JP5687835B2 - 廃棄物の再利用 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物の再利用、特に一般廃棄物（都市ごみ）の再利用に関する。

都市の固形廃棄物として知られている一般廃棄物の処理方法はいくつかあるが、最も一般的な埋め立てと焼却という二つの方法がある。双方とも本質的な問題を抱えている。埋め立てを利用するとき、廃棄物は分別されずに埋められる。埋め立てには有用な場所を必要とし、その土地は何年も使用できなくなる。加えて、有害物質がその土地に漏れ出すことにもなる。さらに、埋立地に適する土地を探すのはだんだん困難になっている。

焼却に関しては、一般的に廃棄物は可燃物と不燃物に分別されることが必要で、不燃物は埋め立て処分場に送られ、可燃物は焼却される。しかしながら、廃棄物の焼却は通常硫黄を排出し、高く見苦しい煙突が必要である。加えて、焼却炉は高エネルギー投入を必要とするため効率が悪い。

より最近では、蒸気アキュムレーター（蓄圧器）から蒸気を供給し、処理用の廃棄物が詰められたオートクレーブ（耐圧釜）を利用することによって、都市ごみを処理することという提案がある。

その例としてＵＳ−Ａ−５，１９０，２２６に、固形廃棄物が４バールの圧力で加工される処理方法が示されている。これらの提案は、前述した一般的な二つのごみ処理法よりも、より環境に優しい解決法ではあるが、バッチ処理のため非効率である。例えばＵＳ−Ａ−６，７５２，３３７では連続処理が開発されているが、高加圧蒸気を維持するために特殊な装置が提案されており、その装置は高価で危険である。

米国特許第５，１９０，２２６号公報 米国特許第６，７５２，３３７号公報

本発明は、エネルギー効率が良く、且つ環境に優しい一般廃棄物を再利用する解決策を提供する。処理設備はモジュール設計で、分別されていない廃棄物を処理し、そして連続的な蒸気処理を使用して廃棄物を熱処理する。好ましくは、本システムは設備から発生する臭いの問題にも対処している。

本発明をより容易に理解するために、添付の図面を参照した具体例により実施態様を説明する。

図１を参照すると、本発明に従って好ましいプロセスプラントを図式的に示している。ゴミ運搬車は一般廃棄物をゴミ集積場Ａに運び、ゴミ集積場Ａには分別されていない未処理のゴミが連続的に送られ、自動破砕ユニットＢを経て蒸気処理ユニットＣに送られる。図１では、二つの蒸気処理ユニットＣがホッパーと共に同時に作動し、破砕された廃棄物を前記のユニットへ格納する。ここでいう「未処理」という言葉は、蒸気処理ユニットＣへ送られる前の、例えば化学薬品、及び／又は水などの物質が加えられていないという意味である。

蒸気処理ユニットＣでは廃棄物はおよそ４５分間処理され、ついで処理された廃棄物は分離機Ｅで未処理のバイオマス、すなわちセルロース、プラスチック、鉄金属、非鉄金属、織物、そして他の残留物と異なるカテゴリーに分別される。この技術を利用することによって、最初の廃棄物量の１０％未満が実際に埋め立て処分場に送られ、残りの廃棄物は分別され再利用できる。この処理により、最高７０％までの廃棄物量を減らすことができる。未処理のバイオマスとプラスチックは、ユニットＧとＨで示された処理、及び／又は蓄積され、乾燥されるという更なるプロセスを受ける。ついで、発電用の燃料電池に供給するガスを作り出すために、ガスコンバーターユニットへ送られる。図４及び５は、セルロース材料又はその一部のもう一つのプロセスを示している。その他の分別された物質はＦに示したように格納される。

本質的に、廃棄物は蒸気処理ユニットの受入口と排出口からそれぞれ不快な臭いを発散する。そのため、図１のＤに示されたように、蒸気処理ユニットから空気を取り出し、臭気除去プロセスで処理することが提案されている。その処理は、国際出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００６／０００８８８号に記載されており、紫外線を利用することによって発生するオゾンによって前記空気を処理する。この技術の特徴は、十分なオゾンが発生して十分な期間その空気に接し続ければ、実質的な臭いの減少は成し遂げられる。しかしながら、これは前記オゾンを作り出すのに使用される、異なる波長で紫外線を追加して供給することが必要である、というのは、この処理によって大気中に排出された空気の中に、活性なオゾンが存在しないのを確実にするためである。

