ＰＣＢ汚染物の不活性ガスによる洗浄方法
【課題】経済的かつ実用的な、ＰＣＢ被汚染物からＰＣＢを分離除去する方法の提供。
【解決手段】ＰＣＢの沸点以下の温度で不活性ガスをＰＣＢ汚染物１０を容れた洗浄容器１に導入し、ＰＣＢを不活性ガスに蒸発させた後、冷却装置２にて、不活性ガス中のＰＣＢを凝縮分離し、該分離した不活性ガスは第２冷却器３で冷却後冷却装置の冷媒として利用した後、加熱器５で加熱され、再び洗浄容器に導入されＰＣＢの分離に供せられる。
【解決手段】ＰＣＢの沸点以下の温度で不活性ガスをＰＣＢ汚染物１０を容れた洗浄容器１に導入し、ＰＣＢを不活性ガスに蒸発させた後、冷却装置２にて、不活性ガス中のＰＣＢを凝縮分離し、該分離した不活性ガスは第２冷却器３で冷却後冷却装置の冷媒として利用した後、加熱器５で加熱され、再び洗浄容器に導入されＰＣＢの分離に供せられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニール）は優れた電気的特性がありそして不燃性でありさらに化学的安定性があるため、以前において電気機器その他に広く使用されていた。しかしその後、人体や環境に対する悪影響が強いことが判明し、ＰＣＢの製造および使用が禁止された。しかしＰＣＢによる環境汚染はすでにいろいろな箇所に広がっており、港湾や河川の低質土等においてもＰＣＢに汚染されていることがある。また電気機器等においては以前ＰＣＢを多量に使用されていたため、ＰＣＢが付着残留した電気機器やウエス等の廃棄物が未処理のまま大量に保管されている。本発明はこの様なＰＣＢ汚染物からＰＣＢを分離除去する浄化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＰＣＢに汚染されたものを無害化処理する際、まず被汚染物からＰＣＢを分離除去し、次に被汚染物とＰＣＢをそれぞれに適切な方法によって処理することが基本である。そして被汚染物は洗浄してＰＣＢを基準値以下とした上で排出する。また汚染物から分離除去したＰＣＢや被汚染物の洗浄の際に除去されたＰＣＢは、分解して無害化処理する。
ＰＣＢを分解して無害化する方法としてこれまでにいくつもの方法が開発されている。例えば１１００℃以上の高温度で焼却する方法、高温度高圧力水によって分解する水熱酸化分解法、高温度の還元雰囲気において分解する還元熱化学分解法、紫外線を照射して脱塩素化する光触媒酸化法等がある。これらの方法はＰＣＢ自体を分解して無害化処理する方法であり、ほぼ実用化技術として確立されている。
一方、被汚染物からＰＣＢを分離除去する洗浄方法は簡単ではない。そのためにさまざまな方法が研究されているが、まだ多くの問題点を有している。これまでに研究されている方法として溶剤洗浄法と真空加熱分離法がある。
溶剤洗浄法は、ＰＣＢ汚染物を水蒸気で加熱しそこへ溶剤をスプレーして洗浄する方法とＰＣＢ汚染物に界面活性剤水溶液をスプレーして洗浄する方法とがある。この溶剤洗浄法は十分な洗浄効果があり、運転操作は容易である。しかしこの方法の場合、洗浄排出液から溶剤或いは界面活性剤を回収再生して再利用しなければならない。そのための回収精製装置が必要となり、設備製作費用は巨額となり、経済的に大きな欠点である。また運転操作上の安全性に対するリスクもある。溶剤洗浄法はこの様な大きな欠点がある。
真空加熱分離法はＰＣＢ汚染物を容器の中に入れ、真空状態となし、加熱してＰＣＢを蒸発分離する方法である。この方法はＰＣＢを沸点温度以上において蒸発させて分離するものである。常圧状態ではＰＣＢは沸点が非常に高く、最も高いものでは約４５０℃である。これは非常に高温度であり実用的でないが、真空状態とすると沸点温度を低下させることができる。通常４００Pa以下の真空圧力において、加熱して２００〜２５０℃の温度として、ＰＣＢの沸騰状態においてＰＣＢ蒸発分離操作を行うのである。この状態において、ＰＣＢは沸騰状態となっているため汚染物に付着しているＰＣＢはほぼ全量気体中に蒸発する。そこで雰囲気の気体を抜き出すことによって、被汚染物からＰＣＢをほぼ完全に分離することができる。しかし４００Pa以下の真空状態にすること、さらに２００〜２５０℃の高温度にすることは設備技術的に容易なことではない。そのため設備製作費用は巨額となり、経済的に大きな欠点である。また蒸発したＰＣＢを含む雰囲気気体を抜き出す際、わずかの温度低下によってすぐに大量のＰＣＢが凝縮してしまう。そして器壁等に付着し詰まり現象を起こしてしまい、正常運転の大きな障害となるという大きな問題点がある。真空加熱分離法はこの様な欠点があり実用上は難しい方法である。
真空加熱分離法を実用的に難しくしている原因は、ＰＣＢの沸騰状態で分離操作を行なっている点にある。つまり操作の圧力と温度状態がＰＣＢの沸点温度かそれ以上であることが難しくしている原因である。従って沸点温度状態以下で操作すると、特に大気圧状態の沸点温度以下で操作する場合には問題を解決することができる。そこで真空状態とせずに大気圧状態において、沸点温度よりはるかに低い温度においてＰＣＢを不活性ガス中に蒸発させて分離する方法が期待される。
