JP4772555B2

JP4772555B2 - 廃棄物の脱塩処理方法

Info

Publication number: JP4772555B2
Application number: JP2006090608A
Authority: JP
Inventors: 貴夫小出
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: JP2007260590A

Description

本発明は、一般廃棄物または産業廃棄物の焼却によって発生し、処理の難しい高濃度の塩素および／またはアルカリ金属を含有する焼却灰や、セメント焼成キルンなどから発生する塩素高含有ダストなどの廃棄物の脱塩処理方法に関する。

都市ごみなどの一般廃棄物や産業廃棄物の焼却によって発生する焼却灰は、一般的なストーカ炉（火格子炉）を用いた焼却による場合に、焼却炉底に残る焼却残渣（焼却主灰）と、集塵装置に捕集されるばいじん（焼却飛灰）に大別される。
また、塩素高含有ダストとしては、各種廃棄物の溶融設備から発生する溶融飛灰や、セメント焼成キルンから発生するセメントキルンパイパスダストなどが挙げられる。

これまで、これらの廃棄物はいずれも、主に埋立処分が施されてきた。
しかしながら、近年、既存の埋立処分場の残余年数が逼迫してきており、また新規の埋立処分場立地も環境問題などの面から非常に難しい状況にある。そのため、焼却灰は、有効利用を図るために、粘土などの副原料と共に混合焼成されて煉瓦に加工されるか、あるいは、１０００℃前後の高温にて溶融されてスラグ化することにより減量化した後に、埋立処分が施されるか、または路盤材やコンクリート用骨材として再利用する試みがなされている。
さらに、セメント産業においては、セメント製造用天然原料の代替として焼却灰が利用されつつある。
しかしながら、焼却灰を用いた煉瓦や溶融スラグは、品質に劣るため需要が少なく、また鉛などの重金属類が溶出するという問題がある。これに加えて、煉瓦の焼成や、焼却灰の溶融スラグ化には多量のエネルギーが必要であり、その処理費用は非常に高価となる。

ところで、セメントは、酸化カルシウム（ＣａＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化鉄（III）（Ｆｅ_２Ｏ_３）を主成分としている。そのため、セメントには、これらの成分を含む廃棄物を原料として使用できるため、これまでに様々な廃棄物が利用されている。
しかしながら、一般廃棄物や産業廃棄物の焼却灰、溶融飛灰、セメントキルンパイパスダストなどには、かなり高濃度の塩素またはアルカリ金属のいずれか一方、あるいは、塩素およびアルカリ金属の両方が含まれている。セメント中に塩素が多量に含まれると、鉄筋コンクリートでは、鉄筋が腐食し、その耐久性が低下する。そのため、ＪＩＳ規格には、セメント中の塩素含有量を３５０ｐｐｍ以下と規定されている。同様に、セメント中にナトリウムやカリウムなどのアルカリ金属が多量に含まれると、このアルカリ金属がコンクリートを劣化させるアルカリ骨材反応の原因となる。そのため、ＪＩＳ規格には、セメント中の全アルカリ含有量をＲ_２Ｏ（Ｎａ_２Ｏ＋０．６５８Ｋ_２Ｏ）＝０．７５％以下と規定されている。

そこで、現在、セメント工場において、焼却灰をセメントの代替材料として使用する場合、主に水洗処理によって脱塩（塩素およびアルカリ金属の除去）が行われている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、一般廃棄物の焼却残渣（焼却主灰）については、単に水で洗浄しただけでは、含有している塩素の一部しか水に溶解しないため、塩素の除去率は５０％程度であった。詳細は不明であるが、この理由は、焼却残渣に含まれる塩素が、焼却残渣の粒子表面に塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）などの水に溶け易い形態、水に溶け難いフリーデル氏塩（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＣｌ_２・１０Ｈ_２Ｏ）などの化合物、あるいは、焼却灰の粒子内部に強固に取り込まれた水に溶けにくい形態として存在しているからであると推定される。

