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産廃処理業-焼却 解説その1 > 解説その2 > 解説その3 > 解説その4

解説その1

廃棄物とは

 ひとくちにゴミとか、廃棄物とか言うが、法律的な取扱いはどうなっているのであろうか。  わが国の廃棄物処理は、「廃棄物の処理及び清掃に関する法律」(廃棄物処理法)に基づいて行われている。この法律は、それまでの「清掃法」に代わるものとして、1970年(昭和45年)の国会で制定され、改正が幾度もなされている。  法律の目的は、第1条では「廃棄物の排出を抑制し、及び廃棄物の適正な分別、保管、収集、運搬、再生、処分等の処理をし、並びに生活環境を清潔にすることにより、生活環境の保全及び公衆衛生の向上を図る」としている。総じて、廃棄物の抑制、減量、分別、再生を大きく打ち出していることが、この法律の趣旨である。

廃棄物処理法では、廃棄物を「ごみ、粗大ごみ、燃えがら、汚泥、ふん尿、廃油、廃酸、廃アルカリ、動物の死体その他の汚物又は不要物であって、固形状又は液状のもの(放射性物質及びこれに汚染された物を除く)」と定義しており、さらにこれが「一般廃棄物」(一廃)と「産業廃棄物」(産廃)に分けられている。 産廃は事業活動により生じる廃棄物であり、燃えがら、汚泥など19種類が指定されており、排出事業者の責任においての処理が義務づけられている。  一廃は産廃以外のものをいい、「特別管理廃棄物」(特管物)と「その他の廃棄物」とに大別されている。特管物の中のばいじんは捕集灰を指す。  法体系としては、整然と分類されているが、現実のごみは、たとえ分別収集が行われていたとしても、可燃ごみ中に不適ごみが混入することは避け得ない。そのことが、ごみ処理問題の原因の一つとなっている。物の製造から始まり、廃棄に至るまで、メーカー、消費者など全ての主体の努力が必要な理由である。

ごみを焼却する目的

 ごみ焼却の目的は、以下の3項目にまとめることができる。 ①無害化  ごみ中には、腐敗物、病原菌等の感染性物質などが含まれるが、これらは焼却炉内の高温状態下で、有機物は無機化されて安定化する。またPCB(ポリ塩化ビフェニール)に代表される有害化学物質も、焼却によって分解無害化できるものが多い。但し、これら無害化できるものは、有機性物質に由来するものに限られ、重金属類などは無害化できない。また、焼却過程途中でダイオキシンなどの新たな有害物質が生成されることもあり得る。

②無臭化  ①とも関連するが、700℃以上で高温焼却することにより臭気成分は熱分解し、無臭化できる。  無害化、無臭化、減量化のほか、発電や熱利用によるエネルギー回収があげられる。また、前述の他の処理方法には、多量.迅速な処理には不向きな点があり、現実的な対応として本方式が適用されることが多い。しかし、ダイオキシン、塩化水素など有害物質の発生、処理コストの増大、資源の浪費などの諸問題もある。諸問題の解決には製品LCA(Life Cycle Assessment)の推進や、分別収集の徹底、資源化に対する有効な支援措置などを行う必要がある。

③減量化 ごみの成分は、可燃分、水分、灰分に分類することができる。このうち、可燃分および水分は、焼却または蒸発によって、炭酸ガス、水蒸気となり大気中に拡散し、その分、ごみの重量および容積が減少する。容積は5~10%となり、埋立地の寿命が延びる。

焼却方式の種類

 焼却施設の主目的はごみの焼却であり、その役目を担う焼却炉は、焼却施設の心臓部を成すものである。この焼却炉の形式の違いにより、焼却方式は大きく、ストーカ方式、流動床方式、直接溶融方式の3種類に区分できる。このうち、ストーカ方式は焼却炉の主流であり、最も歴史が古く、また施設数も圧倒的に多い。それに対して後二者は、ごみ焼却炉としては比較的歴史が新しく、いずれも他産業の工業炉の応用であり、ストーカ方式にはない特徴を持っている。 ごみ炉の形式としては、この他に回転方式(ロータリーキルン)があり、産業廃棄物にはよく使用されるが、一般廃棄物での使用は少ない。ここので記述は省略。

