JP4350485B2 - 複数・混合汚染物質の焼成無害化処理方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、ダイオキシン類、ＰＣＢ等の有機塩素化合物、並びに有害な重金属類を含んだ焼却灰及び焼却飛灰並びに土壌等を焼成法により無害化し、さらに建築・土木用資材に加工する処理方法、及び処理システム（処理装置）に関する。

近年、環境問題に対する社会の関心が高まる中で、リサイクル関連、廃棄物関連、土壌汚染関連の諸法律の整備が進み、焼却施設から発生する焼却灰、焼却飛灰や工場の跡地の汚染土壌、産業廃棄物などにおいて有害物質を無害化し、且つ、資源としてリサイクル出来る技術開発が求められている。

各々の汚染源に対しての無害化技術、各々の無害化物の再資源化技術は単独では既に開発されている。
しかし、ダイオキシン類に汚染され、且つ有害な重金属類を含むなどの複合状態にあるものも多く存在し、また、焼却灰といっても大きくは主灰・飛灰に分けられるものの、その含有汚染物質の種類は雑多である。

複合汚染物質に対して、準じ相当する無害化技術を使い汚染物を無害化することは可能であるが、各々でエネルギーを消費し、また、専用の無害化薬品を消費するため、その処理経費は増大する。
また、運搬等のハンドリングコストがかさむばかりでなく、運搬時の二次汚染も懸念される。

本発明では、上述のような問題に鑑み、複合汚染された焼却灰・焼却飛灰・汚染土壌と多種にわたる汚染物を特別な薬品を使用せずに同時に無害化処理でき、且つ、建築、土木資材の原料まで加工することを目的とする。

また、無害化、再資源化に係る処理に供するエネルギーを最小とし、移動等にかかわる処理経費の削減・二次汚染の防止も目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、焼却主灰・焼却飛灰・土壌等の複数の種類の汚染物質を造粒する工程と、この造粒された汚染物質を低酸素雰囲気下で焼成する工程とが含まれることを特徴とする。
また、複数・複合汚染物質に含まれている、ダイオキシン類やＰＣＢなどの有機塩素化合物と有害な重金属類とを、同時に無害化できる。
この場合に、汚染物質の焼成により発生した排ガスを燃焼用空気と混合し、燃料を燃焼させることにより低酸素雰囲気下にし、焼成炉内温度を焼成物の溶融温度以下に維持することを特徴とする。
さらには、木くず燃料又はＲＰＦ燃料あるいはその両方を、造粒された汚染物質に混合することで焼成時に重金属を還元し、焼成用燃料の低減を図ったことを特徴とする。
処理装置としては、汚染物質の造粒手段と、この造粒された汚染物質を焼成する焼成炉と、焼成炉内を低酸素雰囲気に調整する手段とを備えたことを特徴とする。
より具体的には、焼却灰・焼却飛灰・汚染土壌を櫛機で粒径毎に分別し、造粒し原料化する工程と、前記原料に破砕した木くず燃料又はＲＰＦ燃料又はその両方を混合し、定量供給装置で焼成キルンへ投入する工程と、排ガスを減温器により急速減温し、バグフィルターにてダストを集塵し排出する工程と焼成キルン内の酸素濃度を調整するための燃焼空気導入装置からなる。
ＲＰＦ燃料はＲＤＦあるいは廃プラスチックであっても良い。
また、焼却飛灰はバグフィルターから排出される消石灰を多く含んだアルカリ飛灰であっても良い。

この焼却灰・焼却飛灰・汚染土壌の無害化処理によれば、多様な汚染物質を同時に安全に無害化出来る。
また、造粒物を一時的に貯留する原料貯蔵ピットを備えると入荷量の変化に対応が可能で効率の良い無害化・再資源化が可能である。

破砕木くずやＲＰＦ燃料はそれが含有する固定炭素により、焼成時に必要なバーナー熱源のエネルギーの節約に供し、また保有する固定炭素は焼成キルン内で重金属に対して還元作用を持ち、特に有害な六価クロムの発生を抑制し、重金属揮発を促進する。

