JP3619069B2 - 飛灰の再資源化処理法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ごみなどの廃棄物を焼却又は溶融することによって、排ガスとともに排出される飛灰の再資源化処理法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、飛灰の再資源化処理法として、例えば、特開平６−１７０３５４号公報には、飛灰に鉱酸を添加して鉛以外の重金属を溶出せしめ、固液分離して鉛残渣として鉛を回収し、濾液はアルカリ剤を添加して亜鉛を主とする水酸化物として亜鉛を回収する方法が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法では、排水、残渣が副生し、無害に処理してから廃棄する必要があり、また、回収物の純度および収率も低いといった問題があった。本発明は、飛灰に含まれる鉛および亜鉛を効率的に回収するとともに、鉛、亜鉛以外の有価物も高収率、高純度で回収し、廃棄物を排出しない飛灰の再資源化処理法を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するものであって、本発明の主旨は、次の５つの工程からなることを特徴とする廃棄物の焼却施設または溶融施設から排出される飛灰の再資源化方法である。
（ａ）飛灰に硫酸を加えて亜鉛を抽出したのち固液分離し、得られた亜鉛抽出濾液にｐＨ調整剤および硫化薬剤を加えて亜鉛を不溶化したのち固液分離して亜鉛不溶化残渣として亜鉛を回収する工程。
（ｂ）上記（ａ）工程で得られる亜鉛不溶化濾液中の不純物を凝集沈殿、キレート樹脂および活性炭を用いて除去したのち、蒸発濃縮して固形塩として塩類を回収するとともに、蒸発水を濃縮して水を回収する工程。
（ｃ）上記（ａ）工程で得られる硫酸を含む亜鉛抽出残渣にチオ硫酸アルカリ塩を加えて鉛を抽出したのち固液分離し、得られた鉛抽出濾液に硫化薬剤を加えて鉛を不溶化したのち固液分離して鉛不溶化物として鉛を回収する工程。
（ｄ）上記（ｃ）工程で得られる鉛不溶化濾液中の不純物を除去してチオ硫酸アルカリ液を回収する工程。
（ｅ）上記（ｂ）工程で得られる亜鉛不溶化濾液不純物、上記（ｃ）工程で得られる鉛抽出残渣および上記（ｄ）工程で得られる鉛不溶化濾液不純物の汚泥を乾燥後、溶融スラグとして回収する工程。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明においては、まず、飛灰に硫酸を加えて亜鉛を抽出したのち固液分離し、亜鉛抽出濾液にｐＨ調整剤および硫化薬剤を加えて亜鉛を不溶化したのち固液分離して亜鉛不溶化残渣として亜鉛を回収する（（ａ）工程）。一方、亜鉛不溶化濾液は、凝集沈殿、キレート樹脂および活性炭を用いて不純物を除去したのち蒸発濃縮することによって塩類および凝縮水を回収する（（ｂ）工程）。
次いで、硫酸を含む亜鉛抽出残渣にチオ硫酸アルカリ塩を加えて鉛を抽出したのち固液分離し、鉛抽出濾液に硫化薬剤を加えて鉛を不溶化したのち固液分離して鉛不溶化残渣として鉛を回収する（（ｃ）工程）。一方、鉛不溶化濾液は凝集沈殿等により、不純物を除去してチオ硫酸アルカリ液を回収する（（ｄ）工程）。
さらに、鉛不溶化残渣、塩類およびチオ硫酸アルカリ液を回収する際に排出する汚泥は、乾燥した後溶融固化して溶融スラグを回収する（（ｅ）工程）。
【０００６】
本発明に用いる硫酸注入量は、飛灰と硫酸の混合液ｐＨが２以下にするのが好ましく、該混合液ｐＨが３を超えると亜鉛の抽出性能が低下して好ましくない。
【０００７】
本発明の（ｂ）工程および（ｄ）工程で濾液中の不純物を除去する際に用いるアルカリ性薬剤としては、カセイソーダ、カセイカリ、消石灰などのアルカリ金属水酸化物、アルカリ土類水酸化物が挙げられる。注入量は、亜鉛不溶化濾液および鉛不溶化濾液のｐＨが５〜１２にするのが好ましい。ｐＨが５未満および１２以上の場合は、重金属類などの不純物除去率が低下して好ましくない。
【０００８】
