JP5070815B2

JP5070815B2 - 排ガス処理方法

Info

Publication number: JP5070815B2
Application number: JP2006311816A
Authority: JP
Inventors: 光博益子
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2026-11-17
Also published as: JP2008126113A

Description

本発明は、廃棄物焼却炉、発電ボイラ、炭化炉等の燃焼施設において発生する有害な塩化水素や硫黄酸化物等の酸性ガスを効率的に処理し、かつ集塵機で集塵された飛灰中の重金属を安定的に処理することができる排ガス処理方法に係り、特に鉛の長期安定的溶出防止に有効な廃棄物処理方法に関するものである。

I. 都市ゴミや産業廃棄物等の廃棄物焼却炉から排出される燃焼排ガスには、炭酸ガスや、水蒸気、酸素、窒素、硫黄酸化物、窒素酸化物、塩化水素、重金属化合物、煤塵などが含まれていることから、大気放出に先立ち、これらの物質を除去する必要がある。

この燃焼排ガスの処理方法としては、焼却炉から排出された燃焼排ガスを減温装置で冷却した後、消石灰等のアルカリを添加してガス中の塩化水素や亜硫酸ガス等の酸性ガスを中和し、その後、電気集塵器やバグフィルタ等の集塵器でこの中和反応で生成した塩化カルシウム等の固形化合物を煤塵と共に捕集して除去し、処理ガスを排出する処理法がある。特開２００１−３２７８３３号の０００３〜０００４段落には、第２図に示す次の排ガス処理方法が記載されている。

溶融炉１の後燃焼室２から排出する排ガスをガス冷却塔３に導き、乾式のガス冷却塔３で冷却水として苛性ソーダ水溶液を噴霧し、排ガスを所定温度に減温するとともに、排ガス中の酸性ガス（ＨＣｌ、ＳＯ_X）を中和する。ガス冷却塔３で排ガス中から分離されたダストはガス冷灰として塔外へ排出する。

ガス冷却塔３を通過した排ガスはバグフィルター４に導く。このときバグフィルター４の入口煙道中において排ガス中にアルカリ系薬剤粉末（消石灰粉末等）を吹き込み、ガス冷却塔３で除去しきれなかった酸性ガスをアルカリ系薬剤粉末との反応によって除去する。この反応生成物はバグフィルター４において溶融飛灰とともに捕集除去する。

また、同号の特許請求の範囲及び００１８〜００３２段落には、第３図に示す排ガス処理方法が記載されている。

溶融炉１１の後燃焼室１２に接続して排ガス処理系１３を設けている。排ガス処理系１３には乾式のガス冷却塔１４およびバグフィルター１５を設けている。ガス冷却塔１４には冷却水として苛性ソーダ水溶液を供給する薬液供給系１６を接続しており、バグフィルター１５の入口煙道に接続してガス冷灰投入系１７を接続している。

溶融炉１１から排出する排ガスは後燃焼室１２で完全燃焼させた後にガス冷却塔１４に導く。ガス冷却塔１４では薬液供給系１６を通して供給する苛性ソーダ水溶液を排ガス中に冷却水として噴霧し、排ガス中の酸性ガスを苛性ソーダ水溶液との反応で中和する。苛性ソーダ水溶液の噴霧量はモル比で規程する。モル比はガス冷却塔１４の入口における排ガス中の酸性ガス（ＨＣｌ、ＳＯ_X）のモル数と苛性ソーダのモル数との割合で定義するものであり、好ましくはモル比で１〜３程度の苛性ソーダ水溶液を排ガス中に噴霧する。

この苛性ソーダ水溶液が排ガス中の酸性ガス（ＨＣｌ、ＳＯ_X）を中和し、反応生成物としてＮａ₂ＳＯ₃、Ｎａ₂ＳＯ₄、ＮａＨＳＯ₃、ＮａＣｌなどの粉末状の塩を析出する。

