JP4979164B2 - 焼却灰の処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ゴミ焼却場から排出される焼却灰の新規な処理方法に関するものであって、より詳しくは、焼却灰をセメント原料として使用する場合に問題となる含有物を効率的に且つ確実に除去することが可能である焼却灰の処理方法である。
【０００２】
【従来の技術】
都市ゴミはその８０％以上が焼却処分され、その際焼却灰が発生する。かかる焼却灰は殆どが埋め立てられていたが、近年、環境に対する意識が高まり、これを端に廃棄することなく、再利用する方法が検討されるようになってきた。該焼却灰の主成分はカルシウムや珪素の化合物であり、例えば、セメント製造用の原料として再利用することが考えられている。
【０００３】
ところが、上記焼却灰は塩素分を多量に含有しているためこれを除去する必要があり、かかる塩素分の除去方法として、水洗による除去が提案されている。即ち、焼却灰を水洗することにより、塩化物として含有される塩素分を可溶分として除去し、不溶分であるカルシウムや珪素の化合物を固形物として分離し、これをセメント製造用の原料として使用する。
【０００４】
しかしながら、焼却灰中にはさまざまな成分が含まれているため、これを水洗処理するに際し、種々の焼却炉から排出される焼却灰を一様に取り扱うことは困難であり、単なる水洗処理では、セメント製造用の原料として適切な固形分が得難いことが本発明者らの実験によって確認された。
【０００５】
焼却灰を排出する焼却炉には、大きく分けて流動床炉とストーカー炉とがあり、複数の都市ゴミ焼却炉より焼却灰を収集する場合、これらの炉から排出される種々の焼却灰が混在する。即ち、流動床炉での焼却灰は、炉の排気ガスと共に同伴して排出され、これを捕集して飛灰として排出され、また、ストーカー炉では、焼却灰は、上記飛灰と共に炉の底部に残る主灰としても排出される。
そして、これらの焼却灰を一様に水洗処理しようとした場合、ハンドリングに問題が生じたり、塩素の除去率が低かったり、固形物中にダイオキシン類が濃縮して含有され、取扱い時に問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、焼却灰として飛灰と主灰を受け入れて処理する際に、塩素が高度に除去され、しかも、ダイオキシン類を効率的に除去された固形分を回収することが可能な、焼却灰の処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、焼却灰を種類別に受け入れ、それぞれの特性に応じた特定の処理を行った後に水洗することにより、上記課題を全て解決し得ることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明は、都市ゴミ焼却炉より排出される焼却灰を、主灰と飛灰とに別々の受槽に回収する回収工程、該回収工程の主灰受槽の主灰を粉砕して平均粒径２００μｍ以下の大きさの粒子とする粉砕工程、該回収工程の飛灰受槽の飛灰を還元雰囲気下、３００ないし４５０℃の温度で処理してダイオキシン類を分解する脱ダイオキシン工程、及び、粉砕工程より得られる主灰と脱ダイオキシン工程より得られる飛灰とを水洗し、塩素成分が低減された固形分を回収する洗浄工程を含むことを特徴とする焼却灰の処理方法である。
本発明によれば、飛灰と主灰の有するそれぞれの特性に応じて、水洗前の処理工程を実施することにより、水洗工程を同一設備で問題なく実施することができ、効率的な処理が可能となる。また、得られた固形分は塩素及びダイオキシン類の含有量が低く、セメント製造用原料として有用な固形物を効率よく得ることが可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明において処理される都市ゴミの焼却炉から排出される焼却灰のうち、主灰は、主として、ストーカー炉の炉の下部より燃え滓として排出される焼却灰であり、冷却焼却後に水と接触するため、水分を２０ないし５０％（重量）程度含有する塊状物として得られる。また、その塩素含有量は、０．５ないし５．０％（重量）に及ぶ。一方、飛灰は、ストーカー炉の排ガスや流動床炉の排ガスより捕捉される微粉であり、一般に５ないし３５％（重量）程度の割合で塩素を含有している。また、飛灰は、主灰に対してダイオキシン類の含有量が多く、約８０倍ものダイオキシン類を含有している。
