JP5795323B2 - 浸漬されたプラズマ中への注入手段によって廃棄物を処理する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、有利には液体化学廃棄物のような廃棄物を処理する分野に関する。

より詳細には、本発明は、水のような液体で充填されている反応器内に浸漬されたプラズマ中へ化学廃棄物を直接導入することによるこれらの廃棄物の分解に基づいた、化学廃棄物を処理する方法を提案する。

本発明は、この方法の範囲内で適用することができる装置にも関する。

危険性有機液体及び／又は放射性有機液体のような任意の種類の液体廃棄物の処理は今日、異なる手段によって加熱される、固定炉又は回転炉のような異なる性質を有し得る炉式の反応器を適用する熱プロセスを用いて達成される。

したがって、廃棄物を処理する方法は、塩素のような特定の元素の冷却、濾過及び中和を確実にするように比較的大きなガス処理システムに接続される熱ユニットを適用する。これは概して、大きなサイズのユニットが高温に晒されることを示す。高温に晒される塩素、リン、硫黄、・・・のような特定の元素の存在がガスの腐食性を強め、これにより、設計者は、多くの場合に非常に高価である超合金を選択せざるを得ないか、又はプロセスの特定部分の頻繁な交換を受け入れざるを得ない。

適用される反応器は種々の形式のものとすることができる。これらは、ジュール効果、プラズマトーチ、又は、プロパンのようなガス燃料の燃焼によって加熱される炉とすることができる。したがって、処理温度は装填材料の性質に応じて様々であり得る。例えば、これらがドデカン型の炭化水素である場合、この装填材料は、消散させる必要のある出力であるＬ／時あたり約１０ｋｗの熱出力を発生し得る。他方で、これが水溶液である場合、その気化を確実にするのにプラズマの出力が部分的に用いられることになる。したがって、このプロセスに伴う反応器の温度挙動は、処理すべき液体の性質によって実質的に影響を受ける。

本方法によれば、液体の導入は様々とすることができる。液体は、炉の高温領域の炉心に導入されるか、又は出力源に導入される。例えば、液体は燃焼ガス中で気化されてもよいし、プラズマ中へ直接導入されてもよい。液体は場合に応じて単独で処理されてもよいし、固体との混合物として処理されてもよい。一例として、特許文献１が空気プラズマ中で液体を処理する方法及び装置を提案している［１］。この例では、プラズマが反応器の耐火材中で燃焼し、液体が、プラズマを発生させるガス流に導入される。そのような方法は、生成されたガスを特に洗浄カラムを介して処理する必要があるため、比較的厄介な装置を必要とする。

さらに、適用される方法とは関係なく、液体の性質は、放熱の理由だけでなく、反応器を作製するのに選択された材料との適合性の理由からも、実質的に様々であり得ると思われる。

浸漬プラズマの使用を伴う廃棄物処理の問題に対する幾つかの解決策が、既に提案されている。例えば、水１リットルあたり数十ミリグラムのフェノールで汚染されている水溶液を収容している容器内にプラズマが噴き出す処理方法に関する非特許文献１への言及を行うことができる［２］。この場合では、プラズマは、分解された有機化合物を酸化させる過酸化水素を生成するのに用いられている。非特許文献２も同様に、シアン化物を装填された滲出液で充填された反応器の底部で燃焼するアルゴン／窒素プラズマトーチを適用する方法を述べている［３］。特許文献２がさらに、本発明を保護する同じ著者によって出願されている［４］。

全ての場合において、これらの方法は、除去すべき少量の生成物：第１の場合では数ｐｐｍのフェノール、第２の場合では数ｐｐｍのシアン化物を含有している水溶液を処理するために開発されている。生成物は、有機化合物の酸化に必要とされる化学ラジカルを生成するトーチである、溶液の中心で動作するプラズマトーチによって次第に分解する。

欧州特許出願第４６９７３７号 国際公開第９７／２２５５６号

Ａｌｅｋｓｅｅｖ Ｎ．Ｖ．， Ｓａｍｏｋｈｉｎ Ａ．Ｖ．， Ｂｅｌｉｖｔｓｅｖ Ａ．Ｎ． ａｎｄ Ｚｈａｖｏｒｏｎｋｏｖａ Ｖ．Ｉ．， （２０００） "Ｔｈｅｒｍａｌ−Ｐｌａｓｍａ Ｊｅｔ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｈｅｎｏｌ ｉｎ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ"， Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， Ｖｏｌ．３４， Ｎｏ．６， ｐｐ．３８９‐３９３ Ｆｏｒｔｉｎ Ｌ．， Ｓｏｕｃｙ Ｇ．， Ｋａｓｉｒｅｄｄｙ Ｖ．， Ｂｅｒｎｉｅｒ Ｊ．−Ｌ．， Ｂｏｕｌｏｓ Ｍ．Ｉ （１９９９） "Ｔｈｅ Ｕｓｅ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｌａｓｍａ ｆｏｒ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ"， １４ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ − ＩＳＰＣ’１４， Ｐｒａｇｕｅ （Ｃｚｅｃｈ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ）， ｐｐ．２３８７−２３９２

