JP2022055081A - 廃棄物処理システム及び廃棄物処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】改質装置からの蒸気の要求を速やかに満たすことができる廃棄物処理システム及び廃棄物処理方法を提供する。【解決手段】廃棄物処理システムは、蒸気で廃棄物を加水分解する少なくとも１つの改質装置と、少なくとも１つの改質装置で加水分解された廃棄物のうち少なくとも固体を含む改質物を微生物によって低分子化する微生物反応装置と、微生物反応装置で生成したガスの燃焼エネルギのみを用いて蒸気を発生させる少なくとも１つの蒸気発生装置と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、廃棄物処理システム及び廃棄物処理方法に関する。

家庭、食品工場等から排出された都市廃棄物、稲わら、麦わら、パーム残渣等の農業廃棄物、家畜糞尿、下水汚泥等、未利用バイオマスの有効利用が望まれている。例えば、特許文献１に記載の技術では、廃棄物は改質装置によって蒸気で水熱処理（加水分解）され、この加水分解により得られた反応物の固相から固形燃料が製造されている。そして、固形燃料の燃焼により生成する燃焼エネルギを用いて蒸気を発生させ、この発生した蒸気を用いて上記の加水分解が行われる。

特表２０１３－５１１３８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、固形燃料の燃焼により生成する燃焼エネルギを用いて蒸気を発生させているため、改質装置からの蒸気の要求を速やかに満たすことができず、改質装置が待機状態となってしまう虞がある。

本開示は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、改質装置からの蒸気の要求を速やかに満たすことができる廃棄物処理システム及び廃棄物処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係る廃棄物処理システムは、蒸気で廃棄物を加水分解する少なくとも１つの改質装置と、前記少なくとも１つの改質装置で加水分解された前記廃棄物のうち少なくとも固体を含む改質物を微生物によって低分子化する微生物反応装置と、前記微生物反応装置で生成したガスの燃焼エネルギのみを用いて前記蒸気を発生させる少なくとも１つの蒸気発生装置と、を備える。

上記目的を達成するため、本開示に係る廃棄物処理方法は、蒸気で廃棄物を加水分解するステップと、加水分解された前記廃棄物のうち少なくとも固体を含む改質物を微生物によって低分子化するステップと、前記改質物を微生物によって低分子化するステップで生成したガスの燃焼エネルギのみを用いて前記蒸気を発生させるステップと、を備える。

本開示の廃棄物処理システム及び廃棄物処理方法によれば、改質装置からの蒸気の要求を速やかに満たすことができる。

本開示の実施形態１に係る廃棄物処理システムの構成模式図である。 本開示の実施形態２に係る廃棄物処理システムの構成模式図である。 本開示の実施形態３に係る廃棄物処理システムの構成模式図である。 本開示の実施形態４に係る廃棄物処理システムの構成模式図である。 本開示の実施形態５に係る廃棄物処理システムの構成模式図である。 本開示の一実施形態に係る廃棄物処理システムの構成模式図の一部であって、改質装置の周辺構成が図示されている。 本開示の一実施形態に係る第１改質装置に供給される蒸気の量と時間との関係を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る第２改質装置に供給される蒸気の量と時間との関係を示すグラフである。 本開示の一実施形態に係る廃棄物処理方法のフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態による廃棄物処理システム及び廃棄物処理方法について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

（実施形態１）
＜実施形態１に係る廃棄物処理システムの構成＞
図１は、本開示の実施形態１に係る廃棄物処理システム１の構成模式図である。図１に示されるように、本開示の実施形態１に係る廃棄物処理システム１は、改質装置２と、微生物反応装置３と、蒸気発生装置４と、を備える。

改質装置２は、廃棄物を蒸気Ｓ１で加水分解する。このような改質装置２は、例えば、都市ごみのような廃棄物を収集した車両又はプラント等から廃棄物をそのまま受け入れて蒸気Ｓ１によって廃棄物をバッチ式に加水分解するものであり、具体的には、廃棄物が投入される投入口１１及び加水分解された廃棄物が排出される排出口１２を含む筐体１０を備えるバッチ式の改質装置である。投入口１１及び排出口１２にはそれぞれ不図示の開閉弁が設けられ、開閉弁をそれぞれ閉じることにより、筐体１０を密閉できる。改質装置２における廃棄物の加水分解は、蒸気Ｓ１が廃棄物に接触して廃棄物を加熱する湿式の加水分解であってもよいし、蒸気Ｓ１が廃棄物には接触しないで間接的に廃棄物を加熱する乾式の加水分解であってもよい。乾式の加水分解の場合には、筐体１０内の廃棄物中の水分が蒸発して水蒸気となり、その水蒸気によって筐体１０内の廃棄物が均一に加熱される。また、加水分解のためには水分が必要であるが、水蒸気によって水分が廃棄物の表面に付着することで水分が供給される。尚、図１には１つの改質装置２が記載されているが、複数の改質装置２が直列に接続された構成や複数の改質装置２が並列に接続された構成、直列に接続された構成と並列に接続された構成とが組み合わされた構成であってもよい。

廃棄物の一例として挙げた都市ごみは、生ごみ、紙ごみ、プラスチックごみを主成分として、少量の金属が含まれる。廃棄物処理システム１で処理される廃棄物は、都市ごみに限定するものではなく、工場等からの排水を処理することにより生じた汚泥や農業系廃棄物等のように含有水分量が都市ごみよりも多いものも廃棄物処理システム１で処理可能である。

微生物反応装置３は、改質装置２で加水分解された廃棄物のうち少なくとも固体を含む改質物Ｘ１を微生物によって低分子化する。この際に、微生物反応装置３はバイオガスＧ１を生成する。微生物反応装置３は、改質物Ｘ１を原料として、微生物による生物作用を利用してバイオガスＧ１を生成するものであれば、どのような構成でもよい。例えば、微生物反応装置３は、メタン等のバイオガスＧ１を有価物として生成するバイオガス発酵槽である。しかし、微生物反応装置３はバイオガス発酵槽に限定されない。例えば、微生物反応装置３は、デンプンやセルロースのような炭水化物から有価物としての糖を製造する糖化槽や堆肥化して堆肥を製造する堆肥化装置であってもよい。尚、図１に例示した構成によれば、改質装置２で加水分解された廃棄物を固液分離せずに微生物反応装置３で低分子化させて有価物を生成させることができるので、廃棄物処理システム１は水分含量の低い廃棄物でも低コストで処理可能となっている。

