JP4445034B1 - 廃棄物の処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】廃棄物に含まれる有機系の有害物質を効果的に分解処理することができる廃棄物の処理装置を提供する。
【解決手段】廃棄物の処理装置は、ボイラ１で生成した水蒸気を、フラーレン４５に通電して発熱するヒータ４２によって過熱水蒸気にする過熱水蒸気生成手段４を備える。前記過熱水蒸気を、分解処理手段５の密閉容器５１の内部に供給しつつ、過熱水蒸気と廃棄物とを、液体を吸着可能な粒状またはチップ状の多孔質物質の存在下で撹拌手段５６により攪拌させて、廃棄物に含まれる有機系の有害物質を分解処理する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、廃棄物の処理装置に関する。

近年、医療系廃棄物や産業廃棄物等に含まれる有機系廃棄物の量は、ますます増大する傾向にある。しかしながら、かかる有機系廃棄物には、有害物質が含まれていることが多いために、資源として再利用することが困難である。
そこで、有機系廃棄物を収容する密閉容器と、この密閉容器内に高温高圧の水蒸気を噴出する過熱水蒸気噴出部とを備えた有機系廃棄物の処理装置が提案されている（特許文献１を参照）。

この特許文献１に記載の処理装置は、密閉容器に収容した有機系廃棄物に対して、ボイラで発生させた高温高圧の水蒸気を直接噴出させ、この有機系廃棄物を撹拌しながら炭化させるとともに、自然流下により固形状の成分と液体成分とに分離するものである。
この有機系廃棄物の処理装置は、有機系廃棄物に含まれる有害物質であるポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）を分解させて、当該ポリ塩化ビフェニルの濃度を低減させることができるというものである（特許文献１［００４２］段落参照）。

国際公開第２００６／１２６２７３号パンフレット

しかしながら、前記特許文献１に記載の処理装置は、廃棄物中のポリ塩化ビフェニルの濃度をある程度まで低減させることができるものの、その低減効果が十分でないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、廃棄物中の有害物質の濃度をより効果的に低減させることができる廃棄物の処理装置を提供することを目的とする。

本発明の廃棄物の処理装置は、水蒸気を生成する水蒸気生成手段と、
フラーレンに通電することによって発熱するヒータにより前記水蒸気を加熱して、過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成手段と、
有機系の有害物質を含む廃棄物を収容する密閉容器と、前記密閉容器の内部に前記過熱水蒸気を噴出させる過熱水蒸気噴出部と、前記密閉容器に収容した廃棄物を撹拌させる撹拌手段とを有し、前記過熱水蒸気噴出部によって密閉容器の内部に過熱水蒸気を噴出させながら、液体を吸着可能な粒状またはチップ状の多孔質物質の存在下で前記攪拌手段によって前記廃棄物を撹拌して、前記有害物質を分解させる分解処理手段と、
を備えていることを特徴とする。

前記構成を備えた廃棄物の処理装置によれば、前記水蒸気生成手段によって生成した水蒸気を、前記過熱水蒸気生成手段によって加熱することにより、過熱水蒸気を生成することができる。また、前記過熱水蒸気噴出部によって前記密閉容器の内部に過熱水蒸気を噴出させながら、前記多孔質物質の存在下で、密閉容器に収容された廃棄物を攪拌手段によって撹拌させることにより、当該廃棄物中の有機系の有害物質を分解処理することができる。

特に、前記廃棄物の処理装置においては、過熱水蒸気生成手段が、通電したフラーレンの発熱によって水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成するものであるので、密閉容器内の廃棄物に含まれる有害物質をより効果的に加熱して分解させることができる。すなわち、本願発明者は、鋭意研究の結果、通電したフラーレンの発熱によって水蒸気を加熱することにより過熱水蒸気を生成して、廃棄物に供給すると、ボイラで生成した水蒸気をそのまま廃棄物に供給する場合に比べて、廃棄物中の有機系の有害物質をより効果的に分解処理することができるとの知見を得、かかる知見に基づいて本願発明を完成したものである。

