JP2008246300A - 廃棄物処理装置及び廃棄物処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容器内雰囲気の初期的昇温・昇圧のための熱負荷及び加圧負荷を軽減するとともに、反応容器を大型化することなく、廃棄物処理量を増大する。
【解決手段】廃棄物処理装置(1)は、有機性廃棄物(W1)を高温・高圧の容器内領域(18)で攪拌して加水分解させる第１容器(10)と、加水分解した廃棄物(W2)を高温・低圧の容器内領域(28)で加熱乾燥させる第２容器(20)と、第１容器内の雰囲気を解放せずに廃棄物(W0)を第１容器の容器内領域に導入する廃棄物供給装置(30)と、第１容器内の雰囲気を解放せずに第１容器内の廃棄物(W1')を第２容器内に移動させる廃棄物移動装置とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、廃棄物処理装置及び廃棄物処理方法に関するものであり、より詳細には、有機性廃棄物を高温・高圧の容器内領域で加水分解して微細化又は微粉化する廃棄物処理装置及び廃棄物処理方法に関するものである。

生ゴミ、食品廃棄物、農業廃棄物、林産廃棄物等の有機性廃棄物を加熱容器内に収容して加熱・攪拌し、水の存在下に進行する水熱反応によって廃棄物を減容し、微細化し又は微粉化する水熱方式の廃棄物処理装置が知られている（特開２００３−３０６８２５号公報）。

このような有機性廃棄物を容器内に収容し、高温・高圧（２００〜２５０℃、３０〜５０気圧程度）の水蒸気によって廃棄物を数十分間加熱（蒸煮）した後、容器内圧力を瞬間的に開放し、水の断熱膨張のエネルギーによって固体成分を粉砕（爆砕）する水蒸気爆砕（蒸煮爆砕）方式の廃棄物処理装置が知られている（特開２００３−４７４０９号公報、特許第３６１３５６７号公報）。

高温・高圧の反応容器内に原料を導入する装置として、下水汚泥等の処理液を複数のピストンポンプによって超臨界水反応器に供給するように構成した超臨界水反応装置が知られている（特開２０００−２７１４６８号公報）。また、固形物を含む原料を高温・高圧反応容器に導入する装置として、閉塞防止手段を原料供給部に備えたピストン・シリンダ方式の原料注入装置が知られている（特開２００６−７１０８号公報）。
特開２００３−３０６８２５号公報 特開２００３−４７４０９号公報 特許第３６１３５６７号公報 特開２０００−２７１４６８号公報 特開２００６−７１０８号公報

特許文献１〜３に記載された各種方式の廃棄物処理装置によれば、高温・高圧水蒸気による有機性廃棄物の加水分解、熱分解、乾燥、炭化等の作用（水熱作用）、容器内圧力の急激な減圧による含水廃棄物の爆砕作用（水蒸気爆砕作用）、或いは、水熱作用及び水蒸気爆砕作用の両作用により、固形分を多量に含む任意の廃棄物を無害化し且つ微粉砕し、無害且つ有用な再生原料を得ることができる。かくして得られた再生原料は、有機肥料、発電原料、燃焼装置用燃料等の用途に有効利用される。

都市建築物から廃棄される多量の廃棄物の処理が、近年殊に問題視されている。上記水熱作用及び／又は水蒸気爆砕作用を利用した廃棄物処理装置は、比較的小型の装置として設計し得ることから、このような廃棄物処理装置を比較的大規模な都市建築物の各々に設置し、或いは、複合的建築群の共用設備として設置し、各建築物又は建築群において発生した廃棄物を上記廃棄物処理装置によって処理し又は再生することが考えられる。このような廃棄物処理装置が実現した場合、廃棄物の発生源において廃棄物を減容し且つ無害化し得るのみならず、有効利用可能な燃料等の再生原料を廃棄物から得ることができるので、地域・地区の廃棄物処理量を減量することが可能となるであろう。しかも、多くの建築物又は建築群においては、冷暖房設備等の熱源として水蒸気供給設備が設けられることから、このような水蒸気供給源を利用することにより、専用の水蒸気供給設備を格別に設けることなく上記廃棄物処理装置を建築物又は建築群に設置し得ると考えられる。

しかしながら、水熱作用や水蒸気爆砕作用を利用した従来の廃棄物処理装置は、処理後の廃棄物を反応容器外に排出した後に、新たに処理すべき廃棄物を反応容器内に装入するように構成されており、反応容器内の高温・高圧水蒸気は、単位処理量の廃棄物処理工程が終了すると、その都度、容器外に排出される。このため、後続する単位処理量の廃棄物処理工程を開始するには、容器内雰囲気及び容器自体の温度及び圧力を初期的に立ち上げるウォームアップ工程が廃棄物処理プロセスの開始時に常に必要とされる。従って、単位処理量のバッチ処理毎に生じる降温・減圧及び昇温・昇圧の過程で多大なエネルギー損失が発生し、かなりの外熱及び動力が装置稼働のために要求される。

