Method of separating different products, including household waste

本発明は、液体中に移送されたときに浮く、少なくとも幾つかの成分、を含む異種生成物の、分別方法及び分別装置に関する。 本方法は、異種生成物を異なるフラクションに分離する能力、特に、浮いているフラクションを１つの分離容器内において少なくとも２つのフラクションに分離する能力、を有している。 異種生成物の例は、家庭廃棄物（ＨＷ）であり、家庭廃棄物は、異なる特性を備えたかなり多くの成分を含んでいるため、１つの分離容器内において、最大で５−１０のフラクションに分離できる。 通常、ＨＷの最大のフラクションは、食物残渣、紙、板紙等で構成された、バイオマス廃棄物（ＢＷ）であり、ＨＷ中のエネルギーの大部分を、含んでいる。 フラクションを含んでいる別の重要なエネルギーは、プラスティック及び他の有機ポリマーであり、それらは、本発明の好ましい実施形態により、再生利用のために、選別できる。 家庭廃棄物は、家庭及び別の発生源から、定期的に、戸別に収集された、混合廃棄物に、言及している。 バイオマス廃棄物（ＢＷ）は、ＨＷの生分解性フラクションに、言及している。

廃棄物の処理は、都市社会のどこにおいても、大きな問題である。 廃棄物の処理は、以下のような方法で行われている。
−埋め立て。
−エネルギー回収を備えた又は備えていない、焼却。
−発生源分離に基づく特定の成分の、再生利用。
−ＢＷの、集中たい肥化又は集中バイオガス製造。

ＥＰ１１３４０２１Ａ２

ＥＰ０４７６０２８Ｂ１

ＤＥ３１１７８３９Ａ１

ＤＥ０６４４１６６Ａ２

ＤＥ０５３１６８５Ａ２

ＵＳ３８１７４５８

ＤＥ４１２０８０８Ａ１

ＵＳ２００３／０１４１２２５Ａ１

ＵＳ６２１３３０６

ＵＳ５１０４０４７

ＥＰ１２１６９２４Ａ

埋め立てによる不利点は、土地面積を多く必要とすること、メタン及び他の温室効果ガスを排出すること、及び、土壌水又は地下水へ問題ある化合物が浸出すること、である。 更に、ＨＷにおいて手一杯となっている、資源の回収の欠如は、将来において、許容できないだろう。 これは、ＥＵの埋め立て指令（Counsil Directive １９９９／３１／ＥＣ）に反映されており、それによって、加盟国は、埋め立て地へ向かう生分解性廃棄物を削減するための、国家戦略を打ち立てることを、余儀なくされている。

集中たい肥化は、廃棄物の量を削減するが、ＨＷにおける資源の回収が、ほとんどない。

焼却もまた、不燃性成分の埋め立てを暗示しているが、必要とされる土地面積は、かなり小さくなる。 ＨＷからのエネルギー回収は、実行できるが、最善ではない。 大気への排出（ダイオキシン、重金属等）という問題があり、解決するのに、かなり費用がかかる。 エネルギー回収を備えた最先端のＨＷ焼却プラントの設立には、投資が必要であり、ＫＷ当たりの投資は、熱及び電力の集中混合プラント（ＣＨＰ）への投資の、４−５倍高い。 これを補うために、ＨＷ焼却プラントは、通常、ＨＷ１トン当たり約５０ユーロのチッピングフィーを、受け取っている。

発生源分離に基づく再生利用には、多くの種類が存在する。 最良の成果が、フラクションを選別することによって、達成される。 例えば、ガラスボトル及び新聞等のフラクションは、容易に見分けられ且つ再生利用される。 バイオガスへの発酵を目的とした生分解可能なフラクションの選別は、困難であることが知られている。 選別の間違いは、バイオガスプラントにおいて、生産上の困難をもたらし、また、幾つかのフラクションで廃棄物を収集するのは、費用がかかる。 更に、有害と見なされる物質が、バイオガススラッジ中に残っており、そのことが、適した方法でスラッジを廃棄するのを、困難にしている。

バイオガス生成と組み合わされた、家庭廃棄物の発生源分離は、デンマークにおいて、工業規模で確立されており、それは、バイオガスを電気へ変換するために、ガスモーターを使用している。 ここまでに明示されたように、エネルギー回収は、電力生産を備えた焼却プラントと同レベル又は低いレベルであり、また、廃棄処理経費は、焼却プラントより３〜５倍高い。

