JP4097573B2 - 廃棄物処理用加熱炉の排ガスの処理方法および処理システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ごみ焼却炉、溶融炉等の廃棄物処理用加熱炉から排出される排ガスに含まれている塩化水素および硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）を除去するための処理方法および処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ごみ焼却炉等から排出される塩化水素等の酸性ガスを含む排ガスに対して、消石灰を添加して、塩化カルシウム等を生成させ、この生成物および未反応の消石灰を、バグフィルター等の集塵手段を用いて捕集し、酸性ガスが除去された排ガスを得る技術が、知られている。
そして、この技術に対して更に改良を加えた技術も、種々提案されている。
例えば、ケイ酸カルシウム水和物粒子、水酸化カルシウム粒子及び活性炭粒子を含む排ガス処理剤を用いて、ＨＣｌ、ＳＯ_２等の酸性ガスとダイオキシン類の除去を同時に行なう排ガス処理方法が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−５８９６３（第２頁の請求項１、請求項８）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、ごみ焼却炉等の排ガスに消石灰を添加して得られる塩化カルシウム等を含む固体分は、ごみ焼却炉等に戻すか、あるいは、重金属等を除去する処理を行なった後、埋め立て処分されていた。
しかし、塩化カルシウム等を含む固体分を、ごみ焼却炉等に戻した場合、排ガスの処理系内において塩素分や硫黄分が循環することになり、排ガス中の塩化水素や硫黄酸化物の濃度が次第に増大していくという問題がある。
また、塩化カルシウム等を含む固体分を埋め立て処分することは、廃棄物の埋立地の確保が困難になりつつある現状下において、望ましいことではない。
そこで、本発明は、ごみ焼却炉の如き廃棄物処理用加熱炉の排ガスに含まれる塩化水素および硫黄酸化物を除去することができると共に、除去処理の過程で得られる固体分を、廃棄物として系外に搬出することなく、有用物として再資源化することのできる処理方法および処理システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ごみ焼却炉の如き廃棄物処理用加熱炉から排出される排ガスに対して、消石灰の如きＣａＯ源を添加した後、反応生成物であるカルシウム塩（具体的には、塩化カルシウム、硫酸カルシウム等）を含む固体分を捕集し、次いで、この固体分と、アルカリ化剤を含む水溶液とを混合して、固体分に含まれているカルシウム塩を水酸化カルシウムに変化させた後、このスラリーを固液分離すれば、セメント原料等として使用可能な固形分が得られる一方、廃棄物として系外に搬出すべき固体分が生じず、固液分離後の濾液に対して排水処理のみを行なえばよいこと等を見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明（請求項１）の廃棄物処理用加熱炉の排ガスの処理方法は、（Ａ）ごみ焼却炉の如き廃棄物処理用加熱炉から排出される塩化水素および硫黄酸化物を含む排ガスに対して、消石灰の如きＣａＯ源を添加した後、バグフィルターの如き集塵手段を用いて固気分離して、塩化カルシウム、硫酸カルシウム等を含む固体分と、浄化された排ガスを得る排ガス浄化工程と、（Ｂ）工程（Ａ）で得られた塩化カルシウム、硫酸カルシウム等を含む固体分と、水酸化ナトリウムの如きアルカリ化剤を含む水溶液とを混合して、ｐＨ１３．０以上のスラリーを得た後、該スラリーを、濾過装置等を用いて固液分離して、水酸化カルシウムを含む固形分と、塩素分（塩化物イオン）および硫酸分（硫酸イオン）を含む液分を得るカルシウム分回収工程とを含むことを特徴としている。
