JP3840494B2

JP3840494B2 - 焼却灰の再資源化方法

Info

Publication number: JP3840494B2
Application number: JP2005092883A
Authority: JP
Inventors: 亨久保田
Original assignee: 亨久保田; 株式会社ニアック
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2025-03-28
Also published as: JP2006273629A

Description

本発明は廃棄物から活性炭をつくる方法、特に焼却灰の再資源化方法に関する。廃棄物による環境破壊と地球汚染の観点から毎日発生する一般家庭ごみを、安全で安定した活性炭として利用できる再資源化のための処理方法に関する。

ごみ処理は、一般にごみ減量化のため焼却処理を行っている。焼却処理後、副次的に焼却灰が発生するが、この焼却灰は捨てると廃棄物になってしまう。法律では、焼却灰は各自治体の判断による埋め立て処分を義務付けている。そのため、リサイクル法の新法もでき、法の改正も行われたことで焼却灰の再生資源としての利用を奨励している自治体が多い。

増え続けるごみの量と処理に伴う有害な物質の発生という量と質の両面から、ごみ処理には問題点が多い。二酸化炭素やフロンによる地域の温暖化、ダイオキシンを始めとする有害物質による環境汚染など公害問題は地球的規模にまで拡大している。日本は世界一ごみ焼却炉の保有国であり、ごみの大半は焼却処理で行い、処理方法も１０００℃以上の高温で焼却し、残った主灰と飛灰を更に高温溶融してスラグ化し減量化する方法である。これらは大きなＣＯ_２の発生源であり、また大気中を処分場化したものでもある。

焼却後の灰についての問題点は、灰の中に有害な成分や重金属類や有機塩素分が多く含まれている場合である。これらのものは、焼却にともなう高熱で、金属化合物が水溶性化合物に変化したり、一時分解による新しい結合で有機物（ダイオキシン）が生成されたり、高温高熱だけに頼る焼却法では処理が困難なことが多い。焼却により得られる焼却灰を再生利用する技術として、特許文献２には、廃タイヤなどの廃加硫ゴムを燃焼させて得られる焼却灰を９００〜１０００℃の温度で賦活せしめることによって亜鉛含量の少ない高比表面積の活性炭を製造する方法が開示されている。
特開2000-302427号公報

本発明者らは、被処理物を脱水し燃え易くし、不燃物を取り除き、破砕して物質を崩し、触媒を使って熱風による部分熱分解を行い、低酸素雰囲気で乾留して、乾留物を活性炭や燃料に再生することができるごみの再資源化方法とその装置を別途特許出願した（特願2004-271427号）。
ごみ問題は有害物質による環境汚染だけではない。経済的にも膨大な設備と過剰なエネルギーを必要とする。これらは主として焼却主義を主体とする考え方に立つことによる問題であり、資源として再利用できることを基本の考え方とするごみ処理法が求められている。今やごみ処理は、ごみの適正処理をベースに、ごみの減量化、資源化により埋立地の延命化や再生資源の有効利用を図るべく、循環型社会構築に向けて貢献しなければならない。各自治体においても条例化して排出抑制や減量化→再生利用→適正処理といった大きな流れにある。そのために適正なプロセスにおいて焼却灰を資源化し、再利用を有効にするべきであると思慮する。
本発明の目的は、長期的な視点に基づき、焼却により中間処理された焼却灰を再生利用のためのリサイクル技術として実用化した、触媒金属活性炭の資源化方法を提供しようとするものである。

本発明は、焼却灰を、還元雰囲気の乾留条件下で、有機質廃棄物を炭化した炭化物と混合接触させ、焼却灰含有金属を難溶性金属化合物に変化させ、触媒作用と吸着能を賦活して、活性炭に再加工することを特徴とする廃棄物から活性炭をつくる方法を要旨としている。

焼却灰は都市ゴミの焼却灰であり、より具体的には塵芥の焼却灰であり、その場合、本発明は、都市ゴミの焼却灰、より具体的には塵芥の焼却灰を、還元雰囲気の乾留条件下で、有機質廃棄物を炭化した炭化物と混合接触させ、焼却灰含有金属を難溶性金属化合物に変化させ、触媒作用と吸着能を賦活して、活性炭に再加工することを特徴とする廃棄物から活性炭をつくる方法を要旨としている。

炭化物は、有機質廃棄物を完全焼却に至るまでに途中で乾留させ炭化物質を生成する工程を経て製造されたものであり、その場合、本発明は、焼却灰、好ましくは都市ゴミの焼却灰、より具体的には塵芥の焼却灰を、還元雰囲気の乾留条件下で、有機質廃棄物を完全焼却に至るまでに途中で乾留させ炭化物質を生成する工程を経て製造された炭化物と混合接触させ、焼却灰含有金属を難溶性金属化合物に変化させ、触媒作用と吸着能を賦活して、活性炭に再加工することを特徴とする廃棄物から活性炭をつくる方法を要旨としている。

