JP2006239623A - 高圧水蒸気を用いた廃棄物処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 廃棄物の減容化、無害化を可能とした廃棄物処理であって、処理の簡素化が図れ、且つ前処理装置を小型化することができる高圧水蒸気を用いた廃棄物処理方法を提供する。
【解決手段】 有機物若しくは無機物を含む混合系廃棄物を耐圧容器に投入し、高温高圧水蒸気により蒸煮処理行い、該蒸煮処理にて廃棄物の温度変化を測定し、該廃棄物温度が上昇した場合には有機系廃棄物と判断し、該廃棄物温度が低下した場合若しくは変化しない場合には無機系廃棄物と判断し、有機系廃棄物と判断された場合には、前記蒸煮処理後に耐圧容器を圧力開放し、該廃棄物の爆砕処理を行うようにした。
【選択図】 図４
【解決手段】 有機物若しくは無機物を含む混合系廃棄物を耐圧容器に投入し、高温高圧水蒸気により蒸煮処理行い、該蒸煮処理にて廃棄物の温度変化を測定し、該廃棄物温度が上昇した場合には有機系廃棄物と判断し、該廃棄物温度が低下した場合若しくは変化しない場合には無機系廃棄物と判断し、有機系廃棄物と判断された場合には、前記蒸煮処理後に耐圧容器を圧力開放し、該廃棄物の爆砕処理を行うようにした。
【選択図】 図４
Description
本発明は、有機物若しくは無機物を含む廃棄物を処理する方法に関し、特に各種廃棄物に適用でき、該廃棄物の無害化、減容化が可能である高圧水蒸気を用いた廃棄物処理方法に関する。
従来より、廃棄物の処理において、埋立地の逼迫化や資源の枯渇化、及び生活環境、地球環境の保全の観点から、廃棄物の減容化、有害物質を排出しない適正な処理の推進、さらにはエネルギー資源の再利用が要望されている。廃棄物の種類は多種多様であり、適宜廃棄物に応じた処理がなされているが、埋立ごみを掘起した掘起しごみ等のように、有機物や無機物が混在する混合系廃棄物においてはその処理が困難とされていた。
一般的な廃棄物処理では、まず大径の廃棄物の粉砕、磁選等の選別などの前処理を行った後に主処理とされるメタン発酵、焼却、溶融、堆肥化等の処理が行われている。例えば廃棄物を焼却処理又は溶融処理する場合には、廃棄物を破砕した後に磁選等の分別手段により有価物を分離回収し、焼却、溶融処理を行っている。また、メタン発酵等の生物処理を行う場合は、廃棄物の破砕処理、分別処理等を行った後、生物分解性を高めるために可溶化処理等の前処理を行っている。このように、前処理は主処理の処理効率を向上させ、且つ予め有価物を回収するためなどに行われる。
一般的な廃棄物処理では、まず大径の廃棄物の粉砕、磁選等の選別などの前処理を行った後に主処理とされるメタン発酵、焼却、溶融、堆肥化等の処理が行われている。例えば廃棄物を焼却処理又は溶融処理する場合には、廃棄物を破砕した後に磁選等の分別手段により有価物を分離回収し、焼却、溶融処理を行っている。また、メタン発酵等の生物処理を行う場合は、廃棄物の破砕処理、分別処理等を行った後、生物分解性を高めるために可溶化処理等の前処理を行っている。このように、前処理は主処理の処理効率を向上させ、且つ予め有価物を回収するためなどに行われる。
また、特許文献１（特開２００４−１２３８４８号公報）では、有機性廃棄物を高温高圧化で所定の時間蒸煮処理し、蒸煮処理物をメタン発酵させ、さらにメタン発酵により回収されたメタンガスを蒸煮処理のためのエネルギー源として用いる方法が提案されている。
さらに、特許文献２（特開平７−３１３９５９号公報）には、有機質廃棄物を蒸煮により蒸煮処理した後に減圧させて脱水し、脱水後の廃棄物に好気性発酵菌を加えて発酵処理する方法が開示されている。
これらの方法によれば、発酵処理の前に有機物を高温高圧化で蒸煮処理するようにしているため、有機物が分解され、且つ無菌化されて発酵され易い状態となり、メタンガス若しくは発酵堆肥等を効率良く製造することが可能となる。
さらに、特許文献２（特開平７−３１３９５９号公報）には、有機質廃棄物を蒸煮により蒸煮処理した後に減圧させて脱水し、脱水後の廃棄物に好気性発酵菌を加えて発酵処理する方法が開示されている。
これらの方法によれば、発酵処理の前に有機物を高温高圧化で蒸煮処理するようにしているため、有機物が分解され、且つ無菌化されて発酵され易い状態となり、メタンガス若しくは発酵堆肥等を効率良く製造することが可能となる。
上記したように従来の廃棄物処理においては、処理に応じた前処理が行われ、処理効率の向上が図られていた。しかし、前処理設備の複雑化が問題となっており、前処理の簡素化が求められるとともに、より一層処理効率を向上させることのできる前処理の形態が要望されている。
特許文献１及び２に記載の方法では、前処理として蒸煮処理を行っているが、これにより処理効率の向上は期待できるが、やはり破砕機が必要となり、動力コストが嵩み、また装置の小型化は困難であった。また蒸煮後の廃棄物と水の分離が困難であるという問題も有していた。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、廃棄物の減容化、無害化を可能とした廃棄物処理方法であって、処理の簡素化が図れ、且つ前処理装置を小型化することができる高圧水蒸気を用いた廃棄物処理方法を提供することを目的とする。
