JP3840208B2

JP3840208B2 - Soil treatment apparatus and treatment method

Info

Publication number: JP3840208B2
Application number: JP2003201132A
Authority: JP
Inventors: 朋浩轟木; 武志五反田; 智子吉川; 岳史佐藤; 肇名古
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2023-07-24
Also published as: JP2005040674A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ハロゲン化合物により汚染された土壌の処理装置及び処理方法に係り、特に含有物の少なくとも一部としてＰＣＢ類（ポリクロロビフェニル類）もしくはダイオキシン類などのような有機ハロゲン化合物を含有する土壌の処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＣＢ類もしくはダイオキシン類は、難分解性の物質であり、人体に悪影響を及ぼす有害な物質であることから、これまで生産しもしくは副生成物として生成したこれらの有機ハロゲン化合物の処理が急がれている。これらの物質が純粋な形態で保管されている場合には比較的簡単に処理を行うことができるが、これらの物質が低濃度で土壌中に含まれている場合には、このような汚染された土壌を処理することは、極めて困難であった。これまで、ＰＣＢ類もしくはダイオキシン類などの有機ハロゲン化合物を含有する汚染土壌の処理装置及び方法としては、最終埋立地に搬送し埋設するか、コンクリートなどで囲い込みをするのが一般的であった。これらはＰＣＢ類やダイオキシン類を一般環境から隔離するための緊急手段としては効果があるが、ＰＣＢ類やダイオキシン類は難分解性物質であるため、長期にわたり分解されずに安定的に存在することになる。そのためこれらの物質が最終埋立地やコンクリートから溶出し、一般環境中へ浸出する危険性がある。
【０００３】
有機ハロゲン化合物を処理する他の装置及び方法として、加熱によりＰＣＢ類、ダイオキシン類を土壌から分離抽出し処理する装置及び方法が知られている。そして、抽出されたＰＣＢ類、ダイオキシン類の分解装置及び方法として、ガス状のＰＣＢ類、ダイオキシン類を触媒で分解する方法（特許文献１）、ガス状のＰＣＢ類、ダイオキシン類を１０００℃前後のアフターバーナーで２次燃焼する分解装置及び方法（特許文献２）、ガス状のＰＣＢ類、ダイオキシン類を凝縮回収し、化学的分解法で分解する装置及び方法（特許文献３）が提案されている。
【０００４】
ところで、一般に土壌には上記有機ハロゲン化合物以外の有機化合物が数重量％含まれているため、ＰＣＢ類、ダイオキシン類を抽出する加熱工程で、土壌中に含まれている有機化合物が熱分解し、炭化水素ガスが生成することになる。上記触媒による分解方法においては、上述した炭化水素ガスが触媒を劣化させ、また加熱工程から発生する粉塵、ダスト類が触媒活性面を被覆し触媒の活性を損なうことになる。さらには、ＰＣＢ類、ダイオキシン類の分解で生成するハロゲン化水素により触媒を被毒し、同様に触媒の活性を損なうなどの問題があった。また、２次燃焼による分解装置及び方法においては、燃焼によって新たにダイオキシン類が生成してしまう問題や、ＰＣＢ類、ダイオキシン類汚染土壌処理施設から燃焼による多量の排ガスが放出され、その処理に多大な処理施設を必要とする問題があった。また、凝縮回収したＰＣＢ類、ダイオキシン類を化学的分解法で分解する装置及び方法は安全で確実であるが、前記土壌から抽出した抽出液には、有機化合物の熱分解生成物が多量に存在するため、ＰＣＢ類、ダイオキシン類の分解を阻害してしまう問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０７−３２８９５号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平１１−１４８６３１号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開２００１−９４０９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、汚染土壌を間接加熱法により分離揮発したＰＣＢ類、ダイオキシン類を多量の排ガスを放出することなく、また新たにダイオキシン類を生成することなくＰＣＢ類やダイオキシン類を安全かつ確実に分解することができる汚染土壌の処理装置及び方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様に係る土壌の処理装置は、有機ハロゲン化合物を含有する土壌を間接的に加熱して有機ハロゲン化合物を揮発させる、酸素濃度が１０％以下の第一の間接加熱装置と、前記第一の間接加熱装置より揮発させた有機ハロゲン化合物ガスを間接的に加熱して分解する第二の間接加熱装置と、前記第二の間接加熱装置に空気を供給する空気供給源とを具備する。
【００１０】
本発明の他の態様に係る土壌の処理方法は、有機ハロゲン化合物を含有する汚染土壌を浄化処理する方法において、酸素濃度が１０％以下の雰囲気下で該土壌を間接的に加熱し前記有機ハロゲン化合物を揮発させる第一の工程と、第一の工程により揮発した前記有機ハロゲン化合物ガスを空気と反応させ、前記有機ハロゲン化合物ガスを分解する第二の工程とを有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明において、間接加熱とは、加熱源に対して被加熱物が分離された空間で加熱されることであり、例えば加熱源から放射伝熱によって被処理物を加熱することである。この場合、燃焼ガスが処理装置の系内に入り込むことがない。一方、直接加熱とは被処理物の空間内に燃焼及び空気などを送り込み燃焼する形式で、燃焼ガスが処理装置の系内に入り込む。このため、汚染土壌にガスを送り込み汚染土壌に含まれている有機ハロゲン化合物を直接的に燃焼する方法は、排ガス量が多くなることにより、発生した排ガスを後段で処理する装置が大きくなることや、その排ガス処理装置のメンテナンスにも手間がかかるという難点がある。これに対して、間接加熱は直接加熱方式と比較して、発生する排ガス量が少なくなるという利点がある。具体的には、汚染土壌に高カロリー廃棄物を加えて焼却し、さらに直接加熱で有機ハロゲン化合物を処理する場合の排ガス量は、１０ｋｇあたり約１００Ｎｍ^３である。これに対して、間接加熱で土壌を加熱し、さらに間接加熱で有機ハロゲン化合物を処理する場合の排ガス量は土壌１０ｋｇあたり数Ｎｍ^３と、直接加熱と比べて１／１０以下である。このように本発明に従って間接加熱を行うことにより土壌中に含まれている有機ハロゲン化合物を処理する方法は、排ガス量が少なく後段での排ガス処理も簡便となり優れている。また、間接加熱で土壌を加熱し、直接加熱で有機ハロゲン化合物を処理する方式は、燃焼炉内の温度むらやガスの吹き抜けがあるため、安定した温度制御が難しく、安定した有機ハロゲン化合物の分解が難しい。これに対して、本発明では複数の加熱装置を用いて間接加熱を行うため、安定した温度制御が可能であり、有機ハロゲン化合物を安定して分解することができる。この点は、本発明の有機ハロゲン化合物の処理を目的とした実施形態では重要な部分である。
【００１２】
本発明で処理する有機ハロゲン化合物としては、難分解性化合物であるＰＣＢ類、ダイオキシン類、及び揮発性化合物であるトリクロロエチレンなど種々の化合物が挙げられる。
【００１３】
