(57)【要約】【課題】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しつつ、さらにダイオキシンの無害化をすることのできる焼却灰の処理方法およびその処理方法を行える焼却設備を提供すること。【解決手段】廃棄物焼却炉からの焼却灰を無害化処理するに、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である、二酸化炭素を５〜１５体積％含有し、酸素を５〜１５体積％含有する排ガスを、焼却炉排ガスの不存在下で、３００〜４００℃で直接接触させて３０〜６０分エージングして、焼却灰に含まれる鉛と六価クロムを無害化するとともに、ダイオキシン類として含まれるＰＣＤＦ成分を減少させる。【選択図】図１
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【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である、二酸化炭素を５〜１５体積％含有し、酸素を５〜１５体積％含有する排ガスを、焼却炉排ガスの不存在下で、３００〜４００℃で直接接触させて３０〜６０分エージングして、前記焼却灰に含まれる鉛と六価クロムを無害化するとともに、ダイオキシン類として含まれるＰＣＤＦ成分を減少させる焼却灰の処理方法。
【請求項２】
廃棄物焼却炉とガスエンジン発電装置とを備え、前記廃棄物焼却炉で必要となる電力の少なくとも一部を前記ガスエンジン発電装置で発電した電力で賄う焼却設備であって、
前記廃棄物焼却炉からの焼却灰を投入する焼却灰投入部と、前記ガスエンジン発電装置からの排ガスを導入する排ガス導入部とを有するとともに、エージングされた焼却灰を取り出す排出部を有するエージング処理部を設けてなる焼却灰処理装置を備えた焼却設備。
【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焼却設備に関する。
【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】
また、一般に、廃棄物を焼却するとダイオキシンが発生することが知られており、ダイオキシンについても無害化することが望まれている。ところで、廃棄物を焼却した場合に発生する飛灰については、ダイオキシンの除去方法が研究されている。焼却された廃棄物に含まれる様々な成分が前記排ガス中に、有害成分として含まれており、特に、塩化ビニル等の塩素系樹脂廃棄物の燃焼排ガスには塩化水素等の含塩素ガスが含まれている。前記含塩素ガスは、２５０℃〜４００℃においてダイオキシンを合成することが知られている。
【０００６】
上記実情から、焼却灰についても、ダイオキシンが含まれていることが明らかであるが、上記排ガスを用いて焼却灰のエージングを行う場合、焼却灰中にダイオキシンが再合成されるおそれがあり、焼却灰中のダイオキシンが十分に無害化できないと考えられる。
【０００７】
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しつつ、さらにダイオキシンの無害化をすることのできる焼却灰の処理方法およびその処理方法を行える焼却設備を提供することある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
〔構成１〕
上記目的を達成するための本発明の焼却灰の処理方法の特徴構成は、
廃棄物焼却炉からの焼却灰を無害化処理するために、
前記焼却灰に対し、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である、二酸化炭素を５〜１５体積％含有し、酸素を５〜１５体積％含有する排ガスを、焼却炉排ガスの不存在下で、３００〜４００℃で直接接触させて３０〜６０分エージングして、前記焼却灰に含まれる鉛と六価クロムを無害化するとともに、ダイオキシン類として含まれるＰＣＤＦ成分を減少させる点にある。
【０００９】
〔作用効果１〕
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は、基本的には塩素成分を含有せず、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、つまり、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５〜１５体積％含有する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ている。このような排ガスを用いて、焼却炉排ガスの不存在下でエージング処理を行うと、焼却炉排ガスによる塩素供給がないので、排ガスからのダイオキシンの再合成を懸念することなくエージング処理が行える。
【００１０】
上記構成によると、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。
さらに、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。
【００１１】
ところで、焼却飛灰のダイオキシン無害化技術としては、一般的に、２５０℃〜４００℃においてダイオキシンが再合成されるために、無害化温度域を、４００℃を超える温度に設定するのが通例であり、焼却灰の無害化においてもこのような温度域を維持すべきであるという固定観念があった。ところが、焼却飛灰と、焼却灰の処理環境では、焼却飛灰の処理環境が、気流中で高温に熱せられたのち、降温する過程で無害化処理するのに対して、焼却灰では、一旦冷却されて微粒子になったものを流動させつつ加熱する過程で無害化処理するものであるという違いがある。そのため、本発明者らは、焼却灰の無害化において上記固定観念をそのまま適用すべきかという観点で焼却灰無害化試験を検討したところ、焼却灰のダイオキシンを無害化する場合、上記ガスエンジン排ガスを用いて鉛と六価クロムを無害化する条件下では、意外にも、本来ダイオキシンの合成が行われる温度域である３００℃〜４００℃であっても、ダイオキシン類として多く含まれるＰＣＤＦ成分を減少させることができることを新たに見出した。
【００１２】
上記新知見によると、焼却灰のダイオキシン無害化を行うに当たっては、従来考えられていた高温域での処理をする必要がないことが明らかになり、より少ないエネルギーで効率よく無害化処理を行えることが分かった。
