JP2001504382A - ゴミのリサイクルおよび転換用の装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 都市固体ゴミは、網目を形成した円筒型回転ふるい（２８）を用いて密度およびサイズに応じて分類される。ガス流が上記網目を通過して回転ふるい（２８）の内部へ導入されて下方へ流れ、紙類やプラスチック類を巻き込み、回転ふるい（２８）の下端より外側へ移送する。２段階（６１，６２）にわたる嫌気性消化処理および、リグニン被覆のセルロースファイバーを露出させるための有機物蒸煮器（６３）での処理を受けた残留物から、鉄性および非鉄性金属を分離する。この際、水銀は蒸気加熱処理の最初の段階で水銀蒸気として分離され、（９３）で凝縮されて収集される。嫌気性消化物の固体部分は、（１０４）で酸化されて重金属を溶解させる。そして、電気溶着方法により該重金属を溶液から回収する。最後に残った残留物は、中和されて処分される。

Description

【発明の詳細な説明】 ゴミのリサイクルおよび転換用の装置および方法 本発明は、ゴミのリサイクルおよび転換に適される装置および方法に関し、詳 しくは、都市固体ゴミ（Municipal Solid Waste）例えば家庭および産業界の廃 棄物またはゴミをリサイクルし転換するための装置および方法に関する。 出願人が承知している従来の装置および方法は、希望通りのゴミ処理効果をあ げられていない。これらの装置および方法は、ゴミを陸地に埋めたり焼却したり することから、毒成分または他の危険成分が空気を汚染してしまい、陸地の環境 汚染問題となっている。 本発明の装置および方法は、ゴミを陸地に埋めたり焼却したりすることがない ため、上記の汚染問題が避けられる。つまり、ゴミ処理により得られたものは、 すべて商品として売れるので、毒成分または他の危険成分を含む気体の放射が回 避され、陸地を汚染する汚染物の排出も避けられるようになる。 本発明における一つの特徴は、都市固体ゴミを分類する円筒型回転ふるいにあ る。 該回転ふるいは、 回転軸を中心に回転できるように駆動され、所定サイズ範囲内のゴミ顆粒が通 過できる網目を側壁に形成し、傾斜状に配置された円筒状ドラムと、 円筒状ドラムの上端に都市固体ゴミを導入する手段と、 円筒状ドラム側壁の網目を通過してガス流をドラムの内部へ導入し、該ドラム の下端部を通って上記ガス流を導出することで、密度が比較的 低いゴミをドラムの下端部より取り除くことができる手段と、 を備えている。 上記した円筒型回転ふるいは、都市固体ゴミを処理する最初の段階で用いられ ている。出願人が承知している従来の回転ふるいは、ただサイズに基づいてゴミ の分類を行っているが、本発明の回転ふるいは、サイズだけでなく密度にも基づ いてゴミの分類を行う。例えば、上記したガス流は、回転ふるいを通過するとき 紙類やプラスチック類など比較的軽いものを移動させ、従来の方法でも対応でき るガス流となり、商品価値のあるリサイクル紙およびプラスチックを提供するこ とができる。 本発明における効果の一つとしては、処理の後半段階では、空気分類器を必要 としなくなり、装置の運転に必要なエネルギーは低減される。 本発明における他の特徴は、消化可能な有機物とリグニン被覆のセルロースフ ァイバーと水銀とを含んでいる都市固体ゴミを消化および浄化する方法にある。 このようなゴミの消化および浄化方法は、 基質ゴミを液状にスラリー化し、スラリー状ゴミを形成させることと、 スラリー状ゴミを嫌気性消化処理の第１段階で処理し、少なくとも該スラリー 状ゴミに含まれた有機物の大部分を消化することと、 液状部分を取り除いて、固体状の消化済ゴミを形成させることと、 固体状の消化済ゴミを水蒸気で加熱し、水と水銀とを含む蒸気を形成させると 共に、実質的に無水銀状態の固体ゴミを形成させることと、 水と水銀とを含む蒸気を固体ゴミから分離するように収集して凝縮し、液状の 水および水銀を得ることと、 周辺の大気圧力を高め、加熱された固体ゴミを爆発的に分解し、セルロース内 表面を露出した破裂状態のファイバーを含む固体ゴミを形成させることと、 上記のように処理された固体ゴミを液状にスラリー化し、得られたスラリー状 のものを嫌気性消化処理の第２段階で処理することと、 第２段階で処理されたものを回収することと、 を含んでいる。 上記した方法で処理した都市固体ゴミは、紙類とプラスチック類と鉄類とアル ミニウム類と他の非鉄金属とが取り除かれているので、基本的には有機性基質の ものである。 本発明におけるもう一つの特徴は、消化物はほぼ直線状に消化器を通過し、消 化器内における各エリアの温度は、循環かつ圧縮された加熱状ガスと非加熱状ガ スとを含むガス混合物を導入することによって制御される。 本発明における他の特徴は、リグニンおよび重金属を含む都市固体ゴミを嫌気 性方法により消化して得られたゴミ残留物から重金属を回収する方法にある。 このような回収方法は、 ゴミ残留物を用意することと、 上記ゴミ残留物をミネラル酸溶液と混合させて、重金属の陽イオンとリグニン とを含有する重金属塩の溶液を得ると共に、不溶の残留物を得ることと、 不溶の残留物から溶液を分離することと、 分離された溶液を電解することと、 リグニンの存在下で、重金属の陽イオンを電気溶着させて、重金属の電着物を 形成させることと、 上記電着物を回収することと、 を含んでいる。 リグニンの存在、好ましくは、上述した嫌気性消化処理で得られた残 留物としての存在は、重金属の電解分離を効率アップさせることができる。 さらに、嫌気性消化済のゴミに残っているプラスチック残留物は、酸化工程で 回収されるようになっている。ここで、酸溶液の比重により、プラスチック類や 未消化の有機物が酸溶液の表面に浮かび上がるので、これらをすくい取ることに よって分離することができる。 以下、実施例を挙げて図面を参照しながら本発明を詳しく説明する。 図１〜図３は、ゴミをリサイクルし転換する本発明の方法を実施するための装 置、および該装置の各段階を順次に示している説明図である。 