JP4167857B2 - 焼却灰の処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却灰の処理方法に関する技術分野に属し、詳細には、都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却灰の処理方法に関し、特には、ストーカ式焼却炉による都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却後に炉下から排出される主灰（炉下焼却灰）、または、この焼却炉の後段の集塵装置によって捕集される煤塵（集塵灰）と前記主灰とを混合したいわゆる混合灰についての処理方法に関する技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ストーカ式焼却炉から排出される焼却灰（主灰、または、主灰と集塵灰を混合した混合灰）の主成分は、酸化ケイ素、酸化カルシウムおよびアルミナであり、天然の岩石や土砂とほぼ同様の成分である。いわゆる資源循環型社会の形成のためには、これらを建設・土木工事の資材に利用できるように資源化することが強く望まれている。
【０００３】
これらの焼却灰中には、鉄、銅、アルミなどの金属分が含まれており、これを取り除く必要がある。
【０００４】
更に、これらの焼却灰は、もともとの廃棄物中に含まれていた有害物質（重金属など）を高い含有率で含んでいる。このため、これらの焼却灰をそのまま建設資材に再利用すると、将来的に重金属などが雨水などに溶出して、更なる環境汚染を引き起こす可能性がある。そこで、簡便な方法によって焼却灰から有害な重金属の溶出の恐れのある物質を取り除き、資源化可能な状態にするような技術が望まれる。
【０００５】
これらの焼却灰は、焼却炉から水槽に落とされ、それを掻きあげて排出するのが一般的である。この場合、焼却灰は乾灰から湿灰（湿った状態の灰）となる。金属分などを磁選などにより分離する場合でも、このような湿灰では灰相互の付着などが起こり、高効率での分別は困難であった。
【０００６】
また、焼却後の灰ではあるものの、一定量の未燃物が含まれており、長期的な安定性の観点から問題があった。土木・建築用に資材化するには、これらの未燃物（未燃の有機物）を取り除くことが望まれる。
【０００７】
更に、焼却炉施設によっては、灰の排出時に、主灰と飛灰とを混合して排出する設備構成となっているものもあり、飛灰は有害物質を比較的多く含むことなどから、その除去を行う必要があった。
【０００８】
また、ベルトコンベヤやふるいなどを多用すると、処理系統における粉塵の発生が無視できないものとなる。そこで、粉塵の発生しない、クローズ系による処理が望まれていた。
【０００９】
焼却灰を資源化する方法は、これまでにも種々の方法が提示されており、代表的なものとして、特許第2670417 号公報や特開平10-211484 号公報に示されたものなどが知られている。
【００１０】
これらの方法の中、特許第2670417 号公報記載の方法は、焼却灰から金属片やクリンカなどの溶塊を機械的に取り除いた後、酸および薬剤を含んだ洗浄槽で焼却灰を洗浄して重金属などの有害物質を取り除き、続いて脱水・乾燥工程を経た後に、鉄分を除去し更に非鉄金属分を除去し、この後、粒度調整を行う方法である。
【００１１】
この方法では、洗浄水を使用する必要があり、一定量の洗浄水を系外に排出する必要がある。しかし、廃棄物処理場においては、場外排水が認められない場合が多く、改善が望まれる。その上、処理系統が複雑であり、維持管理に多くの手間がかかる。
【００１２】
一方、特開平10-211484 号公報記載の方法は、焼却灰を振動ふるい等により磁選・分級する第一工程の後、流動乾燥粉砕機を利用して粉砕する方法である。しかし、この方法では、湿灰をそのまま磁選・分級することになり、その分離効率が高くない上に、焼却灰に含まれる重金属などの有害物質を除去することができず、焼却灰を資源化して用いた場合に有害性が懸念される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
焼却灰の粒子を仔細に観察すると、図１に示すような構造になっている。すなわち、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等を多く含む灰の粒子８０の表面に微粒８１が付着している構造となっている。つまり、焼却灰の粒子８０の表面に付着灰８１が有る構造となっている。このような構造は、焼却灰の中でも湿灰において顕著であり、焼却灰の粒子表面に、水分などによって練り固められた微粒が付着している構造となっている。さらに、この湿灰の中でも混合灰において一層顕著であり、灰粒子に飛灰が付着している。つまり、灰粒子表面に飛灰が付着灰として存在している。
【００１４】
重金属等の有害物質の中、溶出の原因になるものは主にこれらの付着灰に含まれている。従って、焼却灰の粒子表面の付着灰を実質的に取り除くことによって、資源化に適した部分のみを取り出すことができる。
【００１５】
このような処理を少ない工程数で且つ発塵のない閉鎖された装置で行うことが望まれる。
【００１６】
本発明は、このような事情に着目してなされたものであって、その目的は、少ない工程数で且つ発塵のない閉鎖された装置で焼却灰の粒子表面の付着灰を除去して焼却灰中の重金属等の有害物質の量を低減することができる焼却灰の処理方法を提供しようとするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る焼却灰の処理方法は、請求項１〜７記載の焼却灰の処理方法（第１発明〜第７発明に係る焼却灰の処理方法）としており、それは次のような構成としたものである。
【００１８】
即ち、請求項１記載の焼却灰の処理方法は、都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却灰を流動床炉の流動層に供給し、この流動層にて焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨することにより除去し、この研磨により除去された付着灰を流動床炉の流動化気体とともに炉内を上昇させ、流動床炉の上部より炉外へ排出し、一方、この研磨により付着灰が除去された焼却灰の粒子を流動媒体とともに流動床炉の底部から抜き出すことを特徴とする焼却灰の処理方法である（第１発明）。
【００１９】
請求項２記載の焼却灰の処理方法は、都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却灰を流動床炉の流動層に供給し、この流動層にて焼却灰を加熱して乾燥し、この焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨することにより除去し、この研磨により除去された付着灰を流動床炉の流動化気体とともに炉内を上昇させ、流動床炉の上部より炉外へ排出し、一方、この研磨により付着灰が除去された焼却灰の粒子を流動媒体とともに流動床炉の底部から抜き出すことを特徴とする焼却灰の処理方法である（第２発明）。
【００２０】
請求項３記載の焼却灰の処理方法は、流動化気体を予熱してから前記流動層に供給する請求項２記載の焼却灰の処理方法である（第３発明）。請求項４記載の焼却灰の処理方法は、燃料を前記流動層に供給する請求項２または３記載の焼却灰の処理方法である（第４発明）。
【００２１】
請求項５記載の焼却灰の処理方法は、前記流動層から排出された焼却灰を含む流動媒体を焼却灰と流動媒体とに分離した後、この分離された流動媒体を前記流動層に供給する請求項１〜４のいずれかに記載の焼却灰の処理方法である（第５発明）。
【００２２】
請求項６記載の焼却灰の処理方法は、前記流動床炉の断面積が流動床部とその上方のフリーボード部とで異なり、後者のフリーボード部の断面積の方が小さい請求項１〜５のいずれかに記載の焼却灰の処理方法である（第６発明）。
【００２３】
請求項７記載の焼却灰の処理方法は、可燃物を前記流動層に供給する請求項１〜６のいずれかに記載の焼却灰の処理方法である（第７発明）。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明は例えば次のようにして実施する。
