JP4142737B1 - 廃棄物処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 最終処分場の廃棄物をより効率的かつ安全に圧密するための廃棄物処理装置を提供する。
【解決手段】 本発明の装置は、駆動源によって回転駆動される軸体と、埋め立て廃棄物を空洞内の壁に圧密するための側面を有する圧密体と、圧密体に連接されたヘッドと、圧密体の側面の少なくとも一部に沿って周設されたスクリュー翼と、圧密体の側面から間隔を空けてスクリュー翼の上下段の間を渡すように取り付けられた、埋め立て廃棄物を切断するための切断エッジを有する少なくとも１つの切断部材とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、廃棄物を処理するための装置に関する。より具体的には、本発明は、廃棄物最終処分場に埋め立てられた廃棄物の減容化を達成するために、廃棄物を切断しながら圧密することによって埋め立て廃棄物内に空洞を形成する廃棄物処理装置に関する。

我が国においては、廃棄物は、法律上、家庭などから排出され市町村に処理責任がある一般廃棄物と、排出事業者に処理責任がある産業廃棄物に分類される。いずれも、再利用、再資源化、及び焼却などの中間処理が行われ、これらの処理が困難なものは最終処分場に投棄される。最終処分場（埋め立て処分場とも呼ばれる）は、地盤を掘削して作られた窪み又は自然に形成された窪みを利用して、この窪みに廃棄物が投棄され積層される施設である。最終処分場は、一般に、廃プラスチック類やゴムくずなどの環境に影響を与えない廃棄物のみを埋め立てる安定型処分場、基準以上の重金属や有害化学物質などが含まれる有害な廃棄物を埋め立てる遮断型処分場、並びに、安定型処分場及び遮断型処分場で処分される廃棄物以外の廃棄物を埋め立てる管理型処分場に分類される。

最終処分場について種々の問題が指摘されているが、中でも、既設の最終処分場の残余年数の減少が大きな問題となっている。最終処分場が満杯になった場合には、別の新たな処分場を確保しなければならない。近年は、分別、再利用、再資源化の普及などによって最終処分量が減少しているため、残余年数は微増傾向にあると言われるものの、特に都市部周縁部において最終処分場を確保することは、用地確保の問題や地元住民の反対といった理由により極めて困難な状況となっている。

このような事情を背景として、埋め立てられた廃棄物を減容して最終処分場の延命化を図ることを目的とした種々の技術が提案されている。最終処分場の廃棄物は、一般に、形状が不均一なものが多く、埋め立て時には重機などで転圧を行ってもなお多くの隙間が存在する。したがって、最終処分場の廃棄物は、埋め立て後に適切な手段でさらに圧密を行うことによって容積が減少し、容積の減少分に相当する廃棄物をさらに埋め立てることができるようになる。

廃棄物の圧密によって減容化を行う従来技術として、以下のものが挙げられる。
（１）ドロップハンマの重錘の落下による圧密技術
ドロップハンマで重錘を吊り上げ、廃棄物上に繰り返し落下させることによって、衝撃力で廃棄物を圧密する方法である。

（２）掘削土砂圧密型オーガによる圧密技術
特許文献１に開示される技術は、湾曲押圧面を側面としたコテ部を掘削回転方向に螺旋状に上昇するように設けた掘削土砂圧密型オーガを用いて行う廃棄物処理方法である。この方法では、掘削した土砂などをコテ部で外側に押し出し孔壁に圧密して殆ど地上に排土せずに削孔した後、オーガを孔内に差し入れた状態で削孔時とは逆の回転をさせながら孔口から廃棄物を投入する。投入された廃棄物は、孔底に落下しながらコテ部で孔壁に圧密される。コテ部で圧密されずに孔底に落下した廃棄物は、オーガを上下動させることによって先端のオーガヘッドで鎮圧充填する。

（３）圧密コテを設けたケーシングと掘削軸体とからなる掘削装置による圧密技術
特許文献２に開示される技術は、湾曲押圧面を側面とした圧密コテを掘削回転方向に螺旋状に上昇するように設けたケーシングと、このケーシング内に挿入される、先端に圧密羽根を設けた掘削ヘッドを有する掘削軸体とからなる掘削装置を用いた廃棄物処理方法である。この方法では、掘削した廃棄物を旋回するケーシングの圧密コテによって圧密し、さらに、掘削ヘッドの圧密羽根によって鎮圧する。その後、ケーシングを残した状態でケーシング内に投入された廃棄物を鎮圧軸体又はモンケンによって鎮圧し、ケーシングを引き抜く。

（４）その他の技術
これらの技術以外に、建築物や構造物の基礎となる既成杭及び場所打ち杭のための削孔用オーガに関する先行技術として、特許文献４〜６に記載の技術が開示されている。

特許第３０６００４５号 特許第３４７６４１３号 特許第２８９６４１６号 特公昭５７−２７２７４号 特許２６３１３０３号 実公平７−４５６７２号 特開平１１−１１７６５２号

ドロップハンマの重錘の落下による圧密技術は、落下衝撃を与える際の振動や騒音が問題となる。また、この技術においては、最終処分場の表面近くの廃棄物は圧密されるが、深部の廃棄物まで圧力が伝達されないため、効率的な圧密が困難である。