本発明において、前記土壌を間接的に加熱して前記有機ハロゲン化合物を揮発させる第一の工程の温度は、２００〜６００℃とすることが好ましい。２００℃未満で汚染土壌の処理を行うと、汚染土壌に含まれているＰＣＢ類やダイオキシン類が完全に揮発せずに土壌中に残留してしまう恐れがある。また、６００℃を越える温度に加熱すると土壌の質が変化してしまうためこの土壌を再利用することが困難になる場合がある。そのため汚染土壌からＰＣＢ類やダイオキシン類を揮発させる加熱温度は、２００〜６００℃で処理を行うことが好ましい。さらに、第一の工程の温度は高いほど短時間で処理することができるが、１時間以内の加熱時間で有機ハロゲン化合物を９９％揮発させるには、３５０〜５００℃の温度範囲が望ましい。また第一の工程に空気を添加するとダイオキシン合成の可能性があるため、第一の工程の酸素濃度は１０％以下が望ましい。
【００１４】
前記揮発した有機ハロゲン化合物ガスを空気と反応させてハロゲン化水素と二酸化炭素を含む物質に分解する第二の工程の温度は、６００〜１３００℃とすることが望ましい。また、この工程においても、間接的な加熱を行う。この第二の工程の温度が６００℃未満の場合には、第一の工程で汚染土壌から揮発したＰＣＢ類やダイオキシン類が空気と完全に反応せず、有機ハロゲン化合物の分解効率が非常に悪い。また、反応温度が１３００℃を超える場合には、炉体の寿命低下、間接加熱によるエネルギー投入量の増大、後処理工程（ガス冷却）の負荷増大などの問題が生ずる。また第一の工程で汚染土壌から揮発したＰＣＢ類やダイオキシン類に含まれている炭素が炭化してしまい、反応部本体内部に炭素質生成物が蓄積し反応室本体の機能を損なう可能性がある。
【００１５】
また、第二の工程における有機ハロゲン化合物ガスの滞留時間は２〜１０秒とすることが好ましい。２秒より小さい場合には汚染物質は充分に分解せずに残存してしまう。また、１０秒より大きい場合には必要な滞留時間に対して過剰に長時間の処理を行うため、装置が過剰に大きくなり、熱効率も悪い。
【００１６】
第二の工程の設定温度は高いほど前記有機ハロゲン化合物ガスの分解率が向上する。温度と分解率の関係は、第二の工程におけるガスの滞留時間に依存するが、滞留時間が５秒の場合、加熱温度６００℃では分解率２３％、温度７００℃では分解率３４％、温度８００℃では分解率７８％、温度９００℃では分解率９９％、１０００℃では分解率９９．９９％、１１００℃では分解率９９．９９９％であった。従って、第二の工程におけるガスの滞留時間を５秒程度とし、前記有機ハロゲン化合物ガスの分解率を９９％以上とするには、９００〜１２００℃の温度範囲が望ましい。
【００１７】
さらに、前記揮発した有機ハロゲン化合物ガスを空気と反応させて少なくともハロゲン化水素と二酸化炭素を含む物質に分解する第二の工程において、第二の工程に添加する空気量を、第二の工程において生成する気体成分中の一酸化炭素または水素の濃度により制御することが好ましい。これによって簡便な方法で精度良く反応を制御することができる。
【００１８】
以下に本発明の実施の形態を図１を用いて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る土壌の処理装置を示す図である。図１に示す処理装置は、第一の工程を実施する土壌加熱部１と、第二の工程を実施する予備加熱部２及び加熱分解部３とを有する。
【００２０】
第一の工程の土壌加熱部１は、有機ハロゲン化合物を含有している土壌を加熱処理して、有機ハロゲン化合物を揮発させるための装置であり、土壌加熱部本体１１と、該土壌加熱部本体１１に土壌を供給する土壌投入部１２と、該土壌加熱部本体１１の外部に設けられた間接加熱装置１３と、該土壌加熱部本体１１の温度を測定する温度測定装置１４と、該温度測定装置１４から出力される温度情報に基づいて土壌加熱部本体１１を加熱するための間接加熱装置１３を制御する温度制御装置１５と、該土壌加熱部本体１１において処理した土壌を排出する土壌排出部１６と、該土壌加熱部本体１１において加熱された結果生成するガスを排出する生成ガス排出口１７とを備えている。
【００２１】
前記土壌加熱部本体１１は、回転式スクリューフィーダーや回転式キルンなどの装置を用いることができる。これらの装置を用いることにより間接的に加熱を行い、ＰＣＢ類やダイオキシン類などの有機ハロゲン化合物を効果的に揮発させることができる。また、前記間接加熱装置１３としては、電気抵抗加熱装置、燃焼加熱装置など、周知の加熱装置を用いることができるが、制御が容易なことから電気抵抗加熱装置が適している。さらに、前記温度測定装置１４としては、熱電対など、これも周知の装置を用いることができる。
【００２２】
第二の工程のための装置である予備加熱部２は、前記第一の工程によって生成した有機ハロゲン化合物ガスを第二の工程における分解反応の温度に予備的に加熱するための装置であり、予備加熱部本体２１、生成ガス導入口２２を有しており、前記第一の工程において生成した有機ハロゲン化合物ガス、及び第二の工程において添加する空気を導入できるようになっている。また、この予備加熱部においても間接加熱することが好ましく、この予備加熱部本体２１の周囲には間接加熱装置２３、温度測定装置２４、及び温度制御装置２５が配置されている。
【００２３】
この予備加熱部２は、以下において説明する反応部本体３１で、被処理ガスを急速昇温によって所要の温度に昇温することが可能であれば、省略することも可能である。
【００２４】
上記予備加熱部２で加熱された生成ガスは、加熱分解部３に供給される。この加熱分解部は前記第一の工程において生成した有機ハロゲン化合物ガスを所定の温度に加熱することによって空気と反応させ、有機ハロゲン化合物ガスを少なくともハロゲン化水素と二酸化炭素を含む物質に分解するための装置であり、この加熱分解部３は、反応部本体３１を備えており、この反応部本体３１の周囲には間接加熱装置３３が配置されている。この間接加熱装置３３は、温度測定装置３４で測定した反応部本体３１内部の温度が所定の温度に達しない場合に温度制御装置３５の制御によって反応部本体３１を加熱するようになっている。この間接加熱装置３３は、前述の第一の工程の間接加熱装置１３と同様に、電気抵抗加熱装置や燃焼加熱装置を用いることができる。この反応部本体３１において生成した排ガスは、排ガス排出口３６を経由して、排ガス処理装置３７に導入され、反応部本体３１で生成したハロゲン化水素をアルカリ性物質で処理した後、排ガス排出口３８を経由して大気中に放散することができる。
【００２５】
また、前記反応部本体３１には、この反応部本体３１での反応の結果生成した物質を分析し、有機ハロゲン化合物ガスの分解反応が予測通り進行しているか否か判断するためのガス検出装置４１及びガス分析装置４２を備えていることが望ましい。この装置によって検知する物質としては、一酸化炭素と水素を対象とすることが好ましく、従って、前記ガス検出装置４１としては、周知の一酸化炭素センサーや水素センサーを用いることができる。また、前記ガス分析装置４２は、このガス検出装置４１からの出力信号を分析し発生ガス量を判断するための装置であり、ディジタル計算機、あるいは、専用の制御回路によって実現することができる。
【００２６】
また、前記ガス分析装置４２の出力は、空気量制御装置４３に接続され、その出力信号により空気添加装置４４を駆動して、空気供給配管４５を経由して前記予備加熱部２に供給することができるようになっている。
【００２７】
前記反応部本体３１を構成する部材の素材としては、ＰＣＢ類やダイオキシン類が空気と６００〜１３００℃という高温で反応し、ハロゲン化水素と二酸化炭素を含む物質に分解され、反応部本体３１内部はハロゲン化水素の酸性雰囲気となることから、酸性雰囲気にも充分耐えうるように、ニッケル、コバルト、クロム、タングステンを含有した鉄ベースの耐熱合金素材を用いることが好ましい。またＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６のような汎用品で値段の安い素材を用いて、反応部本体を消耗品として定期的に交換しても良い。
【００２８】
前記土壌加熱部本体１１、予備加熱部本体２１、及び反応部本体３１において、ダストなどの加熱分解生成物が、それぞれの装置の壁面に付着して、処理能力が低下した場合に分解反応生成物を掻き落とすための機構を配置しても良い。
【００２９】
以下、前記処理装置を用いた本発明の処理方法を説明する。
