加圧二酸化炭素を用いたＶＯＣの分離回収装置及びその分離回収方法
【課題】本発明は、ＶＯＣを分離回収した後の二次的廃棄物の発生を伴わない完全な処理を実現するＶＯＣの分離回収装置およびその分離回収方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 汚染された地下水に含有されたＶＯＣを超臨界二酸化炭素によって抽出する。その後、ＶＯＣ水溶液−加圧二酸化炭素系における平衡定数を大きく異ならしめた２つの条件下において、二酸化炭素または水を交互に抽出媒体とするＶＯＣの抽出工程を繰りかえす。この工程を繰り返すことによって、上記平衡定数の差に対応したＶＯＣの濃縮が実現され、最終的には、ほぼ１００％のＶＯＣ相として分離することができるので、吸着剤など追加の構成を用いることなく、低コストでＶＯＣを回収することができる。
【解決手段】 汚染された地下水に含有されたＶＯＣを超臨界二酸化炭素によって抽出する。その後、ＶＯＣ水溶液−加圧二酸化炭素系における平衡定数を大きく異ならしめた２つの条件下において、二酸化炭素または水を交互に抽出媒体とするＶＯＣの抽出工程を繰りかえす。この工程を繰り返すことによって、上記平衡定数の差に対応したＶＯＣの濃縮が実現され、最終的には、ほぼ１００％のＶＯＣ相として分離することができるので、吸着剤など追加の構成を用いることなく、低コストでＶＯＣを回収することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧二酸化炭素を用いたＶＯＣの分離回収装置及びその方法に関し、より詳細には、ＶＯＣを濃縮して分離回収する装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、揮発性有機化合物（volatile oganic compounds）による環境汚染が問題となっている。特に、水よりも比重の重い揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣという）が地盤の奥深くに浸透してしまうことによって生じる地下水汚染の問題は深刻な状況にあり、ＶＯＣによって汚染された地下水の浄化システムについて種々検討がなされている。
【０００３】
従来、ＶＯＣによって汚染された地下水の浄化方法として揚水曝気法がある。揚水曝気法においては、汚染された地下水を揚水したのち空気に強制的に接触させることによって水中に溶解していたＶＯＣを揮散させ、揮散したＶＯＣを活性炭に吸着させることによって回収していた。しかしながら、この方法では結局のところＶＯＣが吸着した膨大な量の活性炭が二次的な廃棄物となるため、その処理の問題が新たに発生する。
【０００４】
この点につき、特開２０００−１４０８２６号公報（特許文献１）は、ＶＯＣが吸着した活性炭に対し超臨界もしくは亜臨界二酸化炭素を接触させることによって、活性炭に吸着したＶＯＣを二酸化炭素で抽出したのち、当該二酸化炭素を最終的に減圧、冷却することによってＶＯＣを凝縮させて分離回収する方法を開示する。
【０００５】
しかしながら、特許文献１が開示する方法によっては、活性炭の充填層を使用するためにシステムを小型化することができず、また、二酸化炭素を冷却凝縮するために大きなエネルギーが必要となるという問題に加え、システムの連続操作ができないという問題があった。
【特許文献１】特開２０００−１４０８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、ＶＯＣを分離回収した後の二次的廃棄物の発生を伴わない完全な処理を実現するＶＯＣの分離回収装置およびその分離回収方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、地下水等の浄化処理において、二次的廃棄物の発生を伴うことなくＶＯＣを完全に回収処理することのできる装置につき鋭意検討した結果、ＶＯＣ水溶液−加圧二酸化炭素系における平衡定数が圧力差あるいは温度差によって大きく変化することに着目し、ＶＯＣ水溶液−加圧二酸化炭素系における平衡定数を大きく異ならしめた２つの条件下において、二酸化炭素または水を交互に抽出媒体とするＶＯＣの抽出工程を繰りかえすことによって、上記平衡定数の差に対応したＶＯＣの濃縮が実現されることを見出し、本発明に至ったのである。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、揮発性有機化合物を含有する汚染水から該揮発性有機化合物を分離回収する装置であって、水が貯留され、加圧二酸化炭素の導入口と排出口を備える少なくとも４つの圧力容器と、第１の圧力容器の前記排出口と第２の圧力容器の前記導入口との間、第２の圧力容器の前記排出口と第１の圧力容器の前記導入口との間、第３の圧力容器の前記排出口と第４の圧力容器の前記導入口との間、および第４の圧力容器の前記排出口と第３の圧力容器の前記導入口との間に、それぞれ形成された二酸化炭素流路と、前記第２の圧力容器と前記第３の圧力容器との間に、それぞれに貯留された水を循環させるために形成された流水路とを備え、前記第１の圧力容器はさらに、前記汚染水を導入する導水口と浄化水を排出するための排水口を備え、前記第１の圧力容器内の圧力は、前記第２の圧力容器内の圧力よりも高く保持され、前記第３の圧力容器内の圧力は、前記第２の圧力容器内の圧力よりも高く保持され、前記第３の圧力容器内の圧力は、前記第４の圧力容器内の圧力よりも高く保持される、分離回収装置が提供される。
【０００９】
また、発明の別の構成によれば、揮発性有機化合物を含有する汚染水から該揮発性有機化合物を分離回収する装置であって、水が貯留され、加圧二酸化炭素の導入口と排出口を備える少なくとも４つの圧力容器と、第１の圧力容器の前記排出口と第２の圧力容器の前記導入口との間、第２の圧力容器の前記排出口と第１の圧力容器の前記導入口との間、第３の圧力容器の前記排出口と第４の圧力容器の前記導入口との間、および第４の圧力容器の前記排出口と第３の圧力容器の前記導入口との間に、それぞれ形成された二酸化炭素流路と、前記第２の圧力容器と前記第３の圧力容器との間に、それぞれに貯留された水を循環させるために形成された第１の流水路および第２の流水路とを備え、前記第１の圧力容器はさらに、前記汚染水を導入する導水口と浄化水を排出するための排水口を備え、前記第１の圧力容器内の温度は、前記第２の圧力容器内の温度よりも高く保持され、前記第３の圧力容器内の温度は、前記第２の圧力容器内の温度よりも高く保持され、前記第３の圧力容器内の温度は、前記第４の圧力容器内の温度よりも高く保持される、分離回収装置が提供される。
【００１０】
さらに本発明によれば、揮発性有機化合物の水溶液を濃縮して回収する方法であって、第１の圧力条件下で前記水溶液と第１の加圧二酸化炭素を接触させる工程と、前記第１の圧力よりも低い第２の圧力条件下で前記第１の加圧二酸化炭素と第１の水を接触させる工程と、前記第１の圧力条件下で前記第１の水と第２の加圧二酸化炭素を接触させる工程と、前記第２の圧力条件下で前記第２の加圧二酸化炭素と第２の水を接触させる工程と、を含む方法が提供される。
【００１１】