これはＰＣＢ汚染物と不活性ガスが直接接触した場合、不活性ガス中にはその温度のＰＣＢ蒸気圧分圧に相当する濃度のＰＣＢを含むことができるという原理に基づくものである。しかしＰＣＢの蒸気圧は極端に低いために、不活性ガス中のＰＣＢ濃度は非常に薄いという問題点がある。ＰＣＢは複数の分子構造物の総称であり、そのためＰＣＢの沸点温度は一概に言えないが、環境省の資料によれば五塩化ビフェニールの場合３５℃において0.00006mmhgとのことである。この場合不活性ガス中に含まれるＰＣＢ量は0.00006／760＝6.6×１０-8モル比濃度である。これは0.066ppmの濃度であり、非常にわずかな量である。六塩化ビフェニールの場合はもう一桁低い蒸気圧であり、不活性ガス中に含まれる濃度は0.01ppm以下となる。この様な事情のため、ＰＣＢ汚染物からＰＣＢを分離除去するために膨大な量の不活性ガスが必要となる。そしてその膨大な不活性ガスからＰＣＢを回収することは実用的には不可能に近いことである。つまり沸点温度以下においては、非汚染物からＰＣＢを不活性ガス中に蒸発させて分離することは非常に困難なのである。このためにこの方法は実用性の無い方法としてこれまで無視されてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は従来において実用性がないと考えられていた不活性ガスによってＰＣＢ汚染物からＰＣＢを分離除去する方法において、従来法の欠点であった膨大な量の不活性ガスを必要とせずにさらに不活性ガス中のＰＣＢを容易に捕集する方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者はＰＣＢ汚染物を浄化する方法について鋭意研究した結果、大気圧状態においてＰＣＢ沸点温度以下、すなわち最も低い沸点温度の２７５℃以下の温度において不活性ガスのみをＰＣＢ汚染物に直接接触させることによってＰＣＢを不活性ガス中に蒸発分離することができることを確認した。そして不活性ガスを長時間継続的に流すことによって十分に効果的な浄化を行うことができることを見出した。さらに不活性ガスを循環するシステムと不活性ガスの熱を効率的に回収して再利用する方法を考案することによって、従来において膨大な量の不活性ガスを必要としていた大きな欠点を克服することができた。これらの知見に基づいて、従来は実用性がないとして全く無視されてきた不活性ガスのみによって浄化する新たな方法を発明するに至った。
即ち、２７５℃以下の不活性ガスを洗浄容器内に導入し、ＰＣＢ汚染物と直接接触させて、ＰＣＢを該不活性ガス中に蒸発させる方法において、該洗浄容器内より該不活性ガスを抜き出して冷却装置へ導入して冷却し、該不活性ガス中のＰＣＢを凝縮させて捕集することを特徴とするものであり、第２冷却器および加熱器を設置していることを特徴とするものであり、該洗浄容器と該冷却装置と該第２冷却器と該冷却装置と該加熱器がクローズサイクルとして構成されており、不活性ガス循環装置によって該不活性ガスが該クローズサイクルを循環していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の方法によってＰＣＢ汚染物を洗浄する場合、不活性ガスのみよってＰＣＢを分離除去できる。そして従来法の様に溶剤や洗剤を使う必要がなく、簡単な設備によって実施することができ、運転操作は容易でありまた安全性も高い。また、使用する不活性ガスは１５０℃程度の中高温度、常圧であり、従来法の様に高温度、高真空とする必要がなく、簡単な設備によって実施でき、運転操作は容易である。
【作用】
【０００６】
本発明をさらに詳しく説明する。
本発明の方法はＰＣＢ汚染物を洗浄容器の中に入れて、高温度の不活性ガスを導入しＰＣＢ汚染物に直接接触させて、ＰＣＢ汚染物中のＰＣＢを不活性ガス中に蒸発させて分離除去する方法である。不活性ガスとしては必ずしも窒素ガスである必要はない。例えば空気であっても実施可能である。しかし長期的な運転操作を考える際、不活性のガスを用いることが好ましいし、実際的である。
本発明においては不活性ガスの温度をＰＣＢの沸点温度以下としていることが第1の基本要件である。ＰＣＢ構成分子の中で最も沸点温度が低いものは大気圧において約２７５℃と知られている。従って２７５℃以下の条件で洗浄するのである。ただし、沸点温度は減圧状態においては低下する。その場合には、本発明の方法はさらにもっと低い温度以下で実施することが可能である。ただし大気圧近辺において実施することが設備的に容易であり適当である。
不活性ガスを事前に２７５℃以下望ましくは１００〜２００℃程度の高温度に加熱しておき、洗浄容器内へ吹き込む。洗浄容器の構造は密閉された容器であり、内部に汚染物を内蔵したものである。洗浄容器内においてＰＣＢ汚染物と不活性ガスが接触し易い様な構造とすることが必要である。この様な洗浄容器の構造形式としてはさまざまな構造形式のものが実施可能である。洗浄容器内およびＰＣＢ汚染物の温度は不活性ガスの温度と同様であり望ましくは１００〜２００℃程度とする。そのために洗浄容器あるいはＰＣＢ汚染物を加熱することも有効である。洗浄容器内へ吹き込む不活性ガスの量は洗浄容器の構造形式や滞留時間を基準にして選定するが、いたずらに多くする必要はない。不活性ガス流量は少ない程設備費用は安価となるから、少ない方がより好ましい。
