(57)【要約】【課題】炉内雰囲気にかかわらず、簡便で、ランニングコストが低く、かつ環境負荷をかけずに、重金属、特にクロムを含有する廃棄物の焼却灰の溶融に際して、クロムの酸化により生成される有害な六価クロムを無害な三価クロムに還元しながら、三価クロムの形態を維持したまま焼却灰を溶融することでスラグ中の六価クロム濃度を極小にし、六価クロムの溶出を確実に防止し得る焼却灰の溶融装置を提供する。【解決手段】焼却灰の溶融装置Ｆｍ１を、廃棄物Ｋｍ、この廃棄物Ｋｍを焼却する焼却炉３または焼却灰のうちの何れか一つに塩基度調整剤を添加することにより、焼却灰の塩基度を０．６〜１．０に調整して溶融炉５に供給し、この溶融炉５に供給した塩基度調整後の焼却灰を１３５０℃以上の温度に加熱して溶融し、溶融した焼却灰の溶融スラグを水冷装置６内に流下させて急冷する構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物供給装置と、この廃棄物供給装置から供給される廃棄物を焼却する焼却炉と、この焼却炉から排出される排ガス中の焼却灰を捕集するサイクロンと、このサイクロンから焼却灰供給装置を介して供給された焼却灰を溶融する溶融炉と、この溶融炉の下方位置に設けられ、スラグ排出口から排出される溶融スラグを急冷する水冷装置と、前記廃棄物供給装置、または前記焼却炉のうちの何れか一つに、前記焼却灰の塩基度が０．６〜１．０になるように塩基度調整剤を供給する塩基度調整剤供給装置と、前記サイクロンから排出された排ガス中の飛灰をさらに捕集する集塵機と、この集塵機から排出され、飛灰が除去された排ガスを大気中に放出する煙突とからなることを特徴とする焼却灰の溶融装置。
【請求項２】
前記集塵機から前記溶融炉に、集塵機で捕集された飛灰を焼却灰供給装置に供給する搬送装置を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の焼却灰の溶融装置。
【請求項３】
廃棄物供給装置と、この廃棄物供給装置から供給される廃棄物を焼却する焼却炉と、この焼却炉から排出される焼却灰を溶融炉に供給する焼却灰供給装置と、前記廃棄物供給装置、焼却炉または前記焼却炉のうちの何れか一つに、前記焼却炉から排出される焼却灰の塩基度が０．６〜１．０になるように塩基度調整剤を供給する塩基度調整剤供給装置と、前記焼却灰供給装置から供給される焼却灰を溶融する溶融炉と、この溶融炉の下方位置に設けられ、スラグ排出口から排出される溶融スラグを急冷する水冷装置とからなることを特徴とする焼却灰の溶融装置。
【請求項４】
焼却灰供給装置と、焼却灰の塩基度が０．６〜１．０になるように塩基度調整剤を供給する塩基度調整剤供給装置と、前記焼却灰供給装置から供給される焼却灰を溶融する溶融炉と、この溶融炉の下方位置に設けられ、スラグ排出口から排出される溶融スラグを急冷する水冷装置とからなることを特徴とする焼却灰の溶融装置。
【請求項５】
廃棄物供給装置と、この廃棄物供給装置から供給される廃棄物をガス化するガス化炉と、前記廃棄物供給装置に、前記ガス化炉から排出される熱分解ガス中の灰分の塩基度が０．６〜１．０になるように塩基度調整剤を供給する塩基度調整剤供給装置と、前記ガス化炉から排出された灰分を含む熱分解ガスが供給され、熱分解ガス中の灰分を溶融する溶融炉と、この溶融炉の下方位置に設けられ、スラグ排出口から排出される溶融スラグを急冷する水冷装置とからなることを特徴とする焼却灰の溶融装置。
【請求項６】
前記灰のクロム濃度が２００００ｍｇ／ｋｇを超えているときに、前記廃棄物、焼却炉または灰のうちの何れか一つにクロム濃度調整剤を供給するクロム濃度調整装置が設けられてなることを特徴とする請求項１または５のうちの何れか一つの項に記載の焼却灰の溶融装置。
【請求項７】
前記灰の溶流温度が１２００℃〜１４００℃になるように、前記廃棄物、焼却炉または焼却灰のうちの何れか一つにクロム濃度調整剤を供給するクロム濃度調整装置が設けられてなることを特徴とする請求項１または５のうちの何れか一つの項に記載の焼却灰の溶融装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼却灰の溶融装置の改善に係り、重金属を含有する廃棄物の焼却灰を溶融することにより、重金属の溶出を防止し得るようにした焼却灰の溶融装置である。より詳しくは、炉内雰囲気にかかわらず、簡便で、ランニングコストが低く、かつ環境負荷をかけずに、クロムを含有する廃棄物に含まれていたり、クロムを含有する廃棄物の燃焼過程等の酸化により生成される有害な六価クロムを無害な三価クロムに還元しながら、三価クロムの形態を維持したまま焼却灰を溶融することでスラグ中の六価クロム濃度を極小にし、六価クロムの溶出を確実に防止し得るようにした焼却灰の溶融装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみおよび／または産業廃棄物や下水汚泥の脱水ケーキ等の廃棄物を焼却炉で焼却したり、焼却灰を溶融炉で溶融処理したりするに際して焼却灰（焼却炉から排出される焼却残渣および排ガス処理過程で排出される飛灰）が発生するが、焼却灰の多くは最終処分場に埋め立て処分される。ところが、これら焼却灰や飛灰中に含まれている鉛、カドミウム等の有害な重金属、および有害なダイオキシン等が、雨水等の作用により周囲に溶出して環境を汚染させる要因になっており、大きな問題になっている。近年では、焼却灰に含まれている重金属の溶出を防止するために、種々の溶出防止手段が採用されるようになってきている。以下、重金属等の溶出防止を可能ならしめるようにした典型的な従来例に係る焼却灰や飛灰の処理方法を紹介する。
【０００３】
従来例１に係るものは、都市ごみおよび／または産業廃棄物を焼却炉で焼却する際に発生する焼却飛灰、または焼却飛灰を溶融炉で溶融する際に発生する溶融飛灰の処理方法であり、下記のとおりである。なお、前記溶融飛灰、または焼却飛灰を単に飛灰という。
（１）飛灰のｐＨの測定値が１１．０以上の場合、飛灰を５８０℃〜８００℃に加熱処理し、処理灰のｐＨを８．５以上１１．０未満にする飛灰の処理方法である。
（２）飛灰のｐＨの測定値が８．５未満の場合、予めアルカリ源を加えてｐＨを１１．０以上にした後、飛灰を５８０℃〜８００℃に加熱処理し、処理灰のｐＨを８．５以上、１１．０未満にする飛灰の処理方法である。
（３）水洗した飛灰のｐＨの測定値が１２．０以上の場合、水洗した飛灰を５８０℃〜８００℃に加熱処理し、処理灰のｐＨを８．５以上、１１．８未満にする飛灰の処理方法である。
（４）水洗した飛灰のｐＨの測定値が８．５未満の場合、予めアルカリ源を加えてｐＨを１２．０以上にした後、飛灰を５８０℃〜８００℃に加熱処理し、処理灰のｐＨを８．５以上、１１．８未満にする飛灰の処理方法である。
【０００４】
即ち、上記従来例１に係る焼却飛灰の処理方法は、飛灰のｐＨ測定に際しての否水洗、水洗の前処理の相違により飛灰のｐＨの範囲を設定し、必要に応じて飛灰のｐＨを調整した後、５８０℃〜８００℃で加熱処理して、過熱処理後の処理灰のｐＨの範囲を変えることより、処理灰中の重金属の溶出を防止すると共に、処理灰中のダイオキシンも同時に分解する飛灰の処理方法である。なお、この従来例１に係る特許公報中において、Ｐｂ，Ｃｄ，Ｚｎ，Ｃｒ等の重金属成分溶出は、ｐＨ値による依存性が高く、ｐＨ値によりＰｂ，Ｃｄ，Ｚｎ，Ｃｒ等の重金属の溶出量が決定されると記載されているが、実施例には重金属としてＰｂ，Ｃｄ，Ｚｎに係るそれぞれのデータが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
