JP4358014B2 - 焼却灰及びセメントキルンダストの水洗方法並びに装置 - Google Patents

Description

本発明は、ゴミ焼却炉などから排出される焼却灰、焼却飛灰、溶融飛灰、及びセメントキルンダストを、セメント原料あるいはセメント添加物とするための、焼却灰及びセメントキルンダストの水洗方法並びに装置に関する。

焼却及び溶融施設から排出される焼却灰、焼却飛灰、溶融飛灰（以下「焼却灰」という）の大部分は埋め立て処分されている。ところが、埋立処分場が年々減少しているため、塩類を含む焼却灰を水洗脱塩し、セメント原料として有効利用することが注目を集めている。
ところで、その有効利用を図るに際しては、焼却灰には塩素やクロムなどのような重金属類が含まれているという問題がある。この重金属類や塩素はセメントの品質に悪影響を与えるため、これらの焼却灰をセメント原料等として再利用する場合には、焼却灰から重金属類や塩素はできるだけ除去する必要がある。この除去のため、従来では、これらの焼却灰をセメント原料として再利用する場合には、焼却灰を水で洗浄し、ろ過することにより塩素を除去している。

例えば、特許文献１には、ゴミ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、塩素を含む廃棄物に水を添加して、廃棄物中の塩素を溶出させ、これを濾過し、得られた脱塩ケークをセメント原料に使用することが提案され、また、その洗浄方法として、特許文献２には、灰と水とを混合する混合装置と前記混合装置からの混合物を灰と水に分離する固液分離装置とで構成した洗浄工程を複数段設けて、灰を複数段で洗浄し、灰と水の流れを向流にするとともに、第１段の固液分離装置で固液分離される灰を、湿潤灰の含水率が６０％未満まで脱水するようにした灰の洗浄方法が提案されている。
また、焼却灰から重金属類を回収してリサイクルする場合などでも、焼却灰に水を添加して焼却灰中の塩素を溶出させた後、得られた脱塩ケークをセメント原料として使用するとともに、得られたろ液にキルン排ガスを吹き込みｐH調整し、また添加剤を添加し炭酸カルシウム及び重金属ならびに有害成分を沈殿させセメント原料に使用することが提案されている（特許文献３）。

特許文献４には、アルカリ性で塩素分を含有する焼却飛灰をｐＨ６乃至１０の範囲のスラリーとし、次いで脱水して焼却飛灰に含有されていた塩素分を溶出せしめて除去する焼却飛灰処理法が記載されている。

特開２００２−３３８３１２号公報 特開２００３−２１１１２９号公報 特開平１１−１００２４３号公報 特開平１０−２０２２２６号公報

焼却灰、飛灰の有効利用方法としてセメント原料化がある。ところが、焼却対象物にもともと塩分が含まれており、また主に塩化ビニル系プラスチックの燃焼により塩化水素が発生するために、焼却灰及び飛灰には多量の塩類が残留している。これらの塩類はセメントの品質を低下させるので、これらの灰からの脱塩は必須で、効率的な脱塩技術が要求される。
焼却灰を水又は温水のみで脱塩した場合、水洗後の脱塩残渣中に難溶性塩が残り、この難溶性塩は、上記したように、脱塩残渣をセメント原料あるいはセメント添加物として再利用する際に、その使用量を制限するひとつの要因になっている。水洗脱塩工程で難溶性塩を良く溶解するようにすることができれば、脱塩残渣中の残留塩素量を低減させることができ、セメント原料あるいはセメント添加物としての使用量を大きくすることができるので、良く溶解するようにすることができる手段、俗にいう分解手段を開発することが必要である。
従って、本発明は、焼却灰及び／又はセメントキルンダストを水洗洗浄する際、水洗脱塩工程での効果的な難溶性塩の分解方法を確立することを課題とするものである。

本発明は、下記の手段により上記の課題を解決した。
（１）焼却灰及び／又はセメントキルンダストから難溶性塩とクロムを溶出させる方法であって、該焼却灰及び／又はセメントキルンダストと水とを攪拌槽に供給し攪拌して該焼却灰及び／又はセメントキルンダストと水のスラリーを作成し、該攪拌槽に循環配管を設けて該循環配管内の圧力が０．１〜０．５ＭＰａとなるように二酸化炭素又は二酸化炭素を含むガスを該循環配管に吹込んで該スラリーのｐＨを７〜１０とすることにより、該焼却灰及び／又はセメントキルンダストに含まれる該難溶性塩とクロムを可溶化させることを特徴とする焼却灰及び／又はセメントキルンダストの水洗方法。
（２）前記二酸化炭素又は二酸化炭素を含むガスは焼却炉又はセメントキルン排ガスであることを特徴とする請求項１記載の焼却灰及び／又はセメントキルンダストの水洗方法。

（３）焼却灰及び／又はセメントキルンダストから難溶性塩とクロムを溶出させる装置であって、該焼却灰及び／又はセメントキルンダストと水とを攪拌してスラリーを作成する攪拌槽、該攪拌槽に設けられ該スラリーを循環して該スラリー中に内圧０．１〜０．５ＭＰａで二酸化炭素を溶解する循環配管、該スラリーのｐＨが７〜１０となるように二酸化炭素又は二酸化炭素を含むガスを該循環配管に吹込む二酸化炭素又は二酸化炭素を含むガスの供給ライン、を備えたことを特徴とする焼却灰及び／又はセメントキルンダストの水洗装置。

