JP4817569B2

JP4817569B2 - 有機性廃棄物の溶融分留装置

Info

Publication number: JP4817569B2
Application number: JP2001301998A
Authority: JP
Inventors: 千嘉男金岡; 裕治水越; 信好界; 芽増井
Original assignee: ACTREE Corp
Current assignee: ACTREE Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP2003106506A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、有機性廃棄物を再資源化するための溶融分留装置に関するもので、特に産業廃棄物として扱われている有機分（可燃分）を含む廃棄物の処理及び再資源化を図る装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物の減量化と資源の有効利用は、環境保全と経済活動とが調和した持続可能な循環型社会の構築のため必要であり、その実現が強く求められている。しかしながら、排出量の現状は程遠く、特に産業廃棄物は社会情勢の変化にもかかわらず毎年ほぼ４億トンが排出されており、浄化槽汚泥、動植物性残渣、動物糞尿などの有機汚泥が全排出量の７０％を占めている。
【０００３】
産業廃棄物の約７割を占める有機汚泥は、バイオマスとして見直されつつあるが、その有効利用方法はまだ確立していない。
【０００４】
さらに、現有の管理型埋立処分場の余命が３年を下回り、新規処分場の建設がままならない現在、将来に亘って埋立処理による有機汚泥処理を行うことは不可能であり、大量に発生する重金属化合物を含有する有機汚泥を有効に再資源化することは緊急の問題となっている。
【０００５】
この問題を解決するため、有機汚泥の肥料化、炭化、活性炭化、溶融によるスラグの建設資材への応用などのさまざまな再資源化技術が模索され、実証化テストも行われている。溶融によるスラグ化技術は、有機汚泥の可燃分を燃焼し、不燃分を高温で溶融スラグ化して減量化し、建築資材として再資源化するというものである。
【０００６】
この方法で用いられる従来型の溶融炉では、図３に示すように、熱分解炉や燃焼炉３０の下方に設けた溶融炉３１の下方から溶融スラグをそのまま系外に取り出し、排ガスは、廃熱ボイラ３２でガス中に残存する可燃分を除去したあと、減温塔３３でバグフィルタ１８の運転温度以下まで冷却し、バグフィルタ１８でガス中の塵を除去して煙突２０から大気放出するというものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこのような従来装置は、利用価値のある無機物質やバイオマスとしての有機質と有害な金属物質との混合物を処理済み物質として生成するものであり、処理によって得られる成分の分離・再資源化の視点が欠如しており、このことが、処理生成物の再資源化を阻んでいる。例えば上記した従来の溶融炉による有機汚泥の処理では、これを蒸留の立場から見ると、スラグに不純物を多く含む単蒸留とみることができ、得られるスラグには有害な重金属化合物が含まれており、建築資材としての安全性に問題が残っている。
【０００８】
そこでこの発明は、既存の汚泥処理技術の問題点を
（1）有機汚泥の不燃分を溶融して得られるスラグの無害化と均質化とを図ることにより、有機汚泥を市場価値のある建設資材として再資源化可能にすること
（2）有機汚泥に含まれる金属類の山元還元可能な、すなわち回収金属を精錬工程に戻して金属資源として再利用可能な純度での成分分離手段を得ること
（3）処理コストを低減するために排ガスから高効率で熱回収する手段を得ること
