(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質混合物（２）を処理するための方法であって、
前記物質混合物（２）が、有機物および構造化された成分を含有し、
前記物質混合物（２）が、バルク材料の形で受入れられて、浸出用流体の付加および／または中を通るプロセス空気の流れを用いた反応装置（１）内の好気性分解または好気性乾燥を受けて、可溶性有機成分が排出され、
前記プロセス空気は、処理される物質混合物の好気性分解または好気性乾燥のための空気であり、
ｎ層（４２）が互いに重なり合って配置されることにより、前記物質混合物（２）は層状化された構造を有し、
前記物質混合物（２）が、前記物質混合物の移動方向に対しおよそ垂直におよび／またはこの方向と平行に導かれる２００ｋＰａ（２バール）以上の圧力をもつ加圧空気の脈動型のまたは周期的な適用を受けることによりせん断力を導入し、かつ、前記浸出用流体または前記プロセス空気の流路形成を防ぎ、
前記加圧空気の圧力が適合されて、層状化された構造が本質的に保存される方法。
【請求項２】
加圧空気またはプロセス空気がそれぞれに、前記反応装置（１）の頂部部分および／または底部部分の中にノズル（１１２）を通して供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
プロセス空気および加圧空気が前記同一のノズル（１１２）を通して供給されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記反応装置（１）が連続的に作動させられ、物質混合物は、プロセス空気と略平行にまたはこれを横断する方向に前記反応装置を通って誘導されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
浸出用流体が、前記反応装置（１）の頂部部分内で分配器（４４）を通して供給されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
加圧空気が、４００ｋＰａ（４バール）以上の圧力で供給されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記処理された物質混合物（２）が前記反応装置（１）の底部部分に配置された排出手段（６）を通して引き抜かれ、これを通してバルク材料内に補足的に力を導入することができることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記好気性分解の後には、前記物質混合物の好気性乾燥が続いていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記物質混合物（２）がその後、複数の分解および／または乾燥段階を通過することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記分解および／または好気性乾燥の後には、物質混合物の圧縮が続いていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
物質混合物導入のための充てん用手段（４）が結びつけられた反応装置（１、７４、９６）を内含し、前記物質混合物は層状化された構造を有するバルク材料の形で受入れられ、ならびにプロセス空気を導入するための入口（１４、１８）が、前記反応装置（１、７４、９６）の底部部分および／または頂部部分内に配置され、および／または浸出用流体のための分配器が前記反応装置の頂部部分内に配置されている、特に請求項１に記載の方法を実現するための装置において、前記バルク材料（１１４）の分解のため脈動の形でまたは周期的に２００ｋＰａ（２バール）以上の加圧空気を供給でき、前記加圧空気の圧力が層状化された構造が本質的に保存されるように適合される加圧空気システム（６、１１２）、および前記反応装置の底部部分内の排出手段（６）を特徴とする装置。
【請求項１２】
前記加圧空気システムには、前記反応装置の底部部分内に開放しかつコンプレッサ（１２２）による補給を受ける蓄圧器（１２０）に連結されたノズル（１１２）が内含されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記加圧空気システムは、加圧空気またはプロセス空気の圧力を変動させることのできる制御手段と結びつけられていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項１４】
加圧空気およびプロセス空気は前記加圧空気システムを通して合同で供給され得ること、を特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
プロセス空気および／または加圧空気の浄化および再循環のための気体浄化システムを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記排出手段がせん断力の導入及び流路形成を防ぐことに少なくとも部分的に貢献していることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
複数の反応装置は、処理すべき前記物質混合物を供給できる共通の充てん用手段が結びつけられた複数の反応装置と直列に配置されていることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
処理すべき前記物質混合物を圧縮し、脱水し整形するための圧縮用手段を特徴とする請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、クレーム１の前文に従った、構造化された成分と有機物を含有する物質混合物の処理方法および特にこの方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