蒸気発生装置４は、微生物反応装置３で生成したバイオガスＧ１の燃焼エネルギのみを用いて蒸気Ｓ１を発生させる。言い換えると、蒸気発生装置４は、微生物反応装置３で生成したバイオガスＧ１以外の燃料の燃焼エネルギで蒸気Ｓ１を発生させていない。そして、改質装置２は、蒸気発生装置４で発生させた蒸気Ｓ１によって廃棄物を加水分解する。このような蒸気発生装置４は、例えば、排ガスボイラを含む。排ガスボイラは、バイオガスＧ１の燃焼によって発生する排ガスの熱により蒸気Ｓ１を発生させる。尚、蒸気発生装置４は、排ガスボイラに限定されない。蒸気発生装置４は、排ガスボイラに代わり、バイオガスＧ１を燃料として蒸気Ｓ１を発生させる燃焼ボイラを含んでもよい。また、蒸気発生装置４は、排ガスボイラ及び燃焼ボイラの両方を含んでもよい。

＜実施形態１に係る廃棄物処理システムの作用・効果＞
本開示の実施形態１に係る廃棄物処理システム１の作用・効果について説明する。ガス状の燃料は、固形状や液状の燃料と比較して燃焼するのが早い。実施形態１によれば、改質装置２は、微生物反応装置３で生成したバイオガスＧ１の燃焼エネルギのみを用いて発生させた蒸気で加水分解する。このため、改質装置２からの蒸気Ｓ１の要求を速やかに満たすことができる。

改質装置２が水分含量の少ない廃棄物（例えば、都市ごみ）を加水分解して改質物Ｘ１を生成した場合、改質物Ｘ１に含まれる液体のみを微生物によって低分子化するよりも、改質物Ｘ１に含まれる固体を微生物によって低分子化する方がバイオガスＧ１の生成量が多いことがある。実施形態１によれば、微生物反応装置３は、改質装置２で加水分解された廃棄物のうち少なくとも固体を含む改質物Ｘ１を微生物によって低分子化する。このため、バイオガスＧ１の生成量の増加を図ることができる。

（実施形態２）
次に、実施形態２に係る廃棄物処理システム１について説明する。実施形態２に係る廃棄物処理システム１は、実施形態１に対して、保温用蒸気配管８を付加したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

＜実施形態２に係る廃棄物処理システムの構成＞
図２は、本開示の実施形態２に係る廃棄物処理システム１の構成模式図である。図２に示されるように、廃棄物処理システム１は、改質装置２と微生物反応装置３とを接続する保温用蒸気配管８をさらに備える。

保温用蒸気配管８は、改質装置２で廃棄物を加水分解した後に改質装置２から排気される排気蒸気Ｓ２が流通する。改質装置２は、この保温用蒸気配管８を介して、排気蒸気Ｓ２を微生物反応装置３に供給する。微生物反応装置３は、改質装置２から供給された排気蒸気Ｓ２が有する熱で、例えば３０度以上５０度以下のような所定の温度領域に含まれるように保温される。

＜実施形態２に係る廃棄物処理システムの作用・効果＞
微生物反応装置３は、微生物による改質物Ｘ１の低分子化を促進するために、所定の温度領域に含まれるように保温されることが望ましい。実施形態２によれば、排気蒸気Ｓ２を微生物反応装置３を保温するための熱源として利用する。このため、微生物反応装置３を保温するために準備する燃料の量を抑制し、運用コストの削減を図ることができる。

（実施形態３）
次に、実施形態３に係る廃棄物処理システム１について説明する。実施形態３に係る廃棄物処理システム１は、実施形態１に対して、乾燥装置１３及び乾燥用蒸気配管１５を付加したものである。尚、実施形態３において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。別の実施形態に係る廃棄物処理システム１は、実施形態２に対して、乾燥装置１３及び乾燥用蒸気配管１５を付加したものであってもよい。

＜実施形態３に係る廃棄物処理システムの構成＞
図３は、本開示の実施形態３に係る廃棄物処理システム１の構成模式図である。図３に示されるように、廃棄物処理システム１は、微生物反応装置３が改質物Ｘ１を微生物によって低分子化した後に得られる残渣Ｘ２を乾燥する乾燥装置１３と、改質装置２と乾燥装置１３とを接続する乾燥用蒸気配管１５と、をさらに備える。

図３に例示する形態では、廃棄物処理システム１は、微生物反応装置３が改質物Ｘ１を微生物によって低分子化した後に残る残渣Ｘ２（発酵残渣）を脱水する脱水装置１４を含んでいる。乾燥装置１３には、脱水装置１４で脱水された残渣Ｘ２が供給される。

乾燥用蒸気配管１５は、改質装置２で廃棄物を加水分解した後に改質装置２から排気される排気蒸気Ｓ２が流通する。改質装置２は、この乾燥用蒸気配管１５を介して、排気蒸気Ｓ２を乾燥装置１３に供給する。乾燥装置１３は、改質装置２から供給された排気蒸気Ｓ２が有する熱で、脱水装置１４で脱水された残渣Ｘ２を乾燥する。

＜実施形態３に係る廃棄物処理システムの作用・効果＞
図３に例示したように、微生物反応装置３を含む廃棄物処理システム１は、微生物反応装置３から得られる残渣Ｘ２を乾燥する乾燥装置１３を含む場合がある。実施形態３によれば、排気蒸気Ｓ２を乾燥装置１３が残渣Ｘ２を乾燥するための熱源として利用する。このため、乾燥装置１３において残渣Ｘ２を乾燥するために準備する燃料の量を抑制し、運用コストの削減を図ることができる。

（実施形態４）
＜実施形態４に係る廃棄物処理システムの構成＞
次に、実施形態４に係る廃棄物処理システム１について説明する。実施形態４に係る廃棄物処理システム１は、実施形態１に対して、分離装置１６を付加したものである。尚、実施形態４において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。別の実施形態に係る廃棄物処理システム１は、実施形態２又は３に対して、分離装置１６を付加したものであってもよい。