ＰＣＢ類やダイオキシン類で汚染された土壌を、処理装置の土壌投入部１２に投入し、土壌加熱部本体１１に送り込む。土壌投入部１２には、加熱により揮発するＰＣＢ類、ダイオキシン類が系外に放出することを防止するために、２重ダンパー１２ａのような気体拡散防止手段を設けることが好ましい。さらに、より効果的にＰＣＢ類、ダイオキシン類の放出を防ぐには二重ダンパー間をマイナス５ｍｍＡＱ程度に減圧することが好ましい。ポンプを用いて減圧排気した空気には、有機ハロゲン化合物が含有されると考えられることから、この空気を第二の工程に送り、含有される有機ハロゲン化合物の分解処理を行うことが好ましい。
【００３０】
土壌投入部１２から投入された土壌は、土壌加熱部本体１１である回転式スクリューフィーダー、もしくは回転式キルンなど、土壌を間接加熱することのできる装置に搬送する。この回転式スクリューフィーダーは、例えば、シリンダーとその内部に配置される二軸のスクリュー、及びこれを回転駆動するためのモータから構成される。そして、その外部には、外部加熱用の電気ヒーターもしくは外部からの燃焼バーナーが配置される。また、回転式キルンは、キルンを構成する容器全体が回転できるようになっており、その容器内部に形成された板状突起部によって土壌が均一に攪拌されながら土壌投入部１２から土壌排出部１６に搬送されるようになっている。
【００３１】
この回転式スクリューフィーダーや回転式キルンなどの装置中で、汚染土壌は、２００〜６００℃に加熱されるように温度制御装置１４によって温度管理される。
【００３２】
汚染土壌からＰＣＢ類やダイオキシン類を間接的に加熱し揮発する第一の工程において、前記回転式スクリューフィーダーや回転式キルン中の汚染土壌の滞留時間は、汚染土壌に含まれているＰＣＢ類やダイオキシン類の含有量や含水率により、また回転式キルンを用いるか、回転式スクリューフィーダーを用いるかにより異なるが、一般的には３０〜６０分くらいの間で処理が行われるのが好ましい。
【００３３】
また、加熱部本体１１として回転式キルンを用いた場合、このキルン内の汚染土壌の充填率としては、３０体積％前後程度が望ましい。充填率が低い場合には、土壌の昇温を短時間で行うことが可能であるが、処理の容積効率が低下して好ましくない。一方、充填率が高い場合には、汚染土壌全体を均一に加熱することが困難になり、加熱時間がかかることや、また土壌が昇温してもＰＣＢ類やダイオキシン類などの有機ハロゲン化合物汚染土壌から揮発することなく、これらの有機ハロゲン化合物が土壌中に残留してしまう恐れがあり好ましくない。
【００３４】
また、汚染土壌からＰＣＢ類やダイオキシン類を間接的に加熱し揮発する第一の工程においては、バッチ式でも連続式でも処理することが可能であるが、連続式であるほうが、所定の時間連続的に大量に汚染土壌を処理することが可能であり効率的であるため好ましい。
【００３５】
土壌加熱部本体１１で処理され、ＰＣＢ類やダイオキシン類など有機ハロゲン化合物が揮発した後の土壌は、土壌排出部１６より排出されるが、土壌中のＰＣＢ類やダイオキシン類の残留濃度の確認を行い、ＰＣＢ類やダイオキシン類が土壌から充分に除去されていない場合には、再び土壌投入部１２からこの汚染土壌を投入し、再度間接加熱処理することが好ましい。または、第一の工程の加熱温度を高く設定し、あるいは土壌加熱部本体１１における土壌の滞留時間を長くすることでＰＣＢ類やダイオキシン類の除去効率を上げることができる。
【００３６】
土壌加熱部本体１１で揮発したＰＣＢ類、ダイオキシン類などの有機ハロゲン化合物ガスと土壌中に含まれている有機化合物、及び水分は、生成ガス排出口１７、配管１８を経由して第二の工程の予備加熱部２に導入される。前記生成ガス排出口１７は、前記土壌加熱部本体１１が、回転式キルンの加熱装置の場合は、キルン両側固定部面の複数箇所に形成することができる。また、前記土壌加熱部本体１１が回転式スクリューフィーダーの加熱装置の場合は、シリンダーの軸方向の複数箇所から、例えば土壌投入口部１２付近、土壌投入部１２と土壌排出部１６の中間付近、土壌排出部１６付近など、望ましくは３箇所以上に生成ガス排出口１７を形成して第二の工程に供給することにより、効果的にＰＣＢ類、ダイオキシン類を抽出することができる。生成ガス排出口１７に接続された配管１８も、揮発したＰＣＢ類やダイオキシン類の再凝縮を防ぐため、３００〜６００℃で間接的に加熱しておくことが好ましい。
【００３７】
第一の工程で揮発したＰＣＢ類やダイオキシン類が配管１８を通過し、予備加熱部２へ送り込まれる。第二の工程においては、有機ハロゲン化合物ガスの分解反応は、有機ハロゲン化合物ガスと空気との反応によって行われるが、この時使用される空気は、空気添加装置４４から添加される。添加される空気量が少ないほど第二の工程の滞留時間が長くなる。すなわちＰＣＢ類の分解効率を向上させることができる。さらに添加される空気量が少ないほど、昇温に要する第二の工程のエネルギー投入量を抑えることができる。しかし添加される空気量が少なすぎると不完全な酸化反応のために、一酸化炭素や水素が第二の工程で生成する。一酸化炭素や水素は可燃性ガスで安全面からも生成させないことが望ましい。よって一酸化酸素や水素が生成しない最低の空気量を制御しながら、空気添加装置４４から空気供給配管４５を通過して予備加熱部２へ送り込まれる。この予備加熱部２は、空気添加装置４４から供給される空気と前記第一の工程で蒸発生成したＰＣＢ類やダイオキシン類を第二工程に供給するためにあらかじめ加熱しておくための装置であり、６００〜１１００℃に加熱しておくことが好ましい。そのためこの予備加熱部本体２１の周囲に加熱装置２３が配置され、熱電対のような温度測定装置２４、及び温度制御装置２５により温度制御されている。
【００３８】
前記予備加熱部２であらかじめ加熱された空気と、第一の工程で汚染土壌から揮発したＰＣＢ類やダイオキシン類などの有機ハロゲン化合物ガスを含有するガスは、第二の工程の反応部本体３１に送られ、所要の時間及び温度において加熱処理され、ＰＣＢ類やダイオキシン類などの有機ハロゲン化合物ガスは、空気と化学量論的に反応し、少なくともハロゲン化炭化水素と二酸化炭素を含む物質に分解される。
【００３９】
前記ガス検出装置４１及びガス分析装置４２によって、一酸化炭素または水素が一定量以上検出され、前記反応部本体３１において有機ハロゲン化合物ガスの分解が不十分であると判断される原因としては、添加する空気量が不十分であるか、熱処理温度が低下しているか、あるいは熱処理時間が短いことが考えられる。熱処理温度については、温度測定装置３４、温度制御装置３５及び間接加熱装置３３によって制御される。熱処理時間については、反応部本体３１に接続している排ガス排出口３８を流通する流量を図示しないバルブ等を用いて滞留時間を制御するか、あるいは、排出ガスを前記予備加熱部２に環流させ再度熱処理を行うことによって制御することができる。また、空気量の制御は、空気量制御装置４３により、空気添加装置４４を駆動して空気供給配管４５を経由して、前記予備加熱部２に供給することによって制御することができる。
【００４０】
第二の工程に添加する空気量は、汚染土壌中の含水率、また汚染土壌に含まれるＰＣＢ類、ダイオキシン類、有機化合物の含有率により調整される。第二の工程でのＰＣＢ類、ダイオキシン類、有機化合物と空気との反応は、第一の工程で発生するＰＣＢ類、ダイオキシン類、有機化合物などが揮発したガス中の炭素量に依存し、化学量論的にはこの炭素のモル量に対して２倍以上の酸素を含有する空気を添加する必要がある。しかし第一の工程で汚染土壌より揮発したＰＣＢ類やダイオキシン類、有機化合物の濃度は土壌の汚染具合及び土壌の種類により大きく異なっているため、空気量を可変制御する必要がある。そのため、第二の工程には反応部内部の一酸化炭素や水素、さらには二酸化炭素や塩化水素を測定するためのガス濃度センサーのようなガス検出装置４１、ガス組成を分析決定するガス分析装置４２を備えることにより、第一の工程で揮発したＰＣＢ類やダイオキシン類などの有機ハロゲン化合物ガスが空気によりハロゲン化水素と二酸化炭素を含む物質に分解されているか確認を行う。この場合、ＰＣＢ類やダイオキシン類が適量の空気と反応が進行している場合にはハロゲン化水素と二酸化炭素に分解する。第二の工程において空気に含まれる酸素のモル量が、揮発したガス中の炭素のモル量に対して２倍以上存在しない場合は、水素や一酸化炭素が生成する。一酸化炭素や水素が生成している条件でも有機ハロゲン化合物ガスを分解することはできるが、一酸化炭素が過剰に生成することは、明らかに炭素のモル数に対して空気のモル数が不足することを意味する。また一酸化炭素が過剰に生成している場合は、ＰＣＢ類やダイオキシン類の分解率が低下している場合が多い。一酸化炭素の生成量が一定量を超えた場合には、添加する空気量が不足しているものとみなし、空気量制御装置４３により空気量を増加させる。この場合、一酸化炭素濃度が５０ｐｐｍ以上になったときに、空気量を増加させることが好ましい。
