JPH11510733A - 有害物質及び水分を含む懸濁液を除染する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 シルト、有害物質及び水分を含む懸濁液、特に、水銀及び／又は炭化水素を含む有害物質を除染する方法が提案される。この場合、懸濁液を圧力下で沸騰温度に加熱し（１３）、次に、チョーク手段（１４）に供給し、発生する蒸気、残留水及び固体材料からなる三相混合物を、その後、管形反応器（１４）に供給し、そこで、更なるエネルギ供給によって、過熱する。最後に固体材料の予めの分離（１５）後に凝縮（１６）によって有害物質が液状で抽出されるように、過熱された蒸気相内では有害物質が濃縮される。

Description

【発明の詳細な説明】 有害物質及び水分を含む懸濁液を除染する方法 本発明は、シルト、有害物質及び水分を含む懸濁液、特に、水銀及び／又は炭 化水素を含む有害物質を除染する方法に関する。 ３００℃までの温度範囲で蒸気相に変えることができる有害物質は、通常、回 転炉、竪炉又は流動床方法によって、洗浄されるべき混合物、例えば汚染された 土壌から除去される。シルト混合物は常に浸蝕するので、シルト混合物により、 公知の炉又は手段のすべての回転部分におけるかなりの保守コストが生じる。更 に、回転炉又は流動床の原理は、単一の、通常はパレタイズされた洗浄される混 合物を必要とする。このためには、混合物の機械的な洗浄の際に生じる水性留分 を予め乾燥する必要がある。しばしば、０．１バール及びそれより低い真空下で の有害物質の除去を支援するために追加的に作業を行なう。混合物又はシルト混 合物の腐蝕作用に基づき、公知の回転炉又は流動床等では、回転部分又はシール において、かなりの密閉性の問題従ってまた保守の問題が生じる。このような設 備では比較的高い真空は、安全上の理由から、大型の装置例えば回転炉を有する 設備の、高い密閉性を必要とする。真空の崩壊は、通常、このような設備の新た な稼働のための長い時間、更に、運転開始の複雑な問題と結び付いている。 従って、有害物質を除去された懸濁液を予め乾燥しパレタイズする必要がなく 、回転する装置が同様に不要であるので、本発明の方法を容易に、簡単にかつ効 果的に実行することができ、本発明の方法が、大量に生じる混合物又は懸濁液の 洗浄のためにも適切であり、それ故、この方法が、公害の思想の点からも、有害 物質で酷く汚染された土壌の除染に有効な貢献をなす、冒頭に記載したタイプの 方法を、提供することが、本発明の課題である。 この課題は、本発明に基づき、懸濁液を圧力下で沸騰温度に加熱し、次に、チ ョーク手段に供給し、発生する蒸気、残留水及び固体材料からなる三相混合物を 、その後、管形反応器に供給し、そこで、更なるエネルギ供給によって、過熱し 、有害物質が最後に固体材料の予めの分離後に凝縮によって液状で抽出されるよ う に、過熱された蒸気相内では有害物質が濃縮されることによって解決される。 本発明の解決法の重要な利点は、酷く汚染された混合物及び懸濁液も、特に、 酷く汚染された土壌を、工業的な程度で、効果的な方法で洗浄することができ、 例えば、洗浄前に５００ｍｇ／ｋｇの水銀（ＴＳ）を含む懸濁液は、本発明の方 法の終了後には１ｍｇ／ｋｇのＴＳ水銀の僅かな残量を含んでいることである。 この場合、本発明の方法を、以下のように、すなわち、方法の実施のために必要 な装置が、腐蝕で汚染された回転する部分を全然有しない、つまり、装置には回 転する部分が不要であり、部分的な乾燥及び加熱による装置の表面の仮焼を見込 む必要がなく、原理的には予めの乾燥も必要でないように、実行することができ るのは好ましい。本発明の方法を実行するための装置において回転する部分を省 くために、更には、このような装置従ってまた本発明の方法自体の簡単な実行の ための極僅かな保守コストが生じる。 