JP6189717B2

JP6189717B2 - 焼却灰のセメント原料化方法

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Publication number: JP6189717B2
Application number: JP2013230769A
Authority: JP
Inventors: 慶展辰巳
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2033-11-07
Also published as: JP2015089864A

Description

本発明は、都市ごみ等を焼却した際に発生する焼却灰をセメント原料として有効利用する方法に関する。

都市ごみ等を焼却した際に発生する焼却灰（以下「焼却灰」という。）は、従来、そのほとんどが最終処分場で埋め立て処理されていたが、最終処分場の枯渇の虞に鑑み、近年、セメント原料として有効利用されている。

焼却灰は、焼却残渣として排出される主灰と、焼却装置等からの排ガスを処理する集塵装置等で回収されたばいじん等の飛灰とに分けられるが、いずれも塩素含有率が高いため、塩素分を除去した後セメント原料として利用している。

しかし、主灰及び飛灰は、各々が含有する塩素の濃度や存在形態が異なり、主灰の脱塩処理では、主灰に含まれる難溶性塩を分解するために酸性ｐＨ域において水洗処理を行う必要があるが、同ｐＨ域で飛灰を同時に処理すると、スケールの発生頻度が増加したり、運転トラブルが発生したり、重金属類の溶出量が増加するなどの問題がある。

一方、上記の点に鑑みて主灰と飛灰に各々別の水洗装置を設けると、装置コスト及び運転コストが倍増する。

そこで、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、装置の安定運転を維持しながら、低コストで焼却灰をセメント原料として有効利用することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の焼却灰のセメント原料化方法は、主灰、又は主灰と飛灰の混合灰に水を添加してスラリー化し、該スラリーを粗粒子と、微粒子を含むスラリーとに分離し、該微粒子を含むスラリーに酸を添加して該スラリーのｐＨを調整して難溶性塩を分解し、該難溶性塩を分解した後のスラリーに飛灰を添加し、該飛灰を添加した後のスラリーのｐＨを９．５以上１１以下に調整し、該ｐＨ調整後のスラリーを固液分離して得られたケークをセメント原料とすることを特徴とする。

このセメント原料化方法によれば、主灰の脱塩効率を高く維持しながら、飛灰水洗におけるスケールトラブルを回避することで、装置の安定運転を維持しながら主灰と飛灰とを同時に水洗処理すると共に、重金属類の溶出を最小限に抑えて排水処理のための薬剤コストを低減し、低コストで焼却灰をセメント原料として有効利用することができる。

また、本発明の焼却灰のセメント原料化方法は、主灰と飛灰の混合灰に水を添加してスラリー化し、該スラリーを主灰を多く含むスラリーと、飛灰を多く含むスラリーとに分離し、該主灰を多く含むスラリーを粗粒子と、微粒子を含むスラリーとに分離し、該微粒子を含むスラリーに酸を添加して該スラリーのｐＨを調整して難溶性塩を分解し、該難溶性塩を分解した後のスラリーに前記飛灰を多く含むスラリーを添加し、該飛灰を多く含むスラリーを添加した後のスラリーのｐＨを９．５以上１１以下に調整し、該ｐＨ調整後のスラリーを固液分離して得られたケークをセメント原料とすることを特徴とし、この方法によっても、低コストで焼却灰をセメント原料として有効利用することができる。

前記粗粒子をセメント原料とすることで、より多くの焼却灰をセメント原料として有効利用することができる。

前記微粒子を含むスラリーにセメントキルン排ガスを導入して該スラリーに含まれる難溶性塩を分解することができる。セメントキルン排ガスを利用することで、酸を添加する必要がなくなり、薬剤を不要とすることができる。

前記難溶性塩を分解した後のスラリーに飛灰又は飛灰を多く含むスラリーを添加することにより、該スラリーのｐＨを９．５以上１１以下に調整することができる。尚、飛灰を過剰に添加し、スラリーのｐＨが１１を超えた場合は、セメントキルン排ガス等を吹込みスラリーのｐＨを９．５以上１１以下に調整することもできる。これによって、飛灰を最大限に有効利用しながら、セメントキルン排ガスを利用することでｐＨ調整のための薬剤を不要とすることができる。

