JP3669872B2 - 灰の処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばごみ焼却設備を含む焼却設備、化学プラントからでる排ガス中の酸性ガス成分の脱酸処理を行なうとともに、それら焼却設備、化学プラントから排ガスとともに発生する複数の金属成分を含有する灰から金属成分を回収して灰を無害化する灰の処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、廃棄物などの焼却灰，焼却飛灰，溶融飛灰等の複数の金属成分を有する灰類から重金属を回収しつつ、灰類を無害化する方法として、乾燥式精錬法，湿式精錬法およびキレート吸着法などが用いられている。
【０００３】
前記乾燥式精錬法は、灰を蒸発固化した上で加熱溶融し、湯状にした後、比重分離を行い、アルカリ金属および各種金属を回収する方法である。しかしながら、この乾燥式精錬法では多量のエネルギーを要するという問題点があるとともに、灰中に含有されている重金属を個別に分離する際に合金化したり、比重の分離が困難もしくは不完全であるなど回収された重金属の純度が低いという問題点がある。また、蒸気圧の高い重金属については、その回収が困難であるという問題点がある。
【０００４】
前記湿式精錬法は、灰を酸で溶解して重金属成分を液側に移行させた上で、その溶液に水酸化ナトリウム、硫化ナトリウム、アンモニア、酢酸、炭酸ナトリウム、アンモニア、酢酸、炭酸ナトリウム等の薬剤を添加し、溶解度差を利用して各種金属を硫化物、水酸化物、アンモニア錯体等の沈澱物のかたちで分離回収する方法である。しかしながら、この方法では、回収された重金属の純度が高くなく、さらに多種の薬剤を要するという問題点があるとともに、硫化物が沈殿物として生成されるため、操作を誤ると硫化水素等の有害ガスを発生する危険性があるという問題点がある。
【０００５】
前記キレート吸着法は、灰を酸で溶解して重金属成分を液側に移行させた上で、その溶液を配位子に窒素等を有するキレート性イオン交換樹脂に通液し、重金属イオンを吸収回収する方法である。しかしながら、この方法では、キレート性イオン交換樹脂による重金属の選択性が低いため、各重金属を高純度に分離することが困難であるという問題点を有するとともに、キレート性イオン交換樹脂に捕捉された金属は結合力が強く、脱離させることが困難であるため、キレート性イオン交換樹脂の再生使用が困難であるという問題点がある。
【０００６】
そこで、本出願人は前述の問題点を解消するため、特開平１０−１７４９５０号公報において、複数の金属成分を含有する灰を酸又はアルカリを用いて一部溶解させて懸濁液を得た後、この懸濁液を固液分離して固体分を除去して分離液を得、この分離液中に溶解した溶解金属成分と選択的に結合し得る大環状化合物を固定化した担体に前記分離液を接触させて、その溶解金属成分を前記担体に結合させた後、その担体に溶離液を接触させ、前記担体に結合した金属成分を溶離させてその金属成分を回収する灰の処理方法を提案している。この灰の処理方法によれば、各種灰から高選択性，高純度で種々の金属成分を回収することが可能である。
【０００７】
一方、前記焼却灰、焼却飛灰、溶融飛灰等と同時に排出される排ガス中には、ＨＣｌ，ＳＯＸ等の酸性ガス成分が含まれており、これを脱酸処理する方法（以下、排ガスの処理方法という）としては、これら酸性ガス成分を、苛性ソーダ等のアルカリ剤を含んだ水溶液との中和反応をｐＨ６〜７で行なわせることにより塩に変えて回収するという方法が最も一般的に採られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に記載の灰の処理方法では、複数の金属成分を含有する灰を一部溶解させる酸又はアルカリが多量に必要となり、これら酸又はアルカリを購入する必要があるため、非常にコストがかかるという問題点がある。
【０００９】
また、前記排ガスの処理方法では、酸性ガス成分を中和させるために苛性ソーダが必要になるとともに、苛性ソーダによる中和によって塩が生成されるが、この塩は従来の排水処理設備では除去できず、その処理水を特に河川等に放流した場合に、地域によっては塩害が発生する等の問題点がある。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、排ガスの処理に必要な苛性ソーダ量および灰の処理に必要な酸又はアルカリの購入量を極端に少なくしてコストダウンを図ることができる灰の処理方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前述された目的を達成するために、第１発明による灰の処理方法は、複数の金属成分を含有する灰から金属成分を回収して灰を無害化する灰の処理方法であって、
（ａ）排ガス中に含まれる酸性ガス成分中のＨＣｌガスを一旦ＨＣｌ濃度０．０４〜１０重量％の洗浄液に吸収させる排ガス洗浄工程と、
（ｂ）このＨＣｌガス吸収後の洗浄液からプロトン選択透過性陽イオン交換膜を用いた電気透析によりＨＣｌを分離回収するＨＣｌ回収工程と、
（ｃ）このＨＣｌ回収工程にて分離回収されたＨＣｌを用いて複数の金属成分を含有する灰を一部溶解させて懸濁液を得る溶解工程と、
（ｄ）前記懸濁液を固液分離して、固体分を除去した分離液を得る分離工程と、
（ｅ）前記分離液中に溶解した溶解金属成分と選択的に結合し得る大環状化合物を固定化した担体に、前記分離液を接触させて、その溶解金属成分を前記担体に結合させる結合工程と、
（ｆ）前記担体に溶離液を接触させて、その担体に結合した金属成分を溶離させる溶離工程と、
（ｇ）前記分離液および溶離液に溶解する金属成分をそれぞれ析出させる析出工程と
を有することを特徴とするものである。
【００１２】
第１発明においては、排ガス洗浄工程にて排ガス中に含まれるＨＣｌ，ＳＯＸ等の酸性ガス成分のうちＨＣｌガスが洗浄液にて選択的に吸収され、ＨＣｌ回収工程にて前記吸収後の洗浄液がプロトン選択透過性陽イオン交換膜によって水溶液中のカチオンのうちプロトンのみが透過することを利用して、排ガス中の酸性ガス成分を中和することなく、脱酸処理が行なわれ、純度の高い塩酸が回収される。なお、前記排ガス処理時に中和のための苛性ソーダ等のアルカリ剤が不要であり、また塩の排出を削減することが可能である。
【００１３】
