スラリーの沈降分離方法および装置ならびに廃棄物焼却処理設備
【課題】比較的比重の大きいスラグ汚泥を含むスラグ冷却水から、沈降されるスラグ汚泥を流動化して集合枡に集め、連続的に取り出す。
【解決手段】上流側上位から下流側下位にスラグ汚泥の水中の安息角未満で傾斜する傾斜底板５３を有する沈降槽５２と、沈降槽５２の上流側に配置されてスラグ冷却水を供給する給水口５６ａと、沈降槽５２の中間位置に配置され傾斜底板５３との間にオリフィス５５ａを形成する仕切り板５５と、傾斜底板５３の下流端に設けられた集合枡５４と、集合枡５４からスラグ汚泥を連続して排出するスラグ汚泥排出口５７ａと、沈降槽５２の下流側上部から上澄み水を排出する排水口６０ａとを具備した。
【解決手段】上流側上位から下流側下位にスラグ汚泥の水中の安息角未満で傾斜する傾斜底板５３を有する沈降槽５２と、沈降槽５２の上流側に配置されてスラグ冷却水を供給する給水口５６ａと、沈降槽５２の中間位置に配置され傾斜底板５３との間にオリフィス５５ａを形成する仕切り板５５と、傾斜底板５３の下流端に設けられた集合枡５４と、集合枡５４からスラグ汚泥を連続して排出するスラグ汚泥排出口５７ａと、沈降槽５２の下流側上部から上澄み水を排出する排水口６０ａとを具備した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばスラグ冷却水などのスラリーからスラグ汚泥などのスラリーを沈降分離して連続して取り出すスラリーの沈降分離方法および装置ならびにそのスラリーの沈降分離装置を備えた廃棄物焼却処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６に示すように、汚水槽１の小型化を図るために、下流側に垂下されて底部近傍に開口された吸込み管２から吸い込んだ汚泥を、分配器３により移送水と戻り水とに分けて、戻り水を戻り管４から汚水槽１の上流側の底部に戻し、戻り水のエネルギーにより底部に沈殿した汚泥を流動化して吸込み管２から吸引排出するものが特許文献１に開示されている。
【０００３】
また前記汚水槽１は、左右の側壁１ａの下部に、上位外側から下位中央側に傾斜する傾斜壁１ｂがそれぞれ設けられて、底部１ｃが上下流方向に細長い形状に形成されている。
【特許文献１】特開２００３−３３４５７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、沈降分離される汚泥スラリーが、比重の小さい下水汚泥の場合には、小さいエネルギー（流速）で汚泥を流動化させることができるが、たとえば比重の大きいスラグ汚泥（微粒状物）の場合は、極めて大きいエネルギーでないとスラグ汚泥を流動化して吸込み管まで流送することができない。また水中のスラグ汚泥の安息角が約４０乃至４５°であることから、傾斜壁１ｂの傾斜角が大きく、汚水槽１の深さが深くなるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、スラリー中で沈降される微粒状物を良好に流下して連続的に取り出すことができ、比較的比重の大きいスラグ汚泥であっても良好に分離可能なスラリーの沈降分離方法および装置と、この沈降分離装置を利用して連続的に取り出されたスラグ汚泥を良好に処理できる焼却処理設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために、請求項１記載のスラリーの沈降分離方法は、スラリーに含まれる微粒状物の水中の安息角未満で上流側上位から下流側下位に傾斜する傾斜底板を有する沈降槽に、スラリーを上流側から供給し、スラリーを、沈降槽の上下流方向の中間位置に配置されて沈降槽を横断方向に仕切る仕切り板と傾斜底板との間に形成されたオリフィスを通過させて傾斜底板上に沿って流送することにより、傾斜底板上に沈降した沈降微粒状物を下流側に流下して、傾斜底板の下流端に設けられた集合枡に集め、沈降槽の下流側から上層の上澄み水を排出し、前記集合枡の沈降微粒状物を吸引して連続的に抜き出すものである。
【０００７】
請求項２記載のスラリーの沈降分離方法は、請求項１記載の方法において、スラリーを、溶融スラグを冷却して水砕スラグを生成した後のスラグ冷却水とするとともに、微粒状物をスラグ汚泥とし、傾斜底板の傾斜角を１０°以上とし、オリフィスにおけるスラグ冷却水の流速を１５ｃｍ／秒以上とし、沈降槽の下流側で上澄み水を排出する排水速度を、上澄み水の上昇速度がスラグ汚泥の沈降速度未満となるように設定したものである。
【０００８】
請求項３記載のスラリーの沈降分離装置は、スラリーに含まれる微粒状物の水中の安息角未満で上流側上位から下流側下位に傾斜する傾斜底板を有する沈降槽と、沈降槽の上流側に配置されてスラリーを供給する給水口と、沈降槽の上下流方向の中間位置で配置されて沈降槽を横断方向に仕切るとともに傾斜底板との間にオリフィスを形成する仕切り板と、前記傾斜底板の下流端に設けられた集合枡と、前記集合枡に集められた沈降微粒状物を連続して排出する微粒状物排出口と、沈殿槽の下流側上部から上澄み水を排出する排水口とを具備したものである。
【０００９】
請求項４記載のスラリーの沈降分離装置は、請求項３記載の構成において、スラリーを、溶融スラグを冷却して水砕スラグを生成した後のスラグ冷却水とするとともに、微粒状物をスラグ汚泥とし、傾斜底板の傾斜角を１０°以上とし、オリフィスにおけるスラグ冷却水の流速を１５ｃｍ／秒以上としたものである。
【００１０】
請求項５記載のスラリーの沈降分離装置は、請求項４記載の構成において、給水口を傾斜底板に沿って下流側にスラグ冷却水を送り出すように配置し、下流側で排水口より下位のスラグ冷却水中に、スラグ汚泥の浮上を防止する浮上防止部材を配置したものである。
【００１１】
請求項６記載の廃棄物焼却処理設備は、廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉と、当該廃棄物焼却炉から排出される飛灰と焼却灰とを溶融する灰溶融炉と、当該灰溶融炉から排出された溶融スラグを冷却水により冷却して水砕スラグを生成する水砕スラグ生成装置と、当該水砕スラグ生成装置から排出されたスラグ冷却水からスラグ汚泥を沈降分離する請求項４記載のスラリーの沈降分離装置とを具備し、前記水砕スラグ生成装置から前記沈降分離装置に送られてスラグ汚泥を分離した上澄み水を、上澄み水槽を介して前記水砕スラグ生成装置に冷却水として循環させる冷却水循環ラインと、前記沈降分離装置から排出されたスラグ汚泥を、透水性を有する脱水収納袋に貯留して脱水する汚泥回収タンクに送るスラグ汚泥回収ラインと、前記脱水収納袋から排水された脱水後の冷却水を冷却水循環ラインに戻して再循環させる冷却水回収ラインと、脱水後のスラグ汚泥を廃棄物焼却炉に供給して再焼却するスラグ汚泥再処理ラインとを有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１または３記載の発明によれば、傾斜底板の傾斜角による滑落作用と、冷却水による搬送作用とにより、傾斜底板上に沈降する微粒状物を沈殿、堆積させることなく、スラリーにより良好に集合枡に流下させることができ、集合枡から連続的に沈降微粒状物を取り出すことができる。また傾斜底板の傾斜角を安息角未満にできることから、沈降槽の深さを小さくすることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、オリフィスにおけるスラグ冷却水の流速を１５ｃｍ／秒以上とすることにより、比重の大きいスラグ汚泥を傾斜底板に沿って確実に下流側に押し流し、傾斜底板上に沈殿、堆積するのを防止することができる。また下流側においてスラグ冷却水を排水する排水速度を、スラグ冷却水の上昇速度がスラグ汚泥の沈降速度未満になるように設定することによって、上澄み水に同伴されるスラグ微粒状物を少なくすることができ、スラグ冷却水とスラグ汚泥とを良好に分離することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、オリフィスにおけるスラグ冷却水の流速を１５ｃｍ／秒以上とすることにより、比重の大きいスラグ汚泥を傾斜底板に沿って確実に下流側に押し流し、傾斜底板上に沈殿、堆積するのを防止することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、給水口からスラグ冷却水をオリフィスに向かって供給することにより、給水口の流速から減速されない状態でスラグ冷却水をオリフィスに到達させて流速を保持することができ、スラグ汚泥の沈殿、堆積防止に寄与することができる。
