(57)【要約】【課題】廃棄物を効率良く焼却処理することができ、ダイオキシン類の放出を可及的に抑制することも可能な廃棄物処理方法及びその廃棄物処理装置の提供。【解決手段】水平又は傾斜した軸線まわりに回転駆動可能なドラム体１０の内部に、顆粒状又は粒状のマイクロ波吸収発熱体４１と廃棄物４０とを収容し、ドラム体１０の回転により攪拌混合しつつ、この混合物にマグネトロン２１からのマイクロ波を照射して、廃棄物４０それ自体の発熱及びマイクロ波吸収発熱体４１からの伝導熱により廃棄物４０を昇温させ、燃焼させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
顆粒状又は粒状のマイクロ波吸収発熱体と廃棄物との混合物にマイクロ波を照射し、廃棄物それ自体の発熱及びマイクロ波吸収発熱体からの伝導熱により廃棄物を昇温させ、燃焼させることを特徴とする廃棄物処理方法。
【請求項２】
水平又は傾斜した軸線まわりに回転駆動されるドラム体の内部に、顆粒状又は粒状のマイクロ波吸収発熱体と廃棄物とを収容し、ドラム体の回転により攪拌混合しつつ、この混合物にマイクロ波を照射して、廃棄物それ自体の発熱及びマイクロ波吸収発熱体からの伝導熱により廃棄物を昇温させ、燃焼させることを特徴とする廃棄物処理方法。
【請求項３】
密閉可能なケーシングと、このケーシング内に水平又は傾斜した軸線まわりに回転可能に支持され、顆粒状又は粒状のマイクロ波吸収発熱体と廃棄物とを収容しうるドラム体と、このドラム体を回転駆動する駆動手段と、回転するドラム体の内部で攪拌混合されるマイクロ波吸収発熱体と廃棄物との混合物に向けてマイクロ波を照射しうるようにケーシングに取り付けられたマイクロ波発生器とを備えたことを特徴とする廃棄物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば使用済みの紙おむつのような廃棄物を焼却処理する廃棄物処理方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
家庭で発生する生ごみや使用済みの紙おむつ等の廃棄物をマイクロ波を用いて焼却する技術は、従来、種々提案されている。また、廃棄物のみにマイクロ波を照射する方法では、誘電率がさほど大きくない廃棄物を燃焼温度まで昇温させることが困難であるため、マイクロ波の照射によって高温度を発生する棒状のマイクロ波吸収発熱体（高温発熱体）を焼却炉（収容部）の底部に取り付け、高温となったマイクロ波吸収発熱体との接触により廃棄物（被加熱物）を加熱して焼却する技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−９８７８７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に記載の技術では、ある程度の量の廃棄物を積み重なった状態で焼却炉に投入してマイクロ波を照射した場合、速やかに加熱されるのはマイクロ波吸収発熱体に接触している下層部の廃棄物のみであって、中層部や上層部の廃棄物は、廃棄物それ自体の発熱のみによって昇温する。そのため、投入した廃棄物の全部が燃え尽きるまでに長時間を要し、処理効率が低いという問題があった。また、昇温が速やかでなく、廃棄物の温度がダイオキシン類の生成温度であるとされる３００〜４００℃の温度域に入っている時間が長いため、廃棄物に塩素を含有するプラスチック等が混入している場合は、排ガスに毒性の強いダイオキシン類が含まれるおそれもあった。
【０００５】