また、本発明の別の構成によれば、揮発性有機化合物の水溶液を濃縮して回収する方法であって、第１の温度条件下で前記水溶液と第１の加圧二酸化炭素を接触させる工程と、前記第１の温度よりも低い第２の温度条件下で前記第１の加圧二酸化炭素と第１の水を接触させる工程と、前記第１の温度条件下で前記第１の水と第２の加圧二酸化炭素を接触させる工程と、前記第２の温度条件下で前記第２の加圧二酸化炭素と第２の水を接触させる工程と、を含む方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
上述したように、本発明によれば、ＶＯＣを分離回収した後の二次的廃棄物の発生を伴わない完全な処理を実現するＶＯＣの分離回収装置およびその分離回収方法が提供される。本発明のＶＯＣの分離回収装置は、汚染された地下水からＶＯＣをほぼ１００％の液相として分離することができるので、吸着剤など追加の構成を用いることなく、低コストでＶＯＣを回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。図１は、本発明の第１の実施形態である分離回収装置１０の概略図を示す。以下、図１を参照して本実施形態の分離回収装置１０の物理的構成について説明する。
【００１４】
分離回収装置１０は、第１の圧力容器１２、第２の圧力容器１４、第３の圧力容器１６、および第４の圧力容器１８を含んで構成されている。第１の圧力容器１２には水を導入するための導水口２０と水を排出するための排水口２２が設けられており、それぞれに対し導水管２４および排水管２６が接続されている。ここで、導水口２０側には第１の圧力容器１２内に水を圧送するための加圧ポンプ２８が設けられる一方、排水口２２側には背圧制御弁３０が設けられており、第１の圧力容器１２内において一定以上の水位を保ちつつ水が貯留されながら、所定の流量をもって水が出入りすることができるように加圧ポンプ２８および背圧制御弁３０が調整される。
【００１５】
さらに、第１の圧力容器１２の鉛直方向下方には二酸化炭素を導入するための二酸化炭素導入口３２が設けられ、第１の圧力容器１２の鉛直方向上方には二酸化炭素を排出するための二酸化炭素排出口３４が設けられている。二酸化炭素導入口３２から導入された二酸化炭素は、細かい気泡となって水に接触しながら鉛直方向上方に移動したのち、二酸化炭素排出口３４から第１の圧力容器１２の外部に排出される。なお、本発明においては、ＶＯＣの抽出剤として用いる二酸化炭素は、超臨界状態または亜臨界状態にある二酸化炭素を用いることが好ましいが、本発明における二酸化炭素は、これに限定されて定義されるものではなく、液体状態を含めた加圧状態にある二酸化炭素であればよい。
【００１６】
第２の圧力容器１４は、その内部に所定の水位まで水が貯留されており、また、第１の圧力容器１２と同様に、その鉛直方向下方および上方に、それぞれ二酸化炭素導入口３６および二酸化炭素排出口３８が設けられている。上述した点については、後述する第３の圧力容器１６および第４の圧力容器１８についても同様である。
【００１７】
第１の圧力容器１２の二酸化炭素排出口３４と第２の圧力容器１４の二酸化炭素導入口３６とが二酸化炭素流路４０によって接続され、第２の圧力容器１４の二酸化炭素排出口３８と第１の圧力容器１２の二酸化炭素導入口３２とが二酸化炭素流路４２によって接続されている。その結果、図１に示すように、第１の圧力容器１２、二酸化炭素流路４０、第２の圧力容器１４、および二酸化炭素流路４２を経て、二酸化炭素が循環することができるように構成されている。ここで、二酸化炭素は、二酸化炭素導入口３２側に設けられた加圧ポンプ４４によって、第１の圧力容器１２に圧送される一方で、第１の圧力容器１２の二酸化炭素排出口３４側に設けられた背圧制御弁４６の作用を経て、第２の圧力容器１４の二酸化炭素導入口３６から導入される。第２の圧力容器１４に導入された二酸化炭素は、細かい気泡となって水に接触しながら第２の圧力容器１４内部を鉛直方向上方に移動し、二酸化炭素排出口３８から第２の圧力容器１４の外部に排出され、再び二酸化炭素流路４２を通って第１の圧力容器１２に導入される。この際、二酸化炭素は、加圧ポンプによって再び第１の圧力容器１２に圧送される。以上説明した加圧ポンプ４４および背圧制御弁４６の作用によって、第１の圧力容器１２内の圧力Ｘと第２の圧力容器１４内の圧力Ｙに一定の差が生じる。すなわち、第１の圧力容器１２内の圧力Ｘが第２の圧力容器１４内の圧力Ｙよりも一定の差をもって大きくなるように加圧ポンプ４４および背圧制御弁４６が調整される。
【００１８】
一方、第３の圧力容器１６の二酸化炭素排出口４８と第４の圧力容器１８の二酸化炭素導入口５０とが二酸化炭素流路５２によって、第４の圧力容器１８の二酸化炭素排出口５４と第３の圧力容器１６の二酸化炭素導入口５６とが二酸化炭素流路５８によってそれぞれ接続されており、第１および第２の圧力容器について上述したのと同様に、加圧ポンプ６０および背圧制御弁６２の作用によって、第３の圧力容器１６内の圧力と第４の圧力容器１８内の圧力に一定の差が生じており、第３の圧力容器１６内が第１の圧力容器１２の圧力と同じ圧力Ｘに、第４の圧力容器１８内が第２の圧力容器１４内の圧力と同じ圧力Ｙとなるように加圧ポンプ６０および背圧制御弁６２が調整される。
【００１９】
さらに、第２の圧力容器１４および第３の圧力容器１６には、それぞれに導水口および排水口が設けられており、第２の圧力容器１４の排水口６３と第３の圧力容器１６の導水口６４が流水管６５によって接続され、第２の圧力容器１４の導水口６６と第３の圧力容器１６の排水口６７が流水管６８によって接続されている。
【００２０】
ここで、流水管６２には第２の圧力容器１４から第３の圧力容器１６に水を圧送するための加圧ポンプ７０が設けられる一方、流水管６８には背圧制御弁７２が設けられており、第２の圧力容器１４内および第３の圧力容器１６のそれぞれにおいて一定以上の水位を保ちつつ、第２の圧力容器１４、流水管６５、第３の圧力容器１６、および流水管６８を経て、水が循環することができるように加圧ポンプ７０および背圧制御弁７２が調整される。
【００２１】
以上、本実施形態の分離回収装置１０の物理的構成について説明してきたが、再び図１を参照しながら分離回収装置１０によって、汚染水から二酸化炭素を用いてＶＯＣを抽出し、その後、二酸化炭素中のＶＯＣを段階的に濃縮する機構について以下説明する。
【００２２】
最初に、たとえばＶＯＣによって汚染された地下水などの被処理水が導水管２４から加圧ポンプ２８を経て第１の圧力容器１２内に圧送され、第１の圧力容器１２内に一定以上の水位をもって被処理水が貯留される。第１の圧力容器１２には二酸化炭素導入口３２から二酸化炭素が導入される。このとき、上述したように第１の圧力容器１２内の圧力は圧力Ｘに保たれている。ここで、本発明者らは、下記式（１）に示すＫ−値が、圧力の増加あるいは温度の増加に対応して大きくなり、その増分には有意な差があるという知見を得た。
【００２３】
【数１】
【００２４】
図２は、代表的なＶＯＣの例であるトリクロロエチレンにおける圧力（ＭＰａ）とＫ−値の関係を示す図である。図２（ａ）は、二酸化炭素の臨界温度である３２℃未満の温度条件（２０℃、２５℃、３０℃）における関係を示し、図２（ｂ）は、二酸化炭素の臨界温度である３２℃超の温度条件（３５℃、４０℃）における関係を示す。なお、図２（ａ）および（ｂ）においては、●、■、◆は、それぞれの温度における実際の測定値をプロットしたものであり、実線は、理論値を示すものとする。図２（ａ）を参照すると、２５℃等温で、圧力を４．５ＭＰａから８ＭＰａに変化させることによって、Ｋ−値を「６」から「１００」に、１０倍以上大きく変化させることができることが理解されよう。この圧力とＫ−値の関係は、図２（ｂ）に示されるように、３２℃超の超臨界状態においてよりリニアになる。
