JP2007117946A - 有機物分解処理方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイオキシンが発生せず、減容程度が高く、補助燃料を必要とせず、動力や制御装置を必要としない有機物分解処理方法およびその装置を提供する。
【解決手段】酸素活性化装置２９において磁石によって酸素を磁化させ、さらに、磁化した酸素をセラミックによって活性化させて活性酸素を生成し、酸素活性化装置２９によって生成された活性酸素と廃棄物としての有機物Ｃとを感受体３９のセラミック４１から発生するマイナスイオンの中でフリーラジカル反応させる。
【選択図】６

Description

本発明は、有機物分解処理装置に関し、詳しくはフリーラジカル反応を利用して有機物を分解処理する有機物分解処理装置に関するものである。

廃棄物としての有機物を処理する方法および装置として、焼却炉、炭化炉、乾燥炉などがある。有機物の処理においては、煙、灰、悪臭などの問題があるが、酸素欠乏状態で加熱するためこれらの問題が比較的少ないという利点のために炭化炉を採用するものも多く存在する（例えば、特許文献１を参照のこと）。
特開平１０−２１６４６５号公報

しかしながら、酸素欠乏状態で加熱する炭化炉であっても加熱温度は１５００℃以上となる場合もあり、有害なダイオキシンを発生するという問題は避けられない。

そこで、本発明は、ダイオキシンの発生の問題がない有機物分解処理の方法およびそのための装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、有機物の減容程度が高く、補助燃料を必要とせず、動力や制御装置を必要としない有機物分解処理の方法およびそのための装置を提供することを目的とする。

当該目的を達成するために、請求項１に記載の有機物分解処理方法は、フリーラジカル反応を利用して有機物を分解する有機物分解方法であって、第１の工程において磁場の中に空気を通過させ、第２の工程において第１の工程で磁場の中を通過させた空気に対して第１のセラミックを用いることによって活性酸素を生成し、第３の工程において第２の工程で生成された活性酸素と有機物とをフリーラジカル反応させるようにしている。

請求項２に記載の有機物分解処理方法は、請求項１に記載の有機物分解処理方法の第３工程において、第２のセラミックのマイナスイオン発生圏内において活性酸素と有機物とをフリーラジカル反応させるようにしている。

請求項３に記載の有機物分解処理方法は、請求項１または２に記載の有機物分解処理方法において、第１セラミックもしくは第２セラミックとして玉状のセラミック群を用いるようにしている。

請求項４に記載の有機物分解処理装置は、フリーラジカル反応を利用して有機物を分解する有機物分解処理装置であって、発生させた磁場の中に空気を通過させる磁場発生手段と、磁場発生手段によって発生された磁場の中を通過した空気に対して第１セラミックを用いて活性酸素を生成する活性酸素生成手段とを備えるようにしている。

請求項５に記載の有機物分解処理装置は、請求項４に記載の有機物分解処理装置にさらに、活性酸素と有機物とのフリーラジカル反応個所にマイナスイオンを発生させる第２セラミックを備えるようにしている。

請求項６に記載の有機物分解処理装置は、請求項４または５に記載の有機物分解処理装置において、第１セラミックもしくは第２セラミックを玉状のセラミック群としている。

請求項１に記載の有機物分解処理方法によれば、活性酸素と廃棄物としての有機物をフリーラジカル反応させて低温でガス化して有機物を分解するのでダイオキシンが発生しない。また、磁場の中でフリーラジカル反応を起こすので、可逆反応によってフリーラジカル反応が抑制されることを防止できる。

請求項２に記載の有機物分解処理方法によれば、第２セラミックによって発生されるマイナスイオンの中でフリーラジカル反応を起こすのでフリーラジカル反応が促進される。

請求項３に記載の有機物分解処理方法によれば、第１セラミックおよび第２セラミックとして玉状に形成されたセラミックを用いるので、セラミックの表面積が広くなってより多くのマイナスイオンが発生されるので、フリーラジカル反応をより促進することができる。

請求項４に記載の有機物分解処理装置によれば、活性酸素と廃棄物としての有機物をフリーラジカル反応させて低温でガス化して有機物を分解するのでダイオキシンが発生しない。また、磁場の中でフリーラジカル反応を起こすので、可逆反応によってフリーラジカル反応が抑制されることを防止できる。

