(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩素を含む廃棄物に、それを流動化させる程度の水を添加すると共に撹拌槽中で懸濁させて、廃棄物中の塩素を溶出させ、これをベルトフィルターもしくはフィルタープレスで濾過し、得られた脱塩ケークをセメント原料に使用すると共に、
水洗によって廃棄物中の塩素及び重金属が溶出した濾液に対して、ｐＨ調整のために薬剤を添加するかまたは炭酸ガスを含有するガスを吹き込み、さらにキレート剤添加及び／またはキレート樹脂吸着及び／または活性炭吸着を併用することにより、重金属および有害成分を沈殿させ、
これを濾過して該沈殿物を除去することを特徴とするセメント原料化処理方法。
【請求項２】
炭酸ガスを含有するガスが、セメントキルン排ガスであることを特徴とする請求項１に記載のセメント原料化処理方法。
【請求項３】
重金属および有害成分が除去された濾液を蒸発設備で蒸発させて、溶解している塩化物を析出させて除去し、蒸発した水をコンデンサーにより液化して、再度塩素溶出用の水に使用することを特徴とする請求項１または２に記載のセメント原料化処理方法。
【請求項４】
重金属および有害成分が除去された濾液を電気透析膜または逆浸透膜を使用した膜処理設備によって濾液中の塩分を２倍以上に濃縮し、濃縮した液を蒸発設備で蒸発させて、溶解している塩化物を析出させて除去し、蒸発した水をコンデンサーにより液化して、膜処理後の脱塩水とともに、再度塩素溶出用の水に使用することを特徴とする請求項１または２に記載のセメント原料化処理方法。
【請求項５】
蒸発設備が、真空蒸発缶であることを特徴とする請求項３または４に記載のセメント原料化処理方法。
【請求項６】
重金属および有害成分を除去した後の濾液に添加剤を添加してカルシウムイオンをナトリウムに置換し、この時析出する炭酸カルシウムはセメント原料に使用し、濾液を蒸発させてまたは膜処理により濃縮した後に濾液を蒸発させて、溶解している塩化ナトリウムを析出させることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のセメント原料化処理方法。
【請求項７】
重金属および有害成分を除去した後の濾液に添加剤を添加してカルシウムイオンをナトリウムに置換し、この時析出する炭酸カルシウムはセメント原料に使用し、イオン交換膜を用いて、濾液中の塩化ナトリウムから水酸化ナトリウムを生成させ、これを排水のｐＨ調整に再利用することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のセメント原料化処理方法。
【請求項８】
重金属および有害成分を除去した後の濾液に添加剤を添加してカルシウムイオンをナトリウムに置換し、この時析出する炭酸カルシウムはセメント原料に使用し、ソルベー法または塩安ソーダ法によって、濾液中の塩化ナトリウムから炭酸ナトリウムを生成させ、これをカルシウムをナトリウムに置換する際の添加剤に再利用することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のセメント原料化処理方法。
【請求項９】
ごみ焼却により排出された飛灰を、前記塩素を含む廃棄物として用いることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のセメント原料化処理方法。
【請求項１０】
セメント製造設備において、セメントキルンおよびプレヒーターの中で循環濃縮し、塩素、硫黄、アルカリをキルンの排ガスとともにセメントキルン外へ抽気し、抽気した排ガスを塩素、硫黄、アルカリの化合物の融点以下の温度に急冷却してこれらの成分を水溶性塩素化合物として含むダストを除去し、該ダストを、前記塩素を含む廃棄物として用いることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のセメント原料化処理方法。
【請求項１１】
セメントキルン内で気化した塩素、硫黄、アルカリを排ガスとともに全排ガス量の１０％以下をキルン外へ抽気し、抽気した排ガスを塩素化合物の融点以下の温度に急冷却した後、５〜７μｍを分級点として生成したダストを粗粉と微粉とに分離し、粗粉を排ガスとともにセメントキルン内へ戻すセメント製造設備において、分離された微粉ダストを、前記塩素を含む廃棄物として用いることを特徴とする請求項１０に記載のセメント原料化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみ焼却炉等より排出される飛灰や、セメント製造におけるアルカリバイパス設備及び塩素バイパス設備で生成されるダスト等の、塩素を含む廃棄物をセメント原料として利用できるように処理するセメント原料化処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ごみ焼却炉より排出された飛灰は、特別管理一般廃棄物に指定されており、▲１▼溶融法（減容固化）、▲２▼セメント固化法、▲３▼薬剤処理法、▲４▼溶媒抽出法のいずれかの方法で前処理を行うことが義務付けられており、それらの方法で前処理された後、埋め立て処分されている。
