JPH06190357A - 熱的脱着プロセスの動作パラメータを求めるためのベンチスケール方法及び装置 - Google Patents

熱的脱着プロセスの動作パラメータを求めるためのベンチスケール方法及び装置

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JPH06190357A
JPH06190357A JP5227882A JP22788293A JPH06190357A JP H06190357 A JPH06190357 A JP H06190357A JP 5227882 A JP5227882 A JP 5227882A JP 22788293 A JP22788293 A JP 22788293A JP H06190357 A JPH06190357 A JP H06190357A
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contaminated soil
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Edward J Lahoda
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 フルスケール熱的脱着プロセスの実施中、特
定の深さに存在する特定の汚染要因物を除去するのに必
要な動作パラメータ、例えば最高温度及び滞留時間を決
定するベンチスケールの方法及び装置を提供する。 【構成】 動作パラメータ決定方法においては、ベンチ
スケールによる熱的脱着プロセスの実施中、滞留時間の
関数として特定の深さにおける汚染土壌の代表試料の温
度を測定する。動作パラメータ決定装置は、土壌試料
（７８）を収容する容器（８０）と、隣り合う土壌試料
層の間に配置された少なくとも一つの隔壁（８４）と、
各土壌試料層中に設けられた少なくとも一つの熱電対
（８６）とを有する。動作パラメータの決定の際、ベン
チスケール熱的脱着プロセスの実施中に熱流束、吸収
率、熱拡散率、及び熱伝導率を決定し、これらを用いて
フルスケール熱的脱着プロセスの動作パラメータを予測
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱的脱着法により揮発
性及び半揮発性の汚染要因物を固形物から除去するため
の装置及び方法に関し、特に、有機物及び金属を土壌か
ら除去するための熱的脱着法の適用範囲及び動作パラメ
ータに関する要件を決定するために土壌と汚染要因物の
有効な相互作用を評価する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】有機物
及び金属による土壌、スラッジ、アッシュその他の固形
物の汚染は、重要な環境問題である。これら固形物が大
量であること及びその処分に要する費用か高いために、
処分が必要な廃棄物を減容する必要がある。
【０００３】汚染状態の土壌を処理するには、土壌から
の汚染要因物の分離、例えば熱的脱着法を用いるのが良
い。熱的脱着法の実施中、汚染要因物は種々の酸素濃度
及び滞留時間の条件の下で、汚染要因物の分解を防止す
るのに有効な温度に加熱され、それにより土壌からの揮
発性汚染要因物の分離が可能となる。土壌の種々の熱処
理例を述べると、汚染状態の土壌を、内部が加熱された
ネジ山付きスクリューコンベヤによって室中を搬送する
か、ロータリーキルン内に配置するか、複数のネジ山を
備えた回転式シリンダ内に配置するか、或いは、コンベ
ヤベルト上に位置させた状態で室内を通って搬送させ
る。
【０００４】汚染要因物を汚染土壌から除去するための
コンベヤベルトを用いる方法では、汚染土壌をコンベヤ
ベルト上に位置させた状態で、汚染土壌及び汚染要因物
の焼却、燃焼、又は酸化を回避するのに有効な酸素濃度
条件、温度条件及び滞留時間の下で、室の入口端から室
内を通って室の排出端に移動させる。室内におけるベル
トコンベヤ上の汚染土壌を、これらが室を通って移動し
ているときに、例えば、室内又は室の近くに設けられて
いる複数の赤外線加熱器、或いは電子又はガス焚き法、
マイクロ波加熱法又は他の方法により、汚染要因物を揮
発させ、実質的に汚染が除去された処理材料を生じさせ
るのに有効な温度に加熱する。搬送用ガス、例えば蒸
気、窒素又は二酸化炭素を、ベルトコンベヤ上の被汚染
物の移動方向と同じ方向か、或いは逆の方向で室内に通
す。すると、揮発状態の汚染要因物は室から排出されて
次の処理が行われる。揮発状態の汚染要因物を凝縮さ
せ、揮発状態の汚染要因物をガス流から分離して汚染状
態の液状凝縮物を生じさせ、この液状凝縮物を更に処理
する。
【０００５】この方法では又、被汚染物を室内に導入す
る前に被汚染物を乾燥させるか、或いは湿らせ、空気が
室内に入らないようにし、凝縮したガス流のスクラビン
グを行う。土壌床中の温度勾配を最小限に抑えると共に
ホットスポットを無くすため、加熱サイクル中、電動レ
ーキ、チェーン又は他の手段を用いて土壌を数時間にわ
たって混転させる。
【０００６】熱的脱着プロセスの適正化のため、任意特
定の場所で見受けられる固形物から汚染要因物を除去す
る熱的脱着プロセスの適用範囲を確認する必要がある。
熱的脱着プロセスが適用可能かどうか確かめるために、
動作パラメータ、例えば滞留時間、電力入力、最高所要
土壌温度の内訳を必要とする作動費及びコンベヤベルト
上の土壌深さの影響を求める必要がある。
【０００７】したがって、特定の汚染要因物及び種々の
