JP7244200B2 - 廃棄物焼却排ガス中の水銀除去方法 - Google Patents

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本発明は、廃棄物焼却排ガス中の水銀を、オゾンを用いて効果的に除去する方法に関するものである。
廃棄物焼却炉の排ガス中には微量の水銀が含有されていることがあるため、排ガス処理工程において除去する必要がある。焼却排ガス中の水銀は、水に可溶なHgO、HgCl2等の二価水銀と、水に不溶な金属水銀である。このうち水に可溶な二価水銀は、洗煙処理塔において排ガスを洗煙水と接触させることによって除去することができる。しかし水に不溶な金属水銀は、洗煙処理塔で除去することは困難である。
そこで特許文献１に示されるように、触媒を用いて金属水銀を二価水銀に変換したうえ、吸収液と接触させて除去する方法が提案されている。しかしこの方法は排ガス処理設備中に新たに触媒反応設備を増設する必要があるため、排ガス処理設備が複雑化し設備コストが高くなるという問題がある。
そこで特許文献２に示されるように、洗煙処理塔においてオゾンを用いて金属水銀を二価水銀に変換し、洗煙水で除去する方法も提案されている。この特許文献２の方法は、図４に模式的に示すように、洗煙処理塔１の下部から洗煙水を循環ポンプ２で汲み上げて洗煙処理塔１の上部に循環させる循環配管３中にオゾンを吹き込み、このオゾン水を洗煙処理塔の上部のノズル４から噴霧して排ガスと接触させ、二価水銀とするものである。この方法は特許文献１のように触媒反応設備を増設する必要がなく、洗煙処理塔にオゾン発生器を取り付けるだけでよい利点がある。
しかし一般に、洗煙処理塔の入り口部分における排ガス温度は200～300℃であるから、オゾン水を排ガス中に噴霧してもオゾンは熱により直ちに分解してしまい、排ガス中の金属水銀を効率よく二価水銀に酸化することができない。また、下水処理場では洗煙水として下水処理水を使用しているが、この処理水中にはBODが15mg/L程度含有されているため、オゾンが洗煙水中のBODと反応して無駄に消費されてしまう。さらに、オゾンの水への溶解度は低い。このため、排ガス中の金属水銀を十分に酸化させるためには多量のオゾンと水とを添加しなければならず、ランニングコストが非常に高くなるという問題がある。このほか、オゾン水は循環配管の酸化腐食を促進するため、設備寿命の点でも問題がある。
特開２００４－３１３８３３号公報 ＷＯ２００５／００５０２５号公報
従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、廃棄物焼却排ガス中の水銀を、洗煙処理塔において効率よく除去することができる廃棄物焼却排ガス中の水銀除去方法を提供することである。
上記の課題を解決するためになされた本発明の廃棄物焼却排ガス中の水銀除去方法は、ガスを冷却する下段の第１冷却部とその上段の第２冷却部とを備えた洗煙処理塔を用いた廃棄物焼却排ガス中の水銀除去方法であって、廃棄物焼却排ガスを前記洗煙処理塔の下部から送り込み、下段の前記第１冷却部に設置された散水ノズルから散水される洗煙水と接触させて排ガス温度を100℃以下にまで低下させたうえ、前記第１冷却部の上部に設置されたオゾン供給手段からガス状態で供給され前記洗煙処理塔の内部に滞留するオゾンガスと接触させて排ガス中の金属水銀を二価水銀に変換し、さらに前記オゾン供給手段の天井部に設けられた複数段のトレーに補給ノズルから補給水を供給し、生成した二価水銀を水中に溶解させて除去することを特徴とするもある。