【００４１】
第二の工程において、第一の工程で汚染土壌から揮発させたＰＣＢ類、ダイオキシン類を空気により二酸化炭素とハロゲン化水素を含む物質に確実に分解するには、最低でも２〜３秒の滞留時間が必要である。望ましくは５秒程度である。しかし、第二工程の滞留時間はこれ以上であっても特に問題はない。ただし、滞留時間が短い場合には第一工程で揮発したＰＣＢ類やダイオキシン類が反応部で完全にハロゲン化炭化水素と二酸化炭素を含む物質に分解されない可能性があるため望ましくは５秒程度である。また、１０秒を超えて滞留させる場合、装置が過剰に大きくなり、熱効率も悪いため、滞留時間は１０秒以下とする。
【００４２】
第二工程でＰＣＢ類やダイオキシン類は空気と反応し、ハロゲン化水素や二酸化炭素を含む物質に分解され、処理ガス排出口３６を経由し、第二の工程で発生したハロゲン水素を中和処理するための装置である排ガス処理装置３７へ送られ、排ガス排出口３８を経由し大気に放出される。この排ガス処理装置３７としては、アルカリ水シャワーのスクラバー装置、水酸化カルシウムなどのアルカリをスラリー状で噴霧する乾式排ガス処理装置などを用いてもよい。
【００４３】
【実施例】
以下本発明を実施例及び比較例によってさらに説明する。
【００４４】
（実施例１）
ＰＣＢ濃度が８０００ｍｇ／ｋｇで含水率が２０％である土壌を対象とし、土壌加熱部本体１１として回転式キルンを採用した処理容量が４００ｋｇ／ｈｒである図１に示す処理装置を用いて処理を行った例を示す。
【００４５】
図１の土壌加熱部１において土壌温度として５００℃となるよう温度制御装置１５により土壌加熱部本体１１の温度をコントロールし、土壌加熱部本体１１における土壌の滞留時間が４０分程度となるよう土壌を熱処理した。第一の工程の加熱温度を５００℃とした場合、第一の工程から発生するガス量は１２０Ｎｍ^３／ｈｒ程度で水蒸気が主な組成であった。
【００４６】
浄化済みの土壌は、土壌搬出部１６を介して系外に排出した。処理した土壌について、含有するＰＣＢの濃度を測定した結果、ＰＣＢ濃度は０．０５ｍｇ／ｋｇとなり、９９．９９％以上のＰＣＢを土壌から揮発させることができた。
【００４７】
前記工程で生成したガスを、図１の予備加熱部２で加熱した。前記第一の工程から発生するガス温度を５００℃、第二の工程の反応部本体３１の温度を１１００℃とし、予備加熱部本体２１において第一の工程から発生するガスを６００℃分昇温した。昇温に要する投入熱量は本来約５５ｋｗｈであるが、余力を持たせるため２倍の外部加熱ヒーターを使用した。予備加熱部本体２１として、内径６０ｍｍ、長さ２．５ｍの配管を６本使用し、間接加熱装置２３として外形１２ｍｍ、長さ４５０ｍｍの炭化ケイ素（ＳｉＣ）質の発熱体を予備加熱部本体２１の周囲を取り囲むように長手方向に直交させて約１２０本配置した。予備加熱部本体２１のガス線速度は８ｍ／ｓｅｃであるが、投入熱量を約１１０ｋｗｈとすることにより、予備加熱部本体２１の後段部分では１１００℃まで達した。
【００４８】
次いで、予備加熱したガスを反応部本体３１に導入し１１００℃に加熱した。この温度において、空気との反応でＰＣＢ類を二酸化炭素とハロゲン化水素を含む物質に確実に分解するには、２〜３秒の滞留時間が必要であり、本実施例では、滞留時間を５秒と設定した。そこで反応部本体３１は、内径１０００ｍｍ、長さ１．８ｍの筒状配管を１本使用し、予備加熱部２と同様に炭化ケイ素（ＳｉＣ）質の発熱体を間接加熱装置３３として反応部本体３１の周辺に配置した。この予備加熱部本体２１と反応部本体３１の周辺には図示しない断熱材を配置し放熱を防止した。その結果、反応部本体３１においては、加熱量としては、反応部本体３１からの熱散逸分だけを電気ヒーターで投入すれば良いこととなり、投入電力量を低減化することができた。
【００４９】
また、第二の工程において、添加する空気量は、汚染土壌中の含水率、ＰＣＢ類・ダイオキシン類含有率、有機化合物含有率により調整した。添加する空気量は、第一の工程で発生するガス中の炭素量に依存し、化学量論的には、炭素のモル比に対して２倍以上の空気を添加する必要がある。反応部本体３１の内部ガスをモニタリングするガス組成を分析するガス分析装置４２において、検知する一酸化炭素濃度および水素濃度に応じて、空気添加装置４４の空気量を制御することが望ましい。すなわち一酸化炭素が二酸化炭素濃度以上に生成することは、炭素のモル数に対して空気のモル数が不足することを意味する。したがって本実施例では、ガス分析装置４２の一酸化炭素濃度と水素濃度を信号として外部出力し、空気添加装置４４の制御に用いた。
【００５０】
上記第二の工程で生成した塩化水素ガスを主成分とするハロゲン化水素ガスは、処理ガス排出口３６を経由して、排ガス処理装置３７で除去したのち大気へ放出した。排ガス処理装置３７としては、アルカリ水シャワーのスクラバー装置を用いた。
【００５１】
上記条件によって、汚染土壌を２４時間で、約１０トン処理した結果、本実施例におけるＰＣＢ類の分解率は、ＰＣＢの分解率が９９．９９％以上、ダイオキシン類の分解率も９９．９９％以上であった。
【００５２】
また、本実施例では、大気へ放出する排ガス中のＰＣＢ濃度は０．００８３ｍｇ／Ｎｍ^３、ダイオキシン濃度は０．０１ｎｇ−ＴＥＱ／Ｎｍ^３、塩化水素濃度は０．１５ｍｇ／Ｎｍ^３で何れも大気汚染防止法の排ガス基準を満たしていた。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、汚染土壌からＰＣＢ類、ダイオキシン類などの有機ハロゲン化合物を効率よく揮発させることができると共に、空気を用いることにより有機ハロゲン化合物ガスをハロゲン化水素と二酸化炭素に安定的に分解し無害化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理方法を実施するための装置の概略構成図。
【符号の説明】
１…土壌加熱部，２…予備加熱部，３…加熱分解部，１１…土壌加熱部本体，１２…土壌投入部，１２ａ…２重ダンパー，１３，２３，３３…間接加熱装置，１４，２４，３４…温度測定装置，１５，２５，３５…温度制御装置，１６…土壌排出部，１７…生成ガス排出口，１８…配管，２１…予備加熱部本体，２２…生成ガス導入口，３１…反応部本体，３２…生成ガス導入口，３６…処理ガス排出口，３７…排ガス処理装置，３８…排ガス排出口，４１…ガス検出装置，４２…ガス分析装置，４３…空気量制御装置，４４…空気添加装置，４５…空気供給配管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a treatment apparatus and treatment method for soil contaminated with an organic halogen compound, and particularly contains an organic halogen compound such as PCBs (polychlorobiphenyls) or dioxins as at least a part of the inclusions. The present invention relates to a soil processing apparatus and a processing method.
