本发明涉及含有塑料瓶等塑料制废品的废弃物的再利用处理方法及其再利用处理系统。
背景技术：
以往，提出有各种各样的对废弃物进行再利用的方法(例如，参照专利文献1-3)。
现有技术文献
专利文献1：日本特开平5-185056号公报
专利文献2：日本专利第4860363号公报
专利文献3：日本特开2017-213899号公报
技术实现要素：
发明要解决的技术问题
然而，作为在专利文献1-3中公开的关于废弃物的处理方法，例举有焚烧处理或者炭化再利用等方法。然而近年来，由于塑料垃圾的增加、分类收集难以贯彻、处理设备的紧缺等使得垃圾来不及处理，从而造成向海洋进行垃圾非法倾倒常态化，并以此为起因，使得海洋污染、对生态系统产生恶化影响等诸多问题正在全球范围内爆发。
具体而言，据说1950年以后的全球塑料产量约为83亿吨，但其中约63亿吨作为塑料垃圾被丢弃。据推测，像这样丢弃的塑料垃圾即使经过数千年也无法被分解而将残留在海洋中。此外，据推测海洋径流量每年约为800万吨，并有试算得出现有的总径流量约为1.5亿吨。
鉴于以上情况，虽然已经研究并实施了诸如上述专利文献1-3中所公开的废弃物的再利用方法，但是，由于用于垃圾再利用的炭化炉设备的建设需耗费高昂的初期成本，并且废弃物所包含的塑料垃圾中混合着特性完全相反的热塑性树脂、热固性树脂，所以非常难以将含有塑料垃圾的废弃物无偏差地进行均匀且优质的炭化。此外，不仅是塑料垃圾，例如在工厂中大量生成的工业制品或者食物等的不良品的处理中，由于其混合了各种材质的物质而难以进行分类。然而由于丢弃也将花费成本，并且需要遵守废弃物处理法、食品回收法、容器包装回收法等各种法律，所以将来如何处理这类废弃物，对企业来讲也是难以解决的课题。
本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种废弃物的再利用处理方法及其系统，不限于塑料垃圾、可对包含塑料制废品的废弃物无偏差地进行均匀且优质的炭化并再利用。
用于解决技术问题的方案
为了到达上述目的，本发明的废弃物的再利用处理方法的特征在于，包括炭化工序，使含有塑料瓶等塑料制废品的废弃物在多次、阶段性地使温度升温的炭化炉内进行炭化处理。
另外，本发明的废弃物的再利用处理系统的特征在于，包括炭化装置，使含有塑料瓶等塑料制废品的废弃物在多次、阶段性地使温度升温的炭化炉内进行炭化处理。
发明效果
根据本发明的废弃物的再利用处理方法及其系统，能够将难以处理的、含有塑料垃圾的废弃物无偏差地进行均匀且优质的炭化并再利用。
附图说明
图1(a)是示出本发明的第1实施方式的含有塑料垃圾的废弃物的再利用处理方法(系统)的基本步骤的流程图。图1(b)是用于说明炭化工序中控制温度的图表。
图2是本再利用处理方法中使用的炭化装置的概略构成图。
图3是本发明第2实施方式的含有塑料垃圾的废弃物的再利用处理方法(系统)中的筛选工序的概念图。
图4是示出本再利用处理方法(系统)的基本步骤的流程图。
图5是按各等级分别示出含有筛选分级后的塑料垃圾的废弃物的各工序后的实际照片的表。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。
首先对废弃物的再利用处理方法(以下简称为再利用处理方法)的基本的步骤流程以及废弃物的再利用处理系统1(以下简称为再利用处理系统)的基本构成进行说明。
如图1(a)、图1(b)、图4所示，本再利用处理方法执行炭化工序，使含有塑料瓶等塑料制废品(所谓的塑料垃圾)的废弃物3在多次、阶段性地使温度升温的炭化炉内进行炭化处理。
另外，再利用处理系统1是用于实施再利用处理方法的系统，至少包括对含有塑料瓶等塑料制废品的废弃物3进行炭化的炭化装置20。