【００２５】
すなわち、圧力Ｘは、第１の圧力容器１２内の気相（二酸化炭素）および液相（水）の二相において、上述したＫ−値が十分に大きくなるような値に設定されるため、圧力Ｘに保たれた第１の圧力容器１２内に導入された二酸化炭素が被処理水に接触すると、被処理水に溶解していたＶＯＣが二酸化炭素に抽出されることになる。このようにしてＶＯＣを抽出した二酸化炭素は、その後、第１の圧力容器１２内部を鉛直方向上方に移動したのち、二酸化炭素排出口３４から二酸化炭素流路４０を経て、第２の圧力容器１４内に貯留された水に導入される。
【００２６】
ここで、第２の圧力容器１４内の圧力Ｙは、上述したように、背圧制御弁４６の作用によって第１の圧力容器１２内の圧力Ｘよりも一定の差で小さくなるように調整されている。すなわち、圧力Ｙは、第２の圧力容器１４内の気相（二酸化炭素）および液相（水）の二相において、上述したＫ−値が十分に小さくなるような値に設定されるため、圧力Ｙに保たれた第２の圧力容器１４内に導入された二酸化炭素が水に接触すると、二酸化炭素に溶解していたＶＯＣが今度は水のほうに抽出されることになる。このようにして第１の圧力容器１２内で二酸化炭素によって抽出されたＶＯＣは、二酸化炭素流路４０を通って第２の圧力容器１４に移動し、第２の圧力容器１４内の水に対して溶解する。
【００２７】
次に、第２の圧力容器１４内のＶＯＣ溶液は、加圧ポンプ７０および背圧制御弁７２の作用によって第２の圧力容器１４と第３の圧力容器１６の間を、流水管６２および流水管６８を経て循環する。ここで、第３の圧力容器１６内の圧力は、上述したように加圧ポンプ６０および背圧制御弁６２の作用によって、第１の圧力容器１２の圧力と同じ圧力Ｘに保たれているため、第３の圧力容器１６内の気相（二酸化炭素）および液相（水）の二相においてＫ−値が十分に大きくなっており、その結果、第３の圧力容器１６内においては、溶液中のＶＯＣが二酸化炭素導入口５６から供給される二酸化炭素によって抽出される。このようにしてＶＯＣを抽出した二酸化炭素は、二酸化炭素排出口４８から二酸化炭素流路５２を経て、第４の圧力容器１８内に貯留された水に導入される。
【００２８】
ここで、第４の圧力容器１８内の圧力Ｙは、上述したように、加圧ポンプ６０および背圧制御弁６２の作用によって第３の圧力容器１６内の圧力Ｘよりも一定の差で小さくなるように調整されている。すなわち、圧力Ｙは、第４の圧力容器１８内の気相（二酸化炭素）および液相（水）の二相において、上述したＫ−値が十分に小さくなるような値に設定され、圧力Ｙに保たれた第４の圧力容器１８内に導入された二酸化炭素が水に接触すると、二酸化炭素に溶解していたＶＯＣが今度は水のほうに抽出されることになる。このようにして第３の圧力容器１６内で二酸化炭素によって抽出されたＶＯＣは、二酸化炭素流路５２を通って第４の圧力容器１８に移動し、第４の圧力容器１８内の水に対して飽和するまで溶解する。
【００２９】
ここで仮に、第１の圧力容器１２におけるＫ−値（あるいは第３の圧力容器１６におけるＫ−値）が第２の圧力容器１４におけるＫ−値（あるいは第４の圧力容器１８におけるＫ−値）の１０倍となるように圧力Ｘおよび圧力Ｙの値を設定した場合、第４の圧力容器１８内のＶＯＣ溶液の濃度は、第２の圧力容器１４および第３の圧力容器１６内を循環しているＶＯＣ溶液の濃度に比較して１０倍に濃縮されることになる。濃縮されたＶＯＣ溶液は、排水管７４によって排出され適宜処理される。
【００３０】
なお、本実施形態においては、便宜上、本発明の基本構成をもって説明したが、本発明において、たとえば、上述した第４の圧力容器１８を圧力Ｘに保持された第５の圧力容器と接続し、さらに当該第５の圧力容器を圧力Ｙに保持された第６の圧力容器と接続するといった具合に本実施形態の基本構成を段階的に繰り返して展開することができることは容易に理解されよう。この方法による抽出工程をｎ段階繰り返すことによって、ＶＯＣ溶液が１０ｎ倍に濃縮され、ＶＯＣ溶液の濃度はＶＯＣ−水の液液平衡濃度に達する。最終的には、ほぼ１００％のＶＯＣ相としてこれを回収することが可能となる。
【００３１】
以上、本発明を第１の実施形態をもって説明してきたが、本発明は、上述した圧力容器間に圧力差を設けてＶＯＣを濃縮する構成に限定されるものではない。既述したように、Ｋ−値は、圧力の増加に対応して大きくなる傾向にあると同時に、温度の増加にも対応して大きくなる。再び図２（ａ）を参照すると、圧力を４．５ＭＰａに保持した場合、温度を２５℃（■）から３０℃（●）に変化させることによって、Ｋ−値を「３」から「３０」に、１０倍以上大きく変化させることができることが理解されよう。本発明は、この点に着目し、圧力容器間に温度差を設けてＶＯＣを濃縮する構成を採用するものである。以下、本発明の第２の実施形態について、図３を参照して説明する。
【００３２】
図３は、本発明の第２の実施形態である分離回収装置８０の概略図を示す。なお、図３において、先に説明した第１の実施形態である分離回収装置１０と共通する構成要素については同じ符号を用い、その説明を省略するものとする。
【００３３】
本実施形態の分離回収装置８０において、先に説明した分離回収装置１０と異なる点は、第１の圧力容器１２、第２の圧力容器１４、第３の圧力容器１６、および第４の圧力容器１８がほぼ同じ圧力に保たれることである。したがって、分離回収装置８０においては、圧力差を生じさせるための加圧ポンプは必要なく、水あるいは二酸化炭素を循環させる仕事をすることができる機構があれば足りる。よって分離回収装置８０においては、加圧ポンプのかわりに循環ポンプ８２、８４、８６、８８、９０、９２が設けられている。
【００３４】
さらに、分離回収装置８０においては、第１の圧力容器１２と第２の圧力容器１４の間、および、第３の圧力容器１６と第４の圧力容器１８の間に温度差を生じさせるための構成をさらに含む。すなわち、分離回収装置８０における水および二酸化炭素の流路には適宜熱交換機が設けられ、当該熱交換機によって上述した温度差を実現する。具体的には、第１の圧力容器１２に導入される水および二酸化炭素は、それぞれ加熱用の熱交換機１００および１０２によって加熱され所定の温度Ｈに保持され、その結果、第１の圧力容器１２内の温度が温度Ｈに保持される。同じく、第３の圧力容器１６に導入される水および二酸化炭素は、それぞれ加熱用の熱交換機１０４および１０６によって加熱され、その結果、第３の圧力容器１６内の温度が温度Ｈに保持される。一方、第２の圧力容器１４に導入される水および二酸化炭素は、それぞれ冷却用の熱交換機１０８および１１０によって冷却され所定の温度Ｃに保持され、その結果、第２の圧力容器１４内の温度が温度Ｃに保持される。同じく、第４の圧力容器に導入される二酸化炭素は、冷却用の熱交換機１１２によって冷却され所定の温度Ｃに保持され、その結果、第４の圧力容器１８内の温度が温度Ｃに保持される。ここで仮に、第１の圧力容器１２におけるＫ−値（あるいは第３の圧力容器１６におけるＫ−値）が第２の圧力容器１４におけるＫ−値（あるいは第４の圧力容器１８におけるＫ−値）の１０倍となるように温度Ｈおよび温度Ｃを設定した場合、第４の圧力容器１８内のＶＯＣ溶液の濃度は、第２の圧力容器１４および第３の圧力容器１６を循環しているＶＯＣ溶液の濃度に比較して１０倍に濃縮されることになる。
