(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物処理室（２０）と、
該処理室（２０）に廃棄物を制御された投入速度で投入する投入手段（１０）と、
廃棄物の有機成分を、水素、一酸化炭素ならびに二酸化炭素を有するガス、および炭素粒子を含む粒子に変換し、廃棄物の無機成分を実質的に熔融物に変換するのに十分な温度にまで前記処理室を加熱するプラズマアークトーチ（３５）と、
前記処理室（２０）からガスを排ガスとして抜き取り、少なくとも部分的な真空を前記処理室（２０）中に維持する抜き取り手段（１９）と、
前記熔融物を前記処理室から取り出す手段（８１）と、
排ガス中の炭素粒子量をモニターする第１モニター手段（５１）と、
該炭素粒子の大部分を一酸化炭素に変換するのに有効な量のオキシダントを前記処理室に注入する手段（５３）と、
炭素粒子の形成を最小限に抑制するように前記処理室に注入されるオキシダント量を制御する前記第１モニター手段に応答する制御手段（５０）と、
１５０℃以下の温度に排ガスを冷却し、該冷却排ガスから炭素粒子の一部を分離する冷却手段（６５）と、
前記処理室（２０）を該冷却手段（６５）に接続する導管（２６）を有する前記抜き取り手段（１９）と、
産物ガスを生成するため、冷却された排ガス中の酸性ガスを中和し、それから粒子の残りの部分を分離する手段（６６）と、
粒子の残りの部分を投入手段に持ち込む手段（６７）と、
産物ガスの成分をモニターする第２モニター手段（５２）と、
を有することを特徴とする無機ならびに有機の成分からなる危険廃棄物の処理装置。
【請求項２】
投入手段（１０）が廃棄物の充填される充填ホッパ（１１）と、該充填ホッパの下方に配置される供給ホッパ（１２）と、開かれて該充填ホッパ（１１）に充填できるようにし閉められて該充填ホッパ（１１）の密閉蓋となる第１蓋と、前記充填ホッパと前記供給ホッパ（１２）間に配置され開かれると両者を連続させ閉められると両者を分割する第２蓋と、前記供給ホッパ（１２）から前記処理室（２０）へ張設された廃棄物供給コンベヤ（１６）と、を有し、前記第１蓋と第２蓋を交互に開閉できるようにされていることを特徴とする請求項１に記載の危険廃棄物の処理装置。
【請求項３】
前記供給ホッパ（１２）中のガスを前記処理室（２０）へ移動させるように前記供給ホッパ（１２）と前記処理室（２０）間を連通する通気システム（１５）を有することを特徴とする請求項２に記載の危険廃棄物の処理装置。
【請求項４】
前記供給ホッパ（１２）内の前記廃棄物供給コンベヤ（１６）の上方に取り付けられた噴霧ノズル（２４）と該噴霧ノズルを消毒剤源に接続する手段（２３）を有する前記供給ホッパ（１２）に消毒剤を注入する消毒システム（２２）をさらに有していることを特徴とする請求項３に記載の危険廃棄物の処理装置。
【請求項５】
前記第１モニター手段（５１）に応答する制御手段（５０）が、
(i)前記第１モニター手段と、
(ii)前記第１モニター手段（５１）からの受信シグナルを処理する、排ガス中に含有される炭素粒子の過剰量を示す前記受信シグナルに応答してオキシダントの規制量を前記処理室に注入する栓の開閉を制御する制御手段を有するシグナルプロセッサ（６３）と
を有していることを特徴とする請求項１に記載の危険廃棄物の処理装置。
【請求項６】
前記廃棄物処理室（２０）がオキシダントの注入される乱流域（４７）を有していることを特徴とする請求項５に記載の危険廃棄物の処理装置。
【請求項７】
前記第１モニター手段（５１）が前記導管（２６）に少なくとも１個ののぞき窓（５６）と、光源（６４）と、前記のぞき窓（５６）に対して取り付けられた検知器（６２）であって前記光源から到達する光の量に基づき排ガス中の炭素粒子の濃度を検知することができるようにされたものと、を有することを特徴とする請求項１に記載の危険廃棄物の処理装置。
【請求項８】
第２モニター手段（５２）が、水素割合を測定する伝導熱アナライザ（７６）と、産物ガス中の一酸化炭素、二酸化炭素および炭化水素のガスの割合を測定する少なくとも１個の赤外線アナライザ（７７）と、を含むことを特徴とする請求項７に記載の危険廃棄物の処理装置。
【請求項９】
前記導管（２６）が、断熱パイプ（２６）と、該導管中の排ガス温度を維持する手段とを有し、前記排ガス温度を維持する手段は、該導管においてガス消火器（６５）の入り口近傍の下流で温度熱電対を有することを特徴とする請求項１に記載の危険廃棄物の処理装置。
【請求項１０】
廃棄物処理室（２０）を供給し、
該処理室（２０）に廃棄物を制御された投入速度で投入し、
廃棄物の有機成分を、水素、一酸化炭素ならびに二酸化炭素を有するガス、および炭素粒子を含む粒子に変換し、廃棄物の無機成分を実質的に熔融物に変換するのに十分な温度にまで前記処理室（２０）中の廃棄物を加熱し、
前記処理室からガスを排ガスとして抜き取り、少なくとも部分的な真空を前記処理室中に維持し、
前記熔融物を前記処理室（２０）から取り出し、
排ガス中の炭素粒子量を第１モニター手段（５１）でモニターし、
該炭素粒子の大部分を一酸化炭素に変換するのに有効な量のオキシダントを前記処理室（２０）に注入し、
排ガス温度を少なくとも８７５℃以上に最初維持し、
その後１５０℃以下の温度に排ガスを冷却し、
この冷却した排ガスから炭素粒子の第１の部分を分離し、
この冷却した排ガス中の酸性ガスを中和し、
産物ガスを生成するように、この冷却した排ガスから粒子の残った部分を実質的に分離し、
