(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却灰を加熱して焼却灰中の未燃焼物を完全燃焼する第１キルンと、焼却灰を還元処理する第２キルンと、第１キルンの第１次側の焼却灰の粉砕・分別装置と、第１キルンの第２次側の焼却灰の粉砕・分別装置とからなり、第１キルン内は完全燃焼を行わせるため、十分なガス攪拌、２次空気の供給を行うことを特徴とする都市ゴミ一般焼却灰を再利用するための前処理装置。
【請求項２】
第１キルンの第１次側の焼却灰の粉砕・分別装置が、焼却灰を１０メッシュ以下に分別して取り出す構造を備えているものである請求項１記載の都市ゴミ一般焼却灰を再利用のための前処理装置。
【請求項３】
第１キルンの第２次側の粉砕・分別装置は、焼却灰投入口下部に、投入された焼却灰を篩装置に拡散散布する回転盤を設け、前記回転盤下方に２段網式振動篩を有するものである請求項１または２記載の都市ゴミ一般焼却灰を再利用するための前処理装置。
【請求項４】
第１キルンの排ガスを、所定温度に冷却して、第２キルンの低酸素雰囲気と熱源に利用する請求項１、２または３記載の都市ゴミ一般焼却灰を再利用するための前処理装置。
【請求項５】
第１キルンが、焼却灰を４００〜６００℃、４０〜６０分間炉内に滞留させる構造を備えている請求項１ないし４のいずれかに記載の都市ゴミ一般焼却灰を再利用するための前処理装置。
【請求項６】
第２キルンが、焼却灰の還元反応処理のため、低酸素雰囲気下における１８０±１０℃の低温加熱の手段を備えている請求項１ないし５のいずれかに記載の都市ゴミ一般焼却灰を再利用するための前処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、都市ゴミ、産業廃棄物の焼却灰を埋め立てあるいは有効利用するにあたり、焼却灰に含まれている重金属類やダイオキシンなどの有害物質によって環境汚染が生じないように無害化するための前処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、都市ゴミ、産業廃棄物等の一般焼却灰（飛灰、主灰）のほとんどは、最終的には埋め立て処分されている。これらは雨水や海水に浸漬する過程で、共存している廃棄物などによって様々な変化を受け、重金属類や、飛灰に含まれているダイオキシン類が浸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に変わっており、比較的水に溶けやすい。また、ダイオキシンは水溶性物質ではないが、少しずつ水に混入してきた場合のことを考えると、環境汚染の観点から、焼却灰の安全な処理方法の確立が必要である。
【０００３】
現在、首都圏を中心に、都市ゴミ焼却灰の有効利用を図ることに取り組まれており、その中心的なものは、焼却灰を高温溶融処理してガラス質のスラグとする方法である。その溶融処理は非常に有効な方法であるが、多量のエネルギー、多額の設備建設費、維持管理費を必要とする点について、さらなる改善が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来技術における問題点を解消し、設備建設費、維持管理費が安価な、都市ゴミ一般焼却灰の利用に先立ち、これを無害化するための前処理装置を提供することを目的としている。また、本発明は都市ゴミ一般焼却灰が最終的に埋め立て処分された場合にも、あるいはセメント系資材として有効利用された場合にも、重金属類やダイオキシン類などの有害物質が環境を汚染することのないように都市ゴミ一般焼却灰の利用に先立ち、これを無害化するための前処理装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、都市ゴミ一般焼却灰に含まれる未燃焼炭素質物質の燃焼除去と、引き続く低温低酸素雰囲気下における還元処理により、都市ゴミ一般焼却灰の無害化が可能であることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、前記知見に基づいてなされた本発明は、焼却灰を加熱する第１キルンと、焼却灰を還元処理する第２キルンと、焼却灰の粉砕・分別装置とからなることを特徴とする都市ゴミ一般焼却灰を再利用するための前処理装置を要旨とするものである。