【００３５】
本発明をより具体的に説明するために、ＶＯＣとして代表的なトリクロロエチレンの分離回収工程について図４を参照して説明する。図４は、地下水からトリクロロエチレンを分離回収する浄化装置をシミュレーションした図である。図４に示した浄化装置は、符号（１）〜（１２）で示す１２個の圧力容器を含んで構成されており、すべての圧力容器の温度は２５℃に保たれ、さらに、奇数の符号（１）、（３）、（５）、（７）、（９）、（１１）が示す圧力容器の圧力は８Ｍｐａ、偶数の符号（２）、（４）、（６）、（８）、（１０）が示す圧力容器の圧力は５Ｍｐａに保たれているとする。
【００３６】
上述した条件の浄化装置に対して、トリクロロエチレン濃度が０．５ｐｐｍの地下水（原水）が導入される。圧力容器（１）に導入された原水は、二酸化炭素によって処理されたのち環境基準の０．０３ｐｐｍまで浄化され圧力容器（１）から排出される場合を想定する。ここで、再び図２を参照すると、上述した温度・圧力条件においては、奇数の符号（１）、（３）、（５）、（７）、（９）、（１１）が示す圧力容器におけるＫ−値をほぼ「１００」に、偶数の符号（２）、（４）、（６）、（８）、（１０）が示す圧力容器におけるＫ−値をほぼ「１０」に保つことができることが」理解されよう。ここで、圧力容器（１）に導入される二酸化炭素空塔速度を１ｃｍ／ｓとする。圧力容器（１）に流入する加圧二酸化炭素中のトリクロロエチレン（ＴＣＥ）のモル分率を4.11×10-7以下に保つ必要があるが，そのためには圧力容器（２）および（３）を循環する水中のＴＣＥのモル分率を4.11×10-8以下に保つ必要がある（圧力容器（２）でのＫ-値は１０である）。圧力容器（３）の圧力は８Ｍｐａに保たれＫ-値は１００であるので圧力容器（３）出口の加圧二酸化炭素中のＴＣＥのモル分率は4.11×10-6達することができる。この加圧二酸化炭素を圧力が５ＭＰａの圧力容器（４）に導き加圧二酸化炭素中のＴＣＥを水中に移動させる。圧力容器（４）の水中のＴＣＥのモル分率は4.11×10-7に達する。この操作1回繰り返すごとに液相中のＴＣＥ濃度は奇数符号の圧力容器と偶数符号の圧力容器のＫ-値の比（この例の場合は１００／１０＝１０）で濃縮される。上述した操作を６回繰り返すと水中のＴＣＥ濃度は１０６倍濃縮されてＴＣＥの水に対する飽和濃度に達して１００％ＴＣＥ（少量の水を含む）を地下水中から取り出すことが出来る。仮に、奇数符号の圧力容器と偶数符号の圧力容器のＫ-値の比が１００になる条件を見つけることが出来れば、この操作の繰り返し工程は３回に半減し、プラント大きさを１／２にすることが出来る。なお、上述したシミュレーションは、本発明の圧力差を用いた機構に基づいて展開したが、本発明の別の構成である温度差を用いた機構によっても同様の結果が得られることは容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態である分離回収装置１０の概略図。
【図２】トリクロロエチレンにおける圧力（ＭＰａ）とＫ−値の関係を示す図。
【図３】本発明の第２の実施形態である分離回収装置８０の概略図。
【図４】地下水からトリクロロエチレンを分離回収する浄化装置のシミュレーションを示した図。
【符号の説明】
【００３８】
１０…分離回収装置、１２…第１の圧力容器、１４…第２の圧力容器、１６…第３の圧力容器、１８…第４の圧力容器、２０,６４,６６…導水口、２２,６３,６７…排水口、２４…導水管、２６,７４…排水管、２８,４４,６０,７０…加圧ポンプ、３０,４６, ６２,７２…背圧制御弁、３２,３６,５０,５６…二酸化炭素導入口、３４,３８,４８,５４…二酸化炭素排出口、４０,４２,５２,５８…二酸化炭素流路、６５,６８…流水管、８０…分離回収装置、８２,８４,８６,８８,９０,９２…循環ポンプ、１００,１０２,１０４,１０６…加熱用の熱交換機、１０８,１１０,１０８,１１０,１１２…冷却用の熱交換機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧二酸化炭素を用いたＶＯＣの分離回収装置及びその方法に関し、より詳細には、ＶＯＣを濃縮して分離回収する装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、揮発性有機化合物（volatile oganic compounds）による環境汚染が問題となっている。特に、水よりも比重の重い揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣという）が地盤の奥深くに浸透してしまうことによって生じる地下水汚染の問題は深刻な状況にあり、ＶＯＣによって汚染された地下水の浄化システムについて種々検討がなされている。
【０００３】
従来、ＶＯＣによって汚染された地下水の浄化方法として揚水曝気法がある。揚水曝気法においては、汚染された地下水を揚水したのち空気に強制的に接触させることによって水中に溶解していたＶＯＣを揮散させ、揮散したＶＯＣを活性炭に吸着させることによって回収していた。しかしながら、この方法では結局のところＶＯＣが吸着した膨大な量の活性炭が二次的な廃棄物となるため、その処理の問題が新たに発生する。
【０００４】
この点につき、特開２０００−１４０８２６号公報（特許文献１）は、ＶＯＣが吸着した活性炭に対し超臨界もしくは亜臨界二酸化炭素を接触させることによって、活性炭に吸着したＶＯＣを二酸化炭素で抽出したのち、当該二酸化炭素を最終的に減圧、冷却することによってＶＯＣを凝縮させて分離回収する方法を開示する。
【０００５】
しかしながら、特許文献１が開示する方法によっては、活性炭の充填層を使用するためにシステムを小型化することができず、また、二酸化炭素を冷却凝縮するために大きなエネルギーが必要となるという問題に加え、システムの連続操作ができないという問題があった。
