JP4672896B2

JP4672896B2 - 焼却灰の再生方法

Info

Publication number: JP4672896B2
Application number: JP2001110445A
Authority: JP
Inventors: 正孝花嶋; 隆行島岡; 真積板谷; 公昭杉浦; 貞夫福田; 武基矢代; 孝典平尾
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Co Ltd
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2021-04-09
Also published as: JP2002301447A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみや産業廃棄物などを焼却する焼却炉から排出された焼却灰に含まれているダイオキシン類などの有機塩素化合物を分解して無害化する焼却灰の再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみや産業廃棄物などを焼却する焼却炉から排出された焼却灰は、従来、そのままの状態、或いは、焼却灰中に混じっているハンガーなどの鉄片や、アルミ缶などの非鉄金属を取り除いた後、埋立地に運搬して埋め立てられていたが、埋立地の不足、天然骨材の不足、更には、天然骨材の採取に伴う環境破壊を減ずるために、上記の鉄片や非鉄金属などの不純物を除去した後、コンクリート用資材などへの有効利用が検討されている。一方、焼却灰に含まれる有機塩素化合物の濃度は、良好な燃焼条件下であれば非常に低く、環境基準を十分満足すると共に、一般土壌と同程度である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、燃焼の悪い焼却炉では、焼却灰中の有機塩素化合物の濃度が高く、有効利用が困難な場合が生じていた。
そこで、焼却灰を物理的に処理して焼却灰中の有機塩素化合物の濃度を低減する方法や装置が多数提案されているが、処理次第では、有機塩素化合物の低減を計ることができても焼却灰の強度が低減し、再生骨材として再利用し難いものになることがある。
【０００４】
本発明は、係る問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、焼却灰を、十分な強度を保持しつつ、焼却灰中の有機塩素化合物を徹底的に分解し、含有量減を目指すことで土壌環境基準を満足する再生骨材としてリサイクルし得る焼却灰の再生方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。
すなわち、請求項１に係る発明は、所定の網目を有する第１振動篩によって焼却灰中の粗大物を分離する工程と、
第１振動篩を通過した焼却灰を磁力選別機によって焼却灰中の鉄片を分別した後、第１振動篩よりも網目の細かい第２振動篩によって焼却灰と中間の大きさを有する物とに分別する工程と、
第２振動篩を通過した粒径１５ｍｍ以下、水分２０％以下の焼却灰に重金属安定化剤を付与する重金属固定処理工程と、
重金属安定化剤が付与された焼却灰を、ダイオキシン分解装置によって混練するとともに、４００℃〜５５０℃に急速加熱して有機塩素化合物を分解及び無害化する工程と、
無害化した焼却灰を４０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で急速冷却する工程とからなるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
（１）第１の実施形態
図１は、本発明を実施するための第１番目の工程図であり、先ず、図示しない焼却炉から排出された焼却灰（以下、主灰という）ａを、例えば、網目が８０ｍｍ角の粗目振動篩１で処理して主灰ａ中に混じっている８０ｍｍを超える大形物ｂを除去する。この大形物ｂは、粗鉄用磁力選別機２によって鉄片ｃと粗粒焼却灰ｄに分別され、図示しない破砕機により破砕後、粗目振動篩１に戻される。
【００１０】
一方、粗目振動篩１を通過した主灰ａは、細鉄用磁力選別機３によって主灰中の鉄片ｃを除去した後、例えば、網目が１５ｍｍ角の細目振動篩４によって１５ｍｍを超え、かつ８０ｍｍ未満の中間の大きさの物ｅと、細目振動篩４を通過する主灰ａとに分別される。主灰ａは、ダイオキシン分解装置（以下、ダイオブレーカーという（登録商標））５によって主灰中の有機塩素化合物が分解、及び無害化される。
【００１１】
図２に示すように、ダイオブレーカー５は、燃焼バーナーや電気ヒーターなどの加熱手段６を持つ筒形の加熱部７と、該加熱部７内にその軸方向に平行に設けられた１ないし数本（図では４本）の加熱管８と、該加熱管８を回転させる駆動装置（図示せず）と、前記加熱管８に主灰ａを供給する定量フィーダー９と、加熱処理後の処理灰ｆを分解ガスｇから分離して排出する灰排出装置（出口フード）１０とから構成されている。
【００１２】
ダイオブレーカー５は、空気流通下で、主灰ａを４００℃〜５５０℃程度に加熱し、主灰ａに含まれている金属の触媒作用を利用してダイオキシン類の塩素を外したり、酸素架橋を切断したりする反応を生じさせることにより、ダイオキシン類を分解及び無害化するものであり、高いダイオキシン除去率を有することから設置面積や経済性の面でも優れた装置と言える。
【００１３】
このダイオブレーカー５では、原灰ホッパー１１に貯蔵された主灰ａが定量フィーダー９及び移送フィーダー９０によって加熱部７の加熱管８内に供給される。加熱管８は、電気ヒーターや、燃焼バーナーによって生ずる燃焼ガスなどによって外側から加熱されながら、図示しない駆動装置によって自転又は公転、或いは自転しながら公転する。なお、通常は、３〜１５ｒｐｍ程度の公転が採用される。
【００１４】
上記加熱管８は、水平に対して数度程度、例えば、４°程度の下り勾配を持って出口側が低くなるように配置され、加熱管８内の主灰ａは、加熱管８の回転に伴って攪拌されながら、均一に加熱され、順次、出口側に移送される。また、加熱管内部に軸方向に沿って設けた攪拌板（リフター）１２により主灰ａが掻き上げられて攪拌が促進される一方、伝熱面が増加することから伝熱効果の向上が計られている。
