JP4041580B2 - 廃棄物燃料の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は都市ゴミ等を処理して廃棄物燃料を製造する廃棄物燃料の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
現在、一般家庭や事務所等から排出される、所謂、都市ゴミは、その大部分が可燃性物質であることから一括して焼却処分されることが多く、焼却により得られる廃熱は発電や温水の製造等のエネルギー源として活用されている。
【０００３】
そして、焼却炉の運転の安定性の向上やエネルギーの回収効率の向上が図られるとともに、排ガスの処理等の環境保全についての技術も向上している。
【０００４】
しかしながら、焼却される都市ゴミは、厨芥や庭ゴミを主とする可燃ゴミ、プラスチック類、書籍等の紙ゴミ、金属や陶器片等の不燃物等の雑多なゴミの集合であり、不定型で嵩張ることや多量の水分を含むことから、焼却処分することはエネルギー回収の面において必ずしも理想的な処理方法とはいえない。
たとえば、通常の都市ゴミは５０％程度の水分を含み、その発熱量はゴミ１ｋｇに対して２０００Ｋｃａｌ以下となることが多いので、焼却処分は好ましい処理とは言えないものである。
【０００５】
また、これらのゴミは不定型な形態や多量の水分を含むとともに、腐敗性物質を含むために悪臭を放つので、焼却処分においても作業環境の安全確保や周辺の環境保全に種々の対策を必要とするものである。
さらに、上記の理由により運搬や貯蔵等の取扱いの面で非常に不便であり、特定の焼却炉以外の設備でエネルギー源として活用することは困難である。
【０００６】
そこで、都市ゴミを固形の燃料として再資源化することが試みられている。
すなわち、乾燥処理等より水分の除去と悪臭防止の処置とを施した後、適当な形状に成形して運搬や貯蔵ができる形態とするものであり、ボイラー用の燃料やセメント焼成用の燃料として利用するものである。
固形燃料を製造する工程の一例を以下に示す。
（１）ゴミに含まれる水分を１０％程度になるまで乾燥する。
（２）風力選別機等を用いて、紙類、プラスチック類、木くず等を含む可燃物（軽量物質）と、金属、ガラス、陶器等の不燃物（重量物質）とに選別する。
（３）可燃物を成形機で処理可能な大きさ（２０ｍｍ程度）まで粉砕する。
（４）粉砕物を成形して固形燃料とする。
【０００７】
上記のようなゴミの燃料化は、運搬や貯蔵等の取扱いが容易となるので再資源化という点ではメリットがある。
しかしながら、前記の工程において不燃物の除去は非常に困難を伴うものであり、人手による選別を余技なくされる場合も少なくない。
また、悪臭防止のために消石灰等を多量に混合しなければならない。
さらに、乾燥に多大な熱エネルギーを必要とするので、エネルギーの有効活用という点では根本的な解決に至っていない。
【０００８】
そこで、本発明の発明者はゴミの燃料化について、特に、エネルギーの有効活用を図るために種々の検討を行った。
従来のゴミの燃料化においては、不燃物の除去については行われていたが、他の成分についてはあまり考慮されていなかった。
しかし、都市ゴミは雑多なゴミの集合であり、ゴミの種類によって含有する水分量も異なるので、少なくともこれについて考慮する必要がある。
【０００９】
都市ゴミに含まれる平均的な水分量は５０％であり、これを境に考えると水分量が５０％よりも多いゴミとしては厨芥類と草木類等があり、水分量が５０％よりも少ないゴミとしては紙類、繊維類、プラスチック類等である。
【００１０】
厨芥類は、残飯等を主とするので水分量は８０％以上と非常に多く、同時に腐敗性の強いものである。また、草木類は庭ゴミと言われるように、庭で刈り取られた芝、草木、木の小枝等であり、厨芥類と同様に腐敗性のゴミである。したがって、ゴミの燃料化を行うには、厨芥類および草木類を処理対象から除いて、他の方法で有効活用を図ることが好ましい。
【００１１】
厨芥類を処理する方法としては、特にその腐敗性物質を対象として考えると、生物化学的処理方法が考えられる。その第１の方法は、好気性醗酵処理を施してコンポストを製造し、農業に利用する方法である。
また、第２の方法は、嫌気性醗酵処理によりメタンガスを製造してこれをガス燃料として利用すると共に、醗酵処理後の残留固形物をコンポストとする方法である。
【００１２】
コンポストとして農業に利用するためには、プラスチック類、金属、またはガラス等が除去されていなければならない。
コンポストの中からこれらの不純物質を除去することは困難であるので、生物学的処理を行う前に、予めこれらの不純物質を除去しておく必要がある。
【００１３】
最近では、環境保全の問題や再資源化の要求から、各地方自治体においてゴミの分別収集が積極的に行われ、厨芥類と草木類は可燃ゴミとして、他のゴミと分別されることが多くなった。
これによって、都市ゴミの燃料化を行う場合には、水分の少ないゴミを処理の対象とすれば良いことになるので有利な条件となる。
