JP4417904B2 - 有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置に関し、特に、有機ハロゲン化合物等の有害物質が付着・吸着した固体にマイクロ波を照射することによって有機ハロゲン化合物等の有害物質を分解するようにした有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置に関するものである。

都市ごみ焼却炉から排出され、集塵機によって回収される集塵灰には、ダイオキシン類を始めとする有機ハロゲン化合物等の有害物質が含有されており、この集塵灰を、灰固化装置等によって固形化して有機ハロゲン化合物等の有害物質の溶出を防止した後に埋め立て等の処理を行っていた。

これに対して、ダイオキシン類の人体への悪影響を最小限に抑制する目的で、「廃棄物焼却炉に係るばいじん等に含まれるダイオキシン類の量の基準及び測定の方法に関する省令」により、平成１４年１２月１日以降、集塵灰中に含有されるダイオキシン類の含有濃度を集塵灰１グラムにつき３ナノグラム以下にすることについての規制がなされ、集塵灰に対してもダイオキシン類を除去する措置を施す必要が生じることとなった。

そして、この規制に適合すべく、集塵灰を酸素欠乏状態で、３５０℃以上、好ましくは、４００℃以上で３０分以上加熱し、さらに再合成を防ぐために加熱後急速に２００℃以下に冷却する方法や、集塵灰にマイクロ波を照射することによってダイオキシン類を分解することが提案され、実用化されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

ところで、集塵灰にマイクロ波を照射する際に使用される集塵灰を導入する筐体には、筐体内に導入した有害物質が付着・吸着した固体を攪拌する回転羽根を有する攪拌機構が配設されている。
ところで、一般の攪拌装置においては、攪拌性能を向上するために回転羽根に櫛歯状のものを使用することがあるが、マイクロ波を使用する処理装置において、回転羽根に櫛歯状のものを使用した場合、回転羽根の近傍域で放電が生じやすくなるという問題があった。
特開２０００−３３４０６２号公報 特開２００１−１９６４６号公報 特開２００５−１６９２９１号公報

本発明は、上記マイクロ波を使用する処理装置が有する問題点に鑑み、回転羽根に櫛歯状のものを使用した場合に、回転羽根の近傍域での放電の発生を抑制することができるようにした有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置は、有機ハロゲン化合物等の有害物質が付着・吸着した固体を導入する筐体と、該筐体内に導入した有害物質が付着・吸着した固体にマイクロ波を照射するマイクロ波照射機構と、筐体内に導入した有害物質が付着・吸着した固体を攪拌する回転羽根を有する攪拌機構とを備えた有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置において、前記攪拌機構の回転羽根を櫛歯状で、かつ、櫛歯の間隙の寸法を照射するマイクロ波の波長の１／２以下に形成したことを特徴とする。

この場合において、回転羽根を、上部に櫛歯を下部にスクレーパをそれぞれ形成した板状部材で構成し、前記スクレーパの下端が回転羽根の回転方向の前方側に位置するように回転羽根を回転軸に対して放射方向に延びる回転支軸に傾斜して取り付けるようにすることができる。

また、回転羽根の外周側端部に、櫛歯よりも高さの高い外周端スクレーパを形成することができる。

本発明の有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置は、有機ハロゲン化合物等の有害物質が付着・吸着した固体を導入する筐体と、該筐体内に導入した有害物質が付着・吸着した固体にマイクロ波を照射するマイクロ波照射機構と、筐体内に導入した有害物質が付着・吸着した固体を攪拌する回転羽根を有する攪拌機構とを備えた有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置において、前記攪拌機構の回転羽根を櫛歯状で、かつ、櫛歯の間隙の寸法を照射するマイクロ波の波長の１／２以下に形成するようにしているので、回転羽根に櫛歯状のものを使用した場合における回転羽根の近傍域での放電の発生を抑制することができる。

