JP3419458B2

JP3419458B2 - 固形廃棄物の解毒方法及び装置

Info

Publication number: JP3419458B2
Application number: JP52015394A
Authority: JP
Inventors: ギャロウェイ，テリー，ランドルフ
Original assignee: ザ・サイエンティフィック・エコロジー・グループ・インコーポレイテッド
Priority date: 1993-03-08
Filing date: 1994-03-02
Publication date: 2003-06-23
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: WO1994020149A1; EP0688230B1; AU689103B2; DE69427964D1; TW235254B; CA2157775A1; ATE204182T1; JPH09504465A; KR960700764A; AU6357994A; US5427738A; CA2157775C; KR100322303B1; EP0688230A1; EP0688230A4

Description

【発明の詳細な説明】本発明は一般に有害廃棄物の解毒に関する。より詳細
には、本発明は、熱分解方式解毒反応装置を用いて固形
廃棄物を解毒する改良型方法及びシステムに関する。

I.発明の背景有害廃棄物、例えば或る特定の有機化合物、病原菌で
汚染された医療廃棄物、低レベル及び高レベル放射性廃
棄物の解毒は、多くの産業界において現在進行中の問題
である。処分地までのかかる廃棄物の輸送に関しては、
万一事故が起きた場合に環境中へ放出されるという重大
な危険性があり、また埋立地として利用できる場所は急
速に失われつつあり、しかもコストは急増している。し
たがって、有毒廃棄物をその発生場所で効率的に処理
し、或いは減容する方法及び装置が要望されている。

有害廃棄物を燃焼する焼却設備の使用は次第に受け入
れ難くなっている。現行の大気汚染防止法の要件を満た
し、しかも効率的に操業できる焼却設備は、比較的大規
模になりがちであり、従って、有毒廃棄物の発生施設に
設置しても採算が取れない場合がある。さらに、焼却設
備は制御困難である場合が多く、地域社会及び政治上の
強い悪感情・反感を招く。しかしながら、おそらくは一
層重要なこととして、焼却法は、それ自体が望ましくな
く、しかも除去困難又は不可能な他の有毒生成物を生じ
させる場合がある。

1987年８月26日に発行されていて本出願人に譲渡され
ている米国特許第4,874,587号では、焼却設備の飛躍的
な技術的進歩を提供する有害廃棄物の解毒方法及び装置
が開示されている。かかる米国特許では、99.99％以上
の有毒物分解レベルを達成する反応装置又は反応器が開
示されている。この米国特許の方法及び装置は、空気又
は自由酸素反応を用いず、主として二酸化炭素、水素、
一酸化炭素及び水から成る流出ガスを生じさせる。蒸気
米国特許に示された方法及び装置は、米国環境保護庁に
より「焼却」とは異なり、「赤外線加熱装置」として分
類されている。

熱分解方式解毒反応装置は、有毒廃棄物の蒸気を、有
毒廃棄物の流れの中の有機化合物の実質的に全部と反応
するのに必要な化学量論値を越える量の水と反応させる
よう動作する。この反応は、約250℃を越える温度で行
われ、その結果、主として二酸化炭素、水及び水素で構
成されているが、低レベルの一酸化炭素も含む高温流出
ガス流が生じる。一酸化炭素は触媒による酸化により後
で容易に二酸化炭素に変換できる。

熱分解方式解毒反応装置内の主反応は液相で起こるの
で、比較的容易にガス化できる液体廃棄物及び半固形廃
棄物の処理は、かなり容易に行える。例えば、有毒廃棄
物が金属ドラム内に封入されている場合に廃棄物を熱分
解方式解毒反応装置に供給するために気化させたりガス
化させるための装置が、1989年９月５日に発行され、本
出願人に譲渡されている米国特許第4,863,702号に図示
説明されている。しかしながら、固形廃棄物の場合、熱
分解方式解毒反応装置に送るために廃棄物を気体の状態
に変えることは、液体廃棄物及び半固形廃棄物の場合ほ
どは容易でない。熱分解方式解毒反応装置への供給に先
立つかかる固形廃棄物の溶融、焼却又はガス化は、材料
によっては可能な場合がある。しかしながら、大抵の材
料に関しては、適切な予備処理を行うには、分野の異な
る技術に基づく完全に別個のシステムが別途必要とな
り、これにより資本的支出及びエネルギー費が実質的に
増大する。

したがって、本発明の目的は、固形有毒廃棄物を解毒
する改良型方法及び装置を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、廃棄物の供給、廃棄物の
処理、及び残留物の処分の際の環境上の危害を最小限に
抑える改良型固形廃棄物解毒方法及び装置を提供するこ
とにある。

