(57)【要約】【課題】ＶＯＣや有機樹脂塗料などをマイクロバブル消滅により不活性化するマイクロバブル装置に関し大気汚染防や排水基準を満たす。【解決手段】  マイクロバブルを発生させこれを多数内包する水を撒き散らすマイクロバブル発生器と、撒き散らされた水流を水微粒子として浮遊落下させるファンとで、水微粒子流と塗装ミスト流を、混流し、ＶＯＣや有機樹脂塗料をこの水微粒子群に付着させ、水微粒子内のマイクロバブル消滅によりこれら付着物を不活性化あるいは分解する。キャビテーションによりピーク粒径を１０乃至１９μｍにもつマイクロバブルを発生させ、バブル噴霧流内を浮遊落下中に水微粒子内のマイクロバブル消滅させて、有機樹脂塗料が凝集硬化するのを阻止する。マイクロバブル消滅による歪みエネルギー解放により無害化する。マイクロバブルの気泡径分布ピークが、１０乃至３０μｍの範囲内にあるマイクロバブル発生器を採用することで、揮発性有機化合を確実に酸化処理する。【選択図】図１
2011000581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロバブルを発生させこれを多数内包する水を撒き散らすマイクロバブル発生器と、撒き散らされた水流を水微粒子として浮遊落下させるファンとで、水微粒子流と塗装ミスト流を、混流し、ＶＯＣや有機樹脂塗料をこの水微粒子群に付着させ、水微粒子内のマイクロバブル消滅によりこれら付着物を不活性化あるいは分解する、マイクロバブル装置。
【請求項２】
キャビテーションによりピーク粒径を１０乃至１９μｍにもつマイクロバブルを発生する、請求項１記載のマイクロバブル装置。
【請求項３】
反応筒３内に、５０μｍ以下のマイクロバブルを多数内包する水微粒子が浮遊落下しているバブル噴霧流８を、区画形成し、ＶＯＣなどを含む汚染気流をこのバブル噴霧流８へと混流させ、マイクロバブル消滅時に生成する活性水酸基により付着したＶＯＣなどを分解・不活性化する、マイクロバブル装置。
【請求項４】
キャビテーションによりピーク粒径を１０乃至１９μｍにもつマイクロバブルを発生する発生器と、多数のマイクロバブルを内包する水微粒子を大気中に撒き散らす散布手段とからなり、有機炭素量が高い被浄化水流をこの発生器に送り込む、マイクロバブル装置。
【請求項５】
オゾンを溶解した水流でマイクロバブルを多数内包する水微粒子を生成する、請求項３または４記載のマイクロバブル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    本発明は５０ミクロンメートル以下の粒径気泡（マイクロバブル）が潰れる際に形成される活性水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ  ｒａｄｉｃａｌ）により化合物を分解・不活性化するマイクロバブル発生装置に関し、特に、有機塗料使用時に発生する揮発性有機化合物を分解し、排気や排水公害基準を満足し、作業環境の向上を図る。
【背景技術】
【０００２】  マイクロバブル消滅による化合物分解機能は徐々に解明されているが、理論的背景として、フリーラジカルの水酸基（活性水酸基と称する）説が説得力をもつ（特開２００８−９３６１２号）。出願人は特願２００８−１８０７２７号によりマイクロバブルによる揮発性有機化合物（以下ＶＯＣと称する）の分解能力を検証してきた。本願発明はこの延長線上にある。活性水酸基の効率良い生成により塗装ブース廃液でメダカを生存させるまでに至る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  反応筒内での塗装ミスト流とバブル噴霧流との接触時間は僅かであり、流速や水微粒子径そしてこの水微粒子に内包されるマイクロバブルの粒径選定など試行錯誤の連続であった。マイクロバブルの発生にはキャビテーション方式を採用するものの、キャビテイ（空洞つまりマイクロバブル）の粒径を上記先願出願の第２図のような粒径分布（１〜４０μｍ）にするにはそれなりの努力が要求される。これらと並行してマイクロバブル消滅による化合物分解の理論的解明が必要であった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  マイクロバブルを発生させこれを多数内包する水を撒き散らすマイクロバブル発生器と、撒き散らされた水流を水微粒子として浮遊させる軸流ファンとで、水微粒子流と塗装ミスト流を混流し、ＶＯＣや有機樹脂塗料をこの水微粒子群に付着させ、
