JP3332150B2

JP3332150B2 - 焼却残渣の処理方法

Info

Publication number: JP3332150B2
Application number: JP32389397A
Authority: JP
Inventors: 啓介中原; 聰松井; 拓也品川
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1997-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 2002-10-07
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: JPH11138131A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機塩素化合物を
含む焼却残渣などの固形物の水熱処理に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ダイオキシン類は、廃棄物などの燃焼過
程で非意図的に生成する化学物質であり、その毒性は、
急性毒性、発癌性、催奇形性、免疫毒性さらには生殖
毒性などの広範囲にわたる毒性影響が報告されており、
環境中で分解されにくいため、その環境汚染は地球環境
問題として注目を集めている。

【０００３】ごみ焼却によって生成したダイオキシン類
の多くは、燃焼ガスとともに運ばれ、集塵装置で捕集さ
れる飛灰に移行するため、飛灰はダイオキシン類を多く
含む。また、焼却灰もダイオキシン類を少量含む。こう
したことから、飛灰、焼却灰に対しては溶融固化処理、
飛灰に対しては加熱脱塩素化処理がなされている。

【０００４】溶融固化処理は、飛灰、焼却灰を１５００
℃以上の高温において溶融処理してスラグにする方法で
ある。また、加熱脱塩素化処理は、特公平６−３８８６
３に開示されているように例えば、飛灰を加熱装置に装
入し、還元雰囲気（酸素濃度１〜２％）において２５０
〜４５０℃で加熱処理する方法である。加熱脱塩素化処
理によれば、３５０℃、１時間の加熱処理により飛灰の
ダイオキシン類は、０．６ＴＥＱ−ｎｇ／ｇから０．０
０２ＴＥＱ−ｎｇ／ｇまで大幅に減少するとの報告があ
る。

【０００５】また、低温度で効率よくダイオキシン類を
分解できる方法として、特開平６−１４２６３７には、
スラリー状飛灰の水熱処理について開示されている。こ
の処理方法は、飛灰１重量部に対し６．７〜２０重量部
の水あるいはアルカリ水などを混合して、飛灰スラリー
を調製し、これを１００〜３５０℃で水熱処理すること
により、ダイオキシン類を分解する処理方法である。こ
の方法によれば、１００℃において１０分以上、あるい
は３００℃において２分以上の水熱処理により飛灰に含
まれるダイオキシン類の８０％以上を分解できることが
示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】飛灰、焼却灰の溶融固
化処理は、１５００℃以上の高温を必要とし、溶融物を
取扱うことから設備が大規模となり処理コストが高い。
また、飛灰の加熱脱塩素化処理でも、粉状の飛灰を長時
間にわたり均一に加熱処理するため加熱装置が大型とな
り、さらにダイオキシン類の再合成を防止するため加熱
飛灰の急冷装置が必要となるなど溶融固化処理同様に設
備が大規模となり処理コストが高い。このようにこれら
の処理方法は、処理設備が大規模となり設備コスト、運
転コストが高いという点で、改善の余地がある。

【０００７】ー方、飛灰スラリーの水熱処理でも高価な
圧力容器を必要とする。また、水熱処理後の飛灰スラリ
ーは、そのままの状態で処分することはできず、固液分
離が必要となる。固液分離で生じた液は、飛灰から移行
した塩類を高濃度に含むため河川放流ができず蒸発乾固
処理などが必要となる。このように飛灰スラリーの水熱
処理においても処理プロセスが複雑となり、溶融固化処
理、加熱脱塩素化処理と同様に処理設備が大規模となり
設備コスト、運転コストが高い。また、スラリー搬送
は、均一粉体の飛灰では可能であるが、塊状物が混在し
た焼却灰には適用が困難である。

【０００８】本発明は、飛灰、焼却灰などの焼却残渣の
ダイオキシン類の分解処理を低コストに実施できる方法
を提供するものであり、詳しくは焼却残渣の水熱処理を
従来よりも小型の圧力容器で効率よく実施でき、しか
も、固液分離や廃液処理の必要をなくし、搬送に良好な
取扱い性を有した処理物が得られる方法を提供するもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者らは、従来の水熱
処理がスラリー状態で実施されることにより、多くの障
害が生ずると考え、スラリー状態よりもさらに水分量を
減じた条件におけるダイオキシン類の水熱加水分解処理
について詳細に研究を進めた。その結果、焼却残渣と水
の混合物における水分率が１０〜８０％、加熱温度が１
００〜３５０℃のもとで、ダイオキシン類の水熱加水分
解が進行することが判った。また、水分率が１０〜５０
％でもこれが可能であることが判った。