本発明に用いるｐＨ調整剤としては、カセイソーダ、カセイカリ、消石灰などのアルカリ金属水酸化物、アルカリ土類水酸化物が挙げられる。注入量は、亜鉛抽出後の固液分離した水のｐＨが２〜８にするのが好ましい。ｐＨが２未満の場合は亜鉛の不溶化性能が低下し、ｐＨが８を越える場合はランニングコストが高くなり、いずれも好ましくない。
【０００９】
本発明の（ｂ）工程に用いる酸性薬剤としては、硫酸、塩酸などの鉱酸が挙げられる。注入量は亜鉛不溶化濾液の凝集沈殿上澄水のｐＨが４〜７にするのが好ましい。ｐＨが４未満および７以上の場合は、後工程のキレート樹脂吸着性能が低下して好ましくない。
【００１０】
本発明に用いる硫化薬剤としては、硫化ソーダ、水硫化ソーダ、硫化カリ、水硫化カリ、硫化カルシウムなどのアルカリ金属硫化物、アルカリ土類硫化物などが挙げられる。注入量は、飛灰中に含む亜鉛または鉛１当量に対して、硫化薬剤中の硫黄（Ｓ）１〜１０当量、特に１〜３当量が好ましい。１当量未満である場合は亜鉛または鉛の不溶化性能が低下し、１０当量を超える場合はランニングコストが高くなり、いずれも好ましくない。
【００１１】
本発明に用いるチオ硫酸アルカリ塩としては、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸リチウム、チオ硫酸アンモニウム、チオ硫酸マグネシウム、チオ硫酸カルシウムなどが挙げられる。注入量は水溶液として用い、飛灰中に含む鉛１当量に対して、チオ硫酸アルカリ塩中のチオ硫酸基（Ｓ_２Ｏ_３ ^２−）として１〜１０００当量、特に５〜２００当量が好ましい。チオ硫酸アルカリ塩の添加量が１当量未満の場合は、鉛の抽出性能が低下し、１０００当量を超える場合はランニングコストが高くなり、いずれも好ましくない。
本発明に用いる凝集剤としては、従来から知られている通常のもの、例えばノニオン系高分子凝集剤やアニオン系高分子凝集剤が好ましく用いられる。
【００１２】
本発明における固液分離の方法としては、通常、脱水、沈殿、濾過などを行う。
【００１３】
以下、図面を参考にしつつ、本発明をさらに詳細に説明する。図１は、本発明の飛灰の再資源化処理法の一例を示す概略フロー図である。
図１において、飛灰１は、亜鉛回収処理設備２で処理され［第１抽出槽３（硫酸４注入）、第１脱水機５（高分子凝集剤６注入）、第１不溶化槽７（ｐＨ調整剤８および硫化薬剤９注入）、第２脱水機１０（高分子凝集剤１１注入）］、亜鉛抽出残渣３０と回収亜鉛１２が得られる。
【００１４】
亜鉛不溶化濾液１３は、第１不純物除去設備１４［第１凝集沈殿槽１５（アルカリ性薬剤１６および高分子凝集剤１７注入）、第１ｐＨ調整槽１８（酸性薬剤１９注入）、第１濾過塔２０、キレート樹脂塔２１、活性炭塔２２］で不純物が除去される。
【００１５】
亜鉛不溶化濾液１３の不純物が除去された処理水２３は、塩回収処理設備２４［晶析缶２５、第３脱水機２６］で回収塩２７が得られ、脱水濾液２８は晶析缶２５へ返送される。また、蒸発水を冷却して得た回収凝縮水２９は、冷却用水として再利用される。
【００１６】
硫酸を含む亜鉛抽出残渣３０は鉛回収処理設備３１［第２抽出槽３２（チオ硫酸アルカリ塩３３注入）、第４脱水機３４（高分子凝集剤３５注入）、第２不溶化槽３６（硫化薬剤３７注入）、第５脱水機３８（高分子凝集剤３９注入）］で処理され、その残渣は回収鉛４０となる。
【００１７】
鉛不溶化濾液４１は、第２不純物除去設備４２［第２凝集沈殿槽４３（アルカリ性薬剤４４および高分子凝集剤４５注入）、第２濾過塔４６］で不純物が除去され、回収チオ硫酸アルカリ液４７となる。
【００１８】
鉛抽出残渣４８、第１凝集沈殿槽の汚泥４９および第２凝集沈殿槽の汚泥５０は、溶融固化処理設備５１［乾燥機５２、溶融炉５３、冷却水槽５４］で溶融固化され回収溶融スラグ５５となる。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２０】
実施例１
