JP4158642B2

JP4158642B2 - 灰溶融炉の溶融飛灰処理装置

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Publication number: JP4158642B2
Application number: JP2003280968A
Authority: JP
Inventors: 俊光桐林; 三郎小沢; 英次郎橋本; 三男山田; 恒夫岩水
Original assignee: Kyowa Exeo Corp
Current assignee: Exeo Group Inc
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2023-07-28
Also published as: JP2005046714A

Description

本発明は、灰溶融炉から排出される排ガスを大気に放出するまでの処理過程で当該排ガスから回収される溶融飛灰を処理するための灰溶融炉の溶融飛灰処理装置および溶融飛灰処理方法に関する。

例えば、都市ごみ等の一般廃棄物や産業廃棄物は、これまで埋立処理されていたものでも、埋立地の枯渇や環境破壊等の問題から、次第に焼却処理されるようになってきた。しかし、焼却処理を行っても、焼却灰等の焼却残渣に重金属やダイオキシン類等の含れる率が高いため、ダイオキシン類の含有率が法定の基準値以上のものはその基準値以下にすべく法的な二次処理を行った後、管理型埋立処分場に埋立処理しなければならない。

このため、近年、焼却残渣を灰溶融炉に投入し、高温雰囲気下において溶融処理（上記二次処理の一つに相当）することにより、ダイオキシン類等の有害物質の無害化を図るとともに、焼却残渣の減容化を図ることが行われている。

また、上記灰溶融炉で発生した排ガスは、大気中に排出されるまでの間に、熱回収や中和等の処理が行われることになるが、その処理過程で当該排ガスに揮散した金属等が減温凝縮して固化することになる。このため、このようして凝縮した金属等を含む溶融飛灰が排ガスの熱回収装置や中和装置等にスラッジとして回収されるとともに、これらの処理装置を連結する管路等にスケールとして付着した状態で回収されることになる。また、上記スラッジやスケールとして回収されずに排ガス中に残った溶融飛灰も、最終的にはバグフィルタによって回収されることになる。したがって、灰溶融炉から排出される排ガスは、溶融飛灰が除去された清浄なものが大気に放出されることになる。

一方、上述のようにして回収された溶融飛灰は、例えばキレート剤およびセメントを加えて混練することにより、金属が確実に固定された造粒物に変換されることになる。

この造粒物に変換する装置としては、例えば図１１に示すものが知られている。この装置は、溶融飛灰を蓄える溶融飛灰貯留槽ａと、液体キレート剤を蓄える薬剤貯留槽ｂと、セメント（例えばポルトランドセメント）を蓄えるセメント貯留槽ｃと、上記溶融飛灰貯留槽ａ、薬剤貯留槽ｂおよびセメント貯留槽ｃのぞれぞれから供給される溶融飛灰、液体キレート剤およびセメントを混練して造粒する混練機ｄとを備えた構成になっている。

混練機ｄで造粒された造粒物は、コンベヤｅ、搬出ホッパｆ、トラックｇ等を介して例えば管理型最終処分場（図示せず）に搬送され、当該管理型最終処分場に埋立処理されることになる。

なお、管理型最終処分場には、降雨によって当該管理型最終処分場から浸出する水を処理するための浸出水処理設備が設置されている。

上記のように構成された溶融飛灰を造粒物に変換する装置においては、重金属類等を確実に固定することができるので、上述のように管理型最終処分場に埋設した場合でも、重金属類が浸出水に溶出するのを防止することができる。

ところが、上記溶融飛灰を造粒物に変換する装置においては、排ガスを中和処理した際に生じた塩分が造粒物中に大量に残存した状態になることから、当該造粒物を管理型最終処分場に埋設した場合には塩類が浸出水に溶出することになる。

この場合、管理型最終処分場に設置されている通常の浸出水処理設備は、塩分を除去する機能を有していないことから、塩分を含む浸出水が放出されることになり、稲作生育障害などの塩害を起こすおそれがある。

また、浸出水処理設備として脱塩機能を有する設備に切り換えるとなると、例えば雨季等において大量に発生するすべての浸出水に対して膜法や蒸発法等によって塩分を除去する設備が必要となり、多大なイニシャルコストおよびランニングコストがかかるというという問題がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、溶融飛灰から塩分を除去することができ、当該溶融飛灰を管理型最終処分場に埋設したとしても塩分の溶出を防止することのできる灰溶融炉の溶融飛灰処理装置および溶融飛灰処理方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の灰溶融炉の溶融飛灰処理装置は、灰溶融炉の排ガスを大気に放出するまでの処理過程で当該排ガスから回収される金属及び塩分を含む溶融飛灰を処理するための灰溶融炉の溶融飛灰処理装置であって、上記溶融飛灰を水溶液に溶解させるとともに、当該水溶液のｐＨを８〜１１に調整する混和槽と、この混和槽から水溶液を受け入れて、当該水溶液に凝集剤を混入させる凝集槽と、この凝集槽から水溶液を受け入れて、上記金属のイオンを金属水酸化物として凝集させることにより、当該金属水酸化物を含む不溶性物質を沈澱させる沈殿槽と、この沈殿槽内の上澄みの水溶液を受け入れて、当該水溶液を中性に調整する中和槽と、この中和槽で中性に調整された水溶液を受け入れて、当該水溶液から上記塩分を回収する塩分回収手段とを備え、上記混和槽と上記凝集槽とは、底板および４つの側板を備えた矩形状の容器を仕切板で区切ることによって隣接して構成されるとともに、それぞれ内部に水溶液を攪拌するための攪拌翼が備えられており、上記混和槽は、上記仕切板に沿う角部に、上記水溶液が内部にて下から上方に流れるように平面視Ｌ字状の囲い板が上下方向に向けて設けられるとともに、この囲い板に囲まれた上記仕切板の上部に上記水溶液を上記凝集槽に流出させる切欠部が形成され、かつ当該切欠部の対角方向に上記溶融飛灰の投入口部と上記水溶液の給水口部とが設けられており、上記凝集槽は、上記切欠部の対角位置の角部に、上記水溶液が内部にて下から上方に流れるように平面視Ｌ字状の囲い板が上下方向に向けて設けられるとともに、この囲い板内の側板の上部に上記水溶液の排出口部が設けられていることを特徴としている。

