JP2020099891A - 有機性廃棄物の処理方法及び処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広範かつ雑多な種類の廃棄物に対して効率的かつ安価な装置構成で、安定的に処理可能な廃棄物の処理方法及び装置とする。【解決手段】肥料化又は燃料化できない異物が混在する有機性廃棄物を、高温高圧の水蒸気により加水分解した後、前記異物と加水分解した有機性廃棄物とを分離して、前記加水分解した有機性廃棄物に油分を添加し、油炒め処理で脱水する処理方法及び処理装置である。好ましい装置は、耐圧性で加熱可能なジャケットを有する処理容器1に廃棄物の投入口２、水蒸気供給口３、油分供給口４、非分解物排出口５、処理物排出口６及び排圧排気口７を備え、内部には水蒸気加水分解室１９と油炒め処理室２１及び非分解物分離室２０を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、大病院や老人福祉施設などから排出される食品廃棄物、汚物廃棄物やこれらに混入される不燃性廃棄物等の混在する有機性廃棄物をはじめとして、各種食品加工場から排出される有機性廃棄物の処理方法及び処理装置に関する。

水分を含む有機性廃棄物（以下、単に「廃棄物」という）の脱水方法として、加熱された油中に廃棄物を投入し、水分を蒸散させる油温脱水処理方法が知られている（特許文献１参照）。この油温脱水処理方法は、加熱された油を貯留する装置本体から構成される油温脱水処理装置（クッカーとも呼ばれる）を用い、加熱された油中に廃棄物を投入し、装置本体に内蔵した送り軸（撹拌羽根や送りスクリュー等）によって廃棄物を撹拌又は移送しながら水分を蒸散させる。脱水処理を終えた結果物は、水分に代わって油分を含むため、搾油処理を経て減容され、埋め立て処分されたり、肥料や飼料に転用されたりするのである。

また、廃棄物処理装置として、廃棄物を高温・高圧の容器内領域で攪拌して加水分解させる第１容器と、加水分解した廃棄物を高温・低圧の容器内領域で加熱乾燥させる第２容器と、第１容器内の雰囲気を解放せずに廃棄物を第１容器の容器内領域に導入する廃棄物供給装置と、第１容器内の雰囲気を解放せずに第１容器内の廃棄物を第２容器内に移動させる廃棄物移動装置とを有する、いわゆる亜臨界加水分解方式を利用した装置が提案されている（特許文献２、請求項１参照）。これにより、容器内雰囲気の初期的昇温・昇圧のための熱負荷及び加圧負荷を軽減するとともに、反応容器を大型化することなく廃棄物処理量を増大する、とある。

特開平06-071298号公報 特開2008-246300号公報

これら従来技術は、油温脱水方式にしろ、亜臨界加水分解方式にしろ、それぞれの特徴を生かした分野で活用されて、それなりの効果を挙げているが、油炒め処理や加水分解処理では対応しきれない不溶物や非分解物が混在する有機性廃棄物主体の処理が困難な処理物も多く存在するようになってきている。そこで、これらの方法や装置をベースにして広範かつ雑多な種類の廃棄物に対して効率的かつ安価な装置構成で、安定的に処理可能な廃棄物の処理方法及び処理装置を得ることを目的に検討を加えたのである。

本発明の構成は、肥料化又は燃料化できない異物が混在する廃棄物を、高温高圧の水蒸気により加水分解した後、これら異物と加水分解した廃棄物とを分離して、加水分解した廃棄物に油分を添加し、油炒め処理で脱水することにより、廃棄物を肥料化又は燃料化することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法である。ここにいう有機性廃棄物とは、動植物性残渣、廃プラスチック類，紙くずなどのほか、金属、鉱物、ガラスなどの、上記の処理では分解しない異物が混在するもので、あらかじめ粗大ごみに属する大型ごみは選別作業で分離したものである。したがって、廃棄物の由来によっては油分の多い高い粘性のものから分解可能な廃プラスチックや紙くずの多いものまで種々雑多なものまでが処理できる。