方法の好ましい改善では、懸濁液の密度を例えば≧１．２ｋｇ／ｌに調節し、 懸濁液を１２〜３０バールの範囲の圧力で加熱する。このことを、例えば、生蒸 気の供給によって行なって、懸濁液を１００℃に予熱するようにすることができ る。このことによって、懸濁液は流動性を有するので、懸濁液を別個の搬送措置 なしに自主的に管形反応器に供給することができる。 過熱された蒸気相を形成すべく懸濁液から三相混合物を作るための、管形反応 器内でのエネルギ供給を、過熱された蒸気の注入及び／又は水素と酸素及び／又 はメタンと酸素の燃焼によって管形反応器内で行なうことができるのは好都合で ある。 この場合、懸濁液又は三相混合物中の有害物質の水素添加反応又は酸化反応の 開始のために、追加的に、酸素を非化学量論比で反応器に入れることができるの は好都合である。 更に、三相混合物を反応器内で０．７〜０．９バールの反応器内圧で処理する ことは好都合である。この場合、この低圧は安全のためにのみ用いられ、つまり は、装置の諸部分の非密閉性のために、周囲空気がシステムに漏れ出るが、有害 物質、例えば水銀は大気に漏れでないのである。 方法の他の好都合な改善は、管形反応器を出る混合物を、固体材料分離器（サ イクロン）内で、蒸気状の有害物質及び固体材料から分離する。このためには、 原理的には、任意の適切な固体材料分離器を考慮に入れることができる。 本発明の方法で用いられる、有害物質を凝縮する凝縮器は、通例、発生するガ ス状の全有害物質の絶対凝縮を実行することはできない。通例は、ガス状の有害 物質の非凝縮成分が発生し、この非凝縮成分を、後置のガス洗浄手段内で再度の ガス洗浄に晒すことは好ましい。ガス洗浄段としては、適切な公知の装置を考慮 に入れることができる。 しかし乍ら、ガス洗浄の際に、活性炭によって有害物質の除去を行なうことは 好ましい。すなわち、凝縮されない残留ガスを活性炭の接触面で吸収するのであ る。 最後に、凝縮器内で有害物質の凝縮に必要な水を膜分離方法で洗浄し、有害物 質の凝縮のために少なくとも部分的に新たに用いることは好ましい。つまりは、 凝縮水を、少なくとも部分的には循環過程内で、繰り返し凝縮器に供給して、こ の方法に、付加された水を使わないようにすることができるのである。 唯一の概略図を参照し、１つの実施の形態を基にして本発明を詳述する。この 図は本発明の方法を実施する設備をブロック回路図の形態で示している。この設 備は、垂直方向に延びる破線によって、左側から右側へと、加工、分離及び洗浄 の領域に夫々分けられている。 方法の進行に詳しく立ち入る前に、まず、唯一の図から明らかな、シルト、有 害物質及び水分を含む懸濁液を除染する設備１０を記述する。例えば水銀で汚染 された土壌であり得る、除染される混合物を、攪拌容器１３に供給する。そこで は、混合物を懸濁液中に保ち、１０〜２０バールの圧力で、生蒸気の供給によっ て、約１００℃までの温度に予熱する。懸濁液１２は、攪拌容器１３内での懸濁 液の処理に基づいて、部分的に非ニュートンの流れの挙動で、管形反応器１４に 流れる。 管形反応器１４は、ここでは、、３つの部分から、すなわち、インジェクタ１ ４０と、後置されたチョーク１４１と、過熱区間１４２と、最後に、この過熱区 間１４２に後置された蒸気インジェクタ１４３とからなる。インジェクタ１４０ は 過熱された蒸気で駆動される。過熱された蒸気のこうした供給は、懸濁液をほぼ 沸騰温度まで更に加熱するために用いられる。次に、懸濁液１２はチョーク１４ １に、この次には、過熱区間１４２に、最後に、この次には蒸気インジェクタ１ ４３に達する。 管形反応器１４には、ここには図示しない複数のディスプレーサが設けられて いる。