特開 2025-1878 処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025001878

(43)【公開日】2025-01-09

(54)【発明の名称】処理システム

(51)【国際特許分類】

   B09B 3/70 20220101AFI20241226BHJP

【ＦＩ】

B09B3/70 ZAB

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023101615

(22)【出願日】2023-06-21

(71)【出願人】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】山本 亮平

(72)【発明者】

【氏名】杉山 宏石

【テーマコード（参考）】

4D004

【Ｆターム（参考）】

4D004AA33

4D004AA36

4D004AA41

4D004AA43

4D004AC04

4D004CB04

4D004CC01

4D004CC03

4D004DA02

4D004DA03

4D004DA20

(57)【要約】

【課題】廃棄物の安定化処理の反応速度を向上させるアルカリ性固体反応物の処理システムを提供すること。
【解決手段】本開示に係る処理システム１０は、アルカリ性固体反応物の処理システムであって、廃棄物２００を収容する容器１００と、水１１１を貯蔵する貯蔵部１１０と、貯蔵部に所定のガスを供給するガス供給部１２０と、所定のガスが供給された水を容器に供給する水供給部１３０と、を備え、容器は、当該容器の底部に沿って設けられた通気性を有する隔壁１０１を備えるものである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルカリ性固体反応物の処理システムであって、
廃棄物を収容する容器と、
水を貯蔵する貯蔵部と、
前記貯蔵部に所定のガスを供給するガス供給部と、
前記所定のガスが供給された水を前記容器に供給する水供給部と、を備え、
前記容器は、当該容器の底部に沿って設けられた通気性を有する隔壁を備える
処理システム。

【請求項2】

さらに、前記底部と前記隔壁との間の空間に漏出した水を回収して前記水供給部に戻す水循環部を備える
請求項１に記載の処理システム。

【請求項3】

前記貯蔵部は、前記ガス供給部からのガスを供給するガス入口と、水を通過したガスを回収して前記ガス供給部に戻すガス循環部と、を備える
請求項１に記載の処理システム。

【請求項4】

前記所定のガスは、二酸化炭素、空気、水蒸気、酸素、オゾン、窒素、水素、硫化水素、及び酸性ガスの一種以上を含有するガスである
請求項１～３のいずれか一項に記載の処理システム。

【請求項5】

さらに、制御部を備え、
前記制御部は、前記貯蔵部の水のｐＨが７未満となる様に前記ガス供給部のガス流量及びガス濃度の少なくとも一方を制御し、
前記容器内において、前記廃棄物に浸漬する水のｐＨが７未満となる様に前記水供給部の水供給量を制御する
請求項１～３のいずれか一項に記載の処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、処理システムに関し、特に、アルカリ性固体反応物の処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、廃棄物が収容された容器の下方よりガスを供給して廃棄物の炭酸塩化を行う処理装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１７７３２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

産業廃棄物などの廃棄物を焼却した際に発生する焼却灰などのアルカリ性固体反応物を、資源として有効活用するために、炭酸化する技術の開発が進んでいる。

【0005】

特許文献１に開示される処理装置は、廃棄物の安定化処理として、廃棄物の炭酸化を行い、廃棄物中のミネラル分（Ｃａ、Ｍｇなど）を不溶化させるものである。一方で、廃棄物とＣＯ_２を反応させて炭酸塩を生成させる処理は、廃棄物中のミネラル分が雨水と大気中のＣＯ_２によって炭酸塩化が進むが、反応速度が非常に遅いという問題がある。

【0006】

本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、廃棄物の安定化処理の反応速度を向上させるアルカリ性固体反応物の処理システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係る処理システムは、アルカリ性固体反応物の処理システムであって、廃棄物を収容する容器と、水を貯蔵する貯蔵部と、前記貯蔵部に所定のガスを供給するガス供給部と、前記所定のガスが供給された水を前記容器に供給する水供給部と、を備え、前記容器は、当該容器の底部に沿って設けられた通気性を有する隔壁を備えるものである。このようにすることで、廃棄物の安定化処理の反応速度を向上させるアルカリ性固体反応物の処理システムを提供することができる。

【0008】

また、本開示に係る処理システムは、さらに、前記底部と前記隔壁との間の空間に漏出した水を回収して前記水供給部に戻す水循環部を備えてもよい。このようにすることで、処理コストを低減することができる。

【0009】

また、本開示に係る処理システムの前記貯蔵部は、前記ガス供給部からのガスを供給するガス入口と、水を通過したガスを回収して前記ガス供給部に戻すガス循環部と、を備えてもよい。このようにすることで、未反応のガスの外部への排出を抑制することができる。

