(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気と絶縁された脱酸素状態の空間における一定温度および一定時間維持する焼却灰の処理において、ダイオキシン類の分解反応および酸化重金属類の還元反応を主反応とする還元反応処理と、重金属類の不溶化反応を主反応とする安定化反応処理とを別々の装置において順次行うこと、その際、上記の還元反応処理の前に、計量・選別を行い、その選別において、粒度選別および鉄分選別により粒度を１０メッシュ以下にすること、ならびに、上記の安定化反応処理の前に、焼却灰を１００〜１５０メッシュの微粒子に粉砕処理することを特徴とする焼却灰の処理方法。
【請求項２】
上記の還元反応処理において、酸素濃度約６％、焼却灰温度約４００℃〜６００℃および時間約２０分〜４０分維持する請求項１の焼却灰の処理方法。
【請求項３】
上記の還元反応処理において、処理温度は雰囲気温度９００℃前後、焼成灰温度約６００℃である請求項２の焼却灰の処理方法。
【請求項４】
上記の安定化反応処理において、酸素濃度約６％、焼却灰温度約１８０℃〜２００℃、時間約４０分〜６０分維持する請求項１、２または３の焼却灰の処理方法。
【請求項５】
さらに、急冷冷却装置、活性炭吸着手段およびバクフィルタを用いて排煙処理を行う請求項１ないし４のいずれかの焼却灰の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般廃棄物の焼却灰に含まれる有害重金属や焼却施設の各種集塵機によって補集される焼却飛灰に含まれる有害なダイオキシン類などの無害化のための、また焼却灰の資源化のための、低温度下で行う焼却灰の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ゴミ一般焼却灰（飛灰、主灰）のほとんどは、現在、最終的には管理型埋め立て地に処分されている。これらは雨水や海水に浸蝕する過程で共存している廃棄物などによって様々な変化をうけカドミウム、鉛、クロム等の有害重金属類や焼却飛灰に含まれる有害なダイオキシン類ダイオキシン類が侵出水と共に流出することが予想される。重金属類は酸化物が塩化物となっており、比較的水に溶け易い金属化合物となっており、ダイオキシンは水溶性物質ではないが、少しずつ水に溶け出した場合の環境汚染の観点から処理方法の確立が必要である。
【０００３】
一般廃棄物の焼却灰の有効利用技術は、１３００℃以上に熔融して金属分を回収して減溶化し、その個体を骨材に使用する方法、焼却灰を硫酸などで溶解して有用金属を液状にし、個体のみを取り出して砂として使用する方法、キレート材を添加して再焼却し、重金属を不溶化してセメント系固化材に利用する方法、などがある。さらに、灰そのものをセメント材料とする方法がある。
セメント原料とするためには、セメントの主成分である酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化カルシウムの成分調整が必要であること、さらに一番大きな問題は塩素の含有量である。これらを調整して研究している技術が、エコセメントである。この問題点は、塩素含有量が高いためにセメント原料とするためには数パーセントしか混入できないこと、さらに、成分調整するには非常にコストが高くなりすぎることである。熔融技術は、各焼却炉メーカからいろいろなタイプの熔融方法が提出され、各自治体の焼却炉に導入されている。この技術は、熔融するためのエネルギーが初期の焼却施設の発電量で賄えるほどの人口のある地域では有効と思われるが、それ以外の施設では非常にコストアップとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、一般焼却灰の無害化、再資源化のための処理方法の提供を目的とする。
