熱交換方式を用いた閉鎖系のヒートポンプ式乾燥装置に代えて、いわば開放系のヒートポンプ式乾燥装置を用いることによって、さらにエネルギー効率の高い蒸発・乾燥機能を確保した。つまり、循環する熱媒体の閉ループを有しない構成であって、２次熱交換部において蒸発・乾燥処理が行われた液体成分からの蒸気成分を圧縮し、高温の熱媒体として２次熱交換部の放熱側に還流させて吸熱側の液体成分と熱交換させ、１次熱交換部においてさらに低温化した蒸気成分を凝縮水として取り出すとともに、１次熱交換部を介して２次熱交換部の吸熱側に導入された液体成分を乾燥固化させ、塩類を固化塩として回収する、という２つの流通系の間での２段階の熱交換処理機能を有する構成によって、著しいエネルギー効率の向上を図ることが可能となった。
本発明は、上記飛灰の処理装置であって、前記水分等回収部において回収された蒸発成分の一部または全部が、洗浄水として前記洗浄槽に導入される帰還流路を有することを特徴とする。
一般に、飛灰は無機物が主成分であり、洗浄・固液分離された液体成分中には、水分および無機塩類以外は殆ど存在しないことから、蒸発乾固によって発生する蒸発成分には殆ど不純物が含まれない。従って、これを本装置においては、清浄水と同様に扱い、洗浄水として用いることによって、洗浄水の使用量を大幅に低減することができる。また、仮に蒸発成分に不純物が含まれる場合であっても、こうした循環系を形成することによって、外部への排水を大幅に低減することによって、排水処理の負荷を大幅に軽減することが可能となった。
一般に、飛灰は無機物が主成分であり、洗浄・固液分離された液体成分中には、水分および無機塩類以外は殆ど存在しないことから、蒸発乾固によって発生する蒸発成分には殆ど不純物が含まれない。従って、これを本装置においては、清浄水と同様に扱い、洗浄水として用いることによって、洗浄水の使用量を大幅に低減することができる。また、仮に蒸発成分に不純物が含まれる場合であっても、こうした循環系を形成することによって、外部への排水を大幅に低減することによって、排水処理の負荷を大幅に軽減することが可能となった。
本発明は、上記飛灰の処理方法であって、前記蒸発乾固工程において、ヒートポンプ式乾燥処理を行うとともに、回収された前記蒸発成分の一部または全部が、前記洗浄工程において、洗浄水として用いられることを特徴とする。
上記のように、蒸発乾固工程へのヒートポンプ式乾燥処理の導入、および洗浄工程−固液分離工程−貯留工程−蒸発乾固工程−再度の洗浄工程という循環系の形成によって、従前にない非常に高いエネルギーの有効利用を図ることが可能となった。
上記のように、蒸発乾固工程へのヒートポンプ式乾燥処理の導入、および洗浄工程−固液分離工程−貯留工程−蒸発乾固工程−再度の洗浄工程という循環系の形成によって、従前にない非常に高いエネルギーの有効利用を図ることが可能となった。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本発明に係る飛灰の処理装置（以下「本装置」という）は、粉状または細砕された飛灰，洗浄水および処理剤が導入され、撹拌・洗浄処理が行われる洗浄槽と、洗浄槽から供出された洗浄処理液が固液分離され、分離された固体成分が回収される固体回収部と、分離された液体成分が供出される液体供出部と、を有する固液分離装置と、液体成分が導入され、蒸発・乾燥処理が行われ、液体成分中の溶解成分が回収される塩類等回収部と、蒸発成分が凝縮処理される水分等回収部と、を有する蒸発乾固装置と、を備え、処理剤として、飛灰中のアルカリ土類金属成分と反応し、非水溶性化合物を形成する無機酸または無機塩類を用いるとともに、蒸発乾固装置として、ヒートポンプ式乾燥装置が用いられることを特徴とする。こうした構成によって、従来にない効率的かつより低エネルギーの、不純物の除去および有用な塩類等の回収を図ることが可能となった。
＜本装置の構成例＞
本装置の実施態様として、基本的な概略全体構成を、図１に示す（第１構成例）。本装置において、処理対象となる飛灰１は、処理剤２および洗浄水３とともに、洗浄槽４に導入される。洗浄槽４では、処理剤２（例えば炭酸ナトリウム）と飛灰１中のアルカリ土類金属（例えばカルシウム）成分との反応によって非水溶性化合物（例えば炭酸カルシウム）が生成する。生成した非水溶性化合物，飛灰１中の他の成分および処理剤２の一部は、洗浄処理液４ａとして洗浄槽４から供出され、固液分離装置５に導入される。固液分離装置５において、非水溶性成分と非水溶性化合物の大半が固体成分５ａとして分離され、固体回収部６を介して回収される。回収された固体成分５ａは、乾燥された後乾燥ケーキ６ａとして取り出され、セメント原料等に用いられる。固液分離装置５において分離された液体成分５ｂは、必要に応じて、液体供出部（図示せず）を介して貯留槽７に導入され、一時的あるいは所定期間貯留される。貯留された液体成分５ｂは、蒸発乾固装置８に導入され、液体成分５ｂの主成分を構成する水分等の蒸発処理および液体成分５ｂ中の溶解成分の乾燥処理が行われる。蒸発処理によって発生した蒸発成分８ａは、凝縮処理され、水分等回収部（図示せず）を介して回収され、乾固された塩類等は、固化塩８ｂとして塩類等回収部（図示せず）を介して回収される。なお、処理対象となる飛灰１の量や成分（質）が安定している場合には、貯留槽７を設けずに、固液分離装置５において分離された液体成分５ｂを直接蒸発乾固装置８に導入する構成も可能である。
