JP4766634B2

JP4766634B2 - 汚染液体処理装置

Info

Publication number: JP4766634B2
Application number: JP2001109909A
Authority: JP
Inventors: 栄司西本
Original assignee: 栄司西本
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2021-04-09
Also published as: JP2002301363A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は汚染液体処理装置に関するものであり、さらに詳しくは本出願人による特願２０００−３３４４３６号に提案された技術、すなわち攪拌房室内に臨界条件場を形成することにより常態では化学的に反応しない化合物（例えばＰＣＢなど）を含んだ汚染液体から該化合物の遊離基を引抜いて除去する装置、の改良に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
この明細書において「有害化合物」とは人間の健康生活になんらかの形で害を及ぼす化合物であって、しかも常態では化学的に反応しない化合物を言う。
【０００３】
従来、常態において反応剤を加えただけでは化学的に反応しない有害化合物を反応させて無害化するには、つぎのような方法が一般的に採られてきた。
【０００４】
その第１は超臨界水酸化分解法と呼ばれる処理である。ここで超臨界水とは温度が３７４℃以上で圧力が２２ＭＰａを越える状態の水を言い、気体のように活発に運動して対象物（すなわち有害化合物）を分解する性質がある。実用的には温度が６００℃で圧力がほぼ２２ＭＰａであることが要求される。
【０００５】
第２の方法はアルカリ触媒分解法と呼ばれるものである。有害化合物に水素供給物質、炭素系触媒およびアルカリ（例えば水酸化カリウム）を添加し、窒素雰囲気下常圧で３００〜３５０℃に加熱して、有害化合物の一部（例えばＰＣＢならば塩素）を除去するものである。
【０００６】
しかしこれらの無害化技術にあっては、高温高圧の条件下および／または窒素ガスの存在下で密閉処理を行う必要がある。このために高温高圧およびガスによる腐蝕に耐える堅牢な反応装置を必要とするばかりでなく、その保守管理および高度な処理制御技術が要求される。またこれらの理由からして、いずれもバッチ処理はできても、連続処理に不向きであるが故に、実用に供するには経済効率の観点から大きな難点があった。
【０００７】
かかる問題を解決すべく、前記の特願２０００−３３４４３６号にあっては、高速回転による遠心作用を利用して攪拌房室内に超臨界条件場を形成することにより汚染液体を処理する装置が提案された。
【０００８】
該装置にあっては、密閉構造の縦型攪拌房室内において、２個以上の水平有孔攪拌子を上下に離間重複配置してある。該攪拌房室内には有害化合物を含んだ汚染液体と該化合物からの遊離基と結合し得る反応剤との混合溶液が導入される。上記の攪拌子は１０，０００〜１８，０００ｒｐｍの速度で回転駆動されるようになっており、処理済みの混合溶液は攪拌房室から排出される。
【０００９】
上記の装置において攪拌子が高速で回転駆動されると、混合溶液と攪拌子表面との摩擦により高温（２３０〜３００℃以上）の熱が発生するとともに、遠心力作用により孔内および攪拌房室周壁付近の混合溶液が高度に圧縮されて非常な高圧（２２ＭＰａ以上）となる。加えて攪拌子の高速回転に伴い混合溶液はベルヌーイの法則によりその圧力が大幅に降下し、キャビテーションにより多数の小気泡が発生する。これらの小気泡が攪拌子の高速回転に伴う剪断作用により弾ける。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが前記の装置にあっては、回転軸の下端に複数の水平有孔攪拌子、具体的には円盤が取り付けてられており、しかも回転軸の上端に駆動手段、具体的には駆動モーターが連結されており、その中間の上下位置で回転軸が軸受により支持されている。つまりボトムヘビーの構造である。したがって攪拌子が高速回転した場合には振動などが発生し易く、非常に運転状態が不安定である。構成部品に僅かでも製造誤差がある場合には、特に振動が激しいものとなる。しかも攪拌房室内に複数の攪拌子を上下に重複して収容するが故に、装置全体として大型となるのを免れない。
【００１１】
かかる従来技術の現状に鑑みてこの発明の目的は、攪拌子の高速回転により形成された超臨界条件場を利用して汚染液体から有害化合物を除去するべく、運転状態が安定でしかも全体としてコンパクトな装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