かかる方法は、例えば残留廃棄物を処理するために利用される。ＤＥ１９６４８７３１ Ａ１では、残留廃棄物をパーコレータの中で処理する廃棄物処理方法が記述されている。このようなパーコレーションまたは抽出により、有機成分、無機物質そして一定の与えられたケースでは水溶性脂肪酸が、抽出剤または洗浄剤によって廃棄物から浸出させられる。残留物は、パーコレータから引き抜かれ、その後の乾燥に続いて、燃焼へと供給されるかまたは投機される。
【０００３】
この方法による場合、残留廃棄物から所望の程度まで有機物質を除去することはできないということが発見された。
【０００４】
この既知の廃棄物処理方法の欠点は、ＷＯ９７／２７１５８ Ａ１内で開示されているように生物学的廃棄物を処理するための方法によって取り除くことができる。この方法では、廃棄物が水平方向（縦断方向）に反応装置内を通過し、大気中の酸素（プロセス空気）を供給することによって生物起源の反応がパーコレーションプロセスに取って代わられるような新規のパーコレータが利用されている。
【０００５】
加熱空気の導入を通して、化学物質の気泡は粉砕され、遊離された化学物質は、洗浄用流体（フラッシュアウト（flushing-out）流体）と共に除去される。廃棄物内の流路の形成を防ぎ、せん断力を加えるため、廃棄物を（洗浄用液体および加熱空気の流れの方向に対して平行な）垂直方向に混合し、同様に除去のために指定された方向に推進するような、反応装置内の混合用または循環用機構が提案されている。
【０００６】
この方法の欠点は、反応装置の内部で廃棄物を偏向させ混合することには多大な支出が関与し、このことが投資コストに著しく影響を及ぼすという点にある。このような複雑な機械的構造は同様に、反応装置内の廃棄物除去システムに関する問題に起因する作業停止の危険性もはらんでおり、このことはすなわち、反応装置のメンテナンスについても同様に高額の支出を行なう必要がでてくることを意味している。さらに、必要なメンテナンスのためまたは反応装置の周辺での問題のためのこのような反応装置の作業停止は、廃棄物を一時的に貯蔵することのできる適切なバッファタンクの建設によってのみ相殺され得る。ＤＥ１９６０８５８６Ａ１内では、廃棄物の山が圧縮空気によって衝撃を受ける組合せプロセスが記述されている。
【０００７】
これに対して、本発明は、構造的成分および化学物質の混合物を処理するためのプロセス、ならびに、機器に対する支出を最小限におさえて化学的成分の著しい分解を結果としてもたらすような方法を作り出すという課題に対処するものである。
【０００８】
この課題は、特許クレーム１に特徴づけされたプロセスおよび特許クレーム１２に特徴づけされた方法によって達成される。
【０００９】
構造化された成分および有機物を含有する物質混合物（例えば残留廃棄物）を縦断方向および横断方向の実質的な混合の無い状態で反応装置内を通過させ、かつ移動方向に略平行にまたはそれに対し横断方向に向けられた力を物質混合物に適用することによって流路形成を防ぐ措置を通して、側方混合のために撹拌器を提供する必要がなくなることから、反応装置は実質的にさらに単純な構成を有することができる。これらの力は好ましくは、反応装置の周辺部域から、例えば適切に設計された排出手段を通してまたは注入気体好ましくは加圧空気を用いて導入される。特に、加圧空気が使用される場合、せん断力はバルク材料にも適用され、かくして山積み材料の表面は再組織され、物質混合物の粒子は繊維の形に分離される。
【００１０】
反応装置は、いかなる再構造化も修正も必要とすることなく、パーコレータおよび乾燥機として利用することができる。
【００１１】
排出手段を用いて流路形成を防止する力を導入した時点で、物質混合物は好ましくは少なくとも部分的に循環させられ、かくして、循環をもたらすコンベヤ要素によってせん断力が導入されることになる。
【００１２】
本発明に従った流れ管理は、反応装置の頂部または底部部分に補給および排出手段を全て位置づけすることができるような、高度のコンパクト性をもった反応装置を設計することを可能にする。
【００１３】
特に好ましい実施形態においては、流路形成を防ぐための力および表面の再形成および粒子の引裂開放に必要とされるせん断力は、反応装置の周辺部域からバルク材料（山積み材料）内に注入される圧力ガス好ましくは加圧空気を通して適用される。加圧空気により、山積み材料は部分的に膨張させられ、そのため、表面再形成がバルク材料内で起こり、粒子は、導入されたせん断力の結果として引裂かれて開く。大気中の酸素および浸出用流体による物質混合物の分解のための物質移動面積は増大する。
【００１４】
特に好ましい実施形態においては、加圧空気およびプロセス空気は、反応装置の底部部分内および／または脚部部分内に配置されたノズルを通して供給される。
【００１５】
本発明に従うと、物質混合物がプロセス空気に対し略平行にかまたは横断方向の流れの形で誘導されるように、物質混合物が基本的に垂直に（重心方向と平行に）または水平方向に反応装置内を通過することが好ましい。
【００１６】
反応装置がパーコレータとして利用される場合、浸出用流体は、好ましくは反応装置の上部部分内で分配器を通して供給される。
【００１７】
加圧空気は２バール以上、好ましくは４バール以上の圧力で供給される一方、プロセス空気に対しては通例０.５バールの圧力が適用される。
【００１８】
プロセス空気および／または加圧空気の導入のためのノズルは、有利にも個々に制御され、従って特定の加圧空気プロフィールを反応装置断面を横断して調整することができる。
【００１９】
せん断力を導入するためおよび流路形成を防ぐための加圧空気の使用には、好気性プロセスのためにバルク材料内で必要とされる大気中の酸素が同時に供給されるという利点があり、そのため、加圧空気は基本的に以下の２重の機能を果たすことになる：
１．好気性分解のための大気中の酸素の供給、および
２．せん断力の導入。
【００２０】
