JP6419964B2 - 排出汚染物質補捕捉、収集装置 - Google Patents

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関連出願の相互参照
本願は、２０１５年７月２４日に出願されたアメリカ特許出願番号１４／８０８，５６３の優先権を主張し、また２０１４年７月２５日に出願されたアメリカ仮出願番号６２／０２９，０４１および２０１５年３月１６日に出願されたアメリカ仮出願番号６２／１３３，７９１の利益をも主張する。上記出願の開示事項全体がここに援用される。

本願は、広く産業排出物制御システムに用いられ、気体及び非気体排出物から汚染物質を除去する装置に関する。

本セクションは、必ずしも先行する技術ではない本願開示事項に関連する背景技術情報を提示するものである。

数多くの経済部門の産業は、一種類以上の排出物を出す。このような排出物は、一方は気体状、他方は非気体状である二つの基本的なグループに分割可能である。気体グループ中の排出物と非気体グループの排出物とは、しばしば有害汚染物質を含む。気体グループ中の排出物は、石炭燃焼プラント又は天然ガス燃焼設備によって発生する排気ガスであっても良い。非気体グループ中の排出物は、液体状、スラッジ状またはスラリー状物質であっても良い。排出物中の有害汚染物質のレベルが許容可能限度に達し、及び／又は許容可能限度を超える場合、この汚染物質を中和し、捕捉し、収集し、除去し、廃棄し、及び／又は何らかの手段で適切に封止しなくてはならない。

多くの産業は、それぞれの方法のいくつかの側面を達成するための手段として燃料を燃焼することに依拠する。例えば、第一の例として、製鋼所では、金属成形、押し出しおよびその他金属鋳造工程中で、金属を燃やし及び／又は溶解する。この金属産業内で用いられる方法は、粉末を金属蒸気及びイオン化金属として放出する操作を含む。環境、植物、動物及び／又は人間に対する有害汚染物質が金属蒸気を介して空気中に放出される。程度の差はあっても、この金属蒸気及び／又は金属蒸気化合物中の有害汚染物質は、収集して、適切に廃棄しなくてはならない。第二の例として、金、銀及び白金等の貴金属の採掘業では、重金属汚染物質を含む金属、金属蒸気排出物、及び粉末をも発生させるが、これらは捕捉、収集し、適切に廃棄されなければ有害であると考えられる。第三の例として、天然ガスを燃焼させる産業では、高いレベルの汚染物質をしばしば含む排出物が発生するが、これらは捕捉、収集し、適切に廃棄されなければ有害であると考えられる。第四の例として、発電機を回転させるボイラーで蒸気を発生させる燃焼可能な消耗品として石炭を用いるエネルギー生産者は、環境、植物、動物及び人間に対して危険と考えられる金属蒸気及び金属化合物を含む排出物を相当な量発生させる。他の有害汚染物質中、金属蒸気排出物は、しばしば水銀（Ｈｇ）を含む。

地球規模のジェット気流パターンのため、空中の金属蒸気排出物は、一つの国から運ばれて、他の国に堆積する可能性がある。例えば、中国及び／又はインドで発生した水銀排出物の多くが、実際にアメリカ及び／又はその間の海水中に堆積することとなる可能性がある。同様に、アメリカで発生した水銀を含む排出物の多くが、実際にヨーロッパ及び／又はその間の海中に堆積する可能性がある。この循環を完全なものとする形で、ヨーロッパで発生した水銀を含む排出物は、実際に中国及び／又はインドに堆積する可能性がある。したがって、産業の過程で発生する排出物中の水銀及びその他の有害汚染物質は、地球的規模で解決する努力を要する地球的規模の意味を有する地球的課題である。

このような排出物を発生させるものに対し、国内及び国際規制、規則、制限、手数料、監視、及び多くの、改訂中の、より厳しい内容の法律が提案され、及び／又は実施される。有害排出物に対する規則及び／又は制限は、世界中の国と国とによって異なる。しかし、たとえば、排出物が別の国に堆積する可能性のある場合であっても、一つの国が、他の国に、排出物生産者が当該国家において発生する有害排出物を低減する対策をとるよう促すコントロール手段（ましてや強いるコントロール手段）を制定させるのは、不可能でないとしても困難である。

日本は、１９７０年代以降、水銀生産量及び水銀含有排出物の低減において、全世界的な先駆者である。日本は、水銀生産に特に関連する環境問題に、より大規模な地球コミュニティがどのように対応すべきかに影響する規則を制定している。国際的な水銀法を促進する日本の努力は、水銀による疾患を防止することを目的とするものである。日本に加え、アメリカも、アメリカ環境保護局（ＥＰＡ）により実施される、世界で最も厳しく制限的ないくつかの法律及び規則を有する。金属蒸気排出物中で最も有害な汚染物質の一つが水銀である。ＥＰＡは、石炭燃焼プラントから発せられる水銀の量を２０１６年までに９１％まで低減することを目的として、アメリカ全土に渡る各種公共施設により発生する水銀排出物を規制する「水銀および有害大気物質基準」などの新たな改訂プログラムを発行している。これらの課せられた規制は政治及び法律論争の現在進行形の課題であるが、有害汚染物質は処理しなくてはならない、という問題は、なお影を落としたままである。

ＥＰＡによる法律の施行は、インド、中国及びその他の外国などの工業国内の有害排出物の生産者には及ばない。したがって、国連（ＵＮ）はその加盟国に、有害金属蒸気の排出物を低減するよう圧力をかけるよう試みている。少なくとも１４０の加盟国の代表者は、２０１３年に発効した条約に基づき、全世界の水銀排出物を低減することに同意している。しかし、いくつかの国では全世界的な改善が認められるものの、新興工業国の拡大は、進んだ低減するための努力を大きく上回っているように思われる。

水銀に主眼を置くことで金属蒸気排出物中の他の汚染物質の有害な効果が低減するわけではないが、水銀は、潜在的に最も広く普及し、動物及び人間にとって最も有害である。水銀は世界中の植物、土及び動物に存在する天然元素である。しかし、人間による産業過程により、水銀の蓄積及び／又は水銀鉱床が、天然に存在するレベルを遙かに超えて増加している。地球的規模において、人間の活動により放出された水銀の総量は、１年あたり１９６０メートルトンであると推定される。この数字は、２０１０年に分析されたデータから算出されたものである。全世界的に見たとき、この特定種類の排出物に最も大きく寄与しているのは、石炭燃焼（２４％）及び金採掘（３７％）活動である。アメリカでは、石炭燃焼が、金採掘活動よりも高い排出物割合を占める。

動物及び人間にとって、水銀にさらされることによる主要な問題は、水銀が生体蓄積物質であるということである。したがって、魚又はその他の動物によって摂取された任意の量の水銀は当該動物中に残留し（すなわち蓄積し）、人間に、または前者が後者によって接種された場合には、他の動物に移動する。さらに、水銀は、接種したホストの体から排出されることはない。食物連鎖の中で、最も長寿命な、及び／又は多量の他の動物を補食するより大きな捕食者が、最も過剰な水銀蓄積を負う危険が高い。水銀を含む動物（特に魚）を食べる人間は、神経系疾患及び／又は生殖上の問題を含む、広範囲のよく知られた医学上の問題にさらされる。

水銀排出物には主に以下の三種類がある。人為的放出、再放出、及び天然放出である。人為的放出は、その多くが産業活動の産物である。人為的放出源は、工業的石炭燃焼プラント、天然ガス燃焼設備、セメント生産プラント、石油精製設備、塩素アルカリ工業、塩化ビニル工業、採掘事業及び精錬事業などである。再放出は、土に堆積した水銀が、洪水または森林火災によって再びまき散らされた場合に生じる。土に吸収された、及び／又は土に堆積した水銀は、雨水による流出及び／又は洪水により、再び水に放出される。土の浸食がこの問題に寄与する。（自然発生、放火、故意の森林破壊のための火災のいずれかを問わず）森林火災により、水銀が空気及び／又は水源に再放出され、他の場所に堆積する。天然放出は、火山及び地熱口（ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ ｖｅｎｔｓ）を含む。大気に放出される全水銀のおよそ半分は、火山及び地熱口などの天然の事象からのものであると推定される。

上述のように、石炭燃焼プラントにより、毎年、大量の水銀その他の汚染物質が環境中に放出される。したがって、石炭燃焼プラントにより発生する燃焼排ガス排出物中の有害汚染物質の量を低減させる数多くの努力が現在行われている。アメリカ国内の多くの石炭燃焼プラントには、水銀などの有害元素を捕集し、封止し、及び／又は再生する排出物制御システムが設けられる。石炭燃焼プラントにおいては、石炭が水を沸かし、水を蒸気に変え、発電機を駆動するために燃やされる。石炭燃焼による燃焼排ガス排出物は、しばしば導管システム及び／又は噴射乾燥機システムを通って流体式気体脱硫ユニット（ｆｌｕｉｄ ｇａｓ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｕｎｉｔ）に送られ、燃焼排ガスからある程度の排出物と、二酸化硫黄（ＳＯ２）及び塩化水素（ＨＣＬ）等の有害ガスが除去される。その後、通常の導管システムにより、燃焼排ガスの流れが湿式／乾式気体洗浄装置に送られ、ここでより多くの二酸化硫黄、塩化水素及びフライアッシュが除去される。燃焼排ガス流は、バグハウスを通り、家庭用掃除機用袋と同じように、燃焼排ガス中の空気流から粒子が分離される。燃焼排ガスは、空気流を通すが、空気流中で移動する、より大きな粒子を通さない空隙率を有するフィルタ状袋を通過する。このフィルタ袋の表面を揺さぶり、及び／又は洗浄することで、捕集された粒子を収集し、廃棄可能となるようにする。一般に、これらの堆積物はそれ自体として有害排出物であり、廃棄されなくてはならない。この種の排出物制御システムを通過した燃焼排ガスの残りは、高い煙突を通り、大気に放出される。

この種の排出物制御システムの問題点は、これが金属蒸気及び蒸気状の金属化合物中に含まれる水銀などの重金属を捕捉及び／又は収集するのには実際上有効ではないということである。石炭燃焼システムが比較的高い略華氏１５００℃で石炭を燃やすことから、水銀はナノサイズの粒子に変わり、最も有効なフィルタシステムをも通過可能である。結果として、空気に含まれる大量の水銀及びその他の有害汚染物質が大気に放出されることになる。

水銀を石炭燃焼システム及び／又はその他の排出源から捕捉・収集するため、この課題に対応するいくつかの公知のシステムが開発されている。これらは三つのカテゴリーの一つに該当する。

第一のカテゴリーは、燃焼排ガス流中に吸着剤を噴射することで水銀を捕捉する一群の方法及び／又はシステムである。貴金属の他、最も一般的な吸着剤材料は活性炭であり、これはしばしば臭素によってハロゲン化される。燃焼排ガス中に吸着剤を噴射するのは、以下の通常型排出物制御装置の一つ及び／又は組み合わせの中で汚染物質を捕捉するためである：静電式集塵装置、流動式気体脱硫システム（ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｇａｓ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）、洗浄機システム、又は繊維フィルタシステム。これらのシステムには、石炭燃焼後に排出物制御システムの様々な時点で活性炭を噴射することを必要とするいくつかのヴァリエーションがある。第一のカテゴリーの例示的方法及び／又はシステムのいくつかは、アメリカ特許番号７５７８８６９、７５７５６２９、７４９４６３２、７３０６７７４、７８５０７６４、７７０４９２０、７１４１０９１、６９０５５３４、６７１２８７８、６６９５８９４、６５５８４５４、６４５１０９４、６１３６０７２、７６１８６０３、７４９４６３２、８７４７６７６、８２４１３９８、８７２８９７４、８７２８２１７、８７２１７７７、８６８５３５１、及び８０２９６００に開示される。これらの例示的特許に記載される全ての方法及び／又はシステムは、有害及び／又は使用不能な廃棄物を生じ、これによりそれ自体として廃棄の問題を抱えることになる。加えて、これらの方法及び／又はシステムは、一般に経済的に実行可能ではなく、かつＥＰＡ及び／又は他の省庁によって課される排出物規制を満たすことができない。

第一のカテゴリーの公知の解決方法の方法及び／又はシステムの主要な課題は、活性炭を使用することが高価であり、かつ効率が悪いことである。活性炭がシステムを通過する際に、活性炭の略１０％しか金属蒸気と相互作用を生じないことから、活性炭の初期費用が増大する。したがって、９０％もの高価な活性炭が、主として一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は二酸化炭素（ＣＯ２）として燃焼排ガス中に無駄に放出されることになる。別の問題点は、活性炭がしばしばコンクリート又はその他のフィラーを要する工業製品の製造用原料として適さないフライアッシュを生じることである。フライアッシュを売ることで大きな収入が得られる訳ではないが、大量にある場合、この石炭燃焼プラントの副産物は実際に追加の収入源となる。コンクリート中のフィラーとして用いるのに適さないフライアッシュの副産物量は、有害廃棄物として分類されなくてはならず、したがって廃棄費用を要する。他方、コンクリート中のフィラーとして適するフライアッシュの副産物量は有害廃棄物とは分類されず、したがって販売可能な製品であり廃棄費用を要しない。

第一カテゴリーの公知の解決方法の方法及び／又はシステムの別の課題は、燃焼排ガス中の１０％もの水銀が除去されず環境に放出されるということである。この割合は、ＥＰＡ及びその他の省庁によって許容される水銀放出量と比較して高い。したがって、公知の解決方法の第一カテゴリーの方法及び／又はシステムのいずれも石炭燃焼プラント又は類似の産業用途における水銀の収集及び／又は捕捉のための現行規制に合致しない。

活性炭を用いることによる更に別の問題は、活性炭を燃焼させると、一酸化炭素及び／又は二酸化炭素が生成し、大気中に放出されることである。アメリカのみで、年に２８億トンもの二酸化炭素が石炭燃焼プラントで活性炭を用いることにより発生すると推定される。全世界では、年に１４４億トンもの二酸化炭素が石炭燃焼プラントで活性炭を用いることにより発生すると推定される。加えて、活性炭は、他の形態の非気体排出物から水銀を除去するのにはあまり有効ではなく、したがって別の方法を用いなくてはならない。

