JP5721107B2 - 有機化合物の除染方法 - Google Patents
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Description
本発明は、有機化合物、特に、化学兵器等の毒性化合物を除染する方法に関する。
所定の発生源から放出される有機化合物には、一般毒性や発癌性など人体に影響を与えるものがある。特に、化学兵器として使用される毒性化合物は、人体への影響力が大きい。そこで、かかる毒性化合物汚染からの環境修復が大きな課題となっている。従来、このような毒性化合物の除染方法として、オゾンと過酸化水素の混合ガスを用いる方法（特許文献１）、毒性化合物を燃焼により分解し、発生した酸性の有毒ガスを水酸化ナトリウム水溶液により中和する方法（特許文献２）、気密状態の加熱炉内で加熱することにより毒性化合物を蒸発除去する方法（特許文献３）、光触媒を含有する除染剤を散布した後に紫外線を含む光を照射することにより毒性化合物を分解する方法（特許文献４）がある。
しかし、引用文献１のオゾンを用いる方法では、オゾンが腐食性を有しているため、処理装置の劣化が著しくメンテナンスが煩雑という問題がある。また、特許文献２、３では、毒性化合物を燃焼させるための加熱炉を有する大掛かりな装置が必要である。また、毒性化合物を燃焼させた後の分解物も有害であるため、さらに中和するという工程が必要であり、操作が煩雑である。一方、特許文献４では、除染剤の散布方法は簡易であるが、紫外線を含む光を照射しなければ毒性化合物の分解は進行せず、暗所下では分解できないという問題がある。
本発明は、このような従来技術の事情に鑑みなされたものであって、放出された有機化合物を効率的かつ簡易に除染する方法、特に、大気中に拡散した気体状有機化合物を、該気体状有機化合物の拡散場所の環境下、該拡散場所にて処理することにより効率的かつ簡易に除染する方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、有機化合物を処理ガスに常温で暴露することにより除染する方法であって、前記処理ガスが、メタノールガスに触媒を作用させることにより発生するヒドロキシルメチルラジカル、ヒドロペルオキシラジカル、水素ラジカル、ヒドロキシルラジカルを含むことを特徴とする。
この方法によれば、処理ガスを、処理対象物の存在する原位置の自然環境条件下にて該原位置において、前記処理対象物に暴露させることができる。すなわち、所定の発生源から放出された有機化合物を、該有機化合物の放出場所の環境条件下、該放出場所にて除染できるので、加熱炉や光分解触媒を使用する従来の方法と比較して、処理工程を大幅に簡素化でき、有機化合物の効率的な除染が可能となる。また、メタノールガスに触媒を作用させることにより発生するヒドロキシルメチルラジカル、ヒドロペルオキシラジカル、水素ラジカル、ヒドロキシルラジカルには腐食性、残留性がないため、除染装置の劣化が少なく、装置のメンテナンスが簡易である。さらに、これらのラジカルを含む処理ガスは、オゾンと比較して中毒性が低いので、作業員の安全を確保することができる。
また、処理ガスを有機化合物に暴露させればよいので、有機化合物が気体状であっても液体状であっても除染できる。さらに、有機化合物を除染するにあたり、有機化合物への光照射や、除染環境の温度調節を施す必要はないので、あらゆる自然環境下にて、即時に有機化合物の除染を実施できる。
また、処理ガスには複数のラジカルが含まれているので、多様な有機化合物を分解できる。さらに、化合物を構成する分子を複数位置で分解することが可能である。
請求項２の発明は、前記有機化合物が、大気中に拡散した気体であることを特徴とする。