■ストーカ方式 ストーカ炉は、小型炉から大型炉まであらゆる炉に用いられており、各炉メーカーは火格子の形状、材質、構造について研究と実績を重ね、それぞれに特徴がある。特に、使用状況が高熱、腐食、磨耗といった苛酷な条件下にあり、その良否はごみ焼却能力に直接影響を及ぼす。炉形としては、ベルトコンベヤのように火床全体が動く移床式(変形としての回転ローラ式)と、階段状に配置された火格子が前後動を行う階段式とに大別できる。中型炉以上では、階段式の採用が多い。ストーカ方式のポイントは、火格子の耐熱、耐磨耗と、燃焼空気の適切な配分にある。

■流動床方式 流動床炉は、炉内にある砂などの高温流動媒体を押込み空気で攪拌し、ごみを浮遊燃焼させるものである。元来が粉体など均質、軽量の物に適するとされ、ごみなど不均質の物には不向きとされていた。ストーカ炉以外のメーカーにより開発され、 1975年(昭和50年)頃より実用化され、現在では能力200トン/日級の炉も稼働している。炉内に、可動部がない、起動時間が短いなどの特徴がある。ごみの定量供給が難しく、そのため燃焼が間欠的になりやすく燃焼制御に工夫がいる。また捕集灰がストーカ炉より多い。

■直接溶融方式  縦型のシャフト炉であり、製鉄所の高炉等の応用である。この形式は、ごみとコークスを炉頂部より供給し、下部から酸素濃度を上げた空気を供給、コークスの燃焼熱とごみの燃焼熱で下部に残留する灰等を溶融する。この方式は、ごみを燃焼・焼却すると同時に灰等を溶融できる特徴を有する。ただし、そのためにコークスなど、他の化石燃料を必要とする。また、炉の操業に特殊な技術を必要とする。コークスの代わりに炉下部にバーナーを設けて、灯油などを用いるタイプもある。

解説その2

焼却処理の特徴

 ごみの処理処分方法としては、焼却処理の他に、直接埋立、たい肥化など、いろいろな方法があるが、ここでは他の処理方法と比較して、焼却処理の特徴、長短について環境との関連でまとめてみる。

■焼却処理 長所としては、減量化、無害化、無臭化のほか、発電や熱利用によるエネルギー回収があげられる。また、前述の他の処理方法には、多量・迅速な処理には不向きな点があり、現実的な対応として本方式が適用されることが多い。しかし、ダイオキシン、塩化水素など有害物質の発生、処理コストの増大、資源の浪費などの諸問題が山積しており、見直しの気運にある。今後は、これらのことを十分に考慮しつつ、安全で安価な焼却処理を実現しなければならない。そのためには製品LCA (Life Cycle Assessment)の推進や、分別収集の徹底、資源化に対する有効な支援措置などを行う必要がある。

■再生、再利用  限りある資源を有効利用することは、特に資源小国であるわが国にとって必須であり、今後おおいに推進すべきである。この適用には、資源化技術の中には未熟なものがままある。方法によっては前処理に多量のエネルギーが必要、需要のバランスに欠けるなどの問題があり、これらをよく吟味し、克服しなければならない。

■埋立処分  埋立地が十分ある場合には、最も簡単で手取り早い方法で経済的である。近代以前のように、ごみの主成分が動植物で工業製品などが少ない場合には、地中に埋めるか覆土を行うかすれば比較的問題は少ない。「土より生じたものを土に帰す」方法である。しかし、現在では、そのようなことが通用しなくなっている。問題点としては、土壌の汚染、浸出水による水質汚濁、メタンなど地球環境破壊物質の発生、ごみ収集車の交通量の増大などがあげられる。そして何よりも、ただでさえ少ない埋立処分地の逼迫に拍車をかけることになる。

■たい肥化 腐敗性有機物の微生物による分解作用を利用した処理方法である。肥料や土壌改良材として利用できる。また、ごみ中の炭素分のうち30%前後は、Co2に変化することなく、最終的に新しい微生物の細胞に同化するので、地球温暖化防止の面でも優れている。しかし、ガラス、重金属など有害物の除去が必要、製品であるたい肥の利用時期が限られ保管場所が必要、残置が30%と多く発生する、大都市域では適用しにくいなどの問題がある。

