JP2013138975A - 焼却灰処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】破壊現象により焼却灰の粒度を小さくする処理を行うことなく、焼却灰中のＣｒ含有率を低減するための焼却灰の処理システムを提供する。
【解決手段】破壊現象によって粒度を小さくする処理を経ていない焼却灰を、篩分するための篩目の目開き寸法が３ｍｍ以下の第一篩分機と、第一篩分機からの篩下を磁性物及び非磁性物に分別するための第一磁選機を備えた焼却灰処理システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業廃棄物を焼却処理した際に排出される焼却灰をセメント原料等としてリサイクルするために分別処理するシステムに関する。

現在、廃油、廃溶剤、廃プラスチック、金属くず、医療廃棄物、建設廃材などの産業廃棄物は一般に焼却処理されている。焼却後に生成する焼却灰は従来埋立処分されていたが、近年では、資源・環境保護の観点から焼却灰に含まれる有価物を有効利用しようとする取り組みが進展している。具体的には焼却灰に含まれる鉄分を分別回収したり、或いは生石灰、アルミナ及びシリカをセメント原料に利用したりしている。焼却灰をセメント原料としてリサイクルすることに取り組んだ従来技術としては以下が例示される。

特開２００６−１６７５１３号公報（特許文献１）には、焼却灰中に鉄塊のような硬い粗大物が混入することによる不都合を回避するために、クリンカ等の柔らかい粗大物のみを破砕し、クリンカ破砕機で破砕されない粗大物を処理システムから除去する手段を採用したことを特徴とする灰分回収システムが記載されており、このシステムでは圧縮破砕機、大型分級手段、大型異物排出手段、中小分級手段、回収手段及び磁気選別機等が採用されている。

特開２００１−１２９５１１号公報（特許文献２）には、焼却灰が未燃有機物を多く含むことによる問題点を指摘し、焼却灰中に含まれているメタンの発生源となる未燃有機物を除去し、ダイオキシン類の分解・安定化処理を行い、各種重金属物質の溶解度を抑えるために自然界に存在する硫化物に転換させて安定焼却灰とすることにより、焼却灰をセメント等の補助材として有効活用して、８００℃〜９００℃の温度で簡単にしかも効率よく焼却灰を処理するとともに、その有効利用を図ることのできる焼却灰の処理装置を提供することを目的とした発明が記載されている。この発明では焼却灰の受入供給設備、乾燥設備、粉砕設備、反応設備等を組み合わせて焼却灰の処理装置を構築している。

特開２００１−２５３７３５号公報（特許文献３）には、篩を用いた粗大物除去プロセス、磁性物を除去する磁性物除去プロセス、ボールミルを用いた粉砕プロセス、乾燥プロセスを順に組み合わせた焼却残渣前処理プロセスを伴う、都市ごみ焼却残渣を主原料とした特殊セメントの製造方法が記載されている。

特開２００９−５６３６２号公報（特許文献４）には、破砕及び磁選を行った後の焼却灰を、乾式ボールミルに投入して粉砕し、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂といったセメント原料として有用な軟質成分を微細に粉砕し、ミックスメタルとしてリサイクル可能なＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕといった硬質成分を一定程度にまで粉砕することにより、これらを上手く分別する方法が記載されている。

特開２００６−１６７５１３号公報 特開２００１−１２９５１１号公報 特開２００１−２５３７３５号公報 特開２００９−５６３６２号公報

従来の焼却灰処理の手法においては、焼却灰に対して破砕や粉砕といった破壊現象を生じさせることにより焼却灰の粒度を小さくする処理を当然のように行っていたが、作業環境、作業効率、コスト等の観点からは、破砕処理等を行わずに済ますことができることが望ましい。また、Ｃｒはセメント原料中への混入が非常に忌避されるべき成分であり、焼却灰をセメント原料としてリサイクルする上では焼却灰中のＣｒの品位を下げることが重要となるが、Ｃｒ品位に分布をもつ焼却灰からＣｒ品位の低い焼却灰を選別する上では、破壊現象を伴う処理が最適な操作かどうかは疑問の余地が残る。そこで、本発明は破壊現象により焼却灰の粒度を小さくする処理を行うことなく、焼却灰中のＣｒ含有率を低減するための焼却灰の処理システム及び方法を提供することを課題とする。

