(57)【要約】【課題】  より低い温度で、有機性廃棄物の減容とともに、効率良く有用物質の回収ができる有機性廃棄物の処理方法を得ることを目的とする。【解決手段】  反応槽２に有機性廃棄物を含有する被処理水を被処理水供給手段Ｉにより供給し、過酸化水素供給手段IIIにより、反応槽２に過酸化水素を供給して有機性廃棄物に過酸化水素を添加し、制御手段１８を用いて加熱手段１４、被処理水供給手段Ｉおよび排出手段IIIを制御して、反応槽２内の温度および圧力を被処理水が水熱反応するように調整し、排出手段IIIにより反応処理済み水を反応槽２から排出して酢酸等の有用物質を回収する。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物に過酸化水素を添加して、水熱反応させる有機性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
有機性廃棄物の固形物１ｇ当たり、０．１〜３ｇの過酸化水素を添加することを特徴とする請求項１に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
１００〜２５０℃で、水熱反応させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
有機性廃棄物と過酸化水素とを含有する被処理水が封入された反応槽内の気相空間が、２０〜８０％であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の有機性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
反応槽において、有機性廃棄物を含有する被処理水を水熱反応させ、反応処理済み水を回収する有機性廃棄物の処理装置において、上記反応槽に上記被処理水を供給する被処理水供給手段と、上記反応槽に過酸化水素を供給する過酸化水素供給手段と、上記反応槽を加熱する加熱手段と、上記被処理水または上記反応処理済み水を上記反応槽から排出する排出手段と、上記反応槽において被処理水が水熱反応するように、上記加熱手段、被処理水供給手段および排出手段により、上記反応槽内の温度および圧力を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
【請求項６】
制御手段が、被処理水が封入された反応槽内の気相空間の比率を、被処理水供給手段および排出手段により制御することを特徴とする請求項５に記載の有機性廃棄物の処理装置。
【請求項７】
排出された反応処理済み液を、固体成分と液体成分に分離する固液分離手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載の有機性廃棄物の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー資源回収型かつ省エネ型の有機性廃棄物の処理方法および有機性廃棄物の処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機性廃棄物の処理に要するエネルギーが比較的低い処理方法として、有機性廃棄物に苛性ソーダ等の薬液を混入した後に、亜臨界水（３００℃、１０ＭＰａ）を利用して処理する方法がある（例えば特許文献１参照）。
また、未利用バイオマス利活用の見地から、有機性廃棄物の処理過程で有用物を回収する処理方法として、第１工程において、有機性廃棄物を酸素の供給を制限した条件下で、２５０℃〜３５０℃で水熱反応させて分解して酢酸の中間体を生成し、第２の工程において、上記酢酸の中間体を酸素を供給して、２５０℃〜３５０℃で水熱反応させて酢酸を生成する方法がある（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１１３３４８号公報（第２頁）
【特許文献２】特開２００３−１４５０９０号公報（第１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の水熱反応を利用した処理方法は、処理時の温度が超臨界水を利用する場合に比べて低温であり、加熱に要するエネルギーは小さいものの、実用的な観点からは依然多くのエネルギーが必要になるという課題があった。