したがって、迅速性及び効率の点で改善された、特に液体化学廃棄物を処理する方法であって、これらの液体の性質及び／又はこれらの液体の組成に関係なく、その達成及び／又はその使用において、より簡単で、よりコンパクトな、より費用のかからない装置を用いて液体及びこれを処理することができる方法が実際に必要とされている。

本発明を用いれば、上記に挙げた技術的な欠点及び課題に対する改善策を見出すことが可能である。実際、改善策は、廃棄物を含有している溶液とは別の溶液中に浸漬された燃焼プラズマの中心に廃棄物を直接注入することに基づいた、廃棄物、特に液体廃棄物を処理する方法及び装置を提案する。留意点として、浸漬されたプラズマを用いる従来技術の方法では、浸漬プラズマは処理すべき溶液の中心に確立される。

本発明者の実施では、プラズマへの廃棄物の直接注入により廃棄物の全体的な即座の分解が可能となることを示すことができたのに対し、過去の実験では、除去すべき化合物の消失には数十分［３］又は数時間［２］さえも必要とされることが示されている。

本発明の範囲内で適用されるプラズマトーチが酸素で動作する場合、得られるイオン化プルーム（ionized plume）は極めて反応性がある。したがって、酸化は、そのレベルで直接達成され、この目的のために特に生成される活性ラジカルを介さない。

さらに、本発明の方法は、冷却、中和及び濾過をいずれも確実にするループで反応器の溶液を循環させることによって、連続的に動作することができる。

より詳細には、本発明は、以下では溶液Ｓ_１として示される液体溶液を処理する方法であって、上記溶液Ｓ_１とは別個の以下では溶液Ｓ_２として示される第２の液体溶液中に浸漬されたプラズマの中に上記溶液Ｓ_１を注入する工程を含む、方法に関する。

「溶液Ｓ_１の処理」とは、本発明の範囲内で、毒性有機成分及び／又は有害有機成分の量の低減、並びに腐食性及び／又は放射性である可能性があるそれらの有機成分の安定化を意味し、これらの成分は、本発明による処理前は溶液Ｓ_１中に存在している。この低減は、これらの成分の除去及び／又は低有害成分へのそれらの変換を伴い得る。

溶液Ｓ_１中に存在する可能性のある毒性有機成分、有害有機成分、腐食性有機成分及び／又は放射性有機成分は、重金属、放射性元素及び有機元素を含み得る。非限定的な例として、これらの成分は、塩素、フッ素、硫黄、亜鉛、リン、水銀、鉛、カドミウム、砒素、フェノール、シアン化物、フェロシアン化物、シュウ酸塩、フミン酸、ストロンチウム、ルテニウム、セシウム、例えば、アメリシウム、プルトニウム及びウランのようなα放射体、並びにこれらの混合物からなる群から選択される。有利には、本発明の処理後、溶液Ｓ_１中に最初に含有されていた化学成分の少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９６％、少なくとも９７％、少なくとも９８％、少なくとも９９％又は全体さえもが除去され、かつ／又は低有害成分に変換される。

本発明の範囲内で適用される溶液Ｓ_１は、上記で規定したように、少なくとも１つの毒性有機成分、有害有機成分、腐食性有機成分及び／又は放射性有機成分を含む可能性がある、有利には有機溶液である任意の液体とすることができる。溶液Ｓ_１は、純粋な有機液体又は混合された有機液体、放射性液体、エマルジョン、ミクロエマルジョン、水溶液、水溶液中の特に有機化合物の懸濁液、固体の噴霧による粒子含有液体、又は危険性液体廃棄物として示すことができる。

より詳細には、溶液Ｓ_１は、無機物に結合しているか又は結合していない有機物質を含有する任意のタイプの溶液とすることができる。そのような溶液は、核であろうとなかろうと民生用途によるものとすることができ、又は核であろうとなかろうとあらゆる軍事用途によるものとすることができる。非限定的な例として、溶液Ｓ_１は、廃水浄化プラントによる、又は廃水浄化プラントのスラッジによる、廃水による、廃油による、家庭からの液体流出物による、医療若しくは病院からの液体流出物による、工業からの液体流出物による、及び原子力プラントからの液体流出物による溶液からなる群から選択することができる。本発明において、「溶液Ｓ_１」、「液体溶液Ｓ_１」、「処理すべき液体」又は「処理すべき溶液」という表現は等価であり、入れ替え可能に用いることができる。