第二のカテゴリーは、石炭燃料中の水銀レベルを低減するため、燃焼前に石炭燃料に前処理を施す方法及び／又はシステム群である。この第二のカテゴリーの例示的方法及び／又はシステムのいくつかは、アメリカ特許番号７５４０３８４、７２７５６４４、８６５１２８２、８５２３９６３、８５７９９９９、８０６２４１０、及び７９８７６１３に記載される。これらの例示的特許に記載される全ての方法及び／又はシステムは、大量の使用不能な石炭を生じるが、これも有害廃棄物と考えられる。結果として、公知の解決方法の第二カテゴリーの方法及び／又はシステムは、有効ではなく、実施するのには高価である。さらに、石炭の前処理には、しばしば大規模な資本と物理的空間が必要であり、必要な設備を有する多くの既存の排出物制御システムを改変するのは実用的でない。

第三のカテゴリーは、活性炭噴射システムの上流の排出物制御設備に触媒を噴射する一群の方法及び／又はシステムである。これらの方法及び／又はシステム中の触媒は、水銀をイオン化して、燃焼排ガスから水銀を収集し除去するのを容易とする。しかし、このような方法及び／又はシステムの効率は低く、操業費用が高くなり、この公知の解決方法の第三カテゴリーの方法及び／又はシステムは費用効率が高くない。この第三カテゴリーの例は、アメリカ特許番号８４８０７９１、８２４１３９８、７７５３９９２、および７７３１７８１に記載される。これらの例に加え、アメリカ特許番号７２１４２５４は、電子レンジと流動床反応器とを用いて高価な吸着剤材料を再生する方法及び装置を開示する。この方法では、吸着剤から選択的に水銀を蒸発させ、この時点で水銀を特殊なフィルタで捕捉し、または濃縮して収集可能とする。電子レンジを利用することから、この方法は大規模な商用用途には実用的でなく、したがって、高価な吸着剤を再生するためだけに有用である。別の例がアメリカ特許出願番号２００６／０１２０９３５に示され、この中ではいくつかの基板材料の一つを用いて、燃焼排ガスが排出物制御設備を通過する際に水銀に親和力を付与して燃焼排ガスから水銀を除去する方法が開示される。この方法も、大規模な商用用途には実用的でない。

したがって、現行の排出物制御システム及び方法は、一般に有害汚染物質を気体状排出物から非気体状排出物に移動することによって動作し、これにより別の排出物管理問題を生じる。

数多くの法律及び規則が金属蒸気排出物に焦点を当てる一方、スラリー及び／又はスラリー状排出物、スラッジ及び／又はスラッジ状排出物、液体及び／又は液体状排出物、及び他の種類の排出物などの他形態の有害汚染物質を含む排出物も看過すべきではない。挙げられた全ての種類の排出物も、含まれる有害汚染物質を中和し、捕捉し、収集し、除去し、廃棄し、及び／又は適切に何らかの手段で封止可能とする処理を必要とする可能性がある。歴史的に、最も費用効率が高く、かつ最も広く用いられた有害汚染物質除去処理では、（何らかの形態の）活性炭が用いられ、この中を排出物が通過するものとされる。したがって、アメリカ国内での活性炭の需要は、毎年１０億ポンドを超え、２０１７年まで毎年増大し、産業界に１から１．５０ドル／ポンドを超える費用を生じることが予測される。これは、毎年略１０億ドルに等しい。予測される活性炭需要増大の大部分は、公共事業及び製造業者に石炭燃焼プラントをより厳しい要件に従うよう更新することを要求するＥＰＡが公布した規則の実施に影響されるものである。

より厳しくなる気体排出物規制に加え、ＥＰＡは、２０１６年までに完全に準拠されなくてはならない水質汚染防止法を通じて非気体排出物についてもより厳しい規制を加えている。全ての種類の排出物について強化された複合規制は、各種の異なる産業により生成される複数の種類の排出物を対象とするものである。電力事業者など、燃料を燃やして電力を発生させる事業者は、有害汚染物質を含む一次気体排出物を発生させる。工業規格に従って、これらの気体排出物は、十分な量の有害汚染物質を捕捉して気体排出物の汚染物質を許容限度以下にするために活性炭にさらされる。この燃料を燃やすことにより生じる気体排出物から有害汚染物質を除去する工程により、有害汚染物質を含む液体状又はスラリー状物質である二次非気体排出物が生じる。この二次非気体排出物中の有害汚染物質も捕捉され、及び／又は適切に封止されて、この有害汚染物質の環境中への放出を防止しなくてはならない。一次気体排出物及び二次非気体排出物の双方とも、環境基準を遵守するため、十分な有害汚染物質を適切に捕捉し、及び／又は再生し、及び／又は封止するための手段を必要とする。二次非気体排出物から有害汚染物質を除去可能な公知の方法にかかる産業上のコストは、ほとんど法外なものであり、いくつかの産業では、コストを消費者に添加できなければ設備を閉鎖することを余儀なくされる。

いくつかの実務によれば、高いレベルの汚染物質を含有することから有害と考えられる非気体排出物は、池、山（ｐｉｌｅｓ）又は乾燥床中に長期間処分され収容される。このような実務では有害汚染物質が隔離される一方、高額な費用を要し、有害汚染物質それ自体を中和することなく土地を消費することになり、結果として収容地において環境問題を引き起こす可能性がある。非気体排出物の一例はフライアッシュであり、これは石炭を燃やすことによる自然発生物である。フライアッシュは、組成としては火山灰と基本的に同一である。フライアッシュは、微量濃度（すなわち微量）の多種の重金属及びその他公知の有害及び有毒汚染物質（例えば、水銀、ベリリウム、カドミウム、バリウム、クロム、銅、鉛、モリブデン、ニッケル、ラジウム、セレン、トリウム、ウラン、バナジウム、亜鉛）を含む。ある推計によれば、アメリカで燃やされる石炭の１０％が、燃焼不能な材料からなり、これが灰となる。したがって、石炭灰中の有害微量元素の濃度は、元の石炭中のこれらの元素の濃度よりも１０倍高い。

フライアッシュはポゾラン材料と考えられ、炭酸カルシウムと混合したとき、水とその他の化合物と凝集して、道路、空港滑走路及び橋に適するコンクリート混合物を生成するセメント材料が形成されることから、コンクリートの製造時に長い間用いられてきた。石炭燃焼プラントで生成されるフライアッシュは、燃焼排ガスとともに上昇する超微粒子からなる煙道灰である。上昇しない灰は、しばしばボトムアッシュと呼ばれる。初期の石炭燃焼プラントでは、フライアッシュは単に大気中に放出されるのみであった。近年、環境規制により、排出物制御機構を設置してフライアッシュが大気に放出されるのを防止する必要が生じている。多くのプラントでは、静電式集塵装置を用いることで、フライアッシュが煙突に到達して大気に出て行く前にフライアッシュを捕捉する。通常、ボトムアッシュは捕捉されたフライアッシュと混合されて、石炭灰として知られるものを形成する。通常、フライアッシュはボトムアッシュよりも高いレベルの有害汚染物質を含み、これにより、ボトムアッシュとフライアッシュとを混合することで、非気体排出物の多くの基準に準拠した比例したレベルの有害汚染物質が生じることとなる。しかし、将来の基準では、フライアッシュが有害物質と再定義される可能性がある。フライアッシュが有害物質と再定義された場合には、フライアッシュをセメント、アスファルトの製造及びその他の広く用いられる用途に用いることは出来なくなる。ある研究によれば、フライアッシュをコンクリート製造に用いることが禁止されれば、アメリカ単独で、１年あたり５０億ドルを超えるコスト増大が見込まれる。このコスト増大は、フライアッシュに変えてより高価な別の材料を用いることの直接的結果である。加えて、その固有の物理的特性のため、セメントの添加物としてのフライアッシュに直接置き換えられる適切な他の公知の物質はない。

報告書によれば、アメリカ国内で、毎年１億３０００万トンを超えるフライアッシュが、４５０を超える石炭火力発電所において生じている。ある報告書では、フライアッシュの４０％のみが再利用されるものと推定され、これは５２００万トン／年のフライアッシュが再利用されるが、７８００万トン／年がスラリー池及び山にそのまま貯留されることを示す。フライアッシュは、通常湿ったスラリー池の中に貯留されて、飛散粒子が空気に運ばれて、汚染物質が大量貯蔵地から出て大気又は周辺環境に運ばれるのを低減する。大量貯蔵フライアッシュが空気に運ばれて放出されるのに加え、フライアッシュを長期間収容するのに必要な収容システムに破損及び／又は故障が生じる恐れもある。テネシー州で２００８年に起こった有名な破損の例では、湿った貯留フライアッシュ池の堤防が崩壊し、５４０万立方ヤードのフライアッシュが溢れ出た。この溢れ出たフライアッシュは、いくつかの家を破壊し、付近の河を汚染した。洗浄コストは、本願出願時には未確定であり、１２億ドルを超える可能性もある。

別の例として、非気体排出物が通常の石炭燃焼設備の排水発生システムの副産物として見られることもある。通常の排水発生システムでは、ボイラー及び水冷却工程から大量の水がもたらされる。これらの大量の排水は、比較的低いレベルの汚染物質を含み、より高いレベルの汚染物質を含む他の排水流を希釈するのに用いられる。通常洗浄装置から排出される汚染された排水流は、ボイラー及び／又は冷却水工程からの大量の排水によって希釈され、その後大型の連続混合槽中で石灰によって処理されて石こうを形成し、その後、沈殿池に圧送される。この工程中、一定量の水銀及び他の重金属が石こうに取り込まれ、ウォールボード及びセメントに用いられるよう安定化される。この石こうは、一般に非浸出性と考えられ、汚染とは考えられない。しかし、沈殿池からの水は、通常排水溝に排出される。現行の規制では、この今も行われている排出が許容されるが、来るべき規制では、特定の汚染物質及び／又は特定のレベルのこれらの汚染物質が、有害な汚染とされなくてはならないことが提案される。

水銀と重金属とを非気体産業排水流から除去することに関して、有害汚染物質を低い残留レベルとなるように低減するため、炭酸塩、リン酸塩又は硫酸塩がしばしば用いられる。水銀と他の有害汚染物質とを産業排水流から除去する公知の方法の一つは、化学的沈殿反応である。別の公知の方法は、イオン交換を用いる。化学的沈殿反応とイオン交換法による主要な問題の一つは、汚染物質の量が多い場合（例えば、フライアッシュスラリー排出物を処理する場合）、これらの方法は、より厳しくなる非気体排出物についてのＥＰＡ規則に十分に準拠できないということである。

二次非気体排出物を処理するため、異なる商品名で販売される各種の公知の商業排出物制御方法及びシステムもある。商品名Ｂｌｕｅ ＰＲＯとして知られる処理方法は、共沈及び吸着を利用して二次非気体排出物から水銀を除去する反応濾過方法である。商品名ＭＥＲＳＯＲＢ−ＬＷとして知られる別の処理方法では、粉末状石炭系吸着剤を用いて共沈殿及び吸着によって二次非気体排出物から水銀を除去する。Ｃｈｌｏｒａｌｋａｌｉ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒとして知られる別の処理方法では、塩素を電解生成する際に二次非気体排出物から水銀を除去する。別の処理方法では、吸収動態と肥料排水に由来する活性炭とを用いて水銀を二次非気体排出物から除去する。別の処理方法では、ポリエチレンイミンによって改質された多孔質セルロース単体を吸着剤として用いて水銀を二次非気体排出物から除去する。別の処理方法では、酵素還元中に微生物を用いて水銀を二次非気体排出物から除去する。商品名ＭｅｒＣＵＲｘＥとして知られるさらに別の処理方法では、化学的沈殿反応を用いて、汚染された液体状非気体排出物を処理する。

本セクションは、開示事項の概括的要約を示すものであり、その全体の範囲ないし全ての特徴を包括的に開示するものではない。

本願開示の一側面において、排出物から汚染物質を除去する装置が開示される。この装置は、逆ベンチュリ形状の筐体を備える。この筐体は、排出物が所定の入口流速で流入する入口部と、排出物を所定の出口流速で排出する出口部と、筐体の入口部と出口部との間に配置され排出物中の汚染物質を捕捉する拡径部とを備える。筐体の入口部、出口部、および拡径部は、互いに流体を介して連通するよう配置される。加えて、筐体の入口部は入口部断面積を有し、筐体の出口部は出口部断面積を有し、筐体の拡径部は拡径部断面積を有する。筐体の逆ベンチュリ形状によれば、拡径部断面積は、入口部断面積及び出口部断面積よりも大きい。この筐体の形状により、筐体の拡径部に流入する排出物は減速して、筐体の入口部及び出口部を通過する速度に対してより低速で筐体の拡径部を通過する。排出物の流れが筐体の拡径部で減速することから、筐体の拡径部中での排出物の滞留時間が増加する。この装置は、筐体の拡径部内に配置される反応物質塊をも有する。この反応物質塊は、排出物と接触するよう配置される反応外表面を有する。さらに、この反応物質塊は反応外表面にアマルガム形成金属を含む。反応物質塊中のアマルガム形成金属は、筐体の拡径部を通って反応物質塊の反応外表面に達する排出物中の汚染物質の少なくとも一部と化学的に結合する。

