JP3917775B2 - 焼却灰の資源化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却灰の資源化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、廃棄物、特に生ごみや下水汚泥等の廃棄物、産業廃棄物等は、一般に、焼却炉において燃焼することにより処理されてきたが、焼却後に炉から大量の焼却灰が排出され、かかる焼却灰中には有毒な重金属やダイオキシンが含まれていることから、その処分につき、大きな問題となっている。
【０００３】
近年、このような焼却灰を単に廃棄するのではなく、その有効利用を図るべく、資源化する試みがなされている。そのような焼却灰の資源化、再利用方法として、焼却灰を溶融・スラグ化する方法（特開平１０―２８９５３号公報、特開平１０―１９２８１４号公報）や、焼却灰を焙焼する方法（特許第２７０６６３４号、特開平８―３１８２５５号公報）が提案されている。
【０００４】
図７および図８に、従来の焼却灰焙焼プロセスを示す。図７に示すプロセスでは、破砕機により焼却灰を破砕し、粗大物除去装置により粗大物を除去した焼却灰を、焼却灰ホッパを介して焙焼装置に投入し、焙焼し、その排ガスを排ガス処理装置により大気中に放出し、焙焼された焼却灰を篩にかけて、製品とするものである。
【０００５】
これに対し、図８に示すプロセスでは、図７に示すプロセスと同様、破砕し、粗大物を除去した焼却灰を、鉄選別機により鉄分を除去し、非鉄選別機により非鉄金属分を除去しており、即ち、図８に示すプロセスは、鉄選別よび非鉄選別工程を設けた以外は、図７に示すプロセスと同様である。
【０００６】
しかし、以上説明した従来の方法のうち、焼却灰を溶融・スラグ化する方法は、焼却灰をその融点（約１３００℃以上）以上の高温に加熱する必要があることから、多量のエネルギーを必要とするという難点がある。
【０００７】
一方、図７や図８に示すような焼却灰焙焼プロセスでは、焙焼温度が低いと（例えば３００〜５００℃）、重金属の揮散が不十分となり、焙焼後に薬剤を添加したり、水洗するなどの、新たな重金属防止策をとる必要がある。焙焼温度が高い場合（例えば５００〜１３００℃）には、沸点の低い重金属は揮散するが、沸点が高いＣｒは揮散せず、Ｃｒの酸化反応によりＣｒ^６＋が生成するので、その溶出を防止することが課題となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情の下になされ、多量のエネルギーを必要とせず、しかも焙焼後に新たな重金属防止策をとることなく、焼却灰の再利用を可能とする焼却灰の資源化方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、焼却灰の高温での焙焼により沸点の低い重金属を揮散させるとともに、沸点の高いＣｒについては、還元剤の添加によりその酸化を防止し、またはベントナイトの添加によりＣｒ^６＋の溶出を防止し得ることを見出し、本発明をなすに至った。本発明は、かかる知見に基づくものである。
【００１１】
即ち、本発明は、焼却灰を焙焼する工程において焼却灰を覆う形で固溶化してＣｒの酸化反応により生成されるＣｒ ^６＋ の溶出を防止するために焼却灰にベントナイトを添加する工程、ベントナイトが添加された焼却灰を、焼却灰の融点以下で、かつ低沸点重金属を揮散させるに十分な温度で焙焼する工程、および焙焼された焼却灰を資源として回収する工程を具備することを特徴とする焼却灰の資源化方法を提供する。
また、前記ベントナイトを添加する工程において、さらに加えて還元剤を添加することを特徴とする焼却灰の資源化方法を提供する。
【００１２】
以上の本発明の焼却灰の資源化方法において、焼却灰を焙焼する前または後に、焼却灰から鉄分および／または非鉄金属を除去し、回収することが望ましい。
また、焼却灰の焙焼により生じた排ガスを、廃棄物の焼却により生じた排ガスと一緒に処理することが出来る。そうすることにより、より効率のよい排ガスの処理を行うことが出来る。
【００１３】
