JPH07265461A - 芳香族ハロゲン化合物の分解方法 - Google Patents

芳香族ハロゲン化合物の分解方法

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JPH07265461A
JPH07265461A JP6085310A JP8531094A JPH07265461A JP H07265461 A JPH07265461 A JP H07265461A JP 6085310 A JP6085310 A JP 6085310A JP 8531094 A JP8531094 A JP 8531094A JP H07265461 A JPH07265461 A JP H07265461A
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JP
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soil
halogen compound
metal
aromatic halogen
aluminum
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JP6085310A
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Akira Miyamura
彰 宮村
Yuuji Ukisu
祐二 浮須
Takaharu Uchida
隆治 内田
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価で安全な薬品を用いてPCBなどの芳香
族ハロゲン化合物を分解処理できる土壌、ヘドロ中の芳
香族ハロゲン化合物の分解方法を提供する。 【構成】 PCBとかダイオキシン等の有害な芳香族ハ
ロゲン化合物に汚染された土壌等の固体状の物質に、水
分が5%以上ある状態で、アルカリ性物質とアルミニウ
ム又は亜鉛等の金属などを添加、混合し、300℃〜4
50℃に加熱する芳香族ハロゲン化合物の分解方法であ
り、アルカリ性物質としては粉末状の消石灰、生石灰を
用いるのがよく、金属は粒径5mm以上のものを用いる
と処理後に分離して再使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、芳香族ハロゲン化合物
の分解方法に係り、特に、土壌等の固体状の物質中に含
まれるPCBやダイオキシン等の芳香族ハロゲン化合物
の分解方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、製紙工場や化学工場の排水が流出
している河口や海域に堆積しているヘドロには、PCB
やダイオキシンなどが含まれており、生物濃縮の過程を
経て、魚類にもPCBやダイオキシンが検出されて問題
となっている。このようなヘドロは海底から浚渫して脱
水し、そのまま、又はセメントで固化した後埋め立てら
れている。PCB等を含むヘドロを陸上に埋立した土地
はPCB等が漏れ出さないように管理されているのみ
で、何にも利用出来ないのが現状である。また、PCB
を使用したトランスやコンデンサーから漏れだしたPC
Bで汚染された土壌も存在し、この場合も環境へ漏れ出
さないように管理しているのみで分解処理などは行われ
ていない。
【0003】土壌をセメント固化して有害物を封じ込め
る方法以外の芳香族ハロゲン化合物の処理方法として
は、高温燃焼法、微生物による分解法、化学的分解法な
どが検討されている。高温燃焼法は液状のPCBなどの
場合は実施例があるものの、土壌に適用すると土壌を灰
化してしまい土質を変えることになるので、土壌に対し
ては実験も行われていない。微生物による分解法は処理
完了までの期間が数十年と非常に長くなる問題がある。
それに対し、化学的分解法は短時間及び比較的低温で分
解できるという特徴をもっている。
【0004】化学的分解法として以下の種々の方法が知
られている。米国特許第4,447,541号及び第
4,574,013号各明細書には、アルカリ成分とス
ルホキシド触媒〔DMSO(ジメチルスルホキシド)〕
との試薬混合物を使用し加熱する方法を示している。こ
の方法は高価なスルホキシド触媒を使用しており、高温
に加熱すると臭気化合物を生成し、かつ高温条件下で可
燃性の副生成物に分解する問題がある。
【0005】米国特許第4,400,552号明細書に
は、アルカリ金属水酸化物とポリグリコール又はポリグ
リコールモノアルキルエーテルとの反応生成物と酸素と
からなる試薬を使用する分解方法を開示している。同様
に米国特許第4,351,718号及び第4,353,
793号各明細書には、ポリエチレングリコールとアル
カリ金属水酸化物で処理する方法を開示している。ま