粒子の残った部分を処理室に導入し、そして
第２モニター手段（５２）を使って産物ガスの成分をモニターする、
以上の工程を含むことを特徴とする無機ならびに有機の成分からなる危険廃棄物の処理方法。
【請求項１１】
前記処理室に廃棄物を投入する工程が、廃棄物を第１ホッパー（１１）中に導入し、該第１ホッパー（１１）を周囲環境から遮蔽し、前記廃棄物を第２ホッパー（１２）中に放出し、該第２ホッパー（１２）を前記第１ホッパー（１１）および周囲環境から遮蔽し、そして前記廃棄物を処理室（２０）へ移動させることを特徴とする請求項１０に記載の危険廃棄物の処理方法。
【請求項１２】
前記第２ホッパー（１２）を前記処理室（２０）に通気する工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の危険廃棄物の処理方法。
【請求項１３】
前記第２ホッパー（１２）が前記第１ホッパー（１１）に対して遮蔽されているとき該第２ホッパー（１２）中に消毒剤をまく工程をさらに有することを特徴とする請求項１２に記載の危険廃棄物の処理方法。
【請求項１４】
排ガス中の炭素粒子量の過剰分を示す前記第１モニター手段（５１）に応答して上記処理室（２０）に蒸気が注入されることを特徴とする請求項１０に記載の危険廃棄物の処理方法。
【請求項１５】
炭素粒子を一酸化炭素へほぼ完全に変換させるため、廃棄物処理室（２０）の乱流域で炭素粒子と蒸気とを混合する工程を有することを特徴とする請求項１４に記載の危険廃棄物の処理方法。
【請求項１６】
上記排ガス温度を少なくとも８７５℃以上に最初維持する処理は、断熱パイプに排ガスを通す処理を含むことを特徴とする請求項１０に記載の危険廃棄物の処理方法。
【請求項１７】
廃棄物処理室（２０）と、
該処理室に廃棄物を制御された投入速度で投入する手段（１０）と、
廃棄物の有機成分を、水素、一酸化炭素ならびに二酸化炭素を含むガス、および炭素粒子を含む粒子に変換し、廃棄物の無機成分を実質的に熔融物に変換するのに十分な温度にまで前記処理室を加熱するプラズマアークトーチ（３５）と、
前記処理室からガスを排ガスとして抜き取り冷却する手段（６５、６６、６８）と、
前記熔融物を前記処理室（２０）から取り出す手段（８１）と、
排ガス中の炭素粒子量をモニターする第１モニター手段（５１）と、
該炭素粒子の大部分を一酸化炭素に変換するのに有効な量のオキシダントを前記処理室に注入する手段（５３）と、
を有することを特徴とする無機ならびに有機の成分からなる廃棄物の処理装置。
【請求項１８】
廃棄物処理室（２０）を供給し、
該処理室（２０）に廃棄物を制御された投入速度で投入し、
廃棄物の有機成分を、水素、一酸化炭素ならびに二酸化炭素を含むガス、および炭素粒子を含む粒子に変換し、廃棄物の無機成分を実質的に熔融物に変換するのにプラズマアークトーチ（３５）を使用して前記処理室中の廃棄物を加熱し、
前記処理室（２０）からガスを排ガスとして抜き取り、少なくとも部分的な真空を前記処理室（２０）中に維持し、
前記熔融物を前記処理室（２０）から取り出し、
排ガス中の炭素粒子量を第１モニター手段（５１）でモニターし、
該炭素粒子の大部分を一酸化炭素に変換するのに有効な量のオキシダントを前記処理室に注入し、
排ガス温度を少なくとも８７５℃以上に最初維持し、
その後１５０℃以下の温度に排ガスを冷却する、
以上の工程を含むことを特徴とする無機ならびに有機の成分からなる廃棄物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は廃棄物の制御された熱分解に関する。より詳細には事後処理や埋立処分の必要な残滓を処理廃棄物は含有しないように、有機物（炭素含有物）および無機物の流体廃棄物中に含有される危険な、および危険でない物質を処理する方法および装置に関する。この処理方法は有機物の高温による熱分解および制御された気化ならびに金属類のリサイクルや無機物のガラス化を含む。
危険な医療廃棄物を埋め立てすることも最近まで処理方法として許容されてきた。埋立処分のもたらす結果が詳しく調査されると市民の反対運動が起こって、規制圧力が埋め立て処分を制限し、埋め立ての代わりとなる廃棄物処分問題を解消する経済的な唯一の代替方法である焼却処分を採用することになった。埋め立てスペースがなかったり埋め立てが高くつく所では焼却が有効であることは分かったが、市民の新たな心配の対象ともなった。その結果もっと厳格な、殆どの焼却方法が到達できない程厳格な新しい排気規制ができてきた。それにも拘わらず運転中の焼却炉は残滓灰を残し、検出可能な量の潜在的に危険な未焼却物質を有している。
大半の現存の医療廃棄物焼却炉は古い技術に基づいて１９６０〜１９９０年に構築されたもので、今日のより厳格な規制が発効される前のものである。古い設計に基づく大気公害制御システムは焼却炉の設計同様、今日の基準には合わないものになっている。
医療廃棄物を焼却する焼却炉を使う際の問題のうち主要な１つは廃棄物の多様性である。この問題は、焼却炉を廃棄物中の全ての有機物を完全に破壊するのに十分な高温に維持することを困難にする。焼却炉を悩ます汚染物には、いわゆる不完全燃焼生成物がある。例えばこの種の廃棄物の第１の袋には液体や血液の染み込んだ包帯、先鋭物（注射器、ガラス、金属製外科用具など）があり、第２の袋にはプラスチック、紙、包装材、パッド、外科用ガウン、ゴム手袋などがある。焼却炉に個別に投入されるこうした袋は他のものとは全く異なった燃焼状態になる。第１の袋は燃焼過程を冷やすし、第２の袋は加熱をさらに促進する。
