JP4210456B2 - Cement raw material processing method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみ焼却炉等より排出される飛灰や、セメント製造におけるアルカリバイパス設備及び塩素バイパス設備で生成されるダスト等の、塩素を含む廃棄物をセメント原料として利用できるように処理するセメント原料化処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ごみ焼却炉より排出された飛灰は、特別管理一般廃棄物に指定されており、▲１▼溶融法（減容固化）、▲２▼セメント固化法、▲３▼薬剤処理法、▲４▼溶媒抽出法のいずれかの方法で前処理を行うことが義務付けられており、それらの方法で前処理された後、埋め立て処分されている。
また、セメントキルンおよびプレヒーターの中で循環濃縮しプレヒーターの閉塞等の問題を引き起こす塩素、硫黄、アルカリ等をキルンの排ガスとともにセメントキルン外へ抽気しながらセメントを製造する方法において、発生するダストは製品のセメントに混合するか、または廃棄され埋め立て処分されている。
【０００３】
ここでアルカリバイパス設備および塩素バイパス設備について説明する。
セメント製造において原料から持ち込まれた塩素、硫黄、アルカリ等の揮発しやすい成分はセメントキルン内で気化し、排ガスとともにプレヒーターへ運ばれ、プレヒーター内でそれらの成分は再度化合物を生成し、原料とともにキルンへ入る。原料とともにキルン内に入ったそれらの化合物は再度気化し排ガスとともにプレヒーターに運ばれる。このような循環を繰り返し、セメントキルンとプレヒーター間で塩素、硫黄、アルカリ等は濃縮される。こうしてこれらの成分が濃縮すると低融点の化合物が生成し、プレヒーター内の閉塞を引き起こす要因となる。
【０００４】
そこでこのような問題を解決するため、プレヒーターの下部からキルンの原料入り口付近で排ガスとともに揮発した塩素、硫黄、アルカリ等を抽気する。抽気した排ガスを塩素、硫黄、アルカリ等の化合物の融点以下に冷却し、これらの成分を回収する。このようにしてセメントキルンから塩素、硫黄、アルカリ等を除去する装置をアルカリバイパスと呼ぶ。しかし、アルカリバイパスは10％以上の排ガスを抽気するため、熱量損失が大きく、また、塩素、硫黄、アルカリ等の化合物以外の原料粒子も同時に回収するため、生成するダスト（アルカリバイパスダスト）量も多くなる。このような問題を鑑みて開発されたのが塩素バイパス設備である。塩素バイパス設備はプレヒーターの閉塞等の問題を引き起こす要因が塩素、硫黄、アルカリ等の中でも特に塩素であることに着目したものである。塩素は低い抽気率でも十分に除去できるため、塩素バイパス設備では抽気率を10％以下とし、熱量の損失を低減している。また抽気した排ガスを冷却して生成したダストの内特に微粉側に塩素が偏在していることから、塩素バイパス設備では分級機が設けられ、５から７μmを分級点として生成したダストを粗粉と微粉とに分離し、粗粉を排ガスとともにセメントキルン内へ戻す一方、分離された微粉（塩素バイパスダスト）を回収している。こうすることによりさらに熱量損失を低減し、また、ダスト量の低減も図られている。
【０００５】
近年、本発明のように廃棄物のリサイクル方法としてセメント原料化または燃料化が進められているが、これらの廃棄物の利用量が増加するに従い、セメントキルンに持ち込まれる塩素、硫黄、アルカリ等の揮発成分の量も増加し、よって、アルカリバイパス、塩素バイパスの発生量も増加する。従来これらのダストはセメントに混合するか、または廃棄され埋め立て処分されていたが、発生量も増加が予測されることからその有効利用方法の開発が求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この様に従来は飛灰は前処理を行って埋め立てられているが、最近、埋め立て処分用地の逼迫や、飛灰からの有害成分の溶出による埋め立て処分用地周辺の土壌汚染等が問題となっている。
また、アルカリバイパスダストおよび塩素バイパスダストは塩素化合物を多量に含んでいるため、製品のセメントに混合する場合はセメントの品質低下を引き起こす恐れがある。よってＪＩＳ規格でもセメント中の塩素濃度は規制されており、その添加量は制限される。近年セメントキルンでの廃棄物のリサイクルが進められる中で廃棄物から持ち込まれる塩素量も増加することが予想され、アルカリバイパスダストおよび塩素バイパスダストの発生量もこれに伴い増加すると考えられる。よって前述のようにアルカリバイパスダストおよび塩素バイパスダストをそのままセメントに添加する方法では対処できなくなることが予想される。また、廃棄処分する場合にはそのための費用が発生するとともにごみ焼却飛灰と同様、埋め立て処分用地の逼迫が問題となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来の塩素含有廃棄物の処理における上記の問題を解決するもので、（イ）塩素を含む廃棄物を水洗し、廃棄物に含まれる大量の塩素を除去して飛灰をセメント原料としてリサイクルし、さらに、ここで排出される濾液は重金属等の有害成分を取り除いてから安全に放流するものであり、また、（ロ）重金属等の有害成分を取り除いた後、さらに、排水中に含まれる塩化物を除去して塩素溶出用の水として再利用するものであり、（ハ）除去した塩化物から水酸化ナトリウムや炭酸ナトリウムを生成させて再利用するものである。
また、（ニ）塩素を含む廃棄物として、ごみ焼却飛灰や、アルカリバイパスダストまたは塩素バイパスダスト、さらにこれらの混合物を用い、それぞれセメント原料としてリサイクルすることができる。
【０００８】
すなわち、本願発明は、（１）塩素を含む廃棄物に、それを流動化させる程度の水を添加すると共に撹拌槽中で懸濁させてスラリー化し、廃棄物に含まれている塩素を溶出させ、これをベルトフィルターもしくはフィルタープレスで濾過し、得られた脱塩ケークをセメント原料に使用すると共に、水洗によって廃棄物中の塩素及び重金属が溶出した濾液に対して、ｐＨ調整のために薬剤を添加するかまたは炭酸ガスを含有するガスを吹き込み、さらにキレート剤添加及び／またはキレート樹脂吸着及び／または活性炭吸着を併用することにより、重金属および有害成分を沈殿させ、これを濾過して該沈殿物を除去するセメント原料化処理方法である。
【０００９】
また、本願発明は、（２）炭酸ガスを含有するガスとして、セメントキルン排ガスを使用する方法を含む。
また、本願発明は、（３）上記のように重金属および有害成分を除去した後の濾液を蒸発設備で蒸発させ、溶解している塩化物を析出させて除去し、蒸発した水はコンデンサー等で液化して、再度塩素溶出用のスラリー化用水または洗浄用水に使用する方法、（４）重金属および有害成分を除去した後の濾液に電気透析膜または逆浸透膜を使用した膜処理設備によって濾液中の塩分を２倍以上に濃縮し、濃縮した液を蒸発設備で蒸発させて溶解している塩化物を析出させて除去し、蒸発した水はコンデンサー等で液化して、膜処理後の脱塩水とともに再度スラリー化用水や洗浄用水に使用する方法を含む。
さらに、本願発明は、（５）蒸発設備として真空蒸発缶を使用する方法を含む。
そして、本願発明は、（６）重金属および有害成分を除去した後の濾液に添加剤を添加してカルシウムイオンをナトリウムに置換し、この時析出する炭酸カルシウムはセメント原料に使用し、濾液は、その後、蒸発させてまたは膜処理により濃縮した後に蒸発させて溶解している塩化ナトリウムを析出させる方法を含む。
【００１０】
また、本願発明は、（７）重金属および有害成分を除去した後の濾液に添加剤を添加してカルシウムイオンをナトリウムに置換し、この時析出する炭酸カルシウムはセメント原料に使用し、そして、イオン交換膜を用いて、濾液中の塩化ナトリウムから水酸化ナトリウムを生成させ、これを排水のｐＨ調整に再利用する方法を含む。
【００１１】
さらに、本願発明は、（８）重金属および有害成分を除去した後の濾液に添加剤を添加してカルシウムイオンをナトリウムに置換し、この時析出する炭酸カルシウムはセメント原料に使用し、ソルベー法または塩安ソーダ法によって、濾液中の塩化ナトリウムから炭酸ナトリウムを生成させ、これをカルシウムをナトリウムに置換する際の添加剤に再利用する方法を含むものである。
【００１２】
また、本願発明は、（９）ごみ焼却により排出された飛灰を、塩素を含む廃棄物として用いる方法を含む。
さらに、本願発明は、（１０）セメント製造設備において、セメントキルンおよびプレヒーターの中で循環濃縮し、塩素、硫黄、アルカリをキルンの排ガスとともにセメントキルン外へ抽気し、抽気した排ガスを塩素、硫黄、アルカリの化合物の融点以下の温度に急冷却してこれらの成分を水溶性塩素化合物として含むダストを除去し、該ダストを、塩素を含む廃棄物として用いる方法を含むものである。ここで、（１１）セメントキルン内で気化した塩素、硫黄、アルカリを排ガスとともに全排ガス量の１０％以下をキルン外へ抽気し、抽気した排ガスを塩素化合物の融点以下の温度に急冷却した後、５〜７μｍを分級点として生成したダストを粗粉と微粉とに分離し、粗粉を排ガスとともにセメントキルン内へ戻すセメント製造設備において、分離された微粉ダストを、塩素を含む廃棄物として用いることもできる。
