JP6198651B2 - 焼却灰のセメント原料化方法及び原料化装置 - Google Patents

Description

本発明は、都市ごみ等を焼却した際に発生する焼却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（主灰、飛灰、混合灰等、以下「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。

しかし、焼却灰には塩素が含まれ、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。尚、塩素濃度や塩素の存在形態は焼却灰によって異なる。

そこで、焼却灰に水を加えて焼却灰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いに通して過大固形物を除去する脱水・すすぎ工程を有する洗浄方法（特許文献１参照）や、受け入れた焼却灰全量を粉砕し、酸を用いてフリーデル氏塩を分解・洗浄する方法（特許文献２参照）等が提案されている。

特開２０１２−１６６１７０号公報 特開１９９９−３１９７６９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、焼却灰中にフリーデル氏塩のような難溶性塩が多量に含まれている場合には、洗浄による脱塩効果が低下するという問題がある。

また、特許文献２に記載のように、焼却灰の全量を粉砕した後、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、エネルギーコストが高騰するという問題がある。

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、設備コスト及び運転コストを低く抑えながら効率よく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、焼却灰のセメント原料化方法であって、焼却灰に酸性ガスを通気し、該酸性ガスを通気した焼却灰に水を添加して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、該分級によって得られた微粒子を含むスラリーに酸性ガス又は酸を添加し、該酸性ガス又は酸を添加した後の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、焼却灰を水洗する前に、焼却灰に酸性ガスを通気することで焼却灰に含まれる難溶性塩を分解（可溶化）するため、焼却灰中に難溶性塩が多量に含まれている場合でも効率よく脱塩することができる。また、受け入れた焼却灰の全量を粉砕したり、解砕や表面研削を行わないため、微粒子が増加せず、水洗水量を少なく抑えることができ、水洗比や重金属類の処理のための薬剤の量も低減することができ、設備コストや運転コストを低く抑えながら効率よく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、前記焼却灰に通気する酸性ガス又は／及び前記微粒子を含むスラリーに添加する酸性ガスとして、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。これに加え、セメントキルンの排ガスからＣＯ_２を、塩素バイパス排ガスからＳＯ_２を除去することができる。

また、前記分級によって得られる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。

さらに、前記酸性ガスを通気した焼却灰１重量部に対して０．１重量部以上５．０重量部以下の量の水を用いて分級することができ、焼却灰を効率よく分級することができる。

また、前記酸性ガス又は酸を添加したスラリーのｐＨを４以上１２以下に調整することで、後段の排水工程を簡略化することができる。

さらにまた、本発明は、焼却灰のセメント原料化装置であって、焼却灰に酸性ガスを通気する乾式反応槽と、該乾式反応槽で酸性ガスを通気した焼却灰に水を添加してスラリー化させるスラリー化装置と、該スラリー化装置により生成された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湿式分級装置と、該湿式分級装置で分級した微粒子を含むスラリーに酸性ガス又は酸を添加する湿式反応槽と、該湿式反応槽から排出され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、焼却灰中に難溶性塩が多量に含まれている場合でも効率よく脱塩することができ、水洗水量を少なく抑えることで、設備コストや運転コストを低く抑えながら効率よく焼却灰をセメント原料化することができる。

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、実線の矢線は固体（スラリーを含む）の流れを、一点鎖線の矢線は液体の流れを、破線の矢線は気体の流れを各々示している。尚、以下の説明では、主灰を処理する場合を例にとって説明する。

図１に示すように、このセメント原料化装置１は、受け入れた主灰Ａ１に酸性ガスＧ１を通気するための乾式反応槽２と、乾式反応槽２から排出された主灰Ａ２に水（Ｗ１、第１固液分離装置５からのろ液Ｆ１、第２固液分離装置７からのろ液Ｆ２、洗浄後の洗浄水Ｗ４等）を添加してスラリー化させるスラリー化装置３と、スラリー化装置３から排出されたスラリーＳ１に水（Ｗ２、第１固液分離装置からのろ液Ｆ１、洗浄後の洗浄水Ｗ４等）を添加して粗粒子を含むスラリー（以下「粗粒子スラリー」という。）Ｓ２と、微粒子を含むスラリー（以下「微粒子スラリー」という。）Ｓ３とに分級する湿式分級装置４と、湿式分級装置４で分級された粗粒子スラリーＳ２を脱水する第１固液分離装置５と、微粒子スラリーＳ３を酸性ガスＧ２と反応させる湿式反応槽６と、湿式反応槽６から排出された微粒子を含むスラリーＳ４を脱水する第２固液分離装置７等で構成され、第１固液分離装置５及び第２固液分離装置７からのケーキＣ１、Ｃ２をセメントキルン８でセメント原料として利用する。