本発明による方法はプラズマを適用する。留意点として、プラズマは、従来から物質の第４の状態とみなされているイオン化状態のガスである。大気圧でガスのイオン化を得るには、プラズマトーチが使用される。

有利には、本発明の範囲内で適用されるプラズマはアークプラズマである。より詳細には、本発明の範囲内で適用されるプラズマは吹き付けアークプラズマである。

本発明の範囲内で適用される溶液Ｓ_２は、本方法で使用するプラズマが浸漬される溶液である。

まず、プラズマが浸漬された溶液Ｓ_２は、反応器の壁を冷却する追加要素を必ずしも必要とせずに装置（すなわち、反応器）の冷却を確実にする。この溶液Ｓ_２はまた、急冷、塵埃の除去及び生成されたガスの中和、並びに揮発性生成物の凝縮を確実にするため、放出されたガスの処理に役目を有する。したがって、溶液Ｓ_２は冷却器、フィルター及び洗浄カラムとして働く。

溶液Ｓ_２は水溶液又は塩水、有利には水である。溶液Ｓ_２は、残留有機物質の分解を確実にする少なくとも１つの添加剤を更に含有することができる。そのような添加剤は、残留有機物質の広範な分解を確実にする触媒である。これらの触媒は、例えば、プラズマ照射によって活性化されたフェントン反応を活性化することができる。これらは、プラズマ照射下でのラジカルの生成を確実にするフェントン試薬とすることができる。さらに、溶液Ｓ_２のｐＨを中性に近い値に維持することができる。本発明において、「溶液Ｓ_２」、「液体溶液Ｓ_２」及び「反応器の溶液」という表現は等価であり、入れ替え可能に用いることができる。

溶液Ｓ_２は、溶液Ｓ_１とは別個であるだけでなく、溶液Ｓ_１のような特に液体廃棄物の処理による、又は、そのような処理に起因する、例えば、液体廃棄物の予備処理によるものとすることができる部分的に処理された廃棄物、廃棄物の処理による溶融溶液、そのような溶融溶液の金属層又はそのような溶融溶液からのスラグ層を含有する溶液のような液体溶液にも相当しない。上記の溶液Ｓ_２の規定は、溶液Ｓ_２が適用される時点、すなわち、プラズマが中に浸漬されているときであって、溶液Ｓ_１の注入前の時点のものであることが明らかに理解される。

本発明による方法は有利には、以下の連続的な工程：
ａ）上記で規定したようなプラズマを発生させる工程と、
ｂ）工程ａ）で発生させた上記プラズマを上記で規定したような溶液Ｓ_２中に浸漬させる工程と、
ｃ）上記で規定したような溶液Ｓ_１をそれによって浸漬された上記プラズマに導入する工程とを含む。

これらの工程（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は連続的に行われる。

本発明による方法の工程（ａ）は、プラズマ、特に、プラズマトーチからの吹き付けアークプラズマを発生させることからなる。有利には、放電が電極から構成されるプラズマトーチで生じると同時にこれらの電極間をプラズマガスが通過し、これによりプラズマが発生する。

用いることができるプラズマガスは、当業者に既知の任意のガスとすることができる。このガスは用いるプラズマトーチ技術に応じて様々とすることができる。本発明の範囲内で、プラズマガスは、プラズマの反応性に必要とされる酸化ガス、及び／又はトーチの陰極を保護するのに必要とされる中性ガスを含む。

第１の代替形態では、プラズマガスは酸化ガスのみを含む。この代替形態は、いかなる中性の保護ガスも必要としないトーチを使用する。そのため、酸化ガスは酸素、空気、二酸化炭素及びそれらの混合物からなる群から選択することができる。酸化ガスは有利には酸素である。

第２の代替形態では、プラズマガスは上記で規定したような酸化ガス、及び中性ガスを含む。中性ガスは特に、アルゴン、ヘリウム、窒素及びそれらの混合物からなる群から選択される。有利には、得られるプラズマは、アルゴン／酸素プラズマ、ヘリウム／酸素プラズマ及び窒素／酸素プラズマからなる群から選択される。

第３の代替形態では、特に、非酸化のガス化（non-oxidizing gasification）が本方法の工程（ｃ）時に求められる場合に対応して、プラズマは、上記で規定したような中性ガスだけ、特にアルゴンだけで作動し、酸素の追加を必要としない。溶液Ｓ_１中に含有されている有機成分を分解するのに酸化が必要とされる場合、中性ガス／酸素プラズマを発生させるために酸素流を追加することができる。