炭化物は、微粉状に、より具体的には１００〜１５０メッシュの微粒子に、粉砕処理してから焼却灰と混合接触させており、その場合、本発明は、焼却灰、好ましくは都市ゴミの焼却灰、より具体的には塵芥の焼却灰を、還元雰囲気の乾留条件下で、有機質廃棄物を完全焼却に至るまでに途中で乾留させ炭化物質を生成する工程を経て製造された炭化物と混合接触させ、その際、微粉状に、より具体的には１００〜１５０メッシュの微粒子に、粉砕処理してから焼却灰と混合接触させており、焼却灰含有金属を難溶性金属化合物に変化させ、触媒作用と吸着能を賦活して、活性炭に再加工することを特徴とする廃棄物から活性炭をつくる方法を要旨としている。

本発明により、廃棄物から有害成分の溶出による環境への悪影響を出さない活性炭をつくる方法を提供することができる。より具体的には有機質廃棄物の炭化物を用いて、焼却灰を、その含有する金属化合物を難溶性金属化合物に変化させ触媒作用と吸着能を賦活して、活性炭に再加工する方法を提供することができる。本発明により、炭素分と重金属類、非金属類の比率が、炭素分５５％、重金属類２５％、非金属類１０％、灰分５％で、分子ふるい炭素作用があり、脱色、脱臭に効果的な機能を発揮する活性炭を製造することができる。

本発明は、焼却灰をパウダー状の微粉末にし、さらに還元雰囲気の空間で難溶性金属化合物に変化させ、触媒作用と吸着能を賦活して活性炭に再加工するものであり、有害成分の溶出による環境への悪影響を出さないことを特徴とする。

活性炭とは、木炭やカーボンブラック、黒鉛やダイアモンドなどと同族であるが、構造的には無定形炭素で黒鉛に類似した炭素系物質群の1つで微晶形炭素に属している。基本結晶子の構造は原料や賦活条件によって異なり、結晶部分と非結晶部分からできている。
活性炭の表面は、原料の炭化温度や製造時の賦活条件によって変化し、非晶部に孔が存在して吸着に寄与する。また、一部には、酸素や水素が化学的に結合し有機性部分を形成している。活性炭の元素組成量は、普通炭素が90〜95％、灰分が0.01〜3.5％、残りが酸素と水素である。
本発明の活性炭は、炭素分と重金属類、非金属類の比率が、炭素分55％、重金属類25％、非金属類10％、灰分5％で、分子ふるい炭素作用があり、脱色、脱臭に効果的な機能を発揮する。

本発明の有機質廃棄物を炭化し炭化物は、植物性の有機性廃棄物（もやし、レタス、ジャガイモの皮、リンゴ滓、パイナップル残滓、バナナの皮、豆腐滓、緑茶滓、ウーロン茶滓、コーヒー滓等）、焼酎廃液等、動物性廃棄物（鶏糞，牛糞，豚糞，馬糞，魚滓）や、廃棄ダンボール，製紙スラッジ，紙くず等の汚紙廃材、活性汚泥，下水汚泥，消化汚泥等の各種汚泥、鋸くず、木炭、泥炭、石炭、ヤシガラ炭、パルプ廃液、廃プラスティックなどあらゆる廃棄物を原料としている。これらの原料を一度炭化したものを、さらに還元雰囲気の乾留条件下で、乾留するための原料とし、乾留時に焼却灰を存在させることにより、孔を多くかつ奥深く開いた状態に改質する。

有機質廃棄物を炭化する炭化物の製造と焼却灰を存在下での上記乾留とは逐次連続しておこなうことができる。被処理物（有機質廃棄物）を脱水し燃え易くし、不燃物を取り除き、破砕して物質を崩し、焼却灰を使って熱風による部分熱分解を行い、低酸素雰囲気で乾留する方法がある。これらの焼却灰は都市ゴミ（塵芥など）の焼却灰であり、焼却されたことにより物質元素が金属酸化物や金属塩化物となり、金属元素の混合体となっており安定金属化合物ではない。

