WO2016013535A1 - 亜臨界水処理方法及び装置 - Google Patents

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敏勝 鈴木
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株式会社ピーシーエス
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/02—Feed or outlet devices therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/04—Pressure vessels, e.g. autoclaves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/06—Treatment of sludge; Devices therefor by oxidation
    • C02F11/08—Wet air oxidation
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids
    • G21F9/30—Processing

Definitions

  • the present invention relates to a subcritical water treatment method and apparatus for decomposing organic waste, sludge and the like using saturated steam at high temperature and high pressure.
  • Patent Document 1 water is decomposed using saturated steam at high temperature and high pressure while stirring organic waste in a pressure resistant vessel (pressure vessel).
  • pressure vessel pressure resistant vessel
  • processing unit thermally decomposes.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and it is not necessary to use excessively high temperatures and pressures, and it is possible to leave useful substances, and to increase the size of organic wastes and sludges. It is an object of the present invention to provide a subcritical water treatment method and a subcritical water treatment apparatus capable of increasing the throughput per hour and significantly reducing the energy consumption for treatment.
  • the present inventor has detected the timing at which the decomposition of a part of the object to be treated starts in the process of treating the object to be treated consisting of organic waste and sludge in subcritical water treatment. It has been found that if the temperature at the start of decomposition is maintained for a short time by controlling the supply of high temperature, high pressure saturated steam at timing, other parts of the object to be treated can be decomposed sequentially.
  • the temperature at which decomposition starts is approximately 150 ° C for rice straw, sewage sludge, etc., 180 ° C for meat and fish, 220 ° C for plastics (excluding Si resin), and the pressure is It was 18-20 atm.
  • the present invention solves the above-mentioned subject by the following examples.
  • a subcritical water treatment method comprising the step of adjusting the supply amount of the steam and the subcritical water treatment step of stopping the feed of the steam thereafter.
  • a subcritical water treatment apparatus that injects high temperature, high pressure steam into a pressure vessel to decompose the object to be treated in the pressure vessel, and supplies high temperature, high pressure steam into the pressure vessel Controlling the water vapor supply device, a plurality of stirring blades for stirring the processing object in the pressure vessel, a stirring device including a rotating shaft for driving the stirring blades, A steam control device for controlling the amount of steam supplied to a pressure vessel; an inlet for the object to be treated, an outlet for taking out the object to be treated, provided in the pressure vessel; A steaming inlet for injecting high pressure steam, the steam control device comprising a temperature sensor for measuring the temperature at one or more points in the pressure vessel, and one or more in the pressure vessel Pressure sensor that measures pressure at a point A control device body to which these sensor output signals are input, and an on-off valve drive device for driving a steam on-off valve for adjusting the amount of water vapor supplied by the water vapor supply device based on a command signal from the control device body;
  • the control unit body is
  • a command signal for controlling the steam on-off valve is output to the drive device so as to maintain the temperature at the time of the rapid rise start to the rapid finish end in the pressure vessel for 5 to 10 minutes, and the 5 to 10 A subcritical water treatment apparatus, which is configured to output a command signal for closing the steam on-off valve after a lapse of a minute.
  • the start of decomposition of the object to be treated by subcritical water is detected, and the amount of supply of high temperature, high pressure steam is minimized to maintain the temperature of the start of decomposition.
  • Subcritical water treatment can decompose the object to be treated with energy consumption.
  • the maximum temperature and the maximum pressure can be lowered, and the subcritical water treatment apparatus can be upsized.
  • Block diagram showing a subcritical water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention Front view showing the details of the subcritical water treatment system Same side view Same plan Circuit diagram showing control system of subcritical water treatment system Flow chart showing decomposition process of the object to be treated by the subcritical water treatment apparatus according to the same embodiment
  • the subcritical water treatment apparatus 20 injects high-temperature, high-pressure steam into the pressure vessel 22, and the radioactively contaminated soil in the pressure vessel 22, and It decomposes the processing object including at least one of the sludge.
  • the subcritical water treatment apparatus 20 includes a pressure vessel 22, a water vapor supply device 24, a stirring device 26, a water vapor control device 30, and a rotating shaft control device 50. It is configured with.
  • the pressure vessel 22 includes an inlet 22A for introducing an object to be treated, an outlet 22B for discharging the object to be treated having a subcritical water treatment, and a high temperature, high pressure steam injected into the pressure vessel 22. And water vapor inlets 22C (two locations) for the purpose.
  • the input port 22A is formed in a cylindrical shape so as to project from the upper portion of the pressure vessel 22, and is opened and closed by the clutch door 23A at the upper end.
  • symbol 22D of FIG. 1 is a steam discharge port, This steam discharge port 22D is formed in the cylinder shape standingly installed upwards from the upper end of the pressure vessel 22, and it is made to discharge excess steam outside. ing. There is a steam outlet 22E also at the upper end of the tubular body.
