(57)【要約】【課題】都市ごみ焼却炉や溶融炉の飛灰を完全に再利用する【解決手段】都市ごみＷを焼却する焼却炉２と、焼却炉で生じた飛灰ＦＡを水洗して脱塩する水洗脱塩設備３と、水洗脱塩設備による脱塩後の飛灰ＷＡを溶融させる溶融炉４とを備え、溶融炉で生じた溶融飛灰ＭＡを水洗脱塩設備により水洗して脱塩し、脱塩後の溶融飛灰の一部ＷＭ２を溶融炉に戻す都市ごみの処理システム１。溶融炉で生じた溶融飛灰から有価金属を回収する有価金属回収設備（ＨＭＸ設備）５を設け、有価金属回収設備による処理後の残渣ＬＲを溶融炉に戻してもよい。都市ごみを溶融させる溶融炉と、溶融炉で生じた溶融飛灰を水洗して脱塩する水洗脱塩設備とを設け、脱塩後の溶融飛灰の一部を溶融炉に戻してもよい。都市ごみを溶融させる溶融炉と、溶融炉で生じた溶融飛灰から有価金属を回収する有価金属回収設備とを設け、有価金属回収設備による処理後の残渣を溶融炉に戻してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
都市ごみを焼却する焼却炉と、
該焼却炉で生じた飛灰を水洗して脱塩する水洗脱塩設備と、
該水洗脱塩設備による脱塩後の飛灰を溶融させる溶融炉とを備え、
該溶融炉で生じた溶融飛灰を前記水洗脱塩設備により水洗して脱塩し、脱塩後の溶融飛灰の一部を前記溶融炉に戻すことを特徴とする都市ごみの処理システム。
【請求項２】
都市ごみを焼却する焼却炉と、
該焼却炉で生じた飛灰を水洗して脱塩する水洗脱塩設備と、
該水洗脱塩設備による脱塩後の飛灰を溶融させる溶融炉と、
該溶融炉で生じた溶融飛灰から有価金属を回収する有価金属回収設備とを備え、
該有価金属回収設備による処理後の残渣を前記溶融炉に戻すことを特徴とする都市ごみの処理システム。
【請求項３】
都市ごみを溶融させる溶融炉と、
該溶融炉で生じた溶融飛灰を水洗して脱塩する水洗脱塩設備とを備え、
前記脱塩後の溶融飛灰の一部を前記溶融炉に戻すことを特徴とする都市ごみの処理システム。
【請求項４】
都市ごみを溶融させる溶融炉と、
該溶融炉で生じた溶融飛灰から有価金属を回収する有価金属回収設備とを備え、
該有価金属回収設備による処理後の残渣を前記溶融炉に戻すことを特徴とする都市ごみの処理システム。
【請求項５】
前記有価金属は少なくとも鉛を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の都市ごみの処理システム。
【請求項６】
前記溶融炉は廃ガス処理に石灰を使用することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の都市ごみの処理システム。
【請求項７】
前記水洗脱塩設備における洗浄水の少なくとも一部に海水を用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の都市ごみの処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ごみを処理するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、最終処分場に収容されている都市ごみ焼却灰等の廃棄物の量が最終処分場の最大収容量に近づきつつあるため、廃棄物の量を削減することが緊急の課題となっている。廃棄物の量を削減する一案として、都市ごみをリサイクルすることが挙げられる。例えば大量に発生する都市ごみ焼却灰のうち、主灰については、所定の処理を行った後、セメント原料等に利用されている。
【０００３】
