JP4358144B2 - 廃棄物処理装置及び廃棄物処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、都市ごみ、焼却灰、焼却飛灰、溶融飛灰、バイオマス、廃プラスチック、汚染土壌等の廃棄物を処理するための装置及び方法に関する。

従来、セメント製造装置におけるクリンカ原料の一部として、焼却灰等の廃棄物を用いる技術が提案されている。
例えば、ごみ焼却灰等の重金属含有ダストを含む原料を、ロータリーキルンに供給し、バーナーで焼成する工程と、上記重金属含有ダストからの揮発分（塩化鉛等）を含む排ガスをロータリーキルンから排出させて、冷却装置で冷却し、重金属の塩化物（塩化鉛等）からなる微細なダストと、粒度の粗いダストを含む排ガスを得る工程と、この排ガスをサイクロンで分級し、粒度の粗いダストをセメント原料として再びロータリーキルンに戻し、焼成する一方、重金属の塩化物からなる微細なダストを集塵装置に送って捕集する工程等を含む重金属含有廃棄物の処理方法が、提案されている（特許文献１）。
この技術は、ごみ焼却灰等の廃棄物に重金属及び塩素が含まれていることに着目し、塩化揮発法によって高温下で重金属及び塩素を同時に揮発させた後、この揮発分を含む排ガスを冷却することによって、重金属の塩化物を微細なダストとして生成させ、集塵装置で回収するものである。
特開平１１−２３９７７４号公報

上述の文献に記載された技術では、焼却灰等の廃棄物は、セメント製造装置におけるクリンカ原料の一部として用いられている。つまり、この技術は、通常のクリンカ原料（石灰石、粘土、珪石、鉄滓等）と共にごみ焼却灰等の廃棄物を用いて、クリンカを焼成するものであり、クリンカの品質保持の観点から、廃棄物の使用量を制限する必要がある。そのため、廃棄物の量的な処理能力に限界があるという問題がある。
一方、セメントの生産量の調整のために、セメント製造装置の稼動を休止することがある。このような既存のセメント製造装置を他の用途に活用することは、既存設備の有効利用の点で望ましい。しかし、セメント製造装置の他の用途への転用は、セメント製造装置が特有の構造を有することから、実現し難いのが現状である。
そこで、本発明は、既存のセメント製造装置を一部改造して、大量の廃棄物を処理するための手段とした廃棄物処理装置、及び該装置を用いた廃棄物処理方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、プレヒータ及びロータリーキルンを備えたセメント製造装置に対して、ロータリーキルンの窯尻側に、都市ごみ等の廃棄物を供給するための廃棄物供給路を設けるとともに、原料投入口を排ガス用中和剤（例えば、消石灰）の投入口として利用し、かつ、プレヒータ内を下方に移動する排ガス用中和剤の反応生成物（例えば、硫酸カルシウム、塩化カルシウム等）を回収するための回収路を、プレヒータの下部に設けてなる廃棄物処理装置によれば、大量の廃棄物を処理することができるとともに、骨材、鉱山埋め戻し材、セメント原料等に使用可能な焼成物を得ることができ、さらには、ロータリーキルン内で生じる排ガスに含まれている酸性ガス成分（ＳＯ_x、ＨＣｌ等）を容易に除去し回収することができることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、以下の［１］〜［５］を提供するものである。
［１］原料投入口を上部に有するプレヒータと、該プレヒータの下部の構成部分であるミキシングチャンバーに接続され、かつ該プレヒータの下部の構成部分であるサイクロンから原料路を介して原料が供給されるロータリーキルンとを備えたセメント製造装置を一部改造してなる廃棄物処理装置であって、上記ロータリーキルンの窯尻側に、廃棄物を上記ロータリーキルン内に供給するための廃棄物供給路を備えており、かつ、上記セメント製造装置の上記原料路に代えて、上記原料投入口から投入される排ガス用中和剤（例えば、消石灰）の反応生成物（例えば、硫酸カルシウム、塩化カルシウム等）を、上記プレヒータの下部の構成部分であるサイクロンから、上記ロータリーキルンに導かずに回収するための回収路を備えていることを特徴とする廃棄物処理装置。
［２］上記廃棄物供給路が、上記ミキシングチャンバーと上記ロータリーキルンの間に、廃棄物の投入口を有する上記［１］の廃棄物処理装置。
［３］上記［１］または［２］の廃棄物処理装置を用いた廃棄物処理方法であって、（ａ）上記廃棄物供給路を介して廃棄物を上記ロータリーキルン内に供給する廃棄物供給工程と、（ｂ）上記ロータリーキルン内で上記廃棄物を加熱し、焼成物及び排ガスを生成させる焼成工程と、（ｃ）上記原料投入口を介して、排ガス用中和剤を上記プレヒータ内に供給し、該プレヒータ内で上記排ガス用中和剤と上記排ガスを反応させて、反応生成物を生成させる排ガス中和工程と、（ｄ）上記回収路を介して上記反応生成物を回収する生成物回収工程とを含むことを特徴とする廃棄物処理方法。
［４］（ｅ）工程（ｄ）で回収された上記反応生成物を水洗した後、固液分離して、固体分及び液分を得る水洗工程と、（ｆ）工程（ｅ）で得られた固体分を、工程（ａ）の廃棄物または工程（ｃ）の排ガス用中和剤として用いる固体分利用工程とを含む上記［３］の廃棄物処理方法。
［５］上記排ガス用中和剤として、炭酸カルシウム、消石灰または生石灰を用いる上記［３］又は［４］の廃棄物処理方法。