【００１６】
請求項６記載の発明によれば、冷却水循環ラインにより、水砕スラグ生成装置のスラグ冷却水を、沈降分離装置と上澄み水槽を介して循環させるとともに、冷却水回収ラインにより、脱水収納袋を使用して汚泥スラグから脱水された水を冷却水循環ラインに戻すことで、スラグ冷却水の有効利用を図ることができる。さらに沈降槽から連続して排出されるスラグ汚泥を脱水収納袋に入れて脱水した後、スラグ汚泥再処理ラインにより、脱水後のスラグ汚泥を脱水収納袋を介して容易に廃棄物焼却炉に供給して再焼却処理することができる。また脱水収納袋を使用することで、廃棄物焼却炉への搬入を容易に行うことができ、さらに底部に堆積されたスラグ汚泥層がフィルタの役割をして、スラグ汚泥の微細粒の排出を効果的に防止することができ、スラグ汚泥とスラグ冷却水とを効果的に分離することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
［実施の形態１］
スラリーの沈降分離装置を備えた廃棄物焼却処理設備の実施の形態１を図１〜図３を参照して説明する。
【００１８】
この廃棄物焼却処理設備は、図３に示すように、廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉１１と、廃棄物焼却炉１１から排出される焼却灰および飛灰を加熱溶融する灰溶融炉２１と、灰溶融炉２１から排出される溶融スラグを水冷して水砕スラグを生成する水砕スラグ生成装置３１とを具備し、前記水砕スラグ生成装置３１の冷却水循環ライン３４に本発明に係る沈降分離装置５１が設置されている。
【００１９】
廃棄物焼却炉１１は、たとえばストーカ式焼却炉で、ごみピット１３に貯留された廃棄物をごみホッパ１２ａから順次炉本体１２内に供給し、火格子１２ｂ上で廃棄物の乾燥・燃焼・後燃焼を順次行うものである。そして焼却炉本体１２で発生する排ガスを処理する排ガスライン１４では、排ガスがガス冷却塔１５や集塵用のバグフィルタ１６などにより処理された後、煙突１７から放出される。また焼却炉本体１２から排出される焼却灰は、粉砕や金属除去などの処理を行った後、灰貯留ホッパ１８に溜められ、さらにバグフィルタ１６で捕集された飛灰はダスト貯留ホッパ１９に溜められる。
【００２０】
灰溶融炉２１は、たとえば炉本体２２の底部に収容されたベースメタル２３と、天井部から昇降自在に垂下された陽電極２４および陰電極２５との間で形成したアークプラズマにより、灰ホッパ２２ａから供給された灰を加熱溶融し、オーバーフローした溶融スラグを水砕スラグ生成装置３１に供給するものである。
【００２１】
水砕スラグ生成装置３１は、冷却水を貯留した水冷槽３２に溶融スラグを投下して急冷することにより、たとえばアスファルトなどの骨材に利用可能な粒度と強度を有する水砕スラグを生成するもので、スクレーパコンベヤ等からなるスラグ取出し装置３３により、水冷槽３２から水砕スラグが取り出される。
【００２２】
水冷槽３２において、溶融スラグを冷却した後のスラグ汚泥を含むスラリーであるスラグ冷却水（以下、冷却水という）を循環して再利用する冷却水循環ライン３４が設けられており、この冷却水循環ライン３４には、冷却水に同伴された比較的大きい粒状水砕スラグを分離する水砕スラグ分離装置４１と、冷却水からスラグ汚泥（微粒状物）を沈降分離する沈降槽５２を備えた沈降分離装置５１と、沈降槽５２から取り出された上澄み水をさらに沈殿させて微粒状物を分離する上澄み水槽４２と、冷却水を循環させる循環ポンプ４３と、冷却水から熱回収する熱交換器４４とが順に介在されている。この冷却水循環ライン３４は、水冷槽３２から水砕スラグ分離装置４１を介して沈降槽５２に至る回収ライン部３４ａと、上澄み水槽４２から循環ポンプ４３および熱交換器４４を介して水冷槽３２に至る戻しライン部３４ｂとからなり、沈降槽５２と上澄み水槽４２との間に上澄み水排水管６０が接続されている。
【００２３】
また沈降槽５２で分離されたスラグ汚泥を排出するスラグ汚泥回収ライン３７には、集合枡５４内のスラグ汚泥を吸引回収し搬送するスラリーポンプ７１と、スラグ汚泥を脱水処理する複数の汚泥回収タンク７２が設置されている。各汚泥回収タンク７２は、スラグ汚泥を収容する透水性の脱水収納袋（フレキシブルコンテナ）７３と、この脱水収納袋７３からろ過されて汚泥回収タンク７２に溜まった脱水ろ過水を汲み上げる回収ポンプ７４とを具備し、スラグ汚泥を脱水収納袋７３に入れて所定時間を保持することにより、スラグ汚泥を脱水するように構成されている。この脱水収納袋７３では、底部に堆積されたスラグ汚泥層がフィルタの役割をして、スラグ汚泥の微細粒の排出を防止し、スラグ汚泥と冷却水とを効果的に分離することができる。さらに回収ポンプ７４と上澄み水槽４２とを接続する冷却水回収ライン３５が設けられており、脱水収納袋７３により汚泥スラグから脱水されたろ過水を上澄み水槽４２に戻して冷却水循環ライン３４に回収することができる。
【００２４】
さらに各汚泥回収タンク７２とごみピット１３の間にスラグ汚泥再処理ライン３６が設けられて、各汚泥回収タンク７２で脱水収納袋７３内で脱水された後のスラグ汚泥が脱水収納袋７３を介してごみピット１３に搬送され、脱水収納袋７３からスラグ汚泥がごみピット１３に投入されて廃棄物焼却炉１１で再焼却される。
【００２５】
上記構成において、ごみピット１３に貯留された廃棄物が廃棄物焼却炉１１に供給されて焼却され、焼却炉本体１２から排出され灰貯留ホッパ１８に溜められた焼却灰と、バグフィルタ１６で捕集されてダスト貯留ホッパ１９に溜められた飛灰とが灰溶融炉２１に供給される。灰溶融炉２１に投入された灰は、陽電極２４および陰電極２５とベースメタル２３との間で形成されたアークプラズマにより加熱溶融されて溶融スラグとなり、オーバーフローした溶融スラグが水砕スラグ生成装置３１の水冷槽３２に排出する。
【００２６】
水砕スラグ生成装置３１では、水冷槽３２の冷却水に投入されて溶融スラグが急冷されることにより水砕スラグが生成され、この水砕スラグはスラグ取出し装置３３により水冷槽３２から取り出される。
【００２７】
水冷槽３２の冷却水は、冷却水循環ライン３４により水砕スラグ分離装置４１を介して沈降分離装置５１の沈降槽５２に送られ、上澄み水とスラグ汚泥とに分離される。そして沈降槽５２から取り出された上澄み水は、上澄み水槽４２でさらに沈殿されてスラグ汚泥の微粒状物が分離された後、循環ポンプ４３により熱交換器４４を介して水冷槽３２に循環される。また沈降槽５２で分離されたスラグ汚泥は、スラグ汚泥回収ライン３７により、スラリーポンプ７１を介して各汚泥回収タンク７２の脱水収納袋７３に送られ、脱水収納袋７３により脱水処理される。脱水された水は、回収ポンプ７４により冷却水回収ライン３５を介して上澄み水槽４２に送られる。またスラグ汚泥は、スラグ汚泥再処理ライン３６を介してごみピット１３に搬入され廃棄物焼却炉１１で再焼却される。
【００２８】
次に沈降分離装置５１について説明する。
図１，図２に示すように、沈降槽５２が前後板５２ａ，５２ｂと左右の側板５２ｃ，５２ｄと底板５２ｅと上面カバー板５２ｆとで箱体形に形成され、沈降槽５２内に上流側上位から下流側下位に所定の傾斜角α（図では２０°）で傾斜する傾斜底板５３が配置され、また傾斜底板５３の下流端にスラグ汚泥を集める集合枡５４が設けられている。そして上下流方向の中間位置、たとえば沈降槽５２の長さ：Ｌの０．３×Ｌ〜０．７×Ｌの範囲から選択された所定位置に１枚の仕切り板５５が横断方向に配置され、沈降槽５２を上流室５２Ｕと下流室５２Ｄとに分離するとともに、仕切り板５５と傾斜底板５３との間に、たとえば所定高さのオリフィス５５ａが全幅方向に形成されている。なお、この沈降槽５２において、たとえば冷却水量：１０４ｍ３／ｈ、仕切り板５５の幅３０００ｍｍ、オリフィス５５ａでの必要流速：１５ｃｍ／秒とした場合のオリフィス５５ａの高さ：ｄは６．４ｃｍである。