本発明によれば、焼却灰及び／又はセメントキルンダストに含まれる難溶性塩の一部又は全量を可溶化させることができ、セメント原料あるいはセメント添加物としての焼却灰及び／又はセメントキルンダストの使用量を大きく増加させることが可能となる。また、分離液ｐＨを７〜１０に下げることで、後段の重金属・懸濁物除去設備での中和薬剤の使用量を大きく削減させることが可能となる。さらに、脱塩残渣中のクロム含有量を低下させることが可能となる。

本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して詳細に説明する。
なお、実施の形態及び実施例を説明する全図において、同一機能を有する構成要素は同一の符号を付けて説明する。
本発明の焼却灰（セメントキルンダストも含む）の水洗方法及び装置に係わる重要な要件は下記（ａ）〜（ｄ）からなる。
（ａ）塩類を含む焼却灰に水を加え、混合水洗する際に、二酸化炭素又は二酸化炭素を含むガスを吹込み、焼却灰と水の混合スラリーｐＨを７〜１０にすることにより、焼却灰の難溶性塩の一部又は全量が可溶化、溶出する。また、焼却灰中のクロムの溶出量も増加する。その後、スラリーを、脱水機により固液分離する。分離した固形分は、脱塩残渣としてセメント原料の一部として再利用する。また分離した分離液は、中和、キレート、凝集沈殿、ろ過により、微量の重金属及び懸濁物を除去し放流する。
（ｂ）二酸化炭素を高い効率で溶解させるために、攪拌槽スラリーを循環させる配管ラインを設け、配管内圧力を高くし、そこに二酸化炭素又は二酸化炭素を含むガスを吹き込む。
（ｃ）攪拌槽は、塩類溶出に必要な時間以上の滞留時間を確保する容量とし、攪拌は混合スラリーが沈降しない程度の強度の、パドル式またはプロペラ式とする。
（ｄ）脱水機は、洗浄水量が少ないデカンタ式遠心脱水機とする。

混合する水の量は、混合スラリーが十分流動する量とする。ただし、水量を多くすることは、脱塩分離液量を多くすることとなり、分離液の処理に要する設備の増大、薬品代の増加となるため、できるだけ少ないほうが良い。焼却灰の種類にもよるが、重量比で、焼却灰：水＝１：５程度を目安とする。
二酸化炭素又は二酸化炭素含有ガスを吹き込む量は、その二酸化炭素又は二酸化炭素含有ガスの吹き込みにより、混合スラリーのｐＨが７〜８程度の範囲となるような量とすることが好ましい。

次に、本発明の実施の態様を図１に示すフローシートで説明する。この場合、焼却灰を用いた例として説明する。
図１に示す装置は、攪拌槽１、脱水設備２、重金属・懸濁物除去設備３から構成される。焼却灰１１は、攪拌槽１で、水１２と混合攪拌され、焼却灰１１に含まれる溶解性の塩が、混合スラリー１４中に溶解する。ここで、二酸化炭素含有ガス１３を吹込み、混合スラリーｐＨを１２前後から７〜１０に低下させることで、難溶性塩の一部又は全量が可溶化し、さらに水洗のみでは溶解しないクロムの一部が溶解する。この場合、前記したように、混合する水の量は、混合スラリーが十分流動する量とし、重量比で、焼却灰：水＝１：５程度を目安とする。

二酸化炭素吹込み方法は、高溶解効率を確保し、難溶性塩との反応を促進するために、攪拌槽スラリーを循環配管４により循環させ、配管内圧力を０．１〜０．５Ｍｐａ、好ましくは０．２〜０．３Ｍｐａにし、そこに二酸化炭素を含むガスを吹込む。スラリー循環流量を大きく、二酸化炭素との接触時間を長くし、反応性を高める。

また、二酸化炭素を含むガスとして、焼却炉排ガスやセメントキルン排ガス等の燃焼排ガスを用いる。これらのガスに含まれる二酸化炭素の濃度は、焼却炉排ガスの場合、１２〜１５％であり、セメントキルン排ガスの場合、１２〜１６％であり、本発明による吹込みにより、例えば４５００ｔ−セメント／ｄのセメント工場の場合、約２２．５ｔ−ＣＯ_２／ｄのＣＯ_２排出量を削減することができ、地球温暖化防止に有効である。
また、焼却炉排ガスに含まれる全硫黄酸化物濃度は３０〜１００ｐｐｍであり、本発明による吹込みにより、例えば１００ｔ／ｄの焼却炉の場合、約０．２〜０．５ｋｇ−ＳＯ_４／ｄのＳＯｘ排出量を削減できる。

