JP4974245B2 - 焼却灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの水洗方法 - Google Patents
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Description
本発明は、都市ごみなどを焼却した際に発生する焼却灰や、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気した燃焼ガスに含まれるダストを水洗する方法に関する。
都市ごみなどを焼却した際に発生する焼却灰は、最終処分場の枯渇のおそれに鑑み、近年、セメント原料としてリサイクルしている。都市ごみ焼却灰のうち、気体とともに運ばれ、集塵装置で回収される飛灰は、１０〜２０％の塩素分を含むため、セメント原料としてリサイクルするにあたって事前に塩素分を除去する必要がある。そこで、ベルトフィルタなどの水洗脱塩設備を用い、焼却飛灰に含まれる水溶性塩素化合物を水洗除去した後、セメント原料として利用している。
一方、セメント製造設備におけるプレヒータの閉塞等の問題を引き起こす原因となる塩素、硫黄、アルカリなどの中で、塩素が特に問題となることに着目し、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気して塩素を除去する塩素バイパス設備が用いられている。
この塩素バイパス設備では、例えば、特許文献１に記載のように、抽気した排ガスを冷却して生成したダストの微粉側に塩素が偏在しているため、ダストを分級機によって粗粉と微粉とに分離し、粗粉をセメントキルン系に戻すとともに、分離された塩化カリウムなどを含む微粉（塩素バイパスダスト）を回収してセメント粉砕ミル系に添加していた。
ところが、近年、上記焼却灰を含む廃棄物のセメント原料化又は燃料化によるリサイクルが推進され、廃棄物の処理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等の揮発成分の量も増加し、塩素バイパスダストの発生量も増加している。そのため、塩素バイパスダストをすべてセメント粉砕工程で利用することができず、塩素バイパスダストについても水洗処理されていた。
また、セメント製造設備における廃棄物の処理量の増加に伴い、セメントキルンに持ち込まれる重金属類の量も増加し、重金属類がセメント許容濃度を超えることが予測される。そのため、例えば、特許文献２に記載の廃棄物のセメント原料化処理方法では、従来水洗処理されている塩素バイパスダストなどを脱塩処理し、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てろ過し、得られた脱塩ケークをセメント原料として利用するとともに、排水を浄化処理して銅や鉛等の重金属類を除去し、環境汚染を引き起こすことなく、塩素バイパスダストの有効利用を図っている。
一方、セメント製造工程には、上記銅や鉛等に加え、セレン（Ｓｅ）や、タリウム（Ｔｌ）がもたらされる。例えば、キルンや仮焼炉に供給される微粉炭中には１ｐｐｍ程度、廃タイヤには８ｐｐｍ程度のタリウムが含まれる。このタリウムは、沸点が低く、セメント焼成装置のキルンからプレヒータの間で揮発し、大部分がプレヒータにおいて濃縮されるため、塩素バイパスダストを処理した排水等に含まれることとなる。
上述のように、従来、都市ごみ焼却灰等をセメント原料としてリサイクルするにあたり、飛灰と塩素バイパスダストから塩素分を除去する必要があるとともに、塩素バイパスダストからタリウム、鉛、セレンなどの重金属類を除去する必要があるケースがあるため、複数の処理設備が必要になるとともに、各々の処理設備に配員する必要があるなど、設備コスト及び運転コストが高騰するという問題があった。