また、セメントキルンおよびプレヒーターの中で循環濃縮しプレヒーターの閉塞等の問題を引き起こす塩素、硫黄、アルカリ等をキルンの排ガスとともにセメントキルン外へ抽気しながらセメントを製造する方法において、発生するダストは製品のセメントに混合するか、または廃棄され埋め立て処分されている。
【０００３】
ここでアルカリバイパス設備および塩素バイパス設備について説明する。
セメント製造において原料から持ち込まれた塩素、硫黄、アルカリ等の揮発しやすい成分はセメントキルン内で気化し、排ガスとともにプレヒーターへ運ばれ、プレヒーター内でそれらの成分は再度化合物を生成し、原料とともにキルンへ入る。原料とともにキルン内に入ったそれらの化合物は再度気化し排ガスとともにプレヒーターに運ばれる。このような循環を繰り返し、セメントキルンとプレヒーター間で塩素、硫黄、アルカリ等は濃縮される。こうしてこれらの成分が濃縮すると低融点の化合物が生成し、プレヒーター内の閉塞を引き起こす要因となる。
【０００４】
そこでこのような問題を解決するため、プレヒーターの下部からキルンの原料入り口付近で排ガスとともに揮発した塩素、硫黄、アルカリ等を抽気する。抽気した排ガスを塩素、硫黄、アルカリ等の化合物の融点以下に冷却し、これらの成分を回収する。このようにしてセメントキルンから塩素、硫黄、アルカリ等を除去する装置をアルカリバイパスと呼ぶ。しかし、アルカリバイパスは10％以上の排ガスを抽気するため、熱量損失が大きく、また、塩素、硫黄、アルカリ等の化合物以外の原料粒子も同時に回収するため、生成するダスト（アルカリバイパスダスト）量も多くなる。このような問題を鑑みて開発されたのが塩素バイパス設備である。塩素バイパス設備はプレヒーターの閉塞等の問題を引き起こす要因が塩素、硫黄、アルカリ等の中でも特に塩素であることに着目したものである。塩素は低い抽気率でも十分に除去できるため、塩素バイパス設備では抽気率を10％以下とし、熱量の損失を低減している。また抽気した排ガスを冷却して生成したダストの内特に微粉側に塩素が偏在していることから、塩素バイパス設備では分級機が設けられ、５から７μmを分級点として生成したダストを粗粉と微粉とに分離し、粗粉を排ガスとともにセメントキルン内へ戻す一方、分離された微粉（塩素バイパスダスト）を回収している。こうすることによりさらに熱量損失を低減し、また、ダスト量の低減も図られている。
【０００５】
近年、本発明のように廃棄物のリサイクル方法としてセメント原料化または燃料化が進められているが、これらの廃棄物の利用量が増加するに従い、セメントキルンに持ち込まれる塩素、硫黄、アルカリ等の揮発成分の量も増加し、よって、アルカリバイパス、塩素バイパスの発生量も増加する。従来これらのダストはセメントに混合するか、または廃棄され埋め立て処分されていたが、発生量も増加が予測されることからその有効利用方法の開発が求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この様に従来は飛灰は前処理を行って埋め立てられているが、最近、埋め立て処分用地の逼迫や、飛灰からの有害成分の溶出による埋め立て処分用地周辺の土壌汚染等が問題となっている。
また、アルカリバイパスダストおよび塩素バイパスダストは塩素化合物を多量に含んでいるため、製品のセメントに混合する場合はセメントの品質低下を引き起こす恐れがある。よってＪＩＳ規格でもセメント中の塩素濃度は規制されており、その添加量は制限される。近年セメントキルンでの廃棄物のリサイクルが進められる中で廃棄物から持ち込まれる塩素量も増加することが予想され、アルカリバイパスダストおよび塩素バイパスダストの発生量もこれに伴い増加すると考えられる。よって前述のようにアルカリバイパスダストおよび塩素バイパスダストをそのままセメントに添加する方法では対処できなくなることが予想される。また、廃棄処分する場合にはそのための費用が発生するとともにごみ焼却飛灰と同様、埋め立て処分用地の逼迫が問題となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来の塩素含有廃棄物の処理における上記の問題を解決するもので、（イ）塩素を含む廃棄物を水洗し、廃棄物に含まれる大量の塩素を除去して飛灰をセメント原料としてリサイクルし、さらに、ここで排出される濾液は重金属等の有害成分を取り除いてから安全に放流するものであり、また、（ロ）重金属等の有害成分を取り除いた後、さらに、排水中に含まれる塩化物を除去して塩素溶出用の水として再利用するものであり、（ハ）除去した塩化物から水酸化ナトリウムや炭酸ナトリウムを生成させて再利用するものである。