噴霧した苛性ソーダ水溶液に未反応物が残り、この酸性ガスと未反応の苛性ソーダは排ガス中の二酸化炭素などと反応し、反応生成物としてＮａ₂ＣＯ₃、ＮａＨＣＯ₃などの粉末状の塩（未反応ソーダ）を析出する。これらの粉末状の塩をガス冷灰として塔外へ取り出す。

ガス冷却塔１４を通過した排ガスはバグフィルター１５へ導く。このとき、塔外へ取り出したガス冷灰をガス冷灰投入系１７を通してバグフィルター１５の入口煙道に吹き込み、排ガス中に残留する酸性ガスをガス冷灰中の未反応ソーダ（Ｎａ₂ＣＯ₃、ＮａＨＣＯ₃）との反応で中和する。

バグフィルター１５では、ガス冷灰がフィルター表面に付着してガス冷灰中の未反応ソーダが反応層を形成し、この反応層を排ガスが通過することで気固接触効率が高くなるので、排ガス中の酸性ガスと未反応ソーダとの反応効率が高くなり、排ガス中に残留する酸性ガスを十分に除去することができる。
II. 集塵器で捕集された飛灰は、最終処分場に廃棄されるが、それに先立ち、最終処分場で飛灰中の重金属が溶出するのを防止するために、飛灰中の重金属の固定化（不溶化）のための中間処理を行うことが義務付けられている。この固定化処理法としては、リン酸系薬剤等の重金属固定剤を飛灰に添加、混練する薬剤処理法が最も簡便な処理法として知られている。
特開２００１−３２７８３３号

上記特開２００１−３２７８３３号では、水酸化ナトリウムを排ガス中の酸性ガス当量に対し１〜３倍と多量に添加している。そのため、バグフィルターで集塵される飛灰のアルカリ度が非常に高いものとなり、重金属固定剤を飛灰に多量に添加することが必要となる。

本発明は、飛灰に対する重金属固定剤の添加量を少なくしても重金属を十分に固定することが可能となる排ガス処理方法を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の排ガス処理方法は、燃焼施設において発生する、酸性ガスを含有した排ガスを、水噴冷却塔で減温水を噴霧して処理する方法において、該水噴冷却塔の減温水に水酸化ナトリウムを酸性ガスに対して１当量以下で添加すると共に、水噴冷却塔後の煙道に粉末の炭酸水素ナトリウムを０．３当量以上添加した後、集塵機で集塵することを特徴とするものである。

請求項２の排ガス処理方法は、請求項１において、排ガスに添加する水酸化ナトリウムと炭酸水素ナトリウムを合算した当量が０．７〜１．５当量であることを特徴とするものである。

請求項３の排ガス処理方法は、請求項１又は２において、該集塵機で集塵した飛灰に少なくともリン酸及び／又はリン酸塩を含有する無機重金属固定剤を添加して重金属の溶出を防止することを特徴とするものである。

請求項４の排ガス処理方法は、請求項３において、無機重金属固定剤が正リン酸とアルカリ剤を配合した水溶液であり、そのｐＨが３〜１１であることを特徴とするものである。

請求項５の排ガス処理方法は、請求項1ないし４のいずれか１項において、減温水の水酸化ナトリウム濃度を３ｗｔ％以下とすることを特徴とするものである。

請求項６の排ガス処理方法は、請求項１ないし５のいずれか１項において、減温水の配管に水酸化ナトリウム水溶液をライン注入し、水酸化ナトリウム水溶液の添加後、減温水の噴霧までの滞留時間を２分以内とすることを特徴とするものである。

