CN1418712A - 降解对象物的处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

处理降解对象物的方法及装置,该方法包括下述步骤:降解上述降解对象物的步骤;使上述降解步骤中产生的产物与液体接触的步骤;使上述产物中通过上述接触步骤未被吸收于上述液体中的成分与介质接触,吸收到上述介质中的步骤。

Description

降解对象物的处理方法及装置
技术领域
本发明涉及降解对象物的降解方法及装置。
背景技术
随着近年来产业技术的发展,二氯乙烷、氯代甲烷等有机氯化合物被大量使用,其废弃处理成为严重的问题。另外,出现了使用后的这些气体污染自然环境等环境问题,为了解决该问题需要付出很大的努力。
作为处理这些问题的方法,例如用活性炭等吸附剂吸附环境中的有机氯化合物等污染物质,从而由环境中除去的处理方法。吸附了污染物质的活性炭通过直接焚烧再生,或者通过将活性炭用水蒸气等加热而再生,作为含有污染物质的液体进行回收。作为降解处理的方法,例如使用氧化剂或催化剂降解二氯乙烷的方法,具体地说,已知用臭氧降解的方法(特开平3-38297号公报)、在过氧化氢存在的条件下照射紫外线的方法(特开昭63-218293号公报)等。另外,也提示了使用次氯酸钠作为氧化剂。而且,也已知在碱性条件下,将氧化钛等氧化物半导体微粒构成的光催化剂和液体状的二氯乙烷悬浊,通过照射光使之降解的方法(特开平7-144137号公报)。
另外,除上述以外,已经尝试了不使用氧化剂在气相下照射紫外线的光降解法。提出对含有有机卤化合物的废气进行紫外线照射处理制成酸性降解气体后,用碱洗涤进行无害化处理的方法(特开昭62-191025号公报)、对含有有机卤化合物的废水进行曝气处理,对排出的气体进行紫外线照射后,用碱洗涤的装置(特开昭62-191095号公报)等方案。另外也已知用铁粉引起二氯乙烷的降解(特开平8-257570号公报),推测此时大概发生还原降解。另外,对于使用硅微粒降解四氯乙烯(以下简称为PCE),也报告了还原降解。
另外,已知三氯乙烯(以下简称为TCE)或PCE等氯代脂肪族烃被微生物好氧或厌氧地降解,利用这种工序也尝试进行了降解或净化。
另外,土壤被这些各种有机氯化合物等污染时,对周围环境的影响长期存在,因此强烈要求除去这些污染物质修复土壤,进行了各种尝试,提出使用真空泵吸引土壤中的污染物质进行活性炭处理的方法、利用微生物降解能力的生物再调解(bioremediation)照射紫外线降解的方法等方案。
在真空吸引方法中,污染物质通过活性炭的吸附而被除去,但活性炭的吸附效率低,另外大量含有水分的物质的处理困难,而且必须对吸附了污染物质的使用后的活性炭进行再处理。
另一方面,在生物再调解中,微生物的降解活性表现或增殖过程未必稳定,有时降解工序的管理比较困难,特别是关于有机氯类化合物的土壤污染,没有实际应用的情况很多。
作为能够解决上述问题的装置实例,提出将含有氯气的气体和需要降解的气体状有机氯化合物混合,对上述混合气体进行光照射的气体状有机氯化合物的降解净化装置。
其中,作为得到含有氯气的气体的简便且安全的方法,是使用由含氯溶液产生的氯气。
图1是其一个方式的简图,11为含有氯气的空气的发生装置,具有储存含氯溶液的水槽12、向上述溶液中吹入空气的管13和用于调整空气量的阀14。另外,从含氯液体中通过的空气成为含有氯气的空气,被导入反应槽5。1是用于供给降解对象物的装置,将降解对象物导入反应槽5,在反应槽5中与含有氯气的空气混合,通过光照射装置4对混合气体照射给定时间的光,从而降解对象物被降解。降解后,气体由排气管6排出。作为装入水槽12中的氯溶液,使用具有氢离子浓度(pH值)1~4以及残留氯浓度5~150mg/L特性的溶液等。这种溶液例如通过在水中溶解次氯酸盐(次氯酸钠或次氯酸钾)得到。另外,该溶液中含有无机酸等时,能够效率良好地产生氯气。
作为利用UV-B、C的紫外线降解部分污染物质的现象的光降解装置,公开于特开平9-299753号公报、特开平10-180040号公报中。
但是,上述气体状有机氯化合物降解净化装置通过在光照射条件下将由含氯的水等供给的氯气和作为降解对象物质的气体状有机氯化合物混合而进行降解反应,但通过该光降解反应并不能将污染物质完全无害化,其中一大半作为有害物质直接被排出,因此必须对光降解反应后的降解产物再次进行降解使之无害化。
另一方面,在污染土壤的修复现场,特别要求考虑环境,更强烈地要求防止氯气向外界释放和净化排水。
如上述说明,虽然提出了各种有机氯化合物的降解方法,但是这些方法有时必需有用于降解的复杂装置,或者必需对降解产物进一步进行无害化处理。因此得到下述结论,即必须有对环境无害且通过不需要特殊设备的实用装置降解有机氯化合物的技术。也就是说,要求提供更简单且更有效的降解对象物的降解方法,以及用于其的降解对象物的降解装置,另外,要求提供不需要采用活性炭或微生物的处理,能够有效处理且没有2次污染问题,并且能够降解排水量少的降解对象物的降解方法以及使用上述方法的有效的降解对象物的降解装置。
发明概述
本发明的降解对象物的降解方法涉及一种降解对象物的处理方法,其特征在于,包括下述步骤:
降解上述降解对象物的步骤;
使上述降解步骤中产生的产物与液体接触的步骤;
使上述产物中通过上述接触步骤未被吸收(entrapping)于上述液体中的成分与介质接触,吸收到上述介质中的步骤。
而且,本发明涉及一种降解对象物的处理装置,是处理降解对象物的处理装置,其特征在于,包括下述装置:
降解上述降解对象物的装置;
使通过上述降解产生的产物与液体接触的装置;
使上述产物中通过上述接触未被吸收于上述液体中的成分与介质接触,吸收到上述介质中的装置。
附图说明
图1是表示以往的降解对象物的降解装置的示意图。
图2是表示与本发明相关的参考例中参考例1的降解装置的示意图。
图3是表示与本发明相关的参考例中参考例2的降解装置的示意图。
图4是表示与本发明相关的参考例中参考例3的降解装置的示意图。
图5是表示与本发明相关的参考例中参考例5的降解装置的示意图。
图6是表示与本发明相关的参考例中参考例6的降解装置的示意图。
图7是表示与本发明相关的参考例中参考例7的降解装置的示意图。
图8是表示本发明的实施例1的降解装置的示意图。
图9是表示本发明的实施例2的降解装置的示意图。
图10是表示本发明的实施例3的降解装置的示意图。
具体实施方式
下面对本发明的降解对象物的处理装置的基本结构进行说明。
(降解反应)
(1)装置结构
在图2中,5是反应装置,在反应装置的下部储存有含氯的溶液(氯溶液),在作为反应装置5上部的气相部,含氯空气和应该降解的气体状有机氯化合物混合。通过4的光照射装置向反应装置5内进行光照射。
需要降解的气体状有机氯化合物由降解对象物质供给装置1供给。氯溶液以希望的流量通过管26连续供给到反应装置5的下部。氯溶液在21的氯溶液用罐进行配制、供给。进行通气的气体含有作为降解对象的气体状有机氯化合物,通过供给管19以希望的流量连续供给到反应装置5的下部。结果,包括含有氯气的气体和作为降解对象的气体状有机氯化合物的混合气体向反应装置5的上部即气相部排出。通过4的照射光的装置对反应装置5内的混合气体进行光照射,将降解对象化合物降解。
(2)氯溶液或功能水
能够用于本发明的氯溶液(功能水)具有以下性状:氢离子浓度(pH值)1以上4以下,优选2以上3以下,残留氯浓度5mg/L以上300mg/L以下,优选30mg/L以上120mg/L以下。
更详细地如图1所示,含氯空气发生装置在处理槽的底部储存含氯的水(功能水),通入其中的空气含有污染物质,从而该通气装置兼备混合含氯空气和含有污染物质的气体的混合装置的形态时,希望在上述残留氯浓度内。