図４は、図１〜図３に示す装置の一部を構成する円筒型回転ふるいの拡大斜視 図である。 図５〜図７はそれぞれ、本発明装置の一部となる消化器の好ましい例を示す平 面図、側面図および底面図である。 図８は、本発明方法に用いられる蒸気爆発装置の好ましい例を示すフローチャ ート図である。 上記した図面において、同一符号は同じ部品を示す。 図１は、本発明におけるゴミのリサイクルおよび転換方法の第一部分を示して いる。該方法では、都市の固体ゴミは、ゴミ捨て場１０に捨てられ、好ましくは 負圧条件の密閉環境に捨てられる。この負圧条件は、送風機１２を用いてライン １１に沿って空気を引き上げることによって得られる。引き上げられた空気は、 バグハウスフィルター１３を介して、次の送付機１４へ流れ込む。送付機１４か らの空気流は、燃焼用の空気として、発電所（図示せず）に用いることができる 。 ゴミ捨て場１０からのゴミは、手作業の選別ライン１６に沿って配置されたコ ンベアにより移送され、途中で大きいゴミが作業者の操作により除去される。そ の後、大きいサイズの鉄類金属は、コンベア１８によ り貯蔵所１７に移送され、大きいサイズの段ボール類は、コンベア２１により貯 蔵所１９に移送される。そして、これらのゴミは貯蔵所１７および貯蔵所１９か ら定期的に移出され、梱包機２２で圧縮されてから別のところへ運ばれていく。 手作業選別ライン１６の一端近傍でコンベア２３が設けられている。コンベア ２３により、手作業選別ライン１６からのゴミが、従来方式の破砕機２４へ移送 される。この際、破砕を必要としない小さいサイズのゴミ破片は、図１の矢印２ ６で示すように、作業ライン１６とコンベア２３との隙間を通過して直接にコン ベア２７に落ちる。なお、コンベア２７は、破砕機２４からの破砕状ゴミをも受 けるようになっている。 破砕状ゴミは、図４に詳しく示されている円筒型回転ふるい２８へ移送される 。 図４に示すように、円筒型回転ふるい２８は、下向きに傾斜している円筒状ド ラム２９を有して構成されている。該円筒状ドラム２９は、ゴミの材質によって サイズが異なっているが、最も普通の例としては、１２フィートの直径を有する とともに７０フィートの長さを有している。ドラム２９は、一連の網目スクリー ンを有して構成されており、網目のサイズは、ドラム２９の下端へ接近するほど 大きくなっている。 図４では、明瞭に図示するために、ただ二つの網目スクリーン２９ａ、２９ｂ を示しているが、しかし当業者として判るように、このような円筒状ドラムは通 常、多数の異なる網目スクリーンを有しており、網目サイズはドラムの一端から 他端に向かって徐々に大きくなっている。例えば、第１の網目スクリーン２９ａ は、直径２〜３インチの網目を有し、第２の網目スクリーン２９ｂは、直径４〜 ６インチの網目を有している。 さらに、ドラム２９の内壁面から、ドラム中心の軸線へ向かって延びるように 従来形状の大クギが複数で設けられており、円筒型回転ふるい ２８内に入ったゴミを破砕または粉砕することができるようになっている。 ゴミ処理の作業時に、固体状ゴミが図４の矢印３１で示すようにドラム２９の 上端に導入される。該ドラム２９は、従来方式の駆動手段により駆動され、図４ の矢印３０ａで示すように長手軸３０を中心に回転できる。このとき、ゴミはド ラム２９の内面に沿って転がり落ちながら、破砕用の大クギで破砕される。 ここで、小さくて重いゴミは、矢印３２で示すように、最初の網目スクリーン 例えば網目スクリーン２９ａを通過して下方へ落ちて、図１に示すコンベア３３ へ到達し、さらにコンベア３４へ移送される。 一方、大きくて重いゴミは、図４の矢印３６で示すように網目スクリーン２９ ｂを通過して下方へ落ちて、図１に示すベルト３７により移送され、破砕機３８ に到達する。破砕機３８で破砕されたものは、ベルト３４に落ちる。 ゴミの組成により、上記した網目スクリーン２９ａおよび２９ｂは、ベルト３ ３、破砕機３８、或いは所定のサイズまで材料を砕ける適正な他の粉砕機へゴミ を供給できるようになっている。 また、一種のガス流は、網目スクリーン２９ａおよび２９ｂの網目を通って円 筒型回転ふるい２８の内部へ導入され、そして該回転ふるい２８の下端部３９よ り、外側へ放出される。 上記したガス流は、好ましくは空気であるが、必要に応じて他の種類のガス流 、例えば不活性ガス（窒素ガスや二酸化炭素ガス）を使用してもよい。このよう なガス流を使用することによって、円筒型回転ふるい２８の上端部で、周囲の大 気より低い圧力条件（負圧）が形成される。そのため、紙類やプラスチック類は 、網目スクリーン２９ａおよび２９ｂの網目を通って下方へ落ちることなく上記 ガス流に巻き込まれて、図 １の矢印４１で示すように、回転ふるい２８の下端部３９より外側へ移送される 。 この場合、通常の都市固体ゴミに含まれているものは、紙類、プラスチック類 、さらに高密度の材料例えば非紙類、非プラスチック類の金属、そして有機物例 えば木や野菜などである。そこで、円筒型回転ふるい２８は、これらのゴミを分 類して、密度の高いもの（図４に示す流れ３２および３６、紙類やプラスチック 類に少ないが、非紙類や非プラスチック類に多い）と、密度の低いもの（図１に 示す流れ４１、非紙類や非プラスチック類に少ないが、紙類やプラスチック類に 多い）とに分ける。 上記ガス流は、網目スクリーン２９ａおよび２９ｂ等を有したドラム２９の外 側で傾斜状に送風するように配置された複数の送風機４２によって、引き起こさ れている。或いは、回転ふるい２８の下端部から軸方向に離れたエリアに配置さ れたファン、送風機または他の類似機械を使用することによって、気流を引き揚 げることで上記のガス流を発生させることもできる。 このようにして、気流４１に巻き込まれた紙類やプラスチック類は、分離され るようになる。例えば、飛ぶ途中の紙類とプラスチック類とを含む混合体が、高 温のガスまたは蒸気に晒されるので、プラスチック類は収縮されまたは崩される ことで高い密度のものとなり、気流から横方向に分離されることも有り得る。 図１に示す好ましい例では、気流４１は、紙類がプラスチック類と分離される 高温ドラムまたは他の分離装置４２に流れる。