空気浄化システム
【課題】簡易なシステム構成で、処理対象空気中に含まれる水溶性有機化合物を効率良く分解・除去することができる空気浄化システムを提供する。
【解決手段】筒状容器１０内に所定の充填材１１を設置し、この充填材１１の上部から水を滴下するように構成すると共に、前記充填材１１の下部に、上部から滴下された水を貯留する貯留部１３ａを形成し、前記貯留部に微細気泡を発生させる微細気泡発生器３０を設置したスクラバー１と、筒状容器２１内に光触媒２２及び紫外線ランプ２３を設置したリアクターとを備え、スクラバー１に処理対象空気を導入して、スクラバー１内を滴下する水に水溶性有機化合物を溶解させ、前記貯留部１３ａにおいて、微細気泡によって水溶性有機化合物の分解処理を行った後、この水をリアクター２に導入し、このリアクターにおいて、紫外線照射下での光触媒２２による水溶性有機化合物の分解処理を行うように構成する。
【解決手段】筒状容器１０内に所定の充填材１１を設置し、この充填材１１の上部から水を滴下するように構成すると共に、前記充填材１１の下部に、上部から滴下された水を貯留する貯留部１３ａを形成し、前記貯留部に微細気泡を発生させる微細気泡発生器３０を設置したスクラバー１と、筒状容器２１内に光触媒２２及び紫外線ランプ２３を設置したリアクターとを備え、スクラバー１に処理対象空気を導入して、スクラバー１内を滴下する水に水溶性有機化合物を溶解させ、前記貯留部１３ａにおいて、微細気泡によって水溶性有機化合物の分解処理を行った後、この水をリアクター２に導入し、このリアクターにおいて、紫外線照射下での光触媒２２による水溶性有機化合物の分解処理を行うように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場内の揮発性有機化合物雰囲気を改善することが可能な空気浄化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（以下、ＳＰＭ；Suspended Particulate Matter）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つとなっている。
【０００３】
そのため、ＶＯＣを排出している工場等では、排気ダクトの途中にＶＯＣ処理装置を設置して、ＶＯＣを分解、除去する対策を行っている。しかし、ＶＯＣを溶剤として保管使用している化学工場、塗装工程がある塗装工場や印刷工場、洗浄工程がある工場等では、工場内が常にＶＯＣ雰囲気にさらされており、劣悪な作業環境となっている。
【０００４】
なかでも、ＶＯＣの一部である水溶性の揮発性有機化合物（以下、ＷＳＯＣ；Water Soluble Organic Compounds）は、トルエンなど難水溶性ＶＯＣの代替として、塗装工場で使用されるようになってきているほか、製品の乾燥工場ではイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）が使用されるなど、工場内の空気中にＷＳＯＣが含まれる場合は多い。
【０００５】
このような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知られている（特許文献１、特許文献２等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１６１４２４号公報
【特許文献２】特開２００８−１３３７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、ＣＯ2の排出量が多くなるという問題点があり、コスト面から採用しているのは大規模な事業所のみであり、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。
【０００８】
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た。
【０００９】
一方、ＷＳＯＣ除去には、上記の方法のほか、（ｇ）吸収法の適用が可能であるが、薬液の維持管理や廃液処理が必要なため、ランニングコストが高くなるほか、吸収液として水を使用した場合は、除去性能及び補給水量の増加などの問題点があった。そのため、簡易なシステム構成で、工場内の揮発性有機化合物雰囲気を改善することが可能な空気浄化システムの開発が切望されていた。
【００１０】
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、簡易なシステム構成で、処理対象空気中に含まれる水溶性有機化合物を効率良く分解・除去することができる空気浄化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】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の空気浄化システムは、容器内に所定の充填材が設置され、該充填材の上部から水が滴下されるように構成されると共に、前記充填材の下部に前記充填材の上部から滴下された水が貯留される貯留部が形成され、前記貯留部に、微細気泡を発生させる微細気泡発生器が設置されたスクラバーと、容器内に光触媒及び紫外線ランプが設置されたリアクターとを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の空気浄化システムは、容器内に所定の充填材が設置され、該充填材の上部から水が滴下されるように構成されると共に、前記充填材の下部に前記充填材の上部から滴下された水が貯留される貯留部が形成され、前記貯留部に、微細気泡を発生させる微細気泡発生器が設置されたスクラバーと、容器内に光触媒及び紫外線ランプが設置されたリアクターとを備え、前記スクラバーに処理対象空気を導入して、スクラバー内を滴下する水に水溶性有機化合物を溶解させ、前記貯留部において、前記微細気泡によって、前記水に溶解した水溶性有機化合物の分解処理を行った後、この水を前記リアクターに導入し、前記リアクターにおいて、光触媒及び紫外線によって、水溶性有機化合物の分解処理を行うように構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
上記のような構成を有する請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、スクラバー内において水に溶解した水溶性有機化合物を、スクラバーの底部において微細気泡によって分解させ、その後、リアクター内において光触媒反応によって分解することができるので、水溶性有機化合物の分解率を大幅に向上させることができる。また、スクラバーにおける水溶性有機化合物の吸収液として水を用いることで、ランニングコストを削減することができる。さらに、水溶性有機化合物を溶解した水を連続して処理することができると共に、再度、スクラバーに供給して利用することが可能となるので、空気の加湿によって失われた水を補給するのみで済むので、補給水を大幅に削減することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の空気浄化システムにおいて、前記リアクターにおいて水溶性有機化合物の分解処理がなされた水を、再度前記スクラバーに循環供給するように構成したことを特徴とするものである。
【００１５】
上記のような構成を有する請求項３に記載の発明によれば、スクラバーにおいて水溶性有機化合物を溶解した水を、スクラバーの貯留部及びリアクターにおいて連続して処理することができると共に、再度、スクラバーに供給して利用することが可能となるので、スクラバーへの補給水を大幅に削減することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の空気浄化システムにおいて、前記微細気泡が、オゾン含有微細気泡であることを特徴とするものである。
【００１７】
上記のような構成を有する請求項４に記載の発明によれば、オゾン含有微細気泡中のオゾンとＷＳＯＣの直接反応が起こるだけでなく、オゾン分子が循環水中に効率良く溶解し、水中のオゾン分子は自己分解によりヒドロキシラジカル（・ＯＨ）など様々な活性種を生成する。これにより、水中において、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）など様々な活性種による酸化反応が起こるため、効率良くＷＳＯＣを分解することができる。
【００１８】
