JP4133352B2 - 廃棄物、廃棄物を焼却した灰、あるいは汚泥の溶融処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみ、産業廃棄物、汚泥などの廃棄物を直接溶融処理する方法および廃棄物を一旦焼却して灰とした後に溶融処理する方法において、溶融スラグの塩基度調整用の石灰源として貝殻を使用する廃棄物の溶融処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現状においては、大半の廃棄物は焼却方式で処理されているものであるが、しかし、焼却方式では焼却灰の処理場を必要とする等の問題がある。特に大都市圈では焼却灰の処理場の確保が困難であり、廃棄物を直接溶融する方法、または、廃棄物の焼却灰を溶融して減容化、さらには再資源化が可能な方式で処理する必要性が高まっている。しかも、廃棄物を溶融したスラグを再資源化するためには、天然の砂や砕石並みの物理性状（強度、粒度分布）を有していること、および化学性状を有していることが必要である。
【０００３】
一方、廃棄物の溶融スラグの成分は珪酸ＳｉＯ₂ が豊富で、溶融状態で粘性が高く、溶融炉からの排出が困難であり、これを避けようとして温度を高くすると耐火物の浸食を招いて好ましくない。そのため、石灰石や消石灰、生石灰等の石灰源を補給して、溶融スラグの塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ₂ を調整することが一般的に知られている。溶融スラグの塩基度を調整することによって、溶融状態のスラグの流動性が改善されて、スラグの排出作業が容易となり、緻密で強固なスラグを得ることができる。また、特開２００２−１３０６３１号公報（特許文献１）には溶融スラグの塩基度調整用の石灰源として、貝殻を供給する方法が提案されている。
【０００４】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開２００２−１３０６３１号公報）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
溶融スラグの塩基度調整用の石灰源として、石灰石等の代替として貝殻を利用する方法は、廃棄物である貝殻の処理を兼ねるので一石二鳥である。上述した従来技術には、溶融スラグの塩基度調整用の石灰源として貝殻を利用する方法が開示されているが、その際、貝殻を加工せずそのまま供給することが記載されており、供給前の加工方法については開示されていない。
【０００６】
しかし、貝殻を加工せずに溶融炉に供給する場合は、貝殻に残留、付着した身が腐敗した悪臭を発生する。また、蛎殻など形状が大きく、複雑な形状をしている貝殻はホッパでの閉塞などが生じてハンドリングが難しい。さらに、貝殻の粒径が大きすぎると、貝殻が溶融炉内で溶解せず、溶融スラグと共に遊離ＣａＯとして排出され、スラグのアルカリ度が高くなり、土木資材として利用する場合に問題になる。一方、貝殻の粒径が小さすぎると、溶融炉内において炉内の通過ガスによって炉外に飛散し、塩基度調整材としての機能を果たさない。
【０００７】
上述したように、従来技術には貝殻を塩基度調整材として有効利用する場合のこれらの問題を解決する方法については記載されていない。本発明は、廃棄物として捨てられている貝殻を塩基度調整用の石灰源として有効利用する場合、溶融炉内での反応に適し、かつハンドリングの容易な性状の石灰源を得るための、経済的な貝殻の加工方法およびその装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
その発明の要旨とするところは、
（１）廃棄物、廃棄物を焼却した灰、あるいは汚泥の単独または混合物と、予めロータリーキルン内で７００〜８５０℃の熱風で乾燥、脱臭した後、破砕して粒径を０．３〜２０ｍｍとして得られた塩基度調整用の石灰源とを溶融炉に装入して溶融処理し、溶融スラグ中の遊離ＣａＯを０．２％以下とする廃棄物、廃棄物を焼却した灰、あるいは汚泥の溶融処理方法において、貝殻を熱風で乾燥、脱臭した後の排ガスの一部を、貝殻の乾燥、脱臭用の熱風として前記ロータリーキルンに循環使用し、残部排ガスは脱臭処理して大気に放出することを特徴とする廃棄物、廃棄物を焼却した灰、あるいは汚泥の溶融処理方法。
【０００９】
