JP2021131197A

JP2021131197A - 廃棄物処理方法

Info

Publication number: JP2021131197A
Application number: JP2020027398A
Authority: JP
Inventors: 隆裕吉井; Takahiro Yoshii; 弘樹藤平; Hiroki Fujihira; 健一宍田; Kenichi Shishida
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2021-09-09
Anticipated expiration: 2040-02-20
Also published as: JP7449714B2

Abstract

【課題】炉内脱硫が可能で、排ガス処理費用を削減し得る廃棄物処理方法を提供する。【解決手段】汚泥を都市ごみに混ぜて焼却炉６で混焼し、焼却炉６からの排ガスに対して集塵する前に消石灰を添加する、廃棄物処理方法であって、前記汚泥は、都市ごみと混ぜられる前に、集塵した飛灰が添加されて混練される。排ガスへの消石灰の添加量は、前記飛灰中の未反応消石灰濃度と前記汚泥への前記飛灰の添加量とに基づいて調節される。汚泥への前記飛灰の添加量は、前記飛灰中の塩化カルシウム濃度に基づいて調整される。【選択図】図１

Description

本発明は、都市ごみ等の廃棄物に汚泥を混ぜて焼却する廃棄物処理方法に関する。

従来、都市ごみ等の廃棄物に屎尿汚泥や下水汚泥を脱水処理した汚泥を混ぜて焼却施設で焼却（以下、「汚泥混焼」とも言う。）する、廃棄物処理方法が知られている（例えば特許文献１〜３等）。そして、都市ごみと汚泥とを均一に混ぜるために、例えば図３に示すように、ごみピット１に搬送された都市ごみをごみクレーン２でごみホッパ３に投入するタイミングに合わせて、汚泥供給装置４から所定量の汚泥をごみホッパ３に供給する等の方法が知られている。ごみホッパ３に供給されたごみと汚泥とは、シューター５を通じて焼却炉６に搬送される過程で混合される。図示例の焼却炉６は、階段式ストーカ炉であり、ストーカ下部から燃焼用空気Ａが供給され、ストーカ上でごみと汚泥とが攪拌されながら燃焼させられる。ストーカ上の燃殻は炉底から主灰として落下排出され、燃焼により生じる排ガスＧは、図外の排ガス処理施設で脱塩、脱硫、集塵、脱硝等の処理が施される。

特開２０００−２９１９３５号公報特開２０００−１６１６３５号公報特開平１１−２５７６３９号公報

屎尿汚泥や下水汚泥等を脱水処理した脱水汚泥は、水分が７０〜８０％程度あり、低位発熱量は一般に２０００ｋＪ／ｋｇ以下と低いため、燃焼温度が８５０℃以下に低下する。そのため、安定燃焼（炉内温度）を維持するためには助燃が必要となり、汚泥混焼率は１８％以下程度に留まっている。

汚泥を乾燥すると低位発熱量は９０００〜１１０００ｋＪ／ｋｇとなり、燃焼が容易となるが、乾燥にエネルギーが必要となる。

また、汚泥（下水汚泥）の硫黄成分は、可燃分中に０．５％〜１．５％程度含まれており、燃焼によりほぼ全量が排ガスへ移行すると考えられる。このため、汚泥混焼率が高くなるにつれてＳＯｘ濃度も高くなり、脱硫剤が多く必要となる。

さらに、汚泥を大きな塊（例えば５０ｍｍ以上）で炉内に投入すると、投入した汚泥が炉内で凝集して固まり、汚泥内部まで乾燥しないため不完全燃焼となり、未燃分として焼却主灰に移行し、埋立処分地で悪臭等の問題となる。

更に、含水率の高い汚泥は、汚泥を炉内に搬送するコンベヤに付着しやすく、搬送性が悪い。

本発明は、上記従来の問題に鑑み、炉内脱硫が可能で、排ガス処理費用を削減できるとともに、汚泥混焼率を上げることが可能となり、汚泥処理費用を低減可能で、飛灰発生量を低減することができ、飛灰処分費用を削減し得る、廃棄物処理方法を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、汚泥を廃棄物に混ぜて焼却炉で混焼し、前記焼却炉からの排ガスに対して集塵する前に消石灰を添加する、廃棄物処理方法であって、前記汚泥は、廃棄物と混ぜられる前に、集塵した飛灰が添加され、排ガスへの消石灰の添加量は、前記飛灰中の未反応消石灰濃度と前記飛灰の汚泥への添加量とに基づいて調節される。