  • the outlet 22B is attached to the pressure vessel 22 so as to be inclined downward at the right end in FIG. 1 and is opened by the handle 22F so that the subcritical water treated treated object can be discharged to the outside .
  • the rotary shaft 26A of the stirring device 26 is rotated so as to push the object to be treated therein toward the outlet 22B.
  • the steam supply device 24 supplies the high temperature, high pressure steam produced by the boiler 24A into the pressure vessel 22 from the steam inlet 22C via the pressure control valve 24B and the steam on-off valve 36 (described later). It is done.
  • the stirring device 26 is a rotary shaft 26A disposed substantially horizontally and centrally through the pressure vessel 22, and a plurality of radial shafts 26A of the rotary shaft 26A extending in a longitudinal direction. And the stirring blade 26B.
  • the rotary shaft 26A is driven by a motor 27 provided on the lower left side in FIG. 1 via a reduction gear 28 so as to stir the processing object in the pressure vessel 22.
  • the rotational direction of the rotating shaft 26A is switched clockwise or counterclockwise at regular intervals, and the stirring blade 26B moves the processing object from the side of the outlet 22B to the direction of the motor 27 or It is supposed to send in the opposite direction.
  • the water vapor control device 30 includes temperature sensors 32A and 32B attached to three places on the outside of the pressure vessel 22, and similarly, a pressure sensor 34A attached to the upper outside of the pressure vessel 22. 34 B, a steam on-off valve 36 for adjusting the supply amount of steam to the steam inlet 22 C, a steam discharge valve 37 for discharging the steam in the pressure vessel 22, and a controller main body 40 ing.
  • the temperature sensors 32A, 32B are adapted to detect the temperature inside the pressure vessel 22, and the pressure sensors 34A, 34B are adapted to detect the pressure inside the pressure vessel 22.
  • Detection output signals of the temperature sensors 32A and 32B and the pressure sensors 34A and 34B are output to the control device main body 40.
  • the control device main body 40 comprises a CPU, and drives the steam on-off valve 36 via the on-off valve drive device 38 based on the detected temperature signal and the detected pressure signal from the temperature sensors 32A and 32B and the pressure sensors 34A and 34B. , And the amount of steam supplied into the pressure vessel 22 can be adjusted.
  • the rotation shaft control device 50 is attached to the rotation shaft 26A and rotates the motor 27 based on sensor output signals from the rotation speed sensor 52A that detects the rotation speed and the rotation torque sensor 52B that detects the rotation torque.
  • the speed is to be controlled.
  • the rotation shaft control device 50 has a constant product of the rotation speed of the rotation shaft 26A based on the output signal from the rotation speed sensor 52A and the rotation torque of the rotation shaft 26A based on the output signal from the rotation torque sensor 52B.
  • the rotational speed of the motor 27 is controlled to be a value.
  • the pressure vessel 22 is heated and pressurized by saturated steam, and since the pressure of the saturated steam has a certain relationship with the temperature, the numerical value of the pressure is omitted to be shown.
  • control device main body 40 and the rotating shaft control device 50 of the water vapor control device 30 in the subcritical water treatment device 20 are set as follows.
  • the controller main body 40 measures the temperature and pressure in the rising pressure vessel 22 and detects the temperature and pressure spikes when the temperature is 150 ° C. or higher according to the sensor output signal of either of the temperature sensors 32A, 32B. Water vapor so as to maintain the temperature in the pressure vessel 22 for 5 to 10 minutes above the temperature at the start of the detected spike, after detecting the spike.
  • the pressure supply to the pressure vessel 22 is adjusted, and after the time has elapsed, the supply of water vapor is stopped.
  • the rotational shaft control device 50 is set to control the rotational speed of the motor 27 so that the product of the rotational torque and the rotational speed of the rotational shaft 26A in the stirring device 26 for stirring the object to be decontaminated becomes constant. Keep it. Specifically, the product of the rotational speed detected by the rotational speed sensor 52A and the rotational torque detected by the rotational torque sensor 52B is set to a constant value.
  • step 101 of FIG. 7 the input port 22A is opened, and the object to be treated, which is a marine waste, is introduced into the pressure vessel 22.
  • the high temperature, high pressure steam produced by the boiler 24A of the steam feeding device 24 is injected into the pressure vessel 22 from the steam inlet 22C.
  • the rotary shaft 26A of the stirring device 26 is rotated by the motor 27 to start stirring the processing object in the pressure vessel 22.
  • the object to be treated is, for example, a high viscosity in the case of the scallop's uro (midgut line), and a large mass in the case of a fish head or viscera, so relatively large resistance is applied to the stirring blade 26B . Therefore, the resistance of the rotation torque of the rotation shaft 26A is increased, and the rotation speed is correspondingly reduced.
  • At least one of the temperature sensors 32A, 32B detects that the temperature in the pressure vessel 22 has reached 150.degree.