以上の態様では、処理ガスを有機化合物ガスで汚染された大気中に直接散布すれば、有機化合物ガスの除染ができるので、揮発性の高い有機化合物が大気中に拡散しても迅速な汚染処理が可能である。また、メタノールガスに触媒を作用させることにより発生するヒドロキシルメチルラジカル、ヒドロペルオキシラジカル、水素ラジカル、ヒドロキシルラジカルには腐食性、残留性がないので、大気中に直接散布しても周囲の構造物の劣化を防止できる。さらに、前記処理ガスは人体や生物系への影響が小さいので、大気中に直接散布しても環境に与える負荷は小さい。
請求項３の発明は、前記有機化合物を多孔質体に吸着させて除染することを特徴とする。
以上の態様では、有機化合物を多孔質体に吸着させるので、除染の信頼性が大幅に向上する。
本発明の有機化合物の除染方法によれば、大気中に拡散した気体状有機化合物を、該気体状有機化合物の拡散場所の環境下、該拡散場所にて処理することにより効率的かつ簡易に除染することができる。
本発明に係る除染方法は、有機化合物を処理ガスに常温で暴露することにより除染する方法である。除染とは、汚染の原因物質を化学的または物理的に分解するか、除去することをいう。
本発明では、処理ガスとして、メタノールガスに触媒を作用させることにより発生するラジカル種を含むガスが使用される。かかる反応によって生じるラジカル種は、ヒドロキシルメチルラジカル、ヒドロペルオキシラジカル、水素ラジカル、ヒドロキシルラジカルを含む。これらのラジカル種が、有機化合物分解能を発揮すると考えられる。なお、処理ガスにはさらに、ラジカル種ではないメタノール由来の活性種、例えばホルムアルデヒドが含まれていてもよい。
処理ガスを暴露する方法は、例えば、処理ガスを所定の区域に常温にて散布する方法である。なお、常温とは、屋内の場合は室温、屋外の場合は外気温のことであり、処理環境の温度を人為的に調整していない自然環境温度を意味する。
除染される有機化合物は、液体状有機化合物でもよく、気体状有機化合物でもよい。揮発性の高い有機化合物であって、大気中に拡散する化合物であってもよい。本発明に係る除染方法は、具体的には、有機リン系化合物又は塩素系化合物の除染に有効である。有機リン系化合物として、例えば、Ｖ剤（ＶＥガス、ＶＧガス、ＶＭガス、ＶＸガス）、Ｇ剤（タブン、サリン、ソマン、エチルサリン、シクロサリン）が挙げられる。また、塩素系化合物として、例えば、ルイサイト、マスタードガス、エチルジクロロアルシンが挙げられる。
また、有機化合物を多孔質体に吸着させて除染してもよい。多孔質体とは、物理吸着能を有する多孔質材料であり、例えば、活性炭、ゼオライト、メソポーラスシリカなどがある。この方法では、有機化合物を多孔質体に吸着・固定させてから、処理ガスを多孔質体に暴露して、有機化合物を除染する。
以下では、本実施形態に係る除染方法を実施するための好適な装置の例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
（第１実施形態）
本発明にて使用する第１実施形態に係る処理ガス発生装置１の外観は、図１に示すように、装置側面部に処理ガス供給管２を備え、装置前面部には、処理ガスの濃度、温度、処理時間、処理ガス流量等を設定するための各種操作子３や状態表示器４が設けられている。
本発明にて使用する第１実施形態に係る処理ガス発生装置１の外観は、図１に示すように、装置側面部に処理ガス供給管２を備え、装置前面部には、処理ガスの濃度、温度、処理時間、処理ガス流量等を設定するための各種操作子３や状態表示器４が設けられている。
第１実施形態に係る処理ガス発生装置１は、図２に示すように、処理ガス発生器１０と、この処理ガス発生器１０で発生させた処理ガスを処理対象区域に供給するガス搬送系２０と、制御器３０とを備えている。制御器３０は、処理ガス発生器１０およびガス搬送系２０の動作を制御する機能を備えている。
