(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ及び燃焼ガスを含むためのキャビティを有するプラズマトーチに備え付けるための注入及び冷却システムであって、
処理される溶液Ｓ１を前記キャビティ内に注入するための第一注入デバイスと、
前記第一注入デバイスに接触して配置され且つ酸化剤ガスを前記キャビティ内に注入するための第二注入デバイスと、
前記キャビティ内に含まれるガスを冷却するための冷却デバイスと、を備え、
前記注入及び冷却システムが、前記第二注入デバイスと前記冷却デバイスとの間に配置され且つ前記処理される溶液とは異なる溶液Ｓ３を前記キャビティ内に注入するための第三注入デバイスを備え、前記第一注入デバイスと前記第二注入デバイスと前記冷却デバイスと前記第三注入デバイスが、中空であり、同軸上に整列していて、前記キャビティを画定していて、
前記注入及び冷却システムが、前記第一注入デバイスと、前記第二注入デバイスと、前記第三注入デバイスと、前記冷却デバイスとを順に積み重ねて備え、前記第一注入デバイスがアノードの近傍に配置されていることを特徴とする注入及び冷却システム。
【請求項２】
前記第一注入デバイスが、前記キャビティに繋がり且つ該キャビティ内に前記溶液Ｓ１を運ぶための少なくとも一つの第一チャネルを備えることを特徴とする請求項１に記載の注入及び冷却システム。
【請求項３】
前記第二注入デバイスが、前記キャビティに繋がり且つ該キャビティ内に前記酸化剤ガスを運ぶための少なくとも一つの第二チャネルを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の注入及び冷却システム。
【請求項４】
前記第三注入デバイスが、前記キャビティに繋がり且つ該キャビティ内に前記溶液Ｓ３を運ぶための少なくとも一つの第三チャネルを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の注入及び冷却システム。
【請求項５】
前記冷却デバイスが、水の内部循環によって冷却される少なくとも一つの筒部を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の注入及び冷却システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の注入及び冷却システムを備えるプラズマトーチ。
【請求項７】
溶液Ｓ１を処理するための処理設備であって、
請求項１から５のいずれか一項に記載の注入及び冷却システムを備えるプラズマトーチと、
溶液Ｓ１の容器と、
前記溶液Ｓ１の容器から前記注入及び冷却システムの第一注入デバイスに溶液Ｓ１を運ぶための第一手段と、
酸化剤ガスの容器と、
前記酸化剤ガスの容器から前記注入及び冷却システムの第二注入デバイスに酸化剤ガスを運ぶための第二手段と、
溶液Ｓ３の容器と、
前記溶液Ｓ３の容器から前記注入及び冷却システムの第三注入デバイスに溶液Ｓ３を運ぶための第三手段と、を備える処理設備。
【請求項８】
前記溶液Ｓ３の容器が、処理される前記溶液Ｓ１とは異なる溶液Ｓ２を含む反応器であることを特徴とする請求項７に記載の処理設備。
【請求項９】
前記溶液Ｓ１とは異なる溶液Ｓ２を含む反応器を有することを特徴とする請求項７に記載の処理設備。
【請求項１０】
紫外線放射システムを備えることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の処理設備。
【請求項１１】
（ｉ’）前記プラズマトーチに電流又は所定の電位を印加するための手段と、（ｉｉ’）プラズマ形成ガスを前記プラズマトーチに供給するための手段と、（ｉｉｉ’）濃縮器と、（ｉｖ’）空気フィルタと、（ｖ’）溶液Ｓ２を冷却するためデバイスと、（ｖｉ’）溶液Ｓ２を濾過するためのデバイスと、（ｖｉｉ’）溶液Ｓ２のｐＨを制御及び調整するための手段と、（ｖｉｉｉ’）溶液Ｓ２に酸又は塩基を加えるための手段とから成る群から選択された一つ以上の追加素子を備えることを特徴とする請求項８又は９に記載の処理設備。
【請求項１２】
前記（ｉ’）前記プラズマトーチに電流又は所定の電位を印加するための手段が、前記プラズマトーチを形成する電極に電流又は所定の電位を印加するように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の処理設備。
【請求項１３】
前記（ｉｉ’）プラズマ形成ガスを前記プラズマトーチに供給するための手段が、プラズマ形成ガス及び二次ガスを前記プラズマトーチに供給するように構成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の処理設備。
【請求項１４】
溶液Ｓ１を処理するための方法であって、前記溶液Ｓ１とは異なる溶液Ｓ２中に浸漬された請求項６に記載のプラズマトーチを用いて発生させたプラズマ内に前記溶液Ｓ１を注入するステップを備える方法。
【請求項１５】
（ａ）請求項１から５のいずれか一項に記載の注入及び冷却システムを備えるプラズマトーチからプラズマを発生させるステップと、
（ｃ）前記注入及び冷却システムの第二注入デバイスを介して前記プラズマの近傍に酸化剤ガスを導入するステップと、
（ｄ）前記注入及び冷却システムの第三注入デバイスを介して前記プラズマの近傍に溶液Ｓ３を導入するステップと、
（ｅ）前記注入及び冷却システムの第一注入デバイスを介して、浸漬された前記プラズマ内に溶液Ｓ１を導入するステップと、を備えることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物、特に化学廃液等の処理の分野に係る。
【０００２】
特に、本発明は、液体注入システムを設け、それに適合させた燃焼ガス冷却システムを追加することによるサブマージプラズマトーチに出口ノズルの構成に関する。本発明は、プラズマトーチに備え付けるための注入及び冷却システムを提案し、また、それを備えたプラズマトーチ、そして、そのようなプラズマトーチを備える又は用いる溶液処理用の設備及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
有機、有害及び／又は放射性廃棄物等のあらゆる種類の廃液の処理は、現状では、多様な手段で加熱される静止炉、回転炉等の多様な種類のものとなり得る反応炉を含む熱的方法によって行われる。
【０００４】
そのような廃棄物処理方法は、塩素等の特定の元素の冷却、濾過及び中和を行うように実質的なガス処理システムに接続された熱ユニットを用いる。これは一般的に高温に晒される大型ユニットをもたらす。このような高温に晒される塩素、燐、硫黄等の特定の元素の存在は、ガスの腐食性を悪化させ、これは、業者に、非常に高価なことが多い超合金を選択することか、その方法における特定の部分を頻繁に交換することを強いる。
【０００５】
その反応炉は多様な種類のものとなり得て、ジュール効果によって加熱される反応炉、プラズマトーチによる反応炉、プロパン等のガス燃料の燃焼による反応炉等が挙げられる。処理温度は、投入物の特性に応じて異なり得る。例えば、ドデカン系炭化水素の場合、その投入は、１Ｌ／ｈで略１０ｋＷの熱出力を生じさせ得て、それを放出しなければならない。水溶液の場合、プラズマの出力は、その蒸発に部分的に使用される。従って、方法に含まれる反応炉の温度挙動は、処理される液体の特性に実質的に影響される。
