JP6663316B2 - 廃棄物の前処理装置及び前処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物中の重金属を不溶化する、廃棄物の前処理装置及び前処理方法に関する。

一般廃棄物や産業廃棄物を焼却した際に発生する焼却灰（焼却主灰・飛灰）やスラグ、汚染土壌の中には重金属類が含有されている。鉛（Pb）等、一部の重金属は溶出性が比較的高く、焼却灰のリサイクルや最終処分場での埋立に際し、その安定化処理が求められている。廃棄物中の重金属を不溶化する方法として炭酸化反応が知られており、廃棄物の安定化方法として検討されている。また、焼却灰やスラグ中には多量のカルシウム（Ca）が含有されており、カルシウムも二酸化炭素（CO2 ）により炭酸化することが知られている。

廃棄物内の汚染物質等を洗い出す技術のひとつとして、散水・通気洗浄法がある。この技術の特徴としては、廃棄物の上方からスプリンクラー等による散水を行い、散水と併せて廃棄物の下方で通気を同時に行う。廃棄物に散水された水は、廃棄物中を浸透していく途中で汚染物質等を溶かし、洗い出していく。加えて廃棄物の下方から上向きに流れる通気を行うことにより、効率的に廃棄物とガスとを反応させることができる。

これに対して、一般的な洗浄法としては、水中に廃棄物を投入し、撹拌機等で撹拌・洗浄する機械式洗浄法がある。このような方法と、散水・通気洗浄法とを比較すると、散水・通気洗浄法は洗浄に要する時間は必要であるが、洗浄に伴い発生する廃水量を一般的な機械式洗浄に比べ１／１０以下にできるため、大幅なコスト削減が期待されている。

廃棄物に散水・通気洗浄を行う、廃棄物の前処理装置及び前処理方法が、特許文献１、２に記載されている。特許文献１、２に記載された前処理装置及び前処理方法は、焼却灰を収容する可搬式コンテナと、コンテナ内に散水する散水装置と、焼却灰に空気を供給するガス供給装置と、を備えている。

特許第５３４５７４１号公報 特許第４９４２５３４号公報

しかし、特許文献１、２に記載された廃棄物の前処理装置及び前処理方法は、廃棄物中の重金属の炭酸化反応の状態を確認できず、廃棄物の炭酸化反応が不十分になる問題があった。

本発明の目的は、廃棄物中の重金属の炭酸化反応を促進することの可能な、廃棄物の前処理装置及び前処理方法を提供することにある。

本発明は、廃棄物を収容する筒状の容器本体と、前記容器本体内に二酸化炭素を含有するガスを供給して、前記廃棄物中の重金属を炭酸化反応させるガス供給装置と、を有する、廃棄物の前処理装置であって、前記容器本体を軸線を中心として回転させる回転装置と、前記容器本体内で前記廃棄物中の重金属が炭酸化反応している際に、前記廃棄物の温度を計測する温度計測装置と、前記重金属の炭酸化反応の状態を、前記廃棄物の温度の計測結果に基づいて判断する判断装置と、前記容器本体の回転速度を、前記判断装置の判断結果に基づいて調整する第１の調整装置と、を有し、前記重金属は、鉛、カドミウム、鉄、銅、ニッケル、及びマンガンの少なくとも一である。

本発明は、容器本体に収容された廃棄物中の重金属を炭酸化反応させる、廃棄物の前処理方法であって、前記容器本体を軸線を中心として回転させる第１工程と、前記廃棄物に二酸化炭素を含有するガスを通気することにより、前記廃棄物中の重金属を炭酸化反応させる第２工程と、前記廃棄物中の重金属が炭酸化反応している際に、前記廃棄物の温度を計測する第３工程と、前記重金属の炭酸化反応の状態を、前記第３工程の計測結果に基づいて判断する第４工程と、前記容器本体の回転速度を、前記第４工程の判断結果に基づいて調整する第５工程と、を有し、前記重金属は、鉛、カドミウム、鉄、銅、ニッケル、及びマンガンの少なくとも一である。

本発明によれば、廃棄物の温度から、廃棄物中の重金属の炭酸化反応の状態を判断し、その判断結果に基づいて容器本体の回転速度を調整できる。したがって、廃棄物中の重金属の炭酸化反応を促進できる。

廃棄物の前処理装置の原理を説明するカラムの断面図である。 図１に示すカラムを用いて行った試験結果を示す図表である。 図１に示すカラムを用いて行った試験結果を示す図表である。 図１に示すカラムを用いて行った試験結果を示す図表である。 図１に示すカラムを用いて行った試験結果を示す図表である。 一実施形態における前処理装置の具体例１を示す正面断面図である。 図６の前処理装置の側面図である。 前処理装置の具体例２を示す正面断面図である。 図８の前処理装置の側面図である。 図８の前処理装置の側面断面図である。 前処理装置の制御系統を示すブロック図である。 前処理装置で行う前処理方法を示すフローチャートである。 図８の前処理装置の変更例を示す正面断面図である。

次に、前処理装置及び前処理方法の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

実施形態で説明する前処理とは、廃棄物をリサイクルする前、または廃棄物を最終処分場で埋め立てる前において、廃棄物に対して行われる処理、具体的には、廃棄物中の重金属を不溶化する処理である。

実施形態で説明する前処理装置及び前処理方法は、廃棄物中に多量に含まれるCaが炭酸化する際に発生する熱による温度上昇をモニタリングすることにより、廃棄物中のPb等の重金属の炭酸化の進行状況を確認しながら、廃棄物の前処理を行う技術である。そのため、前処理装置及び前処理方法は、Caを含有する廃棄物やCa資材を添加した汚染土壌を、廃棄物の対象としている。以下、汚染土壌の代表事例である焼却灰を用いて説明を行う。