低い温度サイクルでは、ダイオキシンやフランのような不完全燃焼による生成物や潜在的に危険な有機物の再形成が非常に起こり易くなる。高温サイクルでは、微粒子の酸化窒素や酸化金属の放出が増加し、特に発癌物質の六価クロムが増加する。燃焼器に廃棄物を投入する前に破砕すると、廃棄物を混合均質化させることになるが、これは一般に行われない。というのは廃棄物の潜在的な伝染性と、伝染性物質が塊をなして消毒剤を無効にするような無数の入り組んだ構造体や狭い箇所などを有する破砕機を消毒しなければならないという問題があるからである。しかも米国の多数の州は、最終処分をする前に伝染性廃棄物の入った袋を開けることを禁止する法律も作っている。焼却炉内の温度制御の問題を構成するのは一般に使われているバッチ投与法である。この法では、廃棄物の負荷を燃焼室に押し込むのに普通、ラム装置が使われている。というのは焼却炉は廃棄物自体を燃焼としており、燃焼室内の可燃廃棄物の量次第で燃焼室の温度を上下させることになる。この問題は燃焼開始時と終了時に特に著しい。投与量の変化によっても温度は変化し焼却炉は減速投入時には弱々しくしか燃焼しない。
医療その他の流体廃棄物中に一般に見られる無機廃棄成分の破壊は高温を必要とするから、高温焼却することが重要である。しかるに僅かな焼却炉しか、ステンレス鋼とか研究所などで使われるホウケイ酸ガラスを溶かすのに必要な高温に達することができず、しかもこうした焼却炉は燃焼過程を補助するために化石燃料を追加している。
有機廃棄物の破壊も高温を必要とするが、単に高温で熔融する代わりに、十分な空気が与えられれば廃棄物自体で分解し燃焼する。追加の燃料を分解させる過程中十分な熱エネルギが放出されさえするなら、その燃焼過程は自助的に維持され得る。これは焼却炉における問題となることがあるが、湿った無機物が投入材中に含まれているときは特にそうである。そんなときは、高温運転を持続することが困難になる。
低温で変化の激しい温度問題を改良するためプラズマトーチを使った装置が、問題の全部ではないがある程度を解決した。例えばCarterに付与された米国特許第5280757号はガスの流速と温度に必要かつ十分な変化を与えるラム投入装置について開示した。しかしこの特許は、一層複雑な有機化合物の生成が最小限になる安全なハイレベルに排出ガスの温度を保持する予防的措置をとっていない。Carterのオフガスパイプはステンレス鋼からできており、微粒子を収集するのにスチールサイクロンを起こしている。
本発明は６フィートのステンレス鋼パイプ中のガスを冷却することで有機化合物の有意な量、特に多環式芳香族炭化水素（ＰＡＨ）を生成するのに十分な低温（約３５０〜５００℃の範囲）にガス温度を落とさせている。Carter特許はＰＡＨの有意なレベルの量が放出成分データ中に存在することを記載している。本発明は、ガス温度がたとえ十分に高くて有機物の完全な解離を起こすだけの燃焼室の燃焼過程の安定が図られていても、有機化合物生成のおそれを減殺するには、ガスは燃焼室を離れた後も急速冷却工程に入れられるまでは十分な高温を保持されていなければならないという理論に基づいている。
最近、市民や当局は、病院、診療所、医療関連機関、研究所施設などから出る医療廃棄物の処理に関連する問題を注目している。こうした問題を解決する手段として多数の新技術が現れている。それらの大半は廃棄物が処理後埋立地に処分されても安全なように廃棄物の伝染性成分を減殺もしくは除去する殺菌／消毒方法を採用するものである。これら殺菌／消毒技術は全て、処理後に処分されなければならない大量の残滓を残すものとなっている。
また、多くの廃棄物処理工程は、選別された廃棄物を処理する前に厳密な仕分け作業が要求される。焼却しない技術の殆どは病院廃棄物の伝染性成分しか扱わないので、避けられない廃棄物の仕分上の誤りは、仕分後に埋立地行きにされた非伝染性廃棄物中に伝染性廃棄物が発見されるなどの事件が発生したときは、病院の責任問題を生起する。
発明の概要
本発明は既知の廃棄物処理装置および処理法の上記のような欠点に鑑み提案されるもので、水分の含有程度が不統一で偏在の、さまざまな種類や成分の廃棄物を処理する廃棄物処理システムならびに処理方法であって、同時に現行の排気排水規制基準に適合し、かつ、埋立処分が必要な残滓を出さないものである。
仕分けされていない廃棄物の処理ができる廃棄物処理システムを提供することも本発明の目的である。
また、あらゆる種類の複数の有機物を破壊するような廃棄物処理工程を通じる高温を安定維持でき、複数な有機化合物の生成を最小限に抑制するようなオフガス処理、あらゆる無機廃棄物をＥＰＡ ＴＣＬＰテストに合格する固体残滓に変えたりリサイクルや再使用が可能なものにすることを目的とする。
本発明のさらなる目的は、以下に記載の実施例の詳細な説明から理解されるであろう。
本発明の好ましい実施例によれば、廃棄物は制御された投入速度で処理室に投入され、そこでプラズマアークトーチにより約1650℃まで加熱されて、廃棄物の有機成分を大部分、水素、一酸化炭素および二酸化炭素からなるガスに変換し、また無機成分を大部分熔融物に変換する。ガスは処理室に少なくとも約875℃〜1000℃の温度でオフガスとして存在する。処理室から出た熔融物を冷却して、瀘過不能な固形物にするかリサイクル可能な金属にする。