特許文献１及び２に記載の方法では、前処理として蒸煮処理を行っているが、これにより処理効率の向上は期待できるが、やはり破砕機が必要となり、動力コストが嵩み、また装置の小型化は困難であった。また蒸煮後の廃棄物と水の分離が困難であるという問題も有していた。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、廃棄物の減容化、無害化を可能とした廃棄物処理方法であって、処理の簡素化が図れ、且つ前処理装置を小型化することができる高圧水蒸気を用いた廃棄物処理方法を提供することを目的とする。
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、有機物を含む廃棄物を高温高圧水蒸気により蒸煮する蒸煮工程と、該蒸煮した後に減圧して爆砕する爆砕工程とを備え、前記廃棄物に含有される塩素及び重金属類を分離することを特徴とする。
本発明によれば、蒸煮工程にて有機物の加水分解反応等の各種水熱反応が起こり、爆砕工程にて廃棄物が微粉化され、塩素及び重金属類が水蒸気若しくは液側に移行するため、これらを廃棄物から容易に分離でき、廃棄物の無害化が可能となる。また廃棄物が微粉化されることから廃棄物の減容化が可能となる。
本発明によれば、蒸煮工程にて有機物の加水分解反応等の各種水熱反応が起こり、爆砕工程にて廃棄物が微粉化され、塩素及び重金属類が水蒸気若しくは液側に移行するため、これらを廃棄物から容易に分離でき、廃棄物の無害化が可能となる。また廃棄物が微粉化されることから廃棄物の減容化が可能となる。
また、前記廃棄物が無機物若しくは有機物を含む混合系廃棄物であって、
前記廃棄物が無機物含有率の高い無機系廃棄物か有機物含有量の高い有機系廃棄物かを判別する判別工程と、該判別工程にて前記廃棄物が有機系廃棄物であると判断された場合に、該廃棄物を高温高圧水蒸気により蒸煮する蒸煮工程と、該蒸煮した後に減圧して爆砕する爆砕工程とを備え、前記廃棄物に含有される塩素及び重金属類を分離することを特徴とする。
さらに、前記判別工程では、前記蒸煮工程時の廃棄物または装置内部の温度変化を測定し、該廃棄物温度が上昇した場合には有機系廃棄物と判断し、該廃棄物温度が低下した場合若しくは変化しない場合には無機系廃棄物と判断することを特徴とする。
このように、前記判別工程を設けることにより混合系廃棄物であっても適正な処理を行うことができ、また廃棄物温度変化により判別を行う構成とすることにより、簡単に有機系若しくは無機系の判別を行うことが可能となる。
前記廃棄物が無機物含有率の高い無機系廃棄物か有機物含有量の高い有機系廃棄物かを判別する判別工程と、該判別工程にて前記廃棄物が有機系廃棄物であると判断された場合に、該廃棄物を高温高圧水蒸気により蒸煮する蒸煮工程と、該蒸煮した後に減圧して爆砕する爆砕工程とを備え、前記廃棄物に含有される塩素及び重金属類を分離することを特徴とする。
さらに、前記判別工程では、前記蒸煮工程時の廃棄物または装置内部の温度変化を測定し、該廃棄物温度が上昇した場合には有機系廃棄物と判断し、該廃棄物温度が低下した場合若しくは変化しない場合には無機系廃棄物と判断することを特徴とする。
このように、前記判別工程を設けることにより混合系廃棄物であっても適正な処理を行うことができ、また廃棄物温度変化により判別を行う構成とすることにより、簡単に有機系若しくは無機系の判別を行うことが可能となる。
このとき、前記判別工程にて前記廃棄物が無機系廃棄物であると判断された場合に、該廃棄物を高温高圧水蒸気により蒸煮する蒸煮工程と、重金属類を含有する液を抜き出す液抜き出し工程と、該重金属類を除去した廃棄物を減圧して爆砕する爆砕工程と、該爆砕により微粉化された廃棄物を磁選する磁選工程と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、液抜き出し工程にて重金属類の分離除去が可能であるとともに、磁選工程にて微粉化された廃棄物を磁選するため、分別が容易となる。
本発明によれば、液抜き出し工程にて重金属類の分離除去が可能であるとともに、磁選工程にて微粉化された廃棄物を磁選するため、分別が容易となる。
また、前記蒸煮工程にて、前記廃棄物を亜臨界条件の温度範囲、圧力範囲で蒸煮することをが好ましい。前記蒸煮工程では超臨界条件若しくは亜臨界条件において好適に反応を行うことができるが、本発明のごとく亜臨界条件にて蒸煮を行うことにより、装置の材料コストを低減することができ、また取り扱い性が良好となる。
さらにまた、前記廃棄物が、埋立てごみを掘起して得られた掘起しごみであることが好適である。本発明は、オンサイト処理が可能であるため掘起しごみなどの処理に適している。
さらにまた、前記廃棄物が、埋立てごみを掘起して得られた掘起しごみであることが好適である。本発明は、オンサイト処理が可能であるため掘起しごみなどの処理に適している。
また、前記廃棄物がプラスチックを含む有機系廃棄物であって、
前記廃棄物に対して前記蒸煮工程と前記爆砕工程を含む前処理を行った後に、該廃棄物をメタン発酵することを特徴とする。
本発明では、前処理として蒸煮工程及び爆砕工程を行うようにしたため、廃棄物が低分子化され、プラスチックのような難分解性物質であっても生物分解性が良好となり、メタン発酵における発酵効率が向上し、メタンガスの回収率が増加する。
また、前記廃棄物が有機系廃棄物であって、