従来例２に係るものは、都市ごみ等の焼却灰を加熱溶融した後溶融スラグを形成するに当り、より低温での加熱溶融でも、Ｐｂ等の重金属の溶出量の少ないスラグを得る焼却灰の溶融処理方法である。この焼却灰の溶融処理方法は、都市ごみを例えば流動床焼却炉で８００℃前後の温度で焼却し、焼却により生じた焼却灰をストレージングタンクに貯蔵した後、搬出時に水により加湿する。このような焼却灰を、電気炉に供給し、電気炉内の雰囲気中の酸素濃度が１０％以下となるように、不活性ガスであるＮ２ガスを供給しながら１３５０℃〜１５００℃に加熱して溶融した後に、水中に流下させることにより凝固させて凝固スラグを形成させる。
【０００６】
このように、焼却灰の溶融時にＮ２ガスを供給して電気炉内の酸素濃度を低下させると、溶融温度がより低温でも重金属酸化物、例えばＰｂＯ等が還元され易くなり、焼却灰中の塩素（Ｃｌ）と反応して塩化物が形成される。この塩化物は融点・沸点が低く、容易に揮散するため、溶融スラグ中へのＰｂ等の移行率が低下する。しかも、焼却灰の溶融温度がより低温であるから、電気炉の寿命が向上し、エネルギーコストも低下するので、焼却灰の溶融コストをより安価なものとすることができる（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
従来例３に係るものは、スラグの重金属溶出防止方法である。より詳しくは、重金属を含む焼却灰を溶融炉で溶融処理してスラグを生成する際に、焼却灰と共に、焼却灰に含まれている重金属に対して少なくとも等モル量の硫黄となる量の硫化鉱石を溶融炉に供給して、スラグ生成過程で重金属の硫黄化合物を生成させて安定化させることにより、スラグ処分時における重金属の溶出を防止するようにしたものである。なお、ごみの焼却灰から生成されたスラグには、アルミニウム、ケイ素、カルシウム等の他に、重金属類として、鉛、銅、亜鉛等が含まれているとしている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開平１1−１９２４７１号公報
【特許文献２】特開平１1−１０４５９２号公報
【特許文献３】特開２０００−００１３４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、なめし皮業界、あるいはめっき業界等の工場等からは、クロムを含有する廃棄物が発生する。また、一般の家庭等からもクロム等の重金属を含有する製品、機器が廃棄物として排出される。このようなクロムを含有する廃棄物を焼却炉で焼却すると、当然クロムを含有する焼却灰が発生する。焼却灰に含まれているクロムは酸化し、極めて毒性が強い六価クロムになるため、このような焼却灰を溶融してスラグにした場合、土壌環境基準をクリアするために、スラグからの六価クロムの溶出を防止する必要がある。
【０００９】
ところで、上記特許文献１には、ｐＨ値によりＰｂ，Ｃｄ，Ｚｎ，Ｃｒ等の重金属の溶出量が決定されると記載されている。従って、ｐＨ値を調整することによってＣｒの溶出量を抑制することができると考えられるが、特許文献１には勿論のこと、特許文献２，３の何れにも、Ｃｒの溶出を確実に防止することを可能ならしめる具体的なＣｒ溶出防止手段が開示されていない。また、スラグからのＣｒの溶出を抑制するためには、従来例２のように、溶融炉内を酸素が少ない還元雰囲気にすることや炉内温度を高温にすることが知られている。しかしながら、これらの方法は還元雰囲気にするための、窒素発生装置の設置や溶融炉内へのコークス供給が必要になり、ランニングコストの増大や地球温暖化効果ガスといわれているＣＯ２の排出増につながり、トータル的な環境負荷という面では効果的な方法とまではいえない。
【００１０】
従って、本発明の目的は、炉内雰囲気にかかわらず、簡便で、ランニングコストが低く、かつ環境負荷をかけずに、重金属、特にクロムを含有する廃棄物の焼却灰の溶融に際して、廃棄物に含まれていたり、廃棄物中のクロムの酸化により生成される有害な六価クロムを無害な三価クロムに還元しながら、三価クロムの形態を維持したまま焼却灰を溶融することでスラグ中の六価クロム濃度を極小にし、六価クロムの溶出を確実に防止し得るようにした焼却灰の溶融装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者らは、上記課題を解決するために、ラボ実験により六価クロムの溶出メカニズムを解明すると共に、実験により確認した上で本願発明を具現したものである。より詳しくは、下水汚泥を焼却灰にした後、電気炉により条件を変えて溶融すると共に冷却して、サンプルスラグＳ１１〜Ｓ１３、Ｓ２１〜Ｓ２３およびＳ２５〜Ｓ２８を製作し、分析によって得られた化学分析データ（定性分析、定量分析）および物理的解析データ（構造解析、形態解析）の結果を基に、六価クロムの溶出メカニズムを解明した。
【００１２】
先ず、上記サンプルスラグＳ１１〜Ｓ１３、Ｓ２１〜Ｓ２３およびＳ２５〜Ｓ２８のうち、サンプルスラグＳ１１〜Ｓ１３、およびＳ２１〜Ｓ２３の溶出試験（環告４６号）および重金属含有量（環水管１２７号）の分析結果を下記表１に示す。この表１に示す各サンプルスラグのうち、サンプルスラグＳ２１〜Ｓ２３の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２もしくは（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２）に対する六価クロムの溶出量（ｍｇ／Ｌ）の関係は図１１に示すとおりである。また、この表１に示す各サンプルスラグの塩基度に対する全クロム溶出量との関係は図１２に示すとおりである。なお、塩基度に対する六価クロム、全クロムの検出限界以下については、全て「０」として図示している。また、下記表１中における冷却方式の欄の「ａ方式」とは１５００℃の溶融スラグを約３０分間をかけて１０００℃に徐冷した後に、１０００℃のスラグを水冷により急冷した場合を示し、また「ｂ方式」とは１５００℃の溶融スラグを水冷により急冷した場合を示しており、以下表２，３においても同様である。
【００１３】
これら図１１，１２によれば、塩基度が高くなるにつれて六価クロムの溶出量、全クロムの溶出量が増加することが分かる。また、サンプルスラグＳ１１〜Ｓ１３の溶出結果によれば、塩基度が１以下であるにもかかわらず、六価クロムが溶出している。特に、サンプルスラグＳ１３の六価クロムの溶出量については土壌環境基準値（０．０５ｍｇ／Ｌ）を超えているが、これは溶融スラグの冷却速度に起因すると考えることができる。
【表１】
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【００１４】
サンプルスラグＳ２１〜Ｓ２３の溶出液ｐＨと六価クロムの溶出量の関係を図１３に示し、溶出液ｐＨと溶出クロムの六価クロムへの転換率（溶出液中の六価クロム／溶出液中の全クロム）の関係を図１４に示す。また、サンプルスラグＳ２１〜Ｓ２３の塩基度と溶出液ｐＨの関係を図１５に示し、Ｃａの溶出率と溶出液ｐＨの関係を図１６に示す。図１３から溶出液ｐＨが高くなるにつれて六価クロムの溶出量が増加することが分かり、図１４から溶出液ｐＨが高くなると、検液中に溶出したクロムが酸化され、六価クロムに転換される傾向が高まることが分かる。また、図１５から塩基度が高くなるにつれて溶出液ｐＨが高くなる傾向があることが分かり、図１６からＣａの溶出率が高くなると、溶出液ｐＨも高くなる傾向があることが分かる。
【００１５】
表２に検液中の組成分析および溶融スラグの組成分析結果を示す。