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１項に記載の空気浄化システムにおいて、前記光触媒が、粉末状のＴｉＯ2光触媒を所定のプラスチック表面又は繊維小片表面に担持したもの、又は、担持媒体として布帛を用いたものであることを特徴とするものである。
【００１９】
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光触媒を所定のプラスチック表面又は繊維小片表面に担持したものを用い、これを所定の大きさに切断して短冊状にし、処理対象となる溶液内に分散させ、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。また、２５４ｎｍ等の短波長の紫外線を用いれば、オゾンから活性種も生成されるため、より効率的に分解が起こる可能性がある。さらに分解効率を高めるためには、担持媒体として布帛を用いると良い。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の空気浄化システムにおいて、前記リアクターが複数個用いられ、それらが互いに直列に接続されていることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の空気浄化システムにおいて、前記リアクターが複数個用いられ、それらが互いに並列に接続されていることを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項６又は請求項７に記載の発明によれば、処理対象空気中に含まれる揮発性有機化合物の濃度が高い場合などにも対応することができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の空気浄化システムにおいて、前記リアクターの内壁にステンレス板が設置されていることを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項８に記載の発明によれば、リアクター内に設置された紫外線ランプから照射される紫外光をより効率良く光触媒に照射することができる。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、請求項２乃至請求項８のいずれか１項に記載の空気浄化システムにおいて、前記処理対象空気に含まれる揮発性有機化合物濃度を測定し、この測定値に基づいて、該システムの運転を制御するように構成したことを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項９に記載の発明によれば、処理対象空気に含まれる揮発性有機化合物濃度が低い場合には、適宜、システムの運転を停止することができるので、より経済性に優れた空気浄化システムを提供することができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明は、請求項３乃至請求項９のいずれか１項に記載の空気浄化システムにおいて、前記リアクターにおいて水溶性有機化合物の分解処理がなされた水に含まれる全有機炭素濃度を測定し、この測定値に基づいて、該システムの運転を制御するように構成したことを特徴とするものである。
【００２４】
上記のような構成を有する請求項１０に記載の発明によれば、リアクターにおいて水溶性有機化合物の分解処理がなされた水に含まれる全有機炭素濃度（ＴＯＣ濃度）が高い場合には、適宜、送風機の運転を停止し、オゾン含有微細気泡と紫外光照射下での光触媒による分解によって循環水中のＴＯＣ濃度を下げる運転をすることができるので、より有用性の高い空気浄化システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、簡易なシステム構成で、処理対象空気中に含まれる水溶性有機化合物を効率良く分解・除去することができる空気浄化システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る空気浄化システムの実施例１の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る空気浄化システムの他の実施例の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る空気浄化システムの他の実施例の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る空気浄化システムの他の実施例の構成を示す図である。
【図５】本発明に係る空気浄化システムの他の実施例の構成を示す図である。
【図６】本発明に係る空気浄化システムの他の実施例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る空気浄化システムの具体的な実施の形態を、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２８】
（１−１）実施例１の構成
（１−１−１）全体構成
本実施例の空気浄化システムは、図１に示すように、大別して、ＷＳＯＣを含む処理対象空気を水と接触させることにより、処理対象空気中のＷＳＯＣ濃度を低減させるスクラバー１と、このスクラバー１に供給される循環水に溶解したＷＳＯＣを、所定の紫外光照射下で光触媒によって分解するリアクター２とから構成されている。
【００２９】
（１−１−２）スクラバーの構成
前記スクラバー１は筒状容器１０から構成され、その容器の中央部には所定の充填材１１が充填され、この充填材１１の上下にはそれぞれ上部空間１２及び下部空間１３が形成されている。そして、前記下部空間１３の底部には、処理対象空気中に含まれるＷＳＯＣを溶解した循環水が貯留されるように構成されている（以下、循環水貯留部１３ａという）。
【００３０】
また、前記下部空間１３の上側部には、処理対象空気を該スクラバー１内に導入する空気供給配管１４が接続されると共に、前記循環水貯留部１３ａの側部には、空気中のＷＳＯＣを溶解した循環水を後述するリアクター２に送るための循環水排出配管１５が接続されている。なお、前記空気供給配管１４には送風機１６が設けられ、スクラバー１内に導入する空気量を適宜調整できるように構成されている。また、前記筒状容器１０には、円柱状容器だけでなく、角柱状容器も含まれる。
【００３１】
また、前記循環水貯留部１３ａ内には微細気泡発生器３０が設置され、前記スクラバー１の下部から導出された第１の微細気泡発生用配管３１ａ、この配管３１ａに接続された微細気泡発生用ポンプ３１、さらに第２の微細気泡発生用配管３１ｂを介して、その末端に設置された前記微細気泡発生器３０から微細気泡を発生させることができるように構成されている。また、前記微細気泡発生器３０には、オゾン供給配管３２を介してオゾン発生器３３あるいはオゾンガスボンベが接続され、前記微細気泡発生器３０にオゾンガスを供給することができるように構成されている。
【００３２】
なお、前記微細気泡発生器３０は、高速せん断方式等によりｎｍサイズ又はμｍサイズ、あるいはその両方の気泡径を有する微細気泡を発生させる装置であり、これにより循環水貯留部１３ａ内において数十ｎｍ〜数十μｍの微細気泡を発生させることができるように構成されている。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数十ｎｍ〜数十μｍの微細な気泡をいう。
【００３３】
ここで、微細気泡を発生させる方法としては、ガラスや金属やセラミックなどの微粒子を弱く結合したポーラスフィルタ、または、金属板などに微細孔を開け、空気を加圧しながら押込み、急速な流れを作ることで微細気泡を発生させる方法、エゼクタ一方式、スタティックミキサー方式、ベンチュリー管方式、または、加圧溶解方式がある。これらのうちいずれか、または、少なくとも２つ以上を組み合わせて微細気泡を発生させる。
【００３４】
また、オゾンによって酸化される有機物としては、不飽和結合を有するオレフィン系やアセチレン系化合物、芳香族短環・縮合環化合物、炭素・炭素二重結合を持つ化合物、アミン、硫化物などの求核類、アルコール、アルデヒド、エーテルなどの酸素を含む化合物、さまざまな型の炭素・金属結合などが挙げられる。これらの物質が処理対象空気中に存在していれば、本システムにおいて分解・除去することができる。
【００３５】
なお、図１に示した本実施例においては、微細気泡発生器３０にはオゾン供給配管３２を介してオゾンが導入されるように構成されているが、循環水に溶解したＷＳＯＣ濃度が低い場合は、オゾンの代わりに空気を投入して、微細気泡を発生させるように構成しても良い。
【００３６】
