(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重金属含有アルカリ飛灰に水の共存下で炭酸ガスを供給して混合する炭酸化工程と、重金属含有アルカリ飛灰に重金属固定化剤を添加して混合する固定化工程とを有する重金属含有アルカリ飛灰の処理方法において、
炭酸化工程への炭酸ガス供給量と炭酸化工程からの炭酸ガス排出量とを測定し、測定された炭酸ガス供給量と炭酸ガス排出量の差から該重金属含有アルカリ飛灰の炭酸ガス吸収量を算出し、
該吸収量が設定値に達したときに、炭酸ガスの供給を終了させることを特徴とする重金属含有アルカリ飛灰の処理方法。
【請求項２】
重金属含有アルカリ飛灰に水の共存下で炭酸ガスを供給して混合する炭酸化工程と、重金属含有アルカリ飛灰に重金属固定化剤を添加して混合する固定化工程とを有する重金属含有アルカリ飛灰の処理方法において、
該炭酸化工程への炭酸ガス供給量と該炭酸化工程からの炭酸ガス排出量とを測定し、
測定された炭酸ガス供給量と炭酸ガス排出量から炭酸ガス利用率を算出し、該炭酸ガス利用率が所定値まで低下したときに、炭酸ガスの供給を終了させることを特徴とする重金属含有アルカリ飛灰の処理方法。
【請求項３】
重金属含有アルカリ飛灰に水の共存下で炭酸ガスを供給して混合する炭酸化手段と、重金属含有アルカリ飛灰に重金属固定化剤を添加して混合する固定化手段とを有する重金属含有アルカリ飛灰の処理装置において、
炭酸化手段への炭酸ガス供給量と炭酸化手段からの炭酸ガス排出量とを測定し、測定された炭酸ガス供給量と炭酸ガス排出量の差から該重金属含有アルカリ飛灰の炭酸ガス吸収量を算出する手段と、
該吸収量が設定値に達したときに、炭酸ガスの供給を終了させる手段とを備えたことを特徴とする重金属含有アルカリ飛灰の処理装置。
【請求項４】
重金属含有アルカリ飛灰に水の共存下で炭酸ガスを供給して混合する炭酸化手段と、重金属含有アルカリ飛灰に重金属固定化剤を添加して混合する固定化手段とを有する重金属含有アルカリ飛灰の処理装置において、
該炭酸化手段への炭酸ガス供給量と該炭酸化手段からの炭酸ガス排出量とを測定する手段と、
測定された炭酸ガス供給量と炭酸ガス排出量から炭酸ガス利用率を算出し、該炭酸ガス利用率が所定値まで低下したときに、炭酸ガスの供給を終了させる手段とを備えたことを特徴とする重金属含有アルカリ飛灰の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は重金属含有アルカリ飛灰の処理方法及び処理装置に係り、特に、重金属含有アルカリ飛灰を水と炭酸ガスと重金属固定化剤で処理して、処理物からの重金属及びスケール成分の溶出を防止する処理方法及び処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び先行技術】
一般家庭ごみや産業廃棄物を焼却炉で焼却すると、廃ガスが発生する。この廃ガス中には、焼却炉で揮散された鉛等の重金属を含むダストや塩化水素（ＨＣｌ）、硫黄酸化物（ＳＯＸ）等の強酸性のガスが含まれていることから、これらの処理を施してから大気中に放出される。飛灰とはこの廃ガスの処理後に排出されるダスト分であり、その組成は廃ガスに施した処理によって異なり、各々、処理法毎に下記２種に大別できる。
【０００３】
一つの処理法は、廃ガス中のＨＣｌやＳＯＸ等の強酸性ガスを、消石灰等のアルカリ粉末を加えて中和した後、集塵機によってダストを捕捉する方法である。この方法で排出されるダスト（飛灰）は、焼却炉で揮散されたダストと中和反応生成物の他に、未反応（過剰分）の消石灰等のアルカリ粉末が含まれているので、強アルカリ性を示し、アルカリ飛灰と呼ばれている。
【０００４】
もう一つの処理法は、廃ガス中のダストを集塵機で除去した後に、苛性ソーダ等のアルカリ水溶液によって、酸性ガスを中和（吸収）除去する方法であり、この方法で排出される飛灰はほぼ中性を示し、中性飛灰と呼ばれている。
【０００５】
これら飛灰は、埋立て、地盤工事等に有効利用されるか、或いは廃棄処分される。この場合、アルカリ飛灰も中性飛灰も共に鉛、カドミウム等の重金属を多量に含むことから、飛灰の有効利用又は廃棄に当っては、含有される重金属の溶出を防止する処理を施す必要がある。
【０００６】