本発明の他の目的は、添付の図面を参照して以下の詳
細な説明を読むと、当業者には明らかとなろう。

II.図面の簡単な説明図１は、本発明の方法及び装置の全体構成を示す略図
である。

図２は、医療廃棄物の処理に適用した場合の本発明の
好ましい形態を示す略図である。

図３は、攪拌操作を用いず、或る特定の試験材料及び
粒径について行った本発明の装置の試験結果を描いた一
組のグラフ図である。

III.概要本発明によると、有毒成分を含有する固形廃棄物を除
染する方法であって、廃棄物を機械的に所定の粒径まで
粒状化し、攪拌装置において、粒状廃棄物を、実質的に
酸素がなく約250℃以上、約750℃以下の温度状態にある
高温ガス流にさらしながら十分な時間の間攪拌すること
により粒状廃棄物の相当多くの部分をガス化して粒状廃
棄物の質量を減少させ、攪拌装置内に残留する粒状残留
物を収集し、攪拌中の粒状廃棄物を通過したガス流を過
熱蒸気の形態の水で熱分解により解毒するための熱分解
方式解毒反応装置に循環させ、粒状廃棄物中に存在する
有毒成分に対する水の量を化学量論値を越える値に維持
し、熱分解方式解毒反応装置からの反応後の蒸気含有流
出ガスを攪拌中の粒状廃棄物に与えるガス流として再循
環させるステップより成ることを特徴とする固形廃棄物
の除染方法が提供される。

また、本発明によると、固形廃棄物の除染装置であっ
て、廃棄物を機械的に所定の粒径まで粒状化する手段
と、粒状廃棄物を、実質的に酸素がなく約250℃以上、
約750℃以下の温度状態にある高温ガス流にさらしなが
ら、粒状廃棄物の相当多くの部分がガス化して粒状廃棄
物の質量が減少するに十分な時間の間攪拌する攪拌手段
と、攪拌中の粒状廃棄物を通過したガス流を、粒状廃棄
物中に存在する有毒成分に対する化学量論値を越えた量
の過熱蒸気の形態の水で熱分解により解毒するための熱
分解方式解毒反応装置と、熱分解方式解毒反応装置から
の蒸気含有流出ガスを攪拌手段に再循環させて粒状廃棄
物と反応させる手段とより成ることを特徴とする装置が
提供される。

IV.詳細な説明本発明の方法及び装置の全体的な特徴が図１から具体
的に分かる。本発明の装置は、４つの主要構成要素、即
ち、粉砕機又は粒状化装置11、攪拌装置13、コレクタ又
は収集装置15、及び熱分解方式解毒反応装置17から成
る。本装置を通る固形物の経路は、粒状化装置11から攪
拌装置13を通り収集装置15まで破線の矢印で示されてい
る。実線の矢印は、攪拌装置13を通って熱分解方式解毒
反応装置17へ、或いはこれからのガス流の流れの道筋を
示している。

より詳細には、固形有毒廃棄物は、粒状化装置11内で
機械的に粉砕され、固形廃棄物を所定の最大平均直径を
有する粒径まで小さくする。平均直径とは、粒子の略平
均横断面方向直径を意味する。平均直径を4cm以下にす
ることが好ましい。これは、粒状化装置の特定のタイプ
又は性状に応じて任意適当な手段で制御できる。例え
ば、シュレッダー又はクラッシャー（破砕機）をスクリ
ーン又はサイクロン分離器と組み合わせて用いても良
く、或いは、シュレッダー又は粒状化レベルが指定され
た類似装置を用いても良い。固形廃棄物を機械的に粉
砕、又は粒状化する種々の装置は当業者には周知であ
る。かかる装置の例として、スピニングナイフカッタ
ー、粉砕機、ロータリー式円筒カッター付きシュレッダ
ー、スタンプミル、及びボールミルがある。

固形廃棄物を粒状化装置11で粒状化後、この固形廃棄
物を攪拌装置13に送り込む。好ましくは、弁21を粒状化
装置11と攪拌装置13との間に設け、これにより２つの構
成要素を隔離してガス流を攪拌装置13に閉じ込める。攪
拌装置13は、ガス流への暴露度が最大になるようにする
ために粒状物の攪拌を行う当業者に周知の任意適当な装
置であるのが良い。例示として挙げると、攪拌装置13
は、流動層、サイクロン反応器、一連の振動スクリー
ン、移動ベルト、回転スクリュー、又は攪拌ペブルベッ
ド炉であっても良い。

しかしながら、以下に説明するように、攪拌装置13
は、細長いハウジング内に配置され、粒状物を粒状化装
置11から収集装置15まで制御された態様で前進させるた
めの回転スクリューであるのが好ましい。攪拌装置13
は、固形廃棄物の相当多くの部分、好ましくは、その有
毒成分の実質的に全部をガス化するのに十分な時間の
間、粒状廃棄物の暴露を可能にするよう選択される。選
択した特定の滞留時間は、当然のことながら、使用する
攪拌装置のタイプ及び被処理廃棄物の性状に応じて定め
られることになろう。或る特定の材料は、必要な浄化を
達成するのに長時間要する場合がある。また、粒子のサ
イズ、即ち粒径は、攪拌装置13内でのガスへの粒子の暴
露時間の長さの選択に影響を及ぼす場合がある。大抵の
材料については、好ましい暴露時間は、１時間半以上、
約５時間以下である。

収集装置15は、粒状残留物を攪拌装置から収集するこ
とを目的とするものであれば、任意適当な構成のもので
良い。好ましくは、収集装置は攪拌装置13と連絡状態に
あり、集収装置内での残留物からの発生ガス状成分がガ
ス流中へ引き込まれ、以下に説明するように、熱分解方
式解毒反応装置17に運ばれるようになる。次に、収集装
置15の内容物を適当な弁23を通して除去し、図示してい
ない適当な処分地まで移送する。

