JP6198617B2

JP6198617B2 - ごみ焼却灰のセメント原料化方法及び原料化装置

Info

Publication number: JP6198617B2
Application number: JP2014010261A
Authority: JP
Inventors: 慶展辰巳
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2034-01-23
Also published as: JP2014193798A

Description

本発明は、都市ごみ等を焼却した際に発生するごみ焼却灰（主灰）をセメント原料として資源化する方法及び装置に関する。

都市ごみ等を焼却した際に発生する焼却灰（以下、「ごみ焼却灰」という）は、従来、そのほとんどが最終処分場で埋め立て処理されていたが、最終処分場の枯渇の虞に鑑み、近年、セメント原料として有効利用されている。

ごみ焼却灰には、塩素が平均で１．２％程度存在し、この塩素がセメント品質の低下や、セメント製造装置の安定運転を妨げるため、セメント原料として利用するには、予め塩素を除去する必要がある。

そこで、例えば、特許文献１には、焼却灰に水を加えて焼却灰中の粒子を破砕しながら撹拌して焼却灰スラリーとする解砕工程と、その焼却灰スラリーを選別用篩に通して過大固形物を除去する異物除去工程と、選別用篩を通過した焼却灰スラリーを水切り用篩により脱水する脱水工程と、脱水工程を経た焼却灰をすすぎ洗浄するすすぎ洗浄工程とを有する焼却灰の洗浄方法等が記載されている。

また、主灰中には、可溶性塩の他に難溶性フリーデル氏塩も存在するため、主灰全量を粉砕した後、酸を用いてフリーデル氏塩を分解し、セメント原料として有効利用している（特許文献２参照）。

特開２０１２−１６６１７０号公報特開２００６−３２６４６２号公報

しかし、特許文献１に記載のようなセメント原料化方法では、解砕工程や、すすぎ洗浄工程で大量の水を消費するため、運転コスト及び設備コストが増大する。

また、特許文献２に記載のように、受け入れた主灰全量を粉砕した後、酸で処理するには、粉砕設備等の規模が大型化すると共にエネルギーコストも増大し、運転コスト及び設備コストが高騰するという問題があった。

そこで、本発明は、設備コスト及び運転コストを低く抑えながらごみ焼却灰をセメント原料化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、ごみ焼却灰のセメント原料化方法であって、ごみ焼却灰と水とを混合した焼却灰スラリーに酸性ガスを導入し、該酸性ガスの気泡流を利用して比重差分級を行い、該比重差分級によって分級された比重の小さい焼却灰スラリーを、粗粒子を含むスラリーと、微粒子を含むスラリーとに分級し、該分級した微粒子を含むスラリーを固液分離し、該固液分離によって得られたケーキをセメント原料として利用することを特徴とする。

本発明に係るセメント原料化方法によれば、受け入れたごみ焼却灰の全量を粉砕することなく、比重差分級や、分級処理を行うのと並行して、酸性ガスを導入して難溶性塩を分解するため、設備コストや運転コストを低く抑えながらごみ焼却灰をセメント原料化することができる。

上記セメント原料化方法において、前記焼却灰スラリーの固液比を１対１以上１対５以下に調整することができ、これにより、塩素分の含有率の高い微粒子を含むスラリー中の難溶性塩を効果的に分解することができる。

また、微粒子を含むスラリーに酸性ガス又は酸を導入することで、ごみ焼却灰に含まれる難溶性塩をより効果的に分解することができる。

上記セメント原料化方法において、前記酸性ガスとして、セメントキルンの排ガス又は／及び塩素バイパス設備の排ガスを利用することができ、セメント焼成工程からの排ガスを有効利用することができる。

さらに、前記微粒子の最大粒径を１ｍｍ以下に調整することができ、これにより、塩素分の含有率の高い微粒子を含むスラリー中の難溶性塩を効果的に分解することができる。

また、本発明は、セメント原料化装置であって、ごみ焼却灰と水とを混合して焼却灰スラリーを生成する反応槽と、該反応槽に酸性ガスを導入する酸性ガス導入装置と、前記反応槽において、前記酸性ガスの気泡流を利用して比重差分級を行う比重差分級装置と、該比重差分級によって分級された比重の小さい焼却灰スラリーを、粗粒子を含むスラリーと、微粒子を含むスラリーとに分級する分級装置と、該分級した微粒子を含むスラリーを固液分離する固液分離装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、上記発明と同様に、比重差分級や分級処理を行うのと並行して、酸性ガスを導入して難溶性塩を分解することで、設備コストや運転コストを低く抑えながらごみ焼却灰をセメント原料化することができる。

