説明

ガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システム

【課題】簡便なシステム構成で、排ガス中に含まれる揮発性有機化合物を効率良く分解除去することができる揮発性有機化合物の除去システムを提供する。
【解決手段】筒状容器11から構成されたガス吸収塔1内に、水12と所定の液相系光触媒13を設置し、光源として紫外線を通す透明な筒14に挿入された紫外線ランプ15を設置する。ガス吸収塔1の下部には、処理対象となる排ガスを微細気泡化するための微細気泡発生装置16を設置し、この微細気泡発生装置16に、排ガス供給配管17及び送風機18を介して、処理対象となる排ガスを導入するように構成する。ガス吸収塔1の上部にはミストセパレータ19を設け、このミストセパレータ19を通過した処理後の排ガスが、筒状容器11の上端に設けられた排ガス排出配管20を介して外部に排出されるように構成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、工場等からの排出ガスに含まれる揮発性有機化合物の除去システムに係り、特に、微細気泡と液相系光触媒を用いることにより、揮発性有機化合物の除去効率を大幅に向上させたガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
浮遊粒子状物質(SPM)による人の呼吸器への悪影響、光化学オキシダントによる目やのどへの刺激や呼吸器への悪影響などの健康被害は未だに生じており、これら大気汚染物質への対処が求められている。このSPM及び光化学オキシダントの発生原因は多岐に渡っているが、揮発性有機化合物(以下、VOC;Volatile Organic Compounds)がその原因の1つとなっており、VOC排出源である印刷工場、塗装工場、半導体製造工場等では、VOCの除去が求められている。
【0003】
一般に、VOCを分解除去する方法としては、(a)直接燃焼法、(b)蓄熱燃焼法、(c)触媒燃焼法、(d)生物分解法、(e)活性炭吸着法、(f)低温プラズマ分解法などがある(特許文献1、特許文献2等)。
【特許文献1】特開2003−161424号公報
【特許文献2】特開2008−133751号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、VOCを分解除去する方法として用いられている上記(a)〜(c)の各種燃焼法においては、大規模な事業所の場合、CO2の排出量が多くなるという問題点があり、また、分解生成物がダイオキシン等の有害物質を発生させる危険性があるという問題点があった。
【0005】
また、(d)生物分解法においては、分解速度が遅い上、入口濃度が変動すると分解効率が不安定になりやすいという問題点があり、(e)活性炭吸着法においては、活性炭が破過した場合、活性炭を産業廃棄物にして処理しなければならないという問題点があった。また、再生を行う場合は、熱などのエネルギーを投入しなければならず、脱着した場合は溶剤の回収装置が必要となるという問題点があった。さらに、(f)低温プラズマ分解法においては、大量の処理ができないといった問題点が挙げられる等、既存の方法は様々な問題を抱えている。
【0006】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、簡便なシステム構成で、排ガス中に含まれる揮発性有機化合物を効率良く分解除去することができるガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、請求項1に記載のガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システムは、筒状容器内に、水と液相系光触媒と紫外線ランプを設置すると共に、前記液相系光触媒の下部に微細気泡発生装置を設置し、該微細気泡発生装置に処理対象となる排ガスを導入するように構成したことを特徴とするものである。
【0008】
上記のような構成を有する請求項1に記載の発明によれば、液相系光触媒の下部に設置された微細気泡発生装置によって微細気泡化された排ガスが、ガス吸収塔内を上昇していく際に、紫外線ランプによって液相系光触媒に紫外光が照射されることにより生じる伝導帯の電子による還元反応と、価電子帯の正孔による酸化反応によって、水または酸素から過酸化水素(H22)、さらにはヒドロキシルラジカル(・OH)などの活性種が生成され、これにより排ガス中のVOCを分解することができる。
【0009】
この場合、微細気泡は上昇速度が遅いという特徴があるため、ガス吸収塔内での滞留時間が長くなるため、微細気泡化した排ガスが液相系光触媒の表面上に吸着する確率が高くなり、光触媒反応による分解が従来に比べて効率的に行われる。また、微細気泡はその大きさが小さいことから、ミリバブルなどに比べて気液接触面積が大きいため、水溶性のVOCは水に溶解し、光触媒反応による分解がより効率的に行われる。
【0010】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システムにおいて、前記筒状容器の外側に、超音波発生装置を設置したことを特徴とするものである。
【0011】
