JPH11226558A

JPH11226558A - 飛灰の無毒化と塩の分離と資源化を一貫処理するプロセス

Info

Publication number: JPH11226558A
Application number: JP10037109A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Hirose; 友弘廣瀬; Yoichi Yamamoto; 陽一山本; Kazuhiko Yoku; 和彦浴
Original assignee: TECHNO FRONTIER KK; Techno Frontier Ltd
Current assignee: TECHNO FRONTIER KK; Techno Frontier Ltd
Priority date: 1998-02-19
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 1999-08-24
Anticipated expiration: 2018-02-19
Also published as: JP2920137B1

Abstract

(57)【要約】【課題】飛灰に含有されている有機物・重金属類・水
溶性塩の酸化・分解処理及び分離処理、更にCa、Si、Al
の化合物の資源化処理を、有機的に統合し、特別管理物
である飛灰の無毒化・資源化を一貫したプロセスにより
行う。【解決手段】焼却炉から排出される飛灰の構成成分を
水溶性塩、地球土壌を構成する無害な物質、溶出性重金
属類、悪臭を発する或いは猛毒な有機物質、フリーカー
ボンに分類し、飛灰に分離・分解・酸化・精製の処理工
程を複合的に加え、飛灰を最終的には水溶性の塩と、工
業用資源と重金属類の残渣に分離回収する事を目的とし
て、飛灰を加熱処理し、水洗し、化学分解し、反応さ
せ、分離精製する工程を有機的に総括統合した飛灰処理
プロセス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄物を焼却する
際に発生する飛灰の処理方法に関するもので、より詳し
くは飛灰に含有されている有機物・重金属類・水溶性塩
の酸化・分解処理及び分離処理、更にCa、Si、Alの化合
物の資源化処理を、有機的に統合し、特別管理物である
飛灰の無毒化・資源化を一貫したプロセスにより行う処
理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】廃棄物
を焼却する際に発生する飛灰は現在管理型最終処分場に
投棄する事が義務づけられている。飛灰を自然土として
地球還元する際に最も差しさわりがあるのは、飛灰中に
Pb、Cr、Cdといった有毒な溶出性重金属類が含有されて
いる事と焼却の過程で生成されるダイオキシン等の猛毒
物質が含まれている事である。それにもう一つは、飛灰
中にはNaCl、KCl 、CaCl₂等の塩類が数十パーセントの
割合で混在していて、これらは例え管理型の最終処分場
に飛灰を埋め立てても、雨水により、雨水量に従って溶
解流出し、廃水処理場を通して河川に流れ出す事であ
る。この飛灰中のかなりの量を占める塩類の雨水による
溶解流出により、溶出性重金属類や有毒な有機物質が同
伴しないとは決して断言出来ない。当初、この流出の対
処として、山土による覆土が行われ、山土に溶出性重金
属類等の毒性物質の吸収が期待された。次には飛灰に数
パーセントのセメントを加え、混練りした上で処分場へ
埋立てる方法が進められ、現在では、セメントの他にキ
レート剤をも加えて、重金属類の雨水流出の抑制が計ら
れている。しかし、全国市町村の全てが飛灰にセメント
及びキレートを加え混練りした上で最終処分場に埋立て
ているのではない。その理由の一つは経時的な規定の変
遷があって、それぞれのその当時の規定に基づいている
事、二つめの理由は、より良いとは理解しながらもその
膨大な経費を算段出来ないからである。飛灰処理に際し
重要な事は、上記の飛灰にセメントやキレート剤を加え
混練しても、ダイオキシン等の猛毒性有機物は、最終処
分場に蓄積されたまま永久に残存する事、又、塩類は累
々と積み重ねられていく事への問題解決にはなっていな
いのが現実であるという事である。