振動篩機並びに磁選機にて一定の粒径にされた焼却灰と焼却飛灰を混合し、造粒すると焼成製品の粒径を一定化し再資源化しやすくなる。
また、近年の焼却設備に多用されているバグフィルターから排出される消石灰を含んだアルカリ飛灰は単独で焼成すると固着することが知られている。
しかし、混合造粒を行うことにより固着を防止することができる。

焼成時に供給する焼成用空気は外気及び最終の排気ガスを混合し、そのバランス調整により、焼成キルン内の酸素濃度及び温度調整を行う。
また、その調整量は煙突に付加された酸素濃度測定装置からのフィードバック信号を利用しても、手動でも構わない。
酸素濃度を低下させると燃焼温度は上昇することは公知の事実である。
重金属を揮発させるためには低酸素運転が好ましいため、酸素濃度を低下させると焼成炉内温度が上がり過ぎ、溶融を起こす。
本発明においては、外気よりも酸素濃度が低い排ガスを導入することにより炉内を低酸素状態に保ちつつ、低酸素溶融温度まで炉内温度を上昇させない手法を用いた。
なお、低酸素状態とは概ね７容量％以下をいう。

燃焼バーナー用燃料は重油・灯油・再生油のいずれの燃料を使用しても良い。

燃焼バーナー用燃料はランニングコスト及びキルン内酸素濃度の調整を行う場合には再生油を使用することが好ましい。

設備からの処理物及び製品の飛散を防止するために、密閉構造を折り込み、外部飛散が極力起きない構造にするのが好ましい。

本発明によれば、ダイオキシン類をはじめとする有害有機塩素化合物や重金属に汚染された焼却灰・焼却飛灰・土壌等を破砕した木くず、ＲＰＦ、若しくはＲＤＦ、若しくは廃プラスチック類を一定の割合で添加して焼成処理することにより、同時に無害化することができる。
特に、有害有機塩素化合物や重金属による汚染を同時に処理できるという優れた効果があると同時に廃棄物を燃料とし製造された固形化燃料及び廃棄物である廃プラスチックを熱エネルギーとして利用することができるという廃棄物を利用した廃棄物処理が出来る特徴を持つ。
また、処理物は各種原料に再利用することが出来るという循環型社会に貢献するという優れた特徴を持つ。

以下、本発明の実施の形態による焼却灰・焼却飛灰・汚染土壌の同時無害化処理方法を図１を参照して説明する。
図１は本実施の形態による焼却・焼却飛灰・汚染土壌の同時無害化処理方法における全体のフローを概略的に示す図である。
図２・３は図１の焼却灰・焼却飛灰・汚染土壌の同時無害化処理方法により無害化した製品の実施例試験結果である。

図１の焼却灰・焼却飛灰・汚染土壌の同時無害化処理方法は、処理対象の振動櫛機３、磁選機４、破砕機５、金属保管施設６、造粒機７、原料貯蔵ピット８、投入クレーン９・１０、原料ホッパ１１、定量供給装置１２、焼成炉１３、二次燃焼バーナ１４、燃焼バーナ１５、冷却コンベア１６、重油タンク１８、燃焼ファン１９、駆動モーター２０、減温器２１、減温水タンク２１ａ、飛灰回収保管ボックス２１ｂ、バグフィルター２２、消石灰供給フィーダー２２ａ、飛灰回収保管ボックス２１ｂ、２２ｂ、コンプレッサー２２ｃ、送風機２３、煙突２４、酸素濃度計２５を含む。

図１の焼却灰・焼却飛灰・汚染土壌の同時無害化処理方法における汚染物の処理工程を図１により説明する。

図１を参照し、処理対象となる汚染物は、焼却主灰、焼却飛灰、土壌、底質、粉砕物、沈殿物等のダイオキシン類、ＰＣＢ等の有機塩素化合物を含んだ汚染物質であり、原料保管場所１、２に保管される。

