(57)【要約】【課題】  分解対象物質含有ガス中の分解対象物質の濃度が時間とともに変化する場合であっても、装置全体を最高濃度に見合う能力にする必要がなく、装置を比較的小型化することができ、薬品使用量も抑制することのできる分解対象物質の分解方法および装置を提供する。【解決手段】分解対象物質を含むガスである分解対象物質含有ガスを冷却する冷却手段；冷却手段から得られるガスと塩素含有ガスを混合して混合ガスを得る混合手段；および混合ガスに対して光を照射する光照射手段を有する分解対象物質の分解装置。分解対象物質を含むガスである分解対象物質含有ガスを冷却する冷却工程；冷却工程から得られるガスと塩素含有ガスを混合して混合ガスを得る混合工程；および混合ガスに対して光を照射する光照射工程を有する分解対象物質の分解方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分解対象物質を含むガスである分解対象物質含有ガスを冷却する冷却手段；
該冷却手段から得られるガスと塩素含有ガスを混合して混合ガスを得る混合手段；および
該混合ガスに対して光を照射する光照射手段
を有する分解対象物質の分解装置。
【請求項２】
前記冷却手段が、分解対象物質の一部を凝縮可能である請求項１記載の分解装置。
【請求項３】
前記分解対象物質が、有機塩素化合物である請求項１または２記載の分解装置。
【請求項４】
前記有機塩素化合物が、クロロエチレン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロメタン、ジクロロメタン、クロロホルム及びトリクロロエタンからなる群から選ばれる少なくとも一つである請求項３記載の分解装置。
【請求項５】
前記冷却手段が、分解対象物質含有ガスを−４０℃以上−２０℃以下の冷媒で冷却可能である請求項４に記載の分解装置。
【請求項６】
分解対象物質を含むガスである分解対象物質含有ガスを冷却する冷却工程；
該冷却工程から得られるガスと塩素含有ガスを混合して混合ガスを得る混合工程；および
該混合ガスに対して光を照射する光照射工程
を有する分解対象物質の分解方法。
【請求項７】
前記冷却工程において、分解対象物質の一部を凝縮する請求項６記載の分解方法。
【請求項８】
前記分解対象物質が、有機塩素化合物である請求項６または７記載の分解方法。
【請求項９】
前記有機塩素化合物が、クロロエチレン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロメタン、ジクロロメタン、クロロホルム及びトリクロロエタンからなる群から選ばれる少なくとも一つである請求項８記載の分解方法。
【請求項１０】
前記冷却工程において、分解対象物質含有ガスを−４０℃以上−２０℃以下の冷媒で冷却する請求項９に記載の分解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体中に含まれる分解対象物質を分解する分解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）は、機械工業、電子工業、クリーニング業などの様々な産業分野で利用価値が高く多用されてきた。しかし、これらのＶＯＣにより汚染された水がそのまま排出されたり、土壌中に漏出したりした場合には水環境や土壌、地下水に汚染が生じることになる。
【０００３】
土壌や地下水中のＶＯＣの除去技術としては、真空抽出法やエアスパージング法などがあり、土壌や地下水中より回収されたＶＯＣ含有ガスは活性炭等に吸着されて焼却処理されるか、光触媒やオゾン酸化、紫外線照射などの分解装置によって直接分解されるか、あるいは分離回収される。
【０００４】
例えば、特許文献１に塩素ガスと分解対象ＶＯＣ含有ガスとが混合された混合ガスに光を照射することにより分解させる分解装置および方法が開示されている。そしてこのような技術によりＶＯＣ含有ガス、より具体的にはテトラクロロエチレン等の有機塩素化合物を分解することができる。