なお、還元剤とベントナイトの双方を添加した場合は、還元剤の添加により、焙焼により揮散しなかったＣｒの酸化の防止を図るとともに、Ｃｒが酸化してＣｒ^６＋が生成したとしても、ベントナイトの添加により、ベントナイトが焼却灰を覆うことになり、Ｃｒ^６＋の溶出を防止することが出来る。
【００１４】
焙焼により揮散する低沸点重金属としては、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ａｓ、Ｓｅ等を挙げることが出来る。
焙焼温度、即ち、焼却灰の融点以下で、かつ低沸点重金属を揮散させるに十分な温度は、５００〜１３００℃であることが望ましい。
【００１５】
以上のように構成される本発明の焼却灰の資源化方法においては、焼却灰にベントナイトを添加し、または、さらに加えて還元剤を添加し、次いで低沸点重金属を揮散させるに十分な温度で焙焼している。それによって沸点の低い重金属を揮散させるとともに、沸点の高いＣｒについては、ベントナイトの添加によりＣｒ^６＋の溶出を防止することが出来、また、さらに還元剤の添加によりＣｒの酸化を防止出来る。
【００１６】
その結果、重金属やダイオキシン等の有毒物質を含まない、無害な焼却灰を回収することが出来る。回収された焼却灰は、土木用資材、建材等として、広範な用途に用いることが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。本発明に係り本発明者が検討した検討例は、焼却灰の焙焼の際に、還元剤を添加するものである。図１は、本検討例に係る焼却灰焙焼プロセスを示す図である。図１において、焼却炉から排出された焼却灰は、まず破砕機により平均サイズが５ｍｍ〜３０ｍｍとなるように破砕され、次いで粗大物除去装置によりサイズ３００ｍｍ以上の粗大物が除去される。
【００１８】
粗大物が除去された焼却灰は、次に焼却灰ホッパーに投入される。焼却灰ホッパーは焙焼装置に接続されており、その経路の途中に還元剤ホッパーが配置され、焼却灰に還元剤を添加出来るようにされている。還元剤は、Ｃｒの酸化反応によるＣｒ^６＋の生成を防止するために添加されるものであり、コークスや微粉炭等の炭素質材料を用いることが出来る。
【００１９】
還元剤の粒度は、特に限定されないが、あまり細かすぎると飛散して取り扱いにくくなり、粗過ぎると焼却灰中への均一な分布が困難となることから、５ｍｍ〜３０ｍｍ程度が適当である。
【００２０】
なお、焼却灰中に添加される還元剤の量は、焼却灰重量の２５重量％以下が好ましく、より好ましくは１〜２５重量％がよい。２５重量を越えても、それ以上の効果は期待出来ないからである。
【００２１】
還元剤が添加された焼却灰は、次いで焙焼装置、例えばロータリーキルン内で焙焼される。焙焼温度は、焼却灰の融点より低い、５００〜１３００℃が好ましい。このように高温での焙焼により、沸点の低い、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ａｓ等のＣｒ以外の重金属は揮散してしまうので、焙焼後に、新たな重金属の除去策をとる必要はない。また、ダイオキシン等の有害有機物質は、このような高温下で分解され、無害化される。
【００２２】
なお、焙焼温度が５００℃未満では、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ａｓ等のＣｒ以外の重金属の揮散が不十分となり、これら重金属は焼却灰中に残留し、焼却灰の再利用を妨げてしまう。一方、焙焼温度が１３００℃を越えても、それ以上の効果は得られず、エネルギーの損失となってしまう。
【００２３】
焼却灰の焙焼においては、Ｃｒ_２Ｏ_３の形で存在するＣｒは、以下の反応式に従って、酸化され、Ｃｒ^６＋を含むクロム酸カルシウムが生成されるが、還元剤の存在により酸素の供給が抑制されるので、そのような酸化反応は進行しない。
【００２４】
２Ｃｒ_２Ｏ_３＋４ＣａＯ＋３Ｏ_２ → ４ＣａＣｒＯ_４（ Ｃｒ^６＋）
焙焼炉の熱源は、灯油、重油、ＲＤＦ等、各種の燃料を使用することが出来る。加熱方式は、直接バーナーで加熱する方法、別途熱風を生成し、焙焼炉内に送り込む方法等がある。
【００２５】
