JP6925081B1 - 廃棄物減容処理方法および廃棄物減容処理システム - Google Patents

Abstract

本発明の廃棄物減容処理方法の１工程である減容工程は、２００℃前後に昇温維持され、無酸素または低酸素の状態に密閉された減容炉内に廃棄物を格納し加熱する第１減容工程を含んでおり、有機系廃棄物をもとの総容量から２〜３割に減容するものである。

Description

本発明は、廃棄物を減容炉内において無酸素または低酸素の状態で加熱して減容する廃棄物減容処理方法および廃棄物減容処理システムに関する。

従来、有機物よりなる廃棄物を無酸素または低酸素の状態で加熱して減容処理する方法、つまり熱分解による減容方法が種々提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。この方法によれば、廃棄物の焼却（燃焼）にくらべて、有機系廃棄物の炭化による再利用を図ることができる。また、熱分解は炎が発生せず、かつダイオキシン類などの有害物質は発生しにくい。

特開２０１９−５７４１号公報 特開２００７−２４６８６７号公報

しかしながら、有機系廃棄物には塩素を含むものもあり、そのようなものを熱分解するとダイオキシン類の有害ガスが生成されるおそれがあり、それを別途、無害化する必要がある。

また、熱分解であっても、加熱温度によっては、有機系廃棄物のうちの一部の樹脂材は、ガスは発生するも炭化はせず溶けてしまうおそれがあり、よってそれら一部の有機系廃棄物については、再利用率が低くなる可能性がある。

本発明は、このような事情を考慮して提案されたもので、その目的は、廃棄物を無酸素または低酸素の状態で加熱した場合にダイオキシン類などの有害物質の発生を抑えることのでき、かつ、廃棄物中の有機系廃棄物の再利用率を高められる廃棄物減容処理方法および廃棄物減容処理システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の廃棄物減容処理方法は、廃棄物を複数回、段階的に温度を昇温させて減容炉内で減容する減容工程を含んだ廃棄物減容処理方法であって、前記廃棄物は、プラスチックを含む有機系廃棄物と、金属材を含む無機系廃棄物とが混在してなり、その混在の態様として該プラスチックと該金属材とが一体となっていることが許容され、かつ前記プラスチックとして熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂をすくなくとも含む複数性状のものが含まれることが許容されており、前記減容工程は、２００℃前後に昇温維持され、無酸素または低酸素の状態に密閉された減容炉内に前記廃棄物を格納し加熱する第１減容工程と、前記第１減容工程の実行後、すくなくとも３５０〜４００℃の範囲内に前記減容炉内を昇温し、所定時間、加熱して減容する第２減容工程とを有し、前記有機系廃棄物をもとの総容量から２〜３割に減容する手順とされており、前記減容工程の後、前記金属材を取り出す金属選別工程がさらに実行され、前記減容工程の前に、前記廃棄物を該廃棄物に含まれる全てのプラスチックごみの中で最も割合の多いプラスチックごみの含有率とされるプラスチック純度に基づいて複数にランク分けする選別工程が実行され、前記金属選別工程の後に、前記減容工程を経て得られた減容物をさらに前記プラスチック純度のランクに対応した粒度に粉砕する粉砕工程が実行されることを特徴とする。

また、本発明の廃棄物減容処理システムは、プラスチックを含む有機系廃棄物と、金属材を含む無機系廃棄物とが混在した廃棄物について、その混在の態様として、前記プラスチックと前記金属材とが一体となっていることが許容され、かつ前記プラスチックとして熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂をすくなくとも含む複数性状のものが含まれることが許容されており、無酸素または低酸素の状態で、かつ２００℃前後での減容処理をし、３５０〜４００℃前後での減容処理をして、前記有機系廃棄物をもとの総容量から２〜３割に減容する減容装置と、該減容装置によって減容された減容物と分別して残存金属材を取り出す金属選別装置と、前記減容物をさらに所定の粒度に粉砕する粉砕装置とを有しており、前記減容装置に投入される前記廃棄物は、該廃棄物に含まれる全てのプラスチックごみの中で割合の多いプラスチックごみの含有率とされるプラスチック純度に基づいて複数にランク分けされており、前記粉砕装置による前記減容物の粉砕粒度が前記プラスチック純度のランクに対応したものであることを特徴とすることを特徴とする。

本発明の廃棄物減容処理方法は上述した手順とされているため、廃棄物を無酸素または低酸素の状態で加熱した場合にダイオキシン類などの有害物質の発生を抑えることのでき、かつ、廃棄物中の有機系廃棄物の再利用性を高めることができる。