分離装置４２で、プラスチック類 は一旦ドラムの表面に付着して、後にスクレーパーまたは他の類似手段により取 り除かれる。一方、紙類はドラムを通って引き続き進行し、送風機４３により、 負圧条件下の斜壁容器４４を構成する紙類の貯蔵／圧縮手段へ移送される。容器 ４４からの紙類は、さらに梱 包機４６により圧縮梱包され、別のところへ運送されていく。 なお、ドラム４２で分離されたポリエチレンまたは他のプラスチック類は、負 圧条件下の斜壁容器４７を構成するプラスチック類の貯蔵／圧縮手段へ移送され る。容器４７からのプラスチック類は、さらに梱包機４８により圧縮梱包され、 別のところへ運送されていく。 図１に示すように、破砕機２４と破砕機３８の近傍および、紙類を貯蔵する容 器４４の近傍は、周囲の大気圧よりやや低い圧力に維持されており、これにより ほこりの放出を抑制している。この低い圧力の条件は、送風機１２ａ，１２ｂ， １２ｃを装備した送風ライン１１ａ，１１ｂ，１１ｃによって形成されており、 引き揚げられた空気は、送風機１２ａ，１２ｂ，１２ｃを通って、バグハウスフ ィルター１３ａ，１３ｂ，１３ｃに流れ込む。このようにほこりを取り除いた空 気は、送風機１４ａ，１４ｂ，１４ｃによって周囲の大気に排出され、或いは必 要に応じて、燃焼用空気として近辺の発電所に送られていく。 さらに図４に示すように、ドラム２９の下端部３９に隣接する部分には、鉄類 を分離するための磁気分離手段を設けている。該分離手段により磁界が発生して いるが、該磁界は、上部象限を除くドラム２９の外表面全体に及んでいる。ここ で、磁界発生手段は、ドラム２９に接続されている複数の電磁石２９ｃを有して 構成されており、これらの電磁石２９ｃはドラム回転中の上部に接近するときＯ ＦＦとなるように設計されている。或いは、磁界発生手段は、上部象限を除くド ラム２９の外表面全体を囲んで延びるように配置された固定磁石で構成されてい る。このような構造により、鉄類はドラム２９の内壁に付着されて、ドラムの回 転により持ち上げられ、そしてドラム２９の内面（回転中の上部に接近している 部分）から鉄類移送用のコンベア４９（図４）に落とされる。このように鉄類は 、図４の矢印５１が示すところに運ばれていき、さら にコンベア３３おおび５２（図１）により鉄類貯蔵／圧縮手段５３へ移送される 。 この際、コンベア３４に沿って進行中の重い鉄類などは、磁気分離手段５４の 作用により選別される。従って、鉄類や他の磁性材は、コンベア３４から取り上 げられ、鉄類移送用のコンベア５２により、鉄類貯蔵／圧縮手段５３へ移送され る。 なお、残りの非磁性材のゴミは、コンベア５６により移送される。コンベア５ ６により移送されるとき、これらの非磁性材のゴミは、従来方式の渦電流発生器 ５７の作用に晒される。該渦電流発生器５７によって、ゴミ中の電導性金属特に アルミニウムに渦電流が誘起されるので、電導性金属がコンベア５６から横方向 に押されてコンベア５８に到達し、さらにコンベア５８により非磁性材貯蔵／圧 縮手段５９へ移送される。 コンベア５６上に残っている他のゴミの大部分は有機物である。このときのゴ ミは例えば植物であり、すなわち野菜類、木類、木質繊維、非野菜類の食物であ る。これらのゴミ類は、図２および図５〜図８に示す２段階式の嫌気性消化装置 に送り込まれる。 図２に示す２段階式の嫌気性消化装置は、有機性ゴミを分解して気体を生成さ せる嫌気性消化器６１及び６２を備えている。これらの消化器を用いることで、 有機物のほぼ完全な消化を実現できる（例えば有機物の約９５％が消化される） ので、過剰な煎汁を処理する必要性が少なくなる。 該ゴミ処理の方法は、通常、２段階の嫌気性消化処理を含んでおり、さらに図 ８に示す有機物蒸煮器６３を備えている。本願発明者が承知している従来の消化 装置は、複数のシリンダー状タンクを備えており、各シリンダー状タンクは、真 ん中の壁部と傾斜状底部とを有している。このような構造では、消化対象物が消 化装置の入口から出口まで移動する ときの速度が妨げられるようになっている。また、上述した従来の装置では、消 化装置の入口に蒸気を供給することで、原料の温度を中温条件または高温条件に 昇温させるようになっているため、上記した従来の装置においては、消化装置内 の温度制御は、本発明ほど容易ではない。 さらに、本発明の方法によって、有機物から水銀成分を取り除くことができる ので、商品価値を有するものを生産できるようになる。 詳しくは、上記した消化器６１は第１（主要）消化器で消化器６２は第２（補 助）消化器である。これらの消化器６１および６２は共に、連続的な原料供給を 受ける水平状のタンクであって、各タンクは略傾斜状の底部を有するが、内部に おいて機械的に動く部材が設けられていない。このような構造により、消化装置 全体を低コストで構築することができ、また、一年中にわたりメンテナンス費用 が殆どかからないため装置を低コストで運転することができる。 さらに、上記した消化器６１および消化器６２は、水平状に配置されているタ ンクであるので、消化物または有機物が消化器の入口から出口まで自由かつ直線 状に移動することができる。破砕された都市ゴミは、主として消化可能な有機物 とリグニン被覆のセルロースファイバーと水銀とを含んでいるが、付近の埋め立 てゴミ処理場および／または水処理場からリサイクルしてきた消化溶液および浸 出物と混合してもよい。埋め立てゴミ処理場からの浸出物を使用することにより 、嫌気性の消化過程を促進することになる。 ゴミは消化器６１または消化器６２を通過しているとき、好ましくは、リサイ クルしてきた消化器の圧縮ガスと混合されて加熱される。なお、リサイクルして きた消化器の圧縮ガスは、通常は容易に取れる熱源で加熱状態にある。ここの熱 源とは、例えば、付近の発電所から熱交換器を経て送られてきた燃焼ガスの余熱 であり、或いは消化器ガスの一部を燃 料として熱交換器用の高温ガスを提供する。消化器全体の異なる区域の混合量お よび温度を制御することによって、有機性ゴミの消化は最良状態となることが可 能である。 