より単純な実施形態においては、バルク材料内の流路形成を防止するための力は、例えば、反応装置の底部部分で配置された排出手段を通して供給されている。この排出手段は例えば、スクレーパフロア設備または層毎に物質混合物を排出するための類似のコンベヤ手段であってよい。この変形形態には、排出手段の前進移動のため反応装置の底部部分内の補給および排出用開口部が自由な状態に保たれるという付加的な利点があり、かくして、浸出用流体は退出し加圧空気またはプロセス空気がそれぞれバルク材料内に浸透できるようになる。排出手段としては、ウォームコンベヤカーペット、移動式フロア、サイロ充てん手段などを用いることができる。これらの排出手段は、当然のことながら、加圧空気について上述の実施形態において使用することもできる。
【００２１】
物質混合物が好ましくは層の形で反応装置内を通過するかぎり、連続的プロセス管理の場合、反応装置内部の物質混合物の滞留時間を高い精度で決定することが可能であり、かくして生物学的分解との関係における通過時間を最適化することができるようになる。冒頭に挙げた解決法においては、撹拌機を用いた縦断方向および横断方向の混合のため平均滞留時間値しか決定できない。
【００２２】
含有プロセス空気または含有加圧空気はそれぞれ、有機成分が分離され浄化された空気がプロセス中に再循環される廃棄ガス浄化作業へと供給される。
【００２３】
設備のエネルギー収支は、含有浸出用作用物質が下水浄化に供給された場合に、さらに改善することができる。下水浄化には、有機物のバイオガスへの変換が起こるバイオガス設備が含まれていてよい。解放されたバイオガスのエネルギー結合を通して、本発明に従った方法を、エネルギーに関し充分に自足できるように設計することができる。
【００２４】
上述のプロセス管理においては、有機物を含有する物質混合物はいわゆる加水分解に付され、ここで空気と浸出用流体の協同作用を通して有機材料は空気による好気性かつ好温性加熱の結果として溶解および酸性化され、浸出用流体によって運び出される。すなわち、有機成分の分解は、一定の温度の設定および清浄な空気の供給の結果として起こる。
【００２５】
物質混合物のさらなる処理により、本発明に従った残留物の乾燥が提供される。このような乾燥は、反応装置内の残留物の好気性、好温性加熱により最小限のエネルギー支出で行なうことができる。このために、物質混合物を反応装置内の清浄な空気の適用に付し、結果として得られる好気性加熱により、供給された空気を介して水蒸気を排出し、残留物を乾燥させることもできる。しかしながら、１つの単一の反応装置内での乾燥および加水分解は、より小規模な設備内でのみ実現性のあるバッチタイプの作業を条件としている。より大規模な設備においては、加水分解からの残留物を好気性、好温性加熱のために別の反応装置（乾燥機）が具備される。実際には、これら２つの反応装置を、単一コンテナ内でｎ回連続して互いに前後して配置することができ、かくして複数回の加水分解／乾燥段階を連続的に続行することが可能となる。
【００２６】
設備のエネルギー収支は、下水浄化からの含有浸出用作用物質が供給された場合、さらに改善可能である。下水浄化には、有機物のバイオバスへの変換が起こるバイオガス設備が含まれていてよい。解放されたバイオガスのエネルギー結合を通して、本発明の方法を、エネルギーに関して自足できるように設計することができる。
【００２７】
このように処理された固体分画を加水分解および／または好気性乾燥の後に圧縮段階へと供給することがきわめて有利である。ここで一定の粒径を呈する固体物質は、例えばペレットまたはブリケットといった予め定められた幾何形状にプレスされる。この圧縮段階の結果として、物質混合物のさらなる脱水がひき起こされ、そのため圧縮の後、それ以上溶出できない乾燥安定物体が存在することになる。
【００２８】
この物体は例えば、化石エネルギー担体の代わりである代用燃料として貯蔵することもできるしまたはゴミ捨場に保管することもできる。
【００２９】
本発明に従った方法の主要な利用分野は、廃棄物の処理にある。しかしながら、原則として、この方法は、有機成分を内含するその他のあらゆる物質混合物のためにも適用可能である。
【００３０】
本発明の方法においては、洗浄用作用物質として通例再循環水が用いられる。物質混合物の加水分解および好温性乾燥のための空気は、物質混合物に対し向流式にでも並流式にでも導くことができる。
【００３１】
本発明のさらなる有利な開発は、さらなるサブクレームの内容となっている。以下では、本発明の好ましい実施形態について、概略図を用いてさらに詳細に説明する。
【００３２】
図１は、本発明の方法およびこの方法を実施するための装置について説明するプロセスダイアグラムである。従って、好気性加水分解（好気性な生物起源の反応およびパーコレーション）は、材料補給手段４を通して処理すべき物質混合物２が供給される反応装置１の中で発生する。処理すべき物質混合物は、大きな割合の構造化された材料および有機物を含有する。同様の物質混合物は、例えば、家庭内廃棄物、生物学的廃棄物、産業廃棄物などの中でも発生する。
【００３３】
反応装置１は、閉鎖されたコンテナとして設計され、そのため、以下でさらに詳細に記述される材料流は、ロック手段、バルブ手段などを介して供給される。
【００３４】
反応装置１自体は好ましくは、図示された実施形態において物質混合物（残留廃棄物）と共に上から供給を受ける鋼製またはコンクリート製のコンテナである。
【００３５】
物質混合物の有機分画の大部分は、表面上でほとんどが吸収される短鎖化合物から成る。この表面が温水流でとり囲まれている場合、まず第１に、不溶性化合物は同様に加水分解され洗い出される。加水分解の度合は、反応装置１内の滞留時間によって左右される。物質混合物および加水分解産物の臭いの強い成分は、充分に水溶性が高く、洗い流すことができる。従って、パーコレーションにより、有機物の還元および物質混合物の脱臭が達成される。浸出用流体（プロセス水）と合わせて、細かい砂粒子がさらに運び出される。反応装置１は、臭気を締め出すべく閉鎖され、排気は上述の要領でより密に脱臭される。
【００３６】
パーコレーション中、プロセス空気は付加的に適用され、かくして水抽出の物理化学的効果は、細菌分解を強化することによって増強される。好気性環境内では、微生物は、粒状重合体成分を単量体へと分割しそれらを可溶化する外酵素を排せつし始める。
【００３７】