【０００７】
また本発明は、焼却灰を４００〜６００℃、４０〜６０分間炉内に滞留させて完全焼却する第１キルンと、この第１キルンから排出された焼却灰を１０メッシュ以下に粉砕・分別する機能を有した粉砕・分別装置を第２キルンの手前に設置し、さらに前記粉砕分別された焼却灰の還元処理のために、低酸素雰囲気維持手段、１８０±１０℃の加熱および乾留保持手段を備えている第２キルンを設置してなることを特徴とする都市ゴミ一般焼却灰を再利用するための前処理装置を要旨とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の構成と作用を説明する。
本発明は、焼却灰を加熱する第１キルンと、焼却灰を還元処理する第２キルンと、焼却灰の粉砕・分別装置の組合せで構成される。
第１キルンは焼却灰中の未燃焼物を完全燃焼させるための加熱装置である。都市ゴミ、産業廃棄物を焼却処理する一般の焼却炉から排出された焼却灰を、第１キルンに装入し、４００〜６００℃、４０〜６０分間炉内に滞留させることにより、未燃焼炭素質成分を燃焼させる。
第１キルン内は完全燃焼を行わせるため、十分なガス攪拌、２次空気の供給を行う。第１キルンの排ガスは、所定温度に冷却して、第２キルンの低酸素雰囲気と熱源に利用する。
【０００９】
第１キルンから排出された焼却灰は、外気と絶縁された雰囲気内で粉砕と分別を行う粉砕・分別装置に投入して処理される。この粉砕・分別装置は、焼却灰投入口下部に、投入された焼却灰を篩装置に拡散散布する回転盤を設け、前記回転盤下方に２段網式振動篩を有するもので、回転盤により投入された焼却灰は篩の網全面に拡がって散布される。
【００１０】
焼却灰および飛灰は水分含有率が高く、固まりやすい性質を有しており、第１キルンで焼成した後も塊状となっているため、通常の分別手段では原料の流れが滞り、目詰まりを起こす恐れがある。そのような状態をなくすために投入時に回転盤による粉砕・拡散を行って、篩の網全面に拡がって散布・分別されるようにしている。
【００１１】
粉砕・分別装置により１０メッシュ以下に分別された焼却灰は、表面積が拡大される。この焼却灰を第２キルン内で外気と絶縁した低酸素雰囲気下に１８０℃±１０℃の温度で乾留を行う。この処理において、存在する金属成分の触媒作用により、化合物の分解が促進されて、重金属類は不溶性安定化合物に変成され、有機系塩素化合物なども分解される。
【００１２】
本発明装置は、被処理物である焼却灰に潜在している水分の除去（乾燥）から燃焼、焼結と、金属成分が触媒反応を起こしやすい雰囲気を作り出すことが出来るもので、重金属の不溶性化合物の生成や、ダイオキシン等有機系塩素化合物の分解にも金属触媒による反応で解決できることが解明された。
まず、焼却灰の被表面積、加熱温度、保温程度のほか、リーク、装置蓄熱量によって熱損失を少なくし、熱効率を上げるようにする。
【００１３】
（１）焼却灰が乾燥するまでに必要とする伝熱量
▲１▼水分の蒸発熱量
▲２▼焼却灰自体を加熱する熱量
▲３▼熱損失（放熱、蓄熱、リーク）
などの合計である。
焼却灰は乾燥することにより燃焼し易くなり、更に粉末化することにより、より一層化学反応を起こしやすい状態になる。
【００１４】
（２）装置の主な工程機能
▲１▼第１次キルン
▲２▼破砕・分別装置（第１次側）
▲３▼第２次キルン
▲４▼破砕装置（第２次側）
の４工程からなる。
▲１▼の第１キルンでは、焼却灰中の不完全燃焼の未燃カーボン等が除去される。得られた焼成物はカーボンの少ないものとなり、発生した排ガスは、▲３▼の工程の雰囲気ガスとして利用される。
【００１５】
▲２▼の破砕・分別装置では、熱効率を良くするため、粒度を１０メッシュ以下に調整する。
▲３▼の第２キルンでは、第１キルンで発生した排ガスを利用して低酸素雰囲気による低温での還元反応を行わせる。このキルンは閉回路流動層で、低酸素雰囲気中での金属触媒作用により、化合物の分解し、重金属類は不溶性安定化合物に変性され、有機系塩素化合物なども分解される。この第２キルンでは、好ましくはその加熱が焼却灰に直接エネルギーを利用する構造を備えているものが、上気雰囲気をより安定して維持することができる。
