JP4804008B2 - 重金属類含有物質の無害化処理方法とそのシステム - Google Patents
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重金属類を含有する物質を無害化する方法の一つとして、特許文献1(特開2001−132930号公報)には、重金属類を含有する焼却灰を融点以下に保持した焙焼炉にて加熱し、重金属類を揮散させた後に冷却し、分離回収する方法が提案されている。しかし、焼却灰に含まれる重金属類の殆どは酸化物であり、酸化物の形態で存在する重金属類は高沸点化合物であるため除去され難く、処理物に残留してしまうという難点がある。
また、特許文献3(特開平11−114530号公報)では、まず加熱炉にて焼却灰等に塩素系ガスを供給して重金属類の塩化物化を図り、その後高温炉にて揮発処理を図る方法を開示している。
このように、重金属類含有物質を塩素系ガスの存在下で加熱し、重金属類を低沸点で揮散し易いように塩化物化した後に昇温し、塩化物化した重金属類を揮散させ、冷却、捕集して重金属類を回収する塩化揮散法が重金属類の分離に有効な方法として提案されている。
前記被処理物を流動化炉に導入し、該流動化炉の炉底から塩素系ガスを吹き込み前記被処理物を流動させながら該被処理物中に含有される重金属類を塩化物化した後、
前記被処理物を500℃〜1200℃に加熱されたロータリーキルンに導入し、前記塩化物化した重金属類を該ロータリーキルン内で揮散分離する技術を提案している。
前記重金属類分離工程が、前記被処理物を流動化炉に導入し、炉底からの塩素系ガス吹き込みにより前記被処理物を流動させながら前記重金属類を塩化物化した後、該被処理物を加熱炉に導入し、前記塩化物化した重金属類を揮散分離する工程であり、
前記塩素系ガスとして前記冷却より上流側で前記再燃焼した塩素系排ガスの少なくとも一部を抜き出し、該塩素系排ガスを前記流動化炉に導入するようにしたことを特徴とする。
尚、前記塩素系排ガスの冷却とは、空気等の媒体との熱交換による排ガスの冷却、水噴霧等の手段による排ガスの冷却を含む。
炉底に塩素系ガス導入手段を有し、塩素系ガスの導入により前記被処理物を流動させる流動化炉を備え、
該流動化炉の下方空間には前記重金属類を塩化物化する塩化物化域が形成され、上方空間には前記重金属類を揮散分離する揮散処理域が形成されることを特徴とする。
前記分離した重金属類を含有する排ガスの再燃焼室と、該再燃焼した排ガスを冷却するガス冷却装置と、該冷却した排ガスを集塵する集塵装置と、を含む排ガス処理設備と、を備えた重金属類含有物質の無害化処理システムにおいて、
前記重金属類分離装置が、炉底に塩素系ガス導入手段を有し、塩素系ガスの導入により前記被処理物を流動させながら重金属類を塩化物化する流動化炉と、該塩化物化した重金属類を揮散分離する加熱炉とからなり、
前記塩素系ガスが、前記再燃焼室から引き抜いた塩素系排ガス若しくは該再燃焼室の下流側で且つ前記ガス冷却装置の上流側から引き抜いた塩素系排ガスであることを特徴とする。
前記発明において、例えば被処理物の重金属類の含有量に対して前記塩素系排ガスが不足である場合などには、前記塩素系排ガスとともに、前記加熱炉から排出された塩素系排ガスの少なくとも一部を前記流動化炉に導入することが好適である。また、前記塩素系排ガスとともに、処理系統外から供給する塩素ガス、塩化水素ガス等の塩素系ガスを用いてもよい。
さらに、排ガス処理設備において、再燃焼、又は再燃焼後で且つガス冷却前の塩素系排ガスを前記流動化炉に導入して被処理物を流動化させることにより、塩化物化において熱エネルギの投入を皆無若しくは削減することが可能となり、また揮散処理における熱エネルギの投入を削減することができる。さらにまた、塩素系排ガスを循環させることにより、その後段に設置される排ガス処理装置の脱塩処理の負荷軽減、及び配管やその他機器の腐食を抑えることができる。