パーコレーション中に、浸出用流体と共に排出される不活性物質（ガラス、セラミクス、砂）の約１０％が、解放される。砂洗浄のための補足的水洗いを同時に可能にする砂シフターの内部で分離が起こる。
【００３８】
図１に従った実施形態においては、重力の方向で見たとき反応装置１の上端部区分に投入用手段４が位置づけされている。
【００３９】
反応装置１の下部範囲内には、それを通して反応装置１から処理済みのおよび生物学的に分解された物質混合物を引き抜くことのできる少なくとも１つの排出手段６が形成されている。
【００４０】
反応装置１はさらに、排出手段６（図１の表示）の下に、ふるい床８により反応チャンバ１２から分離されているコレクタ１０を含んでいる。以下でより詳細に記述される排出手段６は、ふるい床８上に載っている物質混合物が層状形態で反応装置から排出されふるい床８の開口部が閉塞されない状態に保たれるような形で設計される。
【００４１】
コレクタ１０は、空気連結ダクト１４および浸出用流体出口１６と連絡している。反応装置１の上部部域内には、もう１つの空気連結ダクト１８および浸出用作用物質分配器２０が配置されている。
【００４２】
物質混合物の有機成分のパーコレーションまたは抽出のために用いられる浸出用流体（水）は、分配器２０を通って反応装置内に補給され、出口１６を通って引き抜かれる。流れ管理を単純化する目的で、反応装置１の床２２は出口１６に向かって傾斜しており、かくして浸出用流体は、出口１６の範囲内に集まることになる。
【００４３】
図１の表示中の下部空気連結ダクト１４は、空気搬送手段２４と連結されている。空気搬送手段（ファン、コンプレッサ）の設計に応じて、下部空気連結ダクト１４から上部空気連結ダクト１８への流体２５または上部空気連結ダクト１８から下部空気連結ダクト１４への逆方向の流れ２７を、反応装置１の内部で調整することができる。すなわち、空気搬送手段２４の設計に応じて、空気は、図１に従った表示中で底部から頂部または頂部から手底部まで反応装置１内に収容された物質混合物を通って流れる。
【００４４】
浸出用流体の流れは、重力の方向に、すなわち、反応装置１内の上部位置内に配置された分配器２０から出口１６に向かって起こる。
【００４５】
反応装置１から退出した浸出用流体は、以下でより詳細に記述される下水処理装置２６（嫌気的フィルタ）を用いて処理される。
【００４６】
ふるい床８上に残っている残留物は、排出手段６を通って排出材料２８として引き抜かれ、製品３０としてさらなる処理のため供給されるか、または今度は循環材料３２として投入用手段４まで再循環させられる。排出材料２８の製品３０および／または循環材料３２への分離は、例えばスライドゲート、トラップ、分配用ガイドといった形をとりうる適切な配分手段３４を通して行なわれる。
【００４７】
すなわち、配分手段３４を適切に調整することにより、排出材料２８の一部分を循環材料３２として反応装置１内に再循環させることができ、かつそこで物質混合物の注入のためひいては生物学的分解を促進するためにこれを利用することもできる。
【００４８】
搬送手段を用いて物質混合物の全部または一部を循環させることにより、せん断力がさらに循環材料内に導入され、かくして、物質混合物の表面が再形成され粒子が繊維の形に分離されることになる。
【００４９】
より良く理解するために、本発明に従った装置の上述の単一構成要素についてここでより詳細に説明する。
【００５０】
流入する物質混合物２は、予め定められた最大粒度を有するように既知の要領で機械的に予め処理されている。この処理された物質混合物２は、例えばコンベヤベルト３６といった適切な搬送手段を介して投入手段４に供給され、かくして反応装置横断面を横断した物質混合物２の分配が起こる。図示された実施形態においては、投入手段４は横断方向コンベヤ８を内含しており、これにより、物質混合物は図面の平面内でかつ図面平面に対して横断方向に分配され、横断面全体にわたり分布した材料ホッパー４０により反応装置に供給される。
【００５１】
材料ホッパー４０または横断方向コンベヤ３８を起動させることによって、物質２の混合物は層状で反応装置１内に導入され、そのため実際にはｎ層４２が互いに重なり合ってふるい床８上に配置される。
【００５２】
反応装置１の充てん高さＨは、浸出用流体のための分配器２０がバルク材料より上に位置づけされるような形で選択される。分配器２０は、例えば、反応装置断面を横断して分布した多数の噴霧用ヘッド４４を有していてよく。これにより最高部の層４２全体の上に均質に浸出用流体を分配することができる。
【００５３】
図１に示されている実施形態においては、排出手段６は、ふるい床８上に載っている物質混合物のそれぞれの底部層が水平方向に排出され得るように設計された水平方向コンベヤの形を有している。図示された反応装置１内では、排出手段６は、例えばＷ０９５／２０５５４Ａ１で記述されているようにスライド床またはスクレーパ床の形をもつ。同様のスライド床は例えば下水汚泥サイロ、堆肥化設備などでも利用されており、先行技術から既知のものであるため、以下では不可欠な構成要素のみについて記述することにする。
【００５４】
図１に従うと、スライド床は、水平方向に離隔された複数のコンベヤウェッジを内含しており（図１の図）、スラストロッド４８上に配置されている。スラストロッド４８は、油圧シリンダまたはその他の何らかの駆動手段を用いて図１で矢印５２、５４と平行に往復運動させることができる。
【００５５】
排出開口部に面したコンベヤウェッジ４６の前方表面は垂直な表面５６の形を有し、一方、後方表面は傾斜した表面５８である。油圧シリンダ５０の対応する制御を通して、スラストロッド４８は周期的に前後に移動させられ、ここで矢印５２の方向（図１の左側）でのスラストロッド４８の移動中、最下位層の物質混合物は傾斜した表面５８に沿って上向きに滑動し、それぞれのコンベヤウェッジ４６の後方の空間内にやってくる。矢印５４の方向でのスラストロッド４８のその後の戻り動作の間、この材料は、垂直方向の表面５６によりもち運ばれ、近隣のコンベヤウェッジ４６または排出開口部まで右へと搬送される。すなわち、コンベヤウェッジ４６の高さは、排出された物質混合物の層の高さを決定する。反応装置１内の抽出条件を一定に維持するため、排出材料の層厚みは、材料供給物の層厚みにおおよそ対応し、充てん高さＨはそれに応じて基本的に一定にとどまっている。
