(57)【要約】【課題】カドミウムを吸収した植物からカドミウムを効率よく回収するカドミウムの回収設備及びその回収方法を提供する。【解決手段】カドミウムを含む植物１１を焼却炉１２で５００℃以上、好ましくは７６５℃以上で焼却して、カドミウムを単体及び／又は化合物として気化させ、気化したカドミウムの単体及び／又は化合物を冷却手段１３でカドミウムの単体及び／又は化合物の沸点以下、好ましくは２５０℃以下、更に好ましくは１５０℃以下に冷却して析出させ、析出したカドミウムの単体及び／又は化合物を含む粉状物１４を第１の捕集手段１６で捕集し、第１の捕集手段１６の下流側に設けられ、活性炭及び消石灰のいずれか一方又は双方で被覆されたろ布１７を備えたバグフィルターからなる第２の捕集手段１８によって、第１の捕集手段１６を通過した窒素酸化物、硫黄酸化物、及びダイオキシン類のいずれか１又は２以上の物質を捕集する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カドミウムを含む植物を５００℃以上、好ましくは７６５℃以上で焼却して、前記カドミウムを単体及び／又は化合物として気化させる焼却炉と、
前記気化したカドミウムを、前記カドミウムの単体及び／又は化合物の沸点以下、好ましくは２５０℃以下、更に好ましくは１５０℃以下に冷却して析出させる冷却手段と、
前記冷却手段で析出したカドミウムの単体及び／又は化合物を含む粉状物を捕集する第１の捕集手段と、
前記第１の捕集手段の下流側に設けられ、活性炭及び消石灰のいずれか一方又は双方で被覆されたろ布を備えたバグフィルターからなる第２の捕集手段とを有することを特徴とするカドミウムの回収設備。
【請求項２】
請求項１記載のカドミウムの回収設備において、前記第１の捕集手段は、ろ布を備えたバグフィルターであることを特徴とするカドミウムの回収設備。
【請求項３】
請求項２記載のカドミウムの回収設備において、前記第１の捕集手段のろ布は、目付量が５００ｇ／ｍ2以上かつ開口度が１０μｍ以下であることを特徴とするカドミウムの回収設備。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のカドミウムの回収設備において、前記焼却炉から排出される気化したカドミウムを含むガスに、酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段が設けられていることを特徴とするカドミウムの回収設備。
【請求項５】
カドミウムを含む植物を焼却炉で５００℃以上、好ましくは７６５℃以上で焼却して、前記カドミウムを単体及び／又は化合物として気化させる第１工程と、
前記気化したカドミウムを、前記カドミウムの単体及び／又は化合物の沸点以下、好ましくは２５０℃以下、更に好ましくは１５０℃以下に冷却して析出させる第２工程と、
前記析出したカドミウムの単体及び／又は化合物を含む粉状物を第１の捕集手段で捕集する第３工程と、
前記第１の捕集手段の下流側に設けられ、活性炭及び消石灰のいずれか一方又は双方で被覆されたろ布を備えたバグフィルターからなる第２の捕集手段によって、前記第１の捕集手段を通過した窒素酸化物、硫黄酸化物、及びダイオキシン類のいずれか１又は２以上の物質を捕集する第４工程とを有することを特徴とするカドミウムの回収方法。
【請求項６】
請求項５記載のカドミウムの回収方法において、前記第１の捕集手段にろ布を備えたバグフィルターを使用することを特徴とするカドミウムの回収方法。
【請求項７】
請求項５及び６のいずれか１項に記載のカドミウムの回収方法において、前記焼却炉から排出される気化したカドミウムを含むガスに酸素含有ガスを供給することを特徴とするカドミウムの回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カドミウムを効率的に回収する設備及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、土壌中のカドミウムを吸収して蓄積する植物を、カドミウムで汚染された土壌で栽培（生育）し、土壌中のカドミウムを植物に吸収させて土壌から除去するファイトレメディエーションが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。また、カドミウムを再拡散させることなく安全に処理するために、カドミウムを吸収した植物を焼却して、カドミウムの単体又は化合物を気化させた後、冷却して析出させ、析出したカドミウムを集塵機（バグフィルター）で捕集して回収する方法も開発されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−１９０号公報
