JP2004073312A - ハロゲン化有機物の分解処理方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】生物による分解処理を経ない、簡易で経済的なハロゲン化有機物の分解処理方法を提供する。
【解決手段】分解処理対象となるハロゲン化有機物1を極性有機溶媒2と混合し、アルカリ溶液3を添加した被処理液4にエネルギー線を照射する光化学処理工程102と、該光化学処理工程102を経た光化学処理液5を、分離有機相6と分離アルカリ水溶液相7に分離する二相分離工程103と、上記分離有機相6を蒸発させることで、蒸発有機溶媒8と、蒸発缶出物9とにさらに分離する蒸発工程104と、上記分離アルカリ水溶液相7から塩を除去する塩除去工程107とを含み、生物処理工程を不要としてなるハロゲン化有機物の分解処理方法を提供する。
【選択図】 図1
【解決手段】分解処理対象となるハロゲン化有機物1を極性有機溶媒2と混合し、アルカリ溶液3を添加した被処理液4にエネルギー線を照射する光化学処理工程102と、該光化学処理工程102を経た光化学処理液5を、分離有機相6と分離アルカリ水溶液相7に分離する二相分離工程103と、上記分離有機相6を蒸発させることで、蒸発有機溶媒8と、蒸発缶出物9とにさらに分離する蒸発工程104と、上記分離アルカリ水溶液相7から塩を除去する塩除去工程107とを含み、生物処理工程を不要としてなるハロゲン化有機物の分解処理方法を提供する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として光化学処理によりハロゲン化有機物を分解、無害化する、効率的かつ経済的な分解処理方法及び分解処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、様々な物質が人工的に合成されており、その中には難分解性の物質が含まれ、その処理方法が確立されていないものも多い。さらに、それらの中には自然環境を破壊する恐れがあるもの、人体への影響が懸念されているものも多く存在し、それらの安全な処理方法の確立が早急の課題となっている。
難分解性の人工合成化合物として代表的なものに、ハロゲン化有機物がある。従来、種々のハロゲン化有機物が農薬などに使用されており、土壌の汚染、農作物の汚染など人体への影響が懸念されている。例えば、殺虫剤としてDDTやディルドリン、ヘキサクロロシクロヘキサンなどが知られている。
【0003】
また、ハロゲン化有機物は溶剤として広く使われている。例えば、テトラクロロエチレンやトリクロロエチレンは、ドライクリーニング工場で洗剤として、あるいはマイクロチップ製造現場などでグリースの除去のために用いられている。また、クロロホルム、四塩化炭素、塩化メチレンなども工業的に用いられている。さらに、ポリ塩化ビフェニル(以下PCBと記す)や、トリクロロベンゼン(以下TCBと記す)などが絶縁油、熱媒体、感圧紙などに広く使用されていた。
【0004】
これらのハロゲン化有機物は、一般に微生物により容易には分解されないので、環境内に長く残留するものが多い。そして、これらは難分解性で処理が困難であるばかりでなく、燃焼すると有害な物質を発生する可能性がある。つまり、ハロゲン化有機物を例えば300〜900℃程度、特に400℃付近の比較的低温度で燃やすと、きわめて毒性の強いダイオキシンが大量に生成することが知られている。したがって、ハロゲン化有機物の処理に当たっては、厳しい法規制のもとで、有害廃棄物専用の高温燃焼炉での焼却処理が行われている。
【0005】
ここで、PCBとはビフェニルの2個以上の水素を塩素で置換した化合物の総称をいう。かかるPCB類は含有塩素量によってその形態が異なり、金属に対して安定で、絶縁性、不燃性、高脂溶性、可塑性などに大変優れているため、電気製品、熱媒体、感圧紙等の工業製品に広く使用され、それら各製品に含有された状態で、あるいは1重量%以上のPCBを含む高濃度PCBまたは1重量%以下のPCBを含む低濃度PCB(廃油)として処理されずに保管されてきている。しかし、PCBは化学的に非常に安定で長期にわたって自然分解されることなく残留するため、人体への影響のみならず地球環境に深刻な影響をもたらすことが問題となっている。
【0006】
従って、このようなPCB類を人工的に分解処理する必要がある。かかるPCB類の分解方法としては、従来から、焼却法以外に脱塩素化分解法、水熱酸化分解法、水素供与物質による還元熱・化学分解法、紫外線照射法等による光分解法が知られている。これらのうち紫外線照射法は、PCBを極性有機溶媒中に溶かして紫外線を照射することにより脱塩素するものであり、常温・常圧で処理できるために安全性が高いという点で有利性がある。紫外線照射により分解しきらなかったPCBは、従来、生物処理または触媒処理等によって無害化していた。
【0007】
このような背景から、近年、例えばPCB等の含塩素系有機化合物を紫外線等で分解処理する、有害有機塩素系化合物の分解処理方法が提案されている。本発明者らは、特願2001−021786号等にてこのような分解処理方法を提案している。
【0008】
これらの提案で、従来発明者らは、紫外線照射と生物処理を組み合わせたPCB等のハロゲン化有機物の分解法の開発を行ってきた。しかし、生物処理はPCBの分解速度が極めて遅いため、処理できる量が少ない。さらに、生物処理には培養等の特殊な操作が必要とされる。さらに生物処理は、通常は安定した性能を示すが、雑菌の混入等により、PCBを分解できないことがある。以上のようにハロゲン化有機物の生物処理は問題を抱えている。
また、PCBの分解反応により生成する塩は、アルカリ水溶液に蓄積されるために、これを安定的にかつPCBを除いて安全に排出することが必要である。
【0009】
ここで、卒業基準とは、日本の「廃棄物の処理および清掃に関する法律」(昭和45年12月25日 法律137号)によって規定されている用語であり、その意味するところは、「通常の廃棄物として処理できる基準」ということである。卒業基準の具体的な値も法律によって規定されており、例えば、水であれば検液1リットルあたりPCBは0.003ミリグラム(すなわち3ppb)、油であれば試料1キログラムあたりPCBは0.5ミリグラム(すなわち0.5ppm)である。PCBの含有量が、これらの値を下回る場合には、検液全体あるいは試料全体を通常の廃棄物として処理できることとなる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、生物による分解処理を必要としない、簡易で経済的なハロゲン化有機物の分解処理方法を提供する。さらに、ハロゲン化有機物の分解において生成する塩を安全に系外に排出する方法を提供する。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために、以下に述べるハロゲン化有機物の分解処理方法を提供する。
すなわち、本発明は、分解処理対象となるハロゲン化有機物を極性有機溶媒と混合し、アルカリ溶液を添加した被処理液にエネルギー線を照射する光化学処理工程と、該光化学処理工程を経た光化学処理液を、分離有機相と分離アルカリ水溶液相に分離する二相分離工程と、上記分離有機相を蒸発させることで、蒸発有機溶媒と、蒸発缶出物とにさらに分離する蒸発工程と、上記分離アルカリ水溶液相から塩を除去する塩除去工程とを含み、生物処理工程を不要としてなるハロゲン化有機物の分解処理方法を提供する。好ましくは、上記ハロゲン化有機物の分解処理方法は、上記蒸発缶出物を蒸留する蒸留工程をさらに含む。また、上記蒸留工程での蒸留缶出物は、必要に応じて光化学処理工程の上流に送ってもよい。さらに、上記蒸留工程で、複数段の充填層を備えた精密蒸留装置により蒸留を行うと好適である。
【0012】
また、上記塩除去工程を経た塩除去アルカリ水溶液を、光化学処理工程の上流に送ると好ましい。また、上記塩除去工程で除去された塩を溶解させた塩含有水溶液は、上記蒸発工程、または、上記蒸留工程に送ってもよい。あるいは、上記塩含有水溶液は、有機溶剤により洗浄し、上記塩に含まれているハロゲン化有機物を抽出する洗浄工程に送ってもよい。このとき、上記洗浄工程を経た洗浄塩含有水溶液は上記蒸発工程、または、上記蒸留工程に送ってもよく、もしくは、放流してもよい。
好ましくは、上記蒸発工程は、1.2重量%以上のアルカリ存在下、1atm、80〜100℃で加熱することにより行う。また、好ましくは、上記光化学処理工程は、ハロゲン化有機物1gあたり6Wh以上の有効エネルギー線を照射させることにより行う。
【0013】
また、本発明は、別の側面においてハロゲン化有機物の分解処理装置を提供する。