そこで、特許文献３には、焼却灰と塩素バイパスダストの水洗を同時に行うとともに、水洗後得られたろ液に溶出するタリウム、鉛、セレンから選択される一つ以上の物質を硫化剤及び／又は還元剤の添加により除去することで、都市ごみ焼却灰等をセメント原料としてリサイクルするにあたり、設備コスト及び運転コストを低く抑える方法が提案されている。
しかし、上記特許文献３に記載の焼却灰の処理方法によって焼却灰と塩素バイパスダストの水洗を同時に行うと、水洗設備等を共用することができるため、設備コストを低く抑えることができるものの、例えば、焼却灰又は塩素バイパスダストのいずれか一方にのみ含まれている物質や、いずれか一方にのみ多量に含まれている物質が水洗後のろ液全体に分散するため、多量の薬剤を消費して薬剤コストが高騰するという問題があった。
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、焼却灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストを水洗処理するにあたり、薬剤コストを含む運転コスト及び設備コストを低く抑えることを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、焼却灰と、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気された燃焼ガスに含まれるダストを水洗するにあたり、前記焼却灰を水に溶解させた後、ろ過して得られた前記焼却灰を含むスラリーのろ液から鉛、亜鉛、及び銅からなる群から選択される一以上を除去する水処理とともに、前記ダストを水に溶解させた後、ろ過して得られた前記ダストを含むスラリーのろ液から、前記焼却灰の水洗ろ液の水処理とは別に、セレン、タリウム、鉛、亜鉛、及び銅からなる群から選択される一以上を除去する水処理をした後、水処理後の各々のろ液を合流させ、前記水処理後の焼却灰を含むスラリーのろ液によって、前記水処理後のダストを含むスラリーのろ液に含まれるセレン及びタリウムを希釈しながら放流することを特徴とする。
そして、本発明によれば、焼却灰を含むスラリーのろ液と塩素バイパスダスト等を含むスラリーのろ液を各々別々に水処理するため、各々のスラリーのろ液の水処理の対象成分に対応する薬剤を用いて水処理を行うことができ、微量の成分を少量の薬剤で処理することができるため、薬剤コストを含む運転コストを低く抑えることができる。また、各々のろ液を合流させるため、特定成分の濃度を低くすることもできる。さらに、各々のろ液を合流した後の設備を共用するため、設備コストを低減することができる。
また、セレンやタリウムを含む塩素バイパスダストの水洗ろ液を、これらの重金属類を含有しない焼却灰を含むスラリーのろ液によって希釈することで、排水中のセレンやタリウムの濃度を低く抑えることができる。
前記焼却灰の水洗ろ液の水処理において、水硫化ソーダ、硫化ソーダ、液体キレート、塩化第一鉄、塩化第二鉄、高分子凝集剤、及び苛性ソーダからなる群から選択される一以上を用いることができる。
また、前記ダストの水洗ろ液の水処理において、塩酸、塩化第一鉄、硫酸第一鉄、水硫化ソーダ、硫化ソーダ、苛性ソーダ、及び石灰乳からなる群から選択される一以上を用いることができる。
以上のように、本発明によれば、焼却灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストを水洗処理するにあたり、薬剤コストを含む運転コスト及び設備コストを低く抑えることができる。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明にかかる焼却灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの水洗方法を行うための水洗システム（以下、「水洗システム」という）の一例を示し、この水洗システム１は、大別して、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気した燃焼ガスに含まれるダスト（以下「ダスト」と略称する）Ｄを水洗処理するためのダスト水洗処理システム２と、都市ごみ焼却灰のうち、気体とともに運ばれ、集塵装置で回収される飛灰（以下、単に「飛灰」という）Ａを水洗処理するための灰水洗処理システム３と、これら両システムに共通して用いられる縦型フィルタープレス１１、混合タンク１２及びドラムフィルタ１３の共通システムとを備える。
