JP3962290B2

JP3962290B2 - 焼却主灰の処理方法

Info

Publication number: JP3962290B2
Application number: JP2002201455A
Authority: JP
Inventors: 敏夫今井; 靖久田熊; 宇幹玉重
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: JP2004041896A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、焼却主灰の処理方法に係り、特に廃棄物焼却炉で生成される焼却主灰から塩素成分を効率的に除去し、セメント製造用原料としての利用を容易とする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可燃性の家庭ごみ廃棄物及び産業廃棄物は、廃棄物焼却施設のストーカ式焼却炉または流動床式焼却炉において焼却され、焼却灰として廃棄物最終処分場に埋立て処分される。焼却灰のうち集塵機等で捕集される飛灰（ばいじん）は、塩素濃度が高く、重金属類及びダイオキシン類で過度に汚染されており、平成３年の廃棄物処理法の改正により特別管理一般廃棄物に指定されている。一方、焼却灰のうち焼却残渣として排出される主灰（炉底灰、炉下灰）の塩素濃度、重金属類濃度及びダイオキシン類濃度は、飛灰と比較するとはるかに少ない。しかしながら、廃棄物最終処分場の安全性を確保するため、最終処分される焼却灰中の重金属類の濃度やダイオキシン類の含有量が、法律で定められる所定値を超過するものについては、遮断型最終処分場に埋立て処分するか、溶融、セメント固化、ダイオキシン類の分解処理を行なった後、管理型最終処分場に埋立て処分することが義務づけられている。
【０００３】
ところで、廃棄物焼却施設より発生する焼却灰は、セメント原料として必要なＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＦｅ_２Ｏ_３等を含んでいるため、セメント焼成用の原料として十分に再資源化することができる。加えて、セメント焼成工程のなかで原料は１４００℃以上の高温に晒されるため、焼却灰中のダイオキシン類の分解が可能であるほか、重金属類はセメントクリンカ鉱物中に取り込まれて固定化することができる。
【０００４】
これらの理由により、近年、焼却灰を原料の一部に用いたセメント製造技術が確立され、例えば単一のセメント焼成キルンにおいて年間４万トンの焼却主灰と１万トンの焼却飛灰がセメントに再資源化されている。焼却主灰中及び焼却飛灰中の塩素濃度は、それぞれ１％及び１５％程度である。通常、焼却主灰は磁力選別による鉄分除去及びふるいによる異物除去のみを施してセメント原料とされる。一方、焼却飛灰にはＮａＣｌ等の形で塩素が高濃度で含まれているが、セメント製造プロセスへの過度な塩素の持ち込みはキルンの安定操業及びセメントの品質に悪影響を及ぼすため、水洗処理による塩素成分の除去の後セメント原料化されている。
【０００５】
ここで、塩素成分の除去がなされていない焼却主灰と水洗処理された焼却飛灰とからの塩素の持ち込み量を比較してみると、焼却主灰からはセメントクリンカ中１９０ｐｐｍ、水洗処理された焼却飛灰からはセメントクリンカ中１４ｐｐｍとなり、再資源化量の多い焼却主灰からの塩素の持ち込み量のほうがはるかに多くなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年のセメント工場では、焼却灰だけでなく様々な廃棄物を原燃料の一部の代替物として再資源化している。これら廃棄物の処理量の増加に応じて、キルンの安定操業やセメント品質に悪影響を及ぼす塩素等の揮発性成分のキルンヘの持込み量も増加している。これら揮発性成分のうちの塩素の持ち込み量の増加に対する対策として塩素バイパス設備がある。塩素バイパス設備は、キルン尻付近の塩素等の揮発性成分濃縮領域からキルン排ガスの一部を抽気し、冷却することにより塩素化合物を主とする揮発性成分を固形化させた塩素バイパスダストを生成させ、この塩素バイパスダストを系外に排出することで、塩素をキルン内から除去する設備である。これにより、キルンの安定操業とセメントの品質を維持させることができる。
【０００７】
ただし、原燃料からの塩素の持ち込み量が増加した場合に、その対抗措置として排ガスの抽気率を増加するように塩素バイパス設備の仕様をスケールアップすると、今度はプロセス全体の熱効率が低下すると共に、設備が大型化することによる投資の増加及び設置のためのスペースに限界がある等の問題が生じてしまう。
