(57)【要約】【課題】液分を含有している有機系固形物から液分を効率よく分離し、しかも後に分離工程を設けることなくそのまま固液分離を行えるようにした、有機系固形物の処理方法および処理装置を提供する。【解決手段】有機系固形物Ｓに高温加圧水蒸気を接触させて有機系固形物Ｓから溶出した液分を分離除去する処理装置１である。高温加圧水蒸気が供給されあるいはこれを生成する高温加圧処理容器２と、有機系固形物Ｓを載せてこの有機系固形物Ｓを高温加圧処理容器２内に収容配置させるための固液分離材１８とを備えている。固液分離材１８には液分を通過させるための開口が設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機系固形物に高温加圧水蒸気を接触させて有機系固形物から溶出した液分を該有機系固形物から分離除去する処理方法であって、
開口を有した固液分離材上に前記有機系固形物を配置し、その状態で該有機系固形物に高温加圧水蒸気を接触させることにより、該有機系固形物から溶出させた液分を前記固液分離材で分離除去するようにしたことを特徴とする有機系固形物の処理方法。
【請求項２】
前記固液分離材は、籠状あるいは仕切り板状に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の有機系固形物の処理方法。
【請求項３】
前記高温加圧水蒸気として、１００℃〜２５０℃の飽和水蒸気を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の有機系固形物の処理方法。
【請求項４】
有機系固形物に高温加圧水蒸気を接触させて有機系固形物から溶出した液分を該有機系固形物から分離除去する処理装置であって、
高温加圧水蒸気が供給されあるいはこれを生成する高温加圧処理容器と、
前記有機系固形物を載せて該有機系固形物を前記高温加圧処理容器内に収容配置させるための固液分離材とを備え、前記固液分離材に液分を通過させるための開口が設けられていることを特徴とする有機系固形物の処理装置。
【請求項５】
前記固液分離材は、籠状あるいは仕切り板状に形成されてなることを特徴とする請求項４記載の有機系固形物の処理装置。
【請求項６】
前記高温加圧水蒸気として、１００℃〜２５０℃の飽和水蒸気を用いることを特徴とする請求項４又は５記載の有機系固形物の処理装置。
【請求項７】
前記高温加圧処理容器にはその底部に液溜まり部が設けられており、該液溜まり部には液分を排出するためのドレイン排出部が接続されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の有機系固形物の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機系固形物に高温加圧水蒸気を接触させて有機系固形物中の液分を該有機系固形物から分離除去する処理方法、およびこの処理方法の実施に好適な処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、有機系の廃棄物はますますその量や種類が増加し、その処理が大きな問題となっている。有機系廃棄物としては、食品工場や飲食店等から廃棄される野菜くずやご飯等の穀類、また、雑草や剪定枝、ゴルフ場から廃棄される芝草、食品工場等から廃棄される茶殻、さらに農業廃棄物である籾殻や稲藁などがある。
このような有機系廃棄物の処理方法としては、特に肥料化や燃料化などのリサイクルにも応用できる方法として、蒸気分解による方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、高温加圧水で液状化処理を行う装置も知られている。
【０００３】
ところで、前記有機系固形廃棄物を廃棄またはリサイクルするためには、まず、この有機系固形廃棄物中に含まれる液分を固形物から分離除去するのが、この分離除去した液分を廃棄またはリサイクルするうえでも、また、液分を分離除去した後の残留固形分を廃棄またはリサイクルするうえでも好ましい。