具有上述特性的氯溶液可以使用次氯酸等由试剂进行配制。例如可以通过使盐酸为0.001mol/L~0.1mol/L、氯化钠为0.005mol/L~0.02mol/L以及次氯酸钠0.0001mol/L~0.01mol/L得到。
另外,也可以用盐酸和次氯酸盐在pH为4.0以下调制氯浓度2mg/L以上的2000mg/L的氯溶液。例如可以通过使盐酸为0.001mol/L~0.1mol/L以及次氯酸钠为0.0001mol/L~0.01mol/L得到。
可以使用其他无机酸或有机酸代替上述盐酸。作为无机酸可以使用如氢氟酸、硫酸、磷酸、硼酸等,作为有机酸可以使用乙酸、甲酸、苹果酸、枸橼酸、草酸等。另外,使用作为弱酸性水粉末生成剂(例如商品名Quino-san 21X(Clean Chemical株式会社制))而被市售的N3C3O3NaCl2等也可以制备氯溶液。
另外,通过在未经净化水(原水(raw water))中溶解电解质(如氯化钠或氯化钾等),将该水在具有一对电极的水槽内进行电解,从而可以由阳极侧得到与上述同样性状的氯溶液。
电解前的未经净化水中的电解质浓度希望例如氯化钠为20mg/L~2000mg/L,更优选为200mg/L以上1000mg/L以下。
另外,此时在一对电极之间设置隔膜的场合,能够防止在阳极附近生成的酸性水和在阴极附近生成的碱性水的混合。
作为上述隔膜,例如适合使用离子交换膜等。另外,作为得到这种功能水的装置,可以使用市售的强酸性电解水生成器(例如,商品名:Oasis Bio Half;旭硝子Engineering(株)社制、商品名:强电解水生成器(Model FW-200;Amano(株)社制)等)。
这种溶液被称为电解水、电解功能水、功能水等,在除菌的目的中使用。
以上主要如图1所示,含氯空气发生装置在处理槽的底部储存含氯的水(功能水),通入其中的空气含有污染物质,从而该通气装置兼备混合含氯空气和含有污染物质的气体的混合装置。
如下所述,在通过本发明的降解反应进行降解时,希望氯在某一浓度范围内,如果实现该浓度范围,则含氯空气发生装置的含氯的水(功能水)中的残留氯浓度未必在上述所示的范围内。
例如,如(参考例3)图3所示,将不含有污染物质的气体导入含氯的水中,混合产生的氯气和含有污染物质的空气时,希望比上述残留氯浓度高。
也就是说,在如图3的结构中,产生的氯气被含有污染物质的空气稀释。该稀释比例由产生的氯气的供给量和含有污染物质的空气向反应场所的供给量的比例决定。例如,含有污染物质的空气的供给量如果是产生的氯气的供给量的4倍,则氯浓度被稀释为1/5。进行该稀释时,必须保持某种氯浓度范围。因此,在如该图3的形态中,希望使残留氯浓度更高。
更高的残留氯浓度的功能水(氯溶液)由试剂配制比使用电解生成容易。也就是说,可以容易地得到具有通过电解得到的功能水的10倍~50倍残留氯浓度的功能水。是否可以将这种残留氯浓度高的溶液称为功能水仍然在讨论,但本发明中也称为功能水。用试剂配制这种残留氯浓度高的功能水时,在氯发生槽中混合例如盐酸和次氯酸钠溶液比预先混合试剂要好。
其中,作为用于配制氯溶液的未经净化水,例如自来水、河水、海水等。这些水的pH通常在6~8之间,氯浓度最大也不足1mg/L,虽然这种未经净化水当然可以,但没有上述有机氯化合物的降解能力。也就是说,所谓功能水是如下所述能够发生氯气的含氯溶液,而不是用其制备方法限定的物质。
(3)氯气的浓度和氯气发生装置
由上述氯溶液即功能水可以产生所有降解所必需的氯气。作为含有氯气的气体,例如也可以使用含有通过在功能水中通入空气而得到的含有氯气的空气。通过混合其和降解对象气体进行光照射,可以降解污染物质。
另外,在功能水中通入含有污染物质的空气代替通入空气,从而也可以得到降解对象气体和氯气的混合气体。此时能够得到比较高的浓度的氯气。
另外,关于降解对象气体和含有氯气的气体的混合比例,气体中的氯气浓度优选调整至20ppmV~500ppmV以下,根据降解对象气体浓度而不同,特别是混合气体中的氯气浓度为50ppmV至200ppmV时,降解对象气体的降解效率特别显著。
(4)向功能水中通气的装置
向功能水中通入含有污染物质的气体和/或曝气用气体时,可以使用散气装置(气泡器)。散气装置可以是为了向液体中吹入气体而使用的通常的装置,但希望进行选择,使气泡大小对氯的散气成为充分的表面积。
另外,散气装置的材料希望选择不与功能水的成分反应的材料。例如可以使用烧结玻璃、多孔质陶瓷、烧结SUS316、用纤维状SUS316织成的网等制作的多孔质散气板或者用玻璃或SUS316等管制作的多孔管分布器。
(5)降解步骤的主要反应场所
在本发明的一个方式中,将空气通入功能水中产生含有降解所需要的氯气的空气。向功能水中通入空气的部分基本承担供给降解所需要的氯气的功能。进行随后的处理和降解反应的槽中的气相反应成为降解反应的主要场所。
因此,在将氯的生成和降解反应一体化时,气相部和液相部的比例对降解能力有很大的影响。也就是说,如果增加功能水的容积,则能够供给的氯的量增加,但气相部减少,降解反应的场所减少。另外,反之如果增加气相部,则反应场所增加,降解反应迅速进行,但液相部减少,因此氯的供给减少。
虽然存在曝气快慢、功能水的供给速度等各种因素,但在含氯空气的生成和降解反应的区域(处理区域)一体化时,希望使处理槽中的液相比例为5%~30%,优选为10%至20%。另外,即使在没有一体化的场合,产生含氯空气的槽的容积和进行降解反应的槽的容积的比例希望大约为1∶2~1∶9。
(6)降解对象
其中,作为降解对象的污染物质,例如氯代乙烯、氯代甲烷等有机氯化合物。具体地说,作为氯代乙烯,例如乙烯的1~4氯取代体,即氯代乙烯、二氯乙烯(DCE)、三氯乙烯(TCE)、四氯乙烯(PCE)。而且,作为二氯乙烯,可以例举如1,1-二氯乙烯(偏二氯乙烯)、顺式-1,2-二氯乙烯、反式-1,2-二氯乙烯。另外,作为氯代甲烷可以例举甲烷的氯取代体,如氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷等。
对于含有作为降解对象的有机氯化合物的污染物质并没有特别限定,可以适用于涂覆工厂或干洗工厂的排水、排气、被上述污染物质污染的土壤或地下水的净化。例如在除去气提(air stripping)时产生的气体或来自污染土壤的真空萃取气体等中含有的污染物质时可以使用本发明。
(7)光照射装置
作为能够用于本发明的光照射装置,优选使用例如波长300~500nm的光,更优选使用350~450nm的光。另外,作为对氯气和降解对象物的光照射强度,可以用例如在波长360nm附近具有峰的光源以数百μW/cm2(测定300nm~400nm之间)的强度进行可以实际使用程度的充分降解。
由于本发明中作为光完全没有必要使用对人体影响大的250nm附近或其以下波长的紫外光,因此作为反应槽可以使用玻璃或塑料等。
另外,作为这种光的光源,可以使用自然光(例如太阳光等)或人工光(水银灯、黑光灯、彩色荧光灯、短波长(500nm以下)发光二极管等)。
(8)降解反应机理
本发明者已经发现在氯气存在的条件下如果进行光照射,则有机氯化合物进行降解,但对该反应机理不明确的部分还很多。但是已知如果氯接受特定范围波长的光,则解离,产生游离基。认为本发明中也通过光照射产生氯游离基,与降解对象物质反应,从而切断其的键。
另外,本申请发明的反应中必须有氧,但如果通过氯和水的降解产生氧游离基或者有空气中通常存在的氧,则已经足够了。
(9)用于吸收(捕集)氯的方法:碱水溶液