【特許文献２】特表平７−５０８２０６号公報
【特許文献３】特開２０００−２８８５２９号公報
【特許文献４】特開２００５−７６９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記した特許文献４記載の方法においては、バグフィルターのろ布を消石灰等の無機微粉子で被覆した場合には、カドミウムの捕集率は向上するが、ろ布には窒素酸化物等も同時に吸着され、カドミウムを高濃度で回収できないという問題があった。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、カドミウムを吸収した植物からカドミウムを効率よく回収するカドミウムの回収設備及びその回収方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う本発明に係るカドミウムの回収設備は、カドミウムを含む植物を５００℃以上、好ましくは７６５℃以上で焼却して、前記カドミウムを単体及び／又は化合物として気化させる焼却炉と、
前記気化したカドミウムを、前記カドミウムの単体及び／又は化合物の沸点以下、好ましくは２５０℃以下、更に好ましくは１５０℃以下に冷却して析出させる冷却手段と、
前記冷却手段で析出したカドミウムの単体及び／又は化合物を含む粉状物を捕集する第１の捕集手段と、
前記第１の捕集手段の下流側に設けられ、活性炭及び消石灰のいずれか一方又は双方で被覆されたろ布を備えたバグフィルターからなる第２の捕集手段とを有する。
【０００７】
本発明に使用されるカドミウムを含む植物としては、土壌中のカドミウムを植物体内に取り込む性質を有する、例えば、アブラナ科、アオイ科、マメ科、ナス科、キク科、ヒユ科、イネ科等がある。中でも、オオバタカナ、ケナフ、オクラ、ソルガムは、カドミウム吸収蓄積能の点で好ましく、稲は種苗から収穫までの生産技術が高くかつ広く普及している点で好ましい。また、焼却する植物に含有されるカドミウムの濃度が高い程、回収率がよく、０．２ｐｐｍ以上、好ましくは１ｐｐｍ以上かつ１０００ｐｐｍ以下の植物が使用される。なお、植物中のカドミウム濃度とは、植物中の水分含量を０としたときの濃度（重量割合）である。
【０００８】
カドミウムを含む植物は、５００℃以上、好ましくはカドミウムの沸点である７６５℃以上、更に好ましくは、９００℃以上で焼却する。植物に吸収されているカドミウムは、高温で焼却されて、植物体の有機物や燃焼に伴って発生した一酸化炭素によって還元されて、ほとんど金属カドミウムとして揮散（気化）する。焼却炉としては、被焼却物の温度を前記した燃焼温度以上にすることができればよく、流動床炉、キルン・ストーカ炉、ストーカ炉、固定床炉、電気炉等が使用できる。
【０００９】
気化したカドミウムは、例えば、ガス冷却装置、熱交換器等の冷却手段で冷却されて液体又は固体となって析出し、第１の捕集手段で捕集される。第１の捕集手段としては、例えば、ポリエステル、ナイロン、ポリプロピレン、アクリル、ポリイミド、ガラス等で形成され、消石灰や活性炭等で被覆されていない未処理のろ布を備えたバグフィルターや、サイクロン等が使用できる。ここで、第１の捕集手段として、バグフィルターを使用した場合、冷却手段において、焼却炉から排出されるガスをバグフィルターの作動温度（通常、９０〜２５０℃程度）内にするために所定温度（２５０℃以下、好ましくは１５０℃以下）まで冷却するが、バグフィルターが耐熱性のろ布を備えている場合には、カドミウムを析出させる温度、すなわち、カドミウムの単体及び／又は化合物の沸点以下まで冷却すればよく、第１の捕集手段に供給するガスの温度を高くすることができる。
【００１０】
また、第２の捕集手段のバグフィルターに使用するろ布は、例えば、平均粒径が２〜５０μｍ、好ましくは５〜２０μｍの活性炭及び消石灰のいずれか一方又は双方の微粒子を含む気体を未処理のろ布に通過させて、ろ布を微粒子で被覆して製造することができる。活性炭には、ダイオキシン類が吸着され、また、消石灰には、窒素酸化物及び硫黄酸化物が吸着され、第２の捕集手段によってこれらの物質を除去することができる。
【００１１】
本発明に係るカドミウムの回収設備において、前記第１の捕集手段は、ろ布を備えたバグフィルターであるのが好ましい。
本発明に係るカドミウムの回収設備において、前記第１の捕集手段のろ布は、目付量が５００ｇ／ｍ2以上かつ開口度が１０μｍ以下であるのが好ましい。