【表２】
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スラグの骨格を構成するＳｉの溶出率と全クロムの溶出率の関係を図１７に示し、スラグの骨格を構成するＣａの溶出率と全クロムの溶出率の関係を図１８に示し、また塩基度とＳｉ，Ｃａの溶出率の関係を図１９に示す。なお、溶出率とは、溶出液中濃度／スラグ中濃度で表されるパラメータのことである。これら図１７乃至１９から、スラグの骨格を構成する主要成分であるＳｉ，Ｃａの溶出率が高くなるにつれて、全クロムの溶出率も高くなる傾向があることが分かる。このことは、スラグ表面で水溶液と接触しているＳｉ，Ｃａが溶出することにより、スラグマトリックス中に取込まれていたクロムが溶出するということを示すものである。また、塩基度とＳｉ，Ｃａの溶出率にも相関関係が認められ、塩基度が高くなるとＳｉ，Ｃａの溶出率も高くなることが分かる。
【００１６】
サンプルスラグＳ１１〜Ｓ１３とサンプルスラグＳ２１〜Ｓ２３を比較した場合、サンプルスラグＳ１１〜Ｓ１３の方がサンプルスラグＳ２１〜Ｓ２３より塩基度が低いにもかかわらず、Ｓｉ，Ｃａの溶出率が高くなっている。これは、スラグ表面の耐水性が、サンプルスラグＳ１１〜Ｓ１３の方が弱いことを示すものであり、このことから溶融スラグの高温域からの急冷が、スラグ表面のガラス質形成に重要であることが分かる。上記段落番号〔００１２〕に記載したとおり、サンプルスラグＳ１１〜Ｓ１３の冷却過程には約３０分間をかけての１５００℃から１０００℃への冷却過程がある。一方、サンプルスラグＳ２１〜Ｓ２３は水冷により１５００℃から急冷されるため、サンプルスラグＳ１１〜Ｓ１３と比較して強固なガラス質が形成される（但し、塩基度１以下）。
【００１７】
また、焼却灰を１３００℃で溶融して得たサンプルスラグＳ２７と、１４００℃で溶融して得たサンプルスラグＳ２８と、１５００℃で溶融して得た前記サンプルスラグＳ２１とについて、溶融温度と六価クロムの溶出量の関係を調べた。これらサンプルスラグＳ２７，Ｓ２８，Ｓ２１それぞれの分析結果は、下記表３のとおりである。
【表３】
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サンプルスラグの溶融温度と六価クロムの溶出量の関係を図２０に示し、サンプルスラグの溶融温度と六価クロムの濃度の関係を図２１に示し、そしてサンプルスラグの溶融温度とＳｉ，Ｃａ溶出率の関係を図２２に示す。これら図２０乃至２２から、以下のことが分かる。
（１）溶融温度が１４００℃以上になると、六価クロムの溶出は確認されない。
（２）溶融温度によるスラグ中の六価クロムの濃度は１３００℃で若干高くなっているものの、その差は極僅かであり、殆ど相違がない。
（３）スラグの主要構成要素のＳｉの溶出率については溶融温度による顕著な相違が認められないが、Ｃａの溶出率は溶融温度が低温になるにつれて高くなっており、溶融温度が１３００℃ではスラグ表面に耐水性が劣る部位があると考えることができる。
【００１８】
また、ＸＲＤ検査によってサンプルスラグＳ２１（溶融温度；１５００℃）、およびサンプルスラグＳ２８（溶融温度；１４００℃）にＣｒ２Ｏ３が存在していることを確認し、またサンプルスラグＳ２７にＣａ３Ｃｒ２（ＳｉＯ４）というカルシウムとシリカとクロムの複合酸化物が存在していることを確認した。
【００１９】
以上のことから、焼却灰の溶融スラグから六価クロムの溶出を防止するためには、下記のようにすればよいことが分かる。
（１）スラグから骨格元素が溶出しないようにスラグ表面の耐水性を高める。
ａ．塩基度を１以下にして、シリカネットワークの遮断個所を少なくする。
ｂ．溶融スラグを急冷して、シリカをガラス状態のまま保持し、クロムを耐水性の高いガラス体内に封じ込める。
（２）溶出液ｐＨをアルカリ側に移行させない。
塩基度を１以下にし、溶融スラグを急冷してクロムを耐水性の高いガラス体内に封じ込めて、スラグからのＣａの溶出を抑制する。
（３）スラグ中の六価クロムの含有量を減少させるために、高温下で六価クロムを還元させる。
（４）六価クロムは溶融温度（１４００℃）のような高温下では不安定であるため、溶融炉内の温度を高温状態に保持する。
【００２０】
本発明は、上記ラボ実験、および実験の結果により具現したものであって、従って本発明の請求項１に係る焼却灰の溶融装置が採用した手段の要旨は、廃棄物供給装置と、この廃棄物供給装置から供給される廃棄物を焼却する焼却炉と、この焼却炉から排出される排ガス中の焼却灰を捕集するサイクロンと、このサイクロンから焼却灰供給装置を介して供給された焼却灰を溶融する溶融炉と、この溶融炉の下方位置に設けられ、スラグ排出口から排出される溶融スラグを急冷する水冷装置と、前記廃棄物供給装置、または前記焼却炉のうちの何れか一つに、前記焼却灰の塩基度が０．６〜１．０になるように塩基度調整剤を供給する塩基度調整剤供給装置と、前記サイクロンから排出された排ガス中の飛灰をさらに捕集する集塵機と、この集塵機から排出され、飛灰が除去された排ガスを大気中に放出する煙突とからなることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の請求項２に係る焼却灰の溶融装置が採用した手段の要旨は、請求項１に記載の焼却灰の溶融装置において、請求項１に記載の焼却灰の溶融装置において、前記集塵機から前記溶融炉に、集塵機で捕集された飛灰を焼却灰供給装置に供給する搬送装置を備えてなることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の請求項３に係る焼却灰の溶融装置が採用した手段の要旨は、廃棄物供給装置と、この廃棄物供給装置から供給される廃棄物を焼却する焼却炉と、この焼却炉から排出される焼却灰を溶融炉に供給する焼却灰供給装置と、前記廃棄物供給装置、焼却炉または前記焼却炉のうちの何れか一つに、前記焼却炉から排出される焼却灰の塩基度が０．６〜１．０になるように塩基度調整剤を供給する塩基度調整剤供給装置と、前記焼却灰供給装置から供給される焼却灰を溶融する溶融炉と、この溶融炉の下方位置に設けられ、スラグ排出口から排出される溶融スラグを急冷する水冷装置とからなることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の請求項４に係る焼却灰の溶融装置が採用した手段の要旨は、焼却灰供給装置と、焼却灰の塩基度が０．６〜１．０になるように塩基度調整剤を供給する塩基度調整剤供給装置と、前記焼却灰供給装置から供給される焼却灰を溶融する溶融炉と、この溶融炉の下方位置に設けられ、スラグ排出口から排出される溶融スラグを急冷する水冷装置とからなることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の請求項５に係る焼却灰の溶融装置が採用した手段の要旨は、廃棄物供給装置と、この廃棄物供給装置から供給される廃棄物をガス化するガス化炉と、前記廃棄物供給装置に、前記ガス化炉から排出される熱分解ガス中の灰分の塩基度が０．６〜１．