た、国際特許出願番号PCT/US91/01112に
は、触媒として炭水化物の熱分解生成物を使用し、高沸
点炭化水素を水素供与体として処理する方法が開示され
ている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の処理法
のように、スルホキシド触媒やポリエチレングリコー
ル、高沸点炭化水素を用いて土壌を処理した場合、使用
する薬品がいずれも高沸点の液体であることから、処理
後の土壌に未反応の薬品、時には反応生成物が残留する
ことになる。これらの薬品はPCBなどに比較して毒性
が低いとはいえ自然界の表層土に存在しないものであ
り、土壌が汚染されている状況に変わり無く、公園や住
宅用地としてはもちろんのこと、たとえ工業用地として
も利用するには問題が大きすぎる。また、薬品が高価な
こともあり、未反応薬品を回収しようとすれば、装置が
複雑化し大型化し、いずれにしてもランニングコストの
上昇は避けられない。本発明は、土壌中に一般的に存在
し、存在しても無害であり、かつ安価な薬品を用いてP
CBなどの芳香族ハロゲン化合物を分解処理し、汚染土
壌を利用可能な土地に変換させられる方法を提供するこ
とを課題とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、芳香族ハロゲン化合物を含有する土
壌又はヘドロ等の固体状の物質に、アルカリ性物質と金
属アルミニウム又は金属亜鉛等の金属とを加え、更に必
要であれば水を加えた後、300℃〜450℃に加熱す
ることにより、発生した発生期の水素原子により脱ハロ
ゲン化して芳香族ハロゲン化合物を分解することを特徴
とするものである。土壌又はヘドロ等の固体状の物質に
水分が5%以上含まれている場合は水の添加を必要とす
るものではない。
【0008】次に、本発明を詳細に説明する。本発明に
おいて分解できる芳香族ハロゲン化合物としては、土壌
やヘドロ中の有害な汚染物質であるPCB(ポリクロロ
ビフェニル)、PCDD〔通称ダイオキシン(ポリクロ
ロジベンゾダイオキシン)〕、〔通称フラン(ポリクロ
ロジベンゾフラン)〕、PCP(ペンタクロロフェノー
ル)などである。
【0009】本発明に用いることができるアルカリ性物
質は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カル
シウム(消石灰)、水酸化マグネシウム、酸化カルシウ
ム(生石灰)であるが、処理後の土壌に残留しても無害
な薬品という観点から好ましいものは水酸化カルシウム
と酸化カルシウムである。水酸化カルシウムは運動会の
白線に用いられたり、農業用にも使用されたりしてお
り、水酸化ナトリウムの場合のように未反応のアルカリ
を酸で中和する必要がない。また、水酸化カルシウムは
通常平均粒径が10μと微粉状であり、加熱混合する場
合に均一に分散し水素発生がまんべんなく起き、PCB
の分解反応にとっても好ましい。
【0010】また、酸化カルシウムは水と反応して水酸
化カルシウムになるが、その時に発熱することから加熱
のための熱量を下げることができる利点もある。水酸化
カルシウム又は酸化カルシウムを用いた場合の反応生成
物は塩化カルシウムであるが、塩化カルシウムは食品の
除湿剤として使用されているものであり、土壌中に含ま
れていても問題がない。以上の点から本発明で使用する
アルカリとして最も好ましいものは水酸化カルシウムと
酸化カルシウムであり、これらを粉末状で用いるのがよ
い。
【0011】本発明に用いることのできる金属はアルミ
ニウムと亜鉛があるが、いずれも反応後は酸化物にな
り、無害という点からは問題がない。しかし、アルミニ
ウムの場合は、ごみから回収したアルミ缶などのアルミ
製品が使用できるという利点がある。安価な薬品という
点から、本発明で使用する金属として最も好ましいのは
金属アルミニウムである。これらの金属は、分離して再
使用するために粒径5mm以上で用いるのがよい。
【0012】反応温度は300℃以上であればPCB等
の分解が起き、分解生成物も蒸発して土壌に残留しない
が、温度が高くなり460〜500℃の温度範囲では水
酸化カルシウムと塩化カルシウムの混合物が溶融物を生
成し、混合器の回転を停止させるトラブルが起こること
から、300〜450℃の範囲で加熱することが最適で
ある。
【0013】
【作用】本発明の反応機構を説明すると、アルカリと金
属と水が反応すると以下のように水素ガスが発生する。
アルカリが水酸化ナトリウム、金属がアルミニウムの場
合を示すと、 2Al+6NaOH+6H2 O → 3H2 +2Al(OH)3 +6NaOH (1) 純物質では(1)式により水素ガスが発生する。ところ
が、芳香族ハロゲン化合物が共存し、かつ300℃以上
の温度ではH2 (水素ガス)になる前に発生期のH(水
素原子)がハロゲンとの置換反応、すなわち脱ハロゲン
