JP6274875B2 - ごみ焼却灰のセメント原料化方法及び原料化装置 - Google Patents

Description

本発明は、都市ごみ等を焼却した際に発生するごみ焼却灰（主灰）をセメント原料として資源化する方法及び装置に関する。

都市ごみ等を焼却した際に発生する焼却灰（以下、「ごみ焼却灰」という）は、従来、そのほとんどが最終処分場で埋め立て処理されていたが、最終処分場の枯渇の虞に鑑み、近年、セメント原料として有効利用されている。

ごみ焼却灰には、塩素が平均で１．２％程度存在し、この塩素がセメント品質の低下や、セメント製造装置の安定運転を妨げるため、セメント原料として利用するには、予め塩素を除去する必要がある。

そこで、例えば、特許文献１には、焼却灰に水を加えて焼却灰中の粒子を破砕しながら撹拌して焼却灰スラリーとする解砕工程と、その焼却灰スラリーを選別用篩に通して過大固形物を除去する異物除去工程と、選別用篩を通過した焼却灰スラリーを水切り用篩により脱水する脱水工程と、脱水工程を経た焼却灰をすすぎ洗浄するすすぎ洗浄工程とを有する焼却灰の洗浄方法等が記載されている。

また、主灰中には、可溶性塩の他に難溶性フリーデル氏塩も存在するため主灰全量を粉砕した後、酸を用いてフリーデル氏塩を分解した後、セメント原料として有効利用している（特許文献２参照）。

特開２０１２−１６６１７０号公報 特開２００６−３２６４６２号公報

しかし、特許文献１に記載のようなセメント原料化方法では、解砕工程や、すすぎ洗浄工程で大量の水を消費するため、運転コスト及び設備コストが増大する。

また、特許文献２に記載のように、受け入れた主灰全量を粉砕した後、酸で処理するには、粉砕設備等の規模が大型化すると共にエネルギーコストも増大し、運転コスト及び設備コストが高騰するという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、設備コスト及び運転コストを低く抑えながらごみ焼却灰をセメント原料化することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、ごみ焼却灰に対して０．１倍以上２．０倍以下の量の水を添加して解泥しながら撹拌してスラリー化し、該焼却灰スラリーを粗粒子を含むスラリーと、微粒子を含むスラリーとに散水しながら分級し、前記分級した微粒子を含むスラリーをさらに粗粒子を含むスラリーと、微粒子を含むスラリーとに散水しながら分級し、該２回目の分級によって得られた微粒子を含むスラリーに酸性ガス又は酸を添加し、該酸性ガス又は酸を添加した後の微粒子を含むスラリーを固液分離し、該固液分離によって得られたケーキをセメント原料として利用することを特徴とする。

本発明に係るセメント原料化方法によれば、受け入れたごみ焼却灰の全量を粉砕したり、解砕や表面研削を行わないで、解泥しながら撹拌してスラリー化した後、塩素分の含有率の高い微粒子を含むスラリー中の難溶性のフリーデル氏塩を分解するため、微粒子が増加せず、水洗水量を少なく抑えることができ、設備コストや運転コストを低く抑えながらごみ焼却灰をセメント原料化することができる。また、２段階に分けて散水しながら分級処理を行うことで、処理に要する水量を半減させることができると共に、塩素分の含有率の高い、２回目の分級によって得られた微粒子を含むスラリー中の難溶性塩を分解することで、さらに効果的に塩素分を低減することができる。さらに、前記ごみ焼却灰をスラリー化する際に、該ごみ焼却灰に対して０．１倍以上２．０倍以下の量の水を使用することができ、これにより、主灰を効率的に分級することができる。

上記セメント原料化方法において、前記酸性ガスとして、セメントキルンの排ガス又は／及び塩素バイパス設備の排ガスを利用することができ、セメント焼成工程からの排ガスを有効利用することができる。

さらに、前記１回目又は前記２回目の分級によって得られる微粒子の最大粒径を１ｍｍ以下に調整することができ、これにより、塩素分の含有率の高い微粒子を含むスラリー中の難溶性塩を効果的に分解することができる。

さらに、本発明は、ごみ焼却灰のセメント原料化装置であって、ごみ焼却灰に対して０．１倍以上２．０倍以下の量の水を添加して解泥しながら撹拌してスラリー化するスラリー化装置と、該スラリー化装置でスラリー化した焼却灰スラリーを粗粒子を含むスラリーと、微粒子を含むスラリーとに散水しながら分級する第１分級装置と、該第１分級装置で分級した微粒子を含むスラリーをさらに粗粒子を含むスラリーと、微粒子を含むスラリーとに散水しながら分級する第２分級装置と、該第２分級装置で分級した微粒子を含むスラリーに酸性ガス又は酸を添加する反応槽と、該反応槽から排出された微粒子を含むスラリーを固液分離する固液分離装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、２段階に分けて散水しながら分級処理を行うため、処理に要する水量を半減させることができると共に、塩素分の含有率の高い、２回目の分級によって得られた微粒子を含むスラリーに酸性ガス又は酸を添加して難溶性塩を分解することで、設備コストや運転コストを低く抑えながらごみ焼却灰をセメント原料化することができる。