分解無しで収集した後の、廃棄物集中自動分離（以下、発生源分離とは対照的に、集中分離と呼ぶ）は、より多くの廃棄物を再生利用でき、同時に、ＢＷフラクションのエネルギーを、ＢＷでないフラクションが取り除かれたときに、より効率的に利用できることを、意味している。 プラスティックは、通常、燃料としてよりも材料として、より高い価値を有しているため、集中分離方法が、有機フラクションを合成高分子とＢＷとに分離できることは、重要である。

多くの異なる成分を含む、ＨＷのような生成物の、分離方法は、通常、幾つかのステップで実施されるが、それは、一つの選別ステップが、通常は、十分な純度を備えた必要とされる数のフラクションを、作り出さないためである。 どの分離ステップも、多大な追加費用を意味しており、それ故、分離プロセスの早期に１つのステップで多くのフラクションを供給する分離方法は、有利となる。 分離されたフラクションにとって高値を実現するためには、フラクションが可能な限りクリーンであること、及び、有害な物質が、分離されており且つ他のフラクション中に広がっていないこと、が望まれる。

ほとんどの分離方法は、第１選別ステップの前に、破砕ステップを有している。 本発明の方法の好ましい実施形態のように、少数の方法は、破砕ステップから始めないが、布袋及び紙袋を開く手段を、適用している。

ほとんどの分離方法は、乾燥しているが、本発明の方法の好ましい実施形態のように、少数の方法は、分離媒体として、水を、使用している。

ＥＰ１１３４０２１Ａ２に記載されているような、公知の湿式分離装置の幾つかは、改良された遠心分離器を含んでいる。

異種生成物を、液体フロー中に移送して、沈んだり溶解したり浮いたりするフラクションに、分離することは、知られている。

この原理を利用する方法は、２つの組に分けることができる。 一方の組では、異種生成物は、分離前に、粉砕され、パルプ化され、又は、別の方法で分解され、他方の組では、生成物は、紙袋及び布袋から、単に放出される。

第１組の実施例は、ＥＰ０４７６０２８Ｂ１、ＤＥ３１１７８３９Ａ１、ＤＥ０６４４１６６Ａ２、ＤＥ０５３１６８５Ａ２、ＵＳ３８１７４５８、ＤＥ４１２０８０８Ａ１、ＵＳ２００３／０１４１２２５Ａ１、に開示されている。 分離前の分解を利用する全ての方法は、以下の共通する問題を、有している。
−分解は、成分を破壊する。 成分は、例えば標準的なワインボトル等をクリーンにした後に、再生利用されることができたはずである。
−分解は、例えば異なるプラスティックタイプにおいて、色付のガラスからの白色ガラスの更なる分離を、複雑にする。
−分解は、例えばプラスティックとバイオマスとに、後で分離されなくてはならない成分を、混合し且つ一体化する。
−分解は、例えば重金属等の問題ある物質を、電池から、生成物の残存部分内へ、広げる。
−パルプ化形式での分解は、高い粘性をもたらすものであり、高い粘性は、ＢＷからのプラスティックのような成分の分離を、複雑にする。

第２組の実施例は、ＵＳ６２１３３０６に開示されている。 ＵＳ６２１３０６は、分解していない生成物が、重い成分を選択するために、液体フロー中に放出される、というプロセスを、記載している。 廃物は、その後、以下の浮沈ユニットにおける、更なる湿式分離の前に、分解される。 ＵＳ５１０４０４７には、重い成分が初めに選択され、続いて、ハンマーミルで、浮いているフラクションが分解されることが、記載されている。 遠心分離器は、再生利用される液体から、粉砕固形廃棄物を、分離する。 ＥＰ１２１６９２４Ａ２は、かなり効果的なバッグスプリッタについて記載しており、バッグスプリッタには、２つのフラクションを作り出す湿式分離器が追随できる。

どの方法も、３つ以上のフラクションに分離することができず、１つの分離容器内において、浮いているフラクションを、分離しない。

既知の、どの湿式集中分離方法も、分離されていないＨＷの焼却とは、競うことができなかった。 理由の１つは、湿式集中分離方法が、１つの分離容器で、最大３つのフラクションに分離することしかできないことであり、それは、水処理用の追加費用を正当化するための十分な付加価値を、提供しない。

最も広い態様において、本発明は、家庭廃棄物（ＨＷ）に含まれた異種生成物の分離方法を提供しており、その分離方法において、生成物は、液体を含む分別容器内で分離され、廃棄物は、成分を含んでおり、その成分の少なくとも幾つかは、液体中で浮くことができる。 その方法においては、成分は、分別容器中の液体フローによって行使される、第１方向（Ｄ１）の本質的に水平方向の第１力（Ｐ１）と、第１方向（Ｄ１）とは実質的に異なる第２方向（Ｄ２）の本質的に水平方向の第２力（Ｐ２）と、に晒され、また、成分への力（Ｐ１、Ｐ２）の結合された衝撃が、浮いている成分を拡げて、それらを少なくとも２つの収集領域へと導く。