【００５６】
冒頭ですでに言及したとおり、排出材料２８の一部分は、接種材料（循環材料３２）として投入用手段４に直接またはコンベヤ手段に対し再循環されてよい。原則として、循環材料として排出材料２８の全てを用いることも可能であり、この場合物質混合物は反応装置１内を数回通過し、例えば４回のランの後製品３０として排出されるだけである。
【００５７】
排出手段６の下側に配置されたふるい床８は、処理対象のき物質混合物の組成および粒度の関数として選択されたメッシュサイズＺを有する。スラストロッド４８およびコンベアウェッジ４６の構成、ふるい床８がスクレーパ床の往復運動により清浄され、かくしてメッシュの閉塞を防ぐことができるような形で選択される。
【００５８】
材料の層状化された排出の結果は、物質混合物の層は垂直方向に反応装置１を通して頂部から底部へ移動することになる（図１）。
【００５９】
すでに上述した通り、空気搬送手段２４は、空気流の異なる方向を反応装置１内で調整できるように、ファンまたはコンプレッサの形をしていてよい。いずれの場合でも、反応装置１の入口および出口範囲は、空気が、反応装置断面全体にわたり分配されながら層状化した物質混合物を通って流れるような形で選択される。この空気流は、図１の表示内では破線によって表わされている。
【００６０】
浸出用流体は、実線矢印に沿って層状化した物質混合物の中を上から下へと流れ、有機物を含有する状態で、ふるい床８を通ってコレクタ１０内に入る。含有浸出用流体６０は出口１６を介して引き抜かれ、下水処理装置２６に供給される。この下水処理装置は、例えば砂、円礫、懸濁物質、浮遊物質などの異物６４が分離されてしまう異物分離器６２を含んで成る。かかるＦ物質混合物は例えば前述の異物６４を分離するためのスキマーおよび沈降タンクを含んで成る。
【００６１】
異物が除去され水相のコロイド状有機化合物を含有する浸出用流体は、次に、例えばバイオガスまたは消化塔設備といったような嫌気性発酵装置６６へと供給される。この嫌気性廃水処理において生成される代謝最終産物は、メタンおよび二酸化炭素、そして一部のケースでは少量の硫化水素である。分解産物として得られたこのバイオガスは、適切なブロック型火力発電所の中で電気および熱に変換できる。バイオガスから回収されたエネルギーの一部分は、本発明のプロセスへと戻され、かくしてこのプロセスはエネルギーに関して充分な自足性を有することになる。
【００６２】
予備的な試行により、１（メートル）トンの供給された家庭廃棄物の処理において、６.５kwhのエネルギー含有料をもつ約８０Ｎｍ３バイオガスが得られることがわかった。
【００６３】
上述の実施形態においては、下水浄化工場が反応装置と結びつけられている。１つの変形形態としては、浸出用流体を既存の下水浄化工場内に組込むこともできるし、或いは又下水道の中に直接導入するかまたはもう１つの処理段階に供給することもできる。供給のためには、この場合、清水または工業用プロセス水または含有率の低い下水が使用されることになる。
【００６４】
嫌気発酵装置６６のすぐ後には、２段好気性後処理７０が続き、ここでバイオガス設備からの消化プロセス水が、残留負荷を最小限におさえるための後処理に付され、窒素が除去される。
【００６５】
有効な法律および負荷規則に応じて、かくして生成された含有下水７２は、さらなる処理段に供給されるかまたは下水系内に直接導入される。好気性の生物学的段７０の中で浄化された浸出用流体は次に、分配器２０を用いて反応装置１に供給される。図１に示されているように、反応装置１内の生物学的分解に対し触媒的影響を与える目的で２段式好気性生物学的段をバイパスしながら嫌気性発酵装置６６から分配器まで直接、消化プロセス水の部分流を供給することができる。
【００６６】
反応装置１の内部での本発明に従った流れ管理の結果として、好気性加水分解が起こり、このとき、物質混合物２の中を流れる空気および浸出用流体を用いて調整される物質混合物の湿度の結果として、好気性の好温性加熱が発生し、かくして有機物のセルは割れて開き、解放された有機物質は浸出用流体により排出される。
【００６７】
有機材料の分解は、一方では利用可能な炭素ＣのＣＯ２（炭酸）への好気性分解に起因し、又他方では溶解し酸性化した有機物の浸出および浸出用流体による除去に起因するものである。好気性好温性反応および有機化合物の同時分解のため、物質混合物内の温度は抽出段階中に（例えば約４０〜５０℃まで）上昇する。この温度上昇の結果として、水蒸気は解放され、これは供給空気を介して排出される。空気と共に排出されたこの水蒸気は、凝縮物として上述の下水浄化に供給され得る。
【００６８】
反応装置１から流出する空気には、分解産物としての二酸化炭素および加熱によって生成された水蒸気を含有している。有機成分を含有する排気はバイオフィルタに供給され、ここで好気性微生物を用いた生物学的清浄が起こる。
【００６９】
浸出用流体としては当初、設備を運転開始させほぼ安定したプロセスパラメータが得られた後の好気性処理の間に溶解した塩によって酸性にされた純水が使用される。水のわずかな酸性化は、可溶性有機、無機物質および水溶性脂肪酸の浸出を増大させる。
【００７０】
図１にさらに表わされているように、反応装置１内部にある物質混合物２は、コンベヤウェッジ４６の往復運動に起因して間欠的脈動を受け、かくしてせん断力、横断方向力および縦断方向力が物質混合物内に導入され、場合によって形成された浸出用流体および空気の流路が破壊されることになる。これらの力の大きさは、一方ではこれらの流路および噴出口を破壊できるようなものであるものの層状化された構造の破壊を結果としてもたらさないように設計されている。
【００７１】
図１に表わされている実施形態においては、これらの脈動は、スクレーパ床の移動によりもたらされる。しかしながら一変形形態としては、図６および７に表わされているように、物質混合物２内にせん断力を誘発するためおよび流路を破壊するための付加的な手段を利用することができる。
