(57)【要約】【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。【選択図】図１
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【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。
【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（Ｈ2Ｏ2）、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（Ｈ2Ｏ2）、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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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