JP4059395B2

JP4059395B2 - 生分解性プラスチックの処理方法及びシステム

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Publication number: JP4059395B2
Application number: JP2003089212A
Authority: JP
Inventors: 芳孝東郷; 裕之高砂; 輝彦吉田
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP2004292705A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生分解性プラスチックの処理方法及びシステムに関し、とくに生分解性プラスチックを生ごみ様有機性と共に処理するシステムに関する。本発明は、生分解性プラスチックが混入した生ごみ様廃棄物の処理に有効に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、所望形状に溶融成形できるポリ塩化ビニル、ポリエチレン等の汎用プラスチックが産業用・家庭用として広く用いられている。しかし、従来の汎用プラスチックは通常の自然環境でほとんど分解せず、また焼却時にダイオキシン発生の危険があるので、廃棄処分が難しく環境上の問題となっている。この問題の解決策の一つとして、従来のプラスチックと同等の基本的性質（溶融成形可能な性質等）を有すると共に微生物による分解が可能な性質を有するプラスチック（以下、生分解性プラスチックという。）が注目され普及が図られている。生分解性プラスチックは自然界の微生物により例えば炭酸ガス（CO₂）と水とに分解されるので環境への負荷が小さく、化石燃料由来の従来のプラスチックに比し地球温暖化対策への寄与も期待できる。
【０００３】
生分解性プラスチックは、その製造方法から微生物産生系、化学合成系、天然高分子系及びそれらの複合系に分類できる。微生物産生系は、微生物に養分を与えて培養し合成させたバイオポリエステル等を使ったプラスチックである。化学合成系は、天然物を原料として微生物によって分解され易いエステル結合等をもつ高分子（ポリ乳酸等）を化学処理により合成したプラスチックである。天然高分子系は、トウモロコシ由来の澱粉・カニの甲羅由来のキトサン等の動植物の基本組成を活用したプラスチックである（非特許文献１参照）。
【０００４】
生分解性プラスチックは様々な分野での利用が期待でき、例えば自然環境中で利用される農林水産用資材（マルチフィルム・魚網等）、土木・建築用資材（断熱材・回収困難な土木工事の型枠・土のう等）、野外レジャー製品等を生分解性プラスチック製とすれば、使用後に地中や海中等に放置しても自然分解が期待できる。また、生分解性プラスチック製の食品包装用品（生鮮食品トレー・インスタント食品容器・弁当箱等）、衛生用品（紙おむつ等）、事務用品・日用品・雑貨類（コップ・ごみ袋・歯ブラシ・スプーン等）は、リサイクルは困難であるが、回収して生ごみ等と共に堆肥化処理が可能であり、堆肥を農業資材として再利用することにより循環型社会への寄与が期待できる。
【０００５】
しかし、自然環境下における生分解性プラスチックの分解速度は極めて遅く、上述した地中や海中に放置する方法では完全に分解されるまでに長時間を要する。これに対して、特許文献１〜６には生分解性プラスチックの効率的な分解処理方法が開示されている。特許文献１は、自然環境下での分解速度を向上する方法として、生分解性プラスチックを凍結状態で粉砕し粉末状樹脂として廃棄物処分場に廃棄する方法を提案している。また、上述した生ごみ等と共に堆肥化する方法は比較的短時間で生分解性プラスチックの分解が期待できるものの、生ごみに比し生分解性プラスチックは分解し難いので、生ごみだけの堆肥化処理に比し処理期間が長くなり、また生ごみだけの場合に比し堆肥の品質劣化が問題となる。堆肥化処理の効率化・良質化を図るため、特許文献２は堆肥化処理を、主に生ごみ等の有機性廃棄物の発酵分解を行う工程と主に生分解性プラスチック製品の崩壊を行う工程とに分ける方法を提案している。また特許文献３は、生分解性プラスチック袋で収集された生ごみを選択破砕分別装置により生ごみと生分解性プラスチック袋とに分別し、生ごみと生分解性プラスチック袋とを別々に発酵処理する方法を提案している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３５５８１９号公報
【特許文献２】
特開２００１−２６９６５２号公報
【特許文献３】
特開２００１−２０５２３３号公報
【特許文献４】
特開平９−１１１０３６号公報
【特許文献５】
特開平８−０３８５８７号公報
【特許文献６】
特開２０００−１０３８４３号公報
【特許文献７】
特許第３０６４２７２号公報
【特許文献８】
特開２００２−１７７８８８号公報
【非特許文献１】
バイオ生分解素材の開発・普及に関する研究会「バイオ生分解素材普及に向けた政策提言」株式会社三菱総合研究所、平成14年7月