【００７２】
上述の加水分解の後すなわち有機成分の分解および浸出用流体を用いたこれらの成分の抽出の後、排出材料２８は、乾燥段へと供給される。この乾燥が好気性乾燥として起こった場合には、残留湿度を最低限のエネルギー支出で低減できることから、特に有利であることがわかった。同様の好気性乾燥は、例えば、加水分解の後物質混合物２の中を空気以外のものが流れないような形で、分配器２０を通る浸出用流体の供給を中断することによって実施することができる。湿気のある物質混合物２の中を流れた結果として、なお利用可能な状態の炭素Ｃの二酸化炭素へのさらなる好気性分解が発生する。その上、加水分解と類似の要領で、物質混合物は微生物変換に起因して加熱され、かくして、通過する空気流を通して水蒸気が排出されることになる。炭素の分解および水蒸気の排出に起因して、物質混合物の残留湿度は低減され、ここで、乾燥基質の望ましい割合は、好気性乾燥の持続時間を介して単純な要領で調整可能である。
【００７３】
上述の実施形態においては、かくして加水分解および好気性乾燥は単一反応装置１内で実施される。すなわち、反応装置はいかなる修正もなく乾燥およびパーコレーションの両方のために使用可能であり、かくして設備の単純な構造が確保される。
【００７４】
１つの変形形態としては、図１の反応装置１から下流側に、反応装置１からの排出材料２８が供給される図２に従った乾燥機を配置することが可能である。この好気性乾燥機７４は、基本的に図１の反応装置１と同じ構造をもつ。すなわちこの場合排出材料２８である物質混合物は、投入用手段４を介して、ロック手段の備わったコンテナ内に導入され、補完された好気性乾燥の後、排出手段６を介して排出される。上述の反応装置１以外に、乾燥機７４は、図面の平面に対し垂直に互いに重ねて配置された複数の空気連結ダクトを有し、かくして空気はシート状に注入され得るようになっている。一方乾燥用空気は、物質混合物の流れと向流または並流で誘導でき、それに従って供給され、空気連結ダクト１４、１６を通って排出される。
【００７５】
図１の反応装置以外に、図２の乾燥機７４は、浸出用流体の適用のための分配器２０を内含している。
【００７６】
一方、好気性乾燥機７４においては、乾燥機７４の出口に循環材料７８として存在する乾燥材料７６の部分的再循環および／または乾燥済み製品８０の排出が提供される。乾燥させるべき物質混合物は、ここでも又好ましくは層状化された形で、乾燥機７４の中を通過し、ここで流路形成は、脈動の形で適用されるせん断力、横断方向力および縦断方向によって抑制される。この２段プロセスは、当然のことながら、図１に従って逐次的に配置された２つの反応装置を用いて実施され、第１の反応装置内の加水分解は空気および浸出用流体の供給を通して行なわれ、一方第２の下流側反応装置１内では空気供給の結果としての好気性乾燥のみが起こる。
【００７７】
図３は、図１に従った３つの反応装置１ａ、１ｂ、１ｃが図２に従った３台の乾燥機７４ａ、７４ｂ、７４ｃと組合わされている実施形態を示している。従って、共通のコンベヤ手段３６が３つの反応装置１ａ、１ｂ、１ｃに結びつけられ、かくして物質混合物２を、単一反応装置１ａ、１ｂ、１ｃに供給することができる。適切な配分用手段３４を用いて、今度は、単一反応装置１ａ、１ｂ、１ｃに対する材料の流れを調整することが可能である。
【００７８】
一方、単一反応装置１ａ、１ｂ、１ｃからの排出材料２８ａ、２８ｂ、２８ｃは、循環材料３４として配合用手段３４を通って再循環されてもよいし、又今度は製品３０としてさらなる処理へと供給されてもよいし、または排出材料２８として好気性乾燥へと供給されてもよい。ここでは、反応装置１ａ、１ｂ、１ｃからの排出材料２８は、コンベヤ手段８４および適切な配分用手段３４を通して乾燥機７４ａ、７４ｂ、７４ｃに供給される。
【００７９】
図３に従った設備の概略的表示においては、反応装置１をバイパスする一方で物質混合物２も直接乾燥へと供給することがさらに規定されている。これは、例えば、存在する物質混合物がすでに乾燥物質を多大な割合で含み、そのためそれ以上湿式洗浄が起こらない場合にあてはまることである。
【００８０】
乾燥機７４からの排出材料すなわち乾燥材料７６ａ、７６ｂ、７６ｃはこのとき、乾燥製品８６としてさらに処理されるか、再び循環材料７８として乾燥へと供給されるか、または中間産物として脱水および／または圧縮のための手段９０に供給されるかのいずれかである。
【００８１】
手段９０は同様に、図１、２内で表わされた反応装置／乾燥機からの排出材料をさらに処理するためにも使用される。手段９０は、例えば、機械的作用および圧力の増大によって生み出された熱の結果として中間産物８８のさらなる脱水または乾燥が起こるような形で、押出し機または乾燥機／押出し機プレスという形状をもつことができる。
【００８２】
手段９０の内部では、抽出された残留廃棄物が、６０％以上の乾燥物質含有率に調整される。好ましい実施形態においては、手段９０はさらに、高性能プレスを含み、かくして抽出され脱水された材料はペレット化され得る。ここで、１.７ｔ/ｍ３の密度が達成される。ペレットを生成するためのエネルギー支出は、１４ＭＪ/kgの平均エネルギー含有量を仮定したときペレットのエネルギー含有量の約１％にのぼる。
【００８３】
手段９０の設計に応じて、脱水された最終製品９２は、ペレット、ブリケットまたはその他の圧縮された形態で存在することができる。上述のプロセス段階により、それ以上溶出できず、全くガス抜き活性をもたずかつ乾燥物質の大きな割合によって特徴づけられ、既知の方法とは対照的に乾燥のため外側からの熱エネルギーを利用する必要のない製品を製造することができる。
【００８４】