高温高圧の水蒸気による加水分解は、通常水蒸気圧力とは、温度が４Ｎで１３０℃程度から１５Ｎ、２００℃の亜臨界まで達する高温高圧の水蒸気により行う。この加水分解条件は廃棄物の種類や状況により適時選択処理するのである。これにより、高粘性の有機物の粘度が下がり、加水分解しない異物との分離が良好になる。

未分解の異物が分離された比較的粘度の低い加水分解物は、続いて高温高圧のまま、あるいは圧力を下げて油炒め処理をするが、油炒め処理は加圧状態から大気圧あるいは減圧状態にすると、油炒めによる廃棄物の変質分解から水分蒸発までが自由にコントロールできる。油炒め処理に用いる油分は、有機性廃棄物の種類と得られる処理物の用途により、植物油脂、動物油脂、鉱物油のいずれか、またはこれらの混合物で処理する。当然のことながら、飼料や肥料にする場合は動植物油しか用いられないが、燃料にする場合は鉱物油が混入していても差し支えない。

廃棄物が高粘性の際は、水蒸気加水分解時又は加水分解完了段階の圧力減圧過程（大気圧直前）にも油分を添加する。これにより、水蒸気加水分解後も分解物の凝固（連続した分解物を微粒化凝固を図る）を最小限の大きさに留め、以下の脱水を効率的に行うことができる。

本発明の処理方法に用いる装置は、耐圧性で加熱可能なジャケットを有する処理容器であって、この処理容器には肥料化又は燃料化できない異物が混在する廃棄物の投入口、水蒸気供給口、油分供給口、非分解物排出口、処理物排出口及び排圧排気口を備え、内部には水蒸気加水分解室と油炒め処理室及び非分解物分離室を備えたことを特徴とする廃棄物の処理装置である。この耐圧処理容器内では、条件によっては水蒸気加水分解と油炒め処理が同時にかつ連続して実施できる。

処理容器内に設ける処理室及び非分解物分離室は、楕円形の処理容器として内全体を水蒸気分解室とし、これと同時に又は連続して油炒め脱水処理をするように楕円形の上部と下部に分けてその間に非分解物処理室を配置する。すなわち、処理容器内に設ける水蒸気加水分解室と油炒め処理室及び非分解物分離室は、処理容器の形状によって決まるが、容器内全体で水蒸気分解をして、これと同時に連続して又は油炒め脱水処理をするように楕円形の上部と下部に分けてその間に非分解物処理室を配置するのがよい。そして、上下にそれぞれ攪拌用と搬送用のスクリュウーを設け、上部水蒸気加水分解室のスクリュー下部を囲うようにネットを設けて非分解物分離室とする。楕円形の上部と下部は、ほぼ垂直方向がよいが、場合により多少の傾斜があってもよい。

本発明の廃棄物の処理装置は、この装置に付随する廃棄物受け入れ装置、水貯蔵タンク、水蒸気発生装置、油分貯蔵タンクなどを車の荷台に搭載した車載型にすると、廃棄物の発生場所において直ちに処理できるので、利便性が増加する。

まず、各種廃棄物の亜臨界水処理により分解微細化が行われて、特徴ある燃料・肥料・飼料製品に再生され、燃料の場合は、従来の原料保有熱量より大幅熱量増加の高熱量燃料製品が得られる。また、肥料にする場合は、土壌改良肥料として高吸収分解が短時間で行われる高品質肥料製品となり、飼料にする場合も、従来の原料保有栄養分がアミノ酸等に分解されることで、吸収率の良い高飼料製品が得られる。更に、原料含有水分は亜臨界水として変質され、植物栽培促進効果のある水となり、高温・高圧処理を行うことで、各種有機物の滅菌処理された粉末状衛生的な固形物が得られるのである。