都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却灰を流動床炉の流動層（以下、流動床ともいう）に供給し、この流動層にて焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨することにより除去する。あるいは、流動層にて焼却灰を加熱して乾燥することも行う。即ち、都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却灰を流動床炉の流動層に供給し、この流動層にて焼却灰を加熱して乾燥し、この焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨することにより除去する。なお、本発明法による付着灰の除去の程度は、焼却灰中の重金属等の有害物質の量を大幅に低減できる程度であればよい。
【００２５】
この研磨により除去された付着灰は、流動床炉の流動化気体とともに炉内を上昇し、流動床炉の上部より炉外へ排出される。一方、この研磨により付着灰が除去された焼却灰の粒子は、流動媒体とともに流動床炉の底部（炉底）から抜き出される。この後、必要に応じて（流動媒体を流動床炉で再利用する場合等）、焼却灰の粒子と流動媒体とに分離される。
【００２６】
このような形態で本発明が実施される。以下、本発明について主にその作用効果を説明する。
【００２７】
本発明に係る焼却灰の処理方法は、前述の如く、都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却灰を流動床炉の流動層に供給し、この流動層にて焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨することにより除去するようにしている（第１発明）。
【００２８】
この研磨により除去された付着灰は、粒径が小さいので、流動床炉の流動化気体の流れに乗って流動化気体とともに炉内を上昇し、流動床炉の上部から炉外へ排出することができる。一方、この研磨により付着灰が除去された焼却灰の粒子は、流動媒体とともに流動床炉の底部（炉底）から抜き出すことができる。
【００２９】
前述のように、焼却灰において重金属等の有害物質は主に灰粒子表面の付着灰に含まれている。それ故に、上記のようにして流動媒体とともに炉底から抜き出された焼却灰の粒子は、重金属等の有害物質の量が極めて少ないものである。
【００３０】
従って、本発明に係る焼却灰の処理方法によれば、焼却灰の粒子表面の付着灰を除去して焼却灰中の重金属等の有害物質の量を大幅に低減することができる。
【００３１】
なお、上記のようにして炉底から抜き出された焼却灰の粒子は、流動媒体と混在しており、両者は混合物となっているが、後述するように流動媒体としては例えば自然砂、珪砂、アルミナ粉末等の粒状物質を用いることができ、これらは土木や建築用等の資材として使用可能な粒状物質であるので、かかる粒状物質を流動媒体として用いた場合、前記混合物は分離しなくても土木や建築用等の資材として支障なく利用できる。前記混合物は、必要に応じて（流動媒体を流動床炉で再利用する場合等）、焼却灰の粒子と流動媒体とに分離すればよく、分離の必要性は必ずしもない。
【００３２】
また、本発明に係る焼却灰の処理方法は、その工程は流動床炉を用いて行われる。この炉外では、必要に応じて焼却灰の粒子と流動媒体との分離を行う程度である。従って、少ない工程数で且つ発塵のない閉鎖された装置で行うことができる。
【００３３】
以上より、本発明に係る焼却灰の処理方法によれば、少ない工程数で且つ発塵のない閉鎖された装置で焼却灰の粒子表面の付着灰を除去して焼却灰中の重金属等の有害物質の量を低減することができるといえる。
【００３４】
また、本発明に係る焼却灰の処理方法は、前述の如く、都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却灰を流動床炉の流動層に供給し、この流動層にて焼却灰を加熱して乾燥し、この焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨することにより除去し、この研磨により除去された付着灰を流動床炉の流動化気体とともに炉内を上昇させ、流動床炉の上部より炉外へ排出し、一方、この研磨により付着灰が除去された焼却灰の粒子を流動媒体とともに流動床炉の底部から抜き出すようにしている（第２発明）。
【００３５】
この方法は、前述の方法（第１発明に係る焼却灰の処理方法）に対し、流動床炉の流動層にて焼却灰を加熱して乾燥することも行うこととしたものである。この方法は、流動床炉の流動層に供給される焼却灰が湿灰である場合に特に有効であり、焼却灰の粒子表面の付着灰の研磨による除去を容易にすることができる。即ち、焼却灰が湿灰である場合、乾灰である場合に比べて、焼却灰の粒子表面の付着灰の研磨による除去が難しい傾向があるが、この方法によれば流動層にて湿灰が加熱されて乾燥されるので、乾灰の場合と同様に、焼却灰の粒子表面の付着灰の研磨による除去を容易にすることができる。
【００３６】
本発明は、前述の本発明の目的を達成すべく、鋭意研究を行い、その結果、得られた知見に基づき完成されたものである。即ち、都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却灰を流動床炉の流動層（流動床）に供給し、この流動層にて焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨すると、この付着灰を焼却灰の粒子から除去することができ、このため、焼却灰中の重金属等の有害物質の量を低減することができるという知見を得た。また、流動床炉の流動層にて焼却灰を加熱して乾燥することも行うと、流動床炉の流動層に供給される焼却灰が湿灰である場合においても、乾灰の場合と同様に、焼却灰の粒子表面の付着灰の研磨による除去を容易にすることができるという知見を得た。本発明は、かかる知見に基づき完成されたものである。
【００３７】
本発明において、流動床炉の流動層にて焼却灰を加熱して乾燥する場合、その方法については特には限定されないが、流動床炉に流動層形成のための流動化気体を導入（供給）する前にこれを予熱し、しかる後、この予熱された流動化気体を流動床炉に供給すると、この流動化気体により、流動床炉の流動層にて焼却灰を加熱して乾燥することができる（第３発明）。
【００３８】
燃料を流動床炉の流動層に供給すると、この燃料が流動層において燃焼し、その発熱により、焼却灰を加熱して乾燥することができる（第４発明）。この燃料の供給を前記予熱された流動化気体の流動床炉への供給と共に行うと、焼却灰を加熱して乾燥することがより容易にできる。
【００３９】
前述の流動媒体とともに炉底から抜き出された焼却灰の粒子、即ち、流動床炉の流動層から排出された焼却灰を含む流動媒体を、焼却灰と流動媒体とに分離した後、この分離された流動媒体を前記流動層に供給すると、これを流動床炉で再利用することができ、流動床炉への流動媒体の新たな補充をほとんど必要とせずに運転（焼却灰の処理）を続けることができる（第５発明）。
【００４０】
流動床炉として、流動床炉の断面積が流動床部とその上方のフリーボード部とで異なり、後者のフリーボード部の断面積の方が小さい形状のものを用いると、流動床炉の流動層の直上での流動化気体の流速よりも、フリーボード部での流動化気体の流速が大きくなり、このため、一旦流動化気体の気流中に補足した付着灰の粒子をより確実に排気口より炉外へ排出することができるようになる（第６発明）。
【００４１】
可燃物を流動床炉の流動層に供給すると、焼却灰の乾燥に必要な熱量のうち一部または全部をこの可燃物の燃焼熱で補うことができる。この方法によれば、第４発明で述べた燃料を節約することができるという利点を得ることができる（第７発明）。
【００４２】
本発明において、流動媒体としては、流動層にて焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨して除去することができるものであればよく、その種類は特には制限されず、種々のものを用いることができ、例えば、自然砂、珪砂、アルミナ粉末などを用いることができる。これら例示の流動媒体は、土木や建築用等の資材として使用可能な粒状物質であるので、かかる粒状物質を流動媒体として用いた場合、焼却灰の粒子と共に炉底から抜き出された流動媒体は分離しなくても混合物の状態で土木や建築用等の資材として支障なく利用できる。このような点からすると、流動媒体としては資材として使用可能な粒状物質を用いることが望ましい。
【００４３】
流動床炉の流動化気体としては、その種類は特には制限されず、種々のものを用いることができ、例えば、空気、燃焼排ガス、あるいは両者の混合気体などを用いることができる。流動化気体中の酸素濃度としては、流動床炉に供給される焼却灰中の未燃物を確実に燃焼させるためには、５〜２１％であることが望ましい。
