JP7089498B2 - 焼却灰からの忌避成分除去方法及び焼却灰からの忌避成分除去システム - Google Patents

Description

本発明は、クロム及びその他重金属、及び塩素等を含有する焼却灰、特に加湿して得られる湿灰や埋め立て地に埋められていた既成灰から、それら忌避成分を除去して、セメント原料として利用するための焼却灰からの忌避成分除去方法、及び焼却灰からの忌避成分除去システムに関する。

通常、ごみ焼却灰等のセメント原料化によるリサイクル処理においては、塩素等の除去のために焼却灰の水洗が行われるが、この灰水洗で発生する洗浄排水に焼却灰中のクロムが溶出してしまうと、当該排水の六価クロム濃度を管理するために多量の薬剤が必要になるといった経済的な問題が発生する。このため、灰水洗では排水中にクロムを溶出させない技術が開発されてきた。

しかしながら、そのような排水中にクロムを溶出させない技術によってクロムを含有したままの焼却灰をセメント原料とする傾向が増加するに伴い、現状においては、セメント中のクロム含有量が増加して、セメント品質の許容レベルの上限に達しつつある。そのために、焼却灰をセメント原料化する際は、その他の忌避成分と同時に当該廃棄物からクロムを除去しつつ、当該除去処理で発生した処理排水中から効率的にクロムを回収する排水処理技術が必要となっている。

焼却灰等からのクロム除去処理と排水処理に関しては、例えば、特許文献１には、焼却灰等の重金属類を含有する灰に、水、及び塩酸または硝酸を加え、得られた混合物をボールミル等の粉砕機を用いて機械的に粉砕しつつ重金属の抽出を行い、クロム等の重金属類を含有する抽出液を得、この重金属類含有抽出液を濾過した後、濾液をイオン交換樹脂またはキレート樹脂に接触させることにより重金属類を回収する方法が開示されている。特許文献２には、カルシウム及び重金属を含む物質をスラリーにして塩酸を加えてカルシウムを溶出させて、アルカリ化剤、硫化剤を順次加えた後、固液分離して重金属の硫化物を含む固形分とカルシウムを含む液分とを得、このカルシウムを含む液分に第１鉄化合物の添加とｐＨ調整を行って、その後固液分離してクロムを含む固形分を得る方法が開示されている。

特開２００３－２４５６２５号公報 特開２００３－３２６２２８号公報

しかしながら、特許文献１の方法では排水処理にイオン交換樹脂またはキレート樹脂を用いるために処理コストが大きく、また、特許文献２の方法は、カルシウムを含む物質に関する処理方法であり、焼却灰への適用には改善の余地があった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、湿灰や既成灰などの焼却灰から、セメント原料化における忌避成分であるクロム及びその他重金属、及び塩素等を水洗により溶出させて除去すると共に、かかる溶出によりクロム等が溶解している洗浄排水から効率的にクロムを回収することができる、焼却灰からの忌避成分除去方法、及び焼却灰からの忌避成分除去システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の焼却灰からの忌避成分除去方法は、焼却灰を所定の粒径に粉砕する粉砕工程と、前記粉砕工程により粉砕した前記焼却灰に水を加えてｐＨが酸性から中性のスラリーにして該焼却灰を水洗する灰水洗工程と、前記灰水洗工程から生じる排水の酸化還元電位を調整した後、高分子凝集剤を添加して、クロムを液相に残留させつつ、該排水中のクロム以外の重金属を第１凝集フロックに回収する重金属回収工程と、前記重金属回収工程から生じる排水に、無機凝集剤を添加した後、高分子凝集剤を添加して、該排水中の残留クロムを第２凝集フロックに回収するクロム回収工程を備えていることを特徴とする。

本発明の焼却灰からの忌避成分除去方法によれば、焼却灰を所定の粒径に粉砕したうえ、ｐＨが酸性から中性のスラリーにして水洗するので、セメント原料化における忌避成分であるクロム及びその他重金属、及び塩素等（以下、単にそれらを「忌避成分」という場合がある。）を効率的に溶出させて除去することができる。そして、生じた排水に酸化還元電位調整剤を添加して酸化還元電位（以下、「酸化還元電位」を「ＯＲＰ」と称する場合がある。）を調整した後、高分子凝集剤を添加して、クロムを液相に残留させつつクロム以外の重金属を第１凝集フロックに回収し、更に残留クロムを含む排水には無機凝集剤を添加したうえ、高分子凝集剤を添加してクロムを第２凝集フロックに回収するので、クロムを他の重金属と分けて回収することができる。これにより、第１凝集フロックに回収した重金属はセメント原料の許容範囲内でセメント原料化して処理することができると共に、クロムは第２凝集フロックとして別個に回収し、リサイクル処理することができる。酸化還元電位の調整のためのＯＲＰ調整剤としては、例えば硫化水素ナトリウム等を用いればよい。

本発明の焼却灰からの忌避成分除去方法においては、前記粉砕工程は、前記焼却灰を粒径０．７ｍｍ以下に粉砕する工程であることが好ましい。これによれば、焼却灰から忌避成分をより効率的に溶出させることができる。

本発明の焼却灰からの忌避成分除去方法においては、前記スラリーのｐＨは３～７の範囲であることが好ましい。これによれば、焼却灰から忌避成分をより効率的に溶出させることができる。

本発明の焼却灰からの忌避成分除去方法においては、前記重金属回収工程における該排水にＯＲＰ調整剤を加えて酸化還元電位を－４００ｍＶ以下に調整することが好ましい。これによれば、排水からより効果的にクロム以外の重金属を選別して回収することができる。