マイクロバブル消滅によりこれらを不活性化する。
【発明の効果】
【０００５】  マイクロバブル消滅時に水酸化イオンは活性水酸基へと変わる。生成した活性水酸基の半減期は１０のー９乗秒と短い。消滅直前のマイクロバブル壁面の水酸基イオン濃度とマイクロバブル近傍のＶＯＣ濃度が高いほど効率は良くなる。本発明では、マイクロバブルを多数内包する水微粒子群を浮遊落下させ、気流中に分散しているＶＯＣなどを水微粒子表面に濃縮付着させ、マイクロバブル粒径を急激に縮小させてバブル壁面の水酸基イオン濃度を高め、この付着による電荷変動や圧力変動を契機としてマイクロバブルを消滅させるため、発生した活性水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ  ｒａｄｉｃａｌ）は瞬時にＶＯＣに接触してこれを不活性化・分解する。一般に、塗装ミストの有機樹脂塗料は水溶液表面に達すると、凝集し、硬化するが、水微粒子に付着している混流中に活性水酸基により不反応化されるので硬化による塗装スラッジは生成しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】  マイクロバブル発生方法としては、高速旋回流や、特殊なベンチュリー管、更にはキャビテーション方式が知られている。水道圧でもキャビテーションを発生できるマイクロバブル発生器１の一部切り欠き例を図２に開示する。ベンチェリー部１１とその出口側の押拡部１２との接続箇所は拡大してある。高速水流が押拡部１２で急速に速度を下げると乱流が発生し、この渦エネルギーがキャビテイ発生部でマイクロバブルを発生する。ベンチュリー部１１、押拡部１２の内径は．３．２ミリ、５．５ミリで、テーバー部１０には水圧０．４Ｍｐａ、流量３０Ｌ／ｍｌの水流源が接続される。
発生するマイクロバブルの粒径分布は１０〜１９μｍにピークを呈し、両サイドは３０〜４０μｍと２〜９μｍである。ピーク径内の気泡数は１００００個／１０ｍｌ。マイクロバブル発生器１は、出口側にスプリンクラー部１３を配して構成される。円錐フイルム状にマイクロバブル水流は散布される。このままではマイクロバブルを内包した数ミリの水微粒子群は得られない。【０００７】  反応筒３の上部に、下向きにバブル噴霧流を散布するマイクロバブル発生器１を配置し、その上方に上昇気流を発生する軸流ファン２を配置する。吸込筒４に吸い込まれた塗装ミスト流は、この軸流ファン２を経由して上方から排出される。フィルム状に撒き散らされたマイクロバブル水流は、上昇気流にあおられ、上昇旋回しつつ微粒子化し、バブル噴霧流８を生成する。気泡径が４０μｍ以下のマイクロバブルを多数内包する水微粒子群が浮遊落下するように、上昇気流の流速を設定する。【０００８】  反応・硬化性有機樹脂を有機溶剤で溶かし塗装ガン６で被塗装物に噴霧する。塗装ミストは被塗装物に付着して硬化する。この塗装ミストにはＶＯＣが含まれる。吸込筒４に吸い込まれた塗装ミスト流は、上昇気流に伴って上昇し、バブル噴霧流８の領域内で攪拌され、ＶＯＣを含む塗装ミストの殆んどが霧雨状の水微粒子群に付着する。マイクロバブルを多数内包する水微粒子に捕捉された塗装ミストは、水微粒子の落下中に分解される。有機樹脂塗料は反応・硬化せずにさらさら状態になり、ＶＯＣは不活性化される。反応筒３上部の排気出口でのＶＯＣ計測値の９８ｖｏｌ−ｐｐｍＣ（環境省告示第６１号に基づく計量）が、その証左となる。なお、吸込筒４の入り口でのＶＯＣ値は、２３００ｖｏｌ−ｐｐｍＣである。マイクロバブル消滅時のこの特異な分解作用は後述するが、電荷を有する水微粒子と塗装ミストはクーロン付着し、気流中に分散している塗装ミストは、水微粒子表面での濃度を高くする。バブル噴霧流８内をゆっくりと浮遊落下する水微粒子内のマイクロバブルは、バブル壁面の水酸化イオン濃度を高めつつ、その粒径を急激に縮小し、消滅する。塗装ミスト付着時の電荷変動や圧力変動がマイクロバブルの消滅を促すか、あるいは、水微粒子が底部の水溶液に触れた衝撃で消滅する可能性は高い。