本発明の廃棄物処理システムはオフガス中に乗った炭素の微粒子量およびオフガス中の一酸化炭素／二酸化炭素の割合をモニターする。炭素微粒子がオフガス中に過剰に検出されたときは、その炭素微粒子の大半を一酸化炭素に変換するのに十分な量のオキシダントが処理室に注入される。この処理室に注入されるオキシダント量は、炭素をガスに最大限変換する一方、二酸化炭素の生成量を最小限に抑制するように、制御される。
オフガスからの複雑な有機化合物の生成を防止するため、廃棄物処理システムはオフガスの温度を約150℃以下に急冷されるまでは少なくとも約875℃に維持する。オフガスの冷却中に微粒子の一部分が冷却されたガスから分離される。その後、冷却されたオフガス中の酸性ガスは中和され、残りの微粒子部分は水素と一酸化炭素を主成分とする発生炉ガスを生成するため分離される。分離された炭素微粒子は処理室に導入されて更に処理される。オキシダント注入効果を判定するために発生炉ガスの成分を継続的にモニターする。
この廃棄物処理システムはまた燃焼室への廃棄物の安全な投入方法も提供する。廃棄物が破砕され細分化され混合されそして熱分解するために運搬されるに至る前に、環境中から分離するその方法および装置について記載する。廃棄物が第１収集手段に投入されると、この第１収集手段はその環境に対して閉鎖される。
廃棄物はそれから第２収集手段に放出され、そしてこの第２収集手段は第１収集手段および環境に対して閉鎖される。その後廃棄物は破砕され、廃棄物中の固形分と液体分とを交ぜ合わすために混合される。第２収集手段から出るガスも処理室に放出される。
第２収集手段中に殺菌剤をスプレーする殺菌システムも備えられていて、殺菌剤は破壊を行う処理室に運ばれる。
本発明はまた密閉構造中で組み立てられる上部、下部、中部のある処理室も使う。
好ましい実施例の詳細な説明
図面を参照して本発明の廃棄物処理システムにつき以下に詳細に説明する。このシステムは特に医療関連廃棄物の処理に適したものである。図２において、このシステムは医療廃棄物Ｗを廃棄物処理室２０へ制御された速度で投入する廃棄物投入室（廃棄物投入システム、投入装置ともいう）１０を有している。廃棄物投入システム１０は破砕されてコンパクトにされた廃棄物を処理室へ連続的に流し込む。医療廃棄物は有機成分や無機成分を含有しており、また固形や液状であるかもしれない。また血液の浸透したスポンジとか包帯、針、カミソリ、外科用メスなどの先鋭器具の容器など伝染性廃棄物の入った袋であることもある。このシステムはまた事務所からの廃棄物、カフェテリアからの廃棄物、木製へら、油、グリース、捨てられた証明器具、裏庭から出た物、薬局からの物などの施設維持廃棄物など、非伝染性の廃棄物も処理することができる。
図２に示す医療廃棄物の投入システム１０はホッパ（供給ホッパともいう）１２の上方に配置された充填口（充填ホッパともいう）１１を有する。エアロックドア１３がこの充填口１１をスライドして蓋する。廃棄物を充填口１１に投入する段になると、ドア１３が図示の通りに開く。充填が完了すると、ドア１３はこの充填口１１を閉めるために矢印Ａ方向に蓋される。すると即座にエアロックドア１４が開いてホッパ１２から充填口１１を分割する。ホッパ１２に充填するには、ホッパ１２や処理室から環境中に何も放出しないようにドア１４をドア１３が閉まっていく間に矢印Ｂ方向に開く。各ドアはシステムから漏れや蒸発がないように充填口１１の側壁にシール機構が備えられている。
速度可変モータＭで駆動されるスクリューコンベヤ１６が廃棄物を破砕し、混合し、圧縮し、排出する。水冷ジャケット１７'を有するコンベヤ管（水冷コンベア管ともいう）１７がスクリューコンベヤ１７を取り囲んで、投入システムへの熱伝導を抑制している。水冷コンベヤ管１７のスライドゲート１８が処理室の入口に配置されて投入過程が長時間中断されたときに熱からコンベヤ管１７を隔離する。スライドゲート１８の開閉は自動制御することができる。
通気室１５がホッパ１２と処理室２０との間に設けられていて、医療廃棄物から出る排棄ガスや蒸気を処理室２０へ、下流へ向けた通風ファン（ドラフトファンともいう）１９によってそこに維持される真空圧を利用して引き込む（図１）。
ホッパ１２の内部は比較的オープンで邪魔物がなく、伝染性物質などが溜まる割れ目や凹凸を排除されている。こうした設計はホッパ１２およびホッパ１２内で唯一の可動部であるスクリューコンベヤ１６の殺菌システム２１による殺菌を容易にしている。殺菌システム２１は適当な殺菌剤を入れる容器２２を有する。
好ましい殺菌剤は過酸化水素の６％溶液である。というのはこの溶液は何ら新たなエレメントを入れる必要もなく、また後に中和しなければならない塩素も含有していないからである。容器２２はポンプ２５で加圧されている。ホッパ１２を開けたとき毒素や危険な発散がないようにホッパ１２内全体が殺菌スプレイの対象にされるようノズル２４を配列することが重要である。殺菌剤をスプレイすると殺菌剤は処理室中に排出するから廃棄物として処理される。
運転中、スクリューコンベヤ１６は固形および液状廃棄物を一緒に濃密な円筒形状物にしてしまう。固められた廃棄物の適量の表面積を熱分解工程にさらして発生炉ガスの生成を規制するため、この廃棄物を制御された速度で処理室２０に導入する。投入速度は廃棄物の性質および処理室２０内の温度ならびに酸素条件に左右される。廃棄物は好ましくは連続して処理室２０に投入されるのがよい。