特に、アルカリ飛灰は未反応の消石灰等のアルカリも多く含むため、排出液のｐＨが高く、鉛などが溶出し易い。また、カルシウム等のスケール生成成分の溶出により、飛灰処理汚水設備や埋立地の集水設備に、スケール障害が発生することもある。このため、アルカリ飛灰については、特に、重金属及びスケール生成成分の溶出防止処理が重要となる。
【０００７】
このアルカリ飛灰の薬剤処理方法の一つとして、炭酸ガスとリン酸系重金属固定化剤を組み合わせた処理方法がある（特開平８−１５５４１７号公報、特開平１１−１８８３３１号公報）。この方法は、炭酸ガスを用いて飛灰中のアルカリ成分を低減することによって、重金属固定化剤の必要添加量を低減して飛灰処理コストの低減を図り、更に酸性雨に曝された際等においても重金属の溶出を確実に抑制すると共に、スケール生成成分の溶出を抑制することができる、極めて効果的な処理方法である。
【０００８】
この方法によってアルカリ飛灰を処理するためには、アルカリ飛灰と水と炭酸ガスと重金属固定化剤を混合して反応させる必要があり、このための処理装置として、本出願人は先に、ケーシングと、該ケーシングに開口するアルカリ飛灰供給口、処理飛灰排出口、液体供給口、炭酸ガス含有ガス供給口及びガス排出口と、該ケーシング内に設けられた低速回転駆動の混合攪拌手段及び高速回転駆動の剪断分散手段とを具備したアルカリ飛灰処理装置を提案した（特願平１１−２４３４６７号。以下、「先願」という。）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして重金属含有アルカリ飛灰を水と炭酸ガスと重金属固定化剤を用いて処理する方法において、長時間炭酸ガスの通気を継続しても、それ以上アルカリ飛灰の中和反応は進行しなくなる。この中和反応の終了と認められる状態は、アルカリ飛灰が完全に中和された場合と、飛灰粒子の外層部分のアルカリ成分のみが中和され、芯部のアルカリ成分は残留した状態でそれ以上反応が進まなくなった場合とがあるが、いずれの場合においても、この中和反応が終了した後も炭酸ガスを供給することは、処理コストの面においても処理時間の面においても好ましいことではない。
【００１０】
また、使用する重金属固定化剤の種類や、被処理飛灰の重金属の組成等によっては、アルカリ飛灰中のアルカリ成分が完全には中和されずに残留している方が、重金属固定効果が高くなることが知られている。
【００１１】
例えば、炭酸ガスを通気した後、リン酸等の酸性の重金属固定化剤を混合して処理する場合、重金属固定化剤で処理した後の灰のｐＨが９．０〜１０．５となるようにするのが、鉛、カドミウムの溶出防止には好適であるが、処理灰のｐＨをこのようなｐＨ領域とするためには、炭酸ガスによるアルカリ飛灰の中和を完全に行わず、アルカリ成分をある程度残留させる必要がある。なお、重金属固定化剤としてキレート系のものを用いる場合には、炭酸ガス通気後の飛灰のｐＨが低くなっても良い。
【００１２】
また、ｐＨ８以下で溶出しやすいＣｄの含有量が多い飛灰の場合は、炭酸ガス処理後のｐＨが高くなるように、また、アルカリ性で溶出しやすいＰｂの含有量が多い場合には炭酸ガス処理後のｐＨが低くなるように処理することが好ましい。
【００１３】
このようなことから、炭酸ガスによるアルカリ飛灰の中和処理においては、中和反応の進行状況、中和反応中のアルカリ飛灰のアルカリ度（アルカリ成分の残存状況）をリアルタイムで把握して、所望のアルカリ度となった時点で炭酸ガスの通気を停止すること、更にはこの炭酸ガスの通気制御を自動的に行うことが望まれるが、従来においては、次のような理由から、中和反応の進行状況、中和反応中のアルカリ飛灰のアルカリ度をリアルタイムで把握することは困難であった。
【００１４】
▲１▼  飛灰中のアルカリ成分がどの程度炭酸ガスと中和反応したかを把握するためには、炭酸ガス通気後の飛灰を取り出し、酸による滴定を行ってアルカリ度を測定する必要がある。しかし、滴定による測定では、測定に時間を要し、ガス通気中における飛灰のアルカリ度の変化をリアルタイムで把握することはできない。
▲２▼  飛灰中のアルカリ度は、廃ガス処理における消石灰の吹込み量等に影響されて大きく変動する。そのため、たとえ一定時間一定量の炭酸ガスを通気させても、常に同様のアルカリ度にまで中和されるとは限らない。また、中和反応後のアルカリ度を一定値になるように制御することも難しい。
