JPH08509163A - 厚膜平衡方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 供給物質流またはプロセス流から揮発性成分を除去する方法が開示され、この方法では、（１）平衡プロセスにおいて、揮発性成分を吸収材料に吸収させるか、あるいは吸着材料に吸着させ、この際混合室および蒸気室を具える装置の混合室を経て供給物質をポンプ輸送し、前記混合室には吸収材料または吸着材料を含有する複数個の膜を設け、該膜を混合室と連通する第１側面および蒸気室と連通する第２側面を有する形状とし、次いで（２）混合室に熱を加え、これと同時に蒸気室内において揮発性成分が気体状態で捕集されるように蒸気室内に気相を適用することにより、吸収材料または吸着材料から揮発性成分を除去する。さらに供給物質から揮発性成分を除去する装置が開示され、この装置は、混合室および蒸気室を有する包囲された二室装置を具え、前記混合室は該混合室と連通する第１側面および前記蒸気室と連通する第２側面を有する形状をした複数個の吸収材料または吸着材料を有し、該吸収材料または吸着材料は約０．１〜５ｍｍの厚さを有する厚膜、場合によっては突起を有することのある厚膜を構成している。

Description

【発明の詳細な説明】 厚膜平衡方法および装置発明の技術分野 本発明は、供給流（液体または気体）中に希薄状態で存在する揮発性成分を、 最小エネルギー使用量で選択的に除去および濃縮する方法および装置に関するも のである。発明の背景 多くの廃水、地下水およびプロセス流は、ハロゲン化炭化水素および芳香族化 合物のような溶解度の小さい揮発性有機汚染物質を含有している。米国では、毎 年約９，０００，０００Kgの化学物質が、偶発的にあるいは故意に、表面水、地 下井戸および廃水処理プラントに排出されている。この量のうち、約２，０００ ，０００Kgは有機溶媒である。この有機溶媒の５０％（約１，０００，０００Kg ）より多量のものが、１％未満の濃度で水性流中に排出されている。従って、廃 水性流から希薄な有機溶媒を除去するのに使用できる分離方法および装置を開発 および改善することに対する必要性が大きい。 分離方法では、希薄状態で存在する成分を第１相から、前記成分が著しく濃縮 された状態で存在する第２相に優先的に移動させる必要があるのが普通である。 分離方法は平衡プロセスまたは速度（rate）プロセスのいずれかである。平衡プ ロセスでは、第１相中の成分は、平衡条件（相の相互間の正味の成分交換が零で ある）が満たされるまで、２つまたは３つ以上の相のなかに分布している。相の 相互間の成分分離は、相の相互間の分布が等しくない場合にのみ生じる。例えば 、吸収は平衡プロセスである。これに対し、速度プロセスでは、成分がある相か ら他の相に移動する速度に基いて分離が行われる。速度プロセスは連続プロセス である。それは系が平衡になることがないからである。膜パーベイパレーション （pervaporation）は速度プロセスである。 揮発性有機汚染物質（ＶＯＣ）を除去する必要に取り組むために、いくつかの 技術が開発されている。しかし、これらの方法には、例えば、エネルギーコスト が高く、プロセスの大規模な実施が不可能であり、大気中への有機蒸気の放出に よる水汚染問題が空気汚染問題に移行し、ＶＯＣの回収が不能であり、吸収また は吸着された有機成分を含有する固体物質である固体廃棄物を処分する問題があ るという、これらの方法に伴われる多くの欠点がある。 開発された１つの方法は収着法であって、これは平衡プロセスである。収着（ これは吸着または吸収を意味する）では、第１相中の成分は収着材料に付着する かあるいは溶解する。この成分は、収着材料が平衡に接近するまで、第１相から 除去される。次いで、収着材料を取り出し、これを廃棄する（この場合には、液 体廃棄物の問題を解決する方法において固体廃棄物の問題が生じる）か、あるい は取り出された収着材料がカーボンのような固体物質である場合には多量の熱ま たは水蒸気を加えることにより収着材料を再生する。また、廃カーボンを焼却し て吸着有機物質を破壊する必要がある。これは、固体廃棄物としてのカーボンの 処分が、危険な廃棄物の処分と考えられることがあるからである。 膜パーベイパレーションは、薄膜を使用して供給物質流中の成分を分離する速 度分離プロセスである。揮発性成分および水の両者が薄膜を透過する。分離を起 こさせるには、供給流中の揮発性成分および水が膜（この膜は第１側面および第 ２側面を有する）を透過する速度を、供給物質中の揮発性成分の濃度に対して異 なる比になるようにする必要がある。パーベイパレーションでは、全廃水流を６ ０〜８０℃に加熱してＶＯＣを膜に通す駆動力を高める必要があることが多い。 これはエネルギーを多量に消費する方法である。ＶＯＣは膜マトリックス中に溶 解し、膜を横切って拡散して膜の第２側面上に蒸気状透過流を形成する。この拡 散の駆動力は供給流を加熱すること、および透過流に対して真空を適用すること である。 他の技術は溶媒抽出法である。この技術では、水とは不混和性であるが有機汚 染物質を溶解することができる他の有機相（抽出用溶媒）を、汚染水のなかに導 入する。水と抽出用溶媒とを混合すると、汚染物質は抽出用溶媒中に入って分離 される。しかし、この方法では、多量の有機溶媒を使用する。このため処分の問 題が生じることがあり、また抽出用溶媒から汚染物質を分離する必要が生じるこ とがある。 普通に使用されている他の技術は空気ストリッピング法である。空気ストリッ ピング法では、水性相からＶＯＣを除去し、このＶＯＣを空気中に移す。従来、 この空気は大気に放出されており、このためこの方法は比較的費用がかからなか った。しかし、現在では、この空気を活性炭または他の技術によって精製する必 要があり、このためこの方法は比較的費用かかるようになった。 水蒸気ストリッピングでは、全廃水を沸騰するまで加熱し、揮発性有機成分を 蒸発させる。エネルギーを回収したとしても、この方法は極めて多量のエネルギ ーを消費する方法である。 若干の汚染物質は酸化触媒反応またはＵＶオゾン処理（ozonation）によって 除去することができる。ＵＶオゾン処理では、ＵＶ光の存在下の酸化によって揮 発性有機汚染物質を破壊させる。このため、有機物質を回収して再使用すること ができない。また、ＵＶ照射は有害であり、危険（すなわち、突然変異誘発性） である。 米国特許第４，９６０，５２０号明細書には、水性溶液から揮発性有機汚染物 質を除去する吸収法が開示されている。汚染した水を、プラズマ重合させたジシ ロキサン重合体（シリコーンゴム）の極めて薄い外側皮膜を有する微孔性ポリプ ロピレンの中空繊維膜に、ポンプ輸送によって通す。中空繊維が管状熱交換器に 似たモジュールのなかに注封（pot）されており、ポンプ輸送によりストリッパ ント（strippant）（油）をモジュールシェルに通す。水のなかのＶＯＣは膜を 横切って拡散し、油のなかに溶解する。この方法により汚染物質を除去すること ができる。しかし、この方法ではＶＯＣ濃度を著しく大きくすることができず、 またこの方法では汚染物質が油溶液中に存在するため汚染物質をリサイクルする ことができない。この装置および方法では、膜をできる限り薄くして、油相のみ を水性層から分離し、かつ汚染物質をできる限り迅速に通すことができるように 機能する膜を使用する必要がある。この方法および装置い伴われる１つの問題は 、油が膜を通って水性流中に逆流し、水性流を汚染することがあることである。 有機蒸気で汚染された気体状供給物質流に適用される類似の方法および装置が 米国特許第４，９１５，８３８号に記載されている。薄い微孔性膜媒質によって 、有機蒸気は、気体状汚染物質に対して親和力を有する非揮発性捕集用流体と一 緒 に、周囲雰囲気から除去される。この場合、膜は捕集用流体と空気との間の界面 を安定化する作用をする。膜は非選択性であり、また空気と捕集用流体とを接触 させるための広い表面積を提供する作用をする。 供給流からの揮発性成分の分離と関連して汚染の問題が起こることが多い。