JP2005000193A - 有害物質の浄化処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイオキシン類等の複数種の有害物質を含んだ廃液を、効率的かつ簡便に無害化処理することができる浄化処理装置及び方法を提供する。
【解決手段】有害物質をプラズマと触媒作用で分解無毒化する浄化装置において、プラズマ発生電極を分割し、それぞれの有害物質に適合した触媒電極に印加電圧をスキャニングさせることにより、複数種の有害物質を含んだ廃液を分解処理して無毒化させる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有害物質を処理する装置及び方法に係り、特に有害物質を気体状にして分解処理することにより有害物質を除去させる浄化処理装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題に対する関心が高まりそれにともなって有害物質に対する規制が進み、ごみ焼却炉等で発生するさまざまな有害物質を厳しく抑制することが要請されている。
【０００３】
一方、有害物質の規制が強化されるにつれ有害物質の分析ニーズが急増し、分析頻度が増しその結果分析済み廃液の発生量が増加している。
その分析済み廃液の処理方法として、活性汚泥法、凝集沈殿法、活性炭吸着法などが開発されているが、対象物質を汚泥や活性炭に移行させるにとどまり、有害物質を無害化するには至っていない。そのため、増え続ける有害廃液の有効な処理対策が切望されている。
【０００４】
そこで、有害物質の中でも特に毒性の強いダイオキシンについて、プラズマと触媒とを併用した浄化装置が開発されている（特開２００１−３００２９７号公報等のＰＡＣＴ方法及び装置）。これはプラズマ発生電極として金属系又は非金属系の触媒を利用することにより、ダイオキシンの無害化を指向したものである。
【０００５】
しかし、これらのＰＡＣＴ方法及び装置は、プラズマ発生電極用の触媒を有害物質ごとに取り替えなければならず、そのため同一電極で有害物質の混合物を処理しようとすると処理効率が低くなり充分に無害化できないという問題点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、複数種の有害化学物質を適切にオンサイト（現場）で無害化処理することができ、かつコンパクトで簡易な浄化処理装置及び方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
まず、浄化装置の内部電極１を複数種類の金属系又は非金属系の触媒部材で形成する（図３）。従来の浄化装置は単一種類の触媒部材であったため反応する化学物質が限定され、さまざまな種類の処理物質に対して触媒電極をその都度変更する必要があった。そこで、本発明は浄化装置の触媒電極を多段階に分割して並列配置することにより、種々の処理物質に対してもいちいち触媒電極を変更することなく浄化処理を遂行することができる。
【０００８】
また、浄化装置の外部電極２をも複数に分割して上記内部触媒電極に対向するように並列配置したので（図３）、それぞれの化学物質に適合した触媒に対応して両電極間においてプラズマを発生させることができる。
【０００９】
従来の装置では、浄化装置３は水平に設置されていた。しかし、有害物質の分子量は大きいものが多いため、水平にすると装置下部にガスが溜まりやすくなり、また装置全体の温度を均一に保つことが困難であった。そこで、本発明は浄化装置３を垂直に設置し、温度センサー１５を配置して適正な温度管理をすることにより、反応物質の活性種分布の均一化をはかった（図１，２）。
【００１０】
浄化装置における内部触媒電極１と外部電極２とに対し高周波電源８からの電圧を印加し、プラズマ励起と触媒活性との融合作用によって有害物質を分解させる（図１）。そこで有害物質の分解を完全に完了させるため、反応中は次の電極に印加せず反応終了後に次の電極へ移行するようにスキャニング（走査）する。分解を完全に完了させるために必要な最小時間が分かれば、適切な時間間隔で順次印加することにより最適な電圧制御が可能となる。
【００１１】
浄化装置３の前段に気化装置４を設け、過熱によって液体ないし固体状の有害処理物質を気化させる。また気化装置４の下部に焼結フィルターを装着し、さらにフィルター上部にはガラスウールを詰めることにより熱容量を増やし、気化率を向上させるとともに結露を防止し、また不揮発性成分の除去を容易にする（図５）。
【００１２】
また、浄化装置３の後段に冷却回収部５を設置し、これに簡易分析装置又はセンサーを取り付けることにより、液化した分解後の有害成分の分解生成状態をオンサイトで検出、分析、解析することができる。
なお、上記簡易分析装置又はセンサーは、浄化装置３の後段に直接取付けることができる。
【００１３】
浄化装置３に作動状態モニタセンサーを取りつけ、プラズマ及び触媒作用による反応の進行を電気的に可視化し、作業状態をモニタリングするようにすることができる。こうすることにより反応終了段階を正確に把握することができ、電力消費を最小に抑えることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る有害物質の処理システムの実施形態を図面に基づいて説明する。