図４は、本開示の実施形態４に係る廃棄物処理システム１の構成模式図である。図４に示されるように、廃棄物処理システム１は、改質装置２と微生物反応装置３との間に設けられる分離装置１６をさらに備える。

分離装置１６は、改質装置２で加水分解された廃棄物である改質物Ｘ１から、微生物反応装置３においてバイオガスＧ１を生成するのに不適な不適物を分別する。このような分離装置１６は、大粒径成分と大粒径成分よりも粒径の小さい小粒径成分とに改質物Ｘ１を分離するものであり、例えば、任意のメッシュサイズを有するスクリーンであり、そのメッシュサイズは大粒径成分と小粒径成分との境界の粒径に相当する。小粒径成分は、微生物反応装置３で低分子化されて有価物を生成する。大粒径成分は、改質物Ｘ１から分別され、微生物反応装置３に供給されないようになっている。これは、大粒径成分の主成分は、改質装置２における加水分解によっても比較的大きな粒径を有する成分であり、プラスチックごみに由来するものや金属のように、微生物反応装置３で低分子化され得ないものである。別の言い方をすれば、大粒径成分及び小粒径成分はそれぞれ、微生物反応に対する反応不適物及び反応適合物である。

図４に例示する形態では、廃棄物処理システム１は、上述した脱水装置１４と、改質装置２と分離装置１６とを連通する改質物移送ライン２２と、脱水装置１４と改質物移送ライン２２とを連通する注水管２４と、を含む。

改質物移送ライン２２は、改質物Ｘ１がスラリー状の場合は配管であってもよく、改質物Ｘ１が固体の場合にはコンベア等であってもよい。改質物Ｘ１が固体であっても空気等で圧送可能であれば、改質物移送ライン２２は配管であってもよい。脱水装置１４は、注水管２４を介して、微生物反応装置３の残渣Ｘ２から脱水した水やボイラブロー水を、改質物移送ライン２２内の改質物Ｘ１に供給する。つまり、注水管２４は、改質装置２と微生物反応装置３との間に、改質物Ｘ１の含有水分量を調整する水分調整装置として構成される。尚、図５に例示する形態では、注水管２４は、分離装置１６より上流で改質物Ｘ１の含有水分量を調整するが、本開示はこの実施形態に限定されない。別の実施形態では、注水管２４は、分離装置１６より下流で改質物Ｘ１の含有水分量を調整する。

図４に例示する形態では、廃棄物処理システム１は、改質装置２内に含まれる水分量を取得する水分量取得装置３０をさらに含む。水分量取得装置３０は、改質装置２に供給した原料の統計データ（画像に基づいて機械学習、ＡＩなどでごみ性状を推定したものも含む）や重量、圧密トルク、改質装置温度(内部、表面)、改質装置２に供給される蒸気Ｓ１の量、改質装置２に蒸気Ｓ１が供給されている状態が継続した時間、及び、改質装置２内の温度変化量などに基づいて、改質装置２内に含まれる水分量を取得する。つまり、水分量取得装置３０は、改質装置２に供給される蒸気Ｓ１の量を取得する流量計３０Ａ、改質装置２内の温度を取得する温度計３０Ｂ、タイマー３０Ｃ、及び制御装置３０Ｄを含む。制御装置３０Ｄは、流量計３０Ａ、温度計３０Ｂ、及びタイマー３０Ｃのそれぞれと電気的に接続されており、流量計３０Ａ、温度計３０Ｂ、及びタイマー３０Ｃのそれぞれが取得したデータに基づいて改質装置２内に含まれる水分量を算出（取得）する。

尚、水分量取得装置３０は、改質装置２内に含まれる水分量を取得するのであれば、図４に例示する形態に限定されない。例えば、水分量取得装置３０は、近赤外式やマイクロ波式、静電容量型の水分計であってもよい。

上述した注水管２４（水分調整装置）は、水分量取得装置３０によって取得された水分量に基づいて、改質物Ｘ１の含有水分量を調整する。図４に例示する形態では、注水管２４には、脱水装置１４から改質物移送ライン２２に供給される水（微生物反応装置３の残渣Ｘ２から脱水した水やボイラブロー水）の量を調整するための調整弁３２が設けられている。この調整弁３２は、制御装置３０Ｄと電気的に接続されており、制御装置３０Ｄから送信される指示に従って開度が調整されるようになっている。

図４に例示する形態では、廃棄物処理システム１は、微生物反応装置３で生成したバイオガスＧ１を貯槽するガスホルダ１８と、該ガスホルダ１８に貯槽されているバイオガスＧ１を燃料として駆動されるガスエンジン２０と、該ガスエンジン２０の排ガスＧ４の熱により蒸気Ｓ１を発生させる排ガスボイラ４Ａ（４）と、ガスホルダ１８に貯槽されているバイオガスＧ１を燃料として蒸気Ｓ１を発生させる燃焼ボイラ４Ｂ（４）と、を含む。

ガスホルダ１８に貯槽されたバイオガスＧ１は、ガスエンジン２０に供給される。ガスエンジン２０は、図示しない発電機本体部（発電装置）が接続される。発電機本体部は、バイオガスＧ１の燃焼により生じた燃焼エネルギを用いて、発電を行う。この際、ガスエンジン２０は排ガスＧ４を排出する。

ガスエンジン２０から排出された排ガスＧ４は、排ガスボイラ４Ａに供給される。排ガスボイラ４Ａ（第１蒸気発生装置）は、改質装置２に供給される蒸気Ｓ１を発生させるためのものである。排ガスボイラ４Ａは、バイオガスＧ１の燃焼エネルギのみ、即ち排ガスＧ４が有する熱のみを用いて、蒸気Ｓ１を発生させる。

ガスホルダ１８に貯槽されたバイオガスＧ１は、燃焼ボイラ４Ｂ（第２蒸気発生装置）にも供給される。燃焼ボイラ４Ｂは、改質装置２に供給される蒸気Ｓ１を発生させるためのものである。燃焼ボイラ４Ｂは、バイオガスＧ１を燃料としてバイオガスＧ１の燃焼エネルギのみを用いて、蒸気Ｓ１を発生させる。