【０００３】

【課題を解決するための手段】ここで、表１に飛灰の代
表的な元素成分を示す。表１中、飛灰Ａは焼却炉の燃焼
が良好であり、また排ガス中に脱塩脱硫を目的として消
石灰が十分に吹き込まれているものの例、飛灰Ｂは焼却
炉の燃焼が良好でなく、従ってフリーカーボン量が多
く、また消石灰の吹き込み量が少ないものの例である。

【０００４】

【表１】

【０００５】表１に示すように、元素成分の多いものと
しては、Ca、Si、Alが挙げられ、CaはCa(OH)₂、CaC
O₃、CaSO₄、CaCl₂といった形で存在し、Si、Alは主
に酸化物即ちSiO₂、Al₂O₃で存在している。参考値とし
て表１の右欄に地殻を形成する元素の割合を示すが、Ca
CO₃やSiO₂、Al₂O₃は安定した土壌物質である。次に多
いものとしてはNa、K 、Clであり、NaClやKCl として存
在し、極く少量が炭酸基や硫酸基と結合している。これ
らはいわゆる塩（えん）であり、CaCl₂と同じように水
溶性の物質である。次に金属類が挙げられ、Fe、Pb、C
u、Cr、Ni等の他に微量ではあるがCd、Hgなどが含まれ
ている。このうちPb、Cr、Cu、Cd、Hgはイオン化した場
合有毒である。C は廃棄物が焼却された際に完全燃焼せ
ずに残った炭素（フリーカーボン）が主であり、一部は
炭酸基CO₃として含まれている。上記はいずれも無機物
であるが、飛灰には極めて少量ではあるが有機物が含ま
れていて、燃焼中舞い上がって不完全燃焼のままで残っ
た紙片等の他に、極く微量ではあるが、悪臭（腐臭）を
発する物質や燃焼中生成されたダイオキシンなどが含ま
れていて、このうち猛毒性のダイオキシンは最近特に問
題視され、大気に放出されるダイオキシンのみその排出
量の制限値が決定された。

【０００６】以上を整理すると、飛灰の成分は、成分の
性質上の観点から次のように分類できる。Ａ．地表を構成する岩石・土壌の基であるCa、Si、Alの
化合物Ｂ．NaCl、KCl 、CaCl₂の水溶性の塩Ｃ．金属類及び有毒性イオンを発生する溶出性重金属類Ｄ．飛灰全体を黒く着色する炭素（フリーカーボン）Ｅ．悪臭を発する或いは猛毒性の微量有機物質本発明者らは、飛灰を構成する物質を上記の５分類に分
け、それぞれの分離・分解・選別について多くの実験を
重ねた結果、次の(a) から(e) の目的を総括的且つ、有
機的に統合する処理プロセスの完成に成功した。 (a) Ａを土木用又は工業用資源として回収 (b) Ｂを海水に還流 (c) Ｃのうち易水溶性成分は水洗により除去し、難水溶
性成分は飛灰全量を酸により分解後その溶液或いは懸濁
液から分離 (d) ＤはＡの資源化製品を着色し、又、排水を黒く汚濁
するので加熱焼却（酸化）し気化 (e) Ｅは、加熱分解し、無毒無臭の物質に転換即ち本発明は、焼却炉から排出される飛灰の構成成分を
水溶性塩、地球土壌を構成する無害な物質、溶出性重金
属類、悪臭を発する或いは猛毒な有機物質、フリーカー
ボンに分類し、飛灰に分離・分解・酸化・精製の処理工
程を複合的に加え、飛灰を最終的には水溶性の塩と、工
業用資源と重金属類の残渣に分離回収する事を目的とし
て、飛灰を加熱処理し、水洗し、化学分解し、反応さ
せ、分離精製する工程を有機的に総括統合した飛灰処理
プロセスである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、説明を容易にする為、本発
明者らが完成させた処理プロセスの１例を図１に示し、
その物質の流れに従って順次処理フローとその目的・理
由を述べる。本発明の飛灰処理プロセスの好適な１例
は、 (1) 飛灰を加熱処理機２で加熱処理しフリーカーボンの
酸化除去と悪臭・有毒性物質の分解無毒化を行う工程 (2) 加熱処理された飛灰を水を張った洗浄槽３に投入
し、非水溶性物質が沈殿した泥状の層と上澄水とに分離
する工程 (3) 前記上澄液のみを濾過循環槽12へ移し、薬液を加
え、濾過機13と濾過循環槽12を一定時間循環させて重金
属類を吸収した凝集物と塩水とに分離する工程 (4) 前記洗浄槽３に残った泥状層に、再度水を加えスラ
リー状にし、分解槽５へ送って硫酸を注入し、残った飛
灰成分を分解或いは崩壊させる工程 (5) 分解槽５をオーバーフローした液を成長槽６に流下
させ、固相の CaSO₄・2H₂O（石膏）の結晶体を形成・成
長させ、成長槽６をオーバーフローした液を分離槽７に
流下させ、スラリー液から沈降速度の大きな物質を分離
する工程 (6) 分離槽７の底部から抜き取られた濃いスラリー液
を、固液分離機８で石膏を主成分とした固相体と微粒子
を含む懸濁水溶液とに固液分離する工程 (7) 前記固相体を水洗機９により洗浄し、工業用石膏と
して石膏ホッパー11に貯える工程 (8) 固液分離機８及び水洗機９から排出された濃淡両方
の水溶液を循環液槽10に貯え、一部を洗浄槽３に移し、
飛灰の水溶性物質の溶解後、主液の循環系外である濾過
循環槽12へ排出させ、残りをスラリー用水として再利用
する工程を具備する。

