JP3969062B2 - ２段直列集塵機の捕集灰の処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は焼却炉又は溶融炉から発生する排ガスを２段直列に設置した集塵機で処理する際に、集塵機で捕集される捕集灰を効果的に処理して、捕集灰からの重金属の溶出を確実に防止する２段直列集塵機の捕集灰の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般家庭ごみや産業廃棄物の焼却炉又は溶融炉から発生する排ガス中には、焼却過程又は溶融過程で揮散された鉛等の重金属を含むダストや塩化水素（ＨＣｌ）などの強酸性のガスが含まれていることから、これらの処理を施してから大気中に放散する必要がある。
【０００３】
この排ガスの効果的な処理方法として、集塵機を２段直列に設置し、排ガスを２段集塵処理する方法が提案されている（特公平７−１０３９８０号公報）。この方法は、焼却炉から排出された排ガスを冷却する工程、冷却された排ガスから第１バグフィルタで煤塵を除去する工程、煤塵除去後の排ガスに消石灰を粉体又はスラリー状で噴霧して中和する工程、次いで中和された排ガスを第２バグフィルタで浄化する工程とからなっている。
【０００４】
第１バグフィルタの主機能は、焼却過程又は溶融過程で発生する低沸点重金属類を含んだ飛灰の捕集であり、第２バグフィルタの主機能は塩化水素等の酸性ガスの除去である。即ち、第２バグフィルタでは、第１バグフィルタと第２バグフィルタとの間の中和工程で噴霧された消石灰が飛灰と共に濾布表面に堆積し、この消石灰を含む堆積層で、排ガス中の塩化水素等の酸性ガスを効果的に吸収除去することができる。このため、第１バグフィルタで捕集された灰は重金属類を多く含有するが、消石灰成分はなく、第２バグフィルタで捕集された灰は、重金属類の含有量は少なく、未反応の消石灰を多く含むものとなる。従って、第２バグフィルタの捕集灰は、重金属類含有量が低いため、少量の重金属固定化剤の添加で重金属の溶出を防止することが可能であるが、第１バグフィルタの捕集灰は重金属類の含有量が高いため、重金属の溶出防止処理が難しいという問題があった。
【０００５】
従来、このような２段直列集塵機から発生する飛灰の処理方法として、第１バグフィルタから発生する飛灰に、鉄塩と第２バグフィルタから発生する飛灰を添加し、水を加えて湿潤状態で混練して処理する方法が提案されている（特開２０００−２０２３９５）。
【０００６】
なお、アルカリ性の飛灰の薬剤処理方法の一つとして、炭酸ガスとリン酸系重金属固定化剤を組み合わせた処理方法が提案されている（特開平８−１５５４１７号公報、特開平１１−１８８３３１号公報）。この方法は、炭酸ガスを用いて飛灰中のアルカリ成分を低減することにより、重金属固定化剤の必要添加量を低減して飛灰処理コストの低減を図り、更に酸性雨に曝された際等においても重金属の溶出を確実に抑制し、また、スケール生成成分の溶出を抑制する方法である。この方法により、アルカリ飛灰を処理するためには、アルカリ飛灰と水と炭酸ガスとリン酸系重金属固定化剤を混合して反応させる必要がある。このための処理装置として、ケーシングと、該ケーシングに開口するアルカリ飛灰供給口、処理飛灰排出口、液体供給口、炭酸ガス含有ガス供給口及びガス排出口と、該ケーシング内に設けられた低速回転駆動の混合攪拌手段及び高速回転駆動の剪断分散手段とを具備したアルカリ飛灰処理装置が提案されている（特開２００１−６２４２６）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
２段直列集塵機から発生する飛灰の処理方法として提案されている特開２０００−２０２３９５の方法は、第１バグフィルタの捕集灰のｐＨ調整剤として第２バグフィルタの捕集灰を用いる方法であり、新たなｐＨ調整剤としてのアルカリ剤を添加する必要がないという利点があるが、酸性化合物である鉄塩とアルカリ性である第２バグフィルタの捕集灰の添加量を調整して最適なｐＨ域に設定する必要があるため、ｐＨ制御が難しく実用的ではないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、２段直列集塵機から発生する飛灰を適切に処理する方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明２段直列集塵機の捕集灰の処理方法は、焼却炉又は溶融炉から発生する排ガスを、２段直列に配置した集塵機の第１集塵機に通して飛灰を捕集し、次いで第１集塵機から排出される排ガスに消石灰を噴霧した後第２集塵機に通して飛灰を捕集することにより該排ガスを処理するに当たり、該集塵機で捕集された灰を処理する方法において、第２集塵機の捕集灰と第１集塵機の捕集灰との混合灰に、水及び重金属固定化剤を添加、混練する工程と、炭酸ガスを供給して混合する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、２段直列に配置された集塵機で排ガスを処理する場合に、前段で消石灰が噴霧され、消石灰を多く含み、重金属類の含有量の少ない第２集塵機の捕集灰に、重金属類含有量の多い第１集塵機の捕集灰を混合した混合灰を、水、重金属固定化剤及び炭酸ガスで処理する。即ち、本発明では、消石灰を多く含むアルカリ性の第２集塵機の捕集灰と第１集塵機の捕集灰との混合灰を炭酸ガスで処理することにより、そのアルカリ度を低減してＰｂ等の重金属類の溶出量を低減することができるため、重金属固定化剤の必要添加量を低減することができ、従って、少ない重金属固定化剤添加量でＰｂ、Ｃｄなどの重金属類の溶出を確実に防止することができる。
【００１１】
なお、第１集塵機の捕集灰を単独で処理することは、灰中にアルカリ成分がないため（炭酸ガスと反応する成分がないため）反応が起こらず、本発明には好ましくない。
【００１２】
本発明においては、炭酸ガスとして焼却炉又は溶融炉から発生する排ガスを用いることができる。即ち、焼却炉又は溶融炉から発生する排ガス中には、通常５〜１５％程度の炭酸ガスが含まれており、炭酸ガス源として有効に利用することができる。このように排ガスを利用することで、炭酸ガス供給コストの低減を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の２段直列集塵機の捕集灰の処理方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
本発明においては、２段集塵機で排ガスを処理する場合に第２集塵機で発生する捕集灰と第１集塵機で発生する捕集灰との混合灰（以下、これを「原灰」と称す場合がある。）を、水と重金属固定化剤と炭酸ガスを用いて処理する。
【００１５】
第１集塵機の捕集灰と第２集塵機の捕集灰との混合灰を原灰とする場合、その混合比率は第１集塵機の捕集灰：第２集塵機の捕集灰＝１０：９０〜８０：２０（重量比）、特に３０：７０〜６０：４０とすることが好ましい。この範囲よりも第１集塵機の捕集灰が多いと、混合灰中にアルカリ成分が少なくなる（炭酸ガスと反応する成分が少なくなる）ため、反応が起こりにくくなり、本発明にはあまり好ましくない。なお、この範囲よりも第２集塵機の捕集灰が多くても特に問題はないが、混合によるアルカリ度低減効果を得る上では、上記範囲とすることが望ましい。
【００１６】
原灰の処理にあたっては、重金属固定化剤を混練した後炭酸ガスで処理しても良く、逆に炭酸ガスで処理した後重金属固定化剤を添加混練しても良い。具体的には、次のような処理手順で実施される。
［Ｉ］ 炭酸ガス通気後、重金属固定化剤を添加混練する場合
▲１▼ まず、原灰に水を添加して、十分に混合するように混練する。
▲２▼ 上記▲１▼で混練した処理灰に炭酸ガスを十分に通気する。
