(57)【要約】【課題】  光触媒を用いて、低コストで、生ゴミ処理臭のような複合臭気を大幅に緩和できる脱臭装置および脱臭方法を提供する。【解決手段】  両端に吸気口（３）および排気口（４）を備えたケーシング（２）と、通風方向に平行となるように、ケーシング（２）内に配置された光源（６）と、光源を取り巻くように配置された光触媒担持体（５）と、悪臭空気をケーシング内に送風する送風機（７）とからなり、送風機（７）が、光源（６）からの光が直接照射される光触媒担持体（５）の面の面積をＳ（ｍ2）とし、脱臭装置を通過する悪臭空気の１時間あたりの通風容積を標準状態に換算した量をＶ（ｍ3／ｈｒ）とした場合、Ｖ／Ｓ（ｍ／ｈｒ）が５０００以上８００００以下となるように、悪臭空気を通風させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通風方向と直角な断面形状が一定である筒状ケーシングと、通風方向に平行となるように、該ケーシング内に配置された光触媒担持体と、該光触媒担持体を励起させる光源と、悪臭空気をケーシング内に通風する送風機とからなる脱臭装置において、該送風機が、光源からの光が直接照射される光触媒担持体の面の面積をＳ（ｍ2）とし、悪臭空気の１時間あたりの通風容積を標準状態に換算した量をＶ（ｍ3／ｈｒ）とした場合、Ｖ／Ｓ（ｍ／ｈｒ）が５０００以上８００００以下となるように、悪臭空気を通風させることを特徴とする脱臭装置。
【請求項２】
前記光源が複数であり、それぞれが通風方向と平行に配置されている請求項１に記載の脱臭装置。
【請求項３】
通風方向と直角な断面形状が六角形であり複数の筒状ケーシングと、通風方向に平行となるように 、各ケーシング内に配置された光触媒担持体および該光触媒担持体を励起させる光源と、悪臭空気を各ケーシング内に通風する送風機とからなる脱臭装置において、該送風機が、光源から光が直接照射される各ケーシングの光触媒担持体の面の面積をＳ（ｍ2）とし、各ケーシングにおける悪臭空気の１時間あたりの通風容積を標準状態に換算した量をＶ（ｍ3／ｈｒ）とした場合、Ｖ／Ｓ（ｍ／ｈｒ）が５０００以上８００００以下となるように、悪臭空気を通風させることを特徴とする脱臭装置。
【請求項４】
ケーシング内に悪臭空気を通風させることにより、前記悪臭空気中の臭気原因物質を分解する方法であって、通風方向と直角な断面形状が一定である筒状ケーシングと、通風方向に平行となるように、該ケーシング内に配置された光触媒担持体と、該光触媒担持体を励起させる光源と、悪臭空気をケーシング内に通風する送風機とからなる脱臭装置を用いて、光源からの光が直接照射される光触媒担持体の面の面積をＳ（ｍ2）とし、悪臭空気の１時間あたりの通風容積を標準状態に換算した量をＶ（ｍ3／ｈｒ）とした場合、Ｖ／Ｓ（ｍ／ｈｒ）が５０００以上８００００以下となるように、悪臭空気を通風させることを特徴とする脱臭方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低コストで、かつ、臭気を大幅に緩和することが可能で、光触媒による複合臭気から悪臭を除去する脱臭装置および脱臭方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発酵菌を使用して、家庭や工場等から排出される生ゴミを微生物処理する生ゴミ処理装置が用いられており、これに伴って、生ゴミ処理装置内の微生物処理の過程で発生する悪臭の除去が課題になっている。
【０００３】
脱臭方法には、活性炭吸着法、薬液洗浄法、触媒燃焼法といった方法がある。
【０００４】
活性炭吸着法は、高運転費で、活性炭の交換作業に手間が掛かるという問題点がある。薬液洗浄法は、排水処理が必要で、難溶性物質に適用できないという問題点がある。触媒燃焼法は、高濃度臭気に対応でき、高除去率ではあるが、装置価格およびランニングコストが高くなるという問題点がある。