【０００８】先ず、焼却炉から排出された飛灰は、飛灰
ホッパー１に直接移送される。ここで、直接にと云う意
味は、現在多くの炉施設で行われている（或いは行われ
ようとしている）飛灰にセメント数10％、混練水数10
％、キレート数％を加えて混合するといった処理をせず
に、炉下から排出される飛灰をそのまま飛灰ホッパー１
に投入する事を表す。次に、飛灰は加熱処理機２に充満
されるように定量供給される。加熱処理機２は、電気ヒ
ーターにより内部の飛灰全体を 350〜450 ℃の温度範囲
で均一に加熱する装置であり、内部温度は設定した温度
に制御される。この加熱の目的は、飛灰中に重量比で0.
5 〜５％含まれているフリーカーボン（炭素粉）を酸化
させ炭酸ガスとして除去する事にあるが、この必要性
は、飛灰中のカルシウム分を硫酸カルシウムとして分離
精製しても、その被分離物がフリーカーボンにより黒色
を帯びていては硫酸カルシウム（石膏）としての用途価
値がないからである。フリーカーボンを酸化させるに必
要な酸素は飛灰に含まれる空気で十分であるが、フリー
カーボン量が２％以上にもなるとその全量の酸化を達成
する為には加熱処理機２に外部より圧縮空気を注入しな
ければならない。この加熱処理機２による飛灰の均一加
熱の結果、無機物であるフリーカーボンの酸化が達成さ
れる他に、他の微量有機物（悪臭を発する物質やダイオ
キシン等の有毒物質）も分解される事が感知試験や分析
試験で判明している。