【００２９】
ところで、スラグ汚泥の水中での安息角は約４０°〜４５°であり、傾斜底板５３の傾斜角αが４１度を越えると、沈降したスラグ汚泥は、傾斜底板５３上に沿って自重で滑落し集合枡５４に集められることになるが、傾斜底板５３の傾斜角αが大きいため、深い沈降槽が必要となり、また沈降に必要な時間も考慮すると、上下流方向に十分な長さが必要で、設置スペースの確保が困難になる。
【００３０】
ここで発明者等は、仕切り板によりオリフィスを形成した実験水槽に、スラグ汚泥入りの冷却水を入れ、この冷却水を上流側から下流側に１０〜２０ｃｍ／秒程度の流速で所定時間循環させる実験を行い、実験水槽の傾斜角：α＝０°，５°，１０°，１５°と変化させた。この結果、傾斜角：α＝０°および５°の場合、実験水槽の底面に沈降したスラグ汚泥層の厚みが上流側と下流側とでほとんど同じで、スラグ汚泥がほとんど流下されないことが確認された。また傾斜角：α＝１０°および１５°では、上流室の堆積スラグ汚泥の厚みが、下流室に比較して薄くなっているのが観察され、傾斜角：α＝１０°を越えると、沈降したスラグ汚泥を流下させる効果があることが認められた。したがって、傾斜底板５３の傾斜角αは、１０°以上が必要であり、設置スペースなどを考慮すれば、スラグ汚泥の水中での安息角である４０°〜４５°未満が適正範囲であり、さらに好適には傾斜角α＝１５°〜３０°の範囲となる。
【００３１】
また沈降槽５２では、沈降するスラグ汚泥を傾斜底板５３上に堆積させないことが重要であり、傾斜底板５３を傾斜角αだけ傾斜させただけでは堆積を防ぐことができない。このため、傾斜底板５３に沿って流動する冷却水の流速を所定値以上に保持するオリフィス５５ａが設けられている。冷却水の流速について、発明者等は、後述の実施の形態２に示す沈殿槽を用いて数々の実験を行った結果、傾斜角α＝１０°で流速が１５ｃｍ／秒未満では、傾斜底板５３上にスラグ汚泥が幾分残り、傾斜角α＝１０°で流速が１５ｃｍ／秒以上となると、スラグ汚泥がほぼ完全に集合枡の５４に流下させることができることをつきとめた。したがって、冷却水の流速は、１５ｃｍ／秒〜３０ｃｍ／秒の範囲が適正であり、１５ｃｍ／秒以下では、沈降スラグ汚泥が傾斜底板５３上に堆積し、３０ｃｍ／秒を越える流速では、スラグ汚泥沈降が阻害されて分離精度が低下するとともに、動力コストが増大するためである。
【００３２】
前記上流室５２Ｕの上流端には、冷却水循環ライン３４の回収ライン部３４ａの先端部が接続された給水管５６が上面カバー板５２ｆを貫通して配置され、給水管５６の給水口５６ａが、オリフィス５５ａに向かって全幅方向に向かってほぼ均等に冷却水を送り出すことができるように配置されている。
【００３３】
前記下流室５２Ｄには、後板５２ｂの下部に複数のスラグ汚泥排出管５７が貫通されて集合枡５４に臨んでスラグ汚泥排出口（微粒成物排出口）５７ａが開口され、スラグ汚泥排出管５７にはスラリーポンプ７１を有するスラグ汚泥回収ライン３７が接続されている。また集合枡５４の上部には、集合枡５４内に流下されたスラグ汚泥を流動化してスラリー排出口５７ａへの吸引を促す複数の攪拌ノズル５８ａを有する攪拌水ヘッダー５８が配置され、後板５２ｂを貫通する給水管５９が攪拌水ヘッダー５８に接続されている。
【００３４】
さらに下流室５２Ｄの上部の左側板５２ｃには、同一水平レベルに複数の排水口６０ａが開口され、各排水口６０ａにそれぞれ上澄み水排水管６０が接続されて、オーバーフローした上澄み水を上澄み水槽４２に送り出すことができる。また下流室５２Ｄの排水口６０ａの下方位置には、下流室５２Ｄの平面視の全断面を覆う例えば網目状や繊維状あるいはパンチングメタルなどからなる浮上防止部材６１が配置され、排水される上澄み水にスラグ汚泥が同伴されるのを防止している。またここで、スラグ汚泥の水中での沈降速度は、１．６１ｃｍ／秒であることが実験により判明しており、上澄み水排水管６０の上澄み冷却水の排出量がスラグ汚泥の冷却水中での沈降速度の１．６１ｃｍ／秒未満となるように、下流室５２Ｄの容積と平面視の断面積と、給水口５６ａの給水量および攪拌水ヘッダー５８から供給される攪拌用給水量と、スラグ汚泥排出口５７ａからスラグ汚泥に同伴される冷却水排水量とに基づいて設定されている。
【００３５】
またオリフィス５５ａにおける流速が１５ｃｍ／秒以上となるように、オリフィス５５ａの開口面積と、給水口５６ａの給水量および攪拌水ヘッダー５８から供給される攪拌用給水量と、排水口６０ａから排出される上澄み水排水量およびスラグ汚泥排出口５７ａからスラグ汚泥に同伴される冷却排水とに基づいて設定されている。
【００３６】
上記構成において、給水口５６ａから上流室５２Ｕに供給されたスラグ汚泥を含む冷却水は、左右両側に広がりつつオリフィス５５ａに至り、流速約１５ｃｍ／秒以上でオリフィス５５ａを通過して下流室５２Ｄに入る。そして沈降したスラグ汚泥を傾斜底板５３に沿って流下させて集合枡５４に送り込む。集合枡５４に集められたスラグ汚泥は、攪拌水ヘッダー５８から攪拌ノズル５８ａを介して噴き込まれた攪拌水により流動化され、スラリーポンプ７１によりスラグ汚泥排出口５７ａを介してスラグ汚泥排出管５７に吸引排出される。そしてこれらスラグ汚泥がスラグ汚泥回収ライン３７を介して汚泥回収タンク７２に送られる。また下流室５２Ｄの上部では、浮上防止部材６１を通過した上澄み水が排水口６０ａから上澄み水排出管６０を介して上澄み水槽４２に排出される。
【００３７】
上記実施の形態１によれば、傾斜底板５３の傾斜角：αによる滑落作用と、冷却水による搬送作用とにより、傾斜底板５３上に沈降するスラグ汚泥を沈殿、堆積させることなく、良好に下流側の集合枡５４に流下させることができ、集合枡５４から連続的にスラグ汚泥を取り出すことができる。また傾斜底板５３の傾斜角を安息角未満にできることから、沈降槽５２の深さを低くすることができる。
【００３８】
さらに、傾斜底板５３の傾斜角：α＝１０°〜３０°の範囲とし、オリフィス５５ａにおける冷却水の流速を１５ｃｍ／秒〜３０ｃｍ／秒とすることにより、比重の大きいスラグ汚泥であっても、沈降するスラグ汚泥を傾斜底板５３に沿って確実に下流側に押し流して集合枡５４に集めることができ、傾斜底板５３上に沈殿、堆積するのを確実に防止することができる。さらに下流室５２Ｄにおいて、上澄み水を排水するための上昇速度をスラグ汚泥の沈降速度未満とすることで、上澄み水に同伴されて排出されるスラグ汚泥の微粒状物の量を少なくすることができ、また下流室５２Ｄに設けた浮上防止部材６１により、さらに冷却水とスラグ汚泥とを良好に分離することができる。さらにまた、給水口５６ａから冷却水をオリフィス５５ａに向かって供給することにより、給水口５６ａの吐出流速から少ない減速でオリフィス５５ａに到達させて流速を十分に保持することができ、沈降するスラグ汚泥を良好に搬送して沈殿、堆積を確実に防止することができる。
【００３９】
［実施の形態２］
２枚の仕切り板を配置した沈降分離装置の実施の形態２を図４および図５を参照して説明する。なお、実施の形態１と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００４０】
図４に示すように、沈降分離装置８０の沈降槽５２には、上流側に第１仕切り板８１が配置され、この第１仕切り板８１と傾斜底板５３との間に、高さｄ１＝１．６ｃｍの第１オリフィス８１ａが形成されるとともに、上流室５２Ｕが形成される。また上流室５２Ｕの上部に給水口５６ａが開口されて冷却水を下方の傾斜底板５３に向かって放出する。また上流室５２Ｕで水面より下位に、給水口５６ａから供給された冷却水を分散させるメッシュ材などからなる整流部材８３が設けられている。