【００４４】
流動床炉の流動層（流動床）にて焼却灰を加熱して乾燥しようとする場合、流動層の温度が低すぎると焼却灰の乾燥が十分に行われず、一方、高すぎると炉内上方にクリンカの生成を起す。また、灰中の未燃物を燃焼させるためには、それに足る温度にすることが望まれる。これらの点からすると、流動層の温度は250 〜700 ℃とすることが望ましく、更には500 〜700 ℃とすることが望ましい。
【００４５】
前述の如く、研磨により除去された付着灰は、粒径が小さいので、流動床炉の流動化気体の流れに乗って流動化気体とともに炉内を上昇し、流動床炉の上部から炉外へ排出することができる。この際の気流速度（流動化気体の流れの速度）が小さすぎると、流動媒体の攪拌が十分でなく、前記付着灰の炉外への排出が進まず、この付着灰が流動層内に再度取り込まれる恐れがあり、一方、高すぎるとブロワの消費エネルギ増大を招くのみならず、流動媒体をも炉外へ吹き飛ばしてしまう。かかる点から、この際の気流速度としては、毎秒0.3 〜３ｍとすることが望ましく、更には毎秒0.5 〜２ｍとすることが望ましい。
【００４６】
焼却灰の粒子と共に炉底から抜き出された流動媒体を焼却灰の粒子と流動媒体とに分離する場合、その分離のための装置としては、その種類は特には制限されず、種々のものを用いることができ、例えば、振動ふるい、トロンメルなどを用いることができる。
【００４７】
燃料を流動床炉の流動層に供給する場合、その燃料としては、その種類は特には制限されず、種々のものを用いることができ、例えば、都市ガス、プロパン、ブタンなどの気体を用いることができ、また、灯油、重油などの液体を用いてもよい。
【００４８】
可燃物を流動床炉の流動層に供給する場合、その可燃物としては、その種類は特には制限されず、種々のものを用いることができ、例えば、廃プラスチック、木材チップなどを用いることができる。
【００４９】
本発明法による付着灰の除去の程度は、焼却灰中の重金属等の有害物質の量を大幅に低減できる程度であればよい。即ち、焼却灰を資源化あるいは資材化可能な程度に付着灰を実質的に取り除くことができる程度であればよい。
【００５０】
本発明に係る焼却灰の処理方法により付着灰が除去された焼却灰は、重金属の溶出もごく微量であり、土木や建築用の資材として使用可能である。この焼却灰の中に鉄、アルミ、銅などの金属が含まれる場合もあるが、これは磁選装置、非鉄金属選別装置などによって容易に分離することができる。この場合、灰が乾燥された状態であると、灰粒子相互の付着がなく、分離の効率は高い。
【００５１】
【実施例】
本発明の実施例を以下説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００５２】
〔実施例１〕
本発明に係る焼却灰の処理方法を遂行するための装置の具体例を図２に示す。この装置の構成および使用形態例を、以下説明する。流動床炉１の下部には、流動媒体１１が充填されており、分散板１２により支持されている。分散板１２には多数のノズル１３が取り付けられており、風箱１４に接続されている。流動床炉１には、排気口１５および焼却灰投入口１６が設けられている。なお、前記流動媒体１１としては、例えば自然砂、珪砂、アルミナ粉末などを用いることができる。
【００５３】
流動化気体２は、ブロワ２１により昇圧され、熱交換器２２を経て熱源２３により昇温され、流動床炉の風箱１４からノズル１３を経て炉内部に吹き込まれ、流動媒体１１を流動化した後に炉内部を上昇し、排気口１５より炉外に排出される。その後、排ガス処理装置２５を経て、系外に排出される。なお、前記流動化気体２としては、例えば空気、燃焼排ガス、あるいは、両者の混合気体などを用いることができる。流動化気体中の酸素濃度としては、焼却灰中の未燃物を確実に燃焼させることを勘案すると、５〜２１％の範囲にあることが好ましい。
【００５４】
焼却灰３は、焼却灰ホッパ３１に一時貯留され、切出し装置３２により適宜切出されて焼却灰投入口１６より炉内に投入される。投入された焼却灰３３は、流動層内の高温により乾燥され、また、流動媒体１１により表面を研磨され付着灰が除去される。除去された付着灰は粒径が非常に小さなものが多く、流動化気体２とともに炉内を上昇し、炉外に排出される。なお、焼却灰３３を十分に乾燥すると共に焼却灰３３中の未燃物を燃焼させるためには、流動床炉１の流動層（流動床）の温度は250 ℃以上とすることが望ましく、更には500 ℃以上とすることが望ましく、一方、炉内上方でのクリンカの生成を防止するためには、流動層の温度は700 ℃以下とすることが望ましく、更には500 ℃以下とすることが望ましい。また、流動媒体１１を十分攪拌し、付着灰の炉外への排出を進め、付着灰が流動層内に再度取り込まれることを防止するためには、前記流動化気体２の気流速度は毎秒0.3 ｍ以上とすることが望ましく、更には毎秒0.5 ｍ以上とすることが望ましく、一方、ブロワの消費エネルギ増大を抑え、また、流動媒体の炉外への吹き飛ばしを防止するためには、前記流動化気体２の気流速度は毎秒３ｍ以下とすることが望ましく、更には毎秒２ｍ以下とすることが望ましい。
【００５５】
更に、付着灰の除去後の焼却灰と流動媒体は、連続排出装置４により流動床炉１の炉底から抜き出される。この後、分離装置４１により焼却灰４２と、流動媒体４３とに分離することができる。この分離装置４１としては、例えば振動ふるい、トロンメルなどを用いることができる。
【００５６】
上記装置を用いて本発明の実施例１に係る焼却灰の処理を行った。このとき、流動媒体１１としては珪砂を用い、流動化気体２としては空気を用いた。流動床炉１の流動層の温度は、550 ℃とした。流動化気体２の気流速度は毎秒１ｍとした。分離装置４１としては振動ふるいを用いた。
【００５７】
流動床炉１の流動層に供給する焼却灰としては、湿灰を用いた。この湿灰は、ストーカ式焼却炉による都市ごみの炉下焼却灰であって水槽に落とされた後に掻きあげられて集められたものと、焼却炉後段の集塵装置で集められれた飛灰とを混合したいわゆる混合灰である。
【００５８】
この焼却灰（湿灰）中の重金属含有量は、水銀：1.4mg/kg、鉛：2400mg/kg 、亜鉛：8400mg/kg 等であり、また、ダイオキシン類の含有量は、0.045ng-TEQ/g であった。
【００５９】
上記焼却灰（湿灰）を流動床炉１の流動層に供給し、この流動層にて焼却灰を加熱して乾燥し、この焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨することにより除去する処理を行った。この処理後の焼却灰を流動媒体と共に流動床炉１の炉底から抜き出した後、分離装置４１により焼却灰４２と流動媒体４３とに分離した。そして、この焼却灰４２のうち５〜25mmの粒径のものについて、重金属含有量およびダイオキシン含有量を測定し、また、資源化する上で重要である耐溶出性の試験を行った。
【００６０】
この結果、上記処理後の焼却灰中の重金属含有量は、水銀：0.01mg/kg 未満、鉛：1200mg/kg 、亜鉛：3700mg/kg 等であり、いずれも大幅に減少していた。ダイオキシン含有量は0.0008ng-TEQ/gであり、これも大幅に減少していた。耐溶出性の試験において、溶出量は六価クロム：0.02mg／リットル（以下、Ｌ）未満、鉛：0.001mg/Ｌ未満、カドミウム：0.001mg/Ｌ未満、水銀：0.0005 mg/Ｌ未満、ヒ素：0.001mg/Ｌ未満、セレン：0.001mg/Ｌ未満であり、いずれも土壌環境基準を下回った。
【００６１】
以上のことは、本発明の実施例１に係る焼却灰の処理方法によれば、焼却灰の粒子表面の付着灰を除去して焼却灰中の重金属等の有害物質の量を低減することができることを裏付けるものである。
【００６２】
前記のような処理により得られた焼却灰（資源化された焼却灰）は、乾燥されており、重金属の溶出もごく微量であり、土木・建築用の資材として使用可能である。なお、処理前の湿灰によっては、資源化された焼却灰の中に鉄、アルミ、銅などの金属が含まれる場合もあるが、これらは磁選装置や非鉄金属選別装置などによって容易に分離することができる。このときも、灰が乾燥された状態であるので、灰粒子相互の付着がなく、分離の効率は高い。
【００６３】
なお、上記実施例１の場合、流動媒体１１としては珪砂を用いたが、これに代えて、自然砂やアルミナ粉末などを用いた場合も、上記実施例１の場合と同様の結果が得られた。上記実施例１の場合、流動化気体２としては空気を用いたが、これに代えて、燃焼排ガス、あるいは、空気と燃焼排ガスの混合気体を用いた場合も、上記実施例１の場合と同様の結果が得られた。