  • the treatment object in the pressure vessel 22 has a smaller agitation resistance due to the entry of water vapor, that is, the rotation torque of the rotation shaft 26A is reduced, and the rotation speed is automatically increased (step 105). ). Therefore, the object to be treated is more frequently shocked by the stirring blade 26B and mixed with a large amount of water vapor, and is uniformly and efficiently heated.
  • organic cadmium contained in, for example, scallop umbilical cord and organic mercury contained in fish viscera are separated from proteins and become nontoxic.
  • the protein When the protein is treated with subcritical water, it becomes an amino acid, but if the supply of water vapor is stopped or reduced at this stage, the progress of decomposition is stopped, and the amino acid can be used as, for example, fertilizer or livestock feed.
  • At step 106 when high temperature, high pressure steam is injected into the pressure vessel 22, at step 106, at least one of the temperature sensors 32A, 32B or the pressure sensors 34A, 34B is the temperature in the pressure vessel 22 and / or Detect pressure spikes.
  • the sudden rise means that the temperature and pressure have risen in a straight line with a gentle slope almost in proportion to time, along the curve or straight line with a slope of 20% or more with respect to the slope.
  • a rise is defined as a surge.
  • the inventor of the present invention has determined that the rapid rise in temperature and / or pressure in the pressure vessel 22 is caused by high temperature, high pressure steam when a part of the object to be treated starts to decompose in the pressure vessel 22. It is considered that the heat of decomposition due to the decomposition of a part of the object to be treated is added to the increase in temperature and / or pressure.
  • the inventors have found that the heat of decomposition differs depending on the type of material contained in the object to be treated, and further, even if decomposition starts even in part, the heat of decomposition causes even different types of materials to be sequentially It has been found that the decomposition starts and the heating and pressurization with additional high temperature, high pressure steam is not necessary.
  • the steam control device 30, the temperature sensors 32A and 32B, and the pressure sensors 34A and 34B input a signal for detecting a rapid rise in temperature or pressure, thereby opening / closing the steam via the on-off valve drive device 38.
  • the valve 36 is controlled to maintain the temperature in the pressure vessel 22 for 5 to 10 minutes above the temperature at the start of the surge (see step 108).
  • next step 109 the steam supply is stopped, and the steam is discharged from the steam outlets 22D and 22E to reduce the temperature and pressure in the pressure vessel 22, and the subcritical water treatment of the object to be treated is finished.
  • step 110 the outlet 22B of the pressure vessel 22 is opened, the object to be treated is taken out, and the heat is dissipated.
  • the supply of water vapor is controlled based on the temperature (and / or pressure) change in the pressure vessel 22, but the present invention is not limited to this, and may be based on other factors. You may
  • the supply of water vapor may be controlled based on a factor that reduces the difference between the amount of supplied steam and the amount of discharged steam by 20% or more in 10 to 60 minutes.
  • the amount of steam is reduced because the steam is not consumed for heating the object to be treated.
  • the object to be treated is a marine waste in the above example
  • the present invention is not limited to this, and the object to be treated may be agricultural agent waste such as rice straw, vegetable scrap, hay, dead leaf, wood chip, Industrial waste such as branches, waste plastic, waste paper, waste paper, papermaking residue, food waste such as waste may be used.
  • the Si resin is not decomposed but remains as a lump.
  • rice straw, paper, dead grass and the like have a lower temperature at the start of decomposition as compared to proteins, rice straw and the like may be added when treating fish waste with subcritical water.