上記課題に対して既に本発明者は、焼却残渣（焼却主灰）を洗浄する際に、洗浄水に酸を添加し、洗浄水のｐＨを８〜１０の範囲に調整することにより、焼却残渣からの重金属の溶出を抑制しながら、効果的に焼却残渣から塩素を除去する処理方法を提案している（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、特許文献２に開示されている処理方法は、硫酸などの腐食性の酸を使用するため、高価な耐酸設備や廃水処理設備が必要となり、イニシャルおよびランニングコストが非常に高く、実用上大きな問題があった。
特開平９−１８７７４８号公報特許第３３６８３７２号公報

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、金属を腐食させる危険な酸を使用することなく、一般廃棄物または産業廃棄物の焼却によって発生し、処理の難しい高濃度の塩素および／またはアルカリ金属を含有する焼却灰や、セメント焼成キルンなどから発生する塩素高含有ダストなどの廃棄物から塩素および／またはアルカリ金属を効率よく除去する廃棄物の脱塩処理方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、廃棄物に超高圧の水を噴射することにより、廃棄物に含まれる塩素および／またはアルカリ金属を効率的に除去することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の廃棄物の脱塩処理方法は、塩素および／またはアルカリ金属を含有する廃棄物に、吐出圧力が１００ＭＰａ以上かつ２５０ＭＰａ以下の高圧の水を噴射し、前記塩素および／またはアルカリ金属を除去することを特徴とする。

本発明の廃棄物の脱塩処理方法は、前記廃棄物が、一般廃棄物または産業廃棄物の焼却によって発生する焼却残渣、ばいじん、溶融飛灰、セメント焼成キルンから発生するセメントキルンパイパスダストの群から選択された１種または２種以上であることが好ましい。

本発明の廃棄物の脱塩処理方法は、上記の高圧の水の噴射による処理を２回以上繰り返すことが好ましい。

本発明の廃棄物の脱塩処理方法は、前記高圧の水を噴射する前に、前記廃棄物を粉砕することが好ましい。

本発明の廃棄物の脱塩処理方法は、前記廃棄物に粗大な粒子、金属類が混在する場合に、前記廃棄物の乾燥および磁力選別を行った後、分級によって粗大粒子部分と微粉部分とに分離し、前記微粉部分のみに高圧の水を噴射することが好ましい。

本発明の廃棄物の脱塩処理方法によれば、塩素および／またはアルカリ金属を含有する廃棄物に、吐出圧力が１００ＭＰａ以上かつ２５０ＭＰａ以下の高圧の水を噴射し、前記塩素および／またはアルカリ金属を除去するので、従来技術よりも低コスト、かつ、非常に高い効率にて、廃棄物に含まれる塩素および／またはアルカリ金属を除去することができる。また、本発明の廃棄物の脱塩処理方法によれば、腐食性かつ取扱いの難しい硫酸などの酸や、高価な耐酸設備や廃水処理設備が不要となる。したがって、これまでに廃棄物として大半が埋立て処分されていた焼却灰などをセメント原料として多量に使用する事が可能となる。

本発明の廃棄物の脱塩処理方法の最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

本発明の廃棄物の脱塩処理方法は、塩素およびアルカリ金属の両方、あるいは、塩素またはアルカリ金属のいずれか一方を含有する廃棄物に高圧の水を噴射し、塩素およびアルカリ金属の両方、あるいは、塩素またはアルカリ金属のいずれか一方を、廃棄物から除去するものである。

本発明において、廃棄物は、一般廃棄物または産業廃棄物の焼却によって発生する焼却残渣、ばいじん、各種溶融設備から発生する溶融飛灰、セメント焼成キルンから発生するセメントキルンパイパスダストの群から選択された１種または２種以上である。
なお、一般廃棄物は、一般家庭の日常生活に伴って生じた廃棄物（生ごみ、不燃性ごみ、粗大ごみなど）の「家庭系一般廃棄物」と、事業活動に伴って生じた廃棄物のうち産業廃棄物以外の廃棄物の「事業系一般廃棄物」とに分類される、いわゆる都市ごみのことである。
また、産業廃棄物は、事業活動に伴って生じた廃棄物であって、燃え殻、汚泥、廃油、廃酸、廃アルカリ、廃プラスチック類の６種類と、その他「廃棄物の処理及び清掃に関する法律施行令」で定めるゴムくず、金属くず、ガラスくずなどの１３種類の計１９種類の廃棄物のことである。

