JP6332857B2

JP6332857B2 - 廃棄物の処理方法

Info

Publication number: JP6332857B2
Application number: JP2014144855A
Authority: JP
Inventors: 征司小林; 隆宏梅本; 一彦大井; 高郁山本
Original assignee: Invairowansystem Inc.; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Invairowansystem Inc.; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2034-07-15
Also published as: JP2016019947A

Description

本発明は、重金属を含む廃棄物の処理方法に関する。

近年、一般廃棄物や産業廃棄物等を燃焼、ガス化又は溶融により熱分解する廃棄物の処理炉が多数利用されている。しかし、これらの処理炉は、廃棄物の種類によっては処理に伴って発生する排ガスが通過するダクトの内壁に飛灰ダストが付着および堆積し、ダクトの閉塞を招く虞がある。例えば、橋梁の塗り替え時に発生する廃塗料（塗膜くず）は多量の鉛を含んでおり、ＰＣＢを含むときもある。このような廃棄物やその熱分解物に低融点物質（例えば二酸化鉛の融点は２９０℃である）が多量に含まれていると、これらが炉内で蒸発し、蒸発した一部が冷却されダクトの内壁面に付着し、その後成長してダクトを閉塞するという問題がある。このような場合、処理炉の運転停止を余儀なくされ、長期間にわたって安定した操業を行なうことができなくなる。

このような問題に対して、ダクトの閉塞を防止するための技術として、水やミスト等の冷媒をダクト内部へ吹き込むことにより排ガス中の低沸点ガス状物質を冷却固化し、ダクトへの付着を防止すること（例えば、特許文献１〜４を参照）や、ダクトへの付着物を機械的方法によって掻き取ること（例えば、特許文献５）が提案されている。

しかしながら、ダクトの内部へ冷媒を吹きこむ方法では、廃棄物の種類や冷媒の吹き込み位置によっては十分な閉塞抑制効果が得られないことがある。例えば、ダクト内に冷媒を吹き込んでも、ダクトの入り口の近傍では排ガス温度が高い状態であるため、排ガス中の低沸点物質がダクトの入り口の近傍に付着し、最終的にはダクトを閉塞する虞がある。同様に、ダクト内部にミストを吹きこむ方法では、吹き込むミストの広がり角度をダクトの内径に対して適正に設定しないと、ミスト等の冷媒がダクトの内壁に衝突、付着して未蒸発水となり、炉の下流に設置されたガス冷却装置の制御が難しくなる可能性がある。

一方、ダクトの内壁に低沸点ガス性物質（金属ヒューム）が付着してダクトが閉塞した場合には、機械的な除去手段を用いてこれを除去する。たとえば、特許文献５には、ダクトの内部に挿入される掻き取り羽根を有する駆動軸と、この駆動軸を回転させかつその軸方向に往復運動させる駆動手段とを備えるダクト清掃装置が開示されている。

この方法では、駆動軸は回転しながら往復運動するため、炉内で発生したガスのガスシール部からのリークや外部空気のダクト内への吸い込みを生じる虞がある。特に、操業に伴ってＣＯガスを発生させる炉では、外部へのＣＯガス漏れ等の危険性がある。また、ＣＯガスをエネルギーとして再利用しようとする場合には、外部空気を吸い込むことは得られるガスのエネルギー低下につながる。また、この方法では、更に、駆動軸の中心軸付近に駆動軸冷却用の空気を流しているが、ダクトの内部が高温である場合には駆動軸の外表面が熱的損傷を受けることが考えられる。特に、ダクトの内部が著しく閉塞している場合には、駆動軸への負荷を大きくせざるを得なくなり、これにより、閉塞物の除去に要する時間が長時間化し、熱的損傷はさらに大きくなり、装置の損傷やガスのリークがいずれも著しくなる