上記のような構成を有する請求項2に記載の発明によれば、ガス吸収塔内に超音波を照射することにより、ガス吸収塔内にキャビティーを発生させることができ、その界面に微細気泡化したVOCを集めることができるので、キャビティー内部での熱分解や、この熱分解又はキャビティーの崩壊時に水から生成される活性種を用いた分解によって、VOCをより効率良く分解させることができる。
【0012】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載のガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システムにおいて、前記筒状容器の下部から排出した水を水槽に貯留し、前記水槽にオゾン水を投入した後、再度前記筒状容器の上部に供給するように構成したことを特徴とするものである。
【0013】
また、請求項4に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載のガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システムにおいて、前記筒状容器の下部から排出した水を水槽に貯留し、前記水槽に過酸化水素水を投入した後、再度前記筒状容器の上部に供給するように構成したことを特徴とするものである。
【0014】
上記のような構成を有する請求項3又は請求項4に記載の発明によれば、ガス吸収塔から排出した水を水槽に貯め、この水槽内にオゾン水または過酸化水素水を投入することにより、水槽内においてヒドロキシルラジカル(・OH)を発生させ、これにより未分解または一次分解されたVOCを分解することができる。その結果、より高精度にVOCが除去された水を、再度ガス吸収塔に補給水として供給することができる。
【0015】
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載のガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システムにおいて、前記液相系光触媒が、粉末状のTiO2光触媒を所定の繊維表面に担持した布帛であることを特徴とするものである。
【0016】
上記のような構成を有する請求項5に記載の発明によれば、粉末状のTiO2光触媒を所定の繊維表面に担持した布帛を、所定の大きさに切ったものを用い、この布帛を水中に分散させ、水流により自由に動くことができるように設置する、あるいは、容器の中央部又は底部に固定配置することにより、紫外線ランプから照射されるエネルギーを効率良く受けることができるので、光触媒反応による水溶性有機化合物の分解処理を高効率で行うことができる。
【0017】
また、布帛を用いることにより、繊維表面に粉末状TiO2を担持できるため、単位表面当りのTiO2の表面積を多く取ることができる。また、布帛はガス吸収塔内で自由に動くことができるように設置することができるので、紫外線ランプから照射されるエネルギーを効率良く受けることができる。さらに布帛は再回収が容易であるため、ガス吸収塔のメンテナンス性が容易となるという利点もある。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、簡便なシステム構成で、排ガス中に含まれる揮発性有機化合物を効率良く分解除去することができるガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、本発明に係るガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システムの具体的な実施の形態(以下、実施形態という)を、図面を参照して説明する。
【0020】
(1)第1実施形態
(1−1)構成
本実施形態のガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システムは、図1に示すように、筒状容器11から構成されたガス吸収塔1内に、水12と所定の液相系光触媒13が設置され、さらに、光源として、紫外線を通す透明な筒14に挿入された紫外線ランプ15が設置されている。なお、前記筒状容器11には、円柱状容器だけでなく、角柱状容器も含まれる。
【0021】
また、前記ガス吸収塔1の下部には、処理対象となる排ガスを微細気泡化するための微細気泡発生装置16が設置され、この微細気泡発生装置16に、排ガス供給配管17及び送風機18を介して、処理対象となる排ガスが導入されるように構成されている。
【0022】
一方、前記ガス吸収塔1の上部には、ミストセパレータ19が設けられ、このミストセパレータ19を通過した処理後の排ガスが、筒状容器11の上端に設けられた排ガス排出配管20を介して外部に排出されるように構成されている。また、前記ガス吸収塔1の上部には、該ガス吸収塔1内に補給水を供給するための給水用配管21が接続されると共に、前記ガス吸収塔1の下部には、排水用配管22が接続され、適宜、一定量の水をガス吸収塔1内へ補給・排出することができるように構成されている。
【0023】
また、前記微細気泡発生装置16としては、例えば、ガラス、金属又はセラミック等の微粒子を弱く結合したポーラスフィルタあるいは金属板等に微細孔を開け、処理対象となる排ガスを加圧しながら押し込み、急速な流れを作ることによって微細気泡を発生させるもの、エゼクター方式、スタティックミキサー方式又はベンチュリー管方式等を用いたものなどを適用することができる。なお、ここでいう微細気泡とは、マイクロサイズの気泡、ナノサイズの気泡、またはその両方を含む気泡であり、微細気泡発生直後の粒径が10〜数十μmの微細な気泡をいう。