第４の代替形態では、プラズマガスはプラズマトーチ側へ再循環させられる排出ガスである。そのようなガスは有利には、化合物：ＣＯ_２／Ｏ_２／アルゴンを含む。この代替形態では、一般的に冷却銅中で陽極及び陰極を用いるトーチの技術を意図することができる。選択された動作モードに応じて、タングステンのような他の金属も意図することができる。したがって、この第４の代替形態では、適用されるプラズマは、そのプロセスによってプラズマガスとして放出されたガスの全て又は一部を再利用する。

本発明による方法の工程（ｂ）は、工程（ａ）時にプラズマが生成された反応器を溶液Ｓ_２で充填することからなる。反応器の充填時、反応器は溶液Ｓ_２で完全には充填されない。

工程（ｂ）時、溶液Ｓ_２は２０℃〜６０℃、特に制御温度では約３０℃±５℃の温度を有する。したがって、工程（ａ）後の反応器の比較的高い温度が、有利には溶液（Ｓ_２）の温度まで下げられる。そのため、本発明ではこれを「低温反応器」と呼ぶことが可能である。

プラズマが開始するとすぐに、システムの加熱を回避するために反応器が迅速に充填される必要がある。

本発明による方法の工程（ｃ）は、上記で規定したような処理が即座に行われるように、溶液Ｓ_１をプラズマの中心と接触させることからなる。

したがって、溶液Ｓ_１は、プラズマトーチ内に設けられたチャネルを介して、プラズマに、特にプラズマの中心に導入又は注入されることができる。

代替的に、溶液Ｓ_１は、可能な限りプラズマの近くにもたらされた外部装置を介して、プラズマに、特にプラズマの中心に導入又は注入されることができる。

適用される代替形態に関係なく、溶液Ｓ_１の導入速度は、用いるプラズマの出力及び溶液Ｓ_１の性質に応じて決まる。場合に応じて、その導入速度は１時間あたり数十リットルに達し得る。

工程（ｃ）時の溶液Ｓ_１の導入は、溶液の導入を行う時及び行わない時の交互によって続けて、すなわち連続的に達成することができる。

本発明による方法の工程（ｃ）は、数分から数時間又は数日さえも続き得る。したがって、本発明による方法の工程（ｃ）は、プラズマトーチの耐用年数と一致する期間、一日２４時間実行されることができる。

上記で説明したように、溶液Ｓ_１の成分のガス化、燃焼及び／又は酸化の反応は、溶液Ｓ_１がプラズマと接触するとすぐにプラズマ中で即座に生じる。

本発明による方法の工程（ｃ）時、プラズマからいったん分離したガスは、フラン又はダイオキシンのような毒性錯体分子の形成を回避するために迅速に中和及び特に急冷する必要がある。これらの機能を確実にするのが溶液Ｓ_２である。また、ガス化、燃焼及び／又は酸化反応による塵埃及び揮発性化合物がそれぞれ、溶液Ｓ_２によって除去及び凝縮される。

本発明による方法は、上記溶液Ｓ_２の濾過、冷却及び／又は中和からなる追加工程を含む。本発明による方法の工程（ｃ）の間に起こるプラズマトーチの動作及び反応は、反応器内にある溶液Ｓ_２の加熱を引き起こす可能性があることを強調しておく。

また、飽和蒸気圧を減らすために、本発明による方法は溶液Ｓ_２を冷却することからなる追加工程を含むことができる。この追加工程は、本方法の工程（ｃ）中に行ってもよく又は工程（ｃ）後に行ってもよい。有利には、溶液Ｓ_２の冷却は本方法の工程（ｃ）において同時に適用される。

液体の温度を下げることが可能な任意のシステムをこの冷却工程に用いることができる。有利には、この工程は、交換器又は空気冷却器を伴う並行処理ループを適用する。

溶液Ｓ_１の処理及び分解によるものである無機物粒子の遮断を確実にするフィルターが、有利には、溶液Ｓ_２を冷却するのに用いる交換器の上流側にループで配置される。

最後に、本発明による処理方法が完了すると、溶液Ｓ_２が反応器のノズルに浸入することを回避するために、反応器は溶液Ｓ_２をパージされ、それによって、トーチの上にある部品の乾燥を確実にするのに必要とされる持続時間である短い持続時間、プラズマを出現させる。この浸漬時間により、反応器の通常の加熱が生じる。プラズマが出現する持続時間は短いが、トーチの上にある部品の乾燥を確実にするのに十分であるものとする。その時間は１０秒〜５分とすることができる。

トーチが消えると、トーチの完全な乾燥を確実にするためにプラズマガス（複数の場合もあり）の供給が維持される必要がある。この供給は１０分以上の持続時間維持されることができる。