本発明の焼却灰からの忌避成分除去方法においては、前記重金属回収工程に、更に、前記灰水洗工程から生じる排水のＯＲＰを測定するＯＲＰ測定工程を備え、前記ＯＲＰ測定工程による測定値が－４００ｍＶ以下を満足しない場合に、前記重金属回収工程における該排水にＯＲＰ調整剤を加えてＯＲＰを－４００ｍＶ以下に調整することが好ましい。これによれば、排水からより効果的にクロム以外の重金属を選別して回収することができる。

本発明の焼却灰からの忌避成分除去方法においては、前記灰水洗工程及び／又は前記重金属回収工程において回収した固相を、セメントクリンカの原料にすることが好ましい。これによれば、セメント中のクロムの含有量が許容範囲内となる適当な化学組成を有するセメント原料を提供することができる。

一方、本発明の別の観点からは、焼却灰からの忌避成分除去システムが提供され、このシステムは、収容された焼却灰を所定の粒径に粉砕するための粉砕装置と、前記粉砕後の焼却灰をスラリーにしつつ水洗するための灰水洗槽と、前記水洗後のスラリーを固液分離するための固液分離装置と、前記固液分離装置から排出される排水中のクロムを液相に残留させつつクロム以外の重金属を第１凝集フロックに回収するための第１排水反応槽と、前記排水反応槽から排出される排水中の残留クロムを第２凝集フロックに回収するための第２排水反応槽と、を備えていることを特徴とする。

本発明の焼却灰からの忌避成分除去システムによれば、上記した焼却灰からの忌避成分除去方法を実行するシステムとして、好適に用いられる。

本発明の焼却灰からの忌避成分除去システムにおいては、更に、前記固液分離装置から排出される排水のＯＲＰを測定するＯＲＰ測定装置と、前記第１排水反応槽にＯＲＰ調整剤を供給するためのＯＲＰ調整剤供給装置と、前記ＯＲＰ測定装置の測定結果に基づいて前記ＯＲＰ調整剤供給装置を自動的に制御する制御装置と、を備えていることが好ましい。これによれば、ＯＲＰを調整することにより、排水からより効果的にクロム以外の重金属を選別して回収することができる。また、そのＯＲＰの測定及び管理を自動的に行うようにして、焼却灰が含有する重金属の種類や含有量が変動しても、その処理を、より安定して行うことができる。

本発明によれば、焼却灰から、セメント原料化における忌避成分であるクロム及びその他重金属、及び塩素等を水洗により溶出させて除去すると共に、かかるクロム等が溶解している洗浄排水から効率的にクロムを回収することができる。

本発明に係る焼却灰からの忌避成分除去システムの一実施形態を示す概略構成説明図である。

以下、図面を参照して、本発明について具体的に説明する。

図１には、本発明に係る焼却灰からの忌避成分除去システムの一実施形態が示される。この実施形態の焼却灰からの忌避成分除去システム１は、収容された焼却灰Ｐ１を粉砕するための粉砕装置２と、粉砕後の焼却灰Ｐ２をスラリーＳ１にしつつ、忌避成分をスラリーＳ１の液相部に溶出させるための灰水洗槽３と、スラリーＳ１を固液分離して液相（排水）Ｗ１と固相（脱水ケーキ）Ｍ１に分離するための固液分離装置４と、固液分離装置４から排出された排水Ｗ１中のクロム以外の重金属を凝集体（凝集フロック）に変えて回収するための第１排水反応槽５と、第１排水反応槽５にＯＲＰ調整剤Ａ２を供給するＯＲＰ調整剤供給装置６と、排水反応槽５から排出されたスラリーＳ２を固液分離して液相（排水）Ｗ２と固相（脱水ケーキ）Ｍ２に分離するための固液分離装置７と、固液分離装置７から排出された排水Ｗ２中のクロムを凝集体に変えて回収するための第２排水反応槽８と、第２排水反応槽８から排出されたスラリーＳ３を固液分離して液相（排水）Ｗ３と固相（脱水ケーキ）Ｍ３に分離するための固液分離装置９と、固液分離装置４及び固液分離装置７から排出された固相（脱水ケーキ）Ｍ１及び／又は固相（脱水ケーキ）Ｍ２をセメント製造設備Ｋに搬送するための脱水ケーキ搬送装置１０と、灰水洗槽３、第１排水反応槽５、及び第２排水反応槽８に付設された各種装置及びＯＲＰ調整剤供給装置６を制御するための制御装置１１を備えている。

粉砕装置２では、収容された焼却灰Ｐ１を、後段の灰水洗工程において効率的に忌避成分が液相部に溶出できる大きさまで粉砕する。

前記粉砕工程においては、受け入れた全ての焼却灰Ｐ１を、前記の好ましい大きさにまで粉砕するために、篩い（図中、符号「２ａ」で示される。）などを用いた分級処理で得られる粗粒分を、当該粉砕工程に返送して再度粉砕する、閉回路粉砕システムを構築してもよい。

一方、収容時において前記の好ましい大きさを満足する焼却灰Ｐ１については、粉砕工程を省略することができる。

灰水洗槽３では、その内部で、焼却灰Ｐ２、水ｗ１、及び必要に応じて任意にｐＨ調整剤Ａ１を添加してｐＨが酸性から中性、より具体的にはｐＨが３～７のスラリーＳ１を生成する処理、並びに、そのスラリーＳ１中の焼却灰Ｐ２から忌避成分を液相に溶出させる処理が行われる。

