JPH10128062A

JPH10128062A - 焼却設備の排ガス処理剤

Info

Publication number: JPH10128062A
Application number: JP8284461A
Authority: JP
Inventors: Kenji Uejima; 健二上島
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1996-10-25
Filing date: 1996-10-25
Publication date: 1998-05-19

Abstract

(57)【要約】【課題】都市ごみ等の廃棄物の焼却設備からのダイオ
キシン類の排出を防止し、焼却飛灰からの重金属の溶出
を防止する。【解決手段】表面および細孔内部に炭素を担持させた
粉体状の親水性無機多孔質物質からなる吸着剤を含む排
ガス処理剤を、都市ごみ焼却炉の排ガス処理工程の煙道
中に吹き込み、飛灰とともに排ガス処理剤を電気集じん
機、バグフィルターで排ガスから分離することで排ガス
中のダイオキシン類を除去することができ、又、処理剤
に消石灰を混合しておけば、ダイオキシン類と酸性ガス
との両方を同時に排ガス中から除去でき、更に、回収さ
れた飛灰を水で混練することで、飛灰中の重金属類を安
定化することができ、無機多孔質物質は、油脂類の精製
工程で使用後の活性白土類や石油精製プロセスで使用後
のゼオライト触媒を有効利用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市ごみ焼却設備
の排ガス処理工程から排出される排ガス中のダイオキシ
ン類の発生、および前記排ガスから発生する飛灰からの
重金属の溶出を防止する方法に関するものである。な
お、本発明における前記焼却設備とは、焼却炉および溶
融炉のことをいう。

【０００２】

【従来の技術】近年、ダイオキシン類による環境汚染が
問題視されている。これは、他の汚染物質と比較して、
ダイオキシン類の毒性がきわめて高いためである。例え
ば、最も毒性が強いと言われる２、３、７、８−四塩化
ダイオキシン（以下、ＴＣＤＤと略記する。）のモルモ
ットでのＬＤ₅₀は２μｇ／ｋｇである。さらに、ダイオ
キシン類は上記のように非常に強い急性毒性を有してい
るだけでなく、強力な発癌性物質であり、また催奇形性
物質でもあることが確認されてる。例えば、前記ＴＣＤ
Ｄの場合には、０．０１〜０．０７μｇ／ｋｇ／ｄａｙ
という微量で発癌性を示すという報告がある。また、１
〜１０μｇ／ｋｇのＴＣＤＤを妊娠中のラットの母胎に
投与すると、奇形を生ずることが確認されており、他に
類を見ない強い催奇形性物質であることが判明してい
る。

【０００３】上記のようなダイオキシン類の発生源とし
ては、都市ごみ焼却設備、製鋼所や金属精錬産業等の工
業プロセス、自動車の排ガス、紙パルブ産業における塩
素漂白過程、農薬類などの化学工業製品などがあげられ
る。これらの発生源のなかでも、日本においては都市ご
み焼却設備から発生するダイオキシン類が最も多いとさ
れている。

【０００４】都市ごみ処理場の場合、ごみの中にはプラ
スチック、残飯、木材などの様々な有機物や塩化物が含
まれている。これらのごみを焼却すると、有機物の一部
は完全に二酸化炭素まで分解されず、未燃有機物が排ガ
ス処理工程へと排出され、ダイオキシン類の前駆体とな
る。一方、塩化物中の塩素は、塩素ガスや塩化水素ガス
などのガス状成分として排出される。これらの塩素を含
むガス成分は、前記のダイオキシン類の前駆体と複雑な
反応経路を経て反応し、ダイオキシン類が生成するとい
われている。さらに、排ガス処理工程に吹きあげられた
飛灰中に含有される塩化鋼などの金属塩が触媒となり、
ダイオキシン類の生成をさらに促進しているといわれて
いる。したがって、一般には、未燃有機物が焼却炉内で
ダイオキシン類の前駆体に変化し、ボイラーや集じん機
などの低温領域内でダイオキシン類が合成されると考え
られている。

