有機廃棄物を用いた固形燃料及びその製造方法
【課題】余剰汚泥等の有機廃棄物を利用した石炭代替燃料を提供すること。
【解決手段】有機廃棄物を脱臭乾燥してなる材料を圧縮成形して固形化してなり、水分量１５％以下の条件下で熱量３３００〜３８００kcal/kgに調整された廃棄物を主成分とする固形燃料を提供する。臭いがきつく、水分含有量が多い余剰汚泥等の有機物を減圧発酵乾燥機１によって効果的に脱臭乾燥することにより、固形燃料の成分として利用可能となるので、余剰汚泥の廃棄に要していた多大な経費の削減を図ることができる。減圧発酵乾燥機１は、有機廃棄物の脱臭乾燥工程で生じる凝縮水や空気の臭気を、ケーシング１０内に添加された微生物と、凝縮部５０とクーリングタワー６０との間を循環する冷却水に添加された微生物で分解する。
【解決手段】有機廃棄物を脱臭乾燥してなる材料を圧縮成形して固形化してなり、水分量１５％以下の条件下で熱量３３００〜３８００kcal/kgに調整された廃棄物を主成分とする固形燃料を提供する。臭いがきつく、水分含有量が多い余剰汚泥等の有機物を減圧発酵乾燥機１によって効果的に脱臭乾燥することにより、固形燃料の成分として利用可能となるので、余剰汚泥の廃棄に要していた多大な経費の削減を図ることができる。減圧発酵乾燥機１は、有機廃棄物の脱臭乾燥工程で生じる凝縮水や空気の臭気を、ケーシング１０内に添加された微生物と、凝縮部５０とクーリングタワー６０との間を循環する冷却水に添加された微生物で分解する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、余剰汚泥のような脱臭乾燥の必要な有機廃棄物を有効利用して固形燃料を提供することに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に下水処理には広く、活性汚泥法が採用されており、活性汚泥槽から大量の余剰汚泥が排出されており、これを廃棄処理する必要がある。しかしながら、余剰汚泥には多量の水分が含まれ、更に腐敗臭がきついので、これらの取り扱いには難渋しているだけでなく、その処理は焼却が一般的で運搬、焼却処理には多大な費用がかかり、下水処理場を運営する地方自治体の財政を圧迫している。また、地方自治体に限られず、食品関連業に代表される民間企業等においても、有機質成分が含まれる廃水の処理に活性汚泥法が広く採用されており、活性汚泥槽から生じる余剰汚泥の取り扱いや処理に多大な手間と費用の負担が強いられている。かかる活性汚泥法が世界中で汎用されている現在、余剰汚泥処理は世界各国で大きな問題となっている。
【０００３】
そこで、活性汚泥槽から余剰汚泥を定期的に抜き出し、オゾン処理して減容する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）が、かかるオゾン処理法での減容化には限界があり、しかも余計な設備費用を必要とするため、抜本的な解決策となっていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３０５２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明はこれまで多大な費用をかけて焼却処理されていた余剰汚泥を有効利用することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明者は、鋭意研究の結果、余剰汚泥は高い含水量であって、臭気がきついが、本発明者が開発した減圧発酵及び減圧加熱乾燥を行うと安価に脱臭乾燥が行うことができ、水分量を制限すると紙屑に近い熱量が得られることを見出した。また、これに少なくとも、紙屑、木屑及び廃プラスチックからなる可燃性廃棄物を混合すると、石炭代替固形燃料として有効利用することができることを見出した。本発明は、このような発見に基づいてなされたものである。
【０００７】
参考例の固形燃料は、有機廃棄物を脱臭乾燥してなる低熱量成分と、廃プラスチックからなる高熱量つなぎ成分と、木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つからなる増量成分とを含み、これらを混合後圧縮成形して固形化してなり、水分量１５％以下の条件下で熱量５０００〜６５００kcal/kgに調整されたことを特徴としている。
【０００８】
参考例によれば、廃棄に多大な経費を要していた余剰汚泥等の有機廃棄物を木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つからなる増量成分と混合して脱臭乾燥し、しかも廃プラスチック等からなる可燃性廃棄物を高熱量つなぎ成分とし、圧縮成形し、固形化するとともに総熱量を調整したので、石炭代替固形燃料として有効利用することができる。なお、本願において、特に明記しない場合、％は重量パーセントを意味する。
【０００９】
また、本発明の固形燃料は、有機廃棄物を脱臭乾燥してなる材料を圧縮成形して固形化してなり、水分量１５％以下の条件下で熱量３３００〜３８００kcal/kgに調整された固形燃料であって、
上記有機廃棄物を脱臭乾燥してなる材料は、減圧発酵乾燥装置で発酵及び乾燥されたものであり、
上記減圧発酵乾燥装置は、
微生物が添加された有機廃棄物が内部に供給され、内部が減圧されるケーシングと、
上記ケーシングの下部に設けられ、内部に熱媒体が供給されて、ケーシング内の有機廃棄物を加熱する加熱部と、
内部に熱媒体が供給される中空回転軸及び送り部と、送り部に固定された掻き取り部を有して回転駆動され、有機廃棄物を加熱しながら攪拌する回転体と、
上記ケーシング内に設けられ、有機廃棄物から生じる蒸気を凝縮する凝縮部と、
上記凝縮部で凝縮された凝縮水と共に、ケーシング内の空気を吸引する真空ポンプと、
上記真空ポンプによって吸引された凝縮水と空気が供給され、微生物が添加されて上記凝縮部との間を循環する冷却水に、上記凝縮水と空気を混合するクーリングタワーと
を有することを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、固形燃料は、有機廃棄物を脱臭及び乾燥処理し、圧縮成形して固形化してなるので、水分調整材や高熱量つなぎ成分等を添加しなくても、木屑や紙屑と同等の熱量を有すると共に臭気が少なく、例えばボイラー等の燃料として利用できる。
【００１１】
参考例はまた、上記固形燃料を製造する方法を提供するものであり、参考例の固形燃料の製造方法は、水分量が多い有機廃棄物からなる低熱量成分に、水分量の少ない木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つからなる増量成分を混合して減圧発酵に適する水分量を有する混合物を調製する工程と、
該混合物をi）減圧下で発酵脱臭する工程とii）減圧下で加熱乾燥する工程に付して混合物を脱臭乾燥する工程と、
脱臭乾燥後の混合物に、廃プラスチックからなる高熱量つなぎ成分を添加して総熱量を調整し、これらの材料を混練、圧縮及び成形する工程とを含み、
水分量１５％以下、好ましくは１０％以下、かつ、熱量５０００〜６５００kcal/kgに調整されたことを特徴としている。
【００１２】
参考例の製造方法によれば、腐敗臭がきつく、水分含有量が多い余剰汚泥等の有機廃棄物を、水分量の少ない木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つの増量成分を混合して安価に脱臭乾燥し、廃プラスチック等の高熱量つなぎ成分とともに圧縮成形するので、廃棄物を主成分として水分含量１５％以下、熱量５０００〜６５００kcal/kgに調整された石炭代替固形燃料を安価に提供することができ、しかも余剰汚泥の有効利用を図ることができる。
【００１３】
また、本発明の固形燃料の製造方法は、有機廃棄物を、減圧下で発酵脱臭する工程と、減圧下で加熱乾燥する工程とに付して脱臭乾燥する工程と、
上記有機廃棄物を脱臭乾燥する工程を複数回繰り返すサイクル工程と、
脱臭乾燥後の被処理物を圧縮及び成形する工程とを含み、
水分含量１５％以下、かつ、熱量３３００〜３８００kcal/kgに調整され、
上記有機廃棄物を脱臭乾燥する工程は、減圧発酵乾燥装置が利用され、この減圧発酵乾燥装置は、
微生物が添加された有機廃棄物が内部に供給され、内部が減圧されるケーシングと、
上記ケーシングの下部に設けられ、内部に熱媒体が供給されて、ケーシング内の有機廃棄物を加熱する加熱部と、
内部に熱媒体が供給される中空回転軸及び送り部と、送り部に固定された掻き取り部を有して回転駆動され、有機廃棄物を加熱しながら攪拌する回転体と、
上記ケーシング内に設けられ、有機廃棄物から生じる蒸気を凝縮する凝縮部と、
上記凝縮部で凝縮された凝縮水と共に、ケーシング内の空気を吸引する真空ポンプと、
上記真空ポンプによって吸引された凝縮水と空気が供給され、微生物が添加されて上記凝縮部との間を循環する冷却水に、上記凝縮水と空気を混合するクーリングタワーと
を有することを特徴としている。
【００１４】
本発明によれば、脱臭乾燥工程を複数回繰り返す上記サイクル工程により、有機廃棄物の水分量を大幅に低減し、しかも、臭気を大幅に削減できる。したがって、水分調整材や高熱量つなぎ成分等を添加することなく、有機廃棄物のみを用いて、木屑や紙屑と同等の熱量を有すると共に臭気の少ない固形燃料が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の固形燃料の製造方法に用いる減圧発酵乾燥装置を示す模式図である。
【図２】減圧発酵乾燥装置のケーシングの縦断面図である。
【図３】減圧発酵乾燥装置のケーシングの横断面図である。
【図４】減圧発酵乾燥装置の回転体の変形例を示す縦断面図である。
【図５】圧縮成形装置を示す平面図である。
【図６】圧縮成形装置を示す側面図である。
【図７Ａ】圧縮成形装置の処理部内を示す断面図である。
【図７Ｂ】螺旋軸の構成部品を抜き出して示した断面図である。
【図８Ａ】端面板を示す正面図である。
【図８Ｂ】端面板をケーシングに取り付けた様子を示す平面図である。
【図９】成形装置としてのペレットミルの主要部を示す斜視図である。
【図１０】実施形態の固形燃料の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を用いて本発明を具体的に説明する。
（参考例）
参考例の固形燃料は、
ａ）有機廃棄物の脱臭乾燥物からなる低熱量成分：３０〜４０％と、
ｂ）木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つからなる増量成分：１５〜２０％、
ｃ）廃プラスチックからなる高熱量つなぎ成分：４０〜６０％とを少なくとも含んでなる。なお、上記各成分割合の合計は、１００％以下である。
【００１７】
参考例は、ａ)の有機廃棄物の低熱量成分を有効利用すべく、ｂ）の木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つからなる増量成分と混合して水分調整し、減圧発酵脱臭と減圧加熱乾燥をするが、これらの成分のみでは圧縮成形のみで固形化することが困難であるとともに、以下に示すように熱量不足である。
余剰汚泥等の低熱量成分：２０００〜２５００kcal/kg
木屑成分：３８００kcal/kg
紙屑成分：２９００kcal/kg
そこで、高熱量のつなぎ成分として、１００００〜１１０００kcal/kgの熱量を有するｃ）の廃プラスチックを添加し、これらの混合材料を混練、圧縮及び成形し、固形化して固形燃料とする。
【００１８】
このように、ａ）余剰汚泥等の低熱量成分：３０〜４０％、ｂ）木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つ：１５〜２０％、ｃ）廃プラスチック：４０〜６０％の組成により、水分１５％以下、かつ、熱量５０００〜６５００kcal/kgの固形燃料を調製することができる。特に、固形燃料を水分１０％以下、かつ、熱量が概ね５５００kcal/kgに調製するのが好ましい。また、有機廃棄物として、余剰汚泥の一部又は全部に、生ごみ等の他の有機物を用いることができる。例えば、余剰汚泥の他に、農業廃棄物、水産業廃棄物、農水産加工業廃棄物及び食品工業廃棄物のうちの少なくとも１つを用いることもできる。要するに水分量の多い、焼却廃棄にコストがかかる有機廃棄物を広く用いることができ、これにより、有機廃棄物の廃棄コストを削減できる。有機廃棄物の排出元としては、食品工場について例示すると、ビール工場、コーヒー・お茶工場（抽出ガラ）、豆腐工場（おから）、缶詰工場等がある。
【００１９】
参考例に係る固形燃料の製造方法は、
１）水分量が多い有機廃棄物（余剰汚泥等）の低熱量成分に、水分量の少ない木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つからなる増量成分を混合して減圧発酵に適する水分量を有する混合物を調製する工程と；
２）該混合物をi）減圧下で発酵脱臭する工程とii）減圧下で加熱乾燥する工程に付して混合物を脱臭乾燥する工程と、
３）脱臭乾燥後の混合物に、廃プラスチックからなる高熱量つなぎ成分を添加して総熱量を調整し、これらの材料を混練、圧縮及び成形する工程とを含む。
【００２０】
Ｉ）調製工程
第１工程では、混合物を以下のように調製する。有機廃棄物としての余剰汚泥は、水分含有量が約９０％であるので、これに、木屑及び紙屑（いずれも水分量約１５％）等の増量成分を混合して水分含有量を約６０〜約８０％に調整する。なお、有機廃棄物は、水分含有量が８０〜９９％のものを用いることができる。
【００２１】
II）脱臭乾燥工程
第２工程において、減圧下の発酵脱臭工程と減圧下の加熱乾燥工程は、次の通りに行う。
II―i）発酵脱臭工程では、海、山及び陸に生息する土着菌を採取、培養して用いる。余剰汚泥の減圧発酵には、土着菌として各種の動植物や土壌に生息する菌が有効であることが見出されている。土着菌が生息する動植物や土壌としては、よもぎ、野草、薬草、海辺の草、笹、竹やぶの土、山林の土、魚、海草、果実、パイナップル、リンゴ、ミカン、ビワ及びブドウ等がある。これらに生息する土着菌を、米ぬか又はおが屑で培養して用いる。具体的には、減圧値０．０３〜０．０７ＭＰａの減圧下、熱媒体温度６０〜８０℃で半時間から２〜３時間攪拌下に発酵菌を混合して脱臭が行われるので、かかる条件下で発酵生育する発酵菌が好ましい。なお、減圧値とは、大気圧（海抜０ｍにおいて、一般的に０．１０ＭＰａ）から降下させる圧力値をいう。そのような発酵菌が有する酵素として、次の公知の酵素：アルコールデハイドロゲナーゼ、ラクテートデハイドロゲナーゼ、グルコース６リン酸デハイドロゲナーゼ、アルデヒドデハイドロゲナーゼ、Ｌ・アスパルテイト・ベーターセミアルデヒド・ＮＡＤＰオキシドレクターゼ、グルタミン酸デハイドロゲナーゼ、アスパラギン酸セミアルデヒド・デハイドロゲナーゼ、ＮＡＤＰＨ２チクトクロームＣ・リアクターゼ、グルタチオン・デハイドロゲナーゼ、トレハローズリン酸シンテクターゼ、ポリフォスヘエードキナーゼ、エタノールアミンフォスヘエードサイチジル・トランスフェラーゼ、トレハローズフォスファターゼ、メタルチオ・フォスフォ・グリセレート・フォスファターゼ、イヌラーゼ、β−マンノシターゼ、ウリジン・ヌクレオシターゼ、シトシン・ジアミナーゼ、メチルシステインシンテターゼ、アスパラギン酸シンテターゼ、コハク酸デハイドロゲナーゼ、アコニチン酸ハイドロゲナーゼ、フマレイトハイドロゲナーゼ、マレイトデハイドロゲナーゼ、クエン酸シンテターゼ、イソクエン酸デハイドロゲナーゼ、ＬＳＮＡＤＰオキシダクターゼ、モノアミンオキシダクターゼ、ヒスタミナーゼ、ピルビン酸デカルボキシラーゼ、ＡＴＰアーゼ、ヌクレオチドピロフォスファターゼ、エンドポリフォスファターゼ、ＡＴＰフォスフォハイドロラーゼ、オロチジン５リン酸デカルボキシラーゼを例示することができ、これらの群から選択された少なくとも１種の酵素を有する菌を使用する。発酵脱臭工程では、およそ半時間から２〜３時間で十分な脱臭を行うことができる。
II−ii）加熱乾燥工程では、発酵脱臭工程の減圧条件よりも低い気圧での減圧条件とし、次第にまたは段階的に減圧量を大きくして行われる。具体的には、減圧値０．０５〜０．０９ＭＰａの減圧下、熱媒体温度８０〜１２０℃で半時間から１時間攪拌下に加熱乾燥が行われる。乾燥後の混合物の水分含有量は２０％以下、好ましくは約１５％以下を目標値とすべきである。
脱臭乾燥工程を行う前における組成の一例（カッコ内は組成比率）は、以下のとおりである。
ａ）余剰汚泥：５００ｋｇ（４０％）、水分含有量９０％
ｂ）木屑：１００ｋｇ（５％）
ｃ）紙屑：１００ｋｇ（５％）
上記成分を混合して水分含有量８０％の混合物とし、これを以下に示す減圧発酵乾燥装置によって、下記の条件下で処理する。
i）発酵工程：減圧値０．０３ＭＰａ、約１時間
ii）乾燥工程：減圧値０．０８ＭＰａ、約３０分
乾燥後の混合物の水分量を、約１５％にすることが可能となる。
【００２２】
III）圧縮成形工程
脱臭及び乾燥後の混合物に、好ましくは２〜５ｃｍの寸法に粉砕された廃プラスチック２００ｋｇを添加し、定量供給機等によって混合する。脱臭乾燥後の低熱量成分及び増量成分に対して、高熱量つなぎ成分を９０〜１５０％の割合で混合する。この低熱量成分及び増量成分と、高熱量つなぎ成分との混合比率は、成形後に得られる固形燃料の熱量が５０００〜６５００kcal/kgとなるように調整する。
混合された材料を、成形装置によって混練、圧縮及び成形し、その後所定長さに切断して、固形燃料が完成する。成形装置において材料を約１００〜１８０℃に加熱することにより、水分を蒸発させて、固形燃料の固形化時に水分含有量を１５％以下、好ましくは１０％以下にできる。
成形装置として、例えば２軸のスクリューを有して、材料の逆流を阻止しつつ混練、圧縮及び成形を行うマルチフォーマーを用いることにより、材料の混練圧縮に伴う摩擦熱を利用して高温の加熱が可能となり、固形燃料の水分量を１５％以下、好ましくは１０％以下にできる。
なお、成形前の材料の水分量が少ない場合は、成形装置としてペレットミルを用いてもよく、ペレットミルは、胴部にダイ孔が設けられた回転円筒体の内側面に沿って転動輪が転動し、回転円筒体内に供給された混合材料を、転動輪の外周面と回転円筒体の内周面との接触に伴って圧縮及び押し出すものである。
【００２３】
（実施形態）
本実施形態の固形燃料は、余剰汚泥等の有機廃棄物のみを成分とする。すなわち、参考例における木屑等の増量成分や、廃プラスチック等の高熱量つなぎ成分を用いることなく、有機廃棄物のみを用いて固形燃料を製造する。
【００２４】
