システム開発
２０−Ｆ−８

アルミニウムスクラップ溶解炉からのＰＯＰｓ排出抑制方法に関するフィージビリティスタディ
報

告

−要

書
旨−

平成２１年３月

財団法人
委託先

機械システム振興協会

社団法人

日本アルミニウム合金協会

この事業は、競輪の補助金を受けて実施したものです。

http://ringring-keirin.jp

序

わが国経済の安定成長への推進にあたり、機械情報産業をめぐる経済的、社会的諸条件は急速な変化を見せており、社会生活における環境、都市、防災、住宅、福祉、教育等、直面する問題の解決を図るためには技術開発力の強化に加えて、多様化、高度化する社会的ニーズに適応する機械情報システムの研究開発が必要であります。
このような社会情勢の変化に対応するため、財団法人機械システム振興協会では、
財団法人ＪＫＡから機械工業振興資金の交付を受けて、システム技術開発調査研究
事業、システム開発事業、新機械システム普及促進事業を実施しております。
このうち、システム技術開発調査研究事業及びシステム開発事業については、当協会に総合システム調査開発委員会(委員長：東京大学名誉教授 藤正 巖氏）を設置し、同委員会のご指導のもとに推進しております。
本「アルミニウムスクラップ溶解炉からの POPs 排出抑制方法に関するフィージビ
リティスタディ」は、上記事業の一環として、当協会が社団法人日本アルミニウム
合金協会に委託し、実施した成果をまとめたもので、関係諸分野の皆様方のお役に立てれば幸いであります。

平成２１年３月
財団法人 機械システム振興協会

は

じ

め

に

国は、「ダイオキシン類対策特別措置法」（平成 11 年）及び「ダイオキシン対策推進基本方針」（同年）に基づき毎年ダイオキシン類の排出量の目録（インベントリー）を整備することとしているが、これは事業者が対策を行うための重要な基礎資料にもなっている。産業
別では各年度とも「アルミニウム第二次精錬・精製施設」は廃棄物焼却炉を除き 3 番目に負荷量が多くなっているため抜本的な低減対策を講じることが当業界の重要な課題になっている。
一方、残留性有機汚染物質の排出削減を目指す国際条約であるストックホルム条約（2004年発効）では BAT（利用可能な最良技術）/BEP（環境のための最良の技術）の具体的ガイ
ドラインが示されているが、ＡPL（達成可能な排出基準値）については、同条約の専門家
会議等において我が国アルミニウム二次合金業業界の実態について十分な説明を行った結果をも踏まえて最終的に<0.5ng-TEQ/Nm3 が示された（2008 年 4 月）
。しかし、この基準は我が国の国内法よりも厳しく、中小企業が多い当業界ではこれに抵触する事業所が多いのが実態である。
このような背景を踏まえ、当協会ではダイオキシン類対策のため導入している BAT（バグフイルター式集塵装置における）について実際の現場で検証を行うこととし、平成１８年度
から 2 年間に亘り前炉付き溶解炉等での工程を中心に排ガス処理前後のガスに含まれるダイオキシン類等の濃度を分析し、その効果について評価を行ってきた。しかしながら、この実操業炉での試験を通じて、一般的な集塵機であるろ過集塵機出口でダイオキシン類の濃度
0.5ng-TEQ/Nm3 を常に満足する最適な操作条件を見出すには至らなかった。
そのため、今回は実操業設備では難しい条件設定が容易になるよう実操業設備の排ガス煙
道にバイパス流路及び実験用小型バグフィルターを設け、確実性の高いデータを取得するための実証実験を行った結果、温度、流速、添加剤等の条件設定下においてそれぞれ一定の成果を得ることができた。
今回の成果については、国内のアルミニウム合金業に広く活用が図られるとともに我が国と同様の課題を有する発展途上国に対しても技術供与が可能となるよう更に検討を加えていく必要がある。
最後に、本スタディにあたり、委託元の財団法人機械システム振興協会、再委託先の独立
行政法人産業技術総合研究所、実証実験のため実操業現場（工場）を提供いただいた日軽エムシーアルミ(株)栃木工場及び本受託事業委員会（「POPs 排出抑制検討委員会」）委員長を引き受けていただいた葛西東北大学教授はじめ、ご支援いただいた経済産業省非鉄金属課等関係各位に深く感謝の意を表する次第である。
平成 21 年 3 月
社団法人日本アルミニウム合金協会