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Abstract

有機系廃棄物や汚泥を、大型の圧力容器で少ないエネルギー消費量で分解する亜臨界水処理方法であって、圧力容器内に高温、高圧の水蒸気を供給して、圧力容器内の有機系廃棄物や汚泥からなる処理対象物を攪拌しつつ加温、加圧し、圧力容器内の温度が１５０℃以上で、圧力容器内の温度及び圧力の少なくとも一方の急上昇を検出し、この検出の後、圧力容器内の温度を、急上昇開始時の温度以上に５～１０分間維持するように、水蒸気の供給量を調整し、その後、水蒸気の供給を停止する亜臨界水処理方法。

Description

亜臨界水処理方法及び装置
　本発明は、有機系廃棄物、汚泥等を高温、高圧の飽和水蒸気を用いて分解する亜臨界水処理方法及び装置に関する。
　従来の亜臨界水処理装置としては、例えば特許文献１に開示されるように、耐圧容器（圧力容器）内において有機系廃棄物を攪拌しながら、高温、高圧の飽和水蒸気を用いて水分解するとともに熱分解する処理装置がある。
　このような亜臨界水処理装置を利用して、上記のような有機系廃棄物や汚泥を処理する場合、全部を分解するまでには長時間、高温、高圧状態を維持しなければならず、水蒸気のための熱エネルギー及び攪拌のための回転エネルギーの消費量が非常に大きくなってしまうという問題点がある。
　また、耐圧容器内で長時間、高温、高圧状態を維持した結果、例えば植物の場合、低分子量に分解され、肥料として有用な状態から更に分解されて、炭化状態となって単なるゴミとなってしまうという無駄があった。即ち、エネルギーを大量に消費して過剰な分解をしていた。
　更に、高温、高圧に耐えるために耐圧容器の強度を大きくする必要があり、結果として耐圧容器の容量が制限され、時間当たりの処理量を大きくできないという問題点がある。
特許第４７５１９７７号公報
　本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、過剰に高温、高圧とする必要がなく、有用物を残すことができ、且つ、大型化を有機系廃棄物や汚泥の時間当たりの処理量を増大させ、また、処理のためのエネルギー消費量を大幅に低減することができる亜臨界水処理方法及び亜臨界水処理装置を提供することを課題とする。
　本発明者は、鋭意研究の結果、有機系廃棄物や汚泥からなる処理対象物を、亜臨界水処理する過程において、処理対象物の一部の分解が始まるタイミングを検出し、この分解開始のタイミングで、高温、高圧の飽和水蒸気の供給制御により、分解開始のタイミングにおける温度を短時間維持すれば、処理対象物の他の部分も、順次分解できることを見出した。
　本発明者の実験によれば、分解開始の温度は、概ね、稲わら、下水汚泥等は１５０℃、肉・魚は１８０℃、プラスチック（Ｓｉ樹脂を除く）は２２０℃前後であり、圧力は１８～２０気圧であった。
　即ち、本発明は以下のような実施例により上記課題を解決するものである。
（１）圧力容器内に、高温、高圧の水蒸気を供給して、該圧力容器内の処理対象物を攪拌しつつ加温、加圧する過程と、前記圧力容器内の温度が１５０℃以上の範囲で、前記圧力容器内の温度及び圧力の少なくとも一方の急上昇を検出する過程と、前記の検出の後、前記圧力容器内の温度を、前記急上昇開始時の温度以上に５～１０分間維持するように、前記水蒸気の供給量を調整する過程と、その後、水蒸気の供給を停止する亜臨界水処理過程を有することを特徴とする亜臨界水処理方法。
（２）圧力容器内に高温、高圧の水蒸気を注入して、該圧力容器内の処理対象物を、分解する亜臨界水処理装置であって、前記圧力容器内に高温、高圧の水蒸気を供給する水蒸気供給装置と、前記圧力容器内で、前記処理対象物を攪拌する複数の攪拌翼、及び、この攪拌翼を駆動する回転シャフトを含む攪拌装置と、前記水蒸気供給装置を制御して、前記圧力容器への水蒸気供給量を制御する水蒸気制御装置と、前記圧力容器に設けられた、前記処理対象物の投入口、処理済の前記処理対象物を取出すための取出口、及び、前記高温、高圧の水蒸気を注入するための水蒸注入口と、を有してなり、前記水蒸気制御装置は、圧力容器内の１以上の個所の温度を測定する温度センサーと、圧力容器内の１以上の個所の圧力を測定する圧力センサーと、これらのセンサー出力信号が入力される制御装置本体と、この制御装置本体からの指令信号に基づいて、前記水蒸気供給装置による水蒸気供給量を調節する蒸気開閉弁を駆動する開閉弁駆動装置と、を有し、前記制御装置本体は、前記圧力容器内の温度が１５０℃を越えた範囲で、前記温度センサーによる検出温度及び前記圧力センサーにおける検出圧力の少なくとも一方が、急上昇したとき、前記開閉弁駆動装置に対して、前記圧力容器内における前記急上昇開始時乃至急上昇終了時の温度を５～１０分間維持するように、前記蒸気開閉弁を制御する指令信号を出力し、且つ、前記５～１０分間の経過後に、前記蒸気開閉弁を閉じる指令信号を出力するように構成されたことを特徴とする亜臨界水処理装置。