なおダイオキシン類には、ＰＣＤＤ（ポリ塩化ジベンゾダイオキシン）、ＰＣＤＦ（ポリ塩化ジベンゾフラン）、ＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル）などの成分が含まれているが、本処理方法によれば、多く含まれているＰＣＤＦ成分の無害化効率が高く、特に毒性の高い成分の低減に寄与しているため、ダイオキシンの総量の減少から評価される無害化効率を超えてＴＥＱの減少率が高く、無害化効率がきわめて高いものと評価することができると考えられる。
【００１３】
〔構成２〕
上記目的を達成するための本発明の焼却設備の特徴構成は、
廃棄物焼却炉とガスエンジン発電装置とを備え、前記廃棄物焼却炉で必要となる電力の少なくとも一部を前記ガスエンジン発電装置で発電した電力で賄う焼却設備であって、
前記廃棄物焼却炉からの焼却灰を投入する焼却灰投入部と、前記ガスエンジン発電装置からの排ガスを導入する排ガス導入部とを有するとともに、エージングされた焼却灰を取り出す排出部を有するエージング処理部を設けてなる焼却灰処理装置を備えた点にある。
【００１４】
〔作用効果２〕
従来焼却灰を無害化する場合、焼却設備からいったん焼却灰を回収した後、無害化処理するための設備に搬送して別途処理する必要があった。特に、上記のようなガスエンジン排ガスを安定的に得られる設備が廃棄物焼却炉に隣接して設けられている設備はほとんど知られておらず、先の焼却灰処理方法を行うにあたっても、焼却灰とガスエンジンの排ガスとをともに供給可能な既存の処理設備は知られていない。
【００１５】
ところで、近年、各種設備で災害時用の発電設備の付帯したものが採用されるケースが増えている。また、焼却設備においても発電設備の付帯したものが全国に数か所設けられている。このような発電設備は災害時用ではあるが、平時にも有効利用を図るために、運転しようとする動きがある。また、災害時用に発電設備を増設する動きもある。これにより、前記廃棄物焼却炉で必要となる電力の少なくとも一部をガスエンジン発電装置で発電した電力で賄うことができるようになり、焼却設備をより安定して運転することができるようになる。このような焼却設備において、廃棄物焼却炉から発生する焼却灰と、発電装置から発生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である、二酸化炭素を５〜１５体積％含有し、酸素を５〜１５体積％含有する排ガスを、エージング処理部に供給する焼却灰投入部と排ガス導入部とを有する焼却灰処理装置を設けてあれば、廃棄物焼却炉とガスエンジン発電装置とを有効に連携させて焼却灰をエージング処理することができるようになり、エージングされた焼却灰を排出部より得ることができる。
【００１６】
すると、従来、別途エージング処理を行わなければならなかった焼却灰を、その場で効率よくエージング処理できるようになる。したがって、焼却設備に焼却灰処理装置を追加して設け、既設のガスエンジン発電装置等を有効利用することにより、少ない設備投資で、廃棄物処理費用の低減が図れる。
【００１７】
また、エージングされなければ利用価値がなく、多大な労力をかけてエージングしても、無害化の程度が低ければ利用価値の低かった焼却灰と、単に廃棄されるだけの排ガスとを組み合わせることによって、焼却灰を再利用可能な形態にまでエージング処理することができるようになり、廃棄物の有効利用も図ることができる。すなわち、このような焼却設備では、前述の焼却灰の処理方法が効率よく行えるから、ダイオキシンの毒性が低下するとともに鉛と六価クロムの毒性が低減された焼却灰が得られるので、その焼却灰を土壌として再利用したり、処理の程度によっては、少なくとも埋め立て処理が可能になるなど、利用価値を生じさせることができる。
【００１８】
尚、上記構成によると、焼却設備を災害時に限らず常時自己発電により操業状態を維持することができるようになる。また、焼却灰の加熱に廃棄物焼却炉およびガス発電装置からの廃熱利用を図れ、エネルギーを有効利用できる。さらに、焼却灰処理装置の運転温度は、従来考えられていた４００℃以上にまで昇温する必要がないので、従来に比してランニングコストを抑制する効果もある。
【発明の効果】
【００１９】
したがって、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しつつ、さらにダイオキシンの無害化をすることができるようになり、焼却灰を効率よく処理して有効利用可能な形態に変換することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】焼却設備を示す概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係る焼却灰の処理方法と焼却設備につき、その実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明による焼却設備は、図１に示すように、廃棄物焼却炉１とガスエンジン発電装置５とを備え、焼却灰処理装置６を備える。この焼却設備は、廃棄物焼却炉１で必要となる電力の少なくとも一部をガスエンジン発電装置５で発電した電力で賄うとともに、その廃棄物焼却炉１から生じた焼却灰と、そのガスエンジン５２からの排ガスをともに焼却灰処理装置６に供給することにより、焼却灰を効率よく無害化処理する工程が行われるように配設されるものである。
【００２２】
焼却灰処理装置６は、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とともに、ダイオキシンを含む焼却灰を無害化処理するためのロータリーキルン装置６０（エージング処理部の一形態）を備えたもので、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する分級装置３、分級済みの焼却灰を保管し、ロータリーキルン装置６０に供給するホッパー４（焼却灰投入部の一形態）を備える。一方、前記ガスエンジン発電装置５には、メタンを主成分とする炭化水素混合ガスを燃料とし、発電装置５１を駆動するガスエンジン５２、ホッパー４から供給される焼却灰に対しガスエンジン５２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６０を備える。
【００２３】
前記焼却灰処理装置６は、ロータリーキルン装置６０、ロータリーキルン装置６０内を排ガスにより３００〜４００℃に維持する排ガス温度維持機構７などを備えている。前記ロータリーキルン装置６０は、前記廃棄物焼却炉１からの焼却灰を投入する焼却灰投入部６１と、ガスエンジン５２から排出される排ガスを導入する排ガス導入部６２と、エージングされた焼却灰を取り出す排出部６３を有する。
【００２４】
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径を越える難処理物が取り除かれて、ロータリーキルン装置６０に供給され、ガスエンジン５２からの排ガスとの接触によりエージングされる。
