(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
含アルカリ金属無機系廃棄物と、含アルカリ金属無機系廃棄物以外の窯業原料として再利用が可能な無機化学成分を含む無機系廃棄物と、含塩素可燃性廃棄物と、塩素非含有可燃性廃棄物とを被処理物とし、該被処理物中に含まれるアルカリ金属のモル数をＲ、上記被処理物中に硫酸根として存在するイオウのモル数をＳ、上記被処理物中に含まれる塩素のモル数をＣｌとして、これらのモル数が、１≦（Ｒ−２Ｓ）／Ｃｌ≦１．２の関係を満たし、かつ含有される重金属の金属のモル数の和をＭｅとして、１≦（Ｒ＋２Ｍｅ−２Ｓ）／Ｃｌ≦１．２の関係を満たすように、上記各々の被処理物の廃棄物加熱設備への各々の投入量を制御し、被処理物に含まれる塩素の一部を被処理物中の重金属と反応させ、かつ他の主要部の塩素を被処理物中のアルカリ金属で中和し、得られる反応生成物を排ガス中に移行させ系外へ抜き出すとともに、含塩素可燃性廃棄物と塩素非含有可燃性廃棄物とを燃焼して得られる熱量を、上記廃棄物加熱設備の処理エネルギーとして活用し、窯業原料として再利用が可能な無機化学成分を含む無機系廃棄物を再資源化するようにしたことを特徴とする窯業原料として再利用が可能な無機化学成分を含む無機系廃棄物の再資源化方法。
【請求項２】
上記廃棄物加熱設備に副資材を全投入資材の５〜４０重量％投入することを特徴とする請求項１の再資源化方法。
【請求項３】
上記廃棄物加熱設備から得られたダストに含まれる重金属類を湿式処理し、重金属を濃縮及び回収することを特徴とする請求項1又は２の再資源化方法。
【請求項４】
上記湿式処理の工程から排出される排水から塩類を回収することを特徴とする請求項３の再資源化方法。
【請求項５】
上記加熱設備の排ガスの余熱を、ダストに含まれる重金属類の湿式処理の設備又は塩類を回収するための設備で、水分を蒸発除去させるために、又は重金属塩の溶解促進に用いることを特徴とする請求項４の再資源化方法。
【請求項６】
加熱処理後の被処理物を粉末状、又はクリンカ状で上記加熱設備から排出させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの再資源化方法。
【請求項７】
加熱処理後の被処理物を溶融状で加熱設備から排出させることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの再資源化方法。
【請求項８】
石灰を副資材として上記加熱設備に投入することを特徴とする請求項１〜７のいずれかの再資源化方法。
【請求項９】
上記加熱設備としてロータリーキルンを使用し、該ロータリーキルン内で、上記含塩素可燃性廃棄物と塩素非含有可燃性廃棄物とを燃焼し、セメント原料又はセメント混合材を得ることを特徴とする請求項１〜８のいずれかの再資源化方法。
【請求項１０】
上記廃棄物加熱設備の後段のクーラに、塩素非含有可燃性廃棄物を投入することを特徴とする請求項１〜９のいずれかの再資源化方法。
【請求項１１】
上記被処理物を保管するための貯蔵設備と、上記被処理物中の有害物を分解したり分離したりするための加熱設備と、上記被処理物のうち含塩素可燃性廃棄物及び塩素非含有可燃性廃棄物を上記加熱設備の燃料とする燃料化設備と、上記被処理物の性状を監視する監視設備と、上記加熱設備の排ガス中に液体又は気体として存在する有害物を固体物へ転換するための冷却設備と、上記固体物を含有するダストを捕集するための集塵設備とを具備し、さらに必要に応じて、上記被処理物から異物を取り除くための異物除去設備と、上記被処理物を処理に適する荷姿に転換するための前処理設備と、被処理物の均斉化のための調合混合設備と、排ガス中の粒径の粗いダストを加熱設備へ戻すための分離設備とから選択される設備を備えた請求項１〜１０のいずれかの再資源化方法を実施するための廃棄物の再資源化装置。
【請求項１２】
ダストに含まれる重金属類を湿式処理して濃縮及び回収するための設備を具備することを特徴とする請求項１１の廃棄物の再資源化装置。
【請求項１３】
上記湿式処理の工程から排出される排水から塩類を回収する設備を具備することを特徴とする請求項１２記載の廃棄物の再資源化装置。
【請求項１４】
上記加熱設備がアルカリ金属含有物質の添加設備を具備することを特徴とする請求項１２〜１３のいずれかの廃棄物の再資源化装置。
【請求項１５】
上記加熱設備にロータリーキルンを採用することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかの廃棄物の再資源化装置。
【請求項１６】