本願開示の別の側面において、気体排出物から汚染物質を除去する排出物制御方法が開示される。この方法は、以下の工程を備える。炉内で燃料を燃やして汚染物質を含む気体排出物を生成する工程、この気体排出物を静電式集塵装置に通し、この静電式集塵装置を用いて気体排出物から粒子汚染物質の第一部分を除去する工程、この気体排出物を流動式気体脱硫ユニットを通してこの流動式気体脱硫ユニットを用いて気体排出物から二酸化硫黄汚染物質を除去する工程、及びこの気体排出物を繊維フィルタユニットに通し、この繊維フィルタユニットを用いて気体排出物から粒子汚染物質の第二部分を除去する工程。この方法は、気体排出物を逆ベンチュリ装置に通し、この逆ベンチュリ装置を用いて気体排出物から重金属汚染物質を除去する工程を含んでも良い。気体排出物を逆ベンチュリ装置に通し、この逆ベンチュリ装置を用いて気体排出物から重金属汚染物質を除去する工程は、気体排出物を逆ベンチュリ装置内に配置された反応物質塊に通す工程を含む。反応物質塊は、気体排出物中の重金属汚染物質と化学的に結合するアマルガム形成金属を含む。したがって、重金属汚染物質が反応物質塊中のアマルガム形成金属と結合する際に、重金属汚染物質が逆ベンチュリ装置中に捕捉される。この方法は、さらに気体排出物を周囲の大気に放出する煙突に気体排出物を送る工程を含む。

本願開示のさらに別の側面において、非気体排出物から汚染物質を除去する排出物制御方法が開示される。この方法は、汚染物質を含む非気体排出物を沈殿池に沈殿させて、非気体排出物中の汚染物質の一部を除去し、沈殿池中の非気体排出物の第一部分を脱水し、脱水された副産物を二次産業工程で使用し、沈殿池からの非気体排出物の第二部分を除去して、この非気体排出物の第二部分に乾燥廃棄処理を加える工程を含む。この方法は、さらに沈殿池中の非気体排出物の第三部分を、吸着剤を含む処理槽に送る工程を含んでも良い。この吸着剤は、非気体排出物の第三部分中の重金属汚染物質と化学的に結合するアマルガム形成金属を含む。したがって、この吸着剤は、重金属汚染物質が吸着剤中のアマルガム形成金属と化学的に結合する際に、処理槽中の重金属汚染物質を捕捉する。この方法は、さらに非気体排出物を処理槽から排水溝に送って排出する工程を有しても良い。

本願明細書に記載される装置及び方法は、公知の排出物制御システム及び方法に対して数多くの利点を有する。本願開示の装置及び方法によって、石炭を燃やしたことによる排出物に活性炭を用いる必要が大幅に低減及び／又はなくなる。現状では、本明細書に開示される反応物質塊中のアマルガム形成金属と吸着剤との初期費用は、活性炭のポンドあたりの取得費用（ｐｏｕｎｄ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｃｏｓｔ）よりもわずかに１ドルから１．５ドル高い。しかし、アマルガム形成金属は再活性化可能であり、有害汚染物質を集めて再使用可能であることから、増加した費用は、一時的な費用である。結果として、本明細書に開示される材料を含むアマルガム形成金属を用いることによる初年度費用は、再生及び再活性化費用を含め、活性炭の年間費用の１．５倍もしくはアメリカ全土で１５億ドルにのぼると推定される。しかし、初年度投資以後に推定される年間コストは、年間再生及び再活性化費用を含むのみであり、これはアメリカ全土で２．５億ドルであると推定される。したがって、１０年間にわたり、アメリカ産業に対する初年度費用が１５億ドルであり、次の９年間についてそれぞれ２．５億ドルの再生及び再活性化費用を要することとなり、１０年間の総費用が３７．５億ドルとなる。この数字は、活性炭を用いる場合の、１００億ドルを超える費用と比較して低く、１０年間で６５億ドルの大幅なコスト削減を実現可能である。

大幅なコスト削減効果に加え、本願の装置及び方法は、気体及び非気体排出物から有害汚染物質を除去するのに、公知の排出物制御システム及び方法と比較してより効率的である。これらの改良点は、産業界に予測さえる規制要件に合致し、及び／又はそれを上回ることを可能とするに十分なほど大幅なものであるが、これは現状の技術では経済的に実現不可能である。したがって、本願の装置及び方法は、規制により、フライアッシュが有害物質として再分類された場合でも、フライアッシュを継続して使用可能とする能力を有し、これにより建設産業、商用発電産業及びその他の非気体の灰状副産物を生成する産業において、大幅なコスト増加を防止可能である。

本願開示の装置及び方法は、また、気体排出物から有害汚染物質を除去する際の活性炭への依存を、完全に使用不要とするものではないとしても、大幅に減少させる。排出物制御システム中の活性炭の使用を減らすことで、年間の二酸化炭素発生がアメリカのみで２０億トンも減少するものと推定される。

本明細書に記載される特殊な吸着剤を、開示される装置及び方法とともに用いることで、数多くの利点がある。一般に、この吸着剤によって開示される排出物装置の水銀その他の有害物質を捕捉、収容及び／又はリサイクルする能力は、公知の排出物制御システム及び方法を用いることでは以前に不可能である。本明細書に開示される吸着剤の別の重要な利点は、この吸着剤が気体及び非気体排出物の双方を処理するのに使用可能であり、これにより、気体排出物を処理するのに用いられる一次排出物制御処理から生じる二次排出物などの、汚染された非気体排出物を処理する公知の方法の問題点の多くを克服可能である。加えて、本明細書に記載される吸着剤により、一次気体排出物処理工程の副産物として生じる非気体排出物を二次処理する必要を無くすことができるほど十分効率的に気体排出物を処理する能力が得られる。本明細書に開示される吸着剤は、再利用可能な点でも有益である。再処理方法を通じて、吸着剤中のアマルガム形成金属と化学的に結合する有害汚染物質を吸着剤から収集する（すなわち除去する）ことが可能であり、これにより気体及び非気体排出物から汚染物質を除去する吸着剤の能力を回復させる。

本発明のその他の利点は、添付の図面と合わせて以下の詳細な説明を参照することにより、容易に理解されるであろう。これらの図面は以下を示す。
石炭火力発電所の公知の構成を示す模式図。 図１に示されるタイプの石炭火力発電所によって生成される排出物から汚染物質を除去するのに用いられる排出物制御システムの公知の構成を示す模式図。 図２に示され、本願開示にしたがって構成された例示的逆ベンチュリ装置を追加することによって変形された排出物制御システムの模式図。 本願開示にしたがって構成された、入口部を有する筐体と、拡径部と、出口部とを有する例示的逆ベンチュリ装置の側面断面図。 図４Ａに示される例示的逆ベンチュリ装置の筐体の入口部の正面断面図。 図４Ａに示される例示的逆ベンチュリ装置の筐体の拡径部の正面断面図。 図４Ａに示される例示的逆ベンチュリ装置の筐体の出口部の正面断面図。 本願開示にしたがって構成された、一連の交互配置バッフルが筐体の拡径部中に配置されて、排出物の蛇行流路を形成する別の例示的逆ベンチュリ装置の側面断面図。 本願開示にしたがって構成された、らせん状バッフルが筐体の拡径部中に配置されて、排出物のらせん状流路を形成する別の例示的逆ベンチュリ装置の側面断面図。 図６Ａに示される例示的逆ベンチュリ装置のらせん状バッフルの正面斜視図。 本願開示にしたがって構成された、複数の離隔配置されたバッフルが筐体の拡径部中に配置された別の例示的逆ベンチュリ装置の側面断面図。 図７Ａに示される例示的逆ベンチュリ装置の、線Ａ−Ａに沿った断面を示す正面断面図であって、バッフルの一つのオリフィスが示された図。 本願開示にしたがって構成された、複数の破片が筐体の拡径部中に配置された別の例示的逆ベンチュリ装置の側面断面図。 本願開示にしたがって構成された、複数のもつれ糸が筐体の拡径部中に配置されて、毛糸状体を形成する別の例示的逆ベンチュリ装置の側面断面図。 本願開示にしたがって構成された、フィルタ素子が筐体の拡径部中に配置された別の例示的逆ベンチュリ装置の側面断面図。 本願開示にしたがって構成された、筐体の拡径部が複数のバッフルと、隣接するバッフル間に配置された複数の各種サイズの破片とを収容する別の例示的逆ベンチュリ装置の側面断面図。 図１１に示される例示的逆ベンチュリ装置の筐体の拡径部に収容されるサイズの破片の一例を示す正面図。 図１１に示される例示的逆ベンチュリ装置の筐体の拡径部に収容されるサイズの破片の別の例を示す正面図。 図１１に示される例示的逆ベンチュリ装置の筐体の拡径部に収容されるサイズの破片の別の例を示す正面図。 図１１に示される例示的逆ベンチュリ装置の筐体の拡径部に収容されるサイズの破片の別の例を示す正面図。 他のピースと組み合わせて図８及び図１１に示される例示的逆ベンチュリ装置に示される破片と置き換えて利用可能な遊離材料のアスタリスク形状を有するピースの一例を示す正面図。 他の結晶フレークと組み合わせて図８及び図１１に示される例示的逆ベンチュリ装置に示される破片と置き換えて利用可能な結晶フレークの一例を示す正面図。 他のワイヤコイルと組み合わせて図８及び図１１に示される例示的逆ベンチュリ装置に示される破片と置き換えて利用可能なワイヤコイルの一例を示す正面図。 本願開示にしたがって構成された、直列に連結された二つの分離された拡径部を有する別の例示的逆ベンチュリ装置を示す側面断面図。 本願開示にしたがって構成された、平行に連結された二つの分離された拡径部を有する別の例示的逆ベンチュリ装置を示す側面断面図。 本願開示にしたがって構成された、別の例示的逆ベンチュリ装置を示す側面断面図。 気体排出物から汚染物質を除去する公知の方法を示すブロックフローダイアグラム。 図１７に示される気体排出物から汚染物質を除去する方法であって、第一導入時点において気体排出物に吸着剤を噴射し、その後に気体排出物に逆ベンチュリ装置を通過させる工程を追加するよう変形した方法を示すブロック図。 図１７に示される気体排出物から汚染物質を除去する方法であって、第二導入時点において気体排出物に吸着剤を噴射し、その後に気体排出物に逆ベンチュリ装置を通過させる工程を追加するよう変形した方法を示すブロック図。 非気体排出物から汚染物質を除去する公知の方法であって、非気体排出物を沈殿池に沈殿させることを要する方法を示すブロック図。 図１９に示される非気体排出物から汚染物質を除去する方法であって、沈殿池から吸着剤で抽出された非気体排出物の一部を処理する工程を追加するよう変形した方法を示すブロック図。 排出物から公知の排出物制御システムによって除去された汚染物質の割合と、本願で開示された装置及び方法によって排出物から除去された汚染物質の割合とを示すグラフ。

図面を参照して産業排出物から汚染物質を除去する装置及び方法を説明するが、図面を通じて同じ符号は対応する要素を示す。

例示的実施形態を、添付図面を参照してより十分に説明する。例示的実施形態を、本願開示を十全なものとし、当業者にその範囲を十分に伝えるよう示している。本願開示の実施形態の十全な理解を提供するため、具体的な構成要素、素子及び方法の例など、数多くの具体的詳細を記載している。当業者にとって、具体的な詳細を用いる必要はなく、例示的実施形態は多くの異なる形態で実装可能であり、また本願開示を限定するものと解釈すべきでないことは明らかであろう。いくつかの例示的実施形態において、公知の方法、公知の素子構造及び公知の技術は、詳細に記載されない。

本明細書中で用いられる用語は、具体的な例示的実施形態を記述することのみを目的とするものであり、限定的であることを意図しない。本明細書で使用される際、単数形は、明示されていない限り複数形も含むことを意図する。用語「備える」、「備えて」、「含んで」および「有して」は包括的であり、述べられた特徴、整数、工程、動作、要素、及び／又は部品の存在を特定する。しかし、１以上の特徴、整数、工程、操作、要素、部品及び／又は群の存在または追加を排除するものではない。本明細書で記載される方法工程、プロセスおよび操作は、実行順序として詳細に特定されない限り、必ずしも記載または図示された特定の順序で実行を要するものと解釈されるべきではない。追加工程または代替工程が用いられてもよいことも当然である。

要素または層が、他の要素または層「上に」ある、「に係合」、「に接続」または「に連結」すると記される場合、この要素または層は直接に他の要素または層上にあるか、係合、接続、または連結してもよい。または、介在要素または層があってもよい。一方、要素が、他の要素または層の「直接上に」ある、「に直接係合」、「に直接接続」または「に直接連結」すると記される場合、介在要素または層は存在しなくてよい。要素同士の関係を説明するのに使用される他の文言（例えば、「の間に」と「直接の間に」、「隣接して」と「直接隣接して」など）は、同様に解釈されるべきである。本明細書で用いられる際、用語「及び／又は」は１以上の関連づけられたリスト項目の全ての組み合わせを含む。

第一、第二、第三等の用語が各種要素、部品、領域、層及び／又は切断面を説明するために本明細書で使用されるが、これらの要素、部品、領域、層及び／又は切断面はこれらの用語により限定されるものではない。これらの用語は、ある要素、部品、領域、層及び／又は切断面を他の領域、層または切断面から区別するためにのみ使用されてもよい。本明細書で使用される際の「第一」「第二」のような用語および他の数に関する用語は、文脈で明示されない限り、配列または順序を意味しない。したがって、下記で論じられる第一要素、部品、領域、層及び／又は切断面は、実施例の教示から逸脱することなく第二要素、部品、領域、層及び／又は切断面と称されることも可能である。

「インナー」、「アウター」、「真下に」、「下に」、「下側の」「上に」、「上部に」等のような空間的に相対的な用語が、図示する際、ある要素または特徴と他の要素または特徴との関係の記載を容易にするために、本明細書で使われてもよい。空間的に相対的な用語は、図示される向きに加えて、使用時または操作時における装置の異なる向きを包含するものとしてもよい。例えば、図の装置がひっくり返ると、他の要素または特徴の「下に」または「真下に」と記載される要素は、他の要素または特徴の「上に」置かれるだろう。このように、例示の用語「下に」は上と下両方への向きを包含することが可能である。装置は他方向に向いてもよく（９０度回転または他の向きに）、本明細書で使用される空間関連記述子はそのように解釈される。