性状の被汚染物についてのフルスケール熱的脱着プロセ
スの動作パラメータを得るために被汚染物の試料につい
て実施する熱的脱着評価装置及び方法が要望されてい
る。本発明の目的は、かかる装置及び方法を提供するこ
とにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明の要
旨は、汚染要因物を汚染土壌から除去する熱的脱着プロ
セスの動作パラメータを求める方法において、汚染土壌
を含む現場から代表的な汚染土壌試料を得る段階と、汚
染土壌試料の少なくとも一部をベンチスケール熱的脱着
プロセスに通すことにより、汚染土壌試料の特定の深さ
における汚染土壌試料の温度を滞留時間の関数として測
定して温度データ、滞留時間データ及び深さデータを得
る段階と、ベンチスケール熱的脱着プロセスを通じて得
られた温度データ、滞留時間データ及び深さデータを用
いることにより汚染土壌試料の熱伝導率を求める段階
と、フルスケール熱的脱着プロセスの実施中における特
定の深さに位置した特定の汚染要因物を除去するのに必
要な温度及び滞留時間を、汚染土壌試料の熱伝導率を用
いて求める段階とを有することを特徴とする方法にあ
る。
【０００９】また、本発明の方法は、ベンチスケール熱
的脱着プロセスの実施前に、土壌試料を分析して土壌試
料中の特定の汚染要因物を識別する段階、及び汚染要因
物を土壌から大体において除去するのに必要な最高温度
及び滞留時間を求めるために、ベンチスケール熱的脱着
プロセスの実施後、土壌試料の汚染要因物レベルを測定
する段階を含む。
【００１０】また、本発明の要旨は、汚染要因物を土壌
から除去するための熱処理に先立って土壌試料における
温度のばらつきを検出するためのベンチスケール装置に
おいて、複数の壁及び開口端部を備えた土壌試料を収容
するための容器と、隣り合う土壌試料層の間に配置され
ていて、各土壌試料層の境界を定めるための少なくとも
一つの隔壁と、各土壌試料層中に設けられていて、容器
内の特定の深さにおける土壌試料の温度を測定するため
の少なくとも一つの熱電対とを有することを特徴とする
装置にある。本発明は又、容器の開口端部に設けられて
いて、容器の開口端部を密閉するためのカバー及び容器
内に配置された断熱材を有するのが良い。
【００１１】本発明の内容は、添付の図面を参照して以
下の説明を読むと一層良く理解されよう。
【００１２】
【実施例】今図１を参照すると、汚染土壌４を熱的脱着
ユニット８を通って搬送させる典型的な熱的脱着プロセ
スが示されている。土壌を汚染要因物の実質的に全てが
蒸発するまで加熱する。汚染要因物を流れ１２により熱
的脱着ユニット８から除去し、実質的に清浄になった土
壌を流れ１８により取り出すことができる。汚染要因物
を更に処理するのが良い。回収した清浄な土壌は、現場
に戻すことができる。図１に示すプロセスは、被汚染物
を減容し、従って被汚染物の分解費用を減少させる。
【００１３】図２を参照すると、コンベヤベルト形式の
熱的脱着プロセスが示されている。掘り出した土壌４を
熱的脱着ユニット３０内で処理する。被汚染物を流れ３
２により秤量ホッパ３４内へ導入し、秤量ホッパ３４は
熱的脱着ユニット３０への被汚染物の供給量を一定に保
つ。熱的脱着ユニット３０への導入に先立って乾燥機３
６で水を被汚染物から蒸発させるか、或いは、熱的脱着
ユニット３０内に配置された加熱器により被汚染物を熱
的脱着ユニット３０内で乾燥させるのが良い。乾燥機３
６からの排出後、汚染土壌を、実質的に密閉された、供
給コンベヤ４０上の供給ホッパ３８に搬送する。被汚染
物は、熱的脱着ユニット３０の室４２の頂部に設けられ
た開口を通って、室４２内に設置されているベルトコン
ベヤ４４上に落下する。土壌層中の温度勾配を最小限に
抑えると共にホットスポットを無くすため、加熱サイク
ル中、電動レーキ、チェーン又は他の装置を用いて転動
させる。
【００１４】被汚染物がベルトコンベヤ４４上に載せら
れた状態で室４２を通って移動している間、被汚染物を
加熱器、例えば赤外線加熱器で加熱する。被汚染物は、
汚染要因物を土壌から揮発させるのに有効な温度、例え
ば１００℃〜８００℃の温度に加熱されることになろ
う。温度、酸素濃度、及び滞留時間は、被汚染物の焼却
を回避するのに有効なレベルに維持される。
【００１５】搬送用ガスを、ガス入口ダクト４６を通っ
て室４２内へ導入するのが良い。この搬送用ガスは、揮
発した汚染要因物を、ベルトコンベヤ４４の上方におい
て、ベルトコンベヤ４４上の被汚染物の流れに対し向流
又は並流状態で搬送する。揮発した汚染要因物を含むガ
スはガス出口ダクト４８を通って室４２から出る。
【００１６】搬送ガス及び揮発した汚染要因物を含む蒸
気生成排ガスは急冷器５０に達し、急冷器５０はガスの
温度をその飽和点よりも低い温度に下げて蒸気生成排ガ
スを凝縮させるために冷水のシャワーを浴びせる。急冷
器５０から、ガス流はスクラバ５２に達し、スクラバ５
２は残りの固形物及び汚染要因物をガス流から除去する
ために水滴接触法を用いる。清浄なガス流及び汚染状態
の液状凝縮物はスクラバ５２から出ることになる。
【００１７】清浄にされたガス流の一部は、ガスの再循
環のために流れ５４を通って室４２内へ入ることができ
る。清浄になったガス流の残りの部分は、大気中への放
出に先立って追加の清浄化段階を行うためのガス清浄化
装置８６に流れ込む。汚染状態の液状凝縮物は流れ５８
を通り、重力沈降法、浮選法、炭素吸着法を用いて有機
又は無機汚染要因物スラッジを除去するための水処理設
備６０に入る。汚染スラッジ及び吸着状態の汚染要因物
