JP2018530426A - 回転接触式リアクタ - Google Patents
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Abstract
Description
廃棄物流Aは、一時的保管のために毎週中間バルクコンテナ(IBC)にタップされた。保持IBC中の廃棄物流Aは、その後、密閉された(bunded)国際標準化機構(ISO)の容器内に封入された本発明によるリアクタに所定の流速でポンプ輸送された。次いで、リアクタからの処理された廃棄物流Aを、一時的な貯蔵のために第2のIBCにポンプ輸送し、続いて主に処理された廃棄物流を保持するタンクにポンプ輸送した。廃棄物流Aが(前処理なしで)リアクタを通してポンプ輸送される際に、必要な過酸化物濃度を達成するために過酸化水素貯蔵液を所定の流速で同時にリアクタにポンプ輸送した。過酸化水素貯蔵液は、リアクタの入口とリアクタの内部のバッフルの直後の2箇所で投入された。
・BODの除去率88%
・CODの除去率51%(3g/L過酸化物を使用したナチュラルpHで)
・溶存メタンの除去率96%以上
・硫化物の除去率97%
・アンモニアの除去率37%
・TSS最大67%削減
・有機汚染物質の優れた除去;
・リアクタで使用される触媒ファブリックは、不活性化の兆候なしに1年以上連続して未処理のごみ廃棄場(landfill)の浸出液を処理するために問題なく使用された;
・流入液pHと流出液pHとの間にわずかな差があることが判明したため、触媒システムは浸出液を7.5〜8のナチュラルpHで処理した;
・季節に亘る(年間の気温は−1℃から35℃まで変動した)BOD削減に向けてシステムのパフォーマンスに顕著な差はなかった。
本発明によるリアクタを用いて廃棄物流Bを試験した。廃棄物流から、内分泌攪乱化学物質(EDC)、特にエストロン(E1)、17β−エストラジオール(E2)、および17α−エチニルエストラジオール(EE2)を除去するリアクタの能力を確認するために2ヶ月の試験を1回実施した。
マイクロ波を用いた廃棄物処理の結果と、同様の処理条件を用いたがマイクロ波の存在なしで得られた結果とを比較することにより、本発明による方法におけるマイクロ波の有効性を確認するための実験を行った。
マイクロ波の供給源としてCEM Mars 6マイクロ波リアクタを使用して、マイクロ波を用いたカルベトアミドおよびクロロトルロンの触媒実験を実験室で実施した。
カルベトアミドおよびクロロトルロンを用いたマイクロ波触媒実験について上述した実験方法を繰り返した。但し、反応混合物をマイクロ波リアクタ中でマイクロ波に曝すことなく、その他のわずかな変更を加えて繰り返した。
廃棄物流Dを、本発明によるリアクタを用いて連続流プロセスで6ヶ月間処理した。使用したリアクタは60Lの容量を有し、変性PANイオン交換材料で覆われた30の接触器円板を含んでいた。円板の回転速度は10回転/分(60度/秒)であり、滞留時間は2時間だった。試験の間、流入液および流出液のサンプルを分析のために毎日採取した。イオン交換材料の再生は、5%HClの溶液を用いて8週間の連続運転後に問題なく行われた。
廃棄物流処理における紫外線エネルギーの有効性を確認するための実験を行った。実施例5の実験は、本発明による紫外線処理を用いたリアクタの設備および条件をシミュレートするために実験室規模で実施した。以下に示す実施例7,8および12は、本発明によるリアクタにおける紫外線処理の使用に関する。
廃棄物流処理における紫外線エネルギーの有効性を確認するための実験を行った。
廃棄物流処理における紫外線およびマイクロ波エネルギーの有効性を確認するための実験を行った。廃棄物流Gは、水およびクロトリマゾールを含み、過酸化水素および鉄(III)カチオンを含む変性PAN繊維状触媒で、(1)紫外線処理有りおよび無し、(2)マイクロ波有り無し、および(3)UVおよびマイクロ波の両方の処理を伴って処理された。
実施例8について実施した実験は、上記の実施例7について行った実験と同様としたが、実施例8は、クロトリマゾールの溶液を、市販の顆粒製剤である1kgあたり600gのカルテミドを含む農薬「Crawler(登録商標)」を用いて蒸留水中に構成した10mg/Lのカルベトアミドの溶液に置き換えた点で異なる。
実施例9では、600mg/kgのカルベトアミドを含む農薬「Crawler(登録商標)」の市販の粒状製剤を用いて、10mg/Lのカルベトアミドを含む廃水供給物(廃液流H)を蒸留水中に調製し、リアクタ内の滞留時間は6時間とした。タンク内で500mg/Lの濃度を得るために過酸化水素をリアクタに投与した。過酸化物保持タンク中の希釈過酸化水素に、適切な量の濃HCl(35%w/v)を添加して、反応槽内のpHを3にした。マイクロ波出力を30℃の温度に設定し、リアクタを5日間連続運転して、カルベトアミドの95%を超える分解を得た。6日目にマイクロ波出力を停止し、リアクタタンク内の温度を9℃で安定させた結果、カルベトアミドが25%しか分解されなかった。
実施例10は、農薬を含有する噴霧器から水を洗い流す処理におけるリアクタの有効性を試験するために実施された。5m3の保持タンクに希リン酸(雑草キラー)を充填した。
実施例11で行った実験は、リアクタの植物洗浄水を分解する能力の有効性を試験する。975〜1610mg/LのCODを有する植物洗浄からの廃水を含む廃水供給を、2つの連続した浄化器に通し、次いで、投与ポンプ(10〜120L/時間)を用いてリアクタにポンプで注入した。リアクタ中の滞留時間は8時間だった(しかし、供給量に応じて最大15時間まで変化した)。初期過酸化物濃度は1g/Lだった。温度は30℃に設定した。サンプルを毎週2回採取し、CODをUKAS認定の試験所で分析した。
実施例12は、連続流に基づいて動作し、廃棄物流に対して紫外線を使用する本発明による実験室規模の回転円板リアクタの有効性を確認するために実施された。
A−円板を48時間回転させる以外の処理なし;