次に、例えば特許文献１に記載のオーガ又は特許文献２に記載のケーシングは、最終処分場の廃棄物を圧密することを本来の目的として開発されたものではなく、通常の地盤において杭孔の掘削を行うオーガを廃棄物の圧密に転用したものであると思われる。すなわち、これらのオーガ又はケーシングは、建築物や構造物の基礎となる既成杭及び場所打ち杭のための削孔を無排土又は少排土で行い、それにより残土の処理及び現場清掃などに必要な費用を軽減させることを目的としていると考えられる。このことは、特許文献１に記載の掘削土砂圧密型オーガが、特許文献３に記載の地盤の基礎工事として杭孔掘削を行うためのオーガと同一であることからも推定されることである。したがって、これらの従来の杭孔掘削オーガ及びケーシングを用いて最終処分場の廃棄物の圧密を行う場合には、幾つかの課題が存在する。

まず、特許文献１に記載される杭孔掘削オーガは、軸体の下部にスクリュー羽根が設けられ、それに連続して掘削回転方向に螺旋状に上昇するようにコテ部が設けられている。また、軸体の先端には掘削ビットが設けられている。こうした杭孔掘削オーガは、元来、掘削された土砂が上方に移送されるように設計されていると考えられる。このことは、特許文献３の段落００１２に「土砂の揚土作用を阻害することなく」掘削することが目的であると明示されていることからも判る。

オーガがこのように構成されているのは、杭孔掘削用のオーガが、空隙の多い廃棄物を圧密することではなく、空隙が少なく、場合によっては硬く圧縮しにくい地盤を削孔することを本来の目的として開発されたためであると考えられる。空隙が少なく硬い地盤を削孔する場合には、掘削した土砂を上方に移送しなければオーガ自体の前進が困難である。したがって、こうしたオーガを廃棄物の圧密に転用した場合には、埋め立てられて密度が高くなっていた廃棄物が大径の掘削ビットによって掘削され、オーガの揚上作用によって元の位置から上昇する過程で低密度化し、低密度化した廃棄物がコテ部の湾曲押圧面によって横方向にのみ押し付けられることになる。また、こうしたオーガを用いた場合には、掘削され孔内を上昇した廃棄物がそのまま孔壁に押し付けられるだけであるため、大小様々な形状からなる場合がある埋め立て廃棄物を十分に圧密することは困難であると思われる。以上のことから、杭孔掘削用のオーガを廃棄物の圧密に転用した場合には、圧密効率は低くならざるを得ない。こういった事情は、特許文献２のケーシングでも同様である。

また、従来の杭孔掘削オーガは、先端に掘削ビットが設けられている。掘削ビットは、硬い地盤や玉石、転石などが含まれた地盤を掘削するために先端に特殊な刃先が取り付けられており、一般的には掘削する孔の口径に合わせて、オーガの軸体より大径である。こうした掘削ビットが設けられたオーガを廃棄物の圧密に用いた場合には、例えばフィルム状の廃棄物やゴム状の廃棄物などといった長く弾力性のある廃棄物やサイズの大きな廃棄物が掘削ビットに巻き付き、オーガの回転にとって大きな抵抗力となることがある。また、このような廃棄物は、掘削ビットに巻き付くだけでなく、オーガのスクリュー羽根の間に挟まれたり、ロッドに巻き付いたりすることもあり、この場合も廃棄物がオーガの回転にとって抵抗力となることがある。

さらに、例えば特許文献２に記載されるような技術は、ケーシングと掘削軸体とを別々に準備し、これらを同時に又は時間差で用いて掘削及び圧密を行う必要がある。したがって、装置が複雑であり、工程も煩雑になるため非効率であると考えられる。

さらに、最終処分場に埋め立てられる廃棄物の中には、可燃性ガスを発生する可能性のある廃棄物も混在している。このような最終処分場の廃棄物を圧密する場合には、廃棄物と回転するオーガとの摩擦熱によって、廃棄物から発生した可燃性ガスに引火する可能性がある。しかしながら、従来の杭孔掘削オーガは、地盤を掘削するために設計されたものであるためこのような事態は想定されておらず、廃棄物の圧密に用いるには適さない。

他の従来技術、例えば特許文献４〜６に記載されるような技術についても、廃棄物の圧密に用いた場合には、上述のいずれかの問題を生じると思われる。

以上のように、最終処分場に埋め立てられた廃棄物と、既成杭及び場所打ち杭のための削孔を行う通常の地盤との性状の違い、及び、廃棄物処理と既成杭及び場所打ち杭のための削孔との条件の違いにより、従来の杭孔掘削オーガ又はケーシングを単に廃棄物圧密技術として転用しただけでは、最終処分場の効率的かつ安全な減容化を達成することは困難である。したがって、本発明は、最終処分場の廃棄物をより効率的かつ安全に圧密するための装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の第１の態様は、駆動源によって軸線の周りに回転駆動される軸体と、軸体の下部に形成され、埋め立て廃棄物を空洞内の壁に圧密するための側面を有する、略逆錐形状の圧密体と、圧密体の底面又は軸体の下端部に連接されたヘッドと、圧密体の側面の少なくとも一部に沿って周設されたスクリュー翼と、圧密体の側面から間隔を空けてスクリュー翼の上下段の間を渡すように取り付けられた、埋め立て廃棄物を切断するための切断エッジを有する少なくとも１つの切断部材とを備えることを特徴とする、最終処分場の埋め立て廃棄物を回転掘削しながら圧密することによって埋め立て廃棄物内に空洞を形成するための装置を提供するものである。なお、本明細書において「略逆錐形状」というときは、逆円錐、逆四角錐、逆六角錐などの逆錐形状と、逆円錐台、逆四角錐台、逆六角錐台などの逆錐台形状とを含むものとする。