【０００９】加熱処理機２で加熱処理された飛灰は、高
温のまま予め循環液槽10からの循環液を張った洗浄槽３
に投入される。洗浄槽３に付設させている攪拌機にて15
〜30分間攪拌した後、約10分間静置する。静置の結果、
非水溶性物質が沈殿した泥状の層と上澄水とが明然と分
離した状態において、その上澄液のみを濾過循環槽12へ
移す。一方、洗浄槽３に残った泥状層については、再
度、循環液槽10からの循環液を加えスラリー状にした上
でその全量をスラリー槽４に移す。スラリー槽４内は沈
殿を防ぐ為、常時攪拌されていて、スラリーは連続的に
汲み出され、分解槽５へ注入される。そのスラリー量に
比例して分解槽５には硫酸タンクから所定量の硫酸が注
入される。この硫酸により飛灰は分解或いは崩壊し、例
えばCa(OH)₂はカルシウムイオンに遊離し、又、非化学
的にCa(OH)₂等に付着していたものが結合を解かれ単独
の粒子に遊離する。換言すれば分解槽５では、飛灰は化
学的・物理的に結合・付着していた各種飛灰成分が別々
に分解・乖離されるのである。分解槽５をオーバーフロ
ーした液は成長槽６に流下し、成長槽６では、硫酸の存
在下で未分解のカルシウム化合物が更に分解される一方
で、カルシウムイオンは硫酸基と反応し、固相の CaSO₄
・2H₂O（石膏）の結晶体を形成し成長していく。つまり
成長槽６の中では分解・乖離され溶解・懸濁している飛
灰成分のうち、CaSO₄・2H₂O粒子のみが成長し、粒径を
増大していくのである。

【００１０】成長槽６をオーバーフローした液は分離槽
７に流下する。分離槽７はシックナーの働きをなし、ス
ラリー液から比較的沈降速度の大きな物質を分離する事
を目的とする。幾多の試練・試作を繰り返した結果、分
離槽７の底部からは、主として成長した石膏の結晶と硫
酸では分解されなかったSiO₂やAl₂O₃、それに少量の非
水溶性金属化合物等が分離出来た。未成長の微細な結晶
は懸濁液の中に残っていて、この懸濁液を分解槽５へ返
送する事により、未成長結晶は、更に大きく成長する。
分離槽７の底部から抜き取られた濃いスラリー液は、固
液分離機８で石膏を主成分とした固相体と微粒子を含む
懸濁水溶液とに固液分離される。固相体は水洗機９によ
り清水で洗浄された後、工業用石膏として石膏ホッパー
11に貯えられる。

【００１１】一方、固液分離機８及び水洗機９から排出
された濃淡両方の水溶液は併せて循環液槽10に貯えら
れ、再利用される。即ち再利用の一つは、飛灰の水溶性
物質を溶解除去する為に、洗浄槽３で、一つは洗浄槽３
に残った非水溶性物質をスラリー化する為に洗浄槽３及
びスラリー槽４で再利用される。上記循環液槽10に貯え
られた水溶液には、飛灰中に存在していた物質中、硫酸
液により溶解した物質と溶解しないまま液中に懸濁して
いる物質が微粒子のままで含まれているのであるが、上
述の如く、一部は洗浄槽３で飛灰中の水溶性物質を溶解
除去する為に使われ、濾過循環槽12に排出される。

【００１２】本発明者らが完成させた本処理プロセスが
“有機的に総括統合”と述べた理由を、一例として、こ
の洗浄槽３における操作で説明する。飛灰を清水で洗浄
しても水溶性塩であるCaCl₂、NaCl、KCl を 100％除去
する事は極めて難しい。何故なら、それぞれの塩は水に
対し可溶性限界（飽和状態）があるのであり、だからと
云って清水を無限に浪費する事は出来ないからである。
又、除去したいClは、必ずしもNa、K 、Caと単純な塩を
形成しているのではなく、より複雑な難水溶性の複合物
質として存在している場合があるのである。

【００１３】又、溶出性重金属類も単なる清水のみを溶
媒としたのでは溶出量は極めて少ない。上記の“より複
雑な難水溶性の複合物質”や“重金属類”は分解槽５か
ら水洗機９の処理フローの中で溶解・分離され、それが
循環液中に溶解・懸濁した状態で洗浄槽３に還流される
のである。故に濾過循環槽12に入る液は、上記Ｂ．で示
したNaCl、KCl 、CaCl₂等の水溶性の塩及び先述の
“Ｃ．金属類及び有毒性イオンを発生する重金属類”の
硫酸液により溶解し、或いはその溶解により解放遊離さ
れたPb、Cu、Cr、Zn等の金属化合物の微粒子を含んでい
る。

