(57)【要約】【課題】  消費電力を低減することができ、ガス化した難分解性有機化合物を安定的かつ効率的に還元分解して処理することを可能にする装置を提供する。【解決手段】  本発明の装置は、汚染土壌を間接加熱する第１加熱手段２１を備え、第１加熱手段２１によって汚染土壌を間接加熱することにより、汚染土壌中の水分を蒸発させ、難分解性有機化合物をガス化することなく過熱蒸気を生成させる第１ガス化装置２０と、第１ガス化装置２０で生成した過熱蒸気を回収し、貯留する過熱蒸気貯留槽３０と、水分が除去された汚染土壌を間接加熱する第２加熱手段４１を備え、第２加熱手段４１によって水分が除去された汚染土壌を間接加熱することにより、汚染土壌中の難分解性有機化合物をガス化させる第２ガス化装置４０とを含む。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
難分解性有機化合物によって汚染された汚染土壌中の該難分解性有機化合物をガス化し、分解処理する装置に用いられるガス化装置であって、
前記汚染土壌を間接加熱する第１加熱手段を備え、前記第１加熱手段によって前記汚染土壌を間接加熱することにより、前記汚染土壌中の水分を蒸発させ、前記難分解性有機化合物をガス化することなく過熱蒸気を生成させる第１ガス化装置と、
前記第１ガス化装置で生成した前記過熱蒸気を回収し、貯留する過熱蒸気貯留槽と、
前記水分が除去された前記汚染土壌を間接加熱する第２加熱手段を備え、前記第２加熱手段によって前記水分が除去された前記汚染土壌を間接加熱することにより、前記汚染土壌中の前記難分解性有機化合物をガス化させる第２ガス化装置とを含む、ガス化装置。
【請求項２】
前記過熱蒸気貯留槽に回収された前記過熱蒸気の一部を、前記第１ガス化装置に供給する過熱蒸気供給装置をさらに含む、請求項１に記載のガス化装置。
【請求項３】
前記第１ガス化装置は、前記汚染土壌を受け入れるための第１土壌受入口と、前記過熱蒸気供給装置により供給される前記過熱蒸気を受け入れるための蒸気受入口と、前記水分が除去された汚染土壌を排出するための第１排出口と、生成した前記過熱蒸気を前記過熱蒸気貯留槽に送出するための蒸気送出口とを備える第１中空円筒容器と、前記第１中空円筒容器内に配設され、両端が回転自在に支持された第１中心軸と、前記第１中心軸に周設される第１螺旋状羽根とを備え、前記第１土壌受入口から受け入れた前記汚染土壌を前記第１排出口に向けて移動させる第１土壌推進手段と、前記第１中空円筒容器に周設され、前記第１中空円筒容器内の前記汚染土壌を間接加熱する前記第１加熱手段とを含み、
前記第２ガス化装置は、前記水分が除去された前記汚染土壌を受け入れるための第２土壌受入口と、ガス化した前記難分解性有機化合物を排出するためのガス排出口と、前記難分解性有機化合物が分離された浄化土壌を排出するための第２排出口とを備える第２中空円筒容器と、前記第２中空円筒容器内に配設され、両端が回転自在に支持された第２中心軸と、前記第２中心軸に周設される第２螺旋状羽根とを備え、前記第２土壌受入口から受け入れた前記汚染土壌を前記第２排出口に向けて移動させる第２土壌推進手段と、前記第２中空円筒容器に周設され、前記第２中空円筒容器内の前記汚染土壌を間接加熱する前記第２加熱手段とを含む、請求項２に記載のガス化装置。
【請求項４】
前記第１ガス化装置は、前記第１土壌推進手段によって前記汚染土壌の供給速度を制御するとともに前記第１加熱手段によって前記汚染土壌の温度を制御することにより、前記生成する過熱蒸気の流量を制御することを特徴とする、請求項３に記載のガス化装置。
【請求項５】
前記第２ガス化装置は、前記第２土壌推進手段によって前記水分が除去された汚染土壌の供給速度を制御するとともに前記第２加熱手段によって前記汚染土壌の温度を制御することにより、ガス化する前記難分解性有機化合物の流量を制御することを特徴とする、請求項３または４に記載のガス化装置。
【請求項６】
前記第２ガス化装置は、前記第２排出口に連続し、前記浄化土壌を収容する浄化土壌収容容器を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス化装置。
【請求項７】
前記第１ガス化装置は、前記汚染土壌を１１０℃〜１７０℃に加熱し、前記第２ガス化装置は、前記汚染土壌を４００℃〜６００℃に加熱することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス化装置。
【請求項８】
難分解性有機化合物によって汚染された汚染土壌中の該難分解性有機化合物をガス化して分離し、該難分解性有機化合物を分解処理する装置であって、
前記汚染土壌を間接加熱する第１加熱手段を備え、前記第１加熱手段によって前記汚染土壌を間接加熱することにより、前記汚染土壌中の水分を蒸発させ、前記難分解性有機化合物をガス化することなく過熱蒸気を生成させる第１ガス化装置と、
前記第１ガス化装置で生成した前記過熱蒸気を回収し、貯留する過熱蒸気貯留槽と、
前記水分が除去された前記汚染土壌を間接加熱する第２加熱手段を備え、前記第２加熱手段によって前記水分が除去された前記汚染土壌を間接加熱することにより、前記汚染土壌中の前記難分解性有機化合物をガス化させる第２ガス化装置と、
前記過熱蒸気貯留槽から反応装置に前記過熱蒸気を供給する過熱蒸気供給装置と、
ガス化した前記難分解性有機化合物を加熱するガス加熱手段と、
前記過熱蒸気を加熱する過熱蒸気加熱手段と、
加熱された前記難分解性有機化合物と加熱された前記過熱蒸気とを反応させて該難分解性有機化合物を分解し、前記難分解性有機化合物の分解により生成した分解生成物を酸化させる前記反応装置とを含む、難分解性有機化合物処理装置。
【請求項９】
前記過熱蒸気供給装置は、前記過熱蒸気貯留槽に回収された前記過熱蒸気の一部を、前記第１ガス化装置に供給する、請求項８に記載の難分解性有機化合物処理装置。
【請求項１０】
前記第１ガス化装置は、前記汚染土壌を受け入れるための第１土壌受入口と、前記過熱蒸気供給装置により供給される前記過熱蒸気を受け入れるための蒸気受入口と、前記水分が除去された汚染土壌を排出するための第１排出口と、生成した前記過熱蒸気を前記過熱蒸気貯留槽に送出するための蒸気送出口とを備える第１中空円筒容器と、前記第１中空円筒容器内に配設され、両端が回転自在に支持された第１中心軸と、前記第１中心軸に周設される第１螺旋状羽根とを備え、前記第１土壌受入口から受け入れた前記汚染土壌を前記第１排出口に向けて移動させる第１土壌推進手段と、前記第１中空円筒容器に周設され、前記第１中空円筒容器内の前記汚染土壌を間接加熱する前記第１加熱手段とを含み、
前記第２ガス化装置は、前記水分が除去された前記汚染土壌を受け入れるための第２土壌受入口と、ガス化した前記難分解性有機化合物を排出するためのガス排出口と、前記難分解性有機化合物が分離された浄化土壌を排出するための第２排出口とを備える第２中空円筒容器と、前記第２中空円筒容器内に配設され、両端が回転自在に支持された第２中心軸と、前記第２中心軸に周設される第２螺旋状羽根とを備え、前記第２土壌受入口から受け入れた前記汚染土壌を前記第２排出口に向けて移動させる第２土壌推進手段と、前記第２中空円筒容器に周設され、前記第２中空円筒容器内の前記汚染土壌を間接加熱する前記第２加熱手段とを含む、請求項９に記載の難分解性有機化合物処理装置。
【請求項１１】
前記第１ガス化装置は、前記第１土壌推進手段によって前記汚染土壌の供給速度を制御するとともに前記第１加熱手段によって前記汚染土壌の温度を制御することにより、前記生成する過熱蒸気の流量を制御することを特徴とする、請求項１０に記載の難分解性有機化合物処理装置。