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１のように破砕した場合でも自然環境下での生分解性プラスチックの分解には時間がかかるため、大量の生分解性プラスチックを自然環境下で処理するためには広い処分場スペースを必要とする問題点がある。生分解性プラスチックの普及に伴い廃棄物が大量に発生すると、処理場が逼迫する等のおそれもある。生分解性プラスチックの実用化を図るためには、広いスペースを要さずに生分解性プラスチックを短時間で分解できる技術が有用である。
【０００８】
他方、上述した特許文献２及び３は、生分解性プラスチックを短時間で堆肥化処理する技術といえる。しかし、堆肥化処理は好気性処理であり、処理に際して送風機等を用いて大量の空気を供給することが必要であるため、特許文献２及び３の方法はエネルギー消費量が大きくなる間題点がある。環境への負荷が小さいという生分解性プラスチックの特性を活かして普及を図るためには、できるだけ少ないエネルギーで生分解性プラスチックを効率的に分解することが望ましい。また、生分解性プラスチックには用途に応じて品質や強度を調整・改良するための添加剤等が含まれる場合があるが、特許文献２及び３の方法では生分解性プラスチック中の添加剤等が堆肥中で濃縮され安全性上の問題となるおそれもある。生分解性プラスチックの分解に際して添加剤等を濃縮させない観点も必要である。
【０００９】
そこで本発明の目的は、生分解性プラスチックを少ない消費エネルギーで効率的に分解できる処理方法及びシステムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、生分解性プラスチックを嫌気性微生物により発酵させて処理することに注目した。従来から一般家庭やホテル・レストラン等から排出される生ごみ、食品工場等から排出される食品製造残さ、農業・林業・畜産・水産の生産施設や加工・解体施設、製紙・パルプ工場等から排出される動植物性残さ等の生物由来の有機性廃棄物（以下、生ごみ様有機物という。）については、メタン発酵微生物を主体とする嫌気性微生物により比較的短時間で処理する技術が開発されている。例えば、本発明者等が開発した特許文献７の生ごみのエネルギー回収システムによれば、スラリー状に微粉砕した生ごみ様有機物を高温メタン生成菌（以下、高温菌という。）のバイオリアクターにより７日〜10日で90％程度分解し、メタンを含むバイオガスを高効率で回収できる。特許文献７のシステムは曝気エネルギーが不要であるため消費エネルギー量が少ないだけでなく、バイオガスから燃料電池やガスエンジン等によりエネルギー回収が可能である。従って、生分解性プラスチックを嫌気発酵処理できれば、極めて省エネルギー型のシステムが構築できる。
【００１１】
しかし、生分解性プラスチックは主成分が炭素、水素、酸素であり、特許文献７のシステムで分解するには窒素成分が不足する。メタン発酵微生物による発酵処理では、窒素分の含有が少なくなるとバイオリアクター内の反応が適切に進行しなくなり、メタンガスの発生量が減少するおそれがある。また、発酵処理には金属等の微量元素（Na、K、Mg、Fe、Zn、Ni、Co等）も必要である。本発明者は、生分解性プラスチックを単独ではなく、生ごみ様有機物と混合した上で嫌気発酵することに注目した。生ごみ様有機物中には、例えば窒素含有量等が高いタンパク質も多く含まれており、生分解性プラスチックと生ごみ様有機物とを適切な組成に混合して嫌気発酵すれば、生分解性プラスチックの窒素成分不足に起因する問題を避けられる。
【００１２】
但し、生分解性プラスチックは高分子であるため、生ごみ様有機物に比し生分解性プラスチックの嫌気発酵処理には長時問を要する。本発明者の実験によれば、直径３mm程度の生分解性プラスチックのペレットを高温メタン発酵で分解した場合、50％分解させるために90日程度が必要である。このため、生ごみ様有機物を生分解性プラスチックと混在した状態で嫌気発酵すると短時間で効率的な発酵処理が難しくなり、非常に大きなバイオリアクターを必要とする等の問題が生じる。本発明者は、生ごみ様有機物と生分解性プラスチックとを同時に発酵処理する技術の開発・研究の結果、生分解性プラスチックを微粉砕し、生ごみ様有機物のスラリーと適切に混合して混合スラリーとすれば、従来の生ごみ様有機物と同程度の時間で効率的にバイオガスへの分解が可能であることを見出した。本発明は、この知見に基づき完成に至ったものである。
【００１３】
図１の実施例を参照するに、本発明の生分解性プラスチックの処理方法は、生分解性プラスチックＢを注液して湿式粉砕機 16 が含まれる循環流路 17 （図２参照）に循環させることにより微粉砕し、粉砕後のプラスチック粒Ｄを生ごみ様有機物ＣのスラリーＳと混合してメタン発酵微生物と接触させ、プラスチックＢを生ごみ様有機物Ｃとの共存下でメタン発酵処理してなるものである。
【００１４】
好ましくは、湿式粉砕機16が含まれる循環流路17に循環させることにより、生分解性プラスチックＢを平均粒度１mm程度のプラスチック粒Ｄに微粉砕する。循環流路17に冷却器18を含め、生分解性プラスチックＢを冷却器18で冷却しつつ微粉砕することができる。更に好ましくは、図１に示すように、粉砕後のプラスチック粒ＤをアルカリＫで分解したのち有機物スラリーＳと混合する。アルカリＫをアンモニアとすることが望ましい。
【００１５】