固形物中に含まれる液分を分離する方法としては、熱風乾燥により液分を蒸発させて除去する方法、圧搾や遠心分離などの機械的手法により液分を分離除去する方法などがある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１１３４４４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の蒸気分解による方法では、得られた蒸気分解物が半固形物、すなわち固液混合物となることから、これをリサイクルすべくその固形分のみを分離するためには、この蒸気分解処理後に別に分離工程を設ける必要があり、工程が複雑化し、処理時間も長くなってしまうといった課題がある。
また、高温加圧水で一部液状化を行う装置にあっても、得られる処理物が固液混合物となることから、やはり別に分離工程を設ける必要があり、工程が複雑化し、処理時間も長くなってしまう。
【０００６】
一方、熱乾燥により液分を蒸発させて除去する方法では、加熱のために大きなエネルギーを必要とし、また内部まで短時間で乾燥するための撹拌にもエネルギーを必要とし、結果としてエネルギーに要するコストが多大になってしまう。
また、固形分と液分とが混じり合った混合物である場合には、圧搾や遠心分離などの機械的手法による液分の分離除去方法は有効であるものの、液分が固形分中に取り込まれた、すなわち内部水として含有されている場合には、この機械的手法では効果が小さく、液分の分離除去を効率よく行うのは困難である。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、液分を含有している有機系固形物から液分を内部まで短時間で分離し、しかも後に分離工程を設けることなくそのまま固液分離を行えるようにした、有機系固形物の処理方法および処理装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機系固形物の処理方法は、有機系固形物に高温加圧水蒸気を接触させて有機系固形物中の液分を該有機系固形物から分離除去する処理方法であって、開口を有した固液分離材上に前記有機系固形物を配置し、その状態で該有機系固形物に高温加圧水蒸気を接触させることにより、該有機系固形物から分離された液分を前記固液分離材で分離除去するようにしたことを前記課題の解決手段とした。
【０００９】
この有機系固形物の処理方法によれば、固液分離材上に前記有機系固形物を配置し、その状態で該有機系固形物に高温加圧水蒸気を接触させるようにしたので、この接触処理によって前記有機系固形物中の有機物および水分が高温加圧水蒸気中に液体として良好に溶出し、抽出されるようになる。また、このようにして有機系固形物から分離し、高温加圧水蒸気中に溶出した有機物および水分を、前記固液分離材で分離除去することで、後に分離工程を設けることなくこの高温加圧水蒸気との接触処理によってそのまま固液分離を行うことが可能になる。
【００１０】
本発明の有機系固形物の処理装置は、有機系固形物に高温加圧水蒸気を接触させて有機系固形物中の液分を該有機系固形物から分離除去する処理装置であって、高温加圧水蒸気が供給されあるいはこれを生成する高温加圧処理容器と、前記有機系固形物を載せて該有機系固形物を前記高温加圧処理容器内に収容配置させるための固液分離材とを備え、前記固液分離材に液分を通過させるための開口が設けられていることを前記課題の解決手段とした。
【００１１】
この有機系固形物の処理装置によれば、固液分離材上に前記有機系固形物を載せてこれを高温加圧処理容器内に収容配置し、その状態で高温加圧処理容器内に高温加圧水蒸気を供給しあるいはこれを生成して前記有機系固形物に高温加圧水蒸気を接触させることにより、前記有機系固形物中の有機物および水分を高温加圧水蒸気中に溶出させ、抽出することができる。また、このようにして有機系固形物から分離し、高温加圧水蒸気中に溶出した液分は、前記固液分離材の開口より流れ落ちることから、この流れ落ちた液分を分離除去することで、後に分離工程を設けることなくこの高温加圧水蒸気との接触処理によってそのまま固液分離を行うことが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の有機系固形物の処理装置の一実施形態例を説明するための概略構成図であり、図１中符号１は有機系固形物の処理装置（以下、処理装置と記す）である。この処理装置１は、前述した有機系の固形物Ｓ、すなわち野菜くずやご飯等の穀類、雑草や剪定枝、芝草、茶殻、さらに籾殻や稲藁などを処理し、固形物中の液分を抽出して固液分離するためのもので、この固液分離を行うための高温加圧処理容器２を備えたものである。