ごみの資源化

 ごみの資源化は、廃棄物処理法の精神である、廃棄物の抑制、減量、再生などを実現するために、大変重要なテーマである。資源化は、大きく物質回収とエネルギー回収とに大別できる。 焼却施設に限らず、ごみ処理の中間処理施設を計画する場合において、どのような資源化技術を採用するかは、非常に大切である。また逆に、どのような資源化を推進したいかによって、中間処理の内容が限られてくる。いかなる中間処理方式を採るにせよ、何らかの資源化を盛り込まない中間処理施設は考えられないので、技術的、経済的、社会的な面での慎重な検討が必要である。

■物質回収 物質回収方式を採用するについては、次のような諸条件の検討が必要である。 ①物質回収を行う場合には、固々分離、固液分離等さまざまな単位操作が必要となるが、これらの技術の中には、実用上問題なものがある。 ②処理過程での資源化不適物および処理残置について、最終処分の対策を確立する必要がある。また火災、爆発等に対して安全対策を確立する必要がある。 ③処理経費を抑制し、回収効率を向上するために、分別収集の徹底や手選別を組み込んだシステムの採用を考える。 ④再生品は価格の変動があるので、安定的な需要見通しや引取先を確実にする。また、経済効果を過大に見込まないこと。

■エネルギー回収 エネルギー回収は、直接的な熱回収と間接的な燃料回収とになる。また熱回収は、発電と熱利用とになる。 ①ボイラー等の熱交換器について、排ガスの性状をよく検討して、高温および低温腐食が起きないように、構造、温度などを適切に設計する。 ②発電については熱効率の低いことが問題であるので、効率の向上に努める必要がある。ただし、熱利用とのバランスを考慮して、低温域の廃熱の利用をもっと推進する必要がある。 ③電気や熱の利用先をあらかじめ検討し、経済的に問題がないようにする。  そのためには、施設の立地条件が非常に大切である。 ④燃料回収(油、ガス、 RDF(Refuse Derived Fuel))は、その製造や運搬にエネルギーが必要である。また一般に純度も劣るので、使用先の確認が必要である。 ⑤燃料の追い焚方式を採用する場合は、経済性を十分考慮のことが必要である。

焼却灰の行方

 焼却処理は先に述べたように中間処分であり、焼却施設の産物である焼却灰は、最終処分をしなければならない。最終処分の方法としては、埋立処分と資源化利用に大別できるが、その大部分は最終処分場に埋立される。ここの主題は焼却技術であるが、ここで最終処分場について考えてみたい。

 埋立処分を行うに当たって、まず考えなければならないことは、環境影響の抑制と処分場の跡地利用である。そのためには、住民の同意を得たうえで、自治体の総合的な計画を策定し、文化的な施設や公園などをつくることも考える必要がある。未来に環境問題を先送りするような施設であってはならない。なお、焼却灰の中で、捕集灰は、所定の処理をした後でないと、埋立処分はできない。 さて、最終処分場は、廃棄物処理法によりその施設方法が規定されており、安定型処分場・管理型処分場・しゃ断型処分場に区分できる。

■安定型 ガラス・陶磁器ぐず、金属ぐず、廃プラスチック類、建設廃材、ゴムくずのいわゆる「安定5品目」(注1に限られ、埋立による浸出水がないということが前提となっている。ただし、異品目の混入・付着により問題を起こしやすい。構造的には崩壊を防止するためのえん堤を設けるだけでよい。

■しゃ断型 有害物質を含む産廃で、固化処理等不溶対策ができないものに適用する。上部には屋根を設け、側面、底部はコンクリートで完全にしゃ断する。また埋立終了後は、コンクリートで蓋をする。

■管理型  最も一般的な処分場であり、重金属等の有害物質が公共水域に流出しない物に適用する。底部、側面はしや水シートを敷くなどのしや水工事を施し、浸出水を集水して無害化できる汚水処理装置が必要である。一般廃棄物の処分場は全てこの型に限られる。埋立とは、要するに地中に生息する微生物による有機物の分解作用を利用したものである。埋立途中(完了後も)では、メタンなどの可燃性ガスが発生するので、火災・爆発防止のためにガス抜管を設ける。なお、このガスを集めて燃焼させ、発電や熱利用を行っている施設もある。また、埋立時にはハエ、蚊などの害虫の発生を防ぐため、定期的な覆土を必要とする。