次に、混合スラリー１４は脱水設備２に送られ、固液分離される。このとき混合スラリー中の塩類は、分離液１６と一緒に、次の重金属・懸濁物除去設備３に送られる。また固液分離された脱塩残渣１５は、セメント原料あるいはセメント添加物の一部として再利用される。
重金属・懸濁物除去設備３に送られた分離液１６には、懸濁物と微量の重金属が含まれており、中和、キレート、凝集沈殿、ろ過等により処理され、処理水１７は放流される。ここで、分離液１６のｐＨは、水洗のみの場合はｐＨ１２前後であるのに対し、二酸化炭素を含むガスを吹込むことでｐＨ７〜１０にすることができる。これにより、中和薬剤の使用量を大きく削減させることが可能となる。

その他に、本装置にセメントキルン排ガスを使用することにより、排ガスに含まれる二酸化炭素と、焼却灰に含まれるカルシウムの反応により、炭酸カルシウムを生成させる。 この生成炭酸カルシウムを含む脱塩残渣１５をセメント原料とすることで、セメントキルンに持ち込む天然資源由来の炭酸カルシウム量を削減し、これにより、セメントキルンから大気へ排出する二酸化炭素量を削減させることが可能となる。また同様に、本装置に焼却炉排ガスを使用することにより、排ガスに含まれる二酸化炭素と焼却灰に含まれるカルシウムの反応により、炭酸カルシウムを生成させる。これにより、焼却炉から大気に排出する二酸化炭素量を削減させることが可能である。

以下において、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例により制限されるものではない。

実施例１
図１に示す設備を用い実験を行った。ごみ焼却場飛灰８００ｋｇと水を重量比１：５で混合し、攪拌槽１で水洗を行った。その際に、二酸化炭素を、スラリーｐＨが１２から７になるまで吹込んだ。その後、脱水設備２のデカンタにより固液分離し脱塩残渣１５を得た。原飛灰の塩の濃度６６４００ｍｇ／ｋｇ−乾灰に対し、この脱塩残渣１５の難溶性塩の濃度は５３９０〜７３４０ｍｇ／ｋｇ−乾灰であった。原飛灰の組成を第２表に示す。
比較例１として、原飛灰を水洗のみで脱塩した場合の、脱塩残渣の難溶性塩の濃度は１００６０〜１１５３０ｍｇ／ｋｇ−乾灰であった。したがって、二酸化炭素吹込みにより約３０００〜６０００ｍｇ／ｋｇ−乾灰の難溶性塩を可溶化させることができた。

また、スラリーｐＨを７まで下げることで、分離液ｐＨは、７．２〜７．３となり、重金属・懸濁物除去設備の中和薬剤使用量は、水洗のみの場合の分離液に比べ、１／２０以下に削減できた。
分離液中のクロム濃度も、二酸化炭素吹込みにより、水洗のみの時の０．２〜０．５ｍｇ／リットルに対し５．４〜７．１ｍｇ／リットルに増加しており、焼却灰中のクロム溶出量増加が確認できた。この溶出量は、焼却灰に含まれるクロム量の５〜６％であった。これらの結果を第１表に示す。

ゴミ焼却炉から排出される焼却灰やセメントキルンのダスト等、燃焼炉より発生する灰を、セメント原料あるいはセメント添加物等産業上有用な原料への再生が可能となる。

本発明の焼却灰の水洗方法とその装置の構成を示すフローシートである。

符号の説明

１ 攪拌槽
２ 脱水設備
３ 重金属・懸濁物除去設備
４ スラリー循環配管
１１ 焼却灰
１２ 水
１３ 二酸化炭素含有ガス
１４ 混合スラリー
１５ 脱塩残渣
１６ 分離液
１７ 処理水

Claims (3)

1. 焼却灰及び／又はセメントキルンダストから難溶性塩とクロムを溶出させる方法であって、該焼却灰及び／又はセメントキルンダストと水とを攪拌槽に供給し攪拌して該焼却灰及び／又はセメントキルンダストと水のスラリーを作成し、該攪拌槽に循環配管を設けて該循環配管内の圧力が０．１〜０．５ＭＰａとなるように二酸化炭素又は二酸化炭素を含むガスを該循環配管に吹込んで該スラリーのｐＨを７〜１０とすることにより、該焼却灰及び／又はセメントキルンダストに含まれる該難溶性塩とクロムを可溶化させることを特徴とする焼却灰及び／又はセメントキルンダストの水洗方法。
2. 前記二酸化炭素又は二酸化炭素を含むガスは焼却炉又はセメントキルン排ガスであることを特徴とする請求項１記載の焼却灰及び／又はセメントキルンダストの水洗方法。
3. 焼却灰及び／又はセメントキルンダストから難溶性塩とクロムを溶出させる装置であって、該焼却灰及び／又はセメントキルンダストと水とを攪拌してスラリーを作成する攪拌槽、該攪拌槽に設けられ該スラリーを循環して該スラリー中に内圧０．１〜０．５ＭＰａで二酸化炭素を溶解する循環配管、該スラリーのｐＨが７〜１０となるように二酸化炭素又は二酸化炭素を含むガスを該循環配管に吹込む二酸化炭素又は二酸化炭素を含むガスの供給ライン、を備えたことを特徴とする焼却灰及び／又はセメントキルンダストの水洗装置。

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