請求項２に記載の灰溶融炉の溶融飛灰処理装置は、請求項１に記載の発明において、上記混和槽内に設けられた攪拌翼は、攪拌シャフトを中心にして周方向に３等分する各位置に羽根が回転方向に対して斜めに形成されるとともに、当該羽根が湾曲した形状に形成されており、かつ上記凝集槽内に設けられた攪拌翼は、上下２段に配置されるとともに、各段の攪拌翼は、攪拌シャフトを中心にして周方向に２等分する各位置に羽根が回転方向に対して斜めに形成されて、当該羽根が平板状に形成されていることを特徴としている。

請求項３に記載の灰溶融炉の溶融飛灰処理装置は、請求項１または２に記載の発明において、上記塩分回収手段は、上記中性に調整された水溶液から加熱により水分を蒸発させて塩分を回収する蒸発装置によって構成されていることを特徴としている。

上記請求項１〜３に記載の発明においては、排ガス中に揮散して減温凝縮することにより固化した鉛や亜鉛等の低沸点の揮発性重金属などの金属が溶融飛灰に含まれることになるが、当該金属を含む溶融飛灰を混和槽内で水溶液に溶解させかつ当該水溶液のｐＨを８〜１１に調整するとともに、この水溶液を凝集槽に移動して当該水溶液中に凝集剤を混入させ、この凝集剤が混入した水溶液を沈殿槽に移動することにより、水溶液に溶解した金属イオンが金属水酸化物として凝集するとともに、フロックを形成することになる。このため、金属水酸化物が不溶性金属化合物等の不溶性物質を巻き込んで急速に沈殿することになる。したがって、沈殿槽から沈殿物を回収することにより、金属水酸化物を含む不溶性物質であって塩分が除去された状態の溶融飛灰を回収することができる。

また、金属水酸化物を含む不溶性物質が沈殿した後の上澄みの水溶液を中和槽内に移動して中和させ、塩分回収手段によって、水溶液からNaClやCaCl₂等の塩分を回収することができる。

以上の結果、溶融飛灰から塩分を除去することができるとともに、その塩分の除去に用いた水溶液からも塩分を回収し除去することができる。

しかも、上記脱塩処理によって溶融飛灰に含まれる金属の含有率が高くなるので、当該溶融飛灰からの金属の回収が簡単にかつ低コストで行うことが可能になり、いわゆる山元還元によって、溶融飛灰に含まれる金属を有効に利用することができる。

また、溶融飛灰から塩分を除去することができるので、当該溶融飛灰を例えばキレート処理後に、管理型最終処分場に埋立処理した場合でも、浸出水中に塩分が溶出するのを防止することができる。したがって、塩害を防止するための設備を浸出水処理設備に設けることによって、多大のイニシャルコストおよびランニングコスト等の費用が発生するのを防止することができる。

さらに、中和した後の水溶液から塩分を除去することができるので、当該塩分除去後の水溶液を溶融飛灰を溶解する水溶液や灰溶融炉に関連する種々の設備に再利用することができるとともに、川や下水道等にそのまま放出しても、塩害を引き起こすのを防止することができる。

なお、混和槽における水溶液のｐＨを８〜１１に調整したのは、８未満になると、水溶液に溶解した金属イオンが金属水酸化物として析出しなくなるからであり、１１超になると、アルミニウムなどの重金属以外のものも析出することになり、また中和に要する薬品の使用量も過多になり不経済だからである。

また、上記水溶液のｐＨは、約１０、すなわち、９．５〜１０．５に調整することがより好ましい。すなわち、９．５未満になると、飛灰に多く含まれるPb（鉛）等の重金属が金属水酸化物として析出しなくなるからであり、１０．５超になると、Pb等の一部の重金属が再溶解することになるからである。

また、塊状の状態で回収される溶融飛灰を破砕する破砕手段を備えている場合には、所定の粒径以下の溶融飛灰を混和槽に供給することができる。したがって、溶融飛灰に含まれる溶解可能な物質を短時間で確実に溶解することができるので、混和や凝集沈殿等の処理時間を短縮することができる。

請求項３に記載の発明においては、塩分回収手段が蒸発装置によって構成されているので、当該蒸発装置によって水溶液中から塩分を確実に回収することができる。また、蒸発した水分は、冷却することにより、凝縮水として回収することができるので、当該凝縮水を、溶融飛灰を溶解する水溶液や灰溶融炉に関連する他の設備に使用する水として有効に利用することができる。

さらに、混和槽、凝集槽および沈殿槽として、既設の給排水設備に設置された混和槽、凝集槽および沈殿槽を用いた場合には、当該灰溶融炉の溶融飛灰処理装置の簡素化、設備投資費用の低減等を図ることができる。

以上説明したように、上記請求項１〜３に記載の発明によれば、溶融飛灰を溶解させるとともにｐＨを８〜１１に調整し、かつ凝集剤を混入させた水溶液を沈殿槽に移動させることにより、水溶液に溶解した金属イオンを金属水酸化物として凝集させるとともに、フロックを形成することができるので、金属水酸化物を含む不溶性物質を急速に沈殿させることができる。したがって、沈殿槽から沈殿物を回収することにより、金属水酸化物を含む不溶性物質であって塩分が除去された状態の溶融飛灰を回収することができる。

しかも、上記処理によって溶融飛灰に含まれる金属の含有率が高くなるので、当該溶融飛灰からの金属の回収が簡単にかつ低コストで行うことが可能になり、いわゆる山元還元によって、溶融飛灰に含まれる金属を有効に利用することができる。