本装置の実施態様として、基本的な概略全体構成を、図１に示す（第１構成例）。本装置において、処理対象となる飛灰１は、処理剤２および洗浄水３とともに、洗浄槽４に導入される。洗浄槽４では、処理剤２（例えば炭酸ナトリウム）と飛灰１中のアルカリ土類金属（例えばカルシウム）成分との反応によって非水溶性化合物（例えば炭酸カルシウム）が生成する。生成した非水溶性化合物，飛灰１中の他の成分および処理剤２の一部は、洗浄処理液４ａとして洗浄槽４から供出され、固液分離装置５に導入される。固液分離装置５において、非水溶性成分と非水溶性化合物の大半が固体成分５ａとして分離され、固体回収部６を介して回収される。回収された固体成分５ａは、乾燥された後乾燥ケーキ６ａとして取り出され、セメント原料等に用いられる。固液分離装置５において分離された液体成分５ｂは、必要に応じて、液体供出部（図示せず）を介して貯留槽７に導入され、一時的あるいは所定期間貯留される。貯留された液体成分５ｂは、蒸発乾固装置８に導入され、液体成分５ｂの主成分を構成する水分等の蒸発処理および液体成分５ｂ中の溶解成分の乾燥処理が行われる。蒸発処理によって発生した蒸発成分８ａは、凝縮処理され、水分等回収部（図示せず）を介して回収され、乾固された塩類等は、固化塩８ｂとして塩類等回収部（図示せず）を介して回収される。なお、処理対象となる飛灰１の量や成分（質）が安定している場合には、貯留槽７を設けずに、固液分離装置５において分離された液体成分５ｂを直接蒸発乾固装置８に導入する構成も可能である。
〔飛灰〕
処理対象となる飛灰１は、建築廃材等を含む各種産業廃棄物、汚泥などの焼却灰、焼却飛灰、溶融飛灰など、カルシウム等アルカリ土類金属成分が含まれる可能性のある種々の廃棄物を挙げることができる。燃焼処理のような熱処理された廃棄物のみならず、キレート処理やセメント固化処理等化学的処理された廃棄物も含まれる。また、飛灰１は、予め粉砕装置等によって粉状または細砕された状態に前処理されて、洗浄槽４に導入されることによって、より高い洗浄効率およびアルカリ土類金属成分との反応効率を得ることができる。
処理対象となる飛灰１は、建築廃材等を含む各種産業廃棄物、汚泥などの焼却灰、焼却飛灰、溶融飛灰など、カルシウム等アルカリ土類金属成分が含まれる可能性のある種々の廃棄物を挙げることができる。燃焼処理のような熱処理された廃棄物のみならず、キレート処理やセメント固化処理等化学的処理された廃棄物も含まれる。また、飛灰１は、予め粉砕装置等によって粉状または細砕された状態に前処理されて、洗浄槽４に導入されることによって、より高い洗浄効率およびアルカリ土類金属成分との反応効率を得ることができる。
〔洗浄槽〕
洗浄槽４では、飛灰１，洗浄水３および処理剤２が、均等に素早く撹拌されることが好ましい。飛灰１と洗浄水３が撹拌・混合され、飛灰１の洗浄処理が行われる。このとき、飛灰１中の水溶性成分が洗浄水３に溶解すると同時に、飛灰１中のアルカリ土類金属成分と処理剤２とが反応する。この反応は、水分が介在することによって、高い反応性を確保することができる。具体的な反応は、後述する。洗浄槽４において生成した非水溶性化合物は、遊離した状態で飛灰１中の非水溶性成分，飛灰１中の水溶性成分および処理剤２の一部とともに洗浄処理液４ａとして洗浄槽４から供出される。洗浄水３は、市水あるいは清浄な工場用水あるいは井戸水等を用いることが好ましい。また、洗浄槽４は、飛灰１と洗浄水３との混合物を所定時間撹拌できる機能を有する所定容量の装置をいい、撹拌機能は、図示するような撹拌手段４１を有する構成のみならず、例えば回転ドラム式の洗浄槽４（図示せず）、あるいは洗浄水３を噴流として導入して撹拌流を形成させる構成（図示せず）等他の手段によって確保することも可能である。洗浄槽４の内部は、飛灰あるいはこれから分離された細粒子や微粒子の付着を防止するような表面処理を行うことによって、効率よく撹拌・洗浄を行うことができる。
洗浄槽４では、飛灰１，洗浄水３および処理剤２が、均等に素早く撹拌されることが好ましい。飛灰１と洗浄水３が撹拌・混合され、飛灰１の洗浄処理が行われる。このとき、飛灰１中の水溶性成分が洗浄水３に溶解すると同時に、飛灰１中のアルカリ土類金属成分と処理剤２とが反応する。この反応は、水分が介在することによって、高い反応性を確保することができる。具体的な反応は、後述する。洗浄槽４において生成した非水溶性化合物は、遊離した状態で飛灰１中の非水溶性成分，飛灰１中の水溶性成分および処理剤２の一部とともに洗浄処理液４ａとして洗浄槽４から供出される。洗浄水３は、市水あるいは清浄な工場用水あるいは井戸水等を用いることが好ましい。また、洗浄槽４は、飛灰１と洗浄水３との混合物を所定時間撹拌できる機能を有する所定容量の装置をいい、撹拌機能は、図示するような撹拌手段４１を有する構成のみならず、例えば回転ドラム式の洗浄槽４（図示せず）、あるいは洗浄水３を噴流として導入して撹拌流を形成させる構成（図示せず）等他の手段によって確保することも可能である。洗浄槽４の内部は、飛灰あるいはこれから分離された細粒子や微粒子の付着を防止するような表面処理を行うことによって、効率よく撹拌・洗浄を行うことができる。
〔処理剤〕