【０００５】日本は、国土が狭いうえに、ごみ発生量が
非常に多いため、欧米と比較して一般ごみの焼却処分率
が高く、ほとんどの一般ごみが焼却処分した後、埋め立
てられている。したがって、日本は世界的にダイオキシ
ン類の発生量が多い国であると考えられる。因みに、日
本では約４８００万トン（１９８８年）の一般廃棄物と
約３．１億トン（１９８５年）の産業廃棄物が排出され
ている。西暦２０００年には、一般廃棄物は約８０００
万トンに、産業廃棄物は約６億トンに達すると予測され
ている。そのうち、一般廃棄物の約７割が焼却処理さ
れ、約２割が直接処分されている。また、産業廃棄物は
約４割が再生利用され、約３割が焼却などによって減容
化されて処分され、約３割が直接最終処分場で廃棄され
ている。前記のように、これらの一般廃棄物や産業廃棄
物を焼却する際には多量のダイオキシン類が発生するお
それがあることが明らかとなっている。今後、焼却設備
から排出されるダイオキシン類に関する排出規制が大幅
に強化される方向にある。

【０００６】焼却設備におけるダイオキシン類への対策
法として、現在考えられている方法は、大きく分けて以
下の（Ａ）〜（Ｅ）の５つに分類される。（Ａ）ごみ中の原因物質の除去。（Ｂ）燃焼条件での生成抑制。（Ｃ）熱回収、冷却過程での生成抑制。（Ｄ）排ガス処理過程での生成抑制と除去。（Ｅ）飛灰の無害化。これらの方法の内、近年盛んに検討されている技術は、
前記（Ｄ）の排ガス処理過程での生成抑制と除去であ
る。排ガス処理過程での対策としてはじめに行われるこ
とは、集じん機の温度を低下させることである。ダイオ
キシン類発生防止ガイドラインでは、集じん機の温度
を、既設炉では２５０〜２８０℃に、新設炉では２００
℃以下にすることが示されている。しかし、既設の焼却
炉で多く用いられてきた電気集じん機は、温度を余り下
げることができない上、コロナ放電でダイオキシン類が
生成することが判明しているため、ほとんどの新設炉で
はバグフィルター方式の集じん機が取り入れられてい
る。また、活性炭や活性コークスを用いて排ガス中のダ
イオキシン類を吸着し、ダイオキシン類の大気への放出
を減少させる方法も試みられており、商品化されている
ものもある。さらに、最近の技術としては、排ガス処理
過程に酸化剤や酸化触媒を導入することによりダイオキ
シン類を酸化させることがことが検討されている。さら
に、Ｈ₂Ｓ、ＮＨ₃、トリエタノールアミンなどフライ
アッシュの触媒活性を抑制する薬剤を排ガス処理過程で
吹き込むことも検討されている。しかしながら、ダイオ
キシン類への対策方法に関する研究は、まだ始まったば
かりであり、現在のところ完全に確立された技術という
ものは見当たらない。

【０００７】また、上記のようなダイオキシン類の問題
ともとに、重金属問題も大きな環境問題となっている。
すなわち、ごみの中に含まれるカラー印刷の紙やセロフ
ァン類には、カドミウム（Ｃｄ）、鉛（Ｐｂ）、クロム
（Ｃｒ）、水銀（Ｈｇ）、砒素（Ａｓ）、銅（Ｃｕ）な
ど、プラスチック類にはカドミウム、鉛、亜鉛（Ｚ
ｎ）、クロム、水銀、砒素などが含まれており、これら
を焼却することによって重金属が濃縮された灰が得られ
る。焼却場では、この灰をごみのもえがらからなる主灰
とバグフィルターなどで回収される飛灰に分けて回収す
る場合が多くなってきている。この主灰、飛灰ともに重
金属が含まれているが、飛灰では特に重金属が溶出し易
くなっている。これは、以下のような理由によるもので
ある。つまり、ごみ焼却場では、焼却時に発生する塩化
水素ガスを捕捉するために、排気経路途中で消石灰や生
石灰を吹き込んでいる。これらは塩化水素ガスと結合し
て塩化カルシウムとなるために、排ガス中の塩化水素ガ
ス濃度を低減することができる。ところが、未反応の消
石灰や生石灰が排ガス中に残存するために、このような
排ガスから集じん機などで捕集された飛灰はｐＨ１２以
上の高アルカリ性となる。飛灰には鉛が高濃度に含まれ
ており、この鉛は高アルカリ性では鉛酸塩として水溶性
となる性質があるために、そのような灰を未処理で廃棄
すると鉛が溶出することになる。そこで、ごみ焼却場で
は、有害金属の溶出を防ぐ目的で、飛灰をセメントと混
合し、水を加えて混練した後、養生固化して廃棄した
り、主灰と混ぜて埋め立てたりしている。しかしなが
ら、セメントはアルカリ性であるところから、このよう
な飛灰に対してセメントを大量に加えると鉛の溶出は抑
制されない。したがって、単にセメントで固化する従来
の処理方法には種々の問題があり、用途を限定しなけれ
ば二次公害が発生する恐れがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点に鑑み、都市ごみ焼却設備からのダイオキシン類
の排出、および排ガスから捕集される飛灰からの重金属
の溶出を防止する方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な問題を解決するために鋭意検討した結果、この目的を
達成し得る方法を得るに至った。すなわち、本発明は、
表面に炭素を担持させた粉体状の親水性無機多孔質物質
からなる吸着剤を含むことを特徴とする排ガス処理剤、
および、この処理剤を焼却設備の排ガス処理工程で吹き
込んだ後に前記吸着剤を排ガスから分離除去する方法で
ある。