すなわち、本発明は、分解処理対象となるハロゲン化有機物を極性有機溶媒と混合し、アルカリ溶液を添加した被処理液にエネルギー線を照射する光化学処理装置と、該光化学処理工程を経た光化学処理液を、分離有機相と分離アルカリ水溶液相に分離する二相分離装置と、上記分離有機相を蒸発させることで、蒸発有機溶媒と、蒸発缶出物とにさらに分離する蒸発装置と、上記分離アルカリ水溶液相から塩を除去する塩除去装置とを含み、生物処理工程を不要としてなるハロゲン化有機物の分解処理装置を提供する。好ましくは、上記ハロゲン化有機物の分解処理装置は、上記蒸発缶出物を蒸留する蒸留装置を含む。また、上記ハロゲン化有機物の分解処理装置が、上記塩除去装置で除去された塩を溶解させた塩含有水溶液を、有機溶剤により洗浄し、上記塩に含まれていたハロゲン化有機物を抽出する洗浄装置を含むとさらに好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して説明する。もっとも、以下に挙げる実施の形態は、本発明を限定するものではない。
【0015】
図1は、本発明に係る第1の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
分解処理の対象であるPCB1(ハロゲン化有機物)を、水素供与体として働く極性有機溶媒であるイソプロピルアルコール(以下IPAと記す)2、および、水酸化ナトリウム水溶液3(アルカリ水溶液)と溶解工程101にて混合する。
【0016】
説明の便宜上、本実施の形態では分解処理の対象となるハロゲン化有機物として、PCBを挙げたが、ハロゲン化有機物はPCBに限定されるものではない。ハロゲン化有機物として、PCBの他に、TCB、DDT、ディルドリン、ヘキサクロロシクロヘキサン、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、クロロホルム、四塩化炭素、塩化メチレンあるいはそれらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、水素供与体である極性有機溶媒としてIPA、メチルアルコール、エチルアルコールあるいはそれらの混合物等を用いることができる。しかし、これらには限定されない。特に、ハロゲン化有機物の塩素を分解するときの水素の供与性が良好であるために、IPAを用いることが好ましい。
同様に、アルカリ水溶液は水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化アンモニウム水溶液あるいはそれらの混合物等を用いることができるが、これらには限定されない。
【0017】
溶解工程101で、PCB1をIPA2に溶解するに当たっては、室温で適当な量を混合することで簡単に溶解することができる。このときIPA2と水酸化ナトリウム水溶液3との混合割合は任意とされるが、例えば重量比で30:70〜70:30程度とされる。溶解工程101は通常の攪拌機付きのタンクのような装置を用いて行うことができる。
【0018】
ここで、溶解後の溶液である被処理液4における適当なハロゲン化有機物濃度は、ハロゲン化有機物および極性有機溶媒の種類等により異なる。例えば、五塩化物を主成分とするPCBをIPAに溶解する場合、PCB濃度は2.0重量%以下となるように調整することが好ましい。
また、アルカリ水溶液の濃度は30重量%以上、飽和溶解度以下とすることが好ましい。ここで、水酸化ナトリウムの飽和水溶液濃度は温度に依存するものであり、20℃において52重量%、40℃において56重量%、60℃において64重量%である。飽和溶解度を超えると、溶けきれないアルカリが紫外線を遮断する問題が発生する。また、以下で説明する分離有機相6中のアルカリ濃度を5g/L以上とすることにより、被処理液4は肉眼で識別できる程度に二相に分離するため、このアルカリ濃度を満足するように調整すると好ましい。
【0019】
本実施形態においては溶解工程101について説明した。しかし、溶解工程101は必ずしも本発明に係るハロゲン化有機物の分解処理方法には含まれる必要はない。例えば、所定値の濃度になるように別の場所で調整された被処理液4を処理対象としてもよい。
【0020】
以上のように混合した被処理液4は、次に光化学処理工程102に送る。ここで、エネルギー線として紫外線を照射することで、被処理液4に含まれるPCBを分解する。
【0021】
分解処理の対象がPCBのとき、紫外線の光源は、波長が254nmの低出力低圧紫外線ランプを使用することが好ましいが、その他にも高出力低圧紫外線ランプや高圧紫外線ランプなども用いることができる。必要とされる紫外線照射エネルギーは、PCB1g当たり通常6〜30Wh、好ましくは8〜24Whである。しかし、PCB以外の分解処理対象については当該ハロゲン化有機物の種類及び溶媒の種類等に応じて、エネルギー線の適当な波長および必要なエネルギーは異なる。
なお、このときの反応温度は40℃以上、好ましくは50℃以上、好ましくは50〜60℃とすることにより、IPA中のアルカリ濃度を高め、脱塩素化反応を促進することができる。
このような光化学処理工程102としては、具体的には、円柱状の容器に長さ1m程度のランプが同心円状に数十本配置されたもので、被処理液4は容器の下部から供給されランプに平行に流れ上部から出ていき循環して下部に戻る方式の装置を用いて行うことができる。しかし、本発明の光化学処理工程102に使用する装置は、一定の形態に限定されるものではない。
【0022】
なお、このPCBの脱塩素化反応は、例えば、塩素数が5個であるPCBが完全にビフェニルに分解されるとき、以下の反応式で示すことができる。
・C12H5Cl5(PCB)+5H2 → C12H10(ビフェニル)+5HCl(塩酸)
・5C3H8O(IPA) → 5C3H6O(アセトン)+5H2
・5HCl+5NaOH → 5NaCl+5H2O
生成した酸は、上記反応系の中に加えてあるアルカリによって中和され塩を生成する。
【0023】
光化学処理工程102を経た光化学処理液5は、次に二相分離工程103に送る。この工程で、二相に分離した光化学処理液5は上相の分離有機相6と下相の分離アルカリ水溶液相7に分ける。
【0024】
二相分離工程103で光化学処理液5を分離する前に、必要に応じて光化学処理液5にアルカリ水溶液を添加し、分離有機相6中のアルカリ濃度を5g/L以上とする。アルカリ濃度をこの範囲とすることにより、光化学処理液は肉眼で識別できる程度にIPA相と水相との二相にはっきりと分離する。当然であるが、あらかじめ非処理液のアルカリ濃度をこの濃度に調節しておけば、この段階でアルカリ水溶液を添加する必要はない。
【0025】
上相の分離有機相6は次に蒸発工程104に送る。ここで、分離有機相6を蒸発させ、ガスとして蒸発有機溶媒8(主にIPAおよびアセトンを含む)を留出させ、底部に蒸発缶出物9(主にビフェニル、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウムを含む)を得る。
なお、分解処理の対象がPCBのとき、蒸発工程104では、1.2重量%以上のアルカリが存在する分離有機相6を大気圧下で、約100℃に、2〜3時間加熱し、蒸発有機溶媒8を蒸発させる。また、かかる方法以外にも、減圧して100℃以下で蒸発させることも可能である。しかし、PCB以外の分解処理対象については当該ハロゲン化有機物の種類及び溶媒の種類等に応じて、蒸発処理の好適な条件は異なる。
【0026】
蒸発有機溶媒8(主にIPAおよびアセトンを含む)は分離工程105に送り、蒸留操作により回収極性有機溶媒51(主にIPAを含む)と非極性有機溶媒10(主にアセトンを含む)に分離する。回収極性有機溶媒51は、溶解工程101に返送し、再利用する。また、非極性有機溶媒10は、有効な燃料として利用することができる。ここで、非極性有機溶媒10は、PCBの光化学処理工程において、水素供与体である極性有機溶媒(IPA2)が酸化されて生成したものである。ハロゲン化有機物の分解処理にIPAを再利用する際には、IPAからアセトンを積極的に除去する必要がある。
分離工程105における蒸留手段としては、充填層(充填塔)、棚段(棚段塔)、流下液膜などの方式を利用することができ、中でも構造が簡便で、かつ十分な効果が得られる充填層が好ましい。これにより、沸点の低いアセトンを十分にIPAから分離できる。
【0027】
二相分離工程103で分離された分離アルカリ水溶液相7(主に水酸化ナトリウム、塩化ナトリウムを含む)は、次に濃縮工程106に送る。濃縮工程106では、水54を蒸発させることで、分離アルカリ水溶液相7を濃縮する。この工程により、光化学処理工程102でのハロゲン化有機物の分解反応で生じる水を除去することができる。この時、分離アルカリ水溶液相7に含まれている塩化ナトリウムが飽和すると、塩化ナトリウムは析出する。