さらに、本発明は、セメント原料化装置であって、ごみ焼却灰と水とを混合して焼却灰スラリーを生成する第１反応槽と、該第１反応槽に酸性ガスを導入する第１酸性ガス導入装置と、前記第１反応槽において、前記酸性ガスの気泡流を利用して比重差分級を行う比重差分級装置と、該比重差分級によって分級された比重の小さい焼却灰スラリーを、粗粒子を含むスラリーと、微粒子を含むスラリーとに分級する分級装置と、該微粒子を含むスラリーを貯留する第２反応槽と、該第２反応槽に酸性ガスを導入する第２酸性ガス導入装置と、前記第２反応槽からのスラリーを固液分離する固液分離装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、微粒子を含むスラリーを貯留する第２反応槽に酸性ガスを導入することにより、ごみ焼却灰に含まれる難溶性塩をさらに効果的に分解することができる。

以上のように、本発明によれば、設備コスト及び運転コストを低く抑えながらごみ焼却灰をセメント原料化することができる。

本発明にかかるセメント原料化装置の一実施の形態を示す全体構成図である。

次に、本発明に係るセメント原料化装置の一実施の形態について、図１を参照しながら説明する。尚、図１において破線の矢線は液体の流れを、一点鎖線の矢線は気体の流れを、実線の矢線は固体（スラリーを含む）の流れを各々示している。

図１は、本発明に係るセメント原料化装置の一実施の形態を示し、このセメント原料化装置１は、受け入れたごみ焼却灰（以下、「主灰」という）ＢＡを貯蔵する主灰タンク２と、主灰ＢＡと水Ｗ等とを混合して主灰スラリーＳを生成すると共に、酸性ガスＧ１を導入して比重差分級を行う第１反応槽３と、第１反応槽３からの比重の大きい主灰スラリーＳ１を脱水する水切り装置５と、第１反応槽３からの比重の小さい主灰スラリーＳ２を、粗粒子を含むスラリーＳ３と、微粒子を含むスラリーＳ４とに分級する分級装置６と、分級装置６からの微粒子を含むスラリーＳ４を酸性ガスＧ２と反応させる第２反応槽８と、第１反応槽３及び第２反応槽８に酸性ガスＧ１、Ｇ２を導入する酸性ガス導入装置４と、第２反応槽８からのスラリーＳ５を固液分離する固液分離装置９等で構成される。

第１反応槽３は、主灰ＢＡと水Ｗ、さらに固液分離装置９からのろ液Ｆ１及び排水Ｗ２とを混合して主灰スラリーＳを生成し、酸性ガスＧ１と反応させるために設けられ、その固液比は、１対１〜１対５であることが好ましい。また、この第１反応槽３は、酸性ガスＧ１の気泡流を利用して比重差分級を行う比重差分級装置としての機能も兼ね備え、粒径２ｍｍを超える粒子を含む比重の大きい主灰スラリーＳ１と、粒径２ｍｍ以下の粒子を含む比重の小さい主灰スラリーＳ２とに分離する。

酸性ガス導入装置４は、第１反応槽３及び第２反応槽８に酸性ガスＧ１、Ｇ２を導入するために設けられ、導入する酸性ガスとしては、ＣＯ₂を多く含むセメントキルンの排ガスやＳＯ₂を多く含む塩素バイパス設備の排ガスを利用することができる。

分級装置６は、第１反応槽３からの比重の小さい主灰スラリーＳ２を、粗粒子を含むスラリーＳ３と、微粒子を含むスラリーＳ４とに分級するために設けられ、０．７ｍｍを分級点とする篩を内蔵しており、エアブロー装置７からの空気を利用して分級及び水切りを行う。