本発明は、本発明による方法の範囲内で適用されることができる装置にも関する。この装置は、
反応器と、
プラズマトーチ、特に吹き付けアークプラズマトーチと、
上記で規定したような溶液Ｓ_２を上記反応器に入れることが可能な第１の手段と、
上記で規定したような上記溶液Ｓ_１を、上記プラズマトーチから発生させたプラズマ中へ導入（又は注入）することが可能な第２の手段であって、上記の第１の手段とは異なる、第２の手段と、
上記プラズマトーチに上記で規定したような少なくとも１つのプラズマガスを供給することが可能な手段とを備える。

本発明による装置の反応器は、任意の形状及び任意の容積を有することができる。上記で説明したように、溶液Ｓ_２は反応器の冷却を確実にし、したがって、反応器は、低温であることから、非常に高い温度に耐えることが可能な材料で必ずしも作製される必要はない。有利には反応器はステンレス鋼製である。

任意のプラズマトーチ、特に任意の吹き付けアークプラズマトーチを、本発明の範囲内で用いることができる。本発明の範囲内で適用されるプラズマトーチの出力及び強度は、処理すべき溶液Ｓ_１及び注入すべき流量に応じて選択されることになる。さらに、本発明による装置は、プラズマトーチに、より詳細には該プラズマトーチを形成する電極に与えられる電流又は電位を印加することが可能な手段を更に備える。

反応器に溶液Ｓ_２を入れることが可能であり、発生したプラズマに溶液Ｓ_１を導入（又は注入）することが可能であり、かつ、プラズマトーチにプラズマガス及び任意選択的に二次ガスを供給することが可能な手段は、液体又はガス流体を或る区画に入れるのに用いることができる任意の手段とすることができる。これらの手段のうち、液体供給ポンプ、ガス供給ポンプ、及び、静水圧によって液体を供給する手段への言及を行うことができる。

これらの手段は、可撓性材料製又は剛性材料製の配管を通して反応器及び／又はプラズマトーチに接続される。

上記プラズマトーチから発生させたプラズマ中へ溶液Ｓ_１を導入（又は注入）することが可能な手段は、プラズマトーチの端に配置された部品内に設けられているチャネルを含むことができる。

反応器の追加構成部材を形成するとともに、任意の適した手段によって反応器に取り付けられるこの部分は有利には、シース（sheath）又はノズルの形状を有する追加の燃焼領域を形成するために、プラズマトーチの陽極の延長部内に位置付けられる。この部分の壁は、水の内部循環によって冷却される金属内にあってもよい。この金属はステンレスであるように選択される。この部分により、ガスの滞留時間を延長すること、及び溶液Ｓ_２における急速すぎる急冷から燃焼を保護することが可能である。有利には、この部分が有する、プラズマ中へ溶液Ｓ_１を導入（又は注入）することが可能なチャネルは、酸化ガスをもたらすことも可能であるものとすることができる。代替的に、この部分は２つの別個のタイプのチャネルを有することができ、そのうちの一方が酸化ガスを搬送することが可能であり、他方が溶液Ｓ_１を導入することが可能である。

上記プラズマトーチから発生させたプラズマに溶液Ｓ_１を導入（又は注入）することが可能な手段に関する別の代替形態は、可能な限りプラズマの近くにもたらされた外部装置を適用することができる。これは、プラズマの内部に溶液Ｓ_１の噴流を噴射するノズルとすることができる。

最後に、プラズマトーチに少なくとも１つのプラズマガス及び任意選択的に少なくとも１つの二次ガスを供給することが可能な手段は、プラズマトーチの陽極と陰極との間に開口しているチャネル、並びに／若しくは陽極及び／又は陰極内に設けられているチャネルを含むことができる。

本発明による装置が動作する場合、ガス化、燃焼及び／又は酸化の後に発生するガスは、それらの塵埃、及びＨＣｌ、ＳＯ_２、ＳＯ_３、ＮＯ_２、ＮＯ_３及びＰ_２Ｏ_５のような中和可能な化学種が急冷及び精製される溶液Ｓ_２中の気泡である。それらのガスは、装置の外側に、特に外部媒体に放出される前に、有利には、凝縮器に通され、次いで任意選択的にフィルターに通される。

このように、本発明による装置は、凝縮器及び任意選択的にエアフィルターを備えることができる。有利には、凝縮器及び任意選択的なフィルターは反応器の上側部分に装着される。

本発明の範囲内で用いることができる小滴捕集器の役割も有する凝縮器は有利には、燃焼ガスとは異なる流体、特に冷却装置からの冷却液が、燃焼室に入るガス（複数の場合もあり）の温度よりも下の温度に維持される、別個の流体を用いる凝縮器である。本発明の範囲内で用いることができる凝縮器は、筒状の熱交換器又は蒸発器のタイプの凝縮器とすることができる。