乾式反応槽２は、カラム又はサイロ等であって、主灰Ａ１を受け入れて酸性ガスＧ１を通気するために設けられる。酸性ガスＧ１としては、ＣＯ_２を多く含むセメントキルンの排ガスや、ＳＯ_２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。

スラリー化装置３は、主灰Ａ２に水（Ｗ１、第１固液分離装置５からのろ液Ｆ１、第２固液分離装置７からのろ液Ｆ２、洗浄後の洗浄水Ｗ４等）を添加して解泥しながらスラリーＳ１を生成する。解泥を行うのは、主灰Ａ２が水分等によって凝集している場合、そのままでは分級が困難であるためである。

湿式分級装置４は、振動篩又はトロンメル等であって、乾式反応槽２からの主灰Ａ２又はスラリー化装置３から生成されたスラリーＳ１に水（Ｗ２、第１固液分離装置からのろ液Ｆ１、洗浄後の洗浄水Ｗ４等）を添加し、粗粒子スラリーＳ２と、微粒子スラリーＳ３とに分級するために設けられ、最小粒子径が０．５ｍｍ〜１ｍｍの粗粒子スラリーＳ２と、最大粒子径が０．５ｍｍ〜１ｍｍの微粒子スラリーＳ３とに分ける。

第１固液分離装置５は、通風乾燥機、真空脱水機、加圧式脱水機等であって、粗粒子スラリーＳ２をケーキＣ１と、ろ液Ｆ１とに分離する。

湿式反応槽６は、バッチ式や連続式の曝気槽等であって、微粒子スラリーＳ３を乾式反応槽２から排出された酸性ガスＧ２と反応させるために設けられる。尚、この湿式反応槽６にＣＯ_２を多く含むセメントキルンの排ガスやＳＯ_２を多く含む塩素バイパス設備の排ガスを導入し、湿式反応槽６からの排ガスＧ４を乾式反応槽２に供給したり、乾式反応槽２及び湿式反応槽６の各々にセメントキルン等の排ガスを供給してもよい。さらに、乾式反応槽２や湿式反応槽６に供給したセメントキルン排ガス等を乾式反応槽２や湿式反応槽６において循環させることで、酸性ガスＧ２と主灰Ａ２や微粒子スラリーＳ３との反応効率が上昇するため好ましい。

第２固液分離装置７は、フィルタープレス、ベルトフィルター等であって、湿式反応槽６から排出された微粒子スラリーＳ４にケーキ洗浄水（新規水）Ｗ３を添加し、洗浄しながら固液分離するために備えられ、微粒子スラリーＳ４をケーキＣ２とろ液Ｆ２とに分離する。

次に、上記構成を有するセメント原料化装置１の動作について、図面を参照しながら説明する。

金属、ガラ等を除去した後の主灰Ａ１を乾式反応槽２に供給し、主灰Ａ１に酸性ガスＧ１を通気し、主灰Ａ１に含まれる難溶性のフリーデル氏塩を分解（可溶化）する。乾式反応槽２から排出された排ガスの一部Ｇ２は湿式反応槽６に送られ、その他の排ガスＧ３は排気処理される。

尚、フリーデル氏塩とは、化学式で表すと、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２・１０Ｈ_２Ｏであり、下記のように、アルミン酸三石灰（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３）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・Ａｌ_２Ｏ_３＋ＣａＣｌ_２＋１０Ｈ_２Ｏ→３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２・１０Ｈ_２Ｏ
主灰Ａ１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・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２・１０Ｈ_２Ｏ＋３ＣＯ_２→３ＣａＣＯ_３＋２Ａｌ（ＯＨ）_３＋ＣａＣｌ_２＋７Ｈ_２Ｏ
また、主灰Ａ１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・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２・１０Ｈ_２Ｏ＋ＸＳＯ_４ ^２−→３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏ＋ＹＣｌ⁻
次に、スラリー化装置３において、乾式反応槽２からの主灰（Ａ２）１重量部に対して０．１重量部〜５．０重量部の量の水（Ｗ１、第１固液分離装置５からのろ液Ｆ１、第２固液分離装置７からのろ液Ｆ２、洗浄後の洗浄水Ｗ４等）を添加し、スラリー化しスラリーＳ１を生成する。湿式分級装置４において該スラリーＳ１を粗粒子スラリーＳ２と、微粒子スラリーＳ３とに分ける。粗粒子スラリーＳ２は、第１固液分離装置５で脱水後、ケーキＣ１としてセメント原料としてセメントキルン８に投入する。第１固液分離装置５からのろ液Ｆ１は湿式分級装置４及び／又は、スラリー化装置３で循環利用される。