本発明によれば投入速度は処理される具体的な廃棄物の処理に必要なエネルギを見積もって計算される。好ましい投入速度はシステムの実際の運転により決まるが、処理室内の好ましい平均温度を維持するように選択される。プラズマトーチ３５はエネルギを処理室２０に出力し、その中の廃棄物はエネルギを吸収して熱分解される。一定時間維持される急速な投入速度は内部温度を低下させる。逆に不適格な投入速度は処理室２０をオーバーヒートさせてしまう。したがって好ましい平均温度を達成するために適正な投入速度が選択される。
本発明のシステムは５００ｋＷのプラズマトーチを使って１時間に約１０００ポンドの廃棄物を処理することができる。この出力の約半分のトーチでそれに比例して小型の処理室にされたシステムでは１時間に約５００ポンドを処理する。
こうしたシステムが平均サイズの病院の必要を満たすに必要な大きさであると考えられる。大都市の多数の病院に奉仕している地方の処理センターは１日約２５トンまでの処理をする１０００ｋＷのトーチを使うのがよいと考えられる。
廃棄物は処理室に導入されると、プラズマ炎、加熱された耐火性ライニング、そして処理室２０内部を循環する加熱されたガスの対流、伝導、および放射によってエネルギを吸収する。廃棄物の有機成分が加熱されると、徐々に不安定になって、主として炭素と水素という構成成分に分解するまでになる。もし廃棄物中に存在するなら、酸素とハロゲンなども遊離する。こうした分解をもたらすのに必要な時間は廃棄物の物質によって微妙に異なるが、１１００℃で殆どの化合物につきミリセカンドの違いにすぎない。図１において、遊離した水素ガスは急速に膨張して処理室２０から排ガスパイプ（単にガスパイプともいう）２６へと流れ、同時に廃棄物の分解で発生した炭素微粒子の一部を運んでゆく。
発生する炭素の量は廃棄物中に存在する有機化合物および酸素の量によりさまざまである。炭素が処理室２０に入る前に酸化されるのでなければ、好ましくない重い微粒子の荷重はガス消火器６５およびガススクラバ６８にまで下流に押し流される（図２）。
図４において、処理室２０はプラズマアーク炉で、好ましい実施例では略円筒形の３部分からなる耐火材で構成される。処理室２０は図示のように好ましくは縦型である。処理室２０は還元空気中約１８５０℃の温度に耐えられる。処理室２０は中央の円筒体２８、上部の半球体２９、下部の半球体３０を有している。
各部は密閉構造にフランジジョイント３１、３２で組付けられる。コンベヤ管１７は通気管１５と同様に円筒体２８の壁を貫通して設けられている。
公知のプラズマアークトーチ（単にプラズマトーチともいう）３５が円筒体２８に設けられた受け口３６を挿通するように取り付けられる。円筒体２８には観察窓３８も設けられる。上部の半球体２９にはガス排出路（出口ともいう）４０が設けられる。このガス排出路４０は約８７５℃〜１０００℃のガスをガス消火器６５に送り込むように構成される。排ガスパイプ２６は高温ガスの発火を防止するように密閉構造にされる。これもまた約８７５℃以上のガス温度を維持するように耐火材構造にされる。
処理室２０の下部の半球体３０には栓開閉装置４３で操作されるガラススラグ用の栓４２が取り付けられる。ガラススラグは下部の半球体３０に溜まりＳとなってとどまる。栓４２はガラススラグの溢れ流出を許す程度の適当な口径に構成される。金属残滓が蓄積してしまったときは底部の栓（底栓ともいう）４６を開いて排出させることができるようにされている。
処理室２０の上部の半球林２９には注入器４５も設けられる。注入器４５は酸素、好ましくは蒸気状態の酸素を、熱分解生成物が規制されるように処理室２０内に供給する。プラズマアークトーチ３５はプラズマ炎を出し、処理室２０内部を加熱して好ましくは約１４００℃〜１８５０℃の範囲内の平均温度にする。有機物に富む医療廃棄物を処理するには固定式トーチの方が好ましい。可動式トーチに比し固定式トーチでは間断ないトーチ移動が要求されないから簡単な機構による制御が可能だし、比較的大量のガス加熱能力を発揮できるし、アークの安定性を向上させるし、特に加熱初期段階で単純な炉設計が可能だし、全体的に大規模にして信頼性を向上させることができるからである。
プラスマ加熱装置は、電源、プラズマガスコンプレッサおよび冷却装置（図示せず）を有する。
処理室２０は３部分に構成されているので、これら各部の交換がより安く、また運転中止時間をそれほど取らずに行うことができる。というのは下部の半球体３０のように他部分と比較しより早く消耗する部分があるため維持費の問題があるからである。
図２に示すように、コンベヤ管１７から処理室２０への材料供給は、プラズマ炎Ｆ中に直接注入されずに、下部の半球体３０に溜まる熔融スラグＳ中へ投入されるように行われる。廃棄物のスラグへの投入はガラス材中で金属を捕らえさせ、また、排ガス中に巻き込まれる廃棄物量を最小限にする効果がある。
廃棄物処理システムは熱分解過程における炭素粒子の上昇を最小限に抑制するように設計される。このシステムはマイクロプロセッサ内蔵のプログラマブル論理制御器（図示せず）ならびにさまざまな制御とかモニターするデバイスを備えた処理監視制御部５０（図１。工程監視制御器ともいう）を有している。このサブシステムは廃棄物処理工程で得られる所望の最終製品を得るための他の工程変数を制御するのに後になって使われる工程変数をモニターする。このシステムは分別された各成分からなる有機化合物の再生を制御する。これはさまざまな工程温度や工程圧力、また処理室２０にはいるオキシダントの注入量を制御して、熱分解生成物のガス流中の水素や一酸化炭素の割合を最大限にし二酸化炭素、炭素粒子および再生される複合有機化合物を割合を最小限にするように余分な炭素をガス化させる。
