(57)【要約】【課題】多様な種類の揮発性有機化合物を含有する排ガスから揮発性有機化合物を高い効率で除去することができ、環境負荷が小さい脱臭装置及び脱臭方法を提供する。【解決手段】揮発性有機化合物を含有する排ガスの脱臭装置であって、排ガス中の芳香族化合物を吸着除去する吸着装置と、該吸着装置から芳香族化合物が吸着除去された排ガスの供給を受けて残存する揮発性有機化合物を生物分解する生物脱臭装置とを有することを特徴とする脱臭装置。【選択図】  図１
2010214280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揮発性有機化合物を含有する排ガスの脱臭装置であって、
前記排ガス中の芳香族化合物を吸着除去する吸着装置と、該吸着装置から芳香族化合物が吸着除去された排ガスの供給を受けて残存する揮発性有機化合物を生物分解する生物脱臭装置とを有することを特徴とする脱臭装置。
【請求項２】
前記吸着装置の上流側又は前記生物脱臭装置の上流側のいずれか一方に、又は前記吸着装置の上流側及び前記生物脱臭装置の上流側のそれぞれに排ガス温度を調節するガス温度調節装置を設けたことを特徴とする請求項１に記載の脱臭装置。
【請求項３】
前記吸着装置は、所定間隔を離して配置された複数の平板状の吸着剤充填層を有する着脱可能な吸着剤カートリッジを有し、該吸着剤カートリッジ内において、前記吸着剤充填層の一方の側面側に供給された排ガスが他方の側面側に向かって前記吸着剤充填層を通過するような排ガス流れが形成されると共に、前記吸着剤カートリッジに供給された排ガスが前記複数の吸着剤充填層に分配されて流れるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の脱臭装置。
【請求項４】
前記生物脱臭装置は、生物を固定化した担体を充填した複数の担体充填層が所定間隔を離して配置され、前記担体充填層の一方の側面側に供給された排ガスが他方の側面に向かって前記担体充填層を通過するような排ガス流れが形成されると共に、隣接する前記担体充填層の間に、一方の担体充填層に流入する排ガスと他方の担体充填層から流出する排ガスとを分離するセパレータが設けられ、前記生物脱臭装置に供給された排ガスが複数の担体充填層に分配されて流れるように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の脱臭装置。
【請求項５】
揮発性有機化合物を含有する排ガスの脱臭方法であって、
該排ガス中の芳香族化合物を吸着剤により吸着除去する吸着工程と、吸着工程により芳香族化合物が吸着除去された排ガスの供給を受けて残存する揮発性有機化合物を生物分解する生物脱臭工程とを有することを特徴とする脱臭方法。
【請求項６】
前記吸着工程の前及び／または生物脱臭工程の前に、排ガス温度を調節するガス温度調節工程を有することを特徴とする請求項５に記載の脱臭方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗装、印刷などの塗料、ニス、インク等の揮発性有機化合物を使用するプロセス、および揮発性有機化合物の熱処理プロセスなどから排出される、揮発性有機化合物を含有する排ガスの脱臭装置及び脱臭方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
臭気の成分であり、光化学オキシダントや浮遊粒子状物質の原因物質である揮発性有機化合物（以下、「ＶＯＣ」ということがある）を含有する排ガスからＶＯＣを除去する脱臭方法としては、燃焼法、薬液洗浄法、吸着法等の物理化学的手法や、土壌脱臭法、活性汚泥法等の生物学的方法（特許文献１，２参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２９９７４９号公報
【特許文献２】特開２００２−１５３７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃焼法、薬液洗浄法は、高い除去率でのＶＯＣ除去が可能である一方で、問題点がある。すなわち、燃焼法では燃料費などの運転コストが嵩むことや、燃料の燃焼により二酸化炭素が生じ二次的な環境負荷が大きいという問題がある。
また、薬液洗浄法は使用する薬液費などの運転コストが嵩むことや、洗浄処理後の反応生成物の処理が必要であるという問題がある。
【０００５】
微生物によりＶＯＣを分解する生物処理方法は、ランニングコストの低廉さ、二次的な生成物が少ないなどの環境負荷の低さから、昨今注目されてきている。しかし、この生物処理方法においては、疎水性、難水溶性の揮発性有機化合物、あるいは芳香族化合物に対しては、分解が困難であり高い除去効率を得ることは難しい。