【００６４】
また、上記実施例１の場合、流動床炉１の流動層に供給する焼却灰としては湿灰を用いたが、これに代えて、乾灰を用いた場合も、上記実施例１の場合と同様の結果が得られた。また、この乾灰を用いた場合、流動化気体２は昇温せずに（室温のままの状態で）ノズル１３を介して炉内部に吹き込むことも行ったが、この場合も上記実施例１の場合と同様の結果が得られた。
【００６５】
〔実施例２〕
本発明に係る焼却灰の処理方法を遂行するための装置について、前記装置とは別の具体例を図３に示す。この装置の構成および使用形態例を、以下説明する。流動床炉１の下部には、流動媒体１１が充填されており、流動媒体中に散気管１７が装入されている。また、流動床炉１には、排気口１５、焼却灰投入口１６が設けられており、更に、炉底から抜き出した流動媒体１１を炉内に返送する流動媒体返送口１８が設けられている。
【００６６】
流動化気体２は、ブロワ２１により昇圧され、熱交換器２２を経て熱源２３により昇温され、ヘッダ管２４を経て散気管１７により炉内部に吹き込まれ、流動媒体１１を流動化した後に炉内部を上昇し、排気口１５より炉外に排出される。その後、排ガス処理装置２５を経て、系外に排出される。なお、前記流動化気体２としては、例えば空気、燃焼排ガス、あるいは、両者の混合気体などを用いることができる。
【００６７】
焼却灰３は、焼却灰ホッパ３１に一時貯留され、切出し装置３２により適宜切出されて焼却灰投入口１６より炉内に投入される。投入された焼却灰３３は、流動層内の高温により乾燥され、また、流動媒体１１により表面を研磨され付着灰が除去される。除去された付着灰は粒径が非常に小さなものが多く、流動化気体２とともに炉内を上昇し、炉外に排出される。
【００６８】
更に、付着灰の除去後の焼却灰と流動媒体は、連続排出装置４により流動床炉１の炉底から抜き出される。この後、分離装置４１により焼却灰４２と、流動媒体４３とに分離することができる。この分離装置４１としては、例えば振動ふるい、トロンメルなどを用いることができる。分離された流動媒体１１は、これをコンベヤ４４により搬送し、流動媒体返却口１８から流動床炉内に返送することができる。そうすると、流動媒体１１の新たな補充をほとんど必要とせずに運転を続けることができる。
【００６９】
流動床の温度維持のため、燃料５を、燃料ガン５１によって吹き込むことができる。この燃料５としては、都市ガス、プロパン、ブタンなどの気体のほか、灯油、重油などの液体でもよい。この燃料５は、流動化気体中の酸素により燃焼され、その発熱により流動層の温度維持に寄与し、焼却灰の乾燥を行うことができる。
【００７０】
流動床炉の断面積は、流動媒体部（流動床部）の断面積６１よりも、その上部のいわゆるフリーボード部での断面積６２のほうが小さくなるような形状となっている。これは、流動媒体部直上での流動化気体の流速よりも、フリーボード部での流動化気体の流速を大きくして、一旦気流中に補足した付着灰の粒子を確実に排気口１５より炉外へ排出することに寄与する。
【００７１】
可燃物７を流動床炉内に投入することができる。この可燃物としては、例えば廃プラスチック、木材チップなどが使用可能である。この可燃物は、図３に示す装置では、可燃物ホッパ７１に一時貯留され、可燃物切出し装置７２により適宜切出されて炉内に投入される構成となっているが、これに代えて、あらかじめ焼却灰と可燃物とを一定割合で混合しておき、焼却灰ホッパから投入するようにしてもよい。
【００７２】
上記装置を用いて本発明の実施例２に係る焼却灰の処理を行った。このとき、流動媒体１１としては珪砂を用い、流動化気体２としては空気を用いた。流動床炉１の流動層の温度は、550 ℃とした。流動化気体２の気流速度は毎秒0.5 ｍとした。分離装置４１としては振動ふるいを用いた。
【００７３】
流動床炉１の流動層に供給する焼却灰としては、湿灰を用いた。この湿灰は、ストーカ式焼却炉による都市ごみ及び産業廃棄物の炉下焼却灰であって水槽に落とされた後に掻きあげられて集められたものと、焼却炉後段の集塵装置で集められれた飛灰とを混合したいわゆる混合灰である。
【００７４】
この焼却灰（湿灰）中の重金属含有量は、水銀：1.4mg/kg、鉛：2400mg/kg 、亜鉛：8400mg/kg 等であり、また、ダイオキシン類の含有量は、0.045ng-TEQ/g であった。
【００７５】
上記焼却灰（湿灰）を流動床炉１の流動層に供給し、この流動層にて焼却灰を加熱して乾燥し、この焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨することにより除去する処理を行った。この処理後の焼却灰を流動媒体と共に流動床炉１の炉底から抜き出した後、分離装置４１により焼却灰４２と流動媒体４３とに分離した。そして、この焼却灰４２のうち５〜25mmの粒径のものについて、重金属含有量およびダイオキシン含有量を測定し、また、資源化する上で重要である耐溶出性の試験を行った。
【００７６】
この結果、上記処理後の焼却灰中の重金属含有量は、水銀：0.01mg/kg 未満、鉛：800mg/kg、亜鉛：4200mg/kg 等であり、いずれも大幅に減少していた。ダイオキシン含有量は0.0006ng-TEQ/gであり、これも大幅に減少していた。耐溶出性の試験において、溶出量は六価クロム：0.02mg／Ｌ未満、鉛：0.001mg/Ｌ未満、カドミウム：0.001mg/Ｌ未満、水銀：0.0005 mg/Ｌ未満、ヒ素：0.001mg/Ｌ未満、セレン：0.001mg/Ｌ未満であり、いずれも土壌環境基準を下回った。
【００７７】
以上のことは、本発明の実施例２に係る焼却灰の処理方法によれば、焼却灰の粒子表面の付着灰を除去して焼却灰中の重金属等の有害物質の量を低減することができることを裏付けるものである。
【００７８】
上記実施例２において、分離装置４１により分離された流動媒体１１は、これをコンベヤ４４により搬送し、流動媒体返却口１８から流動床炉内に返送した場合、流動媒体１１の新たな補充をほとんど必要とせずに運転を続けることができた。
【００７９】
燃料５を燃料ガン５１によって吹き込んだ場合、燃料５の燃焼による発熱により、流動層の温度を所定温度（550 ℃）に維持しやすかった。
【００８０】
可燃物７を流動床炉内に投入した場合、燃料ガン５１から吹き込む燃料５の吹き込み量を節約することができた。
【００８１】
【発明の効果】
本発明に係る焼却灰の処理方法によれば、少ない工程数で且つ発塵のない閉鎖された装置で焼却灰の粒子表面の付着灰を除去して焼却灰中の重金属等の有害物質の量を低減することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 焼却灰の粒子の断面構造を模式的に示す図である。
【図２】 本発明に係る焼却灰の処理方法を遂行するための装置の例を示す模式図である。
【図３】 本発明に係る焼却灰の処理方法を遂行するための装置の例を示す模式図である。
【符号の説明】
１：流動床炉、１１：流動媒体、１２：分散板、１３：ノズル、１４：風箱、１５：排気口、１６：焼却灰投入口、
２：流動化気体、２１：ブロワ、２２：熱交換器、２３：熱源、２４：ヘッダ、２５：排ガス処理装置、
３：焼却灰、３１：焼却灰ホッパ、３２：焼却灰切出し装置、３３：炉内に投入された焼却灰、
４：連続排出装置、４１：分離装置、４２：焼却灰、４３：流動媒体、
５：燃料、５１：燃料ガン、６１：流動層部の炉内断面積、６２：フリーボード部の炉内断面積、
７：可燃物、７１：可燃物ホッパ、７２：可燃物切出し装置。
８０：焼却灰の粒子、８１：付着灰。
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却灰の処理方法に関する技術分野に属し、詳細には、都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却灰の処理方法に関し、特には、ストーカ式焼却炉による都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却後に炉下から排出される主灰（炉下焼却灰）、または、この焼却炉の後段の集塵装置によって捕集される煤塵（集塵灰）と前記主灰とを混合したいわゆる混合灰についての処理方法に関する技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ストーカ式焼却炉から排出される焼却灰（主灰、または、主灰と集塵灰を混合した混合灰）の主成分は、酸化ケイ素、酸化カルシウムおよびアルミナであり、天然の岩石や土砂とほぼ同様の成分である。いわゆる資源循環型社会の形成のためには、これらを建設・土木工事の資材に利用できるように資源化することが強く望まれている。