▲３▼ 上記▲２▼の炭酸ガス通気後、重金属固定化剤の所定量を添加し、十分に攪拌する。
［II］ 重金属固定化剤を混練した後、炭酸ガスを通気する場合
▲１▼ まず、原灰に水と重金属固定化剤を添加して、十分に混合するように混練する。
▲２▼ 上記▲１▼で混練した処理灰に炭酸ガスを十分に通気する。
なお、上記▲２▼の炭酸ガス通気後、更に重金属固定化剤を所定量添加して混練しても良い。
【００１７】
本発明において、原灰に添加する水の量は、その後の炭酸ガスによる中和反応の効率の面から原灰に対して５〜５０重量％、特に１０〜３０重量％とするのが好ましい。なお、この添加量は、炭酸ガス通気前の原灰に対する水の好適添加量であり、炭酸ガス通気前に、重金属固定化剤を水溶液として添加する場合には、この水溶液として添加される水量も含めることが好ましい。
【００１８】
また、炭酸ガスの通気量は、処理する原灰のアルカリ度や原灰中の重金属成分や組成等、或いは用いる重金属固定化剤の種類等によっても異なるが、通常の場合、炭酸ガス通気後の灰のアルカリ度で１０〜８０ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−灰、特に２０〜６０ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−灰程度であることが好ましい。
【００１９】
なお、この炭酸ガスとしては、前述の如く、焼却炉又は溶融炉の排ガスを利用することができる。
【００２０】
本発明で用いる重金属固定化剤としては、リン酸系重金属固定化剤、キレート系重金属固定化剤、活性白土のような粘土鉱物重金属固定化剤、澱粉のような高分子系重金属固定化剤、セメント系重金属固定化剤、硫酸のような酸性溶液系重金属固定化剤、アルミニウム化合物系重金属固定化剤などを挙げることができ、これらは１種を単独で用いても良く、２種以上を併用しても良い。
【００２１】
このうち、リン酸系重金属固定化剤としては、リン酸又はその塩が用いられ、このうち、リン酸としては正リン酸や次亜リン酸、メタ亜リン酸、ピロ亜リン酸、正亜リン酸、次リン酸、メタリン酸、ピロリン酸、三リン酸、縮合リン酸が挙げられ、リン酸塩としては、これらのリン酸の塩、第１リン酸塩、第２リン酸塩が挙げられる。特に好適なものは、正リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、リン酸二水素一ナトリウム（ＮａＨ２ＰＯ４）、リン酸一水素二ナトリウム（Ｎａ２ＨＰＯ４）であり、特に炭酸ガス通気後に添加するリン酸系重金属固定化剤としては、リン酸二水素一ナトリウムやリン酸一水素二ナトリウム等のリン酸塩が、処理灰のアルカリ度の低下が少なく、安定な処理を行える点で好ましい。
【００２２】
なお、これらのリン酸及び／又はリン酸塩は、好ましくは２０〜８０重量％濃度の水溶液として原灰に添加して混練される。このような水溶液を用いる場合、前述の如く、水溶液として持ち込まれる水量を、混練水として考慮することが望ましい。
【００２３】
キレート系重金属固定化剤としては、ジチオカルバミン酸系重金属固定化剤が挙げられ、具体的には、ジエチルジチオカルバミン酸及びその塩類（例えばナトリウム塩等）、ピペラジンジチオカルバミン酸及びその塩類、ポリアミンジチオカルバミン酸及びその塩類などがある。この中でも、取り扱い性の面から、液体としてのジチオカルバミン酸塩水溶液が好適に用いられる。
【００２４】
このようなジチオカルバミン酸系重金属固定化剤は、好ましくは２０〜５０重量％濃度の水溶液として添加して混練される。このようなジチオカルバミン酸系重金属固定化剤水溶液を用いる場合においても、前述の如く、水溶液として持ち込まれる水量を、混練水として考慮することが望ましい。
【００２５】
また、アルミニウム化合物系重金属固定化剤としては、硫酸アルミニウム、硫酸バンド（硫酸アルミニウム）、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、アルミナセメントなどが挙げられ、このうち価格や入手のし易さの面から、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウムを特に好適に用いることができる。
【００２６】
これらの重金属固定化剤の添加量は、原灰の重金属類含有量や炭酸ガスによる処理の程度、用いる重金属固定化剤の種類によっても異なるが、一般的には原灰に対して２〜２０重量％、特に４〜１０重量％とするのが好ましい。なお、炭酸ガス通気の前後で重金属固定化剤を添加する場合、合計の添加量がこの添加量となるようにし、炭酸ガス通気前に合計添加量の５／１０〜９／１０を添加混練し、炭酸ガス通気後にその残部を添加混練することが好ましい。
【００２７】
このような本発明の２段直列集塵機の捕集灰の処理方法は、特開２００１−６２４２６に記載される処理装置を用いて容易に実施することができる。
【００２８】
以下に図１を参照して特開２００１−６２４２６に記載される処理装置の構成を説明する。
【００２９】
図１は本発明の実施に好適な特開２００１−６２４２６に記載される飛灰処理装置を示す斜視図であり、作業口の蓋を撤去した状態を示している。
【００３０】
１対のサイドプレート１，２間に円筒形のケーシング３が配置されている。該ケーシング３の両端面にはそれぞれフランジ４が周設され、このフランジ４がサイドプレート１，２にボルトや溶接等によって固着されている。従って、ケーシング３の両端面はこれらのサイドプレート１，２によって封じられている。
【００３１】
ケーシング３の軸心部分に回転軸５が配置され、該回転軸５に複数の攪拌翼６が取り付けられている。この攪拌翼６は、該回転軸５から放射方向に延在するアーム６ａと、該アームに固着されたＶ字形に交わるブレード６ｂ，６ｃと、これらのブレード６ｂ，６ｃを繋ぐタイプレート６ｄとからなる鋤型のものである。該ブレード６ｂ，６ｃは、回転軸５の回転方向（θ方向）の上流側において交わり、回転方向の後流側ほど両者の間隔（回転軸５の軸心線と平行方向の間隔）が拡大するようにＶ字形に連結されている。
【００３２】
該攪拌翼６は、回転軸５に対し軸心線方向に間隔をおいて複数個設けられている。各攪拌翼６の回転方向の取付位相は異なっており、好ましくはこの回転方向において等分配置（例えば、攪拌翼６を２個設ける場合には約１８０゜位相を異ならせ、攪拌翼６を３個設ける場合には約１２０゜位相を異ならせて配置）される。
【００３３】
この回転軸５の両端は、サイドプレート１，２に設けられた軸封部７を通ってサイドプレート１，２の外方に延出し、軸支部８によって軸支されている。この軸支部８はブラケット９を介してサイドプレート１，２に支持されている。
【００３４】
サイドプレート１の外方にはモータ１０、チェーン、ベルト又はギヤ等よりなる動力伝達部１１及び減速機１２よりなる回転軸駆動装置が設置されている。該回転軸駆動装置は該サイドプレート１に支持されている。
【００３５】
ケーシング３内には剪断分散羽根１３が設けられている。この剪断分散羽根１３は、この実施の形態では複数枚例えば４枚の羽根を高速回転軸１４の先端側に固設したものである。図示はしないが、高速回転軸１４は、軸封部を介してケーシング３外に延出し、高速回転用モータに連結されている。この剪断分散羽根１３は、回転軸５の混合攪拌翼６，６の旋回通過領域同士の間に配置されており、混合攪拌翼６に接触しない。
【００３６】
ケーシング３の上面には被処理灰（原灰）の供給口１６と、液体の供給口１７と、炭酸ガス含有ガスの供給口１８と、ガスの排出口１９とが設けられている。ケーシング３の下面には処理灰の排出口２０が設けられている。この原灰の供給口１６及び排出口２０には、それぞれロータリフィーダやゲートバルブ等の原灰給排装置が設けられても良く、単純な開閉式の蓋が設けられても良い。原灰供給口１６にはホッパが設けられてもよい。液体供給口１７には液体の定量供給機構が接続され、炭酸ガス含有ガス供給口１８には炭酸ガス含有ガスを定量的に供給しうる機構が接続される。