上記加熱設備にロータリーキルン以外の加熱炉を採用することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかの廃棄物の再資源化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窯業原料として再利用が可能な無機化学成分を含む無機系廃棄物の再資源化方法及び再資源化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみ焼却灰は、１９９２年の「廃棄物の処理及び清掃に関する法律」の改正により特別管理一般廃棄物の指定を受け、中間処理が義務づけられている。それらの中間処理方法としては、セメントあるいは薬剤を用いた不溶化処理法、電気炉を用いた溶融固化法、溶媒抽出法等がある。このうち最も一般的な処理方法は、セメント固化剤等による不溶化処理後、管理型の最終処分場にて処分するものである。しかし、現在では最終処分地も不足しており、その対策が急務となっている。また、近年では溶融固化法による減容化処理も盛んに試みられている。ところが、減容化は処分場の延命策にはなり得ても、根本的な解決にはなり得ない。都市ごみ焼却灰の処理における最大の課題は、いかに再資源化するかという点にある。
【０００３】
一方、近年セメント業界では産業廃棄物を始めとする各種廃棄物の有効利用が盛んに行なわれている。しかしながら、都市ごみ焼却灰を始めとする塩素及び重金属を含有する廃棄物の再資源化には限界がある。特に、セメント中の塩素及びアルカリ金属の含有量はＪＩＳで規制されている。さらに、塩素についてはセメント原料から分離された塩素が低融点化合物を形成し、セメント製造プラントの各所内部に付着して運転を阻害してしまう。このことからも、塩素を含有する廃棄物のセメント資源化には限界がある。
【０００４】
一方、土壌は主としてシリカ、アルミナ等窯業製品の原料に必須の化学成分から構成されている。ところがいったん重金属、ダイオキシン類等の有機ハロゲン化合物、ＰＣＢ、シアン化合物、油類等で汚染されると、原料としての利用が困難となってしまう。
【０００５】
また一方、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等は塩素を多量に含むプラスチックの代表である。これらのプラスチックを直接焼却すると、ダイオキシン類等の有害物を副生することからその最終処分は今日大きな社会問題となっている。
【０００６】
さらに、廃車シュレッダーダスト、廃家電シュレッダーダスト等もその主体はプラスチック類でサーマルリサイクルが可能であり、油化やガス化等による処理技術の開発が進められている。ところが、これらシュレッダーダストは金属、ガラス屑、土壌等種々の材料の混合物であることに加えてそのハンドリング性も著しく悪いことから、新しい処理技術の実用化には課題が多い。
【０００７】
処理困難な廃棄物のいくつかの例について上述した。これら廃棄物に対する従来の処理は、処理の対象とする廃棄物ごとに異なる処理の手段及び設備が選択されている。この結果、処理の地点が分散するほか、設備の建設コストが増加するという問題が生じる。また、二次廃棄物の処理に課題を残している技術も少なくない。
【０００８】
そこで、単一の処理システムのなかで、種類及び性状の異なる複数の廃棄物を同時に無害化し、かつまた再資源化が達成できる技術が望まれる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に対して、種類及び性状の異なる複数の廃棄物を同時に無害化し、かつまた再資源化することができるようにした窯業原料として再利用が可能な無機化学成分を含む無機系廃棄物の再資源化方法及び再資源化装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、窯業原料として再利用が可能な無機化学成分を含む無機系廃棄物の再資源化方法であって、含アルカリ金属無機系廃棄物と、含アルカリ金属無機系廃棄物以外の窯業原料として再利用が可能な無機化学成分を含む無機系廃棄物と、含塩素可燃性廃棄物と、塩素非含有可燃性廃棄物とを被処理物とし、該被処理物中に含まれるアルカリ金属のモル数をＲ、上記被処理物中に硫酸根として存在するイオウのモル数をＳ、上記被処理物中に含まれる塩素のモル数をＣｌとして、これらのモル数が、１≦（Ｒ−２Ｓ）／Ｃｌ≦１．２の関係を満たし、かつ含有される重金属の金属のモル数の和をＭｅとして、１≦（Ｒ＋２Ｍｅ−２Ｓ）／Ｃｌ≦１．