(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物焼却炉からの焼却灰を無害化処理する焼却灰の処理方法であって、
前記廃棄物焼却炉からの焼却灰から５ｍｍ径未満の焼却灰および３８ｍｍ径を越える焼却灰を取り除く分級工程を行ったのち、
その分級工程を経た分級済みの焼却灰に対し、メタンを主成分とする炭化水素混合ガスを燃料とするガスエンジンからの排ガスを接触させてエージングするエージング処理工程を行って、焼却灰に含まれる鉛と六価クロムを無害化するものであり、
前記ガスエンジンからの排ガスが、二酸化炭素を５〜１５体積％含有し、酸素を１５体積％以下含有するか、あるいは、酸素を含有しない排ガスであり、
前記エージング処理工程において、その排ガスを３５０〜５００℃で焼却灰に接触させて３０〜６０分エージングする焼却灰の処理方法。
【請求項２】
前記エージング処理工程において、前記ガスエンジンをリーンバーン状態で運転した際に排出される排ガスを使用する請求項１に記載の焼却灰の処理方法。
【請求項３】
前記エージング処理工程において、前記ガスエンジンをストイキ状態で運転した際に排出される排ガスを使用する請求項１に記載の焼却灰の処理方法。
【請求項４】
廃棄物焼却炉からの焼却灰を無害化処理する焼却灰の処理装置であって、
前記廃棄物焼却炉からの焼却灰から５ｍｍ径未満の焼却灰および３８ｍｍ径を越える焼却灰を取り除く分級装置と、
メタンを主成分とする炭化水素混合ガスを燃料とするガスエンジンと、
前記分級装置による分級済み焼却灰に対して前記ガスエンジンからの排ガスを接触させて３０〜６０分エージングするロータリーキルン装置と、
そのロータリーキルン装置内の排ガスを３５０〜５００℃に維持する排ガス温度維持機構を備えており、
前記ガスエンジンからの排ガスが、二酸化炭素を５〜１５体積％含有し、酸素を１５体積％以下含有するか、あるいは、酸素を含有しない排ガスであり、焼却灰に含まれる鉛と六価クロムを無害化する焼却灰の処理装置。
【請求項５】
前記ロータリーキルン装置が、そのロータリーキルン装置内において上流側から下流側へ向けて移動する焼却灰に対し、逆に下流側から上流側へ通流する排ガスを対向接触させてエージングする請求項４に記載の焼却灰の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物焼却炉からの焼却灰を無害化処理する焼却灰の処理方法と処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ゴミなどを焼却する廃棄物焼却炉から排出される焼却灰を有効に利用するため、焼却灰に含まれる鉛や六価クロムなどの重金属を不溶化して無害な状態にする方法として、焼却灰に対し二酸化炭素を接触させて無害化するエージング処理が知られている（例えば、特許文献１参照）。
そのエージング処理を実際に実施するにあたり、従来、廃棄物焼却炉からの焼却灰に対し、廃棄物焼却炉から排出される二酸化炭素を含有する排ガスを接触させてエージングし、それによって焼却灰に含まれる鉛などを無害化する焼却灰の処理方法と、その処理方法を実施するための処理装置が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１８３９２号公報
【特許文献２】特開２００３−１２６８０７号公報
【特許文献３】特開２００６−２８１１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献２、３に記載の方法および装置では、二酸化炭素を含有する排ガスとして、廃棄物焼却炉から排出される排ガスを使用するため、常に安定したエージング処理を行うことができないという問題があった。
すなわち、廃棄物焼却炉は、生ゴミや廃プラスチックなど、雑多な種類のゴミからなる都市ゴミなどを焼却するためのものであり、例えば、都市ゴミ中に生ゴミが多量に含まれていると、水分量が多くなって単位重量当りの熱エネルギーが低下し、廃プラスチックなどが多量に含まれていると、逆に単位重量当りの熱エネルギーが高くなる。その結果、排ガスの温度が大きく変動するばかりか、排ガス中に含まれる二酸化炭素や酸素などの濃度も、ゴミの種類によって大きく変動することになる。