ここで、第１消化器６１は、非繊維性有機ゴミおよび一部の繊維性有機ゴミを 消化し、第２消化器６２は、有機物蒸煮器６３での処理を受けた後の繊維性有機 ゴミを完全に消化するように構成されている。これにより、ヨーロッパおよび北 米の嫌気性消化処理に生じている、過剰な水および溶液が発生するという問題が 回避できるようになる。 有機物蒸煮器６３での処理は、繊維板（例えばMASONITEの商標名で製造される 硬質の繊維板）の生産過程における従来の蒸気爆発処理とほぼ同様であるが、た だし一つ大きな違いが存在している。すなわち、本発明における蒸気爆発処理は 、以後の消化処理を行うために、繊維性有機ゴミに含まれたリグニン被覆のセル ロースファイバーを露出させるためである。これに対して、従来の蒸気爆発処理 は、繊維板を製造するため、セルロースからリグニンを剥離するためである。さ らに、本発明における蒸気爆発処理は、爆発が発生するときの温度および圧力が 重要ではないので、処理時の温度および圧力を相当大きい幅で自由に選択するこ とができる。なお、高温および高圧のとき、消化器６１から出たゴミに含まれた 水銀は、液体状態から蒸気状態に蒸発されるようになっている。蒸発された水銀 は、水蒸気に混入される。従って、蒸発された水銀と水蒸気の混合物を凝縮器で 凝縮することによって、該水銀を除去することができる。このように、混合物に 含まれた二つの成分の密度差（水銀の密度が高い）を利用し、水銀を分離するこ とが簡単にできるようになる。その後、水銀が先に排除されてから、液状の凝縮 物が排除される。 ここで、パルプおよび紙の製造業に使用されるパルプ処理方法と違って、第２ 消化器６２は、ほぼ完全にリグニンを分離したセルロースを消 化するため、ファイバーに対して再度の脱リグニン処理を行う必要がなくなる。 一方、上記したリグニンは、後述する製品表面処理の電解工程における触媒とし て使用することができる。或いは、ゴミ処理過程の最後に出る凝集体に残しても よく、または分離されてから売ってもよい。 図２において、選別および再生利用のところから移送ライン５６によって運ば れてきた固体ゴミは、上述したように大部分が有機性ゴミであり、第１の嫌気性 消化器６１に送り込まれる。このように固体ゴミは、消化器６１に連続投入され るが、消化器６１の内部において、一つまたは複数の区域は中温条件（約３５〜 ４０℃）に保たれ、他の一つまたは複数の区域は高温条件（約５５〜約６０℃） に保たれる。固体ゴミが消化器６１内に投入されると同時に、液体がポンプ６４ により輸送ライン６６に沿って消化器６１に供給されることで、消化器６１内の 消化処理が促進される。充分な液体、例えば水、浸出溶液、または再循環してき た消化溶液を消化器６１内に供給することによって、流動一貫性を持つ固体ゴミ のスラリーが形成される。 詳しくは、図５〜図７に示すように、消化器内のガスは、ライン６７に沿って 消化器６１の頂部に集中される。ここで図５〜図７は、消化器６１につき構造の 細部まで示しているが、消化器６２も同様な構造を有している。ライン６７に沿 って集まっている消化器ガスの一部は、混合および加熱のため、ライン６９に沿 って再循環するようになっているが、消化器ガスの大部分は、ライン７１に沿っ て移送され、発電所用の燃料として使用され、または他の用途として使用される 。 再循環ガスは、圧縮機６８を通って流れ、他の対象物と混合し易いようになっ ている。量をコントロールした再循環ガスは、移送ライン７２に沿って熱交換器 ７３を通過している。熱交換器７３では、入手しやすい加熱媒体を用いてガス温 度を約５５〜約６０℃まで上昇させる。なお、 本発明のゴミ処理装置を発電所と併用した場合、この加熱媒体は燃料ガスでもよ い。この際、再循環ガスの他の部分は、該熱交換器７３を避けてバイパスしてラ イン７４に沿って流れていく。 このとき、制御バルブ７６を用いることで、ライン７７を流れる加熱ガスとラ イン７４を流れる非加熱ガス（消化器６１の各区域に供給される）との比は、調 整およびコントロールすることができるので、各区域の温度を制御することが可 能となり、異なる細菌の区域（例えば消化器６１内における中温区域および高温 区域）を確立および維持することができ、消化処理を促進するようになる。 さらに、引き込みライン７８に沿って、流体浸透可能な傾斜状底部７９を通過 し上方へ流れるガス流は、コントロールされることで、ゴミスラリーの流動化を 制御することができる。従って、流体の流動速度および消化器６１内における停 留時間をコントロールできるようになる。このように、消化器内においてゴミス ラリーの状態および傾斜状底部７９の傾斜角度が一定していれば、消化器６１を 通過して流動するスラリーの流速および消化器内での停留時間を、上記ガス流の 制御によりコントロールできるようになる。ここで、傾斜状底部７９と水平面と の角度は、好ましくは０．２〜０．４度である。 図２に示すように、符号８１が示す箇所で消化器から移出されたゴミは、移送 ライン８３に載って固体−液体分離装置例えばプレス８２へ移送される。該プレ ス８２では消化器からの溶液が捕捉されて、ライン８４に沿って再び消化器の前 側に循環されるようになっている。このように消化器からの溶液を循環させるこ とによって、有機物蒸煮器６３に必要な熱を低減することが可能となる。 上述したように、第１の消化器６１は、露出されたセルロースのみを消化する が、リグニン被覆の繊維性ゴミを消化しないようになっている。 図８に詳しく示すように、分離器８２（図２を参照）からの固体状ゴミは、移 送ライン８６により移送され圧縮機８７を経て、水蒸気爆発ドラム８８に送り込 まれる。ここで、固体ゴミを圧縮することによって、ドラム８８での処理がスム ーズになる。この際、水蒸気は供給ライン８９により、加圧および高温の条件下 でドラム８８に供給され、ドラム８８および固体ゴミを所定の圧力に加圧する。 好ましくは、３００〜５００℃の温度、更に好ましくは４００℃の温度を持ち１ ２００プサイア以上の圧力を有した過熱水蒸気は、供給ライン８９によってドラ ム８８に供給される。