(57)【要約】【課題】  ＶＯＣ含有ガス分解装置内で発生させる塩素ガス濃度を、導入されるＶＯＣ含有ガス濃度に合わせて変動させることが可能な装置を提供する。【解決手段】  塩素ガスとＶＯＣ含有ガスとが混合された混合ガスを光照射により分解させるＶＯＣ含有ガス分解装置において、導入されるＶＯＣ含有ガス濃度を測定する手段と、電流値によって発生する塩素ガスの濃度を制御できる塩素発生用の電気分解槽を有することを特徴とするＶＯＣ含有ガス分解装置。【選択図】図１
2006175325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩素ガスと揮発性有機化合物(以下、ＶＯＣと略記する)含有ガスとが混合された混合ガスを光照射により分解させるＶＯＣ含有ガス分解装置において、
導入される前記ＶＯＣ含有ガスの濃度を測定する手段を有することと、
前記塩素ガスの発生手段が電気分解であること
を特徴とするＶＯＣ含有ガス分解装置。
【請求項２】
前記塩素ガス発生手段は、電流値によって発生する前記塩素ガスの濃度を制御できることを特徴とする請求項１に記載の分解装置。
【請求項３】
前記塩素ガス発生手段による電気分解の基質が塩酸であることを特徴とする請求項１に記載の分解装置。
【請求項４】
前記ＶＯＣ含有ガス濃度測定手段において測定されたＶＯＣ濃度によって前記塩素ガス発生手段の電流値を変動させ、発生する塩素ガス濃度を制御することを特徴とする請求項１に記載の分解装置。
【請求項５】
前記光の波長は300nｍ以上500nｍ以内であり、前記光の照射強度は10μＷ/cｍ2〜10ｍＷ/cｍ2であることを特徴とする請求項１に記載の分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分解対象ＶＯＣ含有ガスを分解させ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いる。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、地下水に深刻な汚染が生じることになる。上記ＶＯＣ等の発ガン性を有する物質の混入は厳格に規制されなければならないし、強い臭気を発することもあり、ＶＯＣを排除する必要性が生じる。除去方法としては、例えば曝気装置などを導入し、この曝気装置内で気液接触によりＶＯＣを空気中に蒸発移行させて水から除去するなどの処理が行われる。曝気処理により得られたＶＯＣ含有ガスはその後、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。
【０００３】
これまで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を光照射により分解させる分解装置および方法が紹介されてきた(特許文献１)。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塩素系有機化合物を分解することができる。
【０００４】
分解機構としては、混合ガス中の塩素ガスが光照射によりラジカルを生じ、そのラジカルが分解対象ガスに作用し、連鎖的に分解対象ガスが分解されると考えられる。
【０００５】
この分解装置における塩素ガスの発生方法としては塩素ボンベから直接導入するものや、次亜塩素酸溶液のpＨを調整することにより塩素ガスを得るものなどがある。
【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】
【０００６】
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ため、絶えず一定の塩素ガスを発生させていると、ＶＯＣ含有ガス濃度が低下したときには過剰な塩素ガスを発生させることになり後段の処理に手間がかかったり、あるいはＶＯＣ含有ガス濃度が上昇したときには塩素ガスが不足してＶＯＣが未分解のまま系外に放出されたりするといった問題点がある。
【０００７】
そこでＶＯＣ含有ガス分解装置内で発生させる塩素ガス濃度を、導入されるＶＯＣ含有ガス濃度に合わせて変動させる必要がある。
【０００８】
次亜塩素酸溶液のpＨを調整して塩素ガスを発生させる方法では、次亜塩素酸溶液に塩酸などの酸性溶液を添加してpＨを調整するため、導入されるＶＯＣ含有ガスの濃度変化に迅速かつ精密に対応することが困難である。
【０００９】
また塩素ガスボンベを用いる方法では、高濃度塩素ガスの漏洩による危険性や、配管の腐食、メンテナンス性の悪さなどの問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