　本発明によれば、亜臨界水による処理対象物の分解開始を検知し、分解開始の温度を維持するように高温、高圧蒸気の供給量を最小とすることにより、従来比で約５０％のエネルギー消費量で、亜臨界水処理により処理対象物を分解できる。
　これにより、最高温度、最高圧力を低くでき、亜臨界水処理装置を大型化できる。また、処理対象物を過剰に分解することなく有用物とすることも可能となった。
本発明の実施例に係る亜臨界水処理装置を示すブロック図 同亜臨界水処理装置の詳細を示す正面図 同側面図 同平面図 亜臨界水処理装置の制御系統を示す回路図 同実施例に係る亜臨界水処理装置による、処理対象物の分解過程を示すフローチャート
　以下本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
　図１に示されるように、実施例１に係る亜臨界水処理装置２０は、圧力容器２２内に高温、高圧の水蒸気を注入して、該圧力容器２２内の、放射能汚染された土壌及び汚泥の少なくとも一方を含む処理対象物を分解するものである。
　図１～図３、図５に示されるように、亜臨界水処理装置２０は、圧力容器２２と、水蒸気供給装置２４と、攪拌装置２６と、水蒸気制御装置３０と、回転シャフト制御装置５０とを備えて構成されている。
　圧力容器２２は、処理対象物を投入するための投入口２２Ａと、亜臨界水処理を終えた処理対象物を排出するための取出口２２Ｂと、圧力容器２２内に高温、高圧の水蒸気を注入するための水蒸気注入口２２Ｃ（２ヶ所）とを備えている。
　投入口２２Ａは、圧力容器２２の上部に筒状に突出して形成され、上端のクラッチドア２３Ａによって開閉されるようになっている。
　図１の符号２２Ｄは蒸気排出口であり、この蒸気排出口２２Ｄは、圧力容器２２の上端から上方に立設された筒状に形成されていて、過剰な蒸気を外部に排出するようにされている。筒状体の更に上端にも蒸気排出口２２Ｅがある。
　取出口２２Ｂは、圧力容器２２の、図１において右端に下向きに傾斜して取付けられ、ハンドル２２Ｆにより開口されて、亜臨界水処理の終わった処理対象物を外部に排出できるようにされている。このとき、攪拌装置２６の回転シャフト２６Ａは、内部の処理対象物を取出口２２Ｂ方向に押出すように回転される。
　水蒸気供給装置２４は、ボイラー２４Ａによって生産された高温、高圧の水蒸気を、圧力調整弁２４Ｂ及び蒸気開閉弁３６（説明後述）を介して、水蒸気注入口２２Ｃから圧力容器２２内に供給するようにされている。
　攪拌装置２６は、圧力容器２２内の、ほぼ中心を水平に貫通して配置された回転シャフト２６Ａ、及び、この回転シャフト２６Ａの、長手方向複数箇所に半径方向に延在して取付けられた複数の攪拌翼２６Ｂとを備えて構成されている。回転シャフト２６Ａは、図１において左端下側に設けられたモーター２７から減速機２８を介して駆動され、圧力容器２２内の処理対象物を攪拌するようにされている。
　ここで、回転シャフト２６Ａは、通常運転時は、一定間隔で時計方向又は反時計方向に回転方向が切替えられて、攪拌翼２６Ｂが処理対象物を取出口２２Ｂ側からモーター２７方向へ、また、その反対方向に送るようにされている。
　図５に示されるように、水蒸気制御装置３０は、圧力容器２２の外側の３箇所に取付けられた温度センサー３２Ａ、３２Ｂと、同様に、圧力容器２２の上部外側に取付けられた圧力センサー３４Ａ、３４Ｂと、水蒸気注入口２２Ｃへの水蒸気の供給量を調整する蒸気開閉弁３６と、圧力容器２２内の蒸気を排出するための蒸気排出弁３７と、制御装置本体４０と、を備えて構成されている。
　温度センサー３２Ａ、３２Ｂは、圧力容器２２の内側の温度を検出するようにされ、又、圧力センサー３４Ａ、３４Ｂは、圧力容器２２の内側の圧力を検出するようにされている。
　これら温度センサー３２Ａ、３２Ｂと圧力センサー３４Ａ、３４Ｂの検出出力信号は、制御装置本体４０に出力するようにされている。
　制御装置本体４０は、ＣＰＵからなり、温度センサー３２Ａ、３２Ｂ、圧力センサー３４Ａ、３４Ｂからの検出温度信号及び検出圧力信号に基づいて、開閉弁駆動装置３８を介して、蒸気開閉弁３６を駆動し、圧力容器２２内への蒸気供給量を調整できるようにされている。
　回転シャフト制御装置５０は、回転シャフト２６Ａに取付けられて、その回転速度を検出する回転速度センサー５２Ａと、回転トルクを検出する回転トルクセンサー５２Ｂとからのセンサー出力信号に基づいて、モーター２７の回転速度を制御するようにされている。