【０００６】
方法に応じて、液体の導入は異なり得て、炉のホットスポットの中心に導入されるか、又は、動力源に導入される。例えば、液体を燃料ガス中に蒸発させるか、又はプラズマに直接導入し得る。液体は、状況に応じて単独で処理されるか、又は固体との混合物として処理され得る。例えば、特許文献１には、空気プラズマ中における液体の処理の方法及びデバイスが提案されている。特許文献１では、プラズマが耐火性反応炉内で燃えて、プラズマを発生させるガス流中に液体が導入される。このような方法は、特に発生したガスを洗浄塔を介して処理しなければならないので、比較的煩雑なデバイスを要する。
【０００７】
更に、使用される方法にかかわらず、熱放出が理由となり、また、反応炉を形成するのに選択された物質との相性が理由となり、液体の特性が実質的に異なり得る。
【０００８】
サブマージプラズマの使用を含む廃棄物処理の問題に対する多数の解決策が今まで提案されてきた。例えば、非特許文献１には、水１リットル毎に数十ｍｇのフェノールで汚染された水溶液を含む容器内にプラズマを流す処理方法が報告されている。この場合、プラズマは二酸化水素を発生させ、その二酸化水素が溶解した有機化合物を酸化させる。非特許文献２にも、シアン化物浸出液で充填された反応炉の底部で燃えるアルゴン／窒素プラズマトーチを含む方法が記載されている。非特許文献２の著者によって、特許文献２が出願されている。
【０００９】
いずれにしろ、これらの方法は、処理される水溶液に含まれる除去すべき物質の量が少量である場合のために開発されたものであり、前者の場合には、数ｐｐｍのフェノール、後者の場合には数ｐｐｍのシアン化物である。物質は、溶液の中心で動作するプラズマトーチによって徐々に劣化して、そのトーチが、有機化合物の酸化に必要な化学ラジカルを発生させる。
【００１０】
最近、特許文献３において、単純で小型であり、その製造及び／又は使用にあまりコストがかからないデバイスを用いて、化学廃棄物の特性及び／又は組成にかかわらず、速度及び効率が向上した化学廃棄物の処理（液体処理に適している）のための方法が提案された。特許文献３の方法の原理は、ブローアークプラズマトーチに基づいていて、そこに処理される液体が導入される。プラズマトーチにおいては、処理される液体とは異なる溶液で充填された、特に水で充填された反応炉の底部に酸素プラズマが位置付けられて、そこに導入された有機化合物を燃焼させて、発生したガスを直接急冷及び洗浄する。
【００１１】
この方法は以下の多様な利点を提供する：（ｉ）ガスの急冷がダイオキシンやフラン等の望ましくない化合物の形成を防止すること；（ｉｉ）例えば塩素、弗素、燐等の腐食性の元素を処理される液体とは異なる溶液中、特に水中での中和によって直接取り扱うこと；（ｉｉｉ）特定の高さの水を介するバブリングによってガスを直接浄化すること；（ｉｖ）システムが一般的に冷たい低温のままであり、腐食危険性からの保護を容易に可能にすること。
【００１２】
このようにして、特許文献３に記載されている方法は、１Ｌ／ｈの燐含有炭化水素の処理において９９．９８％近くの破壊効率で有機液体を急速に劣化させることができる。
【００１３】
更に、特許文献３には、プラズマトーチに端部に位置する部分が追加の燃焼領域を形成し、二つの異なる種類のチャネルを形成するのに適していて、一方が酸化剤ガスを運ぶのに適していて、他方がプラズマの中心に処理される溶液を導入するのに適している。
【００１４】
燃焼ガスを用いて優れた劣化率を達成することが可能にはなったが、処理される物に応じて質が異なり得るため、動作範囲を広げて処理率を向上させるための研究が行われている。場合によっては、ガス中のＣＯ含有量は１０％近くになり得て、これは排出基準に鑑みると、反応炉出口に燃焼後室を設置すること、又は処理範囲から特定の液体を除外することを要する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０４６９７３７号明細書
【特許文献２】国際公開第９７／２２５５６号
【特許文献３】国際公開第２０１１／０６４３６１号
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Ｎ．Ｖ．Ａｌｅｋｓｅｅｖ，Ａ．Ｖ．Ｓａｍｏｋｈｉｎ，Ａ．Ｎ．Ｂｅｌｉｖｔｓｅｖ，Ｖ．Ｉ．Ｚｈａｖｏｒｏｎｋｏｖａ，（２０００）“Ｔｈｅｒｍａｌ−Ｐｌａｓｍａ  Ｊｅｔ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｈｅｎｏｌ  ｉｎ  Ａｑｕｅｏｕｓ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ”，Ｈｉｇｈ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．６，ｐｐ．３８９−３９３
【非特許文献２】Ｌ．Ｆｏｒｔｉｎ，Ｇ．Ｓｏｕｃｙ，Ｖ．Ｋａｓｉｒｅｄｄｙ，Ｊ．−Ｌ．Ｂｅｒｎｉｅｒ，Ｍ．Ｉ．Ｂｏｕｌｏｓ（１９９９）“Ｔｈｅ  Ｕｓｅ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐｌａｓｍａ  ｆｏｒ  Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ”，１４ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｐｌａｓｍａ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  −  ＩＳＰＣ’１４，Ｐｒａｇｕｅ（Ｃｚｅｃｈ  Ｒｅｐｕｂｌｉｃ），ｐｐ．２３８７−２３９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
そこで、特許文献３の発明者は自ら、特許文献３に記載されている方法を向上させることを目標として、特に、有機化合物破壊効率を更に向上させながら、放出されるガスの質を向上させることを目標としている。
【００１８】
つまり、特許文献３の発明者は自ら、水等の反応炉の溶液（その中心に処理プラズマがサブマージ（浸漬）される）において急冷される前に、ガスの特性及び組成を最適化するという観点における技術的向上策を提案することを目標としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記及び他の目標は、サブマージトーチの出口の幾何学的形状を実質的に修正すること、特に、プラズマトーチ出口に複数のステージを追加して、完全に酸化した燃料ガスの生成によって有機物の最適な破壊を達成することを提案する本発明によって達成される。
【００２０】
図１は、特許文献３に記載されている方法の概念を右側に示し、本発明の注目点を表すプラズマトーチ出口に追加された部分の図を左側に与える。
【００２１】
このアセンブリは順に、注入デバイス、酸化希釈デバイス、再注入デバイス、冷却システムを備え、その方法のガスの完全で急速な酸化を確実にし、多様な排出基準に応じたガスの組成を得ることを可能にする。本発明は、プラズマ及び燃焼ガスを含むためのキャビティを有するプラズマトーチに備え付けるための注入及び冷却システムに関し、そのシステムは以下のものを備える：
‐  処理される溶液（以下、溶液Ｓ１と称する）をキャビティ内に注入するための第一注入デバイス；
