JP2005058979A - 有害物質の無害化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイオキシン等を含む焼却灰を無害化する装置は処理量を増やすには限界があった。
低酸素が維持でき、置換材料の窒素の製造量を少なくてすむ経済的な有害物質の無害化装置を得ることである。
【解決手段】本発明の有害物質の無害化装置は真空が実現できる処理室の中に赤外線加熱処理室を持ち、一定量を内部処理前貯留容器に貯留した後減圧無酸素にして加熱無害化処理する。
また、無害化は加熱処理室への投入、減圧、加熱無害化処理、圧力復帰、排出を１サイクルとするバッチ処理で行う。
処理雰囲気は空気中で処理する代わりに窒素雰囲気で処理し、窒素は窒素保管容器に貯留し混入した酸素を窒素製造手段により除去して窒素の純度をあげることを特徴とする。
また、無害化処理は赤外線加熱処理室を通過させ赤外線で加熱する方法。
【選択図】図１

Description

本発明は焼却灰の処理方法に係り、焼却灰に含まれるダイオキシン等の有機塩素化合物を分解除去する処理方法に関するものである。

従来ダイオキシン対策のとられていない焼却場から出る焼却灰にはダイオキシンが残ったままで社会問題を起こしている。この焼却灰からダイオキシンを除去する一方法として図４に示す真空下の炉で加熱する方法がとられている。（例えば。特許文献１参照）
真空を確保するため炉４０に焼却灰を投入するにあたり二重扉を設けた小部屋を仲介する方法をとっている。
炉内の空気を真空ポンプで吸引して真空にするとともに窒素を入れ酸素と置換していた。焼却灰を炉に投入する時は炉側扉４４を閉め焼却灰を投入小部屋４３に入れ、その後大気側扉４５を閉じ焼却灰を炉に移し、最後に炉側扉４４を閉め投入の１サイクルを終えている。排出は排出小部屋４７を設け大気側扉４８を閉め灰を排出小部屋４７に入れ、その後炉側扉４６を閉じ灰を大気側に移し、最後に大気側扉４８を閉め排出の１サイクルを終えている。
特開２００３−０１０８２５号公報

しかし、この方法では処理量が扉開閉の一巡サイクルで決まり、焼却灰投入時に酸素が混入するため真空度と酸素濃度は真空ポンプの吸引量、窒素注入量で決まってしまい大量の処理をするには限界があった。

本発明の第１の課題は従来の無害化装置に比べ時間あたりの処理量を増やす装置を提供することである。

第２の課題は低酸素が維持でき、置換材料の窒素の製造量を少なくてすむ経済的な有害物質の無害化装置を提供することである。

上記課題を解決するために本発明の有害物質の無害化装置は真空が実現できる処理室の中に赤外線加熱処理室を持ち、一定量を内部処理前貯留容器に貯留した後減圧無酸素にして加熱無害化処理することを特徴とする。

また、無害化は加熱処理室への投入、減圧、加熱無害化処理、圧力復帰、排出を１サイクルとするバッチ処理で行うことを特徴とする。

また、無酸素は空気中で処理する代わりに窒素雰囲気で処理することを特徴とする。

また、窒素は窒素保管容器に貯留し混入した酸素を窒素製造手段により除去して窒素の純度をあげることを特徴とする。

また、無害化処理は赤外線加熱処理室を通過させ赤外線で加熱することによる。

本発明による効果は次のとおりである。
従来方式に比べ時間当たりの処理量を増やせる。
無害化反応に最適な低酸素の雰囲気を容易に実現できる。
置換材料の窒素を再生する窒素製造手段が小さな設備ですみ経済的である。

本発明の有害物質の無害化装置は内部に赤外線加熱処理室３と内部貯留容器および駆動機構８と開閉ならびに密閉ができる扉で処理室２を構成する。
処理室２は減圧無酸素で有害物質を分解・無害化する部屋である。
処理前の焼却灰は外部処理前貯留容器６に貯留されており、処理後の灰は外部処理後貯留容器７に貯留される。

本発明の有害物質の無害化装置は請求項４に提案するように処理室２への投入、減圧、加熱無害化処理、圧力復帰、排出を１サイクルとするバッチ処理を行う。
処理室２の内部には受け入れ用として最低１個の内部処理前貯留容器を有する、内部処理前貯留容器が複数個あると熱効率をあげることができる。

処理過程を順に説明する。投入は入口側扉１０が開いた状態で外部処理前貯留容器６と内部処理前貯留容器４を連結し灰を外部処理前貯留容器６から内部処理前貯留容器４へ移動する。灰の移動が終わったら連結を切り離し入口側扉１０を閉じる。

次に処理室２の減圧にはいるが、減圧はこの作業と同時に処理室２の他端ではバッチ処理の最終サイクルである処理済の灰を外へ出す排出作業が行われており、投入と排出の両過程が終わった時点で扉１０，１１が閉まったあと行う。減圧は真空ポンプ２１を作動させ処理室内気体を吸引することで実現し、真空度は１０ＫＰ以下に減圧することが望ましい。