【００１５】
主灰ａは、加熱管８を通過する３〜１０分程度の短時間の間に４００〜５５０℃、好ましくは４３０〜４８０℃程度に急速加熱され、その間にダイオキシンなどの有機塩素化合物が熱分解し、無害化する。無害化した処理灰ｆは、分解ガスｇと再結合を防ぐため、灰排出装置１０で熱分解ガスｇと分離される。
【００１６】
灰排出装置１０で熱分解ガスｇから分離された処理灰ｆは、ダイオキシン類が再生成しないように冷却ジャケット付きの冷却ドラム１３によって急速冷却され、常温の処理灰ｈとなって次工程である重金属固定処理工程１４に移送される。
【００１７】
即ち、処理灰ｆは、３００℃近くなると、ダイオキシンを再生成するから、灰排出装置１０で熱分解ガスｇと分離された後、冷却ドラム１３によって５分以内に１００℃以下、好ましくは２分以内に８０℃以下になるように急速冷却された後、次工程である重金属固定処理工程１４に移送される。
【００１８】
図３に示すように、重金属固定処理工程１４では、処理灰サイロ１５内の処理灰ｈをダスト切出機１６で切り出して横型混合機１７に供給する。この横型混合機１７には、重金属安定化剤貯留槽１８から重金属安定化剤注入ポンプ１９によって供給される重金属安定化剤ｉと、プラント水ｊとが供給され、脱塩素化灰ｈに混合される。混練後の処理済灰ｋは、再生骨材ｍ（図１参照）として再利用される。ここで使用される重金属安定化剤は、特に限定されず、市販のものを使用できる。好ましくは、無機系重金属安定化剤、特に好ましくは燐酸系重金属安定化剤が使用できる。
【００１９】
図２に戻って説明すると、上記灰排出装置１０で分離された熱分解ガスｇは、押込みブロワー（図示せず）から供給される空気によって希釈されてダストコレクター（集じん機）（図示せず）に送られ、捕集された後、焼却炉などに搬送されて処理されたり、或いは活性炭吸着塔、触媒反応塔など（図示せず）を経て大気中に放出される。また、ダストコレクター（集じん機）で捕集された飛灰は、灰供給ホッパーに供給され、再度、加熱分解処理される。
【００２０】
また、図１に戻って説明すると、細目振動篩３によって分別された１５ｍｍを超え、且つ８０ｍｍ未満の大きさの残留物ｅは、風力選別機２０によって風力選別され、残留物ｅに付着している未燃物ｎは、フィルターに捕集され、焼却炉に戻される。未燃物ｎが除かれた残留物ｅ′は、非鉄選別機２１によって非鉄金属ｐと、それ以外の物ｒとに分別される。非鉄金属以外の残留物ｒは、破砕機２２によって１５ｍｍ未満に破砕された後、再度、細鉄用磁力選別機３に戻され、再度、選別される。
【００２１】
ダイオブレーカーの運転操作条件としては、下記の条件を満たすことが望ましい。即ち、
・主灰の粒径範囲：１５ｍｍ以下、好ましくは１３ｍｍ以下
・主灰の水分：２５％以下、好ましくは２０％以下
・加熱温度：４００〜５５０℃、好ましくは４３０〜４８０℃
・加熱器出口の酸素濃度：０〜２０％、好ましくは５〜１５％
・加熱処理時間：２〜１０分、好ましくは３〜７分
・冷却速度：４０℃／ｍｉｎ以上、好ましくは１５０℃／ｍｉｎ以上
【００２２】
ここで、主灰の粒径が１５ｍｍを超えると、主灰を所定温度（４００〜５５０℃）に短時間（２〜１０分以内）で加熱することが難しくなる。
また、主灰の水分が２５％を超えると、水分の蒸発に多くの熱エネルギーが費やされるため、熱損失が多大になるという問題がある。
【００２３】
また、加熱温度が４００℃未満の場合には、ダイオキシン類の分解率が５０％台に留まる。また、５５０℃を超えると、主灰の強度が低下する恐れがある。
また、加熱処理時間が１０分を超えるように設定すると、効率的でなくなる。
また、冷却速度を４０℃／ｍｉｎ未満に設定すると、ダイオキシン類の分解率が低下する恐れがある。
【００２４】
（２）第２の実施形態
図４は、本発明を実施するための第２番目の工程図を示しているが、本発明は、ダイオブレーカー５と重金属固定処理工程１４の順序を互いに入れ換えた点が異なるだけであるから、同じ部品に同じ符号を付けて詳しい説明については省略する。
しかし、ダイオブレーカー５の直前に重金属固定処理工程１４を位置させると、ダイオブレーカー５を通過する間に主灰ａと、重金属安定化剤ｉが混練されることから、混練機１７が不要となる利点がある。
【００２５】
（３）第３の実施形態
図５は、本発明を実施するための第３番目の工程図を示しているが、焼却炉の性能が良く、未燃物が少ない場合には、図５に示すように、風力選別機を省略することができる。
その他の部品は、第１の実施形態と同じであるから、同じ部品に同じ符号を付けて詳しい説明については省略する。
【００２６】
（４）第４の実施形態
図６は、本発明方法を実施するための第４番目の工程図を示している。本発明のように、主灰ａを直ちに破砕機２２に投入して主灰ａに混在しているハンガーなどの鉄片などを破砕すると、粗目振動篩及び粗鉄用磁力選別機を省略することが可能となり、機器構成数を低減させることが可能となる。
その他の部品は、第１の実施形態と同じであるから、同じ部品に同じ符号を付けて詳しい説明については省略する。
【００２７】
（５）第５の実施形態
図７は、本発明方法を実施するための第５番目の工程図を示している。再生骨材ｍからの重金属溶出が問題ない場合は、重金属固定工程を無くすことができる。その他の部品は、第１の実施形態と同じであるから、同じ部品に同じ符号を付けて詳しい説明については省略する。
【００２８】
【実施例】
（実施例１）
試験に供した再生骨材は、「表１」の２種類である。再生骨材Ａは、ＤＸＮｓ（ダイオキシン類）の含有量が２５pg-TEQ/gと低いため、主として、再生骨材Ｂを図８に示す管状炉試験に供した。試験は、温度依存性などについて実施した。
【００２９】
試験条件は、
・反応温度：４５０〜５００℃
・昇温時間：３〜４分
・保持時間：０分
・酸素供給量：１０ｍｌ／ｍｉｎ
・窒素供給量：９０ｍｌ／ｍｉｎ
・冷却時間：３分以内
・冷却：水による間接急冷却
を基本条件とし、試験に応じて条件を変化させた。なお、保持時間０分とは、再生骨材が所定温度に達した直後に冷却を開始することを示す。
【００３０】
【表１】