まず、本実施形態の前処理装置及び前処理方法で前提とする原理を確認するべく行った試験を図１を参照して説明する。

（カラム試験）
φ100 ×400 ｍｍＨの透明塩ビ製のカラム１０を用意し、カラム１０内に排水材として砂利１１を充填し、砂利１１の上に焼却灰１２を厚さ30ｃｍ充填して、試験装置２０を作製した。ガスを通気する通気管１３の途中に流量計１４が設けられ、通気管１３は、ガスの通気方向で流量計１４よりも下方で、第１通気部１５と第２通気部１６とに分岐している。第１通気部１５の開口端は、カラム１０内で砂利１１が充填された箇所に配置され、第２通気部１６の開口端は、カラム１０内で焼却灰１２よりも上方の空間に配置されている。給水タンク１７とカラム１０内とを接続する給水管１８が設けられ、給水管１８の途中に、給水タンク１７の水を吸入して吐出するポンプ１９が設けられている。また、ポンプ１９の駆動時間を計測するタイマ２１が設けられている。

また、カラム１０の上端の開口部は蓋２２で閉じられている。さらに、カラム１０内の温度を計測する放射温度計２３が設けられている。放射温度計２３は、カラム１０の高さ方向に間隔をおいて配置されている。また、カラム１０の底部に、カラム１０内から排出される水を回収する浸出水受器２７が接続されている。

そして、給水タンク１７から、カラム１０内の上方空間に水を供給して焼却灰１２に散水し、かつ、カラム１０内にCO2 を含むガスを通気する試験を行った。焼却灰１２に散水して洗浄した際の溶出成分を含む水は、浸出水受器２７に溜まる。

図２は、各種の試験処理区、各種の試験条件を示す。N1,N2,N3及び01,02,03,04は試験処理区である。ガス導入位置において、「焼却灰下」は、カラム１０内で砂利１１の充填されている位置を表す。また、「焼却灰上」は、カラム１０内で焼却灰１２の充填位置よりも上のヘッドスペースを表す。

試験は、カラム１０内に１８時間の散水を行った後、図２に記載した条件で通気を行った。通気を開始してから、カラム１０の外部の温度を、放射温度計２３で上層２４、中層２５、下層２６のそれぞれについて計測した。上層２４は焼却灰１２が充填されている位置で最も上であり、中層２５は上層２４と下層２６との間に位置する。

試験終了後、カラム１０内の焼却灰が配置されている位置を上層２４、中層２５、下層２６に３等分し、上層２４、中層２５、下層２６について、それぞれ溶出試験（環境庁告示１３号）を行い、上層２４、中層２５、下層２６について、それぞれのPb溶出値を計測した。

図３は、各試験処理区におけるPb溶出値の結果を示し、図４は、試験処理区N1における放射温度計２３の温度計測結果を示す。図４において、二点鎖線で示す特性線Ａ１は上層２４の温度であり、破線で示す特性線Ａ２は中層２５の温度であり、実線で示す特性線Ａ３は下層２６の温度である。図５の横軸には、通気処理の期間中、各処理区における放射温度計２３の計測値の最高温度から、通気前の温度を差し引いた「温度差」が示されている。そして、図５では、横軸に示す「温度差」とPb溶出値との関係が示されている。

図５のように、黒点で示すPb溶出値と、温度差との間には、傾き負である比例的な相関がある。ここで、「傾き負」とは、温度差が大きくなることに伴い、Pb溶出値が少なくなることを意味する。つまり、廃棄物の温度を計則することで、廃棄物中におけるPbの炭酸化反応状態を、間接的にモニタリング可能であることが分かる。より具体的には、廃棄物の温度が高くなることに伴い、廃棄物中のPbの溶出値を低減できることが分かる。

上記したカラム試験の結果を踏まえ、廃棄物の前処理装置及び前処理方法の具体例を、順次説明する。

（具体例１）
廃棄物の前処理装置及び前処理方法の具体例１を、図６及び図７を参照して説明する。前処理装置３０は、固定構造物８０によって支持されている。固定構造物８０は、床、架台、ベッド、地面等を含む。前処理装置３０は、内側ドラム３１及び外側ドラム３２と、内側ドラム３１を回転させる回転装置３３と、回転装置３３を支持する支持装置３４と、内側ドラム３１内に焼却灰を供給する供給装置３５と、内側ドラム３１内に洗浄水を供給する給水装置３６と、外側ドラム３２内から洗浄水を排水する排水装置３７と、外側ドラム３２内にCO2 を含むガスを通気するガス供給装置３８と、処理済みの焼却灰を内側ドラム３１内から排出する排出装置３９と、を有する。

内側ドラム３１は、内部に焼却灰Ｄ１を収容し、かつ、径方向の通気性及び通水性を有する。内側ドラム３１としては、筒状、具体的に円筒状のメッシュ構造、金属製の円筒に径方向の貫通孔を形成したもの、等を用いることができる。また、内側ドラム３１の内面に搬送機構４０が設けられている。搬送機構４０は、内側ドラム３１の軸線Ａ１の周りに螺旋状に設けられたスクリュー羽根、またはスクリュー溝である。軸線Ａ１は、略水平に配置されている。図６では搬送機構４０としてスクリュー羽根を設けた例が示されている。

回転装置３３は、電動モータ４１と、電動モータ４１の駆動軸に減速機を介して連結された回転軸４２と、を有する。支持装置３４は、金属製の壁、フレーム等で構成された本体部４３と、外側ドラム３２が固定された第１外蓋４４及び第２外蓋４５と、を有する。本体部４３は、回転軸４２を軸受４６により回転可能に支持している。第１外蓋４４及び第２外蓋４５は、固定構造物８０により回転しないように支持されている。

