3-(2)-3 汚泥焼却炉における焼却灰の高品質化調査計画調整部技術開発課緒方孝次 * 宮本彰彦北村清明 ** 長塚栄児菊地厚 ( * 現施設管理部 ** 現小菅水再生センター ) 1 調査目的汚泥焼却炉の整備により平成 15 年度から東京都区部の下水道事業では発生する汚泥の全量を焼却処分し年

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せとかあわび
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1 3-(2)-3 汚泥焼却炉における焼却灰の高品質化調査計画調整部技術開発課緒方孝次 * 宮本彰彦北村清明 ** 長塚栄児菊地厚 ( * 現施設管理部 ** 現小菅水再生センター ) 1 調査目的汚泥焼却炉の整備により平成 15 年度から東京都区部の下水道事業では発生する汚泥の全量を焼却処分し年間約 5 万 t の汚泥焼却灰 ( 以下焼却灰という ) が発生しているこのうちセメント原料粒度調整灰軽量細粒材などの建設資材として利用されているのは約半分で残りの半分はセメントと混練し埋め立て処分している汚泥焼却灰 ( 以下焼却灰という ) には微量ながら重金属類が含まれており特に砒素 (As) セレン() が土壌環境基準 ( 平成 3 年環境省告示第 46 号 ) を超えて溶出する場合がある近年汚泥焼却炉の集じん方式として集じん温度の低いバグフィルタ等が採用される場合が多くこの傾向は強くなってきている焼却灰の有効利用にあたっては重金属類の溶出に関する法的な基準等はないが資源化製品が土壌と接する用途として利用する場合を考慮すると加工前の焼却灰が土壌環境基準を満たすことが望ましいまた平成 15 年 2 月には土壌汚染対策法が施行され土壌の汚染原因者に修復責任が問われることとなるなど有効利用における安全性の確保は重要性を増しているこれまでに当課では焼却灰から重金属類を溶出抑制する手法として薬品添加により重金属類を難溶解性物質へ転換する手法及び水熱反応を利用し結晶中に封じ込める手法を開発してきたこれらの技術は焼却灰回収後に別途の処理工程が必要であるのに対し今回開発した高温集じん技術は重金属類の溶出量が極めて低い焼却灰を汚泥焼却炉から直接回収でき無処理のまま資源化用途に用いることができるため焼却灰の有効利用範囲が拡大されるものである 2 高温集じん技術について表 -1 砒素セレンの気化温度砒素セレン当技術における集じんフローを従来施設と比較し As:613 :685 図 -1に示す気化温度 AsO 2 :465 O 2 :317 表 -1 に砒素セレン及びその酸化物の気化温度を示すが排ガス温度が高温状態 (8~85 程度 ) である焼却炉出口においては砒素やセレンは気体の状態で存在し焼却灰には付着していないことが推察されるそこでこの位置に高温サイクロンを設置し排ガス中の大部分 ( 発生量の 8~85%) の焼却灰を砒素やセレンの付着が少ない状態で捕集するまた高温サイクロンを通過した一部 ( 発生量の 15~2%) の焼却灰は排ガス中に揮散していた重金属類を降温過程で再付着させた後に低温状態 ( 従来の集じん温度である 2~35 程度 ) でろ過式集じん装置等により捕集する以上のように高温集じん技術の採用により高温サイクロンで捕集する重金属類の低含有 ( 低溶出 ) 焼却灰とろ過式集じん装置等で捕集する高含有焼却灰を分離して回収できることとなる