前記撹拌手段は、前記廃棄物と前記多孔質物質との混合物を、密閉容器の軸方向中央部に向かって加圧しながら撹拌させるものであるのが好ましい。
この場合、前記撹拌手段によって、前記混合物を軸方向中央部に向かって加圧するので、当該中央部において混合物の摩擦熱を上昇させることができる。このため、前記廃棄物中の有機系の有害物質をより迅速かつ効果的に分解させることができる。

前記撹拌手段は、前記廃棄物と前記多孔質物質との混合物を、密閉容器の軸方向中央部に向かって移動させることにより、当該廃棄物および当該多孔質物質を加圧しながら攪拌する螺旋状の攪拌翼を有することが好ましい。
この場合、前記密閉容器の内部の混合物を、簡単な構成で軸方向中央部に向かって加圧しながら撹拌させることができる。

本発明の廃棄物の処理装置は、前記密閉容器に供給された余剰の過熱水蒸気を、前記過熱水蒸気生成手段に戻す蒸気還流路をさらに備えているのが好ましい。
これにより、前記余剰の過熱水蒸気を、過熱水蒸気生成手段に戻し、再び加熱して密閉容器内に供給することができる。このため、過熱水蒸気を生成するためのエネルギーコストを低減することができる。

前記有機系の有害物質としては、ポリ塩化ビフェニルであってもよく、この場合には、ポリ塩化ビフェニルを確実に分解処理することができる。

前記液体を吸着可能な粒状の多孔質物質は、おが屑であることが好ましい。この場合、安価なコストでより効率よく有機系の有害物質を分解処理することができる。

本発明の廃棄物の処理装置によれば、廃棄物に含まれる有機系の有害物質をより効果的に分解処理することができる。

本発明の一実施形態に係る廃棄物の処理装置の構成を示す概略図である。 過熱水蒸気生成手段の内部構成を示す断面図である。 過熱水蒸気生成手段の他の実施の形態を示す断面図である。

（廃棄物の処理装置の構成）
以下、本発明に係る廃棄物の処理装置について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る廃棄物の処理装置の構成を示す概略図である。
以下、有機系廃棄物として、有機系の有害物質であるポリ塩化ビフェニルを含むトランス油を処理する場合の処理装置を例として挙げて説明する。

図１に示される処理装置は、水蒸気生成手段としてのボイラ１と、水蒸気を加熱して過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成手段４と、収容した廃棄物を処理する分解処理手段５とによって主要部が構成されている。
本実施形態に係る処理装置では、ボイラ１として、例えば、最大使用圧力が１．９〜３ＭＰａ程度（例えば、２ＭＰａ）の蒸気ボイラを用いる。この蒸気ボイラ１により１．９〜３ＭＰａ（例えば、２ＭＰａ）の水蒸気が生成される。

ボイラ１の水蒸気排出口１１には、ステンレス等の金属製の管からなる水蒸気搬送流路２１を介して前記過熱水蒸気生成手段４が接続されている。
水蒸気搬送流路２１の途中には、減圧弁７１が設けられており、ボイラ１で生成した水蒸気の圧力を適宜調整する。通常、減圧弁７１では、例えば、ボイラ１で生成した水蒸気が２ＭＰａである場合、水蒸気の圧力を１．５ＭＰａ程度に調整する。

前記過熱水蒸気生成手段４は、中空ケース４０の内部に過熱水蒸気生成部４１を構成している。この過熱水蒸気生成部４１は、密閉されたケーシング４３の内部に、ヒータ４２を配置したものである。前記ケーシング４３の底部には、水蒸気搬送流路２１の下流端が接続されており、この水蒸気搬送流路２１を通してケーシング４３の内部に水蒸気が供給される。

前記ヒータ４２は、セラミックスからなる板状の支持体４４の表面に、フラーレン層４５が形成された積層体４６を、それぞれ鉛直に起立させた状態で、所定の隙間を設けて複数列並べたものである（図２参照）。
前記フラーレン層４５を構成するフラーレンとしては、Ｃ₆₀フラーレン、Ｃ₇₀フラーレンなどを用いることができる。フラーレン層４５は、例えば、バインダーによって固められた状態で支持体４４に焼き付けすることにより接合されている。
このヒータ４２は、フラーレン層４５を支持する支持体４４が耐熱性に優れるセラミックにより構成されているので、熱に対して優れた耐久性を有する。
ただし、前記支持体４４としては、セラミック製のものに代えて、耐食性などに優れたステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）製のものを用いることもできる。