また、灰水洗槽３は、その内部に、焼却灰Ｐ２、水ｗ１、及び必要に応じて添加されるｐＨ調整剤Ａ１を混合し、並びに、その混合によって生成されたスラリーＳ１の攪拌をするためのスラリー攪拌装置として、攪拌翼３１が付設されている。攪拌翼３１としては、例えば、一般的な、プロペラ型やスクリュー型のもの等を用いればよい。

また、図１に示すように、灰水洗槽３には、その内部で生成されたスラリーＳ１の温度を測定するための温度計３２、スラリーＳ１のｐＨを連続的に測定するｐＨ計３３（ｐＨ測定装置）が付設されていてもよい。そして、温度計３２及びｐＨ計３３の測定結果は、制御装置１１に随時送信されるようにしてもよい。

温度計３２としては、例えば、公知の温度計を用いればよい。ｐＨ計３３としては、公知のｐＨ測定装置を用いればよく、特に、高濃度懸濁液用の測定装置を用いることが好ましい。

図１に示す忌避成分除去システム１では、スラリーＳ１のｐＨを酸性から中性、より具体的にはｐＨを３～７に維持するために、灰水洗槽３にｐＨ調整剤Ａ１を添加するためのｐＨ調整剤添加装置３４を付設している。そして、ｐＨ計３３の測定結果を基に制御装置１１がｐＨ調整剤添加装置３４を介してｐＨ調整剤Ａ１を添加することによって、スラリーＳ１のｐＨを調整するようにしている。この灰水洗工程において用いられるｐＨ調整剤Ａ１としては、例えば、希硫酸等を用いればよい。

また、スラリーＳ１のｐＨの調整のためには、上記ｐＨ調整剤に代えて、又は上記ｐＨ調整剤と共に、灰水洗槽３に、セメント製造設備Ｋからの高温排ガスである炭酸ガスＧ１を導入してもよい。セメント製造設備Ｋから排出される炭酸ガスＧ１を用いることで、スラリーＳ１のｐＨを酸性側に変化させると共に、スラリーＳ１中の液相部に溶出しているカルシウムイオン等を炭酸塩に変化させてスケールの生成を抑制することができる。

さらに、セメント製造設備Ｋからの炭酸ガスＧ１は、温度が１００℃前後の高温ガスであるため、スラリーＳ１を加熱することができる。スラリーＳ１を加熱することによって、効率的に忌避成分を焼却灰Ｐ２から液相部に溶出させることができる。

また、図１に示すように、灰水洗槽３には、その底部に加熱装置３５が付設されていてもよい。この加熱装置３５によって、温度計３２で測定されるスラリーＳ１の温度を制御できるようにしている。加熱装置３５としては、例えば、散気装置を使用して炭酸ガスＧ１等の高温ガスをスラリーＳ１中に供給するものや、一般的な低周波誘導加熱装置等を使用すればよい。

固液分離装置４には、スラリー用渦巻きポンプ、ピストンポンプ、又はモーノポンプ等の通常のスラリー液用輸送装置（不図示）によって、灰水洗槽３から排出されたスラリーＳ１が搬送される。固液分離装置４としては、フィルタープレス、加圧葉状ろ過装置、スクリュープレス、ベルトプレス等の通常のろ過装置を用いればよい。

固液分離装置４は、搬送されたスラリーＳ１を、焼却灰Ｐ２から溶出した忌避成分を含む排水Ｗ１（液相）と、忌避成分を溶出させた焼却灰Ｐ２からなる脱水ケーキＭ１（固相）とに分離する。なお、図１に示す忌避成分除去システム１では、溶出成分の回収を確実にするために、固液分離装置４に脱水ケーキＭ１の水洗浄装置４１を設けている。しかし、この水洗浄装置４１は、省略してもよい。

脱水ケーキＭ１は、後述する脱水ケーキＭ２と共に、セメント製造設備Ｋに搬送して、セメントクリンカ用原料として使用してもよい。脱水ケーキＭ１及び／又は脱水ケーキＭ２を搬送する脱水ケーキ搬送装置１０には、ベルトコンベア、スクリューコンベア、パイプコンベア等の一般的なケーキ輸送装置を用いればよい。

排水Ｗ１は、第１排水反応槽５に搬送される。排水Ｗ１の搬送には、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ、容積式ポンプ等の一般的な液体ポンプ（不図示）を用いればよい。

第１排水反応槽５では、その内部で、排水Ｗ１のＯＲＰを好ましくは－４００ｍＶ以下にした後、高分子凝集剤を添加して、排水Ｗ１中のクロム以外の重金属を凝集体にする処理が行われる。

第１排水反応槽５は、その内部に、排水Ｗ１、及びＯＲＰ調整剤Ａ２の混合と攪拌、並びに、その混合によって生成されたスラリーＳ２内の固相を凝集させるための高分子凝集剤Ｃ１の混合と攪拌をするためのスラリー攪拌装置として、攪拌翼５１が付設されている。攪拌翼５１としては、上記した攪拌翼３１と同様に、例えば、一般的な、プロペラ型やスクリュー型のもの等を用いればよい。

また、図１に示すように、第１排水反応槽５には、その内部で生成されたスラリーＳ２のＯＲＰを連続的に測定するためのＯＲＰ計５２（ＯＲＰ測定装置）が付設されていてもよい。そして、ＯＲＰ計５２の測定結果が、制御装置１１に随時送信されるようにしてもよい。ＯＲＰ計５２としては、公知の測定装置を用いればよい。