また、（ニ）塩素を含む廃棄物として、ごみ焼却飛灰や、アルカリバイパスダストまたは塩素バイパスダスト、さらにこれらの混合物を用い、それぞれセメント原料としてリサイクルすることができる。
【０００８】
すなわち、本願発明は、（１）塩素を含む廃棄物に、それを流動化させる程度の水を添加すると共に撹拌槽中で懸濁させてスラリー化し、廃棄物に含まれている塩素を溶出させ、これをベルトフィルターもしくはフィルタープレスで濾過し、得られた脱塩ケークをセメント原料に使用すると共に、水洗によって廃棄物中の塩素及び重金属が溶出した濾液に対して、ｐＨ調整のために薬剤を添加するかまたは炭酸ガスを含有するガスを吹き込み、さらにキレート剤添加及び／またはキレート樹脂吸着及び／または活性炭吸着を併用することにより、重金属および有害成分を沈殿させ、これを濾過して該沈殿物を除去するセメント原料化処理方法である。
【０００９】
また、本願発明は、（２）炭酸ガスを含有するガスとして、セメントキルン排ガスを使用する方法を含む。
また、本願発明は、（３）上記のように重金属および有害成分を除去した後の濾液を蒸発設備で蒸発させ、溶解している塩化物を析出させて除去し、蒸発した水はコンデンサー等で液化して、再度塩素溶出用のスラリー化用水または洗浄用水に使用する方法、（４）重金属および有害成分を除去した後の濾液に電気透析膜または逆浸透膜を使用した膜処理設備によって濾液中の塩分を２倍以上に濃縮し、濃縮した液を蒸発設備で蒸発させて溶解している塩化物を析出させて除去し、蒸発した水はコンデンサー等で液化して、膜処理後の脱塩水とともに再度スラリー化用水や洗浄用水に使用する方法を含む。
さらに、本願発明は、（５）蒸発設備として真空蒸発缶を使用する方法を含む。
そして、本願発明は、（６）重金属および有害成分を除去した後の濾液に添加剤を添加してカルシウムイオンをナトリウムに置換し、この時析出する炭酸カルシウムはセメント原料に使用し、濾液は、その後、蒸発させてまたは膜処理により濃縮した後に蒸発させて溶解している塩化ナトリウムを析出させる方法を含む。
【００１０】
また、本願発明は、（７）重金属および有害成分を除去した後の濾液に添加剤を添加してカルシウムイオンをナトリウムに置換し、この時析出する炭酸カルシウムはセメント原料に使用し、そして、イオン交換膜を用いて、濾液中の塩化ナトリウムから水酸化ナトリウムを生成させ、これを排水のｐＨ調整に再利用する方法を含む。
【００１１】
さらに、本願発明は、（８）重金属および有害成分を除去した後の濾液に添加剤を添加してカルシウムイオンをナトリウムに置換し、この時析出する炭酸カルシウムはセメント原料に使用し、ソルベー法または塩安ソーダ法によって、濾液中の塩化ナトリウムから炭酸ナトリウムを生成させ、これをカルシウムをナトリウムに置換する際の添加剤に再利用する方法を含むものである。
【００１２】
また、本願発明は、（９）ごみ焼却により排出された飛灰を、塩素を含む廃棄物として用いる方法を含む。
さらに、本願発明は、（１０）セメント製造設備において、セメントキルンおよびプレヒーターの中で循環濃縮し、塩素、硫黄、アルカリをキルンの排ガスとともにセメントキルン外へ抽気し、抽気した排ガスを塩素、硫黄、アルカリの化合物の融点以下の温度に急冷却してこれらの成分を水溶性塩素化合物として含むダストを除去し、該ダストを、塩素を含む廃棄物として用いる方法を含むものである。ここで、（１１）セメントキルン内で気化した塩素、硫黄、アルカリを排ガスとともに全排ガス量の１０％以下をキルン外へ抽気し、抽気した排ガスを塩素化合物の融点以下の温度に急冷却した後、５〜７μｍを分級点として生成したダストを粗粉と微粉とに分離し、粗粉を排ガスとともにセメントキルン内へ戻すセメント製造設備において、分離された微粉ダストを、塩素を含む廃棄物として用いることもできる。
【００１３】
なお、本願発明を実施する装置としては、焼却飛灰およびアルカリバイパスダスト、塩素バイパスダストを懸濁させて塩素を溶出させる撹拌槽、このスラリーを濾過および洗浄する濾過装置、この濾液から重金属やその他有害成分を除去する手段を有するセメント原料化処理装置がある。
また、本願発明を実施する装置として、重金属やその他の有害成分を除去した濾液を蒸発させ、塩化カルシウムを析出させる手段、および、ここで蒸発した水を冷却して液化し、撹拌槽または濾過装置に戻す経路を有する装置がある。
【００１４】
また、本願発明を実施する装置として、重金属やその他の有害成分を除去した濾液に溶解しているカルシウムイオンをナトリウムイオンと置換する手段、ここで析出する炭酸カルシウムを濾過および洗浄する手段、この濾液の塩化ナトリウム成分を濃縮する膜装置、濃縮した液を蒸発させ、塩化ナトリウムを析出させる手段、および、ここで蒸発した水を冷却して液化し、撹拌槽または濾過装置に戻す経路を有する装置がある。
【００１５】