【００３７】
なお、図の実施の形態ではケーシング３を横型としているが、その軸心線方向を上下方向とした縦型としても良い。
【００３８】
ケーシング３の側面には作業口２１が設けられており、この作業口２１を通してケーシング３内のメンテナンスを行いうるようになっている。この作業口２１は、通常は円筒状のケーシング３と同じ曲率にて湾曲した着脱式ないしは開閉式の蓋（図示略）によって閉鎖されている。
【００３９】
図１の処理装置を用いて本発明に従って集塵機捕集灰を処理するには、例えば、原灰（捕集灰）を供給口１６からケーシング３内に所定量供給し、回転軸５及び高速回転軸１４を回転させながら所定量の水を供給口１７から少しずつ供給し、原灰と水とを混合する。次いで、炭酸ガス含有ガス供給口１８から炭酸ガス含有ガス（炭酸ガス又は炭酸ガスと他のガスとを含有するガス）をケーシング３内に供給し、且つ排出口１９からガスを排出しながら回転軸５及び高速回転軸１４を回転させて炭酸ガスをアルカリ（とくにＣａ（ＯＨ）２）と反応させる。なお、高速回転軸１４は、炭酸ガス含有ガスの通気当初は停止しておき、所定時間が経過してから駆動するようにしても良い。
【００４０】
次いで、回転軸５及び高速回転軸１４を回転させながら重金属固定化剤の水溶液を所定量供給口１７から供給し、混合する。
【００４１】
或いは、ケーシング３内に所定量の原灰を供給口１６から供給し、回転軸５及び高速回転軸１４を回転させながら所定量の重金属固定化剤の水溶液、及び必要に応じて水を供給口１７からケーシング３内に供給して混合する。その後、回転軸５及び高速回転軸１４を回転させながら、供給口１８から炭酸ガス含有ガスをケーシング３内に供給し、且つケーシング３内からガスを排出口１９を介して排出する。なお、この場合も、炭酸ガス含有ガスの通気開始当初は高速回転を停止しておき、通気開始後、所定時間が経過してから回転させてもよい。
【００４２】
いずれの方法によっても、原灰中の重金属が効率良く固定されるので、所定時間経過後、回転軸５及び高速回転軸１４を停止し、処理灰排出口２０から処理灰を排出する。処理灰を造粒する場合は、高速回転軸１４を停止し、回転軸５だけを回転させて造粒し、処理灰排出口２０から造粒灰を排出することもできる。
【００４３】
この処理装置では、攪拌翼付きの回転軸５を低速で回転させ、ケーシング３内の原灰全体を攪拌しながら剪断分散羽根１３付きの高速回転軸１４を高速で回転させて原灰を剪断分散させるので、ケーシング３内の原灰が水溶液と効率良く混合攪拌されると共に、炭酸ガス含有ガスと効率良く接触する。従って、きわめて効率良く飛灰処理を行うことができる。また、高速で回転させるのは小型の剪断分散羽根１３だけであり、大型の攪拌翼６付き回転軸５は低速回転させるので、剪断分散羽根１３及び攪拌翼６の回転駆動動力はいずれも小さくて済む。
【００４４】
なお、このようにして炭酸ガスを供給して原灰を処理するに当たり、炭酸ガスと灰中のアルカリ成分との反応の進行状況、反応中の灰のアルカリ度をリアルタイムで把握し、炭酸ガスの使用量及び処理時間を必要最低限とした上で灰を所望のアルカリ度にまで中和することが望ましい。
【００４５】
従って、好ましくは通気する炭酸ガス中のＣＯ２濃度やガス流量をモニタリングすることにより、中和反応の進行状況ないし処理中の飛灰のアルカリ度を的確に推定し、この結果に基いて炭酸化工程の処理時間を制御する。
【００４６】
この場合、
(1) 灰の炭酸ガス吸収量を測定し、この吸収量が設定値に達したときに、炭酸ガスの供給を終了させる、或いは
(2) 炭酸ガス通気工程における炭酸ガス供給量と炭酸ガス排出量とを測定し、測定された炭酸ガス供給量と炭酸ガス排出量の差が０を超える設定値に達したときに、炭酸ガスの供給を終了させる
ことが好ましい。
【００４７】
上記(1)の場合、処理開始から原灰に吸収された炭酸ガスを測定し、この炭酸ガス吸収量に基いて処理状況、即ち、灰のアルカリ度を判断し、この炭酸ガス吸収量が設定値に達したときに炭酸ガスの供給を終了させる。
【００４８】
これにより、炭酸ガスの吸収量をモニタリングするのみで、処理中の灰を取り出してアルカリ度の測定を行うことなく、処理中の灰のアルカリ度を判定することができる。
【００４９】
即ち、例えば、図１に示す処理装置において、炭酸ガス含有ガス供給口１８から供給するガス（入口ガス）のＣＯ２濃度及び流量と、ガス排出口１９から排出されるガス（出口ガス）のＣＯ２濃度及び流量とを測定し、飛灰に吸収された炭酸ガス量（ＣＯ２量）（Ｍ：モル）を次式（Ａ）により積算する。
【００５０】
【数１】
【００５１】
原灰中のアルカリ成分である消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）と炭酸ガスとの反応は、下記式の通りであるから、吸収されたＣＯ２量（Ｍ：モル）と等モルの飛灰中のＣａ（ＯＨ）２が反応により消費される。
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→ＣａＣＯ３＋２Ｈ２Ｏ
【００５２】
従って、このアルカリ度の低下度を、下記（Ｂ）式により、飛灰１ｇ当たりのＣａＣＯ３（分子量：１００．０８６）換算量（ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−灰）として算出することができる。
アルカリ度の低下度＝Ｍ×１００．０８６×１０００／Ｆ …（Ｂ）
Ｆ：処理した原灰量（ｇ）
【００５３】
このアルカリ度の低下を、下記（Ｃ）式で処理前に予め実測により求めた原灰のアルカリ度から差し引くことにより、処理中の灰のアルカリ度を求めることができる。
【００５４】
従って、この処理中の灰のアルカリ度が所望の値に達したときに、炭酸ガスによる処理を終了すれば良い。
【００５５】
前述の如く、一般に、飛灰のアルカリ度が１０〜８０ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−灰、好ましくは２０〜６０ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−灰となった時点で、炭酸ガスによる処理を終了し、重金属固定化剤による処理に移ることが好ましく、処理中の炭酸ガス吸収量を積算し、この炭酸ガス吸収量から処理中の灰のアルカリ度をモニタリングして処理時間を制御すれば良い。
【００５６】
上記(2)の場合は、炭酸化工程への炭酸ガス供給量と炭酸化工程からの炭酸ガス排出量とを測定し、その差が０を超える設定値に達したときに炭素の供給を終了することで、灰を所望のアルカリ度に処理する。
【００５７】
即ち、例えば、図１に示す処理装置において、入口ガスのＣＯ２濃度と出口ガスのＣＯ２濃度とを測定し、下記（Ｄ）式によりＣＯ２の利用率（Ｙ：％）を算出する。
【００５８】
【数２】
【００５９】
炭酸化処理開始時においては、このＣＯ２利用率は高く６０〜９０％程度であるが、その後、灰の炭酸化が進行し、アルカリ度が低くなってくると、このＣＯ２利用率が低下してくる。
【００６０】
重金属固定化剤として特にリン酸系重金属固定化剤を用いる場合、このＣＯ２利用率が１０〜４０％、好ましくは約１５〜２５％となった時点で炭酸ガス処理を終了することが好ましい。
【００６１】
前述の如く、用いる重金属固定化剤や原灰中の重金属の種類によって、炭酸化処理後の灰のアルカリ度に好適範囲があるため、そのアルカリ度に応じて、炭酸化処理を終了するＣＯ２利用率を適宜設定すれば良い。
【００６２】