炭化水素の熱分解は固形炭素と水素ガスを放出する。炭化水素先駆体もさまざまな量の塩素などのハロゲンや酸素や窒素を含有している。酸素と塩素は多量に含まれる炭素や水素と自在に反応して論理的には広範な複合有機化合物を生成することになる。こうした複合化合物は限られた種類の単純化合物しか安定しない処理室２０が達する高温では生成され得ない。単純化合物として最も一般的で安定なものは一酸化炭素と塩化水素である。全ての固形炭素を一酸化炭素ガスに変換するには十分でない量の酸素しか廃棄物からは得られないのが通常である。したがって炭素微粒子が水素を主成分とするガス流に乗って処理室２０から外へ出て行ってしまう。廃棄物中の湿気も酸素を放出するが、廃棄物の含水率が全廃棄物を通して平均化され、かつ少なくとも約３０重量％以上となっていない限り、上記の変換を最大限に行うためには別途酸素源が必要である。
しかしこうして追加される酸素の量は微妙に制御される必要がある。というのは酸素が過剰なときは発火燃焼してしまい、好ましくない二酸化炭素を生成してしまうからである。処理室２０に注入されるオキシダント量は工程制御される。
具体的に述べると次の２つのモニターシステムによって量決定される。１は処理室２０を出るときのガス流に乗った炭素粒子量をモニターする第１モニター５１、もう１はこの第１モニター５１近傍、または第１モニター５１の下流に配置される第２モニター（第２ガスモニターともいう）５２で生成ガスの成分をモニターするものである。
処理室２０では有機廃棄物はその安定した基礎成分である水素ガス、一酸化炭素、炭素粒子また場合によって塩化水素などに急速に分解される。廃棄物処理装置は処理室２０に炭素粒子の大部分を一酸化炭素に変換するのに十分な量のオキシダントを注入する注入手段５３を備えている。この注入手段はスチーム発生器５３'及びスチームバルブ５４を備え、スチームバルブ５４は所定量の蒸気を処理室２０に注入する注入器４５に蒸気を制御供給するときに開けられる。処理室２０に注入される蒸気は遊離炭素を主として一酸化炭素に変換する。一酸化炭素は燃料としての価値を持ち、水素産物と結合してエネルギ−リサイクルシステム（エネルギ−再生システムともいう）７０で利用可能な生成ガスを形成するので、好ましい最終品なのである。過剰な酸素を制限することによって、酸化金属、酸化窒素および酸化硫黄の形成を最小限に抑制される。
得られた燃料ガス生成物は、例えば、スチームボイラで燃焼したり、電源用燃料電池に使われたり、触媒コンバーターを使ってメタノールに変換されたり、発電用タービンを回したりするのに使うことができる。
オキシダントを処理室２０に注入すると、乱流が処理室２０内に起こって炭素と蒸気を徹底的に混合し、炭素のガス化を最大限に行う。処理室２０はオキシダントが注入されることになる乱流域４７（図２）を有しており、この乱流域４７中を内部のガス及びスチーム流に乗った炭素が横切るように強制される。炭素及びオキシダントは酸化反応が起こるのに十分な時間乱流域４７中に留まっていなければならない。
滞留時間は、ガスとスチーム流に乗った炭素粒子ならびに蒸気が処理室２０及びガスパイプ２６の高温域中に留まる、その時間量である。滞留時間はガス流速度とガス移動距離との関数である。乱流域４７の容積およびガスをガス消火器６５に送り出す排ガスパイプ２６の容積は、最大ガス流速度のとき十分な滞留時間を確保することができるだけのものとされる。乱流域４７は処理室２０および滞留時間を大きくすることなく炭素と酸素間の反応可能性を改善するのである。
処理室２０に注入されるオキシダントの適正量は、処理室２０を出るときのガス流中の遊離炭素量を測定する第１モニター５１によって下流の排ガスパイプ２６で決定される。図３に示すように、好ましくは第１モニター５１は、処理室２０から出る排ガスパイプ２６の耐火材中にのぞき窓５８を付設させた栓を有しているのがよい。のぞき窓５６には、ステンレス鋼管５７、該管５７の周囲に巻き付け設置される水冷ジャケット５８、窒素放出口５９、ガラス圧窓６０、光源６４そして検知器６２が取り付けられている。検知器６２は処理室２０を出て行くガスを常時モニターして炭素粒子量を測定する。
図３の第１モニター５１はガス管中を検知器６２まで到達する特定波長の光を出す光源６４を使っている。検知器６２に到達する光量は、ガス中の粒子量、粒子濃度に左右される。また粒子は光源６４から出される光を分散させることもする。
検知器６２の出力は、処理室２０に注入される蒸気量を制御する手段を備えた工程監視制御器５０に接続されたシグナルプロセッサ６３に伝達される。この制御システムは論理回路デバイスを複数有しているのが好ましい。検知器６２は有機廃棄物の急速な分解から発生するガス流中の炭素粒子の上昇を検知し、対応する信号をシグナルプロセッサ６３に送るから、その信号を処理して論理回路デバイスに指示を与える。論理回路デバイスはスチームバルブ５４の開閉を制御して適量の炭素粒子レベルに回復するまで処理室２０にオキシダントが直接注入されるようにする。