ダスト水洗処理システム２は、ダストＤを水洗して塩素を除去した後、発生したろ液Ｌ１から重金属類を除去し、ろ液Ｌ１を浄化するために設けられ、ダストＤを貯留するダストタンク２１と、ダストＤに水を添加してスラリーＳ１を生成する溶解槽２２と、縦型フィルタープレス１１によるスラリーＳ１の固液分離によって生じたろ液Ｌ１を貯留するろ液タンク２３と、ろ液Ｌ１から重金属類を除去するための薬液反応槽２４（２４Ａ〜２４Ｃ）、スラリータンク２５、フィルタプレス２６及びろ液タンク２７とで構成される。
薬液反応槽２４Ａは、ろ液Ｌ１に硫化剤として水硫化ソーダ（ＮａＳＨ）を添加し、ろ液Ｌ１中の鉛及びタリウムを硫化して硫化鉛（ＰｂＳ）及び硫化タリウムを生成するために備えられ、薬液反応槽２４Ｂは、硫化剤が添加されたろ液Ｌ１に、凝集剤及びセレン還元剤として機能する第一鉄化合物（図示の例は、塩化第一鉄（ＦｅＣｌ2））を添加し、硫化鉛及び硫化タリウムを凝集させるとともに、ろ液Ｌ１中の６価又は４価のセレンを０価のセレンに還元するために備えられる。また、薬液反応槽２４Ｂは、塩酸を添加してｐＨを４以下とすることで、セレン除去の妨害元素である炭酸根をガスとして排出する役割も有する。薬液反応槽２４Ｃは、硫化剤及び第一鉄化合物が添加されてｐＨが４以下に調整されたろ液Ｌ１に、アルカリ剤として石灰乳を添加し、ｐＨを７．５以上１１以下とすることで、セレンの還元に最適なｐＨとするために備えられる。
フィルタプレス２６は、スラリータンク２５からのスラリーを固液分離し、スラリーから硫化タリウム、硫化鉛及びセレンを分離するために設けられる。
一方、灰水洗処理システム３は、飛灰Ａを水洗して塩素を除去した後、発生したろ液Ｌ３から重金属類を除去し、ろ液Ｌ３を浄化するために設けられ、飛灰Ａを貯留する飛灰タンク３１と、飛灰Ａに水を添加してスラリーＳ２を生成する溶解槽３２と、縦型フィルタープレス１１によるスラリーＳ２の固液分離によって生じたろ液Ｌ３を貯留するろ液タンク３３と、ろ液Ｌ３から重金属類を除去するための薬液反応槽３４（３４Ａ〜３４Ｃ）及び沈降分離器３５とで構成される。
薬液反応槽３４Ａは、ろ液Ｌ３に、硫化剤としての水硫化ソーダを添加して、ろ液Ｌ３中の鉛を硫化して硫化鉛を生成するために備えられ、薬液反応槽３４Ｂは、凝集剤及び還元剤としての塩化第一鉄等を添加して、鉛等の重金属類を析出させるために備えられる。薬液反応槽３４Ｃは、重金属類等の凝集性を高めて沈降し易くする目的で高分子凝集剤を添加するために備えられる。
沈降分離器３５は、重金属類等を沈降させて回収するために備えられる。この沈降分離器３５は、所定の角度に傾斜した複数の分離プレートを有する傾斜板沈降分離装置である。
縦型フィルタープレス１１、混合タンク１２及びドラムフィルタ１３は、上記ダスト水洗処理システム２と灰水洗処理システム３に共通して使用される設備である。
縦型フィルタープレス１１は、溶解槽２２から供給されたスラリーＳ１、及び溶解槽３２から供給されたスラリーＳ２を各々別々に固液分離するために備えられる。この縦型フィルタープレス１１は、水平配置され、縦方向に段積み配置された複数のろ板と、各ろ板を昇降させるジャッキ（不図示）と、側方に配置された複数の案内ローラと、該複数の案内ローラに掛け回された無端状のろ布とを備え、各ろ板の上面上をろ布が走行するように構成されるバッチ式のろ過装置である。
混合タンク１２及びドラムフィルタ１３は、沈降分離器３５及びろ液タンク２７からのろ液中に残存する重金属類等の懸濁物質を捕集して排水を浄化するために備えられる。