このような方法によれば、入口ガス及び出口ガスのＣＯ２濃度及び流量をモニタリングするのみで煩雑な試験を行うことなく、灰の中和反応の進行状況ないし処理中の灰のアルカリ度をリアルタイムでモニタリングすることができ、原灰を所望のアルカリ度に処理することができる。
【００６３】
また、一般に、炭酸ガスと原灰との炭酸化反応において、灰の含水率は一定の範囲までは高いほど反応効率が高くなるが、一定の範囲を超えると灰が造粒し、粒の内部まで炭酸ガスが浸透しないことから反応効率が低下する。従って、炭酸化反応中は、灰の含水率は灰が造粒しない程度に高い値であることが好ましい。一方、処理後に灰を運搬、埋立処分等するときには、灰の含水率は灰が造粒する程度に高い値であることが好ましい。
【００６４】
従って、灰の含水率を好適範囲に制御するために、原灰と炭酸ガスとを接触させる工程において灰の含水率が所定範囲となるように灰への水分の供給量を制御することが好ましい。
【００６５】
また、この場合において、原灰をバッチ式で攪拌槽に導入し、灰の含水率が前記所定範囲となるように水を灰に添加しながら攪拌し、その後、炭酸ガス含有ガスを該攪拌槽に導入してアルカリ飛灰の炭酸化を行い、バッチ式でアルカリ飛灰を排出するようにし、炭酸化の開始から終了まで灰の含水率が前記所定範囲となるように水分、好ましくは水の供給量を制御することが好ましい。
【００６６】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例により何ら限定されるものではない。
【００６７】
なお、以下の実施例では、都市ゴミの溶融炉から発生する排ガスを２段直列集塵機で処理した場合の１段目のバグフィルタから発生するＡ飛灰と２段目のバグフィルタから発生するＢ飛灰の処理を行った。各飛灰の成分は表１に示す通りであり、Ａ飛灰は重金属類の含有量が多く、Ｂ飛灰は重金属類の含有量は少ないが、残存消石灰成分であるＣａの含有量が多い。
【００６８】
【表１】
【００６９】
実施例１
図１に示す飛灰処理装置を用いて、以下の処理手順で飛灰の処理を行った。
【００７０】
▲１▼ Ａ飛灰とＢ飛灰とを１：１の重量比で混合した混合灰を原灰とし、その１２ｋｇを原灰供給口１６よりケーシング３内に投入した。次いで、脱塩水３．０ｋｇ（飛灰に対して２５重量％）と正リン酸８０重量％水溶液０．６０ｋｇ（飛灰に対して５重量％：正リン酸として飛灰に対して４重量％）を液体供給口１７より注入しながら、回転軸５及び高速回転軸１４を３分間駆動し、原灰と水及び正リン酸水溶液とを均一に混合した。なお、回転軸５の回転速度は１００ｒｐｍ、高速回転軸１４の回転速度は２０００ｐｐｍとした。
【００７１】
▲２▼ 回転軸５及び高速回転軸１４の回転を続けながら炭酸ガス含有ガス供給口１８よりＣＯ２濃度１０％の炭酸ガスを３００Ｌ／ｍｉｎで５０分間通気した。
【００７２】
▲３▼ ガス通気３０分後、４０分後及び５０分後の処理灰をそれぞれ処理灰排出口２０より採取し、Ｐ−アルカリ度の測定と、環境庁告示１３号試験による溶出液のｐＨとＰｂ、Ｃｄ濃度の測定を行い、結果を表２に示した。
【００７３】
なお、Ｐ−アルカリ度測定方法は次の通りである。まず、灰１ｇを採取し、脱塩水を１０００ｍＬ加えて５分間攪拌後、この混合溶液を所定量採取し、指示薬としてフェノールフタレイン溶液を２〜３滴加えた。次いで０．０２Ｎ−硫酸を用いて無色になるまで滴定し、この滴定量から飛灰中のＰ−アルカリ度を求めた。
【００７４】
参考例１
実施例１において、Ａ飛灰を混合せず、Ｂ飛灰のみ１２ｋｇを原灰としたこと以外は同様にして処理を行い、Ｐ−アルカリ度の測定結果及び環境庁告示１３号試験結果を表２に示した。
【００７５】
実施例２
実施例１において、炭酸ガス含有ガスとして、溶融炉から排出されるＣＯ２濃度８％の排ガスを通気したこと以外は同様にして処理を行い、Ｐ−アルカリ度の測定結果及び環境庁告示１３号試験結果を表２に示した。
【００７６】
実施例３
実施例１において、脱塩水３．０ｋｇと正リン酸水溶液０．６０ｋｇの代りに、脱塩水３０ｋｇ（飛灰に対して２５重量％）とジチオカルバミン酸系重金属固定化剤（栗田工業（株）製「アッシュナイトＳ８０１」）０．６ｋｇ（飛灰に対して５重量％）とを注入したしたこと以外は同様にして処理を行い、Ｐ−アルカリ度の測定結果及び環境庁告示１３号試験結果を表２に示した。
【００７７】
比較例１
実施例１において、Ｂ飛灰を混合せず、Ａ飛灰のみ１２ｋｇを原灰としたこと以外は同様にして処理を行い、Ｐ−アルカリ度の測定結果及び環境庁告示１３号試験結果を表２に示した。
【００７８】
【表２】
【００７９】
比較例２
Ａ飛灰５０ｇを５００ｍＬのポリビーカーに採取し、脱塩水１２．５ｇ（飛灰に対して２５重量％）とジチオカルバミン酸系重金属固定化剤（栗田工業（株）製「アッシュナイトＳ８０１」）を表３に示す割合で添加し、スパーテルで約３分間混練して飛灰とよく混合した。
【００８０】
得られた処理灰について、環境庁告示１３号試験を行って、結果を表３に示した。
【００８１】
比較例３
Ｂ飛灰５０ｇを原灰としたこと以外は比較例２と同様にして処理を行い、環境庁告示１３号試験結果を表３に示した。
【００８２】
比較例４
Ａ飛灰２５ｇとＢ飛灰２５ｇとの混合灰を原灰としたこと以外は比較例１と同様にして処理を行い、環境庁告示１３号試験結果を表３に示した。
【００８３】
比較例５
Ａ飛灰４０ｇとＢ飛灰１０ｇを５００ｍＬのポリビーカーに採取し、脱塩水１２．５ｇ（飛灰に対して２５重量％）とポリ硫酸第２鉄を表３に示す割合で添加し、スパーテルで約３分間混練して飛灰と良く混合した。
【００８４】
得られた処理灰について、環境庁告示１３号試験を行って結果を表３に示した。
【００８５】
【表３】
【００８６】
表３より明らかなように、Ａ飛灰とＢ飛灰を別々に処理した場合（比較例２，３）、Ｐｂ，Ｃｄの溶出を防止できる添加量は、Ａ飛灰の場合２５重量％、Ｂ飛灰の場合１重量％と大きく異なっており、実際の処理では添加量制御が難しい。また、Ａ飛灰とＢ飛灰を等量で混合した灰に対しても１５重量％必要となっている（比較例４）。また、Ａ飛灰とＢ飛灰の混合灰にポリ硫酸鉄を用いる方法（特開２０００−２０２３９５）の場合、ポリ硫酸鉄の添加量が多く必要となるため、実用的ではない（比較例５）。
【００８７】
これに対して、実施例１〜３の場合は、重金属固定化剤の添加量４．０〜５．０重量％で飛灰中のＰｂ，Ｃｄの溶出を防止することができる。
【００８８】
なお、Ａ飛灰のみを処理する比較例１では炭酸ガスを通気しても、溶出液ｐＨに大きな変化は見られず、Ｐｂ，Ｃｄの溶出を抑えることはできない。
【００８９】
以上の結果から、本発明の方法により２段直列集塵機の捕集灰を処理することにより、少ない重金属固定化剤の添加量で、安定的に処理することができることがわかる。
【００９０】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の２段直列集塵機の捕集灰の処理方法によれば、２段直列集塵機から発生する飛灰を、少ない重金属固定化剤添加量で効果的に処理して、処理物からの重金属の溶出を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に好適な処理装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，２ サイドプレート
３ ケーシング
５ 回転軸
６ 攪拌翼
１０ モータ
１２ 減速機
１３ 剪断分散羽根
１４ 高速回転軸
１６ 原灰供給口
１７ 液体供給口
１８ 炭酸ガス含有ガス供給口
１９ ガス排出口
２０ 処理灰排出口
２１ 作業口
【発明の属する技術分野】