任意のタイプのエアフィルターを、本発明の範囲内で凝縮器の出口で用いることができる。しかしながら、高効率の濾過を確実にするために、活性炭フィルタータイプ、ガラスマイクロファイバーフィルタータイプ、又はポリテトラフルオロエチレンフィルタータイプのフィルターを用いることができる。例として、パネルフィルターのＭｅｇａｌａｍ（登録商標）又はエアフィルターのＭｉｃｒｅｔａｉｎ（登録商標）への言及を行うことができる。

プラズマトーチの動作、並びに溶液Ｓ_１の成分のガス化、燃焼及び／又は酸化が溶液Ｓ_２の加熱を引き起こす。したがって、飽和蒸気圧を下げるために、本発明による装置は、溶液Ｓ_２の冷却を確実にすることが可能なシステムを備えることができる。さらに、本発明による装置は、溶液Ｓ_２の濾過を確実にすることが可能なシステムを更に備えることができる。

したがって、本発明による装置は有利には、上流側にフィルターが設けられた交換器を備える。本発明の範囲内で用いることができる交換器は、溶液Ｓ_２の温度を反応器の表面の蒸気圧を制限するレベルに維持するように、溶液Ｓ_２が熱を別の液体又はガス流と交換する複流式の熱交換器である。この熱交換器は、Ｕ字形管を備えた交換器、横型又は縦型の筒状マニホールドを備えた交換器、スパイラル交換器又はプレート交換器とすることができる。

フィルターは有利には、燃焼による塵埃、及び溶液Ｓ_１中に存在する無機物の沈殿によるいかなる固形物も回収するために、交換器の上流側に配置される。

本発明の装置の範囲内で適用されるフィルターは有利にはナノ濾過式、精密濾過式又は限外濾過式の少なくとも１つの膜を備える。これらの膜は、従来的におよそ１マイクロメートル〜数十ナノメートルまでの、塵埃及び固形物の平均粒径よりも小さい孔径によって画定される。

処理中、溶液Ｓ_２は場合に応じて酸性又は塩基性となり得る。また、本発明による装置は、溶液Ｓ_２のｐＨを監視及び調整することが可能な手段を更に備えることができる。

これらの手段は、反応器内、又は反応器の外側にあるが該反応器に接続されている回路内に配置された、ｐＨを測定する電極を備えることができる。ｐＨの測定は、連続的に又は断続的に行われることができる。ｐＨを測定する電極は、溶液Ｓ_２に酸又は塩基を添加することが可能な手段に直接又は間接的に接続される。

要するに、本発明の利点は複合的であり、以下である幾つかのユニット動作を同時に確実にする、装置、特に反応器の能力によるものである：
処理すべき溶液とは別個の溶液すなわち溶液Ｓ_２中で燃焼するプラズマの中心に注入される、処理すべき溶液、すなわち溶液Ｓ_１の分解、
溶液Ｓ_２中のガスの準瞬時急冷、
揮発性物質の準瞬時凝縮、
洗浄作用によるガスからの塵埃の除去、
発泡中のガスの中和。

この機能集積は、以下の理由から、ガスを処理するシステムの非常に実質的な簡素化を確実にする：
冷却システムがもはや必須ではないこと、
ガス中の凝縮性化合物の存在が、溶液Ｓ_２中に保持されている固形物及び沈殿物のように抑制される。それゆえ、廃棄物放出基準が極端に実施される場合に濾過が非常に高い効率のフィルターに限定され得ること、
ガスを洗浄するシステムがもはや必要ではないこと。

その結果、反応器の後に凝縮器が続く極めて簡素化したコンパクトなシステムが得られる。処理溶液すなわち溶液Ｓ_２の温度が維持されることを確実にするために、フィルターに続いて交換器が、反応器に平行に加えられる。

最後の利点は、システムを低温に維持することにあり、これにより、経済的により入手しやすい反応器用材料の腐食の完全な抑制及びそれらの材料の広い選択に関連したコストの制限が可能となる。反応器は例えば、冷却二重壁を備えて、ステンレス鋼で作られてもよい。

処理プロセス中の必須ではない冷却により、この場合だけでなく、反応器の偶発的なパージの場合においても、開始段階及び停止段階時の安全機能が確実となる。堆積し得る物質が溶液Ｓ_２中に直接通され、交換器と連続して置かれたフィルターで捕捉される。

本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら、限定としてではなく例示として以下に挙げた例を読めば、当業者には更に明らかとなるであろう。

本発明による液体廃棄物を処理する装置の一般的な概略図である。 本発明による液体廃棄物を処理する装置において用いることができる吹き付けアークプラズマトーチのより詳細な図である。