一方、都市ごみ焼却炉や溶融炉の飛灰については、セメント原料化する他、有価金属を多く含むため、飛灰から銅、亜鉛、鉛等の有価金属を回収する技術が開発されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１８６７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、都市ごみ焼却炉や溶融炉の飛灰についても未だに多くが埋立て処分されており、上述のように埋立て処分場の容量が逼迫していることから、その処分量の削減が求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、都市ごみ焼却炉や溶融炉の飛灰をも完全に再利用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、都市ごみの処理システムであって、都市ごみを焼却する焼却炉と、該焼却炉で生じた飛灰を水洗して脱塩する水洗脱塩設備と、該水洗脱塩設備による脱塩後の飛灰を溶融させる溶融炉とを備え、該溶融炉で生じた溶融飛灰を前記水洗脱塩設備により水洗して脱塩し、脱塩後の溶融飛灰の一部を前記溶融炉に戻すことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、都市ごみ飛灰を溶融させてスラグとして再利用できる。また、都市ごみ焼却飛灰と溶融炉で発生した飛灰を水洗して溶融炉に戻すので、塩素の増加による溶融炉への負荷を低減できる。さらに、溶融炉で発生した飛灰の一部を溶融炉に戻すので、有価金属の濃度を高めることができ、採算の合う精錬原料を得ることができる。また、製錬原料として一部の溶融飛灰は系外に排出されるので、スラグ中の鉛等の有害金属濃度が高まるのが抑制され、その溶出を防止できる。従って、全ての都市ごみが埋め立て処分されることなく最終的に再利用される。
【０００９】
また、本発明は、都市ごみの処理システムであって、都市ごみを焼却する焼却炉と、該焼却炉で生じた飛灰を水洗して脱塩する水洗脱塩設備と、該水洗脱塩設備による脱塩後の飛灰を溶融させる溶融炉と、該溶融炉で生じた溶融飛灰から有価金属を回収する有価金属回収設備とを備え、該有価金属回収設備による処理後の残渣を前記溶融炉に戻すことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、有価金属を回収する有価金属回収設備を用いることで、溶融飛灰中の有価金属の濃度をさらに高めた製錬原料を得ることができる。また、塩素や有害金属の循環が低減されるので、溶融炉への負荷がさらに低減され、スラグから鉛等の有害金属が溶出する可能性が低下する。
【００１１】
さらに、本発明は、都市ごみの処理システムであって、都市ごみを溶融させる溶融炉と、該溶融炉で生じた溶融飛灰を水洗して脱塩する水洗脱塩設備とを備え、前記脱塩後の溶融飛灰の一部を前記溶融炉に戻すことを特徴とする。
【００１２】
本発明によっても、脱塩後の溶融飛灰の一部を溶融炉に戻して再度溶融させることで、有価金属の濃度を高めることができ、採算の合う精錬原料を得ることができると共に、製錬原料として一部の溶融飛灰は系外に排出されるので、スラグ中の鉛等の有害金属濃度が高まるのが抑制され、その溶出を防止できる。
【００１３】
また、本発明は、都市ごみの処理システムであって、都市ごみを溶融させる溶融炉と、該溶融炉で生じた溶融飛灰から有価金属を回収する有価金属回収設備とを備え、該有価金属回収設備による処理後の残渣を前記溶融炉に戻すことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、溶融飛灰中の有価金属の濃度をさらに高めることができると共に、塩素や有害金属の循環が低減されるので、溶融炉への負荷がさらに低減され、スラグから鉛等の有害金属が溶出する可能性が低下する。
【００１５】
上記都市ごみの処理システムにおいて、前記有価金属を少なくとも鉛を含むものとすることができる。
【００１６】
また、溶融炉において廃ガス処理に石灰を使用することで、生じた溶融飛灰のカルシウム等のアルカリ土類金属濃度が高くなり、これを戻すことにより溶融温度が低下して使用エネルギー量を減らすことができる。
【００１７】
