JP6150891B2 - 水性有機廃棄物処理のための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、水性有機廃棄物（aqueous organic wastes）、限定されないが、特に、水中に分散、乳化、又は溶解した有機成分及びバルク有機廃棄物を含有する水性廃棄物を処理する方法及び装置に関する。本発明は、限定されないが、特に、放射性核種を含有する有機廃棄物の処理に適用される。

水性有機廃棄物を処理するための多くの方法が開発されている。先行技術の方法が通常利用する水性有機廃棄物の処理は、廃棄物を多孔性物質と接触させるものである。多孔性物質は、内部細孔を有し、それらの中に有機成分が吸着又は吸収されるが、これは、水中での有機成分の溶解性に依存する。吸収機構（take-up mechanism）に関係なく、内部細孔が存在することで、多孔性物質の再生に負の影響が及んでしまう。「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｒａｎｕｌａｒ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ」；Ｒ Ｍ Ｎａｒｂａｉｔｚ，Ｊ Ｃｅｎ；Ｗａｔ．Ｒｅｓ．２８（１９９４）１７７１−１７７８において実証されているように、そのような物質の電気化学的再生は限られている。なぜなら、吸着された汚染物質の電気化学的酸化は、吸着性物質の外側表面上でしか起こり得ないためである。物質の内部細孔中に吸着又は吸収された有機成分は、電流にさらされても酸化しない。代わりとして、多孔性物質の極めて高価な再生が通常、長時間スケールにわたる高エネルギー、熱暴露によってなされ、載荷した多孔性物質を埋立て地に送ることが、より好ましい選択となる。１つ又は複数のタイプの放射性核種で汚染された有機廃棄物の処理だと、載荷した多孔性物質は、複雑な処理がさらに要る二次放射性廃棄物となるので、埋立て地に送ることができない。

英国特許第２４７００４２Ｂ号に記載されたシステム及び方法は、水性廃棄物からの有機成分の除去に関連した先の多くの問題を未然に防ぐ、又は軽減するものである。この特許に記載された発明は、有機成分の吸着による水性有機廃棄物の処理であって、単一ユニット内で、有機成分の吸着に続いて、有機成分の酸化及び吸着剤の同時再生がなされており、比較的低い電力を用い、処理中に用いた材料を廃棄する必要も、熱的に再生させる必要も回避している。

１つ又は複数のタイプの放射性核種で汚染された有機廃棄物が、原子力発電所の運転中に生じる。これらのタイプの廃棄物は、廃棄物中に含まれる放射性核種の濃度と、含まれる放射性核種が放出する放射能のタイプとに従って分類される。昔から、これらの廃棄物は、現場で保管されるか、焼却場に送られている。保管するには、保管者は、放射性物質を保管する免許を有していなければならない。原子力廃止措置機関（Nuclear Decommissioning Authority）は、最近、放射性廃棄物の処理について７００億£の遺産を作った。現場保管はもはや好ましい選択ではない。焼却するにしても、英国中の焼却炉の数は限られており、各焼却炉は、放射能含有物質を焼却する能力が限られている。結果的に、中レベルの放射能含有有機廃棄物を焼却するのは高価であり、且つ一度に焼却できる容量はほんのわずかである。放射性廃棄物を処理する他の従来の処理オプション、例えば、グラウティング又はセメンテーションの形態での長期保管は、有機廃棄物に適していない。なぜなら、有機質は、環境に浸出する傾向があり、放射能が広まるからである。従って、放射性有機廃棄物の処理について向上したプロセス及び装置を開発する必要がある。国際公開第２０１０／１４９９８２号は、このような廃棄物の処理方法を記載している。しかしながら、この方法のさらなる改良及び向上が所望されている。

英国特許第２４７００４２Ｂ号及び国際公開第２０１０／１４９９８２号に記載されたシステムのさらなる開発中に、ある状況でのシステムの性能は、外部の化学物質ドージングタンク（dosing tank）を用いて、処理ゾーン内のｐＨを最適な性能のために低く維持することによって、高められることが明らかとなった。性能の向上は、外部手段を用いてｐＨを低く維持することによって得られるが、ドージングタンクを設ける必要性をなくすことが所望されるであろう。というのも、ドージングタンクにより汚染除去プロセス全体のコスト及び複雑性が増すためである。

英国特許第２４７００４２Ｂ号及び国際公開第２０１０／１４９９８２号に記載されたシステムのような先行技術のシステムでは、カソードは、通常、隔離されたカソードコンパートメントに設けられ、該カソードコンパートメントには、電解質が供給されて、高い導電性と、従って低い電圧とが電流フィーダ間で確実とされている。電極アセンブリは、微細多孔質膜と、カソードと、化学物質ドージングシステムとからなり、それらは、シールされた不可分の１つの「ユニット」に構築されて、カソード液の漏出や、アノードコンパートメントからカソードコンパートメントを通る吸着性物質の移動が防止される。一例として、サイズが５００ｍｍ×５００ｍｍの１つの電極アセンブリが、約６キログラムの重さであって、そして幾つかのアセンブリが、任意の１つのユニットにあってよい。アセンブリの１つの部分に欠陥があれば、アセンブリ全体が、処理タンクから取り外されて、そして置き換えられなければならない。カソードコンパートメント内で高い導電性を維持するために、微細孔を特徴とする膜が、カソードコンパートメント内のイオン成分の濃度を高く維持する。微細孔の直径が小さいと、カソードコンパートメント内の溶液からアノードコンパートメント内の溶液中へのイオン成分の急速な拡散が防止される。しかしながら、好適な微細多孔質物質は、アルカリ条件で不安定なことがあり、このことは、さらなる複雑性を処理プロセス全体に加える。さらに、微細多孔質物質は、通常、アノードコンパートメントからカソードコンパートメント中への水の浸透を防止することができず、これにより、カソードコンパートメント内の電解質溶液が希釈され、そしてシステムの運転中、さらなる電解質の追加が必要となる。カソード液コンパートメントが隔離されることで、電極アセンブリに水素が溜まる可能性もある。好都合にも、化学物質ドージングシステムは、生じる水素を運び出さなくとも用いられるが、上記のように、ドージングシステムの必要性をなくして、システムのコスト及び複雑性を軽減することが所望されるであろう。

吸着剤の電気化学的再生を利用する先行技術の方法では、電流が印加されると、水性有機廃棄物中の帯電無機種が、反対に帯電した電流フィーダに移動し、一部の種は、電流フィーダにて電着して、溶液相の種から固体相の種に、例えば銅に変換される。これにより、電着した無機種が電流フィーダ上に集積（build-up）する。このことは、ある放射性核種が電着することによる臨界リスクのために、放射活性のある汚染有機廃棄物を扱う作業をする場合には、特に望ましくない。

本発明の目的は、汚染された流体を処理する既存の方法に現在関連している１つ又は複数の問題を未然に防ぐ、又は軽減することである。

本発明の第１態様では、処理済み液が含有する有機物をより少なくすることができる水性有機廃液を処理する装置が提供され、該装置は、
多孔質膜によって隔てられた第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンを規定する処理リザーバと、
第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンに設けられており、電気化学的再生が可能な炭素系吸着性物質と、
第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンの各々に含まれる水性有機廃液中に、炭素系吸着性物質を分散するように機能するアジテータ（agitator）と、
第１処理ゾーン内の炭素系吸着性物質と動作可能に接続する第１電流フィーダと、第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質と動作可能に接続する第２電流フィーダと、
第１電流フィーダ及び第２電流フィーダを作動して、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質中に電流を一方向に流して、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンのうちの一方における炭素系吸着性物質を再生し、その後、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンの炭素系吸着性物質に印加される電流の方向を反転させて、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンのうちの他方における炭素系吸着性物質を再生するコントローラと、
を備えている。

本発明の第２態様では、処理済み液が含有する有機物をより少なくできる水性有機廃液の処理方法が提供され、該方法は、
処理リザーバの第１処理ゾーン及び第２処理ゾーン中に水性有機廃液を入れる工程であって、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンは、多孔質膜によって隔てられており、各処理ゾーンは、電気化学的再生が可能な炭素系吸着性物質を含む工程と、
各処理ゾーン内の水性有機廃液中に炭素系吸着性物質を分散する工程と、
各処理ゾーン内で炭素系吸着性物質を沈下させる（settling）工程と、
第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンにそれぞれ動作可能に接続する第１電流フィーダ及び第２電流フィーダを作動して、各処理ゾーンの炭素系吸着性物質中に電流を一方向に流して、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンのうちの一方における炭素系吸着性物質を再生する工程と、
第１電流フィーダ及び第２電流フィーダを作動して、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質に印加される電流の方向を反転させて、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンのうちの他方における炭素系吸着性物質を再生する工程と、
を含んでいる。

