JP4125464B2

JP4125464B2 - 廃棄物処理方法および装置

Info

Publication number: JP4125464B2
Application number: JP2000012456A
Authority: JP
Inventors: 健実相▲沢▼; 泰史山本; 宇幹玉重
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2000-01-21
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2020-01-21
Also published as: JP2001198547A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物処理方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガラスおよびハロゲン元素含有可燃物を含む廃棄物（以下、ガラス−ハロゲン元素廃棄物ともいう）として、例えば、シュレッダ・ダストや医療廃棄物が知られている。シュレッダ・ダストは、例えば、廃車された車を解体して得られる。医療廃棄物は、病院等の医療機関から日常的に排出されている。これらの廃棄物は、ガラス、ハロゲン元素含有可燃物その他の廃材が混在した組成となっている。
ポリ塩化ビニル等のハロゲン元素を含有するプラスチック廃棄物等のハロゲン元素含有可燃物は、燃焼処分すると、そのハロゲン元素成分から塩化水素、ダイオキシン等の有害物質を発生するおそれがある。これに対し、燃焼処理において、排ガス処理装置を設ける等の種々の対策が講じられている。しかし、いずれの対策も十分とはいえず、ハロゲン元素を含む可燃物は、燃焼処理を避ける傾向があった。
【０００３】
この事情は、ハロゲン元素に加えて、ガラスを含む場合であっても同様であり、ガラス−ハロゲン元素廃棄物は、そのまま埋め立て処分するのが一般的であった。また、直接埋め立てない場合にも、溶融スラグにするか、または、膨大なエネルギーをかけて選別し、ガラスと可燃物を別個に処理していた。その結果、可燃物の保有する熱量の有効利用を図ることができず、ガラス中のシリカ成分等の有効成分を活用することができにくい状況であった。
【０００４】
一方、ガラスとハロゲン元素含有可燃物とは、同時に焼成処理し、脱塩することが可能である。すなわち、ハロゲン元素含有可燃物中のハロゲン元素と、廃ガラス中のアルカリ成分とを積極的に反応させ、アルカリ塩化物等のアルカリハロゲン化物として分離することが可能である。ただし、このような場合、ガラスを予め単独に粉砕処理してガラス粉としなければ、ハロゲン元素含有可燃物との同時処理は、不可能である。ガラスは、融点が低く、かつ、ガラス内アルカリの移動速度が遅いために、塊状のガラスからアルカリを抜き去ることは事実上不可能だからである。
すなわち、ガラス−ハロゲン元素廃棄物は、ガラスとハロゲン元素含有可燃物その他の廃材とをいったん分離しなければならず、混合状態すなわち廃棄されたままの状態では処理することはできなかった。
しかし、このような分離操作は、多大な設備投資を行わない限り不可能であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に対してなされたものであり、ガラス中のアルカリ成分とガラス−ハロゲン元素廃棄物を混合状態のままで処理することを可能とし、かつ、廃ガラス中のアルカリ成分とハロゲン元素含有可燃物中のハロゲン元素とを結合して系外に排出することにより、熱の有効利用と、ガラス中のシリカ原料の有効利用を図るようにした廃棄物処理方法および廃棄物処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、廃棄物処理方法であって、ガラス−ハロゲン元素廃棄物を含む廃棄物を、第１の焼成装置で焼成し、ガラス塊とガス状成分とを含む処理物を生成し、上記ガラス塊を粉砕処理して第２の焼成装置に投入し、該第２の焼成装置における焼成によって生成するアルカリハロゲン化物を分離することを含む。さらに、本発明では、上記ガス状成分を第２の焼成装置に導入し、この焼成装置における焼成のための燃料として利用する。
