(57)【要約】【課題】この発明は、可燃性の廃棄物を焼却する際に発生する焼却灰（主灰およびばいじん）から水洗することにより水溶性の塩類を効率的に除去する水洗脱塩処理方法を提供する。【解決手段】可燃性廃棄物の焼却で発生したばいじんに平均粒径１０〜２００μｍの無機粉体（粉砕により平均粒径１０〜２００μｍに粒度調製がなされた無機粉体であっても良い）を添加混合し、これに水を添加してスラリーとする。フィルターを用いた固液分離工程で、無機固形物と塩類が溶解した水溶液とを分離する。これにより、フィルターの目詰まりによる濾過効率の低下を防止し、効率的な水洗脱塩を達成する。塩素成分が低減されたばいじんと無機粉体との混合物はセメント原料として再資源化される。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性廃棄物の焼却により発生したばいじんに、平均粒径１０〜２００μｍの無機粉体を混合し、これに水を添加してスラリーとなした後固液分離することを特徴とする、ばいじんの水洗脱塩方法。
【請求項２】
可燃性廃棄物の焼却により発生したばいじんに混合される無機粉体が、可燃性廃棄物の焼却で発生した主灰および／またはセメント構成材料粉末であることを特徴とする請求項１記載のばいじんの水洗脱塩方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、可燃性の廃棄物を焼却する際に発生する焼却灰（主灰およびばいじん）から水洗することにより水溶性の塩類を効率的に除去する水洗脱塩処理方法に関し、より詳しくは、ばいじんの水洗脱塩方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可燃性の廃棄物を焼却処理すると焼却灰が発生する。焼却灰には、焼却炉の炉底に残るいわゆる主灰と燃焼排ガスの処理の過程で集塵機で捕集されるばいじんとがある。
従来焼却灰は最終処分場で埋め立て処理されている。ところが、国土の狭い我が国では最終処分場の新規立地は困難であり、廃棄物の発生の抑制および最終処分場の延命に努力が払われているところである。さらにリサイクルのための様々な技術開発も併せて行われている。特に焼却灰については、セメント原料として再資源化することがなされつつある。
【０００３】
焼却灰はセメント原料として必要なＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＦｅ２Ｏ３などを含んでいるため、セメント焼成用の原料として十分に再資源化することができる。加えて、セメント焼成工程のなかで原料は１４００℃以上の高温にさらされるため、焼却灰中のダイオキシン類の完全な分解が可能であるほか、重金属類はセメントクリンカ鉱物中に取り込まれて固定化することができる。
【０００４】
この理由により、近年焼却灰を原料の一部に用いたセメント製造技術が確立され、単一のセメント焼成キルンにおいて年間の４万ｔ焼却主灰と１万ｔの焼却飛灰がセメントに再資源化されている。焼却主灰中および焼却飛灰中の塩素濃度は、それぞれ１％および１５％である。この技術によれば、焼却主灰は磁力選別による鉄分およびふるいによる異物除去のみをしてセメント原料とされる。一方、焼却飛灰にはＮａＣｌが高濃度で含まれているが、セメント製造プロセスへの過度な塩素の持ち込みはキルンの安定操業およびセメントの品質に悪影響を及ぼすため、水洗処理による塩素成分の除去の後セメント原料化される。
焼却灰を水洗してセメント原料化する従来の技術としては、例えば特許文献１のようなものがある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３２２３８１
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは公知技術にならい、都市ごみの焼却処理施設から排出されたばいじんに水を加えてスラリーとし、ベルトフィルターを用いて可溶性塩類の分離除去試験をおこなった。しかしながら、試験開始当初のばいじんスラリーの脱水ケーキ中の水分残留率が４５％であったものが、濾過時間の経過にともない脱水率が低下し、目的とする脱塩素率を達成することが困難となった。また、ベルトフィルターからの脱水ケーキの剥離性も著しく悪いという問題が生じた。さらに、濾液が通過する配管の各所でスケールの成長が顕著で、濾過設備全体の連続運転を阻害した。