汚泥への前記飛灰の添加量は、前記飛灰中の塩化カルシウム濃度に基づいて調整されることが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、汚泥を廃棄物に混ぜて焼却炉で混焼し、前記焼却炉からの排ガスに対して集塵する前に消石灰を添加する、廃棄物処理方法であって、前記汚泥は、廃棄物と混ぜられる前に、集塵した飛灰が添加され、汚泥への前記飛灰の添加量は、前記飛灰中の塩化カルシウム濃度に基づいて調整される。

前記飛灰は、前記廃棄物と混ぜられる前に、前記汚泥と混練されることが好ましい。

前記汚泥は、前記廃棄物と混ぜられる前に、押出成形され、汚泥の押出成形物の表面に前記飛灰がまぶされてもよい。

前記汚泥は、廃棄物と混ぜられる前に、焼却炉から落下排出される主灰が更に添加され、前記汚泥に添加される主灰は、篩分けされて１ｍｍ以下の粒度とされていることが好ましい。

前記汚泥は、廃棄物と混ぜられる前に、消石灰が更に添加され、消石灰の排ガスへの添加量は、前記汚泥に添加された消石灰量に応じて更に減量されることが好ましい。

前記汚泥は、廃棄物と混ぜられる前に、生石灰が更に添加され、消石灰の排ガスへの添加量は、前記汚泥に添加された消石灰量に応じて更に減量されることが好ましい。

前記汚泥は、廃棄物と混ぜられる前に、断面の最大幅が所定寸法以下となるように押出成形されて前記廃棄物と混焼されることが好ましい。

前記汚泥は、断面の最大幅３ｍｍ〜５０ｍｍで押出成形された後、所定長さに加工されることが好ましい。

前記汚泥は押出成形後に養生され、養生後の汚泥が前記廃棄物と混焼されることが好ましい。

本発明によれば、飛灰を汚泥に混ぜて廃棄物と混焼することにより飛灰中の未反応消石灰で炉内脱硫が可能となり、また、飛灰中の未反応消石灰で炉内脱硫した分、排ガスに吹き込む消石灰量を削減できるため排ガス処理費用を削減できるとともに、飛灰中の反応生成物である塩化カルシウムによる汚泥水分吸収により汚泥のほぐれ易さ及び付着性が改善されることにより燃焼効率が向上し、汚泥混焼率を上げることが可能となり、汚泥乾燥機を省略できて汚泥処理費用を低減でき、更に汚泥の燃焼によって飛灰の一部を溶融させて飛灰として飛散しにくくなるため飛灰発生量を低減することができ、飛灰中のＰｂ等の重金属類の濃度を低下させるため飛灰処分費用を削減し得る。

本発明に係る廃棄物処理方法の一実施形態を説明するための工程図である。本発明に係る廃棄物処理方法の他の実施形態を説明するための工程図である。従来の廃棄物処理方法に使用される廃棄物処理装置を示す概略図である。

本発明に係る廃棄物処理方法の実施形態について、図１及び図２の工程図を参照して説明する。なお、全図及び全実施形態を通して同一又は類似の構成部分に同符号を付している。

廃棄物（都市ごみ。以下、単に「ごみ」とも言う。）は、先ず、ごみピット１に搬送される。一方、図１に示す例に於いて、汚泥は、混練機７及び押出成形機８において、後述する焼却残渣等の添加物と混練、成形されて、コンベア等の搬送手段によってごみピット１又は焼却炉６のごみホッパ３に投入される。汚泥には、下水汚泥（生汚泥、消火汚泥、余剰汚泥）、屎尿等がある。

混練機７は、ニーダーとも称され、スクリュー型、パドル型、リボン型等の混練機を用いることができる。押出成形機８は、焼却残渣等の添加物を混練した汚泥（汚泥混合物とも言う。）を、うどん状、断面溝形状等の押出成形物とすることができる。混練機７と押出成形機８は、一体型でもよい。

ごみピット１からごみホッパ３へは、ごみクレーン（図２の符号２参照）により搬送される。ごみピット１では、ごみクレーンによって汚泥とごみとが攪拌混合される。ごみホッパ３に投入された汚泥は、焼却炉６の炉内へ供給される過程でごみと混合される。焼却炉６は、公知の階段式ストーカ炉とすることができる。汚泥をごみと混焼することで、汚泥中に含まれる低融点物質であるＮａ、Ｋ等が高温燃焼により溶融することで、低温揮発しやすい元素を封じ込め、煤塵発生量を減少させ得る。

