(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物をガス化溶融するガス化溶融炉と、該ガス化溶融炉で排出した排ガスを急冷処理する排ガス冷却装置と、該排ガス冷却装置で急冷処理された排ガス中のダストおよび有害ガスを除去する排ガス清浄装置と、該排ガス清浄装置でダストおよび有害ガスを除去した排ガス中の水分を除去する水分凝縮器とを有する廃棄物処理設備を使用する廃棄物の処理方法であって、前記水分凝縮器から発生する凝縮水を前記排ガス冷却装置の冷却水として使用し、アンモニア分が濃縮した一部凝縮水を水処理設備で処理することを特徴とする廃棄物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物の処理方法に関し、特に水分凝縮器から発生する凝縮水の系外排出量を低減する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス化溶融炉で廃棄物を高温燃焼処理し、排ガス温度を８００〜１４００℃とにすると排ガス中のダイオキシンが分解され、さらに排ガス冷却装置により排ガスを２００℃以下に急冷することによりダイオキシンの再合成を防止できる。２００℃以下に急冷された排ガス中には、ダスト等の固形物やＳＯ2等の有害ガスが含有されており、バグフィルタ等によりダスト等の固形物を除去し、さらにＳＯ2等の有害ガスを脱硫装置により除去する必要がある。さらに、ダスト等の固形物やＳＯ2等の有害ガスが除去された蒸気飽和状態の排ガスは間接冷却方式の水分凝縮器により水分除去され、高カロリー燃料ガスとしてボイラ等に供給される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、水分凝縮器から排出される凝縮水は、アンモニア濃度が高く環境保全上そのまま系外に排水することができない。このため、凝縮水を系外に排水するための水処理設備が必要であり、水処理設備費およびランニングコストが上昇するという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、凝縮水の系外排水量を低減する方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、廃棄物処理設備の水バランス等を検討した結果、下記の知見を得た。
【０００６】
（Ａ）ガス化溶融炉、排ガス冷却装置、排ガス清浄装置および水分凝縮器を有する廃棄物処理設備に供給される水分は、廃棄物中に含有される水分と、排ガス冷却装置に供給される散水用の水である。一方、系外に排出される水分は、水分凝縮器から排出される凝縮水と水分除去された排ガス中の水分である。従って、水分除去された排ガス中の水分量と廃棄物中に含有される水分量とをバランスさせ、水分凝縮器から排出される凝縮水を排ガス冷却装置に供給される散水用の水として再利用することが可能であれば、系外排水が無くなり水処理設備が不要となる。一方、廃棄物中に含有される水分量が多く、水分除去された排ガス中の水分量とバランスさせることができない事態が生じても、過剰になった凝縮水のみを水処理すればよい。このように、過剰な凝縮水のみを水処理すれば、水処理設備の負荷を低減できる。この結果、従来に比べて水処理設備費およびランニングコストを大幅に低減できる。
【０００７】
（Ｂ）上記着想を確認するため、廃棄物処理試験設備（廃棄物処理量：20質量t/d規模）にて試験を行った。その試験結果を以下に示す。
（ａ）凝縮水を排ガス冷却用の水として使用すると、凝縮水中の塩類などの濃縮が懸念されるが、塩類は排ガス冷却後に排ガス清浄装置等で除去されるため、凝縮水には濃縮しない。一方、凝縮水中のアンモニア分は濃縮されるが、凝縮水のアンモニア濃度は約２０００ｍｇ／ｌの一定濃度となる。