本発明は焼却炉又は溶融炉から発生する排ガスを２段直列に設置した集塵機で処理する際に、集塵機で捕集される捕集灰を効果的に処理して、捕集灰からの重金属の溶出を確実に防止する２段直列集塵機の捕集灰の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般家庭ごみや産業廃棄物の焼却炉又は溶融炉から発生する排ガス中には、焼却過程又は溶融過程で揮散された鉛等の重金属を含むダストや塩化水素（ＨＣｌ）などの強酸性のガスが含まれていることから、これらの処理を施してから大気中に放散する必要がある。
【０００３】
この排ガスの効果的な処理方法として、集塵機を２段直列に設置し、排ガスを２段集塵処理する方法が提案されている（特公平７−１０３９８０号公報）。この方法は、焼却炉から排出された排ガスを冷却する工程、冷却された排ガスから第１バグフィルタで煤塵を除去する工程、煤塵除去後の排ガスに消石灰を粉体又はスラリー状で噴霧して中和する工程、次いで中和された排ガスを第２バグフィルタで浄化する工程とからなっている。
【０００４】
第１バグフィルタの主機能は、焼却過程又は溶融過程で発生する低沸点重金属類を含んだ飛灰の捕集であり、第２バグフィルタの主機能は塩化水素等の酸性ガスの除去である。即ち、第２バグフィルタでは、第１バグフィルタと第２バグフィルタとの間の中和工程で噴霧された消石灰が飛灰と共に濾布表面に堆積し、この消石灰を含む堆積層で、排ガス中の塩化水素等の酸性ガスを効果的に吸収除去することができる。このため、第１バグフィルタで捕集された灰は重金属類を多く含有するが、消石灰成分はなく、第２バグフィルタで捕集された灰は、重金属類の含有量は少なく、未反応の消石灰を多く含むものとなる。従って、第２バグフィルタの捕集灰は、重金属類含有量が低いため、少量の重金属固定化剤の添加で重金属の溶出を防止することが可能であるが、第１バグフィルタの捕集灰は重金属類の含有量が高いため、重金属の溶出防止処理が難しいという問題があった。
【０００５】
従来、このような２段直列集塵機から発生する飛灰の処理方法として、第１バグフィルタから発生する飛灰に、鉄塩と第２バグフィルタから発生する飛灰を添加し、水を加えて湿潤状態で混練して処理する方法が提案されている（特開２０００−２０２３９５）。
【０００６】
なお、アルカリ性の飛灰の薬剤処理方法の一つとして、炭酸ガスとリン酸系重金属固定化剤を組み合わせた処理方法が提案されている（特開平８−１５５４１７号公報、特開平１１−１８８３３１号公報）。この方法は、炭酸ガスを用いて飛灰中のアルカリ成分を低減することにより、重金属固定化剤の必要添加量を低減して飛灰処理コストの低減を図り、更に酸性雨に曝された際等においても重金属の溶出を確実に抑制し、また、スケール生成成分の溶出を抑制する方法である。この方法により、アルカリ飛灰を処理するためには、アルカリ飛灰と水と炭酸ガスとリン酸系重金属固定化剤を混合して反応させる必要がある。このための処理装置として、ケーシングと、該ケーシングに開口するアルカリ飛灰供給口、処理飛灰排出口、液体供給口、炭酸ガス含有ガス供給口及びガス排出口と、該ケーシング内に設けられた低速回転駆動の混合攪拌手段及び高速回転駆動の剪断分散手段とを具備したアルカリ飛灰処理装置が提案されている（特開２００１−６２４２６）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
２段直列集塵機から発生する飛灰の処理方法として提案されている特開２０００−２０２３９５の方法は、第１バグフィルタの捕集灰のｐＨ調整剤として第２バグフィルタの捕集灰を用いる方法であり、新たなｐＨ調整剤としてのアルカリ剤を添加する必要がないという利点があるが、酸性化合物である鉄塩とアルカリ性である第２バグフィルタの捕集灰の添加量を調整して最適なｐＨ域に設定する必要があるため、ｐＨ制御が難しく実用的ではないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、２段直列集塵機から発生する飛灰を適切に処理する方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明２段直列集塵機の捕集灰の処理方法は、焼却炉又は溶融炉から発生する排ガスを、２段直列に配置した集塵機の第１集塵機に通して飛灰を捕集し、次いで第１集塵機から排出される排ガスに消石灰を噴霧した後第２集塵機に通して飛灰を捕集することにより該排ガスを処理するに当たり、該集塵機で捕集された灰を処理する方法において、第２集塵機の捕集灰と第１集塵機の捕集灰との混合灰に、水及び重金属固定化剤を添加、混練する工程と、炭酸ガスを供給して混合する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、２段直列に配置された集塵機で排ガスを処理する場合に、前段で消石灰が噴霧され、消石灰を多く含み、重金属類の含有量の少ない第２集塵機の捕集灰に、重金属類含有量の多い第１集塵機の捕集灰を混合した混合灰を、水、重金属固定化剤及び炭酸ガスで処理する。即ち、本発明では、消石灰を多く含むアルカリ性の第２集塵機の捕集灰と第１集塵機の捕集灰との混合灰を炭酸ガスで処理することにより、そのアルカリ度を低減してＰｂ等の重金属類の溶出量を低減することができるため、重金属固定化剤の必要添加量を低減することができ、従って、少ない重金属固定化剤添加量でＰｂ、Ｃｄなどの重金属類の溶出を確実に防止することができる。
【００１１】
なお、第１集塵機の捕集灰を単独で処理することは、灰中にアルカリ成分がないため（炭酸ガスと反応する成分がないため）反応が起こらず、本発明には好ましくない。
【００１２】
本発明においては、炭酸ガスとして焼却炉又は溶融炉から発生する排ガスを用いることができる。即ち、焼却炉又は溶融炉から発生する排ガス中には、通常５〜１５％程度の炭酸ガスが含まれており、炭酸ガス源として有効に利用することができる。このように排ガスを利用することで、炭酸ガス供給コストの低減を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の２段直列集塵機の捕集灰の処理方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
本発明においては、２段集塵機で排ガスを処理する場合に第２集塵機で発生する捕集灰と第１集塵機で発生する捕集灰との混合灰（以下、これを「原灰」と称す場合がある。）を、水と重金属固定化剤と炭酸ガスを用いて処理する。
【００１５】
第１集塵機の捕集灰と第２集塵機の捕集灰との混合灰を原灰とする場合、その混合比率は第１集塵機の捕集灰：第２集塵機の捕集灰＝１０：９０〜８０：２０（重量比）、特に３０：７０〜６０：４０とすることが好ましい。この範囲よりも第１集塵機の捕集灰が多いと、混合灰中にアルカリ成分が少なくなる（炭酸ガスと反応する成分が少なくなる）ため、反応が起こりにくくなり、本発明にはあまり好ましくない。なお、この範囲よりも第２集塵機の捕集灰が多くても特に問題はないが、混合によるアルカリ度低減効果を得る上では、上記範囲とすることが望ましい。
【００１６】
原灰の処理にあたっては、重金属固定化剤を混練した後炭酸ガスで処理しても良く、逆に炭酸ガスで処理した後重金属固定化剤を添加混練しても良い。具体的には、次のような処理手順で実施される。
［Ｉ］ 炭酸ガス通気後、重金属固定化剤を添加混練する場合
▲１▼ まず、原灰に水を添加して、十分に混合するように混練する。
▲２▼ 上記▲１▼で混練した処理灰に炭酸ガスを十分に通気する。
▲３▼ 上記▲２▼の炭酸ガス通気後、重金属固定化剤の所定量を添加し、十分に攪拌する。
［II］ 重金属固定化剤を混練した後、炭酸ガスを通気する場合
▲１▼ まず、原灰に水と重金属固定化剤を添加して、十分に混合するように混練する。
▲２▼ 上記▲１▼で混練した処理灰に炭酸ガスを十分に通気する。
なお、上記▲２▼の炭酸ガス通気後、更に重金属固定化剤を所定量添加して混練しても良い。
【００１７】