また、本発明の廃棄物減容処理システムは上述した構成とされているため、廃棄物減容処理方法と同様の効果を期待できる。そして、さらなる減容および減容処理後の残存金属材の取り出しを容易に行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る廃棄物減容処理方法（システム）の基本手順を示す流れ図（１／２）である。 同流れ図（２／２）である。 減容工程における制御温度を説明するためのグラフである。 同実施形態に係る廃棄物減容処理方法に用いられる減容装置の概略構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る廃棄減容処理方法における選別工程の概念図である。 同実施形態に係る廃棄物減容処理方法（システム）の基本手順を示す流れ図（１／２）である。 同流れ図（２／２）である。 選別されランク分けされた減容済みの有機系廃棄物の各工程後の実際の写真を段階ごとに示した表である。

以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。

まず、廃棄物減容処理方法（以下、たんに減容処理方法という）の基本的な手順の流れ、および、廃棄物減容処理システム（以下、たんに減容処理システムという）の基本構成について説明する。

本減容処理方法は、廃棄物を複数回、段階的に温度を昇温させて減容炉内で減容する減容工程を含んだ方法である。廃棄物は、プラスチックを含む有機系廃棄物と、金属材を含む無機系廃棄物とが混在してなる。

減容工程は、２００℃前後に昇温維持され、無酸素または低酸素の状態に密閉された減容炉内に廃棄物を格納し加熱する第１減容工程を含み、有機系廃棄物をもとの総容量から２〜３割に減容するものである。

また、減容処理システムは、プラスチックを含む有機系廃棄物と、金属材を含む無機系廃棄物とが混在した廃棄物について、無酸素または低酸素の状態で、かつ２００℃前後での減容処理をし、その後選択的に、３５０〜４００℃前後での減容処理をする減容装置２０と、残存金属材を取り出す金属選別装置３０とを有する。

＜第１の実施形態＞
ついで、図１〜図４に示した第１の実施形態に係る減容処理方法および減容処理システムについて詳細に説明する。

＜減容処理方法＞
この減容処理方法は、図１および図２に示すように、上記減容工程の他に、減容工程の実行前に実行される断裁工程、減容工程の実行後に実行される、残存金属材を取り出す金属選別工程、減容工程によりできた減容物つまり炭化物を所定の粒度に粉砕する粉砕工程、篩にかけて不適物を取り除く適不適選別工程を含んでいる。また、減容工程は、第１減容工程ののちに選択的に実行される第２減容工程を含んでいる。また、減容工程後に塩酸回収工程を実行することも可能である。

なお、金属選別工程および塩酸回収工程は、減容工程ののち、つまり第１減容工程もしくは第２減容工程ののちに実行されればよく、両工程は平行して実行されるようにしてもよい。

以下、各工程について説明する。ここでは断裁工程を含む減容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。例えば、樹脂材と金属材が一体となった、例えば携帯電話機などの廃棄物３をそのまま処理してもよい。

＜断裁工程＞
断裁工程は、原料である有機系廃棄物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、側面が網目状の減容容器２５に収容すればよい。

こうして断裁されて形成された断裁品４および他の廃棄物（例えば無機系廃棄物と有機系廃棄物とが一体となった物など）は減容容器２５に入れられ、減容容器２５ごと、フォークリフト２６を用いて減容装置２０の減容炉２１内に段積みされた状態で収容される（図１参照）。減容容器２５は断裁品４同士の間に空気層が形成されないものが望ましい。空気層が少なければ少ないほど、炭化効率がよいからである。なお、断裁品４以外の廃棄物３は減容容器２５に入れることなく、減容炉２１に直接収容してもよい。

図８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の写真が示してある。

＜減容工程＞
減容工程は、このような減容装置２０を用いて有機系廃棄物の熱分解を実施するもので、ここでは減容装置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入りの減容容器２５は減容炉２１の所定の場所に静置するだけでよい。

断裁品４の熱分解は、上述したように、段階的に減容炉２１内の温度を昇温しながらなされる。例えば図３に示すように、複数段階に温度を上げて行えばよい。一例として、具体的に、月産１００トンの断裁品４を炭化できる減容炉２１の場合を説明する。

まず減容炉２１の起動ボタンをオンすると、加熱バーナーが起動し、減容炉２１内を２００℃前後に加熱し、維持する。そして無酸素状態に密閉された減容炉２１内に断裁品４および他の廃棄物３を減容容器２５ごと格納し、約１００分間加熱する。これが第１減容工程である。

この第１減容工程の実施により、断裁品４の炭化、減容がおおむね終われば、減容工程を終了させてもよい。なお、加熱処理により、有機系廃棄物の容量が２〜３割の容量の炭化物になればよい。