また、本発明は、有効利用しようとする焼却灰中の有害重金属を不溶化し、同時に含有する有害なダイオキシン類などを無害化することを目的とする。すなわち、本発明は、一般焼却灰から将来にわたり重金属類やダイオキシン類で環境を汚染することがない安全なセメント系の資材をつくる方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、外気と絶縁された脱酸素状態の空間における一定温度および一定時間維持する焼却灰の処理において、ダイオキシン類の分解反応および酸化重金属類の還元反応を主反応とする還元反応処理と重金属類の不溶化反応を主反応とする安定化反応処理を行うことを特徴とする焼却灰の処理方法を要旨としている。
上記の還元反応処理において、焼却灰温度約４００℃〜６００℃に約２０分〜４０分維持する。上記の安定化反応処理において、焼却灰温度約１８０℃〜２００℃、約４０分〜６０分維持する。上記の安定化反応処理の前に、焼却灰を微粒子に、好ましくは１００〜１５０メッシュの微粒子に粉砕処理する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
《焼却灰》
本発明の方法では、ボトムアッシュまたはボトムアッシュとフライアッシュの混合灰など、一般廃棄物を焼却した後に出る焼却灰すべてを原灰として用いることができる。
一般廃棄物の焼却灰等の原灰は、焼却する際の温度が低いために、未燃炭素、炭化水素などを含有していることが多い。また、焼却施設の各種集塵機によって補集された焼却飛灰中には、４塩化〜８塩化のポリ塩化ダイベンゾパラダイオキシンやポリ塩化ダイベンゾフラン等の有害なダイオキシン類が含まれている。
さらにまた、一般廃棄物焼却灰は、炭酸カルシウムやカルシウムシリケート化合物が含まれていて、ガラス化成分の多いことも分かっているが、時折有害重金属が含有していることも報告されている。本発明の方法では、成分的には、未燃炭素、炭化水素などとともに有害な重金属類およびダイオキシン類を含む焼却灰を原灰として用いることができる。
原灰は不純物を多く含んでいるために粒度によるふるい分けと鉄分の除去を行った後用いる。
【０００７】
《低温度で行う処理》
本発明は、焼却灰の重金属類及びダイオキシン類の処理に際し、低温度で行う処理方法を採用している。
環境問題は経済的に安価である手段を採用することが解決のための大切な要件である。特に焼却灰などは、日常生活で使用しているものを燃焼して灰になった残りものであり、新たなゴミとして出てきたものであり、これをいかに安全な状態の、価値あるものに変えるかに高いコストは見合わない。例えば、焼却灰を溶融しスラグとして回収する溶融法は、１２００℃以上の高温にする必要がありエネルギーコストが高く、かつ設備投資が莫大なものとなる。低温度で行う処理方法は高温度で行う処理方法と比べて、設備費がかからない点でまず優れている。
また、別の解決できない問題を発生させる解決方法であってはならない。一般廃棄物の原灰や下水汚泥の中にはカドミウム、鉛、六価クロムのような有害物質が含有されている場合があるが、１０００℃付近で焼却することによりそれらの金属が蒸散して含有量が低下し、溶出しなくなる。
焼却灰を有効に利用するには、重金属などの有害な物質が環境へ溶け出す性質になっているので、水に溶け出さない性質に変えればよく、低温度で行う処理方法で解決できる。それを、例えば高温で溶融して高い設備費と高いランニングコストで気化させてしまうということは、大気に捨て場を変えるという方向であり、別の解決できない問題を発生させてしまう。ダイオキシンの問題も同様で、原灰の中にあったダイオキシンを分解すること、新しく発生させないことが肝要である。
本発明における低温度で行う処理方法は、原灰そのものの反応性を高めることにより達成される。
【０００８】
《還元反応処理による酸化重金属類の還元反応》
本発明は、ダイオキシン類の分解反応ならびに酸化重金属類の還元反応を主反応とする還元反応処理を行う。