次に、前記ＨＣｌ回収工程にて分離回収された純度の高い塩酸を用いて複数の金属成分を含有する灰を一部溶解させて、すなわち灰中に存在する金属単体，金属塩化物，金属酸化物，金属水酸化物等の金属成分を金属イオン，金属化合物イオン等にして可溶化して懸濁液を得て（溶解工程）、分離工程にてその懸濁液を固液分離して固体分を除去することにより不溶性の残渣を除去した分離液を得る。その分離液中の溶解金属成分と選択的に結合し得る大環状化合物を固定化した担体に、分離液を接触させて、その溶解金属成分を前記担体に溶解状態のまま又は何らかの変化を受けた状態で高選択性に結合させる（結合工程）。
【００１４】
続いて、溶離工程にて前記金属成分を結合した担体に溶離液を接触させて、その金属成分を高純度に溶離させる。こうして溶離液中に溶離した金属成分を不溶化させて析出させるとともに、前記担体に接触させた後の分離液中に担体に結合されずにそのまま存在する金属成分を不溶化させて析出させて、高純度の金属成分を水酸化物，酸化物，硫化物等の形で高純度に得る（析出工程）。
【００１５】
第１発明によれば、排ガスの処理中に得られる高純度な塩酸を用いて灰の処理を行なうことができ、大幅なコスト低減を図ることができるという効果を奏する。また、灰中から回収する金属の選択性および回収された金属の純度に優れるとともに、金属成分の回収操作が容易である。
【００１６】
第１発明においては、前記結合工程と溶離工程とを前記担体の種類を変えて繰り返して行なうことにより、複数の金属を順次回収することができる。この場合、結合工程により特定の金属成分のみが担体に結合され、他の金属成分はそのまま分離液に残存するので、引き続き担体の種類を変えて結合工程を好適に行なうことができ、また各担体から別個に金属成分の溶離を行なえば、各担体より複数の金属成分を高純度に順次回収することができる。また、この場合、亜鉛成分以外の金属成分を順次回収した後、亜鉛成分を回収することが好ましい。前記亜鉛成分のみを選択性よく前記担体に結合させるのが困難であるため、亜鉛成分以外の金属成分を順次回収した後、亜鉛成分を回収すれば高純度の亜鉛成分を回収することができるからである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による灰の処理方法の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１には、本発明の一実施形態に係る灰の処理装置のシステム構成図が示されている。
【００２５】
本実施形態に係る灰の処理装置は、図示されないごみ焼却設備より排出されるガス（以下、排ガスという）に含まれる酸性ガス成分中のＨＣｌガスを選択的に脱酸処理する排ガス処理装置Ｂと、ごみ焼却設備より排出される灰（焼却灰，焼却飛灰，溶融飛灰など）に含まれる金属成分を回収する金属回収装置Ｄとにより構成されている。
【００２６】
前記排ガス処理装置Ｂにおいては、第１洗浄塔１と第２洗浄塔２と電気透析槽３とが備えられている。前記ごみ焼却設備より煙道４を介して送られてきた排ガスは、第１洗浄塔１の頂部からその第１洗浄塔１内へ導入され、この第１洗浄塔１の下部に溜められた洗浄液５が循環ポンプ６にて上方へ循環されて上部のスプレーノズル７から塔内に噴霧され、これによって第１洗浄塔１内に導入された排ガスを冷却するとともに、排ガス中のＨＣｌガスを吸収するようにされている（排ガス冷却・洗浄工程）。このＨＣｌガスの吸収に伴って洗浄液５中のＨＣｌ濃度は高くなるので、後述の電気透析槽３によって処理してその濃度が例えば０．０４〜１０重量％の範囲になるように制御される。ここで、ＨＣｌ濃度を上記範囲に規定したのは、０．０４重量％未満になると回収ＨＣｌ濃度が薄くなって効率が悪くなるためであり、１０重量％以上になるとＨＣｌガス吸収率の低下が大きくなるからである。洗浄液のｐＨが酸性側になるほど、ＳＯ２成分はほとんど洗浄液に吸収されなくなるため、ＨＣｌ成分のみの回収が可能となる。
【００２７】
このＨＣｌガス吸収後の洗浄液５はポンプ８により送液され、前処理装置９にて固形物（ＳＳ），重金属等、電気透析槽３の安定運転にとって有害なものが除去された後、水冷却器１０にて温度が６０℃以下に下げられて、電気透析槽３に送入される。この前処理装置９と水冷却器１０は、順序を逆に設置しても何ら問題がないことは勿論である。
【００２８】
前記電気透析槽３は、両端に陽極１１と陰極１２とがそれぞれ配されるとともに、これら電極１１，１２間に後述のプロトン選択透過性陽イオン交換膜Ｃと陰イオン交換膜Ａとが交互に多数設けられてなるものである。なお、陽極，陰極に隣接するプロトン選択透過性陽イオン交換膜Ｃは、少なくとも１枚以上設けるものとする。ここで、このプロトン選択透過性陽イオン交換膜の一例としては、カチオン交換膜の上にアニオン交換膜の薄層を積層してなるものであって、このアニオン交換膜の膜厚を従来のものに比して著しく薄くするために、薄く製膜できる溶媒可溶型のポリマーを用いるとともに、アニオン交換層として、溶媒に可溶なポリスルホン骨格のアニオン交換ポリマーを用いてなるものである（「硫酸と工業」平成８年４月号、Ｐ５１〜Ｐ５８参照）。こうして、前処理装置９および水冷却器１０を介して送入される洗浄液は原液室１３内に流され、この電気透析槽３における処理によってＨＣｌ濃度の低くなった洗浄液が配管１４を介して第１洗浄塔１１に戻される。
【００２９】
一方、前記電気透析槽３の透過室１５には、ＨＣｌタンク１６からポンプ１７によって希薄ＨＣｌ液が送入される。この希薄ＨＣｌ液は、原液室１３からイオン交換膜を透過するＨ＋イオンとＣｌ−イオンとによって濃縮され、この濃縮ＨＣｌ液が配管１８からＨＣｌタンク１６に戻される（ＨＣｌ回収工程）とともに、その一部が配管１９から抜き出されて、金属回収装置Ｄに供給される。なお、このＨＣｌ液の抜き出し量に対応する純水が配管２０を介してＨＣｌタンク１６に供給される。
【００３０】
また、陽極１１と陰極１２の接液流路には使用目的に応じＮａＮＯ３，Ｎａ２ＳＯ４等の中性塩やＨＮＯ３，Ｈ２ＳＯ４，ＨＣｌ等の水溶液が流通されている。これらの水溶液は循環タンク２１に貯留され、ポンプ２２によって陽極１１側および陰極１２側に送液されるとともに、電気透析槽３を出た後、再度循環タンク２１に戻される。なお、循環タンク２１およびポンプ２２は、陽極１１側，陰極１２側それぞれ別個に専用のものを設けることもできる。
【００３１】
