(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中の揮発性有機塩素化合物の処理方法であって：
揮発性有機塩素化合物を含む水を減圧容器内に導入し、該減圧容器内において大気圧よりも低い圧力の気体に曝露することにより、前記水に含まれる揮発性有機塩素化合物を前記気体中に移動させる第一の工程と；
この第一の工程から排出される気体を、揮発性有機塩素化合物の吸着体、吸収剤、揮発性有機塩素化合物を分解する微生物、およびこれらの組み合わせからなる群から選ばれる処理剤に接触させることにより、前記気体中に含まれる揮発性有機塩素化合物を除去する第二の工程とを具備することを特徴とする、水中の揮発性有機塩素化合物の処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記吸着体が活性炭であることを特徴とする、水中の揮発性有機塩素化合物の処理方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、更に、前記第一の工程から排出される気体を、揮発性有機塩素化合物を分解する微生物に接触させる第三の工程を具備したことを特徴とする、水中の揮発性有機塩素化合物の処理方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記水が地下水または排水であり、これに対して、体積比で１／３倍以上で且つ５０倍以下の前記空気を接触させることを特徴とする、水中の揮発性有機塩素化合物の処理方法。
【請求項５】
水中の揮発性有機塩素化合物の処理装置であって：
揮発性有機塩素化合物を含む水を減圧容器内に導入し、該減圧容器内において大気圧よりも低い圧力の気体に曝露することにより、前記水に含まれる揮発性有機塩素化合物を前記気体の中に移動させるための曝気手段と；
前記曝気手段から排出される気体を、揮発性有機塩素化合物の吸着体、吸収剤、揮発性有機塩素化合物を分解する微生物、およびこれらの組み合わせからなる群から選ばれる処理剤に接触させることにより、前記気体中に含まれる揮発性有機塩素化合物を除去するための除去手段と；
前記除去手段から排出される気体を前記分解手段へ輸送するための輸送手段とを具備することを特徴とする、水中の揮発性有機塩素化合物の処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、前記吸着体が活性炭であることを特徴とする、水中の揮発性有機塩素化合物の処理装置。
【請求項７】
請求項５に記載装置であって、前記暴露手段がガス透過膜を含むことを特徴とする、水中の揮発性有機塩素化合物の処理装置。
【請求項８】
請求項５に記載の装置であって、更に、揮発性有機塩素化合物を分解する微生物を培養するための培養手段と、該培養手段と前記除去手段との間で微生物を輸送するための第二の輸送手段とを具備したことを特徴とする、水中の揮発性有機塩素化合物の処理装置装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下水または排水中に溶解している揮発性有機塩素化合物を処理するための方法および処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、排水、地下水などが、トリクロロエチレンのような揮発性有機塩素化合物に汚染される問題が世界中で起こっている。排水、地下水中などに溶解している揮発性有機塩素化合物を低コストで処理するために、従来は活性炭が用いられてきた。しかし、浮遊物の多い液体を処理する場合は活性炭が目詰まりし易く、また処理したい物質の濃度が低濃度である場合にはコスト高になる問題があった。また、活性炭に吸着した揮発性有機塩素化合物も、最終的には処理する必要がある。このため、当該化合物に毒性がある場合には処理に危険を伴い、更に、二次汚染を引き起こすことにより、環境に対する負荷が大きくなってしまうことが問題点として指摘されていた。
【０００３】