また、本発明において、廃棄物の形状は、粉粒体、砂礫、クリンカ状など如何なる形状であってもよく、特に限定されない。粒子の大きさは、最大長軸径が２０ｍｍ程度のものであれば処理可能であるが、粒子径が小さければ小さいほど脱塩効果は高くなる。

高圧の水は、ウォータージェットと呼ばれ、超高圧ポンプにより加圧加速された水であり、その猛烈な衝突力を利用してコンクリート構造物のはつり、鋼構造物の塗膜や錆びの除去、あるいは、切断などに利用されているものである。高圧の水を発生する装置は比較的安価で、かつ、ランニングコストも安価である。

塩素および／またはアルカリ金属を含有する廃棄物に噴射する高圧の水の吐出圧力は、１００ＭＰａ以上かつ２５０ＭＰａ以下であることが好ましく、１５０ＭＰａ以上かつ２００ＭＰａ以下であることがより好ましい。
高圧の水の吐出圧力が１００ＭＰａ未満では、廃棄物に含まれる塩素および／またはアルカリ金属を十分に除去することが出来ない。一方、高圧の水の吐出圧力が２５０ＭＰａを超えると、水の廃棄物に対する衝突エネルギーが大きいため、廃棄物に含まれる塩素および／またはアルカリ金属の除去効率が高くなるものの、従来技術よりも高コストになる。なお、高圧の水の吐出圧力とそれを発生させる超高圧ポンプの価格は比例するため、廃棄物の性状に合せて適切な処理コストとなるように、高圧の水の吐出圧力、および、それを発生させる装置を選択することが好ましい。

さらに、高圧の水の吐出量は、廃棄物の量に応じて適宜調整されるが、通常、廃棄物の３〜１０倍程度に調整される。このように高圧の水の吐出量を廃棄物の３〜１０倍程度に調整することにより、廃棄物が一般廃棄物または産業廃棄物の焼却によって発生する焼却残渣（焼却主灰）の場合、塩素の除去率はおよそ９０％に達する。

また、本発明では、上述の高圧の水の噴射による廃棄物の処理（塩素の除去）を２回以上繰り返すことが好ましい。このように高圧の水の噴射による処理を２回以上繰り返すことにより、１回の処理よりも、廃棄物に含まれる塩素および／またはアルカリ金属の除去率をより高めることができる。

ところで、廃棄物の中でも、一般廃棄物または産業廃棄物の焼却によって発生する焼却残渣（焼却主灰）は、焼却炉内で局所的に高温に曝されると溶融して粗大化する。したがって、焼却炉から排出される焼却残渣（焼却主灰）は、粗大粒子と微粉とが混在した塊状をなす。このような塊状の焼却残渣に高圧の水を噴射しても、粗大粒子内部に含まれる塩素および／またはアルカリ金属を効果的に除去することは困難である。
そこで、焼却残渣を粉砕し、粒径を小さくしたものに高圧の水を噴射することにより、塩素および／またはアルカリ金属の除去をさらに効果的に行うことができる。なお、粉砕後の焼却残渣の粒径は特に規定されないが、粒径は１ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。

また、一般廃棄物の焼却炉から排出される焼却残渣は、通常、水をかけて冷却するため湿潤状態であるばかりでなく、空き缶などの金属類、陶磁器やガラス類などの粗大不燃物も混入している。したがって、焼却残渣を乾燥させ、磁力選別による鉄などの金属除去を行った後、風力やふるいによる分級により、陶磁器やガラス類などの粗大粒子部分と、焼却残渣である微粉部分に分離することによって、セメント原料としてより適当なものとすることができる。