なお、前記洗煙処理塔が、ガスを冷却する下段の前記第１冷却部とその上段の前記第２冷却部とを備えたものであり、オゾンを前記第１冷却部の上部に供給し、前記オゾン供給手段の天井部においては前記洗煙水を散水しないことが好ましい。また、前記洗煙処理塔の底部の洗煙水を循環ポンプで汲み上げ、下段の前記第１冷却部で循環させることが好ましい。さらに、前記洗煙処理塔で処理された排ガス中の水銀濃度を測定し、オゾンの供給量を自動制御することが好ましい。
本発明の廃棄物焼却排ガス中の水銀除去方法によれば、洗煙処理塔の内部で金属水銀を酸化させて二価水銀とし、洗煙水に溶解させて除去することができる。このため洗煙処理塔にオゾン供給手段を組み込むだけでよく、触媒反応装置などを増設する必要がない。
また本発明の廃棄物焼却排ガス中の水銀除去方法によれば、洗煙処理塔の排ガス温度が100℃以下にまで低下するガスの第１冷却部に、オゾンを供給して排ガスと接触させる。このようにオゾンガスと接触する排ガス温度が低下しているためにオゾンの熱分解が抑制され、特許文献２の方法に比べてオゾン供給量を削減することができる。
また本発明の廃棄物焼却排ガス中の水銀除去方法によれば、オゾンをガス状態で供給するため、オゾンを水中に供給する場合に比べて、洗煙処理塔でのオゾンとガスの接触時間を長くすることができる。このため特許文献２の方法では水中で分解してしまうオゾン量が多く、大量のオゾンを供給しなければ、排ガス中の金属水銀を酸化させることができないが、本願発明では少量のオゾンで効率よく金属水銀を酸化させることができる。このため、ランニングコストを削減することが可能となる。
焼却炉とその排ガス処理設備の全体構成図である。 実施形態の洗煙処理塔の模式的な断面図である。 参考形態の洗煙処理塔の模式的な断面図である。 従来の洗煙処理塔における水銀除去技術の説明図である。
（全体構成）
以下に本発明の好ましい実施形態を説明するが、先ず図１により、焼却炉とその排ガス処理設備の全体構成について説明する。
図１は実施形態の全体構成図であり、１０は廃棄物を焼却する焼却炉である。この焼却炉１０は下部に流動空気供給手段１１を備え、流動媒体を流動させながら汚泥を焼却する流動床炉である。汚泥ポンプ１２により炉内に投入された脱水汚泥は850℃以上の高温で焼却され、発生した廃棄物焼却排ガス（排ガス）は流動空気予熱器１３に入る。なお、本発明においては焼却炉１０の種類は特に限定されるものではなく、ストーカー炉等の焼却炉を用いてもよい。前記したように、この排ガス中には廃棄物由来の水銀が、金属水銀及び二価水銀として微量含まれている。
流動空気予熱器１３は流動空気ブロワ１４により吹き込まれた空気を高温の排ガスとの熱交換によって予熱し、流動空気供給手段１１に供給する。流動空気予熱器１３を通過した排ガスは次に白煙防止器１５に入り、白煙防止ファン１６から供給される空気を加熱する。加熱された空気は白煙防止空気として煙突１７へ送られ、煙突１７から大気中に放出される排ガスを加熱し、白煙を防止する。これらの流動空気予熱器１３及び白煙防止器１５はともに、排ガスと空気との間で熱交換を行う熱交換器である。
白煙防止器１５を通過した排ガスは、冷却塔１８において冷却される。冷却塔１８は冷却水を散水する散水ノズル１９を備えており、排ガスを200～300℃まで冷却する。冷却水はすべて蒸発するため、排水は発生しない。この冷却塔１８は省略することもできる。冷却された排ガスは集塵機２０に送られ、ダストを除去される。
この実施形態では集塵機２０は耐熱性に優れるセラミックフィルタを用いた構造のものであり、集塵機２０では排ガスの温度低下はほとんどないため、集塵機２０を通過した排ガス温度は200～300℃である。排ガスは次に洗煙処理塔２１に送られて処理され、吸引ファン２２によって吸引されて煙突１７から大気中に放出される。本発明ではこの洗煙処理塔２１において水銀の除去を行う。以下に洗煙処理塔２１の構造と水銀除去方法を詳細に説明する。