<第1实施方式>
接下来，对图1、图2中示出的第1实施方式的再利用处理方法以及再利用处理系统1进行详细说明。
<再利用处理方法>
该再利用处理方法，至少包括依次执行的裁断工序、炭化工序，在炭化工序之后，还设有执行粉碎至规定的粒度的粉碎工序、和通过筛子去除不适用物质的适用与否筛选工序。
以下，对各工序说明。在此以包含裁断工序的再利用处理方法为例进行说明，但如果是包含大小为5厘米(拳头左右)-10厘米左右的塑料垃圾3，那么即使没有下述裁断工序，也可进行炭化。
<裁断工序>
裁断工序是将作为原料的废弃物3裁断为薄片(flake)状的工序，使用裁断装置10来执行。裁断装置10没有特别限定，可以使用公知的装置。作为裁断成薄片状的尺寸，在后述的其他实施方式中只要是每种分级所确定的尺寸即可，但在本实施方式中没有特别限定，可以为2-10cm左右。裁断品4可以被收容在侧面为网眼状的炭化容器25，从而在进行炭化时易于处理。
利用叉车26将像这样裁断而形成的裁断品4连同炭化容器25一起以堆叠在炭化装置20的炭化炉21内的状态来收容(参照图1(a))。期望炭化容器25中的裁断品4彼此之间不形成空气层。这是因为空气层越少则炭化效率越好。
在图5的表的“裁断工序后”的一栏里示出了裁断之后，包含塑料垃圾的废弃物的状态的照片。
<炭化工序>
炭化工序使用像这样的炭化装置20进行实施，在此对作为炭化装置2使用了批次式加热水蒸气式炭化装置的例子进行说明。这种情况下，装有裁断品4的炭化容器25只要静置在炭化炉21的规定的位置即可。
如上所述，在阶段性地对炭化炉21内的温度进行升温的同时进行裁断品4的炭化。例如，如图1(b)所示，可以以两个阶段将温度升高。
作为一例，具体地说明能够将月产100吨的裁断品4炭化的炭化炉21的情况。首先，打开炭化炉21的启动按钮后，加热燃烧器启动，将炭化炉21内加热至420℃-430℃。并使炭化炉21内升温维持在400度左右。然后将裁断品4(炭化容器25)收纳于以无氧状态密闭的炭化炉21内，加热100-160分钟后，升温到500-550度，进一步加热30-50分钟即可(参照图1(b))。
此时，加热炭化炉21的加热燃烧器没有特别限定，采用以灯油等为燃料的燃烧器等。在废弃物所包含的塑料垃圾中含有热塑性的树脂的情况下，若突然用高温处理则会熔化，另一方面，在含有热固性的树脂的情况下，若突然用高温处理则会变硬成块，两种情况都难以获得优质的炭化物。然而，如上所述那样，通过多次阶段性地升温，可利用月产100吨的裁断品4获得月产20吨的均匀且优质地炭化而成的炭化物。图5的表的“炭化工序後”的一栏里示出了通过上述方法炭化成的炭化物的状态的照片。
而且，在这之后，为了进一步地分解二噁英类、甲醛类、酚醛树脂类、煤焦油类等有害物质，可以将温度升温至750度-850度进行处理。
进而，在炭化炉21内除了常规的加热之外，还可以进行微波加热。这种情况下，由于被微波照射后裁断品4从内部被加热，因此能够加快升温速度，能够缩短处理时间。另外这种情况下，由于裁断品4除了常规的来自外部的加热之外，还通过微波从内部被加热，从而可以获得更加无偏差而均匀且优质的炭化物。
此外，不同于对普通垃圾进行燃烧变成“灰”的情况，为了将废弃物中包含的塑料垃圾“炭化”优选为在无氧状态下进行，也可以为低氧状态。燃烧会产生二氧化碳，但如果是无氧或者接近无氧的状态，则二氧化碳几乎不生成，能够得到固体的炭。
炭化装置20没有被特别限定，公知的炭化装置具有能够阶段性升温的功能即可，在此对批次式的加热水蒸气式炭化装置进行说明。如图2所示，炭化装置20包括：炭化炉21，收纳有堆叠状态的炭化容器25；加热部23，加热炭化炉空间21a使裁断品4炭化；控制部22，控制加热部23从而将炭化炉空间21升温并维持在规定的温度；密闭门24，用于使炭化炉21内为无氧状态而进行密闭。