＜実施形態４に係る廃棄物処理システムの作用・効果＞
実施形態４によれば、改質装置２と微生物反応装置３との間に分離装置１６が設けられているので微生物反応装置３へ供給される不適物の量を減らすことができる。その結果、微生物反応装置３においてバイオガスＧ１の生成が阻害されるおそれを低減し、微生物反応装置３はバイオガスＧ１の生成を効率よく行うことができる。

また、実施形態４によれば、改質装置２と分離装置１６との間に水分調整装置として機能する注水管２４が設けられているので、改質装置２で加水分解された改質物Ｘ１の全固形濃度（ＴＳ）を調整し、微生物反応装置３によるバイオガスＧ１の生成の効率を向上させることができる。また、微生物反応装置３の残渣Ｘ２を脱水した水にはアンモニアが含まれているので、改質物Ｘ１中の窒素含有量が低い場合には、改質物Ｘ１に窒素含有物質の補給もできる。

本発明者らの知見によれば、改質装置２に供給される蒸気Ｓ１の量、改質装置２に蒸気Ｓ１が供給されている状態が継続した時間、及び、改質装置２内の温度変化量から改質装置２内に含まれる水分量を高精度に取得できることを見出した。実施形態４によれば、廃棄物処理システム１は、改質装置２内に含まれる水分量を取得する水分量取得装置３０をさらに備えるので、改質装置２内に含まれる水分量を高精度に取得し、微生物反応装置３によるバイオガスＧ１の生成の効率をさらに向上させることができる。

実施形態４によれば、水分量取得装置３０が取得する（制御装置３０Ｄが算出する）改質装置２内に含まれる水分量に基づいて、改質物Ｘ１の全固形濃度（ＴＳ）を調整するので、微生物反応装置３によるバイオガスＧ１の生成の効率をさらに向上させることができる。

排ガスボイラ４Ａ及び燃焼ボイラ４Ｂは、蒸気Ｓ１の発生容量が必ずしも同じではなくてもよい。そして、改質装置２の蒸気要求量に応じて、排ガスボイラ４Ａ及び燃焼ボイラ４Ｂのうち少なくとも一方で蒸気Ｓ１を発生させるように構成される。改質装置２の蒸気要求量は、例えば、改質装置２に投入される廃棄物の量や廃棄物に含まれる水分量に基づいて算出される。

排ガスボイラ４Ａ及び燃焼ボイラ４Ｂのうち一方から発生させる蒸気Ｓ１の供給量で改質装置２の蒸気要求量を満たすことができる場合には、排ガスボイラ４Ａ及び燃焼ボイラ４Ｂのうち他方を待機状態にしたり、改質装置２に供給する以外の蒸気を発生させたりすることができる。また、排ガスボイラ４Ａ及び燃焼ボイラ４Ｂのうち一方から発生させる蒸気Ｓ１の供給量だけでは、改質装置２の蒸気要求量を満たすことが困難である場合には、排ガスボイラ４Ａ及び燃焼ボイラ４Ｂのうち他方で発生させる蒸気Ｓ１で不足分を補うことができる。このため、効率的な廃棄物処理システム１の運用を実現することができる。

尚、排ガスボイラ４Ａ及び燃焼ボイラ４Ｂのそれぞれの稼働方法は特に限定しないが、稼働方法の一例を説明する。改質装置２で廃棄物を加水分解する間は、排ガスボイラ４Ａを必ず稼働しておく。排ガスボイラ４Ａで発生した蒸気Ｓ１のみで改質装置２における加水分解条件を調整できる間は、燃焼ボイラ４Ｂを稼働させない。改質装置２に投入した廃棄物の量や廃棄物の成分の組成に応じて加水分解条件を調整する際に、排ガスボイラ４Ａで発生させた蒸気Ｓ１のみでは足りない場合に、燃焼ボイラ４Ｂを稼働させて、排ガスボイラ４Ａで発生させた蒸気Ｓ１だけではなく、燃焼ボイラ４Ｂで発生させた蒸気Ｓ１も改質装置２に供給する。このようにすれば、排ガスボイラ４Ａしかない場合に比べて、改質装置２における加水分解条件の調整幅を広げることができる。尚、ガスエンジン２０を２台以上設け、排ガスボイラ４Ａで発生させる蒸気Ｓ１の量に応じた台数のガスエンジン２０を稼働させるようにすることで、改質装置２における加水分解条件の調整幅をさらに広げることができる。

（実施形態５）
＜実施形態５に係る廃棄物処理システムの構成＞
次に、実施形態５に係る廃棄物処理システム１について説明する。実施形態５に係る廃棄物処理システム１は、改質装置２が複数設けられる場合に限定されており、この点が上述した実施形態１～４とは異なる。尚、実施形態５において、実施形態１～４の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図５は、本開示の実施形態５に係る廃棄物処理システム１の構成模式図である。図５に示されるように、廃棄物処理システム１は、第１改質装置２Ａ（２）及び第２改質装置２Ｂ（２）を含む。図５に例示する形態では、第１改質装置２Ａ（２）及び第２改質装置２Ｂ（２）は互いに並列に接続されており、廃棄物の投入先が選択できるようになっている。第１改質装置２Ａで加水分解された廃棄物及び第２改質装置２Ｂで加水分解された廃棄物は、共通の改質物移送ライン２２を流通して分離装置１６に供給される。

第１改質装置２Ａ及び第２改質装置２Ｂは、互いに異なるタイミングで廃棄物を蒸気Ｓ１で加水分解する。例えば、第１改質装置２Ａに蒸気Ｓ１を供給するタイミングと第２改質装置２Ｂに蒸気Ｓ１を供給するタイミングとが互いにずれている。

廃棄物処理システム１に設けられる改質装置２の台数は特に限定されないが、改質装置２がバッチ式の改質装置２である場合、改質装置２の台数は、廃棄物が投入されてから次回の廃棄物が投入されるまでの時間であるバッチ時間、及び蒸気Ｓ１で改質装置２内の温度を予め設定された設定温度にまで昇温する時間である昇温時間に基づいて決められてもよい。具体的には、改質装置２の台数は、バッチ時間を昇温時間で除算することで得られる値のうち自然数の値で決められる。このような構成によれば、改質装置２からの蒸気の要求量の変化を効率的に抑制できる。