【０００５】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、より低い温度で、有機性廃棄物の減容とともに、有用物質の回収が可能な有機性廃棄物の処理方法を得ることを目的とする。また、有機性廃棄物の処理装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る有機性廃棄物の処理方法は、有機性廃棄物に過酸化水素を添加して、水熱反応させる方法である。
【発明の効果】
【０００７】
有機性廃棄物に過酸化水素を加えて水熱反応させることにより、有機性廃棄物の分解が促進されて従来より低温で分解できるだけでなく、有用物である酢酸等の回収率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
従来は、有機性廃棄物を超臨界水または亜臨界水に溶解して反応処理することにより減容していた。処理温度を高くすれば有機性廃棄物の溶解率は向上し減容の効果が上がるが、有機性廃棄物から有用物を回収しようとする場合、処理温度が高いと回収すべき有用物が反応によって別の物質に変換されるため有用物の回収率が低下する。
そこで、本発明の実施の形態の有機性廃棄物の処理方法においては、処理工程において、ＯＨラジカルやＯラジカル等のラジカル種が関与する反応を促進させることにより処理温度を低下させようとするもので、上記ラジカル種の発生源となる過酸化水素を有機性廃棄物に添加して水熱反応させるのである。
【０００９】
本発明の実施の形態１においては、有機性廃棄物である下水汚泥｛固形物の濃度が２００００ｍｇ／ｌ、上記固形物中の有機成分（ＶＳＳ）の割合が８０％｝を含有する被処理水を反応槽に封入し、上記下水汚泥の固形物１ｇ当り、０．１〜３．５ｇの過酸化水素を添加し、上記反応槽内において、１００℃、２００℃、２５０℃または３００℃で、３０分間水熱反応させて処理した。なお、過酸化水素は、３５％濃度の過酸化水素水溶液を用いて上記所定量を添加した。
また、反応槽内の気相空間の比率（被処理水が封入された反応槽における、反応槽容積に対する気相空間容積の比率）を５０％とした。
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態１の有機性廃棄物の処理方法において、各処理温度における、上記固形物１ｇ当りの過酸化水素の添加量（ｇ）と、上記固形物中の有機成分（ＶＳＳ）量に対する溶解した有機成分量の割合（ＶＳＳ溶解率）（％）との相関を示す特性図で、ＶＳＳ溶解率は、有機性廃棄物の減容の指標となるものであり、図中、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１は、各々処理温度が１００℃、２００℃、２５０℃、３００℃の場合の特性である。なお、図１中、処理温度が３００℃で、過酸化水素の添加量がゼロでの処理は、従来の亜臨界水を用いた水熱反応処理に相当する。
図１に示すように、各処理温度において、被処理水に過酸化水素を添加することにより、ＶＳＳ溶解率が増加し、過酸化水素の添加量が増加するにしたがってＶＳＳ溶解率が増加するが、上記固形物１ｇ当たりの過酸化水素の添加量が２．５ｇで飽和する（２００℃ではＶＳＳ溶解率は約８０％）。
また、従来の亜臨界水を用いた水熱反応処理に相当する、過酸化水素を添加しないで３００℃で処理した場合は、ＶＳＳ溶解率が４０％程度であるのに対して、上記固形物１ｇ当りの過酸化水素が０．１ｇであると、１００℃での処理によっても、上記従来と同程度のＶＳＳ溶解率が得られることから、処理温度が従来よりも大幅に低い１００℃においても、過酸化水素添加の効果が大きいことがわかる。また、処理温度が１００℃を越えるとＶＳＳ溶解率が大幅に増加し、減容の効果が大きくなる。
【００１１】
図２は、本実施の形態において、各処理温度における、上記固形物１ｇ当たりの過酸化水素の添加量（ｇ）と、上記固形物１ｇ当たりの酢酸生成量（ｍｇ）との相関を示す特性図であり、図２中、ａ２〜ｄ２は各々処理温度が１００℃、２００℃、２５０℃、３００℃の場合の特性である。
図２に示すように、各処理温度において、被処理水に過酸化水素を添加することにより、酢酸の生成量が増加し、過酸化水素の添加量が増加するにしたがって酢酸の生成量が増加する。即ち、上記固形物１ｇ当たり、過酸化水素を０．１ｇ添加した場合でも、上記各処理温度において、上記固形物１ｇ当たり、１８〜４０ｍｇの酢酸が生成され、また、上記固形物１ｇ当たり、過酸化水素を１．５〜２．５ｇ添加した場合には約４０〜６０ｍｇの酢酸が生成され、過酸化水素の添加により、下水汚泥の固形物が溶解し酢酸の生成が促進されることがわかる。一方、上記固形物１ｇ当りの過酸化水素の添加量が２．５ｇを越えると、酢酸の生成量が低下する傾向が顕著となり、生成した酢酸の分解が優勢になることが示唆される。