上記都市ごみの処理システムにおいて、前記水洗脱塩設備における洗浄水の少なくとも一部に海水を用いることができる。これにより、溶融飛灰に有価金属を塩化揮発させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、都市ごみ焼却炉や溶融炉の飛灰をスラグとして路盤材や骨材等の建設資材に再利用することができる。さらには、有価金属の濃度を高めながら、都市ごみを処理することができるので、有価金属の精錬原料としても再利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る都市ごみの処理システムを示す全体構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る都市ごみの処理システムを示す全体構成図である。
【図３】図２の都市ごみの処理システムのＨＭＸ処理設備を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の第３実施形態に係る都市ごみの処理システムを示す全体構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る都市ごみの処理システムを示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の各実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１実施形態に係る都市ごみの処理システム１を示し、この処理システム１は、都市ごみＷを焼却する焼却炉２と、焼却炉２で発生した飛灰ＦＡを水洗して脱塩する水洗脱塩設備３と、水洗脱塩設備３による脱塩後の飛灰ＷＡを溶融させる溶融炉４とを備える。
【００２２】
焼却炉２には、ストーカー式焼却炉、流動床式焼却炉、ロータリーキルン等の焼却炉を用いることができる。都市ごみＷは焼却炉２により焼却され、飛灰ＦＡと主灰（不図示）とが生成し、飛灰ＦＡが水洗脱塩設備３に送られる。
【００２３】
水洗脱塩設備３は、焼却炉２で発生した飛灰ＦＡを水洗して脱塩するために設けられ、飛灰ＦＡに水や温水を添加してスラリー化するスラリー化装置（不図示）と、スラリー化装置により生じたスラリーを水洗しながら固液分離するベルトフィルター等の固液分離装置（不図示）等で構成される。
【００２４】
溶融炉４は、水洗脱塩設備３で脱塩された飛灰（水洗残渣）ＷＡを高温で溶融させてスラグＳＬを生成するために設けられる。この溶融炉４として、シャフト式、表面溶融式、ガス改質式、キルン式等のガス化溶融炉や、電気抵抗式、表面溶融式、プラズマ式等の溶融炉を用いることができる。
【００２５】
次に、上述した構成を有する処理システム１を用いた都市ごみＷの処理方法について説明する。
【００２６】
受け入れた都市ごみＷを焼却炉２に投入して焼却する。これにより、飛灰ＦＡと主灰とが生成する。飛灰ＦＡを水洗脱塩設備３に供給し、水洗して水溶性塩素を除去すると共に、主灰を別途セメント原料等にリサイクルする。
【００２７】
水洗脱塩設備３により脱塩された飛灰ＷＡを溶融炉４へ投入し、飛灰ＷＡを溶融させる。これにより、スラグＳＬと、溶融飛灰ＭＡが生成する。スラグＳＬは、例えば路盤材や骨材等の建設資材として利用する。一方、溶融飛灰ＭＡを水洗脱塩設備３に供給して水洗脱塩し、脱塩後の溶融飛灰ＷＭ１を製錬原料とし有価金属を回収する。製錬の際に発生した製錬スラグも路盤材等の建設資材として利用される。
【００２８】
さらに高濃度の有価金属を回収するため、脱塩後の溶融飛灰ＷＭ１の一部（溶融飛灰ＭＷ２）を溶融炉４に戻し、飛灰ＦＡと共に再度溶融させる。これにより、溶融飛灰ＭＡ及び脱塩後の溶融飛灰ＷＭ１中の有価金属の濃度を高めることができ、後段での鉛等の有価金属の回収を容易にすることができる。ここで、溶融飛灰ＭＷ２の量は、スラグＳＬから有害成分が溶出しない濃度に収まるように調整する。また、廃ガス処理に石灰を使用している溶融炉４では、生じた溶融飛灰ＭＡのカルシウム等のアルカリ土類金属濃度が高いため、これを戻すことにより溶融温度が低下して使用エネルギー量を減らすことができる。
【００２９】
尚、飛灰ＦＡをスラリー化する際に用いられる水は真水（工水）の他、海水を用いることもできる。飛灰ＦＡを海水を用いてスラリー化し、水洗脱塩することにより、工水の使用量を削減しながら、後段の溶融炉４において脱塩後の飛灰ＷＡ中の有価金属を塩化揮発させて有価金属の回収効率を高めることができる。