＜実施形態５に係る廃棄物処理システムの作用・効果＞
実施形態５によれば、第１改質装置２Ａ及び第２改質装置２Ｂが互いに重複するタイミングで加水分解する場合と比較して、排ガスボイラ４Ａ及び燃焼ボイラ４Ｂに要求する蒸気要求量の合計を低減させ、第１改質装置２Ａ及び第２改質装置２Ｂに供給する蒸気Ｓ１の量が不足することを抑制できる。また、排ガスボイラ４Ａ及び燃焼ボイラ４Ｂに要求する蒸気要求量の合計が低減するので、蒸気Ｓ１の生成のために使用されるバイオガスＧ１の量を減らすることができる。よって、このバイオガスＧ１の減量分をガスエンジン２０における発電のために使用することで、発電量を増やすことができる。

図６は、本開示の一実施形態に係る廃棄物処理システム１の構成模式図の一部であって、改質装置２の周辺構成が図示されている。一実施形態では、図６に示されるように、廃棄物処理システム１は、第１改質装置２Ａと第２改質装置２Ｂとを接続する排気蒸気流通配管２６をさらに備える。

図６に例示する形態では、排気蒸気流通配管２６は、第１排気蒸気流通配管２６Ａと第２排気蒸気流通配管２６Ｂとを含む。第１排気蒸気流通配管２６Ａは、第１改質装置２Ａで廃棄物を加水分解した後に第１改質装置か２Ａら排気される排気蒸気Ｓ２１（Ｓ２）が流通する。第１改質装置２Ａは、この第１排気蒸気流通配管２６Ａを介して、排気蒸気Ｓ２１を第２改質装置２Ｂに供給する。第２改質装置２Ｂは、第１改質装置２Ａから供給された排気蒸気Ｓ２１が有する熱で昇温される。

同様に、第２排気蒸気流通配管２６Ｂは、第２改質装置２Ｂで廃棄物を加水分解した後に第２改質装置２Ｂから排気される排気蒸気Ｓ２２（Ｓ２）が流通する。第２改質装置２Ｂは、この第２排気蒸気流通配管２６Ｂを介して、排気蒸気Ｓ２２を第１改質装置２Ａに供給する。第１改質装置２Ａは、第２改質装置２Ｂから供給された排気蒸気Ｓ２２が有する熱で昇温される。

図６に例示する構成によれば、一方の改質装置２が廃棄物を加水分解した後の排気蒸気Ｓ２を他方の改質装置２を昇温するための熱源として利用する。このため、他方の改質装置２を昇温するために準備する燃料の量を抑制し、運用コストの削減を図ることができる。尚、図６に例示する形態では、排気蒸気流通配管２６は、第１排気蒸気流通配管２６Ａと第２排気蒸気流通配管２６Ｂとを含んでいたが、本開示はこの実施形態に限定されない。排気蒸気流通配管２６は、排気蒸気Ｓ２１及び排気蒸気Ｓ２２の両方が流通するように構成されてもよい。つまり、第１改質装置２Ａ及び第２改質装置２Ｂは、共通の排気蒸気流通配管２６を介して、排気蒸気Ｓ２を互いに供給可能に構成されてもよい。

一実施形態では、蒸気Ｓ１で改質装置２内の温度を予め設定された設定温度にまで昇温する昇温時間をＴｒ、蒸気Ｓ１で改質装置２内の温度を設定温度に維持する維持時間Ｔｋとすると、Ｔｒ／Ｔｋ≧０．３を満たす。

昇温時間Ｔｒが短いと、速やかに改質装置２内の温度を設定温度に昇温するために、改質装置２が要求する蒸気要求量が一時的に大きくなり、蒸気発生装置４が改質装置２の要求を満たすことが難しい場合がある。これに対して、Ｔｒ／Ｔｋ≧０．３を満たすので、改質装置２が要求する蒸気要求量が一時的に大きくなることを抑制し、蒸気発生装置４は改質装置２の要求を満たすことができる。

尚、別の一実施形態では、Ｔｒ／Ｔｋ≧１．０を満たしてもよい。このような構成によれば、昇温時間Ｔｒを維持時間Ｔｋより長くすることで、改質装置２からの蒸気の要求量が一時的に大きくなることをさらに抑制し、改質装置２の要求を満たすことができる。

図７Ａは、一実施形態に係る第１改質装置２Ａに供給される蒸気Ｓ１の量と時間との関係を示すグラフである。図７Ｂは、一実施形態に係る第２改質装置２Ｂに供給される蒸気Ｓ１の量と時間との関係を示すグラフである。図７Ａ及び図７Ｂにおいて、横軸が時間を示し、縦軸が蒸気量を示している。

図７Ａについて説明する。ｔ１は、第１改質装置２Ａへの廃棄物の投入を開始するタイミングである。ｔ２は、第１改質装置２Ａ内の温度を設定温度に昇温するために、第１改質装置２Ａへの蒸気Ｓ１の供給を開始するタイミングである。ｔ２のタイミングでは、第１改質装置２Ａへの廃棄物の投入は終了している。ｔ３は、第１改質装置２Ａ内の温度を設定温度に維持するために、第１改質装置２Ａへの蒸気Ｓ１の供給を開始する（供給量を僅かにする）タイミングである。ｔ４は、第１改質装置２Ａ内の蒸気Ｓ１を外部に排気し始めるタイミングである。第１改質装置２Ａにおける廃棄物の加水分解は、主にｔ２～ｔ４の間に行われる。ｔ５は、第１改質装置２Ａ内の蒸気Ｓ１の排気が終了したタイミングである。第１改質装置２Ａは、蒸気Ｓ１の排気が終了すると、次の廃棄物の投入開始（２回目のｔ１）まで待機状態となる。

図７Ｂについて説明する。ｔ６は、第２改質装置２Ｂへの廃棄物の投入を開始するタイミングである。ｔ７は、第２改質装置２Ｂ内の温度を設定温度に昇温するために、第２改質装置２Ｂへの蒸気Ｓ１の供給を開始するタイミングである。ｔ７のタイミングでは、第２改質装置２Ｂへの廃棄物の投入は終了している。ｔ８は、第２改質装置２Ｂ内の温度を設定温度に維持するために、第２改質装置２Ｂへの蒸気Ｓ１の供給を開始する（供給量を僅かにする）タイミングである。ｔ９は、第２改質装置２Ｂ内の蒸気Ｓ１を外部に排気し始めるタイミングである。第２改質装置２Ｂにおける廃棄物の加水分解は、主にｔ７～ｔ９の間に行われる。ｔ１０は、第２改質装置２Ｂ内の蒸気Ｓ１の排気が終了したタイミングである。第２改質装置２Ｂは、蒸気Ｓ１の排気が終了すると、次の廃棄物の投入開始（２回目のｔ６）まで待機状態となる。