‐  第一注入デバイスに接して配置され且つ酸化剤ガスをキャビティ内に注入するための第二注入デバイス；
‐  キャビティ内に含まれるガスを冷却するための冷却デバイス；
そして、そのシステムは、第二注入デバイスと冷却デバイスとの間に配置され、処理される溶液とは異なる溶液（以下、溶液Ｓ３と称する）をキャビティ内に注入するための第三注入デバイスを備え、これら四つのデバイスは中空で、同軸上に整列していて、キャビティを画定する。
【００２２】
つまり、本発明に係る増強は、積み重ねられた４つの技術的素子を備えるプラズマトーチのノズル出口の構成に基づいていて、それら４つの技術的素子とは以下のものである：
‐  処理される液体を注入して、プラズマ火炎の可能な限り近くにその液体を運ぶための第一デバイス又はステージ。処理される液体、特に有機液体をプラズマの可能な限り近くに導入することは、その液体中に存在している化合物の揮発及び急速なプレ酸化を確実なものにする；
‐  酸素の再富化を可能にする酸化剤ガスを注入するための第二デバイス又はステージ。これは、化学量論的条件を保証して、化合物の酸化及び処理ガスの燃焼を増強する：
‐  処理される溶液以外の液体を注入するための第三デバイス又はステージ。ガスの良好な酸化にとって好ましく、つまりは放出基準にとって好ましい平衡シフトに必要な温度レベルにガスを急冷することを保証する；
‐  反応の最後においてガスを冷却して、ガスが反応を完了させて、求められている化学平衡に達するのに十分な滞留時間を提供するための最終デバイス又はステージ。これは、反応器の溶液中のガスを急冷する前に燃焼を最適化することを可能にする。
【００２３】
廃液の処理の範囲において本発明に係る注入及び冷却システムが提供する利点は、本質的に、有機化合物の破壊効率及びガス放出の質に関係している。更に、本発明に係る注入及び冷却システムによって与えられる増強に関連する利点に加えて、特許文献３に記載されている方法に固有の利点、つまり、処理される溶液とは異なる溶液中、特に水中で燃えているプラズマの中心に注入された処理される溶液の破壊、水中におけるガスの準瞬間的な急冷、揮発性物質の準瞬間的な濃縮、洗浄効果によるガスからのダスト抽出、バブリング中におけるガスの中和という利点も見出される。
【００２４】
本発明に係るシステムの第一注入デバイスは、処理される溶液Ｓ１をキャビティ内に導入するためのものであり、キャビティに繋がり且つその中に溶液Ｓ１を運ぶための少なくとも一つの第一チャネルを備える。このデバイスは、キャビティに繋がり且つその中に溶液Ｓ１を運ぶための少なくとも二つの第一チャネル、少なくとも三つの第一チャネル、又は少なくとも四つの第一チャネルを含み得る。
【００２５】
第一チャネルはあらゆる向きを有し得て、プラズマ出口開口に向けられるか、第二注入デバイスに向けられるか、又はプラズマトーチ軸に垂直に向けられ得る。複数の第一チャネルは全て同じ向きを有するか、又は少なくとも二つの異なる向きを有し得る。しかしながら、有利には、第一チャネルは全てプラズマ出口開口に向けられる。
【００２６】
この第一デバイスは、有利には、処理される溶液Ｓ１に適した物質製である。そのような物質は、典型的には、銅等の金属や、合金であり、特に、非酸化合金、例えば、ステンレス鋼や、鉄、モリブデン、マンガン、ニオブ、及び銅から成る群から選択された少なくとも一種の元素を備えるニッケル及びクロム系の合金、特に、インコネル（登録商標）との名称で市販されている合金である。その物質はセラミックでもあり得る。更に、この第一デバイスは、内部循環水冷手段を有し得る。
【００２７】
本発明に係るシステムの第二注入デバイスは、酸化剤ガスをキャビティ内に導入するためのものであり、キャビティに繋がり且つその中に酸化剤ガスを運ぶための少なくとも一つの第二チャネルを備える。このデバイスは、キャビティに繋がり且つその中に酸化剤ガスを運ぶための少なくとも二つの第二チャネル、少なくとも三つの第二チャネル、又は少なくとも四つの第二チャネルを備え得る。
【００２８】
第二チャネルはあらゆる向きを有し得て、第一注入デバイスに向けられるか、第三注入デバイスに向けられるか、又はプラズマトーチ軸に垂直に向けられ得る。複数の第二チャネルは全て同じ向きを有するか、又は少なくとも二つの異なる向きを有し得る。しかしながら、有利には、第二チャネルは全て第三注入デバイスに向けられ得る。
【００２９】
この第二注入デバイスは、有利には、処理される溶液Ｓ１に適した物質製である。そのような物質は、典型的には、銅等の金属や、合金であり、特に、非酸化合金、例えば、ステンレス鋼や、鉄、モリブデン、マンガン、ニオブ、及び銅から成る群から選択された少なくとも一種の元素を備えるニッケル及びクロム系の合金、特に、インコネル（登録商標）との名称で市販されている合金である。更に、この第二デバイスは内部循環水冷手段を有し得る。
【００３０】
本発明に係るシステムの第三注入デバイスは、処理される溶液とは異なる溶液（以下、溶液Ｓ３と称する）をキャビティ内に導入するためのものであり、キャビティに繋がり且つその中に溶液Ｓ３を運ぶための少なくとも一つの第三チャネルを備える。このデバイスは、キャビティに繋がり且つその中に溶液Ｓ３を運ぶための少なくとも二つの第三チャネル、少なくとも三つの第三チャネル、又は少なくとも四つの第三チャネルを備え得る。
【００３１】
第三チャネルはあらゆる向きを有し得て、第二注入デバイスに向けられるか、冷却デバイスに向けられるか、又はプラズマトーチ軸に垂直に向けられ得る。複数の第三チャネルは全て同じ向きを有するか、又は少なくとも二つの異なる向きを有し得る。しかしながら、有利には、第三チャネルは全てプラズマトーチ軸に垂直に向けられる。
【００３２】
この第三注入デバイスは、有利には、処理される溶液Ｓ１に適した物質製である。そのような物質は、典型的には、銅等の金属や、合金であり、特に、非酸化合金、例えば、ステンレス鋼や、鉄、モリブデン、マンガン、ニオブ、及び銅から成る群から選択された少なくとも一種の元素を備えるニッケル及びクロム系の合金、特に、インコネル（登録商標）との名称で市販されている合金である。更に、この第三デバイスは内部循環水冷手段を有し得る。
【００３３】
本発明に係るシステムの冷却デバイスは、キャビティ内に含まれるガスを冷却するためのものであり、処理される溶液内に存在している有機投入物の完全で最適な酸化を確実にするのに十分な長さを有する。有利には、冷却システムは、水の内部循環によって冷却される少なくとも一つの筒部を備える。
【００３４】
更に、この冷却デバイスは、有利には、処理される溶液Ｓ１に適した物質製である。そのような物質は、典型的には、銅等の金属や、合金であり、特に、非酸化合金、例えば、ステンレス鋼や、鉄、モリブデン、マンガン、ニオブ、及び銅から成る群から選択された少なくとも一種の元素を備えるニッケル及びクロム系の合金、特に、インコネル（登録商標）との名称で市販されている合金である。
【００３５】
本発明に係る注入及び冷却システムにおいて、第一注入デバイス、第二注入デバイス、及び第三注入デバイスから成る群から選択された少なくとも一つの注入デバイスは、内部循環水冷手段を備える。特定の一実施形態では、これらのデバイスのうち少なくとも二つが内部循環水冷手段を備える。この場合、第一及び第二注入デバイス、第一及び第三注入デバイス、又は、第二及び第三注入デバイスが内部循環水冷手段を備える。より特定の一実施形態では、第一、第二及び第三注入デバイスが内部循環水冷手段を備える。