ＳＯＸを主とする酸性ガス成分および前記第１洗浄塔１にて吸収されなかったＨＣｌガスなどの酸性ガス成分を吸収するために、第１洗浄塔１を出た排ガスは煙道２３によって第２洗浄塔２に導入される。この第２洗浄塔２においては、下部に溜められた洗浄液２４が循環ポンプ２５にて上方へ循環されて投入され、これによって第２洗浄塔２内に導入された排ガスと気液接触させて、この排ガス中のＳＯ２ガスおよび第１洗浄塔１では吸収されなかったＨＣｌガスなどの酸性ガス成分を吸収するようにされている。また、この第２洗浄塔２における洗浄液２４のｐＨを６〜７に維持するために、苛性ソーダなどのアルカリ剤がヘッドタンク２６から洗浄液２４に補給される。なお、この第２洗浄塔２を出た排ガスは配管２７からガス再加熱器等を経て煙突（いずれも図示せず）から大気に放出される。
【００３２】
次に、電気透析槽３における処理について、図２を参照しつつより詳細に説明する。
【００３３】
この電気透析槽３においては、陽極１１と陰極１２との間にプロトン選択透過性陽イオン交換膜Ｃと陰イオン交換膜Ａとが交互に多数枚配されるとともに、各電極１１，１２に近接する側にはプロトン選択透過性陽イオン交換膜Ｃが１枚以上重ねて配され、これらイオン交換膜Ｃ，Ａによって多数の区画室が形成されている。そして、第１洗浄塔１より抽出されて前処理装置９および水冷却器１０を介して送入される洗浄液（ＨＣｌ水溶液）は、プロトン選択透過性陽イオン交換膜Ｃと陰イオン交換膜Ａとにより画成される１つおきの区画室内に供給される（図において実線の矢印にて示す）。電気透析によりそのＨＣｌ水溶液中の水素イオンＨ＋はプロトン選択透過性陽イオン交換膜Ｃを通過するが、陰イオン交換膜Ａを通過せず、またＮａ＋，Ｋ＋，Ｍｇ２＋，Ｃａ２＋等の陽イオンはプロトン選択透過性陽イオン交換膜Ｃを通過しない。したがって、隣接する区画室においてはプロトン選択透過性陽イオン交換膜Ｃを通過した水素イオンＨ＋と、陰イオン交換膜Ａを通過した塩素イオンＣｌ−とが結びついてＨＣｌが回収・濃縮される。この回収・濃縮されたＨＣｌは前述のように濃縮ＨＣｌ液として配管１８からＨＣｌタンク１６に戻される（図において一点鎖線の矢印にて示す）。なお、洗浄液の循環ライン中には、Ｎａ ＋ ，Ｋ ＋ ，Ｍｇ ２＋ ，Ｃａ ２＋ 等の陽イオンが濃縮されるため、適宜ブローされる。また、陽極１１と陰極１２との接液流路には前述のように循環タンク２１から金属塩水溶液が流通され（図において破線の矢印にて示す）、陽極１１には酸素のみ、陰極１２には水素のみが生成されるようになっている。
【００３４】
次に、前記金属回収装置Ｄにおいては、前記ごみ焼却設備から排出される灰を溶解させて懸濁液を生成する溶解槽３０と、この溶解槽３０の下流側に前記懸濁液の固液分離を行ない固体残渣を除去した分離液を得る濾過装置３１と、この濾過装置３１の下流側に三方弁３２を介して前記分離液と溶離処理液槽３３に貯留される溶離液とが選択的に通液されるカラム３４とが設けられている。このカラム３３の下流側には、三方弁３５の切換えにより、前記分離液を貯留してその分離液から溶解金属成分を析出させる第１析出槽３６と、前記溶離液を貯留してその溶離液から溶解金属成分を析出させる第２析出槽３７とが設けられている。それら第１析出槽３６および第２析出槽３７の下流側には、前記溶解金属成分を回収する第１濾過装置３８と第２濾過装置３９とがそれぞれ設けられ、これら第１濾過装置３８および第２濾過装置３９をそれぞれ通過する処理液を合せて回収する処理水槽４０が設けられている。また、前記処理水槽４０には、処理水を溶解槽３０へ供給する循環配管４１が接続されている。
【００３５】
前記溶解槽３０には、前記排ガス処理装置Ｂの配管１９を介して供給されるＨＣｌ水溶液に塩素イオン源としてのＮａＣｌ又はＣａＣｌ２が加えられた溶解液が貯留されており、この溶解液中に前記ごみ焼却設備より灰供給道４２を介して送られてきた灰が投入され、これらがモータＭを駆動力として撹拌する撹拌装置４３によって混合されて前記灰中の金属成分が抽出，溶解して懸濁液が生成される（溶解工程）。なお、前記溶解液中にＮａＣｌやＣａＣｌ２が添加されるのは、鉛成分が過剰の塩素イオンの存在下で高い溶解性を得るためであり、具体的には塩酸に対して塩素イオン濃度で好ましくは０．５〜１０モル倍、より好ましくは１〜３モル倍となるように用いられる。
【００３６】
前記溶解槽３０で生成された懸濁液は、前記濾過装置３１によって不溶性の固体残渣が除去され（分離工程）、前記鉛および亜鉛等の金属成分が溶解されている分離液が三方弁３２を経て前記カラム３４に供給される。
【００３７】
前記カラム３４には、前記分離溶液中に溶解した溶解金属成分と選択的に接合し得る大環状化合物を固定化した担体４４が充填されている。この担体４４は、クラウン化合物等の大環状化合物をスペーサを介してシリカ等の担体に共有結合させたものであり、その環径と結合対象物の径との関係や両者の化学的親和性等に基づき、溶解金属成分と選択的に結合し得る性質を発現する。特に、本実施例では、鉛成分を鉛イオンまたは含鉛塩化物イオンとして結合することができ、鉛成分を対象とする結合に１８−クラウン−６エーテル、またはこれに類する化合物からなる群より選ばれる１種以上を用いることとする。また、前記担体４４の形態としては、微粒子状，ビーズ状（多孔質，無孔質），膜状（多孔質，無孔質）のものが挙げられるが、多孔質ビーズが接触効率や取り扱いのし易さから好ましい。
【００３８】
このカラム３４に供給された分離液は前記担体４４に接触し、その分離液中の鉛成分を担体４４に結合させる（結合工程）。一方、前記担体４４に結合されなかった溶解金属成分（亜鉛成分）は分離液中にそのまま存在する。
【００３９】
前記カラム３４を通過した分離液は、前記三方弁３５の切換えにより第１析出槽３６に貯留される。この第１析出層３６には、５０％のＮａＯＨ液が貯留されている不溶化剤槽４５が連結されており、その不溶化剤槽４５から第１析出槽３６中の分離液に前記ＮａＯＨ液が添加され、モータＭを駆動力として撹拌する撹拌装置４３によって混合される。こうして分離液中の亜鉛成分が水酸化物として析出する（析出工程）。
【００４０】
前記第１析出槽３６から析出した亜鉛成分とともに排出された分離液は、第１濾過装置３８に供給されて固液分離が行なわれ、析出した亜鉛成分が回収される。一方、前記第１濾過装置３８を通過して亜鉛成分が除去された分離液は、処理水として前記処理水槽４０内に貯留される。
【００４１】
前記カラム３４内に供給された分離液が全て第１析出槽３６に供給された後、三方弁３２が切換えられて溶離処理液槽３３から溶離液がカラム３４内に供給される。この溶離液が前記担体４４に接触して、その担体４４に結合している鉛成分を溶離液中に遊離させる。なお、本実施例においては、溶離液として水（特に蒸留水）が用いられている。
【００４２】