本発明者は上記課題を克服するために鋭意研究したところ、破壊現象を生じさせることにより焼却灰の粒度を小さくする処理を行わずに、焼却灰に対して所定の目開き寸法での篩分及び磁選を順に実施することで、Ｃｒ品位を有意に低下可能であることを見出した。

本発明は上記知見に基づいて完成したものであり、一側面において、破壊現象によって粒度を小さくする処理を経ていない焼却灰を、篩分するための篩目の目開き寸法が３ｍｍ以下の第一篩分機と、第一篩分機からの篩下を磁性物及び非磁性物に分別するための第一磁選機を備えた焼却灰処理システムである。

本発明に係る焼却灰処理システムの一実施形態においては、篩目の目開き寸法が３ｍｍ超且つ７ｍｍ以下であり、その篩下が第一篩分機に投入される第二篩分機と、第一篩分機からの篩上を磁性物及び非磁性物に分別するための第二磁選機とを更に備える。

本発明に係る焼却灰処理システムの別の一実施形態においては、第一篩分機からの篩上を篩分するための篩目の目開き寸法が３ｍｍ超且つ７ｍｍ以下の第二篩分機と、第二篩分機からの篩下を磁性物及び非磁性物に分別するための第二磁選機とを更に備える。

本発明は別の一側面において、破壊現象によって粒度を小さくする処理を経ていない焼却灰を、篩目の目開き寸法が３ｍｍ以下の第一篩分機で篩分する工程（ａ）と、第一篩分機からの篩下を第一磁選機により磁性物と非磁性物とに分別する工程（ｂ）とを含む焼却灰処理方法である。

本発明に係る焼却灰処理方法の一実施形態においては、第一篩分機で篩分する前に、篩目の目開き寸法が３ｍｍ超且つ７ｍｍ以下の第二篩分機で焼却灰を篩分する工程（ｃ）が行われ、第二篩分機からの篩下が第一篩分機に投入され、そして、第一篩分機からの篩上を第二磁選機により磁性物と非磁性物とに分別する工程（ｄ）が行われる。

本発明に係る焼却灰処理方法の別の一実施形態においては、第一篩分機で篩分した後、第一篩分機からの篩上を篩目の目開き寸法が３ｍｍ超且つ７ｍｍ以下の第二篩分機で篩分する工程（ｃ）が行われ、そして、第二篩分機からの篩下を第二磁選機により磁性物と非磁性物とに分別する工程（ｄ）が行われる。

本発明によれば、破砕や粉砕といった破壊現象によって焼却灰の粒度を小さくする処理を行うことなく、焼却灰中のＣｒ品位を低下させることができ、焼却灰をセメント原料としてリサイクルする上で有用である。

本発明に係る焼却灰処理システムのフロー図の一例である。

対象となる産業廃棄物
本発明が対象としている産業廃棄物には燃えがら、汚でい、廃油、廃酸、廃アルカリ、廃プラスチック、紙くず、木くず、繊維くず、動植物残査、ゴムくず、金属くず、ガラス／陶磁器くず、鉱さい、建設廃材、ばいじんなどの普通産業廃棄物のほか、医療廃棄物も含まれる。この中でも、非鉄のメタルと一緒に混在している廃棄物を前処理することなくそのまま焼却処理できるという理由により、特に廃油、廃プラスチック、木くず、金属くずなど非鉄のメタルと混在しやすい廃棄物が好適に処理可能である。すなわち、非鉄容器に残る廃油、廃プラスチック、木くず及び金属くずなどが混在した廃棄物を前処理によって各素材に分別することは可能であるが、貴金属のように高付加価値があるわけではないので、前処理は逆にコスト高や処理工程の複雑化を招いてしまう。しかしながら、本発明においてはそのような産業廃棄物をそのまま焼却炉に投入してもよい。そのため、例えば小型医療機器や小型分析機器を分解せずにそのまま焼却炉に投入してもよい。Ｃｒはステンレス中に多く含まれるのでステンレスを材料に使用した製品の廃棄物や金属くず等に混入しやすい。

焼却炉
産業廃棄物を処理する焼却炉の種類によって焼却灰の性状は若干変化するが、本発明に係る焼却灰処理システムに導入する焼却灰は、公知の任意のタイプの焼却炉から排出されるものであって良い。例えば、ストーカー炉、流動床炉又はキルン炉から排出される焼却灰を処理可能であり、粗大な廃棄物を直接そのまま焼却処理できるという理由から、特にロータリーキルンから排出される焼却灰を好適に処理可能である。また、粗大で複合体の廃棄物を直接そのまま焼却処理するため、ロータリーキルンの運転条件は高温燃焼と低速回転とすることが好ましい。