次に、上記水洗システム１を用いた本発明にかかる水洗方法について、図１を参照しながら説明する。本発明にかかる水洗方法では、ダストＤを含むスラリーのろ過及び水処理を、ダスト水洗処理システム２及び共通システムを用いて行い、飛灰Ａを含むスラリーのろ過及び水処理を、灰水洗処理システム３及び共通システムを用いて行う。そこで、まず、共通システムを用いたダスト水洗処理システム２の動作について説明する。
運転を開始すると、先ず、溶解槽２２において、ダストタンク２１からのダストＤを水と混合してスラリーＳ１を生成し、ダストＤに含まれる塩素分を水中に溶解させる。溶解槽２２からスラリーＳ１を縦型フィルタープレス１１に供給し、スラリーＳ１を固液分離する。縦型フィルタープレス１１で生成されるケーキＣ１は、セメント原料等としてセメントキルンなどに投入され、一方、塩素分を含むろ液Ｌ１は、ろ液タンク２３に供給されて一時的に貯留される。
次に、ろ液タンク２３に貯留したろ液Ｌ１を薬液反応槽２４Ａに供給し、薬液反応槽２４Ａにおいて、ろ液Ｌ１に硫化剤としての水硫化ソーダを添加する。これによって、ろ液Ｌ１中の鉛及びタリウムを硫化して硫化鉛及び硫化タリウムを生成する。尚、硫化剤として、水硫化ソーダの他に硫化ソーダ（Ｎａ2Ｓ）を用いることもできる。
次に、薬液反応槽２４Ｂにおいて、ろ液Ｌ１に塩酸を添加し、ろ液Ｌ１のｐＨを４以下に調整して溶解している炭酸根をガスとして排出するとともに、ｐＨ調整されたろ液Ｌ１に凝集剤及びセレン還元剤として機能する塩化第一鉄を添加し、硫化鉛及び硫化タリウムを凝集させるとともに、ろ液Ｌ１中の６価又は４価のセレンを０価のセレンに還元する。尚、塩化第一鉄に代えて硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ4）を用いることもできる。
次いで、薬液反応槽２４Ｃにおいて、上記薬剤の添加によりｐＨが４以下となったろ液Ｌ１に、アルカリ剤を添加し、ｐＨをセレンの還元に最適である７．５以上１１以下とする。
次に、スラリータンク２５を介してフィルタプレス２６によって、薬液反応槽２４Ｃからのろ液Ｌ１を固液分離し、硫化鉛、硫化タリウム及びセレンを回収するとともに、２次ろ液Ｌ２をろ液タンク２７を介して混合タンク１２に供給する。フィルタプレス２６で生成される２次ケーキＣ２は、セメント原料等として再利用される。
次に、共通システムを用いた灰水洗処理システム３の動作について説明する。
運転を開始すると、先ず、溶解槽３２において、飛灰タンク３１からの飛灰Ａを水と混合してスラリーＳ２を生成し、飛灰Ａに含まれる塩素分を水中に溶解させる。溶解槽３２からスラリーＳ２を縦型フィルタープレス１１に供給し、スラリーＳ２を固液分離する。縦型フィルタープレス１１で生成されるケーキＣ３は、セメント原料等としてセメントキルンなどに投入され、一方、塩素分を含むろ液Ｌ３は、ろ液タンク３３に供給されて一時的に貯留される。
ろ液タンク３３からのろ液Ｌ３を、薬液反応槽３４Ａに供給し、ろ液Ｌ３の鉛を硫化して硫化鉛とする。次に、薬液反応槽３４Ｂにおいて、塩化第一鉄の凝集作用により硫化鉛を沈殿させ、薬液反応槽３４Ｃにおいて、高分子凝集剤によって上記沈殿物をさらに大きな粒子になるように凝集させる。
次に、沈降分離器３５で上記沈殿物を沈降分離する。沈降分離器３５で得られた沈殿物は、図示しないスラッジピットに貯留された後、フィルタープレスなどで固液分離され、ケーキをセメント原料等として再利用することができる。
次に、沈降分離器３５からの上澄液Ｌ４を混合タンク１２に供給し、ダスト水洗処理システム２のろ液タンク２７からのろ液Ｌ２と合流させる。
混合タンク１２において、沈降分離器３５からの上澄液Ｌ４及びろ液タンク２７からのろ液Ｌ２に残留する重金属類等を捕集し、ドラムフィルタ１３で混合タンク１２からのろ液に残留する重金属類、縣濁物質を除去し、希釈水を添加して下水道等に放流する。