請求項５に記載の有機物分解処理装置によれば、活性酸素と有機物とのフリーラジカル反応個所に第２セラミックによってマイナスイオンを生成させるのでフリーラジカル反応が促進される。

請求項６に記載の有機物分解処理装置によれば、第１セラミックおよび第２セラミックとして玉状に形成されたセラミック群を用いるので、セラミックの表面積が広くなりより多くのマイナスイオンが発生されるので、フリーラジカル反応がより促進される。

本発明に係る有機物分解処理方法およびその装置について図面に基づいて説明する。図１、図２および図３などに示すように、有機物分解処理装置１は、有機物の分解処理を行う筐体２、処理する有機物を投入するための処理物投入装置３および有機物の分解処理によって発生した煙（ガス）を大気に放出する煙突４とを備えている。

処理物投入装置３は、取っ手１０を持つことによって図４に示すように開動操作される扉１１と処理する有機物を投入するための投入口１２とを備えている。処理物投入装置３は、さらに、処理物を搬送して筐体２の内部に運び入れるための搬送部１３を備えている。搬送部１３は、図４および図５に示すように、前部屋Ａと後部屋Ｂとに分かれており、前部屋Ａと後部屋Ｂとは、蝶番１４によって開動自在になった仕切板１５によって仕切られている。前部屋Ａには、投入口１２から投入された有機物（ゴミ）Ｃを受けるための引き出し１６が設置されている。引き出し１６は、蝶番１７によって開動自在になった底板１８を備えており、また、前部屋Ａ側の側面には引き出し１６を前部屋Ａと後部屋Ｂとの間で移動させるための取っ手１９を備えている。

煙突４は、筐体２の中で有機物が分解処理された際に発生する煙（ガス）を処理するためのものである。図１から図５に示すように、煙突４は、槽内に蓄えられた水（図示せず）によって煙を脱硫するための第１脱硫槽２０および同じく煙を脱硫するための第２脱硫槽２１と脱硫された煙を白金触媒を用いて２次燃焼させる消煙器２２を備えている。筐体２と第１脱硫槽２０および第２脱硫槽２１と消煙器２２とは、それぞれ管材２３および２４によって煙が通じるように接続されている。第１脱硫槽２０と第２脱硫槽２１とは煙が通じるように直接的に接続されている。

筐体２は、図６および図７からわかるように、壁面が二重構造になっている。図７に示すように、筐体２の底面２５および最外部壁面２６は鉄板によって形成されている。最外部壁面２６の内側には、最外部壁面２６に平行して、最外部壁面２６との間に空隙Ｄを形成するように鉄製の内壁２７が設けられている。また、最外部壁２６の内側の側面には、遮熱材２８が貼り付けられている。この遮熱材２８としては、例えば、リフレクティックス（商品名）を用いることができる。このリフレクディックスは最初、超高熱環境で使用する宇宙船および宇宙服の反射絶縁材料として宇宙産業で開発されたものであり、８ｍｍの厚さで発泡ポリスチレン系断熱材７５ｍｍに相当し、約９７パーセントの熱を反射します。

図６および図８に示すように、筐体２の左右の壁面には、最外部壁面２６、遮熱材２８および内壁２７を貫通するように、酸素活性化装置２９がそれぞれ３箇所ずつ設けられている。酸素活性化装置２９は、バルブ３０を介して管材３１によって空気ポンプ３２に接続されている。図６に示すように、筐体２の内部の底の近辺には、上部から投入された有機物Ｃを保持するために目の粗い鉄製の粗網３３が設けられている。酸素活性化装置２９は、この粗網３３の上部近辺に突出するように位置している。