本発明では、同時又は続いて行われる油温脱水処理において、あらかじめ亜臨界加水分解によって、大量の廃棄物を脱水用油中に投入しても、すでに処理装置内が高温になっているので、脱水用油の油温を降温させない効果をもたらす。これにより、まず降温の影響を受けることなく高い油温の脱水用油を用いることができるようになる。また、油温を高めるための処理時間が短くなり、しかも正確に脱水に要する処理時間を計数できるようにもなる。そして本体において脱水処理により抽出された水分中の水溶性成分をタンク本体内の待機用油に溶解して水分だけを再蒸発させることにより、冷却装置へ送り出せ、廃棄物中の水溶性成分を外部に出さず、また前記水溶性成分が回収できる。こうして、本発明は、脱水用油の降温を避けることにより高温の脱水用油を利用できるようにし、また脱水処理に要する処理時間を短くかつ正確に制御できるようにして、高温の脱水用油で品質に優れた結果物が得られるようになる。

このほか、本発明の処理装置は、油温脱水処理本体の大型化を避け、ジャケットの加熱媒体として油を用いた小型化を可能にしたり、従来に比べて一度に投入できる廃棄物の量を増やして、単位時間あたりの廃棄物の処理量を増やしたりする効果をもたらす。

本発明の有機性廃棄物の処理装置は、この廃棄物の加水分解と油炒め脱水が一つの処理容器内で同時にまたは連続して処理可能であるため、装置自体がコンパクトになり、さらに、処理装置に付随する各種タンク類などを一括して搭載した車載型にすることもできるので、設備費が低減でき、しかも廃棄物の発生場所において直ちに処理できるので、利便性が増加した経済的な装置になっている。

本発明に基づく処理装置を用いた廃棄物処理方法の一例を示すフローチャート図である。 本発明の処理装置の一例を示す長手方向中央縦断面図である。 本発明の処理装置の一例を示す図２のＡ―Ａ部全面断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図を参照しながら説明する。
図1は、本発明に基づく処理装置を用いた廃棄物処理方法の一例を示すフローチャート図であり、ここで処理すべき廃棄物は、大型の病院や老人福祉施設などから大量に排出する肥料化又は燃料化できない異物が混在する有機性廃棄物、例えば、食品調理くずからなる動植物性残渣のほか、大量の使用済みオムツ，布くず、紙くずから、注射針その他の医療器具からくるガラス、廃プラスチック類、金属等の異物が混在するもので、あらかじめ粗大ごみに属する大型ごみは選別作業で分離したものである。

この廃棄物を本発明の方法及び装置で処理するのであるが、まず、装置内に高温高圧の水蒸気を供給して亜臨界状態まで達する状態にするが、その間に、この高温高圧の水蒸気により加水分解した後、異物と加水分解した有機性廃棄物とを分離して、前記加水分解した有機性廃棄物に油分を添加し、油炒め処理で脱水して、分解固形物と分解液状物と未分解固形物とに分離して、有機性廃棄物を肥料化固形肥料あるいは液体肥料又はバイオマス燃料にする。未分解固形物は金属類を回収し、残りのガラス、プラスチック類を埋め立て処理に移す。

得られた固形肥料あるいは液体肥料などの肥料分は、農場や植物工場へ供給し、バイオマス燃料は主に火力発電所に供給して、発電ボイラーによる発電に利用する。石油系の重油やガス燃料と共用することでボイラーの損傷を防ぐことはよく言われていることであるから、好ましい利用方法である。発電ボイラーで発生する電力や温水は病院や老人福祉施設へ還元利用したり、先の植物工場などへ、肥料分とともに供給したりできる。このような好循環が、本発明の廃棄物の処理方法及び装置により達成できるのである。

図２及び図３に示す装置は、本発明の処理方法に用いる好適な処理装置の一例であり、耐圧性で加熱可能なジャケットを有する縦楕円形の横方向に長い筒型の処理容器１であって、この処理容器１の上方には肥料化又は燃料化できない異物が混在する有機性の廃棄物投入口２を長手方向２か所に設け、上方側面に斜め方向からの水蒸気供給口３と油分供給口４を複数個設けている。更に、上下方向中間の端部に非分解物排出口５、下方に処理物排出口６を設け、長手方向に上方２か所に設けた廃棄物投入口２、２の中間に排圧排気口７を備えている。

