JP3971480B2

JP3971480B2 - 放出ストリームから汚染物を抽出する装置

Info

Publication number: JP3971480B2
Application number: JP03668897A
Authority: JP
Inventors: マイケル・ティー・サロッティ; リチャード・エイ・ウイリアムス; ロナルド・イー・ヘス
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2017-02-20
Also published as: US6024868A; BR9701080A; DE69714101D1; JPH09225448A; EP0792700A3; DE69714101T2; EP0792700A2; EP0792700B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌、土壌水及び／又は土壌気体から汚染物を除去する装置に関するものである。２相（２−ＰＨＡＳＥ（商標））除去工程は土壌から汚染物を除去するために高度真空を使用する。特に、本発明は最適なエントレインメント空気比(entrainment air ratio)を持続的に供給することによりこの高度真空を維持するために使用できる通風(air flow)制御装置を含んでいる。
【０００２】
【従来の技術】
２相（２−ＰＨＡＳＥ（ゼロックス社の商標））除去工程は土壌の被汚染部分から化学物質やその他の望ましくない物質を除去するための方法と装置を示している。一般的に、除去管等は被汚染部分の中に配置され、液体と蒸気の混合ストリームが管を通して土壌から吸い上げられるように真空がかけられる。次に、液体と蒸気が分離され、各相で汚染物が除去されるよう処理がおこなわれる。このような工程が米国特許第５，４６４，３０９号（マンシーニ３０９）、米国特許第５，４４１，３６５号（ダフニー）、米国特許第５，３５８，３５７号（マンシーニ３５７），米国特許第５，１９７，５４１号（ヘス５４１）、米国特許第５，１７２，７６４号（ハジャリ）そして米国特許第５，０５０，６７６号（ヘス６７６）とすべて本発明の譲受人であるコネチカット州スタンフォードのゼロックス社に譲渡された特許で開示されている。
【０００３】
汚染物は液体や蒸気の形で地表下の土壌や地下水に存在する。別個の物質として存在することもあるし、地下水や土壌蒸気と混合したり、溶解していることがある。揮発性有機化合物、半揮発性物質、金属汚染物質等など各種汚染物質が地下水にも土壌にも存在する。このような汚染物質は通気帯（地表と地下水面の間にある水に満たされることのない層）、通気帯と地下水面の間の界面、そして地下水面より下の水に満たされた飽和帯に存在する。
【０００４】
汚染物質の除去と被汚染部分の改善のために各種技術が使われてきている。ある１つの技術では土壌の掘削と現場外での土壌処理が必要となる。別の技術では汚染された土壌に水を十分含ませて、汚染物質が水によって土壌から少しずつ濾し取られるようにする。次に汚染された水が除去される。
【０００５】
２相抽出工程は土壌の汚染部分から揮発性、水溶性化学物質を除去するには大変効果的な技術であるが、季節的な変化やその他の自然な出来事が地下水面の高さを定期的に変化させ、この技術運用に悪い影響を与える。例えば、春には雪解けや降水のために一定の地域に存在する地下水の量がしばしば増加する。より大量の汚染廃物を地表下の土壌から抽出しなくてはいけないため、地下水に対するエントレインメント・エアの比率を手作業で操作しなくては、放出ストリームにかけられる反重力(anti-gravitational force)が小さすぎ、地下からストリームを持ち上げられないことがある。
【０００６】
夏の間、地下水レベルは通常、下がり、通気帯の深さが増大する。すなわち、地域の汚染地下水の量が減少し、存在する土壌気体の量が増大する。土壌気体が増大するために、抽出井戸内の通風が増大する。通風が増大すると真空が失われ、井戸運用の効率が低下する。
【０００７】