【0010】

また、本開示に係る処理システムの前記所定のガスは、二酸化炭素、空気、水蒸気、酸素、オゾン、窒素、水素、硫化水素、及び酸性ガスの一種以上を含有するガスであってもよい。このようにすることで、使用するガスの種類を増やすことができる。

【0011】

また、本開示に係る処理システムは、さらに、前記貯蔵部の水のｐＨが７未満となる様に前記ガス供給部のガス流量及びガス濃度の少なくとも一方を制御する第１制御部と、前記容器内において、前記廃棄物に浸漬する水のｐＨが７未満となる様に前記水供給部の水供給量を制御する第２制御部と、を備えてもよい。このようにすることで、廃棄物の安定化処理の反応速度を向上させることができる。

【発明の効果】

【0012】

本開示により、廃棄物の安定化処理の反応速度を向上させるアルカリ性固体反応物の処理システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本開示に係る処理システムの概略図である。

【図2】本開示に係る廃棄物の飽和溶解度及び反応速度を示す図である。

【図3】本開示に係る処理システムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して本開示について説明する。図１は、本開示に係る処理システムの概略図である。処理システム１０は、容器１００、貯蔵部１１０、ガス供給部１２０、水供給部１３０を少なくとも備える。処理システム１０は、さらに、水循環部１４０を備えてもよい。これらの構成要素の詳細は後述する。

【0015】

容器１００は、廃棄物２００を収容する構成であり、金属、例えば、鉄板や鋼鉄、ステンレスなどで形成される。また、容器１００は、当該容器の底部に沿って設けられた隔壁１０１を備える。隔壁１０１は、多孔性で通気性を有する。隔壁１０１を設けることにより、容器１００の底部と隔壁１０１との間に空間が設けられ、廃棄物２００は、隔壁１０１上に載せられて容器１００に充填され、水及びガスは、当該空間に漏出する（漏出水２０１）。さらに、容器１００は、水圧送ライン１０２と噴霧ノズル１０３を備え、これらによって水供給部１３０を介して貯蔵部１１０からの水を廃棄物２００に噴霧する。廃棄物２００は、例えば、焼却施設で発生する焼却灰やスラグ、汚染土壌等や鉄鋼スラグ、廃コンクリート、尾鉱廃棄物などのアルカリ性固体反応物が挙げられる。

【0016】

貯蔵部１１０は、水１１１を貯蔵する構成であり、例えば、給水タンクや水道などであり、給水タンクは、雨水を回収するタンクであってもよい。

【0017】

ガス供給部１２０は、ポンプ１２４を用いて、ガス入口１２１から供給される所定のガスを、ガス供給ライン１２２を介して貯蔵部１１０内の水１１１に供給する（バブリング）。所定のガスは、二酸化炭素、空気、水蒸気、酸素、オゾン、窒素、水素、硫化水素、及び酸性ガスの一種以上を含有するガスである。このようにすることで、使用するガスの種類を増やすことができる。

【0018】

所定のガスは、特に二酸化炭素（ＣＯ_２）が好ましい。廃棄物とＣＯ_２を反応させ、炭酸塩を生成させる処理は、廃棄物中のミネラル分（Ｃａ、Ｍｇなど）が雨水と大気中のＣＯ_２によって炭酸塩化が進むが、反応速度が遅いことが課題であった。炭酸塩の生成には、廃棄物中のミネラル分が水と反応して水酸化物が生成する第１の反応と、水酸化物が電離した後のミネラル分の陽イオンとＣＯ_２（ＣＯ_３ ^２－）が結びつき炭酸塩として析出する第２の反応に分けることができる。

【0019】

本発明者らは、これらの反応を解析し、第１の反応である水酸化物の生成によって全体の反応が律速していることを発見した。本開示に係る処理システムは、予めＣＯ_２を溶解させた水を供給させることにより、廃棄物の安定化処理の全体の反応速度を格段に向上させることが可能となる。

【0020】

また、ガス供給部１２０は、さらに、水１１１を通過したガスを回収してガス供給部１２０に戻すガス循環部（図示なし）を備えてもよい。この時、回収されたガスは、ガス循環ライン１２３及びポンプ１２４を介して、再びガス供給ライン１２２から貯蔵部１１０に供給される。

【0021】

廃棄物２００の炭酸化、即ち、廃棄物中のミネラル分（Ｃａ、Ｍｇなど）を不溶化させる反応において、ガスの量や濃度によっては、未反応のガスが大量に発生し、外部へ排出することになる。したがって、ガス循環部を備えることにより、未反応のガスの外部への排出を抑制することができる。