本発明は以上のような問題点に鑑みてなされたものであって、廃棄物を効率良く焼却処理することができ、ダイオキシン類の放出を可及的に抑制することも可能な廃棄物処理方法、及び、前記処理方法の実施に用いられる廃棄物処理装置の提供を目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る廃棄物処理方法は、顆粒状又は粒状のマイクロ波吸収発熱体と廃棄物との混合物にマイクロ波を照射し、廃棄物それ自体の発熱及びマイクロ波吸収発熱体からの伝導熱により廃棄物を昇温させ、燃焼させることを特徴とするものである。
【０００７】
また、水平又は傾斜した軸線まわりに回転駆動されるドラム体の内部に、顆粒状又は粒状のマイクロ波吸収発熱体と廃棄物とを収容し、ドラム体の回転により攪拌混合しつつ、この混合物にマイクロ波を照射して、廃棄物それ自体の発熱及びマイクロ波吸収発熱体からの伝導熱により廃棄物を昇温させ、燃焼させることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明に係る廃棄物処理装置は、密閉可能なケーシングと、このケーシング内に水平又は傾斜した軸線まわりに回転可能に支持され、顆粒状又は粒状のマイクロ波吸収発熱体と廃棄物とを収容しうるドラム体と、このドラム体を回転駆動する駆動手段と、回転するドラム体の内部で攪拌混合されるマイクロ波吸収発熱体と廃棄物との混合物に向けてマイクロ波を照射しうるようにケーシングに取り付けられたマイクロ波発生器とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
なお、本発明で用いる「マイクロ波吸収発熱体」は特に限定されないが、照射されたマイクロ波を透過させにくく、効率良く吸収することにより、処理対象とする廃棄物（廃棄物に含まれる水は除く）よりも高い発熱効率にて発熱する性質を有するものが望ましい。すなわち、例えば誘電率が大きい材料はマイクロ波の吸収率が高く、発熱効率も高いので、そのような一つ又は複数の材料からなるマイクロ波吸収発熱体を適宜選定して用いればよい。
具体的には、例えば亜鉛，銅，マンガン，コバルト，鉄等のいずれかを主成分とする金属酸化物又は炭化物や、カーボン粉末，アルミナ，炭化ケイ素，ジルコニア等のいずれかを主成分とするセラミックスというような、公知のマイクロ波吸収発熱体を用いることができる。
また、発熱体を使い捨てにする（燃焼して灰化した廃棄物とともに捨てる）場合は特に安価な材料を用いるのが好ましく、例えば炭素（黒鉛）を適宜な耐熱性粘結材（例えば粘土）とともに成形・乾燥して得た固形物をマイクロ波吸収発熱体として用いることもできる。
【００１０】
ただし、いずれの場合も、本発明では廃棄物とマイクロ波吸収発熱体を混合して加熱する関係上、マイクロ波吸収発熱体を顆粒状又は粒状に形成して用いる。ここで、マイクロ波吸収発熱体の粒径は特に限定されないが、粒径が小さすぎると取り扱いが困難となり、反対に粒径が大きすぎると発熱体の単位質量あたりの表面積（比表面積）が小さくなり、マイクロ波の吸収効率が悪くなるとともに、廃棄物との接触面積が小さくなることで発熱体から廃棄物への熱伝導効率も悪くなって、廃棄物処理効率の低下を招く傾向が生じる。したがって、マイクロ波吸収発熱体の粒径は０．１〜３０ｍｍ程度とするのが良く、特に粒径１〜１０ｍｍの顆粒状又は粒状とするのが好ましい。
【００１１】
また、前記のような粒径を有するマイクロ波吸収発熱体の顆粒又は粒の形状は特に限定されず、例えば球状，サイコロ状（正四面体状），円柱状，角柱状等の任意の形状の顆粒又は粒を用いることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
〔実施の形態１〕
前記したような顆粒状又は粒状のマイクロ波吸収発熱体と処理すべき廃棄物とを適宜比率で予め混合し、この混合物を、マイクロ波遮蔽性を有するケーシング（容器，焼却炉，又はこれらに類する入れ物）に入れ、マイクロ波を照射する。