国際出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００６／０００８８８号公報

図２を参照すると、ボイラー１０から圧力が１０バールであり、温度が１６５℃から２００℃である蒸気が発生し、蒸気処理セクション１２へ送られ、そのセクションは一つ又はそれより多い平行して作動する個々のユニットで構成される。図のブロックＢで示された受入口と排出口で、廃棄物は蒸気処理ユニットへと送り込まれる。処理された廃棄物は分離機Ｅへ搬送される。

そのうえ、蒸気処理ユニットから漏れ出した蒸気はダクトシステム１６で捕らえられ、臭気処理ユニット１７へ送られる。臭気処理ユニット１７で大気中に排出される前に前述したように処理される。

さて、図３を参照すると、図３は処理設備の蒸気処理ユニットの一形態の、より詳細な構成を示している。蒸気処理ユニットは実質的に密閉された細長いチャンバー又はドラム３０から成り、受入口３２から排出口３３へ廃棄物を動かすためにコンベヤーが備え付けられている。

好ましい配置としてのドラム３０は、回転するドラム式コンベヤーにすることである。その内部の表面は一つ又は一つより多い連続したらせん状の刃が設置されている。廃棄物が処理される時間は、コンベヤーの回転速度とコンベヤーの長さの関数で、前記廃棄物がおよそ４５分間で処理されるように調整されている。

前記の廃棄物はパイプ３１によって、ドラム３０又はドラムへ注入される蒸気、及び／又は水を使用することによって処理される。前記の蒸気は望ましくは１６０℃から１８０℃で、最大２００℃まであってもよく、前記のドラム３０内の気圧は大気圧よりも高く、しかしながら２バール以下で、好ましくは１．２５バール、又は言い換えれば０．２５バール大気圧よりも高い。

受入口３２と排出口３３に加えて、チャンバー又はドラム３０には蒸気処理の結果としてできた底に溜まった物質を収集し取り除くため、底部ホッパーが設置されている。また、処理によって生じるガスを除去するためにガス通気口が備えられる。これらのガスは浄化され分別される。それによって、有用な炭化水素がこの処理設備の他の部分で使用され、及び／又は前記のガスから除去された熱エネルギーを有し、そしてこのプロセスに再び導入される。

全体の処理施設が一般廃棄物に使用されているとき、蒸気処理ユニットの受入口に送り込む前に、廃棄物を破砕、又は砕くことでより均一な大きさにする前処理を行う必要であってもよい。それによって、蒸気処理ユニットの受入口に阻害物がなくなり、より変わらない処理物を供給することができる。

図３を参照すると、蒸気処理ユニットの構造がより詳しく記載されている。蒸気処理ユニットは、ローラー３５に水平に取付けられ、且つモーター３４によりチェーン（図示せず）を通して駆動されるように設置された回転ドラム３０を具備する。ドラム３０は長尺方向に一定の横断面部分があり、内部の表面には多くの区切られた刃が設置されている。前記の刃はドラム３０の長尺方向に沿って実質的にらせん状に延びている単一の連続したらせん状のスクリュー部材、又は多くの部分的にらせん状の刃から構成されてもよい。必要であれば、ドラム内に詰め込まれる廃棄物のリフトとタンブリングを促進するために、垂直方向に配列された刃をらせん部分の回転の間に備えてもよい。

前記ドラムの長尺方向に沿って伸びた多数のパイプで、蒸気をドラム内へ導入する。その場合そのパイプは前記ドラムの内部表面に設置されており、そのパイプはそれぞれのピッチセンターに集中している開孔口をもっている。それぞれのパイプの一方の端は閉じられ、もう一方の端は曲がることで前記ドラムの中心軸に位置するユニオン３６で結合する。ユニオン３６は回転式カップリングに接続されている。回転式カップリングは蒸気の供給源からのパイプへと順に接続されるように設置されている。前記ドラムは熱の保持を促進し、蒸気集積を促進するために、断熱された壁を有する容器３９の中に収納されてもよい。前記の容器３９は蒸気供給口の反対側の一方に開口部がある。前記開口部はホッパーから処理される廃棄物を供給する荷滑り路を受けるように設置されている。前記の荷滑り路は開口部を通ってドラム３０の隣接する端部の内側に突出するように設置されている。そして場合によって蒸気処理ユニットと外気の間の気密を維持する回転供給機構が設置されてもよい。又はらせん状の、又は部分らせん状の刃により形成された渦巻き樋（原語：ｔｒｏｕｇｈ）の中に廃棄物を導入するバッフルを設置してもよい。蒸気供給器と隣接している容器３９の反対側の端では、前記の処理された廃棄物は取り除かれる。前記のドラムの端は側板の中に配置されている。前記の側板はドラム内に蒸気を封じ込めるように機能し、そして更に処理された廃棄物のための排出口として機能するよう設置されている。密閉機能はドラム３０の中を大気圧より高く維持するためにドラムの他端と側板との間に設置されうる。これは回転機構でありうる。回転機構を蒸気処理ユニットの排出口側で常に作動させ、かつ受入口側の供給用の荷滑り路をいつも廃棄物で満たした状態に保つことにより、ドラム３０内が大気圧よりも高い圧力に維持される。密閉を維持できる受入口は設置する必要はないが、必要であれば設置してもよい。