【０００３】
これらの焼却灰中には、鉄、銅、アルミなどの金属分が含まれており、これを取り除く必要がある。
【０００４】
更に、これらの焼却灰は、もともとの廃棄物中に含まれていた有害物質（重金属など）を高い含有率で含んでいる。このため、これらの焼却灰をそのまま建設資材に再利用すると、将来的に重金属などが雨水などに溶出して、更なる環境汚染を引き起こす可能性がある。そこで、簡便な方法によって焼却灰から有害な重金属の溶出の恐れのある物質を取り除き、資源化可能な状態にするような技術が望まれる。
【０００５】
これらの焼却灰は、焼却炉から水槽に落とされ、それを掻きあげて排出するのが一般的である。この場合、焼却灰は乾灰から湿灰（湿った状態の灰）となる。金属分などを磁選などにより分離する場合でも、このような湿灰では灰相互の付着などが起こり、高効率での分別は困難であった。
【０００６】
また、焼却後の灰ではあるものの、一定量の未燃物が含まれており、長期的な安定性の観点から問題があった。土木・建築用に資材化するには、これらの未燃物（未燃の有機物）を取り除くことが望まれる。
【０００７】
更に、焼却炉施設によっては、灰の排出時に、主灰と飛灰とを混合して排出する設備構成となっているものもあり、飛灰は有害物質を比較的多く含むことなどから、その除去を行う必要があった。
【０００８】
また、ベルトコンベヤやふるいなどを多用すると、処理系統における粉塵の発生が無視できないものとなる。そこで、粉塵の発生しない、クローズ系による処理が望まれていた。
【０００９】
焼却灰を資源化する方法は、これまでにも種々の方法が提示されており、代表的なものとして、特許第2670417 号公報や特開平10-211484 号公報に示されたものなどが知られている。
【００１０】
これらの方法の中、特許第2670417 号公報記載の方法は、焼却灰から金属片やクリンカなどの溶塊を機械的に取り除いた後、酸および薬剤を含んだ洗浄槽で焼却灰を洗浄して重金属などの有害物質を取り除き、続いて脱水・乾燥工程を経た後に、鉄分を除去し更に非鉄金属分を除去し、この後、粒度調整を行う方法である。
【００１１】
この方法では、洗浄水を使用する必要があり、一定量の洗浄水を系外に排出する必要がある。しかし、廃棄物処理場においては、場外排水が認められない場合が多く、改善が望まれる。その上、処理系統が複雑であり、維持管理に多くの手間がかかる。
【００１２】
一方、特開平10-211484 号公報記載の方法は、焼却灰を振動ふるい等により磁選・分級する第一工程の後、流動乾燥粉砕機を利用して粉砕する方法である。しかし、この方法では、湿灰をそのまま磁選・分級することになり、その分離効率が高くない上に、焼却灰に含まれる重金属などの有害物質を除去することができず、焼却灰を資源化して用いた場合に有害性が懸念される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
焼却灰の粒子を仔細に観察すると、図１に示すような構造になっている。すなわち、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等を多く含む灰の粒子８０の表面に微粒８１が付着している構造となっている。つまり、焼却灰の粒子８０の表面に付着灰８１が有る構造となっている。このような構造は、焼却灰の中でも湿灰において顕著であり、焼却灰の粒子表面に、水分などによって練り固められた微粒が付着している構造となっている。さらに、この湿灰の中でも混合灰において一層顕著であり、灰粒子に飛灰が付着している。つまり、灰粒子表面に飛灰が付着灰として存在している。
【００１４】
重金属等の有害物質の中、溶出の原因になるものは主にこれらの付着灰に含まれている。従って、焼却灰の粒子表面の付着灰を実質的に取り除くことによって、資源化に適した部分のみを取り出すことができる。
【００１５】
このような処理を少ない工程数で且つ発塵のない閉鎖された装置で行うことが望まれる。
【００１６】
本発明は、このような事情に着目してなされたものであって、その目的は、少ない工程数で且つ発塵のない閉鎖された装置で焼却灰の粒子表面の付着灰を除去して焼却灰中の重金属等の有害物質の量を低減することができる焼却灰の処理方法を提供しようとするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る焼却灰の処理方法は、請求項１〜７記載の焼却灰の処理方法（第１発明〜第７発明に係る焼却灰の処理方法）としており、それは次のような構成としたものである。
【００１８】
即ち、請求項１記載の焼却灰の処理方法は、都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却灰を流動床炉の流動層に供給し、この流動層にて焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨することにより除去し、この研磨により除去された付着灰を流動床炉の流動化気体とともに炉内を上昇させ、流動床炉の上部より炉外へ排出し、一方、この研磨により付着灰が除去された焼却灰の粒子を流動媒体とともに流動床炉の底部から抜き出すことを特徴とする焼却灰の処理方法である（第１発明）。
【００１９】
請求項２記載の焼却灰の処理方法は、都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却灰を流動床炉の流動層に供給し、この流動層にて焼却灰を加熱して乾燥し、この焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨することにより除去し、この研磨により除去された付着灰を流動床炉の流動化気体とともに炉内を上昇させ、流動床炉の上部より炉外へ排出し、一方、この研磨により付着灰が除去された焼却灰の粒子を流動媒体とともに流動床炉の底部から抜き出すことを特徴とする焼却灰の処理方法である（第２発明）。
【００２０】
請求項３記載の焼却灰の処理方法は、流動化気体を予熱してから前記流動層に供給する請求項２記載の焼却灰の処理方法である（第３発明）。請求項４記載の焼却灰の処理方法は、燃料を前記流動層に供給する請求項２または３記載の焼却灰の処理方法である（第４発明）。
【００２１】
請求項５記載の焼却灰の処理方法は、前記流動層から排出された焼却灰を含む流動媒体を焼却灰と流動媒体とに分離した後、この分離された流動媒体を前記流動層に供給する請求項１〜４のいずれかに記載の焼却灰の処理方法である（第５発明）。
【００２２】
請求項６記載の焼却灰の処理方法は、前記流動床炉の断面積が流動床部とその上方のフリーボード部とで異なり、後者のフリーボード部の断面積の方が小さい請求項１〜５のいずれかに記載の焼却灰の処理方法である（第６発明）。
【００２３】
請求項７記載の焼却灰の処理方法は、可燃物を前記流動層に供給する請求項１〜６のいずれかに記載の焼却灰の処理方法である（第７発明）。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明は例えば次のようにして実施する。
都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却灰を流動床炉の流動層（以下、流動床ともいう）に供給し、この流動層にて焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨することにより除去する。あるいは、流動層にて焼却灰を加熱して乾燥することも行う。即ち、都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却灰を流動床炉の流動層に供給し、この流動層にて焼却灰を加熱して乾燥し、この焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨することにより除去する。なお、本発明法による付着灰の除去の程度は、焼却灰中の重金属等の有害物質の量を大幅に低減できる程度であればよい。
【００２５】
この研磨により除去された付着灰は、流動床炉の流動化気体とともに炉内を上昇し、流動床炉の上部より炉外へ排出される。一方、この研磨により付着灰が除去された焼却灰の粒子は、流動媒体とともに流動床炉の底部（炉底）から抜き出される。この後、必要に応じて（流動媒体を流動床炉で再利用する場合等）、焼却灰の粒子と流動媒体とに分離される。