[0002]
[Prior art]
PCBs or dioxins are persistent substances that are harmful substances that adversely affect the human body, so it is urgent to dispose of these organic halogen compounds that have been produced or produced as by-products. ing. If these substances are stored in pure form, they can be processed relatively easily, but if these substances are present in the soil at low concentrations, such contamination will occur. It was extremely difficult to treat the soil. Until now, as a processing apparatus and method for contaminated soil containing organic halogen compounds such as PCBs or dioxins, it has been common to transport and bury them in a final landfill or to enclose them with concrete or the like. Although these are effective as an emergency means for isolating PCBs and dioxins from the general environment, PCBs and dioxins are persistent substances that do not decompose over a long period of time. become. Therefore, there is a risk that these substances are eluted from the final landfill or concrete and leached into the general environment.
[0003]
As another apparatus and method for treating organic halogen compounds, an apparatus and method for separating and treating PCBs and dioxins from soil by heating are known. And as a decomposition apparatus and method for extracted PCBs and dioxins, gaseous PCBs and a method for decomposing dioxins with a catalyst (Patent Document 1), gaseous PCBs and dioxins at about 1000 ° C. A decomposition apparatus and method for secondary combustion with an afterburner (Patent Document 2) and an apparatus and method for condensing and recovering gaseous PCBs and dioxins and decomposing them by a chemical decomposition method (Patent Document 3) have been proposed.
[0004]
By the way, in general, soil contains organic compounds other than the above-mentioned organic halogen compounds in several weight%, and therefore, in the heating process of extracting PCBs and dioxins, the organic compounds contained in the soil are thermally decomposed, Hydrocarbon gas will be produced. In the cracking method using the catalyst, the above-described hydrocarbon gas deteriorates the catalyst, and dust and dust generated from the heating step cover the catalyst active surface and impair the activity of the catalyst. Furthermore, there has been a problem that the catalyst is poisoned by hydrogen halide generated by the decomposition of PCBs and dioxins, and the activity of the catalyst is similarly impaired. Moreover, in the decomposition apparatus and method by secondary combustion, the problem that dioxins are newly generated by combustion, and a large amount of exhaust gas by combustion is discharged from PCBs and dioxins-contaminated soil treatment facilities, the treatment is very large. There was a problem that required a special treatment facility. In addition, the apparatus and method for decomposing the collected PCBs and dioxins by chemical decomposition method are safe and reliable, but the extract extracted from the soil contains a large amount of pyrolysis products of organic compounds. Therefore, there is a problem that the decomposition of PCBs and dioxins is inhibited.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 07-32895
[0006]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-148631
[0007]
[Patent Document 3]
JP 2001-9409 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
It is an object of the present invention to safely and reliably remove PCBs and dioxins obtained by separating and volatilizing contaminated soil by an indirect heating method without releasing a large amount of exhaust gas, and without newly generating dioxins. An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for treating contaminated soil that can be decomposed into two.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The soil treatment apparatus according to one embodiment of the present invention indirectly heats soil containing an organic halogen compound to volatilize the organic halogen compound. The oxygen concentration is 10% or less Air is supplied to the first indirect heating device, the second indirect heating device that indirectly heats and decomposes the organic halogen compound gas volatilized from the first indirect heating device, and the second indirect heating device. An air supply source.
[0010]
A method for treating soil according to another embodiment of the present invention is a method for purifying contaminated soil containing an organic halogen compound, In an atmosphere with an oxygen concentration of 10% or less A first step of indirectly heating the soil to volatilize the organic halogen compound, and a second step of decomposing the organic halogen compound gas by reacting the organic halogen compound gas volatilized in the first step with air. Process.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, indirect heating is heating in a space in which the object to be heated is separated from the heating source, for example, heating the object to be processed by radiant heat transfer from the heating source. In this case, the combustion gas does not enter the system of the processing apparatus. On the other hand, direct heating is a form in which combustion and air are sent into the space of the object to be processed and burned, and the combustion gas enters the system of the processing apparatus. For this reason, the method of sending gas to the contaminated soil and directly burning the organohalogen compound contained in the contaminated soil increases the amount of exhaust gas, which increases the apparatus for treating the generated exhaust gas in the subsequent stage. However, there is a problem that it takes time to maintain the exhaust gas treatment apparatus. On the other hand, indirect heating has the advantage that the amount of exhaust gas generated is reduced compared to the direct heating method. Specifically, when high-calorie waste is added to the contaminated soil and incinerated, and the organic halogen compound is treated by direct heating, the amount of exhaust gas is about 100 Nm per 10 kg. ³ It is. On the other hand, when the soil is heated by indirect heating and the organic halogen compound is further processed by indirect heating, the amount of exhaust gas is several Nm per 10 kg of soil. ³ And 1/10 or less compared to direct heating. Thus, the method of treating the organic halogen compound contained in the soil by performing indirect heating according to the present invention is excellent in that the amount of exhaust gas is small and the exhaust gas treatment in the subsequent stage is simple. In addition, the method of heating the soil by indirect heating and treating the organic halogen compounds by direct heating has uneven temperature in the combustion furnace and gas blowout, so stable temperature control is difficult and stable decomposition of the organic halogen compounds. Is difficult. In contrast, in the present invention, since indirect heating is performed using a plurality of heating devices, stable temperature control is possible, and the organic halogen compound can be decomposed stably. This point is an important part in the embodiment aimed at treating the organohalogen compound of the present invention.
[0012]
Examples of the organic halogen compound to be treated in the present invention include various compounds such as PCBs and dioxins which are hardly decomposable compounds, and trichlorethylene which is a volatile compound.
[0013]
In this invention, it is preferable that the temperature of the 1st process of heating the said soil indirectly and volatilizing the said organic halogen compound shall be 200-600 degreeC. If the contaminated soil is treated at less than 200 ° C., PCBs and dioxins contained in the contaminated soil may not completely volatilize and remain in the soil. Moreover, since the quality of soil will change if it heats to the temperature over 600 degreeC, it may become difficult to recycle this soil. Therefore, the heating temperature for volatilizing PCBs and dioxins from contaminated soil is preferably 200 to 600 ° C. Furthermore, the higher the temperature in the first step, the shorter the treatment time can be, but a temperature range of 350 to 500 ° C. is desirable in order to volatilize 99% of the organic halogen compound within a heating time of 1 hour or less. Moreover, since there is a possibility of dioxin synthesis when air is added to the first step, the oxygen concentration in the first step is desirably 10% or less.
