(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧における水の沸点（100℃）以上でかつ臨界温度（374℃）未満の処理温度で、処理時の水蒸気圧が該処理温度における飽和蒸気圧よりも低い、水が液体として全く存在せず、全てが水蒸気として存在している処理条件にて酸化分解することを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
有機性廃棄物の酸化剤として、酸素ガス且つ/又は空気を用いる請求項1に記載の処理方法。
【請求項３】
前記処理温度が250℃以上374℃未満である請求項1または2に記載の処理方法。
【請求項４】
酸素添加量が酸化に要する理論酸素量に対して等量以上である請求項1〜3に記載の処理方法。
【請求項５】
酸素添加量が酸化に要する理論酸素量に対して等量〜3.0倍である請求項4に記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温高圧下に有機性廃棄物を酸化分解処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有機性廃棄物を処理する方法には、（１）超臨界水によって有機性廃棄物を酸化処理する方法、及び（２）有機性廃棄物を湿式酸化処理する方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の上記（１）及び（２）の処理方法には、下記のような問題点がある。
（１）超臨界水による有機性廃棄物酸化処理方法：
超臨界水とは、374℃以上、22MPa以上の水で、反応性に富むため、酸化処理の反応場として注目されている。超臨界水酸化では、有機物含有廃水を、例えば、600〜650℃、22〜25MPaの高温・高圧にて処理するが、以下のような問題点がある。
即ち、超臨界水酸化の反応場(圧力：22MPa以上)に処理対象を圧入する場合、ポンプ吐出圧として25MPa程度が必要であり、固形分濃度に上限(約10%、通常2〜5%)がある。一方、下水汚泥等固形物を含有する場合、高濃度で処理することは不可能なため、該吐出圧では処理体積が大きくなる。
【０００４】
また、超臨界水による酸化処理は過酷な条件であるため、反応器材料を高価な金属（インコネル等のNi-Cr鋼）で形成する必要があり、処理コストがかさむ。また、過酷な条件であるため、反応器の腐食が進行してしまうという問題点がある。
【０００５】
（２）湿式酸化：
有機物含有廃水を湿式酸化処理する方法は、有機廃棄物含有排水を100℃〜374℃程度の範囲で水分が液体として存在する条件下で酸化するものである。しかし、この方法による有機物の分解率は低い。従来では、この短所を触媒反応により回避（分解率向上）いるが、コストアップにつながる。
【０００６】
本発明は、より低温かつ低圧な緩和した酸化分解条件のもと、有機性廃棄物を酸化分解処理することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機性廃棄物の処理方法は、大気圧における水の沸点（100℃）以上で、臨界温度（374℃）未満の処理温度でかつ処理時の水蒸気圧が該処理温度における飽和蒸気圧よりも低い、水が液体として全く存在せず、全てが水蒸気として存在している処理条件にて酸化分解することを特徴とする。
【０００８】
処理時の水蒸気圧が処理温度における飽和蒸気圧よりも低くなる処理圧、例えば水蒸気圧を10MPa程度と低くすれば、市販ポンプを用いて、有機性廃棄物を高濃度（例えば、約20%程度）で投入することが可能である。有機性廃棄物を高濃度で投入、処理できるので、処理装置の体積を小さくでき、装置のコンパクト化が可能となる。なお、処理圧（反応圧力）とは、発生ガス分圧と酸素ガス分圧との合計圧力をいう。
【０００９】
また、酸化分解処理条件が穏和されているので、処理装置の腐食進行が抑制でき、廉価な材質（SUS等）で処理装置を形成することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の態様】
以下に、本発明を詳細に説明する。本発明では、以下の特徴（１）乃至（４）が好ましい実施態様として挙げられる。（１）乃至（４）の特徴を任意に組み合わせた特徴も、特に矛盾がない限り本発明の好ましい実施態様と考えられる。
（１）有機性廃棄物の酸化剤として、酸素ガスおよび/又は空気を用いる。
過酸化水素水(H2O2)は酸化力が強く、超臨界水酸化等では酸化剤として使用されている。本発明では、反応時に水蒸気分圧を飽和水蒸気圧以下とするため、酸化剤として水を添加すると本発明条件を満たさなくなる。また、コストも高い。一方、オゾン(O3)は、常温常圧での酸化処理に主に用いられる。本発明の処理条件下ではオゾンは容易に分解され酸素となり、酸化剤として酸素を用いる場合と同等と考えられる。酸素に比べてコストも高い。よって、酸素及び／または空気を用いるが、空気だと供給ガス体積が大きくなり、処理時のガス分圧が高くなるため、酸素を用いることが好ましい。
（２）処理温度が250℃以上374℃未満である。この温度範囲であると、より効率的に酸化分解反応が行われる。
（３）酸素添加量が酸化に要する理論酸素量に対して等量以上である。特に、酸素添加量は酸化に要する理論酸素量に対して等量〜3.0倍であることがより好ましい。理論酸素量とは、処理対象の有機性廃棄物を完全に酸化分解するのに理論上必要な酸素量である。よって、反応時に供給される酸素が理論酸素量未満であると、酸化反応が阻害される。
【００１１】
なお、本発明で対象としている「有機性廃棄物」とは、下水汚泥、食品廃棄物、生ごみ、厨芥、バイオマス等水分含有の廃棄物を指す。
【００１２】