2 焼却炉焼却炉従来技術汚泥焼却灰高温集じん技術高温サイクロン空気予熱器白煙防止器ろ過式集じん装置スクラハ煙突汚泥低含有焼却灰 ( 発生量 8~85%) 図 -1 高温集じんシステムのフロー高含有焼却灰 ( 発生量 15~2%) 3 調査概要 3.1 調査期間平成 16 年 12 月 2 日から平成 17 年 3 月 25 日まで 3.2 調査内容高温集じんシステムを備えた実験用焼却炉において高温サイクロンにおける集じん温度を変化させた運転を行い回収した及び後段のバグフィルタ灰の性状を分析した実験は新河岸水再生センターで採取した脱水汚泥を使用して焼却炉メーカー工場内で行ったまた新河岸水再生センターの焼却炉実施設においては焼却炉出口直後の煙道から円筒ろ紙を用いて焼却灰を採取し既存の集じん装置 ( サイクロン+ 電気集じん機 ) で捕集した焼却灰との性状を比較した表 -2に調査対象施設の概要を示す表 -2 調査対象焼却炉の概要実験用焼却炉新河岸焼却炉方式気泡流動方式同左最大処理能力 2.4(t-WET/ 日 ) 25(t-WET/ 日 ) 形砂層部 4mm Φ 64mm フリーホート部 6mm Φ 82mm 状高さ約 7m 約 12m 4 実験用焼却炉における調査新河岸水再生センターで採取した脱水汚泥を焼却炉メーカー工場内の実験用焼却炉で焼却し回収した焼却灰を分析することで高温集じん技術による重金属類溶出抑制効果を検証した 4.1 実験用焼却炉の概要図 -2に高温集じんシステムを構築した実験用焼却炉の概略フローを示す本設備において流動ブロワより送られた燃焼空気は外部熱交換型の熱風発生炉により加熱して焼却炉へ供給されるこの熱風発生炉は実プラントにおける流動空気予熱用の熱交換器を模擬したものであり燃焼用空気を約 5 まで加熱できる

3 高温サイクロン EG LNG LPG バーナーブロワ LA ハーナーフロワ大気放出汚泥ポンプ* 焼却炉焼却炉 LNG * LPG LA EG 排灯油スEG 高温サイクロンバグフィルタ洗浄塔熱風発生炉大気放出熱風発生炉工水ガス冷却塔ハクフィルタ EG クラバEG 排水ポンプ排ガスファン TW 循環槽より WW 循環槽へ大気放出大気放出排ガス誘引ファン脱水汚泥脱水汚泥汚泥ポンプ燃焼空気用ブロワ燃焼空気用フロワルーツブロワ流動フロワ図 -2 実験用焼却炉フロー高温サイクロンより排出された燃焼排ガスは排ガス冷却塔バグフィルタスクラバにより精密集じん及び洗煙された後系外に排出される 4.2 実験状況炉内燃焼温度を制御することで焼却炉出口における集じん温度を3 条件に変化させ実験を行った各運転条件を表 -3に実験に使用した脱水汚泥の性状を表-4に示す各焼却灰の時間あたりの捕集量を表 -5に示す高温サイクロン及びバグフィルタで捕集される焼却灰の重量比は概ね 9:1 となっているまた各焼却灰の平均粒径を表 -6にこのうち条件 3における粒度分布を図 -3に示実験実施日汚泥採取日表 -3 実験条件汚泥供給量焼却炉出口 ( 高温サイクロン ) 目標温度焼却炉出口 ( 高温サイクロン ) 実温度バグフィルタ実温度条件 1 H 条件 2 H H kg/h 条件 3 H 表 -4 脱水汚泥の性状試験項目試験内容単位性状試験含水率 % 78.6 強熱減量 % 85.8 発熱量 kj/kg 2, 灰分 As mg/kg 8.2 組成試験 mg/kg.55 Cd mg/kg 5.4 Pb mg/kg 3 Cr6+ mg/kg <1 T-Hg mg/kg <.1 mg/kg mg/kg 9 表 -5 灰捕集量とその比率高温サイクロンハクフィルタ捕集比率条件 kg/h.28kg/h 9: 条件 kg/h.16kg/h 94:6 条件 kg/h.34kg/h 88:12 表 -6 各焼却灰の平均粒径累積 5% 径ふるい下 (μm) 条件条件条件