【００３１】
・温度依存性
反応温度を４００℃、４５０℃、５００℃と変化させ、反応温度がＤＸＮｓ分解率に与える影響を調査した。その結果を図９に示す。再生骨材中のＤＸＮｓは、反応温度の上昇とともに分解が促進された。再生骨材Ａ，Ｂ共、反応温度４５０℃以上でＤＸＮｓ分解率８０％以上の良好な結果を得た。このことから、ＤＸＮｓ分解には、４５０℃以上が適していることが分かった。
また、５００℃で処理された再生骨材Ａ及びＢ（図中、Ａ（５００），Ｂ（５００））と同族体分布をブランク（Ａ，Ｂ）と共に図１０に示す。図１０より全ての同族体が高効率で分解されていることが分かる。
【００３２】
（実施例２）
管状炉試験の結果から、加熱脱塩素法により再生骨材中のＤＸＮｓが高効率で分解されることが明らかとなった。そこで、図１１のダイオブレーカー（ＤＢ）を用いて再生骨材中のＤＸＮｓを分解処理（反応温度：５００℃、処理時間：５分）した際の土質的性状を評価した。
【００３３】
・土壌的性状
加熱脱塩素処理（「表」及びダイオブレーカー処理前／処理後）における再生骨材Ａの土質的性状（密度、粒度分布、締固め性、ＣＢＲ）の調査結果を「表２」及び図１２に示す。
【００３４】
密度は、２．１４５ｇ／ｃｍ³から２．２６１ｇ／ｃｍ³へ増加していた。再生骨材中の有機物の燃焼（除去）と金属等の酸化のためと考えられる。粒度分布を図１２に示すが、シルト分は、６．４％から９．５％に増加し、礫分（２８．１％→２６．８％）および砂分（６５．４％→６３．６％）が僅かに減少していた。これは、加熱条件下での攪拌作用による灰中の凝集分の崩壊によるものと考えられる。
【００３５】
しかし、いずれも幅広く直線的であり、均等係数は、１０以上、曲率係数は、約１であり、力学的性状に悪影響を与えないと予想されるものであった。
【００３６】
最大乾燥密度は、僅かに減少していた。これは粒子分布と相関しており、シルト分の増加に伴い締固め性が低下したためと考えられる。力学的性状を示す修正ＣＢＲに著しい変化は認められず、加熱脱塩素処理に関わらず下層路盤材の基準値２０％を満足していた。
【００３７】
【表２】