【００１０】本発明に係る上記排ガス処理剤によるダイ
オキシン類の除去メカニズムついて説明する。先にも述
べたように、焼却設備で発生するダイオキシン類は、未
燃有機物と塩素ガスもしくは塩化水素ガスなどの塩素を
含むガス状成分と反応して生成する有機塩素化物であ
る。これらのダイオキシン類は、非常に疎水性の強い物
質であり、炭素や活性炭など疎水性の物質に吸着される
ことが知られている。したがって、現在までにも、活性
炭を用いて焼却炉から発生するダイオキシン類を吸着除
去する方法が広く検討されている。しかしながら、活性
炭が持つ微細孔は、一般的に細孔径が２０Å以下の非常
に小さな孔であるため、ダイオキシン類が拡散しにく
く、十分な吸着能力を発揮することができない。また、
活性炭は、それ自体炭素の固まりであるため、非常に燃
焼性が高く、排ガス処理工程に吹き込むと粉塵爆発を起
こすおそれがある。さらに、活性炭は非常に高価な薬剤
であり、廃棄物処理剤として用いるには処理費用が高す
ぎる。これに対して、本発明の処理剤で用いられるダイ
オキシン類の吸着剤は、高比表面積の無機多孔質物質に
炭素を担持させているため、炭素表面が広く、ダイオキ
シン類を効果的に吸着することができる。これは、触媒
物質を多孔質物質に担持させ触媒能力を増大させること
と同じ原理である。さらに、本発明で用いられるような
無機多孔質物質の細孔径は、主に２０Å以上の領域に分
布しているため、ダイオキシン類も拡散し易く、炭素表
面に効果的にダイオキシン類が吸着される。また、本発
明で用いられる吸着剤は、不燃性の無機物質の細孔内に
多くの炭素が含まれているため、炭素の連鎖的な燃焼が
防がれ、粉塵爆発を起こしにくい。

【００１１】次に、本発明に係る排ガス処理剤による重
金属安定化メカニズムについて説明する。本発明の排ガ
ス処理剤による重金属の安定化メカニズムは、無機多孔
質物質が重金属を吸着安定化することによる。鉛、カド
ミウム、水銀などの低沸点金属は、焼却炉中から蒸発し
て排ガスとともに排出される。蒸発した重金属の多くは
排ガス中の飛灰を電気集じん機やバグフィルターで回収
する際に飛灰表面に凝縮したり吸着されて飛灰とともに
捕集される。しかしながら、飛灰に吸着し、捕集された
これらの重金属は、飛灰が水にさらされるとイオン化し
て水中に溶解するため、このままでは２次公害が発生す
る。本発明で用いる無機多孔質物質は親水性を有する物
質であるため、イオン化した重金属を効果的に吸着する
ことができる。これに対して、一般にダイオキシン類の
吸着剤として用いられる活性炭は、疎水性が非常に強い
ため、イオン化した重金属を吸着することができない。
さらに、本発明で用いられる吸着剤を排ガス処理工程に
吹き込んだりフィルターとして排ガス処理工程中に配置
すれば、飛灰からの重金属の溶出を防止できるだけでな
く、排ガス中の重金属の蒸気をも効果的に捕集すること
ができる。