为了进一步在短时间内将降解对象物完全降解,希望供给超过降解需要的氯量的过量氯,因此,由6的排气管排出的被净化过的气体含有氯。该氯接着被用于吸收氯的装置31的捕集和回收。在该捕集氯的装置中,碱性水溶液和由6排出的含氯净化气体接触,氯被碱性水溶液捕集,由32的排气管排出完全不含有氯的净化空气。
碱性水溶液和排出的含氯净化气体的接触方法可以是任意形态,希望是例如将含氯净化气体导入碱性水溶液中,或者进行曝气,从而增加气液接触的方法。
另外,用于捕集的碱性水溶液可以使用如上所述的,即将电解质(如氯化钠或氯化钾等)溶解在未经净化水中,将该水在具有一对电极的水槽内进行电解,由装置的阴极侧生成的碱性水。该溶液被称为碱离子水等,对健康和美容有效,生成装置有市售品。
另外,作为用于捕集的碱性水溶液,也可以使用氢氧化钠溶液、氢氧化钙、碳酸钙溶液等。其浓度可以根据捕集的氯量进行设定,希望pH为8以上12以下。
如果连续工作,则用于吸收氯的装置31中的碱性水的pH下降。必须注意希望pH为8以上,无论如何氯气不能由排出管32排出。
如果进行给定时间的工作,则用于吸收氯的装置31中的碱性水溶液的残留氯浓度增加。残留氯浓度达到给定的浓度,例如5mg/L~1000mg/L,希望为30~120mg/L时,可以将该溶液送至21的氯溶液用罐中,在含氯空气的发生中使用。
此时,必须在21的氯溶液用罐中调整pH。pH通过由33的供给酸的装置供给酸进行调节。希望pH被调节至1~4,特别是2~3的范围。作为用于调整的酸性溶液,例如无机酸或有机酸,可以使用选自盐酸、氢氟酸、草酸、硫酸、磷酸、硼酸、乙酸、甲酸、苹果酸和枸橼酸的至少一种酸。
由此,在21的氯溶液用罐中配制的氯溶液,即功能水(II)可以在产生用于降解的氯气时再次使用。
通过反复进行上述步骤,能够实现有效利用氯的降解净化处理。
在用于吸收氯的装置运转中,认为有几个形态,可以为任意形态,可以为以上述间歇式系统为基本的系统、下述的连续系统、或者组合间歇和连续的系统等。
图6是将液体中回收的氯连续送入氯气发生槽11的结构。即,碱性的含氯的水由用于吸收氯的装置31制成含回收氯的水,由管26连续供给。
此时,如果通过62的碱水供给管以一定速度向用于吸收氯的装置31中供给碱性水溶液,则经过给定期间成为稳定状态,在管26内输送浓度大致一定的含氯碱性溶液。
另外,由碱性水溶液的供给量和降解后的含氯气体的量可以控制向氯气发生槽11内供给的溶液的氯浓度。供给的溶液的氯浓度与用单位时间的碱性水溶液的供给量除碱性水溶液中单位时间的氯吸收量得到的数值成正比。例如,如果单位时间的氯吸收量一定,则越减少碱性水溶液的供给量,越可以以少量即将高浓度的含氯溶液送至氯气发生槽11中。
这样,来自用于吸收氯的装置31的碱性水溶液的残留氯浓度可以升高至例如20000mg/L的程度。希望为1000~10000mg/L,浓度越高,则越可以减少该溶液的供给量,可以减少总排水量。该被浓缩的溶液显示与次氯酸溶液相同的性状,将该溶液送至11的氯气发生槽中,可以在含氯空气的发生中再次使用。
也就是说,将回收于液体中的上述含氯溶液连续送至氯气发生槽11,根据情况由61补充氯的不足部分,再使用酸性溶液供给装置33调整pH浓度,从而在氯气发生槽11内生成功能水(II)。向该溶液中通气,产生用于降解的含氯气体。
(10)通过将降解对象物降解处理生成的产物
图8是表示使通过将降解对象物降解生成的产物和液体接触,被吸收至液体中,然后使未被吸收至液体中的成分与介质接触,被吸收至介质中的示意图。例如,将通过降解得到的产物中的酸性物质吸收至液体中,将未被吸收至液体中的氯等吸收至介质中。含有降解对象物的气体通过管19被导入反应槽5中。在反应槽5中设置光照射装置4,构成降解部。存在含有氯气的空气发生装置(氯气发生槽)11,在附图中,使用了氯钢瓶,但并不特别限定于此。光照射装置4使用不含有300nm以下的光波长的黑光荧光灯,因此含有氯气的空气发生装置(氯气发生槽)11成为必需,但在使用例如254nm波长的光进行降解时,未必需要含有氯气的空气发生装置(氯气发生槽)11。
用于吸收酸性物质的装置52使用用于使气体和液体接触的气液接触塔。通过光照射进行降解后的气体被导入用于吸收酸性物质的装置52中。气液接触塔内的溶液通过泵65由气液接触塔的上部放出溶液,进行循环。导入气液接触塔内的气体上的产物和循环的溶液主要在填充材料63中促进气液接触,下落至气液接触塔下部的储存部。此时,通过降解生成的产物即酸性物质移至溶液部。另外,在用于吸收酸性物质的装置52中,由于溶液进行循环,因此溶液中的酸性物质的浓度增加。降解后的气体中含有的氯在用于吸收酸性物质的装置52内与溶液接触,但由于溶液为酸性,因此其大部分不残留于溶液内而被排出。
排出的含有氯的气体被送至用于吸收氯的装置31中。在此与氢氧化钠溶液等碱性溶液接触,从而氯被吸收于溶液内,净化后的气体由排气管32排出。即,由排气管6排出的气体被导入吸收氯的装置31之前,由于设置了吸收酸性物质的装置52,所以酸性物质不会对吸收氯的装置31有任何影响。
用于吸收氯的装置31具有与用于吸收酸性物质的装置52类似的结构。也就是说,用泵66使溶液循环,通过填充材料64促进气液接触。但是,在用于吸收氯的装置31中,设置供给和排出液体的管,使溶液内的氯浓度不增大。该装置是降解处理有害气体并将其变换为易于处理的溶液的装置。在这一点上,与以往的将有害气体吸附于活性炭中然后通过水蒸气解吸将有害物质制成溶液进行回收的装置比较,能够节省能量使之液化,另外,在进行降解处理等方面优良。按照如上所述装置的构成,用于吸收酸性物质的装置52内的溶液中的降解产物的浓度达到百分之几十也没关系。
另外,如图9所示,也可以将用于吸收酸性物质的装置52的溶液内吸收的降解产物通过降解装置70降解。降解装置可以是任何形式,有微生物降解、电解、催化剂降解、加热降解、焚烧降解等。在很多装置中,越是达到高浓度,降解的效率就越高。
(11)污染土壤修复装置
图10是作为本发明的一个实施方式的污染土壤修复装置41的简图。基于图10说明使用本实施例的污染土壤修复装置41的处理方法。
首先,在污染土壤42中形成纵坑43,使用真空泵44吸引土壤中的含有三氯乙烯等污染物质的空气。由真空泵44吸引的含有污染物质的空气通过气液分离单元45除去液体成分,再由过滤器46除去垃圾,然后以给定的流量被送至浓缩装置47内。
送至浓缩装置47内的气体与设置于装置47内的吸附体48接触,从而污染物质被吸附体48吸附,气体被净化。吸附体48设置成环状,该设置成转子形状的吸附体48以给定速度旋转,从而吸附体交替通过吸附区域和脱离区域。也就是说,吸附了污染物质的吸附体由吸附区域向进行脱离的区域移动,从而使处理连续进行。送入装置47内的污染物质吸附时的气体流量优选为0.1m3/min~100m3/min。使采用例如加热器49得到的加热气体通过吸附了污染物质的吸附体48,从而污染物质由吸附体48脱离,以气体状态向气相中释放,从而可以使吸附体48再生,同时得到浓缩的污染物质。通过使向进行脱离区域输送的加热气体的量、吸附体48的旋转速度等为给定的数值,可以使脱离后的气体中含有的污染物质的浓度比气体中的污染物质的浓度高。
送入脱离区域的加热气体的量为使污染物质的浓缩倍率达到2倍至100倍的流量,例如气体的流量为0.1m3/min,在欲使污染物质的浓度达到2倍时,使送入脱离区域的加热气体的量为2分之1,即0.05m3/min,例如在使污染物质的浓缩倍率为20倍至30倍时,吸附体的旋转速度达到10rph(旋转数/小时)至20rph。
上述浓缩装置可以是新制作的,也可以使用市售的装置。例如商品名:Admat(大气社制)等。该装置为溶剂气体吸附浓缩装置。其中使用的吸附体使用将纤维状活性炭加工成毡状的垫,通过缓慢旋转卷绕成圆筒状丝网的垫,可以连续进行污染物质的吸附、解吸。吸附时,由垫的外侧向内侧通过未处理的气体从而进行吸附,解吸时,由垫的内侧向外侧通过约130℃的热风从而进行解吸。