ガス導管25が、粒状化装置11と攪拌装置13の結合部近
傍の位置から熱分解方式解毒反応装置17まで延びてい
る。図１に概略的に示すように、熱分解方式解毒反応装
置17の下端部には、該反応装置の低温の流入ガスと高温
の流出物との間で熱交換を行わせる熱交換器27が設けら
れている。ガス導管29は、反応装置からの流出ガスを、
攪拌装置内の粒状物を通るガス流のための所定の経路長
さを提供するよう選択される位置で、攪拌装置13に送り
戻す。ガス流の流れ状態の維持のため、適当な送風機31
が設けられており、これは導管29に沿って設置された状
態で図１に示されている。また、導管29には収着ユニッ
ト33が設けられており、この収着ユニット33は導管29内
のガス流中に同伴されている粒状成分を除去するために
設けられている。収着ユニット33は、微量の有機物及び
金属を除去するために吸着材、例えば活性炭から成る一
または二以上の層を含み、更に、任意のハロゲンを除去
するためにセレソーブ（Selesorb:登録商標）を含むの
が良い。

熱分解方式解毒反応装置17は、一般に1987年８月25日
に発行され、本出願人に譲渡された米国特許第4,874,58
7号に開示されている形式のものである。熱分解による
解毒プロセスは、分解すべき有毒物質を含むガス流と過
熱蒸気の形態の水との高温状態での反応を含む。水は化
学量論値を越えた量で存在すると、ガス流中の有機化合
物は99.99％以上が分解されることになる。流出ガス流
は、主として二酸化炭素、水素及び水で構成され、一酸
化炭素を幾分含有する。一酸化炭素を反応装置内での有
機化合物の分解の度合いの目安として検出し利用でき
る。流出ガス流中の一酸化炭素の量の検出を任意適当な
手段、例えば、電気化学特定ガスセンサ（例えば、Tele
dyne、Sensidyne 等）、紫外線分光測光モニター、
（例えば、Anarad、Horiba等）その他を用いて行う
ことができる。

より詳細には、熱分解方式解毒反応装置は、実質的に
円筒形のハウジング39及びこれと同軸に設けられている
実質的に円筒形の内壁41を含む。円筒形内壁41及び円筒
形ハウジング39は外側環状空間43を画定する。円筒形内
壁41は、円筒形内壁41の上端部とハウジング39の上部壁
との間に設けられた開口部を介して環状空間43と連通す
る内側空間45を更に画定する。細長いＵ字形加熱要素47
が、符号49で概略的に示されている加熱器電源から内側
空間45内へ下方に延びている。過熱蒸気源51が、入口導
管53を経て反応装置17に連結されている。

反応装置17の底部には、熱交換器27が設けられてい
る。好ましい構成の熱交換器が米国特許出願第685,532
号に詳細に図示説明されており、かかる米国特許の開示
内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに
引用する。ガスは導管25から熱交換器27に流入し、導管
29を経て熱交換器から流出する。熱交換器に流入するガ
スは、この熱交換器から上方に流れて反応装置17の環状
空間43に流入する。ガスは反応装置17の内側空間45を出
て、熱交換器27を通り、導管29に入る。概略的に説明す
ると、熱交換器27内には熱交換バリヤ55が示されてお
り、このバリヤを介して熱交換器内において熱伝達が生
じる。当然のことながら、これは単なる概略的な説明に
過ぎず、好ましい熱交換器についての詳細は上記米国特
許出願に図示説明されている。

動作原理を説明すると、本装置は図１に概略的に示さ
れており、固形廃棄物を図示していない適当な手段で粒
状化装置11内へ投入し、固形廃棄物は、この粒状化装置
内で所定の粒径まで機械的に粒状化又は粉砕される。弁
21を通過後、粒状物は攪拌装置13に入る。攪拌装置内で
は、粒状物は導管29から攪拌装置に入り、導管25を通っ
て攪拌装置から出るガス流にさらされる（暴露され
る）。ガス流は流れの方向が、攪拌装置13内の粒状廃棄
物の移動方向とは逆である。廃棄物粒子は攪拌装置の通
過中に高温ガス流にさらされる。揮発性化合物の蒸発が
行われ、反応性化合物の蒸気改質が行われ、ガス流によ
り熱分解方式解毒反応装置17に運ばれる。一般的に言っ
て、これより、攪拌装置13内に残っている固形物の体積
の正味の減少が達成される。それと同時に、攪拌装置13
内の固形物は、これに含まれている病原菌、例えば病院
の廃棄物等に存在している可能性のある病原菌を破壊す
るのに十分な温度まで加熱される。熱分解方式解毒反応
装置17中を循環しているガス流を反応装置内で反応させ
て有毒有機化合物の分解を行う。固形残留物を収集装置
15内に溜め、冷却後、弁23を通して取り出して適当な処
分を行う。