また図１の実施例を参照するに、本発明の生分解性プラスチックの処理システムは、メタン発酵微生物の付着した担体12が保持された反応室10を有するバイオリアクター９（図４参照）、生分解性プラスチックＢを注液して湿式粉砕機 16 が含まれる循環流路 17 （図２参照）に循環させることによりプラスチック粒Ｄに微粉砕して反応室10へ導く粉砕装置３、生ごみ様有機物スラリーＳを貯え反応室10に連通するスラリータンク７、及びプラスチック粒Ｄと有機物スラリーＳとをメタン発酵に適する組成に混合する混合手段８を備えてなるものである。
【００１６】
好ましくは、図２に示すように粉砕装置３に、生分解性プラスチックＢに注液する液槽15、液槽15に連通しプラスチックＢを液中で粉砕する輸送機能付き湿式粉砕機16、及び粉砕機16の出口に切替弁装置19を介して接続され液槽15に連通する循環流路17を含める。循環流路17に冷却器18を設けることができる。更に好ましくは、図１に示すように粉砕装置３と混合手段８との間に、プラスチック粒ＤをアルカリＫで分解する分解槽４を設ける。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、生分解性プラスチックＢが混入した生ごみ様廃棄物Ａを生分解性プラスチックＢと生ごみ様有機物Ｃとに分別し、分別した生分解性プラスチックＢを微粉砕して分別後の生ごみ様有機物Ｃと共に処理する本発明の一実施例の図式的流れ図を示す。但し、本発明の処理対象の生分解性プラスチックＢは生ごみ様廃棄物Ａ中の混入物に限定されず、様々な排出源から排出された生分解性プラスチック製の容器類、食器類、内装材、家電製品等を処理対象とすることができる。本発明の特徴は、生分解性プラスチックＢを微粉砕してプラスチック粒Ｄとした上で、生ごみ様有機物スラリーＳとの混合スラリーＭとして嫌気発酵処理することにある。
【００１８】
図４は、本発明で用いるバイオリアクター９の一例を示す。図示例のバイオリアクター９は、メタン発酵微生物が付着した微生物担体12を充填した反応室10と、反応室10をメタン発酵微生物の活性温度に保つ保温手段11とを有する。メタン発酵微生物として、比較的高い温度（50〜60℃）で活性を示す高温菌を用いることが望ましい。高温菌は中温度（35〜38℃）で活性を示す中温メタン生成菌等に比し活性が高く、生分解性プラスチックＢや生ごみ様有機物Ｃのような難分解性の有機物処理に適している。微生物担体12の一例は、図５に示すように、ガラス繊維製又は炭素繊維製の不織布でできた多孔質周壁12bを有する中空筒体12aを枠体12cに保持したものである。図示例の担体12は比較的低価格で製造可能であり、中空筒体12aの内径を調節して固形物による閉塞を避けることができる。また、比較的単位重量の軽い不織布製とすることにより繊維の間に比較的広い隙間を確保し、その隙間に高温菌を高密度で付着させることができるので、固形物が多く高濃度の混合スラリーＭを効率良く分解することが可能である。例えば、図５の中空筒状の微生物担体12を反応室10に規則正しく充填して固定床を形成する。
【００１９】
図示例のバイオリアクター９の反応室10は、保温手段11により、高温菌の活動に最も適する温度50〜60℃、好ましくは54〜56℃に保持する。保温手段11に必要なエネルギーは、バイオリアクター９で発生したバイオガスＧのエネルギー変換で賄うことができる。図示例では、反応室10の混合スラリーＭを反応室10の外側を介して循環させる循環路に設けた熱交換器を保温手段11とし、例えば後述するエネルギー回収装置14からの高温水を熱交換器へ送ることにより、反応室10を高温菌の活性温度に保持している。混合スラリーＭを循環させる循環ポンプ11aの動力にもエネルギー回収装置14からのエネルギー（例えば電力）が利用できる。
【００２０】
図１に示すように、バイオリアクター９の反応室10に連通するスラリータンク７に生ごみ様有機物ＣのスラリーＳを貯える。生ごみ様有機物Ｃは、微粉砕機６により粒径１mm程度、好ましくは平均数100ミクロン程度にまで細かく粉砕する。粉砕した生ごみ様有機物Ｃは、そのまま又は等量ないし２倍程度の希釈水Ｗと混合し、スラリー状にしてスラリータンク７へ一旦貯蔵する。生ごみ様有機物Ｃの窒素濃度や脂肪濃度が高い場合は希釈水Ｗの量を増やして適正濃度に希釈できるが、本発明では後述する生分解性プラスチックＢとの混合を考慮して希釈水Ｗの量やスラリーＳの窒素濃度等を調節することが望ましい。また、バイオリアクター９の小型化及びバイオガス発生量の効率化等の観点からは希釈水Ｗは余り多くない方が望ましく、有機物スラリーＳの有機物濃度をCODcr値で10〜30万mg/L程度とするのがよい。
【００２１】
また図１に示すように、生分解性プラスチックＢは、粉砕装置３によりプラスチック粒Ｄに微粉砕してバイオリアクター９へ導く。微粉砕することにより生分解性プラスチックＢの表面積を大きくし、水に溶解し易くしてメタン発酵微生物による分解の容易化・迅速化を図ることができる。従来から生分解性プラスチックＢを粉砕することにより分解速度を高めることは提案されているが、本発明者は生分解性プラスチックＢを生ごみ様有機物スラリーＳと同程度の大きさ、例えば平均粒度１mm程度のプラスチック粒Ｄに微粉砕した上で生ごみ様有機物スラリーＳと混合することにより、混合スラリーＭを従来の生ごみ様有機物スラリーＳのみの場合とほぼ同程度の時間で処理できることを見出した。
【００２２】