専務理事

村山

祐典

目

次

序
はじめに
1. スタディの目的 ·························································

1

2. スタディの実施体制 ·····················································

2

3. スタディ成果の要約 ·····················································

5

3.1 実験サイト選定 ······················································

5

3.2 詳細研究計画 ························································

8

3.2.1 実験用バグフィルター ············································

9

3.2.2 煙道バイパス ···················································· 11
3.2.3 排ガス処理条件の探索 ············································ 12
3.2.4 バグフィルター内温度測定 ········································ 15
3.2.5 排ガス性状の測定 ················································ 16
3.3 測定結果と考察 ······················································ 17
3.3.1 POPs 分析と排ガス特性の結果 ····································· 17
3.3.2 排ガス温度の影響 ················································ 17
3.3.3 温度以外の因子の影響 ············································ 22
3.3.4 設備改良に伴う費用対効果について ································ 25
3.3.5 溶解炉からの POPs 排出抑制へ向けた提言 ·························· 26
3.3.6 スタディの成果（まとめ） ········································ 27
4. スタディの今後の課題及び展開 ··········································· 28

1. スタディの目的
アルミニウムリサイクルは、原料資源の少ない我が国における循環型社会構築のために非常に重要なプロセスであり、リサイクル原料から生産されるアルミニウムは我が国総需要の約 40%を占めるに至っている。また、同時にリサイクル時のエネルギー消費は新地金アルミニウム製造に比べて約 3%で済むなど、高い省エネルギー効果も持っている。本スタディは、
アルミニウムリサイクルにおける最重要工程である溶解炉からの、非意図的生成 POPs（残留性有機汚染物質）の排出抑制のために、排ガス処理の最適操作条件を探索することを目的とする。
2005 年に発効した「残留性有機汚染物質に関するストックホルム条約」（POPs 条約）では、対象となる POPs のうち、非意図的に生成するダイオキシン類、PCBs、ヘキサクロロ
ベンゼン（HCBz）について、BAT（利用可能な最良な技術）を用いて可能な限り削減することとしており、我が国も国内実施計画により削減を進めている。また、条約の専門家会議
では、アルミニウムスクラップ溶解炉についても、我が国とスクラップ品質が異なるヨーロ
ッパでのデータに基づく BAT の採用を前提に更なる排出削減が必要との指摘がなされ、我が国の法規制値を上回る目標値が示された。この目標値は、現状では多くの事業所で達成困難であるため、より効果的な対策技術（BAT）を導入する必要がある。また、東南アジア諸国などでは、スクラップ品質などで類似点が多いため、我が国と同様な溶解方法によりアルミニウムリサイクルが行われており、国際的にもアルミニウムスクラップ溶解炉におけるPOPs 排出抑制 BAT の開発が急務となっている。
社団法人日本アルミニウム合金協会では、これまでもダイオキシン類対策の一環として、排ガス中のダイオキシン類排出抑制等のガイドラインを策定するとともに排出削減目標量を設定し、スクラップ前処理の徹底等、ダイオキシン類の削減に向けてさまざまな対策を講じてきた。一方、国内に多数設置されている一般廃棄物焼却炉では排ガス処理装置の高度化により大幅にダイオキシン類排出量を削減することに成功していることから、アルミニウム
溶解炉における排出防止技術に関しても、排ガス処理の高度化を現実的な BAT 候補と考えて予備的な調査研究を行ってきた。すなわち、市中スクラップの前炉付き反射炉等での溶解工程を中心に、バグフィルター式集塵装置（注：現場で使用している既設のもの、今回の計画では模型を使用した）等の排ガス処理前後でダイオキシン類等の濃度を分析し、その効果の評価を実施した。しかしながらこれまでのスタディでは、廃棄物焼却炉において十分に実績の有るバグフィルター運転条件においても、期待されるダイオキシン類除去効率が得られない場合や、同一条件設定での複数回測定でダイオキシン類除去効率に大幅なばらつきが見られる結果となった。排ガス処理の高度化も、少なくとも廃棄物焼却炉と同等の運転条件では、アルミニウムスクラップ溶解炉における信頼しうる BAT とは言い難い状況であり、現状では排出目標値達成の目処はたっていない。
上記スタディで除去効率が期待より低くなったのは、アルミニウム溶解工程に存在する制
御できない燃焼条件を、製造上の理由で排除できないことや、排ガスダスト中に POPs 生成
反応の触媒となる各種金属が豊富に存在することなどの理由により、バグフィルター内での－1－