また、前記スクラバー１の上部空間１２には散水ヘッダー１７が設けられ、後述するリアクター２で処理された循環水を前記充填材１１に散水することができるように構成されている。また、散水ヘッダー１７の上部にはミストセパレータ１８が設けられ、このミストセパレータ１８を通過した処理後の空気が、筒状容器１０の上端に設けられた空気排出配管１９を介して再び処理対象室内に供給されるように構成されている。なお、この空気排出配管１９には、オゾン分解触媒フィルタ２０が設置されている。
【００３７】
なお、前記オゾン分解触媒フィルタ２０は連続した多孔質形状、三次元網目構造、または、ハニカム形状となっており、空気排出配管１９中に設置されている。また、オゾン分解触媒フィルタ２０は、二酸化マンガンやニッケル酸化物などを主成分としており、これらをフィルタ担体に担持して構成されている（例えば、ハニフル−ＺＣＨ２シリーズ：ニチアス製）。
【００３８】
上記のような構成を有するスクラバー１においては、筒状容器１０の下方から導入された処理対象空気中のＷＳＯＣは、散水ヘッダー１７によって上部から滴下された循環水（水）と効率良く接触し、充填材１１の表面に形成された液膜によって吸収され、処理対象空気中から除去される。
【００３９】
なお、上記充填材１１としては、有効面積が大きく、圧損が小さいこと、合成樹脂製で化学的、機械的性質が強いこと、軽量で充填材取出し作業が容易であること、懸濁物質（ＳＳ）などの付着物の除去が容易であること、といった条件を満たす充填材が好ましい（例えば、テラレット（商品名）：月島環境エンジニアリング社製）。なお、処理対象物質によっては、容易に気液接触面積を向上できる気化式加湿膜（例えば、ＶＨＲシリーズ：ウェットマスター社製）を利用しても良い。
【００４０】
（１−１−３）リアクターの構成
前記リアクター２は筒状容器２１から構成され、その容器内には、布帛などに担持した所定の光触媒２２と紫外線ランプ２３が設置されている。また、このリアクター２は、前記循環水排出配管１５及び循環ポンプ２４を介して、スクラバー１から排出された循環水がリアクター２の下部から導入されるように構成されている。また、リアクター２の上部には循環水用配管２５が接続され、この循環水用配管２５を介して、処理後の循環水がスクラバー１内に設置された前記散水ヘッダー１７に供給されるように構成されている。さらに、前記リアクター２の内壁には、紫外光を反射するステンレス板２６が設置されている。なお、前記布帛とは、織物、編み物、不織布などの繊維製品を指す。
【００４１】
なお、前記光触媒２２としては、粉末状ＴｉＯ2光触媒をプラスチック表面や繊維小片表面に担持したもの、又は、担持媒体として布帛（ポリオレフィンのような疎水性繊維または親水性繊維）を用いたものを、所定の大きさに切って短冊状にしたものを用いることが好ましい。そして、粉末状ＴｉＯ2光触媒をプラスチック表面や繊維小片表面に担持したもの、又は、粉末状ＴｉＯ2光触媒を担持した布帛をリアクター２内に分散させ、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、容器の中央部に層状に固定配置する。
【００４２】
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（主波長２５４ｎｍ（ＵＶ254）、主波長２５４ｎｍ（１８５ｎｍを数％含む、（ＵＶ254+185））を用いることが好ましい。
【００４３】
なお、上記のように構成した光触媒２２をリアクター２内に分散配置した場合には、光触媒２２は容器内の水流により移動が可能となるため、紫外線ランプ２３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。また、本実施例においては、リアクター２の内壁に紫外光を反射するステンレス板２６を設置したことにより、紫外線ランプ２３から照射される紫外光をより効率良く光触媒２２に照射することができる。なお、前記筒状容器２１には、円柱状容器だけでなく、角柱状容器も含まれる。また、前記リアクター２の径は、前記スクラバー１の径より小さく設定されている。
【００４４】
（１−２）作用
上記のような構成を有する本実施例の空気浄化システムは、以下のように作用する。まず、スクラバー１においては、散水ヘッダー１７によって上部から滴下された循環水（水）によって充填材１１の表面に液膜が形成されている。このスクラバー１に、空気供給配管１４を介してＷＳＯＣを含む処理対象空気が導入されると、この処理対象空気は筒状のスクラバー１内を上昇し、充填材１１の表面に形成された液膜と接触する。その結果、処理対象空気中に含まれるＷＳＯＣは、充填材１１の表面に形成された液膜によって吸収され、処理対象空気中から除去される。
【００４５】
このようにしてＷＳＯＣが除去された処理対象空気は、ミストセパレータ１８を経た後、空気排出配管１９を介して再び室内に供給される。なお、この場合、スクラバー１の循環水貯留部１３ａで発生させたオゾンが処理対象空気中に混入したとしても、オゾン分解触媒フィルタ２０によって分解処理される。
【００４６】
一方、前記充填材１１の表面に形成された液膜によって処理対象空気中のＷＳＯＣを溶解した循環水は、スクラバー１の底部の循環水貯留部１３ａに貯留される。そして、この循環水貯留部１３ａにおいて、微細気泡発生器３０によって循環水中にオゾン含有微細気泡を発生させる。この微細気泡は表面積がミリバブルなどに比べて非常に小さく、気液接触面積が大きいことから、オゾン含有微細気泡中のオゾン分子が循環水中に効率良く溶解する。これにより、オゾン含有微細気泡中のオゾンとＷＳＯＣの直接反応が起こるだけでなく、循環水中に溶解したオゾン分子は自己分解によりヒドロキシラジカル（・ＯＨ）など様々な活性種を生成する。その結果、水中において、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）など様々な活性種による酸化反応が起こるため、効率良くＷＳＯＣを分解することができる。
【００４７】
また、一般に、微細気泡には上昇速度が遅いという特徴があり、直径５０μｍで常温の水中の上昇速度は８４ｍｍ／ｍｉｎであることが報告されている。スクラバー下部において微細気泡化したオゾンガスは上昇する時間が通常の気泡サイズであるミリバブルなどに比べて非常に長くなる。従って、微細気泡化したオゾンがＷＳＯＣと接触する確率が高くなり、また、水側へ溶解する確率も高くなるので、ＷＳＯＣの分解がより効率的に行われる。
【００４８】
次に、前記循環水貯留部１３ａにおいてＷＳＯＣの分解処理がなされた循環水は、循環水排出配管１５を介してリアクター２に導入される。リアクター２内には所定の光触媒２２が設置されており、スクラバー１においてオゾン分子と接触することなく分解されなかったＷＳＯＣを含有した循環水が容器内に導入されると同時に、紫外線ランプ２３により所定の波長の紫外線が照射される。このように、リアクター２内において、光触媒２２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２３によって照射することにより、価電子帯の正孔による酸化反応と伝導帯の電子による還元反応により、水と酸素からヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等の活性種を生成する。このようにリアクター２内において、正孔ならびにヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等の活性種による酸化反応が起こるため、ＷＳＯＣを効率良く分解することができる。
【００４９】
このようにしてリアクター２においてＷＳＯＣの分解処理が行われた循環水は、前記循環水用配管２５を介して前記スクラバー１の散水ヘッダー１７に供給され、再びスクラバー１内を上昇してくる処理対象空気と接触して、ＷＳＯＣを吸収する。
【００５０】
（１−３）効果
上述したように、本実施例の空気浄化システムにおいては、スクラバー１の底部において、オゾンによる酸化分解を行い、その後、リアクター２内において、光触媒反応を行うことにより、ＷＳＯＣの分解率を大幅に向上させることができるので、オゾン含有微細気泡と布帛などに担持した光触媒とＵＶランプを用いるといった簡易なシステム構成で、工場などのＶＯＣ雰囲気を改善することができる空気浄化システムを提供することができる。
【００５１】