次に加熱無害化処理の詳細について説明する。
減圧達成後赤外線加熱処理室３の温度が６００℃以上に上がるのを待って処理を開始する。もちろん、処理が継続していた場合で温度が６００℃以上に達している場合には、減圧達成を待って処理が開始できる。
赤外線加熱処理室３は高温耐熱セラミックを素材とする炉であって赤外線放射性能に優れている。
赤外線加熱処理室３は入口に投入した灰を順次回転しながら送り出していき、この移動途中で炉壁からの赤外線によって加熱されダイオキシンを分解無害化する。

加熱無害化処理するに当たっての内部貯留容器の動きについて入口・出口に各１個の貯留容器を設けた例で説明する。
外部貯留容器から投入された焼却灰は内部処理前貯留容器４に受け入れる、処理室を減圧した後焼却灰を排出して赤外線加熱処理室３に連続的に送り込む。
また、内部処理前貯留容器４は赤外線加熱処理室３から出た灰の熱と熱交換をし、２次加熱を行う。
内部処理後貯留容器５は赤外線加熱処理室３から出た灰を受け入れる容器であり、処理室２の灰を処理室外へ移し変える容器である。

入口・出口各２個の容器を設けた例を図３にもとづき説明する。
外部貯留容器から投入された焼却灰は第１内部処理前貯留容器４ａに受け入れる、第１内部処理前貯留容器４ａでは一次加熱を行う、第２内部処理前貯留容器４ｂは焼却灰を赤外線加熱処理室３に連続的に送り込む容器である。
減圧加熱サイクルに入るときの入口側は第１内部処理前貯留容器４ａ、第２内部処理前貯留容器４ｂ共に満杯にする、出口側は第１内部処理後貯留容器５ａを空、第２内部処理後貯留容器５ｂを満杯にする。
第１内部処理前貯留容器４ａから第２内部処理前貯留容器４ｂへの移動は第１内部処理前貯留容器４ａから赤外線加熱処理室３への投入が完了した後行う。
第１内部処理後貯留容器５ａは赤外線加熱処理室３から出た灰を受け入れる容器である、第２内部処理後貯留容器５ｂは処理室２の灰を処理室外へ移し変える容器である。
処理が開始されると赤外線加熱処理室３から出る灰を第１内部処理後貯留容器５ａに受け入れる。
灰の移し変えは処理室２を大気圧にした後、第２内部処理後貯留容器５ｂを外部貯留容器に移し変え、空になった後第１内部処理後貯留容器５ａから第２内部処理後貯留容器５ｂへの移しかえを行う。

減圧無酸素手段について説明する。
処理室２でのダイオキシン分解・無害化は無酸素状態で行う。無酸素実現の第１の方法は処理室を大気圧に戻すとき大気を入れ、処理に先立ち真空ポンプで吸引し、無酸素実現のため処理室２へ窒素を注入する。この方法は処理室２が密閉された状態で窒素を置換するため注入する窒素が少量ですむ。

本発明ではさらに強固な無酸素を実現するための第２の手段として請求項３を提案する。処理室２の圧力を大気圧に戻すとき大気の代わりに窒素を全量注入する。
毎回窒素の全量を入れ替えるのは不経済であり、真空ポンプ２１の吸引ガスを窒素保管容器２０に回収する。窒素は後述の熱交換媒体を兼ねており、処理室２から真空ポンプ２１の間には吸引ガスの温度を下げる冷却手段２３、飛灰、有害ガスを除去する集塵機２２が付加されている。

処理室２から窒素保管容器２０へ回収した気体には処理室２の扉を開けたときに入り込んだ酸素等が混入していて窒素純度が下がっている。
この窒素保管容器２０の窒素を処理室へ注入循環するには酸素を除去し純度をあげる必要がある、加えて、窒素の減量した分を補充する必要がある。
このため、請求項４に提案するように窒素製造手段１９を加えている。窒素保管容器２０の一部を抜き取り窒素製造手段１９にいれ、純度の上がった窒素を窒素保管容器２０に戻す、減量分は大気を窒素製造手段１９に取り込み補充する。この方法により純度維持の図れた窒素が得られる。

焼却灰を加熱処理するために貯留容器を移しかえたり赤外線加熱処理室３を通すときに粉体の状態だと有害物質が灰に付着した状態で飛散してしまう。このため固形状態であることが望ましく、焼却灰に水を加え造粒加工することで固形状態の焼却灰が造れる。
ダイオキシンの分解は高温状態の滞留時間が長いほど完全になる。
焼却灰を処理室２に入れる前に乾燥し、温度を上げておくほと早く分解可能温度に達し分解も完全になる。

次に請求項５の熱交換について説明する。
赤外線加熱処理で加熱された灰と赤外線加熱処理室３から回収した熱をもちい処理前の焼却灰と熱交換をする。
完全真空中の熱交換は接触による熱伝導が、あるいは輻射熱の利用が可能であり、気体の対流による熱交換では熱交換できない。本装置は完全真空に至らない減圧下で処理を行なう、このため内部に存在する気体を熱交換媒体として利用する。気体の１つは窒素であり、もうひとつは焼却灰に含まれる水分が赤外線加熱処理室３で蒸発した水蒸気である。
処理室外の貯留容器では外気を取り込み出側の灰から熱を回収し、入り側の焼却灰を温める。入り側の焼却灰を温めた余熱は外気取り込み口に戻し更に熱を回収する。