【０００９】  これを確認すべく、吸込筒４底部の水溶液をバケツに取り出し、塗装ガン６で同じ塗装ミスト流を吹き付けると、水面で塗装ミストは凝集し塗装スラッジが水面に浮いている。このスラッジは非常にベタついており手に付着すると水では落ちない。一方、水微粒子群が霧雨状に落下している吸込筒４内の水面に向けて、塗装ガン６から塗装ミストを吹き付けると、水面の塗装スラッジは非粘性を呈し、手でさわるとさらさらした感触で、水で洗い流すことができる。水微粒子に有機樹脂塗料が付着しているあいだに、発生した活性水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ  ｒａｄｉｃａｌ）により、有機樹脂塗料は不反応化・不硬化され、水面に達しても凝集・硬化しないのである。ＶＯＣも同じように不活性化される。【００１０】  凝集・硬化せずサラサラの有機樹脂塗料と不活性化したＶＯＣは水溶液とともに排水管７を経て回収槽５に導かれる。槽内のフィルタでサラサラの有機樹脂塗料は除去される。この水溶液はポンプを経てマイクロバブル発生器１へとリサイクルされる。【００１１】  マイクロバブル消滅時の分解作用について。
酸素原子は二個の最外殻電子をもつ。この二個の電子のスピンが不対（ｓｐｉｎ−ｕｎｐａｉｒｅｄ）の時に基底状態（安定した三重項）であるが、スピンが対（ｓｐｉｎ−ｐａｉｒｅｄ）の一重項になると強い活性を呈する。アニオン酸素分子（ｓｕｐｅｒ  ｏｘｉｄｅ）や活性水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ  ｒａｄｉｃａｌ）の酸素原子は一重項で反応性が高い。この活性水酸基の半減期は１０のー９乗秒と非常に短い。ＶＯＣ（＝Ｒ−Ｈ）は活性水酸基によりＲ・（アルキルラジカル）へと変化し，Ｒ−Ｏ２へと落ち着く。一方、水溶液内の水分子［Ｈ２Ｏ］と水酸基イオン［ＯＨ］，水素イオン［Ｈ］の濃度は熱平衡状態にある。温度によって濃度が決まり、ポルツマン分布と呼ばれる。温度上昇により［ＯＨ］の方が［Ｈ］より僅かではあるが多くなる。マイクロバブルの高い表面張力は高い表面温度を意味する。それ故、マイクロバブルは負に帯電する。水が高い表面張力を呈するのは、水分子／水酸基イオンの分極と水素結合に依拠する。合成双極子モーメントを有する水分子は、激しく回転しており、１０のー６乗秒でクルっと回転しているが、物質と接する界面では１０のー１２乗秒で一回転する。温度が高いマイクロバブル壁面では、水素結合でスクラムを組んでいる水酸基イオン群からはじき出される。マイクロバブル壁面の水酸基イオン密度は高くなり、気泡は小さくなる。
マイクロバブルが小さくなるにつれてこの電荷密度は上昇し、ついには消滅する。このとき発生する電磁波や衝撃波で水酸基イオンは、活性水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ  ｒａｄｉｃａｌ）になり、水微粒子に付着したＶＯＣや有機樹脂塗料はこの活性水酸基により不活性化される。【００１２】  数ミリほどの霧雨として浮遊落下する水微粒子群に、塗装ミスト流が向流上昇するので、トルエン、キシレン、酢酸ブチル、アセトン、イソプロピールアルコール、テトラクロロエチレンなどのＶＯＣそして有機樹脂塗料のほとんどはその表面に付着される。気流中に拡散している塗装ミストの殆んどが微粒子表面に付着する。マイクロバブル消滅時のクーロン斥力は、電磁波や衝撃波として開放される。マイクロバブル壁面の過密水酸基イオンは、活性水酸基へと活性化する。半減期１０ー９乗秒と短い活性水酸基は、直ちに水微粒子表面に付着しているＶＯＣと反応しこれを不活性化する。有機樹脂塗料がさらさらになる理由はここにある。
【実施例】
【００１３】  マイクロバブルを発生させこれを多数内包する水を撒き散らすマイクロバブル発生器１と、撒き散らされた水流を水微粒子として浮遊させる軸流ファン２とで、水微粒子流と塗装ミスト流を混流し、ＶＯＣや有機樹脂塗料をこの水微粒子群に付着させ、マイクロバブル消滅によりこれらを不活性化する、マイクロバブル装置（Ａ）。