本実施形態では、活性汚泥等の有機廃棄物に対して、減圧下の発酵脱臭工程と減圧下の加熱乾燥工程とを有する脱臭乾燥工程を複数回行う。脱臭乾燥工程を複数回行うことにより、９０％以上の水分量を有する有機廃棄物を、水分調整材を添加することなく２０％以下の水分量とすると共に、有機質を発酵分解して臭気を低減する。この複数サイクルの脱臭乾燥工程は、後述する減圧発酵乾燥装置を用いて行う。複数サイクルの脱臭乾燥工程により、２０％以下の水分量となった被処理物を圧縮成形することによって、紙屑又は木屑相当の熱量を有する固形燃料が得られる。具体的には、本実施形態の固形燃料は、３３００kcal/kg（低位）以上３８００kcal/kg（高位）の範囲の熱量を有する。
【００２５】
固形燃料の材料である有機廃棄物には、参考例と同様に、余剰汚泥、生ごみ、農業廃棄物、水産業廃棄物、農水産加工業廃棄物及び食品工業廃棄物のうちの少なくとも１つを用いることができる。いずれも９０％程度と水分量が多く、焼却廃棄にコストがかかる有機廃棄物を広く用いることができる。また、本実施形態は、材料として有機廃棄物のみを用いるので、各種つなぎ材料を用いるよりも有機廃棄物の処分量を増大することができる。
【００２６】
本実施形態の固形燃料の製造方法は、
１）有機廃棄物を、減圧下で発酵脱臭する工程と、減圧下で加熱乾燥する工程とに付する脱臭乾燥工程と、
２）脱臭乾燥工程を繰り返すサイクル工程と、
３）サイクル工程を経た被処理物を圧縮及び成形する成形工程と含む。以下、各工程を説明する。
【００２７】
１）脱臭乾燥工程
第１工程では、水分含有量が８０〜９９％の有機廃棄物を減圧発酵乾燥装置に供給し、減圧下の発酵脱臭工程と減圧下の加熱乾燥工程を次の通りに行う。
１―i）発酵脱臭工程では、減圧値（大気圧からの圧力の低減値）０．０３〜０．０７MPaの下、加熱温度６０〜８０℃の熱媒体により、被処理物の温度を沸点に応じて６０〜８０℃に加熱して、３０分〜３時間の運転時間にわたって発酵を行う。熱媒体には、水蒸気や油等を用いることができる。また、熱媒体以外に電気抵抗を応用した加熱装置を用いてもよい。また、被処理物を攪拌機で攪拌して発酵を促進するのが好ましい。
発酵脱臭工程では、減圧発酵乾燥装置内の被処理物に、参考例で添加したものと同じ微生物を添加する。すなわち、海、山及び陸に生息する土着菌を採取、培養して用いる。有機廃棄物の発酵には、土着菌として各種の動植物や土壌に生息する菌が有効であり、土着菌が生息する動植物や土壌としては、よもぎ、野草、薬草、海辺の草、笹、竹やぶの土、山林の土、魚、海草、果実、パイナップル、リンゴ、ミカン、ビワ及びブドウ等がある。これらに生息する土着菌を、米ぬか又はおが屑で培養して用いるが、後述する条件下で発酵生育する発酵菌が好ましい。
１―ii）加熱乾燥工程では、発酵脱臭工程の減圧条件よりも低い気圧での減圧条件とし、次第にまたは段階的に減圧量を大きくして行われる。具体的には、減圧値（大気圧からの圧力の低減値）０．０５〜０．０９MPaの下、加熱温度８０〜１２０℃の熱媒体により、被処理物の温度を沸点に応じて４０〜６０℃に加熱して、３０分〜３時間の運転時間にわたって乾燥を行う。熱媒体には、水蒸気や油等を用いることができ、また、熱媒体以外に電気抵抗を応用した加熱装置を用いてもよい。また、被処理物を攪拌機で攪拌して乾燥を促進するのが好ましい。
【００２８】
２）サイクル工程
サイクル工程では、上述の発酵脱臭工程及び加熱乾燥工程からなる脱臭乾燥工程を複数回繰り返す。
サイクル工程の一例を、図１０のフローチャートを用いて説明する。まず、サイクル工程のうちの少なくとも第１のサイクルは、減圧発酵乾燥装置に定格量よりも少ない有機廃棄物を投入して脱臭乾燥工程を行う初期運転を行う（ステップＳ１〜Ｓ３）。最初の発酵工程では、参考例におけるものと同様の微生物を添加する。定格量よりも少ない有機廃棄物に脱臭乾燥工程を行うことにより、有機廃棄物に微生物の発酵環境を迅速に形成することができる。第１のサイクルの後、初期運転を継続する場合はステップＳ１に戻って（ステップＳ４）、定格量未満の有機廃棄物を減圧発酵乾燥装置に投入し、脱臭乾燥工程のサイクルを繰り返す（ステップＳ１〜Ｓ３）。
初期運転を終える場合（ステップＳ４）、減圧発酵乾燥装置に有機廃棄物を定格量まで投入して脱臭乾燥工程を行う定量運転を行う（ステップＳ５〜Ｓ８）。定量運転では、サイクルの乾燥工程（ステップＳ７）が終わるごとに、被処理物の一部を排出する（ステップＳ８）。なお、排出する被処理物の一部とは、乾燥工程が終了したときの被処理物の８０％程度であるのが好ましい。ステップＳ８で排出した一部の被処理物は、成形装置に送って圧縮成形を行う。定量運転を継続する場合（ステップＳ９）、ステップＳ５に戻り、有機廃棄物を定格量に達するまで投入して、残留した一部の被処理物に新たな有機廃棄物を追加した後、脱臭乾燥工程を繰り返す（ステップＳ６〜Ｓ７）。
このように、定量運転では、各サイクルの終了時に排出する被処理物の量を、全体のうちの一部（例えば乾燥工程終了時の被処理物の８０％）にするので、減圧発酵乾燥装置に被処理物の他の部分（例えば２０％）を残すことにより、減圧発酵乾燥装置内に既に形成された発酵環境を継続して後のサイクルに引き継ぐことができる。したがって、減圧発酵乾燥装置の運転を一旦開始すれば、途中で微生物の追加を行うことなく、複数ステップの工程を行うことができる。
また、新たな有機廃棄物は水分量が９０％以上である場合が多いが、減圧発酵乾燥装置に乾燥後の被処理物の他の部分を残しておくことにより、新たな有機廃棄物を投入した直後においても、発酵に適した５０％程度の水分量にすることができる。
本実施形態のサイクル工程は、後述する減圧発酵乾燥装置で行うことができ、定格容量が４ｔのケーシングを備えた減圧発酵乾燥装置は、１日あたり約４ｔの有機廃棄物の脱臭乾燥処理を行うことができる。
このようにして有機廃棄物に処理を行った被処理物は、臭気が大幅に削減され、また、水分量が例えば１５％程度にまで大幅に削減される。
なお、被処理物の水分量は、２０％以下であれば固形化が可能となるが、十分な保形性を得るために１５％以下にするのが好ましい。
【００２９】
３）成形工程
定量運転における各サイクルで減圧発酵乾燥装置から排出された被処理物は、定量供給機等を介して、参考例と同様の成形装置によって圧縮及び成形し、所定長さに切断して固形燃料が完成する。成形装置において、被処理物の圧縮に伴う圧縮熱が生成されるが、被処理物を加熱装置で約１００〜１８０℃に加熱するのが好ましい。これにより、水分を効率よく蒸発させて、固形燃料の水分量を固形化時に１５％以下、好ましくは１０％以下にすることができる。
本実施形態において、成形装置としてマルチフォーマーを用いるのが好ましいが、成形装置としてペレットミルを用いてもよい。
【００３０】
本実施形態の固形燃料は、複数サイクルの脱臭乾燥工程によって、有機廃棄物の含水量を当初の９０％程度から２０％程度に低減し、成形工程によって水分量を１５％以下に低減するので、保形用のつなぎ成分を添加しなくても、燃料としての実際の使用に耐えうる保形性が得られる。また、この固形燃料は水分量が低いので、従来のように吸水性の生石灰を添加する必要が無く、したがって、燃焼後に生石灰によって灰の量が増える不都合を防止できる。また、本実施形態の固形燃料は、水分量が十分に低減されることによって紙屑や木屑に相当する熱量を有する。本発明者の実験によれば、３３００kcal/kg（低位）以上３８００kcal/kg（高位）の範囲の熱量の固形燃料が得られることが判明した。また、本実施形態の固形燃料は、複数サイクルの脱臭乾燥工程によって、有機廃棄物の臭気を大幅に削減するので、固形燃料の貯蔵や使用の際に周辺環境に与える影響が少なく、幅広い用途に使用することができる。また、本実施形態の固形燃料は、複数サイクルの脱臭乾燥工程によって、有機物成分を高度に分解するので、従来のように残留した有機物の腐敗を防止するために消石灰を添加する必要が無い。また、本実施形態の固形燃料は、有機廃棄物のみを材料として製造できるので、少ない工程によって製造できる。また、つなぎ成分等を使用しないから、有機廃棄物を使用量を増やすことができて、有機汚泥等の処理効率を増大できる。
【００３１】
（本発明を実施するための装置）
上記参考例及び実施形態の固形燃料の製造方法のいずれも、減圧発酵・減圧加熱乾燥工程及び圧縮成形工程に以下の装置を利用するのが好ましい。
【００３２】
図１は、減圧発酵・減圧加熱乾燥工程を行う減圧発酵乾燥装置を示す模式図である。この減圧発酵乾燥装置１は、下部ケーシング１２の周囲壁１２ａに加熱部Ｈ１（ボイラー５から熱媒体としての加熱蒸気が供給され、加熱済み蒸気をボイラー５に戻す）を備え、上部ケーシング１１の一端部（上流側）に、木屑等が混合された余剰汚泥等の被処理物Ｗの供給部１１ａを有すると共に下部ケーシング１２の他端部（下流側）に乾燥処理済み材ｗの排出部１２ｂを有した横長の筒状のケーシング１０と、ケーシング１０の内部において供給された被処理物Ｗを回転中に撹拌しながら前記一端部から前記他端部に送りをかける送り部付き撹拌棒２２を有し、ケーシング両端壁の軸受３０、３５によって軸承された回転体２０と、回転体２０を前記送りをかける方向に回転駆動するインバータモータＭ１と、下部ケーシング１２の周囲壁１２ａの内面に付着した付着物を掻き取るように回転体２０の外周部に取り付けられた掻き取り部４０と、ケーシング内における発酵乾燥過程で被処理物Ｗから生じる蒸気Ｓを凝縮して、凝縮水Ｇを排出する凝縮部５０と、被処理物Ｗからの蒸気Ｓと共にケーシング内部の空気を凝縮部５０の凝縮水Ｇの排出管５９を介して吸引する真空ポンプＶＰと、凝縮部５０に冷却水ポンプＰによって供給する冷却水を風冷で冷やして水槽６１に保持し、排出管５９から真空ポンプＶＰによって吸引された凝縮水Ｇと空気が供給されるクーリングタワー６０とから構成されている。
【００３３】
上記各実施形態で用いる減圧発酵乾燥装置１において、横長の筒状のケーシング１０内に供給部１１ａから供給された被処理物Ｗは、下部ケーシング１２の加熱部Ｈ１によって加熱されながら排出部１２ｂに向けて、回転駆動される回転体２０の送り部によって送られて行く。その間に被処理物Ｗは、下部ケーシング１２の加熱部Ｈ１による外側からの加熱と、回転体２０に設けられた補助加熱部Ｈ２による内側からの加熱を受けて、更に回転する送り部付き撹拌棒２２による撹拌を受けているために乾燥が格段に早まる。また、ケーシング内部は、真空ポンプＶＰによって負圧状態になっているために被処理物Ｗ中の水分の沸点が下がって（例えば、ケーシング１０内の圧力が３２０ｈＰａ；減圧値約０．０６８ＭＰａで、沸点が約７０℃）水分の沸騰蒸発が促進され、乾燥が更に早まる。この場合、加熱蒸気が加熱部Ｈ１に供給されて加熱温度が１００℃に達しない場合でも、ケーシング内部での水分の沸騰蒸発が促進されることになる。
【００３４】
ここで、ケーシング１０内の減圧値は、発酵脱臭工程では０．０３〜０．０７ＭＰａとする。これにより、水の沸点を約９０〜６８℃に低下させて、ケーシング１０内を発酵環境として発酵菌による脱臭作用を促進することができる。この場合、加熱蒸気の温度を６０〜８０℃で半時間から２〜３時間の工程で発酵脱臭を行うことができる。
【００３５】
一方、発酵脱臭工程の後の加熱乾燥工程では、発酵脱臭工程よりも低い気圧での減圧条件とし、減圧値を０．０５〜０．０９ＭＰａとする。これにより、水の沸点を約８０〜４６℃に低下させて、被処理物の迅速な乾燥を図ることができる。ここで、発酵脱臭工程から加熱乾燥工程に移る際、減圧量を次第に大きくして、または、段階的に大きくして工程を移るのが好ましい。
【００３６】
被処理物Ｗ中の水分が蒸発して生じた蒸気Ｓは、凝縮部５０によって凝縮されて凝縮水Ｇとしてケーシング内部から排出されるので、処理後の被処理物ｗを再び濡らしたり湿らせることがない。また、ケーシング１０に加熱部Ｈ１を配置し、ケーシング１０内に補助加熱部Ｈ２と凝縮部５０を配置しているので、被処理物が加熱されて生じたガスを迅速かつ効率的に凝縮することができる。しかも、減圧発酵乾燥装置１全体の小型化を図ることができる。
【００３７】
また、加熱部Ｈ１で加熱される下部ケーシング１２の内壁面に、被処理物が焦げ付いたり付着した場合でも、回転体２０の外周部に取り付けられた掻き取り部４０によって内壁面近傍の被処理物を掻き取ることができる。これにより、付着物により熱の伝達量が低下して加熱部Ｈ１による加熱効率が低下する不都合を防止できる。加熱部Ｈ１では、蒸気加熱の他に電気加熱も可能であるが、ボイラーが既設である場合はランニングコスト上有利な蒸気加熱方式が好ましい。なお、上記加熱部Ｈ１及び補助加熱部Ｈ２には、熱媒体として加熱蒸気を供給したが、湯又はオイル等の他の熱媒体を供給してもよい。
【００３８】
図２及び３は、減圧発酵乾燥装置１を詳細に示した断面図であり、図２はケーシング１０の縦断面図であり、図３はケーシング１０の横断面図である。減圧発酵乾燥装置１において、ケーシング１０は、横断面が円弧状に形成された底部と乾燥処理済み材ｗの前記排出部１２ｂと軸受３０、３５とを有したＵ字状の横断面の下部ケーシング１２と、下部ケーシング１２を上から覆うように開放可能にボルトで結合され、被処理物Ｗの前記供給部１１ａを有した逆Ｕ字状の横断面の上部ケーシング１１とから構成されている。
【００３９】
ケーシング１０内に投入される有機性被処理物Ｗには、土着菌から得られた好気性好熱性の複合菌が添加され、腐敗し易い有機物の分解を促進することができる。詳しくは、被処理物Ｗには、次の酵素のうちの少なくとも１つを有する微生物が含まれている。なお、各酵素に続く括弧内に、各酵素が作用する物質を記している。アルコールデハイドロゲナーゼ（アルコール）、ラクテートデハイドロゲナーゼ（乳糖）、グルコース６リン酸デハイドロゲナーゼ（糖質）、アルデヒドデハイドロゲナーゼ（アルデヒド）、Ｌ・アスパルテイト・ベーターセミアルデヒド・ＮＡＤＰオキシドレクターゼ（アルデヒド）、グルタミン酸デハイドロゲナーゼ（アミノ酸）、アスパラギン酸セミアルデヒド・デハイドロゲナーゼ（アミノ酸）、ＮＡＤＰＨ２チクトクロームＣ・リアクターゼ（ＮＡＤＰ）、グルタチオン・デハイドロゲナーゼ（グルタチオン）、トレハローズリン酸シンテクターゼ（糖質）、ポリフォスヘエードキナーゼ（ＡＴＰ）、エタノールアミンフォスヘエードサイチジル・トランスフェラーゼ（ＣＴＰ）、トレハローズフォスファターゼ（糖質）、メタルチオ・フォスフォ・グリセレート・フォスファターゼ（グリセリン）、イヌラーゼ（イヌリン）、β−マンノシターゼ（糖質）、ウリジン・ヌクレオシターゼ（アミノ酸）、シトシン・ジアミナーゼ（シトシン）、メチルシステインシンテターゼ（アミノ酸）、アスパラギン酸シンテターゼ（ＡＴＰ）、コハク酸デハイドロゲナーゼ（コハク酸）、アコニチン酸ハイドロゲナーゼ（クエン酸）、フマレイトハイドロゲナーゼ（マロン酸）、マレイトデハイドロゲナーゼ（マロン酸）、クエン酸シンテターゼ（アセチルＣｏｕＡ）、イソクエン酸デハイドロゲナーゼ（クエン酸）、ＬＳＮＡＤＰオキシダクターゼ（クエン酸）、モノアミンオキシダクターゼ（アミン）、ヒスタミナーゼ（アミン）、ピルビン酸デカルボキシラーゼ（オキソ酸）、ＡＴＰアーゼ（ＡＴＰ）、ヌクレオチドピロフォスファターゼ（核酸）、エンドポリフォスファターゼ（ＡＴＰ）、ＡＴＰフォスフォハイドロラーゼ（ＡＴＰ）、オロチジン５リン酸デカルボキシラーゼ（オロチジン）。これらのうちの少なくとも１つの酵素を含む微生物を、被処理物Ｗに含ませることにより、多種類の有機物成分からなる被処理物Ｗに対して効果的に分解処理を行うことができる。これらの複数種類の微生物として、海、山及び陸の自然環境の土着菌を用いるのが好ましい。
【００４０】
これらの土着菌として、よもぎ、野草、薬草、海辺の草、笹、竹やぶの土、山林の土、魚、海草、果実、パイナップル、リンゴ、ミカン、ビワ及びブドウに生息する菌が特に有効である。これらの土着菌は、よもぎ等を採取し、これらを糖蜜漬けにして栄養分を与えた後、米ぬかやおが屑で培養して用いる。なお、他の菌についても同様に、海、野及び陸の自然環境を構成する動植物や土壌から採取し、培養して用いることができる。
【００４１】
ケーシング１０内に設けられた回転体２０は、中空回転軸２１と、回転軸２１の周囲に９０度ピッチで長手方向に螺旋状に隔設されて放射状に突出した中空撹拌棒２２と、撹拌棒２２の周囲に取り付けられ、且つ、送り部を構成するように傾けた放熱板２３と、撹拌棒２２の外端に取り付けられた掻き取りスクレーパ４０とを有しており、前記送りをかける回転方向に前記インバータモータＭ１によって回転駆動されるように構成されている。中空回転軸２１は、上流側端部と下流側端部とに、スリーブ部３０ｂ、３５ｂの蒸気取り込み／排出孔と符合する位置において周囲方向に複数に孔２１ａ、２１ｂを有している。スクレーパ４０は、撹拌棒２２への取り付け部と、掻き取った物に送りをかけるように傾斜した刃を有した掻き取り部とを有している。掻き取り部は、一方が摩耗した場合に他方が使用できるように２ケ所に形成されている。
【００４２】
ケーシング側の加熱部Ｈ１は、下部ケーシング１２の周囲壁の内部に形成された中空蒸気室１２ｃにボイラー５から発生された過熱又は飽和水蒸気を軸受３０、３５を介して供給する蒸気供給管３１と、加熱済み蒸気をボイラー５に戻す蒸気排出管３６とを接続して構成されている。回転体側の補助加熱部Ｈ２は、回転体２０の内部に形成された中空蒸気室の回転軸蒸気室２１ｃと撹拌棒蒸気室２２ｃとに前記蒸気供給管３１から過熱又は飽和水蒸気を軸受３０、３５を介して供給し、加熱済み蒸気を前記蒸気排出管３６を介してボイラー５に戻して構成されている。中空蒸気室１２ｃの一番低い個所にはバルブ付きドレイン管１２ｅが接続されている。上流側軸受３０は、蒸気供給管３１に接続した筒状の筐体３０ａ内に回転軸２１を軸承するスリーブ部３０ｂを有している。筐体３０ａの内部は、スリーブ部３０ｂの周囲の複数の孔を介して回転軸蒸気室２１ｃと連通すると共に、下部ケーシング１２の周囲壁の中空蒸気室１２ｃにも連通している。下流側軸受３５も、上流側軸受３０と同じ構造にでき（軸２１の通孔は閉鎖フランジで塞ぐ）、蒸気供給管３１への接続部を蒸気排出管３６への接続部とすることができる。図示例では、下流側軸受３５は、筒状の筐体３５ａ内に回転軸２１を軸承するスリーブ部３５ｂを有しており、筐体３５ａの内部は、スリーブ部３５ｂの周囲の複数の孔を介して回転軸蒸気室２１ｃに連通すると共に、下部ケーシング１２の周囲壁の中空蒸気室１２ｃにも連通している。下流側軸受３５に上流側軸受３０と異なって蒸気排出管３６を設けない場合、蒸気排出管３６’を下部ケーシング１２の周囲壁の中空蒸気室１２ｃに接続することができる。
【００４３】
凝縮部５０は、上部ケーシング１１の両端壁に各々形成され、供給ポンプＰによって冷却水が供給される供給水室１１ｂと冷却を終えた水を受けて排出する排出水室１１ｃと、供給水室１１ｂ及び排出水室１１ｃに一端と他端が各々接続した状態でケーシング長手方向に設けられた複数本の冷却水管５３と、凝縮水Ｇを排出する排出口５９と、上記供給水室１１ｂと排出水室１１ｃの間において上部ケーシング１２の両側縁部に沿ってケーシング長手方向に設けられた凝縮水Ｇの樋状の集水部５１とを備える。集水部５１は、冷却水管５３による凝縮水Ｇの他に上部ケーシング１１の内面で放冷して凝縮した凝縮水Ｇも集水する。