また、本発明は、焼却灰のセメント原料化装置であって、主灰、又は主灰と飛灰の混合灰に水を添加してスラリー化するスラリー化装置と、該スラリー化装置から排出されたスラリーを粗粒子と、微粒子を含むスラリーとに分離する分級装置と、該分級装置で分離された微粒子を含むスラリーに酸を添加して該スラリーのｐＨを調整して難溶性塩を分解する第１溶解槽と、該第１溶解槽から排出されたスラリーに飛灰を添加した後のスラリーのｐＨを９．５以上１１以下に調整する第２溶解槽と、該第２溶解槽から排出されたスラリーを固液分離する固液分離装置とを備え、該固液分離装置で分離されたケークをセメント原料とすることを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、装置の安定運転を維持しながら主灰と飛灰とを同時に水洗処理し、排水処理のための薬剤コストも低減し、低コストで焼却灰をセメント原料として有効利用することができる。

さらに、本発明に係る焼却灰のセメント原料化装置は、主灰と飛灰の混合灰に水を添加してスラリー化するスラリー化装置と、該スラリー化装置から排出されたスラリーを主灰を多く含むスラリーと、飛灰を多く含むスラリーとに分離する第１の分級装置と、該第１の分級装置で分離された主灰を多く含むスラリーを粗粒子と、微粒子を含むスラリーとに分離する第２の分級装置と、該第２の分級装置で分離された微粒子を含むスラリーに酸を添加して該スラリーのｐＨを調整して難溶性塩を分解する第１溶解槽と、該第１溶解槽から排出されたスラリーに前記飛灰を多く含むスラリーを添加した後のスラリーのｐＨを９．５以上１１以下に調整する第２溶解槽と、該第２溶解槽から排出されたスラリーを固液分離する固液分離装置とを備え、該固液分離装置で分離されたケークをセメント原料とすることを特徴し、この装置によっても、低コストで焼却灰をセメント原料として有効利用することができる。

以上のように、本発明によれば、装置の安定運転を維持しながら低コストで焼却灰をセメント原料として有効利用することが可能となる。

本発明に係る焼却灰のセメント原料化装置の全体構成図である。

図１は、本発明の一実施の形態としての焼却灰のセメント原料化装置（以下、適宜「原料化装置」という。）を示し、この原料化装置１は、主灰ＢＡ１をスラリー化するスラリー化装置２と、スラリー化装置２から排出されたスラリーＳ１を分級する分級装置３と、酸処理によって分級装置３からの微粒子を含むスラリーＳ２中の難溶性塩を分解するための第１溶解槽４と、第１溶解槽４から排出されたスラリーＳ３に飛灰ＦＡを添加した後、スラリーＳ４のｐＨ調整を行う第２溶解槽５と、第２溶解槽５から排出されたスラリーＳ５を固液分離するフィルタープレス６と、固液分離によって得られたケーキＣをセメントキルン７に投入する投入装置（不図示）等を備える。

スラリー化装置２は、主灰ＢＡ１に水Ｗ及びフィルタープレス６から排水された循環水Ｗ１を分配装置９で分離した循環水Ｗ２を添加してスラリー化し、主灰ＢＡ１に含まれる水溶性塩素分を水Ｗ等に溶解させるために備えられる。スラリー化装置２には、主灰ＢＡ１、水Ｗ及び循環水Ｗ２を混合撹拌してスラリー化する装置等を用いることができる。

分級装置３は、スラリー化装置２から排出されたスラリーＳ１を湿式分級するために備えられ、振動篩、トロンメル、遠心湿式分級機等を用いることができる。分級装置３に、フィルタープレス６からの循環水Ｗ１を分配装置９で分離した循環水Ｗ３を添加してもよい。

第１溶解槽４は、分級装置３からのスラリーＳ２にセメントキルン７からの排ガスＧを吹き込むための吹込装置と撹拌装置等を備える。

第２溶解槽５は、槽内を撹拌する撹拌装置等を備え、第１溶解槽４から排出されたスラリーＳ３に飛灰ＦＡを添加したスラリーＳ４のｐＨ調整を行うために備えられる。このｐＨ調整により、後段の装置内でカルシウムのスケールが発生して成長するのを抑制すると共に、溶解した重金属を固形分側に偏在させる。

フィルタープレス６は、第２溶解槽５から排出されたスラリーＳ５を固液分離すると共に、スラリーＳ５に洗浄用の工水ＩＷを供給し、スラリーＳ５を洗浄しながら固液分離する洗浄装置を備える。フィルタープレス６以外にもベルトフィルタ等の固液分離装置を用いることもできる。

水切り装置８は、分級装置３からの粗粒子ＢＡ２を水切りし、投入装置（不図示）によってセメントキルン７に投入するために備えられ、風力型脱水機、重力脱水機やドラム型等の水切り装置８を用いることができる。