また、本願発明を実施する装置として、重金属やその他の有害成分を除去した濾液に溶解しているカルシウムイオンをナトリウムイオンと置換する手段、ここで析出する炭酸カルシウムを濾過および洗浄する手段、この濾液、塩化ナトリウム溶液から水酸化ナトリウム溶液を生成するイオン交換膜、および、ここで得られた水酸化ナトリウム溶液を有害成分を除去する装置等に導入する経路を有する装置がある。
【００１６】
また、本願発明を実施する装置として、重金属やその他の有害成分を除去した濾液に溶解しているカルシウムイオンをナトリウムイオンと置換する手段、ここで析出する炭酸カルシウムを濾過および洗浄する手段、この濾液、塩化ナトリウム溶液から炭酸ナトリウムを生成するソルベー法または塩安ソーダ法による手段、および、ここで得られた炭酸ナトリウムをカルシウムイオンをナトリウムイオンに置換する装置に導入する手段を有する装置がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（Ａ）水洗によるセメント原料化
本発明では、ごみ焼却炉より排出される飛灰をセメント原料の一部代替として使用するため、水洗による塩素成分の除去を行う。
ごみ焼却炉より排出される飛灰中には多量の塩素が含まれている。場合によっては20重量％以上の塩素を含有することもある。
セメントの原料としてこの飛灰を使用しようとした場合、多量に含まれる塩素を除去する必要がある。塩素が原料に多く含まれると、セメントの焼成工程でサスペンジョンプレヒーターの閉塞やその他装置の腐食や劣化をもたらすと共に、製品のセメントの品質も低下させる要因となる。
ＪＩＳ規格でも普通ポルトランドセメントに含まれる塩素量は200ppm以下と規定されている。よって、水洗によって飛灰に含まれる塩素を除去してセメント原料とする。
【００１８】
また、本発明ではセメントキルンおよびプレヒーターの中で循環濃縮しプレヒーターの閉塞等の問題を引き起こす塩素、硫黄、アルカリ等を除去するアルカリバイパスダストまたは塩素バイパスダストをセメント原料の一部代替として使用するため、水洗による塩素成分の除去を行う。
アルカリバイパスダスト、塩素バイパスダストには、主にシリカ、アルミナ、カルシウム等のセメント主要成分のほかに塩化カルシウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム等の塩素化合物が20%前後含まれている。よって、ごみ焼却炉飛灰と同様に水洗によってアルカリバイパスダストまたは塩素バイパスダストに含まれる塩素を除去し、セメント原料とする。
【００１９】
まず、飛灰、アルカリバイパスダスト、塩素バイパスダストまたは飛灰とこれらのダストの混合物を流動化させる程度の水を加えて、スラリー状にする。この時、処理物に含まれている塩素は水に溶出する、次にこのスラリーを濾過し、得られたケークをさらに洗浄する。こうして充分に塩素を除去した脱塩ケークは、シリカ、アルミナ、カルシウム等を主成分としたものであり、セメント原料の一部代替として使用する。
また、濾過および洗浄によって排出された濾液には、微量ではあるが、排水基準をオーバーする重金属類が溶出していることがある。よって、濾液はこの様な重金属やその他の有害成分を除去する手段によって浄化してから放流する。
【００２０】
（Ｂ）濾液からの塩素除去方法
重金属等の有害成分を除去した濾液には飛灰やアルカリバイパスダスト、塩素バイパスダストから溶出した塩素が溶解している。排水基準等の規制に塩素の項目はないが、この様な高濃度の塩分を含む排水を河川等に放流した場合、環境破壊の原因となる危険性がある。
そこで、この濾液から、塩分を除去し、再度スラリー化用水またはケーク洗浄用水に再利用する。
濾液から脱塩する方法としては、濾液を蒸発させて塩分を晶出させ除去する方法がある。蒸発させた蒸気は冷却して液化し、再利用する。
【００２１】
濾液から脱塩する別の方法としては、膜処理によって塩化物濃度を濃縮し、濃縮水を蒸発乾固して、塩素を除去する方法がある。蒸発させた蒸気は上記と同様に冷却して液化し、再利用する。
ごみ焼却炉の飛灰に含まれている塩素は、主に塩化カルシウムであり、よって濾液を脱塩して得られる塩化物は塩化カルシウムを主体とするものである。
この塩化カルシウムは、潮解性が非常に高く、空気中の水分を吸収して液化しやすく、また、腐食性も高いため、取り扱いが困難な物質である。そこで、重金属等の有害成分を除去した濾液に溶解しているカルシウムイオンを、水酸化ナトリウムと炭酸ガスを添加する方法、または炭酸ナトリウムを添加する方法により、ナトリウムイオンに置換し、炭酸カルシウムを沈殿させ濾過および洗浄を行なって取り出す。
こうして濾別した炭酸カルシウムはセメント原料に使用する。
濾液は前述した蒸発乾固または膜処理による方法によって塩素を取り扱いの容易な塩化ナトリウムに変えて除去する。
【００２２】
（Ｃ）塩化ナトリウム水溶液の再利用方法
重金属等の有害成分を除去した濾液に溶解しているカルシウムイオンを、ナトリウムイオンに置換し、炭酸カルシウムとして沈殿させ濾過および洗浄を行なって取り出す。セメント原料に使用する場合、この濾液から本発明の方法で使用する薬剤の再生が可能である。