【0024】
上述したような微細気泡発生装置16を用いて発生させた微細気泡は、上昇速度が遅いという特徴があり、直径50μmの微細気泡の場合、常温の水中における上昇速度は84mm/min程度であることが報告されている。従って、ガス吸収塔1内を微細気泡化した排ガスが上昇する時間は、通常、ガス吸収塔において用いられるミリバブルなどに比べて非常に長くなる。
【0025】
また、前記液相系光触媒13としては、粉末状TiO2光触媒を直接繊維表面に担持した布帛を所定の大きさに切ったもの、または、粉末状TiO2を直接ガス吸収塔1内に入れ、スラリー状にしたものを用いることが好ましい。このような液相系光触媒13を水中に分散させ、水流により自由に動くことができるように設置する、あるいは、容器の中央部又は底部に層状又は矩形状に固定配置することが好ましい。なお、布帛とは、織物、編み物、不織布などの繊維製品を指す。
【0026】
また、紫外線ランプ23としては、水中で使用可能な紫外線ランプであって、主に殺菌に使用される波長領域である主波長254nm(UV254)の紫外線ランプ、又は、主にオゾン発生に用いられる波長領域である185nmを数%含む主波長254nm(UV254+185)の紫外線ランプを用いることが好ましい。
【0027】
(1−2)作用
上記のような構成を有する本実施形態のガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システムは、以下のように作用する。
【0028】
まず、内部に水12及び所定の液相系光触媒13が設置されたガス吸収塔1内において、紫外線ランプ15をONにして所定の波長の紫外線を照射した状態で、処理対象となる排ガスをガス吸収塔1内に導入する。処理対象となる排ガスは、排ガス供給配管17及び送風機18を介してガス吸収塔1内に導入されるが、その際、微細気泡発生装置16によって微細気泡化される。
【0029】
微細気泡化された排ガスはガス吸収塔1内を上昇していく。このとき、ガス吸収塔1内において、液相系光触媒13は、バンドキャップ以上のエネルギーの紫外光を紫外線ランプ15によって照射することにより生じる伝導帯の電子による還元反応と、価電子帯の正孔による酸化反応によって、水または酸素から過酸化水素(H22)、さらにはヒドロキシルラジカル(・OH)などの活性種を生成し、これによりVOCを分解することができる。
【0030】
この場合、微細気泡は上昇速度が遅いという特徴があることから、ガス吸収塔1内での滞留時間が長くなるため、微細気泡化した排ガスが液相系光触媒13の表面上に吸着する確率が高くなり、光触媒反応による分解が従来に比べて効率的に行われる。また、微細気泡はその大きさが小さいことから、ミリバブルなどに比べて気液接触面積が大きいため、水溶性のVOCは水に溶解し、光触媒反応による分解が効率的に行われる。
【0031】
上記の方法により微細気泡化した排ガス中のVOC濃度を大幅に低減させることができ、VOC濃度が低減した排ガスを、ミストセパレータ19を通過させた後、大気へ開放することができる。
【0032】
(1−3)効果
上述したように、本実施形態によれば、ガス吸収塔内に水中に分散させた液相系光触媒と紫外線ランプを設置し、この液相系光触媒中に微細気泡化したVOCを含む排ガスを導入するという簡便なシステム構成により、安価で環境負荷の少ないVOC除去システムを得ることができる。
【0033】
また、本実施形態においては、熱などの多大なエネルギーを投入せず、また活性炭などの吸着剤を使用しないため、産業廃棄物を低減することができる。さらに、使用条件によりVOCの完全分解が難しい場合でも、100m3/h以下の排風量の少ない、安価なVOC分解除去システムを提供することができる。また、液相系光触媒は紫外線ランプが切れない限り連続処理が可能であるため、経済性に優れたVOC除去システムを得ることができる。
【0034】
(2)第2実施形態
本実施形態は、上記第1実施形態の変形例であって、図2に示したように、ガス吸収塔1内へ超音波を照射するように構成したものである。
【0035】
(2−1)構成
本実施形態においては、図2に示すように、ガス吸収塔1の外側に、超音波発生装置30が設置され、ガス吸収塔1内に超音波を照射することができるように構成されている。なお、超音波の周波数は50kHz〜2MHzが好ましい。その他の構成は上記第1実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【0036】
(2−2)作用・効果
上記のような構成を有する本実施形態によれば、ガス吸収塔1内に超音波を照射することにより、ガス吸収塔1内にキャビティーを発生させることができ、その界面に微細気泡化したVOCを集めることができる。これにより、キャビティー内部での熱分解や、この熱分解又はキャビティーの崩壊時に水から生成される活性種を用いた分解によって、VOCをより効率良く分解させることができるので、より高効率なVOC除去システムを得ることができる。
【0037】
(3)他の実施形態