図１に示す忌避成分除去システム１では、スラリーＳ２のＯＲＰを調整するため、より好ましくは－４００ｍＶ以下に維持するために、第１排水反応槽５にはＯＲＰ調整剤Ａ２を添加するためのＯＲＰ調整剤供給装置６が付設されている。そして、ＯＲＰ計５２の測定結果を基に制御装置１１がＯＲＰ調整剤供給装置６を介してＯＲＰ調整剤Ａ２を添加することによって、スラリーＳ２のＯＲＰを調整できるようにしている。ＯＲＰ調整剤Ａ２としては、硫化水素ナトリウム（ＮａＳＨ）が好ましい。

また、忌避成分除去システム１では、ＯＲＰが調整され、より好ましくは－４００ｍＶ以下となったスラリーＳ２に高分子凝集剤Ｃ１を添加するために、第１排水反応槽５には高分子凝集剤Ｃ１を添加するための凝集剤添加装置５３が付設されている。高分子凝集剤Ｃ１としては、中性から酸性領域で用いることができれば特に制限はなく、ポリアクリルアミドを主成分とするアニオン系凝集剤等の汎用の高分子凝集剤を用いることができる。

ＯＲＰ調整剤Ａ２によるＯＲＰの調整と、その後の高分子凝集剤Ｃ１によるクロム以外の重金属の凝集体の形成は、一槽の第１排水反応槽５で行うことができるが、重金属回収工程における反応を効果的且つ効率的に生じさせるために、第１排水反応槽５として二槽が直列的に連接された反応槽を用いるのがより好ましい。この場合、上流側の槽では排水Ｗ１にＯＲＰ調整剤Ａ２が添加されてＯＲＰの調整が行われ、排水Ｗ１から生じたスラリーＳ２中の固相分の凝集は、下流側の槽で高分子凝集剤Ｃ１を添加して行えばよい。

固液分離装置７には、スラリー用渦巻きポンプ、ピストンポンプ、及び、モーノポンプ等の通常のスラリー液用輸送装置（不図示）によって、第１排水反応槽５から排出されたスラリーＳ２が搬送される。固液分離装置７としては、固液分離装置４同様に、フィルタープレス、加圧葉状ろ過装置、スクリュープレス、ベルトプレス等の通常のろ過装置等を用いればよく、上記した固液分離装置４を固液分離装置７として用いることもできる。

固液分離装置７は、搬送されたスラリーＳ２を、焼却灰Ｐ２から除去された忌避成分のうち塩素とクロムが液相に残留して含まれる排水Ｗ２（液相）と、クロム以外の重金属等が不溶化して含まれる凝集体（第１凝集フロック）からなる脱水ケーキＭ２（固相）とに分離する。なお、図１に示す忌避成分除去システム１では、排水Ｗ２中への塩素とクロムの回収を確実にするために、固液分離装置７に脱水ケーキＭ２の水洗浄装置７１を設けている。しかし、この水洗浄装置７１は、省略してもよい。

脱水ケーキＭ２は、上述したように、脱水ケーキＭ１と共にセメント製造設備Ｋに搬送して、セメントクリンカ用原料として使用してもよい。脱水ケーキＭ２を搬送する脱水ケーキ搬送装置１０には、上記したように、ベルトコンベア、スクリューコンベア、パイプコンベア等の一般的なケーキ輸送装置を用いればよい。

排水Ｗ２は、第２排水反応槽８に搬送される。排水Ｗ２の搬送には、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ、容積式ポンプ等の一般的な液体ポンプ（不図示）を用いればよい。

第２排水反応槽８では、その内部で、排水Ｗ２に無機凝集剤を添加した後、高分子凝集剤を添加して、排水Ｗ２中のクロムを凝集体にする処理が行われる。

第２排水反応槽８は、その内部に、排水Ｗ２、及び無機凝集剤Ｃ２の混合と攪拌、並びに、その混合によって生成されたスラリーＳ３内のクロム化合物を凝集させるための高分子凝集剤Ｃ３の混合と攪拌をするためのスラリー攪拌装置として、攪拌翼８１が付設されている。攪拌翼８１としては前記の攪拌翼３１及び攪拌翼５１と同様に、例えば、一般的な、プロペラ型やスクリュー型のもの等を用いればよい。

第２排水反応槽８におけるクロム回収工程において用いられる無機凝集剤Ｃ２としては、塩化第二鉄（ＦｅＣｌ_３）やポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を好適に用いることができる。これらは、２種以上を併用してもよい。無機凝集剤Ｃ２としてこれらの塩化鉄やポリ塩化アルミニウムを用いることによって、排水Ｗ２が塩素を高濃度に含んでいても、微小に不溶化させたクロムを効率的にフロック状に凝集させることができる。

第２排水反応槽８で用いる高分子凝集剤Ｃ３は、前記第１排水反応槽５で用いた高分子凝集剤Ｃ１と同様に、ポリアクリルアミドを主成分とするアニオン系凝集剤等の、中性から酸性域に使用可能な汎用の高分子凝集剤を用いることができる。

クロム回収工程における、無機凝集剤Ｃ２の添加と、その後の高分子凝集剤Ｃ３の添加によるクロムの凝集体の形成は、一槽の第２排水反応槽８で行うことができるが、クロム回収工程における反応を効果的且つ効率的に生じさせるために、第２排水反応槽８としては二槽が直列的に連接された反応槽を用いるのがより好ましい。この場合、上流側の槽では排水Ｗ２への無機凝集剤の添加、混合が行われ、それによって生じたクロム化合物を含むスラリーに、下流側の槽において高分子凝集剤を添加して当該クロム化合物を凝集体にすればよい。