分 離の性質によって、汚染が生物物質、鉱物質物質または有機物質であることがあ る。生物物質汚染は、水性媒質においてスライム（slime）が生成して分離装置 が汚染される場合に起こる。鉱物質物質汚染は、鉱物質析出物が表面を汚染しか つ物質移動を起こすことがある場合に、水処理装置に起こる問題である。溶解度 の小さい非揮発性有機物質による有機物質汚染が起こって平衡プロセスまたは膜 プロセスを妨害することがある。 環境改善システムにおいて遭遇することのある他の問題は、地下水が揮発性汚 染物質および非揮発性有機汚染物質の両者によって汚染されることである。使用 エネルギーとは無関係に、収着法およびパーベイパレーション法では固体廃棄物 を処分する問題を生じることなく、非揮発性汚染物質を効果的に除去することは 不可能である。従って、多数の汚染物質を除去するための一層優れたシステムを 設計する必要がある。 さらに、汚染性揮発性成分が存在していない場合でも、水性供給物質が非揮発 性汚染物質（例えば、ジオキシン）によって汚染されていることが多い。ジオキ シンを除去したとしても、危険な固体廃棄物として処分することが必要になるこ とが多く、これは単に問題を別の場所に移すことになりうる。従って、非揮発性 成分を、例えば焼却によって破壊できる形態で、除去することができるようにす る必要がある。 従って、現在、供給流から揮発性成分を除去するエネルギー的に効率の良い方 法を提供する必要がある。非水性溶液から揮発性成分を分離する必要がある場合 は数多くある。さらに、有機溶媒から水を分離する必要がある例（すなわち、水 が希薄な揮発性成分である場合）が数多くある。このような場合および多くの類 似の場合には、希薄な揮発性成分を除去および回収するエネルギー的に効率の良 い方法および装置が必要である。発明の概要 本発明は、最少のエネルギーを使用してできる限り完全に、供給流から揮発性 汚染物質（例えば、ＶＯＣ）を除去するための、厚膜平衡装置および方法を提供 する。供給物質（すなわち、液体混合物または気体状混合物）から揮発性成分を 除去する本発明方法は、（１）平衡プロセスにおいて、揮発性成分を吸収材料に 吸収させるか、あるいは吸着材料に吸着させ、この際混合室および蒸気室を具え る装置の混合室を経て前記供給物質をポンプ輸送し、前記混合室には、該混合室 と連通する第１側面および前記蒸気室と連通する第２側面を有する形状をした複 数個の吸収材料または吸着材料を設け、（２）再生工程において、前記混合室に 熱を加え、これと同時に前記蒸気室内において揮発性成分が気体状態で捕集され るように前記蒸気室内に気相を適用することにより、前記吸収材料または吸着材 料から揮発性成分を除去する、ことを特徴とする。本発明方法は、さらに、揮発 性蒸気成分を液体に凝縮させ、前記揮発性成分を液体形態で捕集する工程を有す るのが好ましい。再生中に、混合室に、好ましくは約３０℃〜約１５０℃、最も 好ましくは約６０℃〜約１００℃の温度を有する温流体または熱流体の形態で、 潜熱が供給する。 本発明は供給物質から揮発性性分を除去する装置を提供し、この装置は、混合 室および蒸気室を有する包囲された二室装置を具え、前記混合室は該混合室と連 通する第１側面および前記蒸気室と連通する第２側面を有する形状をした複数個 の吸収材料または吸着材料を具え、該吸収材料または吸着材料は約０．１mm〜約 ５mmの厚さを有する厚膜を構成している、ことを特徴とする。本発明装置は、さ らに、揮発性成分の気相を液相に凝縮させるための、蒸気室と連通する凝縮手段 を具えるのが好ましい。吸収材料または吸着材料の膜は、管配列体（真っ直ぐか 曲がりくねった）の壁の形状にすることができ、あるいは複数個の突起を有する 管またはシートの形状にすることができる。吸収材料は、揮発性成分を吸収する 重合体材料のような任意の固体材料から構成される。吸着材料は、揮発性成分を 吸着する多孔性材料のような任意の固体材料から構成される。さらに、吸収材料 と吸着材料とを組み合わせて、揮発性成分を吸収および吸着させることができる 。 さらに、本発明は、気体状混合物（供給物質）から気体状揮発性成分を除去す る方法を提供し、この方法では、（１）平衡プロセスにおいて、前記揮発性成分 を吸収材料に吸収させるか、あるいは吸着材料に吸着させ、この際混合室および 蒸気室を具える装置の混合室を経て前記供給物質をポンプ輸送し、前記混合室に は、該混合室と連通する第１側面および前記蒸気室と連通する第２側面を有する 形状をした複数個の吸収材料または吸着材料を設け、（２）再生工程において、 前記混合室に熱を加え、これと同時に前記蒸気室内において前記揮発性成分が気 体状態で捕集されるように前記蒸気室内に気相を適用することにより、前記吸収 材料または吸着材料から前記揮発性成分を除去する。 さらに、本発明は、水性供給物質から非揮発性有機成分を除去する方法を提供 し、この方法は、（１）平衡プロセスにおいて、非揮発性成分を吸収材料に吸収 させるか、あるいは吸着材料に吸着させ、この際混合室および蒸気室を具える装 置を経て前記供給物質をポンプ輸送し、前記混合室には、該混合室と連通する第 １側面および前記蒸気室と連通する第２側面を有する形状をした複数個の吸収材 料または吸着材料を設け、（２）前記蒸気室を揮発性液体有機溶媒で満たし、該 液体有機溶媒中に前記非揮発性有機成分を捕集し、（３）前記液体有機溶媒を前 記蒸気室から取り出す、ことを特徴とする。水性供給物質から非揮発性有機成分 を除去する本発明方法は、さらに、前記混合室に熱を加え、これと同時に前記蒸 気室内において前記揮発性液体が捕集されるように前記蒸気室内に気相を適用す ることにより、前記吸収材料または吸着材料から残留揮発性液体溶媒を除去する 工程を有するのが好ましい。揮発性汚染物質で汚染された水性供給物質流が痕跡 量の非揮発性汚染物質を含有している場合には、この非揮発性成分を除去する溶 媒再生技術を、揮発性成分の除去を行うのと同様な頻度で行う必要はない。図面の簡単な説明 図１は、揮発性成分を管（吸収材料）の外側表面（第１側面）に吸収させるプ ロセスの説明図であり、管壁は吸収材料の厚膜からなる。再生中、管の内側（第 ２側面）は蒸気室を形成し、揮発性成分は吸収材料（管）の内側表面から蒸発す る。 図２は、揮発性成分を管の内側表面（第１側面）に吸収させるプロセスの説明 図であり、管壁は吸収材料の厚膜からなる。再生中、管（第２側面）の外側は蒸 気室にさらされ、揮発性成分は吸収材料である管の外側表面から蒸発する。 図３（ａ）は、モジュール内に管状吸収材料が整列されている本発明装置の斜 視図であり、管状吸収材料は外側表面（第１側面）が混合室にされされ、混合室 と連通するように整列している。図３（ｂ）では、蒸気室は凝縮器と連通してい て再生中に揮発性成分を捕集する。 図４は、揮発性成分をフラットシートの第１側面に吸収させるプロセスの説明 図であり、フラットシートは吸収材料の厚膜からなる。また、混合室および蒸気 室を形成するためのスペーサ材料の層が交互に設けられている。再生中、フラッ トシートの第２側面は蒸気室にされされ、揮発性成分は厚膜の第２側面から蒸発 する。スペーサ材料は流体混合室内の乱流を促進して物質移動を改善する。スペ ーサ材料は吸収材料の膨潤に適応できるように圧縮できる材料であるのが好まし い。 図５は、揮発性成分を、らせん形の形状に配置された彎曲シートの第１表面に 吸収させるプロセスの説明図であり、彎曲シートは吸収材料の厚膜からなる。２ つの厚膜および２つのスペーサ材料層がらせん形の形状を形成し、第１スペーサ 材料が混合室を形成し、第２スペーサ材料が蒸気室を形成する。再生中、吸収材 料膜の第２側面は蒸気室にさらされ、揮発性成分は吸収材料膜の第２側面から蒸 発する。スペーサ材料は混合室内の乱流を促進して物質移動を改善する。スペー サ材料は吸収材料の膨潤に適応できるように圧縮できる材料であるのが好ましい 。 図６（図６（ａ）、（ｂ）および（ｃ））は、回分法をどのようにして連続法 に変えるか示す説明図である。図６によれば、それぞれ本発明装置を具える３個 のモジュールを循環法で操作する。