特に、オゾン含有微細気泡を用いることにより、オゾンとＷＳＯＣの直接反応が起こるだけでなく、循環水中に効率良く溶解したオゾン分子は自己分解によりヒドロキシラジカル（・ＯＨ）など様々な活性種を生成する。これにより、水中において、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）など様々な活性種による酸化反応が起こるため、効率良くＷＳＯＣを分解することができる。
【００５２】
この２つの反応はオゾン含有微細気泡があればどこでも起こるため、スクラバー下部やリアクター、さらにそれらを接続する配管途中においても起こり得る。例えば、オゾン含有微細気泡を用いると、循環水中に溶解しきれなかったオゾンがオゾンガスとしてスクラバー１内を上昇する。このオゾンガスにより、処理対象空気中に含まれるＶＯＣの内、水に溶解しない疎水性のＶＯＣも分解することができる。
【００５３】
また、リアクター２に設置された布帛などに担持した光触媒においては、価電子帯の正孔による酸化反応と伝導帯の電子による還元反応により、水と酸素からヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等の活性種を生成する。このように、リアクター２においては、正孔ならびにヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等の活性種による酸化反応が起こるため、より効率良くＷＳＯＣを分解することができる。また、リアクター２においては、スクラバー１や循環水貯留部１３ａよりも循環水の通る幅が狭くなっているため、光触媒やオゾン含有微細気泡とＷＳＯＣの接触確率が高められ、分解効率を上昇させることができる。
【００５４】
また、スクラバーにおけるＷＳＯＣの吸収液として水を用いることで、ランニングコストを削減することができる。さらに、本実施例によれば、ＷＳＯＣを溶解した水を連続して処理することができると共に、再度、スクラバーに供給して利用することが可能となるので、空気の加湿によって失われた水を補給するのみで済み、補給水を大幅に削減することができる。また、スクラバー内に設置する充填材を適切に配置することにより、充填密度すなわち気液接触面積を向上させることができるので、処理対象空気中のＷＳＯＣの除去性能を容易に向上させることができる。
【００５５】
また、本システムは熱などの多大なエネルギーを必要とせず、活性炭などのフィルタ類を使用しないため、産業廃棄物を低減することができる。また、ＶＯＣの完全分解は難しいが、水溶性ＶＯＣで、臭気のある雰囲気の作業環境を大幅に改善することができる。また、布帛などに担持した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、経済性にも優れている。
【００５６】
（２）他の実施例
本発明は上述したような実施例に限定されるものではなく、以下のような変形例が考えられる。例えば、上記の実施例においてスクラバー１に設置した充填材１１の代わりに熱交換コイルを配置して熱回収を行うと共に、そのコイルフィン面に形成した水膜によって処理対象空気中のＷＳＯＣを吸収するように構成しても良い。
【００５７】
また、処理対象室内のＶＯＣ濃度などによって、図２及び図３に示すように、リアクターを少なくとも２つ以上用い、これらを直列に接続したり、並列に接続することもできる。
【００５８】
また、図４に示すように、処理対象室内の所定の測定箇所のＶＯＣ濃度をＶＯＣ計（例えば、ＦＩＤ法ポータブルＶＯＣ分析計ＦＶ−２５０：堀場製作所製）、または、においセンサ（例えば、ニオイセンサＸＰ−３２９III：新コスモス電機製）４０を用いて測定し、処理対象室内のＶＯＣ濃度が予め設定された所定の濃度に達した場合に、制御装置４１によって本システムを稼動させるように構成しても良い。これにより、処理対象空気に含まれるＶＯＣ濃度が低い場合には、適宜、システムの運転を停止することができるので、より経済性に優れた空気浄化システムを提供することができる。なお、図中“点線”は制御装置による制御信号を示している。
【００５９】
また、図５に示すように、循環水用配管２５の途中に、循環水に含まれるＴＯＣ（全有機体炭素）を測定することができるＴＯＣ計５０（例えば、ＴＯＣ−４１１０：島津製作所製）を設置してＴＯＣ濃度を測定し、このＴＯＣ濃度が予め設定された所定の濃度に達した場合に、制御装置４１によって送風機１６を停止させるように構成しても良い。これにより、循環水中のＴＯＣ濃度が高くなった場合には、適宜、送風機の運転を停止し、オゾン含有微細気泡と紫外光照射下での光触媒による分解によって循環水中のＴＯＣ濃度を下げる運転をすることができる。なお、図中“点線”は制御装置による制御信号を示している。
【００６０】
また、図６に示すように、スクラバー１とリアクター２を箱の中に収め、一般住宅などのＶＯＣ雰囲気の改善と加湿を目的とした空気浄化システムを構成することもできる。なお、補給水は水位センサ、または、フロートスイッチを用いて、適宜、補給することができる自動補給式か、または、水位が低位レベルにきた場合、ポンプ及び紫外線ランプが停止し、使用者が補給水を補給したら再度運転を再開するバッチ補給式とすることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１…スクラバー
２…リアクター
１０…筒状容器
１１…充填材
１２…上部空間
１３…下部空間
１３ａ…循環水貯留部
１４…空気供給配管
１５…循環水排出配管
１６…送風機
１７…散水ヘッダー
１８…ミストセパレータ
１９…空気排出配管
２０…オゾン分解触媒フィルタ
２１…筒状容器
２２…光触媒
２３…紫外線ランプ
２４…循環ポンプ
２５…循環水用配管
２６…ステンレス板
３０…微細気泡発生器
３１…微細気泡発生用ポンプ
３１ａ…第１の微細気泡発生用配管
３１ｂ…第２の微細気泡発生用配管
３２…オゾン供給配管
３３…オゾン発生器
４０…ＶＯＣ計又はにおいセンサ
４１…制御装置
５０…ＴＯＣ計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場内の揮発性有機化合物雰囲気を改善することが可能な空気浄化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（以下、ＳＰＭ；Suspended Particulate Matter）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つとなっている。
【０００３】
そのため、ＶＯＣを排出している工場等では、排気ダクトの途中にＶＯＣ処理装置を設置して、ＶＯＣを分解、除去する対策を行っている。しかし、ＶＯＣを溶剤として保管使用している化学工場、塗装工程がある塗装工場や印刷工場、洗浄工程がある工場等では、工場内が常にＶＯＣ雰囲気にさらされており、劣悪な作業環境となっている。
【０００４】
なかでも、ＶＯＣの一部である水溶性の揮発性有機化合物（以下、ＷＳＯＣ；Water Soluble Organic Compounds）は、トルエンなど難水溶性ＶＯＣの代替として、塗装工場で使用されるようになってきているほか、製品の乾燥工場ではイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）が使用されるなど、工場内の空気中にＷＳＯＣが含まれる場合は多い。
【０００５】
このような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知られている（特許文献１、特許文献２等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１６１４２４号公報
【特許文献２】特開２００８−１３３７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、ＣＯ2の排出量が多くなるという問題点があり、コスト面から採用しているのは大規模な事業所のみであり、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。
【０００８】
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た。
【０００９】
一方、ＷＳＯＣ除去には、上記の方法のほか、（ｇ）吸収法の適用が可能であるが、薬液の維持管理や廃液処理が必要なため、ランニングコストが高くなるほか、吸収液として水を使用した場合は、除去性能及び補給水量の増加などの問題点があった。そのため、簡易なシステム構成で、工場内の揮発性有機化合物雰囲気を改善することが可能な空気浄化システムの開発が切望されていた。
【００１０】