【００３８】
【発明の効果】
上記のように、本発明は、焼却灰（主灰）を短時間で加熱分解処理するため、、土質的性状（物理的性状）に大きな影響を与えず、下層路盤材として有効利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１番目の実施工程を示す図である。
【図２】ダイオブレーカーの一部断面を含む斜視図である。
【図３】重金属固定処理工程の説明図である。
【図４】本発明の第２番目の実施工程を示す図である。
【図５】本発明の第３番目の実施工程を示す図である。
【図６】本発明の第４番目の実施工程を示す図である。
【図７】本発明の第５番目の実施工程を示す図である。
【図８】管状炉の概要図である。
【図９】反応温度依存性を示す図である。
【図１０】同族体分布図である。
【図１１】ダイオブレーカーの模式図である。
【図１２】粒度分布図である。
【符号の説明】
１第１振動篩
２磁力選別機
４第２振動篩
１４重金属固定処理工程
ａ焼却灰
ｂ粗大物
ｃ鉄片
ｅ中間の大きさを有する物
ｈ処理灰
ｉ重金属安定化剤

Claims

所定の網目を有する第１振動篩によって焼却灰中の粗大物を分離する工程と、
第１振動篩を通過した焼却灰を磁力選別機によって焼却灰中の鉄片を分別した後、第１振動篩よりも網目の細かい第２振動篩によって焼却灰と中間の大きさを有する物とに分別する工程と、
第２振動篩を通過した粒径１５ｍｍ以下、水分２０％以下の焼却灰に重金属安定化剤を付与する重金属固定処理工程と、
重金属安定化剤が付与された焼却灰をダイオキシン分解装置によって混練するとともに、４００℃〜５５０℃に急速加熱して有機塩素化合物を分解及び無害化する工程と、
無害化した焼却灰を４０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で急速冷却する工程とからなる焼却灰の再生方法。