本体部４３と電動モータ４１との間にハウジング４７が設けられ、ハウジング４７内にメカニカルシール４８が設けられている。メカニカルシール４８は、従動リング及びシートリングと、従動リングをシートリングに押し付ける弾性部材と、を有する端面シールである。従動リングまたはシートリングの何れか一方が回転軸４２に取り付けられ、残りの一方がハウジング４７に取り付けられる。従動リングとシートリングとが互いに押し付け合い、シール面を形成する。

第１外蓋４４及び第２外蓋４５は、軸線Ａ４方向に間隔をおいて配置されている。第１外蓋４４及び第２外蓋４５は、共に回転しないように設けられている。第２外蓋４５は本体部４３に固定され、第２外蓋４５は軸受４９により回転軸４２を回転可能に支持する。第１外蓋４４は軸受５０により回転軸４２を回転可能に支持する。

外側ドラム３２は、気密性及び液密性を備えた素材、例えば、金属で円筒形状に成形されている。外側ドラム３２の軸線Ａ４方向の第１端部は第１外蓋４４に固定され、外側ドラム３２の第２端部は第２外蓋４５に固定されている。つまり、外側ドラム３２は、軸線Ａ４方向の両端が第１外蓋４４及び第２外蓋４５により塞がれており、かつ、回転不可能である。内側ドラム３１の外径は、外側ドラム３２の内径よりも小さい。内側ドラム３１の軸線Ａ４方向の全長は、外側ドラム３２の軸線Ａ４方向の全長よりも短く、内側ドラム３１は外側ドラム３２内に配置されている。内側ドラム３１と外側ドラム３２との間に、軸線Ａ４を中心とする環状の空間Ｃ１が形成されている。

内側ドラム３１と回転軸４２とを連結する連結部材５１が設けられている。連結部材５１は、金属製の骨格であり、連結部材５１は、内側ドラム３１の軸線Ａ４方向に間隔をおいて複数本配置されている。また、連結部材５１は、回転軸４２の回転方向に間隔をおいて複数本配置されている。回転軸４２は、連結部材５１を介して内側ドラム３１の荷重を支えている。回転軸４２の全長は、軸線Ａ４方向で連結部材５１を配置する範囲によって定まる。内側ドラム３１と外側ドラム３２とが、同心状に配置されている。回転軸４２が回転すると、回転軸４２の回転力は連結部材５１を介して内側ドラム３１に伝達され、内側ドラム３１が回転する。

内側ドラム３１内は、軸線Ａ４方向に沿って散水パートＢ１と反応パートＢ２とに区分されている。散水パートＢ１と反応パートＢ２とは、軸線Ａ４方向で異なる位置に配置されている。散水パートＢ１は、軸線Ａ４方向で、第１外蓋４４と反応パートＢ２との間に配置されている。反応パートＢ２は、軸線Ａ４方向で、第２外蓋４５と散水パートＢ１との間に配置されている。搬送機構４０は、内側ドラム３１内で散水パートＢ１及び反応パートＢ２の両方に亘って配置されている。連結部材５１は、反応パートＢ２で内側ドラム３１内に配置されている。

供給装置３５は、焼却灰が投入される供給管５２と、供給管５２内の焼却灰を輸送するスクリューコンベア５３と、を有する。第１外蓋４４は、軸線Ａ４方向に貫通した第１孔５４及び第２孔５５を有する。第１孔５４は、重力の作用方向、つまり、図６の上下方向おいて、第２孔５５よりも上に配置されていればよい。図６では第１孔５４が、回転軸４２よりも上に配置され、第２孔５５は、回転軸４２よりも下に配置されている例を示している。第１孔５４は、図６の上下方向で回転軸４２とガス供給装置３８との間に配置されている。第２孔５５は、図６の上下方向で回転軸４２と排水装置３７との間に配置されている。

供給管５２は第２孔５５に挿入されている。供給管５２の開口端５６は内側ドラム３１内に配置されている。供給管５２のうち、外側ドラム３２の外に配置されている箇所の端部にホッパ５７が設けられている。スクリューコンベア５３は、外側ドラム３２の外に配置した電動モータ５８と、電動モータ５８により回転及び停止されるスクリュー５９と、を有し、スクリュー５９は供給管５２内に配置されている。

給水装置３６は、給水管６０と、給水管６０に取り付けたノズル（スプリンクラー）６１と、給水管６０からノズル６１に供給される水量を調整するバルブ６２と、を有する。給水管６０は第１孔５４に挿入され、給水管６０の一部は、散水パートＢ１で内側ドラム３１内に配置されている。ノズル６１は、給水管６０のうち、内側ドラム３１内に配置された箇所に設けられている。給水管６０のうち、内側ドラム３１内に配置された箇所は、軸線Ａ４と平行に配置されている。ノズル６１は、軸線Ａ４方向に間隔をおいて複数配置されている。バルブ６２は、給水管６０のうち、外側ドラム３２の外に配置された箇所に設けられている。バルブ６２は、作業者が手動で操作するバルブ、または自動で制御できるソレノイドバルブの何れでもよい。給水管６０のうち、外側ドラム３２の外に配置された箇所の端部は、水道の蛇口、給水タンクに直接または間接的に接続可能である。また、給水管６０のうち、外側ドラム３２の外に配置された箇所の端部は、雨水を回収するタンク、ホッパに接続されていてもよい。

排水装置３７は、排水管６４及びバルブ６３を有する。排水管６４は外側ドラム３２の外に配置されており、排水管６４の開口端６５は、散水パートＢ１で空間Ｃ１に配置されている。排水管６４の開口端６５は、図６の上下方向で外側ドラム３２の最も下部において、空間Ｃ１に配置されている。バルブ６３は、作業者が手動で操作するバルブ、または自動で制御できるソレノイドバルブの何れでもよい。