次に、本発明に係るセメント原料化装置の動作について、図面を参照しながら説明する。

まず、第１反応槽３において、主灰ＢＡに水Ｗを混合してスラリー化させ、この主灰スラリーＳへ酸性ガス導入装置４から酸性ガスＧ１を導入し、主灰ＢＡに含まれるフリーデル氏塩を分解する。それと同時に、酸性ガスＧ１の気泡流を利用して、主灰スラリーＳの比重差分級を行う。

尚、フリーデル氏塩とは、化学式で表すと、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂・１０Ｈ₂Ｏであり、下記のように、アルミン酸三石灰（３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）が水和反応の際に塩化物イオンを取り込んで生成される塩である。
３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃＋ＣａＣｌ₂＋１０Ｈ₂Ｏ→３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂・１０Ｈ₂Ｏ

スラリーに酸性ガスＧ１としてセメントキルンの排ガスを吹き込むと、下式に示すように、フリーデル氏塩を分解することができる。
３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂・１０Ｈ₂Ｏ＋３ＣＯ₂→３ＣａＣＯ₃＋２Ａｌ（ＯＨ）₃＋ＣａＣｌ₂＋７Ｈ₂Ｏ

また、スラリーに酸性ガスＧ１として塩素バイパス設備の排ガスを吹き込むと、下式に示すように、フリーデル氏塩を分解することができる。
３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂・１０Ｈ₂Ｏ＋ＸＳＯ₄ ^2-→３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・３ＣａＳＯ₄・３２Ｈ₂Ｏ＋ＹＣｌ^-

この比重差分級により、主灰スラリーＳを粒径２ｍｍを超える粒子を含む比重の大きい主灰スラリーＳ１と、粒径２ｍｍ以下の粒子を含む比重の小さい主灰スラリーＳ２とに分離し、主灰スラリーＳ１を水切り装置５にて脱水し、脱水後のケークＣ１をセメント原料Ｒとしてセメント焼成装置１０の仮焼炉に投入する。また、脱水によって分離された水Ｗ４を第２反応槽８へ供給する。

一方、粒径２ｍｍ以下の粒子を含む比重の小さい主灰スラリーＳ２は、分級装置６へ導入され、エアブロー装置７からの空気を利用しながら分級及び水切りを行うことで、粒径０．７ｍｍを超える粗粒子を含むスラリーＳ３が篩上に残留し、粒径０．７ｍｍ以下の微粒子を含むスラリーＳ４は第２反応槽８に導かれる。分級された粗粒子を含むスラリーＳ３は、ある程度水分が取り除かれているため、そのまま水切り装置５からのケークＣ１と共にセメント原料Ｒとしてセメント焼成装置１０の仮焼炉に投入する。

次に、第２反応槽８において、微粒子を含むスラリーＳ４に対し、酸性ガス導入装置４から酸性ガスＧ２が導入され、スラリーＳ４に含まれるフリーデル氏塩をさらに分解する。微粒子を含むスラリーＳ４を酸性ガスＧ２との反応の対象とするのは、粒径の小さい粒子に塩素が多く含まれているからである。この際、第２反応槽８内のｐＨは４〜１０．５に調整する。

酸性ガスＧ２との反応を終えたスラリーＳ５は、固液分離装置９へ導入され、ケーク洗浄水（新規水）Ｗ１によって洗浄された後、又は洗浄されながら脱水される。脱水後のケークＣ２は、セメント原料Ｒとしてセメント焼成装置１０の仮焼炉に投入する。また、固液分離装置９の排水Ｗ３は、排水処理後放流し、一部の排水Ｗ２を第１反応槽３へ戻して循環使用する。また、固液分離装置９で分離されたろ液Ｆ１も第１反応槽３へ戻して再使用することができる。この際、ろ液Ｆ１の電気伝導度を測定してろ液Ｆ１の塩素濃度を管理しながら、上記排水Ｗ２の循環量を決定することが好ましい。

尚、上記実施の形態においては、第１反応槽３で主灰ＢＡと水Ｗ等で主灰スラリーＳを生成し、第１反応槽３で酸性ガスＧ１の気泡流を利用して比重差分級も行ったが、主灰ＢＡのスラリー化と、酸性ガスＧ１の気泡流を利用した比重差分級装置とを別々の装置で行うこともできる。