ここで、焼却灰等の比較的大きいものは原料保管場所１から投入クレーン９により振動櫛機３に投入される。
粒径１０ｍｍ以上のものはベルトコンベアにより磁選機４を通過し、破砕機５へ入る。
破砕された焼却灰は原料保管場所１に戻される。
なお、原料保管場所１の焼却灰は汚染された土壌、底質、粉砕物、沈殿物等であっても構わない。
磁選機４で選別された金属類は金属屑保管施設６に保管され、再生業者へ回付され、再生利用される。

選別された焼却灰は造粒機７ベルトコンベアで搬送される。
粒度が小さい燃焼飛灰等は原料保管場所２から直接、投入クレーン９により、造粒機７へ搬送される。

造粒機７で混合物は造粒され、概ね１〜１０ｍｍの造粒物に加工され、原料貯蔵ピット８に保管される。
造粒の際には適度な加湿を行うので飛散量は非常に少ない。

原料貯蔵ピット８に保管された造粒物は投入クレーン１０により、原料ホッパ１１に搬送される。
その際に加熱用燃料の削減及び重金属類の還元に供するために、粉砕木くず燃料、ＲＰＦ燃料と混合される。
原料に固定炭素分が多い場合には、適時補助燃料混合割合を調整する。

原料ホッパ１１に投入された焼成原料は定量供給装置１２により、一定量ずつ回転円筒形の焼成炉１３に投入される。
定量供給装置１２には上シャッター１２ｃ、下シャッター１２ｄが具備し二重扉方式を採用しており、外気と焼成炉内を分離している。
定量供給装置は供給口の周囲を水冷（１２ｅ）していて、投入プッシャー１２ｂで定量ずつ焼成炉１３の加熱部位まで供給される。

回転円筒は、駆動モーター２０で回転制御され（伝動部の図示省略）、この回転円筒には１°〜２°程度の傾斜角がつけられており、回転によるすべりにより、汚染物は焼成炉１３内を一定時間移動し、排出される。
回転円筒内には汚染物をかきあげるリフター、あるいはパドル羽根が装着されていても良い。

燃焼バーナ１５の燃料は重油・灯油・再生油のどれでも良い。
バーナから発生した炎は熱風発生炉１５ａ内で高温熱風に変換され、焼成熱源として作用する。
熱風温度は６００℃以上必要であるが、８００℃以上が好ましい。
また、焼成炉内は低酸素状態に保つことが好ましい。
低酸素状態とは酸素濃度７容量％以下をいう。

低酸素状態を保つためには燃焼空気送風ファン１９からの送風空気量を減少させることで達成できる。
しかし、送風空気量を減少させると熱風発生炉からのガス温度は上昇し、１２００℃を超えるとほとんどの種類の焼成物は溶融してしまう。
回転円筒型焼成炉は溶融すると、焼成物の搬送に障害を与える。

そこで、煙突２４から排気ガスを流入し、酸素濃度の低い燃焼空気を通常の外気と適当な割合で供給することにより、低酸素状態を維持し、熱風発生炉のガス温度の上昇を防止する。
連続酸素濃度分析計２５からのフィードバック信号により自動制御も可能である。

複合汚染物質は焼成炉１３を通過する間に、ダイオキシン類及びＰＣＢ等の有機塩素化合物は熱分解する。
気化温度の低い重金属類は主に塩化揮発をおこし、汚染物質から分離された排ガスとともに排ガス処理装置へ流入する。

複合汚染物質を分離された焼成処理物は回転円筒から概ね８００℃の品温で排出され、冷却コンベア１６に搬送される。
冷却コンベア搬送中に焼成処理物は１００℃以下に冷却され、焼成品保管場所１７に搬送される。
以上のようにして、ダイオキシン類、ＰＣＢ等の有機塩素化合物、重金属類を含んだ汚染物質を無害化してその残渣を外部に搬出することができる。
また、相乗作用として有機分が燃焼して分離するため、建築・土木資材として利用しやすい形態となる。

排出ガスは二次燃焼室で二次燃焼バーナと二次燃焼ファン１４ａにより制御されながら、高温に例えば８００℃程度まで加熱されることで、その熱風に含まれた有機塩素化合物が完全に燃焼し分解される。

