(57)【要約】【課題】  廃棄物などを基に発生するスラグを処理するシステムにおいて、効率よくかつ最小限のエネルギーによって重金属類の溶出のない清浄なスラグを生成することができるようにする方法およびスラグからの重金属類溶出防止装置を提供すること。【解決手段】  スラグの水砕処理に用いる冷却水を循環系とし、かつ、処理後の冷却水中に含まれる所定粒径の懸濁物質を除去処理することを特徴とする。ここで、前記除去処理を凝集手段または／および濾過手段を用いて行うことを特徴とする。また、前記除去処理を行う懸濁物質の粒径が５００μｍ以下であることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラグの水砕処理に用いる冷却水を循環系とし、かつ、処理後の冷却水中に含まれる所定粒径の懸濁物質を除去処理することを特徴とするスラグからの重金属類溶出の防止方法。
【請求項２】
前記除去処理を凝集手段または／および濾過手段を用いて行うことを特徴とする請求項１記載のスラグからの重金属類溶出の防止方法。
【請求項３】
前記除去処理を行う懸濁物質の粒径が５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のスラグからの重金属類溶出の防止方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の防止方法を用いることを特徴とするスラグからの重金属類溶出防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラグからの重金属類の溶出を抑制する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、廃棄物を焼却した際に生じる焼却灰や飛灰（焼却残渣）には、ダイオキシン類（ＤＸＮｓ）や有毒な重金属類が含まれている。これら焼却残渣の処理方法の１つである溶融固化は、無害化、長期安定化、減容化、減量化、さらにスラグのリサイクルが可能であり、有効な手段である。溶融方法としては、熱分解ガスによるガス化溶融炉、電気式のプラズマ溶融炉、燃料式の表面溶融炉、コークスヘッド式の溶融炉などがあるが、溶融スラグ中には重金属類が含有されており、水砕スラグからの重金属類の溶出が認められることがある。また、重金属類を含む冷却水がスラグ表面に付着することに起因する重金属類の溶出があり問題となることがある。
【０００３】
従来、こうした重金属類の溶出の防止方法としては、スラグの洗浄を冷却水によって行うとともにキレート洗浄水によって洗浄する方法（例えば特許文献１参照）や、分散剤を添加した洗浄水による洗浄と凝集剤を添加した洗浄水による洗浄とを組合せた方法（例えば特許文献２参照）が提案されている。
【０００４】
図５は、特許文献１におけるスラグ洗浄装置を備える廃棄物溶融処理設備の一例の概要を示す。廃棄物溶融処理炉Ｆから排出されるスラグＳを受け入れて洗浄する洗浄槽５１に、洗浄水の供給を受ける洗浄水供給部５２と、洗浄後のスラグを排出可能なスラグ排出機構５３と、前記洗浄水供給部５２から供給された洗浄水の一部を抜き出して排出する洗浄水排出機構５４とを備えた溶融スラグ洗浄装置に於いて、前記洗浄水供給部５２からキレート剤を添加したキレート洗浄水を供給するように構成し、さらに、前記洗浄に使用した後のキレート洗浄水を、廃棄物処理炉から回収された飛灰の無害化処理用の処理剤として用いることによって、廃棄物溶融処理炉Ｆから排出されるスラグを洗浄後の排水の処理を容易としながら、前記スラグから容易に溶出可能な重金属類を除去することを図っている。
【０００５】
また、図６は、特許文献２におけるスラグ洗浄装置を備える廃棄物溶融処理方法を実施するためのブロック図を例示する。廃棄物溶融炉６１で廃棄物を溶融し、排出された溶融物を急冷し水砕固化する溶融物処理方法において、溶融物を水砕固化した後、界面活性作用または酸洗作用を有する分散剤が添加された冷却水洗槽６５での洗浄処理と、溶融物凝集剤が添加されている水洗槽６８において微粒子を凝集処理することによって、少量の添加剤で重金属類の溶出量をより低減させることができる廃棄物溶融炉６１のスラグの処理方法及びその装置を提供することを図っている。
【特許文献１】特開平１０−５６１６号公報