最近、環境に配慮した処理方法として、揮発性物質を処理する気相バイオリアクタが報告されている。しかし、この方法も、地下水中からガスストリッピングにより揮発性有機塩素化合物を気化させるので、低濃度の気体が多量に発生することになり、それを処理するために大型の処理装置が必要となり、処理費が高くなる問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、安全、安価、且つ環境に対する負荷が低い条件で、揮発性有機塩素化合物を処理する方法および処理装置を提供することを可能にするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による水中の揮発性有機塩素化合物の処理方法は、揮発性有機塩素化合物を含む水を、大気圧よりも低い圧力に曝露する第一の工程と；この第一の工程から排出される気体を、揮発性有機塩素化合物の吸着体、吸収剤、揮発性有機塩素化合物を分解する微生物、およびこれらの組み合わせからなる群から選ばれる処理剤に接触させる第二の工程とを具備することを特徴とするものである。
【０００６】
本発明による水中の揮発性有機塩素化合物の処理装置は、揮発性有機塩素化合物を含む水を、大気圧よりも低い圧力に曝露するための暴露手段と；揮発性有機塩素化合物を吸着あるいは吸収あるいは分解により除去するための除去手段と；前記暴露手段から排出される気体を前記分解手段へ輸送するための輸送手段とを具備することを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において、揮発性有機塩素化合物を含む水は特に限定されるものではなく、地下水、排水、プロセス水、および排水等の中間処理水などが含まれる。これらの処理すべき水を大気圧より低い圧力に曝露する手段も特に限定されるものではないが、後述の実施例１に示すような減圧容器および真空ポンプからなることが望ましい。真空ポンプには、地下水または排水を容器内に注水する役割を持たせることも可能である。
【０００８】
減圧操作の際には、容器内で液体を攪拌し、または超音波で分散することが可能である。また、容器内に担体を充填し、または容器内に棚段を設置するとより効果的である。容器内に充填する担体は特に限定されるものではないが、ラシヒリング、レッシングリング、ベルルサドル、インタロックスサドル、テラレット、ボールリング等を用いることが望ましい。これら担体の材質も特に限定されず、例えばセラミックス、プラスチックス、ステンレス、金属、カーボン等を用いることができる。更に、地下水または排水を大気圧よりも低い圧力に暴露する際に、スパージャー等を用いて、地下水または排水を霧状に噴霧するとより効果的な場合もある。
【０００９】
本発明においては、減圧容器内に空気を導入することで、液体中からの気化効率を向上させることが可能である。導入する空気の量は、処理する液体に対して体積比で１／３倍以上５０倍以下であることが望ましい。５０倍以上では得られるガス濃度が低くなり処理効率が低下する。また、１／３以下では得られるガス濃度が変化しないため、処理効率を考えるとこの値以上であることが望ましい。
【００１０】
本発明で用いられる吸着体としては、活性炭を用いるのが望ましい。しかし、担体はこれに限定されるものではなく、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂等の高分子や、ゼオライト、シリカ等の無機物、あるいはこれらの混合体であってもよい。また、化学物質を吸着する担体は粒状であっても、膜状であってもよいが、吸着し易いように多孔質であることが望ましい。
【００１１】
本発明で用いられる吸収剤としては、水やアルコール等の有機性溶媒を用いることができる。吸収剤の選択は、吸収する化学物質に応じて最適なものを適宜決定する。
【００１２】
本発明で用いられる微生物は、シュードモナス、ジャニバクター、メタン資化菌、アルカリジェネス、マイコバクテリウム、ニトロソモナス、アンシロバクター、キサントバクター、マイコバクテリウム、マイコバクテリウム、ロドコッカス、バシラス、ミクロコッカス、コリネバクテリウム、アシネトバクター等を用いることができる。またはこれら１つ以上を含む混合菌であってもよい。
【００１３】
上記微生物を使って有機塩素化合物を分解する場合、使用する生物反応容器は、一般的にガスの吸収に用いられている反応形式を利用することができる。例えば、充填塔、段塔、スプレー塔、スクラバー、ぬれ壁塔、気泡塔、気泡攪拌塔等である。しかし、これらの様式に限定されるものではない。
【００１４】