洗浄容器内において不活性ガスをＰＣＢ汚染物に直接接触させると、ＰＣＢが不活性ガス中へ蒸発してきて、その温度と圧力に対応する蒸気圧分圧相当のＰＣＢ濃度となるのである。これは、有機物の様な蒸気圧を有する物質に関する原理であり、すでに良く知られている現象である。洗浄容器内の温度が高くＰＣＢ蒸気圧が高い程不活性ガス中のＰＣＢ濃度は高くなる。そして逆に温度が低くＰＣＢ蒸気圧が低い程不活性ガス中のＰＣＢ濃度は低くなる。本発明者の港湾の底質土に関する研究結果では、１００℃の不活性ガスを用いて洗浄したところ、底質土中のＰＣＢ濃度が33mg／kgに対して不活性中のＰＣＢ濃度は0.05mg／Lであった。この場合は底質土１kgに対し約６６０Lの不活性ガスを吹き込んで洗浄するとほぼ全量のＰＣＢを不活性ガス側に分離除去することができることが分かる。同じ底質土に対し１５０℃の不活性ガスを用いて洗浄したところ、不活性中のＰＣＢ濃度は1.2mg／Lであった。この場合は底質土１kgに対し約３０Lの不活性ガスを吹き込んで洗浄するとほぼ全量のＰＣＢを不活性ガス側に分離除去することができることが分かる。２００℃の不活性ガスを用いて洗浄したところ、不活性ガス中のＰＣＢ濃度は４mg／Lであった。この場合は底質土の約９Ｌの不活性ガスを吹き込んで洗浄するとほぼ全量のＰＣＢを分離除去できることが分かる。
【０００７】
この様にしてＰＣＢを含んだ不活性ガスを洗浄容器から抜き出して冷却装置に導入して、不活性ガスを冷却する。冷却装置において不活性ガスが冷却されると、不活性ガス中のＰＣＢの蒸気圧は低下し、その温度に見合った蒸気圧となる。つまり冷却装置内において不活性ガス中のＰＣＢは凝縮し装置内部に付着して捕集されるのである。凝縮するＰＣＢの量は不活性ガスの入口と出口の温度差つまり蒸気圧の差に相当する量である。冷却装置内において不活性ガス中の大半のＰＣＢを凝縮させて捕集するために、不活性ガス出口温度を入口温度よりも５０〜１００℃以下に低下させることが望ましい。冷却装置の構造はさまざまなものが実施可能であるが、例えば内部に伝熱管を内臓した多管式熱交換器で実施可能であるが、他にもさまざまな構造形式のものが可能である。
凝縮したＰＣＢは、冷却装置内部に堆積する。堆積したＰＣＢは、洗浄運転が終了した後に公知の方法、例えば溶剤によって洗滌する方法或いは高温度にして蒸発させる方法等によって外部に抜き出して本件発明とは別途のＰＣＢ分解処理設備へ供給して分解処理する。ＰＣＢ分解処理方法は公知の方法によって実施することができる。例えば濃縮して焼却する方法や水熱酸化分解法や光触媒分解法等がある。
この様にしてＰＣＢ汚染物からＰＣＢを蒸発させ分離除去し、そして冷却装置に移すことができるのである。しかし、この状態ではＰＣＢを分離するために大量の不活性ガスを消費し、さらに不活性ガスを加熱する熱量を大量に消費することになり、全く不経済であり実用性はないのである。そこで不活性ガスを再利用し、熱回収する手段を考案しなければならない。本発明の第2の基本要件はこの点にある。すなわち、不活性ガスを再循環すると共に熱を回収する方法を考案している点である。
冷却装置から冷却後の不活性ガスを不活性ガス循環装置によって吸引し、次いで冷却装置へリサイクル送風する。なお不活性ガス循環装置は公知の送風機等によって実施可能である。こうして冷却装置において高温度の不活性ガスと冷却後の低温度の不活性ガスを熱交換するのである。この操作によって洗浄容器から出てくる高温度の不活性ガスの熱を無駄にせずに回収して再利用することができるのである。この熱回収を冷却装置において効果的に実施するためには、冷却装置の下流に第2冷却器を設置して不活性ガスをさらに冷却してから冷却装置へ導入することが必須であり、本発明の重要な考案である。つまり第2冷却器においてさらに冷却することによって、冷却装置において二つの不活性ガスの流れの間に温度差をつけることができ、その温度差によって高温の不活性ガスから低温の不活性ガスへ熱を伝達することができるのである。第2冷却器によって冷却する温度は５〜１０℃以上であれば可能であるが、１５〜３０℃程度が好ましい。第２冷却器は冷却水や空気等によって冷却する公知の熱交換器で実施可能である。
冷却装置において熱交換して温度上昇した不活性ガスは洗浄容器内の温度まで上昇していないので、加熱器に導入してさらに加熱する。そして洗浄容器内の温度に加熱してから、洗浄容器へ吹き込む。加熱器は蒸気加熱或いは電気加熱等の公知の方法によって実施可能である。
この様にして洗浄容器と冷却装置と第２冷却器と不活性ガス循環装置と冷却装置と加熱器をクローズサイクルとして構成し、不活性ガスをこのクローズサイクルの中において循環させるのである。不活性ガスはクローズサイクルの中を循環し、外部へ放出しないため、わずかの不活性ガスを使用するのみで実施することができる。さらに冷却装置において熱回収しているために、外部から供給する熱量はわずかの量で実施することができる。この様にして従来の問題点を解決できるのである。