　具体的には、回転シャフト制御装置５０は、回転速度センサー５２Ａから出力信号に基づく回転シャフト２６Ａの回転速度と、回転トルクセンサー５２Ｂからの出力信号に基づく回転シャフト２６Ａの回転トルクとの積が一定値となるように、モーター２７の回転速度を制御するように構成されている。
　次に、本実施例１にかかる亜臨界水処理装置２０によって、水産廃棄物を分解する過程について、図６を参照して詳細に説明する。
　なお、圧力容器２２は、飽和蒸気により加熱、加圧され、飽和蒸気の圧力は温度と一定の関係があるので圧力の数値は示すことを省略する。
　まず、亜臨界水処理装置２０における水蒸気制御装置３０の、制御装置本体４０及び回転シャフト制御装置５０を次のように設定しておく。
　制御装置本体４０は、上昇しつつある圧力容器２２内の温度及び圧力を測定して、温度センサー３２Ａ、３２Ｂのいずれかのセンサー出力信号による温度が１５０℃以上で、温度及び圧力の急上昇の検出が可能なように設定され、また、前記の急上昇の急上昇を検知した後、圧力容器２２内の温度を、前記検出した急上昇の開始時の温度以上に、５～１０分間維持するように、水蒸気の圧力容器２２内への供給量を調整し、且つ、その時間経過後に水蒸気の供給を停止するように設定されている。
　回転シャフト制御装置５０は、除染処理対象物を攪拌する攪拌装置２６における、回転シャフト２６Ａの回転トルクと回転速度との積が一定となるように、モーター２７の回転速度を制御するように設定しておく。具体的には、回転速度センサー５２Ａにより検出される回転速度と、回転トルクセンサー５２Ｂにより検出される回転トルクの積が一定値となるようにしておく。
　次に、図７のステップ１０１に示されるように、投入口２２Ａを開いて水産廃棄物である処理対象物を圧力容器２２内に投入する。
　次のステップ１０２においては、水蒸気供給装置２４のボイラー２４Ａで製造された高温、高圧蒸気を、水蒸気注入口２２Ｃから圧力容器２２内に注入する。
　ステップ１０３に進み、モーター２７により攪拌装置２６の回転シャフト２６Ａを回転させて、圧力容器２２内で処理対象物の攪拌を開始する。このとき、処理対象物は、例えば、帆立貝のウロ（中腸線）の場合は、粘性が高く、魚の頭部や内臓の場合は大きな塊であるため、攪拌翼２６Ｂには比較的大きな抵抗がかかる。従って、回転シャフト２６Ａの回転トルクの抵抗は大きくなり、それに対応して回転速度は遅くなる。
　次のステップ１０４では、圧力容器２２内の温度が１５０℃に到達したことを、温度センサー３２Ａ、３２Ｂの少なくとも１つによって検出する。
　このとき、圧力容器２２内の処理対象物は、水蒸気が入り込むことにより攪拌抵抗がより小さくなるので、すなわち、回転シャフト２６Ａの回転トルクが小さくなるので、回転速度は自動的に増大する（ステップ１０５）。従って、処理対象物は、更に頻繁に攪拌翼２６Ｂにより衝撃を受けて多くの水蒸気が混入し、均一に、且つ、効率よく加熱される。
　上記のように、処理対象物が１５０℃以上になると、例えば帆立貝のウロに含まれる有機カドミウムや魚の内臓に含まれる有機水銀は蛋白質から分離し、無毒となる。
　蛋白質が亜臨界水処理されると、アミノ酸になるが、この段階で水蒸気の供給を停止又は減少させると分解の進行が止まり、アミノ酸は例えば肥料、家畜の飼料として利用可能となる。
　更に、高温、高圧の水蒸気を圧力容器２２内に注入していくと、ステップ１０６において、温度センサー３２Ａ、３２Ｂ、又は、圧力センサー３４Ａ、３４Ｂの少なくとも１つが、圧力容器２２内の温度及び／又は圧力の急上昇を検知する。
　ここで、急上昇とは、それまでほぼ時間に比例して温度及び圧力が穏やかな傾きの直線状に上昇していたのが、前記傾きに対して２０％以上の傾きの曲線又は直線に沿って上昇する場合を、急上昇と定義する。
　本発明者は、実験の結果、上記のように、圧力容器２２内の温度及び／又は圧力の急上昇は、圧力容器２２内で処理対象物の一部が分解開始すると、高温、高圧の水蒸気による温度及び／又は圧力の上昇の上に、処理対象物の一部の結合の分解による分解熱が加わるためと考えている。
　又、本発明者は、上記分解熱は、処理対処物に含まれる材料の種類によって相違することを見出し、更に、一部でも分解が始まると、その分解熱によって、更に異なる種類の材料も順次分解が開始し、追加の高温、高圧の水蒸気による加熱、加圧が不要となることを見出した。
　更に、このときの条件として、圧力容器２２内の温度を、急上昇の開始時点の温度以上に５～１０分間維持すれば、分解が順次自動的に進行していくことを確実にできることがわかった。