生成が無視できない量になることがあるためと推定される。そのため、アルミニウムスクラ
ップ溶解炉では、廃棄物焼却炉とは異なるバグフィルター運転条件の設定が必要と思われる。
また、ダイオキシン類除去効率の大きな変動については、スクラップ溶解時の負荷変動や排ガス温度、ろ過速度などのフィルター運転条件の変動が間接的に影響すると推定されるが、ダイオキシン類濃度以外のデータは、流速、温度、CO、O2 濃度などと炉の運転データ程度しか記録されておらず、現状では解析するに足る情報が得られていない。
そこで本スタディでは、条件を一定に設定することが困難な実操業バグフィルターの代わりに、煙道に設けたバイパスに模型バグフィルターを設置して、排出目標値を達成することの出来る運転条件を探索した。同時に、POPs 生成時のスクラップ付着有機物の燃焼状態、排ガス中の共存物質濃度などを含めた情報を収集し、排ガス中のダイオキシン類排出に影響する要因をできるだけ把握して、探索された運転条件が国際社会が必要とする BAT となり
うるかを検証することとした。
2. スタディの実施体制
社団法人日本アルミニウム合金協会内に外部有識者を加えた「アルミニウムスクラップ溶解炉からの POPs 排出抑制検討委員会」を設け、研究の立案段階と、実験終了後に委員会を開催し、研究計画立案及び結果取りまとめへのアドバイスを得て、研究計画の適切な実施を図った。
更に、研究実施分科会を設置し、工場での測定時立ち会いなどを行うことにより、研究の円滑な実施を図った。

財団法人 機械システム振興協会

ＰＯＰＳ排出抑制検討委員会

社団法人 日本アルミニウム合金協会
再委
託・ 研究計画立案・結果取りまとめのアドバイス
研究実施分科会・ 測定時立会い及び実験条件等の検討

総合システム調査開発委員会

外
注

独立行政法人 産業技術総合研究所
・スタディ実施の詳細計画の立案、実験など

ＰＯＰＳのサンプリング及び成分分析

スタディ実施の詳細計画の立案、実験などの一部業務については、独立行政法人産業技術総合研究所（エネルギー技術研究部門燃焼評価グループが担当）に再委託するとともに、特別な技術と装置を必要とする排ガス中 POPs のサンプリングと分析は、専門分析会社に外注
した。

－2－

総合システム調査開発委員会委員名簿（順不同・敬称略）

委員長

東京大学

藤

正

巖

太

田

公

廣

金

丸

正

剛

志

村

洋

文

中

島

一

郎

廣

田

藤

岡

健

彦

大

和

裕

幸

名誉教授
委

員

埼玉大学 総合研究機構
教授

委

員

独立行政法人産業技術総合研究所
エレクトロニクス研究部門
研究部門長

委

員

独立行政法人産業技術総合研究所
デジタルものづくり研究センター
招聘研究員

委

員

東北大学大学院
工学研究科
教授

委

員

東京工業大学大学院

薫

総合理工学研究科
教授
委員

東京大学大学院
工学系研究科准教授

委員

東京大学大学院
新領域創成科学研究科教授－3－POPs 排出抑制検討委員会名簿（順不同、敬称略）
委員長

葛西 栄輝（東北大学教授）
川本 克也（(独)国立環境研究所室長）
竹内 正雄（(独)産業技術総合研究所グループ長）
内田寛（日軽エムシーアルミ(株)取締役）

久本寛（サミット昭和アルミ(株)副センター長）

川井 清文（(株)大紀アルミニウム工業所部長)
星 和宏（(株)アーレスティ課長）
遠藤 良幸（福岡アルミ工業(株)主任）
村山 祐典（（社）日本アルミニウム合金協会専務理事、事務局）
松永 正二（（社）日本アルミニウム合金協会業務部長、事務局）

POPs 排出抑制研究実施分科会名簿（順不同、敬称略）
分科会長

内田

寬（日軽エムシーアルミ（株）取締役）

竹内 正雄（（独）産業技術総合研究所グループ長）
久本

寛（サミット昭和アルミ（株）副センター長）

川井 清文（（株）大紀アルミニウム工業所部長）
星和宏（（株）アーレスティ課長）

遠藤 良幸（福岡アルミ工業（株）主任）
村山 祐典（（社）日本アルミニウム合金協会専務理事、事務局）
松永 正二（（社）日本アルミニウム合金協会業務部長、事務局）－4－