分配装置９は、フィルタープレス６からの循環水Ｗ１をスラリー化装置２への循環水Ｗ２と分級装置３への循環水Ｗ３とに分配するために備えられる。

次に、上記構成を有する原料化装置１を用いた処理方法について、図１を参照しながら説明する。

主灰ＢＡ１をスラリー化装置２に供給し、水Ｗ及び分配装置９からの循環水Ｗ２を添加し、主灰ＢＡ１を解泥しながら撹拌してスラリー化する。これによって、主灰ＢＡ１に含まれる水溶性塩素分が水Ｗ及び循環水Ｗ２に溶解する。

次に、主灰ＢＡ１をスラリー化して得られたスラリーＳ１を分級装置３に供給し、分配装置９で分離した循環水Ｗ３を添加して湿式分級する。ここで、分級装置３の分級点を０．７ｍｍ程度に設定し、スラリーＳ１を粗粒子ＢＡ２と、微粒子を含むスラリーＳ２とに分離する。これは、微粒子を含むスラリーＳ２に難溶性塩が偏在するためである。

分級装置３で分離した粗粒子ＢＡ２を水切り装置８で水切りし、そのままセメントキルン７に投入してセメント原料として利用する。

一方、分級装置３で分離した微粒子を含むスラリーＳ２を第１溶解槽４に供給し、さらに第１溶解槽４にセメントキルン７からの排ガスＧを吹き込み、排ガスＧに含まれる炭酸ガス（ＣＯ₂）によって発生した炭酸によってスラリーＳ２のｐＨを７以下に調整し、スラリーＳ２に含まれるフリーデル氏塩を分解する。第１溶解槽４から排出されるガスは、適宜排ガス処理を施した後大気に放出する。

フリーデル氏塩とは、化学式で表すと、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂・１０Ｈ₂Ｏであり、下記のように、アルミン酸三石灰（３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）が水和反応の際に塩化物イオンを取り込んで生成される塩である。
３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃＋ＣａＣｌ₂＋１０Ｈ₂Ｏ→３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂・１０Ｈ₂Ｏ

上述のように、スラリーＳ２にセメントキルン７の排ガスＧを吹き込むと、下式に示すように、フリーデル氏塩を分解することができ、第１溶解槽４において主灰の脱塩を行うことができる。
３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂・１０Ｈ₂Ｏ＋３ＣＯ₂→３ＣａＣＯ₃＋２Ａｌ（ＯＨ）₃＋ＣａＣｌ₂＋７Ｈ₂Ｏ

次に、第１溶解槽４から排出されたスラリーＳ３に飛灰ＦＡを添加した後、第２溶解槽５に供給し、飛灰ＦＡをアルカリ源として第２溶解槽５内のスラリーＳ４のｐＨを９．５〜１１に調整し、スラリーＳ４に含まれるカルシウム分を炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）としてスラリー中に析出させる。これによって、後段の装置内でカルシウムのスケールが発生して成長するのを抑制することができると共に、ｐＨ調整により、溶解した重金属を固形分側に偏在させることができ、排水処理に要する薬剤の処理費用を低減することができる。尚、第２溶解槽５に飛灰ＦＡを過剰に添加し、槽内のｐＨが１１を超えた場合には、ＣＯ₂等の酸性ガスやセメントキルン排ガス等を第２溶解槽５に導入してｐＨを９．５〜１１に調整してもよい。

第２溶解槽５から排出されたスラリーＳ５をフィルタープレス６に供給し、洗浄装置で洗浄しながら固液分離して脱塩ケーキＣとろ液（塩水）Ｆとに分離する。スラリーＳ５の洗浄に用いた工水ＩＷは、フィルタープレス６から循環水Ｗ１として分配装置９に供給される。

フィルタープレス６で塩素分が除去された脱塩ケーキＣをセメントキルン７に投入してセメント原料として利用する。一方、塩素分を含むろ液Ｆは適宜排水処理を施した後、系外へ排出する。

尚、上記実施の形態では、第１溶解槽４にセメントキルン７からの排ガスＧを吹き込むことで、薬剤を用いることなく難溶性塩の分解を促進させることができて好ましいが、排ガスＧを吹き込まずに、第１溶解槽４に、硝酸、炭酸、硫酸、亜硝酸、塩酸、酢酸等の酸を添加して難溶性塩の分解を促進させることもできる。

また、主灰ＢＡ１と飛灰ＦＡの混合灰を受け入れた場合にも、上記方法と同様に混合灰に水を添加してスラリー化し、該スラリーを粗粒子と、微粒子を含むスラリーとに分離し、該微粒子を含むスラリーに酸を添加して該スラリーのｐＨを調整して難溶性塩を分解し、該難溶性塩を分解した後のスラリーに飛灰を添加し、該飛灰を添加した後のスラリーのｐＨを９．５以上１１以下に調整し、該ｐＨ調整後のスラリーを固液分離して得られたケークをセメント原料とすることができる。