を現場から除去するための流れ６２に通し、次の処理を
行う。
【００１８】汚染除去された水の一部は水処理装置６０
から空気冷却器６４内へ移され、次に水の再循環のため
急冷器５０内へ通される。汚染水の一部を、残留有機物
及び金属を除去するため残留物処理設備６６の中へ通
し、次いで室４２から出ている清浄な土壌を急冷するた
めに流れ６８に通される。清浄な土壌はベルトコンベア
４４の端部から落下してコンベア上に載り、熱的脱着ユ
ニット３０を出る。室４２から排出された清浄な土壌を
急冷して土壌の温度を下げた後、土壌を環境に戻す。フ
ルスケール熱的脱着プロセスの効果的な実施のため、ベ
ンチスケールプロセスを利用して動作パラメータ、例え
ば最高固形物温度、酸素濃度及び滞留時間を求めるのが
良い。
【００１９】図３を参照すると、ベンチスケールプロセ
スの実施のため、代表的な土壌試料７８を汚染土壌現場
から取り出す。代表的な土壌試料を容器８０内に配置す
る。容器８０は、金属、例えば３０４ステンレス鋼また
は他の適当な材料で構成するのが良い。断熱材８２を容
器８０内に設けて容器８０の側部から土壌への伝熱量を
減少させ、それにより容器８０内の土壌を主として容器
８０の頂部から加熱できるようになる。
【００２０】隔壁、例えばスクリーン８４が、容器８０
内で隣り合う土壌層の間に配置されている。スクリーン
８４の構成材料は、金属例えばニッケルであるのが良
い。スクリーン８４は、各土壌層の境界を定める手段と
なり、ベンチスケール試験の実施後、残留汚染要因物レ
ベルについて各土壌層の検索と分析を行うことができ
る。
【００２１】特定の深さにおける土壌の温度を測定する
ための熱電対８６が、各土壌層のほぼ中央に配置されて
いる。熱電対８６は、温度データを記録してモニターす
るためのプロセッサ（図示せず）に接続するのが良い。
金属、例えばステンレス鋼から構成するのが良いカバー
８８が、気密シールを構成するよう容器８０の頂部上に
配置されている。かかる気密シールを構成するためにガ
スケットをカバー８８と容器８０の頂部との間に設ける
のが良い。カバー８８は、カバー８８の温度をモニター
するよう、例えば溶接によってカバー８８の下面に取り
付けられた熱電対を有するのが良い。容器８０は、底壁
またはカバー８８に機械加工により設けるのが良い入口
ガスポート９０及び出口ガスポート９２を有する。搬送
用ガスを、入口ガスポート９０を通って容器８０の中に
流入させ、入口ガスポート９０を通り、土壌上方の空気
スペースを横切り、そして出口ガスポート９２を通って
流通させる。揮発汚染要因物を搬送用ガスにより容器８
０から除去する。
【００２２】図３及び図４を参照すると、搬送用ガスと
して蒸気を用いてガス清浄化の要件を最少にするのが良
い。容器８０に隣接して位置決めされた蒸気源９４は、
蒸気ライン９６を通って容器８０に蒸気を供給する。蒸
気ライン９６に加熱テープを巻き付けて蒸気が容器８０
への導入前に凝縮するのを防止する。土壌の表面温度
が、土壌表面上における蒸気の凝縮を防止する少なくと
も約１００°Ｃになるまでは蒸気を容器８０に導入しな
い。
【００２３】代表的土壌試料を収容する容器８０を炉９
８内に配置する。炉９８内では、複数の加熱器１００、
例えばシリコンカーバイド加熱ロッドまたは赤外線加熱
器が配置されている。熱電対８６、蒸気ライン９６及び
電源への加熱ロッド１００の接続手段が炉９８の壁に設
けられた孔を貫通している。容器８０から排出された揮
発汚染要因物を含む蒸気を少なくとも１つの凝縮器１０
２に通すのが良い。凝縮器１０２から排出された任意の
非凝縮ガスをミスト分離器１０４内へ差し向けるのが良
い。次に、ガスを大気への放出に先立って活性炭フィル
タ１０６に通すのが良い。必要ならば他のガス処理設備
を用いても良い。
【００２４】幾つかの土壌試料をベンチスケール装置で
処理するのが良い。土壌の種々の深さ位置に設けられた
複数の熱電対８６から読みを滞留時間の関数として得る
ことができる。例えば図５に示すように特定の深さにお
ける温度を縦軸に、その特定の深さにおける滞留時間を
プロットするのが良い。図５を参照すると、ライン１２
０は容器８０のカバー８８の温度を示している。ライン
１２２は土壌試料７８の表面温度を示している。ライン
１２４は土壌試料７８の表面よりも約１．３ｍ下の土壌
の温度を示している。ライン１２６は、土壌試料７８の
表面よりも約２．５cm下の土壌温度を示している。ライ
ン１２８は、土壌試料７８の表面の約３．８cm下の土壌
温度を示し、ライン１３０は、土壌試料７８の表面の約
５cm下の土壌温度を示している。
【００２５】各土壌層の汚染要因物レベルを分析する
と、汚染要因物を土壌から除去するのに必要な最高温度
及び滞留時間が得られる。縦軸に汚染要因物濃度、横軸
に温度を取ると、図６に示すグラフを作成できる。図６
を参照すると、ライン１４０は土壌試料７８の表面の約
１．３cm下の土壌の汚染要因物レベルを示している。ラ
イン１４２は、土壌試料７８の表面の約２．５cm下の土
壌の汚染要因物レベルを示している。ライン１４４は、
土壌試料７８の表面の約３．８cm下の土壌の汚染要因物
レベルを示している。ライン１４６は、土壌試料７８の
表面の約５cm下の土壌の汚染要因物レベルを示してい
る。
【００２６】容器８０を含むベンチスケール装置から得
たデータを数学モデルと組み合わせて用いることにより
熱的脱着ユニットの動作パラメータを求める。数学モデ
ルは、伝熱式、例えばカースロー、ジェーガー共著「固
体中の熱の伝導」（第２版）に示されている以下の式