▲４▼の破砕装置は、焼結された焼却灰を更に微粉末にして、粒度を１５０メッシュ以下に調整する。
【００１６】
本発明装置は、焼却灰等に含まれている重金属類やダイオキシン等の処理に有効であり、被処理物と熱風との接触混合が良く、局所過熱のない流動層燃焼方式を採用したことにより、３００〜６００℃程度の加熱温度で、熱効率は７０％に達する。流動層内に蒸発水蒸気を除去するための排気筒があり、これが熱効率を高くし、理論的に燃焼中の温度は２，０００℃近い高温熱風となる。このため、燃焼中に雰囲気内に存在するＨによりＨ2Ｏが生成して熱風中の湿度が高まり、温度の上昇を防ぐ。
【００１７】
また重油による直火燃焼で雰囲気ガス中にＳＯ2が存在しているため、雰囲気ガスの循環による温度上昇が装置の腐食要因ともなるが、これは重金属の安定化合物生成に欠かせない役割をもっている。
特にある鉛化合物は水に溶け易く、ＰｂＣｉ2の溶解度（２５℃）は、１０．７００ｐｐｍもあるが、ＰｂＯは１．０７ｐｐｍ、ＰｂＳＯ4は０．４５２ｐｐｍ、ＰｂＳは０．０１ｐｐｍという順に溶解度は下がっている。このため鉛については硫酸化物や硫化物にしなければならないが、これらの反応はＳＯ2により促進される。
【００１８】
第２キルン内は排ガス量が多く、排気の持ち去る熱量も大きい。これら排ガスを循環利用することにより系外へのガス排出量を減らし熱効率を向上させることが出来る。第２キルンは２００℃前後の熱風において飽和湿度は存在せず、閉回路として使用するため過熱蒸気燃焼となり、キルン内で発生する蒸気量だけが系外に排出されることにより実質的に排ガス量は減少する。また、酸素が少ないので被処理物の酸化が起こらず、ダイオキシン等、酸素触媒による化合物の発生も少ない。それに酸素が少なく、不活性ガスとして窒素が多いため、空気混入による爆発性の危険も防ぐことが出来る。窒素ガスの熱的特性（熱容量、熱伝導度、熱伝導係数）は空気とほとんど差がないので、操作において空気、窒素とかいうことにあまり影響がない。
結果として焼却灰に含まれている２０種類以上の金属イオンおよび金属化合物が相乗効果を発揮して、安定した安全な化合物が生成されることを特徴としている。
【００１９】
一般都市ゴミや産業廃棄物の焼却条件として苛酷な条件を採用せず、未燃焼の残留炭素などが多く存在した状態で排出された焼却灰でも、本発明装置による処理を行って、さらに減容積化・安定化することが可能であり、その目的および解決手段はこれまでになかった新規な技術である。
【００２０】
これまでの一般都市ゴミや産業廃棄物の焼却灰は、未燃焼炭素質を含有しており、これらが燃焼過程において酸素および塩化物と反応し、有機系塩素化合物たとえばダイオキシンおよびその前駆体を生成含有している可能性がある。
これら有害物質は本発明装置による完全燃焼により発生抑制が可能である。このような焼却灰排出物を安全化のための前処理によりダイオキシン等の発生が抑制される。そして、安定化前処理した焼却灰はポルトランドセメント等を加えてその水硬性を高めることが出来るなど有効に再利用することが可能である。
【００２１】
本発明装置は、普通の燃焼キルンを低温度で使用するため、特殊耐火煉瓦を敷設して作る必要もなく、キルンの寿命も長く、連続使用が可能であるから、経済的である。比較的安価で設備の簡単な回転盤式拡散分別投入機を使用しているが能力不足や選別不良が起こることはない。
分別時、拡散投入時を使用しない場合、細かいものは流れが遅く、粗いものは速い流れになり、細かいものほど層厚になって目詰まりを起こす原因となる。拡散投入機の使用により、この目詰まりを防ぎ選別効果を生みだす。さらに選別された焼却灰は表面積が拡大されており、キルン中で処理されやすい状態となっている。
【００２２】
【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何ら限定されるものではない。
実施例１