ｔ２からｔ３において、第１改質装置２Ａに供給される蒸気量は徐々に増加するようになっている。これは、第１改質装置２Ａが放熱し、この放熱した分だけ第１改質装置２Ａ内の温度が下がることを抑制するためである。同様に、ｔ７からｔ８において、第２改質装置２Ｂに供給される蒸気量は徐々に増加するようになっている。

図７Ａ及び図７Ｂの両方を参照して、一実施形態に係る廃棄物処理システム１の蒸気運用について説明する。

蒸気Ｓ１で第１改質装置２Ａ内の温度を予め設定された設定温度にまで昇温する第１期間をＡ１、蒸気Ｓ１で第２改質装置２Ｂ内の温度を予め設定された設定温度にまで昇温する第２期間をＡ２とする。つまり、第１期間Ａ１及び第２期間Ａ２は、上述した昇温時間Ｔｒに相当する。一実施形態では、図７Ａ及び図７Ｂに示されるように、第１期間Ａ１と第２期間Ａ２とは互いに重複しないように、第１改質装置２Ａは蒸気Ｓ１で昇温され、第２改質装置２Ｂは蒸気Ｓ１で昇温される。このような構成によれば、第１期間Ａ１と第２期間Ａ２とが互いに重複する場合と比較して、排ガスボイラ４Ａ及び燃焼ボイラ４Ｂに要求する蒸気要求量の合計を低減することができる。

また、蒸気Ｓ１で第１改質装置２Ａ内の温度を設定温度に維持する第３期間をＡ３、蒸気Ｓ１で第２改質装置２Ｂ内の温度を設定温度に維持する第４期間をＡ４とする。つまり、第３期間Ａ３及び第４期間Ａ４は、上述した維持時間Ｔｋに相当する。一実施形態では、第３期間Ａ３が第２期間Ａ２内に含まれるように、第１改質装置２Ａは蒸気Ｓ１で設定温度に維持され、第２改質装置２Ｂは蒸気Ｓ１で昇温される。改質装置２を設定温度に維持するための蒸気Ｓ１の量は、改質装置２を設定温度にまで昇温するための蒸気Ｓ１の量と比較して非常に少なくて済む。つまり、第２改質装置２Ｂの昇温中に第１改質装置２Ａを設定温度に維持するように蒸気運用を行っても、第２改質装置２Ｂに供給する蒸気Ｓ１が不足する可能性は低い。このため、第１改質装置２Ａ及び第２改質装置２Ｂの稼働時間を増加させることができる。尚、別の一実施形態では、第４期間Ａ４が次の第１期間Ａ１内に含まれるように、第１改質装置２Ａは蒸気Ｓ１で昇温され、第２改質装置２Ｂは蒸気Ｓ１で設定温度に維持されてもよい。

図８は、本開示の一実施形態に係る廃棄物処理方法５０のフローチャートである。図８に示されるように、廃棄物処理方法５０は、蒸気Ｓ１で廃棄物を加水分解するステップ５２と、蒸気Ｓ１で加水分解された廃棄物のうち少なくとも固体を含む改質物Ｘ１を微生物によって低分子化するステップ５４と、改質物Ｘ１を微生物によって低分子化するステップ５４で生成したバイオガスＧ１の燃焼エネルギのみを用いて蒸気Ｓ１を発生させるステップ５６と、を備える。このような方法によれば、廃棄物を加水分解するための蒸気Ｓ１の要求を速やかに満たすことができる。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

［１］本開示に係る廃棄物処理システム（１）は、蒸気（Ｓ１）で廃棄物を加水分解する少なくとも１つの改質装置（２）と、前記少なくとも１つの改質装置で加水分解された前記廃棄物のうち少なくとも固体を含む改質物（Ｘ１）を微生物によって低分子化する微生物反応装置（３）と、前記微生物反応装置で生成したガスの燃焼エネルギのみを用いて前記蒸気を発生させる少なくとも１つの蒸気発生装置（４）と、を備える。

ガス状の燃料は、固形状や液状の燃料と比較して燃焼するのが早い。上記[１]に記載の構成によれば、改質装置は、微生物反応装置で生成したガスの燃焼エネルギのみを用いて発生させた蒸気で加水分解する。このため、改質装置からの蒸気の要求を速やかに満たすことができる。

［２］幾つかの実施形態では、上記[１]に記載の構成において、前記改質装置と前記微生物反応装置とを接続する保温用蒸気配管（８）をさらに備え、前記改質装置は、前記保温用蒸気配管を介して、前記廃棄物を加水分解した後の排気蒸気（Ｓ２）を前記微生物反応装置に供給し、前記微生物反応装置は、前記改質装置から供給された前記排気蒸気が有する熱で、所定の温度領域に含まれるように保温される。

微生物反応装置は、微生物による改質物の低分子化を促進するために、所定の温度領域に含まれるように保温されることが望ましい。上記[２]に記載の構成によれば、改質装置が廃棄物を加水分解した後の排気蒸気を、微生物反応装置を保温するための熱源として利用する。このため、微生物反応装置を保温するために準備する燃料の量を抑制し、運用コストの削減を図ることができる。

［３］幾つかの実施形態では、上記[１]又は[２]に記載の構成において、前記微生物反応装置が前記改質物を微生物によって低分子化した後に得られる残渣（Ｘ２）を乾燥する乾燥装置（１３）と、前記改質装置と前記乾燥装置とを接続する乾燥用蒸気配管（１５）と、をさらに備え、前記改質装置は、前記乾燥用蒸気配管を介して、前記廃棄物を加水分解した後の排気蒸気を前記乾燥装置に供給し、前記乾燥装置は、前記改質装置から供給された前記排気蒸気が有する熱で、前記残渣を乾燥する。