すると、混合物を構成している廃棄物及びマイクロ波吸収発熱体はそれぞれが発熱・昇温するが、温度上昇の速度はマイクロ波吸収発熱体のほうが速いので、廃棄物は当該廃棄物自体の発熱に加え、より高温となったマイクロ波吸収発熱体からの伝導熱によっても加熱・昇温させられる。
この際、前記特許文献１に記載の技術と異なり、マイクロ波吸収発熱体は混合状態にある全ての廃棄物と満遍なく接触しているので、廃棄物を速やかに燃焼温度まで昇温させて、効率良く焼却処理することが可能となる。また、昇温が速やかで、廃棄物の温度が３００〜４００℃という温度域を短時間のうちに通過するため、ダイオキシン類の生成・放出を可及的に抑制することができる。
【００１４】
〔実施の形態２〕
前記実施の形態１に記載した処理方法によれば、特許文献１の技術に比べて廃棄物の焼却処理を効率良く行なうことが可能ではあるが、例えばマイクロ波吸収発熱体が廃棄物の下になっているような場合、照射されたマイクロ波は廃棄物を透過してからマイクロ波吸収発熱体に吸収されるので、マイクロ波吸収発熱体の昇温速度が遅くなるおそれもある。廃棄物を透過する際にマイクロ波が減衰するためである。
そこで、より一層処理効率を高めるために、回転するドラム体の内部にマイクロ波吸収発熱体と廃棄物とを収容して攪拌混合しつつ、これにマイクロ波を照射する処理方法も考えられる。
【００１５】
先ず、そうした処理方法の実施に用いられる廃棄物処理装置の一例を図１及び図２を参照しつつ説明する。
図１に全体を符号１で示される廃棄物処理装置は、金属等のマイクロ波遮蔽性を有する材料からなる密閉可能なケーシング２を備えている。ケーシング２は、円筒状のケーシング本体３と、ケーシング本体３の両端開口を封止する前後一対の円板状の蓋体４，５とから構成されている。ケーシング本体３は、その軸線方向を傾斜させた姿勢で、架台６を介してベース７上に支持されている。蓋体４，５はそれぞれ、ケーシング本体３の両端に形成されたフランジ部に複数組のボルト８及びナット９を用いて着脱可能に固定されている。
【００１６】
ケーシング２内には、耐熱性を有する金属等から形成された円筒状のドラム体１０と、このドラム体１０を支持するための複数の支持ローラ１１とが設けられている。ドラム体１０は、その軸線方向がケーシング本体３の軸線方向とほぼ平行となるように傾斜した状態で、ドラム体１０の外周面に転がり接触する各支持ローラ１１により、前記傾斜した軸線まわりに回転可能に支持されている。
【００１７】
ドラム体１０の傾斜上端側には円形の開口部１２が形成されている。一方、ドラム体１０の傾斜下端側は底壁部１３により閉塞され、この底壁部１３の中心にはドラム体１０の軸線方向と平行な駆動軸１４が固設されている。駆動軸１４は蓋体５に形成された孔を通じてケーシング２外へ突出し、この突出した部分にプーリ１５が固設されている。また、ベース７上にはモータ１６（駆動手段）が設けられ、このモータ１６の出力軸に固設されたプーリ１７と前記駆動軸１４側のプーリ１５とに環状の伝動ベルト１８が架け渡されて、モータ１６の駆動力でドラム体１０を回転駆動できる（回転方向はドラム体１０の傾斜上端側から見て反時計回り）ように構成されている。ドラム体１０の回転速度は特に限定されないが、例えば毎分１回転程度の低速回転で構わない。
ドラム体１０の内周面には、ドラム体１０の軸線方向に対して傾斜した板状の攪拌羽根１９が径方向及び軸線方向に複数枚突設されている。符号２０は、前記蓋体５に形成された孔と駆動軸１４との間から気体及び／又はマイクロ波が漏れ出すのを防いでケーシング２の密閉性を確保するために設けられたメカニカルシールを示している。