【００４１】
さらに沈降槽５２の上下流方向の中央部下流側に第２仕切り板８２が配置され、この第２仕切り板８２と傾斜底板５３との間に高さｄ２＝１．６ｃｍの第２オリフィス８２ａが形成され、第２仕切り板８２により中間室５２Ｍと下流室５２Ｄが形成される。
【００４２】
また給水管５６は、上面カバー５２ｆを貫通して給水口５６ａが下方の傾斜底板５３に向かって開口されている。さらに傾斜底板５３の傾斜角：α＝２０°で、給水口５６ａの給水量および攪拌水ヘッダー５８から供給される攪拌用給水量と、排水口６０ａから排出される上澄み水排水量およびスラグ汚泥排出口５７ａからスラグ汚泥に同伴される冷却排水に基づいて、第１，第２オリフィス８１ａ，８２ａにおける流速が１５〜３０ｃｍ／秒の範囲となるように設定される。
【００４３】
ここで、中間室５２Ｍの傾斜底板５３の長さ：Ｌｍと、下流室５２Ｄの傾斜底板５３の長さ：Ｌｄは、実験により求められている。すなわち、中間室５２Ｍにおける傾斜底板５３の長さ：Ｌｍは、第１オリフィス８１ａを通過する冷却水により、沈降スラグ汚泥が中間室５２Ｍの傾斜底板５３上に堆積しない長さである。
【００４４】
すなわち、図５に示すように、実験水槽９１にスラグ汚泥を含む冷却水（含水率９０％）を入れ、仕切り板９２により区画された下流室９１Ｄから上流室９１Ｕに上澄み水を、ポンプ９３と循環パイプ９４により循環させ、仕切り板９２の下部に形成された高さ：Ｈ＝２４ｍｍのオリフィス９２ａにおける流速が３．１８ｃｍ／秒となるように設定した。
【００４５】
この結果、オリフィス９２ａに堆積したスラグ汚泥Ｓの高さ：ｈ＝２０ｍｍであった。この結果、このオリフィス９２ａで実際に冷却水が通過した実高さＨ＝４ｍｍであり、したがって冷却水の流速が１９ｃｍ／秒となっていたことが分かった。
【００４６】
さらに傾斜角：α＝０°で、オリフィス９２ａから下流側に続くスラグ汚泥Ｓの堆積高さｈが均一に続く距離Ｌ１＝７５ｍｍであり、距離Ｌ１と実高さＨとの比：Ｌ１／Ｈ≒１９であることから、中間室５２Ｍの長さ：Ｌｍ＜（Ｌ１／Ｈ）×ｄ１＝２０×ｄ１を満足する範囲とすれば、中間室５２Ｍの傾斜底板５３上にスラグ汚泥がほぼ堆積することがない。
【００４７】
また上記実験では、オリフィス９２ａから下流側に続くスラグ汚泥Ｓの堆積高さｈが、冷却水により影響される距離：Ｌ２＝１８０ｍｍであり、距離Ｌ２と実高さＨとの比：Ｌ２／Ｈ＝４５であることから、下流室５２Ｄにおける第２仕切り板８２から集合枡５４までの傾斜底板５３の長さ：Ｌｄ＝（Ｌ２／Ｈ）×ｄ２＝４５×ｄ２以下とすれば、下流室５２Ｄの傾斜底板５３上にスラグ汚泥が堆積することがない。
【００４８】
もちろん、実施の形態１の下流室５２Ｄにおける傾斜底板５３の長さも、同様にして求めることができる。
上記実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加えて、第１，第２オリフィス８１ａ，８２ａを設けることにより、傾斜底板５３の長さを十分に確保して、沈降槽５２における冷却水の滞留時間を長く確保し、スラグ汚泥の沈降による分離効果を促進することができるとともに、傾斜底板５３上を流れる冷却水の流速を１５〜３０ｃｍ／秒の範囲に保持して、沈降するスラグ汚泥を確実に集合枡５４に流下させることができる。
【００４９】
なお、スラリーをスラグ冷却水としたが、これに限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る沈降分離装置の実施の形態１を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】沈降分離装置を備えた廃棄物処理設備の構成図である。
【図４】本発明に係る沈降分離装置の実施の形態２を示す縦断面図である。
【図５】実験水槽を示す縦断面図である。
【図６】従来の汚泥槽を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１１ 廃棄物焼却炉
１６ バグフィルタ
１８ 灰貯留ホッパ
１９ ダスト貯留ホッパ
２１ 灰溶融炉
３１ 水砕スラグ生成装置
３４ 冷却水循環ライン
３４ａ 回収ライン部
３４ｂ 戻しライン部
３５ 冷却水回収ライン
３６ スラグ汚泥再処理ライン
３７ スラグ汚泥回収ライン
４２ 上澄み水槽
４３ 循環ポンプ
４４ 熱交換器
５１ 沈降分離装置
５２ 沈降槽
５２Ｕ 上流室
５２Ｄ 下流室
５３ 傾斜底板
５４ 集合枡
５５ 仕切り板
５５ａ オリフィス
５６ 給水管
５６ａ 給水口
５７ スラグ汚泥排出管
５７ａ スラグ汚泥排出口
５８ 攪拌水ヘッダー
５８ａ 攪拌ノズル
５９ 給水管
６０ 上澄み水排水管
６０ａ 排水口
６１ 浮上防止部材
７１ スラリーポンプ
７２ 汚泥回収タンク
７３ 脱水収納袋
７４ 回収ポンプ
８０ 沈降分離装置
８１ 第１仕切り板
８１ａ 第１オリフィス
８２ 第２仕切り板
８２ａ 第２オリフィス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばスラグ冷却水などのスラリーからスラグ汚泥などのスラリーを沈降分離して連続して取り出すスラリーの沈降分離方法および装置ならびにそのスラリーの沈降分離装置を備えた廃棄物焼却処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６に示すように、汚水槽１の小型化を図るために、下流側に垂下されて底部近傍に開口された吸込み管２から吸い込んだ汚泥を、分配器３により移送水と戻り水とに分けて、戻り水を戻り管４から汚水槽１の上流側の底部に戻し、戻り水のエネルギーにより底部に沈殿した汚泥を流動化して吸込み管２から吸引排出するものが特許文献１に開示されている。
【０００３】
また前記汚水槽１は、左右の側壁１ａの下部に、上位外側から下位中央側に傾斜する傾斜壁１ｂがそれぞれ設けられて、底部１ｃが上下流方向に細長い形状に形成されている。
【特許文献１】特開２００３−３３４５７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、沈降分離される汚泥スラリーが、比重の小さい下水汚泥の場合には、小さいエネルギー（流速）で汚泥を流動化させることができるが、たとえば比重の大きいスラグ汚泥（微粒状物）の場合は、極めて大きいエネルギーでないとスラグ汚泥を流動化して吸込み管まで流送することができない。また水中のスラグ汚泥の安息角が約４０乃至４５°であることから、傾斜壁１ｂの傾斜角が大きく、汚水槽１の深さが深くなるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、スラリー中で沈降される微粒状物を良好に流下して連続的に取り出すことができ、比較的比重の大きいスラグ汚泥であっても良好に分離可能なスラリーの沈降分離方法および装置と、この沈降分離装置を利用して連続的に取り出されたスラグ汚泥を良好に処理できる焼却処理設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために、請求項１記載のスラリーの沈降分離方法は、スラリーに含まれる微粒状物の水中の安息角未満で上流側上位から下流側下位に傾斜する傾斜底板を有する沈降槽に、スラリーを上流側から供給し、スラリーを、沈降槽の上下流方向の中間位置に配置されて沈降槽を横断方向に仕切る仕切り板と傾斜底板との間に形成されたオリフィスを通過させて傾斜底板上に沿って流送することにより、傾斜底板上に沈降した沈降微粒状物を下流側に流下して、傾斜底板の下流端に設けられた集合枡に集め、沈降槽の下流側から上層の上澄み水を排出し、前記集合枡の沈降微粒状物を吸引して連続的に抜き出すものである。
【０００７】
請求項２記載のスラリーの沈降分離方法は、請求項１記載の方法において、スラリーを、溶融スラグを冷却して水砕スラグを生成した後のスラグ冷却水とするとともに、微粒状物をスラグ汚泥とし、傾斜底板の傾斜角を１０°以上とし、オリフィスにおけるスラグ冷却水の流速を１５ｃｍ／秒以上とし、沈降槽の下流側で上澄み水を排出する排水速度を、上澄み水の上昇速度がスラグ汚泥の沈降速度未満となるように設定したものである。