よって本発明は、塩素ガスとＶＯＣ含有ガスとが混合された混合ガスを光照射により分解させるＶＯＣ含有ガス分解装置において、導入されるＶＯＣ含有ガス濃度を測定する手段と、電流値によって発生する塩素ガスの濃度を制御できる塩素発生用の電気分解槽を有することを特徴とするＶＯＣ含有ガス分解装置を提供する。塩素ガスの濃度は必要に応じ迅速かつ精密に制御できるものである。
【００１１】
上記の電気分解槽では塩化物イオンを含む水溶液を電気分解することで、陽極で以下のような反応が起こり塩素が発生する。
【００１２】
陽極:２Ｃl-→ Ｃl2 + ２e-
ここでファラデーの法則
Ｑ = I×t (Ｑ：電気量、I：電流値、t：時間)
より、印加させる電流値に比例して塩素が発生することがわかる。つまり、電流値を制御することで任意の濃度の塩素ガスを得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、ＶＯＣガス分解装置に導入されるＶＯＣ含有ガス濃度が変動しても迅速に対応でき、そのＶＯＣ含有ガス濃度を検知して、それに見合う濃度の塩素ガスを、電気分解の電流値を制御することで得ることができる。そのため、導入されるＶＯＣ含有ガス濃度に対して過剰の塩素ガスを発生させたり、あるいは塩素ガス濃度が不足してＶＯＣ含有ガスが未分解のまま系外に放出されたりするということが無くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１に本発明の実施形態の基本構成を示す。
【００１５】
図１において８はＶＯＣ含有ガスであり、ＶＯＣ含有ガス分解装置に導入されたＶＯＣ含有ガス８はＶＯＣ濃度検知手段１で濃度を測定される。そのＶＯＣ含有ガス濃度に見合った塩素ガスを発生させるように電源４の電流値を設定し、電気分解によって電気分解槽２から塩素ガス９を発生させる。ＶＯＣ含有ガス８と塩素ガス９の混合ガス10は容器７に導入され光源６によって光照射される。光を照射されラジカル化した塩素ガスがＶＯＣ含有ガスを分解し、処理ガス11として系外に放出される。
【００１６】
ＶＯＣ濃度検知手段１は導入されるＶＯＣ含有ガスの濃度を検知できるものであれば良いが、ＶＯＣ含有ガスの濃度変動に迅速に対応できるために、リアルタイムでＶＯＣ濃度がわかるようなＶＯＣセンサなどが望ましい。
【００１７】
電気分解槽２中では塩化物イオンを含む水溶液を電気分解することで塩素を発生させる。
【００１８】
陽極:２Ｃl-→ Ｃl2 + ２e-
陰極:２Ｈ++ ２e-→ Ｈ2
工業的な塩素の生成方法では隔膜で陽極と陰極を隔てた塩化ナトリウム水溶液で電気分解が行われるが、隔膜を用いるとコストがかかる。さらに隔膜を用いずに塩化ナトリウム水溶液の電気分解を行うと、苛性ソーダが生成し液性がアルカリになる。アルカリ水溶液中で塩素は
Ｃl2 + ＮaＯＨ → ＮaＣl + ＨＣlＯ
となって消費されてしまうため効率良く塩素を得ることができない。そのため酸性溶液を添加してpＨを酸性側に調整しなければならない手間があった。そこで本発明においては塩化物イオンを含む水溶液として塩酸を用いることでpＨ調整の手間を省き、安定して塩素ガスを供給する。
【００１９】
塩酸の電気分解が進行し、塩酸中の塩化物イオンが消費されると陽極では徐々に水の電気分解が起こり始め、酸素が発生するため塩素ガス濃度が低下する。
【００２０】
陽極:２Ｈ2Ｏ → Ｏ2 + ４Ｈ+ + ４e-
したがって長期間安定的に塩素ガスを発生させるには最初に投入される塩酸の濃度をなるべく高くする必要がある。しかしながら高すぎると発煙を伴うなど危険であるので電気分解槽２中の塩酸の濃度としては20％程度が望ましい。
【００２１】
印加する電流値は導入されるＶＯＣ含有ガス濃度に見合った塩素ガス濃度を発生させるように変動させる。このとき塩素ガス濃度をＣ、電流値をI、ポンプ５の風量をＸとするとファラデーの法則より
Ｃ = 7600×I / Ｘ(25℃)…(1)
が成立する。この式を用いて、導入されるＶＯＣ含有ガスを分解するのに必要な濃度の塩素ガスを得るための電流値を導き出し、反応を制御する。
【００２２】
電気分解用の電極３には金、銀、白金、ニッケル、鉄、銅、鉛、及びそれらの合金、ステンレス等の公知の電極材料を用いることができるが、耐蝕、耐酸性が強いイリジウムを担持したチタン電極が望ましい。
【００２３】
電気分解用の電源４は電流値を変動できるような可変式のものが望ましい。
【００２４】