さらに、混合灰を一旦湿式分級装置等（第１の分級装置）で主灰を多く含むスラリーと、飛灰を多く含むスラリーとに分けた後、主灰を多く含むスラリーを第２の分級装置で粗粒子と、微粒子を含むスラリーとに分離し、該微粒子を含むスラリーに酸を添加して該スラリーのｐＨを調整して難溶性塩を分解し、該難溶性塩を分解した後のスラリーに飛灰を多く含むスラリーを添加し、該飛灰を多く含むスラリーを添加した後のスラリーのｐＨを９．５以上１１以下に調整し、該ｐＨ調整後のスラリーを固液分離して得られたケークをセメント原料とすることもできる。

１焼却灰のセメント原料化装置
２スラリー化装置
３分級装置
４第１溶解槽
５第２溶解槽
６フィルタープレス
７セメントキルン
８水切り装置
９分配装置

Claims

主灰、又は主灰と飛灰の混合灰に水を添加してスラリー化し、
該スラリーを粗粒子と、微粒子を含むスラリーとに分離し、
該微粒子を含むスラリーに酸を添加して該スラリーのｐＨを調整して難溶性塩を分解し、
該難溶性塩を分解した後のスラリーに飛灰を添加し、
該飛灰を添加した後のスラリーのｐＨを９．５以上１１以下に調整し、
該ｐＨ調整後のスラリーを固液分離して得られたケークをセメント原料とすることを特徴とする焼却灰のセメント原料化方法。
主灰と飛灰の混合灰に水を添加してスラリー化し、
該スラリーを主灰を多く含むスラリーと、飛灰を多く含むスラリーとに分離し、
該主灰を多く含むスラリーを粗粒子と、微粒子を含むスラリーとに分離し、
該微粒子を含むスラリーに酸を添加して該スラリーのｐＨを調整して難溶性塩を分解し、
該難溶性塩を分解した後のスラリーに前記飛灰を多く含むスラリーを添加し、
該飛灰を多く含むスラリーを添加した後のスラリーのｐＨを９．５以上１１以下に調整し、
該ｐＨ調整後のスラリーを固液分離して得られたケークをセメント原料とすることを特徴とする焼却灰のセメント原料化方法。
前記粗粒子をセメント原料とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の焼却灰のセメント原料化方法。
前記微粒子を含むスラリーにセメントキルン排ガスを導入して該スラリーに含まれる難溶性塩を分解することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の焼却灰のセメント原料化方法。
前記難溶性塩を分解した後のスラリーに飛灰又は飛灰を多く含むスラリーを添加することにより、該スラリーのｐＨを９．５以上１１以下に調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の焼却灰のセメント原料化方法。
主灰、又は主灰と飛灰の混合灰に水を添加してスラリー化するスラリー化装置と、
該スラリー化装置から排出されたスラリーを粗粒子と、微粒子を含むスラリーとに分離する分級装置と、
該分級装置で分離された微粒子を含むスラリーに酸を添加して該スラリーのｐＨを調整して難溶性塩を分解する第１溶解槽と、
該第１溶解槽から排出されたスラリーに飛灰を添加した後のスラリーのｐＨを９．５以上１１以下に調整する第２溶解槽と、
該第２溶解槽から排出されたスラリーを固液分離する固液分離装置とを備え、
該固液分離装置で分離されたケークをセメント原料とすることを特徴とする焼却灰のセメント原料化装置。
主灰と飛灰の混合灰に水を添加してスラリー化するスラリー化装置と、
該スラリー化装置から排出されたスラリーを主灰を多く含むスラリーと、飛灰を多く含むスラリーとに分離する第１の分級装置と、
該第１の分級装置で分離された主灰を多く含むスラリーを粗粒子と、微粒子を含むスラリーとに分離する第２の分級装置と、
該第２の分級装置で分離された微粒子を含むスラリーに酸を添加して該スラリーのｐＨを調整して難溶性塩を分解する第１溶解槽と、
該第１溶解槽から排出されたスラリーに前記飛灰を多く含むスラリーを添加した後のスラリーのｐＨを９．５以上１１以下に調整する第２溶解槽と、
該第２溶解槽から排出されたスラリーを固液分離する固液分離装置とを備え、
該固液分離装置で分離されたケークをセメント原料とすることを特徴とする焼却灰のセメント原料化装置。