【００４４】
クーリングタワー６０は、排出口５９から真空ポンプＶＰによって吸引された凝縮水Ｇと空気が供給される。クーリングタワー６０は、排出水室１１ｃから受けた冷却水を風で冷やし、冷えた冷却水を供給ポンプＰに供給する。また、クーリングタワーでは、冷却水の冷却に加えて、凝縮水の分解処理をも行う。
【００４５】
上記クーリングタワー６０は、冷却水を噴射するノズル６２と、このノズル６２から噴射された冷却水が流下する流下部６３と、この流下部６３を流れる冷却水に風を送るファン６４と、上記流下６３を流れた冷却水を受ける水槽部６１を有する。水槽部６１には、凝縮部５０から冷却水が導かれる冷却水管と、真空ポンプＶＰから凝縮水が導かれる凝縮水管が接続されている。この凝縮水管には、ダストセパレータが介設されている。水槽部６１内には、散水ポンプ６５が介設された散水管の一端が開口しており、この散水管の他端はノズル６２に接続されている。上記流下部６３には、樹脂で形成された多孔性の充填材が配置されている。クーリングタワー６０において、水槽部６１に導かれた凝縮水が冷却水に混ざり、この凝縮水が混ざった冷却水がノズル６２に導かれる。ノズル６２から噴射された冷却水は、流下部６３を流れる際にファンからの風で温度が降下して、水槽部６１内に流入する。クーリングタワー６０で冷却された冷却水は、冷却水ポンプＰによって凝縮部５０に戻される。
【００４６】
上記クーリングタワー６０と凝縮部５０との間を循環する冷却水には、複数種類の微生物が含まれている。この冷却水に含まれる微生物は、上述のケーシング１０内の被処理物Ｗに含まれる微生物と概ね同じである。なお、上述の複数の酵素のうちの少なくとも１つを含む微生物であってもよい。この冷却水中の微生物により、凝縮水Ｇ中に含まれる臭気成分や水溶性有害物質等を分解除去する。この微生物による臭気成分等の分解は、クーリングタワー６０及び凝縮部５０の間に形成される冷却水の循環路において広く行われる。特に、流下部６３の充填材を微生物の担体として利用し、この流下部６３で微生物分解を促進するのが好ましい。
【００４７】
上記各実施形態で用いる減圧発酵乾燥装置１は、凝縮水Ｇを冷却水に混ぜることにより臭気成分等の濃度を全体として低減させるので、凝縮水Ｇの臭気成分等が増大しても微生物の処理能力を越える虞が少なくて、安定した微生物処理を行うことができる。また、ケーシング１０内が減圧されていることから、凝縮部５０で冷却水がガスと熱交換する際の冷却水の温度上昇が比較的小さくて、冷却水の温度は概ね４０〜４５℃になる。これにより、冷却水中の微生物が高温によって死滅する不都合が防止され、微生物が安定して活性化され、凝縮水Ｇに安定して微生物処理を施すことができる。また、クーリングタワー６０では、冷却水の蒸発が促進されるのでオーバーフローが殆ど生じない。しかも、凝縮水Ｇ中の臭気成分等は冷却水で薄められて高度に分解除去される。したがって、減圧発酵乾燥装置１の外部に臭気成分や有害成分が排出される不都合を効果的に防止できる。また、水槽部６１には、真空ポンプＶＰによって凝縮水管を経由して凝縮水と共にケーシング１０内の空気が導かれる。この水槽部６１に導かれた空気に含まれる臭気成分等は、水槽部６１内の冷却水や、流下部６３から滴下する冷却水に接触して溶解し、この冷却水の微生物によって分解除去される。このように、クーリングタワー６０は、ケーシング１０から導かれる空気のスクラバとしても機能する。
【００４８】
また、クーリングタワー６０では凝縮水Ｇが補給されるので、水槽６１への補給清水ｇの量は少なくてすむ。凝縮水Ｇはダストセパレータ（図示は省略）を通してから水槽部６１に供給される。水槽部６１には、臭気成分や所定成分を除去するための触媒を設けてもよい。また、流下部６３の充填材に、上記触媒を含ませてもよい。
【００４９】
上記各実施形態で用いる減圧発酵乾燥装置１は、真空ポンプＶＰでケーシング１０内を減圧することにより、被処理物Ｗと冷却水との両方における微生物処理を有効にしている。すなわち、ケーシング１０内を減圧し、被処理物Ｗに主に含まれる水分の沸点を１００℃よりも低くすることにより、被処理物Ｗの加熱に伴う微生物の死滅を防止する。これと共に、凝縮部５０でのガスの凝縮温度を降下させて、凝縮部５０でガスと熱交換する冷却水の温度上昇を少なくして、冷却水の温度上昇に起因する微生物の死滅を防止する。その結果、被処理物Ｗの腐敗を防止して臭気成分等の生成量を抑制でき、しかも、臭気成分等の分解除去効率を向上できる。
【００５０】
図４は、回転体の変形例を示す断面図である。この回転体２０’は、撹拌棒２２に代えて螺旋管２２’を中空回転軸２１’の周囲に設けて形成している。回転体２０’は、中空回転軸２１’の周囲にその中空部に一端部と他端部とが接続され、回転軸２１’の周囲に前記送り部を形成するように螺旋状に巻装された螺旋管２２’と、螺旋管の外周面に取り付けられた掻き取り部４０とを有しており、中空蒸気室を回転軸中空部２１ｃ’と螺旋管中空部２２ｃ’とによって構成している。スクレーパ４０は、螺旋管２２’の外周部に周囲方向に９０度ピッチで、また長手方向において螺旋ピッチで突設された棒２５の先端に取り付けられている。螺旋管２２’は、下流側での加熱能力の大幅な低下を防ぐために、長手方向において２ブロックＡ、Ｂに分割されていて、各ブロックＡ、Ｂの螺旋管上流端が、同じ高温度の加熱蒸気を取り込むように回転軸２１’の回転軸蒸気室２１ｃ’の上流部分２１ｃ”に接続され、下流端が回転軸蒸気室２１ｃ’に接続されている。更に、螺旋管２２’の上流側の一端部と下流側の他端部の両外側に一周に渡って前記撹拌棒２２と撹拌棒の周囲に取り付けられ且つ送り部を構成する放熱板２３とを設けることで、被処理物Ｗの供給部１１ａと搬出部１２ｂの個所において取り込み能力と排出能力を強化することができる。また、螺旋管２２’は大きな表面積を有して被処理物Ｗとの接触面積が大きいので、内部に供給される加熱蒸気の熱を被処理物Ｗに効率良く伝えて、乾燥効率の向上を図ることができる。したがって、水分含有量の高い余剰汚泥等の乾燥に好適である。
【００５１】
参考例の固形燃料の製造方法では、上記構成の減圧乾燥発酵装置を用いて、余剰汚泥に木屑及び紙屑が混合されてなる水分含有量８０％の混合物に、約１時間の減圧発酵脱臭と約３０分の減圧加熱乾燥を行うことにより、水分含有量が約１５％で臭気が殆ど無い粉状の脱臭乾燥物が得られる。
【００５２】
上記脱臭乾燥工程を経た脱臭乾燥物と、約２〜５ｃｍの寸法に粉砕された廃プラスチックとを定量供給機に投入して混合する。脱臭乾燥物と廃プラスチックの混合比率は、圧縮成形後に得られる固形燃料の熱量が５０００〜６５００kcal/kgとなるように調整する。例えば、脱臭乾燥物に対して、廃プラスチックを９０〜１５０％の割合で混合するのが好ましい。定量供給機は、ドラム状の貯留混合タンクと、この貯留混合タンクの底面近傍に配置されてタンク内に投入された材料を攪拌する攪拌羽と、貯留混合タンクの底から材料を切り出すスクリューコンベヤとを備えたものを用いることができる。定量供給機は、所定量の材料を切り出して圧縮成形工程に送る。
【００５３】
実施形態の固形燃料の製造方法では、上記構成の減圧乾燥発酵装置を用いて、水分量が９０％程度の余剰汚泥を、約３時間の減圧発酵脱臭と約３時間の減圧加熱乾燥とからなる脱臭乾燥工程を、初期運転と定量運転とで２サイクル行うことにより、水分含有量が約１５％で臭気が殆ど無い粉状の脱臭乾燥物が得られる。なお、減圧発酵脱臭と減圧加熱乾燥の処理時間は、他の処理時間であってもよく、また、初期運転と定量運転とで処理時間を異ならせてもよい。
【００５４】
実施形態において、上記脱臭乾燥工程のサイクルを行って得た脱臭乾燥物は、参考例と同様の定量供給機に一旦貯蔵し、この定量供給機によって所定量の材料を切り出して圧縮成形工程に送る。
【００５５】
圧縮成形工程では、以下の圧縮成形装置を用いるのが好ましい。
【００５６】
図５は、上記各実施形態の固形化燃料の製造方法に用いられる圧縮成形装置１００を示す平面図であり、図６は圧縮成形装置１００の側面図である。
【００５７】
この圧縮成形装置１００は、２軸のスクリューによって材料の逆流を阻止しつつ混練、圧縮及び成形を行う所謂マルチフォーマーであり、材料の圧縮により発生する摩擦熱を利用して高効率に加熱圧縮成形を行うものである。
【００５８】
この圧縮成形装置１００は、被処理物の混練、圧縮及び成形を行う処理部１０１と、この処理部１０１を駆動するギヤボックス１０３、減速機Ｖ、伝動装置Ｔ及びモータＭ２とで大略構成されている。
【００５９】
上記処理部１０１は、被処理物の投入口１１２が上側面に形成されたケーシング１１１内に、被処理物を混練及び圧縮する１対の螺旋軸１０２，１０２を収容している。上記ケーシング１１１のギヤボックス１０３と反対側の端部にフランジ１１３が形成され、このフランジ１１３に端面板１０５がボルトで固定されている。この端面板１０５には、圧縮された被処理物を断面円形に成形して排出する複数の成形ノズル１５３が取り付けられている。この端面板１０５の側面と、フランジ１１３の縁部とがリンクヒンジ装置１５１で接続されており、上記ボルトを外した状態の端面板１０５がリンクヒンジ装置１５１によって回動可能になっている。
【００６０】
ケーシング１１１のギヤボックス１０３側の面には、ギヤボックス１０３から延びる一対の回転軸１７０の先端が臨んでおり、この回転軸１７０，１７０の先端に、断面六角形の駆動軸１７２が連なっている。一対の駆動軸１７２は、端面板１０５の内側面の近傍まで互いに平行に延びている。この一対の駆動軸１７２に、上記螺旋軸１０２，１０２が取り付けられている。
【００６１】
螺旋軸１０２は、上記駆動軸１７２に取り付けられる軸部と、この軸部の周面に形成された螺旋羽根部とを有する。一対の駆動軸１７２，１７２に取り付けられた一対の螺旋軸１０２，１０２は、螺旋羽根部が互いに逆回りに形成されており、軸部の延在方向から見て螺旋羽根部が重なり合うように配置されている。一対の回転軸１７０，１７０は、矢印Ｒ１，Ｒ２で示すように互いに逆向きに回転駆動される。これにより、螺旋軸１０２は、螺旋羽根部が上から下に向かって重なり合うように回転駆動されて、ケーシング１１１内に投入された被処理物を挟み込み、混練及び圧縮しながら端面板１０５側に移送するように形成されている。
【００６２】
ギヤボックス１０３内には、上記一対の回転軸１７０，１７０と、この一対の回転軸１７０，１７０に各々設けられて互いに噛み合う平歯車１７１が収容されている。一対の回転軸１７０，１７０のうちの一方は、ギヤボックス１０３に隣接して設けられたカップリング１０４に接続されている。上記カップリング１０４は減速機Ｖに接続されており、モータＭ２から伝動機Ｔを介して伝達された回転力が、この減速機Ｖで減速され、カップリング１０４を介して上記一方の回転軸１７０に伝達される。この一方の回転軸１７０から平歯車１７１を介して他方の回転軸１７０に回転力が伝達されて、上記一対の回転軸１７０，１７０が互いに反対方向に等速で回転するように形成されている。
【００６３】
ケーシングのフランジ１１３には、切断機１０６が切断機ヒンジ１６１を介して取り付けられており、この切断機１０６によって、上記端面板１０５の成形ノズル１５３から排出された棒状の被処理物を切断する。この切断機１０６は、一端に連結された回転軸周りに回転する回転刃１６１，１６１と、この回転刃１６１を駆動する回転刃モータ１６３を備える。上記切断機の切断機ヒンジ１６１は、上記端面板１０５のリンクヒンジ装置１５１が固定された縁と反対側の縁に固定されていて、端面板１０５が回動する方向と逆方向に切断機１０６が回動可能になっている。この切断機１０６は、端面板１０５がケーシングの端部を閉じた状態で、この端面板１０５の外側面に配置される。端面板１０５を開く場合は、切断機１０６を図１に示すような開き位置に回動させた状態で、この切断機１０６の回動方向と逆方向に端面板１０５を回動させる。これにより、端面板１０５の保守作業や、この端面板１０５を開放して行うケーシング１１１内の螺旋軸１０２の保守作業や、ケーシング１１１内のライニング片（ライニング片については後述する）の保守作業を容易に行うことができる。
【００６４】
図７Ａは、処理部１０１内を示す断面図である。
【００６５】
処理部１０１内に収容された一対の螺旋軸１０２，１０２は、ケーシング１１１内の投入口１１２側から端面板１０５側に向かって、順に、第１螺旋軸１２１と、第２螺旋軸１２２と、第３螺旋軸１２３とで形成されている。各螺旋軸１２１，１２２，１２３は、軸部１２１ａ，１２２ａ，１２３ａと、螺旋羽根部１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂとで形成されている。第１及び第２螺旋軸の軸部１２１ａ，１２２ａは、駆動軸１７２に挿通される断面六角形の貫通孔１２１ｃ，１２２ｃが中心軸と同軸に形成されている。一方、第３螺旋軸の軸部１２３ａは、駆動軸１７２の先端部に嵌合する断面六角形の有底孔１２３ｃが中心軸と同軸に形成されている。この第３螺旋軸の軸部１２３ａの端面には、上記有底孔１２３ｃに連なるボルト孔１２４が設けられている。上記駆動軸１７２に、上記貫通孔１２１ｃ，１２２ｃが挿通されて第１及び第２螺旋軸１２１，１２２が取り付けられ、上記有底孔１２３ｃが嵌合して第３螺旋軸１２３が取り付けられる。この第３螺旋軸１２３の端面のボルト孔１２４にボルト１２５を挿通し、このボルト１２５を駆動軸１７２に螺着して、第１乃至第３螺旋軸１２１，１２２，１２３を駆動軸１７２に固定している。
【００６６】
図７Ｂは、上記螺旋軸１０２を構成する第１、第２及び第３螺旋軸１２１，１２２，１２３を抜き出して示した断面図である。上記第１螺旋軸１２１と、第２螺旋軸１２２と、第３螺旋軸１２３は、この順に、軸部１２１ａ，１２２ａ，１２３ａの径Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３が大きく形成されている。また、螺旋羽根部１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂのピッチＰ１，Ｐ２，Ｐ３が、この順に小さく形成されている。更に、螺旋羽根部１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂの厚みＴ１，Ｔ２，Ｔ３が、この順に大きく形成されている。これにより、各螺旋軸１２１，１２２，１２３の表面と、ケーシング１１１の内側面との間に形成される処理室の容積を、上記第１螺旋軸１２１と、第２螺旋軸１２２と、第３螺旋軸１２３との順に小さくしている。したがって、上記第１螺旋軸１２１、第２螺旋軸１２２及び第３螺旋軸１２３は、被処理物を、噛み込み等の不都合を生じることなく確実に移送し、しかも、順次大きい圧縮力を被処理物に与えることができる。上記処理室の第１螺旋軸１２１に面する部分の容積に対して、上記処理室の第３螺旋軸１２３に面する部分の容積を、１／２から１／３の間の比（以下、減容比という）となるように形成している。このような減容比を有する螺旋軸１０２を用いることにより、投入時にカサ比重が０．０２５の被処理物を、端面板の成形ノズル１５３からの排出時には、カサ比重が概ね０．４５から０．５の間となる程度に圧縮できる。また、投入時にカサ比重が０．０２５の被処理物を、成形ノズル１５３からの排出時には、真比重が概ね０．８から１の間となる程度に圧縮できる。
【００６７】
第２螺旋軸の軸部１２２ａの第１螺旋軸側１２１の端部と、第３螺旋軸の軸部１２３ａの第２螺旋軸側１２２の端部は、夫々テーパー状に形成している。これにより、被処理物を第１乃至第３螺旋軸１２１，１２２，１２３によって順次移送するとき、軸部１２１ａ，１２２ａ，１２３ａの径が順次大きくなっても、被処理物に与える抵抗が少なくなるようにしている。
【００６８】
また、上記第１螺旋軸１２１と、第２螺旋軸１２２と、第３螺旋軸１２３は、いずれも、螺旋羽根部１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂの巻き数を１巻きに形成している。すなわち、各螺旋軸の螺旋羽根部１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂの一端が、軸方向から見て、その螺旋羽根１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂの他端と略同じ周方向位置にある。これにより、各螺旋軸１２１，１２２，１２３の製造を容易にし、また、各螺旋軸１２１，１２２，１２３の修理及び交換等の保守作業を行い易くしている。
【００６９】
第３螺旋軸１２３は、螺旋羽根部１２３ｂの端に、軸部１２３ａの中心軸と略直角に延在する平面部を有する。この平面部が端面板１０５の内側面に近接配置されて第３螺旋軸１２３が回転駆動されることにより、高密度に圧縮された被処理物を端面板１０５の成形ノズル１５３から確実に押し出すようにしている。この第３螺旋軸１２３は、被処理物に各螺旋軸１２１，１２２，１２３が与える圧縮力のうち最大の圧縮力を与えるので、磨耗量が他の螺旋軸よりも多く、また、被処理物に混入する金属片等によって欠けが生じやすい。そこで、第３螺旋軸１２３を、クロム鋼で形成した基部と、この基部の表面に溶接によって形成された肉盛部とで構成している。この肉盛部は、例えばタングステンカーバイド系材料等のような耐磨耗材料を用いて形成するのが好ましい。
【００７０】
ケーシング１１１内には、第２及び第３螺旋軸１２２，１２３を取り囲む複数のライニング片１１５，１１５，・・・が配置されている。この複数のライニング片１１５と、第２及び第３螺旋軸１２２，１２３の外側面との間に、被処理物の処理室を形成している。ライニング片１１５は、第２及び第３螺旋軸１２２，１２３の軸直角方向に８個設けられていると共に、第２及び第３螺旋軸１２２，１２３の軸方向に２列設けられている。軸方向の２列のライニング片１１５は、第２螺旋軸１２２の周りに概ね沿う列と、第３螺旋軸１２３の周りに概ね沿う列とで構成されている。
【００７１】
上記ライニング片１１５は、処理室の外壁の一部を構成する本体と、この本体の外側面に設けられた棒状の突出部を備え、この突出部に軸直角方向に延びる楔孔が設けられている。この突出部を、ケーシング１１１に形成された貫通孔から外側に突出させて、ケーシング１１１の外側に配置した楔孔に楔を挿入して、ライニング片１１５をケーシング１１１に固定している。こうして、簡易な構成でライニング片１１５をケーシング１１１に容易に着脱可能にしている。
【００７２】
図８Ａは、端面板１０５を示す正面図であり、図８Ｂは、端面板１０５をケーシング１１１に取り付けた様子を示す平面図である。