ガス供給装置３８は、外側ドラム３２の外に配置された空気機械と、空気機械に接続された通気管６６と、通気管６６に設けられたバルブ６７と、を有する。通気管６６の開口端６８は、反応パートＢ２の外側で空間Ｃ１に接続されている。通気管６６の開口端６８は、図６の上下方向で外側ドラム３２の最も上部において、空間Ｃ１に配置されている。空気機械は、ガスボンベ、ガスタンク、送風機または圧縮機の何れでもよい。バルブ６７は、作業者が手動で操作するバルブ、または自動で制御できるソレノイドバルブの何れでもよい。

排出装置３９は、第２外蓋４５を軸線Ａ４方向に貫通した排出口６９と、本体部４３に設けられて排出口６９につながった排出通路７０と、排出通路７０につながった排出管７１と、スクリューコンベア７２と、を有する。排出口６９は、内側ドラム３１内の反応パートＢ２につながっている。排出口６９は、図６の上下方向で内側ドラム３１内の最も下部に配置されている。スクリューコンベア７２は、本体部４３の外に配置した電動モータ７３と、電動モータ７３により回転及び停止されるスクリュー７４と、を有し、スクリュー７４は排出管７１内に配置されている。

温度計測装置７５が本体部４３に設けられている。温度計測装置７５は、内側ドラム３１内における反応パートＢ２の温度を計測する機能、温度の計測結果を表示する機能及び信号で出力する機能を有する。温度計測装置７５として熱画像カメラを用いることができる。第２外蓋４５及び本体部４３が熱伝導性に優れた材料、例えば、鉄板、鋼鉄、ステンレス等で形成されていれば、温度計測装置７５として熱電対、放射温度計等を用いることも可能である。図６の例では、温度計測装置７５が、本体部４３のうち、第２外蓋４５とは反対の箇所に設けられている。図７では、温度計測装置７５が、上下方向で回転軸４２と排出管７１との間に配置されている。

さらに、前処理装置３０は、温度計測装置７５の温度計測結果を処理する制御盤を備えていてもよい。制御盤は、入力部、コントローラ、出力部等を有する。制御盤から信号を出力して、電動モータ４１，５８，７３の回転及び停止、回転速度を制御可能である。また、バルブ６２，６３，６７としてソレノイドバルブを用いていると、制御盤から信号を出力して、バルブ６２，６３，６７の開閉および開度を制御することも可能である。

次に、前処理装置３０により焼却灰を安定化処理する前処理方法の例を説明する。まず、ホッパ５７から供給管５２内に焼却灰を投入する。電動モータ５８が回転すると、スクリュー５９が回転し、供給管５２内の焼却灰は、内側ドラム３１内、具体的には散水パートＢ１に供給される。内側ドラム３１内に供給された焼却灰Ｄ１は、重力の作用で下部に蓄積する。

給水装置３６は、ノズル６１から内側ドラム３１の散水パートＢ１に散水して、焼却灰Ｄ１の洗浄を行う。給水装置３６から散水される水としては、炭酸イオンを含有する溶液を用いることができる。給水装置３６から散水される水は、自重で落下して焼却灰Ｄ１を洗浄する。内側ドラム３１内で焼却灰Ｄ１を洗浄した洗浄液は、自重で内側ドラム３１を径方向に通り抜け、内側ドラム３１と外側ドラム３２との間の空間Ｃ１へ移動する。

焼却灰Ｄ１を洗浄した洗浄液は、自重で内側ドラム３１を通過して空間Ｃ１に至る。洗浄液は溶出成分を含む。溶出成分としては、水溶性イオン、例えば、重金属イオン、微細な粒子等が挙げられる。このようにして、焼却灰Ｄ１と洗浄液とが分離、つまり、固液分離される。なお、バルブ６３を開くと、空間Ｃ１内の洗浄液は、排水管６４から排出される。

電動モータ４１が駆動されて回転軸４２が回転すると、焼却灰Ｄ１は、内側ドラム３１内で撹拌され、かつ、搬送機構４０の作用で反応パートＢ２へ搬送される。ガス供給装置３８は、通気管６６から外側ドラム３２内に、二酸化炭素を含有するガスを供給する。外側ドラム３２内に供給されたガスは、内側ドラム３１を径方向に通り抜けて反応パートＢ２内に至る。すると、内側ドラム３１内の焼却灰Ｄ１中の重金属、例えば、鉛は、二酸化炭素により炭酸化して不溶化が促進される。すなわち、焼却灰Ｄ１からの重金属溶出を抑制できる。

内側ドラム３１の反応パートＢ２において、重金属の不溶化処理が済んだ焼却灰Ｄ１は、内側ドラム３１の回転による搬送機構４０の作用で、排出口６９から排出通路７０へ排出される。そして、排出装置３９の電動モータ７３が駆動されると、スクリュー７４が回転し、焼却灰Ｄ１は排出管７１から排出される。

ガス供給装置３８が内側ドラム３１の反応パートＢ２にガスを供給すると、焼却灰Ｄ１中のカルシウムと二酸化炭素とが炭酸化反応する際の発熱により、焼却灰Ｄ１の温度が上昇する。温度計測装置７５は、反応パートＢ２の焼却灰Ｄ１の温度を計測している。このため、反応パートＢ２の焼却灰Ｄ１において、カルシウムと二酸化炭素との炭酸化反応が進んでいるか否かを、リアルタイムにモニタリングすることができる。反応パートＢ２における焼却灰Ｄ１の温度が予め定めた値以上であると、焼却灰Ｄ１全体において、カルシウムと二酸化炭素との炭酸化反応が進んでいるものと推定できる。この推定は、コントローラまたは作業者が行う。