前記ヒータ４２のフラーレン層４５は、通電することにより発熱する。過熱水蒸気生成部４１の内部に導入された水蒸気は、このフラーレン層４５によって、例えば、３５０〜１２００℃に加熱されて、無酸素状態の過熱水蒸気を生成する。そして、この過熱水蒸気は、ケーシング４３の天井部に接続された金属管からなる過熱水蒸気搬送流路２４に導入される。

図１を参照して、過熱水蒸気生成手段４の下流側には、過熱水蒸気搬送流路２４を介して、分解処理手段５が接続されている。
過熱水蒸気搬送流路２４の途中には、圧力調整弁７２が設けられており、当該過熱水蒸気搬送流路２４を通って搬送される過熱水蒸気の圧力を適宜調整することができるようになっている。

前記分解処理手段５は、密閉容器５１の内部に、過熱水蒸気噴出部５４および撹拌手段５６を備えている。この分解処理手段５では、過熱水蒸気と前記トランス油とを、液体（水、油など）を吸着可能な粒状の多孔質物質であるおが屑の存在下で攪拌しながら接触させて、ポリ塩化ビフェニルを分解処理する。

密閉容器５１は、円筒部５１ａの両端をドーム上の蓋体５１ｂ，５１ｃで閉塞したものである。この密閉容器５１は、耐熱性や耐食性を有するステンレス鋼等から形成されている。
前記密閉容器５１の一方の端部の蓋体５１ｂは、開閉可能に設けられている。
この蓋体５１ｂを開けることにより、密閉容器５１から処理産物を搬出したり、密閉容器５１の内部のメンテナンス作業を行なったりすることができる。

密閉容器５１の上部側の略中央には、ポリ塩化ビフェニルを含むトランス油を投入するためのホッパー５２が形成されている。このホッパー５２は、漏斗状のものであり、その底部の開口が密閉容器５１の内部に対してバルブ５３を介して密閉可能に連通されている。
廃棄物であるポリ塩化ビフェニルを含むトランス油は、前記ホッパー５２から密閉容器５１の内部に投入される。このとき、おが屑もホッパー５２から密閉容器５１の内部に投入される。但し、このおが屑は、密閉容器５１に投入する前に予め廃棄物と混合しておいてもよい。
おが屑の使用量は、前記トランス油の量などに応じて適宜設定することができる。例えば、おが屑は、前記トランス油の体積の１／４〜１／３の体積となるように混合する。

過熱水蒸気噴出部５４には、複数個の噴出口５４ａが形成されている。これにより、過熱水蒸気噴出部５４内を搬送される過熱水蒸気は、これら噴出口５４ａから密閉容器５１の内部に噴出される。
なお、前記トランス油中に悪臭成分が含まれる場合には、前記混合物に過熱水蒸気を接触させることにより、当該悪臭成分を過熱水蒸気に移すことができる。これにより、得られる処理産物の脱臭を図ることができる。
前記過熱水蒸気噴出部５４により噴出される過熱水蒸気は、例えば、温度が２００℃程度、圧力が１．５ＭＰａ程度である。

撹拌手段５６は、軸方向に沿って直列に配列された一対の撹拌翼５６ａ，５６ｂを有している。この一対の撹拌翼５６ａ，５６ｂは、密閉容器５１に挿通させた回転軸５５に対して一体回転可能に取り付けられている。前記回転軸５５は図示しない駆動手段により回転駆動される。
各撹拌翼５６ａ，５６ｂは、密閉容器５１の軸方向略中央位置で互いに逆巻きになっている。また、各撹拌翼５６ａ，５６ｂの外周部と密閉容器５１の内壁との間には、廃棄物の流通を許容する隙間が設けられている。さらに、各撹拌翼５６ａ，５６ｂの外径は、過熱水蒸気噴出部５４に対して干渉しない値に設定されている。

前記撹拌手段５６は、前記トランス油とおが屑との混合物を密閉容器５１の軸方向両端壁側より軸方向中央部に向かって移動させながら撹拌する。このとき、トランス油とおが屑との混合物は、密閉容器５１の軸方向中央部において互いに押し合って加圧され、撹拌時に生じる摩擦熱が上昇する。
なお、前記密閉容器５１の容量は、処理対象の廃棄物の種類や量、処理装置の用途などに応じて適宜設定される。

