(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却炉より排出された焼却灰と汚泥とを混合して含水率が３０重量％以上の灰混合物を生成し、この灰混合物をピストンポンプにより熱分解反応器へ供給する混合移送工程と、
前記灰混合物と廃棄物とを前記熱分解反応器により乾留ガスと熱分解残留物とに熱分解させ、前記乾留ガスと前記熱分解残留物中の可燃性成分とを前記熱分解反応器に併設されている溶融炉へ供給し、該溶融炉で前記乾留ガスと前記可燃性成分とを前記可燃性成分中に含まれる灰分が溶融する温度で燃焼させる熱処理工程とにより、前記焼却灰を無害化することを特徴とする焼却灰の無害化処理方法。
【請求項２】
前記熱分解反応器に供給される廃棄物の重量に対して１重量％乃至２０重量％の割合で灰混合物を前記熱分解反応器に供給することを特徴とする請求項１記載の焼却灰の無害化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭やオフィスなどから出される都市ごみなどの一般廃棄物や、廃プラスチックなどの産業廃棄物などを含む可燃性の廃棄物を焼却施設で焼却した焼却灰と汚泥とを混合して灰混合物を生成し、この灰混合物を熱分解反応器により熱分解させ、更に、熱分解反応器に併設された溶融炉により溶融処理すると共に、前記焼却灰を再加熱処理により無害化する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
焼却灰を埋立地や焼却施設などへ移送する手段として、トラックによる輸送、ベルトコンベアによる輸送などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、廃棄物の焼却炉内における、燃焼温度の高低、酸素濃度の過不足あるいは燃焼の不均一などにより、焼却灰中に有害物質、例えばダイオキシンなどの芳香族系塩素化合物等が残存する。
したがって、トラックによる輸送では焼却灰のトラック荷台への積み込みやトラックからの積み卸しあるいはトラックで埋立地や処理施設へ搬送する途中に有害物質を含む焼却灰が飛散し、作業場内あるいは近隣の住宅地などが汚染される恐れがある。
【０００４】
また、ベルトコンベアで輸送する場合においても、比較的短い搬送距離（１０ｍ程度）では問題とならないが、それ以上の距離（数十ｍ以上）で搬送しようとすると複数台のコンベアで乗り継ぐ必要があり、コンベアの台数に比例してコンベアを支える構造物が大型化し、設置スペースや建設コストがかさむ。また、コンベアが多くなるために、故障頻度が相対的に増大し、メンテナンス頻度が多くなるなど、実用上、問題点が多い。これら機械的な問題点に加え、ケーシングを付けない一般のベルトコンベアは開放系の搬送手段であることから、有害物質を含む焼却灰が移送途中に飛散し、作業場内あるいは近隣の住宅地などが汚染されるという恐れがある一方で、ケーシングを付けた場合には設置スペースや建設コストを更に増大させる。
密閉系の移送手段、例えばピストンポンプなどの圧送手段によれば前記問題点は解決できるが、非粘着性の焼却灰はそのままの状態で流動性がなく移送することが難しい。
【０００５】
また、焼却灰と水とを混合して移送する場合、水の混合割合を大きくする必要があり（焼却灰と水との混合比が１対５以上）、焼却灰の移送効率が著しく低下するばかりでなく、移送後に脱水処理する必要が生じ、脱水工程の追加、脱水施設の建設スペースや費用の増大などの問題が発生する。また、焼却灰を造粒等により固形化した水スラリーにして圧送する方法があるが、この場合も、造粒工程や搬送後の脱水工程に掛かる新たな費用や処理時間の増大が問題となる。本願発明者は、係る従来技術の問題に鑑み、焼却灰と汚泥を混合した灰混合物およびこの混合物の含水率に着目し、誠意研究を進めた結果、本発明に到達したものであって、その目的とするところは、焼却灰を移送する際に該焼却灰が飛散するのを防止すると共に、この焼却灰を熱分解処理と溶融処理とにより無害化する方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、焼却炉より排出された焼却灰と汚泥とを混合して含水率が３０重量％以上の灰混合物を生成し、この灰混合物をピストンポンプにより熱分解反応器へ供給する混合移送工程と、前記灰混合物と廃棄物とを前記熱分解反応器により乾留ガスと熱分解残留物とに熱分解させ、前記乾留ガスと前記熱分解残留物中の可燃性成分とを前記熱分解反応器に併設されている溶融炉へ供給し、該溶融炉で前記乾留ガスと前記可燃性成分とを前記可燃性成分中に含まれる灰分が溶融する温度で燃焼させる熱処理工程とにより、前記焼却灰を無害化する方法である。