微生物を使って処理する場合には、フェノール、トルエン等の芳香族系炭化水素、有機酸、トレハロース、スークロース等の糖、アミノ酸、核酸、ビタミン等を用いて分解活性を高めることができる。これらの活性化物質は、リアクタ内に連続的あるいは間欠的に添加するか、あるいはリアクタとは別の反応容器を用意し、そこで添加しても良い。なお、微生物はセラミックス系担体、キトサン系担体、セルロース系担体、アルギン酸、ピートモス、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、その他の有機もしくは無機材料等の担体に固定化して用いることもできる。固定化方法としては、包括固定、吸着固定を用いることが可能である。
【００１５】
揮発性有機塩素化合物を分解する微生物を用いた、吸着剤および／または吸収剤の再生に関して以下に説明する。ここでは、吸着剤として活性炭を用いた例について説明する。
【００１６】
有機塩素化合物を含んだ液体あるいは気体は、まず活性炭に吸着させる。次に、この活性炭に対して、化学物質を分解する微生物を接触させる。有機塩素化合物を吸着した活性炭に微生物を接触させる際は、有機塩素化合物を含有する地下水やガスの供給を一時中断することが望ましい。一時中断が難しい場合には、活性炭吸着塔を２基以上設け、これを適宜切り替えて使用することができる。微生物との接触は、微生物を含有する液を活性炭吸着塔と培養槽との間を循環させることによって行うことができる。その際、酸素、炭素源、窒素源、無機塩類等を供給することもできる。
【００１７】
上記により、微生物は活性炭に吸着した揮発性有機塩素化合物を分解するので、活性炭の吸着能が再生され、再利用が可能になる。
【００１８】
次に、地下水中のトリクロロエチレン処理を活性炭で行う場合を例に、シミュレーションにより本発明と従来技術とを比較を行った結果を説明する。下記の表１は、１００ｋｇの活性炭を使って、１ｐｐｍのトリクロロエチレンを２５℃の条件で、流量１００Ｌ／ｍｉｎを処理できる日数を示している。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
比較例１は、地下水を直接活性炭で処理する方法である。また、比較例２は、通常のストリッピングと活性炭を組み合わせて処理する方法である。この従来例のストリッピングおよび本発明における真空ストリッピングでは、除去率９０％を想定した。また本発明における真空ストリッピングの真空度は、飽和蒸気圧を想定した。
【００２１】
全て活性炭の飽和吸着量から見積もったところ、本発明の真空ストリッピングでは、地下水を直接処理する場合の約３５倍、従来のストリッピングと比べても約３倍の寿命であることが分った。活性炭の寿命が延びるということは、処理コストが低く抑えられるだけでなく、廃棄物発生量も低減され環境に対する負荷を大きく抑制することが可能になることを意味する。更に、気相式バイオリアクタと組み合わせると廃棄物の発生もなくなり、二次汚染の問題のない安全な処理が可能になる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
【００２３】
まず、本発明に用いる減圧装置の具体例について説明する。
【００２４】
例  １：  減圧装置Ｉ
図１は、地下水を大気圧よりも低い圧力に曝露するための、減圧装置の第一の例を示している。同図において、１は減圧容器である。地下水は一度ポンプ３で汲み上げられた後、この減圧容器１内に貯溜される。次に、減圧容器１の入口４、出口５のバルブを閉めた後、容器に付属する真空ポンプ３で容器１内を減圧にすることにより、容器１内に貯溜された地下水を減圧に暴露する。
【００２５】
例  ２：  減圧装置ＩＩ
図２は、地下水を大気圧よりも低い圧力に曝露するための、減圧装置の第二の例を示している。この減圧装置では、地下水は一度ポンプ８で汲み上げられた後、減圧容器１０内に貯溜される。次に、容器の入口７、出口９のバルブを閉めた後、容器１０に付属する真空ポンプ８で容器内を減圧にすることにより、容器１内に貯溜された地下水を減圧に暴露する。なお、この例では容器１０内にセラミックの充填剤６が充填されている。
【００２６】
例  ３：  減圧装置ＩＩＩ
図３は、地下水を大気圧よりも低い圧力に曝露するための、減圧装置の第三の例を示している。この減圧装置では、地下水は一度ポンプ１３で汲み上げられた後、減圧容器１２内に貯溜される。次に、容器の入口１５、出口１４のバルブを閉めた後、容器に付属する真空ポンプ１３で容器１２内を減圧にすることにより、容器１２内に貯溜された地下水を減圧に暴露する。なお、容器１２の内部は棚段１１で仕切られている。
【００２７】
例  ４：  減圧装置ＩＶ