炭化が不十分であれば、引き続き第２減容工程を実施すればよい。第２減容工程では、すくなくとも３５０〜４００℃の範囲内に減容炉２１内を昇温し、所定時間、加熱して減容する。例えば、４００℃前後で約１時間加熱し、その後５００〜５５０℃に昇温し、さらに３０〜５０分間加熱すればよい（図３参照）。このように第１減容工程と第２減容工程とを組み合わせることで、有機系廃棄物をその２〜３割の容量の炭化物にすればよい。

有機系廃棄物にウレタンが含まれている場合には、約５００℃に加熱すればよい。また、有機系廃棄物に塩ビが多く含まれている場合には、８００〜８５０℃で１〜３時間加熱すればよい。

廃棄物３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困難である。しかしながら、本減容処理システムでは２００℃ぐらいから複数回、段階的に加熱するため、熱可塑性、熱硬化性など性状を問わず炭化することができる。

こうして、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２０〜３０トンに減容することができる。また、有機系廃棄物を２〜３割に減容できるので、炭化物の保管や取り扱いもしやすくなる。

図８の表の「減容工程後」の欄には、上述の方法で炭化された炭化物の状態の写真が示してある。

減容工程において減容炉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。

さらに、減容炉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、廃棄物３の中に含まれるプラスチックごみを炭化するためには、普通ゴミを焼却して灰にする場合とは異なり、無酸素状態または低酸素状態での熱分解処理を行うことが好ましい。焼却であれば二酸化炭素が発生するが、無酸素あるいはそれに近い状態での熱分解処理であれば、二酸化炭素はほとんど発生することなく、有機系廃棄物は炭化し固体の炭素が得られる。

減容装置２０は、特に限定されず、公知の減容装置で段階的に昇温できる機能を有するものであればよいが、ここでは、バッチ型の加熱水蒸気式装置について説明する。図４に示すように、減容装置２０は、減容容器２５が段積み状態で格納される減容炉２１と、減容炉空間２１ａを加熱し断裁品４を炭化させる加熱部２３と、減容炉空間２１ａを所定の温度に昇温・維持するように加熱部２３を制御する制御部２２と、減容炉２１内を無酸素状態にするため密閉する密閉扉２４とを有している。また、減容炉２１には乾留ガスを排出する排出口２１ｃが設けてある。

減容炉２１は、減容容器２５が段積み状態で格納できる減容炉空間２１ａを有している。ほぼ完全な炭化を目指すためには、酸素を遮断できる二重構造の密閉式とすることが望ましい。減容炉２１の壁部は金属窯としてもよく、長期利用を考慮すると、減容炉２１の少なくとも内壁２１ｂ側は、例えば２０００℃の耐熱性を有した耐熱レンガや耐火レンガで形成することが望ましい。なお、耐熱レンガや耐火レンガは塩素ガスに強く、好適に利用できる。また、内壁２１ｂには耐熱塗料を塗布しておくことが、減容炉２１を長期利用するうえで望ましい。

本減容装置２０の加熱部２３は直接加熱源として加熱水蒸気を用いる構成とされており、減容炉空間２１ａを加熱水蒸気の対流により温度を一定に保つようにしている。このような対流効果により、格納された複数の減容容器２５は温度が均一になるよう昇温される。

また、制御部２２は、ＣＰＵやプログラムなどよりなり、加熱部２３や温度検知部（不図示）などとの協働により、減容炉空間２１ａを昇温、保持できるようにしている。

密閉扉２４は、減容炉２１内を無酸素状態に密閉するための扉であり、図４に示すように大きなものを配して、複数の減容容器２５の出し入れをフォークリフト２６で行えるようにすることが望ましい。

以上のような減容装置２０によれば、密閉構造であるため酸素を遮断でき、酸素による二酸化炭素の発生を低減化でき、炭化の精度や炭化物の純度を高めることができる。また、バッチ式なのでロータリー式にくらべ、コストパフォーマンスにすぐれ、処理量に応じて増設もしやすい。また、減容容器を揺らして減容処理をすれば、固まることなく炭化を進めることができるが、これは適宜、一度に炭化させる量によっては不要とでき、いずれにしても、ロータリー式のような攪拌等の機構までは不要であるので、装置自体のコスト（初期コスト）を低減化できる。

この減容処理によれば、熱分解反応の結果、炭化物とともに、種々の化合物や水、乾留ガス（二酸化炭素、可燃性ガスなど）が発生する。例えば、ペットボトルつまりＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が熱分解すると、ＰＥＴの重合原料であるテレフタル酸が得られる。ようするに、この減容処理によれば、ペットボトル廃棄物の化学的な手法によるリサイクルの効率を向上させることができる。