【特許文献１】特開２００２−１５３７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
土壌や地下水などの汚染サイトから得られるＶＯＣ含有ガスの濃度は変動する。すなわち、浄化初期は高濃度のＶＯＣ含有ガスが得られるが、時間の経過とともに濃度が低下してくる。そのため初期の高濃度時に合わせた能力のＶＯＣ処理装置は、時間の経過とともにオーバースペックとなる。
【０００６】
特にＶＯＣ濃度が数万ｐｐｍＶ（ｐｐｍＶは体積百万分率を示す）程の場合、例えば活性炭等による吸着処理では、短時間でＶＯＣが破過してしまうため、また他の分解装置でも薬品、電気などの使用量が増大するため、処理費用が高くなるという問題がある。
【０００７】
塩素ガスの存在下に光を照射してＶＯＣ等を分解する方法は他の分解方法と比べ、比較的高濃度のＶＯＣ含有ガス（数百〜数千ｐｐｍＶ）の分解に好適であるが、数万ｐｐｍＶのＶＯＣ含有ガスを分解するには薬品の使用量が増加するため効率の必ずしも優れているとは言えない。
【０００８】
本発明の目的は、処理する分解対象物質含有ガス中の分解対象物質の濃度が時間とともに変化する場合であっても、装置全体を最高濃度に見合う能力にする必要がなく、装置を比較的小型化することができ、薬品使用量も抑制することのできる分解対象物質の分解方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明により、分解対象物質を含むガスである分解対象物質含有ガスを冷却する冷却手段；
該冷却手段から得られるガスと塩素含有ガスを混合して混合ガスを得る混合手段；および
該混合ガスに対して光を照射する光照射手段
を有する分解対象物質の分解装置が提供される。
【００１０】
前記冷却手段が、分解対象物質の一部を凝縮可能であることが好ましい。
【００１１】
前記分解対象物質が、有機塩素化合物であることができる。
【００１２】
前記有機塩素化合物が、クロロエチレン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロメタン、ジクロロメタン、クロロホルム及びトリクロロエタンからなる群から選ばれる少なくとも一つであることができる。
【００１３】
前記冷却手段が、分解対象物質含有ガスを−４０℃以上−２０℃以下の冷媒で冷却可能であることが好ましい。
【００１４】
本発明により、分解対象物質を含むガスである分解対象物質含有ガスを冷却する冷却工程；
該冷却工程から得られるガスと塩素含有ガスを混合して混合ガスを得る混合工程；および
該混合ガスに対して光を照射する光照射工程
を有する分解対象物質の分解方法が提供される。
【００１５】
前記冷却工程において、分解対象物質の一部を凝縮することが好ましい。
【００１６】
前記分解対象物質が、有機塩素化合物であることができる。
【００１７】
前記有機塩素化合物が、クロロエチレン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロメタン、ジクロロメタン、クロロホルム及びトリクロロエタンからなる群から選ばれる少なくとも一つであることができる。
【００１８】
前記冷却工程において、分解対象物質含有ガスを−４０℃以上−２０℃以下の冷媒で冷却することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、処理する分解対象物質含有ガス中の分解対象物質の濃度が時間とともに変化する場合であっても、装置全体を最高濃度に見合う能力にする必要がなく、装置を比較的小型化することができ、薬品使用量も抑制することのできる分解対象物質の分解方法および装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明者らは、深冷分離法に着目した。深冷分離法は、処理対象物質の蒸気を含むガスを冷却装置に導いて冷却し、対象物質をその露点以下の温度にすることによって液化（凝縮）し、分離する方法である。
【００２１】
