JP3532435B2 - 汚染物質の処理方法及び処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土壌、スラッジ、
沈殿物、泥、使用済み活性炭、及び木などの不活性の基
質材を浄化するための方法と装置とに関する。特に、本
発明は、水銀と、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）、ペン
タクロロフェノール（ＰＣＰ）、多環芳香族炭化水素
（ＰＡＨ）、殺虫剤、除草剤、クレオソート（保存防腐
剤）、殺菌剤、ダイオキシン、及びフランなどの有機汚
染物質とを、汚染物質から熱で分離する方法と装置の改
良に関する。汚染物質は燃焼せずに蒸気にして除去さ
れ、さらに処理と復元をするために回収されて凝縮され
る。

【０００２】

【従来の技術】ハロゲン化及び非ハロゲン化有機化合物
などの産業廃棄物による環境汚染に伴い、公衆衛生に対
する関心が高まってきている。この関心が高まるにつ
れ、これらの化合物を元の廃棄用地の土壌中で最大許容
残留レベルまで除去することを義務づけるために、行政
機関による規制が行われてきている。

【０００３】従来より、廃棄用地の浄化は、汚染された
土壌や物質を、指定された安全なごみ投棄区域に移すプ
ロセスを含んでいる。しかし、指定されたごみ投棄区域
の数と容量は大幅に減少している。このため、土壌を、
効率がよく、経済的な方法で衛生的にする必要性が高ま
っている。

【０００４】この必要性に対応して、移動可能な焼却シ
ステムが提案されており、例えば米国特許第４，６６
７，６０９号公報には、種々の炭化水素によって汚染さ
れた土壌の赤外線加熱を行う移動装置が開示されてい
る。しかし、このような焼却システムにおいては、加熱
工程は完全燃焼の時点まで行われる。このため、このよ
うなシステムを運転することは、焼却システムからのガ
スなどの排出に関して極めて厳しい行政規制によって阻
害されやすい。

【０００５】焼却に代わる方法が、米国特許第４，８６
４，９４２号に示されている。該公報には、ＰＣＢなど
の有機化合物を、焼却する場合よりも十分に低い温度で
揮発させることによって土壌から除去する方法を開示し
てる。一般的に言って、これらの温度は１２００°Ｆを
越えない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、汚染物質を燃
焼させずに完全に揮発させる処理に必要な時間は非常に
長く、１時間以上は十分に要し、しかも水銀の場合には
完全な揮発はほとんど起こり得ない。

【０００７】したがって、処理すべき基質材に対する熱
伝達を最大限にして、処理時間を最短にできる装置が望
まれる。さらに、処理チャンバーの熱膨張も問題となる
ので、処理工程の温度変化に対応できる処理チャンバー
が望まれる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る処理の基本
態様では、水銀又は有機化合物で汚染された不活性基質
材を、汚染物質は揮発させるが燃焼温度よりは低い温度
にするプロセスによって、汚染物質が、全ての蒸気を連
続して除去、回収、凝縮しながら、土壌、スラッジ、沈
殿物及び泥などの不活性基質材から分離される。そし
て、この処理は、不活性基質材から汚染物質を所望の程
度に除去するのに十分な時間行われ、汚染された排出物
は放出されない。

【０００９】大量の基質材を浄化するために本発明の方
法と装置を適用するとき、この方法は、間接的に加熱さ
れた気密性の抽出チャンバーを用いて行われる。この気
密性の抽出チャンバーは、熱伝達を最大限にし、基質材
へのごみの付着を最小限にする一方、従来技術のチャン
バーにおいて熱膨張により引き起こされていた不具合の
生じない回転式オーガーを備え、かつ２重の樋型になっ
た吊り下げ式のチャンバーから構成されている。

【００１０】温度は、高い除去効果を確実にするため
に、６００°Ｃまたはそれ以下で処理されている基質材
の平均土壌温度を維持するように制御される。汚染され
た基質材の揮発成分は、これらの温度で不活性の固相か
ら気化して気相となる。わずかな微細固体粒子、水蒸
気、空気、及びＰＣＢなどの気化した汚染物質を含んだ
気相は、チャンバーから連続して排出され、次いで回
収、凝縮及び復元されて、適切な処置を経てリサイクル
や廃棄に供される。