光源６については、例えば波長300〜500nｍ、特には350〜400nｍの光が望ましい。光照射強度は分解率という観点から、10μＷ/cｍ2〜10ｍＷ/cｍ2、特には50μＷ/cｍ2〜５ｍＷ/cｍ2が望ましい。
【実施例】
【００２５】
(装置構成)
図２は、本発明装置の構成の一例を示したものである。汚染土壌や地下水から得られたＶＯＣ含有ガス８は連続ＶＯＣモニタ13(ＶＭ-500:YOKOGAWA社製)によってＶＯＣ濃度を測定され、その濃度に見合った分の濃度の塩素ガスを発生させるように電源４(ＰＡＳ20-18:菊水電子工業社製)の電流値とポンプ５(ＢＡ-106Ｆ:ＩＷＡＫＩ社製)の風量を設定した。ＶＯＣ含有ガス８と塩素ガス９の混合ガス10は容器７(塩化ビニル製、50L)に導入され光源６(ＦＬ40Ｓ-ＢＬＢ、40Ｗ:東芝ライテック社製)によって光照射され、ＶＯＣは分解される。分解後の処理ガス11はアルカリスクラバー12に導入され、余剰の塩素と反応副生成物であるハロ酢酸を回収して浄化ガス15として系外に放出される。アルカリスクラバー中は水酸化ナトリウム水溶液が循環しており、pＨが10.5になるように40％水酸化ナトリウム水溶液が自動注入される。このとき浄化ガス中のＶＯＣ濃度も連続ＶＯＣモニタ13(ＶＭ-500:YOKOGAWA社製)によって観測し、系外にＶＯＣが放出しないように監視した。
【００２６】
(塩素発生実験)
この装置を用いて電気分解による塩素発生実験を行った。その結果を図３に示す。塩酸濃度18％、風量７L/ｍin、電極間距離１cｍ、電流値0.4〜3.5Ａで電気分解を行ったところ式(1)の通り、電流値と発生した塩素ガス濃度は比例の関係にあり、理論値とも良い一致を見せた。
【００２７】
次に電流値を3.5Ａに固定し、電流値以外は上と同じ条件で長時間連続して電気分解を行った結果を図４に示す。これにより連続した安定的な塩素ガスの発生を確認した。また、約一ヶ月間メンテナンスフリーで運転可能なことも確認した。
【００２８】
(１,１-ジクロロエチレン含有ガス分解実験)
１,１-ジクロロエチレン(１,１-ＤＣＥ)含有ガス(風量300L/ｍin)が発生する汚染サイトに本装置を設置して分解実験を行った。入口の１,１-ＤＣＥ濃度が３、５、10ppｍＶの場合について電流値を変動させて分解を行い、浄化ガス中の１,１-ＤＣＥ濃度と電流値の関係を図５に示す。１,１-ＤＣＥ濃度が３ppｍＶの時は、電流値0.5Ａ以下、５ppｍＶのときは１Ａ以下、10ppｍＶのときは２Ａ以下で浄化ガス中に未分解の１,１-ＤＣＥが検出された。この関係をもとに電流値の制御を行い、連続運転を行った。その結果を図６に示す。連続運転において入口の１,１-ＤＣＥガス濃度が変動しても、その変動に応じて電流値を変化させることで出口の浄化ガスから１,１-ＤＣＥが検出されることはなく、分解が適切に進行していることを確認した。また浄化ガス中に余剰の塩素ガスが検出されないことも確認した。この結果より入口のＶＯＣ濃度の変動に応じて過不足なく塩素を供給してＶＯＣを適切に分解できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に関わるＶＯＣ含有ガス分解装置の概略図である。
【図２】本発明の他の実施形態に関わるＶＯＣ含有ガス分解装置の概略図である。
【図３】実施例における電流値と発生する塩素ガス濃度の関係を示すグラフである。
【図４】実施例における長時間電気分解を行ったときの塩素ガス濃度の経時変化を示すグラフである。
【図５】実施例における異なる入口１,１-ＤＣＥ濃度での電流値と浄化ガス中の１,１-ＤＣＥ濃度との関係を示すグラフである。
【図６】実施例における電流値を制御して連続運転を行った結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１      ＶＯＣ濃度検知手段
２      電気分解槽
３      電極
４      電源
５      ポンプ
６      光源
７      反応槽
８      ＶＯＣ含有ガス
９      塩素ガス
10      混合ガス
11      処理ガス
12      アルカリスクラバー
13      連続ＶＯＣモニタ
14      浄化ガス
【図１】
2006175325.tif 000003
【図２】
2006175325.tif 000004
【図３】
2006175325.tif 000005
【図４】
2006175325.tif 000006
【図５】
2006175325.tif 000007
【図６】
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