また、回転羽根を、上部に櫛歯を下部にスクレーパをそれぞれ形成した板状部材で構成し、前記スクレーパの下端が回転羽根の回転方向の前方側に位置するように回転羽根を回転軸に対して放射方向に延びる回転支軸に傾斜して取り付けるようにすることにより、処理対象物を筐体の底部から掻き上げるようにして確実に攪拌することができ、処理対象物にマイクロ波を均一に照射することができる。

また、回転羽根の外周側端部に、櫛歯よりも高さの高い外周端スクレーパを形成することにより、処理対象物が筐体の周壁の内壁面に沿って滞留することを防止し、処理対象物にマイクロ波を均一に照射することができる。

以下、本発明の有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図３に、本発明の有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置の一実施例を示す。

この有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置は、有機ハロゲン化合物等の有害物質が付着・吸着した固体（例えば、集塵灰等の粉体）を導入する密閉容器として構成した筐体１と、この筐体１内に導入した有害物質が付着・吸着した固体にマイクロ波を照射するマイクロ波照射機構２と、筐体１内に導入した有害物質が付着・吸着した固体を攪拌する回転羽根６１を有する攪拌機構６（本実施例において、攪拌機構６は、処理済みの固体を導出部５ａに導く排出機構を兼ねるようにしている。）とを備えるようにしている。

この場合において、筐体１は、筐体１内に導入した有害物質が付着・吸着した固体の上方においてマイクロ波の照射空間を構成する筐体１の上半部の周壁１Ａの平面断面形状を５角形以上の多角形（特に限定されるものではないが、本実施例においては、略正８角形）に形成するようにしている。
ここで、「平面断面形状を５角形以上の多角形により形成する」とは、具体的には、筐体１の上半部の周壁１Ａを、５角形以上の多角筒形状や角錐又は角錐台形状に形成することを意味する。
これにより、筐体１の上半部の周壁１Ａの内壁面で反射したマイクロ波が特定箇所に集中することがなく、処理対象物である有機ハロゲン化合物等の有害物質が付着・吸着した固体（本明細書において、「処理対象物」という場合がある。）にマイクロ波を均一に照射することができる。
なお、多角形の辺の個数は、５個以上であれば特に限定されるものではないが、２０個を越えると、円形に近づいて、筐体１の上半部の周壁１Ａの内壁面で反射したマイクロ波が筐体１の中心軸に集中する傾向が生じ、好ましくない。
一方、４個以下の場合は、角部等にマイクロ波が照射されにくい箇所が生じ、好ましくない。

また、平面断面形状の多角形は、略正多角形にすることが好ましい。
これにより、処理対象物にマイクロ波を偏りなく、均一に照射することができる。

また、平面断面形状の多角形は、奇数個の辺を有する多角形にすることが好ましい。 これにより、偶数個の辺を有する多角形の場合のようにマイクロ波が対向する筐体１の上半部の周壁１Ａの内壁面間で反射することがなく、筐体１の上半部の周壁１Ａの内壁面で反射したマイクロ波が分散されやすく、処理対象物にマイクロ波を一層均一に照射することができる。

また、筐体１の上半部の周壁１Ａは、角錐又は角錐台形状（特に限定されるものではないが、本実施例においては、略正８角錐台形状）に形成することが好ましい。
これにより、筐体の上半部の周壁１Ａの内壁面で反射したマイクロ波を下向きに指向させることができ、処理対象物にマイクロ波を効率よく照射することができる。
この場合、筐体１の上半部の周壁１Ａの鉛直面に対する角度θは、数度〜２０度程度（特に限定されるものではないが、本実施例においては、約５度）に設定することが好ましい。

一方、筐体１の下半部の周壁１Ｂは、筐体１内に導入した有害物質が付着・吸着した固体を攪拌するとともに、処理済みの固体を導出部５ａに導くための攪拌機構６を配設する関係上、円筒形状に形成するようにしている。
そして、本実施例においては、筐体１の上半部の周壁１Ａと下半部の周壁１Ｂとを、なだらかな中間部の周壁１Ｃにより接続するようにし、電磁波に対してアンテナとなる突起物が少ない構造とするようにしている。