微粒子スラリーＳ３を湿式反応槽６に供給して酸性ガスＧ２と反応させ、微粒子スラリーＳ３に残留するフリーデル氏塩を分解する。フリーデル氏塩の分解は、上述の主灰Ａ１に酸性ガスＧ１を通気した場合と同様に行われる。微粒子スラリーＳ３を対象とするのは、粒径の小さい粒子に塩素分が多く含まれているからである。ここで、微粒子スラリーＳ３のｐＨを４〜１２、好ましくはｐＨを５〜１０、より好ましくはｐＨを６〜８に調整する。微粒子スラリーＳ３のｐＨを中性域に調整することで後段の排水工程を簡略化することができる。湿式反応槽６の排ガスＧ４は排気処理される。

酸性ガスＧ２との反応を終えたスラリーＳ４は、第２固液分離装置７へ導入され、ケーキ洗浄水（新規水）Ｗ３によって洗浄された後、又は洗浄されながら脱水される。固液分離後のケーキＣ２は、セメント原料としてセメントキルン８に投入する。また、第２固液分離装置７のろ液Ｆ２は排水処理後放流する。この際、ろ液Ｆ２は一部をスラリー化装置３に戻して再使用することができる。この際、ろ液Ｆ２の循環量はろ液Ｆ２の電気伝導度を測定してろ液Ｆ２の循環量を管理しながらろ液Ｆ２の循環量を決定することが望ましい。また、洗浄後の洗浄水Ｗ４は、湿式分級装置４及び／又はスラリー化装置３で利用される。

尚、湿式反応槽６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、湿式反応槽６に酸性ガスＧ２や酸だけでなく、Ｏ_３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。湿式反応槽６の槽を多段化し、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、ケーキＣ１、Ｃ２をセメント原料としてセメントキルン８へ投入したが、仮焼炉に投入したり、調合原料として利用することもできる。

以下において本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの実施例により制限されるものではない。

金属、ガラ等を除去した後の主灰１００ｇに対し、ＣＯ₂ガスを所定量通気させた後、所定量の水と混合してスラリー化した。該スラリーを目開き０．７１ｍｍの篩いを用いて湿式にて粗粒子スラリーと微粒子スラリーに分級した。該粗粒子スラリーは、固液分離を行い得られた粗粒子ケーキを水により洗浄した。該微粒子スラリーは、所定ｐＨになるようにＣＯ₂ガスを通気させた後、固液分離を行い得られた微粒子ケーキを水により洗浄した。該主灰及び洗浄後の該粗粒子ケーキ及び微粒子ケーキの全塩素量をＪＩＳ Ａ １１５４に準じて測定し、脱塩率（％）＝１００−（洗浄後の該粗粒子ケーキ全塩素量＋洗浄後の該微粒子ケーキ全塩素量）／該主灰全塩素量×１００を算出した。これらの結果を表１に示す。

表１に示すように、該主灰にＣＯ₂ガスを通気させた後、該主灰と水を混合しスラリー化させ、分級後の微粒子スラリーを所定のｐＨで調製することにより（実施例１及び２）、該主灰にＣＯ₂ガスを通気せずに、所定のｐＨで調製した場合と比較し（比較例１及び２）、脱塩率が向上していることがわかる。

１ セメント原料化装置
２ 乾式反応槽
３ スラリー化装置
４ 湿式分級装置
５ 第１固液分離装置
６ 湿式反応槽
７ 第２固液分離装置
８ セメントキルン

Claims (6)

1. 焼却灰に酸性ガスを通気し、
   該酸性ガスを通気した焼却灰に水を添加して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、
   該分級によって得られた微粒子を含むスラリーに酸性ガス又は酸を添加し、
   該酸性ガス又は酸を添加した後の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焼却灰のセメント原料化方法。
2. 前記焼却灰に通気する酸性ガス又は／及び前記微粒子を含むスラリーに添加する酸性ガスとして、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に記載の焼却灰のセメント原料化方法。
3. 前記分級によって得られる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又は２に記載の焼却灰のセメント原料化方法。
4. 前記酸性ガスを通気した焼却灰１重量部に対して０．１重量部以上５．０重量部以下の量の水を用いて分級することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の焼却灰のセメント原料化方法。
5. 前記酸性ガス又は酸を添加したスラリーのｐＨを４以上１２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焼却灰のセメント原料化方法。
6. 焼却灰に酸性ガスを通気する乾式反応槽と、
   該乾式反応槽で酸性ガスを通気した焼却灰に水を添加してスラリー化させるスラリー化装置と、
   該スラリー化装置により生成された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湿式分級装置と、
   該湿式分級装置で分級した微粒子を含むスラリーに酸性ガス又は酸を添加する湿式反応槽と、
   該湿式反応槽から排出され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焼却灰のセメント原料化装置。

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