本発明の第１態様及び／又は第２態様の好ましい実施形態の装置及び方法は、焼却又はその他の不所望の先行技術の処理オプションを用いずとも、放射性核種を含有する水性有機廃棄物の処理に適合できる。このように、水性有機廃棄物の有機成分に含まれる放射性核種は、有機成分の酸化直後に、水性相に移される。放射性核種の水溶液を処理するのに許容可能な技術が既に利用可能なので、本発明の装置及び／又は方法を用いることによって、生じた二次放射性廃棄物は、従来の方法を用いて首尾よく、且つコスト効率よく処理される。さらに、吸着性物質の再生は、放射活性のある汚染二次廃棄物を最小にすることを確実とする。従って、好ましい実施形態では、水性有機廃液は、放射性種を含有しており、放射性種は好ましくは、処理済み液中に存在する。従って、本発明は、国際公開第２０１０／１４９９８２号に記載されるプロセス以外の現実的な処理オプションが以前になかった放射性有機廃棄物の汚染除去を、溶液に与えるものである。

処理済み液は、含有する有機成分の濃度がより低くなっており、１つ又は複数のさらなる処理サイクルを受けてもよいし、処理リザーバから取り出されてもよい。本発明の第１態様及び／又は第２態様の装置及び／又は方法の作用は、処理タンクにおける低いｐＨ（この種の処理プロセスにとって最適なｐＨレベルである）の維持を可能とする。さらに、低いｐＨ条件は、放射性核種を含有する有機廃棄物を処理する場合に好ましい。なぜなら、多くの放射性核種が、中性又はアルカリ条件よりも酸性条件において溶解しやすいためである。

本発明の第１態様は、水性有機廃棄物の処理装置を提供するものであり、そのような廃棄物の個々の量を、連続プロセスではなくバッチプロセスで処理するのに極めて適している。処理リザーバは、タンク又はチャンバの形態であってよい。処理リザーバの下部は、水平方向の断面積が、処理リザーバの上部のものよりも小さくなるように規定されてよく、これにより、撹拌後の炭素系吸着剤の沈下が促進される。第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンは、処理リザーバに対して、そして互いに対して任意の所望される位置に設けられるように、処理リザーバ内で規定されてよいが、多孔質膜が２つの処理ゾーン間に界面を規定することを条件とする。勿論、処理リザーバは、隣接する処理ゾーン間に界面を規定する多孔質膜と共に２つ以上の処理ゾーンを規定してよい。多孔質膜は、炭素系吸着性物質が第１処理ゾーンと第２処理ゾーンの間を通過することを防止するが、水及び／又はイオン種が第１処理ゾーンと第２処理ゾーンの間を通過できるように構成されてよい。好ましい実施形態において、処理リザーバは、並列された又は並べられた、電気化学的再生が可能な炭素系吸着性物質の２つのベッドを備える。各処理ゾーンには、各処理ゾーンに含まれる炭素系吸着性物質を撹拌する専用アジテータが設けられてよい。アジテータは、炭素系吸着性物質を流動化させるように構成されてよい。各アジテータは好ましくは、各処理ゾーンの壁、好ましくは基部によって規定される１つ又は複数のノズル、入口又は開口を備えており、これらを通って、加圧下の流体が、各処理ゾーンで保持される炭素系吸着性物質へと入る。アジテータは好ましくは、さらに、チャンバを処理リザーバの下側に備えており、これが、１つ又は複数の入口とポンプとを規定して、加圧下の流体が、入口を通して送られる。流体は、空気、及び／又は処理を必要とする水性有機廃液であってよい。

本発明の第２態様は、水性有機廃棄物の処理方法を提供する。電流が吸着性物質のベッドを通して供給される場合、正の電流フィーダに隣接するベッドは、アノードとして機能すると考えられ、負の電流フィーダに隣接するベッドは、カソードとして機能すると考えられる。この第１方向に印加される電流を十分な期間維持することが好ましく、これにより、吸着性物質に吸着された、水性有機廃棄物由来の有機成分を酸化させることによって、吸着性物質を再生させる。このプロセス中に、水性プロトンが、アノードとして機能するベッドにおいて生じ、水性水酸化物イオンが、カソードとして機能するベッドにおいて生じる。印加される電流の方向が反転すると、以前は正であった電流フィーダが負の電流フィーダに、そして以前は負であった電流フィーダが正に切り替わる。結果として、以前にアノードとして機能した吸着性物質のベッドが、今度はカソードとして有効に機能し、そして以前にカソードとして機能したベッドが、今度はアノードとして機能する。これにより今度は、アノードとして作用するベッド内の吸着性物質上に吸着された、液体由来の有機成分が酸化されて、そのベッド内の吸着性物質が再生される。

炭素系吸着性物質を水性有機廃液中に分散する工程と、炭素系吸着性物質を沈下させる工程とを、１回又は複数回繰り返して、水性有機廃液から有機物を取り出してから、第１電流フィーダ及び第２電流フィーダを作動して、炭素系吸着性物質に印加される電流の方向を反転させてよい。

代替的に又は加えて、炭素系吸着性物質を水性有機廃液中に分散する工程と、炭素系吸着性物質を沈下させる工程とを、１回又は複数回繰り返して、水性有機廃液から有機物を取り出してから、処理リザーバから処理済み液を取り出してよい。

好ましくは、分散工程及び沈下工程の各サイクルは、１乃至６０分間にわたってなされる。複数回のサイクルが用いられる場合、各サイクルは、同じ期間にわたってなされてよく、異なる期間が費やされてもよい。好ましい実施形態では、分散工程及び沈下工程の各サイクルは、約２０分間にわたってなされる。

炭素系吸着性物質の分散は、好ましくは、加圧下の流体を炭素系吸着性物質へと入れることによって達成される。任意の適切な流体が用いられてよく、例えば、流体は、空気及び／又は処理が必要な水性有機廃液を含んでよい。

電流フィーダは、処理済み液において任意の所望されるｐＨを与えるように運転されてよい。例えば、アルカリｐＨ、即ち、７を越えるｐＨを与えるように運転されてよい。或いは、好ましい実施形態では、電流フィーダは、処理済み液において酸性ｐＨ、即ち７未満のｐＨを、より好ましくは処理済み液において約１乃至４のｐＨを与えるように運転される。

帯電した無機種が生じるのは、電流が、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質中を流れる間である。電流フィーダは、帯電無機種の、運転中の電流フィーダへの電着が最小となるように運転されてよい。

好ましい実施形態において、第１電流フィーダ及び第２電流フィーダは、電流が、処理ゾーン内の炭素系吸着性物質中を一方向に流れるように１乃至２４０分間、及び／又は、他方向に流れるように１乃至２４０分間、運転される。電流は、各方向に、同様の期間、例えば約１２０分間、炭素系吸着剤中を流れてよく、５分間又は種々の期間が費やされてもよい。種々の期間が各方向について用いられる場合、電流が何れかの方向に印加される期間は、処理が達成されることとなる期間の全体を通して変わってもよいし、同じままであってもよい。

第１電流フィーダ及び第２電流フィーダは、任意の適切な電流密度を、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質に印加して、吸着された有機物の所望される酸化レベルを達成するように運転されてよい。１乃至３０ｍＡｃｍ^−２の電流密度が用いられてよく、より好ましくは約６乃至２０ｍＡｃｍ^−２の電流密度、最も好ましくは約８ｍＡｃｍ^−２の電流密度が、電流フィーダによって、各処理ゾーン内の炭素系吸着性物質に印加されてよい。

第１電流フィーダ及び第２電流フィーダは、任意の適切な電流を、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質に印加して、吸着された有機物の所望される酸化レベルを達成するように運転されてよい。１乃至１０アンペアの電流が用いられてよく、一実施形態において、約５アンペアの電流が、電流フィーダによって、各処理ゾーン内の炭素系吸着性物質に印加されてよい。

水性有機廃棄物を処理しながら、電流の方向を周期的に反転させる能力により、先行技術の方法と比較して、たとえそれが英国特許第２４７００４２号及び国際公開第２０１０／１４９９８２号に記載される方法（それら自身、以前の方法よりも著しく進んでいる）であっても、著しい利点を有する方法が提供されることは理解されるであろう。

上記のように、水性プロトン種が、アノードとして機能するベッドにおいて生じ、そして水性水酸化物種が、カソードとして機能するベッドにおいて生じる。運転中、水性のプロトン種及び水酸化物種は、処理を受けている液体中に分散されて、液体は最終的な酸性ｐＨとなる。このｐＨは、本発明の第１態様及び第２態様のパフォーマンスにとって最適である。従って、本発明の第１態様及び第２態様により、装置は、外部の化学物質ドージングタンクがなくとも運転され得る。なぜなら、電流を周期的に反転させることで、処理システム内部で一定のｐＨが維持されるためである。化学物質ドージングタンクが取り除かれて、システムの複雑性が軽減され、装置が設置される部位に化学物質を送る必要がなくなり、そして処理プロセスに関連した二次廃棄物が最小にされる。