２の関係を満たすように、上記各々の被処理物の各々の投入量を制御し、被処理物に含まれる塩素の一部を被処理物中の重金属と反応させ、かつ他の主要部の塩素を被処理物中のアルカリ金属で中和し、得られる反応生成物を排ガス中に移行させ系外へ抜き出すとともに、含塩素可燃性廃棄物と塩素非含有可燃性廃棄物とを燃焼して得られる熱量を、上記廃棄物加熱設備の処理エネルギーとして活用し、窯業原料として再利用が可能な無機化学成分を含む無機系廃棄物を再資源化するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る再資源化方法では、上記したように上記被処理物中に含まれるアルカリ金属のモル数をＲ、上記被処理物中に硫酸根（ＳＯ3）として存在するイオウのモル数をＳ、上記被処理物中に含まれる塩素のモル数をＣｌとして、これらのモル数が、１≦（Ｒ−２Ｓ）／Ｃｌ≦１．２の関係を満たすように、各々の被処理物の各々の投入量を制御することが好ましい。なお、ここでいう被処理物とは副資材も含めた概念であり、副資材から持ち込まれるＲ、Ｓ、Ｃｌを含む。本発明に係る再資源化方法では、上記廃棄物加熱設備に副資材を全投入資材の５〜４０重量％投入することが好適である。副資材としては、石灰、燃料を挙げることができる。石灰としては、石灰石、生石灰、消石灰を挙げることができる。燃料としては、微粉炭、重油を挙げることができる。
また、本発明に係る再資源化方法では、その一実施の形態で、上記加熱設備から得られたダストに含まれる重金属類を湿式処理し、重金属を濃縮及び回収している。この実施の形態では、上記湿式処理の工程から排出される排水から塩類を回収することが好適である。さらに、上記加熱設備の排ガスの熱を、ダストに含まれる重金属類の湿式処理する設備又は塩類を回収する設備で、水分を蒸発除去させるために、又は重金属塩の溶解促進に用いることが好適である。
【００１２】
加熱処理後の被処理物は、粉末状、又はクリンカ状で上記加熱設備から排出させることができる。また、加熱処理後の被処理物は、溶融状で上記加熱設備から排出させることができる。
本発明に係る再資源化方法は、加熱処理によって発生する酸性ガスの中和のため、石灰を副資材として上記加熱設備に投入することが好適である。
本発明に係る再資源化方法は、上記加熱設備としてロータリーキルンを使用し、該ロータリーキルン内で、上記含塩素可燃性廃棄物と塩素非含有可燃性廃棄物とを燃焼し、セメント原料を得ることをその実施の形態として含む。
また、本発明に係る再資源化方法では、上記廃棄物加熱設備の後段のクーラに木屑等の塩素非含有可燃性廃棄物を投入することもできる。
【００１３】
本発明は、別の側面において、再資源化方法を実施するための廃棄物の再資源化装置であり、該再資源化装置は、上記被処理物を保管するための貯蔵設備と、上記被処理物中の有害物を分解したり分離したりするための加熱設備と、上記被処理物のうち含塩素可燃性廃棄物及び塩素非含有可燃性廃棄物を上記加熱設備の燃料とする燃料化設備と、上記被処理物の性状を監視する監視設備と、上記加熱設備の排ガス中に液体又は気体として存在する有害物を固体物へ転換するための冷却設備と、上記固体物を含有するダストを捕集するための集塵設備とを具備し、さらに必要に応じて、上記被処理物から異物を取り除くための異物除去設備と、上記被処理物を処理に適する荷姿に転換するための前処理設備と、被処理物の均斉化のための調合混合設備と、排ガス中の粒径の粗いダストを加熱設備へ戻すための分離設備とから選択される設備を備える。
この再資源化装置は、ダストに含まれる重金属類を湿式処理して濃縮及び回収するための設備を具備することが好適である。また、この装置は、上記湿式処理の工程から排出される排水から塩類を回収する設備を具備することが好適である。上記被処理物の性状を監視する監視設備としては、被処理物中の塩素、ＳＯ3(硫酸根として存在するイオウ)、アルカリ金属の含有量（割合）を蛍光Ｘ線で分析する蛍光Ｘ線分析装置が好適である。
【００１４】
上記加熱設備は、アルカリ金属含有物質の添加設備を具備することができる。本発明に係る廃棄物の再資源化装置は、上記加熱設備にロータリーキルンを採用したものをその実施の形態として含み、該再資源化装置では、当該ロータリーキルン内で、上記含塩素可燃性廃棄物と塩素非含有可燃性廃棄物とを燃焼し、セメント原料を得る。なお、加熱設備にロータリーキルン以外の加熱炉を採用することもできる。
【００１５】
本発明の処理の対象となる廃棄物は、以下のとおりである。
１.含アルカリ金属無機系廃棄物：アルカリ金属源としての利用が可能な廃ガラス、陶器等を挙げることができる。なお、この含アルカリ金属無機系廃棄物に含まれるアルカリ金属の含有量は、１〜５０重量％、好ましくは３〜５０重量％である。
２.含アルカリ金属無機系廃棄物以外の窯業原料として再利用が可能な無機化学成分を含む無機系廃棄物：重金属類、有機塩素化合物、又は油類等で汚染され、かつ窯業原料として再利用が可能な無機化学成分を含むごみ焼却主灰、飛灰、ごみ溶融飛灰、土壌等を挙げることができる。なお、廃棄物の属性上アルカリ金属を全く含まないことはほとんどの場合ないことから、１重量％未満のアルカリ金属を含むものをこの窯業原料として再利用が可能な無機化学成分を含む無機系廃棄物とする。