次に図２を参照すると、本発明の装置の一層具体的な
形態が概略的に示されている。図示の装置は、医療廃棄
物、例えば代表的には病院やクリニックで生じた廃棄物
の分解を目的として設計されている。医療廃棄物は代表
的には、プラスチック、ガラス、紙、織物・布類、種々
の液体、種々の金属、さらに動物や人間の骨や組織まで
種々の物質を含む。かかる廃棄物には、伝染性病原菌、
特に、ウイルス類、バクテリア類、菌類が付いている場
合がある。米国における病院の通常手順では、かかる廃
棄物は分別されないで、容積が0.1〜0.3m³のプラスチッ
クの袋の中に集められる。これらの袋の色は大抵の場
合、赤であり、英語とスペイン語の両方で「INFECTIUOS
WASTE」と大きな文字で書かれてある。赤い袋及び箱
は、通常は一日一度から三日に一度までの間隔で時々、
医療廃棄物契約運送業者が取りにくる。一般に、冷凍処
理を行わない場合、このような赤い袋或いは赤い箱に入
れた伝染性のある廃棄物を96時間以上保管することは公
衆衛生に関する規則により禁止されている。

最近における公衆の関心は、浜辺に打ち寄せられたか
かる廃棄物の発見が端緒となって病院からの廃棄物の問
題に向けられるようになった。病院やクリニックから処
分地、例えば焼却設備までの伝染性廃棄物の輸送が危険
であることは明白であり、都市又は市街地では特にそう
である。かくして、場合によっては、オートクレーブ及
び焼却炉を現場で用いてかかる廃棄物を処分していた。
焼却設備からの放出物は都市では明らかに望ましくな
く、その結果生じるアッシュの埋立地での処分は問題で
ある。オートクレーブにより放出物に関する問題は緩和
されるが、代表的な高圧蒸気型オートクレーブは、大規
模で潜在的に危険性のある手作業が必要とされる結果、
多大なコスト及び熟練労働力を必要とする。オートクレ
ーブ処理後には通常、供給物と同じ多量の塊が残り、こ
れを処理してオフサイトで、通常は埋立て地で処分する
必要がある。最後に、オートクレーブを用いた操業経験
によれば、結果はまちまちであり、生きたウイルスが埋
立て地に入り、場合によっては飲料水に侵入しないよう
にするためには、生物学的な検査をほぼ一回分の処分ご
とに行わなければならないことが多い。

本発明は、伝染性廃棄物の分解に適用した場合、現在
公知の方法及び装置と比べ顕著な利点を有する。特に、
廃棄物を十分に高い温度まで加熱することにより、廃棄
物中の病原菌の破壊が容易に達成される。さらに、かか
る高い温度にすると、廃棄物中の多くの他の揮発分及び
反応性化合物が著しく減容することになる。本発明の方
法に起因して生じる有害放出物はなく、かくして本発明
の方法を多くの都市で利用できる。

図２には、図１に示した構成要素に対応する構成要素
には同一の符号が付けられている。かくして、本発明の
装置は、粒状化装置11、攪拌装置13、収集装置15及び熱
分解方式解毒反応装置17を含む。これらは一般に図１に
関して図示説明したように連結されており、以下に示す
改変が施されている。また、ファン31、過熱蒸気源51及
び電源49は図２には示されていないが、これらは本装置
に含まれているものと考えるべきである。同様に、熱分
解方式解毒反応装置17及び付設の熱交換器27の内部詳細
を示していないが、これまた同一であると考えるべきで
ある。

図２に示す実施例では、粒状化装置11は、一対の回転
細断ドラム63,65を含む機械式シュレッダー61を含む。
これらドラム63,65はそれぞれ時計回り、反時計回りに
回転してシュレッダー61に入ってくる固形廃棄物の機械
的細断を行う。シュレッダーは、廃棄物を所定の粒径が
得られることになるような細断方式のものである。粒径
をより厳密に調節するため、スクリーン67をシュレッダ
ーの底部に設けて所定の又はそれ以下の所望の粒径の廃
棄物粒子だけがシュレッダー61から落下するようにする
のが良い。好ましくは、シュレッダー全体を、固形廃棄
物中に存在する病原菌の成長を止めるのに十分に高い消
毒温度に維持する（さもなければ、病原菌がシュレッダ
ー61の構成部品内に「住みつく」場合がある）。この目
的に照らして適当な温度は、少なくとも約200℃であ
る。上記機能に適したシュレッダーは、米国オレゴン州
所在のシュレッダーシステムズインコーポレイテッド又
はコロラド州所在のシュレッドテックからモデル600−
Ｅと称して購入できる。

一般に赤い袋又は箱に入った伝染性病原菌を含む医療
廃棄物を、ロックホッパ（lock−hopper）69を経てシュ
レッダー61に送り込む。機能的に、ロックホッパは、第
１の密閉質73への接近を可能にする入口ドア71を備えて
いる。コンベヤ75が第１の室の中に設けられていて、箱
又は袋を室73を通してエアロック室77へ運び込む。エア
ロックドア79が室77を室73から隔離するために設けられ
ており、かくしてエアロック室77及びシュレッダー61を
外気から隔離することができるようになる。これによ
り、周囲大気中への病原菌の逃げだしが防止される。ド
ア71を閉じ、ドア79を開いた状態で、袋がコンベヤ75に
より室73を通過すると、袋又は箱は室77を通過してシュ
レッダー61内へ落下し、細断が行われる。ロックホッパ
の内部構成要素の温度を、その表面に付着した病原菌の
成長を阻止するのに十分に高い温度に維持することが好
ましい。ここでの用途に適したロックホッパは大抵のシ
ュレッダー供給業者から入手できる。