【請求項１２】
前記第２ガス化装置は、前記第２土壌推進手段によって前記水分が除去された汚染土壌の供給速度を制御するとともに前記第２加熱手段によって前記汚染土壌の温度を制御することにより、ガス化する前記難分解性有機化合物の流量を制御することを特徴とする、請求項１０または１１に記載の難分解性有機化合物処理装置。
【請求項１３】
難分解性有機化合物によって汚染された汚染土壌中の該難分解性有機化合物をガス化し、分解処理する方法であって、
第１ガス化装置で前記汚染土壌を間接加熱し、該汚染土壌中の水分を蒸発させ、前記難分解性有機化合物をガス化することなく過熱蒸気を生成させる段階と、
前記過熱蒸気を回収し、過熱蒸気貯留槽に貯留する段階と、
第２ガス化装置で前記水分が除去された前記汚染土壌を間接加熱し、前記汚染土壌中の前記難分解性有機化合物をガス化する段階と、
前記第２ガス化装置でガス化された前記難分解性有機化合物と、前記過熱蒸気貯留槽から取り出され、前記難分解性有機化合物の流量に対して所定比率以上になるように流量が制御された前記過熱蒸気とを加熱する段階と、
加熱された前記難分解性有機化合物と加熱された前記過熱蒸気とを反応させて該難分解性有機化合物を分解する段階と、
前記反応装置に空気または酸素を供給し、前記難分解性有機化合物の分解により生成した分解生成物を酸化させる段階とを含む、難分解性有機化合物の処理方法。
【請求項１４】
さらに、前記過熱蒸気貯留槽から前記第１ガス化装置に前記過熱蒸気の一部を供給する段階を含み、前記過熱蒸気を生成させる段階は、供給される前記過熱蒸気によって前記汚染土壌を直接加熱する段階を含む、請求項１３に記載の処理方法。
【請求項１５】
前記反応装置に供給する段階において、前記過熱蒸気は、前記難分解性有機化合物中の炭素のモル量の１〜５倍のモル量になるように流量が制御される、請求項１３または１４に記載の処理方法。
【請求項１６】
前記過熱蒸気を生成させる段階では、前記汚染土壌を１１０℃〜１７０℃に加熱し、前記ガス化する段階では、前記汚染土壌を４００℃〜６００℃に加熱し、前記分解する段階では、前記ガス化された難分解性有機化合物および前記過熱蒸気を９００℃〜１２００℃に加熱することを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌中の水分および難分解性有機化合物をガス化し、分解処理する難分解性有機化合物処理装置および処理方法、その装置に用いられるガス化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
毒性が強く、難分解性を有する有機化合物にダイオキシン類があり、このダイオキシン類は環境汚染物質として問題となっている。ダイオキシン類は、ポリ塩化ジベンゾパラジオキシン（ＰＣＤＤ）、ポリ塩化ジベンゾフラン（ＰＣＤＦ）を総称したもので、除草剤の分解によって生成し、また、ごみ焼却の灰、製紙の汚泥、自動車の排ガス等に含まれている。
【０００３】
このダイオキシン類の大気中の濃度を低減させるために、ダイオキシン類を処理する方法や装置が数多く提案されている。この中で、ダイオキシン類に限らず、フロン類の濃度も効果的に低減させることができる方法として、過熱蒸気反応法が提案されている（特許文献１〜５参照）。
【０００４】
過熱蒸気反応法は、ダイオキシンによって汚染された土壌や汚泥を、ガス化装置に供給し、ダイオキシンの沸点を超える約４００℃〜約６００℃の温度で加熱してガス化させ、ガス化したダイオキシンを含むガスに、過熱蒸気を加え、さらに加熱して約９００℃〜約１２００℃とし、還元反応によってダイオキシンを分解する方法である。この方法で、ダイオキシンは一酸化炭素、水素、塩化水素等に分解され、この分解ガスに空気あるいは酸素を供給して酸化して無害化する。この分解ガス中には、水に溶解することにより酸性を呈する塩化水素が含まれており、これを除去するため、アルカリ水溶液中に通される。このアルカリ水溶液は、無害化されたガスを急冷する。無害化されたガスを徐冷した場合には、再びダイオキシンを生成させるおそれがあるため、ここでは急冷することが必須とされる。塩化水素が除去されたガスは、主に、二酸化炭素と水蒸気とからなる。これらの反応においてほとんどの有害物質は除去されるが、微量に残留する場合もあるため、活性炭塔を通すことにより吸着除去する。これら有害物質が除去されたところで、ブロア等によって大気中に放散される。
【０００５】
この過熱蒸気反応法は、汚染土壌や汚泥中の難分解性有機化合物を、過熱蒸気と空気とを供給するのみで環境基準値（２，３，７，８−四塩化ジベンゾ−パラ−ジオキシンの毒性に換算した値（ＴＥＱ））以下に充分に分解除去することができる。ちなみに、ダイオキシン類の環境基準値は、大気１ｍ３中では０．６ｐｇ−ＴＥＱ／Ｎｍ３以下、水１Ｌ中では１ｐｇ−ＴＥＱ／Ｌ以下、土壌１ｇ中では１０００ｐｇ−ＴＥＱ／ｇ以下である。
【０００６】
過熱蒸気反応法で使用されるガス化装置は、中空円筒容器の内部に、土壌を水平方向に移動させるためのスクリューを備えている。スクリューは、中心軸と、その中心軸に周設される螺旋状の羽根とから構成され、中心軸の回転によって羽根が回転し、その羽根に沿って水平方向に土壌が移動する。また、ガス化装置は、中空円筒容器に周設されるヒータを備えている。したがって、スクリューによって土壌が水平移動する間、ヒータによって熱が加えられ、上記の約４００℃〜約６００℃の温度とされる。土壌中に含まれる水分や難分解性有機化合物は、この温度への加熱に伴ってガス化し、汚染物質であるこの難分解性有機化合物が土壌中から除去される。ガス化によって水分や難分解性有機化合物は、中空円筒容器の上部のノズルから反応塔へ送られ、これらが除去された土壌は、中空円筒容器の下部のノズルから、浄化された土壌として取り出される。浄化された土壌中には、汚染物質である難分解性有機化合物が土壌の環境基準値を充分に下回る濃度となっており、埋め戻し等の土壌として再利用される。反応塔へ送られたガス化した難分解性有機化合物は、約９００℃〜約１２００℃に加熱された後に反応器に送られ、同様に約９００℃〜約１２００℃に加熱されて反応器に送られた分解用の過熱蒸気と反応し、一酸化炭素や塩化水素等の低分子に分解される。
【０００７】
このガス化装置は、予め装置内を約４００℃〜約６００℃といった所定の温度に加熱しておき、その中に連続的に、または、バッチ式で汚染土壌を投入し、加熱することで、難分解性有機化合物をガス化している。このガス化には、汚染土壌に必須として含まれる水分の蒸発および加熱も含まれている。この蒸発および加熱した水分を、分解用の過熱蒸気として使用することができれば効率的である。しかしながら、バッチ式の場合では、汚染土壌中の沸点が低い水分が先に蒸発して反応塔へ送られてしまい、水の沸点に比較して高く、複数の物質から構成されるため複数の沸点を有する難分解性有機化合物がガス化される頃には、既に水分がなくなっているといった問題がある。連続的に供給する連続式の場合には、汚染土壌が徐々に加熱され、過熱蒸気とガス化した難分解性有機化合物とが共存した状態にはなるものの、この混合ガスの温度や量は不安定なものであり、ガス量が多い場合、分解に必要な予熱温度が不十分であったり、反応塔における滞留時間が確保できず、分解が不十分になるといった問題がある。また、反応塔への過熱蒸気の供給量が安定しないため、過熱蒸気の供給量が少ない場合があり、この場合、反応が不十分で、難分解性有機化合物が残留するといった問題がある。
【０００８】