Ｉ．装置
図１は、以下で提示する説明を例示している。本発明は、円筒状で容積が５０Ｌである、水で充填されている反応器２内に浸漬された、吹き付けアークプラズマ１の使用に基づいている。リン含有炭化水素の混合物のような処理すべき液体生成物３が、酸素により動作するトーチ内に設けられているチャネルシステムによってプラズマ中へ導入される。液体は、プラズマ中に入ると酸素の存在下で瞬時におよそ２０００℃の非常に高い温度となり、この結果、有機物質の全体的な分解がもたらされる。

図２は、用いるプラズマトーチを例示している。これは、円錐状の、アルゴン流１２によって保護されたタングステン製耐火陰極１０が陽極１１側へ電気アークを発生させる、従来のプラズマトーチである。陽極１１は、長さが１０ｃｍであり直径が１０ｍｍであるシースの形態で見られる。このアークはアルゴン流１２及び酸素流１３によって吹き付けられる。非酸化のガス化が求められる場合（例えば、ＣＯ／Ｈ_２タイプの合成ガスの生成を確実にするために）、プラズマはアルゴンだけで動作し、酸素の添加を必要としない。有機成分を分解するのに酸化が必要とされる場合、アルゴン／酸素プラズマ１４を発生させるために酸素流１３が添加される。処理すべき液体は、プラズマトーチの先端に配置された部分内に設けられているチャネル１６を介して１Ｌ／時の速度で注入される。この部分は、反応器の溶液中での急速すぎる急冷によって遮断され得る燃焼である、ガスの完全な燃焼を確実にするために、任意選択的に酸素１７の添加が供給される追加の燃焼領域１５を含むことができる。この燃焼領域は、水の内部循環によって冷却されるノズル内にあり、このノズルの壁は銅製であり、その容積はおよそ０．０２Ｌである。

燃焼によるガスは、それらのガスが中で瞬時に急冷される反応器の溶液中で発泡する。発泡中、ガスは、それらの塵埃、及びＨＣｌ、ＳＯ_２、ＳＯ_３、ＮＯ_２、ＮＯ_３及びＰ_２Ｏ_５のような中和可能な化学種が精製されたものである。その場合、ガスは、ここでも小滴捕集器として用いられている凝縮器４に通され、その後、外側に向けて放出される。

必要とされる精製レベルに応じて、ガスは、粒子が出ることを防止するために非常に高効率の濾過７を受けることができる。このフィルターは任意選択的である。しかしながら、このフィルターは特に放射性廃棄物の処理時に必要となるであろう。

凝縮器４は反応器の上側部分を形成している。この凝縮器には、ガスの適正な混合と水滴の凝結を確実にする、パッキングに浸漬された１つ又は複数の冷却コイルが設けられている。

プラズマトーチの動作、及び有機物質の燃焼により、反応器内にある水の加熱が引き起こされる。飽和蒸気圧を下げるために、水が交換器６を介してループで冷却される。その温度は、反応器の表面の蒸気圧を制限するレベルに維持される。冷却回路には、交換器６の上流側に、処理すべき流出物中に存在する無機物の沈殿による固形物の回収を確実にするフィルター５が設けられている。この濾過−冷却ループにより、反応器の下側部分中の溶液が引き出され、その溶液が反応器の上側部分に再導入される。

この処理中、反応器の溶液は場合に応じて酸性又は塩基性となり得る。ｐＨのオンライン監視８により、場合に応じて酸又は塩基を添加すること（９）によってこの測定の連続的な調整を可能にする。

ＩＩ．動作及び性能
反応器は無装填下で開始される。プラズマトーチが始動すると、反応器が水で充填され、これにより室温まで瞬時の温度低下が生じる。次いで、プラズマトーチ内に設けられているチャネルを介して、又はプラズマの非常に近くにもたらされた外部装置を介して、リン含有炭化水素子混合物をプラズマ中へ導入する。この処理は、並行処理ループで濾過及び冷却される溶液中で連続的に達成される。

処理の終了時に、反応器はその溶液をパージされ、それによってプラズマを約１分間出現させ、この時間は、そのノズルへの水の浸入を回避するためにトーチの上にある部分の乾燥を確実にするのに必要とされる時間である。この浸漬時間により、約１００℃への反応器の通常加熱が生じる。

実施試験は、実験の継続時間全体にわたって２００Ａの安定した強度及び２２０Ｖ近くの安定した電圧を送る４５ｋＷトーチを用いて行った。

１Ｌ／時のリン含有炭化水素混合物の処理は、集められた溶液の分析後、リンが全体的に溶解した状態で９９．９８％の分解効率を示す可能性を与えた。述べた例では、集められた溶液は、リン酸ナトリウムの沈殿を確実にする塩基を用いて容易に中和され得るリン酸の溶液である。

