JP5709199B2 - 焼却飛灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法及び処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、都市ごみなどを焼却した際に発生する焼却飛灰や、塩素バイパスダストなどを水洗処理した際に発生する排水を処理する方法及び装置に関する。

都市ごみなどを焼却した際に発生する焼却灰は、最終処分場の枯渇の虞に鑑み、近年、セメント原料としてリサイクルしている。都市ごみ焼却灰のうち、気体とともに運ばれ、集塵装置で回収される飛灰は、１０〜２０％の塩素分を含むため、セメント原料としてリサイクルするにあたって事前に塩素分を除去する必要がある。そこで、ベルトフィルタなどの水洗脱塩設備を用い、焼却飛灰（以下「飛灰」という）に含まれる水溶性塩素化合物を水洗除去した後、セメント原料として利用している。

一方、従来、セメント製造設備におけるプレヒータの閉塞等の問題を引き起こす原因となる塩素を除去する塩素バイパスシステムが用いられている。近年、廃棄物のセメント原料化又は燃料化によるリサイクルが推進され、廃棄物の処理量が増加するに従い、セメントキルンに持ち込まれる塩素等の揮発成分の量も増加し、塩素バイパスダストの発生量も増加している。そのため、塩素バイパスダストの有効利用方法の開発が求められていた。

かかる見地から、特許文献１に記載のセメント原料化処理方法では、塩素を含む廃棄物に水を添加して廃棄物中の塩素を溶出させてろ過し、得られた脱塩ケークをセメント原料として利用するとともに、排水を浄化処理し、そのまま放流したり、塩分を回収することで、環境汚染を引き起こすことなく、塩素バイパスダストの有効利用を図っている。

上記セメント原料化処理方法では、図２に示すように、処理対象物（飛灰や塩素バイパスダスト）と水とを撹拌槽で撹拌・混合し、塩素を溶解させ、ろ過設備で固液分離後、脱塩ケークをセメント原料として利用する。一方、分離されたろ液は、重金属を含むため有害性分除去設備でｐＨ調整や薬剤添加により無害化処理を行った後、排水として放流する。

特開平１１−１００２４３号公報

しかし、飛灰及び塩素バイパスダストはカルシウムを多く含むため、カルシウムが飛灰や塩素バイパスダストと水との撹拌・混合の処理工程で溶解し、設備や配管にカルシウムスケールが析出し、さらにろ過設備で目詰まりを発生させるなど種々の不具合が生じている。そのため、定期的な部品の交換や洗浄が必要となり、運転率の低下により運転コストの上昇に繋がる。また、固液分離後の排水工程においても配管や反応槽、貯槽等にスケールとして析出するため、定期的な部品の交換、洗浄が必要になるとともに、それを防止するために多種多様な薬剤が必要となる。一方、ｐＨ調整や薬剤添加により重金属を処理、回収する工程において、カルシウムスケールの影響が小さいシックナーや広大なスペースを要する沈降槽等を設置する必要があるという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、運転管理や保守が容易で、装置の設置面積も小さく抑えることができる飛灰等の処理方法等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、焼却飛灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法であって、廃棄物を焼却した際に発生し、集塵装置で回収された焼却飛灰又は／及びセメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気された燃焼ガスに含まれるダストを水洗した際に発生した排水を両性イオン交換樹脂に導入し、該両性イオン交換樹脂によって前記排水からカルシウムを除去し、カルシウム除去後の排水に、さらに重金属及び有機成分を除去する排水処理を行うことを特徴とする。

そして、本発明によれば、排水処理を行う前に、両性イオン交換樹脂によって、前記焼却飛灰又は／及びダストを水洗した際に発生した排水に含まれるカルシウムを除去することができるため、水洗設備や配管にカルシウムスケールが析出することを防止することができる。これにより、ベルトフィルタの目詰まりなど、種々の不具合が生じるのを回避することができ、保守・運転コストを低減することができるとともに、広大なスペースを要する沈降槽等も不要となり、装置の設置面積も小さく抑えることができる。