本発明の方法の好ましい実施形態は、新しいタイプの湿式分離を提供しており、その湿式分離は、一つの分離容器から、多数の、典型的には６−１０個であるが通常は少なくとも３個の、フラクションを、生成するために、液体フロー中の、種々の成分の挙動における差違を、利用する。 フラクションは、再生利用度の高い成分及び材料を提供するために、既知の手段によって、実質的に、更に分離できる。

本発明の好ましい実施形態の目的は、ＨＷ等の異種生成物のための、集中自動分離方法を、作り出すことである。 その分離方法は、以下の１〜５を提供する。
１． 生成物の成分及び商況に従って分離プロセスを調整する、可能性。
２． 少なくとも２つのフラクションに分離され、その内の、１つは液体であり、少なくとも１つは固体である、バイオマス廃棄物（ＢＷ）の、効率的な回収。 それは、液体及び固体の両フラクションを用いることによって、又は、粉砕し機械的脱水し乾燥をした後の固体フラクションを固形バイオ燃料として用いることによって、エタノール発酵原料等のＢＷフラクションの付加価値利用にとって、かなりの好機を、提供する。 固形バイオ燃料は、混合廃棄物の焼却によって知られている、空気への放出に関連する問題を持たないで、焼却できる。 これは、混合廃棄物の焼却と比較して、焼却の費用を削減し、且つ、エネルギー効率を高める。 液体及び固体のフラクションにおけるＢＷの分離は、塩を固形バイオ燃料から取り去ることができる、という重要性を有している。 塩は、高温及び高電気効率での焼却によって、問題を引き起こしている。
３． ＢＷでない成分の効果的な回収。 それは、少なくとも２個の浮いているフラクションと１個の沈んでいるフラクションとに分離する能力、典型的には、３〜６個の浮いているフラクションと１〜３個の沈んでいるフラクションとに分離する能力、を備えている。
４． ＢＷでないフラクションの経済的再生利用のためのかなりの好機。 それは、より明確な仕様書を備えた再生利用可能な成分及び材料への、更なる分離によるものである。
５． 混合ＨＷの焼却と競うことができる、経済全般。

本発明の方法の好ましい実施形態は、次の事実により恩恵を受ける。 すなわち、ＨＷのような分解されなかった異種生成物が液体中に放り込まれたとき、生成物が液体よりも高い比重を有する材料からなっていたとしても、空気が、多くの成分中に捕捉され、それらを、浮かせることができる。 液体中での短時間の後、成分は、表面に対して、特有の位置で浮いており、そのことは、本発明の方法において、有効に使われている。

家庭廃棄物に含まれている成分は、液体中で第１浮力を有する第１成分と、液体中で第２浮力を有する第２成分と、を含んでいてもよく、第１浮力は、第２浮力とは異なっており、それによって、異なる浮力の生成物は、異なって扱われ、すなわち、異なる力に影響される。

例えば、成分は、傷のない成分を実質的に含んでいてもよく、成分は、以下の少なくとも幾つかのフラクションに、分類できる。
Ｆ０：ガラス磁器、電池、台所用品等の、浮くことができないほど重い、成分。
Ｆ１：例えば、砂糖、塩、ティッシュペーパー、食物残渣等の、溶解可能な又は分散可能な、成分。
Ｆ２：例えば、プラスティックホイル、新聞等の、流れる液体の表面下であるが表面近くにおいて、その大部分が浮くことができる、成分。
Ｆ３：例えば、ガラスボトル、靴等の、流れる液体の表面下において、その大部分が浮くことができ、且つ、Ｆ２及びＦ４よりも、表面下のより深くに到達する、成分。
Ｆ４：例えば、蓋付ガラスジャー、別の廃棄物に満たされたダンボール箱等の、流れる液体の、表面上方においてその実質的な部分が、及び、表面下方においてその実質的な部分が、浮くことができる、成分。
Ｆ５：例えば、空のプラスティックボトル、ビール缶等の、表面上方において、その大部分が浮くことができる、成分。
多くの成分は、上述したものの間の浮く特性を、有している。 それらは、Ｆ１−Ｆ２、Ｆ２−Ｆ３等と、呼ばれる。