０になるように塩基度調整剤を供給する塩基度調整剤供給装置と、前記ガス化炉から排出された灰分を含む熱分解ガスが供給され、熱分解ガス中の灰分を溶融する溶融炉と、この溶融炉の下方位置に設けられ、スラグ排出口から排出される溶融スラグを急冷する水冷装置とからなることを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の請求項６に係る焼却灰の溶融装置が採用した手段の要旨は、請求項１または５のうちの何れか一つの項に記載の焼却灰の溶融装置において、前記灰のクロム濃度が２００００ｍｇ／ｋｇを超えているときに、前記廃棄物、焼却炉または灰のうちの何れか一つにクロム濃度調整剤を供給するクロム濃度調整装置が設けられてなることを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の請求項７に係る焼却灰の溶融装置が採用した手段の要旨は、請求項１または５のうちの何れか一つの項に記載の焼却灰の溶融装置において、前記灰の溶流温度が１２００℃〜１４００℃になるように、前記廃棄物、焼却炉または焼却灰のうちの何れか一つにクロム濃度調整剤を供給するクロム濃度調整装置が設けられてなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の請求項１乃至４に係る焼却灰の溶融装置では、焼却炉から排出される焼却灰を溶融炉に供給するに際し、焼却灰の塩基度が０．６〜１．０になるように、前記廃棄物供給装置、または前記焼却炉のうちの何れか一つに塩基度調整剤が供給された焼却灰が溶融炉に供給される。そして、この溶融炉で溶融された焼却灰の溶融スラグは水冷装置で急冷される。従って、本発明の請求項６乃至９に係る焼却灰の溶融装置によれば、焼却灰中の有害な六価クロムを無害な三価クロムに還元しながら、三価クロムの形態を維持したまま焼却灰を溶融することでスラグ中の六価クロム濃度を極小にし、六価クラムの溶出を確実に防止することができるから、環境への六価クロムの溶出をより一層少なくすることができる。また、スラグ表面が耐水性に優れたガラス質で形成されるため、スラグ体内からの六価クロムの溶出を効果的に抑制することができる。
【００２８】
本発明の請求項２に係る焼却灰の溶融装置によれば、集塵機で捕集された飛灰を再度溶融炉にて溶融することにより、最終処分場で埋立処分される飛灰の総量を削減することが可能になり、飛灰に含まれている六価クロム、鉛等の重金属をスラグに移行させることができ、環境への六価クロム等の重金属の溶出を可能な限り少なくすることができる。
【００２９】
本発明の請求項３に係る焼却灰の溶融装置によれば、焼却炉から排出される焼却灰（焼却炉から排出される焼却残渣、ボイラ、減温塔、および集塵機等の排ガス処理過程で排出される飛灰）を、焼却灰中の有害な六価クロムを無害な三価クロムに還元しながら、三価クロムの形態を維持したまま溶融することでスラグ中の六価クロム濃度を極小にし、六価クラムの溶出を確実に防止することができるから、環境への六価クロムの溶出をより一層少なくすることができる。また、本発明の請求項３，４に係る焼却灰の溶融装置では、焼却灰は焼却灰供給装置から供給される。従って、本発明の請求項３，４に係る焼却灰の溶融装置によれば、付帯設備として溶融炉を備えた特定設備の焼却炉から排出される焼却灰だけでなく、溶融炉を具備しないごみ焼却設備から排出された焼却灰も受入れて溶融処理することができるという汎用効果を得ることができる。
【００３０】
本発明の請求項５に係る焼却灰の溶融装置では、ガス化炉から排出される熱分解ガス中の灰分の塩基度が０．６〜１．０になるように、塩基度調整剤供給装置から塩基度調整剤が供給された廃棄物がガス化炉に供給される。そのため、塩基度が０．６〜１．０の灰分を得ることができる。従って、本発明の請求項１０に係る焼却灰の溶融装置によれば、灰分中の有害な六価クロムを無害な三価クロムに還元しながら、三価クロムの形態を維持したまま灰分を溶融することでスラグ中の六価クロム濃度を極小にし、六価クラムの溶出を確実に防止することができるから、環境への六価クロムの溶出をより一層少なくすることができる。そして、スラグ表面が耐水性に優れたガラス質で形成されるため、スラグ体内からの六価クロムの溶出を効果的に抑制することができる。
【００３１】
本発明の請求項６に係る焼却灰の溶融装置では、灰のクロム濃度が２００００ｍｇ／ｋｇを超えているときに、前記廃棄物、焼却炉または灰のうちの何れか一つにクロム濃度調整剤が供給される。従って、灰を１５００℃以下の温度で確実に溶融することができ、炉の運転温度上昇を抑制することにより、炉の耐火物の寿命を延長させることができるから、灰の溶融装置のランニングコストの低減に大いに寄与することができる。さらに、付帯設備として溶融炉を備えた特定設備の焼却炉から排出される焼却灰だけでなく、溶融炉を具備しないごみ焼却設備から排出された焼却灰も受入れて溶融処理することができるという汎用効果を得ることができる。
【００３２】
本発明の請求項７に係る焼却灰の溶融装置では、灰の溶流温度が１２００℃〜１４００℃になるように、前記廃棄物、焼却炉または灰のうちの何れか一つにクロム濃度調整剤が供給される。従って、灰が溶融されたスラグがスラグ排出口で凝固することなく、安定してスラグを排出することが可能になるから、長期に亘る炉による灰の溶融操業を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態に係る焼却灰の溶融装置を、添付図面を参照しながら説明する。先ず、本発明の実施の形態１に係る焼却灰の溶融装置を、添付図面を参照しながら説明する。図１は、その廃棄物の処理フローを示すブロック図である。
【００３４】
図１に示す符号Ｆｍ１は、本発明の実施の形態１に係る焼却灰の溶融装置である。この焼却灰の溶融装置Ｆｍ１は、クロムを含有する廃棄物Ｋｍが廃棄物供給装置１を介して供給され、供給された廃棄物Ｋｍを焼却する焼却炉３を備えている。この焼却炉３からダクト３ａを介して排出される排ガスはサイクロン４に導入され、このサイクロン４によって排ガスから分離されて捕集された焼却灰は焼却灰供給装置４ａを介して溶融炉５に供給されるようになっている。
【００３５】
前記焼却炉３には、調整剤供給装置２から調整剤供給ラインが連通しており、前記焼却炉３による廃棄物Ｋｍの燃焼によって生じる焼却灰の塩基度が０．６〜１．０になるように塩基度調整剤が供給されるようになっている。また、前記焼却炉３による廃棄物Ｋｍの焼却によって生じる焼却灰のクロム濃度が２００００ｍｇ／ｋｇを超えているときに、クロム濃度が９００００ｍｇ／ｋｇ以下、好ましくは６００００ｍｇ／ｋｇ以下の所定の濃度になるようにクロム濃度調整剤が供給されるようになっている。また、場合によっては、焼却灰の溶流温度が１２００℃〜１４００℃になるように、クロム濃度調整剤を供給してもよい。これら塩基度調整剤とクロム濃度調整剤は何れも、消石灰、生石灰、珪砂、およびドロマイトおよび酸化マグネシウムであり、調整剤供給装置２からこれらのうちの１以上が供給されるようになっている。
【００３６】
焼却炉３に供給すべき塩基度調整剤とクロム濃度調整剤との供給量は、溶融装置Ｆｍ１の実稼動により、実際に廃棄物Ｋｍを焼却すると共に、操業中に定期的に焼却灰の塩基度と、クロム濃度を調べ、その試験結果に基づいて決定するものである。また、廃棄物および焼却灰の溶流温度は、ＪＩＳ  Ｍ８８０１「灰の溶融特性試験」に基づいて計測したものである。
【００３７】
前記サイクロン４によって焼却灰が除去された燃焼排ガスは二次燃焼装置７に導入され、この二次燃焼装置７により燃焼排ガス中の一酸化炭素等の未燃ガスが燃焼された後に減温塔８に導入される。そして、この減温塔８で減温された排ガスは集塵機であるバグフィルタ９に導入され、このバグフィルタ９によって排ガス中の飛灰が捕集され、飛灰が除去された排ガスが煙突１０から大気中に放出される。
【００３８】