いつでも、１個のモジュールが汚染供給溶液 と平衡しており、１個のモジュールが供給流から最終痕跡量の揮発性成分を除去 しており、また１個のモジュールが再生されている。サイクルの各部分が終わる のは、除去作用をしているモジュールがブレークスルー（breakthrough）に達し た時点、すなわち除去モジュールから流出する供給物質流がなお認められるレベ ルの揮発性成分を含有している時点である。ある適用例では、すべての揮発性成 分または有機物質を完全に除去することは必要でなく、流出液中の目標濃度に達 するまで操作を続けることができる。サイクルの各部分において、除去作用をし ているモジュールは、充分再生された状態で開始され、かつ揮発性成分で部分飽 和された状態で終了する。平衡しているモジュールは、部分飽和状態で開始され （サイクルの前の部分において除去作用をしていたモジュールである）、かつ供 給物質流と平衡している揮発性成分で充分または実質的に飽和された状態で終了 する。再生モジュールは飽和状態で開始し、充分に再生された状態で終了する。 このサイクルは、各モジュールが３種の役割を遂行した場合に完了する。３つよ り多数のモジュールを同様に操作することができる。 図７は、吸収材料または吸着材料の膜の第１側面の表面積を大きくするために 複数個の突起が混合室内に存在している吸収材料または吸着材料の膜パターンで ある。図７は、どのようにして、１個の室が装入段階の期間には混合室と作用し かつ再生段階の期間には蒸気室と作用することができるか、また第２室が再生期 間中加熱室として作用することができるかを示す説明図である。 図８は、図３に示すタイプの原型（prototype）装置を使用して水からトルエ ンを除去した場合のトルエン濃度の変化を示す。４３０ppmvのトルエンを含有す る１リットルの溶液を、８．６ｍ（２８フィート）または２６ｇ（２６ml）のシ リコーンゴム管（外径２．２mm）内径１．０mm）を収容しているモジュールの混 合室に通して、０．１６ｍ／秒の流速で２０分間再循環させた。次いで、モジュ ールの混合室には７０℃に維持した水を満たし、空気を管（蒸気室）の内側に通 して吹き込んでトルエン蒸気を追い出した。この「掃過ガス」形態の再生を２５ 分間行った；しかし凝縮表面を提供せず、また濃縮された有機物質流を捕集しな かった。次いで、２０分間の吸収工程を繰り返した後１０分間再生を行い、次い で再び吸収工程を繰り返した後再生を行わず、次いで吸収工程を最後の時間まで 繰り返した（図８）。これらの結果から、吸収工程は、７０℃における２５分間 または１０分間の再生後においても、新しい装置で新しいシリコーンゴム管を使 用した場合と同様に進行することが分る。各吸収工程における濃度グラフの最初 の傾斜は、この装置に関して（０．９±０．１）×１０^-4ｍ／秒という物質移動 係数を与える。図８の実験における最終濃度（〜５０ppmv）は濃度ファクター３ ００（すなわち、シリコーンゴム中のトルエン濃度が溶液中のトルエン濃度より ３００倍大きい）に相当する。再生を行わなかった場合には、溶液はほぼ２倍の 供 給物質濃度および約２倍の吸収材料濃度で平衡し、濃度ファクターは予期した通 り一定であった。この実験から、プロセスの吸収工程は有効に働きかつ繰り返す ことが可能であること、再生工程は７０℃においてさえ迅速に進行すること、吸 収再生サイクルは繰り返すことが可能であることが分る。一層高い温度、例えば 、９５℃では、一層迅速な再生が期待される。発明の詳細な説明 本発明は、供給流から希薄な揮発性成分を有効かつ徹底的に除去するための厚 膜平衡装置および方法を提供する。供給流は水性揮発性成分源、有機揮発性成分 源または気体状揮発性成分源を含有することがあり、この場合に希薄な揮発性成 分を最小のエネルギー消費量で除去するのが望ましい。本発明方法は２工程操作 を使用する。本質的に、第１工程は吸収または吸着プロセスであり、第２工程は 脱着または再生プロセスで、膜パーベイパレーションに対して類似性を有する。 第１工程では、揮発性成分（汚染物質）を、吸収材料からなる膜に吸収させる か、吸着材料からなる膜に吸着させる。吸収プロセスまたは吸着プロセスは、発 明の背景の項に記載したように、平衡プロセスである。本発明方法は、パーベイ パレーションで使用されるような薄膜の代わりに、揮発性成分を吸収または吸着 しかつ貯蔵する能力を提供するための吸収材料または吸着材料からなる厚膜を必 要とする。本発明において使用される吸収材料または吸着材料は、供給流から揮 発性成分を吸収または吸着する能力を持っている必要があるほか、供給流と緊密 に接触して揮発性成分が厚膜を構成する吸収材料または吸着材料と接触できるよ うにする必要がある。 供給物質が液体である場合には、普通、供給流から吸収材料または吸着材料か らなる厚膜の第１表面への揮発性成分の物質移動は、希薄な供給物質を使用する 大部分の吸収プロセスおよびパーベイパレーションプロセスにおけると同様に、 本発明においても律速工程である。適当な流体分布および収着材料膜の大きな表 面が適当な物質移動を保証する。適当な流体分布は、例えば、図３，４，５およ び７に示すような種々のモジュール設計パターンによって達成することができる 。表面積は膜厚の調整および突起の付加によって操作することができる。例えば 、フラットシート膜では、表面積対容積の比（膜の第１側面の表面積のみを考え る） は、１を膜厚で除した値になる。従って、厚さ１．０mm（０．００１ｍ）の膜で は、表面積対容積の比は１０００m²／m³になる。揮発性汚染物質の濃度が希薄で ある（例えば、揮発性成分の濃度が１００ppmvより小さい）流体供給流の場合に は、容積の大きい供給流を容積の小さい収着材料膜と接触させる必要があり、従 って表面積対容積の比を５００m²／m³より大きく、好ましくは１０００m²／m³よ り大きくする必要がある。濃度の一層大きい（すなわち、揮発性成分の濃度が１ ０００ppmvより大きい）供給流の場合には、表面積対容積の比を２００m²／m³よ り大きく、好ましくは５００m²／m³より大きく、最も好ましは１０００m²／m³よ り大きくする必要がある。これは、フラットシート膜および管の膜は、５mm未満 の厚さを有している必要があり、好ましくは、膜の第１側面の表面積を増大させ かつ収着材料の容積を増大させるための突起またはフィンを有している必要があ る、ということを意味する。気体状供給流の場合には、表面積対容積の比を約１ ００m²／m³より大きく、好ましくは２００m²／m³より大きくする必要がある。し かも、収着材料が実際的な量の揮発性成分を吸収または吸着することができるよ うにするためには、膜厚を約０．１mmより大きくする必要がある。厚膜は約０． ５mm〜約２．０mmの範囲であるのが好ましい。これに対し、溶液−拡散の膜厚は 、この用途に用いられるパーベイパレーション膜の大部分において、０．０００ ５〜０．０５mmの厚さの範囲である。 第１工程は装入工程であって、この工程では揮発性成分を吸収材料または吸着 材料からなる膜に装入する。供給物質は吸収材料または吸着材料からなる膜の第 １側面と接触するように流れ、膜は平衡に達するか平衡に近づくまで、揮発性成 分を吸収または吸着する。これが平衡プロセスである理由である。吸収材料また は吸着材料は、流体混合物と接触している第１側面の表面積が最大になるように 、フォーマット（format）内に配置する。例えば、図３は管状膜の配列を示し、 管状膜の外側表面は膜の第１表面である。同様にして、膜を平面形状またはらせ ん形状あるいは突起を有する形状に配置することもできる。 吸収材料または吸着材料の膜を、流体混合室との接触面積が大きくなるように 配置し、かつ物質移動が増大するように混合するのが望ましい。さらに、管の配 置は、揮発性成分が吸収された際に、管の膨潤に対応できる必要がある。当初、 管は、膨潤した際に充填密度が膨潤量に応じて、例えば、２５〜４０％に増大で きるように、２０〜３０％の充填密度で配置する必要がある。 膜は揮発性成分を吸収または吸着する材料から構成する必要がある。