【００１４】次に排水の処理について述べる。飛灰の処
理に関して、現在クローズアップされつつある問題は、
飛灰中に含まれる毒性物質（有毒な重金属類やダイオキ
シン等）の他に塩を如何に海洋に戻すかと云う事であ
り、過去焼却灰や飛灰を埋め立ててきた最終処分場にお
いてはその排水中の塩分が年々増加し、水処理後も塩分
はそのまま放流先に放流されているのが現状なのであ
る。本発明者らは、当初洗浄槽３から排出された排水を
蒸発濃縮して塩及び重金属類が混合されたままの固相を
最終処分場へ投入する考えていたが、前記の如き、最終
処分場での長年の塩の蓄積による塩の流出問題を鑑み、
塩を安全に海に投入出来る程度にまで洗浄槽３の排水か
ら塩を分離・純化する試行を重ねた。重金属類を分離す
る方法としては浸透膜法、電解法、薬品による凝集沈殿
分離法、薬剤（キレート剤）による選別分離法等がある
が、多くの実験を試行した結果、キレート剤に重金属類
を吸収させ、その重金属類を吸収させたキレート剤を濾
過除去する方法が、経済性、運転維持の安易、被処理物
の後始末等の観点から最も優れていると結論づけられ
た。洗浄槽３から排出された液は濾過循環槽12に貯えら
れ、そこでキレート剤を加えられた液は濾過機13へ送ら
れ、再び濾過循環槽に戻される。つまり排液は濾過循環
槽12と濾過機13を一定時間循環するのである。この循環
によりキレート剤の吸収効率を高め、又、重金属類を吸
収したキレート剤と溶液との分離効率を高めるのであ
る。一定時間循環された液は、バルブの切換により、排
液ピット15へ排出され、又、濾過機13でキレート剤によ
り捕集された金属類は残渣ホッパー14に落とされる。濾
過機13により濾過循環槽の溶液が分離される分離前と分
離後の成分を表２に示す。又、同表２に参考の為に、産
業廃棄物の海洋投入処分に係わる判定基準（総理府令平
成６年３号61号）及び海水の成分を示しておく。

【００１５】

【表２】

【００１６】ここで更にもう一つ、本発明者らが完成し
た本処理プロセスの“有機的に総括統合”の例示を行
う。飛灰中のフリーカーボンは飛灰を清水洗浄しても60
〜70％程度は除去できるが、しかし石膏を白くする程に
は至らない。それが故に飛灰を加熱処理機２により酸化
除去する方法を取り入れたのであるが、この加熱処理機
２で完全にフリーカーボンを除去する事により次の洗浄
槽３における洗浄液へのフリーカーボンの残留を妨げた
意義は大きい。何故なら、排液ピット15の排液を海中へ
投入可能ならしめるには排液が黒色を帯びていてはなら
ないのであり、洗浄排液に仮にフリーカーボンが残留し
ていたら、濾過機13によりこのフリーカーボンを完全除
去する事は極めて困難なためである。この事は飛灰中の
有毒性の有機物質についても云えるのである。故に加熱
処理機２には単体操作として単に飛灰中のフリーカーボ
ンを除去するといった単一目的を達成する事の他に、石
膏の白色化、海中投棄の排水の透明化、更には有毒性物
質の分解といった多重効用を総括的且つ有機的に付与出
来たのである。

【００１７】以上が本発明者らが完成した処理プロセス
であるが、実証値として、前記飛灰Ａ（表１）に対し、
本処理プロセスを施した場合の、リサイクルされる石膏
の品質（成分）とその重金属類溶出試験値及び飛灰のダ
イオキシン毒性等価濃度の減量を表３、表４及び表５に
示す。