加えて、本明細書で用いられる「導管」という用語は、液体及び／又は液体状排出物及び気体及び／又は気体状排出物を運ぶのに通常利用可能な全てのパイプの記載をカバーすることを意図するものである。排出物の種類に関わらず、排出物の実際の運搬方法に関して、何ら優先的取り扱いをし、または暗示するものではない。

図１を参照して、通常の石炭火力発電所１００の模式図が示される。この石炭火力発電所１００は、一種以上の石炭燃料２を燃やして電力７を発生させる産業設備である流動床反応器１を有する。この電力７は、その後、電線８を介して配電網に分配されても良い。流動床反応器１内での燃焼は、空気３、火４、及び石炭燃料２によって行われる。この燃焼プロセスは、水を加熱して蒸気５を発生させるのに用いられる。この蒸気は、その後発電機６を回して、電力７を発生させるのに用いられる。燃焼プロセスからの気体排出物１０は、煙突９を通って環境中に放出される。石炭火力発電所１００に何ら排出物制御システムが設けられない場合（図１）、この排出物１０は、フライアッシュ、水銀（Ｈｇ）、金属蒸気、二酸化硫黄（ＳＯ２）、塩化水素（ＨＣｌ）及びその他の有害ガスなどの多くの有害汚染物質を含む。

図２を参照して、通常の排出物制御システム２０２を有する改良型石炭火力発電所２００の模式図が示される。この排出物制御システム２０２により、気体排出物１０中の有害汚染物質の一部が捕捉、収集される。この排出物制御システム２０２は、燃焼反応が起こる流動床反応器１からの気体排出物１０を、気体排出物１０から二酸化硫黄及びフライアッシュ汚染物質の一部を除去する湿式／乾式気体洗浄装置１１に搬送する。気体排出物１０を湿式／乾式気体洗浄装置１１に搬送するのに代えて、あるいはそれに加えて、この排出物制御システム２０２は気体排出物１０を、二酸化硫黄、有害ガス及びその他の汚染物質の一部が捕捉・収集される噴射乾燥機１２に搬送しても良い。この排出物は、フィルタバッグを用いて気体排出物１０の流れから粒子を除去する繊維フィルタユニット１３（すなわちバグハウス）を通過させても良い。このシステムは、気体排出物１０が煙突９を通って周囲の大気（すなわち環境）に放出される前に、気体排出物１０から多くの汚染物質を収集し除去する。図２に示される通常の排出物制御システム２０２の問題点は、金属蒸気排出物に含まれる水銀などのナノサイズの汚染物質が、排出物制御システム２０２の湿式／乾式気体洗浄装置１１、噴射乾燥機１２、及び繊維フィルタユニット１３を容易に通過することである。

図３を参照して、図２に示される排出物制御システム２０２に加えて、吸着材噴射機１４と逆ベンチュリ装置１５とを有する改良型石炭火力発電所３００の模式図が示される。吸着材噴射機１４は、吸着剤を気体排出物１０に添加するよう動作し、逆ベンチュリ装置１５の上流に配置されても良い。より具体的に、図３に示される例では、吸着材噴射機は噴射乾燥機１２と繊維フィルタユニット１３との間に配置される。逆ベンチュリ装置１５を異なる位置に配置することも可能だが、図３では、逆ベンチュリ装置は繊維フィルタユニット１３と煙突９との間に配置される。この配置の主要な利点の一つは、既存の設備に逆ベンチュリ装置１５を設置可能であり、「既存変更許可（Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ Ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｐｅｒｍｉｔ）」を申請するのみで足り、完全に新規の排出物制御システムを申請するのに比べて時間と費用の双方を節約できることである。動作時、気体排出物１０は繊維フィルタユニット１３から逆ベンチュリ装置１５に送られる。以下により詳細に説明するように、この逆ベンチュリ装置１５には、水銀、重金属、ナノサイズ粒子及びその他の汚染物質の相当量を収集し、捕捉するのに適する内部構造が設置される。したがって、煙突９を出て行く気体排出物１０は、実質上全ての有害汚染物質が取り除かれている。

図４Ａ〜図４Ｄに示されるように、逆ベンチュリ装置１５は、逆ベンチュリ形状である筐体１６を有する。ベンチュリが、まずより大きな断面からより小さな断面に縮径し、その後より小さな断面からより大きな断面に拡大する導管として一般に記載されることはいうまでもない。したがって、本願明細書で用いられる「逆ベンチュリ」との用語は、その逆、すなわち、まずより小さな断面からより大きな断面に拡大し、その後より大きな断面からより小さな断面に縮径する導管を意味する。具体的に、開示される逆ベンチュリ装置１５の筐体１６は中心軸１７に沿って延び、入口部１８、拡径部１９、および出口部２０を有する。この筐体１６の入口部１８は、気体排出物１０が、流入速度Ｖ１及び圧力Ｐ１で特徴づけられる所定の入口流速で流入するような大きさとされる。この筐体１６の出口部２０は、気体排出物１０が、出口速度Ｖ３及び圧力Ｐ３で特徴づけられる所定の出口流速で流出するような大きさとされる。この拡径部１９は、筐体１６の入口部１８と出口部２０との間に配置され、内部に気体排出物１０中の汚染物質を捕捉する拡径室２１を形成する。この筐体１６の拡径部１９は、中心軸１７とおよそ対向する内面６８を有する。筐体１６の入口部１８、拡径部１９、及び出口部２０は、中心軸１７に沿って、筐体１６の入口部１８、拡径部１９、及び出口部２０が互いに流体を介して連通するように順に配置される。すなわち、筐体１６の入口部１８、拡径部１９、及び出口部２０は、合わせて中心軸１７に沿って延びる導管を形成する。

筐体１６の入口部１８は、中心軸１７を横断する入口部断面積Ａ１を有し、筐体１６の出口部２０は、中心軸１７を横断する出口部断面積Ａ３を有する。所定の入口流速が所定の出口部流速と等しく（すなわち同一と）なるよう、入口部断面積Ａ１は出口部断面積Ａ３と等しく（すなわち同一と）されても良い。あるいは、所定の入口流速が所定の出口部流速と異なる（すなわち、より小さくまたはより大きくなる）よう、入口部断面積Ａ１と出口部断面積Ａ３とは異なって（すなわち、より小さくまたはより大きくて）も良い。本明細書で用いられる「流速」という用語は、排出物の体積流量を示す。

筐体１６の拡径部１９は、中心軸１７を横断し、入口部断面積Ａ１及び出口部断面積Ａ３よりも大きな拡径部断面積Ａ２を有する。したがって、この拡径部１９は、筐体１６の拡径部１９内の気体排出物１０の流速Ｖ２が、筐体１６の入口部１８内の気体排出物１０の流速Ｖ１よりも小さく、かつ筐体１６の出口部２０内の気体排出物１０の流速Ｖ３よりも小さくなるような大きさとされる。このように流速が低下することで、筐体１６の拡径部１８内での気体排出物１０の滞留時間が増加する。なお、本明細書中で用いられる「滞留時間」という用語は、気体排出物１０内の分子が筐体１６の拡径部１８を通過するのに必要な時間の平均を意味する。すなわち、筐体１６の拡径部１８の「滞留時間」とは、拡径室２１内の全ての排出物が更新されるのに要する時間と等しい。また、本明細書中で用いられる「断面積」との用語は、筐体１６の厚みの変化に関わりなく同一である、内部断面積（すなわち、筐体１６内部の空間）を意味する。したがって、拡径部断面積Ａ２は、拡径室２１の大きさを反映し、内面６８によって区画される。

筐体１６の形状により、筐体１６の入口部１８を通過する気体排出物１０の内圧Ｐ１と、筐体１６の出口部２０を通過する気体排出物１０の内圧Ｐ３とは、筐体１６の拡径部１９を通過する気体排出物１０の内圧Ｐ２よりも大きい。筐体１６の拡径部１９内での気体排出物１０の流速Ｖ２が筐体１６の入口部１８での気体排出物１０の流速Ｖ１よりも小さく、かつ筐体１６の出口部２０の気体排出物１０の流速Ｖ３よりも小さいという事実と合わせ、この圧力差によって気体排出物１０が筐体１６の拡径部１９に滞留することになる。上述の圧力及び速度差の結果、及び気体排出物１０が自然に膨脹して拡径室６８の全体積を占めることになることから、筐体１６の拡径部１９内の気体排出物１０には膨脹力が加えられることになる。この事実と層流、空気力学（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｄｙｎａｍｉｃｓ）及び気体挙動物理学（ｇａｓ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｐｈｙｓｉｃｓ）による効果との組み合わせにより、生じた滞留時間の増加によって逆ベンチュリ装置１５の、気体排出物１０から効率的に汚染物質を捕捉し、これにより除去する能力が向上する。

筐体１６は、各種の異なる形状及び構造とされても良い。限定的でない例として、図４Ａ〜図４Ｄに示される筐体１６の入口部１８、拡径部１９、および出口部２０は、全て円形断面積Ａ１、Ａ２、Ａ３を有する。これに代え、筐体１６の入口部１８、拡径部１９及び出口部２０の一つ以上の断面積Ａ１、Ａ２、Ａ３は、非円形状であっても良く、円形及び非円形の断面の各種組み合わせが可能であり、本願開示の範囲内であると考えられる。いくつかの構造では、筐体１６の拡径部１９は、発散端部２２と収束端部２３とを有しても良い。これらの構造によれば、筐体１６の拡径部１９は、入口部断面積Ａ１から発散端部２２での拡径部断面積Ａ２にかけ外側に向けてテーパ形状とされる。すなわち、筐体１６の拡径部１９の断面は、発散端部２２において、筐体１６の入口部１８から離れる方向に移動するにつれて大きくなる。これに対し、筐体１６の拡径部１９は、収束端部２３において、拡径部断面積Ａ２から出口部断面積Ａ３に徐々に内向きにテーパ形状とされる。すなわち、筐体１６の拡径部１９の断面は、収束端部２３において、筐体１６の出口部２０に向かう方向に移動するにつれて小さくなる。したがって、筐体１６の拡径部１９内の気体排出物１０は、およそ発散端部２２から収束端部２３に流れる。筐体１６の入口部１８、拡径部１９、及び出口部２０が全て円形断面積Ａ１、Ａ２、Ａ３を有する実施形態では、筐体１６の発散端部及び収束端部２２、２３は、およそ円錐形状であっても良い。上記に関わらず、筐体１６の拡径部１９の発散及び収束端部２２、２３は別の形状とされても良い。限定的でない例として、発散及び収束端部２２、２３は、逆ベンチュリ装置１５の筐体１６を通過する気体排出物１０の流れに重大な悪影響が及ばないようにしつつ、より製造しやすくするため、多角形とされても良い。別の代替構成では、筐体１６の拡径部１９は、入口部１８と発散端部２２との間及び収束端部２３と出口部２０との間で比較的急激に変化が起こるソーセージに似た形状を有しても良い。急激な変化よりもスムースな変化が好ましいのは、気体排出物１０の層流の挙動がより好ましいからであると推定される。しかし、急激な変化に際しての気体排出物１０の層流へのわずかな外乱は、絶対的な問題とは考えられず、むしろ滞留時間の増加が必要でない領域においては、より良い流れを生じさせる可能性もある。

引きつづき図４Ａ〜図４Ｄを、またさらに図５〜図１１を参照すると、反応物質塊２４が筐体１６の拡径部１９内に配置される。この反応物質塊２４は、気体排出物１０と接触するよう配置される反応外表面２５を有する。加えて、この反応物質塊２４は、筐体１６の拡径部１９を通って反応物質塊２４の反応外表面２５に達する気体排出物１０中の汚染物質の少なくとも一部と化学的に結合するアマルガム形成金属をその反応外表面２５に含有する。このようにして、反応物質塊２４の反応外表面２５に結合された汚染物質は、筐体１６の拡径部１９内に捕捉されたままとなり、したがって筐体１６の拡径部１９から流出して筐体１６の出口部２０に流入する気体排出物１０の流れから除去される。本明細書中で用いられる「アマルガム形成金属」という用語は、気体排出物１０中の汚染物質の一種以上と化合物を形成可能な金属群から選択される材料を意味する。限定的でない例として、このアマルガム形成金属は亜鉛であり、気体排出物１０中の汚染物質は水銀であっても良く、これにより気体排出物１０が反応物質塊２４の反応外表面２５と接触する際に、亜鉛と水銀とのアマルガムが形成されても良い。

筐体１６の拡径部１９は、反応物質塊２４中のアマルガム形成金属が気体排出物１０中の汚染物質と化学的に結合するための十分に長い滞留時間を確保しつつ、所定の入口流速の気体排出物１０を収容可能な大きさとされなくてはならない。したがって、このバランス達成のため、拡径部断面積Ａ２は、１秒から２．５秒の範囲の滞留時間を実現するよう、３平方フィートから３３０平方フィートの範囲とされても良い。この特定の滞留時間は、気体排出物１０中の汚染物質が反応物質塊２４中のアマルガム形成金属と化学的に結合するのに十分な時間を確保するのに必要である。このように、拡径部断面積Ａ２の範囲は、１メガワット（ＭＷ）から６０００メガワット（ＭＷ）の範囲の出力を有する石炭火力発電所１００において、この滞留時間を実現するよう算出された。化学分野で公知なように、アマルガム形成金属は、各種の異なる金属であって良い。制限的でない例として、このアマルガム形成金属は亜鉛、鉄及びアルミニウムからなる群から選択されても良い。筐体１６は、反応物質塊２４とは異なる材質からなる。制限的でない例として、筐体１６は鋼鉄、プラスチックまたはグラスファイバからなっても良い。