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3.2.1 実験用バグフィルター
実験用バグフィルターは、以下の考え方で仕様を決定した。工場のバグフィルター煙道にバイパスを設け、
実験用バグフィルター前後でサンプリングを行って POPs 除去効率を測定するが、サンプリングによりバイパス流量が大きく変わると、見かけろ過速度などが変化することになり、結果が分かりにくくなる。そこで、サンプリングによる流量変化が 5%程度以下（流量測定の精度が 5%程度と考えて）を目安にバイパス流量を決めた。ただし、下流側のサンプリングはろ過速度と関係ないため、上流側のサンプル量のみを考慮した。
POPs 分析に必要なサンプル量は、JIS に準拠した分析方法では約 4m3（精度と分析項目により変わる）が標準である。これを 2 時間で行うとするとサンプル吸引流量は毎分 0.033m3/min（33L/min）となる。その他に数 L/min が排ガス性状を把握するための連続ガス分析等に必要なので、測定に必要な排ガス量はバグフィルターの手前で約 0.035m3/min である。これを流量の 5%以内とするためには 700L/min 程度が最低でも必要となる。そこで少し余裕を見て
1m3/min を設計値とした。バイパスを設置するバグフィルターの設計流量は約 1600m3/min な
ので、実験用バグフィルターは 1/1600 程度の規模となる。
なお、実験時のサンプル量は、実験時間の制約などにより、バグフィルター上流側では 550～
1100L/min となった。同じくサンプリング時間も短縮されて 40 分となったものの、サンプル吸引流量は 0.028m3/min となり、バイパス流量の 3%以内であった。
その他の条件としては、バイパスにおいて排ガス温度を変化させる実験をする予定であったた
め、温度が変動しても見かけろ過速度を一定に保つために精密な流量制御が必要と考えた。そこ
で、バイパス用送風機はインバータ制御とした。
小型バグフィルター装置の主な仕様は、以下のとおりである。外形図を図 3.2-2、図 3.2-3 に示す。
①バグフィルター本体
・流量 1m3/min。バグ筒数は 3 本・パルスジェット払い落とし。
・ろ過速度は 0.7～0.8m/min 程度。
・ろ布の最高使用温度は 200℃。
・本体は厚さ 50mm の断熱材にて保温。
②配管部
・既設バグフィルター主配管に設けたフランジに接続。管径は 40A。
・サンプリング部分以外は厚さ 50mm 以上の断熱材で保温。
・本体の前後で管径を 100A に増やして、65Φのサンプリング口を、上流側に 4 個、入口
側 6 個、出口側 4 個設置。
・出口側は送風機通過後大気解放。
・配管には厚さ 50mm の保温用断熱材を設置。

－9－

③送風機
・主配管分岐点の静圧を-0.3kPa 程度として十分な性能を持つ送風機を設置。
・流量を調整するためのインバータ制御器を備える。
④その他・装置は屋外設置とする。