ドラム８８内の固体ゴミに対する直接加熱および加圧は、 この後の爆発性減圧のときにセルロースファイバーが充分に露出できる程度まで 行われる。好ましくはこのような直接加熱および加圧は、ドラム８８内の水蒸気 が、２７０〜３００℃に対応し８００〜１２００プサイアの圧力を有する飽和水 蒸気になるまで行われる。 ドラム８８内における圧力が所要の圧力になると、ドラム８８における全ての 引き込み口が閉じられると共にドラム底部のバルブ９が開けられることで、ドラ ム８８中のゴミはフラッシュタンク９２に降ろされる。フラッシュタンク９２で 所要の爆発処理が行われて、繊維性有機物が破砕され、セルロース内部組織が露 出されるようになる。タンク９２からのゴミは、さらに第２の消化器に移送され 、次の消化処理を受ける。 図８において、ドラム８８内のゴミを水蒸気により加熱する最初の段階では、 バルブ９０が開けられて、水蒸気および他の蒸気混合物がドラム８８から移送さ れ、１個または複数個の凝縮器９３を通過することで、水蒸気中の水銀を回収す る。そして、凝縮器９３からの凝縮液を静止させることによって、水層と液状水 銀層とが分離される。この後、バルブ９３ａを定期的に開けて、下方の水銀層を 放出して回収する。なお、分離された水は、消化器６１に戻されるようになって いる。 蒸気による処理の最初工程は、ドラム８８内における処理中のものが基本的に 水銀を含まなくなるまで行われる。操作のとき、バルブ９１を開ける前にバルブ ９０を閉じる。 一方、フラッシュタンク９２からのゴミは、コンベア９４に載って第２消化器 ６２に移送される。従って、未消化の有機性ゴミは、上記した第１消化器６１と 同じ方式で第２消化器６２内で消化される。すなわち、消化器ガスが、第２消化 器6２からライン９６により集められるが、一部の消化器ガスが熱交換器９７を 経て引き出され、消化対象物の加熱および混合のために用いられ、他の一部の消 化器ガスはライン９８により単に混合のために引き戻される。この場合、ゴミは 第２消化器６２から移出されて、移送ライン９９により次の工程へ移送される。 このときのゴミは主として、未消化の有機物（例えば、リグニン）を少々含む不 活性物質であって、さらに少量のプラスチックおよび重金属を含んでいる。この ように、第２消化器からのゴミは、分離器例えばプレス１０１を通過するとき消 化溶液が回収される。回収された消化液は、液体移送ライン１０２によって第２ 消化器の前側へ再び循環される。 図２、図５〜図７に示すように、第１および第２の嫌気性消化器６１，６２は 、好ましくは長方形をしており、送り込まれる充分な量のゴミを処理できるサイ ズを有している。また、それぞれの消化器６１および６２は、すべて長方形であ るため、送入されるゴミは側壁６１ａにより案内されてほぼ一直線に沿って引き 込み口から引き出し口へ移動される。すなわち、消化対象物の流れに障害物がな い。また、ガス圧縮機６８および６８ａによって、消化器６１および６２におけ る消化対象物の重力を克服するための圧力が得られる。 本発明を確実に実施できるように、上記第１消化器６１および第２消化器６２ 内における消化対象部の停留時間は、約２０日間と決められて おり、消化器内のｐＨは、必要に応じ従米の緩衝液を添加することによって約７ に維持されている。また、第１消化器６１で消化される有機物は、ここに送入さ れる有機物量の５０％となるが、第２消化器６２で消化される有機物は、送入さ れる有機物量の９０％となる。従って、合計消化量は、有機性ゴミ全体の９５％ となる。そして、消化器６１および６２へのエネルギー入力は、６６０００[Ｂ ＴＵ／トン・時間]を必要としている。該エネルギー入力により、消化器６１お よび６２は、運送ライン５６および９４に沿って供給されるゴミの量に応じて、 所要の高温性条件に加熱されることが可能となる。さらに、ガス圧縮機６８およ び６８ａは、循環されるガスを好ましくは約１５psigの圧力まで圧縮し、圧縮さ れるガスは、各消化器内においてゴミ混合に用いられる。このようなガス圧縮に より、各消化器内の圧力が１〜３psigとなる。また、このようなガス圧縮により 、消化器ガスを移送するのに必要な圧力を補充することができる。 また、好ましい例としては、有機物蒸煮器６３（図２および図８）において、 ドラム８８の１回分のゴミを処理する時間は、約１〜２分であり、８００〜１２ ００プサイアの圧力を有する飽和水蒸気の圧力を得られるように蒸気爆発ドラム ８８内の温度および圧力を上昇させるための加熱量は、移送ライン８６により移 送されてきたゴミ量に応じて、約１Ｍ[ＢＴＵ／トン・時間]である。 消化器６２からの消化物の固体成分は、分離器１０１で分離される。分離され た固体成分は、不活性物、リグニンを含む未消化の有機物、プラスチック材料、 および少量の重金属を含んでいる。好ましくは、これらの固体物は、移送ライン １０３により、図３に示す製品研磨工程および重金属回収工程へ移送される。 従来、固体ゴミに対する嫌気性処理では、処理の最終段階で得られた 物は堆肥と呼ばれるが、これが重金属の含有量が多いため、農業用の堆肥として 適切ではない。 これに鑑み、後述する本発明の方法では、安定状態の凝集体（不活性充填材と して用いられ、例えばコンクリートまたは他の製品製造用の凝集体として用いら れるもの）を形成させることによって上記の問題を解決している。 本発明の方法により、重金属を商品価値が出るように連続的に回収すると共に 、嫌気性的に消化された固体ゴミから他の資源を回収することもできる。従って 本発明の方法は、上記した凝集体を有機性またはミネラル性の酸溶液（酸溶液の タンク１０４であって、プラスチックの回収も可能）に溶解させることによって 重金属を回収する仕組みである。このように、酸溶液から重金属を電解方法によ り電解分離し、分離された重金属が別のタンク（ここで、高純度の金属が得られ るように未消化のリグニンを用いている）に移される。