【００１０】本発明は、混練状態であってもスラリー状
態とほぼ同等に焼却残渣のダイオキシン類が分解できる
ことを見出したことに基づく。

【００１１】水熱処理に供する焼却残渣の形態をスラリ
ー状態に代わり流動性が低い混練状態とすることによ
り、水分を含む処理物全体の容積を減少することがで
き、水熱処理の実施に供する圧力容器を小型化できる。
また、処理物が混練状態にあることから、固液分離、廃
液処理の必要はなくなる。混練物の水分率を後述する条
件にすることにより、処理物の搬送に必要な取扱い性を
得ることができる。また、焼却灰のように塊状物を混在
するものであっても水熱処理が可能となる。

【００１２】混練物の嵩密度は、全ての空隙が水で満た
され遊離した水分のない状態（キャピラリ状態）のとき
最も高い。この状態のとき、焼却残渣の容積は小さく水
熱処理に供する圧力容器の容積を小さくできる。また、
このとき、混練物の機械的強度が高く、圧力容器への装
填において搬送機への付着、浮き水の発生などがなく、
取扱いが容易になる。キャピラリ状態のとき混練物の攪
拌トルクが最も高くなることから、キャピラリ状態とな
る水分率は、混練の際に徐々に水を加えながら攪拌トル
クを測定することにより、容易に決定することができ
る。ごみ焼却飛灰の混練物では、水分率が凡そ２０〜３
０％の範囲にキャピラリ状態となる水分率がある。

【００１３】また、混練物、処理物の搬送において搬送
装置に付着などが生じない良好な取扱い性を得るには、
混練物、処理物が液性を示さない状態にあることが必要
となる。特に、処理物は最終処分場へトラックなどで搬
出されるので、処理物の良好な取扱い性を得ることは重
要である。液性を示さない状態は、例えばＪＩＳ−Ａ−
１２０５の土の液性限界・塑性限界試験などにより判定
が可能であり、混練物、処理物の適正な水分率範囲を確
定できる。つまり、水熱処理を終わり圧力容器から排出
した混練物が顕熱による水分蒸発を終了した時点におい
て、処理物が液性限界点以下になるように、混練時の水
分率を設定することにより処理物の良好な取扱い性を得
ることができる。ごみ焼却飛灰の混練物では、水分率が
凡そ３０％を超えると液性を示すようになる。したがっ
て、処理物の水分率を凡そ３０％以下にするには、水分
の蒸発を考慮して圧力容器に装填する混練物の水分率を
凡そ５０％以下にすることが望ましい。ただし、焼却残
渣と水の混合物が液性を示す水分率は、粒度や成分によ
り異なることから、混練物の水分率が５０％を超える場
合であっても、処理物が液性を示さないように混練時の
水分率を設定すればよい。なお、メタノールなどの水溶
性有機溶媒を添加した場合は、水と水溶性有機溶媒を水
分として取扱う。

【００１４】

【発明の実施の形態】焼却残渣と水、アルカリ水溶液、
水溶性の有機溶剤を含むアルカリ水溶液のうちのいずれ
かと混合し、混合物を圧力容器に装填、密閉したのち、
１００〜３５０℃に加熱する。加熱温度に応じた所定時
間が経過したとき圧力容器を開封し、混合物を排出す
る。圧力容器の開封とともに混合物の水分が顕熱により
蒸発することにより、搬送に良好な取扱い性の混練物と
なり、ベルトコンベアなどの搬出装置により排出され
る。

【００１５】焼却残渣と水、アルカリ水溶液、水溶性有
機溶剤を含むアルカリ水溶液との混合物の水分率は、１
０〜８０％が適正であるが、水分率は１０〜５０％であ
ってもよい。水分率１０％未満では水熱処理の効果が低
下し、水分率８０％を超えると焼却残渣と水、アルカリ
水溶液、水溶性有機溶剤を含むアルカリ水溶液との混合
物の容積が著しく大きくなり、水熱処理に供する圧力容
器が大きくなる。水分率５０％を超えると処理物の搬送
において付着などの障害が生ずる。なお、水分率５０〜
８０％の処理物に対しては、水熱処理後にセメントなど
を添加して混練することにより良好な取扱い性を得るこ
とができる。

【００１６】焼却残渣と水、アルカリ水溶液、水溶性有
機溶剤を含むアルカリ水溶液との混合物の容積比と水分
率の関係を図１に示す。混合物の容積は水分率８０％以
上で急激に大きくなることが判る。