以上のように、本発明によれば、設備コスト及び運転コストを低く抑えながらごみ焼却灰をセメント原料化することができる。

本発明にかかるセメント原料化装置の一実施の形態を示す全体構成図である。

次に、本発明に係るセメント原料化装置の一実施の形態について、図１を参照しながら説明する。尚、図１において破線の矢線は液体の流れを、一点鎖線の矢線は気体の流れを、実線の矢線は固体（スラリーを含む）の流れを各々示している。

図１は、本発明に係るセメント原料化装置の一実施の形態を示し、このセメント原料化装置１は、受け入れたごみ焼却灰（以下、「主灰」という）ＢＡを貯蔵する主灰タンク２と、主灰ＢＡに水Ｗ等を添加して解泥しながら撹拌してスラリー化するスラリー化装置３と、スラリー化装置３からの主灰スラリーＳ１を粗粒子を含むスラリーＳ２と、微粒子を含むスラリーとに分級する第１分級装置４と、第１分級装置４で分級した微粒子を含むスラリーをさらに粗粒子を含むスラリーＳ３と、微粒子を含むスラリーＳ４とに分級する第２分級装置５と、第２分級装置５で分級されたスラリーＳ４を湿式粉砕する湿式粉砕装置６と、湿式粉砕されたスラリーＳ５を酸性ガスＧと反応させる反応槽７と、反応槽７に酸性ガスＧを導入する酸性ガス導入装置４と、反応槽７からのスラリーＳ６を固液分離する固液分離装置９等で構成される。

スラリー化装置３は、主灰ＢＡに水を添加して解泥しながら撹拌して主灰スラリーＳ１を生成するために設けられる。

第１分級装置４は、スラリー化装置３からの主灰スラリーＳ１を粗粒子を含むスラリーＳ２と、微粒子を含むスラリーとに分級するために設けられ、２ｍｍを分級点とする。

第２分級装置５は、第１分級装置４で分級した微粒子を含むスラリーをさらに粗粒子を含むスラリーＳ３と、微粒子を含むスラリーＳ４とに分級するために設けられ、０．７ｍｍを分級点とする。

湿式粉砕装置６は、第２分級装置５で分級されたスラリーＳ４を湿式粉砕するために設けられる。

酸性ガス導入装置８は、反応槽７に酸性ガスＧを導入するために設けられ、導入する酸性ガスとしては、ＣＯ₂を多く含むセメントキルンの排ガスやＳＯ₂を多く含む塩素バイパス設備の排ガスを利用することができる。

反応槽７は、湿式粉砕されたスラリーＳ５を酸性ガスＧと反応させるために設けられ、バッチ式や連続式の曝気槽等を用いることができる。

固液分離装置９は、反応槽７からのスラリーＳ６を固液分離するために設けられる。

次に、本発明に係るセメント原料化装置の動作について、図面を参照しながら説明する。

まず、スラリー化装置３において、主灰ＢＡに水Ｗを添加して解泥しながら撹拌して主灰スラリーＳ１を生成する。スラリー化にあたり、主灰ＢＡに対して０．１倍〜２．０倍の量の水を使用する。解泥するのは、受け入れた主灰ＢＡが水分によって凝集しているため、そのままでは分級が困難だからである。尚、本発明では、粉砕、解砕や表面研削を行わないため、微粒子が増加せず、水洗水量を少なく抑えることができる。

次に、スラリー化装置３からの主灰スラリーＳ１を第１分級装置４に供給し、粒径２ｍｍを超える粗粒子を含むスラリーＳ２と、粒径２ｍｍ以下の微粒子を含むスラリーに分級し、スラリーＳ２を水切り後セメント原料としてセメント焼成装置１０の仮焼炉に投入する。

上記粒径２ｍｍ以下の粒子を含むスラリーを第２分級装置５に供給し、さらに粒径０．７ｍｍを超える粒子を含むスラリーＳ３と、粒径０．７ｍｍ以下の粒子を含むスラリーＳ４に分級し、スラリーＳ３を水切り後セメント原料としてセメント焼成装置１０の仮焼炉に投入する。

第２分級装置５で分級された粒径０．７ｍｍ以下の粒子を含むスラリーＳ４を湿式粉砕装置６に供給し、湿式粉砕する。その後、反応槽７に供給し、反応槽７において酸性ガス導入装置８からの酸性ガスＧと反応させ、主灰ＢＡに含まれるフリーデル氏塩を分解する。粒径０．７ｍｍ以下の粒子を含むスラリーＳ４を対象とするのは、粒径の小さい粒子に塩素分が多く含まれているからであり、湿式粉砕するのは、表面積を大きくして反応性を高めるためである。

尚、フリーデル氏塩とは、化学式で表すと、３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂・１０Ｈ₂Ｏであり、下記のように、アルミン酸三石灰（３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）が水和反応の際に塩化物イオンを取り込んで生成される塩である。
３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃＋ＣａＣｌ₂＋１０Ｈ₂Ｏ→３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂・１０Ｈ₂Ｏ