シュレッダー61で生じた粒状固形廃棄物はホッパ81内
へ落下する。ホッパ81の下端部は粒状廃棄物を弁21を経
て攪拌装置13に送り込む。好ましくは、弁21は、例えば
スムートカンパニィ製のモデル６と称して購入できる星
形弁（star valve）である。ホッパ81内における粒状物
のレベルは、レベルコントロール83で検知される。ビン
又はホッパ81内の粒状物レベルが所定レベルを一旦越え
ると、レベルコントロールにより弁21は粒状物を通す。

図２の図示の実施例では、攪拌装置13は細長い密閉管
状ハウジング85を有し、このハウジング85は、弁21に隣
接したその端部がハウジングの反対側の端部よりも低く
位置するよう傾斜している。細長い供給スクリュー87が
ハウジング85内に、これと同一空間にわたって配置され
ている。供給スクリュー87を回転させるのに適当なモー
タ駆動機構89が用いられ、ハウジング85の一体性は、モ
ータ駆動機構89により回転自在に供給スクリュー87を支
持するシール軸受91,93により維持される。ハウジング8
5の一端部近傍に設けられた開口部95が弁21と連通して
いる。ハウジング85の反対側端部に設けられた開口部97
が弁23と連通しており、弁23はこれまた好ましくは弁21
と類似の星形弁である。導管25は、開口部95の近傍でハ
ウジング85の内部と連通している。導管25の分岐管25A
がホッパ81の上端部と連通している。これにより、ハウ
ジング85を出る高温ガスの流れが枝分かれが可能とな
り、したがって、高温ガスの何割かがホッパ81を通って
上方へ流れるようになる。スクリューのピッチが一端か
ら他端まで変化していて、粒状廃棄物を供給スクリュー
により開口部97に向かって進めるにくつれ、結果的に廃
棄物が減容されるようになることは注目されよう。供給
スクリュー87のシャフトサイズは、廃棄物押出量の最悪
のケースを取り扱うのに十分な機械的捩じり強さを備え
るよう選択されている。これは、供給スクリューの長
さ、回転速度及び廃棄物の固形分に関する変動で決ま
る。ピッチネジ山高さ及び形状も重要なパラメーターで
ある。ピッチにより押出量又は処理量と回転速度の関係
が設定される。これは又、スクリューネジ山間の空間に
おける廃棄物充填深さと密接な関連がある。ピッチを詰
めれば詰めるほど、廃棄物を通すのにそれだけ一層大き
なスクリュー回転数を必要とする。また、シャフト回転
数を同一として、ピッチを詰めれば詰めるほど、廃棄物
滞留時間はそれだけ一層長くなる。廃棄物がネジ山間の
空間を充填する度合いは、廃棄物の混合及び高温ガス流
への暴露の度合い及び程度を決定する。また、このネジ
山間隔及びネジ山高さは、供給スクリューキャビティ内
のガスに付与される乱流の度合い及び量に影響を及ぼ
し、これは廃棄物と供給スクリューネジ山上を通り、そ
してこれを通過して流れているガスとの間の熱伝達及び
物質移動に影響を及ぼす。

これら変数及び相互関係を全て考慮して、好ましい実
施例のピッチ／ネジ山比（ネジ山ランド長さに対するネ
ジ山高さとして定義する）は1:1である。

長さに関するピッチの変化に関しては、これは、廃棄
物が供給スクリューの長さに沿って移動して段々と高温
に、そして反応性が大きくなる蒸気改質ガスにさらされ
る際における廃棄物の質量減少又は廃棄物の蒸気改質分
解度について重要である。無機物（蒸気改質による分解
の度合いの高い含有分）が非常に少ない廃棄物について
は、供給スクリュー長さに沿う廃棄物の体積及び質量の
減少は相当大きくなるであろう。かくして、ピッチ／ネ
ジ山比を小さくして1:3にするのが良い。これにより、
空間内の廃棄物充填深さは、供給スクリューに廃棄物が
入ったときとほぼ同一の深さに維持されるようになる。
また、この手法により、短い（そして安価な）供給スク
リュー長さ内で処理するための滞留時間が一層長くな
り、熱負荷が低くなる。

スクリューネジ山先端部と外側ケーシングとの間に存
在する隙間は、廃棄物との接触及び反応のために高温蒸
気改質ガスを通過させて混合状態でネジ山キャビティ内
へ下方に流すのに十分な空間となる。この間隔は、この
ガスが過度の圧力降下を生じないで容易に通過できるほ
ど開いている必要がある。その結果、本発明者は、スク
リューが5mm（0.4インチ）の隙間でハウジングの底部に
密接して位置した状態で、間隔を最高約3cm（1.2イン
チ）に選択している。これにより、圧力降下が水柱約５
インチとなるよう適当なガス流が得られた。スクリュー
先端部とハウジングとの間の空間内におけるガスの流速
は理想的には約50フィート／秒である。流速を速くする
と過度の圧力降下が生じることになり、流速を遅くする
と乱流、混合、熱伝達及び物質移動の度合いが貧弱にな
る。スクリュー87及びハウジング85は、過度の磨滅及び
磨耗が生じないよう保護するためにスクリュー先端部を
肌焼き又は表面硬化させた316ステンレス鋼のものであ
るべきである。特に高い温度及び固形有毒廃棄物の蒸気
改質法による分解から生じる種々のガス状分解生成物に
対する保護のためには、316ステンレス鋼のようなステ
ンレス合金の使用が好ましい。