上記焼却飛灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法において、前記焼却飛灰又は／及び前記ダストが溶解したスラリーにＳＯ₂ガス又は／及びＣＯ2ガスを接触させた後、固液分離し、得られたろ液を前記両性イオン交換樹脂に導入することができる。ＳＯ₂ガス又は／及びＣＯ₂ガスにより、スラリー中のカルシウム分を石膏又は／及び炭酸カルシウムに変化させ、溶存カルシウムの量を低減することで、より効率よくカルシウムを除去することができるとともに、両性イオン交換樹脂に導入する前の設備でのカルシウムスケールの析出を低減することができる。

さらに、前記ＳＯ₂ガス又は／及びＣＯ₂ガスを接触させた後の前記焼却飛灰又は／及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストを含むスラリーのｐＨを調整した後、固形分を得ることができ、この際、スラリーのｐＨを７．０以上１０．５以下に調整することができる。これにより、ｐＨ調整により溶解した重金属を固形分側に偏在させることができ、排水処理に要する薬剤の処理費用を低減することができる。

上記焼却飛灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法において、前記スラリーにＳＯ₂ガス又は／及びＣＯ₂ガスを接触させるため、前記スラリーが前記焼却飛灰が溶解したものである場合に、該スラリーに外部のセメントキルンの排ガス又は／及び該セメントキルンに付設された燃焼ガスから塩素を除去するための塩素バイパスシステムの排ガスを接触させ、前記スラリーが前記ダストが溶解したものである場合に、該スラリーに前記セメントキルンの排ガス又は／及び前記セメントキルンに付設された燃焼ガスから塩素を除去するための塩素バイパスシステムの排ガスを接触させることができ、運転コスト及び設備コストをより低く抑えることができる。

上記焼却飛灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法において、前記カルシウムの除去後の排水を膜処理して前記重金属及び有機成分を除去することができ、薬剤費を低く抑えて運転コストをさらに低減することができる。

また、本発明は、焼却飛灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理装置であって、廃棄物を焼却した際に発生し、集塵装置で回収された焼却飛灰又は／及びセメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気された燃焼ガスに含まれるダストを水洗した際に発生した排水からカルシウムを除去する両性イオン交換樹脂と、該両性イオン交換樹脂によってカルシウムを除去した後の排水に対して重金属及び有機成分を除去する排水処理を行う排水処理装置とを備えることを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、カルシウムスケールによって種々の不具合が生じるのを回避することができ、保守・運転コストを低減し、装置の設置面積も小さく抑えることができる。

以上のように、本発明によれば、運転管理や保守が容易で、装置の設置面積も小さく抑えることができる飛灰等の処理方法等を提供することができる。

本発明にかかる飛灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理装置の一実施の形態を示すフローチャートである。 従来の飛灰及び塩素バイパスダストの水洗処理システムの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明にかかる飛灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理装置の一実施の形態を示し、この処理装置１では、飛灰や、塩素バイパスダストなどのセメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気された燃焼ガスに含まれるダスト（セメントキルン燃焼ガス抽気ダスト）を各々別々に処理したり、これらを同時に処理することもできるが、以下の説明では、飛灰のみを処理する場合を例示する。

この処理装置１は、飛灰Ｆを水洗する水洗工程２と、飛灰Ｆの水洗ろ液に溶存するカルシウムを除去する溶存カルシウム除去工程３と、カルシウム除去後のろ液中の重金属を除去する重金属除去工程４と、重金属除去後、放流前に有機成分を除去する有機成分除去工程５とで構成される。

水洗工程２は、貯留タンク２１に貯留した飛灰Ｆを水に溶解させて脱塩を行い、さらにＳＯ₂ガス又は／及びＣＯ₂ガスを導入する溶解反応槽２２と、溶解反応槽２２から排出されたスラリーを貯留する貯留ピット２３と、貯留ピット２３から排出されたスラリーＳ１をケークＣとろ液Ｌ１とに水洗しながら固液分離するフィルタープレス２４と、フィルタープレス２４から排出されたろ液Ｌ１を貯留する貯槽２５とで構成される。