処理剤２は、カルシウム等のアルカリ土類金属成分と反応して、非水溶性化合物を生成する無機酸または無機塩類系の試剤をいい、反応するアルカリ土類金属成分は、飛灰の成分、つまり廃棄物の種類等によって異なることから、それぞれの最適な処理剤２を選択することが好ましい。具体的に、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３），炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３），重炭酸ナトリウム（ＮａＨＣＯ３），硫酸（Ｈ２ＳＯ４）およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）のいずれかまたはこれらのいくつかを組み合わせて用いることが好ましい。例えば、アルカリ土類金属成分として酸化カルシウム（ＣａＯ）が含まれた場合には、こうした処理剤２を用いることによって、下式１〜５に示すような反応により、非水溶性化合物である炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３），硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）およびリン酸カルシウム（Ｃａ３（ＰＯ４）２）が生成する。
ＣａＯ＋Ｎａ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ → ＣａＣＯ３＋２ＮａＯＨ ……（式１）
ＣａＯ＋Ｋ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ → ＣａＣＯ３＋２ＫＯＨ ……（式２）
ＣａＯ＋ＮａＨＣＯ３＋Ｈ２Ｏ → ＣａＣＯ３＋２ＮａＯＨ ……（式３）
ＣａＯ＋Ｈ２ＳＯ４＋（Ｈ２Ｏ） → ＣａＳＯ４＋Ｈ２Ｏ ……（式４）
３ＣａＯ＋２Ｈ３ＰＯ４＋（Ｈ２Ｏ） → Ｃａ３（ＰＯ４）２＋３Ｈ２Ｏ ……（式５）
また、こうした処理剤２を用いることによって、カルシウム含有成分として水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）や塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）等についても、カルシウム含有非水溶性化合物を生成することができる。さらに、カルシウム以外のマグネシウム（Ｍｇ）やバリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属成分についても、同様に処理剤２を用いることによって非水溶性化合物を生成することができる。
処理剤２は、カルシウム等のアルカリ土類金属成分と反応して、非水溶性化合物を生成する無機酸または無機塩類系の試剤をいい、反応するアルカリ土類金属成分は、飛灰の成分、つまり廃棄物の種類等によって異なることから、それぞれの最適な処理剤２を選択することが好ましい。具体的に、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３），炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３），重炭酸ナトリウム（ＮａＨＣＯ３），硫酸（Ｈ２ＳＯ４）およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）のいずれかまたはこれらのいくつかを組み合わせて用いることが好ましい。例えば、アルカリ土類金属成分として酸化カルシウム（ＣａＯ）が含まれた場合には、こうした処理剤２を用いることによって、下式１〜５に示すような反応により、非水溶性化合物である炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３），硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）およびリン酸カルシウム（Ｃａ３（ＰＯ４）２）が生成する。
ＣａＯ＋Ｎａ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ → ＣａＣＯ３＋２ＮａＯＨ ……（式１）
ＣａＯ＋Ｋ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ → ＣａＣＯ３＋２ＫＯＨ ……（式２）
ＣａＯ＋ＮａＨＣＯ３＋Ｈ２Ｏ → ＣａＣＯ３＋２ＮａＯＨ ……（式３）
ＣａＯ＋Ｈ２ＳＯ４＋（Ｈ２Ｏ） → ＣａＳＯ４＋Ｈ２Ｏ ……（式４）
３ＣａＯ＋２Ｈ３ＰＯ４＋（Ｈ２Ｏ） → Ｃａ３（ＰＯ４）２＋３Ｈ２Ｏ ……（式５）
また、こうした処理剤２を用いることによって、カルシウム含有成分として水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）や塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）等についても、カルシウム含有非水溶性化合物を生成することができる。さらに、カルシウム以外のマグネシウム（Ｍｇ）やバリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属成分についても、同様に処理剤２を用いることによって非水溶性化合物を生成することができる。
〔固液分離装置〕