スクリューネジ山は滑らかであっても良く、或いは、
ガスとのより良好な接触が得られるよう廃棄物小片をガ
ス空間内へ持ち上げるのを促進する数個の歯又はフラッ
プをスクリューネジ山に設けても良い。これにより、廃
棄物の塊が、有毒廃棄物のまずまずの分解を可能にする
反応性蒸気改質ガスとの適度の接触をしないで、スクリ
ューに沿って移動するのが防止される。しかしながら、
この種の表面処理がされることにより、プラスチック片
を捕捉してスクリューに沿う廃棄物の移動を妨害する恐
れが生じる。

スクリューを包囲しているハウジングは好ましくは、
望ましくない思いコークス蒸気改質生成物の着を防止す
るために700〜1400゜Fの温度に加熱される。このような
温度は、過熱蒸気と炭質コークス状生成物との反応を確
実にするのに必要である。

水平に対するスクリューの傾斜度は、スクリューに沿
う廃棄物の均一な移送と床上のユニットの機械的配置の
コンパクトさ及び単純さとの両方にとって重要である。
スクリューを、床近くの廃棄物細断供給ホッパの底部か
ら、処理後の無機物が密閉星形弁を通して密閉二輪車内
へ落ちることができるようにする高さまで傾斜させるこ
とが最も望ましい。残念なことに、この傾斜により、廃
棄物の質量流量が安定しない場合がある。廃棄物の安息
角に近い傾斜角度では、廃棄物のうち幾分かが塊となっ
てスクリューネジ山の下に転動して戻る場合がある。こ
れら廃棄物塊はスクリューに沿って移動しているときに
凝集するようになる場合がある。廃棄物の塊は、均一な
廃棄物投入の場合と同じほど容易には、或いは十分には
反応せず、かくしてスクリューをより長く且つ高温にす
る必要がある。好ましい実施例では、水平から測って７
゜のスクリュー傾斜角度が採用されている。

スクリューを油圧モータを用いて駆動することができ
る。というのは、かかる油圧機器はシュレッダーの作動
用として既に入手できるからである。この油圧機器は高
価で強力な減速歯車装置を用いないで、電子式モータシ
ステムにとっては全く困難な特に大きなトルク及び非常
に低い回転数をもたらす。かかる駆動装置は低コストで
変速及び迅速な逆転操作（駆動装置のジャミング解除の
ため必要な場合）をすることができる。シャフト軸受
は、長いシャフト及び非常に高い温度状態でこの廃棄物
をスクリューに沿って移送する際に通常生じるトルク変
動に対応するために特に強力でなければならない。これ
ら軸受は外部冷却式のものであるか、或いは、外部を自
然冷却できるよう取り付ける必要がある。好ましい実施
例では、軸受の外部を冷却用フィンが設けられた管状延
長部の状態でスクリューハウジングに取り付けている。
シャフト密封体は二重であるべきで、ガスが密封体間に
入って冷却機能とスクリューの負圧域への空気の漏入を
封止する機能の両方を行う可能性をもたせる。

当然のことながら、特に高い温度で動作する必要があ
り、また、空気が少なく、或いは空気の無い状態で作動
する必要があり、しかも固形有害廃棄物の蒸気改質分解
で生じた種々のガス状分解生成物に対して不活性でなけ
ればならない建設用強力スクリュー供給装置の技術分野
における当業者には明らかなより多くの変数がある。

導管29からの高温ガスは、図２で分かるように、スク
リューに沿って導管29から開口部95まで、ハウジング85
内部の粒状廃棄物に当たる。スクリュー87だけでなくハ
ウジング85の内部の温度は、導管29から開口部95まで直
線的に減少する。導管29と開口部97との間の領域では、
温度は一層急激に減少する。というのは、導管29から開
口部07までは高温ガスが流れないからである。したがっ
て、ハウジングのこの後者の領域無いの粒状廃棄物は放
冷されるが、それと同時に、放出ガスがこの領域から引
き出されて導管29と開口部95との間で流れている高温の
ガスと共に同伴される。いったん開口部97に達すると、
粒状廃棄物は、ハウジング85から弁23を通って収集手段
内へ落下する。図示の実施例では、収集手段は、ホッパ
99及び二輪車101として概略的に示されている。

ハウジング85及びスクリュー87の長さ、並びにスクリ
ュー87の回転速度は、高温ガス流に対する粒状廃棄物の
暴露滞留時間に影響を及ぼすことになる。また、スクリ
ューの回転速度はガス流中での粒状廃棄物の攪拌の程度
にもある程度の影響を及ぼすであろう。これらパラメー
ターは、廃棄物の粒径及び性状に応じて所望の解毒度を
達成するよう選択される。かかるパラメーターは、当業
者であれば、満足のゆく作動パラメーターの組を決定す
る既知の方法に従って容易に計算できる。本発明の用途
において満足のゆく供給スクリューを用いる攪拌装置の
使用は次のとおりである。すなわち、外形が250mm、長
さが5mの315ステンレス鋼を構成材料とするものであ
り、変速モータで駆動される。

