JP5222519B2 - 焼却灰の水洗処理方法及びシステム - Google Patents
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Description
また、特許文献2(特許第3391371号公報)には、焼却灰中の塩素分を水洗または酸洗すると同時に、比重選別により比重の大きな金属類成分を除去するようにした焼却灰の塩素および金属類等の除去方法が開示されている。
通常、焼却灰のpHは12程度である。特許文献1に記載されるようにpHを酸性や6〜10にすると重金属の溶出は抑制できるが、灰の凝集に関しては効果がなく、かえって凝集しやすくなると考えられる。また、pH12程度の焼却灰の洗浄水を酸性やpH6〜10にすることは、酸の消費量が増加し、コストが高くなるという問題もあった。さらにまた、塩素濃度が高い灰に関しては処理することが困難であった。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、焼却灰の水洗時における凝集を抑制し、効率よく塩素を除去することができる焼却灰の水洗処理方法及びシステムを提供することを目的とする。
焼却灰を水洗処理して塩素を除去する焼却灰の水洗処理方法において、
前記焼却灰が投入された洗浄水に、該洗浄水よりもpHの低い弱アルカリ性の界面活性剤を供給した後、該洗浄水のpH値がpH10を超えてpH12以下となるように酸を供給してpH調整して、該焼却灰を破砕手段で破砕しながら洗浄することを特徴とする。
また、焼却灰を複数回水洗処理して塩素を除去する焼却灰の水洗処理方法において、
前記焼却灰を第1水洗処理工程にて水洗処理して固液分離した後、該固液分離により分離された焼却灰を第2水洗処理工程にて水洗処理して固液分離するようにし、
少なくとも前記第2水洗処理工程にて、前記焼却灰が投入された洗浄水に、該洗浄水よりもpHの低い弱アリカリ性の界面活性剤を供給した後、該洗浄水のpH値がpH10を超えてpH12以下となるように酸を供給してpH調整して、該焼却灰を破砕手段で破砕しながら洗浄することを特徴とする。
さらに本発明では、pH調整前に所定量の界面活性剤を供給しており、該界面活性剤の分散作用により、より一層焼却灰の凝集が抑制され、該界面活性剤の供給とpH調整を併用することによって塩素除去効率の大幅な向上が図れる。
尚、本発明では、第1水洗処理工程、第2水洗処理工程の夫々にて、同一の水洗処理を複数段階行う構成としてもよい。
また、本発明では、水洗時に湿式ミル等により焼却灰を破砕することにより、灰の表面積が増加し、塩素分の抽出を促進することができる。このとき、破砕のみでは細かい粒子が水中で再凝集してしまう惧れがあるが、本発明では界面活性剤を供給しているため、灰の粒子を分散させることができ再凝集を防止することができる。また、洗浄手段に湿式ミルを用いた場合、内部の粉砕用ボール同士の摩擦が緩和されるため装置動力を低減することが可能である。
前記水洗処理設備は、前記焼却灰を粗洗浄する第1水洗処理設備と、該第1水洗処理設備の固液分離手段から得られた焼却灰が供給され、水洗後の焼却灰の塩素含有量が基準値よりも低くなるように洗浄する第2水洗処理設備とを備えており、
少なくとも前記第2水洗処理設備は、前記洗浄手段が、前記焼却灰が投入された洗浄水よりもpHの低い弱アルカリ性の界面活性剤を供給する界面活性剤供給手段と、酸を供給する酸供給手段と、洗浄手段内洗浄水のpH値を測定するpH計と、前記洗浄水中の前記焼却灰を破砕する破砕手段と、を有し、
前記界面活性剤が供給された洗浄水のpH値を前記pH計により測定し、該pH値がpH10を超えてpH12以下となるように酸供給手段にて酸供給量を調整して、該焼却灰を前記破砕手段で破砕しながら洗浄することを特徴とする。
尚、本発明では、前記第1水洗処理設備、前記第2水洗処理設備は、夫々又は何れかが複数設置される構成としてもよい。
さらに、本発明では界面活性剤の供給とpH調整を併用することにより、より一層焼却灰の凝集を抑えることが可能となり、塩素除去効率の大幅な向上が図れる。さらにまた、弱アルカリ性の界面活性剤を用いることにより、pH調整用の酸の使用量を低減することができる。
さらにまた、焼却灰を破砕しながら界面活性剤存在下で水洗することにより、灰の表面積が増加し、破砕された粒子同士を再凝集させることなく塩素分の抽出を促進させることができる。