洗浄槽４から供出された洗浄処理液４ａは、固液分離装置５に導入されて固液分離される。非水溶性化合物と飛灰１中の非水溶性成分の大半が固体成分５ａとして分離され、飛灰１中の水溶性成分および処理剤２の一部（飛灰１中の特定成分で処理剤２と反応して生成した水溶性成分を含む）が液体成分５ｂとして分離される。固液分離装置５としては、フィルタ式や沈降式あるいは遠心分離式等を用いることができるが、多段式の固液分離機能を有することが好ましい。洗浄処理による凝集物の発生に伴い、混合物には種々の粒径の固体が共存することから、順次固液分離処理することによって、高い固液分離機能を確保することができる。このとき、反応によって生成した非水溶性化合物の回収に好適な粒径範囲を設定することによって、これを選別して選択的に取り出すことができる。分離された固体成分５ａは、固体回収部６に集積・回収され、分離された液体成分５ｂは、貯留槽７に貯留される。
洗浄槽４から供出された洗浄処理液４ａは、固液分離装置５に導入されて固液分離される。非水溶性化合物と飛灰１中の非水溶性成分の大半が固体成分５ａとして分離され、飛灰１中の水溶性成分および処理剤２の一部（飛灰１中の特定成分で処理剤２と反応して生成した水溶性成分を含む）が液体成分５ｂとして分離される。固液分離装置５としては、フィルタ式や沈降式あるいは遠心分離式等を用いることができるが、多段式の固液分離機能を有することが好ましい。洗浄処理による凝集物の発生に伴い、混合物には種々の粒径の固体が共存することから、順次固液分離処理することによって、高い固液分離機能を確保することができる。このとき、反応によって生成した非水溶性化合物の回収に好適な粒径範囲を設定することによって、これを選別して選択的に取り出すことができる。分離された固体成分５ａは、固体回収部６に集積・回収され、分離された液体成分５ｂは、貯留槽７に貯留される。
〔蒸発乾固装置〕
液体成分５ｂは、蒸発乾固装置８に導入され、液体成分５ｂの主成分を構成する水分等の蒸発処理および液体成分５ｂ中の溶解成分の乾燥処理が行われる。本装置は、蒸発乾固装置８としてエネルギー効率の高いヒートポンプ式乾燥装置を用いることを特徴とする。また、本装置におけるヒートポンプ式乾燥装置は、具体的には、図２に例示するように、液体成分５ｂが導入される１次熱交換部８１、１次熱交換部８１の下流側に設けられた２次熱交換部８２を有し、２次熱交換部８２において高温・減圧条件下で蒸発・乾燥処理が行われる。
液体成分５ｂは、蒸発乾固装置８に導入され、液体成分５ｂの主成分を構成する水分等の蒸発処理および液体成分５ｂ中の溶解成分の乾燥処理が行われる。本装置は、蒸発乾固装置８としてエネルギー効率の高いヒートポンプ式乾燥装置を用いることを特徴とする。また、本装置におけるヒートポンプ式乾燥装置は、具体的には、図２に例示するように、液体成分５ｂが導入される１次熱交換部８１、１次熱交換部８１の下流側に設けられた２次熱交換部８２を有し、２次熱交換部８２において高温・減圧条件下で蒸発・乾燥処理が行われる。
ここで、２次熱交換部８２において、高温の蒸発成分８ａとなった液体成分５ｂの一部を、圧縮機８３を用いて断熱圧縮して高エネルギー化し、圧縮蒸気８ｃとして再度２次熱交換部８２の放熱側に導入するとともに、２次熱交換部８２の吸熱側を、真空ポンプ８４を用いて減圧条件とすることによって、より効率的なヒートポンプを構成することができる。また、蒸発乾固装置８の立ち上げ時あるいは常時補助的に、圧縮蒸気８ｃ供給路に、例えばボイラ等の蒸気供給源８５から外部蒸気（例えばボイラ蒸気等）８ｄを供給・添加することによって、２次熱交換部８２の放熱側の高温条件を素早く確保し、蒸発乾固装置８の立ち上げを迅速に行うことができる。ここで２次熱交換部８２の放熱側とは、２次熱交換部８２において管内を高温の圧縮蒸気８ｃが流通する管体８２ａあるいはその表面の伝熱部をいい、吸熱側とは、２次熱交換部８２において、管体８２ａの該表面と接する空間８２ｂをいう。なお、図２では、１つの管体８２ａを有する構成を例示しているが、これに限定されるものではなく、多数の管体が配設された構成や管体表面に凹凸部を有する構成等熱交換機能を有する任意の構成を適用することができる。
ここで、圧縮蒸気８ｃ（および外部蒸気８ｄ）は、２次熱交換部８２において、減圧条件下の液体成分５ｂと熱交換して減温され、さらに１次熱交換部８１において、低温の液体成分５ｂと熱交換して凝縮されて凝縮水８ｅとして取り出される。２次熱交換部８２の吸熱側では、液体成分５ｂ中の溶解成分が塩類として乾燥固化され、乾固された塩類等は、固化塩８ｂとして塩類等回収部（図示せず）を介して回収される。２段階の熱交換を用い、原液流路の下流側の熱交換を減圧条件下で行うことによって、効率的に乾燥処理を行うことができる。具体的に、蒸発乾固装置８による乾固処理条件として、例えば２次熱交換部８２において、放熱側に温度８０〜１００℃，圧力１００〜５００ｋＰａ（例えば、温度１００℃，圧力１００ｋＰａ）の圧縮蒸気８ｃおよび／または外部蒸気８ｄが供給され、吸熱側の条件を温度５０〜８０℃，圧力３０〜１００ｋＰａ（例えば、温度８０℃，圧力４８ｋＰａ）として液体成分５ｂが供給される。
＜本装置の他の構成例＞
