JP3985167B2 - 廃棄物焼却方法 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物焼却方法に関し、さらに詳述すると、界面活性剤および水を含み、廃棄物の燃焼の際に発生するＣＯ等の有害ガスの発生量を低減し得る燃焼助剤を用いた廃棄物焼却方法に関する。

従来、産業廃棄物および一般家庭廃棄物の処理方法として、埋め立て処理、焼却処理などが行われてきている。
ところで、近年、大量消費型の社会へ構造変化するに伴い、産業廃棄物および一般家庭廃棄物の量は増加の一途を辿っていることから、焼却処理の際にも大量の廃棄物を処理する必要が生じた結果、燃焼炉の能力不足に起因する燃焼不足などにより、ダイオキシン、ＮＯ_X、ＳＯ₂、一酸化炭素（ＣＯ）などの有害物質の発生が問題となっている。

一方、地球環境保護の観点から、大気汚染防止法などの各種法整備が行われており、上記各有害物質に関しては、環境中に排出される許容値（環境基準値）が規定されている。
この許容値をクリアするため、設備機器メーカーにより種々の新規処理設備が開発されているが、廃棄物の種類や廃棄量が一定でないこともあり、温度調整、燃焼空気流量調整、酸素濃度調整および設備付加などの操業条件の変更だけでは対処できない場合が増えつつある。

かかる点に鑑み、近年、産業廃棄物を固形燃料化したＲＤＦ（Ｒｅｆｕｓｅ Ｄｅｌｉｖｅｄ Ｆｕｅｌ）を用いる方法（特許文献１：特開平１１−２９３２６４号公報）、一酸化炭素を二酸化炭素に転化させる活性を有する酸化鉄触媒によるダイオキシンの低減方法（特許文献２：特開平１１−２６７５０７号公報）、低温域で高熱量を発生させることの可能なポリマーで表面コートされた酸化チタン粉末を燃焼補助剤とすることによりダイオキシンや一酸化炭素を抑制する方法（特許文献３：特開２００２−２６５９６６号公報）等が検討されている。
しかしながら、これら各特許文献の方法によっても、焼却処理時に排出される有害物質量の低減効果は充分であるとは言えず、さらなる改良が求められているのが現状である。

特開平１１−２９３２６４号公報（第１〜３頁） 特開平１１−２６７５０７号公報（第１〜４頁） 特開２００２−２６５９６６号公報（第１〜３頁）

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、廃棄物の焼却処理において、ＣＯ、ダイオキシン、ＮＯ_X、ＳＯ₂等の有害物質の発生を効果的に抑制し得る廃棄物焼却用燃焼助剤を用いた廃棄物焼却方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、ダイオキシンや一酸化炭素（ＣＯ）の排出量増加の原因となる不完全燃焼が、軽量の廃棄物が燃焼炉上部で滞留して低温で燃焼して生じることを見出すとともに、界面活性剤および水を含む廃棄物焼却用燃焼助剤を廃棄物へ散布することで、上記不完全燃焼を抑制できる結果、ダイオキシン、一酸化炭素（ＣＯ）等の有害物質の排出量を著しく低減できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、
１． 廃プラスチックおよび紙を含有する被燃焼物を燃焼炉に投入して焼却する廃棄物焼却方法であって、（Ａ）非イオン性界面活性剤と（Ｂ）水とを（Ａ）：（Ｂ）＝１：１０〜１：１００００（質量比）で含有する燃焼助剤を、前記被燃焼物に対して前記（Ａ）非イオン性界面活性剤として０．００１〜１０質量％の量を、前記燃焼炉に投入前に前記被燃焼物に付着させる工程を有することを特徴とする廃棄物焼却方法、
２． 前記非イオン性界面活性剤が、一般式（１）で示される１の廃棄物焼却方法、
Ｒ−Ｘ−（ＡＯ） _n −Ｒ′ ・・・（１）
（式中、Ｒは炭素数６〜２１のアルキル基またはアルケニル基、Ｒ′は水素原子または炭素数１〜６のアルキル基もしくはアルケニル基、ＸはＯまたはＣＯＯ、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基、ｎは１〜１００の整数を示す。）
３． 前記燃焼助剤が、多価アルコール、多価アルコールのエステル化物および多価アルコールのアルキレンオキシド付加物からなる群から選ばれる少なくとも１種を含む１または２の廃棄物焼却方法、
４． １の廃棄物焼却方法に用いられる（Ａ）非イオン性界面活性剤と（Ｂ）水とを（Ａ）：（Ｂ）＝１：１０〜１：１００００（質量比）で含有する燃焼助剤、
５． 前記非イオン性界面活性剤が、一般式（１）で示される４の燃焼助剤、
Ｒ−Ｘ−（ＡＯ） _n −Ｒ′ ・・・（１）
（式中、Ｒは炭素数６〜２１のアルキル基またはアルケニル基、Ｒ′は水素原子または炭素数１〜６のアルキル基もしくはアルケニル基、ＸはＯまたはＣＯＯ、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基、ｎは１〜１００の整数を示す。）
を提供する。