【００７３】
端面板１０５は、図８Ａに示すように、第３螺旋軸の平面部が近接して通過する領域に、複数の排出孔１５２，１５２・・・が設けられており、この排出孔１５２に成形ノズル１５３が挿入されている。排出孔１５２の表裏両側の開口には段部が形成されており、ノズルの端部に設けられたフランジを排出孔の段部に係止させて、排出孔１５２に成形ノズル１５３を取り付けるようにしている。成形ノズル１５３は、図７Ａに示すように、フランジ１５３ａをケーシング１１１内に向けて、排出孔１５２内に取り付けられる。上記成形ノズル１５３の先端部分は、５ｍｍ〜１０ｍｍの長さにわたって、端面板１０５の表面から外側に突出している。端面板１０５は、縁部の全周に亘って貫通孔１０５ａが設けられており、この貫通孔１０５ａに挿通されるボルトによって、ケーシングのフランジ１１３に固定される。
【００７４】
端面板１０５には、上下方向に伸びる線形のヒータ１５４が内蔵されている。このヒータ１５４は、電気抵抗により発熱を行う抵抗加熱式のヒータである。このヒータ１５４は、幅方向に複数列配置され、かつ、厚み方向に２列配置されている。ヒータ１５４を端面板１０５の厚み方向に２列配置することにより、取り付け面を表裏両面の間で交換した場合においても、被処理物の加熱特性が殆ど変わらないようにできる。また、厚み方向の一方のヒータ１５４が故障しても、他方のヒータ１５４によって被処理物を加熱することができるので、加熱機能の信頼性を向上できる。
【００７５】
端面板１０５には、温度センサ１５５が設けられている。詳しくは、端面板１０５から突出した成形ノズル１５３の先端部分の外側面に、スリーブ状の温度センサ１５５が嵌め込まれている。なお、板状の温度センサを、バンドなどで成形ノズル１５３の先端部に固定してもよい。この温度センサ１５５によって、ケーシング１１１内から押し出される処理後の被処理物の温度を検出する。温度センサ１５５はヒータ制御部に接続されている。なお、温度センサは、端面板１０５内に内蔵されていてもよい。詳しくは、複数の排出孔１５２のうちの所定の排出孔１５２の内側面に、受熱部が露出するように、本体を端面板１０５内に埋め込まれていてもよい。あるいは、成形ノズル１５３から排出されて下方のバケットに落下した固形燃料の温度を、赤外線温度センサで検出してもよい。要は、螺旋軸１０２によって処理された被処理物の温度を検出できればよい。温度センサによる検出データに基づき、ヒータ制御部がヒータ１５４の温度を制御して、成形ノズル１５３から押し出される被処理物の温度を１００〜１８０℃にしている。
【００７６】
端面板１０５の上端には、端子ケース１５６が取り付けられている。この端子ケース１５６は、上記１１２本のヒータ１５４に接続された電力配線を収容しており、この電力配線に連なるコネクタが、端子ケース１５６の側面に設けられている。また、端子ケース１５６は、上記温度センサ１５５に接続された信号配線を収容しており、この信号配線に連なるコネクタ１５７が上端に設けられている。更に、上記端子ケース１５６は、吊ボルト１５８で端面板１０５の上端に連結されており、端子ケース１５６の上面に固定されたアイボルト１５９を吊り下げることにより、端子ケース１５６を介して端面板１０５を吊り下げ可能になっている。なお、図８Ｂでは、端子ケース１５６を図示していない。
【００７７】
端面板１０５をケーシングのフランジ１１３に回動可能に接続するリンクヒンジ装置１５１は、リンク機構を含んで形成されている。詳しくは、リンクヒンジ装置１５１は、図８Ｂに示すように、端面板１０５の側面に固定された端面板側金具１５１ａと、フランジ１１３の前面の縁の近傍に固定されたフランジ側金具１５１ｂとの間を、２つの中間アーム１５１ｃ，１５１ｃで接続している。端面板側金具１５１ａと中間アーム１５１ｃとの間と、２つの中間アーム１５１ｃ，１５１ｃの間と、中間アーム１５１ｃとフランジ側金具１５１ｂとの間は、ピン１５１ｅによって互いに回動自在に接続している。このリンクヒンジ装置１５１は、２つの中間アーム１５１ｃ，１５１ｃの間の角度が変化しつつ、端面板側金具１５１ａに対して一方の中間アーム１５１ｃが回動し、かつ、フランジ側金具１５１ｂに対して他方の中間アーム１５１ｃが回動する。これにより、端面板１０５が回動可能であり、かつ、厚み方向に水平移動が可能になっている。端面板１０５を厚み方向に水平移動可能に形成することにより、ケーシングのフランジ１１３と、端面板１０５との間に枠状のスペーサを挟んだ状態で、端面板１０５をフランジ１１３に固定できる。なお、回動機能のみを有するヒンジによって端面板１０５をケーシングのフランジ１１３に取り付けた場合、スペーサを挟んで端面板１０５をフランジ１１３に固定しようとすると、スペーサの厚みにより、端面板１０５のヒンジから遠い部分がフランジ１１３に密着できない。
【００７８】
上記端面板１０５は、両側面に、端面板側金具１５１ａが取り付けられる複数のボルト孔１０５ｂ，１０５ｂ，・・・を有する。また、端面板１０５は、排出孔１５２に、ノズルのフランジ１５３ａが係止する段部１５２ａが表裏両面に形成されている。これにより、端面板１０５は、ケーシング１１１内部に向かって取り付けられる取り付け面が、表裏両面の間で交換可能になっている。したがって、端面板１０５は、第３螺旋軸１２３による被処理物の高い圧縮力を受けて磨耗量が比較的大きいにもかかわらず、両面を交換して使用できるので、比較的長い使用寿命が得られる。
【００７９】
上記構成の圧縮成形装置１００により、脱臭乾燥工程を経た低熱量成分としての余剰汚泥及び増量成分としての紙屑、木屑と、高熱量つなぎ成分であるプラスチックとが混合された被処理物を、以下のようにして混練、圧縮及び成形する。
【００８０】
まず、端面板のヒータ１５４に電力を供給し、端面板１０５の予備加熱を行う。これにより、前回の運転の終了時に残留して固化した成形ノズル１５３内の被処理物を溶融して、成形ノズル１５３から排出し易くする。
【００８１】
続いて、モータＭ２を起動し、モータＭ２の回転力を、伝動機Ｔ、減速機Ｖ及びカップリング１０４を介して回転軸１７０に伝達する。ギヤボックス１０３内の一対の回転軸１７０が互いに逆向きに回転し、駆動軸１７２に取り付けられた一対の螺旋軸１０２，１０２がケーシング１１１内で互いに逆向きに回転する。一対の螺旋軸１０２，１０２は、平面視において幅方向の内側に向かうと共に、正面視において上から下に向かう方向に回転する。螺旋軸１０２は３０ｒｐｍ（回転毎分）以上６０ｒｐｍ以下の比較的低速度で回転するのが好ましい。
【００８２】
こうして処理部１の駆動が開始されると、ケーシング１１１の投入口１１２に、定量供給機から切り出された被処理物の投入が開始される。
【００８３】
ケーシング１１１内では、投入された被処理物を、一対の第１螺旋軸１２１によって挟み込み、混練し、強力な挟み込み力によって第２螺旋軸１２２側に確実に移送する。第２螺旋軸１２２は、この第２螺旋軸１２２とライニング片１１５との間に形成された処理室内に被処理物を導いて、被処理物の混練及び圧縮を行う。上記処理室内に導かれた被処理物を、上記第２螺旋軸１２２の回転動作によって端面板１０５側に送りながら混練及び圧縮するので、被処理物の逆流を効果的に防止する。続いて、第３螺旋軸１２３が、この第３螺旋軸１２３とライニング片１１５との間に形成された処理室内に被処理物を導いて、更なる混練と圧縮を行う。第１、第２及び第３螺旋軸１２１，１２２，１２３は、この順に、軸部１２１ａ，１２２ａ，１２３ａの径Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３が大きく形成され、螺旋羽根部１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂのピッチＰ１，Ｐ２，Ｐ３が大きく形成され、螺旋羽根部１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂの厚みＴ１，Ｔ２，Ｔ３が大きく形成されているので、被処理物の噛み込みや密度の低下等の不都合なく、被処理物を効果的に混練及び圧縮することができる。
【００８４】
また、第１、第２及び第３螺旋軸１２１，１２２，１２３は、順次大きい圧縮力を被処理物に与えて混練を行うことにより、被処理物に圧縮熱と摩擦熱を効果的に生じさせることができる。これにより、被処理物に含まれる例えばプラスチック等の溶融物を効果的に溶融させることができる。この圧縮熱や摩擦熱は、参考例においては、被処理物に含まれる高熱量成分が４０ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下の間であり、また、低熱量成分と増量成分が４５ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下の場合に効果的に生成することができる。このように、被処理物の圧縮熱や摩擦熱によって十分に溶融物を融解できるので、端面板１０５のヒータ１５４によって補助的に加熱するのみにより、被処理物の溶融物を十分に溶解することができる。なお、端面板１０５のヒータ１５４は、被処理物が１００℃以上１８０℃以下の範囲の温度となるように加熱を行うのが好ましい。被処理物を１００℃以上にすることにより、溶融物を十分に溶解することができる一方、被処理物を１８０℃以下にすることにより、塩素系ガスの発生を防止することができる。
【００８５】
第３螺旋軸１２３に導かれて高圧力で圧縮された被処理物は、溶融物が溶融した状態で、端面板１０５の成形ノズル１５３から棒状に押し出される。押し出された棒状の被処理物は、切断機１０６によって所定長さに切断され、下方に配置されたバケット内に落下して回収される。所定長さに切断された棒状の被処理物は、温度が降下するに伴って溶融物が固化して、固形燃料となる。なお、切断後の被処理物を、冷却装置によって冷却してもよい。
【００８６】
参考例では、以上のようにして得られた固形燃料は、水分量が１５％以下、好ましくは１０％以下であり、また、５０００〜６５００kcal/kgの熱量を有するので、石炭代替用途の燃料としての利用が可能である。
【００８７】
また、実施形態では、以上のようにして得られた固形燃料は、水分量が１５％以下、好ましくは１０％以下であり、また、３３００〜３８００kcal/kgの熱量を有するので、木屑・紙屑の代替用途の燃料としての利用が可能である。
【００８８】
以上のように、参考例によれば、余剰汚泥等の有機廃棄物と、木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つからなる増量成分との混合物に減圧発酵及び減圧加熱乾燥を行うことによって効果的に脱臭乾燥した後、廃プラスチックからなる高熱量つなぎ成分を添加して混練、圧縮及び成形し、固形化することにより、石炭等と代替可能な固形燃料を製造できる。したがって、従来、余剰汚泥等の有機廃棄物の廃棄に要していた多大な経費の削減を図ることができる。
【００８９】
また、実施形態によれば、余剰汚泥等の有機廃棄物に、脱臭乾燥工程を複数回繰り返すサイクル工程を行うことによって水分と臭気を大幅に削減した後、この有機廃棄物の被処理物のみを材料として圧縮及び成形し、固形化することにより、紙屑や木屑に相当する熱量の固形燃料を製造できる。その結果、有機廃棄物を有効かつ効果的に処理することができ、従来廃棄に要していた多大な経費の削減を図ることができる。
【００９０】
上記各実施形態において、成形装置として２軸のスクリューを有するマルチフォーマーを用いたが、ペレットミルを用いてもよい。図９は、ペレットミルの主要部の一例を示す斜視図である。このペレットミルは、胴部にダイ孔１９０ａが設けられた回転円筒体１９０と、この回転円筒体の内側面に外側面が近接して配置された２つの転動輪１９１，１９１とを備える。転動輪１９１の表面には、被処理物のスリップを低減して取り込みを容易にする多数の軸方向溝が形成されている。回転円筒体１９０と、転動輪１９１，１９１とを夫々矢印Ｒ９１，Ｒ９２で示す方向に回転駆動し、回転円筒体１９０内に被処理物を供給する。被処理物は、回転円筒体１９０の内側面と転動輪１９１の外側面との間に挟み込まれて圧縮され、回転円筒体１９０の胴部のダイ孔１９０ａから外側にペレット状に押し出される。押し出された被処理物は、回転円筒体１９０の胴部に対向して配置された固定刃１９３，１９３によって所定長さに切り取られて、固形燃料が得られる。ペレットミルは、直径が１０ｍｍ程度までの比較的小径の固形燃料を製造するのに好適であり、また、成形前の被処理物の水分量が少なくて被処理物の加熱が不要である場合に好適である。
【００９１】
また、上記各実施形態において、有機廃棄物としては、余剰汚泥のみを用いるのに限られず、一部又は全部に、植物残渣や農水産食品の加工残渣等のような農業廃棄物、水産業廃棄物、農水産加工業廃棄物及び食品工業廃棄物を用いることができる。また、参考例の高熱量つなぎ成分の廃プラスチックとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、アクリル、ポリウレタン及びポリスチレン等の単体に加えて、各種合成樹脂の複合体も利用することができる。また、参考例の増量成分の紙屑としては、新聞紙、コピー用紙及びダンボール等を用いることができ、木屑としては、パレット、さん木、梱包木材、合板、剪定木屑、木の葉、草及び木の根等を広く用いることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１ 減圧発酵乾燥装置
５ ボイラー
１０ ケーシング
１１ 上部ケーシング
１２ 下部ケーシング
２０ 回転体
５０ 凝縮部
６０ クーリングタワー
Ｇ 凝縮水
ＶＰ 真空ポンプ
Ｗ 被処理物
１００ 圧縮成形装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、余剰汚泥のような脱臭乾燥の必要な有機廃棄物を有効利用して固形燃料を提供することに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に下水処理には広く、活性汚泥法が採用されており、活性汚泥槽から大量の余剰汚泥が排出されており、これを廃棄処理する必要がある。しかしながら、余剰汚泥には多量の水分が含まれ、更に腐敗臭がきついので、これらの取り扱いには難渋しているだけでなく、その処理は焼却が一般的で運搬、焼却処理には多大な費用がかかり、下水処理場を運営する地方自治体の財政を圧迫している。また、地方自治体に限られず、食品関連業に代表される民間企業等においても、有機質成分が含まれる廃水の処理に活性汚泥法が広く採用されており、活性汚泥槽から生じる余剰汚泥の取り扱いや処理に多大な手間と費用の負担が強いられている。かかる活性汚泥法が世界中で汎用されている現在、余剰汚泥処理は世界各国で大きな問題となっている。
【０００３】
そこで、活性汚泥槽から余剰汚泥を定期的に抜き出し、オゾン処理して減容する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）が、かかるオゾン処理法での減容化には限界があり、しかも余計な設備費用を必要とするため、抜本的な解決策となっていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３０５２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明はこれまで多大な費用をかけて焼却処理されていた余剰汚泥を有効利用することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明者は、鋭意研究の結果、余剰汚泥は高い含水量であって、臭気がきついが、本発明者が開発した減圧発酵及び減圧加熱乾燥を行うと安価に脱臭乾燥が行うことができ、水分量を制限すると紙屑に近い熱量が得られることを見出した。また、これに少なくとも、紙屑、木屑及び廃プラスチックからなる可燃性廃棄物を混合すると、石炭代替固形燃料として有効利用することができることを見出した。本発明は、このような発見に基づいてなされたものである。
【０００７】
参考例の固形燃料は、有機廃棄物を脱臭乾燥してなる低熱量成分と、廃プラスチックからなる高熱量つなぎ成分と、木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つからなる増量成分とを含み、これらを混合後圧縮成形して固形化してなり、水分量１５％以下の条件下で熱量５０００〜６５００kcal/kgに調整されたことを特徴としている。
【０００８】
参考例によれば、廃棄に多大な経費を要していた余剰汚泥等の有機廃棄物を木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つからなる増量成分と混合して脱臭乾燥し、しかも廃プラスチック等からなる可燃性廃棄物を高熱量つなぎ成分とし、圧縮成形し、固形化するとともに総熱量を調整したので、石炭代替固形燃料として有効利用することができる。なお、本願において、特に明記しない場合、％は重量パーセントを意味する。
【０００９】
また、本発明の固形燃料は、有機廃棄物を脱臭乾燥してなる材料を圧縮成形して固形化してなり、水分量１５％以下の条件下で熱量３３００〜３８００kcal/kgに調整された固形燃料であって、
上記有機廃棄物を脱臭乾燥してなる材料は、減圧発酵乾燥装置で発酵及び乾燥されたものであり、
上記減圧発酵乾燥装置は、
微生物が添加された有機廃棄物が内部に供給され、内部が減圧されるケーシングと、
上記ケーシングの下部に設けられ、内部に熱媒体が供給されて、ケーシング内の有機廃棄物を加熱する加熱部と、
内部に熱媒体が供給される中空回転軸及び送り部と、送り部に固定された掻き取り部を有して回転駆動され、有機廃棄物を加熱しながら攪拌する回転体と、
上記ケーシング内に設けられ、有機廃棄物から生じる蒸気を凝縮する凝縮部と、
上記凝縮部で凝縮された凝縮水と共に、ケーシング内の空気を吸引する真空ポンプと、
上記真空ポンプによって吸引された凝縮水と空気が供給され、微生物が添加されて上記凝縮部との間を循環する冷却水に、上記凝縮水と空気を混合するクーリングタワーと
を有することを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、固形燃料は、有機廃棄物を脱臭及び乾燥処理し、圧縮成形して固形化してなるので、水分調整材や高熱量つなぎ成分等を添加しなくても、木屑や紙屑と同等の熱量を有すると共に臭気が少なく、例えばボイラー等の燃料として利用できる。
【００１１】
参考例はまた、上記固形燃料を製造する方法を提供するものであり、参考例の固形燃料の製造方法は、水分量が多い有機廃棄物からなる低熱量成分に、水分量の少ない木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つからなる増量成分を混合して減圧発酵に適する水分量を有する混合物を調製する工程と、