【００２６】
このような形態で本発明が実施される。以下、本発明について主にその作用効果を説明する。
【００２７】
本発明に係る焼却灰の処理方法は、前述の如く、都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却灰を流動床炉の流動層に供給し、この流動層にて焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨することにより除去するようにしている（第１発明）。
【００２８】
この研磨により除去された付着灰は、粒径が小さいので、流動床炉の流動化気体の流れに乗って流動化気体とともに炉内を上昇し、流動床炉の上部から炉外へ排出することができる。一方、この研磨により付着灰が除去された焼却灰の粒子は、流動媒体とともに流動床炉の底部（炉底）から抜き出すことができる。
【００２９】
前述のように、焼却灰において重金属等の有害物質は主に灰粒子表面の付着灰に含まれている。それ故に、上記のようにして流動媒体とともに炉底から抜き出された焼却灰の粒子は、重金属等の有害物質の量が極めて少ないものである。
【００３０】
従って、本発明に係る焼却灰の処理方法によれば、焼却灰の粒子表面の付着灰を除去して焼却灰中の重金属等の有害物質の量を大幅に低減することができる。
【００３１】
なお、上記のようにして炉底から抜き出された焼却灰の粒子は、流動媒体と混在しており、両者は混合物となっているが、後述するように流動媒体としては例えば自然砂、珪砂、アルミナ粉末等の粒状物質を用いることができ、これらは土木や建築用等の資材として使用可能な粒状物質であるので、かかる粒状物質を流動媒体として用いた場合、前記混合物は分離しなくても土木や建築用等の資材として支障なく利用できる。前記混合物は、必要に応じて（流動媒体を流動床炉で再利用する場合等）、焼却灰の粒子と流動媒体とに分離すればよく、分離の必要性は必ずしもない。
【００３２】
また、本発明に係る焼却灰の処理方法は、その工程は流動床炉を用いて行われる。この炉外では、必要に応じて焼却灰の粒子と流動媒体との分離を行う程度である。従って、少ない工程数で且つ発塵のない閉鎖された装置で行うことができる。
【００３３】
以上より、本発明に係る焼却灰の処理方法によれば、少ない工程数で且つ発塵のない閉鎖された装置で焼却灰の粒子表面の付着灰を除去して焼却灰中の重金属等の有害物質の量を低減することができるといえる。
【００３４】
また、本発明に係る焼却灰の処理方法は、前述の如く、都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却灰を流動床炉の流動層に供給し、この流動層にて焼却灰を加熱して乾燥し、この焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨することにより除去し、この研磨により除去された付着灰を流動床炉の流動化気体とともに炉内を上昇させ、流動床炉の上部より炉外へ排出し、一方、この研磨により付着灰が除去された焼却灰の粒子を流動媒体とともに流動床炉の底部から抜き出すようにしている（第２発明）。
【００３５】
この方法は、前述の方法（第１発明に係る焼却灰の処理方法）に対し、流動床炉の流動層にて焼却灰を加熱して乾燥することも行うこととしたものである。この方法は、流動床炉の流動層に供給される焼却灰が湿灰である場合に特に有効であり、焼却灰の粒子表面の付着灰の研磨による除去を容易にすることができる。即ち、焼却灰が湿灰である場合、乾灰である場合に比べて、焼却灰の粒子表面の付着灰の研磨による除去が難しい傾向があるが、この方法によれば流動層にて湿灰が加熱されて乾燥されるので、乾灰の場合と同様に、焼却灰の粒子表面の付着灰の研磨による除去を容易にすることができる。
【００３６】
本発明は、前述の本発明の目的を達成すべく、鋭意研究を行い、その結果、得られた知見に基づき完成されたものである。即ち、都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却灰を流動床炉の流動層（流動床）に供給し、この流動層にて焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨すると、この付着灰を焼却灰の粒子から除去することができ、このため、焼却灰中の重金属等の有害物質の量を低減することができるという知見を得た。また、流動床炉の流動層にて焼却灰を加熱して乾燥することも行うと、流動床炉の流動層に供給される焼却灰が湿灰である場合においても、乾灰の場合と同様に、焼却灰の粒子表面の付着灰の研磨による除去を容易にすることができるという知見を得た。本発明は、かかる知見に基づき完成されたものである。
【００３７】
本発明において、流動床炉の流動層にて焼却灰を加熱して乾燥する場合、その方法については特には限定されないが、流動床炉に流動層形成のための流動化気体を導入（供給）する前にこれを予熱し、しかる後、この予熱された流動化気体を流動床炉に供給すると、この流動化気体により、流動床炉の流動層にて焼却灰を加熱して乾燥することができる（第３発明）。
【００３８】
燃料を流動床炉の流動層に供給すると、この燃料が流動層において燃焼し、その発熱により、焼却灰を加熱して乾燥することができる（第４発明）。この燃料の供給を前記予熱された流動化気体の流動床炉への供給と共に行うと、焼却灰を加熱して乾燥することがより容易にできる。
【００３９】
前述の流動媒体とともに炉底から抜き出された焼却灰の粒子、即ち、流動床炉の流動層から排出された焼却灰を含む流動媒体を、焼却灰と流動媒体とに分離した後、この分離された流動媒体を前記流動層に供給すると、これを流動床炉で再利用することができ、流動床炉への流動媒体の新たな補充をほとんど必要とせずに運転（焼却灰の処理）を続けることができる（第５発明）。
【００４０】
流動床炉として、流動床炉の断面積が流動床部とその上方のフリーボード部とで異なり、後者のフリーボード部の断面積の方が小さい形状のものを用いると、流動床炉の流動層の直上での流動化気体の流速よりも、フリーボード部での流動化気体の流速が大きくなり、このため、一旦流動化気体の気流中に補足した付着灰の粒子をより確実に排気口より炉外へ排出することができるようになる（第６発明）。
【００４１】
可燃物を流動床炉の流動層に供給すると、焼却灰の乾燥に必要な熱量のうち一部または全部をこの可燃物の燃焼熱で補うことができる。この方法によれば、第４発明で述べた燃料を節約することができるという利点を得ることができる（第７発明）。
【００４２】
本発明において、流動媒体としては、流動層にて焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨して除去することができるものであればよく、その種類は特には制限されず、種々のものを用いることができ、例えば、自然砂、珪砂、アルミナ粉末などを用いることができる。これら例示の流動媒体は、土木や建築用等の資材として使用可能な粒状物質であるので、かかる粒状物質を流動媒体として用いた場合、焼却灰の粒子と共に炉底から抜き出された流動媒体は分離しなくても混合物の状態で土木や建築用等の資材として支障なく利用できる。このような点からすると、流動媒体としては資材として使用可能な粒状物質を用いることが望ましい。
【００４３】
流動床炉の流動化気体としては、その種類は特には制限されず、種々のものを用いることができ、例えば、空気、燃焼排ガス、あるいは両者の混合気体などを用いることができる。流動化気体中の酸素濃度としては、流動床炉に供給される焼却灰中の未燃物を確実に燃焼させるためには、５〜２１％であることが望ましい。
【００４４】
流動床炉の流動層（流動床）にて焼却灰を加熱して乾燥しようとする場合、流動層の温度が低すぎると焼却灰の乾燥が十分に行われず、一方、高すぎると炉内上方にクリンカの生成を起す。また、灰中の未燃物を燃焼させるためには、それに足る温度にすることが望まれる。これらの点からすると、流動層の温度は250 〜700 ℃とすることが望ましく、更には500 〜700 ℃とすることが望ましい。
【００４５】
前述の如く、研磨により除去された付着灰は、粒径が小さいので、流動床炉の流動化気体の流れに乗って流動化気体とともに炉内を上昇し、流動床炉の上部から炉外へ排出することができる。この際の気流速度（流動化気体の流れの速度）が小さすぎると、流動媒体の攪拌が十分でなく、前記付着灰の炉外への排出が進まず、この付着灰が流動層内に再度取り込まれる恐れがあり、一方、高すぎるとブロワの消費エネルギ増大を招くのみならず、流動媒体をも炉外へ吹き飛ばしてしまう。かかる点から、この際の気流速度としては、毎秒0.3 〜３ｍとすることが望ましく、更には毎秒0.5 〜２ｍとすることが望ましい。
