JP3661661B2

JP3661661B2 - 廃棄物焼却灰の重金属溶出防止方法および廃棄物焼却炉

Info

Publication number: JP3661661B2
Application number: JP2002091913A
Authority: JP
Inventors: 靖宏宮越; 三千男永関; 隆横山; 能成藤沢; 浩山本
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: JP2003285027A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物焼却灰の重金属溶出防止方法およびそれに用いる装置に関し、特にストーカ式焼却炉を用いた廃棄物焼却灰の処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のストーカ式焼却炉を用いた廃棄物焼却システムでは、火格子の末端部から排出される主灰と火格子の隙間および燃焼用空気の噴出口（以下単に、火格子の隙間という）から落下する落塵灰は、一旦、灰押出し装置や水封コンベア等の同一装置内に集められた後、灰ピットへと搬送されて、そこからトラック等で埋立処分場へと搬出されている。つまり、主灰と落塵灰とは一緒に混合して処理される方式をとっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このとき、焼却処理するごみの性状によっては、焼却灰から重金属、特に鉛が廃棄物の陸上埋立処分基準（総理府令第５号）の０．３ｍｇ／リットルを超えて溶出する場合がある。
灰に含まれる重金属の溶出を抑制する技術としては、キレート剤やｐＨ調整中和剤を灰中に添加して混練し、重金属を不溶化する方法が広く用いられている。しかし、この技術は一般に飛灰処理に用いられる方法であり（例えば、特開２００１−４６９９９号公報）、焼却灰に同様の方法を用いると、焼却灰の発生量が飛灰よりもはるかに多いため、キレート剤等を添加して混練する装置が極めて大型となる。しかも、高価なキレート剤等を多量に使用することになるので、ランニングコストが非常に高くなるといった問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑み、廃棄物焼却炉から排出される焼却灰に含まれる重金属類の溶出を低コストで防止することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る廃棄物焼却灰の重金属溶出防止方法は、火格子を備えた廃棄物焼却炉で廃棄物を焼却する際に、前記火格子の隙間から落下する落塵灰と該火格子の末端部から排出される主灰とを分離して捕集し、前記落塵灰と前記主灰とを別々に重金属溶出防止処理を行うことを特徴とするものである。
【０００６】
ストーカ式焼却炉により廃棄物を焼却した焼却灰の本発明者らによる分析調査結果によると、火格子の隙間から落下する落塵灰は、火格子の末端部から排出される主灰に比べて発生量は極微量であるが、落塵灰中には重金属が多量に含まれており、さらには溶出しやすい性状で存在している傾向にある。一方、火格子の末端部から排出され、焼却灰の大部分を占める主灰は、比較的重金属の含有量が少なく、溶出も少ない傾向にあることがわかった。
このような傾向は火格子上で廃棄物が燃焼する過程で、廃棄物に含まれる重金属類が溶融し、廃棄物と灰との混合層の下方へ移行し、火格子の隙間から落下するために生じる。
したがって、請求項１に記載の発明では、この落塵灰と主灰との物量および性状の違いに着目し、落塵灰と主灰を分離して捕集し、別々に重金属溶出防止処理を行うことにより薬剤使用量の最小化を図り、経済的に重金属の溶出を要求基準値以下に低減させることとしている。
また、請求項２に記載の発明では、前記主灰の重金属溶出量が埋立基準値を超えるようになったときだけ、前記主灰の重金属溶出防止処理を行うこととしている。
【０００７】
本発明の廃棄物焼却炉は、火格子を備えた廃棄物焼却炉において、前記火格子の隙間から落下する落塵灰を捕集する落塵灰捕集装置と、前記落塵灰捕集装置の後に設けられ、前記落塵灰の重金属溶出防止処理を行うための落塵灰処理装置と、前記火格子の末端部から排出される主灰を前記落塵灰から分離して捕集する主灰捕集装置と、前記主灰捕集装置の後に設けられ、前記主灰の重金属溶出防止処理を行うための主灰処理装置と、を備えたものである。
廃棄物が火格子上で焼却される過程において、焼却灰は火格子の隙間から落下する落塵灰と火格子の末端部から排出される主灰とに分離され捕集される。したがって、分離捕集された落塵灰と主灰に対して別々に必要な重金属溶出防止処理を行うことができる。
【０００８】
また、本発明の廃棄物焼却炉は、前記落塵灰処理装置は、前記落塵灰捕集装置と分離して設けられ、前記主灰処理装置は、前記主灰捕集装置と分離して設けられる。
この構成によって、落塵灰と主灰を分離捕集後、選択的に重金属溶出防止処理を行うことができる。
【０００９】
また、前記火格子の気孔率は２％以上で７％以下である。火格子気孔率とは、火格子炉床全面積に対する燃焼用空気噴出口の面積の比率をいう。火格子気孔率を２％以上で７％以下とした理由は、２％より小さいと落塵灰の発生量が著しく少なくなり、重金属類の含有量も少なくなるので、重金属類のほとんどが主灰に含まれることになり、また、７％より大きいと落塵灰の発生量が多くなり、重金属類の含有率が低くなるので、主灰と分離捕集して重金属溶出防止処理を行うことによる低コスト化の効果が小さくなるからである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず、ストーカ式焼却炉で一般ごみを焼却したときの主灰および落塵灰について、総理府令第５号廃棄物の陸上埋立基準の第一条２に掲げる６種類の重金属の含有および溶出特性について精細に分析した。
【００１１】
その結果、以下のことが明らかとなった。
（１）６種類の重金属（カドミウム、鉛、りん、六価クロム、砒素、セレン）中、主に埋立基準値を超える溶出が見られた物質は鉛であった（他の重金属は未検出、もしくは埋立基準値よりはるかに低い値であった）。鉛の溶出の分析結果を表１に示す。
（２）落塵灰は、表１▲２▼に示すように、主灰に比べ灰中の鉛含有率が高い。
（３）落塵灰は、表１▲５▼に示すように、主灰に比べ鉛の溶出率が高い。なお、主灰の鉛溶出値は埋立基準値（０．３ｍｇ／リットル）以下であった。
【００１２】
【表１】