３.含塩素可燃性廃棄物：塩素を含み直接焼却によりダイオキシン類等の有害物を副生する廃ポリ塩化ビニル製品等を挙げることができる。例えば、農業分野でハウス資材として利用される廃塩化ビニルシート、建設廃材として生じる塩化ビニル製品、電線及びその被覆材、廃車シュレッダーダスト、廃家電シュレッダーダスト等を挙げることができる。なお、この含塩素可燃性廃棄物に含まれる塩素の含有量は、０．５〜５０重量％、好ましくは１〜５０重量％である。
４.塩素非含有可燃性廃棄物：塩素成分の含有量は少ないが最終廃棄に課題のある廃プラスチック類が含まれる。このようなプラスチック類は、文言上塩素を全く含まないプラスチック等を指称する。しかし、廃棄物の属性上塩素を全く含まないことは困難である。そこで、本発明では、塩素含有量が０．５重量％未満のものを塩素非含有可燃性廃棄物として処理する。また、塩素非含有可燃性廃棄物には、木屑、ゴム、廃タイヤ等や、これらの炭化物を含める。
【００１６】
本明細書中、「回収」とは、当業者にとって一般的に理解される意義の他、「分離のみ」、「除去のみ」又は、「分離」もしくは「除去」したものを、有価な化合物として得ることも含む。
本明細書中、「被処理物」の語を用いる場合、本発明の処理原料となる含アルカリ金属無機系廃棄物と、含アルカリ金属無機系廃棄物以外の窯業原料として再利用が可能な無機化学成分を含む無機系廃棄物と、含塩素可燃性廃棄物と、塩素非含有可燃性廃棄物とを全て含む概念で用いる他、以下のロータリーキルンに投入する含アルカリ金属無機系廃棄物と、含アルカリ金属無機系廃棄物以外の無機系廃棄物のように、いくつかの種類の廃棄物のみを指称する場合がある。さらに、上記廃棄物に加えて加熱設備に投入される副資材を含めて指称する場合がある。また、処理前の対象物を「被処理物」と指称する場合の他、処理後も便宜上「被処理物」として表現するときもある。なお、被処理物をロータリーキルンに投入する実施の形態では、特に、「被加熱処理物」と記載している。
【００１７】
本発明では、以下の実施の形態に関する説明でさらに明らかとなるように、ごみ焼却主灰、飛灰、ごみ溶融飛灰、又は重金属及び塩素を含有する無機系廃棄物、及び可燃性廃棄物を原料とし、原料の投入にあたって投入量を制御し、有害な重金属類と塩素を廃棄物同士の配合によって分離し、可燃性廃棄物を燃料として再利用し、重金属、塩素を除去した無機物を、セメント等の窯業製品の原料として再資源化すると共に、分離した重金属及び塩類を再資源化の容易な状態の有価物として回収することを可能としている。また、本発明では、廃棄物から直接セメントを製造する方法と比較して、セメントを構成する元素の量比を厳格に制限する必要がないため、従来利用できなかった廃棄物が利用可能となり、副資材に対する廃棄物の処理割合の増大を可能としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示した実施の形態を参照しながら、本発明に係る再資源化方法及び再資源化装置を説明する。図１は、本発明に係る再資源化方法を実施する再資源化装置の一実施の形態について、そのシステムフローを説明する概念図である。図1において、１００〜１１０は、受け入れ廃棄物の貯蔵設備である。本発明では、アルカリ金属源としての利用が可能な廃ガラス等の含アルカリ金属無機系廃棄物を処理対象の一つとしている。本実施の形態では、廃ガラス貯蔵タンク１００を備える。この廃ガラス貯蔵タンク１００には、陶器の廃棄物を貯蔵することもできる。
【００１９】
また、本発明の処理対象となる重金属を含有する無機廃棄物としては、上記都市ごみ焼却灰及び飛灰のほか、溶融飛灰、重金属汚染土壌等から選ぶことができる。これらは、各々単独で加熱処理しても構わないし、複数を混合して加熱処理しても良い。これらは、本発明では、含アルカリ金属無機系廃棄物以外の窯業原料として再利用が可能な無機化学成分を含む無機系廃棄物の範疇に入る。
【００２０】
本実施の形態では、このような無機系廃棄物の貯蔵設備として、飛灰貯蔵タンク１０２、焼却灰貯蔵タンク１０４を備えている。飛灰貯蔵タンク１０２には、飛灰、溶融飛灰を貯蔵することとしている。焼却灰貯蔵タンク１０４には、重金属汚染土壌、焼却灰等を貯蔵することができる。
【００２１】
一方、本発明で処理対象となる含塩素可燃性廃棄物としては、前述したように農業分野でハウス資材として利用される廃塩化ビニルシート、建設廃材として生じる塩化ビニル製品、電線及びその被覆材、廃車シュレッダーダスト、廃家電シュレッダーダスト等を挙げることができる。本実施の形態では、これらの貯蔵設備として、含塩素可燃性廃棄物タンク１０６を備える。さらに、本実施の形態では、塩素非含有可燃性廃棄物の貯蔵設備として、塩素非含有廃プラスチックタンク１０８、木屑タンク１１０を備える。