前記有機系廃棄物に対して前記蒸煮工程と前記爆砕工程を含む前処理を行った後に、該廃棄物をメタン発酵してメタンガスを回収し、該回収したメタンガスを燃料源として高温高圧水蒸気を生成し、該高温高圧水蒸気を前記蒸煮工程に導入するようにしたことを特徴とする。これにより、廃熱を有効利用することができる。
前記廃棄物に対して前記蒸煮工程と前記爆砕工程を含む前処理を行った後に、該廃棄物をメタン発酵することを特徴とする。
本発明では、前処理として蒸煮工程及び爆砕工程を行うようにしたため、廃棄物が低分子化され、プラスチックのような難分解性物質であっても生物分解性が良好となり、メタン発酵における発酵効率が向上し、メタンガスの回収率が増加する。
また、前記廃棄物が有機系廃棄物であって、
前記有機系廃棄物に対して前記蒸煮工程と前記爆砕工程を含む前処理を行った後に、該廃棄物をメタン発酵してメタンガスを回収し、該回収したメタンガスを燃料源として高温高圧水蒸気を生成し、該高温高圧水蒸気を前記蒸煮工程に導入するようにしたことを特徴とする。これにより、廃熱を有効利用することができる。
また、前記廃棄物が有機系廃棄物であって、
前記有機系廃棄物に対して、前記蒸煮工程と、前記爆砕工程と、該爆砕により微粉化した廃棄物を磁選する磁選工程と、該磁選した廃棄物をペレット化するペレット化工程と、を含む前処理を行った後に、該廃棄物を焼却処理し、
前記ペレット化工程にて発生する高圧水蒸気を前記蒸煮工程に導入するようにしたことを特徴とする。
さらに、前記廃棄物が有機系廃棄物であって、
前記有機系廃棄物に対して、前記蒸煮工程と、前記爆砕工程と、該爆砕により微粉化した廃棄物を磁選する磁選工程と、を含む前処理を行った後に、該廃棄物を溶融処理し、該溶融にて発生した廃熱を利用して高温高圧水蒸気を生成し、該高温高圧水蒸気を前記蒸煮工程に導入するようにしたことを特徴とする。
前記蒸煮工程及び爆砕工程により、廃棄物中に含有される塩素及び重金属類を容易に分離することができるため、焼却、溶融によるダイオキシン類等の有害物質の排出を抑制することができ、重金属類を殆ど含有しない灰が得られる。また、廃棄物が微粉化されるため、前記磁選工程にて金属等の有価物を回収効率を向上できる。
前記有機系廃棄物に対して、前記蒸煮工程と、前記爆砕工程と、該爆砕により微粉化した廃棄物を磁選する磁選工程と、該磁選した廃棄物をペレット化するペレット化工程と、を含む前処理を行った後に、該廃棄物を焼却処理し、
前記ペレット化工程にて発生する高圧水蒸気を前記蒸煮工程に導入するようにしたことを特徴とする。
さらに、前記廃棄物が有機系廃棄物であって、
前記有機系廃棄物に対して、前記蒸煮工程と、前記爆砕工程と、該爆砕により微粉化した廃棄物を磁選する磁選工程と、を含む前処理を行った後に、該廃棄物を溶融処理し、該溶融にて発生した廃熱を利用して高温高圧水蒸気を生成し、該高温高圧水蒸気を前記蒸煮工程に導入するようにしたことを特徴とする。
前記蒸煮工程及び爆砕工程により、廃棄物中に含有される塩素及び重金属類を容易に分離することができるため、焼却、溶融によるダイオキシン類等の有害物質の排出を抑制することができ、重金属類を殆ど含有しない灰が得られる。また、廃棄物が微粉化されるため、前記磁選工程にて金属等の有価物を回収効率を向上できる。
以上記載のごとく本発明によれば、廃棄物処理において、蒸煮工程と爆砕工程とを行う構成としたため、廃棄物が微粉化され、減容化が可能であるとともに、塩素、重金属類が水蒸気側又は液側に移行するため、処理物の無害化が可能となる。
また、蒸煮工程と爆砕工程を含む前処理を行うことにより、廃棄物の加水分解が促進するため生物分解性が高くなり、メタン発酵を行った際に発酵効率が向上するとともにメタンガスの回収率が増加する。
さらに、蒸煮工程と爆砕工程を含む前処理を行うことにより、廃棄物に含有される塩素、重金属類が除去されるため、焼却処理、溶融処理を行った際にダイオキシン類、重金属類等の有害物質の排出を抑制することができる。
さらにまた、廃棄物の処理工程にて発生した廃熱等を用いて高温高圧水蒸気を生成することにより、エネルギー資源の有効利用が図れる。
また、蒸煮工程及び爆砕工程は一の装置で実現可能であるため、前処理設備の小型化、簡素化が可能となる。
また、蒸煮工程と爆砕工程を含む前処理を行うことにより、廃棄物の加水分解が促進するため生物分解性が高くなり、メタン発酵を行った際に発酵効率が向上するとともにメタンガスの回収率が増加する。
さらに、蒸煮工程と爆砕工程を含む前処理を行うことにより、廃棄物に含有される塩素、重金属類が除去されるため、焼却処理、溶融処理を行った際にダイオキシン類、重金属類等の有害物質の排出を抑制することができる。
さらにまた、廃棄物の処理工程にて発生した廃熱等を用いて高温高圧水蒸気を生成することにより、エネルギー資源の有効利用が図れる。
また、蒸煮工程及び爆砕工程は一の装置で実現可能であるため、前処理設備の小型化、簡素化が可能となる。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
本実施例における処理対象は、有機物若しくは無機物を含有する廃棄物であり、特に有機物及び無機物を含む混合系廃棄物であって、例えば埋立てごみを掘起した掘起しごみにおいて本実施例を好適に適用できる。
本実施例における処理対象は、有機物若しくは無機物を含有する廃棄物であり、特に有機物及び無機物を含む混合系廃棄物であって、例えば埋立てごみを掘起した掘起しごみにおいて本実施例を好適に適用できる。