そして不活性ガスは洗浄容器と冷却装置の間を循環して流れることになる。洗浄容器内でＰＣＢを汚染物から蒸発して包含し、ついで冷却装置内でＰＣＢを凝縮して放出する。この様にして不活性ガスにより循環洗浄を長時間継続すると、ＰＣＢ汚染物中のＰＣＢは蒸発して冷却装置内に移り、冷却装置内に凝縮して堆積することになる。従ってＰＣＢ汚染物からＰＣＢを効果的に分離除去することができるのである。
【実施例】
【０００８】
実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
図１において(1)は洗浄容器であり内部にＰＣＢ汚染物(10)が設置されている。ＰＣＢ汚染物(10)は港湾の浚渫土１００kgとした。この浚渫土のＰＣＢ濃度を測定したところ３３mg／kgであった。ＰＣＢ汚染物(10)は不活性ガスと接触し易い様に薄い層状に設置されている。不活性ガス(11)は１５０℃に加熱したものを１時間当り５００Lの流量で洗浄容器内へ吹き込んだ。洗浄容器から排出される不活性ガス(12)の温度は運転開始時には低い温度であったが、徐々に温度が上昇しやがて１５０℃になった。その時不活性ガス(11)と(12)のＰＣＢ濃度を測定したところ約0.02以下と約1.0mg／Lであった。このことにより、洗浄容器内においてＰＣＢが蒸発し、不活性ガス中のＰＣＢが増大したことが分かる。不活性ガス(12)は冷却装置(2)に導入され、内部において冷却され１００℃の温度に低下した。冷却装置(2)は内部にコイル状の冷却管を有する構造とし、管外に不活性ガス(12)を流した。冷却装置(2)から排出される不活性ガス(13)の温度は１００℃であり、ガス中のＰＣＢ濃度を測定したところ約0.05mg／Lであった。このことにより不活性ガス(12)中のＰＣＢは冷却装置(2)内において凝縮し、不活性ガス(12)から分離したことが分かる。次に不活性ガス(13)を第2冷却器(3)に導入しさらに冷却して約８０℃まで冷却した。冷却された不活性ガス(14)中のＰＣＢ濃度を測定したところ、0.01mg／L以下であった。このことにより、第2冷却器においても不活性ガス(13)中のＰＣＢがわずかであるが凝縮し分離したことが分かる。
そして不活性ガス(14)は不活性ガス循環装置(4)によって吸引されそして送風され、冷却装置(2)の管内側を通過しさらに加熱器(5)を通過して洗浄容器へ吹き込まれる。不活性ガスはこの様にして密閉された循環系統内を循環している。この約１３０℃の不活性ガス(15)は冷却装置(2)から排出され、さらに加熱器(5)において１５０℃まで加熱される。加熱器(5)は蒸気によって加熱する通常の熱交換器を使用した。
そして１５０℃に加熱された不活性ガス(11)は再度洗浄容器(1)へ吹き込まれる。この様にして１５０℃の不活性ガス(11)を洗浄容器(1)に吹き込みＰＣＢ汚染物(10)を洗浄し続けた。7時間経過後において不活性ガス(12)中のＰＣＢ濃度は0.02mg／L以下であり、不活性ガス(11)中のＰＣＢ濃度も同様に0.02mg／kg以下であった。そこで運転停止して内部の不活性ガスを排出してから、洗浄容器(1)内からＰＣＢ汚染物(10)を取り出してＰＣＢ濃度を測定した。その結果ＰＣＢ濃度は0.1mg／kg以下であった。
従って本実施例の洗浄において、ＰＣＢ汚染物(10)中のＰＣＢは蒸発して分離除去され、洗浄前に３３mg／kgであったものが洗浄後には0.1mg／kg以下に低減したことが分かる。そして分離除去されたＰＣＢは冷却装置(2)および第2冷却器(3)の内部に移動して堆積したのである。なお運転終了後、冷却装置(2)および第2冷却器(3)内部を目視したところ、ＰＣＢが付着して堆積していることが確認できた。
なお、本実施例は回分式の運転操作についてであるが、洗浄容器の構造を工夫し、冷却装置の切り替え予備器を設置することによって連続的な運転操作を行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】不活性ガスによる洗浄方法実施図
【符号の説明】
【００１０】
(1)洗浄容器
(2)冷却装置
(3)第2冷却器
(4)不活性ガス循環装置
(5)加熱器
(10)ＰＣＢ汚染物
(11)１５０℃不活性ガス
(12)洗浄後不活性ガス
(13)１００℃不活性ガス
(14)８０℃不活性ガス
(15)１３０℃不活性ガス
【技術分野】
【０００１】
ＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニール）は優れた電気的特性がありそして不燃性でありさらに化学的安定性があるため、以前において電気機器その他に広く使用されていた。しかしその後、人体や環境に対する悪影響が強いことが判明し、ＰＣＢの製造および使用が禁止された。しかしＰＣＢによる環境汚染はすでにいろいろな箇所に広がっており、港湾や河川の低質土等においてもＰＣＢに汚染されていることがある。また電気機器等においては以前ＰＣＢを多量に使用されていたため、ＰＣＢが付着残留した電気機器やウエス等の廃棄物が未処理のまま大量に保管されている。本発明はこの様なＰＣＢ汚染物からＰＣＢを分離除去する浄化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＰＣＢに汚染されたものを無害化処理する際、まず被汚染物からＰＣＢを分離除去し、次に被汚染物とＰＣＢをそれぞれに適切な方法によって処理することが基本である。そして被汚染物は洗浄してＰＣＢを基準値以下とした上で排出する。また汚染物から分離除去したＰＣＢや被汚染物の洗浄の際に除去されたＰＣＢは、分解して無害化処理する。
ＰＣＢを分解して無害化する方法としてこれまでにいくつもの方法が開発されている。例えば１１００℃以上の高温度で焼却する方法、高温度高圧力水によって分解する水熱酸化分解法、高温度の還元雰囲気において分解する還元熱化学分解法、紫外線を照射して脱塩素化する光触媒酸化法等がある。これらの方法はＰＣＢ自体を分解して無害化処理する方法であり、ほぼ実用化技術として確立されている。
一方、被汚染物からＰＣＢを分離除去する洗浄方法は簡単ではない。そのためにさまざまな方法が研究されているが、まだ多くの問題点を有している。これまでに研究されている方法として溶剤洗浄法と真空加熱分離法がある。
溶剤洗浄法は、ＰＣＢ汚染物を水蒸気で加熱しそこへ溶剤をスプレーして洗浄する方法とＰＣＢ汚染物に界面活性剤水溶液をスプレーして洗浄する方法とがある。この溶剤洗浄法は十分な洗浄効果があり、運転操作は容易である。しかしこの方法の場合、洗浄排出液から溶剤或いは界面活性剤を回収再生して再利用しなければならない。そのための回収精製装置が必要となり、設備製作費用は巨額となり、経済的に大きな欠点である。また運転操作上の安全性に対するリスクもある。溶剤洗浄法はこの様な大きな欠点がある。
真空加熱分離法はＰＣＢ汚染物を容器の中に入れ、真空状態となし、加熱してＰＣＢを蒸発分離する方法である。この方法はＰＣＢを沸点温度以上において蒸発させて分離するものである。常圧状態ではＰＣＢは沸点が非常に高く、最も高いものでは約４５０℃である。これは非常に高温度であり実用的でないが、真空状態とすると沸点温度を低下させることができる。通常４００Pa以下の真空圧力において、加熱して２００〜２５０℃の温度として、ＰＣＢの沸騰状態においてＰＣＢ蒸発分離操作を行うのである。この状態において、ＰＣＢは沸騰状態となっているため汚染物に付着しているＰＣＢはほぼ全量気体中に蒸発する。そこで雰囲気の気体を抜き出すことによって、被汚染物からＰＣＢをほぼ完全に分離することができる。しかし４００Pa以下の真空状態にすること、さらに２００〜２５０℃の高温度にすることは設備技術的に容易なことではない。そのため設備製作費用は巨額となり、経済的に大きな欠点である。また蒸発したＰＣＢを含む雰囲気気体を抜き出す際、わずかの温度低下によってすぐに大量のＰＣＢが凝縮してしまう。そして器壁等に付着し詰まり現象を起こしてしまい、正常運転の大きな障害となるという大きな問題点がある。真空加熱分離法はこの様な欠点があり実用上は難しい方法である。
真空加熱分離法を実用的に難しくしている原因は、ＰＣＢの沸騰状態で分離操作を行なっている点にある。つまり操作の圧力と温度状態がＰＣＢの沸点温度かそれ以上であることが難しくしている原因である。従って沸点温度状態以下で操作すると、特に大気圧状態の沸点温度以下で操作する場合には問題を解決することができる。そこで真空状態とせずに大気圧状態において、沸点温度よりはるかに低い温度においてＰＣＢを不活性ガス中に蒸発させて分離する方法が期待される。
これはＰＣＢ汚染物と不活性ガスが直接接触した場合、不活性ガス中にはその温度のＰＣＢ蒸気圧分圧に相当する濃度のＰＣＢを含むことができるという原理に基づくものである。しかしＰＣＢの蒸気圧は極端に低いために、不活性ガス中のＰＣＢ濃度は非常に薄いという問題点がある。ＰＣＢは複数の分子構造物の総称であり、そのためＰＣＢの沸点温度は一概に言えないが、環境省の資料によれば五塩化ビフェニールの場合３５℃において0.00006mmhgとのことである。この場合不活性ガス中に含まれるＰＣＢ量は0.00006／760＝6.6×１０-8モル比濃度である。これは0.066ppmの濃度であり、非常にわずかな量である。六塩化ビフェニールの場合はもう一桁低い蒸気圧であり、不活性ガス中に含まれる濃度は0.01ppm以下となる。この様な事情のため、ＰＣＢ汚染物からＰＣＢを分離除去するために膨大な量の不活性ガスが必要となる。そしてその膨大な不活性ガスからＰＣＢを回収することは実用的には不可能に近いことである。つまり沸点温度以下においては、非汚染物からＰＣＢを不活性ガス中に蒸発させて分離することは非常に困難なのである。