溶解反応槽２２へは、ＳＯ₂ガス又は／及びＣＯ₂ガスが導入され、これらによってスラリー中のカルシウム分を石膏（ＣａＳＯ₄）又は／及び炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）に変化させ、溶存カルシウムの量を低減する。溶解反応槽２２に導入されるガスは、例えばＣＯ₂を含むセメントキルンの排ガスや、ＳＯ₂ガスを含むセメントキルンに付設された塩素バイパスシステムの排ガスを用いる。

貯留ピット２３は、溶解反応槽２２からのスラリーを貯留するために備えられ、貯留ピット２３でｐＨ調整剤によりｐＨを調整してもよい。

溶存カルシウム除去工程３は、貯槽２５から供給されたろ液Ｌ１に溶存するカルシウムを除去するイオン交換樹脂３１と、イオン交換樹脂３１によってカルシウムが除去された脱カルシウム排水Ｌ２を一時的に貯留する貯留タンク３２と、イオン交換樹脂３１から排出される脱塩カルシウム含有水Ｌ３を一時的に貯留する貯留タンク３３とで構成される。

イオン交換樹脂３１は、貯槽２５から供給されたろ液Ｌ１に溶存するカルシウムを除去するために備えられ、両性イオン交換樹脂等を用いることができる。両性イオン交換樹脂とは、母体を架橋ポリスチレンなどとし、同一官能基鎖中に四級アンモニウム基とカルボン酸基等を持たせて、陽イオン陰イオンの両方とイオン交換をさせる機能を有する樹脂である。例えば、三菱化学株式会社製の両性イオン交換樹脂、ダイヤイオン（登録商標）、ＡＭＰ０３を用いることができる。このイオン交換樹脂３１は、水溶液中の電解質と非電解質の分離を行うことができ、電解質の相互分離を行うこともできる。

重金属除去工程４は、貯留タンク３２から供給された脱カルシウム排水Ｌ２に含まれる重金属を除去するために設けられ、キレート剤や硫化剤等を貯留するための薬剤タンク４５及び脱カルシウム排水Ｌ２と薬剤とを反応させる重金属反応槽４０、重金属が吸着された固形分や重金属の硫化物等を捕集するためのフィルタ４１と、フィルタ４１から排出されたろ液Ｌ５を貯留する貯槽４２とを備える。

重金属反応槽４０は、貯留タンク３２からの脱カルシウム排水Ｌ２に含まれる残留重金属を、薬剤タンク４５から供給されるキレート剤や硫化剤等の薬剤を用いて、排水中から除去するために設けられる。

フィルタ４１は、精密ろ過膜を有し、重金属反応槽４０からの処理水Ｌ４をろ過し、残留重金属、縣濁物質を除去するために備えられる。フィルタ４１から排出されたろ液Ｌ５は貯槽４２に貯留されるが、このろ液Ｌ５をフィルタ４１と貯槽４２との間で循環、及び逆洗に供することにより効率よく重金属等を除去することができる。一方、脱カルシウム排水Ｌ２を重金属反応槽４０を介してその処理水Ｌ４としてフィルタ４１に供給しているが、脱カルシウム排水Ｌ２を直接フィルタ４１に供給してもよい。

有機成分除去工程５は、フィルタ４１で残留重金属等を除去し、貯槽４２に貯留したろ液Ｌ６に含まれる有機成分を除去するために設けられる。

フィルタ４３は、フィルタ４１よりもさらに細かい目開きのろ過膜を有し、限外ろ過膜や逆浸透膜等を有し、貯槽４２からのろ液Ｌ６に含まれる有機成分を除去したり、ＣＯＤを低下させるために設けられ、フィルタ４３から排出されたろ液Ｌ７は、貯槽４４に貯留されるが、上記フィルタ４１の場合と同様に、フィルタ４３と貯槽４４との間で循環、及び洗浄に供することにより効率よく有機成分等を除去することができる。一方、ろ液Ｌ６をフィルタ４３に供給しているが、貯留タンク３２からの脱カルシウム排水Ｌ２を砂ろ過器、キレート塔での処理後、フィルタ４３に供給してもよい。