本発明において、原灰に添加する水の量は、その後の炭酸ガスによる中和反応の効率の面から原灰に対して５〜５０重量％、特に１０〜３０重量％とするのが好ましい。なお、この添加量は、炭酸ガス通気前の原灰に対する水の好適添加量であり、炭酸ガス通気前に、重金属固定化剤を水溶液として添加する場合には、この水溶液として添加される水量も含めることが好ましい。
【００１８】
また、炭酸ガスの通気量は、処理する原灰のアルカリ度や原灰中の重金属成分や組成等、或いは用いる重金属固定化剤の種類等によっても異なるが、通常の場合、炭酸ガス通気後の灰のアルカリ度で１０〜８０ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−灰、特に２０〜６０ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−灰程度であることが好ましい。
【００１９】
なお、この炭酸ガスとしては、前述の如く、焼却炉又は溶融炉の排ガスを利用することができる。
【００２０】
本発明で用いる重金属固定化剤としては、リン酸系重金属固定化剤、キレート系重金属固定化剤、活性白土のような粘土鉱物重金属固定化剤、澱粉のような高分子系重金属固定化剤、セメント系重金属固定化剤、硫酸のような酸性溶液系重金属固定化剤、アルミニウム化合物系重金属固定化剤などを挙げることができ、これらは１種を単独で用いても良く、２種以上を併用しても良い。
【００２１】
このうち、リン酸系重金属固定化剤としては、リン酸又はその塩が用いられ、このうち、リン酸としては正リン酸や次亜リン酸、メタ亜リン酸、ピロ亜リン酸、正亜リン酸、次リン酸、メタリン酸、ピロリン酸、三リン酸、縮合リン酸が挙げられ、リン酸塩としては、これらのリン酸の塩、第１リン酸塩、第２リン酸塩が挙げられる。特に好適なものは、正リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、リン酸二水素一ナトリウム（ＮａＨ２ＰＯ４）、リン酸一水素二ナトリウム（Ｎａ２ＨＰＯ４）であり、特に炭酸ガス通気後に添加するリン酸系重金属固定化剤としては、リン酸二水素一ナトリウムやリン酸一水素二ナトリウム等のリン酸塩が、処理灰のアルカリ度の低下が少なく、安定な処理を行える点で好ましい。
【００２２】
なお、これらのリン酸及び／又はリン酸塩は、好ましくは２０〜８０重量％濃度の水溶液として原灰に添加して混練される。このような水溶液を用いる場合、前述の如く、水溶液として持ち込まれる水量を、混練水として考慮することが望ましい。
【００２３】
キレート系重金属固定化剤としては、ジチオカルバミン酸系重金属固定化剤が挙げられ、具体的には、ジエチルジチオカルバミン酸及びその塩類（例えばナトリウム塩等）、ピペラジンジチオカルバミン酸及びその塩類、ポリアミンジチオカルバミン酸及びその塩類などがある。この中でも、取り扱い性の面から、液体としてのジチオカルバミン酸塩水溶液が好適に用いられる。
【００２４】
このようなジチオカルバミン酸系重金属固定化剤は、好ましくは２０〜５０重量％濃度の水溶液として添加して混練される。このようなジチオカルバミン酸系重金属固定化剤水溶液を用いる場合においても、前述の如く、水溶液として持ち込まれる水量を、混練水として考慮することが望ましい。
【００２５】
また、アルミニウム化合物系重金属固定化剤としては、硫酸アルミニウム、硫酸バンド（硫酸アルミニウム）、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、アルミナセメントなどが挙げられ、このうち価格や入手のし易さの面から、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウムを特に好適に用いることができる。
【００２６】
これらの重金属固定化剤の添加量は、原灰の重金属類含有量や炭酸ガスによる処理の程度、用いる重金属固定化剤の種類によっても異なるが、一般的には原灰に対して２〜２０重量％、特に４〜１０重量％とするのが好ましい。なお、炭酸ガス通気の前後で重金属固定化剤を添加する場合、合計の添加量がこの添加量となるようにし、炭酸ガス通気前に合計添加量の５／１０〜９／１０を添加混練し、炭酸ガス通気後にその残部を添加混練することが好ましい。
【００２７】
このような本発明の２段直列集塵機の捕集灰の処理方法は、特開２００１−６２４２６に記載される処理装置を用いて容易に実施することができる。
【００２８】
以下に図１を参照して特開２００１−６２４２６に記載される処理装置の構成を説明する。
【００２９】
図１は本発明の実施に好適な特開２００１−６２４２６に記載される飛灰処理装置を示す斜視図であり、作業口の蓋を撤去した状態を示している。
【００３０】
１対のサイドプレート１，２間に円筒形のケーシング３が配置されている。該ケーシング３の両端面にはそれぞれフランジ４が周設され、このフランジ４がサイドプレート１，２にボルトや溶接等によって固着されている。従って、ケーシング３の両端面はこれらのサイドプレート１，２によって封じられている。
【００３１】
ケーシング３の軸心部分に回転軸５が配置され、該回転軸５に複数の攪拌翼６が取り付けられている。この攪拌翼６は、該回転軸５から放射方向に延在するアーム６ａと、該アームに固着されたＶ字形に交わるブレード６ｂ，６ｃと、これらのブレード６ｂ，６ｃを繋ぐタイプレート６ｄとからなる鋤型のものである。該ブレード６ｂ，６ｃは、回転軸５の回転方向（θ方向）の上流側において交わり、回転方向の後流側ほど両者の間隔（回転軸５の軸心線と平行方向の間隔）が拡大するようにＶ字形に連結されている。
【００３２】
該攪拌翼６は、回転軸５に対し軸心線方向に間隔をおいて複数個設けられている。各攪拌翼６の回転方向の取付位相は異なっており、好ましくはこの回転方向において等分配置（例えば、攪拌翼６を２個設ける場合には約１８０゜位相を異ならせ、攪拌翼６を３個設ける場合には約１２０゜位相を異ならせて配置）される。
【００３３】
この回転軸５の両端は、サイドプレート１，２に設けられた軸封部７を通ってサイドプレート１，２の外方に延出し、軸支部８によって軸支されている。この軸支部８はブラケット９を介してサイドプレート１，２に支持されている。
【００３４】
サイドプレート１の外方にはモータ１０、チェーン、ベルト又はギヤ等よりなる動力伝達部１１及び減速機１２よりなる回転軸駆動装置が設置されている。該回転軸駆動装置は該サイドプレート１に支持されている。
【００３５】
ケーシング３内には剪断分散羽根１３が設けられている。この剪断分散羽根１３は、この実施の形態では複数枚例えば４枚の羽根を高速回転軸１４の先端側に固設したものである。図示はしないが、高速回転軸１４は、軸封部を介してケーシング３外に延出し、高速回転用モータに連結されている。この剪断分散羽根１３は、回転軸５の混合攪拌翼６，６の旋回通過領域同士の間に配置されており、混合攪拌翼６に接触しない。
【００３６】
ケーシング３の上面には被処理灰（原灰）の供給口１６と、液体の供給口１７と、炭酸ガス含有ガスの供給口１８と、ガスの排出口１９とが設けられている。ケーシング３の下面には処理灰の排出口２０が設けられている。この原灰の供給口１６及び排出口２０には、それぞれロータリフィーダやゲートバルブ等の原灰給排装置が設けられても良く、単純な開閉式の蓋が設けられても良い。原灰供給口１６にはホッパが設けられてもよい。液体供給口１７には液体の定量供給機構が接続され、炭酸ガス含有ガス供給口１８には炭酸ガス含有ガスを定量的に供給しうる機構が接続される。
【００３７】
なお、図の実施の形態ではケーシング３を横型としているが、その軸心線方向を上下方向とした縦型としても良い。
【００３８】
