(57)【要約】     【課題】    連続的に溶液の改質処理ができ、改質後の溶液に対する後処理を不要にしたい。      【解決手段】  溶液に超音波を照射して溶液の改質を行なうものであり、流路を移動中の溶液に気体を混合して超音波を照射する。  【選択図】  図１
2005111324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液に超音波を照射して溶液の改質を行なう溶液の改質方法において、  
流路を移動中の溶液に気体を混合して超音波を照射することを特徴とする溶液の改質方法。  
【請求項２】
溶液に超音波を照射して溶液の改質を行なう溶液の改質装置において、  
溶液の流路とその両端の溶液供給口および溶液排出口と該流路に開口した気体噴出孔に気体を供給する気体供給口と該気体供給口と該溶液排出口間の流路を移動中の溶液に超音波を照射する超音波素子を備えた改質部本体、溶液タンクから該溶液供給口に溶液を供給する送液部、該気体供給口に気体を供給する送気部、該超音波素子の駆動部、および該溶液排出口から排出される改質後の溶液を廃液タンクに導く排液部を有することを特徴とする溶液の改質装置。  
【請求項３】
上記請求項２において、該気体噴出孔は微小で多数あり、各気体噴出孔は流路における溶液の移動方向に交差するように複数の列をなし、しかも上流側の列における気体噴出孔と下流側の列における気体噴出孔が該溶液の移動方向において重ならないように配列してあることを特徴とする溶液の改質装置。  
【請求項４】
上記請求項２において、該流路の気体噴出孔がある気液混合部位は、レイノズル数が１００以下になる断面形状であることを特徴とする溶液の改質装置。  
【請求項５】
上記請求項２において、該流路の超音波によって移動中の溶液を改質させる処理部位は、超音波照射進行方向における流路の寸法が照射する超音波の波長よりも小さいことを特徴とする溶液の改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶液の改質方法とその装置に係わり、特にＰＣＢやダイオキシンなどの有害有機物を無害化するのに好適な溶液の改質方法とその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より有機化合物溶液に超音波を照射して改質する方法は、種々検討されている。例えば下記特許文献には、ダイオキシン、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）などのハロゲン化有機化合物の水溶液に超音波を照射して改質、無害化する方法が開示されている。
【０００３】
この従来技術では、初期ＰＣＢ濃度１００μｍｏｌ／Ｌの水溶液を容積１００ｍｌ、直径５０ｍｍの底面が平らなガラス製の容器に入れて、容器底部に超音波振動子を配置し、周波数２０〜６００ＫＨｚで強度２００〜５００Ｗ（単位面積当たりの超音波強度は５〜２０Ｗ／ｃｍ２）の超音波を約６０分照射し、ＰＣＢのすべてが無害化する改質をしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３００２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術ではバッチ処理を行なっているので、１００ｍｌ中に含まれる１００μｍｏｌ／Ｌの有害物質を無害化するのに約６０分の処理時間を要している。この処理時間を短くする方法として、界面活性剤や鉄、亜鉛及び錫からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属イオンを添加することを提案している。これらの添加により、処理時間は４０分程度に短縮されている。
【０００６】
超音波を照射すれば、有機物の分解反応（改質）は瞬時に行われるはずであるが、超音波が有効に作用していないためか、４０〜６０分程度の長い処理時間が必要となっており、このような長い処理時間では、連続的に処理することは非常に困難であり、工業的には問題があった。
【０００７】
さらに、改質後の溶液の廃棄に当たっては、添加した界面活性剤や金属イオンを改質後の溶液から除去する後処理が必要である。
【０００８】
本発明の目的は、連続的に改質処理ができ、改質後の溶液に対する後処理が不要である溶液の改質方法とその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明方法の特徴とするところは、溶液に超音波を照射して溶液の改質を行なう溶液の改質方法において、流路を移動中の溶液に気体を混合して超音波を照射することにある。