【００１２】以上のように、本発明に係る排ガス処理剤
に用いられる吸着剤は、親水性の無機多孔質物質と疎水
性の活性炭の複合材料であるため、疎水性物質のダイオ
キシン類と親水性物質の重金属イオンとを同時に吸着処
理することができるという優れた特性を有するのであ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に用いる無機多孔質物質に
ついて説明する。本発明で用いる無機多孔質物質は、活
性炭以外の珪酸、珪酸アルミニウム、珪酸マグネシウ
ム、水酸化アルミニウムのような親水性の物質である。
また、重金属を吸着する能力は無機多孔質物質の比表面
積に依存し、比表面積が大きいほど重金属の安定化能力
は向上する。特に、比表面積が５０ｍ²／ｇ以上である
無機多孔質物質が効果的に重金属の溶出を防止するため
に好ましく、比表面積が１００ｍ²／ｇ以上のものがさ
らに好ましい。しかし、比表面積が大きくなりすぎる
と、嵩高くなって取り扱いが面倒になることから、比表
面積は８００ｍ²／ｇ以下が好ましい。本発明で用いる
無機多孔質物質は、合成物でも天然物でもどちらでも良
い。合成物としては、合成珪酸、合成珪酸アルミニウ
ム、合成珪酸マグネシウム、合成水酸化アルミニウム、
合成ゼオライトなどがある。天然物としては活性白土、
酸性白土、アロフェン、ベントナイト、珪藻土、天然ゼ
オライト、活性白土などがあり、これらの物質を酸処理
することにより比表面積をさらに高めた物質なども有効
である。

【００１４】本発明でいう比表面積について以下に説明
する。本発明でいう比表面積は、窒素置換方式のＢＥＴ
法で測定した値である。ＢＥＴ法は、触媒や触媒単体、
ゼオライトなどの多孔質物質の比表面積を測定する方法
として、ごく一般的に使用される方法である。ＢＥＴ法
は、物質表面に窒素などの気体分子を吸着させ、吸着し
た窒素の量から比表面積を測定する方法である。吸着さ
せる気体分子の種類は窒素、アルゴンなどが使われる
が、本発明では窒素ガスを用いる置換法での測定値であ
る。

【００１５】次に、本発明に係る処理剤に用いられる吸
着剤の作製方法に付いて説明する。この吸着剤の作製方
法は、様々な方法が考えられる。例えば、無機多孔質物
質と活性炭などの炭素粉を水や溶剤と共に練り込んで乾
燥させ、後に破砕するような簡単な方法でも良い。しか
しながら、無機多孔質物質の細孔内部まで炭素を効果的
に担持させるために、以下の方法が最も望ましい。すな
わち、先ず、無機多孔質物質に油脂類や石油類、蛋白
類、脂肪類などの有機物を含浸させる。このような物質
を熱処理することにより、含浸させた有機物を炭化させ
る。有機物を炭化させる方法としては、故意に酸素源を
絶った状態で、前記のように有機物を含浸させた無機多
孔質物質を加熱することにより、蒸し焼きにする方法が
望ましい。この場合、有機物の一部は加熱されると蒸発
してしまうため、この蒸気を冷却装置にて凝縮させ再び
無機多孔質物質のもとに戻す、環流と呼ばれる操作をす
ると、効率よく有機物を炭素化させることができるとと
もにガスの発生を防止できる。しかし、このような蒸し
焼きにする方法では装置が大がかりになるので、多少効
率は悪くはなるが、有機物を含浸させた無機多孔質物質
を大気解放状態で加熱して一部燃焼させながら有機物質
を炭素化することもできる。この場合、熱処理装置とし
ては、電気炉、ロータリーキルン、焼却炉などの一般の
加熱装置を用いることができる。なお、有機物を含浸さ
せた無機多孔質物質として、油脂類の精製工程などで吸
着剤として使用された活性白土類の廃棄物や、石油の精
製工程や分解工程で使用されたゼオライト触媒の廃棄物
などを用いることは、低コストであるし、廃棄物の有効
利用となるため好ましい方法である。このように、本発
明の処理剤は、吸着剤として、油脂精製工程や石油精製
工程で発生する廃棄物を利用することができるため、コ
スト的にも活性炭を用いるより有利である。