また、従来の廃棄物処理装置では、新たに処理すべき廃棄物は、前段の廃棄物処理プロセスが完全に完了した後に反応容器内に導入しなければならず、しかも、前述の如く、昇温・昇圧のためのウォームアップ工程がバッチ処理毎に常に必要とされる。このため、廃棄物処理時間を短縮するには限界があり、多量の廃棄物を処理するには、反応容器等の容量を増大して装置を全体的に大型化しなければならない。しかし、廃棄物処理装置を建築物等に設置する場合には、装置の設置スペースに制約又は限界が生じることから、反応容器等の容量を減少させて装置を全体的に小型化することが望まれる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、固形物を含む有機性廃棄物を高温・高圧の容器内領域で加水分解して微細化又は微粉化する廃棄物処理装置及び廃棄物処理方法において、容器内雰囲気の初期的昇温・昇圧のための熱負荷及び加圧負荷を軽減するとともに、反応容器を大型化することなく、廃棄物処理量を増大することができる廃棄物処理装置及び廃棄物処理方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成すべく、固形物を含む有機性廃棄物を高温・高圧の容器内領域で加水分解して微細化又は微粉化する廃棄物処理装置において、
有機性廃棄物を導入可能な高温・高圧の容器内領域を備え、前記廃棄物を該容器内領域で攪拌して加水分解させる第１容器と、
該第１容器の容器内領域の圧力よりも低い圧力を有する高温・低圧の容器内領域を備え、前記第１容器内で加水分解した前記廃棄物を高温・低圧の容器内領域で乾燥させる第２容器と、
前記第１容器内の雰囲気を解放せずに前記廃棄物を前記第１容器の容器内領域に導入する廃棄物供給装置と、
前記第１容器内の雰囲気を解放せずに前記第１容器内の前記廃棄物を前記第２容器の容器内領域に移動させる廃棄物移動装置とを有することを特徴とする廃棄物処理装置を提供する。

本発明の上記構成によれば、第１容器は、含水率が高い廃棄物、或いは、加水により含水率を調整した廃棄物を高温・高圧の容器内雰囲気において攪拌し、これにより、廃棄物の加水分解反応を生じさせる。廃棄物は、高温の加水分解処理によって無害化される。廃棄物は、加水分解時に少なくとも部分的に微細化又は微粉化し、或いは、第１容器に移動する際に生じる周囲雰囲気の急激な減圧によって水蒸気爆砕して微細化又は微粉化する。微粉化又は微細化した廃棄物は、第２容器内で乾燥・脱臭され、有用な廃棄物再生原料として第２容器から排出される。

本発明の廃棄物処理装置は、廃棄物を加水分解し且つ乾燥させ、或いは、加水分解し且つ爆砕・乾燥させる反応容器を第１及び第２容器に分割した構成を有する。本発明の廃棄物処理装置は又、第１容器内の雰囲気を解放せずに（従って、第１容器内の温度及び圧力を実質的に維持した状態で）廃棄物を第１容器に供給する廃棄物供給装置と、第１容器内の雰囲気を解放せずに加水分解後の廃棄物を第１容器から第２容器に移動させる廃棄物移動装置とを備える。従って、本発明の廃棄物処理装置は、加水分解用の反応容器（第１容器）を降温・減圧させることなく、新たな廃棄物を加水分解用反応容器（第１容器）に供給し、乾燥後の再生原料を系外に排出することができる。かくして、本発明によれば、各バッチ処理毎に必要とされていた容器内雰囲気の初期加熱及び初期加圧を省略し、装置系全体のエネルギー効率を向上することができる。また、初期的な加熱・加圧工程の省略により、廃棄物処理時間を短縮し、これにより、廃棄物処理量を増大することができる。

本発明は又、固形物を含む有機性廃棄物を高温・高圧の容器内領域で加水分解して微細化又は微粉化する廃棄物処理方法において、
高温・高圧の容器内領域を有する第１容器に対して、該容器の容器内雰囲気を解放せずに有機性廃棄物を導入する廃棄物導入工程と、
該廃棄物を前記容器内領域で加熱し且つ攪拌して前記廃棄物の加水分解反応を生じさせる加水分解処理工程と、
前記第１容器の容器内雰囲気を解放せずに加水分解後の廃棄物を第２容器内に移動させる廃棄物移動工程と、
高温・低圧の前記第２容器の容器内領域で前記廃棄物を乾燥させる加熱乾燥処理工程と、
加水分解処理及び乾燥処理によって微細化又は微粉化した前記廃棄物を前記第２容器から排出する払出し工程とを有することを特徴とする廃棄物処理方法を提供する。

本発明の廃棄物処理方法においては、第１容器の容器内雰囲気を解放せずに有機性廃棄物を第１容器に導入するとともに、第１容器の容器内雰囲気を解放せずに加水分解後の廃棄物を第２容器に移動させる。従って、加水分解用の反応容器（第１容器）を降温・減圧させることなく、新たな廃棄物を加水分解用反応容器（第１容器）に供給し、乾燥後の再生原料を系外に排出し得るので、単位処理量の廃棄物処理過程毎に必要とされていた容器内雰囲気の初期加熱及び初期加圧を省略し、装置系全体のエネルギー効率を向上することができ、しかも、初期的な加熱・加圧工程の省略により、廃棄物処理時間を短縮し、これにより、廃棄物処理量を増大することができる。

本発明によれば、固形物を含む有機性廃棄物を高温・高圧の容器内領域で加水分解して微細化又は微粉化する廃棄物処理装置及び廃棄物処理方法において、容器内雰囲気の初期的昇温・昇圧のための熱負荷及び加圧負荷を軽減するとともに、反応容器を大型化することなく、廃棄物処理量を増大することができる。