次に、上記構成を有する処理システム１の動作について、図１を参照しながら説明する。

まず、水洗工程２において、貯留タンク２１に貯留された飛灰Ｆを溶解反応槽２２へ供給し、飛灰Ｆに水を添加してスラリー化する。また、溶解反応槽２２にＣＯ₂ガス又は／及びＳＯ₂ガスを導入し、スラリー中のカルシウム分をＣａＣＯ₃又は／及びＣａＳＯ₄に変化させると同時に、前記ＣＯ₂ガス、ＳＯ₂ガスによりスラリーをｐＨ７．０〜１０．５に調整し、スラリー中の重金属を沈殿させる。溶解反応槽２２からの飛灰スラリーは、貯留ピット２３に一時貯留されるが、ここでｐＨが範囲を外れる場合は、貯留ピット２３において、酸（Ｈ₂ＳＯ₄、Ｈ₂ＳＯ₃、ＨＣｌなど）、アルカリ（ＮａＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）₂など）のｐＨ調整剤によってｐＨ７．０〜１０．５に調整し、スラリー中の重金属を沈殿させる。

フィルタープレス２４によって、貯留ピット２３からのスラリーＳ１を新規水により洗浄しながら、ろ液Ｌ１とケークＣとに固液分離する。洗浄後のケークＣをセメント原料としてセメントキルンで利用し、ケーク洗浄水は、溶解反応槽２２へ戻す。ここで、ケークＣ側に、上記ｐＨ調整により沈殿した重金属が偏在するため、飛灰Ｆに含まれる重金属の一部が除去される。また、フィルタープレス２４から排出されるろ液Ｌ１を貯槽２５に一時的に貯留する。

次に、溶存カルシウム除去工程３において、貯槽２５からのろ液Ｌ１をイオン交換樹脂３１に供給し、ろ液Ｌ１に溶存するカルシウムを除去する。イオン交換樹脂３１にろ液Ｌ１を導入すると、時間経過とともに、カルシウム分が除去された脱カルシウム排水Ｌ２と、塩が除去されてカルシウム分を含有する脱塩カルシウム含有水Ｌ３が排出される。イオン交換樹脂３１から排出された脱カルシウム排水Ｌ２は、貯留タンク３２に一時的に貯留され、脱塩カルシウム含有水Ｌ３は、貯留タンク３３に貯留した後放流する。

脱カルシウム排水Ｌ２を重金属反応槽４０へ供給し、薬剤タンク４５から供給されるキレート剤又は硫化剤、ｐＨ調整剤等、重金属を吸着、固形化する薬剤と接触させることにより、脱カルシウム排水Ｌ２に含まれる重金属を回収することができる。この処理水Ｌ４をフィルタ４１に供給し、重金属を含む固形分濃縮水とろ液Ｌ５に分離する。また、フィルタ４１を通過したろ液Ｌ５を貯槽４２とフィルタ４１との間で循環させるとともに、ろ液Ｌ５をフィルタ４１の逆洗に供することにより、重金属が濃縮した濃縮水を効率よく回収し、回収した濃縮水は、例えば、セメントキルンなどで処理することができ、フィルタ４１から排出されたろ液Ｌ５は貯槽４２に貯留される。

重金属を除去したろ液Ｌ６を有機成分除去工程５のフィルタ４３に供給し、上記フィルタ４１と同様に、フィルタ４３を通過したろ液Ｌ７を貯槽４４とフィルタ４３との間で循環させるとともに、ろ液Ｌ７をフィルタ４３の逆洗に供することにより、有機成分が濃縮した濃縮水を効率よく回収し、回収した有機成分濃縮水をセメントキルンなどで処理する。一方、有機成分濃縮水回収後のろ液Ｌ８は、そのまま放流するか、塩回収した後放流する。

尚、上記実施の形態においては、脱カルシウム排水Ｌ２を重金属反応槽４０へ供給して処理しているが、直接脱カルシウム排水Ｌ２をフィルタ４１に供給してもよいし、例えば貯槽４０を設けずに配管中に前記薬剤を添加し、その液をフィルタ４１に供給し、フィルタ４１で重金属や懸濁物質を除去した液を有機成分除去工程５に供給することもできる。