前記のドラム３０は使用時には、毎分１−２回転で回転し、蒸気は前記ドラム内の前記廃棄物の表面に当たるだけでなく、前記の廃棄物が前記のパイプの一つに横たわった時に前記の廃棄物の内部にも吹き込まれる。

図２で示された前記の基本プロセスは、大量のセルロース材料を作り出す。前記のセルロース材料はこの処理設備自体の燃料として利用可能であり、又は、バイオエタノールなどの分離された生産物として利用することも可能である。蒸気処理ユニットからの産出物であるセルロース繊維は、３ｋＷのエネルギーを供給する１１ＭＪ／ｋｇの総発熱量を持っている。もし乾燥されれば、総発熱量は１７から１８ＭＪ／ｋｇまで増加する。このバイオマスは実際には硫黄分を全く含んでいない、そのため燃焼しても化石燃料より遙かに清潔である。従って、前記の廃棄物処理から生じるバイオマス材料を、前記蒸気ボイラーの燃料として利用することが可能である。さらに、又は代わりになるべき物として、前記のセルロース繊維は商品として販売することも可能であり、又、前記セルロースバイオマスから気体燃料を生産するバイオマスガス化炉へ送ることも可能である。ついで、燃料電池が直流電気を発電するための水素原料を供給するために、この気体燃料はさらに処理することもできる。或いは、上述したように処理された固体残留物になる前のバイオエタノール及びバイオディーゼルを調製するために前記のセルロース材料は図４及び５に示したように処理される。

さらに、又は代わりになるべき物として蒸気ボイラーからの蒸気は、蒸気タービン及び発電機を運転するために使用でき、その結果、この方法により発電しうる。前記の方法で発電された電気は、処理設備内で利用できる、又は燃料電池出力を交流に変換した後に、電気を標準的な電気伝送路に接続することによって販売しうる。

次に図４と５を参照すると、前記の蒸気処理設備からの製造物から調製されるセルロース材料、及び／又はプラスチックが、どのようにバイオエタノール／バイオディーゼルを生産するために処理されるかを示している。

第一に、図４に示される前記セルロース材料について述べると、バイオマスは、概ね引用番号５０で示されたプロセスで処理される。第一に、前記のバイオマスはタンク５１に投入され、タンク５１では前記のバイオマスはアスペルギルス酵素などの酵素を添加するか、又はセルロース分解微生物と栄養分を使用することによって処理される。更に、水も添加されてもよい。この段階で、発電機からの活性オゾンもタンク内へ注入してもよい。得られたバイオマスはしばらく放置され、ついで可溶性糖質を含む得られた液体は排出される。ついで前記の液体はタンク５２へ送られ、そこではサッカロミセス・セレビシエのような酵母を添加することで処理される。そして、前記の液体は２−３時間放置される。その結果得られた液体は、エタノール及びその他の産生物を含み、ついでその液体は、凝縮装置５４の排出口からエタノールを蒸発し凝縮するため、図面上の符号５３で示された蒸留プロセスへ送り込まれる。

図５に示されるように、前記の蒸気処理から回収された前記のプラスチック材料について述べると、前記のプラスチック材料は溶剤が添加されるタンク６０に送り込まれ、その結果として調製された混合物を蒸発タンク６１に移されて放置する。そして適当な時間放置した後、結果として調製された蒸気をゼオライト触媒６２を通して排出し、そしてディーゼルを収集するために蒸留塔６３で蒸留する。好ましくは、タンク６０にオゾンも注入してもよい。

