(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を含む被処理物質を収容する被処理物質容器と、
前記被処理物質容器の中の圧力を減圧し、元の圧力まで戻す又は加圧することが可能なピストンを備え、
前記被処理物質容器の上部には空気取入孔が開設され、前記ピストンが前記被処理物質容器の最上段まで上がると、前記ピストンの下面が前記空気取入孔よりも上に位置するように配置され、
前記ピストンが前記被処理物質容器の内部を上昇すると被処理物質容器の内部が減圧されることで、前記被処理物質の中の水を減圧沸騰により蒸発させて水蒸気の気泡を発生させ、前記ピストンが前記被処理物質容器の最上段まで上がると、前記ピストンの下面が前記空気取入孔よりも上になるため、前記空気取入孔から空気がピストン下方に流入して、前記被処理物質容器内が常圧となることで、前記気泡が瞬間的に縮小又はつぶれる際の作用により前記被処理物質を分解して無害化すること
を特徴とする減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化装置。
【請求項２】
水を含む被処理物質を収容する被処理物質容器と、
前記被処理物質容器の中の圧力を減圧し、元の圧力まで戻す又は加圧することが可能なピストンを用い、
前記被処理物質容器の上部には空気取入孔が開設され、前記ピストンが前記被処理物質容器の最上段まで上がると、前記ピストンの下面が前記空気取入孔よりも上に位置するように配置され、
前記ピストンが前記被処理物質容器の内部を上昇すると被処理物質容器の内部が減圧されることで、前記被処理物質の中の水を減圧沸騰により蒸発させて水蒸気の気泡を発生させ、前記ピストンが前記被処理物質容器の最上段まで上がると、前記ピストンの下面が前記空気取入孔よりも上になるため、前記空気取入孔から空気がピストン下方に流入して、前記被処理物質容器内が常圧となることで、前記気泡が瞬間的に縮小又はつぶれる際の作用により前記被処理物質を分解して無害化すること
を特徴とする減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減圧沸騰によって水蒸気の気泡を発生させ、気泡が瞬間的に縮小又はつぶれる際の作用により水中の被処理物質を分解して無害化する減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化装置、及び減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境ホルモン、ダイオキシン類等、難分解性で微量の化学物質による環境汚染が社会問題となっている。これらの化学物質を無害化する方法としては、焼却などの高温加熱方式が検討されているが、水底の底泥などは、含水率が高いため、処理費用が高かった。
【０００３】
その他の処理方法として、「超臨界水酸化法」が提案されている（特許文献１を参照）。しかし、この方法は、高温・高圧の設備が必要であり、処理費用が高い、という問題があった。そこで、これらの処理方法よりも、安全かつ経済的な処理方法の開発が望まれている。
【特許文献１】特開平１１−９０４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、含水率の高い化学物質等を安全かつ経済的に処理し無害化し得る装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化装置は、
水を含む被処理物質を収容する被処理物質容器と、
前記被処理物質容器の中の圧力を減圧し、元の圧力まで戻す又は加圧することが可能なピストンを備え、
前記被処理物質容器の上部には空気取入孔が開設され、前記ピストンが前記被処理物質容器の最上段まで上がると、前記ピストンの下面が前記空気取入孔よりも上に位置するように配置され、
前記ピストンが前記被処理物質容器の内部を上昇すると被処理物質容器の内部が減圧されることで、前記被処理物質の中の水を減圧沸騰により蒸発させて水蒸気の気泡を発生させ、前記ピストンが前記被処理物質容器の最上段まで上がると、前記ピストンの下面が前記空気取入孔よりも上になるため、前記空気取入孔から空気がピストン下方に流入して、前記被処理物質容器内が常圧となることで、前記気泡が瞬間的に縮小又はつぶれる際の作用により前記被処理物質を分解して無害化すること
を特徴とする。
【０００６】
また、本発明の請求項２に係る減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化方法は、
水を含む被処理物質を収容する被処理物質容器と、
前記被処理物質容器の中の圧力を減圧し、元の圧力まで戻す又は加圧することが可能なピストンを用い、
前記被処理物質容器の上部には空気取入孔が開設され、前記ピストンが前記被処理物質容器の最上段まで上がると、前記ピストンの下面が前記空気取入孔よりも上に位置するように配置され、
前記ピストンが前記被処理物質容器の内部を上昇すると被処理物質容器の内部が減圧されることで、前記被処理物質の中の水を減圧沸騰により蒸発させて水蒸気の気泡を発生させ、前記ピストンが前記被処理物質容器の最上段まで上がると、前記ピストンの下面が前記空気取入孔よりも上になるため、前記空気取入孔から空気がピストン下方に流入して、前記被処理物質容器内が常圧となることで、前記気泡が瞬間的に縮小又はつぶれる際の作用により前記被処理物質を分解して無害化すること