【００１３】
なお、本願発明を実施する装置としては、焼却飛灰およびアルカリバイパスダスト、塩素バイパスダストを懸濁させて塩素を溶出させる撹拌槽、このスラリーを濾過および洗浄する濾過装置、この濾液から重金属やその他有害成分を除去する手段を有するセメント原料化処理装置がある。
また、本願発明を実施する装置として、重金属やその他の有害成分を除去した濾液を蒸発させ、塩化カルシウムを析出させる手段、および、ここで蒸発した水を冷却して液化し、撹拌槽または濾過装置に戻す経路を有する装置がある。
【００１４】
また、本願発明を実施する装置として、重金属やその他の有害成分を除去した濾液に溶解しているカルシウムイオンをナトリウムイオンと置換する手段、ここで析出する炭酸カルシウムを濾過および洗浄する手段、この濾液の塩化ナトリウム成分を濃縮する膜装置、濃縮した液を蒸発させ、塩化ナトリウムを析出させる手段、および、ここで蒸発した水を冷却して液化し、撹拌槽または濾過装置に戻す経路を有する装置がある。
【００１５】
また、本願発明を実施する装置として、重金属やその他の有害成分を除去した濾液に溶解しているカルシウムイオンをナトリウムイオンと置換する手段、ここで析出する炭酸カルシウムを濾過および洗浄する手段、この濾液、塩化ナトリウム溶液から水酸化ナトリウム溶液を生成するイオン交換膜、および、ここで得られた水酸化ナトリウム溶液を有害成分を除去する装置等に導入する経路を有する装置がある。
【００１６】
また、本願発明を実施する装置として、重金属やその他の有害成分を除去した濾液に溶解しているカルシウムイオンをナトリウムイオンと置換する手段、ここで析出する炭酸カルシウムを濾過および洗浄する手段、この濾液、塩化ナトリウム溶液から炭酸ナトリウムを生成するソルベー法または塩安ソーダ法による手段、および、ここで得られた炭酸ナトリウムをカルシウムイオンをナトリウムイオンに置換する装置に導入する手段を有する装置がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（Ａ）水洗によるセメント原料化
本発明では、ごみ焼却炉より排出される飛灰をセメント原料の一部代替として使用するため、水洗による塩素成分の除去を行う。
ごみ焼却炉より排出される飛灰中には多量の塩素が含まれている。場合によっては20重量％以上の塩素を含有することもある。
セメントの原料としてこの飛灰を使用しようとした場合、多量に含まれる塩素を除去する必要がある。塩素が原料に多く含まれると、セメントの焼成工程でサスペンジョンプレヒーターの閉塞やその他装置の腐食や劣化をもたらすと共に、製品のセメントの品質も低下させる要因となる。
ＪＩＳ規格でも普通ポルトランドセメントに含まれる塩素量は200ppm以下と規定されている。よって、水洗によって飛灰に含まれる塩素を除去してセメント原料とする。
【００１８】
また、本発明ではセメントキルンおよびプレヒーターの中で循環濃縮しプレヒーターの閉塞等の問題を引き起こす塩素、硫黄、アルカリ等を除去するアルカリバイパスダストまたは塩素バイパスダストをセメント原料の一部代替として使用するため、水洗による塩素成分の除去を行う。
アルカリバイパスダスト、塩素バイパスダストには、主にシリカ、アルミナ、カルシウム等のセメント主要成分のほかに塩化カルシウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム等の塩素化合物が20%前後含まれている。よって、ごみ焼却炉飛灰と同様に水洗によってアルカリバイパスダストまたは塩素バイパスダストに含まれる塩素を除去し、セメント原料とする。
【００１９】
まず、飛灰、アルカリバイパスダスト、塩素バイパスダストまたは飛灰とこれらのダストの混合物を流動化させる程度の水を加えて、スラリー状にする。この時、処理物に含まれている塩素は水に溶出する、次にこのスラリーを濾過し、得られたケークをさらに洗浄する。こうして充分に塩素を除去した脱塩ケークは、シリカ、アルミナ、カルシウム等を主成分としたものであり、セメント原料の一部代替として使用する。
また、濾過および洗浄によって排出された濾液には、微量ではあるが、排水基準をオーバーする重金属類が溶出していることがある。よって、濾液はこの様な重金属やその他の有害成分を除去する手段によって浄化してから放流する。
【００２０】
（Ｂ）濾液からの塩素除去方法
重金属等の有害成分を除去した濾液には飛灰やアルカリバイパスダスト、塩素バイパスダストから溶出した塩素が溶解している。排水基準等の規制に塩素の項目はないが、この様な高濃度の塩分を含む排水を河川等に放流した場合、環境破壊の原因となる危険性がある。
そこで、この濾液から、塩分を除去し、再度スラリー化用水またはケーク洗浄用水に再利用する。
濾液から脱塩する方法としては、濾液を蒸発させて塩分を晶出させ除去する方法がある。蒸発させた蒸気は冷却して液化し、再利用する。
【００２１】
濾液から脱塩する別の方法としては、膜処理によって塩化物濃度を濃縮し、濃縮水を蒸発乾固して、塩素を除去する方法がある。蒸発させた蒸気は上記と同様に冷却して液化し、再利用する。
ごみ焼却炉の飛灰に含まれている塩素は、主に塩化カルシウムであり、よって濾液を脱塩して得られる塩化物は塩化カルシウムを主体とするものである。
この塩化カルシウムは、潮解性が非常に高く、空気中の水分を吸収して液化しやすく、また、腐食性も高いため、取り扱いが困難な物質である。そこで、重金属等の有害成分を除去した濾液に溶解しているカルシウムイオンを、水酸化ナトリウムと炭酸ガスを添加する方法、または炭酸ナトリウムを添加する方法により、ナトリウムイオンに置換し、炭酸カルシウムを沈殿させ濾過および洗浄を行なって取り出す。
こうして濾別した炭酸カルシウムはセメント原料に使用する。
濾液は前述した蒸発乾固または膜処理による方法によって塩素を取り扱いの容易な塩化ナトリウムに変えて除去する。
【００２２】
（Ｃ）塩化ナトリウム水溶液の再利用方法
重金属等の有害成分を除去した濾液に溶解しているカルシウムイオンを、ナトリウムイオンに置換し、炭酸カルシウムとして沈殿させ濾過および洗浄を行なって取り出す。セメント原料に使用する場合、この濾液から本発明の方法で使用する薬剤の再生が可能である。
この薬剤再生方法の方法としては、塩化ナトリウムが溶解した濾液をイオン交換膜を通して、精製する方法により水酸化ナトリウムを製造し、本発明の工程内でpH調整剤等に使用する方法がある。
別の方法としては、塩化ナトリウム溶液からソルベー法または塩安ソーダ法によって炭酸ナトリウムを生成させ、この炭酸ナトリウムを前工程のカルシウムイオンとナトリウムイオンの置換用の添加剤として使用する方法がある。
【００２３】
（Ｄ）脱塩セメント原料化処理装置の構成
本発明を実施する装置を図１から図５に示す。
図１は本発明のごみ焼却飛灰やアルカリバイパスダスト、塩素バイパスダストのセメント原料化処理システムのフローチャートである。
図１に示す装置は、撹拌槽３、濾過設備４および重金属類等の有害成分除去設備８から構成されている。
処理対象物１および懸濁用水２が撹拌槽３に投入され懸濁液となる。この時処理物に含まれている塩化物は水に溶出する。懸濁液は次の濾過設備４で濾過され、さらに濾過によって得られたケークは洗浄される。こうして溶出した塩素が充分除去された脱塩ケーク５が得られる。
この脱塩ケーク５は、塩素が充分に除去されているため、セメント原料へ利用できる。
濾過設備４で使用する濾過機には、ベルトフィルターやフィルタープレスが考えられ、特にベルトフィルターの場合、濾過とケーク洗浄が１工程で行え、ケーク洗浄水量も節約できるので有効である。
【００２４】
濾過設備４を出た濾液７には処理対象物から溶出した、微量ではあるが、排水基準をオーバーする重金属類等の有害成分が含まれる場合がある。この濾液は有害成分除去設備８で処理され有害成分は取り除かれる。
有害成分の除去設備８には、キルンの排ガス（20％ＣＯ２ガス）の吹き込みや薬剤添加によるpH調整、キレート添加法、キレート樹脂塔での吸着法、活性炭による吸着法等が用いられる。
ここで取り除いた微量の重金属類を含む沈殿物（主にキルン排ガスと溶出カルシムの反応等で生じた炭酸カルシウムが主成分）はセメント原料に使用する。またはこの沈殿物から鉛や亜鉛などの重金属類を再生し利用することもできる。
こうして有害成分を除去された排水９は系外へ放流する。
【００２５】
排水９には飛灰やアルカリバイパスダスト、塩素バイパスダストから溶出した高濃度の塩素（主に塩化カルシウムとして溶出していると考えられる）が含まれる。
塩素は、有害成分ではなく、排水基準にも規定はないため、このまま放流することも可能ではあるが、河川等へ放流した場合、周辺環境への影響が懸念される。そこで、排水から塩素を除去する設備を付帯したセメント原料化処理システムを図２に示す。
図２のシステムでは、排水９は真空蒸発缶等を含む蒸発乾固設備11によって蒸発乾固され、塩化物（主に塩化カルシウム）12が晶出する。