（１）を用いる。
【００２７】
【数１】 上式中、
【数２】 上式において、 Ｔ ＝時間ｔ、深さｘにおける温度 Ｔo ＝初期温度 Ｆo ＝熱束 Ｋ ＝熱伝導率 Ｍ ＝熱拡散係数 ｔ ＝滞留時間 ｘ ＝深さ ｄ ＝密度 Ｃp ＝熱容量 ＊ ＝乗算記号 熱的脱着プロセスについてのこの数学モデルは、土壌床
の表面上への熱束Ｆoが一定であると仮定している。こ
の仮定が妥当であるのは、加熱ロッドと土壌の表面温度
との間の温度差が大きいからである。
【００２８】土壌の深さは無限大であると仮定する。そ
の理由は熱伝導率が比較的小さく、且つ土壌床の厚さが
ベルトコンベア上の土壌床の側部を初期温度に保つ傾向
があるからである。この仮定が妥当であるためには、土
壌床の深さは、次の式で表される熱的侵入深さｚよりも
大きくなければならない。
【００２９】
【数３】 もし熱的侵入深さが土壌床の深さよりも大であれば、土
壌床温度は推定値以下であり、これにより、熱的脱着ユ
ニットで必要な滞留時間についての計算値が控え目にな
る。
【００３０】また、適用可能な期間中の土壌床の深さｘ
全体に亘る土壌床の特性が一定であり、初期温度Ｔo が
一定であると見なされるが、ここれらは、温度勾配をな
くする一定間隔での土壌の混合により正当な仮定であ
る。
【００３１】数式（１）によれば、半無限固体の表面に
おける熱束が一定であるとすると、重要な変数は、床の
熱容量Ｃp 、床の有効熱伝導率ｋ（固形物フラクション
ｆに固形物の純粋熱伝達率を掛けたものであると見なさ
れる）、及び土壌の密度ｄ（固形物フラクションｆに純
粋固形物密度を掛けたものであると見なされる）であ
る。
【００３２】土壌の一部を秤量し、次に例えばメスシリ
ンダーで土壌のこの一部の体積を測定することにより土
壌床の密度（gm/cc)を決定する。この密度は、嵩密度と
呼ばれている。土壌の絶対密度を参考図書を参照して確
認するのが良い。
【００３３】固形物フラクションｆを求めるため、絶対
密度を嵩密度で割る。熱容量Ｃp を参考文献から得るこ
とができ、例えば乾燥土壌については熱容量０．２２ca
l/gm/ ℃である。
【００３４】熱伝導率ｋ及び吸収率ａの決定を目的とし
て試験を行う。有効熱伝達率ｋ及び吸収率ａを求めるこ
とにより、土壌の温度分布を任意の動作パラメータの組
について予測することができる。加えて、最終土壌汚染
要因物レベルに対する、土壌床の深さ、最高土壌床温度
及び滞留時間の影響を判定し、回帰モデルを得ることが
できる。最高土壌温度及び滞留時間は重要なファクター
となる。
【００３５】ベンチスケール熱的脱着プロセスの実施
中、代表的な土壌試料を容器８０内でモニターしなが
ら、温度分布を時間及び土壌床内への距離の関数として
測定する。
【００３６】数学モデルを用いる際における初期の段階
は、例えば以下の式（３）によって求まる熱束Ｆo （単
位は、cal/cm2 /sec）を算出することである。
【００３７】
【数４】 上式において、 ｍi ＝各土壌床層の質量（単位はｇ） ＤＴi ＝土壌床中の温度差 Ｄｔi ＝温度差の時間差 Ａ ＝土壌床の面積 ＤＴe ＝水の蒸発に至るまでの時間（秒） ｗ ＝土壌床中の水の重量％ ベンチスケールプロセスで得たデータを式（３）に代入
することによって熱束Ｆo を求めた後、土壌の熱吸収率
ａを例えば次の式（４）を用いて計算する。
【００３８】
【数５】 この式は次の式（４ａ）から導かれる。
【００３９】
【数６】 上式において Ｆo ＝熱束（式（３）から計算） ｅ ＝土壌容器カバーの放射率 σ ＝ステファン・ボルツマン係数＝1.355x10-12cal/s
ec/cm2/ °K -4 Ｔl ＝土壌容器カバーの温度 Ｔs ＝土壌表面の温度 式３から計算して得た熱束Ｆo 及びベンチスケールプロ
セスで得たデータを式（１）に代入すると、熱拡散率Ｍ
の解が得られる。式（２）及びＭにつき式（１）から得
た値を用いて、熱伝導率ｋを求めることができる。
【００４０】式（２）及び式（１）から得られるＭの値
を用いる代わりに、式（１）を時間ｔで微分して熱伝導
率ｋを求めることができ、その結果次の式が得られる。
【００４１】
【数７】 ベンチスケールプロセスの実施中、各熱電対につき温度
の経時変化（dT/dt)を測定する。式（３）から計算して
得た熱束Ｆo 及びｄＴ／ｄｔについてのベンチスケール
プロセスから得た値を式（５）に代入して、熱拡散係数
Ｍを求めることができる。式（２）及びＭについての式
（５）から得た値を用いると、熱伝導率ｋを求めること
ができる。
【００４２】熱伝導率ｋを式（１）の条件の下で式
（２）に代入すると、式（１）を用いて、フルスケール
熱的脱着プロセスについての特定の深さ位置における特
定の汚染要因物についての最高温度及び滞留時間を予測
することができる。例えば、もし汚染要因物がＰＣＢで
あり、熱的脱着ユニットにおける土壌の厚さが５．０８
cmであれば、熱伝導率ｋの計算値、深さ５．０８cm、Ｐ
ＣＢを揮発させるのに必要な温度Ｔf を式（１）及び
（２）に代入して滞留時間ｔr の解が求まる。
【００４３】土壌中の最終汚染要因物レベルを、ベンチ
スケール試験で用いられた動作パラメータと共に分析す
る。例えば以下のような式（図６におけるデータから得
られた）を回帰分析法により実験室データから展開させ
るのが良い。
【００４４】
【数８】 上式において、 Ｌf ＝最終汚染要因物レベル Ｌi ＝初期汚染要因物レベル Ｔf ＝最高温度 ｔr ＝滞留時間 深さは式（６）に入っていない。というのは、拡散効果
は薄い材料床、例えば５．０８cm以下であれば無視でき