【０００８】
（ｂ）水分凝縮器で水分調整されたガスをボイラ燃焼したときの排ガス中の窒素酸化物濃度は、アンモニア分の上昇により高くなることが懸念された。しかし、この排ガス中の窒素酸化物濃度は、試験中に上昇傾向を示したが、目標濃度である１００ｐｐｍ以下の約５０ｐｐｍで一定値となり、それ以上濃度が上昇しない。
【０００９】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたもので、その要旨は、「廃棄物をガス化溶融するガス化溶融炉と、該ガス化溶融炉で排出した排ガスを急冷処理する排ガス冷却装置と、該排ガス冷却装置で急冷処理された排ガス中のダストおよび有害ガスを除去する排ガス清浄装置と、該排ガス清浄装置でダストおよび有害ガスを除去した排ガス中の水分を除去する水分凝縮器とを有する廃棄物処理設備を使用する廃棄物の処理方法であって、前記水分凝縮器から発生する凝縮水を前記排ガス冷却装置の冷却水として使用し、アンモニア分が濃縮した一部凝縮水を水処理設備で処理することを特徴とする廃棄物の処理方法」である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の廃棄物処理方法の一例を示す工程図である。
同図に示すように、廃棄物はガス化溶融炉１に投入され、高温環境下焼却処理される。なお、図示しないが投入される廃棄物は乾燥装置や脱水装置等により水分含有量を事前に調整することも行われる。ガス化溶融炉に投入された廃棄物は熱分解反応によりガスが生成し、熱分解残渣は高温環境下で溶融状態となり溶融スラグと溶融金属とに比重分離され炉下部２から排出される。生成ガスはガス排出口３から排ガスとして次工程の排ガス冷却装置４に排出される。この排ガス冷却装置４に排出される前の排ガスの温度は、ダイオキシン分解温度である800〜1400℃になるようにガス化溶融炉１で調整されている。この排ガスは、散水冷却方式の排ガス冷却装置４により急速冷却され、２００℃以下の温度に調整される。２００℃以下に調整する理由はダイオキシンの再合成を防止するためである。
【００１１】
本発明で使用する散水冷却方式の排ガス冷却装置４は、排水が発生しないように散水量を制御するように使用することが望ましい。所定温度に冷却処理された排ガスは、排ガス中に消石灰等を添加してバグフィルタ５で除塵する。このように消石灰等を添加することにより、ダストと共に塩分や硫黄酸化物等が除去される。次に脱硫装置６によってバグフィルタ５で除去しきれなかった塩分や硫黄酸化物等が除去さらに除去される。なお、バグフィルタ５および脱硫装置６等から構成される装置を総称して以下排ガス清浄装置１０ともいう。このように排ガス清浄装置１０によってダストや硫黄酸化物等が除去された排ガスは、水分凝縮器７により排ガス中の水分が凝縮水として除去される。水分凝縮器７により水分が除去された排ガスはボイラ８等のエネルギー変換装置に送り、燃料ガスとして利用される。
【００１２】
凝縮水中のアンモニア濃度は、約６００ｍｇ／ｌ程度と高く環境保全上そのまま系外に排水することができない。このため、凝縮水を系外に排水するための水処理設備が必要であり、水処理設備費およびランニングコストが上昇するという問題がある。
【００１３】
本発明では、この凝縮水を、循環ピット９等に一旦貯めておき、前記排ガス冷却装置４の冷却水として使用する。これにより、凝縮水を処理する水処理設備の規模を小さくすることができる。凝縮水を処理するには、一般的に多くの工程が必要であり、この水処理設備の規模を小さくすることが可能となることは廃棄物処理コストの低減化の観点から効果がある。なお、凝縮水の成分中で処理の対象となる主成分は、アンモニアとシアンである。
【００１４】
図２は、凝縮水を処理する方法の一例を示す工程図である。
