(57)【要約】  【課題】  飛灰等の重金属類を含有する粉状廃棄物を５００℃以下で処理して重金属類の安定化剤の使用料をさらに削減できる粉状廃棄物の無害化方法を提供する。  【解決手段】  上記課題は縦型円筒状容器の側面にヒーターが設けられ、下部には粉状廃棄物を流動化させるガスの吹込み口、底部には分散板、および加熱処理した粉状廃棄物の排出口、上部には粉状廃棄物の投入口とガス排出口、内部には粉状廃棄物の攪拌翼が設けられた粉状廃棄物の加熱器を用い、重金属類を含有する粉状廃棄物を前記加熱器内に投入し、前記ガス吹込み口から吹込まれた加熱空気および前記攪拌翼による攪拌によって、前記粉状廃棄物の流動層を形成し、前記流動層を前記ヒーターおよび前記加熱空気によって、酸化雰囲気下４４０〜５００℃に加熱した後、前記粉状廃棄物の出口から排出された粉状廃棄物に重金属安定剤と水を加えて混練することを特徴とする重金属類を含有する粉状廃棄物の無害化方法よって解決される。  【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型円筒状容器の側面にヒーターが設けられ、下部には粉状廃棄物を流動化させるガスの吹込み口、底部には分散板、および加熱処理した粉状廃棄物の排出口、上部には粉状廃棄物の投入口とガス排出口、内部には粉状廃棄物の攪拌翼が設けられた粉状廃棄物の加熱器を用い、重金属類を含有する粉状廃棄物を前記加熱器内に投入し、前記ガス吹込み口から吹込まれた加熱空気および前記攪拌翼による攪拌によって、前記粉状廃棄物の流動層を形成し、前記流動層を前記ヒーターおよび前記加熱空気によって、酸化雰囲気下４４０〜５００℃に加熱した後、前記粉状廃棄物の出口から排出された粉状廃棄物に重金属安定剤と水を加えて混練することを特徴とする重金属類を含有する粉状廃棄物の無害化方法
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記ガス排出口より排出されたガスの無害化処理装置を備え、無害化処理装置が有機ハロゲン化合物分解触媒および揮発した重金属類除去用の吸着塔であることを特徴とする重金属類を含有する粉状廃棄物の無害化方法
【請求項３】
請求項１記載の方法において、前記ガス排出口より排出されたガスの無害化処理装置を備え、無害化処理装置が有機ハロゲン化合物分解触媒および揮発した重金属類除去用の排ガス冷却器であることを特徴とする重金属類を含有する粉状廃棄物の無害化方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重金属類を含有する粉状廃棄物の加熱処理方法に関し、特に、廃棄物焼却炉や廃棄物溶融炉から排出される飛灰中に含まれている重金属類の溶出量を低減し、無害化する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物焼却施設から排出される飛灰は、特別管理一般廃棄物に指定されており、飛灰中に含まれる重金属類の溶出防止のための中間処理を行った後、埋立て処分することが義務づけられている。中間処理方法としては、（１）溶融固化、（２）セメント固化、（３）薬剤処理、（４）酸への抽出の４つが指定されている。この中でも特に、（３）薬剤処理は設備がコンパクトでかつ運転や保守が容易であることから、広く普及している。
【０００３】
この飛灰の処理方法としては、飛灰のｐＨを測定して、ｐＨが１１．０以上の場合に５８０〜８００℃に加熱してｐＨを８．５以上１１．０未満にする方法（特許文献１）、アルカリ性飛灰を空気雰囲気で５５０〜８００℃に加熱して、アルカリ性飛灰に含まれる重金属を水に不溶な形態に変化させる方法（特許文献２）、飛灰を４００〜５５０℃で加熱して飛灰に含まれている未燃カーボンを燃焼させて生じた炭酸ガスと飛灰中のアルカリ成分とを反応させた後、これに重金属と水を加えて混練し、成形固化する方法（特許文献３）などが知られている。飛灰を４００〜５５０℃で加熱する方法には、竪型の連続式加熱装置が用いられているが、この装置は飛灰をリボンスクリューで攪拌するタイプのものでガスを吹込んで流動化させるものではない。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１９２４７１号公報