９９．９８％の分解効率は、ガスの滞留時間を延長するために燃焼ノズルの容積を増やすこと、及び、プラズマ照射の衝撃下で残留有機物質の連続的な分解を確実にする触媒を溶液Ｓ_２中に添加することによって、改善することができる。フェントン型の反応も意図され得る。

引用文献
［１］欧州特許出願第４６９７３７号（Ｔｉｏｘｉｄｅ Ｇｒｏｕｐ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ）「Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ」１９９２年２月５日公開
［２］Ａｌｅｋｓｅｅｖ Ｎ．Ｖ．， Ｓａｍｏｋｈｉｎ Ａ．Ｖ．， Ｂｅｌｉｖｔｓｅｖ Ａ．Ｎ．及びＺｈａｖｏｒｏｎｋｏｖａ Ｖ．Ｉ．，（２０００）「Ｔｈｅｒｍａｌ‐Ｐｌａｓｍａ Ｊｅｔ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｈｅｎｏｌ ｉｎ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ」（Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， Ｖｏｌ． ３４， Ｎｏ． ６， ｐｐ． ３８９−３９３）
［３］Ｆｏｒｔｉｎ Ｌ．， Ｓｏｕｃｙ Ｇ．， Ｋａｓｉｒｅｄｄｙ Ｖ．， Ｂｅｒｎｉｅｒ Ｊ．−Ｌ．， Ｂｏｕｌｏｓ Ｍ．Ｉ（１９９９）「Ｔｈｅ Ｕｓｅ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｌａｓｍａ ｆｏｒ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ」（１４^ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ − ＩＳＰＣ’１４， Ｐｒａｇｕｅ（Ｃｚｅｃｈ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ）ｐｐ． ２３８７−２３９２）
［４］国際出願公開第９７／２２５５６号（Ａｌｃａｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｌｉｍｉｔｅｄ）「Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｌａｓｍａ Ｒｅａｃｔｏｒ ａｎｄ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ」１９９７年６月２６日公開

Claims (14)

1. 溶液Ｓ_１として示す液体溶液を処理する方法であって、該溶液Ｓ_１とは別個の溶液Ｓ_２として示す第２の液体溶液中に浸漬されたプラズマの中心に該溶液Ｓ_１を注入することにある工程を含み、該プラズマが酸化ガスを含むプラズマガスから生成される、方法。
2. 前記溶液Ｓ_１が無機物に結合しているか又は結合していない有機物質を含有する溶液であり、該溶液が廃水浄化プラントによる、又は廃水浄化プラントのスラッジによる、廃水による、廃油による、家庭からの液体流出物による、医療若しくは病院からの液体流出物による、工業からの液体流出物による、及び原子力プラントからの液体流出物による溶液からなる群から任意選択的に選択することができることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記プラズマが吹き付けアークプラズマであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記溶液Ｓ_２が水溶液又は塩水、有利には水であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記溶液Ｓ_２が前記残留有機物質の分解を確実にする少なくとも１つの添加剤を含有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 以下の連続的な工程：
   ａ）請求項１又は３に規定したようなプラズマを発生させる工程と、
   ｂ）工程ａ）で発生させた該プラズマを請求項１、４又は５に規定したような溶液Ｓ_２中に浸漬させる工程と、
   ｃ）請求項１又は２に規定したような前記溶液Ｓ_１をそれによって浸漬された該プラズマの中心に導入する工程とを含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記プラズマがアルゴン／酸素プラズマ、ヘリウム／酸素プラズマ及び窒素／酸素プラズマからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記プラズマがプラズマガスとして前記方法によって放出されたガスの全て又は一部を再利用することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記方法が、前記溶液Ｓ_２を濾過、冷却及び／又は中和する更なる工程を含むことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法の範囲内で適用されることができる装置であって、
    反応器と、
    プラズマトーチ、特に吹き付けアークプラズマトーチと、
    請求項１、４又は５に規定したような前記溶液Ｓ_２を前記反応器に入れることが可能な第１の手段と、
    請求項１又は２に規定したような前記溶液Ｓ_１を、前記プラズマトーチから発生させたプラズマ中へ導入することが可能な第２の手段であって、前記第１の手段とは異なる、第２の手段と、
    該プラズマトーチに酸化ガスを含む少なくとも１つのプラズマガス及び任意選択的に少なくとも１つの二次ガスを供給することが可能な手段とを備える、装置。
11. 凝縮器及び任意選択的にエアフィルターを備えることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
12. 前記溶液Ｓ_２の冷却を確実にすることが可能なシステムを備えることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の装置。
13. 前記溶液Ｓ_２の濾過を確実にすることが可能なシステムを備えることを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記溶液Ｓ_２のｐＨを監視及び調整することが可能な手段を備えることを特徴とする、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の装置。

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