炭化炉21为密闭构造，具有能收纳堆叠状态的炭化容器25的炭化炉空间21a。为了实现几乎完全的炭化，期望将炭化炉21设为能够隔绝氧的双层构造的密闭式。炭化炉21的壁部也可以作为金属窑。若考虑长期使用，则期望炭化炉21的至少内壁21b侧以具有2000度耐热性的耐热砖或者耐火砖形成。另外，在内壁21b上预先涂覆有耐热涂料，也是期望使炭化炉21长期使用。
本炭化装置20的加热部23构成为采用加热水蒸气作为直接加热源，利用加热水蒸气的对流使炭化炉空间21a保持温度恒定。通过上述的对流效果，所收纳的多个炭化容器25(裁断品4)被升温至温度达到均匀。
此外，控制部22由cpu或者程序等组成，通过和加热部23、温度检测部(未图示)等的联动，能够对炭化炉空间21a进行升温并保持。
密闭门24是用于将炭化炉21内以无氧状态密闭的门，并且期望如图2所示配置得较大，从而可由叉车26进行多个炭化容器25的取出放入。
根据上文所述的炭化装置20，由于为密闭构造从而能够隔绝氧，抑制二氧化碳的生成并提高炭化纯度。此外，与旋转式炭化装置相比，批次式炭化装置在成本方面更好，并且易于根据处理量进行增设。另外，只要摆动炭化容器来进行炭化处理，就能没有固化地顺利推进炭化处理，该操作可以适当地根据一次所炭化的量不同而不采用，但无论采用或不采用，由于不需要像旋转式那样的进行搅拌等的机构，从而缩减了装置本身的成本(初期成本)。另外，炭化装置20也可以构成为利用通过炭化产生的干馏气体作为热能。以此能够降低运行成本。
此外，在此说明了将放入裁断品4的炭化容器25静置在炭化炉21的规定位置的炭化情况，不言自明，也可以附加使炭化容器25摆动的简易的摆动机构。这种情况下，能够通过大量处理来获得更加无偏差地均匀且优质的炭化物。
上述的其他形式中，炭化装置也可以采用摆动筒式炭化炉或者后述的流化床式炭化炉。例如，采用筒式炭化炉的情况下，将炭化炉内分成多个区域并阶段性升温，通过设置鼓风机与气室，能够连续地进行炭化处理。这些情况下，由于能够比上述批次式更连续地进行炭化处理，因此适于对含有大量的塑料垃圾的废弃物进行处理的情况。另外与后述的流化床式不同，在采用摆动筒式的情况下，由于不旋转而进行摆动，所以可在其周边设置设备。另外虽然没有图示，但也可以构成为使炭化装置20的处理工序中产生的废热通过锅炉进行热回收，也可以设置有使从炭化装置20产生的干馏气体二次燃烧的二次燃烧室，构建再燃烧系统。
该炭化工序后，从炭化容器25取出炭化物后，实施将该炭化物进一步粉碎至规定的粒度的粉碎工序、和通过筛子去除不适用物质的适用与否筛选工序。
<粉碎工序>
在粉碎工序使用将炭化物粉碎至规定的粒度的粉碎装置11。采用该粉碎装置11将炭化物粉碎至例如100-500μm即可。图5的表的“粉碎工序后”的一栏里示出了将炭化物粉碎后的状态的照片。
<适用与否筛选工序>
适用与否筛选工序中，使用了通过筛子去除不适用物质的适用与否筛选装置12。作为适用与否筛选装置12，没有被特别限定，列举有振动筛装置或者磁选装置等。
像这样去除了不适用物质的粉碎炭化物与后述的c级的粉碎炭化物同样可以利用于土壤改良材料，融雪材料，建筑材料，保水砌块等。对此将在图3、图4示出的实施方式的说明中详细叙述。