図３は、シミュレートした伝染性のある病院からの廃
棄物を処理する際の本発明の方法の分解の結果を示すよ
う作成された一対のグラフ図である。シミュレート廃棄
物をポリエチレンの袋に入れて、これを55ガロンドラム
内へ入れた。袋の頂部はドラム底部から測って高さが0.
9m（25インチ）であった。この袋の中では、以下の固形
廃棄物成分が配分されていた。

2.3ポンド殺菌包帯 0.2 Chlorox ボトル 0.1 Kaopectateボトル 0.4 布製病院用スモック 0.2 顔面マスクフィルタ 0.7 ポリカーボネートプラスチックボトル 0.05 ６本のラボラトリー注射器 0.5 ガラス瓶 0.2 ポリエチレン袋 1.5 ボール紙の箱 0.3 裁断された木詰め物 0.5 紙 0.3 24個のポリウレタンカップ小計＝3.4kg7.4 0.3 トルエン溶剤 1.0 イソプロピルアルコール 0.8 メタノール 0.1 Chlorox 漂白剤小計＝1kg2.2 1.5 Eveready ６ボルト乾電池 3.12 ハンバーガー（２つの３インチ球形ボール）合計＝6.5（14.22ポンド）２時間で、ほぼ1m³の固形廃棄物からなる投入物を50
分の幾つかに減容した。6.5kg（14.2ポンド）の当初の
重量を1.9kg（4.2ポンド）に減少させた。図３に示すよ
うに、廃棄物内の温度分布により分解プロセスにおける
温度の移り変わりを表示した。固形廃棄物である物品全
てを、ガラス、金属、及び大きな熱量を要する物品を除
き、開始温度が約315℃（600゜F）で蒸気ガス化された
ことが分かった。なお、この温度でCOの生成が始まっ
た。

大きな熱量を要する物品に関する質問を実験的な検査
プログラムに組み込んだ。大量の熱を要する物品（即
ち、キッチンオーブンでの七面鳥料理法）を長時間にわ
たって加熱して、熱波がその物品の外側から中心域まで
侵入するようにしなければならない。この熱波の侵入
は、温度が100℃（212゜F）以上に上昇する前に沸騰す
るに違いない水が内部に存在している場合には一層困難
になる。このような影響が生じる理由は、２つの同一の
8cm（３インチ）球形ボール状のハンバーガーが投入物
の中心にあったためである。

実験的に、ハンバーガー球状体の中心は30分間のフレ
ームでは、252℃（270゜F）には達しなかったが（病原
菌駆除のためのカリフォルニア州の医療廃棄物規則で割
り当てられている）、その周りのものは全て252℃（270
゜F）に達した。ハンバーガー球状体の中心は事実、30
分間で122℃（140゜F）に、45分間で212℃（230゜F）に
なるに過ぎなかった。２つのハンバーガー球状体のうち
一方に熱電対を入れ、他方に、カリフォルニア州医療廃
棄物規制のタイトル22§66845（ａ）（４）（Ｄ）に
特定されているようなBacillus stearothermophilusを
含むAmerican Sterilizer Companyの“Proof Plus"生物
標識を入れた。ハンバーガー球状体内への上記標識に加
え、別のもう一つの標識を医療用包帯で包んで投入物中
へ入れた。

ハンバーガー球状体内に配置した“Proof Plus"生物
標識は決して252℃（270゜F）になることはない。とい
うのは、水性の血清で満たされた愛撫ガラスアンプルは
破裂することはない（破裂は約285゜Fで起こる）。ま
た、標識に付けた紙ラベルは白色であって完全に判読可
能であり、かくして、高温蒸気はほん短時間でさえもこ
の紙に接触しなかった。第２の同一のハンバーガー球状
体内部熱電対は、これらの発見を立証しようとした。次
に、ハンバーガー球状体からの“Proof Plus"標識を新
品の対照標識と一緒に試験用生物標識で30分間、55℃で
培養し、それによりBacillus stearothermophilus胞子
が生き延びているかどうかを観察した。試験用標識と対
照標識の両方は赤から黄色に変化し、明らかに殺菌がな
されたことを示していなかった。285゜Fを越えた投入物
内に配置された第２の標識を殺菌し、燃焼させて分解さ
せた。この実験は、廃棄物を処理前に細断し、或いは粒
状化する（好ましくは、cm以下の粒径にする）重要性を
明示した。

この試験からのガス及び粒状物の放出量は予想量より
もはるかに少なかった。この目的のために用いられたフ
ィルタ上に蓄積した粒状物で検出できたものはなかっ
た。低レベルのCOのみが、高温ガスを先ず最初に固形廃
棄物入りドラムに通したときにほぼ直ぐに検出された。
図３で注目すべきこととして、投入物が約582℃（600゜
F）に達したときにCOレベルが最高約900ppmに達した。