【００３６】
また、本発明は、上記注入及び冷却システムを備えるプラズマトーチにも関する。あらゆるプラズマトーチ、特にアークプラズマトーチ、より具体的にはブローアークプラズマトーチが本発明の範囲内での使用に適している。本発明に係るプラズマトーチの出力及び強度は、処理される溶液Ｓ１に応じて、また、注入される流量に応じて選択される。
【００３７】
本発明は、更に、溶液Ｓ１を処理するための処理設備に関し、その設備は以下のものを備える：
‐  上記注入及び冷却システムを備えるプラズマトーチ；
‐  溶液Ｓ１の容器；
‐  溶液Ｓ１の容器から注入及び冷却システムの第一注入デバイスに溶液Ｓ１を運ぶための第一手段；
‐  酸化剤ガスの容器；
‐  酸化剤ガスの容器から注入及び冷却システムの第二注入デバイスに酸化剤ガスを運ぶための第二手段；
‐  溶液Ｓ３の容器；、及び
‐  溶液Ｓ３の容器から注入及び冷却システムの第三注入デバイスに溶液Ｓ３を運ぶための第三手段。
【００３８】
本発明に係る処理設備において、溶液Ｓ１の容器は、あらゆる形状及び容積のものとなり得て、溶液Ｓ１の特性に適した物質製となり得る。例えば、このような物質は、金属、セラミック、合金、特に非酸化合金、例えばステンレス鋼等であり得る。
【００３９】
本発明の範囲内で使用される溶液Ｓ１は、あらゆる溶液、有利には、有機溶液であり、少なくとも一種の有機、毒性、有害、腐食性及び／又は放射性化合物を含み得る。「有機、毒性、有害、腐食性及び／又は放射性化合物」との用語は、重金属、放射性元素、及び有機元素から選択された少なくとも一種の元素を称する。非限定的な例として、その化合物は、塩素、弗素、硫黄、亜鉛、燐、水銀、鉛、カドミウム、砒素、フェノール、シアン化物、フェロシアン化物、シュウ酸塩、フミン酸、ストロンチウム、ルテニウム、セシウム、α線放射体（アメリシウム、プルトニウム、ウラン等）、及び、これらの混合物から成る群から選択される。溶液Ｓ１は、有機液体、純粋なもの又は混合物中におけるもの、放射性液体、エマルション、マイクロエマルション、水溶液、懸濁液、特に水溶液中の有機化合物の懸濁液、固体を粉砕して得られた粒子を含む液体、又は有毒廃液となり得る。
【００４０】
特に、溶液Ｓ１は、任意で鉱物が結合した有機物を含むあらゆる種類の溶液であり得る。このような溶液は、あらゆる民生応用（原子力に関するもの又は関しないもの）や、あらゆる軍事応用（原子力に関するもの又は関しないもの）から得られ得る。非限定的な例として、溶液Ｓ１は、下水処理場で得られる溶液、下水処理場の汚泥、廃水、使用済みオイル、生活廃液、医療廃液、産業用廃液、原子力施設からの廃液から成る群から選択され得る。本発明において、「溶液Ｓ１」、「処理される液体」、「処理される溶液」との表現は等価なものであり、相互可換に使用可能である。
【００４１】
本発明に係る処理設備において、酸化剤ガスの容器は、あらゆる形状及び容積のものとなり得る。酸化剤ガスは、酸素、空気、二酸化炭素及びこれらの混合物から成る群から選択され得る。酸化剤ガスは有利には酸素である。酸化剤ガスの容器は、酸化剤ガス、特に加圧酸素のボンベであり得る。
【００４２】
本発明に係る処理設備において、溶液Ｓ３の容器は、あらゆる形状及び容積のものとなり得て、溶液Ｓ３の特性に適した物質製となり得る。例えば、そのような物質は、金属、プラスチック、セラミック、合金、特に非酸化合金、例えばステンレス鋼等であり得る。
【００４３】
第一実施形態では、溶液Ｓ３の容器は、処理される溶液Ｓ１とは異なる溶液Ｓ２を含む反応器である。以下説明される本発明に係る処理方法では、プラズマは、この反応器の溶液Ｓ２中に浸漬される。この実施形態は、反応器の溶液中に依然として存在している有機化合物をプラズマの中心にもう一度（２回目）通すことを可能にして、有機化合物の破壊率を更に増大させることができる。
【００４４】
特許文献３に記載されているように、プラズマが浸漬される溶液Ｓ２は、反応器の壁を冷却するための追加素子を必要とせずに、反応器の冷却を行う。この溶液Ｓ２は、放出ガスを処理する役割も有し、発生したガスの急冷、ダスト抽出及び中和を行い、また、発生した揮発性物質の濃縮を行う。従って、溶液Ｓ２は、冷却器、フィルタ、及び洗浄塔として機能する。
【００４５】
溶液Ｓ２は、水溶液又は食塩溶液であり、有利には水である。溶液Ｓ２は、残留有機物の破壊を確実なものにする少なくとも一種の添加剤を更に含み得る。このような添加剤は、残留有機物の更なる劣化を確実なものにする触媒である。触媒は、例えば、プラズマ放射によるフェントン反応を活性化し得る。触媒は、プラズマ放射におけるラジカルの生成を確実なものにするフェントン試薬から成り得る。このような触媒の特定の一例は、金属イオン、特に第一鉄イオンから成るものであり、強力な酸化剤ＯＨラジカルを生成することができ、生じた第二鉄イオンは、ＵＶ放射によって第一鉄イオンに再生される。プラズマトーチ又は追加デバイスからの紫外線放射を用いて反応器内でのフェントン反応を利用することは、残留有機物を破壊する手段を提供するという利点を与え、この種の反応は、典型的には１ｐｐｍ程度の極少量の有機物質の処理に適している。
【００４６】
更に、溶液Ｓ２のｐＨは、中性に近い値に維持され得る。本発明において、「溶液Ｓ２」及び「反応器の溶液」との表現は等価であり、相互可換に使用可能である。
【００４７】
溶液Ｓ２は、溶液Ｓ１とは異なるだけではなく、特に溶液Ｓ１等の廃液処理からの溶液や、そのような処理に起因する溶液に対応するものでもなく、例えば、廃液の前処理から生じ得る部分的に処理された廃棄物を含む溶液、廃棄物の処理から得られた溶融浴、そのような溶融浴の金属層、そのような溶融浴のスラグ層に対応するものでもない。上記溶液Ｓ２の定義は、溶液Ｓ２が使用される場合、つまり、溶液Ｓ１の注入の前にプラズマが溶液Ｓ２中に浸漬される場合を含むものである。
【００４８】
更なる実施形態では、溶液Ｓ３の容器と、上記溶液Ｓ１とは異なる溶液Ｓ２を含む反応器とは、二つの異なる素子である。つまり、本発明に係る処理設備は、上記溶液Ｓ１とは異なる溶液Ｓ２を含む反応器を更に有する。この実施形態では、溶液Ｓ３の容器に含まれる溶液Ｓ３は、典型的には水溶液又は食塩溶液であり、有利には水である。
【００４９】
実施形態にかかわらず、本発明に係る設備の反応器は、あらゆる形状及び容積のものとなり得る。特許文献３に記載されているように、溶液Ｓ２が反応器の冷却を行い、反応器が低温であるので、反応器は、必ずしも超高温に耐えるのに適した物質製である必要はなく、有利にはステンレス鋼製である。
【００５０】
溶液Ｓ１の容器から注入及び冷却システムの第一注入デバイスに溶液Ｓ１を運ぶための第一手段は、一つの区画から他の区画に液体を運ぶのに適したあらゆる手段であり得る。そうした手段として、液体供給ポンプ、静水圧液体供給ポンプが挙げられる。その手段は、軟質物質又は硬質物質製のパイプによって、溶液Ｓ１の容器及び／又は注入及び冷却システムの第一注入デバイスに流体的に接続される。
【００５１】
酸化剤ガスの容器から注入及び冷却システムの第二注入デバイスに酸化剤ガスを運ぶための第二手段は、一つの区画から他の区画にガス状流体を運ぶのに適したあらゆる手段であり得て、例えば、ガス供給ポンプ及び安全弁であり得る。その手段は、軟質物質又は硬質物質製のパイプによって、酸化剤ガスの容器及び／又は注入及び冷却システムの第二注入デバイスに流体的に接続される。
