JP2011206676A

JP2011206676A - 焼却灰の飛散抑制法

Info

Publication number: JP2011206676A
Application number: JP2010076812A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Nakanishi; 伸夫中西; Takashi Ochi; 隆越智; Yuji Ono; 裕司小野
Original assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd; Jujo Paper Co Ltd
Current assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd; Jujo Paper Co Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-20

Abstract

【課題】本発明の課題は、焼却炉やボイラーから発生する焼却灰の飛散を効率よく抑制する処理方法を提供することである。
【解決手段】ボイラー又は焼却炉から発生する焼却灰に、アニオン性界面活性剤水溶液を添加し、混練することによって、焼却灰の飛散を効率よく抑制する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ボイラー又は焼却炉から排出される焼却灰の処理方法に関する。特に本発明は、焼却灰を取り扱う際の飛散を抑制する方法に関する。

焼却炉やボイラーから発生する焼却灰は粒径が小さく、乾燥状態で排出される。これらの灰の一部は有効利用もしくは埋め立てのために輸送されるが、トラックへの積み込み及び荷下ろしの際に乾燥状態では発塵しやすく、作業環境を著しく悪化させ、作業員の健康を害するのみならず、粉塵が風により飛散し、近隣環境を汚染するおそれがあった。

この発塵を防ぐために現状では灰に水を添加し、灰を凝集させて飛散を抑制しているが、添加した水によって重量が増大するため輸送費や処理費用の増加の原因となっていた。また、近年では焼却灰の一部はセメントの原料として再利用されるが、水分が高いと焼成工程において水を蒸発させるために熱量が必要となり、熱効率が低下する。このため、焼却灰を低い水分で飛散を抑制する処理方法が求められていた。

特許文献１には、堆積した焼却灰の表面に、接着型接合剤、石膏又はクレー及び水を含有する被覆組成物を吹き付けて、堆積物表面を被覆して飛散を抑制することが記載されている。しかし、堆積物の内部は飛散抑制処理が行われていないため、トラックへの積み込み及び荷下ろしの際など堆積物内部が露出する場合、飛散抑制効果は期待できなかった。また、特許文献２にはゴム、特許文献３にはポリビニルアルコールを含有する水溶液を用いて粉塵の飛散を抑制することが記載されているが、薬品の添加量が多く、添加コストがかさむという問題があった。さらに、特許文献４には、灰トナー、廃粉体塗料などの極度に水に濡れにく、水のみを添加しても粉塵の飛散抑制がまったく期待できない粉体に対して、界面活性剤水溶液を噴射して粉塵の飛散を抑制することが記載されている。

特開２００３−１１７５１５号公報特開２００５−１４４２４８号公報特開２００５−２９６７２９号公報特開２００８−１５５１６７号公報

本発明の課題は、焼却炉やボイラーから発生する焼却灰の飛散を効率よく抑制する処理方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ボイラー又は焼却炉から発生する焼却灰に、アニオン性界面活性剤水溶液を添加し、混練することで、焼却灰の飛散を効率よく抑制できることを見出し、本発明を完成させた。

本発明は、これに限定されるものではないが、以下の発明を包含する。
（１）アニオン性親水基を複数有するアニオン性界面活性剤の水溶液を焼却灰に添加し、混練することを含む、焼却灰の飛散を抑制する方法。
（２）前記アニオン性親水基が、カルボン酸、スルホン酸、リン酸からなる群より選択される、（１）に記載の方法。
（３）前記焼却灰が、元素分析による酸化物換算（ＣａＯ）で０．１重量％以上カルシウムを含有する、（１）または（２）に記載の方法。
（４）前記界面活性剤の分子量が１０００〜１０００００である、（１）〜（３）のいずれかに記載の方法。
（５）前記界面活性剤の添加量が、焼却灰１００重量部に対して０．０１〜１．００重量部である、（１）〜（４）のいずれかに記載の方法。

また、本発明は、アニオン性親水基を複数有するアニオン性界面活性剤の水溶液である、焼却灰用の飛散防止剤に関する。

本発明の処理方法により、ボイラー又は焼却炉から発生する焼却灰の飛散を効率よく抑制できる。さらに、従来の水と焼却灰を混練する処理方法と比較して低い水分量で飛散を抑制できるので処理費用及び輸送費用の削減が可能であり、例えば、焼却灰をセメントとして再利用する際にも有利である。

図１は、焼却灰の飛散率の評価方法を示した図である。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を進めた結果、ボイラーや焼却炉から発生する焼却灰にアニオン性界面活性剤水溶液を添加し、混練することにより焼却灰粒子の表面を親水性として、粒子の表面を水で被覆することで、少ない水の添加量でも飛散の原因となる微小な粒子を凝集させ飛散を抑制できることを見出した。