【０００８】
請求項３記載のスラリーの沈降分離装置は、スラリーに含まれる微粒状物の水中の安息角未満で上流側上位から下流側下位に傾斜する傾斜底板を有する沈降槽と、沈降槽の上流側に配置されてスラリーを供給する給水口と、沈降槽の上下流方向の中間位置で配置されて沈降槽を横断方向に仕切るとともに傾斜底板との間にオリフィスを形成する仕切り板と、前記傾斜底板の下流端に設けられた集合枡と、前記集合枡に集められた沈降微粒状物を連続して排出する微粒状物排出口と、沈殿槽の下流側上部から上澄み水を排出する排水口とを具備したものである。
【０００９】
請求項４記載のスラリーの沈降分離装置は、請求項３記載の構成において、スラリーを、溶融スラグを冷却して水砕スラグを生成した後のスラグ冷却水とするとともに、微粒状物をスラグ汚泥とし、傾斜底板の傾斜角を１０°以上とし、オリフィスにおけるスラグ冷却水の流速を１５ｃｍ／秒以上としたものである。
【００１０】
請求項５記載のスラリーの沈降分離装置は、請求項４記載の構成において、給水口を傾斜底板に沿って下流側にスラグ冷却水を送り出すように配置し、下流側で排水口より下位のスラグ冷却水中に、スラグ汚泥の浮上を防止する浮上防止部材を配置したものである。
【００１１】
請求項６記載の廃棄物焼却処理設備は、廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉と、当該廃棄物焼却炉から排出される飛灰と焼却灰とを溶融する灰溶融炉と、当該灰溶融炉から排出された溶融スラグを冷却水により冷却して水砕スラグを生成する水砕スラグ生成装置と、当該水砕スラグ生成装置から排出されたスラグ冷却水からスラグ汚泥を沈降分離する請求項４記載のスラリーの沈降分離装置とを具備し、前記水砕スラグ生成装置から前記沈降分離装置に送られてスラグ汚泥を分離した上澄み水を、上澄み水槽を介して前記水砕スラグ生成装置に冷却水として循環させる冷却水循環ラインと、前記沈降分離装置から排出されたスラグ汚泥を、透水性を有する脱水収納袋に貯留して脱水する汚泥回収タンクに送るスラグ汚泥回収ラインと、前記脱水収納袋から排水された脱水後の冷却水を冷却水循環ラインに戻して再循環させる冷却水回収ラインと、脱水後のスラグ汚泥を廃棄物焼却炉に供給して再焼却するスラグ汚泥再処理ラインとを有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１または３記載の発明によれば、傾斜底板の傾斜角による滑落作用と、冷却水による搬送作用とにより、傾斜底板上に沈降する微粒状物を沈殿、堆積させることなく、スラリーにより良好に集合枡に流下させることができ、集合枡から連続的に沈降微粒状物を取り出すことができる。また傾斜底板の傾斜角を安息角未満にできることから、沈降槽の深さを小さくすることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、オリフィスにおけるスラグ冷却水の流速を１５ｃｍ／秒以上とすることにより、比重の大きいスラグ汚泥を傾斜底板に沿って確実に下流側に押し流し、傾斜底板上に沈殿、堆積するのを防止することができる。また下流側においてスラグ冷却水を排水する排水速度を、スラグ冷却水の上昇速度がスラグ汚泥の沈降速度未満になるように設定することによって、上澄み水に同伴されるスラグ微粒状物を少なくすることができ、スラグ冷却水とスラグ汚泥とを良好に分離することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、オリフィスにおけるスラグ冷却水の流速を１５ｃｍ／秒以上とすることにより、比重の大きいスラグ汚泥を傾斜底板に沿って確実に下流側に押し流し、傾斜底板上に沈殿、堆積するのを防止することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、給水口からスラグ冷却水をオリフィスに向かって供給することにより、給水口の流速から減速されない状態でスラグ冷却水をオリフィスに到達させて流速を保持することができ、スラグ汚泥の沈殿、堆積防止に寄与することができる。
【００１６】
請求項６記載の発明によれば、冷却水循環ラインにより、水砕スラグ生成装置のスラグ冷却水を、沈降分離装置と上澄み水槽を介して循環させるとともに、冷却水回収ラインにより、脱水収納袋を使用して汚泥スラグから脱水された水を冷却水循環ラインに戻すことで、スラグ冷却水の有効利用を図ることができる。さらに沈降槽から連続して排出されるスラグ汚泥を脱水収納袋に入れて脱水した後、スラグ汚泥再処理ラインにより、脱水後のスラグ汚泥を脱水収納袋を介して容易に廃棄物焼却炉に供給して再焼却処理することができる。また脱水収納袋を使用することで、廃棄物焼却炉への搬入を容易に行うことができ、さらに底部に堆積されたスラグ汚泥層がフィルタの役割をして、スラグ汚泥の微細粒の排出を効果的に防止することができ、スラグ汚泥とスラグ冷却水とを効果的に分離することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
［実施の形態１］
スラリーの沈降分離装置を備えた廃棄物焼却処理設備の実施の形態１を図１〜図３を参照して説明する。
【００１８】
この廃棄物焼却処理設備は、図３に示すように、廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉１１と、廃棄物焼却炉１１から排出される焼却灰および飛灰を加熱溶融する灰溶融炉２１と、灰溶融炉２１から排出される溶融スラグを水冷して水砕スラグを生成する水砕スラグ生成装置３１とを具備し、前記水砕スラグ生成装置３１の冷却水循環ライン３４に本発明に係る沈降分離装置５１が設置されている。
【００１９】
廃棄物焼却炉１１は、たとえばストーカ式焼却炉で、ごみピット１３に貯留された廃棄物をごみホッパ１２ａから順次炉本体１２内に供給し、火格子１２ｂ上で廃棄物の乾燥・燃焼・後燃焼を順次行うものである。そして焼却炉本体１２で発生する排ガスを処理する排ガスライン１４では、排ガスがガス冷却塔１５や集塵用のバグフィルタ１６などにより処理された後、煙突１７から放出される。また焼却炉本体１２から排出される焼却灰は、粉砕や金属除去などの処理を行った後、灰貯留ホッパ１８に溜められ、さらにバグフィルタ１６で捕集された飛灰はダスト貯留ホッパ１９に溜められる。
【００２０】
灰溶融炉２１は、たとえば炉本体２２の底部に収容されたベースメタル２３と、天井部から昇降自在に垂下された陽電極２４および陰電極２５との間で形成したアークプラズマにより、灰ホッパ２２ａから供給された灰を加熱溶融し、オーバーフローした溶融スラグを水砕スラグ生成装置３１に供給するものである。
【００２１】
水砕スラグ生成装置３１は、冷却水を貯留した水冷槽３２に溶融スラグを投下して急冷することにより、たとえばアスファルトなどの骨材に利用可能な粒度と強度を有する水砕スラグを生成するもので、スクレーパコンベヤ等からなるスラグ取出し装置３３により、水冷槽３２から水砕スラグが取り出される。
【００２２】
水冷槽３２において、溶融スラグを冷却した後のスラグ汚泥を含むスラリーであるスラグ冷却水（以下、冷却水という）を循環して再利用する冷却水循環ライン３４が設けられており、この冷却水循環ライン３４には、冷却水に同伴された比較的大きい粒状水砕スラグを分離する水砕スラグ分離装置４１と、冷却水からスラグ汚泥（微粒状物）を沈降分離する沈降槽５２を備えた沈降分離装置５１と、沈降槽５２から取り出された上澄み水をさらに沈殿させて微粒状物を分離する上澄み水槽４２と、冷却水を循環させる循環ポンプ４３と、冷却水から熱回収する熱交換器４４とが順に介在されている。この冷却水循環ライン３４は、水冷槽３２から水砕スラグ分離装置４１を介して沈降槽５２に至る回収ライン部３４ａと、上澄み水槽４２から循環ポンプ４３および熱交換器４４を介して水冷槽３２に至る戻しライン部３４ｂとからなり、沈降槽５２と上澄み水槽４２との間に上澄み水排水管６０が接続されている。