焙焼装置内で焙焼された後の焼却灰は、篩にかけられて、焼結等により粗大化したものが除かれ、回収される。焙焼装置からの排ガスは、排ガス処理装置により処理された後、大気中に放出される。
回収された焼却灰は、土木用資材、建材等として、広い用途への利用が可能である。
【００２６】
図２は、上記の検討例の変形例に係る焼却灰焙焼プロセスを示す図である。図２に示すプロセスでは、図１に示すプロセスと同様、破砕し、粗大物を除去した焼却灰を、鉄選別機により鉄分を除去し、非鉄選別機により非鉄金属分を除去しており、即ち、図２に示すプロセスは、鉄選別よび非鉄選別工程を設けた以外は、図１に示すプロセスと同様である。なお、鉄選別よび非鉄選別工程は、焙焼前に限らず、焙焼後に行うことも可能である。
【００２７】
図３は、上記の検討例の他の変形例に係る焼却灰焙焼プロセスを示す図である。廃棄物を焼却炉で焼却した際に発生する排ガスは、一般に排ガス処理装置において処理されているが、図３に示すプロセスでは、焙焼炉の排ガスを焼却炉からの排ガスと一緒に処理していることにおいて、図１に示すプロセスと異なる。それ以外の工程は、すべて図１に示すプロセスと同様である。
【００２８】
本発明の一実施形態は、焼却灰の焙焼の際に、ベントナイトからなる添加剤を添加するものである。図４は、本発明の同実施形態に係る焼却灰焙焼プロセスを示す図である。図４において、焼却炉から排出された焼却灰は、まず破砕機により平均サイズが５ｍｍ〜３０ｍｍとなるように破砕され、次いで粗大物除去装置によりサイズ３００以上の粗大物が除去される。
【００２９】
粗大物が除去された焼却灰は、次に焼却灰ホッパーに投入される。焼却灰ホッパーは焙焼装置に接続されており、その経路の途中に添加剤ホッパーが配置され、焼却灰にベントナイトを添加出来るようにされている。ベントナイトは、焼却灰を覆う形で固溶化し、Ｃｒの酸化反応により生成されたＣｒ^６＋の溶出を防止するために添加されるものである。
【００３０】
ベントナイトの粒度は、特に限定されないが、あまり細かすぎると飛散して取り扱いにくくなり、粗過ぎると焼却灰中への均一な分布が困難となることから、０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度が適当である。
【００３１】
なお、焼却灰中に添加されるベントナイトの量は、焼却灰重量の２〜５０重量％が望ましい。ベントナイトの添加量が２重量％未満では、Ｃｒ^６＋の溶出防止効果が不十分となり、一方、５０重量％を越えても、それ以上の効果は期待出来ないからである。
【００３２】
ベントナイトが添加された焼却灰は、次いで、焙焼装置、例えばロータリーキルン内で焙焼される。焙焼温度は、焼却灰の融点より低い、５００〜１３００℃が好ましい。このように高温での焙焼により、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ａｓ等のＣｒ以外の重金属は揮散してしまうので、焙焼後に、新たな重金属の除去策をとる必要はない。また、ダイオキシン等の有害有機物質は、このような高温下で分解され、無害化される。
【００３３】
なお、焙焼温度が５００℃未満では、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ａｓ、Ｓｅ等のＣｒ以外の重金属の揮散が不十分となり、これら重金属は焼却灰中に残留し、焼却灰の再利用を妨げてしまう。一方、焙焼温度が１３００℃を越えても、それ以上の効果は得られず、エネルギーの損失となってしまう。
【００３４】
焙焼炉の熱源は、灯油、重油、ＲＤＦ等、各種の燃料を使用することが出来る。加熱方式は、直接バーナーで加熱する方法、別途熱風を生成し、焙焼炉内に送り込む方法等がある。
【００３５】
焙焼装置内で焙焼された後の焼却灰は、篩にかけられて、焼結等により粗大化したものが除かれ、回収される。焙焼装置からの排ガスは、排ガス処理装置により処理された後、大気中に放出される。図５は、本発明の上記の実施形態の変形例に係る焼却灰焙焼プロセスを示す図である。図５に示すプロセスでは、図４に示すプロセスと同様、破砕し、粗大物を除去した焼却灰を、鉄選別機により鉄分を除去し、非鉄選別機により非鉄金属分を除去しており、即ち、図５に示すプロセスは、鉄選別よび非鉄選別工程を設けた以外は、図４に示すプロセスと同様である。なお、鉄選別よび非鉄選別工程は、焙焼前に限らず、焙焼後に行うことも可能である。