どの季節でも、抽出気流内の懸濁液体のエントレインメントを維持するために抽出井戸の底は、井戸内の液体・蒸気界面と同じかそれに大変近い位置に保たなくてはいけない。液体・蒸気界面が井戸の底より下がると、真空状態を維持するために井戸に送られる空気の量を再調整しなくてはいけない。地下水のレベルが上がると、空気供給量を再び調整し、真空を最適化しなくては、抽出井戸の運用効率は低下する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、井戸への最適真空供給を維持し、抽出井戸の効率的運用を続けるには、エントレインメント空気の量を地下水レベルの変化に合わせて調整しなくてはいけない。井戸内の真空は現在、地下水のレベルが上昇すると引き込み口から大気を取り入れ維持している。地下水レベルが下がると、空気供給は切られる。この運用方法では、技術者かその他の保守要員を井戸がある場所に実際に派遣して、井戸が適切に動いているかハードウェアを検査する必要がある。液体がエントレインメントされていないなら、技術者は手作業で操作し、圧縮空気を井戸に送り、再開させなくてはいけない。次に、井戸の運転が始まったら、バルブを手作業で調整し循環空気量を変える。ハードウェアを物理的に検査するまでは、障害が検知されないために、井戸が長期間に渡って運転不能になることがある。地下水レベルが季節やその他により変化するのに合わせて、井戸と抽出管にかけられる空気量を自動的に管理し、調整する方法が提示されることが望まれる。本発明はこのような方法を提示し、人間の介入の必要性を解消し、それに関するコストや不便さをなくす。次の開示が本発明の各種側面に関係している。
【０００９】
米国特許第５，４６４，３０９号（１９９５年１１月７日にマンシーニ他へ発行）は土壌の汚染された部分から揮発性有機化学物質を除去する２相抽出工程の一部の側面を開示している。被汚染部分に試錐穴を地下水面下の深さまで作り、その試錐穴の中に複数の同心円の管を配置する。汚染蒸気や液体が土壌から管の中に引き込まれるよう気体と真空が同時に管システムにかけられる。蒸気と液体は一緒に表面に送られ、２つの構成要素に分離される。各ストリームは汚染物質を除去するよう処理される。この工程を実行するための装置も同時に開示されている。
【００１０】
米国特許第５，３５８，３５７号（１９９４年１０月２５日にマンシーニ他に発行）では飽和帯と通気帯の両方から土壌汚染物質を除去するために真空抽出を利用する２相抽出工程と装置の別の側面が開示されている。この発明では被汚染部分に試錐穴を地下水面下の深さまで作り、真空抽出管をライザー管の中に置き、両方の管を試錐穴の中、地下水面下の深さまで入れることから構成される。真空抽出管には地下水レベルの下に少なくとも１つ気体引き込み口が付いている。気体はライザー管の中に入ると同時に、真空が抽出管の中にかけられる。気体と液体は土壌から穴のあいたライザー管の中に引き込まれ、ライザー管からさらに真空抽出管に引き込まれる。気体が地下水レベルの下の真空抽出管の中に入れられると真空抽出管中に２相フローが起きる。蒸気と液体の両方が２相共通ストリームとして地上に送られる。蒸気と液体のストリームは次に汚染物除去の処理がおこなわれる。
【００１１】
米国特許第５，０５０，６７６号（１９９１年９月２４日にヘス他に発行）と米国特許第５，１９７，５４１号（１９９３年３月３０日にヘス他に発行）は土壌から汚染物を抽出するのに使用される２相抽出工程と装置のさらに別の側面について開示している。本発明は液体と蒸気相を共通ストリームとして真空引き込みし、液体と蒸気相を分離し、分離された液体と蒸気を処理し、清浄された廃物を生成する工程である。２つの相の抽出には液体ストリームと土壌気体中の両方の汚染物を１つの井戸ケーシングから除去する１つの真空生成装置を利用する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は土壌、土壌液体、土壌気体から汚染物を抽出するための装置を指向するものである。本発明は汚染液体と蒸気を土壌から抽出するのに必要な真空を維持するのに使用される通風制御装置を含む。
【００１３】
本発明は、液体と蒸気の混合物を含み地下から抽出される放出ストリームから汚染物を抽出する装置であって、（ａ）第一引き込み口を有し地下に設置されるライザー管と、（ｂ）前記ライザー管の中に設置されていて、第二引き込み口と少なくとも第一ポートを有する真空抽出管とを含み、（ｃ）前記ライザー管と前記真空抽出管は放出ストリームと流体連通の関係にあり、さらに、（ｄ）前記第二引き込み口のところで前記真空抽出管と流体連通の関係にある真空誘導装置と、（ｅ）前記第一引き込み口で前記ライザー管と流体連通する空気引き込み口であって、この空気引き込み口を通る空気の量を制御するバルブを有するものと、（ｆ）前記第一引き込み口で前記ライザー管と流体連通し、少なくとも第一ポートで前記真空抽