を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、水を含む被処理物質を収容する被処理物質容器と、被処理物質容器の中の圧力を減圧し、元の圧力まで戻す又は加圧することが可能な圧力増減手段を備えた減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化装置、又はこの装置を用いる減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化方法であって、被処理物質の中の水を減圧沸騰により蒸発させて水蒸気の気泡を発生させ、気泡が瞬間的に縮小又はつぶれる際の作用により被処理物質を分解することができ、含水率の高い化学物質等を安全かつ経済的に処理し無害化することができる、という利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に説明する実施例は、水を含む被処理物質を収容する被処理物質容器と、被処理物質容器の中の圧力を減圧し、元の圧力まで戻す又は加圧することが可能な圧力増減手段を備えた減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化装置、又はこの装置を用いる減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化方法であって、被処理物質の中の水を減圧沸騰により蒸発させて水蒸気の気泡を発生させ、気泡が瞬間的に縮小又はつぶれる際の作用により被処理物質を分解することができ、含水率の高い化学物質等を安全かつ経済的に処理し無害化することができ、本発明を実現するための構成として最良の形態である。
【実施例１】
【０００９】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明を行う。図１は、本発明の第１実施例である減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化装置１０１の構成を示す図である。本発明の第１実施例である減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化装置１０１は、船舶５１に搭載されている。
【００１０】
図１に示すように、この減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化装置１０１は、被処理物質容器１と、ふた２と、配管３と、弁４と、真空ポンプ５を備えて構成されている。
【００１１】
被処理物質容器１は、中空の容器であり、底部のふた２が、公知の駆動機構により略水平方向にスライドするなどして開放し、開放状態で水底の底泥Ｍ１中に、例えば深さ約１メートル程度に差し込まれ、底泥Ｍ１を被処理物質容器１内に収容した状態で、底部のふた２が、公知の駆動機構により上記と逆の略水平方向にスライドするなどして閉じる。
【００１２】
この状態で弁４を開放状態とし、真空ポンプ５で吸引を行うと、被処理物質容器１の内部は減圧される。これにより、被処理物質容器１の内部の圧力が、温度によって定まる水蒸気圧より低くなると、減圧沸騰が起こり、キャビテーションが発生する。
【００１３】
キャビテーションとは、ある温度の液体の圧力が、その温度によって決まる蒸気圧より低くなると、そこで液体が蒸発し、蒸気の気泡が生じる。減圧沸騰の場合は、条件によっては、常温でも液体が蒸発し気泡となる現象が起きる。これをキャビテーションという。
【００１４】
発生した気泡Ｂ１は、瞬間的に縮小する際に、各種の作用を行う。第１の作用は、断熱圧縮作用であり、これにより、局所的な高温が発生する。この高温により、被処理水の中に混入又は溶解している被処理物質（有害物質等）が分解する。また、第２の作用は、上記の局所的高温により、水が熱分解してＯＨラジカルが発生し、このＯＨラジカルの酸化作用により、被処理水の中に混入又は溶解している被処理物質（有害物質等）を酸化して無害な物質に変化させる。また、第３の作用として、発生した気泡は、瞬間的につぶれる際に衝撃波を発生する。このような３つの作用により、有害物質は分解し、例えば、塩化有機化合物（ダイオキシン類等）の場合には、水と二酸化炭素と塩化水素に分解される。
【００１５】
なお、真空ポンプ５を逆に作動させて、被処理物質容器１の内部の圧力を、元の圧力（常圧）まで戻したのち、再度減圧し、減圧→常圧→減圧…のサイクルを繰り返し、キャビテーションを繰り返し発生させて、被処理物質（有害物質等）の分解を促進させるようにしてもよい。
【００１６】
上記の第１実施例において、真空ポンプ５と弁４と配管３は、特許請求の範囲における圧力増減手段に相当している。
【実施例２】
【００１７】
図２は、本発明の第２実施例である減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化装置１０２の構成を示す図である。本発明の第２実施例である減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化装置１０２は、空気中に設置されている。