【0028】
濃縮工程106で濃縮された濃縮アルカリ水溶液11は、次に塩除去工程107に送る。塩除去工程107では、塩フィルタで物理的に塩(主に塩化ナトリウムを含む)を捕集する。これにより、光化学処理工程102でのハロゲン化有機物の分解反応で生じる塩を、濃縮アルカリ水溶液11から除去する。塩除去工程107を経た塩除去アルカリ水溶液12(主に水酸化ナトリウムを含む)は、溶解工程101に返送し、水酸化ナトリウム水溶液(アルカリ水溶液)として再利用する。
【0029】
塩除去工程107における塩の除去は、塩フィルタによる物理的な塩の捕集により行うことができるが、これに限定されるものではない。また、塩除去工程107において塩フィルタに捕集された塩は、図示しない切替え装置により、塩フィルタに水55を導入することで溶解させ、塩含有水溶液13として塩フィルタから取り除く。
好ましくは、複数の塩フィルタを設け、捕集した塩を塩フィルタから取り除く際、他の塩フィルタを用いて塩除去処理を行うことで、塩除去工程を滞りなく、連続的に行うことができる。特に好ましくは、2つの塩フィルタを設けることで、一方の塩フィルタから塩を取り除く際、他方の塩フィルタを用いて塩除去処理を行う。
【0030】
塩含有水溶液13は、蒸発工程104の缶出物である蒸発缶出物9(主にビフェニル、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウムを含む)、および、必要に応じて回収極性有機溶媒52(主にIPAを含む)と共に、蒸留工程108へと送る。これらの混合物は、蒸留工程108で蒸留することで、回収極性有機溶媒53(主にIPAを含む)、水56の順に留出させる。この回収極性有機溶媒53は、溶解工程101に返送し、再利用する。
なお、分解処理の対象がPCBのとき、蒸留工程は、圧力30Torrから100Torrにおいて15〜22時間、蒸留操作を行うことで、実施することができる。しかし、PCB以外の分解処理対象については当該ハロゲン化有機物の種類及び溶媒の種類等に応じて、蒸留処理の好適な条件は異なり、一定の値に限定されるものではない。
【0031】
水56は、PCB濃度が卒業基準である0.003mg/L以下となっていることを確認し、放流水として河川等に放流する。また、蒸留工程109の缶出物である蒸留缶出物14は、PCB濃度が卒業基準である0.5mg/kg以下となっていることを確認し、油として焼却処理する。食塩を含む物質を燃焼すると、炉の材料が食塩の塩素により腐食を起こす。そこで、焼却処理に当たっては、水酸化カルシウムを添加して通常焼却することで、燃焼炉の材料腐食を抑えることができる。
【0032】
図2は、本発明に係る第2の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
第2の実施の形態における溶解工程101、光化学処理工程102、二相分離工程103、蒸発工程104、分離工程105、濃縮工程106、塩除去工程107は、第1の実施の形態と同様に行うことができるため、ここでは説明を省略する。
【0033】
第2の実施の形態において、塩除去工程107を経た塩含有水溶液13は、蒸留工程108ではなく、洗浄工程109に送る。洗浄工程109で、塩含有水溶液13は有機溶剤15により洗浄する。PCBは水には不溶であるが、IPAやノルマルヘキサン等の有機溶剤に対しては十分な溶解度を持っていることが知られている。これにより、塩含有水溶液13に微量に含まれているPCBは有機溶剤15に確実に移行する。
洗浄工程109を経た洗浄塩含有水溶液16は、PCB濃度が卒業基準である0.003mg/L以下となっていることを確認し、放流水として河川等に放流する。
【0034】
このとき蒸発工程104の缶出物である蒸発缶出物9(主にビフェニル、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウムを含む)は、必要に応じて回収極性有機溶媒52により蒸留工程108へ送り、蒸留処理する。この後は、第1の実施の形態と同様に行うことができる。
【0035】
なお、有機溶剤15としてIPAおよびノルマルヘキサンが利用できるが、これらに限定されない。ここで使用する有機溶剤としては、常温で液体であり、水には不溶であり、水との比重差が十分にあり、かつ処理対象であるハロゲン化有機物を十分に溶解できれば足りるものであり、ノルマルヘキサン以外にも、側鎖のついた各種イソヘキサンや、環状のシクロヘキサンが利用できる。また、炭素数が6の各種ヘキサンの他にも、炭素数が6以外の炭化水素、例えば、各種ペンタンや各種ヘプタンも利用できる。また、二重結合や三重結合を有する炭化水素であってもよい。また、炭素および水素以外の元素を含んでいるものであってもよい。さらに、純粋な物質に限らず、これらの混合物であってもよい。これらの中でもノルマルヘキサンは入手しやすいので有利である。また、ここで使用した有機溶剤は蒸留操作によって再生可能であり、これを考慮に入れると、実質的に純粋なものであると蒸留分離しやすいのでさらに有利である。
【0036】
図3は、本発明に係る第3の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
第3の実施の形態における溶解工程101、光化学処理工程102、二相分離工程103、蒸発工程104、分離工程105、濃縮工程106、塩除去工程107、洗浄工程109は、第2の実施の形態と同様に行うことができるため、ここでは説明を省略する。
【0037】
第3の実施の形態において、蒸発工程104の缶出物である蒸発缶出物9(主にビフェニル、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウムを含む)は、必要に応じて回収極性有機溶媒52により蒸留工程108へ送り、ここで蒸留処理する。このとき、複数段の充填層を備えた精密蒸留装置を用いて蒸留を行うことで、蒸発缶出物9を、回収極性有機溶媒53(主にIPAを含む)、水56、ビフェニル17の順に蒸気圧の高い物質から留出することができる。
【0038】
ここで、回収極性有機溶媒53は、溶解工程101に返送し、再利用する。水56は、PCB濃度が卒業基準である0.003mg/L以下となっていることを確認し、放流水として河川等に放流する。また、ビフェニル17は、PCB濃度が卒業基準である0.5mg/kg以下となっていることを確認し、油として焼却処理する。蒸留工程108の缶出物である蒸留缶出物14(主にビフェニルを含む)は、溶解工程101に返送し、再び紫外線によるPCB分解処理を行う。
【0039】
なお、第3の実施の形態における蒸留操作の条件は、例えば分解処理対象をPCBとし、IPAを溶媒として用いたとき、12〜15段の充填物付きの回分式精密蒸留装置で、留出温度130℃から140℃まで、圧力70Torrから30Torrまで、約15時間で行うことができる。しかし、PCB以外の分解処理対象については当該ハロゲン化有機物の種類及び溶媒の種類等に応じて、蒸留処理の好適な条件は異なり、一定の値に限定されるものではない。
【0040】
図4は、本発明に係る第4の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
第4の実施の形態における溶解工程101、光化学処理工程102、二相分離工程103、分離工程105、濃縮工程106、塩除去工程107は、第1の実施の形態と同様に行うことができるため、ここでは説明を省略する。
【0041】
第4の実施の形態において、塩除去工程107を経た塩含有水溶液13は、分離有機相6と共に、蒸発工程104に送る。これらの混合物を、蒸発工程104で、アルカリ存在下において蒸発処理し、ガスとして蒸発有機溶媒8(主にIPAおよびアセトンを含む)を留出させ、底部に蒸発缶出物9(主にビフェニル、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウムを含む)を得る。
このとき、分解処理対象(三塩化物を主体とするPCBまたは五塩化物を主体とするPCB等)の違いや、有効エネルギー線の照射時間の増大による分解や蒸発工程での加熱温度・時間による若干の分解の効果や、蒸発缶出物9を洗い流す時のIPA量の混合により、蒸発缶出物9をIPAで洗い流した流出物中のPCB濃度が卒業基準である0.5mg/kg以下となる場合、この流出物は油として焼却処理できる。また、蒸発有機溶媒8(主にIPAおよびアセトンを含む)は分離工程105に送る。