释放后,含有污染物质的浓缩气体与由氯钢瓶110送入的氯合流,被送入光反应槽111内。如果在反应区域中对浓缩气体进行来自光照射装置的光照射,则浓缩气体中的污染物质依次降解。在反应槽内,对作为污染物质的三氯乙烯和氯的混合气体照射光,从而污染物质通过下述机理被降解。
(1)  
(2)  
(3)  
(4)  
(5)  
(6)  
通过照射光产生氯游离基(Cl-),该氯游离基攻击作为降解对象物质的三氯乙烯,从而三氯乙烯降解为二氯乙酸。此时,由三氯乙烯产生的氯也被游离基化,在其它三氯乙烯分子的降解中使用。这样,一个接一个引起连锁反应,即使导入光反应槽中的氯量很少,大量的降解对象物质也会被降解。
另外,光反应槽111可以为串联连接多个光降解部112的结构。使多个降解部112串联连通,在各个降解部反复进行上述(1)~(6)的降解反应步骤,从而随着含有降解对象物的气体的移动,氯浓度逐渐增加。降解部中的氯浓度越高,降解对象物的降解就越高,因此可以效果良好地进行降解。
另外,一个降解部的出口和另一个降解部的入口通过弯曲的通道连通。导入一个降解部的含有降解对象物的气体在氯存在的条件下通过照射光被降解,但由于导入时的流速的不同,有时含有降解对象物的气体迅疾地由一个降解部流向另一个降解部,一部分降解对象物未被光降解而以未反应的状态由一个降解部的出口排出。此时,通过使连通一个降解部出口和另一个降解部入口的通道弯曲,从而在一个降解部引起气体的紊流,促进降解对象物和氯的搅拌,可以高效率地进行降解。
另外,在各自的降解部内设置多个照射部,即在本实施方式中设置多个光源。在1个降解部内设置多个照射部也是用于解决上述课题,即导入降解部内的混合气体未被光降解而由降解部的出口排出的课题的方法之一。也就是说,在降解部内设置多个照射部成为降解对象物和氯的混合气体前进的通道的障碍,由于该障碍物的存在,引起降解对象物和氯的混合气体的紊流,促进了降解对象物和氯的搅拌,因此能够效率良好地进行降解。
在光反应槽111内,氯存在条件下的光降解反应中,用波长315~500nm的光进行实用程度的充分降解。另外,作为这种光的光源,可以使用自然光(例如太阳光等)或者人工光(水银灯、黑光灯、彩色荧光灯等)。
通过光反应槽111中的降解生成的降解产物例如已知光降解时产生氯乙烯类物质的三氯乙酸、二氯乙酸、一氯乙酸等卤代乙酸等,为了将由光反应槽排出的这些气体状的降解产物吸收于液体中,以给定的速度导入使气体状降解对象物和液体接触的洗涤塔(气液接触塔)113中。为了使光反应槽111中生成的降解产物进一步降解,必须将降解产物吸收于液体中。
液体通过泵在洗涤塔113内循环,使用连接洗涤塔113下部和上部的连接管114由洗涤塔的上部放出液体,与导入的降解产物接触,将降解产物吸收于液体中。为了长时间地保持气液的接触,优选使用填充物115(商品名:Tripacks;巴工业(株)制)等,将降解产物和液体接触的气液接触部制成迷路(labyrinth)结构。导入的气体中的有机氯化合物由于具有易于被吸收于溶液中的性质,因此溶解于液体中,同时吸收了有机氯化合物的液体暂时储藏于洗涤塔的下部,反复进行循环。作为液体,可以使用水和溶解于其中的例如象氯化钠那样的电解质水溶液。在连接洗涤塔113下部和上部的连接管114的中途设置电解槽116,在电解槽116中,进行含有降解产物的液体的电解,通过其氧化还原反应分离得到的氯气及其它副生成气体与液体一起被释放至洗涤塔113的上部,氯气和副生气体(氢、氧、二氧化碳、甲烷)通过设置于洗涤塔113上部的通道117以与外部气体隔断的状态被送至用于吸收氯的洗涤塔118中。
用于吸收氯的洗涤塔118具有与上述洗涤塔113相同的结构,为了吸收氯,在其中使碱性溶液(例如氢氧化钠溶液)循环。通过使之与碱性溶液接触,将氯吸收于溶液内,将净化后的气体向洗涤塔外排出。洗涤塔内吸收了氯的溶液有时溶液内的一部分氯作为次氯酸存在。因此,如果需要,可以进行下述步骤。由于增加氯吸收能力等理由,将pH设定得较高的场合,希望进行中和步骤。而且,检测残留氯时,可以在液体中加入亚硫酸钠等还原剂。也就是说,氯吸收后的溶液为碱性,如果需要处理残留氯,可以进行中和步骤和还原步骤。为了减少药品的使用量,可以在中和步骤后进行还原步骤。
以上以降解对象物主要是有机氯化合物为例进行了说明,但本发明的构成也可以用于其他的降解对象物。如催化焚烧处理氯代烃类化合物时生成的氟化氢与液体接触,使其除去,未被除去的成分之后继续与介质接触而使其除去。
实施例
首先参照附图说明与本发明相关发明的参考例。
(参考例1)
使用图2实验性地明确举例说明该相关发明。
使用容积400mL的玻璃制柱作为反应装置5。在其下部预先装入氯溶液(功能水(I))150mL。另外,在氯溶液用罐21中储存同样的氯溶液(功能水(I))150mL,由氯溶液用罐以2mL/min供给,由排水管27以2mL/min排出。
氯溶液(功能水(I))用盐酸和次氯酸钠进行配制,相对于未经净化水100mL加入12%次氯酸钠溶液(Kishida化学,制造时含量约12%,有效氯:min5%)0.125mL和盐酸(35%盐酸)0.63mL。结果,氯溶液(功能水(I))为pH2.5,残留氯浓度达到110mg/L。
采用光照射装置4即黑光荧光灯((株)东芝制FL20S·BLB;20W)进行光照射。该照射光量为0.4~1.2mW/cm2。在图中位于反应装置中,但在试验中由玻璃柱的外侧向反应装置内照射。
在光照射的同时,从反应装置5的底部以200mL/min的流量输送由通过渗透器(Gastec社制)产生的污染土壤真空吸引得到的被当作污染空气的空气,经测定,其中含有80ppm浓度的TCE和20ppm的PCE。
使该装置开始运转后30分钟,在采样口35定期用气密注射器对来自反应装置的排出空气中的TCE和PCE进行采样,用气相色谱法(岛津制作所(株)社制GC-14B(带有FID检测器),柱为J&W社制DB-624)测定TCE和PCE浓度,但始终没有检测到。另外,结束后同样测定氯溶液的排水中的TCE和PCE浓度,但未检测到。由此表示可以将TCE和PCE降解。
由排气管6排出的气体喷向用于吸收氯的装置31中的120mL、pH11.2的含有氢氧化钠的碱性水溶液中。在排气管32中,用检测管(Gastec社制,No.8H)数次测定氯浓度,均在0.5ppm以下。
维持该状态,在从运转开始经过60分钟的时刻,测定用于吸收氯的装置31中的碱性水溶液的pH和氯浓度,pH为9.8,残留氯浓度为107mg/L。因此,一旦停止由渗透器供给气体,则打开旋塞34,将用于吸收氯的装置31中的含氯碱性水溶液送至氯溶液用罐21中,使用供给酸的装置33加入盐酸0.06mL(35%),pH达到2.9,残留氯浓度达到105mg/L。另外,在用于吸收氯的装置31中重新加入与前面相同的碱性水溶液。
再次开始由渗透器供给气体,使用新的通过将氯吸收于液体中回收得到的氯溶液(功能水(II))进行降解反应,维持与以前相同的降解能力。
可以确认即使反复进行上述步骤,降解能力也不会降低,用碱性水溶液回收反应后的气体中含有的氯达到希望的氯浓度时,调节其pH,可以再次制造氯溶液(功能水(II)),该氯溶液具有产生含有降解所需要的氯的空气的能力。而且确认使用由该溶液(功能水(II))产生的氯可以继续进行降解。
(参考例2)
在参考例1中,用作为降解对象的气体在含氯的水(氯溶液、功能水)中进行通气,在本参考例中,作为降解对象的气体的供给和在含氯的水(氯溶液、功能水)中的通气分别进行。