上記のような従来のガス化装置では、バッチ式であるにしろ、連続式であるにしろ、汚染土壌に含まれる水分をすべて過熱蒸気にし、その過熱蒸気を使用することで、理論上では充分に難分解性有機化合物を分解することができるものの、現実には上記の問題から、別途ボイラ等で過熱蒸気を生成させ、反応に必要とされる所定量の過熱蒸気が供給されている。そのため、汚染土壌に含まれる水分を過熱蒸気にするエネルギーが無駄になっており、その結果、余分な消費電力を要しており、運転コストがかかるといった問題があった。また、ガス化装置においても、加熱するためのヒータが多く必要で、別途ボイラ等も必要となり、装置コストもかかるといった問題があった。
【特許文献１】特許第３２１９７０６号公報
【特許文献２】特許第３２１９６８９号公報
【特許文献３】特許第３６６９８８１号公報
【特許文献４】特許第３６０７６２４号公報
【特許文献５】特開２００４−５７９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、汚染土壌に必須として含まれる水分を加熱途中で反応用等の過熱蒸気として回収し、ガス化装置としての処理負担を軽減して、少ない消費電力または燃料量で、所定のガス化温度まで加熱することを可能にする装置を提供することを目的とする。また、そのガス化した難分解性有機化合物を安定的かつ効率的に還元分解して処理する装置および方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の発明者らは、汚染土壌に必須として含まれる水分を有効利用するために鋭意検討の結果、ガス化装置を２つに分けた構成とし、第１ガス化装置で、常温の土壌をヒータによって約１１０℃〜約１７０℃まで加熱して、土壌中のダイオキシン類等の難分解性有機化合物を揮発させることなく、土壌中の水分のみを蒸発させ、さらには過熱蒸気を生成させ、過熱蒸気貯留槽に、分解用等として使用するために、その過熱蒸気を回収して貯留し、第２ガス化装置で、第１ガス化装置から出た約１１０℃〜約１７０℃に加熱された、水分が除去された汚染土壌をヒータで約４００℃〜約６００℃まで加熱して、難分解性有機化合物をガス化させることにより、従来の１つのガス化装置で土壌を常温から約４００℃〜約６００℃まで加熱するためにヒータが与える熱量に比較し、２つのガス化装置のヒータが与える熱量は少なくて済み、また、反応用等の過熱蒸気を生成させるボイラやヒータ等の負荷が低減され、この結果、消費電力を充分に低減させることができ、また、運転時間を大幅に短縮することができることを見出した。また、ガス化した難分解性有機化合物の量に応じて過熱蒸気貯留槽から過熱蒸気を供給することができ、安定的かつ効率的に分解させることができることを見出した。上記課題は、本発明のガス化装置、難分解性有機化合物処理装置および処理方法を提供することにより達成される。
【００１１】
本発明のガス化装置は、難分解性有機化合物によって汚染された汚染土壌中の該難分解性有機化合物をガス化し、分解処理する装置に用いられるガス化装置であり、汚染土壌を間接加熱する第１加熱手段を備え、この第１加熱手段によって汚染土壌を間接加熱することにより、汚染土壌中の水分を蒸発させ、難分解性有機化合物をガス化することなく過熱蒸気を生成させる第１ガス化装置と、この第１ガス化装置で生成した過熱蒸気を回収し、貯留する過熱蒸気貯留槽と、水分が除去された汚染土壌を間接加熱する第２加熱手段を備え、この第２加熱手段によって水分が除去された汚染土壌を間接加熱することにより、汚染土壌中の難分解性有機化合物をガス化させる第２ガス化装置とを含むものである。
【００１２】
上記過熱蒸気貯留槽に回収された過熱蒸気の一部を、第１ガス化装置に供給する過熱蒸気供給装置をさらに含むことができる。これは、汚染土壌中に過熱蒸気を流し、その汚染土壌を直接加熱して、より効果的に汚染土壌中の水分を蒸発させ、土壌を加熱するためである。
【００１３】
上記第１ガス化装置は、汚染土壌を受け入れるための第１土壌受入口と、過熱蒸気供給装置により供給される過熱蒸気を受け入れるための蒸気受入口と、水分が除去された汚染土壌を排出するための第１排出口と、生成した過熱蒸気を過熱蒸気貯留槽に送出するための蒸気送出口とを備える第１中空円筒容器と、第１中空円筒容器内に配設され、両端が回転自在に支持された第１中心軸と、第１中心軸に周設される第１螺旋状羽根とを備え、第１土壌受入口から受け入れた汚染土壌を第１排出口に向けて移動させる第１土壌推進手段と、第１中空円筒容器に周設され、第１中空円筒容器内の汚染土壌を間接加熱する第１加熱手段とを含む構成とすることができる。
【００１４】
また、上記第２ガス化装置は、水分が除去された汚染土壌を受け入れるための第２土壌受入口と、ガス化した難分解性有機化合物を排出するためのガス排出口と、難分解性有機化合物が分離された浄化土壌を排出するための第２排出口とを備える第２中空円筒容器と、第２中空円筒容器内に配設され、両端が回転自在に支持された第２中心軸と、第２中心軸に周設される第２螺旋状羽根とを備え、第２土壌受入口から受け入れた汚染土壌を第２排出口に向けて移動させる第２土壌推進手段と、第２中空円筒容器に周設され、第２中空円筒容器内の汚染土壌を間接加熱する第２加熱手段とを含む構成とすることができる。
【００１５】
第１ガス化装置は、第１土壌推進手段によって汚染土壌の供給速度を制御するとともに第１加熱手段によって汚染土壌の温度を制御することにより、生成する過熱蒸気の流量を制御することを特徴とする。これは、後流側の反応装置において、分解用として使用する過熱蒸気の量等を考慮し、過熱蒸気の生成量が所定量となるように調節するものである。
【００１６】
第２ガス化装置は、第２土壌推進手段によって水分が除去された汚染土壌の供給速度を制御するとともに第２加熱手段によって汚染土壌の温度を制御することにより、ガス化する難分解性有機化合物の流量を制御することを特徴とする。これは、ガス化する難分解性有機化合物の反応装置へ供給される流量を調節し、過熱蒸気貯留槽から供給される過熱蒸気の流量を制御しやすくするためである。
【００１７】
上記第２ガス化装置は、第２排出口に連続し、浄化土壌を収容する浄化土壌収容容器をさらに含むことができる。これにより、ガス化した難分解性有機化合物が第２排出口を通して排出されたとしても、大気中に排出されるのを防止することができる。
【００１８】
上記第１ガス化装置は、汚染土壌を１１０℃〜１７０℃に加熱することができる。これは、汚染土壌中の難分解性有機化合物をガス化させることなく、汚染土壌中の水分をすべて蒸発させるためである。
【００１９】
上記第２ガス化装置は、汚染土壌を４００℃〜６００℃に加熱することができる。これは、汚染土壌中の難分解性有機化合物をガス化し、土壌から分離除去するためである。
【００２０】
本発明では、難分解性有機化合物によって汚染された汚染土壌中の該難分解性有機化合物をガス化して分離し、該難分解性有機化合物を分解処理する装置も提供する。この装置は、汚染土壌を間接加熱する第１加熱手段を備え、第１加熱手段によって汚染土壌を間接加熱することにより、汚染土壌中の水分を蒸発させ、難分解性有機化合物をガス化することなく過熱蒸気を生成させる第１ガス化装置と、第１ガス化装置で生成した過熱蒸気を回収し、貯留する過熱蒸気貯留槽と、水分が除去された汚染土壌を間接加熱する第２加熱手段を備え、第２加熱手段によって水分が除去された汚染土壌を間接加熱することにより、汚染土壌中の難分解性有機化合物をガス化させる第２ガス化装置と、過熱蒸気貯留槽から反応装置に過熱蒸気を供給する過熱蒸気供給装置と、ガス化した難分解性有機化合物を加熱するガス加熱手段と、過熱蒸気を加熱する過熱蒸気加熱手段と、加熱された難分解性有機化合物と加熱された過熱蒸気とを反応させて該難分解性有機化合物を分解し、難分解性有機化合物の分解により生成した分解生成物を酸化させる反応装置とを含む。