ここで、目付量とは、１ｍ2当たりのろ布の重量のことであり、ろ布の目付量が５００ｇ／ｍ2未満又は開口度が１０μｍを超えると、ろ布の目が粗過ぎて、捕集するカドミウムの析出物が逃げる恐れがある。なお、第２の捕集手段のバグフィルターに使用するろ布も、目付量が５００ｇ／ｍ2以上かつ開口度が１０μｍ以下であるのが好ましい。
【００１２】
本発明に係るカドミウムの回収設備において、前記焼却炉から排出される気化したカドミウムを含むガスに、酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段が設けられているのが好ましい。
酸素含有ガスとしては、空気、純酸素等が使用できる。
【００１３】
前記目的に沿う本発明に係るカドミウムの回収方法は、カドミウムを含む植物を焼却炉で５００℃以上、好ましくは７６５℃以上で焼却して、前記カドミウムを単体及び／又は化合物として気化させる第１工程と、
前記気化したカドミウムを、前記カドミウムの単体及び／又は化合物の沸点以下、好ましくは２５０℃以下、更に好ましくは１５０℃以下に冷却して析出させる第２工程と、
前記析出したカドミウムの単体及び／又は化合物を含む粉状物を第１の捕集手段で捕集する第３工程と、
前記第１の捕集手段の下流側に設けられ、活性炭及び消石灰のいずれか一方又は双方で被覆されたろ布を備えたバグフィルターからなる第２の捕集手段によって、前記第１の捕集手段を通過した窒素酸化物、硫黄酸化物、及びダイオキシン類のいずれか１又は２以上の物質を捕集する第４工程とを有する。
【００１４】
本発明に係るカドミウムの回収方法において、前記第１の捕集手段にろ布を備えたバグフィルターを使用するのが好ましい。
本発明に係るカドミウムの回収方法において、前記焼却炉から排出される気化したカドミウムを含むガスに酸素含有ガスを供給するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１〜４に記載のカドミウムの回収設備及び請求項５〜７に記載のカドミウムの回収方法においては、析出したカドミウムの単体及び／又は化合物を含む紛状物を捕集する第１の捕集手段と、活性炭及び消石灰のいずれか一方又は双方で被覆されたろ布を備えた第２の捕集手段とを有するので、第１の捕集手段でカドミウムを高濃度で回収でき、第２の捕集手段で窒素酸化物、硫黄酸化物、及びダイオキシン類のいずれか１又は２以上の物質を効率よく分離して回収することができる。なお、第１の捕集手段で回収できなかったカドミウムは、第２の捕集手段で回収されるので、環境中にカドミウムが排出され難い。
【００１６】
特に、請求項２記載のカドミウムの回収設備及び請求項６記載のカドミウムの回収方法においては、第１の捕集手段がろ布を備えたバグフィルターであるので、析出したカドミウムを簡単に、効率よく捕集できる。
請求項３記載のカドミウムの回収設備においては、第１の捕集手段のろ布は目付量が５００ｇ／ｍ2以上かつ開口度が１０μｍ以下であるので、析出したカドミウムを捕集し易い。
請求項４記載のカドミウムの回収設備及び請求項７記載のカドミウムの回収方法においては、焼却炉から排出される気化したカドミウムに酸素含有ガスを供給するので、気化した金属カドミウムが酸化されて酸化カドミウムとなり、沸点が高くなって析出し易くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の第１及び第２の実施の形態に係るカドミウムの回収設備の説明図である。
【００１８】
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るカドミウムの回収設備１０について説明する。
カドミウムの回収設備１０は、カドミウムを含む植物１１を焼却して気化させる固定床式の焼却炉（固定床炉）１２と、気化したカドミウムを冷却して析出させる冷却手段の一例である冷却水で高温のガスを冷却する完全蒸発型のガス冷却装置（ガスクーラー）１３と、析出したカドミウムを含む粉状物１４を捕集するろ布１５を備えた第１の捕集手段の一例である第１のバグフィルター１６と、第１のバグフィルター１６を通過した窒素酸化物、硫黄酸化物、及びダイオキシン類のいずれか１又は２以上の物質を捕集するろ布１７を備えた第２の捕集手段を構成する第２のバグフィルター１８と、カドミウムの回収設備１０の通路を形成する配管２１内の気体を移動させるファン１９と、カドミウム、窒素酸化物、硫黄酸化物、及びダイオキシン類が除去されたガスを排出する排出部２０と、それらを接続する配管２１とを有している。以下、それぞれについて詳しく説明する。
【００１９】