先行技術に記載されたシステムに勝る本発明のシステムの別の利点は、種々の異なる材料が、第１処理ゾーンと第２処理ゾーンを隔てる多孔質膜又はディバイダ（divider）に用いられてよいことである。英国特許第２４７００４２号及び国際公開第２０１０／１４９９８２号に記載されたシステムではカソードコンパートメント内の溶液は導電性が高いが、アノードコンパートメント内の溶液は導電性である必要はない。カソードコンパートメント内で高い導電性を維持するために、微細孔を有する多孔質膜材料は、カソードコンパートメント内で高濃度のイオン成分を維持する。微細孔の直径は必然的に小さいので、カソードコンパートメント内の溶液からアノードコンパートメント内の溶液中への急速なイオン成分の拡散は防止される。微細孔を有する好ましい材料は、アルカリ条件で不安定なことがあるので、処理プロセスの複雑性が増す。さらに、一般的に用いられる微細多孔質材料は、アノードコンパートメントからカソードコンパートメント中への水の浸透を防止することができず、これによりカソードコンパートメントにおいて、溶液の希釈及び容量増大がもたらされる。カソードコンパートメント内の溶液は、処理が終了すると二次廃棄物となるので、溶液の体積の増加は望まれない。本発明の第１態様及び第２態様では、処理ゾーンは双方とも吸着性物質を含んでおり、処理される水性有機廃棄物の量は、２つの処理ゾーンにわたって一様に分散されるので、「カソードコンパートメント」として有効に機能する処理ゾーン内の液体と、「アノードコンパートメント」として有効に機能する他の処理内の液体との混合に関する問題はない。結果的に、広範な種々の膜材料が、本発明の第１態様及び第２態様の装置及び方法において用いられ得るので、細孔直径がより大きな、より安定した材料が、必要に応じて用いられる。細孔直径がより大きな材料を用いる利点は、電気抵抗がより低くなるので、吸着性物質のベッド全体の電圧がより低くなることである。

英国特許第２４７００４２号及び国際公開第２０１０／１４９９８２号に記載される方法に勝る本発明の方法のさらなる利点は、隔離されたカソード液コンパートメントが存在せずとも、低い電力で運転できるので、運転コストが低いことである。低い電力での運転は、電流フィーダ間の電圧が低い結果である。電圧は、溶液の導電率と反比例する。先行技術に記載されたシステムでは、隔離されたカソード液システムは導電率が高いので、電流フィーダ間で低電圧が実現される。本発明においてカソード液システムを取り除いた影響として、電流フィーダ間の溶液の導電率の低下がある。しかしながら、「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｃａｒｂｏｎ−ｂａｓｅｄ ａｄｓｏｒｂｅｎｔ ｌｏａｄｅｄ ｗｉｔｈ ｃｒｙｓｔａｌ ｖｉｏｌｅｔ ｄｙｅ」；Ｎ Ｗ Ｂｒｏｗｎ，Ｅ Ｐ Ｌ Ｒｏｂｅｒｔｓ，Ａ Ａ Ｇａｒｆｏｒｔｈ ａｎｄ Ｒ Ａ Ｗ Ｄｒｙｆｅ；Ｅｌｅｃｔｒａｃｈｅｍｉｃａ Ａｃｔａ ４９（２００４）３２６９−３２８１において実証されているように、セル電圧は、電流密度（電極の単位面積あたりの電流の測定値である）に比例するので、電極の表面積と反比例する。本発明の「カソードコンパートメント」では、吸着性物質のベッドは、先行技術の方法において用いられるカソードと比較して、カソードとして有効に機能し、「カソード」の有効な表面積を顕著に増大させ、電流密度を下げるので、より低い電圧を実現する。結果的に、本発明は、分離したカソード液コンパートメントを必要とせずに、低い電力での運転を促進する。そうであるものの、吸着性物質のベッド全体で低電圧であるのが好ましいため、高い表面積カソードとして機能する吸着性物質のベッドに電解質を加えることが、さらに所望されてよい。本発明の第１態様及び第２態様は、電解質なしでの運転が可能であるが、必要に応じて、本発明の第１態様及び第２態様の装置及び方法を用いて達成可能な電圧を越えて、電解質を使用して印加電圧を下げることは否定されない。電解質の追加は、放射性有機廃棄物の処理について、随意選択的である。なぜなら、水が処理サイクルにおいて再利用されると、電解質の必要量は、例えば、解質が処理を受ける液体に継続的に加えられる必要があり得る連続システムと比較して極端に小さくなるためである。

先行技術のシステム、特に英国特許第２４７００４２号及び国際公開第２０１０／１４９９８２号に記載されたシステムに勝る本発明の第１態様及び第２態様の装置及び方法のさらなる利点は、以前に用いられた複雑な電極アセンブリの簡略化を可能とすることである。先に説明されるように、多くの先行技術のシステムは、シールされた不可分の１つの「ユニット」に構築された、微細多孔質膜、カソード、及び化学物質ドージングシステムからなる電極アセンブリを利用する。結果として、アセンブリの１つの部分に欠陥があれば、アセンブリ全体が、処理リザーバから取り外されて、置き換えられなければならない。さらに、カソード液コンパートメントのシーリングを考慮すると、一般的には、化学物質ドージングシステムによって扱われる水素が、電極アセンブリ内で増大するリスクもある。本発明の第１態様の装置では、上記のシールされた「ユニット」は、必須でない。なぜなら、化学物質ドージングシステムもないし、カソードコンパートメントを隔離する必要もないためである。さらに、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーン内での水性液体の混合に又は吸着性物質の移動に関連した負の影響がないので、２つの処理ゾーン間に多孔質膜をシールする必要がない。現在用いられている複雑な、シールされた「ユニット」の代わりに、より簡素な多孔質膜を、吸着性物質の２つのベッド間に挿入することが可能である。一例では、５００ｍｍ×５００ｍｍである多孔質膜は、通常約０．２ｋｇの重さしかなく、システムの全体コストは、上述のシールされた「ユニット」の形態の電極アセンブリを備えるシステムよりも２０倍ほど下回る。処理装置の任意の１つの部分に欠陥があれば、欠陥のあるアイテムは、個別に置き換えられればよく、全アセンブリを置き換えなくともよい。加えて、水素がアセンブリ内で増大するリスクが除外される。なぜなら、「カソード液コンパートメント」として機能する吸着剤のベッドを備える処理ゾーンは、もはや隔離される必要がないためである。

英国特許第２４７００４２号及び国際公開第２０１０／１４９９８２号に記載された方法に勝る本発明の第１態様及び第２態様の装置及び方法の別の利点は、水性有機廃液由来の電着無機成分の集積が、印加電流を周期的に反転させることによって減少する、又は除去されることである。結果として、第１方向への電流の印加中に電着した任意の無機成分は、電流が逆方向に印加されると、水性相に再溶解する。プロセスを最適化して、電流の方向が正しい時間間隔で反転することで、再生サイクルの個々のフェーズの間に、即ち任意の単一方向に電流を印加している間に電着する無機成分の部分的集積を減らす、又は回避することを確実とすることが所望されてよい。

処理サイクルの吸着ステージ中に、吸着性物質のベッドは、十分な期間撹拌されて、吸着性物質を水性有機廃棄物内にて分散し、そこから有機成分を吸着する。撹拌期間の終わりに撹拌を止めて、材料のベッドを沈下させる。この沈下期間中に、吸着剤は水性有機廃棄物から分離することとなる。勿論、分離の程度は、与えられる時間の長さによって決まる。載荷した吸着性物質（即ち、吸着された有機成分を担持する吸着性物質）が沈下する間、及び／又はその後、電流が印加されて、吸着された有機成分を、「アノードコンパートメント」として有効に機能する処理ゾーンにおいて酸化させて、ガス産物及び水を生じさせることによって、吸着性物質を再生し、且つさらなる量の有機成分を吸着する能力を回復させる。処理されることになる水性有機廃棄物の汚染の程度によって、時間スケールを調整することが可能である。

再生期間の種々のステージで、電流は調整されてよい。例えば、再生期間の初めに、載荷した吸着性物質の非常に薄い層のみが沈下する状況では、載荷した吸着性物質のかなりの量が沈下してしまう再生期間の後半よりも必要とされる電流は小さい。さらなる例として、再生期間の初めに、吸着性物質の粒子に有機成分が十分に積まれた状況では、吸着した有機成分のかなりの量が既に酸化されているであろう再生期間の後半よりも必要とされる電流は大きい。