該混合物をi）減圧下で発酵脱臭する工程とii）減圧下で加熱乾燥する工程に付して混合物を脱臭乾燥する工程と、
脱臭乾燥後の混合物に、廃プラスチックからなる高熱量つなぎ成分を添加して総熱量を調整し、これらの材料を混練、圧縮及び成形する工程とを含み、
水分量１５％以下、好ましくは１０％以下、かつ、熱量５０００〜６５００kcal/kgに調整されたことを特徴としている。
【００１２】
参考例の製造方法によれば、腐敗臭がきつく、水分含有量が多い余剰汚泥等の有機廃棄物を、水分量の少ない木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つの増量成分を混合して安価に脱臭乾燥し、廃プラスチック等の高熱量つなぎ成分とともに圧縮成形するので、廃棄物を主成分として水分含量１５％以下、熱量５０００〜６５００kcal/kgに調整された石炭代替固形燃料を安価に提供することができ、しかも余剰汚泥の有効利用を図ることができる。
【００１３】
また、本発明の固形燃料の製造方法は、有機廃棄物を、減圧下で発酵脱臭する工程と、減圧下で加熱乾燥する工程とに付して脱臭乾燥する工程と、
上記有機廃棄物を脱臭乾燥する工程を複数回繰り返すサイクル工程と、
脱臭乾燥後の被処理物を圧縮及び成形する工程とを含み、
水分含量１５％以下、かつ、熱量３３００〜３８００kcal/kgに調整され、
上記有機廃棄物を脱臭乾燥する工程は、減圧発酵乾燥装置が利用され、この減圧発酵乾燥装置は、
微生物が添加された有機廃棄物が内部に供給され、内部が減圧されるケーシングと、
上記ケーシングの下部に設けられ、内部に熱媒体が供給されて、ケーシング内の有機廃棄物を加熱する加熱部と、
内部に熱媒体が供給される中空回転軸及び送り部と、送り部に固定された掻き取り部を有して回転駆動され、有機廃棄物を加熱しながら攪拌する回転体と、
上記ケーシング内に設けられ、有機廃棄物から生じる蒸気を凝縮する凝縮部と、
上記凝縮部で凝縮された凝縮水と共に、ケーシング内の空気を吸引する真空ポンプと、
上記真空ポンプによって吸引された凝縮水と空気が供給され、微生物が添加されて上記凝縮部との間を循環する冷却水に、上記凝縮水と空気を混合するクーリングタワーと
を有することを特徴としている。
【００１４】
本発明によれば、脱臭乾燥工程を複数回繰り返す上記サイクル工程により、有機廃棄物の水分量を大幅に低減し、しかも、臭気を大幅に削減できる。したがって、水分調整材や高熱量つなぎ成分等を添加することなく、有機廃棄物のみを用いて、木屑や紙屑と同等の熱量を有すると共に臭気の少ない固形燃料が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の固形燃料の製造方法に用いる減圧発酵乾燥装置を示す模式図である。
【図２】減圧発酵乾燥装置のケーシングの縦断面図である。
【図３】減圧発酵乾燥装置のケーシングの横断面図である。
【図４】減圧発酵乾燥装置の回転体の変形例を示す縦断面図である。
【図５】圧縮成形装置を示す平面図である。
【図６】圧縮成形装置を示す側面図である。
【図７Ａ】圧縮成形装置の処理部内を示す断面図である。
【図７Ｂ】螺旋軸の構成部品を抜き出して示した断面図である。
【図８Ａ】端面板を示す正面図である。
【図８Ｂ】端面板をケーシングに取り付けた様子を示す平面図である。
【図９】成形装置としてのペレットミルの主要部を示す斜視図である。
【図１０】実施形態の固形燃料の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を用いて本発明を具体的に説明する。
（参考例）
参考例の固形燃料は、
ａ）有機廃棄物の脱臭乾燥物からなる低熱量成分：３０〜４０％と、
ｂ）木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つからなる増量成分：１５〜２０％、
ｃ）廃プラスチックからなる高熱量つなぎ成分：４０〜６０％とを少なくとも含んでなる。なお、上記各成分割合の合計は、１００％以下である。
【００１７】
参考例は、ａ)の有機廃棄物の低熱量成分を有効利用すべく、ｂ）の木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つからなる増量成分と混合して水分調整し、減圧発酵脱臭と減圧加熱乾燥をするが、これらの成分のみでは圧縮成形のみで固形化することが困難であるとともに、以下に示すように熱量不足である。
余剰汚泥等の低熱量成分：２０００〜２５００kcal/kg
木屑成分：３８００kcal/kg
紙屑成分：２９００kcal/kg
そこで、高熱量のつなぎ成分として、１００００〜１１０００kcal/kgの熱量を有するｃ）の廃プラスチックを添加し、これらの混合材料を混練、圧縮及び成形し、固形化して固形燃料とする。
【００１８】
このように、ａ）余剰汚泥等の低熱量成分：３０〜４０％、ｂ）木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つ：１５〜２０％、ｃ）廃プラスチック：４０〜６０％の組成により、水分１５％以下、かつ、熱量５０００〜６５００kcal/kgの固形燃料を調製することができる。特に、固形燃料を水分１０％以下、かつ、熱量が概ね５５００kcal/kgに調製するのが好ましい。また、有機廃棄物として、余剰汚泥の一部又は全部に、生ごみ等の他の有機物を用いることができる。例えば、余剰汚泥の他に、農業廃棄物、水産業廃棄物、農水産加工業廃棄物及び食品工業廃棄物のうちの少なくとも１つを用いることもできる。要するに水分量の多い、焼却廃棄にコストがかかる有機廃棄物を広く用いることができ、これにより、有機廃棄物の廃棄コストを削減できる。有機廃棄物の排出元としては、食品工場について例示すると、ビール工場、コーヒー・お茶工場（抽出ガラ）、豆腐工場（おから）、缶詰工場等がある。
【００１９】
参考例に係る固形燃料の製造方法は、
１）水分量が多い有機廃棄物（余剰汚泥等）の低熱量成分に、水分量の少ない木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つからなる増量成分を混合して減圧発酵に適する水分量を有する混合物を調製する工程と；
２）該混合物をi）減圧下で発酵脱臭する工程とii）減圧下で加熱乾燥する工程に付して混合物を脱臭乾燥する工程と、
３）脱臭乾燥後の混合物に、廃プラスチックからなる高熱量つなぎ成分を添加して総熱量を調整し、これらの材料を混練、圧縮及び成形する工程とを含む。
【００２０】
Ｉ）調製工程
第１工程では、混合物を以下のように調製する。有機廃棄物としての余剰汚泥は、水分含有量が約９０％であるので、これに、木屑及び紙屑（いずれも水分量約１５％）等の増量成分を混合して水分含有量を約６０〜約８０％に調整する。なお、有機廃棄物は、水分含有量が８０〜９９％のものを用いることができる。
【００２１】
II）脱臭乾燥工程
第２工程において、減圧下の発酵脱臭工程と減圧下の加熱乾燥工程は、次の通りに行う。
II―i）発酵脱臭工程では、海、山及び陸に生息する土着菌を採取、培養して用いる。余剰汚泥の減圧発酵には、土着菌として各種の動植物や土壌に生息する菌が有効であることが見出されている。土着菌が生息する動植物や土壌としては、よもぎ、野草、薬草、海辺の草、笹、竹やぶの土、山林の土、魚、海草、果実、パイナップル、リンゴ、ミカン、ビワ及びブドウ等がある。これらに生息する土着菌を、米ぬか又はおが屑で培養して用いる。具体的には、減圧値０．０３〜０．０７ＭＰａの減圧下、熱媒体温度６０〜８０℃で半時間から２〜３時間攪拌下に発酵菌を混合して脱臭が行われるので、かかる条件下で発酵生育する発酵菌が好ましい。なお、減圧値とは、大気圧（海抜０ｍにおいて、一般的に０．１０ＭＰａ）から降下させる圧力値をいう。そのような発酵菌が有する酵素として、次の公知の酵素：アルコールデハイドロゲナーゼ、ラクテートデハイドロゲナーゼ、グルコース６リン酸デハイドロゲナーゼ、アルデヒドデハイドロゲナーゼ、Ｌ・アスパルテイト・ベーターセミアルデヒド・ＮＡＤＰオキシドレクターゼ、グルタミン酸デハイドロゲナーゼ、アスパラギン酸セミアルデヒド・デハイドロゲナーゼ、ＮＡＤＰＨ２チクトクロームＣ・リアクターゼ、グルタチオン・デハイドロゲナーゼ、トレハローズリン酸シンテクターゼ、ポリフォスヘエードキナーゼ、エタノールアミンフォスヘエードサイチジル・トランスフェラーゼ、トレハローズフォスファターゼ、メタルチオ・フォスフォ・グリセレート・フォスファターゼ、イヌラーゼ、β−マンノシターゼ、ウリジン・ヌクレオシターゼ、シトシン・ジアミナーゼ、メチルシステインシンテターゼ、アスパラギン酸シンテターゼ、コハク酸デハイドロゲナーゼ、アコニチン酸ハイドロゲナーゼ、フマレイトハイドロゲナーゼ、マレイトデハイドロゲナーゼ、クエン酸シンテターゼ、イソクエン酸デハイドロゲナーゼ、ＬＳＮＡＤＰオキシダクターゼ、モノアミンオキシダクターゼ、ヒスタミナーゼ、ピルビン酸デカルボキシラーゼ、ＡＴＰアーゼ、ヌクレオチドピロフォスファターゼ、エンドポリフォスファターゼ、ＡＴＰフォスフォハイドロラーゼ、オロチジン５リン酸デカルボキシラーゼを例示することができ、これらの群から選択された少なくとも１種の酵素を有する菌を使用する。発酵脱臭工程では、およそ半時間から２〜３時間で十分な脱臭を行うことができる。
II−ii）加熱乾燥工程では、発酵脱臭工程の減圧条件よりも低い気圧での減圧条件とし、次第にまたは段階的に減圧量を大きくして行われる。具体的には、減圧値０．０５〜０．０９ＭＰａの減圧下、熱媒体温度８０〜１２０℃で半時間から１時間攪拌下に加熱乾燥が行われる。乾燥後の混合物の水分含有量は２０％以下、好ましくは約１５％以下を目標値とすべきである。
脱臭乾燥工程を行う前における組成の一例（カッコ内は組成比率）は、以下のとおりである。
ａ）余剰汚泥：５００ｋｇ（４０％）、水分含有量９０％
ｂ）木屑：１００ｋｇ（５％）
ｃ）紙屑：１００ｋｇ（５％）
上記成分を混合して水分含有量８０％の混合物とし、これを以下に示す減圧発酵乾燥装置によって、下記の条件下で処理する。
i）発酵工程：減圧値０．０３ＭＰａ、約１時間
ii）乾燥工程：減圧値０．０８ＭＰａ、約３０分
乾燥後の混合物の水分量を、約１５％にすることが可能となる。
【００２２】
III）圧縮成形工程
脱臭及び乾燥後の混合物に、好ましくは２〜５ｃｍの寸法に粉砕された廃プラスチック２００ｋｇを添加し、定量供給機等によって混合する。脱臭乾燥後の低熱量成分及び増量成分に対して、高熱量つなぎ成分を９０〜１５０％の割合で混合する。この低熱量成分及び増量成分と、高熱量つなぎ成分との混合比率は、成形後に得られる固形燃料の熱量が５０００〜６５００kcal/kgとなるように調整する。
混合された材料を、成形装置によって混練、圧縮及び成形し、その後所定長さに切断して、固形燃料が完成する。成形装置において材料を約１００〜１８０℃に加熱することにより、水分を蒸発させて、固形燃料の固形化時に水分含有量を１５％以下、好ましくは１０％以下にできる。
成形装置として、例えば２軸のスクリューを有して、材料の逆流を阻止しつつ混練、圧縮及び成形を行うマルチフォーマーを用いることにより、材料の混練圧縮に伴う摩擦熱を利用して高温の加熱が可能となり、固形燃料の水分量を１５％以下、好ましくは１０％以下にできる。
なお、成形前の材料の水分量が少ない場合は、成形装置としてペレットミルを用いてもよく、ペレットミルは、胴部にダイ孔が設けられた回転円筒体の内側面に沿って転動輪が転動し、回転円筒体内に供給された混合材料を、転動輪の外周面と回転円筒体の内周面との接触に伴って圧縮及び押し出すものである。
【００２３】
（実施形態）
本実施形態の固形燃料は、余剰汚泥等の有機廃棄物のみを成分とする。すなわち、参考例における木屑等の増量成分や、廃プラスチック等の高熱量つなぎ成分を用いることなく、有機廃棄物のみを用いて固形燃料を製造する。
【００２４】
本実施形態では、活性汚泥等の有機廃棄物に対して、減圧下の発酵脱臭工程と減圧下の加熱乾燥工程とを有する脱臭乾燥工程を複数回行う。脱臭乾燥工程を複数回行うことにより、９０％以上の水分量を有する有機廃棄物を、水分調整材を添加することなく２０％以下の水分量とすると共に、有機質を発酵分解して臭気を低減する。この複数サイクルの脱臭乾燥工程は、後述する減圧発酵乾燥装置を用いて行う。複数サイクルの脱臭乾燥工程により、２０％以下の水分量となった被処理物を圧縮成形することによって、紙屑又は木屑相当の熱量を有する固形燃料が得られる。具体的には、本実施形態の固形燃料は、３３００kcal/kg（低位）以上３８００kcal/kg（高位）の範囲の熱量を有する。
【００２５】
固形燃料の材料である有機廃棄物には、参考例と同様に、余剰汚泥、生ごみ、農業廃棄物、水産業廃棄物、農水産加工業廃棄物及び食品工業廃棄物のうちの少なくとも１つを用いることができる。いずれも９０％程度と水分量が多く、焼却廃棄にコストがかかる有機廃棄物を広く用いることができる。また、本実施形態は、材料として有機廃棄物のみを用いるので、各種つなぎ材料を用いるよりも有機廃棄物の処分量を増大することができる。
【００２６】
本実施形態の固形燃料の製造方法は、
１）有機廃棄物を、減圧下で発酵脱臭する工程と、減圧下で加熱乾燥する工程とに付する脱臭乾燥工程と、
２）脱臭乾燥工程を繰り返すサイクル工程と、
３）サイクル工程を経た被処理物を圧縮及び成形する成形工程と含む。以下、各工程を説明する。
【００２７】
１）脱臭乾燥工程
第１工程では、水分含有量が８０〜９９％の有機廃棄物を減圧発酵乾燥装置に供給し、減圧下の発酵脱臭工程と減圧下の加熱乾燥工程を次の通りに行う。
１―i）発酵脱臭工程では、減圧値（大気圧からの圧力の低減値）０．０３〜０．０７MPaの下、加熱温度６０〜８０℃の熱媒体により、被処理物の温度を沸点に応じて６０〜８０℃に加熱して、３０分〜３時間の運転時間にわたって発酵を行う。熱媒体には、水蒸気や油等を用いることができる。また、熱媒体以外に電気抵抗を応用した加熱装置を用いてもよい。また、被処理物を攪拌機で攪拌して発酵を促進するのが好ましい。
発酵脱臭工程では、減圧発酵乾燥装置内の被処理物に、参考例で添加したものと同じ微生物を添加する。すなわち、海、山及び陸に生息する土着菌を採取、培養して用いる。有機廃棄物の発酵には、土着菌として各種の動植物や土壌に生息する菌が有効であり、土着菌が生息する動植物や土壌としては、よもぎ、野草、薬草、海辺の草、笹、竹やぶの土、山林の土、魚、海草、果実、パイナップル、リンゴ、ミカン、ビワ及びブドウ等がある。これらに生息する土着菌を、米ぬか又はおが屑で培養して用いるが、後述する条件下で発酵生育する発酵菌が好ましい。
１―ii）加熱乾燥工程では、発酵脱臭工程の減圧条件よりも低い気圧での減圧条件とし、次第にまたは段階的に減圧量を大きくして行われる。具体的には、減圧値（大気圧からの圧力の低減値）０．０５〜０．０９MPaの下、加熱温度８０〜１２０℃の熱媒体により、被処理物の温度を沸点に応じて４０〜６０℃に加熱して、３０分〜３時間の運転時間にわたって乾燥を行う。熱媒体には、水蒸気や油等を用いることができ、また、熱媒体以外に電気抵抗を応用した加熱装置を用いてもよい。また、被処理物を攪拌機で攪拌して乾燥を促進するのが好ましい。
【００２８】
２）サイクル工程
サイクル工程では、上述の発酵脱臭工程及び加熱乾燥工程からなる脱臭乾燥工程を複数回繰り返す。
サイクル工程の一例を、図１０のフローチャートを用いて説明する。まず、サイクル工程のうちの少なくとも第１のサイクルは、減圧発酵乾燥装置に定格量よりも少ない有機廃棄物を投入して脱臭乾燥工程を行う初期運転を行う（ステップＳ１〜Ｓ３）。最初の発酵工程では、参考例におけるものと同様の微生物を添加する。定格量よりも少ない有機廃棄物に脱臭乾燥工程を行うことにより、有機廃棄物に微生物の発酵環境を迅速に形成することができる。第１のサイクルの後、初期運転を継続する場合はステップＳ１に戻って（ステップＳ４）、定格量未満の有機廃棄物を減圧発酵乾燥装置に投入し、脱臭乾燥工程のサイクルを繰り返す（ステップＳ１〜Ｓ３）。
初期運転を終える場合（ステップＳ４）、減圧発酵乾燥装置に有機廃棄物を定格量まで投入して脱臭乾燥工程を行う定量運転を行う（ステップＳ５〜Ｓ８）。定量運転では、サイクルの乾燥工程（ステップＳ７）が終わるごとに、被処理物の一部を排出する（ステップＳ８）。なお、排出する被処理物の一部とは、乾燥工程が終了したときの被処理物の８０％程度であるのが好ましい。ステップＳ８で排出した一部の被処理物は、成形装置に送って圧縮成形を行う。定量運転を継続する場合（ステップＳ９）、ステップＳ５に戻り、有機廃棄物を定格量に達するまで投入して、残留した一部の被処理物に新たな有機廃棄物を追加した後、脱臭乾燥工程を繰り返す（ステップＳ６〜Ｓ７）。
このように、定量運転では、各サイクルの終了時に排出する被処理物の量を、全体のうちの一部（例えば乾燥工程終了時の被処理物の８０％）にするので、減圧発酵乾燥装置に被処理物の他の部分（例えば２０％）を残すことにより、減圧発酵乾燥装置内に既に形成された発酵環境を継続して後のサイクルに引き継ぐことができる。したがって、減圧発酵乾燥装置の運転を一旦開始すれば、途中で微生物の追加を行うことなく、複数ステップの工程を行うことができる。
また、新たな有機廃棄物は水分量が９０％以上である場合が多いが、減圧発酵乾燥装置に乾燥後の被処理物の他の部分を残しておくことにより、新たな有機廃棄物を投入した直後においても、発酵に適した５０％程度の水分量にすることができる。
本実施形態のサイクル工程は、後述する減圧発酵乾燥装置で行うことができ、定格容量が４ｔのケーシングを備えた減圧発酵乾燥装置は、１日あたり約４ｔの有機廃棄物の脱臭乾燥処理を行うことができる。
このようにして有機廃棄物に処理を行った被処理物は、臭気が大幅に削減され、また、水分量が例えば１５％程度にまで大幅に削減される。
なお、被処理物の水分量は、２０％以下であれば固形化が可能となるが、十分な保形性を得るために１５％以下にするのが好ましい。
【００２９】
３）成形工程
定量運転における各サイクルで減圧発酵乾燥装置から排出された被処理物は、定量供給機等を介して、参考例と同様の成形装置によって圧縮及び成形し、所定長さに切断して固形燃料が完成する。成形装置において、被処理物の圧縮に伴う圧縮熱が生成されるが、被処理物を加熱装置で約１００〜１８０℃に加熱するのが好ましい。これにより、水分を効率よく蒸発させて、固形燃料の水分量を固形化時に１５％以下、好ましくは１０％以下にすることができる。
本実施形態において、成形装置としてマルチフォーマーを用いるのが好ましいが、成形装置としてペレットミルを用いてもよい。
【００３０】