図１は、本発明の好適な実施形態を示す廃棄物処理装置のブロック図である。図１には、廃棄物処理装置の作動工程が段階的に示されている。

図１（Ａ）に示す如く、廃棄物処理装置は、上記第１容器を構成する第１反応器と、上記第２容器を構成する第２反応器とを有する。第１反応器は、有機性廃棄物Ｗ０が導入される高温・高圧の容器内領域を有する。第１反応器及び第２反応器の容器本体は、内殻（内側ハウジング）及び外殻（外側ハウジング）の間に水蒸気充填領域（スチームジャケット）を形成した二重構造の反応容器からなり、水蒸気充填領域には、第１及び第２容器の容器内領域を加熱するための水蒸気が充填される。水蒸気供給源として、各建築物の水蒸気供給設備、或いは、地域冷暖房用の水蒸気供給設備が使用される。所望により、水蒸気加熱用又は過熱用の加熱装置を水蒸気供給設備に更に設け、或いは、高温・高圧の水蒸気の供給が可能な水蒸気ボイラを付加的に設置し、廃棄物処理装置の水蒸気供給源を確保するようにしても良い。第１反応器の水蒸気充填領域には、１５０〜２４０℃（例えば、２００℃）の水蒸気が供給される。第２反応器の水蒸気充填領域には、８０〜２００℃（例えば、１６０℃）の水蒸気が供給される。水蒸気充填領域に供給された飽和水蒸気又は過熱水蒸気の熱は、内殻を構成する容器壁を介して第１及び第２反応器の容器内領域に伝熱するので、第１反応器の容器内領域は、１５０〜２４０℃（例えば、２００℃）に加熱され、第２反応器の容器内領域は、８０〜２００℃（例えば、１６０℃）に加熱される。

第１反応器の容器内領域を加圧するための圧縮空気がコンプレッサ等の圧縮空気供給装置から第１容器内に供給され、第１容器内に高圧雰囲気が形成される。第１反応器の容器内圧力は、５〜３０気圧（例えば、２０気圧）に設定される。他方、第２反応器の容器内圧力は、第１反応器の容器内圧力よりも低い圧力（例えば、０．７〜２気圧）に設定される。

水蒸気の外熱作用と、圧縮空気の加圧作用とによって昇温・昇圧した第１反応器の容器内領域においては、原材料（廃棄物Ｗ０）に含まれた水分、或いは、原材料（廃棄物Ｗ０）に供給された水分は加熱され、蒸発する。好ましくは、第１反応器の容器内領域の温度及び圧力は、飽和水蒸気が容器内領域に生成するように制御される。

廃棄物処理装置は又、第１容器内の雰囲気を解放せずに廃棄物Ｗ０を第１反応器内に導入する廃棄物供給装置を備える。廃棄物処理装置は、複数の廃棄物供給機から構成され、各供給機は、切換弁装置を介して第１反応器に接続される。ピストン・シリンダ式押出機等の供給機を切換運転することによって、第１容器内の容器内雰囲気を解放せずに廃棄物Ｗ０を第１容器内に導入することができる。

第１反応器は、第１容器の容器内領域において廃棄物に加水する給水装置（図示せず）を有する。給水装置は、廃棄物Ｗ０が７０％以下の含水率を有する場合、破線で示す如く廃棄物Ｗ１に加水する。所望により、廃棄物処理装置は、廃棄物Ｗ０の含水率調整及び／又は粗粉砕を行う前処理設備を備える。

第１反応器の攪拌装置が作動され、廃棄物Ｗ１は、高温・高圧（例えば、２００℃、２０気圧）の容器内で攪拌される。廃棄物Ｗ１の加水分解反応が進行し、廃棄物Ｗ１は、微細化又は微粉化し、減容する。

図１（Ｂ）に示す如く、加水分解した廃棄物Ｗ１’は、前述の廃棄物移動装置によって第２反応器に移動される。廃棄物移動装置は、第１容器内の雰囲気を解放せずに廃棄物Ｗ１’を第２容器の容器内領域に移動させる。第２容器に移動する際、或いは、第２容器内に移動した直後には、廃棄物Ｗ１’の周囲雰囲気は、急激に減圧する。所望より、このような減圧作用を利用し、廃棄物Ｗ１’を水蒸気爆砕によって微細化又は微粉化するように条件設定しても良い。

廃棄物Ｗ１’の移動後、新たに処理すべき廃棄物Ｗ１が第１反応器に導入され、第１反応器内の廃棄物Ｗ１は、前述の加水分解処理を受ける。

図１（Ｃ）に示す如く、第２反応器内の廃棄物Ｗ２は、高温・低圧（例えば、１６０℃、１気圧）の容器内領域で加熱される。第２反応器は、容器内領域に常温・常圧（大気温・大気圧）の空気を導入する給気設備と、容器内領域の雰囲気を排気する排気設備とを備える。給気設備は、ブロワ等の給気装置を備え、排気設備は、排気ガス中の大気汚染物質、塵埃等を除去する排気処理装置と、排気ガスの臭気成分を除去する脱臭処理装置とを備える。廃棄物Ｗ２に含まれる水分は、排気設備を介して系外に排気される。なお、給気設備及び排気設備の稼働により、第２反応器内の温度は、１００℃程度に低下する（図１（Ｄ））。

廃棄物Ｗ２は、その含水率が３０％以下に低下するまで第２容器において加熱乾燥処理を受けた後、図１（Ｄ）に示す如く、第２容器から払い出される。

好ましくは、第１反応器に廃棄物Ｗ０を供給するための上記廃棄物供給装置は、複数の押出式供給機と、第１容器の容器内領域を各供給機の供給口と選択的に連通させる切換弁とを有し、切換弁は、第１の供給機の供給口を第１反応器の容器内領域に連通させる間、第２の供給機の供給口と第１反応器の容器内領域との連通を遮断し、第２の供給機の供給口を第１反応器の容器内領域に連通させる間、第１の供給機の供給口と第１反応器の容器内領域との連通を遮断する。廃棄物Ｗ０は、複数の供給機を切換運転することによって、第１容器内の温度及び圧力を低下させずに第１容器内に導入される。