【特許文献２】特開２０００−２６３０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のような重金属類の溶出の防止方法では、冷却水を循環して使用すると徐々に重金属類が濃縮することになり、スラグに残留した水分あるいは水砕過程において発生する懸濁物質のスラグへの付着によって、主としてスラグの表面に鉛などの重金属類の表出が生じることがある。こうしたスラグは、その後の処理工程あるいは処理後の利用において、重金属類の溶出を生じる虞があり、スラグの有効利用を阻害する虞がある。
【０００７】
また、上記のような溶出の防止方法に用いられるキレート剤や酸化剤あるいは分散剤などの薬品は高価なものも多く、また、重金属類が結合・凝集したこれらの薬剤を処理する作業も必要となり、実働上の課題も多い。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、廃棄物などを基に発生するスラグを処理するシステムにおいて、効率よくかつ最小限のエネルギーによってスラグからの重金属類の溶出防止を行うことができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す処理方法およびその装置により上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１０】
本発明は、スラグからの重金属類溶出の防止方法であって、スラグの水砕処理に用いる冷却水を循環系とし、かつ、処理後の冷却水中に含まれる所定粒径の懸濁物質を除去処理することを特徴とする。本発明者は、スラグの処理プロセスにおいて、水砕処理をした場合に生じる懸濁物質中に重金属類が多く含まれることを見出した。つまり、例えば焼却残渣を処理した冷却水中に含まれる鉛の内、９０％以上が懸濁物質中に含まれており、水砕処理後のスラグに付着した懸濁物質からの重金属類の溶出がスラグからの重金属類溶出の大きな要因であり、循環水系からこの懸濁物質を処理することが重金属類の溶出防止に非常に有効であることを案出した。これによって、高価なキレート剤などの薬剤を使わずに、効率よくかつ最小限のエネルギーによってスラグの処理を行い、システム上大きな課題となる重金属類の溶出を有効に抑制することができるスラグの処理方法を提供することができることとなった。
【００１１】
ここで、上記スラグからの重金属類溶出の防止方法であって、前記除去処理を凝集手段または／および濾過手段を用いて行うことを特徴とする。上記の懸濁物質は、微小な粒径を有するものであり、通常用いられるストレーナだけでは循環水系からの懸濁物質の除去は困難であることから、循環経路中にさらに懸濁物質凝集手段あるいは濾過手段を設けることで、こうした懸濁物質の除去を有効に行い、循環水系において処理された洗浄水を使用することで重金属類の溶出を効果的に防止することができることとなった。
【００１２】
また、上記スラグからの重金属類溶出の防止方法であって、前記除去処理を行う懸濁物質の粒径が５００μｍ以下であることを特徴とする。上記の懸濁物質のうち、所定の粒径以下の懸濁物質について重金属類が多く含まれていることを見出したもので、初段のストレーナにおいて粒径が例えば５００μｍ以上の懸濁物質を処理し、最も重要な粒径が５００μｍ以下の懸濁物質を凝集手段または／および濾過手段を用いて効率よく処理することで、循環水系の懸濁物質全体の除去を適切に行うことができる。これによって、システム上大きな課題となる重金属類の溶出を有効に抑制することができる。
【００１３】
本発明は、スラグからの重金属類溶出防止装置であって、上記いずれかに記載の処理方法を用いることを特徴とする。以上の処理方法はいずれも重金属類の溶出を有効に抑制することができることから、スラグを水砕処理する手段を有し、かつ、冷却水中の所定粒径の懸濁物質を除去処理する手段を有することで、非常に優れたスラグからの重金属類溶出防止装置を構成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によって、高価なキレート剤などの薬剤を使わずに、効率よくかつ最小限のエネルギーによってスラグの処理を行い、システム上大きな課題となる重金属類の溶出を有効に抑制することができるスラグからの重金属類溶出の防止方法およびその装置を提供することができることとなった。また、重金属類の除去の確実性も高く、安全なスラグの有効利用を可能とし、洗浄水の循環使用は水処理設備の省力化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る焼却残渣、詳細にはスラグの処理装置の概略全体構造を例示する。