【００１１】本発明は、不活性の基質材から汚染物質を
分離する装置を含み、この装置は、基質材取り入れ口と
基質取り出し口とを有する、本質的に気密性で吊り下げ
られた処理チャンバーを備えている。このチャンバー
は、基質材を処理するための２以上の溝部を備えてい
る。そして、この装置は、チャンバーを間接的に加熱す
る手段と、基質材を基質材取り入れ口から基質取り出し
口へ２以上の溝部を介して移動させる手段と、蒸気をチ
ャンバーから排出して凝縮し、汚染物質を除去して復元
する蒸気凝縮処理システムとを備えている。

【００１２】本発明は、さらに、汚染された不活性の基
質材から水銀と有機性汚染物質を分離する方法を含んで
いる。この方法は、水銀及び／又は有機化合物によって
汚染された不活性の固体物質を、水銀と有機化合物が揮
発する温度まで外部から加熱手段によって加熱された吊
り下げ式の処理チャンバーに供給するステップと、不活
性の固体物質の表面を間接加熱に最大限にさらすよう
に、該物質をチャンバー内で移動させて、該物質の急速
加熱と処理を促進するステップと、汚染物質を除去した
固体をチャンバーから取り出すステップと、気相成分を
チャンバーから排出するステップと、該気相成分を汚染
成分の凝縮と復元をする手段に導くステップとを含んで
いる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。なお、本発明はこの実施形態
に限定されるものではなく、逆に、全ての代替物、変更
態様、及び同等物は、特許請求の範囲に定められた本発
明の範囲内に含まれるものである。

【００１４】本発明は、二段階のプロセスからなってい
る。第１段階は、汚染物質を基質材から揮発させるため
に、間接熱伝達を利用するプロセスであり、相分離プロ
セスと呼ばれる。また、第２段階は、揮発した蒸気／ガ
スを回収して冷却し、それらを凝縮して液化するプロセ
スである。この凝縮液は、油／水分離装置により汚染物
質（油分等）と水分とに分離される。この２段階の処理
プロセスを図１に模式的に示している。本発明の処理プ
ロセスは、４つの特有の処理工程を含んでいる。つま
り、供給処理、抽出チャンバー内での熱による相分離、
処理した基質材の取り扱い、そして蒸気の処理と復元で
ある。

【００１５】−供給処理− 処理の前に、供給材（汚染された基質材）は、石の玉や
破片を取り除くためにふるいにかけられ、それから供給
ホッパーに入れられる。この供給材は、供給ホッパーか
ら破砕機へ、水平コンベヤのベルトによって供給するの
が好ましい。供給材は、抽出チャンバーへ送出するため
に、破砕機から傾斜コンベヤ上に下ろされる。

【００１６】供給材は、傾斜コンベヤから小型ホッパー
（図２、１４ａ及び１４ｂ参照）に下ろされ、さらに該
小型ホッパーから２つの平行な回転パドル式のロータリ
ーエアロック（気密）バルブ（１６ａ，１６ｂ）に進
む。このエアロックバルブを通過すると、基質材は抽出
チャンバー（４０）内に落下し、２本の平行なスクリュ
ーオーガー（５２ａ，５２ｂ）によって、抽出チャンバ
ー内を移動する。

【００１７】−相分離− 供給材は、抽出チャンバー内を通過するときに、火室
（１１）内に配置されたバーナーから抽出チャンバーに
供給された熱が伝達され、汚染物質が気相となって基質
材から分離する。基質材は、抽出チャンバーの鋼のシェ
ルによって燃焼システムから物理的には分離した状態に
維持される。火室は市販されている燃料の燃焼によって
その熱を発生するものであり、汚染された基質材の温度
は、該基質材の汚染物質が揮発する温度まで上昇するよ
うに変えることができる。

【００１８】−基質材の取り扱い− そして、処理された基質材は、抽出チャンバーの末端で
ロータリーエアロックバルブ（２４ａ，２４ｂ）を通過
して、再湿潤と環境への再導入に待機する。なお、排出
された基質材には水が散布され、塵が放出されないよう
にして搬出される。

【００１９】−蒸気の凝縮と復元− また、揮発した汚染物質は、燃焼チャンバーから蒸気凝
縮及び処理システムに供給される。抽出チャンバー内で
生成された揮発した水分と汚染物質は、液状の汚染物質
の回収と復元のための蒸気／ガス凝縮及び浄化システム
での処理対象となる。蒸気／ガス凝縮及び浄化システム
は、連続した６の処理ステップからなっている。