【００５２】
溶液Ｓ３の容器から注入及び冷却システムの第三注入デバイスに溶液Ｓ３を運ぶための第三手段は、一つの区画から他の区画に液状流体を運ぶのに適したあらゆる手段であり得る。そうした手段として、液体供給ポンプ、静水圧液体供給ポンプが挙げられる。その手段は、軟質物質又は硬質物質製のパイプによって、溶液Ｓ３の容器及び／又は注入及び冷却システムの第三注入デバイスに流体的に接続される。
【００５３】
本発明に係る処理設備は、紫外線放射を発生させるためのデバイスを更に備え得る。このデバイスは、その設備内に存在しているプラズマトーチとは異なるものである。あらゆる紫外線放射システム、つまり、波長範囲が近紫外線範囲内にある放射を放出することができるあらゆるシステムが、本発明の範囲内における使用に適していて、ネオン管型の水銀灯、ナトリウム灯、ルミネセンス発光半導体素子、発光ダイオード（ＬＥＤ，ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）が挙げられる。この紫外線放射発生デバイスは、反応器の溶液Ｓ２内に存在しているフェントン反応触媒を再生させることができる。本発明に係る処理設備がこのような紫外線放射発生デバイスを備えない場合、反応器の溶液Ｓ２内に存在しているフェントン反応触媒を再生させるのはプラズマである。
【００５４】
本発明に係る処理設備は、特許文献３に記載されている設備に関して記載されているような一つ以上の追加素子を更に備え得る。有利には、そうした素子は、（ｉ’）プラズマトーチに、特にそのプラズマトーチを形成する電極に電流又は所定の電位を印加するための手段、（ｉｉ’）プラズマ形成ガス及び任意で二次ガスをプラズマトーチに供給するための手段、（ｉｉｉ’）濃縮器、（ｉｖ’）空気フィルタ、（ｖ’）溶液Ｓ２を冷却するためデバイス、（ｖｉ’）溶液Ｓ２を濾過するためのデバイスと、（ｖｉｉ’）溶液Ｓ２のｐＨを制御及び調整するための手段、（ｖｉｉｉ’）溶液Ｓ２に酸又は塩基を加えるための手段とから成る群から選択される。
【００５５】
プラズマ形成ガス及び任意で二次ガスをプラズマトーチに供給するための手段は、一区画内にガス状流体を運ぶに適したあらゆる手段であり得て、例えばガス供給ポンプ等である。この手段は、軟質物質又は硬質物質製のパイプによってプラズマトーチに接続される。更に、少なくとも一種のプラズマ形成ガス及び任意で少なくとも一種の二次ガスをプラズマトーチに供給するのに適した手段は、プラズマトーチのアノードとカソードとの間に開口したチャネル、並びに／又は、アノード及び／若しくはカソードに設けられたチャネルを含み得る。
【００５６】
本発明に係る処理設備が作動すると、気化、燃焼及び／又は溶液Ｓ２中での酸化バブリングによってガスが発生して、急冷され、そのダストが浄化されて、ＨＣｌ、ＳＯ２、ＳＯ３、ＮＯ２、ＮＯ３、Ｐ２Ｏ５等の化学種が中和される。デバイスの外、特に外部環境に放出される前に、有利には、ガスは濃縮器を通過し、また任意でフィルタを通過する。そこで、本発明に係る設備は、濃縮器と、任意で空気フィルタとを備え得る。有利には、濃縮器及び任意のフィルタは反応器の上部に取り付けられる。
【００５７】
濃縮器は、本発明の範囲内の使用に適したデミスタ（霜取り器）としても機能して、有利には、燃焼ガスとは異なる流体、特に冷却デバイスからの冷却流体が燃焼室に入るガスの温度未満の温度に保たれる別途の流体濃縮器である。本発明の範囲内での使用に適した濃縮器は、チューブ状の熱交換器又は蒸発器型の濃縮器であり得る。
【００５８】
あらゆる種類の空気フィルタが、本発明の範囲内での濃縮器の出口での使用に適している。しかしながら、高効率濾過を確実なものにするために、活性炭型フィルタ、ガラスマイクロファイバフィルタ、ポリテトラフルオロエチレンフィルタが使用され得て、例えば、Ｍｅｇａｌａｍ（登録商標）パネルフィルタや、Ｍｉｃｒｅｔａｉｎ（登録商標）空気フィルタが挙げられる。
【００５９】
プラズマトーチの作動、並びに、溶液Ｓ１の成分の気化、燃焼及び／又は酸化は、溶液Ｓ２の過熱を生じさせる。そこで、飽和蒸気圧を減少させるため、本発明に係る設備は、溶液Ｓ２を冷却するためのデバイス、つまり、溶液Ｓ２の冷却を行うのに適したシステムを備え得る。更に、本発明に係る設備は、溶液Ｓ２を濾過するためのデバイス、つまり、溶液Ｓ２の濾過を行うのに適したシステムを更に備え得る。
【００６０】
そして、本発明に係る設備は、有利には、フィルタの上流に備わった交換器を備える。本発明の範囲内での使用に適した交換器は、複流型熱交換器であり、溶液Ｓ２が他の液体又はガス流と熱を交換して、反応器の表面における蒸気圧を制限するレベルに溶液Ｓ２の温度を維持する。この熱交換器は、Ｕ字管状の交換器、水平管又は垂直管状の交換器、コイル型交換器、又はプレート型交換器となり得る。
【００６１】
フィルタは、有利には交換器の上流に配置されて、燃焼からのダストや、溶液Ｓ１中に存在している鉱物の沈殿からの固体を回収する。本発明に係るデバイスの範囲内で使用されるフィルタは、有利には、ナノ濾過、マイクロ濾過、又は限外濾過の少なくとも一つの膜を備える。その膜は、従来では１マイクロメートルから数十ナノメートル程度であるダスト及び固体の平均粒径よりも小さな細孔サイズによって定められるものである。
【００６２】
処理中に、溶液Ｓ２は、状況に応じて酸性又は塩基性にもなり得る。また、本発明に係るデバイスは、溶液Ｓ２のｐＨを制御及び調整するための手段を更に備え得る。
【００６３】
その手段はｐＨを測定するための電極を備え得て、その電極は、反応器内に配置されるか、又は反応器の外部回路に配置されて反応器に接続される。ｐＨは、連続的又は断続的に測定され得る。ｐＨを測定するための電極は、溶液Ｓ２に酸又は塩基を追加するための手段に直接又は間接的に接続される。
【００６４】
本発明は上記溶液Ｓ１の処理を行うための方法にも関し、その方法は、上記溶液Ｓ１とは異なる第二溶液（以下、溶液Ｓ２と称する）内に浸漬された上記プラズマトーチを用いて発生させたプラズマ内に（つまりプラズマの中心に）溶液Ｓ１を注入するステップを備える。
【００６５】
「溶液Ｓ１の処理」とは、本発明の範囲内において、上記有機、有毒及び／又は有害化合物の量を減少させて、腐食性及び／又は放射性であり得るそれら化合物を安定化させることを称し、それら化合物は本発明に係る処理の前に溶液Ｓ１中に存在しているものである。この減少は、化合物を除去すること、及び／又は、あまり有害ではない化合物に変換することを含み得る。有利には、溶液Ｓ１中に元々含まれていた化合物の少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９６％、少なくとも９７％、少なくとも９８％、少なくとも９９％、又は全てが、本発明に係る処理によって、除去され、及び／又は、あまり有害ではない化合物に変換される。
【００６６】
本発明に係る方法は、有利には以下のステップを備える：
（ａ）上記注入及び冷却システムを備えるプラズマトーチからプラズマを発生させるステップ；
（ｂ）ステップ（ａ）で発生させたプラズマを上記溶液Ｓ２中に浸漬するステップ；
（ｃ）注入及び冷却システムの第二注入デバイスを介してプラズマの近傍に酸化剤ガスを導入するステップ；