前記カラム３４から排出された鉛成分を含有する溶離液は、三方弁３５の切換えにより、第２析出槽３７に貯留される。前記第２析出層３７には、第１析出槽３６と同様に、５０％のＮａＯＨ液が貯留されている不溶化剤槽４５が連結されており、この不溶化剤槽４５から第２析出槽３７中の溶離液に前記ＮａＯＨ液が添加され、モータＭを駆動力として撹拌する撹拌装置４３によって混合されることによって、溶離液中の鉛成分が水酸化物として析出する（析出工程）。なお、本実施例においては、第１析出槽３６および第２析出層３７にそれぞれ不溶化剤槽４５が付設されているが、同一の不溶化剤が用いられているため、１つの不溶化剤槽４５を第１析出槽３６および第２析出層３７の双方に連結させるようにしてもよい。
【００４３】
前記第２析出槽３７から析出した鉛成分とともに排出された溶離液は、第２濾過装置３９に供給されて固液分離され、析出した鉛成分が回収される。一方、前記第２濾過装置３９を通過して鉛成分が除去された溶離液は、処理水として前記処理水槽４０内に貯留される。
【００４４】
また、前記処理水槽４０内の処理水は、循環配管４１を経て溶解槽３０に供給され、リサイクルされる。前記第１析出槽３６および第２析出槽３７にて各種金属成分を不溶化させる際に水酸化ナトリウムが用いられることにより、前記処理水は塩化ナトリウムを含有している。このため、この処理水を溶解槽３０に供給することにより、溶解槽３０に投入するＮａＣｌやＣａＣｌ２量を減らすことができる。
【００４５】
本実施形態によれば、排ガス処理装置より純度の高いＨＣｌを回収することができ、さらにその排ガス処理時に苛性ソーダなどのアルカリ剤の消費量を極端に少なくできる効果を奏する。また、塩の排出量を最小限に抑えることができ、塩害の発生や塩のリサイクル時における各種問題点を解消することが可能である。
【００４６】
本実施形態の処理装置を用いることによって、例えば１００ｔｏｎ／日の都市ごみを焼却する際に、約６％の鉛および約１２％の亜鉛を含有する溶融飛灰１０００ｋｇ／日から約６０ｋｇ／日の鉛および約１２０ｋｇ／日の亜鉛を回収することができる。また、この場合に必要とする濃度１２％のＨＣｌは約３６００ｋｇ／日である。
【００４７】
また、例えば１００ｔｏｎ／日の都市ごみを焼却する際に前記排ガス処理装置Ｂにより回収される濃度１２％のＨＣｌは排ガス中のＨＣｌ濃度が５００ｐｐｍの条件では約３３００ｋｇ／日であるため、この回収されたＨＣｌを前記灰処理に必要な塩酸の一部として充当することができ、またその充当率は約９０％である。したがって、前述のように排ガス処理時に苛性ソーダなどのアルカリ剤の消費量を極端に少なくできるとともに、灰処理時に必要な塩酸の購入量を極めて少なくすることができるため、コストを大きく削減できるという効果を奏する。さらに、排ガス処理装置Ｂにより得られた塩酸は焼却設備外へ搬送する必要がなく、全て焼却設備内で利用することができる。
【００４８】
本実施形態においては、灰中に含有される金属成分のうち鉛成分と亜鉛成分とを回収する場合について説明したが、前記灰中の金属成分を構成する金属元素としては鉛，亜鉛の他に例えばカリウム，カルシウム，銅，鉄，マンガン，カドミウム，アルミニウム，マグネシウム，ナトリウム等が挙げられ、これら金属元素を有する金属成分としては、これら金属元素単体に加え、その酸化物，水酸化物，硫化物，塩化物等の種々のものが挙げられ、前記結合工程で結合されなかった溶解金属成分は担体４４と接触後の分離液にそのまま存在することになるが、アルカリ等を用いてすべてを析出・回収してもよく、また更に個別の金属成分を回収する操作を行なってもよい。つまり、前記結合工程と溶離工程を前記担体の種類を変えて繰り返し行なうことにより、複数の金属成分を順次回収することができる。このとき、選択性の高い金属成分から順に回収することが好ましい。なお、複数の金属成分を回収する場合、図１に示される装置において、各金属成分に応じた担体を有するカラムと、析出槽と、濾過装置とをそれぞれ増設し、溶離液が異なる場合にはそれぞれ溶離液槽を設ければよい。
【００４９】
また、本実施形態においては、溶離液として水が用いられているが、これに限らず、この溶離液は、結合した各種金属成分に応じて適宜選択することができるが、担体に結合した金属イオンを脱離させるキレート化剤又は錯形成剤や金属イオンを再び可溶化させる酸や溶解工程で用いた塩酸の濃度を低下させることにより金属イオンを脱離させる溶媒などを用いることができる。
【００５０】
本実施形態においては、析出工程の不溶化剤として水酸化ナトリウムが用いられているが、溶解した金属成分に応じて適宜選択することができ、一般的には水酸化アルカリ金属、水酸化アルカリ土類金属などが用いられ、水酸化物として金属成分が回収される。その他、硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ），硫化ナトリウム（Ｎａ２Ｓ），硫化水素ナトリウム（ＮａＨＳ）を用い硫化物の形態で金属成分を回収することもできる。また、鉛等については硫酸等を用いることができ、硫酸鉛として回収することができる。また、電気化学的手法により金属を析出させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の一実施形態に係る灰の処理装置のシステム構成図である。
【図２】 図２は、本実施形態における電気透析槽の詳細構造を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１洗浄塔
２ 第２洗浄塔
３ 電気透析槽
５ 洗浄液
９ 前処理装置
１０ 冷却器
１１ 陽極
１２ 陰極
１３ 原液室
１５ 透過室
１６ ＨＣｌタンク
２１ 循環タンク
２４ 洗浄液
２６ ヘッドタンク
３０ 溶解槽
３１ 濾過装置
３３ 溶離処理液槽
３４ カラム
３６ 第１析出槽
３７ 第２析出槽
３８ 第１濾過装置
３９ 第２濾過装置
４０ 処理水槽
４１ 循環配管
４４ 担体
４５ 不溶化剤槽
Ａ 陰イオン交換膜
Ｃ プロトン選択透過性陽イオン交換膜
Ｂ 排ガス処理装置
Ｄ 金属回収装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばごみ焼却設備を含む焼却設備、化学プラントからでる排ガス中の酸性ガス成分の脱酸処理を行なうとともに、それら焼却設備、化学プラントから排ガスとともに発生する複数の金属成分を含有する灰から金属成分を回収して灰を無害化する灰の処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、廃棄物などの焼却灰，焼却飛灰，溶融飛灰等の複数の金属成分を有する灰類から重金属を回収しつつ、灰類を無害化する方法として、乾燥式精錬法，湿式精錬法およびキレート吸着法などが用いられている。