B−4日間のUV処理のみおよび円板の回転;
C−4日間のUV/H2O2処理および円板の回転;
D−回転する円板上の触媒メッシュによるUV/触媒処理
E−リアクタタンク内の温度を上昇させる熱交換器を用いて、35℃で12日間の触媒処理。
実施例13は、紫外線エネルギー処理を廃液流に使用する実験室規模のバッチ式リアクタの消毒効果を確認するために実施した。
Claims (56)
- 流動体流を処理するためのリアクタであって、
流動体流入口と、
前記流動体流を保持する反応領域と、
流動体流を通って回転するように構成された反応領域内の少なくとも1つの回転接触器と、
流動体出口と、を有し、
前記少なくとも1つの回転接触器は、ファブリックメッシュを含む、リアクタ。 - 前記反応領域は、前記流動体流の上方にヘッドスペースを含み、
前記反応領域内の前記少なくとも1つの回転接触器は、前記流動体流および前記ヘッドスペースを通って回転するように構成される、請求項1に記載のリアクタ。 - 前記リアクタにマイクロ波エネルギーを導入する手段をさらに含む、請求項1または請求項2に記載のリアクタ。
- マイクロ波エネルギーを前記リアクタ内に導入する手段をさらに備え、
前記手段は、マイクロ波エネルギーを前記ヘッドスペースに、好ましくは前記少なくとも1つの回転接触器に案内するように構成される、請求項2に記載のリアクタ。 - 前記マイクロ波エネルギーを導入する手段は、前記マイクロ波エネルギーを前記ヘッドスペースに導入するように構成された少なくとも1つの導波管を含む、請求項4に記載のリアクタ。
- 前記少なくとも1つの導波管は、円形または長方形の断面を有し、
前記断面は、一塊または穴を有することを特徴とする、請求項5に記載のリアクタ。 - 前記マイクロ波エネルギーを導入する手段は、前記マイクロ波エネルギーを前記ヘッドスペースに導入するように構成された少なくとも1つの同軸線を含む、請求項4に記載のリアクタ。
- 前記マイクロ波エネルギーは、水平面に対して角度θで導入される、請求項3〜7のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 前記マイクロ波エネルギーを導入する手段は、前記リアクタの長さに沿った複数の位置にマイクロ波エネルギーを導入するように構成される、請求項3〜8のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 前記マイクロ波は、前記少なくとも1つの接触器に取り付け可能な少なくとも1つのモード攪拌器、反射プレートおよび/または可動プレートによって前記リアクタ内に分散される、請求項3〜9のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 光に対して透過性を有し、マイクロ波に対して透過性を有さないように構成された少なくとも1つの観察ウィンドウをさらに含む、請求項3〜10のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 前記マイクロ波エネルギーを導入する手段は、連続マグネトロン、パルスマグネトロン、ソリッドステートパワーデバイス、またはそれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも1つを含む、請求項3〜11のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 前記リアクタに紫外線エネルギーを導入する手段をさらに含む、請求項1〜12のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 少なくとも1つのバッフルをさらに備える、請求項1〜13のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 前記ヘッドスペースから前記流動体流を分離するように構成されたプレートをさらに備える、請求項2〜14のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 前記反応領域から流動体を排出するように構成された少なくとも1つの排出口をさらに備える、請求項1〜15のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 前記反応領域を通して流動体を送り出すように構成された少なくとも1つのポンプをさらに備える、請求項1〜16のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 温度センサ、pHセンサ、流量センサおよび/または濃度センサのうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項1〜17のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 少なくとも1つのマイクロ波センサをさらに備える、請求項3〜18のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 前記少なくとも1つの回転接触器は、円板である、請求項1〜19のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 少なくとも2つの回転接触器を有する、請求項1〜20のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 前記接触器は、前記反応領域の長さに沿って等間隔に配置されている、請求項21に記載のリアクタ。
