JP3820271B2 - 都市固体ゴミの消化方法 - Google Patents

Description

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、密度は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。該コンベア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２６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２９ｂ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３３、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ＯＦＦ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５６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１２００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、必要に応じ従来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［ＢＴＵ／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、８００〜１２００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、これが重金属に含有量が多いため、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、あたら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に移送される。
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１１９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１０９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。

Claims (10)

1. 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を含む都市固体ゴミを消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、導入された有機物の大部分を消化することと、
   液状部分を分離し、固体状の消化済ゴミを形成させることと、
   該固体状消化済ゴミを加熱し、周辺の大気圧力を高め、加熱・圧縮された固体ゴミを爆発的に減圧し、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方法。
2. 上記都市固体ゴミは汚染物質の水銀を含み、該固体状消化済ゴミの該加熱工程は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、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水と水銀の液状混合物を得ることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 上記固体状ゴミは、爆発的に減圧される前に、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２記載の方法。
4. 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ことで水銀を回収することを特徴とする請求項２記載の方法。
5. 前記第１段階および第２段階の少なくともいずれかは、
   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用いるとともに、
   周囲より高い温度に加熱されたガスと非加熱のガスのガス混合物を前記流体通過可能な底部を通過させることによって消化器内のスラリーの温度を周囲より高い温度に維持すること、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 流体通過可能な底部は、水平面との間に０．２〜０．４度の角度を有していることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 加熱されたガスと非加熱のガスはそれぞれ、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５記載の方法。
8. 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、残りの一部は、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５記載の方法。
9. 前記第１段階および第２段階のうち少なくとも一つの段階は、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矩形の消化器内で行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
10. 前記第１段階では導入される有機物の約５０％が消化され、前記第２段階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１記載の方法。

Images