さらに、中和した後の水溶液から塩分を除去することができるので、当該塩分除去後の水溶液を溶融飛灰を溶解するための水溶液や灰溶融炉に関連する種々の設備に使用する水として再利用することができるとともに、川や下水道等にそのまま放出しても、塩害を引き起こすのを防止することができる。

また、塊状の状態で回収される溶融飛灰を破砕する破砕手段を設けた場合には、所定の粒径以下の溶融飛灰を混和槽に供給することができる。したがって、溶融飛灰に含まれる溶解可能な物質を短時間で確実に溶解させることができるので、混和、凝集、沈殿等の処理時間を短縮することができる。

請求項３に記載の発明によれば、水溶液から水分を蒸発させることにより、当該水溶液から塩分を確実に回収することができる。また、蒸発した水分を冷却することにより、凝縮水を得ることができるので、当該凝縮水を、溶融飛灰を溶解する水溶液や灰溶融炉に関連する他の設備に使用する水として有効に利用することができる。

以下、この発明の一実施の形態としての灰溶融炉の溶融飛灰処理装置および溶融飛灰処理方法について図面を参照しながら説明する。

この実施の形態で示す灰溶融炉の溶融飛灰処理装置１は、図１および図２に示すように、灰溶融炉２のガス排出口２ａから排出される排ガスを、二次燃焼炉３１、排ガス冷却装置３２、廃熱ボイラ３３、空気予熱機３４およびバグフィルタ（ろ過手段）３５を備えた排ガス処理装置３を介して煙突から大気に放出するまでの処理過程で、当該排ガスから回収された溶融飛灰を処理する構成になっている。

灰溶融炉２は、図２に示すように、都市ごみ等の一般廃棄物や産業廃棄物の焼却処理後に生じた焼却灰および飛灰（以下、「焼却灰および飛灰」を「焼却残渣」という）を溶融処理すべく構成されたものであり、例えば灯油や重油等の燃料を用いて加熱するバーナ（図示せず）を備え、かつ所定の温度（例えば１２５０〜１３５０℃）に加熱されることによって反応を開始し高熱を発するテルミット剤を焼却残渣に混入させることにより、当該焼却残渣を効率よく溶融処理するテルミット式の灰溶融炉によって構成されている。

なお、上記テルミット剤とは、粉末状の酸化鉄と、粉末状のアルミニウムとを一定の割合（酸化鉄とアルミニウムとのモル比が１：２となる割合）で混合したものであり、上述した所定の高温に加熱することにより、下記の式（１）に示すテルミット反応を生じ熱を発するものである。テルミット反応式は下記式（１）の通りである。
Ｆｅ₂Ｏ₃＋２Ａｌ＝２Ｆｅ＋Ａｌ₂Ｏ₃＋１９８．３kcal …（１）
このテルミット反応においては、酸化鉄１モルと、アルミニウム２モルから、１９８．３kcalの反応熱を得ることができる。

また、灰溶融炉２で溶解したスラグは、灰溶融炉２の下方に配置された水槽２１内に滴下することによって急冷され、重金属類を封入して安定化した状態の水砕スラグとなる。この水砕スラグは、水槽２１内に設けられた図示しないコンベヤによって排出され、例えば図示しないスラグバンカに蓄えられるようになっている。

二次燃焼炉３１は、管路３０ａを介して灰溶融炉２から排出される排ガスを導入して、図示しない再加熱バーナを用いて例えば８５０〜９５０℃に加熱し、当該排ガスに含まれるダイオキシンを確実に分解するようになっている。

排ガス冷却装置３２は、二次燃焼炉３１で加熱された排ガスを管路３０ｂを介して導入して、ノズル３２ａから水および苛性ソーダを噴射することによって、水の潜熱により排ガスを約３３０〜３７０℃まで効率良く急冷するとともに、当該排ガスの中和を図るようになっている。

廃熱ボイラ３３は、排ガス冷却装置３２において冷却されかつ中和された排ガスを管路３０ｃを介して導入することによって、他の設備に用いる高温の水や水蒸気を発生させるようになっている。

空気予熱機３４は、廃熱ボイラ３３から管路３０ｄを介して排出される排ガス、または排ガス冷却装置３２から管路３０ｃおよびバイパス管路３０ｅを介して排出される排ガスによって、外部から導入された空気を加熱するとともに、当該排ガスを冷却するようになっている。そして、ここで加熱された空気は、例えば灰溶融炉２のバーナに供給することにより、燃焼効率の向上を図ることが可能になっている。また、排ガスの冷却によって、当該排ガスが煙突から排出される際に水蒸気の凝縮によって生じる白煙の防止を図っている。

バグフィルタ３５は、空気予熱機３４から管路３０ｆを介して排出される排ガス中に残存する溶融飛灰を回収するようになっている。なお、このバグフィルタ３５の入口側には、当該バグフィルタ３５のろ布を保護する等の目的で、消石灰の粉末が投入されるようになっている。したがって、消石灰の粉末もバグフィルタ３５によって捕捉されることになる。

また、二次燃焼炉３１、排ガス冷却装置３２、廃熱ボイラ３３および空気予熱機３４の各底部には、排ガス中に含まれる溶融飛灰がスラッジとして回収されて溜まることになる。例えば、二次燃焼炉３１では、再加熱時の燃焼によって生じた灰分がスラッジとして回収され、排ガス冷却装置３２、廃熱ボイラ３３および空気予熱機３４では、排ガスに揮散した金属等が減温凝縮して固化したものや、中和によって生じた塩分、その他の物質がスラッジとして回収されることになる。

さらに、管路３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆのそれぞれには、減温凝縮によって生じた固形物等がスケールとして例えば塊状に固まった状態で回収されることになる。