【００１４】
しかしながらこの場合、残りの可燃ゴミの処理を如何にするかという問題が残る。何故ならば、分別収集された可燃ゴミであっても、プラスチック類や不燃物が完全に除去されているということではないので前記のように生物学的処理を行うにも予め不純物質を除去しなければならない。
【００１５】
前述の固形燃料を製造する場合においても不純物の除去が必要であったが、コンポストを製造する場合には、同時にプラスチック類も除去しなければならない。
また、前述の場合には可燃ゴミを乾燥した後に選別を行うことにより、風力選別による方法が有効であったが、生物学的処理を行う場合に可燃ゴミを乾燥することは必要性がないと共に、生物学的処理をする上で好ましくない。
さらに、この場合の選別はより厳密でなければならない。
したがって、水分が非常に多い状態において、プラスチック類および不燃物の除去を行わなければならず、大きな課題となっていた。
【００１６】
以上のような固形燃料の製造と可燃ゴミの処理方法についてそれぞれの問題点の解決手段を探ると共に、環境保全や省エネルギーを考慮して将来的に実用性のある処理方法とするために鋭意研究を行った。
【００１７】
その結果、可燃ゴミに関してはエネルギー回収の面から嫌気性醗酵処理によりメタンガスを回収することが好ましく、また、嫌気性醗酵処理においては多量の水に処理物を懸濁させた状態で処理することが好ましいことを確認した。
さらに、処理物を多量の水に懸濁させることから、プラスチック類および不燃物の選別処理は処理物を多量の水と混合した状態で行うことが可能であり、また、これによって極めて良好な選別が実現できることを確認し、この発明を完成させたものである。
【００１８】
この発明は、都市ゴミを処理するに際し、高水分ゴミと低水分ゴミとを分離して処理することによりエネルギーの回収を最大限に行うとともに、有機性汚泥等の廃棄物を処理できて品質の高い廃棄物燃料および品質の高いコンポストを製造することができる廃棄物燃料の製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【問題点を解決するための手段】
上記の目的を達成するためにこの発明は、都市ゴミ等から廃棄物燃料を製造する方法であって、例えば５０％以上の水分を有する高水分のゴミを水中において撹拌混合機で撹拌混合した後、金属等の重量物質を沈降分離により除去するとともに、プラスチック類等の軽量物質を篩分け等の選別手段により除去することにより有機物の懸濁液を得る湿式選別工程と、得られた懸濁液を嫌気性醗酵処理してメタンガスを発生する醗酵工程と、低水分のゴミを前記軽量物質とともに乾燥して燃料とする燃料化工程とから構成したものである。
そして、前記醗酵工程で発生するメタンガスを、燃料化工程の乾燥用熱源として使用したり、あるいは、ガスエンジンに使用して発電を行うと共に、ガスエンジンの廃熱を燃料化工程の乾燥用熱源として使用したりする手段を採用したり、また、前記燃料化工程で製造した廃棄物燃料を、燃料化工程の乾燥用として使用したりする手段を採用したものである。
【００２０】
【作用】
この発明は上記の手段を採用したことにより、湿式選別工程において高水分ゴミから金属等の重量物質やプラスチック等の軽量物質を分離して有機物の懸濁液を得るとともに、醗酵工程において前記懸濁液を嫌機性醗酵処理してメタンガスを発生させ、一方、燃料化工程において低水分ゴミを軽量物質とともに異物を除去したのちに燃料化工程で乾燥させて燃料としたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示すこの発明の実施の形態について説明する。
図１にはこの発明による廃棄物燃料の製造方法を示す処理工程が示されていて、まずゴミは水分が５０％以上の高水分ゴミ１と５０％以下の低水分ゴミ２に分別されており、水分が５０％以上の高水分ゴミ１は湿式選別工程３に送られるようになっている。
そして、湿式選別工程３においては、粉砕と、撹拌機を備えた混合槽に投入されて多量の水との混合とが行われる。加えられる水の量は、混合した後の固形物の割合が１０〜１５％程度となるようにする。
また、撹拌機としては固形物に剪断力を与えて粉砕を助長するものが好ましい。
【００２２】
この混合槽において、金属等の重量物質４は混合槽内で沈降分離される。重量物質４が除去された懸濁液は、次に円筒状の回転スクリーンを備えたロータリースクリーンまたは類似の装置によりプラスチック類等の軽量物質７が除去されて、水に懸濁した有機物となる。
従来、し尿処理設備において生物学的処理をする際に、その前処理工程において砂等の重量物質４とプラスチック類等の軽量物質７の除去が行われているが、この発明の湿式選別工程３はこれらの技術を応用することができる。
【００２３】
また、この湿式選別工程３においては、厨芥類や草木類等の可燃ゴミだけでなく、例えば、し尿処理設備から排出される余剰汚泥や夾雑物、あるいは畜産廃棄物等を混合して処理することも可能である。