本発明で処理の対象とする焼却灰は、焼却炉やボイラーなどから排出され、例えば、ゴミ焼却炉から排出される焼却灰、古紙回収工程において発生する固形分として回収されるペーパースラッジや石炭などを燃料として排出されるボイラー灰などがあげられる。

本発明において焼却灰は、元素分析による酸化物換算（ＣａＯ）でカルシウムを０．１重量％以上含有することが望ましく、０．５重量％以上含有することがより望ましく、１．０重量％以上含有することがさらに望ましい。このような焼却灰を処理対象とすると、後述するように、アニオン性界面活性剤の効果が最大限に発揮され、効果的に焼却灰の飛散を抑制することができる。

本発明で使用する界面活性剤は、アニオン性親水基を複数有するアニオン性界面活性剤であり、例えば、カルボン酸、スルホン酸、リン酸などのアニオン性親水基を分子中に複数持つものが好ましい。アニオン性の親水基を分子中に複数持つ界面活性剤は焼却灰粒子の表面を効率的に親水性にして、焼却灰の飛散を抑制することができる。焼却灰にカルシウム分が含まれている場合、アニオン性界面活性剤のアニオン基がカルシウムにより架橋され、複数の焼却灰粒子を捕捉、凝集させて飛散を効率的に抑制できるためと考えられる。一方、アニオン性の親水基が分子中に一つしかないと、カルシウムによる架橋は起こるが複数の焼却灰粒子を捕捉できず、ノニオン性及びカチオン性の界面活性剤ではカルシウムによる架橋は不可能であるため、高い飛散抑制効果は期待できない。

アニオン性界面活性剤としては、これに限定されるものではないが、例えば、ポリα−オレフインスルホン酸塩、ポリアクリル酸塩、ポリマレイン酸塩、ポリイタコン酸塩、ポリアクリルアミドターシャリーアルキルスルホン酸塩、ポリアクリルリン酸エステル等が挙げられる。この中でも、ポリアクリル酸塩が特に好ましい。また、本発明においては、１種類の界面活性剤を使用してもよく、複数種類の界面活性剤を使用してもよい。

本発明で使用する界面活性剤の分子量は１０００〜１０００００であることが好ましく、１５００〜６００００であることがより好ましく、１５００〜３００００であることがさらに好ましい。分子量が１０００未満では複数の焼却灰粒子を補足するには分子鎖が短い場合がある。また、分子量が１０００００を超えると界面活性剤水溶液の粘度が非常に高くなるので、焼却灰との混練工程において短時間で均一に混練するのは困難となる場合がある。

本発明で使用する界面活性剤の添加量は、焼却灰１００重量部に対して０．０１〜１．００重量部であることが好ましく、０．０１〜０．５０重量部であることがより好ましい。０．０１重量部未満では十分な効果は期待できない場合があり、１．００重量部を超えると薬品添加コストが大きくなってしまう。

本発明における界面活性剤水溶液は、通常の方法で調製することができ、その濃度に特に制限はない。使用する界面活性剤の種類にもよるが、濃度が高すぎると、界面活性剤水溶液の粘度が高くなり水溶液を焼却灰に添加しにくくなる一方、濃度が低すぎると、焼却灰に対する水の使用量が増大してしまう。また、本発明の界面活性剤水溶液に、他の薬品・助剤などを添加してもよい。これに限定されるものではないが、例えば、殺菌剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、分散剤などを界面活性剤水溶液に添加することができる。

本発明においてはアニオン性界面活性剤の水溶液を焼却灰に添加するが、その添加方法は特に制限されず、公知の方法を採用することができる。例えば、界面活性剤の水溶液を焼却灰に注ぎ込むことによって添加してもよいし、噴霧によって添加してもよいが、効率性の観点からは噴霧により添加することが好ましい。また、界面活性剤の添加は一括して行ってもよいし、分割して行ってもよく、一定速度で逐次添加することも可能である。

本発明においては、界面活性剤水溶液を焼却灰に添加し、界面活性剤と焼却灰とが十分に接触できるよう両者を混練する。混練の方法は特に制限されず、一般的な方法によって混練することができる。例えば、材料を一括して一括混練してもよく、材料を分けて投入する分割混練としてもよい。装置を用いて混練することもでき、例えば、ロールを利用した混練装置などを好適に利用することができる。混練時間も制限されないが、アニオン性界面活性剤と焼却灰とが十分に接触できるよう１０分以上混練することが好ましい。

本発明において、焼却灰に対する界面活性剤水溶液の添加および混練は、容器中でバッチ式に行うこともでき、また、装置などにおいて連続式に処理することもできる。また、界面活性剤水溶液の添加と混練を別々の工程で行うこともできるし、１つの工程で添加と混練を行うこともできる。

本発明によって処理された焼却灰は、灰が飛散しにくいため処理や運搬が容易であり、未処理の焼却灰と比較して付加価値が高い。本発明によって焼却灰は、それ自体をセメント原料などに有効活用してもよく、廃棄物として処理してもよい。