処理済み液の、処理リザーバからの取出しは、任意の都合の良い方法で達成されてよい。例えば、１つ又は複数のポンプを用いて、保管用の、又は任意の所望されるさらなる使用用の処理リザーバから処理済み液を流し出してよい。代替的に又は加えて、取出しは、処理リザーバと、保管タンク等の隣接するベッセルとの間にあるバルブ又はパーティションを制御することによって、達成されてよい。

本発明のさらなる態様は、具体的には、水性有機廃棄物を処理する連続方法に向けられる。水性有機廃棄物の連続処理は、例えば水道水（utility water）の三次処理に、より商業的に適用できる。従って、処理済み液のｐＨは中性であることが好ましい。

本発明の第３態様は、処理済み液が含有する有機物をより少なくできる水性有機廃液の連続処理装置を提供し、該装置は、
多孔質膜によって隔てられた第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンを規定する処理リザーバと、
第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンにおいて設けられており、電気化学的再生が可能な炭素系吸着性物質と、
第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンの各々に水性有機廃液を選択的に入れて、炭素系吸着性物質を通過するほど十分に大きいが、炭素系吸着性物質を流動化させるのに必要とされる流量未満である流量で、各処理ゾーンにおいて炭素系吸着性物質と接触させるように動作可能なポンプと、
第１処理ゾーン内の炭素系吸着性物質と動作可能に接続する第１電流フィーダと、第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質と動作可能に接続する第２電流フィーダと、
第１電流フィーダ及び第２電流フィーダを作動して、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンの炭素系吸着性物質中に電流を一方向に流して、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンのうちの一方における炭素系吸着性物質を再生し、その後、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質に印加される電流の方向を反転させて、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンのうちの他方における炭素系吸着性物質を再生するコントローラと、
を備える。

装置は、好ましくは、間隔を空けて配置された１つ又は複数の入口を備え、入口を通して、汚染された液体が、吸着性物質のベッドへと圧入される。装置は、吸着性ベッドを通る、対応する複数の別々の液体流路を確立するのに十分な間隔を空けて、複数の入口を備えてよい。複数の入口の間隔は、好ましくは、汚染物質を吸着した吸着性物質が流れる各液体流路の周りの領域が規定されて、吸着性物質の別々の循環ストリームが、吸着性物質のベッド内で規定されるほど十分なものである。

好ましい実施形態において、装置は、吸着性ベッドと流体連通したリザーバを備え、リザーバは、吸着性物質が接触した液体をベッドから受け入れるように構成されている。

本発明の第４態様では、処理済み液が含有する有機物をより少なくできる水性有機廃液の連続処理方法が提供され、該方法は、
処理リザーバの第１処理ゾーン内に水性有機廃液を入れる工程であって、処理リザーバは第２処理ゾーンをも含み、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンは、多孔質膜によって隔てられており、第１処理ゾーンに水性有機廃液を入れて、ベッドの炭素系吸着性物質を通過するほど十分に大きいが、炭素系吸着性物質のベッドを流動化させるのに必要とされる流量未満の流量で、第１処理ゾーン内のベッド中の炭素系吸着性物質と接触させる工程と、
第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンにそれぞれ動作可能に接続する第１電流フィーダ及び第２電流フィーダを作動して、各処理ゾーンの炭素系吸着性物質中に電流を一方向に流して、第１処理ゾーンの炭素系吸着性物質を再生する工程と、
水性有機廃液を第２処理ゾーン中に入れて、水性有機廃液が炭素系吸着性物質のベッドを通過するほど十分に大きいが、炭素系吸着性物質のベッドを流動化させるのに必要とされる流量未満で行われる流量で、第２処理ゾーンのベッド中の炭素系吸着性物質と接触させる工程と、
第１電流フィーダ及び第２電流フィーダを作動して、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質に印加される電流の方向を反転させて、第２処理ゾーンの炭素系吸着性物質を再生する工程と、
を含む。

本発明の第４態様の方法では、水性有機廃棄物を連続して処理することによって、ｐＨが中性である処理済み液を得ることが可能な方法が提供される。上記の工程は、任意の所望される回数繰り返されて、必要な体積の水性有機廃液について、所望されるレベルの汚染除去が達成されてよい。入れられた液体中の有機成分は、炭素系吸着性物質に吸着されて、電流の印加によって電気化学的に酸化される。電流の印加は好ましくは、水性有機廃液が各ベッドの吸着性物質を通過している間に、達成される。処理されることとなる液体が各処理ゾーンに入れられる結果として、処理済み液は、処理ゾーンの吸着性物質のベッド上方の領域に集まる。

水性有機廃液と炭素系吸着性物質の接触は、吸着剤の撹拌を制御することで達成されてよい。撹拌の制御は、加圧下における水性有機廃棄物の１つ又は複数、好ましくは複数の平行ジェットストリームを、入口を介して吸着性物質のベッドへ与えることによって達成されてよい。水性有機廃棄物の個々のストリームが、吸着性ベッドを通る水性有機廃棄物の円筒状又は漏斗状の通路を生じさせることとなり、粒状の吸着性物質は、吸着性ベッドのより下側の領域から引き抜かれて（draw）、吸着性ベッドを通って上向きに運ばれる。吸着性物質の下向きの流れが、吸着性物質の上向きの流れの周りで生じ、そして水性有機廃棄物と一緒に運ばれ、これによって、吸着性物質の別々の循環ストリームが、吸着性ベッド内で規定されて、循環経路に沿って流れる。

吸着性ベッドに入る水性有機廃棄物の流量及び経路を、液体がベッドを通過するが、吸着性物質がベッド内に残って再生されるのを確実とするように制御することで、吸着及び再生プロセスが、同じベッドの吸着性物質中で同時に実行される。毎時１乃至５００Ｌの流量が用いられてよい。ある実施形態では、毎時約１５０Ｌの流量が用いられてよい。吸着性物質は、水性有機廃棄物から有機成分を吸着し、その間に、同じ吸着性ベッド内で、印加された電流により、吸着された有機成分由来のガス産物が吸着性物質から放出され、これによって吸着性物質が再生され、さらなる量の有機成分を吸着するための能力が回復する。

装置の運転中、電流が印加されて、正の電流フィーダが、吸着性物質のベッドに動作可能に接続されて、そこを水性有機廃棄物が通過することが好ましい。これにより、本発明の第１態様及び第２態様と同じように、このベッドはアノードとして有効に機能し、他の処理ゾーン内の吸着性物質のベッドは、カソードとして機能する。このようにして、「アノードベッド」における吸着性物質上に吸着された有機成分が酸化されて、二酸化炭素及び水が生じる一方で、「カソードベッド」に存在する残りの水は還元される。前述のように、水性プロトン種が「アノードベッド」において生じ、水性水酸化物種が「カソードベッド」において生じる。吸着性物質のベッド上の領域において集まる処理済み液は、電気化学的酸化プロセス中に生じる水性プロトン種を含有し、「カソードベッド」における水が、対応する還元プロセス中に生じる水性水酸化物イオンを含有することは理解されるであろう。好ましくは、炭素系吸着性物質と接触した液体は、炭素系吸着性物質の対応するベッドと流体連通するリザーバに移されて、その中で保管されてよく、処理装置にリサイクルされてもよいし、他の場所へ移されてもよい。

吸着及び電気化学的再生の第１サイクルが行われた後、ポンプは、水性有機廃棄物を第１処理ゾーンに入れるのを止めて、その代わりに、廃棄物液体から有機成分を吸着することができる炭素系吸着性物質を含む第２処理ゾーンに、水性有機廃棄物を入れるように制御される。電流フィーダを介して電流が印加される方向が反転すると、以前にカソードとして機能していた吸着性物質のベッドは、今度はアノードとして機能し、以前にアノードとして機能していた吸着性物質のベッドは、カソードとして機能する。水性水酸化物種を含有する液体が、水性有機廃棄物の流入ストリームによって集められて、酸性処理された液体と、吸着性物質のベッド上の領域において混合し、中性の処理済み液が形成される。その後、水性のプロトン種及び水酸化物種が、それぞれ第２処理ゾーン及び第１処理ゾーン内の吸着性物質のベッドで生じるが、ｐＨ中和作用は、印加電流の方向のその後の反転と、処理されることとなる液体が入れられる処理ゾーンの変更とによって、継続する。こうして、最終の中性ｐＨが、処理済み液のｐＨを調整する、化学物質投与システムなどの任意の後処理工程を必要とすることなく、処理済み液において達成される。所望されるｐＨを有する処理済み液が得られることを確実とする最適化されたプロセスは、用いられるサイクル時間、即ち、電流方向と処理されることとなる液体が入れられる処理ゾーンの各変更時間の長さ、水性有機廃棄物中の有機成分の濃度、並びに、液体リザーバ内の液体の体積によって決まる。好ましい実施形態では、電流フィーダ及びポンプは、処理済み液において約７のｐＨを与えるように運転される。