【００２１】
本発明では、さらに、難分解性有機化合物の処理方法も提供する。この処理方法は、（ｉ）第１ガス化装置で汚染土壌を間接加熱し、該汚染土壌中の水分を蒸発させ、難分解性有機化合物をガス化することなく過熱蒸気を生成させる段階と、（ｉｉ）過熱蒸気を回収し、過熱蒸気貯留槽に貯留する段階と、（ｉｉｉ）第２ガス化装置で水分が除去された汚染土壌を間接加熱し、汚染土壌中の難分解性有機化合物をガス化する段階と、（ｉｖ）第２ガス化装置でガス化された難分解性有機化合物と、過熱蒸気貯留槽から取り出され、難分解性有機化合物の流量に対して所定比率以上になるように流量が制御された過熱蒸気とを加熱する段階と、（ｖ）加熱された難分解性有機化合物と加熱された前記過熱蒸気とを反応させて該難分解性有機化合物を分解する段階と、（ｖｉ）反応装置に空気または酸素を供給し、難分解性有機化合物の分解により生成した分解生成物を酸化させる段階とを含む。
【００２２】
また、過熱蒸気貯留槽から第１ガス化装置に過熱蒸気の一部を供給する段階を含み、過熱蒸気を生成させる段階は、供給される過熱蒸気によって汚染土壌を直接加熱する段階を含むことを特徴とする。
【００２３】
上記反応装置に供給する段階において、過熱蒸気は、難分解性有機化合物中の炭素のモル量の１〜５倍のモル量になるように流量が調整される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のガス化装置を提供することにより、加熱のための消費電力や燃料量を低減させ、運転時間を大幅に短縮することができる。また、第１ガス化装置で生成した過熱蒸気を回収することにより、後流側の反応装置の分解用過熱蒸気として有効利用することができる。本発明の難分解性有機化合物処理装置および処理方法を提供することにより、反応装置において、安定的かつ効率的に難分解性有機化合物を分解させることができ、反応に必要な過熱蒸気が回収できれば別途ボイラ等は不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明のガス化装置を詳細に説明する前に、図１を参照して本発明の難分解性有機化合物処理装置１０を説明する。この難分解性有機化合物処理装置１０は、ダイオキシン類といった難分解性有機化合物を汚染土壌から分離し、低分子に分解処理する装置であり、本発明のガス化装置１１を含んで構成されるものである。図１に示す実施形態では、難分解性有機化合物処理装置１０は、ガス化装置１１のほか、前処理装置１２、脱水装置１３、反応装置１４、冷却装置１５、吸着装置１６、ブロワ１７、凝集装置１８を含む構成とされている。
【００２６】
汚染土壌や汚泥には、ダイオキシン類等の難分解性有機化合物のほか、重金属、礫、ガラス片や多量の水分等が含まれている。礫やガラス片等は、粒径が大きく、ガス化装置１１に用いられる螺旋状羽根等を損傷させるおそれがあるため、予め前処理装置１２で除去される。また、分級することで土粒子が整えられるため、異物の噛み込み等による装置のトラブルを防止することができ、汚染土壌の均一な加熱が可能となる。この前処理装置１２は、例えば、ふるいを備える分級装置とすることができる。ふるいは、例えば、メッシュサイズが約１５ｍｍ、約２０ｍｍあるいは約２５ｍｍのものを使用することができる。分級装置は、このふるいを揺動させるため、揺動装置を備えることができる。図１に示す前処理装置１２は、ふるいのほか、ふるい上に残留する粒径の大きなものを排出する排出ノズルを備えた構成とされている。
【００２７】
汚泥は多量の水分を含んでおり、この水分が増加するほど、後流側のガス化装置１１で加熱および蒸発させるために必要とされる熱エネルギーが増加する。この熱エネルギーで大部分を占めるのは、水分が蒸発する際に必要とされる蒸発潜熱である。ガス化装置１１の加熱手段で与える熱量を少なくするためには、予め脱水装置１３で水分を除去しておくことが好ましい。例えば、港湾のダイオキシン類に汚染された底泥は、浚渫後において約２〜約３の含水比（乾燥土の質量に対する水の質量を表したもの）を有する。これを、脱水装置１３によって、例えば０．５以下に低減させることができる。脱水装置１３としては、汚泥を収容し、側面に多数の穴を有する容器を備えており、その容器を回転させ、水分を、多数の穴を通して遠心分離する装置を挙げることができる。汚染土壌中の土粒子の質量が１ｋｇで、難分解性有機化合物であるダイオキシン類（例えば、分子式Ｃ１２Ｈ４Ｏ２Ｃｌ４で、分子量３２２のものとする。）で表されるが０．１ｋｇ含まれている場合、以下で説明するように、反応に必要とされる蒸気量が、ダイオキシン類中の炭素のモル量と同等以上で、そのモル量の２倍〜５倍が好ましいことから、０．１４ｋｇ〜０．３５ｋｇ必要である。したがって、すべてを反応用の過熱蒸気として利用できるとして、以下のガス化装置１１に送られる汚染土壌の含水比は、０．１４〜０．３５である必要がある。しかしながら、すべてを蒸発させることは難しく、漏れ、凝縮等により、ロスを生じるおそれがあるため、脱水装置１３では、含水比を約０．３〜約０．５に低減させるように、汚染土壌中の水分を除去することが好ましい。
【００２８】
このようにして、礫等や水分を除去された汚染土壌は、系内を気密にするべくフィーダ等を使用してホッパーからガス化装置１１に供給される。ホッパーとガス化装置１１との間には弁が設けられており、弁により汚染土壌の供給量を制御することができる。ガス化装置１１内では、この汚染土壌を加熱し、残存する水分を蒸発させ、過熱蒸気として回収し、重金属や難分解性有機化合物をガス化させ、汚染土壌から分離する。ガス化装置１１の詳細については図２を参照して詳細に説明する。ここで、過熱蒸気とは、その蒸気の圧力における飽和温度を超える温度の水蒸気を意味し、常圧では１００℃を超える温度の水蒸気を意味する。
【００２９】
汚染土壌から分離されたガスは、分解処理するため、反応装置１４に送られる。重金属や難分解性有機化合物が分離除去された後の土壌は、重金属や難分解性有機化合物が環境基準値以下となり、大部分が土質成分であり、常温まで冷却後、土壌として再利用することができる。図１に示す実施形態では、ガス化装置１１に連続し、大部分が土質成分とされた浄化土壌を収容する浄化土壌収容容器１９を含んで構成されている。この浄化土壌収容容器１９は、浄化土壌の排出とともに混入される、重金属や難分解性有機化合物等を含む分離ガスが大気中に放出されないように密閉された容器とされている。なお、この浄化土壌収容容器１９には、連続して浄化土壌が受け入れられるため、混入された分解ガスは、浄化土壌収容容器１９から押し出され、再びガス化装置１１に戻され、反応装置１４へと送られる。浄化土壌収容容器１９は、浄化土壌を取り出すための取出口を備えており、処理終了後に、その取出口から浄化土壌を取り出すことができる。
【００３０】
反応装置１４は、円筒管にヒータ等の加熱手段が周設されたものとすることができ、難分解性有機化合物および過熱蒸気を通過させるのみで分解させることができる。反応装置１４における分解反応は、約９００℃〜約１２００℃で起こり、その反応時間は約０．５秒〜約５秒程度である。そのため、上記分離されたガスおよび過熱蒸気貯留槽から送られる過熱蒸気は、予め約９００℃〜約１２００℃に加熱され、反応装置１４に送られる。なお、円筒管に周設された加熱手段は、円筒管内の温度を一定に保持するために使用される。これらの加熱は、ガス化装置１１と反応装置１４との間に配置されるガス加熱手段、ガス化装置に含まれる過熱蒸気供給装置と反応装置１４との間に配置される過熱蒸気加熱手段によって行われる。これらの加熱手段は、ヒータ、加熱炉、以下に説明する電磁誘導過熱装置等とすることができる。