図４は、地下水を大気圧よりも低い圧力に曝露するための、減圧装置の第四の例を示している。この減圧装置では、この地下水は一度ポンプ１８で汲み上げられた後、減圧容器１７内に貯溜される。次に、容器の入口２０、出口１９のバルブを閉めた後、容器に付属する真空ポンプ１８で容器内を減圧にすることにより、容器１８内に貯溜された地下水を減圧に暴露する。なお、真空ポンプ１８はガス透過膜１６に連結されている。
【００２８】
次に、本発明による揮発性有機塩素化合物処理装置の実施例を説明する。
【００２９】
例  ５：  揮発性有機塩素化合物処理装置Ｉ
図５は、本発明の第一の実施例になる揮発性有機塩素化合物処理装置を示している。この処理装置では、地下水あるいは排水中から揮発性有機塩素化合物を減圧装置２３で気化させ、発生した気体を、活性炭吸着塔２７で吸着除去する。活性炭吸着塔２７からは、揮発性有機塩素化合物を除去された排ガス２８が大気中に放出される。なお、減圧装置２３の構成は、図１に示した減圧装置と同じであり、２２は真空ポンプ、２４はポンプ、２５は地下水入口およびバルブ、２６は地下水出口およびバルブである。
【００３０】
例  ６：  揮発性有機塩素化合物処理装置ＩＩ
図６は、本発明の第二の実施例になる揮発性有機塩素化合物処理装置を示している。この処理装置では、地下水あるいは排水中から揮発性有機塩素化合物を減圧装置３２で気化させ、発生した気体を、揮発性有機塩素化合物の吸収剤を収容した吸収塔３１で吸収除去する。吸収塔３１からは、揮発性有機塩素化合物を除去された排ガス３０が大気中に放出される。なお、減圧装置３２の構成は、図１に示した減圧装置と同じであり、２９は真空ポンプ、３４はポンプ、３５は地下水入口およびバルブ、３３は地下水出口およびバルブである。
【００３１】
例  ７：  揮発性有機塩素化合物処理装置ＩＩＩ
図７は、本発明の第三の実施例になる揮発性有機塩素化合物処理装置を示している。この処理装置では、地下水あるいは排水中から揮発性有機塩素化合物を減圧装置３９で気化させ、発生した気体を、揮発性有機塩素化合物を分解する微生物を収容したバイオリアクタ３８で分解除去する。なお、減圧装置３９の構成は、図１に示した減圧装置と同じであり、３６は真空ポンプ、４０はポンプ、４１は地下水入口およびバルブ、４２は地下水出口およびバルブである。
【００３２】
次に、図７の実施例に使用されるバイオリアクタの具体例について説明する。
【００３３】
例  ８：  バイオリアクタＩ
図８は、揮発性有機塩素化合物を分解除去するための、バイオリアクタの第一の例を示している。このバイオリアクタでは、分解微生物懸濁液４７を収容したリアクタ容器５７内に、気体入口４９から揮発性有機塩素化合物のガスを吹き込み、微生物の作用により揮発性有機塩素化合物分解除去する。有機塩素化合物を除去されたガスは、排ガスとして気体出口４３から放出される。リアクタ容器５７内の微生物は、菌出口ライン４８から活性化槽４６の中に取り出される。活性化槽４６には、フェノール、トルエン等の芳香族系炭化水素、有機酸、トレハロース、スークロース等の糖、アミノ酸、核酸、ビタミン等の活性化物質が活性化物質添加口４５から導入され、微生物が常に一定の分解活性を維持できるように制御される。こうして活性化槽４７内で制御された微生物は、菌入口ライン４４を通してリアク容器タ４７内に供給される。
【００３４】
例  ９：  バイオリアクタＩＩ
図９は、揮発性有機塩素化合物を分解除去するための、バイオリアクタの第二の例を示している。このバイオリアクタでは、担体ピートモス５５を充填したリアクタ容器５１内に分解微生物懸濁液が添加される。気体入口５３からリアクタ容器５１内に吹き込まれた揮発性有機塩素化合物のガスは、その中で分解性微生物と接触して、揮発性有機塩素化合物を分解除去された後、気体出口５０から排ガスとして放出される。分解微生物懸濁液は、活性化物質添加口５４から活性化物質が添加された後、菌出口５６および菌入口５２を介して循環され、リアクタ容器５１内で再利用される。
【００３５】
例１０：  真空ストリッピング装置
図１０は、本発明で使用される真空ストリピング装置の一例を示したものである。揮発性有機塩素化合物を含む液体は、配管７８を通って、真空容器７０の上部からスパージャー７１を介して真空容器７０に導入される。真空容器７０の上部には、真空ポンプ７２に連結された配管７３が設置されており、揮発性有機塩素化合物の気体は液体から分離される。真空容器７０内には、直径５ｍｍのプラスチック製ラシヒリング７４が充填されている。また、真空容器７０の底部からは空気を導入する配管７５が設置されており、気化の効率を高める。更に、真空容器７０内にはポンプ７６が設置されており、液体を容器７０外に連続的に排出することができ、これにより揮発性有機塩素化合物を含んだ液体の連続処理が可能である。容器７０内の圧力は圧力計７７で一定の値に制御することができる。