有害処理物質が廃液である場合、まず処理物質を有機溶媒に溶かし、図５に示すように定量供給ポンプ９に接続した気化装置４の溶液導入部１０に流入させる。気化装置４はパイレックスガラス製で、キャリアガスを供給するキャリアガス導入部１１を設ける。気化装置４内に挿入されている焼結フィルター６の上部にはガラスウール７を詰め、熱容量を増加させることにより処理廃液をより気化しやすくし、また廃液中の不揮発性成分を付着させて除去させる。
【００１５】
ここで、有機溶媒としては従来トルエンが利用されていたが、浄化装置３及び冷却回収部５などに反応生成物の付着が起こることから本発明ではヘキサンを採用し、生成物の残渣を大幅に減少させることに成功した。また、浄化装置に導入するキャリアガスとして従来窒素が用いられていたが、空気や酸素を含んだ気体を用いることにより、酸素含有活性生成物の発生による有害物質の分解反応への寄与が期待できる。
【００１６】
気化した有害物質は、図２に示す石英製の浄化装置３に導入する。図３に示すように浄化装置の内部電極１は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、及びＦｅ等の触媒金属を多段階に並列配置したものである。また、外部電極２はＡｌかＣｕ製の分割電極とし、それぞれ分割内部電極に対向させる。内部電極１及び外部電極２に高周波電源８から電圧を印加してプラズマ１２を発生させ（図４）、プラズマ１２中に気体状の有害物質を導入する。内部電極１は、初期状態では浄化装置３内の上部に設置され、分解の開始とともにパルス電圧が印加されて下部へ移動し、有害物質の処理に適した触媒部に移行した時に分解反応が促進される。
【００１７】
浄化装置３の後段には、気体の冷却回収部５を接続する。冷却回収部５はパイレックスガラス製で冷却水循環ポンプ１３を接続し、反応後の気体を水冷により液化する（図１）。
【００１８】
以上をまとめた装置全体の概要図を図１に示す。内部電極１及び外部電極２への印加電圧とその周波数、気化装置４に流入させる廃液流量、気化装置４及び浄化装置３内の温度をパソコン１４で一元管理し、システム全体の作動状態をモニタリングできるようにする。ここで、分解後に引き続いて電圧を印加すると新たな有害物質を再結合させてしまう可能性があるため、分解終了後はスキャニングを止められるように気化温度や印加電圧等をパソコン１４で制御し、分解完了後の反応生成物が再結合しないようにコントロールすることにより、不要な反応を抑制して過剰なエネルギー消費を抑えることができる。
【００１９】
【実施例】
本発明の浄化処理装置によって、ダイオキシンの一種である１２３４−テトラクロロジベンゾ−ｐ−ジオキシンをはじめとする５０種類以上の有害物質についてその溶液処理を試行した。
まず、有害物質が含まれた試料をヘキサン１０ｍｌに溶かし、０．１ｍｌ／ｍｉｎずつ気化装置に流入させた。一方、キャリアガスは空気（流速３６ｍｌ／ｍｉｎ）とした。また、加熱温度は２８０℃とし、プラズマ照射電圧は１４ｋＶ、１ｋＨｚとした。次に、内部電極１をパルス制御信号によりスキャニングさせ、すべての触媒とすべての気体成分とを接触させて有害物質の分解を行った。
【００２０】
分解後の試料を洗浄・減圧濃縮し、ヘキサン溶液中の有害物質量を測定した。その結果、同族体については多くの物質で分解率が８０％を超え、異性体についても最も毒性が強いとされる２ ３ ７ ８−ＴｅＣＤＤの分解率は９０％を超えた。また、１ ３ ６ ８ − Ｔ ｅ Ｃ Ｄ Ｄ 及び １ ３ ７ ９ − Ｔ ｅ Ｃ Ｄ Ｄについては、その分解率は９ ６ ％であった。なお、分解率に算入されない副生成物は、毒性のない低分子化合物であることが確認されている。
【００２１】
上記のように複数種の有害物質が混合した溶液については、今回は印加電圧として１４ｋＶ、１ｋＨｚの正弦波を用いた。しかし、電圧値、電流値、周波数は試料に応じて変更が可能であり、印加波形（三角波、矩形波等）も試料ごとに最適条件を設定することが可能である。また、スキャニングさせるパルス電圧の時間間隔を変えることにより処理対象となる有害物質と触媒電極との接触時間を可変でき、分解率を向上させることができる。さらに、キャリアガスの組成は空気などの酸素を含む気体としたが元素比率は任意に変更でき、処理物質に合わせた組成変化が可能である。
【００２２】
本発明の浄化処理装置によって、ちなみに単独の１２ ３ ４−ＴｅＣＤＤを含有する試料を処理した結果、その分解率は周波数１ｋ Ｈｚ 以上で印加電圧が１ ２ ｋＶ のとき９ ０ ％ であったが、印加電圧を１ ４ｋＶ 以上にするとほぼ１ ０ ０ ％ に近い分解率を達成することができた。
【００２３】
本発明の浄化処理装置を用いることによって、複数種の有害物質を含んだ溶液についても、浄化装置の触媒電極や、溶媒、キャリアガスの組成、印加電圧値、電流値、周波数、波形等の電源設定条件、或いはスキャニング、電極と処理対象物質との接触時間等の諸条件を最適化することにより、限りなく分解率を１ ０ ０ ％ に近づけることが可能である。