スラリーに酸性ガスＧとしてセメントキルンの排ガスを吹き込むと、下式に示すように、フリーデル氏塩を分解することができる。
３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂・１０Ｈ₂Ｏ＋３ＣＯ₂→３ＣａＣＯ₃＋２Ａｌ（ＯＨ）₃＋ＣａＣｌ₂＋７Ｈ₂Ｏ

また、スラリーに酸性ガスＧとして塩素バイパス設備の排ガスを吹き込むと、下式に示すように、フリーデル氏塩を分解することができる。
３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＣａＣｌ₂・１０Ｈ₂Ｏ＋ＸＳＯ₄ ^2-→３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・３ＣａＳＯ₄・３２Ｈ₂Ｏ＋ＹＣｌ^-

この際、反応槽７内のｐＨは４〜１０．５に調整する。

酸性ガスＧとの反応を終えたスラリーＳ６は、固液分離装置９へ導入され、ケーク洗浄水（新規水）Ｗ１によって洗浄された後、又は洗浄されながら脱水される。脱水後のケークＣは、セメント原料としてセメント焼成装置１０の仮焼炉に投入する。また、固液分離装置９の排水Ｗ３は、排水処理後放流し、一部の排水Ｗ２をスラリー化装置３へ戻して循環使用する。また、固液分離装置９で分離されたろ液Ｆ１もスラリー化装置３へ戻して再使用することができる。この際、ろ液Ｆ１の電気伝導度を測定してろ液Ｆ１の塩素濃度を管理しながら、上記排水Ｗ２の循環量を決定することが好ましい。

尚、上記実施の形態においては、第１分級装置４の分級点を２ｍｍ、第２分級装置５の分級点を０．７ｍｍとしたが、セメント原料化装置１の運転状況等に応じてこれらの分級点を適宜変更することができる。但し、第２分級装置５の分級点は、効果的に塩素除去を行うため、１ｍｍ以下であることが好ましい。

また、第１分級装置４及び第２分級装置５において散水しながら分級することで、粗粒子に付着した微粒子を粗粒子から分離させたり、粗粒子の水洗をある程度行うこともできるため、より効果的に塩素分を低減することができ、粗粒子の水洗設備を別途設ける必要もない。散水量は、処理する主灰ＢＡの量の１〜４倍に調整する。

さらに、反応槽７に酸性ガスＧを導入せずに、硫酸、硝酸、酢酸、ギ酸等の酸を添加してもよい。

また、反応槽７に酸性ガスＧや酸だけでなく、Ｏ₃等の酸化性ガスを導入し、ＣＯＤを低下させて後段の排水処理の負荷を軽減することもできる。反応槽７に酸化性ガスを導入せずに、槽を多段化し、酸性ガスＧや酸化性ガスを別々に導入することもできる。

さらにまた、スラリーＳ２、Ｓ３及びケークＣをセメント原料としてセメント焼成装置１０の仮焼炉に投入したが、スラリーＳ２等を調合原料として利用することもできる。

１ セメント原料化装置
２ 主灰タンク
３ スラリー化装置
４ 第１分級装置
５ 第２分級装置
６ 湿式粉砕装置
７ 反応槽
８ 酸性ガス導入装置
９ 固液分離装置
１０ セメント焼成装置

Claims (4)

1. ごみ焼却灰に対して０．１倍以上２．０倍以下の量の水を添加して解泥しながら撹拌してスラリー化し、
   該焼却灰スラリーを粗粒子を含むスラリーと、微粒子を含むスラリーとに散水しながら分級し、
   前記分級した微粒子を含むスラリーをさらに粗粒子を含むスラリーと、微粒子を含むスラリーとに散水しながら分級し、
   該２回目の分級によって得られた微粒子を含むスラリーに酸性ガス又は酸を添加し、
   該酸性ガス又は酸を添加した後の微粒子を含むスラリーを固液分離し、
   該固液分離によって得られたケーキをセメント原料として利用することを特徴とするごみ焼却灰のセメント原料化方法。
2. 前記酸性ガスとして、セメントキルンの排ガス又は／及び塩素バイパス設備の排ガスを利用することを特徴とする請求項１に記載のごみ焼却灰のセメント原料化方法。
3. 前記１回目又は２回目の分級によって得られる微粒子の最大粒径を１ｍｍ以下に調整することを特徴とする請求項１又は２に記載のごみ焼却灰のセメント原料化方法。
4. ごみ焼却灰に対して０．１倍以上２．０倍以下の量の水を添加して解泥しながら撹拌してスラリー化するスラリー化装置と、
   該スラリー化装置でスラリー化した焼却灰スラリーを粗粒子を含むスラリーと、微粒子を含むスラリーとに散水しながら分級する第１分級装置と、
   該第１分級装置で分級した微粒子を含むスラリーをさらに粗粒子を含むスラリーと、微粒子を含むスラリーとに散水しながら分級する第２分級装置と、
   該第２分級装置で分級した微粒子を含むスラリーに酸性ガス又は酸を添加する反応槽と、
   該反応槽から排出された微粒子を含むスラリーを固液分離する固液分離装置とを備えることを特徴とするごみ焼却灰のセメント原料化装置。

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