【００２３】
また沈降槽５２で分離されたスラグ汚泥を排出するスラグ汚泥回収ライン３７には、集合枡５４内のスラグ汚泥を吸引回収し搬送するスラリーポンプ７１と、スラグ汚泥を脱水処理する複数の汚泥回収タンク７２が設置されている。各汚泥回収タンク７２は、スラグ汚泥を収容する透水性の脱水収納袋（フレキシブルコンテナ）７３と、この脱水収納袋７３からろ過されて汚泥回収タンク７２に溜まった脱水ろ過水を汲み上げる回収ポンプ７４とを具備し、スラグ汚泥を脱水収納袋７３に入れて所定時間を保持することにより、スラグ汚泥を脱水するように構成されている。この脱水収納袋７３では、底部に堆積されたスラグ汚泥層がフィルタの役割をして、スラグ汚泥の微細粒の排出を防止し、スラグ汚泥と冷却水とを効果的に分離することができる。さらに回収ポンプ７４と上澄み水槽４２とを接続する冷却水回収ライン３５が設けられており、脱水収納袋７３により汚泥スラグから脱水されたろ過水を上澄み水槽４２に戻して冷却水循環ライン３４に回収することができる。
【００２４】
さらに各汚泥回収タンク７２とごみピット１３の間にスラグ汚泥再処理ライン３６が設けられて、各汚泥回収タンク７２で脱水収納袋７３内で脱水された後のスラグ汚泥が脱水収納袋７３を介してごみピット１３に搬送され、脱水収納袋７３からスラグ汚泥がごみピット１３に投入されて廃棄物焼却炉１１で再焼却される。
【００２５】
上記構成において、ごみピット１３に貯留された廃棄物が廃棄物焼却炉１１に供給されて焼却され、焼却炉本体１２から排出され灰貯留ホッパ１８に溜められた焼却灰と、バグフィルタ１６で捕集されてダスト貯留ホッパ１９に溜められた飛灰とが灰溶融炉２１に供給される。灰溶融炉２１に投入された灰は、陽電極２４および陰電極２５とベースメタル２３との間で形成されたアークプラズマにより加熱溶融されて溶融スラグとなり、オーバーフローした溶融スラグが水砕スラグ生成装置３１の水冷槽３２に排出する。
【００２６】
水砕スラグ生成装置３１では、水冷槽３２の冷却水に投入されて溶融スラグが急冷されることにより水砕スラグが生成され、この水砕スラグはスラグ取出し装置３３により水冷槽３２から取り出される。
【００２７】
水冷槽３２の冷却水は、冷却水循環ライン３４により水砕スラグ分離装置４１を介して沈降分離装置５１の沈降槽５２に送られ、上澄み水とスラグ汚泥とに分離される。そして沈降槽５２から取り出された上澄み水は、上澄み水槽４２でさらに沈殿されてスラグ汚泥の微粒状物が分離された後、循環ポンプ４３により熱交換器４４を介して水冷槽３２に循環される。また沈降槽５２で分離されたスラグ汚泥は、スラグ汚泥回収ライン３７により、スラリーポンプ７１を介して各汚泥回収タンク７２の脱水収納袋７３に送られ、脱水収納袋７３により脱水処理される。脱水された水は、回収ポンプ７４により冷却水回収ライン３５を介して上澄み水槽４２に送られる。またスラグ汚泥は、スラグ汚泥再処理ライン３６を介してごみピット１３に搬入され廃棄物焼却炉１１で再焼却される。
【００２８】
次に沈降分離装置５１について説明する。
図１，図２に示すように、沈降槽５２が前後板５２ａ，５２ｂと左右の側板５２ｃ，５２ｄと底板５２ｅと上面カバー板５２ｆとで箱体形に形成され、沈降槽５２内に上流側上位から下流側下位に所定の傾斜角α（図では２０°）で傾斜する傾斜底板５３が配置され、また傾斜底板５３の下流端にスラグ汚泥を集める集合枡５４が設けられている。そして上下流方向の中間位置、たとえば沈降槽５２の長さ：Ｌの０．３×Ｌ〜０．７×Ｌの範囲から選択された所定位置に１枚の仕切り板５５が横断方向に配置され、沈降槽５２を上流室５２Ｕと下流室５２Ｄとに分離するとともに、仕切り板５５と傾斜底板５３との間に、たとえば所定高さのオリフィス５５ａが全幅方向に形成されている。なお、この沈降槽５２において、たとえば冷却水量：１０４ｍ３／ｈ、仕切り板５５の幅３０００ｍｍ、オリフィス５５ａでの必要流速：１５ｃｍ／秒とした場合のオリフィス５５ａの高さ：ｄは６．４ｃｍである。
【００２９】
ところで、スラグ汚泥の水中での安息角は約４０°〜４５°であり、傾斜底板５３の傾斜角αが４１度を越えると、沈降したスラグ汚泥は、傾斜底板５３上に沿って自重で滑落し集合枡５４に集められることになるが、傾斜底板５３の傾斜角αが大きいため、深い沈降槽が必要となり、また沈降に必要な時間も考慮すると、上下流方向に十分な長さが必要で、設置スペースの確保が困難になる。
【００３０】
ここで発明者等は、仕切り板によりオリフィスを形成した実験水槽に、スラグ汚泥入りの冷却水を入れ、この冷却水を上流側から下流側に１０〜２０ｃｍ／秒程度の流速で所定時間循環させる実験を行い、実験水槽の傾斜角：α＝０°，５°，１０°，１５°と変化させた。この結果、傾斜角：α＝０°および５°の場合、実験水槽の底面に沈降したスラグ汚泥層の厚みが上流側と下流側とでほとんど同じで、スラグ汚泥がほとんど流下されないことが確認された。また傾斜角：α＝１０°および１５°では、上流室の堆積スラグ汚泥の厚みが、下流室に比較して薄くなっているのが観察され、傾斜角：α＝１０°を越えると、沈降したスラグ汚泥を流下させる効果があることが認められた。したがって、傾斜底板５３の傾斜角αは、１０°以上が必要であり、設置スペースなどを考慮すれば、スラグ汚泥の水中での安息角である４０°〜４５°未満が適正範囲であり、さらに好適には傾斜角α＝１５°〜３０°の範囲となる。
【００３１】
また沈降槽５２では、沈降するスラグ汚泥を傾斜底板５３上に堆積させないことが重要であり、傾斜底板５３を傾斜角αだけ傾斜させただけでは堆積を防ぐことができない。このため、傾斜底板５３に沿って流動する冷却水の流速を所定値以上に保持するオリフィス５５ａが設けられている。冷却水の流速について、発明者等は、後述の実施の形態２に示す沈殿槽を用いて数々の実験を行った結果、傾斜角α＝１０°で流速が１５ｃｍ／秒未満では、傾斜底板５３上にスラグ汚泥が幾分残り、傾斜角α＝１０°で流速が１５ｃｍ／秒以上となると、スラグ汚泥がほぼ完全に集合枡の５４に流下させることができることをつきとめた。したがって、冷却水の流速は、１５ｃｍ／秒〜３０ｃｍ／秒の範囲が適正であり、１５ｃｍ／秒以下では、沈降スラグ汚泥が傾斜底板５３上に堆積し、３０ｃｍ／秒を越える流速では、スラグ汚泥沈降が阻害されて分離精度が低下するとともに、動力コストが増大するためである。
【００３２】
前記上流室５２Ｕの上流端には、冷却水循環ライン３４の回収ライン部３４ａの先端部が接続された給水管５６が上面カバー板５２ｆを貫通して配置され、給水管５６の給水口５６ａが、オリフィス５５ａに向かって全幅方向に向かってほぼ均等に冷却水を送り出すことができるように配置されている。
【００３３】
前記下流室５２Ｄには、後板５２ｂの下部に複数のスラグ汚泥排出管５７が貫通されて集合枡５４に臨んでスラグ汚泥排出口（微粒成物排出口）５７ａが開口され、スラグ汚泥排出管５７にはスラリーポンプ７１を有するスラグ汚泥回収ライン３７が接続されている。また集合枡５４の上部には、集合枡５４内に流下されたスラグ汚泥を流動化してスラリー排出口５７ａへの吸引を促す複数の攪拌ノズル５８ａを有する攪拌水ヘッダー５８が配置され、後板５２ｂを貫通する給水管５９が攪拌水ヘッダー５８に接続されている。
【００３４】
さらに下流室５２Ｄの上部の左側板５２ｃには、同一水平レベルに複数の排水口６０ａが開口され、各排水口６０ａにそれぞれ上澄み水排水管６０が接続されて、オーバーフローした上澄み水を上澄み水槽４２に送り出すことができる。また下流室５２Ｄの排水口６０ａの下方位置には、下流室５２Ｄの平面視の全断面を覆う例えば網目状や繊維状あるいはパンチングメタルなどからなる浮上防止部材６１が配置され、排水される上澄み水にスラグ汚泥が同伴されるのを防止している。またここで、スラグ汚泥の水中での沈降速度は、１．６１ｃｍ／秒であることが実験により判明しており、上澄み水排水管６０の上澄み冷却水の排出量がスラグ汚泥の冷却水中での沈降速度の１．６１ｃｍ／秒未満となるように、下流室５２Ｄの容積と平面視の断面積と、給水口５６ａの給水量および攪拌水ヘッダー５８から供給される攪拌用給水量と、スラグ汚泥排出口５７ａからスラグ汚泥に同伴される冷却水排水量とに基づいて設定されている。