本発明においては、炭化物と混合接触させる焼却灰は、無害化生成物として得られた焼却灰を用いることが好ましい。本発明者は重金属を含む異種金属の混合物である焼却灰を効率よく相互分解させ、重金属塩類を触媒として利用して金属塩を溶離し、その時、結晶化させることにより安定化する方法（以下、「ＳＮＣ工法」と略称することもある。）を開発した（特許第３００５６１７号，特開平８−６６４９４，特開平９−３０９７４８，特開平９−３０９７４９，特開平１０−１５１４３７）。
特許第３００５６１７号では、焼却灰にセメントと共にエトリンガイトの作用による固化のみではなく、キレート作用による安定固化のため、ナトリウム、カリウム、窒素、ホウ素、カルシウム等をイオン状態で含有する有害物質安定固化剤を添加することを特徴とする焼却灰の安定固化方法を発明した。酸化物、水酸化物、硫酸化物、硫化物、リン化物等、それぞれの金属によって安定化する。Ａｓ、ＰなどはＣａＯと反応して安定化合物となる。アルカリ金属とアルカリ土類金属以外の金属の水酸化物〔Ｃｕ（ＯＨ）₂，Ａｌ（ＯＨ）₂，Ｚｎ（ＯＨ）₂，Ｐｂ（ＯＨ）₂，Ｆｅ（ＯＨ）₂など。〕は水に溶けにくい化合物となる。
それゆえ本発明に用いる触媒は焼却灰由来の重金属を含む異種金属の混合物であり、主成分として、酸化鉄（Ｆｅ₃Ｏ₄）、助触媒として酸化カリウム（Ｋ₂Ｏ）（０．５〜１．５％）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）（２〜４％）、酸化カルシウム（ＣａＯ）（１〜３％）、シリカ（ＳｉＯ₂）（０．２〜１％）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）（０．２〜４％）などであり、重金属を酸化物、水酸化物、硫酸化物、硫化物、リン化物等の形態で含む。

本発明は、粉末状の焼却灰に含まれている金属酸化物の脱水作用と酸化作用を利用し、これらと共に混ぜ合わせる原料を同時に乾留撹拌することにより原料は炭化される。そして一時期冷却した原料を再度加熱し、乾留する。ｐＨを調節のため冷却したときに水酸化ナトリウム水溶液を用いることが好ましい。

本発明は、未炭化物のすべての原料を25％の水分程度まで乾燥させ、これに焼却灰無害化生成物（比重1.3から1.4）を重量比として原料の約2倍量加え、よく混和する。その混合物を賦活炉（400〜550℃）で乾留する。
賦活炉には、内熱式ロータリーキルン、外熱式ロータリーキルン、回転ドラム、平板焼式などはあるが、廃棄物処理法にふれないために乾留型の触媒による化学接触反応を使用する。乾留炉内で燃焼発生ガスと焼却灰無害化生成物と向流接触されると徐々に水分が、蒸発、焼却灰に含まれる金属化合物によって脱水・炭化効果が表れ分解が起き、炭化が進行する。

また、乾留炉の出口では、黒色の炭素と塩基性金属の混合物が得られる。乾留炉から出るガスは、蒸気状またはエアゾル状塩化金属および塩化水素などが排気されるので、凝縮器を通して大部分を回収し、排気する塩化水素により抽出し回収された金属塩は再使用する。
それにより生成された活性炭は、水洗を繰り返し、洗浄後無害化した焼却灰（アルカリ）を用いてｐＨを調節し、さらに水洗をして乾燥させることで製品となる。水洗した水は、本発明により生成した活性炭で十分な排水処理を行い、その水は活性炭の冷却用に循環することができる。

これまでのことから、有機質廃棄物は焼却灰となる前に炭化された時点で乾留し炭素分を十分に残して資源化することにある。温度域２５０℃の雰囲気で触媒の作用で脱塩素／水素化を行うので、ダイオキシン類の発生もなく、炭素を含んだ金属塩を得ることができる。
活性炭の原料は、有機質である廃棄物からなるもので、炭素に変わる際に固相炭化された炭化物のため、一定の熱処理を続けても組織の変化はあまり見えず、結晶の成長も見られない。ただし、焼却灰は一度高温溶融によって液相炭化されたものもあり、原料物質の組織は焼失し、分子レベルで十分な組み換えが起こるため緻密な構造となり、黒鉛結晶に近いものになりやすい。
本発明は、焼却灰と新たに廃棄物（有機質）を炭化した炭化物を混合して炭化しているもので、Char80％、Coke20％の割合となる。

現在、ごみ処理は高温溶融方式とか、ガス化溶融方式、プラズマ方式など高温による焼却が主流となっているが、ごみ処理は無機金属類を溶融するための高温は必要とせず、有機質を分解し、無機質を不溶性物質とすることにある。ごみは最も良い条件下で燃やされても、燃やされたことにより、焼却灰となり、焼却灰は酸化物や塩化物の金属塩の混合体で安定金属化合物ではない。
同時に副次的にダイオキシン類の発生もあり、今後更に第２、第３の有害物質の発生する可能性もある。
ダイオキシン類はすべて常温では白色の固体で融点、沸点は３００〜６００℃の範囲にある。この温度域の範囲で結晶化される以前に触媒により脱塩素／水素化を反応させることにより、塩素分の除去が行われ還元反応が促進される。

