JP2022012974A - 廃棄物処理システム及び廃棄物処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水分含量の低い廃棄物の処理コストを低減できる廃棄物処理システム及び廃棄物処理システムを提供する。【解決手段】廃棄物処理システムは、廃棄物を加水分解する少なくとも１つの改質装置と、少なくとも１つの改質装置で加水分解された廃棄物のうち少なくとも固体を含む改質物を微生物によって低分子化する微生物反応装置とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、廃棄物処理システム及び廃棄物処理方法に関する。

特許文献１には、下水処理場の余剰汚泥、生ごみのような食品廃棄物、畜産廃棄物等といった、有機性の排水や固形廃棄物を含む有機性廃棄物の処理装置が記載されている。この処理装置では、有機性廃棄物は可溶性の低分子量の有機物に分解された後に固液分離され、分離された液体をメタン発酵することによってバイオガスを生成し、分離された固体を堆肥化することによって肥料を生成することにより、有機性廃棄物が処理される。

特許第４８６４３３９号公報

しかしながら、例えば都市ごみのように、特許文献１に示される有機性廃棄物よりも水分含量の低い廃棄物を処理する場合には、廃棄物を加水分解処理しても、処理物のほとんどは固体であるため、特許文献１の処理装置ではバイオガスの生成量が少なくなってしまう。また、分離された固体からは、肥料だけではなく燃料等も製造できるものの、肥料や燃料を製造することに比べてバイオガスを製造する方が収益は大きいので、特許文献１の処理装置での廃棄物の処理コストが大きくなるといったおそれがあった。

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、水分含量の低い廃棄物の処理コストを低減できる廃棄物処理システム及び廃棄物処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係る廃棄物処理システムは、廃棄物を加水分解する少なくとも１つの改質装置と、前記少なくとも１つの改質装置で加水分解された前記廃棄物のうち少なくとも固体を含む改質物を微生物によって低分子化する微生物反応装置とを備える。

また、本開示に係る廃棄物処理方法は、廃棄物を加水分解するステップと、加水分解された前記廃棄物のうち少なくとも固体を含む改質物を微生物によって低分子化するステップとを含む。

本開示の廃棄物処理システム及び廃棄物処理方法によれば、加水分解された廃棄物を固液分離せずに微生物によって低分子化させて有価物を生成させることができるので、水分含量の低い廃棄物でも低コスト処理することができる。

本開示の実施形態１に係る廃棄物処理システムの構成模式図である。 本開示の実施形態１に係る廃棄物処理システムの改質装置の構成の一例を示す模式図である。 本開示の実施形態１に係る廃棄物処理システムの改質装置の構成の別の例を示す模式図である。 本開示の実施形態１に係る廃棄物処理システムの改質装置の構成のさらに別の例の一部を示す模式図である。 本開示の実施形態２に係る廃棄物処理システムの構成模式図である。 本開示の実施形態２に係る廃棄物処理システムの変形例の構成模式図である。 本開示の実施形態３に係る廃棄物処理システムの構成模式図である。 本開示の実施形態３に係る廃棄物処理システムにおいて、近赤外線センサで取得されたスペクトルデータの一例を示す図である。 本開示の実施形態３に係る廃棄物処理システムにおいて、反応不適物の含有量が異なる複数の改質物のスペクトルデータを示す図である。 本開示の実施形態３に係る廃棄物処理システムにおいて、反応不適物濃度が異なるいくつかの改質物のスペクトルデータを示す図である。 本開示の実施形態３に係る廃棄物処理システムにおいて用いられる、改質物中の反応不適物濃度の検量線である。 本開示の実施形態４に係る廃棄物処理システムの構成模式図である。 本開示の実施形態４に係る廃棄物処理システムの変形例の一部分の構成模式図である。 本開示の実施形態５に係る廃棄物処理システムの構成模式図である。 本開示の実施形態６に係る廃棄物処理システムの構成模式図である。 本開示の実施形態６に係る廃棄物処理システムの変形例の構成模式図である。

以下、本開示の実施の形態による廃棄物処理システム及び廃棄物処理方法について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

（実施形態１）
＜本開示の実施形態１に係る廃棄物処理システムの構成＞
図１に示されるように、本開示の実施形態１に係る廃棄物処理システム１は、例えば都市ごみのような廃棄物を水又は蒸気共存下で加水分解する改質装置２と、改質装置２で加水分解された改質物を微生物によって低分子化する微生物反応装置３とを備えている。廃棄物の一例として挙げた都市ごみは、生ごみ、紙ごみ、プラスチックごみを主成分として、少量の金属が含まれ、含有水分量は比較的少ない特徴がある。廃棄物処理システム１で処理される廃棄物は、都市ごみに限定するものではなく、工場等からの排水を処理することにより生じた汚泥や農業系廃棄物等のように含有水分量が都市ごみよりも多いものも廃棄物処理システム１で処理可能である。

改質装置２は、例えば、廃棄物を収集した車両又はプラント等から廃棄物をそのまま受け入れて蒸気によって廃棄物をバッチ式に加水分解するものであり、具体的には、廃棄物が投入される投入口１１及び改質物が排出される排出口１２を含む筐体１０を備えるバッチ式の改質装置である。投入口１１及び排出口１２にはそれぞれ開閉弁１８，１９が設けられ、開閉弁１８，１９をそれぞれ閉じることにより、筐体１０を密閉できる。改質装置２における廃棄物の加水分解は、蒸気が廃棄物に接触して廃棄物を加熱する湿式の加水分解であってもよいし、蒸気が廃棄物には接触しないで間接的に廃棄物を加熱する乾式の加水分解であってもよい。乾式の加水分解の場合には、筐体１０内の廃棄物中の水分が蒸発して水蒸気となり、その水蒸気によって筐体１０内の廃棄物が均一に加熱される。また、加水分解のためには水分が必要であるが、水蒸気によって水分が廃棄物の表面に付着することで水分が供給される。尚、図１には１つの改質装置２が記載されているが、複数の改質装置２が直列に接続された構成や複数の改質装置２が並列に接続された構成、直列に接続された構成と並列に接続された構成とが組み合わされた構成であってもよい。

改質装置２が湿式の加水分解を行うものの場合、図２に示されるように、改質装置２は一例として、筐体１０内に蒸気が流入するための少なくとも１つの蒸気入口１３と、筐体１０内の気体をパージするための少なくとも１つのパージノズル１４とを筐体１０に設けた構成とすることができる。また、改質装置２が乾式の加水分解を行うものの場合、図３に示されるように、改質装置２は一例として、筐体１０の外面を少なくとも部分的に覆うように設けられたジャケット１５を筐体１０に設けた構成とすることができる。ジャケット１５は、蒸気が流通する蒸気流路を構成する。蒸気が通過する流路は反応器内部や撹拌軸に配置することもできる。図３の形態では、ジャケット１５は、筐体１０内の廃棄物に含まれる水分を廃棄物に接触しないように蒸気の熱によって加熱して廃棄物を加水分解する加熱部を構成する。尚、加熱部は、蒸気が流通する蒸気流路に限定するものではなく、燃焼排ガス等の任意の加熱媒体が流通する流路を構成するものや、電気ヒーター等、廃棄物に直接接触せずに間接的に廃棄物（特に、廃棄物中の水分）を加熱可能なものであってもよい。いずれの形態の改質装置２であっても、筐体１０内には、筐体１０内の廃棄物を攪拌するための撹拌機１６が設けられている。撹拌機１６は、モータ１７によって駆動される。

図１に示されるように、微生物反応装置３の構成については特に限定しないが、改質装置２で廃棄物を加水分解した改質物を原料として、微生物による生物作用を利用して有価物を製造するものであれば、どのような構成でもよく、例えば、メタン等のバイオガスを有価物として製造するバイオガス発酵槽や、デンプンやセルロースのような炭水化物から有価物としての糖を製造する糖化槽、堆肥化して堆肥を製造する堆肥化装置等であってもよい。