【００１３】
高温加圧処理容器２は、高温高圧に耐え得るよう設計された公知のもので、本実施形態では有底略円筒状の容器本体２ａとこれの開口部を閉塞する蓋２ｂとからなるものである。なお、本実施形態では、容器本体２ａが横向きとなるように、すなわち、容器本体２ａの中心軸が略水平方向に向き、蓋２ｂが側方に位置するようにして高温加圧処理容器２は設置されている。また、容器本体２ａには、必要に応じて該容器本体２ａ内を加熱する電気ヒーター等の加熱手段（図示せず）を設けるようにしてもよい。このような電気ヒーター（加熱手段）を設ける場合には、これを制御装置（図示せず）に接続しておき、さらにこの制御装置に後述する温度計７を接続しておくことにより、高温加圧処理容器２内を所望の温度に設定できるようにしておくのが好ましい。
【００１４】
前記高温加圧処理容器２には、これに高温加圧水蒸気を供給するための水蒸気供給手段３が接続されている。水蒸気供給手段３は、高温加圧処理容器２に接続された配管４と、この配管４に接続された公知のボイラ５とから構成されたもので、配管４中に電磁弁等からなる給気弁６を有したものである。
また、この高温加圧処理容器２には、温度計７、圧力計８、安全弁９、排気弁１０がそれぞれ設けられ、さらにその底部にはドレイン排出部１１が設けられている。このドレイン排出部１１は、高温加圧処理容器２の底部に接続された配管１２と、この配管１２中に設けられた排出弁１３とからなるものである。ここで、排出弁１３は、これに所定の負荷、すなわち所定の圧力又は荷重がかかると自動的に開き、負荷が所定値以下になると自動的に閉じる構成となっている。ただし、排出弁１３については、このような構成に限定されることなく、例えば電磁弁等を用い、図示しない制御部によってその開閉を制御するようにしてもよい。
【００１５】
また、この高温加圧処理容器２には、その容器本体２ａに支持脚１４、１４が設けられており、これによって高温加圧処理容器２は安定して自立するようになっている。
【００１６】
また、この高温加圧処理容器２には、前記の有機系固形物Ｓを載せるための固液分離材１８が出し入れ可能に備えられている。この固液分離材１８としては、メッシュ（金網等の網体）やパンチングメタル、樹脂やセラミックスの板に開口を形成したもの、また織布、不織布、さらにはゴムや樹脂製のシートに開口を形成したものなど、小さい開口を多数有したもので、特に高温高圧に対する耐性を有し、かつ水（水蒸気）や有機系固形物Ｓからの抽出液に対し化学的に安定なものが好適に用いられる。具体的には、非処理物である有機系固形物Ｓの個片に対し十分に小さい網目（開口）を有した金網を籠状に成型したもの、本実施形態では図２（ａ）、（ｂ）に示すように直方体形状の籠状に形成されたものが用いられる。ここで、この籠状の固液分離材１８については、その網目（開口）を、前述したように有機系固形物Ｓの個片に対し十分に小さくしている。これは、後述する高温加圧下での処理中において、各個片から液分が抽出された際、この個片が網目（開口）を通って落下しないようにするためである。
【００１７】
また、この籠状の固液分離材１８には、必要に応じて蓋や取っ手が設けられており、これによって有機系固形物Ｓの収容や運搬等の取り扱いが容易になっている。
また、本実施形態においては、図２（ａ）、（ｂ）に示したように前記の高温加圧処理容器２内に、ドレイン排出部１１の配管１２を接続した底部より十分に間隔をおいてその上方に設置棚１９、１９が設けられている。これら設置棚１９、１９は、前記固液分離材１８を図２（ａ）に示したようにその間に跨がせた状態で設置するものである。このような構成のもとに、後述する処理によって固液分離材１８内の有機系固形物Ｓから液分が抽出された際、この抽出液が固液分離材１８の網目（開口）を通って高温加圧処理容器２の底部に流れ落ちるようになっている。
【００１８】
