JP6664734B1 - 廃棄物の再利用処理方法及びその再利用処理システム - Google Patents
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Abstract
Description
ついで、図1、図2に示した第1の実施形態に係る再利用処理方法及び再利用処理システム1について詳細に説明する。
この再利用処理方法は、順に実行される断裁工程、炭化工程が少なくとも含まれるが、炭化工程の後に、さらに所定の粒度に粉砕する粉砕工程と、篩にかけて不適物を取り除く適不適選別工程とが実行される手順とされている。
以下、各工程について説明する。ここでは断裁工程を含んだ再利用処理方法を例として説明するが、5センチ(にぎりこぶし程度)〜10センチ程度の大きさのプラスチックごみを含む廃棄物3であれば、下記断裁工程がなくても、炭化は可能である。
断裁工程は、原料である廃棄物3をフレーク(薄片)状に断裁する工程であり、断裁装置10を用いて実行される。断裁装置10は特に限定されず、公知のものを用いることができる。フレーク状に断裁するサイズとしては、後述する他の実施形態においては、ランクごとに定めたものであればよいが、本実施形態においては特に限定はなく、2〜10cm程度でよい。断裁品4は、炭化の際に取り扱いしやすいように、側面が網目状の炭化容器25に収容すればよい。
図5の表の「断裁工程後」の欄には、断裁した後、プラスチックごみを含む廃棄物の状態を示す写真である。
炭化工程は、このような炭化装置20を用いて実施するもので、ここでは炭化装置20としてバッチ型加熱水蒸気式炭化装置を用いた例を説明する。この場合、断裁品4入りの炭化容器25は炭化炉21の所定の場所に静置するだけでよい。
一例として、具体的に、月産100トンの断裁品4を炭化できる炭化炉21の場合を説明する。まず炭化炉21の起動ボタンをオンすると、加熱バーナーが起動し、炭化炉21内を420℃〜430℃に熱する。炭化炉21内を400度前後に昇温維持する。そして無酸素状態に密閉された炭化炉21内に断裁品4(炭化容器25)を格納し、100〜160分間加熱した後、500〜550度に昇温し、さらに30〜50分間加熱すればよい(図1(b)参照)。
このとき、炭化炉21を加熱する加熱バーナーは特に限定されないが、灯油等を燃料したバーナー等が採用される。廃棄物に含まれたプラスチックごみの中に熱可塑性の樹脂が含まれている場合、いきなり高温で処理すると、溶けてなくなってしまう一方、熱硬化性の樹脂が含まれている場合は、硬くなって塊となり、良質な炭化物を得ることが難しい。しかしながら、上述のように複数回、段階的に昇温することで、月産100トンの断裁品4を均一で良質に炭化された炭化物を月産20トン、得ることができる。図5の表の「炭化工程後」の欄には、上述の方法で炭化された炭化物の状態の写真を示している。
さらに炭化炉21内に通常の加熱に加えてマイクロ波加熱を行ってもよい。この場合は、マイクロ波が照射されると断裁品4が内部から加熱されるため、昇温速度を早めることができ、処理時間を短縮することができる。またこの場合、断裁品4は通常の外部からの加熱に加え、マイクロ波により内部から加熱されるため、より一層ムラのない均一で良質な炭化物を得ることができる。
なお、ここでは断裁品4入りの炭化容器25は炭化炉21の所定の場所に静置して炭化させる例を説明したが、炭化容器25を搖動させる簡易な搖動機構を付加したものとしてもよいことはいうまでもない。この場合、より一層ムラのない均一で良質な炭化物を大量処理にて得ることができる。
粉砕工程では、炭化物を所定の粒度に粉砕する粉砕装置11が用いられる。この粉砕装置11を用いて、炭化物を例えば100〜500μmに粉砕すればよい。図5の表の「粉砕工程後」の欄には、炭化物を粉砕した後の状態を写真で示している。
適不適選別工程では、篩にかけて不適物を取り除く適不適選別装置12が用いられる。適不適選別装置12としては、特に限定されないが、振動篩装置や磁選装置などが挙げられる。