また、炭化により発生した乾留ガスを熱エネルギーとして利用できる構成としてもよい。具体的には、乾留ガスを電気に変換できるスターリングエンジンに再利用すればよい。乾留ガスのこのような利用により、減容処理のランニングコストを低減化することもできる。

もちろん、発生したガス（炭化水素）を油化して生成油を生成することもできる。つまり、ケミカルリサイクル（プラスチックを石油に戻す）を実現することができる。これらの生成油はディーゼルエンジン、レシプロエンジン、ロータリーエンジンなど内燃機関の燃料や、その他機械燃料、ボイラー燃料、発電などに使用することができる。

なお、ここでは断裁品４入りの減容容器２５は減容炉２１の所定の場所に静置して炭化させる例を説明したが、減容容器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。

また、排出口２１ｃなどのガス排出路にアミン含有ゲルを配設して、減容処理により発生した二酸化炭素を吸収、放散させ、水素と反応させてメタンガスやメタノールを生成するようにしてもよい。このようにすることで、メタンガスなどの有用な物質を分離回収することができ、かつ二酸化炭素の排出を低減化することができる。

廃棄物の熱分解により生成される化合物としては、つぎのものが挙げられる。
・メタン、エタン、プロパン、ブタン等の飽和炭化水素
・エチレン、プロピレン、ブチレン、ブタジエン、ベンゼン、トルエン、キシレン、スチレン等の不飽和炭化水素
・メタノール、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、フォルムアルデヒド、アセトアルデヒド等の酸素含有炭化水素
・二酸化炭素、アンモニア、窒素（これらは少量）
これらの炭化水素類は可燃性ガスであるため、燃料用に再利用できる。

減容装置２０としては、上述の他、搖動ドラム型の減容炉や流動床式の減容炉を採用してもよい。例えば、ドラム型の減容炉の場合は、減容炉内を複数のゾーンに分けて、段階的に昇温させ、送風ファン、エアチャンバーを設けることで、連続的に減容処理を行うことができる。これらの場合、上述のバッチ式よりも連続的に減容処理を行うことができるので、大量のプラスチックごみを含む廃棄物を処理しようとする場合に好適である。また搖動ドラム型とした場合は、後述する流動床式のものとは異なり、回転せず搖動するので、周辺に機器を設置することが可能である。

また図示していないが、減容装置２０での処理工程で発生する廃熱はボイラーで熱回収する構成としてもよいし、減容装置２０から発生する乾留ガスを二次燃焼させる二次燃焼室を設け、再燃焼システムを構築したものとしてもよい。

＜塩酸回収工程＞
廃棄物に塩素含有合成樹脂が含まれている場合、この塩素含有合成樹脂を減容装置で熱分解すると塩素が除去された炭化物が生成されるとともに、有害物質である塩化水素（塩酸ガス）が発生する。

本減容処理システム１は、減容装置の下流に塩酸回収装置３１が設けてあり、この塩酸回収装置３１で塩化水素を回収し、塩酸として生成できるように構成されている。塩酸回収装置３１としては、ベンチュリースクラバー、水散布装置などを含むものが挙げられる。

このような構成であるため、減容処理により有害な塩化水素が発生しても、塩酸化できるため、有害なガスとして拡散することを防止することができる。

また、塩素やフッ素を含むガスを、減容炉２１に収容した金属材（アルミニウム、鉄、亜鉛、銅など）と反応させることで塩化化合物やフッ化化合物を生成することができる。これらの化合物は、その昇華性を利用して、分離、精製することで高純度化することができる。例えば、鉄と塩化水素が反応して生成される塩化鉄は、２８０℃で昇華を繰り返すことで高純度な塩化鉄を生成することができる。塩化銅については、さらに高温で昇華を繰り返せばよい。酸化鉄はさらに還元して粉末冶金（金属粉末を成型して焼結し金属製品を製造する方法）の原料とすることもできる。

塩化鉄は、有機化学反応における酸化剤や触媒、分析試薬として利用でき、また鉄塩の製造、顔料、インキ、媒染剤に用いられるほか、止血薬、収斂薬としても使われる。塩化銅は、触媒や石油精製の脱臭、脱硫剤、染色における媒染剤、アニリン系色素の酸化剤などに用いられるほか、鉱石からの水銀の回収、メッキ、写真、ガラス着色用顔料，木材防腐剤、消毒剤などに広く利用される。