また、設置棚１９、１９が設けられた位置から底部までの間のスペースが、本発明における液溜まり部２０となっている。この液溜まり部２０は、底部に流れ落ちた凝縮液や液分（抽出液）がある程度溜まっても、その液中に前記固液分離材１８が没し、この固液分離材１８内の有機系固形物Ｓが液中に浸ってしまうのを防止するためのものである。すなわち、抽出がある程度進んでも、固液分離材１８内の有機系固形物Ｓは高温加圧処理容器２の底部に溜まった抽出液中に浸らず、分離された状態が維持されるようになっているのである。なお、高温加圧処理容器２の底部に溜まった抽出液は、所定量が溜まった段階で自動的に、あるいは定期的に排出されるようになっている。また、処理が終了した後に、貯留した液分をまとめて抜くようにしてもよい。したがって、この排出の頻度や排出の時期に応じて、前記液溜まり部２０の容積、すなわち設置棚１９、１９の高さが適宜に設定されているのである。
【００１９】
次に、このような構成の処理装置１による処理に基づき、本発明の有機系固形物の処理方法の一実施形態を説明する。
まず、非処理物である有機系固形物Ｓを前記の籠状の固液分離材１８内に収容する。ここで、有機系固形物Ｓの形態については特に限定されることはないものの、その種類等によっては、必要に応じて破砕などの前処理を施してその表面積を大きくし、後述する高温加圧水蒸気との接触効率を高めるようにしてもよい。
【００２０】
次に、この有機系固形物Ｓを収容した固液分離材１８を高温加圧処理容器２に入れ、前記設置棚１９、１９上に設置する。そして、高温加圧処理容器２の蓋２ｂを閉める。
【００２１】
次いで、給気弁６を開き、予め所定の温度・圧力に調整してある水蒸気をボイラ５から高温加圧処理容器２内に供給する。ここで、供給する水蒸気としては、温度が１００〜２５０℃程度、飽和蒸気圧として０．１〜４ＭＰａ程度のものとするのが好ましく、特に１５０〜２１０℃程度とするのが望ましい。１００℃未満では十分な水の蒸発が起こらず、また、２５０℃を越えると、これに接触した有機系固形物Ｓが部分的に液状化し、本来の目的である、固形分をそのままに保ちつつ液分を抽出するといったことが達成されなくなるおそれがあり、また、過剰なエネルギーを消費することでコストが高くなってしまうからである。また、特に１５０〜２１０℃程度とすれば、水の蒸発が良好に起こり、かつエネルギーの消費も無駄なく抑えることができるからである。
【００２２】
このようにして高温加圧処理容器２内に水蒸気を供給し、高温加圧処理容器２内を所定雰囲気（所定温度、所定圧力の水蒸気雰囲気）に調整する。このとき、水蒸気供給の初期においては、高温加圧処理容器２および固形物がまだ加熱されておらず冷えた状態となっているので、その表面に接触した水蒸気は凝縮して高温加圧処理容器２の底部（液溜まり部２０）に溜まる。そこで、このようにして液溜まり部２０に溜まった凝縮水については、排出弁１３を開くことによって容器外に排出する。なお、初期におけるこの凝縮水は、高温加圧処理容器２内が所定雰囲気に満たされた後の処理によって得られた抽出液とはその成分が異なり、比較的純度の高い蒸留水となることから、特に何らかの処理を施すことなく、その再利用や廃棄を行うことができる。
また、このような初期における水蒸気の凝縮を少なくするため、高温加圧処理容器２内に有機系固形物Ｓを入れた後、前述した電気ヒーター（加熱手段）によって容器本体２ａを予備加熱するようにしてもよい。
【００２３】
高温加圧処理容器２内を所定雰囲気に調整したら、給気弁６の開閉を適宜に制御することにより、高温加圧処理容器２内を所定雰囲気のままに保持する。そして、この状態で有機系固形物Ｓを例えば１０分から１時間程度高温加圧水蒸気に接触させ、加熱処理を行う。
このようにして有機系固形物Ｓを高温加圧水蒸気で接触処理すると、有機系固形物Ｓと水蒸気とが反応し、有機系固形物Ｓ中の液分が高温加圧水蒸気中に良好に溶出し、結果として水蒸気中に抽出されることになる。また、このようにして水蒸気中に抽出された液分（抽出液）は、固液分離材１８の開口を通って流れ落ち、高温加圧処理容器２の液溜まり部２０に溜まることから、結果的に有機系固形物Ｓの固形分とこれに含まれていた液分（抽出液）とは自動的に固液分離がなされることとなる。
【００２４】