【００１８】

【表３】

【００１９】

【表４】

【００２０】

【表５】

【００２１】

【発明の効果】飛灰には、ダイオキシン等猛毒の有機物
や有毒な水溶性重金属類が含まれ、又、水に容易に溶け
る塩が多量に含まれている。この飛灰をセメントやキレ
ート剤等で処理し、最終処分場に埋め立てても、水溶性
塩が溶解流出する限り、猛毒物質の同伴流出は防ぎ得
ず、又、流出した塩を河川に放流した場合は河川の生物
系体の変化や田畑での塩害等を惹起する。そこで、本発
明では飛灰をＡ．地表を構成する岩石・土壌の基であるCa、Si、Alの
化合物（土壌に戻し得る物質）Ｂ．NaCl、KCl 、CaCl₂の水溶性の塩Ｃ．金属類及び有毒性イオンを発生する溶出性重金属類Ｄ．飛灰全体を黒く着色する炭素（フリーカーボン）Ｅ．悪臭を発する或いは猛毒性の微量有機物質の構成成分に分類し、それぞれへの対処・処理を有機的
に総括統合するプロセスを完成した事により、飛灰を無
毒化・資源化させるだけでなく、現在既に用地確保に難
渋を極めている最終処分場の延命化と縮小化が可能とな
り、又、如何様にも対処処置出来ない最終処分場からの
塩分流出、換言すれば陸上での塩分の蓄積を将来に向か
って、回避・解決出来るのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本処理プロセスの１例を示すフロー図であ
る。

【符号の説明】

１飛灰ホッパー２加熱処理機３洗浄槽４スラリー槽５分解槽６成長槽７分離槽８固液分離機９水洗機 10 循環液槽 11 石膏ホッパー 12 濾過循環槽 13 濾過機 14 残渣ホッパー 15 排液ピット

【手続補正書】

【提出日】平成１１年１月１１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼却炉から排出される飛灰の構成成分を水
溶性塩、地球土壌を構成する無害な物質、溶出性重金属
類、悪臭を発する或いは猛毒な有機物質、フリーカーボ
ンに分類し、飛灰に分離・分解・酸化・精製の処理工程
を複合的に加え、飛灰を最終的には水溶性の塩と、工業
用資源と重金属類の残渣に分離回収する事を目的とし
て、飛灰を加熱処理し、水洗し、化学分解し、反応さ
せ、分離精製する工程を有機的に総括統合した飛灰処理
プロセス。
【請求項２】(1) 飛灰を加熱処理機２で加熱処理しフリ
ーカーボンの酸化除去と悪臭・有毒性物質の分解無毒化
を行う工程 (2) 加熱処理された飛灰を水を張った洗浄槽３に投入
し、非水溶性物質が沈殿した泥状の層と上澄水とに分離
する工程 (3) 前記上澄液のみを濾過循環槽12へ移し、薬液を加
え、濾過機13と濾過循環槽12を一定時間循環させて重金
属類を吸収した凝集物と塩水とに分離する工程 (4) 前記洗浄槽３に残った泥状層に、再度水を加えスラ
リー状にし、分解槽５へ送って硫酸を注入し、残った飛
灰成分を分解或いは崩壊させる工程 (5) 分解槽５をオーバーフローした液を成長槽６に流下
させ、固相の CaSO₄・2H₂O（石膏）の結晶体を形成・成
長させ、成長槽６をオーバーフローした液を分離槽７に
流下させ、スラリー液から沈降速度の大きな物質を分離
する工程 (6) 分離槽７の底部から抜き取られた濃いスラリー液
を、固液分離機８で石膏を主成分とした固相体と微粒子
を含む懸濁水溶液とに固液分離する工程 (7) 前記固相体を水洗機９により洗浄し、工業用石膏と
して石膏ホッパー11に貯える工程 (8) 固液分離機８及び水洗機９から排出された濃淡両方
の水溶液を循環液槽１０に貯え、一部を洗浄槽３に移
し、飛灰の水溶性物質の溶解後、主液の循環系外である
濾過循環槽１２へ排出させ、残りをスラリー用水として
再利用する工程を具備することを特徴とする請求項１記載の飛灰処理プ
ロセス。