このように、金属材を含む無機系廃棄物を有機系廃棄物とともに無酸素状態で加熱処理することで、それにより生成される生成物を種々の用途に再利用することができる。

＜金属選別工程＞
以上の減容工程ののちには、減容容器２５から炭化物および炭化されなかった無機系廃棄物を取り出し、それらの中から残存金属材を金属選別装置３０で取り出すことができる。金属選別装置３０としては、比重、磁気、光学系などを利用したものが挙げられる。

金属選別工程は減容工程ののちに実行されるため、減容した廃棄物３の中から残存金属材を取り出しやすくなる。特に、プラスチックと金属材とが一体となった廃棄物３の場合、熱分解により炭化物と金属材とが分離されるため、金属材の取り出しが容易になる。また、上述したように、塩化鉄や塩化銅も得られる。

以上の減容工程ののちには、減容容器２５から炭化物を取り出してから、ついで、その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が実施される。

＜粉砕工程＞
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＞
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。

こうして不適物が除去された粉砕炭化物は、後述するＣランクの粉砕炭化物と同様に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。これについては図３、図４に示した実施形態の説明において詳述する。

従来、プラスチックごみに限らず、ごみの炭化は、４００℃以上から炭化が始まるため、通常は効率化のため、５００〜６００℃以上に加熱された炭化炉で蒸し焼き等による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、紛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。

上述の段階的な昇温による炭化では、プラスチックごみを含む廃棄物３をむらなく均一で良質に炭化できることが、本発明の発明者らによる種々の試験により実証されている。すなわち、上述の方法によれば、プラスチックごみなどの有機系廃棄物を炭化により２０〜３０％に減容（例えば約３０トンの有機系廃棄物を約６トンの炭化物にすることができる）させることができ、かつ、その炭化物のほとんどを再利用することができる。

また減容炉２１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減容炉２１を備えた減容装置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減容装置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減容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減容処理方法および減容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減容装置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。

＜第２の実施形態＞
ついで、図５〜図７に示した第２の実施形態に係る減容処理方法および減容処理システムについて説明する。図８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減容処理方法の各工程後の実際の写真を段階毎に示した表である。

この減容処理方法は、図１のものと同様、断裁工程、減容工程（第１減容工程、第２減容工程）、金属選別工程、塩酸回収工程、粉砕工程、適不適選別工程とが実行されるが、断裁工程の前に、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が実行される手順とされている。本例においても断裁工程が含まれるが、省略してもよい点は第１の実施形態と同様である。廃棄物３としては、図１のものと同様、プラスチックなどの有機系廃棄物および金属材などの無機系廃棄物の両方を含んでいる。

この選別工程は、図５に示すように、有機系廃棄物をプラスチック純度に基づいてＡ，Ｂ，Ｃの３ランクにランク分けする工程である。ここで、プラスチック純度とは廃棄物に含まれる主たるプラスチックごみの含有率とされる。例えば、主たるプラスチックごみとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリウレタン（ＰＵ）などが挙げられる。図５はペットボトルを例とした説明図である。ペットボトルの含有率Ａランクはペットボトル含有率が約１００％、Ｂランクはペットボトル含有率が約７０〜９０％、Ｃランクはペットボトル含有率が約５０〜７０％とされる。このような選別は人手、機械のいずれで行ってもよい。

このようにランク分けされたプラスチックごみなどの有機系廃棄物を含む廃棄物の減容処理として、図６に示すように、第１実施形態と同様に断裁工程、減容工程を順に実施すればよい。断裁工程はランクごとに断裁装置１０を用いて実施すればよく、例えばＡランクのものは、０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度に断裁し、Ｂランクのものも、０．５〜３ｃｍ程度に断裁し、Ｃランクものは、５〜１０ｃｍ程度に断裁する。この断裁寸法は特に限定されない。

図８の表の「断裁工程後」の欄には、Ａランク、Ｂランク、Ｃランクのそれぞれの断裁した後、プラスチックごみを含む廃棄物の写真が示されている。図８からわかるように、Ａランクはペットボトルの含有率が約１００％であるので、透明なペットボトル素材ばかりで構成されている。また図５からわかるように、Ｂランクはペットボトルの含有率が約７０〜９０％であるので、ほとんどが透明のペットボトルではあるが、着色されているプラスチック素材の存在がみてとれ、Ｂランクには、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とが混在している。さらに図８からわかるように、Ｃランクはペットボトルの含有率が約５０〜７０％であるので、ペットボトル以外のプラスチック素材、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とが混在しているだけでなく、木片、ゴム、紙等、素材が特定不能なごみの存在もみてとれる。