る程のものであり、汚染要因物の除去の程度は土壌によ
って達成される最高温度によって求められるからであ
る。
【００４５】次に、動作パラメータを用いて熱的脱着ユ
ニットの処理量を予測する。処理量を決定するために、
熱的脱着ユニットの加熱容量を数種類の出力レベルで求
める。土壌の吸収率及び式（４ａ）を用いた計算によ
り、特定の加熱ロッドの動作温度及び土壌温度における
加熱ロッドの放射熱容量を求める。床面上の正味の放射
エネルギーを求めるには、加熱ロッドの放射熱容量に、
加熱表面積に対するロッドの比率を掛ける。この数値を
用いると、フルスケールユニットの加熱容量を求めるこ
とができる。吸収されたエネルギー量の計算には式
（１）を用いる。これらの計算は、加熱器から土壌表面
への放射によって伝達されたエネルギーに対して、ベル
トコンベア上の土壌へ熱伝導により伝達されたエネルギ
ーの量をバランスさせる。これらのエネルギーが等しい
とき、フルスケールユニットの加熱容量が求められたこ
とになる。
【００４６】加熱容量の計算を行う前に、熱容量が乾燥
固形物についてのものであり、例えばＣｐが０．２２ca
l/gm/ ℃に等しいものと仮定する代わりに、土壌中の水
の存在を反映するＣp を得るのが良い。蒸発熱（５４０
cal/gm）を土壌の昇温範囲全体にわたって吸収するのも
のと仮定する。この昇温範囲は例えば約２０°Ｃ〜４５
０°Ｃ（７０°Ｆ〜８５０°）である。この推定値は控
え目である。というのは、水は１００°Ｃ（２１２°
Ｆ）の低い温度で土壌から蒸発することになり、その結
果加熱されたロッドと土壌との間の熱伝達が良好になる
からである。例えば、土壌がｘ重量％の水を含有し、昇
温範囲が約２０°Ｃ〜４５０°Ｃ（７０°Ｆ〜８５０°
Ｆ）である場合、有効Ｃp を決定するには以下の式
（７）を用いることができる。
【００４７】
【数９】 所要の最高温度及び滞留時間を、特定の汚染要因物につ
いて種々の汚染要因物レベルを達成するために計算す
る。熱伝達に関する計算を土壌の特定の深さについて実
施するのが良い。熱束、滞留時間及び土壌深さが所与の
場合、土壌の温度を求めることができる。関心のある汚
染要因物の所与の濃度を達成するため、汚染要因物の濃
度を深さ及び温度の関数として考慮することによって所
要の温度を求めるのが良い。土壌の深さの関数としての
所要の滞留時間を、コンベアベルトの端部における土壌
床の底部の所要の温度を達成することに基づいて、赤外
線熱的脱着ユニットについて求めることができる。
【００４８】上述の詳細な説明は、赤外線ロッドベルト
コンベア熱的脱着システムの土壌パラメータ（所要最高
温度、有効熱伝導率及び有効吸収率）の決定に限定され
るものではないことはいうまでもない。同じ技術を用い
て他の加熱用途、例えばロータリーキルンタイプの加熱
器及びスクリューヒーターに適用できる。
【００４９】上述の詳細な説明は、上記の種々の式及び
／又はモデル化技術の利用に限定されるものでないこと
は理解されるべきである。上記方法論は、同一の分析結
果を得るために他の式及び／又はモデル化技術を利用で
きる。ベンチスケールプロセスを用いて土壌パラメータ
の決定結果を他の類似の式と組み合わせて種々の土壌加
熱プロセスを構成できる。
【００５０】実 験 例 一例として、約２００ｇの汚染土壌を容器内に配置し
た。土壌試料の床寸法は約６．３cm×６．３cm×５．１
cm（深さ）であった。熱電対を土壌床表面に位置決めさ
れた熱電対から始まり１．３cm間隔で配置する。容器内
の土壌の体積は約２００cm3 であり、約３００ｇの土壌
を試験毎に容器内へ装入し、床密度を１．４６ｇ／cm3
にする。炉を回転させた時から３０秒毎に温度の読みを
記録する。
【００５１】土壌をベンチスケールプロセスの実施に先
立って分析すると、約６２０ｐｐｍのポリ塩化ビフェニ
ル（ＰＣＢ）が含まれていることが判明した。土壌の受
け入れたままの水分を求めると９重量％であり、土壌の
嵩密度は約１．４g/ccであった。
【００５２】次の表１は、ベンチスケール熱的脱着プロ
セスから得たデータを示している。
【表１】 ベンチスケール試験について式（３）を用いると（ｍi
＝３２ｇ、Ｃp ＝０．２２cal/℃/g、Ａ＝４０cm2 、ｗ
＝９w/o ）、式（３）は次のように変形される。
【００５３】
【数１０】 式（８）から計算して得たＦo 、３０４ステンレス鋼に
ついてｅ＝０．７、σ＝１．３５５×１０-12 cal/sec/
cm2 °Ｋ-4を式（４）に代入すると次式が得られる。
【００５４】
【数１１】 図５に示すデータを式（４）に代入すると、約０．６の
有効吸収率が求まる。
【００５５】これらパラメータに基づき、モデル式
（１）からＭの値を求めることができる。ｄ＝１．４６
ｇ／cm3 （土壌試料から測定）及びＣp ＝０．２２（文
献）を式（２）に代入すると、次式が得られる。
【００５６】Ｍ＝ｋ／０．３１ Ｍ＝ｋ／０．３１及びπを式（５）に代入すると、次の
式（９）が得られる。
【数１２】 温度の経時変化の測定値（dT/dt)、つまり図５に示すデ
ータを式（９）に代入したあと、式（９）を土壌の有効
熱伝導率ｋについて解くと、約０．０００１７cal/gm℃
であった。
【００５７】このｋの値を式（１）及び式（２）に代入
すると、特定の時間及び特定の深さにおける温度につき
解が得られる。
【００５８】このデータを用いて赤外線脱着装置の処理
量を推定値を得た。土壌の吸収率及び式（４ａ）を用い
て計算を行った。これらにより、ロッド作動温度が１６