これだけでなく、通常の焼却炉を用いる場合、燃焼行程にて燃焼用空気を使用しての燃焼を行うが、飛灰の付着防止を考えて、飛灰ダストの重金属濃度が低くなるよう、廃棄物の量などの運転調整を行なって付着閉塞防止を行なっている。しかしながら、酸化雰囲気にあるため、飛灰ダスト中の重金属の溶出が発生し、この溶出防止のため助剤量を増量する必要があるという問題がある。

また、上述のように、付着閉塞を防止するため、飛灰ダストの重金属含有濃を低くせざるを得ないので、捕集される飛灰ダスト中の重金属濃度が低く、再生金属リサイクルに向かず、埋め立て処分せざるを得ないという問題がある。

特開２００１‐０３３０２７号公報特開２００２‐３４９８４１号公報特開平７‐１９７０４６号公報特開平８‐２１９４３６号公報特開２００２‐１６８４３３号公報

本発明の目的は、重金属を含む廃棄物の処理を商業的規模で長期的に安定して実現し、重金属の効率的なリサイクルを可能にするための廃棄物の処理方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の廃棄物の処理方法は、重金属を含む廃棄物を熱分解処理する方法であって、前記廃棄物がＰＣＢを含む鉛入り廃塗料であり、熱分解炉に前記廃棄物とコークスまたは炭からなる助燃剤とを供給し、かつ燃焼用空気を遮断して酸欠状態を維持することで、塩素または塩素化合物の存在下、かつ還元雰囲気下で燃焼、ガス化、溶融から選ばれる少なくとも１つの処理を行い、前記重金属の塩化物を生成し、この重金属の塩化物を酸素源が無い状態で冷却することで前記熱分解炉における熱分解工程から集塵装置における除塵工程までの処理工程を還元雰囲気下で行い、前記重金属の塩化物を前記集塵装置にて捕捉することを特徴とする。

本発明の廃棄物の処理方法では、還元雰囲気の熱分解炉において、塩素または塩素化合物を共存させて、重金属を含む廃棄物を熱分解するので、重金属（例えば鉛）は塩化物（例えば二塩化鉛）の安定した形にて固定され、かつ熱分解工程から除塵工程までの工程が還元雰囲気で行われるので、重金属の酸化物が生成することなく、飛灰ダストとして回収される。そして、この飛灰ダスト中に含まれる重金属の塩化物は融点が高いためダクト内に付着することがなく、ダクトの閉塞を防止でき、長期の安定運転が可能となる。更に、この飛灰ダストは、従来よりも重金属の混入濃度が高くなるので、精錬工場に送られ、金属リサイクル材として再製品化して有効利用することが可能になる。

前記重金属を含む廃棄物がＰＣＢを含む鉛入り廃塗料であるので、生成した塩化水素と重金属を還元雰囲気下で反応させて重金属の塩化物を得ることができる。これにより熱分解炉に供給する塩素および塩素化合物の量を削減またはなくすことができる。

上記のように重金属は鉛である。鉛を含む廃棄物を本発明の方法で処理することにより、得られる効果をより大きくすることができる。このような廃棄物として廃塗料を挙げることができ、更にＰＣＢを含む廃塗料をも処理することができる。

本発明においては、廃棄物中の重金属濃度に制限はなく、１００重量％まで処理することができる。また廃棄物を焼却処理した灰ではなく廃棄物自体を処理対象とすることができる。

本発明においては、除塵工程で補足した重金属の塩化物は、重金属の含有率が高いので、金属リサイクルに再利用することができる。

本発明の廃棄物の処理方法の実施形態を例示する飛灰ダストを回収するためのシステムフロー（排熱回収ボイラ設備無し）を示す説明図である。実施の別の実施形態からなる廃棄物の処理方法による飛灰ダストを回収するためのシステムフロー（排熱回収ボイラ設備有り）を示す説明図である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の処理方法で使用する廃棄物処理システムは、熱分解炉１、ガス冷却装置７および除塵装置１１からなる。熱分解炉１に投入された重金属を含む廃棄物２は、燃焼、ガス化、溶融から選ばれる少なくとも１つで処理され、溶融スラグ３、溶融金属４、排ガス５が生成する。このとき廃棄物２に含まれる有機物がガス化して燃料として使用可能な高カロリーガスが生成し、熱分解帯の形成が促進される。廃棄物２中の灰分および有価金属は溶融スラグ３および溶融金属４に転換され、熱分解炉１の外に取出される。