【０００７】
これらは主として都市ごみの焼却によるばいじんが平均粒子径１０μｍ未満の微細な粒子であるがゆえに、ベルトフィルターの濾布の目にかみこみやすく且つ剥離し難く、その結果濾布全体が目詰まりを起こすことが主たる原因であると考えられた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の実情に鑑み、可燃性の廃棄物を焼却する際に発生するばいじんを水洗するにあたり、水洗後のばいじんの固液分離を効果的に行う方法を提供するものである。
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の発明は、可燃性廃棄物の焼却で発生したばいじんに平均粒径１０〜２００μｍ、好ましくは平均粒径１５〜１５０μｍ、より好ましくは平均粒径２０μｍ〜１００μｍの無機粉体を混合し、これに水を添加してスラリーとなした後固液分離することを特徴とする、ばいじんの水洗脱塩方法である。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、可燃性廃棄物の焼却で発生したばいじんに混合される無機粉体が、可燃性廃棄物の焼却で発生した主灰および／またはセメント構成材料粉末であることを特徴とする請求項１記載の水洗脱塩方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を説明する。可燃性廃棄物の焼却炉の集塵機で捕集されたばいじんは、通常、ばいじんの貯蔵タンクから定量供給機により引き出されてスラリー槽に送られる。一方、ばいじんに添加される無機粉体は、貯蔵タンクから定量供給機により引き出されて粉砕装置に供給され、平均粒径１０〜２００μｍに粒度調製がなされた後にばいじんと同一のスラリー槽に送られ、ここで水（例えば工場水）が加えられてばいじんとともにスラリー化される。
【００１２】
なお、ばいじんに添加される無機粉体としては、ベルトフィルターの濾布の目にかみこみにくいもの、且つ剥離し易いものが好ましく、さらには、スケール発生の主原因となるばいじん中の硫酸塩の溶解度を抑えるような物質を含むものが好ましい。また、さらに、このような物質としては、セメント原料としてもリサイクル利用可能な廃棄物である可燃性廃棄物の焼却灰、特にばいじんに比して粒度の大きい主灰あるいはセメント構成材料粉末から選ぶことができる。ここで、セメント構成材料粉末とは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３およびＣａＯのうち少なくとも一つを含んでなる粉末であり、例えば石灰石粉末、生石灰粉末、石炭灰、キルン排ガス中からの集塵灰、ケイ石粉末、粘土、鋳物砂、銅ガラミ、スラグなどをいう。
【００１３】
ばいじんに添加される無機粉体の平均粒径は１０〜２００μｍ、好ましくは１５〜１５０μｍ、より好ましくは２０〜１００μｍであることが好ましい。粒度範囲を上記のように調整することにより、固液分離の際の濾布の目詰まり防止の効果がより向上する。無機粉体の平均粒径を１０μｍ未満とすると、濾布の目詰まり防止効果が十分発揮されなくなる。無機粉体の平均粒径が２００μｍを越えると、粒子の重力沈降のため均一なスラリーが得られにくくなる。該無機粉体は、ばいじんに添加するに先立って粉砕等の方法により粒度調整を行ってもよいが、粒度範囲が上記の範囲にある場合は、粒度調整を省略して、そのままスラリー化槽へ供給することができる。
【００１４】
スラリー化槽では、ばいじんおよび無機粉体の混合物に水が加えられてスラリー化が図られるが、このとき水が少なすぎると、スラリーの濃度が濃くなってポンプでの移送が困難になり、逆に加える水が多すぎると、スラリーの量が多くなるためスラリー槽、ポンプ、配管等を大型化する必要が生じてしまう。そこで、ばいじんおよび無機粉体の混合物と加えるべき水との重量比は、ばいじんおよび無機粉体の混合物に対して水２〜１０倍、より好ましくは２．５〜５倍であることが好ましい。
ばいじんおよび無機粉体の混合物に加えられる水は、常温の水に代えて３０℃ないしは６０℃程度の温水であることは好ましい。