また、従来の亜臨界水を用いた水熱反応処理に相当する、過酸化水素を添加しないで３００℃で処理した場合は、上記固形物１ｇ当りの酢酸の生成量が２０ｍｇ程度であるのに対して、上記固形物１ｇ当り、過酸化水素を０．１〜３ｇ添加することにより、１００℃での処理によっても従来と同程度の酢酸の生成量が得られ、処理温度が従来よりも大幅に低い１００℃においても、過酸化水素添加の効果が大きいことがわかる。また、処理温度が１００℃を越えると酢酸の生成量が大幅に増加する。
以上のように、本実施の形態において、下水汚泥の固形物１ｇ当り、過酸化水素の添加範囲を０．１〜３ｇとすることにより、従来よりも低い処理温度で、従来以上の溶解率と酢酸の生成量が得られるという効果がある。
【００１２】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２においては、実施の形態１と同様の下水汚泥を含有する被処理水を反応槽に封入し、上記下水汚泥の固形物（以下、単に固形物と記載する。）１ｇ当り、過酸化水素を０．１ｇ、１．５ｇまたは２．５ｇ添加するか、過酸化水素を添加しないで、室温〜３６０℃間の所定の温度で、３０分間水熱反応させて処理した。なお、反応槽内の気相空間の比率（被処理水が封入された反応槽における、反応槽の容積に対する気相空間容積の比率）は５０％とした。
図３は、本実施の形態における、各過酸化水素の添加量における、処理温度と上記ＶＳＳ溶解率（％）との相関を示す特性図で、図中、ｅ１、ｆ１、ｇ１、ｈ１は、各々過酸化水素無添加、並びに０．１ｇ、１．５ｇ、２．５ｇ添加の特性である。なお、図３中、処理温度が３００℃で、過酸化水素の添加量がゼロは、従来の亜臨界水を用いた水熱反応処理に相当する。
図３に示すように、各過酸化水素の添加量において、処理温度が１００℃になると急激にＶＳＳ溶解率が上昇し、処理温度の上昇にともなってＶＳＳ溶解率も増加し、温度が２５０℃の場合には高い溶解率（上記固形物１ｇ当りの過酸化水素の添加量が２．４ｇではＶＳＳ溶解率が約８０％）が得られ、過酸化水素を添加しない場合に比べて溶解率が約２〜３倍と大幅に増加しており、過酸化水素添加の効果が顕著である。
また、従来の亜臨界水を用いた水熱反応処理に相当する、過酸化水素を添加しないで、３００℃で処理した場合は、ＶＳＳ溶解率が４０％程度となるのに対して、上記固形物１ｇ当りの過酸化水素が０．１ｇであると、１００℃での処理によっても、上記従来と同程度のＶＳＳ溶解率が得られることから、処理温度が従来よりも大幅に低い１００℃においても、過酸化水素添加の効果が大きいことがわかる。また、処理温度が１００℃を越えるとＶＳＳ溶解率が大幅に増加し、減容の効果が大きくなる。
【００１３】
図４は、本実施の形態において、各過酸化水素の添加量における、処理温度と上記固形物１ｇ当たりの酢酸生成量（ｍｇ）の相関を示す特性図で、図中、ｅ２、ｆ２、ｇ２、ｈ２は、各々過酸化水素無添加、および過酸化水素の添加量が０．１ｇ、１．５ｇ、２．５ｇの特性である。
図４に示すように、各過酸化水素の添加量において、処理温度が上昇するにしたがって酢酸の生成量が増加し、処理温度が１００〜２５０℃では、上記各過酸化水素の添加量において、上記固形物１ｇ当たり、２０〜６０ｍｇの酢酸が生成される。また、上記のように、処理温度を上昇させるにともなって酢酸生成量は増加するが、いずれの過酸化水素添加量の場合も２００℃でピークを示し、処理温度をさらに上昇させても酢酸生成量はこれ以上増加せず、逆に、低下する傾向が顕著で、高温での処理によって生成した酢酸の分解反応が優勢になることが示唆される。
また、従来の亜臨界水を用いた水熱反応処理に相当する、過酸化水素を添加しないで３００℃で処理した場合は、上記固形物１ｇ当り、酢酸の生成量が２０ｍｇ程度であるのに対して、処理温度を１００〜２５０℃とすることにより、上記固形物１ｇ当り、過酸化水素を０．１ｇ添加するだけで、従来以上の酢酸の生成量が得られ、過酸化水素添加の効果が大きいことがわかる。また、上記過酸化水素の添加量が増加するとＶＳＳ溶解率が大幅に増加し、減容の効果が大きくなっている。