これに対して、反応パートＢ２における焼却灰Ｄ１の温度が予め定めた値に達しないと、反応パートＢ２の焼却灰Ｄ１全体において、カルシウムと二酸化炭素との炭酸化反応が進んでいない、と推定可能である。この推定は、コントローラまたは作業者が行う。

前処理装置３０は、反応パートＢ２の焼却灰Ｄ１全体において、カルシウムと二酸化炭素との炭酸化反応が進んでいない場合に、例えば、以下の第１の処理または第２の処理の少なくとも一方を行うことで、カルシウムと二酸化炭素との炭酸化反応を促進することができる。

第１の処理は、内側ドラム３１の回転速度を高くする処理である。電動モータ４１の回転速度を上昇させて、内側ドラム３１の回転速度を高くすると、内側ドラム３１内の反応パートＢ２で焼却灰Ｄ１の撹拌効率が向上し、焼却灰Ｄ１と二酸化炭素との反応が促進される。電動モータ４１の回転速度の上昇は、作業者が手動操作で行ってもよいし、コントローラが自動的に行ってもよい。

第２の処理は、内側ドラム３１内の反応パートＢ２における焼却灰Ｄ１の処理時間を長くする処理である。反応パートＢ２における焼却灰Ｄ１の処理時間を長くすると、反応パートＢ２で、焼却灰Ｄ１と二酸化炭素との反応が促進される。例えば、電動モータ４１もしくは電動モータ７３の回転速度を低下するか、または、電動モータ４１もしくは電動モータ７３を停止して、単位時間当たりにおける焼却灰Ｄ１の排出量を低減すると、反応パートＢ２における焼却灰Ｄ１の処理時間を長くできる。電動モータ４１もしくは電動モータ７３の回転速度の低下または停止は、作業者が手動操作で行ってもよいし、コントローラが自動的に行ってもよい。

なお、第１の処理及び第２の処理はそれぞれ単独で行ってもよいし、両方同時に行ってもよい。この場合、第２の処理のうち、電動モータ７３の回転速度を低下する処理、または、電動モータ７３を停止させる処理を行えばよい。また、第１の処理と第２の処理とを交互に行ってもよい。さらに、第１の処理または第２の処理の少なくとも一方を行う場合に、ガス供給装置３８から内側ドラム３１内に供給するガスの量を増加することにより、カルシウムと二酸化炭素との炭酸化反応を促進することもできる。この場合、バルブ６７の開度調節は、作業者が手動で行ってもよいし、コントローラが自動で行ってもよい。また、必要に応じて内側ドラム３１内にCO2 濃度計を設置することも可能である。CO2 濃度計は、内側ドラム３１内のCO2 濃度を検出する。そして、ガス供給装置３８のガス供給量を、CO2 濃度計の検出結果に応じて、自動もしくは手動でコントロールすると構成にすることもできる。この場合、温度計測装置７５が提供する情報に連動して、ガス供給装置３８のガス供給量をコントロールさせる構成が好ましい。

さらに、内側ドラム３１内は、軸線Ａ４方向で散水パートＢ１と反応パートＢ２とに分かれており、焼却灰Ｄ１は散水パートＢ１で洗浄が行われた後、焼却灰Ｄ１は反応パートＢ２に搬送されて、カルシウムと二酸化炭素との炭酸化反応が促進される。散水パートＢ１では、焼却灰Ｄ１に含まれるカルシウムが溶出可能な状態、つまり、炭酸カルシウムの被膜が形成される前の状態で、焼却灰Ｄ１を効率的に洗浄できる。

さらに、メカニカルシール４８は、内側ドラム３１内に供給されたガスが、前処理装置３０の外に漏れることを防止する。

（具体例２）
前処理装置３０の具体例２を、図８、図９、図１０を参照して説明する。

前処理装置３０は、内側ドラム３１及び外側ドラム３２を有し、内側ドラム３１は外側ドラム３２内に配置されている。具体例２における内側ドラム３１の材質、形状、構造は、具体例１の内側ドラム３１と同様である。連結部材８１が空間Ｃ１に設けられ、連結部材８１は、内側ドラム３１と外側ドラム３２とを連結している。内側ドラム３１及び外側ドラム３２は軸線Ａ４を中心として同心状に配置されている。連結部材８１は金属製であり、軸線Ａ４を中心とする回転方向に間隔をおいて複数設けられている。また、連結部材８１は、軸線Ａ４方向に間隔をおいて複数設けられている。

第１外蓋４４及び第２外蓋４５は、固定構造物８０により回転しないように支持されている。第１外蓋４４はスリーブ８２を有し、第２外蓋４５はスリーブ８３を有する。スリーブ８２，８３は軸線Ａ４を中心として環状に形成されている。内側ドラム３１及び外側ドラム３２の軸線Ａ４における第１端部は、スリーブ８２内に配置されている。内側ドラム３１及び外側ドラム３２の軸線Ａ４における第２端部は、スリーブ８３内に配置されている。

軸受８４が、スリーブ８２と外側ドラム３２との間に設けられ、軸受８５が、スリーブ８３と外側ドラム３２との間に設けられている。軸受８４，８５は、軸線Ａ４を中心として回転方向に配置された複数の転動体を有する。転動体は、ローラ、ボールを含む。つまり、外側ドラム３２及び内側ドラム３１は、共に第１外蓋４４及び第２外蓋４５により回転可能に支持されている。