したがって、上記特許文献２、３に記載の方法および装置では、エージング処理に使用する排ガスの温度や排ガスに含まれる二酸化炭素濃度などが大きく変動して、安定したエージング処理を行うことができず、その結果、焼却灰に含まれる鉛と六価クロムを安定して無害化することができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目したもので、その目的は、焼却灰に含まれる重金属のうち、鉛と六価クロムを同時に安定して無害化することのできる焼却灰の処理方法と処理装置を提供することある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る廃棄物焼却炉からの焼却灰を無害化処理する焼却灰の処理方法の特徴構成は、前記廃棄物焼却炉からの焼却灰から５ｍｍ径未満の焼却灰および３８ｍｍ径を越える焼却灰を取り除く分級工程を行ったのち、その分級工程を経た分級済みの焼却灰に対し、メタンを主成分とする炭化水素混合ガスを燃料とするガスエンジンからの排ガスを接触させてエージングするエージング処理工程を行って、焼却灰に含まれる鉛と六価クロムを無害化するものであり、前記ガスエンジンからの排ガスが、二酸化炭素を５〜１５体積％含有し、酸素を１５体積％以下含有するか、あるいは、酸素を含有しない排ガスであり、前記エージング処理工程において、その排ガスを３５０〜５００℃で焼却灰に接触させて３０〜６０分エージングするところにある。
【０００７】
上記特徴構成によれば、廃棄物焼却炉からの焼却灰から５ｍｍ径未満の焼却灰および３８ｍｍ径を越える焼却灰を取り除く分級工程を行うので、その分級工程を経た分級済みの焼却灰は、後述する実験結果から明らかなように、鉛と六価クロムの含有量が抑制され、環境庁告示１９号の基準を達成するまでに無害化することができる。
更に、その分級済みの焼却灰をエージングするにあたり、従来の廃棄物焼却炉からの排ガスに代えて、メタンを主成分とする炭化水素混合ガスを燃料とするガスエンジン、すなわち、例えば、工場に熱と電力を供給するコジェネレーション設備に備えられるガスエンジンからの排ガスを使用するので、コジェネレーション設備のガスエンジンから排出される排ガスを有効利用して、鉛と六価クロムの溶出量に関しても、環境庁告示４６号の基準を達成するまでに無害化することが可能となる。
そして、そのガスエンジンからの排ガスは、廃棄物焼却炉からの排ガスに比べて、排ガスの温度、二酸化炭酸濃度、酸素濃度の全てにおいて、その変動範囲が遥かに小さく、その結果、鉛と六価クロムを同時に安定して無害化することができる。
【０００９】
そして上記特徴構成によれば、ガスエンジンからの排ガスが、二酸化炭素を５〜１５体積％含有し、酸素を１５体積％以下含有するか、あるいは、酸素を含有しない排ガスである。後述するように、実際に稼動しているガスエンジンについて長期間にわたって調べた結果、ガスエンジンからの排ガスは、二酸化炭素を５〜１５体積％含有し、酸素を１５体積％以下含有するか、あるいは、酸素を含有しない排ガスであることが判明し、廃棄物焼却炉からの排ガスに比べて、二酸化炭酸濃度と酸素濃度の変動範囲が遥かに小さいことが確認された。したがって、ガスエンジンからの排ガスをそのまま３５０〜５００℃で焼却灰に接触させて３０〜６０分エージングすることにより、鉛と六価クロムを同時に安定して無害化することができる。
なお、排ガスの温度に関しては、３５０℃未満になると、鉛の溶出量が環境庁告示４６号の基準を上回ることがあり、５００℃を越えると、六価クロムの溶出量が環境庁告示４６号の基準を上回る可能性があるため、３５０〜５００℃が最適であり、エージング時間に関しては、３０分未満であると、エージング効果が不十分で環境庁告示４６号の基準を達成できないことがあり、６０分であれば十分なエージング効果を得ることができるため、３０〜６０分が最適である。
【００１０】