本発明の第２態様に関して先に述べたように、無機種の帯電は、電流が、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質中を流れる間にもたらされる。電流フィーダ及びポンプは、装置の運転中、電流フィーダ上への帯電無機種の電着をできるだけ小さくするように運転されて、処理方法が達成されることが好ましい。

本発明の第１態様及び第２態様に関して先に記載した好ましい特徴はまた、好ましい特徴のそのような組合せを防止するであろう技術的不一致を受けやすい本発明の第３態様及び第４態様の好ましい特徴を示している。さらに、本発明の第１態様及び第２態様に関して先に示した利点は、本発明の第３態様及び第４態様によっても実現されることは、当業者に明らかであろう。

本発明の方法及び装置での使用に適した炭素系吸着性物質は、液相から具合良く分離することと電気化学的再生とができる固体材料である。好ましい吸着性物質は、電気化学的再生が可能な吸着性物質、例えば、グラファイト、非膨張グラファイトインターカレーション化合物（ＵＧＩＣ）及び／又は活性炭素を、好ましくは粉末又はフレークの形態で含む。本発明での使用に適した典型的な個々のＵＧＩＣ粒子では、電気伝導度が１０，０００Ω^−１ｃｍ^−１を上回る。しかしながら、吸着性物質の粒子のベッドにおいて、これはかなり低くなることは理解できるだろう。というのも、粒子／粒子境界にて抵抗が生ずるからである。それ故に、できるだけ大きな粒子を用いて、抵抗をできるだけ低く保つことが所望される。また、より大きな粒子ほど、より速く沈下することとなり、より大きな流量が達成される。しかしながら、粒子サイズを増大させると、利用可能な表面積が減少することとなるので、表面積の減少に由来する吸着能力の低下に対して、速い沈下速度と低セル電圧を調和させることが必要である。しかしながら、種々のＵＧＩＣ物質が多数製造されており、そして種々の材料は、種々の吸着性を有しており、本発明の方法の特定の用途に合うように選択され得ることは理解できるであろう。吸着性物質は、ＵＧＩＣのみから、又は、そのようなグラファイトと１つ若しくは複数の他の吸着性物質との混合物からなってよい。吸着性物質の個々の粒子自体が、複数の吸着性物質の混合物を含んでよい。吸着性物質は内側表面積がないので、吸着の速度（kinetics）は速いはずである。従って、速度は、内面への有機成分の拡散によっては制限されない。

物質が電気化学的再生を受ける能力は、その電気伝導度、表面ケミストリー、電気化学的活性、形態構造、電気化学的腐食特性、及びこれらの要因の複雑な相互作用によって決まるであろう。ある程度の電気伝導度は、電気化学的再生に必須であり、高い電気伝導度が有利である。加えて、吸着物の電気化学的酸化の速度は、速くなければならない。速度は、酸化反応が起こる吸着性表面の電気化学的活性によって、また、液相のｐＨによっても決まる。電気化学的再生は、腐食条件を吸着性表面にて生じさせるであろう。再生条件下での吸着性物質の電気化学的腐食速度は、吸着及び再生の繰返しサイクル中に吸着性が悪化しない程度に低くあるべきである。さらに、一部の材料は、電気化学的再生が試みられて直ぐに、不動態化する。これは、多くの場合、非導電性材料の表面層が形成されることによる。これは、例えば、汚染物質（例えばフェノール）の重合の結果として、吸着剤の表面で起こり得る。加えて、吸着性物質上での有機成分の電気化学的破壊により、反応産物が生じることとなるが、これらは、吸着性物質の表面から運ばれて取り除かれなければならない。再生される吸着性物質の構造は、吸着性物質の表面から離れる産物の輸送速度に影響するので、この輸送プロセスを促進する吸着性物質を用いることが所望されることは理解できるであろう。これは、吸着性物質の表面構造及びケミストリーの双方に依存することとなる。

本発明にとって好ましい吸着性物質は、望ましくは、有機化合物を吸着する能力を有することは理解できるであろう。物質の吸収能力は必須ではなく、実際には、有害なことがある。吸着のプロセスは、有機成分と吸着剤の表面との分子相互作用によって作用する。対照的に、吸収のプロセスには、物質の細孔内での有機成分の収集と少なくとも一時的な保持とが関与する。一例として、膨張グラファイトは、広範な汚染物質について良好なアブソーバであることが知られている（例えば、化合物１グラムにつき、最大８６グラムの油が「受け取られる」）。ＵＧＩＣは、有効な吸収能力を有していない。これは、吸着することはできるが、表面積が小さいため、吸着能力が非常に低い（例えば、１吸着サイクルあたり、化合物１グラムにつき、最大７ミリグラムの油が「受け取られる」）。これらの数字から、膨張グラファイトとＵＧＩＣの受取り能力の間で、４桁の差異が示される。本発明で使用するためのＵＧＩＣの選択は、その高い再生力を、比較的低い受取り能力に対して慎重に調整することでなされる。

電流フィーダは、好ましくは、吸着性ベッドの全高及び全幅にわたって延びており、再生が必要な有機成分を積んだ吸着性粒子にできるだけ近接させられる。電流フィーダは、通常、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンにおいて設けられる吸着性物質のベッドの向かい合う面に設けられるであろう。複数の電流フィーダが、それぞれの面に沿って配置されてよい。或いは、複数の電流フィーダが水平方向に設置されて、種々の電流が、運転中に、種々の高さにて吸着性ベッドにわたって印加されてよい。使用時には、「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｃａｒｂｏｎ−ｂａｓｅｄ ａｄｓｏｒｂｅｎｔ ｌｏａｄｅｄ ｗｉｔｈ ｃｒｙｓｔａｌ ｖｉｏｌｅｔ ｄｙｅ」；Ｎ Ｗ Ｂｒｏｗｎ，Ｅ Ｐ Ｌ Ｒｏｂｅｒｔｓ，Ａ Ａ Ｇａｒｆｏｒｔｈ ａｎｄ Ｒ Ａ Ｗ Ｄｒｙｆｅ；Ｅｌｅｃｔｒａｃｈｅｍｉｃａ Ａｃｔａ ４９（２００４）３２６９−３２８１、及び「Ａｔｒａｚｉｎｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｕｓｉｎｇ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ」；Ｎ Ｗ Ｂｒｏｗｎ，Ｅ Ｐ Ｌ Ｒｏｂｅｒｔｓ，Ａ Ｃｈａｓｉｏｔｉｓ，Ｔ Ｃｈｅｒｄｒｏｎ ａｎｄ Ｎ Ｓａｎｇｈｒａｊｋａ；Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ３９（２００４）３０６７−３０７４に記載されるようにして、電圧が電流フィーダ間に継続的に又は断続的に印加されて、電流が吸着性物質中を流れてそれを再生してよい。

本発明を、今度は、一例として、添付の図面を参照して記載することとする。

図１ａは、本発明の第１態様の好ましい実施形態に基づいて構成される装置の概略的な斜視図である。 図１ｂは、本発明の第３態様の好ましい実施形態に基づいて構成される装置の概略的な斜視図である。 図２は、本発明に基づく装置の代替的な形態の概略的な斜視図である。 図３は、本発明に基づく装置の基部における、複数のセルの使用を示す図である。 図４は、本発明の第３態様の好ましい実施形態に基づいて構成される装置の代替的な形態の概略的な説明図である。 図５は、図４において示されたものと似たような装置に基づいて構成されるが、印加される電流の方向が反転するようには運転できない装置の概略的な説明図である。

図１ａは、バッチプロセスでの使用に特に適している装置を示しており、これは、本発明の第１態様及び第２態様を表す装置及び方法を機能させる好ましい態様を表している。図１ａを参照すると、水平断面が矩形であるオープントップのタンク１が示されており、タンク１の下部において、粒状の吸着性物質２の２つの平行なベッドが、プレート３上に支持されている。プレート３の下方には、流動媒体又は水性有機廃棄物を入口フィード５から受け入れるためのチャンバ４がある。吸着性物質２のベッドの上方には、液体リザーバ６がある。少なくとも１つの出口フィード又は堰７が、液体リザーバ６の上部に向けて設けられている。吸着性物質２のベッドの再生に必要な電流フィーダ８は、タンク１の両側に配置されており、電流フィーダ８のうちの１つのみが図１ａにおいて見えている。コントローラ９は、電流が吸着性物質２のベッドに電流フィーダ８を介して印加される方向を制御するために設けられている。電流フィーダ８間の等距離の位置に、吸着性物質２の２つのベッドを隔てるようにして、多孔質ディバイダ１０がある。プレート３は、等しく間隔を置いて配置された、開口１１の平行ラインを規定しており、少なくとも１本のラインが、多孔質ディバイダ７のそれぞれの側にあり、それらを通して、流動媒体又は水性有機廃棄物が、チャンバ４から吸着性物質２のベッドへと入れられる。所望される任意の数の、所望される任意のサイズ及び／又は形状の開口１１が、用いられてよい。ポンプ１２は、吸着性物質２のベッドに流動媒体を選択的に入れるために設けられている。本実施形態では、ポンプ１２は、印加された電流の方向に応じて、一度に吸着性物質２の２つのベッドのうちの１つのみに、流動媒体を入れるように構成されている。