（２）前記残部排ガス温度を７００〜８５０℃とすることにより排ガスを脱臭することを特徴とする前記（１）に記載の廃棄物、廃棄物を焼却した灰、あるいは汚泥の溶融処理方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
石灰源による塩基度調整方法について重要な点は、溶融スラグの性状が土木資材として適していることである。特に、溶融スラグから遊離ＣａＯが発生しないことが重要である。次に、この遊離ＣａＯについて説明する。廃棄物のスラグはガラスと同じ分子構造を持っており、ＳｉＯ₂ の網目構造で構成され、その網目の中にＣａＯ分子が組み込まれた状態になっている。遊離ＣａＯは網目の中に組み込まれずにＣａＯ単体としてスラグの中に存在している。遊離ＣａＯが存在するスラグは水と接触するとＣａＯが溶解し、アルカリ度が高くなるため、土木資材として有効利用する場合、用途が制約されるため好ましくない。
【００１１】
一方、貝殻の主成分であるＣａＣＯ₃ は、溶融炉内で熱分解してＣａＯとなるが、ＣａＯの融点は２５７０℃と非常に高く、溶融炉の中は通常１５００℃程度であるから、ＣａＯは単体の状態では溶解しない。ＣａＯはスラグの主成分であるＳｉＯ₂ と反応、混合することによって融点が１４００℃程度に低下して溶融する。すなわち、ＣａＯは表面から順次反応して、飴玉が解けて小さくなるように溶解するのである。従って、石灰源の粒径が大き過ぎると、溶融炉内で溶解が完了しないため、遊離ＣａＯがスラグ中に残留する。
【００１２】
図１は、石灰源の粒径と遊離ＣａＯの関係を示すグラフである。本発明の貝殻に関するデータは試験操業で得られたものである。石灰石の場合と比較すると差異があることが知見として得られた。図１に示すように、貝殻の粒径を２０ｍｍ以下とすることによって、遊離ＣａＯを０．２％以下とすることができる。一方、石灰石の場合は１０ｍｍ以下であり、貝殻の方がより大きな粒径でも遊離ＣａＯが発生しにくい。これは成分的には同じＣａＣＯ₃ でも貝殻は反応性に富むためと考えられる。また、スラグの用途によって、遊離ＣａＯをさらに低く押さえる必要がある場合は貝殻の粒径を３ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００１３】
貝殻の粒径は小さいほど溶融炉内での反応性が良く、遊離ＣａＯが少なくなるが、一方では、溶融炉内で炉内通過ガスによって飛散しやすくなる。本発明では、図１に示す実施例であるシャフト炉型の溶融炉で試験した結果、０．３ｍｍ以上であれば実用的に飛散が問題とならなかった。飛散現象は装入した貝殻の粒径と溶融炉内の通過ガス流速との関係だけでなく、溶融炉内で貝殻が加熱されながら降下して、熱分解する過程で割れて粉化する等の影響を受ける。それらの影響を考慮して、０．３ｍｍ以上であれば飛散することなく、溶融スラグに溶解して塩基度調整材としての機能を発揮することがわかった。従って、貝殻の粒径を０．３〜２０ｍｍとする。
【００１４】
貝殻を破砕する場合は、乾燥した後破砕する。乾燥は７００〜８５０℃の熱風を吹き付けながらロータリーキルン等で攪拌しながら行なう。８５０℃を超える高温で乾燥すると、貝殻の主成分であるＣａＣＯ₃ が分解してＣａＯになり、吸湿性が生じるのでハンドリングで注意を要するため、好ましくない。また、７００℃未満では脱臭が十分行なわれないので好ましくない。貝殻を破砕する場合、破砕粒度は遊離ＣａＯの問題が生じない範囲で、出来るだけ粗い粒度で破砕する方が経済的である。また、０．３ｍｍ未満の微粉は溶融炉内で飛散して塩基度調整に寄与しないため、微粉の発生が少ない方法で破砕する必要がある。本発明では、これらの粒径条件を考慮して、貝殻の破砕にはハンマークラッシャー方式の破砕機を使用した。本発明の方法で製造した溶融スラグは、物理的、化学的性状が天然の砂と同等で土木資材として使用することが出来る。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
図２は、コークスを用いて廃棄物を直接溶融処理する場合を示す工程図である。この図２に示すように、溶融炉１の炉上部の装入装置２から、廃棄物および副原料としてコークスおよび乾燥、破砕された貝殻が溶融炉１に装入される。廃棄物としては都市ごみを処理した。溶融炉１の下部周辺に設けられた羽口３から空気および酸素が供給される。溶融炉１に装入された廃棄物およびコークス等は炉内で充填層を形成し、炉下部の羽口３から吹き込まれた空気および酸素により、コークスおよび廃棄物の一部が燃焼する。該燃焼ガスは溶融炉内を炉底部から上昇し、燃焼ガスの顕熱により廃棄物を予熱、乾燥、熱分解する。廃棄物の乾燥、熱分解の過程で発生した水蒸気、熱分解ガスおよび微細なダストは熱分解ガス排出管５から排出される。