【００１０】
また、上記目的を達成する本発明装置の特徴とするところは、溶液に超音波を照射して溶液の改質を行なう溶液の改質装置において、溶液の流路とその両端の溶液供給口および溶液排出口と該流路に開口した気体噴出孔に気体を供給する気体供給口と該気体供給口と該溶液排出口間の流路を移動中の溶液に超音波を照射する超音波素子を備えた改質部本体、溶液タンクから該溶液供給口に溶液を供給する送液部、該気体供給口に気体を供給する送気部、該超音波素子の駆動部、および該溶液排出口から排出される改質後の溶液を廃液タンクに導く排液部を有することにある。
【００１１】
溶液が移動する流路は気液混合部位と超音波によって改質させる処理部位を有しており、気液混合に適した流路サイズと超音波による改質に適した流路サイズとをそれぞれ選択することができる。
【００１２】
予め溶液中に気体を混合させているので、このような気液混合溶液に超音波を照射して改質を図ると、混在した気泡が超音波によって膨張して短時間で崩壊し、この時に発生する高温・高圧の状態によって効率良く改質することができる。
【発明の効果】
【００１３】
上記のように本発明によれば、流路を移動中の溶液に超音波を照射しているので、連続して改質処理を行なうことができるだけでなく、気体を混合させるだけであるので、改質後の溶液の後処理は不要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図１および図２により説明する。  
【実施例】
【００１５】
図１は本発明の一実施形態になる有機化合物溶液の改質装置の構成を示す概略図、図２は図１のＡ−Ａ切断線の沿った要部横断面図である。
【００１６】
図１において、１１は上下に分かれた基体１１ａと蓋体１１ｂからなる改質部本体である。基体１１ａには溶液の流路１２を設けてある。流路１２の右端側は基体１１ａに設けた溶液供給口１３に連通し、左端側は基体１１ａに設けた溶液排出口１４に連通している。
【００１７】
溶液供給口１３側の流路１２には、微小な口径を持つ多数の気体噴出孔１５が開口している。各気体噴出孔１５は、図２に示すように、流路１２における溶液の移動方向（図２では右から左の方向）に交差するように複数の列（図２では３列）をなし、しかも上流側の列における気体噴出孔１５と下流側の列における気体噴出孔１５が溶液の移動方向において重ならないように配列してある。気体噴出孔１５の口径は５０μｍ、孔ピッチは１００μｍで、規則正しく３列たがいちがいに設けている。
【００１８】
１６は気体噴出孔に気体を供給する気体供給口で、溶液供給口１３から供給した溶液に気体噴出孔１５から気体を噴出して気液混合を生ぜしめる。
【００１９】
多数の気体噴出孔１５がある流路１２の気液混合部位（図１にＩで示す流域）は、レイノズル数が１００以下になる断面形状としてある。そのため、溶液は層流となって流れ、気体噴出孔１５から噴出する気泡は気体噴出孔１５の口径とほぼ同じ径を持ち、拡散距離は短くて瞬時に混合し、各気泡は分離独立した微小なまま溶液とともに流下する。
【００２０】
１７は流路１２を移動中の溶液に超音波を照射する超音波素子で、超音波素子１７が出す超音波によって流路１２を移動中の溶液を改質させる処理部位（図１にIIIで示す流域）は、超音波照射進行方向（図１では上下方向）における流路１２の寸法（ｔ）が照射する超音波の波長よりも小さくなるようにしてある。
【００２１】
この処理部位IIIでは蓋体１１ｂから一体構造の仕切１８を設けてあり、超音波照射をより効果的にするために流路長を長くしている。
【００２２】
この処理部位IIIと上記気液混合部位Ｉの間の流域（図１にIIで示す流域）は混合気液の均一拡散部位であり、上記気液混合部位Ｉと均一拡散部位の流路深さ（図１の上下方向の寸法）は１００μｍとした。均一拡散部位もレイノルズ数が１００以下になる断面形状を持たせている。
【００２３】
なお、図１では流路１２移動する溶液の移動経路が分かりやすいように、改質部本体１１の厚さ方向（図１では上下方向）の寸法を拡大して示している。
【００２４】
２１は改質処理する有機化合物が混在した溶液が入った容器（溶液タンク）であり、この容器２１に溶液を注入する前に、繊維質フィルタ（図示せず）などにより固形物は取り除かれている。
【００２５】