【００１６】本発明の処理剤の使用方法について以下に
述べる。本発明の処理剤の最も一般的な使用方法は、焼
却炉の排ガス処理工程の煙道中に粉体状態の本処理剤を
吹き込む方法である。吹き込む際に、消石灰などの酸性
ガス除去剤や他の重金属安定化剤と同時に吹き込んだ
り、これらと混合して吹き込むとさらに効果的である。
また、本処理剤を粉体状態のまま、もしくは成型して容
器に詰め込み、これをフィルターとして排ガス処理工程
に配置することもできる。さらに、本発明の処理剤を排
ガス処理工程の煙道に吹き込んだ後に、排ガスから回収
される飛灰は、重金属が安定化されているため、適量の
処理剤が吹き込まれていれば、そのままでも重金属の溶
出は防止される。回収された飛灰を水で練り込むことに
より、さらに効果的に重金属を安定化することができ
る。

【００１７】

【発明の効果】本発明の廃棄物処理剤を用いることで、
産業廃棄物や都市ごみの焼却設備から排出されるダイオ
キシン類を減少させることができるとともに、排ガスか
ら回収される飛灰からの重金属の溶出を防止することが
できる。

【００１８】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、これは本発
明の内容を限定するものではない。

【００１９】〔実施例１〕ストーカー式、塩酸処理方式
が乾式、集じん方式がバグフィルター方式、ガス排出量
が５０００Ｎｍ³／ｈｒ、飛灰の排出量が２０ｋｇ／ｈ
ｒである都市ごみ焼却炉にて実験を行った。消石灰（比
表面積が３５ｍ²／ｇの特殊消石灰（奥多摩工業株式会
社製：商品名タマカルク）、通常の特号消石灰は比表面
積が１５ｍ ²／ｇ）と吸着剤（油脂精製工程で発生した
活性白土廃棄物を蒸し焼きにして得られたもの）を混合
して本発明に係る処理剤として、該処理剤中の前記吸着
剤の混合量が０．５、１．２、１０、２０、６０重量％
となるようにした。排ガス処理工程に酸性ガスの除去剤
として消石灰を吹き込む形式の上記焼却炉（乾式処理）
の排ガス処理工程の煙道に、前記処理剤を消石灰の替わ
りに吹き込んだ。吹き込み量は、２０ｋｇ／ｈｒとし
た。この場合の冷却装置出口の温度は２００℃であっ
た。このときのバグフィルター出口のダイオキシン類の
排出濃度と、排ガスからバグフィルターで捕集された飛
灰からの重金属（Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｒ⁶⁺）の溶出量を環境
庁告示１３号法により測定した結果を表１示す。また、
比較例として、上記消石灰のみを前記焼却炉の排ガス処
理工程の煙道に吹き込んだ場合の結果も同時に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１から明らかなように、本発明に係る処
理剤を焼却炉の排ガス処理工程の煙道に吹き込むこと
で、消石灰のみを吹き込んだ場合に比べて、電気集じん
機出口のダイオキシン類の排出濃度が大きく低下してい
ることがわかる。また、回収された飛灰からの重金属、
特に鉛の溶出も効果的に抑制されていることがわかる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面および細孔内部に炭素を担持させた
粉体状の親水性無機多孔質物質からなる吸着剤を含むこ
とを特徴とする、焼却設備の排ガス中のダイオキシン類
の除去と重金属類の安定化を行うための排ガス処理剤。
【請求項２】無機多孔質物質が珪酸、珪酸アルミニウ
ム、珪酸マグネシウム、および水酸化アルミニウムの内
から選ばれる少なくとも１種である請求項１記載の排ガ
ス処理剤。