例えば、 シリコーンゴムは水性溶液からトルエンを吸収する。飽和トルエン水溶液は６０ ０ppmv（容積で１００万分の１）のトルエンを含有する。６００ppmvトルエン溶 液と平衡しているシリコーンゴムは２０．５％のトルエンを吸収し、また約１％ の水も吸収した。トルエンおよび水に対する吸収能力の相違は、シリコーンゴム が疎水性材料であるからである。 従って「濃度ファクター」は、〔吸収材料の単位容積当たりの吸収された成分 の容積〕を、〔供給物質溶液の単位容積当たりの供給された成分の容積〕で除し た値である、と定義される。上述のトルエン溶液／シリコーンゴムの実験では、 トルエンについて濃度ファクターは（２０．５／１００）（６００／１００００ ００）＝３４０である。トルエン溶液／シリコーンゴムの例では、水について濃 度ファクターは（１／１００）／（９９９４００／１００００００）＝０．０１ である。従って、トルエンは１より極めて大きい濃度ファクターを有し、シリコ ーンゴム相中に存在するのが好ましかったが、水は１より著しく小さい濃度ファ クターを有し、供給物質溶液中に残留するのが好ましかった。選択度は、被吸収 成分についての濃度ファクターを、後に残留する成分についての濃度ファクター で除した値である。トルエン／水／シリコーンゴムの例では、選択度は３４０／ ０．０１＝３４，０００である。 トリクロロエチレンは水中において約７００ppmvの溶解度を有する。トリクロ ロエチレン（５００ppmv）の水性溶液の場合には、濃度ファクターの測定値は１ ５０であり、選択度は１５，０００である。大きい濃度ファクターは、大きい容 積の供給物質溶液から吸収された揮発性成分を除去するには極めて小さい容積の 吸収材料が必要である、ことを示す。大きい選択度は、極めて小量の残留成分（ 水）が本発明方法において吸収され、分離が比較的完全に行われることを示す。 吸収の場合には、濃度ファクターおよび選択度は、溶解度に相当する濃度まで 、すべての揮発性成分濃度に対してほぼ一定である。５０ppmvトルエン水性溶液 は濃度ファクター３００および選択度３０，０００である。 エタノールと水とは完全に混和性である。エタノールの飽和水溶液はエタノー ルを１００％含有し、この溶液はシリコーンゴムを２％まで膨潤させる。エタノ ール／水／シリコーンゴム系では、エタノールに対する濃度ファクターは（２／ １００）（１００／１００）＝０．０２である。エタノール中の水に対する濃度 ファクターは（１／１００（１００／１００）＝０．０１である。エタノールの 水に対する選択度は０．０２／０．０１＝２である。 一般的に、濃度ファクターおよび選択度が一層大きい場合に、プロセスを最も 容易に行うことができる。濃度ファンターは好ましくは１００以上、最も好まし くは１０００以上にする。選択度は１００以上、好ましくは１０００以上、最も 好ましくは１０，０００より大きくする。しかし、高い値を有する成分の分離は 、濃度ファクターおよび選択度が約１０程度の小さい値である場合に容易に行う ことができる。 本発明は、（１）吸収材料が吸収しようとする成分に対して大きい能力を有し 、（２）吸収材料が残留させようとする成分に対して小さい能力を有し、（３） 残留させようとする成分中において被吸収成分が小さい溶解度を有し（上述のト ルエン−水の例におけるように）、また（４）吸収された成分が再生工程を行う のに充分な揮発性を有する場合に、最も有効である。上述の第１および第２の条 件は選択度が大きいことになり、上述の第１および第３の条件は濃度ファクター が大きいことになる。一般的に、溶解度が小さいという条件は、一方の成分が極 性（例えば、水）であり、他方の成分が非極性（例えば、トルエンまたはトリク ロロエチレン）である場合に、満たされる。極性が大きい程また非極性が大きい 程、溶解度は小さくなる。非極性成分を極性成分から（例えば、希薄なトルエン を水から）除去しようとする場合には、吸収材料は疎水性（例えば、シリコーン ゴム）であることが必要である。この場合は上述の第１および第２の条件を満た す。それは、非極性性分は疎水性材料に容易に吸収されるが、極性成分はそうで ないからである。これに対し、極性成分を非極性成分から（例えば、希薄な水を トルエンから）除去しようとする場合には、吸収材料は親水性（例えば、ポリビ ニルアルコール）であることが必要である。この場合は上述の第１および第２の 条件を満たす。それは、極性成分は親水性材料に容易に吸収されるが、非極性成 分はそ うでないからである。 本発明の装置および方法の主要な用途は、水から溶解度の小さい揮発性有機成 分を除去することである。これは、水における揮発性成分の溶解度が約２％以下 、好ましくは２０００ppmv以下であり、揮発性成分の沸点が２００℃以下（上述 の条件４を満たす）である場合に、可能である。上述の基準を満たす有機分子で ある揮発性成分としては、例えば、次のものがある： ＊ ５〜１２個の炭素原子を有するアルカン、アルケンおよびアルキン（例えば 、オクタン、イソヘキサン、シクロヘプタン、およびヘキセン）； ＊ ハロゲン化アルカン（例えば、四塩化炭素、ブロモブタン、およびペンタク ロロエタン）； ＊ ハロゲン化アルケン（例えば、ジクロロエテン、およびブロモプロペン）； ＊ ５〜９個の炭素原子を有するアルカノール（アルコール）（例えば、アミル アルコールおよびオクタノール）； ＊ ５〜１０個の炭素原子を有するアルカナール）（alkanal）（アルデヒド） （例えば、ベンズアルデヒド、およびヘプタナール）； ＊ ５〜１０個の炭素原子を有するエーテル（例えば、メチルフェニルエーテル 、およびジプロピルエーテル）； ＊ ４〜１０個の炭素原子を有するエステル（例えば、ギ酸ブチル、メタクリル 酸エチル、および酢酸ビニル）； ＊ １個以上のベンゼン環を有する芳香族化合物（例えば、ベンゼン、トルエン 、キシレン、およびエチルベンゼン）； ＊ ハロゲン化芳香族化合物（例えば、ブロモトルエン、およびジクロロベンゼ ン）； ＊ ５〜７個の炭素原子を有する酸（例えば、ヘキサン酸）； ＊ アミン（例えば、ジメチルアニリン、およびトリプロピルアミン）： ＊ テルペン（例えば、ピネン、リモネン、およびメントール）；およびこれら の組み合わせ。 水に対する所要の溶解度および所要の揮発性を有する他の有機化合物としては 、例えば、カラシ油、メルカプタン、ショウノウ、カンフェン、シトロネラ油、 コ ニイン、クレゾール、クメン、硫化ジエチル、炭酸ジメチル、硫酸ジメチル、硝 酸エチル、フルフラン、三硝酸グリセリン、イソプレン、ニトロクレゾール、フ ォスゲン、ピロール、スチレン、チオフェノール、チオフェンなどがある。いく つかの無機化合物も水における溶解度および揮発性の要件を満たすことができ、 このような無機化合物としては、例えば、ヨウ素などがある。 上述の揮発性成分を希薄水溶液から分離するのに適当な疎水性吸収材料として は、疎水性ゴム状重合体で、有機溶媒に対する化学的抵抗性が得られるように半 結晶質にしたもの、あるいは架橋したものがある。適当な吸収材料としては、例 えば、次のものがある： ＊ 合成ゴム（例えば、シリコーンゴム、クロロプレン、ブチルゴム、エチレン −プロピレン−ジエンゴム、フッ素化ゴム、ニトリルゴムなど）； ＊ ポリオレフィン（例えば、ポリプロピレン、およびポリ−ｎ−メチルペンテ ン）； ＊ エポキシ樹脂； ＊ ポリ塩化ビニル、および類似の重合体； ＊ ポリトリメチルシリルプロパン、および類似の重合体； ＊ ポリイミド； ＊ ポリアミド；およびこれらの組み合わせ。 親水性吸収材料は、水性（水）または他の揮発性極性成分（例えば、低分子量 アルコール）を、上述の例示した非極性成分中の希薄溶液から分離するのに適し ている。適当な親水性吸収材料は、耐薬品性が得られるように半結晶質にしたか 架橋した親水性ゴム状重合体であり、このようなゴム状重合体としては、例えば 、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、セルロースエステル、および これらの組み合わせがある。 