【特許文献１】特開２０００−１４０８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、ＶＯＣを分離回収した後の二次的廃棄物の発生を伴わない完全な処理を実現するＶＯＣの分離回収装置およびその分離回収方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、地下水等の浄化処理において、二次的廃棄物の発生を伴うことなくＶＯＣを完全に回収処理することのできる装置につき鋭意検討した結果、ＶＯＣ水溶液−加圧二酸化炭素系における平衡定数が圧力差あるいは温度差によって大きく変化することに着目し、ＶＯＣ水溶液−加圧二酸化炭素系における平衡定数を大きく異ならしめた２つの条件下において、二酸化炭素または水を交互に抽出媒体とするＶＯＣの抽出工程を繰りかえすことによって、上記平衡定数の差に対応したＶＯＣの濃縮が実現されることを見出し、本発明に至ったのである。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、揮発性有機化合物を含有する汚染水から該揮発性有機化合物を分離回収する装置であって、水が貯留され、加圧二酸化炭素の導入口と排出口を備える少なくとも４つの圧力容器と、第１の圧力容器の前記排出口と第２の圧力容器の前記導入口との間、第２の圧力容器の前記排出口と第１の圧力容器の前記導入口との間、第３の圧力容器の前記排出口と第４の圧力容器の前記導入口との間、および第４の圧力容器の前記排出口と第３の圧力容器の前記導入口との間に、それぞれ形成された二酸化炭素流路と、前記第２の圧力容器と前記第３の圧力容器との間に、それぞれに貯留された水を循環させるために形成された流水路とを備え、前記第１の圧力容器はさらに、前記汚染水を導入する導水口と浄化水を排出するための排水口を備え、前記第１の圧力容器内の圧力は、前記第２の圧力容器内の圧力よりも高く保持され、前記第３の圧力容器内の圧力は、前記第２の圧力容器内の圧力よりも高く保持され、前記第３の圧力容器内の圧力は、前記第４の圧力容器内の圧力よりも高く保持される、分離回収装置が提供される。
【０００９】
また、発明の別の構成によれば、揮発性有機化合物を含有する汚染水から該揮発性有機化合物を分離回収する装置であって、水が貯留され、加圧二酸化炭素の導入口と排出口を備える少なくとも４つの圧力容器と、第１の圧力容器の前記排出口と第２の圧力容器の前記導入口との間、第２の圧力容器の前記排出口と第１の圧力容器の前記導入口との間、第３の圧力容器の前記排出口と第４の圧力容器の前記導入口との間、および第４の圧力容器の前記排出口と第３の圧力容器の前記導入口との間に、それぞれ形成された二酸化炭素流路と、前記第２の圧力容器と前記第３の圧力容器との間に、それぞれに貯留された水を循環させるために形成された第１の流水路および第２の流水路とを備え、前記第１の圧力容器はさらに、前記汚染水を導入する導水口と浄化水を排出するための排水口を備え、前記第１の圧力容器内の温度は、前記第２の圧力容器内の温度よりも高く保持され、前記第３の圧力容器内の温度は、前記第２の圧力容器内の温度よりも高く保持され、前記第３の圧力容器内の温度は、前記第４の圧力容器内の温度よりも高く保持される、分離回収装置が提供される。
【００１０】
さらに本発明によれば、揮発性有機化合物の水溶液を濃縮して回収する方法であって、第１の圧力条件下で前記水溶液と第１の加圧二酸化炭素を接触させる工程と、前記第１の圧力よりも低い第２の圧力条件下で前記第１の加圧二酸化炭素と第１の水を接触させる工程と、前記第１の圧力条件下で前記第１の水と第２の加圧二酸化炭素を接触させる工程と、前記第２の圧力条件下で前記第２の加圧二酸化炭素と第２の水を接触させる工程と、を含む方法が提供される。
【００１１】
また、本発明の別の構成によれば、揮発性有機化合物の水溶液を濃縮して回収する方法であって、第１の温度条件下で前記水溶液と第１の加圧二酸化炭素を接触させる工程と、前記第１の温度よりも低い第２の温度条件下で前記第１の加圧二酸化炭素と第１の水を接触させる工程と、前記第１の温度条件下で前記第１の水と第２の加圧二酸化炭素を接触させる工程と、前記第２の温度条件下で前記第２の加圧二酸化炭素と第２の水を接触させる工程と、を含む方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
上述したように、本発明によれば、ＶＯＣを分離回収した後の二次的廃棄物の発生を伴わない完全な処理を実現するＶＯＣの分離回収装置およびその分離回収方法が提供される。本発明のＶＯＣの分離回収装置は、汚染された地下水からＶＯＣをほぼ１００％の液相として分離することができるので、吸着剤など追加の構成を用いることなく、低コストでＶＯＣを回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。図１は、本発明の第１の実施形態である分離回収装置１０の概略図を示す。以下、図１を参照して本実施形態の分離回収装置１０の物理的構成について説明する。
【００１４】
分離回収装置１０は、第１の圧力容器１２、第２の圧力容器１４、第３の圧力容器１６、および第４の圧力容器１８を含んで構成されている。第１の圧力容器１２には水を導入するための導水口２０と水を排出するための排水口２２が設けられており、それぞれに対し導水管２４および排水管２６が接続されている。ここで、導水口２０側には第１の圧力容器１２内に水を圧送するための加圧ポンプ２８が設けられる一方、排水口２２側には背圧制御弁３０が設けられており、第１の圧力容器１２内において一定以上の水位を保ちつつ水が貯留されながら、所定の流量をもって水が出入りすることができるように加圧ポンプ２８および背圧制御弁３０が調整される。
【００１５】
さらに、第１の圧力容器１２の鉛直方向下方には二酸化炭素を導入するための二酸化炭素導入口３２が設けられ、第１の圧力容器１２の鉛直方向上方には二酸化炭素を排出するための二酸化炭素排出口３４が設けられている。二酸化炭素導入口３２から導入された二酸化炭素は、細かい気泡となって水に接触しながら鉛直方向上方に移動したのち、二酸化炭素排出口３４から第１の圧力容器１２の外部に排出される。なお、本発明においては、ＶＯＣの抽出剤として用いる二酸化炭素は、超臨界状態または亜臨界状態にある二酸化炭素を用いることが好ましいが、本発明における二酸化炭素は、これに限定されて定義されるものではなく、液体状態を含めた加圧状態にある二酸化炭素であればよい。
【００１６】
第２の圧力容器１４は、その内部に所定の水位まで水が貯留されており、また、第１の圧力容器１２と同様に、その鉛直方向下方および上方に、それぞれ二酸化炭素導入口３６および二酸化炭素排出口３８が設けられている。上述した点については、後述する第３の圧力容器１６および第４の圧力容器１８についても同様である。
【００１７】
第１の圧力容器１２の二酸化炭素排出口３４と第２の圧力容器１４の二酸化炭素導入口３６とが二酸化炭素流路４０によって接続され、第２の圧力容器１４の二酸化炭素排出口３８と第１の圧力容器１２の二酸化炭素導入口３２とが二酸化炭素流路４２によって接続されている。その結果、図１に示すように、第１の圧力容器１２、二酸化炭素流路４０、第２の圧力容器１４、および二酸化炭素流路４２を経て、二酸化炭素が循環することができるように構成されている。ここで、二酸化炭素は、二酸化炭素導入口３２側に設けられた加圧ポンプ４４によって、第１の圧力容器１２に圧送される一方で、第１の圧力容器１２の二酸化炭素排出口３４側に設けられた背圧制御弁４６の作用を経て、第２の圧力容器１４の二酸化炭素導入口３６から導入される。第２の圧力容器１４に導入された二酸化炭素は、細かい気泡となって水に接触しながら第２の圧力容器１４内部を鉛直方向上方に移動し、二酸化炭素排出口３８から第２の圧力容器１４の外部に排出され、再び二酸化炭素流路４２を通って第１の圧力容器１２に導入される。この際、二酸化炭素は、加圧ポンプによって再び第１の圧力容器１２に圧送される。以上説明した加圧ポンプ４４および背圧制御弁４６の作用によって、第１の圧力容器１２内の圧力Ｘと第２の圧力容器１４内の圧力Ｙに一定の差が生じる。すなわち、第１の圧力容器１２内の圧力Ｘが第２の圧力容器１４内の圧力Ｙよりも一定の差をもって大きくなるように加圧ポンプ４４および背圧制御弁４６が調整される。