【００３１】
反応装置１４内では、加熱された分離ガス中の難分解性有機化合物が過熱蒸気と反応し、難分解性有機化合物が低分子に分解される。すなわち、難分解性有機化合物はベンゼン環を有する化合物であり、この過熱蒸気による反応によってベンゼン環が断ち切られ、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、メタン、塩化水素といった低分子に分解される。この反応装置１４に送り込まれる過熱蒸気量は、難分解性有機化合物中の炭素のモル量と同等以上とされる。すなわち、その炭素のモル量が、１モルであれば、過熱蒸気は１モル以上とされる。この反応では、過熱蒸気量は、炭素のモル量の約２倍〜約５倍が好ましい。この過熱蒸気は、ガス化装置１１の過熱蒸気貯留槽から流量を制御されて供給することができる。流量を制御する場合、供給される難分解性有機化合物の流量を流量計で測定し、測定した流量に所定比率を乗算し、乗算した流量になるように調節弁で制御することで、所定流量に制御された過熱蒸気を反応装置１４に供給することができる。上記比率として例えば１〜４とすることができる。すなわち、難分解性有機化合物の流量が毎時０．１ｋｇであれば、過熱蒸気の流量を毎時０．１ｋｇ〜０．４ｋｇに制御して供給することができる。
【００３２】
汚染土壌に含まれる水分が少なく、過熱蒸気貯留槽に貯留される過熱蒸気量だけでは不足する場合には、別途ボイラ等を設け、不足する量の過熱蒸気を供給することができる。また、難分解性有機化合物の量が少ない場合には、汚染土壌のガス化装置１１への供給量を増加させることができる。
【００３３】
不足する過熱蒸気を生成するための装置としては、燃料を燃焼させる等して水を加熱することにより蒸気を発生させ、さらに加熱することにより過熱蒸気を生成させるボイラや、ボイラ等の蒸気発生装置と、発熱体を巻いた中空管を備える電磁誘導過熱装置とを備えるものを用いることができる。この電磁誘導過熱装置では、その中空管内にボイラ等で発生させた蒸気を通し、電磁誘導過熱することにより過熱蒸気を発生させることができる。
【００３４】
反応装置１４において安定的かつ効率的に分解反応を行わせるためには、反応装置内の温度が所定温度に保持され、供給されるガス化した難分解性有機化合物の流量と過熱蒸気の流量とが一定となるように制御されることが好ましい。そのためには、ガス化した難分解性有機化合物と過熱蒸気とが分離されているか、どちらか一方に他方が混入しているにしても、その他方の量が既知であり、それぞれの流量を制御できることが好ましい。本発明の装置では、ガス化装置１１において、過熱蒸気が分離回収され、難分解性有機化合物のみをガス化することができ、また、そのガス化した難分解性有機化合物の流量および過熱蒸気の流量をそれぞれ制御することができるため、反応装置１４において、安定的かつ効率的に分解反応を行わせることができる。
【００３５】
反応装置１４では、さらに、分解されたガスに含まれる一酸化炭素を無害化するため、空気が送り込まれる。この空気は、難分解性有機化合物や過熱蒸気とともに、あるいは、反応装置１４を構成する円筒管の途中で供給することができ、反応装置１４内の温度が低下しないように、約９００℃〜約１２００℃に加熱して供給されることが好ましい。一酸化炭素は空気と反応して酸化され、二酸化炭素に転換される。また、メタンも、空気と反応して酸化され、水蒸気と二酸化炭素とに転換される。この場合、空気に代えて酸素を供給することもできるが、酸化反応は発熱反応であり、その後、分解ガスを冷却装置１５で冷却することを考慮すれば、不活性ガスである窒素を含み、発熱を抑制することができる空気のほうが好ましい。ここで、分解ガス中に含まれる水蒸気は、ほぼ常圧で、１００℃を超える温度を有するため、実質的には過熱蒸気であるが、反応装置１４に入る蒸気と、反応装置１４から出る蒸気とを区別するため、入る蒸気を過熱蒸気とし、出る蒸気を水蒸気としている。なお、反応装置１４に送り込まれる空気は、例えば、ブロワや空気圧縮機を使用して供給することができ、ヒータ、加熱炉、上記の電磁誘導過熱装置等を使用して空気を加熱することができる。
【００３６】
反応装置１４を出る分解ガスには、一酸化炭素、水素、メタンが残存している場合があり、徐冷では、これらの低分子同士が反応し、それと塩化水素が反応し、ダイオキシン類を再合成するおそれがある。このため、多量の冷却水によって急冷しなければならない。難分解性有機化合物処理装置１０では、多量の冷却水が収容された冷却装置１５を通し、分解ガスを急冷する。なお、分解ガス中には塩化水素を含んでおり、この塩化水素は大気中に放散することはできないため、冷却水をアルカリ性の水溶液とし、アルカリとこの塩化水素とを反応させ、塩化水素を回収する。アルカリとしてはこれまで知られたいかなる物質でよく、例えば、水酸化カリウムや水酸化ナトリウムを挙げることができる。この場合、分解ガス中の一部の二酸化炭素もアルカリと反応し、回収される。
【００３７】
冷却装置１５を出た分解ガスは、ほとんどが二酸化炭素、水蒸気、窒素であるが、微量に一酸化炭素やメタン等の有害成分が残存している場合がある。このため、多孔性吸着材を充填した吸着装置１６を設置し、これら有害成分を吸着除去する。この多孔性吸着材としては、活性炭を挙げることができ、その他としてゼオライト等を用いることもできる。この有害成分が吸着除去された無害ガスはブロワ等によって大気中に放散される。なお、この難分解性有機化合物処理装置１０は、ブロワ１７によって吸引され、装置内部は大気圧より低い負圧に保持される。そのため、ガス化した難分解性有機化合物が大気中に漏洩することを防止することができる。
【００３８】
冷却装置１５は、図示しない冷却塔から冷却水が供給され、冷却塔へ冷却水を供給するが、反応生成物である二酸化炭素や塩化水素が溶存したり、未燃焼炭素やダストや重金属が堆積したりする。そのため、冷却水の一部を凝集装置１８へ送るとともに、新たな水を冷却水として供給する。図１では、冷却装置１５が３つから構成されているが、１つや２つ、あるいは４つ以上であってもよい。なお、冷却装置１５を複数で構成することにより、確実に冷却することができるとともに、充分に塩化水素、ダスト等を除去することができる。凝集装置１８へ送られた冷却水中の反応生成物等は、凝集剤によって凝集し、凝集物である残渣と、液体である排水とに分離される。なお、残渣は、ガス化装置１１に送られて再度ガス化され、難分解性有機化合物とともに反応装置１４で分解処理される。
【００３９】
この難分解性有機化合物処理装置１０は、吸着装置１６で吸着された有害成分を、ガスの流れ方向とは反対方向に過熱蒸気を流して脱着させ、ガス化装置１１を出た分離ガスとともに、再び反応装置１４に送ることができる。このようにすることで、吸着装置１６内の吸着材を、ふたたび吸着可能に再生することができる。これにより、吸着材の交換頻度を低減させ、材料コストを抑制することができる。
【００４０】
次に、図２を参照して本発明のガス化装置を詳細に説明する。図２に示すように、本発明のガス化装置は、第１ガス化装置２０と、過熱蒸気貯留槽３０と、第２ガス化装置４０とから構成される。第１ガス化装置２０は、汚染土壌を間接加熱する第１加熱手段２１を備え、第１加熱手段２１によって汚染土壌を間接加熱することにより、汚染土壌中の水分を蒸発させ、それをさらに加熱して過熱蒸気を生成させるものである。また、過熱蒸気貯留槽３０は、第１ガス化装置２０によって生成された過熱蒸気を、温度を保持しつつ貯留するものである。過熱蒸気貯留槽３０に貯留される過熱蒸気は、過熱蒸気貯留槽３０に接続される過熱蒸気供給装置３１によって、図１に示す反応装置１４や第１ガス化装置２０等に供給される。