一方、前記焼却灰供給装置４ａを介して溶融炉５に供給され、塩基度調整剤とクロム濃度調整剤の供給により塩基度が０．６〜１．０になるように、またクロム濃度が２００００ｍｇ／ｋｇ以下、または溶流温度が１２００℃〜１４００℃になるように調整された焼却灰は、１３５０℃〜１５００℃の温度で溶融されて溶融スラグとなる。そして、溶融スラグは溶融炉５の下部に設けられたスラグ排出口５ａから、このスラグ排出口５ａの下方に設けられた水冷装置６内に流下し、この水冷装置６内の冷却水により急冷されるように構成されている。
【００３９】
また、前記溶融炉５から排出される高温の排ガスは、ダクト５ｂを介して前記二次燃焼装置７に導入されるようになっている。前記水冷装置６には、図示省略しているが、クーラを備えた冷却循環ラインが付設されており、この水冷装置６内の冷却水の温度は、例えば５０℃〜８０℃に保持されるように構成されている。なお、本実施の形態１の場合には、塩基度調整剤とクロム濃度調整剤は、上記のとおり、焼却炉３に供給されるように構成されている。これは、焼却炉３に塩基度調整剤とクロム濃度調整剤を供給することで、焼却炉３内の排ガスの乱流混合により、焼却灰と塩基度調整剤、クロム濃度調整剤が均一に混合されるからである。しかしながら、図１において破線で示すように、廃棄物供給装置１や焼却灰供給装置４ａに供給するようにしても、焼却炉３に供給した場合と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
以下、本発明の形態１に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ１の作用態様を説明する。廃棄物供給装置１から焼却炉３に供給された廃棄物Ｋｍは、この焼却炉３で焼却され、発生した排ガスはダクト３ａを介してサイクロン４に導入される。そして、サイクロン４に導入された排ガスと、この排ガス中に含まれている焼却灰はサイクロン４によって分離され、焼却灰が除去された排ガスは二次燃焼装置７、減温塔８、バグフィルタ９を経て煙突１０から大気中に放出される。
【００４１】
前記廃棄物供給装置１から焼却炉３に供給される廃棄物Ｋｍと共に調整剤供給装置２から塩基度調整剤が供給されると共に、必要に応じてクロム濃度調整剤が供給され、塩基度とクロム濃度が調整されているために、前記サイクロン４により分離されると共に、捕集された焼却灰の塩基度は０．６〜１．０になっており、またクロム濃度は９００００ｍｇ／ｋｇ以下、好ましくは６００００ｍｇ／ｋｇ以下の所定の濃度になっている。このような塩基度とクロム濃度の焼却灰が溶融炉５に供給され、溶融炉５内において１３５０℃〜１５００℃の温度で溶融されて溶融スラグとなる。
【００４２】
溶融スラグは、溶融炉５の炉内壁に沿ってスラグ排出口５ａに向って流下すると共に、スラグ排出口５ａから溶融スラグを急冷する水冷装置６内に滴下して、この水冷装置６内の冷却水によって急冷されて凝固し、凝固スラグとなる。焼却灰の溶融により溶融炉５から発生する高温の排ガスは、減温塔８、バグフィルタ９を経て煙突１０から、前記流動床式焼却炉２から排出される燃焼排ガスと共に大気中に放出される。また、溶融炉５から排出される高温の排ガスは、二次燃焼室７、減温塔８、バグフィルタ９を経て煙突１０から、前記焼却炉３から排出される排ガスと共に大気中に放出される。
【００４３】
上記のとおり、本発明の実施の形態１に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ１では、焼却灰の塩基度が０．６〜１．０になるように調整され、１３５０℃〜１５００℃の温度で溶融されると共に、１３５０℃〜１５００℃の温度から水冷装置６内の冷却水によって急冷されるため、スラグ表面が耐水性に優れたガラス質で形成される。従って、本発明の実施の形態１に係る焼却灰の溶融装置１によれば、焼却灰中の有害な六価クロムを無害な三価クロムに還元しながら、三価クロムの形態を維持したまま焼却灰を溶融することでスラグ中の六価クロム濃度を極小にし、六価クロムの溶出を確実に防止し得る効果がある。
【００４４】
また、本発明の実施の形態１に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ１では、廃棄物Ｋｍのクロム含有率が高く、焼却灰のクロム濃度が２００００ｍｇ／ｋｇを超える場合には、上記のとおり、クロム濃度が９００００ｍｇ／ｋｇ以下、好ましくは６００００ｍｇ／ｋｇ以下の所定の濃度になるように調整される。そのため、焼却灰を１５００℃以下の温度で確実に溶融することができる。従って、本発明の実施の形態１に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ１によれば、溶融炉５の運転温度の上昇を抑制することができ、溶融炉５の内壁を構成する耐火物（耐火煉瓦）の寿命を延長させることができるから、焼却灰の溶融装置Ｆｍ１のランニングコストの低減、廃棄物の焼却・溶融処理コストの低減および地球温暖化防止に対して大いに寄与することができるという優れた効果を得ることができる。
【００４５】
これに加えて、本発明の実施の形態１に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ１では、廃棄物Ｋｍのクロム含有率が高く、焼却灰の溶流温度が高くなる傾向がある。そこで、焼却灰の溶流温度が１２００℃〜１４００℃になるように、クロム濃度調整剤を供給して焼却灰の溶流温度を調整してもよい。その結果、焼却灰は１５００℃以下の温度で確実に溶融することができると共に、焼却灰が溶融されたスラグは雰囲気温度が低いスラグ排出口５ａ付近においても、スラグが凝固することがない。従って、本発明の実施の形態１に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ１によれば、スラグを安定してスラグ排出口５ａから排出することができ、スラグの凝固によりスラグ排出口５ａが閉塞することがないので、焼却灰の溶融装置Ｆｍ１の長期に亘る安定した操業の継続が可能となる。
【００４６】
本発明の実施の形態２に係る焼却灰の溶融装置を、その廃棄物の処理フローを示すブロック図の図２を参照しながら、上記実施の形態１と同一のものに同一符号を付して、その相違する点について以下に説明する。
【００４７】
即ち、本発明の実施の形態２に係る図２と、上記実施の形態１に係る図１との比較において良く理解されるように、本発明の実施の形態２が上記実施の形態１と相違するところは、バグフィルタ９と前記焼却灰供給装置４ａとを搬送装置である飛灰空気移送装置９ａを介して連通させ、バグフィルタ９で捕集された飛灰を、飛灰空気移送装置９ａを介して溶融炉５に供給する構成にしたところにある。
【００４８】
従って、本実施の形態２に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ２によれば、バグフィルタ９で捕集された飛灰を、飛灰空気移送装置を介して焼却灰供給装置４ａから溶融炉５に供給する点が相違するだけであるから、上記実施の形態１に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ１と同等の効果が得られるのに加えて、バグフィルタ９で捕集され飛灰を再度溶融炉５で溶融することが可能になり、最終処分場にて埋立処分する飛灰の総量を削減すると共に、六価クロム等の重金属の環境への溶出を可能な限り少なくすることができるという効果がある。
【００４９】
本発明の実施の形態３に係る焼却灰の溶融装置を、廃棄物の処理フローを示すブロック図の図３を参照しながら説明する。
【００５０】