有機廃棄物の解離および一部分の酸化で形成されたガスは、処理室２０中で少なくとも約９００℃〜１１５０℃にまで加熱される。この廃棄物処理装置は、排ガスを約１５０℃以下にまで冷却させ、冷却されたガス中に含まれる炭素粒子をある程度まで分離する手段に排ガスが到達するまで、排ガスを所定温度以上に維持する手段を備えている。この冷却手段は好ましくはガス消火器６５である。排ガスは処理室２０の出口４０から出て排ガスパイプ２６経由でガス消火器６５へと送り出される。排ガスパイプ２６は排ガスがガス消火器６５に到達するまで約８７５℃以上のガス温度を保持するように断熱構造にされている。ガス消火器６５は熱損失を最小限に抑えるように処理室２０のできるだけ近くに設置されるのが好ましい。このガス消火器６５はガスが約１５０℃以下にまで急冷されるまで冷却する。高温熱電対がガス消火器６５の入口近傍の下流のガス温度をモニターする。
好ましい運転範囲内にガス温度を維持するためにさまざまな運転パラメータが使われる。
主室内の運転ガス温度はトーチパワーインプットと投入率とのバランスの問題である。トーチはガス温度を決定することになる最低限のバルク室温度を維持するのに必要な熱量を供給する。廃棄物は処理室２０に投入される際、熱エネルギを吸収する。トーチパワーは、トーチの大きさ及び運転パラメータに主として設定されるから、廃棄物投入速度が処理室２０のオーバーヒートを防止するのに利用され、これで処理室２０温度を調節する。温度を左右するもう一つのパラメータは二酸化炭素を形成する燃焼酸化量である。処理室２０へさらに余分な蒸気を追加すると、多量の炭素が酸化して二酸化炭素になる。この反応は発熱性だから、さらに余分な熱を放出して温度を上昇させるおそれがある。本発明では、この反応は廃棄物処理過程の初期段階で温度上昇を促進するのに利用される。しかし一方でこの反応は産物ガスの燃料としての質を低下させるから、処理工程として好ましいものとはいえない。
ガス消火器６５では、ガスは水噴射で約１５０℃以下にまで冷却されて複雑な有機化合物の形成を防止する。循環水がガスの通るガス管から非常に細かく噴霧される。高熱ガスが噴霧に接するとガス消火器６５は急速に加熱され水蒸気冷却がガス温度を下げて複雑な有機化合物の形成を防止する。噴霧動作はまた、ガス中に含まれる炭素や金属の一部分を洗浄することもする。粒子は粒子循環系６６によって除去され導管６７を介して投入系に導入される。ガス消火水は循環されて再利用される。
ガスがガス消火器６５で冷却されると、産物ガスを形成するため、冷却排ガス中の酸性ガスを中和し、炭素粒子の残りの部分をそこから分離する手段にドラフトファン１９で冷却ガスを引き込む。この引込手段は湿ったガススクラバ６８であることが好ましい。病院などでよく見られる塩素殺菌された有機廃棄物その他の有機廃棄物は分解し、水素に富むガス中で塩化水素になる。熱分解ガスがガススクラバ６８中を通過していく間に、この化合物はガススクラバ６８中で塩基性中和剤により中和されて塩を生成する。
ガススクラバ６８でガスから洗浄排出された粒子は、粒子循環系６６によってガススクラバ水から濾過されて、さらに処理されるため[dewatered]されて導管６７経由で投入装置１０に導入される。水取扱系７２が制御された量のメークアップ水と中和剤を水供給源７３および中和剤供給源７４各々からガス消火器６５およびガススクラバ６８に供給する。水取扱系７２はまた、下水溝７５に排出物を排出もする。
冷却ガスがガススクラバ６８を出ると、産物ガスの成分をモニターするため好ましくはオンラインのガスモニターからなる第２ガスモニター５２を通過する。
この第２ガスモニター５２は、ガススクラバ６８でスクラバされたガス中の水素割合を測定する伝導熱アナライザ７６と、全炭化水素の代表としての一酸化炭素、二酸化炭素およびメタンの割合を測定する赤外線アナライザ７７とを有している。赤外線アナライザ７７は工程中の炭素と酸素の比率を総合的に測定した値を出し、この値が工程の全体的バランスをモニターするのに使われる。
例えば第２ガスモニター５２はシステム内に空気漏れがないかを発見するのに利用することができる。このような漏れは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素およびメタンの全体的割合に対する低い割合によって示される。約８０％の窒素である空気がシステムに漏れているとすると、上記４種の気体の全体的割合は９２〜９４％以下になる。このようにガスの割合はシステムが正しく運転されているかを示すのである。
上述のように、制御された熱分解の目的は有機廃棄物から遊離した炭素固形分を燃料価値のある一酸化炭素に変換することにある。もし酸素が過剰なら、発火燃焼が起こって炭素を燃料として無価値な二酸化炭素に変換してしまう。本発明の廃棄物処理システムは遊離した炭素量およびこれと反応する酸素量のバランスを調節するものである。一酸化炭素よりも純粋な炭素の方が高温の運転条件ではより活発に反応するから、処理室２０に追加的に注入される酸素は炭素と反応して、一酸化炭素と反応して二酸化炭素を形成するのではなく、追加的に一酸化炭素を形成する。二酸化炭素も処理温度では一酸化炭素よりも比較的不安定である。
医療廃棄物を処理するときに遊離する炭素量は処理室２０に投入される有機廃棄物の種類および量によって変わってくる。一般に所望の炭素のガス化を達成するのに必要なオキシダント量は産物ガス流中の一酸化炭素、二酸化炭素およびメタンの割合をモニターすることによって判断することができる。投入された廃棄物中の成分はその都度変化するのであるが、遊離炭素量の一時的な急速な変化もみられる。したがって処理室２０内に存在する炭素量中のそれに伴う上昇を防止するために処理室２０に注入されるオキシダント量を瞬間的に調節する必要もある。この要請は処理室２０近傍の高温ガス中の炭素粒子量を測定して遊離炭素量が許容レベルにまで減少するまで酸素の注入量を増加させるオキシダント注入システムからタイミングよい応答を指示するモニター装置、すなわち第１モニター５１を備えることを要求する。