吸収材料に追加して、あるいは吸収材料の代わりに吸着材料を使用することが できる。吸着材料は吸収材料とは異なる挙動を示し、供給溶液に対する揮発性成 分の溶解度が小さい必要があるという要件は適用されない。吸収と吸着との間の 重要な相違は、吸収では、吸収された成分が吸収材料中に溶解し、吸収材料を膨 潤させる点である。吸着では、吸着された成分は吸着材料中の顕微鏡的細孔のな かに入って、これらの細孔の表面と化学的または物理的に結合する。巨視的には 、これらの２つのプロセスは類似して見える。それは、両者のいずれの場合にも 、熱および圧力の変化によって脱着が起こるからである。若干の吸着材料（例え ば、活性炭）は広く適用することができ、水性溶液から溶解度の最も小さい有機 成分を吸着する。他の吸着材料は特異性が一層大きく、例えば、シクロデキスト リンは、例えば、メタール（methal）を特異的に吸着することができる。吸着材 料が特異的である場合には、溶解度が小さいという条件は必要でない。これは、 吸着材料の特異性が濃度ファクターおよび選択度を増大する手段を与えるからで ある。希薄な供給物質の場合に、供給流（完全に混和性の化合物の供給流であっ ても）からのある成分の吸着が一層容易になるという状況に変わりはない。 本発明装置および本発明方法では吸着材料を２通りに使用することができる。 第１に、吸着材料を厚膜のなかに直接混入することができ（例えば、吸着性樹脂 および重合体）、また直接使用することができる（場合によっては、物理的支持 手段の助けをかりて骨格支持体を提供する）。第２に、膜のなかに混入すること ができない吸着材料（例えば、粉末および粒子）は結合剤のなかに混入すること ができ、次いでこれを膜に形成する。例えば、シリコーンゴムにはケイ酸塩粒子 を充填してある揮発性有機成分に対するその能力を増大させ、吸収材料と吸着材 料とのハイブリッド膜を作ることができる。また、結合剤として吸収性を有する ものを使用することができる。結合剤は吸着させようとする成分にとって少なく とも透過性である必要がある。吸着材料の例としては、例えば、アルミナ（例え ば、活性化ボーキサイド）、ケイ素質物質（例えば、シリカゲル、粘土、ケイソ ウ土など）、活性炭、樹脂および重合体（例えば、シクロデキストリン）、ゼオ ライト（例えば、ケイ酸塩）、およびこれらの組み合わせがある。 吸収材料の所定の容積（Ｖａ）に対して、揮発性成分の容積（Ｖｏ）を次式： Ｖｏ＝（Ｖａ）（Ｋ）（Ｃ） （式中のＫは濃度ファクターであり、Ｃは供給物質中の揮発性成分の濃度（容積 分率）である）に従って計算することができる。例えば、以前ガソリンサービス ステーションであった敷地からの漏洩の認められる地下貯蔵タンクという代表的 な状況に出合った場合には、他の成分のなかに、地下水を汚染するトルエンが比 較的低濃度で含まれている。トルエンは希薄な水性溶液中の揮発性成分であり、 シリコーンゴムを膜材料として使用することができ、そして図３に示すような装 置を使用することができる。濃度ファクター３４０の５００ppmv（漏れのあるタ ンクの場合の代表的な例）のトルエン流に対して１立方メートルのシリコーンゴ ム（吸収材料）を作用させると、１バッチ当たりＶｏ＝１×３４０×（５００× １０^-6）＝０．１７m³のトルエンを除去することができる。この計算は、本発明 の装置のなかに配置されている１m³のシリコーンゴムが、３４０m³の水性供給流 （例えば、地下水）からすべてのトルエン（５００ppmv）を除去できる、ことを 意味する。これは、再生前に処理可能な汚染した供給流の最大容積が（Ｋ）（Ｖ ａ）に等しい、という簡単な関係を与える。従って、濃度ファクターＫが大きい 程、再生前に処理可能な供給流が多量になる。 実際に、揮発性成分の「ブレークスルー」に対する供給流の流出量を測定する のが望ましい。ブレークスルーが起こった場合には、吸収材料または吸着材料を 、パーベイパレーションに類似した脱着プロセスによって再生する。この脱着プ ロセスは平衡プロセスである（これに対し、従来のパーベイパレーションは速度 プロセスである）。再生工程では、蒸気室に真空（または、少なくとも大気圧よ り低い圧力）または掃過気体を適用し、また混合室内の供給物質を温度約３０℃ 〜約１５０℃、好ましくは約６０℃〜約１００℃の熱液または熱気体で置き換え る。熱液または熱気体からの熱は、吸収材料に吸収されたかあるいは吸着材料に 吸着された揮発性成分を、吸収材料または吸着材料の第２側面に透過させる力を 与え、蒸気室内に蒸発させる。気体状態の揮発性成分の濃度または活性は、蒸気 室内では極めて小さくなり、再生中に平衡作用によって揮発性成分の本質的にす べてを吸収材料または吸着材料から追い出すことができる。再生中に、若干の水 は厚膜を横切って透過し、蒸気室内に蒸発することがある。水の蒸発は若干の追 加のエネルギーを消費するが、これにも利点がある。水蒸気は蒸気室内で掃過ガ スとして作用して真空中で有機物質の分圧を小さくする、これは再生する力を増 大させる。 蒸気室はさらに凝縮作用をする表面を具えていて、揮発性成分を凝縮する作用 をする表面上で凝縮させ、実質的に単離された形態で液体として捕集して、回収 、再循環または破棄できるのが好ましい。再生が本質的に完全である場合には、 本発明装置を再使用し、別の吸収工程または吸着工程で本発明方法を繰り返すこ とができる。本発明装置は一連のモジュールを具えていて、本発明方法の各工程 を同時に実施できるのが好ましい（図６参照）。 再生工程のために１例としてトルエンの状況を用いると、トルエンで膨潤した シリコーンゴム０．１７m³の温度を約９０℃に昇温させ、吸収されたトルエン０ ．１７m³を蒸発させるのに充分な熱を供給する必要がある（厚膜を通って透過し たかもしれない水は無視する）。これは、３４０m³（約９０，０００ガロン）の 供給流のそれぞれに対して、約０．３ＧＪ（８０ｋＷｈまたは２８０，０００Ｂ ＴＵ）の熱量になる。これに対し、従来のパーベイパレーション法では、供給流 ３４０m³を例えば６０℃に昇温させ、トルエン０．１７m³を蒸発させるのに充分 な熱を供給する必要がある（水の透過は無視する）。したがって、従来のパーベ イパレーション法では、３４０m³（約９０，０００ガロン）の供給流のそれぞれ に対して、約６０ＧＪ（１６，０００ｋＷｈまたは５０，０００，０００ＢＴＵ ）が必要になる。従って、本発明は従来のパーベイパレーション法によって使用 されるエネルギーの９９％より多量を節減することができる。しかし、従来のパ ーベイパレーション法で用いられるエネルギー回収計画では最高９０％の回収率 になることがある。この最高エネルギー回収率の場合でも、従来のパーベイパレ ーション法は、この例によって示されるように、本発明方法のエネルギー消費量 の１０倍より多量のエネルギーを消費する。 本発明装置の変形例では、同じ室を、装入工程中に他混合室として作用させ、 再生工程中に蒸発室として作用させることができるように、装置を構成すること ができる。厚膜の第２側面と連通する他の室を、再生中に加熱室として作用させ ることができる。従って、この変形例の場合には、再生中に、熱流体、熱気体、 温流体または温気体を加熱室に導入し、揮発性成分を図７に示す混合／蒸発室内 で除去する。 また、本発明および本発明装置は、水性供給物質から、溶解度の小さい非揮発 性有機成分を除去するのに使用することができる。平衡吸収または吸着プロセス は同じであるが、再生プロセスは追加の非揮発性成分からの再生工程を有し、こ の工程を上述の蒸発による再生工程の前に行う。非揮発性成分からの再生工程で は、蒸気室に液体揮発性有機溶媒（以下、「溶媒」と称する）を満たして、吸収 材料中に吸収されている非揮発性有機成分を溶媒中に拡散させて、非揮発性成分 から吸収材料を再生する。また、若干の吸収されている揮発性成分も溶媒中に除 去される。次に、蒸発による再生工程を実施して、同時に吸着されている溶媒も 除去し、モジュールの再生を完了することができる。溶媒としては、非揮発性成 分に対する溶解度の大きい任意の液体溶媒を使用することができる。