【００１５】
本発明は、上記の従来技術の問題点を解決し、重金属含有アルカリ飛灰を水と炭酸ガスと重金属固定化剤で処理して、処理物からの重金属及びスケール成分の溶出を防止するに当たり、炭酸ガスと重金属含有アルカリ飛灰中のアルカリ成分との反応の進行状況、反応中のアルカリ飛灰のアルカリ度をリアルタイムで把握し、炭酸ガスの使用量及び処理時間を必要最低限とした上で重金属含有アルカリ飛灰を所望のアルカリ度にまで中和して、良好な重金属固定化効果を安定かつ確実に得る方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の重金属含有アルカリ飛灰の処理方法は、重金属含有アルカリ飛灰に水の共存下で炭酸ガスを供給して混合する炭酸化工程と、重金属含有アルカリ飛灰に重金属固定化剤を添加して混合する固定化工程とを有する重金属含有アルカリ飛灰の処理方法において、炭酸化工程への炭酸ガス供給量と炭酸化工程からの炭酸ガス排出量とを測定し、測定された炭酸ガス供給量と炭酸ガス排出量の差から該重金属含有アルカリ飛灰の炭酸ガス吸収量を算出し、該吸収量が設定値に達したときに、炭酸ガスの供給を終了させることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の重金属含有アルカリ飛灰の処理装置は、重金属含有アルカリ飛灰に水の共存下で炭酸ガスを供給して混合する炭酸化手段と、重金属含有アルカリ飛灰に重金属固定化剤を添加して混合する固定化手段とを有する重金属含有アルカリ飛灰の処理装置において、炭酸化手段への炭酸ガス供給量と炭酸化手段からの炭酸ガス排出量とを測定し、測定された炭酸ガス供給量と炭酸ガス排出量の差から該重金属含有アルカリ飛灰の炭酸ガス吸収量を算出する手段と、該吸収量が設定値に達したときに、炭酸ガスの供給を終了させる手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
この重金属含有アルカリ飛灰の処理方法及び処理装置では、測定された炭酸ガス供給量と炭酸ガス排出量の差から、処理開始から重金属含有アルカリ飛灰に吸収された炭酸ガス量を算出し、この炭酸ガス吸収量に基いて処理状況、即ち、飛灰のアルカリ度を判断し、この炭酸ガス吸収量が設定値に達したときに炭酸ガスの供給を終了させる。
【００１９】
これにより、炭酸ガスの吸収量をモニタリングするのみで、処理中の飛灰を取り出してアルカリ度の測定を行うことなく、処理中の飛灰のアルカリ度を判定することができる。
【００２０】
即ち、例えば、後述する図１に示す処理装置において、炭酸ガス含有ガス供給口１８から供給するガス（入口ガス）のＣＯ２濃度及び流量と、ガス排出口１９から排出されるガス（出口ガス）のＣＯ２濃度及び流量とを測定し、飛灰に吸収された炭酸ガス量（ＣＯ２量）（Ｍ：モル）を次式（Ａ）により積算する。
【００２１】
【数１】
0003968998.tif 000002
【００２２】
アルカリ飛灰中のアルカリ成分である消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）と炭酸ガスとの反応は、下記式の通りであるから、吸収されたＣＯ２量（Ｍ：モル）と等モルの飛灰中のＣａ（ＯＨ）２が反応により消費される。
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→ＣａＣＯ３＋２Ｈ２Ｏ
【００２３】
従って、このアルカリ度の低下度を、下記（Ｂ）式により、飛灰１ｇ当たりのＣａＣＯ３（分子量：１００．０８６）換算量（ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−灰）として算出することができる。
アルカリ度の低下度＝Ｍ×１００．０８６×１０００／Ｆ      …（Ｂ）
Ｆ：処理した飛灰量（ｇ）
【００２４】
このアルカリ度の低下を、下記（Ｃ）式で処理前に予め実測により求めた被処理飛灰のアルカリ度から差し引くことにより、処理中の飛灰のアルカリ度を求めることができる。
0003968998.tif 000003
【００２５】
