JP5545754B2 - 塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法に関し、特に、セメント製造設備内において、焼却灰等の塩素含有物を水洗して固液分離した後に得られたろ液、及び塩素含有物に水を添加した後、塩素含有物中の重金属を分離して得られた排水をセメント製造設備内で使用するための方法に関する。

都市ごみ等を焼却した際に発生する焼却灰は、従来、そのほとんどを最終処分場で埋め立て処理していたが、最終処分場の枯渇の虞に鑑み、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。

また、近年、焼却灰等の塩素含有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鉛等の重金属類の量も増加し、セメント中の重金属類の増加が問題になることが予測されるため、その対策が求められている。

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、アルカリ等の中で、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システムが用いられている。

この塩素バイパスシステムでは、抽気した燃焼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等を含む微粉（塩素バイパスダスト）を回収していた。

ところが、近年、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、硫黄、アルカリ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を水洗処理する必要が生じていた。

そこで、焼却灰、塩素バイパスダスト等の塩素含有廃棄物を処理するにあたって、例えば、特許文献１に記載のセメント原料化処理方法では、塩素含有廃棄物を水洗し、この塩素含有廃棄物中の塩素を除去して得られた脱塩ケークをセメント原料として再利用し、水洗工程で排出されるろ液から重金属を取り除いた後、排水中に含まれる塩化物を除去して塩素含有廃棄物の塩素溶出用の水として再利用するとともに、除去した塩化物から水酸化ナトリウムや炭酸ナトリウムを生成させて再利用する。

日本国特許第３３０４３００号公報

特許文献１に記載のセメント原料化処理方法は、焼却灰、塩素バイパスダスト等の塩素含有廃棄物を水洗した後固液分離して得られたろ液から、さらに重金属及び塩素を除去し、塩素溶出用のスラリー化用水又は洗浄用水として使用できるという利点があるが、塩素を除去したろ液は、塩素溶出用として使用されるだけであるため、余剰ろ液は、放流するために排水処理を施さなくてはならず、処理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、セメント製造設備内において、塩素含有物を水洗して固液分離した後に得られたろ液、及び塩素含有物に水を添加した後、塩素含有物中の重金属を分離して得られた排水等、塩素含有物の処理時に発生した溶液を、排水処理を施すことなく処理することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法であって、塩素含有物に水を添加して該塩素含有物の塩素分を溶出させた後、固液分離して得られたろ液、もしくは、塩素含有物に水を添加した後、該塩素含有物中の重金属を分離して得られた排水、又は、前記ろ液及び前記排水であって、セメント製造設備内で発生したすべての前記ろ液、もしくは、すべての前記排水、又は、すべての前記ろ液及び前記排水を、該ろ液又は／及び該排水の塩素濃度、並びに該セメント製造設備で製造したセメントの塩素濃度を測定しながら、前記セメント製造設備のセメント製造工程又は／及び排ガス処理工程で使用することを特徴とする。

そして、本発明によれば、セメント製造設備内で塩素含有物の処理時に発生した溶液のすべてを該セメント製造設備内で使用するため、セメント製造設備内で使用した前記溶液については、排水処理が完全に不要となり、排水処理コストを低減することができる。また、セメントの塩素濃度を所定の値以下に維持しながら溶液を処理することができる。

前記溶液の処理方法において、前記ろ液又は／及び前記排水をセメント製造工程のセメント粉砕ミル用水又は／及びクリンカクーラー用水として使用したり、排ガス処理工程のセメントキルン排ガス処理用水又は／及びクーラー排ガス処理用水として使用することができる。

さらに、前記溶液の処理方法において、前記排ガス処理工程における排ガスの処理方法を排ガス洗浄式とすることができ、セメントキルン燃焼排ガスのＳＯｘ等を除去しながら溶液を処理することができる。

また、前記溶液の処理方法において、前記セメント製造設備内において、前記ろ液又は／及び前記排水から塩素分を除去して得られた溶液を該セメント製造設備内で使用することができ、塩素分を除去することによりセメント製造設備内での溶液の用途が広がり、より使用し易くなる。

