作成： 1996/02/08 新井 英彦
データ番号 ：010003
マイアミ市における電子線照射による廃水処理(実規模試験)
目的 ：上水原水処理、半導体工業用水の精製あるいは再利用、中水道、公園水、車両洗浄水, 有害有機廃棄物の処理
放射線の種別 ：電子
放射線源 ：電子加速器 (1.5 MeV, 50 mA)
線量（率） ：0.4 - 6.5 kGy, 0 - 50 mA
利用施設名 ：米国フロリダ州マイアミ市バージニア キー下水処理場に設置された電子加速器
照射条件 ：1.5 MeV, 0 - 50 mA, 瀧状に水を流して水平方向より電子線照射
概要 ：
飲料水や下水中に 100 - 5500 μg/lのトリクロロエチレンやベンゼン等の有害有機物を添加し、電子線照射により分解・除去する実規模試験が行われた。試験水は薄膜状の瀧のように自然落下させ、水平方向から電子線照射が行われ、線量は、照射前後での水温の変化から求められた。その結果、多くの有害な有機物を 8 kGyの照射により 90 %以上除去できることが示された。また、処理コストについても試算が行われた。
詳細説明 ：
現在、地下水、下水及び廃水等がトリクロロエチレンやベンゼンのような有害な有機物によって汚染される例が増え、世界的に深刻な問題となっている。このような有害有機物は、従来の活性汚泥法を中心とする方法では、十分に対処することができない。放射線照射によると、水中のこれらの有害物は比較的容易に分解される。そこで、下水処理場に電子加速器を設置し、実規模での処理試験が行われた。
試験は、マイアミ市の下水処理場において1.5 MeV, 50 mAの電子加速器 (High Voltage Engineering Corporation製)を用いて行われた。試験水として、飲料水(地下水)、下水流入水、下水処理水が用いられ、この中に、トリクロロエチレンやベンゼン等の有機物質を 100 - 5500μg/l添加した後、試験水を 13.8 - 36.6m3/時間の範囲の流量で薄膜状(約0.38cm厚)の瀧(122cm幅)のように自然落下させ、水平方向から電子線照射が行われた。線量は、照射前後における水温の変化より求められた。試験では、初期濃度や pHの影響等について調べられた。
上記の加速器及び関連設備は、1976年に$1,750,000の費用で汚泥の殺菌試験のために設置されたもので、再調整後1988年から1995年現在まで試験に使用されている。1988年から1991年までに要した費用の総額は、約$172,000であった。また、この間の装置上のトラブルについても表にまとめられているが、再調整直後を除いては大きなトラブルは少ない。
代表的な結果を図 1に示す。
図1 Change of the Dibromochloromethane Concentration in Water by Electron Beam Irradiation (100krada=1kGy).（原論文1より引用。 Reproduced from Chemistry for the Protection of the Environment, edited by L. Pawlowski et al., Plenum Press, New York, 1991., Waite T.D., Cooper W.J., Kurucz C. N., Narbeitz R., Greenfield J., Full scale treatment of wastewater effluent with high energy electrons,; Copyright(1991), with permission from Plenum Publishing Corporation, and with kind permission of the authors.）
図1は、初濃度約 75μg/lのジブロモクロロメタンを含む地下水に電子線照射した場合の結果を示す。約 0.5 kGy(50krad, 1kGy=100krad)の照射により試験水中のジブロモクロロメタン濃度は、ほとんど検出限界以下に減少したことが分かる。
表1 Removal Efficiency of Organic Materials in Water by Electron Beam Irradiation. （原論文2より引用。 Reproduced from Radiat. Phys. Chem., 45, p.299 - 308 (1995), Tab.1(p.300), Kurucz C. N., Waite T. D., Cooper W. J.,The Miami electron beam research facility: A large scale wastewater treatment application, ,with permission from Elsevier Science (100krad=1kGy).）
Compound
| %
Removal
| Required
dose(krad)
|
Chloroform
Bromodichloromethane
Dibromochloromethane
Bromoform
Carbon tetrachloride
Trichloroethylene(TCE)
Tetrachlorethylene(PCE)
Benzene
Toluene
Chlorobenzene
o-Xylene
Dieldrin
Total phenol
| 83-99
>99
>99
>99
>99
>99
>99
>99
97
97
92
>99
88
| 586-650
80
80
80
80
57-500
241-500
49-650
45-650
650
650
800
37-800
|
表1にその他の多くの有機物についての結果がまとめられている。物質により除去効率が異なるが、多くの物質の場合、8 kGyの照射により90 %以上の除去効果が得られている。具体的なデータについては、参考文献1)-4)に記載されている。
経済性については、0.5 kGy照射の場合、483m3/時間の流量で処理すると、処理コストは $0.20 m-3であると試算されている(8000時間／年、20年償却、金利 15 %)。
コメント ：
1) 水中での電子線の到達距離は短い(有効到達距離 0.35cm/MeV(参考文献1)ので、大量の水を処理するには、薄膜状の高速水流を発生させ、これに電子線照射を行う必要がある。その方法として、本論文では、上述のように水を薄膜状の瀧のように自然落下させ、水平方向から電子線照射を行っている。しかし、この方法では、水流が乱れ、一様な厚さの水流を得ることは困難である。この点を改善する方法として、水をノズルから噴水状に吹き上げ、水がノズルから吐出された直後に水平方向から電子線を照射する方法がある(参考文献1)。しかも、この場合、水位差を利用して水のポテンシャルエネルギーを使うことにより、ポンプを用いることなく高速水流を発生させることができる。このような照射方法をとることにより、上記の技術的問題を解決することができる。