本発明の廃棄物処理装置は、既存のセメント製造装置を利用して、大量の廃棄物を処理するものであり、セメントの生産量の調整に伴うセメント製造装置の遊休化の問題と、埋め立て地の確保が困難になりつつある廃棄物の処理問題を同時に解決するものであり、極めて利用価値が高い。
また、本発明の廃棄物処理装置は、既存のセメント製造装置に対して若干の改造を行なうだけで完成するので、廃棄物処理プラントを新設する場合と比べて、設備投資額を大幅に削減することができる。
また、本発明の廃棄物処理装置は、排ガス用中和剤の反応生成物（例えば、硫酸カルシウム、塩化カルシウム等）を、プレヒータの下部の回収路を介して回収するものであり、排ガスに含まれている酸性ガス成分（SOｘ、ＨＣｌ等）を容易に除去し回収することができる。
さらに、本発明の廃棄物処理装置で得られる焼成物は、骨材、鉱山埋め戻し材、クリンカ原料等として利用することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の廃棄物処理装置の実施形態の例を説明する。
図１は、本発明の廃棄物処理装置の一例を模式的に示す図、図２は、図１に示す廃棄物処理装置に改造する前のセメント製造装置を示す図である。なお、図中、同一の名称を有する各部は、同一の符号を付してある。
本発明の廃棄物処理装置は、図１に示すように、図２に示すセメント製造装置を一部改造して作製されている。
図２中、セメント製造装置は、従来から一般的に用いられているものであり、原料投入口を上部に有するプレヒータ１と、プレヒータ１の下部に接続されたロータリーキルン２と、プレヒータ１とは反対側（窯前側）のロータリーキルンの端部に接続されたクーラ３を備えている。
セメント製造装置において、原料投入口９から投入されたクリンカ原料は、プレヒータ１内で予熱されて脱炭酸された後、プレヒータ１の構成部分であるサイクロン４ａから原料路７ａを通ってロータリーキルン２内に供給され、ロータリーキルン２内で所定の温度で加熱されて、焼成物であるクリンカになる。クリンカは、ロータリーキルン２の端部でクーラ３に落下し、クーラ３内で冷却された後、回収される。回収されたクリンカは、微粉砕された後、所定の量の石膏と混合されて、セメントになる。