【００４１】
図２に示す実施形態では、第１ガス化装置２０は、汚染土壌を受け入れるための第１土壌受入口２２と、過熱蒸気供給装置３１により供給される過熱蒸気を受け入れるための蒸気受入口２３と、水分が除去された汚染土壌を排出するための第１排出口２４と、生成した過熱蒸気を過熱蒸気貯留槽３０に送出するための蒸気送出口２５とを備える第１中空円筒容器２６と、その第１中空円筒容器２６内に配設され、両端が回転自在に支持された第１中心軸２７と、第１中心軸２７に周設される第１螺旋状羽根２８とを備え、第１土壌受入口２２から受け入れた汚染土壌を第１排出口２４に向けて移動させる第１土壌推進手段２９と、第１中空円筒容器２６に周設され、第１中空円筒容器２６内の汚染土壌を間接加熱する第１加熱手段２１とを含んで構成されている。
【００４２】
図２に示す実施形態では、第１加熱手段２１が、第１中空円筒容器２６に周設されており、第１中空円筒容器２６の内部を移動する汚染土壌は、第１中空円筒容器２６の壁を通して間接加熱されるようになっている。また、この実施形態では、蒸気受入口２３から過熱蒸気も供給され、この過熱蒸気が汚染土壌に直接接触し、汚染土壌が直接加熱されるようにされている。本発明では、過熱蒸気を受け入れ、直接加熱する構成にされていなくてもよいが、このように過熱蒸気を受け入れ、直接加熱することにより、効率的で、短時間に所定温度まで加熱することができる。
【００４３】
第１ガス化装置２０内に受け入れられた汚染土壌は、第１土壌推進手段２９によって第１排出口２４に向けて移動される。第１土壌推進手段２９は、第１中心軸２７と、第１中心軸２７に周設される第１螺旋状羽根２８とを備える構成とされており、第１中心軸２７を回転させ、第１螺旋状羽根２８が回転することにより、第１排出口２４に向けて汚染土壌を移動させることができる。汚染土壌の移動速度は、第１中心軸２７の回転数を変えることにより制御することができる。汚染土壌は移動中、第１中空円筒容器２６に周設される第１加熱手段２１によって間接加熱され、汚染土壌とともに受け入れられる過熱蒸気によって直接加熱される。
【００４４】
これらの加熱により、汚染土壌の温度は上昇し、約１００℃に到達すると、汚染土壌中の水分が蒸発し、さらに加熱されることによって過熱蒸気が生成される。汚染土壌が第１排出口２４に達すると、過熱蒸気は蒸気送出口２５から排出され、加熱された汚染土壌は第１排出口２４から排出される。第１ガス化装置２０で汚染土壌は、第１ガス化装置２０内の圧力がほぼ常圧であることから、約１１０℃〜約１７０℃に加熱される。これは、汚染土壌中に含まれる難分解性有機化合物をガス化することなく、汚染土壌中の水分をすべて蒸発させるためである。なお、蒸発だけであれば、１００℃に加熱すれば良いが、例えば、蒸気送出口２５、過熱蒸気貯留槽３０へ送出される間、過熱蒸気貯留槽３０で貯留している間等において熱ロスを生じ、蒸気は凝縮する。凝縮して生成される水は、再び蒸気にするのに多量の熱量を必要とする。このため、容易に凝縮しないよう、過熱状態である過熱蒸気として回収される。本発明では、熱ロスを考慮すると、約１４０℃〜約１７０℃が好ましい。
【００４５】
過熱蒸気貯留槽３０は、蒸気送出口２５から排出された過熱蒸気を受け入れ、温度を保持しつつ貯留する。過熱蒸気貯留槽３０としては、例えば、保温材で被覆された所定容量の容器とすることができるが、温度を確実に保持するため、ヒータ等の加熱手段を備えることが好ましい。過熱蒸気供給装置３１としては、図１に示す反応装置１４や第１ガス化装置２０に過熱蒸気を供給することができる圧縮機やブロワ等とすることができる。また、必要に応じて、過熱蒸気をさらに所定の温度まで加熱する電磁誘導過熱装置等の蒸気過熱手段を設けることができる。これまで過熱蒸気は、第１ガス化装置２０および図１に示す反応装置１４に送るものとして説明してきたが、第２ガス化装置４０に送ることもできる。これは、過熱蒸気を潤滑材として使用するためで、この過熱蒸気の供給により、第２ガス化装置４０において汚染土壌と螺旋状羽根との間に生じる摩擦や、高熱、焼き付けを防止してスムーズに土壌を移動させることができる。また、過熱蒸気貯留槽３０からの過熱蒸気を約４００℃〜約６００℃に加熱した後に第２ガス化装置４０に送ることで、汚染土壌の温度をより均一に上げることができる。
【００４６】
第２ガス化装置４０は、第１ガス化装置２０から出る水分が除去された汚染土壌を受け入れ、その汚染土壌を間接加熱する第２加熱手段４１を備えており、この第２加熱手段４１によって水分が除去された汚染土壌を間接加熱することにより、汚染土壌を所定温度まで加熱するとともに、この汚染土壌中の難分解性有機化合物をガス化させ、この土壌から分離除去される。
【００４７】
図２に示す実施形態では、第２ガス化装置４０は、水分が除去された汚染土壌を受け入れるための第２土壌受入口４２と、ガス化した難分解性有機化合物を排出するためのガス排出口４３と、難分解性有機化合物が分離された浄化土壌を排出するための第２排出口４４とを備える第２中空円筒容器４５と、第２中空円筒容器４５内に配設され、両端が回転自在に支持された第２中心軸４６と、第２中心軸４６に周設される第２螺旋状羽根４７とを備え、第２土壌受入口４２から受け入れた汚染土壌を第２排出口４４に向けて移動させる第２土壌推進手段４８と、第２中空円筒容器４５に周設され、第２中空円筒容器４５内の汚染土壌を間接加熱する第２加熱手段４１とを含んで構成されている。
【００４８】
図２に示す実施形態では、第２加熱手段４１が、第２中空円筒容器４５に周設されており、第２中空円筒容器４５の内部を移動する汚染土壌は、第２中空円筒容器４５の壁を通して間接加熱されるようになっている。
【００４９】
第２ガス化装置４０内に受け入れられた、水分が除去された汚染土壌は、第２土壌推進手段４８によって第２排出口４４に向けて移動される。第２土壌推進手段４８は、第２中心軸４６と、第２中心軸４６に周設される第２螺旋状羽根４７とを備える構成とされており、第２中心軸４６を回転させ、第２螺旋状羽根４７が回転することにより、第２排出口４４に向けて移動させることができる。汚染土壌の移動速度は、第２中心軸４６の回転数を変えることにより制御することができる。汚染土壌は移動中、第２中空円筒容器４５に周設される第２加熱手段４１によって間接加熱される。
【００５０】
難分解性有機化合物に含まれるダイオキシン類には、ＰＣＤＤやＰＣＤＦにおいて塩素の置換位置の異なるものや、塩素数が異なるものが数十から数百種類存在する。それらは沸点が異なっており、沸点が低い順にガス化していく。第２ガス化装置４０で汚染土壌は、難分解性有機化合物のすべてがガス化する約４００℃〜約６００℃に加熱される。汚染土壌が第２排出口４４に達すると、汚染土壌は上記温度に加熱され、難分解性有機化合物はガス化されており、ガス化された難分解性有機化合物はガス排出口４３から排出され、難分解性有機化合物が分離された土壌は、第２排出口４４から排出される。
【００５１】
一般に、高い含水比の土壌は、常温から約４００℃〜約６００℃に加熱している間に造粒されやすく、熱伝達効率が低下することがある。これを防止するためには、汚染土壌の含水比を所定含水比以下にしてガス化装置に供給する必要がある。しかしながら、本発明のガス化装置では、約４００℃〜約６００℃に加熱する第２ガス化装置４０の前流側の第１ガス化装置２０で、すべての水分が蒸発されるため、この問題は生じない。
【００５２】