従って、この処理中の飛灰のアルカリ度が所望の値に達したときに、炭酸ガスによる処理を終了すれば良い。
【００２６】
一般に、飛灰のアルカリ度が１０〜８０ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−飛灰、好ましくは２０〜６０ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−飛灰となった時点で、炭酸ガスによる処理を終了し、重金属固定化剤による処理に移ることが好ましく、処理中の炭酸ガス吸収量を積算し、この炭酸ガス吸収量から処理中の飛灰のアルカリ度をモニタリングして処理時間を制御すれば良い。
【００２７】
請求項２の重金属含有アルカリ飛灰の処理方法は、重金属含有アルカリ飛灰に水の共存下で炭酸ガスを供給して混合する炭酸化工程と、重金属含有アルカリ飛灰に重金属固定化剤を添加して混合する固定化工程とを有する重金属含有アルカリ飛灰の処理方法において、該炭酸化工程への炭酸ガス供給量と該炭酸化工程からの炭酸ガス排出量とを測定し、測定された炭酸ガス供給量と炭酸ガス排出量から炭酸ガス利用率を算出し、該炭酸ガス利用率が所定値まで低下したときに、炭酸ガスの供給を終了させることを特徴とする。
【００２８】
請求項４の重金属含有アルカリ飛灰の処理装置は、重金属含有アルカリ飛灰に水の共存下で炭酸ガスを供給して混合する炭酸化手段と、重金属含有アルカリ飛灰に重金属固定化剤を添加して混合する固定化手段とを有する重金属含有アルカリ飛灰の処理装置において、該炭酸化手段への炭酸ガス供給量と該炭酸化手段からの炭酸ガス排出量とを測定する手段と、測定された炭酸ガス供給量と炭酸ガス排出量から炭酸ガス利用率を算出し、該炭酸ガス利用率が所定値まで低下したときに、炭酸ガスの供給を終了させる手段とを備えたことを特徴とする。
【００２９】
この重金属含有アルカリ飛灰の処理方法及び処理装置では、炭酸化工程への炭酸ガス供給量と炭酸化工程からの炭酸ガス排出量から炭酸ガス利用率を算出し、該炭酸ガス利用率が所定値まで低下したときに炭酸ガスの供給を終了することで、飛灰を所望のアルカリ度に処理する。
【００３０】
即ち、例えば、後述する図１に示す処理装置において、入口ガスのＣＯ２濃度と出口ガスのＣＯ２濃度とを測定し、下記（Ｄ）式によりＣＯ２の利用率（Ｙ：％）を算出する。
【００３１】
【数２】
0003968998.tif 000004
【００３２】
炭酸化処理開始時においては、このＣＯ２利用率は高く６０〜９０％程度であるが、その後、飛灰の炭酸化が進行し、アルカリ度が低くなってくると、このＣＯ２利用率が低下してくる。
【００３３】
リン酸系重金属固定化剤を用いる場合、このＣＯ２利用率が１０〜４０％、好ましくは約１５〜２５％となった時点で炭酸ガス処理を終了することが好ましい。
【００３４】
前述の如く、用いる重金属固定化剤や飛灰中の重金属の種類によって、炭酸化処理後の飛灰のアルカリ度に好適範囲があるため、そのアルカリ度に応じて、炭酸化処理を終了するＣＯ２利用率を適宜設定すれば良い。
【００３５】
このような本発明の重金属含有アルカリ飛灰の処理方法及び処理装置によれば、入口ガス及び出口ガスのＣＯ２濃度及び流量をモニタリングするのみで煩雑な試験を行うことなく、飛灰の中和反応の進行状況ないし処理中の飛灰のアルカリ度をリアルタイムでモニタリングすることができ、アルカリ飛灰を所望のアルカリ度に処理することができるため、
▲１▼  飛灰中のアルカリ成分の量が変動しても、それに対応して中和反応の進行状況ないし処理中の飛灰のアルカリ度を任意に制御できる。そのため、炭酸化処理を安定化させて併用する重金属固定化剤の添加量を最適量で一定化できると共に、飛灰からの重金属の溶出を確実に防止することができる。
▲２▼  炭酸ガスの使用量を必要最低限まで最小化できる。これにより、処理コストを低減できる。
▲３▼  炭酸ガスの通気時間を最小化できる。これにより処理効率の向上、処理量の増大を図れる。
▲４▼  モニタリング結果に基く、処理工程の自動化を図ることができる。
▲５▼  処理状況を遠隔地で監視することができ、またインターネット等による遠隔操作で運転を行える。
といった優れた作用効果が奏される。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００３７】