【００３０】
また、工水を用いる場合でも、水洗に用いる工水の量を少なくするなどして焼却飛灰残渣に塩素を残すように調整し、溶融飛灰中に金属類を塩化揮発させることもできる。この点については、後述する他の実施形態に係る処理システム１０、２０、３０についても同様である。
【００３１】
上述のように、第１実施形態に係る都市ごみの処理システム１によれば、溶融飛灰ＭＡ及び脱塩後の溶融飛灰ＷＭ１中の有価金属の濃度を高めながら、焼却炉２や溶融炉４で発生した飛灰をも完全に再利用することができる。
【００３２】
次に、本発明の第２実施形態について図２を参照しながら説明する。この処理システム１０は、都市ごみＷを焼却する焼却炉２と、焼却炉２で発生した飛灰ＦＡを水洗して脱塩する水洗脱塩設備３と、水洗脱塩設備３による脱塩後の飛灰ＷＡを溶融させる溶融炉４と、溶融炉４で生じた溶融飛灰ＭＡから有価金属を回収するＨＭＸ設備（有価物回収設備）５とで構成される。
【００３３】
焼却炉２、水洗脱塩設備３及び溶融炉４は、上述した第１実施形態と同一のものを使用することができる。
【００３４】
ＨＭＸ設備５は、後述するフローにより溶融飛灰ＭＡから銅、亜鉛、鉄、鉛等の有価金属を回収する設備であり、具体的には、水洗処理装置、浸出槽、沈殿槽等を備える。本発明では、ＨＭＸ設備として、例えば特許文献１や特開２０１２―１６７３３２公報に記載の方法等のように、少なくとも鉛が回収できる設備を用いればよい。
【００３５】
次に、上述した構成を有する処理システム１０による都市ごみＷの処理方法について説明する。
【００３６】
受け入れた都市ごみＷを焼却炉２に投入して焼却する。これにより、飛灰ＦＡと主灰とが生成する。飛灰ＦＡを水洗脱塩設備３に供給し、水洗して水溶性塩素を除去すると共に、主灰を別途セメント原料等にリサイクルする。
【００３７】
水洗脱塩設備３により脱塩された飛灰ＷＡを溶融炉４へ投入し、飛灰ＷＡを溶融させる。これにより、スラグＳＬと、溶融飛灰ＭＡが生成する。スラグＳＬは、例えば路盤材や骨材等の建設資材として利用する。一方、溶融飛灰ＭＡをＨＭＸ設備５に供給する。
【００３８】
次に、図３に示すように、ＨＭＸ設備５において、まず溶融飛灰ＭＡに水を加えスラリー化した後水洗する（ステップＳ１）。これによって、水溶性の塩素等は除去され、生じた塩素含有排水は別途処理される。
【００３９】
水洗後の溶融飛灰ＷＭ１を含むスラリーに硫酸を添加し（ステップＳ２）、硫酸を加えたスラリーはここから２系統に分岐する。
【００４０】
一方の系統では、スラリー１に鉄を添加し、セメンテーションを行う（ステップＳ３）。セメンテーションは、酸化還元電位の差により、水溶液中に存在する還元電位が貴な金属イオンが、還元電位が卑な金属によって還元析出する反応である。金属状の鉄を添加することにより、鉄よりも貴な還元電位を有する銅イオンが、鉄の表面に置換析出する。そして、銅の析出した金属鉄を、公知の固液分離手段を用いて酸浸出液から分離、除去する。さらに、ｐＨ調整を行い、水酸化鉄及び水酸化亜鉛を沈殿させる（ステップＳ４）。
【００４１】
他方の系統では、スラリー２に苛性ソーダを添加し、アルカリ浸出を行う（ステップＳ５）。アルカリ浸出では、浸出残渣をカルシウム澱物（水酸化カルシウム）とする一方、浸出液は硫化物沈殿に供され、硫化鉛が生成する（ステップＳ６）。
【００４２】
上述のようにして、都市ごみＷから銅、亜鉛、鉄、鉛等の有価金属が高濃度となった製錬原料Ｍ（図２参照）が回収される。
【００４３】
一方、浸出残渣ＬＲであるカルシウム澱物は、有価金属以外の無機分が主体であり、溶融炉４へ戻して溶融させる。ここでは、溶融炉４に、鉛等の有害成分がほとんど戻らないので、スラグＳＬから鉛等の有害金属が溶出することがない。また、廃ガス処理に石灰を使用している溶融炉４では、生じた溶融飛灰ＭＡのカルシウム等のアルカリ土類金属濃度が高いため、浸出残渣ＬＲのアルカリ土類金属濃度も高くなる。従って、これを溶融炉４に戻すことにより溶融温度が低下して使用エネルギー量を減らすことができる。