【００１６】
一方、廃棄物の灰分および非燃焼物とコークス、貝殻は高温に加熱され炉底部へと下がっていき、羽口３から吹き込まれた空気および酸素でコークスが燃焼し、灰分および非燃焼物は１３００℃から１５００℃に加熱され溶融状態となる。スラグ排出口４から溶融状態のスラグが排出される。溶融状態のスラグは水砕設備に投入され、砂状の細かい粒子となる。熱分解ガス排出管５から排出されたガスは燃焼炉６で完全燃焼し、ボイラ７で熱回収し、ガス冷却搭８で冷却された後、集塵機９で集塵され、誘引通風機１０を経て煙突１１から大気へ放出される。
【００１７】
図３は、本発明に係る貝殻を乾燥、破砕する装置を示す工程図である。この図に示すように、貝殻はロータリーキルン１２に装入され、ロータリーキルン用バーナ１５から吹き込まれた７００℃〜８５０℃の熱ガスと接触して、乾燥、脱臭される。乾燥した貝殻は破砕機１３に装入され、２０ｍｍ以下に破砕される。破砕機の方式はハンマークラッシャーであり、ハンマーの回転速度を変えることによって、破砕粒度を調節した。ロータリーキルン１２から排出したガスは循環ブロワ１７で再びロータリーキルンに循環して熱風の温度調整用として使用し、残りの排ガスは脱臭炉１４に導かれ、脱臭用バーナー１６で７００〜８５０℃に昇温して脱臭した後大気に放出する。温風の温度調整用として排ガスを循環する方法は、空気で希釈する方法と比較して、大気に放出する排ガス量が少なく、脱臭炉の昇温用の加熱熱量を低減できるため経済的である。なお、本発明で使用した貝殻は牡蠣および青柳の貝殻である。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、廃棄物である貝殻を、溶融炉の塩基度調整材として有効利用でき、しかも、貝殻を０．３〜２０ｍｍに破砕することによって、溶融炉内での貝殻の飛散もなく、溶融スラグ中の遊離ＣａＯを低く押さえることができるため、スラグを土木資材として有効利用が可能となる。また、貝殻をロータリーキルン、破砕機、脱臭炉で構成される設備で乾燥、破砕することにより、所定の粒度分布に破砕し、かつ脱臭することが出来し、ロータリーキルンに導入する熱風の温度を７００〜８５０℃とすることによって、貝殻を乾燥、脱臭できると同時に、貝殻が熱分解してＣａＯとならないため、破砕後の貝殻の取扱が容易である。さらに、貝殻乾燥後の排ガス温度を７００〜８５０℃とすることによって、排ガスの脱臭が可能となる等極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】石灰源の粒径と遊離ＣａＯの関係を示すグラフである。
【図２】コークスを用いて廃棄物を直接溶融処理する場合を示す工程図である。
【図３】本発明に係る貝殻を乾燥、破砕する装置を示す工程図である。
【符号の説明】
１ 溶融炉
２ 装入装置
３ 羽口
４ スラグ排出口
５ 熱分解ガス排出管
６ 燃焼炉
７ ボイラ
８ ガス冷却搭
９ 集塵機
１０ 誘引通風機
１１ 煙突
１２ ロータリーキルン
１３ 破砕機
１４ 脱臭炉
１５ ロータリーキルン用バーナ
１６ 脱臭炉用バーナ
１７ 循環ブロワ

Claims (2)

1. 廃棄物、廃棄物を焼却した灰、あるいは汚泥の単独または混合物と、予めロータリーキルン内で７００〜８５０℃の熱風で乾燥、脱臭した後、破砕して粒径を０．３〜２０ｍｍとして得られた塩基度調整用の石灰源とを溶融炉に装入して溶融処理し、溶融スラグ中の遊離ＣａＯを０．２％以下とする廃棄物、廃棄物を焼却した灰、あるいは汚泥の溶融処理方法において、貝殻を熱風で乾燥、脱臭した後の排ガスの一部を、貝殻の乾燥、脱臭用の熱風として前記ロータリーキルンに循環使用し、残部排ガスは脱臭処理して大気に放出することを特徴とする廃棄物、廃棄物を焼却した灰、あるいは汚泥の溶融処理方法。
2. 前記残部排ガス温度を７００〜８５０℃とすることにより排ガスを脱臭することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物、廃棄物を焼却した灰、あるいは汚泥の溶融処理方法。

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