更に好ましくは、反応器Ｗ１’を第１反応器から第２反応器に移動させるための上記廃棄物移動装置は、同時開放を禁止した複数の開閉弁からなり、第１容器内の廃棄物は、開閉弁の中間領域に過渡的に留まった後、第２容器内に移動する。所望により、バッファ容器又は加圧容器等の中継容器を開閉弁の間に配設しても良い。

図２は、廃棄物処理装置の他の実施形態を示すブロック図である。

図２に示す廃棄物処理装置においては、高温・高圧の飽和水蒸気が第１反応器内に直に供給され、圧縮空気供給装置を含む前述の圧縮空気供給系は、省略される。水蒸気温度は、１５０〜２４０℃（例えば、２００℃）に設定され、水蒸気圧は、５〜３０気圧（例えば、１５気圧）に設定される。第１反応器の容器内領域は、高温・高圧の水蒸気によって加圧され且つ加熱される。所望により、高温・高圧水蒸気の一部が、第１反応器の水蒸気充填領域（スチームジャケット）に供給される。図２に示す実施形態の他の構成は、図１に示す実施形態の構成と実質的に同一であるので、図１の実施形態に関する前述の記載を引用し、重複した説明を省略する。

図３は、廃棄物処理装置の更に他の実施形態を示すブロック図である。

図３に示す廃棄物処理装置においては、第２反応器として、容器内に攪拌装置を備えた構成の乾燥機が使用される。乾燥機は、前述の実施形態の如く水蒸気充填領域（スチームジャケット）を加熱手段として備え、或いは、輻射伝熱式、対流伝熱式、電気加熱式等の任意の方式の加熱手段を備える。図３に示す実施形態の他の構成は、図１に示す実施形態の構成と実質的に同一であるので、図１の実施形態に関する前述の記載を引用し、重複した説明を省略する。

図４及び図５は、本発明の好適な実施例に係る廃棄物処理装置のシステム構成図及び平面図である。

図４及び図５には、大規模建築物の廃棄物処理室、或いは、複合的建築群の共用施設に配設された廃棄物処理装置１が示されている。廃棄物処理装置１は、廃棄物Ｗ１を加熱・攪拌する高温・高圧の第１反応器１０と、反応器１０で加熱・攪拌した廃棄物Ｗ２を加熱・攪拌する高温・低圧の第２反応器２０と、第１反応器１０に対して有機性廃棄物Ｗ０を供給する廃棄物供給装置３０とから構成される。

第１反応器１０は、内殻（内側ハウジング）１１及び外殻（外側ハウジング）１２の間に水蒸気充填領域（スチームジャケット）１３を形成した二重殻構造の反応容器である。反応器１０は、攪拌装置１４を備える。攪拌装置１４は、内殻１１に水平に支承された回転軸１５と、回転軸１５に径方向に固定された攪拌羽根１６と、回転軸１５を回転駆動する電動モータ１７とを有する。回転軸１５は二重構造の容器殻体１１、１２を貫通して容器外に延びる。電動モータ１７の回転駆動軸（出力軸）は、回転軸１５に連結される。

外殻１２には、水蒸気導入口４１が配設される。水蒸気給送管４２が、水蒸気導入口４１に接続される。流量制御弁４３が、水蒸気給送管４２に介装される。水蒸気給送管４２は、加熱装置４４を介して水蒸気供給路４５に接続される。水蒸気供給路４５は、建築物又は建築群の建築設備に水蒸気を供給する水蒸気供給主管（図示せず）又はその分岐管からなり、水蒸気ボイラー等の建築設備用熱源機器において発生した高温・高圧の水蒸気が、水蒸気供給路４５を介して加熱装置４４に供給される。加熱装置４４は、電熱又は燃焼熱によって水蒸気を加熱する加熱器、或いは、高温熱媒体との熱交換により水蒸気を加熱する熱交換器からなる。水蒸気は、加熱装置４４によって加熱され、水蒸気充填領域１３に流入する。水蒸気が保有する熱は、内殻１１を構成する容器壁を介して第１反応器１０の反応域１８に伝熱する。水蒸気充填領域１３に供給すべき水蒸気の流量は、流量制御弁４３によって調節される。また、水蒸気充填領域１３において生成した凝縮水は、蒸気トラップ装置等の排水設備（図示せず）によって系外に排水される。本例において、水蒸気供給路４５の水蒸気温度及び水蒸気圧は、例えば、１６０℃、８atmに設定され、加熱装置４４によって加熱された水蒸気の温度及び圧力（水蒸気給送管４２の水蒸気温度及び水蒸気圧）は、例えば、２００℃、８atmに設定される。反応域１８は、水蒸気充填領域１３の過熱水蒸気が保有する熱によって概ね２００℃に加熱される。

給水管４７が、容器殻体１１、１２を貫通し、給水ポート４６が、反応域１８に開口する。給水管４７には、給水制御弁４８が介装される。内殻１１の底面には、排水口９７が配置される。排水口９７には、開閉制御弁９９を介装した排水管９８が接続される。排水管９８は、排水処理装置（図示せず）に接続される。排水設備９７〜９９は、主として装置のメンテナンス時等に使用される。

内殻１１には、圧縮空気導入口５１が配設される。流量制御弁５３を介装した圧縮空気供給管５２が、圧縮空気導入口５１に接続される。圧縮空気供給管５２は、コンプレッサ５４に接続される。コンプレッサ５４は、吸引管５５を介して外気を取込み、約２０atmの圧縮空気を圧縮空気供給管５２に送出する。圧縮空気の空気圧は、圧縮空気導入口５１を介して反応域１８に作用し、反応域１８は２０atmの圧力を維持する。