図２に示す実施形態では、第１ガス化装置２０と第２ガス化装置４０とは、第１ガス化装置２０の第１排出口２４と第２ガス化装置４０の第２土壌受入口４２とが連通するように設置されている。ここでは、第２ガス化装置４０の上部に第１ガス化装置２０が設置され、第１ガス化装置２０の上部にホッパー５０等が配置されている。フィーダ等を使用してホッパー５０に入れられた汚染土壌は、弁５１を開くことにより、第１ガス化装置２０の第１土壌受入口２２を通して第１中空円筒容器２６内に受け入れることができる。また、第１排出口２４と第２土壌受入口４２とが連通しており、第２ガス化装置４０が第１ガス化装置２０の下部に設置されているため、第１ガス化装置２０で加熱され、水分が除去された汚染土壌は、第１排出口２４および第２土壌受入口４２を通して第２ガス化装置４０に受け入れることができる。
【００５３】
第１中空円筒容器２６および第２中空円筒容器４５は、所定径の鋼製のベッセルを横置きにしたものとすることができ、各受入口２２、２３、４２、各排出口および送出口２４、２５、４３、４４はノズルを備える構造とすることができる。各加熱手段２１、４１は、鋼製のベッセルの壁を通して熱を間接的に与えることができるものであればいかなるものであってもよく、例えば、抵抗発熱体がその壁面に接触するように周設され、その抵抗発熱体に電気を導通することによって加熱される電気ヒータや、二重管構造とし、内管に汚染土壌を受け入れ、内管と外管との間に燃焼ガスを通して加熱する構造のものとすることができる。本発明では、燃料を燃焼させ、燃焼ガスにより加熱する構造のものは、排ガスが発生し、場合によっては不完全燃焼を引き起こす可能性があるため、電気を使用する電気ヒータが好ましい。電気ヒータを用いる場合、この電気ヒータに供給する電流量を変化することにより、汚染土壌に与える熱量を変化させ、汚染土壌が所定温度になるように制御することができる。また、電流量を制御する制御装置を設けることもできる。また、二重管構造のものを用いる場合、燃料量および燃焼空気量を調節して、燃焼温度および燃焼ガス量を変化させ、汚染土壌の温度が所定温度になるように制御することができる。この場合も、燃料量および燃焼空気量を制御する制御装置を設けることができる。
【００５４】
電気ヒータに使用することができる抵抗発熱体は、例えば、鉄−クロム−アルミニウム金属発熱体、ニッケル−クロム金属発熱体、白金−モリブデン−タンタル−タングステン金属発熱体、炭化珪素−シリサイト非金属発熱体、炭化珪素−カーボン非金属発熱体、モリブデン−シリサイト非金属発熱体、モリブデン−カーボン非金属発熱体とすることができる。また、各発熱体によって発生した熱を効率的に内部の汚染土壌に与えるため、各中空円筒容器に周設された各加熱手段の周囲を断熱材等で被覆することが好ましい。
【００５５】
汚染土壌の移動速度は、第１中心軸２７、第２中心軸４６の回転速度によって設定することができ、例えば、第１土壌受入口２２で受け入れた汚染土壌が第１排出口２４に到達するまでの時間が３０分、第２土壌受入口４２で受け入れた水分が除去された汚染土壌が第２排出口４４に到達するまでの時間も３０分となるように設定することができる。この回転速度は、汚染土壌の土質成分、粒径、難分解性有機化合物の濃度、含水比等によって適宜決定することができる。第１土壌推進手段２９、第２土壌推進手段４８は、例えば、螺旋状羽根を備えるスクリューが好ましい。スクリューは、この螺旋状羽根が汚染土壌を撹拌する機能を有しており、この機能により、過熱蒸気を汚染土壌に拡散させ、かつ汚染土壌を均一に加熱することを可能にするからである。本発明では、第１土壌推進手段２９、第２土壌推進手段４８は、往復動するピストンのようなものであってもよい。また、第１土壌推進手段２９、第２土壌推進手段４８は、第１中心軸２７、第２中心軸４６を回転させるための駆動装置を含む構成とすることができる。この駆動装置は、第１中心軸２７、第２中心軸４６の回転数を変化させることができ、これにより、移動速度を変化および制御することができる。駆動装置は、第１ガス化装置で生成される過熱蒸気の流量、第２ガス化装置４０でガス化される難分解性有機化合物の流量が所定流量になるように、汚染土壌の移動速度を制御する制御装置を含むことができる。
【００５６】
本発明では、図２に示す実施形態のような、第１ガス化装置２０を第２ガス化装置４０の上部に配置した構成に限られるものではないが、設置スペースを小さくし、第１ガス化装置２０から第２ガス化装置４０に汚染土壌を搬送する装置が不要となる点で、図２に示す実施形態の構成が好ましい。
【００５７】
図２に示すガス化装置によるガス化について、さらに説明を加えると、まず、第１ガス化装置２０の第１中空円筒容器２６内を、第１加熱手段２１によって、例えば、約１２０℃に維持し、第２ガス化装置４０の第２中空円筒容器４５内を、第２加熱手段４１によって、例えば、約４００℃に維持する。次に、第１中空円筒容器２６内に、常温の汚染土壌を投入し、第１土壌推進手段２９によって移動が開始される。第１中空円筒容器２６内では、第１加熱手段２１による加熱によって汚染土壌中の水分が蒸発し、過熱蒸気とされ、蒸気送出口２５を通して過熱蒸気貯留槽３０に送られる。この場合、送出される過熱蒸気の流量を設定し、その流量になるように、第１土壌推進手段２９による汚染土壌の移動速度を制御することができる。
【００５８】
水分が除去された汚染土壌は、第２中空円筒容器４５内に投入され、第２土壌推進手段４８によって移動が開始され、第２加熱手段４１による間接加熱により、汚染土壌中の難分解性有機化合物がガス化し、ガス排出口４３を通して図１に示す反応装置１４へ送られる。難分解性有機化合物が除去された土壌は、第２排出口４４を通して落下し、図１に示す浄化土壌収容容器１９に収容される。この場合、ガス化され、反応装置へ送られる難分解性有機化合物の流量を設定し、その流量になるように、第２土壌推進手段４８による汚染土壌の移動速度を制御することができる。
【００５９】
なお、上記各移動速度の制御によって過熱蒸気の流量およびガス化した難分解性有機化合物の流量を制御することができれば、各移動速度の制御のみで良いが、土壌に含まれる水分、難分解性有機化合物の量は一定ではないため、各移動速度の制御のみでは難しく、第１加熱手段２１および第２加熱手段４１による加熱温度の制御を併用することが好ましい。
【００６０】
このように移動速度および加熱温度を制御し、所定量の過熱蒸気を生成させ、所定量の難分解性有機化合物をガス化させることにより、反応装置において、温度および滞留時間をほぼ一定に保持することができ、安定的かつ効率的に難分解性有機化合物を分解させることができる。
【００６１】
これまで、図２に示すガス化装置に連続して汚染土壌を供給し、連続して難分解性有機化合物をガス化する場合について説明してきたが、本発明のガス化装置は、バッチで処理することもできる。バッチで処理する場合、第１ガス化装置に所定量の汚染土壌を入れ、所定時間をかけて加熱し、水分を除去するために蒸気を発生させる。次に、水分が除去された汚染土壌を第２ガス化装置に入れ、所定時間をかけて加熱し、難分解性有機化合物をガス化する。このようにして１回のバッチ処理が終了した後、再度、第１ガス化装置に汚染土壌を入れ、同様の処理をすることもできるが、第２ガス化装置内は約４００℃に加熱され、土壌が排出された後においても、熱が残っているため、第２ガス化装置に汚染土壌を入れ、水分を蒸発させ、次に、第１ガス化装置に、水分が除去された汚染土壌を入れて加熱し、難分解性有機化合物をガス化するというように、役割を交代させて行うことで、熱効率を向上させ、消費電力を低減させることができる。このように役割を交代させて行う場合、図２に示す上下に２つのガス化装置が配列するように設置されたものより、２つのガス化装置が横に並列に設置されたものが好ましい。以下、図３に示すガス化装置を参照してバッチ処理について詳細に説明する。