ケーシング３の側面には作業口２１が設けられており、この作業口２１を通してケーシング３内のメンテナンスを行いうるようになっている。この作業口２１は、通常は円筒状のケーシング３と同じ曲率にて湾曲した着脱式ないしは開閉式の蓋（図示略）によって閉鎖されている。
【００３９】
図１の処理装置を用いて本発明に従って集塵機捕集灰を処理するには、例えば、原灰（捕集灰）を供給口１６からケーシング３内に所定量供給し、回転軸５及び高速回転軸１４を回転させながら所定量の水を供給口１７から少しずつ供給し、原灰と水とを混合する。次いで、炭酸ガス含有ガス供給口１８から炭酸ガス含有ガス（炭酸ガス又は炭酸ガスと他のガスとを含有するガス）をケーシング３内に供給し、且つ排出口１９からガスを排出しながら回転軸５及び高速回転軸１４を回転させて炭酸ガスをアルカリ（とくにＣａ（ＯＨ）２）と反応させる。なお、高速回転軸１４は、炭酸ガス含有ガスの通気当初は停止しておき、所定時間が経過してから駆動するようにしても良い。
【００４０】
次いで、回転軸５及び高速回転軸１４を回転させながら重金属固定化剤の水溶液を所定量供給口１７から供給し、混合する。
【００４１】
或いは、ケーシング３内に所定量の原灰を供給口１６から供給し、回転軸５及び高速回転軸１４を回転させながら所定量の重金属固定化剤の水溶液、及び必要に応じて水を供給口１７からケーシング３内に供給して混合する。その後、回転軸５及び高速回転軸１４を回転させながら、供給口１８から炭酸ガス含有ガスをケーシング３内に供給し、且つケーシング３内からガスを排出口１９を介して排出する。なお、この場合も、炭酸ガス含有ガスの通気開始当初は高速回転を停止しておき、通気開始後、所定時間が経過してから回転させてもよい。
【００４２】
いずれの方法によっても、原灰中の重金属が効率良く固定されるので、所定時間経過後、回転軸５及び高速回転軸１４を停止し、処理灰排出口２０から処理灰を排出する。処理灰を造粒する場合は、高速回転軸１４を停止し、回転軸５だけを回転させて造粒し、処理灰排出口２０から造粒灰を排出することもできる。
【００４３】
この処理装置では、攪拌翼付きの回転軸５を低速で回転させ、ケーシング３内の原灰全体を攪拌しながら剪断分散羽根１３付きの高速回転軸１４を高速で回転させて原灰を剪断分散させるので、ケーシング３内の原灰が水溶液と効率良く混合攪拌されると共に、炭酸ガス含有ガスと効率良く接触する。従って、きわめて効率良く飛灰処理を行うことができる。また、高速で回転させるのは小型の剪断分散羽根１３だけであり、大型の攪拌翼６付き回転軸５は低速回転させるので、剪断分散羽根１３及び攪拌翼６の回転駆動動力はいずれも小さくて済む。
【００４４】
なお、このようにして炭酸ガスを供給して原灰を処理するに当たり、炭酸ガスと灰中のアルカリ成分との反応の進行状況、反応中の灰のアルカリ度をリアルタイムで把握し、炭酸ガスの使用量及び処理時間を必要最低限とした上で灰を所望のアルカリ度にまで中和することが望ましい。
【００４５】
従って、好ましくは通気する炭酸ガス中のＣＯ２濃度やガス流量をモニタリングすることにより、中和反応の進行状況ないし処理中の飛灰のアルカリ度を的確に推定し、この結果に基いて炭酸化工程の処理時間を制御する。
【００４６】
この場合、
(1) 灰の炭酸ガス吸収量を測定し、この吸収量が設定値に達したときに、炭酸ガスの供給を終了させる、或いは
(2) 炭酸ガス通気工程における炭酸ガス供給量と炭酸ガス排出量とを測定し、測定された炭酸ガス供給量と炭酸ガス排出量の差が０を超える設定値に達したときに、炭酸ガスの供給を終了させる
ことが好ましい。
【００４７】
上記(1)の場合、処理開始から原灰に吸収された炭酸ガスを測定し、この炭酸ガス吸収量に基いて処理状況、即ち、灰のアルカリ度を判断し、この炭酸ガス吸収量が設定値に達したときに炭酸ガスの供給を終了させる。
【００４８】
これにより、炭酸ガスの吸収量をモニタリングするのみで、処理中の灰を取り出してアルカリ度の測定を行うことなく、処理中の灰のアルカリ度を判定することができる。
【００４９】
即ち、例えば、図１に示す処理装置において、炭酸ガス含有ガス供給口１８から供給するガス（入口ガス）のＣＯ２濃度及び流量と、ガス排出口１９から排出されるガス（出口ガス）のＣＯ２濃度及び流量とを測定し、飛灰に吸収された炭酸ガス量（ＣＯ２量）（Ｍ：モル）を次式（Ａ）により積算する。
【００５０】
【数１】
原灰中のアルカリ成分である消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）と炭酸ガスとの反応は、下記式の通りであるから、吸収されたＣＯ２量（Ｍ：モル）と等モルの飛灰中のＣａ（ＯＨ）２が反応により消費される。
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→ＣａＣＯ３＋２Ｈ２Ｏ
【００５２】
従って、このアルカリ度の低下度を、下記（Ｂ）式により、飛灰１ｇ当たりのＣａＣＯ３（分子量：１００．０８６）換算量（ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−灰）として算出することができる。
アルカリ度の低下度＝Ｍ×１００．０８６×１０００／Ｆ …（Ｂ）
Ｆ：処理した原灰量（ｇ）
【００５３】
このアルカリ度の低下を、下記（Ｃ）式で処理前に予め実測により求めた原灰のアルカリ度から差し引くことにより、処理中の灰のアルカリ度を求めることができる。
従って、この処理中の灰のアルカリ度が所望の値に達したときに、炭酸ガスによる処理を終了すれば良い。
【００５５】
前述の如く、一般に、飛灰のアルカリ度が１０〜８０ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−灰、好ましくは２０〜６０ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−灰となった時点で、炭酸ガスによる処理を終了し、重金属固定化剤による処理に移ることが好ましく、処理中の炭酸ガス吸収量を積算し、この炭酸ガス吸収量から処理中の灰のアルカリ度をモニタリングして処理時間を制御すれば良い。
【００５６】
上記(2)の場合は、炭酸化工程への炭酸ガス供給量と炭酸化工程からの炭酸ガス排出量とを測定し、その差が０を超える設定値に達したときに炭素の供給を終了することで、灰を所望のアルカリ度に処理する。
【００５７】
即ち、例えば、図１に示す処理装置において、入口ガスのＣＯ２濃度と出口ガスのＣＯ２濃度とを測定し、下記（Ｄ）式によりＣＯ２の利用率（Ｙ：％）を算出する。
【００５８】
【数２】
炭酸化処理開始時においては、このＣＯ２利用率は高く６０〜９０％程度であるが、その後、灰の炭酸化が進行し、アルカリ度が低くなってくると、このＣＯ２利用率が低下してくる。
【００６０】
重金属固定化剤として特にリン酸系重金属固定化剤を用いる場合、このＣＯ２利用率が１０〜４０％、好ましくは約１５〜２５％となった時点で炭酸ガス処理を終了することが好ましい。
【００６１】
前述の如く、用いる重金属固定化剤や原灰中の重金属の種類によって、炭酸化処理後の灰のアルカリ度に好適範囲があるため、そのアルカリ度に応じて、炭酸化処理を終了するＣＯ２利用率を適宜設定すれば良い。
【００６２】
このような方法によれば、入口ガス及び出口ガスのＣＯ２濃度及び流量をモニタリングするのみで煩雑な試験を行うことなく、灰の中和反応の進行状況ないし処理中の灰のアルカリ度をリアルタイムでモニタリングすることができ、原灰を所望のアルカリ度に処理することができる。
【００６３】
また、一般に、炭酸ガスと原灰との炭酸化反応において、灰の含水率は一定の範囲までは高いほど反応効率が高くなるが、一定の範囲を超えると灰が造粒し、粒の内部まで炭酸ガスが浸透しないことから反応効率が低下する。従って、炭酸化反応中は、灰の含水率は灰が造粒しない程度に高い値であることが好ましい。一方、処理後に灰を運搬、埋立処分等するときには、灰の含水率は灰が造粒する程度に高い値であることが好ましい。