加水分解処理した廃棄物を第１反応器１０から第２反応器２０に移送するための廃棄物移動装置９０が、反応器１０、２０の間に配設される。廃棄物移動装置９０は、垂直シュート９１、第１開閉弁９２及び第２開閉弁９３から構成される。シュート９１は、円形断面の金属管又はセラミック管からなる。反応器１０の底部には、排出口１９が開口し、シュート９１の頂部は、排出口１９に接続される。シュート９１の底部は、第２反応器２０の頂壁に接続され、反応器２０の頂面に開口する。開閉弁９２、９３は、所定間隔を隔ててシュート９１に配置される。開閉弁９２、９３は夫々、アクチュエータ（図示せず）によって回転駆動される水平弁軸９４と、弁軸９４に固定された弁体９５と、弁体９５の外周縁が着座可能な円形弁座９６とから構成される。

第２反応器２０は、第１反応器１０と同じく、内殻（内側ハウジング）２１及び外殻（外側ハウジング）２２の間に水蒸気充填領域（スチームジャケット）２３を形成した二重殻構造の反応容器からなる。反応器２０は、攪拌装置２４を備え、攪拌装置２４は、内殻２１に水平に支承された回転軸２５と、回転軸２５に径方向に固定された攪拌羽根２６と、回転軸２５を回転駆動する電動モータ２７とを有する。回転軸２５は二重構造の容器殻体２１、２２を貫通して容器外に延びる。電動モータ２７の回転駆動軸（出力軸）は、回転軸２５に連結される。

外殻２２には、水蒸気導入口６１が配設される。水蒸気給送管６２が、水蒸気導入口６１に接続される。流量制御弁６３が、水蒸気給送管６２に介装される。水蒸気給送管６２は、水蒸気供給路４５に接続される。水蒸気供給路４５の水蒸気（１６０℃、８atm）が、水蒸気供給管６２及び水蒸気導入口６１を介して水蒸気充填領域２３に流入する。水蒸気が保有する熱は、内殻２３を構成する容器壁を介して反応域２８に伝熱し、反応域２８の雰囲気は、概ね１６０℃の温度に加熱される。水蒸気充填領域２３において生成した凝縮水は、蒸気トラップ装置等の排水設備（図示せず）を介して系外に排水される。内殻２１の底面には、排水口１０７が配置される。排水口１０７には、開閉制御弁１０９を介装した排水管１０８が接続される。排水管１０８は、排水処理装置（図示せず）に接続される。排水設備１０７〜１０９は、主にメンテナンス時等に使用される。

内殻２１には、空気導入口７１が配設される。流量制御弁７３を介装した空気給送管７２が、空気導入口７１に接続される。空気給送管７２は、ブロワ７４に接続される。ブロワ７４は、吸気管７５を介して外気を取込み、空気給送管７２に送出する。大気温及び大気圧（常温・常圧）の空気が、空気導入口７１から反応域２８に導入される。

内殻２１には更に、排気口８１が配設される。開閉制御弁８３を介装した排気管８２が、排気口８１に接続される。排気管８２は、排気処理装置８４に接続され、排気処理装置８４は、排気管８５を介して脱臭処理装置８６に接続される。脱臭処理装置８６は、排気管８７を介して建築物の排気口又は排気設備等（図示せず）に接続される。

空気導入口７１、空気給送管７２、流量制御弁７３、ブロワ７４、吸気管７５、排気口８１、排気管８２、８５、８７、開閉制御弁８３、排気処理装置８４及び脱臭処理装置８６は、反応域２８を外気によって換気する給排気設備を構成する。

反応器２０の底部には、排出口２９が開口する。乾燥後の廃棄物Ｗ２を再生原料Ｒとして第２反応器２０から払い出すための排出装置１００が、反応器２０の底壁に接続される。排出装置１００は、垂直シュート１０１及び開閉弁１０２から構成される。シュート１０１は、円形断面の金属管又はセラミック管からなる。シュート１０１は、底部開口１０３を有し、底部開口１０３の直下には、頂部開口形の搬出容器１１０が配置される。

廃棄物供給装置３０は、左右一対のピストン・シリンダ式押出機３１から構成される。各押出機３１は、廃棄物投入用ホッパー３２、シリンダ３３及び往復動ピストン３４を備える。ピストン３４は、回転ギア３５を貫通し、ピストン３４の後端部がガイド３８によって軸方向変位可能に支承される。ホッパー３２の廃棄物導入用開口３９が、シリンダ３３の筒体上部に配置される。図４及び図５において右側に図示する押出機３１のピストン３４は、最前進位置に位置し、開口３９は、ピストン３４によって閉塞している。他方、図４及び図５において左側に図示する押出機３１のピストン３４は、最後退位置に位置し、開口３９はシリンダ３３内に開口している。

ピストン３４の外螺子部が回転ギア３５の内螺子部に螺合し、回転ギア３５の回転は、ピストン３４の軸線方向運動に変換される。回転ギア３５は、図５に示す如く、ギアトレーン３６を介して電動モータ３７の出力軸（回転駆動軸）に作動的に連結される。回転ギア３５は、電動モータ３７の駆動トルクによって回転する。

シリンダ３３の先端面には、切換弁装置１２０の流入ポート１２１が開口する。切換弁装置１２０は、水平弁軸１２２を中央に配置した左右対称の構造を有する。弁体１２３が弁軸１２２に固定される。弁軸１２２は、アクチュエータ（図示せず）によって回転駆動され、流入ポート１２１を選択的に密閉する。図４及び図５には、弁体１２３が、右側の流入ポート１２１を開放し且つ左側の流入ポート１２１を密閉した状態が示されている。廃棄物導入管１２５が切換弁装置１２０から下方に延びる。導入管１２５の下端部は、反応器１０の容器殻体１１、１２を貫通し、反応域１８の頂面に開口する。