　即ち、次のステップ１０７では、水蒸気制御装置３０、温度センサー３２Ａ、３２Ｂ及び圧力センサー３４Ａ、３４Ｂによる、温度又は圧力の急上昇を検出する信号の入力により、開閉弁駆動装置３８を介して、蒸気開閉弁３６が、前記急上昇の開始時点の温度以上に、圧力容器２２内の温度を５～１０分間維持するように制御する（ステップ１０８参照）。
　次のステップ１０９では、蒸気供給を停止して、且つ、蒸気排出口２２Ｄ、２２Ｅから蒸気を排出して圧力容器２２内の温度及び圧力を低減させ、処理対象物の亜臨界水処理を終了する。
　次に、ステップ１１０に進み、圧力容器２２の取出口２２Ｂを開いて、処理対象物を取出して、これを放熱する。
　なお、上記実施例では、圧力容器２２内の温度（及び／又は圧力）変化に基づいて水蒸気の供給を制御しているが、本発明はこれに限定させるものではなく、他のファクターに基づくようにしてもよい。
　例えば、圧力容器２２への蒸気の収支の変化に基づくものでもよい。具体的には、蒸気供給量と蒸気排出量の差が、１０～６０分間で２０％以上減少したときをファクターとして、水蒸気の供給を制御してもよい。圧力容器２２内の温度又は圧力が急上昇するとき、蒸気は処理対象物の加熱に消費されないので、排出量が急減する。
　上記実施例では、処理対象物が水産廃棄物であったが、本発明はこれに限定されることなく、処理対象物は農剤廃棄物、例えば稲わら、野菜くず、枯草、枯葉、木片、枝等、産業廃棄物、例えばビニールシート、廃棄プラスチック、故紙、製紙残渣、食品廃棄物、例えば残飯等であってもよい。ただし、Ｓｉ樹脂は分解されないで塊として残る。
　なお、稲わら、紙類、枯れ草等は、分解開始の温度が、蛋白質に比較して低いので、水産廃棄物を亜臨界水処理する場合は、稲わら等を加えるとよい。
　農林水産業、食品産業、化学工業等のあらゆる分野の廃棄物処理に利用することができる。
　２０…亜臨界水処理装置
　２２…圧力容器
　２２Ａ…投入口
　２２Ｂ…取出口
　２２Ｃ…水蒸気注入口
　２２Ｄ、２２Ｅ…蒸気排出口
　２３Ａ…クラッチドア
　２４…水蒸気供給装置
　２４Ａ…ボイラー
　２４Ｂ…圧力調整弁
　２６…攪拌装置
　２６Ａ…回転シャフト
　２６Ｂ…攪拌翼
　２７…モーター
　２８…減速機
　３０…水蒸気制御装置
　３２Ａ、３２Ｂ…温度センサー
　３４Ａ、３４Ｂ…圧力センサー
　３６…蒸気開閉弁
　３７…蒸気排出弁
　３８…開閉弁駆動装置
　４０…制御装置本体
　５０…回転シャフト制御装置
　５２Ａ…回転速度センサー
　５２Ｂ…回転トルクセンサー

Claims (15)

  1. 　圧力容器内に、高温、高圧の水蒸気を供給して、該圧力容器内の処理対象物を攪拌しつつ加温、加圧する過程と、
    　前記圧力容器内の温度が１５０℃以上の範囲で、前記圧力容器内の温度及び圧力の少なくとも一方の急上昇を検出する過程と、
    　前記の検出の後、前記圧力容器内の温度を、前記急上昇開始時の温度以上に５～１０分間維持するように、前記水蒸気の供給量を調整する過程と、
    　その後、水蒸気の供給を停止する亜臨界水処理過程を有することを特徴とする亜臨界水処理方法。
  2. 　請求項１において、
    　前記圧力容器内への高温、高圧の水蒸気の注入により、温度及び圧力が一定の割合で上昇していく上昇曲線の傾きに対して２０％以上大きい傾きの上昇曲線に沿って上昇するときを、前記温度及び圧力の少なくとも一方の急上昇のときとすることを特徴とする亜臨界水処理方法。
  3. 　請求項１において、
    　前記圧力容器内への蒸気供給量と、前記圧力容器内からの蒸気排出量の差が急減するときを、前記温度及び圧力の少なくとも一方の急上昇のときとすることを特徴とする亜臨界水処理方法。
  4. 　請求項３において、
    　前記蒸気供給量と蒸気排出量との差が、１０～６０分間で２０％以上減少したときを、前記温度及び圧力の少なくとも一方の急上昇のときとすることを特徴とする亜臨界水処理方法。
  5. 　請求項１乃至４のいずれかにおいて、
    　前記処理対象物を攪拌する攪拌装置の回転シャフトの回転トルクと回転速度との積が一定となるように、前記回転シャフトの回転速度を制御することを特徴とする亜臨界水処理方法。
  6. 　請求項５において、
    　前記圧力容器内の温度が１５０℃を越えること、及び、前記回転シャフトの回転トルクの変動幅が一定値以下となることの一方の条件が充足されたときから、前記圧力容器内の温度及び圧力の少なくとも一方の急上昇開始時の検知を開始することを特徴とする亜臨界水処理方法。
  7. 　請求項１乃至６のいずれかにおいて、
    　前記処理対象物に、シリコン樹脂を除く合成樹脂、稲わら、樹木の枝、枯草、枯葉、材木のうち少なくとも一つを加えて処理することを特徴とする亜臨界水処理方法。