焼却残渣などの被溶融物１は、溶融炉２に供給され、１２００〜１６００℃の高温で溶融される。溶融物は冷却水を張ったスラグコンベア３内で水砕処理され粒状のスラグとなり、スラグコンベア３によってスラグピット４に搬出される。このとき、用いられた冷却水は、一旦冷却水槽５に貯留した後、ポンプ９によって圧送され、順次ストレーナ６、懸濁物質除去手段８および冷却器７を介して再度水砕処理に供される。冷却水中の懸濁物質については、ストレーナ６によって所定の粒径（例えば、５００μｍ）以上が除去された後、懸濁物質除去手段８によってそれ以下が除去される。これによって、溶融状態のスラグは、常に清浄に処理された冷却水によって水砕処理され、重金属類の溶出の少ない状態でスラグピット４に搬出される。
【００１６】
また、ストレーナ６としては、一般に耐蝕性の金属製の濾材が用いられるが、具体的には、スラグの種類によって適宜選択される。冷却器の位置も、図１のような位置に限定されるものではないが、懸濁物質などによる汚染を考慮すると、懸濁物質除去手段の下流が好ましい。こうした懸濁物質は冷却器７の内壁への付着によって熱交換効率を低下させることがあるためである。なお、懸濁物質除去手段８については後述する。
【００１７】
本装置の特徴は、冷却水は水砕処理用の循環系を有するとともに、系内に懸濁物質を多段階で除去する清浄処理用手段を有する点にある。具体的には、廃棄物の溶融プロセスにおいて、水砕処理をした場合に生じる懸濁物質中に重金属類が多く含まれており、水砕処理後のスラグに付着した懸濁物質からの重金属類の溶出がスラグからの重金属類溶出の大きな要因であり、循環水系からこの懸濁物質を処理することが重金属類の溶出防止に非常に有効であることを案出した。これによって、高価なキレート剤などの薬剤を使わずに、効率よくかつ最小限のエネルギーによってスラグの処理を行い、システム上大きな課題となる重金属類の溶出を有効に抑制することができることとなった。
【００１８】
焼却残渣のスラグ中には、例えば鉛が約１０ｐｐｍ程度含まれており、スラグピットに搬送されたスラグ中には、５〜１０％の水分が含まれている。一方、水砕処理後の冷却水中には鉛が約０〜１０ｐｐｍ程度含まれており、懸濁物質中にその９０％以上含まれていることが、本発明者の知見として得られた。
【００１９】
また、図２は、冷却水中の鉛の量とスラグからの鉛の溶出量との相関を例示するもので、本発明者が実験的に冷却水に鉛を添加しスラグからの溶出量を測定した結果、冷却水中の鉛量の増加に従い溶出量の増加がみられ、添加量が３〜５ｍｇ／Ｌを超えると溶出量が急激に増加する傾向がみられた。
【００２０】
しかしながら、このことは逆に、溶出量を抑制するには、冷却水中に含まれる鉛の量を一定値以下にすることが非常に効果的であることを意味するものである。つまり、上記のように、冷却水中に含まれる重金属類は懸濁物質中に大半が含まれることから、冷却水中の懸濁物質を除去することによって、懸濁物質中に存在する重金属類、つまり冷却水中に含まれる重金属類の量を大幅に削減することができ、その結果、スラグからの重金属類の溶出を効率よく抑制することができることとなる。本発明は、こうした知見をもとに案出されたものである。
【００２１】
また、別の実施形態に係るスラグの処理装置の概略全体構造を、図３（Ａ）に例示する。スラグコンベア３に導入される冷却水の一部を処理対象とし、冷却水槽５に貯留した冷却水をポンプ９によって圧送し、順次ストレーナ６および冷却器７を介して再度水砕処理に供されると同時に、その一部は懸濁物質除去手段８を経て冷却水槽５に戻される。つまり、冷却水中の懸濁物質については、ストレーナ６によって所定の粒径以上の懸濁物質が除去された後、一部の冷却水について懸濁物質除去手段８によって所定の粒径以下の懸濁物質が除去される。これによって、水砕されたスラグは、常に清浄に処理された冷却水槽５からの冷却水によって洗浄され、重金属類の溶出の少ない状態でスラグピット４に搬出される。
【００２２】
本装置の特徴は、冷却水は水砕処理用の循環系を有するとともに、懸濁物質を除去する清浄処理用の循環系を有する点にある。図１のような冷却水の供給系に加え、図３（Ａ）に示すフローにすることで、設備の小型化を図ることができ、コスト的に有利となり、高効率な処理が可能となる。
【００２３】