これらのディスプレーサは、懸濁液１２が臨界搬送温度(kritische Trans porttemperatur)を下回るときに用いられ、反応器１４の内壁が常に沈積物を有 さないように、反応室内に十分な乱流が生起するようにする。 インジェクタ１４０を通過後の懸濁液１２は飽和蒸気と、濡れたシルトとから なり、チョーク１４１の通過後には、約１．５バールへの圧力低下の際に、沸騰 の釣合いに応じて自然に膨脹する。実際の管形反応区間である、後置された蒸気 反応器１４３では、懸濁液１２は間接的な管壁過熱装置によって約３００℃に過 熱される。しかし乍ら、過熱のためのエネルギ供給を、水素と酸素及び／又はメ タンと酸素の燃焼によっても行なうことができる。実際また、エネルギ供給は過 熱された蒸気の注入によって可能である。管形反応器１４の端では、懸濁液１２ 内の除去される有害物質が、過熱された蒸気相の状態にある。 反応器区間の端に設けられた実際の蒸気反応器１４３は更なる蒸気供給に用い られる。この蒸気供給は、管形反応器１４に後置された固体材料分離器１５の出 力領域を、供給された物質流に応じて適合することができるために、場合によっ ては必要である。 固体材料分離器１５（サイクロン）を、ここでは、例えば、第１及び第２のカ スケードステップ１５０，１５１によって形成することができる。この固体材料 分離器１５では固体材料が分離され、例えば、洗浄された混合物１５３として、 例えば、洗浄された土壌として分離され、集められ、更なる使用に供される。固 体材料分離器１５からは、有害物質で非常に濃縮された蒸気相が、後置された凝 縮器１６へ入り、そこで凝縮される。凝縮物１７は沈降タンク１８に集められる 。そこでは、すべての非溶性の有害物質、例えば水銀が凝縮物から分離され、後 続のタンク１８０に集められて、更なる使用に供される。 凝縮器１６の駆動に必要な循環水２１は中間冷却手段１９を循環し、そこから は、膜分離手段２０を循環する。膜分離手段２０は、ここに示した実施の形態で は、超濾過手段２００と、逆浸透の原理で作動する別個の濾過手段２０１とから なる。次に、循環水２１はここでは図示しない蒸気ボイラか、新たに凝縮器１６ へ供給される。 凝縮器１６の蒸気出口に後置され、緩衝タンク（ここでは図示なし）を有する 真空ポンプ２２は、固体材料分離器１５の出口で、例えば０．８バールに適切に 圧力調整を行なう。 凝縮器１６の、又は凝縮器１６に後置された真空ポンプ２２の、ガス出口には 、排ガス洗浄手段２３が後置されている。この排ガス洗浄手段２３は、例えば、 洗浄器、触媒コンバータ及び吸収装置からなる。排気２４は更に排ガス洗浄手段 の中で洗浄され、洗浄された排気２４として大気に放出される。排気２４中にま だ高度毒性のある水素があるとすれば、例えば、排ガス洗浄手段２３の排気を再 燃焼するためのＨ₂／Ｏ₂バーナを後置する可能性があるのだろう。 シルト、有害物質及び水分を含む懸濁液１２、特に、水銀及び／又は炭化水素 を含む有害物質を除染する方法は、冒頭に記載した装置１０に基づいて、以下の ように進行する。 懸濁液１２を攪拌容器１３内で１２〜２０バールの圧力で沸騰温度に加熱する 。後続の管形反応器では、懸濁液１２を更に加熱するために、懸濁液をほぼ沸騰 温度まで持って行く。このことをインジェクタ１４０で行なう。次に、懸濁液１ ２をチョーク１４１に供給し、続いて、発生する蒸気、残留水及び固体材料から なる三相混合物を、実際の管形反応器１４を形成する過熱区間１４２に供給し、 そこで、更なるエネルギ供給によって、以下のようになるまで、すなわち、過熱 された蒸気相内で有害物質が濃縮され、最後に固体材料の予めの分離後に有害物 質が抽出されかつ集められるまで、過熱する。 