焼却炉６の炉内で、ごみと前記押出成形物は、７００〜１０００℃の高温燃焼により燃殻（焼却残渣）となり、炉底から主灰として落下排出され、集塵器９から飛灰として排出される。集塵器９を通過した排ガスは、誘引通風機１０を介して、煙突１１から大気に放出される。

焼却炉６で発生する排ガス中の酸性ガス（ＨＣｌ、ＳＯｘ）を除去するために、集塵器９の手前の煙道で排ガスに消石灰が吹き込まれる。集塵器９には、好適にはバグフィルターが用いられる。消石灰とともに公知の特殊反応補助剤を噴霧することで、バグフィルターのろ布の目詰まり防止やＨＣｌ、ＳＯｘの中和促進を図ることができる。また、消石灰と同時に活性炭を噴霧することで、ダイオキシン類や水銀を安定して除去できる。

集塵器９から排出される飛灰の一部は、ごみと混ぜられる前に、汚泥に添加され、汚泥への添加物として循環利用される。

具体的には、図１に示す例においては、飛灰の一部が汚泥とともに混練機７に供給される。図２に示す例においては、汚泥が押出成形機８に投入され、押出成形機８から押し出された汚泥成形物の表面に粉体まぶし機１６で飛灰がまぶされる。粉体まぶし機１６は、押出成形物の表面に飛灰等の粉体を、好ましくは均等に、まぶすことができる機械であれば特にその構造は限定されないが、例えば、ターンテーブル上で粉体をまぶす形式のものや、サイクロン分離機によって対象物にまぶす粉体を循環利用する粉体吹付機、その他の粉体散布装置等が用いられ得る。図２に示される例では、図１の例にある混練機７が省略されている。図１に示す例においても、飛灰の一部を混錬機７に投入して汚泥と混錬し押出成形機８から押出成形された押出成形物の表面に、一点鎖線で示すように、粉体まぶし機１６で更に飛灰をまぶすこともできるし、あるいは、二点鎖線で示すように、混練機７に飛灰を投入せずに押出成形機８から押出成形された押出成形物の表面に粉体まぶし機１６で飛灰をまぶすこともできる。

集塵器９から取り出される飛灰の２０〜１００％が汚泥への添加物として循環利用され得る。循環利用されなかった飛灰は、飛灰搬出装置１２を介して焼却施設外に搬出され廃棄物処理される。

飛灰には、未反応消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）が含まれており、その未反応消石灰が焼却炉６内で燃焼排ガス中のＳＯ_２と反応してＣａＳＯ_３等となり、１０〜８０％程度の脱硫率が得られる。

集塵器９から取り出した飛灰の一部を分析装置１３で分析して飛灰中に含まれる未反応消石灰濃度（重量％）を算出し、飛灰中の未反応消石灰濃度と汚泥への飛灰の添加量とに基づいて、消石灰の排ガスへの添加量が調節される。すなわち、汚泥に添加した飛灰に含まれる未反応消石灰の分量だけ、集塵器９の手前の煙道において排ガスに吹き込む消石灰の量を減らすように調節がなされ得る。添加量は、例えば単位時間当たりの質量で計算することができる。

飛灰中には、排ガスに吹き込まれた消石灰と排ガス中のＨＣｌとの化学反応により生成した塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）が含まれている。ＣａＣｌ_２が汚泥水分と反応するとＣａＣｌ_２・２〜６Ｈ_２Ｏの水和物となり、飛灰を添加した汚泥が見掛け上、水分低下してほぐれ易くなる。そのため、脱水汚泥に混合する飛灰の量は、ＣａＣｌ_２の多い飛灰の方がＣａＣｌ_２の少ない飛灰よりも少なくなるように調節することができる。そこで分析装置１３において飛灰中のＣａ、Ｃｌ、Ｎａ、Ｋを分析し、ＮａＣｌ、ＫＣｌに化合するＣｌを除いたＣｌがＣａと化合して塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）となると考えられるため、飛灰中の塩化カルシウムの量（モル数）を算出することができる。それにより、飛灰中の塩化カルシウム濃度に基づいて、汚泥に添加する飛灰の量を調整することができる。