【０００７】
また、本発明は、別の側面として廃棄物処理装置であり、ガラス−ハロゲン元素廃棄物を焼成してガラス塊とガス状成分とを含む処理物を得るための第１の焼成装置と、上記ガラス塊を粉砕して得られるガラス粉を焼成するための第２の焼成装置とを含む。この第２の焼成装置には、上記ガス状成分を導入し、この焼成装置における焼成のための燃料として利用する。
【０００８】
上記第１の焼成装置で行われる「焼成」は、ガラス−ハロゲン元素廃棄物を加熱分解もしくは燃焼、または加熱分解および燃焼等を行うことを含む。この焼成により、ハロゲン元素含有可燃物をガス状成分とする。焼成中の温度は５００〜９００℃とする。ハロゲン元素含有可燃物が、部分酸化、分解または燃焼し、熱ガス化または未燃ガス化する。また、他の高分子成分も部分酸化、分解または燃焼して熱ガス化または未燃ガス化する。本明細書中、「ガス状成分」とは、これら熱ガス、未燃ガス等を総称するものであり、いずれかのみを含む場合であっても、ガス状成分ということもある。一方、この温度範囲では、ガラスは、溶融しない。
【０００９】
「ガラス−ハロゲン元素廃棄物（ガラスおよびハロゲン元素含有可燃物を含む廃棄物）」は、ガラスおよびハロゲン元素含有プラスチック等のハロゲン元素含有可燃物を含む廃棄物であり、廃車や廃家電のシュレッダ・ダスト、医療廃棄物、建設解体廃材等を挙げることができる。
【００１０】
本発明において、「ハロゲン元素含有可燃物」とは、ハロゲン元素のうち少なくとも一種を含む可燃物であり、具体的には、ポリ塩化ビニル、ポリ４フッ化エチレン、ポリ塩化ビニリデン等のハロゲン含有樹脂、ポリ臭素化ジフェニルエーテル、ポリ臭素化ビフェニール等の難燃剤を挙げることができる。
一般的には、フッ素、塩素および臭素のうち少なくとも一種を含有する可燃物が本発明の処理対象として好適である。
【００１１】
上記第１の焼成装置としては、ロータリーキルン、電気炉、溶融炉、サイクロンコンバスター、流動床焼成炉、気流焼成炉を採用することが好適である。
【００１２】
第２の焼成装置で行われる「焼成」は、第１の焼成装置からのガス状成分を燃焼させることにより、ガラス粉中のアルカリ成分と、ガス状成分中のハロゲン元素が反応してNaCl、KCl等を生成することを含む。
この第２の焼成装置としては、第１の焼成装置と同様、ロータリーキルン、電気炉、溶融炉、サイクロンコンバスター、流動床焼成炉、気流焼成炉を挙げることができる。これによって、必要とされる熱エネルギーを一部廃棄物の燃焼エネルギーで置換することができ、また、ガラス中のシリカ成分は、セメント原料等のシリカ源として利用可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら、本発明に係る廃棄物の処理方法および装置の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る廃棄物の方法および装置の一般的な実施の形態について、その概要を示す概念図である。
【００１４】
この実施の形態において、第１の焼成装置１０１は、本発明の処理対象となるガラス−ハロゲン元素廃棄物を焼成するための装置である。この焼成装置１０１としては、ロータリーキルン、電気炉、溶融炉、サイクロンコンバスター、流動床焼成炉、気流焼成炉を採用することができる。しかし、これらに限定されるものではない。このうちセメント焼成装置を採用する場合、ロータリーキルン、流動床型セメント焼成炉等のセメント焼成炉として用いられていたものを採用することができる。
上記焼成装置１０１は、図示しない空気吹込装置によって燃焼用空気１０３を吹き込むことが可能となっており、同様に図示しない投入装置によってガラス−ハロゲン元素廃棄物を投入することができるようになっている。
【００１５】
焼成装置１０１と同様にして、第２の焼成装置１０２も、ロータリーキルン、電気炉、溶融炉、サイクロンコンバスター、流動床焼成炉、気流焼成炉を採用することができる。しかし、これらに限定されるものではない。