例えば、ふるいを使用して粗大粒子部分と微粉部分とに分離する場合、使用するふるいの目開きを２ｍｍ〜２０ｍｍとすることによって微粉部分を分離することができる。焼却残渣に含まれる塩素および／またはアルカリ金属は微粉部分に偏るため、微粉部分だけを選択的にウォータージェットで洗浄することで、一層効率的に、塩素および／またはアルカリ金属の除去を行うことができる。そして、粗大粒子部分はそのままセメント原料として使用することもできる。
なお、磁力などにより分離した鉄くずなどは、セメントの原料調合上、使用量が制約され、また、製造原料粉砕機のトラブルの原因となるため、セメント工場で全量を処理することはできない。

この実施形態の廃棄物の脱塩処理方法によれば、塩素および／またはアルカリ金属を含有する廃棄物に高圧の水を噴射し、塩素および／またはアルカリ金属を除去するので、従来技術よりも低コスト、かつ、非常に高い効率にて、廃棄物に含まれる塩素および／またはアルカリ金属を除去することができる。また、この実施形態の廃棄物の脱塩処理方法によれば、腐食性かつ取扱いの難しい硫酸などの酸や、高価な耐酸設備や廃水処理設備が不要となる。さらに、硫酸などの酸を使用する必要がないため、廃棄物の脱塩処理工程において発生する水素ガスや悪臭による危険を避けることができる。したがって、これまでに廃棄物として大半が埋立て処分されていた焼却灰などをセメント原料として多量に使用する事が可能となり、社会的、経済的なメリットは大きい。

以下、実施例１〜４および比較例１〜６により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

「使用材料」
廃棄物として、２４時間連続運転、焼却能力１５０ｔ／日のストーカ式都市ごみ焼却炉より回収された実機焼却残渣（焼却主灰）を用いた。
また、水は水道水を用いた。
「使用装置」
高圧の水を廃棄物に噴射する装置として、ウォータージェット（コンクリート構造物などのはつり用、最高吐出圧力２５２ＭＰａ、定格吐出量１リットル／分）を用いた。
「焼却残渣の前処理」
上記の実機焼却残渣は、冷却のため水を貯えた灰ピットに落とされた湿潤灰であったため、この湿潤灰５ｋｇをステンレス製バットに入れ、乾燥機で１０５℃にて、２４時間乾燥させた。さらに、焼却残渣の磁力選別を行って鉄などの金属を除去した後、目開き５ｍｍのふるいで分級して、粗大粒子部分と微粉部分とに分離した。磁力選別部分、粗大粒子部分、微粉部分の乾燥焼却残渣中に占める割合と、ＣＡＪＳ（セメント協会法）に準拠し、試料（焼却残渣）を蒸留水と硝酸と共に加熱し、Ｈ_２Ｏ_２（過酸化水素水）を加えて妨害物質（硫黄など）を酸化させた後、放冷し、硝酸銀水溶液を用いた電位差滴定装置によって塩化物イオンとして測定した。その測定した塩素含有量を表１に示す。
以下に示す実施例および比較例では、高濃度の塩素を含む粒径５ｍｍ未満の微粉部分を使用した。

「実施例１」
２０℃の恒温室内にて、内径１５０ｍｍ、内部高さ３００ｍｍ、厚み約１０ｍｍの鋳鉄製円筒型容器に、上記処理済みの焼却残渣の微粉部分５００ｇを加え、中心部に内径４０ｍｍの孔を開けた外径１８０ｍｍ、厚み５ｍｍの鋼鉄製の蓋をかぶせ、この蓋を、直径５ｍｍの鋼鉄製ボルト４本で円筒型容器に固定した。
次いで、鋼鉄製の蓋の孔に、ウォータージェットのノズル先端を隙間なく挿入した。
次いで、水道水を吐出圧力２５０ＭＰａ、吐出量１リットル／分のウォータージェットとして、円筒型容器内に２分間噴射した。
水道水の噴射終了後、直ちに直径１５０ｍｍの濾紙を敷いたブフナー漏斗に、円筒型容器の中身を移し、吸引瓶と真空ポンプを用いて吸引ろ過を２分間行って、塩素を除去した脱塩焼却残渣Ａを得た。