このような 溶媒の例としては、Ｃ₃〜Ｃ₁₀アルコールまたはＣ₄〜Ｃ₁₀アルカンまたはアルケ ン、およびこれらの組み合わせがある。アルコール（例えば、イソプロピルアル コール）が好ましく、その理由は、アルコールが揮発性（沸点８３℃）であり、 シリコーンゴム中に２％吸収されるにすぎず、多くの溶媒より毒性が低いからで ある。 溶媒による追加の再生工程は、蒸発による再生工程と共に、修復（remediatio n）操作またはプロセス流に見い出されるがプロセスの特定の目標でない偶発的 非揮発性有機汚染物質を除去することができる。例えば、ベンゼン除去プロセス では、揮発性の小さい低レベルの溶解油が見い出されることがある。このような 場合には、非揮発性汚染物質が吸収材料中に蓄積することがあり、これを除去す る手段はない。１０または１０００サイクル毎に実施される溶媒再生によって、 捕捉されている非揮発性汚染物質が除去され、揮発性成分に対するプロセスの能 力が回復する。例えば、本発明方法を使用して非揮発性または低揮発性の有機汚 染物質、例えば、ジオキサン、ポリクロロビフェニル（ＰＣＢ）、殺虫剤または 除草剤を除去する場合には、サイクル毎に溶媒再生を行うことができる。 厚膜平衡プロセスに用いられる可能性のある吸収材料の吸収能力を調べるため に、表１に示すように、いくつかの吸収性重合体および揮発性成分について、濃 度ファクターを測定した。 トルエンおよびシリコーンゴム（ポリジメチルシロキサン）について、濃度フ ァクターを、位数の１つ異なる２種の異なる濃度（６００および５０ppmv）にお いて測定した。濃度ファクターは概略一定（それぞれ、３４０および３００）で あった。また、他の重合体も使用できることを示すために、クロロプレンおよび ポリ塩化ビニルをトルエン溶液について試験し、それぞれ４２０および４７０の 濃度ファクターを得た。他の有機物質を処理できることを示すために、シリコー ンゴムを使用してトリクロロエチレンを試験し、１５０の濃度ファクターを得た 。文献には、一層大きい濃度ファクターを有する例も見い出される。例えば、ポ リトリメチルシリルプロピン（polymethysilylpropyne）は、水性溶液中のトリ クロロメタンに対して、９４０の濃度ファクターを有する（Robeson等、「Separ ation Science and Tehnology」２７：１２４５〜１２５８）。特殊重合体、例 えば、シリコーンゴム誘導体を使用した場合には、濃度ファクターが一層大きく なることもある。 吸収が気相ならびに液相で起こることを示すために、ポリメチルシロキサンを 、２５℃においてトルエン蒸気で飽和された空気と平衡させた。平衡吸収材料濃 度は２６容量％であり、これは飽和水性トルエン溶液について測定された吸収材 料濃度より僅かに大きかった。したがって、厚膜平衡プロセスの性能は、気相（ ２５℃）中の飽和トルエン蒸気と、水性相中の飽和トルエン溶液との両者におい て、類似している筈である。 厚膜平衡プロセスおよび装置の工学的実施可能性を評価するために、図３に示 すタイプの小規模実験装置を製作し、回分式実験で試験した。４３０ppmvのトル エンを含有する溶液１リットルを、８．６ｍ（８フィート）または２６ｇ（２６ ml）のシリコーンゴム管（外径２．２mm）内径１．０mm）を収容するモジュール の混合室に通して、０．１６ｍ／秒の速度で２０分間再循環させた。次いで、モ ジュールの混合室に７０℃に維持した水を満たし、管の内側（蒸気室）を通して 空気を吹き込んでトルエン蒸気を追い出した。この「挿過ガス」形態の再生を２ ５分間行った；しかし凝縮作用をする表面は設けず、濃縮された有機物質流を捕 集しなかった。次いで、２０分間の吸収工程を繰り返し、その後１０分間再生を 行い、次いで再び吸収工程を繰り返し、その後再生を行わないで、吸収工程を最 後まで繰り返した。その結果を図８に示す。 図８に示す結果から、吸収工程は、７０℃で２５分間または１０分間行った後 に、新しい装置内の新しいシリコーンゴム管と同様に進行することが分かる。各 吸収工程における濃度曲線の初期の傾斜は、この装置の場合に、（０．９±０． １）×１０^-4ｍ／秒の物質移動係数を与える。表２に示すように供給物質の流量 を増大または減少することにより、同様な実験において、一層大きい物質移動係 数および一層小さい移動係数を得ることができる。 図８に示す実験における最終溶液濃度（〜５０ppmv）は濃度ファクター３００ に相当する。（すなわち、シリコーンゴム中のトルエン濃度は溶液中のトルエン 濃度より３００倍大きい）。再生を行わなかった場合には、溶液は供給物質濃度 のほぼ２倍および吸収材料濃度のほぼ２倍で平衡し、予想されるように一定の濃 度ファクターを維持した。 この実験から、プロセスの分離工程が働いており、繰り返すことができること 、再生工程が７０℃でも迅速に進行すること、および吸収および再生のサイクル を繰り返すことができることが分かる。一層迅速な再生は、一層高い温度、例え ば、９５℃で期待される。この装置の物質移動係数および濃度ファクターについ て得られたデータを使用して、全規模の連続プロセスを設計することができる。 本発明は、起こることのある生物物質、鉱物質物質および有機物質による汚染 の問題に対して、いくつかの利点を提供する。生物物質による汚染の場合には、 例えば、再生工程では、吸収材料をモジュールを全体的または部分的に殺菌でき る高い温度にさらす。加圧するか加圧せずに、一層高い温度を使用して、モジュ ールを完全に殺菌することができる。殺菌が達成たれなかったとしても、周期的 な温度分布は生物物質の生育に損害を与える。しかも、揮発性成分が有毒有機物 質である場合には、吸収材料中に存在している毒性有機物質は、微生物にとって も有毒であるのが普通である。シリコーンゴムを吸収材料として使用する場合に は、この材料は生物学的に不活性であり、微生物に対して栄養源を与えない。吸 収材料が装入および再生サイクル中に膨潤および収縮する場合には、この作用は 鉱物質析出物による汚染を妨害し、鉱物質析出物の脱落を容易にする。しかも、 非揮発性有機汚染物質によって表面汚染が起こる場合には、再生前に多量の揮発 性溶媒または界面活性剤溶液を混合室に供給し、この際揮発性溶媒または界面活 性剤溶液として非揮発性有機汚染物質に対する溶解性の大きいものを使用し、次 いで溶媒溶液または界面活性剤溶液を取り出して混合室から非揮発性有機汚染物 質を除去することにより、溶媒再生工程を実施することができる。非揮発性有機 物質を除去した後に、再生を行うことができる。実施例１ この例は、漏洩のある地下ガソリンタンクの敷地を取り囲む地下水から揮発性 成分を除去するのに適した厚膜平衡装置および方法の構成を説明する。この例で は、供給流は地下水または土壌を洗浄した水である。揮発性成分はガソリンの揮 発性成分であって、これには、例えば、トルエン、ベンゼン、キシレン、アルカ ン、および環状炭化水素が含まれる。ガソリン成分の大部分は水に対する溶解度 が極めて小さく、４〜１０個の炭素原子を有する。これは、ガソリン成分の大部 分が揮発性であり、凝縮させることができ（すなわち、周囲温度において液体で あり）、これは本発明にとって理想的な状況を与えることを意味する。ガソリン の種々の揮発性成分の特性は類似しているので、「ガソリン」という名称の下に ひとまとめにする。 漏洩のあるタンクの近くの地下水が１００〜１０００ppmvのガソリンを含有し ているのは、普通のことである。この例では、地下水中のガソリン濃度を５００ ppmvとする。装置は管配列体として配置されているシリコーンゴム吸収材料を具 え、これらの管は厚さ１mm、内径１mm、外径３mmの吸収材料からなる厚膜からな る。この装置では、吸収材料の全容積は０．３m³（１０ft³）であり、これは３ 個のモジュール内に配置されている。トルエンについて得た結果に基づくと、濃 度ファクターは３００であり、選択度は３０，０００である。 供給物質と平衡になった状態において、単位容積（m³）の吸収材料当たりの吸 収されたガソリンの容積は０．