図２は、生分解性プラスチックＢを平均粒度１mm程度のプラスチック粒Ｄに微粉砕できる粉砕装置３の一例を示す。図示例の粉砕装置３は、生分解性プラスチックＢに水Ｗを注水して混合する液槽15と、液槽15に連通する湿式粉砕機16と、粉砕機16の出口に切替弁装置19を介して接続され液槽15に連通する循環流路17とを有する。切替弁装置19の弁V2を閉鎖すると共に弁V1を開放して生分解性プラスチックＢを液槽15へ投入し、生分解性プラスチックＢを水Ｗと共に所要粒度に微粉砕されるまで湿式粉砕機16及び循環流路17に還流させ、切替弁装置19の弁V1を閉鎖すると共に弁V2を開放することにより所要粒度に微粉砕されたプラスチック粒Ｄを取り出す。図示例の湿式粉砕機16は輸送機能を有し、液槽15の生分解性プラスチックＢ及び水Ｗを湿式粉砕機16により循環させているが、必要に応じて粉砕機16とは別に循環ポンプを設けてもよい。なお、水Ｗに代えて、後述するように生分解性プラスチックＢをアルカリＫと混合した上で図示例の粉砕装置３により粉砕することも可能である。この場合は、図１において粉砕装置３と分解槽４とを一体化できる。
【００２３】
図３はポンプ形式の輸送機能付き湿式粉砕機16の一例を示す。図示例の湿式粉砕機16は、取入口20及び排出口26と、回転軸27に固定されエッジ部に刃が形成された軸流型の破砕羽根車22と、羽根車22の取入口20側に微小間隙を介して対向するカッター21と、羽根車22の周縁に微小間隙を介して対向する環状刃部23と、羽根車22の排出口26側に微小間隙を介して対向するスリット24と、スリット24と排出口26との間の回転軸27に固定された圧送用インペラー25とを有する。取入口20に投入された生分解性プラスチックＢは、カッター21と回転する破砕羽根車22のエッジとの間で荒削りされ、軸流型の破砕羽根車22によって撹拌圧送される。この時遠心力により一部の生分解性プラスチックＢは回転軸27と直角方向に圧送され、環状刃部23に当たって切断される。また、破砕羽根車22を通過した生分解性プラスチックＢは、羽根車22とスリット24との間で更に細かく破砕される。スリット24のスクリーン状の目を通った生分解性プラスチックＢは、インペラー25によって排出口26へ圧送される。本発明者は、３mm程度のスリット24の湿式粉砕機16を用いて生分解性プラスチック製のフィルム状袋、容器類、食器類等を水Ｗと共に循環させることにより、生分解性プラスチックＢを平均粒度１mm程度のプラスチック粒Ｄに微粉砕できることを確認できた。
【００２４】
生分解性プラスチックＢは粉砕時に摩擦熱により溶解し得るが、生分解性プラスチックＢと水Ｗとを混合して微粉砕することにより、水Ｗの顕熱を利用して生分解性プラスチックＢ自体の温度上昇を抑えて溶解を防ぐことができる。また、たとえ生分解性プラスチックＢが多少溶解した場合でも、溶解物によるカッター21・羽根車22・環状刃部23への付着やスリット24のスクリーン状の目の閉塞を防止できる。生分解性プラスチックＢと混ぜる水Ｗの量は循環流路17の流れやすさ（輸送の容易性）等を考慮して適当に選択可能であるが、水Ｗの量をあまり多くできない場合は、図２のように循環流路17に冷却器18を設け、生分解性プラスチックＢ及び水Ｗを間接的に冷却してもよい。図示例の冷却器18の一例は熱交換器である。例えば循環流路17に温度センサ（図示せず）を設け、温度が上昇した場合に冷却器18を付加的に稼動させることも可能である。
【００２５】
図１に示すように、処理対象の生分解性プラスチックＢが大型である場合は、生分解性プラスチックＢを湿式粉砕機16に投入可能な大きさに粗粉砕する粗粉砕機２を粉砕装置３に含めることができる。例えば、粗粉砕機２として従来技術に属する２軸式のカッター等を用いることができ、生分解性プラスチックＢを例えば10〜20mm程度に粗粉砕したのち湿式粉砕機16へ投入する。粗粉砕機２及び粉砕装置３による生分解性プラスチックＢの粉砕にはエネルギーを要するが、本発明ではバイオリアクター９で発生したバイオガスＧのエネルギー変換により粉砕に要するエネルギー（例えば，電力）を賄うことが可能である。
【００２６】
粉砕装置３から排出されるプラスチック粒Ｄを、スラリータンク７に貯えた有機物スラリーＳと混合し、メタン発酵に適する組成の混合スラリーＭとしてバイオリアクター９の反応室10に投入する。図１では、プラスチック粒Ｄと有機物スラリーＳとを混合する混合手段８として混合槽を設け、混合槽において混合スラリーＭの組成を調整している。但し、混合手段８は図示例に限定されず、例えば粉砕装置３から反応室10へのプラスチック粒Ｄの排出量に基づきスラリータンク７から反応室10への有機物スラリーＳの導入量を調節する流量調節装置等を混合手段８とし、反応室10において混合スラリーＭの組成を調整してもよい。
【００２７】
混合スラリーＭ中の有機物は、バイオリアクター９の反応室10においてメタン発酵微生物により80〜90％が分解され、バイオガスＧと残留液Ｆとになる。バイオガスＧの組成はメタン（CH₄）が平均60〜65％、二酸化炭素（CO₂）が35〜40％、硫化水素が数百ppm程度である。好ましくは、バイオリアクター９で発生したバイオガスＧをエネルギー回収装置14へ送り、エネルギーに変換する。エネルギー回収装置14の一例は、燃料電池又はガスエンジン発電装置である。また、バイオリアクター９で発生した残留液Ｆは二次処理施設13へ送り、二次処理施設13で高度処理した処理水は下水道や河川に放流し、残留有機物をコンポスト材料として回収することができる。