本発明に係る焼却灰の処理方法の更なる特徴構成は、前記エージング処理工程において、前記ガスエンジンをリーンバーン状態で運転した際に排出される排ガスを使用するところにある。
【００１１】
上記特徴構成によれば、エージング処理工程において、ガスエンジンをリーンバーン状態で運転した際に排出される排ガスを使用するので、排ガスの温度を３５０〜４００℃程度に維持してエージング処理を促進することができ、排ガスに含有される二酸化炭素により鉛を炭酸化して溶出しにくい形態にすることができる。
【００１２】
本発明に係る焼却灰の処理方法の更なる特徴構成は、前記エージング処理工程において、前記ガスエンジンをストイキ状態で運転した際に排出される排ガスを使用するところにある。
【００１３】
上記特徴構成によれば、エージング処理工程において、ガスエンジンをストイキ状態で運転した際に排出される排ガスを使用するので、排ガスの温度を５００℃程度の高温に維持し、かつ、排ガスに含有される二酸化炭素濃度も高く維持して、より一層効果的なエージング処理を行うことができる。
【００１４】
本発明に係る廃棄物焼却炉からの焼却灰を無害化処理する焼却灰の処理装置の特徴構成は、前記廃棄物焼却炉からの焼却灰から５ｍｍ径未満の焼却灰および３８ｍｍ径を越える焼却灰を取り除く分級装置と、メタンを主成分とする炭化水素混合ガスを燃料とするガスエンジンと、前記分級装置による分級済み焼却灰に対して前記ガスエンジンからの排ガスを接触させて３０〜６０分エージングするロータリーキルン装置と、そのロータリーキルン装置内の排ガスを３５０〜５００℃に維持する排ガス温度維持機構を備えており、前記ガスエンジンからの排ガスが、二酸化炭素を５〜１５体積％含有し、酸素を１５体積％以下含有するか、あるいは、酸素を含有しない排ガスであり、焼却灰に含まれる鉛と六価クロムを無害化するところにある。
【００１５】
上記特徴構成によれば、このような構成の焼却灰の処理装置を使用することによって、上述した焼却灰の処理方法を実施して、廃棄物焼却炉から排出される焼却灰に含まれる鉛と六価クロムを確実に無害化することができる。
【００１６】
本発明に係る焼却灰の処理装置の更なる特徴構成は、前記ロータリーキルン装置が、そのロータリーキルン装置内において上流側から下流側へ向けて移動する焼却灰に対し、逆に下流側から上流側へ通流する排ガスを対向接触させてエージングするところにある。
【００１７】
上記特徴構成によれば、上流側から下流側へ向けて移動する焼却灰に対し、逆に下流側から上流側へ通流する排ガスを対向接触させてエージングすることにより、エージング処理を促進してエージング効果の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】焼却灰の処理装置を示す概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る焼却灰の処理方法と処理装置につき、その実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明による焼却灰の処理装置は、図１に示すように、都市ゴミなどの廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉１から排出される焼却灰、つまり、鉛と六価クロムを含む焼却灰を無害化処理するためのもので、廃棄物焼却炉１から排出される焼却灰を乾燥させる乾燥器２、乾燥した焼却灰から異物を除去し、５ｍｍ径未満の焼却灰を分級して除去する分級装置３、分級済みの焼却灰を保管する保管用ホッパー４、メタンを主成分とする炭化水素混合ガスを燃料とするガスエンジン５、保管用ホッパー４から供給される分級済みの焼却灰に対しガスエンジン５から排出される排ガスを接触させてエージングするロータリーキルン装置６、ロータリーキルン装置６内の排ガスを３５０〜５００℃に維持する排ガス温度維持機構７などを備えている。
【００２０】