【０００３】
前記乾燥式精錬法は、灰を蒸発固化した上で加熱溶融し、湯状にした後、比重分離を行い、アルカリ金属および各種金属を回収する方法である。しかしながら、この乾燥式精錬法では多量のエネルギーを要するという問題点があるとともに、灰中に含有されている重金属を個別に分離する際に合金化したり、比重の分離が困難もしくは不完全であるなど回収された重金属の純度が低いという問題点がある。また、蒸気圧の高い重金属については、その回収が困難であるという問題点がある。
【０００４】
前記湿式精錬法は、灰を酸で溶解して重金属成分を液側に移行させた上で、その溶液に水酸化ナトリウム、硫化ナトリウム、アンモニア、酢酸、炭酸ナトリウム、アンモニア、酢酸、炭酸ナトリウム等の薬剤を添加し、溶解度差を利用して各種金属を硫化物、水酸化物、アンモニア錯体等の沈澱物のかたちで分離回収する方法である。しかしながら、この方法では、回収された重金属の純度が高くなく、さらに多種の薬剤を要するという問題点があるとともに、硫化物が沈殿物として生成されるため、操作を誤ると硫化水素等の有害ガスを発生する危険性があるという問題点がある。
【０００５】
前記キレート吸着法は、灰を酸で溶解して重金属成分を液側に移行させた上で、その溶液を配位子に窒素等を有するキレート性イオン交換樹脂に通液し、重金属イオンを吸収回収する方法である。しかしながら、この方法では、キレート性イオン交換樹脂による重金属の選択性が低いため、各重金属を高純度に分離することが困難であるという問題点を有するとともに、キレート性イオン交換樹脂に捕捉された金属は結合力が強く、脱離させることが困難であるため、キレート性イオン交換樹脂の再生使用が困難であるという問題点がある。
【０００６】
そこで、本出願人は前述の問題点を解消するため、特開平１０−１７４９５０号公報において、複数の金属成分を含有する灰を酸又はアルカリを用いて一部溶解させて懸濁液を得た後、この懸濁液を固液分離して固体分を除去して分離液を得、この分離液中に溶解した溶解金属成分と選択的に結合し得る大環状化合物を固定化した担体に前記分離液を接触させて、その溶解金属成分を前記担体に結合させた後、その担体に溶離液を接触させ、前記担体に結合した金属成分を溶離させてその金属成分を回収する灰の処理方法を提案している。この灰の処理方法によれば、各種灰から高選択性，高純度で種々の金属成分を回収することが可能である。
【０００７】
一方、前記焼却灰、焼却飛灰、溶融飛灰等と同時に排出される排ガス中には、ＨＣｌ，ＳＯＸ等の酸性ガス成分が含まれており、これを脱酸処理する方法（以下、排ガスの処理方法という）としては、これら酸性ガス成分を、苛性ソーダ等のアルカリ剤を含んだ水溶液との中和反応をｐＨ６〜７で行なわせることにより塩に変えて回収するという方法が最も一般的に採られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に記載の灰の処理方法では、複数の金属成分を含有する灰を一部溶解させる酸又はアルカリが多量に必要となり、これら酸又はアルカリを購入する必要があるため、非常にコストがかかるという問題点がある。
【０００９】
また、前記排ガスの処理方法では、酸性ガス成分を中和させるために苛性ソーダが必要になるとともに、苛性ソーダによる中和によって塩が生成されるが、この塩は従来の排水処理設備では除去できず、その処理水を特に河川等に放流した場合に、地域によっては塩害が発生する等の問題点がある。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、排ガスの処理に必要な苛性ソーダ量および灰の処理に必要な酸又はアルカリの購入量を極端に少なくしてコストダウンを図ることができる灰の処理方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前述された目的を達成するために、第１発明による灰の処理方法は、複数の金属成分を含有する灰から金属成分を回収して灰を無害化する灰の処理方法であって、
（ａ）排ガス中に含まれる酸性ガス成分中のＨＣｌガスを一旦ＨＣｌ濃度０．０４〜１０重量％の洗浄液に吸収させる排ガス洗浄工程と、
（ｂ）このＨＣｌガス吸収後の洗浄液からプロトン選択透過性陽イオン交換膜を用いた電気透析によりＨＣｌを分離回収するＨＣｌ回収工程と、
（ｃ）このＨＣｌ回収工程にて分離回収されたＨＣｌを用いて複数の金属成分を含有する灰を一部溶解させて懸濁液を得る溶解工程と、
（ｄ）前記懸濁液を固液分離して、固体分を除去した分離液を得る分離工程と、
（ｅ）前記分離液中に溶解した溶解金属成分と選択的に結合し得る大環状化合物を固定化した担体に、前記分離液を接触させて、その溶解金属成分を前記担体に結合させる結合工程と、
（ｆ）前記担体に溶離液を接触させて、その担体に結合した金属成分を溶離させる溶離工程と、
（ｇ）前記分離液および溶離液に溶解する金属成分をそれぞれ析出させる析出工程と
を有することを特徴とするものである。
【００１２】
第１発明においては、排ガス洗浄工程にて排ガス中に含まれるＨＣｌ，ＳＯＸ等の酸性ガス成分のうちＨＣｌガスが洗浄液にて選択的に吸収され、ＨＣｌ回収工程にて前記吸収後の洗浄液がプロトン選択透過性陽イオン交換膜によって水溶液中のカチオンのうちプロトンのみが透過することを利用して、排ガス中の酸性ガス成分を中和することなく、脱酸処理が行なわれ、純度の高い塩酸が回収される。なお、前記排ガス処理時に中和のための苛性ソーダ等のアルカリ剤が不要であり、また塩の排出を削減することが可能である。
【００１３】
次に、前記ＨＣｌ回収工程にて分離回収された純度の高い塩酸を用いて複数の金属成分を含有する灰を一部溶解させて、すなわち灰中に存在する金属単体，金属塩化物，金属酸化物，金属水酸化物等の金属成分を金属イオン，金属化合物イオン等にして可溶化して懸濁液を得て（溶解工程）、分離工程にてその懸濁液を固液分離して固体分を除去することにより不溶性の残渣を除去した分離液を得る。その分離液中の溶解金属成分と選択的に結合し得る大環状化合物を固定化した担体に、分離液を接触させて、その溶解金属成分を前記担体に溶解状態のまま又は何らかの変化を受けた状態で高選択性に結合させる（結合工程）。
【００１４】
続いて、溶離工程にて前記金属成分を結合した担体に溶離液を接触させて、その金属成分を高純度に溶離させる。こうして溶離液中に溶離した金属成分を不溶化させて析出させるとともに、前記担体に接触させた後の分離液中に担体に結合されずにそのまま存在する金属成分を不溶化させて析出させて、高純度の金属成分を水酸化物，酸化物，硫化物等の形で高純度に得る（析出工程）。