図３に示す試験中、XAD2樹脂、モレキュラーシーブ
（Molecular Sieve）13Å、木炭に関する３つのベント
サンプルトラップ（vent sample trap）を採取した。ガ
スクロマトグラフィー、質量分析法による測定結果の示
すところによれば、放出物はベンゼン、トルエン、エチ
ルベンゼン及びトリクロロフルオロメタンに過ぎず、し
かもこれらは非常に低レベルであった。廃棄物中にはフ
ッ素化合物がなく（或るプラスチック又は包帯中にはフ
レオン溶剤が使用されている場合があった）、かくし
て、トリクロロフルオロメタンが分析実験汚染要因物で
あると結論された。ベンゼン、トルエン、及びエチルベ
ンゼンは、伝染性廃棄投入物中の有機物の量（即ち、6.
5kg又は14.2ポンド）と一致している。他の２つのトラ
ップは全ての有機物を「非検出」として示した。

上記の説明は、シミュレート医療用廃棄物を本発明の
装置内で処理されるので、かかる廃棄物に攪拌操作を与
えない場合の廃棄物の解毒度を示している。したがっ
て、本発明の装置は、上述の説明の間に得た効率性より
も一層効率的な処理を行うことができよう。

したがって、本発明は固形廃棄物を解毒する改良型方
法及び装置を提供する。本発明の方法及び装置は、伝染
性医療廃棄物の処理に特に役立つ。本発明の装置及び方
法は、現場用途に適し、それにより有毒固形廃棄物の輸
送の結果として生じる環境的危害を緩和する。さらに、
本発明の方法及び装置を用いると、処理されるべき廃棄
物の正味の減容が得られ、輸送及び貯蔵に要するコスト
を減少させる。

当業者であれば上述の説明及び添付の図面から、図示
説明した構成に加え、種々の他の実施例を相当できるこ
とは明らかである。かかる設計変更例及び他の実施例
は、請求項の範囲に含まれるものである。

フロントページの続き (56)参考文献特開平３−118083（ＪＰ，Ａ) 特表平４−501378（ＪＰ，Ａ) 特表平３−502896（ＪＰ，Ａ) 国際公開92／12738（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B09B 3/00 - 5/00 A62D 3/00 A61L 11/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】有毒成分を含有する固形廃棄物を除染する
方法であって、廃棄物を機械的に所定の粒径まで粒状化
し、攪拌装置において、粒状廃棄物を、実質的に酸素が
なく約250℃以上、約750℃以下の温度状態にある高温ガ
ス流にさらしながら十分な時間の間攪拌することにより
粒状廃棄物の相当多くの部分をガス化して粒状廃棄物の
質量を減少させ、攪拌装置内に残留する粒状残留物を収
集し、攪拌中の粒状廃棄物を通過したガス流を過熱蒸気
の形態の水で熱分解により解毒するための熱分解方式解
毒反応装置に循環させ、粒状廃棄物中に存在する有毒成
分に対する水の量を化学量論値を越える値に維持し、熱
分解方式解毒反応装置からの反応後の蒸気含有流出ガス
を攪拌中の粒状廃棄物に与えるガス流として再循環させ
るステップより成ることを特徴とする固形廃棄物の除染
方法。
【請求項２】固形廃棄物を機械的な細断方式により粒状
化することを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】所定の粒径は、約4cm（1.5インチ）未満で
あることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項４】粒状廃棄物を攪拌しながらガス流にさらす
時間は、約１時間半以上、約５時間以下であることを特
徴とする請求項１の方法。
【請求項５】粒状廃棄物を回転スクリュー供給装置で攪
拌することを特徴とする請求項１の方法。
【請求項６】ガス流を、回転スクリュー供給装置の回転
方向により粒状廃棄物に付与される移動方向とは逆の方
向に攪拌中の粒状廃棄物を通して循環させることを特徴
とする請求項５の方法。
【請求項７】回転スクリュー供給装置の回転速度を、熱
分解方式解毒反応装置からの流出ガス中の測定ガス成分
に従って制御することを特徴とする請求項５の方法。
【請求項８】ガス流は、二酸化炭素、一酸化炭素、水素
及び蒸気を含むことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項９】粒状廃棄物を回転スクリュー供給装置を用
いて攪拌し、回転スクリュー供給装置の回転速度を熱分
解方式解毒反応装置からの流出ガスの測定成分に従って
制御することを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１０】固形廃棄物の除染装置であって、廃棄物
を機械的に所定の粒径まで粒状化する手段と、粒状廃棄
物を、実質的に酸素がなく約250℃以上、約750℃以下の
温度状態にある高温ガス流にさらしながら、粒状廃棄物
の相当多くの部分がガス化して粒状廃棄物の質量が減少
するに十分な時間の間攪拌する攪拌手段と、攪拌中の粒
状廃棄物を通過したガス流を、粒状廃棄物中に存在する
有毒成分に対する化学量論値を越えた量の過熱蒸気の形
態の水で熱分解により解毒するための熱分解方式解毒反
応装置と、熱分解方式解毒反応装置からの蒸気含有流出
ガスを攪拌手段に再循環させて粒状廃棄物と反応させる
手段とより成ることを特徴とする装置。
【請求項１１】粒状化手段は、機械式シュレッダーであ
ることを特徴とする請求項10の装置。
【請求項１２】攪拌手段は、回転スクリュー供給装置で
あることを特徴とする請求項10の装置。