図３は、本装置の他の構成例（第２構成例）を示す。基本的な構成は、第１構成例と同じであるが、付加機能として、回収された蒸発成分８ａの一部または全部が、凝縮器９において凝縮水８ｅを形成し、洗浄水として洗浄槽４に導入される帰還流路Ｌｒを有することを特徴とする。固液分離装置５において分離された固体成分５ａ中に含まれる水分あるいは蒸発乾固装置８において乾固処理され回収される固化塩８ｂ中の結晶水を含む水分以外では、搬送操作および減圧処理操作等における系内該での少量のロスを除き、水分の排出量を限定することができることから、所定量の凝縮水８ｅを利用することができる。また、飛灰は無機物が主成分であり、洗浄・固液分離された液体成分中には、水分および無機塩類以外は殆ど存在しないことから、蒸発乾固によって発生する蒸発成分には殆ど不純物が含まれない。従って、本装置においては、凝縮水８ｅを清浄水と同様に扱い、洗浄水３の一部として用いることによって、洗浄水３の使用量を大幅に低減することができる。さらに、仮に蒸発成分に不純物が含まれる場合であっても、こうした循環系を形成することによって、外部へ放出される排水および該不純物を大幅に低減することによって、排水処理の負荷を大幅に軽減することができる。
図３は、本装置の他の構成例（第２構成例）を示す。基本的な構成は、第１構成例と同じであるが、付加機能として、回収された蒸発成分８ａの一部または全部が、凝縮器９において凝縮水８ｅを形成し、洗浄水として洗浄槽４に導入される帰還流路Ｌｒを有することを特徴とする。固液分離装置５において分離された固体成分５ａ中に含まれる水分あるいは蒸発乾固装置８において乾固処理され回収される固化塩８ｂ中の結晶水を含む水分以外では、搬送操作および減圧処理操作等における系内該での少量のロスを除き、水分の排出量を限定することができることから、所定量の凝縮水８ｅを利用することができる。また、飛灰は無機物が主成分であり、洗浄・固液分離された液体成分中には、水分および無機塩類以外は殆ど存在しないことから、蒸発乾固によって発生する蒸発成分には殆ど不純物が含まれない。従って、本装置においては、凝縮水８ｅを清浄水と同様に扱い、洗浄水３の一部として用いることによって、洗浄水３の使用量を大幅に低減することができる。さらに、仮に蒸発成分に不純物が含まれる場合であっても、こうした循環系を形成することによって、外部へ放出される排水および該不純物を大幅に低減することによって、排水処理の負荷を大幅に軽減することができる。
さらに、蒸発乾固装置８から回収された凝縮水８ｅは、上記のようにアルカリ土類金属成分や水溶性の塩類等を含む無機成分が大幅に低減された中性に近い水溶液である。従って、飛灰１中の特定成分に対する選択性がなく、飛灰１の水洗処理に対して影響を及ぼすことがないことから、さらに高い水洗機能を有する。
＜飛灰の処理方法＞
上記本装置を用いた飛灰の処理方法（以下「本方法」という）は、
（１）飛灰が洗浄水および処理剤と混合・撹拌される洗浄工程と、
（２）洗浄された洗浄処理液が固液分離される固液分離工程と、
（３）液体成分中の水分が蒸散または分離される蒸発乾固工程と、
を有する。以下、各工程について詳述する。
上記本装置を用いた飛灰の処理方法（以下「本方法」という）は、
（１）飛灰が洗浄水および処理剤と混合・撹拌される洗浄工程と、
（２）洗浄された洗浄処理液が固液分離される固液分離工程と、
（３）液体成分中の水分が蒸散または分離される蒸発乾固工程と、
を有する。以下、各工程について詳述する。
〔前処理〕
本方法において、飛灰が、焼却飛灰や溶融飛灰のように水洗可能な状態の場合には、そのまま、洗浄工程に供出されるが、飛灰が、キレート処理された飛灰やセメント固化された焼却灰等の場合には、粉砕機を用いて細砕し、所定の粒径以下（例えば、平均粒径２００μｍ以下）の粉状物として洗浄工程に供出されることが好ましい。こうした飛灰は、粒径が数ｃｍ〜数１０ｃｍ以上の固形物となっているため、洗浄工程における処理剤との反応効率が悪く、細砕による表面積の増大および細孔部までの水の浸透によって、高い反応効率を確保することができる。また、そのままでは水洗による抽出が難しい汚泥焼却灰や土壌等については、前処理処理として酸処理（例えば塩酸や硝酸等による）を行うことが好ましい。さらに、主灰のように粒径のバラツキが大きく、また洗浄が難しい汚泥状を形成している場合には、粉砕処理とともに酸処理を行うことが好ましい。また、飛灰中に浸出水が多く含まれて酸性度が高い場合や上記のように酸処理を行った場合には、前処理として中和処理（例えば水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等による）を行うことが好ましい。
本方法において、飛灰が、焼却飛灰や溶融飛灰のように水洗可能な状態の場合には、そのまま、洗浄工程に供出されるが、飛灰が、キレート処理された飛灰やセメント固化された焼却灰等の場合には、粉砕機を用いて細砕し、所定の粒径以下（例えば、平均粒径２００μｍ以下）の粉状物として洗浄工程に供出されることが好ましい。こうした飛灰は、粒径が数ｃｍ〜数１０ｃｍ以上の固形物となっているため、洗浄工程における処理剤との反応効率が悪く、細砕による表面積の増大および細孔部までの水の浸透によって、高い反応効率を確保することができる。また、そのままでは水洗による抽出が難しい汚泥焼却灰や土壌等については、前処理処理として酸処理（例えば塩酸や硝酸等による）を行うことが好ましい。さらに、主灰のように粒径のバラツキが大きく、また洗浄が難しい汚泥状を形成している場合には、粉砕処理とともに酸処理を行うことが好ましい。また、飛灰中に浸出水が多く含まれて酸性度が高い場合や上記のように酸処理を行った場合には、前処理として中和処理（例えば水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等による）を行うことが好ましい。