ここに記載された方法及びここに図示された設備１０による複数の実験は、水 銀で汚染されたシルト留分を、水の供給及び続いての３００℃への過熱によって 、約５００ｍｇ／ｋｇの水銀（ＴＳ）から１ｍｇ／ｋｇの水銀（ＴＳ）の残量へ と洗浄することができること、を示した。諸結果は、ここに図示された設備の構 造にほぼ等しい実験反応器内で算出された。但し、反応室は６．８７１の体積を 有 する。分析的な証明のためには、サンプル(Probenschleife)内に含まれる水銀を 、定量で、化学的吸収によって金ネット(Goldnetz)に合金化(amalgieren)させ、 続いて、分析のために加熱によって脱着させ、不活性気体流によって水銀測定装 置に導入し、そこで分析した。 参照符号リスト １０ 設備 １１ 混合物（土壌） １２ 懸濁液 １３ 攪拌容器 １４ 管形反応器 １４０ インジェクタ １４１ チョーク １４２ 過熱器区間 １４３ インジェクタ（蒸気） １５ 固体材料分離器（サイクロン） １５０ 第１のカスケードステップ １５１ 第２のカスケードステップ １５３ 洗浄された混合物 １６ 凝縮器 １７ 凝縮物 １８ 沈降タンク １８０ 容器 １９ 中間冷却器 ２０ 膜分離手段 ２００ 超濾過手段 ２０１ 逆浸透の原理に基づく濾過手段 ２１ 循環水 ２２ 真空ポンプ／緩衝タンク ２３ 排ガス洗浄手段 ２４ 排気

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．シルト、有害物質及び水分を含む懸濁液、特に、水銀及び／又は炭化水素 を含む有害物質を除染する方法において、懸濁液を圧力下で沸騰温度に加熱し、 次に、チョーク手段に供給し、発生する蒸気、残留水及び固体材料からなる三相 混合物を、その後、管形反応器に供給し、そこで、更なるエネルギ供給によって 過熱し、有害物質が最後に固体材料の予めの分離後に凝縮によって液状で抽出さ れるように、過熱された蒸気相内では有害物質が濃縮されること、を特徴とする 方法。 ２．前記懸濁液の密度は＞１．２ｋｇ／ｌであること、及びこの懸濁液を１２ 〜３０バールの範囲の圧力で加熱すること、を特徴とする請求項１に記載の方法 。 ３．加熱された蒸気の注入によって管形反応器内にエネルギ供給を行なうこと 、を特徴とする請求項１又は２に記載の方法。 ４．水素と酸素及び／又はメタンと酸素の燃焼によって管形反応器内にエネル ギ供給を行なうこと、を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の方法。 ５．有害物質の水素添加反応又は酸化反応の開始のために、水素を非化学量論 比で前記反応器に入れること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載 の方法。 ６．前記三相混合物を前記反応器内で０．７〜１バールの反応器内圧で処理す ること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の方法。 ７．前記管形反応器を出る混合物を、固体材料分離器（サイクロン）内で、蒸 気状の有害物質及び固体材料から分離すること、を特徴とする請求項１乃至６の いずれか１に記載の方法。 ８．非凝縮成分又は気体状の有害物質をガス洗浄に晒すこと、を特徴とする請 求項１乃至７のいずれか１に記載の方法。 ９．ガス洗浄の際に除去された有害物質を接触面に吸着すること、を特徴とす る請求項８に記載の方法。 １０．前記接触面を活性炭によって形成すること、を特徴とする請求項９に記 載の方法。 １１．有害物質の凝縮のために必要な水を少なくとも１つの膜分離方法段階に よって洗浄し、有害物質の凝縮のために少なくとも部分的に新たに用いること、 を特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１に記載の方法。