本発明は、例えば、図１に示すような処理装置を用いて、特開平８−１５５４１７号公報、特開平１１−１８８３３１号公報に記載されるような方法に従って重金属含有アルカリ飛灰の処理方法の処理を行うに当たり、ガス中のＣＯ２濃度やガス流量をモニタリングすることにより、中和反応の進行状況ないし処理中の飛灰のアルカリ度を的確に推定し、この結果に基いて炭酸化工程の処理時間を制御するものである。
【００３８】
本発明では、例えば、次のような手順で重金属含有アルカリ飛灰の処理を行うことができる。
【００３９】
▲１▼  アルカリ飛灰に少量の水を添加して水と飛灰が十分に混合するように混練する。ここで、アルカリ飛灰に添加する水の量は、その後の中和反応の効率の面から、飛灰に対して５〜５０重量％、特に１０〜３０重量％とするのが好ましい。
【００４０】
▲２▼  水と混練したアルカリ飛灰に炭酸ガス（又は炭酸ガス含有ガス）を通気する。このとき、飛灰と反応する前の炭酸ガス（又は炭酸ガス含有ガス）及び飛灰と反応した後のガスのＣＯ２濃度、流量を測定し、前述の（Ａ）〜（Ｃ）式により、処理中の飛灰のアルカリ度を算出するか、或いは、前述の（Ｄ）式によりＣＯ２利用率を算出する。
そして、飛灰のアルカリ度又はＣＯ２利用率が所定の値に達したときに、炭酸ガス（又は炭酸ガス含有ガス）の通気を終了する。
【００４１】
▲３▼  なお、この炭酸ガス（又は炭酸ガス含有ガス）の通気を終了する飛灰のアルカリ度、又はＣＯ２利用率は、重金属固定化剤の混合前において、前述の如く、飛灰のアルカリ度１０〜８０ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−飛灰、好ましくは２０〜６０ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−飛灰、ＣＯ２利用率５〜４０％、好ましくは約１０〜３０％であるが、この値は、用いる重金属固定化剤や飛灰中の重金属の種類によっても異なり、リン酸等の酸性の重金属固定化剤を用いる場合は、アルカリ度４０〜６０ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−飛灰、ＣＯ２利用率１５〜２５％程度の、飛灰中にアルカリ成分が残留している段階で通気を停止した方が、重金属固定化剤混合後の処理飛灰のｐＨがＰｂの溶出防止に適したｐＨ領域（ｐＨ約９．０〜１０．５）となり好ましい。
また、キレート系重金属固定化剤を用いる場合には、アルカリ度２０〜４０ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−飛灰、ＣＯ２利用率１０〜２０％程度とするのが好ましい。
また、飛灰中のＣｄ（ｐＨ８以下で溶出し易い）含有量が多い場合には、アルカリ度４０〜６０ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−飛灰、ＣＯ２利用率２０〜３０％程度とし、Ｐｂ（アルカリ性で溶出し易い）含有量が多い場合にはアルカリ度３０〜５０ｍｇ−ＣａＣＯ３／ｇ−飛灰、ＣＯ２利用率１５〜２５％程度とするのが好ましい。
【００４２】
▲４▼  上記炭酸ガスと飛灰との反応前、反応中、反応後のいずれかに、重金属固定化剤を所定量飛灰に添加し、撹拌混合する。なお、重金属固定化剤を混合後に炭酸ガスを通気する場合、炭酸ガスの通気を終了する飛灰のアルカリ度やＣＯ２利用率は上記▲３▼で記載したものと若干異なるものとなる。
【００４３】
▲５▼  処理後の飛灰を排出する。
【００４４】
本発明で用いられるＣＯ２濃度やガス流量の測定装置には特に制限はなく、一般に市販されている測定器を用いることができる。炭酸ガスとしては、市販の炭酸ガスや焼却場の排ガスなどを用いることができ、このうち、焼却場の排ガスは安価なＣＯ２供給源として用いることができる。特に焼却場の排ガスはＣＯ２濃度が変動するので本願発明により安定な処理ができる。このとき、６０〜１８０秒間のＣＯ２濃度を移動平均化することにより、適切な制御が可能となる。
【００４５】