一般廃棄物焼却灰の成分は、主としてケイ素（Ｓｉ）、カルシウム（Ｃａ）であり、そのほか、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）などの金属酸化物が含まれている。そして、最近問題となっている有害重金属については鉛が多く、次に水銀やカドミウムがある。さらに、塩素（Ｃｌ）が多いのも特徴である。これら重金属の混入が焼却灰の有効利用の促進を妨害している。
還元触媒の反応機構の理論的解明は困難であり、各種添加剤および／または触媒を用いて、当該生成物の重金属溶出性の評価を行い、酸化重金属類の還元反応とその重金属の還元触媒としての利用および／または安定化合物へ化学反応させる技術の確立を目指している。
【０００９】
《還元反応処理によるダイオキシン類の分解反応》
一般焼却場の焼却炉から排出された燃焼灰は、未燃焼物を多く含み、焼却施設の各種集塵機によって補集された焼却飛灰中には有害なダイオキシン類が含まれている。本発明はこの還元反応処理において、未燃焼物を完全燃焼させるとともに、含有するダイオキシン類を分解し無害化するとともに、塩素の大部分を水硬性鉱物として固定することを行う。
未燃焼物を多く含む燃焼灰の完全燃焼は、燃焼キルン中で、燃焼ガス温度を一定に保ち、充分なガスの滞留時間でキルン内での充分なガス攪拌、二次空気との混合をすることにより、燃焼ガス中の未燃カーボン、炭化水素等の物質を減らすことである。完全に燃焼された後の焼却灰は無機物質から成る。
【００１０】
ダイオキシン類の分解には当該処理は８００℃以上の温度で十分目的を達成することができるが、ダイオキシン類の完全な分解を考慮して、処理温度は雰囲気温度９００℃前後、焼成灰温度約６００℃が好ましい。
これらのダイオキシン類は、通常、焼成温度が９５０℃以下では完全に分解しない。焼成温度が９５０℃以上になるとダイオキシン類は分解し無害化するとともに、塩素の大部分は、カルシウムクロロアルミネート（１１ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3・ＣａＣｌ2）やカルシウムクロロシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ2・ＣａＣｌ2・３ＣａＯ・ＳｉＯ2・ＣａＣｌ2）等の水硬性鉱物として固定される。
【００１１】
本発明はこの還元反応処理において、触媒の作用等により、上記の温度よりも低い焼却灰温度約４００℃〜６００℃でダイオキシン類を分解することができる。しかし、フライアッシュ等の焼却灰を低酸素雰囲気下で加熱処理することは、フライアッシュの酸化雰囲気下での加熱（２５０〜４００℃）が、各種金属化合物の触媒作用によりダイオキシンを生成させるのと表裏一体を成していることを考慮しなくてはならない。フライアッシュ等の焼却灰の加熱を酸素欠乏下の低酸素雰囲気下で行うことより、灰中のダイオキシン類を脱塩素化して分解し、また、処理装置内のダイオキシン類も熱分解することができる。酸化雰囲気下ではダイオキシン類は前駆体物質等からフライアッシュ中の塩化物、炭素等と反応して３００℃付近で多く生成されるが、還元雰囲気下で雰囲気温度４５０℃以上に加熱すれば、触媒作用によりダイオキシン類は分解される。
【００１２】
《焼却灰の粉砕処理》
処理を受ける焼却灰は微粉末に粉砕してその表面積を大きくすることで、その反応性を高めることができる。
まず、粒度選別、鉄分選別等により粒度を１０メッシュ以下にして、減酸素雰囲気下の燃結キルンに投入する。さらに還元反応処理を受けた原灰は安定化反応処理を受ける前に、１００〜１５０メッシュの微粉末にする。キルン内の化学反応は触媒反応であり、反応器内の触媒粒子の外表面積が大きいほど活性が大きくなるので、触媒粒子は小さいほどよい。
【００１３】
《焼却灰の安定化》
焼却灰の資源化の阻害要因となっている有害重金属を溶解度の低い溶出しにくい形態で安定して不溶化する。
本発明は重金属溶出防止のための添加剤を添加するこができる。重金属溶出防止のための添加剤としては、加えて焼却処理するだけその溶出が検出限界以下となるような添加剤を選択する。焼却灰は金属や非金属の混合物であり、金属は化合物となって安定化される。金属種により、安定化の形態は異なり、酸化物、水酸化物、硫酸化物、硫化物、リン酸化物、リン化物等金属化合物になって安定化する。