【００１５】
上記では、ばいじんおよびばいじんに添加される無機粉体を同一のスラリー化槽内で水を添加してスラリー化する工程を説明したが、ばいじんおよびばいじんに添加される無機粉体を各々別のスラリー化槽でスラリーとなし、その後同一のスラリー化槽内へ収納して撹拌しながら混合することも可能である。
ばいじんおよび無機粉体の混合物のスラリー化槽での撹拌時間は、ばいじんおよび／または無機粉体中の水溶性の塩類の溶解が十分になされることを勘案して、３０分ないしは６０分程度であることが好ましい。
【００１６】
次に、スラリー化されたばいじんと無機粉体との混合物は、濾布を採用する固液分離装置に供給され、固液分離がなされる。濾布を採用する固液分離装置としては、ベルトフィルターまたはフィルタープレス装置が一般的である。
固液分離の過程において、ばいじんに添加された無機粉体は、ばいじんの微細な粒子を捕捉する凝集核の役割を果たすようになり、ばいじんの粒子が直接濾布の目にかみこむ頻度を低減させることができる。この作用により、ばいじんおよび無機粉体の混合物の脱水ケーキは脱水後固液分離装置の濾布から容易に剥離することができる。したがって、長時間にわたる連続運転が確保しやすくなる。
【００１７】
ばいじん中には硫酸カルシウムや石灰分等と反応して難溶性の塩を形成するような硫酸塩も多量に含まれている場合も多く、濾布や配管等にスケールが析出して目詰まりや閉塞を起こし、長時間の連続運転を妨げる原因ともなる。そのため、ばいじんに添加される無機粉体としては、特に、ばいじん中の硫酸分が多いような場合には、ばいじん中に含有される硫酸塩の溶解度を低減させるような物質あるいは該物質を含有する物質のうち１種以上を混合したものが好ましい場合もある。このような硫酸塩の溶解度を低減させるような物質としては、ＣａＯやＣａＣｌ２等があり、必要に応じてそれら単独粉末あるいは混合物粉末、さらには、それらを含有する材料を適宜選択してばいじんに混合使用することができる。そのような物質を含む材料としては、例えば、都市ごみ焼却主灰やセメント製造工程の集塵灰がある。
【００１８】
これら無機粉体をばいじんに混合する割合は、水溶性の塩類をより高濃度で含有するばいじんの水洗脱塩処理という本来の目的や処理効率の面からは、少ないほど好ましく、一般的には、ばいじんに対して５０重量％以下、１０重量％以上が好ましい。無機粉体の混合の割合が１０重量％未満では、濾布の目詰まり防止の効果が十分発揮されなくなる。
【００１９】
実施例１
実施例１では、ばいじんとして都市ごみの焼却処理により発生するばいじんを、このばいじんに添加する無機粉体として同じく都市ごみ焼却主灰（以下、実施例および比較例において単に「主灰」という。）を例示する。
ばいじんには、都市ごみ焼却処理施設の燃焼排ガス処理工程に設備された集塵機において捕集されたものを用いたが、そのばいじん中の塩素分は約１５％、平均粒径は約８μｍであった。通常都市ごみの焼却処理施設においては、火炉より排出される主灰は、消火および冷却を目的として水没されることが多い。本実施例においても、主灰として水没処理後の含水率３０重量％程度のものを用いた。
【００２０】
主灰には粗大な未燃焼物、金属類のほか、無機物が一部溶融して塊状物となっているものが含まれている。よって、そのままの状態ではばいじんに添加してスラリー化することができないため、以下の前処理を行った。
まず、主灰をクラッシャーに通し粗粉砕し、磁力選別により鉄分を除去するとともに、目開き５０ｍｍのふるいを用いることで、粗大物を除去した。続いて、タワーミルを用いて、主灰の平均粒径が３０μｍ程度となるまで湿式粉砕を行った。なお、湿式粉砕を行った後の主灰の平均粒径は、レーザー回折式の粒度測定装置により測定した。
【００２１】
実施例１では、ばいじんと前記の前処理を行った主灰のスラリー化は、各々別のスラリー化槽内で行った。ばいじんのスラリー化は、その重量の５倍量の工業水（温度６０℃）を添加し、約６０分間撹拌することで、ばいじん中の水溶性の塩類を水に溶解させた。
一方、主灰についてはタワーミルでの湿式粉砕時にすでに水を加えているので、スラリー化槽においては、スラリーとなしたときの水分量が主灰の乾燥重量に対して５倍量となるように、不足する分のみを追加し、スラリー化槽内で約２０分間撹拌することでスラリーとした。