なお、第4の実施の形態における蒸発工程104では、分解処理の対象がPCBのとき、1.2重量%以上のアルカリ存在下で、80〜100℃、1atm、2〜3時間蒸発処理を行う。しかし、PCB以外の分解処理対象については当該ハロゲン化有機物の種類及び溶媒の種類等に応じて、蒸留処理の好適な条件は異なり、一定の値に限定されるものではない。
【0042】
図5は、本発明に係る第5の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
第5の実施の形態における溶解工程101、光化学処理工程102、二相分離工程103、分離工程105、濃縮工程106、塩除去工程107、洗浄工程109は、第4の実施の形態と同様に行うことができるため、ここでは説明を省略する。
【0043】
第5の実施の形態においては、塩除去工程107を経た塩含有水溶液13は、蒸発工程104ではなく、洗浄工程109に送る。洗浄工程109で、塩含有水溶液13は有機溶剤15により洗浄する。これにより、塩含有水溶液13に微量に含まれているPCBは有機溶剤15に確実に移行する。上述したように、有機溶剤15としてIPAやN−ヘキサン等が使用できるが、これらに限定されない。
洗浄工程109を経た洗浄塩含有水溶液16は、PCB濃度が卒業基準である0.003mg/L以下となっていることを確認し、放流水として河川等に放流する。
【0044】
このとき蒸発工程104には、二相分離工程102で分離した上相の分離有機相6を送る。ここで、分離有機相6を蒸発させ、ガスとして蒸発有機溶媒8(主にIPAおよびアセトンを含む)を留出させ、底部に蒸発缶出物9(主にビフェニル、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウムを含む)を得る。
蒸発缶出物9は、PCB濃度が卒業基準である0.5mg/kg以下とし、油として焼却処理できる。また、蒸発有機溶媒8(主にIPAおよびアセトンを含む)は分離工程105に送る。
なお、第5の実施の形態における蒸発工程104では、分解処理の対象がPCBのとき、1.2重量%以上のアルカリ存在下で、80〜100℃、1atm、2〜3時間蒸発処理を行う。しかし、PCB以外の分解処理対象については当該ハロゲン化有機物の種類及び溶媒の種類等に応じて、蒸留処理の好適な条件は異なり、一定の値に限定されるものではない。
【0045】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例は、本発明を限定するものではない。本実施例では、図1に示す第1の実施形態に係る方法により、PCBの分解処理を行った。
【0046】
処理対象は、主成分として五塩化ビフェニルを含むPCBであって、PCB濃度が10,000mg/LのPCB溶液を用いた。本実施例では、溶解が既に行われている試料を被処理液4として用いて分解処理を行った。また、紫外線処理工程において、45重量%の高濃度の水酸化ナトリウムを使用した。
光化学処理工程102において、被処理液4に波長254nm、2.4kWの紫外線を10時間程度照射することで、光化学処理液5中のPCB濃度は、0.075mg/Lとなった。
この光化学処理液5は二相分離工程103へ送り、分離有機層6と分離アルカリ水溶液相7に分離した。このとき、分離有機相6は、1.31重量%の水酸化ナトリウムを含んでいた。次に分離有機相6を蒸発工程104に送った。ここで、常圧、100℃程度で2.5時間の蒸発処理により、蒸発缶出物9をIPAで洗い流した流出物中のPCB濃度は1.5mg/kg以下となった。
一方、分離アルカリ水溶液相7は濃縮工程16に送った。ここで加熱し、水54を分離することで、分離アルカリ水溶液相7を濃縮した。このとき塩化ナトリウムが析出した。ここで濃縮した濃縮アルカリ水溶液11は塩除去工程107へ送り、析出した塩化ナトリウムを塩フィルタにて捕集した。捕集した塩化ナトリウムは、図示しない切替え装置により、塩フィルタに水55を導入することで溶解させ、塩含有水溶液13として塩フィルタから取り除いた。
【0047】
この塩含有水溶液13は、蒸発缶出物9と共に蒸留工程108に送った。この混合物を、圧力30Torr程度で蒸留すると、蒸留塔上部の温度が上昇するにつれて、最初に回収極性有機溶媒52(IPA)、次に水56が留出した。このとき留出した水56中のPCB濃度は、3ppb以下であり、卒業基準を満たしていた。
また、蒸留後に残った蒸留缶出物14は、ビフェニル、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウム、極微量のPCBとこれら固体混合物を流し出すための回収極性有機溶媒52(IPA)の混合物であった。この混合物は、PCB濃度が0.5mg/kg以下であり、卒業基準を満たしていた。
【0048】
【発明の効果】
上記したところから明らかなように、本発明は、光化学処理、蒸発処理および必要に応じて蒸留処理を行うことでハロゲン化有機物を分解する、簡易で経済的なハロゲン化有機物の分解処理方法を提供し、このハロゲン化有機物の分解処理方法は生物による分解処理を必要としない。さらに、生物処理を経ないハロゲン化有機物の分解処理方法を円滑に運用するために、ハロゲン化有機物の分解において生成する塩を安全に系外に排出する方法を提供する。
また、本発明に係るハロゲン化有機物の分解処理方法によると、極性有機溶媒、アルカリ水溶液等の各種の溶媒をきわめて効率よく再利用でき、なおかつ、焼却処分する缶出物中の水分を効率よく除去することができる。なお、卒業基準を満たさない物質は、再び光化学処理を行う、あるいは、有機溶剤により洗浄することで、適宜処理することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
【図2】本発明に係る第2の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
【図3】本発明に係る第3の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
【図4】本発明に係る第4の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
【図5】本発明に係る第5の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
【符号の説明】
1 PCB
2 IPA
3 水酸化ナトリウム水溶液
4 被処理液
5 光化学処理液
6 分離有機相
7 分離アルカリ水溶液相
8 蒸発有機溶媒
9 蒸発缶出物
10 非極性有機溶媒
11 濃縮アルカリ水溶液
12 塩除去アルカリ水溶液
13 塩含有水溶液
14 蒸留缶出物
15 有機溶剤
16 洗浄塩含有水溶液
17 ビフェニル
51、52、53 回収極性有機溶媒
54、55、56 水
101 溶解工程
102 光化学処理工程
103 二相分離工程
104 蒸発工程
105 分離工程
106 濃縮工程
107 塩除去工程
108 蒸留工程
109 洗浄工程
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として光化学処理によりハロゲン化有機物を分解、無害化する、効率的かつ経済的な分解処理方法及び分解処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、様々な物質が人工的に合成されており、その中には難分解性の物質が含まれ、その処理方法が確立されていないものも多い。さらに、それらの中には自然環境を破壊する恐れがあるもの、人体への影響が懸念されているものも多く存在し、それらの安全な処理方法の確立が早急の課題となっている。
難分解性の人工合成化合物として代表的なものに、ハロゲン化有機物がある。従来、種々のハロゲン化有機物が農薬などに使用されており、土壌の汚染、農作物の汚染など人体への影響が懸念されている。例えば、殺虫剤としてDDTやディルドリン、ヘキサクロロシクロヘキサンなどが知られている。
【0003】
また、ハロゲン化有機物は溶剤として広く使われている。例えば、テトラクロロエチレンやトリクロロエチレンは、ドライクリーニング工場で洗剤として、あるいはマイクロチップ製造現場などでグリースの除去のために用いられている。また、クロロホルム、四塩化炭素、塩化メチレンなども工業的に用いられている。さらに、ポリ塩化ビフェニル(以下PCBと記す)や、トリクロロベンゼン(以下TCBと記す)などが絶縁油、熱媒体、感圧紙などに広く使用されていた。
【0004】