さらに、バグフィルタ３５においては、排ガス中に含まれる溶融飛灰のうち、上記スラッジやスケールとして回収されずに最後まで残った溶融飛灰および消石灰が回収されることになる。

そして、二次燃焼炉３１、排ガス冷却装置３２、廃熱ボイラ３３および空気予熱機３４でスラッジとして回収された溶融飛灰は、それぞれの各底部に設けられたロータリバルブ３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅを介して外部に排出され、コンベヤ１０ａを介して回収されることになる。

また、バグフィルタ３５で捕捉された溶融飛灰および消石灰は、当該バグフィルタ３５の底部に設けられたロータリバルブ３６ｅを介して外部に排出され、コンベヤ１０ｂを介して回収されることになる。
さらに、管路３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆに付着したスケールは、当該管路３０ａ等から剥離されたものが例えば上記コンベヤ１０ａに投入され、当該コンベヤ１０ａを介して回収されることになる。

灰溶融炉の溶融飛灰処理装置１は、図１に示すように、上記コンベヤ１０ａ、１０ｂと、一方のコンベヤ１０ａによって搬送されてきたスラッジやスケールの溶融飛灰であって、塊状に固化したものを５ｍｍ以下の粒径のもに破砕する破砕機（破砕手段）１１と、この破砕機１１によって破砕された溶融飛灰あるいはバグフィルタ３５で回収された溶融飛灰（通常はパウダー状の粉体となっている）を定量供給する定量供給装置１２と、この定量供給装置１２から供給される溶融飛灰を受け入れて、当該溶融飛灰を水溶液に溶解させるとともに、当該水溶液のｐＨを８〜１１に調整する混和槽１３１と、この混和槽１３１内で溶融飛灰が溶解し、かつｐＨが８〜１１に調整された水溶液を受け入れて、当該水溶液に高分子凝集剤（凝集剤）を混入させる凝集槽１３２と、この凝集槽１３２内で高分子凝集剤が混入された水溶液を受け入れて、金属水酸化物を含む不溶性物質を沈澱させる沈殿槽１５と、この沈殿槽１５内の上澄みの水溶液を受け入れて、当該水溶液を中性に調整する中和槽１６と、この中和槽１６で中性に調整された水溶液を受け入れて、当該水溶液から塩分を回収する蒸発装置（塩分回収手段）１７とを備えた構成になっている。

破砕機１１は、１軸もしくは２軸のロールクラッシャ等によって構成されており、溶融飛灰の粒径を５ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下に粉砕するようになっている。

定量供給装置１２は、混和槽１３１に送る溶融飛灰の質量を調整するようになっており、溶融飛灰の搬送および計測手段としてのスクリュコンベヤを備えた構成になっている。ただし、溶融飛灰の搬送および計測手段としては、上記スクリュコンベヤに代えてロータリバルブ等を用いてもよい。

混和槽１３１および凝集槽１３２は、図３および図４に示すように、底板１３ａおよび４つの側板１３ｂを備えた矩形状の容器を仕切板１３ｃで左右に区切ることによって、互いに隣接した状態に構成されている。また、混和槽１３１および凝集槽１３２は、それぞれの上方に開口する開口部が一つの蓋板１３ｄによって閉塞されるようになっている。

蓋板１３ｄには、平面視で混和槽１３１および凝集槽１３２の中心位置に、円筒形状に形成された第１取付座１３ｅおよび第２取付座１３ｆが設けられている。

第１取付座１３ｅには、第１攪拌機１４１（図１参照）が取り付けられるようになっており、第２取付座１３ｆには第２攪拌機１４２（図１参照）が取り付けられるようになっている。

第１攪拌機１４１は、電動モータを有する駆動部１４１ａが第１取付座１３ｅの頂部に取り付けられた状態において、駆動部１４１ａによって駆動される攪拌シャフト１４１ｂが混和槽１３１内の水溶液内に延在し、当該攪拌シャフト１４１ｂの先端部に水溶液を攪拌するための第１撹拌翼１４１ｃを備えた構成になっている。

第１撹拌翼１４１ｃは、図５に示すように、攪拌シャフト１４１ｂを中心にして周方向に三等分する各位置（周方向に１２０度離れた位置）に羽根１４１ｄを配置したもので構成されている。各羽根１４１ｄは、効率よく揚力を発生するため、回転方向に対して斜めに形成されているとともに、湾曲した形状に形成されている。

また、第１撹拌翼１４１ｃは、例えば１００〜４００ｒｐｍの高速で回転することにより、溶融飛灰と、水溶液と、後述する硫酸および／または水酸化ナトリウム溶液とを急速に混合して、溶融飛灰を水溶液に均一かつ即座に溶解させるとともに、当該水溶液のｐＨを８〜１１に均一に調整するようになっている。

一方、第２攪拌機１４２は、図１に示すように、電動モータを有する駆動部１４２ａが第２取付座１３ｆ（図３参照）の頂部に取り付けられた状態において、駆動部１４２ａによって駆動される攪拌シャフト１４２ｂが凝集槽１３２内の水溶液内に延在し、当該攪拌シャフト１４２ｂの先端部およびその先端部の上方位置に水溶液を攪拌するための第２撹拌翼１４２ｃが２段に分かれて備えられた構成になっている。

上下２段に配置された各第２撹拌翼１４２ｃは、図６に示すように、攪拌シャフト１４２ｂを中心として周方向に二等分する各位置（周方向に１８０度離れた位置）に羽根１４２ｄを配置したもので構成されている。各羽根１４２ｄは、回転方向に対して斜めに形成されているものの、揚力の発生を抑えるため平板状のもので構成されている。

また、第２撹拌翼１４２ｃは、例えば１０〜１００ｒｐｍの低速で回転することにより、後述する高分子凝集剤を水溶液に均一に混合するようになっている。

そして、上記混和槽１３１で攪拌された水溶液は、図３および図４に示すように、仕切板１３ｃに沿う角部に設けられた囲い板１３ｇ内を下から上方に流れ、当該囲い板１３ｇ内における仕切板１３ｃの上部に形成された四角形状の切欠部１３ｈから凝集槽１３２へ流出するようになっている。