反応を起こすことが分かった。
【0014】この脱ハロゲン反応はラジカル反応と言わ
れているものである。6塩化物のPCBの場合を例にと
ると以下のようになる。 2Al+6NaOH+6H2 O→6H+2Al(OH)3 +6NaOH(2) C124 Cl6 +6H → C1210+6HCl (3) HClは更に反応し、加熱により水酸化アルミニウムの
脱水反応も起こり、 6HCl+2Al(OH)3 +6NaOH → 6NaCl+Al2 3 + 9H2 O (4) となる。
【0015】上記の(2)、(3)、(4)のようにア
ルカリとして水酸化ナトリウム(NaOH)を用い、金
属としてアルミニウムを用いた場合の反応生成物はビフ
ェニル(C1210)と塩化ナトリウムと酸化アルミニウ
ムである。ビフェニルは沸点が254℃であるから30
0℃以上では完全に蒸発し土壌中には残存しない。蒸発
したビフェニルは高沸点油でスクラッピングした吸収
塔、凝縮器、活性炭吸着塔などの組み合わせにより回収
される。塩化ナトリウムと酸化アルミニウムは無害であ
り、一般の土壌に量的な相違はあるものの存在している
ものである。
【0016】また、未反応薬品は過剰の水酸化ナトリウ
ムと金属アルミニウムである。水酸化ナトリウムは強ア
ルカリであり危険であるからPCB分解反応後に、塩
酸、硫酸などの酸性水溶液で中和するか、又は炭酸ガス
を吹き付けて中和する。金属アルミニウムとアルカリの
反応は金属アルミニウム粒子の表面で起こり、金属アル
ミニウムの表面が反応生成物の酸化アルミニウムで覆わ
れるが、PCB等分解反応器は外熱式のパドル型混合加
熱器や多軸スクリュウ型混合加熱器を使用するので、混
合加熱器の中で酸化アルミニウムが剥離して微粉化して
土壌に混合され、PCB等分解反応器から排出される時
は酸化アルミニウムの被覆が取れて金属アルミニウムの
表面が出た状態になっているので、再度反応用の金属と
して使用可能な状態である。金属アルミニウムは土壌の
粒径以上の粒径、好ましくは5〜10mmのものを使用
すれば、PCB等分解反応器後に振動篩い機により土壌
と容易に分離して、再びPCB分解反応薬剤として使用
することができる。
【0017】また、水素による脱ハロゲン反応というこ
とからは、水素ガスを用いて水添反応を起こさせて脱ハ
ロゲン化することも考えられる。しかし、水添反応の場
合には触媒の存在化で高圧状態にしなければ反応しな
い。本発明の反応は脱ハロゲンの目的物質である芳香族
ハロゲン化合物と水素発生源のアルカリを混合して加熱
することにより、芳香族ハロゲン化合物のごく近傍で水
素原子を発生させてラジカル反応を起こさせることがで
き、触媒も必要なく、高圧にする必要もなく常圧で処理
できるという利点がある。液体の場合と異なり、土壌の
ような固体を反応器に供給又は排出する場合、高圧条件
では適当な供給装置がなく、常圧で処理できることは大
きな利点である。
【0018】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。 実施例1 図1に実施例で用いたガラス製実験装置の概略構成図を
示す。図1において、1は加熱反応器で、マントルヒー
ター2で加熱され、内部に試料3の土壌又はヘドロが入
っており、熱電対4で温度を測定している。反応器1で
発生した蒸気は、冷却水8が通っている凝縮器5で冷却
され、凝縮液7は凝縮液受け6に留まる。凝縮しない気
体は活性炭トラップ9を通って排出される。
【0019】図1に示すガラス製実験装置を用いて、P
CB(KC−300)を2500mg/kgとPCPを
1000mg/kg含有する土壌の処理実験を下記条件
で行った。土壌中のPCB及びPCP濃度が検出されな
くなると共に凝縮液のビフェニルとベンゼンが増えた結
果から、脱ハロゲン反応が起こったことが明確である。
【0020】〔実験条件〕 土壌重量 : 70g(乾)、 水酸化カルシウム添加量 : 5g、 金属アルミニウム添加量 : 2g、 水添加量 : 10cm3 、 加熱温度 : 350℃、 加熱時間 : 1h、 実験結果を表1に示す。
【0021】
【表1】 注) ND=検出せず
【0022】実施例2 図1に示すガラス製実験装置を用いてPCDDS(総ダ
イオキシン量)を430μg/kgとPCDFS(総フ
ラン量)を620μg/kg含有するヘドロの処理実験
を下記条件で行った。ヘドロは脱水して含水率81%に
したものである。ヘドロ中のPCDDS及びPCDFS
濃度が検出されなくなると共に凝縮液のベンゼンが増え
た結果から脱ハロゲン反応が起こったことが明確であ
る。
【0023】〔実験条件〕 ヘドロ重量 : 150g(湿)、 (ヘドロ含水率81%) 水酸化カルシウム添加量 : 3g、 金属アルミニウム添加量 : 2g、 水添加量 : 0cm3 、 加熱温度 : 400℃、 加熱時間 : 1h、 実験結果を表2に示す。