以下に実施例と比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、本明細書において、部、％などは重量基準であり、数値範囲はその端点を含むものとして記載される。

実施例１
平均分子量が２０００であるアニオン系のポリアクリル酸ナトリウム（東亞合成株式会社、アロンA-210）の０．１％水溶液を飛散抑制剤として用いた。石炭を１０００℃でボイラーにて燃焼させて得た焼却灰300g（100重量部）をホバートミキサー(関西機器製作所、KC-8型)にセットし、低速で混練しながらポリアクリル酸ナトリウム水溶液を54g添加して界面活性剤成分が０．０１８重量部、水の総量が１８重量部となるようにし、その後10分間混練した。その後、以下の方法により焼却灰の飛散率及びコストメリットの評価を行った。

（元素分析）
上記燃焼灰について、蛍光Ｘ線分析装置オックスフォードＥＤ２０００型を用いて測定を行った。焼却灰の元素分析の結果は以下のとおりだった。
SiO₂：65.3％、Al₂O₃：24.0％、Fe₂O₃：5.2％、TiO₂：1.9％、K₂O：0.8％、CaO：1.7％、その他：2.0％
（飛散率の測定）
飛散抑制処理を行った焼却灰１０ｇを、直径８ｃｍ、高さ１０ｃｍである円柱状のガラス容器にセットした。さらに直径４ｃｍの吸引ノズルを、ガラス容器の底部の中心上、１０ｃｍの高さにセットした（図１参照）。その後、振幅１ｃｍ、毎分１５０回の周波数で左右に振動させて強制的に発塵させた。舞い上がった焼却灰を直径４ｃｍの吸引ノズルから２０ｍ／秒の速度で３０秒間吸引し、吸引前後の焼却灰の重量から下式により飛散率を評価した。飛散率が低い程、焼却灰が飛散しにくいことを意味し、飛散率が１０％以下であると操業上問題が発生しにくいと考えられる。

（コストメリット）
石炭ボイラー灰１００重量部に対して水を総量が２８重量部となるように添加し、混練した場合と比較したコストメリットを算出した。灰の廃棄費用を１００００円／トン、飛散処理剤の薬品コストを４００円／ｋｇとして、乾燥状態の灰１トンあたりの水の添加量削減による処理費用削減額と、飛散抑制剤の添加コストからコストメリットを評価した。

実施例２
界面活性剤水溶液の濃度を０．２％とし、ボイラー灰１００重量部に対して、界面活性剤成分が０．０３５重量部、水の総量が１８重量部となるように飛散抑制剤を添加した以外は、実施例１と同様の条件で焼却灰の飛散率及びコストメリットの評価を行った。

実施例３
平均分子量が２００００であるアニオン系のポリアクリル酸ナトリウム（東亞合成株式会社、アロンA-20UN）を用いた以外は、実施例２と同様の条件で焼却灰の飛散率及びコストメリットを評価した。

比較例１
石炭ボイラー灰１００重量部に対して水を総量が１８重量部になるように添加し、混練した後に飛散率を上記の方法で評価した。

比較例２
平均分子量が６００であるノニオン系のポリオキシエチレンアルキルエーテル（花王株式会社、エマルゲン７０９）を用いた以外は、実施例２と同様の条件で焼却灰の飛散率を上記の方法で評価した。

飛散抑制処理の対象とした石炭灰の元素分析を行った結果、カルシウムを酸化物換算で１．７％含有することがわかった。飛散抑制率の評価を行った結果、ポリアクリル酸ナトリウム水溶液を飛散抑制剤として使用した実施例１〜３では飛散率が１０％以下であり、焼却灰の飛散が効果的に抑制された。なお、水のみを添加した比較例１では飛散率が１７％、ポリオキシエチレンアルキルエーテル水溶液を飛散抑制剤として使用した比較例２では飛散率が１４％であり、焼却灰の飛散抑制効果は低かった。また、コストメリットを計算した結果、実施例１〜３の処理を行うことで７００〜９００円／トン程度のコストメリットが見込まれた。

１：ガラス容器、２：吸引ノズル、１１：焼却灰、１２：強制的に発塵させた焼却灰

Claims

アニオン性親水基を複数有するアニオン性界面活性剤の水溶液を焼却灰に添加し、混練することを含む、焼却灰の飛散を抑制する方法。
前記アニオン性親水基が、カルボン酸、スルホン酸、リン酸からなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
前記焼却灰が、元素分析による酸化物換算（ＣａＯ）で０．１重量％以上カルシウムを含有する、請求項１または２に記載の方法。
前記界面活性剤の分子量が１０００〜１０００００である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
前記界面活性剤の添加量が、焼却灰１００重量部に対して０．０１〜１．００重量部である、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。