【００１３】
これらのことから、落塵灰と主灰を分離捕集して、その落塵灰に対して、重点的に重金属溶出防止処理をすることにすれば、経済的な処理が可能となる。
以下に示す実施形態は、上記分析結果を基に、本発明の廃棄物焼却灰の重金属溶出防止方法を実施するために構成した廃棄物焼却炉の一例である。
【００１４】
図１は本発明の実施形態に係る廃棄物焼却炉の概要を示す断面図である。
この廃棄物焼却炉１０は、ストーカ式焼却炉を利用して構成したものである。すなわち、投入ホッパ１より投入された廃棄物１００は給塵装置２によって焼却炉本体３の火格子４上に連続的に供給され、火格子４上を移送されている間に燃焼・灰化されるようになっている。投入された廃棄物１００は、まず乾燥ゾーンにおいて、火格子４の下から吹き込まれる燃焼用空気と炉内の輻射熱によって乾燥されながら昇温して着火し、ついで燃焼ゾーンに移送されて燃焼され、さらに後燃焼ゾーンに移送されて灰化される。このようにして燃焼・灰化された廃棄物１００の焼却灰の大部分は火格子４の末端部から排出され、この主灰１０１は、シュートからなる主灰捕集装置５によって捕集される。
【００１５】
火格子４の直下には炉長方向に複数分割されたホッパ６１からなる落塵灰捕集装置６が設けられており、火格子４の隙間および燃焼用空気の噴出口から落下する落塵灰１０２はこのホッパ６１により捕集・貯留され搬送コンベア６２により搬送されるようになっている。このようにして、廃棄物１００が火格子４上を移送しながら焼却される過程において、火格子４の隙間から落下する落塵灰１０２と火格子４の末端部から排出される主灰１０１とが分離され捕集される。
【００１６】
分離捕集された主灰１０１は、主灰捕集装置５の下部に設けられた水封式の主灰処理装置７に投入されるようになっている。この主灰処理装置７において、主灰１０１の無害化処理、すなわちここでは、灰処理薬剤の添加により、重金属溶出防止処理（例えば、重金属不溶化処理）が行われる。その処理後、プッシャー等の灰出し装置（図示せず）により主灰１０１を排出し、灰ピット２００へ搬送される。
【００１７】
前記主灰１０１と分離された落塵灰１０２は、主として火格子４の燃焼用空気噴出口を通じて落下したものである。ここで、火格子気孔率は２％以上で７％以下とされている。火格子気孔率とは、炉床全面積に対する全燃焼用空気噴出口の合計面積の割合である。火格子気孔率は、燃焼性と落塵灰の排出量とを勘案して決められる。火格子気孔率を２％以上で７％以下とした理由は、２％より小さいと落塵灰の発生量が著しく少なくなり、重金属類の含有量も少なくなるので、重金属類のほとんどが主灰に含まれることになり、また、７％より大きいと落塵灰の発生量が多くなり、重金属類の含有率が低くなるので、主灰と分離捕集して重金属溶出防止処理を行うことによる低コスト化の効果が小さくなるからである。
【００１８】
火格子４の隙間（主に燃焼用空気噴出口）から落下する落塵灰１０２は、火格子４直下のホッパ６１からなる落塵灰捕集装置６によって捕集される。ホッパ６１の下部にはダンパが備えられ、貯留された落塵灰１０２を適宜排出する。さらに、全ホッパ６１の下部には搬送コンベア６２が直結されているので、分離捕集された落塵灰１０２を搬送コンベア６２により落塵灰処理装置８へ搬送することができる。搬送コンベア６２はスクレーパコンベアやスクリューコンベアなどが用いられる。
落塵灰処理装置８は、搬送コンベア６２の排出口に連結されており、落塵灰処理装置８においては、少量の灰処理薬剤を添加し混練しながら落塵灰１０２を移送している。これによって、落塵灰１０２に対する重金属溶出防止処理（例えば、重金属不溶化処理）が行われる。処理後、落塵灰は灰ピット２００へ搬送される。
【００１９】
前述した主灰１０１および落塵灰１０２の重金属溶出防止処理において、添加し混合する薬剤は、▲１▼キレート剤、もしくは▲２▼ｐＨ調整中和剤のどちらかを選択することができる。
本実施形態では、薬剤タンク９に入れられた薬剤を配管９１、９２で主灰処理装置７と落塵灰処理装置８のそれぞれに添加できるようになっている。もちろん、上記２種類の薬剤を入れたタンクを別々に設けて選択的に使い分けてもよい。
【００２０】
なお、本発明において使用するキレート剤には、ピロリジン系、イミン系、カルバミン酸系などがあり、重金属を不溶化するものである。また、本発明において使用するｐＨ調整中和剤には、硫酸バンド、塩化第二鉄などがあるが、ｐＨを１２未満に調整し重金属類の溶出を防止するものであればよい。これらの灰処理薬剤の種類には特に限定はない。
【００２１】
表２は、重金属溶出防止処理に要する薬剤使用量を実施例（分離捕集）と従来例（混合捕集）で比較して示したものである。実施例は、本実施形態の廃棄物焼却炉を使用して落塵灰と主灰を分離捕集し重金属溶出防止処理を行った場合であり、従来例は、従来のストーカ式焼却炉により落塵灰と主灰を混合して重金属溶出防止処理を行った場合である。
【００２２】
【表２】