＜本開示の実施形態１に係る廃棄物処理システムの動作＞
次に、本開示の実施形態１に係る廃棄物処理システム１の動作について説明する。図１に示されるように、投入口１１を介して筐体１０に受け入れられた廃棄物は、撹拌機１６（図２又は３参照）によって攪拌されながら蒸気によって加熱される。これにより、廃棄物において加水分解反応が起こる。この加水分解の条件は特に限定するものではないが、例えば、生ごみに含まれる細胞から細胞液が流出するように設定することができ、そのような条件として、常温から２５０℃程度の温度及び大気圧から４０気圧程度の圧力とすることができる。

廃棄物中の生ごみには主に、タンパク質、炭水化物、脂肪が含まれているが、生ごみが加水分解されることにより、細胞膜及び細胞壁にピンホールが形成されたり細胞膜及び細胞壁が溶解したりして、細胞液が流出する。これにより、生ごみが微細化され、高分子成分が低分子化される。さらに、酢酸のような揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）が増大する。

廃棄物中の木材のような植物は、それらを構成する疎水性のリグニンやヘミセルロースが加水分解によって親水性の物質に転換されて溶解し、これによりセルロースがむき出しになる。廃棄物中の紙ごみは、表面の薬剤が溶解して親水性となる。また、撹拌機１６によって攪拌されることにより、細かく破砕されて、軟化、小径化される。廃棄物中のプラスチックごみは、加熱されて軟化し、撹拌機１６による攪拌で剪断されて小径化する。

改質装置２において加水分解された廃棄物である改質物には、生ごみ、紙ごみ（木材等も含む）、プラスチックごみから上述のようにして生成した各生成成分と、加水分解によりほとんど影響を受けない少量の金属とが含まれている。上述の組成を有する廃棄物の含有水分量は比較的少ないため、改質物の組成は、液体がごく少量でほとんどが固体成分である。このような改質物を、排出口１２を介して筐体１０から流出させて、微生物反応装置３に移送する。尚、廃棄物が汚泥のように含有水分量が多い場合には、改質物中の液体も多くなるため、スラリー状の改質物となるが、このような場合でも、改質物を固液分離することなく、全量を微生物反応装置３に移送する。微生物反応装置３では、改質物が微生物による生物作用を受けることにより低分子化され、有価物が製造される。

廃棄物中の生ごみは加水分解により微細化されることにより、生ごみ由来成分の表面積が大きくなり、微生物による生物作用を受ける面積が大きくなるので、低分子化が促進される。微細化により生ごみ由来成分の偏在が抑制されて均一化されれば、生物作用の活性を均一化でき、低分子化が安定する。また、ＶＦＡの増大により低分子化が促進される。さらに、生ごみ由来成分が低分子化されることにより、微生物反応装置３内での脂肪泡立ちが抑制される。このような泡立ちが生じると、微生物反応装置３のオーバーフロー口（図示せず）が詰まるトラブルが生じるが、このようなトラブル発生を抑制することができる。

廃棄物中の紙ごみや植物は加水分解でセルロースが剥き出しになることにより、微生物がセルロースにアクセスしやすくなるため、低分子化が促進される。また、加水分解で親水性となり小径化されることにより、微生物反応装置３内でこれらの成分が浮遊しなくなるので、低分子化を阻害するおそれを低減できる。廃棄物中のプラスチックごみも加水分解で小径化することにより、低分子化を阻害するおそれを低減できる。

このように、改質装置２で廃棄物を加水分解した改質物を固液分離せずに微生物反応装置３で低分子化させて有価物を生成させることができるので、水分含量の低い廃棄物でも有価物を生成することができる。また、この廃棄物処理システム１は、改質物を固液分離する装置も必要なく、バイオガス等の単価の高い有価物のみを生成するので、改質物を固液分離し、固液分離した液体からバイオガスを生成するとともに固液分離した固体から燃料や肥料等を製造するシステムに比べて、廃棄物を低コストで処理することができる。

図４に示されるように、実施形態１において、直列に接続された２つの改質装置２（第１改質装置２ａ及び第２改質装置２ｂ）が設けられる場合、第１改質装置２ａと第２改質装置２ｂとの間に固液分離装置７０を設け、第１改質装置２ａの改質物を固液分離して固液分離した固体のみを第２改質装置２ｂに移送するようにしてもよい。固液分離により、メラノイジンの生成原因となるタンパク質などの窒素化合物を液体側へ分離できるので、第２改質装置における加水分解においてメラノイジンの生成を抑制できる。メラノイジンが微生物反応装置３としてのメタン発酵槽に流入するとメタン発酵を阻害する。このため、第１改質装置の改質物を固液分離して固液分離した固体のみを第２改質装置に移送することにより、メタン発酵槽においてメタン発酵が阻害されるおそれを低減することができる。尚、固液分離した液体には窒素化合物が含まれているので、第２改質装置２ｂをバイパスしてこの液体をメタン発酵槽に供給してもよい。これにより、メタン発酵槽に窒素成分を補充することができる。

実施形態１において、改質装置２で廃棄物の加熱用に使用した蒸気を微生物反応装置３へ供給して、微生物反応装置３における微生物反応中の保温用の熱源として利用してもよい。これにより、微生物反応装置３の運転に必要な熱源を別途用意する場合に比べて、運転コストを低下することができる。

（実施形態２）
次に、実施形態２に係る廃棄物処理システムについて説明する。実施形態２に係る廃棄物処理システムは、実施形態１に対して、微生物反応装置３において微生物による低分子化に寄与しない、すなわち低分子化に不適な反応不適物を改質物から分別する分離装置を付加したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

＜本開示の実施形態２に係る廃棄物処理システムの構成＞
図５に示されるように、本開示の実施形態２に係る廃棄物処理システム１は、改質装置２と微生物反応装置３との間に設けられた分離装置４を備えている。分離装置４は、大粒径成分と大粒径成分よりも粒径の小さい小粒径成分とに改質物を分離するものであり、例えば、任意のメッシュサイズを有するスクリーンであり、そのメッシュサイズは大粒径成分と小粒径成分との境界の粒径に相当する。その他の構成は実施形態１と同じである。

＜本開示の実施形態２に係る廃棄物処理システムの動作＞
本開示の実施形態２に係る廃棄物処理システム１では、改質物が分離装置４において大粒径成分と小粒径成分とに分離されて、小粒径成分のみが微生物反応装置３に供給されて、小粒径成分のみを低分子化して有価物を生成する。大粒径成分の主成分は、改質装置２における加水分解によっても比較的大きな粒径を有する成分であり、プラスチックごみに由来するものや金属のように、微生物反応装置３で低分子化され得ないものである。別の言い方をすれば、大粒径成分及び小粒径成分はそれぞれ、微生物反応に対する反応不適物及び反応適合物である。

実施形態２では、このような大粒径成分を分離装置４で改質物から分別し、小粒径成分のみを微生物反応装置３に供給するので、微生物反応装置３へ供給される反応不適物の量を減らすことができる。その結果、微生物反応装置３において低分子化が阻害されるおそれを低減し、低分子化を効率よく行うことができる。

分離装置４の一例としてのスクリーンに関し、全固形濃度（ＴＳ）５３％のごみを加水分解（常温から２４０℃の間の所定の温度まで密閉容器の中で攪拌しながら昇温し、一定時間保持）した後、その改質物を、メッシュを有するスクリーンを通した。その結果、小粒径成分としての反応適合物（紙や厨芥等の有機物）を従来のようにごみをそのまま破砕してスクリーンで分離した場合の回収率４０ｗｔ％に対して、本発明の手法を用いることで回収率８０ｗｔ％を得ることができ、反応適合物中への反応不適物（プラごみ等）の混入割合を１０ｗｔ％以下に低減することができた。このように、スクリーンを用いることで、加水分解した改質物から反応不適物を一定程度除去できることがわかったので、改質装置２と微生物反応装置３との間に分離装置４を設けることで、微生物反応装置３において低分子化が阻害されるおそれを低減し、低分子化が効率よく行われ得ることが推定できる。この実施例では、粒径の違いに基づく分離事例を示したが、分離の手段としては、比重分離、風選分離、湿式分離等を用いることもできる。このため、分離装置４としても、比重分離、風選分離、湿式分離等を用いた装置またはそれらの組み合わせとすることもできる。微生物反応装置３がメタン発酵槽である場合には水分を補給する必要があるため、湿式分離が好適であり、微生物反応装置３が堆肥化装置である場合には低水分とする必要があるため、風選分離やスクリーンによる分離が適している。小粒径成分の回収率向上のために、エアジェットスプレー等を使用してもよい。