図１に示した焼却灰の無害化のための前処理を実施する焼却灰のリサイクルプラントの連続テスト運転を行った。持ち込まれた焼却灰のほとんどが完全燃焼されておらず、未燃焼カーボンが多く、瓶、缶、ゴム、タイヤ、鉄屑などの不燃物や難燃物、燃えかすなどが全体の２０％程度含まれていた。
【００２３】
（１）主原料（焼却灰）を、受け入れピット１に搬入する。供給クレーン２で受入ホッパー３に投入する。第１磁選機４で鉄屑類を選別除去し、スクリーン５によって粗いものと細かいものとに分別する。第２磁選機６で粗い残渣の鉄類を選別除去する。クラッシャ機７で破砕、再び受入ホッパー３に戻し、再度選別工程に通す。
【００２４】
（２）第１キルン８で燃焼処理をする。第１キルン８は、４００〜６００℃、焼却灰の滞留時間が４０分〜６０分になるように調整する。
（３）第１キルン８で燃焼処理された焼却灰を一次ミル９で粗碾きし、表面積を拡大して化学反応が低温常圧で高活性に進行するように粒度を調整する。
一次固化剤供給機10で、添加物（助触媒）として、焼却灰中に含有量の少ない元素分子の入った一次固化剤（Ｋ2Ｏ等）を投入する。
【００２５】
（４）第２キルン11に前記処理した焼却灰を投入し、低酸素雰囲気中、１８０±１０℃で３０分間乾留処理する。キルン用サイクロン設備12、キルン用バックフィルタ設備13、キルン用排風設備14を経由し、集塵、キルン内の排ガスを制御する。
【００２６】
（５）第３磁選機15で鉄類を最終除去し、原料タンク16に送込する。ミル17でセメントとの配合調整を整えるため微粉砕し、粉砕原料タンク18に装入する。混合計量器19で、粉砕原料（７６％）とセメント（２０％）を計量し、二次固化剤供給機20で、石膏および上記一次固化剤を各々２％計量してミキシング機21で、混合計量器19、二次固化剤供給器20より装入されたものを混合攪拌する。セメントタンク22は、常時適量のセメントを保管する。製品供給タンク23に、出荷まで製品を保管する。
【００２７】
実施例２
都市ゴミ一般焼却灰（飛灰、主灰）を、▲１▼酸素欠乏状態の維持（外気と絶縁された低酸素状態の空間で加熱）、▲２▼一定温度の維持（加熱温度は４００〜６００℃に維持する。）、▲３▼滞留時間（４０〜６０分の乾留時間を維持する。）、▲４▼冷却後排出（所定時間経過後、低酸素状態で温度を１８０±１０℃に下げる。）するように処理した。
製造された製品の成分分析を表１〜表３に示す。
【００２８】
【表１】
0003957232.tif 000002
【００２９】
【表２】
0003957232.tif 000003
【００３０】
【表３】
0003957232.tif 000004
【００３１】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているから、都市ゴミ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作ることが可能になった。また、これまで都市ゴミ一般焼却灰の処理は捨てれば良い、埋め立てれば良いという手段が採られていたが、処分場の能力はすでに飽和状態であり、新たな処分場の確保は困難な状況にあって、遠距離他県への持ち込みで運賃コストが上昇している。
本発明装置を採用することにより、都市ゴミ焼却灰の減容積化・安定化することが可能であり、利用範囲が大きく拡がり、再資源化を促進することが出来るという優れた効果が奏され、作業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明処理装置を使用した、焼却灰のリサイクルプラントフローシートを示す図面である。
【符号の説明】
１  受け入れピット
２  供給クレーン
３  受入ホッパー
４  第１磁選機
５  スクリーン
６  第２磁選機
７  クラッシャ機
８  第１キルン
９  一次ミル
１０  一次固化剤供給機
１１  第２キルン
１２  キルン用サイクロン設備
１３  キルン用バックフィルタ設備
１４  キルン用排風設備
１５  第３磁選機
１６  原料タンク
１７  ミル
１８  粉砕原料タンク
１９  混合計量器
２０  二次固化剤供給機
２１  ミキシング機
２２  セメントタンク
２３  製品供給タンク
【図１】
0003957232.tif 000005