そして、このように選別された有機系廃棄物を含む廃棄物を断裁後、減容工程についてもランクごとに減容装置２０を用いて実施すればよい。また、無機系廃棄物も図１のものと同様、有機系廃棄物とともに減容装置２０で減容処理すればよい。

図８の表の「減容工程後」の欄には、Ａランク、Ｂランク、Ｃランクのそれぞれの炭化した後、炭化物の状態を写真で示す。このように本実施形態の処理方法によれば、白黒写真でみると外観上では違いがわからないくらいに均質な炭化物を得ることができる。

なお減容工程については、図６に示したように、１つの減容装置２０の減容炉２１にランクごとの減容容器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。断裁工程および減容工程（減容装置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。

減容工程ののちには、図１の実施形態のものと同様、金属選別工程、塩酸回収工程、粉砕工程、適不適選別工程が実施される。金属選別工程および塩酸回収工程については、図１のものと同様であるため、その説明を割愛する。

金属材を取り出したのちの粉砕工程では、例えばＡランクのものは５〜８μｍに粉砕し、Ｂランクのものは１０〜３０μｍに粉砕し、Ｃランクのものは１００〜２００μｍに粉砕してもよい。図５の表の「粉砕工程後」の欄には、Ａランク、Ｂランク、Ｃランクのそれぞれの粉砕した後の状態が写真で示されている。Ａランクの粉砕工程後の写真から非常にきめ細かく均質な炭化物（活性炭）であることがわかる。Ｂランクの粉砕工程後の写真からも同様にきめ細かく均質な活性炭（活性炭）であることがわかる。Ｃランクの粉砕工程後の写真からは、白黒化されているので、白っぽく写っているものがみられるが、不純物ではなく、均質に炭化されたものである。

適不適選別工程が実施された後の粉砕炭化物は、ランクにより工程が分かれる。ＡランクおよびＢランクのものについては賦活工程が実施され、Ｃランクのものについては賦活工程を実施してもよいが、用途としては、実施不要である。

より具体的には、Ａランクのものについては、マイクロ波と熱を用いたハイブリッド炭化炉よりなる活性炭化装置１３にてアルカリ賦活処理がなされ、比表面積３，０００〜３，６００ｍ２／ｇの活性炭が形成される。Ｂランクのものについては、他の活性炭化装置１３にて水蒸気賦活がなされ、比表面積５００〜１，０００ｍ２／ｇの活性炭が形成される。

活性炭化装置１３として減容装置２０を共用してもよいが、賦活処理は上記減容処理よりも高温にして実施する可能性があるため、減容炉２１を上述したような耐熱、耐火性のものとすることが望ましい。なお、活性炭化装置１３としては、バッチ式、ロータリー式など種々のものを用いることができる。

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＞
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＞
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。

また、以上の純度の高いＡ、Ｂランクの炭化物を賦活処理することで、活性炭の一種である分子篩炭を形成することもできる（図７参照）。この分子篩炭は、微細孔を利用して分子サイズのガスを閉じ込める（吸着する）目的として利用するものである。つまり、複数のガスの分子の大きさの差を利用すれば、分子篩炭で複数種のガスを分離することができる。分子篩炭としては例えば、空気中の酸素を吸着させて窒素を分離するための分子篩炭や、メタンを吸着させる分子篩炭、有害ガスを吸着させる分子篩炭が挙げられる。

この分子篩炭は、閉じ込めるガスの種類におうじて、そのガスの分子サイズに対応した微細孔を備える必要がある。微細孔のサイズは、活性炭化装置１３の炉の温度、賦活ガスの量、時間を調整することで所望のものに調整することができる。

＜Ｃランク＞
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したりすることで、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。Ｃランクのものも活性炭にしてダイオキシン類の吸着用途に利用することもできる。

活性炭は、微細な穴に特定の分子サイズのガスを閉じ込める（吸着する）分子篩炭として利用することができる。つまり、複数のガスの分子の大きさの差を利用すれば、分子篩炭でガスを分離することができる。分子篩炭としては例えば、空気中の酸素を吸着させて窒素を分離するための分子篩炭や、メタンを吸着させる分子篩炭、有害ガスを吸着させる分子篩炭が挙げられる。

以上のように、上述した実施形態に係る減容処理方法および減容処理システム１によれば、プラスチックごみなどの有機系廃棄物を含む廃棄物を効率よく減容でき、その結果、得られた炭化物やガス、その他化合物は、上述したような種々の用途に有効使用することができる。また、ダイオキシン類や二酸化炭素などの有害物質の発生を低減化することができる。

また、有機系廃棄物に含まれる紙くず、木くずも炭化されるため、これらを減容処理前に分離する必要はなく、ごみ処理の手間が省ける。例えば、新聞紙も圧縮した状態で熱分解すればよい。プラスチック袋も圧縮しておけば減容することができる。