本実施形態の固形燃料は、複数サイクルの脱臭乾燥工程によって、有機廃棄物の含水量を当初の９０％程度から２０％程度に低減し、成形工程によって水分量を１５％以下に低減するので、保形用のつなぎ成分を添加しなくても、燃料としての実際の使用に耐えうる保形性が得られる。また、この固形燃料は水分量が低いので、従来のように吸水性の生石灰を添加する必要が無く、したがって、燃焼後に生石灰によって灰の量が増える不都合を防止できる。また、本実施形態の固形燃料は、水分量が十分に低減されることによって紙屑や木屑に相当する熱量を有する。本発明者の実験によれば、３３００kcal/kg（低位）以上３８００kcal/kg（高位）の範囲の熱量の固形燃料が得られることが判明した。また、本実施形態の固形燃料は、複数サイクルの脱臭乾燥工程によって、有機廃棄物の臭気を大幅に削減するので、固形燃料の貯蔵や使用の際に周辺環境に与える影響が少なく、幅広い用途に使用することができる。また、本実施形態の固形燃料は、複数サイクルの脱臭乾燥工程によって、有機物成分を高度に分解するので、従来のように残留した有機物の腐敗を防止するために消石灰を添加する必要が無い。また、本実施形態の固形燃料は、有機廃棄物のみを材料として製造できるので、少ない工程によって製造できる。また、つなぎ成分等を使用しないから、有機廃棄物を使用量を増やすことができて、有機汚泥等の処理効率を増大できる。
【００３１】
（本発明を実施するための装置）
上記参考例及び実施形態の固形燃料の製造方法のいずれも、減圧発酵・減圧加熱乾燥工程及び圧縮成形工程に以下の装置を利用するのが好ましい。
【００３２】
図１は、減圧発酵・減圧加熱乾燥工程を行う減圧発酵乾燥装置を示す模式図である。この減圧発酵乾燥装置１は、下部ケーシング１２の周囲壁１２ａに加熱部Ｈ１（ボイラー５から熱媒体としての加熱蒸気が供給され、加熱済み蒸気をボイラー５に戻す）を備え、上部ケーシング１１の一端部（上流側）に、木屑等が混合された余剰汚泥等の被処理物Ｗの供給部１１ａを有すると共に下部ケーシング１２の他端部（下流側）に乾燥処理済み材ｗの排出部１２ｂを有した横長の筒状のケーシング１０と、ケーシング１０の内部において供給された被処理物Ｗを回転中に撹拌しながら前記一端部から前記他端部に送りをかける送り部付き撹拌棒２２を有し、ケーシング両端壁の軸受３０、３５によって軸承された回転体２０と、回転体２０を前記送りをかける方向に回転駆動するインバータモータＭ１と、下部ケーシング１２の周囲壁１２ａの内面に付着した付着物を掻き取るように回転体２０の外周部に取り付けられた掻き取り部４０と、ケーシング内における発酵乾燥過程で被処理物Ｗから生じる蒸気Ｓを凝縮して、凝縮水Ｇを排出する凝縮部５０と、被処理物Ｗからの蒸気Ｓと共にケーシング内部の空気を凝縮部５０の凝縮水Ｇの排出管５９を介して吸引する真空ポンプＶＰと、凝縮部５０に冷却水ポンプＰによって供給する冷却水を風冷で冷やして水槽６１に保持し、排出管５９から真空ポンプＶＰによって吸引された凝縮水Ｇと空気が供給されるクーリングタワー６０とから構成されている。
【００３３】
上記各実施形態で用いる減圧発酵乾燥装置１において、横長の筒状のケーシング１０内に供給部１１ａから供給された被処理物Ｗは、下部ケーシング１２の加熱部Ｈ１によって加熱されながら排出部１２ｂに向けて、回転駆動される回転体２０の送り部によって送られて行く。その間に被処理物Ｗは、下部ケーシング１２の加熱部Ｈ１による外側からの加熱と、回転体２０に設けられた補助加熱部Ｈ２による内側からの加熱を受けて、更に回転する送り部付き撹拌棒２２による撹拌を受けているために乾燥が格段に早まる。また、ケーシング内部は、真空ポンプＶＰによって負圧状態になっているために被処理物Ｗ中の水分の沸点が下がって（例えば、ケーシング１０内の圧力が３２０ｈＰａ；減圧値約０．０６８ＭＰａで、沸点が約７０℃）水分の沸騰蒸発が促進され、乾燥が更に早まる。この場合、加熱蒸気が加熱部Ｈ１に供給されて加熱温度が１００℃に達しない場合でも、ケーシング内部での水分の沸騰蒸発が促進されることになる。
【００３４】
ここで、ケーシング１０内の減圧値は、発酵脱臭工程では０．０３〜０．０７ＭＰａとする。これにより、水の沸点を約９０〜６８℃に低下させて、ケーシング１０内を発酵環境として発酵菌による脱臭作用を促進することができる。この場合、加熱蒸気の温度を６０〜８０℃で半時間から２〜３時間の工程で発酵脱臭を行うことができる。
【００３５】
一方、発酵脱臭工程の後の加熱乾燥工程では、発酵脱臭工程よりも低い気圧での減圧条件とし、減圧値を０．０５〜０．０９ＭＰａとする。これにより、水の沸点を約８０〜４６℃に低下させて、被処理物の迅速な乾燥を図ることができる。ここで、発酵脱臭工程から加熱乾燥工程に移る際、減圧量を次第に大きくして、または、段階的に大きくして工程を移るのが好ましい。
【００３６】
被処理物Ｗ中の水分が蒸発して生じた蒸気Ｓは、凝縮部５０によって凝縮されて凝縮水Ｇとしてケーシング内部から排出されるので、処理後の被処理物ｗを再び濡らしたり湿らせることがない。また、ケーシング１０に加熱部Ｈ１を配置し、ケーシング１０内に補助加熱部Ｈ２と凝縮部５０を配置しているので、被処理物が加熱されて生じたガスを迅速かつ効率的に凝縮することができる。しかも、減圧発酵乾燥装置１全体の小型化を図ることができる。
【００３７】
また、加熱部Ｈ１で加熱される下部ケーシング１２の内壁面に、被処理物が焦げ付いたり付着した場合でも、回転体２０の外周部に取り付けられた掻き取り部４０によって内壁面近傍の被処理物を掻き取ることができる。これにより、付着物により熱の伝達量が低下して加熱部Ｈ１による加熱効率が低下する不都合を防止できる。加熱部Ｈ１では、蒸気加熱の他に電気加熱も可能であるが、ボイラーが既設である場合はランニングコスト上有利な蒸気加熱方式が好ましい。なお、上記加熱部Ｈ１及び補助加熱部Ｈ２には、熱媒体として加熱蒸気を供給したが、湯又はオイル等の他の熱媒体を供給してもよい。
【００３８】
図２及び３は、減圧発酵乾燥装置１を詳細に示した断面図であり、図２はケーシング１０の縦断面図であり、図３はケーシング１０の横断面図である。減圧発酵乾燥装置１において、ケーシング１０は、横断面が円弧状に形成された底部と乾燥処理済み材ｗの前記排出部１２ｂと軸受３０、３５とを有したＵ字状の横断面の下部ケーシング１２と、下部ケーシング１２を上から覆うように開放可能にボルトで結合され、被処理物Ｗの前記供給部１１ａを有した逆Ｕ字状の横断面の上部ケーシング１１とから構成されている。
【００３９】
ケーシング１０内に投入される有機性被処理物Ｗには、土着菌から得られた好気性好熱性の複合菌が添加され、腐敗し易い有機物の分解を促進することができる。詳しくは、被処理物Ｗには、次の酵素のうちの少なくとも１つを有する微生物が含まれている。なお、各酵素に続く括弧内に、各酵素が作用する物質を記している。アルコールデハイドロゲナーゼ（アルコール）、ラクテートデハイドロゲナーゼ（乳糖）、グルコース６リン酸デハイドロゲナーゼ（糖質）、アルデヒドデハイドロゲナーゼ（アルデヒド）、Ｌ・アスパルテイト・ベーターセミアルデヒド・ＮＡＤＰオキシドレクターゼ（アルデヒド）、グルタミン酸デハイドロゲナーゼ（アミノ酸）、アスパラギン酸セミアルデヒド・デハイドロゲナーゼ（アミノ酸）、ＮＡＤＰＨ２チクトクロームＣ・リアクターゼ（ＮＡＤＰ）、グルタチオン・デハイドロゲナーゼ（グルタチオン）、トレハローズリン酸シンテクターゼ（糖質）、ポリフォスヘエードキナーゼ（ＡＴＰ）、エタノールアミンフォスヘエードサイチジル・トランスフェラーゼ（ＣＴＰ）、トレハローズフォスファターゼ（糖質）、メタルチオ・フォスフォ・グリセレート・フォスファターゼ（グリセリン）、イヌラーゼ（イヌリン）、β−マンノシターゼ（糖質）、ウリジン・ヌクレオシターゼ（アミノ酸）、シトシン・ジアミナーゼ（シトシン）、メチルシステインシンテターゼ（アミノ酸）、アスパラギン酸シンテターゼ（ＡＴＰ）、コハク酸デハイドロゲナーゼ（コハク酸）、アコニチン酸ハイドロゲナーゼ（クエン酸）、フマレイトハイドロゲナーゼ（マロン酸）、マレイトデハイドロゲナーゼ（マロン酸）、クエン酸シンテターゼ（アセチルＣｏｕＡ）、イソクエン酸デハイドロゲナーゼ（クエン酸）、ＬＳＮＡＤＰオキシダクターゼ（クエン酸）、モノアミンオキシダクターゼ（アミン）、ヒスタミナーゼ（アミン）、ピルビン酸デカルボキシラーゼ（オキソ酸）、ＡＴＰアーゼ（ＡＴＰ）、ヌクレオチドピロフォスファターゼ（核酸）、エンドポリフォスファターゼ（ＡＴＰ）、ＡＴＰフォスフォハイドロラーゼ（ＡＴＰ）、オロチジン５リン酸デカルボキシラーゼ（オロチジン）。これらのうちの少なくとも１つの酵素を含む微生物を、被処理物Ｗに含ませることにより、多種類の有機物成分からなる被処理物Ｗに対して効果的に分解処理を行うことができる。これらの複数種類の微生物として、海、山及び陸の自然環境の土着菌を用いるのが好ましい。
【００４０】
これらの土着菌として、よもぎ、野草、薬草、海辺の草、笹、竹やぶの土、山林の土、魚、海草、果実、パイナップル、リンゴ、ミカン、ビワ及びブドウに生息する菌が特に有効である。これらの土着菌は、よもぎ等を採取し、これらを糖蜜漬けにして栄養分を与えた後、米ぬかやおが屑で培養して用いる。なお、他の菌についても同様に、海、野及び陸の自然環境を構成する動植物や土壌から採取し、培養して用いることができる。
【００４１】
ケーシング１０内に設けられた回転体２０は、中空回転軸２１と、回転軸２１の周囲に９０度ピッチで長手方向に螺旋状に隔設されて放射状に突出した中空撹拌棒２２と、撹拌棒２２の周囲に取り付けられ、且つ、送り部を構成するように傾けた放熱板２３と、撹拌棒２２の外端に取り付けられた掻き取りスクレーパ４０とを有しており、前記送りをかける回転方向に前記インバータモータＭ１によって回転駆動されるように構成されている。中空回転軸２１は、上流側端部と下流側端部とに、スリーブ部３０ｂ、３５ｂの蒸気取り込み／排出孔と符合する位置において周囲方向に複数に孔２１ａ、２１ｂを有している。スクレーパ４０は、撹拌棒２２への取り付け部と、掻き取った物に送りをかけるように傾斜した刃を有した掻き取り部とを有している。掻き取り部は、一方が摩耗した場合に他方が使用できるように２ケ所に形成されている。
【００４２】
ケーシング側の加熱部Ｈ１は、下部ケーシング１２の周囲壁の内部に形成された中空蒸気室１２ｃにボイラー５から発生された過熱又は飽和水蒸気を軸受３０、３５を介して供給する蒸気供給管３１と、加熱済み蒸気をボイラー５に戻す蒸気排出管３６とを接続して構成されている。回転体側の補助加熱部Ｈ２は、回転体２０の内部に形成された中空蒸気室の回転軸蒸気室２１ｃと撹拌棒蒸気室２２ｃとに前記蒸気供給管３１から過熱又は飽和水蒸気を軸受３０、３５を介して供給し、加熱済み蒸気を前記蒸気排出管３６を介してボイラー５に戻して構成されている。中空蒸気室１２ｃの一番低い個所にはバルブ付きドレイン管１２ｅが接続されている。上流側軸受３０は、蒸気供給管３１に接続した筒状の筐体３０ａ内に回転軸２１を軸承するスリーブ部３０ｂを有している。筐体３０ａの内部は、スリーブ部３０ｂの周囲の複数の孔を介して回転軸蒸気室２１ｃと連通すると共に、下部ケーシング１２の周囲壁の中空蒸気室１２ｃにも連通している。下流側軸受３５も、上流側軸受３０と同じ構造にでき（軸２１の通孔は閉鎖フランジで塞ぐ）、蒸気供給管３１への接続部を蒸気排出管３６への接続部とすることができる。図示例では、下流側軸受３５は、筒状の筐体３５ａ内に回転軸２１を軸承するスリーブ部３５ｂを有しており、筐体３５ａの内部は、スリーブ部３５ｂの周囲の複数の孔を介して回転軸蒸気室２１ｃに連通すると共に、下部ケーシング１２の周囲壁の中空蒸気室１２ｃにも連通している。下流側軸受３５に上流側軸受３０と異なって蒸気排出管３６を設けない場合、蒸気排出管３６’を下部ケーシング１２の周囲壁の中空蒸気室１２ｃに接続することができる。
【００４３】
凝縮部５０は、上部ケーシング１１の両端壁に各々形成され、供給ポンプＰによって冷却水が供給される供給水室１１ｂと冷却を終えた水を受けて排出する排出水室１１ｃと、供給水室１１ｂ及び排出水室１１ｃに一端と他端が各々接続した状態でケーシング長手方向に設けられた複数本の冷却水管５３と、凝縮水Ｇを排出する排出口５９と、上記供給水室１１ｂと排出水室１１ｃの間において上部ケーシング１２の両側縁部に沿ってケーシング長手方向に設けられた凝縮水Ｇの樋状の集水部５１とを備える。集水部５１は、冷却水管５３による凝縮水Ｇの他に上部ケーシング１１の内面で放冷して凝縮した凝縮水Ｇも集水する。
【００４４】
クーリングタワー６０は、排出口５９から真空ポンプＶＰによって吸引された凝縮水Ｇと空気が供給される。クーリングタワー６０は、排出水室１１ｃから受けた冷却水を風で冷やし、冷えた冷却水を供給ポンプＰに供給する。また、クーリングタワーでは、冷却水の冷却に加えて、凝縮水の分解処理をも行う。
【００４５】
上記クーリングタワー６０は、冷却水を噴射するノズル６２と、このノズル６２から噴射された冷却水が流下する流下部６３と、この流下部６３を流れる冷却水に風を送るファン６４と、上記流下６３を流れた冷却水を受ける水槽部６１を有する。水槽部６１には、凝縮部５０から冷却水が導かれる冷却水管と、真空ポンプＶＰから凝縮水が導かれる凝縮水管が接続されている。この凝縮水管には、ダストセパレータが介設されている。水槽部６１内には、散水ポンプ６５が介設された散水管の一端が開口しており、この散水管の他端はノズル６２に接続されている。上記流下部６３には、樹脂で形成された多孔性の充填材が配置されている。クーリングタワー６０において、水槽部６１に導かれた凝縮水が冷却水に混ざり、この凝縮水が混ざった冷却水がノズル６２に導かれる。ノズル６２から噴射された冷却水は、流下部６３を流れる際にファンからの風で温度が降下して、水槽部６１内に流入する。クーリングタワー６０で冷却された冷却水は、冷却水ポンプＰによって凝縮部５０に戻される。
【００４６】
上記クーリングタワー６０と凝縮部５０との間を循環する冷却水には、複数種類の微生物が含まれている。この冷却水に含まれる微生物は、上述のケーシング１０内の被処理物Ｗに含まれる微生物と概ね同じである。なお、上述の複数の酵素のうちの少なくとも１つを含む微生物であってもよい。この冷却水中の微生物により、凝縮水Ｇ中に含まれる臭気成分や水溶性有害物質等を分解除去する。この微生物による臭気成分等の分解は、クーリングタワー６０及び凝縮部５０の間に形成される冷却水の循環路において広く行われる。特に、流下部６３の充填材を微生物の担体として利用し、この流下部６３で微生物分解を促進するのが好ましい。
【００４７】
上記各実施形態で用いる減圧発酵乾燥装置１は、凝縮水Ｇを冷却水に混ぜることにより臭気成分等の濃度を全体として低減させるので、凝縮水Ｇの臭気成分等が増大しても微生物の処理能力を越える虞が少なくて、安定した微生物処理を行うことができる。また、ケーシング１０内が減圧されていることから、凝縮部５０で冷却水がガスと熱交換する際の冷却水の温度上昇が比較的小さくて、冷却水の温度は概ね４０〜４５℃になる。これにより、冷却水中の微生物が高温によって死滅する不都合が防止され、微生物が安定して活性化され、凝縮水Ｇに安定して微生物処理を施すことができる。また、クーリングタワー６０では、冷却水の蒸発が促進されるのでオーバーフローが殆ど生じない。しかも、凝縮水Ｇ中の臭気成分等は冷却水で薄められて高度に分解除去される。したがって、減圧発酵乾燥装置１の外部に臭気成分や有害成分が排出される不都合を効果的に防止できる。また、水槽部６１には、真空ポンプＶＰによって凝縮水管を経由して凝縮水と共にケーシング１０内の空気が導かれる。この水槽部６１に導かれた空気に含まれる臭気成分等は、水槽部６１内の冷却水や、流下部６３から滴下する冷却水に接触して溶解し、この冷却水の微生物によって分解除去される。このように、クーリングタワー６０は、ケーシング１０から導かれる空気のスクラバとしても機能する。
【００４８】
また、クーリングタワー６０では凝縮水Ｇが補給されるので、水槽６１への補給清水ｇの量は少なくてすむ。凝縮水Ｇはダストセパレータ（図示は省略）を通してから水槽部６１に供給される。水槽部６１には、臭気成分や所定成分を除去するための触媒を設けてもよい。また、流下部６３の充填材に、上記触媒を含ませてもよい。
【００４９】
上記各実施形態で用いる減圧発酵乾燥装置１は、真空ポンプＶＰでケーシング１０内を減圧することにより、被処理物Ｗと冷却水との両方における微生物処理を有効にしている。すなわち、ケーシング１０内を減圧し、被処理物Ｗに主に含まれる水分の沸点を１００℃よりも低くすることにより、被処理物Ｗの加熱に伴う微生物の死滅を防止する。これと共に、凝縮部５０でのガスの凝縮温度を降下させて、凝縮部５０でガスと熱交換する冷却水の温度上昇を少なくして、冷却水の温度上昇に起因する微生物の死滅を防止する。その結果、被処理物Ｗの腐敗を防止して臭気成分等の生成量を抑制でき、しかも、臭気成分等の分解除去効率を向上できる。
【００５０】
図４は、回転体の変形例を示す断面図である。この回転体２０’は、撹拌棒２２に代えて螺旋管２２’を中空回転軸２１’の周囲に設けて形成している。回転体２０’は、中空回転軸２１’の周囲にその中空部に一端部と他端部とが接続され、回転軸２１’の周囲に前記送り部を形成するように螺旋状に巻装された螺旋管２２’と、螺旋管の外周面に取り付けられた掻き取り部４０とを有しており、中空蒸気室を回転軸中空部２１ｃ’と螺旋管中空部２２ｃ’とによって構成している。スクレーパ４０は、螺旋管２２’の外周部に周囲方向に９０度ピッチで、また長手方向において螺旋ピッチで突設された棒２５の先端に取り付けられている。螺旋管２２’は、下流側での加熱能力の大幅な低下を防ぐために、長手方向において２ブロックＡ、Ｂに分割されていて、各ブロックＡ、Ｂの螺旋管上流端が、同じ高温度の加熱蒸気を取り込むように回転軸２１’の回転軸蒸気室２１ｃ’の上流部分２１ｃ”に接続され、下流端が回転軸蒸気室２１ｃ’に接続されている。更に、螺旋管２２’の上流側の一端部と下流側の他端部の両外側に一周に渡って前記撹拌棒２２と撹拌棒の周囲に取り付けられ且つ送り部を構成する放熱板２３とを設けることで、被処理物Ｗの供給部１１ａと搬出部１２ｂの個所において取り込み能力と排出能力を強化することができる。また、螺旋管２２’は大きな表面積を有して被処理物Ｗとの接触面積が大きいので、内部に供給される加熱蒸気の熱を被処理物Ｗに効率良く伝えて、乾燥効率の向上を図ることができる。したがって、水分含有量の高い余剰汚泥等の乾燥に好適である。
【００５１】
参考例の固形燃料の製造方法では、上記構成の減圧乾燥発酵装置を用いて、余剰汚泥に木屑及び紙屑が混合されてなる水分含有量８０％の混合物に、約１時間の減圧発酵脱臭と約３０分の減圧加熱乾燥を行うことにより、水分含有量が約１５％で臭気が殆ど無い粉状の脱臭乾燥物が得られる。