固定床式の焼却炉１２において、カドミウムを含む植物１１を、５００℃以上、好ましくはカドミウムの沸点である７６５℃以上、更に好ましくは、９００℃以上、例えば、８５０〜９００℃で焼却する。焼却炉１２内には図示しない温度計が配置され、焼却炉１２内が所定温度となるように燃焼温度が制御されている。植物に吸収されているカドミウムは、高温で焼却されて、植物体の有機物や燃焼に伴って発生した一酸化炭素によって還元されて、ほとんど金属カドミウムの単体及び／又は化合物として気化される。
【００２０】
焼却炉１２のガス排出部の下流側に配管２１を介して設けられたガス冷却装置１３は、焼却炉１２で発生する高温、例えば、８００℃程度のカドミウムを含むガスに水を噴射して、第１のバグフィルター１６のろ布１５の使用（耐熱）温度、例えば、２５０℃以下、好ましくは１５０℃以下（本実施の形態では２００℃程度）に冷却する装置である。ガス冷却装置１３の排出口には、図示しない温度計が配置され、第１のバグフィルター１６に供給するガスの温度が２００℃程度になるように、ガス冷却装置１３において噴射する水の量等を制御している。焼却炉１２内で気化したカドミウムは、ガス冷却装置１３で冷却されて、固体又は液体となって析出する。なお、冷却手段として、熱交換器を使用してもよい。また、第１のバグフィルター１６が耐熱性のろ布を備えている場合、冷却手段では、ガスをカドミウムを析出させる温度、すなわち、カドミウムの単体及び／又は化合物の沸点以下まで冷却すればよく、第１のバグフィルター１６に供給するガスの温度を高くすることができる。
【００２１】
ガス冷却装置１３の下流側に配管２１を介して設けられた第１のバグフィルター１６は、目付量が５００ｇ／ｍ2以上かつ開口度が１０μｍ以下のポリエチレン製のろ布１５が備えられ、ガス冷却装置１３によって析出したカドミウムの単体及び／又は化合物を含む粉状物１４を捕集することができる。また、第１のバグフィルター１６の上流側及び下流側にはそれぞれバルブ２２、２３が設けられている。
【００２２】
更に、第１のバグフィルター１６には、捕集した粉状物１４をろ布１５から払い落とす図示しない払い落とし装置が設けられ、粉状物１４をカドミウムの回収設備１０から排出することができる。第１のバグフィルター１６には、窒素酸化物、硫黄酸化物、及びダイオキシン類のいずれか１又は２以上の物質が捕集され難くなっており、カドミウムを高濃度で回収することができる。なお、第１のバグフィルター１６を複数段にすることにより、カドミウムの回収率を高くすることもできる。
【００２３】
第１のバグフィルター１６の下流側に配管２１を介して設けられた第２のバグフィルター１８の上流側及び下流側にはそれぞれバルブ２４、２５が設けられている。また、第１のバグフィルター１６と第２のバグフィルター１８の間の配管２１には、平均粒径が２〜５０μｍ、好ましくは５〜２０μｍの活性炭及び消石灰の微粒子２６が貯留された貯留槽２７がロータリーバルブ２８を介して接続されている。
【００２４】
ここで、第２のバグフィルター１８内に、例えば、第１のバグフィルター１６に使用されているろ布１５と同じろ布を配置し、ファン１９を作動させ、貯留槽２７内の微粒子２６を含む気体をロータリーバルブ２８を介してろ布に通過させ、表面が活性炭及び消石灰で被覆されたろ布１７を作成している。活性炭によってダイオキシン類が吸着され、消石灰によって窒素酸化物及び硫黄酸化物を吸着することができる。
【００２５】
これによって、第２のバグフィルター１８では、第１のバグフィルター１６を通過した窒素酸化物、硫黄酸化物、及びダイオキシン類のいずれか１又は２以上を含む物質を捕集することができる。また、第２のバグフィルター１８では、第１のバグフィルター１６で捕集されなかったカドミウムも捕集することができる。更に、第２のバグフィルター１８には、図示しない払い落とし装置がそれぞれ設けられている。
【００２６】
次に、カドミウムの回収設備１０を使用したカドミウムの回収方法について説明する。
まず、第１のバグフィルター１６のバルブ２２、２３、及び第２のバグフィルター１８のバルブ２４、２５を開け、ファン１９作動させて配管２１の上流側から下流側へ気流を発生させながら、カドミウムを含む植物１１を焼却炉１２で８５０〜９００℃で焼却して、カドミウムを単体及び／又は化合物として気化させる（第１工程）。
【００２７】
次に、焼却炉１２のガス排出部から排出される８００℃程度の排ガスを、ガス冷却装置１３で第１のバグフィルター１６に装着されたろ布１５の作動温度である２００℃程度まで冷却して、気化したカドミウムの単体及び／又は化合物を固体又は液体として析出させる（第２工程）。析出したカドミウムの単体及び／又は化合物を含む粉状物１４を第１のバグフィルター１６のろ布１５で捕集し（第３工程）、第１のバグフィルター１６を通過した窒素酸化物、硫黄酸化物、及びダイオキシン類を含む物質を第２のバグフィルター１８のろ布１７で捕集する（第４工程）。