同図に示すように、凝縮水を貯水槽１１に一旦受けｐＨ調整槽１２でNaOH水溶液により、アルカリ性にｐＨ調整する。ストリッピング槽１３で蒸気により加温し、空気により脱アンモニア（ストリッピング）を行い、アンモニア濃度は12.1mg/lまで低下する。ここで発生したアンモニアガスはNo.1スクラバー２３で硫酸水溶液で硫酸アンモニウムとして捕集される。この過程で凝縮水中のシアンも凝縮水中から除去されるが、No.1スクラバー２３の硫酸水溶液には吸収されず、No.2スクラバー２４でNaOH水溶液に吸収される。このシアンを吸収したNaOH水溶液は中和槽１４に戻され、シアンを含有する水を硫酸水溶液で中和し、接触酸化槽１５、No.1沈殿槽１６、滅菌槽１７およびNo.2沈殿槽１８で生物処理される。生物処理後の水は、シアン濃度が0.1mg/l以下となる。この生物処理後の水は排水基準に適合し、放流可能な水である。さらに系内循環使用するため、塩濃度およびCODを下げる必要があるので、CODを低減するため、砂濾過器１９、活性炭塔２０を通し、COD濃度を5mg/l以下とし、逆浸透膜２２を通して、塩濃度を電気伝導率が１ms/cm以下となるレベルまで低下させる。以上のように、凝縮水を循環水として使用するためには水処理工程は複雑になる。
【００１５】
ここで、この凝縮水を、前記図１に示す通り、循環ピット９等に一旦貯めておき、前記排ガス冷却装置４の冷却水として使用すると、凝縮水中のアンモニア分は濃縮されるが、凝縮水のアンモニア濃度は約２０００ｍｇ／ｌの一定濃度となる。この理由は明確ではないが、次の（１）〜（４）のメカニズムで凝縮水のアンモニア濃度が約２０００ｍｇ／ｌの一定濃度になるものと推定される。
【００１６】
（１）アンモニアはガス化溶融炉内に投入された廃棄物中の窒素分がガス化溶融炉での燃焼中に発生する。このアンモニア分が凝縮器で凝縮され、水分の凝縮中に凝縮中に溶け込む。
【００１７】
（２）この凝縮水をガス冷却設備に吹込むと、ガス冷却設備で凝縮水は蒸発し、水蒸気とアンモニアガスが主成分のガスになる。ガス化溶融炉で発生したアンモニアガスと吹込んだ凝縮水から発生したアンモニアガスが凝縮器で凝縮水に溶け込み、一部のアンモニアガスは溶け込まずに生成ガス中に残存する。
【００１８】
（３）凝縮前の生成ガス中のアンモニア分が増加すると凝縮水中のアンモニア濃度も増加するが、水分凝縮後の生成ガス中に残るアンモニア分も一定の分配で増加する。
【００１９】
（４）廃棄物から定常的に発生するアンモニア量と、凝縮後の生成ガス中に分配され増加するアンモニア量とが等しくなったところで、凝縮水中のアンモニア濃度が一定の値になる。
【００２０】
また、水分凝縮器で水分調整されたガスをボイラ燃焼したときの排ガス中の窒素酸化物濃度は、試験中に上昇傾向を示したが目標濃度である１００ｐｐｍ以下の約５０ｐｐｍで一定値となり、それ以上濃度が上昇しない。この理由は明確ではないが、次のようなメカニズムで排ガス中の窒素酸化物濃度が約５０ｐｐｍの一定値になるものと推定される。
【００２１】
すなわち、生成ガス中に残存したアンモニア（NH3）は、ほぼ前記の通り一定の値になり、生成ガスの燃焼工程で下記に示す▲１▼および▲２▼の反応式により分解されると推定される。
【００２２】
2NH3＋7/2０2→2NO2＋3H2O    ―――――  ▲１▼
4NH3＋3NO2→7/2N2＋６H2O    ―――――  ▲２▼
▲１▼の酸化反応では窒素酸化物が増加するが、▲２▼の分解反応により一部のNH3は一定の割合で窒素に分解されるので、窒素酸化物は低いレベルで一定値になるものと推定される。
【００２３】
【実施例】
廃棄物処理試験設備（廃棄物処理量：20質量t/d規模、設備構成：前記図１と同じ）にて試験を行った。その試験方法および試験結果を以下に示す。
【００２４】