在图3中,反应装置5是将来源于氯气发生槽11的含氯空气和应该降解的气体状有机氯化合物混合并收容的容器,在反应装置5内进行光照射。应该降解的气体状有机氯化合物由降解对象物质供给装置1供给到反应装置5内。
含氯的水(氯溶液、功能水)以希望的流量通过管26连续供给氯气发生槽11中,由管27排出。含氯的水(功能水(I))在氯溶液用罐21中进行调制。进行通气的气体通过供给管13以希望的流量连续供给氯发生槽11中。结果,含有氯气的气体由排出管3排出。该含氯气体被导入反应槽5中,与降解对象物质混合后,通过4的光照射装置对反应装置5内进行光照射,将降解对象化合物降解。
为了使降解对象物完全降解,希望供给超过降解所需要的氯量的过量的氯,因此,由6的排气管排出的净化气体含有氯。该氯接着被用于继续吸收氯的装置31捕集和回收。在该捕集氯的装置中,碱性水溶液和由6排出的含氯净化气体接触,氯被吸收于碱性水溶液中,由排气管32排出完全不含氯的净化空气。
如果运转给定时间,则用于吸收氯的装置31中的碱性水溶液的残留氯浓度增加。残留氯浓度达到给定浓度,希望为30~120mg/L时,将该溶液送至氯溶液用罐21中,可以在含氯空气的发生中再次使用。
此时,必须在氯溶液用罐21中调节pH。pH通过由供给酸的装置33供给酸进行调节。希望将pH调节至1~4,特别是2~3的范围内。由此,在氯溶液用罐21中配制的氯溶液(功能水(II))可以在产生用于降解的氯气中再次使用。
下面使用图3实验性地举例说明本发明。
使用容积400mL的玻璃制柱作为反应装置5。另外,使用玻璃瓶作为氯气发生槽11,装入氯溶液(功能水(I))150mL。另外,在21的氯溶液用罐中储存同样的氯溶液(功能水(I))150mL,由氯溶液用罐以2mL/min供给,由排水管27以2mL/min排出。
氯溶液(功能水(I))用盐酸和次氯酸钠进行配制,相对于未经净化水100mL加入12%次氯酸钠溶液(Kishida化学,制造时含量约12%,有效氯:min5%)0.125mL和盐酸(35%盐酸)0.6mL。结果,氯溶液(功能水(I))pH为2.5,残留氯浓度达到95mg/L。
采用光照射装置4即黑光荧光灯((株)东芝制FL20S·BLB;20W)照射光。该照射光量为0.4~0.7mW/cm2。在图中位于反应装置中,但在试验中由玻璃柱的外侧向反应装置内照射。
在光照射的同时,从反应装置5的底部以100mL/min的流量输送通过渗透器(Gastec社制)产生的含有160ppmV浓度的TCE和40ppmV的二氯甲烷的空气。另外,以100mL/min的流量向氯气发生槽11中输送空气。
使该装置开始运转后30分钟,在采样口35定期用气密注射器对来自反应装置的排出空气中的TCE和二氯甲烷进行采样,用气相色谱法(岛津制作所(株)社制GC-14B(带有FID检测器),柱为J&W社制DB-624)测定TCE和二氯甲烷浓度,但始终没有检测到。另外,结束后同样测定氯溶液的废液中的TCE和二氯甲烷浓度,但未检测到。由此表示可以将TCE和二氯甲烷降解。
由排气管6排出的气体喷向用于吸收氯的装置31中的120mL、pH11.2的含有氢氧化钠的碱性水溶液中。在排气管32中,用检测管(Gastec社制,No.8H)数次测定氯浓度,均在0.5ppm以下。
维持该状态的状态下,在从运转开始经过60分钟的时刻,测定31中的碱性水溶液的pH和氯浓度,pH为9.5,残留氯浓度为94mg/L。因此,一旦停止由渗透器供给气体,则打开旋塞34,将31中的含氯碱性水溶液送至氯溶液用罐21中,使用供给酸的装置33加入盐酸0.06mL(35%),pH达到2.9,残留氯浓度达到93mg/L。加入未经净化水,将残留氯浓度调节为70mg/L,再加入数滴盐酸,将pH调节至2.3。另外,在用于吸收氯的装置31中新加入与先前相同的碱性水溶液。
再次开始由渗透器供给气体,使用通过将氯吸收于液体中回收得到的氯溶液(功能水(II))进行降解反应,维持与以前相同的降解能力。
可以确认即使反复进行上述步骤,降解能力也不会降低,用碱性水溶液回收反应后的气体中含有的氯达到希望的氯浓度时,调节其pH,可以再次制造氯溶液(功能水(II)),该氯溶液具有产生含有降解所需要的氯的空气的能力。而且确认使用由该溶液产生的氯可以继续进行降解。
(参考例3)
本参考例中,基本结构使用参考例2的装置,用在其中添加采用酸性水溶液的捕集装置(吸收装置)的结构进行说明。
图4中,5是反应装置,是将来源于氯气发生槽11的含氯空气和应该降解的气体状有机氯化合物混合并收容的容器,在反应装置5内进行光照射。应该降解的气体状有机氯化合物由降解对象物质供给装置1通过管19供给,通过阀53适当分配至氯气发生槽11和管58。最终供给反应装置5内。导入反应槽5中的含氯的气体和降解对象物质混合后,通过4的照射光的装置对反应装置5内进行光照射,将降解对象化合物降解。
含氯的水(氯溶液、功能水)由氯溶液用罐21供给。管56为排水管。
为了使降解对象物完全降解,希望供给超过降解所需要的氯量的过量的氯,因此,由6的排气管排出的净化气体含有氯。该氯接着被用于吸收氯的装置31捕集和回收。在该捕集氯的装置中,碱性水溶液和由6排出的含氯净化气体接触,氯被吸收于碱性水溶液中,由32的排气管排出完全不含氯的净化空气。
但是,有时在由排气管6排出的含氯净化气体中含有酸性物质。这样,降解产物主要是酸性物质,存在它们随着净化气体的气流被排出等情况。这种情况在将氯吸收于溶液中时,同时在碱性水溶液中也吸收了酸性物质,从而碱性水溶液的氢离子浓度(pH值)缓缓降低,最终成为酸性水溶液,丧失吸收氯的能力。
为了防止这种情况,在用于吸收氯的装置31的上游设置用于吸收酸性物质的装置52。在该用于吸收酸性物质的装置52中,酸性水溶液和由6排出的含氯净化气体接触,捕集水溶性的酸性物质。此时,净化气体中含有的氯几乎没有被捕集于酸性溶液中,而是通过管57被送至用于吸收氯的装置31中进行回收。
例如,污染物质为三氯乙烯时,由排气管6排出的含氯的净化气体中含有二氯乙酸。这是三氯乙烯的降解产物即二氯乙酰氯与空气中的水分子反应生成的物质。二氯乙酸在常温、常压下为液体,以雾状随着净化气体的气流而被排出。该含有二氯乙酸的净化气体被第1捕集器即用于吸收酸性物质的装置52捕集于水溶液中。该水溶液如果是酸性,则能够溶入水溶液中的氯量少,净化气体中含有的氯几乎不被吸收于作为第1捕集器的酸性溶液中,而是经过管57,在作为第2捕集器的用于吸收氯的装置31中回收氯。
具有上述第1、第2捕集器的结构并不限定于产生氯的方法、装置、结构。也就是说,通过对氯和空气中含有污染物质的被处理气体照射来源于光照射装置的光,可以作为降解上述污染物质的污染物质降解净化方法和装置的后处理装置使用。另外,在不必使用回收氯直接排出的结构中也可以使用上述结构。而且,由于可以适用于不必使用回收氯的形态中,因此在不需要氯的光降解形态中也可以使用本发明的具有第1、第2捕集器的结构。
本发明如上所述,相当于将使用酸性溶液的第1捕集器和吸收氯的第2捕集器在其他方式中使用的实例。关于该方式在实施例1中进行说明。
用于吸收酸性物质的装置52,只要能够捕获酸性物质,可以是任何溶液。例如,希望水溶液的氢离子浓度(pH值)为4以下,特别是1~3。作为这种溶液,可以使用无机酸或有机酸的溶液,例如选自盐酸、氢氟酸、草酸、硫酸、磷酸、硼酸、乙酸、甲酸、苹果酸和枸橼酸等中的至少一种酸的溶液。但是,如参考例4所示,通过使用碱性溶液的方式也可以发挥捕获酸性物质的目的。此时,在某一时期,在碱性溶液中捕获一定量的氯,碱性溶液的pH随着酸性物质的捕获而降低,再次释放出氯。也就是说,作为酸性物质的捕获溶液可以从碱性溶液开始,在持续运转的过程中,捕获酸性物质的溶液的pH达到之前的氢离子浓度(pH值)的范围。