【００３５】
またオリフィス５５ａにおける流速が１５ｃｍ／秒以上となるように、オリフィス５５ａの開口面積と、給水口５６ａの給水量および攪拌水ヘッダー５８から供給される攪拌用給水量と、排水口６０ａから排出される上澄み水排水量およびスラグ汚泥排出口５７ａからスラグ汚泥に同伴される冷却排水とに基づいて設定されている。
【００３６】
上記構成において、給水口５６ａから上流室５２Ｕに供給されたスラグ汚泥を含む冷却水は、左右両側に広がりつつオリフィス５５ａに至り、流速約１５ｃｍ／秒以上でオリフィス５５ａを通過して下流室５２Ｄに入る。そして沈降したスラグ汚泥を傾斜底板５３に沿って流下させて集合枡５４に送り込む。集合枡５４に集められたスラグ汚泥は、攪拌水ヘッダー５８から攪拌ノズル５８ａを介して噴き込まれた攪拌水により流動化され、スラリーポンプ７１によりスラグ汚泥排出口５７ａを介してスラグ汚泥排出管５７に吸引排出される。そしてこれらスラグ汚泥がスラグ汚泥回収ライン３７を介して汚泥回収タンク７２に送られる。また下流室５２Ｄの上部では、浮上防止部材６１を通過した上澄み水が排水口６０ａから上澄み水排出管６０を介して上澄み水槽４２に排出される。
【００３７】
上記実施の形態１によれば、傾斜底板５３の傾斜角：αによる滑落作用と、冷却水による搬送作用とにより、傾斜底板５３上に沈降するスラグ汚泥を沈殿、堆積させることなく、良好に下流側の集合枡５４に流下させることができ、集合枡５４から連続的にスラグ汚泥を取り出すことができる。また傾斜底板５３の傾斜角を安息角未満にできることから、沈降槽５２の深さを低くすることができる。
【００３８】
さらに、傾斜底板５３の傾斜角：α＝１０°〜３０°の範囲とし、オリフィス５５ａにおける冷却水の流速を１５ｃｍ／秒〜３０ｃｍ／秒とすることにより、比重の大きいスラグ汚泥であっても、沈降するスラグ汚泥を傾斜底板５３に沿って確実に下流側に押し流して集合枡５４に集めることができ、傾斜底板５３上に沈殿、堆積するのを確実に防止することができる。さらに下流室５２Ｄにおいて、上澄み水を排水するための上昇速度をスラグ汚泥の沈降速度未満とすることで、上澄み水に同伴されて排出されるスラグ汚泥の微粒状物の量を少なくすることができ、また下流室５２Ｄに設けた浮上防止部材６１により、さらに冷却水とスラグ汚泥とを良好に分離することができる。さらにまた、給水口５６ａから冷却水をオリフィス５５ａに向かって供給することにより、給水口５６ａの吐出流速から少ない減速でオリフィス５５ａに到達させて流速を十分に保持することができ、沈降するスラグ汚泥を良好に搬送して沈殿、堆積を確実に防止することができる。
【００３９】
［実施の形態２］
２枚の仕切り板を配置した沈降分離装置の実施の形態２を図４および図５を参照して説明する。なお、実施の形態１と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００４０】
図４に示すように、沈降分離装置８０の沈降槽５２には、上流側に第１仕切り板８１が配置され、この第１仕切り板８１と傾斜底板５３との間に、高さｄ１＝１．６ｃｍの第１オリフィス８１ａが形成されるとともに、上流室５２Ｕが形成される。また上流室５２Ｕの上部に給水口５６ａが開口されて冷却水を下方の傾斜底板５３に向かって放出する。また上流室５２Ｕで水面より下位に、給水口５６ａから供給された冷却水を分散させるメッシュ材などからなる整流部材８３が設けられている。
【００４１】
さらに沈降槽５２の上下流方向の中央部下流側に第２仕切り板８２が配置され、この第２仕切り板８２と傾斜底板５３との間に高さｄ２＝１．６ｃｍの第２オリフィス８２ａが形成され、第２仕切り板８２により中間室５２Ｍと下流室５２Ｄが形成される。
【００４２】
また給水管５６は、上面カバー５２ｆを貫通して給水口５６ａが下方の傾斜底板５３に向かって開口されている。さらに傾斜底板５３の傾斜角：α＝２０°で、給水口５６ａの給水量および攪拌水ヘッダー５８から供給される攪拌用給水量と、排水口６０ａから排出される上澄み水排水量およびスラグ汚泥排出口５７ａからスラグ汚泥に同伴される冷却排水に基づいて、第１，第２オリフィス８１ａ，８２ａにおける流速が１５〜３０ｃｍ／秒の範囲となるように設定される。
【００４３】
ここで、中間室５２Ｍの傾斜底板５３の長さ：Ｌｍと、下流室５２Ｄの傾斜底板５３の長さ：Ｌｄは、実験により求められている。すなわち、中間室５２Ｍにおける傾斜底板５３の長さ：Ｌｍは、第１オリフィス８１ａを通過する冷却水により、沈降スラグ汚泥が中間室５２Ｍの傾斜底板５３上に堆積しない長さである。
【００４４】
すなわち、図５に示すように、実験水槽９１にスラグ汚泥を含む冷却水（含水率９０％）を入れ、仕切り板９２により区画された下流室９１Ｄから上流室９１Ｕに上澄み水を、ポンプ９３と循環パイプ９４により循環させ、仕切り板９２の下部に形成された高さ：Ｈ＝２４ｍｍのオリフィス９２ａにおける流速が３．１８ｃｍ／秒となるように設定した。
【００４５】
この結果、オリフィス９２ａに堆積したスラグ汚泥Ｓの高さ：ｈ＝２０ｍｍであった。この結果、このオリフィス９２ａで実際に冷却水が通過した実高さＨ＝４ｍｍであり、したがって冷却水の流速が１９ｃｍ／秒となっていたことが分かった。
【００４６】
さらに傾斜角：α＝０°で、オリフィス９２ａから下流側に続くスラグ汚泥Ｓの堆積高さｈが均一に続く距離Ｌ１＝７５ｍｍであり、距離Ｌ１と実高さＨとの比：Ｌ１／Ｈ≒１９であることから、中間室５２Ｍの長さ：Ｌｍ＜（Ｌ１／Ｈ）×ｄ１＝２０×ｄ１を満足する範囲とすれば、中間室５２Ｍの傾斜底板５３上にスラグ汚泥がほぼ堆積することがない。
【００４７】
また上記実験では、オリフィス９２ａから下流側に続くスラグ汚泥Ｓの堆積高さｈが、冷却水により影響される距離：Ｌ２＝１８０ｍｍであり、距離Ｌ２と実高さＨとの比：Ｌ２／Ｈ＝４５であることから、下流室５２Ｄにおける第２仕切り板８２から集合枡５４までの傾斜底板５３の長さ：Ｌｄ＝（Ｌ２／Ｈ）×ｄ２＝４５×ｄ２以下とすれば、下流室５２Ｄの傾斜底板５３上にスラグ汚泥が堆積することがない。
【００４８】
もちろん、実施の形態１の下流室５２Ｄにおける傾斜底板５３の長さも、同様にして求めることができる。
上記実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加えて、第１，第２オリフィス８１ａ，８２ａを設けることにより、傾斜底板５３の長さを十分に確保して、沈降槽５２における冷却水の滞留時間を長く確保し、スラグ汚泥の沈降による分離効果を促進することができるとともに、傾斜底板５３上を流れる冷却水の流速を１５〜３０ｃｍ／秒の範囲に保持して、沈降するスラグ汚泥を確実に集合枡５４に流下させることができる。
【００４９】
なお、スラリーをスラグ冷却水としたが、これに限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る沈降分離装置の実施の形態１を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】沈降分離装置を備えた廃棄物処理設備の構成図である。
【図４】本発明に係る沈降分離装置の実施の形態２を示す縦断面図である。
【図５】実験水槽を示す縦断面図である。
【図６】従来の汚泥槽を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１１ 廃棄物焼却炉
１６ バグフィルタ
１８ 灰貯留ホッパ
１９ ダスト貯留ホッパ
２１ 灰溶融炉
３１ 水砕スラグ生成装置
３４ 冷却水循環ライン
３４ａ 回収ライン部
３４ｂ 戻しライン部
３５ 冷却水回収ライン
３６ スラグ汚泥再処理ライン
３７ スラグ汚泥回収ライン
４２ 上澄み水槽
４３ 循環ポンプ
４４ 熱交換器
５１ 沈降分離装置
５２ 沈降槽