廃棄物焼却炉１から排出される焼却灰は、乾燥器２により乾燥される。乾燥された焼却灰は、分級装置３によって、異物（乾電池など）と一緒に３８ｍｍ径を越えるものが取り除かれ、かつ、５ｍｍ径未満のものが取り除かれて、その結果、５ｍｍ径以上で３８ｍｍ径以下の焼却灰が、ロータリーキルン装置６に供給され、ガスエンジン５からの排ガスとの接触によりエージングされる。ここで、通常の焼却灰は、５〜３８ｍｍ径のものが２５〜４０％を占める。
ガスエンジン５は、メタンを主成分とする炭化水素混合ガスを燃料とし、例えば、別途需要のある熱と電力を供給することのできるコジェネレーション設備の一角を担うもので、理論空気比よりも薄い混合気（例えば、空気比１．６〜２．１程度）で運転することにより、リーンバーン状態となって燃費効率の高い状態で運転され、また、実質的に理論空気比（例えば、空気比０．９５〜１．０５程度）で運転することにより、ストイキ状態で運転される。
【００２１】
ガスエンジン５からの排ガスに関しては、実際に稼動している４基のガスエンジンについてほぼ１年〜２年にわたって調べた結果、リーンバーン状態での運転時でも、二酸化炭素を５体積％程度含み、ストイキ状態での運転時には、二酸化炭素を１５体積％程度含むことが判明し、最終的には、二酸化炭素を５〜１５体積％含有し、酸素を１５体積％以下含有するか、あるいは、酸素を含有しない排ガスであることが確認された。更に、その排ガスの温度は４００〜６００℃程度であり、排ガスの温度、二酸化炭酸濃度、酸素濃度の全てにおいて、廃棄物焼却炉からの排ガスに比べて、その変動範囲が遥かに小さいことも確認された。
その排ガスの温度を調整して、ロータリーキルン装置６内の排ガスの温度を３５０〜５００℃に維持するのが排ガス温度維持機構７で、具体的には、ガスエンジン５から排出される排ガスをロータリーキルン装置６へ供給するための排ガス供給配管で構成され、その排ガス温度維持機構７として機能する排ガス供給配管を介して、ガスエンジン５からの排ガスがロータリーキルン装置６へ供給される。
ただし、場合によっては、排ガスの温度を積極的に加熱したり冷却したりする温度調整機構により排ガス温度維持機構７を構成し、その排ガス温度維持機構７を排ガス供給配管に介在させて実施することもできる。
【００２２】
ロータリーキルン装置６は、上流側（図面の左側）が高く、下流側（図面の右側）が低くなるよう傾斜をつけ、かつ、内部に回転する多数の撹拌羽を備えていて、保管用ホッパー４から供給される５〜３８ｍｍ径の焼却灰が、図中実線で示すように、上流側から下流側へ向けて移動搬送される。
それに対し、ガスエンジン５からの排ガスは、下流側から供給されて、図中破線で示すように、逆に下流側から上流側へ通流し、焼却灰に対して対向接触するとともに、撹拌羽による撹拌作用によりエージングされる。
そして、エージングにより無害化された後の焼却灰は、処理済みホッパー８に保管され、エージングに供した後の排ガスは、冷却塔９により冷却され、集塵器１０により集塵された後に装置外へ排気される。
【００２３】
つぎに、本発明による焼却灰の処理装置の作動を説明し、その処理装置を使用して実施する焼却灰の処理方法について言及する。
廃棄物焼却炉１から排出される焼却灰は、乾燥器２により乾燥された後、分級装置３により異物と一緒に３８ｍｍ径を越えるものが除去されるとともに、５ｍｍ径未満のものが除去されて、５〜３８ｍｍ径の焼却灰が、保管用ホッパー４に保管される。つまり、分級装置３によって、焼却灰から５ｍｍ径未満の焼却灰を取り除く分級工程が行われる。
分級工程を経た分級済み焼却灰は、ロータリーキルン装置６に供給され、ロータリーキルン装置６において、上流側から下流側へ向けて移動する分級済み焼却灰に対し、逆に下流側から上流側へ通流するガスエンジン５からの排ガスを３５０〜５００℃で対向接触させて３０〜６０分エージングするエージング処理工程が行われ、その結果、焼却灰に含まれる鉛が無害化されて処理済みホッパー８へ送られる。
【００２４】
本発明による焼却灰の処理方法と処理装置は、焼却灰に含まれる鉛と六価クロムを無害化して、環境庁告示１９号（含有量試験：鉛＝１５０ｍｇ／ｋｇ以下、六価クロム＝２５０ｍｇ／ｋｇ以下）および環境庁告示４６号（溶出量試験：鉛＝０．０１ｍｇ／Ｌ以下、六価クロム＝０．０５ｍｇ／Ｌ以下）の基準を同時に達成することを目的とするものであり、その効果確認のために種々の実験を行ったので、その実験結果の一部について説明する。なお、Ｌはリットルを示す。