【００２２】
廃ガラス貯蔵タンク１００からの廃ガラスは、クーラ１５４から搬出されるセメント原料の不良品と共に、コンベア１１２を経て、ガラス粉砕機１１４に搬送する。ここで粉砕した粉体は、バグフィルタ１１６に吹き上げられ、粉体自体は、原料混合タンク１１８、１２０を経て１２２に至る。不良品とは、加熱処理が不十分等の理由により、塩素等の含有量が後述の所望の値まで低減されなかったものをいう。上記原料混合タンク１１８、１２０には、飛灰貯蔵タンク１０２からの飛灰、溶融飛灰も貯蔵される。
【００２３】
また、焼却灰貯蔵タンク１０４からの、重金属汚染土壌、又は焼却灰は、破砕機１２４を経て、乾燥処理装置１２６で乾燥処理される。比較的粒度の細かい成分（粒径３ｍｍ以下）は、バグフィルタ１２８を通して、粉体成分が中間タンク１３０に送られる。また、粒度の粗い成分は、分離機１３２から破砕機１３４に送る。ここで、破砕し、さらに分離機１３６で粒度の細かい成分（粒径３ｍｍ以下）を中間タンク１３０に送る。中間タンク１３０で貯蔵された成分も、原料混合タンク１１８、１２０に送る。
【００２４】
含塩素可燃性廃棄物タンク１０６からの含塩素可燃性廃棄物、塩素非含有廃プラスチックタンク１０８からの廃プラスチックは、各々廃プラスチック粉砕装置１３８、１３９で粉砕処理する。例えば、プッシャー機構付一軸せん断破砕機で粗砕し、微粉砕用一軸せん断破砕機等で微粉砕する。その後、各々含塩素可燃性廃棄物の中間タンク１４０、塩素非含有廃プラスチックの中間タンク１４２に貯蔵される。
【００２５】
さらに、本実施の形態では、副資材として、石灰石を投入するため、石灰石タンク１４４に石灰石を貯蔵する。この石灰石は、塩化水素等の酸性ガスの吸着を補助する目的で投入する。
【００２６】
廃棄物等の被加熱処理物を、セメント原料等の窯業原料として再資源化するときには、通常のセメント製造に使用される他の原料と均一に混合する必要がある。そのためには本発明による被加熱処理物を粉砕する必要がある。しかし、被加熱処理物の全体が溶融するまで加熱されると粉砕エネルギーの増加につながる。一方、被加熱処理物を加熱処理し、粉末状あるいは部分的に溶融したクリンカ状で加熱設備から排出させると、より小さなエネルギーで粉砕することができるので、再資源化の際のコスト低減が図られる。このように、処理後の被加熱処理物を粉末状あるいはクリンカ状で加熱設備から排出させる方法としては、加熱設備への投入に先立つ調合混合の工程で、ＣａＯ成分やＡ１2Ｏ3成分に富む廃棄物の割合を増すようにすればよい。したがって、本実施の形態では、天然の石灰石を副資材として用いている。
【００２７】
本実施の形態では、含アルカリ金属無機系廃棄物と、含アルカリ金属無機系廃棄物以外の窯業原料として再利用が可能な無機化学成分を含む無機系廃棄物を含む被処理物の性状を図示しない監視装置によって監視し、均斉化を図る。すなわち、蛍光Ｘ線分析装置によって、これらの無機系廃棄物を含めて各々の被処理物中の塩素、被処理物に由来して排ガス中に現れるべきＳＯ3、アルカリ金属の含有量を把握する。これによって、後段の加熱設備に送られるべき調合原料が所定の範囲のアルカリ金属成分を含むように調整する。すなわち、上記被処理物中に含まれるアルカリ金属のモル数をＲ、上記被処理物中に硫酸根として存在するイオウのモル数をＳ、上記被処理物中に含まれる塩素のモル数をＣｌとして、これらのモル数が、１≦（Ｒ−２Ｓ）／Ｃｌ≦１．２の関係を満たすように、各々の無機系廃棄物の各々の投入量を制御する。なお、ＳＯ3（硫酸根）が存在することによって、アルカリ金属が消費されるので、その分を２Ｓとして修正している。廃棄物中に比較的多く含有される重金属としては、鉛、銅、亜鉛が挙げられる。これらは２価の塩化物として揮発するので、これらの金属のモル数の和をＭｅとすれば次式により制御することができる。１≦（Ｒ＋２Ｍｅ−２Ｓ）／Ｃｌ≦１．２原料混合タンク１１８、１２０では、調合原料の調合混合設備としての機能を果たす。また、一時保管タンク１２２は、加熱設備での処理速度の調節を図るために用いられる。
【００２８】
そして、本実施の形態では、石灰石を二次炉１４６に投入する。ロータリーキルン１５０で捕捉できなかった酸性ガスを二次炉１４６内で中和する。この二次炉１４６は、原料に含まれる未燃分がロータリーキルン１５０から飛散する分を重油バーナ１４８によって二次燃焼する目的の炉でもある。この重油バーナ１４８で消費される重油も副資材である。一時保管タンク１２２からの被加熱処理物（調合原料）は、ロータリーキルン１５０のインレットフード１５１から投入する。このように、本実施の形態では、加熱設備にロータリーキルンを採用している。ロータリーキルン１５０では、加熱処理によって、廃棄物由来の被加熱処理物中の有害物を破壊したり分離したりする。二次炉１４６、ロータリーキルン１５０を廃棄物の加熱設備とし、これらに投入する副資材を全投入資材の５〜４０重量％とすることが好適である。