尚、実施形態２において、含有水分量が比較的高い汚泥のようなものを処理する場合には、改質装置２から流出する改質物のＴＳが低くなることから、分離装置４において反応不適物の分別が上手く行えないおそれがある。このような場合には、改質装置２において加水分解を行った後、パージノズル１４（図２参照）を一定時間開放することで真空乾燥と同様な操作を行うことにより、改質物の含有水分量を低減して、改質物のＴＳを調整することもできる。この場合、パージノズル１４は、改質物の含有水分量を調整する水分調整装置を構成する。この形態に関し、図６に示されるように、改質装置２と分離装置４とを連通する改質物移送ライン５に、改質物の含有水分量を調整可能な水分調整装置としての任意の構成の乾燥装置７１を設けてもよい。この場合、水分調整装置として脱水装置を設けてもよい。また逆に、水分調整装置は、加水分解された改質物の流動性を増すために、改質物に水分を加えて含有水分量を増加するように改質物のＴＳを調整することもできる。この場合、水分調整装置として水スプレーを設けてもよい。さらに、分離装置４において分離された小粒径成分に水分を加え、必要以上の水分が除去されるように水分調整装置を構成すれば、この水分調整装置は、反応適合物に付着した反応適合物を洗浄する洗浄装置としても機能することができる。これにより、反応適合物中のメラノイジンのような発酵阻害物質の含有量を低減した上で、反応適合物を微生物反応装置３へ供給できるので、微生物反応装置３において反応が阻害されるおそれを低減することができる。また、分離装置４において分離された大粒径成分である反応不適物を洗浄する洗浄装置として水分調整装置を用いれば、反応不適物に付着した小粒径成分を反応適合物として回収することができ、反応適合物の回収率を向上することができる。尚、水分調整装置は分離装置４の内部に設けることもできる。改質物移送ライン５は、改質物がスラリー状の場合は配管であってもよく、改質物が固体の場合にはコンベア等であってもよい。改質物が固体であっても空気等で圧送可能であれば、改質物移送ライン５は配管であってもよい。

（実施形態３）
次に、実施形態３に係る廃棄物処理システムについて説明する。実施形態３に係る廃棄物処理システムは、実施形態２に対して、改質物中の反応不適物含有量を推定するようにしたものである。尚、実施形態３において、実施形態２の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

＜本開示の実施形態３に係る廃棄物処理システムの構成＞
図７に示されるように、実施形態３において、改質物移送ライン５と、分離装置４と微生物反応装置３とを連通する改質物移送ライン７とのそれぞれに、ハイパースペクトルカメラ等の近赤外線センサ６１，６２が設けられている。近赤外線センサ６１，６２はそれぞれ、制御装置３６に電気的に接続されている。改質物移送ライン７の具体的構成は改質物移送ライン５と同じである。その他の構成は実施形態２と同じである。

＜本開示の実施形態３に係る廃棄物処理システムの動作＞
実施形態３の動作は基本的に実施形態２と同じである。実施形態３では、改質物が改質装置２から微生物反応装置３まで移送される間に、近赤外線センサ６１，６２が改質物のスペクトルデータを取得し、取得されたスペクトルデータが制御装置３６に伝送され、制御装置３６がスペクトルデータに基づいて改質物中の反応不適物含有量を推定する動作を行う点が、実施形態２と異なる。以下では、実施形態２と異なる動作について説明する。

近赤外線センサ６１，６２で取得されたスペクトルデータの一例を図８に示す。制御装置３６には予め、図９においてａ、ｂ、ｃ（３つに限定せず、４つ以上であってもよい）のように示されるように、反応不適物の含有量が異なる改質物のスペクトルデータをデータベースとして保存しておく。制御装置３６は、取得されたスペクトルデータ（図８）を、加重平均法やカーネル法等の手段を用いて、データベースとして保存されている複数のスペクトルデータの組み合わせにより同定し、その重み付け値に基づいて、反応不適物濃度を推定することができる。

別の例として、例えば、図１０に示されるように、反応不適物濃度が異なるいくつかの改質物のスペクトルデータ（図１０では１０％、５０％、１００％としているが、これらはあくまでも例示である）を取得しておき、各スペクトルデータにおける異なる２つの特定波長（例えば１５００ｎｍ及び１７００ｎｍ）間における強度の変化を読み取り、図１１に示されるように、反応不適物の濃度と異なる２つの特定波長間における強度の変化との関係（検量線）を予め作成し、制御装置３６に保存しておく。制御装置３６は、近赤外線センサ６１，６２で取得されたスペクトルデータの特定波長における吸光度を読み取り、この検量線に基づいて、改質物中の反応不適物濃度を推定することができる。

さらに別の例として、近赤外線センサ６１，６２の他に、例えば圧電センサ等を設け、移送中の改質物の重量を計測する。近赤外線センサ６１，６２を用いて取得したスペクトルデータから反応不適物の種類についても推定可能であるので、反応不適物の種類と、改質物の重量とから、移送される改質物中の反応不適物と反応適合物との重量比率を推定することもできる。

このようにして推定された改質物中の反応不適物の含有量に基づいて、改質装置２及び分離装置４の異常や、改質装置２に投入される廃棄物の異常を検知することができる。

実施形態３では、近赤外線センサ６１，６２によって改質物中の反応不適物含有量を推定しているが、この形態に限定するものではない。近赤外線センサを用いて、改質装置２に投入される廃棄物の性状を予測することもできる。例えば、近赤外線センサが廃棄物のスペクトルデータを取得し、取得したスペクトルデータから、水分／タンパク質／炭水化物／脂肪／プラスチック成分等の割合を把握することができる。このようにして得られた廃棄物の性状に基づいて、改質装置２における加水分解条件（温度／圧力／時間／攪拌回転数等）を設定することができる。また、分離装置４の分離条件（メッシュサイズ、含水率、振動数等）を設定することもできる。尚、近赤外線センサ６１，６２の代わりにデジタルカメラを使用し、デジタルカメラで撮影した画像に基づいて廃棄物の性状を予想してもよい。

尚、廃棄物の受け入れルートが明確である等の理由によって廃棄物の性状が予め分かっている場合には、その性状に基づいて、改質装置２における加水分解条件や分離装置４の分離条件を設定すればよい。その他にも、廃棄物の性状は、廃棄物の性状に関する情報、例えば、廃棄物の収集日やイベントカレンダー（廃棄物の種別に関する情報）、過去の廃棄物の分析結果、あるいは地域の購買情報など、それらを用いたＡＩ予測等を用いることで推定可能である。すなわち、制御装置３６は検知装置として、廃棄物の性状に関する情報を、改質装置２における廃棄物の加水分解状況の指標として検知し、続いて、制御装置３６は、この指標に基づいて加水分解状況を推定してもよい。

（実施形態４）
次に、実施形態４に係る廃棄物処理システムについて説明する。実施形態４に係る廃棄物処理システムは、実施形態１～３のいずれかに対して、改質装置２における廃棄物の加水分解状況に基づいて加水分解条件を調整するようにしたものである。以下では、実施形態２に対して加水分解条件を調整するようにした形態で実施形態４を説明するが、実施形態１又は３に対して加水分解条件を調整するようにして実施形態４を構成してもよい。尚、実施形態４において、実施形態２の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

＜本開示の実施形態４に係る廃棄物処理システムの構成＞
実施形態４において、微生物反応装置３は、メタン等のバイオガスを製造するバイオガス発酵槽３ａとして説明する。図１２に示されるように、本開示の実施形態４に係る廃棄物処理システム１は、バイオガス発酵槽３ａで生成されたバイオガスを貯槽するガスホルダ３１と、ガスホルダ３１に貯槽されているバイオガスを燃料として蒸気を発生する燃焼ボイラ３２と、ガスホルダ３１に貯槽されているバイオガスを燃料として駆動されるガスエンジン３３と、ガスエンジン３３の排ガスの熱により蒸気を発生する排ガスボイラ３４と、バイオガス発酵槽３ａの発酵残渣を脱水する脱水装置３５とを備えている。必須の構成ではないが、脱水装置３５と改質物移送ライン５とを連通する注水管３７を設けてもよい。