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、簡易なシステム構成で、処理対象空気中に含まれる水溶性有機化合物を効率良く分解・除去することができる空気浄化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】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の空気浄化システムは、容器内に所定の充填材が設置され、該充填材の上部から水が滴下されるように構成されると共に、前記充填材の下部に前記充填材の上部から滴下された水が貯留される貯留部が形成され、前記貯留部に、微細気泡を発生させる微細気泡発生器が設置されたスクラバーと、容器内に光触媒及び紫外線ランプが設置されたリアクターとを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の空気浄化システムは、容器内に所定の充填材が設置され、該充填材の上部から水が滴下されるように構成されると共に、前記充填材の下部に前記充填材の上部から滴下された水が貯留される貯留部が形成され、前記貯留部に、微細気泡を発生させる微細気泡発生器が設置されたスクラバーと、容器内に光触媒及び紫外線ランプが設置されたリアクターとを備え、前記スクラバーに処理対象空気を導入して、スクラバー内を滴下する水に水溶性有機化合物を溶解させ、前記貯留部において、前記微細気泡によって、前記水に溶解した水溶性有機化合物の分解処理を行った後、この水を前記リアクターに導入し、前記リアクターにおいて、光触媒及び紫外線によって、水溶性有機化合物の分解処理を行うように構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
上記のような構成を有する請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、スクラバー内において水に溶解した水溶性有機化合物を、スクラバーの底部において微細気泡によって分解させ、その後、リアクター内において光触媒反応によって分解することができるので、水溶性有機化合物の分解率を大幅に向上させることができる。また、スクラバーにおける水溶性有機化合物の吸収液として水を用いることで、ランニングコストを削減することができる。さらに、水溶性有機化合物を溶解した水を連続して処理することができると共に、再度、スクラバーに供給して利用することが可能となるので、空気の加湿によって失われた水を補給するのみで済むので、補給水を大幅に削減することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の空気浄化システムにおいて、前記リアクターにおいて水溶性有機化合物の分解処理がなされた水を、再度前記スクラバーに循環供給するように構成したことを特徴とするものである。
【００１５】
上記のような構成を有する請求項３に記載の発明によれば、スクラバーにおいて水溶性有機化合物を溶解した水を、スクラバーの貯留部及びリアクターにおいて連続して処理することができると共に、再度、スクラバーに供給して利用することが可能となるので、スクラバーへの補給水を大幅に削減することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の空気浄化システムにおいて、前記微細気泡が、オゾン含有微細気泡であることを特徴とするものである。
【００１７】
上記のような構成を有する請求項４に記載の発明によれば、オゾン含有微細気泡中のオゾンとＷＳＯＣの直接反応が起こるだけでなく、オゾン分子が循環水中に効率良く溶解し、水中のオゾン分子は自己分解によりヒドロキシラジカル（・ＯＨ）など様々な活性種を生成する。これにより、水中において、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）など様々な活性種による酸化反応が起こるため、効率良くＷＳＯＣを分解することができる。
【００１８】
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１項に記載の空気浄化システムにおいて、前記光触媒が、粉末状のＴｉＯ2光触媒を所定のプラスチック表面又は繊維小片表面に担持したもの、又は、担持媒体として布帛を用いたものであることを特徴とするものである。
【００１９】
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光触媒を所定のプラスチック表面又は繊維小片表面に担持したものを用い、これを所定の大きさに切断して短冊状にし、処理対象となる溶液内に分散させ、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。また、２５４ｎｍ等の短波長の紫外線を用いれば、オゾンから活性種も生成されるため、より効率的に分解が起こる可能性がある。さらに分解効率を高めるためには、担持媒体として布帛を用いると良い。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の空気浄化システムにおいて、前記リアクターが複数個用いられ、それらが互いに直列に接続されていることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の空気浄化システムにおいて、前記リアクターが複数個用いられ、それらが互いに並列に接続されていることを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項６又は請求項７に記載の発明によれば、処理対象空気中に含まれる揮発性有機化合物の濃度が高い場合などにも対応することができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の空気浄化システムにおいて、前記リアクターの内壁にステンレス板が設置されていることを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項８に記載の発明によれば、リアクター内に設置された紫外線ランプから照射される紫外光をより効率良く光触媒に照射することができる。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、請求項２乃至請求項８のいずれか１項に記載の空気浄化システムにおいて、前記処理対象空気に含まれる揮発性有機化合物濃度を測定し、この測定値に基づいて、該システムの運転を制御するように構成したことを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項９に記載の発明によれば、処理対象空気に含まれる揮発性有機化合物濃度が低い場合には、適宜、システムの運転を停止することができるので、より経済性に優れた空気浄化システムを提供することができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明は、請求項３乃至請求項９のいずれか１項に記載の空気浄化システムにおいて、前記リアクターにおいて水溶性有機化合物の分解処理がなされた水に含まれる全有機炭素濃度を測定し、この測定値に基づいて、該システムの運転を制御するように構成したことを特徴とするものである。
【００２４】
上記のような構成を有する請求項１０に記載の発明によれば、リアクターにおいて水溶性有機化合物の分解処理がなされた水に含まれる全有機炭素濃度（ＴＯＣ濃度）が高い場合には、適宜、送風機の運転を停止し、オゾン含有微細気泡と紫外光照射下での光触媒による分解によって循環水中のＴＯＣ濃度を下げる運転をすることができるので、より有用性の高い空気浄化システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、簡易なシステム構成で、処理対象空気中に含まれる水溶性有機化合物を効率良く分解・除去することができる空気浄化システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る空気浄化システムの実施例１の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る空気浄化システムの他の実施例の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る空気浄化システムの他の実施例の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る空気浄化システムの他の実施例の構成を示す図である。