【００１０】
本発明者らは、主灰及び飛灰の各成分が水洗等に及ぼす影響について研究を重ねた結果、これらを一様に水洗処理した場合、塩素含有量が低減しないのは主灰の塊状の形態が影響し、これを粉砕することにより水洗後に得られる固形分の塩素含有量を著しく低減し得ること、また、ダイオキシン類の除去は、飛灰のみを処理することが効率的に除去することができ、しかも、それにより、得られる固形物中のダイオキシン類量を著しく減少することができるという知見を得た。
従って、本発明においては、本発明の処理工程の基本的な工程を示す概略図である図１に示すように、先ず、焼却灰を回収する段階から、主灰と飛灰とを別々に回収する回収工程１を設けることが重要である。
【００１１】
回収工程１は、主灰を受け入れる主灰受槽２及び飛灰受槽３を設け、都市ゴミ焼却炉から排出される焼却灰を別々に受け入れる工程である。
主灰受槽２に受け入れられた主灰は、水洗に先立って粉砕し、平均粒径が２００μｍ以下、好ましくは、１５０μｍ以下、更に好ましくは、５０ないし１００μｍとなるように調整することが必要である。
【００１２】
即ち、本発明者らの実験によれば、水を含んだ塊状で受け入れられる主灰は、平均粒径が２００μｍ以下に粉砕することにより、水洗による塩素含有量の低減効果が著しく向上する。上記粉砕は、上記粒径に粉砕が可能な公知の粉砕機を使用して行うことができる。
【００１３】
尚、上記主灰には、空き缶、針金、等の異物が多く含まれる場合があり、これらを予め除去することが好ましい。また、粉砕後においても、未粉砕物や粉砕前に除去しきれていない異物を除去することが好ましい。
図２は、かかる異物の除去工程を含む本発明の代表的な工程を示す概略図である。図２に示すように、主灰を粉砕する粉砕工程の前に、回収された主灰に含有される異物を除去する第一異物除去工程、粉砕工程後に、粉砕された主灰より、未粉砕の異物を除去する第二異物除去工程を有する。
【００１４】
上記第一異物除去工程においては、金属等は磁選により、また、粗大塊状物は篩により除去することが好ましい。かかる篩の目開きは、５０ないし１０ｍｍが適当である。また、第二異物除去工程においては、篩による除去が好ましい。かかる篩の目開きは、１０ないし２ｍｍが適当である。
【００１５】
粉砕工程４、更には必要に応じて第一異物除去工程、第二異物除去工程を経て処理された前記平均粒径の粒子よりなる主灰は、洗浄工程６に供給される。
本発明において、飛灰受槽３に受け入れられた飛灰は、水洗に先立って、脱ダイオキシン工程５にて、ダイオキシン類の分解を行うことが重要である。即ち、脱ダイオキシン類の条件は、上記の如く高温であり、主灰を含めて一様に行なおうとした場合、かかる湿潤状態の主灰を含むと、処理時間、処理エネルギーが余分にかかると共に、ダイオキシン類濃度が飛灰に比べて著しく低い主灰を混合することにより、被処理物の該ダイオキシン類の濃度が低下し、全体としてダイオキシン類の除去率が低下する。
【００１６】
脱ダイオキシン類の条件は、飛灰を無酸素雰囲気下、３００ないし４５０℃、好ましくは、３５０ないし４５０℃の温度で処理すればよい。上記無酸素雰囲気下とは、酸素が完全に存在しない場合の他に、装置等の構造により不可避的に侵入する酸素、被処理物に同伴される酸素等が含有されている態様を含むものである。一般に、上記酸素の存在量は、１容量％以下であることが好ましい。かかる脱ダイオキシン類は、無酸素雰囲気を窒素ガスにより形成し、加熱機により加熱を行う態様が好ましい。