なお、汚泥には、飛灰の他に、消石灰及び／又は生石灰を添加することもできる。この場合は、汚泥に添加した消石灰、生石灰の添加量も考慮して、集塵器９の手前の煙道において排ガスへの消石灰添加量が調節され得る。すなわち、汚泥に添加した消石灰、生石灰の添加量分を、集塵器９手前の煙道に吹き込む消石灰の量から減らすことができる。生石灰を汚泥に添加した場合、生石灰が汚泥の水分と反応して消石灰となる過程で発熱するため、汚泥の乾燥が促進され得る。消石灰及び／又は生石灰を汚泥に添加する場合も、上記した飛灰と同様に、混錬機７に投入して汚泥と混錬することもできるし、押出成形機８から押出成形された汚泥混合物の押出成形物の表面に粉体まぶし機１６でまぶすこともできる。

排ガス中の酸性ガス（ＨＣｌ、ＳＯｘ）の濃度は、公知の濃度計測器（図示せず。）によって計測されており、計測された酸性ガス濃度に基づいて、排ガス中の酸性ガスを除去するために排ガスに添加（吹込み）するのに必要な消石灰の添加量が計算され得る。

上記のようにして飛灰を汚泥に添加し、あるいは、飛灰とともに消石灰及び／又は生石灰を汚泥に添加することにより、焼却炉６で発生する排ガスに吹き込む消石灰の量を削減することができる。

また、飛灰は吸湿性があるため、汚泥に混練したり汚泥成形物の表面にまぶすことにより、汚泥の水分を吸収し、汚泥の含水率が低下し、混練機７、押出成形機８、コンベヤその他の機器への付着性が改善され、ハンドリング性が向上する。

更に、汚泥には、廃棄物と混ぜられる前に、飛灰等とともに、焼却炉６の燃焼室内の炉底から落下排出される主灰が添加され得る。

主灰は、一部又は全部が篩１１４で篩分けされ、所定粒度以下、好適には粒度が１ｍｍ以下の主灰のみが、汚泥に添加され、循環利用される。

図１に示す例においては、所定粒度以下の主灰が、コンベヤ等の搬送手段により搬送されて、混練機７に供給され、汚泥と混練される。図２に示す例においては、押出成形機８から押出成形された押出成形物の表面に所定粒径以下の粉体状の主灰が粉体まぶし機１６でまぶされる。図１に示す例においても、所定粒度以下の主灰を混錬機７に投入して汚泥と混錬し押出成形機８から押出成形された押出成形物の表面に、一点鎖線で示すように、粉体まぶし機１６で更に主灰をまぶすこともできるし、あるいは、二点鎖線で示すように、混練機７に主灰を投入せずに押出成形機８から押出成形された押出成形物の表面に主灰をまぶすこともできる。

汚泥に混合される主灰の粒度が１ｍｍを超えると、汚泥の水分を吸着しないため、好ましくない。飛灰単独で助剤として汚泥に添加すると飛灰の発生量が微量であり不足する場合もあるが、汚泥に飛灰と主灰とを添加することで、汚泥のほぼぐれ易さや付着性が改善される。汚泥に添加されなかった主灰は、灰搬出装置１５を介して焼却施設外に搬出されて廃棄物処理される。

汚泥に対して添加される飛灰及び主灰の合計量の割合は、好ましくは、５〜５０重量％（汚泥：飛灰＋主灰＝１００wt％：５〜５０wt％）とされる。汚泥に対して添加される飛灰と主灰の合計量は、５重量％未満であると、汚泥混合物のほぐれ易さや付着性が改善されず、５０重量％を超えると、汚泥混合物の低位発熱量が低くなり、また、ほぐれ易さや付着性の改善効果が頭打ちとなり、さらには、ごみとの混焼において燃焼温度８５０℃（２秒間）を維持できなくなる。

一般的に飛灰発生量が主灰発生量より少ないため、主灰を添加する場合、飛灰及び主灰の合計量に対する飛灰の割合は１０〜３０重量％程度とすることができる。

ごみと汚泥混合物の混焼率、すなわち、都市ごみと汚泥混合物の合計量に対する汚泥混合物の割合は、２〜４０重量％とすることが好ましい。混焼率は、２重量％未満であると、汚泥混焼による、飛灰発生量及び飛灰中の重金属濃度の減少が少なくなり、飛灰処理に必要なキレート添加量を削減する効果が得られず、４０重量％を超えると、焼却量が増加して焼却炉の容量を大きくする必要性から、処理コストの増加につながる。なお、上記したように、汚泥混合物とは、汚泥に焼却残渣等の添加物を添加したものであり、焼却残渣等とは、飛灰、主灰、消石灰及び生石灰からなる群のうち少なくとも飛灰を含むものである。