このためにこの方法は実用性の無い方法としてこれまで無視されてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は従来において実用性がないと考えられていた不活性ガスによってＰＣＢ汚染物からＰＣＢを分離除去する方法において、従来法の欠点であった膨大な量の不活性ガスを必要とせずにさらに不活性ガス中のＰＣＢを容易に捕集する方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者はＰＣＢ汚染物を浄化する方法について鋭意研究した結果、大気圧状態においてＰＣＢ沸点温度以下、すなわち最も低い沸点温度の２７５℃以下の温度において不活性ガスのみをＰＣＢ汚染物に直接接触させることによってＰＣＢを不活性ガス中に蒸発分離することができることを確認した。そして不活性ガスを長時間継続的に流すことによって十分に効果的な浄化を行うことができることを見出した。さらに不活性ガスを循環するシステムと不活性ガスの熱を効率的に回収して再利用する方法を考案することによって、従来において膨大な量の不活性ガスを必要としていた大きな欠点を克服することができた。これらの知見に基づいて、従来は実用性がないとして全く無視されてきた不活性ガスのみによって浄化する新たな方法を発明するに至った。
即ち、２７５℃以下の不活性ガスを洗浄容器内に導入し、ＰＣＢ汚染物と直接接触させて、ＰＣＢを該不活性ガス中に蒸発させる方法において、該洗浄容器内より該不活性ガスを抜き出して冷却装置へ導入して冷却し、該不活性ガス中のＰＣＢを凝縮させて捕集することを特徴とするものであり、第２冷却器および加熱器を設置していることを特徴とするものであり、該洗浄容器と該冷却装置と該第２冷却器と該冷却装置と該加熱器がクローズサイクルとして構成されており、不活性ガス循環装置によって該不活性ガスが該クローズサイクルを循環していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の方法によってＰＣＢ汚染物を洗浄する場合、不活性ガスのみよってＰＣＢを分離除去できる。そして従来法の様に溶剤や洗剤を使う必要がなく、簡単な設備によって実施することができ、運転操作は容易でありまた安全性も高い。また、使用する不活性ガスは１５０℃程度の中高温度、常圧であり、従来法の様に高温度、高真空とする必要がなく、簡単な設備によって実施でき、運転操作は容易である。
【作用】
【０００６】
本発明をさらに詳しく説明する。
本発明の方法はＰＣＢ汚染物を洗浄容器の中に入れて、高温度の不活性ガスを導入しＰＣＢ汚染物に直接接触させて、ＰＣＢ汚染物中のＰＣＢを不活性ガス中に蒸発させて分離除去する方法である。不活性ガスとしては必ずしも窒素ガスである必要はない。例えば空気であっても実施可能である。しかし長期的な運転操作を考える際、不活性のガスを用いることが好ましいし、実際的である。
本発明においては不活性ガスの温度をＰＣＢの沸点温度以下としていることが第1の基本要件である。ＰＣＢ構成分子の中で最も沸点温度が低いものは大気圧において約２７５℃と知られている。従って２７５℃以下の条件で洗浄するのである。ただし、沸点温度は減圧状態においては低下する。その場合には、本発明の方法はさらにもっと低い温度以下で実施することが可能である。ただし大気圧近辺において実施することが設備的に容易であり適当である。
不活性ガスを事前に２７５℃以下望ましくは１００〜２００℃程度の高温度に加熱しておき、洗浄容器内へ吹き込む。洗浄容器の構造は密閉された容器であり、内部に汚染物を内蔵したものである。洗浄容器内においてＰＣＢ汚染物と不活性ガスが接触し易い様な構造とすることが必要である。この様な洗浄容器の構造形式としてはさまざまな構造形式のものが実施可能である。洗浄容器内およびＰＣＢ汚染物の温度は不活性ガスの温度と同様であり望ましくは１００〜２００℃程度とする。そのために洗浄容器あるいはＰＣＢ汚染物を加熱することも有効である。洗浄容器内へ吹き込む不活性ガスの量は洗浄容器の構造形式や滞留時間を基準にして選定するが、いたずらに多くする必要はない。不活性ガス流量は少ない程設備費用は安価となるから、少ない方がより好ましい。
洗浄容器内において不活性ガスをＰＣＢ汚染物に直接接触させると、ＰＣＢが不活性ガス中へ蒸発してきて、その温度と圧力に対応する蒸気圧分圧相当のＰＣＢ濃度となるのである。これは、有機物の様な蒸気圧を有する物質に関する原理であり、すでに良く知られている現象である。洗浄容器内の温度が高くＰＣＢ蒸気圧が高い程不活性ガス中のＰＣＢ濃度は高くなる。そして逆に温度が低くＰＣＢ蒸気圧が低い程不活性ガス中のＰＣＢ濃度は低くなる。本発明者の港湾の底質土に関する研究結果では、１００℃の不活性ガスを用いて洗浄したところ、底質土中のＰＣＢ濃度が33mg／kgに対して不活性中のＰＣＢ濃度は0.05mg／Lであった。この場合は底質土１kgに対し約６６０Lの不活性ガスを吹き込んで洗浄するとほぼ全量のＰＣＢを不活性ガス側に分離除去することができることが分かる。同じ底質土に対し１５０℃の不活性ガスを用いて洗浄したところ、不活性中のＰＣＢ濃度は1.2mg／Lであった。この場合は底質土１kgに対し約３０Lの不活性ガスを吹き込んで洗浄するとほぼ全量のＰＣＢを不活性ガス側に分離除去することができることが分かる。２００℃の不活性ガスを用いて洗浄したところ、不活性ガス中のＰＣＢ濃度は４mg／Lであった。この場合は底質土の約９Ｌの不活性ガスを吹き込んで洗浄するとほぼ全量のＰＣＢを分離除去できることが分かる。