【００１８】
一方、第３の圧力容器１６の二酸化炭素排出口４８と第４の圧力容器１８の二酸化炭素導入口５０とが二酸化炭素流路５２によって、第４の圧力容器１８の二酸化炭素排出口５４と第３の圧力容器１６の二酸化炭素導入口５６とが二酸化炭素流路５８によってそれぞれ接続されており、第１および第２の圧力容器について上述したのと同様に、加圧ポンプ６０および背圧制御弁６２の作用によって、第３の圧力容器１６内の圧力と第４の圧力容器１８内の圧力に一定の差が生じており、第３の圧力容器１６内が第１の圧力容器１２の圧力と同じ圧力Ｘに、第４の圧力容器１８内が第２の圧力容器１４内の圧力と同じ圧力Ｙとなるように加圧ポンプ６０および背圧制御弁６２が調整される。
【００１９】
さらに、第２の圧力容器１４および第３の圧力容器１６には、それぞれに導水口および排水口が設けられており、第２の圧力容器１４の排水口６３と第３の圧力容器１６の導水口６４が流水管６５によって接続され、第２の圧力容器１４の導水口６６と第３の圧力容器１６の排水口６７が流水管６８によって接続されている。
【００２０】
ここで、流水管６２には第２の圧力容器１４から第３の圧力容器１６に水を圧送するための加圧ポンプ７０が設けられる一方、流水管６８には背圧制御弁７２が設けられており、第２の圧力容器１４内および第３の圧力容器１６のそれぞれにおいて一定以上の水位を保ちつつ、第２の圧力容器１４、流水管６５、第３の圧力容器１６、および流水管６８を経て、水が循環することができるように加圧ポンプ７０および背圧制御弁７２が調整される。
【００２１】
以上、本実施形態の分離回収装置１０の物理的構成について説明してきたが、再び図１を参照しながら分離回収装置１０によって、汚染水から二酸化炭素を用いてＶＯＣを抽出し、その後、二酸化炭素中のＶＯＣを段階的に濃縮する機構について以下説明する。
【００２２】
最初に、たとえばＶＯＣによって汚染された地下水などの被処理水が導水管２４から加圧ポンプ２８を経て第１の圧力容器１２内に圧送され、第１の圧力容器１２内に一定以上の水位をもって被処理水が貯留される。第１の圧力容器１２には二酸化炭素導入口３２から二酸化炭素が導入される。このとき、上述したように第１の圧力容器１２内の圧力は圧力Ｘに保たれている。ここで、本発明者らは、下記式（１）に示すＫ−値が、圧力の増加あるいは温度の増加に対応して大きくなり、その増分には有意な差があるという知見を得た。
【００２３】
【数１】
【００２４】
図２は、代表的なＶＯＣの例であるトリクロロエチレンにおける圧力（ＭＰａ）とＫ−値の関係を示す図である。図２（ａ）は、二酸化炭素の臨界温度である３２℃未満の温度条件（２０℃、２５℃、３０℃）における関係を示し、図２（ｂ）は、二酸化炭素の臨界温度である３２℃超の温度条件（３５℃、４０℃）における関係を示す。なお、図２（ａ）および（ｂ）においては、●、■、◆は、それぞれの温度における実際の測定値をプロットしたものであり、実線は、理論値を示すものとする。図２（ａ）を参照すると、２５℃等温で、圧力を４．５ＭＰａから８ＭＰａに変化させることによって、Ｋ−値を「６」から「１００」に、１０倍以上大きく変化させることができることが理解されよう。この圧力とＫ−値の関係は、図２（ｂ）に示されるように、３２℃超の超臨界状態においてよりリニアになる。
【００２５】
すなわち、圧力Ｘは、第１の圧力容器１２内の気相（二酸化炭素）および液相（水）の二相において、上述したＫ−値が十分に大きくなるような値に設定されるため、圧力Ｘに保たれた第１の圧力容器１２内に導入された二酸化炭素が被処理水に接触すると、被処理水に溶解していたＶＯＣが二酸化炭素に抽出されることになる。このようにしてＶＯＣを抽出した二酸化炭素は、その後、第１の圧力容器１２内部を鉛直方向上方に移動したのち、二酸化炭素排出口３４から二酸化炭素流路４０を経て、第２の圧力容器１４内に貯留された水に導入される。
【００２６】
ここで、第２の圧力容器１４内の圧力Ｙは、上述したように、背圧制御弁４６の作用によって第１の圧力容器１２内の圧力Ｘよりも一定の差で小さくなるように調整されている。すなわち、圧力Ｙは、第２の圧力容器１４内の気相（二酸化炭素）および液相（水）の二相において、上述したＫ−値が十分に小さくなるような値に設定されるため、圧力Ｙに保たれた第２の圧力容器１４内に導入された二酸化炭素が水に接触すると、二酸化炭素に溶解していたＶＯＣが今度は水のほうに抽出されることになる。このようにして第１の圧力容器１２内で二酸化炭素によって抽出されたＶＯＣは、二酸化炭素流路４０を通って第２の圧力容器１４に移動し、第２の圧力容器１４内の水に対して溶解する。
【００２７】
次に、第２の圧力容器１４内のＶＯＣ溶液は、加圧ポンプ７０および背圧制御弁７２の作用によって第２の圧力容器１４と第３の圧力容器１６の間を、流水管６２および流水管６８を経て循環する。ここで、第３の圧力容器１６内の圧力は、上述したように加圧ポンプ６０および背圧制御弁６２の作用によって、第１の圧力容器１２の圧力と同じ圧力Ｘに保たれているため、第３の圧力容器１６内の気相（二酸化炭素）および液相（水）の二相においてＫ−値が十分に大きくなっており、その結果、第３の圧力容器１６内においては、溶液中のＶＯＣが二酸化炭素導入口５６から供給される二酸化炭素によって抽出される。このようにしてＶＯＣを抽出した二酸化炭素は、二酸化炭素排出口４８から二酸化炭素流路５２を経て、第４の圧力容器１８内に貯留された水に導入される。
【００２８】
ここで、第４の圧力容器１８内の圧力Ｙは、上述したように、加圧ポンプ６０および背圧制御弁６２の作用によって第３の圧力容器１６内の圧力Ｘよりも一定の差で小さくなるように調整されている。すなわち、圧力Ｙは、第４の圧力容器１８内の気相（二酸化炭素）および液相（水）の二相において、上述したＫ−値が十分に小さくなるような値に設定され、圧力Ｙに保たれた第４の圧力容器１８内に導入された二酸化炭素が水に接触すると、二酸化炭素に溶解していたＶＯＣが今度は水のほうに抽出されることになる。このようにして第３の圧力容器１６内で二酸化炭素によって抽出されたＶＯＣは、二酸化炭素流路５２を通って第４の圧力容器１８に移動し、第４の圧力容器１８内の水に対して飽和するまで溶解する。
【００２９】
ここで仮に、第１の圧力容器１２におけるＫ−値（あるいは第３の圧力容器１６におけるＫ−値）が第２の圧力容器１４におけるＫ−値（あるいは第４の圧力容器１８におけるＫ−値）の１０倍となるように圧力Ｘおよび圧力Ｙの値を設定した場合、第４の圧力容器１８内のＶＯＣ溶液の濃度は、第２の圧力容器１４および第３の圧力容器１６内を循環しているＶＯＣ溶液の濃度に比較して１０倍に濃縮されることになる。濃縮されたＶＯＣ溶液は、排水管７４によって排出され適宜処理される。
【００３０】
なお、本実施形態においては、便宜上、本発明の基本構成をもって説明したが、本発明において、たとえば、上述した第４の圧力容器１８を圧力Ｘに保持された第５の圧力容器と接続し、さらに当該第５の圧力容器を圧力Ｙに保持された第６の圧力容器と接続するといった具合に本実施形態の基本構成を段階的に繰り返して展開することができることは容易に理解されよう。この方法による抽出工程をｎ段階繰り返すことによって、ＶＯＣ溶液が１０ｎ倍に濃縮され、ＶＯＣ溶液の濃度はＶＯＣ−水の液液平衡濃度に達する。最終的には、ほぼ１００％のＶＯＣ相としてこれを回収することが可能となる。