過熱水蒸気噴出部５４の下流側には、密閉容器５１の内部で生じた水蒸気を含む排ガスを排出する金属管からなる排ガス流路２５が接続されている。
排ガス流路２５の途中には、密閉容器５１の内部における圧力が所定圧力を超えた場合に、所定圧力まで降圧するための安全弁７３と、排ガス流路２５内を搬送される排ガスの圧力を適宜調整する圧力調整弁７４とが設けられている。これにより、密閉容器５１の内部の圧力を所定圧力に維持するとともに、排ガス流路２５内を所定圧力に維持することができる。

排ガス流路２５の途中には、過熱水蒸気噴出部５４に供給された過熱水蒸気のうちの余剰の過熱水蒸気を回収して過熱水蒸気生成手段４に戻す蒸気還流路２６が、開閉バルブ３４を介して接続されている。この蒸気還流路２６を通して過熱水蒸気生成手段４に戻された過熱水蒸気は、当該過熱水蒸気生成手段４で再び加熱されて再利用される。

また、排ガス流路２５の下流側には、騒音の発生を抑制しつつ、密閉容器５１から排出される排ガスを浄化する浄化装置６が、開閉バルブ３５を介して接続されている。
前記浄化装置６は、ケーシング６０の内部に、積層した活性炭層６１を有し、この活性炭層６１に排ガスを下方から上方に向けて通過させることにより、排ガス中の悪臭成分や不純物を活性炭層６１に吸着させる。したがって、前記密閉容器５１内でポリ塩化ビフェニルを含むトランス油を処理することにより生じる悪臭や不純物を排ガスから除去した状態で、浄化装置６の下流側の排出口６２から排気することができる。
また、浄化装置６に導入された水蒸気のうち、自然冷却されて液体となったものは、浄化装置６の下側に設けられたバルブドレン６３より排出される。
これら蒸気還流路２６への蒸気の供給と、浄化装置６側への排ガスの供給は、各開閉バルブ３４，３５をそれぞれ選択的に開閉させることにより制御されている。

以上の構成の廃棄物の処理装置によれば、ボイラ１で生成した水蒸気を、水蒸気搬送流路２１を介して過熱水蒸気生成手段４の過熱水蒸気生成部４１に供給し、この過熱水蒸気生成部４１において、前記水蒸気をヒータ４２によって加熱して過熱水蒸気を生成することができる。この際、前記ヒータ４２が、通電したフラーレン層４５の発熱によって水蒸気を加熱するものであるので、当該過熱水蒸気を効率よく生成することができる。
そして、過熱水蒸気生成手段４で生成した過熱水蒸気を、過熱水蒸気搬送流路２４を介して分解処理手段５の過熱水蒸気噴出部５４に供給し、この過熱水蒸気噴出部５４から密閉容器５１内に過熱水蒸気を噴出することができる。

分解処理手段５においては、廃棄物としてのポリ塩化ビフェニルを含むトランス油とおが屑との混合物が、前記過熱水蒸気に晒されながら、撹拌手段５６によって撹拌される。この密閉容器５１内への過熱水蒸気の供給と廃棄物の撹拌とを一定時間継続することによって、当該廃棄物中のポリ塩化ビフェニルを分解させることができる。

この際、前記過熱水蒸気がフラーレン層４５の発熱によって生成されているので、密閉容器５１の内部においてポリ塩化ビフェニルを分解するのに十分な高エネルギーの状態が形成されていると考えられ、撹拌手段５６によって廃棄物とおが屑との混合物に対して摩擦による熱エネルギーが加えられる点と相まって、非常に効果的にポリ塩化ビフェニルを分解処理することができる。
したがって、本実施形態の処理装置では、ポリ塩化ビフェニルの分解温度よりも低い温度の過熱水蒸気をポリ塩化ビフェニルに接触させているにもかかわらず、当該ポリ塩化ビフェニルを効果的に分解処理することができる。