（洗煙処理塔）
図２は本発明で用いられる洗煙処理塔２１の模式的な断面図である。塔体はガスを冷却する下段の第１冷却部２３とその上段の第２冷却部２４とからなる２段構造である。下段の第１冷却部２３は底部の洗煙水槽２５の水を循環ポンプ２６で汲み上げ、散水ノズル２７から散水し、塔体下部の排ガス供給口２８から送り込まれる排ガスを冷却する領域である。排ガス供給口２８から送り込まれる排ガス温度は200～300℃であるが、塔体内部を上昇する間に冷却され、第１冷却部２３の上部では60～100℃にまで冷却される。この位置には温度センサ２９が設置されており、排ガス温度が100℃以下に保たれるように第１冷却部２３の循環水量を制御している。なお温度センサ２９を省略し、入口側のガス温度とガス量とを計算により求めておき、その値から循環水量を制御してもよい。
上段の第２冷却部２４はトレー３０を複数段備え、補給水をノズル３１，３２から供給する構造である。このうち、補給ノズル３１からは、補給水が常時供給されている。他方、補給ノズル３２からは、トレー３０及びデミスタ３４を洗浄する際に、必要に応じて補給水が供給される。排ガスはこれらのトレー３０の間を上昇する間に補給水と接触して洗浄され、含有ダスト、NOXやSOXなどが除去される。また第２冷却部２４の上部にはアルカリ供給手段３３が設けられており、NaOHを散布している。これにより塔内水のpHをアルカリに保ち、ガス洗浄効率を高める。第２冷却部２４を通過した排ガスは塔体上端のデミスタ３４を通過し、40～60℃で煙突１７に吸引される。
（水銀除去方法）
図２に示すように、この第１冷却部２３の上部位置にはオゾン供給手段３５が設置されており、オゾンをガス状態で供給している。前記したように、排ガス供給口２８から送り込まれる排ガスの温度は200～300℃であるが、第１冷却部２３を上昇する間に100℃以下にまで冷却される。本発明ではこの位置においてオゾンをガス状態で供給する。このためオゾンの熱分解が抑制され、オゾンは長時間にわたり塔内に滞留するので、排ガス中の金属水銀を酸化して二価水銀とし、排ガス中の二価水銀とともに、循環水中に溶解させて除去することができる。循環水中の水銀は後段の水処理設備で処理される。
またオゾンはガス状態で供給されるため長時間にわたり排ガスと混合、接触させることができる。しかもオゾン供給手段３５の天井部にはトレー３０があるため生成した二価水銀を速やかに水に溶解させることができる。さらにガス状のオゾンは水中のBODと反応しにくいので無駄に消費されることもない。
このため本発明によれば、循環水中のオゾンを従来のように水中に供給する方法に較べて、オゾン使用量を大幅に減少させることができる。本発明者が行ったモデル実験によれば、同一の水銀除去効果を得るために必要なオゾン供給量を、従来の約30％にまで減少させることができた。しかも循環水の配管がオゾンによって腐食することもない。
また図１に示すように、煙突１７の出口において排ガス中の水銀濃度を水銀連続分析装置３６により連続分析し、水銀濃度に応じてオゾン発生装置３７からのオゾン供給量を制御するようにすれば、少ないオゾン量で排ガス中の金属水銀を効率よく除去することが可能となる。オゾン発生装置３７は多量の電力を消費するため、オゾン使用量の削減はランニングコストの削減に大きく寄与するものである。
（参考形態）
以上に説明した実施形態は水が豊富にある下水処理場での使用を想定したものであり、上段の第２冷却部２４に供給した水は下段の第１冷却部２３に供給され、スクラバ排水となる。しかしゴミ処理場では下水処理場とは異なり水が豊富ではないため、水の使用量を極力少なくする必要がある。