図１および図９に示すように、酸素活性化装置２９は、円筒状に形成されており、内部は磁化部Ｆとマイナスイオン発生部Ｇとに分けられている。磁化部Ｆの内部には、酸素活性化装置２９の円筒と中心軸を同じくし、バルブ３０に接続される鉄製の管材３４がマイナスイオン発生部Ｇとの境界まで伸びている。管材３４の外側には、管材３４の磁化部Ｆの部分を取り巻く円筒状の強力な磁石３５が設けられている。マイナスイオン発生部Ｇには、パチンコ玉程度の大きさのセラミックの玉３６（第１セラミック）が充填されており、酸素活性化装置２９の筐体２側および管材３４のマイナスイオン発生部Ｇ側には、セラミックの玉３６よりも目の細かい網３７および網３８が設けられ、セラミックの玉３６がマイナスイオン発生部Ｇ内に保持されている。空気ポンプ３２によって送り出された空気は、管材３１およびバルブ３０を介して酸素活性化装置２９に供給され、磁化部Ｆを通過することによって空気内の酸素が磁化され、その後、マイナスイオン発生部Ｇを通過することによって酸素が活性化酸素となり、筐体２の内部へと送り込まれる。

図６、図８および図１０に示すように、筐体２の底面２５の上には、マイナスイオンを発生させる感受体３９が４つ設けられている。感受体３９は、鉄製の器４０と器４０に充填されるパチンコ玉程度の大きさのセラミックの玉４１（第２セラミック）とからなっている。感受体３９の上部には、４つの感受体３９を一まとめにして覆うように、厚さ方向に複数のパンチ穴があいた鉄製のパンチングメタル４２が被せられている。このように設けられた感受体３９の上部には、パンチングメタル４２のパンチ穴を通じてマイナスイオンが発生される。図６および図１０の例では、粗網３３とパンチングメタル４２および感受体３９との間に空間がある。パンチングメタル４２と感受体３９との位置は図６および図１０のような位置に限られるのではなく、感受体３９に含まれるセラミックの玉４１から発生するマイナスイオンが十分にフリーラジカル反応の起こる個所に届けばよい。したがって、粗網３３とパンチングメタル４２および感受体３９との間の空間をなくし、パンチングメタル４２と感受体３９とが粗網３３の直下に位置するようにしてもよい。

また、筐体２の前面には、図１および図２に示すように、有機物が分解した後に残る灰を取り出すための灰取り出し口４５が設けられている。

以上に説明したような有機物分解処理装置１を用いて廃棄物としての有機物Ｃを処理する場合には、まず、取っ手１０を掴んで扉１１を開放し、投入口１２からゴミＣを引き出し１６に投入する。そして、扉１１を閉じた後で、引き出し１６の取っ手１９を煙突４の方向に押し込んで、引き出し１６を前部屋Ａから後部屋Ｂに移動させる。すると、引き出し１６の底板１８が開動してゴミＣが筐体２の内部に落とし込まれる。このとき、前部屋Ａと後部屋Ｂとを遮断していた仕切板１５は、図５に示すように上部へと開動して引き出し１６を後部屋Ｂへと受け入れている。その後、取っ手１９を引っ張って引き出し１６を後部屋Ｂから前部屋Ａに戻す。引き出し１６が前部屋Ａに戻ると仕切板１５は再び前部屋Ａと後部屋Ｂとを遮断する。筐体２の内部で有機物をフリーラジカル反応させると可燃性のガスが発生するが、上述したように、筐体２の内部を外気から遮断した状態でゴミＣを投入することができるので、フリーラジカル反応中にゴミＣを追加しても、反応個所が多量の外気と触れることがないので、可燃性のガスが爆発的に燃焼することを防止することができる。

次に、酸素活性化装置２９の近傍に設けられたバルブ３０を調節してから空気ポンプ３２を駆動させる。これにより、適度な空気が酸素活性化装置２９に送り込まれる。そして、酸素活性化装置２９によって磁化された活性酸素が筐体２の内部に入って行く。この状態で、灰取り出し口４５を開いて、パンチングメタル４２と粗網３３との間に、火をつけた新聞紙などの紙屑を種火として設置する。そして、灰取り出し口４５を閉じる。

すると、種火の熱によって、酸素活性化装置２９から送り込まれた活性酸素とゴミとしての有機物Ｃとがフリーラジカル反応を起こす。このフリーラジカル反応によって有機物Ｃは灰と可燃性のガスとに分解処理される。ここで、有機物（ゴミ）Ｃは、生ゴミ、食品残渣、剪定樹木や廃プラスチック、塗料カスなどである。