【００２８】
例えば、CODcr値が30万mg/L程度の生ごみ様有機物スラリーＳを高温菌により分解すると130m³/t程度のバイオガスが発生する。またプラスチック粒ＤのCODcr値は130万mg/kg程度であり、高温菌で分解すると理論的には600m³/t程度のバイオガスが発生する。すなわち、プラススチック粒Ｄと有機物スラリーＳとの混合スラリーＭをメタン発酵微生物で嫌気分解する本発明では、従来の有機物スラリーＳのみの嫌気分解に比し理論的には４〜５倍以上のバイオガスＧが発生すると考えられ、エネルギー回収装置14により図１のシステム全体の消費エネルギーを賄う以上のエネルギー回収が期待できる。図１の点線矢印は、エネルギー回収装置14から本発明システムの各装置等へのエネルギー供給ラインを示す。また本発明では、生分解性プラスチックＢに含まれることがある添加剤等は残留液Ｆ中に残り、二次処理施設13において水と共に希釈されて排出されるので、添加剤等が濃縮する問題が発生するおそれは小さい。
【００２９】
こうして本発明の目的である「生分解性プラスチックを少ない消費エネルギーで効率的に分解できる処理方法及びシステム」の提供が達成できる。
【００３０】
好ましくは図１に示すように、粉砕装置３と混合手段８との間にプラスチック粒ＤをアルカリＫで分解する分解槽４を設け、粉砕装置３で微粉砕後のプラスチック粒ＤをアルカリＫで分解したのち有機物スラリーＳと混合する。例えば、分解槽４にアルカリ溶液を貯え、プラスチック粒Ｄを分解槽４に所要時間浸漬する。特許文献４〜６が開示するように、従来から生分解性プラスチックＢはアルカリＫとの接触により分解できることが知られている。特許文献６は、生分解性プラスチックＢのポリマーがアルカリ性処理液との接触によりモノマー又はオリゴマーにまで分解されるとしている（特許文献６の段落0053〜0061）。本発明で用いるメタン発酵微生物は、先ず菌体外分解酵素により高分子物質の表面層の分子鎖を加水分解反応により低分子に分解するが、プラスチック粒ＤをアルカリＫで分解することにより、この加水分解反応を促進してプラスチック粒Ｄを水溶液に溶解し易くし、バイオリアクター９における発酵を更に促進できる。
【００３１】
アルカリＫの種類やpHは、生分解性プラスチックＢの種類等に応じて適宜選択可能であるが、本発明者はアルカリＫをアンモニアとした場合にpHを13以上にすると効果があることを見出した。また、アルカリＫとしてアンモニアを用いることにより、上述した生分解性プラスチックＢにおける窒素成分の不足を補い、プラスチック粒Ｄにおける炭素成分と窒素成分とのバランスを嫌気発酵に適する状態にし、有機物スラリーＳとの混合時における組成調整の容易化を図ることができる。また必要に応じて、図１に示すようにエネルギー回収装置14で回収したエネルギー（例えば、高温水等）を分解槽４に加えてアルカリＫを昇温し、昇温アルカリＫによりプラスチック粒Ｄの分解を促進することも可能である。
【００３２】
なお図１の流れ図では、アルカリＫによる分解槽４と混合手段８との間に中和槽５を設け、アルカリ分解後のプラスチック粒Ｄを中和したのち有機物スラリーＳと混合している。例えば、中和槽５において酸その他の適当な中和剤を添加して、プラスチック粒Ｄを高温菌の活動に最も適するpH6.5〜8.0程度に調整する。但し、本発明はプラスチック粒Ｄに有機物スラリーＳを混合した混合スラリーＭのpHがメタン発酵微生物の活性範囲内であれば足り、プラスチック粒Ｄに比し有機物スラリーＳの混合量が多い場合等はプラスチック粒ＤがpH8.0以上でも混合スラリーＭをpH8.0以下にすることができるので、中和槽５は本発明に必須のものではない。
【００３３】
【実施例】
図１のシステムでは、生分解性プラスチックＢが混入した生ごみ様廃棄物ＡをプラスチックＢと生ごみ様有機物Ｃとに分別し、分別したプラスチックＢを粗粉砕機２および粉砕装置３へ導き、分別した生ごみ様有機物Ｃを微粉砕機６及びスラリータンク７へ導く分別装置１を設けている。生分解性プラスチックＢの利用態様として生ごみの包装袋・容器としての普及が期待されており、生分解性プラスチックＢの特性を活かした循環システムの構築が求められている。図１のシステムによれば、生分解性プラスチックＢが混入したが生ごみ様廃棄物Ａを効率的に且つ極めて省エネルギー的に処理することが可能である。但し、生ごみの包装袋・容器に使用される生分解性プラスチックＢは薄膜フィルム状であることが多いが、エネルギー回収量を高めるにためには、他の排出源からの生分解性プラスチック製容器、食器、内装材、家電製品等を合わせて同時に処理することが有効である。
【００３４】
図６〜９は、本発明に適する分別装置１の一例を示す。図示例の分別装置１は、生分解性プラスチックＢが混入した生ごみ様廃棄物Ａを取り入れる取入口46と吸気口41とが長手方向一端近傍に穿たれ且つ他端に排出口48が穿たれた水平な筒体32、筒体32の底壁33aの一端と排出口48との間に穿った細孔群40、筒体32の内側の長手方向軸線上の回転軸35に固定され半径方向突端が筒体底壁33aに微小間隙を介して対向する回転翼36（図７〜９参照）、回転軸35又は回転翼36の吸気口41側端に取り付けた吸気羽根52（図９参照）、回転翼36の回転域と筒体32の頂壁33bとの間に形成した空気流路42、細孔群40とスラリータンク７（図１参照）とに連通する有機物搬送手段であるスクリューコンベア65・スクリュー式送出装置66・輸送パイプ67、及び排出口48と粗粉砕機２・粉砕装置３（図１参照）とに連通するプラスチック搬送手段である搬送パイプ72・搬送装置74を有する。