以往，不仅是塑料垃圾，由于垃圾的炭化从400度以上开始，通常为了提高效率，在被加热至500度-600度以上的炭化炉内进行蒸烤等来进行炭化处理。但是在这种情况下，容易炭化的物质没有问题，而难以炭化的物质则熔化并固结，以未被炭化的形式残留，从而使其之后难以被再利用。再例如，在被称为流化床式的炭化装置的情况下，由于可以连续地进行炭化处理，如上文所述，适用于大量处理的情况。但是，在流化床式的炭化装置的情况下，由于是在以筒状旋转的炭化炉内将垃圾和流动沙在少量的空气中搅拌的同时，在加湿空气中进行炭化，并在炭化炉的上方回收粉体的炭化物的方式，所以若将装置大型化，则必须要将搅拌机构、旋转机构、回收机构等大型化，因此可能会使装置变得昂贵。此外，由于没有彻底炭化的物质未被回收而和流动沙一同从底部被排出，所以存在含有塑料垃圾的废弃物没有被完全回收再利用的缺点。进一步地，在进行大量处理的情况下，利用搅拌机构始终进行搅拌以使较大的块体消失的同时进行炭化工序也变得重要。
本发明的发明者通过各种实验证明，在上述通过阶段性升温进行的炭化中，可以将含有塑料垃圾的废弃物3无偏差地均匀且优质的炭化。也就是说，根据上述方法，通过将含有塑料垃圾的废弃物炭化，能够使其减量20％(例如，约30吨的废弃物能够产出约6吨的炭化物)，并且对该炭化物几乎完全能够进行再利用。
另外由于根据炭化炉的大小将炉内的温度升温至规定的温度需要时间，因此只要具备多个存在时间差来完成炭化的炉，采用替换的方式，则能高效地进行炭化工序。
进一步地，如果如上文所述将含有塑料垃圾的废弃物3投入到具备炭化炉21的炭化装置21，由于之后被温度控制的炭化装置20将运行规定时间，所以即使是没有专业知识的使用者也能够容易地进行炭化处理。因此，若将该炭化装置20导入苦于废弃物3的处理的工厂，则能够对包含制造中产生的不良品的废弃物3以可再利用的方式进行处理。
根据本实施方式中的废弃物3的再利用处理方法和再利用处理系统，理所应当能够适用于地方公共团体的处理设施，例如，同样能够适用于民营企业的工厂内的废气处理系统。特别是上述的批次式的炭化装置20，与旋转式或螺杆式的炭化装置相比面积小、易于降低成本、可实现无烟化且不需要冷却水，因此可适用于小规模处理到大规模处理。
<第2实施方式>
接下来，对图3、图4中示出的第2实施方式的再利用处理方法和再利用处理系统进行说明。图5是对每一阶段分别示出含有经过第2实施方式的筛选工序而被分级的塑料垃圾的废弃物的再利用处理方法的各工序后的实际照片的表。
该再利用处理方法与图1同样实施裁断工序、炭化工序、粉碎工序、适用与否筛选工序，但在裁断工序之前设有如下步骤：即，执行基于塑料瓶含有率区分多个等级的筛选工序。在此也对裁断工序进行说明，但是与第1实施方式同样地可以省略裁断工序。
如图3所示，该筛选工序是基于塑料瓶的含有率将含有塑料垃圾的废弃物分成a，b，c三个等级的工序。a级中塑料瓶含有率约为100％，b级中塑料瓶含有率约为70％-90％，c级中塑料瓶含有率约为50％-70％。像这样的筛选可以通过人工、机械任意一种方式进行。
如图4所示，作为含有像这样分级的塑料垃圾的废弃物的再利用处理，可以与第1实施方式同样地按顺序实施裁断工序、炭化工序。裁断工序可以使用裁断装置10来实施分级，例如，a级的物质裁断至0.5mm-3mm左右，b级的物质裁断至0.5-3cm左右，c级的物质裁断至5-10cm左右。此裁断尺寸没有被特别限定。图5的表的“裁断工序后”的一栏中示出了a级、b级、c级分别进行了裁断后，含有塑料垃圾的废弃物的照片。从图5可知，a级中由于塑料瓶的含有率约为100％，所以全部由透明的塑料瓶原料构成。另外从图5可知，b级中由于塑料瓶的含有率约为70％-90％，所以虽然几乎都是透明的塑料瓶，但是也能够看到存在有着色的塑料原料，b级中混杂有热固性树脂和热塑性树脂。进一步从图5可知，c级中由于塑料瓶的含有率约为50％-70％，所以除了塑料瓶以外的塑料原材料、热固性树脂和热塑性树脂掺杂，还能够观察到存在有木片、橡胶、纸等无法确定原料的垃圾。