廃棄物焼却施設より排出されたＰｂ１．２６％、Ｚｎ４．５５％、Ｃｕ０．２６％、およびＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ_２などの可溶性塩類２３．７％を含む飛灰１を１０ｋｇ、亜鉛回収処理設備２の第１抽出槽３でｐＨが０．５になるまで５％硫酸１００Ｌを注入して亜鉛を抽出したのち、そのスラリーに０．１％ノニオン系高分子凝集剤６を１Ｌ注入して懸濁粒子を凝集させ、第１脱水機５で固液分離して、その脱水濾液は第１不溶化槽７でｐＨが２．０になるまでｐＨ調整剤８として２２％カセイソーダを注入してｐＨ調整し、硫化薬剤９として２０％水硫化ソーダ５．１Ｌ（３当量）を注入して亜鉛を不溶化したのち、そのスラリーに０．１％ノニオン系高分子凝集剤１１を０．１５Ｌ注入して亜鉛不溶化粒子を凝集させ、第２脱水機１０で水洗浄しながら固液分離して、その残渣は回収亜鉛１２となる。
【００２１】
一方、亜鉛不溶化濾液１３は、第１不純物除去処理設備１４の第１凝集沈殿槽１５でｐＨが１０になるまでアルカリ性薬剤１６として２２％カセイソーダを注入してｐＨ調整し、そのスラリーに０．１％アニオン系高分子凝集剤１７を０．６５Ｌ注入して懸濁粒子を凝集沈殿させる。その上澄水はｐＨ調整槽１８でｐＨが６になるまで酸性薬剤１９として１０％塩酸を注入してｐＨ調整し、砂を充填した第１濾過塔２０に線速度ＬＶ＝５ｍ／ｈで通液して懸濁物を完全に除去したのち、アミノカルボン酸型キレート樹脂を充填したキレート樹脂塔２１に空間速度ＳＶ＝５ｈ^−１で通液して残存した重金属を完全に除去し、さらにヤシガラ系活性炭を充填した活性炭塔２２に線速度ＬＶ＝５ｍ／ｈで通液して脱色する。
【００２２】
活性炭処理水２３は、塩回収処理設備２４の晶析缶２５で蒸発濃縮し、第３脱水機２６で固液分離して、その残渣は回収塩２７となり、脱水濾液２８は晶析缶へ返送する。また蒸発水を冷却して得た回収凝縮水２９は、冷却用水として再利用する。
【００２３】
硫酸を含む亜鉛抽出残渣３０は、鉛回収処理設備３１の第２抽出槽３２でチオ硫酸アルカリ塩３３として７％チオ硫酸ナトリウム５０Ｌ（３６．５当量）を注入して鉛を抽出したのち、そのスラリーに０．１％アニオン系高分子凝集剤３５を０．８Ｌ注入して懸濁粒子を凝集させて第４脱水機３４で固液分離して、その脱水濾液は第２不溶化槽３６で硫化薬剤３７として２０％水硫化ソーダ４５０ｍＬ（３当量）を注入して鉛を不溶化したのち、そのスラリーに０．１％アニオン系高分子凝集剤３９を０．１Ｌ注入して鉛不溶化粒子を凝集させて第５脱水機３８で水洗浄しながら固液分離して、その残渣は回収鉛４０となる。
【００２４】
鉛不溶化濾液４１は、第２不純物除去処理設備４２の第２凝集沈殿槽４３でｐＨが７になるまでアルカリ性薬剤４４として２２％カセイソーダを注入してｐＨ調整し、そのスラリーに０．１％アニオン系高分子凝集剤４５を０．５Ｌ注入して懸濁粒子を凝集沈殿させる。その上澄水は砂を充填した第２濾過塔４６に線速度ＬＶ＝５ｍ／ｈで通液して懸濁物を完全に除去し、回収チオ硫酸ナトリウム液４７として再利用する。
【００２５】
鉛抽出残渣４８、第１凝集沈殿槽の汚泥４９、第２凝集沈殿槽の汚泥５０は、溶融固化処理設備５１の乾燥機５２で水分率２０％まで乾燥したのち、溶融炉５３で温度１４００℃にて溶融し、冷却水槽５４で水砕して回収スラグ５５となる。
【００２６】
このようにして得られた回収亜鉛、回収塩、回収凝縮水、回収鉛、回収チオ硫酸ナトリウム液、回収スラグの組成分析結果および回収率を表１に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
この結果より、回収亜鉛は乾量として０．７１ｋｇを得てその純度は５７．８８％および収率は９０．７％、回収塩は乾量として２．４６ｋｇを得てその純度は９８．４％および収率は１０２％、回収凝縮水は４２．７ｋｇを得、回収鉛は乾量として０．１９ｋｇを得てその純度は６２．７５％および収率は９４．４％、チオ硫酸ナトリウム液は１０．２ｋｇを得、回収スラグは６．１６ｋｇを得て環境庁告示第４６号法による溶出試験値がＰｂ０．０１ｍｇ／Ｌ以下、Ｃｄ０．００５ｍｇ／Ｌ以下であった。
【００２９】