実質的に密閉構造の攪拌房室内において同心状に相互離間配置された複数の直立攪拌円筒を有してなる攪拌子を設け、該攪拌子に対向して同心状に離間した複数の直立抵抗円筒を配置し、１０，０００〜１８，０００ｒｐｍの速度で回転駆動すべく上記の攪拌子に駆動手段を連結し、有害化合物を含んだ汚染溶液と該化合物からの遊離基と結合し得る反応剤との混合溶液を攪拌房室内に導入する手段を設け、処理済み混合溶液を攪拌房室外に排出する手段を設け、かつ各抵抗円筒を隣接する内外の攪拌円筒間に離間配置したことを要旨とする。
【００１３】
【作用】
上記の装置において攪拌子が高速で回転駆動されると、混合溶液と攪拌円筒表面との摩擦により高温（２３０〜３００℃以上）の熱が発生するとともに、遠心力作用により攪拌円筒と抵抗円筒との間の環状空間および攪拌房室周壁付近の混合溶液が高度に圧縮されて非常な高圧（２２ＭＰａ以上）となる。加えて攪拌円筒の高速回転に伴い混合溶液はベルヌーイの法則によりその圧力が大幅に降下し、キャビテーションにより多数の小気泡が発生する。これらの小気泡が攪拌円筒の高速回転に伴う剪断作用により弾ける。
【００１４】
【実施例】
つぎに添付の図面に示す実施例によりさらに具体的にこの発明について説明する。図１に示すのはこの発明の処理装置の基本的な実施例である。縦型の外ケース１の上部内側にはやはり縦型の内ケース３が固嵌されており、外ケース１の内ケース３との接触面には冷却水を回流させるための螺旋導路５が形成されている。この螺旋導路５は図示しない適宜な冷却水の供給源（回流駆動源であってもよい）に接続されている。
【００１５】
内ケース３の上部は外ケース１より上方に突出しており、突出部分には駆動モーター７が固嵌されている。この駆動モーター７はその出力回転数は１０，０００〜１８，０００ｒｐｍになるように設定されている。内ケース３と駆動モーター７との接触面には冷却水を回流させるための螺旋導路９が形成されている。この螺旋導路９も上記の冷却水の供給源に接続されている。
【００１６】
駆動モーター７の出力回転軸１１は下方に延在して、かつベアリング１３を介して外ケース１により回転可能に支持されている。また内ケース３と回転軸１１との間にはケミカルシール１５が介装されている。
【００１７】
回転軸１１は中空筒状の構造であって、その下端は閉鎖されている。この回転軸１１内には外部の冷却水供給源に適宜接続された冷却水導入管１７が閉鎖下端付近まで同心状に離間して下方に延在している。導入管１７の上端付近には通水孔１９が形成されており、ここを介して内ケース３内の駆動モーター７収容空間内へ冷却水が流入するようになっている。
【００１８】
外ケース１の下部内には回転軸１１の中心軸と同軸上に攪拌房室２１が実質的に密閉構造に形成されている。この攪拌房室２１は例えば上記中心軸についての円形または八角形などの横断面形状を有している。攪拌房室２１の底壁中央には混合溶液の導入孔２３が貫通形成されて、図示しない混合溶液の供給源に適宜接続されている。
【００１９】
攪拌房室２１への混合溶液の導入は、攪拌子の高速回転による遠心作用により生じた負圧により消極的に行ってもよく、接続路に設けたポンプにより積極的に行ってもよい。また処理済みの混合溶液は図示しない排出孔を介して適宜公知の方法により攪拌房室２１から排出される。
【００２０】
攪拌房室２１内において回転軸１１の下端には攪拌子が同心状に固定されている。この攪拌子は上記中心軸について同心状に相互離間配置された複数の直立攪拌円筒２５を有している。したがって回転軸１１が回転すると攪拌円筒２５も中心軸について同期回転する。図示の例では５個の攪拌円筒２５が設けられているが、攪拌円筒２５の個数はこれに限定されるものではない。
【００２１】
攪拌房室２１の底壁上には前記の攪拌子に対向して複数の直立抵抗円筒２７が前記の中心軸について同心状に離間配置で固定されている。各抵抗円筒２７は隣接する内外の攪拌円筒２５間に離間配置されている。つまり中心軸側から攪拌円筒⇒抵抗円筒⇒攪拌円筒の順で攪拌円筒と抵抗円筒とが交互に相互離間して配置されている。もっともこれとは逆に中心軸側から抵抗円筒⇒攪拌円筒⇒抵抗円筒の順で配置してもよい。いずれにしても隣接する攪拌円筒２５と抵抗円筒２７間に超臨界条件場となるべき環状空間が画定されればよい。
【００２２】
上記の構成において攪拌円筒２５の下端は攪拌房室２１の底壁から若干離間するように、また抵抗円筒２７の上端は攪拌子の上壁より若干離間するように、それぞれ設定する。
【００２３】