前記溶液の処理方法において、前記ろ液又は／及び前記排水から塩素分を除去して得られた溶液のすべてを該セメント製造設備内で使用することができる。

前記溶液を前記セメント製造設備のセメント製造工程又は／及び排ガス処理工程で使用することができ、セメント製造工程のセメント原料粉砕ミル用水、セメントキルンのシェル冷却用水、クリンカクーラー用水及びセメント粉砕ミル用水からなる群から選択される一以上の用途、排ガス処理工程のセメントキルン排ガス処理用水又は／及びクーラー排ガス処理用水として、排ガス冷却用水、排ガス調湿用水、脱硝用尿素溶解用水、セメントキルン排ガス洗浄用水及びクーラー排ガス洗浄用水からなる群から選択される一以上の用途で使用することができる。

前記溶液の処理方法において、前記塩素含有物からの前記重金属の分離を、浮遊選鉱により行うことができ、前記排水は、前記塩素含有物から前記重金属を浮遊選鉱により分離して得られたフロス中の固形分を固液分離した後の溶液、又は／及び前記塩素含有物から前記重金属を浮遊選鉱により分離して得られたシンク中の固形分を固液分離した後の溶液であってもよい。

また、前記塩素含有物は、焼却灰、エコセメント製造設備から発生するダスト、及びセメントキルン燃焼ガスの一部を抽気し、抽気した燃焼ガスに含まれるダストのうちの少なくとも一以上であってもよい。

さらに、前記塩素含有物は、前記セメント製造設備内において、焼却灰又は／及びエコセメント製造設備から発生するダストに、塩素バイパスダストを混合して得られた混合物であってもよい。

以上のように、本発明によれば、セメント製造設備内において塩素含有物の処理時に発生した溶液を排水処理を施すことなく該セメント製造設備内で処理することができる。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明にかかる塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法を適用した処理システムの一実施の形態を示す。この処理システム１が配置されるセメント製造設備内には、塩素含有物に水を添加して塩素を溶解させた後、固液分離によって脱塩ケークとろ液とに分離する水洗装置２と、塩素含有物に水を添加した後、浮遊選鉱によって重金属と排水とに分離する重金属回収装置３と、水洗装置２からのろ液又は重金属回収装置３からの排水を脱塩処理し、塩素分と溶液とに分離する脱塩処理装置４が備えられる。処理システム１は、各々の装置２〜４で生成されるろ液、排水及び溶液をセメント製造設備内で処理するために設けられ、各々の液体をセメント製造工程又はセメントキルン等の燃焼排ガスを処理するための排ガス処理工程で使用するための添加装置５（５Ａ〜５Ｄ）を備える。

本処理システム１で取り扱う塩素含有物は、都市ごみ等を焼却した際に発生する焼却灰等、セメント工場で塩素含有廃棄物として受け入れる物の他、エコセメント製造設備から発生するダスト、このセメント製造設備の一部を構成するセメントキルンから得られたセメントキルン抽気ダストのように、セメント工場内で発生する塩素含有物等であり、各々を単独で処理したり、これらを混合して処理することもできる。

上記セメントキルン抽気ダストとは、セメントキルンから排出された燃焼ガスの一部を抽気し、抽気した燃焼ガスを集塵して得られたダストであって、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を集塵して得られる塩素バイパスダストの他、セメントキルンの窯尻からプレヒータ出口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の総称である。

水洗装置２は、図２に示すように、塩素含有物に水を添加して塩素を溶解させる溶解槽１１と、溶解槽１１からポンプＰによって供給されたスラリーを水洗しながら固液分離するベルトフィルター１２と、ベルトフィルター１２のろ液を貯留するろ液ピット１３等を備え、ベルトフィルター１２によってスラリーがケーキと、塩素分を含むろ液とに分離される。

重金属回収装置３は、塩素含有物に水を添加した後、浮遊選鉱によって鉛等の重金属と排水とに分離するために設けられ、例えば、図３に示すように、塩素含有物を水に溶解させてスラリー化する溶解槽２１と、溶解槽２１でスラリー化されたスラリーに硫化剤等の薬液を添加して反応させる薬液反応槽２２と、薬液反応槽２２から供給されたスラリーから浮遊選鉱法により鉛等を回収する浮選機２６等で構成され、溶解槽２１のスラリーは、薬液反応槽２２において、スラリーに含まれる塩化鉛等を硫化して硫化鉛（ＰｂＳ）を生じさせて沈殿させた後、浮選機２６において、鉛を含むフロスと、石膏を含むシンク側スラリーとに分離される。鉛を含むフロスは、フィルタプレス２８に供給され、硫化鉛を含むケークが生成されるとともに、排水（塩水）が発生する。一方、浮選機２６からのシンク側スラリーは、竪型固液分離器２９において固液分離され、石膏と排水（塩水）とに分離される。この排水が、図１に示した重金属回収装置３からの排水に相当する。