このように、焼却飛灰中に含有していた亜鉛および鉛は高純度、高収率で回収でき、さらに塩類、チオ硫酸ナトリウム液、溶融スラグも高純度、高収率で回収でき、環境汚染もない。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、飛灰に硫酸を加えて亜鉛を抽出したのち固液分離し、亜鉛抽出濾液にｐＨ調整剤と硫化薬剤を加えて亜鉛を不溶化したのち固液分離して、亜鉛不溶化残渣から亜鉛が回収でき、亜鉛不溶化濾液は、凝集沈殿、キレート樹脂および活性炭を用いて不純物除去したのち塩類と凝縮水が回収できる。
【００３１】
また、硫酸を含む亜鉛抽出残渣は、チオ硫酸アルカリ塩を加えて鉛を抽出した後固液分離し、鉛抽出濾液に硫化薬剤を加えて鉛を不溶化したのち固液分離して鉛不溶化残渣から鉛が回収でき、鉛不溶化濾液は、不純物除去したのちチオ硫酸アルカリ液が回収できる。
【００３２】
さらに、鉛抽出残渣および各不純物除去時の汚泥は、乾燥したのち溶融固化して溶融スラグが回収できる。
これら回収された亜鉛と鉛は製錬原料に、塩類は化学工業原料に、凝縮水は工程内の冷却用水に、チオ硫酸アルカリ液はチオ硫酸アルカリ塩の希釈液に、溶融スラグは路盤材等に、それぞれ再利用できる。なお、溶融スラグは重金属類が溶出しないなど環境汚染の心配がない。すなわち、廃棄物ゼロの資源循環型飛灰再資源化処理を可能とする方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の飛灰の再資源化処理方法の一例を示す概略フロー図である。
【符号の説明】
１ 飛灰
２ 亜鉛回収処理設備
３ 第１抽出槽
４ 硫酸
５ 第１脱水機
６ 高分子凝集剤
７ 第１不溶化槽
８ ｐＨ調整剤
９ 硫化薬剤
１０ 第２脱水機
１１ 高分子凝集剤
１２ 回収亜鉛
１３ 亜鉛不溶化濾液
１４ 第１不純物除去処理設備
１５ 第１凝集沈殿槽
１６ アルカリ性薬剤
１７ 高分子凝集剤
１８ 第１ｐＨ調整槽
１９ 酸性薬剤
２０ 第１濾過塔
２１ キレート樹脂塔
２２ 活性炭塔
２３ 処理水
２４ 塩回収処理設備
２５ 晶析缶
２６ 第３脱水機
２７ 回収塩
２８ 脱水濾液
２９ 回収凝縮水
３０ 亜鉛抽出残渣
３１ 鉛回収処理設備
３２ 第２抽出槽
３３ チオ硫酸アルカリ塩
３４ 第４脱水機
３５ 高分子凝集剤
３６ 第２不溶化槽
３７ 硫化薬剤
３８ 第５脱水機
３９ 高分子凝集剤
４０ 回収鉛
４１ 鉛不溶化濾液
４２ 第２不純物除去処理設備
４３ 第２凝集沈殿槽
４４ アルカリ性薬剤
４５ 高分子凝集剤
４６ 第２濾過塔
４７ 回収チオ硫酸アルカリ液
４８ 鉛抽出残渣
４９ 第１凝集沈殿槽の汚泥
５０ 第２凝集沈殿槽の汚泥
５１ 溶融固化処理設備
５２ 乾燥機
５３ 溶融炉
５４ 冷却水槽
５５ 回収溶融スラグ

Claims (1)

1. 次の５つの工程からなることを特徴とする廃棄物の焼却施設または溶融施設から排出される飛灰の再資源化処理法。
   （ａ）飛灰に硫酸を加えて亜鉛を抽出したのち固液分離し、得られた亜鉛抽出濾液にｐＨ調整剤および硫化薬剤を加えて亜鉛を不溶化したのち固液分離して亜鉛不溶化残渣として亜鉛を回収する工程。
   （ｂ）上記（ａ）工程で得られる亜鉛不溶化濾液中の不純物を凝集沈殿、キレート樹脂および活性炭を用いて除去したのち、蒸発濃縮して固形塩として塩類を回収するとともに、蒸発水を濃縮して水を回収する工程。
   （ｃ）上記（ａ）工程で得られる硫酸を含む亜鉛抽出残渣にチオ硫酸アルカリ塩を加えて鉛を抽出したのち固液分離し、得られた鉛抽出濾液に硫化薬剤を加えて鉛を不溶化したのち固液分離して鉛不溶化物として鉛を回収する工程。
   （ｄ）上記（ｃ）工程で得られる鉛不溶化濾液中の不純物を除去してチオ硫酸アルカリ液を回収する工程。
   （ｅ）上記（ｂ）工程で得られる亜鉛不溶化濾液不純物、上記（ｃ）工程で得られる鉛抽出残渣および上記（ｄ）工程で得られる鉛不溶化濾液不純物の汚泥を乾燥後、溶融スラグとして回収する工程。

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