- 前記リアクタおよび/または前記少なくとも1つの接触器は、金属、ポリマー、またはセラミックを含む材料から製造される、請求項1〜22のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 前記リアクタおよび/または少なくとも1つの接触器が、ステンレス鋼、アルミニウム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ガラス強化ポリマーまたはこれらの混合物を含む材料から製造される、請求項1〜22のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 前記ファブリックメッシュは、前記少なくとも1つの回転接触器の一方の面に設けられる、請求項1〜24のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 前記ファブリックメッシュは、前記少なくとも1つの接触器の2つ以上の面に設けられ、
好ましくは、前記ファブリックメッシュは、前記少なくとも1つの接触器の2つの面に設けられる、請求項1〜24のいずれか1項に記載のリアクタ。 - 前記ファブリックメッシュは、触媒を含む、請求項1〜26のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 前記触媒は、繊維状触媒であり、
好ましくは、前記触媒は、変性PAN繊維状触媒である、請求項27に記載のリアクタ。 - 前記ファブリックメッシュは、イオン交換材料を含む、請求項1〜28のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 前記イオン交換材料は、繊維状イオン交換材料であり、
好ましくは、前記イオン交換材料は、変性PAN繊維イオン交換材料である、請求項29に記載のリアクタ。 - 前記ファブリックメッシュは、マイクロ波吸収材料を含む、請求項1〜30のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 前記マイクロ波吸収材料は、カーボンブラック、多層カーボンナノチューブ(MWCNT)、グラフェン、二酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、フェリルイオン、スチール、金属酸化物、セラミック酸化物またはこれらの混合物を含む、請求項31に記載のリアクタ。
- 前記ファブリックメッシュは、触媒、イオン交換材料、紫外線吸収材料および/またはマイクロ波吸収材料の少なくとも1つをさらに有する、請求項1〜26のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 前記流動体流は、廃棄物流または廃水流れである、請求項1〜33のいずれか1項に記載のリアクタ。
- 請求項1〜34のいずれか1項に記載のリアクタ内の流動体流を処理する方法であって、
流動体流入口を介して流動体流を前記リアクタに供給する工程と、
滞留時間t1の間、前記反応領域に流動体流を保持する工程と、
前記反応領域内の前記少なくとも1つの接触器を角速度v1で回転させ、前記流動体を前記接触器上の前記ファブリックメッシュと接触させる工程と、
前記流動体出口を介してリアクタから流動体を排出する工程と、を含む、方法。 - 前記流動体流は、前記反応領域に入る前、前記反応領域内、および/または前記反応領域を出た後に酸化剤が添加される、請求項35に記載の方法。
- 前記酸化剤は、過酸化水素、過酸化水素遊離化合物、過酸化水素発生化合物、有機および無機ペルオキシ酸およびこれらの塩、および/または大気酸素から選択される過酸素化合物を含む、請求項36に記載の方法。
- 前記酸化剤は、前記流動体流中の前記酸化剤の濃度が0.01〜50g/Lとなるように前記流動体流中に添加される、請求項36または請求項37に記載の方法。
- 前記酸化剤は、前記流動体流中の前記酸化剤の濃度が0.1〜25g/Lとなるように前記流動体流中に添加される、請求項36または請求項37に記載の方法。
- 前記酸化剤は、前記流動体流中の前記酸化剤の濃度が0.1〜5g/Lとなるように前記流動体流中に添加される、請求項36または請求項37に記載の方法。
- 前記マイクロ波エネルギーは、前記反応領域に印加される、請求項35〜40のいずれか1項に記載の方法。
- 前記マイクロ波エネルギーは、前記ヘッドスペースに印加される、請求項35〜40のいずれか1項に記載の方法。
- 前記マイクロ波エネルギーは、前記少なくとも1つの回転接触器に印加される、請求項35〜40のいずれか1項に記載の方法。
- 前記マイクロ波周波数は、任意の適切な周波数とすることができるが、好ましくは、2.45GHzまたは915MHzである、請求項35〜43のいずれか1項に記載の方法。
- 前記t1は、0.1〜48時間の範囲である、請求項35〜44のいずれか1項に記載の方法。
- 前記t1は、0.5〜24時間の範囲である、請求項35〜44のいずれか1項に記載の方法。
- 前記t1は、1〜15時間の範囲である、請求項35〜44のいずれか1項に記載の方法。
- 前記v1は、0.1〜180度/秒である、請求項35〜47のいずれか1項に記載の方法。
- 前記v1は、3〜180度/秒である、請求項35〜47のいずれか1項に記載の方法。
- 前記v1は、6〜60度/秒である、請求項35〜47のいずれか1項に記載の方法。
- 前記反応領域内の温度は、0〜70℃である、請求項35〜50のいずれか1項に記載の方法。
- 前記反応領域内の温度は、10〜50℃であり、好ましくは20〜40℃である、請求項35〜50のいずれか1項に記載の方法。
- 前記反応領域内の圧力は、1〜60バールであり、好ましくは1〜10バール、より好ましくは1バールである、請求項35〜52のいずれか1項に記載の方法。
- 前記流動体流の粘度は、0.2〜20,000cPであり、好ましくは0.3〜3,000cPである、請求項35〜53のいずれか1項に記載の方法。
- 廃液流れまたは廃水流れを処理するための請求項1〜34のいずれか1項に記載のリアクタの使用。
- 添付の図面を参照して本明細書に実質的に記載された装置。
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