【００１４】
【実施例】
本発明の詳細を実施例で説明する。本発明はこれら実施例によっては何ら限定されることはない。
【００１５】
実施例１
焼却灰サンプルはストーカ炉方式の焼却場及び流動床炉方式の焼却場より採取したものを使用した。図１を参照しながら、焼却灰再資源化プラントシステムの還元反応設備、安定化反応設備、排煙処理設備などの機能を説明する。
【００１６】
１）受入・供給設備：
受入れ：原灰受入ピット１００ｍ3、供給：灰クレーン１３ｔｏｎ／ｈ、受入れホッパー１０ｍ3、フィーダ１５ｔｏｎ／ｈ
２）選別設備：粒度選別：振動篩（スクリーン網目５０ｍｍ、粒度５０ｍｍ以上除外、粒度５０ｍｍ以下次工程へ）鉄分選別：磁選機〔鉄分除外（比較的粗大な鉄分）〕
３）還元反応設備：
雰囲気温度約９００℃、焼却灰温度約６００℃、処理時間約４０分、添加剤（反応促進剤２〜３％添加、ハイドロソーダライト、金属触媒等）、酸素濃度約６％、加熱源（Ａ重油）
主反応（有機塩素化合物の脱塩素化；灰中のダイオキシン類分解、有機塩素化合物の熱分解；炉内のダイオキシン類分解、酸化重金属類の還元；重金属類の活性化）
４）破砕・粉砕設備：
破砕設備：粒度１０〜２０ｍｍ以下、鉄分選別：鉄分除外（比較的微細な鉄分）、粉砕処理：粒度１００メッシュ（９５％）
５）安定化反応設備：
処理温度約１８０〜２００℃、処理時間約６０分、添加剤（反応促進剤２〜３％添加、触媒・硫化金属等）、酸素濃度約６％  加熱源（廃熱利用）、主反応（重金属類の硫化；硫化物として安定化）
６）混合・袋詰設備：タンク：原料タンク４０ｍ3、セメントタンク４０ｍ3、定量供給機：ロスインウエイト、混合機：回転円盤型連続式、袋詰機：処理能力８ｔｏｎ／ｈ、秤量１０００ｋｇ／袋
７）排煙処理設備：急冷冷却装置（熱交換器にて１８０℃以下）、活性炭吸着（ダイオキシン類、ＨＣｌ等の吸着）、バクフィルタ（入り口温度１８０℃以下、ダイオキシン類の再生成防止）
８）電気・計装設備：受電設備、起動盤、制御盤、中央操作盤、現場操作盤、計測監視システム、ＩＴＶ監視装置
【００１７】
飛灰原灰中のダイオキシン類濃度を測定したところ、「毒性等量」は「０．０００」であった。また、生成物の重金属溶出性の評価実験を下。生成した焼却灰とセメントを重量比で４：１の割合で混合した混合物について含まれる金属などの検査をした。試料と溶媒を重量比１０％の割合で混合した検液（ｐＨ４、７および９の３種類）を常温常圧で振とう機を用いて６時間連続振とうした。試験項目「アルキル水銀化合物」は０．０００５未満ｍｇ／ｌ、「水銀又はその化合物」は０．０００５未満ｍｇ／ｌ、「カドミウム又はその化合物」は０．０１未満ｍｇ／ｌ、「鉛又はその化合物」は０．１未満ｍｇ／ｌ、「六価クロム又はその化合物」は０．０１未満ｍｇ／ｌ、「ひ素又はその化合物」は０．０１未満ｍｇ／ｌ、「セレン又はその化合物」は０．０１未満ｍｇ／ｌであった。
【００１８】
【発明の効果】
一般焼却灰を無害化、再資源化のための経済的な処理方法を提供することができる。一般焼却灰から将来にわたり重金属類やダイオキシン類で環境を汚染することがない安全なセメント系の資材をつくる方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための焼却灰再資源化プラントシステムのフローを示す図面である。
【符号の説明】
１  供給クレーン設備
２  受入れホッパー
３  搬送装置
４  振動篩機
５  Ｎｏ．１磁選機
６  搬送装置
７  還元反応装置
８  搬送設備
９  破砕機
１０  Ｎｏ．２磁選機
１１  搬送装置
１２  粉砕機
１３  搬送装置
１４  安定化反応装置
１５  搬送装置
１６，１７  原料、セメントタンク
１８，１９  搬送装置
２０，２１  Ｎｏ．１、Ｎｏ．２定量供給機
２２  混合機
２３  搬送装置
２４  袋詰機
【図１】
0003963003.tif 000002