筐体１は、ステンレススチール、アルミニウム、アルミニウム合金等の電磁波吸収性の低い材料で構成するようにする。

そして、筐体１の上面及び／又は上半部の周面に複数台のマイクロ波照射機構２を、また、上面に筐体１内で発生した排ガスを濾過するフィルタ濾過機構３及び有機ハロゲン化合物等の有害物質が付着・吸着した固体の導入部４を、下面に排出機構を兼ねた攪拌機構６に加え、処理済みの固体の導出部５ａ、ドレンの導出部５ｂ及び処理中の固体の温度を測定する熱電対７を、それぞれ配設するようにしている。

有機ハロゲン化合物等の有害物質が付着・吸着した固体には、必要に応じて、水添加機構、アルカリ物質添加機構、電磁波吸収物質添加機構、還元剤添加機構等（図示省略）から、有害物質を分解処理するために必要な水分、アルカリ物質（酸化カルシウムＣａＯや水酸化ナトリウムＮａＯＨ等）、電磁波吸収物質（活性炭や酸化鉄等）、還元剤等を添加できるようにするが、これらの水添加機構、アルカリ物質添加機構、電磁波吸収物質添加機構、還元剤添加機構等は、筐体１に備えるようにするほか、この処理装置による処理工程の前工程に配設し、有機ハロゲン化合物等の有害物質が付着・吸着した固体に水分、アルカリ物質、電磁波吸収物質、還元剤等を添加した状態で筐体１に供給するようにすることもできる。
なお、添加物質としては、このほか、酸化反応量の調整を主目的として、空気や窒素を筐体１内部に供給することも可能である。

マイクロ波照射機構２の照射口２ａは、石英ガラスやフッ素樹脂等の電磁波透過性が高くかつ耐薬品性と耐熱性に優れた材料で構成することによりシールを行い、筐体１内で発生する高温腐食性ガスのマイクロ波照射機構２への侵入を防止するようにする。

フィルタ濾過機構３は、図３に示すように、筐体１内で発生した排ガスを濾過して外部に排出するためのもので、フィルタ濾過機構３のケーシング３０の開口部３０ａを介して筐体１内に照射されたマイクロ波がフィルタ濾過機構３のフィルタ部３１に照射されるように、フィルタ濾過機構３のケーシング３０を筐体１に連通して取り付けるようにしている。
このように、フィルタ濾過機構３のケーシング３０を筐体１に連通して取り付けるようにすることにより、フィルタ濾過機構３の取り付けが簡易となり、メンテナンス時の作業も容易となる。

フィルタ濾過機構３のフィルタ部３１には、マイクロ波が照射されることによって直接的に、あるいは、マイクロ波の照射によって加熱されるフィルタ部３１を介して間接的に活性化される、有機ハロゲン化合物等の有害物質を分解する酸化チタンや５酸化バナジウム等の触媒３２を濾布の表面に塗布又は吹き付けによって層状に配する（プレコート処理）ようにする。
フィルタ部３１を構成する濾布には、セラミックスフィルタ等の電磁波吸収特性が低く、耐熱性が高い材料を使用することにより、マイクロ波による加熱ロスが生じず、このため、熱損傷を受けることがなく、省エネルギとフィルタ部の耐久性の向上を図ることができる。