【００３１】
以上、本発明を第１の実施形態をもって説明してきたが、本発明は、上述した圧力容器間に圧力差を設けてＶＯＣを濃縮する構成に限定されるものではない。既述したように、Ｋ−値は、圧力の増加に対応して大きくなる傾向にあると同時に、温度の増加にも対応して大きくなる。再び図２（ａ）を参照すると、圧力を４．５ＭＰａに保持した場合、温度を２５℃（■）から３０℃（●）に変化させることによって、Ｋ−値を「３」から「３０」に、１０倍以上大きく変化させることができることが理解されよう。本発明は、この点に着目し、圧力容器間に温度差を設けてＶＯＣを濃縮する構成を採用するものである。以下、本発明の第２の実施形態について、図３を参照して説明する。
【００３２】
図３は、本発明の第２の実施形態である分離回収装置８０の概略図を示す。なお、図３において、先に説明した第１の実施形態である分離回収装置１０と共通する構成要素については同じ符号を用い、その説明を省略するものとする。
【００３３】
本実施形態の分離回収装置８０において、先に説明した分離回収装置１０と異なる点は、第１の圧力容器１２、第２の圧力容器１４、第３の圧力容器１６、および第４の圧力容器１８がほぼ同じ圧力に保たれることである。したがって、分離回収装置８０においては、圧力差を生じさせるための加圧ポンプは必要なく、水あるいは二酸化炭素を循環させる仕事をすることができる機構があれば足りる。よって分離回収装置８０においては、加圧ポンプのかわりに循環ポンプ８２、８４、８６、８８、９０、９２が設けられている。
【００３４】
さらに、分離回収装置８０においては、第１の圧力容器１２と第２の圧力容器１４の間、および、第３の圧力容器１６と第４の圧力容器１８の間に温度差を生じさせるための構成をさらに含む。すなわち、分離回収装置８０における水および二酸化炭素の流路には適宜熱交換機が設けられ、当該熱交換機によって上述した温度差を実現する。具体的には、第１の圧力容器１２に導入される水および二酸化炭素は、それぞれ加熱用の熱交換機１００および１０２によって加熱され所定の温度Ｈに保持され、その結果、第１の圧力容器１２内の温度が温度Ｈに保持される。同じく、第３の圧力容器１６に導入される水および二酸化炭素は、それぞれ加熱用の熱交換機１０４および１０６によって加熱され、その結果、第３の圧力容器１６内の温度が温度Ｈに保持される。一方、第２の圧力容器１４に導入される水および二酸化炭素は、それぞれ冷却用の熱交換機１０８および１１０によって冷却され所定の温度Ｃに保持され、その結果、第２の圧力容器１４内の温度が温度Ｃに保持される。同じく、第４の圧力容器に導入される二酸化炭素は、冷却用の熱交換機１１２によって冷却され所定の温度Ｃに保持され、その結果、第４の圧力容器１８内の温度が温度Ｃに保持される。ここで仮に、第１の圧力容器１２におけるＫ−値（あるいは第３の圧力容器１６におけるＫ−値）が第２の圧力容器１４におけるＫ−値（あるいは第４の圧力容器１８におけるＫ−値）の１０倍となるように温度Ｈおよび温度Ｃを設定した場合、第４の圧力容器１８内のＶＯＣ溶液の濃度は、第２の圧力容器１４および第３の圧力容器１６を循環しているＶＯＣ溶液の濃度に比較して１０倍に濃縮されることになる。
【００３５】
本発明をより具体的に説明するために、ＶＯＣとして代表的なトリクロロエチレンの分離回収工程について図４を参照して説明する。図４は、地下水からトリクロロエチレンを分離回収する浄化装置をシミュレーションした図である。図４に示した浄化装置は、符号（１）〜（１２）で示す１２個の圧力容器を含んで構成されており、すべての圧力容器の温度は２５℃に保たれ、さらに、奇数の符号（１）、（３）、（５）、（７）、（９）、（１１）が示す圧力容器の圧力は８Ｍｐａ、偶数の符号（２）、（４）、（６）、（８）、（１０）が示す圧力容器の圧力は５Ｍｐａに保たれているとする。
【００３６】
上述した条件の浄化装置に対して、トリクロロエチレン濃度が０．５ｐｐｍの地下水（原水）が導入される。圧力容器（１）に導入された原水は、二酸化炭素によって処理されたのち環境基準の０．０３ｐｐｍまで浄化され圧力容器（１）から排出される場合を想定する。ここで、再び図２を参照すると、上述した温度・圧力条件においては、奇数の符号（１）、（３）、（５）、（７）、（９）、（１１）が示す圧力容器におけるＫ−値をほぼ「１００」に、偶数の符号（２）、（４）、（６）、（８）、（１０）が示す圧力容器におけるＫ−値をほぼ「１０」に保つことができることが」理解されよう。ここで、圧力容器（１）に導入される二酸化炭素空塔速度を１ｃｍ／ｓとする。圧力容器（１）に流入する加圧二酸化炭素中のトリクロロエチレン（ＴＣＥ）のモル分率を4.11×10-7以下に保つ必要があるが，そのためには圧力容器（２）および（３）を循環する水中のＴＣＥのモル分率を4.11×10-8以下に保つ必要がある（圧力容器（２）でのＫ-値は１０である）。圧力容器（３）の圧力は８Ｍｐａに保たれＫ-値は１００であるので圧力容器（３）出口の加圧二酸化炭素中のＴＣＥのモル分率は4.11×10-6達することができる。この加圧二酸化炭素を圧力が５ＭＰａの圧力容器（４）に導き加圧二酸化炭素中のＴＣＥを水中に移動させる。圧力容器（４）の水中のＴＣＥのモル分率は4.11×10-7に達する。この操作1回繰り返すごとに液相中のＴＣＥ濃度は奇数符号の圧力容器と偶数符号の圧力容器のＫ-値の比（この例の場合は１００／１０＝１０）で濃縮される。上述した操作を６回繰り返すと水中のＴＣＥ濃度は１０６倍濃縮されてＴＣＥの水に対する飽和濃度に達して１００％ＴＣＥ（少量の水を含む）を地下水中から取り出すことが出来る。仮に、奇数符号の圧力容器と偶数符号の圧力容器のＫ-値の比が１００になる条件を見つけることが出来れば、この操作の繰り返し工程は３回に半減し、プラント大きさを１／２にすることが出来る。なお、上述したシミュレーションは、本発明の圧力差を用いた機構に基づいて展開したが、本発明の別の構成である温度差を用いた機構によっても同様の結果が得られることは容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態である分離回収装置１０の概略図。
【図２】トリクロロエチレンにおける圧力（ＭＰａ）とＫ−値の関係を示す図。
【図３】本発明の第２の実施形態である分離回収装置８０の概略図。
【図４】地下水からトリクロロエチレンを分離回収する浄化装置のシミュレーションを示した図。
【符号の説明】
【００３８】
１０…分離回収装置、１２…第１の圧力容器、１４…第２の圧力容器、１６…第３の圧力容器、１８…第４の圧力容器、２０,６４,６６…導水口、２２,６３,６７…排水口、２４…導水管、２６,７４…排水管、２８,４４,６０,７０…加圧ポンプ、３０,４６, ６２,７２…背圧制御弁、３２,３６,５０,５６…二酸化炭素導入口、３４,３８,４８,５４…二酸化炭素排出口、４０,４２,５２,５８…二酸化炭素流路、６５,６８…流水管、８０…分離回収装置、８２,８４,８６,８８,９０,９２…循環ポンプ、１００,１０２,１０４,１０６…加熱用の熱交換機、１０８,１１０,１０８,１１０,１１２…冷却用の熱交換機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揮発性有機化合物を含有する汚染水から該揮発性有機化合物を分離回収する装置であって、