００℃、最高土壌温度が５１０℃の場合、全部で３０７
watt／平方インチを移送できるという見通しを得た。こ
れは加熱ロッドの容量を越えているので、引き続き行っ
た計算では、７０ワット／平方インチのロッド容量を用
いた。ロッドの放射熱容量にロッド／加熱床面積の比を
掛けると、床表面上の正味の放射熱容量が１．７５cal/
sec/cm2 になった。この数値を用いてフルスケールユニ
ットの加熱容量を求めた。これは合計２．４ＭＷの電力
に等しく、また、現行の電源は１ＭＷの電力しか送れな
いので、パイロットスケールユニットについて、１．７
５／２．４又は０．７３cal/sec/cm2 を用いた。パイロ
ットスケールユニット及びフルスケールユニットについ
ての容量計算の結果が次の表２に示されている。
【００５９】
【表２】 ＜５ｐｐｍの最終ＰＣＢ基準値を満足する動作パラメー
タが次の表３に要約して示されている。これらパラメー
タの各々についての容量計算の結果が表４に示されてい
る。
【００６０】
【表３】
【表４】 最高温度と滞留時間の幾つかの組合せを検討すると、最
適動作モードを決定できる。表４を参照すると、これら
の結果から、最高温度を高くし、その最高温度における
滞留時間を短くすると、最高温度を低くし、その最高温
度における滞留時間を長くするよりも処理量が多くなる
ことが分かる。これらの結果から、パイロットスケール
ユニットは約１．３ｔ／時間の湿り状態の土壌を取り扱
うことができることが分かる。これら結果は実際のパイ
ロットユニットについて有効であることが分かってい
る。
【００６１】したがって、本発明は、汚染要因物を汚染
土壌から除去するために熱的脱着プロセスの動作パラメ
ータを決定する装置及び方法を提供している。
【００６２】
【図面の簡単な説明】
【図１】代表的な熱的脱着プロセスの略図である。
【００６３】
【図２】代表的な熱的脱着プロセスについての図１より
も詳細な略図である。
【００６４】
【図３】ベンチスケール熱的脱着装置の略図である。
【００６５】
【図４】ベンチスケール熱的脱着プロセスの略図であ
る。
【００６６】
【図５】特定の土壌深さにおける温度と滞留時間の関係
を示すグラフ図である。
【００６７】
【図６】ベンチスケール熱的脱着装置に関し、特定の土
壌深さにおける汚染要因物の濃度と最高温度の関係を示
すグラフ図である。
【００６８】
【符号の説明】
８，４２ 熱的脱着ユニット ３４ 秤量ホッパ ３６ 乾燥機 ５０ 急冷器 ５２ スクラバ ６０ 水処理設備 ６４ 空気冷却器 ６６ 残留物処理設備 ７８ 土壌 ８０ 容器 ８２ 断熱材 ８４ スクリーン ８６ 熱電対 ８８ カバー ９０ 入口ガスポート ９２ 出口ガスポート ９４ 蒸気源 １０２ 凝縮器 １０４ ミスト分離器 １０６ 活性炭フィルタ

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 汚染要因物を汚染土壌から除去する熱的
    脱着プロセスの動作パラメータを求める方法において、
    汚染土壌を含む現場から代表的な汚染土壌試料を得る段
    階と、汚染土壌試料の少なくとも一部をベンチスケール
    熱的脱着プロセスに通すことにより、汚染土壌試料の特
    定の深さにおける汚染土壌試料の温度を滞留時間の関数
    として測定して温度データ、滞留時間データ及び深さデ
    ータを得る段階と、ベンチスケール熱的脱着プロセスを
    通じて得られた温度データ、滞留時間データ及び深さデ
    ータを用いることにより汚染土壌試料の熱伝導率を求め
    る段階と、フルスケール熱的脱着プロセスの実施の際に
    おける特定の深さに位置した特定の汚染要因物を除去す
    るのに必要な温度及び滞留時間を、汚染土壌試料の熱伝
    導率を用いて求める段階とを有することを特徴とする方
    法。
  2. 【請求項２】 汚染要因物を土壌から除去するのに必要
    な最高温度及び滞留時間を求めるためのベンチスケール
    熱的脱着プロセスの実施後、汚染土壌試料の汚染要因物
    レベルを測定する段階を更に有することを特徴とする請
    求項１の方法。
  3. 【請求項３】 ベンチスケール熱的脱着プロセスの実施
    前に、汚染土壌試料を分析して汚染土壌試料中の特定の
    汚染要因物を識別する段階を更に有することを特徴とす
    る請求項１の方法。
  4. 【請求項４】 ベンチスケール熱的脱着プロセスを通じ
    て得られた温度データ及び深さデータを用いて吸収率を
    求める段階を更に有することを特徴とする請求項１の方
    法。
  5. 【請求項５】 フルスケール熱的脱着ユニットの加熱容
    量を、土壌の吸収率及び熱伝導率の関数として求める段
    階を更に有することを特徴とする請求項４の方法。
  6. 【請求項６】 熱束を、温度及び滞留時間の関数として
    求める段階を更に有することを特徴とする請求項１の方
    法。
  7. 【請求項７】 熱束を用いて吸収率を求める段階を更に
    有することを特徴とする請求項６の方法。
  8. 【請求項８】 熱束及び温度を用いることにより、熱拡
    散率を滞留時間の関数として求める段階を更に有するこ
    とを特徴とする請求項６の方法。
  9. 【請求項９】 熱伝導率を求める段階では、熱拡散率を
    用いることを特徴とする請求項８の方法。
  10. 【請求項１０】 温度の経時変化データを用いることに
    より熱拡散率を求める段階を更に有することを特徴とす