また、上記実施の形態において、脱カルシウム排水Ｌ２を重金属反応槽４０へと供給して処理しているが、砂ろ過器、キレート塔等で重金属や懸濁物質を除去した液を有機成分除去工程５に供給することもできる。

尚、上記実施の形態においては、重金属除去工程４において、フィルタ４１を利用して重金属を濃縮、回収したが、フィルタ４１に代えて、フィルタープレスやラメラセパレータなどを利用することもできる。

また、上記飛灰の処理においては、フィルタープレス２４によって洗浄した後のケークＣをセメント原料として利用したが、セメントキルン燃焼ガス抽気ダストを水洗した後のケークは、カルシウム成分がＣａＣＯ₃又は／及びＣａＳＯ₄に変化しているため、Ｃａ（ＯＨ）₂の含有量が低下し、凝結時間等への影響が小さくなり、セメント品質の安定性を保ちながらセメント仕上工程に直接添加することができる。また、これによって、セメント製造工程内の重金属の循環・濃縮を抑制することができ、従来方式の排水処理に比べ、薬剤費を低減できる。

１ 飛灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理装置
２ 水洗工程
３ 溶存カルシウム除去工程
４ 重金属除去工程
５ 有機成分除去工程
２１ 貯留タンク
２２ 溶解反応槽
２３ 貯留ピット
２４ フィルタープレス
２５ 貯槽
３１ イオン交換樹脂
３２、３３ 貯留タンク
４０ 重金属反応槽
４１ フィルタ
４２ 貯槽
４３ フィルタ
４４ 貯槽
４５ 薬剤タンク

Claims (6)

1. 廃棄物を焼却した際に発生し、集塵装置で回収された焼却飛灰又は／及びセメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気された燃焼ガスに含まれるダストを水洗した際に発生した排水を両性イオン交換樹脂に導入し、
   該両性イオン交換樹脂によって前記排水からカルシウムを除去し、
   カルシウム除去後の排水に、さらに重金属及び有機成分を除去する排水処理を行うことを特徴とする焼却飛灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法。
2. 前記焼却飛灰又は／及び前記ダストが溶解したスラリーにＳＯ₂ガス又は／及びＣＯ₂ガスを接触させた後、固液分離し、得られたろ液を前記両性イオン交換樹脂に導入することを特徴とする請求項１に記載の焼却飛灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法。
3. 前記ＳＯ₂ガス又は／及びＣＯ₂ガスを接触させた後の前記焼却飛灰又は／及び前記ダストを含むスラリーのｐＨを７．０以上１０．５以下に調整した後、固液分離し、得られたろ液を前記両性イオン交換樹脂に導入することを特徴とする請求項２に記載の焼却飛灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法。
4. 前記スラリーにＳＯ₂ガス又は／及びＣＯ₂ガスを接触させるため、
   前記スラリーが前記焼却飛灰が溶解したものである場合に、該スラリーに外部のセメントキルンの排ガス又は／及び該セメントキルンに付設された燃焼ガスから塩素を除去するための塩素バイパスシステムの排ガスを接触させ、
   前記スラリーが前記ダストが溶解したものである場合に、該スラリーに前記セメントキルンの排ガス又は／及び前記セメントキルンに付設された燃焼ガスから塩素を除去するための塩素バイパスシステムの排ガスを接触させることを特徴とする請求項２又は３に記載の焼却飛灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法。
5. 前記カルシウムの除去後の排水を膜処理して前記重金属及び有機成分を除去することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の焼却飛灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理方法。
6. 廃棄物を焼却した際に発生し、集塵装置で回収された焼却飛灰又は／及びセメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気された燃焼ガスに含まれるダストを水洗した際に発生した排水からカルシウムを除去する両性イオン交換樹脂と、
   該両性イオン交換樹脂によってカルシウムを除去した後の排水に対して重金属及び有機成分を除去する排水処理を行う排水処理装置とを備えることを特徴とする焼却飛灰及びセメントキルン燃焼ガス抽気ダストの処理装置。

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