ついで作用について説明する。処理に際してはまず混合溶液が中央の導入孔２３から攪拌房室２１内に導入される。攪拌子の高速回転に伴う遠心作用により、混合溶液は一番内側の攪拌円筒２５の下側の隙間を通って環状空間に流入する。この環状空間内で混合溶液は高速回転している攪拌円筒２５に接触して遠心作用により外側に流れようとするが、隣接する外側の抵抗円筒２７に妨げられて上に流れ、該抵抗円筒２７の上側の隙間を通ってつぎの環状空間に流入する。この環状空間内で遠心作用により混合溶液はさらに外側に流れようとするが、隣接する外側の抵抗円筒２７に妨げられて下に流れる。以上のプロセスを繰り返して混合溶液はつぎつぎと外側の環状空間に流入移動してゆく。
【００２４】
上記のような条件下で攪拌円筒２５が高速回転すると、混合溶液と攪拌円筒表面との摩擦により高温（２３０〜３００℃以上）の熱が発生する。これと並行して高速回転による遠心作用により各環状空間内の混合溶液が外側の抵抗円筒２７に対して押圧圧縮されて非常な高圧（２２ＭＰａ以上）となる。また最後には攪拌房室２１の周壁に対しても押圧圧縮される。
【００２５】
加えて攪拌円筒２５の高速回転に伴い、混合溶液はベルヌーイの法則によりその圧力が大幅に低下し、キャビテーションにより多数の小気泡が発生する。これらの小気泡が攪拌円筒の高速回転に伴う剪断作用により弾けて、超音波を発生して混合溶液の高圧化を促進する。
【００２６】
上記したような摩擦熱による高温と遠心作用による高圧との相乗効果により攪拌房室内に、メカノケミカル効果によるラジカル引抜き反応が起きて、汚染液体中の化合物の一部が遊離基となる。これと反応剤とが結合して化合物を無害化する。また小気泡が弾けることにより超音波を発生し、これが上記のラジカル引抜き反応を促進する。
【００２７】
かくして混合溶液の処理は完了し、攪拌房室２１の一番外側まで移動した処理済みの混合溶液は排出孔を介して系外に排出される。
【００２８】
この発明は種々の有害化合物を含んだ汚染液体の無害化に応用できるが、典型的な例としてＰＣＢを含んだ汚染液体がある。この場合には反応剤として個体ナトリウムを用いる。上記したようなラジカル引抜き反応によりＰＣＢ中の塩素が遊離基となり、これがナトリウムと結合して食塩を生成する。すなわち有害化合物であるＰＣＢが無害な食塩に変換されるのである。したがって処理済みの混合溶液はビフェニルと食塩を含んだものとなり、これを系外に排出しても人間の健康生活に害を及ぼすことはない。
【００２９】
この発明の実験結果によれば処理済み混合溶液中のＰＣＢ濃度をほぼ０．１ｐｐｍまで低減することができた。通常濃度が０．５ｐｐｍ以下は有害とはされなことを考えると、この発明による無害化はほぼ完全なものであると言える。
【００３０】
その他にもこの発明の装置が処理対象とする有害化合物としては、例えばトランスやコンデンサーの液状絶縁油、廃油などの産業廃棄物がある。また汚染土壌などの場合には適宜な前処理により液状化することにより、この発明の装置により処理を施すことが可能である。
【００３１】
図１に示した実施例においては、複数の抵抗円筒からなる抵抗子を攪拌子に対向した配置で外ケース１に固定してある。しかし前記のような超臨界条件場となる環状空間内でのメカノケミカル効果を得るには基本的には攪拌子と抵抗子との間に回転速度差があればよい。そこで抵抗子を攪拌子と同方向に低速で回転させるように構成してもよく、または抵抗子を攪拌子と逆方向に回転させるように構成してもよい。
【００３２】
いずれの場合にも、抵抗子を外ケース１から切り離し、例えば外ケース１の下方に設けた駆動モーターに連結する。この場合駆動モーターの出力軸は前記の回転軸と同軸上に配置するのが望ましい。また外ケース１と該駆動モーターの出力軸との間には、適宜ベアリングやケミカルシールを介装する。
【００３３】
上記構成において、抵抗円筒は完全な円筒状でもよいが、攪拌房室内における混合溶液の内側から外側への移動を促進すべく、図２に示すように断続歯形状あってもよい。この場合の断続歯の形状は図３に示すような矩形歯形状であってもよく、図４に示すような変形歯形状であってもよい。
【００３４】
また攪拌子は前記のように非常な高速で回転するので、その際に生じる遠心作用により各抵抗円筒２７は外側に反れる傾向がある。このように抵抗円筒２７が反れると、環状空間内の混合溶液が外側よりも下側に流れてしまう。加えて抵抗円筒２７の部位により反れの程度が異なると、高速回転中に振動が起き易く、運転が不安定となる。
【００３５】