【０００７】
汚泥としては、例えば、下水汚泥、し尿汚泥、湖沼・河川・港湾等の浚渫により発生する汚泥がある。含水率が非常に高いし尿汚泥では、焼却灰の含水率にもよるが（特に焼却灰が湿灰の場合）、あらかじめ脱水処理した脱水汚泥（含水率は８５重量％）として使用すれば、灰混合物の含水率の調整がより容易になる。灰混合物を熱分解反応器へ供給して熱分解させ、次いで溶融炉で溶融処理することにより、灰混合物の無害化及び減容化を行うことができる。前記熱分解反応器は、例えば、３００℃〜７００℃程度で灰混合物を加熱し、溶融炉は、例えば、１３００℃程度で燃焼・溶融させるものである。
【０００８】
また、灰混合物の移送先として、廃棄物処理システムがある。このシステムは、都市ごみなどの一般廃棄物や汚泥や廃プラスチックなどの産業廃棄物の処理システムであり、廃棄物を熱分解工程、例えば熱分解反応器に入れて大気圧以下の低酸素雰囲気中で加熱し、乾留ガスと主として不揮発性成分からなる熱分解残留物とを生成し、この熱分解残留物を冷却した後、分離装置などの分離工程に供給して熱分解カーボンを主体とする可燃物と、不燃物、例えば金属類や陶器や砂利、あるいは、コンベア片等のガレキなどとに分離し、この分離された可燃物と前記乾留ガスとを燃焼器である溶融炉に導入し、この燃焼溶融炉で燃焼処理し、生じた燃焼灰を溶融スラグとなし、この溶融スラグを排出して冷却固化させるようにしたシステムである。
【０００９】
また、灰混合物を廃棄物に対し１重量％〜２０重量％の割合、好ましくは１重量％〜１０重量％の割合で廃棄物とともに熱分解反応器に供給する焼却灰の無害化処理方法を提供する。これにより、既存及び新設のごみ熱分解溶融システムにおいて、廃棄物のみならず灰混合物を同時に焼却し、無害化処理を行うことができる。なお、上記の焼却灰として、湿灰（湿潤状態の焼却灰）を使用する場合は、焼却灰を湿潤させる工程を省くことができ経済的である。また、焼却灰を水処理により湿潤させた湿灰と汚泥とを混合した灰汚泥混合物としてもよい。この場合、例えば、焼却灰を排気ピットなどに一時的に貯留する場合でも、焼却灰の飛散をなくすことができ、環境汚染を防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参酌しながら本発明の第１の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の方法を実施するための系統図である。
焼却炉１で生じた焼却灰ａは、分離装置２により金属類、陶器、砂利、コンクリート片などの大型不燃物ｃと分離され、焼却灰受入槽３に供給された後、定量切出し機４により混合供給機７に供給される。焼却灰ａは乾灰（非湿潤状態の焼却灰）でもよいが、飛散を防ぐ目的などから、焼却炉１の出口近傍に備えた焼却灰押出装置や水噴霧装置などの水添加装置（図示せず）により、水を添加した湿灰にしてもよい。
【００１１】
一方、汚泥ｂは汚泥受入槽５に供給され、この汚泥受入槽５の底部に備えられた定量切出し機６により混合供給機７に供給される。汚泥ｂは汚泥受入槽５に供給する前にあらかじめベルト式や遠心分離式などの脱水装置（図示せず）で脱水処理してもよい。混合供給機７に所定の割合（例えば、焼却灰と汚泥とを１対１）で供給された焼却灰ａと汚泥ｂとは、混合供給機７に備えられている攪拌機８におり均一に攪拌混合され、灰混合物ｄとなる。なお、混合物ｄに適量の水ｅを補充して含水率を調整できるようになっている。また、混合供給機７は、脱臭設備１０を備えていて、排ガスを脱臭処理した後、大気へ放出する。脱臭設備１０は、例えば活性炭充填塔、脱臭燃焼炉などである。
【００１２】