如果运转给定时间,则用于吸收氯的装置31中的碱性水溶液的残留氯浓度增加。残留氯浓度达到给定浓度,希望为30~120mg/L时,将该溶液送至21的氯溶液用罐中,可以在含氯空气的发生中再次使用。
此时,必须在21的氯溶液用罐中调节pH。希望将pH调节至1~4,特别是2~3的范围内。由此,在21的氯溶液用罐中配制的氯溶液(功能水(II))可以在发生用于降解的氯气中再次使用。
下面使用图4实验性地明确举例说明本参考例。
使用容积400mL的玻璃制柱作为反应装置5。另外,使用玻璃瓶作为氯气发生槽11,装入氯溶液(功能水(I))150mL。另外,在21的氯溶液用罐中储存同样的氯溶液(功能水(I))150mL,由氯溶液用罐以2mL/min供给,由56的排水管以2mL/min排出。
氯溶液(功能水(I))用盐酸和次氯酸进行配制,相对于未经净化水100mL加入12%次氯酸钠溶液(Kishida化学,制造时含量约12%,有效氯:min5%)0.125mL和盐酸(35%盐酸)0.63mL。结果,氯溶液(功能水(I))为pH2.5,残留氯浓度为105mg/L。
采用光照射装置4即黑光荧光灯((株)东芝制FL20S·BLB;20W)照射光。该照射光量为0.4~1.2mW/cm2
在光照射的同时,从反应装置5的底部以100mL/min的流量输送通过渗透器(Gastec社制)产生的含有250ppm浓度的TCE的空气。另外,以100mL/min的流量向氯气发生槽11中输送空气。
使该装置开始运转后30分钟,在采样口35定期进行采样,用气相色谱法(岛津制作所(株)社制GC-14B(带有FID检测器),柱为J&W社制DB-624)测定来自反应装置的排出空气中的TCE浓度,但始终没有检测到。另外,结束后同样测定氯溶液中的TCE浓度,但未检测到。由此表示可以将TCE完全降解。
由排气管6排出的气体喷向用于吸收酸性物质的装置52中的100mL、pH3.2的盐酸溶液中。通过了酸性溶液中的净化气体经过管57喷向用于吸收氯的装置31中的120mL、pH11.2的含有氢氧化钠的碱性水溶液中。在排气管32中,用检测管(Gastec社制,No.8H)数次测定氯浓度,均在0.5ppm以下。
维持该状态,在从运转开始经过180分钟的时刻,测定用于吸收酸性物质的装置52中的酸性水溶液和用于吸收氯的装置31中的碱性水溶液的pH和氯浓度,52的酸性水溶液pH为1.2,残留氯浓度为32mg/L,31的碱性水溶液pH为11.0,残留氯浓度为217mg/L。因此,一旦停止由渗透器供给气体,则打开旋塞54,将31中的含氯碱性水溶液送至氯溶液用罐21中,加入盐酸0.06mL(35%),pH达到2.9,残留氯浓度达到188mg/L。加入未经净化水,将残留氯浓度调节为70mg/L,再加入数滴盐酸,将pH调节至2.3。另外,在用于吸收氯的装置31中新加入与先前相同的碱性水溶液。
再次开始由渗透器供给气体,使用通过吸收于液体中回收的氯得到的氯溶液(功能水(II))进行降解反应,维持与以前相同的降解能力。
可以确认即使反复进行上述步骤,降解能力也不会降低,用碱性水溶液回收反应后的气体中含有的氯达到希望的氯浓度时,调节其pH,可以再次制造氯溶液(功能水(II)),该氯溶液具有发生含有降解所需要氯的空气的能力。而且确认使用由该溶液产生的氯可以继续进行降解。
(参考例4)
在与参考例3同样的装置中装入碱性水溶液代替用于吸收酸性物质的装置52的酸性水溶液,进行降解试验。
在采样口35测定的TCE浓度、在排气管32测定的氯浓度显示与参考例3同样的数值,依次进行污染物质的净化以及氯的回收。
连续降解180分钟后,测定52的碱性水溶液、31的碱性水溶液的pH、氯浓度,52的碱性水溶液pH为3.0,氯浓度为20mg/mL,31的碱性水溶液pH为10.2,氯浓度为185mg/mL。
由以上参考例3、4的结果可知,酸性水溶液的氯捕集能力非常低。另外,长时间连续处理高浓度的污染气体时,在用于吸收氯的装置的上游设置用于吸收酸性物质的装置能够抑制用于吸收氯的液体的pH变化,对氯的完全回收有效。
(参考例5)
在参考例1、2中,作为含氯气体的发生方法是在含氯的水(功能水)中进行通气,但在本参考例中,使含氯的水(功能水)成为小液滴,促进含氯气体的产生,提高气液的接触效率,进行降解反应。
也就是说,在反应装置5的上部安装使含氯的水(功能水)成为小液滴并进行喷射的喷嘴2。以希望的流量经过反应装置5的喷嘴2,通过控制氯溶液(功能水)供给装置31连续供给氯溶液。从反应装置5的下部,由1的降解对象物质供给装置供给降解对象物质。在反应装置5内,将由氯溶液(功能水)产生的含氯空气和应该降解的气体状有机氯化合物混合。另外,氯溶液(功能水)和应该降解的气体状有机氯化合物接触。通过4的光照射装置对反应装置5内进行光照射。
为了使降解对象物完全降解,希望供给超过降解所需要的氯量的过量的氯,因此,由6的排气管排出的净化气体含有氯。该氯接着被用于吸收氯的装置31捕集和回收。在该捕集氯的装置中,碱性水溶液和由6排出的含氯净化气体接触,氯被吸收于碱性水溶液中,由排气管32排出完全不含氯的净化空气。
如果运转给定时间,则用于吸收氯的装置31中的碱性水溶液的残留氯浓度增加。残留氯浓度达到给定浓度,希望为30~120mg/L时,将该溶液送至氯溶液用罐21中,可以在含氯空气的发生中再次使用。
此时,必须在氯溶液用罐21中调节pH。pH通过由供给酸的装置33供给酸进行调节。希望将pH调节至1~4,特别是2~3的范围内。由此,在氯溶液用罐21中配制的氯溶液(功能水(II))可以由喷嘴2形成小液滴进行喷射,在产生用于降解的氯气时再次使用。
(参考例6)
在本参考例中,连续供给通过吸收于液体中而回收得到的氯溶液,使之产生降解所需要的氯气。
在图6中,反应装置5是将来源于氯气发生槽11的含氯空气和应该降解的气体状有机氯化合物混合并容纳的容器,对反应装置5内进行光照射。应该降解的气体状有机氯化合物由降解对象物质供给装置1供给反应装置5内。
碱性的含氯的水以希望的流量通过管26连续供给氯气发生槽11,由管27排出。该碱性的含氯的水由用于吸收氯的装置31作为含有回收氯的水从管26连续供给。
也就是说,在氯发生槽11内,将含氯碱性溶液和来源于33的含酸溶液混合,再通过供给管13以希望的流量向氯发生槽11内通入气体。结果,含有氯气的气体由排出管3排出。该含氯的气体被导入反应槽5内,与降解对象物质混合后,通过照射光的装置4对反应装置5内进行光照射,将降解对象化合物降解。
为了完全将降解对象物降解或者提高降解速度,希望供给降解所需要的氯量的过量的氯,因此,由排气管6排出的净化气体含有氯。该氯接着被用于吸收氯的装置31捕集和回收。在捕集该氯的装置中,碱性水溶液和由6排出的含氯净化气体接触,氯被吸收于碱性水溶液中,由32的排气管排出完全不含有氯的净化空气。
此时,由碱性水溶液供给装置51以一定速度向用于吸收氯的装置31中供给碱性水溶液,经过给定时间,向管26内输送含有一定浓度氯的碱性溶液。
另外,由碱性水溶液的供给量和降解后的含氯气体的量可以控制供给氯发生槽11内的溶液的氯浓度。例如,单位时间内的降解后的含氯气体的量一定时,随着碱性水溶液的供给量的减少,可以增加供给氯发生槽11内的溶液的氯浓度。这意味着用少量的溶液可以供给较多的氯量。
但是,连续进行运转,氯发生槽11内的溶液中的有效氯浓度低于必需量时,可以补充次氯酸溶液。61是用于补充次氯酸等氯的装置。
用于吸收氯的装置31内的溶液为氢氧化钠时,氯通过下式的反应被吸收于液体中。
在反应槽5中的降解中,大部分氯没有被消耗,因此在用于吸收氯的装置31中,该氯大概一半的量成为NaClO的形式。该NaClO可以在氯发生槽11内的氯的发生中再次利用。不足的部分由61的补充次氯酸等氯的装置供给。