熱分解炉１は、廃棄物およびコークスを供給し、酸素の供給量を酸欠状態になるように調節することなどにより、還元雰囲気に保持されている。この還元雰囲気ゾーンを通って炉内８５０℃以上でガス化した蒸発金属類は炉出口からダクト６を通って、ガス冷却装置７に移り、ノズル８から供給されるミスト９により冷却される。冷却して固化した飛灰ダスト１２は、ガス冷却装置７から取り出され、金属リサイクル材向けに移送される。一方、冷却された排ガスは、ダクト１０を通って除塵装置１１に移送され、微細な飛灰ダスト１２が捕集される。除塵装置を出た排ガスはハロゲン回収装置１４に導かれ、排気１５処理される。

尚、本発明において廃棄物２とは、高濃度の重金属を含む一般廃棄物や産業廃棄物等の廃棄物である。具体的には、廃塗料（塗膜くず）、廃棄された自動車や家電製品のシュレッダーダスト、ＰＣＢ汚染物、生ごみに代表される都市ごみ、さらにはプラスチック屑や鉄屑、焼却灰、土砂を含む掘り起こしゴミ、汚泥、スラッジ、製鉄ダスト、医療系廃棄物さらには廃材木をも意味する。重金属としては、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｒ等が例示され、なかでもＰｂを含む廃棄物をより効率的に処理することができる。廃棄物中の重金属濃度としては、特に制限されるものではないが、飛灰の工業的価値から、例えば亜鉛の含有率を３５％以上とすると有価物となり、５５重量％以上にすることにより、大きく工業的価値が高まり、従来の処理方法では得られない効果を奏することができる。また重金属を含む廃棄物は、重金属と共に塩素を含んでいてもよい。例えば、鉛およびＰＣＢを含む塗膜くずなどのような廃棄物でもよい。なお、ＰＣＢは、熱分解炉１内の好ましくは８００〜１６００℃の還元雰囲気の熱分解帯で、炭化水素と塩素に熱分解し、水素と反応し塩化水素になる。

本発明では、熱分解炉１内にて、還元雰囲気下で重金属に塩素を反応させ塩化物にして安定化させる。熱分解炉１への塩素の供給は、重金属を含む廃棄物が塩素を含むほか、塩素または塩素化合物を供給してもよいし、塩素を含む他の廃棄物を供給してもよい。また重金属を含む廃棄物中および他の廃棄物中の塩素が、廃棄物中の重金属に対して不足する場合は、塩素または塩素化合物を補助的に加えることもできる。これら塩素化合物や他の廃棄物に含まれる塩素は、熱分解炉１内で塩化水素ガス等になり、重金属と反応して重金属の塩化物を生成する。塩素および塩化水素の余剰分はガス冷却装置７の後段に設置された除塵設備１１に消石灰等の助剤を吹き込むことにより、排ガスから分離除去される。

このとき、重金属（例えばＰｂ）と塩素（Ｃｌ）とは、以下の反応を経て、二塩化鉛（ＰｂＣｌ₂）の形にて安定化する。まず、廃棄物中の重金属（例えば塗膜くずに含まれるＰｂＳ）はいったん燃焼により酸化鉛になる（例えば、２ＰｂＳ＋３Ｏ₂→２ＰｂＯ＋２ＳＯ₂）。この酸化反応後に、コークスなどが存在した還元雰囲気にてＣ、ＣＯの作用によりＰｂからＯが分離される（例えば、ＰｂＯ＋Ｃ→Ｐｂ＋ＣＯ，ＰｂＯ＋ＣＯ→Ｐｂ＋ＣＯ₂）。さらに、廃棄物中のＣｌ、又は追加して加えたＣｌにより塩化反応を促進させてＰｂを安定化したＰｂＣｌ₂の形にする（例えば、Ｐｂ＋ＨＣｌ→ＰｂＣｌ₂＋２Ｈ）。

