(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重金属類を含有する焼却灰に破砕処理、粗大物除去処理などの前処理を施した後、融点以下に保持した焙焼炉にて加熱し、その後の分離工程で前記金属類を分離、回収する焼却灰の資源化方法において、
前記焙焼炉の上流側若しくは焙焼炉内で細粒炭を添加した前記焼却灰を、酸素不足雰囲気下で８５０〜１２００℃の温度を維持した状態で２秒以上焙焼加熱し、該焙焼により前記重金属類を還元した後、前記焼却灰中より重金属をほぼ単体状態若しくは還元により無害化した状態で分離、回収することを特徴とする焼却灰の資源化方法。
【請求項２】
重金属類を含有する焼却灰に破砕処理、粗大物除去処理などの前処理を施した後、融点以下に保持した焙焼炉にて加熱し、その後の分離工程で前記金属類を分離、回収する焼却灰の資源化方法において、
前記焙焼炉の上流側若しくは焙焼炉内で第二酸化鉄を添加した前記焼却灰を、酸素不足雰囲気下で８５０〜１２００℃の温度を維持した状態で２秒以上焙焼加熱し、該焙焼により前記重金属類をフェライト化した後、前記焼却灰中よりフェライト化合物として磁力選別して分離、回収することを特徴とする焼却灰の資源化方法。
【請求項３】
重金属類を含有する破砕化された焼却灰より残存する粗大物を除去する粗大物除去手段と、該粗大物が除去された焼却灰を融点以下に保持した焙焼炉にて加熱する焙焼加熱手段と、該焙焼加熱した焼却灰中の金属類を分離、回収する金属分離、回収手段とを含む焼却灰の資源化装置において、
前記焙焼加熱手段が、細粒炭が添加された状態で前記焼却灰を酸素不足雰囲気下で８５０〜１２００℃の温度を維持した状態で２秒以上加熱して前記重金属類を還元する還元性加熱手段であり、
該還元性加熱手段により、焙焼加熱された焼却灰から重金属をほぼ単体状態若しくは還元により無害化した状態で分離、回収可能に構成した事を特徴とする焼却灰の資源化装置。
【請求項４】
重金属類を含有する破砕化された焼却灰より残存する粗大物を除去する粗大物除去手段と、該粗大物が除去された焼却灰を融点以下に保持した焙焼炉にて加熱する焙焼加熱手段と、該焙焼加熱した焼却灰中の金属類を分離、回収する金属分離、回収手段とを含む焼却灰の資源化装置において、
前記焙焼加熱手段が、前記焼却灰を、第二酸化鉄を添加した状態で酸素不足雰囲気下で８５０〜１２００℃の温度を維持しながら２秒以上焙焼加熱して前記重金属類をフェライト化する焙焼加熱手段であり、
又金属分離、回収手段が、前記焙焼加熱手段により生成したフェライト化合物を磁力選別して分離、回収する磁力選別回収手段であることを特徴とする焼却灰の資源化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重金属類又はダイオキシン類等の有害物質を含有する焼却灰の処理方法にかかり、該焼却灰を融点以下で加熱し、その後の分離工程で前記焼却灰中より重金属重金属類を分離し、回収する焼却灰の資源化方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、都市ごみや産業廃棄物、汚泥等の廃棄物を焼却する際に生じる焼却灰は、Ｃｒ，Ｃｕ等の重金属類やダイオキシン類等の有害物質を含有しており、該有害物質を排出基準値以下に低減する方法として、焼却灰のセメント固化、アスファルト固化、溶融固化等の固化処理技術が採用されているが、さらに、飛灰が特別一般管理廃棄物に指定されたことに伴い、薬剤処理、酸その他溶媒による安定化処理が追加提案されている。
【０００３】
かかる焼却灰の処理方法は、該焼却灰中の重金属類等の有害物質を物理的又は化学的に固定化して外部への溶出を防ぐものであるが、これらの方法のうち、セメント固化、アスファルト固化法ではセメント若しくはアスファルトを野外放置した場合、長期的に酸水雨や雨水等に含まれる各種イオン等の影響で前記セメント等より有害物質の溶出の可能性が残る。
【０００４】
又前記溶融固化処理では、有害物質溶出の可能性は極めて小さいが、焼却灰を溶融する際に発生する飛灰には重金属類が含有され、該重金属類を含有する飛灰を処理するために更に重金属類除去用の処理装置が必要となり、処理コストが割高になるという問題を有している。
【０００５】
そこで、上記問題を解消すべく様々な技術が提案されており、特開平６−１５２４８号には、焼却灰のセメント固化処理において、ガラス形成成分をイオン状態で含有する安定固化剤をセメントと共に添加することによって廃棄物の焼却灰から有害重金属類を溶出させることのない固化生成物を得ることのできる焼却灰の処理方法が提案されている。