深冷分離法は、分解対象物質が数万ｐｐｍＶ以上の高濃度のガス処理に好適であるが、処理効率は高くなく、処理後のガスには分解対象物質が数百〜数千ｐｐｍＶ程度含まれるため、通例、処理後のガスをさらに処理することが必要となる。しかし、この処理後のガスの数百〜数千ｐｐｍＶという分解対象物質濃度は、塩素の存在下での光照射による分解に好ましい濃度範囲となるので、両者を組み合わせることで効率的な分解対象物質含有ガスの処理が行える。
【００２２】
さらに冷却後の分解対象物質含有ガス中の分解対象物質濃度は、その冷却温度における飽和蒸気圧に依存する。そのため、冷却温度を一定にしておくと、導入されるガス中の分解対象物質の蒸気圧（濃度）が冷却温度における飽和蒸気圧以上ならば、冷却後のガス中の分解対象物質温度は常にほぼ一定濃度となり、後段において光照射による分解を安定して行うことができる。
【００２３】
また、冷却により凝縮した分解対象物質については、回収して廃液として処理することもできるし、あるいは別途加熱部を設けて、再び気化させて後段の光分解部に導入して分解処理してもよい。
【００２４】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、本発明によれば、処理対象ガスの濃度変化に柔軟に対応でき、冷却によって高負荷時のピークカットを行いつつ分解を行えるため、装置全体を高負荷時に対応させる必要がなく、装置を比較的小型化できる。
【００２５】
以下に図面を用いて本発明を詳細に説明する。図１に本発明の実施形態の基本構成を示す。
【００２６】
図１において１は冷却手段、２は塩素含有ガス導入手段、３はバルブ、４は光源、５は反応槽、６は後段処理手段である。
【００２７】
冷却手段１に導入された分解対象物質含有ガスは塩素含有ガス導入手段２から導入された塩素含有ガスと混合され反応槽５に導入される。反応槽５に導入された混合気体は光源４によって光照射され、ラジカル化した塩素によって分解対象物質が分解する。分解後の混合気体は後段処理手段６に導入され反応副生成物（分解対象物質が有機塩素化合物の場合はハロ酢酸など）は回収され、処理されたガスは系外に排出される。
【００２８】
冷却手段１としては、分解対象物質含有ガスを冷却できる公知の装置を適宜使用することができる。環境負荷の観点から、熱交換器（凝縮器）を用い、管壁等を介して冷媒で間接的に分解対象物質含有ガスを冷却する間接冷却法を採用することが好ましい。
【００２９】
冷却温度については、分解対象物質含有ガス中の分解対象物質濃度が、塩素の存在下での光照射による分解に好適な温度、例えば数百から数千ｐｐｍＶとなるような温度に調整することが好ましい。Ａｎｔｏｉｎｅ式（ｌｏｇＰ＝Ａ−Ｂ／（Ｃ＋ｔ）。ここでＰ：飽和蒸気圧［ｍｍＨｇ］、ｔ：温度［℃］、Ａ、Ｂ、Ｃは各々の物質に固有の定数）を用いることで最適な冷却温度を見積もることができる。特に分解対象物質がクロロエチレン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロメタン、ジクロロメタン、クロロホルム及びトリクロロエタンの場合、効率の観点から冷却温度（冷媒の温度）は−４０℃以上−２０℃以下が望ましい。
【００３０】
塩素含有ガスは実質的に塩素からなっていてもよく、あるいは空気との混合ガスでもよい。
【００３１】
塩素含有ガス導入手段２として塩素ガスボンベを用い、ボンベから直接塩素ガスを得ることができる。あるいは、塩素含有ガス導入手段として、次亜塩素酸ナトリウム溶液に酸を添加してｐＨを調節することで塩素ガスを得る装置を用いてもよい。安全性や導入する塩素ガス濃度の調節の観点から、塩化物イオンを含む水溶液の電気分解により塩素を発生させる装置を塩素含有ガス導入手段として用いることが望ましい。
【００３２】
冷却手段１から得られる分解対象物質含有ガスと、塩素含有ガス導入手段２から導入される塩素含有ガスを混合して混合ガスを得る混合手段は、冷却手段出口配管と塩素含有ガス導入手段出口配管とを接続するなどして適宜形成することができる。