１５m³である。図６に示すような１つの全サイク ルにおいて、０．０４５m³（約１２ガロン）のガソリンが９０m³（約２４，００ ０ガロン）のまたは０．０４５エーカー・フィート）の水から回収される。１． ５時間のサイクルに基づくと、水の流量は２７０ガロン／分（gpm）である。こ れは１日当たり１．２エーカー・フィートの水を処理したことに相当する。再生 のために供給する必要のある動力は、飽和した吸収材料の温度を９０℃に昇温す るために約５ｋＷ、有機物質を蒸発させるために３ｋＷ、若干の水を蒸発させる ために４ｋＷ、ポンプ輸送、制御および熱損失のために７ｋＷであり、これは約 ２０キロワット（ｋＷ）の動力消費量になる。＄０．１０／ｋＷｈの費用（代表 的な遠隔地域における電気料金）において、このプロセスのための動力費は約＄ ２．００／ｈすなわち処理された地下水に対して＄０．１２／１０００ガロンで ある。これに対し、同じ状況の場合に、水蒸気ストリッピングは供給流の１０〜 ３０％と同等な水蒸気量を必要とする。水蒸気源を近くの工場から＄２．００／ １０００ｌｂという代表的な価格で入手できたとしても、この水蒸気を供給する 費用は約＄２．００／１０００ｇａｌ〜約＄５．００／１０００ｇａｌになる。実施例２ この例は、危険な化学薬品の流出によってまたは従来の十分でない取り扱いに よって汚染された地下水から揮発性有機成分（ＶＯＣ）を除去するのに適した厚 膜平衡装置および方法の構成を説明する。この例では、供給流は処理のために表 面までポンプ輸送された地下水または土壌を洗浄した水である。揮発性成分はハ ロゲン化炭化水素（例えば、トリクロロエチレン）である。ハロゲン化炭化水素 は水に対する溶解度が極めて小さい。８個未満の炭素原子を有するハロゲン化炭 化水素の大部分は揮発性であり、凝縮させることができ、これは上述のハロゲン 化炭化水素を本発明にとって理想的なものにする。シリコーンゴム中のトリクロ ロエチレンに対する濃度ファクターの測定値を、ゴム状重合体を使用した場合の 塩素化炭化水素に対する代表的な値として使用した。 汚染された敷地内では、地下水は例えば１〜２０００ppmvのＶＯＣを含有して いることがある。この例では５０ppmvのＶＯＣを含有する地下水を使用する。装 置は、壁厚０．５mmのフラットシート配列体として配置されている吸収材料とし て、架橋エチレンピロピレンジエンゴムを具える。これらのフラットシートは平 板および枠として配置されているスペーサ材料によって分離されている。地下水 をポンプ輸送して吸収材料の第１側面においてスペーサ材料に通して流す。スペ ーサ材料は吸収材料膜の第２側面と連通し、蒸気室を形成する。吸収材量の容積 は１m³であり、これは３個のモジュール内に配置されている。濃度ファクターは １５０であり、選択度は１５，０００である。 供給流と平衡になった状態において、単位容積（m³）の吸収材料当たりの吸収 されたＶＯＣの容積は０．００７５m³である。図６に示すような１つの全サイク ルにおいて、０．００７５m³（約２ガロン）のＶＯＣが１５０m³（約４０，００ ０ガロンまたは０．１３エーカー・フィート）の水から回収される。１．５時間 のサイクルに基づくと、水の流量は４４０ガロン／分（ｇｐｍ）である。これは １日当たり２．０エーカー・フィートの水を処理したことに相当する。再生のた めに供給する必要のある動力は、飽和した吸収材料の温度を９０℃に昇温するた めに約１７ｋＷ、有機物質および若干の水を蒸発させるために２ｋＷ、ポンプ輸 送および熱損失のために１１ｋＷであり、これは約３０ｋＷの動力消費量になる 。＄０．１０／ｋＷｈの費用（代表的な遠隔地域における電気料金）において、 このプロセスのための動力費は約＄３．００／ｈすなわち処理された地下水に対 し て＄０．１１／１０００ガロンである。これに対し、同じ状況の場合に、空気ス トリッピングと活性炭処理との合計費用は、活性炭再生費のみに基づくと約＄２ ．００／１０００ガロンである。実施例３ この例は、工業廃水である水蒸気から揮発性成分を回収するのに適した厚膜平 衡装置および方法の構成を説明する。この例では、供給流は織物工場からの２％ の酢酸ビニルを含有する廃水であり、目標は酢酸ビニル濃度を０．１％まで低減 させ、約９５％の酢酸ビニルを回収することにある。このような低濃度では、蒸 留による酢酸ビニルの回収は不可能である。酢酸ビニルは水に対する溶解度が２ ％であり、その沸点は７２℃である。廃水の流量は２０ｇｐｍであり、回収され た酢酸ビニルの価格（回収時の純度で）は＄１００／トンである。吸収材料はシ リコーンゴムであり、濃度ファクターは２０であり、選択度は１０００である。 装置は、管配列体として配列されている厚膜中にシリコーンゴム吸収材料を有 し、膜は厚さ２mm、内径１mm、外径５mmである。単位時間当たりの酢酸ビニル回 収量は８７Kg（９３リットル）である。供給流（廃水）と平衡になった状態にお いて単位容積（m³）の吸収材量当たりの酢酸ビニル吸収量は０．４m³である。１ 時間のサイクルに基づくと、約２５０リットル（２５０Kgまた０．２５ｍ³）の 吸収材料が必要である。これを例えば３個のモジュール内に配置することができ る。 １時間当たり、１００ＭＪのエネルギーが膨潤した吸収材料を９０℃に加熱す るのに必要であり、５０ＭＪのエネルギーが酢酸ビニルを蒸発させるのに必要で ある。これは４２ｋＷの動力を消費する。おそらく、工場では＄０．０３／ｋＷ の料金で９５℃の廃熱源を入手できる。従って、この例におけるエネルギー費用 は約＄１．３０／ｈである。ポンプ輸送および真空のための動力費は比較的小額 である。回収されたものの価値は＄８．７０／ｈである。これに対し、同じ状況 に対するパーベイパレーションプロセスは８０℃で実施され、３２０ｋＷの動力 を必要とする。廃熱を利用したとしても、パーベイパレーション費用は＄９．６ ０／ｈであり、これは廃水を加熱する費用に相当する。実施例４ この例は、工業的プロセス流から揮発性成分を回収するための厚膜平衡装置お よびこの装置を使用する方法の構成を説明する。この例では、供給流は１％のメ ントールを含有するハッカ油（アルコール類とテルペンテン類との混合物）であ る。メントールはハッカ油に対して無限の溶解度を有し、その沸点は２１２℃で あるので、本発明にとってまさに充分な揮発性を有する。流量は１０ｇｐｍであ る。メントールの価格（回収時の純度で）は＄５０００／トンである。この適用 例に対して吸収を実際に用いることはできない。その理由は、メントールが供給 流中に完全に溶解することができ、充分に大きい濃度ファクターを有する吸収材 料を処方するのが極めて困難であるからである。その代わりに、吸着材料として メントールに対する親和力の大きい重合シクロデキストリンを使用する。濃度フ ァクターは１０であり、選択度は１０００である。 膜内の吸収材料はらせん形モジュール内に配置し、彎曲シートの膜厚は２mmと する。厚膜の同中心層をスペーサ材料で分離し、標準らせん形巻回膜モジュール として配置する。ハッカ油は膜の第１側面と接触しているスペーサを通って流れ 、膜の第２側面におけるスペーサ材料は蒸気室を画成する。メントール回収量は ２３Kg／ｈ（２６リットル／ｈ）である。供給流と平衡になった状態において、 単位容積（m³）の吸着材料当たりのメントール吸着量は０．１m³である。１時間 サイクルに基づくと、２６０リットル（０．２６m³）の吸着材料が必要である。 これを１２個のモジュール（各段階に対し４個）内に配置する。 １時間当たり、２００ＭＪのエネルギーが吸着材料を９０℃に加熱するのに必 要であり、５０ＭＪがメントールを蒸発させるのに必要である。このために７０ ｋＷの動力が熱の形態で消費される。ヒートポンプを使用してこの熱量を供給す ると、所要熱量１ｋＷ毎に０．２５ｋＷの電力を入力する必要がある。相当する １８ｋＷの電気エネルギーの費用は約＄１．８０／ｈである。ポンプ輸送および 真空の費用は比較的少額である。回収メントールの価値は＄１１５／ｈである。