【００１５】
第１発明によれば、排ガスの処理中に得られる高純度な塩酸を用いて灰の処理を行なうことができ、大幅なコスト低減を図ることができるという効果を奏する。また、灰中から回収する金属の選択性および回収された金属の純度に優れるとともに、金属成分の回収操作が容易である。
【００１６】
第１発明においては、前記結合工程と溶離工程とを前記担体の種類を変えて繰り返して行なうことにより、複数の金属を順次回収することができる。この場合、結合工程により特定の金属成分のみが担体に結合され、他の金属成分はそのまま分離液に残存するので、引き続き担体の種類を変えて結合工程を好適に行なうことができ、また各担体から別個に金属成分の溶離を行なえば、各担体より複数の金属成分を高純度に順次回収することができる。また、この場合、亜鉛成分以外の金属成分を順次回収した後、亜鉛成分を回収することが好ましい。前記亜鉛成分のみを選択性よく前記担体に結合させるのが困難であるため、亜鉛成分以外の金属成分を順次回収した後、亜鉛成分を回収すれば高純度の亜鉛成分を回収することができるからである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による灰の処理方法の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１には、本発明の一実施形態に係る灰の処理装置のシステム構成図が示されている。
【００２５】
本実施形態に係る灰の処理装置は、図示されないごみ焼却設備より排出されるガス（以下、排ガスという）に含まれる酸性ガス成分中のＨＣｌガスを選択的に脱酸処理する排ガス処理装置Ｂと、ごみ焼却設備より排出される灰（焼却灰，焼却飛灰，溶融飛灰など）に含まれる金属成分を回収する金属回収装置Ｄとにより構成されている。
【００２６】
前記排ガス処理装置Ｂにおいては、第１洗浄塔１と第２洗浄塔２と電気透析槽３とが備えられている。前記ごみ焼却設備より煙道４を介して送られてきた排ガスは、第１洗浄塔１の頂部からその第１洗浄塔１内へ導入され、この第１洗浄塔１の下部に溜められた洗浄液５が循環ポンプ６にて上方へ循環されて上部のスプレーノズル７から塔内に噴霧され、これによって第１洗浄塔１内に導入された排ガスを冷却するとともに、排ガス中のＨＣｌガスを吸収するようにされている（排ガス冷却・洗浄工程）。このＨＣｌガスの吸収に伴って洗浄液５中のＨＣｌ濃度は高くなるので、後述の電気透析槽３によって処理してその濃度が例えば０．０４〜１０重量％の範囲になるように制御される。ここで、ＨＣｌ濃度を上記範囲に規定したのは、０．０４重量％未満になると回収ＨＣｌ濃度が薄くなって効率が悪くなるためであり、１０重量％以上になるとＨＣｌガス吸収率の低下が大きくなるからである。洗浄液のｐＨが酸性側になるほど、ＳＯ２成分はほとんど洗浄液に吸収されなくなるため、ＨＣｌ成分のみの回収が可能となる。
【００２７】
このＨＣｌガス吸収後の洗浄液５はポンプ８により送液され、前処理装置９にて固形物（ＳＳ），重金属等、電気透析槽３の安定運転にとって有害なものが除去された後、水冷却器１０にて温度が６０℃以下に下げられて、電気透析槽３に送入される。この前処理装置９と水冷却器１０は、順序を逆に設置しても何ら問題がないことは勿論である。
【００２８】
前記電気透析槽３は、両端に陽極１１と陰極１２とがそれぞれ配されるとともに、これら電極１１，１２間に後述のプロトン選択透過性陽イオン交換膜Ｃと陰イオン交換膜Ａとが交互に多数設けられてなるものである。なお、陽極，陰極に隣接するプロトン選択透過性陽イオン交換膜Ｃは、少なくとも１枚以上設けるものとする。ここで、このプロトン選択透過性陽イオン交換膜の一例としては、カチオン交換膜の上にアニオン交換膜の薄層を積層してなるものであって、このアニオン交換膜の膜厚を従来のものに比して著しく薄くするために、薄く製膜できる溶媒可溶型のポリマーを用いるとともに、アニオン交換層として、溶媒に可溶なポリスルホン骨格のアニオン交換ポリマーを用いてなるものである（「硫酸と工業」平成８年４月号、Ｐ５１〜Ｐ５８参照）。こうして、前処理装置９および水冷却器１０を介して送入される洗浄液は原液室１３内に流され、この電気透析槽３における処理によってＨＣｌ濃度の低くなった洗浄液が配管１４を介して第１洗浄塔１１に戻される。
【００２９】
一方、前記電気透析槽３の透過室１５には、ＨＣｌタンク１６からポンプ１７によって希薄ＨＣｌ液が送入される。この希薄ＨＣｌ液は、原液室１３からイオン交換膜を透過するＨ＋イオンとＣｌ−イオンとによって濃縮され、この濃縮ＨＣｌ液が配管１８からＨＣｌタンク１６に戻される（ＨＣｌ回収工程）とともに、その一部が配管１９から抜き出されて、金属回収装置Ｄに供給される。なお、このＨＣｌ液の抜き出し量に対応する純水が配管２０を介してＨＣｌタンク１６に供給される。
【００３０】
また、陽極１１と陰極１２の接液流路には使用目的に応じＮａＮＯ３，Ｎａ２ＳＯ４等の中性塩やＨＮＯ３，Ｈ２ＳＯ４，ＨＣｌ等の水溶液が流通されている。これらの水溶液は循環タンク２１に貯留され、ポンプ２２によって陽極１１側および陰極１２側に送液されるとともに、電気透析槽３を出た後、再度循環タンク２１に戻される。なお、循環タンク２１およびポンプ２２は、陽極１１側，陰極１２側それぞれ別個に専用のものを設けることもできる。
【００３１】
ＳＯＸを主とする酸性ガス成分および前記第１洗浄塔１にて吸収されなかったＨＣｌガスなどの酸性ガス成分を吸収するために、第１洗浄塔１を出た排ガスは煙道２３によって第２洗浄塔２に導入される。この第２洗浄塔２においては、下部に溜められた洗浄液２４が循環ポンプ２５にて上方へ循環されて投入され、これによって第２洗浄塔２内に導入された排ガスと気液接触させて、この排ガス中のＳＯ２ガスおよび第１洗浄塔１では吸収されなかったＨＣｌガスなどの酸性ガス成分を吸収するようにされている。また、この第２洗浄塔２における洗浄液２４のｐＨを６〜７に維持するために、苛性ソーダなどのアルカリ剤がヘッドタンク２６から洗浄液２４に補給される。なお、この第２洗浄塔２を出た排ガスは配管２７からガス再加熱器等を経て煙突（いずれも図示せず）から大気に放出される。
【００３２】
次に、電気透析槽３における処理について、図２を参照しつつより詳細に説明する。
【００３３】