蒸気は蒸気冷却装置としてのコンデンサー13で再度液化され、蒸留された回収水14となって再び撹拌槽３や濾過設備４で懸濁用水やケーク洗浄用水として使用される。よって、この設備からは排水は出ないか、あるいは出たとしても極めて少ない量となる。
【００２６】
図２のシステムでは除去した塩化物12は主に塩化カルシウムとして晶出する。この塩化カルシウムは、潮解性が高く扱い難く、また腐食性も高く設備の劣化が懸念される。
また、このシステムでは排水の全量を蒸発させる必要があるため、熱源がない場所に設置する場合、ランニングコストが高くなることが考えられる。
そこでこれらの問題を解決するシステムを図３に示す。
図３のシステムでは、排水９はカルシウムとナトリウムの置換反応装置15に導入され、溶解しているカルシウムイオンがナトリウムイオンに置換され、炭酸カルシウム16が生成する。
この置換反応には、ＮａＣＯ３を添加する方法と、ＮａＯＨを添加し、さらにキルン排ガスを吹き込んで排ガス中のＣＯ２ガスを利用する方法等が有効である。
こうしてナトリウムイオンと置換され、塩化ナトリウム溶液となった排水17は膜処理設備18に導入され、膜処理設備18により塩分は２倍以上に濃縮される。
ここで脱塩された脱塩水19は撹拌槽３や濾過設備４で再利用される。
膜処理設備18には電気透析膜（ＥＤ）や逆浸透膜（ＲＯ）の使用が考えられるが、逆浸透膜の濃縮能力が２倍程度であるのに対し、電気透析膜はおよそ７倍程度の濃縮が可能なため、電気透析膜の方が有効である。
膜処理設備で濃縮された濃縮水20はその後、蒸発乾固装置21に導入され、蒸発乾固され、ここで、塩化ナトリウムを主体とする塩化物22が晶出する。塩化ナトリウムの場合、取り扱いも容易で、腐食性も大きくなく、また再利用できる可能性も高い。
蒸発乾固設備21で発生した蒸気は蒸気冷却装置としてのコンデンサー23で再度液化され、蒸留された回収水24となって撹拌槽または濾過設備に導入されて再利用される。
【００２７】
次に図４にカルシウムイオンをナトリウムイオンに置換した塩化ナトリウム水溶液17の有効利用方法の一つとして水酸化ナトリウムを生成し、本発明の工程の中での排水のpH調整等に使用するシステムを示す。
塩化ナトリウム水溶液17はイオン交換膜による水酸化ナトリウムの製造設備25に導入され、ここで、水酸化ナトリウム26が分離生成する。
この水酸化ナトリウムは有害成分除去設備８へ導入され、pH調整等の排水処理に使用する。
また、イオン交換膜で分離回収された水27は撹拌槽または濾過設備で再利用される。
塩化ナトリウム水溶液17の有効利用方法の別の１つに図５に示すソルベー法または塩安ソーダ法による炭酸ナトリウムの生成がある。
塩化ナトリウム水溶液をソルベー法または塩安ソーダ法による炭酸ナトリウム製造設備に導入し、炭酸ナトリウム29を生成する。
この炭酸ナトリウム29はカルシウムとナトリウムの置換反応設備15で添加剤として使用する。
また、ソルベー法または塩安ソーダ法で分離された水は回収水30として撹拌槽または濾過設備で再使用する。
【００２８】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。これらは例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。
実施例１
図２に示した設備を実験用に仮設し、実験を行った。
まず、撹拌槽３に塩素22％、カルシウム30％を含有する飛灰を処理対象物１として15kg/hrの割合で投入し、これに約50℃に加熱した温水を20kg/hrで添加し、撹拌槽３での滞留時間が、約１時間となるように設定し、混合した。
次にこの懸濁液を、濾過設備４のベルトフィルターで濾過し、50℃、55kg/hrの温水でケーク洗浄を行った。
こうして飛灰の脱塩ケーク５が22.8kg-wet/hrで得られ、このケーク５中の塩素を分析したところ、0.2％（乾燥重量換算）と十分に塩素が除去できており、セメント原料として利用が可能であった。
【００２９】
【表１】
つぎに、濾過設備４より出た濾液７について、排水基準に定められている項目について分析を行った。その結果を表１に示す。
鉛のみが13.7mg/lで排水基準を上回る値となった。
この濾液７は有害成分除去設備８に導入されている。
この有害成分除去装置８には、pH調整装置、キレート剤による有害成分の吸着除去装置、小型濾過装置、水銀用キレート樹脂塔、活性炭塔から構成されている。
次にこの有害成分除去設備８を出た排水９を採取して分析を行った。
その結果を同じ表１に示す。
検出された鉛の値は検出限界以下となった。
この様に有害成分除去設備８を出た排水９には有害成分は含まれておらず、排水基準も満足するもであり、図１の装置のようにこの段階で系外へ放流する事も可能である。
またここで生ずる微量の重金属類を含む主に炭酸カルシュウムを主成分とする沈殿物も濾過機で除去してセメント原料へリサイクルすることができる。
排水９は62.2kg/hr排出され、5.5％の塩素を含んでいる。
これを蒸発乾固設備11に導入する。この設備の真空蒸発缶で排水は蒸留され、塩化カルシウムを主体とする塩化物3.4kg/hrが発生した。この時熱源として使用した蒸気量は30.25kg/hrであった。
蒸発した蒸気は蒸気冷却装置としてのコンデンサー13に導入し、再度液化し、回収した。48kg/hrの回収水14が得られ、回収水は全て濾過設備４でのケーク洗浄溶液として使用した。
【００３１】
この様に図２に示した装置により、ごみ焼却飛灰をセメント原料として適するような塩素濃度まで脱塩し、さらに洗浄で生じた排水も循環使用する事で使用水量も節約できた。
また、排水の有害成分の処理も充分な設備であり、排水の脱塩循環使用を行わずに放流することも可能であることが実証された。
なお、実験は系が安定してから６時間連続して行った。
【００３２】
実施例２
次に図３に示した設備を実験用に仮設し実験を行った。
１〜10までは実施例１と同様の工程であり、まず、撹拌槽３に塩素22％、カルシウム30％を含有する飛灰を15kg/hrの割合で投入し、これに約50℃に加熱した温水を20kg/hrで添加し、撹拌槽での滞留時間が、約１時間のなるように設定し、混合した。
次にこの懸濁液を濾過設備４のベルトフィルターで濾過および50℃，55kg/hrの温水でケーク洗浄を行った。
こうして実施例１と同様に脱塩ケーク５が22.8kg-wet/hr得られ、このケーク５中の塩素を分析したところ、やはり同様に0.2％（乾燥重量換算）と十分に塩素が除去できており、セメント原料として利用が可能である。
【００３３】
濾液７は有害成分除去設備８で有害成分を除去した。
なお、実施例１でこの処理後の排水９が排水基準を充分満足するように浄化されていることを確認しているので、実施例２では処理後の排水についての有害成分の分析は行わなかったが、塩素とカルシウムについての分析は行った。
その結果、この排水９の塩素濃度は5.5％、カルシウムイオン濃度は0.97％であった。
次に62.2tkg/hrの排水９をカルシウムイオンとナトリウムイオンの置換反応装置15に導入する。この置換装置15は反応槽とＮａＯＨ添加装置、キルン排ガスのバブリング装置から構成されており、排水中のカルシウムイオンがナトリウムイオンに置換し、カルシウムイオンは炭酸イオンと結合して炭酸カルシウムが析出する。
この時、約0.6kg/hrの水酸化ナトリウムを添加し、炭酸カルシウムが1.4kg/hr生成した。生成した炭酸カルシウムは小型濾過装置で濾過した。この炭酸カルシウムもセメント原料へ使用することが可能である。
【００３４】
置換反応装置15を出た塩化ナトリウム水溶液を主成分とする62.2kg/hrの排水17は膜処理設備18に導入される。この膜処理設備18は電気透析膜とその前処理装置および周辺装置で構成されている
ここで排水17は濃縮され9.3kg/hrの濃縮水20が得られた。この濃縮水20を蒸発乾固装置21に導入して真空蒸発缶にて蒸発乾固させた。3.6kg/hrの塩化ナトリウム22が得られ、この時蒸発乾固の熱源として要した水蒸気量は5kg/hrであり、膜処理によって蒸発液量が減少したため、実施例１に比べて熱源の水蒸気量を大幅に低減できた。またここで生じる塩化物は塩化ナトリウムであるため、取り扱い易く、また腐食性も低いため、設備の劣化も低減できると考えられる。
膜処理設備18で得られた52.9kg/hrの脱塩水19と蒸発乾固設備21で生じた蒸気を蒸気冷却装置としてのコンデンサー23で冷却し再液化して得られた7.5kg/hrの回収水24は撹拌槽３と濾過設備４に導入し再利用した。
【００３５】
この様に図３に示した装置により、実施例１と同様にごみ焼却飛灰をセメント原料として適するような塩素濃度まで脱塩ができ、洗浄で生じた排水も循環使用する事で使用水量も節約できた。
さらにカルシウムをナトリウムに置換することで最終的に取り出される塩化物を塩化ナトリウムとすることもできて、塩化物の取り扱い方法や腐食性についての問題点についても解決できたと考えられる。