図 3.2-2 実験用バグフィルター立面図

図 3.2-3

実験用バグフィルター平面図－10－

3.2.2 ᾍ㆏ࡃࠗࡄࠬ
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ング終了から次回の開始までが１時間では出口温度が定常に達しない事が分かった。そこで実験用バグフィルター内部の温度を後日測定して、バグフィルターろ布温度を求め、その平均温度を推定ろ布温度として測定結果の整理に用いることとした。設定変更から１時間以内に入口温度は定常となるので、その段階でサンプリングを実施した。バグフィルター内の温度測定については
3.2.4 に記述する。
なお、温度以外の条件は、実際のバグフィルターの運転条件に近い見かけろ過速度を0.65m/min、最低圧力損失を 150Pa とした。また、第 1 日以降は、測定終了後、翌日の測定開始時まで配管加熱用ヒーターを 110℃で連続運転し、バグフィルターと配管が熱的定常状態を保つようにした。
2) ろ過速度と圧力損失の影響（第 2 日）
次にバグフィルターのろ過速度と圧力損失の影響を調べることとした。測定条件としては最大で約 13 条件に制限されるため、ろ過速度と圧力損失を独立に変化させることはできない。
また、
1 日に実施できる測定も 3 回程度となるため、ろ過速度を他の測定と同じ 0.65m/min と、ほぼ倍速の 1.2m/min の 2 条件とし、ろ布の圧力損失も 2 条件として、その組み合わせで 3 条件を設定した。ただし、圧力損失は溶解炉の操業状況により急速に変化する場合があることを考慮して、最低圧力損失を 80Pa と 150Pa として、測定中はダストの払い落としをしないこととした。
また、第 2 日以降の測定では、バグフィルター入口温度は常に 110℃とした。
3) アルカリ水注入の影響（第 3 日）
排ガス中の HCl を中和してダイオキシン類生成抑制に効果的といわれるアルカリ水注入を行うこととした。この場合水注入だけでも条件は大幅に変わる可能性があるため、これをブランクとし、流量から計算して 60℃の露点に相当する 130g/min を注入した。排ガス温度は 110℃に設定しているので、この露点であれば結露は生じないと考えたためである。続いてアルカリとして NaOH を使用し、排ガス中の HCl を 50ppm と仮定してその当量とその 3 当量の濃度の NaOH
水溶液を注入することとした。また、アルカリ水と排ガスの接触を良くするため、アルカリ水注
入は上流側サンプリング口から行い、POPs サンプリングは上流側の注入直前、バグフィルター
入口、バグフィルター出口の 3 カ所とした。なお、その他の条件は、バグフィルター入口温度は 110℃、圧力損失は 150Pa、ろ過速度は 0.65m/min である。
4) 活性炭注入(第４日)
代表的なダイオキシン類排出抑制対策として知られる粉末活性炭注入が、アルミニウム溶解炉
においてどの程度の効果があるかを確認するための測定を行うこととした。この場合も、前日に行ったアルカリ水吹き込みの効果が残留する可能性を考慮して、最初に活性炭注入を行わないブ
ランク測定を行い、その後、100mg/min、300mg/min の添加量で活性炭注入を行うこととした。
ただし、予備実験により管内の負圧が予想より高いことが分かったため、用意した連続供給装置を使用せず、4 分毎に 0.4g 又は 1.2g を手動で供給することとした。投入位置は上流側サンプリ
ング口、POPs サンプリングは投入直前とバグフィルター出口であり、その他の条件は、バグフ
ィルター入口温度は 110℃、圧力損失は 150Pa、ろ過速度は 0.65m/min である。

－13－

以下に、測定条件の一覧を示す。
第 1 日（11/18）

排ガス温度の影響

測定番号

1-1

1-2

1-3

1-4

目標温度

50℃

80℃

110℃

140℃

最小圧力損失 150Pa、その他の設定第 2 日（11/19）

ろ過速度と圧力損失の影響
2-1

2-2

2-3

0.65m/min、

1.2m/min、

1.2m/min

80Pa

80Pa

測定番号
ろ過速度
最低圧力損失150Pa

温度設定 110℃

その他の設定第 3 日（11/20）

ろ過速度 0.65m/min

アルカリ水注入の影響

測定番号

3-1

3-2

3-3

濃度

水のみ

HCl 50ppm 相当

HCl 150ppm 相当

その他の設定温度設定 110℃、最低圧力損失 150Pa、ろ過速度 0.65m/min

注：第一採取口から噴霧。POPs サンプリングは噴霧直前とバグ前後の 3 カ所
第 4 日（11/21）

活性炭注入

測定番号

4-1

注入量

ブランク

その他の設定4-2100mg/m3

4-3
300mg/m3

温度設定 110℃、最低圧力損失 150Pa、ろ過速度 0.65m/min

注：活性炭としてダイアホープ PXO を使用。第一採取口から注入。
分析は、以下の方法に準拠した（(株)コベルコ科研報告書より）。
・PCDD/Fs, DL-PCBs

JIS K 0311 : 2008 「排ガス中のダイオキシン類の測定方法」

・PCBs, HCBz

平成 15 年 1 月 16 日 (財)化学物質評価研究機構 「平成 14 年度ダイ
オキシン類、ポリ塩化ビフェニル（PCB）及びヘキサクロロベンゼン（HCB）排出実態調査について」－14－