【００６４】
従って、灰の含水率を好適範囲に制御するために、原灰と炭酸ガスとを接触させる工程において灰の含水率が所定範囲となるように灰への水分の供給量を制御することが好ましい。
【００６５】
また、この場合において、原灰をバッチ式で攪拌槽に導入し、灰の含水率が前記所定範囲となるように水を灰に添加しながら攪拌し、その後、炭酸ガス含有ガスを該攪拌槽に導入してアルカリ飛灰の炭酸化を行い、バッチ式でアルカリ飛灰を排出するようにし、炭酸化の開始から終了まで灰の含水率が前記所定範囲となるように水分、好ましくは水の供給量を制御することが好ましい。
【００６６】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例により何ら限定されるものではない。
【００６７】
なお、以下の実施例では、都市ゴミの溶融炉から発生する排ガスを２段直列集塵機で処理した場合の１段目のバグフィルタから発生するＡ飛灰と２段目のバグフィルタから発生するＢ飛灰の処理を行った。各飛灰の成分は表１に示す通りであり、Ａ飛灰は重金属類の含有量が多く、Ｂ飛灰は重金属類の含有量は少ないが、残存消石灰成分であるＣａの含有量が多い。
【００６８】
【表１】
実施例１
図１に示す飛灰処理装置を用いて、以下の処理手順で飛灰の処理を行った。
【００７０】
▲１▼ Ａ飛灰とＢ飛灰とを１：１の重量比で混合した混合灰を原灰とし、その１２ｋｇを原灰供給口１６よりケーシング３内に投入した。次いで、脱塩水３．０ｋｇ（飛灰に対して２５重量％）と正リン酸８０重量％水溶液０．６０ｋｇ（飛灰に対して５重量％：正リン酸として飛灰に対して４重量％）を液体供給口１７より注入しながら、回転軸５及び高速回転軸１４を３分間駆動し、原灰と水及び正リン酸水溶液とを均一に混合した。なお、回転軸５の回転速度は１００ｒｐｍ、高速回転軸１４の回転速度は２０００ｐｐｍとした。
【００７１】
▲２▼ 回転軸５及び高速回転軸１４の回転を続けながら炭酸ガス含有ガス供給口１８よりＣＯ２濃度１０％の炭酸ガスを３００Ｌ／ｍｉｎで５０分間通気した。
【００７２】
▲３▼ ガス通気３０分後、４０分後及び５０分後の処理灰をそれぞれ処理灰排出口２０より採取し、Ｐ−アルカリ度の測定と、環境庁告示１３号試験による溶出液のｐＨとＰｂ、Ｃｄ濃度の測定を行い、結果を表２に示した。
【００７３】
なお、Ｐ−アルカリ度測定方法は次の通りである。まず、灰１ｇを採取し、脱塩水を１０００ｍＬ加えて５分間攪拌後、この混合溶液を所定量採取し、指示薬としてフェノールフタレイン溶液を２〜３滴加えた。次いで０．０２Ｎ−硫酸を用いて無色になるまで滴定し、この滴定量から飛灰中のＰ−アルカリ度を求めた。
【００７４】
参考例１
実施例１において、Ａ飛灰を混合せず、Ｂ飛灰のみ１２ｋｇを原灰としたこと以外は同様にして処理を行い、Ｐ−アルカリ度の測定結果及び環境庁告示１３号試験結果を表２に示した。
【００７５】
実施例２
実施例１において、炭酸ガス含有ガスとして、溶融炉から排出されるＣＯ２濃度８％の排ガスを通気したこと以外は同様にして処理を行い、Ｐ−アルカリ度の測定結果及び環境庁告示１３号試験結果を表２に示した。
【００７６】
実施例３
実施例１において、脱塩水３．０ｋｇと正リン酸水溶液０．６０ｋｇの代りに、脱塩水３０ｋｇ（飛灰に対して２５重量％）とジチオカルバミン酸系重金属固定化剤（栗田工業（株）製「アッシュナイトＳ８０１」）０．６ｋｇ（飛灰に対して５重量％）とを注入したしたこと以外は同様にして処理を行い、Ｐ−アルカリ度の測定結果及び環境庁告示１３号試験結果を表２に示した。
【００７７】
比較例１
実施例１において、Ｂ飛灰を混合せず、Ａ飛灰のみ１２ｋｇを原灰としたこと以外は同様にして処理を行い、Ｐ−アルカリ度の測定結果及び環境庁告示１３号試験結果を表２に示した。
【００７８】
【表２】
比較例２
Ａ飛灰５０ｇを５００ｍＬのポリビーカーに採取し、脱塩水１２．５ｇ（飛灰に対して２５重量％）とジチオカルバミン酸系重金属固定化剤（栗田工業（株）製「アッシュナイトＳ８０１」）を表３に示す割合で添加し、スパーテルで約３分間混練して飛灰とよく混合した。
【００８０】
得られた処理灰について、環境庁告示１３号試験を行って、結果を表３に示した。
【００８１】
比較例３
Ｂ飛灰５０ｇを原灰としたこと以外は比較例２と同様にして処理を行い、環境庁告示１３号試験結果を表３に示した。
【００８２】
比較例４
Ａ飛灰２５ｇとＢ飛灰２５ｇとの混合灰を原灰としたこと以外は比較例１と同様にして処理を行い、環境庁告示１３号試験結果を表３に示した。
【００８３】
比較例５
Ａ飛灰４０ｇとＢ飛灰１０ｇを５００ｍＬのポリビーカーに採取し、脱塩水１２．５ｇ（飛灰に対して２５重量％）とポリ硫酸第２鉄を表３に示す割合で添加し、スパーテルで約３分間混練して飛灰と良く混合した。
【００８４】
得られた処理灰について、環境庁告示１３号試験を行って結果を表３に示した。
【００８５】
【表３】
表３より明らかなように、Ａ飛灰とＢ飛灰を別々に処理した場合（比較例２，３）、Ｐｂ，Ｃｄの溶出を防止できる添加量は、Ａ飛灰の場合２５重量％、Ｂ飛灰の場合１重量％と大きく異なっており、実際の処理では添加量制御が難しい。また、Ａ飛灰とＢ飛灰を等量で混合した灰に対しても１５重量％必要となっている（比較例４）。また、Ａ飛灰とＢ飛灰の混合灰にポリ硫酸鉄を用いる方法（特開２０００−２０２３９５）の場合、ポリ硫酸鉄の添加量が多く必要となるため、実用的ではない（比較例５）。
【００８７】
これに対して、実施例１〜３の場合は、重金属固定化剤の添加量４．０〜５．０重量％で飛灰中のＰｂ，Ｃｄの溶出を防止することができる。
【００８８】
なお、Ａ飛灰のみを処理する比較例１では炭酸ガスを通気しても、溶出液ｐＨに大きな変化は見られず、Ｐｂ，Ｃｄの溶出を抑えることはできない。
【００８９】
以上の結果から、本発明の方法により２段直列集塵機の捕集灰を処理することにより、少ない重金属固定化剤の添加量で、安定的に処理することができることがわかる。
【００９０】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の２段直列集塵機の捕集灰の処理方法によれば、２段直列集塵機から発生する飛灰を、少ない重金属固定化剤添加量で効果的に処理して、処理物からの重金属の溶出を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に好適な処理装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，２ サイドプレート
３ ケーシング
５ 回転軸
６ 攪拌翼
１０ モータ
１２ 減速機
１３ 剪断分散羽根
１４ 高速回転軸
１６ 原灰供給口
１７ 液体供給口
１８ 炭酸ガス含有ガス供給口
１９ ガス排出口
２０ 処理灰排出口
２１ 作業口
Claims (2)
- 焼却炉又は溶融炉から発生する排ガスを、２段直列に配置した集塵機の第１集塵機に通して飛灰を捕集し、次いで第１集塵機から排出される排ガスに消石灰を噴霧した後第２集塵機に通して飛灰を捕集することにより該排ガスを処理するに当たり、該集塵機で捕集された灰を処理する方法において、
第２集塵機の捕集灰と第１集塵機の捕集灰との混合灰に、水及び重金属固定化剤を添加、混練する工程と、炭酸ガスを供給して混合する工程とを有することを特徴とする２段直列集塵機の捕集灰の処理方法。 - 請求項１において、該炭酸ガスとして、焼却炉又は溶融炉から発生する炭酸ガス含有廃ガスを供給することを特徴とする２段直列集塵機の捕集灰の処理方法。
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