図1は本発明の実施例1に係る処理システムの全体構成図、図2は本発明の実施例2に係る処理システムの全体構成図、図3は本発明の実施例3に係る洗浄装置の構成図、図4は本発明の実施例4に係る処理システムの全体構成図、図5は本発明の実施例5に係る処理システムの全体構成図、図6は焼却灰のゼータ電位とpHの関係を示すグラフ、図7は水洗試験での洗浄条件に対する残存成分を示す表である。
尚、前記第1水洗処理設備と第2水洗処理設備は、夫々又は何れか一方が複数設置されてもよく、夫々の設置数は限定されない。また、第2水洗処理設備の後段側に、固液分離後の焼却灰を水洗し、灰の周囲に付着した塩素含有水を洗い流す後洗浄手段として、第3水洗処理設備を設置してもよい。
一般に、粒子の凝集は、粒子表面の電荷であるゼータ電位の影響を受ける。焼却灰においては、粒子表面はプラスかマイナスのどちらか一方に帯電しているため、ゼータ電位の絶対値を大きくすることにより粒子同士が反撥しやすくなり、凝集しにくくなるものと考えられる。焼却灰において、このゼータ電位はpHに依存しており、pHを適正に調整することによりゼータ電位の絶対値を高くし、凝集を最小限に抑えることが可能となる。
グラフからも明らかなように、何れの焼却灰においてもほぼ同様の曲線が得られる。このグラフによれば、pH10を超えてpH12以下のとき、好適にはpH10を超えてpH11以下のときにゼータ電位の絶対値が大きくなることがわかる。このとき、焼却灰のpHとほぼ同程度のpH12以上にpH調整することは、アルカリ剤を添加してアルカリ性を強くすることとなり、再利用する際に取り扱いが困難となるため上限値をpH12とする。また、pH10以下は、酸の添加量が増大してランニングコストが嵩むため、下限値をpH10を超えた値とする。
また、洗浄水pHを、焼却灰のpHに近い上記範囲内に調整するようにしているため、酸の消費量を低減することができ、ランニングコストを抑えることが可能である。
本実施例1のシステムは、焼却炉から排出された焼却灰20が投入される比重差分離装置1と、該比重差分離装置1にて金属片等の異物が除去された焼却灰が、粉砕されずに供給される水洗処理設備と、を備える。
前記比重差分離装置1は、分離液を介して、比重の大きい金属片や大径焼却灰等の異物と、比重の小さい焼却灰とを分離する周知の装置である。
前記水洗処理設備は、洗浄装置と固液分離装置の組み合わせからなり、この水洗処理設備が複数直列に配設された構成を有する。本実施例では一例として、第1水洗処理設備(第1洗浄装置2、第1固液分離装置3)と第2水洗処理設備(第2洗浄装置4、第2固液分離装置5)が直列に配設された構成を有し、前記第1洗浄装置2では焼却灰を粗洗浄することにより塩素濃度を大幅に低下させ、前記第2洗浄装置4では焼却灰を仕上げ洗浄することにより塩素濃度を基準値以下となるまで洗浄するようになっている。前記洗浄装置には、例えば洗浄水が貯留され、供給された焼却灰を該洗浄水により水洗する洗浄槽が好適に用いられるが、洗浄水により焼却灰を水洗する装置であれば何れの構成であってもよい。
前記第2洗浄装置4は、洗浄水である水25の供給手段を備えており、水25はバルブ15によりその供給量が調整される。さらに、該第2洗浄装置4は、界面活性剤を供給する界面活性剤供給手段として界面活性剤タンク7と、硫酸を供給する硫酸供給手段として硫酸タンク6及びバルブ16と、焼却灰が供給された洗浄水のpH値を測定するpH計16とを備えている。尚、本実施例ではpH調整に用いる酸として硫酸を例に挙げて示したが、これに限定されるものではなく他の酸であってもよい。また、前記pH計16は、第2洗浄装置4内に設置されてもよいし、該第2洗浄装置4の出口側配管に設置されてもよい。
また、本実施例では、前記界面活性剤がカチオン系界面活性剤以外の界面活性剤であることが好ましい。カチオン系界面活性剤は、親水基部分が陽イオンに電離するため、陰イオンであるClイオンが灰の近傍に集まりやすくなり、塩素の洗浄水への移動、抽出が悪くなるものと考えられる。従って、本実施例のごとくカチオン系界面活性剤以外の界面活性剤を用いることによりClイオンが灰から分離しやすくなり、効率的に塩素を除去することが可能となる。カチオン系界面活性剤以外の界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、両性界面活性剤、或いはこれらの組み合わせからなる界面活性剤が挙げられる。