従来、プラスチックごみに限らず、ごみの炭化は、400度以上から炭化が始まるため、通常は効率化のため、500度〜600度以上に加熱された炭化炉で蒸し焼きされる等して炭化処理が行われていた。しかしこの場合、炭化されやすいものは、問題ないものの、炭化されにくいものは溶けて固まりになり炭化されずに残ってしまうため、その先の再利用を困難にしていた。また例えば、流動床式と呼ばれる炭化装置の場合、連続的に炭化処理できるため、上述のとおり、大量に処理する場合、好適である。しかしながら、この流動床式の場合は、筒状で回転する炭化炉内でごみを流動砂と少量の空気でかき混ぜながら、加湿空気で炭化し、粉体の炭化物を炭化炉の上方で回収する方式であるため、装置を大型化すると、撹拌機構、回転機構、回収機構等の大型化が必要となるため、装置が高額化する懸念がある。また炭化しきれなかったものは、回収されずに流動砂とともに、底部から排出されるので、プラスチックごみを含む廃棄物の完全リサイクル化が図れないという点がデメリットではある。さらには、大量に処理する場合は、撹拌機構により、大きな塊にならないように常時撹拌しながら、炭化工程を行うことも重要になってくる。
また炭化炉の大きさによっては炉内の温度を所定の温度に昇温させるまで時間を要するため、時間差で炭化が完了する炉を複数備え、入れ替え方式とすれば、効率よく炭化工程を行うことができる。
さらに上述のように炭化炉21を備えた炭化装置20にプラスチックごみを含む廃棄物3を投入すれば、あとは温度制御された炭化装置20が所定時間稼働するので、専門的な知識がない使用者でも簡易に炭化処理を行うことができる。よって、廃棄物3の処理に困る工場へ導入すれば、製造で発生する不良品を含む廃棄物3を再利用可能に処理できる。
本実施形態における廃棄物3の再利用処理方法及び再利用処理システムによれば、地方公共団体の処理施設に適用できることはもちろん、例えば民間企業の工場内の廃棄処理システムにも適用できる。特に上述のバッチ式の炭化装置20であれば、設置面積がロータリー式やスクリュー式に比べて小さく、低コスト化しやすく、無煙化も可能で冷却水も不要であるから、小規模処理から大規模処理まで適用可能である。
ついで、図3、図4に示した第2の実施形態に係る再利用処理方法及び再利用処理システムについて説明する。図5は第2の実施形態に係る選別工程を経てランク分けされたプラスチックごみを含む廃棄物の再利用処理方法の各工程後の実際の写真を各段階毎に示した表である。
なお炭化工程については、図4に示したように、1つの炭化装置20の炭化炉21にランクごとの炭化容器25を、例えば列で分けるなどして混在した状態で炭化するようにしてもよい。断裁工程及び炭化工程(炭化装置20)の詳細については、図1の実施形態のものと同様であるため説明を割愛する。
なお、粉砕工程(粉砕装置11)及び適不適選別工程(適不適選別装置12)の詳細については、図1の実施形態のものと同様であるため説明を割愛する。
このように形成された活性炭は、再利用の目的におうじて、ジェットミルなどの粉砕装置(不図示)を用いて、所定の粒度のものに粉砕されればよい。
Aランクの炭化物は、ペットボトル以外の物質がほとんど含まれていないポリエチレンテレフタレート由来の活性炭とすることができ、粒度を10μm以下にして、電気自動車の急速充放電キャパシタ(EDLC)などの電極材用の活性炭として用いることができる。急速充放電キャパシタは、アルミ箔などの集電体の表面に活性炭を塗工することで形成され、表面に電気を蓄えることができるものであり、ポリエチレンテレフタレート由来の活性炭は、高い比表面積で細孔構造が複雑で電流密度を増大させたときの応答特性に懸念があったが、粒度を10μm以下とすることで、高い放電容量のみならず、良好な速度特性も両立できる。Aランクの活性炭は、燃料電池の電極材だけでなく、高性能の触媒としての活用、有害物質の吸着材、高機能繊維の糸としての活用も可能である。
Bランクの炭化物は、ペットボトル以外の物質が約10〜30%の活性炭とすることができ、粒度を10〜30μm以下にして、エアコンや自動車のフィルターや、消臭剤、浄化剤などに用いることができる。フィルター本体は多孔質のシート状のものが用いられ、そのシートに活性炭を含有させることでフィルターが形成される。活性炭には微細孔が形成されており、その微細孔に、臭い成分を活性酸素で酸化して別の物質に変化させてその臭い成分を分解する作用を有する人工酵素を収蔵させておけば、種々の臭い成分を吸着、分解することができる。