下記の表１は、環境庁告示１９号による鉛の含有量試験に関し、焼却灰の分級による効果確認のために行った実験結果である。
【００２５】
【表１】
0005959266.tif 000002
【００２６】
この表１から、鉛の含有量に関しては、５〜３８ｍｍ径に分級することにより、環境庁告示１９号の基準（鉛＝１５０ｍｇ／ｋｇ以下）が達成されることが確認できる。
なお、六価クロムの含有量に関しては、いずれの場合も１０ｍｇ／ｋｇ未満であり、環境庁告示１９号の基準（六価クロム＝２５０ｍｇ／ｋｇ以下）が達成される。
【００２７】
下記の表２は、環境庁告示４６号による鉛の溶出量試験に関し、焼却灰の分級による効果確認のために行った実験結果である。
【００２８】
【表２】
0005959266.tif 000003
【００２９】
この表２から、鉛の溶出量に関しては、５〜３８ｍｍ径に分級することにより減少するが、環境庁告示４６号の基準（鉛＝０．０１ｍｇ／Ｌ以下）が達成されない場合のあることが確認できる。
なお、六価クロムの溶出量に関しては、いずれの場合も０．０５ｍｇ／Ｌ以下であり、環境庁告示１９号の基準（六価クロム＝０．０５ｍｇ／Ｌ以下）が達成される。
【００３０】
表２に示したように、鉛の溶出量に関しては、たとえ５〜３８ｍｍ径に分級しても、最大で０．０５６ｍｇ／Ｌの溶出が認められた。
そこで、０．０５６ｍｇ／Ｌの溶出量を有する焼却灰を使って、エージング処理ガスとして、二酸化炭素を５重量％、酸素を１０重量％、窒素を８５重量％含有する４００℃のガスを使用して６０分エージングした結果が下記の表３である。
【００３１】
【表３】
0005959266.tif 000004
【００３２】
この表３から、鉛の溶出量に関しては、５〜３８ｍｍ径に分級した焼却灰をエージング処理することにより、環境庁告示４６号の基準（鉛＝０．０１ｍｇ／Ｌ以下）が達成されることが確認できる。
【００３３】
以上は実験結果の一部であり、その他、５〜３８ｍｍ径に分級した焼却灰を使っての溶出量実験により、ガスエンジンをリーンバーン状態で運転した際の排ガス（二酸化炭素＝５重量％、酸素＝１０重量％）を使用し、その排ガス温度を２００℃、３００℃、４００℃、５００℃の４段階に温度調整し、かつ、エージング時間を３０分、６０分の２段階についてエージングを行った結果、いずれの温度と時間においても、鉛の溶出量が０．００５ｍｇ／Ｌ未満、六価クロムの溶出量が０．０１ｍｇ／Ｌ未満で、環境庁告示４６号の基準の達成が確認された。
また、ガスエンジンをストイキ状態で運転した際の排ガス（二酸化炭素＝１０重量％、酸素＝０重量％）を使用し、上記と同様、その排ガス温度を４段階に、エージング時間を２段階にしてエージングを行った結果、いずれの温度においても、鉛の溶出量が０．００５ｍｇ／Ｌ未満、六価クロムの溶出量は、一部０．０３ｍｇ／Ｌ未満があるものの、殆どが０．０１ｍｇ／Ｌ未満で、いずれにおいても、環境庁告示４６号の基準の達成が確認された。
【００３４】
更に、５〜３８ｍｍ径に分級した焼却灰を使っての溶出量実験により、排ガス温度が３５０℃未満になると、鉛の溶出量が環境庁告示４６号の基準を上回ることがあり、５００℃を越えると、六価クロムの溶出量が環境庁告示４６号の基準を上回る可能性のあることが判明し、エージング処理工程における排ガスの温度は、３５０〜５００℃の範囲内に限定する必要性が確認された。
また、エージング時間に関しては、排ガスの温度を３５０〜５００℃に維持した場合、３０分未満であると、エージング効果が不十分で環境庁告示４６号の基準を達成できないことがあり、６０分であれば十分なエージング効果を得ることができることから、３０〜６０分の範囲内に限定する必要性が確認された。
【符号の説明】
【００３５】
１        廃棄物焼却炉
３        分級装置
５        ガスエンジン
６        ロータリーキルン装置
７        排ガス温度維持機構
【図１】
0005959266.tif 000005