廃棄物処理装置１の各機構は、制御装置１３０によって制御される。制御装置１３０は、制御信号線（一点鎖線で示す）によって制御弁４３、４８、５３、６３、７３、８３の駆動部、電動モータ１７、２７、３７の駆動部、開閉弁９２、９３、１０２のアクチュエータおよび切換弁装置１２０のアクチュエータに夫々接続され、これらの作動機器の作動を制御する。制御装置１３０は又、制御信号線（図示せず）を介して加熱装置４４、コンプレッサ５４及びブロア７４の各駆動部又は作動部に接続され、これらの設備機器の作動を制御する。所望により、制御弁９９、１０９の駆動部を制御信号線（図示せず）によって制御装置１３０に接続し、制御弁９９、１０９を制御装置１３０の制御下に作動しても良い。

反応域１８の温度及び圧力を検出する温度検出器１３１及び圧力検出器１３２が第１反応容器１０に取付けられる。温度検出器１３１及び圧力検出器１３２は、制御信号線（一点鎖線で示す）によって制御装置１３０に接続される。所望により、反応域２８の温度及び圧力を検出する温度検出器及び圧力検出器（図示せず）が第２反応容器２０に取付けられ、これら検出器も又、制御装置１３０に接続される。制御装置１３０は、反応域１８、２８の温度検出値及び圧力検出値等に基づいて廃棄物処理装置１の各種制御弁、電動機、アクチュエータ及び開閉弁等の作動を制御する。

次に、廃棄物処理装置１の作動について説明する。

図６は、廃棄物供給装置３０の作動形態を示す断面図である。

各押出機３１は、廃棄物受入工程及び廃棄物押出工程を交互に実行する。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように左側の押出機３１がピストン３４を前進させて廃棄物押出工程を実行する間、右側の押出機３１は、ピストン３４を後退させ、廃棄物受入工程を実行する。図６（Ａ）に示すように、切換弁装置１２０は、左側の流入ポート１２１を開放し、右側の流入ポート１２１を密閉しており、左側の押出機３１は、シリンダ内の廃棄物Ｗ０を廃棄物導入管１２５内に押出し、廃棄物Ｗ０は、第１反応器１０の反応域１８に導入される。新たな廃棄物Ｗ０が、図６（Ｂ）に示すように、右側の押出機３１のホッパー３２に投入され、開口３９からシリンダ３３内に供給される。

次いで、切換弁装置１２０は、図６（Ｃ）に示すように弁体１２３の位置を切換え、右側の流入ポート１２１を開放し且つ左側の流入ポート１２１を密閉する。右側の押出機３１は、図６（Ｄ）に示すようにピストン３４を前進させて廃棄物押出工程を実行し、シリンダ内の廃棄物Ｗ０は、廃棄物導入管１２５を介して第１反応器１０の反応域１８に導入される。他方、左側の押出機３１は、ピストン３４を後退させ、図４に示すように廃棄物受入工程を実行する。

かくして、切換弁装置１２０の弁***置を切換制御するとともに、左右の押出機３１を交互切換運転することにより、反応域１８の高温・高圧雰囲気を解放せずに廃棄物Ｗ０を第１反応器１０に実質的に連続的に供給することができる。なお、このような切換弁装置１２０及び廃棄物供給装置３０の切換及び作動は、制御装置１３０によって制御される。

前述の如く、第１反応器１０の反応域１８は、高温・高圧の雰囲気（２００℃、２０atm）を維持するように制御され、攪拌装置１４の回転軸１５及び攪拌羽根１６は、継続的に回転駆動される。図４に矢印で示すように、反応域１８に装入された廃棄物Ｗ１は、攪拌羽根１６の運動によって攪拌されながら、排出口１９に向かってゆっくりと移動し、廃棄物Ｗ１の加水分解反応が、反応域１８の高温・高圧雰囲気の下で進行する。

生ゴミ等の多くの廃棄物Ｗ１は、７０％程度の含水率を有するので、廃棄物Ｗ１に含まれる水分は、反応域１８の高温・高圧雰囲気下に亜臨界領域の高温・高圧水として廃棄物Ｗ１内の固形分に作用する。廃棄物Ｗ１は、約３０分程度の攪拌時間で微細化・微粉化し且つ減容するとともに、無害化する。なお、廃棄物Ｗ１の含水率が７０％未満の場合、給水制御弁４８が作動され、給水ポート４６は、廃棄物Ｗ１に給水する。

図７は、微細化・微粉化した廃棄物Ｗ１を第２反応器２０に移動させる工程を示す断面図である。

微細化・微粉化した廃棄物Ｗ１は、図４に破線で示すように排出口１９からシュート９１内に重力落下し、排出口１９と開閉弁９２との間のシュート内領域に廃棄物Ｗ１’として滞留する。制御装置１３０は、開閉弁９２、９３のアクチュエータを適切な時期に作動させ、反応域１８、２８を連通させることなく廃棄物Ｗ１’を反応域２８に移動させる。即ち、図７（Ａ）に示すように開閉弁９３が密閉した状態で開閉弁９２は開放し、廃棄物Ｗ１’は、開閉弁９２、９３の間のシュート内領域に重力落下し、開閉弁９２、９３の間に過渡的に滞留する。次いで、図７（Ｂ）に示すように、開閉弁９２は密閉し、開閉弁９３は開放する。廃棄物Ｗ１’は、反応域２８に重力落下する。このような開閉弁９２、９３の段階的開閉制御の間、開閉弁９２、９３は同時開放せず、従って、開閉弁９２、９３は、反応域１８、２８を相互連通させることなく、廃棄物Ｗ１’を反応域２８に移動させる。