【００４６】
焼却灰の粒子と共に炉底から抜き出された流動媒体を焼却灰の粒子と流動媒体とに分離する場合、その分離のための装置としては、その種類は特には制限されず、種々のものを用いることができ、例えば、振動ふるい、トロンメルなどを用いることができる。
【００４７】
燃料を流動床炉の流動層に供給する場合、その燃料としては、その種類は特には制限されず、種々のものを用いることができ、例えば、都市ガス、プロパン、ブタンなどの気体を用いることができ、また、灯油、重油などの液体を用いてもよい。
【００４８】
可燃物を流動床炉の流動層に供給する場合、その可燃物としては、その種類は特には制限されず、種々のものを用いることができ、例えば、廃プラスチック、木材チップなどを用いることができる。
【００４９】
本発明法による付着灰の除去の程度は、焼却灰中の重金属等の有害物質の量を大幅に低減できる程度であればよい。即ち、焼却灰を資源化あるいは資材化可能な程度に付着灰を実質的に取り除くことができる程度であればよい。
【００５０】
本発明に係る焼却灰の処理方法により付着灰が除去された焼却灰は、重金属の溶出もごく微量であり、土木や建築用の資材として使用可能である。この焼却灰の中に鉄、アルミ、銅などの金属が含まれる場合もあるが、これは磁選装置、非鉄金属選別装置などによって容易に分離することができる。この場合、灰が乾燥された状態であると、灰粒子相互の付着がなく、分離の効率は高い。
【００５１】
【実施例】
本発明の実施例を以下説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００５２】
〔実施例１〕
本発明に係る焼却灰の処理方法を遂行するための装置の具体例を図２に示す。この装置の構成および使用形態例を、以下説明する。流動床炉１の下部には、流動媒体１１が充填されており、分散板１２により支持されている。分散板１２には多数のノズル１３が取り付けられており、風箱１４に接続されている。流動床炉１には、排気口１５および焼却灰投入口１６が設けられている。なお、前記流動媒体１１としては、例えば自然砂、珪砂、アルミナ粉末などを用いることができる。
【００５３】
流動化気体２は、ブロワ２１により昇圧され、熱交換器２２を経て熱源２３により昇温され、流動床炉の風箱１４からノズル１３を経て炉内部に吹き込まれ、流動媒体１１を流動化した後に炉内部を上昇し、排気口１５より炉外に排出される。その後、排ガス処理装置２５を経て、系外に排出される。なお、前記流動化気体２としては、例えば空気、燃焼排ガス、あるいは、両者の混合気体などを用いることができる。流動化気体中の酸素濃度としては、焼却灰中の未燃物を確実に燃焼させることを勘案すると、５〜２１％の範囲にあることが好ましい。
【００５４】
焼却灰３は、焼却灰ホッパ３１に一時貯留され、切出し装置３２により適宜切出されて焼却灰投入口１６より炉内に投入される。投入された焼却灰３３は、流動層内の高温により乾燥され、また、流動媒体１１により表面を研磨され付着灰が除去される。除去された付着灰は粒径が非常に小さなものが多く、流動化気体２とともに炉内を上昇し、炉外に排出される。なお、焼却灰３３を十分に乾燥すると共に焼却灰３３中の未燃物を燃焼させるためには、流動床炉１の流動層（流動床）の温度は250 ℃以上とすることが望ましく、更には500 ℃以上とすることが望ましく、一方、炉内上方でのクリンカの生成を防止するためには、流動層の温度は700 ℃以下とすることが望ましく、更には500 ℃以下とすることが望ましい。また、流動媒体１１を十分攪拌し、付着灰の炉外への排出を進め、付着灰が流動層内に再度取り込まれることを防止するためには、前記流動化気体２の気流速度は毎秒0.3 ｍ以上とすることが望ましく、更には毎秒0.5 ｍ以上とすることが望ましく、一方、ブロワの消費エネルギ増大を抑え、また、流動媒体の炉外への吹き飛ばしを防止するためには、前記流動化気体２の気流速度は毎秒３ｍ以下とすることが望ましく、更には毎秒２ｍ以下とすることが望ましい。
【００５５】
更に、付着灰の除去後の焼却灰と流動媒体は、連続排出装置４により流動床炉１の炉底から抜き出される。この後、分離装置４１により焼却灰４２と、流動媒体４３とに分離することができる。この分離装置４１としては、例えば振動ふるい、トロンメルなどを用いることができる。
【００５６】
上記装置を用いて本発明の実施例１に係る焼却灰の処理を行った。このとき、流動媒体１１としては珪砂を用い、流動化気体２としては空気を用いた。流動床炉１の流動層の温度は、550 ℃とした。流動化気体２の気流速度は毎秒１ｍとした。分離装置４１としては振動ふるいを用いた。
【００５７】
流動床炉１の流動層に供給する焼却灰としては、湿灰を用いた。この湿灰は、ストーカ式焼却炉による都市ごみの炉下焼却灰であって水槽に落とされた後に掻きあげられて集められたものと、焼却炉後段の集塵装置で集められれた飛灰とを混合したいわゆる混合灰である。
【００５８】
この焼却灰（湿灰）中の重金属含有量は、水銀：1.4mg/kg、鉛：2400mg/kg 、亜鉛：8400mg/kg 等であり、また、ダイオキシン類の含有量は、0.045ng-TEQ/g であった。
【００５９】
上記焼却灰（湿灰）を流動床炉１の流動層に供給し、この流動層にて焼却灰を加熱して乾燥し、この焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨することにより除去する処理を行った。この処理後の焼却灰を流動媒体と共に流動床炉１の炉底から抜き出した後、分離装置４１により焼却灰４２と流動媒体４３とに分離した。そして、この焼却灰４２のうち５〜25mmの粒径のものについて、重金属含有量およびダイオキシン含有量を測定し、また、資源化する上で重要である耐溶出性の試験を行った。
【００６０】
この結果、上記処理後の焼却灰中の重金属含有量は、水銀：0.01mg/kg 未満、鉛：1200mg/kg 、亜鉛：3700mg/kg 等であり、いずれも大幅に減少していた。ダイオキシン含有量は0.0008ng-TEQ/gであり、これも大幅に減少していた。耐溶出性の試験において、溶出量は六価クロム：0.02mg／リットル（以下、Ｌ）未満、鉛：0.001mg/Ｌ未満、カドミウム：0.001mg/Ｌ未満、水銀：0.0005 mg/Ｌ未満、ヒ素：0.001mg/Ｌ未満、セレン：0.001mg/Ｌ未満であり、いずれも土壌環境基準を下回った。
【００６１】
以上のことは、本発明の実施例１に係る焼却灰の処理方法によれば、焼却灰の粒子表面の付着灰を除去して焼却灰中の重金属等の有害物質の量を低減することができることを裏付けるものである。
【００６２】
前記のような処理により得られた焼却灰（資源化された焼却灰）は、乾燥されており、重金属の溶出もごく微量であり、土木・建築用の資材として使用可能である。なお、処理前の湿灰によっては、資源化された焼却灰の中に鉄、アルミ、銅などの金属が含まれる場合もあるが、これらは磁選装置や非鉄金属選別装置などによって容易に分離することができる。このときも、灰が乾燥された状態であるので、灰粒子相互の付着がなく、分離の効率は高い。
【００６３】
なお、上記実施例１の場合、流動媒体１１としては珪砂を用いたが、これに代えて、自然砂やアルミナ粉末などを用いた場合も、上記実施例１の場合と同様の結果が得られた。上記実施例１の場合、流動化気体２としては空気を用いたが、これに代えて、燃焼排ガス、あるいは、空気と燃焼排ガスの混合気体を用いた場合も、上記実施例１の場合と同様の結果が得られた。
【００６４】
また、上記実施例１の場合、流動床炉１の流動層に供給する焼却灰としては湿灰を用いたが、これに代えて、乾灰を用いた場合も、上記実施例１の場合と同様の結果が得られた。また、この乾灰を用いた場合、流動化気体２は昇温せずに（室温のままの状態で）ノズル１３を介して炉内部に吹き込むことも行ったが、この場合も上記実施例１の場合と同様の結果が得られた。
【００６５】
〔実施例２〕
本発明に係る焼却灰の処理方法を遂行するための装置について、前記装置とは別の具体例を図３に示す。この装置の構成および使用形態例を、以下説明する。流動床炉１の下部には、流動媒体１１が充填されており、流動媒体中に散気管１７が装入されている。また、流動床炉１には、排気口１５、焼却灰投入口１６が設けられており、更に、炉底から抜き出した流動媒体１１を炉内に返送する流動媒体返送口１８が設けられている。