上記処理ガス発生器１０には、図３に示すように、メタノール供給源（図示せず）から搬送管１１を通してメタノールが供給される気化室１２と、気化室１２を周囲から加熱する第１温度調節器１３と、気化室１２の上方に接続された略円筒状の触媒槽１４と、触媒槽１４を周囲から加熱する第２温度調節器１５とが設けられている。触媒槽１４には、粒状化した触媒１６が充填されている。触媒１６には、白金、銅、アルミニウム、炭素またはこれらの混合物が用いられる。
処理ガス発生器１０にて処理ガスを発生させる際、まず気化室１２内に所定量のメタノールが供給される。気化室１２に供給されたメタノールは、加熱により気化されて触媒槽１４に供給される。触媒槽１４内では、メタノールガスに触媒が作用することによりラジカル化触媒反応が起き、ヒドロキシルメチルラジカル、ヒドロペルオキシラジカル、水素ラジカル、ヒドロキシルラジカル等の各種ラジカル種を含む処理ガスが発生する。処理ガスの発生量は、気化室１２におけるメタノールの気化量、触媒槽１４に供給されるメタノールガスの量、触媒槽１４の加熱温度等に依存する。
ガス搬送系２０は、外気または処理ガス（処理ガスまたは処理ガスと外気との混合気体）を処理ガス供給管２から排出させる処理ガス搬送用の吸気ポンプ２１と、排出する処理ガスの湿度を調節する湿度調節器２２と、排出する処理ガスの温度を調節する温度調節器２３とを有する。吸気ポンプ２１、湿度調節器２２及び温度調節器２３は、制御器３０により制御されている。
制御器３０は、処理ガス発生器１０を制御することにより、排出する処理ガスの濃度を所定の範囲に制御しつつ、湿度調節器２２、温度調節器２３を制御することにより、排出する処理ガスの湿度、温度を所定の範囲に制御する。
（第２実施形態）
本発明では、上記した処理ガス発生装置１に代えて、さらに処理対象区域から有機化合物を分解処理した後の排ガスを排出するガス排出系４０を設けた処理ガス発生装置１´を用いてもよい。この第２実施形態に係る処理ガス発生装置１´の外観は、図４に示すように、装置側面部に処理ガス供給管２と排ガス排出管５とを備え、装置前面部に処理ガスの濃度、温度、処理時間、処理ガス流量等を設定するための各種操作子３や状態表示器４を備えている。この処理ガス発生装置１´は、処理対象区域が閉鎖空間のときに効果的である。なお、第１実施形態に係る処理ガス発生装置１と同一の構成には同じ符号を付す。
本発明では、上記した処理ガス発生装置１に代えて、さらに処理対象区域から有機化合物を分解処理した後の排ガスを排出するガス排出系４０を設けた処理ガス発生装置１´を用いてもよい。この第２実施形態に係る処理ガス発生装置１´の外観は、図４に示すように、装置側面部に処理ガス供給管２と排ガス排出管５とを備え、装置前面部に処理ガスの濃度、温度、処理時間、処理ガス流量等を設定するための各種操作子３や状態表示器４を備えている。この処理ガス発生装置１´は、処理対象区域が閉鎖空間のときに効果的である。なお、第１実施形態に係る処理ガス発生装置１と同一の構成には同じ符号を付す。
処理ガス発生装置１´は、図５に示すように、処理ガス発生器１０と、処理ガス発生器１０で発生させた処理ガスを処理対象区域に供給するガス搬送系２０と、制御器３０と、ガス排出系４０とを備えている。ガス排出系４０は、処理ガス発生装置内部に設けられた排ガス処理器４１と、排気ポンプ４２と、還流空気通路４３とを備えている。
排気ポンプ４２を駆動させると、分解処理後の排ガスは処理対象区域から排ガス排出管５へと吸気され、排ガス処理器４１にて不活性化処理後、排気ポンプ４２の排出側から排出される。排気ポンプ４２から排出された不活性化処理後の排ガスは、処理ガス発生装置１´の外部に放出されるか、排気ポンプ４２の排気口側と吸気ポンプ２１の吸気口側をつないだ還流空気通路４３を介して吸気ポンプ２１に供給される。