従来、Cランクに分類されるようなペットボトル以外の不純物が多いものは、埋め立てるか、投棄の対象となり、重大な環境問題になっていた。しかし本実施形態におけるCランクの粉砕炭化物は、ペットボトル以外の物質が約30〜50%の炭化物であっても、均一で良質に炭化されるため、土壌改良材や融雪材、建材、保水ブロックなどに利用することができる。土壌保全・改良材としては、粉砕炭化物を容積比で約10%混入すればよい。これにより、粘土質で硬い土を柔らかい土にすることができ、土壌の透水性、保水性を改善することができる。また、アルカリ土壌にすることもできるので、この土壌で農作物、花、芝生を育成すれば、育成状態が良好になることが発明者の実験で明らかになっている。さらにこのようなアルカリ土壌は、土壌菌が定着しやすいため、有機栽培に適しており、酸性雨対策、土砂流亡防止策としても有効であるため、従来、埋め立てるか、投棄するしかなかったようなプラスチックごみを含む廃棄物の有効利用として、画期的といえる。融雪材としては、例えばブロック状に固めたものを路面に配設したり、瓦として屋根に配設することで、炭化物が有する熱伝導拡散作用により、ヒータや太陽光を利用して、寒冷地向けの融雪道路、融雪瓦として利用することができる。また水路や河川にCランクの粉砕炭化物が混入させたブロックを敷き詰めれば、炭化物が窒素やリン等を吸着し水中に住みついた微生物が有害物を分解し、水が浄化されることも発明者の実験により明らかになっている。このように、純度の低いプラスチックごみを含む廃棄物より得られたCランクの炭化物であっても、廃棄することなく様々な用途に有効に活用することができる。
3 プラスチックごみを含む廃棄物
4 断裁品
10 断裁装置
11 粉砕装置
12 適不適選別装置
13 活性炭化装置
20 炭化装置
21 炭化炉
21a 炭化炉空間
21b 内壁
22 制御部
23 加熱部
24 密閉扉
25 炭化容器
26 フォークリフト
Claims (8)
- ペットボトル等、プラスチック製不要品を含む廃棄物を複数回、段階的に温度を昇温させた炭化炉内で炭化処理し炭化物を得る炭化工程と、
前記炭化工程の前に、前記廃棄物を前記ペットボトル含有率に基づいて複数にランク分けする選別工程と、
前記炭化工程の後、前記炭化物を活性炭とするための賦活処理を行う賦活工程とを含み、
前記選別工程で選別されたランクごとに前記炭化工程を行い、
前記賦活工程は、前記選別工程において、ペットボトル含有率が高いランクに選別され前記炭化処理された炭化物に対して行うことを特徴とする廃棄物の再利用処理方法。 - 請求項1において、
前記炭化工程では、まず400度前後に昇温維持され無酸素状態に密閉された前記炭化炉内に前記廃棄物を格納し、加熱した後、500度〜550度に昇温しさらに加熱し、前記廃棄物を加熱水蒸気方式にて前記炭化処理することを特徴とする廃棄物の再利用処理方法。 - 請求項1または請求項2において、
前記炭化工程の後且つ前記賦活工程の前記炭化物をさらに所定の粒度に粉砕する粉砕工程と、篩にかけて不適物を取り除く適不適選別工程とを含むことを特徴とする廃棄物の再利用処理方法。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1項において、
前記賦活処理は、アルカリ賦活もしくは水蒸気賦活であることを特徴とする廃棄物の再利用処理方法。 - ペットボトル等、プラスチック製不要品を含む廃棄物を複数回、段階的に温度を昇温させた炭化炉内で炭化処理する炭化装置と、
前記廃棄物をペットボトル含有率に基づいて複数にランク分けされ選別されたランクごとに前記炭化装置によって炭化された炭化物を賦活処理する活性炭処理装置とを有し、
前記賦活処理は、ペットボトル含有率が高いランクに選別され前記炭化装置によって炭化された炭化物に対して行うことを特徴とする廃棄物の再利用処理システム。 - 請求項5において、
前記炭化装置は、前記廃棄物同士の間に空気層が形成されないように収容され側面が編み目状の容器が段積み状態で格納される炭化炉空間と、前記炭化炉空間を加熱し前記廃棄物を炭化させる加熱部と、前記炭化炉空間を所定の温度に昇温・維持するように前記加熱部を制御する制御部と、前記炭化炉内を無酸素状態にするため密閉する密閉扉とを有することを特徴とする廃棄物の再利用処理システム。 - 請求項5または請求項6において、
前記炭化装置によって炭化された炭化物をさらに所定の粒度に粉砕する粉砕装置と、篩にかけて不適物を取り除く選別装置とを有することを特徴とする廃棄物の再利用処理システム。 - 請求項5〜請求項7のいずれか1項において、
前記賦活処理は、アルカリ賦活もしくは水蒸気賦活であることを特徴とする廃棄物の再利用処理システム。
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