【特許文献２】特開２００１−２０５２１９号公報
【特許文献３】特許第３３０３２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
飛灰を４００〜５５０℃で縦型の加熱装置、横型の加熱装置、ロータリー式加熱装置等で加熱する方法は、焼却灰中の未燃カーボンの燃焼によって生じた炭酸ガスと焼却灰中のアルカリ成分とを反応させ、溶出液のｐＨを低下させて重金属を溶出しにくくするものである。この場合、焼却灰の性状によってはこの効果の発揮が十分でないケースがある。例えば、アルカリ成分に対して未燃カーボンが少ない場合は、加熱してもｐＨが低下しないため、重金属の溶出を抑えることができない。
【０００６】
本発明の目的は、飛灰等の重金属類を含有する粉状廃棄物を５００℃以下で処理して重金属類の安定化剤の使用量をさらに削減できる粉状廃棄物の無害化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明者らは上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、飛灰を流動化させ、酸化雰囲気下、４４０〜５００℃に加熱することにより、重金属類の形態を変化させ、溶出量を大幅に低下させることができることを見出した。
【０００８】
すなわち、本発明は、縦型円筒状容器の側面にヒーターが設けられ、下部には粉状廃棄物を流動化させるガスの吹込み口、底部には分散板、および加熱処理した粉状廃棄物の排出口、上部には粉状廃棄物の投入口とガス排出口、内部には粉状廃棄物の攪拌翼が設けられた粉状廃棄物の加熱器を用い、重金属類を含有する粉状廃棄物を前記加熱器内に投入し、前記ガス吹込み口から吹込まれた加熱空気および前記攪拌翼による攪拌によって、前記粉状廃棄物の流動層を形成し、前記流動層を前記ヒーターおよび前記加熱空気によって、酸化雰囲気下４４０〜５００℃に加熱した後、前記粉状廃棄物の出口から排出された粉状廃棄物に重金属安定剤と水を加えて混練することを特徴とする重金属類を含有する粉状廃棄物の無害化方法に関するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、重金属類安定化に必要な薬剤の使用量が削減でき、処理コストが低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明で処理される粉状廃棄物は、重金属類、例えば、鉛、水銀、カドミウム、銅等を含有するものであれば特に制限は無いが、例えば、廃棄物焼却炉や溶融炉から排出される飛灰、汚染された土壌、砂、川底や湾の底部の泥等である。
【００１１】
粉状廃棄物の加熱器の形状は直筒のほか、テーパー部を設けて上部または下部を短径とする異径筒としてもよい。上下両面は通常は閉止されて全体は密閉構造をしている。容積は処理する粉状廃棄物の量に応じて設計されるが、通常０．０１〜１００ｍ3程度、特に０．２〜１０ｍ3程度である。
【００１２】
加熱器には粉状廃棄物の出入り口のほか、粉状廃棄物を流動させるガスの出入口が必要である。ガスは粉状廃棄物を流動化させるために、加熱器の下部にガスの吹込み口を上部にガスの排出口を設けて、ガスを加熱器内の粉状廃棄物層の下から吹込んで底部に設置された分散板により加熱器内に均一に分散され、上下に抜けるようにする。このガス排出口には必要によりダストフィルター、サイクロン、電気集塵機、セラミックフィルター等のダスト除去装置を設けることができる。
【００１３】
一方、粉状廃棄物の投入口と排出口はそれぞれ粉状廃棄物の投入、排出ができれば如何なる位置に設けても良いが、粉状廃棄物の投入口を加熱器の上部に、そして排出口を下部に設けることが望ましい。
【００１４】
粉状廃棄物を流動させるためのガスの吹込み口は加熱器の底部、又は側面下端部に設ける。ガス吹込み口は加熱器の規模に応じて複数設けることもできる。加熱器に吹込まれたガスは、分散板を介して均一なガス流れにするとともに粉状廃棄物が吹込み口に入り込まないようにすることができる。ガスの吹込み量は０．０１〜２Ｎｍ3／ｋｇ程度、好ましくは０．１〜１Ｎｍ3／ｋｇ程度、加熱器内の空塔温度は０．１〜３０Ｎｃｍ／ｓｅｃ程度、好ましくは０．１〜１０Ｎｃｍ／ｓｅｃ程度が適当である。