[0014]
The temperature in the second step of reacting the volatilized organic halogen compound gas with air to decompose into a substance containing hydrogen halide and carbon dioxide is preferably 600 to 1300 ° C. Also in this step, indirect heating is performed. When the temperature of the second step is less than 600 ° C., PCBs and dioxins volatilized from the contaminated soil in the first step do not completely react with air, and the decomposition efficiency of the organic halogen compound is very poor. . In addition, when the reaction temperature exceeds 1300 ° C., problems such as a decrease in the life of the furnace body, an increase in energy input amount due to indirect heating, and an increase in load in the post-treatment process (gas cooling) occur. In addition, the carbon contained in PCBs and dioxins volatilized from the contaminated soil in the first step may be carbonized, and carbonaceous products may accumulate inside the reaction unit body and impair the function of the reaction chamber body. is there.
[0015]
In addition, the residence time of the organic halogen compound gas in the second step is preferably 2 to 10 seconds. When the time is shorter than 2 seconds, the contaminants remain without being sufficiently decomposed. Further, if it is longer than 10 seconds, the treatment is performed for an excessively long time with respect to the required residence time, so that the apparatus becomes excessively large and the thermal efficiency is poor.
[0016]
The higher the set temperature in the second step, the higher the decomposition rate of the organic halogen compound gas. The relationship between the temperature and the decomposition rate depends on the residence time of the gas in the second step. When the residence time is 5 seconds, the decomposition rate is 23% at a heating temperature of 600 ° C., the decomposition rate is 34% at a temperature of 700 ° C., and the temperature The decomposition rate was 78% at 800 ° C., 99% decomposition at a temperature of 900 ° C., 99.99% decomposition at 1000 ° C., and 99.999% decomposition at 1100 ° C. Therefore, in order to set the gas residence time in the second step to about 5 seconds and to set the decomposition rate of the organic halogen compound gas to 99% or more, a temperature range of 900 to 1200 ° C. is desirable.
[0017]
Furthermore, in the second step of reacting the volatilized organic halogen compound gas with air to decompose it into a substance containing at least hydrogen halide and carbon dioxide, the amount of air added to the second step is changed in the second step. It is preferable to control by the concentration of carbon monoxide or hydrogen in the generated gas component. Thus, the reaction can be controlled with high accuracy by a simple method.
[0018]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0019]
FIG. 1 is a diagram showing a soil treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. The processing apparatus shown in FIG. 1 has the soil heating part 1 which implements a 1st process, the preheating part 2 and the thermal decomposition part 3 which implement a 2nd process.
[0020]
The soil heating unit 1 in the first step is a device for heat-treating soil containing an organic halogen compound to volatilize the organic halogen compound. The soil heating unit body 11 and the soil heating unit body 11, a soil charging unit 12 for supplying soil to the soil, an indirect heating device 13 provided outside the soil heating unit body 11, a temperature measuring device 14 for measuring the temperature of the soil heating unit body 11, and the temperature measurement A temperature control device 15 that controls an indirect heating device 13 for heating the soil heating unit body 11 based on temperature information output from the device 14, and a soil discharge unit that discharges the soil treated in the soil heating unit body 11 16 and a generated gas discharge port 17 for discharging a gas generated as a result of being heated in the soil heating unit main body 11.
[0021]
The soil heating unit main body 11 can use a device such as a rotary screw feeder or a rotary kiln. By using these devices, heating can be performed indirectly, and organic halogen compounds such as PCBs and dioxins can be effectively volatilized. As the indirect heating device 13, a known heating device such as an electric resistance heating device or a combustion heating device can be used. However, since the control is easy, the electric resistance heating device is suitable. Further, as the temperature measuring device 14, a known device such as a thermocouple can also be used.
[0022]
The preheating unit 2 which is an apparatus for the second step is an apparatus for preliminarily heating the organohalogen compound gas generated in the first step to the temperature of the decomposition reaction in the second step, It has a preheating unit main body 21 and a product gas introduction port 22 so that the organic halogen compound gas produced in the first step and the air added in the second step can be introduced. Further, indirect heating is also preferable in this preheating unit, and an indirect heating device 23, a temperature measuring device 24, and a temperature control device 25 are arranged around the preheating unit main body 21.
[0023]
The preheating unit 2 can be omitted if the reaction unit main body 31 described below can raise the gas to be processed to a required temperature by rapid temperature rise.
[0024]
The product gas heated by the preliminary heating unit 2 is supplied to the thermal decomposition unit 3. The thermal decomposition unit reacts with the air by heating the organic halogen compound gas generated in the first step to a predetermined temperature, and decomposes the organic halogen compound gas into a substance containing at least hydrogen halide and carbon dioxide. The thermal decomposition unit 3 includes a reaction unit main body 31, and an indirect heating device 33 is disposed around the reaction unit main body 31. The indirect heating device 33 is configured to heat the reaction unit main body 31 under the control of the temperature control device 35 when the temperature inside the reaction unit main body 31 measured by the temperature measuring device 34 does not reach a predetermined temperature. As this indirect heating device 33, an electrical resistance heating device or a combustion heating device can be used as in the indirect heating device 13 in the first step. The exhaust gas generated in the reaction unit main body 31 is introduced into the exhaust gas treatment device 37 via the exhaust gas discharge port 36, and after treating the hydrogen halide generated in the reaction unit main body 31 with an alkaline substance, the exhaust gas discharge port 38. Can be dissipated into the atmosphere via
[0025]
Further, the reaction unit body 31 analyzes a substance generated as a result of the reaction in the reaction unit body 31 and determines whether or not the decomposition reaction of the organic halogen compound gas is proceeding as expected. 41 and a gas analyzer 42 are preferably provided. Substances to be detected by this device are preferably carbon monoxide and hydrogen. Therefore, as the gas detection device 41, a known carbon monoxide sensor or hydrogen sensor can be used. The gas analyzer 42 is an apparatus for analyzing the output signal from the gas detector 41 to determine the amount of gas generated, and can be realized by a digital computer or a dedicated control circuit.
[0026]
The output of the gas analyzer 42 is connected to an air amount control device 43, and the air addition device 44 is driven by the output signal and supplied to the preheating unit 2 via an air supply pipe 45. Can be done.
[0027]
As materials for the members constituting the reaction part main body 31, PCBs and dioxins react with air at a high temperature of 600 to 1300 ° C., and are decomposed into a substance containing hydrogen halide and carbon dioxide. Therefore, it is preferable to use an iron-based heat-resistant alloy material containing nickel, cobalt, chromium, and tungsten so that it can sufficiently withstand the acidic atmosphere. Moreover, you may replace | exchange regularly a reaction part main body as a consumable goods using a cheap material with general purpose goods, such as SUS310S and SUS316.
[0028]
In the soil heating part main body 11, the preheating part main body 21, and the reaction part main body 31, when the thermal decomposition products such as dust adhere to the wall surfaces of the respective devices and the processing capacity decreases, the decomposition reaction products You may arrange the mechanism for scraping off.
[0029]
Hereinafter, the processing method of the present invention using the processing apparatus will be described.
The soil contaminated with PCBs or dioxins is put into the soil throwing unit 12 of the processing apparatus and fed into the soil heating unit main body 11. In order to prevent the PCBs and dioxins that are volatilized by heating from being released to the outside of the system, it is preferable to provide the soil throwing unit 12 with gas diffusion preventing means such as a double damper 12a. Furthermore, in order to more effectively prevent the release of PCBs and dioxins, it is preferable to reduce the pressure between the double dampers to about minus 5 mmAQ. Since it is considered that the organic halogen compound is contained in the air evacuated using a pump, it is preferable to send the air to the second step to decompose the contained organic halogen compound.
[0030]
The soil input from the soil input unit 12 is conveyed to a device capable of indirectly heating the soil, such as a rotary screw feeder or a rotary kiln that is the soil heating unit main body 11. This rotary screw feeder is composed of, for example, a cylinder, a biaxial screw disposed inside the cylinder, and a motor for rotationally driving the screw. And the electric heater for external heating or the combustion burner from the outside is arrange | positioned in the exterior. Further, the rotary kiln is configured so that the entire container constituting the kiln can be rotated, and the soil is uniformly stirred by the plate-like protrusions formed inside the container, so that the soil discharging unit 16 and the soil discharging unit 16 are rotated. It is designed to be conveyed.