汚泥は、その種類により含水率が異なっているが一般的であり、焼却灰についても前述の如く、乾灰と湿灰の２種類があり、それぞれ含水率が異なっている。
これら被混合物の含水率は、通常、次のとおりとなる。
・乾灰：含水率０重量％
・湿灰：含水率２２重量％〜３５重量％
・し尿脱水汚泥：含水率８３〜８８重量％
・下水脱水汚泥：含水率７５〜８０重量％
前記含水率に加え、焼却灰と汚泥の混合割合によっても、灰混合物の含水率は異なってくる。
【００１３】
例えば、乾灰（含水率０重量％）とし尿脱水汚泥（含水率８５重量％）を１対１で混合した灰混合物の含水率は４２．５重量％となる。
湿灰とし尿汚泥の混合比率については、１対０．１４以上の範囲、好ましくは１対０．２以上であれば、灰混合物の移送は良好に行うことができる。
【００１４】
均一に攪拌混合された灰混合物ｄは、混合供給機７の底部に備えられている押出機９、例えば少なくとも１軸以上のスクリューフィーダやプッシャーなどによってピストンポンプ１１に供給される。ピストンポンプに送られた灰混合物ｄは、鋼管、塩ビ管などの輸送パイプ１２により、処理設備、例えば流動床式焼却炉１３へ圧送する。この流動床式焼却炉１３において、灰混合物ｄはスプレッダ１４から供給される。そして、昇温バーナ１５から火炎が、散気管１６を有する空気ヘッダー１７から流動化空気ｔが、二次空気入口１８から二次空気が、流動媒体入口１９から流動媒体（例えば、砂など）がそれぞれ供給され、流動化空気ｔの作用により、灰混合物ｄは流動化媒体とともに流動層２０を形成し燃焼する。燃焼排ガスは塔頂部の排ガス出口２１から炉外へ排出される。灰混合物の燃焼後の不燃物は空気ヘッダー１７の隙間から落下し、不燃物抜出機２１により炉外へ抜き出し処理される。その他の付帯設備は、一般的な流動床式焼却炉に準ずる。
なお、ピストンポンプの能力にもよるが、灰混合物の移送が中長距離、例えば１ｋｍ以上に渡る場合、混合供給機７から移送先（処理施設や埋立地など）の間に２以上の複数のピストンポンプを配置するのが好ましい。
【００１５】
また、灰混合物の移送先を前記流動床式焼却炉に代えて燃焼溶融炉にすれば、灰混合物は溶融スラグ化され、さらに灰混合物の無害化および減容化を図ることができる。燃焼溶融炉は、通常、竪型筒状の炉本体に、被燃焼物の供給口、点火バーナ、一次空気ノズル、二次空気ノズルおよび必要に応じ三次空気ノズルなどが所定間隔をおいて配置され、炉本体下部に溶融スラグ排出口と炉本体上部又は下部に排ガス通路が設けられた構造になっている。そして、被燃焼物の供給口から供給された灰混合物は約１，３００℃の高温域で燃焼され、この燃焼により生じた燃焼灰は溶融し、溶融スラグとなって炉本体の内壁に付着して流下し、前記溶融スラグ排出口から排出され、冷却装置により冷却固化される。
本実施例では、灰混合物の移送先を流動床式焼却炉および燃焼溶融炉の場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、ストーカー式焼却炉横型回転ドラム式の熱分解炉などの処理設備もしくは埋立処分地でもよい。
【００１６】
以下では、本発明者らが行った上述のような構成の実験データについて示す。
１．焼却灰と汚泥（し尿汚泥）を、混合比１対１．２以上の範囲で混合して灰混合物を形成し、これをピストンポンプで配管長１５ｍ、配管径８０Ａ（外径８９．１ｍｍ、鋼管厚７．６ｍｍ）、実吐出量２ｍ３／ｈで移送した。このときの配管１ｍ当たりの圧力損失は０．６ｋｇ／ｃｍ２であり、灰混合物の移送を良好に行うことができた。表１は、灰混合物の移送試験結果を示す表であり、焼却灰は乾灰（非湿潤状態の焼却灰）と湿灰（水を添加して湿潤させた焼却灰）の２種類を適宜選択して使用した。また、灰混合物の含水率を調整するために水添加を行ったものと水を添加していないものの区分についても、表示している。
【００１７】
この表１を見ると、灰混合物の含水量が３０重量％以上では移送が良好に行なえるが、３０重量％未満になると、移送不可もしくは移送に支障を来すことが分る。また、焼却灰と汚泥との混合比率は、１：０．１４以上の範囲、好ましくは、１：０．２の範囲で良好に移送を行うことができる。