【００２９】
被加熱処理物は、ロータリーキルン１５０内で加熱処理される。ロータリーキルン１５０は、バーナ１５２を備えている。このバーナ１５２には、中間タンク１４０からの含塩素可燃性廃棄物、中間タンク１４２からの塩素非含有廃プラスチックが燃料として供給される。これらの可燃物の他に、さらに廃油を補助燃料としても良い。これら廃棄物の燃焼により得られる熱量のみでは加熱処理のための熱量が不足する場合には、副資材として微粉炭や重油などの燃料を用いることができる。このような燃料の吹き込みにあたって、前記したように蛍光Ｘ線分析装置によって、予め可燃性廃棄物の性状を監視し、含塩素可燃性廃棄物中の塩素含有量を把握する。前記したように、無機系廃棄物に含まれるアルカリ金属も把握している。
そこで、前記したように、上記被処理物中に含まれるアルカリ金属のモル数をＲ、上記被処理物中に硫酸根として存在するイオウのモル数をＳ、上記被処理物中に含まれる塩素のモル数をＣｌとして、これらのモル数が、１≦（Ｒ−２Ｓ）／Ｃｌ≦１．２の関係を満たすように、各々の可燃性廃棄物の各々の投入量を制御する。
なお、無機系廃棄物自体に塩素が含有される場合でも、本発明を実施することができる。したがって、被加熱処理物中の塩素含有量も監視することが好適である。各々の廃棄物の投入割合を上記のとおり調整することにより、加熱処理によって得られるセメント原料が、アルカリ金属の含有量が２．０重量％以下、好ましくは０．７５重量％以下、塩素が０．１重量％以下、好ましくは５００ｐｐｍ以下となるように調整できる。
なお、含塩素可燃性廃棄物、塩素非含有廃プラスチックの性状によっては、バーナ１５２の燃料として、投入することができない。そこで、可燃性廃棄物のうち燃焼カロリーが５０００ｋｃａｌ／ｋｇ未満のものを、無機系廃棄物と混合して投入することとしている。さらに、このようなものは、粉砕せずに直接インレットフード１５１に投入することができる。
【００３０】
ロータリーキルン１５０では、上記したように、通常被加熱処理物の供給側と反対の側にバーナ１５２等の熱源が配置され、被加熱処理物はこの熱源の方向へ燃料の燃焼排ガスは被加熱処理物の進行方向とは逆の方向すなわち被加熱処理物の供給側へ移動する。したがって、加熱設備がロータリーキルンである場合、被加熱処理物はロータリーキルン１５０の回転にともなって順次低温部から高温部へ移動する。重金属の大半は１２００℃までに塩化物となり揮発して被加熱処理物から分離される。塩素の残留する被加熱処理物は引き続きロータリーキルン１５０の高温部へ向かって移動する。
【００３１】
なお、この場合、アルカリ金属元素を含有する物質の添加は、特開平２００１−５４７７５号公報の公知技術にしたがいロータリーキルンの熱源の方向から連続的に行うこともできる。添加されたアルカリ金属元素は被加熱処理物中に残留する塩素と高温で容易にアルカリ塩化物となり揮発して被加熱処理物から分離される。
【００３２】
加熱処理により、十分な無害化が達成され、ロータリーキルン１５０から排出されたクリンカ（処理後の被加熱処理物）は、クリンカクーラ１５４に入り、冷却用空気１５６によって冷却される。ここで、木屑タンク１１０から、木屑を図示しないシュートでクリンカクーラ１５４に投入する。クリンカの持つ余熱で処理される。また、木屑と共にタンク１０８からの塩素を含有しない可燃性廃棄物を投入することもできる。この可燃性廃棄物は、比較的燃焼カロリーの低いものである。重金属及び塩素を含有する廃棄物から重金属、塩素及びアルカリ金属が揮発した廃棄物の無機質部分は、大部分がカルシウム、鉄、アルミ、シリカといったセメントの主要成分からなる鉱物で構成される。したがって、粉砕後、窯業製品の原料として再資源化が可能である。本実施の形態では、セメント原料として再資源化している。
【００３３】
廃棄物の種類や配合によっては１０００℃以上の加熱処理により、容易に被加熱処理物の全体が溶融することがある。上記したように、被加熱処理物を粉末状あるいはクリンカ状でロータリーキルン等の加熱設備から排出させるためには多量の副資材を必要とする。このような場合には、あえて被加熱処理物を粉末状あるいはクリンカ状で加熱設備から排出させる必要はなく、溶融状で排出すればよい。被加熱処理物は冷却後いわゆる溶融スラグとなるので、そのまま又は粉砕して土工用の骨材としての利用が可能である。
【００３４】