このため、現在の技術では、クリンカ中の塩素の持ち込み量は３００ｐｐｍ程度が限界とされており、塩素除去がなされていない焼却主灰のセメント再資源化率は頭打ちの状況である。
【０００８】
そこで、焼却主灰からの塩素の持ち込み量を低減させる手段として、焼却飛灰と同様に、焼却主灰も水洗による塩素除去が考えられる。ところが、焼却飛灰の水洗法による塩素の除去率が約９８％であるのに対して、焼却主灰を水洗してもその塩素除去率は約５０％に留まる。この焼却主灰と焼却飛灰の塩素除去率の相違は、そもそも焼却主灰中の塩素濃度が１％程度であり、焼却飛灰中の塩素濃度１５％と比較してかなり低濃度であることだけでなく、塩素の存在形態の違いに起因している。すなわち、焼却飛灰中の塩素が主としてＮａＣｌ、ＫＣｌ等の水溶性の塩として存在しているのに対して、焼却主灰中の塩素はフリーデル氏塩（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２・１０Ｈ_２Ｏ）等の難水溶性の塩として存在するためである。
【０００９】
この発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、廃棄物焼却炉で生成される焼却主灰から塩素成分を効率的に除去することにより、例えばセメント原料としての再資源化率を向上させることができる焼却主灰の処理方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
通常、焼却主灰は、消火と冷却を目的として廃棄物焼却炉から排出されたときに水没処理される。そして、水との接触を保ったままピットに一時貯蔵される。
本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、水没処理の際に難水溶性の塩が形成され、塩素がこの難水溶性の塩の形で存在するため、その後水洗しても焼却主灰から塩素を十分に除去することができないことを解明した。
【００１１】
水没処理前の焼却主灰中には、セメントクリンカの主要構成鉱物のひとつであるカルシウムアルミネート（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３）、Ｃａ化合物及びＣｌ化合物等が存在する。この焼却主灰を水没させると、Ｃａ化合物及びＣｌ化合物のＣａ及びＣｌは水溶液中へイオンとして溶け出し、焼却主灰中のカルシウムアルミネートが一定時間この水溶液と接触することにより難水溶性のフリーデル氏塩が形成される。
したがって、焼却炉から排出された焼却主灰を水没処理することなく水で洗い流せば、難水溶性のフリーデル氏塩の形成を抑制して塩素成分を除去することができる。
【００１２】
この発明に係る焼却主灰の処理方法は、廃棄物焼却炉から排出された焼却主灰を、水没処理することなく、敷土が敷き詰められた一時保管ピット内に収容すると共に焼却主灰の上に覆土を被せ、覆土の上から散水して一時保管ピットの底部から排水することにより焼却主灰から塩素成分を除去し、敷土及び覆土のうち少なくとも一方にセメント製造用原料とするための成分調整材を用いる方法である。
焼却炉から排出された焼却主灰を短時間で洗い流せば、難水溶性のフリーデル氏塩の形成を抑制しつつ焼却灰中の塩素を効率的に除去することができる。
【００１３】
高効率で塩素成分が除去された焼却主灰は、セメント製造プロセスへの塩素の持ち込み量を大幅に低減させることができるので、セメント原料としての再資源化率の大幅の向上を見込むことができる。なお、焼却主灰をセメント原料として再資源化するためには、ＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＦｅ_２Ｏ_３の主要４成分の成分調整を行なう必要がある。そこで、廃棄物焼却炉から排出された焼却主灰を敷土が敷き詰められた一時保管ピット内に収容すると共に焼却主灰の上に覆土を被せ、覆土の上から散水して一時保管ピットの底部から排水し、敷土及び覆土のうち少なくとも一方にセメント製造用原料とするための成分調整材を用いれば、廃棄物焼却施設の場内において、焼却主灰からの塩素成分の洗い流しと共に、成分調整材からなる敷土及び覆土のうち少なくとも一方によりカルシウム分を調整するための石灰石、アルミナ成分を調整するための粘土、シリカ成分を調整するためのケイ石、鉄成分を調整するためのベンガラ等を焼却主灰に添加、混合して成分調整を行うことができ、セメント工場での処理工程を簡略化することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１にこの発明の実施の形態に係る焼却灰の処理方法の流れを概略的に示す。