少なくとも１つの切断部材は、圧密体の側面に面して軸体の軸線と概ね平行な方向に延びる縁部を備える柱状体として形成することができる。少なくとも１つの切断部材は、圧密体の側面に面して頂点を有する少なくとも１つの突起を備える柱状体として形成することもできる。少なくとも１つの切断部材は平板とすることもできる。

本発明の廃棄物処理装置は、ヘッドの形状を略逆錐形状とすることができる。ヘッドは、ドリル形状とすることもできる。本発明の廃棄物処理装置は、圧密体の上方に柱状形状のドラムをさらに配置することができる。このドラムは、圧密体の上面の形状と同一の横断面形状を有するものとすることができる。本発明の廃棄物処理装置は、圧密体の上方に略逆錐形状の別の圧密体をさらに配置することもできる。本発明の廃棄物処理装置は、別の圧密体の上方に、該別の圧密体の上面の形状と同一の横断面形状を有する柱状形状のドラムをさらに配置することもできる。

本発明の第２の態様は、駆動源によって軸線の周りに回転駆動される、軸線方向に延びる中空部を有する中空体として形成された軸体と、軸体の下部に形成され、埋め立て廃棄物を空洞内の壁に圧密するための側面を有する、略逆錐形状の圧密体と、圧密体の底面又は軸体の下端部に連接されたヘッドと、圧密体の側面の少なくとも一部に沿って周設されたスクリュー翼とを備え、軸体は、圧密体の底面近傍に軸体の中空部と外部とを連通する１つ又は複数の開口部を有し、中空部を通して圧入された消火剤が、１つ又は複数の開口部から放出されるようになったことを特徴とする、最終処分場の埋め立て廃棄物を回転掘削しながら圧密することによって埋め立て廃棄物内に空洞を形成するための装置を提供するものである。

装置は、圧密体の側面から間隔を空けてスクリュー翼の上下段の間を渡すように取り付けられた、埋め立て廃棄物を切断するための切断エッジを有する少なくとも１つの切断部材をさらに備えるものとすることができる。少なくとも１つの切断部材は、圧密体の側面に面して軸体の軸線と概ね平行な方向に延びる縁部を備える柱状体として形成することができる。少なくとも１つの切断部材は、圧密体の側面に面して頂点を有する少なくとも１つの突起を備える柱状体として形成することもできる。少なくとも１つの切断部材は平板とすることもできる。

本発明に係る廃棄物処理装置によれば、装置が駆動源によって回転駆動力を与えられながら廃棄物中を回転掘削する際に、装置の下部に設けられた進行方向の前方部に切断エッジを有する少なくとも１つの切断部材によって、長く弾力性のある廃棄物やサイズの大きな廃棄物が切断される。切断部材は、スクリュー翼の上下段の間を渡すように取り付けられている。すなわち、スクリュー翼は、装置が廃棄物中を前進する際のガイドとしての機能に加えて、切断部材の支持体としての機能も有することになる。また、切断部材をスクリュー翼の上下段の間を渡すように取り付けることによって、切断部材と圧密体の側面との間に空間を設けることができる。切断されて小さくなった廃棄物は、切断部材と圧密体の側面（傾斜圧密面ともいう）との間の空間を通り、その過程で傾斜圧密面によって孔壁に圧密される。したがって、本発明に係る装置を用いて最終処分場の埋め立て廃棄物の減容化を行うことによって、大小様々な形状からなる場合がある埋め立て廃棄物の減容化率を高めることが可能となる。また、圧密体の側面に面した切断部材の内側を特殊な形状に形成することにより、側面と切断部材との間に廃棄物が充填されることがなく、したがって装置の回転抵抗を低減することができる。

さらに、本発明に係る廃棄物処理装置によれば、ヘッドが軸体の断面と概ね同じ大きさの上面を有する略逆錐形状に形成されているため、ヘッドに廃棄物が絡まるなどの問題が生じない。ヘッドをスクリュー形状に形成することによって、掘削開始時の抵抗がより低減し、掘削しやすくなる。また、圧密体の上部に、ドラム及び／又はさらなる圧密体を配置することによって、圧密効率がより向上するとともに、孔壁がより平滑化され廃棄物から受ける抵抗力をより低減させることができる。したがって、より少ない回転駆動力で高効率な減容化が可能となり、廃棄物処理装置に回転駆動力を与える駆動源の騒音の減少及び環境負荷の低減が達成される。

さらに、本発明に係る廃棄物処理装置によれば、装置と装置を駆動させる駆動源とを準備するのみで廃棄物の効率的な圧密が可能となるため、最終処分場の減容化工程が簡素化され、作業コストの低減が可能となる。

さらに、本発明に係る廃棄物処理装置によれば、装置と廃棄物との間の摩擦熱によって可燃性ガスが発火した場合でも速やかに消火することができるため、より安全に廃棄物の圧密が可能となる。

以下に、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る廃棄物処理装置の一実施形態を示す図である。この実施形態においては、廃棄物処理装置１０は、軸線の周りに回転する軸体１と、側面すなわち傾斜圧密面２１を有する略逆円錐形状の圧密体２と、軸体１の下端部１１に取り付けられたヘッド３と、傾斜圧密面２１の少なくとも一部の周囲に沿って配置されたスクリュー翼４と、傾斜圧密面２１から間隔を空けて、前記スクリュー翼４の上段と下段との間を渡すように取り付けられた少なくとも１つの切断部材５とを有する。

軸体１は、円柱形状を有し、軸体１のもう一方の端部、すなわちヘッド３が設けられる下端部１１と反対側の上端部１２は、駆動源（図示せず）に接続される。使用時には、軸体１には、この駆動源によって、埋め立て廃棄物の表面と概ね直交する軸線周りの回転駆動力が与えられる。