有機塩素化合物が完全に分解された排出ガスは、その再合成を防ぐために減温器２１で急速減温される。
排ガスは減温水タンク２１ａから流入される減温水をスプレー噴霧することで概ね２００℃以下まで減温される。

主に塩化揮発した重金属は排ガスとともに、重油・再生油等の燃料から放出される酸性ガスを中和するために消石灰供給装置２２ａにより中和薬剤をガスと混合し、バグフィルター２２等の高度な集塵機で集塵する。
なお、２２ｃはコンプレッサーを示す。
集塵されたダスト２２ｂは高濃度の重金属が含有されているため、製錬手法や山元還元等の手法にて金属回収を行う原料として利用される。
集塵機を通過したクリーンな排ガスは、送風機２３を用いて煙突２４から大気に放出される。

次に本発明による実施例として、図１の同時無害化システムを小規模（処理能力１０ｋｇ／時間）に構成し、約１００ｋｇの重金属含有焼却主灰と２０ｋｇの焼却飛灰を混合した試料について無害化処理を実施し、焼成品を得た。

原灰と、本発明に係る無害化処理により得られた焼成品の重金属類溶出試験及び含有試験結果を図２に示し、図３に原灰のダイオキシン類分析結果を示し、図４に焼成品（処理後の焼成灰）のダイオキシン類分析結果を示す。
図２から分かるように、汚染された焼却灰・焼却飛灰は本発明による無害化処理により土壌環境基準以下まで有害重金属濃度は低下している。
また、図３と図４の表を比較すると明らかにダイオキシン類が著しく低下している。

本発明に係る焼却灰等の無害化処理システムを示す。 本発明に係る焼却主灰及び焼却飛灰の有害重金属無害化試験結果を示す。 焼却主灰、焼却飛灰等処理前の原灰のダイオキシン類分析結果を示す。 本発明にかかる方法で無害化処理した焼成灰（焼成品）のダイオキシン類分析結果を示す。

符号の説明

１ 焼却灰等の原料保管場所（汚染された土壌、底質、粉砕物、沈殿物等含む）
２ 燃焼飛灰等の原料保管場所
３ 振動櫛機
４ 磁選機
５ 破砕機
６ 金属屑保管施設
７ 造粒機
８ 原料貯蔵ピット
９、１０ 投入クレーン
１１ 原料ホッパ
１２ 定量供給装置
１２ａ 油圧ユニット
１２ｂ 投入プッシャー
１２ｃ 上シャッター
１２ｄ 下シャッター
１２ｅ 水冷装置
１３ 焼成炉
１４ 二次燃焼バーナ
１４ａ 二次燃焼ファン
１５ 燃焼バーナ
１６ 冷却コンベア
１７ 焼成品（建築、土木資材の原料）
１８ 重油タンク
１９ 燃焼ファン
２０ 駆動モーター
２１ 減温器
２１ａ 減温水タンク
２１ｂ 飛灰回収保管ボックス
２２ バグフィルター
２２ａ 消石灰供給フィーダー
２２ｂ 飛灰回収保管ボックス（ダスト）
２２ｃ コンプレッサー
２３ 送風機
２４ 煙突
２５ 酸素濃度計

Claims (1)

1. 焼却主灰・焼却飛灰・土壌等の複数の種類の汚染物質を造粒し、
   当該造粒された汚染物質に木くず燃料又はＲＰＦ燃料あるいはその両方を混合し、
   前記混合物を焼成キルン炉内に投入し、
   当該焼成キルン炉内は外気と分離されていて、
   当該焼成キルン炉内から発生したガスは二次燃焼させた後に２００℃以下まで減温し、当該減温した排気ガスと外気とを混合した空気を前記焼成キルン炉内に炎を吹き込む燃焼バーナーに供給することで、当該キルン炉内を焼成物の溶融温度以下で且つ７容量％以下の低酸素状態に維持したことを特徴とする汚染物質の無害化処理方法。

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