JP3549135B2

JP3549135B2 - スラグ洗浄装置を備えた廃棄物溶融処理設備及び水砕スラグの製造方法

Info

Publication number: JP3549135B2
Application number: JP04778196A
Authority: JP
Inventors: 正秀西垣; 武篠原
Original assignee: Takuma KK
Current assignee: Takuma KK
Priority date: 1996-03-05
Filing date: 1996-03-05
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: JPH09243047A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はごみ焼却炉からの焼却残査、飛灰、都市ごみ等を溶融処理する廃棄物溶融処理設備に於いて利用されるものであり、溶融処理設備に付属する水砕スラグの処理システムに改良を加えることにより、ランニングコストの増加を招くことなしに重金属汚染の殆んどない高品質の水砕スラグを得られるようにした、スラグ洗浄装置を備えた廃棄物溶融処理設備とこれを用いた水洗スラグの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ごみ焼却炉から排出される焼却残査や飛灰の減容及び無害化を図るため、焼却残査等の溶融固化処理法が注目され、現実に実用に供されている。焼却残査等は溶融固化することにより、その容積を１／２〜１／３に減らすことができるうえ、重金属等有害物質の溶出の防止や溶融スラグの再利用、最終埋立処分場の延命等が可能になるからである。
【０００３】
而して、前記焼却残査等の被溶融物の溶融固化処理方法には、アーク溶融炉やプラズマアーク炉、電気抵抗炉等を使用し、電気エネルギーによって被溶融物を溶融固化する方法と、表面溶融炉や旋回溶融炉、コークスベッド炉等を使用し、燃料の燃焼エネルギーによって被溶融物を溶融固化する方法とが多く利用されており、ごみ焼却設備に発電設備が併置されている場合には、前者の電気エネルギーを用いる方法が、また発電設備が併置されていない場合には、後者の燃焼エネルギーを用いる方法が夫々多く採用されている。
【０００４】
図２は、従前の溶融炉における水砕スラグの生成の一例を示すものである。図２に於いて２１は溶融炉、２２は落口、２３はスラグ水冷槽、２４は水砕スラグ、２５はスラグコンベア、２６はスラグ受槽であり、溶融炉２１内で被溶融物を溶融することにより生成された溶融スラグは、落口２２を経て冷却水を貯えたスラグ水冷槽２３内へ落し込まれ、ここで水砕スラグ２４となる。また、生成された前記水砕スラグ２４は、水冷槽２３内に設けたスラグコンベア２５によりスラグ受槽２６内へ排出される。
尚、前記スラグ受槽２６内へ排出された水砕スラグ２４には通常３〜５ｗｔ％の水分が付着しており、この付着水と蒸発により失なわれる蒸発水とに相当する量の水が、水冷槽２３内へ適宜に補充されて行く。
【０００５】
前記のように、溶融炉内で溶融された被溶融物（溶融スラグ）は、冷却水内へ投入することにより急冷され、ガラス状の水砕スラグとなる。
このようにして形成された水砕スラグ２４内には、焼却残査内に存在していた重金属類の一部が含有されているものの、これ等の物質は物理的・化学的に一層安定した状態でスラグ内に封入されており、その結果、水砕スラグ２４からの重金属類の溶出は大幅に抑制されることになる。