【００２３】
処理灰の合計重量はどちらも１ｋｇとしている。このとき、本実施例の場合、落塵灰の重量は３０ｇ、主灰の重量は９７０ｇである。そして、主灰に含まれる鉛の溶出値は埋立基準値以下であるから、キレート剤もｐＨ調整中和剤も添加不要である。落塵灰に含まれる鉛の溶出値を基準値以下とするために必要なキレート剤添加量では１ｇ、ｐＨ調整中和剤添加量では０．５ｇでよいことになる。
一方、従来例の場合は、落塵灰と主灰とが混合されているので、総重量１ｋｇに対して重金属溶出防止処理を行わなければならない。したがって、キレート剤添加量は１０ｇ、ｐＨ調整中和剤添加量は５５ｇ、必要となる。
この結果、本実施例の場合、従来例に比べて、キレート剤では１／１０、ｐＨ調整中和剤では１／１１０の添加量ですむことになり、大幅なコスト低減が可能となる。
【００２４】
このように、落塵灰と主灰を分離捕集して、別々に重金属溶出防止処理を行うことにより、薬剤添加量を節減できるため、大幅なコスト低減を図ることができる。そして特に、落塵灰は主灰に比べて排出量が極めて少ないにもかかわらず、鉛含有率が高いことから、落塵灰に対して重点的に重金属溶出防止処理を行うことにより、経済的かつ効率のよい処理が可能となる。
例えば、落塵灰処理装置８や主灰処理装置７において、落塵灰または主灰の鉛含有量やｐＨを測定する。測定は所定の期間毎に行えばよい。その測定値から鉛の溶出量が埋立基準値を超えるようになったときには、灰処理に必要な薬剤の種類および添加量を適宜設定して灰処理を行うことにより、処理コストを最小化することができる。鉛以外の重金属類に対しても同様に行うことができる。
【００２５】
また、廃棄物焼却炉１０において、分離捕集された主灰１０１に含まれる重金属類の溶出が未処理のままでも比較的少ない場合は、主灰処理装置７に灰処理薬剤を添加せずに、従来方式の水封押出し装置を経て湿潤状態で灰ピット２００へ排出する。そして、灰ピット２００において、湿潤状態にある主灰を炭酸ガスもしくは空気の存在下で攪拌・養生し、灰中のＣａの炭酸化を図ることにより灰のｐＨを下げて重金属の溶出を埋立基準値以下にすることができる。
【００２６】
本実施形態においては、主灰処理装置７および落塵灰処理装置８を、それぞれ主灰捕集装置５および落塵灰捕集装置６に直結した場合を示したが、必ずしも直結する必要はなく分離して、他の場所でそれぞれ主灰と落塵灰を別々に重金属溶出防止処理を行うようにしてもよい。
【００２７】
本発明の実施形態に係る廃棄物焼却炉において、火格子４は、図２に示すように、固定火格子４１と可動火格子４２を炉床に対して所定の上向き角度で傾斜させて炉長方向に交互に重ね合わせた構成となっている。固定火格子４１および可動火格子４２は、それぞれ前面に燃焼用空気の噴出口４３を有し、前面をごみ流れ方向の下流に向けている。そして、固定火格子４１は、固定ガーダ４４により炉床に固定されており、すべての可動火格子４２は山形状の可動ガーダ４５に結合されて炉床に摺動自在に支持されており、この可動ガーダ４５を油圧シリンダ（図示せず）により駆動することによってすべての可動火格子４１を傾斜方向に往復運動させる構成となっている。そのため、可動火格子４２の前進端位置では、図４（ａ）に示すように、廃棄物１００や灰を矢印Ａの方向に突き上げ、突き上げられた廃棄物１００は矢印Ｂ方向に自重落下する。また、可動火格子４２の後退端位置では、図４（ｂ）に示すように、廃棄物１００が自重落下する。したがって、廃棄物や灰を反転・攪拌しながら移送することができ、下層の廃棄物・灰を表層へ押し上げることにより、燃焼用空気の通気性が向上するため、乾燥および燃焼を促進させることができる。ここでは、火格子４は、図３（ａ）に示すように、炉床４０に対する上向き傾斜角θを２０゜としているが、θは１５〜２０゜の範囲が適当である。また、火格子４全体は、図３（ｂ）に示すように、水平面に対し流れ方向に下向き傾斜角α＝０〜１８゜傾斜しているものであることが好ましい。
【００２８】
上記の実施形態では、火格子の前面をごみ流れ方向の下流に向けているが、火格子前面を上流に向けて炉床の下向き傾斜角をさらに大きくした廃棄物焼却炉でもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、火格子を備えた廃棄物焼却炉で廃棄物を焼却する際に、火格子の隙間から落下する落塵灰と火格子の末端部から排出される主灰とを分離して捕集し、この分離捕集された落塵灰と主灰とを別々に重金属溶出防止処理を行うようにしたので、重金属溶出防止処理に要するコストを大幅に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る廃棄物焼却炉の概略断面図である。
【図２】火格子の構成を示す斜視図である。
【図３】火格子の取付角度を示す説明図である。
【図４】可動火格子による廃棄物・灰の反転・攪拌・移送作用を示す説明図である。
【符号の説明】
３焼却炉本体
４火格子
５主灰捕集装置
６落塵灰捕集装置
７主灰処理装置
８落塵灰処理装置
９薬剤タンク
１０廃棄物焼却炉
４１固定火格子
４２可動火格子
４３燃焼用空気噴出口
６１ホッパ
６２搬送コンベア
１００廃棄物
１０１主灰
１０２落塵灰
２００灰ピット

Claims

火格子を備えた廃棄物焼却炉で廃棄物を焼却する際に、
前記火格子の隙間から落下する落塵灰と該火格子の末端部から排出される主灰とを分離して捕集し、
前記落塵灰と前記主灰とを別々に重金属溶出防止処理を行うことを特徴とする廃棄物焼却灰の重金属溶出防止方法。
前記主灰の重金属溶出量が埋立基準値を超えるようになったときだけ、前記主灰の重金属溶出防止処理を行うことを特徴とする請求項１記載の廃棄物焼却灰の重金属溶出防止方法。
火格子を備えた廃棄物焼却炉において、
前記火格子の隙間から落下する落塵灰を捕集する落塵灰捕集装置と、
前記落塵灰捕集装置の後に設けられ、前記落塵灰の重金属溶出防止処理を行うための落塵灰処理装置と、
前記火格子の末端部から排出される主灰を前記落塵灰から分離して捕集する主灰捕集装置と、
前記主灰捕集装置の後に設けられ、前記主灰の重金属溶出防止処理を行うための主灰処理装置と、
を備えたことを特徴とする廃棄物焼却炉。
前記落塵灰処理装置は、前記落塵灰捕集装置と分離して設けられ、
前記主灰処理装置は、前記主灰捕集装置と分離して設けられることを特徴とする請求項３記載の廃棄物焼却炉。
火格子を備えた廃棄物焼却炉において、
前記火格子の隙間から落下する落塵灰を捕集する落塵灰捕集装置と、
前記落塵灰捕集装置の後に設けられ、前記落塵灰の重金属溶出防止処理を行うための落塵灰処理装置と、
前記火格子の末端部から排出される主灰を前記落塵灰から分離して捕集する主灰捕集装置と、
前記主灰捕集装置の後に設けられ、前記主灰を炭酸ガスもしくは空気の存在下で攪拌・養生する装置と、
を備えたことを特徴とする廃棄物焼却炉。
前記火格子の気孔率は２％以上で７％以下であることを特徴とする請求項３から５のうちいずれかに記載の廃棄物焼却炉。