成分（Ｆ１−Ｆ５）の浮く特性の変化は、成分を広げることを可能にし、それ故、全ての浮いている成分が１つのフラクションとして収集される既知の方法とは対照的に、幾つかのフラクションを取り出すことを、可能にする。

浮いている成分の広がりは、分別容器中の液体フローによって行使される、方向Ｄ１を有する力Ｐ１を、液体上方でＤ１とは異なる方向Ｄ２の力Ｐ２と、結合させることによって、行われる。

Ｆ１−Ｆ５成分は、異なる程度で、力Ｐ１、Ｐ２から影響を受けており、それは、Ｆ１への衝撃を有しないＰ２から、Ｆ５への支配的衝撃まで、変動し、一方では、Ｐ１は、Ｆ１の動きを支配しており、Ｆ５にはほとんど影響を有していない。

重力及び浮力の垂直方向の力と共に、水平方向の力Ｐ１、Ｐ２は、３次元システムを形成しており、そのシステムは、より大きい広がりを与え、それ故、既知の湿式分離方法による１つの分離段階から可能なフラクションよりも、より多くのフラクションを取り出す可能性も与えている。 既知の湿式分離方法のほとんどは、成分を２次元で広げるだけである。

第１力及び第２力（Ｐ１、Ｐ２）は、液体中で浮くことができる成分、すなわち、液体中で浮力がある成分、に作用することが、期待される。

一実施形態では、家庭廃棄物の成分は、本質的に水平方向の第１力及び第２力（Ｐ１、Ｐ２）に、同時に晒される。 それ故、有効なシステム及び方法が、提供され、それにおいては、例えば異なる浮力の生成物が、例えば液体中の異なる高さで、同時に、扱われる。

第２力（Ｐ２）は、液体の表面上方において、加えられる。 Ｐ２は、例えば、空気フロー及び／又は水ジェットによって、及び／又は、機械的手段によって、提供される。

成分の広がりを増加させるために、Ｆ１−Ｆ５成分は、１つの又は異なる深さにおいて作用している、方向Ｄ３を有する表面下方の、力Ｐ３に、晒されてもよい。 Ｄ３は、Ｄ１及びＤ２とは、異なっている。 Ｐ３は、例えば、機械的手段によって提供できる。

幾つかの成分、特に、ガラスボトル等のＦ３成分は、一定時間が経過するまで、高く且つ水平方向に、浮いており、その後、成分中へ流れる液体は、成分を、垂直位置で且つより深い浮きに変えさせる。 この挙動は、そのような成分を、浮く特性を変えること無く、成分から分離するのに、有効に利用できる。

本発明の分離方法の好ましい実施形態は、１つ以上の上記フラクションが、フラクションを更に分離する方法で、液体から取り出されることを、意味している。 一実施例では、往復式のとげ針を備えた収集装置によって、紙及び食物残渣から、プラスティックホイル及び繊維を分離している。 針は、下方向動作でフラクションＦ２の成分を貫通し、上方向動作でプラスティックホイル及び繊維を回収する。 プラスティックホイル及び繊維は、それらが頂部位置にあるとき、とげ針から取り外される。

フラクションは、分離容器を出たとき、更に分離できる。 一実施例では、Ｆ１及びＦ２が、バイオマスフラクションを塩化アルカリが少ない固形フラクションと液体フラクションとに分離する、連続した熱水加圧処理へ、移送される。

Ｆ０−Ｆ５の向上した広がりは、方向Ｄ２を有するエアーフロー及び水ジェットに、落下生成物を晒すことによって、到達できる。 方向Ｄ２のエアーフローによってＦ５成分は最も遠くに運ばれ、Ｆ４成分はそれより少し近くに運ばれるが、Ｆ０−Ｆ３のほとんどは、エアーフロー又は水ジェットの影響をほとんど受けない。

生成物が液体フローへ移送される前又は後に、生成物が湿らされることは、有利となり得る。

経済的に実行可能な方法で、成分及び材料を再生利用するためには、低費用で、高い純度の多数のフラクションをつくることが、望ましい。 例えば、１又は２つのタイプのプラスティックのみを有するプラスティックフラクションは、全タイプのプラスティックを備えたプラスティックフラクションより、かなり高い価値を有するはずである。 本発明の方法の実施形態は、とても低い追加費用で、より小さいボトルから、大きいプラスティックボトル及び容器を、選別することができる（プラスティックバッグは、自動的に別のフラクションとなる）。 なお、大きいプラスティックボトル及び容器は、主に、色なしの半透明プラスティックで作られており、より小さいボトルは、典型的には、色付のプラスティックから作られている。 たとえ、大きなプラスティックボトルを有するフラクションが、分離容器を出るときに１００％クリーンではなくても、プラスティックボトルがその大きさによって分離されなかった場合よりも、高値を実現するのに十分な純度を備えたフラクションをつくるのは、より容易に且つ安価になるであろう。