「実施例２」
実施例１で得られた脱塩焼却残渣Ａを鋳鉄製円筒型容器に戻し、再度、水道水を吐出圧力２５０ＭＰａ、吐出量１リットル／分のウォータージェットとして、円筒型容器内に２分間噴射した後、実施例１と同様の手順により吸引ろ過を行って脱塩焼却残渣Ｂを得た。

「実施例３」
実施例１と同様の手順により、水道水を吐出圧力１００ＭＰａ、吐出量１リットル／分のウォータージェットとして、円筒型容器内に２分間噴射した後、実施例１と同様の手順により吸引ろ過を行って脱塩焼却残渣Ｃを得た。

「実施例４」
実施例３で得られた脱塩焼却残渣Ｃを鋳鉄製円筒型容器に戻し、再度、水道水を吐出圧力１００ＭＰａ、吐出量１リットル／分のウォータージェットとして、円筒型容器内に２分間噴射した後、実施例１と同様の手順により吸引ろ過を行って脱塩焼却残渣Ｄを得た。

「比較例１」
実施例１と同様の手順により、水道水を吐出圧力５０ＭＰａ、吐出量１リットル／分のウォータージェットとして、円筒型容器内に２分間噴射した後、実施例１と同様の手順により吸引ろ過を行って脱塩焼却残渣Ｅを得た。

「比較例２」
実施例２と同様の手順により、水道水を吐出圧力５０ＭＰａ、吐出量１リットル／分のウォータージェットとして、円筒型容器内に２分間噴射する処理を２回繰り返した後、実施例１と同様の手順により吸引ろ過を行って脱塩焼却残渣Ｆを得た。

「比較例３」
２０℃の恒温室内にて、実施例１と同じ鋳鉄製円筒型容器に、上記処理済みの焼却残渣の微粉部分５００ｇと水道水２リットルを加えて、この焼却残渣と水の混合物を小型ハンドミキサーにより２分間高速撹拌した後、実施例１と同様の手順により吸引ろ過を行って脱塩焼却残渣Ｇを得た。

「比較例４」
比較例１で得られた脱塩焼却残渣Ｇを鋳鉄製円筒型容器に戻し、再度、円筒型容器に水道水２リットルを加えて、この脱塩焼却残渣Ｇと水の混合物を小型ハンドミキサーにより２分間高速撹拌した後、実施例１と同様の手順により吸引ろ過を行って脱塩焼却残渣Ｈを得た。

「比較例５」
２０℃恒温室内にて、容量１０リットルのポリエチレン製円筒型容器に、上記処理済み焼却残渣の微粉部分５００ｇと水道水４リットルを加えて、この焼却残渣と水の混合物を小型ハンドミキサーにより１分間高速撹拌した後、特級９６％硫酸（和光純薬社製）を３５ｍｌ加えて、さらに小型ハンドミキサーにより１分間高速撹拌した。すると、水素ガスと思われる気泡が発生し、また若干の悪臭も発生した。５分間放置して気泡の発生が止まった後、実施例１と同様の手順により吸引ろ過を行って脱塩焼却残渣Ｉを得た。

実施例１〜４および比較例１〜５で得られた脱塩焼却残渣Ａ〜Ｉに含まれる塩素、ナトリウム、カリウムの含有量をそれぞれ、ＣＡＪＳ（セメント協会法）に準拠し、塩素は前記した硝酸銀水溶液を用いた電位差滴定法で測定し、ナトリウムとカリウムは、試料（焼却残渣）を微粉砕した後、テフロンビーカー内でフッ酸、硝酸、過塩素酸で処理し、処理後のろ液を、原子吸光光度計を用いて測定した。その結果を表２に示す。

「比較例６」
比較として、脱塩処理前の焼却残渣（粒径５ｍｍ未満の微粉部分）に含まれる塩素、ナトリウム、カリウムの含有量を、前記同様ＣＡＪＳ（セメント協会法）に準拠して測定した。その結果を表２に示す。