また、生物処理が可能なＶＯＣであっても、それらのＶＯＣを処理する微生物群は、処理対象のＶＯＣ中の炭素を栄養源とする細菌であり、一般的に大きな増殖速度を示す。そのため、排ガス中のＶＯＣの濃度が高い（例えば数10ppm〜数100ppm程度）場合には微生物の活発な増殖がおこり、微生物数が増大して微生物充填層の微生物密度が大きくなり微生物充填層を収容した生物脱臭装置の圧力損失が増大して排ガスの流送に支障が生じることや、排ガスと微生物間の接触効率が低下するなどのトラブルを引き起こすことがある。このような微生物の活発な増殖現象は、微生物の得る栄養が多くなるような1分子あたりの炭素数が多い（分子量の大きい）ＶＯＣの含有量が多い排ガスの場合に起き易い。
【０００６】
また、ＶＯＣの他の脱臭法として活性炭等の吸着剤を用いる吸着除去法がある。この吸着除去法は、分子量が大きく沸点が高い有機化合物の除去に適しており、また酸性ガス、塩基性ガスの吸着性をより高めるべく表面に薬剤を添着した添着活性炭が用いられるケースもある。
しかしながら、この吸着除去法では、排ガス中に多様な種類のＶＯＣが含まれている場合に、全てのＶＯＣを高い効率で除去することは困難であることが多く、特に低分子量の有機化合物や、活性炭の特性、添着薬剤の種類に適しないＶＯＣに対しては必ずしも高い除去効率が得られないという問題がある。
【０００７】
本発明は、以上の問題に鑑みてなされたものであり、多様な種類の揮発性有機化合物を含有する排ガスから揮発性有機化合物を高い効率で除去することができ、環境負荷が小さい脱臭装置及び脱臭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】
【０００８】
（１）本発明に係る脱臭装置は、揮発性有機化合物を含有する排ガスの脱臭装置であって、前記排ガス中の芳香族化合物を吸着除去する吸着装置と、該吸着装置から芳香族化合物が吸着除去された排ガスの供給を受けて残存する揮発性有機化合物を生物分解する生物脱臭装置とを有することを特徴とするものである。
【０００９】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記吸着装置の上流側又は前記生物脱臭装置の上流側のいずれか一方に、又は前記吸着装置の上流側及び前記生物脱臭装置の上流側のそれぞれに排ガス温度を調節するガス温度調節装置を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記吸着装置は、所定間隔を離して配置された複数の平板状の吸着剤充填層を有する着脱可能な吸着剤カートリッジを有し、該吸着剤カートリッジ内において、前記吸着剤充填層の一方の側面側に供給された排ガスが他方の側面側に向かって前記吸着剤充填層を通過するような排ガス流れが形成されると共に、前記吸着剤カートリッジに供給された排ガスが前記複数の吸着剤充填層に分配されて流れるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
（４）また、上記（１）〜（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記生物脱臭装置は、生物を固定化した担体を充填した複数の担体充填層が所定間隔を離して配置され、前記担体充填層の一方の側面側に供給された排ガスが他方の側面に向かって前記担体充填層を通過するような排ガス流れが形成されると共に、隣接する前記担体充填層の間に、一方の担体充填層に流入する排ガスと他方の担体充填層から流出する排ガスとを分離するセパレータが設けられ、前記生物脱臭装置に供給された排ガスが複数の担体充填層に分配されて流れるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
（５）本発明に係る脱臭方法は、揮発性有機化合物を含有する排ガスの脱臭方法であって、該排ガス中の芳香族化合物を吸着剤により吸着除去する吸着工程と、吸着工程により芳香族化合物が吸着除去された排ガスの供給を受けて残存する揮発性有機化合物を生物分解する生物脱臭工程とを有することを特徴とするものである。
【００１３】