これらのハロゲン化有機物は、一般に微生物により容易には分解されないので、環境内に長く残留するものが多い。そして、これらは難分解性で処理が困難であるばかりでなく、燃焼すると有害な物質を発生する可能性がある。つまり、ハロゲン化有機物を例えば300〜900℃程度、特に400℃付近の比較的低温度で燃やすと、きわめて毒性の強いダイオキシンが大量に生成することが知られている。したがって、ハロゲン化有機物の処理に当たっては、厳しい法規制のもとで、有害廃棄物専用の高温燃焼炉での焼却処理が行われている。
【0005】
ここで、PCBとはビフェニルの2個以上の水素を塩素で置換した化合物の総称をいう。かかるPCB類は含有塩素量によってその形態が異なり、金属に対して安定で、絶縁性、不燃性、高脂溶性、可塑性などに大変優れているため、電気製品、熱媒体、感圧紙等の工業製品に広く使用され、それら各製品に含有された状態で、あるいは1重量%以上のPCBを含む高濃度PCBまたは1重量%以下のPCBを含む低濃度PCB(廃油)として処理されずに保管されてきている。しかし、PCBは化学的に非常に安定で長期にわたって自然分解されることなく残留するため、人体への影響のみならず地球環境に深刻な影響をもたらすことが問題となっている。
【0006】
従って、このようなPCB類を人工的に分解処理する必要がある。かかるPCB類の分解方法としては、従来から、焼却法以外に脱塩素化分解法、水熱酸化分解法、水素供与物質による還元熱・化学分解法、紫外線照射法等による光分解法が知られている。これらのうち紫外線照射法は、PCBを極性有機溶媒中に溶かして紫外線を照射することにより脱塩素するものであり、常温・常圧で処理できるために安全性が高いという点で有利性がある。紫外線照射により分解しきらなかったPCBは、従来、生物処理または触媒処理等によって無害化していた。
【0007】
このような背景から、近年、例えばPCB等の含塩素系有機化合物を紫外線等で分解処理する、有害有機塩素系化合物の分解処理方法が提案されている。本発明者らは、特願2001−021786号等にてこのような分解処理方法を提案している。
【0008】
これらの提案で、従来発明者らは、紫外線照射と生物処理を組み合わせたPCB等のハロゲン化有機物の分解法の開発を行ってきた。しかし、生物処理はPCBの分解速度が極めて遅いため、処理できる量が少ない。さらに、生物処理には培養等の特殊な操作が必要とされる。さらに生物処理は、通常は安定した性能を示すが、雑菌の混入等により、PCBを分解できないことがある。以上のようにハロゲン化有機物の生物処理は問題を抱えている。
また、PCBの分解反応により生成する塩は、アルカリ水溶液に蓄積されるために、これを安定的にかつPCBを除いて安全に排出することが必要である。
【0009】
ここで、卒業基準とは、日本の「廃棄物の処理および清掃に関する法律」(昭和45年12月25日 法律137号)によって規定されている用語であり、その意味するところは、「通常の廃棄物として処理できる基準」ということである。卒業基準の具体的な値も法律によって規定されており、例えば、水であれば検液1リットルあたりPCBは0.003ミリグラム(すなわち3ppb)、油であれば試料1キログラムあたりPCBは0.5ミリグラム(すなわち0.5ppm)である。PCBの含有量が、これらの値を下回る場合には、検液全体あるいは試料全体を通常の廃棄物として処理できることとなる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、生物による分解処理を必要としない、簡易で経済的なハロゲン化有機物の分解処理方法を提供する。さらに、ハロゲン化有機物の分解において生成する塩を安全に系外に排出する方法を提供する。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために、以下に述べるハロゲン化有機物の分解処理方法を提供する。
すなわち、本発明は、分解処理対象となるハロゲン化有機物を極性有機溶媒と混合し、アルカリ溶液を添加した被処理液にエネルギー線を照射する光化学処理工程と、該光化学処理工程を経た光化学処理液を、分離有機相と分離アルカリ水溶液相に分離する二相分離工程と、上記分離有機相を蒸発させることで、蒸発有機溶媒と、蒸発缶出物とにさらに分離する蒸発工程と、上記分離アルカリ水溶液相から塩を除去する塩除去工程とを含み、生物処理工程を不要としてなるハロゲン化有機物の分解処理方法を提供する。好ましくは、上記ハロゲン化有機物の分解処理方法は、上記蒸発缶出物を蒸留する蒸留工程をさらに含む。また、上記蒸留工程での蒸留缶出物は、必要に応じて光化学処理工程の上流に送ってもよい。さらに、上記蒸留工程で、複数段の充填層を備えた精密蒸留装置により蒸留を行うと好適である。
【0012】
また、上記塩除去工程を経た塩除去アルカリ水溶液を、光化学処理工程の上流に送ると好ましい。また、上記塩除去工程で除去された塩を溶解させた塩含有水溶液は、上記蒸発工程、または、上記蒸留工程に送ってもよい。あるいは、上記塩含有水溶液は、有機溶剤により洗浄し、上記塩に含まれているハロゲン化有機物を抽出する洗浄工程に送ってもよい。このとき、上記洗浄工程を経た洗浄塩含有水溶液は上記蒸発工程、または、上記蒸留工程に送ってもよく、もしくは、放流してもよい。
好ましくは、上記蒸発工程は、1.2重量%以上のアルカリ存在下、1atm、80〜100℃で加熱することにより行う。また、好ましくは、上記光化学処理工程は、ハロゲン化有機物1gあたり6Wh以上の有効エネルギー線を照射させることにより行う。
【0013】
また、本発明は、別の側面においてハロゲン化有機物の分解処理装置を提供する。
すなわち、本発明は、分解処理対象となるハロゲン化有機物を極性有機溶媒と混合し、アルカリ溶液を添加した被処理液にエネルギー線を照射する光化学処理装置と、該光化学処理工程を経た光化学処理液を、分離有機相と分離アルカリ水溶液相に分離する二相分離装置と、上記分離有機相を蒸発させることで、蒸発有機溶媒と、蒸発缶出物とにさらに分離する蒸発装置と、上記分離アルカリ水溶液相から塩を除去する塩除去装置とを含み、生物処理工程を不要としてなるハロゲン化有機物の分解処理装置を提供する。好ましくは、上記ハロゲン化有機物の分解処理装置は、上記蒸発缶出物を蒸留する蒸留装置を含む。また、上記ハロゲン化有機物の分解処理装置が、上記塩除去装置で除去された塩を溶解させた塩含有水溶液を、有機溶剤により洗浄し、上記塩に含まれていたハロゲン化有機物を抽出する洗浄装置を含むとさらに好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して説明する。もっとも、以下に挙げる実施の形態は、本発明を限定するものではない。
【0015】
図1は、本発明に係る第1の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
分解処理の対象であるPCB1(ハロゲン化有機物)を、水素供与体として働く極性有機溶媒であるイソプロピルアルコール(以下IPAと記す)2、および、水酸化ナトリウム水溶液3(アルカリ水溶液)と溶解工程101にて混合する。
【0016】
説明の便宜上、本実施の形態では分解処理の対象となるハロゲン化有機物として、PCBを挙げたが、ハロゲン化有機物はPCBに限定されるものではない。ハロゲン化有機物として、PCBの他に、TCB、DDT、ディルドリン、ヘキサクロロシクロヘキサン、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、クロロホルム、四塩化炭素、塩化メチレンあるいはそれらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、水素供与体である極性有機溶媒としてIPA、メチルアルコール、エチルアルコールあるいはそれらの混合物等を用いることができる。しかし、これらには限定されない。特に、ハロゲン化有機物の塩素を分解するときの水素の供与性が良好であるために、IPAを用いることが好ましい。
同様に、アルカリ水溶液は水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化アンモニウム水溶液あるいはそれらの混合物等を用いることができるが、これらには限定されない。
【0017】
溶解工程101で、PCB1をIPA2に溶解するに当たっては、室温で適当な量を混合することで簡単に溶解することができる。このときIPA2と水酸化ナトリウム水溶液3との混合割合は任意とされるが、例えば重量比で30:70〜70:30程度とされる。溶解工程101は通常の攪拌機付きのタンクのような装置を用いて行うことができる。
【0018】