例えば産業廃棄物の陸上埋立基準に於いては、埋立で特に問題となる重金属の鉛の溶出値を０．３ｍｇ／ｌ以下に規制しているが、水砕スラグ２４はこの鉛に対する溶出値は勿論のことその他の規制物質に対する溶出値についても、規制値以下の値となっている。
【０００６】
ところで、前記水砕スラグ２４は溶融のために多量のエネルギーを消費して生成されたものであり、しかも硬度が極めて高いと云う特性を有している。
そのため、単に埋立により処分するだけでは経済性に欠け、資源経済の点からも積極的にその有効利用を推進すべきものであり、現実にコンクリートフィラー、路盤材、盛土材、埋戻材、建築ブロック材等への応用について、各方面に於いて研究・開発が行なわれている。
【０００７】
尚、前記水砕スラグ２４をコンクリートフィラーや路盤材等として利用する場合、その安全性を確保すると云う観点から各用途毎の重金属類の溶出基準を定めるのが望ましいが、現時点に於いては、未だ溶出基準として定められたものは無い。
しかし、これ等の用途に於いては、水砕スラグ２４の殆んどが土壌と直接に接触する状態で使用されるものであるから、現行の土壌環境基準を視野に入れてその溶出基準が定められ、これによって安全性の確保が担保されるものと考えられる。
【０００８】
一方、前記土壌環境基準では、例えば重金属である鉛の溶出値は０．０１ｍｇ／ｌ以下に規制されており、極めて厳しい規制値となっている。
これに対して、従来の溶融炉２１で生成された水砕スラグ２４は、スラグ自体から重金属類、例えば鉛を現行の土壌環境基準の規制値を越えて溶出するようなことは全く無く、且つこのことは多くの溶出試験を通して実証されている。
しかし、水砕スラグ２４に付着した冷却水（通常、前述の通り３〜５ｗｔ％の量である）は、重金属類によって相当に汚染されている。その結果、付着水に含まれていた鉛化合物等が水砕スラグ２４の外表面から離脱溶出し、基準値を越える土壌汚染を生ずることになる。
【０００９】
従って、水砕スラグ４の有効利用を推進するためには、被溶融物を未溶融部分がないように完全に溶融させ、これによって水砕スラグからの重金属類の溶出を皆無にすると共に、水砕用冷却水による汚染にも留意して、安全性に優れた良質の水砕スラグを安定して製造することが重要となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従前の溶融炉に於いて生成された水砕スラグに於ける上述の如き問題、即ち水砕スラグ自体からの重金属類の溶出は防止されるものの、付着した水砕用冷却水の汚染に起因する重金属汚染を生ずる虞れがあると云う問題を解決せんとするものであり、重金属汚染の発生をほぼ皆無とすることにより、安全性に優れた高品質の水砕スラグを生成できるようにしたスラグ洗浄装置を備えた廃棄物溶融処理設備とこれを用いた水砕スラグの製造方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願装置発明は、水砕スラグを生成する焼却炉１及び溶融炉３を備えた廃棄物溶融処理設備に於いて、溶融スラグＣを受け入れるスラグコンベア７を有するスラグ水冷槽６と、前記スラグ水冷槽６からの水砕スラグＤ₁を受け入れる水洗コンベア１０を有するスラグ水洗槽９と、前記スラグ水洗槽９のスラグ出口側近傍に設けられ、清水Ｅを噴射するスラグ２次洗浄水ノズル１１と、前記スラグ水冷槽６のスラグ出口側近傍に設けられ、前記スラグ水洗槽９からの２次洗浄排水を一次洗浄水Ｈ ₁ として噴射するスラグ１次洗浄水ノズル８と、溶融排ガス冷却室５内に設けられ、前記スラグ水冷槽６からの１次洗浄排水Ｆ₁を噴射する溶融排ガス冷却用水噴霧ノズル１８と、スラグ水冷槽６から引き抜いた１次洗浄排水Ｆ ₁ の沈澱槽１４と、前記沈澱槽１４の上澄液を排ガス冷却用水として溶融排ガス冷却用水噴霧ノズル１８及び焼却炉１の焼却排ガス冷却室２の焼却排ガス冷却用水噴霧ノズル１７へ供給する構成としたことを発明の基本構成とするものである。
【００１２】
また、本願方法発明は、水砕スラグを生成する焼却炉１及び溶融炉３を備えた廃棄物溶融処理設備に於いて、スラグ水冷槽６から引上げした水砕スラグＤ₁に１次洗浄水ノズル８から１次洗浄水Ｈ ₁ を噴射することにより前記水砕スラグＤ₁を１次洗浄し、次に、前記スラグ水冷槽６から排出した水砕スラグＤ₁をスラグ水洗槽９内へ受け入れると共に、スラグ水洗槽９から引上げした水砕スラグＤ₂に２次洗浄ノズル１１から清水Ｅを噴射し、水砕スラグＤ₂を清水Ｅにより対向流的に２次洗浄すると共に、前記スラグ水洗槽９からの２次洗浄排水を前記１次洗浄水ノズル８から１次洗浄水Ｈ ₁ として噴射し、更にスラグ水冷槽６から引き抜いた１次洗浄排水Ｆ ₁ を沈澱槽１４により沈澱分離処理し、その上澄液を排ガス冷却用水として溶融処理設備を形成する溶融炉３及び又は焼却炉１の排ガス冷却用の水噴霧ノズル１７、１８より排ガス内へ噴射するようにしたことを発明の基本構成とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態の一例を示すものである。
図１に於いて１はごみ等の焼却炉、２は焼却排ガス冷却室、３は焼却灰等の溶融炉、４は空気予熱器、５は溶融排ガス冷却室、６はスラグ水冷槽、７はスラグコンベア、８はスラグ１次洗浄水ノズル、９はスラグ水洗槽、１０は水洗コンベア、１１はスラグ２次洗浄水ノズル、１２はスラグ２次洗浄排水槽、１３はスラグ１次洗浄水ポンプ、１４はスラグ１次洗浄排水沈澱槽、１５はスラグ１次洗浄排水槽、１６はスラグ１次洗浄排水ポンプ、１７は焼却排ガス冷却用水噴射ノズル、１８は溶融排ガス冷却用水噴射ノズル、１９は汚泥脱水機である。
【００１４】
図１を参照して、ごみ焼却炉１内へ供給されたごみＡはここで焼却され、その排ガスは排ガス冷却室２、廃棄回収ボイラ、排ガス処理装置、煙突（図示省略）等を経て大気中へ放出されて行く。
一方、焼却炉１からの焼却灰（燃焼残査）Ｂは溶融炉内へ順次送られ、ここで加熱溶融される。
また、溶融炉３からの排ガスは空気予熱器４、排ガス冷却室５、排ガス処理装置、煙突（図示省略）等を経て大気中へ放出されて行く。
【００１５】
前記溶融炉３中で形成された溶融スラグＣは水を張ったスラグ水冷槽６内へ落口３ａを通して落下され、ここで水砕スラグＤ_１となったあと、水冷槽６内に設けたスラグコンベア７によって水面上へ運び上げられる。
尚、前記水砕スラグＤ_１の外表面には、水冷槽６内の重金属で汚染されているスラグ冷却水Ｆが３〜５ｗｔ％の割合で付着している。そのため、スラグコンベア７の最上部近傍の水洗スラグＤ_１が水面上へ露出する位置に於いて、１次洗浄水ノズル８から吹きつけた水（２次洗浄排水Ｈ_１）によってこれを洗浄し、水砕スラグＤ_１の外表面に付着している汚染されたスラグ冷却水Ｆを洗い落とす。
【００１６】