燃焼ボイラ３２及び排ガスボイラ３４のそれぞれと改質装置２の蒸気入口１３（図２参照）又はジャケット１５（図３参照）とは蒸気供給管３８を介して連通されており、燃焼ボイラ３２及び排ガスボイラ３４のそれぞれで発生した蒸気が改質装置２に供給されるように構成されている。蒸気供給管３８には、燃焼ボイラ３２及び排ガスボイラ３４のそれぞれから改質装置２への蒸気の供給量を調整するための蒸気供給量調整弁３９ａ，３９ｂが設けられている。廃棄物処理システム１は、燃焼ボイラ３２で発生する蒸気の温度及び発生量を制御する燃焼ボイラ制御装置３２ａと、排ガスボイラ３４で発生する蒸気の温度及び発生量を制御する排ガスボイラ制御装置３４ａとを備えている。さらに廃棄物処理システム１は制御装置３６を備え、制御装置３６は、改質装置２の撹拌機１６を駆動するモータ１７と、燃焼ボイラ制御装置３２ａと、排ガスボイラ制御装置３４ａと、蒸気供給量調整弁３９ａ，３９ｂとのそれぞれに電気的に接続されている。尚、図１２に図示していないが、制御装置３６は、改質装置２における加水分解状況（温度や圧力等）を取得可能に構成されている。

燃焼ボイラ制御装置３２ａ及び排ガスボイラ制御装置３４ａはそれぞれ、燃焼ボイラ３２及び排ガスボイラ３４で発生する蒸気の温度及び発生量を制御し、蒸気供給量調整弁３９ａ，３９ｂはそれぞれ、改質装置２への蒸気の供給量を調整する。そうすると、これらによって改質装置２における廃棄物の加水分解条件（温度や圧力）が調整されることになるので、これらは、改質装置２での廃棄物の加水分解条件を調整する調整装置を構成する。その他の構成は実施形態２と同じである。

＜本開示の実施形態４に係る廃棄物処理システムの動作＞
廃棄物が改質装置２で加水分解される動作から微生物反応装置３すなわちバイオガス発酵槽３ａで有価物としてのバイオガスが生成される動作までは実施形態２と同じである。バイオガス発酵槽３ａで生成されたバイオガスはガスホルダ３１に貯槽される。燃焼ボイラ３２及びガスエンジン３３の稼働状況に応じて、ガスホルダ３１から燃焼ボイラ３２及びガスエンジン３３のそれぞれにバイオガスが供給される。燃焼ボイラ３２では、バイオガスを燃料として蒸気が発生する。排ガスボイラ３４では、ガスエンジンの排ガスの熱により蒸気が発生する。燃焼ボイラ３２及び排ガスボイラ３４のそれぞれで発生した蒸気は、改質装置２に供給されて、廃棄物の加水分解に使用される。

燃焼ボイラ３２及び排ガスボイラ３４のそれぞれの稼働方法は特に限定しないが、稼働方法の一例を説明する。改質装置２で廃棄物を加水分解する間は、排ガスボイラ３４を必ず稼働しておく。排ガスボイラ３４で発生した蒸気のみで改質装置２における加水分解条件を調整できる間は、燃焼ボイラ３２を稼働させない。改質装置２に投入した廃棄物の量や廃棄物の成分の組成に応じて加水分解条件を調整する際に、排ガスボイラ３４で発生した蒸気のみでは足りない場合に、燃焼ボイラ３２を稼働させて、排ガスボイラ３４で発生した蒸気だけではなく、燃焼ボイラ３２で発生した蒸気も改質装置２に供給する。このようにすれば、排ガスボイラ３４しかない場合に比べて、改質装置２における加水分解条件の調整幅を広げることができる。尚、ガスエンジン３３を２台以上設け、排ガスボイラ３４で発生させる蒸気量に応じた台数のガスエンジン３３を稼働させるようにすることで、改質装置２における加水分解条件の調整幅をさらに広げることができる。

改質装置２における加水分解条件を調整するためには、改質装置２における加水分解状況を検知する必要がある。加水分解状況を検知する方法は特に限定しないが、その方法の一例を説明する。制御装置３６はモータ１７のトルクを、改質装置２における廃棄物の加水分解状況の指標として検知する。モータ１７のトルクは、改質装置２に廃棄物が投入されてから加水分解が始まり、加水分解の進捗に応じて変動する。モータ１７のトルクの変動から加水分解状況を検知することが可能である。その他にも、加水分解温度や圧力並びに時間、蒸気の供給量などの様々な計測値を考慮した指標から加水分解状況を検知することが可能である。

モータ１７のトルクの経時変化は、廃棄物の組成等によって変わり得る。しかし、改質装置２で毎回加水分解される廃棄物の組成に大きな違いがない場合には、このようなモータ１７のトルクの経時変化を予め検知しておき、予め検知しておいた経時変化と対比することで、改質装置２における加水分解状況を推定することができる。このため、モータ１７のトルクを検知する制御装置３６は、改質装置２での廃棄物の加水分解状況の指標を検知する検知装置を構成する。尚、制御装置３６とは別に、モータ１７のトルクを検知するための検知装置を設け、制御装置３６がこの検知装置からモータ１７のトルクに関する信号を受信するような構成であってもよい。

モータ１７のトルクに基づく加水分解状況の検知結果として、例えば、廃棄物の微細化が進んでいないということや、廃棄物の微細化が進みすぎ、通常であれば達成し得ないほど小さな粒径までプラごみが微細化されていること等が考えられる。前者の場合には、例えば、加水分解の温度を上昇する必要があるため、改質装置２への蒸気の供給量を増加することが考えられ、後者の場合には、例えば、廃棄物処理システム１の運転コストの観点から加水分解の温度を低下してもよいため、改質装置２への蒸気の供給量を低下することが考えられる。

制御装置３６は、このようにして、モータ１７のトルクに基づいて改質装置２における加水分解状況を推定し、推定した加水分解状況に基づいて、調整装置すなわち、燃焼ボイラ制御装置３２ａ、排ガスボイラ制御装置３４ａ、蒸気供給量調整弁３９ａ，３９ｂの少なくとも１つを制御して、改質装置２へ供給される蒸気の温度（圧力）や供給量を調整する。その結果、改質装置２における加水分解状況が変化する。このようにして、制御装置３６は、改質装置２における加水分解状況に基づいて、改質装置２における加水分解条件を調整する。また、このような加水分解状況から加水分解の未完了／完了も分かるので、加水分解の時間調整も可能となる。

このように、実施形態４では、微生物反応に適した条件の改質物をバイオガス発酵槽３ａに供給できるので、微生物反応によるバイオガスの生成を効率よく行うことができる。

実施形態２において、加水分解された改質物の流動性を増すために改質物に水分を加えて含有水分量を増加するように改質物のＴＳを調整してもよいことを説明したが、実施形態４においてこのような改質物のＴＳの調整を行うために、脱水装置３５においてバイオガス発酵槽３ａの発酵残渣から脱水した水やボイラブロー水を、注水管３７を介して改質物移送ライン５内の改質物に供給してもよい。このため、注水管３７は水分調整装置を構成する。脱水した水やボイラブロー水にはアンモニアが含まれているので、廃棄物中の窒素含有量が低い場合には、改質物に窒素含有物質の補給もできる。窒素含有物質の補給の観点からは、脱水した水やボイラブロー水は、改質物移送ライン５内の改質物に供給することに限定するものではなく、バイオガス発酵槽３ａや改質装置２に供給してもよい。この場合、注水管３７は、バイオガス発酵槽３ａや改質装置２に接続するようにしてもよい。また、実施形態３では、制御装置３６は、モータ１７のトルクに基づいて加水分解条件を推定していたが、モータ１７の電流値に基づいて加水分解条件を推定してもよい。すなわち、改質装置２における廃棄物の加水分解状況の指標としてモータ１７の電流値を用いてもよい。