（ｄ）注入及び冷却システムの第三注入デバイスを介してプラズマの近傍に上記溶液Ｓ３を導入するステップ；
（ｅ）注入及び冷却システムの第一注入デバイスを介して浸漬されたプラズマ内に上記溶液Ｓ１を導入するステップ。
【００６７】
典型的には、ステップ（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は逐次的に行われる。ステップ（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は逐次的に又は同時に行われ得る。
【００６８】
本発明に係る方法のステップ（ａ）では、上記プラズマトーチからプラズマ、特にブローアークプラズマを発生させる。有利には、電極から成るプラズマトーチに放電を生じさせる一方で、プラズマ形成ガスを、プラズマを発生させる電極間に通す。
【００６９】
使用に適したプラズマ形成ガスは、当業者に既知のあらゆるガスであり得て、用いられるプラズマトーチ技術に応じて異なり得る。本発明の範囲内において、プラズマ形成ガスは、プラズマ反応に必要な酸化剤ガス、及び／又は、トーチのカソードの保護に必要な中性ガスを備える。
【００７０】
第一代替実施形態では、プラズマ形成ガスは一種類の酸化剤ガスのみを備える。この代替実施形態は、保護用の中性ガスを必要としないトーチを用いる。酸化剤ガスは、酸素、空気、二酸化炭素、及びこれらの混合物から成る群から選択され得る。酸化剤ガスは有利には酸素である。
【００７１】
第二代替実施形態では、プラズマ形成ガスは上記酸化剤ガス及び中性ガスを備える。中性ガスは、特に、アルゴン、ヘリウム、窒素、及びこれらの混合物から成る群から選択される。有利には、得られるプラズマは、アルゴン／酸素プラズマ、ヘリウム／酸素プラズマ、及び、窒素／酸素プラズマから成る群から選択される。
【００７２】
本方法のステップ（ｃ）中に非酸化気化が求められる場合に特に対応する第三代替実施形態では、プラズマは、上記中性ガス、特にアルゴンのみで作用して、酸素の追加を要しない。溶液Ｓ１中に含まれる有機化合物を破壊するために酸化が必要とされる場合には、酸素流を追加して、中性ガス／酸素プラズマを発生させるが、この酸素流は、上記注入及び冷却システムの第二注入デバイスを介して供給される。
【００７３】
第四代替実施形態では、プラズマ形成ガスは、プラズマトーチに再循環される排気ガスである。このようなガスは、有利には、ＣＯ２／Ｏ２／アルゴン化合物を備える。この代替実施形態では、冷却銅アノード及びカソードを一般的に用いるトーチ技術が想定される。タングステン等の更なる金属も、選択された動作モードに応じて想定される。この第四代替実施形態では、用いられるプラズマは、プラズマ形成ガスとして、本方法によって放出されたガスの全部又は一部を再循環させる。
【００７４】
本発明に係る方法のステップ（ｂ）では、ステップ（ａ）中にプラズマが発生した反応器を溶液Ｓ２で充填する。反応器の充填中において、反応器は、溶液Ｓ２で完全には充填されない。
【００７５】
ステップ（ｂ）中における溶液Ｓ２は、２０℃から６０℃までの温度、特に３０℃±５℃周辺に制限された温度を有する。結果として、ステップ（ａ）での反応器の比較的高温を低下させて、有利には溶液Ｓ２の温度にまで低下させる。そのため、「低温反応器」との用語が本発明において使用され得る。
【００７６】
プラズマ生成が始まると直ぐに、システムの過熱を防止するために反応器を急速に充填しなければならない。
【００７７】
本発明に係る方法のステップ（ｃ）では、プラズマを酸化剤ガスで再富化（ｒｅｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ）する。本発明の範囲内において、この再富化は、注入及び冷却システムの第二注入デバイスを介して行われる。
【００７８】
酸化剤ガスの導入速度は、用いられるプラズマのパワーと、溶液Ｓ１の特性とに依存する。状況に応じて、その導入速度は毎時数十リットルに達し得る。ステップ（ｃ）中における酸化剤ガスの導入は、連続的に、又は、酸化剤ガスを導入する段階及び導入しない段階を交互にすることで逐次的に行われる。
【００７９】
本発明に係る方法のステップ（ｃ）は、数分間から数時間、更には数日間にわたって続き得る。本発明に係る方法のステップ（ｃ）は、プラズマトーチの寿命まで１日２４時間体制で行われ得る。
【００８０】
本発明に係る方法のステップ（ｄ）では、上記溶液Ｓ３をプラズマ及び任意で燃焼ガスに接触させる。本発明の範囲内において、この接触は、注入及び冷却システムの第三注入デバイスを介して行われる。
【００８１】
溶液Ｓ３の導入速度は、用いられるプラズマのパワーと、溶液Ｓ３の特性とに依存する。状況に応じて、その導入速度は毎時数十リットルに達し得る。ステップ（ｄ）中における溶液Ｓ３の導入は、連続的に、又は溶液を導入する段階及び導入しない段階を交互にすることで逐次的に行われ得る。
【００８２】
本発明に係る方法のステップ（ｄ）は、数分間から数時間、更には数日間にわたって続き得る。本発明に係る方法のステップ（ｅ）は、プラズマトーチの寿命まで１日２４時間体制で行われ得る。
【００８３】
本発明に係る方法のステップ（ｅ）では、溶液Ｓ１をプラズマの中心に接触させて、上記処理が瞬時に行わるようにする。本発明の範囲内において、この導入は、注入及び冷却システムの第一注入デバイスを介して行われる。
【００８４】
溶液Ｓ１の導入速度は、用いられるプラズマのパワーと、溶液Ｓ１の特性とに依存する。状況に応じて、その導入速度は毎時数十リットルに達し得る。ステップ（ｅ）中における溶液Ｓ１の導入は、連続的に、又は溶液を導入する段階及び導入しない段階を交互にすることで逐次的に行われ得る。
【００８５】
本発明に係る方法のステップ（ｅ）は、数分間から数時間、更には数日間にわたって続き得る。本発明に係る方法のステップ（ｅ）は、プラズマトーチの寿命まで１日２４時間体制で行われ得る。
【００８６】
上述のように、溶液Ｓ１の気化、燃焼及び／又は酸化反応は、溶液Ｓ１をプラズマと接触させることで、プラズマ中において瞬時に行われる。
【００８７】
本発明に係る方法のステップ（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）の後には、特にフランやダイオキシン等の有毒複合分子の形成を防止するために、プラズマからの解離ガスを急速に中和及び急冷しなければならない。溶液Ｓ２がその機能を果たす。同様に、溶液Ｓ２を用いて、気化、燃焼及び／又は酸化反応からのダスト及び揮発性化合物をそれぞれ除去及び濃縮する。
【００８８】
本発明に係る方法は、溶液Ｓ２を濾過、冷却及び／又は中和する追加ステップを備える。プラズマトーチの作動、及び、本発明に係る方法のステップ（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）中、特にステップ（ｅ）中に生じる反応が、反応器内に存在する溶液Ｓ２の過熱を生じさせ得る点に留意されたい。
【００８９】
また、飽和蒸気圧を減少させるため、本発明に係る方法は、溶液Ｓ２を冷却する追加ステップを備え得る。この追加ステップは、本方法のステップ（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）のいずれか一つの間又は後に行われ得る。有利には、溶液Ｓ２の冷却は、本方法のステップ（ｃ）と同時に行われる。代わりに、溶液Ｓ２の冷却は、本方法のステップ（ｅ）と同時に行われる。