出管と流体連通する通風制御回路とを含み、この通風制御回路は前記真空抽出管の中の真空を保つために前記真空抽出管への大気の流れを自動的に制御し、前記大気の流れは、前記ライザー管の周りの領域内の地下水量の変化に応じて変化し、前記通風制御回路は、（ｉ）第一端と第二端を有する管であって、各端は空気が通過する穴を形成し、前記管の前記第一端は前記ライザー管の内壁の内側であって前記真空抽出管の外壁の外側に位置し、大気が前記管から少なくとも第一ポートを通して前記真空抽出管の中に送られるようになっているものと、（ｉｉ）前記ライザー管の前記第一引き込み口と前記真空抽出管の前記第一ポートの間の前記管の中にあるチェック・バルブ・アセンブリとを含み、このチェックバルブ・アセンブリは、（１）第一内部壁と第二内部壁を有するケースと、（２）前記第二内部壁に固定されたストップと、（３）前記第一内部壁に蝶番で結合するゲートであって、前記ストップのところまで動きそこで止まるものとを含み、さらに、（ｇ）前記真空誘導装置及び前記真空抽出管と連通する蒸気・液体分離装置であって、汚染物を含有する放出ストリームを受け取り、放出ストリームを液体成分と蒸気成分に分離し、その第一排出口で蒸気成分を生成し、その第二排出口で液体成分を生成するものを含む、放出ストリームから汚染物を抽出する装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の他の機能は下記の追加説明や図を参照することにより明らかになる。
図１は土壌から汚染物を除去するための典型的な真空抽出装置の等尺図である。
図２は典型的な２相抽出井戸の立面図である。
図３は本発明を付けない、現在抽出井戸に付けられている形の吸引空気引き込み口を示す立面図である。
図４は本発明の通風制御回路の詳細図である。
図５は抽出井戸に取り付けられた本発明の立面図である。
望ましい具体例に関連して本発明をここで説明しているが、この具体例に本発明を限定するものではない。すべての代案、改造、同等のものが特許請求の範囲の中に含まれることを意図するものである。
【００１８】
本発明は土壌から汚染物や汚染物含有蒸気や液体を除去するための２相抽出工程や装置に関連して利用される。本発明は他の工程にも使用することができ、この具体例に限定されるものでない。
【００１９】
典型的な被汚染部分では、揮発性汚染物源が吸着、溶解、懸垂遊離状態や気体状態の汚染物の水柱を通気帯（浸潤していない(unsaturated)）の土壌の中に生成する。この水柱を構成している汚染物は自然地下水面の方へ下方に浸出，濾過する傾向がある。水より軽く、溶解していない構成要素は地下水面の上に浮かぶ傾向がある。溶解した汚染物は水柱の中、地下水面の下に下方に濾過し、水より重い遊離状態構成要素はアクイタードの方へ下方に移動する傾向がある。
【００２０】
２相抽出工程は一般に１つの共通ストリームとして土壌から液体と蒸気を除去し、そのストリームの中の蒸気を液体から分離し、汚染物を除去するために各構成要素を処理することに関するものである。本発明は土壌から放出混合物を抽出するために利用する反重力を提供する真空を保つために使用される装置に向けられている。
【００２１】
本発明の具体例を説明する目的で示されていて、これに限定される訳ではないが、図１は本発明に基づく参照番号１００で全体を示されたシステムを図示している。真空誘導装置１０２は管１０６、ノックアウト・ポットのような蒸気・液体分離装置１０８や管付属品１１２の付いた管１１０を通して１つ以上の抽出井戸１１４と流体連通している。通風制御回路４００は図のように抽出井戸１１４に付いている。
【００２２】
真空誘導装置１０２は混合液体−蒸気ストリーム１０４（図３、４で分かり易く図示されている）が抽出井戸１１４を通して土壌から除去されるようにする。この混合液体−蒸気ストリーム（２相放出ストリーム１０４と呼ばれることもある）が管１１０を通して土壌から取り出され、ノックアウト・ポット１０８に入れられる。混合物はこれを液体構成分と蒸気構成分に分離するノックアウト・ポット１０８に入れられる。次にノックアウト・ポットは空にされ、いずれか一方または両方の構成分はさらに汚染物を除去するために追加処理される。
【００２３】
図２は典型的な抽出井戸１１４の詳細図である。図示された抽出井戸１１４は中にライザー管が入れられた細長い試錐穴２０２を有する。ライザー管２０４には全て地下水面下にあるか、地下水面上にあるか地下水面の上と下の両方に開いている複数の穴を有する。図ではライザー管２０４の中に位置する真空抽出管２０６が示されているが、ライザー管２０４は真空抽出管２０６の中かそれに隣接して配置することも可能である。以上の構成の他、その他の構成もここで含まれるものとする。