【００３３】
混合ガスに対して光を照射する光照射手段は、混合ガスを流通させる領域を有する容器である反応槽と、この領域に光を照射できる光源とを用いて形成することができる。
【００３４】
光源４によって照射される光としては、分解効率の観点から、波長３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の光が好ましく、３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の光がより好ましい。このような光源として水銀ランプ、ブラックライト等を用いることができる。
【００３５】
反応槽５は、内部に上記混合ガスを流通させることが可能で、混合ガスに光を照射することが可能であればいかなる構造でもよい。例えば、円筒状の光源の周りをガラス管などの透明な管が螺旋状に覆い、その中を混合気体が通過する反応槽を採用することもできるし、透明な筒状の反応槽を用い、その外側から光を照射するような形態でも良い。あるいは筒状の反応槽の内部に光源を設置した構造を採用することもできる。また塩素を用いる本実施形態においては、光として人体に影響の大きい２５０ｎｍ付近若しくはそれ以下の波長の紫外線を用いる必要が全くないため、反応槽としてガラスやプラスティック等の使用が可能であるが、塩素が存在し、また塩化水素、フッ化水素などが発生することもあるため耐蝕性に優れた塩化ビニルやテフロン製のものが望ましい。
【００３６】
分解対象物質が有機塩素化合物である場合、分解処理後の混合気体には、塩化水素や副生成物であるハロ酢酸、余剰の塩素などが含まれているため、後段処理手段６においてこれらをさらに分解もしくは除去することが好ましい。例えば、塩化水素やハロ酢酸、塩素はアルカリスクラバを用いることでアルカリ水溶液中に補足でき、これらが除去されたガスを大気に排出することができる。
【００３７】
本発明によって、クロロエチレン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロメタン、ジクロロメタン、クロロホルム、トリクロロエタンなどの有機塩素化合物を好適に分解することができる。
【００３８】
以下、実施例により本発明を詳述するが、これらは本発明をなんら限定するものではない。
【実施例】
【００３９】
〔実施例１〕
図２は、本実施例で用いた分解装置の概略を示すプロセスフロー図である。分解対象物質含有ガスをエアポンプ１２ａ（ＩＷＡＫＩ社製、商品名：ＢＡ−１０６Ｆ）を用い、５．５Ｌ／ｍｉｎで冷却塔８に導入する。
【００４０】
冷却塔８の容積は約６０Ｌである。冷却塔８内には、低温循環水槽７（ＳＩＢＡＴＡ社製、商品名：クールマンＣ−５６０）によって−２０℃に冷却された冷媒（エチレングリコール４５質量％水溶液）が循環しており、分解対象物質含有ガスは冷却され、一部は凝縮して冷却塔の底部に滞留し、ガス中の分解対象物質濃度は低下する。冷媒が循環する冷却部は、分解対象物質含有ガスとの接触が効率的になるようにコイル状にした。また、冷却塔８は、分解対象物質含有ガスの好適な滞留時間が取れるように、鉛直方向に長い直方体状のものを採用した。
【００４１】
塩素発生槽９では塩酸の電気分解により塩素ガスが発生する。発生する塩素ガス濃度は電源１１（菊水電子工業社製、商品名：ＰＡＳ２０−１８）の電流値とエアポンプ１２ｂ（ＩＷＡＫＩ社製、商品名：ＢＡ−１０６Ｆ）の流量によって制御できる。エアポンプ１２ｂによって塩素発生槽内の電解液中に空気を供給することによって、後段の光分解時に必要な酸素を反応経路中に導入するとともに、塩素発生槽９中をバブリングにより攪拌し、効率的な電気分解を促進させる。電極１０については、陽極および陰極の何れも、耐蝕、耐酸性に優れたイリジウム担持チタン電極（大一産業社製、商品名：電気分解用電極）を用いた。
【００４２】