ここで、溶解後の溶液である被処理液4における適当なハロゲン化有機物濃度は、ハロゲン化有機物および極性有機溶媒の種類等により異なる。例えば、五塩化物を主成分とするPCBをIPAに溶解する場合、PCB濃度は2.0重量%以下となるように調整することが好ましい。
また、アルカリ水溶液の濃度は30重量%以上、飽和溶解度以下とすることが好ましい。ここで、水酸化ナトリウムの飽和水溶液濃度は温度に依存するものであり、20℃において52重量%、40℃において56重量%、60℃において64重量%である。飽和溶解度を超えると、溶けきれないアルカリが紫外線を遮断する問題が発生する。また、以下で説明する分離有機相6中のアルカリ濃度を5g/L以上とすることにより、被処理液4は肉眼で識別できる程度に二相に分離するため、このアルカリ濃度を満足するように調整すると好ましい。
【0019】
本実施形態においては溶解工程101について説明した。しかし、溶解工程101は必ずしも本発明に係るハロゲン化有機物の分解処理方法には含まれる必要はない。例えば、所定値の濃度になるように別の場所で調整された被処理液4を処理対象としてもよい。
【0020】
以上のように混合した被処理液4は、次に光化学処理工程102に送る。ここで、エネルギー線として紫外線を照射することで、被処理液4に含まれるPCBを分解する。
【0021】
分解処理の対象がPCBのとき、紫外線の光源は、波長が254nmの低出力低圧紫外線ランプを使用することが好ましいが、その他にも高出力低圧紫外線ランプや高圧紫外線ランプなども用いることができる。必要とされる紫外線照射エネルギーは、PCB1g当たり通常6〜30Wh、好ましくは8〜24Whである。しかし、PCB以外の分解処理対象については当該ハロゲン化有機物の種類及び溶媒の種類等に応じて、エネルギー線の適当な波長および必要なエネルギーは異なる。
なお、このときの反応温度は40℃以上、好ましくは50℃以上、好ましくは50〜60℃とすることにより、IPA中のアルカリ濃度を高め、脱塩素化反応を促進することができる。
このような光化学処理工程102としては、具体的には、円柱状の容器に長さ1m程度のランプが同心円状に数十本配置されたもので、被処理液4は容器の下部から供給されランプに平行に流れ上部から出ていき循環して下部に戻る方式の装置を用いて行うことができる。しかし、本発明の光化学処理工程102に使用する装置は、一定の形態に限定されるものではない。
【0022】
なお、このPCBの脱塩素化反応は、例えば、塩素数が5個であるPCBが完全にビフェニルに分解されるとき、以下の反応式で示すことができる。
・C12H5Cl5(PCB)+5H2 → C12H10(ビフェニル)+5HCl(塩酸)
・5C3H8O(IPA) → 5C3H6O(アセトン)+5H2
・5HCl+5NaOH → 5NaCl+5H2O
生成した酸は、上記反応系の中に加えてあるアルカリによって中和され塩を生成する。
【0023】
光化学処理工程102を経た光化学処理液5は、次に二相分離工程103に送る。この工程で、二相に分離した光化学処理液5は上相の分離有機相6と下相の分離アルカリ水溶液相7に分ける。
【0024】
二相分離工程103で光化学処理液5を分離する前に、必要に応じて光化学処理液5にアルカリ水溶液を添加し、分離有機相6中のアルカリ濃度を5g/L以上とする。アルカリ濃度をこの範囲とすることにより、光化学処理液は肉眼で識別できる程度にIPA相と水相との二相にはっきりと分離する。当然であるが、あらかじめ非処理液のアルカリ濃度をこの濃度に調節しておけば、この段階でアルカリ水溶液を添加する必要はない。
【0025】
上相の分離有機相6は次に蒸発工程104に送る。ここで、分離有機相6を蒸発させ、ガスとして蒸発有機溶媒8(主にIPAおよびアセトンを含む)を留出させ、底部に蒸発缶出物9(主にビフェニル、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウムを含む)を得る。
なお、分解処理の対象がPCBのとき、蒸発工程104では、1.2重量%以上のアルカリが存在する分離有機相6を大気圧下で、約100℃に、2〜3時間加熱し、蒸発有機溶媒8を蒸発させる。また、かかる方法以外にも、減圧して100℃以下で蒸発させることも可能である。しかし、PCB以外の分解処理対象については当該ハロゲン化有機物の種類及び溶媒の種類等に応じて、蒸発処理の好適な条件は異なる。
【0026】
蒸発有機溶媒8(主にIPAおよびアセトンを含む)は分離工程105に送り、蒸留操作により回収極性有機溶媒51(主にIPAを含む)と非極性有機溶媒10(主にアセトンを含む)に分離する。回収極性有機溶媒51は、溶解工程101に返送し、再利用する。また、非極性有機溶媒10は、有効な燃料として利用することができる。ここで、非極性有機溶媒10は、PCBの光化学処理工程において、水素供与体である極性有機溶媒(IPA2)が酸化されて生成したものである。ハロゲン化有機物の分解処理にIPAを再利用する際には、IPAからアセトンを積極的に除去する必要がある。
分離工程105における蒸留手段としては、充填層(充填塔)、棚段(棚段塔)、流下液膜などの方式を利用することができ、中でも構造が簡便で、かつ十分な効果が得られる充填層が好ましい。これにより、沸点の低いアセトンを十分にIPAから分離できる。
【0027】
二相分離工程103で分離された分離アルカリ水溶液相7(主に水酸化ナトリウム、塩化ナトリウムを含む)は、次に濃縮工程106に送る。濃縮工程106では、水54を蒸発させることで、分離アルカリ水溶液相7を濃縮する。この工程により、光化学処理工程102でのハロゲン化有機物の分解反応で生じる水を除去することができる。この時、分離アルカリ水溶液相7に含まれている塩化ナトリウムが飽和すると、塩化ナトリウムは析出する。
【0028】
濃縮工程106で濃縮された濃縮アルカリ水溶液11は、次に塩除去工程107に送る。塩除去工程107では、塩フィルタで物理的に塩(主に塩化ナトリウムを含む)を捕集する。これにより、光化学処理工程102でのハロゲン化有機物の分解反応で生じる塩を、濃縮アルカリ水溶液11から除去する。塩除去工程107を経た塩除去アルカリ水溶液12(主に水酸化ナトリウムを含む)は、溶解工程101に返送し、水酸化ナトリウム水溶液(アルカリ水溶液)として再利用する。
【0029】
塩除去工程107における塩の除去は、塩フィルタによる物理的な塩の捕集により行うことができるが、これに限定されるものではない。また、塩除去工程107において塩フィルタに捕集された塩は、図示しない切替え装置により、塩フィルタに水55を導入することで溶解させ、塩含有水溶液13として塩フィルタから取り除く。
好ましくは、複数の塩フィルタを設け、捕集した塩を塩フィルタから取り除く際、他の塩フィルタを用いて塩除去処理を行うことで、塩除去工程を滞りなく、連続的に行うことができる。特に好ましくは、2つの塩フィルタを設けることで、一方の塩フィルタから塩を取り除く際、他方の塩フィルタを用いて塩除去処理を行う。
【0030】
塩含有水溶液13は、蒸発工程104の缶出物である蒸発缶出物9(主にビフェニル、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウムを含む)、および、必要に応じて回収極性有機溶媒52(主にIPAを含む)と共に、蒸留工程108へと送る。これらの混合物は、蒸留工程108で蒸留することで、回収極性有機溶媒53(主にIPAを含む)、水56の順に留出させる。この回収極性有機溶媒53は、溶解工程101に返送し、再利用する。
なお、分解処理の対象がPCBのとき、蒸留工程は、圧力30Torrから100Torrにおいて15〜22時間、蒸留操作を行うことで、実施することができる。しかし、PCB以外の分解処理対象については当該ハロゲン化有機物の種類及び溶媒の種類等に応じて、蒸留処理の好適な条件は異なり、一定の値に限定されるものではない。
【0031】
水56は、PCB濃度が卒業基準である0.003mg/L以下となっていることを確認し、放流水として河川等に放流する。また、蒸留工程109の缶出物である蒸留缶出物14は、PCB濃度が卒業基準である0.5mg/kg以下となっていることを確認し、油として焼却処理する。食塩を含む物質を燃焼すると、炉の材料が食塩の塩素により腐食を起こす。そこで、焼却処理に当たっては、水酸化カルシウムを添加して通常焼却することで、燃焼炉の材料腐食を抑えることができる。
【0032】
図2は、本発明に係る第2の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
第2の実施の形態における溶解工程101、光化学処理工程102、二相分離工程103、蒸発工程104、分離工程105、濃縮工程106、塩除去工程107は、第1の実施の形態と同様に行うことができるため、ここでは説明を省略する。