また、焼却炉に投入される産業廃棄物に関しては、意図的にセメント原料として有用な成分、すなわち、Ｆｅ₂Ｏ_3、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂などを多く含むものの比率を高く（例えばＦｅ₂Ｏ₃＋ＳｉＯ₂を合計で２５〜４５重量％）、塩素の比率を低く（例えば０．６％重量未満）とすることにより、よりセメント原料として好適となる。

篩分機及び磁選機
焼却炉から排出される焼却灰はコンタクトクーラー等で冷却された後、破壊現象によって粒度を小さくする処理を経ることなく、篩分機及び磁選機で処理を受ける。焼却灰は粒度分布をもっており、大小様々な大きさのものが存在する。また、焼却灰中には投入原料に応じて種々の有価物が含まれている。焼却灰をセメント原料としてリサイクルすることを考える上では、Ｃｒ品位を少なくすることが重要となるが、本発明者の検討結果によれば、Ｃｒ分は比較的粒度の大きな金属くず（Ｃｒめっき鉄、Ｃｒ鋼等）に由来することが多いことから、粒度の大きな焼却灰中に比較的多く含まれ、粒度の小さな焼却灰中には比較的少ないことが分かった。更に、粒度の小さな焼却灰の場合、Ｃｒ分は多くが磁性焼却灰中に分布するので、磁選機にかけて分別した後の非磁性焼却灰は極めてＣｒ品位が低くなることが分かった。

具体的には、篩目の目開き寸法が３ｍｍ以下の篩分機（第一篩分機）にかけた後の篩下にはＣｒ品位の比較的低い焼却灰が得られる。その篩下を更に磁選機（第一磁選機）にかけることにより、非磁性側にＣｒ品位の極めて低い焼却灰を得ることができる。篩目の目開き寸法は小さい方がＣｒ品位を低下させる上で有利であるが、その分回収率も低下するので、篩目の目開き寸法は１ｍｍ以上とするのが好ましく、２ｍｍ以上とするのがより好ましい。

なお、焼却灰を篩分機にかける前に、破壊現象によって粒度を小さくする処理を行ってしまうと、上述した粒度分布とＣｒ品位の関係が変化してしまうので好ましくない。

磁選機は公知の任意の種類の磁選機を使用して良く、例えば、永久磁石式や電磁石式の磁選機が使用可能であり、電磁石式の吊り下げ磁選機を好適に使用することができる。

焼却灰中の初期Ｃｒ品位は一般に０．１〜１．０質量％であるが、本発明によれば、典型的にはＣｒ品位が０．１〜０．５倍に低下した非磁性焼却灰を分別回収することが可能であり、より典型的には０．１５〜０．２５倍に低下した非磁性焼却灰を分別回収することが可能である。本発明によって得られた非磁性焼却灰中のＣｒ品位は典型的には０．０１〜０．０８質量％であり、より典型的には０．０２〜０．０５質量％である。セメント中で許容されるＣｒ品位は例示的には０．１質量％以下程度であることを考慮すれば、本発明に係る処理によって得られた焼却灰中のＣｒ品位はセメント材料として好適に利用可能なレベルである。本発明においては、一般的に上記処理を経た非磁性焼却灰のＣｒ品位が最も低い。磁性側の焼却灰はシュレッダー鉄としてリサイクル可能である。

本発明の一実施形態によれば、第一磁選機で分別回収される非磁性焼却灰は当初の焼却灰全体に対して質量比で２０〜５０％であり、典型的には３０〜４０％である。

また、第一篩分機で篩上に残る焼却灰は、第一篩分機にかけた後の篩下の焼却灰中のＣｒ品位より高く、このままではＣｒ品位がセメント原料として十分ではないことが多いが、篩目の目開き寸法が３ｍｍ超且つ７ｍｍ以下の篩分機（第二篩分機）にかけた後に篩下に移行する焼却灰は比較的Ｃｒ品位が低い。

そこで、この篩下を磁選機（第二磁選機）にかけることにより、非磁性側にＣｒ品位の十分に少ない焼却灰を得ることができるので、リサイクル業者が引き取り可能なＣｒ品位であれば、これをセメント材料としてリサイクルしてもよい。但し、第二篩分機の目開き寸法は３ｍｍに近すぎると回収率が低くなる一方で、７ｍｍに近すぎるとＣｒ品位が上昇しやすいことから、好ましくは４〜６ｍｍである。この場合も、磁性側の焼却灰はシュレッダー鉄としてリサイクル可能である。