２２は所定量の溶液を容器２１から改質部本体１１に送液する機能を有する容積型ポンプであり、連続的に送液が可能で且つ取り扱いが簡便なチューブポンプが好適であるが、他の容積型ポンプであってもなんら差し支えない。チューブポンプは、使用するチューブの内径と回転数とによって送液量を簡単に決定することができる。容器２１は溶液を安定に供給するためのバッファとしての機能を果す。容器２１とポンプ２２及び配管は溶液供給口１３に溶液を供給する送液部を構成している。
【００２６】
２３は気体供給口１６に大気を加圧して送るブロワで、このブロワ２４と配管は送気部を構成している。ブロワ２３の送気量はポンプ２２による送液量と調整を図ってある。
【００２７】
２４は超音波素子１７の駆動部であり、２５は溶液排出口１４から排出される改質後の溶液を溜めておく廃液タンクである、廃液タンク２５と配管は排液部を構成する。
【００２８】
上記装置を用いて、改質すべき被処理溶液としてＰＣＢ混在量１ｍｏｌ／Ｌの溶液を送液量１５ｍＬ／ｍｉｎ、気体として空気１Ｌ／ｍｉｎをそれぞれ導入させ、超音波周波数２００ＫＨｚ、出力５Ｗ／ｃｍ２を照射した。
【００２９】
この処理を行った溶液を吸光度測定を行った結果、処理前と比較して１／１００以下のピーク強度しか検出されず、ＰＣＢはほぼ完全に分解していることが確認された。
【００３０】
溶液中に気体噴出孔１５から存在せしめた微小な気泡が超音波の疎密波によって断熱膨張・断熱圧縮を繰り返して成長し、最終的には崩壊する。その崩壊するときに局部的に数千度、数百気圧というきわめて高温・高圧の状態ができる。その結果、水分子の熱分解反応が起こり、ＯＨラジカルとＨラジカルが生成される。このＯＨラジカルはきわめて反応性が高く、強力な酸化剤であるので有機物分子の分解を迅速に容易に行う。また、局部的な高温・高圧状態による熱分解反応も無害化に役立っている。
【００３１】
上記気液混合部位Ｉでは、流路断面サイズ、例えば幅，深さともに１００μｍ程度の流路、所謂、マイクロ流路としてあり、溶液を流すと壁面の影響が大きく作用するためにそのレイノズル数は１００以下となってどんな条件下でも層流状態が形成される。このような流れの中に例えば径５０μｍ程度の気体を混入させると瞬時に気液混合し、また乱流が生じないので各気泡同士が結合し合体することはない。
【００３２】
超音波照射による処理部位IIIでも均一に気液混合を維持しており、超音波照射進行方向流路長ｔを超音波の波長より小さい範囲内で長くしているので、気液混合溶液に超音波は充分有効に作用し、気泡を崩壊させることができる。
【００３３】
以上のように本発明によれば、混合と改質に最適な流路形状を設けることができて、効率良く改質することができる。そして、気体を混合するだけであり界面活性剤や金属イオンなどの添加物を使用していないので、後処理は不要である。
【００３４】
本実施形態によれば、有害有機物であるＰＣＢなどのハロゲン化有害有機物の無害化をコンパクトで簡便な装置で連続処理することができる。
【００３５】
また、本発明装置で同質同量の溶液を処理してみると、本発明装置で前記従来技術の１／３程度の時間で改質処理できることが確認された。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態の装置に限定されるものではなく、多量の溶液を処理したい場合には、改質部本体１１を並列に配置すればよく、改質が遅い溶液については、処理量を維持するべく流速が下げたくない場合には改質部本体１１を直列多段に繋げて処理をしてもよい。
【００３７】
また、超音波照射進行方向における流路の寸法が照射する超音波の波長よりも小さければ、超音波の照射方向は溶液の移動進行方向と直交していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態になる有機化合物溶液の改質装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す改質部本体のＡ−Ａ切断線の沿った要部横断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１１‥改質部本体  
１１ａ‥基体  
１１ｂ‥蓋体  
１２‥流路  
１３‥溶液供給口  
１４‥溶液排出口  
１５‥気体噴出孔  
１６‥気体供給口  
１７‥超音波素子  
１８‥仕切  
２１‥容器（溶液タンク）  
２２‥ポンプ  
２３‥ブロワ  
２４‥駆動部  
２５‥廃液タンク
【図１】
2005111324.tif 000003
【図２】
2005111324.tif 000004