固液分離装置９には、スラリー用渦巻きポンプ、ピストンポンプ、及び、モーノポンプ等の通常のスラリー液用輸送装置（不図示）によって、第２排水反応槽８から排出されたスラリーＳ３が搬送される。固液分離装置９としては、固液分離装置４及び固液分離装置７と同様に、フィルタープレス、加圧葉状ろ過装置、スクリュープレス、ベルトプレス等の通常のろ過装置等を用いればよく、上記した固液分離装置４又は固液分離装置７を固液分離装置９として用いてもよい。

固液分離装置９は、搬送されたスラリーＳ３を、焼却灰Ｐ２から除去された忌避成分のうち塩素が液相に残留して含まれる排水Ｗ３（液相）と、クロムが不溶化して含まれる凝集体（第２凝集フロック）からなる脱水ケーキＭ３（固相）とに分離する。なお、図１に示す忌避成分除去システム１では、排水Ｗ３中への塩素の回収を確実にするために、固液分離装置９に脱水ケーキＭ３の水洗浄装置９１を設けている。しかし、この水洗浄装置９１は、省略してもよい。

固液分離装置９で分離された排水Ｗ３（液相）は、排水管理が必要な重金属を含有しないので系外排出が可能であり、クロムを含む凝集体からなる脱水ケーキＭ３はクロム源として活用することが可能である。

次に、図１に示す忌避成分除去システム１を参照しつつ、当該システムにおいて実行可能な、本発明に係る焼却灰からの忌避成分除去方法の一実施形態について説明する。

まず、本発明の忌避成分除去方法における粉砕工程について説明すると、粉砕装置２において、焼却灰Ｐ１を好ましい大きさに粉砕して焼却灰Ｐ２をつくる。かかる焼却灰Ｐ２の粒径は、好ましくは粒径が０．７ｍｍ以下、より好ましくは０．６ｍｍ以下、特に好ましくは０．５ｍｍ以下である。粉砕後の焼却灰Ｐ２の粒径の下限値に特に制限はないが、後段の灰水洗工程において、スラリーＳ１の粘性が過大とならないようにする観点からは、０．１ｍｍ以上である。なお、本発明において粒径とは、対象物が通過する篩い目の大きさを指す。

次に、本発明の忌避成分除去方法における灰水洗工程について説明すると、焼却灰Ｐ２は、灰水洗槽３に搬送され、灰水洗槽３内で水ｗ１と攪拌して、ｐＨが酸性から中性のスラリーＳ１をつくる。かかるスラリーＳ１における焼却灰Ｐ２と水ｗ１との混合割合は、焼却灰Ｐ２の種類によって適宜設定してよい。ただし、焼却灰Ｐ２：水ｗ１＝１：４～１：２０、好ましくは、焼却灰Ｐ２：水ｗ１＝１：５～１：１０とすると、水ｗ１の使用量を抑制しつつ、クロム及びその他重金属、及び塩素等の忌避成分を充分に溶出させて、除去することができる。

図１に示す忌避成分除去システム１では、ｐＨ計３３がスラリーＳ１のｐＨを測定し、その測定結果を制御装置１１に送信し、その測定結果を受信した制御装置１１が、スラリーＳ１のｐＨが酸性から中性、好ましくは３～７であるか否かを判定するようにしている。なお、スラリーＳ１のｐＨに関するｐＨ計３３による測定と測定結果の制御装置１１への送信は、連続的に行ってもよいが、通常、スラリーＳ１のｐＨには大きな変動が生じないため、スラリーＳ１が均質化した直後の測定値を、制御装置１１に少なくとも１回入力するようにしてもよい。

スラリーＳ１のｐＨが酸性から中性、好ましくはｐＨ３～７の範囲を満足しない場合には、制御装置１１が、ｐＨ調整剤添加装置３４を介してｐＨ調整剤Ａ１を添加することによって、又はセメント製造設備Ｋからの炭酸ガスＧ１をスラリーＳ１へ導入することによって、スラリーＳ１のｐＨを調整することができる。灰水洗工程において用いられるｐＨ調整剤Ａ１としては、例えば、希硫酸等の汎用の酸性薬剤を用いればよい。

なお、一般的な焼却灰Ｐ２に水を加えてスラリーＳ１を生成した場合、そのｐＨは１２であるため、通常はｐＨ調整剤Ａ１の添加、又は炭酸ガスＧ１の導入が必要である。

スラリーＳ１のｐＨが３～７の範囲を満足する場合、スラリーＳ１の攪拌を、所定の攪拌時間に到達するまで継続して忌避成分を液相に溶出させる。

この忌避成分の溶出に要する攪拌時間は、焼却灰Ｐ２からの忌避成分の溶出を十分に行わせるために、３０分間以上とすることが好ましく、４５分間以上であると特に好ましい。

図１に示す忌避成分除去システム１では、さらにこの灰水洗工程において、制御装置１１は温度計３２からの信号に基づいて、加熱装置３５を制御することによって、スラリーＳ１の温度を所定の温度に維持するようにしている。これは、焼却灰Ｐ２からの忌避成分の溶出をさらに促進するためである。その温度は、５℃～５０℃とすることが好ましく、２５℃～５０℃であると特に好ましい。なお、上述したように、セメント製造設備Ｋからの炭酸ガスＧ１を用いて所定の温度範囲としてもよい。

次に、固液分離装置４が、灰水洗槽３から排出されたスラリーＳ１を、クロム及びその他重金属、及び塩素等が溶出した焼却灰Ｐ２からなる脱水ケーキＭ１（固相）と、忌避成分が含まれた排水Ｗ１（液相）とに分離する。

脱水工程で分離された脱水ケーキＭ１の含水率は、脱水ケーキＭ１に液相に溶出した上記忌避成分がその液相とともに残留することを防止するために、３０質量％～７０質量％とすることが好ましい。