反応物質塊２４は、各種の異なる、制限されない構造を有しても良い。図４Ａでは、反応物質塊２４は、筐体１６の内面６８を被覆するものとして示される。あるいは、図５〜図１１に示されるように、反応物質塊２４は、筐体１６の拡径部１９内に配置される一つ以上の障害要素２６ａ〜２６ｊを形成しても良い。これらの障害要素２６ａ〜２６ｊは、それ自体として筐体１６の拡径部１９を通過する気体排出物１０の曲折流路２７を形成する。したがって、障害要素２６ａ〜２６ｊは、筐体１６の拡径部１９を通過する気体排出物１０の滞留時間を増加させる。下記のいくつかの実施形態では、筐体１６の拡径部１９を通過する気体排出物１０の流れを完全に分断することから、形成される曲折流路２７は完全にランダムなものとされ、これにより、気体排出物１０中の汚染物質と、反応物質塊２４中のアマルガム形成金属との間の化学反応の機会が大幅に増加することとなる。

図５〜図１１に示される構造のそれぞれの障害要素２６ａ〜２６ｊは、大きな表面積を有し、これにより反応物質塊２４の反応外表面２５が大きくなる。これは、反応物質塊２４の反応外表面２５中のアマルガム形成金属と気体排出物１０中の汚染物質との化学反応によって、汚染物質を筐体１６の拡径部１９に捕集し、捕捉し及び／又は収集可能として、気体排出物１０から汚染物質が除去されることから有利である。したがって、筐体１６の拡径部１９によって拡径キャビティ２１を通過する気体排出物１０から除去可能な汚染物質の量は、筐体１６の拡径部１９中の反応物質塊２４の反応外表面２５の大きさに比例する。加えて、障害要素２６ａ〜２６ｊの複雑な表面形状及び／又は組織により、汚染物質の捕捉が汚染物質とアマルガム形成金属との間の化学反応の結果であるか否かによらず、汚染物質を物理的に捕捉するのを容易にする追加の表面領域が得られる。

再び図３を参照すると、吸着材噴射機１４によって排出物に添加される吸着剤は、アマルガム形成金属を含む。吸着剤中のアマルガム形成金属は、気体排出物１０が筐体１６の拡径部１９に流入する前に気体排出物１０中の少なくとも一部の汚染物質と化学的に結合する。吸着剤は数多くの異なる組成を有しても良いものの、吸着剤は、例えば亜鉛（Ｚｎ）粉末又は、銅・亜鉛・錫・硫化物（ＣＺＴＳ）化合物であっても良い。気体排出物１０が筐体１６の拡径部１９に流入する前に吸着剤が気体排出物１０中の少なくとも一部の汚染物質と化学的に結合することから、この吸着剤により、反応物質塊２４による気体排出物１０からの汚染物質除去が促進される。

図５に示されるように、障害要素２６ａ〜２６ｊは、筐体１６の拡径部１９の内面６８から延出する一連の交互配置バッフル２６ａとして設けられる。この一連の交互配置バッフル２６ａは中心軸１７を横断し、曲折流路２７を蛇行形状とする。この曲折流路２７の蛇行形状により、気体排出物１０の筐体１６の拡径部１９内の滞留時間が増加し、これにより一連の交互配置バッフル２６ａを形成する反応物質塊２４による気体排出物１０中の汚染物質の捕捉及び除去が促進される。一つの例では、この一連の交互配置バッフル２６ａは亜鉛からなる。別の例では、この一連の交互配置バッフル２６ａは亜鉛によって被覆される亜鉛以外の材質からなる。交互配置バッフル２６ａの配置は、中心軸１７の長手方向に沿って等間隔又は対称である必要はない。というのは、いくつかの用途では、隣接するバッフル２６ａ間により広い空間がある方が好ましく、他の用途では、隣接するバッフル２６ａ間により狭い空間がある方が好ましいからである。また、この一連の交互配置バッフル２６ａは、逆ベンチュリ装置１５の動作中に飽和した場合には、必要に応じて交換及び／又は洗浄されても良い。

図６Ａ〜図６Ｂに示されるように、少なくとも一つの要害要素２６ａ〜２６ｊは、らせん状バッフル２６ｂとされても良い。このらせん状バッフル２６ｂは中心軸１７に沿い、また中心軸１７を中心として筐体１６の拡径部１９内でらせん状に延びる。したがって、らせん状バッフル２６ｂにより、曲折流路２７がらせん形状となる。この曲折流路２７のらせん形状により、気体排出物１０の筐体１６の拡径部１９内の滞留時間が増加し、これによりらせん状バッフル２６ｂを形成する反応物質塊２４による気体排出物１０中の汚染物質の捕捉及び除去が促進される。一つの例では、このらせん状バッフル２６ｂは亜鉛からなる。別の例では、このらせん状バッフル２６ｂは亜鉛によって被覆される亜鉛以外の材質からなる。さらに別の例では、このらせん状バッフル２６ｂは、中心軸１７を中心として筐体１６の拡径部１９内で回転するよう、機械的に駆動される。このらせん状バッフル２６ｂを回転させることで、筐体１６の拡径部１９を通る気体排出物の流れを、らせん状バッフルの回転方向に応じて人為的に加速または減速可能となる。このらせん状バッフル２６ｂは、逆ベンチュリ装置１５の動作中に飽和した場合には、必要に応じて交換及び／又は洗浄されても良い。

図７Ａ〜図７Ｂに示されるように、少なくとも一つの要害要素２６ａ〜２６ｊは、複数のバッフル２６ｃである。それぞれのバッフル２６ｃは、筐体１６の拡径部１９の内面６８から筐体１６の拡径部１９を横断して延びる。このバッフル２６ｃは中心軸１７に沿って互いに離隔され、各バッフル２６ｃは、バッフル２６ｃを通過する気体排出物１０の流れを許容するオリフィス２８を有する。当然ながら、単一のバッフル２６ｃのみを有する構成を含め、任意の数のバッフル２６ｃが設けられて良い。各バッフル２６ｃ中のオリフィス２８の大きさ、形状、及び数は変更可能である。例えば、バッフル２６ｃはスクリーン状とされ、オリフィス２８がスクリーンの十字線の間に設けられて良い。このバッフル２６ｃ中のオリフィス２８により、筐体１６の拡径部１９内の気体排出物１０の流れが制限され、筐体１６の拡径部１９内の気体排出物１０の滞留時間が増加する。これにより、バッフル２６ｃを形成する反応物質塊２４による気体排出物１０からの汚染物質の捕捉及び除去が促進される。一つの例では、このバッフル２６ｃは亜鉛からなる。別の例では、このバッフル２６ｃは亜鉛によって被覆される亜鉛以外の材質からなる。このバッフル２６ｃは、逆ベンチュリ装置１５の動作中に飽和した場合には、必要に応じて交換及び／又は洗浄されても良い。さらに別の例では、バッフル２６ｃの一つのオリフィス２８の大きさは、隣接するバッフル２６ｃのオリフィス２８の大きさと異なる。異なるバッフル２６ｃに異なる大きさのオリフィス２８を用いることで、気体排出物１０の流れが加速及び／又は制限され、バッフル２６ｃ内の反応物質塊による気体排出物１０中の汚染物質の捕捉及び除去が促進される。同様に、このバッフル２６ｃは拡径室２１内で等間隔で離間配置される必要は無く、またバッフル２６ｃの一つのオリフィス２８は隣接するバッフル２６ｃのオリフィス２８と同じ大きさ、形状または位置である必要はない。これらオリフィス２８の大きさ、形状及び位置を一つのバッフル２６ｃから別のバッフル２６ｃについて異なるものとすることにより、かつバッフル２６ｃの間隔を異なるものとすることにより、筐体１６の拡径部１９内の気体排出物１０の滞留時間を増加させて、反応物質塊２４に沿った物理的及び化学的捕捉及び収集箇所との接触増大を促進可能である。

図８〜図１１に示される別の構成では、少なくとも一つの障害物２６ａ〜２６ｊは筐体１６それ自体に固定されなくても良く、その代わりに筐体１６の拡径部１９内部に自由に配置されても良い。このような構成では、少なくとも一つの障害要素２６ａ〜２６ｊは、各種形態の障害媒体２６ｄ〜２６ｊを含んで良い。障害要素２６ａ〜２６ｃと同様、障害媒体２６ｄ〜２６ｊは、亜鉛からなるものでも、亜鉛によって被覆される亜鉛以外の材質からなるものであっても良い。亜鉛は容易に溶解して、通常の成形方法、失ろう方法、遠心法などを用いて複雑な形状を鋳造可能である。他の形成方法としては、切削、押し出し、焼結、スタンピング、熱間鍛造及び成形、レーザ切断などがある。あるいは、鋼鉄を用いて原型を作り、その後に、表面カバーとして亜鉛で被覆またはメッキしても良い。この障害媒体２６ｄ〜２６ｊは、拡径室２１全体を完全に充填、拡径室２１を部分的に充填または図７Ａ〜図７Ｂに関連して前述されたバッフル２６ｃの間を充填するのに使用可能である。

図８は、少なくとも一つの障害要素２６ａ〜２６ｊが筐体１６の拡径部１９内に収容される複数の破片２６ｄである構成である。この構成によれば、気体排出物１０は、気体排出物１０が筐体１６の入口部１８から出口部２０に向けて筐体１６の拡径部１９を移動する際に、隣接する破片２６ｄとの間の空間を通過する。このために、これらの複数の破片２６ｄは、破片２６ｄが筐体１６の拡径部１９内にゆるく詰められるように、不定形となっていても良い。限定的でない例として、この複数の破片２６ｄは、モジイ亜鉛（ｍｏｓｓｙ ｚｉｎｃ）からなっても良い。モジイ亜鉛は、ポップコーン形状の亜鉛構造であって、溶融亜鉛を水などの冷却液に浸すことによって製造される。得られる溶融亜鉛の滴が固化して、比較的小さな、体積比において極めて大きな表面積を有する球状構造となる。加えて、得られる構造の表面積は、苔状の表面組織を有する。これらの構造は、特定用途のための大きさに製造可能である。鋼鉄を加工することで、モジイ亜鉛に類似する鋼鉄版の複合球状構造を製造可能であり、これは亜鉛によって被覆されても良い。

図８中のこれらの複数の破片２６ｄがゆるく充填されることで、曲折流路２７がランダムな形状となり、これにより、気体排出物１０の筐体１６の拡径部１９内の滞留時間が増加する。これにより、複数の破片２６ｄを形成する反応物質塊２４による気体排出物１０からの汚染物質の捕捉及び除去が促進される。図８中のこの複数の破片２６ｄは、逆ベンチュリ装置１５の動作中に飽和した場合には、必要に応じて交換及び／又は洗浄されても良い。

図９に示される別の構成では、少なくとも一つの障害要素２６ａ〜２６ｊが筐体１６の拡径部１９内に収容される複数のもつれ糸２６ｅである。この複数のもつれ糸２６ｅは、筐体１６の拡径部１９内で、毛糸状体を形成する。考えられる構成の一つでは、この複数のもつれ糸２６ｅは、スチールウールのように折りたたまれ、丸められて非常に大きな表面積を有する塊を形成する。このもつれ糸２６ｅそれ自体は、同じ組成、厚み及び長さであっても良く、あるいは異なる組成、厚み及び／又は長さの組み合わせであっても良い。一例では、これらの複数のもつれ糸２６ｅは亜鉛ワイヤからなり、ランダムにもつれて亜鉛ウールを形成する。この亜鉛ウールは、様々なレベルの密度及び／又は大きさのワイヤから製造可能であり、特定の流れ制限能力を付与することができる。別の例では、これらの複数のもつれ糸２６ｅはスチールワイヤからなり、ランダムにもつれてスチールウールを形成する。このスチールウールは亜鉛で被覆されても良い。図９中のこれらの複数のもつれ糸２６ｅがゆるく充填されることで、曲折流路２７がランダムな形状となり、これにより、筐体１６の拡径部１９を通過する気体排出物１０の滞留時間が増加する。これにより、もつれ糸２６ｅを形成する反応物質塊２４による気体排出物１０内の汚染物質の捕捉及び除去が促進される。これらの複数のもつれ糸２６ｅは、逆ベンチュリ装置１５の動作中に飽和した場合には、必要に応じて交換及び／又は洗浄されても良い。

図１０を参照して、少なくとも一つの要害要素２６ａ〜２６ｊが、フィルタ素子２６ｆである別の構成が示される。このフィルタ素子２６ｆは中心軸１７に対して、筐体１６の拡径部１９を横切って延びる。このフィルタ素子２６ｆは多孔質であり、フィルタ素子２６ｆ中の孔により、気体排出物１０が筐体１６の入口部１８から出口部２０に向けて筐体１６の拡径部１９を流れる際に、フィルタ素子２６ｆを通過可能とされる。焼結金属からなっても良いフィルタ素子２６ｆのこの構成により、曲折流路２７がランダムな形状となり、これにより筐体１６の拡径部１９を通過する気体排出物１０の滞留時間が増加する。これにより、フィルタ素子２６ｆを形成する反応物質塊２４による気体排出物１０内の汚染物質の捕捉及び除去が促進される。フィルタ素子２６ｆの燒結金属は、亜鉛、または亜鉛によって被覆された非亜鉛材料からなるのが好ましい。このフィルタ素子２６ｆは、逆ベンチュリ装置１５の動作中に飽和した場合には、必要に応じて交換及び／又は洗浄されても良い。

図１１を参照して、図７Ａ〜図７Ｂに示される複数のバッフル２６ｃと、異なる大きさを有し図８に示される複数の破片２６ｄに類似する複数の破片２６ｇ〜２６ｊとの組み合わせとして、少なくとも一つの障害要素２６ａ〜２６ｊが示される。この別の構成によれば、これら複数のバッフル２６ｃと複数の破片２６ｇ〜２６ｊは、筐体１６の拡径部１９内に配置される。図７Ａ〜図７Ｂと同様、図１１に示される複数のバッフル２６ｃは、筐体１６の拡径部１９の内面６８から筐体１６の拡径部１９を横断して延びる。さらに、これらの複数のバッフル２６ｃは、バッフル２６ｃが拡径室２１を複数の区画に分割するよう、互いに中心軸１７に沿って離隔配置される。各バッフル２６ｃのオリフィス２８により、気体排出物１０の流れがバッフル２６ｃを通過可能となる。複数の破片２６ｇ〜２６ｊは、隣接するバッフル２６ｃの間に配置される（すなわち、拡径室２１の複数の区画内に配置される）。