また、外側ドラム３２の外周面に環状のリブ８６，８７が設けられている。リブ８６，８７は、外側ドラム３２の外周面から径方向に突出されており、リブ８６とリブ８７とは、軸線Ａ４方向に間隔をおいて配置されている。リブ８６，８７は金属製であり、リブ８６，８７は、内側ドラム３１及び外側ドラム３２の荷重を支える剛性を有する。外側ドラム３２の外周面に、リングギヤ９０が設けられている。リングギヤ９０は、軸線Ａ４方向でリブ８６とリブ８７との間に配置されている。

固定構造物８０はローラ８８，８９を有する。ローラ８８，８９は軸線Ａ４方向に間隔をおいて配置されている。図１０のように、ローラ８８は、外側ドラム３２の径方向に間隔をおいて２個設けられ、ローラ８９は、外側ドラム３２の径方向に間隔をおいて２個設けられている。２個のローラ８８は、リブ８６を介して外側ドラム３２及び内側ドラム３１を支持する。２個のローラ８９は、リブ８７を介して外側ドラム３２及び内側ドラム３１を支持する。

電動モータ９１が固定構造物８０に設けられており、電動モータ９１の回転力が伝達されるピニオンギヤ９２が設けられている。ピニオンギヤ９２はリングギヤ９０と噛み合っている。ピニオンギヤ９２及びリングギヤ９０は、減速機を構成している。電動モータ９１の回転力が、ピニオンギヤ９２を介してリングギヤ９０に伝達されると、外側ドラム３２及び内側ドラム３１が共に軸線Ａ４を中心として回転する。電動モータ９１、ピニオンギヤ９２、リングギヤ９０は、回転装置９５を構成する。

ガス供給装置３８の通気管６６は、第２外蓋４５に取り付けられており、通気管６６は軸線Ａ４と平行に配置されている。通気管６６の開口端６８は、内側ドラム３１の内部で反応パートＢ２に配置されている。

排水装置３７は、第２外蓋４５に設けた排水通路９３と、排水通路９３に接続された排水管６４と、を有する。排水通路９３は、重力の作用方向、つまり、図８の上下方向で第２外蓋４５の最下部に配置されており、排水通路９３は空間Ｃ１につながっている。また、排水タンク９４が設けられており、排水管６４の開口端６４Ａは、排水タンク９４内の水に浸漬されている。

具体例２の前処理装置３０は、具体例１で説明した回転軸４２、連結部材５１、回転装置３３、メカニカルシール４８を有していない。具体例２の前処理装置３０の他の構成は、具体例１の前処理装置３０の他の構成と同じである。

次に、具体例２の前処理装置３０により焼却灰を安定化処理する前処理方法の例を説明する。供給装置３５により焼却灰Ｄ１が内側ドラム３１内の散水パートＢ１に供給される。また、給水装置３６から、散水パートＢ１の焼却灰Ｄ１に洗浄液が供給され、焼却灰Ｄ１の洗浄が行われる。焼却灰Ｄ１を洗浄した洗浄液は、自重で内側ドラム３１を径方向に通り抜けて空間Ｃ１に移動する。

電動モータ９１が駆動されると、外側ドラム３２及び内側ドラム３１が共に回転し、焼却灰Ｄ１は、内側ドラム３１内で撹拌される。内側ドラム３１内の散水パートＢ１の焼却灰Ｄ１は、搬送機構４０の作用で反応パートＢ２へ搬送される。ガス供給装置３８から、内側ドラム３１内の反応パートＢ２にガスが供給され、焼却灰Ｄ１中の重金属、例えば、カルシウムは、二酸化炭素により炭酸化して不溶化が促進される。すなわち、焼却灰Ｄ１からの重金属溶出を抑制できる。内側ドラム３１の反応パートＢ２において、重金属の不溶化処理が済んだ焼却灰Ｄ１は、排出通路７０を経て排出管７１に排出される。

温度計測装置７５は、反応パートＢ２の焼却灰Ｄ１の温度を計測しており、温度の計測結果に基づいて、焼却灰Ｄ１全体において、カルシウムと二酸化炭素との炭酸化反応が進んでいるか否かを推定できる。前処理装置３０は、反応パートＢ２の焼却灰Ｄ１全体において、カルシウムと二酸化炭素との炭酸化反応が進んでいない場合、前述と同様に第１の処理または第２の処理の少なくとも一方を行うことで、カルシウムと二酸化炭素との炭酸化反応を促進することができる。具体例２の前処理装置３０において、具体例１の前処理装置３０と同じ構成については、具体例１の前処理装置３０と同じ作用効果を得ることができる。

具体例２の前処理装置３０の排水管６４は、開口端６４Ａが排水タンク９４内の水に浸漬されているため水封されている。なお、具体例２の前処理装置３０は、排水管６４の密封性を高めるために、具体例１の前処理装置３０の排水管６４と同様にバルブ６３を備えていてもよい。この場合、内側ドラム３１及び外側ドラム３２を停止せずにバルブ６３を開くことで、空間Ｃ１の洗浄水を、排水管６４から排水タンク９４へ排出できる。なお、前処理装置３０の密封性を高めるために、内側ドラム３１及び外側ドラム３２の回転中は、バルブ６３を閉じることが好ましい。

具体例１，２の前処理装置３０に用いることの可能な制御系統例を、図１１を参照して説明する。制御盤７６は、コントローラ７７、入力部７８、出力部７９を有する。コントローラ７７は、入力ポート及び出力ポート、記憶部、演算部を有するマイクロコンピュータである。出力部７９は、液晶ディスプレイ、ランプ等を含み、作業者は出力部７９を目視可能である。入力部７８は作業者が操作する要素であり、スイッチ、ボタン、ノブ、レバー、テンキー、タブレット端末等を含む。