により解決し、有機汚泥を商品価値のある再資源として利用可能にすることを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、有機性廃棄物の溶融処理による再資源化において、溶融スラグからの重金属化合物の蒸散による重金属化合物を含まないスラグの製造と、重金属化合物の気相への積極的な移動促進と分留による廃棄物中の金属分の分離回収を行うことにより、上記課題を解決したものである。
【００１０】
すなわちこの発明の溶融分留装置における有機性廃棄物の再資源化は、有機分（可燃分）を含む廃棄物を、好ましくは乾燥しかつ粉末化して、低温溶融炉１内で高温で燃焼して当該廃棄物に含まれる不燃分を溶融して当該炉の下方に配置した高温溶融炉５に導き、当該不燃分を更に昇温して炉内で生成した気化ガスを高温集塵機１５に導入して、その導入過程で析出した高沸点金属化合物を含む高沸点塵を捕捉し、当該高温集塵室を通過した排ガスを減温して低温集塵機１８に導入して、減温過程で析出した低沸点金属化合物を含む低沸点塵を捕捉し、当該低温集塵機を通過した排ガスを大気放出すると共に、前記高温溶融炉から排出される溶融スラグを徐冷して回収し、前記高沸点塵及び低沸点塵を区分回収するというものである。
【００１１】
低温溶融炉１の燃焼温度を高めるために、廃棄物を乾燥かつ粉末化して低温溶融炉１の炉内に散布した状態で燃焼するのが好ましい。また、実際の装置においては、高温集塵機１５の通過ガスは、熱交換機１７を通過させることにより、ガスを減温すると共にガス中の熱エネルギーを回収して運転コストの低減を図る。
【００１２】
この発明の有機性廃棄物の溶融分留装置は、炉壁上部に燃焼バーナー３を設け頂部に粉体投入口２を設けた低温溶融炉１と、この低温溶融炉の下方に連通して設けた加熱バーナー７を備えた高温溶融炉５と、上記高温溶融炉の排気口１０に接続された高温集塵機１５と、この高温集塵機の通過ガスを温度低下させる減温機１７と、この減温機の排気口に接続された低温集塵機１８とを備えている。
【００１３】
上記装置における減温機１７は、熱回収して効率化を図るために、蓄熱式熱交換機とすることが実用上好ましい。
【００１４】
【作用】
この発明では、溶融後のスラグを二段目の溶融炉で再加熱し、残存重金属化合物類をほぼ完全に気相側へ移行させる。その後、ガス側へ移行した重金属化合物を操作温度の異なる集塵装置で成分毎に分離回収する。このことにより、スラグの精製純度を高めるだけではなく、金属類の成分分離が可能となる。
【００１５】
この発明の装置で得られたスラグが建設資材としての商品価値をもつためには、
(1) 建設資材としての十分な材料特性を備えていること
(2) 仮にスラグ中に重金属類が残存していても、その溶出がないこと
である。
【００１６】
これらを実現するためには、徐冷法により、スラグの結晶成長を制御して高強度スラグを生成すると共に、残存微量重金属化合部を結晶内に内包化して、不溶出性化することが望ましい。
【００１７】
また重金属化合物の成分分離においては、無反応材環境下での高温集塵（ガス温度６００℃前後）及び低温度で金属化合物塵を集塵する。このことにより、高温側では主に銅、亜鉛、鉄を山元還元が可能な状態で回収し、低温側では高温集塵機で回収できなかった微量金属化合物（クロム、鉛、カドミ、その他）を完全捕集し、これを既存の重金属固定技術により回収する。
【００１８】
更に高温集塵機の下流の熱交換機で排ガスの減温を行うことにより、減温と同時に熱回収を行い、回収された熱エネルギーを用いて、例えば排気ファンを駆動することにより、ランニングコストの低減を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。図１はこの発明の実施例装置を示すブロック図、図２はより具体的な実施例装置の主要部の配置及び大略形状を示す断面図である。図中、１は低温溶融炉、５は高温溶融炉、１３は二次燃焼室、１５は高温集塵機、１７は熱交換機、１８は低温集塵機、１９は排気ファン、２０は煙突である。
【００２０】