一方、本実施の形態では、排ガスを、ライン１５８から抽気する。抽気排ガスは、抽気ライン１５８からサイクロン１６０に至る。ここで、固気分離が行われ、粗いダスト成分は、ロータリーキルン１５０に戻される。ガス成分は、バグフィルタ１６２に送る。なお、バグフィルタ１６２に送る直前に冷却風を吹き込んで、冷却された重金属及び塩素は、固化物となり、粒径の細かいダスト中に存在し、バグフィルタ１６２で捕集される。
【００３５】
バグフィルタ１６２で分離したダスト成分には、重金属の塩化物、アルカリ金属の塩化物が含まれる。本実施の形態では、ダスト成分を重金属回収装置１６４に送る。
【００３６】
ここで、ロータリーキルン１５０から排出されるダスト中には、投入された廃棄物の一部がそのまま飛散して混入している。廃棄物の飛散が多量に及ぶ場合には、バグフィルタで捕集されるダストの重金属濃度が低下する。このため、重金属濃縮処理を施しても再資源化に堪えうる品質を確保できない。そこで、排ガス中に飛散混入した被加熱物ダストは、サイクロン１６０で捕獲し、ロータリーキルン１５０へ戻している。すなわち、粒度の細かいダストを微粉側、粒度の粗い廃棄物を粗粉側に分離することで、微粉側のダスト中の重金属濃度を上げる。
【００３７】
重金属回収装置１６４としては、湿式の精錬装置等、当業者によって一般的に用いられるものを採用することができる。例えば、回収したダスト状の低融点化合物を水洗いし、酸・アルカリ溶出、硫化物析出等を適宜組み合わせ、銅成分、鉛成分を含む金属精錬原料として分別する。各々をサイロ１６８、１７０に貯蔵する。なお、亜鉛成分、カドミウム成分等他の成分を分離することもできる。このように人工鉱石を得ることができる。また、重金属を回収した後のろ液や洗浄水をアルカリ金属塩回収装置１６６に送る。
【００３８】
アルカリ金属塩回収装置１６６では、種々の手法によって、アルカリ金属塩を回収することができる。例えば、上記ろ液、洗浄水を煮沸して過飽和状態とし、しかる後に冷却し、析出させるといった手法によって回収することができる。この際、溶解特性の相違によって、塩化カリウム、塩化ナトリウムを分別することも可能である。したがって、例えば肥料として再利用可能な塩化カリウムを回収することができる。分別した塩化カリウムは、タンク１７２に、塩化ナトリウムは、タンク１７４に貯蔵する。
【００３９】
ここで、ロータリーキルン１５０の排ガスはかなり高温であり、重金属回収装置１６４、アルカリ金属塩回収装置１６６で、重金属塩を溶解したり、水分を蒸発除去させるために用いることができる。本実施の形態は、湿式処理による重金属分離濃縮の工程に加えて、この工程より発生する塩水から塩類を回収する工程を含んでいる。これらの工程より回収される人工鉱石及び塩類は、後の再資源化を考慮すると含まれている水分を除去することが望ましい。この水分の除去のために加熱設備で発生する熱を利用することで、エネルギーの有効利用が達成される。
【００４０】
バグフィルタ１６２を経由したガス成分は、脱硝装置等の無害化処理設備１７６等を経て煙突１７８から排出される。バグフィルタ１６２でダストを捕集した後の排ガスには、塩化水素、ダイオキシン等の有害物質は、ほとんど含まれないが、排ガス処理設備により有害物質を完全に除去し、排ガスを無害化することができる。排ガス処理設備は有害物質を除去できるものならどんなものでもよいが、例えば、活性炭、消石灰を吹き込んで、有害物質を吸着あるいは分解して排ガスを無害化処理する設備等である。
【００４１】
【実施例】
実施例１
二次炉１４６を備えない以外図１と同様の再資源化装置を試作した。乾燥ベースで焼却灰４６６．４ｋｇ／ｈ、焼却飛灰６２１．９ｋｇ／ｈ、溶融飛灰１３４．５ｋｇ／ｈ、廃ガラス１５１．３ｋｇ／ｈを混合し、図１に示す一時保管タンク１２２から直接ロータリーキルン１５０へ投入した。石灰石１２５．６ｋｇ／ｈをキルン排ガスに含まれるＨＣｌを吸着する目的で、図１の石灰石タンク１４４から送入した。すなわち、原料をトータル１．５ｔ／ｈでφ１．８ｍ×２８ｍのロータリキルン１５０に送入した。一方、燃料として、塩素含有量が０．５重量％未満の粒径３ｍｍ以下に粉砕した廃プラスチック４０．９ｋｇ／ｈ、粒径３ｍｍ以下に粉砕した廃ポリ塩化ビニル２７．０ｋｇ／ｈ、並びに再生重油１５３ｋｇ／ｈを燃料として使用し、１２５０℃−１３００℃で焼成した。産物として、表１に示すクリンカ並びにダストを得た。ダストについては重金属回収装置にて銅、亜鉛、鉛を回収後、重金属回収工程から排出される塩を含む排水から晶析にてＮａＣｌ、ＫＣｌを回収した。得られたクリンカはセメント工場の原料として利用した。煙突から排出される排ガス中の塩化水素は酸素分圧１２％換算で０〜３０ｐｐｍであった。また、排ガス中のダイオキシンはキルン内で分解されることと、６００℃以上から２００℃まで急冷することによって、０．０５ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ3Ｎ以下であった。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