【００１５】
加熱器の加熱方式は、容器外面から加熱する方式とし、粉状廃棄物を流動させるガスを熱風とする方式を併用することができる。
【００１６】
さらに、粉状廃棄物の流動化を促進させるため、加熱器内部には攪拌翼を設ける。典型的な攪拌翼はパドル翼であり、翼は棒状、板状であり、棒状は断面形状が真円、楕円、弧を２つ合わせた形状、正四角形、長方形、六角形のものを含み、板状は平板上、桶状等を含む。板状の場合、水平でもよく、斜めでもよく、垂直でもよい。好ましくは水平〜斜めであり、角度は水平に対して０〜６０度、好ましくは０〜４５度である。この攪拌翼の回転数は１〜２００ｒｐｍ程度、好ましくは１０〜１００ｒｐｍ程度である。
【００１７】
上部に設けられた投入口より粉状廃棄物が加熱器内に投入され、底部に設けられたガス吹込み口より分散板を介して吹込まれる高温空気、および加熱器内部に設置された攪拌翼の攪拌により、粉状廃棄物の流動層が形成される。粉状廃棄物の投入は、連続式、パッチ式のどちらの形式であっても良い。容器内では粉状廃棄物の流動層が形成され、粉状廃棄物が層内を循環するため、気固接触に優れる。さらに、加熱器内壁に対する粉状廃棄物の交換速度も高いため、加熱空気による加熱、加熱器内壁を介する外部加熱のどちらの場合にも効果的な加熱が可能となる。
【００１８】
粉状廃棄物の加熱条件は、加熱温度４４０〜５００℃好ましくは、４４０〜４８０℃、平均滞留時間５分〜１８０分程度、通常３０分〜１２０分程度でよく、加熱により重金属類の形態がより溶出しづらいものに変化するため、溶出液のｐＨに関わらず重金属類の溶出量が大きく低減する。加熱温度が４４０℃未満であっても、重金属類の溶出低減効果は認められるが、４４０℃以上に加熱することにより、その効果が顕著となるため、効果的な重金属類の溶出抑制が可能となる。一方、５００℃以上に加熱すると、例えば飛灰の場合は、飛灰中に含まれる低融点を有する複塩の影響により、飛灰が固化し、ハンドリングが困難になるといった不具合が生じる。また、加熱処理に要するエネルギーコストも嵩む。本発明においては、熱伝達効率に優れた加熱器を用いるため、加熱器内壁の温度を過剰に上昇させることなく、飛灰を４４０〜５００℃に加熱することが可能となり、過度の加熱により発生する飛灰固着が防止され、エネルギーコスト的にも有利となる。以上より、加熱温度の範囲は４４０〜５００℃が好ましく、粉状廃棄物の流動層を形成させ加熱を行うことで、４４０〜５００℃の加熱が容易に達成される。
【００１９】
また、重金属類の溶出低減効果は、酸化雰囲気下における加熱処理により効果的に発揮されることから、粉状廃棄物を流動化させるガスとしては、加熱空気が好ましい。加えて、粉状廃棄物の流動化により、粉状廃棄物と加熱空気の気固接触が優れるため、重金属類の溶出低減効果が効果的に発揮される。
【００２０】
以上のような重金属類の溶出低減効果により、加熱後に添加する重金属類安定化剤の使用量の大幅な削減が可能となる。用いる重金属安定剤としては、液体キレート剤や粉末状の重金属安定剤等、重金属安定剤であれば種類を問わず、使用量の削減が可能となる。本発明における重金属類安定剤の使用量は、粉状廃棄物の種類や由来等によって異なるが、多くは、粉状廃棄物重量の削減率は、５０〜７０％程度である。
【００２１】
水は重金属安定剤を粉状廃棄物中の重金属と反応させるために添加され、添加量は粉状廃棄物の重量に対し通常２０〜３０重量％程度である。
【００２２】
処理対象物である粉状廃棄物に有害物質である有機ハロゲン化合物が含まれている場合、４４０〜５００℃で加熱することにより、有機ハロゲン化合物の大部分は揮発し、排ガスへと移行する。そこで、触媒を用いることにより、これらを酸化分解し、無害化することができる。触媒反応装置は固定床型、移動型床、流動床型のいずれであってもよい。触媒は、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムなどの白金族元素、あるいは金のうち少なくとも１種類の貴金属触媒、酸化カルシウム、マンガン、コバルト、クロム、鉄、ニッケル、チタン、バナジウム、タングステン等の単独あるいは複合酸化物のうち少なくとも１種類の酸化物触媒を使用できる。
