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技術 塩素含有焼却灰の処理方法

出願人 三菱マテリアル株式会社
発明者 原口大輔林浩志矢島達哉
出願日 2016年2月26日 (5年8ヶ月経過) 出願番号 2016-035516
公開日 2017年8月31日 (4年2ヶ月経過) 公開番号 2017-148770
状態 特許登録済
技術分野 固体廃棄物の処理
主要キーワード 無害処理 ハロゲン化ダイオキシン類 脱塩素分解 焼却灰粒子 燃え殻 水蒸気ガス 結合塩素 吸湿発熱
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年8月31日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (1)

課題

塩素およびダイオキシン類を含む焼却灰を、大気雰囲気下において従来よりも低い温度で容易に無害処理してセメント原料等として再利用することが可能になる塩素含有焼却灰の処理方法を提供する。

解決手段

塩素を含有する廃棄物を焼却処理することによって発生した焼却灰を水洗処理し、固液分離して得られた洗浄灰を400℃以上であって600℃以下の温度で加熱処理する。

概要

背景

近年、資源環境保護の観点から、一般廃棄物産業廃棄物焼却によって発生した焼却灰(主灰、飛灰燃え殻煤塵)をセメント原料等として再利用する技術が開発されつつある。ところが、上記焼却灰には、灰の種類にもよるものの、概ね10%〜25%といった高い濃度でNaCl、KCl、CaCl(OH)、CaCl2等の形態で塩素が含まれているとともに、数〜数十ng-TEQ/gのダイオキシン類が含まれている。

このため、上記焼却灰を、そのまま加熱炉等に投入して、当該焼却灰を加熱処理することにより上記ダイオキシン類を分解させて無害化処理しようとすると、高い濃度の塩素によって上記加熱炉等の設備が早期に腐食されたり、あるいはダイオキシン類の再合成を招いたりする問題点が生じる。

そこで、例えば下記特許文献1においては、上記焼却灰に対して、水洗による塩素の除去処理等を行った後に固液分離して、得られた固形分を焼却飛灰発生源である焼却炉等に返送して800℃以上に加熱し、ダイオキシン類を分解した後に、上記焼却炉等から焼却主灰として排出して、必要に応じた処理を行うことによりセメントとの混練用材料を得る飛灰の処理方法が提案されている。

しかしながら、上記飛灰の処理方法によれば、焼却灰を処理して最終的に焼却炉等から排出された焼却主灰のみを再利用することになるため、上記焼却灰の原料化としては効率が非常に悪いという問題点があった。

加えて、水洗後の固形分を、再び焼却炉等に返送して800℃以上に加熱処理しているために、原料化に要する燃料コストも嵩むという問題点があった。

これに対して、下記特許文献2においては、ダイオキシン類を加熱分解するに際して、酸素を制限した状態で加熱することにより、より低い温度で分解し得るとの公知技術に基づき、焼却灰を、酸素を制限しつつ、かつ200〜300kg/cm2の加圧下で400〜450℃に加熱する焼却灰中ハロゲン化ダイオキシン類分解方法が開示されている。

概要

塩素およびダイオキシン類を含む焼却灰を、大気雰囲気下において従来よりも低い温度で容易に無害処理してセメント原料等として再利用することが可能になる塩素含有焼却灰の処理方法を提供する。塩素を含有する廃棄物を焼却処理することによって発生した焼却灰を水洗処理し、固液分離して得られた洗浄灰を400℃以上であって600℃以下の温度で加熱処理する。 なし

目的

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、塩素およびダイオキシン類を含む焼却灰を、大気雰囲気下において従来よりも低い温度で容易に無害処理してセメント原料等として再利用することが可能になる塩素含有焼却灰の処理方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

塩素を含有する廃棄物を焼却処理することによって発生した焼却灰水洗処理し、固液分離して得られた洗浄灰を400℃以上であって600℃以下の温度で加熱処理することを特徴とする塩素含有焼却灰の処理方法

請求項2

上記焼却灰は、上記焼却処理されて埋め立て処分された後に、掘り起こしされた焼却灰を含むことを特徴とする請求項1に記載の塩素含有焼却灰の処理方法。

請求項3

上記洗浄灰は、含水率が25wt%以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の塩素含有焼却灰の処理方法。