使用時には、水性有機廃棄物は、タンク１に入れられる。続いて、吸着性物質２のベッドが、適切な媒体が開口１１を通って送られることで流動化されて、吸着性物質２は、タンク１内に含まれる水性有機廃棄物の区域（body）内に分散される。水性有機廃棄物の有機成分は、吸着性物質２に吸着されて水溶液を出る。必要であれば、水性有機廃棄物の撹拌が追加的に、タンク１の上部において、機械式ミキサー（不図示）によってなされてよい。予め定めた期間の後、流動媒体の流れ及び／又は機械的混合が止められて、吸着性物質２のベッドは、電流フィーダ８と、多孔質ディバイダ１０の何れかの側との間にて、プレート３上に沈下する。プレート３上に支持された吸着性物質２のベッドは、今度は、電気化学的に再生できる。電気化学的再生は、電流フィーダ８間の吸着性物質２のベッド中に電流を流すことによってなされる。正の電流フィーダの隣の吸着性物質２のベッドは、アノードとして機能し、このベッドにおいて、吸着された有機質は酸化されて、続いて炭素を含むガス及び水の形態で放出される。負の電流フィーダの隣の吸着性物質２のベッドは、カソードとして機能し、そのベッド内に存在する水が還元される。生じたガスは、タンク１の開放された上部を通って、又はタンク１が閉じている場合には、別個の排気ダクト（不図示）を通って、場合によっては続いて処理されるために放出される。再生期間の後、印加電流の方向が反転して、以前にカソードとして機能していた吸着性物質２のベッドは、アノードとして機能し、以前にアノードとして機能していた吸着性物質２のベッドは、カソードとして機能し、今度はアノードである電流フィーダ８の隣の吸着性物質２のベッドの電気化学的再生が開始される。これは、タンク１内の酸性ｐＨを維持する助けとなる。必要であれば、吸着性物質２のベッドの再生後のタンク１内に保持された液体は、それから、有機物のさらなる除去を受けてよく、これは、吸着性物質２のベッドの再流動化によって、粒状の吸着性物質２を再度、処理が必要な水性有機廃液に分散することによってなされ、その後、吸着性物質２のさらなる電気化学的再生が続いてよい。このシーケンスは、例えば、特にひどく汚染されていれば、水性有機廃液の同じバッチで；例えば、単一の電流反転を含む単一の処理サイクルが十分であれば、水性有機廃液の種々のバッチで；水性有機廃液の混合バッチで；又は、さらなる有機成分が処理中に加えられる水性有機廃液のバッチで、任意の所望される回数繰り返されてよい。必要であれば、汚染除去のレベルが、図１ａの装置の運転の間中、既存の手段を用いて常に、又は周期的に監視されてよい。

図１ｂは、連続プロセスでの使用に特に適している装置を示しており、これは、本発明の第３態様及び第４態様を表す装置及び方法を機能させる好ましい様式を表す。図１ｂにおいて、図１ａに関して先に記載される構成要素と対応するものは、１００だけ増やした同じ参照番号を付している。例えば、図１ｂに示される装置において、オープントップのタンクは、参照番号１０１を取っている。図１ａにおける同様の構成要素に対して機能が異なる図１ｂの構成要素は、２００だけ増やした同じ参照番号を取っている。従って、例えば、図１ｂの実施形態において、図１ａの実施形態と比較して異なった運転をするポンプは、参照番号２１２を取っている。

図１ｂの装置を用いて連続処理プロセスを実行することが所望される場合、水性有機廃液は、入口パイプ１０５を介してチャンバ１０４に入れられる。水性有機廃棄物は、十分な加圧下で、吸着性物質１０２のベッドのうちの１つに、開口１１１を通じて入れられる。ポンプ２１２は、水性有機廃棄物の流れを制御して、一度に、吸着性物質１０２のベッドのうちの１つだけに開口１１１を介して入れられるように構成されている。ポンプ２１２は、水性有機廃棄物のトンネル状のアップリフト（uplift）を、吸着性物質１０２のベッドを通して実現するように動作し、吸着性物質１０２の粒子を一緒に運び、吸着性物質１０２の下向きの流れを、水性有機廃棄物の上向きのトンネルの両側で開始し、吸着性物質１０２の別々の循環経路を、吸着性物質１０２のベッドにおいてもたらす。吸着性物質１０２が、吸着性物質１０２のベッド中の循環経路に沿って通過している間、電流フィーダ１０８は、吸着性物質１０２の２つのベッドに電流を流すことによって、有機汚染物質の吸着と電気化学的再生が同時に、吸着性物質１０２の同ベッド内で有効に達成するように運転される。コントローラ１０９は、正の電流フィーダ１０８が吸着性物質１０２のベッドの隣にある状況で運転されており、このベッドを通して水性有機廃棄物が入れられている。図１ａに関して先に説明されたように、正の電流フィーダの隣の吸着性物質１０２のベッドは、アノードとして作用して、そのベッドにおいて吸着性物質１０２の電気化学的再生を達成し、吸着された有機汚染物質を炭素を含むガス及び水の形態で放出する。吸着性物質１０２の流動化がこのバージョンの装置において実行される形態の観点からすると、吸着性物質１０２の電気化学的再生は、吸着性物質１０２の密度がより高い、吸着性物質１０２のベッドの領域において特に有効である。処理プロセスのこのステージでは、処理が必要な液体が入れられていない吸着性物質１０２の平行ベッドは、カソードとして作用し、この処理ゾーン内に存在する水が還元される。先に説明されるように、水性プロトン種が、アノードとして作用する吸着性物質１０２のベッドにおいて生じ、そして水性水酸化物種が、カソードとして作用する吸着性物質１０２のベッドにおいて生じる。

吸着性物質１０２のベッドに水性有機廃液を入れるポンプ２１２が、水性有機廃液が、吸着性物質１０２を通過するほど十分に大きいが、吸着性物質１０２を流動化させるのに必要とされる流量未満である流量で運転された結果、水性有機廃棄物及び吸着性物質１０２が、吸着性物質１０２のベッドの上部に達すると、生じた水性プロトン種を含有している処理済み液が、吸着性物質１０２のベッドの上方の液体リザーバ１０６に集まる。

吸着及び電気化学的再生が同時に適切な期間なされた後、水性有機廃棄物が入れられる吸着性物質１０２のベッドが変更され、電流の方向が、コントローラ１０９の運転によって反転して、以前にカソードとして機能していた吸着性物質１０２のベッドがアノードとして機能し、以前にアノードとして機能していた吸着性物質１０２のベッドがカソードとして機能する。最初にカソードとして機能していた吸着性物質１０２のベッドにて水性水酸化物種を含有する液体は、水性有機廃棄物の流入ストリームによって上方に集められて、液体リザーバ１０６に既に存在する水性プロトン種を含有する処理済み液と混合して、ｐＨが中性である処理済み液が生じる。続く処理サイクルの間に、水性のプロトン種及び水酸化物種が、吸着性物質１０２のベッド内で生じ、リザーバ１０６内の処理済み液のｐＨ中性化効果が継続する。液体リザーバ１０６内の処理済み液のｐＨは、処理サイクルの各半分が達成される期間によって、即ち、印加電流の反転と、水性有機廃棄物が入れられる吸着性物質１０２のベッドの切替えの間の時間の長さによって、少なくとも部分的に決定される。従って、リザーバ１０６内の処理済み液のｐＨは、絶えず、又は周期的に監視されて、所望される範囲（例えばｐＨ７あたり）にあるかどうかが確認されてよい。処理済み液のｐＨがあまりに高い、又はあまりに低いと判定される場合、適切なシグナルがコントローラ１０９及びポンプ２１２に送られて、処理サイクルの各半分間のタイミングが調整され、従って処理済み液のｐＨが、所望される範囲内となるように補正されてよい。

液体リザーバ１０６内の処理済み液は、用いられた吸着性物質１０２を含んでおらず、又は実質的に含んでおらず、所望される通りに、出口フィード１０７を介して放出される。或いは、液体は、必要であれば、出口フィード１０７からフィードされて入口フィード１０５中へと戻されて、さらに汚染除去されてよい。液体リザーバ１０６から液体リザーバ（不図示）への処理済み液の任意で付加的な移動は、例えば、液体リザーバ１０６内の液体の深さを、その表面が、液体リザーバ１０６と付加的な液体リザーバの間の隔壁の上端よりも周期的に高くなるように制御することによって達成されてよい。こうして、処理済み液は、隔壁の上端をあふれて、付加的な液体リザーバ中に周期的に流れ込む。