【０００７】
この様にしてＰＣＢを含んだ不活性ガスを洗浄容器から抜き出して冷却装置に導入して、不活性ガスを冷却する。冷却装置において不活性ガスが冷却されると、不活性ガス中のＰＣＢの蒸気圧は低下し、その温度に見合った蒸気圧となる。つまり冷却装置内において不活性ガス中のＰＣＢは凝縮し装置内部に付着して捕集されるのである。凝縮するＰＣＢの量は不活性ガスの入口と出口の温度差つまり蒸気圧の差に相当する量である。冷却装置内において不活性ガス中の大半のＰＣＢを凝縮させて捕集するために、不活性ガス出口温度を入口温度よりも５０〜１００℃以下に低下させることが望ましい。冷却装置の構造はさまざまなものが実施可能であるが、例えば内部に伝熱管を内臓した多管式熱交換器で実施可能であるが、他にもさまざまな構造形式のものが可能である。
凝縮したＰＣＢは、冷却装置内部に堆積する。堆積したＰＣＢは、洗浄運転が終了した後に公知の方法、例えば溶剤によって洗滌する方法或いは高温度にして蒸発させる方法等によって外部に抜き出して本件発明とは別途のＰＣＢ分解処理設備へ供給して分解処理する。ＰＣＢ分解処理方法は公知の方法によって実施することができる。例えば濃縮して焼却する方法や水熱酸化分解法や光触媒分解法等がある。
この様にしてＰＣＢ汚染物からＰＣＢを蒸発させ分離除去し、そして冷却装置に移すことができるのである。しかし、この状態ではＰＣＢを分離するために大量の不活性ガスを消費し、さらに不活性ガスを加熱する熱量を大量に消費することになり、全く不経済であり実用性はないのである。そこで不活性ガスを再利用し、熱回収する手段を考案しなければならない。本発明の第2の基本要件はこの点にある。すなわち、不活性ガスを再循環すると共に熱を回収する方法を考案している点である。
冷却装置から冷却後の不活性ガスを不活性ガス循環装置によって吸引し、次いで冷却装置へリサイクル送風する。なお不活性ガス循環装置は公知の送風機等によって実施可能である。こうして冷却装置において高温度の不活性ガスと冷却後の低温度の不活性ガスを熱交換するのである。この操作によって洗浄容器から出てくる高温度の不活性ガスの熱を無駄にせずに回収して再利用することができるのである。この熱回収を冷却装置において効果的に実施するためには、冷却装置の下流に第2冷却器を設置して不活性ガスをさらに冷却してから冷却装置へ導入することが必須であり、本発明の重要な考案である。つまり第2冷却器においてさらに冷却することによって、冷却装置において二つの不活性ガスの流れの間に温度差をつけることができ、その温度差によって高温の不活性ガスから低温の不活性ガスへ熱を伝達することができるのである。第2冷却器によって冷却する温度は５〜１０℃以上であれば可能であるが、１５〜３０℃程度が好ましい。第２冷却器は冷却水や空気等によって冷却する公知の熱交換器で実施可能である。
冷却装置において熱交換して温度上昇した不活性ガスは洗浄容器内の温度まで上昇していないので、加熱器に導入してさらに加熱する。そして洗浄容器内の温度に加熱してから、洗浄容器へ吹き込む。加熱器は蒸気加熱或いは電気加熱等の公知の方法によって実施可能である。
この様にして洗浄容器と冷却装置と第２冷却器と不活性ガス循環装置と冷却装置と加熱器をクローズサイクルとして構成し、不活性ガスをこのクローズサイクルの中において循環させるのである。不活性ガスはクローズサイクルの中を循環し、外部へ放出しないため、わずかの不活性ガスを使用するのみで実施することができる。さらに冷却装置において熱回収しているために、外部から供給する熱量はわずかの量で実施することができる。この様にして従来の問題点を解決できるのである。
そして不活性ガスは洗浄容器と冷却装置の間を循環して流れることになる。洗浄容器内でＰＣＢを汚染物から蒸発して包含し、ついで冷却装置内でＰＣＢを凝縮して放出する。この様にして不活性ガスにより循環洗浄を長時間継続すると、ＰＣＢ汚染物中のＰＣＢは蒸発して冷却装置内に移り、冷却装置内に凝縮して堆積することになる。従ってＰＣＢ汚染物からＰＣＢを効果的に分離除去することができるのである。
【実施例】
【０００８】
実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