これまでのことから、ごみは焼却灰となる前に炭化された時点で乾留し炭素分を十分に残して資源化することにある。温度域２５０℃の雰囲気で触媒の作用で脱塩素／水素化を行うので、ダイオキシン類の発生もなく、炭素を含んだ金属塩を得ることができる。
これらの炭化物の原料はもともと炭素、酸素、水素、窒素、塩素、硫黄などの非金属元素と、鉄、銅、亜鉛、鉛、錫、カドミウム、クロム、水銀などの金属元素から成り、地下資源としての埋蔵物であり、地下資源としての安定資源である。
これらの資源を人間が掘り出して精錬して物質をつくり、その物質が不要になり、焼却炉で焼きっぱなしのまま埋め立てているので経年的に地下エネルギーとの反応により、公害発生の原因となっている。
炭素分の多い有機質の炭素分を多く残し、利用価値を高めていくことが資源の再生につながり、またイニシャルコストやランニングコストのかからない本発明の処理法によって処理することが地球にやさしい環境をつくることになる。

本願発明の詳細を実施例で説明する。本願発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。

参考例

次は水分７５％のホタテのウロ３００ｇに触媒活性炭を２回に分けて混入させ、その触媒活性炭で十分に水分を取り除いた状態のものを計ってみると、３５％の水分となった。この状態で乾燥器に投入し、３０分加熱したら乾燥後の水分は５％となった。その後すぐに乾留器で２０分加熱したものを空冷で冷却すると、炭化物となっていることが確認できた。
当該炭化物は、ウロに含まれている貝毒や重金属類、水分を吸着して触媒活性炭として生成され、貯留ホッパに受け入れられ、乾留炉で再び活性化され、再使用が可能となる。

焼却灰生成物（ニューハード）３００g、参考例と同様にして製造された農業用塩ビおよびホタテのウロを炭化物としたものを３０g、木材の炭化物を６０ｇ混合し粒子を１５０メッシュに統一し、温度６００℃の密閉型炭化炉で還元処理を１０分行った。
用いた焼却灰生成物は、特許第３００５６１７号の焼却灰の安定固化方法に基づく焼却灰生成物（ニューハード）であり、表１の含有量試験、表２の溶出試験、表３のダイオキシン類の測定結果の資源が含まれた触媒能を有する無害化された焼却灰からできた資材である。焼却灰の存在下、炭化物の還元処理して金属触媒活性炭が得られた。

［試験例１］
実施例1の方法により生成された金属触媒活性炭５０gを、牛、豚の尿１Lのビンに入れ撹拌を３分間行った結果、臭いがほとんどなくなるという脱臭効果が確認できた。さらに金属触媒活性炭２０ｇを追加、撹拌すると完全な脱臭が認められた。

［試験例２］
実施例1の方法により生成された金属触媒活性炭５０gを、使い古しの黒く汚れた潤滑油１Lに入れ、３分間攪拌し、1時間放置した。上層部に脱色された油と下層部に活性炭が分離され、再生油として利用できる潤滑油が生成した。

廃棄物からつくる活性炭の基本は、排出されたごみを可能なかぎり資源化し、再利用を行った後、衛生的な状態で処理、処分することにある。この技術は長期的な視点に基づき、ごみ処理およびごみ質を予測し、資源回収、再生利用のためのリサイクル技術として実用化したものである。
活性炭は、浄水場や製造工程に組み入れられると脱色のみならず、種々のコロイド性物質や物質なども除かれ、万一の事故に対処できる。

Claims

焼却灰を、還元雰囲気の乾留条件下で、有機質廃棄物を炭化した炭化物と混合接触させ、焼却灰含有金属を難溶性金属化合物に変化させ、触媒作用と吸着能を賦活して、活性炭に再加工することを特徴とする廃棄物から活性炭をつくる方法。
焼却灰が都市ゴミの焼却灰である請求項１の廃棄物から活性炭をつくる方法。
都市ゴミが塵芥である請求項２の廃棄物から活性炭をつくる方法。
炭化物は、有機質廃棄物を完全焼却に至るまでに途中で乾留させ炭化物質を生成する工程を経て製造されたものである請求項１、２または３の廃棄物から活性炭をつくる方法。
炭化物は、微粉状に粉砕処理してから焼却灰と混合接触させる請求項１ないし４のいずれかの廃棄物から活性炭をつくる方法。
上記の粉砕処理において、１００〜１５０メッシュの微粒子にする請求項５の廃棄物から活性炭をつくる方法。