3.2.4 ࡃࠣࡈࠖ࡞࠲࡯ౝ᷷ᐲ᷹ቯ
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除去効率が大幅に低下する場合があり、焼却炉でのデータをそのまま適用することには問題がある。一方、鉄鋼スクラップを溶解する電気炉では、100℃以下の低温でもダイオキシン類除去
効率が大幅に低下するとの情報がある。図 3.3-3 の結果からは、アルミニウムスクラップ溶解炉
でも鉄鋼電気炉に近い条件になっていることが分かる。
それでは、アルミニウムスクラップ溶解炉からの排ガスが、廃棄物焼却炉排ガスに比べて比較的低温でもダイオキシン類除去効率が低い理由を考察する。可能性としては、1) バグフィル
ター内で低塩化物への脱塩素反応が進行する、2) バグフィルター内でダイオキシン類が生成している、の二つの理由が考えられる。脱塩素反応が進行する場合は、蒸気圧の高い低塩素物質の割合が増えるため、除去効率は低下するであろう。さらに 8 塩化物から 4 ないし 5 塩化物に転換すれば、バグフィルター出口での毒性換算値（ng-TEQ）は大幅に増加することになる。ただし脱塩素反応が存在する場合、脱塩素反応の進行に伴って、高塩素同族体から順次濃度が減少していく様子が見られる場合が多い。そこで、図 3.3-4 に、バグフィルター入口と出口での同族体分布の温度による変化を示す。
この図では、縦軸に毒性換算をしない各同族体濃度を対数で示している。これを見ると、出図 3.3-4

バグフィルター入口と出口における同族体分布（第 1 日）

－19－

口での PCDDs、PCDFs はどちらも低塩素側で大幅に増加し、92.9℃で入口と出口がほとんど同じ濃度になっている。この温度レベルでは、気体状でフィルターを通過するダイオキシン類は非常に少ないと思われるので、脱塩素反応の存在の可能性は十分にある。しかし、出口での同族
体分布の変化に注目すると、各温度レベルはほぼ相似形で、低塩素側で上昇する分布であり、高塩素側から順次脱塩素反応が進むような変化は見られない。このことから、低塩素側濃度の増加
は脱塩素反応だけの影響とは考えにくい。

図 3.3.5

バグフィルター前後のダイオキシン類異性体分布（第 1 日）

－20－

この点を確認するために異性体分布を検討する。図 3.3-5 は第 1 日における異性体分布である。
今回のスタディで得られた異性体分布は、どの測定日のどの条件でも驚くほど似た分布になっている。この図から分かることは、バグフィルターの前後でほとんど異性体分布が変化していないことである。1368-,1379-T4CDDs が出口側で若干割合が増加しているが、これは、後述のクロ
ロベンゼンからの縮合により生成の影響であろう。脱塩素が進行する場合は、置換した塩素がエ
ネルギー準位の高い位置から離脱するため、特徴ある異性体分布が現れることが多いが、図 3.3-5ではそうした傾向は見られず、脱塩素が同族体分布の主要な要因とは思えない。また、低塩素側
で同族体が増加し、しかも異性体分布がほとんど変わらないことから、炉内あるいはバグフィル
ターまでの流路に存在したダイオキシン類生成反応がバグフィルター内でも存在して、それが出口側に影響したと考えるのが自然であろう。廃棄物焼却炉におけるいわゆるデノボ合成の条件からすると考えられない程の低温ではあるが、生成反応の存在を示唆する結果と考えられる。
引き続きバグフィルター内でのダイオキシン類生成の可能性について考察する。ダストには触媒となる金属成分や多環芳香族化合物（PAH） 等の前駆物質が含まれており、HCl と O2 は排ガスに含まれるため、ダイオキシン類生成に必要な前提条件はすべて揃っている。したがって、温度が上昇すればダイオキシン類が生成することは、多くのラボ実験が示すところである。その生成温度域は、研究者によって異なるが、概ね 250℃以上で盛んになるとされており、生成防止のためには排ガス処理装置は 200℃以下の排ガス温度で運転することが推奨されている。
しかし、温度がいわゆるデノボ合成の温度域以下の低温であっても、全く反応が停止するわけではなく、非常に緩慢ではあるが生成は進行するはずである。以下は仮説に過ぎないが、触媒活性が非常に高かったり、ダイオキシン類の前駆体が非常に豊富であれば、より低い温度域でも活発な生成反応が存在する可能性があると考えると、本スタディの結果が矛盾なく説明できることになる。
いずれにしても、このバグフィルター内部でのダイオキシン類生成の理由は、現状では定かではなく、今後の研究にゆだねる必要がある。しかし、廃棄物焼却炉に比べてダスト中の金属成分が多いため、触媒として生成に寄与したためとも考えられるので、念のため表 3.3-1 にダスト中の金属成分等の測定結果を示す。
表 3.3.1