駆動装置が接続される上端部１２と反対側の軸体１の下部には、一実施形態においては軸体１の周囲に、略逆円錐形状の圧密体２が配置される。圧密体２は、軸体１の軸線に対して傾斜した側面すなわち傾斜圧密面２１と、円形の底面２２と、底面２２の直径より大きい直径の円形の上面２３とを有する。すなわち、この実施形態においては、略逆円錐形状の圧密体２は逆円錐台形状である。圧密体には後述するヘッド３を取り付けるが、必要に応じて圧密体２とヘッド３とを一体的に形成することもでき、この場合には、圧密体２とヘッド３とを合わせた形状は逆円錐形状となる。

傾斜圧密面２１が軸体１の軸線となす角度は、約３０°より小さいことが好ましく、約２０°より小さいことがより好ましく、約５°〜約１５°であることが最も好ましい。傾斜圧密面２１が軸体１の軸線となす角度は、圧密対象である埋め立て廃棄物に硬いものが多く含まれている場合又は廃棄物処分場の埋め立て深さが深い場合には約５°であることがより好ましく、柔らかいものが多く含まれている場合又は埋め立て深さが浅い場合には約１５°であることがより好ましい。圧密体２をこのような略逆円錐形状とすることによって、圧密体２が廃棄物中を前進するときに、傾斜圧密面２１が、横方向と下方向との合力によって掘削孔を拡開しながら廃棄物を斜め下方向に圧密することになる。したがって、埋め立て廃棄物を必要以上に上昇させることなく圧密することができる。圧密体２の高さ、すなわち底面２２から上面２３までの距離は、最終処分場の埋め立て深さに応じて任意の高さとすることができる。

一実施形態においては、圧密体２は、中心線に沿って底面２２から上面２３まで圧密体２を貫通する中空部を設け、その中空部に軸体１を通すことによって、軸体１の周囲に配置される。別の実施形態においては、圧密体２は、中空部を設けずに中実体として形成し、圧密体２の上面２３と軸体１の下端部とを、圧密体２と軸体１とが互いに同軸に配置されるように溶接などの手段で接続するようにしてもよい。さらに別の実施形態においては、軸体１と圧密体２とを一体成形してもよい。

なお、図１の実施形態においては、圧密体２の上面２３と傾斜圧密面２１との間の角度が鋭角のエッジとなっている。このエッジは、圧密された廃棄物の反発によって圧密体２が締め付けられた場合に、装置１０に上下振動を与えることによりこのエッジによって故意に孔壁を崩落させて、圧密を続行するか又は装置１０の取り出しを容易にする作用を有する。

圧密体２の下方には、ヘッド３が設けられる。ヘッド３は、圧密体２の底面２２又は軸体１の直径と概ね同じ直径の上面３１を有する略逆円錐形状又はドリル形状とすることができる。本発明に係る廃棄物処理装置１０は、後に詳細に説明するように、切断部材５で廃棄物を切断しながら圧密体で廃棄物を圧密することによって減容化率を高めることを特徴とする。したがって、ヘッド３は、少なくとも装置１０を廃棄物中に進入させる際の偏振防止のための芯出し作用を持たせるだけでよく、従来技術のような地面を掘削するための大径のビットを設ける必要はない。ヘッド３は、図１の実施形態においては軸体１の下端部１１に連続するように取り付けられているが、圧密体２の底面２２に連続するように取り付けてもよい。ヘッドの頂角の角度は特に問わないが、底部に防水シートが敷設された管理型処分場において装置１０を用いる場合には、防水シートの破損を防止するために、約９０°より大きく１８０°より小さいことが好ましい。

圧密体２の傾斜圧密面２１の少なくとも一部の周囲には、図１に示されるように、スクリュー翼４が傾斜圧密面２１に沿って配置される。スクリュー翼４は、好ましくは、掘削開始時における廃棄物の切り出し及びすくい上げを効率よく行うことができるようにヘッド３に近い軸体１の下端部１１から開始し、圧密体２の傾斜圧密面２１に沿って設けられる。スクリュー翼は、切断部材５を取り付けるために、圧密体２の周囲を一周するように設けられることが好ましい。スクリュー翼４は、スクリュー翼４の下端から上端まで、連続した一枚の翼として設けることが好ましい。しかしながら、必要に応じて、スクリュー翼４を複数の部分に分割し、各々の部分の端部同士を間隔を空けて配置するようにしてもよい。

スクリュー翼４を傾斜圧密面２２の一部にのみ設けることによって、すなわち傾斜圧密面２１の下端から上端まで配置しないようにすることによって、スクリュー翼４は、圧密体２が廃棄物中を前進する際にその前進を先導する機能、及び、切断部材５を支持する支持体としての機能のみを有し、廃棄物を必要以上に揚上させる作用を持たない。したがって、本発明の廃棄物処理装置１０によれば、埋め立てられた廃棄物の位置を大きく変化させずに、すなわち埋め立てられた廃棄物を地上に近づけることなく、廃棄物を圧密することができる。

スクリュー翼４の上段と下段との間には、図１に示されるように、翼間を渡すように切断部材５が設けられる。本発明の一実施形態においては、切断部材５は、図２に示される形状で形成される。すなわち、切断部材５は、軸体１の軸線を横切る向きの断面形状、すなわち横断面形状が、傾斜圧密面２１と対向する頂点５２を有する扇形となる柱状形状で形成される。装置１０が図１における矢印Ａの向きに回転するとき、図２に示される切断部材５の参照番号５１で示される部分が廃棄物を切断する切断エッジとして機能し、このエッジ５１は、埋め立てられた廃棄物をエッジ５１に沿って垂直方向に切り取りながら前進する。エッジ５１には、例えば合金の刃先をさらに取り付けることなどによって、廃棄物の切断作用をさらに効率よく行うようにすることもできる。