尚、上記実施の形態においては、ダスト水洗処理システム２及び共通システムを用いてろ液Ｌ１のセレン、タリウム、鉛を除去したが、これらの他に亜鉛、銅等を除去することもでき、水硫化ソーダに代えて硫化ソーダを、石灰乳に代えて苛性ソーダを用いることができ、これらを同時に用いることもできる。
また、灰水洗処理システム３及び共通システムを用いてろ液Ｌ３を水処理する場合でも、鉛以外に、亜鉛、銅等を除去することができ、水硫化ソーダに代えて硫化ソーダ、液体キレート、塩化第一鉄に代えて塩化第二鉄を用いることもでき、これらを同時に用いることもできる。さらに、ｐＨ調整等のために苛性ソーダを用いることができる。
以上のように、本発明では、ダストＤを含むスラリーのろ過、及び飛灰Ａを含むスラリーのろ過を共通の縦型フィルタープレス１１を用いて行うとともに、混合タンク１２及びドラムフィルタ１３を共用するため、設備コスト及び運転コストを低く抑えることができるとともに、ダストＤを含むスラリーの水処理、及び飛灰Ａを含むスラリーの水処理を別々に、各々のスラリーの特性に応じて行うため、薬剤コストを低減することができる。この薬剤コストの低減効果について、以下の試験例によって具体的に説明する。
表１は、飛灰Ａ単味の水洗ろ液に含まれる重金属類の濃度を示す。同表に示すように、このろ液には、鉛や亜鉛が含まれるが、セレン及びタリウムは存在せず、銅が僅かに存在する。
表２は、ダストＤ単味の水洗ろ液の重金属類の濃度を示す。同表に示すように、このろ液には、鉛の他に、セレン及びタリウムが存在するため、水処理によってこれらを除去した後、放流する必要がある。
表３は、飛灰ＡとダストＤを混合して水洗した場合のろ液の重金属類の濃度を示す。ここで、飛灰ＡとダストＤの混合割合は、図１に示す一日あたりの各々の処理量の比に合わせたものとなっている。すなわち、飛灰Ａ：８５ｔ／ｄ（１日あたりの処理量（トン））、ダストＤ：２０ｔ／ｄの処理量であるから、ダストＤの全体に対する割合が、２０／（８５＋２０）×１００＝１９．１％となっている。
同表の１段目に示すように、混合水洗を行った場合の水洗ろ液には、種々の重金属類が含まれているため、水処理によってこれらを同表の３段目に記載の放流基準値以下にする必要がある。特に、セレンを除去するためには、塩化第一鉄を多量に添加する必要があり、同表の２段目の「６０００」は、Ｆｅとして６０００ｍｇ／ｌの塩化第一鉄を添加した後の各重金属類の含有率を示す。この量の塩化第一鉄を添加することでセレン濃度が略々放流基準値に達し、他の重金属類は放流基準値以下の濃度となっている。
一方、表４は、ダストＤ単味の水洗ろ液に、Ｆｅとして６０００ｍｇ／ｌの塩化第一鉄を添加した後、飛灰Ａ単味の水洗ろ液で希釈した場合の各重金属類の濃度を示す。同表の２段目の「６０００」は、Ｆｅとして６０００ｍｇ／ｌの塩化第一鉄を添加した後の各重金属類の濃度を示す。３段目の「希釈」は、上記塩化第一鉄後に飛灰Ａ単味の水洗ろ液で希釈した後の重金属類の濃度を示す。３段目の「希釈」の欄に記載のように、セレンを含むすべての重金属類について放流基準値以下の濃度となっている。
図２は、塩化第一鉄（ＦｅＣｌ2）を用いてセレン（Ｓｅ）の除去を行った場合の塩化第一鉄の添加量と、処理水のセレン濃度の関係を示すグラフである。同図に示すように、セレンの濃度が低くなるに従って、添加すべき塩化第一鉄の量が増大することが判る。特に、セレン濃度を０．５ｍｇ／ｌから０．１ｍｇ／ｌまで下げるには、６０００ｍｇ−Ｆｅ／ｌと多量の塩化第一鉄を添加する必要がある。一方、セレン濃度を３．０ｍｇ／ｌから０．３８ｍｇ／ｌまで下げる場合にも、約６０００ｍｇ−Ｆｅ／ｌの塩化第一鉄の添加が必要である。その後、セレンを含有していない飛灰Ａの水洗ろ液で希釈することで、放流基準の達成が可能となり、処理するろ液量の差から、塩化第一鉄の添加量を大幅に低下させることができる。