入力部７８の操作信号、温度計測装置７５から出力される信号は、コントローラ７７に送られる。出力部７９は温度の計測結果、炭酸化反応の状態、電動モータ４１，５８，７３，９１の回転、停止及び回転速度、バルブ６２，６３，６７の開度等を出力する。

コントローラ７７は、電動モータ４１，５８，７３，９１をそれぞれ回転及び停止し、かつ、回転速度をそれぞれ制御する。また、コントローラ７７は、温度計測装置７５が計測した温度から、内側ドラム３１内の反応パートＢ２における焼却灰Ｄ１の温度を推定する。バルブ６２，６３，６７がソレノイドバルブであれば、コントローラ７７は、バルブ６２，６３，６７の開閉、開度等を制御可能である。

次に、具体例１，２の前処理装置３０で行われる前処理方法の概要を、図１２を参照して説明する。前処理方法が開始されると、ステップＳ１では、散水パートＢ１で焼却灰Ｄ１の洗浄が行われる。ステップＳ１に次ぐステップＳ２では、内側ドラム３１内にガスが通気されて、内側ドラム３１内の反応パートＢ２でカルシウムが炭酸化反応する。ステップＳ３では、温度計測装置７５が、内側ドラム３１内の反応パートＢ２内における焼却灰Ｄ１の温度を測定する。ステップＳ４では、ステップＳ３で測定された温度を基に、反応パートＢ２における焼却灰Ｄ１の重金属の炭酸化状態を判断する。ステップＳ５では、ステップＳ４の判断結果を基に、第１の処理または第２の処理の少なくとも一方を行って、反応パートＢ２における焼却灰Ｄ１の重金属の炭酸化反応を促進し、前処理方法を終了する。

さらに、図８に示す前処理装置３０の変更例を、図１３を参照して説明する。内側ドラム３１内の反応パートＢ２は、反応パートＢ３を兼ねている。反応パートＢ３では、焼却灰Ｄ１に不溶化補助剤を混練する。不溶化補助剤としては、例えば、硫酸第一鉄や層状粘土鉱物の粉体、またはこれらの溶液が挙げられる。焼却灰Ｄ１に不溶化補助剤を混練することにより、廃棄物中の重金属を炭酸化することによって生じる六価クロムなどの他金属の活性化を抑制することができ、廃棄物のさらなる安定化が可能となる。

反応パートＢ３で焼却灰Ｄ１に不溶化補助剤を添加するために、第２外蓋４５に供給管９６が設けられている。第２外蓋４５は、供給管９６を配置する孔を有する。また、供給管９６にバルブ９７が設けられている。バルブ９７は、作業者が手動で操作するバルブ、または自動で制御できるソレノイドバルブの何れでもよい。バルブ９７の開閉、開度を制御すると、不溶化補助剤の添加時期、不溶化補助剤の添加量を調整可能である。図１３の前処理装置３０は、図１１の制御系統を用いることができる。バルブ９７がソレノイドバルブであれば、コントローラ９７の開閉、開度を制御することが可能である。

反応パートＢ３を、内側ドラム３１以外の箇所に設ける例を説明する。図７または図９に示すように、反応パートＢ３は排出管７１内に設けることも可能である。排出装置３９の排出管７１に供給管９６が接続され、供給管９６にバルブ９７が設けられている。供給管９６から排出管７１内に不溶化補助剤を供給し、焼却灰に混練することができる。図７または図９に示す前処理装置３０に反応パートＢ３を設けた場合も、図１１の制御系統を用いることができる。そして、反応パートＢ３を有する前処理装置３０においても、図１２の前処理方法を行うことができる。

本実施形態で説明した内側ドラム３１は、容器本体に相当し、外側ドラム３２は、外側容器に相当し、コントローラ７７は、判断装置、第１の調整装置、第２の調整装置に相当し、空間Ｃ１は、排水空間に相当し、第１外蓋４４及び第２外蓋４５は、蓋部材に相当し、電動モータ４１は、第１モータに相当し、電動モータ９１は、第２モータに相当し、連結部材５１は、第１連結部材に相当する。また、ローラ８８，８９は、支持機構に相当し、連結部材８１は、第２連結部材に相当し、ピニオンギヤ９２及びリングギヤ９０は、動力伝達機構に相当する。

電動モータ４１が内側ドラム３１を回転する工程、電動モータ９１が内側ドラム３１を回転する工程は、第１工程である。図１２のステップＳ１の処理が、第７工程であり、ステップＳ２の処理が、第２工程であり、ステップＳ３の処理が第３工程であり、ステップＳ４の処理が、第４工程であり、ステップＳ５の処理が、第５工程及び第６工程を含む。

廃棄物の前処理装置は、上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、具体例１及び具体例２の前処理装置３０は、内側ドラム３１及び外側ドラム３２の軸線Ａ４を、水平線に対して傾斜して配置することも可能である。軸線Ａ４と水平線に対して傾斜する向きは、図６及び図８の上下方向で、散水パートＢ１よりも反応パートＢ２の方が低くなる向きである。具体例１の前処理装置３０において、軸線Ａ４と水平線に対して傾斜する場合、排水管６４の開口端６５を、空間Ｃ１で最も第２外蓋４５に近い位置に設置する。ローラ８８，８９の数、連結部材５１，８１の数は、任意に変更可能である。さらに、モータは、電動モータに代えて、油圧モータ、空気圧モータ、内燃機関の何れかを用いることも可能である。

廃棄物は、焼却灰、スラグ、汚染土壌の他、石灰改良土等のカルシウムを多く含有する土壌が挙げられる。スラグは、鉱石から金属を製錬する際に、冶金対象である金属から溶融によって分離した鉱石母岩の鉱物成分を含む物質である。また、重金属は、鉛（Pb）の他、カドミウム、鉄、銅、ニッケル、マンガン等、難溶性の炭酸塩を形成するものが挙げられる。廃棄物を洗浄する洗浄液は、水、炭酸イオンを含有する液体等が挙げられる。