脱塩処理装置４は、上記水洗装置２からのろ液、又は重金属回収装置３からの排水に含まれる塩素分を除去するために設けられ、ろ液を蒸発させて塩分を晶出させ、蒸発させた蒸気を冷却して液化したり、膜処理によって塩化物濃度を濃縮し、濃縮水を蒸発乾固して塩素を除去し、蒸発させた蒸気を冷却して液化したり、ろ液等に含まれる塩化物として塩化カルシウムを取り扱い易い塩化ナトリウムに変えた後、上記と同様の要領で脱塩することにより、塩素分を除去した溶液を得ることができる。

次に、本発明にかかる塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法を適用した上記処理システム１の動作について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、処理システム１による各溶液の処理工程については、水洗装置２からのろ液Ｆ１を添加装置５Ａ又は５Ｂで処理するルートＡと、水洗装置２からのろ液Ｆ２を脱塩処理装置４で脱塩後、添加装置５Ｃ又は５Ｄで処理するルートＢと、重金属回収装置３からの排水Ｄ１を添加装置５Ａ又は５Ｂで処理するルートＣと、重金属回収装置３からの排水Ｄ２を脱塩処理装置４で脱塩後、添加装置５Ｃ又は５Ｄで処理するルートＤによって処理する工程に分けられる。以下、各ルートＡ〜Ｄによって処理する工程について、図４〜図７を参照しながら説明する。

ルートＡの処理工程は、図４に示すように、水洗装置２からのろ液Ｆ１を添加装置５Ａを用いてセメント製造工程のセメント粉砕ミル、クリンカクーラーに添加するか、添加装置５Ｂを用いて排ガス処理工程のセメントキルン排ガス洗浄用水、クリンカクーラー排ガス洗浄用水として排ガスに添加する。

ろ液Ｆ１を添加装置５Ａを用いてセメント製造工程で使用するか、添加装置５Ｂを用いて排ガス処理工程で使用するかは、ろ液Ｆ１の塩素濃度を測定しながら決定する。すなわち、ろ液Ｆ１は、塩素分を含むため、添加装置５Ａを用いてセメント粉砕ミル、クリンカクーラーに添加する場合には、セメントの塩素濃度が３５０ｐｐｍを超えないようにする必要がある。そこで、セメント及びろ液Ｆ１の塩素濃度を測定しながら、上記許容限度を超えない量だけセメント製造工程で使用する。ろ液Ｆ１は、セメント粉砕ミル、クリンカクーラー内に散水して添加してもよく、クリンカクーラーから排出された後、搬送装置で搬送されるクリンカに添加したり、セメント粉砕ミルのミル前で、ミルに供給される供給物に添加してもよい。

一方、セメント製造工程で使用できなかったろ液Ｆ１、又はセメント製造工程で使用しなかったろ液Ｆ１については、添加装置５Ｂを用いて排ガス処理工程において排ガス洗浄用に使用することができる。この場合には、セメントキルンから排出される燃焼排ガス、クリンカクーラーから排出されるガスが通過するガスダクト等に噴霧する。セメントキルン排ガスには僅かなＳＯｘが含まれる場合もあるが、ろ液Ｆ１の噴霧によりこのＳＯｘをろ液Ｆ１中のアルカリ及びカルシウム分と反応させて冷却することで脱硫して完全に除去することができる。また、この際、ろ液Ｆ１を高温の燃焼排ガスに直接噴霧することで、ろ液Ｆ１に含まれる有機物を分解することもできる。さらに、今後、セメント製造工程での廃棄物処理量が増加するに伴い、セメントキルン排ガス中の微量の水銀を除去する必要が生じる可能性があるが、スクラバーやスプレー塔等の湿式洗浄装置により水銀含有ガスを洗浄する際に、ろ液Ｆ１のような塩素含有排水を導入すると、排ガス中の水銀が水への溶解度の大きい塩化水銀となることから、水銀の除去効率を高めることができる。