灰混合物ｄは、汚泥自体や脱水汚泥自体よりも臭気が低下しているが、その理由は、焼却灰自体に脱臭作用があるためではないかと思われる。このため、図１における混合供給機７に備えられている脱臭設備１０の負荷は、し尿汚泥や下水汚泥の脱臭設備に比べ相対的に軽減される。
【００１８】
【表１】
0003973310.tif 000002
【００１９】
２．焼却灰と汚泥（し尿汚泥）とを、混合比１対０．３３以上の範囲で混合し灰混合物とし、ピストンポンプで配管長１５ｍ、配管径１００Ａ（外径１１４．３ｍｍ、鋼管厚８．６ｍｍ）、実吐出量２．８２ｍ３／ｈで移送した。ピストンポンプは必要揚程４５ｋｇ／ｍ２程度のものを適宜選択した。このときの配管１ｍ当たりの圧力損失は、図２に示すように、０．２〜０．３ｋｇ／ｃｍ２であり、移送は良好に行うことができた。なお、図２は、焼却灰と汚泥との混合比と圧力損失の関係を示したもので、混合比は、し尿汚泥を１としたときの焼却灰の混合割合は、０〜３である。また、○印は１回目のテスト結果、●印は２回目のテスト結果をそれぞれ示している。
【００２０】
図２から分かるように、焼却灰と汚泥との混合比に対する圧力損失はほとんど変わらないか、混合比が増加するに従ってやや圧力損失の低下が見られることは驚くべきことである。その理由は、灰混合物の圧送中に輸送パイプの内壁面に接している灰混合物の外表面に灰混合物に含まれている液状物がしみ出して潤滑剤の役目を果しているか、もしくは、固形物（焼却灰）に粘性体を混合させているので、高粘性流体のみの場合に比べ粘性が低下しているためではないかと思われる。
【００２１】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図３は、本発明の第２の実施例であり、灰混合物の混合移送工程Ａと熱処理工程Ｂの２系統から構成されている。なお、図１と同一符号の部材は図１を参照して説明した第１の実施例と同様の部材であり、詳細な説明は省略する。
【００２２】
灰混合物の混合移送工程Ａは、前述した実施例１と同様の構成からなり、ピストンポンプ１１に供給送られた灰混合物ｄは、輸送パイプ１２により、熱処理工程Ｂにおける熱分解反応器３１のシュート３２内に圧送される。前記シュート３２には、例えば、少なくとも１軸によるスクリューコンベア、プッシャーなどによるごみ供給コンベア３３によって一般家庭等から排出された都市ごみや産業廃棄物などの廃棄物ｆが供給されるが、灰混合物ｄは、廃棄物の量に対して所定の割合、例えば１重量％乃至２０重量％となるように供給される。おな、廃棄物ｆは、予め、図示しない破砕機によって所定の時さ（例えば１５０mm以下の大きさ）に破砕されている。
【００２３】
熱処理工程Ｂは、図２に示すように、熱分解反応器３１の内部がラインＬ１により供給される加熱空気ｇにより３００〜６００℃、通常は、４５０℃に加熱される一方、誘引送風機３４により大気圧以下の雰囲気に保持されている。しかして、熱分解ドラム３１内に供給された廃棄物ｆと灰混合物ｄは、熱分解し、乾留ガスｈと熱分解残留物ｉとになる。乾留ガスｈは、熱分解ドラム３１の出口に設置されている排出装置３５内で熱分解残留物ｉから分離し、ラインＬ２を通って燃焼機である溶融炉３６のバーナー３７に供給される。
【００２４】
一方、熱分解残留物ｉは、冷却装置３８により発火の恐れがない温度（例えば、８０℃程度）まで冷却された後、図示しない粉砕機にて粉砕される。粉砕された熱分解残留物ｉは、分離装置３９に供給され、可燃性成分ｊと不燃焼性成分ｋとに分離される。不燃焼性成分ｋは、コンテナ４０に貯溜され、可燃性成分ｊは、ラインＬ３を経て溶融炉３６のバーナー３７に供給される。
溶融炉３６のバーナー３７に供給された可燃性成分ｊは、ラインＬ２を経て供給される乾留ガスｈや、送風機４１からラインＬ４を経て供給される燃焼用空気ｍとを混合して激しく燃焼し（燃焼温度は約１３００℃程度になる）、可燃性成分ｊ中に含まれる灰分と集塵装置４２から溶融炉３６内に戻される燃焼灰は、溶融してスラグｎとなって水槽４３内に流下し、冷却固化される。
【００２５】