本発明によれば、界面活性剤および水を含む燃焼助剤を用いているから、大量の産業廃棄物等の焼却処理時に不完全燃焼を防止できる結果、排ガス中に含まれるＣＯ等の有害物質の濃度を低減することができる。
このようにＣＯ等の濃度を減少させることのできる作用機構については定かではないが、以下のように推察される。
すなわち、燃焼室上部に付着または浮遊している軽量の紙、プラスチック等の軽量廃棄物に、本発明の界面活性剤および水を含む燃焼助剤が付着すると、これらの廃棄物の重量が増加する、または廃棄物が相互に結合して重量を増す。この現象により、廃棄物が燃焼室下部の比較的高温燃焼領域に落下し、このため不完全燃焼を抑制し、ＣＯの発生を抑制するものと考えられる。
この際、界面活性剤は、それが有する浸透作用、湿潤作用により被燃焼物の表面から内部に水等を良く浸透させたり、破棄物表面全体に水を濡れ広がらせたりすることで、廃棄物の重量増加を促進させるものと考えられる。

本発明に係る廃棄物焼却方法は、廃プラスチックおよび紙を含有する被燃焼物を燃焼炉に投入して焼却する廃棄物焼却方法であって、（Ａ）非イオン性界面活性剤と（Ｂ）水とを（Ａ）：（Ｂ）＝１：１０〜１：１００００（質量比）で含有する燃焼助剤を、被燃焼物に対して（Ａ）非イオン性界面活性剤として０．００１〜１０質量％の量を、燃焼炉に投入前に被燃焼物に付着させる工程を有することを特徴とする。
本発明において、廃棄物とは、燃焼によりＣＯ等の有害ガスを発生する廃棄物全般を意味し、紙クズ、廃プラスチック、廃タイヤ、廃ゴム、繊維、ビニール、有機性汚泥等の家庭・産業廃棄物を問わない。

界面活性剤としては、特に限定されるものではなく、アニオン性、カチオン性、両性、非イオン性、高分子量型のいずれの界面活性剤でもよい。
アニオン性界面活性剤としては、例えば、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩、フォスフォン酸塩等の各種親水基を有する界面活性剤が挙げられる。
ここで、スルホン酸塩型としては、例えば、アルキル硫酸Ｎａ、アルキルベンゼンスルホン酸Ｎａ、α−オレフィンスルホン酸Ｎａなどが挙げられ、硫酸エステル塩型としては、アルキルエーテル硫酸エステル塩などが挙げられ、カルボン酸塩型としては、エーテルカルボン酸塩、高級脂肪酸塩などが挙げられる。

カチオン性界面活性剤としては、例えば、アミン塩、第４級アンモニウム塩、フォスフォニウム塩、スルフォニウム塩等の各種親水基を有する界面活性剤が挙げられる。
ここで、アミン塩型としては、例えば、第１〜３級のアミン塩、変性アミン塩などが挙げられ、第４級アンモニウム塩としては、テトラアルキル第４級アンモニウム塩、トリアルキルベンジル第４級アンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩などが挙げられる。
また、高分子量型界面活性剤として、各種セルロースやデンプンなどの糖類を原料とし、比較的高分子量を有するカチオン化セルロースやカチオン化デンプンなどを用いることもできる。

両性界面活性剤は、例えば、アニオンとしてカルボン酸基、スルホン酸基または硫酸エステル基を含有し、カチオンとしてアミンまたは第４級アンモニウム基を有している界面活性剤が挙げられ、代表的な例としては、ベタイン型、グリシン型、アラニン型、スルフォベタイン型等の公知の両性界面活性剤が挙げられる。
具体的には、例えば、ラウリルアミノジプロピオン酸Ｎａ、ヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタイン、２−アルキル−Ｎ−カルボキシメチル−Ｎ−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン等を好適に用いることができる。