【００３６】
例１１：  真空ストリッピング実験
図１１は、図１０の真空ストリピング装置を用いて、液体中からトリクロロエチレンを気化させた実験結果を示したものである。この実験では、真空度６０Ｔｏｒｒ、トリクロロエチレン濃度１ｐｐｍ、流量１Ｌ／分の条件でストリッピングを行った。その結果、液体に対し導入する空気量が体積比で１／２以上の条件で効率良く気化させることが可能であることが分かった。
【００３７】
例１２：  バイオリアクタＩＩＩ
図１２は、揮発性有機塩素化合物を分解除去するための、バイオリアクタの第三の例を示している。このバイオリアクタでは、担体ポリビニルアルコールに包接固定した分解菌６０を、リアクタ容器６３に充填した。リアクタ容器６３の上部６２から、フェノールを含む無機塩培地を一日に数回から数十回散布して、分解菌の活性を維持した。リアクタ下部に溜まった無機塩培地６８は、配管６１を通してポンプ６５で循環して使用した。ストリッピング装置から得られたトリクロロエチレンを含むガスをリアクタ上部６６から供給し、リアクタ下部６７から排出した。１０００ｐｐｍＶのトリクロロエチレンは９９％分解された。
【００３８】
例１３：  分解試験
図１３は、図１２のバイオリアクタを用いた分解試験の結果を示している。この分解試験で採用した反応条件は下記の通りである。
【００３９】
＜反応条件＞：
トリクロロエチレン…１０００ｐｐｍＶ
流量…１Ｌ／ｍｉｎ
温度…２５℃
上記条件において、トリクロロエチレンは連続約１８０日間、９９％の効率で分解された。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明による揮発性物質処理装置を用いることにより、安全かつ安価で、しかも環境に対して低負荷な条件で、揮発性物質を効率よく処理し、汚染されている地下水・排水などを浄化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】減圧装置の実施形態様を示した図。
【図２】減圧装置の実施形態様を示した図。
【図３】減圧装置の実施形態様を示した図。
【図４】減圧装置の実施形態様を示した図。
【図５】揮発性有機塩素化合物処理装置を模式的に示した図。
【図６】揮発性有機塩素化合物ガス処理装置を模式的に示した図。
【図７】揮発性有機塩素化合物ガス処理装置を模式的に示した図。
【図８】バイオリアクタを模式的に示した図。
【図９】バイオリアクタを模式的に示した図。
【図１０】真空ストリッピング装置を模式的に示した図。
【図１１】真空ストリピングで液体中からトリクロロエチレンを気化させる実験の一例を示した図。
【図１２】バイオリアクタを模式的に示した図。
【図１３】バイオリアクタでの分解を模式的に示した図。
【符号の説明】
３，８，１３，１８，２２，２９，３６…真空ポンプ、２…地下水、４，７，１５，２０，２５，３５，４１…地下水入口およびバルブ、５，９，１４，１９，２６，３３，４２…地下水出口およびバルブ、１，１０，１２，１７…減圧容器、６…担体（セラミックス）、１１…棚段、１６…ガス透過膜、２４，３４，４０…ポンプ、２３，３２，３９…減圧装置、２８，３０，３７…排ガス、２７…活性炭、３１…吸収剤、３８，５１，５７…バイオリアクタ、４９，５３…気体入口、４３，５０…気体出口、４７…菌懸濁液、４４，５２…菌入口ライン、４８、５６…菌出口ライン、４６…活性化槽、４５，５４…活性化物質添加口、５５…充填剤（ピートモス）、６０…分解菌固定化ポリビニルアルコール、６１…循環系配管、６２…培地供給口、６３…リアクタ本体、６５…循環ポンプ、６６…ガス入口、６７…ガス出口、６８…貯留タンク、７０…真空容器、７１…スパージャー、７２…真空ポンプ、７３…真空配管、７４…ラシヒリング、７５…空気導入口、７６…排出ポンプ、７７…圧力計、７８…送液配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003615116.tif 000014
【図１３】
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