【００３５】
図示例の筒体32は、断面が弧状の下半割部からなる底壁33aと、断面を半径方向外側に膨らませて楕円状とした上半割部からなる頂壁33bとを結合して筒型としたものである。図７に示すように、筒体32の内側の長手方向軸線、図示例では弧状底壁33aの中心軸線に沿って回転軸35を設け、回転軸35に固定した回転翼36の突端と弧状底壁33aとの間の微小間隙により、生ごみ様廃棄物Ａ中の有機物Ｃを回転翼36の回転時に弧状底壁33aの細孔群40から排出可能な程度に微粉砕することができる。図９に示すように、回転翼36の突端に例えばゴム板の弾力性のある板38を取り付けてもよい。また、筒体32の頂壁33bを外側に膨らんだ楕円状とすることにより、回転翼36の回転域と頂壁33bとの間に筒体32の長手方向に延びる空気流路42を形成し、空気流路42を介して生ごみ様廃棄物Ａ中のプラスチックＢを排出口48側へ送ることができる。更に図８に示すように、回転軸35又は回転翼36の吸気口41側の端縁には所要の空気迎い入れ角度δで吸気羽根52（図９も参照）を取り付ける。吸気羽根52は、回転時に扇風機の原理により吸気口41から空気流Ｒを取り入れることができる。
【００３６】
筒体32の取入口46は、回転軸35と交差する向きに設けることが望ましい。例えば、取入口46を筒体頂壁33bの回転軸35の直上部位から回転翼36の回転方向（図７の矢印Ｅで示す方向）にずらして設ける。また排出口48は、筒体32の他端の底壁33aに設けることが望ましい。できるだけ広い排出口48を筒体底壁33aに設けることにより、空気流Ｒだけでなく重力による落下作用を利用して排出口48からプラスチックＢを効率的に排出できる。筒体32の細孔群40を設けた底壁33aの下方には有機物ホッパー64を気密に接合し、排出口48の下方にはプラスチックＢを一時的に貯留するホッパー71を気密に接合する。
【００３７】
図示例の分別装置１は、回転軸35を適当な駆動装置（例えば電動モータ）39とベルト53等で接続し（図６参照）、回転軸35を矢印Ｅで示す向きに毎分500〜600回転程度の回転速度で回転させながら、取入口46より生ごみ様廃棄物Ａを投入する。図８に示すように、回転軸35と共に吸気羽根52が回転すると、吸気口41から筒体32の内側へ空気が吸引され、筒体32内に吸気口41から排出口48へ向かう空気流Ｒが形成される。取入口46から筒体32中に投入された生ごみ様廃棄物Ａは、回転軸35と共に回転する回転翼36によって攪拌・破砕され、プラスチックＢと有機物Ｃとに分離される。分離されたプラスチックＢは空気流Ｒにより排出口48側へ送られ、空気流Ｒと重力とにより排出口48からホッパー71へ落下する。他方、有機物Ｃは筒体32の底壁33aに落下し、更に回転翼36の突端と底壁33aとの間の微小間隙において細かくスラリー状に微粉砕され、細孔群40から有機物ホッパー64へ落下する。なお、図８では有機物Ｃの流れを白抜き矢印、プラスチックＢの流れを黒矢印、空気の流れを黒三角付き矢印で示す。
【００３８】
図示例の有機物ホッパー64は、下部にスクリューコンベア65が気密に取り付けられ、コンベア65の出口にスクリュー式送出装置66が気密に結合され、送出装置66に微粉砕機６及びスラリータンク７（図１参照）に至る輸送パイプ67が接続されている。有機物ホッパー64に落下した有機物Ｃは、スクリューコンベア65によってスクリュー式送出装置66へ送り出され、送出装置66及び輸送パイプ67を介して微粉砕機６及びスラリータンク７へ送られ、本発明の処理システムに供される。図示例のコンベア65、送出装置66及び輸送パイプ67は、有機物搬送手段を構成する。
【００３９】
また、プラスチックＢのホッパー71の下部には、外気遮断型の密閉式搬送装置74が気密に結合され、搬送装置74に搬送パイプ72が接続されている。ホッパー71内のプラスチックＢは、搬送装置74により外気との接触を避けつつ搬送パイプ72経由で粗粉砕機２・粉砕装置３まで搬送され、本発明の処理システムに供される。密閉式搬送装置74の一例は、図７（Ｂ）に示すように搬送パイプ72（72a、72b）内部に適当な間隔で複数の仕切板74bが固定されたチェーン74aが延在し、パイプ72a、72b上に設けた駆動機構73（図６参照）でチェーン74aを駆動することにより仕切板74bの間に積載したプラスチックＢを掻き出す機構のものである。図示例の搬送装置74及び搬送パイプ72は、プラスチック搬送手段を構成する。
【００４０】
筒体32の頂壁33bには、空気流路42内の空気流Ｒを回転軸35と交差する向きに案内する複数の導風板45を取り付け、導風板45の数や向きにより空気流Ｒの筒体内滞留時間を調節できることが望ましい。プラスチックＢとの分離が難しい軽量の有機物Ｃについても、滞留時間を長くすればショートパスの防止が期待できる。また、取入口46には、生ごみ様廃棄物Ａを定量的に取り入れる定量供給破砕機54を設置することが望ましい。定量供給破砕機54として種々のものが使用可能であるが、生ごみ様廃棄物Ａの詰まりや異常トルクによる一時停止等に容易に対応できるものが望ましい。