溶融炉３６から排出された燃焼排ガスｐは、空気加熱器４４及び廃熱ボイラ４５にて熱回収された後、ラインＬ５を経て集塵装置４２やガス洗浄装置４６によって浄化され、比較的低温のクリーンな排ガスｐとなって煙突４７から大気中に放出される。なお、図２中、符号４８は廃熱ボイラ４５で発生した蒸気で発電する発電装置を示している。なお、熱処理工程は、前記実施例では１系統（熱処理工程Ｂ）の場合について説明したが、二つの系列の熱処理工程Ｂ，Ｂ′を備えてもよく、この場合、一方の熱処理工程Ｂの定期点検に入るときは、切り換えて他の一方の熱処理工程Ｂ′を運転するようになっている。他方の熱処理工程Ｂ′は、上記の熱処理工程Ｂと同構造のため、詳しい説明を省略する。
【００２６】
以上の説明では、混合物ｄの圧送先が熱分解ドラム３１を含む廃棄物処理設備３０の場合について説明したが、これに限らず、混合物ｄの移送先は、例えば、通常の流動層焼却炉、流動床式熱分解反応器、燃焼溶融炉などの熱分解焼却処理手段、もしくは埋立地でもよい。
また、乾灰ａと汚泥ｂとを混合させた混合物ｄを圧送する場合について説明したが、乾灰と脱水汚泥とを混合させた混合物、湿灰と汚泥とを混合させた混合物あるいは湿灰と脱水汚泥とを混合させた混合物でも同様に圧送できる。
【００２７】
【発明の効果】
上記のように、本発明は、焼却炉から排出された焼却灰に汚泥を混合した灰混合物を熱分解反応器と溶融炉とによる再加熱処理により、この焼却灰を無害化することができる。また、前記灰混合物をピストンポンプにより輸送パイプを介して圧送することにより、灰混合物を中長距離（数百ｍから数ｋｍ先まで）圧送することができる。さらには、汚泥自体の悪臭低減効果も生ずる。また、ピストンポンプと輸送パイプとを用いて圧送するため、故障頻度が相対的に低く、かつ、メンテナンス性に優れる上、定量安定供給が可能なため、焼却灰を効率よく無害化処理することができ、工業上、有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法の第１の実施の形態を示す系統図である。
【図２】混合比と圧力損失の関係を示す図である。
【図３】本発明の方法の第２の実施の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
ａ      焼却灰
ｂ      汚泥
ｃ      不燃物
ｄ      灰混合物
ｅ      水
ｆ      廃棄物
ｇ      加熱空気
ｈ      乾留ガス
ｉ      熱分解残留物
ｊ      可燃性成分
ｋ      不燃焼性成分
ｐ      燃焼排ガス
ｔ      流動化空気
Ｌ１      加熱空気供給ライン
Ｌ２      乾留ガス供給ライン
Ｌ３      可燃性成分供給ライン
Ｌ４      燃焼用空気供給ライン
Ｌ５      燃焼排ガスライン
Ａ      混合移送工程
Ｂ      熱処理工程
Ｂ′      別系統の熱処理工程
１      焼却炉
２      分離装置
３      焼却灰受入槽
４，６      定量切出し機
５      汚泥受入槽
７      混合供給機
８      攪拌機
９      押出機
１０      脱臭設備
１１      ピストンポンプ
１２      輸送パイプ
１３      流動床式焼却炉
１４      スプレッダ
１５      昇温バーナ
１６      散気管
１７      空気ヘッダー
１８      二次空気入口
１９      流動媒体入口
２０      流動層
２１      不燃物抜出機
３０      廃棄物処理設備
３１      熱分解反応器
３２      シュート
３３      ごみ供給コンベア
３４      誘引送風機
３５      排出装置
３６      溶融炉
３７      バーナー
３８      冷却装置
３９      分離装置
４０      コンテナ
４１      送風機
４２      集塵装置
４３      水槽
４４      空気加熱器
４５      廃熱ボイラ
４６      ガス洗浄装置
４７      煙突
４８      発電装置
【図１】
0003973310.tif 000003
【図２】
0003973310.tif 000004
【図３】
0003973310.tif 000005