【００９０】
液体の温度を低下させるのに適したあらゆるシステムが、この冷却ステップでの使用に適している。有利には、このステップは、交換器又は冷却塔を含む並列処理ループを用いる。
【００９１】
溶液Ｓ１の処理及び破壊からの鉱物粒子を遮断するフィルタが、有利には、溶液Ｓ２を冷却するのに用いられる交換器の上流においてループに加えられる。
【００９２】
最後に、本発明に係る処理方法が完了すると、反応器から溶液Ｓ２を流し出して、トーチの頂部を乾燥させて、そのノズルに溶液Ｓ２が入ることを防止するのに必要な短時間にわたってプラズマを水中から露出させることができる。この露出時間は、通常、反応器の過熱を生じさせる。プラズマを露出させる時間は、短くなければならないが、トーチの頂部を乾燥させるのに十分なものでなければならず、１０秒間から５分間までとなり得る。
【００９３】
トーチをオフにしても、トーチを完全に乾燥させるためにプラズマ形成ガスの供給は維持される。この供給は、１０分間よりも長い時間にわたって維持され得る。
【００９４】
本発明の更なる特徴及び利点は、添付図面を参照して、例示的なものであって限定的なものではない以下の例を読むことで当業者に理解されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】特許文献３に記載の廃棄物処理デバイスの概略図と、本発明に係る注入及び冷却システムの概略挿入図である。
【図２】本発明に係る廃液処理用のデバイスでの使用に適したブローアークプラズマトーチの詳細図である。
【図３】本発明に係る注入及び冷却システムの第一注入デバイスに関して、図３Ａは、プラズマトーチの上に配置された注入及び冷却システムの第一注入デバイスの縦断面の概略部分図であり、図３Ｂは、注入及び冷却システムの第一注入デバイスの概略斜視部分図である。
【図４】本発明に係る注入及び冷却システムの第二注入デバイスに関して、図４Ａは、プラズマトーチの上に配置された注入及び冷却システムの第一及び第二注入デバイスの縦断面の概略部分図であり、図４Ｂは、注入及び冷却システムの第二注入デバイスの概略斜視部分図である。
【図５】本発明に係る注入及び冷却システムの第三注入デバイスに関して、図５Ａは、プラズマトーチの上に配置された注入及び冷却システムの第一、第二及び第三注入デバイスの縦断面の概略部分図であり、図５Ｂは、注入及び冷却システムの第三注入デバイスの概略斜視部分図である。
【図６】本発明に係る注入及び冷却システムの冷却デバイスに関して、図６Ａは、プラズマトーチの上に配置された注入及び冷却システムの第一、第二及び第三注入デバイス並びに冷却デバイスの縦断面の概略部分図であり、図６Ｂは、注入及び冷却システムの冷却デバイスの概略斜視部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００９６】
［Ｉ．デバイス］
以下、「軸方向」及び「半径方向」との用語は、プラズマトーチ軸ＡＡ’に対するものとして定義される。
【００９７】
図１は、特許文献３に記載されている方法であって本発明において実現される方法の動作原理を右側に示す。
【００９８】
以下、図１を説明する。本発明は、シリンダー状の形状を有し、水２で充填された５０Ｌの容積を有する反応炉内にサブマージ（浸漬）されたブロー（吹き付け）アークプラズマ１の使用に基づく。燐酸トリブチル（ＴＢＰ，ｔｒｉｂｕｔｙｌ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）及びドデカンの混合物等の処理される液体３は、本発明に係る注入及び冷却システムの第一注入デバイスを介してプラズマ内に導入される。プラズマ中において、液体は、酸素の存在下において２０００℃程度の高温に瞬時に達して、有機物が完全に破壊される。
【００９９】
図２は、用いられるプラズマトーチを示す。このプラズマトーチは従来のプラズマトーチから成り、耐火金属カソード１０は、特にタングステン製であり、円錐状であり、アルゴン流によって保護され、アノード１１に対する電気アークを発生させる。アノード１１は、長さ１０ｃｍ、直径１０ｍｍの銅の筒状で存在している。このアークは、アルゴン及び酸素流によって吹き付けられる。用いられるプラズマトーチは、水の内部循環によって隔壁及びアノードを冷却するためのデバイス１２を有する。
【０１００】
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明に係る注入及び冷却システムの第一注入デバイス１３を示す。この第一デバイスは、プラズマトーチの出口に、特にアノード１１の近傍に配置される。特に、この第一デバイスは、インコネル（登録商標）製の冷却金属部の形状とされ、高さ２６ｍｍで、円形断面を有するシリンダー状であり、円形断面を有するシリンダー状の中心凹部１４を有する。この中心凹部１４は、注入及び冷却システムのキャビティの一部を形成する。この第一デバイスは、半径方向に突出する取り付けフランジ１５を有し、タイロッドを通すための少なくとも一つの開口１６を有する。有利には、取り付けフランジは、タイロッドを通すための四つの開口１６を有する。この第一デバイス１３は、処理される液体の循環室１７と、循環室１７に繋がる処理される液体の少なくとも一つの取り込みチャネル１８と、循環室１７に接続され中心凹部１４（つまり、注入及び冷却システムのキャビティ）に繋がる処理される液体の少なくとも一つの注入チャネル１９とを有する。処理される液体の取り込みチャネル１８は、少なくとも一つの開口２０を介して、第一注入デバイス１３の側壁に繋がる。注入チャネル１９は、プラズマ２１の出口開口に向けられる。処理される液体は、毎秒数センチメートルの割合で注入されるが、この割合は、毎時０から４リットルの調整可能な流量に従って異なる。
【０１０１】
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明に係る注入及び冷却システムの第二注入デバイス２２を示す。この第二デバイス２２は、第一注入デバイス１３の上に接触して配置される。特に、この第二デバイス２２は、インコネル（登録商標）製の金属部の形状とされ、高さ２２ｍｍで、円形断面を有するシリンダー状であり、中心凹部２３を有する。中心凹部２３を画定する壁は、テーパ状の内径表面を有する。実際、この第二デバイス２２は、ノズル出口における発散部として機能する。この第二デバイス２２は、酸化剤ガス循環室２４と、循環室２４に繋がる少なくとも一つの酸化剤ガス取り込みチャネル２５と、循環室２４に接続され中心凹部２３（つまり、注入及び冷却システムのキャビティ）に繋がる少なくとも一つの酸化剤ガス注入チャネル２６とを有する。酸化剤ガス取り込みチャネル２５は、少なくとも一つの開口２７を介して第二注入デバイス２２の側壁に繋がる。直径数ｍｍの注入チャネル２６は第三注入デバイス２８に向けられる。この第二注入デバイスはタイロッドを通すための少なくとも一つの開口２９を有し、有利には、タイロッドを通すための四つの開口２９を有する。