図２は、図１ａに示される本発明の第１態様に基づく装置の代替的な好ましい実施形態を示す。同様の構成要素は、図１ａと同じ参照番号を取っている。装置は、図１ａの装置と実質的に同じであるが、タンク１の下部１３の断面積がタンク１の上部１４の断面積よりも小さい点で異なっている。使用時には、吸着性物質２のベッドは、図１ａに関して先に説明したのと同様にして、開口１１を通じて単に流動媒体（例えば空気）の送ることによって、流動化される。流動媒体の送り出しが停止すると、吸着性物質２は、タンク１のより大きな上部とより小さな下部との間にある収束（converging）タンク壁によって、タンク１の下部へ戻される。

図３は、本発明の第１態様に従う装置の別の好ましい実施形態を示しており、複数の電流フィーダ８が、タンク１内で平行に整列されて、近接して配置されてよい。外側の電流フィーダ８間に電圧を印加すると、中間の電流フィーダ８に極性が与えられるので、事実上、一連の正の電流フィーダ及び負の電流フィーダが交互に、最も外側にある正の電流フィーダ８と負の電流フィーダ８との間に確立される。両極性の電流フィーダ８をこのように使用すると、電流が、電圧の比例的増加により何度も生成される。これは、電圧を増大させると、電流フィーダ８間の吸着性物質２のベッドの部分における吸着性物質２の電流が、吸着性物質２の全ベッドを組み合わせた幅にわたってより大きな電圧を単純に印加することによって達成されるよりも、大きくなるという利点を有する。一例として、電流フィーダ８間の距離は、最大約２５ｍｍであってよく、これは、吸着性物質２の詰まり（blockage）を生じることなく、セル電圧を許容可能なレベルに保ち、水性有機廃棄物から取り出される酸化された有機成分を、泡の形態で逃がすのに十分である。

図２及び図３に示された装置の代替的な実施形態は、本発明の第２態様に基づく方法、又は本発明の第４態様に基づく方法において、先の図１ｂの装置の説明を考慮して、適切に修正されて用いられてよい。

図４は、連続プロセスでの使用に特に適している装置を示しており、これは、本発明の第３態様及び第４態様を表す装置及び方法を機能させる好ましい態様を表す。図４を参照すると、水平断面が矩形のタンク１５が示されており、入口１６がタンク１５の基部にあり、水性有機廃棄物はそこに供給される。タンク１５は、２つのセル１７を有しており、それぞれが、廃水を処理するための吸着性物質１８のベッドを備えており、それぞれが、吸着性物質１８を再生するための電極１９を有する。タンク１５の上部に、処理済み有機廃棄物を抜き取るための液体出口２０と、水素を抜き取るための水素パージ出口とがある。システムから液体をパージするためのドレーン２１が、タンク１５の底部に設けられている。

各セル１７は、１つの専用電極１９ａを有しており、さらなる電極１９ｂが、２つのセル１７間で共有されている。各セル１７は、粒状の吸着性物質１８の２つの平行ベッドを電極１９間に設置しており、平行ベッド１８は、各セル１７において、電極１９間の等距離の位置にある膜２２によって、互いに隔てられている。処理されることとなる廃棄物は、バランスタンク２３に保持されており、供給ポンプ２５によって、流量を制御する流量計２４を介して、タンク１５にポンプ輸送される。入口１６及び出口２０は、回路において接続されており、タンク１５を通る廃液の連続循環を可能としている。電力供給部２６は、各セル１７の電極１９に電流を供給し、電流が印加される方向を制御するように動作可能である。バランスタンク２３は、有機廃棄物の処理の進捗を監視するための出口サンプリングポート２７を有する。

図５は、図４に示されたものと同様の装置及び方法に基づいて構成されるが、印加される電流の方向が反転するように運転されない装置を示す。図４の装置と共有されている図５の装置の特徴の詳細は、説明されない。図５のタンク２８（図４のタンク１５に対応する）は、４つの隣接するセル２９を有しており、それぞれに、廃水を処理するための吸着性物質３０のベッドが設けられ、それぞれが、吸着性物質３０を再生するための電極３１を有する。

各セル２９は、１つの電極３１と、電極３１に隣接して設置される多孔質膜３２と、粒状の吸着性物質３０のベッドとを有しており、該ベッドは、電極３１から遠位の膜３２の側にて、多孔質膜３２に隣接して設置されている。あるセルの多孔質膜３２と、それに隣接するセルの電極３１とは、一緒になって、粒状の吸着性物質３０のためのキャビティを規定する。あるセル２９の膜３２と電極３１の間の領域は、カソード液を保持するためのカソード液コンパートメント３３を規定する。供給されるカソード液は、カソード液タンク３４に保持されており、カソード液ポンプ３７によって、流量を制御する流量計３６を介して、タンク２８のフロアの専用カソード液入口３５を通して、各カソード液コンパートメント３３にポンプ輸送される。電力供給部３８は、各セル２９の電極３１に電流を供給する。

＜実施例１＞
本発明の第１態様及び第２態様の装置及び方法の性能を実証する実験を行った。実験に用いた油は、シェル社のＴｅｌｌｕｓ ４６ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｏｉｌ Ｌｕｂｒｉｃａｎｔであった。４０グラムの油を、４リットルの水と、最小容量の有機ポリマー及び２６グラムの塩化ナトリウムの存在下で混合することによって、油／水エマルジョンを作製した。有機ポリマーの意図は、単にエマルジョンを安定させるためだけであった。当業者が一般的な知識を用いて決定し得るような任意の適切な有機ポリマーが用いられてもよい。装置は電解質なしでも運転することができるが、塩化ナトリウムを加えてエマルジョンを導電性とすることによって、低セル電圧を達成した。このエマルジョンの一部を、２．２キログラムの非膨張インターカレートグラファイト粒子を吸着剤として含む処理タンクに入れた。何回かの吸着／再生処理サイクルを実行した。処理の全体に及ぶ種々のステージにて、エマルジョンの追加アリコートを処理タンクに入れた。

各吸着フェーズの期間は、２０分であった。再生フェーズの間、電流フィーダ間にて、吸着された有機成分の電気化学的酸化及び吸着性粒子の同時再生を開始する方向に電流を流した。１２０分後に、電流の方向を反転させて、電流フィーダをもう１２０分間運転した。８ｍＡｃｍ^−２の電流密度を各方向において用いて、計７２，０００クーロンを１回の完全再生サイクルで流した。

ある吸着フェーズの後、吸着剤のサンプルをシステムから取り出して、吸着剤上の油の質量を定量化した。電気化学的再生の２４０分後、吸着剤の別のサンプルを取り出して、吸着剤上の油の質量を定量化した。何回かの処理サイクルにわたる吸着剤の油の量を、以下の表１に示す。

エマルジョンのｐＨを、処理中に、定期的に測定した。エマルジョンの初期ｐＨは３．７８であった。酸性ｐＨが、何回かの処理サイクルにわたって首尾よく維持されたことが、以下の表２に示される結果から判断できる。

＜実施例２＞
本発明の第３態様及び第４態様の装置及び方法（この装置は、図４に示される）を、印加される電流の方向が反転するように運転されない装置及び方法（以下、「カソード液システム」と記載され、この装置は図５に示される）と比較したときの、性能の向上を実証する２つの実験を行った。実験に用いた有機成分は、ＫＥＭＴＥＸ Ｃｏｌｏｕｒｓ社が製造するＫＥＮＡＮＴＨＲＯＬ ＶＩＯＬＥＴ ２Ｂであった。２０グラムの有機成分を、２００リットルの水中に溶解して、１００ｐｐｍの有機成分を含有する水溶液を作製した。

両実験において、処理タンク内で水溶液を循環させて、集めてから同処理タンク中で再循環させて、溶解している有機成分をさらに除去した。溶液は、毎時１５０リットルの流量で循環させた。処理タンクは、２０キログラムの非膨張インターカレーショングラファイト粒子を吸着剤として含んでいた。処理タンクの電流フィーダ間で、溶液の循環中に電流を流して、吸着された有機成分の電気化学的酸化及び吸着性粒子の同時再生を開始した。

本発明の第３態様及び第４態様を実証する実験では、電流の方向を５分おきに反転させた。処理タンクは、非膨張インターカレーショングラファイト粒子の４つの別々のベッドを備えていた（図４参照）。電流の印加中、分離したカソード液コンパートメントがない場合、ベッドのうちの２つがアノードとして作用し、そしてベッドのうちの２つがカソードとして作用した。電流の方向が反転すると、アノードとして最初に作用したベッドはカソードとして作用し、そしてその逆も同様であった。１０アンペアの電流を各方向において用いて、計７２，０００クーロンを１時間の処理中に流した。