また、冷却水槽５の水のみを循環させることも可能である。図３（Ｂ）に例示するように、スラグコンベア３への冷却水供給量を変えずに、冷却水の状態によって処理能力を調整し清浄な冷却水を常に冷却水槽５に貯留しておくことが可能となる。循環水系において処理された清浄水を使用して、スラグを水砕処理することで重金属類の溶出を効果的に防止することができることとなった。
【００２４】
なお、本発明においては、上記のスラグピットに搬送された後において、キレート剤による処理との組合せを行うことも可能である。キレート剤添加前での溶出が大幅に低下するので、キレート剤の添加量を大幅に低減することができるとともに、相乗的にキレート剤による重金属類の固定効果も向上することとなる。
【００２５】
ここで、上記スラグの処理方法における懸濁物質除去手段としては、各種の手段を採ることが可能であり、例えば、凝集沈殿、砂濾過、膜濾過などが挙げられる。特に、焼却残渣を処理した場合に生じる懸濁物質は、微小な粒径を有するものであり、通常用いられるストレーナだけでは循環水系からの懸濁物質の除去は困難であることから、除去処理を凝集手段または／および濾過手段を用いて行うことが好適である。また、循環系を用いた処理システムにおいては、循環経路中に懸濁物質凝集手段とともに濾過手段を設けることで、さらに有効に清浄な冷却水を確保することができる。
【００２６】
具体的には、保守およびコスト面を考慮すると、凝集剤を併用した砂濾過が好ましい。冷却水中の懸濁物質は数μｍ程度の微粒子が多く含まれている場合があり（図４）、こうした凝集剤によって効率的に凝集処理を行うことができ、砂濾過を併用した場合においても十分な除去処理が可能であり、９０％以上の除去効率を長期確保することができる。また、凝集剤としては、その作用を有するものであれば特に限定はないが、鉄系あるいはアルミニウム系などを用いることが可能であり、具体的には、塩化第二鉄やポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）などが挙げられる。
【００２７】
また、上記のスラグからの重金属類溶出防止方法であっては、清浄処理を行う懸濁物質の粒径が５００μｍ以下であることが好適である。つまり、スラグの水砕処理において発生する懸濁物質のうち、粒径５００μｍ以下の懸濁物質について、特に重金属類が多く含まれていることから、初段のストレーナにおいて粒径が５００μｍ以上の懸濁物質を処理し、最も重要な粒径が５００μｍ以下の懸濁物質を凝集手段または濾過手段を用いて効率よく処理することで、循環水系の懸濁物質全体の除去を適切に行うことができる。これによって、システム上大きな課題となる重金属類の溶出を有効に抑制することができる。
【００２８】
以上の処理方法は、いずれも重金属類の溶出を有効に抑制することができることから、スラグを水砕処理する手段を有し、かつ、冷却水中の所定粒径の懸濁物質を除去処理する手段を有することで、非常に優れたスラグからの重金属類溶出防止装置を構成することができる。つまり、本発明の装置によって、廃棄物などを基に発生するスラグを、効率よくかつ最小限のエネルギーによって清浄なスラグを生成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のように、本発明の実施態様を、処理対象の一例として廃棄物を挙げて説明したが、本発明を適用することが可能な対象物は、これに限定されるものではなく、各種のスラグ、例えば、銅精錬の際に発生する銅スラグなどであってもよい。つまり、重金属類の溶出が懸念される水砕スラグを発生する技術分野、特に溶融技術などに関して本発明の適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一の実施形態に係るスラグの処理方法を示す説明図
【図２】スラグからの重金属類の溶出特性を例示する説明図
【図３】本発明の他の実施形態に係るスラグの処理方法を示す説明図
【図４】スラグ冷却水中の懸濁物の粒度分布特性を例示する説明図
【図５】従来技術に係る一のスラグの処理方法を示す説明図
【図６】従来技術に係る他のスラグの処理方法を示す説明図
【符号の説明】
【００３１】
１    被溶融物
２    溶融炉
３    スラグコンベア
４    スラグピット
５    冷却水槽
６    ストレーナ
７    冷却器
８    懸濁物質除去手段
９    ポンプ
【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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