さらに、硫酸または塩酸 をミネラル酸として用いることで、大部分の重金属（例えば、Ｓｎ，Ｍｏ，Ｎｉ ，Ｃｕ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｃｒ）を回収することができる。 図３に示すように、プレス１０１で過剰な水分を除去して充分な酸濃度を有す る消化ゴミの固体部分は、タンク１０４に送り込まれる。このときのゴミにおけ る重金属の濃度は、ゴミ量全体の５〜１０％である。酸溶液タンク１０４は、防 食性の材料で作られており、中の酸溶液は、好ましくは硫酸または塩酸を50％の 濃度で含んでいる。コストを考慮すると硫酸の使用が望ましいが、硫酸で溶解で きない金属例えば鉛を溶解するために塩酸を使用する。 上述した処理過程で酸の一部が損失される。このような酸の損失は、水素ガス および硫化水素ガスの発生に起因しており、或いは上記凝集体に物理的に束縛さ れるからである。酸濃度の低減を招くもう一つの原因 は、消化済のゴミに水を加えるからである。このような酸の損失を補うために、 新しい酸を供給ライン１０６により供給することで、酸の濃度を所要のレベルに 維持することができる。 このように、上記タンクに送り込まれた固体状ゴミは、酸の溶液と混合して、 リグニンと重金属の陽イオンとを含有する重金属塩の溶液を生成させる。好まし くは、タンク１０４内溶液の比重は１．０〜１．４であり、通常は、濃塩酸（比 重１．2)および５０％硫酸（比重１．４）の比重範囲内に調整されている。従っ て、ゴミは酸溶液タンク１０４に入ると、軽いもの例えばプラスチック類および 未消化の有機性物質は上方へ浮かぶので、タンク１０４の表面からすくい取られ ることが可能である。すくい取られたプラスチック類などは、移送ライン１０７ により貯蔵所１０８へ移送される。一方、消化済のゴミが酸溶液タンク１０４に 送り込まれている間に、水素ガスおよび硫化水素ガスが幾つかの反応により発生 する。すなわち、揮発性の有機物が破壊され、金属−酸の反応により水素ガスが 発生するわけである。好ましくは、タンク１０４内を加圧して水素ガスを溶液中 に保持することで、電解槽１０９内に酸を再発生するのに用いられる。なお、揮 発した水素は、ライン１１１に沿って収集され、或いはガス発電所の燃料として 利用されるが、電解槽１０９に引き戻すことも可能である。 また、好ましい例としては、タンク１０４は断続的に操作される。例えば昼間 の作業時に、ゴミをタンク１０４に積み込んでおき、そして一晩をかけてゴミを 酸と接触させる。このように得られた酸溶液は、金属塩を含んでおり、移送ライ ン１１２によりタンク１０４から移送される。残った固体ゴミは、不溶の残留物 を含んでおり、移送ライン１１３によりタンク１１９へ移送される。 必要に応じてタンク１０４は、酸およびゴミの逆流が流れているまま 連続的に操作することも可能である。このとき、固体ゴミと分離された使用済の 酸は、相当な重金属塩を含んでおり、移送ライン１１２により電解槽１０９へ移 送される。一方、液体酸と分離されたゴミは、移送ライン１１３により移送され る。この場合、従来の固体−液体処理方法を用いてもよい。 移送ライン１１２により移送された酸液は、消化済のゴミ流からのリグニンを 含有しており、これによって上記した電解分離が促進される。電解槽１０９は、 防食性を有すると共に電気絶縁性を有する材料で作られている。該電解槽１０９ において、複数の適正な材料の板が槽内の溶液中に吊るされており、大電流（メ ッキされる金属の１トンあたり、２ＫＡである。）を槽内に通電させることによ って、最大限の金属メッキを行うことができる。 その後、電解槽１０９から金属板１１４がクレーンまたは同様な機械により移 出されて、貯蔵所１１７へ移送される。なお、金属が溶液から電解分離されると き、酸は陽極付近で溶解状態の水素から発生して、移送ライン１１８により酸溶 液タンク１０４に引き戻される。 しかし、２種以上のミネラル酸を使用した場合、例えば、相当な鉛値を含有す る１回分のゴミに含まれた鉛を溶解するため塩酸を用いるとき、複数の酸からな る酸の混合物を使用することが難しい。その理由は、塩酸が濃硫酸と反応して塩 素を生成するからである。この場合、酸例えば硫酸を用いて処理を行った後、残 留の酸を取り除くように処理後のゴミを洗浄して圧縮し、或いは液体−固体分離 を経て液体を取り除くようにする。その後、タンク１０４に塩酸を入れて、図３ に示すプロセスを繰り返す。 このとき、消化済のゴミまたは凝集体には、重金属類が殆ど含まれておらず、 含まれるとしても含有量が０．０５〜０．１％に留まる。この ようなゴミまたは凝集体は、タンク１０４から移送ライン１１３により移送され る。この際の凝集体は酸性であるため、ｐＨ値のバランスが取れるように再処理 される必要がある。なお、このような再処理は、中和タンク１１９で行われる。 タンク１１９で凝集体は、供給ライン１２１により供給されてきた炭酸カルシウ ムまたは他の塩基類と接触する。なお、ｐＨを監視しながら塩基類を添加するこ とによって、中和処理の最大効率が得られる。最後に、凝集体は中和タンク１１ ９から移送ライン１２３により貯蔵所１２２へ移送されて、さらに運送しやすい ように圧縮機１２４で圧縮される。 当業者は、上記の説明により本発明を充分に実施することができるが、念のた めに、本発明を実施するための特定条件を以下に説明しておく。 電解槽１０９で電解を行うために必要な平均電力は通常（毎日２４時間の運転 を想定した場合）、回収される重金属１トン毎に０．５ＭＷである。電解槽１０ ９における金属板の表面積は、回収される重金属１トン毎に５０００平方フィー トである。なお、タンク１０４内のｐＨは好ましくは５である。 本発明方法における一つの好ましい例としては、移送ライン１０３により移送 される５０トンのゴミに対して、最大１トンの酸が消費される。なお、移送ライ ン１１３により供給されてくるゴミの重量に応じて、２５トンのゴミに対しては 、１トンの塩基類を使用して酸を中和する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１月１９日（１９９８．１．１９） 【補正内容】 請求の範囲 １． 