[0031]
In the devices such as the rotary screw feeder and the rotary kiln, the contaminated soil is temperature-controlled by the temperature control device 14 so as to be heated to 200 to 600 ° C.
[0032]
In the first step of indirectly heating and volatilizing PCBs and dioxins from the contaminated soil, the residence time of the contaminated soil in the rotary screw feeder and rotary kiln is the PCBs contained in the contaminated soil, Depending on the content and water content of dioxins, and depending on whether a rotary kiln or a rotary screw feeder is used, it is generally preferred that the treatment be performed in about 30 to 60 minutes.
[0033]
In addition, when a rotary kiln is used as the heating unit main body 11, the filling rate of the contaminated soil in the kiln is preferably about 30% by volume. When the filling rate is low, the temperature of the soil can be raised in a short time, but this is not preferable because the volumetric efficiency of the treatment is reduced. On the other hand, when the filling rate is high, it becomes difficult to uniformly heat the entire contaminated soil, and it takes time to heat, and even when the temperature of the soil rises, it is contaminated with organic halogen compounds such as PCBs and dioxins. These organic halogen compounds may remain in the soil without volatilizing from the soil, which is not preferable.
[0034]
In addition, in the first step of indirectly heating and volatilizing PCBs and dioxins from contaminated soil, it is possible to treat either batch type or continuous type, but the continuous type is continuous for a predetermined time. In particular, it is preferable because it is possible to treat a large amount of contaminated soil and it is efficient.
[0035]
The soil after being treated with the soil heating unit main body 11 and the organic halogen compounds such as PCBs and dioxins volatilized is discharged from the soil discharge unit 16, but the residual concentration of PCBs and dioxins in the soil is confirmed. When the PCBs and dioxins are not sufficiently removed from the soil, it is preferable to input the contaminated soil from the soil input unit 12 again and perform indirect heat treatment again. Or the removal efficiency of PCBs and dioxins can be raised by setting the heating temperature of a 1st process high, or lengthening the residence time of the soil in the soil heating part main body 11. FIG.
[0036]
The organic halogen compound gas such as PCBs and dioxins volatilized in the soil heating unit main body 11, the organic compound contained in the soil, and moisture are supplied to the second step via the product gas outlet 17 and the pipe 18. The preheating unit 2 is introduced. When the soil heating unit main body 11 is a rotary kiln heating device, the product gas discharge ports 17 can be formed at a plurality of locations on the surfaces of the kiln both side fixed parts. Further, when the soil heating unit main body 11 is a rotary screw feeder heating device, from a plurality of locations in the axial direction of the cylinder, for example, near the soil inlet 12, near the middle of the soil inlet 12 and the soil outlet 16, PCBs and dioxins can be effectively extracted by forming the product gas discharge ports 17 at three or more locations, such as in the vicinity of the soil discharge unit 16, and supplying them to the second step. The pipe 18 connected to the product gas outlet 17 is also preferably heated indirectly at 300 to 600 ° C. in order to prevent recondensation of the volatilized PCBs and dioxins.
[0037]
PCBs and dioxins volatilized in the first step pass through the pipe 18 and are sent to the preheating unit 2. In the second step, the decomposition reaction of the organic halogen compound gas is performed by the reaction of the organic halogen compound gas and air, and the air used at this time is added from the air addition device 44. The smaller the amount of air added, the longer the residence time in the second step. That is, the decomposition efficiency of PCBs can be improved. Furthermore, the smaller the amount of air added, the more the amount of energy input in the second step required for temperature rise can be suppressed. However, if the amount of air added is too small, carbon monoxide and hydrogen are generated in the second step due to an incomplete oxidation reaction. It is desirable that carbon monoxide and hydrogen are flammable gases and are not generated for safety reasons. Therefore, the air is fed from the air addition device 44 to the preheating unit 2 through the air supply pipe 45 while controlling the minimum amount of air in which oxygen monoxide and hydrogen are not generated. The preheating unit 2 is a device for heating in advance to supply the air supplied from the air addition device 44 and the PCBs and dioxins evaporated and generated in the first step to the second step. It is preferable to heat to 600 to 1100 ° C. Therefore, a heating device 23 is arranged around the preheating unit main body 21 and is temperature-controlled by a temperature measuring device 24 such as a thermocouple and a temperature control device 25.
[0038]
The gas preliminarily heated in the preheating unit 2 and the gas containing the organic halogen compound gas such as PCBs and dioxins volatilized from the contaminated soil in the first step are supplied to the reaction unit main body 31 in the second step. It is sent and heat-treated at the required time and temperature, and organic halogen compound gases such as PCBs and dioxins react stoichiometrically with air and decompose into substances containing at least halogenated hydrocarbons and carbon dioxide. The
[0039]
The gas detector 41 and the gas analyzer 42 detect carbon monoxide or hydrogen in a certain amount or more, and the reason why it is determined that the decomposition of the organic halogen compound gas in the reaction unit main body 31 is insufficient is as follows. It is conceivable that the amount of air to be performed is insufficient, the heat treatment temperature is lowered, or the heat treatment time is short. The heat treatment temperature is controlled by the temperature measuring device 34, the temperature control device 35 and the indirect heating device 33. Regarding the heat treatment time, the flow rate through the exhaust gas discharge port 38 connected to the reaction unit main body 31 is controlled using a valve or the like (not shown), or the exhaust gas is circulated to the preheating unit 2. It can be controlled by performing the heat treatment again. The air amount can be controlled by driving the air adding device 44 by the air amount control device 43 and supplying the air adding device 44 to the preheating unit 2 via the air supply pipe 45.
[0040]
The amount of air added to the second step is adjusted by the moisture content in the contaminated soil and the contents of PCBs, dioxins and organic compounds contained in the contaminated soil. The reaction of PCBs, dioxins, organic compounds and air in the second step depends on the amount of carbon in the gas in which PCBs, dioxins, organic compounds, etc. generated in the first step are volatilized, Stoichiometrically, it is necessary to add air containing oxygen more than twice the molar amount of carbon. However, since the concentrations of PCBs, dioxins and organic compounds volatilized from the contaminated soil in the first step vary greatly depending on the soil contamination and the type of soil, it is necessary to variably control the amount of air. Therefore, in the second step, a gas detector 41 such as a gas concentration sensor for measuring carbon monoxide and hydrogen inside the reaction part, and further carbon dioxide and hydrogen chloride, and a gas analyzer for analyzing and determining the gas composition By providing 42, it is confirmed whether the organic halogen compound gas such as PCBs and dioxins volatilized in the first step is decomposed into a substance containing hydrogen halide and carbon dioxide by air. In this case, PCBs and dioxins are decomposed into hydrogen halide and carbon dioxide when the reaction proceeds with an appropriate amount of air. When the molar amount of oxygen contained in the air in the second step does not exist more than twice the molar amount of carbon in the volatilized gas, hydrogen and carbon monoxide are generated. Although the organic halogen compound gas can be decomposed even under conditions where carbon monoxide and hydrogen are generated, the excessive generation of carbon monoxide clearly means that the number of moles of air is insufficient with respect to the number of moles of carbon. It means to do. When carbon monoxide is excessively produced, the decomposition rate of PCBs and dioxins is often lowered. When the amount of carbon monoxide produced exceeds a certain amount, it is considered that the amount of air to be added is insufficient, and the amount of air is increased by the air amount control device 43. In this case, it is preferable to increase the amount of air when the carbon monoxide concentration is 50 ppm or more.