このようにして高温加圧水蒸気の接触処理による抽出および固液分離を行い、液分（抽出液）が高温加圧処理容器２の液溜まり部２０に溜まったら、この溜まった液分（抽出液）を、排出弁１３を開くことによって容器外に排出する。排出弁１３の開閉については、前述したように液分（抽出液）が所定量溜まることにより、自動的に作動する。また、時間によって定期的に開閉させ、あるいはマニュアルで操作することも可能である。
排出弁１３が開いて排出された液分（抽出液）は、先の凝縮液とは異なり、有機系固形物Ｓ中含有されていた成分が多量に含まれていることから、廃棄する場合にはその成分に応じた後処理を行うのが好ましく、また、再利用する場合にもその目的に応じた後処理を行うのが好ましい。
【００２５】
このようにして所定時間高温加圧水蒸気の接触処理を行い、固液分離された液分（抽出液）を排出弁１３から全量取り出したら、給気弁６を閉じて水蒸気の供給を終了させ、さらに排気弁１０を開いて高温加圧処理容器２内を減圧し、常圧に戻す。
その後、高温加圧処理容器２の蓋２ｂを開いて中の固液分離材１８を取り出し、さらに液分が抽出されて残った有機系固形物Ｓの固形分を固液分離材１８から取り出し、必要に応じて有機系固形物Ｓの種類に応じた後処理、すなわち廃棄のための処理や再利用のための処理を行う。
【００２６】
なお、高温加圧処理容器２からの固液分離材１８の取り出しについては、高温加圧処理容器２が常温に戻るのを待つことなく、すなわち固液分離材１８内の有機系固形物Ｓが熱い状態のままで取り出すのが好ましい。このようにすれば、高温加圧処理容器２が常温に戻るまでの時間のロスをなくして処理の短縮化を図ることができ、また、取り出した有機系固形物Ｓが熱い状態のままであるので、その乾燥がある程度まで自然に進み、乾燥に要するエネルギー消費を抑えることができるからである。
【００２７】
このような処理装置１による有機系固形物の処理方法にあっては、有機系固形物Ｓ中の液分を高温加圧水蒸気中に溶出させて水蒸気中に抽出するようにし、さらに、抽出した液分（抽出液）を固液分離材１８から流れ落とさせて自動的に固液分離するようにしたので、従来のごとく後工程として固液分離工程を設ける必要がないことから工程の簡略化、処理時間の短縮化を図ることができる。また、水蒸気中の処理であるが、同じ温度・圧力の水中で処理した場合と同じ速度で反応が進行するため、水中で処理した場合と同等の溶出量が確保できる。
また、特に固液分離材１８を籠状にしたので、その中に有機系固形物Ｓを収容することにより、有機系固形物Ｓおよび固液分離材１８の双方の取り扱いが容易になり、したがって処理の迅速化を可能にすることができる。
【００２８】
また、前記処理装置１にあっては、高温加圧処理容器２の底部に液溜まり部２０を設け、ここにドレイン排出部１１を接続したので、凝縮水や液分（抽出液）をいつでも高温加圧処理容器２外に取り出すことができ、したがって加熱初期に発生する液分とそれ以降の処理中に発生する液分とを別々に取り出すことで、液分（抽出液）中に含まれる凝縮水の割合を最小限に抑え、かつ取り出される液分（抽出液）そのものの量も最小限に抑えることができる。よって、この液分（抽出液）を廃棄し、あるいは食品や肥料の原料などとして再利用するための後処理を行う際、この後処理の負担を軽減してコストの低減化を図ることができる。
また、前記処理装置１にあっては、基本的には固液分離材１８を備える以外には一般的な高温加圧処理容器２をそのまま転用することができ、したがって簡略な装置構成で前述の大きな効果を奏するものとなる。
【００２９】
なお、前記実施形態では、高温加圧水蒸気をボイラ５によって高温加圧処理容器２内に供給するようにしたが、例えば高温加圧処理容器２に電気ヒータ等の加熱手段を設けた場合には、単に水を高温加圧処理容器２に供給し、これを加熱手段で加熱することによって高温加圧水蒸気を生成するようにしてもよい。工場などボイラが既存の設備としてある場合や大量の処理を行う場合には、ボイラを用いるのが省エネルギーなどの点から有利であるが、実験室や小量の処理を行う場合には、加熱手段によって水蒸気を高温加圧処理容器２内で生成する方が有利となることもある。
【００３０】