（１）洗浄工程
水洗可能な状態となった飛灰は、洗浄槽に供給され、洗浄水および無機酸または無機塩類系の処理剤と混合・撹拌され、洗浄処理とともに、処理剤と飛灰中のアルカリ土類金属成分との反応によって非水溶性化合物が形成される。洗浄水および処理剤は、飛灰の種類や処理量によって、既述のように、その種類及び供給量が設定される。飛灰の洗浄処理においては、飛灰の数倍〜数１０倍量の洗浄水によることが好ましい。飛灰中の水溶性成分の溶解およびアルカリ土類金属成分と処理剤との反応に必要な所定時間で、十分撹拌されることによって、飛灰に含まれるアルカリ土類金属成分の大半が非水溶性化合物となる。処理剤の導入量は、飛灰の種類等によって異なるが、予め飛灰をサンプリングしカルシウム等の含有量を測定し、上記反応式１〜５等を基に算出することが好ましい。十分に撹拌・洗浄された未反応の飛灰と洗浄水および非水溶性化合物との混合物（処理剤を含む洗浄処理液）は、固液混合状態で固液分離装置に導入される。また、洗浄水の一部として、後述する蒸発乾固処理によって生成される蒸発成分を、凝縮・還流処理させて使用する循環系を形成ことによって、新たな洗浄水の供給量を低減することができる。さらに、凝縮・還流させる蒸発成分の温熱を、蒸発乾固処理される塩類を含む液体成分と熱交換し加熱処理に利用することによって、非常に高いエネルギー効率を確保することができる。
水洗可能な状態となった飛灰は、洗浄槽に供給され、洗浄水および無機酸または無機塩類系の処理剤と混合・撹拌され、洗浄処理とともに、処理剤と飛灰中のアルカリ土類金属成分との反応によって非水溶性化合物が形成される。洗浄水および処理剤は、飛灰の種類や処理量によって、既述のように、その種類及び供給量が設定される。飛灰の洗浄処理においては、飛灰の数倍〜数１０倍量の洗浄水によることが好ましい。飛灰中の水溶性成分の溶解およびアルカリ土類金属成分と処理剤との反応に必要な所定時間で、十分撹拌されることによって、飛灰に含まれるアルカリ土類金属成分の大半が非水溶性化合物となる。処理剤の導入量は、飛灰の種類等によって異なるが、予め飛灰をサンプリングしカルシウム等の含有量を測定し、上記反応式１〜５等を基に算出することが好ましい。十分に撹拌・洗浄された未反応の飛灰と洗浄水および非水溶性化合物との混合物（処理剤を含む洗浄処理液）は、固液混合状態で固液分離装置に導入される。また、洗浄水の一部として、後述する蒸発乾固処理によって生成される蒸発成分を、凝縮・還流処理させて使用する循環系を形成ことによって、新たな洗浄水の供給量を低減することができる。さらに、凝縮・還流させる蒸発成分の温熱を、蒸発乾固処理される塩類を含む液体成分と熱交換し加熱処理に利用することによって、非常に高いエネルギー効率を確保することができる。
（２）固液分離工程
洗浄された洗浄処理液が固液分離され、分離された固体成分が回収され、分離された液体成分が供出される。本方法においては、分離する固体成分の粒径を特定する必要はないが、後段の工程において堆積物とならない、例えば１．０μｍ以上の固体成分を分離し液体成分を構成することが好ましい。既述のように、固液分離方法は、飛灰の性状や非水溶性成分あるいは非水溶性化合物の種類や量等によって設定される。また、多段式の固液分離機能を有するろ過器等を用いた場合には、長期間効率よく固液分離を行うことができるとともに。反応によって生成した非水溶性化合物の回収に好適な粒径範囲の固体成分を選択的に取り出すことが可能となる。分離された固体成分は、集積・回収された後、乾燥処理等が行われ、セメントの原料となる消石灰等の素材として使用され、有価物として利用することができる。分離された液体成分５ｂは、貯留槽７を介して蒸発乾固処理工程に移行される。
洗浄された洗浄処理液が固液分離され、分離された固体成分が回収され、分離された液体成分が供出される。本方法においては、分離する固体成分の粒径を特定する必要はないが、後段の工程において堆積物とならない、例えば１．０μｍ以上の固体成分を分離し液体成分を構成することが好ましい。既述のように、固液分離方法は、飛灰の性状や非水溶性成分あるいは非水溶性化合物の種類や量等によって設定される。また、多段式の固液分離機能を有するろ過器等を用いた場合には、長期間効率よく固液分離を行うことができるとともに。反応によって生成した非水溶性化合物の回収に好適な粒径範囲の固体成分を選択的に取り出すことが可能となる。分離された固体成分は、集積・回収された後、乾燥処理等が行われ、セメントの原料となる消石灰等の素材として使用され、有価物として利用することができる。分離された液体成分５ｂは、貯留槽７を介して蒸発乾固処理工程に移行される。
（３）蒸発乾固工程
分離された液体成分は、通常一旦貯留され、所定量ごとに蒸発乾固される。液体成分中の水分が蒸散または分離され、該液体成分中の溶解成分が回収され、蒸発成分が凝縮処理され回収される。このとき、ヒートポンプ式乾燥処理を行うことによって、エネルギー効率の高い塩類の回収を図ることができる。また、ヒートポンプの熱媒体として、液体成分中の蒸発成分を用い、これが熱交換して発生した凝縮水を回収することによって、高温側熱交換部と低温側熱交換部を循環する閉鎖系の熱媒体を用いた従前の方法と比較して、さらにエネルギー効率の高い塩類の回収を図ることができる。