本発明では、水噴冷却塔（水噴式ガス冷却塔）で排ガスに水酸化ナトリウム水溶液を噴霧することにより、排ガスの減温と酸性ガスの中和とが行われる。この際の水酸化ナトリウムの添加量を酸性ガスの１当量以下と少なくしているので、集塵機で集塵される飛灰のアルカリ度が低くなる。なお、水酸化ナトリウムの添加量を少なくしても、その後段で炭酸水素ナトリウムを添加するので、酸性ガスは十分に中和される。炭酸水素ナトリウムは飛灰のアルカリ度を高める作用が水酸化ナトリウムに比べて弱いので、炭酸水素ナトリウムを酸性ガスの０．３当量以上添加しても、飛灰のアルカリ度はそれ程高くはならない。

このようなことから、本発明によると、酸性ガスを十分に中和することができると共に、飛灰への重金属固定剤添加を多くしなくても飛灰からの重金属溶出を十分に抑制することができる。

本発明によれば、酸性ガス並びに飛灰重金属等の有害物質を安価にかつ安定的に処理し、特に最終処分場における鉛等の長期安定的固定を実施する方法において飛灰混練機の腐食防止などを含めたトータルの処理コストが低減される。また、産業廃棄物などのごみ質の変動による酸性ガス濃度の負荷が高くなった場合でも、排ガス及び飛灰を安定して処理することができる。

なお、集塵機で集塵される飛灰がアルカリ度の高いものであると、これを重金属固定化剤で処理した処理物からの鉛等の重金属の溶出量が多い。また高アルカリ域ではリン酸等の無機系重金属固定剤は、重金属固定効果が発揮できないか、もしくは多量の添加量を必要とする。本発明によれば、水噴冷却塔で減温水に伴って添加される水酸化ナトリウムの量が少ないので飛灰中のアルカリ成分が少なくなり、この飛灰を重金属固定処理した処理物からの、鉛等の重金属の溶出量を低減することができる。また、重金属固定剤を飛灰に添加して重金属を固定化する場合において、リン酸等の無機系重金属固定剤が良好な重金属固定効果を発揮することができ、薬剤の必要添加量も低減させることができる。

本発明では、水噴冷却塔で排ガスに添加する水酸化ナトリウム水溶液の濃度を３ｗｔ％以下とすることにより、減温水の供給配管や噴霧ノズルでのカルシウムスケールの析出を抑制することができる。

この水酸化ナトリウムを減温水に添加した場合、添加後、２分以内に減温水を排ガスに添加するようにすることによっても、カルシウムスケールの析出を抑制することができる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。

本発明の方法においては、燃焼施設例えば第１図に示すように、都市ゴミや産業廃棄物等の廃棄物焼却炉２０から排出された燃焼排ガスを水噴冷却塔２１に導き、水酸化ナトリウム水溶液よりなる減温水を噴霧等により添加して減温する。その後、炭酸水素ナトリウムを添加した後、バグフィルター又は電気集塵機などの集塵機２２によって集塵し、煙突２３から放出する。集塵機２２の後段に、脱硝又はダイオキシン分解用の触媒塔などが配置されてもよい。

集塵機２２で集塵した飛灰については、重金属固定剤を添加し、混練機２４にて混練ないし混合することにより重金属固定処理する。

上記の水酸化ナトリウム水溶液よりなる減温水としては、水に対し濃度０．１〜５ｗｔ％程度の水酸化ナトリウム水溶液を添加して調製されたものが好ましい。この減温水中での水中のカルシウム濃度にもよるが、カルシウムスケールの析出防止のために、一般的には減温水の水酸化ナトリウム濃度は３ｗｔ％以下、例えば０．１〜３ｗｔ％とすることが好ましい。また、同様に、カルシウムスケール析出防止のために、水酸化ナトリウム水溶液を水に添加した後、２分以内に排ガスに噴霧することが好ましい。

この排ガスに添加される減温水の水酸化ナトリウムの量は、排ガス中の酸性ガスの１当量以下、好ましくは０．１〜１当量、特に好ましくは０．３〜０．７当量とする。

このように水酸化ナトリウムの添加当量を少なくすることにより、飛灰のアルカリ度を低くし、重金属固定処理後の重金属溶出を抑制することが可能となる。

水酸化ナトリウム水溶液よりなる減温水の添加は、施設規模にもよるが、水噴冷却塔内部にクリンカを生成させる可能性がある。そのため、排ガスに対する水酸化ナトリウムの添加量は純分で１ｋｇ／ｈ〜３０ｋｇ／ｈ程度が好ましく、特に２〜２０ｋｇ／ｈが好ましい。