さらに、図２に示されるように、切断部材５は、傾斜圧密面２１の側面に面して縁部５３を有し、圧密体２の傾斜圧密面２１から間隔を空けてスクリュー翼４に取り付けられる。これにより、傾斜圧密面２１によって外側に押し出された廃棄物は、切断部材５の縁部５３に当たった後、縁部５３によって左右に振り分けられ、切断部材５の側面５４及び５５に沿って孔壁方向に進むことになる。したがって、廃棄物が傾斜圧密面２１と切断部材５との間に充填されることによる装置１０の回転抵抗の問題は発生しない。このことは、廃棄物の粒度が小さい最終処分場において装置１０を用いて廃棄物を圧密する場合に、特に大きな利点となる。

このように、本発明に係る廃棄物処理装置１０は、図２に示される形状の切断部材５を取り付けたことによって、不均一な形状の大きな廃棄物を切断しながら廃棄物中を前進するため、装置１０の回転に伴って装置１０及びその構成部材に廃棄物が巻き付いたりからみついたりすることがない。したがって、埋め立て前の破砕が不十分なために大小様々な形状の廃棄物が混在する最終処分場であっても、装置１０の回転抵抗を軽減することができる。

切断部材５の２つの面５４及び５５によって形成される角度θは、任意の角度とすることができるが、鋭角であることが好ましい。角度θを鈍角とすることもできるが、θが大きすぎると、縁部５３による振り分け効果が低減する可能性がある。また、切断部材５の面５６の曲率は、面５６と孔壁との間の摩擦抵抗が装置１０の回転に影響を与えない限り、任意の曲率とすることができる。面５６の曲率は、廃棄物の圧密及び孔壁の平滑化の観点から、圧密体２の底面２３の外周の曲率と同一であることが好ましい。

切断部材５を取り付ける位置は、できるだけスクリュー翼４の下端に近い方が好ましい。切断部材５を下端に近い位置に取り付けると、廃棄物の掘削を開始しスクリュー翼４が廃棄物に進入する際に、廃棄物のすくい上げと切断とがほぼ同時に行われるようになるため、掘削抵抗がより小さくなる効果がある。切断部材５をスクリュー翼４の上端に近い位置に取り付けることもできるが、この場合には、切断部材５と傾斜圧密面２１との間の間隔が狭くなるため、その狭い部分に廃棄物が挟まる可能性がある。このような場合に対処するために、切断部材５の縁部５３が傾斜圧密面２１と平行になるように、例えば、切断部材５３を傾斜させてスクリュー翼４に取り付けるか、又は、切断部材５の断面形状をその頂面から底面にかけて徐々に大きくすることによって切断部材５の縁部５３を斜めに形成してもよい。あるいは、切断部材５を、上部の傾斜圧密面２１に面する部分の一部を切り欠いた形状として、傾斜圧密面２１との間の空間を拡張するようにしてもよい。

本発明の一実施形態においては、切断部材５の数は１つであるが、複数の切断部材を設けることもできる。例えば、スクリュー翼４の上端を図１に示される位置からさらに上方に延長して、傾斜圧密面２１に沿って例えば一周半〜２周するように配置し、その延長部分に上述の切断部材５と同様にして別の切断部材５を設けてもよい。２つの切断部材を設ける場合には、切断部材５は、装置１０の回転時の偏振を防止するために、圧密体２を挟んで互いに対向する位置に設けることが好ましい。３つ以上の切断部材を設ける場合も同様に、それぞれ切断部材の取り付け位置は、装置１０の回転時の偏振を防止するように位置決めされることが好ましい。複数の切断部材５を設ける場合には、それらの切断部材５の形状はすべて同一としてもよく、複数の切断部材５のうちのいくつかの形状を同一とし、残りを後述する実施形態のような別の形状にしてもよい。切断部材５とスクリュー翼４との接続方法は、例えば溶接などといった公知の接続方法を用いることができる。

図１においては、切断部材５は、スクリュー翼４の上下段の間の距離と概ね同一の長さを有するものとし、例えば溶接などによって切断部材５の上端及び下端がスクリュー翼４に固定されるように構成されている。しかしながら、切断部材５は、スクリュー翼４の上下段の間の間隔より短くし、スクリュー翼４から延出された支持体を介して切断部材５の上端及び下端をスクリュー翼４に固定するようにしてもよい。また、切断部材５の縁部５３の中央部分とスクリュー翼４の外縁とを溶接などによって接続することにより、切断部材５をスクリュー翼４に取り付けることもできる。

図３は、図１に示される廃棄物処理装置１０に、ドラム６と、圧密体２とは別の圧密体７と、ドラム６とは別のドラム８とをさらに設けた実施形態を示す。ドラム６は、圧密体２の上面２３と同一の形状の底面６２を有する柱状形状として形成することが好ましい。このドラム６の側面６１によって、圧密体２の傾斜圧密面２１で圧密された廃棄物の表面の平滑化が可能になり、その結果、装置１０の回転に伴う抵抗がより低減される。ドラム６の高さ、すなわち上面６３から底面６２までの距離は、最終処分場の埋め立て深さに応じて任意の高さとすることができる。