このように構成されているセメント製造装置に対し、本発明の廃棄物処理装置は、図１に示すように、ロータリーキルン１の窯尻側に、廃棄物をロータリーキルン２内に供給するための廃棄物供給路１５を備えており、かつ、サイクロン４ａとロータリーキルン２を結ぶ原料路７ａ（図２参照）に代えて、サイクロン４ａ内の固体分をロータリーキルン２に導かずに回収するための回収路１６を備えている点に特徴がある。
より詳しく構造を説明すると、本発明の廃棄物処理装置は、原料投入口９を上部に有するプレヒータ１と、プレヒータ１の構成部分であるミキシングチャンバー５に接続されたロータリーキルン２と、ミキシングチャンバー５とロータリーキルン２の間に投入口を有するように設けられた廃棄物供給路１５と、プレヒータ１の構成部分であるサイクロン４ａ内の固体分（排ガス用中和剤の反応生成物）を回収するための回収路１６と、回収路１６を介して回収された固体分の処理手段（水槽１７、固液分離装置１８、排水処理装置１９等）と、ロータリーキルン２の窯前側の端部に接続されたクーラ３と、プレヒータ１の上部に接続された排ガス処理手段（ガス路１２、ガス冷却塔１３、バグフィルター１４等）を備えている。

プレヒータ１は、サイクロン４ａ〜４ｄ、ミキシングチャンバー５、仮焼炉６、原料路７ｂ〜７ｅ、及びガス路８ａ〜８ｄを含む。このうち、原料路７ｂ〜７ｅは、固体分のみが流通可能な通路であり、ガス路８ａ〜８ｄは、固体分及び排ガスが流通可能な通路である。
なお、原料投入口９は、セメント製造装置におけるクリンカ原料の投入口（原料投入口）を、本発明の廃棄物処理装置における中和剤の投入口として用いるものであり、本明細書中の説明の便宜上、「原料投入口」の名称をそのまま用いている。原料路７ｂ〜７ｅについても、本明細書中の説明の便宜上、セメント製造装置における「原料路」の名称をそのまま用いている。
クーラ３には、ロータリーキルン２から排出された焼成物を冷却するための冷却用空気が導入される。冷却用空気の一部は、クーラ３を通過した後、昇温した状態でガス路１１を通り、仮焼炉６に導かれる。冷却用空気の残部は、バーナ１０の燃焼用空気等として用いられた後、ロータリーキルン２の排ガスとして処理される。
廃棄物供給路１５としては、例えば、円筒状のケーシングの内部にスクリュー体を配設し、このスクリュー体を回転させて廃棄物をロータリーキルン２内に押し出すようにしたものが挙げられる。

次に、廃棄物の処理方法について説明する。
本発明の廃棄物処理方法は、上述の廃棄物処理装置を用いて廃棄物を処理するものであり、（ａ）廃棄物供給路を介して廃棄物をロータリーキルン内に供給する廃棄物供給工程と、（ｂ）ロータリーキルン内で廃棄物を加熱し、焼成物及び排ガスを生成させる焼成工程と、（ｃ）原料投入口を介して、排ガス用中和剤をプレヒータ内に供給し、プレヒータ内で排ガス用中和剤と排ガスを反応させて、反応生成物を生成させる排ガス中和工程と、（ｄ）回収路を介して反応生成物を回収する生成物回収工程を含むものである。
本発明の廃棄物処理方法は、工程（ａ）〜工程（ｄ）に加えて、（ｅ）回収した反応生成物を水洗した後、固液分離して、固体分及び液分を得る水洗工程と、（ｆ）得られた固体分を、工程（ａ）の廃棄物または工程（ｃ）の排ガス用中和剤として用いる固体分利用工程を含むことができる。
以下、各工程について説明する。