低温溶融炉１は縦長円筒形状の炉で、その頂部に燃焼物（粉末状の乾燥有機汚泥）の投入口２が設けられ、炉壁上部に燃焼バーナー３が設けられている。投入口２から炉内に投入された粉末状の有機分を含む廃棄物は、分散状態で炉内を落下する間に発火して可燃分（有機分）が燃焼する。低温溶融炉１は炉内温度が摂氏１３５０度程度となるように温度制御し、この高温の熱に晒すことにより、廃棄物中の不燃分（無機分）を溶融する。
【００２１】
低温溶融炉１の底部は、断面積が小さくなった連通路４で高温溶融炉５に連通している。高温溶融炉５は、傾斜した炉底面を有する水平方向の炉で、その炉底面の下端には堰６が設けられ、炉内上面にはこの堰の上流側の部分に向けた加熱バーナー７が設けられている。堰６を越えた部分に排出室８が設けられており、この排出室８の下方にスラグ溜め９が設けられている。
【００２２】
低温溶融炉１から高温溶融炉５へと流下した溶融スラグは、炉底面に沿って排出室８側へと流れ、堰６を乗り越えてスラグ溜め９へと流下する。堰６の上流側で一時的に滞留する溶融スラグは、加熱バーナー７で摂氏約１５００度に加熱され、溶融スラグ中に含まれる金属化合物が気化する。気化しない灰分は、スラグ溜め９に流下し、徐冷することによりスラグを生成する。
【００２３】
排出室８の側方には排気口１０が開口しており、この排気口は前記排気ファン１９によって負圧にされている。低温溶融炉１の燃焼ガス及び高温溶融炉５で気化した金属化合物蒸気は、この負圧により積極的に吸引されて、高温ガスダクト１２を通って、二次燃焼室１３に導かれる。
【００２４】
二次燃焼室１３には二次燃焼空気が供給されており、排ガス中の未燃焼分が高温のガス雰囲気中で完全に燃焼する。二次燃焼室１３を通過した排ガスは、必要により冷却空気１４を導入して所望温度に減温した状態で、高温集塵機１５へと導入される。
【００２５】
二次燃焼室１３の通過ガスは、低温溶融炉１の燃焼ガスや二次燃焼空気との混合により、高温溶融炉５の炉内温度より低い摂氏約８００度で高温集塵機１５に導入される。このガスの温度低下により析出した銅、鉄などの高沸点金属化合物は、塵（高沸点塵）となって高温集塵機１５のフィルタに捕捉され、適時行われる逆洗払い落し操作により、フィルタ表面から払い落とされて高温集塵機１５の底部の塵排出口１６から排出される。
【００２６】
高温集塵機１５を通過した排ガスは、蓄熱式セラミック熱交換機１７に導かれ、ダイオキシンの発生を抑えるために急激に減温される。減温した排ガスは、低温集塵機１８に導かれ、排ガスの減温操作によって新たに析出した鉛、クロム、カドミウム化合物などの金属化合物塵が、低温集塵機１８のフィルタに捕捉される。低温集塵機１８は、公知のバグフィルタやサイクロンフィルタであり、ここで捕捉された金属化合物塵は、適時行われる逆洗払い落し操作により、低温集塵機１８の底部から排出される。
【００２７】
低温集塵機１８を通過した排ガスは、排気ファン１９を通過して煙突２０から大気放出される。図示実施例の装置では、排気ファン１９は熱交換機１７で回収した熱をエネルギー源として駆動されている。
【００２８】
スラグ溜め９に流下したスラグは、徐冷し、必要により適宜粒度に破砕して、コンクリートやアスファルト合材などの建築資材として再利用する。高温集塵機１５及び低温集塵機１８で捕捉された金属化合物塵は、精錬してそれぞれの金属として再利用される。
【００２９】
高温下でダストを除去する高温集塵機１５は、耐熱性・集塵性能等の観点より、セラミックフィルタを用いることが最も有効であり、ハニカムフィルタやキャンドルフィルタなどのセラミックフィルタが使用できる。
【００３０】
キャンドルフィルタは、例えば下部本体フランジと上部本体フランジの間にセルプレート（取付管板）を挟み込み、セルプレートにフィルタ差し込み孔を設け、この孔にキャンドルタイプのセラミック繊維コンポジットフィルタを取り付ける。装置内部には耐火キャスタブルと珪酸カルシウム保温材を施工し、装置表面での断熱を図る。