【００５２】
上記脱臭乾燥工程を経た脱臭乾燥物と、約２〜５ｃｍの寸法に粉砕された廃プラスチックとを定量供給機に投入して混合する。脱臭乾燥物と廃プラスチックの混合比率は、圧縮成形後に得られる固形燃料の熱量が５０００〜６５００kcal/kgとなるように調整する。例えば、脱臭乾燥物に対して、廃プラスチックを９０〜１５０％の割合で混合するのが好ましい。定量供給機は、ドラム状の貯留混合タンクと、この貯留混合タンクの底面近傍に配置されてタンク内に投入された材料を攪拌する攪拌羽と、貯留混合タンクの底から材料を切り出すスクリューコンベヤとを備えたものを用いることができる。定量供給機は、所定量の材料を切り出して圧縮成形工程に送る。
【００５３】
実施形態の固形燃料の製造方法では、上記構成の減圧乾燥発酵装置を用いて、水分量が９０％程度の余剰汚泥を、約３時間の減圧発酵脱臭と約３時間の減圧加熱乾燥とからなる脱臭乾燥工程を、初期運転と定量運転とで２サイクル行うことにより、水分含有量が約１５％で臭気が殆ど無い粉状の脱臭乾燥物が得られる。なお、減圧発酵脱臭と減圧加熱乾燥の処理時間は、他の処理時間であってもよく、また、初期運転と定量運転とで処理時間を異ならせてもよい。
【００５４】
実施形態において、上記脱臭乾燥工程のサイクルを行って得た脱臭乾燥物は、参考例と同様の定量供給機に一旦貯蔵し、この定量供給機によって所定量の材料を切り出して圧縮成形工程に送る。
【００５５】
圧縮成形工程では、以下の圧縮成形装置を用いるのが好ましい。
【００５６】
図５は、上記各実施形態の固形化燃料の製造方法に用いられる圧縮成形装置１００を示す平面図であり、図６は圧縮成形装置１００の側面図である。
【００５７】
この圧縮成形装置１００は、２軸のスクリューによって材料の逆流を阻止しつつ混練、圧縮及び成形を行う所謂マルチフォーマーであり、材料の圧縮により発生する摩擦熱を利用して高効率に加熱圧縮成形を行うものである。
【００５８】
この圧縮成形装置１００は、被処理物の混練、圧縮及び成形を行う処理部１０１と、この処理部１０１を駆動するギヤボックス１０３、減速機Ｖ、伝動装置Ｔ及びモータＭ２とで大略構成されている。
【００５９】
上記処理部１０１は、被処理物の投入口１１２が上側面に形成されたケーシング１１１内に、被処理物を混練及び圧縮する１対の螺旋軸１０２，１０２を収容している。上記ケーシング１１１のギヤボックス１０３と反対側の端部にフランジ１１３が形成され、このフランジ１１３に端面板１０５がボルトで固定されている。この端面板１０５には、圧縮された被処理物を断面円形に成形して排出する複数の成形ノズル１５３が取り付けられている。この端面板１０５の側面と、フランジ１１３の縁部とがリンクヒンジ装置１５１で接続されており、上記ボルトを外した状態の端面板１０５がリンクヒンジ装置１５１によって回動可能になっている。
【００６０】
ケーシング１１１のギヤボックス１０３側の面には、ギヤボックス１０３から延びる一対の回転軸１７０の先端が臨んでおり、この回転軸１７０，１７０の先端に、断面六角形の駆動軸１７２が連なっている。一対の駆動軸１７２は、端面板１０５の内側面の近傍まで互いに平行に延びている。この一対の駆動軸１７２に、上記螺旋軸１０２，１０２が取り付けられている。
【００６１】
螺旋軸１０２は、上記駆動軸１７２に取り付けられる軸部と、この軸部の周面に形成された螺旋羽根部とを有する。一対の駆動軸１７２，１７２に取り付けられた一対の螺旋軸１０２，１０２は、螺旋羽根部が互いに逆回りに形成されており、軸部の延在方向から見て螺旋羽根部が重なり合うように配置されている。一対の回転軸１７０，１７０は、矢印Ｒ１，Ｒ２で示すように互いに逆向きに回転駆動される。これにより、螺旋軸１０２は、螺旋羽根部が上から下に向かって重なり合うように回転駆動されて、ケーシング１１１内に投入された被処理物を挟み込み、混練及び圧縮しながら端面板１０５側に移送するように形成されている。
【００６２】
ギヤボックス１０３内には、上記一対の回転軸１７０，１７０と、この一対の回転軸１７０，１７０に各々設けられて互いに噛み合う平歯車１７１が収容されている。一対の回転軸１７０，１７０のうちの一方は、ギヤボックス１０３に隣接して設けられたカップリング１０４に接続されている。上記カップリング１０４は減速機Ｖに接続されており、モータＭ２から伝動機Ｔを介して伝達された回転力が、この減速機Ｖで減速され、カップリング１０４を介して上記一方の回転軸１７０に伝達される。この一方の回転軸１７０から平歯車１７１を介して他方の回転軸１７０に回転力が伝達されて、上記一対の回転軸１７０，１７０が互いに反対方向に等速で回転するように形成されている。
【００６３】
ケーシングのフランジ１１３には、切断機１０６が切断機ヒンジ１６１を介して取り付けられており、この切断機１０６によって、上記端面板１０５の成形ノズル１５３から排出された棒状の被処理物を切断する。この切断機１０６は、一端に連結された回転軸周りに回転する回転刃１６１，１６１と、この回転刃１６１を駆動する回転刃モータ１６３を備える。上記切断機の切断機ヒンジ１６１は、上記端面板１０５のリンクヒンジ装置１５１が固定された縁と反対側の縁に固定されていて、端面板１０５が回動する方向と逆方向に切断機１０６が回動可能になっている。この切断機１０６は、端面板１０５がケーシングの端部を閉じた状態で、この端面板１０５の外側面に配置される。端面板１０５を開く場合は、切断機１０６を図１に示すような開き位置に回動させた状態で、この切断機１０６の回動方向と逆方向に端面板１０５を回動させる。これにより、端面板１０５の保守作業や、この端面板１０５を開放して行うケーシング１１１内の螺旋軸１０２の保守作業や、ケーシング１１１内のライニング片（ライニング片については後述する）の保守作業を容易に行うことができる。
【００６４】
図７Ａは、処理部１０１内を示す断面図である。
【００６５】
処理部１０１内に収容された一対の螺旋軸１０２，１０２は、ケーシング１１１内の投入口１１２側から端面板１０５側に向かって、順に、第１螺旋軸１２１と、第２螺旋軸１２２と、第３螺旋軸１２３とで形成されている。各螺旋軸１２１，１２２，１２３は、軸部１２１ａ，１２２ａ，１２３ａと、螺旋羽根部１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂとで形成されている。第１及び第２螺旋軸の軸部１２１ａ，１２２ａは、駆動軸１７２に挿通される断面六角形の貫通孔１２１ｃ，１２２ｃが中心軸と同軸に形成されている。一方、第３螺旋軸の軸部１２３ａは、駆動軸１７２の先端部に嵌合する断面六角形の有底孔１２３ｃが中心軸と同軸に形成されている。この第３螺旋軸の軸部１２３ａの端面には、上記有底孔１２３ｃに連なるボルト孔１２４が設けられている。上記駆動軸１７２に、上記貫通孔１２１ｃ，１２２ｃが挿通されて第１及び第２螺旋軸１２１，１２２が取り付けられ、上記有底孔１２３ｃが嵌合して第３螺旋軸１２３が取り付けられる。この第３螺旋軸１２３の端面のボルト孔１２４にボルト１２５を挿通し、このボルト１２５を駆動軸１７２に螺着して、第１乃至第３螺旋軸１２１，１２２，１２３を駆動軸１７２に固定している。
【００６６】
図７Ｂは、上記螺旋軸１０２を構成する第１、第２及び第３螺旋軸１２１，１２２，１２３を抜き出して示した断面図である。上記第１螺旋軸１２１と、第２螺旋軸１２２と、第３螺旋軸１２３は、この順に、軸部１２１ａ，１２２ａ，１２３ａの径Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３が大きく形成されている。また、螺旋羽根部１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂのピッチＰ１，Ｐ２，Ｐ３が、この順に小さく形成されている。更に、螺旋羽根部１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂの厚みＴ１，Ｔ２，Ｔ３が、この順に大きく形成されている。これにより、各螺旋軸１２１，１２２，１２３の表面と、ケーシング１１１の内側面との間に形成される処理室の容積を、上記第１螺旋軸１２１と、第２螺旋軸１２２と、第３螺旋軸１２３との順に小さくしている。したがって、上記第１螺旋軸１２１、第２螺旋軸１２２及び第３螺旋軸１２３は、被処理物を、噛み込み等の不都合を生じることなく確実に移送し、しかも、順次大きい圧縮力を被処理物に与えることができる。上記処理室の第１螺旋軸１２１に面する部分の容積に対して、上記処理室の第３螺旋軸１２３に面する部分の容積を、１／２から１／３の間の比（以下、減容比という）となるように形成している。このような減容比を有する螺旋軸１０２を用いることにより、投入時にカサ比重が０．０２５の被処理物を、端面板の成形ノズル１５３からの排出時には、カサ比重が概ね０．４５から０．５の間となる程度に圧縮できる。また、投入時にカサ比重が０．０２５の被処理物を、成形ノズル１５３からの排出時には、真比重が概ね０．８から１の間となる程度に圧縮できる。
【００６７】
第２螺旋軸の軸部１２２ａの第１螺旋軸側１２１の端部と、第３螺旋軸の軸部１２３ａの第２螺旋軸側１２２の端部は、夫々テーパー状に形成している。これにより、被処理物を第１乃至第３螺旋軸１２１，１２２，１２３によって順次移送するとき、軸部１２１ａ，１２２ａ，１２３ａの径が順次大きくなっても、被処理物に与える抵抗が少なくなるようにしている。
【００６８】
また、上記第１螺旋軸１２１と、第２螺旋軸１２２と、第３螺旋軸１２３は、いずれも、螺旋羽根部１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂの巻き数を１巻きに形成している。すなわち、各螺旋軸の螺旋羽根部１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂの一端が、軸方向から見て、その螺旋羽根１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂの他端と略同じ周方向位置にある。これにより、各螺旋軸１２１，１２２，１２３の製造を容易にし、また、各螺旋軸１２１，１２２，１２３の修理及び交換等の保守作業を行い易くしている。
【００６９】
第３螺旋軸１２３は、螺旋羽根部１２３ｂの端に、軸部１２３ａの中心軸と略直角に延在する平面部を有する。この平面部が端面板１０５の内側面に近接配置されて第３螺旋軸１２３が回転駆動されることにより、高密度に圧縮された被処理物を端面板１０５の成形ノズル１５３から確実に押し出すようにしている。この第３螺旋軸１２３は、被処理物に各螺旋軸１２１，１２２，１２３が与える圧縮力のうち最大の圧縮力を与えるので、磨耗量が他の螺旋軸よりも多く、また、被処理物に混入する金属片等によって欠けが生じやすい。そこで、第３螺旋軸１２３を、クロム鋼で形成した基部と、この基部の表面に溶接によって形成された肉盛部とで構成している。この肉盛部は、例えばタングステンカーバイド系材料等のような耐磨耗材料を用いて形成するのが好ましい。
【００７０】
ケーシング１１１内には、第２及び第３螺旋軸１２２，１２３を取り囲む複数のライニング片１１５，１１５，・・・が配置されている。この複数のライニング片１１５と、第２及び第３螺旋軸１２２，１２３の外側面との間に、被処理物の処理室を形成している。ライニング片１１５は、第２及び第３螺旋軸１２２，１２３の軸直角方向に８個設けられていると共に、第２及び第３螺旋軸１２２，１２３の軸方向に２列設けられている。軸方向の２列のライニング片１１５は、第２螺旋軸１２２の周りに概ね沿う列と、第３螺旋軸１２３の周りに概ね沿う列とで構成されている。
【００７１】
上記ライニング片１１５は、処理室の外壁の一部を構成する本体と、この本体の外側面に設けられた棒状の突出部を備え、この突出部に軸直角方向に延びる楔孔が設けられている。この突出部を、ケーシング１１１に形成された貫通孔から外側に突出させて、ケーシング１１１の外側に配置した楔孔に楔を挿入して、ライニング片１１５をケーシング１１１に固定している。こうして、簡易な構成でライニング片１１５をケーシング１１１に容易に着脱可能にしている。
【００７２】
図８Ａは、端面板１０５を示す正面図であり、図８Ｂは、端面板１０５をケーシング１１１に取り付けた様子を示す平面図である。
【００７３】
端面板１０５は、図８Ａに示すように、第３螺旋軸の平面部が近接して通過する領域に、複数の排出孔１５２，１５２・・・が設けられており、この排出孔１５２に成形ノズル１５３が挿入されている。排出孔１５２の表裏両側の開口には段部が形成されており、ノズルの端部に設けられたフランジを排出孔の段部に係止させて、排出孔１５２に成形ノズル１５３を取り付けるようにしている。成形ノズル１５３は、図７Ａに示すように、フランジ１５３ａをケーシング１１１内に向けて、排出孔１５２内に取り付けられる。上記成形ノズル１５３の先端部分は、５ｍｍ〜１０ｍｍの長さにわたって、端面板１０５の表面から外側に突出している。端面板１０５は、縁部の全周に亘って貫通孔１０５ａが設けられており、この貫通孔１０５ａに挿通されるボルトによって、ケーシングのフランジ１１３に固定される。
【００７４】
端面板１０５には、上下方向に伸びる線形のヒータ１５４が内蔵されている。このヒータ１５４は、電気抵抗により発熱を行う抵抗加熱式のヒータである。このヒータ１５４は、幅方向に複数列配置され、かつ、厚み方向に２列配置されている。ヒータ１５４を端面板１０５の厚み方向に２列配置することにより、取り付け面を表裏両面の間で交換した場合においても、被処理物の加熱特性が殆ど変わらないようにできる。また、厚み方向の一方のヒータ１５４が故障しても、他方のヒータ１５４によって被処理物を加熱することができるので、加熱機能の信頼性を向上できる。
【００７５】
端面板１０５には、温度センサ１５５が設けられている。詳しくは、端面板１０５から突出した成形ノズル１５３の先端部分の外側面に、スリーブ状の温度センサ１５５が嵌め込まれている。なお、板状の温度センサを、バンドなどで成形ノズル１５３の先端部に固定してもよい。この温度センサ１５５によって、ケーシング１１１内から押し出される処理後の被処理物の温度を検出する。温度センサ１５５はヒータ制御部に接続されている。なお、温度センサは、端面板１０５内に内蔵されていてもよい。詳しくは、複数の排出孔１５２のうちの所定の排出孔１５２の内側面に、受熱部が露出するように、本体を端面板１０５内に埋め込まれていてもよい。あるいは、成形ノズル１５３から排出されて下方のバケットに落下した固形燃料の温度を、赤外線温度センサで検出してもよい。要は、螺旋軸１０２によって処理された被処理物の温度を検出できればよい。温度センサによる検出データに基づき、ヒータ制御部がヒータ１５４の温度を制御して、成形ノズル１５３から押し出される被処理物の温度を１００〜１８０℃にしている。
【００７６】
端面板１０５の上端には、端子ケース１５６が取り付けられている。この端子ケース１５６は、上記１１２本のヒータ１５４に接続された電力配線を収容しており、この電力配線に連なるコネクタが、端子ケース１５６の側面に設けられている。また、端子ケース１５６は、上記温度センサ１５５に接続された信号配線を収容しており、この信号配線に連なるコネクタ１５７が上端に設けられている。更に、上記端子ケース１５６は、吊ボルト１５８で端面板１０５の上端に連結されており、端子ケース１５６の上面に固定されたアイボルト１５９を吊り下げることにより、端子ケース１５６を介して端面板１０５を吊り下げ可能になっている。なお、図８Ｂでは、端子ケース１５６を図示していない。
【００７７】
端面板１０５をケーシングのフランジ１１３に回動可能に接続するリンクヒンジ装置１５１は、リンク機構を含んで形成されている。詳しくは、リンクヒンジ装置１５１は、図８Ｂに示すように、端面板１０５の側面に固定された端面板側金具１５１ａと、フランジ１１３の前面の縁の近傍に固定されたフランジ側金具１５１ｂとの間を、２つの中間アーム１５１ｃ，１５１ｃで接続している。端面板側金具１５１ａと中間アーム１５１ｃとの間と、２つの中間アーム１５１ｃ，１５１ｃの間と、中間アーム１５１ｃとフランジ側金具１５１ｂとの間は、ピン１５１ｅによって互いに回動自在に接続している。このリンクヒンジ装置１５１は、２つの中間アーム１５１ｃ，１５１ｃの間の角度が変化しつつ、端面板側金具１５１ａに対して一方の中間アーム１５１ｃが回動し、かつ、フランジ側金具１５１ｂに対して他方の中間アーム１５１ｃが回動する。これにより、端面板１０５が回動可能であり、かつ、厚み方向に水平移動が可能になっている。端面板１０５を厚み方向に水平移動可能に形成することにより、ケーシングのフランジ１１３と、端面板１０５との間に枠状のスペーサを挟んだ状態で、端面板１０５をフランジ１１３に固定できる。なお、回動機能のみを有するヒンジによって端面板１０５をケーシングのフランジ１１３に取り付けた場合、スペーサを挟んで端面板１０５をフランジ１１３に固定しようとすると、スペーサの厚みにより、端面板１０５のヒンジから遠い部分がフランジ１１３に密着できない。
【００７８】
上記端面板１０５は、両側面に、端面板側金具１５１ａが取り付けられる複数のボルト孔１０５ｂ，１０５ｂ，・・・を有する。また、端面板１０５は、排出孔１５２に、ノズルのフランジ１５３ａが係止する段部１５２ａが表裏両面に形成されている。これにより、端面板１０５は、ケーシング１１１内部に向かって取り付けられる取り付け面が、表裏両面の間で交換可能になっている。したがって、端面板１０５は、第３螺旋軸１２３による被処理物の高い圧縮力を受けて磨耗量が比較的大きいにもかかわらず、両面を交換して使用できるので、比較的長い使用寿命が得られる。
【００７９】
上記構成の圧縮成形装置１００により、脱臭乾燥工程を経た低熱量成分としての余剰汚泥及び増量成分としての紙屑、木屑と、高熱量つなぎ成分であるプラスチックとが混合された被処理物を、以下のようにして混練、圧縮及び成形する。
【００８０】
まず、端面板のヒータ１５４に電力を供給し、端面板１０５の予備加熱を行う。これにより、前回の運転の終了時に残留して固化した成形ノズル１５３内の被処理物を溶融して、成形ノズル１５３から排出し易くする。
【００８１】
続いて、モータＭ２を起動し、モータＭ２の回転力を、伝動機Ｔ、減速機Ｖ及びカップリング１０４を介して回転軸１７０に伝達する。ギヤボックス１０３内の一対の回転軸１７０が互いに逆向きに回転し、駆動軸１７２に取り付けられた一対の螺旋軸１０２，１０２がケーシング１１１内で互いに逆向きに回転する。一対の螺旋軸１０２，１０２は、平面視において幅方向の内側に向かうと共に、正面視において上から下に向かう方向に回転する。螺旋軸１０２は３０ｒｐｍ（回転毎分）以上６０ｒｐｍ以下の比較的低速度で回転するのが好ましい。