非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリアルキレンオキシドの脂肪酸エステル型、ポリアルキレンオキシド縮合型などが挙げられる。
脂肪酸エステル型としては、例えば、脂肪酸グリセリンエステル、脂肪酸アルキレンオキシド、脂肪酸ペンタエリスリトールエステル、脂肪酸ショ糖エステル、脂肪酸ソルビタンエステル等が挙げられる。
ポリアルキレンオキシド縮合型としては、例えば、高級アルコール縮合物、高級脂肪酸縮合物、高級脂肪酸アミド縮合物、高級アルキルアミン縮合物、高級アルキルメルカプタン縮合物等が挙げられる。この場合、アルキレンオキシドについては、特に限定されるものではなく、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシドおよびこれらの任意の組み合わせ等が挙げられ、複数組み合わせて使用する場合における縮合形態は問わない。
なお、上記各界面活性剤は、いずれも１種単独で、または２種以上組み合わせて用いることができる。

これらの中でも、廃棄物に対する濡れ、浸透性という点から、非イオン性界面活性剤が好ましく、排ガス中に含まれるＮＯ_XやＳＯ₂などの含有量の増加を抑制することを考慮すると、窒素原子および硫黄原子を含まない非イオン性界面活性剤がより好ましく、特に、下記一般式（１）で示される非イオン性界面活性剤を用いることがより好ましい。
Ｒ−Ｘ−（ＡＯ）_n−Ｒ′・・・（１）
（式中、Ｒは炭素数６〜２１のアルキル基またはアルケニル基、Ｒ′は水素原子または炭素数１〜６のアルキル基もしくはアルケニル基、ＸはＯまたはＣＯＯ、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基、ｎは１〜１００の整数を示す。）

ここで、炭素数１〜６のアルキル基またはアルケニル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、アリル基等が挙げられる。
炭素数６〜２１のアルキル基またはアルケニル基としては、ヘキシル基、２−エチルヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、イソトリデシル基、セチル基、オレイル基、ステアリル基、リノレイル基、エイコシル基等が挙げられる。

炭素数２〜４のオキシアルキレン基としては、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、オキシブチレン基が挙げられるが、界面活性剤の浸透性、湿潤性、濡れ性等を燃焼助剤としてより好適なものにすることを考慮すると、特にオキシエチレン基、オキシプロピレン基が好適である。
ｎは、０〜１００の整数であるが、界面活性剤の浸透性、湿潤性、濡れ性等を燃焼助剤としてより好適なものにすることを考慮すると、好ましくは３〜５０、より好ましくは
５〜３０である。

上記式（１）で示される非イオン性界面活性剤の具体例としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレン第２級アルキルエーテル、ポリオキシエチレンイソトリデシルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンイソトリデシルエーテル、ポリオキシエチレンラウリン酸メチルエステル等が挙げられる。

以上で説明した燃焼助剤は、さらに、多価アルコール、多価アルコールのエステル化物および多価アルコールのアルキレンオキシド付加物からなる群から選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。
これらの多価アルコール（誘導体）は、保水剤として軽量被燃焼物の重量増加作用および保水作用を発揮するため、当該化合物を上述した界面活性剤と併用することで、軽量被燃焼物の不完全燃焼をより確実に防止することができる。

これらの多価アルコール（誘導体）としては、特に限定されるものではないが、併用される界面活性剤との相溶性が高く、かつ適度な粘性を持つものが、作業上好ましい。
このような多価アルコール（誘導体）としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ソルビトール、ペンタエリスリトール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコール等が挙げられ、中でも、グリセリン、ソルビトールが好適である。

これらの多価アルコール（誘導体）の使用量としては、特に限定されるものではないが、界面活性剤に対して、通常、０．０５〜１０（質量比）であり、好ましくは０．１〜２（質量比）である。
また、本発明の燃焼助剤には、品質維持や使用性改善等を目的として、必要に応じ、抗菌剤、防腐剤、ｐＨ安定剤、可溶化剤、安定化剤、液性改良剤、流動点降下剤、消泡剤、湿潤剤等のその他の添加剤を、それぞれ燃焼助剤中０．０１〜１０質量％の量で適宜配合することができる。

抗菌剤としては、例えば、エタノール，プロピレングリコール，エチレングリコール等のアルコール類、安息香酸Ｎａ，クエン酸Ｎａ，ＥＤＴＡ等の各種塩類、プロキセル，ブロノポール，ケーソン等と呼ばれる窒素誘導体等、ポリスチレンスルホン酸Ｎａ高分子系の添加剤、フェノール類などが挙げられる。
液性改良剤としては、例えば、エタノール，イソプロパノールを初めとする低級アルコール類、パラトルエンスルホン酸、ブチルカルビトール、水などが挙げられる。
流動点降下剤としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸誘導体等の高分子系分散剤などが挙げられる。