【００１８】
ケーシング２の蓋体４にはマグネトロン２１（マイクロ波発生器）が取り付けられている。このマグネトロン２１は電子レンジ等に用いられている公知のものであって、図２に示すように、蓋体４と一体に形成された取付座２２に固定されている。符号２１ａはマイクロ波を放射するマグネトロン２１の出力部を示している。出力部２１ａの先端部分は蓋体４の内面よりもケーシング２内方に突き出しており、且つ、この出力部２１ａを覆う円筒状の覆い部２３が前記取付座２２と一体に形成されている。覆い部２３の先端はマイクロ波透過性材料（例えば石英ガラス）からなる仕切板２４で封止されている。仕切板２４は、覆い部２３の先端に形成されたフランジ部と環状の押さえ部材２５との間に挟持されて、ボルト及びナット２６により固定されている。
【００１９】
なお、マグネトロン２１は、蓋体４の板面に対して傾斜した状態に設けられている。これは、図１に矢印で示すように、マグネトロン２１（出力部２１ａ）から放射されたマイクロ波が、ドラム体１０内で攪拌混合されるマイクロ波吸収発熱体と廃棄物との混合物に向けて照射されるようにするためである。
【００２０】
また、図１に示すように、ケーシング本体３の下部には給気口２８が、上部には排気口２９が、それぞれ形成されている。給気口２８には給気管３０が接続されており、給気管３０の先端にはファンや空気ポンプ等の給気手段３１が、給気管３０の途中には開閉弁３２が、それぞれ設けられている。一方、排気口２９には途中に開閉弁３３を有する排気管３４が接続され、排気管３４の先端は排ガス浄化手段３５に接続されている。この実施の形態における排ガス浄化手段３５はチャンバ３６とバーナ３７とを備え、図外の燃料供給源からバーナ３７へ供給されたプロパンガス等の燃料をチャンバ３７内で燃焼させることにより、排気管３４からの排ガスを高温で二次燃焼させる方式のものが採用されている。符号３８は浄化済みの排ガスを大気中に放出する放出管を示している。
【００２１】
さらに、図示を省略するが、廃棄物処理装置１にはケーシング２内の圧力を検出する圧力センサや、この圧力センサの検出値に応じてマグネトロン２１を運転制御する制御手段等が設けられている。
【００２２】
次いで、以上のような廃棄物処理装置１を用いて行なう廃棄物処理方法について説明する。
先ず、ナット９を緩めて、蓋体４をマグネトロン２１ごとケーシング本体３から取り外し、使用済み紙おむつ等の廃棄物４０とマイクロ波吸収発熱体４１とを開口１２からドラム体１０の内部へ投入・収容する。なお、マイクロ波吸収発熱体４１としては、前記〔課題を解決するための手段〕に記載したような顆粒状又は粒状のものを用いる。また、廃棄物４０とマイクロ波吸収発熱体４１とは、処理する廃棄物の燃えやすさや使用するマイクロ波吸収発熱体の誘電率等に応じた適宜の比率（質量比）で投入する。
【００２３】
そして、蓋体４を元どおりに取り付けるとともに、開閉弁３２，３３を両方とも閉じてケーシング２を密閉状態とした後、モータ１６によるドラム体１０の回転駆動を開始し、同時にマグネトロン２１によるマイクロ波の照射を開始する。
すると、ドラム体１０の回転に伴い、廃棄物４０とマイクロ波吸収発熱体４１とが攪拌・混合される。すなわち、攪拌羽根１９により周方向に掻き揚げられた廃棄物４０及びマイクロ波吸収発熱体４１は、攪拌羽根１９が傾斜しているためにやや前方（開口部１２寄り）に落下させられ、ドラム体１０内周面の傾斜に沿って後方（底壁部１３寄り）に転動し、再び攪拌羽根１９に掻き揚げられる、というような動作を繰り返すうちに、満遍なく混合された状態となる。このように攪拌混合される混合物に、マグネトロン２１の出力部２１ａから放射され仕切板２４を透過してきたマイクロ波が照射されるので、廃棄物４０及びマイクロ波吸収発熱体４１はそれぞれ発熱する。