都市固体ゴミを分類する円筒型回転ふるいであって、 回転軸を中心に回転できるように駆動され、所定サイズ範囲内のゴミ顆粒が通 過できる網目を側壁に形成し、傾斜状に配置された円筒状ドラムと、 円筒状ドラムの上端に都市固体ゴミを導入する手段と、 円筒状ドラム側壁の網目を通過してドラムの内側へガス流を導入し、該ドラム の下端部を通ってガス流を導出して、密度が比較的に低いゴミをドラムの下端部 より取り除くことができる手段と、 を備えていることを特徴とする円筒型回転ふるい。 ２． 円筒状ドラムの側壁には、多数の網目を形成したスクリーンを有しており 、これらの網目のサイズは、ドラムの下端へ行くほど徐々に大きくなっているこ とを特徴とする請求項１記載の円筒型回転ふるい。 ３． 円筒状ドラムの内壁面から内部へゴミ破砕用の大くぎが延びていることを 特徴とする請求項１記載の円筒型回転ふるい。 ４． 上記ガス流により、円筒型回転ふるいの上端部近傍で負の圧力が形成され ることを特徴とする請求項１記載の円筒型回転ふるい。 ５． ガス流を円筒状ドラムに導入する手段は、円筒型回転ふるいの外側におい てスクリーン網目の近傍で傾斜状に送風できる送風機であることを特徴とする請 求項１記載の円筒型回転ふるい。 ６． 紙類、プラスチック類、非紙類、非プラスチック類を含む都市固体ゴミを 分類する方法であって、 回転軸を中心に回転できるように駆動され、所定サイズ範囲内のゴミ顆粒が通 過できる網目を側壁に形成し、傾斜状に配置された円筒状ドラムを用意すること と、 円筒状ドラムの上端に都市固体ゴミを導入することと、 円筒ドラム側壁の網目を通過してドラムの内側へガス流を導入し、該ドラムの 下端部を通ってガス流を導出することと、 紙類およびプラスチック類に少なく、非紙類および非プラスチック類に多くて 密度が比較的に高いゴミを上記網目より回収することと、 非紙類および非プラスチック類に少なく、紙類およびプラスチック類に多くて 密度が比較的に低いゴミをドラムの下端部より回収することと、 を特徴とするゴミ分類方法。 ７． 密度が高い非紙類および非プラスチック類は、金属および有機性物質を含 むことを特徴とする請求項６記載の方法。 ８． 密度が高いゴミ類から金属を分離し、基本的に有機性物質を含有する基質 ゴミ類を形成させることを特徴とする請求項７記載の方法。 ９． 基質ゴミ類は、消化可能な有機物とリグニン被覆のセルロースファイバー と水銀とを含んでおり、基質ゴミの消化および浄化は、次の工程を経て行われて おり、すなわち 基質ゴミを液状にスラリー化し、スラリー状ゴミを形成させることと、 スラリー状ゴミを嫌気性消化処理の第１段階で処理し、少なくとも該スラリー 状ゴミに含まれた有機物の大部分を消化することと、 液状部分を取り除いて、固体状の消化済ゴミを形成させることと、 固体状の消化済ゴミを水蒸気により加熱し、水と水銀とを含む蒸気を形成させ ると共に、実質的に無水銀状態の固体ゴミを形成させることと、 水と水銀とを含む蒸気を固体ゴミから分離するように収集して凝縮し、液状の 水および水銀を得ることと、 周辺の大気圧力を高め、加熱された固体ゴミを爆発的に分解し、セルロース内 表面を露出した破裂状態のファイバーを含む固体ゴミを形成させることと、 上記のように処理された固体ゴミを液状にスラリー化し、得られたスラリー状 のものを嫌気性消化処理の第２段階で処理することと、 第２段階で処理されたものを回収することと、 を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０５Ｆ 9/02 Ｂ０９Ｂ 5/00 ＺＡＢＬ (72)発明者 ヴォット ヒューバート エス. カナダ国、エム６シー ２エム８ オンタ リオ州、トロント、ヴォーハン ロード 245番地 (72)発明者 ウォルター ハーマン ケー. カナダ国、エム８ゼット ２ピー８ オン タリオ州、トロント、ノースマン ロード 60番地

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 都市固体ゴミを分類する円筒型回転ふるいであって、 回転軸を中心に回転できるように駆動され、所定サイズ範囲内のゴミ顆粒が通 過できる網目を側壁に形成し、傾斜状に配置された円筒状ドラムと、 円筒状ドラムの上端に都市固体ゴミを導入する手段と、 円筒状ドラム側壁の網目を通過してドラムの内側へガス流を導入し、該ドラム の下端部を通ってガス流を導出して、密度が比較的に低いゴミをドラムの下端部 より保持し取り除くことができる手段と、 を備えていることを特徴とする円筒型回転ふるい。 ２． 円筒状ドラムの側壁には、多数の網目を形成したスクリーンを有しており 、これらの網目のサイズは、ドラムの下端へ行くほど徐々に大きくなっているこ とを特徴とする請求項１記載の円筒型回転ふるい。 ３． 円筒状ドラムの内壁面から内部へゴミ破砕用の大くぎが延びていることを 特徴とする請求項１記載の円筒型回転ふるい。 ４． 上記ガス流により、円筒型回転ふるいの上端部近傍で負の圧力が形成され ることを特徴とする請求項１記載の円筒型回転ふるい。 ５． ガス流を円筒状ドラムに導入する手段は、円筒型回転ふるいの外側におい てスクリーン網目の近傍で傾斜状に送風できる送風機であることを特徴とする請 求項１記載の円筒型回転ふるい。 ６． 紙類、プラスチック類、非紙類、非プラスチック類を含む都市固体ゴミを 分類する方法であって、 回転軸を中心に回転できるように駆動され、所定サイズ範囲内のゴミ顆粒が通 過できる網目を側壁に形成し、傾斜状に配置された円筒状ドラムを用意すること と、 円筒状ドラムの上端に都市固体ゴミを導入することと、 円筒ドラム側壁の網目を通過してドラムの内側へガス流を導入することと、 紙類およびプラスチック類に少なく、非紙類および非プラスチック類に多くて 密度が比較的に高いゴミを上記網目より回収することと、 非紙類および非プラスチック類に少なく、紙類およびプラスチック類に多くて 密度が比較的に低いゴミをドラムの下端部より回収することと、 を特徴とするゴミ分類方法。 ７． 