かかる抵抗円筒２７の外側への反れを抑制すべく、図５に示すように各抵抗円筒２７の下端に内側に突出する環状フランジ２９を形成するのが望ましい。攪拌円筒２５の下端にこのようなフランジ２９を設けることにより、攪拌円筒２５が外側に反れるには、フランジ２９を円周方向に引き伸ばす必要がある。しかしフランジ２９はこの引伸し力に抵抗するので、攪拌円筒２５の反れが抑制される。
【００３６】
また攪拌円筒２５の外側への反れの抑制策としては、図６に示すように攪拌子の上部を曲面形状としてもよい。すなわち該上部に同心状に複数の上方に向いた湾曲条３１を形成する。攪拌子の高速回転により遠心作用が働くと、攪拌円筒２５そのものが外側に反れる代りに、湾曲条３１が平坦に延びようとする。
【００３７】
前記の断続歯と同様に攪拌房室内における混合溶液の内側から外側への移動を促進すべく、各攪拌円筒２５には図７Ａ〜図７Ｄに示すように半径方向に透孔を設けてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
この発明によれば、攪拌子の高速回転により超臨界条件場を形成しているので、常温常圧下で連続的に汚染液体の無害化処理が行える。また無害化処理のために燃焼を利用したり、予め高温状態および／または高圧状態を設定するものではない。したがって燃焼に伴う副生成物の発生や、有害灰の発生もなく、環境保全の点からしても完全な状態で無害化が行われる。
【００３９】
効率のよい連続処理が可能となるので、小規模のプラントで大規模な処理が可能となる。したがって設備コストが大幅に低減される。さらにプラント化した場合に処理系が閉回路構造であるので、系外に排出されるものがない。
【００４０】
さらにプラントが小規模であるが故に、特に問題なく有害物質の保管場所の近くにプラントを設置することが容易である。したがって有害物質の搬送に伴う拡散の欠陥を効果的に回避できる。
【００４１】
さらに攪拌円筒を上下に重複配置してなく攪拌子の重心も回転軸の支持部に近いので、高速回転にも拘わらず振動なども少なく、運転状態が安定化する。
【００４２】
攪拌円筒が上下ではなく半径方向に重複しており、またその水平方向の占拠面積も先願の処理装置における攪拌子のそれとほぼ同じであるので、装置全体として構造的に小型となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の処理装置の基本的実施例を示す一部断面側面図である。
【図２】該装置において用いられる抵抗子の形状を示す一部断面平面図である。
【図３】抵抗子の断続歯形状の一例を示す展開側面図である。
【図４】抵抗子の断続歯形状の他の例を示す展開側面図である。
【図５】攪拌子の変形例を示す一部断面側面図である。
【図６】攪拌子の他の変形例を示す一部断面側面図である。
【図７】（Ａ）攪拌円筒の有孔構造の例を示す展開側面図である。
（Ｂ）攪拌円筒の有孔構造の例を示す展開側面図である。
（Ｃ）攪拌円筒の有孔構造の例を示す展開側面図である。
（Ｄ）攪拌円筒の有孔構造の例を示す展開側面図である。
【符号の説明】
１外ケース
３内ケース
７駆動モーター
１１出力回転軸
１７冷却水導入管
２１攪拌房室
２３混合溶液導入孔
２５攪拌円筒
２７抵抗円筒

Claims

実質的に密閉構造の攪拌房室（２１）と、攪拌房室内において同心状に相互離間配置された複数の直立攪拌円筒（２５）を有してなる攪拌子と、攪拌房室内において攪拌子に対向して同心状に離間配置された複数の直立抵抗円筒（２７）と、１０，０００〜１８，０００ｒｐｍの速度で回転駆動すべく上記の攪拌子に連結された駆動手段と、有害化合物を含んだ汚染溶液と該化合物からの遊離基と結合し得る反応剤との混合溶液を攪拌房室内に導入する手段と、処理済み混合溶液を攪拌房室外に排出する手段とを含んでなり、かつ各抵抗円筒が隣接する内外の攪拌円筒間に離間配置されていることを特徴とする汚染液体処理装置。
抵抗円筒が静止状態であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
抵抗円筒が回転駆動されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
抵抗円筒の下端に内フランジが形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかひとつに記載の装置。
抵抗円筒に半径方向の透孔が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかひとつに記載の装置。
抵抗円筒が攪拌円筒より低速で同方向に回転駆動されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
抵抗円筒が攪拌円筒と逆方向に回転駆動されることを特徴とする請求項３に記載の装置。