しかし、この処理方法では、有害物質の溶出を減少させることは可能であるが、焼却灰中に含有される金属類は金属として利用しているわけではなく、前記と同様に長期的に見れば溶出の可能性がないとはいえない。
【０００６】
そこで、特開平８−３１８２５５号では、焼却灰を加工処理し、鉄スクラップ、非鉄金属スクラップ、土木用再生砂として回収再利用する方法を提案している。
かかる従来技術の一部を図２に基づいて簡単に説明するに、不図示のストーカ式焼却炉から出た焼却灰を粗大片除去装置５３にて大きな金属片等と粗粒片を除去し、焙焼装置２で３００〜５００℃で熱する。該焙焼における目的は、未燃有機物の炭化と悪臭源物質の分解、分離処理の高効率化、ダイオキシンの分解である。
【０００７】
次に、前記焙焼装置５６から排出された焼却灰を、微粒子除去装置５７ａにより微粉体を、鉄類分離機５７ｂにより鉄類を、更に非鉄金属分離機５７ｃにより鉄以外の金属類を分離除去して原料ホッパーに貯留された焼却灰は、次工程の焼却灰再生工程で粉砕、薬液処理等の処理を施されて、ダイオキシン類含有量及び溶出性重金属類の溶出量が低減され、一般の土木用資材として使用可能となり、再利用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記処理方法では焙焼の目的は主に未燃焼有機物質やダイオキシン類の熱分解と悪臭除去であり、焼却炉若しくは焙焼炉中での燃焼によっても重金属類が単体化することなく、酸化状態のまま排出されるために、該酸化物を溶解するか還元させて単体化させなければ、比重分離等のその後の分離回収が困難若しくは回収装置が大型化されかつコスト面でも問題がある。
又焙焼装置での３００〜５００℃の焙焼温度では、ダイオキシン類が十分分解せず排ガス中に排出される恐れがある。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、焙焼加熱によりダイオキシン類の効果的な分解除去とともに、後工程における重金属類の分離が容易で、かつ分離工程での処理に困難を伴わない、効率的の良い金属類を回収できる処理方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、  重金属類を含有する焼却灰に破砕処理、粗大物除去処理などの前処理を施した後、融点以下に保持した焙焼炉にて加熱し、その後の分離工程で前記金属類を分離、回収する焼却灰の資源化方法において、
前記焙焼炉の上流側若しくは焙焼炉内で細粒炭を添加した前記焼却灰を、酸素不足雰囲気下で８５０〜１２００℃の温度を維持した状態で２秒以上焙焼加熱し、該焙焼により前記重金属類を還元した後、前記焼却灰中より重金属をほぼ単体状態若しくは還元により無害化した状態で分離、回収することを特徴とする。
【００１１】
上記発明によれば、上記温度域で焙焼加熱することで、焼却灰が溶融することなく未燃焼有機物を熱分解するとともにダイオキシン類を効果的に分解除去し、また、重金属類が還元される。
従って焼却灰に還元剤を添加し単体状態若しくは還元により無害化した状態にすることにより酸化物、硫化物として存在する金属イオンを含む焼却灰中の有害物質が除去されるため、後工程でこれらの重金属類を単体状態若しくは還元により無害化した状態でとして容易に分離、回収することが出来、又比重分離等の分離手段も容易に適用でき、装置の小型化の達成とともに、これらの金属イオンに起因する有害物質を焼却灰から容易に除去され、この結果焙焼後の焼却灰にはカドニウムイオンや、有機水銀等の有害物質を含有しない焼却灰を得ることが出来、結果としてこれらが土壌改良剤や人工骨材等の土木用資材等の用途に有効に再利用できる。
【００１２】
また、請求項２記載の発明により、前記還元剤としてコークス、細粒炭、廃棄物炭化物若しくはこれらの複合体を用いることにより、高効率で以って還元反応を助長することができ、また、前記効果を一層効率的に達成できる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、重金属類を含有する焼却灰に破砕処理、粗大物除去処理などの前処理を施した後、融点以下に保持した焙焼炉にて加熱し、その後の分離工程で前記金属類を分離、回収する焼却灰の資源化方法において、
前記焙焼炉の上流側若しくは焙焼炉内で第二酸化鉄を添加した前記焼却灰を、酸素不足雰囲気下で８５０〜１２００℃の温度を維持した状態で２秒以上焙焼加熱し、該焙焼により前記重金属類をフェライト化した後、前記焼却灰中よりフェライト化合物として磁力選別して分離、回収することを特徴とする。