図３に示す符号Ｆｍ３は、焼却灰の溶融装置で、この溶融装置Ｆｍ３は、クロムを含有する廃棄物Ｋｍが廃棄物供給装置２１を介して供給され、供給された廃棄物Ｋｍを焼却する焼却炉２３を備えている。この焼却炉２３内で発生した廃棄物Ｋｍの焼却残渣は焼却灰供給装置２４に供給されるようになっている。前記焼却炉２３には、調整剤供給装置２２から調整剤供給ラインが連通しており、この調整剤供給ラインを介して焼却灰の塩基度が０．６〜１．０になるように塩基度調整剤が供給されると共に、焼却灰のクロム濃度が２００００ｍｇ／ｋｇを超えているときに、クロム濃度９００００ｍｇ／ｋｇ以下、好ましくは６００００ｍｇ／ｋｇ以下の所定濃度になるようにクロム濃度調整剤が供給されるようになっている。または、クロム濃度の代わり、焼却灰の溶流温度が１２００℃〜１４００℃になるようにクロム濃度調整剤を供給してもよい。なお、廃棄物Ｋｍに供給する塩基度調整剤とクロム濃度調整剤との供給量は、上記実施の形態１の場合と同様の手段によって決定される。
【００５１】
前記焼却炉２３から排出された排ガスは、この焼却炉２３の後段のボイラ２７によって熱が回収され、熱回収後の排ガスは減温塔２８に導入される。この減温塔２８で減温された排ガスはバグフィルタ２９に導入され、このバグフィルタ２９によって排ガス中の飛灰が捕集され、飛灰が除去された排ガスが煙突３０から大気中に放出されるようになっている。さらに、前記焼却灰供給装置２４には、前記ボイラ２７、減温塔２８、およびバグフィルタ２９から飛灰空気移送装置２９ａが連通しており、焼却炉２３から排出される焼却残渣の他に、ボイラ２７から排出される飛灰、減温塔２８から排出される飛灰、およびバグフィルタ２９で捕集された飛灰が共に前記焼却灰供給装置２４に供給されるように構成されている。
【００５２】
一方、焼却灰供給装置２４を介して溶融炉２５に供給され、塩基度調整剤とクロム濃度調整剤の供給により塩基度が０．６〜１．０になるように、またクロム濃度が９００００ｍｇ／ｋｇ以下、好ましくは６００００ｍｇ／ｋｇ以下の所定濃度に、または焼却灰の溶流温度が１２００℃〜１４００℃に、なるように調整された焼却灰は、１３５０℃〜１５００℃の温度で溶融されて溶融スラグとなる。この溶融スラグは溶融炉２５の下部に設けられたスラグ排出口２５ａから、このスラグ排出口２５ａの下方に設けられた水冷装置２６に流下し、この水冷装置２６に排出され、この水冷装置２６内の冷却水で急冷されるように構成されている。そして、焼却灰の溶融により溶融炉２５から発生する高温の排ガスは、ダクト２５ｂを介して前記減温塔２８に導入されると共に、前記バグフィルタ２９を経て、前記焼却炉２３から排出される排ガスと共に煙突３０から大気中に放出されるようになっている。
【００５３】
なお、図３において想像線で示すように、溶融炉２５から発生する高温の排ガスを別に設けた減温塔、バグフィルタを経て前記煙突３０から放出させるように構成してもよいものである。さらに、本実施の形態３の場合には、塩基度調整剤とクロム濃度調整剤は、上記のとおり、焼却炉２３に供給されるように構成されているが、図３において破線で示すように、廃棄物供給装置２１や償却灰供給装置２４に供給するようにしてもよい。
【００５４】
本実施の形態３に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ３と上記実施の形態１，２に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ１，Ｆｍ２とは、機器配設構成が大きく相違している。しかしながら、本実施の形態３に係る図３と、本実施の形態１，２に係る図１，２との比較において良く理解されるように、塩基度とクロム濃度が調整された焼却灰を溶融炉２５で１３５０℃〜１５００℃の温度で溶融すると共に、溶融炉２５のスラグ排出口２５ａから流下、排出される溶融スラグを水冷装置２６内の冷却水により急冷する点は、上記実施の形態１，２の場合と全く同様である。
【００５５】
従って、本実施の形態３に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ３によれば、焼却炉２３から発生する焼却残渣、ボイラ２７、減温塔２８、およびバグフィルタ２９から排出された飛灰を、溶融炉２５で再度溶融することができるので、最終処分場で埋立処分される飛灰の総量を削減すると共に、飛灰中の六価クロムや鉛等の重金属の環境への溶出を防止することができる。
【００５６】
また、本実施の形態３に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ３では、溶融炉２５に供給される焼却残渣と飛灰とからなる焼却灰は焼却灰供給装置２４に供給される。従って、本実施の形態３に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ３によれば、付帯設備として溶融炉を備えた特定設備の焼却炉から生じる焼却残渣、ボイラ、減温塔、およびバグフィルタ等の排ガス処理過程で排出された飛灰だけでなく、溶融炉を具備しない他の焼却設備の焼却炉で焼却されて生じた廃棄物の焼却灰も受け入れて溶融処理することができるという汎用効果を得ることができる。
【００５７】
本発明の実施の形態４に係る焼却灰の溶融装置を、その焼却灰の処理フローを示すブロック図の図４を参照しながら説明する。
【００５８】
図４に示す符号Ｆｍ４は焼却灰の溶融装置で、この溶融装置Ｆｍ４は、図示しない焼却炉等で焼却された生成されたクロムを含有する廃棄物の焼却灰を受入れるホッパ３１と、焼却灰を溶融炉３４に供給する焼却灰供給装置３３を備えている。前記ホッパ３１には調整剤供給装置３２から調整剤供給ラインが連通しており、焼却灰の塩基度が０．６〜１．０になるように塩基度調整剤が供給されると共に、焼却灰のクロム濃度が２００００ｍｇ／ｋｇを超えているときに、クロム濃度が９００００ｍｇ／ｋｇ以下、好ましくは６００００ｍｇ／ｋｇ以下の所定の濃度になるように、または焼却灰の溶流温度が１２００℃〜１４００℃になるように、クロム濃度調整剤が供給されるように構成されている。
【００５９】
そして、塩基度とクロム濃度が調整された焼却灰は、前記焼却灰供給装置３３から溶融炉３４に導入されるように構成されている。焼却灰への塩基度調整剤とクロム濃度調整剤の供給量は、上記実施の形態１乃至３の場合と同様に、焼却灰の塩基度とクロム濃度とを蛍光Ｘ線分析器により計測し、計測された焼却灰の塩基度とクロム濃度の計測値、または焼却灰の溶流温度をＪＩＳ  Ｍ８８０１「灰の溶融特性試験」により計測した計測値によって決定される。
【００６０】
前記溶融炉３４から排出された高温の排ガスは減温塔３６に導入され、この減温塔３６で減温された排ガスは、バグフィルタ３７に導入され、このバグフィルタ３７により排ガス中の飛灰が捕集され、飛灰が除去された排ガスが煙突３８から大気中に放出されるようになっている。一方、焼却灰供給装置３３を介して溶融炉３４に供給され、塩基度調整剤とクロム濃度調整剤の供給により塩基度が０．６〜１．０になるように、またクロム濃度が９００００ｍｇ／ｋｇ以下、好ましくは６００００ｍｇ／ｋｇ以下の所定の濃度になるように調整された焼却灰は、１３５０℃〜１５００℃の温度で溶融されて溶融スラグとなる。この溶融スラグは溶融炉３４の下部に設けられたスラグ排出口３４ａから、このスラグ排出口３４ａの下方に設けられた水冷装置３５に排出され、この水冷装置３５内の冷却水により急冷されるように構成されている。
【００６１】