密度が高い非紙類および非プラスチック類は、金属および有機性物質を含 むことを特徴とする請求項６記載の方法。 ８． 密度が高いゴミ類から金属を分離し、基本的に有機性物質を含有する基質 ゴミ類を形成させることを特徴とする請求項７記載の方法。 ９． 基質ゴミ類は、消化可能な有機物とリグニン被覆のセルロースファイバー と水銀とを含んでおり、基質ゴミの消化および浄化は、次の工程を経て行われて おり、すなわち 基質ゴミを液状にスラリー化し、スラリー状ゴミを形成させることと、 スラリー状ゴミを嫌気性消化処理の第１段階で処理し、少なくとも該スラリー 状ゴミに含まれた有機物の大部分を消化することと、 液状部分を取り除いて、固体状の消化済ゴミを形成させることと、 固体状の消化済ゴミを水蒸気により加熱し、水と水銀とを含む蒸気を形成させ ると共に、実質的に無水銀状態の固体ゴミを形成させることと、 水と水銀とを含む蒸気を固体ゴミから分離するように収集して凝縮し、液状の 水および水銀を得ることと、 周辺の大気圧力を高め、加熱された固体ゴミを爆発的に分解し、セルロース内 表面を露出した破裂状態のファイバーを含む固体ゴミを形成させることと、 上記のように処理された固体ゴミを液状にスラリー化し、得られたスラリー状 のものを嫌気性消化処理の第２段階で処理することと、 第２段階で処理されたものを回収することと、 を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。 １０． 消化可能な有機物とリグニン被覆のセルロースファイバーと水銀とを含 む都市固体ゴミを消化および浄化する方法であって、 都市固体ゴミを液状にスラリー化し、スラリー状ゴミを形成させることと、 スラリー状ゴミを嫌気性消化処理の第１段階で処理し、少なくとも該スラリー 状ゴミに含まれた有機物の大部分を消化することと、 液状部分を取り除いて、固体状の消化済ゴミを形成させることと、 固体状の消化済ゴミを水蒸気により加熱し、水と水銀とを含む蒸気を形成させ ると共に、実質的に無水銀状態の固体ゴミを形成させることと、 水と水銀とを含む蒸気を固体ゴミから分離するように収集して凝縮し、液状の 水および水銀を得ることと、 周辺の大気圧力を高め、加熱された固体ゴミを爆発的に分解し、セルロース内 表面を露出した破裂状態のファイバーを含む固体ゴミを形成さ せることと、 上記のように処理された固体ゴミを液状にスラリー化し、得られたスラリー状 のものを嫌気性消化処理の第２段階で処理することと、 第２段階で処理されたものを回収することと、 を特徴とする方法。 １１．スラリー状のものを嫌気性消化処理の第１段階で処理する工程と、スラリ ー状のものを嫌気性消化処理の第２段階で処理する工程とのうち少なくとも一つ の工程は、 導入端から導出端まで下方へ傾斜している流体通過可能な底部を有する消化器 を通過するように上記スラリー状のものを移動させることと、 周囲より高い温度に加熱されたガスと非加熱状のガスとを含むガス混合物を供 給し流体通過可能な底部を通過させることによって、上記スラリー状のものを周 囲より高い温度に維持することと、 を含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。 １２．加熱されたガスと非加熱状のガスはそれぞれ、消化器の上部から引き揚げ られたガスを利用して得られることを特徴とする請求項１１記載の方法。 １３．消化器におけるスラリーの少なくとも一部は、３５〜４０℃の中温条件に 維持され、他の一部は、５５〜６０℃の高温条件に維持されていることを特徴と する請求項１２記載の方法。 １４．上記第１段階および第２段階のうち少なくとも一の段階は、スラリーを導 入端から導出端までほぼ直線状に移動させるように案内でき る側壁を有した消化器内で行われることを特徴とする請求項１０記載の方法。 １５．流体通過可能な底部は、水平面との間に０．２〜０．４度の角度を形成し ていることを特徴とする請求項１２記載の方法。 １６．上記固体状ゴミは、爆発的に分解される前に、８００〜１２００プサイア の飽和蒸気圧力に対応する温度まで昇温されることを特徴とする請求項１０記載 の方法。 １７．水と水銀の液状混合物を静止させて下方に水銀層を形成し、そして水と分 離するように水銀を回収することを特徴とする請求項１０記載の方法。 １８．第１工程では導入される有機物の約５０％が消化され、第２工程では導入 される有機物の約９０％が消化されることを特徴とする請求項１０記載の方法。 １９．第２工程で得られた消化後のものは、リグニンおよび重金属を含んでおり 、さらに方法としては、 第２工程で得られた消化後のものをミネラル酸と混合させて、重金属の少なく とも一部を溶解し、不溶の残留物を形成させると共に、陽イオンとリグニンとを 含有する重金属塩の溶液を生成させることと、 上記リグニンの存在下で、重金属塩の溶液を電解して陽イオンの電気溶着を発 生させ、重金属の電着物を形成させることと、 上記電着物を回収することと、 を含むことを特徴とする請求項９記載の方法。 ２０．リグニンおよび重金属を含む都市固体ゴミを嫌気性方法により消化して得 られたゴミ残留物から重金属を回収する方法であって、 ゴミ残留物を用意することと、 上記ゴミ残留物をミネラル酸溶液と混合させて、重金属の陽イオンとリグニン とを含有する重金属塩の溶液を得ると共に、不溶の残留物を得ることと、 不溶の残留物から溶液を分離することと、 分離された溶液を電解することと、 リグニンの存在下で、重金属の陽イオンを電気溶着させて、重金属の電着物を 形成させることと、 上記電着物を回収することと、 を特徴とする方法。 ２１．上記ゴミ残留物はプラスチック類を含んでおり、上記した混合工程におい て、重金属塩の溶液比重は約１．０〜約１．４であり、該比重より低い密度を有 するプラスチック類の少なくとも一部は、該溶液の表面に浮かび、浮かんでいる 該プラスチック類を回収することを特徴とする請求項２０記載の方法。 ２２．不溶の残留物を回収し、塩基を添加することにより中和を行い、中和され た残留物を回収することを特徴とする請求項２０記載の方法。