＜本開示の実施形態４に係る廃棄物処理システムの変形例＞
実施形態４では、改質装置２における加水分解状況に基づいて、改質装置２における加水分解条件を調整しているが、この形態に限定するものではない。例えば図１３に示されるように、分離装置４として、メッシュサイズの異なる２つの分離装置４ａ及び４ｂを、改質物の流れに対して並列に配列するように設けてもよい。この場合、分離装置４ａのメッシュサイズが分離装置４ｂのメッシュサイズよりも小さいものとする。改質物移送ライン５には、分離装置４ａ及び４ｂのいずれか一方に改質物を供給するための切換装置６が設けられている。制御装置３６には、モータ１７及び切換装置６が電気的に接続されている。

加水分解を開始してもモータ１７のトルクに周期的な増減が現れずに不規則な変動が現れており、廃棄物の微細化が進んでいないと考えられる場合には、制御装置３６は、切換装置６を動作させて、改質物が分離装置４ｂに供給されるようにする。廃棄物の微細化が進まないと、特にプラごみのような反応不適物のサイズが大きいままなので、メッシュサイズの大きい分離装置４ｂを選択して、反応不適物を除去するとともに、サイズの大きい反応適合物であってもバイオガス発酵槽３ａに供給できる。一方、周期的な増減幅が小さくて廃棄物の微細化が十分進んでいると考えられる場合には、制御装置３６は、切換装置６を動作させて、改質物が分離装置４ａに供給されるようにする。これにより、微細化が進んだ反応不適物も除去することができるようになる。

尚、図１３で示される実施形態４の変形例は、メッシュサイズの異なる２つの分離装置４ａ，４ｂを設けていたが、２つに限定するものではなく、メッシュサイズの異なる３つ以上の分離装置を設けてもよい。これにより、改質装置２での加水分解状況に応じて、３つ以上の異なるメッシュサイズの分離装置を選択することができる。

（実施形態５）
次に、実施形態５に係る廃棄物処理システムについて説明する。実施形態５に係る廃棄物処理システムは、実施形態１～４のいずれかに対して、微生物反応装置３における反応条件に基づいて、改質装置２における廃棄物の加水分解状況を推定し、その加水分解状況に基づいて、改質装置２における次バッチの廃棄物の加水分解条件を調整するように変更したものである。以下では、実施形態４に対して上記変更をした構成で説明するが、実施形態１～３のいずれかに対して上記変更をして実施形態５を構成してもよい。尚、実施形態５において、実施形態４の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

＜本開示の実施形態５に係る廃棄物処理システムの構成＞
図１４に示されるように、本開示の実施形態５に係る廃棄物処理システム１は、改質物移送ライン５内を移送される改質物中のＶＦＡ濃度を検出する揮発性脂肪酸センサ（ＶＦＡセンサ）４１、又は、バイオガス発酵槽３ａ内のＶＦＡ濃度を検出するＶＦＡセンサ４２の少なくとも一方が設けられている。制御装置３６は、ＶＦＡセンサ４１又は４２の少なくとも一方の検出値を受信するようになっている。その他の構成は実施形態４と同じである。

＜本開示の実施形態５に係る廃棄物処理システムの動作＞
実施形態５の動作は基本的に実施形態４の動作と同じである。ただし、改質装置２における廃棄物の加水分解状況の指標としてのＶＦＡセンサ４１，４２による検出値に基づいてバイオガス発酵槽３ａにおける反応条件を検知し、その反応条件から改質装置２における加水分解状況を推定し、その加水分解状況に基づいて、改質装置２における次バッチの廃棄物の加水分解条件を調整することが異なる。このため、ＶＦＡセンサ４１，４２は、改質装置２における廃棄物の加水分解状況の指標を検知する検知装置を構成する。以下では、改質装置２における廃棄物の加水分解状況を推定する動作について説明する。尚、以下の説明では、ＶＦＡセンサ４１及び４２が両方とも設けられていることとする。

廃棄物処理システム１の稼働中、ＶＦＡセンサ４１は、改質装置２から流出した改質物中のＶＦＡ濃度を検出する。ＶＦＡセンサ４２は、バイオガス発酵槽３ａ内の内容物中のＶＦＡ濃度を検出する。ＶＦＡセンサ４１及び４２の構成については特に限定しないため、任意の公知のセンサを用いてＶＦＡ濃度を検出できるが、一例として、ＶＦＡセンサ４２として使用可能なセンサの構成を説明する。バイオガス発酵槽３ａに、内容物の一部を外部に取出して再びバイオガス発酵槽３ａに戻すような内容物の循環ラインと、その循環ラインから内容物の一部を抜き取る抜き取りラインと、抜き取りラインに希釈水を供給する希釈水供給ラインとを設け、希釈水で希釈された内容物に対する測定用のプローブを設けて、希釈水で希釈された内容物に対してプローブから赤外線を照射してその透過光を受光することにより、バイオガス発酵槽３ａ内の内容物中のＶＦＡ濃度を検出する。改質装置２から流出した改質物中のＶＦＡ濃度を検出するＶＦＡセンサ４１は、赤外線を使用してＶＦＡ濃度を検出することができる。

ＶＦＡセンサ４１，４２によって検出されたＶＦＡ濃度に関する信号がＶＦＡセンサ４１，４２から制御装置３６に伝送される。制御装置３６には予め、ＶＦＡ濃度に関する上限値及び下限値が設定されており、伝送されたＶＦＡ濃度が上限値及び下限値間か否かを判定する。ＶＦＡ濃度が下限値未満であれば、メタン発酵の反応が遅くなるため、ＶＦＡ濃度を高める必要がある。具体的には、例えば、次バッチの廃棄物の加水分解のために改質装置２へ供給する蒸気の温度や蒸気の供給量を上昇したり、加水分解時間を延ばしたり、１回当たりのメタン発酵原料の供給量又は供給回数を増大させてバイオガス発酵槽３ａに投入するＶＦＡの総量を増大させたりする。逆に、ＶＦＡ濃度が高すぎる場合には、バイオガス発酵槽３ａ内にＶＦＡが蓄積して酸敗の原因となるので、検出されたＶＦＡ濃度が上限値を超える場合には、例えば、次バッチの廃棄物の加水分解のために改質装置２へ供給する蒸気の温度や蒸気の供給量を低下したり、加水分解時間を短縮したり、メタン発酵原料の供給量又は供給回数を調整したりする。

このように、廃棄物を加水分解した改質物中のＶＦＡ濃度やバイオガス発酵槽３ａ内の内容物中のＶＦＡ濃度に基づいて、改質装置２における廃棄物の加水分解状況を推定し、この加水分解状況に基づいて、改質装置２における次バッチの廃棄物の加水分解条件を調整することにより、次バッチのバイオガス発酵槽３ａ内の内容物中のＶＦＡ濃度をメタン発酵に適した条件に維持できるので、微生物反応によるバイオガスの生成を効率よく行うことができる。

実施形態５では、ＶＦＡセンサ４１，４２を常設しているが、改質物やバイオガス発酵槽３ａ内の内容物をサンプリングして、それらに含まれるＶＦＡ濃度を分析し、その分析結果のデータから加水分解状況を演算するようにしてもよい。

（実施形態６）
次に、実施形態６に係る廃棄物処理システムについて説明する。実施形態６に係る廃棄物処理システムは、実施形態１～５に対して、微生物反応装置３における反応条件を検知する動作を変更したものである。以下では、実施形態５に対して微生物反応装置３における反応条件を検知する動作を変更した構成で説明するが、実施形態１～４のいずれかに対して微生物反応装置３における反応条件を検知する動作を変更することにより実施形態６を構成してもよい。尚、実施形態６において、実施形態５の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

＜本開示の実施形態６に係る廃棄物処理システムの構成＞
図１５に示されるように、本開示の実施形態６に係る廃棄物処理システム１は、バイオガス発酵槽３ａ内のメラノイジンやフルラール、フェノールのような発酵阻害物質の濃度を、改質装置２における廃棄物の加水分解状況の指標として検出する発酵阻害物質センサ５１が設けられている。制御装置３６は発酵阻害物質センサ５１の検出値を受信するようになっている。その他の構成は、ＶＦＡセンサ４１，４２（図１４参照）が設けられていない点を除いて実施形態５と同じである。

＜本開示の実施形態６に係る廃棄物処理システムの動作＞
実施形態６の動作は基本的に実施形態５の動作と同じである。ただし、バイオガス発酵槽３ａ内の反応条件を検知する動作が異なる。以下では、バイオガス発酵槽３ａ内の反応条件を検知する動作について説明する。