マイクロバブルを多数内包する水微粒子に付着したＶＯＣは、マイクロバブル消滅時に生成される活性水酸基が消滅する前にこれと接触し分解される。【００１４】  上記マイクロバブル装置（Ａ）において、キャビテーションによりピーク粒径を１０〜１９μｍにもつマイクロバブルを発生するマイクロバブル発生器１を採用する。このピーク粒径のマイクロバブルは、水微粒子の自由落下中に数ミクロン以下に縮小し、その歪みエネルギーをＶＯＣや有機樹脂塗料の付着を契機として開放する。【００１５】  上記マイクロバブル装置Ａにおいて、オゾンを溶解あるいは気泡とした水流でマイクロバブルを発生させる。撒き散らさせた水微粒子内のマイクロバブル壁面の水酸基イオンは酸化促進され、活性水酸基を増加させる。【００１６】  上記マイクロバブル装置Ａにおいて、塗装ミスト流の代わりに清浄気流を採用し、マイクロバブル発生器１にはバクテリあるいは有機炭素量（ＴＯＣ）が高いなどの被浄化水流を供給する。この被浄化水流には予めオゾンを溶解しておく。バブル噴霧流８内を浮遊落下する水微粒子内のＴＯＣは、浮遊落下中に消滅するマイクロバブルの機能により分解される。【００１７】  上記マイクロバブル装置Ａにおいて、塗装ミスト流の代わりにウイルスあるいはＶＯＣなどを含んだ汚染空気を採用し、バブル噴霧流８内を浮遊落下する水微粒子にウイルスやＶＯＣなどを付着させ、浮遊落下中に消滅するマイクロバブルの機能によりこれらを不活性化あるいは分解する。特に、ウイルスは電荷を有するため、水微粒子表面にクーロン付着して捕捉される。【００１８】  上記マイクロバブル装置Ａにおいて、スプリンクラー部１３に代えて、微細孔を穿った噴霧部を採用してもよく、軸流フアン２には通常の送風ファンを採用しても良い。要は、マイクロバブルを内包する水微粒子が浮遊落下する、バブル噴霧流８が区画形成されれば良い。【００１９】  余論
マイクロバブルが縮小する理由として、バブル内の気体が壁面に溶解し、増加する水酸基イオンにより表面張力が増加する、との説には凝問を感じざるをえない。私なりに納得しえる仮説を次に紹介する。
力の伝搬は空間の歪みの伝搬である。地球から太陽に隠れて見えないはずの光りが届いたことより重力レンズが証明された。太陽の重力により周囲の空間が歪むのである。このマクロ世界の現象をミクロのマイクロバブル（マイクロ太陽）に適用しても何ら違和感はない。マイクロバブルの壁面空間は歪んでいる。この歪みエネルギーは電磁波として開放される。壁面の高濃度の水酸基イオンは活性水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ  ｒａｄｉｃａｌ）になり、マイクロバブルを多数内包する水微粒子に付着したＶＯＣや有機樹脂塗料を分解する。空間に歪みを与える「力」は、水素結合力、高電荷密度によるクーロン力、が思いつくがこれでは不十分であろう。最近になって地球磁場は、地球内部の外殻付近に溜まった水（地表の５倍）であることがわかってきた。高温高圧水内の鉄イオンであろう。翻って、マイクロバブル壁面に満ち満ちている高密度水酸基イオンが停止していると看做すほうが不自然であり、界面では水分子が１０のー１２乗秒で一回転している等から「周回している」と考えざるをえない。まさに、マイクロバブルはミニ地球でもあり、磁場が発生している。磁力線が曲げられたときに生じる張力をマックスウエルの応力（ｓｔｒｅｓｓｅｓ）という。高速周回する水酸基イオン流によるこの張力は、極めて大きいに違いない。この張力による空間歪みは電荷密度に比例するため、マイクロバブルは次第に曲率を大きく（気泡径は小さく）なる。臨界点（クーロン斥力との）に達すると空間歪みは電磁波として一気に開放される。この電磁波を吸収して水酸基イオンは活性水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ  ｒａｄｉｃａｌ）になる。本発明での水微粒子にＶＯＣなどの付着が、電磁波発生のきっかけとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】  塗装ミスト流を浄化する概略説明図である。
【図２】  マイクロバブル発生器の一部切り欠き断面図である。
【符号の説明】
【００２１】１    マイクロバブル発生器
２    軸流ファン
３    反応筒
４    吸込筒
８    バブル噴霧流
【図１】
2011000581.tif 000003
【図２】
2011000581.tif 000004