【００６２】
図３に示す装置は、汚染土壌を受け入れるホッパー６０と、ホッパー６０に接続されるフィーダ６１ａと、弁６２ａ〜６２ｌと、第１ガス化装置６３と、第２ガス化装置６４と、過熱蒸気貯留槽６５と、過熱蒸気供給装置６６と、第１ガス化装置６３から出る汚染土壌を第２ガス化装置６４に送るためのフィーダ６１ｂと、第２ガス化装置６４から第１ガス化装置６３に送るためのフィーダ６１ｃとから構成されている。バッチ処理では、弁６２ａ、６２ｃ、６２ｈを開き、その他の弁は閉じ、フィーダ６１ａを使用してホッパー６０から第１ガス化装置６３に所定量の汚染土壌を供給する。フィーダ６１ａで所定時間内に供給可能な量が決められているため、供給時間を制御することで、所定量の汚染土壌を供給することができる。第１ガス化装置６３内に供給された汚染土壌は、第１ガス化装置６３の第１加熱手段によって常温から例えば約１２０℃に加熱される。第１ガス化装置６３では、第１土壌推進手段によって汚染土壌を往復動させ、汚染土壌を約１２０℃に均一に加熱する。この加熱により、汚染土壌中に含まれる水分は蒸発し、約１２０℃の過熱蒸気となり、過熱蒸気貯留槽６５に送られ、貯留される。
【００６３】
第１ガス化装置６３での加熱処理は、例えば３０分行われ、その間、過熱蒸気貯留槽６５にある程度の量の過熱蒸気が貯留されたところで、過熱蒸気供給装置６６を稼働させ、弁６２ｆを開いて第１ガス化装置６３内に過熱蒸気を供給し、汚染土壌を直接加熱することができる。
【００６４】
上記の３０分の加熱処理が終了した後、弁６２ｆを閉じ、過熱蒸気供給装置６６を停止させ、第１ガス化装置６３への過熱蒸気の供給を停止する。次に、弁６２ａ、６２ｈを閉じ、弁６２ｂ、６２ｄを開き、フィーダ６１ｂを稼働させ、第１ガス化装置６３から第２ガス化装置６４に、水分が除去された汚染土壌を供給する。第２ガス化装置６４内に供給された汚染土壌は、第２ガス化装置６４の第２加熱手段によって約１２０℃から約４００℃に加熱される。第２ガス化装置６４では、第２土壌推進手段によって汚染土壌を往復動させ、汚染土壌を約４００℃に均一に加熱する。この加熱により、汚染土壌中に含まれる難分解性有機化合物はガス化し、約４００℃のガスとなり、図示しない反応装置へ送られる。
【００６５】
第２ガス化装置６４での加熱処理も、例えば３０分行われ、その間、過熱蒸気供給装置６６を稼働させ、弁６２ｇを開いて第２ガス化装置６４内に過熱蒸気を供給し、汚染土壌を直接加熱することができる。図３に示す実施形態では、弁６２ｇを備えるラインに加熱手段が示されていないが、この加熱手段によって過熱蒸気を約４００℃に加熱した後に第２ガス化装置６４に供給することが好ましい。この約４００℃に加熱された過熱蒸気を供給することにより、第２ガス化装置６４において汚染土壌を直接加熱し、より均一に汚染土壌の温度を上げることができる。この間、難分解性有機化合物は、沸点が低い順にガス化する。
【００６６】
上記の３０分の加熱処理の後、弁６２ｋを開いて図示しない反応装置へ過熱蒸気の供給を開始した後、弁６２ｌを開き、ガス化した難分解性有機化合物を図示しない反応装置へ送る。また、難分解性有機化合物が分離された土壌は、図示しない浄化土壌収容容器へ送られる。弁６２ｉ、６２ｇを閉じ、第２ガス化装置６４への過熱蒸気の供給を停止する。
【００６７】
このようにして１回のバッチ処理が終了する。第１ガス化装置６３は、第２ガス化装置６４で加熱処理している間、第１加熱手段による加熱は停止されている。そのため、自然冷却され、装置内の温度が下がる。第２ガス化装置６４も、1回のバッチ処理が終了すると、装置内の温度が下がる。しかしながら、第２ガス化装置６４は、約４００℃まで加熱されるため、早急に下がるということはなく、この熱を有効利用し、消費電力を低減させることができる。すなわち、次にホッパー６０から汚染土壌を供給する場合には、第２ガス化装置６４に供給する。これにより、第２ガス化装置６４の余熱を有効利用し、第２加熱手段によって加熱するために必要とされる熱量を少なくすることができる。
【００６８】
第１ガス化装置６３での加熱処理は、例えば、しきい値を設定し、含水比から計算される水分量の９５％が過熱蒸気として送出されたところで、加熱処理を終了するように設定してもよい。また、２５分の加熱で、約１５０℃の加熱が達成され、その時間での加熱で９５％以上が蒸発するということが既知であれば、時間によって加熱処理を終了することもできる。
【００６９】
第２ガス化装置６４での加熱処理は、例えば、しきい値を設定し、測定された量の９９．５％が送出されたところで、加熱処理を終了するように設定してもよい。また、３０分の加熱で、約４００℃の加熱が達成され、その時間での加熱で９９．５％以上がガス化するということが既知であれば、時間によって加熱処理を終了することもできる。
【００７０】
これまで図面を参照して本発明の装置について詳細に説明してきたが、各中空円筒容器の径や長さ、土壌推進手段の螺旋状羽根の巻き数、各受入口および排出口の径、浄化土壌収容容器の形状、大きさはいかなるものであってもよく、土壌の処理量等によって適宜決定することができるものである。また、中空円筒容器の材質は、鋼のほか、銅やアルミニウム、これらの合金であってもよい。
【００７１】
また、第１ガス化装置の受入口とその上部に設置されるホッパーとの間、第１ガス化装置の排出口と第２ガス化装置の受入口との間にそれぞれ、弁を設けることができ、これにより、弁を閉止し、上記のように土壌を往復動させ、充分かつ均一に加熱することができる。また、第１ガス化装置および第２ガス化装置から送出される、生成した過熱蒸気の流量、ガス化した難分解性有機化合物の流量を測定するために、送出されるラインに、オリフィス等の流量計を設けることができる。また、反応装置に供給される過熱蒸気の流量を、ガス化した難分解性有機化合物の流量に応じて調節するため、難分解性有機化合物が流れるライン、すなわち第２ガス化装置と反応装置とを接続するラインに流量計を設けることができ、過熱蒸気貯留槽と反応装置とを接続するラインに流量計および調節弁を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の難分解性有機化合物処理装置を例示した図。
【図２】本発明のガス化装置を例示した図。
【図３】ガス化装置の別の実施形態を示した図。
【符号の説明】
【００７３】
１０…難分解性有機化合物処理装置
１１…ガス化装置
１２…前処理装置
１３…脱水装置
１４…反応装置
１５…冷却装置
１６…吸着装置
１７…ブロワ
１８…凝集装置
１９…浄化土壌収容容器
２０…第１ガス化装置
２１…第１加熱手段
２２…第１土壌受入口
２３…蒸気受入口
２４…第１排出口
２５…蒸気送出口
２６…第１中空円筒容器
２７…第１中心軸
２８…第１螺旋状羽根
２９…第１土壌推進手段
３０…過熱蒸気貯留槽
３１…過熱蒸気供給装置
４０…第２ガス化装置
４１…第２加熱手段
４２…第２土壌受入口
４３…ガス排出口
４４…第２排出口
４５…第２中空円筒容器
４６…第２中心軸
４７…第２螺旋状羽根
４８…第２土壌推進手段
５０…ホッパー
５１…弁
６０…ホッパー
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ…フィーダ
６２ａ〜６２ｌ…弁
６３…第１ガス化装置
６４…第２ガス化装置
６５…過熱蒸気貯留槽
６６…過熱蒸気供給装置
【図１】
2007296410.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007296410.tif 000005