無毒金属、有毒重金属、陶磁器、ガラスなどの無機廃棄物は約１６５０℃で処理室２０中で熔融してしまう。熔融物はガラス状のスラグを、また場合によってはそれと分離可能な金属層とを構成する。
上述のように、廃棄物処理システムは処理室２０から熔融物を取り出す手段も備えている。図２において、取出手段は好ましくは、栓４２、密閉水タンク８０および固形残滓取扱装置８１を有する。熔融物は栓４２経由で密閉水タンク８０に流れ込み、この密閉水タンク８０で急冷されて割れ破砕粒になる。この固形のガラス状スラグは重金属が中に取り込まれているので本質的に不活性である。したがってこのスラグは固形で浸出しにくい。
処理室２０にたいするトーチの向きはトーチの炎が栓４２領域に向けられるように決められる。トーチ炎から栓４２領域への熱伝導が増加すると（そして熔融ガラスの表面レベルが栓４２の口に到達すると）、ガラス表面レベルがスクラップガラスや投入廃棄物中の金属で増量して栓４２の口から熔融ガラスが継続的に流れ出す。栓４２領域が栓４２口からガラス流れを開始される追加的加熱を要求しているなら、熱伝導を直接栓４２領域に増加させるようにトーチを下げることができる。栓４２口は熱損失を最小限に抑制するため、栓４２口を閉める栓開閉装置４３によって準備期間中は閉めておくことができる。一定時間が経過すると金属層は下層にガラススラグを溜める。鉄のような一定の金属はケイ酸塩と容易に反応しない。ガラス状の材料はこうした金属の一部を吸収するが、大量の金属が廃棄物流中に含まれる場合にはそれら金属が堆積することもある。しかしこれは困難な問題ではない。つまりたとえ金属が底に溜まるようになってきても底に設けられた栓４６から排出することができ、スクラップメタルとしてリサイクルできるからである。底栓４６は栓開閉装置４３によって閉鎖されており、必要に応じて機械的に開けることができる。
固形残滓取扱装置８１は運搬し廃棄するための容器８５に固形スラグを移し変えるコンベヤなどの適当な装置８２を備えているのが好ましい。
スクラバガスはエネルギ再生システム７０に輸送される。必要なら混入している湿気を公知の装置で除去することもできる。有機物の熱分解で生成されるガスは主として水素と一酸化炭素である。ガスのこうした成分は利用可能な燃料ガスであって、上述のように廃棄物中にあるエネルギの再生に利用することができる。
廃棄物処理システムはガラス含有金属という形の固形残滓を生産するが、これはTCLPテストを合格するもので、したがってリサイクル可能である。しかも本発明の装置及び方法は病院、医療その他の有毒その他危険な廃棄物の安全処理に限られるものでなく、毒性化学剤などの安全処理にも有効である。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の好ましい実施例に従って危険廃棄物を処理する装置の概略を示すダイヤグラムである。
図２は本発明の廃棄物投入システム及び処理室の概略図である。
図３は本発明の装置の微粒子モニターシステムの部分概略図である。
図４は本発明の処理室すなわち燃焼質の断面図である。
【符号の説明】
１０  廃棄物投入システム（投入手段、廃棄物投入室、投入装置）
１１  充填口（充填ホッパ、第１ホッパ）
１２  ホッパ（供給ホッパ、第２ホッパ）
１３  エアロックドア
１４  エアロックドア
１５  通気室（通気システム）
１６  スクリューコンベヤ
１７  水冷コンベヤ管
１７’水冷ジャケット
１８  スライドゲート
１９  通風ファン（処理室の真空を維持する抜き取り手段、ドラフトファン）
２０  廃棄物処理室
２１  殺菌システム
２２  容器
２４  ノズル
２５  ポンプ
２６  排ガスパイプ
２８  円筒体
２９  半球体
３０  半球体
３１  フランジジョイント
３５  プラズマアークトーチ（プラズマトーチ）
３６  受け口
３８  観察窓
４０  ガス排出路（出口）
４２  栓
４３  栓開閉装置
４５  注入器
４６  底栓
４７  乱流域
５０  処理監視制御部（制御手段、工程監視制御器）
５１  第１モニター（第１モニター手段）
５２  第２モニター（第２モニター手段、第２ガスモニター）
５３  注入手段（オキシダントを注入する手段）
５３’スチーム発生器
５４  スチームバルブ
５６  のぞき窓
５７  ステンレス鋼管
５８  水冷ジャケット
５９  窒素放出口
６０  ガラス圧窓
６２  検知器
６３  シグナルプロセッサ
６４  光源
６５  ガス消火器（冷却手段）
６６  粒子循環系（分離する手段）
６７  導管（取り込む手段）
６８  ガススクラバ
７０  エネルギ−リサイクルシステム（エネルギ−再生システム）
７２  水取扱系
７３  水供給源
７４  中和剤供給源
７５  下水溝
７６  伝導熱アナライザ
７７  赤外線アナライザ
８０  密閉水タンク
８１  固形残滓取扱装置（溶融物を取り出す手段）
８２  コンベア等の適切な装置
８５  容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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