図１は本発明の実施例に係る廃棄物処理の基本フローを示す図である。
本実施例に係る廃棄物処理は、有機系廃棄物を蒸煮する蒸煮工程１００と、蒸煮した廃棄物を爆砕する爆砕工程２００と、を備える。該蒸煮工程及び爆砕工程を実施する装置の一例を図２に示す。同図に示されるように、蒸煮爆砕装置２５は、耐圧容器２６と、該耐圧容器内に貫挿された攪拌機２８と、該攪拌機に連結されたモータ２７と、耐圧容器内の水蒸気を抜き出す水蒸気抜き出し口２９と、蒸煮爆砕処理残渣を搬送するコンベア３０と、から構成される。
本実施例に係る廃棄物処理は、有機系廃棄物を蒸煮する蒸煮工程１００と、蒸煮した廃棄物を爆砕する爆砕工程２００と、を備える。該蒸煮工程及び爆砕工程を実施する装置の一例を図２に示す。同図に示されるように、蒸煮爆砕装置２５は、耐圧容器２６と、該耐圧容器内に貫挿された攪拌機２８と、該攪拌機に連結されたモータ２７と、耐圧容器内の水蒸気を抜き出す水蒸気抜き出し口２９と、蒸煮爆砕処理残渣を搬送するコンベア３０と、から構成される。
前記蒸煮工程１００では、前記耐圧容器２６内に投入した廃棄物を、高温・高圧の水蒸気によって攪拌機２８により攪拌しながら短時間蒸煮する。このとき、好適には亜臨界、超臨界条件の高圧水蒸気を利用し、さらに好適には亜臨界条件の高圧水蒸気とする。該蒸煮工程では、高温・高圧条件により廃棄物内に高温高圧水が浸透し、この高温高圧水による加水分解反応等の各種水熱反応がおこる。図３に水の状態図を示す。図３において、Ｔは三重点、Ｋは臨界点である。蒸煮工程では、例えばＡ点の圧力・温度条件（亜臨界状態）の高圧水蒸気にて廃棄物を処理することにより、熱水場での加水分解等の水熱反応が起こる。
前記爆砕工程２００では、前記耐圧容器２６を圧力開放し、容器内を急激に減圧することにより、廃棄物内部に浸透した水蒸気が膨張することによる破砕効果と、壁面への衝突による物理的な破砕効果が得られ、廃棄物が微細化される。即ち、該爆砕工程では、圧力開放により図３のＢ点の圧力・温度となり、水蒸気膨張による破砕が起こる。
上記した蒸煮工程１００及び爆砕工程２００により、廃棄物中に含有される塩素は主として水蒸気側に移行し、重金属類は液側に移行するため、塩素及び重金属類が除去されて無害化された処理残渣が得られる。また前記爆砕工程２００により処理残渣が微粉化され、廃棄物の減容化が可能となる。
前記爆砕工程２００では、前記耐圧容器２６を圧力開放し、容器内を急激に減圧することにより、廃棄物内部に浸透した水蒸気が膨張することによる破砕効果と、壁面への衝突による物理的な破砕効果が得られ、廃棄物が微細化される。即ち、該爆砕工程では、圧力開放により図３のＢ点の圧力・温度となり、水蒸気膨張による破砕が起こる。
上記した蒸煮工程１００及び爆砕工程２００により、廃棄物中に含有される塩素は主として水蒸気側に移行し、重金属類は液側に移行するため、塩素及び重金属類が除去されて無害化された処理残渣が得られる。また前記爆砕工程２００により処理残渣が微粉化され、廃棄物の減容化が可能となる。
図４に本実施例１に係る判別工程を備えた廃棄物処理のフロー図を示し、図５に実施例１の装置構成図を示す。
まず、図４及び図５を参照して本実施例１に係る処理フローにつき説明する。本実施例１では、有機物及び／又は無機物を含有する掘起しごみ等の混合系廃棄物を処理対象とする。
前記混合系廃棄物（掘起しごみ）は、埋立て地からショベルカー２０にて掘起され、高圧水蒸気処理車２１に搭載された耐圧容器に投入され、該容器内にて蒸煮工程１０が行われる。該蒸煮工程１０では、前記混合系廃棄物は、例えば２０ａｔｍ、２１０℃の高圧水蒸気のもとで所定時間攪拌しながら蒸煮される。このとき、前記蒸煮時間は３０分程度が好ましく、また攪拌時の回転数は５０ｒｐｍ程度が好ましい。
まず、図４及び図５を参照して本実施例１に係る処理フローにつき説明する。本実施例１では、有機物及び／又は無機物を含有する掘起しごみ等の混合系廃棄物を処理対象とする。
前記混合系廃棄物（掘起しごみ）は、埋立て地からショベルカー２０にて掘起され、高圧水蒸気処理車２１に搭載された耐圧容器に投入され、該容器内にて蒸煮工程１０が行われる。該蒸煮工程１０では、前記混合系廃棄物は、例えば２０ａｔｍ、２１０℃の高圧水蒸気のもとで所定時間攪拌しながら蒸煮される。このとき、前記蒸煮時間は３０分程度が好ましく、また攪拌時の回転数は５０ｒｐｍ程度が好ましい。
次に、前記混合系廃棄物の判別工程１１が行われる。該判別工程１１では、有機物含有率の高い有機系廃棄物か、無機物含有率の高い無機系廃棄物かの判別を行う。該判別の方法は特に限定されるものではないが、例えば目視であっても良いし、廃棄物の温度変化を測定し、該温度変化に基づいて判別を行う方法としても良い。
前記廃棄物の温度変化に基づき判別を行う方法は、前記蒸煮工程１０に導入された廃棄物の温度上昇が測定された場合には、前記混合系廃棄物が有機系廃棄物であると判断し、廃棄物の温度下降が測定された場合若しくは温度変化がない場合には、無機系廃棄物であると判断する。これは、有機系廃棄物の水熱反応が発熱反応であることによる。
ここで、廃棄物の蒸煮処理における温度変化を推定するため、処理対象物と水を混合し、所定条件にて平衡とした場合の温度変化につき化学平衡計算ソフトを用いて計算を行った。