以上のように、本実施の形態において、過酸化水素を添加する水熱反応においては、温度範囲を従来よりも低い、１００℃〜２５０℃とすることによって、従来を越える溶解率と酢酸の生成量が得られるという効果がある。
【００１４】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３においては、実施の形態１と同様の下水汚泥を含有する被処理水を、反応槽内の気相空間の比率が５〜９５％の間の所定の比率となるように反応槽に封入し、上記下水汚泥の固形物（以下、単に固形物と記載する。）１ｇ当り、過酸化水素を１．５ｇ添加するか、または過酸化水素を添加しないで、２００℃で、３０分間水熱反応させて処理した。なお、反応槽には被処理水が導入されるため気相空間比率が１００％になることはない。
図５は、本実施の形態における、反応槽における気相空間の比率と上記固形物のＶＳＳ溶解率との相関を示す特性図であり、図中、ｊ１は過酸化水素添加の特性、ｋ１は過酸化水素無添加の特性である。
図５中、過酸化水素を添加した場合の特性ｊ１に示すように、気相空間の比率が５％の場合のＶＳＳ溶解率は１０％程度であるのに対し、気相空間の比率を２０％にまで増加させると、ＶＳＳ溶解率は５０％となり、これは同じ気相空間比率で過酸化水素無添加の場合ｋ１に比べて大幅に大きな値であり、上記気相空間の比率が２０％程度で、過酸化水素を添加することによる上記固形物の溶解率への効果が顕著となる。
さらに、気相空間の比率の増加にともない酸素量および圧力が増加することにより溶解率も増加し、気相空間の比率が８０％の場合には８０％を超える高い溶解率が得られたが、気相空間の比率を９５％に増加させても溶解率のさらなる増加は見られなかった。なお、上記下水汚泥の固形物１ｇ当たり過酸化水素の添加量が０．１〜３ｇ、処理温度が１００〜２５０℃で同様の傾向が見られた。
【００１５】
図６は、本実施の形態における、各過酸化水素の添加量における、気相空間比率と上記固形物１ｇ当たりの酢酸生成量（ｍｇ）の相関を示す特性図で、ｊ２は過酸化水素添加の特性、ｋ２は過酸化水素無添加の特性である。
図６に示すように、過酸化水素を添加した場合ｊ２、気相空間の比率２０％での処理において、酢酸生成量は、上記固形物１ｇ当り４０ｍｇ程度であった。また、気相空間の比率の増加にともない酢酸生成量は増加するが、気相空間の比率を８０％にまで増加させると、反応槽における被処理水の絶対量が減少することにより酢酸生成量の低下が顕著になることが示された。
以上の結果より、過酸化水素を添加する水熱反応において気相空間の比率を２０％〜８０％とすることによって、高い汚泥溶解率を確保できるとともに酢酸の生成を促進することができる。
【００１６】
上記実施の形態１〜３については、有機性廃棄物として、固形物の濃度が２００００ｍｇ／ｌで、上記固形物中の有機成分（ＶＳＳ）の割合が８０％の下水汚泥を対象とした実験結果を示したが、固形物の濃度が１００００〜５００００ｍｇ／ｌで、上記固形物中の有機成分（ＶＳＳ）の割合が７０〜１００％である下水汚泥でも、また、家畜排泄物、食品廃棄物等、他の有機性廃棄物についても、上記実施の形態と同様の結果が得られた。
【００１７】
実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４の有機性廃棄物の処理装置の概略構成図で、実施の形態１〜３の処理方法に用いる装置である。
廃棄物貯留槽１に有機性廃棄物を含有する被処理水を貯留し、廃棄物貯留槽１と反応槽２とは廃棄物投入配管３により接続されている。過酸化水素貯留槽１１と反応槽２とは過酸化水素投入配管１２により接続され、反応槽２には加熱装置１４、温度測定器１５、圧力測定器１６および水位測定器１７が備えられ、反応槽２と処理後廃棄物貯留槽７とは廃棄物排出配管８により接続されている。
また、廃棄物投入配管３には廃棄物投入ポンプ５および廃棄物投入バルブ６が、廃棄物排出配管８には廃棄物排出ポンプ９および廃棄物排出バルブ１０が設けられ、廃棄物投入配管３と廃棄物排出配管８とには熱交換器４が設けられている。
廃棄物投入バルブ６と廃棄物排出バルブ１０とを開とし、廃棄物投入ポンプ５と廃棄物排出ポンプ９とを運転することにより、廃棄物貯留槽１の被処理水を廃棄物投入配管３を通して反応槽２へ投入する処理水供給手段（Ｉ）となり、廃棄物排出配管８を通して反応処理後の処理済み水を、廃棄物排出バルブ１０を開として廃棄物排出ポンプ９により排出することにより、処理後廃棄物貯留槽７へ排出する排出手段（III）となるが、この過程で熱交換器４において反応槽２から排出する処理済み水と反応槽２へ投入する被処理水との間で熱交換を行う。