解説その3

ごみ焼却と地球温暖化防止

 1997年12月に京都で開催された「地球温暖化防止京都会議」(COP3)は、改めて全地球的観点から二酸化炭素(CO2)などの温暖化物質削減の必要性を認識し、先進国平均での削減率5%達成義務という一定の成果をあげた。この数字の達成は決してなまやさしいものではないが、将来世代への贈り物として、あらゆる主体の知恵と努力により実現しなければならない(日本は6%削減が義務)。

そのような条件の下、ごみ焼却を始めとして、ごみ処理に与えられた課題もまた深くかつ重い。差し当たり以下のような施策によって、 CO2削減の達成に寄与しなければならない。 ①限りある資源を有効利用するために、ごみの減量化や資源化を実現し、焼却量全体の削減を図ることにより、CO2を減少する。この方法は製造段階でのCO2削減につながり、効果が大きい。

②焼却するごみに対しては、ごみ発電を行うことにより、化石燃料使用量の減少を実現する。資源エネルギー庁の「エネルギー導入大綱」でも述べるように、2010年には400万kWの発電を見込んでいる。

③埋立処分場においては、地球温暖化物質であるメタン(CH4)の回収を行い、CH4の燃焼により発電を行う(CH4はCO2より温暖化効果大)。

④ごみ焼却施設は、市街地内において数万㎡と比較的広い敷地面積を有する。その特性を生かして、工場棟の屋根上での太陽電池の敷設を行う。これらの措置を積極的に採用することにより太陽電池の価格低下にもつながり、波及効果も期待できるだろう。

ごみ焼却の課題

ごみ焼却の基礎として、ごみ焼却の周辺事項も含めて全般的に述べてきたが、最後に、ごみ焼却およびその周辺事項の課題について、考えてみたい。

 限りある資源の有効利用と環境負荷の低減を考慮すると、私たちの社会経済活動は、従来型の大量生産・大量廃棄はもはや許されず、廃棄物を有効利用する資源循環型社会の構築に沿う方向に向かう必要がある。

■廃棄物の発生抑制とリサイクル 環境基本計画にも示されているが、ごみはそれを減らすということが第一義であり、その上に廃棄物のリサイクル・再利用がある。廃棄物は混ぜればごみ、分ければ資源という言葉があるように、事務所や家庭では分別してごみを出す努力が求められる。循環型社会の構築を実現するため国の施策として再生資源利用促進法、容器包装リサイクル法、家電リサイクル法の施行がなされている。

■マテリアル・リサイクル 生産工程上で端材を直接原料に戻せる場合が一番利用効率は高いが、それ以降は分別排出・分別収集が不可欠である。収集方式として、例えばデポジット方式、あるいは自治体による収集方式が取られる。  いずれにしても、収集には費用が掛かり、また再生コストを必要とする。一般的に、再生品は買い上げ価格が低いので、税法上の特典等により経済的に成り立たせる必要がある。

■サーマル・リサイクル 紙・プラスチック・厨芥等で、リサイクルの流通網に乗らなかったごみは、衛生処理、埋立地の確保のため焼却処理される。これからは100トン/日以上のボイラー付焼却炉あるいはRDF燃焼ボイラーが増える傾向にあるが、RDFには解決すべき多くの課題がある。一方、リサイクルの進展で、ごみの組成の変化や発熱量の低下等が予想されるため、適切な対応を必要とする。

■ごみ焼却施設 今後のごみ焼却施設は、熱利用をさらに推進し、また環境に対する影響をより少なくしなければならない。加えて、下記のような課題に取り組む必要がある。 ①微量有害物質について疫学上の解明により、受認限度とコストの関係を明らかにし、合理的な施設とする。 ②市民の理解と教育を深め、白煙防止や過度な建物意匠を抑制する。 ③民間委託や適切な規制緩和により、建設費および運営費を低減する。

解説その4

ダイオキシンとは

人間が作った最も強い毒といわれるダイオキシンが、なぜごみを焼却すると出てくるのだろうか?。 ダイオキシンは炭素と水素からできた二個の環状の炭化水素(ベンゼン環)の間に、酸素がはさまった形をしている。全部で八つある水素原子のいくつかが塩素に置き換えられたのが、ダイオキシン類である。  間の酸素の数が二つのものをダイオキシン、一つのものをフランといい、両方を合わせて「ダイオキシン類」と呼んでいる。