そして、マイクロ波の照射による加熱では、筐体１内の気体温度が上昇しにくいことから、フィルタ部３１にマイクロ波によって活性化される有機ハロゲン化合物等の有害物質を分解する触媒３２を配したことと相俟って、図４に示すように、フィルタ濾過機構３において、比較的低温、より具体的には、フィルタ濾過機構３に導入する排ガスの温度が２００℃未満となるようにしても、有機ハロゲン化合物等の有害物質を確実に分解し、フィルタ部３１に捕集した粉塵粒子（汚染粒子）を浄化粒子とするとともに、排ガスを浄化ガスとすることができる。
このように、フィルタ濾過機構３において有機ハロゲン化合物等の有害物質を比較的低温で確実に分解できることから、低沸点有害物質の捕捉効率を高めることができるとともに、フィルタ部３１の耐久性を向上し、さらに、ダイオキシン類が再合成されるおそれをなくすことができる。

また、フィルタ濾過機構３には、浄化ガスを外部に排出するための排気管３３と、フィルタ部３１に捕集した粉塵粒子をパルスジェット等の気流により払い落とすための逆洗機構３４を、それぞれ配設するようにしている。
さらに、有用低沸点物質でフィルタ濾過機構３を通過したものについては、系外に凝縮装置（図示省略）を後置することによって目的物質を回収することができる。
また、フィルタ濾過機構３を通過した浄化ガスに対して中和処理を必要とする場合は、系外にアルカリ溶液タンク（図示省略）などを後置して処理を行ったり、フィルタ部３１にアルカリ物質（水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）_２）等のアルカリ物質をプレコート処理することによって対処することができる。

筐体１内に導入した有害物質が付着・吸着した固体を攪拌する、排出機構を兼ねた攪拌機構６は、図２に示すように、櫛歯状で、かつ、櫛歯６１ａの間隙の寸法Ｗ１を照射するマイクロ波の波長の１／２以下、より好ましくは１／４以下に形成するようにした回転羽根６１と、回転駆動用モータ６２とを備えている。
櫛歯６１ａの間隙の寸法Ｗ１は、より具体的には、波長：１２．２ｃｍ（周波数：２．４５ＧＨｚ）のマイクロ波を使用する場合で、１〜６ｃｍ程度、より好ましくは、２〜３ｃｍ程度に形成するようにする。
また、櫛歯６１ａの幅寸法Ｗ２及び高さ方向の寸法Ｈは、櫛歯６１ａの間隙の寸法Ｗ１とほぼ同一寸法、具体的には、１〜６ｃｍ程度、より好ましくは、２〜３ｃｍ程度に形成するようにする。 これにより、回転羽根６１に櫛歯状のものを使用した場合における回転羽根６１の近傍域での放電の発生を抑制することができる。

また、回転羽根６１は、上部に櫛歯６１ａを、下部にスクレーパ６１ｂをそれぞれ形成した板状部材で構成し、回転軸６０に対して等間隔（特に限定されるものではないが、本実施例においては、６０度間隔）に放射方向に延びる回転支軸６０ａに回転方向（図２（ｂ）の矢印方向）の前方側に位置して傾斜して取り付けるようにする。
回転羽根６１の取り付ける角度は、図２（ｅ）、（ｆ）に示すように、鉛直面に対する角度θ１が４０〜５０度程度になるようにし、櫛歯６１ａ側をスクレーパ６１ｂ側より水平に近づけ、角度θ２が１０〜２０度程度に、角度θ３が２５〜３５度程度になるように設定することが好ましい。
これにより、処理対象物を筐体１の底部から掻き上げるようにして確実に攪拌することができ、処理対象物にマイクロ波を均一に照射することができる。

また、回転羽根６１の外周側端部に、櫛歯６１ａよりも高さの高い（特に限定されるものではないが、１．５〜３倍程度に設定することが好ましい。）外周端スクレーパ６１ｃを形成するようにする。
これにより、処理対象物が筐体１の下半部の周壁１Ｂの内壁面に沿って滞留することを防止し、処理対象物にマイクロ波を均一に照射することができる。