固液分離装置４を経て、液相として回収された排水Ｗ１が、図示しない送液装置によって、第１排水反応槽５へ送られる。送液装置としては、遠心ポンプ、プロペラポンプ、ロータリーポンプ等の一般的な送液ポンプを使用すればよい。

また、脱水ケーキ運搬装置１０が、脱水ケーキＭ１をセメント製造設備Ｋに搬送する。

以下では、本発明の忌避成分除去方法における重金属回収工程について説明する。

図１に示す忌避成分除去システム１では、第１排水反応槽５へ送られた排水Ｗ１について、第１排水反応槽５に付設されるＯＲＰ計５２が、排水Ｗ１のＯＲＰを測定し、その測定結果を制御装置１１に送信し、その測定結果を受信した制御装置１１は、排水Ｗ１のＯＲＰが所定閾値、例えば－４００ｍＶ以下であるか否かを判定するようにしている。排水Ｗ１のＯＲＰが所定閾値よりも大きい場合には、制御装置１１からの信号に基づく制御により、ＯＲＰ調整剤供給装置６を介してＯＲＰ調整剤Ａ２を添加することによって、排水Ｗ１のＯＲＰを調整することができる。ＯＲＰ調整剤Ａ２としては、例えば、硫化水素ナトリウム（ＮａＳＨ）等を用いればよい。

排水Ｗ１のＯＲＰが所定閾値以下を満足するようであれば、排水Ｗ１から、液相にクロムを残留させつつ、クロム以外の重金属を選択的に不溶化させるのに好都合であるが、ＯＲＰ調整剤Ａ２の使用量の観点から、排水Ｗ１のＯＲＰは、過剰に下げないことが好ましい。

排水Ｗ１のＯＲＰが所定閾値、例えば－４００ｍＶ以下を維持するように、排水Ｗ１のＯＲＰの測定と調整を、排水Ｗ１の所定の攪拌時間に到達するまで連続的に繰り返し行いながら、排水Ｗ１の攪拌を継続して、液相にクロムを残留させつつ、クロム以外の重金属を不溶化させる。

クロム以外の重金属の不溶化に要する攪拌時間は、化学反応を十分に完了させるためには、３０分間以上とすることが好ましく、４５分間以上であると特に好ましい。

次いで、十分に重金属が不溶化した排水Ｗ１に、高分子凝集剤Ｃ１を添加して、不溶化した重金属を凝集体に変えて、回収を容易にする。用いる高分子凝集剤Ｃ１としては、ｐＨが３～７の範囲で使用可能であるポリアクリルアミドを主成分とするアニオン系凝集剤等の汎用の高分子凝集剤を用いることができる。

排水Ｗ１への高分子凝集剤Ｃ１の添加量は、排水Ｗ１での事前評価による最適添加量を把握することが望ましいが、事前評価等が困難である場合は、上記ＯＲＰ調整剤Ａ２の添加量と同程度のモル当量相当量であればよい。

第１排水反応槽５における、ＯＲＰ調整剤Ａ２を含む排水Ｗ１と、高分子凝集剤Ｃ１との撹拌時間は、好ましくは５分間～２０分間、より好ましくは１０分間～２０分間、更に好ましくは１５分間～２０分間である。この撹拌時間が５分間よりも短い場合、クロム以外の重金属の凝集が不充分となる場合がある。また、撹拌時間が２０分間よりも長い場合、単位時間における焼却灰Ｐ１の処理量が少なくなる。

次に、固液分離装置７が、第１排水反応槽５から排出されたスラリーＳ２を、焼却灰Ｐ２から除去された忌避成分のうち塩素とクロムが液相に残留して含まれる排水Ｗ２（液相）と、クロム以外の重金属等が不溶化して含まれる凝集体からなる脱水ケーキＭ２（固相）とに分離する。

脱水されて分離された脱水ケーキＭ２の含水率は、脱水ケーキＭ２の液相に溶出したクロム及び塩素がその液相とともに残留することを防止するために、３０質量％～７０質量％とすることが好ましい。

固液分離装置７を経て、液相として回収された排水Ｗ２が、図示しない送液装置によって、第２排水反応槽８へ送られる。送液装置としては、遠心ポンプ、プロペラポンプ、ロータリーポンプ等の一般的な送液ポンプを使用すればよい。

また、脱水ケーキ運搬装置１０が、脱水ケーキＭ２をセメント製造設備Ｋに搬送する。

以下では、本発明の忌避成分除去方法におけるクロム回収工程について説明する。

第２排水反応槽８へ送られた排水Ｗ２について、凝集剤添加装置８２を介して無機凝集剤Ｃ２を添加することによって、排水Ｗ２中に溶解しているクロムは不溶化される。用いられる無機凝集剤Ｃ２としては、例えば、塩化第二鉄（ＦｅＣｌ_３）やポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を用いればよい。

排水Ｗ２への無機凝集剤Ｃ２の添加量は、排水Ｗ２での事前評価による最適添加量を把握することが望ましいが、事前評価等が困難である場合は、重金属回収工程における上記ＯＲＰ調整剤Ａ２の添加量と同程度のモル当量相当量であればよい。

クロムの不溶化に要する攪拌時間は、化学反応を十分に完了させるためには、３０分間以上とすることが好ましく、４５分間以上であると特に好ましい。

次いで、十分にクロムが不溶化した排水Ｗ２に、凝集剤添加装置８３を介して高分子凝集剤Ｃ３を添加して、不溶化したクロムを凝集体に変えて、回収を容易にする。高分子凝集剤Ｃ３には、高分子凝集剤Ｃ１同様に、ｐＨが３～７の範囲で使用可能であるポリアクリルアミドを主成分とするアニオン系凝集剤等の汎用の高分子凝集剤を用いることができる。