図１１及び図１２Ａ〜図１２Ｄに示されるように、複数の破片２６ｇ〜２６ｊにより反応物質塊２４が形成される。これら複数の破片２６ｇ〜２６ｊは、異なる大きさとされ、同じ大きさのものとグループとされ（すなわち、破片２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ、及び２６ｊは別のグループにされ）、別の大きさの破片とはバッフル２６ｃによって分離されても良い。例えば、破片２６ｇ〜２６ｊのグループは、破片２６ｇ〜２６ｊの大きさが筐体１６の入口部１８から遠ざかり、筐体１６の出口部２０に近づくにつれて小さくなるように配置されても良い。すなわち、各グループの破片２６ｇ〜２６ｊの大きさを徐々に変え、気体排出物１０の筐体１６の拡径部１９内での全体の流れ方向に小さくなるものとしても良い。一つの例では、この破片２６ｇ〜２６ｊは亜鉛からなる。例えば、破片２６ｇ〜２６ｊは、溶融亜鉛を冷却液中に滴下して、非常に大きな表面積と、ランダムな苔状組織とを有するポップコーン形状の構造を作ることによって形成可能である。別の例では、異なる大きさの破片２６ｇ〜２６ｊが、一緒に混合されて、大きさに基づき分離されないものとしても良い。

図１３Ａ図１３Ｃには、いくつかの別の形状の障害要素２６ｋ〜２６ｍが非圧縮材として示され、これは図８及び図１１に示される破片２６ｄ及び２６ｇ〜２６ｊに加えて、又はこれに変えて用いることができる。図１３Ａは、障害物２６ｋが反応物質塊２４を形成し、子供のおもちゃである「Ｊａｃｋｓ」に似たアスタリスク形状を有する例を示す。図１３Ｂは、別の形状の障害要素２６ｋ〜２６ｍが、反応物質塊２４を形成し、図８及び図１１に示される筐体１６及び２６ｇ〜２６ｊと同様、拡径部１９中に配置されてもよい複数の結晶フレーク２６ｌ（一つのみ示す）である例を示す。この結晶フレーク２６ｌは、雪片に類似の形状を有する。図１３Ｃは、別の形状の障害要素２６ｋ〜２６ｍが、複数のワイヤコイル２６ｍ（一つのみ示す）であり、反応物質塊２４を形成し、図８及び図１１に示される筐体１６及び２６ｇ〜２６ｊと同様、拡径部１９中に配置されてもよい例を示す。障害物２６ｋと複数の結晶フレーク２６ｌとは、亜鉛、又は（これらに限られないが）失ろう鍛造（ｌｏｓｔ ｗａｘ ｆｏｒｇｉｎｇ）、及び３Ｄプリンティングなどを用いて亜鉛によって被覆された非亜鉛材料からなっても良い。これら複数のワイヤコイル２６ｍは、例えば、亜鉛ワイヤをばねのように心棒コアに巻き付け、その後に巻き付けられたワイヤのコイル全体に心棒コアの全長に沿って切り込みを入れることで、個々のコイルのリングを得ることによって作られても良い。この別形状の障害要素２６ｋ〜２６ｍは、拡径室２１に完全に充填されても充填されなくても良い。

上述の各種障害要素２６ａ〜２６ｋを混ぜて各種の組み合わせを構成しても良い。この混合組み合わせの例は、図５、６Ａ〜図６Ｂ及び７Ａ〜図７Ｂに示される一つ以上のバッフル２６ａ〜２６ｃと、図８及び図１１に示される複数の破片２６ｄ及び２６ｇ〜２６ｊとを組み合わせることを含む。別の混合組み合わせの例は、図９に示される複数のもつれ糸２６ｅと、図８及び図１１に示される複数の破片２６ｄ及び２６ｇ〜２６ｊとを組み合わせることを含む。上述の各種障害要素２６ａ〜２６ｋと活性炭などの他のフィルタ要素とを組み合わせる別の構成も可能である。活性炭は、スポンジのように、表面接触によって汚染物質を収集する。したがって、限られた量の活性炭を筐体１６の拡径部１９に導入して上述の各種障害要素２６ａ〜２６ｋとともに作用させても良い。好ましくは、この障害要素２６ａ〜２６ｋは、活性炭が拡径室２１全体にわたり比較的静的に（ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｓｔａｔｉｃａｌｌｙ）配置されるよう、活性炭を筐体１６の拡径部１９内に保持する。この構成は、活性炭を気体排出物１０の流れの中に放出する通常の排出物制御システムと反対である。活性炭が気体排出物とともに自由に流動しないことから、より効率的に活性炭を使用することが可能となる。当業者は、開示された逆ベンチュリ装置１５の例が単に例示的なものであり、本願明細書に開示されたいくつかの例を超える数多くの組み合わせが可能かつ特定の用途に対応するのに望ましいことを容易に了解するであろう。

図１４を参照して、導管３８によって直列に接続される二つの拡径部１９、１９’を備える別の例示的逆ベンチュリ装置１５’が示される。筐体１６の一方の拡径部１９は、筐体１６の入口部１８と導管３８との間に延び、他方の拡径部１９’は導管３８と筐体１６の出口部２０との間に延びる。したがって、気体排出物１０の曲折流路２７は延伸される。この構成によれば、気体排出物１０は、拡径部１９から導管３８を通って拡径部１９’に送られ、拡径部１９’でさらなる汚染物質が収集及び／又は捕捉される。本願開示事項は、一つないし二つの拡径部１９、１９’のみを直列に用いることに限られない。というのは、大規模な排出物及び／又は高レベルの汚染物質を伴ういくつかの用途では、数多くの拡径部を直列に接続する必要がある可能性があるからである。

図１５を参照して、並列に接続される二つの拡径部１９、１９’’を備える別の例示的逆ベンチュリ装置１５’’が示される。スリーウェイインレットバルブ３９が、気体排出物１０の流れを制御し、気体排出物１０を導管４１または導管４２に流入させる。スリーウェイアウトレットバルブ４０は、導管４１から導管４２へと逆流させることなく、または導管４２から導管４１へ逆流させることなく、気体排出物１０を導管４１または導管４２から流出させる。気体排出物１０は、気体排出物１０が導管４１から送られると、入口部１８から拡径部１９に流入し、出口部２０から流出する。気体排出物１０は、気体排出物１０が導管４２から送られると、入口部１８’’から拡径部１９’’に流入し、出口部２０’’から流出する。図１５に示されるこの逆ベンチュリ装置１５’’の利点の一つは、拡径部１９、１９’’の他の一方が稼働を維持できることから、拡径部１９、１９’’の一方にメンテナンス、修理または掃除が必要となった場合、これを離隔し、システム全体をシャットダウンすることなくオフラインとすることができることである。

時間が経つと、反応物質塊２４の反応外表面２５上に生じる化学反応及び／又は汚染物質の物理的捕捉により、反応物質塊２４が飽和点に達し、逆ベンチュリ装置１５の効率が低下する可能性がある。したがって、図１５に示される構成では、筐体１６の拡径部１９、１９’’内の反応物質塊２４を取り外し、交換及び／又は洗浄することで、完全にシャットダウンすることなく、逆ベンチュリ装置を飽和前の効率に回復することが可能となる。

飽和した反応物質塊から汚染物質を取り除く工程は、具体的な汚染物質の種類、及び使われたアマルガム形成金属の種類に依存する。筐体１６の拡径部１９、１９’’内部に配置された拡径室２１、２１’’へのアクセスは、用いられる障害物の種類に応じたものとなる。比較的小さな、非圧縮の障害物が用いられる場合、注入及び／又は流出（ｐｏｕｒｉｎｇ ａｎｄ／ｏｒ ｄｒａｉｎｉｎｇ）型のアクセスが必要となる。障害物が比較的大きなブロック、プレート、バッフルまたはアセンブリである場合、適切な持ち上げ及び取り扱い方法及びアクセス（ｌｉｆｔｉｎｇ ａｎｄ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ａｃｃｅｓｓ）が必要となる。

さらに図１５を参照して、逆ベンチュリ装置１５は、筐体１６の拡径部１９、１９’’と流体を介して連通する一つ以上のスプレーノズル８１を有しても良い。このスプレーノズル８１は、筐体１６の拡径部１９、１９’’内の反応物質塊２４上に脱酸素酸を噴射する位置に配置される。動作時、この脱酸素剤は、反応物質塊２４を活性化させるため、反応物質塊２４から汚染物質を洗い流す。あるいは、ドレイン８２を筐体１６の拡径部１９、１９’’と流体を介して連通させ、使われた脱酸素剤及び汚染物質を筐体１６の拡径部１９、１９’’から搬出しても良い。飽和した亜鉛は、それが鋼鉄上に被覆されたものであっても、固形亜鉛の構造体であっても、リサイクルして再利用可能である点で好ましい。したがって、障害物中に用いられる材料は、再利用可能である。加えて、捕捉される汚染物質の多くは、特に水銀などの重金属は、照明及び塩素製造に再利用可能である。

図１６を参照すると、拡径室４５が入口導管４３及び出口導管４４の体積と比較して大幅に大きな体積を有する別の例示的逆ベンチュリ装置１５が示される。この拡径部４６は、拡径部４６を流れる気体排出物のための拡大された曲折流路７７を提供するため、円形、四角形、三角形、楕円形、または所望の数多くの形状の事実上任意の一つであって良い（矩形形状が示される）。

図１７を参照して、通常の気体排出物制御システムのブロック図が示される。気体排出物は炉４７から静電式集塵装置（ＥＳＰ）４８、流動化気体脱硫（ＦＧＤ）ユニット４９、及び繊維フィルタ（ＦＦ）ユニット５０に導入され、その後に煙突５１を介して大気に放出される。汚染物質の第一濃縮物５２が、ＥＳＰ４８において気体排出物から除去される。同様に、汚染物質の第二濃縮物５３が、ＦＧＤユニット４９において気体排出物から除去される。ＦＧＤユニット４９によって生み出される第二濃縮物５３は、しばしば水銀及びその他の重金属を含み、通常、排水中に流れ込む。汚染物質の第三濃縮物５４は、ＦＦユニット５０において気体排出物から除去される。

最終的に、大気に排出される最終排出物は、なおＥＰＡの排出物規則及び規制に適合し得ない。認可可能なＥＰＡの排出物は、少なくとも９０％の有害汚染物質が除去されることを要件とするのに対し、現状の一般的排出物制御システムでは、有害汚染物質の８８〜９０％しか除去できない。汚染された排出物を生じる産業における大きな問題は、排出物を規制する規則が時を経るにつれてより厳しいものとなるのに対し、現状の排出物制御技術は、潜在的にその限界に達しているということである。したがって、現在行われている技術の進歩のペースは、より一層厳しくなる排出物規制のペースに追いつくことはできていない。

図１８Ａ〜図１８Ｂを参照すると、図１７のブロック図とは、吸着剤噴射ポイントが導入され、気体排出物が上述の逆ベンチュリ装置１５を通過する追加の工程が設けられた点で変形されている。図１８Ａでは、第一吸着剤導入ポイント５５が、炉４７とＥＳＰ４８との間に示される。これに代え、図１８Ｂでは、第二吸着剤導入ポイント５６がＦＤＧユニット４９とＦＦユニット５０との間に示される。いずれのオプションが吸着剤にとって最も好ましいと見なされるかは、既存の構造及びプラントの状態に依存する。図１８Ａ図１８Ｂに示される二つのオプション以外にも、吸着剤を導入可能な導入ポイントないし導入ポイントの組み合わせは数多くあり、したがってこれら二つのオプションは、例示的目的で示される。図１８Ａ〜図１８Ｂ中の逆ベンチュリ装置１５は、ＦＦユニット５０の後段かつ煙突５１の前段に配置される。この逆ベンチュリ装置１５は、各種用途に適したものとして、上述の例のいずれに準拠して構成されても良い。最終的に、逆ベンチュリ装置１５を出てから煙突５１を通じて大気に放出される最終気体排出物は、現状及び将来のＥＰＡ排出物規則及び規制に合致し、上回ることができるであろう。

図１８Ａ〜図１８Ｂに示される方法は、炉４７内で燃料を燃やして汚染物質を含む気体排出物を発生させ、この炉４７からの気体排出物をＥＳＰ４８に流入させ、ＥＳＰ４８を使って気体排出物中の第一部分粒子状汚染物質を除去する工程を含む。ＥＳＰ４８を用いて気体排出物中の第一部分粒子状汚染物質を除去する工程により、ＥＳＰ４８によって気体排出物から除去される粒子状汚染物質の第一部分を含む第一濃縮物５２が形成される。稼働時、ＥＳＰ４８は印加された静電電荷を用いて気体排出物から微細な汚染物質を除去する。この方法は、ＥＳＰ４８からの気体排出物をＦＤＧユニット４９に導入し、ＦＤＧユニット４９を用いて気体排出物中の二酸化硫黄汚染物質を除去する工程をも含む。ＦＤＧユニット４９を用いて気体排出物中の二酸化硫黄汚染物質を除去する工程により、ＦＤＧユニット４９によって気体排出物から除去された二酸化硫黄汚染物質を含む第二濃縮物５３が形成される。この方法は、さらにＦＤＧユニット４９からの気体排出物をＦＦユニット５０（すなわちバグハウス）に導入して、ＦＦユニット５０を用いて気体排出物中の粒子状汚染物質の第二部分を除去する工程を含む。このＦＦユニット５０を用いて気体排出物中の粒子状汚染物質の第二部分を除去する工程により、ＦＦユニット５０によって気体排出物から除去される粒子状汚染物質の第二部分を含む第三濃縮物５４が形成される。稼働時、気体排出物がＦＦユニット５０の一つ以上の繊維フィルタ（図示せず）を通過する際に、気体排出物から汚染粒子が除去される。