攪拌機構６の回転羽根６１は、ステンレススチール、アルミニウム、アルミニウム合金等の電磁波吸収性の低い材料で構成するようにする。

また、攪拌機構６の回転羽根６１は、攪拌効率が高いため、回転駆動用モータ６２によって、比較的低速、具体的には、数十〜数百ｒｐｍ程度、好ましくは、３０〜１００ｒｐｍ程度、より好ましくは、４０〜８０ｒｐｍ程度で回転駆動するようにすることができる。
これにより、エネルギコストを低廉にすることができる。

また、攪拌機構６の回転支軸６０ａの基部は、回転軸６０を含む直径方向長さの１／３程度が蓋付円筒体６３で覆われている。
これにより、処理対象物が移動しにくくなる回転中心部分の発生を防止している。

そして、熱電対７は、処理中の固体の温度を測定するためのもので、測定した温度に基づいて、マイクロ波照射出力制御機構（図示省略）によりマイクロ波照射機構２からのマイクロ波の照射出力を制御し、これにより、処理中の固体の加熱温度を常に適正に保持し、有機ハロゲン化合物の脱ハロゲン化反応等の有害物質の分解処理を優位に促進するようにしている。
なお、マイクロ波照射機構２からのマイクロ波の照射出力の制御は、熱電対７のほか、筐体１の上部に設置した放射温度計（図示省略）を併用して行うこともできる。

以上、本発明の有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置は、筐体の内壁面で反射したマイクロ波が特定箇所に集中しないようにして、処理対象物にマイクロ波を均一に照射することができるという特性を有していることから、ダイオキシン類を始めとする有機ハロゲン化合物等の有害物質が含有されている集塵灰の無害化処理の用途に好適に用いることができるほか、その他の有害物質の無害化処理の用途にも用いることができる。

本発明の有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置の一実施例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 同処理装置の攪拌機構を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図（ｃ）は正面拡大図、（ｄ）は（ｃ）のＸ−Ｘ断面図、（ｅ）は（ｃ）のＹ−Ｙ断面図、（ｆ）は（ｃ）のＺ−Ｚ断面図である。 同処理装置のフィルタ濾過機構を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図（ｃ）は側面図である。 本発明の有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置による有害物質の分解処理の概念図である。

符号の説明

１ 筐体
１Ａ 上半部の周壁
１Ｂ 下半部の周壁
１Ｃ 中間部の周壁
２ マイクロ波照射機構
２ａ 照射口
３ フィルタ濾過機構
３０ ケーシング
３０ａ 開口部
３１ フィルタ部
３２ 触媒
３３ 排気管
３４ 逆洗機構
４ 導入部
５ａ 固体の導出部
５ｂ ドレンの導出部
６ 攪拌機構
６０ 回転軸
６０ａ 回転支軸
６１ 回転羽根
６１ａ 櫛歯
６１ｂ スクレーパ
６１ｃ 外周端スクレーパ
６２ 回転駆動用モータ
６３ 蓋付円筒体
７ 熱電対

Claims (3)

1. 有機ハロゲン化合物等の有害物質が付着・吸着した固体を導入する筐体と、該筐体内に導入した有害物質が付着・吸着した固体にマイクロ波を照射するマイクロ波照射機構と、筐体内に導入した有害物質が付着・吸着した固体を攪拌する回転羽根を有する攪拌機構とを備えた有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置において、前記攪拌機構の回転羽根を櫛歯状で、かつ、櫛歯の間隙の寸法を照射するマイクロ波の波長の１／２以下に形成したことを特徴とする有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置。
2. 回転羽根を、上部に櫛歯を下部にスクレーパをそれぞれ形成した板状部材で構成し、前記スクレーパの下端が回転羽根の回転方向の前方側に位置するように回転羽根を回転軸に対して放射方向に延びる回転支軸に傾斜して取り付けるようにしたことを特徴とする請求項１記載の有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置。
3. 回転羽根の外周側端部に、櫛歯よりも高さの高い外周端スクレーパを形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の有機ハロゲン化合物等の有害物質の処理装置。
   

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