また、膜処理設備18を使用することで蒸発乾固する排水量を減じ使用蒸気量も大幅に節約できることが実証された。
なお、実施例２の実験も系が安定してから６時間連続して行った。
【００３６】
この図２の実施例２の様に排水17は塩化ナトリウム水溶液となる。そこでこの塩化ナトリウム水溶液から本発明の水処理工程に使用する水酸化ナトリウムまたは炭酸ナトリウムを生成使用することが考えられる。
図４のようにイオン交換膜により水酸化ナトリウム26を生成し、排水の有害成分除去でのpH調整用に使用できる。
また、図５のようにソルベー法または塩安ソーダ法によって炭酸ナトリウムを生成しカルシウムイオンとナトリウムイオンの置換反応での添加剤として使用することも可能である。
以上説明したきたように、本発明の方法によって、ごみ焼却炉の飛灰をセメント原料にリサイクルでき、この系から排出される排水も排水基準を充分に満足する安全なものである。また、排水を脱塩して再利用することで使用水量も大幅に節約できる。
【００３７】
実施例３
図１に示した設備を実験用に仮設し、塩素バイパスダストの水洗実験を行った。
まず、攪拌槽3に塩素15％を含有する塩素バイパスダストを15kg/hrの投入量で投入し、これに約50℃に加熱した温水を20kg/hrで添加し、攪拌槽3での滞留時間が約1時間となるように設定し、攪拌した。使用した塩素バイパスダストの分析値を表２に示す。
【００３８】
【表２】
次に、この懸濁液を濾過装置４のベルトフィルターで濾過し、50℃、55kg/hrの温水でケーク洗浄を行った。
こうして脱塩ケーク約25kgが得られ、このケークを乾燥させ、塩素を分析したところ0.15%であり十分に塩素が除去できた。
表２に使用した塩素バイパスダストの分析値を示す。
【００４０】
次に、実際に塩素バイパスダストの脱塩ケークを使用してセメントを試製した。セメントクリンカ生産量7000t/dayのセメントキルンから塩素バイパス設備によって４％の抽気率で排ガスを抽気すると約4t/dayの塩素バイパスダストが回収される。この塩素バイパスダストを全て本発明の方法で処理し、セメント原料として使用しようとすると、11200t/dayの原料の内6.08t/dayの塩素バイパスダスト脱塩ケークを使用することになる。よって、本実施例ではこの割合で原料に塩素バイパスダストの脱塩ケーク5および濾液7を処理した際に生じた沈殿物である炭酸カルシウムを主成分とする重金属含有化合物１０を使用してセメントの試製を行った。
【００４１】
このようにして試製したセメントの品質を表３に示す。
【００４２】
【表３】
表3の様に試製したセメントの塩素濃度は0.005%であり、JIS規格を十分に満足する濃度であった。また、JIS法によるセメントの圧縮強度試験の結果は材齢３日で27.5N/mm2、材齢7日42.8 N/mm2で、材齢28日で59.5 N/mm2であり、圧縮強度も十分に規格を満足するものであった。
次に、濾過設備4から排出された濾液7を有害成分除去設備８で処理した後の排水9の分析を行った。その結果を表４に示す。このように本発明の方法により排出される排水9は有害物質、環境項目ともに下水道への排出基準および水質汚濁法による排水基準を満足した。
【００４４】
【表４】
以上の実施例3のように本発明の方法によってごみ焼却灰と同様に塩素バイパスダストを使用しても十分にセメント原料として使用できるような塩素濃度まで脱塩が可能であり、排水も排出基準を満たすものとなった。また、この排水はごみ焼却灰を処理した場合と同様に塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウムを含む溶液であり、図2、図3、図4のような方法でこの排水を有効利用することが可能であることは明らかである。
また、本発明の方法によってアルカリバイパスダストを使用しても同様な効果が得られることは明らかである。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の方法によって以下の様な効果が得られる。
ごみ焼却炉より排出される飛灰を水に添加してスラリー化し、飛灰に含まれている塩素を溶出させ、これを濾過して、飛灰から塩素を充分に除去することができ、これによって、飛灰をセメント原料として使用することが可能である。
また、この時に排出される濾液も有害成分を沈殿・濾過により除去することにより、排水には塩化物が溶出しているのみで、有害成分が系外に流出する恐れはなく安全である。
このように、従来埋め立て処理されていた飛灰を有効に利用でき、逼迫している埋め立て用地の問題や埋め立て用地周辺の有害物質の溶出による環境汚染問題の解決策となる。
【００４７】
さらに、排水を直接蒸発または膜処理によって濃縮後蒸発させて塩化物を分離して、この蒸留水を再使用する事によって塩化物の溶解した排水を系外へ放流することもなるため、塩化物溶液による河川水域の環境への影響を防止できる。
また、排水に溶解しているカルシウムをナトリウムに置換することによって、膜処理工程での膜へのスケール付着防止が可能で膜の延命化がはかられ、蒸留工程でも塩化カルシウムに代わって塩化ナトリウムが生成するため、腐食性や潮解性が低くなり、設備の腐食防止や、析出物のハンドリング性の向上がはかられる。
【００４８】
また、飛灰を水洗して得られる塩化物溶液のカルシウムをナトリウムに置換することによって得られた塩化ナトリウム溶液から、イオン交換膜によって水酸化ナトリウムが、ソルベー法または塩安ソーダ法によって炭酸ナトリウムの生成が可能であり、これらの薬品を飛灰水洗の水処理工程で使用することにより、ランニングコストの低減をはかることができ、排水から除去した塩素の処分に窮することもない。
【００４９】
また、アルカリバイパスダスト、塩素バイパスダストを本発明の方法により水洗処理す事でセメント原料として使用することが可能である。従来、アルカリバイパスダスト、塩素バイパスダストはそのままセメントに混合されていたが、廃棄物のセメントキルンでのリサイクルが進められた場合、これらの発生量が増加することが予測され、そのままセメントへ混合する方法では対処できなくなると考えられる。また、埋め立て処理をする場合にはそのための費用も発生し、さらに近年、埋め立て用地の逼迫も問題となっている。本発明の方法はこのような問題を解決する有効な手段である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のセメント原料化処理方法を実施する装置の構成図である。
【図２】 本発明のセメント原料化処理方法を実施する他の装置の装置の構成図である。
【図３】 本発明のセメント原料化処理方法を実施するさらに他の装置の装置の構成図である。
【図４】 本発明のセメント原料化処理方法を実施するさらに他の装置の装置の構成図である。
【図５】 本発明のセメント原料化処理方法を実施するさらに他の装置の装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 処理対象物、２ 水、４ 濾過設備、５ 脱塩ケーク、７ 濾液、８ 有害成分除去設備、９ 排水、11，21 蒸発乾固設備、12，22 塩化物、13，23 蒸気冷却装置としてのコンデンサー、15 Ｃａ−Ｎａ置換反応装置、16 炭酸カルシウム、18 膜処理設備、19 脱塩水、25 ＮａＯＨの製造設備、26 水酸化ナトリウム、28 炭酸ナトリウムの製造設備、29 炭酸ナトリウム。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a cement for treating waste containing chlorine, such as fly ash discharged from a waste incinerator or the like and dust generated in an alkali bypass facility and a chlorine bypass facility in cement production, so that it can be used as a cement raw material. The present invention relates to a raw material processing method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, fly ash discharged from waste incinerators has been designated as specially managed municipal waste, and includes (1) melting method (volume reduction solidification), (2) cement solidification method, (3) chemical treatment method, 4) It is obliged to carry out pretreatment by any of the solvent extraction methods, and after pretreatment by these methods, it is disposed of in landfills.