前記水洗処理により表面に付着したスラグ冷却水Ｆの大部分を洗い落とされた水砕スラグＤ_１は、引き続きその下方に設けたスラグ水洗槽９内へ投入される。当該スラグ水洗槽９は、下部を水槽とし且つその上方に傾斜した筒状体を設けたものであり、傾斜した筒状体部分にはスクリューコンベア形式の水洗コンベア１０が配置されている。
即ち、スラグ水洗槽９の下部水槽内へ落下した水砕スラグＤ_１は、水洗コンベア１０によって上方へ運び上げられる間に、スラグ水洗槽９の最上部に設けられた２次洗浄ノズル１１からの新鮮な清水Ｅによって再洗浄され、これによって、前段階の１次洗浄で残存した表面の付着汚水を完全に洗い流す。
この合計２段の水洗浄処理により、水砕スラグＤ_２は重金属汚染を起こすことのない良質なスラグとなり、各種用途に有効利用することが可能となる。
【００１７】
スラグ水洗槽９内で水砕スラグＤ_１の２次洗浄に使用された２次洗浄水Ｈは、僅かに重金属で汚染された付着水を含んだ形でスラグ水洗槽９から２次洗浄排水槽１２へ流下し、ここに貯えられる
また、排水槽１２内へ貯えられた２次洗浄排水Ｈ_１は、１次洗浄水ポンプ１３によって１次洗浄ノズル８へ送られ、スラグ水洗槽９の最上部から１次洗浄水として下方向へ向けて噴射される。
更に、噴射された１次洗浄水は水砕スラグＤ_１を洗浄しながらスラグ水冷槽６の下部に溜り、溶融炉３からの溶融スラグＣの冷却水Ｆとして利用される。
【００１８】
前記スラグ水冷槽６中の冷却水Ｆは、清水Ｅを２段階に亘り対向流的に水砕スラグの洗浄に利用したあと、溶融スラグＣの冷却用としても用いられるので、重金属による汚染度が増す。
従って、本実施態様では２次洗浄水として供給された清水Ｅと等量の汚染されたスラグ冷却水Ｆをスラグ水冷槽６より沈澱槽１４に引抜き、ここで上澄液と沈澱汚泥に分離する構成としている。
そして、沈澱槽１４内で分離した前記上澄液（１次洗浄排水）Ｆ_１は１次洗浄排水槽１５に貯えられたあと、焼却排ガス冷却室２及び溶融排ガス冷却室５の冷却用の噴射水として使用するため、１次洗浄排水ポンプ１６によって、夫々水噴射ノズル１７及び水噴射ノズル１８へ供給される。
また、沈澱槽１４の下部に沈殿した汚泥Ｊは脱水機１９にて脱水したのち、ケーキＪ_１は再び溶融炉３へ投入され、且つ脱離液Ｋは排水処理（図示省略）へ送られる。
【００１９】
尚、従前の溶融炉に於ける水砕スラグの生成では、スラグ水冷槽６へスラグ冷却水Ｆを１回充満させると、その後は蒸発による減少分と、汚染度が著しく高くなった時の入れ替えに必要な量だけを補充すればよく、スラグ冷却水Ｆの必要供給量は比較的少なくてよい。
これに対して、本発明に於いては、洗浄のために常時清水Ｅを供給する必要があるため、スラグ冷却水Ｆに限って見ると使用水量は増加する。
しかし、従前の溶融炉では、排ガス冷却室５内への水噴射のために大量の清水を必要とするのに対して、本発明では前述の通り２次洗浄水Ｈ、１次洗浄水Ｈ_１及びスラグ冷却水Ｆとして活用した後の清水Ｅを排ガス冷却室５の冷却水として噴射する構成としているため、水の物質収支が従前の溶融炉の場合に比して増加することはない。
【００２０】
【表１】

【００２１】
表１は、１次洗浄ノズル８及び２次洗浄ノズル１１からの噴射を停止した状態で、スラグ水洗槽６から引上げた水砕スラグ（試料１）（即ち、従前の溶融炉に於いて生成した水砕スラグ）と、１次洗浄ノズル８及び２次洗浄ノズル１１から水噴射を行なった状態でスラグ水洗槽９の上方から取り出した水洗スラグ（試料２）（即ち、本発明による２段洗浄を施した水砕スラグＤ_２）との重金属の溶出試験結果を示すものである。