ダスト中金属成分分析結果－21－

この結果を見ると、No.1 から No.3 で Ca が多く検出されているのは、バグフィルターのプレ
コーティングとして CaCO3 を実験前に吹き込んだ影響と思われる。
特に No.1 と No.2 では、50%程度が CaCO3 と思われ、その分 Al,Cu などは少なめに表示されていることになる。また、No.1
で Cl が少ない理由は不明であるが、その他のサンプルではかなりの Cl が検出されている。No.4
から No.6 にかけて C が増加しているのは、活性炭吹き込みの影響を示すものであろう。特に、注目すべきは、Al が多いのは当然としても、Cu、Fe などがかなりの濃度で含まれていることである。このような成分の酸化物または塩化物が、触媒の役割を果たしたものと思われる。
続いて、ダイオキシン類以外の除去効率に対する排ガス温度の影響も見てみよう。PCBs については（凡例では T-PCBs と表示）
、除去効率はどの温度でもダイオキシン類に比べてかなり低いものとなった。入口側の濃度が極端に変動しており、その影響もあってか除去効率の変動も大きくなっている。入口側の濃度が変動するのは、スクラップ中に PCBs を含むパテが含まれていたためと思われるが詳細は明らかでない。ただし、濃度が最も高くなった場合も、PCBs の規制値である 0.1mg/m3 よりも十分低い値であったことを付記する。
HCBz については、32℃付近ではダイオキシン類と変わらない除去効率であったが、それよりも温度が上昇すると急速に除去効率は低下し、71℃以上ではフィルターではほとんど除去できないとの結果となった。その原因としては HCBz の蒸気圧が低温でも高いためであろうが、
HCBz の沸点は 326℃で OCDD と同程度であることから、71℃ですべてが気体状とは考えにく
く、このような低温域での除去効率の低下は、HCBz 生成反応が存在することも一因と考えた方が合理的であろう。詳細は今後の研究に待つ必要があるが、除去効率 90%以上を得るためには、
バグフィルター入口温度を 35℃程度まで下げる必要があり、現実的には困難なことであろう。
3.3.3

温度以外の因子の影響

図 3.3-6 に POPs 除去特性に対する温度以外の因子の影響を示す。まず、ろ過速度の影響は
図 3.3-6 を見る限り明確には現れていない。ただし、すべての分析値を用いて行った重相関解析の結果では、除去効率と最も相関が高かったのが温度であり、次はろ過速度であった。また、図3.3-7 に示す同族体分布では、出口濃度へのろ過速度の影響が明確に現れており、図 3.3-6 の結果で影響が見られないのは、圧力損失による影響にマスクされた可能性がある。
次に、ろ過圧力損失の影響は、図 3.3-6 を見る限り、圧力損失が大きくなるにつれてダイオキ
シン類除去効率が低下するように見える。特に同じろ過速度での比較であるろ過速度が1.2m/min では顕著な差がある。これは、圧力損失が大きい方がダスト除去率が高くなる通常のバグフィルターの特性と矛盾するように思える。しかし、今回の実験条件は、ダスト除去率は100%の状態であり、POPs はフィルター上のダスト層を通過して出口に到達しているので、上記のダスト除去率とは異なる考え方をする必要があろう。本スタディの実験条件では、ろ布温度
が約 90℃前後であるので、図 3.3-3 から明らかにダイオキシン類は生成域であると考えられる。
したがって、圧損が高い状態、すなわちダスト層が厚くなった場合は、触媒との接触効率が高くなって生成が促進され、見かけ上除去効率が低下した可能性が考えられる。気体状ダイオキシン
類の影響は、図 3.3-6 内では温度は一定なので、影響は限定的であろう。

－22－

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3.3.4 設備改良に伴う費用対効果について
本スタディの結果、アルミニウムスクラップ溶解炉からの POPs 排出を低減するためには、
バグフィルターへの排ガス温度を低下させることが有効な対策であることが分かった。また、排ガス中へのアルカリ水注入もダイオキシン類については効果的である可能性が高いことも分かった。これを実現するためには、いくつかの方法が考えられる。例えば、煙道の途中で空気を導入して、風量を増やして排ガス温度を下げる方法や排ガスダクトを延長して排ガスを冷却する方法、アルカリ水噴霧により強制的に排ガス温度を下げる方法などがある。これらはいずれも実現可能であり、個別設備毎に最適な方法を選ぶことにより、十分に効果を得ることが可能である。
設置費用に関しては、工場の立地及び設備毎に対策が異なるため、事業所別に試算すべきである。