【００３１】
一方、ハニカムフィルタは、自動車用触媒担体を応用したもので、多数の貫通孔を上流と下流とを逆に１マス毎に封じた構造で、上流の孔から入った含塵ガスは、多孔質の薄壁を通り除塵され下流の孔へ抜けていく。この構造のため濾過面積を集約できる長所がある。８５０℃以上の高温下での使用実績があり、常温ガスでの逆洗でも何ら問題は起こっていない。キャンドルフィルタと比較すると、繊維状ではなくモノリスのため、圧損は高いが、高い機械的強度を有しており、濾過面積を集約できるため、キャンドルフィルタの半分以下の収納容積で済む。
【００３２】
ハニカムフィルタ及びキャンドルフィルタの逆洗払い落しは、パルスジェット方式が有効である。ハニカムフィルタの場合、モノリスのため通常のバグフィルタのような振動効果（バグの変形）が期待できず、ダスト層の付着力を上回った圧力差で払い落しがなされる。この圧力差は、通ガス時と逆方向の逆洗流で生じるフィルタ差圧である。このためフィルタ下流側に逆洗カバーにより逆洗室を設け、そこへパルスエアーを導入し逆洗室の圧力を高めることにより払い落しを行う。
【００３３】
熱交換機１７においては、排ガス中に含まれるダイオキシン類の再合成を抑止するため、重金属類の除去だけではなく、ダイオキシン再合成温度域である２００〜４００℃を極めて短時間で冷却させる必要がある。本実施例では、高温集塵機の下流にセラミック熱交換機を設置し、排ガスの急冷を行うと共に熱エネルギーの回収を行って排気ファン１９のエネルギー源としている。
【００３４】
実施例のセラミック熱交換機１７は、蓄熱型で高温空気をいったん固体の蓄熱体（セラミックハニカム）に蓄熱し、ついで蓄熱体と低温空気とを接触させ、熱交換を行うものである。装置は、独立した２つの塔２１ａ、２１ｂの上下端をダクトで接続した構造で、塔の上部と下部に取り付けられた図示しない８個の切換ダンパと２台のブロワによりガス流路を切換える。
【００３５】
個々の塔２１ａ、２１ｂでそれぞれ蓄熱、放熱が同時に行われる。第一塔に高温ガスが流入された場合、高温用切換ダンパを通って熱交換機に入った高温ガスは、セラミックハニカム層を通過する間にハニカムに蓄熱され、ハニカム層上部から熱交換された低温ガスが取り出される。また、同時に第二塔の上部から冷風ブロワにより環境空気を供給し、ハニカムに蓄熱されている熱を回収後、塔下部の高温ガス用ダンパを通り、高温ガスが取り出される。このプロセスを第一塔と第二塔交互に繰り返し熱交換を行う。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したこの発明により、現在自治体や事業所が抱える多額の汚泥処理負担が大幅に軽減され、再資源化された回収物の売却による費用の回収が期待できる。また、再資源化品は、廃棄物発生の持続性を考えると供給が長期に亘り、使用量がある程度安定している土木建設用資材とすることにより、天然資材の採掘・採取の抑制効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明装置の一実施例のブロック図
【図２】装置の要部の具体例の概略断面図
【図３】従来装置のブロック図
【符号の説明】
１低温溶融炉
２投入口
３燃焼バーナー
５高温溶融炉
７加熱バーナー
15 高温集塵機
17 蓄熱式セラミック熱交換機
18 低温集塵機

Claims

炉壁上部に燃焼バーナー(3)を設け頂部に粉体投入口(2)を設けた低温溶融炉(1)と、この低温溶融炉の下方に連通して設けた加熱バーナー(7)を備えた高温溶融炉(5)と、上記高温溶融炉の排気口に接続された高温集塵機(15)と、この高温集塵機の通過ガスを温度低下させる減温機(17)と、この減温機の排気口に接続された低温集塵機(18)とを備えている、有機性廃棄物の溶融分留装置。
減温機(17)が蓄熱式熱交換機であることを特徴とする、請求項１記載の有機性廃棄物の溶融分留装置。