Dust generated in a method of producing cement while extracting chlorine, sulfur, alkali, etc. together with the exhaust gas from the kiln together with the exhaust gas of the kiln, which is circulated and concentrated in the cement kiln and preheater, causing problems such as blockage of the preheater. Is mixed with product cement or discarded and landfilled.
[0003]
Here, the alkali bypass facility and the chlorine bypass facility will be described.
Volatile components such as chlorine, sulfur, alkali, etc. brought from raw materials in cement production are vaporized in the cement kiln and transported to the preheater together with the exhaust gas. These components generate compounds again in the preheater, and the raw material Then enter the kiln. Those compounds that enter the kiln together with the raw materials are vaporized again and carried to the preheater together with the exhaust gas. Such circulation is repeated, and chlorine, sulfur, alkali and the like are concentrated between the cement kiln and the preheater. When these components are concentrated in this way, a low-melting-point compound is produced, which becomes a factor causing blockage in the preheater.
[0004]
Therefore, in order to solve such a problem, chlorine, sulfur, alkali, and the like which are volatilized with the exhaust gas are extracted from the lower part of the preheater in the vicinity of the raw material inlet of the kiln. The extracted exhaust gas is cooled below the melting point of a compound such as chlorine, sulfur or alkali, and these components are recovered. An apparatus for removing chlorine, sulfur, alkali and the like from a cement kiln in this way is called an alkali bypass. However, since the alkali bypass extracts 10% or more of exhaust gas, the heat loss is large, and the raw material particles other than the compounds such as chlorine, sulfur and alkali are also recovered at the same time, so the amount of dust (alkali bypass dust) generated is also large. Become more. In view of such problems, the chlorine bypass facility has been developed. Chlorine bypass equipment pays attention to the fact that a factor causing problems such as blockage of the preheater is chlorine among chlorine, sulfur and alkali. Chlorine can be sufficiently removed even at a low extraction rate, so the chlorine extraction facility reduces the loss of heat by setting the extraction rate to 10% or less. In addition, since chlorine is unevenly distributed on the fine powder side of the dust generated by cooling the extracted exhaust gas, a classifier is provided in the chlorine bypass facility, and the dust generated with a classification point of 5 to 7 μm is defined as coarse powder. While separating into fine powder and returning the coarse powder together with the exhaust gas into the cement kiln, the separated fine powder (chlorine bypass dust) is recovered. By doing so, heat loss is further reduced, and the amount of dust is also reduced.
[0005]
In recent years, as a waste recycling method as in the present invention, cement raw materials or fuels have been promoted, but as the amount of use of these wastes increases, chlorine, sulfur, alkali, etc. brought into the cement kiln are increased. The amount of volatile components also increases, so the amount of alkali bypass and chlorine bypass generated also increases. Conventionally, these dusts have been mixed with cement or discarded and landfilled. However, since the generation amount is expected to increase, development of an effective utilization method is demanded.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In this way, fly ash has been previously landfilled by pretreatment. Recently, however, there have been problems such as the pressure of the landfill disposal site and soil contamination around the landfill disposal site due to the elution of harmful components from the fly ash. Yes.