  8. 　請求項１乃至７のいずれかにおいて、
    　前記処理対象物における含有物の種類毎に予め、前記圧力容器内における前記急上昇の開始時の温度及び急上昇終了の温度を測定しておき、前記圧力容器内の温度が、前記予め測定された急上昇開始時の温度から急上昇終了時の温度の間に到達したとき、前記水蒸気の供給量の調整を開始することを特徴とする亜臨界水処理方法。
  9. 　請求項８において、
    　前記予め測定された温度のうち、前記急上昇開始時の温度が最も高い種類の前記含有物についての前記急上昇開始時の温度が測定されたとき、前記水蒸気の供給量の調整を開始することを特徴とする亜臨界水処理方法。
  10. 　圧力容器内に高温、高圧の水蒸気を注入して、該圧力容器内の処理対象物を、亜臨界状態として分解する亜臨界水処理装置であって、
    　前記圧力容器内に高温、高圧の水蒸気を供給する水蒸気供給装置と、
    　前記圧力容器内で、前記処理対象物を攪拌する複数の攪拌翼、及び、この攪拌翼を駆動する回転シャフトを含む攪拌装置と、
    　前記水蒸気供給装置を制御して、前記圧力容器への水蒸気供給量を制御する水蒸気制御装置と、
    　前記圧力容器に設けられた、前記処理対象物の投入口、処理済の前記処理対象物を取出すための取出口、及び、前記高温、高圧の水蒸気を注入するための水蒸注入口と、
    　を有してなり、
    　前記水蒸気制御装置は、圧力容器内の１以上の個所の温度を測定する温度センサーと、圧力容器内の１以上の個所の圧力を測定する圧力センサーと、これらのセンサー出力信号が入力される制御装置本体と、この制御装置本体からの指令信号に基づいて、前記水蒸気供給装置による水蒸気供給量を調節する蒸気開閉弁を駆動する開閉弁駆動装置と、を有し、
    　前記制御装置本体は、前記圧力容器内の温度が１５０℃を越えた範囲で、前記温度センサーによる検出温度及び前記圧力センサーにおける検出圧力の少なくとも一方が、急上昇したとき、前記開閉弁駆動装置に対して、前記圧力容器内における前記急上昇開始時乃至急上昇終了時の温度を５～１０分間維持するように、前記蒸気開閉弁を制御する指令信号を出力し、且つ、前記５～１０分間の経過後に、前記蒸気開閉弁を閉じる指令信号を出力するように構成されたことを特徴とする亜臨界水処理装置。
  11. 　請求項１０において、
    　前記制御装置本体は、前記圧力容器内への高温、高圧の水蒸気の注入により、温度及び圧力が一定の割合で上昇していく上昇曲線の傾きに対して２０％以上大きい傾きの上昇曲線に沿って上昇するときを、前記温度及び圧力の少なくとも一方の急上昇のときと判断するように構成されたことを特徴とする亜臨界水処理装置。
  12. 　請求項１０において、
    　前記水蒸気制御装置は、前記圧力容器内への水蒸気供給量と、前記圧力容器内からの水蒸気排出量を測定する蒸気量測定装置と、前記測定された水蒸気供給量と水蒸気排出量との差を検出する蒸気給は排量差検出装置と、を有してなり、
    　前記制御装置本体は、前記圧力容器内への蒸気供給量と、前記圧力容器内からの蒸気排出量の差が急減するときを、前記温度及び圧力の少なくとも一方の急上昇のときと判断するように構成されたことを特徴とする亜臨界水処理装置。
  13. 　請求項１２において、
    　前記制御装置本体は、前記蒸気供給量と蒸気排出量との差が、１０～６０分間で２０％以上減少したときを、前記温度及び圧力の少なくとも一方の急上昇のときと判断するように構成されたことを特徴とする亜臨界水処理装置。
  14. 　請求項１０乃至１３のいずれかにおいて、
    　前記回転シャフトの回転速度センサー及び回転トルクを検出する回転トルクセンサーと、
    　この回転速度センサー及び回転トルクセンサーの出力信号が入力される回転シャフト制御装置と、を更に有し、
    　この回転シャフト制御装置は、前記回転シャフトの回転速度と回転トルクとの積が一定値となるように、前記回転シャフトを駆動するモータの回転速度を制御するように構成されたことを特徴とする亜臨界水処理装置。
  15. 　請求項１０乃至１４のいずれかにおいて、
    　前記制御装置本体は、前記処理対象物における含有物の種類毎に予め測定された前記急上昇開始時の温度が記憶されている記憶部を有し、且つ、温度が、前記処理対象物における含有物の種類に対応する前記記憶された温度に到達したときの前記温度センサーの出力信号に基づき、前記水蒸気の供給量の調節を開始する指令信号を前記水蒸気制御装置に出力するように構成されたことを特徴とする亜臨界水処理装置。
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