上記焼成装置１０２は、図示しない空気吹込装置によって２次燃焼用空気を吹き込むことが可能となっており、さらに、熱ガス、未燃ガス等のガス状成分を焼成装置１０１から供給されるように構成されている。
【００１６】
この廃棄物処理装置は、異物除去装置１０５を備えている。この異物除去装置１０５は、ガラス−ハロゲン元素廃棄物中の金属成分等を除去するための装置である。金属成分等の除去すべき成分を含まないガラス−ハロゲン元素廃棄物の場合には、必ずしも必要ではない。図中、該装置１０５を経由しないで焼成装置１０１から直接粉砕機１０６に行く矢印が引かれているのは、その意味を表わしている。
異物除去装置１０５としては、具体的には、磁気選別、渦電流選別、篩選別、風力選別、比重選別等を挙げることができる。
粉砕機１０６は、焼成装置１０１で得られる処理物のうちガラス塊を粉砕するための装置である。粉砕機１０６は、粗粉砕機と微粉砕機とを組み合わせたものであっても良い。
【００１７】
次に、図1の廃棄物処理装置を用いて、本発明に係る廃棄物処理方法を実施する形態について説明する。
まず、焼成装置１０１に、燃焼用空気と共にガラス−ハロゲン元素廃棄物を投入する。このガラス−ハロゲン元素廃棄物は、廃棄されたままの混合物の状態で良い。例えば、シュレッダ・ダストの場合には、各種の選別をかける以前の状態、すなわち、ガラス、可燃物および金属が混入した状態のままで良い。また、医療廃棄物は、包装を開くことができないので、選別を必要としない本発明の処理方法が特に好適である。
【００１８】
焼成装置１０１では、ガラス−ハロゲン元素廃棄物を、必要に応じて補助燃料１１２を用いて焼成する。すなわち、ガラス−ハロゲン元素廃棄物を、加熱処理もしくは燃焼、または加熱処理および燃焼する。この際、温度を５００℃〜９００℃とする。ハロゲン元素含有可燃物が、部分酸化、分解または燃焼し、熱ガス化または未燃ガス化する。また、他の高分子成分も部分酸化、分解または燃焼して熱ガス化または未燃ガス化する。一方、この温度範囲では、ガラスは、溶融しない。この焼成処理により、ガラス−ハロゲン元素廃棄物は、ガラスと他の異物（金属成分等の他の成分）を分離し易くなる。すなわち、ガラスと他の異物とを媒介して固着しているプラスチック成分等が、そのような媒介をしていない状態になっており、分離操作は極めて容易である。
焼成装置１０１は、出口に火格子等を設け、未燃可燃物を完全に焼却し、異物除去装置１０５にはガラスおよび異物のみしか行かないようにすることが好適である。なお、焼成装置１０２用の２次燃焼用空気の一部を焼成装置１０１の出口で下方から投入し、未燃可燃物を比重の違いを利用して吹き上げることで火格子を省略することもできる。勿論両者を併用することもできる。
【００１９】
焼成装置１０１での処理によって得られる固形分は、異物除去装置１０５に送る。異物除去装置１０５では、固形分中のガラス塊を選別して粉砕機１０６に送る。この選別は、前記したように、焼成装置１０１における処理によって、効率的に行うことができる。異物は、別途の図示しない当業者にとって公知の処理工程に送ることができる。なお、異物除去が不要な場合には、焼成装置１０１から直接粉砕機１０６に送る。
【００２０】
粉砕機１０６において粉砕処理されたガラス塊は、平均粒径１ｍｍ以下の粉体状のガラス粉となって焼成装置１０２に投入される。なお、一部焼成装置１０１に戻すようにすることもできる。
一方、焼成装置１０１の処理物のうちガス状成分は、直接焼成装置１０２に導入される。ガス状成分は、熱ガス１０７、未燃ガス１０８である。熱ガス１０７は、具体的には、N₂、CO₂、O₂ハロゲン化水素等であり、未燃ガス１０８は、具体的には、COおよび各種の炭化水素等であり、ジクロロメタン、四塩化炭素等が含まれる。
【００２１】
このようにして、焼成装置１０２には、熱ガス１０７、未燃ガス１０８、２次燃焼用空気１０９およびガラス粉と必要に応じて補助燃料１１３が導入される。