図1は本参考発明(参考例1)に係る重金属類含有物質の処理装置の構成図、図2は本参考例2に係る重金属類含有物質の処理装置の構成図、図3は本実施例に係る重金属類含有物質の処理装置を具備した灰処理システムの全体構成図である。
本実施例はPb、Zn、As、Cd、Cr、Se、Hg、Sb、Cuなどの重金属類を分離除去する技術であり、被処理物には例えば汚染土壌、焼却灰、飛灰等が挙げられるが、特に本実施例では一例として焼却灰の無害化処理につき説明する。
図1に示した重金属類含有物質の無害化装置は、焼却設備より排出された焼却灰30を無害化処理する装置であり、重金属類を含有する焼却灰30が導入され該焼却灰30を塩素系ガスの存在下で加熱し、重金属類の塩化物化を行なう流動化炉40と、前記塩化物化された重金属類を含む焼却灰30を加熱し、該重金属類を揮散処理する加熱炉10とから構成される。
前記流動化炉40は、底部に塩素系ガス導入口が設けられ、塩素系ガス32を吹き込み焼却灰30を流動させながら還元性雰囲気下で約400〜800℃の温度に加熱し、重金属類の塩化物化を図る。
前記塩素系ガス32としては、例えば塩素ガス、塩化水素ガス、塩素系排ガス等の塩素系ガスが挙げられる。
このように、底部から吹き込んだ塩素系ガス32により焼却灰を流動させる流動化炉40を用いることにより、塩素系ガス32と被処理物との接触効率が向上し、重金属類の塩化物化が促進できる。
本参考例に係る重金属類含有物質の無害化処理装置は、図2に示すように、重金属類を含有する焼却灰30が導入され、塩化揮散処理を行なう流動化炉40から構成される。該流動化炉40は、底部から導入した塩素系ガス32により焼却灰30を流動させながら還元性雰囲気下で約400〜800℃に加熱し、焼却灰30中の重金属類を塩化物化する塩化物化域40Aが下方空間に形成され、その上方空間には、塩化物化した重金属類を含む被処理物を還元性雰囲気下で焼却灰30の融点以下、例えば800℃〜1200℃の温度域で加熱し、重金属類を揮散させる揮散処理域40Bが形成されている。
前記揮散処理域40Bで揮散した重金属類は、後段の排ガス処理設備に導かれ、重金属類の融点以下に冷却されて分離、回収される。
本実施例によれば、塩素系ガスと焼却灰30との接触効率が向上し、重金属類の塩化物化が促進できる。また、一基の流動化炉40で塩化物化と揮散処理を行なっているため、装置の小型化、設置コストの低減が達成できる。
前記排ガス処理設備は、前記流動化炉40及び前記ロータリーキルン10より排出される重金属類を含む排ガスを補助燃料34の供給により燃焼させ、該排ガス中に含まれるダイオキシン類等の分解除去を行なう再燃焼室21と、該再燃焼室21から排出される高温排ガスと燃焼用空気36とを熱交換し、該燃焼用空気36を予熱するとともに前記高温排ガスを冷却する空気予熱器22と、該空気予熱器22により冷却された排ガスを冷却水噴霧等により約250℃以下まで冷却するガス冷却塔25と、冷却された排ガス中の飛灰37を捕集するバグフィルタ26と、該バグフィルタから誘引ファン27により排出された排ガスを外部に排気する煙突28と、を備えている。
本実施例において、前記ロータリーキルン10内では、前記流動化炉40により塩化物化された重金属類がバーナ部13の加熱により揮散分離し、揮散した重金属類はガス中に混入して前記排ガス排出口より排出される。このとき、焼却灰30中に含有される塩素系物質の作用により、塩化物化されずに残留する重金属類の塩化物化も同時に進行する。
また、本実施例3では、重金属類の揮散処理を行うロータリーキルン10に供給される焼却灰30が、前記流動化炉40により予め加熱されているため、前記ロータリーキルン10に供給する熱エネルギを削減することが可能となる。
さらに、焼却灰40中の重金属類含有量に対して塩素系排ガスA、Bの塩素分が不足する場合には、前記ロータリーキルン10から排出する塩素系排ガスCを供給しても良いし、又、外部から塩素系ガスを添加するようにしても良い。前記塩素系ガス32としては、例えば塩素ガス、塩化水素ガス等の塩素系ガスが挙げられる。その他に、前記バグフィルタ26より上流側から分岐した塩素系排ガスを供給するようにしても良い。