【請求項３】無機多孔質物質が、合成物である請求項
２記載の排ガス処理剤。
【請求項４】無機多孔質物質が、酸性白土、活性白
土、カオリン、ベントナイト、アロフェン、珪藻土等の
粘土鉱物およびこれらの粘土鉱物の内から選ばれる少な
くとも１種を酸で処理してアルミニウム、マグネシウム
等の不純物を除去した物質である請求項１記載の排ガス
処理剤。
【請求項５】無機多孔質物質が、アルマイト処理工程
で発生する非晶質水酸化アルミニウム廃棄物を乾燥し粉
砕して得られる水酸化アルミニウムである請求項２記載
の排ガス処理剤。
【請求項６】ＢＥＴ法で測定した無機多孔質物質の比
表面積が５０ｍ²／ｇ以上、８００ｍ²／ｇ以下である
請求項１記載の排ガス処理剤。
【請求項７】無機多孔質物質の細孔径が主に２０Å以
上の領域に分布している請求項１記載の排ガス処理剤。
【請求項８】吸着剤が、無機多孔質物質に有機物質を
含浸させた後に、これを加熱処理することにより、無機
多孔質物質の表面および細孔内部に存在する有機物質を
炭素化させて得られたものである請求項１記載の排ガス
処理剤。
【請求項９】吸着剤が、有機物質を含浸させた無機多
孔質物質を外部からの空気の供給を遮断もしくは制限し
た状態で加熱処理することにより、無機多孔質物質の表
面および細孔内部に存在する有機物質を炭素化させて得
られたものである請求項８記載の排ガス処理剤。
【請求項１０】有機物質を含浸させた無機多孔質物質
を加熱処理する際に、蒸発する有機物質を環流して再び
無機多孔質物質に接触させながら有機物質を炭素化し無
機多孔質物質の表面および細孔内部に担持させてなる請
求項９記載の排ガス処理剤。
【請求項１１】有機物質を含浸させた無機多孔質物質
を大気解放状態もしくは空気供給状態で加熱処理もしく
は燃焼させ、最終的には無機多孔質物質の表面および細
孔内部に炭素が残存する状態で加熱処理もしくは燃焼を
中止することにより、有機物質を炭素化してなるもので
ある請求項８記載の排ガス処理剤。
【請求項１２】有機物質を含浸させた無機多孔質物質
が、油脂類の精製工程で使用された後の活性白土類であ
ることを特徴とする請求項８記載の排ガス処理剤。
【請求項１３】有機物質を含浸させた無機多孔質物質
が、石油精製プロセスで使用された後のゼオライト触媒
であることを特徴とする請求項８記載の排ガス処理剤。
【請求項１４】さらに消石灰を混合してなる請求項１
〜１３のいずれかに記載の排ガス処理剤。
【請求項１５】消石灰の比表面積が３０ｍ²／ｇ以上
である請求項１４記載の排ガス処理剤。
【請求項１６】処理剤中に前記吸着剤を０．５重量％
以上、６０重量％以下含む請求項１４記載の排ガス処理
剤。
【請求項１７】請求項１から１６のいずれかに記載の
排ガス処理剤を、都市ごみ焼却炉の排ガス処理工程の煙
道中に吹き込み、飛灰とともに前記排ガス処理剤を電気
集じん機もしくはバグフィルターにて排ガスから分離す
ることを特徴とする焼却設備の排ガスからのダイオキシ
ン類の除去方法。
【請求項１８】請求項１４から１６のいずれかに記載
の排ガス処理剤を、都市ごみ焼却炉の排ガス処理工程の
煙道中に吹き込み、飛灰とともに前記排ガス処理剤を電
気集じん機もしくはバグフィルターにて排ガスから分離
することを特徴とする焼却設備の排ガスからのダイオキ
シン類と酸性ガスとの同時除去方法。
【請求項１９】請求項１７または１８に記載の方法に
より、ダイオキシン類の除去、またはダイオキシン類お
よび酸性ガスの同時除去を行った後に、前記排ガス処理
剤とともに電気集じん機もしくはバグフィルターに回収
された飛灰を水で混練することにより、重金属類を安定
化することを特徴とする焼却設備の飛灰の処理方法。