さらに、本発明の燃焼助剤には、被燃焼物の高温下での燃焼効率を高めることを目的として、接着剤、その他の燃焼助剤、燃焼抑制剤を、それぞれ燃焼助剤中０．１〜３０質量％の量で配合してもよい。
接着剤は、微細な被燃焼物を接着するために用いられるものであり、具体例としては、ポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルアルコールなどの高分子系接着剤等が挙げられる。
その他の燃焼助剤としては、例えば、酸化鉄、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の触媒作用を有する無機酸化物等が挙げられる。
燃焼抑制剤は、被燃焼物が燃焼炉内の低温部を落下する間の不完全燃焼を抑制するものであり、具体例としては、乾燥汚泥、焼却灰、珪藻土等が挙げられる。

本発明の廃棄物焼却方法では、上記界面活性剤を水に溶解ないし乳化分散させて用いることが好適である。
ここで水は、被燃焼物の見かけの比熱を増加させ、引火性を抑制するとともに、重量増加により、不完全燃焼しやすい燃焼炉の上層部から、完全燃焼可能な燃焼炉底部まで速やかに落下させる作用を有し、それ自身燃焼助剤として作用するものである。このため、水のみでも多少の有害物質減少効果を奏するものであるが、その効果は不充分であり、界面活性剤と併用することで、より一層有害物質の発生を抑制できるものである。

本発明の廃棄物焼却方法において、界面活性剤を予め水に配合して廃棄物中に散布してもよく、水と界面活性剤とを別々に廃棄物中に散布してもよいが、均一に散布して廃棄物の燃焼効率を高めるためには、予め界面活性剤と水とを混合して水溶液または水乳化液とした状態で散布するのが好ましい。
界面活性剤と水とを混合するにあたり、それらの混合比率については、界面活性剤の種類により変動するものであり一概には規定できないが、通常、界面活性剤と、水との混合比は、質量比で、１：１０〜１：１００００、好ましくは１：２０〜１：１００００である。

燃焼助剤の使用量は、被燃焼物に対し、界面活性剤として０．００１〜１０質量％とすることが好ましい。使用量が、０．００１質量％よりも少ないと、ＣＯ等の有害物質の発生抑制効果が低下する可能性が高い。一方、１０質量％よりも多いと、ランニングコストが増加するだけでなく、燃焼により大気中に放出されるＣＯ₂が増加する虞がある。
燃焼助剤中の界面活性剤が上記濃度になるように水で希釈して使用すればよい。
具体的な使用方法としては、燃焼炉上部に設けられたコンベアにて移送される被燃焼物（例えば、工場より排出される廃プラスチック、紙くず、廃タイヤなどの混合物）が燃焼炉内に投入される際に、所定量の界面活性剤の水溶液または水乳化液を燃焼炉の投入口にて散布し、燃焼炉内に被燃焼物とともに投入し、焼却する方法が挙げられる。この場合、被燃焼物および燃焼助剤の燃焼炉への投入順序は任意であるが、燃焼助剤を被燃焼物に予め散布するか、燃焼助剤と被燃焼物とを同時に投入することが好適である。

本発明の燃焼助剤を適用することができる廃棄物処理設備には特に制限はなく、例えば、回転型の燃焼炉、流動床を用いた燃焼炉、多段の燃焼室を有する燃焼炉等が挙げられる。
また、使用されるバーナーなどの焼却装置の種類、温度、個数についても特に制限はないが、好ましくは、流動床ボイラー燃焼炉やゴミ固形燃料を使用する燃焼炉であり、これらの燃焼炉は発電に用いられるものでもよい。

以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、特に明記のない場合、「％」は「質量％」を意味する。

［実施例１］
ポリオキシエチレンイソトリデシルエーテル（ＥＯＰ＝１２）３０．０％、エタノール３．０％、クエン酸３Ｎａ０．５％、水６６．５％を配合し、５０℃に加温下、攪拌混合し、均一化して透明の燃焼助剤１を得た。
［実施例２］
ポリオキシエチレンラウリン酸メチルエステル（ＥＯＰ＝９）１５．０％、グリセリン１５．０％、クエン酸３Ｎａ０．５％、安息香酸Ｎａ２．０％、水６７．５％を配合した以外は実施例１と同様にして透明の燃焼助剤２を得た。
［比較例１］
界面活性剤およびその他の添加剤をいっさい加えない水のみを燃焼助剤３とした。