技術分野

0001

本発明は、各種廃棄物焼却によって発生した塩素およびダイオキシンを含む焼却灰処理方法に関するものである。

背景技術

0002

近年、資源環境保護の観点から、一般廃棄物産業廃棄物の焼却によって発生した焼却灰(主灰、飛灰燃え殻煤塵)をセメント原料等として再利用する技術が開発されつつある。ところが、上記焼却灰には、灰の種類にもよるものの、概ね10%〜25%といった高い濃度でNaCl、KCl、CaCl(OH)、CaCl2等の形態で塩素が含まれているとともに、数〜数十ng-TEQ/gのダイオキシン類が含まれている。

0003

このため、上記焼却灰を、そのまま加熱炉等に投入して、当該焼却灰を加熱処理することにより上記ダイオキシン類を分解させて無害化処理しようとすると、高い濃度の塩素によって上記加熱炉等の設備が早期に腐食されたり、あるいはダイオキシン類の再合成を招いたりする問題点が生じる。

0004

そこで、例えば下記特許文献1においては、上記焼却灰に対して、水洗による塩素の除去処理等を行った後に固液分離して、得られた固形分を焼却飛灰発生源である焼却炉等に返送して800℃以上に加熱し、ダイオキシン類を分解した後に、上記焼却炉等から焼却主灰として排出して、必要に応じた処理を行うことによりセメントとの混練用材料を得る飛灰の処理方法が提案されている。

0005

しかしながら、上記飛灰の処理方法によれば、焼却灰を処理して最終的に焼却炉等から排出された焼却主灰のみを再利用することになるため、上記焼却灰の原料化としては効率が非常に悪いという問題点があった。

0006

加えて、水洗後の固形分を、再び焼却炉等に返送して800℃以上に加熱処理しているために、原料化に要する燃料コストも嵩むという問題点があった。

0007

これに対して、下記特許文献2においては、ダイオキシン類を加熱分解するに際して、酸素を制限した状態で加熱することにより、より低い温度で分解し得るとの公知技術に基づき、焼却灰を、酸素を制限しつつ、かつ200〜300kg/cm2の加圧下で400〜450℃に加熱する焼却灰中ハロゲン化ダイオキシン類分解方法が開示されている。

先行技術

0008

特開2006−15190号公報
特許第3084731号公報

発明が解決しようとする課題

0009

しかしながら、上記ダイオキシン類の分解方法にあっては、加熱時の酸素濃度を制限するために、大気中に含まれる酸素を不活性ガス窒素ガス置換する等の処理を別途行わなければならない上に、200〜300kg/cm2に加圧するための設備も必要になり、同様に処理コストの高騰化を招来するという問題点があった。

0010

そこで、本発明者等は、一般廃棄物や産業廃棄物の焼却によって発生する塩素およびダイオキシン類を含む焼却灰(主灰、飛灰、燃え殻、煤塵)をセメント原料等として再利用するために、先ず上記焼却灰を洗浄して塩素分を洗浄した後に、得られた洗浄灰の成分を確認したところ、当該洗浄灰には、CaがCaO換算で30wt%以上含まれていることが判明した。

0011

これは、上記廃棄物を焼却処理する際に、排出された焼却灰を含む排ガス中和処理するために、一般的に消石灰(Ca(OH)2)を吹き込んでいる結果、バグフィルタ等において捕集された上記焼却灰に、上記Ca(OH)2が含有されているためであると考えられた。

0012

そして、ダイオキシン類を分解させるために洗浄灰を加熱処理した際に、400℃以上で脱水反応により生成するCaOがダイオキシン類に含まれる結合塩素脱塩素化による分解反応を促進させるために効果的に機能し、この結果、一般的に行われている800℃までの加熱や、あるいは加熱温度を低く抑えるための酸素濃度の低下等の操作を行うこと無く、低温でダイオキシン類の無害化処理を達成し得るとの知見を得るに至った。

0013

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、塩素およびダイオキシン類を含む焼却灰を、大気雰囲気下において従来よりも低い温度で容易に無害処理してセメント原料等として再利用することが可能になる塩素含有焼却灰の処理方法を提供することを課題とするものである。

課題を解決するための手段

0014

上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、塩素を含有する廃棄物を焼却処理することによって発生した焼却灰を水洗処理し、固液分離して得られた洗浄灰を400℃以上であって600℃以下の温度で加熱処理することを特徴とするものである。

0015

また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、上記焼却灰が、上記焼却処理されて埋め立て処分された後に、掘り起こしされた焼却灰を含むことを特徴とするものである。

0016

さらに、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、上記洗浄灰は、含水率が25wt%以上であることを特徴とするものである。