【0033】
第2の実施の形態において、塩除去工程107を経た塩含有水溶液13は、蒸留工程108ではなく、洗浄工程109に送る。洗浄工程109で、塩含有水溶液13は有機溶剤15により洗浄する。PCBは水には不溶であるが、IPAやノルマルヘキサン等の有機溶剤に対しては十分な溶解度を持っていることが知られている。これにより、塩含有水溶液13に微量に含まれているPCBは有機溶剤15に確実に移行する。
洗浄工程109を経た洗浄塩含有水溶液16は、PCB濃度が卒業基準である0.003mg/L以下となっていることを確認し、放流水として河川等に放流する。
【0034】
このとき蒸発工程104の缶出物である蒸発缶出物9(主にビフェニル、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウムを含む)は、必要に応じて回収極性有機溶媒52により蒸留工程108へ送り、蒸留処理する。この後は、第1の実施の形態と同様に行うことができる。
【0035】
なお、有機溶剤15としてIPAおよびノルマルヘキサンが利用できるが、これらに限定されない。ここで使用する有機溶剤としては、常温で液体であり、水には不溶であり、水との比重差が十分にあり、かつ処理対象であるハロゲン化有機物を十分に溶解できれば足りるものであり、ノルマルヘキサン以外にも、側鎖のついた各種イソヘキサンや、環状のシクロヘキサンが利用できる。また、炭素数が6の各種ヘキサンの他にも、炭素数が6以外の炭化水素、例えば、各種ペンタンや各種ヘプタンも利用できる。また、二重結合や三重結合を有する炭化水素であってもよい。また、炭素および水素以外の元素を含んでいるものであってもよい。さらに、純粋な物質に限らず、これらの混合物であってもよい。これらの中でもノルマルヘキサンは入手しやすいので有利である。また、ここで使用した有機溶剤は蒸留操作によって再生可能であり、これを考慮に入れると、実質的に純粋なものであると蒸留分離しやすいのでさらに有利である。
【0036】
図3は、本発明に係る第3の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
第3の実施の形態における溶解工程101、光化学処理工程102、二相分離工程103、蒸発工程104、分離工程105、濃縮工程106、塩除去工程107、洗浄工程109は、第2の実施の形態と同様に行うことができるため、ここでは説明を省略する。
【0037】
第3の実施の形態において、蒸発工程104の缶出物である蒸発缶出物9(主にビフェニル、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウムを含む)は、必要に応じて回収極性有機溶媒52により蒸留工程108へ送り、ここで蒸留処理する。このとき、複数段の充填層を備えた精密蒸留装置を用いて蒸留を行うことで、蒸発缶出物9を、回収極性有機溶媒53(主にIPAを含む)、水56、ビフェニル17の順に蒸気圧の高い物質から留出することができる。
【0038】
ここで、回収極性有機溶媒53は、溶解工程101に返送し、再利用する。水56は、PCB濃度が卒業基準である0.003mg/L以下となっていることを確認し、放流水として河川等に放流する。また、ビフェニル17は、PCB濃度が卒業基準である0.5mg/kg以下となっていることを確認し、油として焼却処理する。蒸留工程108の缶出物である蒸留缶出物14(主にビフェニルを含む)は、溶解工程101に返送し、再び紫外線によるPCB分解処理を行う。
【0039】
なお、第3の実施の形態における蒸留操作の条件は、例えば分解処理対象をPCBとし、IPAを溶媒として用いたとき、12〜15段の充填物付きの回分式精密蒸留装置で、留出温度130℃から140℃まで、圧力70Torrから30Torrまで、約15時間で行うことができる。しかし、PCB以外の分解処理対象については当該ハロゲン化有機物の種類及び溶媒の種類等に応じて、蒸留処理の好適な条件は異なり、一定の値に限定されるものではない。
【0040】
図4は、本発明に係る第4の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
第4の実施の形態における溶解工程101、光化学処理工程102、二相分離工程103、分離工程105、濃縮工程106、塩除去工程107は、第1の実施の形態と同様に行うことができるため、ここでは説明を省略する。
【0041】
第4の実施の形態において、塩除去工程107を経た塩含有水溶液13は、分離有機相6と共に、蒸発工程104に送る。これらの混合物を、蒸発工程104で、アルカリ存在下において蒸発処理し、ガスとして蒸発有機溶媒8(主にIPAおよびアセトンを含む)を留出させ、底部に蒸発缶出物9(主にビフェニル、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウムを含む)を得る。
このとき、分解処理対象(三塩化物を主体とするPCBまたは五塩化物を主体とするPCB等)の違いや、有効エネルギー線の照射時間の増大による分解や蒸発工程での加熱温度・時間による若干の分解の効果や、蒸発缶出物9を洗い流す時のIPA量の混合により、蒸発缶出物9をIPAで洗い流した流出物中のPCB濃度が卒業基準である0.5mg/kg以下となる場合、この流出物は油として焼却処理できる。また、蒸発有機溶媒8(主にIPAおよびアセトンを含む)は分離工程105に送る。
なお、第4の実施の形態における蒸発工程104では、分解処理の対象がPCBのとき、1.2重量%以上のアルカリ存在下で、80〜100℃、1atm、2〜3時間蒸発処理を行う。しかし、PCB以外の分解処理対象については当該ハロゲン化有機物の種類及び溶媒の種類等に応じて、蒸留処理の好適な条件は異なり、一定の値に限定されるものではない。
【0042】
図5は、本発明に係る第5の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
第5の実施の形態における溶解工程101、光化学処理工程102、二相分離工程103、分離工程105、濃縮工程106、塩除去工程107、洗浄工程109は、第4の実施の形態と同様に行うことができるため、ここでは説明を省略する。
【0043】
第5の実施の形態においては、塩除去工程107を経た塩含有水溶液13は、蒸発工程104ではなく、洗浄工程109に送る。洗浄工程109で、塩含有水溶液13は有機溶剤15により洗浄する。これにより、塩含有水溶液13に微量に含まれているPCBは有機溶剤15に確実に移行する。上述したように、有機溶剤15としてIPAやN−ヘキサン等が使用できるが、これらに限定されない。
洗浄工程109を経た洗浄塩含有水溶液16は、PCB濃度が卒業基準である0.003mg/L以下となっていることを確認し、放流水として河川等に放流する。
【0044】
このとき蒸発工程104には、二相分離工程102で分離した上相の分離有機相6を送る。ここで、分離有機相6を蒸発させ、ガスとして蒸発有機溶媒8(主にIPAおよびアセトンを含む)を留出させ、底部に蒸発缶出物9(主にビフェニル、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウムを含む)を得る。
蒸発缶出物9は、PCB濃度が卒業基準である0.5mg/kg以下とし、油として焼却処理できる。また、蒸発有機溶媒8(主にIPAおよびアセトンを含む)は分離工程105に送る。
なお、第5の実施の形態における蒸発工程104では、分解処理の対象がPCBのとき、1.2重量%以上のアルカリ存在下で、80〜100℃、1atm、2〜3時間蒸発処理を行う。しかし、PCB以外の分解処理対象については当該ハロゲン化有機物の種類及び溶媒の種類等に応じて、蒸留処理の好適な条件は異なり、一定の値に限定されるものではない。
【0045】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例は、本発明を限定するものではない。本実施例では、図1に示す第1の実施形態に係る方法により、PCBの分解処理を行った。
【0046】
処理対象は、主成分として五塩化ビフェニルを含むPCBであって、PCB濃度が10,000mg/LのPCB溶液を用いた。本実施例では、溶解が既に行われている試料を被処理液4として用いて分解処理を行った。また、紫外線処理工程において、45重量%の高濃度の水酸化ナトリウムを使用した。
光化学処理工程102において、被処理液4に波長254nm、2.4kWの紫外線を10時間程度照射することで、光化学処理液5中のPCB濃度は、0.075mg/Lとなった。