廃棄物の種類によっては、圧密体２のみでは廃棄物を完全に圧密しきれず、圧密体２の通過後に孔壁から一部の廃棄物が崩落する場合がある。このようなことが想定される廃棄物を掘削する場合には、圧密体２の上に、又は、ドラム６が配置された場合にはその上に、別の圧密体７をさらに配置することもできる。圧密体７は、図３に示されるように、軸体１の軸線に対して傾斜した傾斜圧密面７１と、圧密体２の底面２３の直径より小さい直径を有する円形の底面７２と、底面７２の直径より大きい直径の円形の上面７３とを有する円錐台形状とすることができる。好ましくは、圧密体７の上面７３は、圧密体２の上面２３と同一の直径を有する。

傾斜圧密面７１が軸体１の軸線となす角度は、約３０°より小さいことが好ましく、約２０°より小さいことがより好ましく、約５°〜約１５°であることが最も好ましい。傾斜圧密面７１が軸体１の軸線となす角度は、圧密対象物である埋め立て廃棄物に硬いものが多く含まれている場合又は廃棄物処分場の埋め立て深さが深い場合には約５°であることがより好ましく、柔らかいものが多く含まれている場合又は埋め立て深さが浅い場合には約１５°であることがより好ましい。傾斜圧密面７１が軸体１の軸線となす角度と、傾斜圧密面２１が軸体１の軸線となす角度とは、互いに同一としても、それぞれ異ならせてもよい。圧密体７の高さ、すなわち上面７３から底面７２までの距離は、最終処分場の埋め立て深さに応じて任意の高さとすることができる。

圧密体７の上には、別のドラム８を配置することもできる。ドラム８は、圧密体７の上面７３と同一形状の底面８２を有する柱状形状として形成することが好ましい。このドラム８の側面８１によって、圧密体２の傾斜圧密面２１及び圧密体７の傾斜圧密面７１で圧密された廃棄物の表面のさらなる平滑化が可能になる。ドラム８の高さ、すなわち上面８３から底面８２までの距離は、最終処分場の埋め立て深さに応じて任意の高さとすることができる。装置１０にはさらに、装置１０を引き抜く際の抵抗を軽減し、形成した空洞の壁を崩落させないように、底面９２と傾斜面９１と上面９３とを有する略円錐形状の部材９を、圧密体２、ドラム６、圧密体７、又はドラム８の上部に設けてもよい。

上述のドラム６、圧密体７、ドラム８、及び部材９は、いずれか１つを設けることも、幾つかを組み合わせて設けることも、すべてを設けることもできる。上述のドラム６、圧密体７、及びドラム８の幾つか又はすべてを設けることによって、これらを設けない場合と比べて、装置１０の偏振がより小さくなるとともに、孔壁がより平滑化するため、圧密体２の前進に伴う抵抗力がより小さくなるという利点がある。また、ドラム６、圧密体７、及びドラム８の上には、カウンターウェイトを載せることもできる。例えば、圧密体２、ドラム６、圧密体７、又はドラム８の上面に、軸体１の軸線方向に延びる複数のジョイントシャフトを取り付け、ジョイントシャフトを挿入するための孔を空けたカウンターウェイトを、その孔にジョイントシャフトを通すようにして、圧密体２、ドラム６、圧密体７、又はドラム８の上に載せることができる。カウンターウェイトを載せることによって、装置１０に鉛直方向下向きの推進力が生じ、装置１０を廃棄物中に進行させるための駆動源の燃料使用量の減少、駆動源の騒音低減などの効果が得られる。

図４は、本発明に係る廃棄物処理装置の別の実施形態を示す。この実施形態においては、廃棄物処理装置１０´は、切断部材５の形状が異なっていること以外、図１〜図３に示される上述の実施形態と同一である。この実施形態の切断部材５´は、図５に示されるように、少なくとも回転方向前方部の切断エッジ５１´と、傾斜圧密面２に面して四角錐形状の複数の突起５３´（言い換えると、突起５３´は、図２に示される切断部材５の縁部５３に沿って切断部材５を三角錐形状に切り取ることによって形成される）とを有することを特徴とする。図５においては、切断部材５´は、四角錐形状の突起５３´を有するように形成されているが、突起５３´の形状は四角錐に限定されず、円錐形状、三角錐形状、五角錐形状などの任意の形状とすることができる。また、図５においては、切断部材５´は、全体に複数の突起５３´が並んだ形状に形成されているが、別の実施形態においては、切断部材５´は、突起５３´を幾つか設け、突起５３´が形成されない部分は図２に示される縁部５３と同様の形状に形成することもできる。突起５３´の頂点から底面までの距離、すなわち突起５３´の高さは、廃棄物の種類に応じて任意の高さとすることができるが、突起５３´の高さを低くすると、突起５３´による振り分け効果が低減する可能性がある。エッジ５１´には、例えば合金の刃先をさらに取り付けることなどによって、廃棄物の切断作用をさらに効率よく行うようにすることもできる。

切断部材５´をこのような形状に形成することにより、装置１０´が図４における矢印Ａの向きに回転するとき、図５に示される切断部材５´のエッジ５１´が、埋め立てられた廃棄物をエッジ５１´に沿って垂直方向に切り取りながら前進する。また、圧密体２の傾斜圧密面２１によって外側に押し出された廃棄物は、傾斜圧密面２１に面して切断部材５´の内側に並んだ複数の突起５３´の頂点から上下左右に振り分けられ、切断部材５´の側面５４´及び５５´に沿って孔壁方向に進むことになる。