また、凝集槽１３２で高分子凝集剤が混入された水溶液は、当該凝集槽１３２における平面視で上記切欠部１３ｈに対して対角位置の角部に設けられた囲い板１３ｉ内を下から上方に流れ、この囲い板１３ｉ内における側板１３ｂの上部に設けられた排出口部１３ｊから排出されるようになっている。

また、蓋板１３ｄには、図４で二点鎖線で示すように、定量供給装置１２から供給される溶融飛灰を混和槽１３１内に投入するための投入口部１３ｋが設けられているとともに、水溶液を混和槽１３１に供給するための給水口部１３ｍが設けられている。混和槽１３１に供給される水溶液としては、上水あるいは灰溶融炉２に関する各設備で使用し、浄化した後の再利用水が用いられる。

混和槽１３１における溶融飛灰と水溶液との混合割合ηは、下記の式（２）に示すように、溶融飛灰の質量を溶融飛灰および水溶液の合計質量で割った値が５〜２０％になるように設定している。
η＝(溶融飛灰の質量)／((溶融飛灰の質量)＋(水溶液の質量))×100（％）
＝５〜２０（％） …（２）

混合割合ηを上記のように設定したのは、当該混合割合ηを５％未満にすると、水溶液の増大により後述する蒸発装置１７によって塩分を回収する際のコストが増大してしまうからであり、当該混合割合ηを２０％超にすると、溶融飛灰に含有された溶解可能な金属や塩分のうち溶解しないものが残ってしまうおそれがあるからである。

また、灰溶融炉の溶融飛灰処理装置１には、図１に示すように、硫酸貯留容器（酸性溶液貯留手段）１８ａ、苛性ソーダ貯留容器（塩基性溶液貯留手段）１８ｂおよび凝集剤貯留容器（凝集剤貯留手段）１８ｃが設置されている。

硫酸貯留容器１８ａ内に蓄えられた硫酸（酸性溶液）は、混和槽１３１内の水溶液のｐＨを８〜１１に調整すべく、ポンプ１８ｄによって必要な量が混和槽１３１に供給されるようになっている。ただし、水溶液のｐＨが８未満である場合には、硫酸を供給することはない。また、硫酸貯留容器１８ａ内の硫酸は、中和槽１６内の水溶液を中和すべく、他のポンプ１８ｅによって必要な量が中和槽１６に供給されるようにもなっている。

また、苛性ソーダ貯留容器１８ｂに蓄えられた水酸化ナトリウム溶液（アルカリ性溶液）は、混和槽１３１内の水溶液のｐＨを８〜１１に調整すべく、ポンプ１８ｆによって必要な量が混和槽１３１に供給されるようになっている。ただし、水溶液のｐＨが１１超である場合には、水酸化ナトリウム溶液を供給することはない。

すなわち、混和槽１３１においては、バグフィルタ３５から回収される溶融飛灰の投入量が多い場合には消石灰によって水溶液のｐＨが１１を超えることがあるので、この場合には硫酸を供給することによりｐＨを８〜１１に調整することになる。また、スラッジやスケールとして回収された溶融飛灰の投入量が多い場合には、ｐＨが８未満になることがあるので、この場合には、水酸化ナトリウム溶液を供給することによりｐＨを８〜１１に調整することになる。

混和槽１３１内の水溶液のｐＨは、当該混和槽１３１に設けられたｐＨセンサ（ｐＨ検出手段）１３１ａによって検出されるようになっている。

また、凝集剤貯留容器１８ｃに蓄えられた例えば高分子凝集剤の溶液は、水溶液中に溶解した金属イオンを金属水酸化物として凝集させる速度を増進させるべく、ポンプ１８ｇによって必要な量が凝集槽１３２に供給されるようになっている。

そして、凝集槽１３２においては、高分子凝集剤が第２撹拌翼１４２ｃによる適度な速度の攪拌によって、水溶液内に均一に混合されることになる。

沈殿槽１５は、溶融飛灰が溶解するとともに、ｐＨが８〜１１に調整され、かつ高分子凝集剤が均一に混入された水溶液を蓄えることによって、金属イオンが金属水酸化物となって凝集し、フロックの形成によって、不溶性金属化合物等の不溶性物質をも急速に沈殿させるようになっている。

中和槽１６は、沈殿槽１５における上澄みとしての塩基性の水溶液を、貯留容器１８ａから供給される硫酸によって、ｐＨを約７、すなわちｐＨ６〜７、より好ましくはｐＨ６．５〜７．５となるように、中和するようになっている。この中和槽１６には、水溶液のｐＨを検出するためのｐＨセンサ（ｐＨ検出手段）１６ａが設けられている。

蒸発装置１７は、図７および図８に示すように、容器本体Ａ１と、撹拌手段Ａ２と、ロータリバルブＡ３とを備えた構成になっている。

容器本体Ａ１は、軸方向を上下方向に向けて設置される円筒部Ａ１ａと、この円筒部Ａ１ａの下端から下方に向けて円錐状に縮径するテーパ部Ａ１ｂと、円筒部Ａ１ａの上端部を覆う天板Ａ１ｃと、円筒部Ａ１ａの軸方向の中央部からテーパ部Ａ１ｂの下端近傍までの外周面を囲むように設けられた加熱用の蒸気ジャケットＡ１ｄとを備えている。

円筒部Ａ１ａには、蒸気ジャケットＡ１ｄの上方にノズルＡ１ｅが複数（この実施の形態では３つ）設けられている。
各ノズルＡ１ｅは、管路１７ａを介して中和槽１６に接続されており、当該中和槽１６から供給される中和された水溶液を容器本体Ａ１内に霧状に噴射するようになっている。