【００２４】
前記湿式選別工程３で得られた有機物の懸濁液は醗酵工程５に送られ、ここで嫌機性醗酵処理されてメタンガスを発生する。
実際には３５％程度の炭酸ガスを含むのでバイオガスとも呼ばれている。
高水分ゴミ３５０ｋｇと低水分ゴミ６５０ｋｇとからなる都市ゴミ１０００ｋｇについて試算すると、醗酵処理により低発熱量５５００Ｋｃａｌ／ｍ³ のバイオガスが約３５ｍ³ 得られることになる。
バイオガスは、そのまま燃料として使用することができると共に、ガスエンジンを用いた発電設備の燃料として使用することもできる。
【００２５】
醗酵処理を終えたスラリーは脱水処理されて固形分と液分とに分離される。
固形分は若干の乾燥等により水分を６０％程度に調整して、高品質のコンポスト６とすることができる。都市ゴミ１０００ｋｇ当たり約８０ｋｇ程度得られる。
固形分が除かれた水は再び湿式選別工程３に戻して再使用される。
【００２６】
前記低水分ゴミ２は、湿式選別工程３で除去された軽量物質７と共に燃料化工程８に送られ、そして、燃料化工程８で不燃物等の異物９が除去されて廃棄物燃料１０が製造される。
この発明の燃料化工程８は従来の工程と比較して簡単となり、設備費用および運転費用が削減される。
すなわち、厨芥等の高水分ゴミ１が予め取り除かれているので、不燃物の除去が非常に簡単となり、また腐敗性物質を含まないので悪臭防止の処理を必要としない。さらに、水分が少ないので乾燥に要する熱エネルギーが少なくて済む。
【００２７】
そして、都市ゴミ１０００ｋｇから水分６％の廃棄物燃料を約４００ｋｇ製造することができる。
また、この廃棄物燃料の低発熱量は約４１００Ｋｃａｌであり、消石灰などを混合する必要がないので、燃焼後の灰分が少なく高品質の燃料ということができる。
【００２８】
上記の廃棄物燃料４００ｋｇを得るために乾燥に要する熱量は、理論熱量として約１５０，０００Ｋｃａｌとなる。
乾燥に使用する熱源としては、醗酵工程で発生するバイオガス、あるいはバイオガスを燃料として発電する場合には、その廃熱（廃ガス）を使用することができる。
乾燥処理における熱効率を考慮すると、これらの熱源だけでは多少不足することも考えられるので、たとえばここで製造した廃棄物燃料を併用する必要がある。
しかしながら、湿式選別工程において都市ゴミの一部だけでなく、他の施設から有機汚泥などを同時に処理することも考えられるので、それほど大きな問題とは考えられない。むしろ、これらの熱源を適宜選択することにより、総合的にエネルギーの有効利用を図ること自体が大きなメリットとなる。
【００２９】
なお、現状においては、廃棄物燃料は一定の形状に成形されることが多いが、この発明の廃棄物燃料は必ずしもこれに限定されるものではない。
また、高水分のゴミとして水分が５０％以上の場合について説明したが、これに限定することなく、例えば、水分が６０％以上であっても良く、この場合は、当然ながら低水分のゴミは水分が６０％以下となるものである。
【００３０】
【発明の効果】
この発明は前記のように構成したことにより以下のような効果を発揮するものである。
品質の高い廃棄物燃料を製造することができる。
品質の高いコンポストを製造することができる。
エネルギーの回収を最大限有効に行うことができる。
有機性汚泥などの他の廃棄物を処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による廃棄物燃料の製造方法を示す全体概略図である。
【符号の説明】
１……高水分ゴミ
２……低水分ゴミ
３……湿式選別工程
４……重量物質
５……醗酵工程
６……コンポスト
７……軽量物質
８……燃料化工程
９……異物
１０……廃棄物燃料

Claims (5)

1. 都市ゴミ等から廃棄物燃料を製造する方法であって、高水分のゴミを水中において撹拌混合機で撹拌混合した後、金属等の重量物質を沈降分離により除去するとともに、プラスチック類等の軽量物質を篩分け等の選別手段により除去することにより有機物の懸濁液を得る湿式選別工程と、得られた懸濁液を嫌気性醗酵処理してメタンガスを発生する醗酵工程と、低水分のゴミを前記軽量物質とともに乾燥して燃料とする燃料化工程とからなることを特徴とする廃棄物燃料の製造方法。
2. 前記高水分ゴミは水分が５０％以上である請求項１記載の廃棄物燃料の製造方法。
3. 前記醗酵工程で発生するメタンガスを、前記燃料化工程の乾燥用熱源として使用する請求項１記載の廃棄物燃料の製造方法。
4. 前記醗酵工程で発生するメタンガスを燃料とするガスエンジンを使用して発電を行うと共に、ガスエンジンの廃熱を前記燃料化工程の乾燥用熱源として使用する請求項１記載の廃棄物燃料の製造方法。
5. 前記燃料化工程で製造した廃棄物燃料を、燃料化工程の乾燥用として使用する請求項１記載の廃棄物燃料の製造方法。

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