【０００７】
本発明の処理方法によれば、排ガス浄化工程（Ａ）で得られる塩化カルシウム、硫酸カルシウム等を含む固体分は、アルカリ化剤を含む水溶液と混合されて、水酸化カルシウムを含む固体分となるので、セメント原料や骨材の原料等として利用することができる。
したがって、排ガス浄化工程（Ａ）で得られる塩化カルシウム、硫酸カルシウム等を含む固体分を、ごみ焼却炉の如き廃棄物処理用加熱炉に戻す場合に見られる排ガス中の塩化水素や硫黄酸化物の濃度の増大という問題は、生じることがない。また、排ガス浄化工程（Ａ）で得られる塩化カルシウム等を含む固体分を、廃棄物として埋め立て処分する必要がないので、廃棄物の量の削減、および廃棄物の再資源化の促進という社会的要請にも合致する。
なお、カルシウム分回収工程（Ｂ）で得られる固形分に含まれる重金属等は、セメント焼成炉内で揮発成分となるので、排ガスの煙道に設けた集塵手段を用いて捕集して、別途、処理すればよい。
【０００８】
本発明（請求項２）の廃棄物処理用加熱炉の排ガスの処理システムは、ごみ焼却炉の如き廃棄物処理用加熱炉と、該廃棄物処理用加熱炉に一端が接続された、該廃棄物処理用加熱炉内で発生する排ガスを流通させるための排ガス流通路と、該排ガス流通路における所定の地点にて該排ガス流通路内に消石灰の如きＣａＯ源を供給するためのＣａＯ源供給手段と、前記排ガス流通路の他端に接続されたバグフィルターの如き固気分離手段と、該固気分離手段で捕集された固体分、アルカリ化剤および水を混合して、ｐＨ１３．０以上のスラリーを得るための混合槽と、該混合槽で得られたスラリーを固液分離して、水酸化カルシウムを含む固形分を得るための、濾過装置の如き固液分離手段とを含むことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の廃棄物処理用加熱炉の排ガスの処理方法は、（Ａ）廃棄物処理用加熱炉から排出される塩化水素および硫黄酸化物を含む排ガスに対して、ＣａＯ源を添加した後、固気分離して、固体分と、浄化された排ガスを得る排ガス浄化工程と、（Ｂ）工程（Ａ）で得られた固体分と、アルカリ化剤を含む水溶液とを混合した後、固液分離して、水酸化カルシウムを含む固形分と、塩素分および硫酸分を含む液分を得るカルシウム分回収工程とからなるものである。
【００１０】
［（Ａ）排ガス浄化工程］
本発明で処理対象となる排ガスは、廃棄物処理用加熱炉から排出される排ガスである。
ここで、廃棄物処理用加熱炉としては、例えば、ごみ焼却炉や、溶融炉等が挙げられる。なお、溶融炉とは、ごみ焼却炉等で生じる煤塵や焼却残渣を高温で溶融した後、冷却して固化させ、有害な重金属が溶出せずかつ減容化された埋め立て処分に適するスラグを得るための加熱炉をいう。
廃棄物処理用加熱炉から排出される排ガスには、酸性ガスである塩化水素（ＨＣｌ）および硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）が含まれている。例えば、ごみ焼却炉において、ごみに含まれている可燃性硫黄分は、燃焼してＳＯ_２等になる。また、ごみに含まれているポリ塩化ビニル等の廃プラスチックは、燃焼して塩化水素ガスを発生する。
排ガス中には、通常、塩化水素等の酸性ガスの他、飛灰、重金属、ダイオキシン等が含まれている。
【００１１】
本工程では、まず、処理対象物である排ガスに対して、ＣａＯ源が添加される。
ここで、ＣａＯ源としては、例えば、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）、生石灰（ＣａＯ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）等が挙げられる。