この薬剤再生方法の方法としては、塩化ナトリウムが溶解した濾液をイオン交換膜を通して、精製する方法により水酸化ナトリウムを製造し、本発明の工程内でpH調整剤等に使用する方法がある。
別の方法としては、塩化ナトリウム溶液からソルベー法または塩安ソーダ法によって炭酸ナトリウムを生成させ、この炭酸ナトリウムを前工程のカルシウムイオンとナトリウムイオンの置換用の添加剤として使用する方法がある。
【００２３】
（Ｄ）脱塩セメント原料化処理装置の構成
本発明を実施する装置を図１から図５に示す。
図１は本発明のごみ焼却飛灰やアルカリバイパスダスト、塩素バイパスダストのセメント原料化処理システムのフローチャートである。
図１に示す装置は、撹拌槽３、濾過設備４および重金属類等の有害成分除去設備８から構成されている。
処理対象物１および懸濁用水２が撹拌槽３に投入され懸濁液となる。この時処理物に含まれている塩化物は水に溶出する。懸濁液は次の濾過設備４で濾過され、さらに濾過によって得られたケークは洗浄される。こうして溶出した塩素が充分除去された脱塩ケーク５が得られる。
この脱塩ケーク５は、塩素が充分に除去されているため、セメント原料へ利用できる。
濾過設備４で使用する濾過機には、ベルトフィルターやフィルタープレスが考えられ、特にベルトフィルターの場合、濾過とケーク洗浄が１工程で行え、ケーク洗浄水量も節約できるので有効である。
【００２４】
濾過設備４を出た濾液７には処理対象物から溶出した、微量ではあるが、排水基準をオーバーする重金属類等の有害成分が含まれる場合がある。この濾液は有害成分除去設備８で処理され有害成分は取り除かれる。
有害成分の除去設備８には、キルンの排ガス（20％ＣＯ２ガス）の吹き込みや薬剤添加によるpH調整、キレート添加法、キレート樹脂塔での吸着法、活性炭による吸着法等が用いられる。
ここで取り除いた微量の重金属類を含む沈殿物（主にキルン排ガスと溶出カルシムの反応等で生じた炭酸カルシウムが主成分）はセメント原料に使用する。またはこの沈殿物から鉛や亜鉛などの重金属類を再生し利用することもできる。
こうして有害成分を除去された排水９は系外へ放流する。
【００２５】
排水９には飛灰やアルカリバイパスダスト、塩素バイパスダストから溶出した高濃度の塩素（主に塩化カルシウムとして溶出していると考えられる）が含まれる。
塩素は、有害成分ではなく、排水基準にも規定はないため、このまま放流することも可能ではあるが、河川等へ放流した場合、周辺環境への影響が懸念される。そこで、排水から塩素を除去する設備を付帯したセメント原料化処理システムを図２に示す。
図２のシステムでは、排水９は真空蒸発缶等を含む蒸発乾固設備11によって蒸発乾固され、塩化物（主に塩化カルシウム）12が晶出する。
蒸気は蒸気冷却装置としてのコンデンサー13で再度液化され、蒸留された回収水14となって再び撹拌槽３や濾過設備４で懸濁用水やケーク洗浄用水として使用される。よって、この設備からは排水は出ないか、あるいは出たとしても極めて少ない量となる。
【００２６】
図２のシステムでは除去した塩化物12は主に塩化カルシウムとして晶出する。この塩化カルシウムは、潮解性が高く扱い難く、また腐食性も高く設備の劣化が懸念される。
また、このシステムでは排水の全量を蒸発させる必要があるため、熱源がない場所に設置する場合、ランニングコストが高くなることが考えられる。
そこでこれらの問題を解決するシステムを図３に示す。
図３のシステムでは、排水９はカルシウムとナトリウムの置換反応装置15に導入され、溶解しているカルシウムイオンがナトリウムイオンに置換され、炭酸カルシウム16が生成する。
この置換反応には、ＮａＣＯ３を添加する方法と、ＮａＯＨを添加し、さらにキルン排ガスを吹き込んで排ガス中のＣＯ２ガスを利用する方法等が有効である。
こうしてナトリウムイオンと置換され、塩化ナトリウム溶液となった排水17は膜処理設備18に導入され、膜処理設備18により塩分は２倍以上に濃縮される。
ここで脱塩された脱塩水19は撹拌槽３や濾過設備４で再利用される。
膜処理設備18には電気透析膜（ＥＤ）や逆浸透膜（ＲＯ）の使用が考えられるが、逆浸透膜の濃縮能力が２倍程度であるのに対し、電気透析膜はおよそ７倍程度の濃縮が可能なため、電気透析膜の方が有効である。
膜処理設備で濃縮された濃縮水20はその後、蒸発乾固装置21に導入され、蒸発乾固され、ここで、塩化ナトリウムを主体とする塩化物22が晶出する。塩化ナトリウムの場合、取り扱いも容易で、腐食性も大きくなく、また再利用できる可能性も高い。
蒸発乾固設備21で発生した蒸気は蒸気冷却装置としてのコンデンサー23で再度液化され、蒸留された回収水24となって撹拌槽または濾過設備に導入されて再利用される。
【００２７】
次に図４にカルシウムイオンをナトリウムイオンに置換した塩化ナトリウム水溶液17の有効利用方法の一つとして水酸化ナトリウムを生成し、本発明の工程の中での排水のpH調整等に使用するシステムを示す。