【００１８】
図２に示すように、この減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化装置１０２は、被処理物質容器１１と、プレート１２と、ピストン１３と、弁１４と、ピストンシャフト１５を備えて構成されている。また、被処理物質容器１１の上部には、空気取入孔１１ａが開設されている。また、ピストンシャフト１５の上端は、往復駆動源、例えば内燃機関、外燃機関、スライダ・クランク機構などに接続されている。
【００１９】
被処理物質容器１１は、下端が開放された中空の容器であり、一種のシリンダを構成している。被処理物質容器１１の底部においては、プレート１２が、その上面に水を含む被処理物Ｍ２を載置した状態で、公知の駆動機構により、被処理物質容器１１の下端開放口を閉塞するように密接することができる。
【００２０】
この状態でピストンシャフト１５が上昇すると、弁１４は上方にのみ開くように構成されているので、ピストンシャフト１５の上昇時には弁１４は閉塞状態となり、被処理物質容器１１の内部は減圧される。これにより、被処理物質容器１１の内部の圧力が、温度によって定まる水蒸気圧より低くなると、減圧沸騰が起こり、キャビテーションが発生する。
【００２１】
キャビテーションとは、ある温度の液体の圧力が、その温度によって決まる蒸気圧より低くなると、そこで液体が蒸発し、蒸気の気泡が生じる。減圧沸騰の場合は、条件によっては、常温でも液体が蒸発し気泡となる現象が起きる。これをキャビテーションという。
【００２２】
ピストン１３が被処理物質容器１１の最上段まで上がると、ピストン１３の下面が空気取入孔１１ａよりも上になるので、空気取入孔１１ａから空気がピストン１３下方に流入する。これにより、減圧沸騰で発生した水蒸気の気泡Ｂ２は、瞬間的につぶれる。
【００２３】
発生した気泡Ｂ２は、瞬間的に縮小する際に、各種の作用を行う。第１の作用は、断熱圧縮作用であり、これにより、局所的な高温が発生する。この高温により、被処理水の中に混入又は溶解している被処理物質（有害物質等）が分解する。また、第２の作用は、上記の局所的高温により、水が熱分解してＯＨラジカルが発生し、このＯＨラジカルの酸化作用により、被処理水の中に混入又は溶解している被処理物質（有害物質等）を酸化して無害な物質に変化させる。また、第３の作用として、発生した気泡は、瞬間的につぶれる際に衝撃波を発生する。このような３つの作用により、有害物質は分解し、例えば、塩化有機化合物（ダイオキシン類等）の場合には、水と二酸化炭素と塩化水素に分解される。
【００２４】
次に、往復駆動源により、ピストンシャフト１５が最上段位置から下降すると、弁１４は上方にのみ開くように構成されているので、ピストンシャフト１５の下降時には弁１４は開放状態となり、ピストン１３の下方の余剰な空気が弁１４から外部へ流出する。
【００２５】
上記したサイクルを繰り返すことにより、被処理物質容器１１の内部の圧力を、減圧→常圧→減圧…のサイクルを繰り返させることができ、キャビテーションを繰り返し発生させて、被処理物質（有害物質等）の分解を促進させることができる。
【００２６】
無害化処理が終了したのちは、被処理物質容器１１の底部においては、プレート１２が、その上面に処理済みの被処理物Ｍ２を載置した状態で、公知の駆動機構により、被処理物質容器１１の下端開放口から離して外部へ移動させるようにすることができる。この際、他のプレート１２Ａが、その上面に水を含む未処理の被処理物を載置した状態で、公知の駆動機構により、被処理物質容器１１の下端開放口を閉塞するように密接させるようにすることができる。
【００２７】
上記の第２実施例において、ピストン１３と弁１４とピストンシャフト１５と、ピストンシャフトに接続する往復駆動源（図示せず）は、特許請求の範囲における圧力増減手段に相当している。
【００２８】
なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではない。上記各実施例は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、水底の底泥や排水などの含水率の高い化学物質等を処理し無害化する産業、減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化装置を製造する機械製造業等で実施可能であり、これらの産業で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施例である減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施例である減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  被処理物質容器
２  ふた
３  配管
４  弁
５  真空ポンプ
１１  被処理物質容器
１１ａ  空気取入孔
１２、１２Ａ  プレート
１３  ピストン
１４  弁
１５  ピストンシャフト
５１  船舶
１０１、１０２  減圧沸騰式キャビテーション型化学物質無害化装置
Ｂ１、Ｂ２  気泡
Ｍ１  底泥
Ｍ２  被処理物質
【図１】
0004696265.tif 000002
【図２】
0004696265.tif 000003