本実施例によれば、焼却灰水洗時の洗浄水に界面活性剤を供給するとともに、洗浄水pHを上記したpH値に調整することにより、水洗時に焼却灰が凝集しにくくなり、効率的に塩素を除去することが可能となる。
また、洗浄水pHを、焼却灰のpHに近い上記範囲内に調整するようにしているため、酸の消費量を低減することができ、ランニングコストを抑えることが可能である。さらに本実施例1では、粗洗浄を行う第1洗浄装置2においては界面活性剤の供給、pH調整を行わず、仕上げ洗浄を行う第2洗浄装置4でのみ界面活性剤の供給、pH調整を行う構成としているため、酸及び界面活性剤の消費量を大幅に削減し、ランニングコストをより一層低減することが可能となる。尚、第1洗浄装置2は粗洗浄を行う装置であるため、界面活性剤の供給、pH調整を行わなくても一定の塩素除去率を得られるものである。
試験に用いる焼却灰には、都市ごみを焼却処理して得られた灰を用いた。図7に示すように、水洗処理を行う前の原灰の塩素含有量は、0.7717重量%である。
表中、比較例1はpH10に調整した洗浄水で焼却灰を洗浄した場合、比較例2はpH3に調整した洗浄水で焼却灰を酸洗した場合、比較例3は界面活性剤を投入しpH調整していない洗浄水で焼却灰を洗浄した場合における夫々の処理灰の成分を示している。
表中、実施例1は、界面活性剤の供給とpH調整(pH10)を併せて行い水洗した場合における処理灰の成分を示している。
尚、実施例1及び比較例3にて使用した界面活性剤の種類は、アルファオレフィンスルホン酸ナトリウムとアルキルエーテル硫酸エステルナトリウムの混合物(何れもアニオン系界面活性剤)であり、添加量は焼却灰の重量に対して0.2重量%とした。
同様に、比較例2ではpH3まで酸添加によりpH調整しているため、多量の酸を添加する必要があり、スケールが発生しやすくランニングコストも高くなる。また、水洗後の塩素含有量が0.3658重量%となっており、塩素除去効率も低い。
比較例3では、水洗後の塩素含有量が0.1984重量%となっており、塩素除去効率は比較的高い値を示しているが、pH調整をしていないため塩素含有量をこれ以下に低減することはできない。
従って上記試験結果より、本実施例の構成を備えることで焼却灰中の塩素を高効率で除去可能であるとともに、スケールの発生を防止できることが明らかとなった。
第1固液分離装置3にて分離された排水24を系外へ排出する排出ラインと、該排水24を第1洗浄装置2に返送する循環ラインとを備え、排出ライン上にはバルブ12が設置されている。また、排水24の電導度を測定する電導度計14を備え、該電導度計14の測定値に基づいてバルブ12を制御し、洗浄装置2への循環量を制御する。即ち、水洗初期は排水24を循環して洗浄に用い、排水24中の不純物濃度、好適には塩素濃度が所定濃度以上となったらバルブ12を開放して系外へ排水22を排出するようにしている。例えば、排水24中の塩分濃度が4000mg/L以上となったら系外へ排出する。
排水24を系外に排出したときは、水21のバルブ10を制御して、新たに水21を補給する。
排水28を系外に排出したときは、水25のバルブ15を制御して、新たに水25を補給する。
このように、直列に複数段配置された水洗処理設備にて、個々に排水を循環使用する構成とすることにより、排水発生量を低減することが可能である。
本実施例2の処理システムは実施例1の構成に加えて、第1洗浄装置2が、界面活性剤を供給する界面活性剤供給手段と、硫酸を供給する硫酸供給手段と、焼却灰が供給された洗浄水のpH値を測定するpH計13とを備えた構成としている。これらの具体的な構成は、実施例1に記載した第2洗浄装置2が具備する手段と同様である。
本実施例2によれば、第1水洗処理設備においても界面活性剤の供給とpH調整を行うようにしているため、該第1水洗処理設備の粗洗浄にて塩素含有量を大幅に低減することが可能となり、第2水洗処理設備の排水の汚れを抑えることができるため、該排水を好適に循環利用でき排水発生量を低減可能である。
この洗浄装置は横置型の湿式ミル4Aであり、第2洗浄装置に適用することが好ましい。該湿式ミル4Aは、横置き円筒形のケーシングと、該ケーシング内に収容された複数の粉砕用ボールと、該ケーシングの一端側に設けられた被処理水入口と、他端側に設けられた処理水出口と、を備えている。また、湿式ミル4Aの入口側の配管には、洗浄水である水25を供給する水供給手段(バルブ15を含む)と、界面活性剤供給手段と、硫酸供給手段と、が設けられている。また、出口側配管にはpH計18が設けられている。