尚、試料１及び試料２は、夫々溶融量２００ｋｇ／Ｈの溶融炉２に於いて、溶融スラグＣの最初の出滓から約１０時間経過後にスラグコンベア７の上部及び水洗コンベア１０の出口に於いて夫々採取した水砕スラグであり、また重金属類の溶出試験は環境庁告示第４６号溶出試験方法に規定する方法に従って実施したものである。
更に、試料２の採取時に於ける各洗浄ノズル８，１１からの放水量は、１次洗浄ノズル８が２０ｌ／ｍｉ、２次洗浄ノズル１１が２０ｌ／ｍｉであり且つ水砕スラグＤ_１のスラグコンベア３７上に於ける平均洗浄時間は約６分、水砕スラグＤ_２の水洗コンベア１０上に於ける平均洗浄時間は約３分であった。
【００２２】
前記表１からも明らかなように、本件装置発明を用いて生成された水砕スラグＤ_２（試料２）は、何れも土壌環境基準に規定する重金属類の溶出値を完全に下廻っており、極めて安全性に優れたものであることが判る。
また、前記表１の結果から、水砕スラグに付着する汚染水を清水によって洗浄除去することにより、重金属類の溶出値は規制値以下に減少し且つ水砕スラグ自体の内部からの重金属類の溶出が全く無いことが判る。
【００２３】
尚、前記図１の実施態様に於いては、焼却炉１としてストーカ式の焼却炉を採用しているが、焼却炉そのものの型式は流動床式のものであっても、或いはロータリーキルン式のものであってもよい。
同様に、溶融炉３の方も、電気エネルギー式の炉であっても、或いは化石燃料燃焼式の炉であってもよく、また、焼却と溶融とが１体化された、例えば乾留熱分解溶融方式であっても良い。
更に、被溶融物も、都市ごみや各種産業廃棄物の燃焼残査のみならず、飛灰や廃棄物それ自体であっても良い。
【００２４】
また、前記図１の実施態様では、水砕スラグを所謂対向流式で２段階洗浄する方式としているが、これは、２段階洗浄でもって当初の目的である水砕スラグ表面の付着汚染水をほぼ完全に且つ経済的に洗浄することができたためであり、必要に応じて洗浄段階数を増したり、或は洗浄方式を所謂並行流方式とすることも可能である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に於いては、スラグ水冷槽６に設けたスラグコンベア７の末端部に於いて、１次洗浄ノズル８からの噴射水により水冷槽６より引き上げた水砕スラグを１次洗浄し、更に、前記１次洗浄をした水砕スラグを水洗コンベア１０を備えたスラグ水洗槽９内へ放出してこれを水洗コンベア１０により洗浄すると共に、水洗コンベア１０の末端部に設けた２次洗浄ノズル１１から清水を噴射して水洗スラグを２次洗浄する構成としている。
その結果、水洗スラグの外表面に付着したスラグ水冷槽６内の重金属汚染水が完全に洗浄除去されることになり、環境汚染を起生する虞れの全く無いクリーンな良質の水砕スラグＤ_２を比較的経済的に生成することができ、水砕スラグの有効利用をより一層推進することが可能となる。
【００２６】
また、本発明に於いては、供給した清水Ｅを二次洗浄水、１次洗浄水及びスラグ冷却水の三回に亘って使用すると共に、スラグ冷却水の一部をごみ焼却炉や溶融炉の排ガス冷却室内へ冷却水として噴射する構成としている。
その結果、供給した清水Ｅはその殆んどが有効利用されることになり、廃棄物溶融処理設備全体としての使用水量の増加を来たすことは全く無い。