また、過酸化水素投入配管１２には過酸化水素投入ポンプ１３が設けられ、過酸化水素貯留槽１１の過酸化水素溶液を過酸化水素投入配管１２を通して反応槽２に供給する過酸化水素供給手段（II）となる。
反応槽２において、被処理水に過酸化水素が添加され、加熱装置により加熱して所定時間、反応槽２に滞留させて水熱反応させる。
加熱装置１４、温度測定器１５、圧力測定器１６および水位測定器１７は信号線によって制御装置１８に接続されており、制御装置１８により、温度測定器１５、圧力測定器１６および水位測定器１７によって測定された測定値に基づき、加熱装置１４、廃棄物投入ポンプ５、過酸化水素投入ポンプ１３、廃棄物排出ポンプ９の移送流量を調整することにより、反応槽２における被処理水の温度、水位および圧力を調整し、反応槽２内の水熱反応の条件を制御する。
【００１８】
実施の形態５．
図８は、本発明の実施の形態５による有機性廃棄物の処理方法に用いる処理装置の概略構成図で、実施の形態４の処理装置における処理後廃棄物貯留槽７の代わりに固液分離装置１９が設けられている他は実施の形態４と同様である。
つまり、本実施の形態の処理装置には固液分離装置１９が設けられているので、処理済み液を、固体成分である濃縮廃棄物と液体成分である分離液とに分けることができる。
上記分離液は分離液配管２１を通して分離液槽２０へ導入され、水熱処理によって得られた酢酸等の有価物を多く含む液体成分を分離液として分けることができ、有価物の回収を効率的に行うことが可能となる。
また、上記濃縮廃棄物の一部は濃縮廃棄物配管２２を通して廃棄物貯留槽１へ、残りの濃縮廃棄物は濃縮廃棄物配管２３を通して処理後廃棄物貯留槽７にそれぞれ投入され、処理後の廃棄物を固液分離し、濃縮廃棄物の一部を再度水熱反応させることで、有機性廃棄物の分解をより一層促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１において、各処理温度における、下水汚泥の固形物１ｇ当りの過酸化水素の添加量（ｇ）と、下水汚泥の固形物のＶＳＳ溶解率（％）との相関を示す特性図である。
【図２】本発明の実施の形態１において、各処理温度における、下水汚泥の固形物１ｇ当たりの過酸化水素の添加量（ｇ）と、下水汚泥の固形物１ｇ当たりの酢酸生成量（ｍｇ）との相関を示す特性図である。
【図３】本発明の実施の形態２において、各過酸化水素の添加量における、処理温度と、下水汚泥の固形物のＶＳＳ溶解率（％）との相関を示す特性図である。
【図４】本発明の実施の形態２において、各過酸化水素の添加量における、処理温度と下水汚泥の固形物１ｇ当たりの酢酸生成量（ｍｇ）の相関を示す特性図である。
【図５】本発明の実施の形態３において、各過酸化水素の添加量における、反応槽における気相空間の比率と下水汚泥の固形物のＶＳＳ溶解率（％）との相関を示す特性図である。
【図６】本発明の実施の形態３において、各過酸化水素の添加量における、反応槽における気相空間の比率と、生成された酢酸の絶対量との相関を示す特性図である。
【図７】本発明の実施の形態４の有機性廃棄物の処理装置の概略構成図である。
【図８】本発明の実施の形態５の有機性廃棄物の処理装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  廃棄物貯留槽、２  反応槽、３  廃棄物投入配管、５  廃棄物投入ポンプ、６  廃棄物投入バルブ、Ｉ  被処理水供給手段、１１  過酸化水素貯留槽、１２  過酸化水素投入配管、１３  過酸化水素投入ポンプ、II  過酸化水素供給手段、７  処理後廃棄物貯留槽、８  廃棄物排出配管、９  廃棄物排出ポンプ、１０  廃棄物排出バルブ、III  排出手段、１４  加熱装置（加熱手段）、１５  温度測定器、１６  圧力測定器、１７  水位測定器、１８  制御装置（制御手段）、１９  固液分離装置。
【図１】
2007296440.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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