排ガス処理器４１及び排気ポンプ４２は、処理ガス発生器１０、吸気ポンプ２１、湿度調節器２２及び温度調節器２３と同じく、制御器３０により制御されている。
なお、上記第１及び第２実施形態に係る処理ガス発生装置１、１´のガス搬送系２０は、湿度調節器２２と温度調節器２３とを備えていたが、処理対象区域に供給する処理ガスの温度及び湿度を所定の範囲に制御する必要がない場合には、湿度調節器２２、温度調節器２３を設けなくてもよい。
次に、上記処理ガス発生装置１、１´による有機化合物除染方法について説明する。有機化合物除染における処理対象区域での作業、処理ガス発生装置１、１´の操作は、専門の作業員が行う。ここでは、第２実施形態に係る処理ガス発生装置１´を用いて、工場、処分場等の閉鎖空間内において、所定の発生源から拡散した有機化合物ガスの除染方法を例に、図６を用いて説明する。
汚染物質である有機化合物ガスの除染に際し、まず、有機化合物ガス発生源を有する構造物５０近くに処理ガス発生装置１´を搬入する。このとき、構造物５０の内部全域が処理対象区域となるように、有機化合物ガス除染状況を確認するためのケミカルインジケータを構造物５０内部の所定箇所に適宜配置する。処理ガス発生装置１´の設置位置は、作業員がケミカルインジケータを視認しやすい場所とするのが好ましい。次に、前記構造物５０の適当な空隙部５１から処理ガス供給管２の先端と排ガス排出管５の先端を構造物５０内部に向けて挿入する。このとき、処理ガス発生装置１´と構造物５０の空隙部５１との間隔に距離があって処理ガス供給管２と排ガス排出管５の先端が構造物５０内部に到達しない場合には、図６に示すように、処理ガス供給管２と排ガス排出管５に適宜ゴムチューブ、金属管などの管状部材５３を接続する。
その後、有機化合物の除染効率を向上させるために、処理ガス供給管２と排ガス排出管５を挿入した空隙部５１を含め、構造物５０の空隙にテープや充填材等の閉塞用部材５２を施して空隙を埋める。図６では、閉塞用部材５２としてテープを用いて、空隙部５１及び通用口の空隙を目張りしている。ただし、処理ガスの供給により構造物５０内部の気圧が過度に高くなるのを防止するために、処理対象区域は密閉せずに若干の空隙は残しておいてもよい。
次に、作業員は、操作子３にて処理ガス発生装置１´を有機化合物分解処理モードにして運転させる。すなわち、処理ガスが処理対象区域である構造物５０内部に供給されて、有機化合物ガスが室温にて除染されていく。このとき、排気ポンプ４２は停止させつつ、吸気ポンプ２１、処理ガス発生器１０が制御器３０により駆動制御されることにより、所定濃度、所定流量にて処理ガスが処理対象区域に供給される。
有機化合物ガスの除染にあたり、必要に応じて、湿度調節器２２、温度調節器２３を稼動させて、制御器３０による制御のもと処理ガスの湿度、温度を適宜調節してもよい。また、処理対象区域内に加熱装置を搬入して、処理対象区域内の温度調節を行ったうえで処理ガスを供給し、有機化合物ガスの除染を行ってもよい。
そして、所定時間経過後、ケミカルインジケータにて構造物５０内部に拡散した有機化合物ガスの分解及び発生源からの有機化合物の放出停止が確認できたら、作業員は、操作子３にて、処理ガス発生装置１´の運転を有機化合物分解処理モードから排ガス排出モードに切り替える。これにより、排ガスの排出が開始される。つまり、処理ガス発生器１０を停止させ、吸気ポンプ２１、排気ポンプ４２が制御器３０により駆動制御されることにより処理対象区域内の排ガスを排気する。処理対象区域である構造物５０内から排気された排ガスは、排ガス処理器４１で処理され、処理された排ガスは排気ポンプ４２を介して吸気ポンプに導入されて、再び構造物５０内に供給される。このように、処理対象区域内の排ガスを排ガス処理器４１で処理してから処理対象区域に再度供給するガス循環工程を所定時間繰り返すことで、処理対象区域内の処理ガス濃度を所定値まで低減させる。作業員は、所定値まで処理ガス濃度が低下したことを確認したら、操作子３にて、処理ガス発生装置１´の排ガス排出モードの運転を停止させる。