【００１４】
かかる発明によれば、上記温度域で焙焼加熱することで、焼却灰が溶融することなく未燃焼有機物を熱分解するとともにダイオキシン類を効果的に分解除去し、特に焼却灰に鉄化合物を添加して焙焼加熱することにより、該焼却灰に含有する重金属と該鉄化合物がフェライト化合物を生成して該フェライト化合物は磁性を持つため、後工程における磁力選別により分離、回収することが可能となる。
【００１５】
このことは、重金属類の分離が容易に適用でき、装置の小型化の達成とともに、これらの金属イオンに起因する有害物質を焼却灰から容易に除去され、この結果焙焼後の焼却灰にはカドニウムイオンや、有機水銀等の有害物質を含有しない焼却灰を得ることが容易となり、結果としてこれらが土壌改良剤や人工骨材等の土木用資材等の用途に有効に再利用できる。
【００１６】
還元剤としての機能も併せ持つ第二酸化鉄を用いると、還元反応とフェライト化反応が同時進行するため、より好ましい結果が得られる。これにより、フェライト化合物の生成が効率よくなされる。
【００１８】
かかる発明においては、還元剤を添加することなく請求項１記載の発明と同様の還元反応を引き起こすことができ、これにより還元剤にかかるコストを削減した状態で請求項１記載の発明と同様な効果を達成することが可能となる。
【００２０】
また、本発明では、前記焙焼温度が、ダイオキシン類が低減する８５０〜１２００℃であることを特徴とする。
前記ダイオキシン類は８５０℃以上で２秒以上加熱することにより、大幅に低減することが知られている。従って、前記温度域に炉内を設定することで、ダイオキシン類の大部分を分解除去することが可能となり、特別なダイオキシン分解装置を設ける必要がなく装置の小型化が図れる。
【００２１】
請求項３〜４記載の発明は、前記した発明を効果的に実施するための装置で、請求項３記載の発明は、重金属類を含有する破砕化された焼却灰より残存する粗大物を除去する粗大物除去手段と、該粗大物が除去された焼却灰を融点以下に保持した焙焼炉にて加熱する焙焼加熱手段と、該焙焼加熱した焼却灰中の金属類を分離、回収する金属分離、回収手段とを含む焼却灰の資源化装置において、
前記焙焼加熱手段が、細粒炭が添加された状態で前記焼却灰を酸素不足雰囲気下で８５０〜１２００℃の温度を維持した状態で２秒以上加熱して前記重金属類を還元する還元性加熱手段であり、
該還元性加熱手段により、焙焼加熱された焼却灰から重金属をほぼ単体状態若しくは還元により無害化した状態で分離、回収可能に構成した事を特徴とする。
【００２２】
また、請求項７記載の発明の還元剤がコークス、細粒炭、廃棄物炭化物若しくはこれらの複合体であることにより、さらに効率よく還元反応を達成することができる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、重金属類を含有する破砕化された焼却灰より残存する粗大物を除去する粗大物除去手段と、該粗大物が除去された焼却灰を融点以下に保持した焙焼炉にて加熱する焙焼加熱手段と、該焙焼加熱した焼却灰中の金属類を分離、回収する金属分離、回収手段とを含む焼却灰の資源化装置において、
前記焙焼加熱手段が、前記焼却灰を、第二酸化鉄を添加した状態で酸素不足雰囲気下で８５０〜１２００℃の温度を維持しながら２秒以上焙焼加熱して前記重金属類をフェライト化する焙焼加熱手段であり、
又金属分離、回収手段が、前記焙焼加熱手段により生成したフェライト化合物を磁力選別して分離、回収する磁力選別回収手段であることを特徴とする。
【００２４】
また、前記鉄化合物は第二酸化鉄であることにより、前記発明をより効果的に達成することが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではないこく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施形態に係る焼却灰の資源化装置の全体構成図であり、１はストーカ式、流動式等の焼却炉、２は破砕機、３は粗大物除去装置、４は破砕、粗大物除去処理等の前処理を施された焼却灰を貯留する焼却灰ホッパ、６はロータリーキルン等の焙焼装置、７は種々の選別手段を具えた金属分離回収装置、８は分離された金属等の資源物を貯留する製品ヤードである。
【００２８】
かかる実施形態の作用を説明すると、都市ごみ、産業廃棄物、汚泥等の廃棄物を焼却炉１にて焼却する際に発生する金属類やダイオキシン類等の有害物質を含有した焼却灰を破砕機２で寸法的に小さくかつ全体容量を少なくするため破砕され、粗大物除去装置３で残留する粗大物を除去する。