廃棄物処理システムは、微生物反応装置から得られる残渣を乾燥する乾燥装置を含む場合がある。上記[４]に記載の構成によれば、改質装置が廃棄物を加水分解した後の排気蒸気を、乾燥装置が残渣を乾燥するための熱源として利用する。このため、乾燥装置が残渣を乾燥するために準備する燃料の量を抑制し、運用コストの削減を図ることができる。

［４］幾つかの実施形態では、上記[１]から[３]の何れか１つに記載の構成において、前記少なくとも１つの改質装置と前記微生物反応装置との間に設けられる分離装置（１６）をさらに備え、前記分離装置は、前記少なくとも１つの改質装置で加水分解された前記廃棄物から、前記微生物反応装置において前記ガスを生成するのに不適な不適物を分別する。

上記[４]に記載の構成によれば、微生物反応装置へ供給される不適物の量を減らすことができる。その結果、微生物反応装置においてガスの生成が阻害されるおそれを低減し、微生物反応装置はガスの生成を効率よく行うことができる。

［５］幾つかの実施形態では、上記[１]から[４]の何れか１つに記載の構成において、前記少なくとも１つの蒸気発生装置は、第１蒸気発生装置（４Ａ）及び第２蒸気発生装置（４Ｂ）を含み、前記改質装置の蒸気要求量に応じて、前記第１蒸気発生装置及び前記第２蒸気発生装置のうち少なくとも一方で前記蒸気を発生させるように構成される。

上記[５]に記載の構成によれば、第１蒸気発生装置及び第２蒸気発生装置のうち一方で改質装置の蒸気要求量を満たすことができる場合には、他方の蒸気発生装置を待機状態にしたり、改質装置に供給する以外の蒸気を発生させたりすることができる。また、一方の蒸気発生装置だけでは、改質装置の蒸気要求量を満たすことが困難である場合には、他方の蒸気発生装置で発生させる蒸気で不足分を補うことができる。このため、効率的な廃棄物処理システムの運用を実現することができる。

［６］幾つかの実施形態では、上記[１]から[５]の何れか１つに記載の構成において、前記少なくとも１つの改質装置は、複数の改質装置を含み、前記複数の改質装置のうち少なくとも２つは、互いに異なるタイミングで加水分解するように構成される。

上記[６]に記載の構成によれば、複数の改質装置のうち少なくとも２つが互いに重複するタイミングで加水分解する場合と比較して、蒸気発生装置に要求する蒸気量の合計を低減させ、改質装置に供給する蒸気の量が不足することを抑制できる。また、複数の改質装置のそれぞれは、固形状や液状の燃料を燃焼することで得られる蒸気ではなく、ガスの燃焼エネルギのみを用いて発生させた蒸気が供給される。このため、改質装置からの蒸気の要求を速やかに満たすことができる。

［７］幾つかの実施形態では、上記[６]に記載の構成において、前記複数の改質装置は、第１改質装置（２Ａ）と、第２改質装置（２Ｂ）と、を含み、前記第１改質装置と前記第２改質装置とを接続する排気蒸気流通配管（２６）をさらに備え、前記排気蒸気流通配管を介して、前記廃棄物を加水分解した後の排気蒸気を前記第１改質装置から前記第２改質装置に供給され、前記第２改質装置は、前記第１改質装置から供給された前記排気蒸気の熱で昇温される。

上記[７]に記載の構成によれば、一方の改質装置が廃棄物を加水分解した後の排気蒸気を他方の改質装置を昇温するための熱源として利用する。このため、他方の改質装置を昇温するために準備する燃料の量を抑制し、運用コストの削減を図ることができる。

［８］幾つかの実施形態では、上記[１]から[７]の何れか１つに記載の構成において、前記蒸気で前記改質装置内の温度を予め設定された設定温度にまで昇温する昇温時間をＴｒ、前記蒸気で前記改質装置内の温度を設定温度に維持する維持時間をＴｋとすると、Ｔｒ／Ｔｋ≧０．３を満たす。

昇温時間が短いと、速やかに改質装置内の温度を設定温度に昇温するために、改質装置からの蒸気の要求量が一時的に大きくなり、改質装置の要求を満たすことが難しい場合がある。これに対して、上記[８]に記載の構成によれば、Ｔｒ／Ｔｋ≧０．３を満たすので、改質装置からの蒸気の要求量が一時的に大きくなることを抑制し、改質装置の要求を満たすことができる。

[９]幾つかの実施形態では、上記[８]に記載の構成において、Ｔｒ／Ｔｋ≧１．０を満たす。

上記[９]に記載の構成によれば、昇温時間Ｔｒを維持時間Ｔｋより長くすることで、改質装置からの蒸気の要求量が一時的に大きくなることをさらに抑制し、改質装置の要求を満たすことができる。

［１０］幾つかの実施形態では、上記[１]から[９]の何れか１つに記載の構成において、前記少なくとも１つの改質装置と前記微生物反応装置との間に、前記少なくとも１つの改質装置で加水分解された前記廃棄物の含有水分量を調整する水分調整装置（２４）をさらに備える。

上記[１０]に記載の構成によれば、改質装置で加水分解された廃棄物の全固形濃度（ＴＳ）を調整できるので、微生物反応装置によるガスの生成の効率を向上させることができる。

［１１］幾つかの実施形態では、上記[１０]に記載の構成において、前記改質装置内に含まれる水分量を取得する水分量取得装置（３０）をさらに備え、前記水分調整装置は、前記水分量取得装置によって取得された前記水分量に基づいて、前記少なくとも１つの改質装置で加水分解された前記廃棄物の含有水分量を調整する。

上記[１１]に記載の構成によれば、改質装置内に含まれる水分量に基づいて、改質装置で加水分解された廃棄物の全固形濃度（ＴＳ）を調整するので、微生物反応装置によるガスの生成の効率をさらに向上させることができる。

［１２］幾つかの実施形態では、上記[１１]に記載の構成において、前記水分量取得装置は、前記改質装置に供給される前記蒸気の量、前記改質装置に前記蒸気が供給されている状態が継続した時間、及び、前記改質装置内の温度変化量に基づいて、前記改質装置内に含まれる水分量を取得する。