【図５】本発明に係る空気浄化システムの他の実施例の構成を示す図である。
【図６】本発明に係る空気浄化システムの他の実施例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る空気浄化システムの具体的な実施の形態を、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２８】
（１−１）実施例１の構成
（１−１−１）全体構成
本実施例の空気浄化システムは、図１に示すように、大別して、ＷＳＯＣを含む処理対象空気を水と接触させることにより、処理対象空気中のＷＳＯＣ濃度を低減させるスクラバー１と、このスクラバー１に供給される循環水に溶解したＷＳＯＣを、所定の紫外光照射下で光触媒によって分解するリアクター２とから構成されている。
【００２９】
（１−１−２）スクラバーの構成
前記スクラバー１は筒状容器１０から構成され、その容器の中央部には所定の充填材１１が充填され、この充填材１１の上下にはそれぞれ上部空間１２及び下部空間１３が形成されている。そして、前記下部空間１３の底部には、処理対象空気中に含まれるＷＳＯＣを溶解した循環水が貯留されるように構成されている（以下、循環水貯留部１３ａという）。
【００３０】
また、前記下部空間１３の上側部には、処理対象空気を該スクラバー１内に導入する空気供給配管１４が接続されると共に、前記循環水貯留部１３ａの側部には、空気中のＷＳＯＣを溶解した循環水を後述するリアクター２に送るための循環水排出配管１５が接続されている。なお、前記空気供給配管１４には送風機１６が設けられ、スクラバー１内に導入する空気量を適宜調整できるように構成されている。また、前記筒状容器１０には、円柱状容器だけでなく、角柱状容器も含まれる。
【００３１】
また、前記循環水貯留部１３ａ内には微細気泡発生器３０が設置され、前記スクラバー１の下部から導出された第１の微細気泡発生用配管３１ａ、この配管３１ａに接続された微細気泡発生用ポンプ３１、さらに第２の微細気泡発生用配管３１ｂを介して、その末端に設置された前記微細気泡発生器３０から微細気泡を発生させることができるように構成されている。また、前記微細気泡発生器３０には、オゾン供給配管３２を介してオゾン発生器３３あるいはオゾンガスボンベが接続され、前記微細気泡発生器３０にオゾンガスを供給することができるように構成されている。
【００３２】
なお、前記微細気泡発生器３０は、高速せん断方式等によりｎｍサイズ又はμｍサイズ、あるいはその両方の気泡径を有する微細気泡を発生させる装置であり、これにより循環水貯留部１３ａ内において数十ｎｍ〜数十μｍの微細気泡を発生させることができるように構成されている。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数十ｎｍ〜数十μｍの微細な気泡をいう。
【００３３】
ここで、微細気泡を発生させる方法としては、ガラスや金属やセラミックなどの微粒子を弱く結合したポーラスフィルタ、または、金属板などに微細孔を開け、空気を加圧しながら押込み、急速な流れを作ることで微細気泡を発生させる方法、エゼクタ一方式、スタティックミキサー方式、ベンチュリー管方式、または、加圧溶解方式がある。これらのうちいずれか、または、少なくとも２つ以上を組み合わせて微細気泡を発生させる。
【００３４】
また、オゾンによって酸化される有機物としては、不飽和結合を有するオレフィン系やアセチレン系化合物、芳香族短環・縮合環化合物、炭素・炭素二重結合を持つ化合物、アミン、硫化物などの求核類、アルコール、アルデヒド、エーテルなどの酸素を含む化合物、さまざまな型の炭素・金属結合などが挙げられる。これらの物質が処理対象空気中に存在していれば、本システムにおいて分解・除去することができる。
【００３５】
なお、図１に示した本実施例においては、微細気泡発生器３０にはオゾン供給配管３２を介してオゾンが導入されるように構成されているが、循環水に溶解したＷＳＯＣ濃度が低い場合は、オゾンの代わりに空気を投入して、微細気泡を発生させるように構成しても良い。
【００３６】
また、前記スクラバー１の上部空間１２には散水ヘッダー１７が設けられ、後述するリアクター２で処理された循環水を前記充填材１１に散水することができるように構成されている。また、散水ヘッダー１７の上部にはミストセパレータ１８が設けられ、このミストセパレータ１８を通過した処理後の空気が、筒状容器１０の上端に設けられた空気排出配管１９を介して再び処理対象室内に供給されるように構成されている。なお、この空気排出配管１９には、オゾン分解触媒フィルタ２０が設置されている。
【００３７】
なお、前記オゾン分解触媒フィルタ２０は連続した多孔質形状、三次元網目構造、または、ハニカム形状となっており、空気排出配管１９中に設置されている。また、オゾン分解触媒フィルタ２０は、二酸化マンガンやニッケル酸化物などを主成分としており、これらをフィルタ担体に担持して構成されている（例えば、ハニフル−ＺＣＨ２シリーズ：ニチアス製）。
【００３８】
上記のような構成を有するスクラバー１においては、筒状容器１０の下方から導入された処理対象空気中のＷＳＯＣは、散水ヘッダー１７によって上部から滴下された循環水（水）と効率良く接触し、充填材１１の表面に形成された液膜によって吸収され、処理対象空気中から除去される。
【００３９】
なお、上記充填材１１としては、有効面積が大きく、圧損が小さいこと、合成樹脂製で化学的、機械的性質が強いこと、軽量で充填材取出し作業が容易であること、懸濁物質（ＳＳ）などの付着物の除去が容易であること、といった条件を満たす充填材が好ましい（例えば、テラレット（商品名）：月島環境エンジニアリング社製）。なお、処理対象物質によっては、容易に気液接触面積を向上できる気化式加湿膜（例えば、ＶＨＲシリーズ：ウェットマスター社製）を利用しても良い。
【００４０】
（１−１−３）リアクターの構成
前記リアクター２は筒状容器２１から構成され、その容器内には、布帛などに担持した所定の光触媒２２と紫外線ランプ２３が設置されている。また、このリアクター２は、前記循環水排出配管１５及び循環ポンプ２４を介して、スクラバー１から排出された循環水がリアクター２の下部から導入されるように構成されている。また、リアクター２の上部には循環水用配管２５が接続され、この循環水用配管２５を介して、処理後の循環水がスクラバー１内に設置された前記散水ヘッダー１７に供給されるように構成されている。さらに、前記リアクター２の内壁には、紫外光を反射するステンレス板２６が設置されている。なお、前記布帛とは、織物、編み物、不織布などの繊維製品を指す。
【００４１】
なお、前記光触媒２２としては、粉末状ＴｉＯ2光触媒をプラスチック表面や繊維小片表面に担持したもの、又は、担持媒体として布帛（ポリオレフィンのような疎水性繊維または親水性繊維）を用いたものを、所定の大きさに切って短冊状にしたものを用いることが好ましい。そして、粉末状ＴｉＯ2光触媒をプラスチック表面や繊維小片表面に担持したもの、又は、粉末状ＴｉＯ2光触媒を担持した布帛をリアクター２内に分散させ、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、容器の中央部に層状に固定配置する。
【００４２】
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（主波長２５４ｎｍ（ＵＶ254）、主波長２５４ｎｍ（１８５ｎｍを数％含む、（ＵＶ254+185））を用いることが好ましい。
【００４３】
なお、上記のように構成した光触媒２２をリアクター２内に分散配置した場合には、光触媒２２は容器内の水流により移動が可能となるため、紫外線ランプ２３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。また、本実施例においては、リアクター２の内壁に紫外光を反射するステンレス板２６を設置したことにより、紫外線ランプ２３から照射される紫外光をより効率良く光触媒２２に照射することができる。なお、前記筒状容器２１には、円柱状容器だけでなく、角柱状容器も含まれる。また、前記リアクター２の径は、前記スクラバー１の径より小さく設定されている。
【００４４】
（１−２）作用
上記のような構成を有する本実施例の空気浄化システムは、以下のように作用する。まず、スクラバー１においては、散水ヘッダー１７によって上部から滴下された循環水（水）によって充填材１１の表面に液膜が形成されている。このスクラバー１に、空気供給配管１４を介してＷＳＯＣを含む処理対象空気が導入されると、この処理対象空気は筒状のスクラバー１内を上昇し、充填材１１の表面に形成された液膜と接触する。その結果、処理対象空気中に含まれるＷＳＯＣは、充填材１１の表面に形成された液膜によって吸収され、処理対象空気中から除去される。