また、前記実施形態では、高温加圧処理容器２として図２（ａ）、（ｂ）に示したような横型のものを用いたが、図３（ａ）、（ｂ）に示すように縦型、すなわち有底円筒状の容器本体２ａの中心軸を鉛直方向に配置した構造の高温加圧処理容器２を用いることもできる。その場合に、図３（ａ）に示したようにその底部をテーパ状とし、このテーパ部分が液溜まり部２０となるように設置棚１９を設けるのが好ましい。
【００３１】
また、このような縦型の高温加圧処理容器２の場合には、固液分離材１８として、前記の直方体形状のものでなく、図３（ａ）、（ｂ）に示したように円筒形状で籠状のものを用いるのが、有機系固形物Ｓの一回の処理量を多くすることができ好ましい。
【００３２】
また、本発明の固液分離材１８としては、籠状のものに限定されることはなく、非処理物（有機系固形物Ｓ）の形態や固液分離材１８の材質等応じて種々の状態、形状のものが使用可能である。例えば、高圧加圧処理容器２の仕切り板や棚板であって、これが単に開口を有したものであってもよく、また、織布や不織布で形成する場合には袋状に形成してもよい。
また、開口の形状についても、網目以外の場合には、有機系固形物Ｓの形態に応じてこれが落下しないような適宜な形状とすることができる。
【００３３】
（実験例）
図１、図２（ａ）、（ｂ）に示した処理装置１を用い、有機系固形物Ｓとして茶殻および籾殻を用いてこれらをそれぞれ高温加圧水蒸気で接触処理し、処理前後の有機系固形物Ｓ中の成分を測定した。得られた結果を図４（ａ）、（ｂ）に示す。なお、実験はいずれも１８０℃の温度の飽和水蒸気を用いて処理を行った。
図４（ａ）に示した茶殻の場合では、処理前において約７０％含まれていた水分が数％にまで減少し、水分が良好に溶出したことが分かった。
図４（ｂ）に示した籾殻の場合では、もともと水分が少ないことから水分の減少は大きくは見られないものの、有機質の大きな減少が見られ、したがって抽出液中に多くの有機質が溶解したと考えられる。よって、抽出液を適宜に処理することで、これの有効利用を図ることができると考えられる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の有機系固形物の処理方法および処理装置は、有機系固形物中の成分を高温加圧水蒸気中に液体として溶出させて抽出するようにし、さらに、抽出した液分（抽出液）を固液分離材から流れ落とさせて自動的に固液分離するようにしたものであるから、従来のごとく後工程として固液分離工程を設ける必要がなく、よって工程の簡略化、処理時間の短縮化を図ることができる。
また、水蒸気中の処理であるが、同じ温度・圧力の水中で処理した場合と同じ速度で反応が進行するため、水中で処理した場合と同等の溶出量が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機系固形物の処理装置の一実施形態の、概略構成を説明するための図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は図１に示した高温加圧処理容器および固液分離材の概略構成を説明するための図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は高温加圧処理容器および固液分離材の他の例の概略構成を説明するための図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は平面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）はいずれも実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１…有機固形物の処理装置、２…高温加圧処理容器、
３…水蒸気供給手段、４…放流処理装置、１１…ドレイン排出部、
１３…排出弁、１８…固液分離材、２０…液溜まり部
【図１】
2004261682.tif 000003
【図２】
2004261682.tif 000004
【図３】
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【図４】
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