【００２２】
その後、各々のスラリーをスラリーポンプを用いて同一の撹拌槽へ供給し、同槽内で約２０分間撹拌することで、均一なスラリーとなるように混合した。このとき、ばいじんと主灰の混合割合は、乾燥状態の重量比で４：１となるようにした。
【００２３】
固液分離装置には、幅が約１．３ｍ、濾過面積が約５．６ｍ２のポリプロピレン製の濾布を備えたベルトフィルターを使用した。約１ｍ／ｍｉｎで移動するベルト上よりばいじんと主灰の混合物からなるスラリーを約３．６ｍ３／ｈｒで供給した。スラリー中の塩類が溶解した水分は、真空ポンプなどの減圧手段により濾布の下面側に吸引した。これにより固液分離がなされる。より高い脱塩素率を得るために、液が吸引濾過され表面より液がほぼ認められなくなる位置にて、さらなる散水をおこない水洗脱塩処理を行った。
【００２４】
ばいじん単独によるスラリーの水洗濾過の場合、早い時期に濾布の目詰まりが生じたため連続濾過時間は１日にも満たなかったが、本実施例では連続１４日間たっても何ら問題なく濾過を継続することが可能であった。ばいじん単独の場合よりも濾布や配管系におけるスケールの発生が少なくなり、ばいじん単独よりも長期間にわたって濾過を継続することの可能性を確認できた。スケールの発生がより少なくなったのは、主灰中に含有されるＣａＯやＣａＣｌ２により、ばいじん中に含有される硫酸カルシウムの溶解度を低減する効果が発現されたためと推察される。
【００２５】
比較例１
タワーミルでの主灰の粉砕粒度を平均粒径５μｍに調整すること以外は実施例１と同一の手順にしたがい、ベルトフィルターによる濾過効率を実施例１と比較した。
【００２６】
比較例１では、主灰を過度に粉砕して５μｍ以下としたため、ばいじん単独によるスラリーの水洗濾過の場合と同様、連続濾過時間は１日にも満たなかった。
【００２７】
比較例２
タワーミルでの主灰の粉砕粒度を平均粒径２５０μｍに調整すること以外は実施例１と同一の手順にしたがった。
【００２８】
比較例２では、主灰の粉砕粒度を粗くすると、水を添加してスラリー化する際に、撹拌中に主灰中の粗大粒子がスラリー化槽内の底部に重力沈降してしまい、均一なスラリーの得られないことが分かった。
【００２９】
実施例２  石灰石
ばいじんに添加する無機粉体を平均粒径約３０μｍの石灰石粉末としたこと以外は実施例１と同様の手順にしたがった。石灰石の粉末は、あらかじめ天然の石灰石をボールミルで平均粒径が３０μｍ程度まで粉砕してあるものを使用した。石灰石の平均粒径も実施例１と同様の方法により測定した。
【００３０】
実施例２でも連続１４日間にわたっても何ら問題なく長期間にわたって濾過を継続することが可能であった。また、洗浄後のペーストの塩素分の含有率も０．５％以下のペーストが得られ、ばいじんと石灰石粉末とから成る混合物の脱塩率は９７％以上であった。
【００３１】
実施例３  ケイ石
ばいじんに添加する無機粉体を平均粒径約３０μｍのケイ石粉末としたこと以外は実施例１と同様の手順にしたがった。ケイ石の粉末は、あらかじめ天然のケイ石をボールミルで平均粒径が３０μｍ程度まで粉砕してあるものを使用した。ケイ石の平均粒径も実施例１と同様の方法により測定した。
【００３２】
実施例３でも連続１４日間にわたっても何ら問題なく長期間にわたって濾過を継続することが可能であった。
【００３３】
実施例４  石炭灰
ばいじんに添加する無機粉体を平均粒径約１５μｍの石炭灰としたこと以外は実施例１と同様の手順にしたがった。石炭灰の粉末は、微粉炭の高温燃焼方式を採用する火力発電所において発生したものを使用した。
【００３４】
実施例４でも連続１４日間にわたっても何ら問題なく長期間にわたって濾過を継続することが可能であった。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、以下のような効果が得られる。従来単独で高効率の水洗脱塩および固液分離装置の連続運転が困難であったばいじんの水洗脱塩の効率および作業性が大幅に改善された。
なお、実施例および比較例では都市ごみ焼却によるばいじんの例を示したが、ばいじんは都市ごみに限らず可燃性の廃棄物の焼却によって発生するものであれば、本実施例に限定されるものではない。