（６）また、上記（５）に記載のものにおいて、前記吸着工程の前及び／または生物脱臭工程の前に、排ガス温度を調節するガス温度調節工程を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、揮発性有機化合物を含有する排ガスの脱臭を行うために、１段目に吸着装置を設け、該吸着装置によって、排ガスから揮発性有機化合物のうち、分子量の大きな、沸点の比較的高い芳香族化合物を選択的に吸着除去し、これにより排ガスから生物分解処理に適さない芳香族化合物を低減除去して生物分解処理が安定して行われるようなガス性状にして、排ガスを生物脱臭装置に導入して残存する揮発性有機化合物すなわち分子量の小さな、沸点の比較的低い揮発性有機化合物を生物分解除去することにより、排ガス中の多様な種類の揮発性有機化合物を高い効率で除去することができる。
このように、本発明によれば、揮発性有機化合物を含有する排ガスから多様な種類の揮発性有機化合物を高い効率で除去することができ、運転コストが低廉で環境負荷が小さい脱臭装置及び脱臭方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る脱臭装置の説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る脱臭装置の吸着塔に用いる脱臭剤カートリッジの説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る脱臭装置に用いる吸着塔の説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る脱臭装置に用いる吸着塔の他の態様の説明図である。
【図５】図４の矢視Ａ−Ａ図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る脱臭装置における生物脱臭装置の説明図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る脱臭装置の説明図である。
【図８】本発明の一実施例における排ガス処理フローの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［実施形態１］
図１は本発明の一実施の形態に係る脱臭装置を説明する説明図である。本実施の形態に係る脱臭装置は、ＶＯＣガス発生源１の排ガスラインに設けられたプレフィルタ３の下流側に設けられて排ガス中の芳香族化合物を吸着除去する吸着塔５、吸着塔５の下流側に設けられ、芳香族化合物が吸着除去された排ガスの供給を受けて残存する揮発性有機化合物を生物分解する生物脱臭装置７を備えている。生物脱臭装置７によって揮発性有機化合物を生物分解された排ガスは煙突９を介して大気へ放出される。
以下、脱臭装置を構成する各装置をさらに詳細に説明する。
【００１７】
＜吸着塔＞
吸着塔５には、活性炭等の吸着剤の充填層が設けられている。充填層の設け方としては、吸着塔５に吸着剤をそのまま充填する形態も可能であるが、図２に示すような着脱可能な吸着剤カートリッジ１１に吸着剤を充填してなる吸着剤層１３を形成し、図３に示すように複数段の吸着剤カートリッジ１１を吸着塔５に設置するような形態であってもよい。
【００１８】
吸着剤カートリッジ１１の上流端面にはガス入口１５と蓋部１７が交互に設けられている。また、吸着剤カートリッジ１１の下流端面においては、前記上流端面のガス入口１５に対応する部位には蓋部１７が設けられ、前記上流端面の蓋部１７に対応する部位にはガス出口１９が設けられている。
また、吸着剤カートリッジ１１内においては、図２に示すように、複数の平板状の吸着剤層１３が所定間隔を離して略平行に配置されており、ガス入口１５を通じて吸着剤層１３の一方の側面側に供給されたガスが、吸着剤層１３を通過して他方の側面側に抜けるようなガス流れが形成されており、吸着剤カートリッジ１１に送られたガスは複数の吸着剤層１３に分配され吸着除去処理される。
【００１９】
図２に示す吸着剤カートリッジ１１は、排ガスと吸着剤層１３が側流式で接触する構造であるため、ガスが接触する吸着剤層１３の面積を大きくとることができ、吸着塔５の設置面積が小さく経済的である。また、吸着剤層１３は、通常、数センチメートル程度と非常に薄いため圧力損失を小さくでき、ブロワーが小型化され経済的である。
さらに、吸着剤層１３は互いに略平行でかつ面対称な配置となっており、かつ吸着剤が蓋部１７との間に隙間が生じないように圧密充填されているため、高い吸着性能を発揮するためには必須であるガス流れの均一化が可能となり、ガスのショートパス（吹き抜け）が防止され、吸着剤層１３とガスとの接触効率が高く、吸着時において高い性能が発揮される。
またさらに、カートリッジ構造を有しているため、吸着塔５からのカートリッジの着脱が容易であり、吸着剤の交換や装置内の点検等のメンテナンスを容易に行なうことができる。