In addition, since alkali bypass dust and chlorine bypass dust contain a large amount of chlorine compounds, there is a risk of deterioration of cement quality when mixed with cement of products. Therefore, the chlorine concentration in cement is also regulated by JIS standards, and the amount added is limited. In recent years, the amount of chlorine brought from waste is expected to increase as waste is recycled in cement kilns, and the amount of alkali bypass dust and chlorine bypass dust generated is expected to increase accordingly. Therefore, as described above, it is expected that the method of adding alkali bypass dust and chlorine bypass dust to cement as it is cannot cope. In addition, in the case of disposal, costs for that are incurred and, as in the case of waste incineration fly ash, the problem of landfill disposal becomes a problem.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above-mentioned problems in the treatment of conventional chlorine-containing waste. (A) Washing waste containing chlorine and removing a large amount of chlorine contained in the waste to cement fly ash into cement Recycled as raw material, and the filtrate discharged here is to be safely discharged after removing harmful components such as heavy metals, and (b) after removing harmful components such as heavy metals, The chloride contained in the water is removed and reused as water for eluting chlorine. (C) Sodium hydroxide and sodium carbonate are generated from the removed chloride and reused.
Moreover, (d) waste incineration fly ash, alkali bypass dust or chlorine bypass dust, and a mixture thereof can be used as waste containing chlorine, and can be recycled as cement raw materials.
[0008]
That is, the present invention includes (1) adding water to a waste containing chlorine to make it fluidized and suspending it in a stirring tank to make a slurry to elute the chlorine contained in the waste. , This is filtered with a belt filter or filter press, and the resulting desalted cake is used as a raw material for cement, and the filtrate from which chlorine and heavy metals in the waste are eluted by washing with water,For pH adjustmentDrugTheAdditionOrOr, a gas containing carbon dioxide gas is blown, and chelating agent addition and / or chelating resin adsorption and / or activated carbon adsorption are used in combination.ByThis is a cement raw material treatment method in which heavy metals and harmful components are precipitated and filtered to remove the precipitates.
[0009]
The present invention also provides (2)Use cement kiln exhaust gas as a gas containing carbon dioxide gasIncluding methods.
The present invention also provides (3) The filtrate after removing heavy metals and harmful components as aboveWith evaporation equipmentEvaporating and removing the dissolved chloride by precipitation, the evaporated water is liquefied with a condenser or the like, and used again for slurrying water for chlorine elution or washing water (4) In the filtrate after removing heavy metals and harmful componentsUsing electrodialysis membrane or reverse osmosis membraneMembrane treatmentDepending on equipmentFiltrateMore than double the salt contentConcentrate the concentrated liquidWith evaporation equipmentIt includes a method in which the chloride dissolved by evaporation is deposited and removed, and the evaporated water is liquefied by a condenser or the like and used again as slurrying water or washing water together with demineralized water after membrane treatment.
Further, the present invention includes (5) a method of using a vacuum evaporator as an evaporation facility.
And this invention is (6) Additives are added to the filtrate after removing heavy metals and harmful components to replace calcium ions with sodium, and the precipitated calcium carbonate is used as cement raw material, and the filtrate is then evaporated or membrane treated And a method of precipitating sodium chloride dissolved by evaporation after concentration.
[0010]
In the present invention, (7) an additive is added to the filtrate after removing heavy metals and harmful components to replace calcium ions with sodium, and the precipitated calcium carbonate is used as a cement raw material, and Using an exchange membrane, sodium hydroxide is produced from sodium chloride in the filtrate, and this is adjusted to the pH of the waste water.NeatlyIncludes methods for reuse.
[0011]
Further, the present invention provides (8) an additive is added to the filtrate after removing heavy metals and harmful components to replace calcium ions with sodium, and the precipitated calcium carbonate is used as a cement raw material, Sodium carbonate is produced from sodium chloride in the filtrate by the sodium chloride method, which is added when replacing calcium with sodium.To the agentIt includes methods for reuse.
[0012]
Moreover, this invention includes (9) the method of using the fly ash discharged | emitted by refuse incineration as a waste containing chlorine.
Further, the present invention is (10) in a cement production facility, circulating and concentrating in a cement kiln and a preheater, extracting chlorine, sulfur and alkali together with the exhaust gas from the kiln, and extracting the extracted exhaust gas into chlorine and sulfur. , ArcaLiRapid cooling to a temperature below the melting point of the compound to remove these components as water-soluble chlorine compoundsAsIncluding dustTheRemovalAnd the dust, Including methods for use as waste containing chlorine. Here, (11) after extracting chlorine, sulfur and alkali vaporized in the cement kiln together with the exhaust gas, 10% or less of the total exhaust gas outside the kiln, and rapidly cooling the extracted exhaust gas to a temperature below the melting point of the chlorine compound In a cement manufacturing facility that separates dust generated using a classification point of 5 to 7 μm into coarse powder and fine powder and returns the coarse powder together with exhaust gas into the cement kiln, the separated fine dust is used as waste containing chlorine. You can also
[0013]
The apparatus for carrying out the present invention includes incineration fly ash and alkali bypass dust, a stirring tank for suspending chlorine bypass dust to elute chlorine, a filtration apparatus for filtering and washing the slurry, heavy metal and other components from the filtrate. There is a cement raw material processing apparatus having means for removing harmful components.
In addition, as an apparatus for carrying out the present invention, means for evaporating the filtrate from which heavy metals and other harmful components have been removed and precipitating calcium chloride, and cooling and liquefying the water evaporated here, a stirring tank or a filtration apparatus There is a device that has a path back to.
[0014]
Further, as an apparatus for carrying out the present invention, a means for replacing calcium ions dissolved in a filtrate from which heavy metals and other harmful components have been removed with sodium ions, a means for filtering and washing the precipitated calcium carbonate, and this filtrate A device having a membrane device for concentrating the sodium chloride component, a means for evaporating the concentrated liquid and precipitating sodium chloride, and a device for cooling the evaporated water to liquefy it and return it to a stirring tank or a filtration device is there.
[0015]
Further, as an apparatus for carrying out the present invention, a means for replacing calcium ions dissolved in a filtrate from which heavy metals and other harmful components have been removed with sodium ions, a means for filtering and washing the precipitated calcium carbonate, and this filtrate There are an ion exchange membrane that generates a sodium hydroxide solution from a sodium chloride solution, and a device that has a path for introducing the sodium hydroxide solution obtained here into a device that removes harmful components.
[0016]
Further, as an apparatus for carrying out the present invention, a means for replacing calcium ions dissolved in a filtrate from which heavy metals and other harmful components have been removed with sodium ions, a means for filtering and washing the precipitated calcium carbonate, and this filtrate There is a device having a means by a Solvay method or a sodium soda method for producing sodium carbonate from a sodium chloride solution, and a means for introducing the sodium carbonate obtained here into a device for replacing calcium ions with sodium ions.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(A) Cement raw material by washing with water
In this invention, since the fly ash discharged | emitted from a waste incinerator is used as a partial substitute of a cement raw material, the chlorine component is removed by water washing.
A large amount of chlorine is contained in the fly ash discharged from the waste incinerator. In some cases, it may contain 20% by weight or more of chlorine.
When this fly ash is to be used as a raw material for cement, it is necessary to remove a large amount of chlorine. If a large amount of chlorine is contained in the raw material, the cement firing process may cause clogging of the suspension preheater and other corrosion and deterioration of the device, and also reduce the quality of the cement of the product.
The JIS standard also stipulates that the amount of chlorine contained in ordinary Portland cement is 200 ppm or less. Therefore, chlorine contained in fly ash is removed by washing with water to obtain a cement raw material.
[0018]
Also, in the present invention, alkaline bypass dust or chlorine bypass dust that removes chlorine, sulfur, alkali, etc. that causes problems such as blockage of the preheater by circulating and concentrating in the cement kiln and preheater is used as a partial substitute for cement raw material. Therefore, the chlorine component is removed by washing with water.