発明の効果

0017

請求項1〜3のいずれかに記載の発明によれば、塩素およびダイオキシン類を含む焼却灰を水洗処理して固液分離することにより、当該焼却灰に含まれていたNaCl、KCl、CaCl(OH)、CaCl2等の形態の塩素が洗浄水に溶解して除去され、焼却灰における塩素濃度が数%程度まで低減される。この結果、次工程の加熱処理において、上記塩素に起因する加熱炉等の設備の腐食やダイオキシン類の再合成等の弊害を生じるおそれがない。

0018

図1に焼却飛灰の原灰と、水洗処理後の洗浄灰のXRDパターンをそれぞれ示す。原灰中には強いNaCl、KCl、CaCl(OH)のピークが認められるが、水洗処理によってこれらの化合物は溶解して失われ、洗浄灰中にはCa(OH)2、CaCO3、SiO2のみが残留している、ということが確認できる。なお、CaCO3はCa(OH)2が空気中の二酸化炭素炭酸化したもの、SiO2はCa(OH)2原料中の不純物として元々混入していたものである。

0019

そして、上記固液分離された洗浄灰を400℃以上であって600℃以下の温度で加熱処理することによりダイオキシン類を脱塩素分解させて、再利用に全く支障がない濃度まで低減化させることがでる。これにより、大気雰囲気下において、容易に従来よりも低い温度でダイオキシン類を無害処理してセメント原料等として再利用することが可能になる。

0020

ここで、加熱処理において、ダイオキシン類の分解を促進させるためには、CaOが有効に機能することが知られている。そして、洗浄灰に含まれるCa(OH)2は、400℃を超えると、徐々に脱水反応が生じて、Ca(OH)2→CaO+H2O で示すように、CaOが生成する。このため、請求項1において、洗浄灰の加熱処理の温度を400℃以上に特定したのである。

0021

また、上記加熱処理温度をより高く設定しても、同様にダイオキシン類を分解させて無害化処理することは可能である。
一方、焼却灰には、元々Ca(OH)2が炭酸化することにより、多少なりともCaCO3が含まれている。そして、CaCO3は、600℃から脱炭酸が発生し、温度が上昇するに従ってCaCO3→CaO+CO2 で示すように反応が進行して、800℃以上で上記脱炭酸が完了する。

0022

しかしながら、後述する実施例から明らかなように、400℃以上の温度でダイオキシン類を分解して再利用可能な程度まで無害化処理するためには、洗浄灰に含まれるCa(OH)2を脱水させて得られたCaOのみで十分な効果が得られることに加えて、CaCO3まで分解してCaOを生成させると、加熱処理後の焼却灰に必要以上にCaOが存在することになり、よって処理後の焼却灰の保管時や輸送時における吸湿発熱リスクが必要以上に増大する。

0023

また、CaCO3を過度に脱炭酸させてCO2ガスを発生させることは、環境保護の観点からも好ましくない。
以上のことから、上記加熱処理の温度を600℃以下に特定したのである。

0024

この際に、請求項3に記載の発明のように、上記洗浄灰における含水率を25wt%以上にすれば、加熱処理の際に発生する水蒸気によって大気中の酸素と置換させることにより、酸素濃度を制限した場合と同様の、より低い温度でのダイオキシン類の効率的な分解処理を行うことが可能になる。

0025

特に洗浄灰に25wt%以上水分を含水させる場合、加熱処理の際に焼却灰粒子の近傍から直接水蒸気ガスが発生するため、焼却灰粒子近傍の酸素濃度が下がりやすくなり、結果的に分解処理の安定性効率性をより高めることができる。

0026

なお、上記含水率を25wt%以上に特定したのは、汎用脱水機フィルタープレス)の機械的な能力を考慮すると、上記洗浄灰における含水率を25wt%以下にするためには、機械的負荷や必要とするエネルギーおよび処理時間の観点から非効率であるとともに、洗浄灰の飛散リスクが増加してしまうからである。

図面の簡単な説明

0027

焼却飛灰の原灰と水洗処理後の洗浄灰のXRDパターンを示す図である。

0028

(第1の実施例)
試料として、ストーカ都市ゴミ焼却炉から排出された焼却飛灰Aに水洗処理を施した洗浄灰を用いた。この洗浄灰の含水率は0%、灰固形分中のダイオキシン濃度は7.0ng-TEQ/gであった。そして、上記試料に対して、大気雰囲気下においてそれぞれ4種類の加熱温度(300℃、350℃、400℃、500℃)で10分間、加熱処理を行った。
表1は、その結果を示すものである。