実施例５ この例は、工業的プロセス流から揮発性成分を回収するのに適した厚膜平衡装 置およびこの装置を使用する方法の構成を説明する。この例では、供給流は化学 合成に用いられるヘキサンであって、除去する必要のある１００ppmvの水を含有 している。汚染ヘキサンの流量は１０ｇｐｍである。使用した吸収材料は、直径 ２μmの吸収性モレキュラシーブ（ゼオライト）粒子に対する結合剤として架橋 ポリビニルアルコールを含有している。吸着材料と吸収材料とからなる複合膜を 、壁厚０．５mm、内径０．２５mm、外径１．２５mmの管の形態にする。濃度ファ クターは５００であり、選択度は１０，０００である。 水は０．２３リットル／ｈの速度で除去される。供給流と平衡状態になった際 に、吸着材料の能力は単位容積（m³）の吸着材料当たり０．０５m³（５０リット ル）である。８時間サイクルに基づくと、吸着材料必要量は４０リットルである 。これを３個のモジュール内に配置する。８０℃の熱窒素ガスを混合室に通して 循環させ、蒸気室内を真空にして酸素の不存在下に加熱することにより、ヘキサ ンから爆発の危険を除いて再生を行う。８時間毎に吸着材料を加熱するのに必要 なエネルギー量（熱効率は５０％と仮定する）は２０ＭＪであり、水の蒸発にさ らに５ＭＪが必要であり、料金が＄０．０９／ｈの動力を合計で９００Ｗ消費す る。実施例６ この例は、気相から揮発性成分を回収するのに適した厚膜平衡装置およびこの 装置を使用する方法の構成を説明する。この例では供給物質は部品洗浄操作から の空気であり、この空気は容積基準で２５ppmのトリクロロエチレン（ＴＣＥ） を含有している。空気の流量（乾燥基準で）は１００ｆｔ³／分（０．０４７m³ ／分）である。使用した吸収材料は膜厚１mmの平坦膜配列体として配列されてい るエチレンプロピレンジエンゴムからなる。この膜は、図７に示すように、第１ 側面上に、高さ２mm、厚さ約１mmで、互いに約２mm離間する突起（フィン）を有 し、これは膜の第１側面の露出した表面積を増大させる。この膜を、隣り合う膜 の第１側面が互いに向い合うように積み重ね、フィンの方向を膜の間隔がフィン の高さの約２倍（すなわち、２×２＝４mm）になるような角度とする。隣り合う 膜の第２側面は互いに向い合い、図７に示すように、溝が加熱室を形成するよう 整列している。気体状供給流に対する濃度ファクターは、気体中の凝縮蒸気の容 積濃度から計算される、すなわち蒸気として存在する液体ＴＣＥの相当する容積 を空気の容積で除することに基いて計算される。 ＴＣＥ除去速度は１４リットル／ｈの液体である。供給流の濃度と平衡状態に なった際に、ＴＣＥに対する吸収材料の能力は単位容積（m³）の吸収材料当たり ０．０３３m³（３３リットル）である。２１時間サイクルに基づくと、吸収材料 の必要量は４３０リットルである。これを３個のモジュール内に配置することが できる。１２０℃の熱エチレングリコールをモジュールの加熱室に通して循環さ せ、次いで今は蒸気室として作用している混合室を通して空気を掃過ガスとして 流すことにより、再生を行う。再生中の空気流量は１０ｃｆｍ（０．００４７m³ ／分）であり、これにより掃過ガス中のＴＣＥ濃度は供給ガス中のＴＣＥ濃度の 平均して１０倍になる。掃過ガスを凝縮器に通して流してＴＣＥを凝縮させ、回 収する。膨潤した吸収材料および掃過ガスを加熱し、かつＴＣＥを蒸発させるの に必要な動力量は２０ｋＷ、その費用は約０．２０／ｈである。回収したＴＣＥ の価格（＄３００／トンに基づく）は約＄３．００／ｈである。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｂ０１Ｊ 20/30 9538−4Ｄ Ｂ０１Ｊ 20/30

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．供給物質から揮発性成分を除去するに当たり、 （１）平衡プロセスにおいて、前記供給物質中の揮発性成分を吸収材料に吸 収させるか、あるいは吸着材料に吸着させ、この際混合室および蒸気室を具える 装置の混合室を経て前記供給物質をポンプ輸送し、前記混合室には、該混合室と 連通する第１側面および前記蒸気室と連通する第２側面を有する形状をした複数 個の吸収材料または吸着材料を設け、 （２）前記混合室への前記供給物質のポンプ輸送を中断し、次いで前記混合 室に熱を加え、これと同時に前記蒸気室内において揮発性成分が気体状態で捕集 されるように、前記蒸気室内に気相を適用することにより、前記吸収材料または 吸着材料から揮発性成分を除去する ことを特徴とする供給物質から揮発性成分を除去する方法。 ２．さらに、前記除去工程中に、前記気相を前記蒸気室内の凝縮器に通し、揮発 性成分を液体として捕集することを特徴とする請求の範囲第１項記載の供給物質 から揮発性成分を除去する方法。 ３．さらに、前記蒸気室に真空を適用し、蒸気を圧縮し、揮発性成分を液体に凝 縮させることを特徴とする請求の範囲第２項記載の供給物質から揮発性成分を除 去する方法。 ４．約３０℃〜約１５０℃の温度を有する熱液体の形態で熱を加えることを特徴 とする請求の範囲第１項記載の供給物質から揮発性成分を除去する方法。 ５．揮発性成分が１気圧において約５０℃〜約２２０℃の沸点を有することを特 徴とする請求の範囲第１項記載の供給物質から揮発性成分を除去する方法。 ６．供給物質から揮発性成分を除去する装置において、 混合室および蒸気室を有する包囲された二室装置を具え、前記混合室は該混 合室と連通する第１側面および前記蒸気室と連通する第２側面を有する形状をし た吸収材料または吸着材料からなる複数個の厚膜を具えることを特徴とする供給 物質から揮発性成分を除去する装置。 ７．さらに、蒸気室に連通し、揮発性成分の気相を液相に凝縮させる凝縮手段を 具えることを特徴とする請求の範囲第６項記載の装置。 ８．さらに、蒸気室に真空を適用する手段を具えることを特徴とする請求の範囲 第６項記載の装置。 ９．前記厚膜は、約０．１ｍｍ〜約５ｍｍの厚さを有し、管配列体（真っ直ぐか 曲がりくねった）の形状をしているか、あるいはシート（平らか彎曲した）の形 状をしているか、前記厚膜の第１側面の表面積を増加するための複数個の突起を 有する形状をしていることを特徴とする請求の範囲第６項記載の装置。 10．吸収材料は、揮発性成分を吸収する重合体材料のような任意の固体材料から 構成されていることを特徴とする請求の範囲第６項記載の装置。 11．吸着材料は、揮発性成分を吸着する多孔性材料のような任意の固体材料から 構成されていることを特徴とする請求の範囲第６項記載の装置。 12．揮発性成分は、吸収材料または吸着材料中の濃度ファクターが１０より大き いことを特徴とする請求の範囲第１項記載の供給物質から揮発性成分を除去する 方法。 13．揮発性成分は、吸収材料または吸着材料中の濃度ファクターが１００より大 きいことを特徴とする請求の範囲第１２項記載の供給物質から揮発性成分を除去 する方法。 14．水性供給物質から非揮発性有機成分を除去するに当たり、 （１）平衡プロセスにおいて、非揮発性有機成分を吸収材料に吸収させるか 、あるいは吸着材料に吸着させ、この際混合室および蒸気室を具える装置の混合 室を経て前記供給物質をポンプ輸送し、前記混合室には、該混合室を前記蒸気室 から分離しかつ前記混合室と連通する第１側面および前記蒸気室と連通する第２ 側面を有する形状をした複数個の吸収材料または吸着材料を設け、 （２）前記蒸気室を液体有機溶媒で満たし、該液体有機溶媒中に前記非揮発 性有機成分を捕集し、 （３）前記非揮発性有機成分を含有する前記液体有機溶媒を前記蒸気室から 取り出す ことを特徴とする水性供給物質から非揮発性有機成分を除去する方法。 15．前記水性供給物質の流れは揮発性汚染物質および非揮発性汚染物質の両者に よってさらに汚染されており、さらに、前記混合室に熱を加え、これと同時に前 記蒸気室内において前記揮発性成分が気体状態で捕集されるように前記蒸気室内 に気相を適用することにより、前記吸収材料または吸着材料から前記揮発性成分 を除去することを特徴とする請求の範囲第１４項記載の方法。