中でも、消石灰は、反応効率が高く、かつ取り扱いも容易であることから、本発明において好ましく用いられる。
ＣａＯ源は、排ガス中の塩化水素や硫黄酸化物と反応して、塩化カルシウム、硫酸カルシウム等を生成する。例えば、ＣａＯ源である消石灰は、排ガス中の塩化水素および二酸化硫黄と次のように反応する。
Ｃａ（ＯＨ）_２＋２ＨＣｌ → ＣａＣｌ_２＋２Ｈ_２Ｏ
Ｃａ（ＯＨ）_２＋ＳＯ_２ → ＣａＳＯ_３＋Ｈ_２Ｏ
ＣａＳＯ_３＋１／２Ｏ_２ → ＣａＳＯ_４
【００１２】
本発明において、ＣａＯ源の添加方法としては、通常、全乾式または半乾式の方法が採用される。
全乾式とは、消石灰の如きＣａＯ源を乾燥固体の形態で添加する方法である。全乾式は、添加設備が簡易であり、設備費を低減できると共に、添加設備の取り扱いや維持（メンテナンス）が容易であるという利点がある。
半乾式とは、消石灰の如きＣａＯ源をスラリーの形態で添加する方法である。半乾式は、ＣａＯ源のスラリー中の水分が、排ガスの熱によって突沸して蒸発するため、多孔質の粒子が生じ、排ガス中の塩化水素等との反応の効率が高いという利点がある。
【００１３】
ＣａＯ源の添加量は、排ガス中の塩化水素および硫黄酸化物の量に応じて適宜定めればよく、具体的には、塩化水素および硫黄酸化物の合計の当量に対して、好ましくは０．５〜１０倍、より好ましくは２〜５倍の当量とすればよい。該値が０．５倍未満では、ＣａＯ源の添加後に排ガス中に残る未反応の塩化水素および硫黄酸化物の量が多くなり、排ガスの浄化を十分に達成することができなくなる。該値が１０倍を超えると、反応せずに残るＣａＯ源の量が多くなり、不経済となる。
廃棄物処理用加熱炉からの排ガスにＣａＯ源を添加して、このＣａＯ源と排ガス中の塩化水素および硫黄酸化物との反応を生じさせた後、排ガスを固気分離して、固体分と、浄化された排ガスを得る。
ここで、固気分離は、例えば、バグフィルターや電気集塵機等の集塵手段を用いて行なわれる。特に、バグフィルターは、固気分離後の排ガス中に含まれる塩化水素等の濃度が、電気集塵機等と比べて小さくなる傾向があるので、本発明において好ましく用いられる。
【００１４】
固気分離して得られる固体分は、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、重金属の塩化物、煤塵（例えば、ごみ焼却炉で発生する焼却飛灰や、溶融炉で発生する溶融飛灰等）等を含むものである。
一方、固気分離して得られる浄化された排ガスは、わずかに残る有害物質（具体的には、未反応の塩化水素および硫黄酸化物の他、ダイオキシン類、重金属、揮発性有機物質等）を含むものである。
この排ガスは、例えば、吸着材を用いた浄化処理等を行なった後、大気中に排出される。ここで、吸着材としては、例えば、活性コークスが挙げられる。活性コークスとは、石炭を原料とする成型活性炭の一種であり、脱硫・脱硝性能及び重金属やダイオキシンの吸着性能を有する吸着材である。活性コークスを充填した活性コークス塔内に、排ガスを通過させると、排ガス中に残存する重金属やダイオキシン類等の有害物質が除去される。
【００１５】
廃棄物処理用加熱炉からの排ガスにＣａＯ源を添加する前に、排ガスの温度をダイオキシン類の再合成を抑制し得る温度にまで低下させる排ガス冷却工程を設けてもよい。
ダイオキシン類は、高温下において分解されるが、３００〜４００℃で再合成されることが知られている。この温度範囲内に排ガスが長時間保持されて、ダイオキシンの生成が促進されるのを回避するために、ダイオキシン類が再合成される温度よりも低い温度（例えば、２００℃以下）まで、排ガスの温度を急激に低下させる工程を設けることができる。
【００１６】
［（Ｂ）カルシウム分回収工程］