水酸化ナトリウム水溶液よりなる減温水は二流体ノズル等のノズルで噴霧される。この噴霧の粒子径は細かいほど接触効率が高いので、１０〜２００μｍが好ましい。また、水酸化ナトリウムを添加した減温水の噴霧量は、減温すべき排ガス量と冷却塔前後の温度に応じて決定される。なお、減温水の量が多い場合には、蒸発しきれない余剰水によってクリンカを発生させる可能性があるため、バグフィルターの温度が１７０℃〜１９０℃となる程度の減温水噴霧量とすることが好ましい。バグフィルター出口に脱硝、ダイオキシン分解の触媒塔が設置されている場合には再加熱の熱的ロスを防ぐ為にバグフィルター温度が２００〜２３０℃となるように減温水噴霧量を調整することが好ましい。

本発明では、排ガスに減温水を噴霧した後、この排ガスに炭酸水素ナトリウムを添加する。炭酸水素ナトリウムは粒径５〜２０μｍ程度の粉末として添加されることが好ましい。炭酸水素ナトリウムの添加量は、燃焼施設からの排ガス中の酸性ガスに対し０．３当量以上、好ましくは０．３〜０．８当量、特に好ましくは０．４〜０．６当量である。

なお、減温水中の水酸化ナトリウムと、この炭酸水素ナトリウムとの合計量は、酸性ガスに対し０．７〜１．５当量、特に０．８〜１．２当量であることが好ましい。

本発明では、集塵機で集塵して飛灰に重金属固定剤を添加することにより、重金属の溶出を防止する。前述の通り、本発明ではこの飛灰のアルカリ度が低いので、重金属固定剤によって処理した処理物からの重金属溶出が抑制される。

本発明において用いる重金属固定剤は、無機系重金属固定剤が好ましいが有機系重金属固定剤であっても良い。無機系重金属固定剤としては、処理物の長期安定性に優れたリン酸及び／又はリン酸塩が好適であり、例えば次のようなものが例示できる。

正リン酸（オルソリン酸）、ポリリン酸、メタリン酸、次リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、ピロリン酸、過リン酸、第一リン酸ソーダ、第二リン酸ソーダ、第三リン酸ソーダ、第一リン酸カリウム、第二リン酸カリウム、第三リン酸カリウム、第一リン酸カルシウム、第二リン酸カルシウム、第一リン酸マグネシウム、第二リン酸マグネシウム、第一リン酸アンモニウム、第二リン酸アンモニウム、過燐酸石灰、トリポリリン酸ナトリウム、トリポリリン酸カリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸カリウム、ピロリン酸ナトリウム、ピロリン酸カリウム、亜リン酸ナトリウム、亜リン酸カリウム、次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム等。

なお、必要に応じ、硫酸バンドや塩化鉄；焼き石膏、ポルトランドセメント、早強セメント、ジェットセメント、高炉セメント、アルミナセメント等のセメント類；各種活性白土、合成珪酸、天然珪酸加工物等の無機吸着剤；汎用の珪酸ソーダ、珪酸カリウム等の水溶性珪酸塩等の水ガラスなどをさらに添加してもよい。

また、リン酸及び／又はリン酸塩は、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤を加えてｐＨ３〜１１特にｐＨ７〜１０とした水溶液として飛灰に添加されるのが好ましい。

重金属固定剤の添加量は用いる薬剤の種類や処理する飛灰の性状により異なるが、通常の場合、無機系重金属固定剤の添加量は飛灰に対して有効成分量として０．１〜５０重量％、特に１〜２０重量％とするのが好ましい。