ガスエンジン発電装置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る。
【００２５】
ガスエンジン５２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５２についてほぼ１年〜２年にわたって調べた結果、二酸化炭素を５〜１５体積％含有し、酸素を５〜１５体積％含有することが確認された。さらに、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１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６０内を排ガスにより３００〜４００℃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５２から排出される排ガスをロータリーキルン装置６０へ供給するための排ガス供給配管で構成され（すなわち、ロータリーキルン装置６０は、焼却炉排ガスの不存在化で、エージング処理を行う）、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５２からの排ガスがロータリーキルン装置６０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。
【００２６】
ロータリーキルン装置６０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、ホッパー４から供給される焼却灰が、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５２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排ガスと焼却灰との直接的な接触を図ること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９１により冷却され、集塵器９２により集塵された後に装置外へ排気される。
【００２７】
つぎに、本発明による焼却灰処理装置６の作動を説明し、その焼却灰処理装置６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。
【００２８】
（鉛と六価クロム）
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径を越える難処理物が除去されて、ホッパー４に保管される。つまり、分級装置３によって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６０に供給され、ロータリーキルン装置６０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５２からの排ガスを３００〜４００℃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と六価クロムが無害化されて処理済みホッパー８へ送られる。
【００２９】
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。
【００３０】
上記工程によりエージング処理された焼却灰からの鉛および六価クロムの含有量および溶出量を各環境庁告示に則して測定したところ表１のようになった。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
なお、試料は、原料１、２とも、廃棄物焼却炉１の炉底灰を溶融冷却粉砕された乾灰であり、上記分級工程を経て３８ｍｍ以下の径にそろえたものであり、エージング後１、２は、上記エージング工程を経たのち、５ｍｍ径以下の微粒子成分を除外して、５〜３８ｍｍ径にそろえたものを用いた。
【００３３】
焼却灰に対する鉛の含有量は、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。
その結果、鉛の溶出量に関しては、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。
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。
【００３４】
以上は実験結果の一部であり、その他、焼却灰を使っての溶出量実験により、ガスエンジン５２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体積％、酸素＝１０体積％）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。
【００３５】
（ダイオキシン）
上記原料１を試料として用い、上記エージング工程を同様に行い、環境省告示８０号に則してダイオキシン量を測定した。ダイオキシン量として、ＷＨＯ／ＩＰＣＳ（２００６）に示される毒性等価係数（ＴＥＦ）にしたがって毒性等量（ＴＥＱ）を求めた。
【００３６】
その結果、表２のようになり、４００℃でのエージング工程を行うと、ダイオキシンのうち、特に多く含まれているＰＣＤＦが大きく減量されておりＴＥＱの低下に寄与していることが明らかになった。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
上記測定試験では、エージング温度４００℃におけるエージング工程について調べたものであるが、エージング条件をやや低温にしても同様の傾向がみられることが確認されており、エージング温度３００℃以上であれば、同様の効果が期待できることが明らかである。すなわち、エージング温度を３００℃〜４００℃とすることにより、焼却灰のエージング雰囲気中では、意外にも従来より定説とされているダイオキシンの再合成は行われず、焼却灰に含まれるダイオキシン削減効果を発揮できることがわかった。また、この試験によると、焼却灰中に含まれるＴＥＱ成分の主成分としてのＴＣＤＦがきわめて効率よく低減されていることからも、焼却灰に対する処理方法として特に有用であることがわかった。
また、エージング時間を６０分としているが、上記測定試験のＴＥＱ減少効果を鑑みると、エージング時間３０分でも十分ダイオキシン低減効果が発揮されることが見込まれる。
【符号の説明】
【００３９】
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】
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