超臨界水酸化の条件を穏和にしただけ（＝湿式酸化）だと反応性も低下するが、本発明の有機性廃棄物の酸化分解処理条件では水分が蒸発した状態で反応を行うことにより、反応性が飛躍的に向上する。「水分が蒸発した状態」とは、廃棄物由来の水分が蒸発し、反応器内に水が液体として全く存在せず、全てが水蒸気（ガス）として存在している状態を意味する。
【００１３】
本発明の有機性廃棄物の酸化分解処理方法について、以下に述べる。
図1に、本発明の有機物酸化分解処理方法と、超臨界水酸化処理方法と、湿式酸化処理方法との処理条件を水蒸気圧及び温度との水状態変化図に示す。酸化分解処理工程中の昇温、昇圧途中で固体有機性廃棄物の加水分解が進行し、有機分は固体(残渣)相から液相へ溶解する。有機性廃棄物に含まれている無機物は分解残渣として固相に存在している。
【００１４】
反応温度において、液相がある場合では有機分が液相に溶解した状態で酸素と反応することになり、酸化分解反応が不十分となる（図２）。有機性廃棄物が水分を含んでいる場合、反応器への供給量をコントロールすることで対応することもできる。
【００１５】
これに対し、反応温度において液相が無い場合は有機分がガス相へ移行し酸素との反応性が良好となり、酸素分解率が高くなる（図３）。本発明において、反応時に水分を蒸発させ、水蒸気雰囲気とすることで水に溶解しやすい有機分も揮発させる。これにより有機分はすべてガス相に移行し、酸素との反応性が向上する。
【００１６】
【実施例】
以下に、本発明を具体的実施例に基づいて説明する。
（１）有機性廃棄物
処理対象として、有機性廃棄物(下水脱水汚泥)を用いた。この有機性廃棄物は下記表１に示す組成を有していた。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
（２）処理条件
酸素比2.0、反応時間1.0hour、回分式装置(オートクレーブ：容積９７０ｍｌ)使用した。酸素比は、理論酸素量（００１０参照）の何倍添加するかを示す。酸素比２であれば、理論酸素量の２倍酸素を添加したことになる。
条件▲１▼：350℃、圧力13MPa、水蒸気分圧8.5MPa(図1中▲１▼)。水分が蒸発する条件とした（本発明条件）。
条件▲２▼：350℃、22MPa、水蒸気分圧16.5MPa（飽和蒸気圧、図1中▲２▼）。有機性廃棄物に水を添加し、水分が液体として残留する条件とした（湿式酸化）。
条件▲３▼：650℃、25MPa。超臨界水酸化（図1中▲３▼）
条件▲４▼：条件▲１▼において、酸化剤として酸素ガスと空気を使った場合の反応圧力を表２に比較した。反応温度：350℃、酸素比：2.0とした。
表２について、O2分圧と記載したのは、反応前の条件で仮定したものである。実際の組成は、酸化されたCO2、余剰分O2と水蒸気である。上で述べたように、O2の代わりに空気を使ったと仮定した場合に処理圧力が高くなることを表2は示す。
【００１９】
【表２ａ】
0004402286.tif 000003
【表２ｂ】
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追加実施例：以下は全て水分が蒸発する条件
条件▲５▼：310℃、圧力9.9MPa、水蒸気分圧6.5MPa、酸素比2.0
条件▲６▼：370℃、圧力12.5MPa、水蒸気分圧9.1MPa、酸素比1.5
条件▲７▼：340℃、圧力13MPa、水蒸気分圧8.2MPa、酸素比3.0
分解率をプロットしたものを図５に示す。水分が蒸発する条件において、酸素比・水蒸気分圧等が変動した場合においても条件▲１▼と同程度の分解率を得た。
なお、▲１▼、▲２▼では水蒸気以外のガスは酸素である。
【００２０】
結果を図４に示す。図４から、条件▲１▼の場合、炭素分解率、窒素分解率はそれぞれ９９％および８２％であり、優れた有機性廃棄物の酸化分解処理率が達成されることが分かる。また、条件▲２▼の場合、炭素分解率は８４％と高かったが、窒素分解率は１０％と低く、全体として有機性廃棄物の酸化分解処理率は低かった。また、条件▲３▼の場合、炭素分解率および窒素分解率はそれぞれ９９％及び８０％であり、本願発明の処理条件▲１▼とほぼ同様な有機性廃棄物処理率を示したが、条件▲１▼に比較してはるかに高い水蒸気分圧を必要としていた。
【００２１】
条件▲２▼（湿式酸化）における結果を以下の表３に詳細示す。
反応時液相体積＝約100ml（反応器容積＝約1000ml）
【００２２】
【表３】
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【００２３】
液相に移行した有機物は、水に溶解しやすい有機酸とアンモニア性窒素がほとんである。この液相をなくし、これらの有機物をガス相へ移行させると条件▲１▼（本発明条件）となり、酸素との混合が促進、反応が進行することで分解率が飛躍的に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機物酸化分解処理方法と、超臨界水酸化処理方法と、湿式酸化処理方法との処理条件を水蒸気圧及び温度との水状態変化図に示す。
【図２】反応温度において、液相がある場合では有機分が液相に溶解した状態で酸素と反応することになり、酸化分解反応が不十分となることを説明する模式図である。
【図３】反応温度において、液相が無い場合は有機分がガス相へ移行し酸素との反応性が良好となり、酸素分解率が高くなることを説明する模式図である。
【図４】有機性廃棄物を酸化分解処理した場合の炭素分解率及び窒素分解率を示す。
【図５】有機性廃棄物を酸化分解処理した場合の炭素分解率及び窒素分解率を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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