廃棄物焼却施設の廃棄物焼却炉１の近傍に磁力選別機２を具備した振動ふるい３が配置されると共に、振動ふるい３の近傍には振動ふるい３の周辺で発生した塵埃を捕捉する集塵機４と選別された異物を収容する異物ピット５とが配置されている。廃棄物焼却施設の場内には、振動ふるい３で異物が除去された焼却灰を一時的に保管するための一時保管ピット６が設置されている。一時保管ピット６の直上には散水のための複数のスプレーノズル７が配置され、これらのスプレーノズル７に水タンク８が接続されている。また、一時保管ピット６の底部には図示しない排水口が形成されており、この排水口に水を浄化処理する水処理装置９が接続されている。
【００１５】
廃棄物焼却炉１から排出され、焼却主灰と焼却飛灰とを含む焼却灰は振動ふるい３へ供給され、ここで焼却灰中に含まれている粗大な異物が除去されると共に磁力選別機２により鉄屑等が除去され、これら異物が異物ピット５に収容される。また、このとき振動ふるい３の周辺で発生した塵埃は集塵機４によって捕捉される。
【００１６】
異物が除去された焼却灰１０は、予めその底部に敷土１１が敷き詰められた一時保管ピット６の中に収容される。さらに、焼却灰１０が周辺へ飛散することを防止するために焼却灰１０の上に覆土１２が被せられる。ここで、焼却灰１０に含まれている塩素を除去するため、水タンク８内の水が複数のスプレーノズル７から覆土１２の上に散布される。散布された水は、覆土１２から焼却灰１０へ流れ、焼却灰１０に含まれる可溶性の塩類、例えばＮａＣｌ及びＫＣｌ等を溶解しながら敷土１１を通って一時保管ピット６の底部へと移動していく。塩素成分が溶解した水は、一時保管ピット６の底部の排水口から水処理装置９へ送られ、ここで重金属類に対して適切な浄化処理がなされた後に排水される。
【００１７】
異物除去後の焼却灰１０から高効率で塩素を除去するためには、焼却灰１０を一時保管ピット６に収容した後の初期に大量の水を散布して塩素成分を一気に除去することが望ましい。時間をかけてゆっくりと塩素を除去しようとすると、焼却灰１０中の焼却主灰においてフリーデル氏塩などの難水溶性の塩が形成されて塩素除去率が低下してしまう。塩素の除去が十分に達せられたならば、あとは時間をかけてゆっくりと散水し、例えば数ヶ月間かけて重金属類を溶出させることができる。
【００１８】
焼却灰１０をセメント原料として再資源化するためには、ＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＦｅ_２Ｏ_３の主要４成分の成分調整がなされる必要がある。カルシウム分の調整に石灰石が、シリカ分の調整にはケイ石が、アルミナ分の調整には粘土が、鉄成分の調整にはベンガラ等を用いることができる。添加後の成分が確保できる限りにおいて、これら天然の成分調整材に代えて産業副生物を利用することができる。
【００１９】
そこで、一時保管ピット６内の敷土１１及び覆土１２のうち少なくとも一方に上述したようなセメント製造用原料とするための成分調整材を用いれば、焼却灰１０からの塩素成分の洗い流しと同時に焼却灰１０に成分調整材を添加、混合して成分調整を行うことができる。
ただし、廃棄物焼却炉１から排出された焼却灰を一時保管ピット６に収容する前に焼却灰への成分調整材の添加を行なってもよい。
一時保管ピット６からセメント工場へ運び出される成分調整済みの焼却灰は、セメント製造工程のトラブルの原因となる塩素が十分に除去されていることに加えて、重金属類の一部も除去されているので、より一層のセメント原料化が図られることになる。
なお、主灰と飛灰とを含む焼却灰を対象に説明したが、例えば焼却主灰のみをこの発明により処理することもできる。
【００２０】
【実施例】
以下に実施例を挙げてこの発明の詳細についてさらに説明する。
中規模都市の自治体の都市ごみ焼却場（ストーカ方式）において、焼却炉より排出された直後で水没処理がなされていない焼却主灰を入手し、セメントの試験製造が可能な設備のある施設へ輸送した。この施設内に、散布した水が周囲の土壌に拡散しないように２ｍ四方の底面と高さ１．５ｍの側面を鋼板で囲うような箱型の一時保管ピットを設置した。一時保管ピットの底部には散布した水の排水口を形成し、水処理装置へ供給できるようにポンプと配管を設置した。一時保管ピットの上部には、自然降雨の影響を受けないように屋根を配置した。