分離された液体成分は、通常一旦貯留され、所定量ごとに蒸発乾固される。液体成分中の水分が蒸散または分離され、該液体成分中の溶解成分が回収され、蒸発成分が凝縮処理され回収される。このとき、ヒートポンプ式乾燥処理を行うことによって、エネルギー効率の高い塩類の回収を図ることができる。また、ヒートポンプの熱媒体として、液体成分中の蒸発成分を用い、これが熱交換して発生した凝縮水を回収することによって、高温側熱交換部と低温側熱交換部を循環する閉鎖系の熱媒体を用いた従前の方法と比較して、さらにエネルギー効率の高い塩類の回収を図ることができる。
＜本装置の検証＞
本装置における塩類等の回収機能を、従来式の塩類等の回収装置（カルシウム等の回収処理剤を添加しない水洗処理と加熱プレートを用いた蒸発乾固処理）と比較して、試薬等の消費量およびエネルギー消費量について検証した。
本装置における塩類等の回収機能を、従来式の塩類等の回収装置（カルシウム等の回収処理剤を添加しない水洗処理と加熱プレートを用いた蒸発乾固処理）と比較して、試薬等の消費量およびエネルギー消費量について検証した。
〔検証条件〕
（ｉ）平均粒径約５０μｍの焼却飛灰を用い、その５倍量（重量比）の洗浄水（市水）によって洗浄処理を行った。本装置では処理剤として炭酸ナトリウムを用いた。
（ii）洗浄処理液に対して、フィルタ式のろ過器を用いて固液分離処理を行い、液体成分と固体成分に分離し、固体成分を回収した。
（iii）液体成分を、高温の蒸気（圧縮蒸気または／および灯油ボイラの燃焼蒸気）を用いて蒸発乾固処理を行い、固体塩を回収した。
（iｖ）回収された固化塩の組成を分析した。
（ｖ）上記（ｉ）〜（iii）において用いた、蒸気発生用ボイラ燃料の灯油使用量、圧縮機（ヒートポンプ）の消費電力および炭酸ナトリウムの使用量を算出し、ランニングコストを算出した。
（ｉ）平均粒径約５０μｍの焼却飛灰を用い、その５倍量（重量比）の洗浄水（市水）によって洗浄処理を行った。本装置では処理剤として炭酸ナトリウムを用いた。
（ii）洗浄処理液に対して、フィルタ式のろ過器を用いて固液分離処理を行い、液体成分と固体成分に分離し、固体成分を回収した。
（iii）液体成分を、高温の蒸気（圧縮蒸気または／および灯油ボイラの燃焼蒸気）を用いて蒸発乾固処理を行い、固体塩を回収した。
（iｖ）回収された固化塩の組成を分析した。
（ｖ）上記（ｉ）〜（iii）において用いた、蒸気発生用ボイラ燃料の灯油使用量、圧縮機（ヒートポンプ）の消費電力および炭酸ナトリウムの使用量を算出し、ランニングコストを算出した。
〔検証結果〕
表１のような検証結果を得た。本装置において、固化塩の含水率を１０％以下まで低減できることが実証された。また、同一飛灰処理量に対して、特にエネルギーの削減効果が高く、約８４％のコスト低減することができることが実証された。さらに、従来式装置においては処理系に沈積残留物が見られたが、本装置では全くなかった。
表１のような検証結果を得た。本装置において、固化塩の含水率を１０％以下まで低減できることが実証された。また、同一飛灰処理量に対して、特にエネルギーの削減効果が高く、約８４％のコスト低減することができることが実証された。さらに、従来式装置においては処理系に沈積残留物が見られたが、本装置では全くなかった。
１ 飛灰
２ 処理剤
３ 洗浄水
４ 洗浄槽
４ａ 洗浄処理液
４１ 撹拌手段
３１ 洗浄水供給部
５ 固液分離装置
５ａ 固体成分
５ｂ 液体成分
６ 固体回収部
６ａ 乾燥ケーキ
７ 貯留槽
８ 蒸発乾固装置
８ａ 蒸発成分
８ｂ 固化塩
２ 処理剤
３ 洗浄水
４ 洗浄槽
４ａ 洗浄処理液
４１ 撹拌手段
３１ 洗浄水供給部
５ 固液分離装置
５ａ 固体成分
５ｂ 液体成分
６ 固体回収部
６ａ 乾燥ケーキ
７ 貯留槽
８ 蒸発乾固装置
８ａ 蒸発成分
８ｂ 固化塩
Claims (6)
- 粉状または細砕された飛灰，洗浄水および処理剤が導入され、撹拌・洗浄処理が行われる洗浄槽と、
該洗浄槽から供出された洗浄処理液が固液分離され、分離された固体成分が回収される固体回収部と、分離された液体成分が供出される液体供出部と、を有する固液分離装置と、
前記液体成分が導入され、蒸発・乾燥処理が行われ、該液体成分中の溶解成分が回収される塩類等回収部と、蒸発成分が凝縮処理される水分等回収部と、を有する蒸発乾固装置と、を備え、
前記処理剤として、前記飛灰中のアルカリ土類金属成分と反応し、非水溶性化合物を形成する無機酸または無機塩類を用いるとともに、
前記蒸発乾固装置として、ヒートポンプ式乾燥装置が用いられることを特徴とする飛灰の処理装置。 - 前記処理剤として、炭酸ナトリウム，炭酸カリウム，重炭酸ナトリウム，硫酸およびリン酸のいずれかまたはこれらのいくつかを組み合わせて用いることを特徴とする請求項１記載の飛灰の処理装置。
- 前記ヒートポンプ式乾燥装置が、前記液体成分が導入される１次熱交換部と、該１次熱交換部の下流側に設けられ高温・減圧条件下で前記液体成分の蒸発・乾燥処理が行われる２次熱交換部と、該２次熱交換部の吸熱側において前記液体成分の一部から作成された蒸気成分を断熱圧縮し再度２次熱交換部の放熱側に導入する圧縮機と、前記２次熱交換部の吸熱側を減圧する減圧手段と、を備え、