【００２８】
ここで、第１のバグフィルター１６が粉状物１４で目詰まりする前に、第１のバグフィルター１６に設けられた払い落とし装置を作動させ、ろ布１５に付着した粉状物１４を払い落として、カドミウムを回収する。このようにして、カドミウムの回収設備１０を連続的に作動させることができる。また、第２のバグフィルター１８のろ布１７も、同様にして再生することができる。
【００２９】
図１を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るカドミウムの回収設備３０について説明する。なお、カドミウムの回収設備１０と同一の構成要素については同一の番号を付してその詳しい説明を省略する。
カドミウムの回収設備３０は、焼却炉１２から排出される気化したカドミウムを含むガスに、酸素含有ガスの一例である空気を供給する酸素含有ガス供給手段の一例であるブロア３１が、焼却炉１２とガス冷却装置１３の間の配管２１に設けられている点が、カドミウムの回収設備１０と異なっている。焼却炉１２から排出される気化したカドミウムを含むガスに、空気を供給することにより、気化した金属カドミウムが酸化されて酸化カドミウムとなり、沸点が高くなって析出し易くなり、第１のバグフィルター１６で捕集し易くなる。これによって、カドミウムの回収率が向上する。
【実施例】
【００３０】
カドミウムを含む植物を焼却する焼却炉と、ガス冷却装置と、ポリエステル製のろ布を備えた第１のバグフィルター（第１の捕集手段）と、活性炭及び消石灰で被覆されたろ布を備えた第２のバグフィルター（第２の捕集手段）とを備えたカドミウムの回収設備を使用して、植物中のカドミウムの回収を行った。この結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１に示すように、１０．９２ｋｇの植物中には、１６４．６ｍｇのカドミウムが含まれている。これを焼却した際に焼却炉に残る焼却灰中のカドミウムは０．０８ｍｇであり、焼却炉によって、カドミウムがほとんど気化していることが解った。気化したカドミウムをガス冷却装置で冷却して析出させ、第１のバグフィルターによって、６３．０ｍｇのカドミウムを捕集した。第１のバグフィルターでの回収率は３８．３％であった。
【００３３】
また、第２のバグフィルターでは、窒素酸化物、硫黄酸化物、及びダイオキシン類のいずれか１又は２以上を含む物質の他に、２１ｍｇのカドミウムが捕集されており、第２のバグフィルターでのカドミウムの回収率は１２．８％であった。従って、第１のバグフィルターでの回収率を向上させるために、第１のバグフィルターを、例えば、多段等にするのが好ましい。なお、排出部から排出されるガス中にはカドミウムが検出されなかったので、第１及び第２のバグフィルターで捕集されていないカドミウムは、カドミウムの回収設備の通路に付着しているものと解される。
【００３４】
本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明のカドミウムの回収設備及びその回収方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、前記実施の形態のカドミウムの回収設備及びその回収方法において、燃焼炉として、固定床炉を使用したが、キルン・ストーカ炉、ストーカ炉、流動床炉、電気炉等を用いてもよい。また、第１の捕集手段として、ろ布を備えたバグフィルターを使用したが、サイクロンであってもよい。更に、第１及び第２のバグフィルターは、ポリエステルで形成したろ布を備えているが、ナイロン、ポリプロピレン、アクリル、ポリイミド、ガラス等で形成されたろ布を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１及び第２の実施の形態に係るカドミウムの回収設備の説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０：カドミウムの回収設備、１１：植物、１２：焼却炉、１３：ガス冷却装置、１４：粉状物、１５：ろ布、１６：第１のバグフィルター、１７：ろ布、１８：第２のバグフィルター、１９：ファン、２０：排出部、２１：配管、２２〜２５：バルブ、２６：微粒子、２７：貯留槽、２８：ロータリーバルブ、３０：カドミウムの回収設備、３１：ブロア
【図１】
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