以下、実施例及び比較例について説明する。

比較例１
燃焼時に発生する塩化水素濃度が３１０ｐｐｍ、硫黄酸化物濃度が２３ｐｐｍ（３回測定値平均）、発生する排ガス量が８，０００Ｎｍ^３／ｈであった廃棄物焼却炉排ガスを水噴冷却塔で１８０℃に冷却した後、バグフィルターを通すようにした施設において、消石灰をバグフィルター（ＢＦ）前排ガスに１０ｋｇ／ｈ（２．１当量）噴霧した。このバグフィルター後段の排ガスの塩化水素濃度並びに硫黄酸化物濃度を測定し、酸性ガス除去効果を評価した（表１）。また、本試験時に採取した飛灰に重金属固定剤としてキレート又はリン酸を添加して混練し、ＰｂとＣｄの溶出濃度（環境庁告示１３号試験）から重金属固定剤の必要量を求めた（表２）。

その結果、塩化水素の除去率は７９％であり、飛灰重金属固定剤の必要量はキレートで５％、リン酸においては１５％であった。なお、キレートとしては４０％ピペラジンジチオカルバミン酸カリウム水溶液を用いた。

比較例２
比較例１と同施設において、水酸化ナトリウム水溶液をＮａＯＨ純分で７．６ｋｇ／ｈ（１．５当量）で水噴冷却塔の減温水にライン注入し噴霧した。飛灰には正リン酸を添加した。同様に酸性ガス除去効果（表１）とリン酸の必要添加量を評価した（表３）。

その結果、塩化水素の除去率は７１％、リン酸の必要添加量５％であった。

実施例１
比較例１と同施設において、水酸化ナトリウム水溶液をＮａＯＨ純分で２ｋｇ／ｈ（０．４当量）で水噴冷却塔の減温水にライン注入すると共に水噴冷却塔後の煙道に平均粒径（Ｄ５０）１０μｍの炭酸水素ナトリウムを１２ｋｇ／ｈ（１．１当量）噴霧し、飛灰には正リン酸、又は正リン酸と水酸化ナトリウムとの水溶液（ｐＨ３．５）を添加した。同様に酸性ガス除去効果（表１）とリン酸の必要添加量を評価した（表４）。その結果、塩化水素の除去率は９８％、リン酸の必要添加量は１％となった。また、腐食性の低いリン酸と水酸化ナトリウム配合水溶液（ｐＨ３．５）においても１〜２％で十分な効果が得られた。

実施例２
比較例１と同施設において、水酸化ナトリウム水溶液をＮａＯＨ純分で４ｋｇ／ｈ（０．８当量）で水噴冷却塔の減温水にライン注入すると共に水噴冷却塔後の煙道に平均粒径１０μｍの炭酸水素ナトリウムを７．５ｋｇ／ｈ（０．７当量）噴霧し、飛灰には正リン酸、又は正リン酸と水酸化ナトリウムとの水溶液（ｐＨ３．５）を添加した。同様に酸性ガス除去効果（表１）とリン酸の必要添加量を評価した（表５）。その結果、同様に塩化水素の除去率は９８％、リン酸等の必要添加量は１％程度と良好な結果であった。

比較例３
比較例１と同施設において水酸化ナトリウム水溶液をＮａＯＨ純分で６．６ｋｇ／ｈ（１．３当量）で水噴冷却塔の減温水にライン注入すると共に水噴冷却塔後の煙道に平均粒径１０μｍの炭酸水素ナトリウムを２ｋｇ／ｈ（０．２当量）噴霧し、同様に酸性ガス除去効果（表１）とリン酸の必要添加量を評価した（表６）。その結果、塩化水素の除去率は９０％、リン酸の必要添加量は５％必要であった。