【0022】

水供給部１３０は、所定のガスが供給された水１１１を容器１００に供給する構成であり、ポンプ１３１及びバルブ１３２を少なくとも備える。

【0023】

水循環部１４０は、容器１００の底部と隔壁１０１との間の空間に漏出した水及びガス（漏出水２０１）を貯蔵部１１０に送る構成である。水循環部１４０は、水循環ライン１４１、ポンプ１４２、及びバルブ１４３を少なくとも備える。また、水循環部１４０は、廃棄物などの混在を防ぐために、フィルターなどを備えてもよい。

【0024】

本開示に係る廃棄物の飽和溶解度及び反応速度を図２（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示す。図２（ａ）は、廃棄物中のミネラル分の例としてＣａである場合の飽和溶解度のｐＨによる変化を示している。Ｃａ、Ｍｇなどのアルカリ金属は、溶媒である水のｐＨが低い、即ち、酸性であるほど溶解度が増加する。図２（ｂ）は、廃棄物を中性（ｐＨ７）、ｐＨ６、ｐＨ４の水にそれぞれ浸漬した際のＣａの溶出速度を示す。中性の水に浸漬した場合に比べて、水のｐＨが酸性であるほど反応速度が向上することが分かる。

【0025】

図２（ｂ）のＣａの反応速度は、下記式（１）に示されるＮｏｙｅｓ－Ｗｈｉｔｎｅｙ式、及び下記式（２）、（３）に示される反応速度式により求められる。
ν＝ｋＳ（Ｃ_Ｓ－Ｃ） …（１）
τ＝ｋ［Ｃａ］［Ｈ_２Ｏ］ …（２）
ｋ＝Ａｅｘｐ（－Ｅ／ＲＴ） …（３）
ここで、ν：溶解速度、ｋ：溶解速度定数、Ｓ：界面面積、Ｃ_Ｓ：飽和濃度（飽和溶解度）、Ｃ：溶解濃度、τ：反応速度、Ｅ：活性化エネルギー、Ａ：頻度因子、Ｒ：気体定数、Ｔ：温度、である。
式（１）より、飽和溶解度が高いほど溶解速度も上がり、式（２）、（３）より、反応物の濃度増加と、頻度因子増加に伴う反応速度定数の増加によって反応速度が向上する。

【0026】

また、本開示に係る処理システムは、制御部を備えてもよい。図３（ａ）、（ｂ）を用いて、制御部１５０を備える処理システム１０について説明する。図３（ａ）に示される処理システム１０に設けられた制御部１５０は、貯蔵部１１０に備えられたｐＨセンサ１５１をモニターし、貯蔵部１１０の水のｐＨが７未満となる様にガス供給部１２０のガス流量及びガス濃度の少なくとも一方を制御する構成である。

【0027】

また、図３（ｂ）に示される処理システム１０に設けられた制御部１５０は、容器１００に備えられたｐＨセンサ１５２をモニターし、容器１００内において、廃棄物に浸漬する水のｐＨが７未満となる様に水供給部１３０の水供給量を制御する構成である。

【0028】

ｐＨセンサ１５１、１５２を備える制御部１５０を設けることにより、容器１００に供給する水、及び廃棄物に浸漬する水を酸性に維持することが容易となり、廃棄物の安定化処理の反応速度を向上させることができる。

【0029】

このようにして、廃棄物の安定化処理の反応速度を向上させるアルカリ性固体反応物の処理システムを提供することができる。

【0030】

なお、本開示は上記に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、ガスを２種類使用する場合において、２種類のガスを予め混合した状態にて貯蔵部に供給してもよいし、異なる貯蔵部にガスを１種類ずつ供給し、得られた２種類の水を水供給部において混合させてもよい。

【符号の説明】

【0031】

１０ 処理システム
１００ 容器
１０１ 隔壁
１０２ 水圧送ライン
１０３ 噴霧ノズル
１１０ 貯蔵部
１１１ 水
１２０ ガス供給部
１２１ ガス入口
１２２ ガス供給ライン
１２３ ガス循環ライン
１２４ ポンプ
１３０ 水供給部
１３１ ポンプ
１３２ バルブ
１４０ 水循環部
１４１ 水循環ライン
１４２ ポンプ
１４３ バルブ
１５０ 制御部
１５１、１５２ ｐＨセンサ
２００ 廃棄物
２０１ 漏出水

【図1】

【図2】

【図3】