従来の酸化雰囲気下の炉では、廃棄物中のＰｂは、塩素と反応することなく、単なる酸化物（例えばＰｂＯ₂）を生成する。このため、ＰｂＯ₂の融点が２９０℃と低く、ダクト内への付着や溶出が発生していた。これに対し、本発明の方法では安定したＰｂＣｌ₂が得られ、その融点は５０１℃（酸化物ＰｂＯ₂との差が約２００℃）と極めて高いため、ダクト内への付着や、溶出を防止することができる。

通常の炉内は酸素雰囲気の酸化炉であるため重金属（たとえばＰｂ）はいったんＰｂＯの酸化物になり、その後、Ｐｂ含有酸化物（ＰｂＯ₂）となる。このＰｂ含有酸化物は融点が低く付着性がありダクトの閉塞が懸念される。さらに他の重金属の酸化物は、水に解けやすく、埋め立て基準をパスすることが困難な場合が多く、溶出防止剤との混練および増量など工夫を凝らす必要があった。これに対して、本発明の炉は還元雰囲気の炉であり、集塵装置までも還元雰囲気にしている。更に上述のように塩素を鉛と共存させる。このため、鉛は塩化物（たとえばＰｂＣl₂）の安定した形にて固定され、ダクトに付着することなく飛灰ダストとして回収される。更に、この飛灰ダストには鉛の混入濃度が高く、金属リサイクル材として有効利用される。

上述のように、本発明の処理方法は、重金属（たとえばＰｂ）を還元雰囲気に置き、さらに塩素との共存雰囲気にすることが必要である。重金属（例えばＰｂ）を還元雰囲気に置く方法としては、例えば、炉内で廃棄物の助燃材としてコークス、炭を使用し、燃焼用空気を遮断し、炉内を高温（例えば、２３００℃）で酸欠状態に維持する、いわゆる還元炉にて還元反応を維持することができる。また、ガス冷却装置７でのミストスプレーに使用する気体として例えばＮ₂を用いることで酸素源が無い状態にし、ガス冷却装置７から集塵装置１１（バグフィルター）までを還元雰囲気に維持することが出来る。

熱分解炉１において、塩素との共存雰囲気を構成する方法としては、廃棄物に塩素が含まれているとき、熱分解により生成した塩化水素を利用することもできる。また、廃棄物中の重金属の量により、塩素の当量を調整し、当量比で重金属：塩素＝１：１の関係を維持すれば理想であるが、現実的には廃棄物中の重金属量は推定でしかないので、塩素材（塩素、塩素化号物、塩素含有廃棄物）を過剰に投入し、重金属とのハロゲン反応後、除塵装置により反応物を取り除いた後に、ハロゲン回収装置にて余剰分の塩化水素を回収する方法を採用することもできる。

本発明の処理方法は、図１に示すシステムフローに限定されず、例えば、図２に例示するシステムフローを用いることも可能である。図２の例では、図１の実施形態に加えて、熱分解炉１とガス冷却装置７の間に廃熱ボイラ１６を設置したものである。尚、ガス冷却装置７以降の構成は、図１の実施形態と同一である。この例では、廃熱ボイラ１６によって排ガス５中の廃熱を回収蒸気１８として回収して利用することが可能である。

従来の廃棄物の処理方法では、塗膜くずなどのＰｂ高含有廃棄物を処理するとき、酸化雰囲気のため鉛が酸化物（二酸化鉛）になる。二酸化鉛は、融点が低いため液状の飛灰ダストとして飛散し、温度が下がるとダクトの内壁面に付着し固化し、ダクトを閉塞することがある。このため、飛灰ダスト中の重金属含有量がきわめて少なくなる様に運転条件を制限せざるを得ず、集塵装置で捕集した飛灰ダストを金属リサイクルにかけて重金属を精錬し再利用するのが困難であった。これに対して、本発明は、上述のように、高濃度の重金属（例えば鉛）を処理することが可能であり、重金属を混入濃度の高い塩化物として確実に回収できるので、埋め立て処理することなく、金属リサイクルすることが容易である。