焼成装置１０２では、熱ガス１０７、未燃ガス１０８と必要に応じて補助燃料１１３等を燃焼させることにより、ガラス粉中のアルカリ成分と、熱ガス１０７、未燃ガス１０８中のハロゲン元素が反応してNaCl、KCl等を生成する。これらはガス状成分であり、生成物１１０中の排ガスの一部として焼成装置１０２から排出される。排出された後、このようなアルカリハロゲン化物は、図示しない冷却手段（ガス冷却塔または廃熱ボイラ）によって４００〜５００℃まで冷却し、固化する。固化したアルカリハロゲン化物は、回収装置（集塵機等）によって分離することができる。脱アルカリされたガラス粉に含まれるシリカ成分は、適用される焼成装置の目的に従って有効に活用される。
なお、焼成装置１０２には、適用される焼成装置の目的に沿って、適宜他の原料１１１を投入することができる。
【００２２】
焼成装置１０２において、ガラス内のアルカリ成分と、ハロゲン元素含有可燃物中のハロゲン元素とを効果的に結合させて、アルカリハロゲン化物として取出すためには、これらの化学当量を適宜調整し、等量になるようにする。例えば、ガラス粉の供給割合で調整したり、ハロゲン元素濃度の異なる複数のハロゲン元素含有可燃物を供給比率を変える。また、ガラス−ハロゲン元素廃棄物由来のハロゲン元素含有可燃物以外のハロゲン元素含有可燃物を加えることとしても良い。
【００２３】
次に、図２は、本発明に係る廃棄物処理方法および装置を実施した実施の形態を示す。
本実施の形態で採用する廃棄物処理装置は、焼成炉（ロータリーキルン）２００と焼成炉（ロータリーキルン）２０２とをフード２０４で接合している。焼成炉２００は、図１の焼成装置１０１に対応し、ガラス−ハロゲン元素廃棄物を投入し、焼成処理するための装置である。
焼成炉２０２は、図１の焼成装置１０２に対応し、サイクロン２０８を含み、未燃ガス燃焼、加熱炉およびアルカリハロゲン化物反応装置を構成する。
【００２４】
まず、焼成炉２００に、燃焼用空気と共にガラス−ハロゲン元素廃棄物２１０を投入する。このガラス−ハロゲン元素廃棄物２１０は、図１のガラス−ハロゲン元素廃棄物１０４と同様の廃棄物であり、廃棄されたままの混合物の状態で良い。
【００２５】
焼成炉２００では、ガラス−ハロゲン元素廃棄物２１０のうち、ハロゲン元素含有可燃物を焼成してガス状成分とする。すなわち、ハロゲン元素含有可燃物が、部分酸化、分解または燃焼し、熱ガス化または未燃ガスする。また、他の高分子成分も部分酸化、分解または燃焼して熱ガス化または未燃ガス化する。なお、助燃装置としてバーナ２１２を用い、重油等を燃焼させ、焼成炉１における焼成を確実に行う。この焼成の温度範囲は、図１の実施の形態と同様であり、この温度範囲では、ガラスは、溶融しない。
フード２０４の下端には、火格子２０５等を設け、未燃可燃物を完全に焼却し、分別機２１３に、ガラス塊、金属等の可燃物以外の処理物が移送されるようにする。この分別機２１３は、図1で異物除去装置１０５として説明したものに相当する。
一方、焼成炉２０２の２次燃焼用空気の全部または一部を下方の空気吹き込み口２１１から導入している。これによって、未燃可燃物を比重の違いを利用して吹き上げることができる。この吹き上げを利用できるので、場合によって火格子を省略することもできる。本実施の形態では、火格子と吹き上げを併用している。
【００２６】
ガラス塊は、粉砕機２１４において粉砕処理される。粉砕されたガラス塊は、平均粒径１ｍｍ以下の粉体状のガラス粉となって焼成炉２０２のクリンカ排出端２０３、焼成炉２０２の窯尻２１６、投入位置２１８の少なくともいずれか一に投入される。なお、一部焼成炉２００に再投入ようにすることもできる（ライン２１９）。
一方、焼成炉２００の処理物のうちガス状成分は、フード２０４を介して直接焼成炉２０２に導入される。ガス状成分は、熱ガス、未燃ガスであり、それらの構成成分は、図１の実施の形態と同様である。
【００２７】
このようにして、焼成炉２０２には、熱ガス、未燃ガス、２次燃焼用空気およびガラス粉が導入される。
ここで、必要に応じて補助燃料をバーナ２２０で燃焼させる。また、未燃ガスも、焼成炉２０２内で燃焼する。焼成後、処理品は、排出端２０３から排出される。
【００２８】
そして、図２の実施の形態では、サイクロン２０８による粉ガラスを含む原料の予熱による仮焼、焼成炉２０２による焼成の過程で、ガラス中のナトリウム、カリウム等のアルカリ成分がハロゲン元素含有可燃物に由来するハロゲン元素と反応し、アルカリハロゲン化物を形成する。焼成炉２０２に他の必要な成分を持つ原料も投入することによりアルカリを除去されたガラス粉中のケイ素を、セメント原料中に取り込むこともできる。