前記廃棄物の温度変化に基づき判別を行う方法は、前記蒸煮工程１０に導入された廃棄物の温度上昇が測定された場合には、前記混合系廃棄物が有機系廃棄物であると判断し、廃棄物の温度下降が測定された場合若しくは温度変化がない場合には、無機系廃棄物であると判断する。これは、有機系廃棄物の水熱反応が発熱反応であることによる。
ここで、廃棄物の蒸煮処理における温度変化を推定するため、処理対象物と水を混合し、所定条件にて平衡とした場合の温度変化につき化学平衡計算ソフトを用いて計算を行った。
条件は以下の表１の通りとする。このとき、一定圧力（２０ａｔｍ）下での温度増減を計算するため、断熱反応条件を採用した。
上記条件により計算を行った結果、各物質の温度変化は以下の表２の通りとなった。
結論として、無機物は発熱しないものが多く、反応開始時の処理対象物の温度が室温程度と低いことや、反応中の放熱により温度低下すると考えられる。
有機物はほぼ一様に発熱し、塩ビでは３００℃（変化＋９０℃）、ベンゼンでは２８４℃（＋７４℃）と発熱反応になると考えられる。
以上より、無機物は無反応、有機物は発熱反応といえる。
このため、前記判別工程１１にて、温度変化により有機物、無機物を判定するには、初期温度２１０℃では＋２０℃程度の温度上昇が妥当な判断基準となると考えられる。
有機物はほぼ一様に発熱し、塩ビでは３００℃（変化＋９０℃）、ベンゼンでは２８４℃（＋７４℃）と発熱反応になると考えられる。
以上より、無機物は無反応、有機物は発熱反応といえる。
このため、前記判別工程１１にて、温度変化により有機物、無機物を判定するには、初期温度２１０℃では＋２０℃程度の温度上昇が妥当な判断基準となると考えられる。
次に、前記判別工程１１により有機系廃棄物と判断された場合には、爆砕工程１２が行われる。該爆砕工程１２では、耐圧容器の圧力開放により急激に減圧され、廃棄物が微粉砕される。前記蒸煮工程１０及び前記爆砕工程１２により廃棄物中の塩素、重金属類は水蒸気若しくは液側に移行し、排水タンク車２２にて分離、回収される。
微粉砕された廃棄物は磁選工程１３などにより有価物回収され、搬送工程１４にてメタン発酵槽２４に搬送され。メタン発酵工程１５では、メタン発酵用に廃棄物の調整が行われた後に該廃棄物のメタン発酵が行われる。
微粉砕された廃棄物は磁選工程１３などにより有価物回収され、搬送工程１４にてメタン発酵槽２４に搬送され。メタン発酵工程１５では、メタン発酵用に廃棄物の調整が行われた後に該廃棄物のメタン発酵が行われる。
一方、前記判別工程１１にて無機系廃棄物と判断された場合には、蒸煮工程１０の後のドレン抜き工程１６にて高圧水蒸気ドレン抜きが複数回行われ、主として液側に移行した重金属類が分離除去される。さらに、耐圧容器内を圧力開放し、爆砕工程１７が行われ、廃棄物が微粉砕される。微粉化された廃棄物は磁選工程１８などにより有価物回収され、重金属類等の有害物質を除去され無害化した廃棄物を埋め戻す工程１９が行われる。
また本実施例では、前記高圧水蒸気処理車２１に導入する高圧水蒸気は、前記メタン発酵槽２４にて発生したメタンガスをボイラ車２３にて回収し、該メタンガスを燃料源として生成された高圧水蒸気とすることが好ましい。尚、本実施例では全て車上における処理としたが、車上に限定されず、簡易建屋等でも実施可能である。
本実施例は、オンサイト処理が可能であるため掘起しごみなどの処理に適している。
また、蒸煮工程１０及び爆砕工程１２を備えているため、廃棄物の減容化が可能で、且つ廃棄物の無害化が容易となり、またエネルギー回収効率も向上する。メタン発酵後の土壌は肥料に似た無害な状態で減容されるので、埋立地の延命化も期待できる。
また本実施例では、前記高圧水蒸気処理車２１に導入する高圧水蒸気は、前記メタン発酵槽２４にて発生したメタンガスをボイラ車２３にて回収し、該メタンガスを燃料源として生成された高圧水蒸気とすることが好ましい。尚、本実施例では全て車上における処理としたが、車上に限定されず、簡易建屋等でも実施可能である。
本実施例は、オンサイト処理が可能であるため掘起しごみなどの処理に適している。
また、蒸煮工程１０及び爆砕工程１２を備えているため、廃棄物の減容化が可能で、且つ廃棄物の無害化が容易となり、またエネルギー回収効率も向上する。メタン発酵後の土壌は肥料に似た無害な状態で減容されるので、埋立地の延命化も期待できる。
図６に本実施例２に係る廃棄物処理のフロー図を示す。本実施例２は、例えば家庭生ごみのような有機系廃棄物をメタン発酵処理する場合に適した方法であり、まず家庭生ごみをごみ袋の色分けなどにより分別収集し、該収集された家庭生ごみは破砕せずに袋のまま蒸煮工程３１にて蒸煮された後、爆砕工程３２にて爆砕処理される。これらの工程により分離された塩素、重金属類は廃水処理工程３３に送られ、無害化若しくは資源化される。
前記爆砕により微粉化された廃棄物は、磁選工程３４等の選別工程に導入されて金属有価物が回収された後、加水搬送工程３５にてメタン発酵槽に搬送され、メタン発酵工程３６にてメタン発酵され、メタンガスと消化汚泥が得られる。該メタンガスはガスエンジン発電工程３７に送給され、ここで高圧水蒸気が生成され、該高圧水蒸気は前記蒸煮工程３１に導入される。
前記爆砕により微粉化された廃棄物は、磁選工程３４等の選別工程に導入されて金属有価物が回収された後、加水搬送工程３５にてメタン発酵槽に搬送され、メタン発酵工程３６にてメタン発酵され、メタンガスと消化汚泥が得られる。該メタンガスはガスエンジン発電工程３７に送給され、ここで高圧水蒸気が生成され、該高圧水蒸気は前記蒸煮工程３１に導入される。