例えば、ボイラで生成した水蒸気をそのまま用い、ポリ塩化ビフェニル濃度８０ｐｐｍのトランス油を処理した場合には、日本国環境庁告示第１３号による溶出試験で測定したポリ塩化ビフェニル濃度を０．００５ｐｐｍまでしか低減させることができないのに対して、本実施形態の処理装置によれば、ポリ塩化ビフェニル濃度を検出限界（０ｐｐｍ）まで低減させ得ることが確認されている。
また、本実施形態の処理装置は、分解処理手段５においてポリ塩化ビフェニルを分解処理するのに要する時間を、従来のボイラで生成した水蒸気をそのまま用いる場合に比べて１／２から２／３程度まで短縮できることが確認されている。

（他の実施の形態）
本発明を適用する有機系の廃棄物としては、ポリ塩化ビフェニルを含むトランス油以外に、ダイオキシンや溶剤等の有機系の有害物質を含むものを挙げることができる。

本発明においては、前記おが屑に代えて、例えば、液体（水、油など）を吸着可能なチップ状の多孔質物質である木材チップや、紙の小片などを用いることができる。なお、廃棄物に前記多孔質物質が含まれる場合、前記多孔質物質を新たに密閉容器５１の内部に投入することを省略してもよい。
廃棄物と混合する前記多孔質物質の量は、廃棄物の量や、廃棄物が水分を含むものである場合には廃棄物の含水率などに応じて適宜設定することができる。

また、ヒータ４２は、図３に示されるように、支持体４４の両面にフラーレン層４５を形成した複数個の積層体４６を用い、当該積層体４６のそれぞれに、支持体４４およびフラーレン層４５を貫通する複数の貫通孔４７を形成した構造であってもよい。前記積層体４６は、水蒸気の流れる方向に直交し、かつ貫通孔４７が入れ子状に配置されるように設けている。これにより、水蒸気がフラーレン層４５に接触する度合いを高め、過熱水蒸気をより効率的に生成できる。

なお、本発明において、廃棄物として、固形状の廃棄物を用いた場合には、密閉容器５１の内部において、攪拌翼５６ａ，５６ｂにより、当該固形状の廃棄物を破砕することができる。

１ ボイラ（水蒸気生成手段）
４ 過熱水蒸気生成手段
５ 分解処理手段
２６ 蒸気還流路
４２ ヒータ
４６ 積層体
４４ 支持体
４５ フラーレン層
５１ 密閉容器
５４ 過熱水蒸気噴出部
５６ 撹拌手段
５６ａ，５６ｂ 撹拌翼

Claims (6)

1. 水蒸気を生成する水蒸気生成手段と、
   フラーレンに通電することによって発熱するヒータにより前記水蒸気を加熱して、過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成手段と、
   有機系の有害物質を含む廃棄物を収容する密閉容器と、前記密閉容器の内部に前記過熱水蒸気を噴出させる過熱水蒸気噴出部と、前記密閉容器に収容した廃棄物を撹拌させる撹拌手段とを有し、前記過熱水蒸気噴出部によって密閉容器の内部に過熱水蒸気を噴出させながら、液体を吸着可能な粒状またはチップ状の多孔質物質の存在下で前記攪拌手段によって前記廃棄物を撹拌して、前記有害物質を分解させる分解処理手段と、
   を備えていることを特徴とする廃棄物の処理装置。
2. 前記撹拌手段が、前記廃棄物と多孔質物質との混合物を、密閉容器の軸方向中央部に向かって加圧しながら撹拌させる請求項１に記載の廃棄物の処理装置。
3. 前記撹拌手段が、前記廃棄物と多孔質物質との混合物を、密閉容器の軸方向中央部に向かって移動させることにより、当該混合物を加圧しながら攪拌する螺旋状の攪拌翼を有する請求項２に記載の廃棄物の処理装置。
4. 前記過熱水蒸気噴出部に供給された余剰の過熱水蒸気を、前記過熱水蒸気生成手段に戻す蒸気還流路をさらに備えている請求項１〜３のいずれかに記載の廃棄物の処理装置。
5. 前記有機系の有害物質が、ポリ塩化ビフェニルである請求項１〜４のいずれかに記載の廃棄物の処理装置。
6. 前記液体を吸着可能な粒状の多孔質物質が、おが屑である請求項１〜５のいずれかに記載の廃棄物の処理装置。

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