本発明は上述の通り、設備全体の運転管理上の経済性を損なうことなく、安全で良質の水砕スラグを安定して生成することができるものであり、優れた実用的効用を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様を示すスラグ洗浄装置を備えた廃棄物溶融処理設備の全体系統図である。
【図２】従前の溶融炉に於ける水砕スラグの生成を示す概要説明図である。
【符号の説明】
Ａ：ごみ、Ｂ：燃焼残査、Ｃ：溶融スラグ、Ｄ_１〜Ｄ_３：水砕スラグ、Ｅ：清水、Ｆ：スラグ冷却水、Ｆ_１：１次洗浄排水、Ｈ：２次洗浄水、Ｈ_１：１次洗浄水、Ｊ：分離汚泥、Ｊ_１：脱水ケーキ、Ｋ：脱離液、１：焼却炉、２：焼却排ガス冷却室、３：溶融炉、３ａ：落口、４：空気予熱器、５：溶融排ガス冷却室、６：スラグ水冷槽、７：スラグコンベア、８：スラグ１次洗浄水ノズル、９：スラグ水洗槽、１０：水洗コンベア、１１：スラグ２次洗浄水ノズル、１２：スラグ２次洗浄排水槽、１３：スラグ１次洗浄水ポンプ、１４：スラグ１次洗浄排水沈澱槽、１５：スラグ１次洗浄排水槽、１６：スラグ１次洗浄排水ポンプ、１７：焼却排ガス冷却用水噴射ノズル、１８：溶融排ガス冷却用水噴霧ノズル、１９：汚泥脱水機。

Claims

水砕スラグを生成する焼却炉（１）及び溶融炉（３）を備えた廃棄物溶融処理設備に於いて、溶融スラグ（Ｃ）を受け入れるスラグコンベア（７）を有するスラグ水冷槽（６）と、前記スラグ水冷槽（６）からの水砕スラグ（Ｄ₁）を受け入れる水洗コンベア（１０）を有するスラグ水洗槽（９）と、前記スラグ水洗槽（９）のスラグ出口側近傍に設けられ、清水（Ｅ）を噴射するスラグ２次洗浄水ノズル（１１）と、前記スラグ水冷槽（６）のスラグ出口側近傍に設けられ、前記スラグ水洗槽（９）からの２次洗浄排水を一次洗浄水（Ｈ ₁ ）として噴射するスラグ１次洗浄水ノズル（８）と、溶融排ガス冷却室（５）内に設けられ、前記スラグ水冷槽（６）からの１次洗浄排水（Ｆ₁）を噴射する溶融排ガス冷却用水噴霧ノズル（１８）と、スラグ水冷槽（６）から引き抜いた１次洗浄排水（Ｆ ₁ ）の沈澱槽（１４）と、前記沈澱槽（１４）の上澄液を排ガス冷却用水として溶融排ガス冷却用水噴霧ノズル（１８）及び焼却炉（１）の焼却排ガス冷却室（２）の焼却排ガス冷却用水噴霧ノズル（１７）へ供給する構成としたことを特徴とするスラグ洗浄装置を備えた廃棄物溶融処理設備。
水砕スラグを生成する焼却炉（１）及び溶融炉（３）を備えた廃棄物溶融処理設備に於いて、スラグ水冷槽（６）から引上げした水砕スラグ（Ｄ₁）に１次洗浄水ノズル（８）から１次洗浄水（Ｈ ₁ ）を噴射することにより前記水砕スラグ（Ｄ₁）を１次洗浄し、次に、前記スラグ水冷槽（６）から排出した水砕スラグ（Ｄ₁）をスラグ水洗槽（９）内へ受け入れると共に、スラグ水洗槽（９）から引上げした水砕スラグ（Ｄ₂）に２次洗浄ノズル（１１）から清水（Ｅ）を噴射し、水砕スラグ（Ｄ₂）を清水（Ｅ）により対向流的に２次洗浄すると共に、前記スラグ水洗槽（９）からの２次洗浄排水を前記１次洗浄水ノズル（８）から１次洗浄水（Ｈ ₁ ）として噴射し、更にスラグ水冷槽（６）から引き抜いた１次洗浄排水（Ｆ ₁ ）を沈澱槽（１４）により沈澱分離処理し、その上澄液を排ガス冷却用水として溶融処理設備を形成する溶融炉（３）及び又は焼却炉（１）の排ガス冷却用の水噴霧ノズル（１７）、（１８）より排ガス内へ噴射する構成としたことを特徴とする水砕スラグの製造方法。