■ダイオキシンの発生源  簡単にいえば、有機物と塩素が存在すればダイオキシン類ができるのだから、ダイオキシン類は、ごみの焼却だけから発生するのではなく、全ての「燃焼」という化学反応によって生じることになる。自動車の排ガス、森林火災、たばこの喫煙など、身近な出来事からも発生する。 また、紙パルプの塩素漂白過程でも生成されるし、クロロフェノール、塩素系農薬などの有機塩素化合物の生産過程における不純物として生成されることもある。 1960年代にベトナム戦争でばらまかれた枯葉剤にも不純物として相当量のダイオキシン類が含まれていたといわれる。 しかし、現状では、ごみ焼却が発生の大半を占めるのは事実であり、1997年8月の大気汚染防止法の一部改正においては、廃棄物焼却炉と製鋼用電気炉からのダイオキシン類が指定物質に定められた。

■ごみ焼却とダイオキシン では、ごみを焼却すると、どうしてダイオキシン類が発生するのか。 その原因には、以下のいくつかが考えられる。 ①ごみ中に含まれていたダイオキシン類が分解されずに排出される場合。 ②クロロフェノール、クロロベンゼン、 PCBのような似た構造を持つ物質(前駆物質と呼ぶ)が炉内で反応してダイオキシン類になる場合。 ③排ガスの冷却過程で、前駆物質などの有機物がダイオキシンに変わる場合(新合成、デノボ合成などと呼ばれる)。 こうしてできたダイオキシン類の全てに毒性があるわけではなく、塩素の付く位置、数により毒性は異なり、1-3塩化物は無毒性とされる。4-8塩化物については、最も毒性の強い2.3.7.8の位置に塩素が付いた4塩化物を基準にしてダイオキシン類の毒性値を表している。

ダイオキシンの発生抑制

ごみ焼却におけるダイオキシン類の発生は、安定した完全燃焼によってダイオキシン類や前駆体を高温分解することで抑制できる。  この抑制には、温度(Temperature)、時間(Time)、攪拌(Turbulence)の3条件をコントロールすることが必要となる。この3条件は、その頭文字をとって3T条件とも呼ばれる。具体的には次のことが重要となる。

① 温度(Temperature)は、焼却炉内で燃焼ガス温度を高温に維持すること ② 時間(Time)は、燃焼ガスの滞留時間を十分に確保すること ③ 攪拌(Turbulence)は、燃焼ガス中の未燃ガスと燃焼空気との混合攪拌を行うこと

 焼却炉のガイドラインでは、新設炉に対し、燃焼温度850℃以上(900℃以上が望ましい)、滞留時間2秒以上、かつ、炉形状や2次空気の供給方法を考慮することにより、効果的な燃焼ガスの攪拌を行い、完全燃焼を達成するよう定めている。

 不均一な性状の燃料であるごみを安定燃焼させるためには、ごみの攪拌、定量供給、適正負荷運転も重要なことである。そのために、ごみの供給・ごみピット内のレベル調整・ごみの積替え・ごみの混合攪拌を自動的に行うごみクレーン自動運転・ボイラー蒸発量・ごみ処理量・排ガス中酸素濃度などを自動的に制御する自動燃焼制御装置が開発ざれ実用化されている。

 もう一つのダイオキシン類発生要因であるデノポ合成(新合成)の防止に対しては、燃焼ガスの急冷および低温化が有効である。デノポ合成は、300℃付近で最も発生しやすいと言われているので、集じん機入口での排ガス温度をおおむね200℃以下まで低減するよう、「廃棄物の処理及び清掃に関する法律」に定められている。

 冷却方法には、ボイラーエコノマイザーの設置、水噴射による直接冷却、空気式ガス冷却器による間接冷却、冷空気の混合による直接冷却等がある。  集じん機、特にバグフィルターの場合、入口での排ガス温度を低減することは、ダイオキシン類だけでなく、重金属類や乾式排ガス処理における酸性ガス(塩化水素、硫黄酸化物)の除去効率が向上するので、この点でも好ましい。

 排ガスの冷却方式に廃熱ボイラーや空気加熱器を使用する場合、伝熱面上に多量のダストが付着堆積すると、デノボ合成を促進することになる。したがって、廃熱ボイラーや空気加熱器はダストが付着堆積しにくい構造とする。  また、付着堆積したダストを除去する装置(スートブローやハンマリング装置)の設置もダイオキシン類の発生抑制対策の一つである。



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