本実施例によれば、生ごみをビニール等の袋に入れた状態で処理することができ、また蒸煮、爆砕処理により生ごみが無菌化、脱臭されるため取り扱い性が向上する。さらに、蒸煮、爆砕処理により生ごみの発酵性が高くなるため、メタン発酵効率が向上しメタンガスの回収率の向上も期待できる。
図７に本実施例３に係る廃棄物処理のフロー図を示す。本実施例３は、例えばプラスチック等の塩素含有廃棄物を焼却処理する場合に適した方法であり、まず前記廃棄物は蒸煮工程３１にて蒸煮された後、爆砕工程３２にて爆砕処理され、これらの工程にて分離した塩素、重金属類は廃水処理工程３３に送られる。
前記爆砕により微粉化された廃棄物は、磁選工程３４等の選別工程に導入されて金属有価物が回収された後、ペレット化工程３８にてペレット化され、焼却炉３９に導入される。前記ペレット化工程３８にて発生した水蒸気は、高圧水蒸気として前記蒸煮工程３１に導入することが好ましい。
さらに、前記焼却炉３９に併設された廃熱ボイラにてボイラ発電４０が行う。該ボイラ発電４０から排出される排ガスは排ガス処理工程４１にて処理される。
本実施例によれば、焼却処理の前処理として蒸煮、爆砕処理を行う構成であるため、焼却炉３９にて発生する燃焼ガスがクリーンであり、ボイラの腐食を回避できる。また、排ガス処理が容易であるため、簡易的な排ガス処理設備で十分である。さらに、前記ボイラ発電では、低空気比での運転が可能で、高効率発電ができる。また焼却炉３９から排出される灰は無害であるため、資源化が容易となる。
前記爆砕により微粉化された廃棄物は、磁選工程３４等の選別工程に導入されて金属有価物が回収された後、ペレット化工程３８にてペレット化され、焼却炉３９に導入される。前記ペレット化工程３８にて発生した水蒸気は、高圧水蒸気として前記蒸煮工程３１に導入することが好ましい。
さらに、前記焼却炉３９に併設された廃熱ボイラにてボイラ発電４０が行う。該ボイラ発電４０から排出される排ガスは排ガス処理工程４１にて処理される。
本実施例によれば、焼却処理の前処理として蒸煮、爆砕処理を行う構成であるため、焼却炉３９にて発生する燃焼ガスがクリーンであり、ボイラの腐食を回避できる。また、排ガス処理が容易であるため、簡易的な排ガス処理設備で十分である。さらに、前記ボイラ発電では、低空気比での運転が可能で、高効率発電ができる。また焼却炉３９から排出される灰は無害であるため、資源化が容易となる。
図８に本実施例４に係る廃棄物処理のフロー図を示す。本実施例４は、有機系廃棄物を溶融処理する場合に適した方法であり、まず前記廃棄物は蒸煮工程３１にて蒸煮された後、爆砕工程３２にて爆砕処理され、これらの工程にて分離した塩素、重金属類は廃水処理工程３３に送られる。
前記爆砕により微粉化された廃棄物は、磁選工程３４等の選別工程に導入されて金属有価物が回収された後、溶融炉４２に導入される。また、前記溶融炉４２に併設された廃熱ボイラにてボイラ発電４０を行うことが好ましく、該ボイラ発電工程４０から排出される排ガスは排ガス処理工程４１にて処理される。さらに、前記ボイラ発電工程４０にて高圧水蒸気を生成し、前記蒸煮工程３１に導入する。
尚、前記溶融炉４２をプラズマ溶融炉とすることが好ましく、前記ボイラ発電工程４０にて発電された電力の少なくとも一部をプラズマ溶融炉の電力として供給するようにしても良い。
前記爆砕により微粉化された廃棄物は、磁選工程３４等の選別工程に導入されて金属有価物が回収された後、溶融炉４２に導入される。また、前記溶融炉４２に併設された廃熱ボイラにてボイラ発電４０を行うことが好ましく、該ボイラ発電工程４０から排出される排ガスは排ガス処理工程４１にて処理される。さらに、前記ボイラ発電工程４０にて高圧水蒸気を生成し、前記蒸煮工程３１に導入する。
尚、前記溶融炉４２をプラズマ溶融炉とすることが好ましく、前記ボイラ発電工程４０にて発電された電力の少なくとも一部をプラズマ溶融炉の電力として供給するようにしても良い。
本実施例によれば、溶融処理の前処理として蒸煮、爆砕処理を行う構成としたため、溶融炉にて発生する溶融排ガスがクリーンであり、前記廃熱ボイラの腐食を回避できる。また、前処理にて塩素が殆ど除去されるため、廃棄物中の塩類濃度が低く、溶融炉の排ガスダクトの閉塞を防止できる。さらに排ガス処理が容易であるため、簡易的な排ガス処理設備で十分である。さらに、前記ボイラ発電では、低空気比での運転が可能で、高効率発電ができる。また溶融炉から排出されるスラグは無害であるため、資源化が容易となる。本実施例は、掘起しごみ等の低カロリーの廃棄物に対して高効率溶融が可能である。
図９に本実施例５に係る廃棄物処理のフロー図を示す。本実施例５は、カーシュレッダーダスト等のプラスチック系廃棄物を処理する場合に適した方法である。
まず前記廃棄物は蒸煮工程３１にて蒸煮された後、爆砕工程３２にて爆砕処理され、これらの工程にて分離した塩素、重金属類は廃水処理工程３３に送られる。
前記爆砕により微粉化された廃棄物は、磁選工程３４等の選別工程に導入されて金属有価物が回収された後、メタン発酵工程４３にてメタン発酵され、メタンガスと消化汚泥が得られる。該メタンガスは発電工程４４に送給され、発電の燃料源として利用される。また、前記発電工程４４にて高圧水蒸気を生成し、該高圧水蒸気を前記蒸煮工程３１に導入するようにする。