并且，也可以在将含有像这样筛选过的塑料垃圾的废弃物裁断后，针对炭化工序也使用炭化装置20按每种等级进行实施。图5的表的“炭化工序后”的一栏里示出了a级、b级、c级分别进行了炭化后，炭化物的状态的照片。根据像这样的本实施方式中的处理方法，能够获得通过观察黑白照片无法看出外观上的区别的、均质的炭化物。
另外如图4所示，也可以针对炭化工程，将1个炭化装置20的炭化炉21中按等级区分的炭化容器25例如以列分开区分，并以掺杂的状态进行炭化。对于裁断工序和炭化工序(炭化装置20)的具体内容，由于与图1的实施方式的相同，因此省略说明。
与图1的实施方式同样地，在炭化工序之后实施粉碎工序和适用与否筛选工序。粉碎工序中，例如也可以将a级的物质粉碎至5-8μm，将b级的物质粉碎至10-30μm，将c级的物质粉碎至100-200μm。在图5的表的“粉碎工序后”的一栏中示出了a级、b级、c级分别进行粉碎后的状态的照片。从a级的粉碎工序后的照片中可知其为非常细腻、均质的炭化物(活性炭)。从b级的粉碎工序后的照片中可知其同样为非常细腻、均质的炭化物(活性炭)。从c级的粉碎工序后的照片可看到，由于照片被黑白化，可以看到被拍得发白的物质，但并不是杂质，而是被均质炭化的物质。
另外，对于粉碎工序(粉碎装置11)和适用与否筛选工序(适用与否筛选装置12)的具体内容，与图1的实施方式的情况相同，因此省略说明。
实施了适用与否筛选工序后的粉碎炭化物根据等级不同而划分工序。对a级和b级的炭化物实施赋活工序，对c级的物质也可以实施赋活工序，但有时根据用途不予实施。
进一步具体地，a级的炭化物在由使用微波和热的混合炭化炉组成的活性炭处理装置13中进行碱赋活处理，形成比表面积为3000-3600m2/g的活性炭。b级的炭化物在其他的活性炭处理装置13中利用水蒸气进行赋活处理，形成比表面积为500-1000m2/g的活性炭。
根据再利用的目的，可以使用气流粉碎机等粉碎装置(未图示)将像这样形成的活性炭粉碎至规定的粒度。
＜a级＞
a级的炭化物可以是来源于几乎不含有塑料瓶以外的物质的聚对苯二甲酸乙二醇酯的活性炭，使其粒度为10μm以下，能够作为电动汽车的快速充放电电容器(edlc)等的电极材料用的活性炭使用。快速充放电电容器是在铝箔等集电体的表面上涂抹活性炭形成的，能够在表面储电，而来源于聚对苯二甲酸乙二醇酯的活性炭由于比表面积高且细孔构造复杂，虽然在电流密度增大时的响应特性存在隐患，但是由于使其粒度为10μm以下，从而不仅具有高放电容量，还兼顾良好的速度特性。a级的活性炭不仅可以作为燃料电池的电极材料，还可以活用为高性能的催化剂，也能活用作为有害物质的吸附材料、高性能纤维的丝线。
＜b级＞
b级的炭化物可以是具有约10-30％塑料瓶以外的物质的活性炭，使其粒度为10-30μm以下，能够用于空调或汽车的过滤器、除臭剂、净化剂等。过滤器自身使用多孔质的片状物，通过使片材含有活性炭而形成过滤器。在活性炭上形成微细孔，只要在这些微细孔中放置人工酵素，具有以活性氧将气味成分氧化转变为其他物质从而分解该气味成分的作用，则能够吸附并分解各种气味成分。
＜c级＞