【００２０】第１に、抽出チャンバーからの高温の揮発
した蒸気／ガスに、急冷チャンバー内で噴霧水がかけら
れて冷却される。この急冷ステップにより得られた水分
は、急冷チャンバーに沿って一定間隔で配置されたスプ
レーノズルに供給され、再循環する。第２に、蒸気／ガ
スの流れが、１以上のノックアウトポット（水分除去装
置）に通されて、好ましくは約０．３ミクロン程度の小
ささまでの残った微粒子成分と大きな水滴が除去され
る。第３に、蒸気の流れは、さらに冷却ファン（図示せ
ず）によって、周囲温度との温度差が１０°Ｃより少な
い温度に冷却される。第４に、比較的乾燥した凝縮でき
ないガスの流れが、１以上のミスト集塵機（図示せず）
に送られて処理され、エーロゾルが除去される。

【００２１】次に、ガスの流れは、その流れの中に依然
として残っているすべての微小な（例えば１ミクロン以
下）ミストや微粒子を除去するために、高効率空気濾過
システム（ＨＥＡＦ）に通される。この濾過システムに
は、基質材を微晶（マイクロライト）に濾過するガラス
材が使用され、フィルターは０．０５ミクロン程度まで
のミストを除去する。最後に、ガスの流れは、一連の炭
素吸着床での最終処理が行われて、火室に戻される。炭
素床は、ガスの流れを最大限に処理するために、連続し
て運転される。

【００２２】なお、供給材に一定以上の水分が含有され
ている場合は、処理プロセスにおいても水分が発生し、
図示しない排水処理システムによって処理される。この
排水処理システムでの処理は、例えば、酸化や還元、ｐ
Ｈ調整、沈殿、濾過、吸着などのプロセスを組み合わせ
て行われる。

【００２３】以下に示す表１と表２は、種々の場所と汚
染物質に関して、本発明のプロセスによって得られた土
壌の処理結果の概要を示している。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】これらの表に示すように、本発明は、種々
の炭化水素によって汚染された土壌を処理するのに効果
的に使用でき、土壌からの汚染物質の除去効率は９９％
を越えている。

【００２７】このように、本発明のプロセスは、土壌、
砂、スラッジ、沈殿物、泥、使用済み活性炭、木などの
汚染された多種の不活性の基質材を効果的に処理して、
水銀や、ＰＣＢ，ＰＣＰ，ＰＡＨ，殺虫剤、除草剤、ク
レオソート、殺菌剤、ダイオキシン、フランなどのあら
ゆるタイプの有機化合物を除去することができる。そし
て、この方法は、汚染された固体物質に含有される多種
の汚染物に対して効果的である。なお、本願の特許請求
の範囲に記載された熱分離方法を適用できるすべての汚
染物質を一覧にはしていないが、有機汚染物質の例は、
上述したようなものである。

【００２８】図２〜図７には、本発明の実施形態を示し
ている。この実施形態の処理装置１０は、火室シェル１
１と非常用排気管１２とを備えている。装置１０の第１
端部には、供給ホッパー１４ａ及び１４ｂがあり、これ
らは、それぞれ取り入れ口用のロータリーエアロックバ
ルブ１６ａ及び１６ｂに連結されている。ホッパー１４
ａ及び１４ｂの下方には、第１及び第２スクリュードラ
イブ１８ａ及び１８ｂが設けられている。装置１０の第
２端には、取出し口用のロータリーエアロックバルブ２
４ａ及び２４ｂが設けられている。この処理装置１０
は、車輪付きのトレーラーに装着された複数の支持脚２
２を有する支持台２０上に設けるのが好ましい。

【００２９】装置１０の内部は、図６及び図７に最もよ
く表れている。処理チャンバー４０は火室シェル１１内
に吊り下げられている。好ましくは、チャンバー４０
は、吊り下げ部材４４から吊り下げられたクロスビーム
サポート４２を使って適所に吊られている。この方法に
おいて、処理装置１０全体は、標準のトレーラー車４６
の内部に装着することができる。この方法において、抽
出チャンバー４０は、抽出チャンバー４０内での温度変
化に起因する熱膨張を可能とするように、チャンバー４
０を支持する一定加重支持システムにより火室１１内に
支持されている。クロスビームサポート４４は、図６に
示されているように、抽出チャンバー４０を吊り下げ、
チャンバー４０に一定した上向きの力を与えて、処理速
度と鋼の温度が変化するときに土壌の重量によって生じ
る下向きの力に対抗する。このため、チャンバー４０に
作用する下向きの力が変化して、支持システムが適切な
対抗力を生じるように自動的に調整される。この支持の
方法によれば、抽出チャンバー４０における全応力が低
減する。