廃棄物処理システム１の稼働中、発酵阻害物質センサ５１は、バイオガス発酵槽３ａ内の内容物中の発酵阻害物質の濃度を検出する。発酵阻害物質センサ５１の構成については特に限定しないため、任意の公知のセンサを用いて発酵阻害物質の濃度を検出できるが、一例として、発酵阻害物質センサ５１として使用可能なセンサの構成を説明する。バイオガス発酵槽３ａに、内容物の一部を外部に取出して再びバイオガス発酵槽３ａに戻すような内容物の循環ラインと、その循環ラインから内容物の一部を抜き取る抜き取りラインと、抜き取りラインに希釈水を供給する希釈水供給ラインとを設け、希釈水で希釈された内容物に対する測定用のプローブを設けて、希釈水で希釈された内容物に対してプローブから紫外線を照射してその透過光を受光することにより、バイオガス発酵槽３ａ内の内容物中の発酵阻害物質の濃度を検出する。

発酵阻害物質センサ５１によって検出された発酵阻害物質の濃度に関する信号が発酵阻害物質センサ５１から制御装置３６に伝送される。制御装置３６には予め、発酵阻害物質の濃度に関する上限値が設定されており、伝送された発酵阻害物質の濃度が上限値以下か否かを判定する。発酵阻害物質の濃度が上限値を超えると、メタン発酵が阻害されて反応が遅くなるため、発酵阻害物質の濃度を低くする必要がある。具体的には、次バッチの廃棄物の加水分解のために改質装置２へ供給する蒸気の温度や蒸気の供給量を低下する。

実施形態６では、発酵阻害物質センサ５１によって検出された発酵阻害物質の濃度に基づいて改質装置２における廃棄物の加水分解状況を推定していることになるので、発酵阻害物質センサ５１は、改質装置２における廃棄物の加水分解状況を検知する検知装置を構成する。

このように、バイオガス発酵槽３ａ内の内容物中の発酵阻害物質の濃度に基づいて、改質装置２における廃棄物の加水分解状況を推定し、この加水分解状況に基づいて、改質装置２における次バッチの廃棄物の加水分解条件を調整することにより、次バッチのバイオガス発酵槽３ａ内の内容物中の発酵阻害物質の濃度を低減できるので、微生物反応によるバイオガスの生成を効率よく行うことができる。

＜本開示の実施形態６に係る廃棄物処理システムの変形例＞
実施形態６では、バイオガス発酵槽３ａ内の内容物中の発酵阻害物質の濃度に基づいて、改質装置２における次バッチの加水分解条件を調整しているが、この形態に限定するものではない。例えば、改質装置２において加水分解される各バッチの廃棄物の組成が大きく変化する場合には、前回のバッチのバイオガス発酵槽３ａ内の反応条件に基づいて次バッチの加水分解条件を調整しても、適切な反応条件に調整することは難しい。

このような場合には、図１６に示されるように、改質装置２から流出した改質物中の発酵阻害物質の濃度を検出できるように発酵阻害物質センサ５１を改質物移送ライン５に設け、さらに、分離装置４とバイオガス発酵槽３ａとを連通する改質物移送ライン７から分岐し、その分岐点よりも下流側で再び改質物移送ライン７に合流する迂回ライン８を設け、迂回ライン８に少なくとも１つの回避タンク５２を設けてもよい。分離装置４から流出した改質物を回避タンク５２又はバイオガス発酵槽３ａのいずれか一方に供給するために、迂回ライン８の上流端に切換装置９を設けてもよい。

この変形例では、発酵阻害物質センサ５１による検出値が上限値を上回ったら、制御装置３６は切換装置９を切り替えて、改質物をバイオガス発酵槽３ａに供給せず、回避タンク５２に貯留する。次バッチ以降の加水分解の改質物中の発酵阻害物質の濃度が上限値以下となったら、その改質物に、回避タンク５２に貯留された発酵阻害物質の濃度が高めの改質物を少しずつ混合してバイオガス発酵槽３ａに供給する。このようにすることで、バイオガス発酵槽３ａ内の内容物中の発酵阻害物質の濃度を上限値以下に抑制できるので、微生物反応によるバイオガスの生成を効率よく行うことができる。

実施形態６では、発酵阻害物質センサ５１を常設しているが、改質物やバイオガス発酵槽３ａ内の内容物をサンプリングして、それらに含まれる発酵阻害物質の濃度を分析し、その分析結果のデータから加水分解状況を演算するようにしてもよい。

実施形態６では、制御装置３６は、廃棄物の性状と、加水分解条件と、水分解状況との対応関係を学習し、学習の結果構築された学習済みモデルに基づいて、加水分解条件を調整するようにしてもよい。

実施形態５及び６において、検知装置としてＶＦＡセンサ４１，４２及び発酵阻害物質センサ５１を例にして説明したが、これらに限定するものではない。微生物反応装置３で生成されるガス量や、ガス中のＶＦＡ濃度、微生物反応装置３内の内容物のｐＨ、電気伝導度、アルカリ度、アンモニア濃度、菌体濃度等を検出するセンサであってもよい。また、加水分解中のｐＨや電気伝導度、色度、阻害物質濃度、ＶＦＡ濃度、アンモニア濃度、粒径分布等を検出するセンサであってもよい。これらの検出値を用いた関数によって指標を算出することで、改質装置２における廃棄物の加水分解状況を推定することができる。

実施形態１～６において、改質装置２は、廃棄物をバッチ式に加水分解するものであるが、廃棄物を流通式に加水分解するものであってもよい。ただし、流通式に加水分解する改質装置では、廃棄物を改質装置に供給するために、廃棄物に流動性を持たせ、例えば、廃棄物を小径化して大量の水に供給したスラリーとして供給する方法が考えられる。この場合、廃棄物を小径化するためのエネルギーや、加水分解時にスラリー中の水を昇温するためのエネルギーといった余分なエネルギーが必要になる。これに対し、バッチ式に加水分解する改質装置であれば、廃棄物を小径化する必要はなく、そのままの状態で改質装置内に供給できるので、流通式に加水分解する改質装置で必要となる上記余分なエネルギーを不要とすることができる。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

［１］一の態様に係る廃棄物処理システムは、
廃棄物を加水分解する少なくとも１つの改質装置（２）と、
前記少なくとも１つの改質装置（２）で加水分解された前記廃棄物のうち少なくとも固体を含む改質物を微生物によって低分子化する微生物反応装置（３）と
を備える。

本開示の廃棄物処理システムによれば、改質装置で加水分解された廃棄物を固液分離せずに微生物反応装置で低分子化させて有価物を生成させることができるので、水分含量の低い（好適には７０％以下）廃棄物でも低コストで処理することができる。

［２］別の態様に係る廃棄物処理システムは、［１］の廃棄物処理システムであって、
前記少なくとも１つの改質装置（２）は、
前記廃棄物を受け入れる筐体（１０）と、
前記筐体（１０）に前記廃棄物を投入する投入口（１１）と、
前記改質物を前記筐体（１０）から排出する排出口（１２）と、
前記投入口（１１）及び前記排出口（１２）のそれぞれを開閉する開閉弁（１８，１９）と
を備え、
前記開閉弁（１８，１９）のそれぞれを閉じることによって前記筐体（１０）を密閉した状態で、該筐体（１０）内の前記廃棄物をバッチ式に加水分解する。

流通式に加水分解する改質装置では、廃棄物を改質装置に供給するために、廃棄物に流動性を持たせる必要があり、例えば、廃棄物を小径化して大量の水に供給したスラリーとして供給する必要がある。この場合、廃棄物を小径化するためのエネルギーや、加水分解時にスラリー中の水を昇温するためのエネルギーといった余分なエネルギーが必要になる。これに対し、上記［２］の構成によれば、バッチ式に加水分解するため、廃棄物を小径化する必要はなく、そのままの状態で改質装置内に供給できるので、流通式に加水分解する改質装置で必要となる上記余分なエネルギーを不要とすることができる。

［３］別の態様に係る廃棄物処理システムは、［１］または［２］の廃棄物処理システムであって、
前記少なくとも１つの改質装置（２）は、前記廃棄物を受け入れる筐体（１０）を備え、
前記少なくとも１つの改質装置（２）は、前記筐体（１０）内に蒸気を供給し、該蒸気によって前記筐体（１０）内の前記廃棄物を加熱して加水分解するように構成されている。