－25－

3.3.5 溶解炉からの POPs 排出抑制へ向けた提言(1) ダイオキシン類の除去効率を 90%以上とするためには、排ガス温度をフィルター表面で75℃以下とする必要がある。フィルター表面温度は、バグフィルター入口温度と出口温度の平均値にほぼ等しいので、目安に使用できる。
(2) ダイオキシン類除去のために、バグフィルター上流で結露しない程度にアルカリ水を注入す
ることは効果がある。ただし、排ガス中の PCBs と HCBz の除去については、アルカリ水注入の効果は限定的である。
(3) バグフィルター上流での活性炭の注入は、ダイオキシン類の除去に効果はあるものの、条件によっては期待した効果が得られない可能性もある。活性炭注入を採用する場合は、適用する条
件での検証を行うべきである。
(4) 活性炭注入は PCBs と HCBz の除去には効果的である。ただし、(3)の理由で、ダイオキシン類に対する除去効果を検証することを推奨する。
(5) バグフィルターのろ過速度や差圧は POPs 除去性能にも大きな影響を与える。バグフィルタ
ー設置にあたっては十分に余裕を持った設計とし、ダスト除去性能を高く保つ必要がある。

－26－

3.3.6 スタディの成果（まとめ）(1) 排ガス温度は POPs 除去特性に大きな影響を与える。従来、廃棄物焼却炉ではバグフィルタ
ー入口温度を 200℃以下にすれば、フィルター内でのダイオキシン類生成は無視でき、気体状のダイオキシン類を除去するために 180℃以下での運転が推奨されている。しかし、アルミニウム
スクラップ溶解炉では、100℃以下でも除去効率は十分とはいえず、90%以上の除去率を得るた
めには、フィルター表面温度で 75℃程度以下とすることが必要である。
(2) 除去効率が 100℃以下でも十分ではない理由は、現状では不明であり、今後の研究を待つ必要がある。しかし、比較的金属成分の豊富なアルミニウム溶解炉の排ガスでは、その金属成分の触媒作用による生成が、デノボ合成の温度域以下でも無視できない可能性がある。この仮説が正しければ、他種金属の溶解炉でも、低温での生成が無視できない可能性があろう。
(3) 同じ非意図的生成 POPs でも、ダイオキシン類と PCBs、HCBz では除去特性が異なる。特に HCBz では、排ガスの温度制御では 40℃以下とすることが必要であり、その除去には後述の活性炭添加などを併用する必要があるものと思われる。
(4) ろ布圧力損失の影響は、圧損が低い方が除去効率は向上するとの結果になり、従来の常識に反する結果となった。この原因としては、実験を行った排ガス温度がダイオキシン類除去効率が低下し始める温度域であったため、ダスト層が厚くなり触媒作用の影響が顕著に表れた可能性がある。これについても詳細は今後の研究を待つ必要がある。
(5) アルカリ水注入は特にダイオキシン類について効果的であった。一方、活性炭注入はダイオキシン類についての効果はあるが期待したほどではなく、PCBs、HCBz で顕著な効果が見られ
た。

－27－

4. スタディの今後の課題と展開
今回、現在アルミニウム二次合金業界で一般的に使用されている乾式集塵機で、ダイオキシン類の除去率の向上・安定化を目的にスタディを行い、貴重なデータと解析結果を得た。しかしながら、欧州において、標準仕様である吸着剤とアルカリ水溶液の吹き込みによる低減効果については、ダイオキシン類と他の POPs に対して異なる結果が得られるなど明確な結論は得られず、継続試験することが望ましい。
今回得られた結果と過去の試験結果を基に、アルミニウム二次合金業界の集塵設備に関し、標準的設備仕様及び操業指針を（社）日本アルミニウム合金協会より公表し、業界全体のダイオキ
シン類発生量削減の啓蒙活動を行う。継続試験の必要性のある吸着剤とアルカリ水溶液については、その有効性の結論が出次第、追加公表することとしたい。

－28－

― 禁無断転載 ―システム開発２０－Ｆ－８

アルミニウムスクラップ溶解炉からのＰＯＰｓ排出抑制方法に関するフィージビリティスタディ
報

告

(要

書

旨)

平成２１年３月

作成財団法人機械システム振興協会
東京都港区三田一丁目４番２８号
ＴＥＬ 03-3454-1311

委 託 先

社団法人日本アルミニウム合金協会
東京都台東区浅草橋一丁目２４番３号
ＴＥＬ 03-3866-2103