そして、湿式ミル4を回転させて粉砕用ボールにより焼却灰を粉砕しながら洗浄する。洗浄後は、処理水出口から排出し、固液分離装置5にて処理灰27と排水28に分離する。
排水28は、第1実施例と同様に、電導度計19に基づいて可能な限り循環利用することが好ましい。
ここでは一例として、実施例2の構成に加えて、第2固液分離装置5にて分離された排水28中の不純物が所定濃度を超えた場合に、これを排水タンク8に一旦貯留し、第1洗浄装置2に供給する構成としている。
第2洗浄装置4では、洗浄水を排出する際に基準となる不純物濃度が前段側よりも低く設定されているため、系外へ排出される排水26は第1洗浄装置2にて十分使用できるものである。従って、第2洗浄装置4にて使用不可となった排水26を第1洗浄装置2にて使用することにより、より一層排水発生量を低減することが可能となる。
ここでは一例として、実施例2の構成に加えて、該システムの出口側、即ち第2固液分離装置5の処理灰出口にCl分析装置32を設けた構成としている。Cl分析装置32としては、蛍光X線分析計、LIBS(分光分析計)等が好適に用いられる。
これは、処理灰27の塩素濃度を測定し、予め設定された基準の塩素濃度以上である場合には洗浄処理が不足しているものとし、該処理灰27を第1洗浄装置2に返送するようになっている。このとき、処理灰27の基準塩素濃度以上であっても、それ程塩素濃度が高くない場合には、第2洗浄装置4に返送するようにしてもよい。
本実施例によれば、処理灰27の塩素濃度を管理することにより、高品質の再資源化原料を提供することができる。また、従来は対応が困難であった高濃度塩素含有焼却灰についても対応が可能となる。
Cl分析装置31により焼却灰20の塩素濃度を測定し、該測定された塩素濃度に基づいて第1洗浄装置2及び/又は第2洗浄装置4での滞留時間或いは水洗回数の調整、または界面活性剤の供給、pH調整の有無を決定する。このように、供給される焼却灰20の成分により洗浄度合い、洗浄方法を調整することにより、適正な運転管理を行うことが可能となる。
2 第1洗浄装置
3 第1固液分離装置
4 第2洗浄装置
5 第2固液分離装置
6 硫酸タンク
7 界面活性剤タンク
8 排水タンク
13、18 pH計
14、19 電導度計
31、32 Cl分析装置
Claims (3)
- 焼却灰を水洗処理して塩素を除去する焼却灰の水洗処理方法において、
前記焼却灰が投入された洗浄水に、該洗浄水よりもpHの低い弱アルカリ性の界面活性剤を供給した後、該洗浄水のpH値がpH10を超えてpH12以下となるように酸を供給してpH調整して、該焼却灰を破砕手段で破砕しながら洗浄することを特徴とする焼却灰の水洗処理方法。 - 焼却灰を複数回水洗処理して塩素を除去する焼却灰の水洗処理方法において、
前記焼却灰を第1水洗処理工程にて水洗処理して固液分離した後、該固液分離により分離された焼却灰を第2水洗処理工程にて水洗処理して固液分離するようにし、
少なくとも前記第2水洗処理工程にて、前記焼却灰が投入された洗浄水に、該洗浄水よりもpHの低い弱アルカリ性の界面活性剤を供給した後、該洗浄水のpH値がpH10を超えてpH12以下となるように酸を供給してpH調整して、該焼却灰を破砕手段で破砕しながら洗浄することを特徴とする焼却灰の水洗処理方法。 - 焼却灰を水洗処理して塩素を除去する洗浄手段と、該水洗した焼却灰を固液分離する固液分離手段とからなる水洗処理設備が直列に複数設けられた焼却灰の水洗処理システムにおいて、
前記水洗処理設備は、前記焼却灰を粗洗浄する第1水洗処理設備と、該第1水洗処理設備の固液分離手段から得られた焼却灰が供給され、水洗後の焼却灰の塩素含有量が基準値よりも低くなるように洗浄する第2水洗処理設備とを備えており、
少なくとも前記第2水洗処理設備は、前記洗浄手段が、前記焼却灰が投入された洗浄水よりもpHの低い弱アルカリ性の界面活性剤を供給する界面活性剤供給手段と、酸を供給する酸供給手段と、洗浄手段内洗浄水のpH値を測定するpH計と、前記洗浄水中の前記焼却灰を破砕する破砕手段と、を有し、
前記界面活性剤が供給された洗浄水のpH値を前記pH計により測定し、該pH値がpH10を超えてpH12以下となるように酸供給手段にて酸供給量を調整して、該焼却灰を前記破砕手段で破砕しながら洗浄することを特徴とする焼却灰の水洗処理システム。
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