本発明の好ましい実施形態を、以下の図面を参照しながら、ここに説明する。

図１において、異種生成物又はその幾つかが、紙袋又は布袋に含まれている場合は、成分への本質的な損傷無しに、好ましくは、放出される（１）。 その後、生成物の均一な流れが、コンベア（２）上に作られる。 異種生成物は、液体フローが存在する分離容器（３）内へ、落下する。 生成物は、供給領域（４）に着地し、そこでは、全成分が、方向Ｄ１の液体フローによって作られた力Ｐ１に、晒される。

浮力よりも重力によって、より影響を受ける成分（Ｆ０）は、供給領域（４）の下の又はその近くの、収集領域へ、直接沈み、そこで、フラクションＦ０は、既知の方法によって、取り去られる。

幾つかの成分（Ｆ３−Ｆ５）は、表面上方に、成分の一部分が、浮いている。 成分のこの部分は、方向Ｄ２の力Ｐ２によって、影響を受ける。

図１において、Ｐ２は、エアーフロー又は液体ジェットによって、供給されている。

図２において、方向Ｄ１のＰ１と方向Ｄ２のＰ２との同時供給は、Ｆ１−Ｆ５成分を、分離容器（３）の２つの縁に沿って、広げる。

図３において、方向Ｄ１、Ｄ２に作用している力Ｐ１、Ｐ２は、図１のものと同じである。 方向Ｄ３を有する水面下の力Ｐ３は、Ｄ２の反対方向を有しており、Ｄ３は、分離容器（３）の更にもう１つの縁に沿って、成分を広げる。

図４において、異種生成物は、分離容器（３）内に移送され、前記記載のＰ１及びＰ２によって、影響を受ける。 方向Ｄ１を有するＰ１を供給する液体フローは、再生利用ポンプ（５）を用いて液体を循環させることによって、供給されており、ポンプ（５）は、生成物投入部（４）近くの分離容器内へ、液体を取り入れている。 示された実施形態では、Ｆ１及びＦ２は、スクリューストレイナー（６）を通って、液体と共に取り去られ、スクリューストレイナー（６）は、Ｆ２から、Ｆ１と液体とを、分離する。 液体及びＦ１の幾らかは、Ｆ２について行く。 このようにして、システムを出る液体及びＦ１の量が、液体の高すぎる粘性を回避するのに十分ではない場合、Ｆ１の流出（７）は、再生利用ポンプ（５）の下流に、取り去ることができる。 分離容器内で、同じ水位の液体を維持するために、液体が加えられる（８）。

方向Ｄ２を有するＰ２は、本発明の実施形態においては、垂直方向フラップ（１１）を備えたコンベア（９、１０）によって、提供される。 コンベアは、表面より上方で、異なる高さを有しており、最も高いコンベア（９）は、供給領域に最も近い。 このコンベアは、Ｆ５成分を主に取り去る。 低いコンベア（１０）は、Ｆ４成分を主に取り去る。 ２つ以上のコンベアが、存在してもよい。

傾いたベルトコンベア（１２）は、表面下の異なる深さにおいて、浮いている成分（Ｆ３−Ｆ４）に接触しており、Ｄ３方向の力Ｐ３を提供する。
ベルトコンベア（１２）は、最も深くに、且つ、供給領域（４）の最も近くに、位置している。

図５において、方向Ｄ２のＰ２によって取り去られた成分は、コンベア（９、１０）のフラップ（１１）によって、傾いたエッジ（１３）の向こう側に押されて、コンテナ（１４）内へ、又は、それらを更なる分離へ移動させるコンベアへ、移送されている。
方向Ｄ３のＰ３によって取り去られた成分は、傾いたベルトコンベア（１２）から、エレベイションコンベア（１５）内に落下し、エレベイションコンベア（１５）は、それらを、分離容器（３）の外へ持ち上げて、コンテナ（１４）内へ、又は、それらを更なる分離へ移動させるコンベアへ、移送する。

本発明の原理の平面図を示している。

フラクションが図１に示した原理によって広がる様子を示している。

本発明の好ましい実施形態による、方向Ｄ１−Ｄ３を示している。

図３の実施形態の長手方向断面を示している。

図３及び図４と同じ実施形態の横方向断面を示している。