    る請求項１の方法。
  11. 【請求項１１】 熱伝導率を求める段階では、熱拡散率
    を用いることを特徴とする請求項１０の方法。
  12. 【請求項１２】 汚染土壌試料を容器内に配置する段階
    と、汚染土壌試料を、汚染要因物を揮発させるのに有効
    な温度に加熱し、実質的に汚染が除去された処理物質を
    生じさせるための炉内に容器を配置する段階とを更に有
    することを特徴とする請求項１の方法。
  13. 【請求項１３】 搬送用ガスを汚染土壌試料の上方で容
    器内へ通して揮発状態の汚染要因物を容器から運び出す
    段階を更に有することを特徴とする請求項１２の方法。
  14. 【請求項１４】 各土壌層の境界を定めるための隔壁を
    隣り合う汚染土壌試料層の間に配置する段階を更に有す
    ることを特徴とする請求項１２の方法。
  15. 【請求項１５】 汚染土壌試料中の特定の深さにおける
    汚染土壌試料の温度を測定するための熱電対を各汚染土
    壌試料層中に設ける段階を更に有することを特徴とする
    請求項１４の方法。
  16. 【請求項１６】 汚染要因物を土壌から除去するための
    熱処理に先立って土壌試料における温度のばらつきを検
    出するためのベンチスケール装置において、複数の壁及
    び開口端部を備えた土壌試料を収容するための容器と、
    隣り合う土壌試料層の間に配置されていて、各土壌試料
    層の境界を定めるための少なくとも一つの隔壁と、各土
    壌試料層中に設けられていて、容器内の特定の深さにお
    ける土壌試料の温度を測定するための少なくとも一つの
    熱電対とを有することを特徴とする装置。
  17. 【請求項１７】 容器の開口端部に設けられていて、容
    器の開口端部を密閉するためのカバーを更に有すること
    を特徴とする請求項１６の装置。
  18. 【請求項１８】 カバーと容器のうち少なくとも一方
    は、搬送用ガスが容器を通過できるようにするためのガ
    ス入口ポートとガス出口ポートを有することを特徴とす
    る請求項１６の装置。
  19. 【請求項１９】 容器内に配置された断熱材を更に有す
    ることを特徴とする請求項１６の装置。
  20. 【請求項２０】 ガス入口ポートに連結されていて、搬
    送用ガスを容器に与えるための蒸気源を更に有すること
    を特徴とする請求項１８の装置。
  21. 【請求項２１】 ガス出口ポートに連結されていて、容
    器から排出された揮発状態のガスを凝縮させるための少
    なくとも一つの凝縮器を更に有することを特徴とする請
    求項１８の装置。
  22. 【請求項２２】 凝縮器に連結されていて、凝縮器から
    排出された非凝縮ガスを分離するためのミスト分離器を
    更に有することを特徴とする請求項２１の装置。
  23. 【請求項２３】 ミスト分離器に連結されていて、ミス
    ト分離器から排出されたガスを処理するための炭素フィ
    ルタを更に有することを特徴とする請求項２２の装置。
JP5227882A 1992-08-21 1993-08-20 熱的脱着プロセスの動作パラメータを求めるためのベンチスケール方法及び装置 Withdrawn JPH06190357A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005342630A (ja) * 2004-06-03 2005-12-15 Tomohiro Nomura 抽出処理方法
CN113477698A (zh) * 2020-11-27 2021-10-08 苏州精英环保有限公司 常温解吸修复设备的智能化监控平台

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2259498B1 (es) * 2003-09-25 2007-09-16 Orlando Zuñiga Escobar Dispositivo para medidas electrotermicas y los correspondientes procedimientos de medida y aplicaciones para evaluacion de la compactacion de suelos agricolas, de la reserva energetica del suelo y de la calidad de alimentos y productos agroecologicos.
US7389705B2 (en) * 2004-08-03 2008-06-24 Saudi Arabian Oil Company Landfarming simulation testing apparatus and method
CN102553906B (zh) * 2012-01-13 2013-07-03 山西省环境科学研究院 污染土壤处理设备
CN106769384B (zh) * 2016-12-05 2019-10-25 林立荣 一种土壤检测用土壤样品干燥保温装置
CN108704932A (zh) * 2018-07-12 2018-10-26 苏州市环境科学研究所 一种热脱附实验装置
CN111014270A (zh) * 2020-01-03 2020-04-17 北京高能时代环境技术股份有限公司 一种原位热脱附电加热模拟系统及方法