熱の流れについて詳細に説明する。
第１の流れは窒素である、処理室２に注入する窒素は配管により内部処理後貯留容器５に入る。
内部処理後貯留容器５を出た窒素の一部は赤外線加熱処理室３に入る、内部処理後貯留容器５を出た窒素の残りは内部処理前貯留容器４に入る、赤外線加熱処理室３を出た窒素は次に内部処理前貯留容器４に入る。内部処理前貯留容器４に入った窒素は真空ポンプ２０に吸引され処理室２の外へ出る。
処理室２の外に出た窒素は熱交換器２４に入り第２の流れとなる空気と熱交換する。
次に冷却器２３に入り常温まで温度が下げられる。次に集塵機２２に入り混入した飛灰が除去される。最後に真空ポンプ２１に入る。

第２の流れは空気であり、この流れの最後につけたブロワー２７により吸引され途中の容器中の灰や熱交換器で熱交換する。取り込まれた外気は熱交換器２５に入りこの流れで取り込んだ熱と熱交換する。
熱交換器２５を出た空気は外部処理後貯留容器７に入り灰の熱を奪い出て行く、次に熱交換器２４に入り窒素と熱交換する。次に外部処理前貯留容器６に入り焼却灰の熱を奪い出て行く、次に熱交換器２５に入る、最後に集塵機２６で飛灰・ダイオキシンを除去する。

以上の処理を続けると内部処理前貯留容器４が空になり、内部処理後貯留容器５が満杯になる。このことを検知して加熱処理を終了にする。
処理室２の灰を排出するに当たり処理中は減圧しているため扉の開閉がしにくい。扉の開閉をスムーズに行うには扉開閉前に窒素保管容器２０から窒素を処理室２へ注入し処理室内外の気圧を一致させる。

次に最終ステップとして灰の排出について説明する。
灰の外だし作業は扉を開け内部処理後貯留容器５の灰を外部処理後貯留容器７に移動させる。
灰の移動は扉を開き、出側の外部処理後貯留容器７と内部処理後貯留容器５をそれぞれ連結して行う。
灰の移動が終了した後連結を切り離し扉を閉じて１バッチの処理が終了する。

本発明の開示例にはダイオキシンを含む焼却灰を例に開示しているが他の利用分野として有害物質を含むヘドロ、汚染土壌、汚泥、肉骨粉の無害化、あるいは重金属類の分離等に利用できる。

本装置の構成を示す図 本装置の真空と熱交換の流れを示す図 内部貯留容器が各２個の実施例を示す図 従来の無害化装置の構成を示す図

符号の説明

１・・本装置、２・・処理室、３・・赤外線加熱処理室、４・・内部処理前貯留容器、４ａ・・第１内部処理前貯留容器、４ｂ・・第２内部処理前貯留容器、５・・内部処理後貯留容器、５ａ・・第１内部処理後貯留容器、５ｂ・・第２内部処理後貯留容器、６・・外部処理前貯留容器、７・・外部処理後貯留容器、
１０・・入口側扉、１１・・出口側扉、１９・・窒素製造手段、２０・・窒素保管容器、２１・・真空ポンプ、２２・・集塵機、２３・・冷却手段、２４・・熱交換器、２５・・熱交換器、２６・・集塵機、２７・・ブロワー、
４０・・従来装置、４１・・投入手段、４２・・投入小部屋、４３・・炉側扉、４４・・大気側扉、４６・・排出手段、４７・・排出小部屋、４８・・炉側扉、４９・・大気側扉

Claims (5)

1. 内部に加熱炉と貯留容器と駆動手段を有する真空室を持ち、有害物質を間欠的に投入し無酸素の負圧下で加熱処理する有害物質の無害化装置。
2. 貯留容器を単位として有害物質を処理室外から内部処理前貯留容器入れる、と同時に処理後の有害物質を内部処理後貯留容器から処理室外に排出をする、有害物質の出し入れ終了後処理室を密閉し減圧無酸素にする、次に内部処理前貯留容器の有害物を順次加熱処理をする、ついで内部処理前貯留容器の有害物の処理が終了後処理室圧力を大気圧と同等に戻す、これら一連の処理を１バッチとして処理する処理方法。
3. 処理室の無酸素化手段として窒素を用いる、処理室の減圧時に排出する窒素を回収する窒素保管容器を有し、処理室の圧力を外気圧と等しくするとき窒素保管容器から窒素を充填する有害物質の無害化装置。
4. 窒素保管容器の窒素は窒素再生手段へ循環させ酸素を除去し窒素の純度を上げることのできる有害物質の無害化装置。
5. 加熱処理室を出た有害物の熱と加熱処理室の熱を回収し処理前の有害物を加熱する手段を有する有害物質の無害化装置。

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