図１において(1)は洗浄容器であり内部にＰＣＢ汚染物(10)が設置されている。ＰＣＢ汚染物(10)は港湾の浚渫土１００kgとした。この浚渫土のＰＣＢ濃度を測定したところ３３mg／kgであった。ＰＣＢ汚染物(10)は不活性ガスと接触し易い様に薄い層状に設置されている。不活性ガス(11)は１５０℃に加熱したものを１時間当り５００Lの流量で洗浄容器内へ吹き込んだ。洗浄容器から排出される不活性ガス(12)の温度は運転開始時には低い温度であったが、徐々に温度が上昇しやがて１５０℃になった。その時不活性ガス(11)と(12)のＰＣＢ濃度を測定したところ約0.02以下と約1.0mg／Lであった。このことにより、洗浄容器内においてＰＣＢが蒸発し、不活性ガス中のＰＣＢが増大したことが分かる。不活性ガス(12)は冷却装置(2)に導入され、内部において冷却され１００℃の温度に低下した。冷却装置(2)は内部にコイル状の冷却管を有する構造とし、管外に不活性ガス(12)を流した。冷却装置(2)から排出される不活性ガス(13)の温度は１００℃であり、ガス中のＰＣＢ濃度を測定したところ約0.05mg／Lであった。このことにより不活性ガス(12)中のＰＣＢは冷却装置(2)内において凝縮し、不活性ガス(12)から分離したことが分かる。次に不活性ガス(13)を第2冷却器(3)に導入しさらに冷却して約８０℃まで冷却した。冷却された不活性ガス(14)中のＰＣＢ濃度を測定したところ、0.01mg／L以下であった。このことにより、第2冷却器においても不活性ガス(13)中のＰＣＢがわずかであるが凝縮し分離したことが分かる。
そして不活性ガス(14)は不活性ガス循環装置(4)によって吸引されそして送風され、冷却装置(2)の管内側を通過しさらに加熱器(5)を通過して洗浄容器へ吹き込まれる。不活性ガスはこの様にして密閉された循環系統内を循環している。この約１３０℃の不活性ガス(15)は冷却装置(2)から排出され、さらに加熱器(5)において１５０℃まで加熱される。加熱器(5)は蒸気によって加熱する通常の熱交換器を使用した。
そして１５０℃に加熱された不活性ガス(11)は再度洗浄容器(1)へ吹き込まれる。この様にして１５０℃の不活性ガス(11)を洗浄容器(1)に吹き込みＰＣＢ汚染物(10)を洗浄し続けた。7時間経過後において不活性ガス(12)中のＰＣＢ濃度は0.02mg／L以下であり、不活性ガス(11)中のＰＣＢ濃度も同様に0.02mg／kg以下であった。そこで運転停止して内部の不活性ガスを排出してから、洗浄容器(1)内からＰＣＢ汚染物(10)を取り出してＰＣＢ濃度を測定した。その結果ＰＣＢ濃度は0.1mg／kg以下であった。
従って本実施例の洗浄において、ＰＣＢ汚染物(10)中のＰＣＢは蒸発して分離除去され、洗浄前に３３mg／kgであったものが洗浄後には0.1mg／kg以下に低減したことが分かる。そして分離除去されたＰＣＢは冷却装置(2)および第2冷却器(3)の内部に移動して堆積したのである。なお運転終了後、冷却装置(2)および第2冷却器(3)内部を目視したところ、ＰＣＢが付着して堆積していることが確認できた。
なお、本実施例は回分式の運転操作についてであるが、洗浄容器の構造を工夫し、冷却装置の切り替え予備器を設置することによって連続的な運転操作を行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】不活性ガスによる洗浄方法実施図
【符号の説明】
【００１０】
(1)洗浄容器
(2)冷却装置
(3)第2冷却器
(4)不活性ガス循環装置
(5)加熱器
(10)ＰＣＢ汚染物
(11)１５０℃不活性ガス
(12)洗浄後不活性ガス
(13)１００℃不活性ガス
(14)８０℃不活性ガス
(15)１３０℃不活性ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２７５℃以下の不活性ガスを洗浄容器内に導入し、ＰＣＢ汚染物と直接接触させて、ＰＣＢを該不活性ガス中に蒸発させる方法において、該洗浄容器内より該不活性ガスを抜き出して冷却装置へ導入して冷却し、該不活性ガス中のＰＣＢを凝縮させて捕集することを特徴とするものであり、第２冷却器および加熱器を設置していることを特徴とするものであり、該洗浄容器と該冷却装置と該第２冷却器と該冷却装置と該加熱器がクローズサイクルとして構成されており、不活性ガス循環装置によって該不活性ガスが該クローズサイクルを循環していることを特徴とするものである。
【請求項１】
２７５℃以下の不活性ガスを洗浄容器内に導入し、ＰＣＢ汚染物と直接接触させて、ＰＣＢを該不活性ガス中に蒸発させる方法において、該洗浄容器内より該不活性ガスを抜き出して冷却装置へ導入して冷却し、該不活性ガス中のＰＣＢを凝縮させて捕集することを特徴とするものであり、第２冷却器および加熱器を設置していることを特徴とするものであり、該洗浄容器と該冷却装置と該第２冷却器と該冷却装置と該加熱器がクローズサイクルとして構成されており、不活性ガス循環装置によって該不活性ガスが該クローズサイクルを循環していることを特徴とするものである。
【図１】
【公開番号】特開２００６−１９８４５５（Ｐ２００６−１９８４５５Ａ）
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９９１６（Ｐ２００５−９９１６）
【出願日】平成１７年１月１８日（２００５．１．１８）
【出願人】（３０００６４３２０）株式会社エコアップ (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月１８日（２００５．１．１８）
【出願人】（３０００６４３２０）株式会社エコアップ (7)
【Ｆターム（参考）】
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