手段９０を用いて脱水された材料は、堆肥化またはベルト乾燥を用いてその後の乾燥に付すことができる。従来通り、有機材料の付加的な分解および浸出した残留物の乾燥を達成するために、廃棄物の機械的−生物学的処理の後、後腐敗が予め連結された。後腐敗は、露呈したピットの中で容易に起こり得る。生物起源の材料の割合は、パーコレーションの後でさえ充分に高く、そのため腐敗温度は５〜６日以内で７０℃まで上昇することになる。１０〜１６日以内で、このように処理された残留物の乾燥物質含有率は最高８０％に達する。上述のプロセスではパーコレーション残留物の乾燥のための発熱がバイオガス抽出およびガス機関内での電気への変換によって利用可能となることから、後腐敗のために空間節約的な乾燥プロセスを利用することも可能である。
【００８５】
図３に表わされている配置は、連続的作業が望まれる場合に選択される。設備は、さらなるモジュール（反応装置１、乾燥機７４）を付加することによって高い処理能力で拡張できる。
【００８６】
搬送手段３６および８４および配分手段３４（材料偏向）は、単一反応装置、乾燥機への（循環材料）の投入、その排出または混合する順序を望ましい任意の順序に変更できるような形で、制御することができる。
【００８７】
図４は、２つの間仕切り壁によりコンテナ９６が３つのチャンバまたは反応装置１ａ、１ｂ、１ｃに分離されているような実施形態を示す。これらのチャンバは、加水分解および／または好気性乾燥を実施することのできる図１に従ったおよび図２に従った手段に対応する。
【００８８】
気密コンテナ９６には、共通のコンベヤ手段３６が結びつけられており、これにより処理すべき物質混合物２がコンテナ９６に供給される。共通のコンベヤ手段３６により、物質混合物は配分手段３４を介して、図示された実施形態においては分配器クレーンの形をしている横断方向コンベヤ３８まで誘導される。後者には、分配器クレーン（横断方向コンベヤ３８）を用いてコンテナ９６の横断面部域全体を横断して移動可能である材料シュート４０が内含されている。これにより、コンテナ９６の部分空間１ａ、１ｂ、１ｃには確実に、層状化された物質混合物２が投入され得ることになる。
【００８９】
処理された物質混合物の排出（排出材料２８または乾燥材料）は、例えば図１に示されているもののように設計可能である排出手段６を通して行なわれる。図４に表わされた変形形態に従うと、コンテナ９６の床の範囲内の側方に隣接する配置において複数の排出手段６ａ、６ｂ、６ｃを形成することも同様に可能である。図示された実施形態においては、コンテナ９６は、電気連結ダクト１４、１８をもつように設計された多重チャンバ乾燥機の形をしており、図４では上面に配置された空気連結ダクト１８のみが示されている。この変形形態でも又、空気は並流または向流で物質混合物に誘導されるようになっている。コンテナ９６は当然、複数の部分チャンバを有する反応装置として設計されてもよい。図１〜３に表わされた反応装置／乾燥機は、当然のことながら、複数の側方に隣接する排出手段６を内含するようにも設計され得る。
【００９０】
排出材料２８は、循環材料３２として配分手段３４を介してコンベヤ手段３６まで戻されてもよいが、又製品３０として排出されてもよい。
【００９１】
図５は、物質混合物２の分配を説明する図４のコンテナ３６の上面図である。従って、物質混合物２は、例えばコンベヤベルトといったコンベヤ手段３６上に投入され、かくして、間仕切り壁９８、９９の上で矢印１００、１０１の方向に移動可能な分配器クレーン８８に供給される。分配器クレーン３８は、１つの可動式のまたは複数の定置式の材料シュートを支持しており、かくして、部分チャンバ１ａ、１ｂ、１ｃの幅全体（垂直線、図５）をカバーできるようになっている。
【００９２】
処理済み物質混合物は、矢印１０２の方向でコンテナ９６から排出され、この排出材料２８は、製品３０としてかまたは循環材料３２として適切なコンベヤ手段を通して運び去られる。循環材料は、コンベヤベルトによりコンベア手段３６に輸送し戻され、次にもう１度部分空間１ａ、１ｂ、１ｃの１つの中に投入される。
【００９３】
上述の実施形態においては、噴出口の形成は、山積み材料中の波型の垂直方向移動をひき起こしかくして山積み材料表面の再形成および流路の破壊を結果としてもたらす排出手段６を通してバルク材料内に導入された力によって防止された。しかしながら、かくして導入されたせん断力は、処理すべき物質混合物の質に応じて、バルク材料に必要とされる機械的分解をもたらすには時として弱すぎることがある。上述の反応装置１内では、このとき循環材料３２の割合は増大され、かくして、材料分解のために必要となるせん断力が次に、循環材料３２を搬送するためのコンベヤ要素を介して導入されることになる。
【００９４】
エネルギーおよび材料支出に関しては、この変形形態は、せん断力を導入するために反応装置内部で撹拌器が使用される、最初に記述された先行技術よりも実質的にさらに一層有利である。
【００９５】
エネルギーおよび装置技術の点からみた支出は、本発明に従った反応装置／乾燥機が図６または７で記述された要領で設計された場合にさらに低減され得る。
【００９６】
図１および２に記述された実施形態では、プロセス空気は、単数または複数の空気連結ダクト１４を通ってそれぞれ反応装置１または乾燥機の底部部分内に注入されており、その後、ふるい床８を通って山積み材料（バルク材料）の中に入る。これに対して、図６および７に表示した実施形態においては、プロセス空気は反応装置１の横断面全体にわたり分布した複数のランス１１０を通して注入され、このランスのノズル１１２はバルク材料１１４の下部範囲（図６，７の図）へと開放している。ランス１１０は、ふるい床８および排出手段６（この場合はスライド床）を通って延びている。
【００９７】
プロセス空気または加圧空気のためのランス１１０は、各々、蓄圧器１２０内に開放する圧力管路１１８に、制御弁１１６を通して連結されている。蓄圧器は、排気処理（バイオフィルタ）から再循環された空気または新鮮空気１２４をシステム圧力すなわち蓄圧器１２０内の圧力までもっていくことのできるコンプレッサ１２２に連結されている。制御弁１１６は、プロセス制御手段１２６に連結され、かくしてそれぞれ個別に開閉制御され得る。
【００９８】
制御弁１１６の開口部断面は、プロセス制御手段１２６に応じて連続的に可変的であってよく、かくしてプロセス／圧力ガスの圧力は可変的となる。
【００９９】