【００３０】また、一定荷重支持システムによれば、チ
ャンバー４０の表面の温度変化によって引き起こされる
熱膨張の結果として抽出チャンバー４０が長手方向に大
きくなっても、摩擦力に打ち勝つようにしなくてもよ
い。これは、チャンバー４０が膨張したり収縮したりす
るときにシステムがスイングするように、支持構造体が
ピボット動作するためである。摩擦力がなくなること
は、局部的な応力の大幅な減少につながる。また、この
支持システムを用いることにより、局部的な温度上昇も
防止できる。

【００３１】チャンバー４０は、断面がほぼ腎臓状に形
成され、オーガー５２ａ及び５２ｂがそれぞれ設けられ
た２つの平行な溝部４８ａ及び４８ｂを有している。チ
ャンバーの溝部は装置１０の第１端において、取り入れ
口のロータリーエアロックバルブ１６ａ及び１６ｂのす
ぐ下で始まり、装置１０の第２端において、取出し口の
ロータリーエアロックバルブ２４ａ及び２４ｂで終わっ
ている。

【００３２】汚染された基質材は供給ホッパー１４ａ，
１４ｂに運ばれ、例えば石などを除去することによっ
て、供給の処理能力を高めるための前処理が施される。
必要な場合には、基質材は、さらに処理能力を高めるた
めに粉末状にされる。前処理を行う量は、供給材が湿っ
ているか乾燥しているかによって異なる。仮に供給材が
湿ったスラッジである場合、前処理として、乾燥処理さ
れた砂などの乾燥剤を供給ホッパーの供給材に加えた
り、灰や石灰を加えたりすることが行われる。

【００３３】汚染された基質材は、重力によって、ロー
タリーエアロックバルブ１６ａまたは１６ｂの一方を通
り、それに対応するチャンバーの溝部４８ａまたは４８
ｂに入る。抽出チャンバー４０は火室シェル１１によっ
て囲まれており、そのシェル１１の中には、抽出チャン
バー４０を加熱するために複数のバーナーが配置されて
いる。汚染された基質材は、オーガー手段５２ａ及び５
２ｂによって抽出チャンバー４０内を移動する。

【００３４】抽出チャンバー４０は、火室シェル１１の
中で、例えばガスバーナーなどの外部に配置されたヒー
ターによって間接的に加熱される。バーナーは抽出チャ
ンバー４０のシェルを加熱し、その熱が抽出チャンバー
４０の金属シェルによってチャンバー４０の内部に伝達
される。その際、オーガー４８ａ及び４８ｂの早い動き
によって熱伝達が促進される。バーナーは、処理を望み
の速度で実行するのに十分な熱を供給するように調整さ
れる。好ましくは、抽出チャンバー４０内のセンサで平
均温度を測定して、土壌の最高温度を約６００°Ｃの範
囲内で所望のレベルに維持するようにし、処理効率を最
大限にするとよい。

【００３５】供給材が抽出チャンバー４０内の熱エネル
ギーを受けると、揮発性成分が気化する。供給材がチャ
ンバー４０内に長く止まっていれば、基質材の汚染物質
の処理の度合いが高くなる。

【００３６】好適な実施形態では、抽出チャンバー４０
の基部は、ほぼ腎臓状に形成され、その中に、汚染され
た基質材を抽出チャンバー４０内で移動させるために２
つのオーガー５２ａ，５２ｂが配置される。このように
すると、チャンバー４０内の基質材の表面積が増えるこ
とになり、汚染された基質材を最大限に処理できる。

【００３７】好適な実施形態では、抽出チャンバー４０
は好ましくは長さが１２メートルで、チャンバーの底部
の各溝部は、好ましくは直径が０．６２メートルで壁の
厚さが０．０１３メートルである。抽出チャンバー４０
の上部は、好ましくは直径が１．４７メートルで、壁の
厚さが０．００６メートルである。図６に示されている
抽出チャンバー４０の形状により、土壌への熱伝達が最
大限に行われ、チャンバー４０の熱膨張が最小限にな
る。抽出チャンバーに２つの溝部４８ａ，４８ｂを設け
ることにより、基質材がチャンバー４０内で溝部４８
ａ，４８ｂの中を移動するときに該基質材の層の厚さが
低減され、高温のチャンバー４０の鋼と汚染された基質
材の間での面接触を大きくすることができる。２つの独
立した溝部４８ａ，４８ｂを有する場合の従来の不具合
を排除するために、溝部４８ａ，４８ｂは、単一のチャ
ンバーを形成する共通の屋根で覆われている。なお、チ
ャンバー４０は、耐食性に優れたステンレス鋼などで形
成することができ、そうすることによって、基質材から
気化した汚染物質によってチャンバー４０が腐食するの
を防止できる。