【００８２】
こうして処理部１の駆動が開始されると、ケーシング１１１の投入口１１２に、定量供給機から切り出された被処理物の投入が開始される。
【００８３】
ケーシング１１１内では、投入された被処理物を、一対の第１螺旋軸１２１によって挟み込み、混練し、強力な挟み込み力によって第２螺旋軸１２２側に確実に移送する。第２螺旋軸１２２は、この第２螺旋軸１２２とライニング片１１５との間に形成された処理室内に被処理物を導いて、被処理物の混練及び圧縮を行う。上記処理室内に導かれた被処理物を、上記第２螺旋軸１２２の回転動作によって端面板１０５側に送りながら混練及び圧縮するので、被処理物の逆流を効果的に防止する。続いて、第３螺旋軸１２３が、この第３螺旋軸１２３とライニング片１１５との間に形成された処理室内に被処理物を導いて、更なる混練と圧縮を行う。第１、第２及び第３螺旋軸１２１，１２２，１２３は、この順に、軸部１２１ａ，１２２ａ，１２３ａの径Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３が大きく形成され、螺旋羽根部１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂのピッチＰ１，Ｐ２，Ｐ３が大きく形成され、螺旋羽根部１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂの厚みＴ１，Ｔ２，Ｔ３が大きく形成されているので、被処理物の噛み込みや密度の低下等の不都合なく、被処理物を効果的に混練及び圧縮することができる。
【００８４】
また、第１、第２及び第３螺旋軸１２１，１２２，１２３は、順次大きい圧縮力を被処理物に与えて混練を行うことにより、被処理物に圧縮熱と摩擦熱を効果的に生じさせることができる。これにより、被処理物に含まれる例えばプラスチック等の溶融物を効果的に溶融させることができる。この圧縮熱や摩擦熱は、参考例においては、被処理物に含まれる高熱量成分が４０ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下の間であり、また、低熱量成分と増量成分が４５ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下の場合に効果的に生成することができる。このように、被処理物の圧縮熱や摩擦熱によって十分に溶融物を融解できるので、端面板１０５のヒータ１５４によって補助的に加熱するのみにより、被処理物の溶融物を十分に溶解することができる。なお、端面板１０５のヒータ１５４は、被処理物が１００℃以上１８０℃以下の範囲の温度となるように加熱を行うのが好ましい。被処理物を１００℃以上にすることにより、溶融物を十分に溶解することができる一方、被処理物を１８０℃以下にすることにより、塩素系ガスの発生を防止することができる。
【００８５】
第３螺旋軸１２３に導かれて高圧力で圧縮された被処理物は、溶融物が溶融した状態で、端面板１０５の成形ノズル１５３から棒状に押し出される。押し出された棒状の被処理物は、切断機１０６によって所定長さに切断され、下方に配置されたバケット内に落下して回収される。所定長さに切断された棒状の被処理物は、温度が降下するに伴って溶融物が固化して、固形燃料となる。なお、切断後の被処理物を、冷却装置によって冷却してもよい。
【００８６】
参考例では、以上のようにして得られた固形燃料は、水分量が１５％以下、好ましくは１０％以下であり、また、５０００〜６５００kcal/kgの熱量を有するので、石炭代替用途の燃料としての利用が可能である。
【００８７】
また、実施形態では、以上のようにして得られた固形燃料は、水分量が１５％以下、好ましくは１０％以下であり、また、３３００〜３８００kcal/kgの熱量を有するので、木屑・紙屑の代替用途の燃料としての利用が可能である。
【００８８】
以上のように、参考例によれば、余剰汚泥等の有機廃棄物と、木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つからなる増量成分との混合物に減圧発酵及び減圧加熱乾燥を行うことによって効果的に脱臭乾燥した後、廃プラスチックからなる高熱量つなぎ成分を添加して混練、圧縮及び成形し、固形化することにより、石炭等と代替可能な固形燃料を製造できる。したがって、従来、余剰汚泥等の有機廃棄物の廃棄に要していた多大な経費の削減を図ることができる。
【００８９】
また、実施形態によれば、余剰汚泥等の有機廃棄物に、脱臭乾燥工程を複数回繰り返すサイクル工程を行うことによって水分と臭気を大幅に削減した後、この有機廃棄物の被処理物のみを材料として圧縮及び成形し、固形化することにより、紙屑や木屑に相当する熱量の固形燃料を製造できる。その結果、有機廃棄物を有効かつ効果的に処理することができ、従来廃棄に要していた多大な経費の削減を図ることができる。
【００９０】
上記各実施形態において、成形装置として２軸のスクリューを有するマルチフォーマーを用いたが、ペレットミルを用いてもよい。図９は、ペレットミルの主要部の一例を示す斜視図である。このペレットミルは、胴部にダイ孔１９０ａが設けられた回転円筒体１９０と、この回転円筒体の内側面に外側面が近接して配置された２つの転動輪１９１，１９１とを備える。転動輪１９１の表面には、被処理物のスリップを低減して取り込みを容易にする多数の軸方向溝が形成されている。回転円筒体１９０と、転動輪１９１，１９１とを夫々矢印Ｒ９１，Ｒ９２で示す方向に回転駆動し、回転円筒体１９０内に被処理物を供給する。被処理物は、回転円筒体１９０の内側面と転動輪１９１の外側面との間に挟み込まれて圧縮され、回転円筒体１９０の胴部のダイ孔１９０ａから外側にペレット状に押し出される。押し出された被処理物は、回転円筒体１９０の胴部に対向して配置された固定刃１９３，１９３によって所定長さに切り取られて、固形燃料が得られる。ペレットミルは、直径が１０ｍｍ程度までの比較的小径の固形燃料を製造するのに好適であり、また、成形前の被処理物の水分量が少なくて被処理物の加熱が不要である場合に好適である。
【００９１】
また、上記各実施形態において、有機廃棄物としては、余剰汚泥のみを用いるのに限られず、一部又は全部に、植物残渣や農水産食品の加工残渣等のような農業廃棄物、水産業廃棄物、農水産加工業廃棄物及び食品工業廃棄物を用いることができる。また、参考例の高熱量つなぎ成分の廃プラスチックとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、アクリル、ポリウレタン及びポリスチレン等の単体に加えて、各種合成樹脂の複合体も利用することができる。また、参考例の増量成分の紙屑としては、新聞紙、コピー用紙及びダンボール等を用いることができ、木屑としては、パレット、さん木、梱包木材、合板、剪定木屑、木の葉、草及び木の根等を広く用いることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１ 減圧発酵乾燥装置
５ ボイラー
１０ ケーシング
１１ 上部ケーシング
１２ 下部ケーシング
２０ 回転体
５０ 凝縮部
６０ クーリングタワー
Ｇ 凝縮水
ＶＰ 真空ポンプ
Ｗ 被処理物
１００ 圧縮成形装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機廃棄物を脱臭乾燥してなる材料を圧縮成形して固形化してなり、水分量１５％以下の条件下で熱量３３００〜３８００kcal/kgに調整された固形燃料であって、
上記有機廃棄物を脱臭乾燥してなる材料は、減圧発酵乾燥装置で発酵及び乾燥されたものであり、
上記減圧発酵乾燥装置は、
微生物が添加された有機廃棄物が内部に供給され、内部が減圧されるケーシングと、
上記ケーシングの下部に設けられ、内部に熱媒体が供給されて、ケーシング内の有機廃棄物を加熱する加熱部と、
内部に熱媒体が供給される中空回転軸及び送り部と、送り部に固定された掻き取り部を有して回転駆動され、有機廃棄物を加熱しながら攪拌する回転体と、
上記ケーシング内に設けられ、有機廃棄物から生じる蒸気を凝縮する凝縮部と、
上記凝縮部で凝縮された凝縮水と共に、ケーシング内の空気を吸引する真空ポンプと、
上記真空ポンプによって吸引された凝縮水と空気が供給され、微生物が添加されて上記凝縮部との間を循環する冷却水に、上記凝縮水と空気を混合するクーリングタワーと
を有することを特徴とする有機廃棄物を用いた固形燃料。
【請求項２】
有機廃棄物は、余剰汚泥、畜産の糞尿、農業廃棄物、水産業廃棄物、農水産加工業廃棄物及び食品工業廃棄物のうちの少なくとも１つを含む請求項１記載の固形燃料。
【請求項３】
有機廃棄物を、減圧下で発酵脱臭する工程と、減圧下で加熱乾燥する工程とに付して脱臭乾燥する工程と、
上記有機廃棄物を脱臭乾燥する工程を複数回繰り返すサイクル工程と、
脱臭乾燥後の被処理物を圧縮及び成形する工程とを含み、
水分含量１５％以下、かつ、熱量３３００〜３８００kcal/kgに調整され、
上記有機廃棄物を脱臭乾燥する工程は、減圧発酵乾燥装置が利用され、この減圧発酵乾燥装置は、
微生物が添加された有機廃棄物が内部に供給され、内部が減圧されるケーシングと、
上記ケーシングの下部に設けられ、内部に熱媒体が供給されて、ケーシング内の有機廃棄物を加熱する加熱部と、
内部に熱媒体が供給される中空回転軸及び送り部と、送り部に固定された掻き取り部を有して回転駆動され、有機廃棄物を加熱しながら攪拌する回転体と、
上記ケーシング内に設けられ、有機廃棄物から生じる蒸気を凝縮する凝縮部と、
上記凝縮部で凝縮された凝縮水と共に、ケーシング内の空気を吸引する真空ポンプと、
上記真空ポンプによって吸引された凝縮水と空気が供給され、微生物が添加されて上記凝縮部との間を循環する冷却水に、上記凝縮水と空気を混合するクーリングタワーと
を有することを特徴とする有機廃棄物を用いた固形燃料の製造方法。
【請求項４】
上記サイクル工程は、定格量よりも少ない有機廃棄物に脱臭乾燥工程を少なくとも１サイクル行う初期運転と、この初期運転の後に定格量の有機廃棄物に脱臭乾燥工程を行う定量運転とを含む請求項３記載の有機廃棄物を用いた固形燃料の製造方法。
【請求項５】
上記サイクル工程の定量運転が終了する毎に、被処理物の一部を排出すると共に、新たな有機廃棄物を定格量に達するまで供給する請求項４記載の有機廃棄物を用いた固形燃料の製造方法。
【請求項６】
発酵脱臭工程に、海、山及び陸に生息する土着菌を採取、培養して用いる請求項３記載の固形燃料の製造方法。
【請求項７】
上記土着菌がよもぎ、野草、薬草、海辺の草、笹、竹やぶの土、山林の土、魚、海草、果実、パイナップル、リンゴ、ミカン、ビワ及びブドウの少なくとも１つに生息する菌を含み、米ぬか又はおが屑で培養して用いる請求項６記載の固形燃料の製造方法。
【請求項８】
減圧発酵時の減圧条件が減圧乾燥時の減圧条件よりも小さく、減圧発酵から減圧乾燥に移る際に減圧量を次第にまたは段階的に大きくする請求項３記載の固形燃料の製造方法。
【請求項９】
成形時に材料の水分含有量を１５％以下まで加熱乾燥させる請求項３記載の固形燃料の製造方法。
【請求項１０】
上記土着菌が、アルコールデハイドロゲナーゼ、ラクテートデハイドロゲナーゼ、グルコース６リン酸デハイドロゲナーゼ、アルデヒドデハイドロゲナーゼ、Ｌ・アスパルテイト・ベーターセミアルデヒド・ＮＡＤＰオキシドレクターゼ、グルタミン酸デハイドロゲナーゼ、アスパラギン酸セミアルデヒド・デハイドロゲナーゼ、ＮＡＤＰＨ２チクトクロームＣ・リアクターゼ、グルタチオン・デハイドロゲナーゼ、トレハローズリン酸シンテクターゼ、ポリフォスヘエードキナーゼ、エタノールアミンフォスヘエードサイチジル・トランスフェラーゼ、トレハローズフォスファターゼ、メタルチオ・フォスフォ・グリセレート・フォスファターゼ、イヌラーゼ、β−マンノシターゼ、ウリジン・ヌクレオシターゼ、シトシン・ジアミナーゼ、メチルシステインシンテターゼ、アスパラギン酸シンテターゼ、コハク酸デハイドロゲナーゼ、アコニチン酸ハイドロゲナーゼ、フマレイトハイドロゲナーゼ、マレイトデハイドロゲナーゼ、クエン酸シンテターゼ、イソクエン酸デハイドロゲナーゼ、ＬＳＮＡＤＰオキシダクターゼ、モノアミンオキシダクターゼ、ヒスタミナーゼ、ピルビン酸デカルボキシラーゼ、ＡＴＰアーゼ、ヌクレオチドピロフォスファターゼ、エンドポリフォスファターゼ、ＡＴＰフォスフォハイドロラーゼ、オロチジン５リン酸デカルボキシラーゼからなる群から選択された少なくとも１種の酵素を含む請求項６記載の固形燃料の製造方法。
【請求項１】
有機廃棄物を脱臭乾燥してなる材料を圧縮成形して固形化してなり、水分量１５％以下の条件下で熱量３３００〜３８００kcal/kgに調整された固形燃料であって、
上記有機廃棄物を脱臭乾燥してなる材料は、減圧発酵乾燥装置で発酵及び乾燥されたものであり、
上記減圧発酵乾燥装置は、
微生物が添加された有機廃棄物が内部に供給され、内部が減圧されるケーシングと、
上記ケーシングの下部に設けられ、内部に熱媒体が供給されて、ケーシング内の有機廃棄物を加熱する加熱部と、
内部に熱媒体が供給される中空回転軸及び送り部と、送り部に固定された掻き取り部を有して回転駆動され、有機廃棄物を加熱しながら攪拌する回転体と、
上記ケーシング内に設けられ、有機廃棄物から生じる蒸気を凝縮する凝縮部と、
上記凝縮部で凝縮された凝縮水と共に、ケーシング内の空気を吸引する真空ポンプと、
上記真空ポンプによって吸引された凝縮水と空気が供給され、微生物が添加されて上記凝縮部との間を循環する冷却水に、上記凝縮水と空気を混合するクーリングタワーと
を有することを特徴とする有機廃棄物を用いた固形燃料。
【請求項２】
有機廃棄物は、余剰汚泥、畜産の糞尿、農業廃棄物、水産業廃棄物、農水産加工業廃棄物及び食品工業廃棄物のうちの少なくとも１つを含む請求項１記載の固形燃料。
【請求項３】
有機廃棄物を、減圧下で発酵脱臭する工程と、減圧下で加熱乾燥する工程とに付して脱臭乾燥する工程と、
上記有機廃棄物を脱臭乾燥する工程を複数回繰り返すサイクル工程と、
脱臭乾燥後の被処理物を圧縮及び成形する工程とを含み、
水分含量１５％以下、かつ、熱量３３００〜３８００kcal/kgに調整され、
上記有機廃棄物を脱臭乾燥する工程は、減圧発酵乾燥装置が利用され、この減圧発酵乾燥装置は、
微生物が添加された有機廃棄物が内部に供給され、内部が減圧されるケーシングと、
上記ケーシングの下部に設けられ、内部に熱媒体が供給されて、ケーシング内の有機廃棄物を加熱する加熱部と、
内部に熱媒体が供給される中空回転軸及び送り部と、送り部に固定された掻き取り部を有して回転駆動され、有機廃棄物を加熱しながら攪拌する回転体と、
上記ケーシング内に設けられ、有機廃棄物から生じる蒸気を凝縮する凝縮部と、
上記凝縮部で凝縮された凝縮水と共に、ケーシング内の空気を吸引する真空ポンプと、
上記真空ポンプによって吸引された凝縮水と空気が供給され、微生物が添加されて上記凝縮部との間を循環する冷却水に、上記凝縮水と空気を混合するクーリングタワーと
を有することを特徴とする有機廃棄物を用いた固形燃料の製造方法。
【請求項４】
上記サイクル工程は、定格量よりも少ない有機廃棄物に脱臭乾燥工程を少なくとも１サイクル行う初期運転と、この初期運転の後に定格量の有機廃棄物に脱臭乾燥工程を行う定量運転とを含む請求項３記載の有機廃棄物を用いた固形燃料の製造方法。
【請求項５】
上記サイクル工程の定量運転が終了する毎に、被処理物の一部を排出すると共に、新たな有機廃棄物を定格量に達するまで供給する請求項４記載の有機廃棄物を用いた固形燃料の製造方法。
【請求項６】
発酵脱臭工程に、海、山及び陸に生息する土着菌を採取、培養して用いる請求項３記載の固形燃料の製造方法。
【請求項７】
上記土着菌がよもぎ、野草、薬草、海辺の草、笹、竹やぶの土、山林の土、魚、海草、果実、パイナップル、リンゴ、ミカン、ビワ及びブドウの少なくとも１つに生息する菌を含み、米ぬか又はおが屑で培養して用いる請求項６記載の固形燃料の製造方法。
【請求項８】
減圧発酵時の減圧条件が減圧乾燥時の減圧条件よりも小さく、減圧発酵から減圧乾燥に移る際に減圧量を次第にまたは段階的に大きくする請求項３記載の固形燃料の製造方法。
【請求項９】
成形時に材料の水分含有量を１５％以下まで加熱乾燥させる請求項３記載の固形燃料の製造方法。
【請求項１０】
上記土着菌が、アルコールデハイドロゲナーゼ、ラクテートデハイドロゲナーゼ、グルコース６リン酸デハイドロゲナーゼ、アルデヒドデハイドロゲナーゼ、Ｌ・アスパルテイト・ベーターセミアルデヒド・ＮＡＤＰオキシドレクターゼ、グルタミン酸デハイドロゲナーゼ、アスパラギン酸セミアルデヒド・デハイドロゲナーゼ、ＮＡＤＰＨ２チクトクロームＣ・リアクターゼ、グルタチオン・デハイドロゲナーゼ、トレハローズリン酸シンテクターゼ、ポリフォスヘエードキナーゼ、エタノールアミンフォスヘエードサイチジル・トランスフェラーゼ、トレハローズフォスファターゼ、メタルチオ・フォスフォ・グリセレート・フォスファターゼ、イヌラーゼ、β−マンノシターゼ、ウリジン・ヌクレオシターゼ、シトシン・ジアミナーゼ、メチルシステインシンテターゼ、アスパラギン酸シンテターゼ、コハク酸デハイドロゲナーゼ、アコニチン酸ハイドロゲナーゼ、フマレイトハイドロゲナーゼ、マレイトデハイドロゲナーゼ、クエン酸シンテターゼ、イソクエン酸デハイドロゲナーゼ、ＬＳＮＡＤＰオキシダクターゼ、モノアミンオキシダクターゼ、ヒスタミナーゼ、ピルビン酸デカルボキシラーゼ、ＡＴＰアーゼ、ヌクレオチドピロフォスファターゼ、エンドポリフォスファターゼ、ＡＴＰフォスフォハイドロラーゼ、オロチジン５リン酸デカルボキシラーゼからなる群から選択された少なくとも１種の酵素を含む請求項６記載の固形燃料の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２２９４１５（Ｐ２０１０−２２９４１５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１８６８６（Ｐ２０１０−１１８６８６）
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【分割の表示】特願２００７−５６４５７（Ｐ２００７−５６４５７）の分割
【原出願日】平成１９年３月６日（２００７．３．６）
【出願人】（５９１１１９６２４）株式会社御池鐵工所 (86)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【分割の表示】特願２００７−５６４５７（Ｐ２００７−５６４５７）の分割
【原出願日】平成１９年３月６日（２００７．３．６）
【出願人】（５９１１１９６２４）株式会社御池鐵工所 (86)
【Ｆターム（参考）】
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