塩化ナトリウム水溶液17はイオン交換膜による水酸化ナトリウムの製造設備25に導入され、ここで、水酸化ナトリウム26が分離生成する。
この水酸化ナトリウムは有害成分除去設備８へ導入され、pH調整等の排水処理に使用する。
また、イオン交換膜で分離回収された水27は撹拌槽または濾過設備で再利用される。
塩化ナトリウム水溶液17の有効利用方法の別の１つに図５に示すソルベー法または塩安ソーダ法による炭酸ナトリウムの生成がある。
塩化ナトリウム水溶液をソルベー法または塩安ソーダ法による炭酸ナトリウム製造設備に導入し、炭酸ナトリウム29を生成する。
この炭酸ナトリウム29はカルシウムとナトリウムの置換反応設備15で添加剤として使用する。
また、ソルベー法または塩安ソーダ法で分離された水は回収水30として撹拌槽または濾過設備で再使用する。
【００２８】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。これらは例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。
実施例１
図２に示した設備を実験用に仮設し、実験を行った。
まず、撹拌槽３に塩素22％、カルシウム30％を含有する飛灰を処理対象物１として15kg/hrの割合で投入し、これに約50℃に加熱した温水を20kg/hrで添加し、撹拌槽３での滞留時間が、約１時間となるように設定し、混合した。
次にこの懸濁液を、濾過設備４のベルトフィルターで濾過し、50℃、55kg/hrの温水でケーク洗浄を行った。
こうして飛灰の脱塩ケーク５が22.8kg-wet/hrで得られ、このケーク５中の塩素を分析したところ、0.2％（乾燥重量換算）と十分に塩素が除去できており、セメント原料として利用が可能であった。
【００２９】
【表１】
0004210456.tif 000002
【００３０】
つぎに、濾過設備４より出た濾液７について、排水基準に定められている項目について分析を行った。その結果を表１に示す。
鉛のみが13.7mg/lで排水基準を上回る値となった。
この濾液７は有害成分除去設備８に導入されている。
この有害成分除去装置８には、pH調整装置、キレート剤による有害成分の吸着除去装置、小型濾過装置、水銀用キレート樹脂塔、活性炭塔から構成されている。
次にこの有害成分除去設備８を出た排水９を採取して分析を行った。
その結果を同じ表１に示す。
検出された鉛の値は検出限界以下となった。
この様に有害成分除去設備８を出た排水９には有害成分は含まれておらず、排水基準も満足するもであり、図１の装置のようにこの段階で系外へ放流する事も可能である。
またここで生ずる微量の重金属類を含む主に炭酸カルシュウムを主成分とする沈殿物も濾過機で除去してセメント原料へリサイクルすることができる。
排水９は62.2kg/hr排出され、5.5％の塩素を含んでいる。
これを蒸発乾固設備11に導入する。この設備の真空蒸発缶で排水は蒸留され、塩化カルシウムを主体とする塩化物3.4kg/hrが発生した。この時熱源として使用した蒸気量は30.25kg/hrであった。
蒸発した蒸気は蒸気冷却装置としてのコンデンサー13に導入し、再度液化し、回収した。48kg/hrの回収水14が得られ、回収水は全て濾過設備４でのケーク洗浄溶液として使用した。
【００３１】
この様に図２に示した装置により、ごみ焼却飛灰をセメント原料として適するような塩素濃度まで脱塩し、さらに洗浄で生じた排水も循環使用する事で使用水量も節約できた。
また、排水の有害成分の処理も充分な設備であり、排水の脱塩循環使用を行わずに放流することも可能であることが実証された。
なお、実験は系が安定してから６時間連続して行った。
【００３２】
実施例２
次に図３に示した設備を実験用に仮設し実験を行った。
１〜10までは実施例１と同様の工程であり、まず、撹拌槽３に塩素22％、カルシウム30％を含有する飛灰を15kg/hrの割合で投入し、これに約50℃に加熱した温水を20kg/hrで添加し、撹拌槽での滞留時間が、約１時間のなるように設定し、混合した。
次にこの懸濁液を濾過設備４のベルトフィルターで濾過および50℃，55kg/hrの温水でケーク洗浄を行った。
こうして実施例１と同様に脱塩ケーク５が22.8kg-wet/hr得られ、このケーク５中の塩素を分析したところ、やはり同様に0.2％（乾燥重量換算）と十分に塩素が除去できており、セメント原料として利用が可能である。
【００３３】
濾液７は有害成分除去設備８で有害成分を除去した。
なお、実施例１でこの処理後の排水９が排水基準を充分満足するように浄化されていることを確認しているので、実施例２では処理後の排水についての有害成分の分析は行わなかったが、塩素とカルシウムについての分析は行った。
その結果、この排水９の塩素濃度は5.5％、カルシウムイオン濃度は0.97％であった。