(HCl濃度) ×(HCl添加量)÷ (HClモル質量)×(処理時間)
=(1200×10-3[g/l])×(6.6×10-3[l/h])÷(36.461[g/mol]) × 1[h]
=0.000217[mol]
このように、試験機での必要HCl量は0.000217[mol]となる。
(試験機の処理量):(試験機の必要HCl量)=(実機想定処理量):(実機必要HCl量)
0.0426[kg] : 0.000217[mol] = 7750[kg] : X
従って、実機想定HCl量は、39.48[mol]となる。尚、想定した処理装置における処理能力は7.75t/h(186t/d)であり、処理時間は1時間とする。
また、想定した実機より、再燃焼室から一時間当りに排出される塩素系排ガスのHCl濃度は、以下の通りである。
(乾きガス量) ×(HCl濃度) ÷(HClモル質量)×(時間)
=(13200[m3 N/h])×(1500×10-3[g/m3 N])÷(36.461[g/mol])×(1[h])
このように、塩素系排ガスのHCl濃度は543.054[mol]となる。
(実機想定必要HCl量)÷(実機想定排出HCl量) ×100
= 39.48[mol] ÷ 543.05[mol] ×100
= 7.3%
乾きガス量;13200[m3 N/h] ×0.073 = 963.6[m3 N/h]
このように本実施例によれば、実機を想定した場合にも十分に実現可能なシステムとすることができる。
12 炉本体
13 バーナ部
16 灰冷却装置
20 前処理装置
21 再燃焼室
22 空気予熱器
25 ガス冷却塔
26 バグフィルタ
30 焼却灰
32 塩素系ガス
35 焙焼灰
40 流動化炉
40A 塩化物化域
40B 揮散処理域
41 耐熱ホッパ
42 コンベア
43 バルブ
44 塩素系排ガス噴出口
45 加圧機
46 サイクロン
Claims (3)
- 重金属類を含有する被処理物を塩素系ガスとともに加熱し、前記重金属類を塩化物化した後に揮散させて分離する重金属類分離工程と、該分離した重金属類を含有する排ガスを再燃焼室にて再燃焼した後に冷却し、該冷却した排ガスの集塵を行なう排ガス処理工程と、を含む重金属類含有物質の無害化処理方法において、
前記重金属類分離工程が、前記被処理物を流動化炉に導入し、炉底からの塩素系ガス吹き込みにより前記被処理物を流動させながら前記重金属類を塩化物化した後、該被処理物を加熱炉に導入し、前記塩化物化した重金属類を揮散分離する工程であり、
前記塩素系ガスとして前記冷却より上流側で前記再燃焼した塩素系排ガスの少なくとも一部を抜き出し、該塩素系排ガスを前記流動化炉に導入するようにしたことを特徴とする重金属類含有物質の無害化処理方法。 - 重金属類を含有する被処理物を塩素系ガスとともに加熱し、前記重金属類を塩化物化した後に揮散させて分離除去する重金属類分離装置と、
前記分離した重金属類を含有する排ガスの再燃焼室と、該再燃焼した排ガスを冷却するガス冷却装置と、該冷却した排ガスを集塵する集塵装置と、を含む排ガス処理設備と、を備えた重金属類含有物質の無害化処理システムにおいて、
前記重金属類分離装置が、炉底に塩素系ガス導入手段を有し、塩素系ガスの導入により前記被処理物を流動させながら重金属類を塩化物化する流動化炉と、該塩化物化した重金属類を揮散分離する加熱炉とからなり、
前記塩素系ガスが、前記再燃焼室から引き抜いた塩素系排ガス若しくは該再燃焼室の下流側で且つ前記ガス冷却装置の上流側から引き抜いた塩素系排ガスであることを特徴とする重金属類含有物質の無害化処理システム。 - 前記塩素系排ガスとともに、前記加熱炉から排出された塩素系排ガスの少なくとも一部を前記流動化炉に導入することを特徴とする請求項2記載の重金属類含有物質の無害化処理システム。
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