本結果からリン酸等の無機重金属固定剤による重金属固定を考えた場合、排ガスへの水酸化ナトリウムの噴霧当量は酸性ガスに対し１当量以下が好ましいことがわかる。

実施例３，４、比較例４
炭酸水素ナトリウムの添加当量を一定として水酸化ナトリウムの添加当量を変え、ＢＦ出口ＨＣｌ濃度から試算したＨＣｌの除去率を第４図に示す。

実施例３は、平均粒径１０μｍの炭酸水素ナトリウムの添加当量０．６で固定し、水酸化ナトリウムとの合算当量を０．７、１、１．５当量とした際のＨＣｌ除去率である。

実施例４は同様に炭酸水素ナトリウムの添加当量を０．４で固定し、同様に水酸化ナトリウムとの合算当量を変えた際のＨＣｌ除去率である。

比較例４は炭酸水素ナトリウムの添加当量を０．２で固定し、同様に水酸化ナトリウムとの合算当量を変えた際のＨＣｌ除去率である。

その他の条件は実施例１と同じである。

第４図に示したＨＣｌ除去率からわかるように、炭酸水素ナトリウムの添加当量は０．２では不十分でＨＣｌ除去効率が悪化した。本結果から炭酸水素ナトリウムは０．３当量以上添加するのが効率的であることがわかる。また、水酸化ナトリウムと炭酸水素ナトリウムの合算当量は求められる酸性ガス処理レベルにもよるが０．７〜１．５当量とするのが好ましい。

参考例１
水噴冷却塔減温水（ｐＨ７．６，Ｍアルカリ度４１ｍｇ／Ｌ，全硬度３０２ｍｇ／Ｌ，Ｃａ硬度２６８ｍｇ／Ｌ）に水酸化ナトリウムを添加した際の性状変化を観察した結果を表７に示す。本減温水の場合、１．３〜２．５ｗｔ％ａｓＮａＯＨでは５分間スケール析出は起きていなかった。一方、３．６ｗｔ％ａｓＮａＯＨと濃度を濃くした場合には、明らかに白い粒子が析出しスケールが発生する環境であった。ただし、スケールの析出には２分程度を要しており、減温水中ＮａＯＨ濃度３ｗｔ％以下、減温水の水噴までの滞留時間を２分以下とすることにより、スケールの析出は防止できる。

本発明方法の一例を示す系統図である。従来例の系統図である。別の従来例の系統図である。実施例及び比較例の結果を示すグラフである。

符号の説明

２０焼却炉
２１水噴式ガス冷却塔
２２集塵機
２３煙突
２４混練機

Claims

燃焼施設において発生する、酸性ガスを含有した排ガスを、水噴冷却塔で減温水を噴霧して処理する方法において、
該水噴冷却塔の減温水に水酸化ナトリウムを酸性ガスに対して１当量以下で添加すると共に、
水噴冷却塔後の煙道に粉末の炭酸水素ナトリウムを０．３当量以上添加した後、集塵機で集塵することを特徴とする排ガス処理方法。
請求項１において、排ガスに添加する水酸化ナトリウムと炭酸水素ナトリウムを合算した当量が酸性ガスに対して０．７〜１．５当量であることを特徴とする排ガス処理方法。
請求項１又は２において、該集塵機で集塵した飛灰に少なくともリン酸及び／又はリン酸塩を含有する無機重金属固定剤を添加して重金属の溶出を防止することを特徴とする排ガス処理方法。
請求項３において、無機重金属固定剤が正リン酸とアルカリ剤を配合した水溶液であり、そのｐＨが３〜１１であることを特徴とする排ガス処理方法。
請求項１ないし４のいずれか１項において、減温水の水酸化ナトリウム濃度を３ｗｔ％以下とすることを特徴とする排ガス処理方法。
請求項１ないし５のいずれか１項において、減温水の配管に水酸化ナトリウム水溶液をライン注入し、水酸化ナトリウム水溶液の添加後、減温水の噴霧までの滞留時間を２分以内とすることを特徴とする排ガス処理方法。