【００３６】
図６は、本発明の上記の実施形態の他の変形例に係る焼却灰焙焼プロセスを示す図である。廃棄物を焼却炉で焼却した際に発生する排ガスは、一般に排ガス処理装置において処理されているが、図６に示すプロセスでは、焙焼炉の排ガスを焼却炉からの排ガスと一緒に処理していることにおいて、図４に示すプロセスと異なる。それ以外の工程は、すべて図４に示すプロセスと同様である。
なお、本実施形態において、前記の検討例で示したように、さらに加えて還元剤を添加することも可能であり、還元剤の添加によって、焙焼により揮散しなかったＣｒの酸化の防止を図ることが出来、Ｃｒが酸化してＣｒ ^６＋ が生成したとしても、ベントナイトの添加により、ベントナイトが焼却灰を覆うことになり、Ｃｒ ^６＋ の溶出を防止することが出来る。
【００３７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の焼却灰の資源化方法によると、焼却灰にベントナイトを添加し、または、さらに加えて還元剤を添加し、次いで低沸点重金属を揮散させるに十分な温度で焙焼することにより、沸点の低い重金属を揮散させるとともに、沸点の高いＣｒについては、ベントナイトの添加によりＣｒ^６＋の溶出を防止することが出来、またさらに加えて還元剤を添加すればＣｒの酸化を防止出来、それによって、重金属やダイオキシン等の有害物質を含まない、無害な焼却灰を資源として得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係り本発明者が検討した検討例の焼却灰焙焼プロセスを示す図。
【図２】 検討例に係る焼却灰焙焼プロセスの変形例を示す図。
【図３】 検討例に係る焼却灰焙焼プロセスの他の変形例を示す図。
【図４】 本発明の実施形態に係る焼却灰焙焼プロセスを示す図。
【図５】 本発明の実施形態に係る焼却灰焙焼プロセスの変形例を示す図。
【図６】 本発明の実施形態に係る焼却灰焙焼プロセスの他の変形例を示す図。
【図７】 従来の焼却灰焙焼プロセスを示す図。
【図８】 従来の焼却灰焙焼プロセスの他の例を示す図。

Claims (7)

1. 焼却灰を焙焼する工程において焼却灰を覆う形で固溶化してＣｒの酸化反応により生成されるＣｒ ^６＋ の溶出を防止するために焼却灰にベントナイトを添加する工程、ベントナイトが添加された焼却灰を、焼却灰の融点以下で、かつ低沸点重金属を揮散させるに十分な温度で焙焼する工程、および焙焼された焼却灰を資源として回収する工程を具備することを特徴とする焼却灰の資源化方法。
2. 前記ベントナイトを添加する工程において、さらに加えて還元剤を添加することを特徴とする請求項１に記載の焼却灰の資源化方法。
3. 前記焼却灰を焙焼する前または後に、焼却灰から鉄分を除去し、回収することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の焼却灰の資源化方法。
4. 前記焼却灰を焙焼する前または後に、焼却灰から非鉄金属を除去し、回収することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の焼却灰の資源化方法。
5. 前記焼却灰の焙焼により生じた排ガスを、廃棄物の焼却により生じた排ガスと一緒に処理することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の焼却灰の資源化方法。
6. 前記低沸点重金属は、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｃｄ、ＳｅおよびＡｓからなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の焼却灰の資源化方法。
7. 前記低沸点重金属を揮散させるに十分な温度は、５００〜１３００℃であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の焼却灰の資源化方法。

Images