【００２４】
本発明は上記の実施形態及び実施例における有害廃液の浄化に限定されるものではなく、特許請求の範囲の請求項に記載する内容の範囲内でさまざまな変形が可能であり、本発明はこれら全てを含むものである。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の浄化処理装置及び方法は、浄化装置の電極を分割したので、複数種の有害物質を含む溶液についても、その物質に適応した触媒電極にスキャニングしてプラズマを発生させすることにより、有害物質を短時間で効率良く分解、無害化させることができる。
【００２６】
この浄化装置を垂直に設置し、その上段に気化装置を、後段に簡易分析装置等を設けたので、液体、固体いずれの有害物質をも分解処理することができ、分解成分その他の生成物をオンサイトで分析確認することができる。
【００２７】
また、浄化装置に供給するキャリアガスとして、酸素を含んだ気体を用いることにより、有害物質の分解率を向上させることができる。
【００２８】
さらに、本浄化処理システムを、パソコン等でシステム全体の作動状態をモニタリングしながら制御管理することにより、有害物質の分解率を高め省エネルギー化をはかりまた無害化促進のための最適諸条件を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の浄化処理装置全体の概要図である。
【図２】本発明の実施例の浄化装置の断面図である。
【図３】本発明の実施例の浄化装置における多段電極の断面図を示す。
【図４】本発明の実施例の浄化装置の電極への印加電圧波形の一例を示す。
【図５】本発明の実施例の気化装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 内部電極
２ 外部電極
３ 浄化装置
４ 気化装置
５ 冷却回収部
６ 焼結フィルター
７ ガラスウール
８ 高周波電源
９ 定量供給ポンプ
１０ 溶液導入部
１１ キャリアガス導入部
１２ プラズマ
１３ 冷却水循環ポンプ
１４ パソコン
１５ 温度センサー

Claims (13)

1. プラズマと触媒の作用により有害物質を分解する浄化装置において、プラズマを発生させる外部電極と内部触媒電極との双方／又はいずれかを多段分割したことを特徴とする有害物質の浄化処理装置。
2. 前記外部電極と内部触媒電極とに印加電圧をスキャニングさせることを特徴とする請求項１に記載の有害物質の浄化処理装置。
3. 前記浄化装置を垂直に設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の有害物質の浄化処理装置。
4. 前記浄化装置の前段に処理物質を気化する気化装置を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の有害物質の浄化処理装置。
5. 前記浄化装置の後段に生成物を分析する簡易分析装置又はセンサーを設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の有害物質の浄化処理装置。
6. 前記浄化装置の後段に気体冷却装置を介して、生成物を分析する簡易分析装置又はセンサーを設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の有害物質の浄化処理装置。
7. 前記浄化装置にキャリアガスを導入し，該キャリアガスとして酸素を含んだ気体を用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の有害物質の浄化処理装置。
8. 前記浄化処理装置において、浄化処理過程における作動状態をモニタリングする装置を設けたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の有害物質の浄化処理装置。
9. プラズマと触媒の作用により有害物質を分解する浄化方法において、処理物質を気化して浄化装置に導入し、該浄化装置に印加電圧をスキャニングして分解処理することを特徴とする有害物質の浄化処理方法。
10. 前記浄化処理方法において、発生する生成物を検出分析することを特徴とする請求項９に記載の有害物質の浄化処理方法。
11. 前記浄化処理方法において、浄化装置にキャリアガスを導入し，該キャリアガスとして酸素を含んだ気体を用いることを特徴とする請求項９又は１０に記載の有害物質の浄化処理方法。
12. 前記浄化処理方法において、浄化処理過程における作動状態をモニタリングすることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の有害物質の浄化処理方法。
13. 前記浄化処理方法において、有害物質の分解が完了した時点で印加作動を止めるように制御することを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の有害物質の浄化処理方法。

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