2) 本論文では、処理コストの試算を行っているが、検討は不十分である。参考文献 2には、下水放流水の電子線殺菌のコスト評価がのせられているが、線量を 0.25kGyとした時の処理コストは、処理量 100,000m3/日の場合、約 5円/m3である。
原論文１ Data source 1：
Full scale treatment of wastewater effluent with high energy electrons,
Waite T.D., Cooper W.J., Kurucz C. N., Narbeitz R., Greenfield J.,
University of Miami, Coral Gable, Florida 33124, U.S.A., Florida International University, Miami, Florida 33199, U.S.A.,
Chemistry for the Protection of the Environment, edited by L. Pawlowski et al., Plenum Press, New York, 1991.
原論文２ Data source 2：
The Miami electron beam research facility: A large scale wastewater treatment application,
Kurucz C. N., Waite T. D., Cooper W. J.,
Department of Management Science and Engineering, Department of Civil and Architectural Engineering, University of Miami, Coral Gable, Florida 33124, U.S.A., Drinking Water Research Center, Florida International University, Miami, Florida 33199, U.S.A.,
Radiat. Phys. Chem., 45, 299 - 308 (1995),
原論文３ Data source 3：
Empirical models for estimating the destruction of toxic organic compounds utilizing electron beam irradiation at full scale,
Kurucz C. N., Waite T. D., Cooper W. J., Nickelsen, M. G.,
Department of Management Science and Engineering, Department of Civil and Architectural Engineering, University of Miami, Coral Gable, Florida 33124, U.S.A., Drinking Water Research Center, Florida International University, Miami, Florida 33199, U.S.A.,
Radiat. Phys. Chem., 45, 805 - 816 (1995).
参考資料１ Reference 1：
電子ビームによる下水処理水の殺菌、
近藤 正樹、中尾 彰夫、新井 英彦、宮田 定次郎
下水道協会誌論文集、28, No.324, 28 - 39 (1991).
参考資料２ Reference 2：
電子線を用いた下水処理術、
日本原子力研究所電子線下水処理技術検討委員会、
JAERI-Research 95 - 006 (1995).
参考資料３ Reference 3：
High Energy Electron Beam Irradiation, an Innovative Process for the Treatment of Aqueous Based Organic Harzardous Wastes,
Cooper J. W., Nickelsen M. G., Meacham, D. E., Cadavid E. M., Waite T. D., Kurucz C. N.,
J. Environ. & Health, Part A, A27, No.1, 21- 244 (1992).
参考資料４ Reference 4：
Removal of Benzene and Selected Alkyl-Substituted Benzenes from Aqueous Solution Utilizing Continuous High-Energy Electron Irradiation,
Nickelsen M. G., Cooper, J. W., Kurucz C. N., Waite T. D.,
Environ. Sci. Technol., 26, 144 - 152 (1992).
参考資料５ Reference 5：
The Removal of Tri-(TCE) and Tetrachloroethylene(TCE) from Aqueous Solution using High Energy Electrons,
Cooper W. J., Meacham D. E., Nickelsen M. G., Lin K., Ford D. B., Kurucz C. N., Waite T. D.,
J. Air Waste Manage. Assoc., 43, 1358 - 1366 (1993).
参考資料６ Reference 6：
High Energy Electron Beam Generation of Oxidants for the Treatment of Benzene and Toluene in the Presence of Radical Scavengers,
Nickelsen M. G., Cooper J. W., Lin, K., Kurucz C. N., Waite T. D.,
Wat. Res., 28, 1227 - 1237 (1994).
キーワード：有害有機物、トリクロロエチレン、パラクロロエチレン、ベンゼン、分解、廃水、地下水、
toxic organic compounds, trichloroethylene, parachloroethylene, benzene, decomposition, wastewater, ground water
分類コード：010502