【００１７】水熱処理により、ダイオキシン類のＣ−Ｃ
ｌ結合が加水分解されてＣ−ＯＨ結合とＨＣｌが生成
し、この反応がアルカリ中和反応により促進されるこ
と、メタノール添加によりダイオキシン類が溶解し易く
なるとともに溶液の表面張力も低下し、飛灰の細孔内ま
で溶媒が浸透し易くなり反応効率が上がることなどにつ
いては、化学装置、１９９５年７月号、ｐ．５５−５９
“水熱反応によるダイオキシン類の分解”に示されてい
る。

【００１８】本発明では、ダイオキシン類の水熱加水分
解反応が焼却残渣の粒子表面の水膜において進行してい
るものと予想する。わずかな水分の存在であっても、圧
力容器内においては、水の蒸発、凝縮が繰り返されてお
り、混練物の粒子表面には常に水が補給されているもの
と考える。また、焼却過程で生成したダイオキシン類は
焼却残渣の粒子表面に吸着していること、しかもダイオ
キシン類が低濃度で存在することから、実施例に示すよ
うに実用レベルの分解特性が得られるものと思われる。

【００１９】

【実施例】＜実施例１＞ごみ焼却飛灰１００ｇと水酸化
ナトリウム１ｇに水を混合物の水分率が５〜８７％にな
るように混合し、これをオートクレーブに充填した後、
２５０℃に加熱し１時間保持した。次にオートクレーブ
を冷却して、処理物を取出した。供試飛灰と処理飛灰に
含有されているダイオキシン類を分析した。乾燥灰当た
りのＴＣＤＤ毒性等価換算濃度（ＴＥＱ）とダイオキシ
ン類の分解率を表１に示す。水分率１０％以上では、ダ
イオキシン類の分解率は９０％以上となり、比較例とし
た水分率８７％（スラリー状態）とほぼ同等の分解率を
得ることができた。

【００２０】

【表１】＜実施例２＞ごみ焼却飛灰１００ｇ、水酸化ナトリウム
１ｇと水３０ｇを混合、混棟したものをオートクレーブ
に充填した後、１００〜３５０℃に加熱し１時間保持し
た。次にオートクレーブを冷却して、処理物を取出し
た。供試飛灰と処理飛灰に含有されているダイオキシン
類を分析した。乾燥灰当たりのＴＣＤＤ毒性等価換算濃
度（ＴＥＱ）とタイオキシン類の分解率を表２に示す。
１００℃以上でダイオキシン類の分解率は８０％以上と
なり、水熱処理の効果が確認された。

【００２１】このとき混練物は泥状ではなく良好な取扱
い性を有していた。混練物の水分率は２３％であった。
混練物の水分率と混練機のモータトルクを測定した結果
を図１に示す。水分率２３％においてモータトルクは最
大となり、このとき混練物はキャピラリ状態にあった。
また、処理物も泥状ではなく良好な取扱い性を有してい
た。処理物の水分率は２０％であった。なお、供試した
飛灰に水を加えてＪＩＳ−Ａ−１２０５の土の液性限界
・塑性限界試験に準じた試験を実施し、図２及び図３に
示す試験結果を得た。水分率３０％以上において混練物
は液性を示し、泥化することが判った。

【００２２】

【表２】＜実施例３＞ごみ焼却飛灰１００ｇと次に示すアルカリ
剤１ｇを含む水溶液３０ｇを混合、混錬した。混合した
アルカリ剤は、水酸化カルシウム、水酸化カリウム、水
酸化マグネシウム、アンモニア、尿素とした。また、ご
み焼却飛灰１００ｇと精製水３０ｇを混合、混練した。
これらの混練物をオートクレーブに充填した後、２５０
℃に加熱し１時間保持した。次にオートクレーブを冷却
して、処理物を取出した。供試飛灰と処理飛灰に含有さ
れているダイオキシン類を分析した。乾燥灰当たりのＴ
ＣＤＤ毒性等価換算濃度（ＴＥＱ）とダイオキシン類の
分解率を表３に示す。アルカリ剤を使用したとき、ダイ
オキシン類の分解率は精製水の場合に較べて高くなっ
た。混練物、処理物はいずれも泥状ではなく搬送に耐え
るものであった。

【００２３】

【表３】＜実施例４＞ごみ焼却飛灰２ｋｇ、水酸化ナトリウム２
０ｇと水１０００ｇを混合、混練したものをオートクレ
ーブに充填した後、２３０℃に加熱し１時間保持した。
次にオートクレーブを冷却して、処理物を取出した。供
試飛灰と処理飛灰に含有されているダイオキシン類を分
析した。乾燥灰当たりのＴＣＤＤ毒性等価換算濃度（Ｔ
ＥＱ）とダイオキシン類の分解率を表４に示す。混練物
の水分率は３３％であり、べたべたした状態であった
が、取出した処理物は泥状ではなく搬送に耐えるもので
あった。処理物の水分率は２９％であった。