但是,有时通过反应槽5中的降解由降解对象物质放出氯,根据其浓度,可以减少由供给氯的装置61供给的例如次氯酸的补充量。
在上述说明中,由碱性水溶液供给装置51以一定速度向用于吸收氯的装置31中供给碱性水溶液,以希望的流量连续向氯气发生槽11供给碱性的含氯的水,但也可以间歇地进行该过程。
下面使用图6实验性地明确举例说明本参考例。
使用容积400mL的玻璃制柱作为反应装置5。另外,使用玻璃瓶作为氯气发生槽11,装入氯溶液(功能水(I))150mL。另外,在21的氯溶液用罐中储存同样的氯溶液(功能水(I))150mL,由氯溶液用罐以2mL/min供给,由27的排水管以2mL/min排出。
氯溶液(功能水(I))用盐酸和次氯酸钠进行配制,相对于未经净化水100mL加入12%次氯酸钠溶液(Kishida化学,制造时含量约12%,有效氯:min5%)0.25mL和盐酸(35%盐酸)1.0mL。结果,氯溶液(功能水(I))为pH2.5,残留氯浓度达到210mg/L。使用该氯溶液(功能水(I))开始连续试验。
采用光照射装置4即黑光荧光灯((株)东芝制FL20S·BLB;20W)照射光。该照射光量为0.4~0.7mW/cm2。在图中位于反应装置中,但在试验中由玻璃柱的外侧向反应装置内照射。
在光照射的同时,从反应装置5的底部以300mL/min的流量输送通过渗透器(Gastec社制)产生的含有160ppmV浓度的TCE和40ppmV的二氯甲烷的空气。另外,以150mL/min的流量向氯气发生槽11中输送空气。
使该装置开始运转后30分钟,在采样口35定期用气密注射器对来自反应装置的排出空气中的TCE和二氯甲烷进行采样,用气相色谱法(岛津制作所(株)社制GC-14B(带有FID检测器),柱为J&W社制DB-624)测定TCE和二氯甲烷浓度,但始终没有检测到。另外,结束后同样测定氯溶液的废液中的TCE和二氯甲烷浓度,但未检测到。由此表示可以将TCE和二氯甲烷降解。
另外,由采样口35使用检测管测定降解反应后的氯浓度,为150ppmV左右。
由排气管6排出的气体喷向31内的120mL、pH11.2的含有氢氧化钠的碱性水溶液中。在32的排气管中,用检测管(Gastec社制,No.8H)数次测定氯浓度,均在0.5ppm以下。含有氢氧化钠的碱性水溶液由51以2mL/min供给,由管26以2mL/min排出。但是,此时管26不与11的氯气发生槽连接。
维持该状态,在从运转开始经过90分钟的时刻,测定用于吸收氯的装置31中的碱性水溶液的pH和氯浓度,pH为10.4,残留氯浓度为92mg/L。因此,一旦停止由渗透器供给气体,则如图6所示,管26与氯气发生槽11连接,将31中的含氯碱性水溶液送至氯溶液用罐21中。
使用33的供给酸的装置加入盐酸(3.5%),调节pH至2.1~2.9的范围。
另外,为了以次氯酸溶液的形式供给相当于不足部分的氯,由补充氯的装置61作为氯量以0.2mg/min的比例向氯气发生槽11中加入含有次氯酸钠的溶液。
再次开始由渗透器供给气体,使用通过吸收于液体中回收的氯得到的氯溶液(功能水(II))进行降解反应,维持与以前相同的降解能力。
可以确认即使连续进行上述步骤,降解能力也不会降低,为了用碱性水溶液回收反应后的气体中含有的氯达到希望的氯浓度,连续向氯发生槽供给,再调节pH,可以再次产生含有降解所需要的氯的空气。而且确认使用该产生的氯可以连续进行降解。
(参考例7)
在参考例6中,为了供给不足的氯,由补充氯的装置61向氯气发生槽11中加入含有次氯酸钠的溶液,在本参考例中,将用于吸收氯的装置31中的碱性水溶液的氯浓度始终保持一定。连续供给通过吸收于液体中而回收得到的氯溶液,使之产生降解所需要的氯气。
图7示意性地表示本参考例,除补充氯的装置61和检测氯浓度的装置62以外,与图6几乎相同。
也就是说,通过检测氯浓度的装置62测定反应后的用于吸收氯的装置31中的碱性水溶液的氯浓度。由补充氯的装置61供给不足的部分,例如含有次氯酸钠的溶液,使氯浓度达到一定。这样,通常通过管26向氯气发生槽11中输送含有必需量氯的溶液。
检测氯浓度的装置62可以是任何装置,例如可以使用电化学式传感器、光吸收等公知技术。
基于此可以控制氯的供给量(含氯溶液的供给量)。
下面参照本发明的实施例进行说明。
(实施例1)
使用图8实验性地明确说明本发明。
用有机氯化合物作为降解对象物质,通过真空吸引泵对污染的土壤进行吸引,将污染气体以1立方米/分钟(滞留时间:30秒)的速度送入光降解槽中。该污染气体的主要污染物质及其浓度为三氯乙烯:5~20ppmV、四氯乙烯:5~30ppmV。由氯钢瓶供给氯,调节反应槽内的氯浓度,使之为50ppmV。在图中,光照射装置设置于反应槽的内部,但在本实施例中,用16根市售黑光荧光灯(东芝;FL40S BLB)由外侧进行照射。
用氟类树脂膜形成反应槽的侧面,确保300nm以上的波长可以透过。
该装置开始运转后,为了知道来自光降解部的排出气体中的三氯乙烯和四氯乙烯的浓度,定期用气密注射器采样,用气相色谱法(岛津制作所(株)社制GC-14B(带有FID检测器),柱为J&W社制DB-624)测定,但始终没有检测到。
在相当于用于吸收(捕集)酸性物质的装置52的吸收降解产物的气液接触塔中储存约70L的自来水,该水通过泵65进行循环。
循环的储存液在设置了填充材料63的气液接触部将降解产物即卤代乙酸吸收于溶液侧。
运转1个月后,该储存液的卤代乙酸浓度达到3.7%。
本实施例中,由于使用自来水作为用于吸收酸性物质的装置52内的溶液,因此光降解装置运转初期的pH大致为中性。但是,随着降解的进行,降解产物即酸性物质的蓄积,pH降低,成为酸性溶液。
因此,光降解处理后的气体中含有的氯的一大半没有残留于用于吸收酸性物质的装置52中,而是被排出。
排出的含氯气体被送至相当于用于吸收氯的装置31的第2气液接触塔中。在第2气液接触塔中储存有约70L的5%氢氧化钠溶液,该水溶液的一部分通过泵66进行循环,另外,其他部分被排出。通过补充相当于排出部分的等量的5%氢氧化钠溶液,可以使氯吸收能力不降低。
而且,不将相当于用来吸收酸性物质的装置52的吸收降解产物的气液接触塔内的溶液排出,持续进行循环,从而可以确保吸收溶液内的卤代乙酸浓度上升。
由此可知可以将土壤中广泛存在的污染气体转换为易于处理的少量溶液的状态。
(实施例2)
在实施例1中,在用于吸收酸性物质的装置52的溶液内储存降解产物,但在本实施例中,在之后还具有降解装置70。除此以外与实施例1几乎相同。
使用焚烧作为图9中的降解装置70时,通过焚烧产生的排出气体被用于吸收氯的装置31净化。不必由用于吸收酸性物质的装置52连续向降解装置70输送液体,可以在某一时间,未进行光降解的用于吸收酸性物质的装置52内的降解产物,例如卤代乙酸的浓度达到百分之几十时,将所有液体输送给降解装置70,进行焚烧降解处理。
(实施例3)
本实施例说明使用图10所示的污染土壤修复装置41,降解由土壤提取的污染物质的实例。
首先,在污染土壤42中形成纵坑43,使用真空泵44吸引土壤中的含有三氯乙烯等污染物质的空气。由真空泵44吸引的含有污染物质的空气通过气液分离单元45除去液体成分,再利用滤器46除去垃圾,然后以给定的流量被送至浓缩装置47内。