尚、上記実施の形態においては、飛灰Ａを含むスラリーのろ過と、ダストＤを含むスラリーのろ過とを各々別々に行うろ過装置としてバッチ式の縦型フィルタープレス１１を用いる場合について説明したが、バッチ式の横型のフィルタープレスを用いることもでき、連続式のベルトフィルタなどを用いることもできる。また、上記実施の形態のように、縦型フィルタープレス１１をダスト水洗処理システム２と灰水洗処理システム３に共通して使用すると、設備コスト及び運転コストを低く抑えることができるため好ましいが、前記システム２、３に別々に縦型フィルタープレス１１を設けてもよい。
また、上記実施の形態においては、焼却灰として飛灰Ａを水洗する場合を例示したが、飛灰Ａに代えて主灰を水洗する場合にも本発明を適用することができ、また、飛灰と主灰を同時に水洗することもできる。
さらに、上記実施の形態で示した、各装置、薬液の種類、処理対象物の一日あたりの処理量等は例示に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができることはもちろんである。
１ 水洗システム
２ ダスト水洗処理システム
３ 灰水洗処理システム
１１ 縦型フィルタープレス
１２ 混合タンク
１３ ドラムフィルタ
２１ ダストタンク
２２ 溶解槽
２３ ろ液タンク
２４（２４Ａ〜２４Ｃ） 薬液反応槽
２５ スラリータンク
２６ フィルタプレス
２７ ろ液タンク
３１ 飛灰タンク
３２ 溶解槽
３３ ろ液タンク
３４（３４Ａ〜３４Ｃ） 薬液反応槽
３５ 沈降分離器
Ａ 飛灰
Ｃ１〜Ｃ３ ケーキ
Ｄ ダスト
２ ダスト水洗処理システム
３ 灰水洗処理システム
１１ 縦型フィルタープレス
１２ 混合タンク
１３ ドラムフィルタ
２１ ダストタンク
２２ 溶解槽
２３ ろ液タンク
２４（２４Ａ〜２４Ｃ） 薬液反応槽
２５ スラリータンク
２６ フィルタプレス
２７ ろ液タンク
３１ 飛灰タンク
３２ 溶解槽
３３ ろ液タンク
３４（３４Ａ〜３４Ｃ） 薬液反応槽
３５ 沈降分離器
Ａ 飛灰
Ｃ１〜Ｃ３ ケーキ
Ｄ ダスト
Claims (3)
- 焼却灰と、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気された燃焼ガスに含まれるダストを水洗するにあたり、
前記焼却灰を水に溶解させた後、ろ過して得られた前記焼却灰を含むスラリーのろ液から鉛、亜鉛、及び銅からなる群から選択される一以上を除去する水処理とともに、
前記ダストを水に溶解させた後、ろ過して得られた前記ダストを含むスラリーのろ液から、前記焼却灰の水洗ろ液の水処理とは別に、セレン、タリウム、鉛、亜鉛、及び銅からなる群から選択される一以上を除去する水処理をした後、水処理後の各々のろ液を合流させ、
前記水処理後の焼却灰を含むスラリーのろ液によって、前記水処理後のダストを含むスラリーのろ液に含まれるセレン及びタリウムを希釈しながら放流することを特徴とする焼却灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの水洗方法。 - 前記焼却灰の水洗ろ液の水処理において、水硫化ソーダ、硫化ソーダ、液体キレート、塩化第一鉄、塩化第二鉄、高分子凝集剤、及び苛性ソーダからなる群から選択される一以上を用いることを特徴とする請求項１に記載の焼却灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの水洗方法。
- 前記ダストの水洗ろ液の水処理において、塩酸、塩化第一鉄、硫酸第一鉄、水硫化ソーダ、硫化ソーダ、苛性ソーダ、及び石灰乳からなる群から選択される一以上を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の焼却灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの水洗方法。
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