ルートＢの処理工程は、図５に示すように、水洗装置２からのろ液Ｆ２を脱塩処理装置４に導入し、塩素分を除いた後の溶液Ｓを添加装置５Ｃを用いてセメント製造工程のセメント原料ミル、セメントキルンのシェル冷却用、クリンカクーラー、セメント粉砕ミルに添加するか、添加装置５Ｄを用いて排ガス洗浄工程の排ガス冷却用水、調湿用水、脱硝用尿素の溶解水、セメントキルン排ガス洗浄用水、クリンカクーラー排ガス洗浄用水として添加する。

溶液Ｓは、脱塩処理装置４を経ているため塩素分を含まない。そのため、セメント原料ミル等に添加しても焼成工程で塩素分が揮発することもなく、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はならない。また、セメントキルンのシェル冷却用に用いてもシェルに悪影響を及ぼすこともない。

溶液Ｓは、セメント原料ミル内に散水して添加してもよく、セメント原料ミルのミル前で、ミルに供給される原料に添加してもよい。また、セメントキルンのシェル冷却用に用いる場合には、散水ノズルを用いてキルンシェルに直接噴霧する。クリンカクーラー、セメント粉砕ミルに添加する場合は、上述のろ液Ｆ１を添加する場合と同様である。

一方、溶液Ｓを添加装置５Ｄを用いて排ガス処理工程に使用することもできる。この場合には、セメントキルンから排出される燃焼排ガスを後段の装置の保護等のために排ガス冷却装置で急冷したり、後段の電気集塵機での集塵効率を高めるためにセメントキルン燃焼排ガスを調湿したり、セメントキルン燃焼排ガスのＮＯｘ含有率が高い場合に脱硝用に添加する尿素の溶解水としたり、上記ろ液Ｆ１の場合と同様に、セメントキルン燃焼排ガス、クリンカクーラーから排出されるガスが通過するガスダクト等に噴霧することもできる。

ルートＣの処理工程は、図６に示すように、重金属回収装置３からの排水Ｄ１を添加装置５Ａを用いてセメント製造工程のセメント粉砕ミル、クリンカクーラーに添加するか、添加装置５Ｂを用いて排ガス処理工程のセメントキルン排ガス洗浄用水、クリンカクーラー排ガス洗浄用水として排ガスに添加する。このルートＣの処理工程は、図４に示したルートＡの処理工程と同様であるため、説明を省略する。

ルートＤの処理工程は、図７に示すように、重金属回収装置３からの排水Ｄ２を脱塩処理装置４に導入し、塩素分を除いた後の溶液Ｓを添加装置５Ｃを用いてセメント製造工程のセメント原料ミル、セメントキルンのシェル冷却用、クリンカクーラー、セメント粉砕ミルに添加するか、添加装置５Ｄを用いて排ガス洗浄工程の排ガス冷却用水、調湿用水、セメントキルン排ガス洗浄用水、クリンカクーラー排ガス洗浄用水、脱硝用尿素の溶解水として添加する。このルートＤの処理工程は、図５に示したルートＢの処理工程と同様であるため、説明を省略する。

以上により、本発明では、セメント製造設備内で塩素含有物の処理時に発生した溶液のすべてを、セメント製造設備内で使用することができるため、排水処理を施す必要がなく、排水処理コストが不要となる。尚、セメント製造設備内で塩素含有物の処理時に発生した溶液のすべてを、セメント製造設備内で使用せず、その一部をセメント製造設備以外で使用してもよいことは勿論である。

また、上記実施の形態における塩素含有物の処理時に発生した溶液の各処理方法は、例示に過ぎず、従来と同様、塩素含有物を水洗した後固液分離して得られたろ液を塩素溶出用のスラリー化用水又は洗浄用水等として使用してもよい。

さらに、上記処理システム１で処理するろ液を発生させる水洗装置２、重金属回収装置３の構成についても、上記構成に限定されるものではなく、ベルトフィルター１２以外の装置を用いた水洗装置であってもよく、重金属回収装置３についても、薬液を用いて重金属を沈降分離させる方法等、浮選以外の方法で重金属を回収する装置であってもよい。