このような減容処理システム１によれば、近年社会問題とされていた不法投棄や海洋汚染の解決に寄与することができる。また、プラスチックごみ以外のものが多数混在する廃棄物３も有効に再利用できるため、プラスチックごみを含む廃棄物３の廃棄ゼロを目指すこともできる。

近時、膨大化するプラスチックごみは世界の海に流れ込み、波や紫外線で砕かれて５ｍｍ以下のマイクロビーズとなり、それが海を漂うと回収困難となるマイクロプラスチック問題が発生している。プラスチックごみは、ＰＣＢなどの有害物質を吸着し濃縮する性質があり、飲み込んだ魚や海鳥に蓄積され、生態系に悪影響を与えます。東京湾のカタクチイワシの約8割の胃から抽出されたデータが報告されている。このままでは年３億トンが海洋流出しており、２０５０年には世界の魚の量より多いプラスチックが海に流出するおそれがあり、まさに死の海となる。

日本は年間９，２００万トンのプラスチックごみを排出していると言われている。その約７割は焼却されているが、プラスチックは焼却時に高温になり炉を早く傷める。さらに燃焼にともない、多くの二酸化炭素が排出され、地球温暖化対策にも逆行する。人口４０万人の町のゴミ焼却炉の費用は約１００億円かかっており、３０年が寿命で交換するが、取り壊しに莫大な費用が掛かる。ダイオキシン類や重金属などの有害物質の除去などの費用がプラスされ焼却炉の数倍のコストがかかる。また、リサイクルして再利用は約２７％であるが、リサイクルでは目先が変わるだけでプラスチックごみを減らすことにはならず増える一方である。

脱プラスチックや代替素材への転換としてセルロースやバイオ材料が盛んに言われているが、一時のバイオ燃料と同じように、コスト高と、樹木や食材が原料では本末転倒であり、自然破壊と食糧不足に繋がり、より人類に深刻な影響を与えかねない。プラスチックごみの中でストローやレジ袋などは全体の１％にしか満たない。自動車用塗料、船、飛行機、家、家具などは全て合成高分子材料を使用している。安くて強く、人間にとって便利で豊かな生活が送れる材料の代替品はない。

しかしながら、上述した減容処理方法、減容処理システム１を採用すれば、プラスチックごみを含む有機系廃棄物を２，３割の容量に減容することができる。ようするに千年経っても分解しない合成高分子（プラスチック）製品を今までどおり作っても、安全に減らすことができる。

また、家電製品や携帯電話機などの電気製品のごみは、金属材と樹脂材とが一体となったものが多く、焼却する場合には分解し素材ごとに分別する必要があるが、減容処理方法、減容処理システム１を用いれば、そのような必要はなく、ごみ処理を簡易に行うことができる。さらに、例えばスーパーなどで賞味期限切れとなった大量の食品ごみも樹脂製のパッケージを付けたまま廃棄することができる。もちろん、これらのごみのうちの有機系廃棄物は上述したような再利用が可能となる。

また、建築現場、解体現場で発生した大量の廃材ごみや、自然災害により発生した多くの災害ごみも、上述した減容処理方法、減容処理システム１により処理ができ、しかも熱分解による炭化によりリサイクルすることができる。また、地震や台風で出た大量の木材ごみを素早く処理でき、かつ減容できるため、災害復興にも寄与することとなる。

１ 廃棄物減容処理システム
３ 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 減容装置
２１ 減容炉
２１ａ 減容炉空間
２１ｂ 内壁
２２ 制御部
２３ 加熱部
２４ 密閉扉
２５ 減容容器
２６ フォークリフト
３０ 金属選別装置
３１ 塩酸回収装置

Claims (15)