排水Ｗ２への高分子凝集剤Ｃ３の添加量は、排水Ｗ３での事前評価による最適添加量を把握することが望ましいが、事前評価等が困難である場合は、重金属回収工程における上記高分子凝集剤Ｃ１の添加量と同程度のモル当量相当量であればよい。

第２排水反応槽８における、無機凝集剤Ｃ２を含む排水Ｗ２と、高分子凝集剤Ｃ３との撹拌時間は、好ましくは５分間～２０分間、より好ましくは１０分間～２０分間、更に好ましくは１５分間～２０分間である。この撹拌時間が５分間よりも短い場合、クロムの凝集が不充分となる場合がある。また、撹拌時間が２０分間よりも長い場合、単位時間における焼却灰Ｐ１の処理量が少なくなる。

次に、固液分離装置９が、第２排水反応槽８から排出されたスラリーＳ３を、焼却灰から除去された忌避成分のうち塩素が液相に残留して含まれる排水Ｗ３（液相）と、クロムが不溶化して含まれる凝集体（第２凝集フロック）からなる脱水ケーキＭ３（固相）に分離する。

脱水されて分離された脱水ケーキＭ３の含水率は、脱水ケーキＭ３に液相に溶出した塩素がその液相とともに残留することを防止するために、３０質量％～７０質量％とすることが好ましい。

固液分離装置９を経て、液相として回収された排水Ｗ３は、排水管理が必要となる重金属は回収されているため、系外排出が可能である。

また、脱水ケーキＭ３は、例えば、セメント原料化以外の用途についてのクロム源として使用することができる。

以上説明したように、本発明によれば、焼却灰Ｐ１からクロムを回収する際に、焼却灰から除去した忌避成分のうちクロム以外の重金属とクロムを別個に回収することができる。これにより、回収したクロム以外の重金属はセメント原料の許容範囲内でセメント原料化して処理することができると共に、クロムを選択的に除去・処理し、あるいは回収してクロム源として再利用することができる。

最後に、上記忌避成分除去システム１で行われた処理に係る試験結果について説明する。

焼却灰Ｐ１として試験に用いたごみ焼却飛灰（湿灰）の重金属含有量を表１に示す。

焼却灰Ｐ１をボールミルで粉砕して焼却灰Ｐ２とするに際し、焼却灰Ｐ２の粒径と、クロムの溶出割合との関係を評価した。具体的には、粉砕した焼却灰Ｐ１を網ふるいで分級し、それぞれの粒径の焼却灰Ｐ２を用いてｐＨ７のスラリーＳ１（焼却灰Ｐ２：水ｗ１＝１：４）を作製した場合の、液相へのクロムの溶出量を測定した。なお、クロムの溶出量の測定は、スラリーＳ１を３０分間攪拌後に行った。

なお、クロムを含む、以下に示す液相中の重金属濃度の測定は、ＩＣＰ質量分析法（使用装置：Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製Ａｇｉｌｅｎｔ ７９００ ＩＣＰ－ＭＳ（商品名））を用いた。

表２には、未粉砕の焼却灰Ｐ１の脱クロム率を１としたときの脱クロム率に関する相対比率を示す。なお、表２の粒径は、分級に用いた篩い目の大きさを指す。

表２から、焼却灰Ｐ２の粒径が０．７ｍｍ以下の場合、未粉砕の焼却灰Ｐ１に比べて脱クロム率が４倍以上になっていることが分かる。したがって、焼却灰Ｐ２の粒径は、０．７ｍｍ以下が好ましく、粒径が小さいほどより好ましいことが分かる。

次に、焼却灰Ｐ２として、粒径を０．３ｍｍ～０．７ｍｍに分級したものを用いた場合の、スラリーＳ１（焼却灰Ｐ２：水ｗ１＝１：４）の液相へのクロムの溶出量と、スラリーＳ１のｐＨとの関係を評価した。スラリーＳ１のｐＨの調整には希硫酸（富士フイルム和光純薬株式会社製１０％硫酸）を用いた。なお、ｐＨ調整しない場合のスラリーＳ１のｐＨは１２であった。クロムの溶出量の測定は、上記粒径を変えた試験と同様に、スラリーＳ１を３０分間攪拌後に行った。スラリーＳ１のｐＨが１２での脱クロム率を１としたときの脱クロム率に関する相対比率を表３に示す。

表３から、スラリーＳ１のｐＨが７以下の場合、脱クロム率が、ｐＨ未調整のｐＨ１２の場合の１４倍以上となっていることが分かる。したがって、スラリーＳ１のｐＨは、７以下が好ましいことが分かる。

以上で確認された処理条件を基に、焼却灰Ｐ２として、粒径を０．３ｍｍ～０．７ｍｍに分級したものを用いた、ｐＨ６のスラリーＳ１（焼却灰Ｐ２：水ｗ１＝１：４）を準備した後、フィルタープレスで固液分離して排水Ｗ１を得た。

排水Ｗ１におけるクロム以外の重金属の不溶化に対する、ＯＲＰの効果を確認するため、ＯＲＰ調整剤Ａ２（硫化水素ナトリウムの２５質量％水溶液）の添加量を変えることでＯＲＰの異なる排水Ｗ１を作製した後、高分子凝集剤としてダイヤフロック（三菱ケミカル株式会社製）を添加して混合し、上記重金属回収工程を行った。得られた排水Ｗ２中の重金属濃度を評価した結果を表４に示す。