【0024】
【表2】 注) ND=検出せず
【0025】実施例3 図1に示すガラス製実験装置を用いて、PCB(KC
500)を1000mg/kg含有する土壌の処理実験
を下記条件で行った。土壌中のPCB濃度が検出されな
くなると共に凝縮液のビフェニルが増えた結果から、脱
ハロゲン反応が起こったことが明確である。
【0026】〔実験条件〕 土壌重量 : 70g(乾)、 水酸化カルシウム添加量 : 3g、 金属亜鉛添加量 : 1g、 水添加量 : 10cm3 、 加熱温度 : 300℃、 加熱時間 : 2h、 実験結果を表3に示す。
【0027】
【表3】 注) ND=検出せず
【0028】
【発明の効果】従来の技術ではPCBなどの有害な芳香
族ハロゲン化合物が分解できても使用した液体状の薬品
が土壌を汚染する問題があったが、本発明ではアルカリ
と金属と水を土壌に添加・混合して水素原子を発生させ
て脱ハロゲン化する方法により、処理後の土壌には通常
の土壌が含有している物質しか残留せず、処理後には利
用可能な土地になる効果がある。従来の技術が使用して
いる薬品のスルホキシド触媒やポリエチレングリコール
などに比較して、本発明では使用薬品がアルカリと金属
のみであるのでコストが非常に低い上に、金属として廃
棄物から回収したアルミニウムを使用した場合は更にコ
ストが低くなる利点がある。
【0029】また、脱ハロゲン反応がラジカル反応であ
ることから、水添反応のように触媒を使用したり、高圧
にする必要がなく、常圧で処理できる。そのため装置が
非常に簡単なもので構成できる利点がある。PCB等分
解反応器は外熱式のパドル型混合加熱機又は多軸スクリ
ュウ型混合機を使用し、処理後アルミニウムの回収には
振動篩い機が使用でき、土壌及び薬品類の添加にはスク
リュウフィーダやロータリーフィーダなどの常圧で用い
られている粉体供給機が使用でき、システムが非常に簡
単になる。従来の技術のように液体薬品で土壌が汚染さ
れた場合、その薬品を回収するためには溶剤抽出などの
操作が必要でシステムは非常に複雑化する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に用いた実験装置の概略構成
図。
【符号の説明】
1:加熱反応器、2:マントルヒーター、3:試料(土
壌又はヘドロ)、4:熱電対、5:凝縮器、6:凝縮液
受け、7:凝縮液、8:冷却水、9:活性炭トラップ、
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B09C 1/08

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 芳香族ハロゲン化合物に汚染された固体
    状の物質に、水分が5%以上ある状態で、アルカリ性物
    質と金属とを添加、混合し、300℃〜450℃に加熱
    することを特徴とする芳香族ハロゲン化合物の分解方
    法。
  2. 【請求項2】 前記アルカリ性物質が、消石灰、生石
    灰、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムから選ばれた1
    種以上であることを特徴とする請求項1記載の芳香族ハ
    ロゲン化合物の分解方法。
  3. 【請求項3】 前記金属が、アルミニウム又は亜鉛であ
    ることを特徴とする請求項1又は2記載の芳香族ハロゲ
    ン化合物の分解方法。
  4. 【請求項4】 前記金属アルミニウム又は金属亜鉛が、
    粒径5mm以上であり、処理後に分離して再使用するこ
    とを特徴とする請求項3記載の芳香族ハロゲン化合物の
    分解方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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NL1013558C2 (nl) * 1999-11-11 2001-05-14 Kiror B V Werkwijze voor de afbraak en de verwijdering van gehalogeneerde en aromatische koolwaterstoffen uit materialen die deze bevatten.
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JPWO2009087994A1 (ja) * 2008-01-07 2011-05-26 財団法人名古屋産業科学研究所 芳香族ハロゲン化物の脱ハロゲン化方法

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