これを実施する方法としては、二通りが考えられる。一つは、第一篩分機で篩分する前に、篩目の目開き寸法が３ｍｍ超且つ７ｍｍ以下の第二篩分機で焼却灰を篩分する工程を行う方法である。この場合、第二篩分機からの篩下が第一篩分機に投入され、そして、第一篩分機からの篩上を第二磁選機により磁性物と非磁性物とに分別する。二つ目は、第一篩分機で篩分した後、第一篩分機からの篩上を篩目の目開き寸法が３ｍｍ超且つ７ｍｍ以下の第二篩分機で篩分する工程を行う方法である。この場合、第二篩分機からの篩下を第二磁選機により磁性物と非磁性物とに分別する工程が行われる。

本発明の一実施形態によれば、第二磁選機で分別回収される非磁性焼却灰は当初の焼却灰全体に対して質量比で５〜１５％であり、典型的には８〜１２％である。

本発明においては、目開き寸法は一つ一つの篩目が形成する正方形の一辺の長さを指すことが原則である。しかしながら、本発明では篩目の形状は正方形に限られるものではなく、例えば長方形、菱形又は円形でもよい。従って、本発明においては目開き寸法をｘｍｍと定義したときには、その篩がＪＩＳ Ｚ８８０１−１に従う目開き寸法ｘｍｍの篩と実質的に同等の篩分け特性を有する篩目を有することを指すものとする。

焼却灰処理システム
以下、本発明に係る焼却灰処理システムの好適な実施形態について図１を参照しながら説明する。
該処理システムは、篩分機及び磁選機を多段階で組み合わせて構築されている。各工程においては、粉塵防止のため局所集塵が適宜行われる（例：バグフィルター）。図１に、該処理システムのフローを示す。ロータリーキルン式焼却炉から排出された産業廃棄物の焼却灰（燃えがら）はまずコンタクトクーラーにより冷却される。その後、焼却灰は篩目の目開き寸法が３ｍｍ超且つ７ｍｍ以下の篩分機（第二篩分機）で篩分される。第二篩分機からの篩下が篩目の目開き寸法が３ｍｍ以下の篩分機（第一篩分機）に投入され、第一篩分機を通過した篩下は磁選機（第一磁選機）にかけられ、Ｃｒ品位の極めて低い非磁性焼却灰が分別回収される。また、第一篩分機を通過しなかった篩上であっても、磁選機（第二磁選機）にかけることで、Ｃｒ品位の低い非磁性焼却灰を分別回収することができる。第二篩分機からの篩上は、磁選機にかけることで、磁性側をシュレッダー鉄としてリサイクル可能であるが、非磁性側はＣｒ品位が十分に低くないため、セメント原料としては不適であるのが通常である。

焼却炉から排出され、コンタクトクーラーによって室温まで冷却された後の焼却灰サンプル４２９２．２ｇを回収した。これをまず篩分機Ａで篩分した。篩上の焼却灰は磁選機Ａで磁性物と非磁性物とに分別し、篩下の焼却灰は篩分機Ｂへと送った。篩分機Ｂで篩分した後、篩上の焼却灰は磁選機Ｂで磁性物と非磁性物とに分別し、篩下の焼却灰は篩分機Ｃへと送った。篩分機Ｃで篩分した後、篩上の焼却灰は磁選機Ｃで磁性物と非磁性物とに分別し、篩下の焼却灰は磁選機Ｃで磁性物と非磁性物とに分別した。各装置の運転条件を以下に示す。なお、磁選機は一般的なものを使用した。

条件
＜焼却炉に投入する産業廃棄物＞
汚 泥：５００ｔ/月
廃油 ：６００ｔ/月
廃プラスチック：４００ｔ/月
金 属 く ず： ５０ｔ/月
＜焼却炉＞
方式：ロータリーキルン式
処理能力：１２０ｔ/日
回転数：０．０５〜０．２７ｒｐｍ
＜焼却炉から生じる焼却灰＞
合計：３００ｔ／月
＜篩分機Ａ＞
方式：密閉篩分装置
目開き：１０ｍｍ（篩目は正方形状）
＜篩分機Ｂ＞
方式：密閉篩分装置
目開き：５ｍｍ（篩目は正方形状）
＜篩分機Ｃ＞
方式：密閉篩分装置
目開き：２．３６ｍｍ（篩目は正方形状）