本実施の形態４に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ４と上記実施の形態１乃至２に係る焼却灰の溶融装置とは、機器構成が大きく相違している。しかしながら、塩基度とクロム濃度が調整された焼却灰を溶融炉３４で１３５０℃〜１５００℃の温度で溶融すると共に、溶融炉３４のスラグ排出口３４ａから排出される溶融スラグを水冷装置３５内の冷却水により急冷する点は、上記実施の形態１乃至３と全く同様である。
【００６２】
従って、本実施の形態４に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ４によれば、焼却灰供給装置３４から供給された焼却灰を、焼却灰中の有害な六価クロムを無害な三価クロムに還元しながら、三価クロムの形態を維持したまま溶融することによりスラグ中の六価クロム濃度を極小にし、六価クロムの溶出を確実に防止することができる。また、本実施の形態４に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ４の場合には、他の焼却炉等から発生した焼却灰がホッパ３１に供給される。従って、本実施の形態４に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ４によれば、上記実施の形態３の場合と同様に、付帯設備として溶融炉を備えた特定設備の焼却炉から生じる焼却残渣、ボイラ、減温塔、およびバグフィルタ等の排ガス処理過程で排出された飛灰だけでなく、溶融炉を具備しないごみ焼却設備で生じた焼却灰も受け入れて溶融処理することができるという汎用効果を得ることができる。
【００６３】
本発明の実施の形態５に係る焼却灰の溶融装置を、その廃棄物の処理フローを示すブロック図の図５を参照しながら説明する。
【００６４】
図５に示す符号Ｆｍ５は焼却灰の溶融装置で、この溶融装置Ｆｍ５は、廃棄物Ｋｍが廃棄物供給装置４１を介して供給され、供給された焼却灰を高温加熱によりガス化するガス化炉４３を備えている。前記廃棄物供給装置４１には調整剤供給装置４２から調整剤供給ラインが連通しており、ガス化炉４３で生じる分解ガス中の灰分の塩基度が０．６〜１．０になるように塩基度調整剤が供給されると共に、灰分のクロム濃度が２００００ｍｇ／ｋｇを超えているときに、灰分のクロム濃度が９００００ｍｇ／ｋｇ以下、好ましくは６００００ｍｇ／ｋｇ以下の所定濃度になるようにクロム濃度調整剤が供給されるように構成されている。または、灰分の溶流温度が１２００℃〜１４００℃になるように、クロム濃度調整剤が供給されるように構成されるように構成されていてもよい。そして、前記ガス化炉４３で発生した灰分を含む熱分解ガスはダクト４３ａを介して溶融炉４４に導入されるように構成されている。
【００６５】
前記溶融炉４４から排出された高温の排ガスは、この溶融炉４４の後段のボイラ４６で熱が回収された後に、減温塔４７に導入さる。そして、この減温塔４７で減温された排ガスは、バグフィルタ４８に導入され、このバグフィルタ４８によって排ガス中の飛灰が捕集され、飛灰が除去された排ガスが煙突４９から大気中に放出されるようになっている。
一方、前記ダクト４３ａを介して溶融炉４４に導入され、塩基度調整剤とクロム濃度調整剤の供給により塩基度が０．６〜１．０になるように、またクロム濃度９００００ｍｇ／ｋｇ以下、好ましくは６００００ｍｇ／ｋｇ以下の所定の濃度に、または灰分の溶流温度が１２００℃〜１４００℃になるように調整された灰は、１３５０℃〜１５００℃の温度で溶融されて溶融スラグとなる。この溶融スラグは溶融炉４４の下部に設けられたスラグ排出口４４ａから、このスラグ排出口４４ａの下方に設けられた水冷装置４５に排出され、この水冷装置４５内の冷却水により急冷されるように構成されている。
【００６６】
本実施の形態５に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ５と上記実施の形態１乃至４に係る焼却灰の溶融装置とは、機器構成が大きく相違している。しかしながら、塩基度とクロム濃度が調整された灰を旋回式溶融炉４４で１３５０℃〜１５００℃の温度で溶融すると共に、旋回式溶融炉４４のスラグ排出口４４ａから排出される溶融スラグを水冷装置４５内の冷却水により急冷する点は、上記実施の形態１乃至４と全く同様である。
【００６７】
本実施の形態５に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ５では、ガス化炉４３からダクト４３ａを介して供給された灰分を、灰分中の有害な六価クロムを無害な三価クロムに還元しながら、三価クロムの形態を維持したまま溶融することによりスラグ中の六価クロム濃度を極小にし、六価クロムの溶出を確実に防止することができる。従って、本実施の形態５に係る焼却灰の溶融装置Ｆｍ５によれば、上記実施の形態１乃至４とほぼ同等の効果を得ることができる。
【００６８】
なお、以上の実施の形態１乃至５においては、廃棄物を焼却する一般の焼却炉、ガス化炉を備えた焼却灰の溶融装置を説明したが、これらだけに限らず、例えば循環流動層式焼却炉、気泡流動層式焼却炉、ストーカ炉、キルン炉等多くの形式の炉を用いることができる。また、溶融炉としては、旋回式溶融炉、プラズマ式溶融炉、バーナ式溶融炉、電気式溶融炉、アーク式溶融炉、シャフト式溶融炉を用いることができる。従って、上記実施の形態によって、本発明の形態が限定されるものではない。さらに、実施の形態５においては、ガス化炉と溶融炉が分離した焼却灰の溶融装置を説明したが、これに限らず、ガス化炉と溶融炉が一体化した直接溶融炉でもよい。また、以上の実施の形態１乃至５における灰の溶融温度は、全て溶融炉上部温度、溶融炉中部温度、および溶融炉下部温度の平均温度を意味するものである。
【００６９】
これに加えて、以上の実施の形態１乃至５においては、集塵機としてバグフィルタを備えた焼却灰の溶融装置を説明したが、これだけに限らず、例えば電気集塵機等の集塵機を用いることができることはいうまでもない。また、以上の実施の形態１乃至５において、飛灰搬送装置として飛灰空気移送装置を備えた焼却灰の溶融装置を説明したが、これだけに限らず、例えばコンベア方式の飛灰空気移送装置を用いることができることはいうまでもない。
【００７０】
ところで、以上の実施の形態に係る焼却灰の溶融装置においては、重金属がクロムである場合を例として説明した。しかしながら、クロムのみに限らず、例えば、鉛、ヒ素、セレン、水銀等に対しても、本発明の技術的思想を適用することが可能であるから、クロムのみの用途に限定されるものではない。また、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内における設計変更等は自由自在であるから、上記実施の形態に係る形態に限定されるものではない。
【実施例】
【００７１】
以下、旋回式溶融炉を用いて汚泥の乾燥ケーキの焼却灰を溶融した実施例を説明する。
全クロムを高濃度で含有する汚泥の乾燥ケーキを３００ｋｇ採取し、この乾燥ケーキを流動層式焼却炉（内径；２００ｍｍφ）に供給して、１．３以上の空気比で完全燃焼させ、その焼却灰をサイクロンで捕集した。
【００７２】