【００４５】
このようにしてＷＳＯＣが除去された処理対象空気は、ミストセパレータ１８を経た後、空気排出配管１９を介して再び室内に供給される。なお、この場合、スクラバー１の循環水貯留部１３ａで発生させたオゾンが処理対象空気中に混入したとしても、オゾン分解触媒フィルタ２０によって分解処理される。
【００４６】
一方、前記充填材１１の表面に形成された液膜によって処理対象空気中のＷＳＯＣを溶解した循環水は、スクラバー１の底部の循環水貯留部１３ａに貯留される。そして、この循環水貯留部１３ａにおいて、微細気泡発生器３０によって循環水中にオゾン含有微細気泡を発生させる。この微細気泡は表面積がミリバブルなどに比べて非常に小さく、気液接触面積が大きいことから、オゾン含有微細気泡中のオゾン分子が循環水中に効率良く溶解する。これにより、オゾン含有微細気泡中のオゾンとＷＳＯＣの直接反応が起こるだけでなく、循環水中に溶解したオゾン分子は自己分解によりヒドロキシラジカル（・ＯＨ）など様々な活性種を生成する。その結果、水中において、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）など様々な活性種による酸化反応が起こるため、効率良くＷＳＯＣを分解することができる。
【００４７】
また、一般に、微細気泡には上昇速度が遅いという特徴があり、直径５０μｍで常温の水中の上昇速度は８４ｍｍ／ｍｉｎであることが報告されている。スクラバー下部において微細気泡化したオゾンガスは上昇する時間が通常の気泡サイズであるミリバブルなどに比べて非常に長くなる。従って、微細気泡化したオゾンがＷＳＯＣと接触する確率が高くなり、また、水側へ溶解する確率も高くなるので、ＷＳＯＣの分解がより効率的に行われる。
【００４８】
次に、前記循環水貯留部１３ａにおいてＷＳＯＣの分解処理がなされた循環水は、循環水排出配管１５を介してリアクター２に導入される。リアクター２内には所定の光触媒２２が設置されており、スクラバー１においてオゾン分子と接触することなく分解されなかったＷＳＯＣを含有した循環水が容器内に導入されると同時に、紫外線ランプ２３により所定の波長の紫外線が照射される。このように、リアクター２内において、光触媒２２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２３によって照射することにより、価電子帯の正孔による酸化反応と伝導帯の電子による還元反応により、水と酸素からヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等の活性種を生成する。このようにリアクター２内において、正孔ならびにヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等の活性種による酸化反応が起こるため、ＷＳＯＣを効率良く分解することができる。
【００４９】
このようにしてリアクター２においてＷＳＯＣの分解処理が行われた循環水は、前記循環水用配管２５を介して前記スクラバー１の散水ヘッダー１７に供給され、再びスクラバー１内を上昇してくる処理対象空気と接触して、ＷＳＯＣを吸収する。
【００５０】
（１−３）効果
上述したように、本実施例の空気浄化システムにおいては、スクラバー１の底部において、オゾンによる酸化分解を行い、その後、リアクター２内において、光触媒反応を行うことにより、ＷＳＯＣの分解率を大幅に向上させることができるので、オゾン含有微細気泡と布帛などに担持した光触媒とＵＶランプを用いるといった簡易なシステム構成で、工場などのＶＯＣ雰囲気を改善することができる空気浄化システムを提供することができる。
【００５１】
特に、オゾン含有微細気泡を用いることにより、オゾンとＷＳＯＣの直接反応が起こるだけでなく、循環水中に効率良く溶解したオゾン分子は自己分解によりヒドロキシラジカル（・ＯＨ）など様々な活性種を生成する。これにより、水中において、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）など様々な活性種による酸化反応が起こるため、効率良くＷＳＯＣを分解することができる。
【００５２】
この２つの反応はオゾン含有微細気泡があればどこでも起こるため、スクラバー下部やリアクター、さらにそれらを接続する配管途中においても起こり得る。例えば、オゾン含有微細気泡を用いると、循環水中に溶解しきれなかったオゾンがオゾンガスとしてスクラバー１内を上昇する。このオゾンガスにより、処理対象空気中に含まれるＶＯＣの内、水に溶解しない疎水性のＶＯＣも分解することができる。
【００５３】
また、リアクター２に設置された布帛などに担持した光触媒においては、価電子帯の正孔による酸化反応と伝導帯の電子による還元反応により、水と酸素からヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等の活性種を生成する。このように、リアクター２においては、正孔ならびにヒドロキシラジカル（・ＯＨ）等の活性種による酸化反応が起こるため、より効率良くＷＳＯＣを分解することができる。また、リアクター２においては、スクラバー１や循環水貯留部１３ａよりも循環水の通る幅が狭くなっているため、光触媒やオゾン含有微細気泡とＷＳＯＣの接触確率が高められ、分解効率を上昇させることができる。
【００５４】
また、スクラバーにおけるＷＳＯＣの吸収液として水を用いることで、ランニングコストを削減することができる。さらに、本実施例によれば、ＷＳＯＣを溶解した水を連続して処理することができると共に、再度、スクラバーに供給して利用することが可能となるので、空気の加湿によって失われた水を補給するのみで済み、補給水を大幅に削減することができる。また、スクラバー内に設置する充填材を適切に配置することにより、充填密度すなわち気液接触面積を向上させることができるので、処理対象空気中のＷＳＯＣの除去性能を容易に向上させることができる。
【００５５】
また、本システムは熱などの多大なエネルギーを必要とせず、活性炭などのフィルタ類を使用しないため、産業廃棄物を低減することができる。また、ＶＯＣの完全分解は難しいが、水溶性ＶＯＣで、臭気のある雰囲気の作業環境を大幅に改善することができる。また、布帛などに担持した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、経済性にも優れている。
【００５６】
（２）他の実施例
本発明は上述したような実施例に限定されるものではなく、以下のような変形例が考えられる。例えば、上記の実施例においてスクラバー１に設置した充填材１１の代わりに熱交換コイルを配置して熱回収を行うと共に、そのコイルフィン面に形成した水膜によって処理対象空気中のＷＳＯＣを吸収するように構成しても良い。
【００５７】
また、処理対象室内のＶＯＣ濃度などによって、図２及び図３に示すように、リアクターを少なくとも２つ以上用い、これらを直列に接続したり、並列に接続することもできる。
【００５８】
また、図４に示すように、処理対象室内の所定の測定箇所のＶＯＣ濃度をＶＯＣ計（例えば、ＦＩＤ法ポータブルＶＯＣ分析計ＦＶ−２５０：堀場製作所製）、または、においセンサ（例えば、ニオイセンサＸＰ−３２９III：新コスモス電機製）４０を用いて測定し、処理対象室内のＶＯＣ濃度が予め設定された所定の濃度に達した場合に、制御装置４１によって本システムを稼動させるように構成しても良い。これにより、処理対象空気に含まれるＶＯＣ濃度が低い場合には、適宜、システムの運転を停止することができるので、より経済性に優れた空気浄化システムを提供することができる。なお、図中“点線”は制御装置による制御信号を示している。
【００５９】
また、図５に示すように、循環水用配管２５の途中に、循環水に含まれるＴＯＣ（全有機体炭素）を測定することができるＴＯＣ計５０（例えば、ＴＯＣ−４１１０：島津製作所製）を設置してＴＯＣ濃度を測定し、このＴＯＣ濃度が予め設定された所定の濃度に達した場合に、制御装置４１によって送風機１６を停止させるように構成しても良い。これにより、循環水中のＴＯＣ濃度が高くなった場合には、適宜、送風機の運転を停止し、オゾン含有微細気泡と紫外光照射下での光触媒による分解によって循環水中のＴＯＣ濃度を下げる運転をすることができる。なお、図中“点線”は制御装置による制御信号を示している。
【００６０】