【００２３】
粉状廃棄物に水銀が含まれている場合、４４０〜５００℃の範囲で加熱をすると、水銀のほぼ全量が揮発し、排ガス側へと移行する。この水銀を排ガスから吸着除去するため、吸着塔を設置することができる。用いる吸着剤としては、活性炭や活性コークス、ゼオライト等の無機吸着剤等を使用できる。
【００２４】
水銀の除去設備として排ガス冷却器を用いることもできる。冷却器の構造は、例えば熱交換機で構成されたものが用いられる。排ガスは、冷却器において６０℃以下に冷却され、揮発し排ガス中にガス状で含まれる水銀は、冷却器内において凝縮し液体状で回収される。
【実施例１】
【００２５】
実施例で用いた加熱処理装置を図１に示す。容器は、内径１００ｍｍ、有効高さ６００ｍｍのものを用いた。粉状廃棄物としては、一般廃棄物焼却飛灰を用い、静止層高で１００ｍｍとなるように充填し、流速で１０ｃｍ／ｓｅｃとなるようにガスを吹込みながら攪拌翼により攪拌することによって飛灰の流動層を形成し、各条件で３０ｍｉｎ間加熱を行った。加熱後の飛灰について、環境省告示第１３号に従って溶出試験を実施し、溶出液中の鉛濃度およびｐＨを分析した。また、未処理の飛灰についても同様の分析を行い、鉛溶出濃度の減少率を算出した。更に、飛灰中の鉛含有濃度についても分析を行った。
【００２６】
次に、処理前および処理後の飛灰に重金属安定剤として所定量の液体キレート剤（ＪＦＥ−Ａ２００）と水を添加、混練し、得られた混練物について環境省告示第１３号に従って溶出試験を実施し、埋立て基準値が設定されているＰｂ、Ｃｄ、Ｓｅ、Ａｓ、Ｈｇ、Ｃｒ６＋の６成分の濃度を分析した。得られた結果から、埋立て基準値を満たすのに必要な重金属安定剤の添加率（飛灰１００ｇ当たりに添加した重金属安定剤の重量）を決定した。結果を表１および図２に示す。
【００２７】
【表１】
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【実施例２】
【００２８】
図１に示す攪拌流動層加熱器の排ガス出口側に有機ハロゲン化合物分解用の触媒反応装置、および吸着塔あるいは排ガス冷却器を直列に配置して図３に示す廃棄物処理装置を作製した。
【００２９】
触媒反応装置には、触媒としてシリカ・アルミナ系セラミックス担体に白金を担持させた触媒を用いており、担体はハニカム形状をとっており、触媒温度は４００℃である。
【００３０】
吸着塔は直方体であり、成型活性炭が充填され、吸着塔温度は１５０℃である。排ガス冷却器は、熱交換器となっており、３００℃で入った排ガスが、１００℃以下で排出される設計となっている。
【００３１】
上記の廃棄物処理装置を用いて、ダイオキシン類および水銀を含む一般廃棄物焼却飛灰を処理した。飛灰の処理量は１００ｋｇ／ｈであり、これを加熱器で飛灰流動層部が４５０℃となるように処理した。加熱器から排出された排ガスは、セラミックフィルターで除塵された後、触媒反応装置に導入され、飛灰から揮発し排ガスへと移行したダイオキシン類が酸化分解される。触媒反応装置出口の排ガスは、（Ｉ）活性炭吸着塔、（ＩＩ）排ガス冷却器の２通りで処理をした。排ガス中のダイオキシン類および水銀の濃度を分析し得られた結果を表２に示す。
【００３２】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の方法は、鉛等の重金属類を含む粉状廃棄物の無害化に広く適用できる。このような粉状廃棄物の例として、廃棄物焼却施設から排出される飛灰等がある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例で使用された加熱器の概略構成を示す図である。
【図２】実施例で得られた加熱温度と加熱処理物のＰｂ溶出濃度の減少率との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例２で使用された処理装置の構成を示すフローシートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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