Alkaline bypass dust and chlorine bypass dust mainly contain about 20% of chlorine compounds such as calcium chloride, sodium chloride and potassium chloride in addition to the main components of cement such as silica, alumina and calcium. Therefore, the chlorine contained in the alkali bypass dust or the chlorine bypass dust is removed by washing with water in the same manner as the waste incinerator fly ash to obtain a cement raw material.
[0019]
First, fly ash, alkali bypass dust, chlorine bypass dust, or water enough to fluidize a mixture of fly ash and these dusts is added to form a slurry. At this time, chlorine contained in the treated product is eluted into water, and then the slurry is filtered, and the resulting cake is further washed. The desalted cake from which chlorine has been sufficiently removed is mainly composed of silica, alumina, calcium and the like, and is used as a partial substitute for cement raw materials.
Moreover, although it is trace amount, the heavy metal exceeding the waste water standard may elute in the filtrate discharged | emitted by filtration and washing | cleaning. Therefore, the filtrate is discharged after being purified by means for removing such heavy metals and other harmful components.
[0020]
(B) Chlorine removal method from filtrate
Chlorine eluted from fly ash, alkali bypass dust, and chlorine bypass dust is dissolved in the filtrate from which harmful components such as heavy metals have been removed. There is no chlorine item in regulations such as drainage standards, but if wastewater containing such high-concentration salinity is discharged into rivers, there is a risk of causing environmental damage.
Therefore, the salt content is removed from the filtrate and reused again for slurrying water or cake washing water.
As a method of desalting from the filtrate, there is a method of evaporating the filtrate to crystallize and remove the salt. The evaporated vapor is cooled and liquefied for reuse.
[0021]
As another method of desalting from the filtrate, there is a method of removing chloride by concentrating the chloride concentration by membrane treatment and evaporating the concentrated water to dryness. The evaporated vapor is cooled and liquefied for reuse as described above.
Chlorine contained in the fly ash of the refuse incinerator is mainly calcium chloride, and therefore the chloride obtained by desalting the filtrate is mainly composed of calcium chloride.
This calcium chloride is very difficult to handle because it has very high deliquescence, absorbs moisture in the air, easily liquefies, and is highly corrosive. Therefore, calcium ions dissolved in the filtrate from which harmful components such as heavy metals have been removed are replaced with sodium ions by adding sodium hydroxide and carbon dioxide, or by adding sodium carbonate, thereby precipitating calcium carbonate. Filtered and washed.
The calcium carbonate thus filtered off is used as a cement raw material.
The filtrate is removed by changing the chlorine to sodium chloride which is easy to handle by the method of evaporation to dryness or membrane treatment described above.
[0022]
(C) Recycling method of sodium chloride aqueous solution
Calcium ions dissolved in the filtrate from which harmful components such as heavy metals have been removed are replaced with sodium ions, precipitated as calcium carbonate, filtered and washed. When used as a cement raw material, it is possible to regenerate the chemical used in the method of the present invention from this filtrate.
As a method of this drug regeneration method, there is a method in which sodium hydroxide is produced by a method of purifying a filtrate in which sodium chloride is dissolved through an ion exchange membrane and used as a pH adjuster or the like in the process of the present invention.
As another method, there is a method in which sodium carbonate is produced from a sodium chloride solution by a Solvay method or an ammonium chloride soda method, and this sodium carbonate is used as an additive for replacing calcium ions and sodium ions in the previous step.
[0023]
(D) Configuration of demineralized cement raw material processing equipment
An apparatus for carrying out the present invention is shown in FIGS.
FIG. 1 is a flowchart of a cement raw material treatment system for waste incineration fly ash, alkali bypass dust, and chlorine bypass dust according to the present invention.
The apparatus shown in FIG. 1 is comprised from the stirring
The processing object 1 and the suspending
The
A filter used in the filtration facility 4 may be a belt filter or a filter press. Particularly, in the case of a belt filter, filtration and cake washing can be performed in one step, and the amount of cake washing water can be saved, which is effective.
[0024]
The
For the harmful
The precipitate containing a small amount of heavy metals removed here (mainly calcium carbonate produced by the reaction between the kiln exhaust gas and the elution calcium, etc.) is used as a cement raw material. Alternatively, heavy metals such as lead and zinc can be regenerated from this precipitate.
In this way, the
[0025]
The
Chlorine is not a harmful component and there is no regulation in the drainage standards, so it can be released as it is, but if released into a river or the like, there is concern about the impact on the surrounding environment. Therefore, FIG. 2 shows a cement raw material processing system with equipment for removing chlorine from waste water.
In the system of FIG. 2, the
The steam is liquefied again by a condenser 13 as a steam cooling device, becomes distilled recovered water 14, and is used again as suspension water or cake washing water in the
[0026]
In the system of FIG. 2, the removed
In addition, since it is necessary to evaporate the entire amount of waste water in this system, running cost may be increased when installed in a place without a heat source.
A system for solving these problems is shown in FIG.
In the system of FIG. 3, the
For this substitution reaction, a method of adding
The
The
The membrane treatment facility 18 may be an electrodialysis membrane (ED) or reverse osmosis membrane (RO). The concentration of the reverse osmosis membrane is about twice, whereas the electrodialysis membrane is about 7 times. Therefore, the electrodialysis membrane is more effective.
The concentrated water 20 concentrated in the membrane treatment facility is then introduced into the evaporation / drying
The steam generated in the evaporating and drying
[0027]
Next, FIG. 4 shows a system in which sodium hydroxide is generated as one effective utilization method of the sodium chloride
The sodium chloride
This sodium hydroxide is introduced into the harmful
The
Another effective method of using the sodium chloride
An aqueous sodium chloride solution is introduced into a sodium carbonate production facility by the Solvay method or the sodium soda method to produce
This
Further, the water separated by the Solvay method or the sodium soda method is reused as recovered
[0028]
【Example】
Examples of the present invention are shown below. These are examples and do not limit the scope of the present invention.
Example 1
The facility shown in FIG. 2 was temporarily set up for an experiment and an experiment was conducted.
First, fly ash containing 22% chlorine and 30% calcium is added to the
Next, this suspension was filtered with a belt filter of the filtration equipment 4 and subjected to cake washing with hot water at 50 ° C. and 55 kg / hr.
In this way, fly
[0029]
[Table 1]
Next, about the
Only lead was 13.7mg / l, which exceeded the drainage standard.
The
The harmful
Next, the
The results are shown in Table 1.
The detected lead value was below the detection limit.
In this way, the
Further, the precipitate containing mainly a small amount of heavy metals and mainly composed of calcium carbonate can be removed by a filter and recycled to a cement raw material.
This is introduced into the evaporation / drying equipment 11. The wastewater was distilled by the vacuum evaporator of this equipment, and 3.4kg / hr of chloride consisting mainly of calcium chloride was generated. At this time, the amount of steam used as a heat source was 30.25 kg / hr.
The evaporated vapor was introduced into a condenser 13 as a vapor cooling device, liquefied again, and collected. 48 kg / hr of recovered water 14 was obtained, and all of the recovered water was used as a cake washing solution in the filtration facility 4.
[0031]
As described above, the apparatus shown in FIG. 2 can reduce the amount of water used by desalting the waste incineration fly ash to a chlorine concentration suitable for a cement raw material and circulating the wastewater generated by washing.
In addition, it was proved that it is sufficient equipment for the treatment of harmful components of waste water and can be discharged without using desalination and circulation of waste water.
The experiment was continuously performed for 6 hours after the system was stabilized.
[0032]
Example 2
Next, the facility shown in FIG. 3 was temporarily set up for an experiment.
Steps 1 to 10 are the same steps as in Example 1. First, fly ash containing 22% chlorine and 30% calcium is added to stirring
Then thisSuspensionThis was filtered with a belt filter of the filtration equipment 4 and washed with hot water at 50 ° C. and 55 kg / hr.