３０ 前処理装置
３１ 内側ドラム
３３，９５ 回転装置
３８ ガス供給装置
４０ 搬送機構
４１，９１ 電動モータ
４２ 回転軸
４４ 第１外蓋
４５ 第２外蓋
５１，８１ 連結部材
７５ 温度計測装置
７７ コントローラ
８８，８９ ローラ
９０ リングギヤ
９２ ピニオンギヤ
Ａ４ 軸線
Ｂ１ 散水パート
Ｂ２ 反応パート
Ｃ１ 空間

Claims (15)

1. 廃棄物を収容する筒状の容器本体と、前記容器本体内に二酸化炭素を含有するガスを供給して、前記廃棄物中の重金属を炭酸化反応させるガス供給装置と、を有する、廃棄物の前処理装置であって、
   前記容器本体を軸線を中心として回転させる回転装置と、
   前記容器本体内で前記廃棄物中の重金属が炭酸化反応している際に、前記廃棄物の温度を計測する温度計測装置と、
   前記重金属の炭酸化反応の状態を、前記廃棄物の温度の計測結果に基づいて判断する判断装置と、
   前記容器本体の回転速度を、前記判断装置の判断結果に基づいて調整する第１の調整装置と、
   を有し、
   前記重金属は、鉛、カドミウム、鉄、銅、ニッケル、及びマンガンの少なくとも一である、廃棄物の前処理装置。
2. 請求項１記載の廃棄物の前処理装置において、
   前記重金属を炭酸化反応させる処理時間を、前記判断装置の判断結果に基づいて調整する第２の調整装置が設けられている、廃棄物の前処理装置。
3. 請求項１または２記載の廃棄物の前処理装置において、
   前記容器本体は、
   前記廃棄物を洗浄液で洗浄する散水パートと、
   洗浄された前記廃棄物に前記ガスを供給して前記重金属を炭酸化反応させる反応パートと、
   を有し、
   前記散水パートと前記反応パートとが、前記軸線方向で異なる位置に配置され、
   前記散水パートで洗浄された前記廃棄物を前記反応パートに搬送する搬送機構が設けられている、廃棄物の前処理装置。
4. 請求項３記載の廃棄物の前処理装置において、
   前記搬送機構は、前記容器本体の内面に螺旋状に形成されている、廃棄物の前処理装置。
5. 請求項３または４記載の廃棄物の前処理装置において、
   前記容器本体は、径方向に前記洗浄液が通り抜ける構造であり、
   前記容器本体と同心状に配置され、かつ、前記容器本体を収容した外側容器と、
   前記容器本体と前記外側容器との間に形成された排水空間と、
   が設けられている、廃棄物の前処理装置。
6. 請求項５記載の廃棄物の前処理装置において、
   前記外側容器の前記軸線方向の両端を塞ぐ蓋部材が設けられている、廃棄物の前処理装置。
7. 請求項６記載の廃棄物の前処理装置において、
   前記回転装置は、
   第１モータと、
   前記第１モータの回転力で前記軸線を中心として回転する回転軸と、
   前記回転軸と前記容器本体とを連結する第１連結部材と、
   を有する、廃棄物の前処理装置。
8. 請求項６記載の廃棄物の前処理装置において、
   前記回転装置は、
   前記外側容器を前記軸線を中心として回転可能に支持する支持機構と、
   前記容器本体と前記外側容器とを連結する第２連結部材と、
   第２モータと、
   前記第２モータの回転力を前記外側容器に伝達する動力伝達機構と、
   を有する、廃棄物の前処理装置。
9. 請求項１記載の廃棄物の前処理装置において、
   前記重金属は、鉛である、廃棄物の前処理装置。
10. 請求項１記載の廃棄物の前処理装置において、
    前記温度計測装置は、前記容器本体内で前記廃棄物中の重金属が炭酸化反応している際に、前記廃棄物に含まれるカルシウムの炭酸化温度を計測する、廃棄物の前処理装置。
11. 容器本体に収容された廃棄物中の重金属を炭酸化反応させる、廃棄物の前処理方法であって、
    前記容器本体を軸線を中心として回転させる第１工程と、
    前記廃棄物に二酸化炭素を含有するガスを通気することにより、前記廃棄物中の重金属を炭酸化反応させる第２工程と、
    前記廃棄物中の重金属が炭酸化反応している際に、前記廃棄物の温度を計測する第３工程と、
    前記重金属の炭酸化反応の状態を、前記第３工程の計測結果に基づいて判断する第４工程と、
    前記容器本体の回転速度を、前記第４工程の判断結果に基づいて調整する第５工程と、
    を有し、
    前記重金属は、鉛、カドミウム、鉄、銅、ニッケル、及びマンガンの少なくとも一である、廃棄物の前処理方法。
12. 請求項１１記載の廃棄物の前処理方法において、
    前記重金属を炭酸化反応させる処理時間を、前記第４工程の判断結果に基づいて調整する第６工程を有する、廃棄物の前処理方法。
13. 請求項１１または１２記載の廃棄物の前処理方法において、
    前記廃棄物にガスを通気する前に、前記廃棄物を液体で洗浄する第７工程を有する、廃棄物の前処理方法。
14. 請求項１１記載の廃棄物の前処理方法において、
    前記重金属は、鉛である、廃棄物の前処理方法。
15. 請求項１１記載の廃棄物の前処理方法において、
    前記第３工程は、前記容器本体内で前記廃棄物中の重金属が炭酸化反応している際に、前記廃棄物に含まれるカルシウムの炭酸化温度を計測する、廃棄物の前処理方法。

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