図６は、本発明に係る廃棄物処理装置のさらに別の実施形態を示す。この実施形態においてもまた、廃棄物処理装置１０´´は、切断部材の形状が異なっていること以外、図１〜図３に示される上述の実施形態と同一である。この実施形態の切断部材５´´は、図７に示されるように、少なくとも回転方向前方部に切断エッジ５１´´を有する湾曲した平板として構成されることを特徴とする。切断部材５´´の面５３´´及び面５６´´は、任意の曲率を有するものとすることができるが、廃棄物の圧密及び孔壁の平滑化の観点から、圧密体２の底面２３の外周の曲率と同一であることが好ましい。

図８は、本発明の廃棄物処理装置の別の態様に係る、緊急消火剤噴出装置の部分を示す。廃棄物処理装置１０によって最終処分場の埋め立て廃棄物を圧密する際には、装置１０の回転に伴って装置１０の各部と廃棄物との間に生じる摩擦熱によって、最終処分場の廃棄物から発生した可燃性ガスなどが発火するおそれがある。図８に示される実施形態は、このような場合に対処できるように構成された廃棄物処理装置１０の一部の一実施形態である。この実施形態においては、一部断面図である図８（ｂ）に示されるように、軸体１の軸線方向に沿って中央部に、軸体１の上端１２から下端１１付近にまで至る中空部１３が設けられる。中空部１３の上端部１３２は、水などの消火剤を圧入するための装置、例えばコンプレッサ（図示せず）と連通する。中空部１３の下端部１３３は、図８に示されるように、中空部１３の直径より大きい直径を有することが好ましいチャンバ１３４と連通する。軸体１の下端１１近傍の壁には、チャンバ１３４と外部すなわち削孔内とを連通する少なくとも１つの開口部又はノズル１４が形成される。

廃棄物の圧密中に摩擦熱などによって可燃性ガスが発火した場合には、中空部１３の上端部１３２からコンプレッサなどによって消火剤が圧入される。圧入された消火剤は、中空部１３を通ってチャンバ１３４に流入する。チャンバ１３４に流入した消火剤は、その圧入圧力によって開口部又はノズル１４から削孔内に放出され、それと同時に廃棄物処理装置１０を逆回転させる。このようにして、火災の消火を行うことができる。

図８においては、８つの開口部又はノズル１４が軸体１の壁に設けられているが、開口部又はノズル１４の数及び配置は、図８に示される構成に限定されるものではない。例えば、軸体１の壁に設けられる開口部又はノズル１４は、上段の４つ又は下段の４つのみとすることができる。あるいは、例えば、開口部又はノズル１４は、軸体１の壁の対向する位置の４つのみとすることもできる。

図９は、緊急消火剤噴出装置の別の実施形態を示すものであり、図９（ａ）は開口部又はノズル１４が弁によって塞がれた状態を示し、図９（ｂ）は開口部又はノズル１４が開いた状態を示し、図９（ｃ）は緊急消火剤噴出装置の部分の断面図を示す。別の実施形態においては、図９に示されるように、開口部又はノズル１４内部を塞ぐ弁１４０を有する弁部材１４１と、その弁部材１４１に接続され、弁部材１４１の開閉を制御する例えばバネなどの制御部材１４２と、制御部材１４２を支持する支持部１４３及び支持部１４３を支持し底面１１に固定される支柱１４４を有する支持部材１４５とを含む弁機構を設けることもできる。弁部材１４１、制御部材１４２、及び支持部１４３は、支柱１４４に固定されたケーシング１４６の内部に格納することが好ましい。この実施形態においては、開口部１４内部の弁１４０は、例えば開口部１４を塞ぐことができる形状で構成され、通常は制御部材１４２の引張力によって、弁１４０と同じ形状に構成された孔１４を塞いでいる（図９（ａ）の状態）。チャンバ１３４内に消火剤が圧入されると、その圧入圧力が制御部材１４２の引張力に打ち勝って弁１４０が開き（図９（ｂ）の状態）、消火剤が孔１４からチャンバ１３４から外部に放出される。

図１０〜図１１は、本発明の一実施形態に係る廃棄物処理装置を用いて、性状の異なる埋め立て廃棄物の減容化を行った実験結果を示す。図１０は埋め立て廃棄物が焼却灰の場合の結果であり、図１１は埋め立て廃棄物が焼却灰と不燃物(廃プラスチック、農業用ビールシート、金属類、ガラス・陶磁器類、がれき類)の混合物の場合の結果であり、図１２は埋め立て廃棄物が不燃物の場合の結果である。図中において、「切断部材５」として示されるデータは、図１に示される廃棄物処理装置を用いた場合の結果であり、「切断部材５´」として示されるデータは、図１に示される廃棄物処理装置において切断部材５を図５に示される切断部材５´に変更した場合の結果であり、「切断部材５´´」として示されるデータは、図１に示される廃棄物処理装置において切断部材５を図７に示される切断部材５´´に変更した場合の結果である。また、「切断部材無し」として示されるデータは、図１に示される廃棄物処理装置において、切断部材５を取り付けない場合の結果である。

減容化率は以下のように求めた。まず、各々の埋め立て廃棄物について、それぞれの廃棄物処理装置を用いて減容化率を計算するための孔を３０個掘削した。この掘削孔に、予め篩をかけて準備しておいた一定量の焼却灰を計量しながら順次投入した。これを３０個の掘削孔について繰り返し、減容化率（％）＝（削孔内に入った焼却灰の体積（ｍ^３）／準備しておいた焼却灰の体積（ｍ^３））×１００によって減容化率を求めた。減容化の対象となる廃棄物の種類が異なっていても同じ焼却灰を掘削孔の中に投入することによって、掘削孔の容積を同一条件で測定した。