処理容器1の内部には、上下に前後方向の回転軸８,９とそれらの軸受10,11が前後方向の処理容器の壁面に設けられている。場合により回転軸８，９の補強のために内部にも補強軸受12,13を設ける。回転軸８には4枚の羽根を一組とする回転翼１４が軸に沿って複数個所に設けられて廃棄物の攪拌と移送をする攪拌機１５とし、回転軸９には連続するスクリュー１６を設けて廃棄物の攪拌と移送をするスクリュー攪拌機１７としている。そして、上の攪拌機１５の下半分を覆うように金網１８を設けている。

このような処理容器１の内部構造であるので、肥料化又は燃料化できない異物が混在する有機性廃棄物を廃棄物投入口２から投入すると、上の攪拌機１５の上に投入されて回転翼１４によってゆっくりと装置の右方向へ移動する。処理容器の内部は高温高圧の蒸気を水蒸気供給口３からの供給によって亜臨界状態になって廃棄物はこの部分で主に加水分解を受けるので、水蒸気加水分解室１９と称する。

水蒸気加水分解室１９は、その攪拌機１５の下半分を覆うように金網１８があって、これに沿って加水分解物が移動するが、その時に大部分の加水分解物はこの金網から落下して、金網１８上に非分解物が残り、非分解物排出口５から外部へ排出されるので、この部分を非分解物分離室２０としている。本発明の処理容器１は、この分離室２０を備えたことを特徴とする。高温高圧の水蒸気による加水分解は、通常水蒸気圧力とは、温度が４Ｎ、１４３℃〜１５Ｎ、２００℃の亜臨界まで達する水蒸気により行う。この加水分解条件は有機性廃棄物の種類や状況により適時選択処理するのである。これにより、高粘性の有機物の粘度が下がり、加水分解しない異物との分離が良好になる。

未分解の異物が分離された比較的粘度の低い加水分解物は、続いて高温高圧のまま、あるいは圧力を下げて油炒め処理をするが、油炒め処理室２１は前述の回転軸９に設けた連続するスクリュー１６からなる廃棄物の攪拌と移送をするスクリュー攪拌機１７の部分である。ここでは、前記分離室２０から落下した比較的低粘度の生の廃棄物や加水分解後の廃棄物が溜まるので、場合により減圧後にも油炒め処理ができる。 油炒め処理に用いる油分は、有機性廃棄物の種類と得られる処理物の用途により、植物油脂、動物油脂、鉱物油のいずれか、またはこれらの混合物で処理する。当然のことながら、飼料や肥料にする場合は動植物油しか用いられないが、燃料にする場合は鉱物油が混在していても差し支えない。

以下、いくつかの具体的有機性廃棄物について、本発明の処理方法及び処理装置１による実施例について述べる
実施例
油による炒め方式又は油温減圧脱水時の油温の影響については、過去の実証に於いて明確になっている点として、脱水初期に脱水温度が６０〜８０℃にて脱水を行った場合、たん白質成分及び窒素成分影響による糊化現象が生じていた。ところが、本発明の処理方法及び装置を用いると、高温高圧の加水分解処理後の高温状況に於ける油温下（１００℃以上）での油炒め処理で、廃棄物の脱水及び固形化がスムースに進むことが判明した。
例１：魚あら（魚残渣物）を投入後、油温減圧脱水方法にて即クッカー内減圧により
脱水を行った場合、脱水と同時に廃棄物のたん白質成分の糊化現象により、固形物が糊状のまま脱水されて以後の余剰油圧搾分離又は遠心分離固形物製品が得られなかったのが、本発明の水蒸気加水分解処理と同時または連続する油炒め脱水処理により解決した。

例２：汚泥（浄水場のスカム）を処理装置に投入後、高温高圧の水蒸気による加水分解処理を行わずに、直ちに特許文献１の油炒め方式にて脱水したのちに減圧による脱水を行った場合、脱水は行われたが、処理後の製品は窒素成分の糊化現象により、固形物がペースト状のまま脱水が進まず、固形物状の製品が得られなかったが、本発明の処理方法によって、固形粉末状の製品まで仕上げることができた。