水が貯留され、加圧二酸化炭素の導入口と排出口を備える少なくとも４つの圧力容器と、
第１の圧力容器の前記排出口と第２の圧力容器の前記導入口との間、第２の圧力容器の前記排出口と第１の圧力容器の前記導入口との間、第３の圧力容器の前記排出口と第４の圧力容器の前記導入口との間、および第４の圧力容器の前記排出口と第３の圧力容器の前記導入口との間に、それぞれ形成された二酸化炭素流路と、
前記第２の圧力容器と前記第３の圧力容器との間に、それぞれに貯留された水を循環させるために形成された流水路とを備え、
前記第１の圧力容器はさらに、前記汚染水を導入する導水口と浄化水を排出するための排水口を備え、
前記第１の圧力容器内の圧力は、前記第２の圧力容器内の圧力よりも高く保持され、前記第３の圧力容器内の圧力は、前記第２の圧力容器内の圧力よりも高く保持され、前記第３の圧力容器内の圧力は、前記第４の圧力容器内の圧力よりも高く保持される、
分離回収装置。
【請求項２】
揮発性有機化合物を含有する汚染水から該揮発性有機化合物を分離回収する装置であって、
水が貯留され、加圧二酸化炭素の導入口と排出口を備える少なくとも４つの圧力容器と、
第１の圧力容器の前記排出口と第２の圧力容器の前記導入口との間、第２の圧力容器の前記排出口と第１の圧力容器の前記導入口との間、第３の圧力容器の前記排出口と第４の圧力容器の前記導入口との間、および第４の圧力容器の前記排出口と第３の圧力容器の前記導入口との間に、それぞれ形成された二酸化炭素流路と、
前記第２の圧力容器と前記第３の圧力容器との間に、それぞれに貯留された水を循環させるために形成された第１の流水路および第２の流水路とを備え、
前記第１の圧力容器はさらに、前記汚染水を導入する導水口と浄化水を排出するための排水口を備え、
前記第１の圧力容器内の温度は、前記第２の圧力容器内の温度よりも高く保持され、前記第３の圧力容器内の温度は、前記第２の圧力容器内の温度よりも高く保持され、前記第３の圧力容器内の温度は、前記第４の圧力容器内の温度よりも高く保持される、
分離回収装置。
【請求項３】
揮発性有機化合物の水溶液を濃縮して回収する方法であって、
第１の圧力条件下で前記水溶液と第１の加圧二酸化炭素を接触させる工程と、
前記第１の圧力よりも低い第２の圧力条件下で前記第１の加圧二酸化炭素と第１の水を接触させる工程と、
前記第１の圧力条件下で前記第１の水と第２の加圧二酸化炭素を接触させる工程と、
前記第２の圧力条件下で前記第２の加圧二酸化炭素と第２の水を接触させる工程と、
を含む方法。
【請求項４】
揮発性有機化合物の水溶液を濃縮して回収する方法であって、
第１の温度条件下で前記水溶液と第１の加圧二酸化炭素を接触させる工程と、
前記第１の温度よりも低い第２の温度条件下で前記第１の加圧二酸化炭素と第１の水を接触させる工程と、
前記第１の温度条件下で前記第１の水と第２の加圧二酸化炭素を接触させる工程と、
前記第２の温度条件下で前記第２の加圧二酸化炭素と第２の水を接触させる工程と、
を含む方法。
【請求項１】
揮発性有機化合物を含有する汚染水から該揮発性有機化合物を分離回収する装置であって、
水が貯留され、加圧二酸化炭素の導入口と排出口を備える少なくとも４つの圧力容器と、
第１の圧力容器の前記排出口と第２の圧力容器の前記導入口との間、第２の圧力容器の前記排出口と第１の圧力容器の前記導入口との間、第３の圧力容器の前記排出口と第４の圧力容器の前記導入口との間、および第４の圧力容器の前記排出口と第３の圧力容器の前記導入口との間に、それぞれ形成された二酸化炭素流路と、
前記第２の圧力容器と前記第３の圧力容器との間に、それぞれに貯留された水を循環させるために形成された流水路とを備え、
前記第１の圧力容器はさらに、前記汚染水を導入する導水口と浄化水を排出するための排水口を備え、
前記第１の圧力容器内の圧力は、前記第２の圧力容器内の圧力よりも高く保持され、前記第３の圧力容器内の圧力は、前記第２の圧力容器内の圧力よりも高く保持され、前記第３の圧力容器内の圧力は、前記第４の圧力容器内の圧力よりも高く保持される、
分離回収装置。
【請求項２】
揮発性有機化合物を含有する汚染水から該揮発性有機化合物を分離回収する装置であって、
水が貯留され、加圧二酸化炭素の導入口と排出口を備える少なくとも４つの圧力容器と、
第１の圧力容器の前記排出口と第２の圧力容器の前記導入口との間、第２の圧力容器の前記排出口と第１の圧力容器の前記導入口との間、第３の圧力容器の前記排出口と第４の圧力容器の前記導入口との間、および第４の圧力容器の前記排出口と第３の圧力容器の前記導入口との間に、それぞれ形成された二酸化炭素流路と、
前記第２の圧力容器と前記第３の圧力容器との間に、それぞれに貯留された水を循環させるために形成された第１の流水路および第２の流水路とを備え、
前記第１の圧力容器はさらに、前記汚染水を導入する導水口と浄化水を排出するための排水口を備え、
前記第１の圧力容器内の温度は、前記第２の圧力容器内の温度よりも高く保持され、前記第３の圧力容器内の温度は、前記第２の圧力容器内の温度よりも高く保持され、前記第３の圧力容器内の温度は、前記第４の圧力容器内の温度よりも高く保持される、
分離回収装置。
【請求項３】
揮発性有機化合物の水溶液を濃縮して回収する方法であって、
第１の圧力条件下で前記水溶液と第１の加圧二酸化炭素を接触させる工程と、
前記第１の圧力よりも低い第２の圧力条件下で前記第１の加圧二酸化炭素と第１の水を接触させる工程と、
前記第１の圧力条件下で前記第１の水と第２の加圧二酸化炭素を接触させる工程と、
前記第２の圧力条件下で前記第２の加圧二酸化炭素と第２の水を接触させる工程と、
を含む方法。
【請求項４】
揮発性有機化合物の水溶液を濃縮して回収する方法であって、
第１の温度条件下で前記水溶液と第１の加圧二酸化炭素を接触させる工程と、
前記第１の温度よりも低い第２の温度条件下で前記第１の加圧二酸化炭素と第１の水を接触させる工程と、
前記第１の温度条件下で前記第１の水と第２の加圧二酸化炭素を接触させる工程と、
前記第２の温度条件下で前記第２の加圧二酸化炭素と第２の水を接触させる工程と、
を含む方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２９６１７９（Ｐ２００８−２９６１７９Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４７３６０（Ｐ２００７−１４７３６０）
【出願日】平成１９年６月１日（２００７．６．１）
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【出願人】（５０５１６５２５１）学校法人幾徳学園神奈川工科大学 (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１日（２００７．６．１）
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【出願人】（５０５１６５２５１）学校法人幾徳学園神奈川工科大学 (14)
【Ｆターム（参考）】
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