【００４１】
好ましくは図示例のように、プラスチックＢのホッパー71に排気口62を設け（図７（Ｂ）参照）、排気口62と筒体32の吸気口41とを通気管63により筒体32の外側で気密に連通する。分別装置１は廃棄物Ａと接触してかなりの臭気を含んだ空気流ＲがプラスチックＢと共に排出口48から排出されるため周辺の臭気対策が必要となるが、排気口62と吸気口41とを通気管63で連通することによりホッパー71へ送られた空気の大部分を吸気羽根52の吸引作用により排気口62、通気管63及び吸気口41を介して筒体32内へ戻して循環させることができるので、臭気を実質上装置１内に閉じ込めておくことができる。
【００４２】
図示例の分別装置１によれば、大型商業施設等から排出される袋詰の事業系生ごみ様廃棄物Ａを連続的に且つ効率的に分別処理することができる。従って、この分別装置１を用いて図１０のように本発明の処理システムを構築すれば、生分解性プラスチックＢが混入した生ごみ様廃棄物Ａの連続的・効率的な処理が可能となる。また図１に示すように本発明は、分別装置１で使用するエネルギーもバイオリアクター９で発生したバイオガスＧのエネルギー変換により賄うことが可能であり、全体としての消費エネルギーが極めて小さいシステムが構築できる。このため本発明のシステムは、生分解性プラスチックＢの生ごみ包装袋・容器等としての利用拡大への寄与が期待できる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による生分解性プラスチックの処理方法及びシステムは、生分解性プラスチックを注液して湿式粉砕機が含まれる循環流路に循環させることにより微粉砕し、粉砕後のプラスチックを生ごみ様有機物のスラリーと混合してメタン発酵微生物と接触させ、生分解性プラスチックを生ごみ様有機物との共存下でメタン発酵処理するので、次の顕著な効果を奏する。
【００４４】
（イ）生分解性プラスチックを嫌気発酵処理するので、曝気のためのエネルギーが不要であり、逆にバイオガスから大量のエネルギーを回収できる。
（ロ）生分解性プラスチックを微粉砕したのち生ごみ様有機物スラリーと混合して処理するので、プラスチックを生ごみ様有機物と同程度の短時間で処理できる。
（ハ）生分解性プラスチックを短時間で処理できるのでバイオリアクターの小型化を図り、システム全体をコンパクトにして建設費の節減に寄与できる。
（ニ）生分解性プラスチックに添加された添加剤等は水と共に希釈されて排出されるので、添加剤等が濃縮するおそれが小さい。
（ホ）従来の生ごみ様廃棄物の嫌気処理施設と比較的簡単に組み合わせることができ、生分解性プラスチックの処理機能を付加することによりバイオガスの発生量の増大が期待できる。
（ヘ）従来の生ごみ様有機物のみの嫌気分解に比し理論的に４〜５倍以上のバイオガスの発生が期待できるので、発電施設としての利用も期待できる。
（ト）生分解性プラスチックが混入した生ごみ様廃棄物の分別装置と組み合わせることにより、生分解性プラスチックの生ごみ包装袋・容器等としての利用拡大への寄与が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明の一実施例の図式的流れ図である。
【図２】は、図１に示す粉砕装置の一例の説明図である。
【図３】は、図２に示す湿式粉砕機の一例の説明図である。
【図４】は、図１に示すバイオリアクターの一例の説明図である。
【図５】は、バイオリアクターに保持する微生物担体の一例の説明図である。
【図６】は、図１の分別装置の一例の説明図である。
【図７】は、図６の分別装置を取入口側及び排出口側から見た正面図及び背面図である。
【図８】は、図６の分別装置の分別作用を示す図式的側面図である。
【図９】は、図６の分別装置の回転翼及び吸気羽根の説明図である。
【図１０】は、図６の分別装置を用いた本発明の他の実施例の説明図である。
【符号の説明】
１…分別装置２…粗粉砕機
３…粉砕装置４…分解槽
５…中和槽６…微粉砕機
７…スラリータンク８…混合手段
９…バイオリアクター 10…反応室
11…保温手段 11a…循環ポンプ
12…微生物担体 12a…中空筒体
12b…多孔質周壁 12c…枠体
13…二次処理施設 14…エネルギー回収装置
15…液槽 16…湿式粉砕機
16a…駆動手段 17…循環流路
18…冷却器（熱交換器） 19…切替弁装置
20…取入口 21…カッター
22…破砕羽根車 23…環状刃部
24…スリット 25…圧送用インペラー
26…排出口 27…回転軸
32…筒体（ドラム） 33…周壁
33a…底壁 33b…頂壁
34…脚部 35…回転軸
35a…軸受け 36…回転翼（板状羽根）
37…回転翼の突端縁 38…弾力性板
39…駆動装置 40…細孔群
41…吸気口 41a…吸気口接続部
41b…吸気ダクト 42…空気流路
43…供給ホッパー 44…気流案内手段
45…導風板 46…取入口
47…取入ダクト 48…排出口
49…排出ダクト 50…カッターフィン部材
51…鋸歯状端縁 52…吸気羽根
53…ベルト 54…定量供給破砕機
55…回転軸 56…駆動装置
58…給水ノズル
62…排気口 62b…排気ダクト
63…通気管 64…有機物ホッパー