ここでのフリーラジカル反応とは、有機物をフリーラジカル基をもつ反応性に富んだ状態（有機フリーラジカル）にして化学反応を起こさせて分解しガス化するものである。フリーラジカル基（遊離基）とは、奇数の電子を持つ（不対電子）不安定な基のことであり、常に相手を見つけて不対電子を結合体の電子にしたいと作用する反応性に富んだものである。有機物をフリーラジカル基を有する有機フリーラジカルにする方法としては、過酸化物を加熱して発生させた酸素フリーラジカルを利用する方法等がある。しかし、過酸化物は爆発しやすく危険であるので、その代わりとしてスーパーオキシドラジカル（Ｏ_２-）等の活性酸素を用いる。酸素は２原子が共有して酸素分子となって安定しているが、酸素分子に電子（ｅ-）が加わるとスーパーオキシドラジカル（Ｏ_２-）という活性酸素となる。この活性酸素が有機物に触れると不安定なフリーラジカル基（遊離基）が有機物に発生し、有機物のフリーラジカル反応が進行してガス化が起こり有機物が分解される。上述の実施例においては、活性酸素を発生させるための電子（マイナスイオン）が、セラミックの玉３６および４１によって供給される。フリーラジカル反応個所には、感受体３９のセラミックの玉４１からマイナスイオンが発生されるので、フリーラジカル反応がより促進される。

フリーラジカル反応は本来可逆反応である。つまり、有機物の結合力の源となっている対となった２個の外殻電子のスピン状態は、一方が＋（プラス）スピンであり他方が−（マイナス）スピンであり、この＋スピンと−スピンとが対になった状態はＳ状態と呼ばれる。そして、Ｓ状態で起こったフリーラジカル反応は、外殻電子が共有結合に戻ろうとする可逆反応を伴う。つまり、有機物の分解ガス化が抑制される。しかし、対になった外殻電子のスピンを、ともに＋スピンとした状態（Ｔ状態と呼ばれる）でフリーラジカル反応を起こすと外殻電子の共有結合が起こらず、可逆反応を抑制することができる。Ｓ状態にあるフリーラジカル基をＴ状態に転換させることは項間交差と呼ばれ、この項間交差は磁場の力で促進される。上述の実施例においては、項間交差を促進させるための磁場は磁石３５によって与えられる。

このフリーラジカル反応は３００℃以下で行われるので、４００℃から８００℃の温度帯での化学反応によって発生するといわれているダイオキシンが発生することがない。また、感受体３９の表面積も広く、広範囲においてフリーラジカル反応が起こるので大量の有機物を処理することができる。フリーラジカル反応によって広範囲に熱が発生するが、筐体２の外壁には空隙Ｅと遮熱材２８とが設けられているので、外壁が熱くならず、焼けど等を防止することができる。さらに、種火を元にいったんフリーラジカル反応が起こると、解離エネルギーが発生して反応が早まって反応が徐々に伝播していくので、補助燃料を用いたり、反応を制御する必要がない。また、本発明の有機物分解処理装置によれば、投入されたゴミとしての有機物Ｃは、投入量の３００分の１程度に減容される。

フリーラジカル反応によって筐体２内に発生した可燃性のガスは、管材２３を通して第１脱硫槽２０および第２脱硫槽２１に送り込まれ、水中を通ることによって脱硫される。脱硫されたガスは、管材２４を通って白金触媒を用いた消煙器２２に導かれ、消煙器２２において２次燃焼され、無害なガスとなって大気に放出される。

フリーラジカル反応によって発生するガスは可燃性であるので、大量の有機物を処理する場合には、発生するガスをガスタービンやレシプロエンジンの補助燃料として利用して発電することもできる。また、フリーラジカル反応の結果、粗網３３の下には灰がたまるが、この灰は磁性体となるので、セラミック材料として活用することができる。

本発明の実施例は、上述の形態に限られるものではなく、種々に変更して実施することができる。たとえば、上述の実施例では、図８に示したように、感受体３９を正方形に近い形状として４つ用いたが、これに代えて、図１１に示すように長方形の鉄製の器４４の中にセラミックの玉４１を充填した長方形の感受体４３としてもよい。このようにすれば、感受体４３から発生するマイナスイオンが増加し、フリーラジカル反応をより促進させることができる。

また、感受体３９をセラミックの玉４１ではなく、長方体のセラミックの塊（図示せず）にすることも考えられるが、上述の実施例のように、玉状にしたほうがセラミックの表面積が増えて発生するマイナスイオンが多いのでより好ましい。