本発明で用いることができる重金属固定化剤としては、リン酸系重金属固定化剤、キレート系重金属固定化剤、活性白土のような粘土鉱物系重金属固定化剤、澱粉のような高分子系重金属固定化剤、セメント系重金属固定化剤、硫酸のような酸性溶液系重金属固定化剤などを挙げることができる。重金属固定化剤の添加量は飛灰に対して１〜３０重量％とするのが好ましい。
【００４６】
このような本発明の重金属含有アルカリ飛灰の処理方法は、先願のアルカリ飛灰処理装置を用いて容易に実施することができる。
【００４７】
以下に図１を参照して先願のアルカリ飛灰処理装置の構成を説明する。
【００４８】
図１は先願のアルカリ飛灰処理装置を示す斜視図であり、作業口の蓋を撤去した状態を示している。
【００４９】
１対のサイドプレート１，２間に円筒形のケーシング３が配置されている。該ケーシング３の両端面にはそれぞれフランジ４が周設され、このフランジ４がサイドプレート１，２にボルトや溶接等によって固着されている。従って、ケーシング３の両端面はこれらのサイドプレート１，２によって封じられている。
【００５０】
ケーシング３の軸心部分に回転軸５が配置され、該回転軸５に複数の攪拌翼６が取り付けられている。この攪拌翼６は、該回転軸５から放射方向に延在するアーム６ａと、該アームに固着されたＶ字形に交わるブレード６ｂ，６ｃと、これらのブレード６ｂ，６ｃを繋ぐタイプレート６ｄとからなる鋤型のものである。該ブレード６ｂ，６ｃは、回転軸５の回転方向（θ方向）の上流側において交わり、回転方向の後流側ほど両者の間隔（回転軸５の軸心線と平行方向の間隔）が拡大するようにＶ字形に連結されている。
【００５１】
該攪拌翼６は、回転軸５に対し軸心線方向に間隔をおいて複数個設けられている。各攪拌翼６の回転方向の取付位相は異なっており、好ましくはこの回転方向において等分配置（例えば、攪拌翼６を２個設ける場合には約１８０゜位相を異ならせ、攪拌翼６を３個設ける場合には約１２０゜位相を異ならせて配置）される。
【００５２】
この回転軸５の両端は、サイドプレート１，２に設けられた軸封部７を通ってサイドプレート１，２の外方に延出し、軸支部８によって軸支されている。この軸支部８はブラケット９を介してサイドプレート１，２に支持されている。
【００５３】
サイドプレート１の外方にはモータ１０、チェーン、ベルト又はギヤ等よりなる動力伝達部１１及び減速機１２よりなる回転軸駆動装置が設置されている。該回転軸駆動装置は該サイドプレート１に支持されている。
【００５４】
ケーシング３内には剪断分散羽根１３が設けられている。この剪断分散羽根１３は、この実施の形態では複数枚例えば４枚の羽根を高速回転軸１４の先端側に固設したものである。図示はしないが、高速回転軸１４は、軸封部を介してケーシング３外に延出し、高速回転用モータに連結されている。この剪断分散羽根１３は、回転軸５の混合攪拌翼６，６の旋回通過領域同士の間に配置されており、混合攪拌翼６に接触しない。
【００５５】
ケーシング３の上面にはアルカリ飛灰の供給口１６と、液体の供給口１７と、炭酸ガス含有ガスの供給口１８と、ガスの排出口１９とが設けられている。これらの供給口・排出口は側面等に設けてもよい。ケーシング３の下面には処理飛灰の排出口２０が設けられている。この飛灰の供給口１６及び排出口２０には、それぞれロータリフィーダやゲートバルブ等の飛灰給排装置が設けられても良く、単純な開閉式の蓋が設けられても良い。飛灰供給口１６にはホッパが設けられてもよい。液体供給口１７には液体の定量供給機構が接続され、炭酸ガス含有ガス供給口１８には炭酸ガス含有ガスを定量的に供給しうる機構が接続される。
【００５６】
ケーシング３の側面には作業口２１が設けられており、この作業口２１を通してケーシング３内のメンテナンスを行いうるようになっている。この作業口２１は、通常は円筒状のケーシング３と同じ曲率にて湾曲した着脱式ないしは開閉式の蓋（図示略）によって閉鎖されている。
【００５７】
図１のアルカリ飛灰処理装置を用いてアルカリ飛灰を処理するには、アルカリ飛灰を供給口１６からケーシング３内に所定量供給し、回転軸５及び高速回転軸１４を回転させながら所定量の水を供給口１７から少しずつ供給し、飛灰と水とを混合する。次いで、炭酸ガス含有ガス供給口１８から炭酸ガス含有ガス（炭酸ガス又は炭酸ガスと他のガスとを含有するガス）をケーシング３内に供給し、且つ排出口１９からガスを排出しながら回転軸５及び高速回転軸１４を回転させて炭酸ガスをアルカリ（とくにＣａ（ＯＨ）２）と反応させる。なお、高速回転軸１４は、炭酸ガス含有ガスの通気当初は停止しておき、所定時間が経過してから駆動するようにしても良い。