さらに、第２反応槽８においても酸性ガス導入装置４からの酸性ガスＧ２を導入して難溶性塩を分解したが、受け入れた主灰ＢＡの塩素含有率及び第１反応槽３でのフリーデル氏塩の分解状況によっては、必ずしも第２反応槽８に酸性ガスＧ２を導入して難溶性塩を分解する必要はなく、分級装置６からのスラリーＳ４をそのまま固液分離装置９に導入して固液分離することもできる。

また、第１反応槽３の比重差分級での分級点を２ｍｍ、分級装置６の分級点を０．７ｍｍとしたが、セメント原料化装置１の運転状況等に応じてこれらの分級点を適宜変更することができる。但し、分級装置６の分級点は、効果的に塩素除去を行うため、１ｍｍ以下であることが好ましい。

また、粗粒子を含むスラリーＳ３等をセメント焼成装置１０の仮焼炉に投入する以外に、調合原料として利用することもできる。

さらに、第２反応槽８に酸性ガスＧ２を導入せずに、硫酸、硝酸、酢酸、ギ酸等の酸を添加してもよい。

また、第２反応槽８に酸性ガスＧや酸だけでなく、Ｏ₃等の酸化性ガスを導入し、ＣＯＤを低下させて後段の排水処理の負荷を軽減することもできる。第２反応槽８に酸化性ガスを導入せずに、槽を多段化し、酸性ガスＧや酸化性ガスを別々に導入することもできる。

さらにまた、１台の酸性ガス導入装置４から第１反応槽３と第２反応槽８とに酸性ガスＧ１、Ｇ２を導入したが、第１反応槽３と第２反応槽８の各々に別々の酸性ガス導入装置から酸性ガスを導入することももちろん可能である。

１セメント原料化装置
２主灰タンク
３第１反応槽
４酸性ガス導入装置
５水切り装置
６分級装置
７エアブロー装置
８第２反応槽
９固液分離装置
１０セメント焼成装置

Claims

ごみ焼却灰と水とを混合した焼却灰スラリーに酸性ガスを導入し、該酸性ガスの気泡流を利用して比重差分級を行い、
該比重差分級によって分級された比重の小さい焼却灰スラリーを、粗粒子を含むスラリーと、微粒子を含むスラリーとに分級し、
該分級した微粒子を含むスラリーを固液分離し、
該固液分離によって得られたケーキをセメント原料として利用することを特徴とするごみ焼却灰のセメント原料化方法。
前記焼却灰スラリーの固液比を１対１以上１対５以下に調整することを特徴とする請求項１に記載のごみ焼却灰のセメント原料化方法。
前記微粒子を含むスラリーに酸性ガス又は酸を導入することを特徴とする請求項１又は２に記載のごみ焼却灰のセメント原料化方法。
前記酸性ガスとして、セメントキルンの排ガス又は／及び塩素バイパス設備の排ガスを利用することを特徴とする請求項１、２又は３に記載のごみ焼却灰のセメント原料化方法。
前記微粒子の最大粒径を１ｍｍ以下に調整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ごみ焼却灰のセメント原料化方法。
ごみ焼却灰と水とを混合して焼却灰スラリーを生成する反応槽と、
該反応槽に酸性ガスを導入する酸性ガス導入装置と、
前記反応槽において、前記酸性ガスの気泡流を利用して比重差分級を行う比重差分級装置と、
該比重差分級によって分級された比重の小さい焼却灰スラリーを、粗粒子を含むスラリーと、微粒子を含むスラリーとに分級する分級装置と、
該分級した微粒子を含むスラリーを固液分離する固液分離装置とを備えることを特徴とするごみ焼却灰のセメント原料化装置。
ごみ焼却灰と水とを混合して焼却灰スラリーを生成する第１反応槽と、
該第１反応槽に酸性ガスを導入する第１酸性ガス導入装置と、
前記第１反応槽において、前記酸性ガスの気泡流を利用して比重差分級を行う比重差分級装置と、
該比重差分級によって分級された比重の小さい焼却灰スラリーを、粗粒子を含むスラリーと、微粒子を含むスラリーとに分級する分級装置と、
該微粒子を含むスラリーを貯留する第２反応槽と、
該第２反応槽に酸性ガスを導入する第２酸性ガス導入装置と、
前記第２反応槽からのスラリーを固液分離する固液分離装置とを備えることを特徴とするごみ焼却灰のセメント原料化装置。