運転操作方法
焼却灰、焼却飛灰、溶融飛灰、塩化ビニルの入荷量から上記したおよそ配合割合を決定し、廃プラスチックの使用量についてはキルン内温度が１２５０−１３００℃に維持できるキルン熱量の約３０％を塩化ビニルと廃プラスチックで代替した。残りの約７０％の熱源としては再生重油を使用した。以上の投入物の組成から以下の通り、石灰石粉末と廃ガラスの添加量を算出した。石灰石粉末は廃プラスチックの燃焼から発生する塩化水素を捕捉するためにＣａ／Ｃｌ＝８となるように添加した。廃ガラスは（Ｒ−２Ｓ）／Ｃｌ＝１．０となるように廃ガラスを添加した。また、運転中は１回／２時間クリンカをサンプリングし、蛍光Ｘ線分析を行ない、クリンカ中の塩素濃度、アルカリ濃度を監視した。特に塩素濃度が０．１重量％近くになると、塩化ビニルの使用量を減少し、廃プラスチックの使用量を増加することによって、クリンカ中の塩素量を０．１重量％以下に維持するよう制御した。
【００４４】
他の実施の形態加熱設備の排ガス中に液体又は気体として存在する有害物を固体物へ転換するための冷却設備としては、上記実施の形態のように冷却風を吹き込む他に、散水といった手段も採用することができる。固体物を含有するダストを捕集するための集塵設備としては、バグフィルタの他、ベンチュリースクラバーを採用することもできる。さらに必要応じて、被処理物から異物を取り除くための異物除去設備を備えることもできる。被処理物を処理に適する荷姿に転換するための前処理設備としては、各種の破砕機、粉砕機を採用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
上記したところから明らかなように、本発明によれば、種類及び性状の異なる複数の廃棄物を同時に無害化し、かつまた再資源化することができるようにした窯業原料として再利用が可能な無機化学成分を含む無機系廃棄物の再資源化方法及び再資源化装置が提供される。
【００４６】
すなわち、本発明によれば、都市ごみ焼却灰、又は重金属及び塩素を含有する廃棄物等から有害物質を分離することで、セメント等の窯業製品の原料として再資源化することが可能である。また、分離した重金属の人工鉱石及び塩類も再資源化が容易な状態で回収することができ、新たな廃棄物を出すことがない。かつ、加熱設備でも可燃性廃棄物を活用している。したがって、新たに環境を汚染することがなく、埋立等の最終処分を必要としない、窯業原料として再利用が可能な無機化学成分を含む無機系廃棄物を再資源化する完全な再資源化システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る窯業原料として再利用が可能な無機化学成分を含む無機系廃棄物の再資源化方法を実施する廃棄物の再資源化装置の一実施の形態について、その概要を説明する概念図である。
【符号の説明】
１００        廃ガラス貯蔵タンク
１０２        飛灰貯蔵タンク
１０４        焼却灰貯蔵タンク
１０６        含塩素可燃性廃棄物タンク
１０８        塩素非含有廃プラスチックタンク
１１０        木屑タンク
１１２        コンベア
１１４        ガラス粉砕機
１１６        バグフィルタ
１１８、１２０        原料混合タンク
１２２        一時保管タンク
１２４        破砕機
１２６        乾燥処理装置
１２８        バグフィルタ
１３０        中間タンク
１３２        分離機
１３４        破砕機
１３６        分離機
１３８、１３９         廃プラスチック粉砕装置
１４０、１４２        中間タンク
１４４        石灰石タンク
１４６        二次炉
１４８        重油バーナ
１５０        ロータリーキルン
１５１        インレットフード
１５２        バーナ
１５４        クーラ
１５６        冷却用空気
１５８        抽気ライン
１６０        サイクロン
１６２        バグフィルタ
１６４        重金属回収装置
１６６        アルカリ金属塩回収装置
１７６        無害化処理設備
１７８        煙突
【図１】
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