【００２９】
サイクロン２０８の最上部から排出された排ガスは、ガス冷却塔または廃熱ボイラ等の冷却装置２２２でアルカリハロゲン化物が固体化する。その後、排ガスは、除去装置２２３で、有害物質を除去される。この除去装置２２３には、消石灰、活性炭等が充填されているか、又は散布される。次いで、アルカリハロゲン化物の固化体等のダストは、集塵機２２４で除去され、さらにハロゲン元素がアルカリと結合できずに残った塩化水素等がスクラバ２２６で除去される。そして、無害化した排ガスが系外に排出される。
【００３０】
上記図１〜図２の実施の形態に係る廃棄物処理装置は、図示しないセンサー、制御装置等を備えている。
すなわち、センサーによって排ガス中のハロゲン元素濃度、廃ガラス中のアルカリ金属の含有量を検知し、ハロゲン元素とアルカリ金属とが化学量論的に釣り合うように常時装置全体を制御し、本実施の形態に係る廃棄物処理方法を適正に実施することができる。
【００３１】
他の実施の形態
本発明に係るアルカリハロゲン化物の分離方法および装置を図１および図２の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限られるものではなく、当業者にとって自明な本発明の技術的思想の範囲内における修飾・変更・付加は全て本発明に含まれる。
例えば、上記助燃装置、助燃バーナは、焼成処理を助燃なしで行うことができるときには省略することができる。
【００３２】
【発明の効果】
上記したところから明かなように、本発明によれば、ガラス中のアルカリ成分とガラス−ハロゲン元素廃棄物を混合状態のままで処理することを可能とし、かつ、廃ガラス中のアルカリ成分とハロゲン元素含有可燃物中のハロゲン元素とを結合して系外に排出することにより、熱の有効利用と、ガラス中のシリカ原料の有効利用を図るようにした廃棄物処理方法および廃棄物処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る廃棄物処理方法および装置の総括的な実施の形態を説明する概念図である。
【図２】本発明に係る廃棄物処理方法および装置をセメント焼成装置について実施した実施の形態を説明する概念図である。
【符号の説明】
１０１第１の焼成装置
１０２第２の焼成装置
１０３燃焼用空気
１０４ガラス−ハロゲン元素廃棄物
１０５異物除去装置
１０６粉砕機
１０７熱ガス
１０８未燃ガス
１０９２次燃焼用空気
１１０生成物
１１１他の原料
１１２補助燃料
１１３補助燃料
２００焼成炉
２０２焼成炉
２０３排出端
２０４フード
２０５火格子
２０８サイクロン
２１０ガラス−ハロゲン元素廃棄物
２１２助燃バーナ
２１３分別機
２１４粉砕機
２１６窯尻
２１８投入位置
２１９再投入ルート
２２０助燃バーナ
２２２ガス冷却塔または廃熱ボイラ
２２３除去装置
２２４集塵機
２２６スクラバ

Claims

ガラスおよびハロゲン元素含有可燃物を含む廃棄物を、第１の焼成装置で焼成し、ガラス塊とガス状成分とを含む処理物を生成し、上記ガラス塊を粉砕処理して第２の焼成装置に投入し、上記ガス状成分を第２の焼成装置に導入し、第２の焼成装置における焼成によって生成するアルカリハロゲン化物を分離することを含む廃棄物処理方法。
上記ハロゲン元素含有可燃物が、フッ素、塩素および臭素のうちの少なくとも一種のハロゲン元素を含有することを特徴とする請求項１の廃棄物処理方法。
上記第２の焼成装置として、セメント焼成装置を用いることを特徴とする請求項１又は２のいずれかの廃棄物処理方法。
ガラスおよびハロゲン元素含有可燃物を含む廃棄物を焼成してガラス塊とガス状成分とを含む処理物を得るための第１の焼成装置と、上記ガラス塊を粉砕して得られるガラス粉を上記ガス状成分を用いて焼成するための第２の焼成装置とを含む廃棄物処理装置。
上記ハロゲン元素含有可燃物が、フッ素、塩素および臭素のうちの少なくとも一種のハロゲン元素を含有することを特徴とする請求項４の廃棄物処理装置。
上記第２の焼成装置がセメント焼成装置であることを特徴とする請求項４又は５のいずれかの廃棄物処理装置。