4 すサイクロンは微細な焼却灰を捕集しないための粒径はバグフィルタ灰より大きくなっていることがわかる 4.3 実験結果各運転条件において回収した及びバグフィルタ灰における重金属類の含有率 ( 組成 ) 及び溶出量の分析結果を実験に使用した汚泥採取日の翌日における新河岸水再生センター焼却灰と比較し表 -7 に示す溶出試験の結果においてはホウ素を除く各項目について土壌環境基準を満足しているホウ素についても最も集じん温度が高い条件 3においては土壌環境基準を満足することができたこのうち砒素セレンの含有率及び溶出量を新河岸水再生センター焼却灰と比較し図 -3,4に示す各条件とも砒素セレンの含有率は新河岸水再生センター焼却灰と比較してで低減されている一方バグフィルタ灰では増加しており高温集じん技術による効果が明らかとなっているまた溶出量について新河岸水再生センター焼却灰と比較するとは含有率の低減割合以上に大きく低減されているとともにバグフィルタ灰においても低くなっているこのことについては集じん温度以外の原因も考えられるため調査を継続していく予定である同様にフッ素ホウ素の含有率及び溶出量について図 -5,6に示すフッ素ホウ素についてもはバグフィルタ灰及び新河岸水再生センター灰と比較して含有率溶出量が低くなっていることがわかる割合 (%) 粒径 (μm) 図 -3 各焼却灰の粒度分布試験内容化学組成試験溶出試験項目単位条件 1 表 -7 各焼却灰の性状条件 2 条件 3 新河岸焼却灰環境基準 As mg/kg mg/kg < < < Cd mg/kg Pb mg/kg Cr6+ mg/kg <1 <1 <1 <1 <1 <1 - - T-Hg mg/kg mg/kg mg/kg As mg/l mg/l Cd mg/l < Pb mg/l <.5 - <.5 - < Cr6+ mg/l <.1 <.1 <.1 <.1 <.1 < T-Hg mg/l <.2 <.2 <.2 <.2 <.2 < mg/l mg/l

5 河岸灰河岸灰河岸灰河岸灰4 3 新2 高高温灰灰図 -3 砒素セレンの含有率高温灰温灰灰灰含有率 (mg/kg) As.15.1 新.36.5 高高条件 1 条件 2 条件 3 温灰灰図 -4 砒素セレンの溶出量高温灰温灰灰As 灰溶出量 (mg/l) 条件 1 条件 2 条件新新 1.. 高高温灰灰図 -6 フッ素ホウ素の溶出量高温灰温灰灰灰溶出量 (mg/l) 高温灰灰高条件 1 条件 2 条件 3 図 -5 フッ素ホウ素の含有率高温灰温灰灰灰含有率 (mg/kg) 条件 1 条件 2 条件 3 含有率 (mg/kg) As 集じん温度 ( ) 図 -7 集じん温度と含有率の関係 As, 溶出量 (mg/l) As 集じん温度 ( ) 図 -8 集じん温度と溶出量の関係, 溶出量 (mg/l) またにおける集じん温度と砒素セレンホウ素フッ素の含有率及び溶出量との関係を図 -7,8に示す砒素フッ素ホウ素については集じん温度の上昇とともに含有率溶出量が低くなる傾向がみられる炉内燃焼温度の高温化は温室効果ガスである一酸化二窒素の排出抑制として有効であるが当技術においても集じん温度の高温化が可能となるため重金属類の溶出抑制効果が高まることが示唆される一方セレンは集じん温度 78 以上においてはすでに高温集じんの効果により含有