【００２１】
この一時保管ピットの底部に、成分調整材のうちのケイ石約１．８４トンを敷土として厚さ約３０ｃｍに敷き詰めた。このケイ石層は散布した水の透水層として作用する。次に、振動ふるい及び磁力選別機を用いて粗大な異物および鉄屑などを除去した焼却主灰を一時保管ピットのケイ石層の上に収容し、最後に成分調整材のうちの粘土約０．８トンを覆土として焼却主灰の上に被せた。この粘土層は焼却主灰が周辺環境へ飛散することを防止する役割がある。
【００２２】
一時保管ピットへの散水は、覆土の収納が完了してから１週間は１日あたり３．６ｍ^３の水を、それ以降、覆土の収納が完了してから１ヶ月経過時までは１日あたり０．８ｍ^３の水を散布した。
このようにして１ヶ月の散水処理を行った後、一時保管ピットから塩素成分及び重金属類の一部が溶出除去された焼却主灰、粘土及びケイ石から成る混合物を掘り起こし、ロータリー式の粘土ドライヤーに通じて乾燥させ、続いて平均粒径４０μｍ程度にまで粉砕した。この混合物４０重量部と別に粉砕した石灰石１００重量部とをエアーブレンディングタンクへ供給して均一に混合し、セメント製造用原料とした。
【００２３】
セメントの試験焼成にはレンガ内径１５００ｍｍ、全長２８ｍのロータリーキルンを使用し、１．５トン／ｈｒの割合で調合原料をロータリーキルンへ供給し、最高温度１４３０℃でセメントクリンカを焼成した。
試験焼成の結果、得られたクリンカのＨＭ、ＳＭ及びＩＭはそれぞれ２．１７、２．５０及び１．９０であり、クリンカ鉱物組成はエーライトが６１％、ビーライトが１６％であり、通常のポルトランドセメントクリンカと同一の組成のものを得ることができた。なお、上記のＨＭ、ＳＭ及びＩＭはそれぞれ次の成分比（重量パーセント）を示している。
ＨＭ＝ＣａＯ／（ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｆｅ_２Ｏ_３）
ＳＭ＝ＳｉＯ_２／（Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｆｅ_２Ｏ_３）
ＩＭ＝Ａｌ_２Ｏ_３／Ｆｅ_２Ｏ_３
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、廃棄物焼却炉から排出された焼却主灰を、水没処理することなく、敷土が敷き詰められた一時保管ピット内に収容すると共に焼却主灰の上に覆土を被せ、覆土の上から散水して一時保管ピットの底部から排水し、敷土及び覆土のうち少なくとも一方にセメント製造用原料とするための成分調整材を用いるので、難水溶性のフリーデル氏塩の形成を抑制しつつ焼却灰中の塩素成分を効率的に除去することができる。
このようにして高効率で塩素成分が除去された焼却主灰は、セメント製造プロセスへの塩素の持ち込み量を大幅に低減させることができるので、セメント原料としての再資源化率を大幅に向上させることが可能となる。さらに、廃棄物焼却施設の場内において成分調整材が添加されるため、セメント工場でそのまま、あるいは軽微な成分調整の後直ちにセメント資源化が可能である。
【００２５】
従来は、セメント焼成用原料のうち例えば焼却主灰が代替できる割合は２％程度であったが、本願発明によれば約１３％までの代替が可能となる。焼却主灰からの塩素の持ち込み量が、セメントクリンカ中２００ｐｐｍ程度に抑えることができるため、既存の能力の塩素バイパスが設備されているキルンであれば、工程トラブルの発生も起こらず、またセメントの品質も低下することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る焼却主灰の処理方法の流れを概略的に示すフロー図である。
【符号の説明】
１廃棄物焼却炉、２磁力選別機、３振動ふるい、４集塵機、５異物ピット、６一時保管ピット、７スプレーノズル、８水タンク、９水処理装置、１０焼却灰、１１敷土、１２覆土。

Claims

廃棄物焼却炉から排出された焼却主灰を、水没処理することなく、敷土が敷き詰められた一時保管ピット内に収容すると共に焼却主灰の上に覆土を被せ、覆土の上から散水して一時保管ピットの底部から排水することにより焼却主灰から塩素成分を除去し、敷土及び覆土のうち少なくとも一方にセメント製造用原料とするための成分調整材を用いることを特徴とする焼却主灰の処理方法。