さらに、酸素活性化装置２９では、磁石３５を筐体２の外側（バルブ３０側）に配置したが、磁石３５をマイナスイオン発生部Ｇをはさんで逆側（筐体２側）に設けてもよい。しかし、磁石は熱に弱く加熱されると磁性を失うので、上述の実施例のように、熱源から遠ざけるようにマイナスイオン発生部Ｇのバルブ３０側に設けることが好ましい。

また、上述の実施例では、灰取り出し口４５を筐体２の前面に一つだけ設けたが、筐体２の背面にも設けるようにしてもよい。このようにすれば、筐体２内にたまった灰を効率よく取り出すことができる。

さらに、搬送部１３の前部屋Ａと筐体２とをパイプ（図示せず）でつなぎ、前部屋Ａおよび引き出し１６内に充満した可燃性のガスをポンプ（図示せず）で筐体２に戻すようにしてもよい。このようにすれば、より安全になるとともに、可燃性のガスを利用する際に無駄をなくすることができる。

本発明の実施例に係る有機物分解処理装置の斜視図である。 本発明の実施例に係る有機物分解処理装置の右側の側面図である。 本発明の実施例に係る有機物分解処理装置の上面図である。 本発明の実施例に係る有機物分解処理装置の側面の一部断面図である。 本発明の実施例に係る有機物分解処理装置の側面の一部断面図である。 本発明の実施例に係る有機物分解処理装置の正面の断面図である。 図６の断面図のＤ部分の拡大図である。 本発明の実施例に係る有機物分解処理装置の上面の断面図である。 本発明の実施例に係る有機物分解処理装置の酸素活性化装置の断面図である。 図６の断面図のＨ部分の拡大図である。 本発明の実施例に係る有機物分解処理装置の感受体のその他の例を示す図である。

符号の説明

１ 有機物処理装置
２ 筐体
３ 処理物投入装置
４ 煙突
１０、１９ 取っ手
１１ 扉
１２ 投入口
１３ 搬送部
１４、１７ 蝶番
１５ 仕切板
１６ 引出し
１８ 底板
２０ 第１脱硫槽
２１ 第２脱硫槽
２２ 消煙器
２３、２４、３１、３４ 管材
２５ 底面
２６ 最外部壁面
２７ 内壁
２８ 遮熱材
２９ 酸素活性化装置
３０ バルブ
３２ 空気ポンプ
３３ 粗網
３５ 磁石
３６ セラミックの玉（第１セラミック）
３７、３８ 網
３９、４３ 感受体
４０、４４ 器
４１ セラミックの玉（第２セラミック）
４５ 灰取り出し口

Claims (6)

1. フリーラジカル反応を利用して有機物を分解する有機物分解方法であって、
   磁場の中に空気を通過させる第１の工程と、
   前記第１の工程で磁場の中を通過させた前記空気に対して第１セラミックを用いることによって活性酸素を生成する第２の工程と、
   前記第２の工程で生成された前記活性酸素と前記有機物とをフリーラジカル反応させる第３の工程とを含むことを特徴とする、有機物分解処理方法。
2. 前記第３の工程において、第２セラミックのマイナスイオン発生圏内において前記活性酸素と前記有機物とをフリーラジカル反応させることを特徴とする、請求項１記載の有機物分解処理方法。
3. 前記第１セラミックもしくは前記第２セラミックとして、玉状に形成されたセラミック群を用いることを特徴とする、請求項１または２記載の有機物分解処理方法。
4. フリーラジカル反応を利用して有機物を分解する有機物分解処理装置であって、
   発生させた磁場の中に空気を通過させる磁場発生手段と、
   前記磁場の中を通過した前記空気に対して第１セラミックを用いて活性酸素を生成する活性酸素生成手段とを備えることを特徴とする、有機物分解処理装置。
5. 前記活性酸素と前記有機物とのフリーラジカル反応個所にマイナスイオンを発生させる第２セラミックをさらに備えることを特徴とする、請求項４記載の有機物分解処理装置。
6. 前記第１セラミックもしくは前記第２セラミックは、玉状に形成されたセラミック群であることを特徴とする、請求項４または５記載の有機物分解処理装置。

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