次に62.2tkg/hrの排水９をカルシウムイオンとナトリウムイオンの置換反応装置15に導入する。この置換装置15は反応槽とＮａＯＨ添加装置、キルン排ガスのバブリング装置から構成されており、排水中のカルシウムイオンがナトリウムイオンに置換し、カルシウムイオンは炭酸イオンと結合して炭酸カルシウムが析出する。
この時、約0.6kg/hrの水酸化ナトリウムを添加し、炭酸カルシウムが1.4kg/hr生成した。生成した炭酸カルシウムは小型濾過装置で濾過した。この炭酸カルシウムもセメント原料へ使用することが可能である。
【００３４】
置換反応装置15を出た塩化ナトリウム水溶液を主成分とする62.2kg/hrの排水17は膜処理設備18に導入される。この膜処理設備18は電気透析膜とその前処理装置および周辺装置で構成されている
ここで排水17は濃縮され9.3kg/hrの濃縮水20が得られた。この濃縮水20を蒸発乾固装置21に導入して真空蒸発缶にて蒸発乾固させた。3.6kg/hrの塩化ナトリウム22が得られ、この時蒸発乾固の熱源として要した水蒸気量は5kg/hrであり、膜処理によって蒸発液量が減少したため、実施例１に比べて熱源の水蒸気量を大幅に低減できた。またここで生じる塩化物は塩化ナトリウムであるため、取り扱い易く、また腐食性も低いため、設備の劣化も低減できると考えられる。
膜処理設備18で得られた52.9kg/hrの脱塩水19と蒸発乾固設備21で生じた蒸気を蒸気冷却装置としてのコンデンサー23で冷却し再液化して得られた7.5kg/hrの回収水24は撹拌槽３と濾過設備４に導入し再利用した。
【００３５】
この様に図３に示した装置により、実施例１と同様にごみ焼却飛灰をセメント原料として適するような塩素濃度まで脱塩ができ、洗浄で生じた排水も循環使用する事で使用水量も節約できた。
さらにカルシウムをナトリウムに置換することで最終的に取り出される塩化物を塩化ナトリウムとすることもできて、塩化物の取り扱い方法や腐食性についての問題点についても解決できたと考えられる。
また、膜処理設備18を使用することで蒸発乾固する排水量を減じ使用蒸気量も大幅に節約できることが実証された。
なお、実施例２の実験も系が安定してから６時間連続して行った。
【００３６】
この図２の実施例２の様に排水17は塩化ナトリウム水溶液となる。そこでこの塩化ナトリウム水溶液から本発明の水処理工程に使用する水酸化ナトリウムまたは炭酸ナトリウムを生成使用することが考えられる。
図４のようにイオン交換膜により水酸化ナトリウム26を生成し、排水の有害成分除去でのpH調整用に使用できる。
また、図５のようにソルベー法または塩安ソーダ法によって炭酸ナトリウムを生成しカルシウムイオンとナトリウムイオンの置換反応での添加剤として使用することも可能である。
以上説明したきたように、本発明の方法によって、ごみ焼却炉の飛灰をセメント原料にリサイクルでき、この系から排出される排水も排水基準を充分に満足する安全なものである。また、排水を脱塩して再利用することで使用水量も大幅に節約できる。
【００３７】
実施例３
図１に示した設備を実験用に仮設し、塩素バイパスダストの水洗実験を行った。
まず、攪拌槽3に塩素15％を含有する塩素バイパスダストを15kg/hrの投入量で投入し、これに約50℃に加熱した温水を20kg/hrで添加し、攪拌槽3での滞留時間が約1時間となるように設定し、攪拌した。使用した塩素バイパスダストの分析値を表２に示す。
【００３８】
【表２】
0004210456.tif 000003
【００３９】
次に、この懸濁液を濾過装置４のベルトフィルターで濾過し、50℃、55kg/hrの温水でケーク洗浄を行った。
こうして脱塩ケーク約25kgが得られ、このケークを乾燥させ、塩素を分析したところ0.15%であり十分に塩素が除去できた。
表２に使用した塩素バイパスダストの分析値を示す。
【００４０】
次に、実際に塩素バイパスダストの脱塩ケークを使用してセメントを試製した。セメントクリンカ生産量7000t/dayのセメントキルンから塩素バイパス設備によって４％の抽気率で排ガスを抽気すると約4t/dayの塩素バイパスダストが回収される。この塩素バイパスダストを全て本発明の方法で処理し、セメント原料として使用しようとすると、11200t/dayの原料の内6.08t/dayの塩素バイパスダスト脱塩ケークを使用することになる。よって、本実施例ではこの割合で原料に塩素バイパスダストの脱塩ケーク5および濾液7を処理した際に生じた沈殿物である炭酸カルシウムを主成分とする重金属含有化合物１０を使用してセメントの試製を行った。
【００４１】
このようにして試製したセメントの品質を表３に示す。
【００４２】
【表３】
0004210456.tif 000004
【００４３】
表3の様に試製したセメントの塩素濃度は0.005%であり、JIS規格を十分に満足する濃度であった。また、JIS法によるセメントの圧縮強度試験の結果は材齢３日で27.5N/mm2、材齢7日42.8 N/mm2で、材齢28日で59.5 N/mm2であり、圧縮強度も十分に規格を満足するものであった。