本願開示によれば、この方法は、ＦＦさらにユニット５０からの気体排出物を逆ベンチュリ装置１５に送り、逆ベンチュリ装置１５を用いて気体排出物中の重金属汚染物質を除去する工程を含む。逆ベンチュリ装置１５を用いて気体排出物中の重金属汚染物質を除去する工程により、気体排出物は逆ベンチュリ装置１５内に配置された反応物質塊を通過する（すなわち、上を流れる）。反応物質塊内のアマルガム形成金属が気体排出物中の重金属汚染物質と化学的に結合する。したがって、重金属汚染物質が反応物質塊中のアマルガム形成金属と結合する際に、反応物質塊によって逆ベンチュリ装置１５中の重金属汚染物質が捕捉される。この方法では、さらに逆ベンチュリ装置１５からの気体排出物を、気体排出物を周囲の大気に放出する煙突５１に送る。逆ベンチュリ装置１５は、比較的小さな専有面積を有し、既存のシステムの排出物制御装置４８、４９、５０と、大気への煙突５１との間に容易に調和して据え付け可能なものである点で有利である。

この方法は、吸着剤を気体排出物に噴射する工程を含んでも良い。この工程によれば、図１８Ａに示されるように、吸着剤は炉４７とＥＳＰ４８との間に配置された第一吸着剤導入ポイント５５において気体排出物に噴射されても良い。あるいは、図１８Ｂに示されるように、吸着剤はＦＤＧユニット４９とＦＦユニット５０との間に配置された第二吸着剤導入ポイント５６において気体排出物に噴射されても良い。吸着剤はアマルガム形成金属を含み、気体排出物が逆ベンチュリ装置１５に流入する前に、気体排出物中の重金属汚染物質の少なくとも一部と結合する。吸着剤を第一吸着剤導入ポイント５５または第二吸着剤導入ポイント５６において気体排出物内に噴射することによって、より多くの水銀、重金属、及び酸ガスを、以前には実現不可能なレベルでＦＦユニット５０内で収集可能である。上述のように、アマルガム形成金属は、亜鉛、鉄、及びアルミニウムからなる群から選択されて良く、吸着剤は、例えばＣＺＴＳ化合物であっても良い。吸着剤は、有害汚染物質を収集及びリサイクル可能なように、再生・活性化可能である。

図１９を参照して、通常の非気体排出物制御システムのブロック図が示される。液体及び／又は液体状排出物は、沈殿池６１に送られる前に、流動化気体脱硫（ＦＧＤ）ユニット５９から、及び／又は、湿式気体洗浄装置５８から、石灰処理ステーション６０に送られる。適切な時間経過後、この非気体排出物は、沈殿池６１から乾燥廃棄６４の準備用処理システム又は脱水システム６２中に送られる。乾燥廃棄６４の処理を通って送られた非気体排出物は、廃棄場６５内で廃棄準備される。場合により、再循環システムを備える脱水システム６２を通って送られた非気体排出物は、例えば、石こう及び／又はセメント製造を含んでも良い二次産業工程６３内で用いられるよう準備される。沈殿池６１から脱水システム６２または乾燥廃棄６４用の処理に送られなかった非気体排出物は、排水溝６６から排出されるよう送られる。この排水溝６６に放出された最終の非気体排出物は、今後何年かした後に規制されるであろう程には規制されていない。提案されるＥＰＡの水排出物規則及び規制は、現状排水溝に放出可能な排出物と比較して極めて制限が厳しい。汚染された液体排出物を排水溝に排出する必要のある産業は、現状の排出物制御技術を有するものの、これは来るべきＥＰＡ規制を満たし及び／又は遵守する可能性が実質的にない。

図２０を参照すると、図１９のブロック図は、上述の吸着剤を含む一つ以上の処理槽６７によって変形される。沈殿池６１から非気体排出物が送られた後、これらが排水溝６６に排出される前に処理槽６７が配置される。図２０に示される方法は、汚染物質を含む非気体排出物を収集し、この非気体排出物をＦＧＤユニット５９及び／又は湿式気体洗浄装置５８に通して非気体排出物中の汚染物質の一部を除去し、このＦＧＤユニット５９及び／又は湿式気体洗浄装置５８からの非気体排出物を石灰処理ユニット６０に送り、かつこの非気体排出物に石灰処理ユニット６０を通過させて、クラーク法によりこの非気体排出物を軟化させる工程を含む。稼働時、石灰処理ユニット６０は、非気体排出物から沈殿により特定のイオン（例えば、カルシウム（Ｃａ）及びマグネシウム（Ｍｇ））を除去する。この方法は、石灰処理ユニット６０からの非気体排出物を沈殿池６１に送り、非気体排出物中の汚染物質の一部を沈殿させて除去し、沈殿池６１中の非気体排出物の第一部分を脱水し、脱水された副産物を二次産業工程６３で使用し、沈殿池６１からの非気体排出物の第二部分を除去して、この非気体排出物の第二部分に乾燥廃棄処理６４を加える工程をも含む。沈殿池中の非気体排出物の第一部分を脱水し、脱水された副産物を二次産業工程６３中で利用する工程においては、脱水工程は非気体排出物の第一部分を再循環する工程を含んでも良く、二次産業工程６３は、例えば石こう又はセメントの製造工程を含んでも良い。沈殿池６１からの非気体排出物の第二部分を除去し、この非気体排出物の第二部分に乾燥廃棄処理６４に加える工程においては、乾燥廃棄処理６４は非気体排出物の第二部分を廃棄場６５中に堆積させる工程を含んでも良い。

本願開示において、この方法はさらに沈殿池６１中の非気体排出物の第三部分を、開示された吸着剤を含む処理槽６７に送る工程を含む。この吸着剤は、非気体排出物内の重金属汚染物質と結合するアマルガム形成金属を含む。したがって、この吸着剤は、重金属汚染物質が吸着剤と結合し、非気体排出物から沈殿／析出する際に、処理槽６７中の重金属汚染物質を捕捉する。この方法では、その後、非気体排出物を処理槽６７から排水溝６６に送って排出しても良い。処理槽６７は、非気体排出物（すなわち、排水流）が処理槽６７から連続して流出可能なように設計されても良い。

本願開示の吸着剤に関し、いくつかの例示的実施形態が開示される。これらの例示的実施形態は、単なる例にすぎず、このテーマの可能な変形を網羅したリストを示すものではない。

上述のように、例示的吸着剤の一つは、元素亜鉛粉末である。亜鉛粉末は、亜鉛元素からなる。亜鉛は、粉末として、または粒体として用いられて良い。高温下で、何らかの気体排出物に用いる亜鉛粉末及び／又は粒体の有効寿命を延ばし、事前の酸化を低減及び／又は防止するのに用いられる方法の一つは、この粒体及び／又は粉末をスルファミン酸、クエン酸及び他の有機酸などの固体の酸と混合し、または固体の酸で被覆することである。この粉末／酸混合物は、気体排出物（例えば、燃焼排ガス流）に噴射され、及び／又は逆ベンチュリ装置１５の適切な実施形態中に配置されても良い。

亜鉛粉末の最適粒径は、０．５ナノメートルから７，５００ミクロンの範囲である。加えて、異なる大きさの粒径範囲を有する粉末混合物が、特に粒径範囲が０．５ナノメートルから７，５００ミクロンである場合に有利であることが判明している。同様に、亜鉛粒体の最適粒径は、７，５００ミクロンから３．０インチの範囲である。加えて、異なる大きさの粒径範囲を有する粒体混合物が、特に粒径範囲が７，５００ミクロンから３．０インチである場合に有利であることが判明している。

別の例示的実施形態では、この吸着剤は、分子式Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４であるＣＺＴＳである。ＣＺＴＳは、他の相の銅、亜鉛、錫及び硫黄からなっても良く、これも有利である。ＣＺＴＳ及び／又は関連する相の銅、亜鉛、錫及び硫黄は、化学量論的な比率で混合され、その後に機械化学配合を粉砕器（ｍｉｌｌ）中で行っても良い。さらに、このＣＺＴＳは、同じ割合のベントナイト又はゼオライトなどの粘土、及び水酸化カルシウム（ＣａＯＨ）のいずれかと混合されても良い。ＣＺＴＳ粉末の最適粒径は、０．５ナノメートルから７，５００ミクロンの範囲である。試験及び開発中に、異なる大きさの粒径範囲を有するＣＺＴＳ粉末混合物が、特に粒径範囲が０．５ナノメートルから７，５００ミクロンである場合に有利であることが判明している。特殊なＣＺＴＳ粒体が好ましい用途では、最適な粒径は、７５００ミクロンから３．０インチの範囲であることが判明している。加えて、異なる大きさの粒径範囲を有するＣＺＴＳ粒体混合物が、特に粒径範囲が７，５００ミクロンから３．０インチである場合に有利であることが判明している。

大部分の汚染物質について、ＣＺＴＳは、上述の範囲内で最も小さな粒径で、金属相のＣＺＴＳが多量に存在する場合に最も効率的である。なお、ＣＺＴＳの製造時に、銅、亜鉛、錫及び硫黄がＣＺＴＳに完全に変換されることはなく、各相（例えば、ダンバ鉱（ＣｕＺｎ２）及び硫化錫（ＳｎＳ））の混合物となる。

ＣＺＴＳの例示的な製造方法の一つでは、銅、亜鉛、錫、及び硫黄が粉砕器に特に順序を問わずに追加される。粉砕工程は、ボールミルまたは何らかの種類の摩擦粉砕器を用いて、あるいは、順次用いて所望の粒径を得る粉砕装置の組み合わせにより達成される。例示的粒径は、３２５標準メッシュスクリーンから１００標準メッシュスクリーンの範囲である（１標準メッシュスクリーン＝７５００ミクロン）。得られる粒子は、さらに所定のモル比である銅：亜鉛：錫：硫黄＝１．７：１．２：１．０：４．０に計量される。メッシュサイズとモル比とを確認した後、これらの粒子は粉砕されて、ＣＺＴＳ及びその他の相に機械化学配合される。粉砕時間は、具体的用途に応じて最適な特性を示すよう制御される。なお、粉砕工程は、不活性ガス雰囲気中で行われる、グリコールエーテル、エチレングリコール、アンモニアまたはその他のアルコールなどの適切な溶媒を添加した湿式粉砕工程または不活性ガス雰囲気中で行われる乾式粉砕工程を用いて行うことができる。

粉砕工程中、粒径分析機、ＳＥＭ、ＸＲＤを用いて粒径を判定し、またはラマン法を用いて相変態比率を判定するため、断続的にサンプリングが行われる。粉砕器のボール径は重要であり、試験により、ボール−粒子重量比（ｂａｌｌ−ｔｏ−ｐｏｗｄｅｒ ｗｅｉｇｈｔ ｒａｔｉｏ）（電荷比）が少なくとも５：１である場合に最適化されることが示されている。粉砕ボールは、鋼鉄、セラミックス、ジルコニアまたはその他の最終製品を汚染することなく、サイズ及び／又は相変換を実現する材料からなるのが最も好ましい。湿式粉砕を採用する場合、ＣＺＴＳは乾燥される。その後、ＣＺＴＳは、ベントナイトまたはゼオライト、及び水酸化カルシウムを均等に混合するため、リボンブレンダー、Ｖ−ブレンダーまたはその他の適切なミキサを用いて混合される。

上述の方法によれば、吸着剤は、温度がおよそ華氏７５０℃以下の気体排出物中に導入される。この吸着剤は、これらに限られないが、噴射、流動床、被覆フィルタ及び捕捉などのいくつかの方法のいずれかによって気体排出物中に導入される。導入方法は、プラント中の既存の排出物制御システムに基づき、設置を容易とするよう選択可能である。便宜な方法の一つは、ＣＺＴＳを活性炭の代わりに気体排出物中に噴射することであり、同じ噴射設備を変形し、または変形せずに利用可能である。

いくつかの用途では、有効に汚染物質を除去するためＣＺＴＳをベントナイトと混合する場合に、気体排出物の処理が最適化される。あるいは、非気体排出物の処理は、ＣＺＴＳがゼオライトと混合される場合に最適化される。ＣＺＴＳと混合される特定の材料に加え、混合物の比率は、最適な汚染物質除去能力を提供するために用途に特化されたものであっても良い。

図１８Ａ〜図１８Ｂに示されるように、ＣＺＴＳを気体排出物処理に用いる場合、繊維フィルタユニット５０をＣＺＴＳ導入ポイント５５、５６の下流に配置して、繊維フィルタユニット５０によって吸着剤粒子を捕捉し、気体排出物と吸着剤との間の接触時間を増加させる。繊維フィルタユニット５０の繊維フィルタ（すなわちバグ）上に吸着剤を沈着させることで、気体排出物と吸着剤との間でより長時間接触可能となり、また吸着剤を収集してその後に再生することができる。吸着剤の粒径が小さいことで、風によって塵が運ばれるように、吸着剤を気体排出物の流れに沿って送ることが可能となる。吸着剤が気体排出物の流れの中で運ばれる期間中、吸着剤は気体排出物の流れ中で移動する汚染物質と接触し、これにより汚染物質が吸着剤と化学的に反応し結合することになる。繊維フィルタユニット５０に到達すると、気体排出物は繊維フィルタユニット５０中のフィルタを引きつづき通過する一方、結合した吸着剤と汚染物質の粒子は、大きすぎるため、フィルタを通過できない。ＣＺＴＳ粒子が１０ミクロン以下である場合、繊維フィルタユニット５０中のフィルタを予めより大きなＣＺＴＳ粒子、活性炭、タルク、石灰その他の適切な物質で被覆して、より小さなＣＺＴＳ粒子がフィルタを通過しないようにする必要がある可能性がある。あるいは、より小さなミクロンサイズのフィルタを繊維フィルタユニット５０に用いても良い。