[0041]
In the second step, in order to reliably decompose the PCBs and dioxins volatilized from the contaminated soil in the first step into substances containing carbon dioxide and hydrogen halide with air, a residence time of at least 2 to 3 seconds is required. I need time. Preferably it is about 5 seconds. However, there is no particular problem even if the residence time in the second step is longer than this. However, if the residence time is short, PCBs and dioxins volatilized in the first step may not be completely decomposed into a substance containing halogenated hydrocarbons and carbon dioxide in the reaction part, so it is preferably about 5 seconds. is there. Moreover, when it is made to retain over 10 second, since an apparatus becomes excessively large and thermal efficiency is also bad, residence time shall be 10 seconds or less.
[0042]
In the second step, PCBs and dioxins react with air, decompose into substances containing hydrogen halide and carbon dioxide, and neutralize the halogen hydrogen generated in the second step via the processing gas outlet 36. Is sent to an exhaust gas treatment device 37, which is a device for this purpose, and discharged to the atmosphere via an exhaust gas discharge port 38. As the exhaust gas treatment device 37, a scrubber device for an alkaline water shower, a dry exhaust gas treatment device for spraying alkali such as calcium hydroxide in a slurry state, or the like may be used.
[0043]
【Example】
The present invention will be further described below with reference to examples and comparative examples.
[0044]
Example 1
For soil having a PCB concentration of 8000 mg / kg and a moisture content of 20%, the processing capacity is 400 kg / hr using a rotary kiln as the soil heating unit body 11, and the processing is performed using the processing apparatus shown in FIG. An example is shown.
[0045]
The temperature of the soil heating unit body 11 is controlled by the temperature control device 15 so that the soil temperature becomes 500 ° C. in the soil heating unit 1 of FIG. 1, and the soil residence time in the soil heating unit body 11 is about 40 minutes. Was heat treated. When the heating temperature in the first step is 500 ° C., the amount of gas generated from the first step is 120 Nm. ³ Water vapor was the main composition at about / hr.
[0046]
The purified soil was discharged out of the system through the soil carry-out section 16. As a result of measuring the concentration of PCB contained in the treated soil, the PCB concentration was 0.05 mg / kg, and 99.99% or more of PCB could be volatilized from the soil.
[0047]
The gas produced | generated at the said process was heated with the preheating part 2 of FIG. The temperature of the gas generated from the first step is 500 ° C., the temperature of the reaction unit main body 31 in the second step is 1100 ° C., and the gas generated from the first step in the preheating unit main body 21 is increased by 600 ° C. did. The amount of input heat required for the temperature increase is about 55 kwh originally, but a double external heater was used in order to have a surplus power. As the preheating unit main body 21, six pipes having an inner diameter of 60 mm and a length of 2.5 m are used, and as the indirect heating device 23, a silicon carbide (SiC) heating element having an outer shape of 12 mm and a length of 450 mm is used. About 120 pieces were arranged so as to be orthogonal to the longitudinal direction so as to surround the periphery of the. Although the gas linear velocity of the preheating part main body 21 is 8 m / sec, it reached 1100 degreeC in the back | latter stage part of the preheating part main body 21 by making input heat amount into about 110 kwh.
[0048]
Next, the preheated gas was introduced into the reaction unit main body 31 and heated to 1100 ° C. At this temperature, a residence time of 2 to 3 seconds is required to reliably decompose PCBs into a substance containing carbon dioxide and hydrogen halide by reaction with air. In this embodiment, the residence time is 5 Set with seconds. Therefore, the reaction unit main body 31 uses one cylindrical pipe having an inner diameter of 1000 mm and a length of 1.8 m, and similarly to the preheating unit 2, a silicon carbide (SiC) -based heating element is used as an indirect heating device 33. It was arranged around 31. A heat insulating material (not shown) was arranged around the preheating unit main body 21 and the reaction unit main body 31 to prevent heat dissipation. As a result, in the reaction part main body 31, as the amount of heating, only the amount of heat dissipated from the reaction part main body 31 has to be input with an electric heater, and the input power amount could be reduced.
[0049]
In the second step, the amount of air to be added was adjusted by the moisture content in the contaminated soil, the PCBs / dioxins content, and the organic compound content. The amount of air to be added depends on the amount of carbon in the gas generated in the first step, and stoichiometrically, it is necessary to add air at least twice the molar ratio of carbon. In the gas analyzer 42 that analyzes the gas composition for monitoring the internal gas of the reaction unit main body 31, it is desirable to control the amount of air in the air addition device 44 according to the detected carbon monoxide concentration and hydrogen concentration. That is, the production of carbon monoxide at a concentration higher than the carbon dioxide concentration means that the number of moles of air is insufficient with respect to the number of moles of carbon. Therefore, in this embodiment, the carbon monoxide concentration and the hydrogen concentration of the gas analyzer 42 are output as signals and used to control the air addition device 44.
[0050]
The hydrogen halide gas mainly composed of hydrogen chloride gas generated in the second step was removed by the exhaust gas treatment device 37 via the treatment gas discharge port 36 and then released to the atmosphere. As the exhaust gas treatment device 37, an alkaline water shower scrubber device was used.
[0051]
As a result of treating about 10 tons of contaminated soil for 24 hours under the above-mentioned conditions, the decomposition rate of PCBs in this example was 99.99% or more for PCBs, and 99.99% for dioxins. That was all.
[0052]
In this embodiment, the PCB concentration in the exhaust gas discharged to the atmosphere is 0.0083 mg / Nm. ³ The dioxin concentration is 0.01 ng-TEQ / Nm ³ The hydrogen chloride concentration is 0.15 mg / Nm ³ Both met the exhaust gas standards of the Air Pollution Control Act.
[0053]
【The invention's effect】
According to the present invention, organic halogen compounds such as PCBs and dioxins can be efficiently volatilized from contaminated soil, and the organic halogen compound gas is stably decomposed into hydrogen halide and carbon dioxide by using air. And can be detoxified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an apparatus for carrying out a processing method of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Soil heating part, 2 ... Preheating part, 3 ... Thermal decomposition part, 11 ... Soil heating part main body, 12 ... Soil throwing-in part, 12a ... Double damper, 13, 23, 33 ... Indirect heating apparatus, 14, 24 34 ... Temperature measuring device 15, 25, 35 ... Temperature control device, 16 ... Soil discharge unit, 17 ... Production gas discharge port, 18 ... Piping, 21 ... Preheating unit body, 22 ... Production gas introduction port, 31 ... Reaction unit main body 32... Product gas introduction port 36. Process gas discharge port 37. Exhaust gas treatment device 38 38. Exhaust gas discharge port 41. Gas detection device 42 42 Gas analysis device 43 43 Air amount control device 44 ... Air addition device, 45 ... Air supply piping

Claims

A first indirect heating device having an oxygen concentration of 10% or less and volatilizing the organic halogen compound by indirectly heating the soil containing the organic halogen compound, and an organic halogen compound volatilized from the first indirect heating device A soil treatment apparatus comprising: a second indirect heating apparatus that indirectly heats and decomposes gas; and an air supply source that supplies air to the second indirect heating apparatus.

In a method for treating soil containing an organic halogen compound, a first step of indirectly heating the soil in an atmosphere having an oxygen concentration of 10% or less to volatilize the organic halogen compound, and volatilization by the first step A method for treating soil, comprising a second step of decomposing the organic halogen compound by indirectly heating the organic halogen compound gas while reacting with air.

The method for treating soil according to claim 2, wherein the heating temperature of the soil in the first step is 200 to 600 ° C.

The method for treating soil according to claim 2, wherein the heating temperature of the organic halogen compound gas in the second step is 600 to 1300 ° C.

The method for treating soil according to claim 2, wherein the residence time of the organic halogen compound gas in the second step is 2 to 10 seconds.

The soil treatment method according to claim 5, wherein, in the second step, the amount of air added is controlled according to the carbon monoxide concentration or hydrogen concentration in the cracked gas that has undergone the second step.