５２Ｕ 上流室
５２Ｄ 下流室
５３ 傾斜底板
５４ 集合枡
５５ 仕切り板
５５ａ オリフィス
５６ 給水管
５６ａ 給水口
５７ スラグ汚泥排出管
５７ａ スラグ汚泥排出口
５８ 攪拌水ヘッダー
５８ａ 攪拌ノズル
５９ 給水管
６０ 上澄み水排水管
６０ａ 排水口
６１ 浮上防止部材
７１ スラリーポンプ
７２ 汚泥回収タンク
７３ 脱水収納袋
７４ 回収ポンプ
８０ 沈降分離装置
８１ 第１仕切り板
８１ａ 第１オリフィス
８２ 第２仕切り板
８２ａ 第２オリフィス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリーに含まれる微粒状物の水中の安息角未満で上流側上位から下流側下位に傾斜する傾斜底板を有する沈降槽に、スラリーを上流側から供給し、
スラリーを、沈降槽の上下流方向の中間位置に配置されて沈降槽を横断方向に仕切る仕切り板と傾斜底板との間に形成されたオリフィスを通過させて傾斜底板上に沿って流送することにより、傾斜底板上に沈降した沈降微粒状物を下流側に流下して、傾斜底板の下流端に設けられた集合枡に集め、
沈降槽の下流側から上層の上澄み水を排出し、
前記集合枡の沈降微粒状物を吸引して連続的に抜き出す
ことを特徴とするスラリーの沈降分離方法。
【請求項２】
スラリーを、溶融スラグを冷却して水砕スラグを生成した後のスラグ冷却水とするとともに、微粒状物をスラグ汚泥とし、
傾斜底板の傾斜角を１０°以上とし、
オリフィスにおけるスラグ冷却水の流速を１５ｃｍ／秒以上とし、
沈降槽の下流側で上澄み水を排出する排水速度を、上澄み水の上昇速度がスラグ汚泥の沈降速度未満となるように設定した
ことを特徴とする請求項１記載のスラリーの沈降分離方法。
【請求項３】
スラリーに含まれる微粒状物の水中の安息角未満で上流側上位から下流側下位に傾斜する傾斜底板を有する沈降槽と、
沈降槽の上流側に配置されてスラリーを供給する給水口と、
沈降槽の上下流方向の中間位置で配置されて沈降槽を横断方向に仕切るとともに傾斜底板との間にオリフィスを形成する仕切り板と、
前記傾斜底板の下流端に設けられた集合枡と、
前記集合枡に集められた沈降微粒状物を連続して排出する微粒状物排出口と、
沈殿槽の下流側上部から上澄み水を排出する排水口とを具備した
ことを特徴とするスラリーの沈降分離装置。
【請求項４】
スラリーを、溶融スラグを冷却して水砕スラグを生成した後のスラグ冷却水とするとともに、微粒状物をスラグ汚泥とし、
傾斜底板の傾斜角を１０°以上とし、
オリフィスにおけるスラグ冷却水の流速を１５ｃｍ／秒以上とした
ことを特徴とする請求項３記載のスラリーの沈降分離装置。
【請求項５】
給水口を傾斜底板に沿って下流側にスラグ冷却水を送り出すように配置し、
下流側で排水口より下位のスラグ冷却水中に、スラグ汚泥の浮上を防止する浮上防止部材を配置した
ことを特徴とする請求項４記載のスラリーの沈降分離装置。
【請求項６】
廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉と、当該廃棄物焼却炉から排出される飛灰と焼却灰とを溶融する灰溶融炉と、当該灰溶融炉から排出された溶融スラグを冷却水により冷却して水砕スラグを生成する水砕スラグ生成装置と、当該水砕スラグ生成装置から排出されたスラグ冷却水からスラグ汚泥を沈降分離する請求項４記載のスラリーの沈降分離装置とを具備し、
前記水砕スラグ生成装置から前記沈降分離装置に送られてスラグ汚泥を分離した上澄み水を、上澄み水槽を介して前記水砕スラグ生成装置に冷却水として循環させる冷却水循環ラインと、
前記沈降分離装置から排出されたスラグ汚泥を、透水性を有する脱水収納袋に貯留して脱水する汚泥回収タンクに送るスラグ汚泥回収ラインと、
前記脱水収納袋から排水された脱水後の冷却水を冷却水循環ラインに戻して再循環させる冷却水回収ラインと、
脱水後のスラグ汚泥を廃棄物焼却炉に供給して再焼却するスラグ汚泥再処理ラインとを有する
ことを特徴とする廃棄物焼却処理設備。
【請求項１】
スラリーに含まれる微粒状物の水中の安息角未満で上流側上位から下流側下位に傾斜する傾斜底板を有する沈降槽に、スラリーを上流側から供給し、
スラリーを、沈降槽の上下流方向の中間位置に配置されて沈降槽を横断方向に仕切る仕切り板と傾斜底板との間に形成されたオリフィスを通過させて傾斜底板上に沿って流送することにより、傾斜底板上に沈降した沈降微粒状物を下流側に流下して、傾斜底板の下流端に設けられた集合枡に集め、
沈降槽の下流側から上層の上澄み水を排出し、
前記集合枡の沈降微粒状物を吸引して連続的に抜き出す
ことを特徴とするスラリーの沈降分離方法。
【請求項２】
スラリーを、溶融スラグを冷却して水砕スラグを生成した後のスラグ冷却水とするとともに、微粒状物をスラグ汚泥とし、
傾斜底板の傾斜角を１０°以上とし、
オリフィスにおけるスラグ冷却水の流速を１５ｃｍ／秒以上とし、
沈降槽の下流側で上澄み水を排出する排水速度を、上澄み水の上昇速度がスラグ汚泥の沈降速度未満となるように設定した
ことを特徴とする請求項１記載のスラリーの沈降分離方法。
【請求項３】
スラリーに含まれる微粒状物の水中の安息角未満で上流側上位から下流側下位に傾斜する傾斜底板を有する沈降槽と、
沈降槽の上流側に配置されてスラリーを供給する給水口と、
沈降槽の上下流方向の中間位置で配置されて沈降槽を横断方向に仕切るとともに傾斜底板との間にオリフィスを形成する仕切り板と、
前記傾斜底板の下流端に設けられた集合枡と、
前記集合枡に集められた沈降微粒状物を連続して排出する微粒状物排出口と、
沈殿槽の下流側上部から上澄み水を排出する排水口とを具備した
ことを特徴とするスラリーの沈降分離装置。
【請求項４】
スラリーを、溶融スラグを冷却して水砕スラグを生成した後のスラグ冷却水とするとともに、微粒状物をスラグ汚泥とし、
傾斜底板の傾斜角を１０°以上とし、
オリフィスにおけるスラグ冷却水の流速を１５ｃｍ／秒以上とした
ことを特徴とする請求項３記載のスラリーの沈降分離装置。
【請求項５】
給水口を傾斜底板に沿って下流側にスラグ冷却水を送り出すように配置し、
下流側で排水口より下位のスラグ冷却水中に、スラグ汚泥の浮上を防止する浮上防止部材を配置した
ことを特徴とする請求項４記載のスラリーの沈降分離装置。
【請求項６】
廃棄物を焼却する廃棄物焼却炉と、当該廃棄物焼却炉から排出される飛灰と焼却灰とを溶融する灰溶融炉と、当該灰溶融炉から排出された溶融スラグを冷却水により冷却して水砕スラグを生成する水砕スラグ生成装置と、当該水砕スラグ生成装置から排出されたスラグ冷却水からスラグ汚泥を沈降分離する請求項４記載のスラリーの沈降分離装置とを具備し、
前記水砕スラグ生成装置から前記沈降分離装置に送られてスラグ汚泥を分離した上澄み水を、上澄み水槽を介して前記水砕スラグ生成装置に冷却水として循環させる冷却水循環ラインと、
前記沈降分離装置から排出されたスラグ汚泥を、透水性を有する脱水収納袋に貯留して脱水する汚泥回収タンクに送るスラグ汚泥回収ラインと、
前記脱水収納袋から排水された脱水後の冷却水を冷却水循環ラインに戻して再循環させる冷却水回収ラインと、
脱水後のスラグ汚泥を廃棄物焼却炉に供給して再焼却するスラグ汚泥再処理ラインとを有する
ことを特徴とする廃棄物焼却処理設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−３９６６９（Ｐ２００９−３９６６９Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０８６９２（Ｐ２００７−２０８６９２）
【出願日】平成１９年８月１０日（２００７．８．１０）
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月１０日（２００７．８．１０）
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
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