本工程では、まず、排ガス浄化工程（Ａ）で得られた塩化カルシウム、硫酸カルシウム等を含む固体分と、アルカリ化剤を含む水溶液とを混合して、スラリーを得る。
ここで、アルカリ化剤としては、水中で溶解して水酸化物イオンを生成し、ｐＨを上昇させるものであればよく、例えば、水酸化ナトリウム等のアルカリ金属の水酸化物や、アンモニア等が挙げられる。
固体分と、アルカリ化剤を含む水溶液の配合割合は、特に限定されないが、水酸化カルシウムを効率的に生成させるために、アルカリ化剤を含む水溶液１リットル当たりの固体分の質量が４００ｇ以下となるように定めることが好ましい。
【００１７】
アルカリ化剤の添加量は、スラリーのｐＨが１３．０以上になる量であり、好ましくは、スラリーのｐＨが１３．５以上になる量である。
固体分と、アルカリ化剤を含む水溶液とを混合する方法としては、例えば、工程（Ａ）で得られた固体分と、アルカリ化剤と、水とを別々に混合槽内に投入して、撹拌混合する方法や、工程（Ａ）で得られた固体分と、予め調製済みのアルカリ化剤を含む水溶液とを混合槽内に投入して、撹拌混合する方法等が挙げられる。
【００１８】
次に、得られたスラリーを固液分離して、水酸化カルシウムを含む固形分（ケーキ）と、塩素分および硫酸分を含む液分を得る。
ここで、固液分離の方法としては、例えば、ベルトフィルターやフィルタープレス等の濾過装置を用いて濾過する方法や、遠心分離する方法等が挙げられる。
固液分離して得られる固形分は、水酸化カルシウムを含み、かつ、塩素分等が除去されているので、セメントや骨材等の原料として、再資源化することができる。この固形分を、固形分１００質量部当たり５０質量部以上の量の水で洗浄することは、当該固形分に付着している塩素分や硫酸分等の量を低減させるので、好ましい。
なお、固形分に含まれている重金属は、セメント焼成炉等において高温の雰囲気下で揮発し、煙道に設けたバグフィルター等の集塵手段によって捕集され、処理される。
一方、固液分離して得られる液分は、水溶性の塩素分（塩化物イオン）、硫酸分（硫酸イオン）、アルカリ性領域下で溶出する重金属等を含むものであり、必要に応じて中和処理や重金属除去処理等を行なった後、系外に排出される。
【００１９】
次に、本発明の排ガスの処理システムについて、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の排ガスの処理システムの一例を示す図である。
図１中、ごみ焼却炉（廃棄物処理用加熱炉）１内におけるごみの燃焼によって発生した排ガスは、排ガス流通路２内に流入した後、排ガス流通路２の途中の所定の地点にて、消石灰供給装置４から粉状の消石灰（ＣａＯ源）が供給される。排ガス中の塩化水素および硫黄酸化物は、各々、この消石灰と反応して、固体分である塩化カルシウムおよび硫酸カルシウムとなる。
なお、ごみ焼却炉１と消石灰供給装置４の間に、ダイオキシン類の再合成を抑制するためのガス冷却装置（図示せず）を設けてもよい。
【００２０】
その後、排ガスは、バグフィルター（固気分離手段）３にて、固体分が除去される。この固体分は、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、重金属の塩化物、飛灰等を含むものである。バグフィルター３を通過した後の排ガスは、排ガス流通路５および必要に応じて活性コークス塔等の浄化装置（図示せず）を通過した後、煙突６から大気中に排出される。
一方、バグフィルター３で捕集された固体分は、混合槽７に導かれる。混合槽７には、バグフィルター３からの固体分と共に、アルカリ化剤貯留槽８からの水酸化ナトリウム、および水貯留槽９からの水が供給される。そして、混合槽７内にて、撹拌翼によって、固体分、水酸化ナトリウムおよび水が撹拌混合されて、所定のｐＨ値（例えば、１３．５）に調整されたスラリーとなる。