第２反応器２０の反応域２８に移動した廃棄物Ｗ１’は、図４に示すように廃棄物Ｗ２として反応域２８の底部に堆積する。前述の如く、反応域２８は、水蒸気充填領域２３に供給される水蒸気の熱によって約１６０℃程度の温度に加熱されるが、外気温の空気が空気導入口７１から反応域２８に供給されることから、反応域２８の温度は、１００℃程度に低下する。反応域２８の圧力は、大気圧（１atm）であり、反応域１８から反応域２８に移動する廃棄物Ｗ１’の周囲環境は、急激に減圧する。所望により、反応域１８から反応域２８に移動する廃棄物Ｗ１’を水蒸気爆砕作用によって微細化・微粉化するように条件設定することも可能である。

図８は、反応器２０の作用を示す断面図である。

攪拌装置２４の回転軸２５及び攪拌羽根２６は、継続的に回転駆動され、反応域２８の廃棄物Ｗ２は、反応域２８の高温雰囲気によって加熱されるとともに、攪拌羽根２６の運動によって攪拌され且つ排出口２９に向かってゆっくりと移動する。反応器２０の給排気設備７１〜７５、８１〜８７は、外気によって反応域２８を換気するので、廃棄物Ｗ２に含まれる水分の気化が、反応域２８の低圧雰囲気及び換気によって促進し、廃棄物Ｗ２は乾燥する。

排出口２９に移動した廃棄物Ｗ２は、排出装置１００のシュート１０１内に重力落下する。制御装置１３０は、開閉弁１０２のアクチュエータ（図示せず）を適切な時期に作動させて弁軸１０４を回転させ、弁体１０５は、弁座１０６から離座する。開閉弁１０２は、所定時間、開放し、廃棄物Ｗ２は、搬出容器１１０内に重力落下し、廃棄物再生原料Ｒとして容器１１０内に堆積する。かくして容器１１０内に払い出された再生原料Ｒは、反応器１０、２０の加水分解作用及び加熱乾燥作用等により、微細化又は微粉化し、減容し且つ無害化しており、しかも、再生原料の含水率は、３０％以下に低下している。このような再生原料Ｒは、例えば、セメント製造施設等の各種製造施設の熱源用燃料又は発電用燃料、或いは、有機肥料として建築物又は建築群から搬出される。

以上、本発明の好適な実施形態及び実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能である。

例えば、廃棄物Ｗ１、Ｗ２中の水分を反応器１０、２０の運転中に排水設備９７〜９９、１０７〜１０９から排水し、廃棄物Ｗ１、Ｗ２の乾燥を促進するように条件設定することも可能である。

また、図４〜図８に示す第１反応器１０は、図１に示す実施形態に相応する構成を備えたものであるが、図２に示す実施形態の如く、反応器１０内に高温・高圧の水蒸気を直に導入し、反応域１８を水蒸気の熱及び圧力で直に加熱・加圧するように廃棄物処理装置１を構成しても良い。

更に、上記実施例では、攪拌機構を備えた二重壁構造の乾燥装置を第２反応器２０として使用したが、輻射伝熱式、対流伝熱式、電気加熱式、低圧加熱乾燥式等の如く、他の方式の加熱手段を備えた乾燥装置を第２反応器２０として使用しても良い。

本発明は、有機性廃棄物を高温・高圧の容器内領域で加水分解して微細化又は微粉化する廃棄物処理装置及び廃棄物処理方法に適用される。本発明によれば、建築物又は建築群から排出される生活系生ゴミ、廃プチスチック、バイオマス系廃棄物等の各種廃棄物を無害化し且つ微細化・微粉化し、有機肥料、発電原料、燃料等の用途に有効利用な再生原料として建築物又は建築群から搬出することができる。例えば、このような再生原料は、製造設備を有する民間企業等によって回収され、製造設備稼働用の熱源燃料や、資材製造用の原料として有効に活用される。これは、廃棄物を焼却処理する大規模な廃棄物処理施設への廃棄物輸送の問題を解消するとともに、この種の廃棄物処理施設の負荷を軽減するので、環境負荷軽減の観点からも極めて有益である。

また、本発明によれば、異種材料が混合した未分別の廃棄物を一括処理し得るので、廃棄物分別のための作業又は予工程を大幅に簡素化することが可能となる。

更に、本発明の廃棄物処理装置及び廃棄物処理方法は、生活系生ゴミ、廃プチスチック、バイオマス系廃棄物のみならず、家畜糞尿系廃棄物（鶏糞、牛糞、豚粉等）、食品加工残渣等の食品産業系廃棄物、廃魚及び魚加工残渣等の水産物系廃棄物、建築廃材（木材等）及び間伐材等の木質系廃棄物等の各種廃棄物を無害化し且つ微粉砕し、再生原料として再生するのに使用することができるので、その実用的価値は、顕著である。

本発明の好適な実施形態を示す廃棄物処理装置のブロック図であり、廃棄物処理装置の作動工程が段階的に示されている。 本発明の他の実施形態に係る廃棄物処理装置の作動工程を段階的に示すブロック図である。 本発明の更に他の実施形態に係る廃棄物処理装置の作動工程を段階的に示すブロック図である。 本発明の好適な実施例に係る廃棄物処理装置のシステム構成図である。 図１に示す廃棄物処理装置の平面図である。 図４及び図５に示す廃棄物供給装置の作動形態を段階的に示す断面図である。 図４及び図５に示す廃棄物処理装置において、微細化・微粉化した廃棄物を第１反応器から第２反応器に移動させる過程を段階的に示す断面図である。 図４及び図５に示す第２反応器の作動形態を示す断面図である。