【０１０２】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明に係る注入及び冷却システムの第三注入デバイス２８を示す。この第三デバイス２８は、第二注入デバイス２２の上に接触して配置される。特に、この第三デバイス２８は、ステンレス鋼製の金属部の形状とされ、高さ２２ｍｍで、円形断面を有するシリンダー状であり、円形断面を有するシリンダー状の中心凹部３０を有する。中心凹部３０を画定する壁は、テーパ状の内径表面部を有する。この第三デバイス２８は、上述の溶液Ｓ３（特に水）の循環室３１と、循環室３１に繋がる溶液Ｓ３（特に水）の少なくとも一つの取り込みチャネル３２と、循環室３１に接続され中心凹部３０（つまり、注入及び冷却システムのキャビティ）に繋がる溶液Ｓ３（特に水）の少なくとも一つの注入チャネル３３とを有する。溶液Ｓ３（特に水）の取り込みチャネル３２は、少なくとも一つの開口３４を介して第三注入デバイス２８の側壁に繋がる。注入チャネル３３は冷却システム３５に向けられる。第三注入デバイスはタイロッドを通すための少なくとも一つの開口３６を有し、有利にはタイロッドを通すための四つの開口３６を有する。
【０１０３】
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明に係る注入及び冷却システムの冷却デバイス３５を示す。冷却デバイス３５は、ステンレス鋼製の金属部の形状とされ、高さ１０７ｍｍで、シャフト（又は筒部、ノズル）の形状を有し、シャフト（又は筒部、ノズル）の形状の中心凹部を有し、内壁が、円形断面を有するシリンダー状凹部３７を画定する。冷却デバイス３５は、その壁に、水等の冷却剤を循環させるための一つ又は複数のチャネル３８を有する。この冷却デバイス３５は、半径方向に突出する取り付けフランジ３９を有し、タイロッドを通すための少なくとも一つの開口４０を有する。有利には、取り付けフランジはタイロッドを通すための四つの開口４０を有する。
【０１０４】
本発明に係る注入及び冷却システムは少なくとも一つのタイロッド又はボルトを有し、それらタイロッドは、デバイス１３、２２、２８及び３５を互いに及びプラズマトーチに取り付けて固定する。タイロッドは開口１６、２７、３４及び４０を通る。
【０１０５】
本処理方法は、注入及び冷却システムを備え、水溶液２で充填された反応炉にサブマージ（浸漬）されたプラズマトーチから得られるブローアークプラズマ１を用いる。その水溶液は、金属イオン及び過酸化水素を溶解状態で更に含み得て、プラズマトーチからの紫外線照射によって維持されるフェントン反応を行う。
【０１０６】
アルゴン‐酸素プラズマプルームでの瞬時の気化及び分解の後、残留している又は部分的に酸化した有機化合物は、本発明に係る注入及び冷却システムの第二注入デバイス２２を介して導入される第二酸素流を受ける。
【０１０７】
その後、燃焼ガスは水で急冷されて、排出基準に適合する化学平衡に適した温度レベルに達する。反応炉の水溶液でもあり得る水の追加は、本発明に係る注入及び冷却システムの第三注入デバイス２８によって行われる。
【０１０８】
その後、ガスは本発明に係る注入及び冷却システムの冷却デバイス３５を通過して、そこで冷却を終了して、ガスが瞬時に冷却される水溶液の中心に入る前に最終的な組成になる。
【０１０９】
バブリング中に、ガスのダスト、及び、ＨＣｌ、ＨＦ、ＳＯＸ、ＮＯＸ、Ｐ２Ｏ５等の中和可能な化学種が浄化される。その後、ガスは、デミスタとしても機能する濃縮器４を通過して、外に放出される。求められる浄化レベルに応じて、ガスは、あらゆる粒子の放出を防止するために超高効率濾過（ｕｌｔｒａ−ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ−ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）７を受け得る。
【０１１０】
反応器の水溶液は、非常に低レベルの残留化合物の最適劣化に触媒作用を及ぼすのに適したイオンを含み得る。例えば、過酸化水素の存在に関連する第一鉄イオンＦｅ２＋を追加して、残留有機物の破壊を確実にするＯＨラジカルの形成に触媒作用を及ぼし得る。その後、アークプラズマからの紫外線放射によって、Ｆｅ３＋／Ｆｅ２＋遷移を行い得る。
【０１１１】
プラズマトーチの動作及び有機物の燃焼は、反応器内に存在する水溶液の過熱を生じさせる。飽和蒸気圧を減少させるため、水が交換器６を介してループで冷却される。その温度は反応器表面における蒸気圧を制限するレベルに維持される。冷却回路が、フィルタ５及び交換器６の上流に備わり、そのフィルタ５は、処理される廃液内に存在している鉱物の沈殿から固体を回収する。この濾過‐冷却ループは、反応器の下部に溶液を抽出して、それを反応器の上部に再導入する。
【０１１２】
処理中において、反応器の溶液は、状況に応じて酸性にも塩基性にもなり得る。ｐＨ８のオンライン監視が、状況９に応じて酸又は塩基を追加することによってｐＨ値の連続的な調整を可能にする。この調整は、必要であれば、フェントン反応を用いるのに課される化学的要件を考慮することが望ましい。
【０１１３】
［ＩＩ．動作及び性能］
本発明による増強を策定するのに用いた実験的開発段階で、多様な増強ステップを明確に例示する。
【０１１４】
燐酸トリブチル（ＴＢＰ）及びドデカンの混合物を含む処理される溶液に対して試験を行った。その混合物は、高いＮＣＶ（≒１０ｋＷ・ｈ・Ｌ−１）を有する二重特異性を有していた。その溶液を３Ｌ・ｈ−１の供給率でプラズマ内に注入した。
【０１１５】
プラズマトーチは、図１に示される配置構成において３０ＮＬ・ｍｉｎ−１のアルゴン及び１８０ＮＬ・ｍｉｎ−１の酸素の流量で動作した。
【０１１６】
溶液の組成に対して行われた測定は、９９．５％よりも高い破壊率を示した。プラズマトーチ出口に多様なステージを配置することが、放出ガスの組成を実質的に変更した。ガス混合物の酸化レベルを表すＣＯ及びＣＯ２含有量を以下の四つの場合で監視した：
［プラズマ火炎への未処理注入］
出口におけるＣＯ組成：１２％
出口におけるＣＯ２組成：４％
［プラズマ火炎への注入及びこれに続くＯ２の再富化（４０ＮＬ・ｍｉｎ−１）］
出口におけるＣＯ組成：９％
出口におけるＣＯ２組成：６％
注：酸素の追加が優れた酸化を提供するが、ガスの部分的冷却もＣＯ／ＣＯ２平衡の熱シフトを可能にする。
［プラズマ火炎への注入及びこれに続くＯ２の再富化（４０ＮＬ・ｍｉｎ−１）とノズルにおける冷却］
出口におけるＣＯ組成：８％
出口におけるＣＯ２組成：９％
ＣＯレベルが排出基準よりも依然としてかなり高く、出口ノズルによる冷却では十分でない。
［プラズマ火炎への注入及びこれに続くＯ２の再富化（４０ＮＬ・ｍｉｎ−１）と冷却水の追加（０．３Ｌ・ｍｉｎ−１）とノズルにおける冷却］
出口におけるＣＯ組成：０．２％
出口におけるＣＯ２組成：８％
最後の試験が、適用された技術的増強の効果を実証している。
【符号の説明】
【０１１７】
１３  第一注入デバイス
２２  第二注入デバイス
２８  第三注入デバイス
３５  冷却デバイス
【図１】
0006615119.tif 000002
【図２】
0006615119.tif 000003
【図３Ａ−３Ｂ】
0006615119.tif 000004
【図４Ａ−４Ｂ】
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【図５Ａ−５Ｂ】
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【図６Ａ−６Ｂ】
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