蓄圧器１２０内のシステム圧力は、好ましくは４バール以上の圧力に調整される。ランス１１０の制御弁１１６の完全な開放時点で、加圧空気１２８は、上向き方向にノズル開口部から退出し（図６，７の図）、最大圧力で垂直方向にバルク材料１２４中を流れ、ここで図６，７の矢印は、加圧空気１２８が同じく横断方向にも偏向されていることを表わしている。バルク材料１１４は、加圧空気１２８が流れる範囲内で部分的に上へ旋回されるかまたは流動化され、こうして、山積み材料の表面は再形成され流路は破壊されることになる。すなわち、注入された加圧空気により、上向き方向にバルク材料１１４を通してそれぞれのランス１１０のノズル１１２から離れるように移動する部分的波動運動が、バルク材料１１４の中で生成される。この波動運動により、物質混合物の相対的運動が誘発され、そのため、粒子の表面が引裂して開き、かくして物質移動面積は増大することになる。加圧空気は脈動状でのみ注入されることから、バルク材料１１４は、制御弁１１６が閉じた後再び崩壊し、そのため、再びせん断力がバルク材料１１４内に導入され、その結果、表面の反復的再形成および流路の破壊がもたらされることになる。反応装置１から退出する含有空気１２３は、バイオフィルタに供給される。
【０１００】
注入された加圧空気のために、基本的に２つの効果が達成される。１つには、せん断力が上述の要領でバルク材料１１４内に導入され、又他方では、加水分解および／または乾燥のために必要とされるプロセス空気が同様に供給され、かくして、せん断力の導入およびプロセス空気の補給は実際上組合わされることになる。モデル計算は、本発明に従った加圧空気連結のため、エネルギー所要量が撹拌器を内含する従来の反応装置と比べ最高５０％以上減少させられる可能性があるということを示している。
【０１０１】
プロセス制御装置１２６および制御弁１１６は、プロセス／加圧空気の圧力が経時的に変動されるような形で設計されており、かくして、例えば、予め定められた時間的間隔にわたり、乾燥または加水分解には必要とされるものの、バルク材料１１４内へ多大なせん断力の導入する結果とならないような低圧（０.５バール）でしかないプロセス空気が供給されるようになっている。バルク高さおよび処理すべき物質混合物の品質に応じて、このとき、上述のせん断力を導入し流路の形成を回避するため比較的高い圧力（４バール以上）で加圧空気が間欠的に供給される。
【０１０２】
反応装置１の多数の圧力ランス１１０のバルブ１１６も同様に逐次的に制御でき、そのため、図６および７に従った表示中で図面の平面と平行にまたは図面の平面に対して垂直に伝播する「膨張波」がバルク材料内を通過するようになっている。
【０１０３】
残りの部分については、図６に表わされている実施形態は、上述の実施形態に対応する。すなわち、物質混合物２は、層状化された形態で上から投入手段４を通って反応装置１内に導入され、この反応装置１を通って移動し、このとき層状化された構造は加圧空気の供給および結果としてもたらされたバルク材料の部分的流動化に起因して実質的に変わらない状態にとどまる。このとき、処理済みの物質混合物は、排出手段６すなわちスライド床を介して排出され、さらなる処理段へと供給される。
【０１０４】
図７に表わされた実施形態では、物質混合物２は図７の表示中の反応装置１の左側前方面で供給され、反応装置１の反対側で下向きに排出される。従って、物質混合物は、参照番号１１〜１ｎで表わされているような垂直に配置された層状化された構造をもつ反応チャンバ１２を通って移動する。すなわち、物質混合物は、図６に表わされた実施形態では垂直方向に反応装置を通して移動させられているのに対して、反応装置内を水平方向（１）に移動する。
【０１０５】
残りの部分については、図６および７に表わされた実施形態は上述の実施形態に対応しており、従って、残りの構成要素に関する上述の説明に対し、参照指示がなされることになる。単純さを期して、対応する構成要素については、図１〜５と同じ参照番号が、図６および７でも使用された。
【０１０６】
簡単に言うと、図６および７で表わされた実施形態においては、先行技術で使用された撹拌器は「加圧空気撹拌器」で置換され、加圧空気のための圧力は、層状化構造が基本的に保持されるような形で選択された。反応装置１の横断面全体にわたり分布した制御弁１１６を個々に制御する可能性のおかげで、バルク材料１１４は故意に圧力脈動を受けることができ、かくしてせん断力の導入は、プロセスに応じて適用可能となる、すなわち、加圧空気およびプロセス空気のそれぞれの適用は、処理すべき物質混合物の品質および反応装置１内の滞留時間の関数として実施され得る。出願人は、図６および７および１〜５で表わされている変形形態に独立したクレームセットを導く権利を留保する。
【０１０７】
構造化された成分および有機物を含有する物質混合物の処理方法、およびこの方法を実施するための装置が開示されている。本発明に従うと、物質混合物は、脈動型または周期的な力の適用を受け、かくしてバルク材料中の浸出用流体またはプロセス空気のための流路の形成を防止することが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  有機成分を含有する物質混合物の加水分解が起こる反応装置の断面図である。
【図２】  好気性好温性乾燥を実施するための反応装置を示している。
【図３】  順序良く配置された図１および２に従った複数の加水分解および乾燥用反応装置をもつ設備を示す。
【図４】  共通のコンテナ内に順序よく配置された加水分解および／または乾燥用の複数の反応装置をもつ装置を示す。
【図５】  図４の装置の上面図である。
【図６】  反応装置の変形実施形態を示す。
【図７】  反応装置の変形実施形態を示す。
【図１】
0004212241.tif 000002
【図２】
0004212241.tif 000003
【図３】
0004212241.tif 000004
【図４】
0004212241.tif 000005
【図５】
0004212241.tif 000006
【図６】
0004212241.tif 000007
【図７】
0004212241.tif 000008