(比較例）
廃棄物を約10質量%の水分まで事前乾燥後にガス化溶融炉に20質量t/dの割合で投入し、平均420L/Hrで排ガス冷却装置４に工業用水を吹込み、排ガスを約1000℃から約150℃に冷却した。また、凝縮器の出側ガス中の水分を30重量%に維持したため平均420L/Hrの凝縮水が発生した。6.5時間後のボイラ燃焼後の排ガス中の窒素酸化物濃度は17.3ppmと低い値であったが、平均420L/Hrの凝縮水が発生し、この凝縮水にはアンモニアが約760ppm含有されており、アンモニア濃度を所定値以下に低減するための水処理が必要であった。
【００２５】
(本発明例１）
廃棄物を約10質量%の水分まで事前乾燥後にガス化溶融炉に20質量t/dの割合で投入し、排ガス冷却装置４に平均420L/Hrの流量で凝縮水を吹込み、排ガスを約1000℃から約150℃に冷却した。なお、上記の凝縮水の流量は、凝縮器の出側ガス中の水分濃度を30重量%に維持した結果、平均420L/Hrとなり、排ガス冷却装置４における必要冷却水の流量と一致した。
【００２６】
凝縮水を平均420L/Hrでガス冷却装置に吹込み、排ガスを約1000℃から約150℃に冷却する上記操作を実施した結果、ボイラ燃焼後の排ガス中の窒素酸化物濃度は6.5時間後に53ppmまで上昇したが、これ以降は上昇せず、排ガスの脱硝処理が不要な濃度であった。また、凝縮水の発生量とガス冷却装置における使用量とがバランスしていたため、凝縮水の余剰水が無いため水処理が不要であった。さらに、凝縮水中のCOD、浮遊物濃度（SS）、カリウム、カルシウム、マグネシウム濃度等は、工業用水の吹込み時と同等であり、凝縮水の使用の影響はほとんどなかった。一方、排ガス中の硫黄酸化物濃度および二酸化炭素濃度は、ガス冷却装置における工業用水使用時と同等であり、凝縮水の使用の影響はほとんどなかった。
【００２７】
(本発明例２）
廃棄物を約20質量%の水分まで事前乾燥後にガス化溶融炉に20質量t/dの割合で投入し、平均480L/Hrで排ガス冷却装置に凝縮水を吹込み、排ガスを約1000℃から約150℃に冷却した試験を行った結果、凝縮水の余剰水が平均60L/Hr発生した。この余剰水量は、比較例に示す発生量の9分の１であった。また、余剰水中のアンモニア濃度は約2000ppmであり、比較例の濃度の約３倍となった。しかし、水処理設備規模は、9分の１に軽減できた。一方、ボイラ燃焼後の排ガス中の窒素酸化物濃度は6.5時間後に49ppmまで上昇したが、これ以降は上昇せず、排ガスの脱硝処理が不要な濃度であった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明により、水分凝縮器から排出される凝縮水を再利用することが可能となり、水処理設備費およびランニングコストが低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の廃棄物処理方法の一例を示す工程図である。
【図２】凝縮水を処理する方法の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
１：ガス化溶融炉、
２：炉下部、
３：ガス排出口、
４：排ガス冷却装置、
５：バグフィルタ、
６：脱硫装置、
７：凝縮器、
８：ボイラ、
９：循環ピット、
１０：排ガス清浄装置、
１１：貯水槽、
１２：pH調整槽、
１３：ストリッピング槽、
１４：中和槽、
１５：接触酸化槽、
１６：No.１沈殿槽、
１７：滅菌槽、
１８：No.２沈殿槽、
１９：砂濾過器、
２０：活性炭塔、
２１：調整槽、
２２：逆浸透膜、
２３：No.１スクラバー、
２４：No.2スクラバー、
２５：煙突。
【図１】
0003826714.tif 000002
【図２】
0003826714.tif 000003