【００１７】
尚、脱ダイオキシン類処理における加熱により、水銀成分も蒸発せしめて除去できることが確認され、比較的高濃度の水銀を含む都市ごみ焼却飛灰の脱水銀工程としても有効であることが本発明により明らかとなった。
【００１８】
上記脱ダイオキシン類の装置は、雰囲気制御可能な箱型電気炉、雰囲気制御可能な内部攪拌機能有する横円筒型加熱炉等公知のものが特に制限なく使用される。 脱ダイオキシン工程５より得られる処理飛灰は、特に粉砕を行う必要なく、洗浄工程に供給される。
【００１９】
本発明において、脱ダイオキシン類処理に供される飛灰は、各地域の都市ゴミ焼却炉にて発生するものが集められる場合が多く、それらの化学組成が互いに異なり焼結温度が相違する傾向にあるため、各都市ゴミ焼却炉にて発生した飛灰を、一定の加熱温度に設定したダイオキシン類熱分解装置にて連続的に順次処理すると該装置内で飛灰が焼結し、運転トラブルが発生することがある。
【００２０】
上記問題に対して、前記脱ダイオキシン工程での処理温度より高い焼結温度を有する飛灰、具体的には、該処理温度より５０℃以上、好ましくは１００℃以上高い焼結温度を有する飛灰を含む複数種の飛灰を混合して脱ダイオキシン類処理工程に供することが好ましい。
【００２１】
また、他の態様として、焼結温度が脱ダイオキシン工程での処理温度より高い焼結防止剤、具体的には、該処理温度より５０℃以上、好ましくは１００℃以上高い焼結温度を有する無機物を飛灰と混合して脱ダイオキシン工程に供する態様も好ましい。
上記焼結防止剤の例としては、セメント原料として悪影響を及ぼさない無機物が特に制限なく使用できる。例えば、石灰石、石炭灰およびコンクリートを挙げることができる。焼結防止剤として用いる石灰石、石炭灰およびコンクリートの平均粒子径は、飛灰の平均粒子径と同一程度とすることが好ましい。
【００２２】
また、化学組成が異なる数種類の飛灰の混合或いは飛灰と焼結防止剤との混合は、公知の方法が特に制限なく採用される。例えば、これらの粉体を仕込んだ容器内に空気、窒素等の気体を吹き込み、該粉体を浮遊移動せしめて混合する方法撹拌翼を備えた容器内で機械的に混合する方法などが挙げられる。
【００２３】
また、上記態様において、脱ダイオキシン類処理工程での処理温度より高い飛灰或いは焼結防止剤の配合量は、添加される飛灰の焼結温度、粒子径等により異なり一概に限定することはできない。
従って、かかる配合量は、予め実験を行い、飛灰或いは焼結防止剤を混合後の焼結温度が脱ダイオキシン類処理工程の処理温度より高くなる温度、即ち、該処理温度において飛灰の装置の内壁への焼結して堆積しない温度となる量を適宜決定すればよい。
【００２４】
本発明において、洗浄工程６は、上記処理された主灰、飛灰をそれぞれ、或いは同時に水スラリー化した後、ろ過し、更に、必要に応じて水を使用して洗浄ろ過を行うことによって実施することができる。この場合、飛灰は予め脱ダイオキシン類処理されているので、主灰と共に、同一の洗浄設備で洗浄処理することが可能であり、効率的に洗浄を行うことができる。
【００２５】
具体的には、それぞれ処理された主灰と飛灰は、スラリー化槽に供給され、水と混合されて水スラリーとされる。かかる水スラリーは、フィルタープレスを代表とする内部洗浄が可能なろ過器よりなる同一の洗浄設備で洗浄及びろ過され、固形分とろ液とに分離される。
【００２６】