このような構成によれば、蒸気の温度や圧力、供給量等を調整することにより、加水分解条件の調整を容易に行うことができる。

［４］別の態様に係る廃棄物処理システムは、［１］または［２］の廃棄物処理システムであって、
前記少なくとも１つの改質装置（２）は、前記廃棄物を受け入れる筐体（１０）を備え、
前記筐体（１０）は、前記筐体（１０）内の前記廃棄物に含まれる水分を前記廃棄物に接触しないように加熱して前記廃棄物を加水分解する加熱部（ジャケット１５）を備える。

このような構成によれば、蒸気の温度や圧力、供給量等を調整することにより、加水分解条件の調整を容易に行うことができる。

［５］別の態様に係る廃棄物処理システムは、［１］～［４］の廃棄物処理システムであって、
前記少なくとも１つの改質装置（２）において、常温から２５０℃の温度及び大気圧から４０気圧の圧力で加水分解が行われる。

このような構成によれば、生ごみに含まれる細胞から細胞液が流出するように設定することができる。これにより、生ごみが微細化され、高分子成分が低分子化される。さらに、酢酸のような揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）が増大する。

［６］別の態様に係る廃棄物処理システムは、［１］～［５］の廃棄物処理システムであって、
前記少なくとも１つの改質装置（２）としての第１改質装置（２ａ）及び第２改質装置（２ｂ）と、
前記第１改質装置（２ａ）において加水分解された前記廃棄物である処理物を固液分離する固液分離装置（７０）と
を備え、
前記第２改質装置（２ｂ）では、前記固液分離装置（７０）で分離された固体のみを加水分解する。

このような構成によれば、固液分離により、メラノイジンの生成原因となるタンパク質などの窒素化合物を液体側へ分離できるので、第２改質装置における加水分解においてメラノイジンの生成を抑制できる。メラノイジンが微生物反応装置としてのメタン発酵槽に流入するとメタン発酵を阻害する。このため、第１改質装置の改質物を固液分離して固液分離した固体のみを第２改質装置に移送することにより、メタン発酵槽においてメタン発酵が阻害されるおそれを低減することができる。

［７］別の態様に係る廃棄物処理システムは、［１］～［６］の廃棄物処理システムであって、
前記微生物反応装置（３）は、
バイオガスを製造するバイオガス発酵槽（３ａ）と、
炭水化物から糖を製造する糖化槽と、
堆肥を製造する堆肥化装置と
のうちの少なくとも１つを含む。

このような構成によれば、所望の有価物を１種又は２種以上製造することができる。

［８］別の態様に係る廃棄物処理システムは、［１］～［７］の廃棄物処理システムであって、
前記少なくとも１つの改質装置（２）と前記微生物反応装置（３）との間に、前記微生物反応装置（３）において前記微生物による低分子化に不適な反応不適物を前記改質物から分別する分離装置（４）をさらに備える。

このような構成によれば、反応不適物を分離装置で改質物から分別するので、微生物反応装置へ供給される反応不適物の量を減らすことができる。その結果、微生物反応装置において微生物反応が阻害されるおそれを低減し、微生物反応による有価物の生成を効率よく行うことができる。

［９］別の態様に係る廃棄物処理システムは、［８］の廃棄物処理システムであって、
前記改質物の含有水分量を調整する水分調整装置を備える。

このような構成によれば、改質装置から流出する改質物のＴＳを調整できるので、分離装置において反応不適物の分別を上手く行うことができるようになる。

［１０］別の態様に係る廃棄物処理システムは、［９］の廃棄物処理システムであって、
前記水分調整装置は、前記改質物の含有水分量を低減する乾燥装置（７１）である。

このよう構成によれば、含有水分量が比較的高い汚泥のようなものを処理する場合には、改質装置から流出する改質物のＴＳが低くなることから、分離装置において反応不適物の分別が上手く行えないおそれがある。これに対し、上記［１０］の構成によれば、乾燥装置によって改質物の含有水分量を低減して、改質物のＴＳを調整することができるので、分離装置において反応不適物の分別を上手く行うことができるようになる。

［１１］別の態様に係る廃棄物処理システムは、［９］の廃棄物処理システムであって、
前記水分調整装置は、前記反応不適物に付着した反応適合物を洗浄する洗浄装置である。

このような構成によれば、反応適合物中の発酵阻害物質の含有量を低減した上で、反応適合物を微生物反応装置へ供給できるので、微生物反応装置において反応が阻害されるおそれを低減することができる。また、分離装置において分離された大粒径成分である反応不適物を洗浄する洗浄装置として水分調整装置を用いれば、反応不適物に付着した小粒径成分を反応適合物として回収することができ、反応適合物の回収率を向上することができる。

［１２］別の態様に係る廃棄物処理システムは、［１］～［１０］の廃棄物処理システムであって、
前記微生物反応装置（３）の残渣を脱水する脱水装置と、
前記脱水装置で脱水された水を、前記分離装置（４）に流入する前の前記改質物、前記改質装置（２）内又は前記微生物反応装置（３）内の少なくとも１つに供給する注水管と
を備える。

このような構成によれば、微生物反応装置の残渣を脱水した水にはアンモニアが含まれているので、改質装置内の廃棄物中又は微生物反応装置内の内容物中の窒素含有量が低い場合には、窒素含有物質の補給もできる。

［１３］別の態様に係る廃棄物処理システムは、［８］～［１２］の廃棄物処理システムであって、
前記分離装置（４）は、前記改質物を大粒径成分と該大粒径成分よりも粒径の小さい小粒径成分とに分離するスクリーンであり、前記大粒径成分は前記反応不適物である。

微生物反応装置が堆肥化装置である場合には低水分とする必要があるため、上記［１２］の構成のように、スクリーンによる分離が適している。

［１４］さらに別の態様に係る廃棄物処理システムは、［１］～［１３］のいずれかの廃棄物処理システムであって、
前記少なくとも１つの改質装置（２）での前記廃棄物の加水分解状況の指標を検知する検知装置（制御装置３６）と、
前記少なくとも１つの改質装置（２）での前記廃棄物の加水分解条件を調整する調整装置（燃焼ボイラ制御装置３２ａ／排ガスボイラ制御装置３４ａ／蒸気供給量調整弁３９ａ，３９ｂ）と、
制御装置（３６）と
をさらに備え、
前記制御装置（３６）は、前記検知装置（制御装置３６）によって検知された前記指標に基づいて前記廃棄物の加水分解状況を推定し、推定された加水分解状況に基づいて、前記調整装置（３２ａ／３４ａ／３９ａ，３９ｂ）を作動させて前記廃棄物の加水分解条件を調整する。

このような構成によれば、微生物反応に適した条件の改質物を微生物反応装置に供給できるので、微生物反応による有価物の生成を効率よく行うことができる。

［１５］別の態様に係る廃棄物処理システムは、［１４］の廃棄物処理システムであって、
前記少なくとも１つの改質装置（２）は、
廃棄物を攪拌する撹拌機（１６）と、
前記撹拌機（１６）を駆動するモータ（１７）と
を備え、
前記検知装置（３６）は、前記モータ（１７）のトルクを前記指標として検知し、
前記制御装置（３６）は、前記モータ（１７）のトルクに基づいて前記加水分解状況を推定する。

このような構成によれば、微生物反応に適した条件の改質物を微生物反応装置に供給できるので、微生物反応による有価物の生成を効率よく行うことができる。

［１６］別の態様に係る廃棄物処理システムは、［１４］の廃棄物処理システムであって、
前記少なくとも１つの改質装置（２）は、
廃棄物を攪拌する撹拌機（１６）と、
前記撹拌機（１６）を駆動するモータ（１７）と
を備え、
前記検知装置（３６）は、前記モータ（１７）の電流値を前記指標として検知し、
前記制御装置（３６）は、前記モータ（１７）の電流値に基づいて前記加水分解状況を推定する。