また、天板Ａ１ｃには、容器本体Ａ１内で生じた蒸気を排出する蒸気排出口Ａ１ｆが設けられ、この蒸気排出口Ａ１ｆには管路１７ｂが接続されている。

蒸気ジャケットＡ１ｄは、管路１７ｃを介して例えば廃熱ボイラ３３（図２参照）に接続されており、当該廃熱ボイラ３３から高温の水蒸気の供給を受けることによって、容器本体Ａ１内を高温に保持し、ノズルＡ１ｅから供給される水溶液の水分を蒸発させるようになっている。
また、蒸気ジャケットＡ１ｄには、当該蒸気ジャケットＡ１ｄ内で減温された水蒸気を排出する管路１７ｄが接続されている。管路１７ｄに排出された水蒸気は、図示しない熱交換器等によって凝縮されるとともに、当該管路１７ｄを介して後述する再利用水槽４（図９参照）に供給され、再利用されるようになっている。

撹拌手段Ａ２は、容器本体Ａ１の軸心を通る回転軸Ａ２ａと、この回転軸Ａ２ａから放射方向に延在する複数の支持バーＡ２ｂと、この支持バーＡ２ｂの先端部に連結され、円筒部Ａ１ａの軸方向の中央部からテーパ部Ａ１ｂの下端近傍に至る内周面の軸方向に沿うように形成された複数（この実施の形態では２つ）の撹拌翼Ａ２ｃと、天板Ａ１ｃの上面に設置され、回転軸Ａ２ａを回転駆動する電動モータＡ２ｄとを備えている。

支持バーＡ２ｂは、回転軸Ａ２ａにおける軸方向の３位置に所定の間隔をおいて配置されているとともに、周方向に１８０度離れた位置に配置されることによって、撹拌翼Ａ２ｃを周方向に１８０度離れた２位置に保持するようになっている。

テーパ部Ａ１ｂの下端部には、ノズルＡ１ｅから噴出された水溶液の水分が蒸発することによって残った塩分を排出するための排出口Ａ１ｇが設けられている。

ロータリバルブＡ３は、排出口Ａ１ｇに取り付けられており、容器本体Ａ１内に残った塩分を排出するようになっている。ロータリバルブＡ３から排出される塩分は、図示しないフレコンバックに詰められた状態で回収されることになる。

また、蒸気排出口Ａ１ｆに接続された管路１７ｂには、図１に示すように、凝縮器Ａ５、管路１７ｅおよびサイクロンＡ６が順次接続されている。

サイクロンＡ６は、図示しない吸引ポンプによって、蒸発装置１７の容器本体Ａ１内で発生した蒸気を凝縮器Ａ５を介して吸引するとともに、凝縮器Ａ５で水分が凝縮された後の気体からダスト分を回収した後に当該気体を大気側に排出するようになっている。

凝縮器Ａ５は、容器本体Ａ１内から吸引された水蒸気を冷却して凝縮水として回収するようになっている。ここで回収された凝縮水は、管路１７ｆを介して再利用水槽４（図９参照）に送られ、再利用されるようになっている。

次ぎに、灰溶融炉の溶融飛灰処理方法を説明する。
この灰溶融炉の溶融飛灰処理方法においては、まず、スラッジおよびスケールとして回収された溶融飛灰およびバグフィルタ３５から回収された溶融飛灰のうち塊状のものを、破砕機１１に供給して破砕する。これにより、溶融飛灰の粒径を５ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下に粉砕する。この場合、バグフィルタ３５から回収される溶融飛灰がパウダー状であるのに対し、スラッジおよびスケールとして回収された溶融飛灰に塊状のものが含まれることから、特にスラッジおよびスケールとして回収された溶融飛灰を破砕機１１に供給することになる。したがって、塊状の溶融飛灰がない場合には、破砕機１１は不要になる。

次ぎに、破砕機１１によって例えば５ｍｍ以下となった溶融飛灰あるいはもともと５ｍｍ以下となっている溶融飛灰を混和槽１３１に供給して水溶液に溶解させるとともに、当該混和槽１３１内に硫酸または水酸化ナトリウム溶液を供給することによって、当該混和槽１３１内の水溶液のｐＨを８〜１１に調整する。そして、このｐＨを８〜１１に調整した水溶液を凝集槽１３２に移動するとともに、当該凝集槽１３２内に高分子凝集剤の溶液を供給して、水溶液に溶解した金属イオンを金属水酸化物に凝集させる速度を増加させる。

その後、溶融飛灰が溶解するとともに、ｐＨが８〜１１に調整され、かつ高分子凝集剤が均一に混入された水溶液を沈殿槽１５に移動して金属水酸化物を含む不溶性物質を沈澱させ、これにより塩分を含まない重金属含有汚泥としての溶融飛灰を回収する。

一方、沈殿槽１５における上澄みの水溶液を中和槽１６に移動するとともに、当該中和槽１６内に硫酸を供給することによって、水溶液を中性に調整する。
そして、中性に調整された水溶液を蒸発装置１７に供給することによって、当該水溶液から塩分を回収する。

上記のように構成された灰溶融炉の溶融飛灰処理装置１および溶融飛灰処理方法においては、排ガスに揮散して減温凝縮することにより固化した鉛や亜鉛等の低沸点の揮発性重金属などの金属が溶融飛灰に含まれることになるが、当該金属を含む溶融飛灰を混和槽１３１内に供給して水溶液に溶解させかつ当該水溶液のｐＨを８〜１１に調整することにより、水溶液に溶解した金属イオンを水に難溶な金属水酸化物に変換することができる。しかも、凝集槽１３２で高分子凝集剤を加えることにより、金属水酸化物の凝集速度を増加させることができる。このため、沈殿槽１５において、金属水酸化物が不溶性金属化合物等の不溶性物質を巻き込んで凝集し、急速に沈殿することになる。これにより、金属水酸化物を含む不溶性物質としての溶融飛灰を塩分を除去した状態で回収することができる。