また、図６に示すように、スクラバー１とリアクター２を箱の中に収め、一般住宅などのＶＯＣ雰囲気の改善と加湿を目的とした空気浄化システムを構成することもできる。なお、補給水は水位センサ、または、フロートスイッチを用いて、適宜、補給することができる自動補給式か、または、水位が低位レベルにきた場合、ポンプ及び紫外線ランプが停止し、使用者が補給水を補給したら再度運転を再開するバッチ補給式とすることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１…スクラバー
２…リアクター
１０…筒状容器
１１…充填材
１２…上部空間
１３…下部空間
１３ａ…循環水貯留部
１４…空気供給配管
１５…循環水排出配管
１６…送風機
１７…散水ヘッダー
１８…ミストセパレータ
１９…空気排出配管
２０…オゾン分解触媒フィルタ
２１…筒状容器
２２…光触媒
２３…紫外線ランプ
２４…循環ポンプ
２５…循環水用配管
２６…ステンレス板
３０…微細気泡発生器
３１…微細気泡発生用ポンプ
３１ａ…第１の微細気泡発生用配管
３１ｂ…第２の微細気泡発生用配管
３２…オゾン供給配管
３３…オゾン発生器
４０…ＶＯＣ計又はにおいセンサ
４１…制御装置
５０…ＴＯＣ計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に所定の充填材が設置され、該充填材の上部から水が滴下されるように構成されると共に、前記充填材の下部に前記充填材の上部から滴下された水が貯留される貯留部が形成され、前記貯留部に、微細気泡を発生させる微細気泡発生器が設置されたスクラバーと、
容器内に光触媒及び紫外線ランプが設置されたリアクターとを備えたことを特徴とする空気浄化システム。
【請求項２】
容器内に所定の充填材が設置され、該充填材の上部から水が滴下されるように構成されると共に、前記充填材の下部に前記充填材の上部から滴下された水が貯留される貯留部が形成され、前記貯留部に、微細気泡を発生させる微細気泡発生器が設置されたスクラバーと、
容器内に光触媒及び紫外線ランプが設置されたリアクターとを備え、
前記スクラバーに処理対象空気を導入して、スクラバー内を滴下する水に水溶性有機化合物を溶解させ、
前記貯留部において、前記微細気泡によって、前記水に溶解した水溶性有機化合物の分解処理を行った後、この水を前記リアクターに導入し、
前記リアクターにおいて、光触媒及び紫外線によって、水溶性有機化合物の分解処理を行うように構成したことを特徴とする空気浄化システム。
【請求項３】
前記リアクターにおいて水溶性有機化合物の分解処理がなされた水を、再度前記スクラバーに循環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に記載の空気浄化システム。
【請求項４】
前記微細気泡が、オゾン含有微細気泡であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の空気浄化システム。
【請求項５】
前記光触媒が、粉末状のＴｉＯ2光触媒を所定のプラスチック表面又は繊維小片表面に担持したもの、又は、担持媒体として布帛を用いたもの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１項に記載の空気浄化システム。
【請求項６】
前記リアクターが複数個用いられ、それらが互いに直列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の空気浄化システム。
【請求項７】
前記リアクターが複数個用いられ、それらが互いに並列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の空気浄化システム。
【請求項８】
前記リアクターの内壁にステンレス板が設置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の空気浄化システム。
【請求項９】
前記処理対象空気に含まれる揮発性有機化合物濃度を測定し、この測定値に基づいて、該システムの運転を制御するように構成したことを特徴とする請求項２乃至請求項８のいずれか１項に記載の空気浄化システム。
【請求項１０】
前記リアクターにおいて水溶性有機化合物の分解処理がなされた水に含まれる全有機炭素濃度を測定し、この測定値に基づいて、該システムの運転を制御するように構成したことを特徴とする請求項３乃至請求項９のいずれか１項に記載の空気浄化システム。
【請求項１】
容器内に所定の充填材が設置され、該充填材の上部から水が滴下されるように構成されると共に、前記充填材の下部に前記充填材の上部から滴下された水が貯留される貯留部が形成され、前記貯留部に、微細気泡を発生させる微細気泡発生器が設置されたスクラバーと、
容器内に光触媒及び紫外線ランプが設置されたリアクターとを備えたことを特徴とする空気浄化システム。
【請求項２】
容器内に所定の充填材が設置され、該充填材の上部から水が滴下されるように構成されると共に、前記充填材の下部に前記充填材の上部から滴下された水が貯留される貯留部が形成され、前記貯留部に、微細気泡を発生させる微細気泡発生器が設置されたスクラバーと、
容器内に光触媒及び紫外線ランプが設置されたリアクターとを備え、
前記スクラバーに処理対象空気を導入して、スクラバー内を滴下する水に水溶性有機化合物を溶解させ、
前記貯留部において、前記微細気泡によって、前記水に溶解した水溶性有機化合物の分解処理を行った後、この水を前記リアクターに導入し、
前記リアクターにおいて、光触媒及び紫外線によって、水溶性有機化合物の分解処理を行うように構成したことを特徴とする空気浄化システム。
【請求項３】
前記リアクターにおいて水溶性有機化合物の分解処理がなされた水を、再度前記スクラバーに循環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に記載の空気浄化システム。
【請求項４】
前記微細気泡が、オゾン含有微細気泡であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の空気浄化システム。
【請求項５】
前記光触媒が、粉末状のＴｉＯ2光触媒を所定のプラスチック表面又は繊維小片表面に担持したもの、又は、担持媒体として布帛を用いたもの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１項に記載の空気浄化システム。
【請求項６】
前記リアクターが複数個用いられ、それらが互いに直列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の空気浄化システム。
【請求項７】
前記リアクターが複数個用いられ、それらが互いに並列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の空気浄化システム。
【請求項８】
前記リアクターの内壁にステンレス板が設置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の空気浄化システム。
【請求項９】
前記処理対象空気に含まれる揮発性有機化合物濃度を測定し、この測定値に基づいて、該システムの運転を制御するように構成したことを特徴とする請求項２乃至請求項８のいずれか１項に記載の空気浄化システム。
【請求項１０】
前記リアクターにおいて水溶性有機化合物の分解処理がなされた水に含まれる全有機炭素濃度を測定し、この測定値に基づいて、該システムの運転を制御するように構成したことを特徴とする請求項３乃至請求項９のいずれか１項に記載の空気浄化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−３１２２７（Ｐ２０１１−３１２２７Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８３２１８（Ｐ２００９−１８３２１８）
【出願日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【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）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【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）】
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