前記２次熱交換部の放熱側から供出された圧縮蒸気が、前記１次熱交換部において前記液体成分と熱交換して凝縮されて凝縮水として取り出され、前記２次熱交換部の吸熱側において、前記液体成分中の溶解成分が塩類として乾燥固化され固化塩として回収されることを特徴とする請求項１または２記載の飛灰の処理装置。 - 前記水分等回収部において回収された蒸発成分の一部または全部が、洗浄水として前記洗浄槽に導入される帰還流路を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の飛灰の処理装置。
- 粉状または細砕された飛灰が、洗浄水および無機酸または無機塩類系の処理剤と混合・撹拌され、洗浄処理とともに、該処理剤と前記飛灰中のアルカリ土類金属成分との反応によって非水溶性化合物が形成される洗浄工程と、
洗浄された洗浄処理液が固液分離され、分離された固体成分が回収され、分離された液体成分が供出される固液分離工程と、
前記液体成分中の水分が蒸散または分離され、該液体成分中の溶解成分が回収され、蒸発成分が凝縮処理され回収される蒸発乾固工程と、
を有することを特徴とする飛灰の処理方法。 - 前記蒸発乾固工程において、ヒートポンプ式乾燥処理を行うとともに、回収された前記蒸発成分の一部または全部が、前記洗浄工程において、洗浄水として用いられることを特徴とする請求項６記載の飛灰の処理方法。
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|---|---|---|---|---|
| KR20210025369A (ko) * | 2019-08-27 | 2021-03-09 | 고등기술연구원연구조합 | 시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치 및 불순물 제거 방법 |
| CN116274266A (zh) * | 2023-02-08 | 2023-06-23 | 中国矿业大学 | 一种煤基固废细化研磨用于co2吸附的工艺及装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0587453A (ja) * | 1991-09-25 | 1993-04-06 | Ii P Japan Kk | ヒートポンプ式真空蒸発・乾燥装置 |
| JP2006326462A (ja) * | 2005-05-25 | 2006-12-07 | Unitika Ltd | 灰類のセメント原料化方法 |
| JP2007069066A (ja) * | 2005-09-05 | 2007-03-22 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 飛灰の処理方法 |
| JP2011020074A (ja) * | 2009-07-17 | 2011-02-03 | Sasakura Engineering Co Ltd | 溶液・廃液の固形化装置及び溶液・廃液の固形化方法 |
-
2015
- 2015-01-27 JP JP2015013083A patent/JP6637657B2/ja active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0587453A (ja) * | 1991-09-25 | 1993-04-06 | Ii P Japan Kk | ヒートポンプ式真空蒸発・乾燥装置 |
| JP2006326462A (ja) * | 2005-05-25 | 2006-12-07 | Unitika Ltd | 灰類のセメント原料化方法 |
| JP2007069066A (ja) * | 2005-09-05 | 2007-03-22 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 飛灰の処理方法 |
| JP2011020074A (ja) * | 2009-07-17 | 2011-02-03 | Sasakura Engineering Co Ltd | 溶液・廃液の固形化装置及び溶液・廃液の固形化方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210025369A (ko) * | 2019-08-27 | 2021-03-09 | 고등기술연구원연구조합 | 시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치 및 불순물 제거 방법 |
| KR102268889B1 (ko) * | 2019-08-27 | 2021-06-25 | 고등기술연구원연구조합 | 시멘트 킬른 더스트의 불순물 제거 장치 및 불순물 제거 방법 |
| CN116274266A (zh) * | 2023-02-08 | 2023-06-23 | 中国矿业大学 | 一种煤基固废细化研磨用于co2吸附的工艺及装置 |
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