まず前記廃棄物は蒸煮工程３１にて蒸煮された後、爆砕工程３２にて爆砕処理され、これらの工程にて分離した塩素、重金属類は廃水処理工程３３に送られる。
前記爆砕により微粉化された廃棄物は、磁選工程３４等の選別工程に導入されて金属有価物が回収された後、メタン発酵工程４３にてメタン発酵され、メタンガスと消化汚泥が得られる。該メタンガスは発電工程４４に送給され、発電の燃料源として利用される。また、前記発電工程４４にて高圧水蒸気を生成し、該高圧水蒸気を前記蒸煮工程３１に導入するようにする。
本実施例によれば、カーシュレッダーダストのようなプラスチックや金属の混合系廃棄物であって、且つこれらの分別が困難な場合であっても、前処理として蒸煮、爆砕処理を行うことにより塩素、重金属類を除去可能であるとともに、微粉化されることにより磁選等の分別を容易に行うことが可能となる。
また、プラスチック系廃棄物であっても、前記前処理を行うことによりプラスチックが低分子化されてメタン発酵を行うことが可能となり、メタンガスを回収することができるようになる。
また、プラスチック系廃棄物であっても、前記前処理を行うことによりプラスチックが低分子化されてメタン発酵を行うことが可能となり、メタンガスを回収することができるようになる。
ここで、蒸煮、爆砕処理を含む前処理を行った試料を対象に、メタン発酵処理を行った時のガス発生量につき試験を行い、各種廃棄物のメタン発酵への適用可能性を検証する。
試験方法は、回分式のメタン発酵試験とし、投入した有機物（ＶＳ）重量あたりの消化ガス発生量を比較した。
種汚泥は、運転中のメタン発酵槽引き抜き汚泥を用いる。引き抜いた後、バイアルビンに充填し、数日間の馴養運転を行い、残存する有機物の分解を促進した。
基質は、蒸煮、爆砕処理した試料６種類と、比較のために生ごみ（ＲＵＮ２）、ブランクとして水（ＲＵＮ１）を供試した。蒸煮、爆砕処理に用いる高圧水蒸気処理の条件は、２１０℃、２０気圧である。また、ＲＵＮ３〜８には、各試料と同量のおが屑を混合後に蒸煮、爆砕処理を行っている。基質の一覧を図１０（ａ）に示す。
試験方法は、回分式のメタン発酵試験とし、投入した有機物（ＶＳ）重量あたりの消化ガス発生量を比較した。
種汚泥は、運転中のメタン発酵槽引き抜き汚泥を用いる。引き抜いた後、バイアルビンに充填し、数日間の馴養運転を行い、残存する有機物の分解を促進した。
基質は、蒸煮、爆砕処理した試料６種類と、比較のために生ごみ（ＲＵＮ２）、ブランクとして水（ＲＵＮ１）を供試した。蒸煮、爆砕処理に用いる高圧水蒸気処理の条件は、２１０℃、２０気圧である。また、ＲＵＮ３〜８には、各試料と同量のおが屑を混合後に蒸煮、爆砕処理を行っている。基質の一覧を図１０（ａ）に示す。
試験装置は、全容６８ｍｌのアルミキャップ付きガラス製バイアルビンを用いた。温度調整と振とうはインキュベートシェイカーを用いた。ガス発生量の測定にはガラス製共擦りシリンジを用いた。
メタン発酵の条件は、温度：３７℃、液量：４０ｍｌ（種汚泥３６ｍｌ＋基質４ｍｌ）、反応期間：３０日間、基質：各試料のＶＳ０．３ｇ相当分を分取し４ｍｌに希釈、負荷：７．５ｋｇＶＳ／ｍ３（＝０．３／０．０４）とした。
評価方法は、１日１度の頻度でガス発生量を測定し、その積算値によりガス発生量の相対的な比較を行う。尚、ガス発生量は、投入した有機物（ＶＳ）の重量あたりに換算する。
メタン発酵の条件は、温度：３７℃、液量：４０ｍｌ（種汚泥３６ｍｌ＋基質４ｍｌ）、反応期間：３０日間、基質：各試料のＶＳ０．３ｇ相当分を分取し４ｍｌに希釈、負荷：７．５ｋｇＶＳ／ｍ３（＝０．３／０．０４）とした。
評価方法は、１日１度の頻度でガス発生量を測定し、その積算値によりガス発生量の相対的な比較を行う。尚、ガス発生量は、投入した有機物（ＶＳ）の重量あたりに換算する。
評価結果を図１０（ｂ）、（ｃ）に示す。（ｂ）はガス発生量の経時変化を示すグラフ、（ｃ）はブランク差引き済みのガス発生量経時変化を示すグラフである。
これによれば、食品廃棄物（ＲＵＮ４〜ＲＵＮ６）からの３０日間でのガス発生量は４８０〜５２０ＮｍＬ／ｇ投入ＶＳである。対照として実施したＲＵＮ２でのガス発生量５８０ＮｍＬ／ｇＶＳの８３〜９０％に相当し、メタン発酵により容易に消化ガスに転換されたと考えられる。
また、プラスチック系廃棄物（ＲＵＮ７、ＲＵＮ８）からもガス発生が認められた。従来プラスチックなどの難分解性の試料からはメタン発酵で消化ガスに転換しない、または転換量が少ないと考えられていたが、今回の結果から、ペットボトル（ＲＵＮ８）で、生ごみの５２％に相当し、蒸煮、爆砕処理により生物分解性が向上したと考えられる。
このように、メタン発酵の前処理において蒸煮、爆砕処理を行うことにより、従来困難とされていたプラスチック系廃棄物等の難分解性有機物であっても高効率でメタン発酵できることが明らかとなった。
これによれば、食品廃棄物（ＲＵＮ４〜ＲＵＮ６）からの３０日間でのガス発生量は４８０〜５２０ＮｍＬ／ｇ投入ＶＳである。対照として実施したＲＵＮ２でのガス発生量５８０ＮｍＬ／ｇＶＳの８３〜９０％に相当し、メタン発酵により容易に消化ガスに転換されたと考えられる。
また、プラスチック系廃棄物（ＲＵＮ７、ＲＵＮ８）からもガス発生が認められた。従来プラスチックなどの難分解性の試料からはメタン発酵で消化ガスに転換しない、または転換量が少ないと考えられていたが、今回の結果から、ペットボトル（ＲＵＮ８）で、生ごみの５２％に相当し、蒸煮、爆砕処理により生物分解性が向上したと考えられる。