図１０〜図１２から明らかなように、本発明に係る、切断部材を設けた廃棄物処理装置を用いることによって、切断部材を設けない場合と比較して減容化率が大きく向上することが判る。また、切断部材の形状によって減容化率が異なり、切断部材５´、すなわち図５に示される形状の切断部材を有する廃棄物処理装置の減容化率が最も高いことが判る。また、切断部材５´´、すなわち図７に示される切断部材を有する廃棄物処理装置を用いても、少なくとも切断部材のない装置より減容化率が向上することが判る。

本発明の一実施形態に係る廃棄物処理装置を示す斜視図である。 図１に示される実施形態に係る廃棄物処理装置の切断部材を示す斜視図である。 本発明の別の実施形態に係る廃棄物処理装置を示す斜視図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る廃棄物処理装置を示す斜視図である。 図４に示される実施形態に係る廃棄物処理装置の切断部材を示す斜視図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る廃棄物処理装置のさらに別の実施形態を示す斜視図である。 図６に示される実施形態に係る廃棄物処理装置の切断部材を示す斜視図である。 本発明に係る廃棄物処理装置に設けられる緊急消火剤噴出装置の部分の一実施形態を示す図である。 本発明に係る廃棄物処理装置に設けられる緊急消火剤噴出装置の部分の別の実施形態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る廃棄物処理装置を用いて行われた廃棄物減容化の実験結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係る廃棄物処理装置を用いて行われた廃棄物減容化の実験結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係る廃棄物処理装置を用いて行われた廃棄物減容化の実験結果を示す図である。

符号の説明

１ 軸体
２ 圧密体
３、３´ ヘッド
４ スクリュー翼
５、５´、５´´ 切断部材
６、８ ドラム
７ 圧密体
１０ 廃棄物処理装置
１１ 軸体の下端部
１２ 軸体の上端部
１３ 軸体の中空部
１４ ノズル
２１ 傾斜圧密面
２２ 圧密体の底面
２３ 圧密体の上面
３１ ヘッドの上面
５１、５１´、５１´´ 切断部材のエッジ
５３ 切断部材の縁部
５３´切断部材の突起
１４０ 弁
１４１ 弁部材
１４２ 制御部材
１４４ 支柱
１４５ 支持部材
１４６ ケーシング

Claims (15)

1. 最終処分場の埋め立て廃棄物を回転掘削しながら圧密することによって埋め立て廃棄物内に空洞を形成するための廃棄物処理装置であって、
   駆動源によって軸線の周りに回転駆動される軸体と、
   前記軸体の下部に形成され、埋め立て廃棄物を空洞内の壁に圧密するための側面を有する、略逆錐形状の圧密体と、
   前記圧密体の底面又は前記軸体の下端部に連接されたヘッドと、
   前記圧密体の前記側面の少なくとも一部に沿って周設されたスクリュー翼と、
   前記側面から間隔を空けて前記スクリュー翼の上下段の間を渡すように取り付けられた、埋め立て廃棄物を切断するための切断エッジを有する少なくとも１つの切断部材と、
   を備えることを特徴とする装置。
2. 前記少なくとも１つの切断部材は、前記圧密体の前記側面に面して前記軸体の軸線と概ね平行な方向に延びる縁部を備える柱状体として形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記少なくとも１つの切断部材は、前記圧密体の前記側面に面して頂点を有する少なくとも１つの突起を備える柱状体として形成されたことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記少なくとも１つの切断部材は平板であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 前記ヘッドの形状が略逆錐形状であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
6. 前記ヘッドの形状がドリル形状であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
7. 前記圧密体の上方に、前記圧密体の上面の形状と同一の横断面形状を有する柱状形状のドラムをさらに配置したことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
8. 前記圧密体の上方に、略逆錐形状の別の圧密体をさらに配置したことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
9. 前記別の圧密体の上方に、該別の圧密体の上面の形状と同一の横断面形状を有する柱状形状のドラムをさらに配置したことを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 最終処分場の埋め立て廃棄物を回転掘削しながら圧密することによって、埋め立て廃棄物内に空洞を形成するための廃棄物処理装置であって、
    軸線方向に延びる中空部を有する中空体として形成され、下端部近傍に前記中空部と外部とを連通する１つ又は複数の開口部を有する、駆動源によって軸線の周りに回転駆動される軸体と、
    前記軸体の下部に形成され、埋め立て廃棄物を空洞内の壁に圧密するための側面を有する、略逆錐形状の圧密体と、
    前記圧密体の底面又は前記軸体の下端部に連接されたヘッドと、
    前記圧密体の前記側面の少なくとも一部に沿って周設されたスクリュー翼と、
    を備え、
    前記中空部を通して圧入された消火剤が、前記１つ又は複数の開口部から放出されることを特徴とする装置。
11. 前記１つ又は複数の開口部を開閉する弁を有する弁部材と、該弁部材の開閉を制御する制御部材と、前記弁部材及び前記制御部材を支持する支持部材とを含む開閉弁機構をさらに備えたことを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
12. 前記圧密体の前記側面から間隔を空けて前記スクリュー翼の上下段の間を渡すように取り付けられた、埋め立て廃棄物を切断するための切断エッジを有する少なくとも１つの切断部材をさらに備えることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
13. 前記少なくとも１つの切断部材は、前記圧密体の前記側面に面して前記軸体の軸線と概ね平行な方向に延びる縁部を備える柱状体として形成されたことを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
14. 前記少なくとも１つの切断部材は、前記圧密体の前記側面に面して頂点を有する少なくとも１つの突起を備える柱状体として形成されたことを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
15. 前記少なくとも１つの切断部材は平板であることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
    

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