本発明にかかる塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法を適用した処理システムの一実施の形態を示すフローチャートである。 図１の処理システムで処理するろ液を発生させる水洗装置の一例を示すフローチャートである。 図１の処理システムで処理する排水を発生させる重金属回収装置の一例を示すフローチャートである。 図１の処理システムを用いた第１の処理方法を説明するためのフローチャーである。 図１の処理システムを用いた第２の処理方法を説明するためのフローチャートである。 図１の処理システムを用いた第３の処理方法を説明するためのフローチャーである。 図１の処理システムを用いた第４の処理方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 処理システム
２ 水洗装置
３ 重金属回収装置
４ 脱塩処理装置
５（５Ａ〜５Ｄ） 添加装置
１１ 溶解槽
１２ ベルトフィルター
１３ ろ液ピット
２１ 溶解槽
２２ 薬液反応槽
２６ 浮選機
２８ フィルタプレス
２９ 竪型固液分離器

Claims (13)

1. 塩素含有物に水を添加して該塩素含有物の塩素分を溶出させた後、固液分離して得られたろ液、もしくは、塩素含有物に水を添加した後、該塩素含有物中の重金属を分離して得られた排水、又は、前記ろ液及び前記排水であって、セメント製造設備内で発生したすべての前記ろ液、もしくは、すべての前記排水、又は、すべての前記ろ液及び前記排水を、該ろ液又は／及び該排水の塩素濃度、並びに該セメント製造設備で製造したセメントの塩素濃度を測定しながら、前記セメント製造設備のセメント製造工程又は／及び排ガス処理工程で使用することを特徴とする塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法。
2. 前記ろ液又は／及び前記排水を前記セメント製造工程のセメント粉砕ミル用水又は／及びクリンカクーラー用水として使用することを特徴とする請求項１に記載の塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法。
3. 前記ろ液又は／及び前記排水を前記排ガス処理工程のセメントキルン排ガス処理用水又は／及びクーラー排ガス処理用水として使用することを特徴とする請求項１に記載の塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法。
4. 前記排ガス処理工程における排ガスの処理方法が、排ガス洗浄式であることを特徴とす
   る請求項１又は３に記載の塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法。
5. 前記ろ液又は／及び前記排水から塩素分を除去して得られた溶液のすべてを該セメント製造設備内で使用することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法。
6. 前記溶液を前記セメント製造設備のセメント製造工程又は／及び排ガス処理工程で使用することを特徴とする請求項５に記載の塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法。
7. 前記溶液を前記セメント製造工程のセメント原料粉砕ミル用水、セメントキルンのシェル冷却用水、クリンカクーラー用水及びセメント粉砕ミル用水からなる群から選択される一以上の用途で使用することを特徴とする請求項６に記載の塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法。
8. 前記溶液を前記排ガス処理工程のセメントキルン排ガス処理用水又は／及びクーラー排ガス処理用水として使用することを特徴とする請求項６に記載の塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法。
9. 前記溶液を、前記セメントキルン又は／及びクーラー排ガス処理工程における、排ガス冷却用水、排ガス調湿用水、脱硝用尿素溶解用水、セメントキルン排ガス洗浄用水及びクーラー排ガス洗浄用水からなる群から選択される一以上の用途で使用することを特徴とする請求項８に記載の塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法。
10. 前記塩素含有物からの前記重金属の分離を、浮遊選鉱により行うことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法。
11. 前記排水は、前記塩素含有物から前記重金属を浮遊選鉱により分離して得られたフロス中の固形分を固液分離した後の溶液、又は／及び前記塩素含有物から前記重金属を浮遊選鉱により分離して得られたシンク中の固形分を固液分離した後の溶液であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法。
12. 前記塩素含有物は、焼却灰、エコセメント製造設備から発生するダスト、及びセメントキルン燃焼ガスの一部を抽気し、抽気した燃焼ガスに含まれるダストのうちの少なくとも一以上であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法。
13. 前記塩素含有物は、前記セメント製造設備内において、焼却灰又は／及びエコセメント製造設備から発生するダストに、塩素バイパスダストを混合して得られた混合物であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の塩素含有物の処理時に発生した溶液の処理方法。

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