【００２４】

【表４】＜実施例５＞ごみ焼却飛灰２ｋｇ、水酸化ナトリウム２
０ｇと水９００ｇ、メタノール１００ｇを混合、混練し
たものをオートクレーブに充填したのち、２３０℃に加
熱し１時間保持した。次にオートクレーブを冷却して、
処理物を取出した。供試飛灰と処理飛灰に含有されてい
るダイオキシン類を分析した。乾燥灰当たりのＴＣＤＤ
毒性等価換算濃度（ＴＥＱ）とダイオキシン類の分解率
を表５に示す。混練物、処理物は泥状ではなく搬送に耐
えるものであった。実施例４に較べてダイオキシン類の
分解率は向上した。

【００２５】

【表５】＜実施例６＞ごみ焼却灰２ｋｇ、水酸化ナトリウム２０
ｇと水５００ｇを混合、混練したものをオートクレーブ
に充填した後、２３０℃に加熱し１時間保持した。次に
オートクレーブを冷却して、処理物を取出した。供試灰
と処理飛灰に含有されているダイオキシン類を分析し
た。乾燥灰当たりのＴＣＤＤ毒性等価換算濃度（ＴＥ
Ｑ）とダイオキシン類の分解率を表６に示す。混練物、
処理物は、泥状ではなく搬送に耐えるものであった。混
練物の水分率は２０％、処理物の水分率は１８％であっ
た。

【００２６】

【表６】＜実施例７＞ごみ焼却飛灰５ｋｇ、水酸化ナトリウム５
０ｇと水２０ｋｇを混合したものをオートクレーブに充
填した後、２３０℃に加熱し１時間保持した。次にオー
トクレーブを冷却して処理物を取出し、処理物にポルト
ランドセメント２５ｋｇを混合し混練した。供試灰と処
理飛灰に含有されているダイオキシン類を分析した。セ
メントを含む乾燥処理物当たりのＴＣＤＤ毒性等価換算
濃度（ＴＥＱ）を表７に示す。混合物は泥状であった
が、水熱処理物にセメントを混合し混練した処理物は泥
状ではなく良好な取扱い性を有するものであった。混合
物の水分率は８０％であった。

【００２７】

【表７】

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、焼却残渣の水熱処理を
従来よりも小型の圧力容器で効率よく実施でき、しか
も、固液分離や廃液処理が必要なく、搬送に良好な取扱
い性を有した処理物が得られる。また、塊状物を含む焼
却残渣であっても水熱処理が可能となる。このように、
焼却残渣のダイオキシン類の水熱処理を簡易に実施でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】混合物の容積比と水分率との関係を示す図であ
る。

【図２】実施例２について行なった試験結果として、混
練物の水分率と混練機のモータトルク（負荷電流値）と
の関係を示す図である。

【図３】実施例２についての液性限界試験結果を示す図
である。

【図４】実施例２についてのビカー針試験結果を示す図
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−142637（ＪＰ，Ａ) 特開平８−66671（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B09B 3/00 - 5/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】焼却残渣の水熱処理において、水、アル
カリ水溶液、水溶性の有機溶剤を含むアルカリ水溶液の
うちのいずれか一つと焼却残渣を混合した水分率が１０
〜８０％の混合物を１００〜３５０℃で加熱処理するこ
とを特徴とする焼却残渣の処理方法。
【請求項２】混合物の水分率が１０〜５０％であるこ
ととする請求項１に記載の焼却残渣の処理方法。
【請求項３】混合物がキャピラリ状態付近になるよう
に、水、アルカリ水溶液、水溶性の有機溶剤を含むアル
カリ水溶液のうちのいずれか一つを焼却残渣に混合する
こととする請求項１又は請求項２に記載の焼却残渣の処
理方法。
【請求項４】水熱処理の後、排出した水熱処理物が、
顕熱による水分蒸発を終了した時点で、処理物が液性限
界点以下になるように、水、アルカリ水溶液、水溶性の
有機溶剤を含むアルカリ水溶液のうちのいずれか一つと
焼却残渣を混合することとする請求項１又は請求項２に
記載の焼却残渣の処理方法。
【請求項５】アルカリ水溶液が、水酸化カルシウム溶
液、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液、水酸
化マグネシウム溶液、アンモニア溶液および尿素溶液の
うちいずれか一つ、あるいはいずれかの混合液であるこ
ととする請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載
の焼却残渣の処理方法。