実施例１では、水道水の吐出圧力を２５０ＭＰａ、吐出量を１リットル／分、吐出時間を２分間としたので、塩素の除去率は８６％、ナトリウムの除去率は８５％、カリウムの除去率は７６％と高かった。
実施例２では、実施例１で処理した脱塩焼却残渣に、さらにもう１回、水道水の吐出圧力を２５０ＭＰａ、吐出量を１リットル／分、吐出時間を２分間として、高圧の水を噴射したので、塩素の除去率は９０％、ナトリウムの除去率は９１％、カリウムの除去率は８０％とさらに高くなった。
実施例３では、水道水の吐出圧力を１００ＭＰａ、吐出量を１リットル／分、吐出時間を２分間としたので、塩素の除去率は８０％、ナトリウムの除去率は８１％、カリウムの除去率は７０％と高かった。
実施例４では、実施例３で処理した脱塩焼却残渣に、さらにもう１回、水道水の吐出圧力を１００ＭＰａ、吐出量を１リットル／分、吐出時間を２分間として、高圧の水を噴射したので、塩素の除去率は８６％、ナトリウムの除去率は８６％、カリウムの除去率は７２％とさらに高くなった。

比較例１では、水道水の吐出圧力を５０ＭＰａ、吐出量を１リットル／分、吐出時間を２分間としたので、塩素の除去率は５９％、ナトリウムの除去率は６６％、カリウムの除去率は４８％と低かった。
比較例２では、比較例１で処理した脱塩焼却残渣に、さらにもう１回、水道水の吐出圧力を５０ＭＰａ、吐出量を１リットル／分、吐出時間を２分間として、水を噴射したものの、塩素の除去率は６７％、ナトリウムの除去率は７１％、カリウムの除去率は５４％と低かった。

比較例３では、小型ハンドミキサーにより高速攪拌２分間による洗浄を行ったものの、塩素の除去率は４９％、ナトリウムの除去率は５６％、カリウムの除去率は４７％と低かった。
比較例４では、比較例３で処理した脱塩焼却残渣に、さらにもう１回、小型ハンドミキサーにより高速攪拌２分間による洗浄を行ったものの、塩素の除去率は５５％、ナトリウムの除去率は６２％、カリウムの除去率は５０％と低かった。
比較例５では、硫酸を加えて、小型ハンドミキサーにより高速撹拌２分間による洗浄を行ったので、塩素の除去率は８５％、ナトリウムの除去率は８８％、カリウムの除去率は７５％と高かったものの、鋳鉄製容器は使用できなかった。また、洗浄中、焼却残渣から水素ガスと思われる気泡が発生した上に、若干の悪臭も発生した。
以上の結果によれば、吐出圧力が１００ＭＰａ以上かつ２５０ＭＰａの高圧の水を用いることにより、硫酸などの腐食性の酸を使用しなくても、焼却残渣に含まれる塩素やアルカリ金属を非常に効率よく除去することができることが確認された。

Claims

塩素および／またはアルカリ金属を含有する廃棄物に、吐出圧力が１００ＭＰａ以上かつ２５０ＭＰａ以下の高圧の水を噴射し、前記塩素および／またはアルカリ金属を除去することを特徴とする廃棄物の脱塩処理方法。
前記廃棄物は、一般廃棄物または産業廃棄物の焼却によって発生する焼却残渣、煤塵、溶融飛灰、セメント焼成キルンから発生するセメントキルンパイパスダストの群から選択された１種または２種以上であることを特徴とする請求項１記載の廃棄物の脱塩処理方法。
請求項１または請求項２に記載の高圧の水の噴射による処理を２回以上繰り返すことを特徴とする廃棄物の脱塩処理方法。
前記高圧の水を噴射する前に、前記廃棄物を粉砕することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の廃棄物の脱塩処理方法。
前記廃棄物に粗大な粒子、金属類が混在する場合に、前記廃棄物の乾燥および磁力選別を行った後、分級によって粗大粒子部分と微粉部分とに分離し、前記微粉部分のみに前記高圧の水を噴射することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の廃棄物の脱塩処理方法。