本発明者らの知見によれば、改質装置に供給される蒸気の量、改質装置に蒸気が供給されている状態が継続した時間、及び、改質装置内の温度変化量から改質装置内に含まれる水分量を高精度に取得できることを見出した。上記[１２]に記載の構成によれば、改質装置内に含まれる水分量を高精度に取得し、微生物反応装置によるガスの生成の効率をさらに向上させることができる。

［１３］本開示に係る廃棄物処理方法（５０）は、蒸気で廃棄物を加水分解するステップ（５２）と、加水分解された前記廃棄物のうち少なくとも固体を含む改質物を微生物によって低分子化するステップ（５４）と、前記改質物を微生物によって低分子化するステップで生成したガスの燃焼エネルギのみを用いて前記蒸気を発生させるステップ（５６）と、を備える。

上記[１３]に記載の方法によれば、廃棄物を加水分解するための蒸気の要求を速やかに満たすことができる。

１ 廃棄物処理システム
２ 改質装置
２Ａ 第１改質装置
２Ｂ 第２改質装置
３ 微生物反応装置
４ 蒸気発生装置
４Ａ 排ガスボイラ（第１蒸気発生装置）
４Ｂ 燃焼ボイラ（第２蒸気発生装置）
８ 保温用蒸気配管
１３ 乾燥装置
１５ 乾燥用蒸気配管
１６ 分離装置
２４ 注水管（水分調整装置）
２６ 排気蒸気流通配管
３０ 水分量取得装置
５０ 廃棄物処理方法
Ａ１ 第１期間
Ａ２ 第２期間
Ａ３ 第３期間
Ａ４ 第４期間

Ｓ１ 蒸気
Ｓ２ 排気蒸気
Ｘ１ 改質物
Ｘ２ 残渣

Claims (13)

1. 蒸気で廃棄物を加水分解する少なくとも１つの改質装置と、
   前記少なくとも１つの改質装置で加水分解された前記廃棄物のうち少なくとも固体を含む改質物を微生物によって低分子化する微生物反応装置と、
   前記微生物反応装置で生成したガスの燃焼エネルギのみを用いて前記蒸気を発生させる少なくとも１つの蒸気発生装置と、を備える、
   廃棄物処理システム。
2. 前記改質装置と前記微生物反応装置とを接続する保温用蒸気配管をさらに備え、
   前記保温用蒸気配管を介して、前記廃棄物を加水分解した後の排気蒸気が前記改質装置から前記微生物反応装置に供給され、
   前記微生物反応装置は、前記改質装置から供給された前記排気蒸気が有する熱で、所定の温度領域に含まれるように保温される、
   請求項１に記載の廃棄物処理システム。
3. 前記微生物反応装置が前記改質物を微生物によって低分子化した後に得られる残渣を乾燥する乾燥装置と、
   前記改質装置と前記乾燥装置とを接続する乾燥用蒸気配管と、をさらに備え、
   前記乾燥用蒸気配管を介して、前記廃棄物を加水分解した後の排気蒸気が前記改質装置から前記乾燥装置に供給され、
   前記乾燥装置は、前記改質装置から供給された前記排気蒸気が有する熱で、前記残渣を乾燥する、
   請求項１又は２に記載の廃棄物処理システム。
4. 前記少なくとも１つの改質装置と前記微生物反応装置との間に設けられる分離装置をさらに備え、
   前記分離装置は、前記少なくとも１つの改質装置で加水分解された前記廃棄物から、前記微生物反応装置において前記ガスを生成するのに不適な不適物を分別する、
   請求項１から３の何れか一項に記載の廃棄物処理システム。
5. 前記少なくとも１つの蒸気発生装置は、第１蒸気発生装置及び第２蒸気発生装置を含み、
   前記改質装置の蒸気要求量に応じて、前記第１蒸気発生装置及び前記第２蒸気発生装置のうち少なくとも一方で前記蒸気を発生させるように構成される、
   請求項１から４の何れか一項に記載の廃棄物処理システム。
6. 前記少なくとも１つの改質装置は、複数の改質装置を含み、
   前記複数の改質装置のうち少なくとも２つは、互いに異なるタイミングで加水分解するように構成される、
   請求項１から５の何れか一項に記載の廃棄物処理システム。
7. 前記複数の改質装置は、第１改質装置と、第２改質装置と、を含み、
   前記第１改質装置と前記第２改質装置とを接続する排気蒸気流通配管をさらに備え、
   前記排気蒸気流通配管を介して、前記廃棄物を加水分解した後の排気蒸気を前記第１改質装置から前記第２改質装置に供給され、
   前記第２改質装置は、前記第１改質装置から供給された前記排気蒸気の熱で昇温される、
   請求項６に記載の廃棄物処理システム。
8. 前記蒸気で前記改質装置内の温度を予め設定された設定温度にまで昇温する昇温時間をＴｒ、前記蒸気で前記改質装置内の温度を設定温度に維持する維持時間をＴｋとすると、Ｔｒ／Ｔｋ≧０．３を満たす、
   請求項１から７の何れか一項に記載の廃棄物処理システム。
9. Ｔｒ／Ｔｋ≧１．０を満たす、
   請求項８に記載の廃棄物処理システム。
10. 前記少なくとも１つの改質装置と前記微生物反応装置との間に、前記少なくとも１つの改質装置で加水分解された前記廃棄物の含有水分量を調整する水分調整装置をさらに備える、
    請求項１から９の何れか一項に記載の廃棄物処理システム。
11. 前記改質装置内に含まれる水分量を取得する水分量取得装置をさらに備え、
    前記水分調整装置は、前記水分量取得装置によって取得された前記水分量に基づいて、前記少なくとも１つの改質装置で加水分解された前記廃棄物の含有水分量を調整する、
    請求項１０に記載の廃棄物処理システム。
12. 前記水分量取得装置は、前記改質装置に供給される前記蒸気の量、前記改質装置に前記蒸気が供給されている状態が継続した時間、及び、前記改質装置内の温度変化量に基づいて、前記改質装置内に含まれる水分量を取得する、
    請求項１１に記載の廃棄物処理システム。
13. 蒸気で廃棄物を加水分解するステップと、
    加水分解された前記廃棄物のうち少なくとも固体を含む改質物を微生物によって低分子化するステップと、
    前記改質物を微生物によって低分子化するステップで生成したガスの燃焼エネルギのみを用いて前記蒸気を発生させるステップと、を備える、
    廃棄物処理方法。

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