このように、メタン発酵の前処理において蒸煮、爆砕処理を行うことにより、従来困難とされていたプラスチック系廃棄物等の難分解性有機物であっても高効率でメタン発酵できることが明らかとなった。
本発明によれば、蒸煮工程及び爆砕工程を含む前処理を行うことにより、廃棄物が微粉化され、且つ生物分解性が高まるため、有機物及び無機物を含有する混合系廃棄物の処理に好適に利用でき、さらに各種廃棄物の焼却処理、溶融処理、メタン発酵処理、堆肥化処理等の何れにも適用可能である。
１０、３１ 蒸煮工程
１１ 判別工程
１２、１７、３２ 爆砕工程
１３、１８、３４ 磁選工程
１４ 搬送工程
１５、３６、４３ メタン発酵工程
１６ ドレン抜き工程
１９ 埋め戻し工程
２０ ショベルカー
２１ 高圧水蒸気処理車
２２ 排水タンク車
２３ ボイラ車
２４ メタン発酵槽
２５ 蒸煮爆砕装置
２６ 耐圧容器
３３ 廃水処理工程
３５ 加水搬送工程
３７ ガスエンジン発電工程
３８ ペレット化工程
３９ 焼却工程（焼却炉）
４０ ボイラ発電工程
４１ 排ガス処理工程
４２ 溶融工程（溶融炉）
４４ 発電工程
１００ 蒸煮工程
２００ 爆砕工程
１１ 判別工程
１２、１７、３２ 爆砕工程
１３、１８、３４ 磁選工程
１４ 搬送工程
１５、３６、４３ メタン発酵工程
１６ ドレン抜き工程
１９ 埋め戻し工程
２０ ショベルカー
２１ 高圧水蒸気処理車
２２ 排水タンク車
２３ ボイラ車
２４ メタン発酵槽
２５ 蒸煮爆砕装置
２６ 耐圧容器
３３ 廃水処理工程
３５ 加水搬送工程
３７ ガスエンジン発電工程
３８ ペレット化工程
３９ 焼却工程（焼却炉）
４０ ボイラ発電工程
４１ 排ガス処理工程
４２ 溶融工程（溶融炉）
４４ 発電工程
１００ 蒸煮工程
２００ 爆砕工程
Claims (10)
- 有機物を含む廃棄物を高温高圧水蒸気により蒸煮する蒸煮工程と、該蒸煮した後に減圧して爆砕する爆砕工程とを備え、前記廃棄物に含有される塩素及び重金属類を分離することを特徴とする高圧水蒸気を用いた廃棄物処理方法。
- 前記廃棄物が無機物若しくは有機物を含む混合系廃棄物であって、
前記廃棄物が無機物含有率の高い無機系廃棄物か有機物含有量の高い有機系廃棄物かを判別する判別工程と、該判別工程にて前記廃棄物が有機系廃棄物であると判断された場合に、該廃棄物を高温高圧水蒸気により蒸煮する蒸煮工程と、該蒸煮した後に減圧して爆砕する爆砕工程とを備え、前記廃棄物に含有される塩素及び重金属類を分離することを特徴とする高圧水蒸気を用いた廃棄物処理方法。 - 前記判別工程では、前記蒸煮工程時の廃棄物または装置内部の温度変化を測定し、該廃棄物温度が上昇した場合には有機系廃棄物と判断し、該廃棄物温度が低下した場合若しくは変化しない場合には無機系廃棄物と判断することを特徴とする請求項２記載の高圧水蒸気を用いた廃棄物処理方法。
- 前記判別工程にて前記廃棄物が無機系廃棄物であると判断された場合に、該廃棄物を高温高圧水蒸気により蒸煮する蒸煮工程と、重金属類を含有する液を抜き出す液抜き出し工程と、該重金属類を除去した廃棄物を減圧して爆砕する爆砕工程と、該爆砕により微粉化された廃棄物を磁選する磁選工程と、を備えたことを特徴とする請求項２記載の高圧水蒸気を用いた廃棄物処理方法。
- 前記蒸煮工程にて、前記廃棄物を亜臨界条件の温度範囲、圧力範囲で蒸煮することを特徴とする請求項１若しくは２記載の高圧水蒸気を用いた廃棄物処理方法。
- 前記廃棄物が、埋立てごみを掘起して得られた掘起しごみであることを特徴とする請求項１若しくは２記載の高圧水蒸気を用いた廃棄物処理方法。
- 前記廃棄物がプラスチックを含む有機系廃棄物であって、
前記廃棄物に対して前記蒸煮工程と前記爆砕工程を含む前処理を行った後に、該廃棄物をメタン発酵することを特徴とする請求項１若しくは２記載の高圧水蒸気を用いた廃棄物処理方法。 - 前記廃棄物が有機系廃棄物であって、
前記有機系廃棄物に対して前記蒸煮工程と前記爆砕工程を含む前処理を行った後に、該廃棄物をメタン発酵してメタンガスを回収し、該回収したメタンガスを燃料源として高温高圧水蒸気を生成し、該高温高圧水蒸気を前記蒸煮工程に導入するようにしたことを特徴とする請求項１若しくは２記載の高圧水蒸気を用いた廃棄物処理方法。 - 前記廃棄物が有機系廃棄物であって、
前記有機系廃棄物に対して、前記蒸煮工程と、前記爆砕工程と、該爆砕により微粉化した廃棄物を磁選する磁選工程と、該磁選した廃棄物をペレット化するペレット化工程と、を含む前処理を行った後に、該廃棄物を焼却処理し、
前記ペレット化工程にて発生する高圧水蒸気を前記蒸煮工程に導入するようにしたことを特徴とする請求項１若しくは２記載の高圧水蒸気を用いた廃棄物処理方法。 - 前記廃棄物が有機系廃棄物であって、
前記有機系廃棄物に対して、前記蒸煮工程と、前記爆砕工程と、該爆砕により微粉化した廃棄物を磁選する磁選工程と、を含む前処理を行った後に、該廃棄物を溶融処理し、該溶融にて発生した廃熱を利用して高温高圧水蒸気を生成し、該高温高圧水蒸気を前記蒸煮工程に導入するようにしたことを特徴とする請求項１若しくは２記載の高圧水蒸気を用いた廃棄物処理方法。
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