【００２４】
図３は抽出井戸１１４、そして特に現在の形の吸引空気引き込み口３０２をさらに詳細に図示したものである。図示のように、空気引き込み口３０２には抽出井戸１１４の中への大気の取り込みを制御するバルブ３０４が付いている。効率的なエントレインメントがおこなわれるよう、抽出井戸１１４の中へ入る大気の量を増加、減少する必要がある時、バルブを手作業で開閉しなくてはいけない。
【００２５】
２相抽出工程の現行の操作のもとでは、放出ストリーム１０４が土壌から吸引されるように真空が真空抽出管２０６の上部にかけられる。同時に圧縮空気が汚染地下水と土壌気体をエントレインするために抽出井戸１１４の底に送られる。抽出井戸１１４が運転を続けると、最大真空状態になり、井戸の底への圧縮空気の流れをゼロにまで減少させることができる。
【００２６】
井戸の周囲の部分にある地下水の量が変化するにつれ、真空を維持するために井戸に空気を送ったり、井戸から空気を排除しなくてはいけない。ある１つの現行の操作方法では追加地下水をエントレインするために抽出井戸１１４の中への圧縮空気の流れを再開しなくてはいけない。バルブ３０４は次に大気を抽出井戸１１４の中へ取り込むように手作業で調整される。これにより、循環空気は放出ストリームをエントレインし、井戸の運転が持続されることになる。抽出井戸１１４の中に入る大気の量の調整は本発明の通風制御回路４００で自動的におこなわれる。
【００２７】
図４は通風制御回路４００を詳細に示したものである。通風制御回路４００は自動的にライザー管２０４と真空抽出管２０６に大気を送り、その量を調整し、井戸運転がいろいろな季節変動に係わらず持続されるようにする。通風制御回路４００は通風関係の形でチェック・バルブ・アエンブリ４０６の第一面４０８に接続された管４０２を含む。チェック・バルブ・アセンブリ４０６は１つの内部壁４１８に蝶番で接続されたゲート４１４を有するケース４１６を含む。ケース４１６はもう１つの内部壁４２０に搭載されたストップ４１２を有し、閉位置ではゲート４１４がストップ４１２の所で止まり、開位置ではストップ４１２から離れた位置で止まる。管４０２の第一開口部はライザー管２０４の内側にあり、いろいろな位置でポート２０８を通して真空抽出管２０６に接続されるようになっている。このため、真空により空気が通風制御回路４００から真空抽出管２０６の中へ取り込まれるようにする。
【００２８】
管４０４はチェック・バルブ・アセンブリ４０６の第二面４１０をポイント３０６で抽出井戸１１４に接続する。ポイント３０６はライザー管２０４への入り口の役割を果たす。空気引き込み口３０２とバルブ３０４は管４０４の中、チェック・バルブ・アセンブリ４０６とポイント３０６の間に配置され、大気がチェックバルブ・アセンブリ４０６の中やライザー管２０４の中へ送られるようにする。
【００２９】
図５は抽出井戸１１４に接続された通風制御回路４００を詳細に示している。管４０２の一端がライザー管２０４の中、ライザー管の内部壁と真空抽出管２０６の外部壁の間に置かれる。
【００３０】
再び図４を参照すると、真空抽出工程が始まる前、ゲート４１４は閉位置でストップ４１２のところにある。真空抽出管２０６の上部に真空がかけられ、大気が引き込み口３０２からポイント３０６で抽出井戸１１４に送られるようにバルブ３０４が開けられる。抽出井戸１１４の中の真空、そして特に結果として生まれるポイント３０６での水平な力はゲート４１４を井戸の方に引っ張り、それが閉じた状態を保つようにする。このように、十分な真空状態が保たれれば、チェックバルブ・アセンブリ４０６は空気がゲート４１４から入らないようにし、管４０２を通して真空抽出管２０６の中に循環空気が入らない。しかし、吸引空気はポイント３０６で空気引き込み口３０２を通して続けて抽出井戸１１４の中に吸引される。
【００３１】
抽出井戸１１４の周囲の地下水量が増大すると、抽出井戸１１４の中へもっと空気が送られないと、真空が弱くなり、土壌から汚染ストリームを除去続けられなくなる。本発明は抽出井戸に循環空気を自動的に供給し、方向付け、調整し、井戸運転を続けるのに手作業で調整する必要をなくすための手段を提供する。井戸の周囲の余分な地下水は抽出井戸１１４の中の真空を減少させる。真空が減少すると、ポイント３０６にかけられる水平の力が減少する。水平の力が減衰するとゲート４１４が開き、循環空気が必要に応じて管４０２を通して真空抽出管２０６の中に入るようになる。