【００２０】
なお、吸着剤カートリッジ１１１機あたりの寸法が大きくなると、メンテナンス時の吸着塔５からの着脱作業性が悪くなることから、例えば数万〜数十万m3/hという多量のガスを処理するような場合には、複数の吸着剤カートリッジ１１を吸着塔内に並列に並べ、かつ直列に複数段設置して用いることが好ましい。図４及び図４の矢視Ａ−Ａ断面図である図５に示す例では、並列に４個の吸着剤カートリッジ１１を並べ、これを直列に２段設置した例を示している。このように、吸着剤カートリッジ１１を用いることにより、使用条件に応じて、吸着剤カートリッジ１１の配置を並列、直列に組合せ、最適な配置で使用することができる。
【００２１】
＜生物脱臭装置＞
生物脱臭装置７には微生物を固定化した担体の担体充填層２１が設けられている。図６は担体充填層２１の配置構造を説明する説明図である。
担体充填層２１は、複数（この例では３個）の担体充填層２１が所定の間隔を離して上下に平行に配置されている。そして、担体充填層２１の一側面側に排ガス入口２３が設けられ、該排ガス入口２３から流入した排ガスは担体充填層２１の一方の側面側（図中上面側）に供給され、他方の側面（下面）に向かって担体充填層２１を通過するような排ガス流れが形成される。担体充填層２１を通過した排ガスは、隣接する担体充填層２１の排ガス流路との仕切りとなる隔壁２５によって排ガス出口２７側に案内されて排出される。隔壁２５が本発明のセパレータに相当する。
なお、生物脱臭装置７には、各担体充填層２１に排ガスを分配して供給するために各担体充填層２１ごとに排ガス入口２３が設けられている。
図６では担体充填層２１の上面側から下面に向かって担体充填層２１を通過するような排ガス流れが形成されているが、担体充填層２１に対する排ガスの流れ方向は上下逆（下面側から上面に向かって）とすることも隔壁２５の配置を変更することにより可能である。
【００２２】
生物脱臭装置７を上記のような構造にすることにより、担体充填型の生物脱臭装置７において従来から課題となっていた設備が大型化することや、設置面積が大きくなるといった問題を解消して、設備をコンパクトにすることが可能となる。また複数の担体充填層２１は、各々が取り外し可能なカートリッジ形式にすることができ、担体充填層２１劣化の状況、例えば各担体充填層２１毎に圧力損失をモニターし、その圧力損失に異常が見られたときなど、異常が発生した担体充填層２１のみを交換することができ、メンタナンスが容易となる。
【００２３】
次に、上記のように構成された脱臭装置を用いた脱臭方法を説明する。ＶＯＣ発生源から排出された排ガスは、プレフィルタ３において排ガス中の煤塵、ミストなどが除去された後に吸着塔５に導入される。吸着塔５において、ＶＯＣのうち、吸着されやすい高沸点、高分子量のＶＯＣ、主に芳香族化合物が吸着除去される。ＶＯＣのうち、ホルムアルデヒドなどの低沸点、低分子量のＶＯＣは吸着除去されずに排ガス中に残留したままの状態で吸着塔５から排出される。吸着塔５から排出されたガスは、生物脱臭装置７に導入され、排ガス中に残留していたＶＯＣが生物分解除去される。
【００２４】
［実施形態２］
図７は本発明の他の実施の形態に係る脱臭装置を説明する説明図である。図７においては、図１と同一の構成には同一の符号が付してある。
本実施の形態の脱臭装置は、吸着塔５の上流側に吸着塔５に供給される排ガス温度を調整する第１温度調節塔２９を設け、生物脱臭装置７の上流側に生物脱臭装置７に供給される排ガス温度を調節する第２温度調節塔３１を設けたものである。
【００２５】
温度調節塔を設けた理由は以下の通りである。
ＶＯＣを含有する排ガスは、その発生源によって排出される温度が大きく異なる。例えば印刷工程から排出されるＶＯＣ含有排ガスは室温に近い温度であることが多いが、印刷後の焼付け工程から排出される排ガスは百数十℃〜二百数十℃の温度範囲であることが多い。このような印刷後の焼付け工程から排出されたガスのような比較的高温のガスを脱臭する際には、まず吸着塔５における吸着除去性能が十分に発揮される温度まで、排ガス温度を低下させる必要がある。このため、吸着塔５の上流側に第１温度調節塔２９を設けたのである。
【００２６】
生物脱臭装置７に導入する排ガスは、微生物の活動を阻害しないように40℃以下の温度である必要がある。そのため、吸着塔出口の排ガス温度が40℃以上である場合には、生物脱臭装置７の上流側での排ガス温度を低下させる必要があり、そのために第２温度調節塔３１を設けている。
【００２７】