上記洗浄工程で得られた固形分は、シリカ、カルシウム化合物を主成分とするため、セメント製造工場にてセメント製造用原料として使用される。この場合、上記固形分は水分を含有しているため、セメント製造工場における原料調整工程でセメント原料と混合し、ドライヤーを経てサスペンションプレピーターに供給することが好ましい。また、本発明において、固形分を分離して得られる排液は、排水処理工程７で公知の排水処理を行い、処理排水９として排出すればよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明より理解されるように、本発明の処理方法は、焼却灰をセメント原料として使用する場合に、原料としては好ましくない含有物を効率的に且つ確実に除去することが可能であり、得られた固形分はセメント原料として有効に使用することができる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を更に具体的に説明するため、実施例を示すが、本発明は、これらの添付図面に記載された工程に限定されるものではない。
尚、実施例及び比較例における、各物性測定、試験法は、下記の方法に従って行った。
【００２９】
（１）焼却灰中の塩素濃度測定
試料の焼却灰を１００℃で乾燥後、蛍光X 線分析によって測定した。
（２）ダイオキシン類濃度測定
ダイオキシン類類を試料の酸処理後、ジクロロメタンおよびトルエン（溶媒）により抽出し、濃縮した後、ガスクロマトグラフ／質量分析計（正式名）（ＧＣ／ＭＳ）によって測定した。
【００３０】
＜実施例１ないし３、比較例１および２＞
図２に示す工程に従って、下記のように本発明を実施した。
（回収工程）
先ず、回収工程１において、都市ごみ焼却灰を、飛灰と主灰とに分けて飛灰受槽３及び主灰受槽２にそれぞれ回収した。受入の時点で飛灰は粉状（平均粒子径；約１０μｍ）であり、異物も含んでいない。一方、都市ごみ焼却主灰は、受入時点で多量の異物を含み、塊状である。灰は、塊状物（平均粒子径；約５ｍｍ）として存在し、また、異物は、金属類、ガラス類、未燃の紙類、その他であった。
飛灰中の塩素含有量は９７０００ｐｐｍ及びダイオキシン類含有量は９６ｎｇ−ＴＥＱ／ｇであった。また、主灰中の塩素含有量は４９００ｐｐｍ及びダイオキシン類含有量は０．００７３ｎｇ−ＴＥＱ／ｇであった。
【００３１】
（粉砕工程）
主灰を回収工程より第一異物除去工程１０に導き、目開き２０ｍｍの篩と磁選機により、粗大異物及び金属を分離した。次いで、粗大異物を分離後の主灰を粉砕機で表１に示す平均粒径に粉砕した後、第二異物工程１１にて、目開き５ｍｍの篩により、小異物を除去した。上記処理を経て得られた主灰の平均粒径を表１に示す。
【００３２】
（脱ダイオキシン工程）
一方、前記飛灰は、雰囲気制御可能な電気炉において、窒素雰囲気下、１時間、加熱処理を実施した。尚、上記窒素雰囲気下における酸素濃度は、０．５容量％であった。また、加熱処理は、表１に示す温度で行った。
【００３３】
（洗浄工程）
上記粉砕工程及び脱ダイオキシン工程を経て得られた主灰及び飛灰を混合し、洗浄水／灰（質量比）１０となるような洗浄水量でスラリー化し、同一のフィルタープレスを使用してろ過し、次いで、洗浄水／灰（質量比）２０となる量の水で洗浄した。洗浄によって得られた固形分は、ＣａＯ、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｆｅ₂ Ｏ₃ を主成分としたもので、その塩素含有量及びダイオキシン類含有量を表１に示す通りであった。
【００３４】
上記固形分は、セメント製造工場のセメント原料と共に、原料調合工程に供給し、ドライヤーで乾燥後、サスペンションプレヒーター上部より投入してセメントの製造に供したが、問題なく使用することが可能であった。
また、上記のろ過排水について、ダイオキシン類濃度を測定した結果を表１に併せて示した。
【００３５】
【表１】

【００３６】
＜比較例３＞
実施例１で使用した主灰と飛灰とを８：２の割合で同一の受槽に回収し、実施例１に準じて第一異物除去工程、粉砕工程、及び第二異物除去工程を経た後、脱ダイオキシン工程で順次処理し、次いで、洗浄水／灰（質量比）１０となるような洗浄水量でスラリー化し、フィルタープレスによってろ過した。次いで、洗浄水／灰（質量比）２０となる量の水で洗浄した。