符号の説明

１ 廃棄物処理装置
１０ 第１反応器（第１容器）
１４ 攪拌装置
１８ 反応域（容器内領域）
２０ 第２反応器（第２容器）
２４ 攪拌装置
２８ 反応域（容器内領域）
３０ 廃棄物供給装置
３１ ピストン・シリンダ式押出機
９０ 廃棄物移動装置
Ｗ０、Ｗ１、Ｗ１’、Ｗ２ 有機性廃棄物
Ｒ 廃棄物再生原料

Claims (15)

1. 固形物を含む有機性廃棄物を高温・高圧の容器内領域で加水分解して微細化又は微粉化する廃棄物処理装置において、
   有機性廃棄物を導入可能な高温・高圧の容器内領域を備え、前記廃棄物を該容器内領域で攪拌して加水分解させる第１容器と、
   該第１容器の容器内領域の圧力よりも低い圧力を有する高温・低圧の容器内領域を備え、前記第１容器内で加水分解した前記廃棄物を高温・低圧の容器内領域で乾燥させる第２容器と、
   前記第１容器内の雰囲気を解放せずに前記廃棄物を前記第１容器の容器内領域に導入する廃棄物供給装置と、
   前記第１容器内の雰囲気を解放せずに前記第１容器内の前記廃棄物を前記第２容器の容器内領域に移動させる廃棄物移動装置とを有することを特徴とする廃棄物処理装置。
2. 前記第１容器及び第２容器の容器本体は、内殻及び外殻の間に水蒸気充填領域を形成した二重構造の容器からなり、前記充填領域には、第１及び第２容器の容器内領域を加熱するための水蒸気が充填されることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理装置。
3. 前記第１容器の容器内領域を加圧するための圧縮空気を該容器内領域に供給する圧縮空気供給手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物処理装置。
4. 前記第１容器の容器内領域を加圧し且つ加熱する水蒸気が該容器内領域に導入されることを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物処理装置。
5. 前記廃棄物供給装置は、複数の押出式供給機と、前記第１容器の容器内領域を前記供給機の供給口と選択的に連通させる切換弁とを有し、該切換弁は、第１の供給機の供給口を前記容器内領域に連通させる間、第２の供給機の供給口と前記容器内領域との連通を遮断し、第２の供給機の供給口を前記容器内領域に連通させる間、第１の供給機の供給口と前記容器内領域との連通を遮断することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の廃棄物処理装置。
6. 前記廃棄物移動装置は、直列に配置され且つ同時開放を禁止された複数の開閉弁からなり、前記第１容器内の廃棄物は、前記開閉弁の間の領域に過渡的に留まった後、前記第２容器内に移動することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の廃棄物処理装置。
7. 前記第２容器は、容器内領域の前記廃棄物を攪拌する攪拌装置と、該容器内領域に常温・常圧の空気を供給する給気装置と、前記容器内領域の雰囲気を系外に排気する排気装置とを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の廃棄物処理装置。
8. 固形物を含む有機性廃棄物を高温・高圧の容器内領域で加水分解して微細化又は微粉化する廃棄物処理方法において、
   高温・高圧の容器内領域を有する第１容器に対して、該容器の容器内雰囲気を解放せずに有機性廃棄物を導入する廃棄物導入工程と、
   該廃棄物を前記容器内領域で加熱し且つ攪拌して前記廃棄物の加水分解反応を生じさせる加水分解処理工程と、
   前記第１容器の容器内雰囲気を解放せずに加水分解後の廃棄物を第２容器内に移動させる廃棄物移動工程と、
   高温・低圧の前記第２容器の容器内領域で前記廃棄物を乾燥させる乾燥処理工程と、
   加水分解処理及び乾燥処理によって微細化又は微粉化した前記廃棄物を前記第２容器から排出する払出し工程とを有することを特徴とする廃棄物処理方法。
9. 前記第１容器の容器内領域の圧力は、５気圧〜３０気圧の範囲内に設定され、該容器内領域の温度は、１５０℃〜２４０℃の範囲内に設定されることを特徴とする請求項８に記載の廃棄物処理方法。
10. 前記第２容器の容器内領域の圧力は、０．７気圧〜２気圧の範囲内に設定され、該容器内領域の温度は、８０℃〜２００℃の範囲内に設定されることを特徴とする請求項８又は９に記載の廃棄物処理方法。
11. 前記廃棄物が７０％以下の含水率を有する場合、該廃棄物は、前記第１容器の容器内領域において加水されることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の廃棄物処理方法。
12. 前記廃棄物は、前記第１容器の容器内領域における加水分解反応によって微細化又は微粉化して減容した後、前記２容器に移動されることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の廃棄物処理方法。
13. 前記廃棄物は、前記第１容器の容器内領域において加水分解処理を受けた後、前記第２容器に移動する際、或いは、該第２容器内に移動した後、該第２容器の低圧雰囲気によって水蒸気爆砕し、微細化又は微粉化することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の廃棄物処理方法。
14. 前記廃棄物は、該廃棄物の含水率が３０％以下に低下するまで前記第２容器において加熱乾燥処理を受けることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の廃棄物処理方法。
15. 前記廃棄物を第１容器に導入するための廃棄物供給装置を複数の廃棄物供給機によって構成し、該供給機を切換運転することによって、前記第１容器内の温度及び圧力を低下させずに前記廃棄物を前記第１容器内に導入するようにしたことを特徴とする請求項８乃至１４のいずれか１項に記載の廃棄物処理方法。
    

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