前記破砕機２や粗大物除去装置３で焙焼に適したサイズまで加工、選別された焼却灰は一時的に焼却灰ホッパ４に貯留され、焙焼装置５への送給量を調節しながら排出される。
【００２９】
前記焼却灰ホッパ４から排出した焼却灰はコークス、細粒炭、廃棄物炭化物若しくはこれらの複合体からなる還元剤を貯留した還元剤ホッパ５より還元剤を添加された後、焙焼装置６で灯油タンク６から供給される燃料により焙焼加熱される。該焙焼装置６は焼却灰の融点以下の５００〜１２００℃に維持されており、焼却灰中のダイオキシン類の殆どが分解されるとともに金属類は以下の反応を示し、単体に還元され、また一部残存するＣＯは燃焼エネルギに利用される。
ＭＯ＋Ｃ＝Ｍ＋ＣＯ
ＭＯ＋ＣＯ＝Ｍ＋ＣＯ２      （Ｍは金属を示す）
これにより前記金属類はほぼ単体若しくは還元により無害化した状態として分離可能となる。特に、焼却灰に含有されるクロムは加熱により有害な６価クロムに変化し易いため、還元剤を添加して焙焼加熱することで強制的に３価クロムに還元し、無害化することが可能となる。
【００３０】
前記分離方法としては、前記温度域で揮発性を有する物質においては揮発後冷却し回収するが、不純物を含む場合には前記金属分離回収装置７で物理的、化学的分離処理を施した後、回収する。
一方、不揮発性物質は炉底から排出し、冷却後物理的、化学的分離処理を施し、回収する。
尚、前記還元剤にはコークスや細粒炭、廃棄物炭化物又はこれらの複合体以外の材料例えばアンモニア噴霧等を行ってもよい。
【００３１】
前記焙焼装置６から排出される排ガスは微量の重金属類等の有害物質を含有しているため、排ガス処理装置で有害物質の除去処理を行なった後煙突１２から外部へ放出するが、該排ガス成分は前記焼却炉から排出する排ガスと同様であるため、該排ガス処理装置１０を焼却炉１と併用することによりコストの低減を図ることができる。
【００３２】
また、酸素不足雰囲気状態の形成には、燃焼ガスの空燃比を制御する方法が好ましく、焼却灰の成分の割合により必要空気量の８０〜８５％程度にすることにより焙焼と還元反応が効率的に行われる。
【００３３】
さらに、本発明の別の実施形態として鉄化合物を添加することによりフェライト化させて磁力選別する方法を説明する。
前記前処理を施した焼却灰に酸化鉄、硫酸鉄等の鉄化合物を前記還元剤ホッパ５より添加し、焙焼加熱することにより、フェライト化合物を生成する。
前記鉄化合物に第二酸化鉄を用いた場合には以下の反応が進む。
ＭＯ＋Ｆｅ２Ｏ３＝ＭＯ・Ｆｅ２Ｏ３    (Ｍは金属を示す)
【００３４】
ここで生成するＭＯ・Ｆｅ２Ｏ３はフェライト化合物であり磁性を持つため、磁力選別により容易に分離可能となる。
上記実施形態において、還元剤としての機能も併せ持つ第二酸化鉄を用いると、還元反応とフェライト化反応が同時進行するため、より好ましい結果が得られる。
【００３５】
尚、金属類を回収した後の焙焼灰はダイオキシン類や重金属類等の有害物質を含有しないため土壌改良剤や土木用資材としての利用が可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、焼却灰を焙焼加熱することで、該焼却灰に含有するダイオキシン類を除去するとともに金属類を単体として分離回収することが可能となるため、低コストでかつ有害物質の外部への溶出の恐れのない焼却灰の処理が可能となる。
また、焙焼加熱する際、５００〜１２００℃の温度域に保持するとともに還元剤を添加することにより、高効率で以って金属類を回収することができると同時にダイオキシン分解温度域を含むため、ダイオキシン分解装置を併設する必要がなく、処理装置の小型化が図れる。
また、焼却灰から金属類が再利用できることに加えて、有害物質を含有しない焼却灰が得られるため、該焼却灰を土壌改良剤や土木資材等に使用することができ、合理的な焼却灰の再利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る焼却灰の資源化処理装置の全体構成図である。
【図２】  従来技術を示す焼却灰の資源化処理装置の全体構成図である。
【符号の説明】
１      焼却炉
２      破砕機
３      粗大物除去装置
５      還元剤ホッパ
６      焙焼装置
７      金属分離回収装置
１０    排ガス処理装置
５６    焙焼装置
５３    粗大片除去装置
５７ａ  微粒子除去装置
５７ｂ  鉄類分離機
５７ｃ  非鉄金属分離機
【図１】
0004022025.tif 000002
【図２】
0004022025.tif 000003