洗浄によって得られた固形分の塩素含有量は、２１００ｐｐｍ、及びダイオキシン類含有量は、３１ｎｇ−ＴＥＱ／ｇであった。また、ろ過排水のダイオキシン類濃度は、１６ｐｇ−ＴＥＱ／ｇであった。
上記説明より理解できるように、本発明の工程を実施することによって、都市ごみ焼却灰を効率よく、且つ安全にセメント産業に利用可能となる。
【００３７】
＜実施例４＞
実施例１において、飛灰として表２に示すＡないしＣの３種類の飛灰を同量ずつ混合して使用し、脱ダイオキシン類処理工程の電気炉における焼結状態を観察した結果、飛灰の焼結は殆ど発生しなかった。
また、上記飛灰を実施例１と同様にして、主灰との水スラリーを調整後洗浄して得られた固形分は、セメント原料として問題なく使用することができた。
【００３８】
【表２】

【００３９】
＜実施例５＞
実施例４において、飛灰Ａに代えて石炭灰を使用した以外は同様にして脱ダイオキシン類処理を実施し、該処理工程の電気炉における焼結状態を観察した結果、飛灰の焼結は殆ど発生しなかった。
また、上記飛灰を実施例１と同様にして、主灰との水スラリーを調整後洗浄して得られた固形分は、セメント原料として問題なく使用することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理方法の基本的な工程を示す概略図である。
【図２】本発明の処理方法の代表的な工程を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 回収工程
２ 主灰受槽
３ 飛灰受槽
４ 粉砕工程
５ 脱ダイオキシン工程
６ 洗浄工程
７ 排水処理工程
８ 固形分
９ 処理排水
１０ 第一異物除去工程
１１ 第二異物除去工程

Claims (10)

1. 都市ゴミ焼却炉より排出される焼却灰を、飛灰と主灰とに別々の受槽に回収する回収工程、該回収工程の主灰受槽の主灰を粉砕して平均粒径２００μｍ以下の大きさの粉砕粒子を得る粉砕工程、該回収工程の飛灰受槽の飛灰を無酸素雰囲気下、３００ないし４５０℃の温度で処理してダイオキシン類を分解する脱ダイオキシン工程、及び、粉砕工程より得られる主灰と脱ダイオキシン工程より得られる飛灰とを水洗し、塩素成分が低減された固形分を回収する洗浄工程を含むことを特徴とする焼却灰の処理方法。
2. 粉砕工程より得られる主灰と脱ダイオキシン工程より得られる飛灰とを同一の洗浄設備で水洗する請求項１記載の焼却灰の処理方法。
3. 洗浄工程より回収された、塩素成分が低減された固形分をセメント製造工程の原料調合工程に原料として供給する請求項１又は２記載の焼却灰の処理方法。
4. 粉砕工程の前に、回収された主灰に含有される異物を除去する第一異物除去工程を有する、請求項１ないし３の何れか１項に記載の焼却灰の処理方法。
5. 粉砕工程後に、粉砕された主灰より未粉砕の異物を除去する第二異物除去工程を有する請求項１ないし４の何れか１項に記載の焼却灰の処理方法。
6. 飛灰が、脱ダイオキシン工程での処理温度より高い焼却温度を有する飛灰を含む、化学組成が異なる複数種の飛灰よりなる請求項１ないし５の何れか１項に記載の焼却灰の処理方法。
7. 飛灰が、脱ダイオキシン工程での処理温度より５０℃以上高い焼結温度を有する飛灰を含む請求項６記載の焼却灰の処理方法。
8. 飛灰と焼結温度が脱ダイオキシン工程での処理温度より高い焼結防止剤とを混合して脱ダイオキシン工程に供する請求項１ないし７の何れか１項に記載の焼却灰の処理方法。
9. 飛灰と焼結温度が脱ダイオキシン工程での処理温度より５０℃以上高い焼結防止剤とを混合して脱ダイオキシン工程に供する請求項８記載の焼却灰の処理方法。
10. 前記焼結防止剤は、石灰石、石炭灰およびコンクリートから選ばれる少なくとも１種以上である請求項８又は９記載の焼却灰の処理方法。

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