この電気透析槽３においては、陽極１１と陰極１２との間にプロトン選択透過性陽イオン交換膜Ｃと陰イオン交換膜Ａとが交互に多数枚配されるとともに、各電極１１，１２に近接する側にはプロトン選択透過性陽イオン交換膜Ｃが１枚以上重ねて配され、これらイオン交換膜Ｃ，Ａによって多数の区画室が形成されている。そして、第１洗浄塔１より抽出されて前処理装置９および水冷却器１０を介して送入される洗浄液（ＨＣｌ水溶液）は、プロトン選択透過性陽イオン交換膜Ｃと陰イオン交換膜Ａとにより画成される１つおきの区画室内に供給される（図において実線の矢印にて示す）。電気透析によりそのＨＣｌ水溶液中の水素イオンＨ＋はプロトン選択透過性陽イオン交換膜Ｃを通過するが、陰イオン交換膜Ａを通過せず、またＮａ＋，Ｋ＋，Ｍｇ２＋，Ｃａ２＋等の陽イオンはプロトン選択透過性陽イオン交換膜Ｃを通過しない。したがって、隣接する区画室においてはプロトン選択透過性陽イオン交換膜Ｃを通過した水素イオンＨ＋と、陰イオン交換膜Ａを通過した塩素イオンＣｌ−とが結びついてＨＣｌが回収・濃縮される。この回収・濃縮されたＨＣｌは前述のように濃縮ＨＣｌ液として配管１８からＨＣｌタンク１６に戻される（図において一点鎖線の矢印にて示す）。なお、洗浄液の循環ライン中には、Ｎａ ＋ ，Ｋ ＋ ，Ｍｇ ２＋ ，Ｃａ ２＋ 等の陽イオンが濃縮されるため、適宜ブローされる。また、陽極１１と陰極１２との接液流路には前述のように循環タンク２１から金属塩水溶液が流通され（図において破線の矢印にて示す）、陽極１１には酸素のみ、陰極１２には水素のみが生成されるようになっている。
【００３４】
次に、前記金属回収装置Ｄにおいては、前記ごみ焼却設備から排出される灰を溶解させて懸濁液を生成する溶解槽３０と、この溶解槽３０の下流側に前記懸濁液の固液分離を行ない固体残渣を除去した分離液を得る濾過装置３１と、この濾過装置３１の下流側に三方弁３２を介して前記分離液と溶離処理液槽３３に貯留される溶離液とが選択的に通液されるカラム３４とが設けられている。このカラム３３の下流側には、三方弁３５の切換えにより、前記分離液を貯留してその分離液から溶解金属成分を析出させる第１析出槽３６と、前記溶離液を貯留してその溶離液から溶解金属成分を析出させる第２析出槽３７とが設けられている。それら第１析出槽３６および第２析出槽３７の下流側には、前記溶解金属成分を回収する第１濾過装置３８と第２濾過装置３９とがそれぞれ設けられ、これら第１濾過装置３８および第２濾過装置３９をそれぞれ通過する処理液を合せて回収する処理水槽４０が設けられている。また、前記処理水槽４０には、処理水を溶解槽３０へ供給する循環配管４１が接続されている。
【００３５】
前記溶解槽３０には、前記排ガス処理装置Ｂの配管１９を介して供給されるＨＣｌ水溶液に塩素イオン源としてのＮａＣｌ又はＣａＣｌ２が加えられた溶解液が貯留されており、この溶解液中に前記ごみ焼却設備より灰供給道４２を介して送られてきた灰が投入され、これらがモータＭを駆動力として撹拌する撹拌装置４３によって混合されて前記灰中の金属成分が抽出，溶解して懸濁液が生成される（溶解工程）。なお、前記溶解液中にＮａＣｌやＣａＣｌ２が添加されるのは、鉛成分が過剰の塩素イオンの存在下で高い溶解性を得るためであり、具体的には塩酸に対して塩素イオン濃度で好ましくは０．５〜１０モル倍、より好ましくは１〜３モル倍となるように用いられる。
【００３６】
前記溶解槽３０で生成された懸濁液は、前記濾過装置３１によって不溶性の固体残渣が除去され（分離工程）、前記鉛および亜鉛等の金属成分が溶解されている分離液が三方弁３２を経て前記カラム３４に供給される。
【００３７】
前記カラム３４には、前記分離溶液中に溶解した溶解金属成分と選択的に接合し得る大環状化合物を固定化した担体４４が充填されている。この担体４４は、クラウン化合物等の大環状化合物をスペーサを介してシリカ等の担体に共有結合させたものであり、その環径と結合対象物の径との関係や両者の化学的親和性等に基づき、溶解金属成分と選択的に結合し得る性質を発現する。特に、本実施例では、鉛成分を鉛イオンまたは含鉛塩化物イオンとして結合することができ、鉛成分を対象とする結合に１８−クラウン−６エーテル、またはこれに類する化合物からなる群より選ばれる１種以上を用いることとする。また、前記担体４４の形態としては、微粒子状，ビーズ状（多孔質，無孔質），膜状（多孔質，無孔質）のものが挙げられるが、多孔質ビーズが接触効率や取り扱いのし易さから好ましい。
【００３８】
このカラム３４に供給された分離液は前記担体４４に接触し、その分離液中の鉛成分を担体４４に結合させる（結合工程）。一方、前記担体４４に結合されなかった溶解金属成分（亜鉛成分）は分離液中にそのまま存在する。
【００３９】
前記カラム３４を通過した分離液は、前記三方弁３５の切換えにより第１析出槽３６に貯留される。この第１析出層３６には、５０％のＮａＯＨ液が貯留されている不溶化剤槽４５が連結されており、その不溶化剤槽４５から第１析出槽３６中の分離液に前記ＮａＯＨ液が添加され、モータＭを駆動力として撹拌する撹拌装置４３によって混合される。こうして分離液中の亜鉛成分が水酸化物として析出する（析出工程）。
【００４０】
前記第１析出槽３６から析出した亜鉛成分とともに排出された分離液は、第１濾過装置３８に供給されて固液分離が行なわれ、析出した亜鉛成分が回収される。一方、前記第１濾過装置３８を通過して亜鉛成分が除去された分離液は、処理水として前記処理水槽４０内に貯留される。
【００４１】
前記カラム３４内に供給された分離液が全て第１析出槽３６に供給された後、三方弁３２が切換えられて溶離処理液槽３３から溶離液がカラム３４内に供給される。この溶離液が前記担体４４に接触して、その担体４４に結合している鉛成分を溶離液中に遊離させる。なお、本実施例においては、溶離液として水（特に蒸留水）が用いられている。
【００４２】
前記カラム３４から排出された鉛成分を含有する溶離液は、三方弁３５の切換えにより、第２析出槽３７に貯留される。前記第２析出層３７には、第１析出槽３６と同様に、５０％のＮａＯＨ液が貯留されている不溶化剤槽４５が連結されており、この不溶化剤槽４５から第２析出槽３７中の溶離液に前記ＮａＯＨ液が添加され、モータＭを駆動力として撹拌する撹拌装置４３によって混合されることによって、溶離液中の鉛成分が水酸化物として析出する（析出工程）。なお、本実施例においては、第１析出槽３６および第２析出層３７にそれぞれ不溶化剤槽４５が付設されているが、同一の不溶化剤が用いられているため、１つの不溶化剤槽４５を第１析出槽３６および第２析出層３７の双方に連結させるようにしてもよい。