［工程（ａ）］
上述の廃棄物処理装置を用いて廃棄物を処理するには、まず、廃棄物供給路１５を介して、廃棄物をロータリーキルン２の窯尻側に投入する。
ここで、本発明の処理対象物である廃棄物としては、都市ごみ、焼却灰、焼却飛灰、溶融飛灰、廃プラスチック、バイオマス、汚染土壌等が挙げられる。生ごみ等の水分含有有機物も、予め発酵及び乾燥させることによって、本発明の処理対象物に含めることができる。
［工程（ｂ）］
ロータリーキルン２内に供給された廃棄物は、ロータリーキルン２のバーナ１０によって所定の温度下（例えば、１，１００〜１，４００℃）で加熱され、焼成物となる。なお、バーナ１０の燃料としては、微粉炭等の化石燃料や、廃プラスチック等の可燃性廃棄物等が用いられる。
焼成物は、クーラ３で冷却された後に回収され、必要に応じて水洗処理等により塩素分等を除去した後、骨材、鉱山埋め戻し材、クリンカ原料等として利用される。
ロータリーキルン２内で生じた排ガスは、ミキシングチャンバー５、ガス路８ａ、ガス路８ｂ、ガス路８ｃ、ガス路８ｄの順に通過した後、ガス路１２を通ってガス冷却塔１３に導かれる。ガス冷却塔１３内にて、排ガス中の揮発分の一部はダストとなる。ガス冷却塔１３を通過した排ガス中のダストは、バグフィルター１４で回収される。バグフィルター１４を通過した排ガスは、必要に応じて他の排ガス浄化装置（例えば、活性コークス塔）を経た後、煙突に導かれ、大気中に排出される。

［工程（ｃ）］
プレヒータ１のガス路８ｄの側壁に設けられた原料投入口９からは、排ガス中の酸性ガス成分（ＳＯ_x、ＨＣｌ等）を中和するための排ガス用中和剤が投入される。排ガス用中和剤は、中和反応の促進のために、例えば微粉末またはスラリーの形態であることが望ましい。例えば、排ガス用中和剤をスラリーの形態で投入した場合、スラリー中の水分がプレヒータ１内で突沸して蒸発し、多孔質の中和剤の粒子が生じ、中和剤と排ガス中の酸性ガス成分との反応効率が高くなる。
排ガス用中和剤の好ましい例としては、Ｃａ系中和剤が挙げられる。Ｃａ系中和剤を用いた場合、中和の反応生成物としてカルシウム塩が得られるので、このカルシウム塩を後工程で処理して水酸化カルシウムとした後、この水酸化カルシウムを工程（ａ）の廃棄物に加えることによって、骨材やクリンカ原料として利用可能な焼成物を得ることができる。
Ｃａ系中和剤の例としては、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）、消石灰（Ｃａ（ＯＨ） ₂ ）、生石灰（ＣａＯ）等が挙げられる。なお、炭酸カルシウムは、プレヒータ内で脱炭酸されて、二酸化炭素を発生する。炭酸カルシウムとして、石灰石微粉末を用いてもよい。

原料投入口９から投入された排ガス用中和剤（例えば、消石灰）は、ガス路８ｄ、サイクロン４ｄ、原料路７ｅ、ガス路８ｃ、サイクロン４ｃ、原料路７ｄ、ガス路８ｂ、サイクロン４ｂ、原料路７ｃ、仮焼炉６、原料路７ｂ、ミキシングチャンバー５、ガス路８ａ、サイクロン４ａの順に移動する過程で、排ガス中の酸性ガス成分（ＳＯ_x、ＨＣｌ等）と反応して、反応生成物（例えば、硫酸カルシウム、塩化カルシウム等）を生じる。なお、排ガス用中和剤の一部は、未反応のままサイクロン４ａに到達することもある。
排ガス用中和剤の使用量は、排ガス中の酸性ガス成分を十分に中和することのできる量であればよい。なお、過剰量の排ガス用中和剤（例えば、Ｃａ系中和剤）を用いた場合であっても、未反応のまま回収される排ガス用中和剤は、水洗工程等を経て硫酸分及び塩素分を含まない固体分（例えば、水酸化カルシウム）になり、この固体分を工程（ａ）の廃棄物に加えるか、あるいは排ガス用中和剤として再利用すればよいので、特に問題を生じない。
ただし、排ガス用中和剤を過剰に用いるとコスト面で不利になることから、排ガス用中和剤の使用量は、排ガス中の酸性ガス成分（ＳＯ_x、ＨＣｌ等）に対して、好ましくは１〜１０倍、より好ましくは２〜５倍の当量である。
［工程（ｄ）］
サイクロン４ａ内の反応生成物及び未反応の排ガス用中和剤は、サイクロン４ａに接続された回収路１６を介して回収される。