【００２４】
ここで、廃棄物４０から蒸発した水蒸気や熱膨張した空気により、ケーシング２内の圧力が上昇してくると、前記圧力センサの検出値に基づき前記制御手段がマグネトロン２１への給電をＯＮ−ＯＦＦして、ケーシング２内の圧力を予め設定された所定圧力（例えばゲージ圧で０．２ＭＰａ前後）に保持する制御を行なう。こうした「蒸し焼き」状態でのマイクロ波加熱を所定時間（例えば約３０分間）行なうことにより、廃棄物４０の殺菌を行なう。（なお、廃棄物が殺菌を要しないものである場合は、この殺菌工程を省略することが可能である。）
【００２５】
次いで、ドラム体１０の回転駆動及びマイクロ波の照射は続行しつつ、バーナ３７に点火する一方、排気管３４側の開閉弁３３を開く。これにより、ケーシング２内に充満していた水蒸気を含んだ気体が排ガスとしてチャンバ３６内に流入し、バーナ３７からの火炎による高温に曝されることにより、一酸化炭素や窒素酸化物等の有害成分がさらに酸化・無害化され、また、殺菌工程で死滅しなかった細菌等も殺菌され、浄化された排ガスは放出管３８から大気中に放出される。開閉弁３３の開放によりケーシング２内の圧力は大気圧とほぼ等しくなる。
【００２６】
その後もマグネトロン２１からのマイクロ波の照射は続行されるので、廃棄物４０から水分が蒸発し尽くした時点から、廃棄物４０及びマイクロ波吸収体４１の温度は急激に上昇をはじめる。ここでの温度上昇の速度はマイクロ波吸収発熱体４１のほうが速いので、廃棄物４０はそれ自体の発熱に加え、より高温となったマイクロ波吸収発熱体４１からの伝導熱によっても加熱・昇温させられる。
そして、廃棄物４０の温度が自然着火温度を超えたとき、給気管３０側の開閉弁３２を開くとともに給気手段３１の運転を開始し、外気を吸気口２８からケーシング２内に送り込む。すると、送り込まれた外気に含まれる酸素との反応により廃棄物４０が燃焼（熱分解）を開始する。燃焼開始後も、原則としてドラム体１０の回転駆動及びマイクロ波の照射を続行することにより、廃棄物４０（及びマイクロ波吸収発熱体４１）の温度を、少なくとも８００〜９００℃程度のダイオキシンが生成しない温度域に保持しながら、廃棄物４０の燃焼（焼却）を進行させる。
【００２７】
燃焼が完了して廃棄物４０が灰化すると、ドラム体１０の回転駆動及びマイクロ波の照射を停止するとともに、給気手段３１の運転及びバーナ３７への燃料供給も停止する。そして、ケーシング２内がある程度低温となるのを待って蓋体４を開き、ドラム体１０内部に残った廃棄物４０の灰（焼却残渣）とマイクロ波吸収発熱体４１との混合物を外部へ取り出す。なお、取り出したマイクロ波吸収発熱体４１は灰とともに廃棄してもよく、また、灰と分離して再使用してもよい。
【００２８】
以上に説明したように、この実施の形態では、傾斜軸線まわりに回転駆動されるドラム体１０の内部に、顆粒状又は粒状のマイクロ波吸収発熱体４１と廃棄物４０とを収容し、ドラム体１０の回転により攪拌混合しつつ、この混合物にマイクロ波を照射するので、マイクロ波が廃棄物４０を透過せず直接的にマイクロ波吸収発熱体４１に照射・吸収される率が高くなり、マイクロ波吸収発熱体４１の昇温速度が向上する。また、高温となったマイクロ波吸収発熱体４１が満遍なく廃棄物４０と接触し、マイクロ波吸収発熱体４１から廃棄物４０への熱伝導効率も極めて良好となる。そのため、廃棄物４０が誘電率のさほど大きくないものであっても、マイクロ波吸収発熱体４１からの伝導熱により極めて速やかに燃焼温度まで昇温させて焼却することができ、廃棄物４０の焼却処理をより一層効率良く行なうことが可能となる。