【００５８】
次いで、回転軸５及び高速回転軸１４を回転させながら重金属固定化剤の水溶液を所定量供給口１７から供給し、混合する。
【００５９】
或いは、ケーシング３内に所定量のアルカリ飛灰を供給口１６から供給し、回転軸５及び高速回転軸１４を回転させながら所定量の重金属固定化剤の水溶液を供給口１７からケーシング３内に供給して混合する。その後、回転軸５及び高速回転軸１４を回転させながら、供給口１８から炭酸ガス含有ガスをケーシング３内に供給し、且つケーシング３内からガスを排出口１９を介して排出する。なお、この場合も、炭酸ガス含有ガスの通気開始当初は高速回転を停止しておき、通気開始後、所定時間が経過してから回転させてもよい。
【００６０】
いずれの方法によっても、アルカリ飛灰中の重金属が効率良く固定されるので、所定時間経過後、回転軸５及び高速回転軸１４を回転させながら、飛灰排出口２０から処理済みの飛灰を排出する。処理飛灰を造粒する場合は、高速回転軸１４を停止し、回転軸５だけを回転させて造粒し、飛灰排出口２０から造粒飛灰を排出することもできる。
【００６１】
このアルカリ飛灰処理装置においては、攪拌翼付きの回転軸５を低速で回転させ、ケーシング３内の飛灰全体を攪拌しながら剪断分散羽根１３付きの高速回転軸１４を高速で回転させて飛灰を剪断分散させるので、ケーシング３内の飛灰が水溶液と効率良く混合攪拌されると共に、炭酸ガス含有ガスと効率良く接触する。従って、きわめて効率良く飛灰処理を行うことができる。また、高速で回転させるのは小型の剪断分散羽根１３だけであり、大型の攪拌翼６付き回転軸５は低速回転させるので、剪断分散羽根１３及び攪拌翼６の回転駆動動力はいずれも小さくて済む。
【００６２】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、何ら以下の実施例に限定されるものではない。
【００６３】
以下の実施例及び比較例では、重金属含有アルカリ飛灰として、都市ごみ溶融飛灰であるＡ飛灰、Ｂ飛灰、Ｃ飛灰、Ｄ飛灰を用いた。これらの飛灰の外観及び成分は表１に示す通りである。
【００６４】
【表１】
0003968998.tif 000005
【００６５】
また、飛灰と水と炭酸ガスと重金属固定化剤の混練装置としては、図１に示した処理装置を用いた。
【００６６】
実施例１
次のような処理手順でＡ飛灰の処理を行った。
【００６７】
▲１▼  飛灰１２．０ｋｇを飛灰供給口１６よりケーシング３内に投入した。次いで、脱塩水３．０ｋｇ（飛灰に対して２５重量％）を液体供給口１７より注入しながら、回転軸５及び高速回転軸１４を３分間駆動し、飛灰と水を均一に混合した。なお、回転軸５の回転速度は１００ｒｐｍ、高速回転軸１４の回転速度は２０００ｐｍとした。
【００６８】
▲２▼  回転軸５及び高速回転軸１４の回転を続けながら炭酸ガス供給口１８よりＣＯ２濃度１０％の炭酸ガスを３００Ｌ／ｍｉｎで通気した。このとき、炭酸ガス含有ガス供給口１８から注入する炭酸ガス（入口ガス）及びガス排出口１９から排出されるガス（出口ガス）のＣＯ２濃度と流量を測定した。
この測定結果から、飛灰のアルカリ度の低下度及び飛灰のアルカリ度を前記（Ａ）〜（Ｃ）により、計算した。なお、処理開始直後は配管内などに溜まっていた炭酸ガスのため、出口ガスＣＯ２濃度の測定値が大きかった。
このときのＣＯ２濃度の測定結果を図２に、アルカリ度の計算結果を図３に示した。
【００６９】
▲３▼  上記炭酸ガスの通気中において、経時的に飛灰を採取し、飛灰中のＰ−アルカリ度を測定した。
飛灰中のＰ−アルカリ度の測定方法は次の通りである。
まず、飛灰１ｇを採取し、脱塩水を１０００ｍＬ加えて５分間撹拌後、この混合溶液を所定量採取し、指示薬としてフェノールフタレイン溶液を２〜３滴加えた。次いで、０．０２Ｎ硫酸を用いて無色になるまで滴定し、この滴定量から飛灰中のＰ−アルカリ度を求めた。Ｐ−アルカリ度の実測値を図３に示した。
【００７０】