非気体排出物用の他の用途では、ＣＺＴＳは図２０に示される処理槽６７に導入されても良い。この構成では、ＣＺＴＳは処理槽６７に導入されて一定時間攪拌されるのが好ましく、その後、排出前に、非気体排出物（例えば排水）にｐＨ調整、凝集、及び濾過が加えられる。その後、処理槽６７中のＣＺＴＳには、汚染物質をＣＺＴＳから除去する再生工程が加えられても良い。使用済みＣＺＴＳは、水銀をＣＺＴＳから濾過することにより、または真空蒸溜によって再生可能である。得られた汚染物質は、その後に他の産業で利用可能である。ＣＺＴＳにより、非気体排出物内の硝酸塩及び窒化物レベルを低減可能であるという利点も得られる。

ＥＰＡによって定立された、２０１６年に施行される排水規制は、空気についてのものよりもはるかに厳しい。ナノグラム／リットル（ｎｇ／Ｌ）、マイクログラム／リットル（μｇ／Ｌ）、及び／またはグラム／Ｌの単位で挙げられた現行のＥＰＡ規制のいくつかを挙げると以下の通り：水銀１１９ｎｇ／ｌ；砒素（Ａｓ）８μｇ／ｌ；セレン（Ｓｅ）１０μｇ／ｌ；二酸化窒素（ＮＯ２）及び硝酸塩（ＮＯ３）０．１３ｇ／ｌ。鉛（Ｐｂ）及びカドミウム（Ｃｄ）などの他の重金属も、ＥＰＡ規制レベル案に含まれる。既存プラントの多くでは、許容可能な排出規制を超える汚染レベルの排水が滞水池及び／又は他の種類の何らかのスラッジ貯水槽に送られる。ＣＺＴＳは、滞水池内で、本願明細書に開示される非気体排出物を処理するのと同じ方法で固体を処理可能である。重金属のイオン形態、スラッジ組成及び／又はｐＨに応じて、ＣＺＴＳの滞水池中の接触時間は適切に調整可能である。十分なｐＨ調整、凝集、及びその後の濾過により、通常の排出、廃棄及び／又は他産業での利用が可能となるが、これらのいずれも以前には不可能であったものである。

なお、本明細書に開示される吸着剤は、当業種で現在用いられる活性炭を含め、遊離炭素を何ら含まない。結果として、開示される方法の副産物として生成される金属硫化物のいずれも濾過されない。したがって、これらの副産物は、石こうウォールボード及びセメント用途において、工業的価値が高い。ＥＰＡの金属硫化物濾過試験は公知であり、これらの製品への使用は良く立証されている。

活性炭は、いくつかの別構成では利用可能であるものの、これらの変形例で活性炭を利用するのが制限されるため、活性炭を排出物内に漏出させることはできない。例えば、一例では、活性炭は繊維フィルタユニット５０のフィルタ中に埋め込まれる。この活性炭は、気体排出物の流れに自由に漏出することはない。別の形の活性炭の限定的な使用としては、活性炭で結晶形態のＣＺＴＳを被覆し、１．０ナノメートル以下の厚みの炭素薄膜を有するＣＺＴＳを製造することも可能である。これにより、極めて小さな水銀の金属蒸気粒子の捕捉が促進される。同様に、結晶状のＣＺＴＳをナノメートル状のゼオライト薄膜またはその他の被覆材で被覆し、特定用途のための特定の有害汚染物質を対象とすることも可能である。再言するが、この変形例での活性炭は、気体排出物の流れに自由に漏出することはない。

図２１を参照して、排出物から公知の排出物制御システムによって除去された汚染物質の割合と、本願で開示された逆ベンチュリ装置除去された汚染物質の割合とがグラフによって示される。ＥＰＡによって、現在、９０％の汚染物質レベル７８が気体排出物について定められる。既存の排出物制御システム７９は、有害汚染物質の８８％から９０％を除去するのに有効である。しかし、ＥＰＡは数年にわたって必要な最低汚染物質除去割合を引き上げており、既存の排出物制御システムの多くがこの要件を満たすことができず、また多くの他の既存の排出物制御システムは、現行の技術の下で利用可能な最大除去能力において稼働する際に要件を満たすことができるのみである。

さらに図２１を参照すると、例示的排出物制御システム８０は、本願明細書に開示される逆ベンチュリ装置、吸着剤及び／又は方法に基づく新たな排出物制御システム、又は本願明細書に開示される逆ベンチュリ装置、吸着剤及び／又は方法を含むことで変形及び補強された既存の排出物制御システムである。試験により、この例示的排出物制御システム８０は、現行のＥＰＡ規制レベルを遙かに上回る有害汚染物質の少なくとも９８％を除去することが可能であり、有効であることが確認されている。

なお、この方法での工程は特定の順番で記載され図示されるものの、これらの工程は、工程の順序が別の形で記載される場合を除き、本願開示事項の範囲から逸脱しない範囲で異なる順序で実施されても良い。同様に、本願明細書に記載され図示される方法は、本願開示事項の範囲から逸脱しない範囲で、上述の工程全てを含むことなく、または記載されていない中間工程を追加して実施可能である。

本発明については、上記開示事項に照らし、数多くの変形例が可能であり、添付請求項の範囲内で具体的に記載されるのとは別の形で実施可能なことは明らかである。これらの先行記載は、発明性のある新規性（ｉｎｖｅｎｔｉｖｅ ｎｏｖｅｌｔｙ）が有用である任意の組み合わせをカバーするものと解釈されるべきである。装置クレーム中の「前記（ｔｈｅ）」との単語の使用は、請求項の範囲内に含まれることを意図する積極的記載である先行的基礎を指し示すが、この「前記（ｔｈｅ）」との単語は、請求項の範囲に含まれることを意図しない用語に前置される。

Claims (22)

1. 排出物からの汚染物質を除去する装置であって、
   逆ベンチュリ形状を有し、前記排出物が所定の入口流速で流入する入口部と、前記排出物を所定の出口流速で排出する出口部と、前記入口部と前記出口部との間に配置され前記排出物中の前記汚染物質を捕捉する拡径部とを備える筐体を備え、
   前記筐体の前記入口部、前記出口部、および前記拡径部は、互いに流体を介して連通し、
   前記筐体の前記入口部は、入口部断面積を有し、
   前記筐体の前記出口部は、出口部断面積を有し、
   前記筐体の前記拡径部は、前記入口部断面積よりも大きく、かつ前記出口部断面積よりも大きい拡径部断面積を有し、
   反応物質塊が前記筐体の前記拡径部内に配置され、
   前記反応物質塊は、前記排出物と接触するよう配置される反応外表面を有し、
   前記反応物質塊は、前記筐体の前記拡径部を通って前記反応物質塊の前記反応外表面に達する前記排出物中の前記汚染物質の少なくとも一部と化学的に結合するアマルガム形成金属を前記反応外表面に含有し、
   前記筐体の前記拡径部と流体を介して連通し、前記反応物質塊上に脱酸素酸を噴射するよう配置される少なくとも一つの噴射ノズルを備え、前記脱酸素酸により前記反応物質塊から汚染物質を洗浄して、前記反応物質塊を再活性化させることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、前記拡径部断面積は、前記排出物が前記筐体の前記拡径部を通過するのに１から２．５秒の滞留時間を要するような大きさとされることを特徴とする装置。
3. 請求項２に記載の装置であって、前記拡径部断面積は、３から３３０平方フィートの範囲であることを特徴とする装置。
4. 請求項１に記載の装置であって、さらに
   前記筐体の前記拡径部の上流に配置され、前記アマルガム形成金属を含み前記排出物が前記筐体の前記拡径部に流入する前に前記排出物中の前記汚染物質の少なくとも一部と結合する吸着剤を前記排出物内に添加する吸着材噴射機を備えることを特徴とする装置。
5. 請求項４に記載の装置であって、前記吸着剤は亜鉛粉末であることを特徴とする装置。
6. 排出物からの汚染物質を除去する装置であって、
   逆ベンチュリ形状を有し、前記排出物が所定の入口流速で流入する入口部と、前記排出物を所定の出口流速で排出する出口部と、前記入口部と前記出口部との間に配置され前記排出物中の前記汚染物質を捕捉する拡径部とを備える筐体を備え、
   前記筐体の前記入口部、前記出口部、および前記拡径部は、互いに流体を介して連通し、
   前記筐体の前記入口部は、入口部断面積を有し、
   前記筐体の前記出口部は、出口部断面積を有し、
   前記筐体の前記拡径部は、前記入口部断面積よりも大きく、かつ前記出口部断面積よりも大きい拡径部断面積を有し、
   反応物質塊が前記筐体の前記拡径部内に配置され、
   前記反応物質塊は、前記排出物と接触するよう配置される反応外表面を有し、
   前記反応物質塊は、前記筐体の前記拡径部を通って前記反応物質塊の前記反応外表面に達する前記排出物中の前記汚染物質の少なくとも一部と化学的に結合するアマルガム形成金属を前記反応外表面に含有し、
   前記筐体の前記拡径部の上流に配置され、前記アマルガム形成金属を含み前記排出物が前記筐体の前記拡径部に流入する前に前記排出物中の前記汚染物質の少なくとも一部と結合する吸着剤を前記排出物内に添加する吸着材噴射機を備え、
   前記吸着剤は銅、亜鉛、錫、硫化物（ＣＺＴＳ）化合物であることを特徴とする装置。
7. 請求項１に記載の装置であって、前記反応物質塊は、前記筐体の前記拡径部内に配置され、前記筐体の前記拡径部を通過する前記排出物のための曲折流路を形成する少なくとも一つの障害要素を形成することを特徴とする装置。
8. 請求項７に記載の装置であって、前記少なくとも一つの障害要素は、前記筐体の前記拡径部内に収容される複数の破片であることを特徴とする装置。
9. 請求項８に記載の装置であって、前記複数の破片はモジイ亜鉛からなることを特徴とする装置。
10. 排出物からの汚染物質を除去する装置であって、
    逆ベンチュリ形状を有し、前記排出物が所定の入口流速で流入する入口部と、前記排出物を所定の出口流速で排出する出口部と、前記入口部と前記出口部との間に配置され前記排出物中の前記汚染物質を捕捉する拡径部とを備える筐体を備え、
    前記筐体の前記入口部、前記出口部、および前記拡径部は、互いに流体を介して連通し、
    前記筐体の前記入口部は、入口部断面積を有し、
    前記筐体の前記出口部は、出口部断面積を有し、
    前記筐体の前記拡径部は、前記入口部断面積よりも大きく、かつ前記出口部断面積よりも大きい拡径部断面積を有し、
    反応物質塊が前記筐体の前記拡径部内に配置され、
    前記反応物質塊は、前記排出物と接触するよう配置される反応外表面を有し、
    前記反応物質塊は、前記筐体の前記拡径部を通って前記反応物質塊の前記反応外表面に達する前記排出物中の前記汚染物質の少なくとも一部と化学的に結合するアマルガム形成金属を前記反応外表面に含有し、
    前記反応物質塊は、前記筐体の前記拡径部内に配置され、前記筐体の前記拡径部を通過する前記排出物のための曲折流路を形成する少なくとも一つの障害要素を形成し、
    前記少なくとも一つの障害要素は、前記筐体の前記拡径部内にともに収容される複数のバッフルと複数の破片との組み合わせであり、前記複数のバッフルは前記筐体の前記拡径部を横断して延び、前記複数のバッフルは互いに離隔配置され、前記複数のバッフルのそれぞれは前記排出物を流通可能とするオリフィスを備え、前記複数の破片は異なる大きさとされ、かつ類似の大きさによってグループ化され別の大きさの破片と前記複数のバッフルによって分離されることを特徴とする装置。
11. 請求項１０に記載の装置であって、前記破片の大きさは、前記筐体の前記入口部から、前記筐体の前記出口部に向けて遠ざかるにつれて小さくなることを特徴とする装置。
12. 請求項７に記載の装置であって、前記少なくとも一つの障害要素は、前記曲折流路を蛇行形状とするように前記筐体の前記拡径部内に延びる一連の交互配置バッフルであることを特徴とする装置。
13. 請求項７に記載の装置であって、前記少なくとも一つの障害要素は、前記曲折流路をらせん状とするよう前記筐体の前記拡径部内にらせん状に延びるらせん状バッフルであることを特徴とする装置。
14. 請求項７に記載の装置であって、前記少なくとも一つの障害要素は、前記筐体の前記拡径部を横断して延び、前記排出物の流通を可能とするオリフィスを有するバッフルであることを特徴とする装置。
15. 請求項７に記載の装置であって、前記少なくとも一つの障害要素は、前記筐体の前記拡径部内に配置される複数のもつれ糸であることを特徴とする装置。
16. 請求項７に記載の装置であって、前記少なくとも一つの障害要素は、前記筐体の前記拡径部内に収容される複数の結晶フレークであることを特徴とする装置。
17. 請求項７に記載の装置であって、前記少なくとも一つの障害要素は、前記筐体の前記拡径部内に配置される複数のワイヤコイルであることを特徴とする装置。
18. 請求項７に記載の装置であって、前記少なくとも一つの障害要素は、前記筐体の前記拡径部を横断して延び、多孔質であって前記排出物の流通を可能とするフィルタ要素であることを特徴とする装置。
19. 請求項１に記載の装置であって、前記筐体の前記拡径部は内面を有し、前記反応物質塊は、前記筐体の前記拡径部の前記内面を被覆することを特徴とする装置。
20. 請求項１に記載の装置であって、前記アマルガム形成金属は亜鉛であることを特徴とする装置。
21. 請求項１に記載の装置であって、前記アマルガム形成金属は亜鉛、鉄及びアルミニウムからなる群から選択されることを特徴とする装置。
22. 請求項６に記載の装置であって、前記筐体は、前記反応物質塊とは異なる材質からなることを特徴とする装置。