上記一連の作業終了後、作業員は、処理ガス供給管２と排ガス排出管５を処理対象区域であった構造物５０から外し、構造物５０の空隙を埋めていた閉塞用部材５２を除去する。
上記の有機化合物除染方法では、閉鎖空間に第２実施形態に係る処理ガス発生装置１´を用いたが、これに代えて、第１実施形態に係る処理ガス発生装置１を用いてもよい。すなわち、処理ガス発生装置１の吸気ポンプ２１が、閉鎖空間への処理ガスの供給と排ガスの排気（排ガスの排気または排ガスの排気と外気の供給との繰り返し）とを実施できるよう構成し、制御器３０による制御のもと吸気ポンプ２１に処理ガスの吸気だけでなく排ガスの排気も行わせてもよい。
また、上記の有機化合物除染方法では、有機化合物ガスの発生源が構造物５０という閉鎖空間に存在し、第２実施形態に係る処理ガス発生装置１´を用いて有機化合物ガスを該閉鎖空間において除染したが、有機化合物ガス発生源が、屋外等、開放空間に存在する場合には、第２実施形態に係る処理ガス発生装置１´に代えて、第１実施形態に係る処理ガス発生装置１を用いて開放空間に拡散する有機化合物ガスを除染してもよい。すなわち、作業員は、有機化合物ガスが検出される処理対象区域にケミカルインジケータを適宜配置し、ケミカルインジケータが所定値に低下するまで処理ガス発生装置１を有機化合物分解処理モードにて運転させて、処理ガスを供給する。有機化合物ガスが所定値まで低下したら処理ガス発生装置１の運転を停止させる。このとき、有機化合物ガスの除染後の排ガスは、外気中に拡散される。
上記のように、本発明に係る方法を使用すれば、放出された処理対象物に処理ガスを直接暴露させればよいので、オゾンや加熱炉や光分解触媒を使用する従来法と比較して、処理工程が大幅に簡素化でき、また、あらゆる自然環境下にて有機化合物の除染を速やかに実施できる。
また、本発明に係る方法では、処理ガスとして、メタノールガスに触媒を作用させることにより発生するヒドロキシルメチルラジカル、ヒドロペルオキシラジカル、水素ラジカル、ヒドロキシルラジカルを使用しており、かかる処理ガスには腐食性、残留性がないため、除染装置の劣化が少なく、装置のメンテナンスが簡易である。また、処理ガスの安全性が高いため、人員除染、武器・車両等の装備品除染、道路等の地域除染、ビル・地下鉄等の施設除染、精密器材除染等のあらゆる対象物への除染が可能である。
また、本発明に係る方法では、処理ガスとして、メタノールガスに触媒を作用させることにより発生するヒドロキシルメチルラジカル、ヒドロペルオキシラジカル、水素ラジカル、ヒドロキシルラジカルを使用しており、かかる処理ガスには腐食性、残留性がないため、除染装置の劣化が少なく、装置のメンテナンスが簡易である。また、処理ガスの安全性が高いため、人員除染、武器・車両等の装備品除染、道路等の地域除染、ビル・地下鉄等の施設除染、精密器材除染等のあらゆる対象物への除染が可能である。
なお、上記の除染方法では、有機化合物ガスが空気中に拡散した状態で処理ガスを暴露させたが、処理対象区域に活性炭などの多孔質吸着体を配置し、多孔質吸着体に有機化合物ガスを吸着させてから、該多孔質吸着体を処理ガスに暴露させて有機化合物ガスを除染してもよい。また、上記の除染方法では、有機化合物ガスを除染したが、液体状有機化合物を処理ガスに暴露させることで、有機化合物ガスと同様に、液体状有機化合物を除染できる。