【００６６】
流動化気体２は、ブロワ２１により昇圧され、熱交換器２２を経て熱源２３により昇温され、ヘッダ管２４を経て散気管１７により炉内部に吹き込まれ、流動媒体１１を流動化した後に炉内部を上昇し、排気口１５より炉外に排出される。その後、排ガス処理装置２５を経て、系外に排出される。なお、前記流動化気体２としては、例えば空気、燃焼排ガス、あるいは、両者の混合気体などを用いることができる。
【００６７】
焼却灰３は、焼却灰ホッパ３１に一時貯留され、切出し装置３２により適宜切出されて焼却灰投入口１６より炉内に投入される。投入された焼却灰３３は、流動層内の高温により乾燥され、また、流動媒体１１により表面を研磨され付着灰が除去される。除去された付着灰は粒径が非常に小さなものが多く、流動化気体２とともに炉内を上昇し、炉外に排出される。
【００６８】
更に、付着灰の除去後の焼却灰と流動媒体は、連続排出装置４により流動床炉１の炉底から抜き出される。この後、分離装置４１により焼却灰４２と、流動媒体４３とに分離することができる。この分離装置４１としては、例えば振動ふるい、トロンメルなどを用いることができる。分離された流動媒体１１は、これをコンベヤ４４により搬送し、流動媒体返却口１８から流動床炉内に返送することができる。そうすると、流動媒体１１の新たな補充をほとんど必要とせずに運転を続けることができる。
【００６９】
流動床の温度維持のため、燃料５を、燃料ガン５１によって吹き込むことができる。この燃料５としては、都市ガス、プロパン、ブタンなどの気体のほか、灯油、重油などの液体でもよい。この燃料５は、流動化気体中の酸素により燃焼され、その発熱により流動層の温度維持に寄与し、焼却灰の乾燥を行うことができる。
【００７０】
流動床炉の断面積は、流動媒体部（流動床部）の断面積６１よりも、その上部のいわゆるフリーボード部での断面積６２のほうが小さくなるような形状となっている。これは、流動媒体部直上での流動化気体の流速よりも、フリーボード部での流動化気体の流速を大きくして、一旦気流中に補足した付着灰の粒子を確実に排気口１５より炉外へ排出することに寄与する。
【００７１】
可燃物７を流動床炉内に投入することができる。この可燃物としては、例えば廃プラスチック、木材チップなどが使用可能である。この可燃物は、図３に示す装置では、可燃物ホッパ７１に一時貯留され、可燃物切出し装置７２により適宜切出されて炉内に投入される構成となっているが、これに代えて、あらかじめ焼却灰と可燃物とを一定割合で混合しておき、焼却灰ホッパから投入するようにしてもよい。
【００７２】
上記装置を用いて本発明の実施例２に係る焼却灰の処理を行った。このとき、流動媒体１１としては珪砂を用い、流動化気体２としては空気を用いた。流動床炉１の流動層の温度は、550 ℃とした。流動化気体２の気流速度は毎秒0.5 ｍとした。分離装置４１としては振動ふるいを用いた。
【００７３】
流動床炉１の流動層に供給する焼却灰としては、湿灰を用いた。この湿灰は、ストーカ式焼却炉による都市ごみ及び産業廃棄物の炉下焼却灰であって水槽に落とされた後に掻きあげられて集められたものと、焼却炉後段の集塵装置で集められれた飛灰とを混合したいわゆる混合灰である。
【００７４】
この焼却灰（湿灰）中の重金属含有量は、水銀：1.4mg/kg、鉛：2400mg/kg 、亜鉛：8400mg/kg 等であり、また、ダイオキシン類の含有量は、0.045ng-TEQ/g であった。
【００７５】
上記焼却灰（湿灰）を流動床炉１の流動層に供給し、この流動層にて焼却灰を加熱して乾燥し、この焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨することにより除去する処理を行った。この処理後の焼却灰を流動媒体と共に流動床炉１の炉底から抜き出した後、分離装置４１により焼却灰４２と流動媒体４３とに分離した。そして、この焼却灰４２のうち５〜25mmの粒径のものについて、重金属含有量およびダイオキシン含有量を測定し、また、資源化する上で重要である耐溶出性の試験を行った。
【００７６】
この結果、上記処理後の焼却灰中の重金属含有量は、水銀：0.01mg/kg 未満、鉛：800mg/kg、亜鉛：4200mg/kg 等であり、いずれも大幅に減少していた。ダイオキシン含有量は0.0006ng-TEQ/gであり、これも大幅に減少していた。耐溶出性の試験において、溶出量は六価クロム：0.02mg／Ｌ未満、鉛：0.001mg/Ｌ未満、カドミウム：0.001mg/Ｌ未満、水銀：0.0005 mg/Ｌ未満、ヒ素：0.001mg/Ｌ未満、セレン：0.001mg/Ｌ未満であり、いずれも土壌環境基準を下回った。
【００７７】
以上のことは、本発明の実施例２に係る焼却灰の処理方法によれば、焼却灰の粒子表面の付着灰を除去して焼却灰中の重金属等の有害物質の量を低減することができることを裏付けるものである。
【００７８】
上記実施例２において、分離装置４１により分離された流動媒体１１は、これをコンベヤ４４により搬送し、流動媒体返却口１８から流動床炉内に返送した場合、流動媒体１１の新たな補充をほとんど必要とせずに運転を続けることができた。
【００７９】
燃料５を燃料ガン５１によって吹き込んだ場合、燃料５の燃焼による発熱により、流動層の温度を所定温度（550 ℃）に維持しやすかった。
【００８０】
可燃物７を流動床炉内に投入した場合、燃料ガン５１から吹き込む燃料５の吹き込み量を節約することができた。
【００８１】
【発明の効果】
本発明に係る焼却灰の処理方法によれば、少ない工程数で且つ発塵のない閉鎖された装置で焼却灰の粒子表面の付着灰を除去して焼却灰中の重金属等の有害物質の量を低減することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 焼却灰の粒子の断面構造を模式的に示す図である。
【図２】 本発明に係る焼却灰の処理方法を遂行するための装置の例を示す模式図である。
【図３】 本発明に係る焼却灰の処理方法を遂行するための装置の例を示す模式図である。
【符号の説明】
１：流動床炉、１１：流動媒体、１２：分散板、１３：ノズル、１４：風箱、１５：排気口、１６：焼却灰投入口、
２：流動化気体、２１：ブロワ、２２：熱交換器、２３：熱源、２４：ヘッダ、２５：排ガス処理装置、
３：焼却灰、３１：焼却灰ホッパ、３２：焼却灰切出し装置、３３：炉内に投入された焼却灰、
４：連続排出装置、４１：分離装置、４２：焼却灰、４３：流動媒体、
５：燃料、５１：燃料ガン、６１：流動層部の炉内断面積、６２：フリーボード部の炉内断面積、
７：可燃物、７１：可燃物ホッパ、７２：可燃物切出し装置。
８０：焼却灰の粒子、８１：付着灰。
Claims (7)
- 都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却灰を流動床炉の流動層に供給し、この流動層にて焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨することにより除去し、この研磨により除去された付着灰を流動床炉の流動化気体とともに炉内を上昇させ、流動床炉の上部より炉外へ排出し、一方、この研磨により付着灰が除去された焼却灰の粒子を流動媒体とともに流動床炉の底部から抜き出すことを特徴とする焼却灰の処理方法。
- 都市ごみ及び／又は産業廃棄物の焼却灰を流動床炉の流動層に供給し、この流動層にて焼却灰を加熱して乾燥し、この焼却灰の粒子表面の付着灰を流動媒体で研磨することにより除去し、この研磨により除去された付着灰を流動床炉の流動化気体とともに炉内を上昇させ、流動床炉の上部より炉外へ排出し、一方、この研磨により付着灰が除去された焼却灰の粒子を流動媒体とともに流動床炉の底部から抜き出すことを特徴とする焼却灰の処理方法。
- 流動化気体を予熱してから前記流動層に供給する請求項２記載の焼却灰の処理方法。
- 燃料を前記流動層に供給する請求項２または３記載の焼却灰の処理方法。
- 前記流動層から排出された焼却灰を含む流動媒体を焼却灰と流動媒体とに分離した後、この分離された流動媒体を前記流動層に供給する請求項１〜４のいずれかに記載の焼却灰の処理方法。
- 前記流動床炉の断面積が流動床部とその上方のフリーボード部とで異なり、後者のフリーボード部の断面積の方が小さい請求項１〜５のいずれかに記載の焼却灰の処理方法。
- 可燃物を前記流動層に供給する請求項１〜６のいずれかに記載の焼却灰の処理方法。
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