また、金属水酸化物や不溶性物質が沈殿した後の上澄みの水溶液を中和槽１６内に移動して中和させ、この中和した水溶液を蒸発装置１７に供給することにより、当該水溶液からNaClやCaCl₂等の塩分を回収することができる。

したがって、溶融飛灰から塩分を除去することができるとともに、当該溶融飛灰から塩分を除去するために用いた水溶液からも塩分を回収し除去することができる。

しかも、上記脱塩処理によって溶融飛灰に含まれる金属の含有率が高くなるので、当該溶融飛灰に含有する金属の回収が簡単にかつ低コストで行うことが可能になる。すなわち、溶融飛灰に含まれる金属をいわゆる山元還元によって有効に利用することができる。

また、溶融飛灰から塩分を除去することができるので、当該溶融飛灰を例えばキレート処理後に、管理型最終処分場に埋立処理した場合でも、浸出水中に塩分が溶出するのを防止することができる。したがって、浸出水の放出によって塩害が生じるのを防止することができるとともに、浸出水から塩分を除去するための設備を設置するために多大な費用がかかるのを防止することができる。

さらに、蒸発装置１７で蒸発した後の水分を冷却することにより、凝縮水を得ることができるので、当該凝縮水を、再利用水槽４に供給して溶融飛灰を溶解する水溶液や、灰溶融炉２に関連する他の設備に使用する水として有効に利用することができる。

また、塊状の状態で回収される溶融飛灰を破砕する破砕機１１を備えているので、混和槽１３１において、溶融飛灰に含まれる金属等のうち溶解可能な物質を短時間で確実に溶解させることができる。したがって、混和、凝集および沈殿等の処理時間の短縮を図ることができる。

さらに、蒸発装置１７における水溶液の蒸発のための熱源として、廃熱ボイラ３３から回収した廃熱を用いているので、塩分を回収するためのコストを極めて低く抑えることができる。

なお、上述した灰溶融炉の溶融飛灰処理装置１は、灰溶融炉２に関する既設の給排水設備３００における所定の設備を利用するものであってもよい。

給排水設備３００は、図９および図１０に示すように構成されている。すなわち、上水が上水タンク４ａに蓄えられた後、その一部が再利用水槽４に送られるとともに、他の一部がトイレ６ａ、給水６ｂ、浴室６ｃ等の建築設備６１の生活用水や、廃熱ボイラ３３等へのボイラ用水６ｄ、排ガス冷却装置３２への冷却水６ｆ、従来例で示した薬剤貯留槽ｂのキレート剤を希釈するための飛灰処理混練水６ｈ等のプラント設備６２のプラント用水として利用されるようになっている。

一方、湧水および雨水がそれぞれ湧水集水ピット５ａおよび屋根５ｂを介して貯水槽５に集められた後、再利用水槽４に送られるようになっている。

再利用水槽４に蓄えられた水は、磁選洗浄水６ｅ、排ガス冷却装置３２への冷却水６ｆ、水槽２１に供給するスラグ冷却水６ｇ、床洗浄水６ｉ、洗車用水６ｊ等のプラント設備６２のプラント用水として利用されるようになっている。

トイレ６ａ、給水６ｂ、浴室６ｃ等の生活用水として使用された水は合併洗浄槽７ａを介して原水槽７ｂに送られるようになっている。また、ボイラ用水６ｄ、磁選洗浄水６ｅ、床洗浄水６ｉ、洗車用水６ｊとして使用された水も原水槽７ｂに送られることになる。

原水槽７ｂは、蓄えられる水の量が第２原水槽７ｃに供給する量を調整することによってほぼ一定に保持されるようになっている。

また、原水槽７ｂに蓄えられた水は、排水処理設備８によって浄化処理がなされてから処理水槽７ｄに一旦蓄えられた後、再利用水槽４に送られるようになっている。
排水処理設備８は、図１０に示すように、計量槽８ａと、混和槽８ｂと、凝集槽８ｃと、沈殿槽８ｄと、ろ過原水槽８ｅと、砂ろ過塔８ｆとを備えている。

計量槽８ａは、原水槽７ｂからポンプによって送られてきた原水のうち、混和槽８ｂで処理可能な量を当該混和槽８ｂに送り、残りの原水を原水槽７ｂに戻すようになっている。

混和槽８ｂは、計量槽８ａから送られてきた原水に、無機凝集剤タンク８ｇから供給される無機凝集剤および硫酸槽８ｈから供給される硫酸を混合し、この混合した後の水溶液を凝集槽８ｃに送るようになっている。また、混和槽８ｂは、原水と、無機凝集剤および硫酸とを混合するため、上述した第１攪拌機１４１と同様の第１攪拌機８ｊを備えた構成になっている。

凝集槽８ｃは、混和槽８ｂから送られてきた水溶液に、高分子凝集剤タンク８ｉから供給する高分子凝集剤を混合し、この混合した後の水溶液を沈殿槽８ｄに送るようになっている。なお、凝集槽８ｃは、高分子凝集剤を水溶液に混合するため、上述した第２攪拌機１４２と同様の第２攪拌機８ｋを備えた構成になっている。

沈殿槽８ｄは、上記無機凝集剤および高分子凝集剤によって凝集した金属を含む汚泥を沈殿させ、この汚泥をポンプによって汚泥貯槽７ｅに送るとともに、沈殿した汚泥の上澄みとしての水溶液をろ過原水槽８ｅに送るようになっている。

ろ過原水槽８ｅに蓄えられた水溶液は、砂ろ過塔８ｆで浄化されてから消毒槽部７ｄａを有する処理水槽７ｄに送られ、確実に消毒された状態で処理水槽７ｄに一旦蓄えられた後、再利用水槽４に送られることになる。また、処理水槽７ｄに蓄えられた水を利用して、砂ろ過塔８ｆを逆洗するようになっており、この逆洗によって汚れた水は、原水槽７ｂに送られるようになっている。