このような構成によれば、微生物反応に適した条件の改質物を微生物反応装置に供給できるので、微生物反応による有価物の生成を効率よく行うことができる。

［１７］別の態様に係る廃棄物処理システムは、［１４］の廃棄物処理システムであって、
前記検知装置は、前記廃棄物の性状に関する情報を前記指標として検知し、
前記制御装置は、前記廃棄物の性状に基づいて前記加水分解状況を推定する。

このような構成によれば、微生物反応に適した条件の改質物を微生物反応装置に供給できるので、微生物反応による有価物の生成を効率よく行うことができる。

［１８］別の態様に係る廃棄物処理システムは、［１７］の廃棄物処理システムであって、
制御装置は、廃棄物の性状と加水分解条件と水分解状況との対応関係を学習し、学習の結果構築された学習済みモデルに基づいて、前記加水分解条件を調整する。

このような構成によれば、上記［１８］に比べて、微生物反応による有価物の生成をより効率よく行うことができる。

［１９］別の態様に係る廃棄物処理システムは、［１４］～［１８］の廃棄物処理システムであって、
前記少なくとも１つの改質装置に供給される蒸気によって前記廃棄物を加熱して加水分解され、
前記調整装置は、前記蒸気の温度、圧力、供給量の少なくとも１つを調整する。

このような構成によれば、加水分解条件の調整を容易に行うことができる。

［２０］一の態様に係る廃棄物処理方法は、
廃棄物を加水分解するステップと、
加水分解された前記廃棄物のうち少なくとも固体を含む改質物を微生物によって低分子化するステップと
を含む。

本開示の廃棄物処理方法によれば、加水分解された廃棄物を固液分離せずに微生物によって低分子化させて有価物を生成させることができるので、水分含量の低い廃棄物でも低コストで処理することができる。

１ 廃棄物処理システム
２ 改質装置
２ａ 第１改質装置
２ｂ 第２改質装置
３ 微生物反応装置
４ 分離装置
１０ 筐体
１１ 投入口
１２ 排出口
１５ ジャケット（加熱部）
１６ 撹拌機
１７ モータ
１８ 開閉弁
１９ 開閉弁
３６ 制御装置（検知装置）
３２ａ 燃焼ボイラ制御装置（調整装置）
３４ａ 排ガスボイラ制御装置（調整装置）
３５ 脱水装置
３７ 注水管（水分調整装置）
３９ａ 蒸気供給量調整弁（調整装置）
３９ｂ 蒸気供給量調整弁（調整装置）
４１ ＶＦＡセンサ（検知装置）
４２ ＶＦＡセンサ（検知装置）
５１ 発酵阻害物質センサ（検知装置）
７０ 固液分離装置
７１ 乾燥装置（水分調整装置）

Claims (20)

1. 廃棄物を加水分解する少なくとも１つの改質装置と、
   前記少なくとも１つの改質装置で加水分解された前記廃棄物のうち少なくとも固体を含む改質物を微生物によって低分子化する微生物反応装置と
   を備える廃棄物処理システム。
2. 前記少なくとも１つの改質装置は、
   前記廃棄物を受け入れる筐体と、
   前記筐体に前記廃棄物を投入する投入口と、
   前記改質物を前記筐体から排出する排出口と、
   前記投入口及び前記排出口のそれぞれを開閉する開閉弁と
   を備え、
   前記開閉弁のそれぞれを閉じることによって前記筐体を密閉した状態で、該筐体内の前記廃棄物をバッチ式に加水分解する、請求項１に記載の廃棄物処理システム。
3. 前記少なくとも１つの改質装置は、前記廃棄物を受け入れる筐体を備え、
   前記少なくとも１つの改質装置は、前記筐体内に蒸気を供給し、該蒸気によって前記筐体内の前記廃棄物を加熱して加水分解するように構成されている、請求項１または２に記載の廃棄物処理システム。
4. 前記少なくとも１つの改質装置は、前記廃棄物を受け入れる筐体を備え、
   前記筐体は、前記筐体内の前記廃棄物に含まれる水分を前記廃棄物に接触しないように加熱して前記廃棄物を加水分解する加熱部を備える、請求項１または２に記載の廃棄物処理システム。
5. 前記少なくとも１つの改質装置において、常温から２５０℃の温度及び大気圧から４０気圧の圧力で加水分解が行われる、請求項１～４のいずれか一項に記載の廃棄物処理システム。
6. 前記少なくとも１つの改質装置としての第１改質装置及び第２改質装置と、
   前記第１改質装置において加水分解された前記廃棄物である処理物を固液分離する固液分離装置と
   を備え、
   前記第２改質装置では、前記固液分離装置で分離された固体のみを加水分解する、請求項１～５のいずれか一項に記載の廃棄物処理システム。
7. 前記微生物反応装置は、
   バイオガスを製造するバイオガス発酵槽と、
   炭水化物から糖を製造する糖化槽と、
   堆肥を製造する堆肥化装置と
   のうちの少なくとも１つを含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の廃棄物処理システム。
8. 前記少なくとも１つの改質装置と前記微生物反応装置との間に、前記微生物反応装置において前記微生物による低分子化に不適な反応不適物を前記改質物から分別する分離装置をさらに備える、請求項１～７のいずれか一項に記載の廃棄物処理システム。
9. 前記改質物の含有水分量を調整する水分調整装置を備える、請求項８に記載の廃棄物処理システム。
10. 前記水分調整装置は、前記改質物の含有水分量を低減する乾燥装置である、請求項９に記載の廃棄物処理システム。
11. 前記水分調整装置は、前記反応不適物に付着した反応適合物を洗浄する洗浄装置である、請求項９に記載の廃棄物処理システム。
12. 前記微生物反応装置の残渣を脱水する脱水装置と、
    前記脱水装置で脱水された水を、前記分離装置に流入する前の前記改質物、前記改質装置内又は前記微生物反応装置内の少なくとも１つに供給する注水管と
    を備える、請求項１～１０のいずれか一項に記載の廃棄物処理システム。
13. 前記分離装置は、前記改質物を大粒径成分と該大粒径成分よりも粒径の小さい小粒径成分とに分離するスクリーンであり、前記大粒径成分は前記反応不適物である、請求項８～１２のいずれか一項に記載の廃棄物処理システム。
14. 前記少なくとも１つの改質装置での前記廃棄物の加水分解状況の指標を検知する検知装置と、
    前記少なくとも１つの改質装置での前記廃棄物の加水分解条件を調整する調整装置と、
    制御装置と
    をさらに備え、
    前記制御装置は、前記検知装置によって検知された前記指標に基づいて前記廃棄物の加水分解状況を推定し、推定された加水分解状況に基づいて、前記調整装置を作動させて前記廃棄物の加水分解条件を調整する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の廃棄物処理システム。
15. 前記少なくとも１つの改質装置は、
    廃棄物を攪拌する撹拌機と、
    前記撹拌機を駆動するモータと
    を備え、
    前記検知装置は、前記モータのトルクを前記指標として検知し、
    前記制御装置は、前記モータのトルクに基づいて前記加水分解状況を推定する、請求項１４に記載の廃棄物処理システム。
16. 前記少なくとも１つの改質装置は、
    廃棄物を攪拌する撹拌機と、
    前記撹拌機を駆動するモータと
    を備え、
    前記検知装置は、前記モータの電流値を前記指標として検知し、
    前記制御装置は、前記モータの電流値に基づいて前記加水分解状況を推定する、請求項１４に記載の廃棄物処理システム。
17. 前記検知装置は、前記廃棄物の性状に関する情報を前記指標として検知し、
    前記制御装置は、前記廃棄物の性状に基づいて前記加水分解状況を推定する、請求項１４に記載の廃棄物処理システム。
18. 制御装置は、廃棄物の性状と加水分解条件と水分解状況との対応関係を学習し、学習の結果構築された学習済みモデルに基づいて、前記加水分解条件を調整する、請求項１７に記載の廃棄物処理システム。
19. 前記少なくとも１つの改質装置に供給される蒸気によって前記廃棄物を加熱して加水分解され、
    前記調整装置は、前記蒸気の温度、圧力、供給量の少なくとも１つを調整する、請求項１４～１８のいずれか一項に記載の廃棄物処理システム。
20. 廃棄物を加水分解するステップと、
    加水分解された前記廃棄物のうち少なくとも固体を含む改質物を微生物によって低分子化するステップと
    を含む廃棄物処理方法。

Images