In this way, 22.8 kg-wet / hr of
[0033]
The
In addition, in Example 1, since it confirmed that the
As a result, the chlorine concentration of this
Next, 62.2 tkg / hr of
At this time, about 0.6 kg / hr of sodium hydroxide was added to produce 1.4 kg / hr of calcium carbonate. The produced calcium carbonate was filtered with a small filtration device. This calcium carbonate can also be used as a raw material for cement.
[0034]
The 62.2 kg /
Here, the
Recovery of 7.5 kg / hr obtained by re-liquefying the 52.9 kg / hr demineralized
[0035]
In this way, the apparatus shown in FIG. 3 can desalinate the waste incineration fly ash to a chlorine concentration suitable for use as a cement raw material in the same manner as in Example 1. I was able to save.
Furthermore, the chloride finally taken out by substituting calcium with sodium can be changed to sodium chloride, and it is considered that the problems concerning the handling method and the corrosiveness of chloride can be solved.
In addition, it was demonstrated that the use of the membrane treatment facility 18 can reduce the amount of waste water to be evaporated to dryness and greatly reduce the amount of steam used.
The experiment of Example 2 was also performed continuously for 6 hours after the system was stabilized.
[0036]
As in Example 2 of FIG. 2, the
As shown in FIG. 4,
Further, as shown in FIG. 5, it is also possible to produce sodium carbonate by the Solvay method or the sodium soda method and use it as an additive in the substitution reaction of calcium ions and sodium ions.
As described above, by the method of the present invention, fly ash from a waste incinerator can be recycled as a cement raw material, and the waste water discharged from this system is also safe enough to satisfy the waste water standard. In addition, the amount of water used can be greatly saved by desalting and reusing the wastewater.
[0037]
Example 3
The facility shown in FIG. 1 was temporarily set up for an experiment, and a water washing experiment of chlorine bypass dust was conducted.
First, chlorine bypass dust containing 15% chlorine is added to the
[0038]
[Table 2]
Next, this suspension was filtered with a belt filter of the filtration device 4 and subjected to cake washing with hot water at 50 ° C. and 55 kg / hr.
In this way, about 25 kg of desalted cake was obtained, and this cake was dried and analyzed for chlorine. As a result, it was 0.15%, and chlorine was sufficiently removed.
Table 2 shows the analysis value of the chlorine bypass dust used.
[0040]
Next, a cement was actually manufactured using a chlorine bypass dust desalted cake. When exhaust gas is extracted from a cement kiln with a cement clinker production of 7000 t / day with a chlorine bypass facility at an extraction rate of 4%, about 4 t / day of chlorine bypass dust is recovered. If all the chlorine bypass dust is treated by the method of the present invention and used as a cement raw material, a 6.08 t / day chlorine bypass dust demineralized cake out of 11200 t / day raw material is used. Therefore, in this example, the heavy metal-containing
[0041]
Table 3 shows the quality of the cement thus produced.
[0042]
[Table 3]
The chlorine concentration of the trial cement as shown in Table 3 was 0.005%, which was a level that sufficiently satisfied the JIS standard. The result of the compressive strength test of cement by JIS method is 27.5N / mm at the age of 3 days.2,
Next, the
[0044]
[Table 4]
As in Example 3 above, the method of the present invention can be desalinated to a chlorine concentration that can be used as a raw material for cement, even if chlorine bypass dust is used in the same manner as waste incineration ash, and wastewater is also discharged standards It became satisfying. In addition, this wastewater is a solution containing sodium chloride, potassium chloride, and calcium chloride in the same way as when waste incineration ash is treated, and it is possible to effectively use this wastewater by the methods shown in Fig. 2, Fig. 3, and Fig. 4. Obviously it is possible.
Further, it is clear that the same effect can be obtained by using alkali bypass dust by the method of the present invention.
[0046]
【The invention's effect】
The following effects can be obtained by the method of the present invention.
The fly ash discharged from the waste incinerator is added to water to make a slurry, and the chlorine contained in the fly ash is eluted and filtered to sufficiently remove the chlorine from the fly ash. Thus, fly ash can be used as a cement raw material.
Further, the filtrate discharged at this time is safe because the harmful components are removed by precipitation and filtration, so that only the chlorides are eluted in the waste water, and the harmful components do not flow out of the system.
In this way, fly ash that has been previously landfilled can be used effectively, and it is a solution to the problem of tight landfill and environmental pollution problems due to the elution of harmful substances around the landfill.
[0047]
Furthermore, the wastewater is concentrated by direct evaporation or membrane treatment and then evaporated to separate the chloride. By reusing this distilled water, the wastewater in which the chloride is dissolved can be discharged out of the system. The influence of the solution on the environment of the river water area can be prevented.
Also, by replacing the calcium dissolved in the wastewater with sodium, it is possible to prevent the scale from adhering to the membrane in the membrane treatment process, thereby prolonging the life of the membrane. In the distillation process, sodium chloride is substituted for calcium chloride. As a result, the corrosivity and deliquescence are reduced, preventing corrosion of the equipment and improving the handling of precipitates.
[0048]
In addition, sodium hydroxide is obtained from the sodium chloride solution obtained by replacing calcium in the chloride solution obtained by washing fly ash with water by an ion exchange membrane, and sodium carbonate is dissolved by the Solvay method or the sodium chloride method. It can be produced, and by using these chemicals in the water treatment process of fly ash water washing, the running cost can be reduced and the disposal of chlorine removed from the waste water is not hesitated.
[0049]
Further, alkali bypass dust and chlorine bypass dust can be used as a cement raw material by washing with water according to the method of the present invention. Conventionally, alkali bypass dust and chlorine bypass dust were mixed with cement as they were, but if recycling of waste in a cement kiln was promoted, it is predicted that the amount of these generated will increase and will be mixed with cement as it is. It is thought that this method cannot be used. In addition, in the case of landfill processing, costs for that are also incurred, and in recent years the tightness of landfill sites has also become a problem. The method of the present invention is an effective means for solving such problems.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an apparatus for carrying out a cement raw material treatment method of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of another apparatus for carrying out the cement raw material treatment method of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of another apparatus for carrying out the cement raw material treatment method of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of another apparatus for carrying out the cement raw material treatment method of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of another apparatus for carrying out the cement raw material treatment method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Processing object, 2 Water, 4 Filtration equipment, 5 Desalting cake, 7 Filtrate, 8 Harmful component removal equipment, 9 Drainage, 11,21 Evaporation and drying equipment, 12,22 Chloride, 13,23 Steam cooling device Condenser, 15 Ca-Na substitution reactor, 16 calcium carbonate, 18 membrane treatment equipment, 19 demineralized water, 25 NaOH production equipment, 26 sodium hydroxide, 28 sodium carbonate production equipment, 29 sodium carbonate.
Claims (11)
水洗によって廃棄物中の塩素及び重金属が溶出した濾液に対して、ｐＨ調整のために薬剤を添加するかまたは炭酸ガスを含有するガスを吹き込み、さらにキレート剤添加及び／またはキレート樹脂吸着及び／または活性炭吸着を併用することにより、重金属および有害成分を沈殿させ、
これを濾過して該沈殿物を除去することを特徴とするセメント原料化処理方法。To the waste containing chlorine, add water to the extent that it can be fluidized and suspend it in a stirred tank to elute the chlorine in the waste, and filter it with a belt filter or filter press. Use the desalted cake as a raw material for cement,
To the filtrate from which chlorine and heavy metals in the waste are eluted by washing with water , a chemical is added to adjust the pH or a gas containing carbon dioxide gas is blown, and further addition of chelating agent and / or chelating resin adsorption and / or By using activated carbon adsorption together, heavy metals and harmful components are precipitated,
A cement raw material treatment method characterized by removing the precipitate by filtering this.
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