【００３８】図６に示されたユニットは、標準的な４０
脚のトレーラに装着できる。可搬型にすることによっ
て、この処理システムは、処理場所に移動させて設置す
ることができる。このようにすれば、不活性の汚染され
た大量の基質材を処理施設へ移すコストを削減できる点
において、かなりの経済効果を有する。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基質材をチャンバーの溝部の中で移動させながら間接的
に加熱して汚染物質を揮発させるようにしているので、
汚染物質を極めて効率よく除去できる。また、チャンバ
ーを吊り下げ式に構成しているので、チャンバーの熱膨
張による問題も生じない。

【００４０】また、チャンバーの基部をほぼ腎臓状に形
成して、その中に、汚染された基質材を抽出チャンバー
内で移動させる２本のオーガーを配置しているので、チ
ャンバー内の基質材の表面積が増えることになり、汚染
された基質材を最大限に処理できる。

【００４１】また、処理装置を可搬に構成しているの
で、不活性の汚染された大量の基質材を処理施設へ移す
ことが不要となり、コストを削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基質材の浄化運転の例を示すフローダイアグラ
ムである。

【図２】本発明を適用した処理装置の斜視図である。

【図３】図２の処理装置の側面図である。

【図４】処理装置の供給ホッパーのエアロックを示す断
面図である。

【図５】本発明の抽出チャンバーの断面図である。

【図６】移動可能なユニット内に吊り下げられた本発明
の抽出チャンバーの断面図である。

【図７】図６のチャンバーの基部の部分断面図であり、
オーガーの配置と一定荷重支持システムを示している。

【符号の説明】

１０ 処理装置 １１ 火室シェル １２ 非常用排気管 １４ａ，１４ｂ 供給ホッパー １６ａ，１６ｂ ロータリーエアロックバルブ １８ａ，１８ｂ 第１及び第２スクリュードライブ ２０ 支持台 ２２ 支持脚 ２４ａ，２４ｂ ロータリーエアロックバルブ ４０ 処理チャンバー ４２ クロスビームサポート ４４ 吊り下げ部材 ４６ トレーラー車 ４８ａ，４８ｂ 溝部 ５２ａ，５２ｂ オーガー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベノワ ジャック カナダ アルバータ，カルガリー，サン ハーバー ウェイ 22 (56)参考文献 特開 平５−208184（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−202127（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B09C 1/06 C02F 11/00 - 11/20

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不活性の基質材から汚染物質を分離する
   装置であって、 基質材取り入れ口と基質材取出し口とを有する本質的に
   気密で吊り下げられた処理チャンバーを有し、該チャン
   バーは、基質材を処理するための２以上の溝部を有し、 チャンバーを間接的に加熱する手段と、 基質材を基質材取り入れ口から基質材取出し口へチャン
   バーの２以上の溝部を通じて移動させる手段と、 汚染物質を除去して復元する処理のためにチャンバーか
   ら蒸気を排出する蒸気凝縮処理システムと、を備えてい
   る装置。
2. 【請求項２】 処理チャンバーの基部が大略腎臓状に構
   成されている請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 １以上のプラットフォームに装着された
   請求項１記載の装置であって、 該プラットフォームが可搬に構成されている装置。
4. 【請求項４】 基質材を移動させる手段がスクリューオ
   ーガーである請求項１記載の装置。
5. 【請求項５】 基質材を移動させる手段が、基質材を処
   理するための２以上の溝部の各々の内部に設けられたス
   クリューオーガーである請求項１記載の装置。
6. 【請求項６】 汚染された不活性の基質材から水銀と有
   機汚染物を分離する方法であって、 水銀又は有機成分が揮発する温度に加熱手段で外部から
   加熱される吊り下げ式処理チャンバーに、汚染された有
   機成分を含む不活性の固体、スラッジ、沈殿物を供給す
   るステップと、 基質材の急速加熱、揮発及び処理を促進するために、チ
   ャンバーの表面に基質材の表面を最大限に触れさせるよ
   うに該基質材をチャンバー内で移動させるステップと、 汚染物質が除去された固体をチャンバーから排出するス
   テップと、 チャンバーから気相成分を排出し、汚染物質の回収、凝
   縮及び復元のための手段に導くステップと、を備えてい
   る方法。