押出成形された汚泥混合物は、ごみピット又はごみホッパーに投入する前に、１０分〜２時間程度、養生することが好ましい。この養生により、汚泥混合物がほぐれ易くなり、ごみへの汚泥混合物の混焼率は、養生しない場合に比べて、数％程度向上し得る。

汚泥混合物の押出成形物は、その断面（押出機の押出口の寸法形状に相当する。）の最大幅が、望ましくは３ｍｍ〜５０ｍｍとされる。押出成形物の断面最大幅は、３ｍｍ未満であると、ストーカ炉側壁から落下しやすくなり、落下灰に混入する可能性が高まり、５０ｍｍを超えると、焼却炉内で燃え切らず、未燃物が残りやすくなる。

また、押出成形物は、押出後、所定長さ（押出方向の長さ）に分断される。押出成形物の長さは、上記断面最大幅と同様の理由により、３ｍｍ〜５０ｍｍとすることが好ましく、より好ましくは５ｍｍ以上とされる。押出成形物の長さが５ｍｍ未満であると分断装置が複雑となるためである。

本発明は、上記実施形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１ごみピット
２ごみホッパー
６焼却炉
７混練機
８押出成形機
９集塵器
１３分析装置
１４篩
１６粉体まぶし機

Claims

汚泥を廃棄物に混ぜて焼却炉で混焼し、前記焼却炉からの排ガスに対して集塵する前に消石灰を添加する、廃棄物処理方法であって、
前記汚泥は、廃棄物と混ぜられる前に、集塵した飛灰が添加され、
前記排ガスへの前記消石灰の添加量は、前記飛灰中の未反応消石灰濃度と前記汚泥への前記飛灰の添加量とに基づいて調節される、前記廃棄物処理方法。
前記汚泥への前記飛灰の添加量は、前記飛灰中の塩化カルシウム濃度に基づいて調整される、請求項１に記載の廃棄物処理方法。
汚泥を廃棄物に混ぜて焼却炉で混焼し、前記焼却炉からの排ガスに対して集塵する前に消石灰を添加する、廃棄物処理方法であって、
前記汚泥は、廃棄物と混ぜられる前に、集塵した飛灰が添加され、
前記汚泥への前記飛灰の添加量は、前記飛灰中の塩化カルシウム濃度に基づいて調整される、前記廃棄物処理方法。
前記飛灰は、前記廃棄物と混ぜられる前に、前記汚泥と混練される、請求項１〜３の何れかに記載の廃棄物処理方法。
前記汚泥は、前記廃棄物と混ぜられる前に、押出成形され、汚泥の押出成形物の表面に前記飛灰がまぶされる、請求項１〜４の何れかに記載の廃棄物処理方法。
前記汚泥は、廃棄物と混ぜられる前に、焼却炉から落下排出される主灰が更に添加され、
前記汚泥に添加される主灰は、篩分けされて１ｍｍ以下の粒度とされている、請求項１〜５の何れかに記載の廃棄物処理方法。
前記汚泥は、廃棄物と混ぜられる前に、消石灰が更に添加され、
消石灰の排ガスへの添加量は、前記汚泥に添加された消石灰量に応じて更に減量される、請求項１〜６の何れかに記載の廃棄物処理方法。
前記汚泥は、廃棄物と混ぜられる前に、生石灰が更に添加され、
消石灰の排ガスへの添加量は、前記汚泥に添加された消石灰量に応じて更に減量される、請求項１〜７の何れかに記載の廃棄物処理方法。
前記汚泥は、廃棄物と混ぜられる前に、断面の最大幅が所定寸法以下となるように押出成形されて前記廃棄物と混焼される、請求項１〜８の何れかに記載の廃棄物処理方法。
前記汚泥は、断面の最大幅３ｍｍ〜５０ｍｍで押出成形された後、所定長さに加工される、請求項９に記載の廃棄物処理方法。
前記汚泥は押出成形後に養生され、養生後の汚泥が前記廃棄物と混焼される、請求項９又は１０に記載の廃棄物処理方法。