本発明は上述したような実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形例が考えられる。例えば、図3に示した実施形態においては、ガス吸収塔1の下部に設けられた排水用配管22に水槽40を接続すると共に、この水槽40に、水を電気分解してオゾンを生成するオゾン水製造装置41を接続して、水槽40内の水中にオゾン水を投入することができるように構成されている。また、この水槽40に、第1の配管42を介してポンプ43を接続し、さらに第2の配管44を介して、ガス吸収塔1内に補給水を供給するための給水用配管21に接続して、ガス吸収塔1内に補給水を供給することができるように構成されている。
【0038】
また、図4に示した実施形態においては、ガス吸収塔1の下部に設けられた排水用配管22に水槽40を接続すると共に、過酸化水素水貯蔵タンク45、過酸化水素水添加用ポンプ46及び過酸化水素水添加用配管47によって、この水槽40内の水に所定量の過酸化水素水を添加できるように構成されている。また、この水槽40に、第1の配管42を介してポンプ43を接続し、さらに第2の配管44を介して、ガス吸収塔1内に補給水を供給するための給水用配管21に接続して、ガス吸収塔1内に補給水を供給することができるように構成されている。
【0039】
図3又は図4に示したように構成することにより、ガス吸収塔1から排出した水を水槽40に貯め、この水槽40内に、オゾン水または過酸化水素水を投入することにより、水槽40内においてヒドロキシルラジカル(・OH)を発生させ、これにより未分解または一次分解されたVOCを分解することができる。その結果、より高精度にVOCが除去された水を、再度ガス吸収塔1に補給水として供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明に係るガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システムの第1実施形態の構成を示す図である。
【図2】本発明に係るガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システムの第2実施形態の構成を示す図である。
【図3】本発明に係るガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システムの他の実施形態の構成を示す図である。
【図4】本発明に係るガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システムの他の実施形態の構成を示す図である。
【符号の説明】
【0041】
1…ガス吸収塔
11…筒状容器
12…水
13…液相系光触媒
14…透明な筒
15…紫外線ランプ
14…排ガス供給配管
16…微細気泡発生装置
17…循環水排出配管
18…送風機
19…ミストセパレータ
20…排ガス排出配管
21…給水用配管
22…排水用配管
30…超音波発生装置
40…水槽
41…オゾン水製造装置
42…第1の配管
43…ポンプ
44…第2の配管
45…過酸化水素水貯蔵タンク
46…過酸化水素水添加用ポンプ
47…過酸化水素水添加用配管

【特許請求の範囲】
【請求項1】
筒状容器内に、水と液相系光触媒と紫外線ランプを設置すると共に、前記液相系光触媒の下部に微細気泡発生装置を設置し、該微細気泡発生装置に処理対象となる排ガスを導入するように構成したことを特徴とするガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システム。
【請求項2】
前記筒状容器の外側に、超音波発生装置を設置したことを特徴とする請求項1に記載のガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システム。
【請求項3】
前記筒状容器の下部から排出した水を水槽に貯留し、前記水槽にオゾン水を投入した後、再度前記筒状容器の上部に供給するように構成したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システム。
【請求項4】
前記筒状容器の下部から排出した水を水槽に貯留し、前記水槽に過酸化水素水を投入した後、再度前記筒状容器の上部に供給するように構成したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システム。
【請求項5】
前記液相系光触媒が、粉末状のTiO2光触媒を所定の繊維表面に担持した布帛であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載のガス吸収塔による揮発性有機化合物の除去システム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2010−36148(P2010−36148A)
【公開日】平成22年2月18日(2010.2.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−204059(P2008−204059)
【出願日】平成20年8月7日(2008.8.7)
【出願人】(000236160)株式会社テクノ菱和 (50)
【出願人】(504190548)国立大学法人埼玉大学 (292)
【Fターム(参考)】