捕集した焼却灰１ｋｇに対して塩基度調整剤としてＳｉＯ２を０．３ｋｇ添加して塩基度調整を行い、この塩基度調整した焼却灰を１０ｋｇ／ｈで旋回式溶融炉（内径；２００ｍｍφ）に供給し、溶融空気比約１．１とし、１４５０℃以上の溶融温度（溶融炉上部；１５２９℃，溶融炉中部；１５４７℃，溶融炉下部；１４７０℃）で溶融すると共に、水冷により急冷して、９個のサンプルスラグを得た。このようにして得たサンプルスラグの塩基度と六価クロム溶出量の関係は図６に示すとおりであり、またサンプルスラグの塩基度と六価クロム含有量の関係は図７に示すとおりである。図６によれば、スラグの塩基度は０．７〜０．９であり、六価クロムの検出量は検出限界以下（＜０．０２ｍｇ／Ｌ）であることが分かる。また、図７によれば、焼却灰中に含有されていた六価クロムも検出限界以下となっており、旋回式溶融炉の炉内雰囲気である弱酸化雰囲気においても高温状態にすることで六価クロムが還元されることが分かる。
【００７３】
また、スラグ中からの六価クロム溶出量の観点から、安全上好ましいスラグ中のクロム限界濃度を調べた。スラグ中の全クロム濃度、スラグ塩基度と六価クロムの溶出量との関係は図８に示すとおりである。この図８によれば、スラグ中の全クロム濃度が９００００ｍｇ／ｋｇまでは、六価クロムの溶出量の殆どは検出限界以下になっている。従って、スラグ中の全クロム濃度を９００００ｍｇ／ｋｇ以下に設定すれば、六価クロムの溶出量に関しては問題がないと考えられる。
【００７４】
また、全クロム濃度に対する焼却灰の溶融特性を調べた。焼却灰中の全クロム濃度と焼却灰の溶融温度との関係は図９に示すとおりであり、焼却灰中の全クロム濃度と焼却灰の溶流温度との関係は図１０に示すとおりである。これら図９，１０によれば、全クロム濃度の上昇につれて、焼却灰の溶融温度と溶流温度が高くなっている。
【００７５】
以上のことから、図８において全クロム濃度が９００００ｍｇ／ｋｇ以下で六価クロムの溶出は問題ないが、図１０によれば全クロム濃度が９００００ｍｇ／ｋｇ以下になると、焼却灰の溶流温度が約１４００℃となる。焼却灰の溶流温度が１４００℃であっても、溶融温度は１４５０℃以上になるので焼却灰は溶融されてスラグになるが、スラグ排出口付近でスラグが凝固する。その結果、スラグが適切にスラグ排出口から排出されなくなり、溶融装置が長期に亘って安定した操業が阻害される。これを回避するためには、スラグ排出口の雰囲気温度を高温にするために多量の助燃剤が必要となり、ランニングコストの増大、地球温暖化効果ガスであるＣＯ２排出量が増大すると共に、耐火物の損耗を速めることになるため現実的ではない。そこで、焼却灰の溶流温度が１２００℃〜１４００℃になるように、スラグ中の全クロム濃度を焼却灰の性状変動を考慮して６００００ｍｇ／ｋｇ以下に設定するのが好ましい。
【００７６】
さらに、溶融炉の内張り耐火物の耐久性およびスラグ排出口付近でのスラグ排出安定性を考慮すると、焼却灰中のクロム濃度を２００００ｍｇ／ｋｇ以下に設定すれば、溶融炉の炉内平均温度１４００℃〜１５００℃、およびスラグ排出口雰囲気温度の両方が焼却灰の溶流温度の＋１００℃以上を十分満足することになるから、ランニングコストを低減しながら、かつ焼却灰を確実に溶融し得ることが分かる。なお、以上の焼却灰の溶融温度は全て溶融炉上部温度、溶融炉中部温度、溶融炉下部温度の平均を意味するものである。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態１に係り、焼却灰の溶融装置の廃棄物の処理フローを示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係り、焼却灰の溶融装置の廃棄物の処理フローを示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係り、焼却灰の溶融装置の廃棄物の処理フローを示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係り、焼却灰の溶融装置の焼却灰の処理フローを示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態５に係り、焼却灰の溶融装置の廃棄物の処理フローを示すブロック図である。
【図６】本発明の実施例に係り、スラグの塩基度と六価クロム溶出量の関係を示す図である。
【図７】本発明の実施例に係り、スラグの塩基度と六価クロム含有量の関係を示す図である。
【図８】本発明の実施例に係り、スラグ中の全クロム濃度と六価クロムの溶出量との関係を示す図である。
【図９】本発明の実施例に係り、焼却灰中の全クロム濃度と焼却灰の溶融温度との関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施例に係り、焼却灰中の全クロム濃度と焼却灰の溶流温度との関係を示す図である。
【図１１】本発明を具現するために実施したラボ実験に係り、サンプルスラグＳ１１〜Ｓ１３の塩基度に対する六価クロムの溶出量（ｍｇ／Ｌ）の関係を示す図である。
【図１２】本発明を具現するために実施したラボ実験に係り、サンプルスラグＳ１１〜Ｓ１３、Ｓ２１〜Ｓ２３の塩基度に対する全クロムの溶出量（ｍｇ／Ｌ）の関係を示す図である。
【図１３】本発明を具現するために実施したラボ実験に係り、溶出液ｐＨと六価クロムの溶出量の関係を示す図である。
【図１４】本発明を具現するために実施したラボ実験に係り、溶出液ｐＨと溶出クロムの六価クロムへの転換率（検液中の六価クロム／検液中の全クロム）の関係を示す図である。
【図１５】本発明を具現するために実施したラボ実験に係り、塩基度と溶出液ｐＨの関係を図である。
【図１６】本発明を具現するために実施したラボ実験に係り、Ｃａの溶出率と溶出液ｐＨの関係を示す図である。
【図１７】本発明を具現するために実施したラボ実験に係り、スラグの骨格を構成するＳｉの溶出率と全クロムの溶出率の関係を示す図である。
【図１８】本発明を具現するために実施したラボ実験に係り、スラグの骨格を構成するＣａの溶出率と全クロムの溶出率の関係を示す図である。
【図１９】本発明を具現するために実施したラボ実験に係り、塩基度とＳｉ，Ｃａの溶出率の関係を示す図である。
【図２０】本発明を具現するために実施したラボ実験に係り、サンプルスラグの溶融温度と六価クロムの溶出量の関係を示す図である。
【図２１】本発明を具現するために実施したラボ実験に係り、サンプルスラグの溶融温度と六価クロムの濃度の関係を示す図である。
【図２２】本発明を具現するために実施したラボ実験に係り、サンプルスラグの溶融温度とＳｉ，Ｃａの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
Ｆｍ１〜Ｆｍ５…溶融装置，Ｋｍ…廃棄物（汚泥の脱水ケーキ）
１…廃棄物供給装置，２…調整剤供給装置，３…焼却炉，３ａ…ダクト，４…サイクロン，４ａ…焼却灰供給装置，５…溶融炉，５ａ…スラグ排出口，５ｂ…ダクト，６…水冷装置，７…二次燃焼装置，８…減温塔，９…バグフィルタ，９ａ…飛灰空気移送装置，１０…煙突
２１…廃棄物供給装置，２２…調整剤供給装置，２３…焼却炉，２４…焼却灰供給装置，２５…溶融炉，２５ａ…スラグ排出口，２５ｂ…ダクト，２６…水冷装置，２７…ボイラ，２８…減温塔，２９…バグフィルタ，２９ａ…飛灰空気移送装置，３０…煙突
３１…ホッパ，３２…調整剤供給装置，３３…ホッパ，３４…溶融炉，３４ａ…スラグ排出口，３５…水冷装置，３６…減温塔，３７…バグフィルタ，３８…煙突
４１…廃棄物供給装置，４２…調整剤供給装置，４３…ガス化炉，４３ａ…ダクト，４４…溶融炉，４４ａ…スラグ排出口，４５…水冷装置，４６…ボイラ，４７…減温塔，４８…バグフィルタ，４９…煙突
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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