次に、濾過設備4から排出された濾液7を有害成分除去設備８で処理した後の排水9の分析を行った。その結果を表４に示す。このように本発明の方法により排出される排水9は有害物質、環境項目ともに下水道への排出基準および水質汚濁法による排水基準を満足した。
【００４４】
【表４】
0004210456.tif 000005
【００４５】
以上の実施例3のように本発明の方法によってごみ焼却灰と同様に塩素バイパスダストを使用しても十分にセメント原料として使用できるような塩素濃度まで脱塩が可能であり、排水も排出基準を満たすものとなった。また、この排水はごみ焼却灰を処理した場合と同様に塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウムを含む溶液であり、図2、図3、図4のような方法でこの排水を有効利用することが可能であることは明らかである。
また、本発明の方法によってアルカリバイパスダストを使用しても同様な効果が得られることは明らかである。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の方法によって以下の様な効果が得られる。
ごみ焼却炉より排出される飛灰を水に添加してスラリー化し、飛灰に含まれている塩素を溶出させ、これを濾過して、飛灰から塩素を充分に除去することができ、これによって、飛灰をセメント原料として使用することが可能である。
また、この時に排出される濾液も有害成分を沈殿・濾過により除去することにより、排水には塩化物が溶出しているのみで、有害成分が系外に流出する恐れはなく安全である。
このように、従来埋め立て処理されていた飛灰を有効に利用でき、逼迫している埋め立て用地の問題や埋め立て用地周辺の有害物質の溶出による環境汚染問題の解決策となる。
【００４７】
さらに、排水を直接蒸発または膜処理によって濃縮後蒸発させて塩化物を分離して、この蒸留水を再使用する事によって塩化物の溶解した排水を系外へ放流することもなるため、塩化物溶液による河川水域の環境への影響を防止できる。
また、排水に溶解しているカルシウムをナトリウムに置換することによって、膜処理工程での膜へのスケール付着防止が可能で膜の延命化がはかられ、蒸留工程でも塩化カルシウムに代わって塩化ナトリウムが生成するため、腐食性や潮解性が低くなり、設備の腐食防止や、析出物のハンドリング性の向上がはかられる。
【００４８】
また、飛灰を水洗して得られる塩化物溶液のカルシウムをナトリウムに置換することによって得られた塩化ナトリウム溶液から、イオン交換膜によって水酸化ナトリウムが、ソルベー法または塩安ソーダ法によって炭酸ナトリウムの生成が可能であり、これらの薬品を飛灰水洗の水処理工程で使用することにより、ランニングコストの低減をはかることができ、排水から除去した塩素の処分に窮することもない。
【００４９】
また、アルカリバイパスダスト、塩素バイパスダストを本発明の方法により水洗処理す事でセメント原料として使用することが可能である。従来、アルカリバイパスダスト、塩素バイパスダストはそのままセメントに混合されていたが、廃棄物のセメントキルンでのリサイクルが進められた場合、これらの発生量が増加することが予測され、そのままセメントへ混合する方法では対処できなくなると考えられる。また、埋め立て処理をする場合にはそのための費用も発生し、さらに近年、埋め立て用地の逼迫も問題となっている。本発明の方法はこのような問題を解決する有効な手段である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のセメント原料化処理方法を実施する装置の構成図である。
【図２】  本発明のセメント原料化処理方法を実施する他の装置の装置の構成図である。
【図３】  本発明のセメント原料化処理方法を実施するさらに他の装置の装置の構成図である。
【図４】  本発明のセメント原料化処理方法を実施するさらに他の装置の装置の構成図である。
【図５】  本発明のセメント原料化処理方法を実施するさらに他の装置の装置の構成図である。
【符号の説明】
１  処理対象物、２  水、４  濾過設備、５  脱塩ケーク、７  濾液、８  有害成分除去設備、９  排水、11，21  蒸発乾固設備、12，22  塩化物、13，23  蒸気冷却装置としてのコンデンサー、15  Ｃａ−Ｎａ置換反応装置、16  炭酸カルシウム、18  膜処理設備、19  脱塩水、25  ＮａＯＨの製造設備、26  水酸化ナトリウム、28  炭酸ナトリウムの製造設備、29  炭酸ナトリウム。
【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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