図３はこのような水が豊富ではない処理場での使用を想定した洗煙処理塔２１の模式的な断面図である。この参考形態では洗煙処理塔２１の内部はガスを通過させることができる隔壁４０によって上段の第２冷却部２４と下段の第１冷却部２３に区画されている。オゾンは、第１冷却部２３の上部位置のオゾン供給手段３５からガス状態で供給される。下段の第１冷却部２３では、底部の洗煙水槽２５の水を循環ポンプ２６で汲み上げ、散水ノズル２７から散水し、塔体下部の排ガス供給口２８から送り込まれる排ガスを冷却する。循環水の一部は洗煙排水槽４１に取り出され、排水される。
一方、上段の第２冷却部２４については、減湿冷却槽４２において補給水とアルカリを混合し、ポンプ４３によってノズル４４から散水し、ガスを冷却する。補給水は隔壁４０によって受け止められ、減湿冷却槽４２に回収される。なおポンプ４３とノズル４４の間には、補給水を冷却する減湿用冷却器４５が設置される。このように上段の第２冷却部２４についても補給水を無駄なく回収し、冷却したうえでガス冷却に循環使用している。この参考形態は補給水の使用法が異なるだけであり、オゾンによる水銀回収については前記した実施形態と同様である。
以上に説明したように、本発明によれば、廃棄物焼却排ガス中の水銀を、洗煙処理塔において効率よく除去することができる。
１ 洗煙処理塔
２ 循環ポンプ
３ 循環配管
４ ノズル
１０ 焼却炉
１１ 流動空気供給手段
１２ 汚泥ポンプ
１３ 流動空気予熱器
１４ 流動空気ブロワ
１５ 白煙防止器
１６ 白煙防止ファン
１７ 煙突
１８ 冷却塔
１９ 散水ノズル
２０ 集塵機
２１ 洗煙処理塔
２２ 吸引ファン
２３ 第１冷却部
２４ 第２冷却部
２５ 洗煙水槽
２６ 循環ポンプ
２７ 散水ノズル
２８ 排ガス供給口
２９ 温度センサ
３０ トレー
３１ ノズル
３２ ノズル
３３ アルカリ供給手段
３４ デミスタ
３５ オゾン供給手段
３６ 水銀連続分析装置
３７ オゾン発生装置
４０ 隔壁
４１ 洗煙排水槽
４２ 減湿冷却槽
４３ ポンプ
４４ ノズル
４５ 減湿用冷却器

Claims (4)

  1. ガスを冷却する下段の第１冷却部とその上段の第２冷却部とを備えた洗煙処理塔を用いた廃棄物焼却排ガス中の水銀除去方法であって、
    廃棄物焼却排ガスを前記洗煙処理塔の下部から送り込み、下段の前記第１冷却部に設置された散水ノズルから散水される洗煙水と接触させて排ガス温度を100℃以下にまで低下させたうえ、前記第１冷却部の上部に設置されたオゾン供給手段からガス状態で供給され前記洗煙処理塔の内部に滞留するオゾンガスと接触させて排ガス中の金属水銀を二価水銀に変換し、
    さらに前記オゾン供給手段の天井部に設けられた複数段のトレーに補給ノズルから補給水を供給し、生成した二価水銀を水中に溶解させて除去することを特徴とする廃棄物焼却排ガス中の水銀除去方法。
  2. 前記洗煙処理塔が、ガスを冷却する下段の前記第１冷却部とその上段の前記第２冷却部とを備えたものであり、オゾンを前記第１冷却部の上部に供給し、前記オゾン供給手段の天井部においては前記洗煙水を散水しないことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物焼却排ガス中の水銀除去方法。
  3. 前記洗煙処理塔の底部の洗煙水を循環ポンプで汲み上げ、下段の前記第１冷却部で循環させることを特徴とする請求項２に記載の廃棄物焼却排ガス中の水銀除去方法。
  4. 前記洗煙処理塔で処理された排ガス中の水銀濃度を測定し、オゾンの供給量を自動制御することを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の廃棄物焼却排ガス中の水銀除去方法。
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