タンク５１と６０に注入される前記のオゾンは、前記の蒸気プロセスユニットと発電機周辺の前記空気の臭気を取り除くのに使用されるのと同じガス発生器から発生させてもよいし、又は別のガス発生器から発生させてもよいし、又は複数のガス発生器から発生させたものを利用してもよい。

更に、必要であれば、前記のエタノール蒸留プロセス周辺の空気を前記のタンク５１と６０に残っているすべての過剰の活性オゾンを除去するためにオゾンで処理してもよい。

また、タンク５１，５２，６０、６１の内部又は全部を抗菌剤でコーティングすることが好ましい。好ましくは、前記の抗菌剤は非浸出で、不揮発性で、微生物によって消費されないものである。特に適した抗菌剤は表面にコーティングできるものである。

適切な抗菌製剤は、活性成分として、第四級アンモニウム塩、好ましくは塩酸塩、又は臭化水素酸塩を含むものである。前記の塩の窒素原子は、好ましくはシリル基、好ましくはトリアルキルオキシシラン基、最も好ましくはトリメチルオキシシラン基で置換されている。最も好ましい前記のシリル基は、プロピル基を経由して前記の塩の窒素原子に結合している。また、前記の塩の窒素原子は、好ましくは三つの他のアルキル基で置換されていてもよい。三つの他のアルキル基のうち少なくとも一つはメチル基であり、及び、少なくとも一つはＣ_８からＣ_２０のアルキル基である。それ故、好ましい化合物は以下の一般式である有する：

（式中、Ｒ_１がメチルであり、
Ｒ_２がメチル又はＣ_８からＣ_２０アルキル、好ましくはメチルであり、
Ｒ_３がＣ_８からＣ_２０のアルキル、好ましくはテトラデシル又はオクタデシル、
Ｒ４はＣ_１からＣ_４のアルキル、好ましくはメチルであり、及びＸはＣｌ又はＢｒ、好ましくはＣｌである。）

この発明にとって有用な抗菌剤の一例は、活性成分として、３−（トリメトキシシリル）プロピルジメチルオクタデシルアンモニウムクロライドを含む。もう一つの抗菌剤の一例は、活性成分として３−（トリメトキシシリル）プロピルジメチルテトラデシルアンモニウムクロライドを含む。

図１は本発明に関する処理工場の概略図である。 図２は本発明に利用される基本プロセスのフローチャートである。 図３は本発明に使用される蒸気処理ユニットの概略線図である。 図４は本発明によるシステムからのエタノール調製を示す概略線図である。 図５は本発明によるシステムからのディーゼル調製を示す概略線図である。

Claims (11)

1. バイオマスとプラスチックを含む一般廃棄物を処理するプロセスであって、
   処理される前の廃棄物を破砕するステップと、
   前記の破砕された廃棄物を、大気圧より１バール未満の高い気圧で、１５０℃から２００℃の間の温度で、蒸気処理ユニットの端から端まで撹拌しながら継続的に動かす蒸気により処理するステップと、
   前記蒸気により処理された廃棄物から前記バイオマスと前記プラスチックを分別するステップと、
   前記プラスチックを溶媒に溶かし、得られた液体を蒸発コンテナに入れ、前記液体から発生した蒸気を触媒で処理した後に蒸留することにより、前記プラスチックをディーゼル燃料に転化するステップと、
   を含むことを特徴とする、プロセス。
2. 前記温度が１６０℃から１８０℃の間である、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記気圧が、０．２５バール大気圧より高い、請求項１又は２に記載のプロセス。
4. 前記廃棄物の撹拌がドラムを回転することによって達せられる、請求項１、２、又は３に記載のプロセス。
5. 前記バイオマスを分解し、その結果得られた材料を、蒸留するとバイオエタノールを製造できる液体を生産するために、酵母で処理することにより、バイオエタノールへ転化させる、請求項１に記載のプロセス。
6. 前記バイオマスの分解が酵素を使用して達せられる、請求項５に記載のプロセス。
7. 前記酵素が、アスペルギルス由来の酵素である、請求項６に記載のプロセス。
8. 前記分解が、セルロース分解微生物と栄養分を使用することにより達せられる、請求項５に記載のプロセス。
9. 前記酵母が、サッカロミセス・セレビシエ（ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ
   ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）である、請求項５記載のプロセス。
10. 前記バイオマスの一部がガス化され、水素が抽出される、請求項１に記載のプロセス。
11. 前記水素が発電のために燃料電池へ送られる、請求項１０に記載のプロセス。

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