【００４４】
上述のように、第２実施形態に係る都市ごみの処理システム１０によれば、溶融飛灰ＭＡ及び脱塩後の溶融飛灰ＷＭ１中の有価金属の濃度を高めながら、焼却炉２や溶融炉４で発生した飛灰をも完全に再利用することができる。
【００４５】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図４は、本発明の第３実施形態に係る都市ごみの処理システム２０を示す全体構成図である。この処理システム２０は、上述した第１実施形態に係る処理システム１や、第２実施形態に係る処理システム１０と異なり、都市ごみＷが焼却炉を経ることなく、直接溶融炉４に供給される。
【００４６】
第３実施形態に係る処理システム２０は、溶融炉４と、水洗脱塩設備３とを備える。溶融炉４と水洗脱塩設備３は、各々上述した各実施形態に係るものと同一である。
【００４７】
次に、上述した構成を有する処理システム２０による都市ごみＷの処理方法について説明する。
【００４８】
受け入れた都市ごみＷを溶融炉４に投入し、都市ごみＷを溶融させる。これにより、溶融飛灰ＭＡとスラグＳＬが生じる。スラグＳＬは、例えば路盤材や骨材等の建設資材として利用する。一方、溶融飛灰ＭＡを水洗脱塩設備３に供給する。
【００４９】
水洗脱塩設備３に投入された溶融飛灰ＭＡは、ここで水洗されて水溶性塩素が除去される。脱塩後の溶融飛灰ＷＭ１には鉛等の有価金属が豊富に含まれているため、脱塩後の溶融飛灰ＷＭ１を製錬原料とし有価金属を回収する。
【００５０】
さらに高濃度の有価金属を回収するため、脱塩後の溶融飛灰ＷＭ１の一部（溶融飛灰ＷＭ２）を溶融炉４に戻す。これにより、溶融飛灰ＭＡ及び脱塩後の溶融飛灰ＷＭ１中の有価金属の濃度を高くすることができる。
【００５１】
上述のように、第３実施形態に係る処理システム２０によっても、溶融飛灰ＭＡ及び脱塩後の溶融飛灰ＷＭ１中の有価金属の濃度を高めながら、溶融炉４で発生した飛灰をも完全に再利用することができる。
【００５２】
次に、本発明の第４実施形態について、図５を参照しながら説明する。本実施形態に係る都市ごみの処理システム３０は、上述した第３実施形態に係る処理システム２０における水洗脱塩設備３に代えて、ＨＭＸ設備５を用いて溶融飛灰ＭＡから有価金属を回収する。溶融炉４と、ＨＭＸ設備５は、各々上述した各実施形態に係るものと同一である。
【００５３】
上記構成を有する処理システム３０による都市ごみＷの処理方法について説明する。
【００５４】
受け入れた都市ごみＷを溶融炉４に投入し、都市ごみＷを溶融させる。これにより、溶融飛灰ＭＡとスラグＳＬが生じる。スラグＳＬは、例えば路盤材や骨材等の建設資材として利用する。一方、溶融飛灰ＭＡをＨＭＸ設備５に供給する。
【００５５】
次に、ＨＭＸ設備５において、上述した図３に示した処理を行い、都市ごみＷから銅、亜鉛、鉄、鉛等の有価金属が高濃度となった製錬原料Ｍを回収すると共に、浸出残渣ＬＲであるカルシウム澱物を溶融炉４へ戻して溶融させる。
【００５６】
上述のように、第４実施形態に係る都市ごみの処理システム３０によれば、溶融飛灰ＭＡ中の有価金属の濃度を高めながら、溶融炉４で発生した飛灰をも完全に再利用することができる。
【００５７】
尚、上記実施の形態では、都市ごみの飛灰と都市ごみを各々溶融炉４で溶融させたが、都市ごみの飛灰と都市ごみを同時に溶融炉４で溶融させてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１、１０、２０、３０  都市ごみの処理システム
２  焼却炉
３  水洗脱塩設備
４  溶融炉
５  ＨＭＸ設備
ＦＡ  飛灰
ＬＲ  浸出残渣
Ｍ  製錬原料
ＭＡ  溶融飛灰
ＳＬ  スラグ
Ｗ  都市ごみ
ＷＡ  脱塩した飛灰
ＷＭ１、ＷＭ２  脱塩した溶融飛灰
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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