【００２１】
なお、混合槽７は、バッチ式と連続式のいずれの形式でもよいが、処理の効率性の観点からは、連続式とすることが望ましい。この場合、バグフィルター３で捕集された固体分は、管路等の供給路を介して混合槽７に供給される。また、水および水酸化ナトリウムは、混合槽７内のスラリーが所定の液量およびｐＨとなるように、各々、アルカリ化剤貯留槽８、水貯留槽９から供給量調整弁等を介して連続的または断続的に混合槽７内に供給される。混合槽７には、ｐＨ測定装置が取り付けてあり、このｐＨ測定装置によって、水酸化ナトリウムの供給量が調整される。
混合槽７内のスラリーは、濾過装置（固液分離手段）１０に導かれて濾過され、水酸化カルシウム等を含む固形分（ケーキ）と、塩化物イオン、硫酸イオン等を含む液分とに分離される。
このうち、固形分は、水洗した後、セメント原料等として用いられる。液分は、中和処理槽１１に導かれ、酸貯留槽１２から供給される塩酸等の酸によってｐＨを中性領域に調整され、さらに必要に応じて重金属除去処理装置等を経た後、系外に排水される。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の処理方法および処理システムにおいて、ごみ焼却炉等の廃棄物処理用加熱炉から排出される排ガス中の塩化水素および硫黄酸化物は、消石灰の如きＣａＯ源が添加されて、固体分である塩化カルシウムおよび硫酸カルシウムとなった後、水酸化ナトリウムの如きアルカリ化剤を含む水溶液と混合されて、水酸化カルシウムを含む固体分と、塩化物イオン、硫酸イオン等を含む液分とになる。このように、排ガスの浄化のために添加される消石灰等のＣａＯ源は、最終的に、廃棄物として埋め立て処分の必要な固体分を発生させず、セメントや骨材の原料として再資源化される。
本発明は、処理過程で得られる固体分が、廃棄物とはならず再資源化されるので、廃棄物の量の削減や、廃棄物の再資源化という社会的要請に合致し、極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排ガスの処理システムの一例を示す図である。
【符号の説明】
１ ごみ焼却炉
２ 排ガス流通路
３ バグフィルター（固気分離手段）
４ 消石灰貯留槽（ＣａＯ源供給手段）
５ 排ガス流通路
６ 煙突
７ 混合槽
８ アルカリ化剤貯留槽
９ 水貯留槽
１０ 濾過装置（固液分離手段）
１１ 中和処理槽
１２ 酸貯留槽

Claims (2)

1. （Ａ）廃棄物処理用加熱炉から排出される塩化水素および硫黄酸化物を含む排ガスに対して、ＣａＯ源を添加した後、固気分離して、固体分と浄化された排ガスを得る排ガス浄化工程と、
   （Ｂ）前記工程（Ａ）で得られた固体分と、アルカリ化剤を含む水溶液とを混合して、ｐＨ１３．０以上のスラリーを得た後、該スラリーを固液分離して、水酸化カルシウムを含む固形分と、塩素分および硫酸分を含む液分を得るカルシウム分回収工程と、
   を含むことを特徴とする廃棄物処理用加熱炉の排ガスの処理方法。
2. 廃棄物処理用加熱炉と、該廃棄物処理用加熱炉に一端が接続された、該廃棄物処理用加熱炉内で発生する排ガスを流通させるための排ガス流通路と、該排ガス流通路における所定の地点にて該排ガス流通路内にＣａＯ源を供給するためのＣａＯ源供給手段と、前記排ガス流通路の他端に接続された固気分離手段と、該固気分離手段で捕集された固体分、アルカリ化剤および水を混合して、ｐＨ１３．０以上のスラリーを得るための混合槽と、該混合槽で得られるスラリーを固液分離して、水酸化カルシウムを含む固形分を得るための固液分離手段とを含むことを特徴とする廃棄物処理用加熱炉の排ガスの処理システム。

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