以上のように構成された本実施の形態における脱臭装置においては、ＶＯＣ発生源から排出された排ガスは、プレフィルタ３において排ガス中の煤塵、ミストなどが除去された後、第１温度調節塔２９に導入され、排ガス温度が所定の温度に調節され、その後吸着塔５に導入される。吸着塔５において、ＶＯＣのうち、吸着されやすい高沸点、高分子量のＶＯＣ、主に芳香族化合物が吸着除去される。吸着塔５を出た排ガスは、第２温度調節塔３１に導入されて、40℃以下まで温度調節がされる。第２温度調節塔３１を出た排ガスは生物脱臭装置７に導入され、排ガス中に残留していたホルムアルデヒドなどの低沸点、低分子量のＶＯＣが生物分解除去される。
【実施例】
【００２８】
図８は本発明の実施例の説明図であり、塗装焼付けプロセスから排出されたＶＯＣを含有する排ガスを本発明の脱臭装置によって処理するプロセスを示した説明図である。
塗装焼付けプロセスから排出される排ガス中には多様なＶＯＣが含有されている。
図８において、図７と同一部分及び対応する部分には同一の符号が付してある。なお、第１冷却塔３３及び第２冷却塔３５は共に、冷却機から供給される冷媒との熱交換により、排ガス温度を低下されせる間接冷却塔として構成している。
【００２９】
塗装焼付けプロセスから約160℃で排出されたＶＯＣ含有排ガスは、プレフィルタ３に導入され排ガス中に含有されるダストやミスト等のガス成分以外のものが除去された後、第１間接冷却塔に導入される。この第１間接冷却塔において、冷却機から供給される冷媒との熱交換により、排ガスは80℃〜90℃程度まで冷却される。このように80℃〜90℃程度まで冷却することにより、吸着塔５に充填された活性炭等の吸着剤によるＶＯＣ成分の吸着効率を向上させることができる。芳香族化合物で最も単純な構造を持ち、最も沸点の低いベンゼンにおいても、この温度域まで冷却することにより活性炭による吸着効率を高いレベルに維持することが可能となる。また、80℃より低い温度に冷却すると凝縮水の影響により活性炭等の吸着剤の吸着性能が低下することが生じるため、好ましくない。
【００３０】
吸着塔５を出た排ガスは、生物脱臭装置７に導入される前段階で、第２間接冷却塔に導入される。この第２間接冷却塔において、冷却機から供給される冷媒との熱交換により、排ガスは生物処理に適当な温度である30℃〜40℃に冷却される。この第２間接冷却塔においては、排ガス中に含まれる水分等が凝縮して凝縮水が発生する。冷却塔下部に溜まった凝縮水はその全量を、生物脱臭装置７の補給水として使用する。この凝縮水のみでは生物脱臭装置７の補給水としての水量に満たない場合には、必要に応じて外部より補給水を新たに導入する。
間接冷却塔で30℃〜40℃まで冷却された排ガスは、生物脱臭装置７内の生物固定化担体の土壌充填層に導入され、ここにおいて吸着塔５で除去されずに排ガス中に残留していたＶＯＣ成分が土壌や土壌中の水分等に吸着あるいは溶解することで捕捉され、さらに微生物により分解除去される。
【００３１】
本実施例の効果を確認するため、排ガス発生源、吸着塔出口、生物脱臭装置出口の各箇所における排ガス性状の測定を行った。その結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
2010214280.tif 000003
【００３３】
表１から分かるように、吸着塔でキシレンを代表とする芳香族化合物を吸着除去することができ、生物脱臭装置でホルムアルデヒドを代表とする低分子量のＶＯＣを分解除去でき、総ＶＯＣを大幅に除去できることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、ガス中の有害物を除去する産業分野で利用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  ＶＯＣガス発生源
３  プレフィルタ
５  吸着塔
７  生物脱臭装置
９  煙突
１１  吸着剤カートリッジ
１３  吸着剤層
１５  ガス入口
１７  蓋部
１９  ガス出口
２１  担体充填層
２３  排ガス入口
２５  隔壁
２７  排ガス出口
２９  第１温度調節塔
３１  第２温度調節塔
３３  第１冷却塔
３５  第２冷却塔
【図１】
2010214280.tif 000004
【図２】
2010214280.tif 000005
【図３】
2010214280.tif 000006
【図４】
2010214280.tif 000007
【図５】
2010214280.tif 000008
【図６】
2010214280.tif 000009
【図７】
2010214280.tif 000010
【図８】
2010214280.tif 000011