上記各実施例および比較例で調製した燃焼助剤１〜３について、接触角（濡れ性）、浸透力、各種排ガス濃度を、下記手法により測定評価した。結果を表１および表２に示す。
［１］接触角（濡れ性）
燃焼助剤の１％水溶液（燃焼助剤２については１．５％水溶液）を調製し、この水溶液２〜３滴をポリエチレンに滴下した際の接触角を、接触角測定器（ＣＡ−Ｗ１５０、協和界面科学（株）製）で測定した。
［２］浸透性
燃焼助剤の１％水溶液（燃焼助剤２については１．５％水溶液）１５０ｍｌを２００ｍｌビーカーに入れ、綿キャンパス１１号を落とした際の綿キャンパスの沈降までの時間を測定した。

［３］排ガス濃度
流動床ボイラー（ＩＣＦＢ−７００Ｄ、（株）荏原製作所製）を以下に示す条件で運転し、ダイオキシン、一酸化炭素（ＣＯ）、ＮＯ_X、ＳＯ₂など各種有害化学物質の濃度を測定した。
具体的には、燃焼助剤１，２については助剤中の界面活性剤が１．０％になるように希釈した水溶液を被燃焼物に対して３％の量で、燃焼助剤３についてはそのまま（水）を被燃焼物に対して３％の量で、被燃焼物に散布した。その後、被燃焼物をボイラー上部から投下し、ボイラー内で燃焼させた際の燃焼炉炉頂での各排ガス濃度を測定し、比較例の各排ガス濃度を１００として相対評価を行った。
〈ボイラー運転条件〉
燃焼温度 ：７９０〜９５０℃
被燃焼物量 ：１〜８ｔ／ｈ
界面活性剤含有散水量：３０〜６０Ｌ／ｍｉｎ
被燃焼物 ：廃プラスチックと紙くずを主とした産業廃棄物
〈各種排ガス濃度の測定方法〉
ダイオキシン：ＪＩＳ Ｋ０３１１に準拠して測定した
ＣＯ：横河電機（株）製 ＳＧ−４００（非分散型赤外線式）により測定した
ＮＯ_XおよびＳＯ₂：（株）島津製作所製 ＵＲＡ−２０８型（赤外線式）により各濃度を測定した

表１に示されるように、界面活性剤を含む燃焼助剤を用いた実施例１，２では、濡れ性および浸透性が比較例１よりも優れていることがわかる。また、表２に示されるように、実施例１，２の燃焼助剤を用いた場合、ＣＯ濃度の抑制効果が極めて優れていることが確認され、ダイオキシン、ＮＯ_X、ＳＯ₂の抑制効果についても比較例１よりも優れていることが確認された。

Claims (5)

1. 廃プラスチックおよび紙を含有する被燃焼物を燃焼炉に投入して焼却する廃棄物焼却方法であって、
   （Ａ）非イオン性界面活性剤と（Ｂ）水とを（Ａ）：（Ｂ）＝１：１０〜１：１００００（質量比）で含有する燃焼助剤を、前記被燃焼物に対して前記（Ａ）非イオン性界面活性剤として０．００１〜１０質量％の量を、前記燃焼炉に投入前に前記被燃焼物に付着させる工程を有することを特徴とする廃棄物焼却方法。
2. 前記非イオン性界面活性剤が、一般式（１）で示される請求項１記載の廃棄物焼却方法。
   Ｒ−Ｘ−（ＡＯ） _n −Ｒ′ ・・・（１）
   （式中、Ｒは炭素数６〜２１のアルキル基またはアルケニル基、Ｒ′は水素原子または炭素数１〜６のアルキル基もしくはアルケニル基、ＸはＯまたはＣＯＯ、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基、ｎは１〜１００の整数を示す。）
3. 前記燃焼助剤が、多価アルコール、多価アルコールのエステル化物および多価アルコールのアルキレンオキシド付加物からなる群から選ばれる少なくとも１種を含む請求項１または２記載の廃棄物焼却方法。
4. 請求項１記載の廃棄物焼却方法に用いられる（Ａ）非イオン性界面活性剤と（Ｂ）水とを（Ａ）：（Ｂ）＝１：１０〜１：１００００（質量比）で含有する燃焼助剤。
5. 前記非イオン性界面活性剤が、一般式（１）で示される請求項４記載の燃焼助剤。
   Ｒ−Ｘ−（ＡＯ） _n −Ｒ′ ・・・（１）
   （式中、Ｒは炭素数６〜２１のアルキル基またはアルケニル基、Ｒ′は水素原子または炭素数１〜６のアルキル基もしくはアルケニル基、ＸはＯまたはＣＯＯ、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基、ｎは１〜１００の整数を示す。）