送至浓缩装置47内的气体与设置于装置47内的吸附体48接触,从而污染物质被吸附体48吸附,气体被净化。吸附体48设置成环状,该设置成转子形状的吸附体48以给定速度旋转,从而吸附体交替通过吸附区域和脱离区域。也就是说,吸附了污染物质的吸附体由吸附区域向进行脱离的区域移动,从而处理连续进行。送入装置47内的含有污染物质的气体流量为20m3/min。使采用加热器49得到的加热气体以1m3/min的流量通过吸附了污染物质的吸附体48,从而污染物质由吸附体48脱离,以气体状态向气相中释放,从而可以使吸附体48再生,同时得到浓缩的污染物质。根据送往脱离区域的加热气体的量,将吸附体2的旋转速度设定为15rph,从而可以使脱离后的气体中含有的污染物质的浓度高于气体中的污染物质的浓度。
作为上述浓缩装置使用市售的溶剂气体吸附浓缩装置,商品名:Admat(大气社制)。其中使用的吸附体使用将纤维状活性炭加工成毡状的垫,通过缓慢旋转卷绕成圆筒状丝网的垫,连续进行污染物质的吸附、解吸。吸附时,由垫的外侧向内侧通过未处理的气体,从而进行吸附,解吸时,由垫的内侧向外侧通过约130℃的热风,从而进行解吸。
释放后,含有污染物质的浓缩气体与由氯钢瓶110送入的氯混合,被送入光反应槽111内,在反应区域中对浓缩气体进行来自光照射装置的光照射,则浓缩气体中的污染物质依次降解。
另外,一个降解部的出口和另一个降解部的入口通过弯曲的通道连通。导入一个降解部的含有降解对象物的气体在氯存在的条件下通过照射光被降解,但由于导入时的流速的不同,有时含有降解对象物的气体迅疾地由一个降解部流向另一个降解部,一部分降解对象物未被光降解而以未反应的状态由一个降解部的出口排出。此时,通过使连通一个降解部出口和另一个降解部入口的通道弯曲,从而在一个降解部引起气体的紊流,促进降解对象物和氯的搅拌,可以效率良好地进行降解。
另外,在各自的降解部内设置多个照射部,即在本实施方式中设置多个光源。
作为光照射装置,每1个反应槽在反应槽内部设置6根黑光荧光灯(东芝;FL40S BLB),使用4个反应槽,从而使用合计24根黑光荧光灯进行照射。
反应槽的侧面用氟类树脂膜形成,确保300nm以上波长的光能够透过。
通过光反应槽111中的降解生成的降解产物例如已知光降解时产生氯乙烯类物质的三氯乙酸、二氯乙酸等卤代乙酸等,为了将由光反应槽排出的这些气体或雾状降解产物吸收于液体中,以给定的流速导入使含有降解产物的气体和液体接触的洗涤塔113中。为了使光反应槽111中生成的降解产物降解,可以将降解产物吸收于液体中。
液体通过泵在洗涤塔113内循环,使用连接洗涤塔113下部和上部的连接管114由洗涤塔的上部放出液体,与导入的降解产物接触,将降解产物吸收于液体中。为了长时间地保持气液的接触,使用填充物115(商品名:Tripacks;巴工业(株)制)等,将降解产物和液体接触的气液接触部制成迷路结构。导入的气体中的降解产物即有机氯化合物由于具有易于被吸收于溶液中的性质,因此溶解于液体中,同时吸收了有机氯化合物的液体暂时储藏于洗涤塔的下部,反复进行循环。作为液体,使用含有氯化钠的电解质水溶液。在连接洗涤塔113下部和上部的连接管114的中间设置电解槽116,在电解槽116中,电解含有降解产物的液体,通过其氧化还原反应分离得到的氯气及其它副生成气体与液体一起被释放至洗涤塔113的上部,氯气和副生成气体(氢气、氧气、二氧化碳、甲烷)通过设置于洗涤塔113上部的通道117以与外部气体隔断的状态被送至用于吸收氯的洗涤塔118中。
用于吸收氯的洗涤塔118具有与上述洗涤塔113相同的结构,为了吸收氯,在其中使氢氧化钠溶液循环。通过使之与碱性溶液接触,将氯吸收于溶液内,将净化后的气体向洗涤塔外排出。洗涤塔内吸收了氯的溶液由于溶液内的一部分氯作为次氯酸存在,因此,通过加入盐酸进行中和,而且,在液体中加入亚硫酸钠作为还原剂进行还原步骤。
结果,不仅可以防止污染了土壤的降解对象物即三氯乙烯等在环境中的泄漏,而且可以防止氯和其他污染环境的药品成分在环境中的泄漏。
根据本发明的方法,通过氯气的再利用可以实现资源的有效利用,而且,可以抑制氯气向外部的排出,减少对环境的不良影响。

Claims (31)

1.一种处理降解对象物的方法,其特征在于,包括下述步骤:
降解上述降解对象物的步骤;
使上述降解步骤中产生的产物与液体接触的步骤;
使上述产物中通过上述接触步骤未被吸收于上述液体中的成分与介质接触,吸收到上述介质中的步骤。
2.如权利要求1所述的处理方法,其特征在于,上述接触步骤在与外部气体隔断的状态下进行。
3.如权利要求1所述的处理方法,其特征在于,上述降解对象物为有机氯化合物。
4.如权利要求3所述的处理方法,其特征在于,上述有机氯化合物为氯乙烯、二氯乙烯、三氯乙烯和四氯乙烯中的至少任意一种。
5.如权利要求3所述的处理方法,其特征在于,上述成分为氯。
6.如权利要求1所述的处理方法,其特征在于,上述降解步骤为对上述降解对象物照射光的步骤。
7.如权利要求1所述的处理方法,其特征在于,上述接触步骤中,还具有将吸收于上述液体中的成分降解的步骤。
8.如权利要求7所述的处理方法,其特征在于,在上述降解步骤进行电解。
9.如权利要求5所述的处理方法,其特征在于,上述氯包括上述降解步骤后降解生成的氯和上述降解步骤中未使用而残留的氯。
10.如权利要求1所述的处理方法,其特征在于,上述液体为酸性溶液。
11.如权利要求5所述的处理方法,其特征在于,吸收于上述介质中的步骤为将上述氯吸收于液体中的步骤。
12.如权利要求11所述的处理方法,其特征在于,吸收于上述介质中的步骤中使用的液体为碱性溶液。
13.如权利要求12所述的处理方法,其特征在于,还具有下述步骤:
将上述碱性溶液中的碱性物质中和的步骤;
将吸收于上述碱性溶液中的上述氯还原的步骤。
14.如权利要求1所述的处理方法,其特征在于,吸收于上述介质中的步骤为吸附于吸附剂的步骤。
15.如权利要求1所述的处理方法,其特征在于,上述产物包括单氯乙酸、二氯乙酸和三氯乙酸中的至少一种。
16.如权利要求3所述的处理方法,其特征在于,还具有由土壤提取上述有机氯化合物的步骤。
17.一种降解对象物的处理装置,是有机氯化合物的处理装置,其特征在于,包括下述装置:
降解上述降解对象物的装置;
使通过上述降解产生的产物与液体接触的装置;
使上述产物中通过上述接触未被吸收于上述液体中的成分与介质接触,吸收到上述介质中的装置。
18.如权利要求17所述的处理装置,其特征在于,上述接触装置是在与外部气体隔断的状态下进行接触的装置。
19.如权利要求17所述的处理装置,其特征在于,上述降解对象物为有机氯化合物。
20.如权利要求19所述的处理装置,其特征在于,上述有机氯化合物为三氯乙烯。
21.如权利要求19所述的处理装置,其特征在于,上述成分为氯。
22.如权利要求17所述的处理装置,其特征在于,上述降解步骤为对上述降解对象物照射光的步骤。
23.如权利要求17所述的处理装置,其特征在于,还具有将通过上述接触吸收于上述液体中的成分降解的装置。
24.如权利要求23所述的处理装置,其特征在于,上述降解装置是电解装置。
25.如权利要求22所述的处理装置,其特征在于,上述成分包括上述光照射后残留的氯和通过上述降解生成的氯。
26.如权利要求17所述的处理装置,其特征在于,上述液体为酸性溶液。
27.如权利要求17所述的处理装置,其特征在于,上述介质为液体。
28.如权利要求27所述的处理装置,其特征在于,吸收于上述介质中的装置中使用的上述液体为碱性溶液。
29.如权利要求28所述的处理装置,其特征在于,还具有下述装置:
将上述碱性溶液中的碱性物质中和的装置;
将吸收于上述碱性溶液中的上述氯还原的装置。
30.如权利要求17所述的处理装置,其特征在于,上述介质为吸附剂。
31.如权利要求19所述的处理装置,其特征在于,还具有由土壤提取上述有机氯化合物的装置。
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