油の効用について、次の実施例で示す。すなわち、脱水開始時に原料と油を糊化現象温度帯以上で行う現在保有連続式油温減圧脱水方法としての効用とは別に 油の効用について、次の実施例で示す。すなわち、脱水開始時に原料と油を糊化現象温度帯以上で行う現在保有連続式油温減圧脱水方法としての効用とは別に水蒸気加水分解の途中又は加水分解完了段階の圧力減圧過程（大気圧直前）に油添加することで、加水分解された微粒分解物を高温（１００℃以上）の段階で油中と接することで、各微粒分解物に油膜構成が行われ、この状態のまま油温脱水に進むことで脱水固形物は、各微粒分解物のままにて脱水固形物製品が得られる。処理装置から排出冷却後も、微粒分解物の脱水固形物は、相互間凝固も油膜構成により発生しない。

例３：廃プラ分解物（糊状）の凝固防止
例４：動物性ゼラチンの凝固防止
油分の添加段階は、上方の水蒸気加水分解室から下方の油炒め処理室に至る間で、高温高圧の加水分解状態から圧力を下げる経過段階の大気圧直前にも油分の添加を行う。この油添加により上層において既に廃棄物が加水分解と油温脱水を受けて微粒分解物となる。
したがって、下層の油炒め処理室では容易に脱水して、微粒分解固形物が得られる効用を有する。

１ 処理容器（耐圧性）
２ 廃棄物投入口
３ 水蒸気供給口
４ 油分供給口
５ 非分解物排出口
６ 処理物排出口
７ 排圧排気口
８ 上回転軸
９ 下回転軸
１０，１１ 軸受
１２，１３ 補強軸受
１４ 回転翼
１５ 攪拌機
１６ スクリュー
１７ スクリュー攪拌機
１８ 金網
１９ 水蒸気加水分解室
２０ 非分解物分離室
２１ 油炒め処理室

Claims (8)

1. 肥料化又は燃料化できない異物が混在する有機性廃棄物を、高温高圧の水蒸気により加水分解した後、前記異物と加水分解した有機性廃棄物とを分離して、前記加水分解した有機性廃棄物に油分を添加し、油炒め処理で脱水することにより、有機性廃棄物を肥料化又は燃料化することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
2. 高温高圧の水蒸気による加水分解は、亜臨界水により行う請求項１記載の有機性廃棄物の処理方法。
3. 油炒め処理に用いる油分は、有機性廃棄物の種類と得られる処理物の用途により、植物油脂、動物油脂、鉱物油のいずれか、又はこれらの混合物である請求項１記載の有機性廃棄物の処理方法。
4. 有機性廃棄物が高粘性の際は、水蒸気加水分解時にも油分を添加し、水蒸気加水分解物の凝固を防ぐ請求項１乃至３いずれか記載の有機性廃棄物の処理方法。
5. 耐圧性で加熱可能なジャケットを有する処理容器であって、
   該処理容器には肥料化又は燃料化できない異物が混在する有機性廃棄物の投入口、水蒸気供給口、油分供給口、非分解物排出口、処理物排出口及び排圧排気口を備え、
   内部には水蒸気加水分解室と油炒め処理室及び非分解物分離室を備えたことを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
6. 処理容器内に設ける処理室及び非分解物分離室は、楕円形の処理容器として内全体を水蒸気分解室とし、これと同時に又は連続して油炒め脱水処理をするように楕円形の上部と下部に分けてその間に非分解物処理室を配置する請求項５記載の有機性廃棄物の処理装置。
7. 処理容器内に設ける水蒸気加水分解室と油炒め処理室には、それぞれ攪拌用と搬送用のスクリュウーを設け、上部水蒸気加水分解室のスクリュウー下部を囲うようにネットを設けて非分解物分離室として、楕円形の上部と下部は、ほぼ垂直方向あるいは多少の傾斜を設けて配置する請求項５又は６記載の有機性廃棄物の処理装置。
8. 請求項５記載の処理装置及び該装置に付随する廃棄物受け入れ装置、水貯蔵タンク、水蒸気発生装置、油分貯蔵タンクのすべてを車の荷台に搭載した車載型としてなる有機性廃棄物の処理装置。

Images