6 率溶出量が十分に低減されているものと考えられ集じん温度と含有率溶出量との関係はみられないなおバグフィルタ灰についても従来の溶出抑制手法 ( セメント添加 ) により廃掃法に基づく埋立て基準を満足しており埋立て処分時の安全性を確認している 5 既存汚泥焼却炉における調査既存の焼却設備から排出される焼却灰の性状を把握するため新河岸水再生センター 4 号炉を対象として脱水汚泥焼却灰の各種分析を行った当施設は調査時点では高温集じんシステムを採用していないためこれに相当するものとして焼却炉出口において円筒ろ紙を用いて焼却灰を採取し既存の集じん装置 ( サイクロン + 電気集じん機 ) で捕集した灰 ( 通常灰 ) と性状を比較した 5.1 実験状況実験実施日の焼却炉の運転状況を表 -8に脱水汚泥の性状を表 -9に示すまた採取した各焼却灰の粒度分布を図 -9に示す 15 割合 (%) 通常灰炉出口灰 5 表 -8 実験実施日の運転状況脱水汚泥通常灰採取日 H 焼却炉出口灰採取日 H ~16 炉内温度 ( 砂層部 ) 約 69 炉内温度 ( 部 ) 約 815 炉出口温度約 79 サイクロン入口温度約 345 電気集じん機出口温度約 3 表 -9 脱水汚泥の性状試験項目試験内容単位性状試験含水率 % 79.6 強熱減量 % 85.5 発熱量 kj/kg 2, 含有量試験 As mg/kg <1 環告 19 号法 mg/kg <1 Cd mg/kg.7 Pb mg/kg 18 Cr6+ mg/kg < T-Hg mg/kg <.5 mg/kg 67 mg/kg 13 土壌汚染対策法に基づく試験方法表 - 各焼却灰の平均粒径.1 1 焼却炉通常灰出口灰粒径 (μm) 累積 5% 径ふるい下 um 図 -9 各焼却灰の粒度分布表 -11 実施設における調査結果 5.2 実験結果焼却炉試験項目単位通常灰出口灰焼却炉出口にて円筒ろ紙を用いて採取した灰と含有量試験 As mg/kg 通常灰の性状を比較し表 -11に示す砒素セレ環告 19 号法 mg/kg <.5.6 ンの含有量溶出量は通常の焼却灰と比較して十 Cd mg/kg 分に低減されており実施設においても高温集じ Pb mg/kg ん技術の有効性が示された Cr6+ mg/kg < < T-Hg mg/kg <.5 <.5 しかし当結果は砒素の溶出量が土壌環境基準溶出試験 As mg/l を超過しているこの要因として焼却灰の粒径環告 46 号法 mg/l.2.11 と溶出量との関係が考えられる Cd mg/l <.1 <.1 実験用焼却炉における結果にも示しているが Pb mg/l <.5 <.5 高温サイクロンは微細な焼却灰を捕集しないため Cr6+ mg/l <.4 <.4 T-Hg mg/l <.5 <

7 の粒径は低温バグフィルタ灰より大きくなる微細灰は比表面積が大きく重金属類が付着しやすくなるためが低温バグフィルタ灰に対して重金属類溶出量が低減される要因の一つとして粒径分布の影響が考えられる一方円筒ろ紙による捕集は粒径によらないため微細灰を含むことが砒素の溶出量を増加させた要因と推察できる 6 まとめ東京都区部においては脱水汚泥の全量を焼却処分し年間約 5 万 t の焼却灰が発生している焼却灰の有効利用を図るためセメント原料や粒度調整灰 ( スーパーアッシュ ) 軽量細粒材 ( スラジライト ) などの建設資材として利用してきているがまだ発生量の約半分を埋立て処分している今回の調査結果から高温集じん技術の有効性が確認できそのままの状態で土壌環境基準を満足する焼却灰が回収できることが判明した当技術は従来用途としての利用が促進されるだけでなく埋め戻し土や埋立地覆土への混入など新たな用途としての利用も期待できるため焼却灰の資源化率の向上に寄与できるものであるなお今回の調査を行った新河岸水再生センター 4 号焼却炉については集じん装置の改良を行っており当技術を採用する実施設が平成 17 年月に稼動する予定である

練馬清掃工場平成 28 年度環境測定結果 1 排ガス測定結果 1 (1) 煙突排ガス 1 (2) 煙道排ガス 2 2 排水測定結果 3 3 焼却灰等測定結果 5 (1) 主灰 ( 含有性状試験 ) 5 (2) 飛灰処理汚泥 ( 含有溶出試験 ) 6 (3) 汚水処理汚泥 ( 含有試験 ) 7

練馬清掃工場平成 28 年度環境測定結果 1 排ガス測定結果 1 (1) 煙突排ガス 1 (2) 煙道排ガス 2 2 排水測定結果 3 3 焼却灰等測定結果 5 (1) 主灰 ( 含有性状試験 ) 5 (2) 飛灰処理汚泥 ( 含有溶出試験 ) 6 (3) 汚水処理汚泥 ( 含有試験 ) 7 練馬清掃工場平成 28 年度環境測定結果 1 排ガス測定結果 1 (1) 煙突排ガス 1 (2) 煙道排ガス 2 2 排水測定結果 3 3 焼却灰等測定結果 5 (1) 主灰 ( 含有性状試験 ) 5 (2) 飛灰処理汚泥 ( 含有溶出試験 ) 6 (3) 汚水処理汚泥 ( 含有試験 ) 7 4 周辺大気環境調査結果 8 5 試料採取日一覧 9 ( 参考 ) 測定項目及び測定箇所 10 ( 参考