物質収支
上記試験の結果を表１に示す。各ステップにおける焼却灰中のＣｒ品位はＩＣＰ発光分光法により測定した。表１より、焼却灰を篩分機Ａ（目開き１０ｍｍ）にかけると、篩上の焼却灰中のＣｒ品位は増加し、逆に、篩下のＣｒ品位は低下した。しかしながら篩下の焼却灰のＣｒ品位は十分に低下しなかった。また、篩上の焼却灰を磁選機Ａで分別すると、非磁性側のＣｒ品位が増加し、磁性側のＣｒ品位が低下した。しかしながら、磁性側の焼却灰のＣｒ品位の低下度合いは十分ではなかった。
篩分機Ａを通過した篩下を更に篩分機Ｂ（目開き５ｍｍ）にかけると、篩分機Ｂの篩下の焼却灰中のＣｒ品位はセメント業者に引き取り可能な程度に低下していた。篩上の焼却灰のＣｒ品位は高かった。これを磁選機Ｂで分別すると、非磁性側のＣｒ品位は低下したものの、その低下度合いは十分ではなかった。
篩分機Ｂを通過した篩下を更に篩分機Ｃ（目開き２．３６ｍｍ）にかけると、篩分機Ｃの篩下の焼却灰中のＣｒ品位は更に低下した。篩分機Ｃの篩下を更に磁選機Ｄで分別すると、磁選機Ｂと同様に磁性側のＣｒ品位が増加し、非磁性側のＣｒ品位が低下することが分かる。また、篩分機Ｃの篩上の焼却灰中のＣｒ品位はやや高いが、磁選機Ｃで分別すると、磁選機Ｂと同様に磁性側のＣｒ品位が増加し、非磁性側のＣｒ品位が低下することが分かる。非磁性側の焼却灰中のＣｒ品位はセメント業者に引き取り可能な程度に低下していた。
このように、粒度の小さな焼却灰中にはＣｒが少ないこと、そして、一定の粒度以下の焼却灰については、磁選することで非磁性側にＣｒが集まりやすいことが分かる。
なお、磁選機によって磁性側に移行した焼却灰は何れもシュレッダー鉄としてリサイクル可能である。

Claims (6)

1. 破壊現象によって粒度を小さくする処理を経ていない焼却灰を、篩分するための篩目の目開き寸法が３ｍｍ以下の第一篩分機と、第一篩分機からの篩下を磁性物及び非磁性物に分別するための第一磁選機を備えた焼却灰処理システム。
2. 篩目の目開き寸法が３ｍｍ超且つ７ｍｍ以下であり、その篩下が第一篩分機に投入される第二篩分機と、第一篩分機からの篩上を磁性物及び非磁性物に分別するための第二磁選機とを更に備えた請求項１に記載の焼却灰処理システム。
3. 第一篩分機からの篩上を篩分するための篩目の目開き寸法が３ｍｍ超且つ７ｍｍ以下の第二篩分機と、第二篩分機からの篩下を磁性物及び非磁性物に分別するための第二磁選機とを更に備えた請求項１に記載の焼却灰処理システム。
4. 破壊現象によって粒度を小さくする処理を経ていない焼却灰を、篩目の目開き寸法が３ｍｍ以下の第一篩分機で篩分する工程（ａ）と、第一篩分機からの篩下を第一磁選機により磁性物と非磁性物とに分別する工程（ｂ）とを含む焼却灰処理方法。
5. 第一篩分機で篩分する前に、篩目の目開き寸法が３ｍｍ超且つ７ｍｍ以下の第二篩分機で焼却灰を篩分する工程（ｃ）が行われ、第二篩分機からの篩下が第一篩分機に投入され、そして、第一篩分機からの篩上を第二磁選機により磁性物と非磁性物とに分別する工程（ｄ）が行われる請求項４に記載の焼却灰処理方法。
6. 第一篩分機で篩分した後、第一篩分機からの篩上を篩目の目開き寸法が３ｍｍ超且つ７ｍｍ以下の第二篩分機で篩分する工程（ｃ）が行われ、そして、第二篩分機からの篩下を第二磁選機により磁性物と非磁性物とに分別する工程（ｄ）が行われる請求項４に記載の焼却灰処理方法。

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