0029

0030

表1に見られるように、加熱温度を400℃および500℃とした本発明の実施例1、2においては、加熱処理後のダイオキシン濃度が各々0.19ng-TEQ/g、0ng-TEQ/gになり、十分なダイオキシン類の除去が達成されていることが判る。また、加熱保持時間も10分間で十分であることが判明した。

0031

これに対して、加熱温度をそれぞれ300℃および350℃とした比較例1、2においては、加熱処理後のダイオキシン濃度が各々4.3ng-TEQ/g、3.2ng-TEQ/gであり、セメント原料としての再利用の目安となる1ng-TEQ/g以上となってダイオキシン類の除去が不十分であった。

0032

(第2の実施例)
次いで、試料として、流動床式都市ゴミ焼却炉から排出された焼却飛灰Aに水洗処理を施した洗浄灰を用いた。この洗浄灰の含水率は39%、灰固形分中のダイオキシン濃度は9.1ng-TEQ/gであった。そして、上記試料に対して、大気雰囲気下においてそれぞれ3種類の加熱温度(350℃、400℃、500℃)で10分間または30分間の加熱処理を行った。
表2は、その結果を示すものである。

0033

0034

表2に見られるように、加熱温度を400℃、加熱保持時間を10分間とした本発明の実施例3、加熱時間を400℃および500℃、加熱保持時間を30分間とした本発明の実施例4、5においては、それぞれ加熱処理後のダイオキシン濃度が0.030ng-TEQ/g、0.0016ng-TEQ/g、0ng-TEQ/gになり、十分なダイオキシン類の除去が達成された。また、実施例3、4の対比から、加熱温度を共に400℃とした場合に、加熱保持時間を長くすればダイオキシン濃度が低下するものの、実用上は10分間で十分なダイオキシン類の除去効果が得られることも判った。

0035

他方、加熱温度を350℃とした比較例3においては、加熱処理後のダイオキシン濃度が4.1ng-TEQ/gとなって、上記比較例1、2と同様にダイオキシン類の除去が不十分であった。

0036

(第3の実施例)
次に、試料として、流動床式都市ゴミ焼却炉から排出された焼却飛灰Bに水洗処理を施した洗浄灰を用いた。この洗浄灰の含水率は42%、灰固形分中のダイオキシン濃度は2.8ng-TEQ/gであった。そして、上記試料に対して、大気雰囲気下においてそれぞれ4種類の加熱温度(350℃、400℃、500℃)で各々10分間の加熱処理を行った。
表3は、その結果を示すものである。

0037

0038

表3に見られるように、加熱時間を400℃および500℃とした本発明の実施例6、7においては、それぞれ加熱処理後のダイオキシン濃度が0.000003ng-TEQ/g、0ng-TEQ/gになり、十分なダイオキシン類の除去が達成さているのに対して、加熱温度を350℃とした比較例4においては、加熱処理後のダイオキシン濃度がセメント原料としての再利用の目安となる1ng-TEQ/g以上である1.1ng-TEQ/gとなって、未だダイオキシン類の除去が十分ではなかった。

0039

また、上記第1〜第3の実施例から、試料(洗浄灰)のダイオキシン濃度は相違するものの、洗浄灰における含水率が25wt%以上である第2の実施例および第3の実施例において、よりダイオキシンの除去効果が高い傾向にあることが判る。

0040

以上説明したように、本発明に係る塩素含有焼却灰の処理方法によれば、塩素およびダイオキシン類を含む焼却灰を水洗処理して固液分離することにより、当該焼却灰に含まれていたNaCl、KCl、CaCl(OH)、CaCl2等の形態の塩素を洗浄水に溶解して除去することにより、焼却灰における塩素濃度が数%程度まで低減させることができる。この結果、次工程の加熱処理において、上記塩素に起因する加熱炉等の設備の腐食やダイオキシン類の再合成等の弊害を生じることを防止することができる。

0041

そして、上記固液分離された洗浄灰を400℃以上であって600℃以下の温度で加熱処理することにより、ダイオキシン類を分解させて、再利用に全く支障がない濃度まで低減化させることがでる。これにより、大気雰囲気下において、容易に従来よりも低い温度でダイオキシン類を無害処理してセメント原料等として再利用することが可能になる。

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