65…スクリューコンベア
66…スクリュー式送出装置 67…輸送パイプ
70…排気口ストレーナ
71…ホッパー 72、72a、72b…搬送パイプ
73…駆動機構 74…（密閉式）搬送装置
74a…チェーン 74b…仕切板
80…廃棄物搬送車 81…廃棄物貯蔵タンク
82…スクリューコンベア
Ａ…生分解性プラスチックが混入した生ごみ様廃棄物
Ｂ…生分解性プラスチックＣ…生ごみ様有機物
Ｄ…プラスチック粒Ｅ…回転翼の回転方向
Ｆ…残留液Ｇ…バイオガス
Ｋ…アルカリＭ…混合スラリー
Ｒ…空気流Ｓ…生ごみ様有機物スラリー
Ｗ…（希釈）水Ｙ…冷却水
V1、V2…弁

Claims

生分解性プラスチックを注液して湿式粉砕機が含まれる循環流路に循環させることにより微粉砕し、粉砕後のプラスチックを生ごみ様有機物のスラリーと混合してメタン発酵微生物と接触させ、前記プラスチックを生ごみ様有機物との共存下でメタン発酵処理してなる生分解性プラスチックの処理方法。
請求項１の処理方法において、前記粉砕後のプラスチックと前記有機物スラリーとをメタン発酵に適する組成に混合してなる生分解性プラスチックの処理方法。
請求項１又は２の処理方法において、前記生分解性プラスチックを生ごみ様廃棄物中の混入物とし、当該生ごみ様廃棄物から分別した前記プラスチックを微粉砕して分別後の生ごみ様廃棄物中の有機物スラリーと混合してなる生分解性プラスチックの処理方法。
請求項１から３の何れかの処理方法において、前記循環流路に冷却器を含め、生分解性プラスチックを前記冷却器で冷却しつつ微粉砕してなる生分解性プラスチックの処理方法。
請求項１から４の何れかの処理方法において、生分解性プラスチックを平均粒度１mm程度のプラスチック粒に微粉砕してなる生分解性プラスチックの処理方法。
請求項１から５の何れかの処理方法において、前記粉砕後のプラスチックをアルカリで分解したのち前記有機物スラリーと混合してなる生分解性プラスチックの処理方法。
請求項６の処理方法において、前記アルカリをアンモニアとしてなる生分解性プラスチックの処理方法。
請求項６又は７の処理方法において、前記アルカリ分解後のプラスチックを中和したのち前記有機物スラリーと混合してなる生分解性プラスチックの処理方法。
請求項１から８の何れかの処理方法において、前記メタン発酵時に発生するバイオガスのエネルギー変換により前記生分解性プラスチックの微粉砕のエネルギーを賄ってなる生分解性プラスチックの処理方法。
メタン発酵微生物の付着した担体が保持された反応室を有するバイオリアクター、生分解性プラスチックを注液して湿式粉砕機が含まれる循環流路に循環させることによりプラスチック粒に微粉砕して前記反応室へ導く粉砕装置、生ごみ様有機物スラリーを貯え前記反応室に連通するスラリータンク、及び前記プラスチック粒と有機物スラリーとをメタン発酵に適する組成に混合する混合手段を備えてなる生分解性プラスチックの処理システム。
請求項１０のシステムにおいて、前記粉砕装置に、生分解性プラスチックに注液する液槽、当該液槽に連通し前記プラスチックを液中で粉砕する輸送機能付き湿式粉砕機、及び当該粉砕機の出口に切替弁装置を介して接続され前記液槽に連通する循環流路を含めてなる生分解性プラスチックの処理システム。
請求項１１のシステムにおいて、前記循環流路に冷却器を設けてなる生分解性プラスチックの処理システム。
請求項１０から１２の何れかのシステムにおいて、前記粉砕装置に、生分解性プラスチックを前記湿式粉砕機に投入可能な大きさに粗粉砕する粗粉砕機を含めてなる生分解性プラスチックの処理システム。
請求項１０から１３の何れかのシステムにおいて、前記粉砕装置と混合手段との間にプラスチック粒をアルカリで分解する分解槽を設けてなる生分解性プラスチックの処理システム。
請求項１４のシステムにおいて、前記アルカリをアンモニアとしてなる生分解性プラスチックの処理システム。
請求項１４又は１５のシステムにおいて、前記分解槽と混合手段との間に前記アルカリ分解後のプラスチック粒を中和する中和槽を設けてなる生分解性プラスチックの処理システム。
請求項１０から１６の何れかのシステムにおいて、生分解性プラスチックが混入した生ごみ様廃棄物をプラスチックと生ごみ様有機物とに分別し且つ分別したプラスチック及び有機物を前記粉砕装置及びスラリータンクへ導く分別装置を設けてなる生分解性プラスチックの処理システム。
請求項１７のシステムにおいて、前記分別装置に、生分解性プラスチックが混入した生ごみ様廃棄物を取り入れる取入口と吸気口とが長手方向一端近傍に穿たれ且つ他端に排出口が穿たれた水平な筒体、筒体底壁の一端と排出口との間に穿った細孔群、筒体内側の長手方向軸線上の回転軸に固定され半径方向突端が筒体底壁に微小間隙を介して対向する回転翼、回転軸又は回転翼の吸気口側端に取り付けた吸気羽根、回転翼の回転域と筒体頂壁との間に形成した空気流路、前記細孔群と前記スラリータンクとに連通する有機物搬送手段、及び前記排出口と前記粗粉砕機又は粉砕装置とに連通するプラスチック搬送手段を設けてなる生分解性プラスチックの処理システム。
請求項１０から１８の何れかのシステムにおいて、前記バイオリアクターで発生したバイオガスを回収してエネルギーに変換し且つ当該エネルギーを前記粗粉砕機及び／又は粉砕装置へ供給するエネルギー回収装置を設けてなる生分解性プラスチックの処理システム。