反応槽１５は同様のものが３つ連結される。分解対象物質含有ガスと塩素含有ガスの混合気体は反応槽１５中でブラックライト１３（東芝ライテック社製、商品名：ＦＬ２０Ｓ・ＢＬＢ）により波長３８０ｎｍの光を照射される。反応槽１５の構造は、反応槽１５中での光の照射強度にばらつきが無いよう、円筒形の槽の真中にブラックライトを通すようなものにした。また光分解に好適な光照射強度（０．６８ｍＷ／ｃｍ2）が取れるように反応槽１５の内径は２０ｃｍとした。
【００４３】
反応槽１５の容積はそれぞれ２５Ｌで、バルブ（三方弁３ａおよび３ｂ、止め弁３ｃ）によって流路を切り替えることにより、混合気体が流入する反応槽の本数を１〜３本の間で変えることができ、これによって滞留時間を制御できる。
【００４４】
分解後のガスに含まれる塩化水素やハロ酢酸、塩素などは水酸化ナトリウムスクラバ１４で捕集される。水酸化ナトリウムスクラバ１４からの排気は系外に排出される。
【００４５】
この装置を用いてトリクロロエチレンの分解実験を行った。約３００００ｐｐｍＶのトリクロロエチレン含有ガスを冷却塔８に導入したところ、冷却塔８から排出されるガス中のトリクロロエチレン濃度は約８０００ｐｐｍＶ程であり、入り口濃度に対して１／４程度までトリクロロエチレン濃度を低減することができた。トリクロロエチレンのＡｎｔｏｉｎｅ式は、ｌｏｇＰ＝７．０２８１−１３１５．１／（２３０＋ｔ）なので、−２０℃のときのトリクロロエチレン濃度は約７８００ｐｐｍＶと見積もられ、理論値と実測値に良い一致が見られた。
【００４６】
冷却塔から排出されるガスを、塩素発生槽から導かれる３０００ｐｐｍＶの塩素を含むガスと混合し、反応槽１５（３つの反応槽を全て直列に接続した）に導入して光照射を行ったところ、一段目の反応層から排出されたガス中のトリクロロエチレン濃度は０．１ｐｐｍＶ程であった。このため、バルブ３ａ〜３ｃを切り替え、二段目および三段目の反応槽はバイパスするよう流路を切り替えた。
【００４７】
このガスを水酸化ナトリウムスクラバにおいて、水酸化ナトリウムの０．４質量％水溶液を用いてスクラビングしたところ、スクラバから排出されるガス中のトリクロロエチレン濃度は検出限界（０．１ｐｐｍＶ）以下であった。
【００４８】
冷却塔底部に溜まった液体状のトリクロロエチレンについては別途設けたタンク１６に回収し、冷却塔８へのトリクロロエチレン含有ガス導入を停止した後、送液ポンプ１７（ＥＹＥＬＡ社製、商品名：マイクロチューブポンプ）を用いて加熱部１８に滴下し、ヒーター１９（大科電器社製、商品名：マントルヒーター）によって徐々に気化させて、反応槽１５に導入して処理した。
【００４９】
〔比較例１〕
冷却塔８における冷却を行わなかったこと以外は実施例１と同様に分解を試みたところ（反応槽は３つ直列に接続した）、三段目の反応槽まで使用して初めてガス中のトリクロロエチレン濃度が０．１ｐｐｍＶ程となった。
【００５０】
このように、冷却を行うことによって反応槽を三分の一に小型化できた。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、例えば土壌や地下水を浄化するために好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の分解装置の一形態を説明するためのプロセスフロー図である。
【図２】実施例で用いた分解装置を説明するためのプロセスフロー図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  冷却手段
２  塩素含有ガス導入手段
３  バルブ
４  光源
５  反応槽
６  後段処理手段
７  低温循環水槽
８  冷却塔
９  塩素発生槽
１０  電極
１１  電源
１２  エアポンプ
１３  ブラックライト
１４  スクラバ
１５  反応槽
１６  タンク
１７  送液ポンプ
１８  加熱部
１９  ヒーター
【図１】
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【図２】
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