CN111229805A (zh) * 2020-03-17 2020-06-05 中冶节能环保有限责任公司 一种污染土壤热修复测试装置及方法
CN111579586A (zh) * 2020-05-29 2020-08-25 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种测量等效地热温度的系统及方法
CN113138207B (zh) * 2021-04-22 2022-04-19 安徽理工大学 一种正交各向异性固体材料热扩散系数测试系统及方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3432397A (en) * 1965-02-23 1969-03-11 Clyde H O Berg Method of retorting solids
US3834122A (en) * 1972-11-02 1974-09-10 Texaco Inc Method and apparatus for separating hydrocarbons
US4050900A (en) * 1973-12-10 1977-09-27 Shirco, Ltd. Incineration apparatus
US3954069A (en) * 1975-03-10 1976-05-04 Myrens Verksted A/S Process and apparatus for the incineration of aqueous sewage sludge
US4059982A (en) * 1975-08-29 1977-11-29 Massachusetts Institute Of Technology Apparatus for the measurement of thermal properties of biomaterials
US4756092A (en) * 1986-09-10 1988-07-12 Habersham Environmental Products Method and apparatus for drying sludge
US4738206A (en) * 1986-09-16 1988-04-19 Roy F. Weston, Inc. Apparatus and method for low temperature thermal stripping of volatile organic compounds from soil
US4782625A (en) * 1987-04-03 1988-11-08 Canonie Environmental Services, Inc. Method of contaminated soil remediation and apparatus therefor
SU1617368A1 (ru) * 1987-05-28 1990-12-30 Ленинградский Филиал Государственного Проектно-Изыскательского И Научно-Исследовательского Института "Аэропроект" Устройство дл моделировани процессов промерзани грунта
US4787323A (en) * 1987-08-12 1988-11-29 Atlantic Richfield Company Treating sludges and soil materials contaminated with hydrocarbons
US4864942A (en) * 1988-01-14 1989-09-12 Chemical Waste Management Inc. Process and apparatus for separating organic contaminants from contaminated inert materials
US4977839A (en) * 1988-01-14 1990-12-18 Chemical Waste Management, Inc. Process and apparatus for separating organic contaminants from contaminated inert materials
US4988427A (en) * 1990-04-30 1991-01-29 Wright William E Liquid/solid separation unit
US5230167A (en) * 1991-10-30 1993-07-27 Westinghouse Electric Corp. Removal or organics and volatile metals from soils using thermal desorption

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005342630A (ja) * 2004-06-03 2005-12-15 Tomohiro Nomura 抽出処理方法
CN113477698A (zh) * 2020-11-27 2021-10-08 苏州精英环保有限公司 常温解吸修复设备的智能化监控平台
CN113477698B (zh) * 2020-11-27 2022-03-29 苏州精英环保有限公司 常温解吸修复设备的智能化监控平台

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