以往，像这些被分类为c级的塑料瓶以外的杂质较多的垃圾会被填埋或者丢弃，而造成重大的环境问题。但是本实施方式中的c级粉碎炭化物，即使是含有30-50％的塑料瓶以外物质的炭化物也被均匀且优质地炭化，从而可以利用于土壤改良材料或者融雪材料、建筑材料、保水砌块等。作为土壤保全、改良材料，可以将粉碎炭化物按照容积比约10％混入。从而，可以利用黏土质将硬土变为软土，能够改善土壤的透水性、保水性。另外，发明者通过实验发现，由于其也可以作为碱性土壤，因此若以该土壤培育农作物、花、草坪，则农作物、花、草坪的生长状态变得良好。进而，像这样的碱性土壤中由于土壤菌容易稳定，因此适用于有机栽培，由于其同样作为酸雨应对措施、水土流失应对措施也是有效的，因此作为对以往只能填埋或者丢弃这样的含有塑料垃圾的废弃物的有效利用，具有划时代意义。作为融雪材料，通过将固化成块状的砌块铺设在路面上，或者作为瓦片铺设在屋顶上，通过炭化物具有的热传导扩散作用，利用加热器或者太阳光，能够用作为针对寒冷地区的融雪道路、融雪瓦片。另外，发明者通过实验发现，若将混入c级的粉碎炭化物的砌块堆放在水路或者河流里，炭化物将吸附氮、磷等，使水中栖息的微生物分解有害物质，使水被净化。像这样，即使是含有低纯度的塑料垃圾的废弃物所获得的c级炭化物，也不需要丢弃而能够有效地活用到各种各样的用途中。
如上文所述，根据上述实施方式的再利用处理系统1及再利用处理系统，由于能高效地对含有塑料垃圾的废弃物进行炭化，并有效利用炭化物，从而能对近年被看作是社会问题的违法倾倒、海洋污染的解决有所贡献。此外，由于大量掺杂有塑料垃圾以外的物质的低等级的废弃物也能有效地进行再利用，因此可期望实现含有塑料垃圾的废弃物的零废弃。
附图标记说明
1废弃物的再利用处理系统
3含有塑料垃圾的废弃物
4裁断品
10裁断装置
11粉碎装置
12适用与否筛选装置
13活性炭化装置
20炭化装置
21炭化炉
21a炭化炉空间
21b内壁
22控制部
23加热部
24密闭门
25炭化容器
26叉车。
1.一种废弃物的再利用处理方法，其特征在于，
包括炭化工序，在多次、阶段性地使温度升温的炭化炉内对含有塑料瓶等塑料制废品的废弃物进行炭化处理。
2.如权利要求1所述的废弃物的再利用处理方法，其特征在于，
还包括筛选工序，在所述炭化工序前，基于所述塑料瓶含有率区分多个等级。
3.如权利要求1或权利要求2所述的废弃物的再利用处理方法，其特征在于，
在所述炭化工序中，首先将所述废弃物收纳于升温并维持在400度左右且以无氧状态密闭的所述炭化炉内，进行加热后升温至500度-550度，进一步进行加热，通过加热水蒸气方式对所述废弃物进行炭化处理。
4.如权利要求1-3的任一项所述的废弃物的再利用处理方法，其特征在于，
在所述炭化工序之后，还包括粉碎至规定的粒度的粉碎工序、和通过筛子去除不适用物质的适用与否筛选工序。
5.如权利要求2-4的任一项所述的废弃物的再利用处理方法，其特征在于，
还包括赋活工序，在所述筛选工序中，对被筛选为塑料瓶含有率高的等级的物质进一步进行碱赋活或者水蒸气赋活而成为活性炭。
6.一种废弃物的再利用处理系统，其特征在于，
包括炭化装置，在多次、阶段性地使温度升温的炭化炉内对含有塑料瓶等塑料制废品的废弃物进行炭化处理。
7.如权利要求6所述的废弃物的再利用处理系统，其特征在于，所述炭化装置具有：
炭化炉空间，将侧面为网眼状的容器以堆叠状态来收纳，该容器以使所述废弃物彼此之间不形成空气层的方式收容有所述废弃物；
加热部，加热所述炭化炉空间，使所述废弃物炭化；
控制部，控制所述加热部使得所述炭化炉空间升温并维持在规定的温度；
密闭门，用于使所述炭化炉内成为无氧状态而进行密闭。
8.如权利要求6或7所述的废弃物的再利用处理系统，其特征在于，具有：
粉碎装置，将通过所述炭化装置所炭化的炭化物进一步粉碎至规定的粒度；
筛选装置，利用筛子去除不适用物质。
9.如权利要求6-8的任一项所述的废弃物的再利用处理系统，其特征在于，
包括活性炭处理装置，对通过所述炭化装置所炭化的炭化物中、被筛选为塑料瓶含有率高的等级的物质进行碱赋活或者水蒸气赋活。
技术总结