図２，３より、本発明を用いることで炭酸ガスと飛灰中のアルカリ成分との中和反応をモニタリングできること、経過時間３０〜３５分程度で中和反応は進行しなくなり、その時点で炭酸ガスの通気を止めることが効率的であることがわかる。
【００７１】
実施例２〜４
次のような処理手順で表２に示す飛灰の処理を行った。
【００７２】
▲１▼  飛灰１２．０ｋｇを飛灰供給口１６よりケーシング３内に投入した。次いで、脱塩水３．０ｋｇ（飛灰に対して２５重量％）と正リン酸の８０重量％水溶液０．８４ｋｇ（飛灰に対して７重量％）を液体供給口１７より注入しながら、回転軸５及び高速回転軸１４を３分間駆動し、飛灰と水及び正リン酸水溶液を均一に混合した。なお、回転軸５の回転速度は１００ｒｐｍ、高速回転軸１４の回転速度は２０００ｒｐｍとした。
【００７３】
▲２▼  回転軸５及び高速回転軸１４の回転を続けながら炭酸ガス含有ガス供給口１８よりＣＯ２濃度１０％の炭酸ガスを３００Ｌ／ｍｉｎで通気した。このとき、炭酸ガス含有ガス供給口１８から注入する炭酸ガス及びガス排出口１９から排出されるガスのＣＯ２濃度と流量を測定した。
この測定結果から、前記（Ｄ）式によりＣＯ２利用率を計算した。
【００７４】
▲３▼  ＣＯ２利用率１５％以下になった時点で炭酸化反応はほぼ終了したと考え、炭酸ガスの通気を止めた。炭酸ガス通気から終了までの時間を炭酸化時間とした。この炭酸化時間は表２に示す通りである。
【００７５】
▲４▼  炭酸ガス通気終了後、飛灰を採取し、実施例１と同様の方法で飛灰中のＰ−アルカリ度を測定し、結果を表２に示した。
【００７６】
更に、液体供給口１７より正リン酸の８０重量％水溶液を０．３６ｋｇ（飛灰に対し３重量％）注入し、３分間撹拌した後、処理飛灰を飛灰排出口２０から排出した。
【００７７】
排出した飛灰を採取し、環境庁告示１３号試験に準じて溶出試験を行い、試験結果を表２に示した。なお、処理前の飛灰（原灰）についても同様の溶出試験を行い、結果を表２に併記した。
【００７８】
比較例１〜３
実施例２〜４において、ＣＯ２利用率（Ｙ）を考慮せずに炭酸ガスの通気時間を４０分間としたこと以外はそれぞれ同様に処理を行い、結果を表２に示した。
【００７９】
【表２】
0003968998.tif 000006
【００８０】
表２より、実施例２〜４の場合は、飛灰のアルカリ度が変化しても、ＣＯ２利用率を用いて炭酸ガス通気時間を制御することにより、飛灰を安定的に処理できることがわかる。一方、比較例１〜３の場合、炭酸ガス通気時間を一定にしているため、飛灰中のアルカリ度が高くなったような場合（比較例３）は、十分に飛灰中のアルカリ成分が中和されず、安定的に処理できていない。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、重金属含有アルカリ飛灰を水と炭酸ガスと重金属固定化剤で処理して、処理物からの重金属及びスケール成分の溶出を防止するに当たり、炭酸ガスと重金属含有アルカリ飛灰中のアルカリ成分との反応の進行状況、反応中のアルカリ飛灰のアルカリ度をリアルタイムで把握し、炭酸ガスの使用量及び処理時間を必要最低限とした上で重金属含有アルカリ飛灰を所望のアルカリ度にまで中和して、良好な重金属固定化効果を安定かつ確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】先願のアルカリ飛灰処理装置を示す斜視図である。
【図２】実施例１における入口ガスと出口ガスのＣＯ２濃度の経時変化を示すグラフである。
【図３】実施例１における飛灰のアルカリ度の計算値と実測値の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１，２  サイドプレート
３  ケーシング
５  回転軸
６  攪拌翼
１０  モータ
１２  減速機
１３  剪断分散羽根
１４  高速回転軸
１６  アルカリ飛灰供給口
１７  液体供給口
１８  炭酸ガス含有ガス供給口
１９  ガス排出口
２０  飛灰排出口
２１  作業口
【図１】
0003968998.tif 000007
【図２】
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【図３】
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