また、ダイオキシン類の生成温度である３００〜４００℃の温度域を短時間のうちに通過させるとともに、燃焼中もマイクロ波の照射を続行することにより燃焼温度を高温に維持することができるので、廃棄物４０に塩素を含有するプラスチック等が混入している場合でも、ダイオキシン類の生成及び大気中への放出を可及的に抑制することが可能となる。
さらに、ケーシング２を密閉した状態でマイクロ波を照射し、廃棄物４０を蒸し焼き状態に所定時間保持する殺菌工程の実施により、廃棄物４０に付着又は含有される細菌等が大気中に放出されて周囲環境が汚染されるのを防止することが可能となる。
【００２９】
なお、本発明の処理方法及び処理装置が以上の実施形態によって限定されないことは言うまでもなく、例えば前記ではドラム体１０一端側の開口部１２から内部へマイクロ波を照射したが、ドラム体の周壁を適宜な開口径の孔が多数穿設された多孔状もしくはメッシュ状に形成し、マイクロ波がこの周壁を透過して内部の廃棄物及びマイクロ波吸収発熱体に照射されるような構成を採用することも考えられる。
また、前記ではケーシング２及びドラム体１０を円筒状に形成したが、これらの形状は任意であって、例えば箱状のケーシングを採用することもでき、また、ドラム体も例えば多角筒状やテーパ筒状等の任意の形状のものを採用することができる。
【００３０】
また、前記ではドラム体１０を、その軸線が傾斜した状態に支持したが、軸線方向を水平にしてドラム体を支持してもよく、且つ、その支持方式も支持ローラ１１によるものに限られず任意である。同様に、モータ１６（駆動手段）の回転をドラム体に伝える伝動機構もプーリ及び伝動ベルトによるものに限られず、例えば歯車を用いた伝送機構を採用することも可能である。もちろん、駆動手段としてモータ以外の動力源（例えばエンジン）を採用しても構わない。
さらに、前記では蓋体４を取り外して生じる開口から廃棄物及びマイクロ波吸収発熱体を収容したが、ケーシング内の気体及びマイクロ波が外部へ漏れ出さないように閉蓋可能でさえあれば、開口の配設位置及び形状等は任意である。
【００３１】
さらに、前記では燃焼時に給気手段３１によりケーシング２内に空気を圧入するようにしたが、排気口２９側に吸引ポンプ等の排気手段を設けてケーシング内を減圧することにより、給気口からケーシング内に外気を吸い込む構成としてもよい。また、廃棄物の燃焼を促進させるために酸素ボンベからの酸素をケーシング内に供給するようなことも考えられる。
さらにまた、前記ではアフターバーナー式の排ガス浄化手段３５を設けたが、例えばチャンバ内に収容したマイクロ波吸収発熱体にマイクロ波を照射し、高温となったマイクロ波吸収発熱体と接触させることにより排ガスを浄化する構成の排ガス浄化手段を採用することも考えられる。
【００３２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、誘電率がさほど大きくない廃棄物も速やかに燃焼温度まで昇温させて効率良く焼却処理することができるとともに、ダイオキシン類の放出を可及的に抑制することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る廃棄物処理装置の構成を示す説明図である。
【図２】マグネトロン付近の構成を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１      廃棄物処理装置
２      ケーシング
１０    ドラム体
１６    モータ（駆動手段）
２１    マグネトロン（マイクロ波発生器）
４０    廃棄物
４１    マイクロ波吸収発熱体
【図１】
2004183989.tif 000003
【図２】
2004183989.tif 000004