以下に、本発明に係る除染方法の実施例を示す。ここでは、サリン、マスタードガス、ＶＸガスの除染に適用した場合を例示する。
・ガス捕集管：ＴＥＮＡＸ捕集管（ＧＬサイエンス（株）製）
・処理ガス発生装置：メタノールラジカルガス（ＭＲ）発生装置（(株)ウイングターフ社製）
・暴露条件：温度２０℃、湿度９０％
・ガス捕集管：ＴＥＮＡＸ捕集管（ＧＬサイエンス（株）製）
・処理ガス発生装置：メタノールラジカルガス（ＭＲ）発生装置（(株)ウイングターフ社製）
・暴露条件：温度２０℃、湿度９０％
ガスサンプリング装置は、ゴムチューブ（内径３．０ｍｍ）にて形成したサリン含有ガスを通気させる処理対象ガス系と、前記処理対象ガス系に挿入されたＹ型継手を介してメタノールラジカルガス（ＭＲ）を処理対象ガス系に導入する、ゴムチューブ（内径３．０ｍｍ）にて形成したＭＲ系と、処理対象ガス系の下流側末端に設けたＴＥＮＡＸ捕集管と、ＴＥＮＡＸ捕集管の下流に設けた吸気ポンプと、を有する構成とした。このとき、Ｙ型継手とＴＥＮＡＸ捕集管との間のゴムチューブ（内径３．０ｍｍ）の長さは３０ｃｍとした。
そして、処理対象ガス系を形成するゴムチューブの上流側末端にサリンガス発生装置を接続した。サリンガス発生装置とは、前記ガスサンプリング装置の吸気ポンプを駆動して形成された空気の気流を液体状のサリンに接触させることで、サリンガスを発生させるものである。また、ＭＲ系を形成するゴムチューブの上流側末端には、ＭＲ発生装置の処理ガス供給管を接続した。
ガスサンプリング装置の吸気ポンプを駆動させて、処理対象ガス系に、Ｙ型継手よりも上流側の位置における流速が１Ｌ／ｍｉｎとなるようサリンガスを通気した。ＭＲ系には、ＭＲ発生装置を運転させてＭＲ１０００ｐｐｍのガスを流速５Ｌ／ｍｉｎにて通気した。ＭＲ系を流れるＭＲは、Ｙ型継手を介してサリンガスが通気した処理対象ガス系に供給した。そして、処理対象ガス系の下流側末端に設けたＴＥＮＡＸ捕集管にて、ＭＲ添加後のガスを６０分間捕集した。マスタードガス、ＶＸガスについても、同様の操作を行った。
次に、それぞれの試料について液状濃度と気状濃度を測定した。測定結果を図７に示す。
図７に示すように、ＭＲガスを供給することにより、サリン、マスタードガス、ＶＸガスの液状濃度が減少していくことが確認された。特に、サリンについては、供給開始３０分でほぼ分解し、６０分で完全に分解することが確認された。
本発明の方法は、有機化合物の存在する原位置の環境条件のもと、該原位置において、効率的に有機化合物を除染できるので、特に、ガス状有機化合物が拡散した大気の浄化に有効に利用できる。また、本発明の方法は、汚染物質である有機化合物に直接処理ガスを暴露させればよいので、大気だけではなく汚染土壌及び汚染水の浄化にも有効に利用できる。
１、１´ 処理ガス発生装置
１０ 処理ガス発生器
２０ ガス搬送系
３０ 制御器
４０ ガス排出系
１０ 処理ガス発生器
２０ ガス搬送系
３０ 制御器
４０ ガス排出系
Claims (3)
- ＶＥガス、ＶＧガス、ＶＭガス、ＶＸガス、サリン、エチルサリン及びシクロサリンからなる群から選択される有機化合物を処理ガスに常温で暴露することにより除染する方法であって、前記処理ガスが、メタノールガスに触媒を作用させることにより発生するヒドロキシルメチルラジカル、ヒドロペルオキシラジカル、水素ラジカル、ヒドロキシルラジカルを含むことを特徴とする、除染方法。
- 前記有機化合物が、大気中に拡散した気体であることを特徴とする、請求項１に記載の除染方法。
- 前記有機化合物を多孔質体に吸着させて除染することを特徴とする、請求項１又は２に記載の除染方法。
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