［工程（ｅ）］
回収路１６を介して回収された固体分（反応生成物及び排ガス用中和剤）は、撹拌翼付の水槽１７内に投入されてスラリーとなり、所定時間撹拌された後、フィルタープレスやベルトフィルター等の固液分離装置１８によって固液分離され、塩素分及び硫酸分が除去された固体分、及び、塩素分及び硫酸分を含む液分として回収される。
なお、排ガス用中和剤としてＣａ系中和剤を用いる場合、水槽内のｐＨは、水酸化ナトリウム等のアルカリ化剤を添加して、好ましくは１３以上に調整される。ｐＨをこの範囲内に調整すれば、固液分離して得られる水酸化カルシウムの量が大きくなり、カルシウムの回収率を高めることができる。
［工程（ｆ）］
工程（ｅ）で固液分離して得られる固体分は、工程（ａ）の廃棄物に加えて、骨材、鉱山埋め戻し材、クリンカ原料等として用いうる焼成物にするか、あるいは、原料投入口９に返送して、工程（ｃ）の排ガス用中和剤として再利用される。

本発明の廃棄物処理装置の一例を模式的に示す図である。 図１に示す廃棄物処理装置に改造する前のセメント製造装置を示す図である。

符号の説明

１ プレヒータ
２ ロータリーキルン
３ クーラ
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ サイクロン
５ ミキシングチャンバー
６ 仮焼炉
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ 原料路
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ ガス路
９ 原料投入口
１０ バーナ
１１，１２ ガス路
１３ ガス冷却塔
１４ バグフィルター
１５ 廃棄物供給路
１６ 回収路
１７ 水槽
１８ 固液分離装置
１９ 排水処理装置

Claims (5)

1. 原料投入口を上部に有するプレヒータと、該プレヒータの下部の構成部分であるミキシングチャンバーに接続され、かつ該プレヒータの下部の構成部分であるサイクロンから原料路を介して原料が供給されるロータリーキルンとを備えたセメント製造装置を一部改造してなる廃棄物処理装置であって、
   上記ロータリーキルンの窯尻側に、廃棄物を上記ロータリーキルン内に供給するための廃棄物供給路を備えており、かつ、
   上記セメント製造装置の上記原料路に代えて、上記原料投入口から投入される排ガス用中和剤の反応生成物を、上記プレヒータの下部の構成部分であるサイクロンから、上記ロータリーキルンに導かずに回収するための回収路を備えていることを特徴とする廃棄物処理装置。
2. 上記廃棄物供給路が、上記ミキシングチャンバーと上記ロータリーキルンの間に、廃棄物の投入口を有する請求項１に記載の廃棄物処理装置。
3. 請求項１又は２に記載の廃棄物処理装置を用いた廃棄物処理方法であって、
   （ａ）上記廃棄物供給路を介して廃棄物を上記ロータリーキルン内に供給する廃棄物供給工程と、
   （ｂ）上記ロータリーキルン内で上記廃棄物を加熱し、焼成物及び排ガスを生成させる焼成工程と、
   （ｃ）上記原料投入口を介して、排ガス用中和剤を上記プレヒータ内に供給し、該プレヒータ内で上記排ガス用中和剤と上記排ガスを反応させて、反応生成物を生成させる排ガス中和工程と、
   （ｄ）上記回収路を介して上記反応生成物を回収する生成物回収工程と
   を含むことを特徴とする廃棄物処理方法。
4. （ｅ）工程（ｄ）で回収された上記反応生成物を水洗した後、固液分離して、固体分及び液分を得る水洗工程と、
   （ｆ）工程（ｅ）で得られた固体分を、工程（ａ）の廃棄物または工程（ｃ）の排ガス用中和剤として用いる固体分利用工程と
   を含む請求項３に記載の廃棄物処理方法。
5. 上記排ガス用中和剤として、炭酸カルシウム、消石灰または生石灰を用いる請求項３又は４に記載の廃棄物処理方法。

Images