この光化学処理液5は二相分離工程103へ送り、分離有機層6と分離アルカリ水溶液相7に分離した。このとき、分離有機相6は、1.31重量%の水酸化ナトリウムを含んでいた。次に分離有機相6を蒸発工程104に送った。ここで、常圧、100℃程度で2.5時間の蒸発処理により、蒸発缶出物9をIPAで洗い流した流出物中のPCB濃度は1.5mg/kg以下となった。
一方、分離アルカリ水溶液相7は濃縮工程16に送った。ここで加熱し、水54を分離することで、分離アルカリ水溶液相7を濃縮した。このとき塩化ナトリウムが析出した。ここで濃縮した濃縮アルカリ水溶液11は塩除去工程107へ送り、析出した塩化ナトリウムを塩フィルタにて捕集した。捕集した塩化ナトリウムは、図示しない切替え装置により、塩フィルタに水55を導入することで溶解させ、塩含有水溶液13として塩フィルタから取り除いた。
【0047】
この塩含有水溶液13は、蒸発缶出物9と共に蒸留工程108に送った。この混合物を、圧力30Torr程度で蒸留すると、蒸留塔上部の温度が上昇するにつれて、最初に回収極性有機溶媒52(IPA)、次に水56が留出した。このとき留出した水56中のPCB濃度は、3ppb以下であり、卒業基準を満たしていた。
また、蒸留後に残った蒸留缶出物14は、ビフェニル、水酸化ナトリウム、塩化ナトリウム、極微量のPCBとこれら固体混合物を流し出すための回収極性有機溶媒52(IPA)の混合物であった。この混合物は、PCB濃度が0.5mg/kg以下であり、卒業基準を満たしていた。
【0048】
【発明の効果】
上記したところから明らかなように、本発明は、光化学処理、蒸発処理および必要に応じて蒸留処理を行うことでハロゲン化有機物を分解する、簡易で経済的なハロゲン化有機物の分解処理方法を提供し、このハロゲン化有機物の分解処理方法は生物による分解処理を必要としない。さらに、生物処理を経ないハロゲン化有機物の分解処理方法を円滑に運用するために、ハロゲン化有機物の分解において生成する塩を安全に系外に排出する方法を提供する。
また、本発明に係るハロゲン化有機物の分解処理方法によると、極性有機溶媒、アルカリ水溶液等の各種の溶媒をきわめて効率よく再利用でき、なおかつ、焼却処分する缶出物中の水分を効率よく除去することができる。なお、卒業基準を満たさない物質は、再び光化学処理を行う、あるいは、有機溶剤により洗浄することで、適宜処理することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
【図2】本発明に係る第2の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
【図3】本発明に係る第3の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
【図4】本発明に係る第4の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
【図5】本発明に係る第5の実施形態によるハロゲン化有機物の分解処理工程を表すブロック図である。
【符号の説明】
1 PCB
2 IPA
3 水酸化ナトリウム水溶液
4 被処理液
5 光化学処理液
6 分離有機相
7 分離アルカリ水溶液相
8 蒸発有機溶媒
9 蒸発缶出物
10 非極性有機溶媒
11 濃縮アルカリ水溶液
12 塩除去アルカリ水溶液
13 塩含有水溶液
14 蒸留缶出物
15 有機溶剤
16 洗浄塩含有水溶液
17 ビフェニル
51、52、53 回収極性有機溶媒
54、55、56 水
101 溶解工程
102 光化学処理工程
103 二相分離工程
104 蒸発工程
105 分離工程
106 濃縮工程
107 塩除去工程
108 蒸留工程
109 洗浄工程
Claims (13)
- 分解処理対象となるハロゲン化有機物を極性有機溶媒と混合し、アルカリ溶液を添加した被処理液にエネルギー線を照射する光化学処理工程と、
該光化学処理工程を経た光化学処理液を、分離有機相と分離アルカリ水溶液相に分離する二相分離工程と、
上記分離有機相を蒸発させることで、蒸発有機溶媒と、蒸発缶出物とにさらに分離する蒸発工程と、
上記分離アルカリ水溶液相から塩を除去する塩除去工程と
を含み、生物処理工程を不要としてなるハロゲン化有機物の分解処理方法。 - 上記蒸発缶出物を蒸留する蒸留工程をさらに含む請求項1に記載のハロゲン化有機物の分解処理方法。
- 上記蒸留工程での蒸留缶出物を、光化学処理工程の上流に送ることを含む、請求項2に記載のハロゲン化有機物の分解処理方法。
- 上記蒸留工程で、複数段の充填層を備えた精密蒸留装置により蒸留を行う、請求項2または請求項3に記載のハロゲン化有機物の分解処理方法。
- 上記塩除去工程を経た塩除去アルカリ水溶液を、光化学処理工程の上流に送ることを含む、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のハロゲン化有機物の分解処理方法。
- 上記塩除去工程で除去された塩を溶解させた塩含有水溶液を、上記蒸発工程、または、上記蒸留工程に送ることを含む、請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のハロゲン化有機物の分解処理方法。
- 上記塩除去工程で除去された塩を溶解させた塩含有水溶液を、有機溶剤により洗浄し、上記塩に含まれているハロゲン化有機物を抽出する洗浄工程を含む、請求項1または請求項5に記載のハロゲン化有機物の分解処理方法。
- 上記洗浄工程を経た洗浄塩含有水溶液を上記蒸発工程、または、上記蒸留工程に送る、もしくは、放流することを含む、請求項7に記載のハロゲン化有機物の分解処理方法。
- 上記蒸発工程を、1.2重量%以上のアルカリ存在下、1atm、80〜100℃で加熱することにより行う、請求項1ないし請求項8のいずれかに記載のハロゲン化有機物の分解処理方法。
- 上記光化学処理工程で、ハロゲン化有機物1gあたり6Wh以上の有効エネルギー線を照射させることにより行う、請求項1ないし請求項9のいずれかに記載のハロゲン化有機物の分解処理方法。
- 分解処理対象となるハロゲン化有機物を極性有機溶媒と混合し、アルカリ溶液を添加した被処理液にエネルギー線を照射する光化学処理装置と、
該光化学処理工程を経た光化学処理液を、分離有機相と分離アルカリ水溶液相に分離する二相分離装置と、
上記分離有機相を蒸発させることで、蒸発有機溶媒と、蒸発缶出物とにさらに分離する蒸発装置と、
上記分離アルカリ水溶液相から塩を除去する塩除去装置と
を含み、生物処理工程を不要としてなるハロゲン化有機物の分解処理装置。 - 上記蒸発缶出物を蒸留する蒸留装置を含む請求項11に記載のハロゲン化有機物の分解処理装置。
- 上記塩除去装置で除去された塩を溶解させた塩含有水溶液を、有機溶剤により洗浄し、上記塩に含まれていたハロゲン化有機物を抽出する洗浄装置を含む、請求項11または請求項12に記載のハロゲン化有機物の分解処理装置。
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JP2002234774A JP2004073312A (ja) | 2002-08-12 | 2002-08-12 | ハロゲン化有機物の分解処理方法及び装置 |
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JP2009270135A (ja) * | 2008-05-01 | 2009-11-19 | Fujifilm Corp | 成膜方法 |
US8873624B2 (en) | 2004-10-15 | 2014-10-28 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Apparatus and method for generating a coded video sequence and for decoding a coded video sequence by using an intermediate layer residual value prediction |
US20200172412A1 (en) * | 2017-08-31 | 2020-06-04 | Solable Sas | Water treatment apparatus |
-
2002
- 2002-08-12 JP JP2002234774A patent/JP2004073312A/ja not_active Withdrawn
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