表４から、高分子凝集剤の添加により、排水Ｗ１中のクロム以外の重金属を、液相にクロムを残留させつつ、不溶化できることが分かる。また、排水Ｗ１のＯＲＰは、－４００ｍＶ以下であれば、排水Ｗ１からより効果的にクロム以外の重金属を選別して不溶化できることが分かる。

次に、表４の示すＯＲＰが－４００ｍＶの排水Ｗ１から得られた排水Ｗ２に、無機凝集剤として塩化第二鉄（ＦｅＣｌ_３）を添加して混合し、これに更に高分子凝集剤としてダイヤフロック（同上）を添加して混合し、クロムを不溶化して、上記クロム回収工程を行った。このクロム回収工程で得られた排水Ｗ３中のクロム濃度を評価したところ、検出下限値以下（＜０．０１ｐｐｍ）であった。

以上のとおり、ごみ焼却飛灰（湿灰）からセメント原料化における忌避成分であるクロムを溶出させ、他の重金属と分けて回収することができた。

１…焼却灰からの忌避成分除去システム、２…粉砕装置、３…灰水洗槽、４、７、９…固液分離装置、５…第１排水反応槽、６…ＯＲＰ調整剤供給装置、８…第２排水反応槽、１０…脱水ケーキ搬送装置、１１…制御装置、３１、５１、８１…攪拌翼、３２…温度計、３３…ｐＨ計（ｐＨ測定装置）、３４…ｐＨ調整剤添加装置、３５…加熱装置、４１、７１、９１…水洗浄装置、５２…ＯＲＰ計（ＯＲＰ測定装置）、５３、８２、８３…凝集剤添加装置、Ａ１…ｐＨ調整剤、Ａ２…ＯＲＰ調整剤、Ｃ１、Ｃ３…高分子凝集剤、Ｃ２…無機凝集剤、Ｇ１…炭酸ガス、Ｋ…セメント製造設備、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３…脱水ケーキ、Ｐ１、Ｐ２…焼却灰、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…スラリー、ｗ１…水、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３…排水。

Claims (9)

1. 焼却灰を所定の粒径に粉砕する粉砕工程と、
   前記粉砕工程により粉砕した前記焼却灰に水を加えてｐＨが酸性から中性のスラリーにして該焼却灰を水洗する灰水洗工程と、
   前記灰水洗工程から生じる排水の酸化還元電位を調整した後、高分子凝集剤を添加して、クロムを液相に残留させつつ、該排水中のクロム以外の重金属を第１凝集フロックに回収する重金属回収工程と、
   前記重金属回収工程から生じる排水に、無機凝集剤を添加した後、高分子凝集剤を添加して、該排水中の残留クロムを第２凝集フロックに回収するクロム回収工程を備えていることを特徴とする焼却灰からの忌避成分除去方法。
2. 請求項１に記載の焼却灰からの忌避成分除去方法において、
   前記粉砕工程は、前記焼却灰を粒径０．７ｍｍ以下に粉砕する工程であることを特徴とする焼却灰からの忌避成分除去方法。
3. 請求項１又は２に記載の焼却灰からの忌避成分除去方法において、
   前記スラリーのｐＨは３～７の範囲であることを特徴とする焼却灰からの忌避成分除去方法。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の焼却灰からの忌避成分除去方法において、
   前記重金属回収工程における該排水にＯＲＰ調整剤を加えて酸化還元電位を－４００ｍＶ以下に調整することを特徴とする焼却灰からの忌避成分除去方法。
5. 請求項１～３のいずれか１項に記載の焼却灰からの忌避成分除去方法において、
   前記重金属回収工程に、更に、前記灰水洗工程から生じる排水の酸化還元電位を測定するＯＲＰ測定工程を備え、
   前記ＯＲＰ測定工程による測定値が－４００ｍＶ以下を満足しない場合に、前記重金属回収工程における該排水にＯＲＰ調整剤を加えて酸化還元電位を－４００ｍＶ以下に調整することを特徴とする焼却灰からの忌避成分除去方法。
6. 請求項４又は５に記載の焼却灰からの忌避成分除去方法において、
   前記ＯＲＰ調整剤が、硫化水素ナトリウムであることを特徴とする焼却灰からの忌避成分除去方法。
7. 請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の焼却灰からの忌避成分除去方法において、
   前記灰水洗工程及び／又は前記重金属回収工程において回収した固相を、セメントクリンカの原料にすることを特徴とする焼却灰からの忌避成分除去方法。
8. 収容された焼却灰を所定の粒径に粉砕するための粉砕装置と、
   前記粉砕後の焼却灰をスラリーにしつつ水洗するための灰水洗槽と、
   前記水洗後のスラリーを固液分離するための固液分離装置と、
   前記固液分離装置から排出される排水中のクロムを液相に残留させつつクロム以外の重金属を第１凝集フロックに回収するための第１排水反応槽と、
   前記排水反応槽から排出される排水中の残留クロムを第２凝集フロックに回収するための第２排水反応槽と、を備えていることを特徴とする焼却灰からの忌避成分除去システム。
9. 請求項８に記載の焼却灰からの忌避成分除去システムにおいて、更に、
   前記固液分離装置から排出される排水の酸化還元電位を測定するＯＲＰ測定装置と、
   前記第１排水反応槽にＯＲＰ調整剤を供給するためのＯＲＰ調整剤供給装置と、
   前記ＯＲＰ測定装置の測定結果に基づいて前記ＯＲＰ調整剤供給装置を自動的に制御する制御装置と、を備えていることを特徴とする焼却灰からの忌避成分除去システム。

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