1. 廃棄物を複数回、段階的に温度を昇温させて減容炉内で減容する減容工程を含んだ廃棄物減容処理方法であって、
   前記廃棄物は、プラスチックを含む有機系廃棄物と、金属材を含む無機系廃棄物とが混在してなり、その混在の態様として該プラスチックと該金属材とが一体となっていることが許容され、かつ前記プラスチックとして熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂をすくなくとも含む複数性状のものが含まれることが許容されており、
   前記減容工程は、２００℃前後に昇温維持され、無酸素または低酸素の状態に密閉された減容炉内に前記廃棄物を格納し加熱する第１減容工程と、前記第１減容工程の実行後、すくなくとも３５０〜４００℃の範囲内に前記減容炉内を昇温し、所定時間、加熱して減容する第２減容工程とを有し、前記有機系廃棄物をもとの総容量から２〜３割に減容する手順とされており、
   前記減容工程の後、前記金属材を取り出す金属選別工程がさらに実行され、
   前記減容工程の前に、前記廃棄物を該廃棄物に含まれる全てのプラスチックごみの中で最も割合の多いプラスチックごみの含有率とされるプラスチック純度に基づいて複数にランク分けする選別工程が実行され、
   前記金属選別工程の後に、前記減容工程を経て得られた減容物をさらに前記プラスチック純度のランクに対応した粒度に粉砕する粉砕工程が実行されることを特徴とする廃棄物減容処理方法。
2. 請求項１において、
   前記減容炉での前記廃棄物に対する加熱は、外部からの加熱と、内部からのマイクロ波による加熱とを含んでいることを特徴とする廃棄物減容処理方法。
3. 請求項１または２において、
   前記減容工程の後、排出された塩化水素ガスを塩酸として回収する塩酸回収工程を含むことを特徴とする廃棄物減容処理方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   前記粉砕工程の実行後に、篩にかけて不適物を取り除き粉砕炭化物を得る適不適選別工程を実行することを特徴とする廃棄物減容処理方法。
5. 請求項４において、
   前記適不適選別工程を経て得られた前記粉砕炭化物について活性炭化装置を用いて賦活を行い活性炭を形成する賦活工程を含むことを特徴とする廃棄物減容処理方法。
6. 請求項５において、
   前記活性炭には、前記活性炭化装置の炉の温度、賦活ガスの量、時間により微細孔のサイズ調整をして得られる分子篩炭が含まれることを特徴とする廃棄物減容処理方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において、
   前記減容炉には、二酸化炭素を吸収するアミン含有ゲルを配設したガス排出路が設けてあり、
   前記減容工程において前記廃棄物の加熱により発生したガスが前記ガス排出路を通じて排出され、再利用されることを特徴とする廃棄物減容処理方法。
8. プラスチックを含む有機系廃棄物と、金属材を含む無機系廃棄物とが混在した廃棄物について、
   その混在の態様として、前記プラスチックと前記金属材とが一体となっていることが許容され、かつ前記プラスチックとして熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂をすくなくとも含む複数性状のものが含まれることが許容されており、
   無酸素または低酸素の状態で、かつ２００℃前後での減容処理をし、３５０〜４００℃前後での減容処理をして、前記有機系廃棄物をもとの総容量から２〜３割に減容する減容装置と、該減容装置によって減容された減容物と分別して残存金属材を取り出す金属選別装置と、前記減容物をさらに所定の粒度に粉砕する粉砕装置とを有しており、
   前記減容装置に投入される前記廃棄物は、該廃棄物に含まれる全てのプラスチックごみの中で割合の多いプラスチックごみの含有率とされるプラスチック純度に基づいて複数にランク分けされており、
   前記粉砕装置による前記減容物の粉砕粒度が前記プラスチック純度のランクに対応したものであることを特徴とすることを特徴とする廃棄物減容処理システム。
9. 請求項８において、
   前記減容装置は、前記廃棄物に対し、外部からの加熱と、内部からのマイクロ波による加熱とを行うことを特徴とする廃棄物減容処理システム。
10. 請求項８または９において、
    前記減容装置は、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減容炉と、該減容炉内の減容炉空間を加熱し前記廃棄物を減容させる加熱部と、前記減容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、前記減容炉内を無酸素または低酸素の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減容処理システム。
11. 請求項９〜１０のいずれか１項において、
    前記減容装置で排出された塩化水素ガスを塩酸として回収する塩酸回収装置を有することを特徴とする廃棄物減容処理システム。
12. 請求項９〜１１のいずれか１項において、
    前記粉砕装置により粉砕された粉砕炭化物を篩にかけて不適物を取り除く適不適選別装置を有することを特徴とする廃棄物減容処理システム。
13. 請求項１２において、
    前記適不適選別装置によって選別された前記粉砕炭化物の賦活を行い活性炭とする活性炭化装置を有することを特徴とする廃棄物減容処理システム。
14. 請求項１３において、
    前記活性炭には、前記活性炭化装置の炉の温度、賦活ガスの量、時間により微細孔のサイズ調整をして得られる分子篩炭が含まれることを特徴とする廃棄物減容処理システム。
15. 請求項９〜１４のいずれか１項において、
    前記減容装置には前記廃棄物の加熱により発生したガスを再利用するためのガス排出路が設けてあり、該ガス排出路に二酸化炭素を吸収するアミン含有ゲルが配設されていることを特徴とする廃棄物減容処理システム。

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