【００３２】
ポイント３０６での真空は低下したが、真空抽出管２０６の上部にかけられる真空は増大する。この結果、真空抽出管２０６の中の空気と周りのライザー管２０４の空気間の圧力の差が循環空気が持続的に管４０２を通してゲート４１１を通り、ポート２０８と真空抽出管２０６の中に取り込まれることを可能にする。
【００３３】
循環空気は真空抽出管２０６の中の空気量が真空を再び起こすのに十分な量になるまで送風を続け、放出ストリームをエントレインするのに十分な垂直の力を放出ストリームにかけ、放出ストリームを土壌から持ち上げる。
【００３４】
一方、当該部分での地下水量が減ると、抽出井戸１１４の中にある土壌気体の量が増える。井戸の中の追加気体量が短絡を起こし、真空抽出管２０６の底に届かなくなる。汚染除去工程が高い効率性を保つには吸引空気を井戸から排除しなくてはいけない。
【００３５】
このような状況下、通風制御回路４００が最大真空に達するとゲート４１４は閉鎖する。これにより、管４０２とポート２０８を通して大気が井戸の中に供給されるのが防止される。大気が管４０２の中へ送られるのを防止すると、井戸の中にある空気は地面の下の放出ストリームを持ち上げるのに使用することができる。これにより、井戸は持続的に効率的に作動する。
【図面の簡単な説明】
【図１】土壌から汚染物を除去するための典型的な真空抽出装置の等尺図である。
【図２】典型的な２相抽出井戸の立面図である。
【図３】本発明を付けない、現在抽出井戸に付けられている形の吸引空気引き込み口を示す立面図である。
【図４】本発明の通風制御回路の詳細図である。
【図５】抽出井戸に取り付けられた本発明の立面図である。
【符号の説明】
１００本発明システム、１０２真空誘導装置、１０４混合液体−蒸気ストリーム、１０６管、１０８蒸気・液体分離装置（ノックアウト・ポット）、１１０管、１１２管付属品、１１４抽出井戸、２０２試錐穴、２０４ライザー管、２０６真空抽出管、２０８ポート、３０２空気引き込み口、３０４バルブ、３０６ポイント、４００通風制御回路、４０２，４０４管、４０６チェック・バルブ・アエンブリ、４０８第一面、４１０第二面、４１２ストップ、４１４ゲート、４１６ケース、４１８，４２０内部壁

Claims

液体と蒸気の混合物を含み地下から抽出される放出ストリームから汚染物を抽出する装置であって、
（ａ）第一引き込み口を有し地下に設置されるライザー管と、
（ｂ）前記ライザー管の中に設置されていて、第二引き込み口と少なくとも第一ポートを有する真空抽出管とを含み、
（ｃ）前記ライザー管と前記真空抽出管は放出ストリームと流体連通の関係にあり、さらに、
（ｄ）前記第二引き込み口のところで前記真空抽出管と流体連通の関係にある真空誘導装置と、
（ｅ）前記第一引き込み口で前記ライザー管と流体連通する空気引き込み口であって、この空気引き込み口を通る空気の量を制御するバルブを有するものと、
（ｆ）前記第一引き込み口で前記ライザー管と流体連通し、少なくとも第一ポートで前記真空抽出管と流体連通する通風制御回路とを含み、この通風制御回路は前記真空抽出管の中の真空を保つために前記真空抽出管への大気の流れを自動的に制御し、前記大気の流れは、前記ライザー管の周りの領域内の地下水量の変化に応じて変化し、前記通風制御回路は、（ｉ）第一端と第二端を有する管であって、各端は空気が通過する穴を形成し、前記管の前記第一端は前記ライザー管の内壁の内側であって前記真空抽出管の外壁の外側に位置し、大気が前記管から少なくとも第一ポートを通して前記真空抽出管の中に送られるようになっているものと、（ｉｉ）前記ライザー管の前記第一引き込み口と前記真空抽出管の前記第一ポートの間の前記管の中にあるチェック・バルブ・アセンブリとを含み、このチェックバルブ・アセンブリは、（１）第一内部壁と第二内部壁を有するケースと、（２）前記第二内部壁に固定されたストップと、（３）前記第一内部壁に蝶番で結合するゲートであって、前記ストップのところまで動きそこで止まるものとを含み、さらに、
（ｇ）前記真空誘導装置及び前記真空抽出管と連通する蒸気・液体分離装置であって、汚染物を含有する放出ストリームを受け取り、放出ストリームを液体成分と蒸気成分に分離し、その第一排出口で蒸気成分を生成し、その第二排出口で液体成分を生成するものを含む、放出ストリームから汚染物を抽出する装置。