また、汚泥貯槽７ｅに送られた汚泥は、ポンプによって脱水機７ｆに送られ、その汚泥分がケーキとして回収されるとともに、水分が原水槽７ｂに送られることになる。また、原水槽７ｂにおいては、ブロア７ｇから送られる空気による浄化がなされるようになっている。

ここで、既設の給排水設備３００の所定の設備のうち、灰溶融炉の溶融飛灰処理装置１の設備として使用可能なものを対比させると、表１に示す通りになる。

なお、既設の給排水設備３００で用いられている汚泥貯槽７ｅおよび脱水機７ｆと同様の設備を沈殿槽１５で沈殿した溶融飛灰を回収するための設備として新たに設置するように構成してもよいが、当該汚泥貯槽７ｅおよび脱水機７ｆを、沈殿槽１５で沈殿した溶融飛灰を回収するための設備としてそのまま用いてもよい。

以上のように、灰溶融炉の溶融飛灰処理装置１を構成する設備として、既設の給排水設備３００の設備を用いることにより、当該灰溶融炉の溶融飛灰処理装置１の簡素化、設備投資費用の低減を図ることができる。

なお、上記実施の形態においては、混和槽１３１において、水溶液のｐＨを８〜１１に調整するように構成したが、当該水溶液のｐＨは、９．５〜１０．５に調整することがより好ましい。このようにｐＨを８〜１１や、９．５〜１０．５の範囲に調整する理由は、前述した通りである。

この発明の一実施の形態として示した灰溶融炉の溶融飛灰処理装置のブロック図である。同灰溶融炉の溶融飛灰処理装置において処理する溶融飛灰を回収するための排ガス処理装置を示すブロック図である。同灰溶融炉の溶融飛灰処理装置の混和槽および凝集槽を示す断面図である。同灰溶融炉の溶融飛灰処理装置の混和槽および凝集槽を示す平面図である。同灰溶融炉の溶融飛灰処理装置の混和槽における第１撹拌翼を示す正面図である。同灰溶融炉の溶融飛灰処理装置の凝集槽における第２撹拌翼を示す正面図である。同灰溶融炉の溶融飛灰処理装置の蒸発装置を示す断面図である。同灰溶融炉の溶融飛灰処理装置の蒸発装置を示す図であって、図７のVIII−VIII線に沿う断面図である。同灰溶融炉の溶融飛灰処理装置の構成要素として代用可能な構成要素を有する灰溶融炉に関する既設の給排水設備を示すブロック図である。同灰溶融炉に関する既設の給排水設備における排水処理設備等の詳細を示すブロック図である。従来例として示した溶融飛灰を造粒物に変換する装置のブロック図である。

符号の説明

２灰溶融炉
８ｂ混和槽（既設の給排水設備）
８ｃ凝集槽（既設の給排水設備）
８ｄ沈殿槽（既設の給排水設備）
１１破砕機（破砕手段）
１５沈殿槽
１６中和槽
１７蒸発装置（塩分回収手段）
１３１混和槽
１３２凝集槽
３００灰溶融炉に関する既設の給排水設備

Claims

灰溶融炉の排ガスを大気に放出するまでの処理過程で当該排ガスから回収される金属及び塩分を含む溶融飛灰を処理するための灰溶融炉の溶融飛灰処理装置であって、
上記溶融飛灰を水溶液に溶解させるとともに、当該水溶液のｐＨを８〜１１に調整する混和槽と、
この混和槽から水溶液を受け入れて、当該水溶液に凝集剤を混入させる凝集槽と、
この凝集槽から水溶液を受け入れて、上記金属のイオンを金属水酸化物として凝集させることにより、当該金属水酸化物を含む不溶性物質を沈澱させる沈殿槽と、
この沈殿槽内の上澄みの水溶液を受け入れて、当該水溶液を中性に調整する中和槽と、
この中和槽で中性に調整された水溶液を受け入れて、当該水溶液から上記塩分を回収する塩分回収手段とを備え、
上記混和槽と上記凝集槽とは、底板および４つの側板を備えた矩形状の容器を仕切板で区切ることによって隣接して構成されるとともに、それぞれ内部に水溶液を攪拌するための攪拌翼が備えられており、
上記混和槽は、上記仕切板に沿う角部に、上記水溶液が内部にて下から上方に流れるように平面視Ｌ字状の囲い板が上下方向に向けて設けられるとともに、この囲い板に囲まれた上記仕切板の上部に上記水溶液を上記凝集槽に流出させる切欠部が形成され、かつ当該切欠部の対角方向に上記溶融飛灰の投入口部と上記水溶液の給水口部とが設けられており、
上記凝集槽は、上記切欠部の対角位置の角部に、上記水溶液が内部にて下から上方に流れるように平面視Ｌ字状の囲い板が上下方向に向けて設けられるとともに、この囲い板内の側板の上部に上記水溶液の排出口部が設けられていることを特徴とする灰溶融炉の溶融飛灰処理装置。
上記混和槽内に設けられた攪拌翼は、攪拌シャフトを中心にして周方向に３等分する各位置に羽根が回転方向に対して斜めに形成されるとともに、当該羽根が湾曲した形状に形成されており、かつ
上記凝集槽内に設けられた攪拌翼は、上下２段に配置されるとともに、各段の攪拌翼は、攪拌シャフトを中心にして周方向に２等分する各位置に羽根が回転方向に対して斜めに形成されて、当該羽根が平板状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の灰溶融炉の溶融飛灰処理装置。
上記塩分回収手段は、上記中性に調整された水溶液から加熱により水分を蒸発させて塩分を回収する蒸発装置によって構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の灰溶融炉の溶融飛灰処理装置。