【００４３】
前記第２析出槽３７から析出した鉛成分とともに排出された溶離液は、第２濾過装置３９に供給されて固液分離され、析出した鉛成分が回収される。一方、前記第２濾過装置３９を通過して鉛成分が除去された溶離液は、処理水として前記処理水槽４０内に貯留される。
【００４４】
また、前記処理水槽４０内の処理水は、循環配管４１を経て溶解槽３０に供給され、リサイクルされる。前記第１析出槽３６および第２析出槽３７にて各種金属成分を不溶化させる際に水酸化ナトリウムが用いられることにより、前記処理水は塩化ナトリウムを含有している。このため、この処理水を溶解槽３０に供給することにより、溶解槽３０に投入するＮａＣｌやＣａＣｌ２量を減らすことができる。
【００４５】
本実施形態によれば、排ガス処理装置より純度の高いＨＣｌを回収することができ、さらにその排ガス処理時に苛性ソーダなどのアルカリ剤の消費量を極端に少なくできる効果を奏する。また、塩の排出量を最小限に抑えることができ、塩害の発生や塩のリサイクル時における各種問題点を解消することが可能である。
【００４６】
本実施形態の処理装置を用いることによって、例えば１００ｔｏｎ／日の都市ごみを焼却する際に、約６％の鉛および約１２％の亜鉛を含有する溶融飛灰１０００ｋｇ／日から約６０ｋｇ／日の鉛および約１２０ｋｇ／日の亜鉛を回収することができる。また、この場合に必要とする濃度１２％のＨＣｌは約３６００ｋｇ／日である。
【００４７】
また、例えば１００ｔｏｎ／日の都市ごみを焼却する際に前記排ガス処理装置Ｂにより回収される濃度１２％のＨＣｌは排ガス中のＨＣｌ濃度が５００ｐｐｍの条件では約３３００ｋｇ／日であるため、この回収されたＨＣｌを前記灰処理に必要な塩酸の一部として充当することができ、またその充当率は約９０％である。したがって、前述のように排ガス処理時に苛性ソーダなどのアルカリ剤の消費量を極端に少なくできるとともに、灰処理時に必要な塩酸の購入量を極めて少なくすることができるため、コストを大きく削減できるという効果を奏する。さらに、排ガス処理装置Ｂにより得られた塩酸は焼却設備外へ搬送する必要がなく、全て焼却設備内で利用することができる。
【００４８】
本実施形態においては、灰中に含有される金属成分のうち鉛成分と亜鉛成分とを回収する場合について説明したが、前記灰中の金属成分を構成する金属元素としては鉛，亜鉛の他に例えばカリウム，カルシウム，銅，鉄，マンガン，カドミウム，アルミニウム，マグネシウム，ナトリウム等が挙げられ、これら金属元素を有する金属成分としては、これら金属元素単体に加え、その酸化物，水酸化物，硫化物，塩化物等の種々のものが挙げられ、前記結合工程で結合されなかった溶解金属成分は担体４４と接触後の分離液にそのまま存在することになるが、アルカリ等を用いてすべてを析出・回収してもよく、また更に個別の金属成分を回収する操作を行なってもよい。つまり、前記結合工程と溶離工程を前記担体の種類を変えて繰り返し行なうことにより、複数の金属成分を順次回収することができる。このとき、選択性の高い金属成分から順に回収することが好ましい。なお、複数の金属成分を回収する場合、図１に示される装置において、各金属成分に応じた担体を有するカラムと、析出槽と、濾過装置とをそれぞれ増設し、溶離液が異なる場合にはそれぞれ溶離液槽を設ければよい。
【００４９】
また、本実施形態においては、溶離液として水が用いられているが、これに限らず、この溶離液は、結合した各種金属成分に応じて適宜選択することができるが、担体に結合した金属イオンを脱離させるキレート化剤又は錯形成剤や金属イオンを再び可溶化させる酸や溶解工程で用いた塩酸の濃度を低下させることにより金属イオンを脱離させる溶媒などを用いることができる。
【００５０】
本実施形態においては、析出工程の不溶化剤として水酸化ナトリウムが用いられているが、溶解した金属成分に応じて適宜選択することができ、一般的には水酸化アルカリ金属、水酸化アルカリ土類金属などが用いられ、水酸化物として金属成分が回収される。その他、硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ），硫化ナトリウム（Ｎａ２Ｓ），硫化水素ナトリウム（ＮａＨＳ）を用い硫化物の形態で金属成分を回収することもできる。また、鉛等については硫酸等を用いることができ、硫酸鉛として回収することができる。また、電気化学的手法により金属を析出させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の一実施形態に係る灰の処理装置のシステム構成図である。
【図２】 図２は、本実施形態における電気透析槽の詳細構造を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１洗浄塔
２ 第２洗浄塔
３ 電気透析槽
５ 洗浄液
９ 前処理装置
１０ 冷却器
１１ 陽極
１２ 陰極
１３ 原液室
１５ 透過室
１６ ＨＣｌタンク
２１ 循環タンク
２４ 洗浄液
２６ ヘッドタンク
３０ 溶解槽
３１ 濾過装置
３３ 溶離処理液槽
３４ カラム
３６ 第１析出槽
３７ 第２析出槽
３８ 第１濾過装置
３９ 第２濾過装置
４０ 処理水槽
４１ 循環配管
４４ 担体
４５ 不溶化剤槽
Ａ 陰イオン交換膜
Ｃ プロトン選択透過性陽イオン交換膜
Ｂ 排ガス処理装置
Ｄ 金属回収装置
Claims (1)
- 複数の金属成分を含有する灰から金属成分を回収して灰を無害化する灰の処理方法であって、
（ａ）排ガス中に含まれる酸性ガス成分中のＨＣｌガスを一旦ＨＣｌ濃度０．０４〜１０重量％の洗浄液に吸収させる排ガス洗浄工程と、
（ｂ）このＨＣｌガス吸収後の洗浄液からプロトン選択透過性陽イオン交換膜を用いた電気透析によりＨＣｌを分離回収するＨＣｌ回収工程と、
（ｃ）このＨＣｌ回収工程にて分離回収されたＨＣｌを用いて複数の金属成分を含有する灰を一部溶解させて懸濁液を得る溶解工程と、
（ｄ）前記懸濁液を固液分離して、固体分を除去した分離液を得る分離工程と、
（ｅ）前記分離液中に溶解した溶解金属成分と選択的に結合し得る大環状化合物を固定化した担体に、前記分離液を接触させて、その溶解金属成分を前記担体に結合させる結合工程と、
（ｆ）前記担体に溶離液を接触させて、その担体に結合した金属成分を溶離させる溶離工程と、
（ｇ）前記分離液および溶離液に溶解する金属成分をそれぞれ析出させる析出工程と
を有することを特徴とする灰の処理方法。
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