連続カソード液システムを用いる比較実験では、０．３パーセントの塩化ナトリウム及び１パーセントの塩酸を、分離したカソード液コンパートメントに加えた。塩化ナトリウム及び塩酸の意図は、低電圧運転に必要な導電性を与えることであった。処理タンクは、非膨張インターカレーショングラファイト粒子の４つの別々のベッドを備えた（図５参照）。一方向のみにおける電流の印加中、分離したカソード液コンパートメントはカソードとして作用し、そして４つのベッドはそれぞれ、個々のアノードとして作用した。結果的に、本発明の運転中に流れた電荷と比較して、倍の電荷が処理タンク中を流れた。比較実験を行うために、５アンペアの電流を用いて、計７２，０００クーロンを１時間の処理中に流した。

処理済み液のサンプルを、それぞれが処理タンクを通過した後に採取した。各サンプルの総有機質含有量（ＴＯＣ）を測定し、それぞれが通過した後のシステムから取り出した有機質の量を定量化した。本発明の第３態様及び第４態様の双方のシステム（「態様３及び態様４のシステム」）とカソード液システムとについて、処理タンクを通る幾つかの経路にわたって溶液から取り出した有機質の量を、以下の表３に示す。本発明の第３態様及び第４態様のシステムは、カソード液システムに匹敵する有機質除去を実現すると同時に、上述の多数の利点をも実現することがわかる。

カソード液システムの運転では、平均電圧は、１６．２ボルトであった。本発明の第３態様及び第４態様のシステムの運転では、平均電圧は、２９．２ボルトであった。本発明の第３態様及び第４態様のシステムの平均電圧がより高いのは、主に、先に述べたように、２倍の電流での運転によるためである。本発明の第３態様及び第４態様のシステムの運転では、平均電圧は、５アンペアで動作すれば、１４．０ボルトとなったであろう。

Claims (15)

1. 含有する有機物がより少ない処理済み液をもたらす水性有機廃液の処理装置において、
   多孔質膜によって隔てられた第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンを規定する処理リザーバと、
   第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンにおいて設けられた、電気化学的再生が可能な炭素系吸着性物質と、
   第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンの各々に含まれる水性有機廃液中に炭素系吸着性物質を分散するように動作可能なアジテータと、
   第１処理ゾーン内の炭素系吸着性物質と動作可能に接続する第１電流フィーダと、第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質と動作可能に接続する第２電流フィーダと、
   第１電流フィーダ及び第２電流フィーダを作動して、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質に電流を一方向に流して、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンのうちの一方における炭素系吸着性物質を再生し、その後、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質に印加される電流の方向を反転させて、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンのうちの他方における炭素系吸着性物質を再生するコントローラと、
   を備える装置。
2. アジテータは、処理リザーバの下側にあって、１つ又は複数の入口を規定するチャンバと、入口に流体を送るポンプと備えている、請求項１に記載の装置。
3. 含有する有機物がより少ない処理済み液をもたらす水性有機廃液の処理方法において、
   処理リザーバの第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンに水性有機廃液を入れる工程であって、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンは、多孔質膜によって隔てられており、各処理ゾーンは、電気化学的再生が可能な炭素系吸着性物質を含んでいる、工程と、
   各処理ゾーン内の水性有機廃液中に炭素系吸着性物質を分散する工程と、
   炭素系吸着性物質を各処理ゾーン内で沈下させる工程と、
   第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンにそれぞれ動作可能に接続する第１電流フィーダ及び第２電流フィーダを作動して、各処理ゾーン内の炭素系吸着性物質中に電流を一方向に流して、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンのうちの一方における炭素系吸着性物質を再生する工程と、
   第１電流フィーダ及び第２電流フィーダを作動して、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質に印加される電流の方向を反転させて、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンのうちの他方における炭素系吸着性物質を再生する工程と、
   を含む方法。
4. 水性有機廃液中に炭素系吸着性物質を分散する工程と、炭素系吸着性物質を沈下させる工程とを、１回又は複数回繰り返して、水性有機廃液から有機物を取り出してから、第１電流フィーダ及び第２電流フィーダを作動して、炭素系吸着性物質に印加される電流の方向を反転させる、請求項３に記載の方法。
5. 水性有機廃液中に炭素系吸着性物質を分散する工程と、炭素系吸着性物質を沈下させる工程とを、１回又は複数回繰り返して、有機物を水性有機廃液から取り出してから、処理済み液を処理リザーバから取り出す、請求項３又は請求項４に記載の方法。
6. 帯電無機種が生じるのは、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質中を電流が流れる間であり、電流フィーダは、運転中の電流フィーダ上への帯電無機種の電着ができるだけ小さくなるように運転される、請求項３乃至５の何れかに記載の方法。
7. 水性有機廃液は、放射性種を含有する、請求項３乃至６の何れかに記載の方法。
8. 含有する有機物がより少ない処理済み液をもたらす水性有機廃液の連続処理装置において、
   多孔質膜によって隔てられた第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンを規定する処理リザーバと、
   第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンにおいて設けられた、電気化学的再生が可能な炭素系吸着性物質と、
   第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンの各々に水性有機廃液を選択的に入れて、各処理ゾーンにおいて、水性有機廃液が炭素系吸着性物質を通過するほど十分に大きいが、炭素系吸着性物質を流動化させるのに必要とされる流量未満の流量で炭素系吸着性物質と接触させるように動作可能なポンプと、
   第１処理ゾーン内の炭素系吸着性物質と動作可能に接続する第１電流フィーダと、第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質と動作可能に接続する第２電流フィーダと、
   第１電流フィーダ及び第２電流フィーダを作動して、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質中に電流を一方向に流して、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンのうちの一方における炭素系吸着性物質を再生し、その後、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質に印加される電流の方向を反転させて、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンのうちの他方における炭素系吸着性物質を再生するコントローラと、
   を備える装置。
9. 装置は、間隔を空けて配置された１つ又は複数の入口を備え、該入口を通して、汚染された液が、吸着性物質のベッドへと圧入される、請求項８に記載の装置。
10. 複数の入口は、吸着性ベッドを通る、対応する複数の別々の液体流路を確立するのに十分な距離だけ離れている、請求項９に記載の装置。
11. 含有する有機物がより少ない処理済み液をもたらす水性有機廃液の連続処理方法において、
    処理リザーバの第１処理ゾーンに水性有機廃液を入れるようにポンプを運転する工程であって、処理リザーバは第２処理ゾーンをも含み、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンは、多孔質膜によって隔てられており、水性有機廃液は、第１処理ゾーンに入れられて、水性有機廃液がベッドの炭素系吸着性物質を通過するほど十分に大きいが、炭素系吸着性物質のベッドを流動化させるのに必要とされる流量未満の流量で第１処理ゾーンのベッドの炭素系吸着性物質と接触する、工程と、
    第１処理ゾーン及び第２処理ゾーンにそれぞれ動作可能に接続する第１電流フィーダ及び第２電流フィーダを作動して、各処理ゾーンの炭素系吸着性物質中に電流を一方向に流して、第１処理ゾーンの炭素系吸着性物質を再生する工程と、
    第２処理ゾーンに水性有機廃液を入れて、水性有機廃液が炭素系吸着性物質のベッドを通過するほど十分に大きいが、炭素系吸着性物質のベッドを流動化させるのに必要とされる流量未満の流量で第２処理ゾーンのベッド中の炭素系吸着性物質と接触させるようにポンプを運転する工程と、
    第１電流フィーダ及び第２電流フィーダを作動して、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質に印加される電流の方向を反転させて、第２処理ゾーンの炭素系吸着性物質を再生する工程と、
    を含む方法。
12. 水性有機廃液は、１つ又は複数の入口を通して、炭素系吸着性物質の各ベッドへと圧入される、請求項１１に記載の方法。
13. 水性有機廃液は、複数の入口を通して入れられ、複数の入口は、各処理ゾーンの炭素系吸着性物質のベッドを通る、対応する複数の別々の液体流路を確立するのに十分な距離の間隔を確立するのに十分な距離だけ離れている、請求項１２に記載の方法。
14. 炭素系吸着性物質と接触した液は、炭素系吸着性物質の対応するベッドと流体連通するリザーバに移される、請求項１１乃至１３の何れかに記載の方法。
15. 帯電無機種が生じるのは、第１処理ゾーン及び第２処理ゾーン内の炭素系吸着性物質中を電流が流れる間であり、電流フィーダ及びポンプは、運転中の電流フィーダ上への帯電無機種の電着ができるだけ小さくなるように運転される、請求項１１乃至１４の何れかに記載の方法。