そして、本発明の方式の採用により、医療系廃棄物や汚染土壌、さらにはポリ塩化ビフェニール（ＰＣＢ）等の有害難処理廃棄物も無害化処理することが可能になる。更に、鉛含有廃棄物（たとえば塗膜くず）の処理にも有効である。

廃棄物として、表１に示す組成を有するＰＣＢを含む鉛入り廃塗料（塗膜くず）を、溶融還元熱分解炉を用いて処理する。この廃塗料は、鉛の含有量が３０重量％であり、更にＰＣＢを３００ｐｐｍ含む。溶融還元熱分解炉の条件は、酸素ランス前温度２３００℃、投入ポイント温度１６００℃、負圧制御ＣＯ₂／ＣＯ＝２５％の上限で処理した。得られた溶融スラグ中の重金属類の濃度（ｐｐｍ）と飛灰ダスト中の重金属成分（ｐｐｍ）を分析し、表２に示した。

上述した塗膜くずを２０００ｋｇ／日の運転条件で連続的に１００００ｋｇ処理した結果、集塵装置で捕捉された飛灰ダストは４６０ｋｇ／塗膜トンであった。この飛灰ダスト中、二塩化鉛（ＰｂＣｌ₂）が４０２．６５ｋｇ／塗膜トンであり、その割合は８７．５重量％であった。更に、塗膜くずは３００ｐｐｍのＰＣＢを含んでいたが、飛灰ダスト中のＰＣＢ濃度は、０．００００６７ｐｐｍであり、ＰＣＢの分解率は９９．９９９９９％であった。

表１および２から判るように、ＰＣＢを含む鉛入り廃塗料を、本発明の処理方法で処理した場合、廃棄物中の重金属（鉛）と塩素が反応して、安定したＰｂＣｌ₂として回収できるので、ダクトの閉塞を防止することができる。また、従来よりも鉛の混入濃度が高くなるので、金属リサイクル材として再利用することが可能になった。

一方、上記と同じＰＣＢを含む鉛入り廃塗料を、通常の略同じ規模の燃焼炉を使用して、酸化雰囲気下、２０００ｋｇ／日の運転条件で連続的に焼却処理を行う場合、およそ３０時間後に内径３００ｍｍのダクトが閉塞し運転を停止しなければならないことが懸念される。

１熱分解炉
２廃棄物
３溶融スラグ
４溶融金属
５排ガス
６ダクト
７ガス冷却装置
８ノズル
９ミスト
１０ダクト
１１集塵装置
１２飛灰ダスト
１３飛灰ダスト（金属リサイクル材）
１４ハロゲン回収装置
１５排気
１６廃熱ボイラ
１７ダクト
１８回収蒸気

Claims

重金属を含む廃棄物を熱分解処理する方法であって、前記廃棄物がＰＣＢを含む鉛入り廃塗料であり、熱分解炉に前記廃棄物とコークスまたは炭からなる助燃剤とを供給し、かつ燃焼用空気を遮断して酸欠状態を維持することで、塩素または塩素化合物の存在下、かつ還元雰囲気下で燃焼、ガス化、溶融から選ばれる少なくとも１つの処理を行い、前記重金属の塩化物を生成し、この重金属の塩化物を酸素源が無い状態で冷却することで前記熱分解炉における熱分解工程から集塵装置における除塵工程までの処理工程を還元雰囲気下で行い、前記重金属の塩化物を前記集塵装置にて捕捉することを特徴とする廃棄物の処理方法。
前記廃棄物中の単一重金属濃度が、３５重量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物の処理方法。
前記除塵工程で補足した前記重金属の塩化物を金属リサイクルに再利用することを特徴とする請求項１または２に記載の廃棄物の処理方法。