【０００５】
これらに対して、装置が低価格であり、運転コストも低く、運転管理が容易で、かつ、常温での反応が可能な脱臭方法として、光触媒脱臭法がある。
【０００６】
光触媒とは、たとえば、アナターゼ型酸化チタン（ＴｉＯ2）などの金属酸化物からなり、紫外線の照射により励起されて、自由電子と正孔とを生じ、これらが臭気原因物質の酸化分解反応を促進することから、触媒作用を有する。たとえば、臭気原因物質が悪臭防止法規制物質である吉草酸からなる場合、酸化分解されて、最終的に二酸化炭素と水になる。
【０００７】
光触媒を用いた脱臭装置として、特開２００２−０６６５２１号公報、特開２００１−２０５０４０号公報、特開平８−２０６４５５号公報に記載されている装置がある。いずれの装置も、新しい脱臭装置の機構に関するが、脱臭性能については言及しておらず、詳細な説明が十分であるとは言えない。
【０００８】
微生物方式生ゴミ処理装置から発生する臭気は、多種多様な臭気原因物質が混ざった複合臭気である。「中型生ゴミ処理施設から発生する臭気物質について」（高橋通正、長谷川敦子、第１２回臭気学会発表要旨集、ｐｐ４２−４３、１９９９）によると、微生物方式生ゴミ処理装置から発生する臭気原因物質として、アルコール類（エタノール、ｎ―プロパノール、ｉ―ブタノール）、硫黄化合物（硫化メチル、二硫化メチル、メチルメルカプタン）、アルデヒド類（アセトアルデヒド、ｉ―ブチルアルデヒド、２−メチルブチルアルデヒド、３−メチルブチルアルデヒド）、エステル類（酢酸エチル、３−メチルブタン酸エステル）、ケトン類（アセトン、メチルエチルケトン）などが挙げられている。複合臭気は、別の臭気原因物質により、ある臭気原因物質の臭気が抑制されるマスキング効果、あるいは、複数の臭気原因物質同士が相互に臭気を強めあう相乗効果により、各物質の臭気が合わさった臭いとはならないことが多い。特開２００１−０７０４１９号公報によると、光触媒でこのような複合臭気を分解する性能は、同じ光触媒で、個々の臭気原因物質を分解するよりも低くなる。
【０００９】
生ゴミ処理装置等から排出されるガスは、すでに述べたように非常に多くの化学物質からなる混合ガスであり、その臭気原因は極めて複雑である。さらに、臭気原因物質は、有機化合物であるがゆえに、分解生成物や、あるいは、臭気原因物質や分解生成物が複雑に反応して発生した反応生成物が、新たな臭気原因物質になることも多い。従って、処理コストをも省みず、膨大な量の触媒、および、極めて多数の紫外線ランプ、すなわち、莫大な量の電力を使用して、悪臭空気に含有される全ての有機物質を、水や炭酸ガスにまで完全に分解するのは非現実的な方法である。また、光触媒分解等の技術により、悪臭空気に含有される有機化合物を単に分解するだけでは、適正な脱臭装置および脱臭方法とはならない。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−０６６５２１号公報
【００１１】
【特許文献２】特開２００１−２０５０４０号公報
【００１２】
【特許文献３】特開平８−２０６４５５号公報
【００１３】
【特許文献４】特開２００１−０７０４１９号公報
【００１４】
【非特許文献１】「中型生ゴミ処理施設から発生する臭気物質について」（高橋通正、長谷川敦子、第１２回臭気学会発表要旨集、ｐｐ４２−４３、１９９９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、光触媒を用いて、低コストで、生ゴミ処理臭のような複合臭気を大幅に緩和できる脱臭装置および脱臭方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者等は、前記課題を解決するために、鋭意、検討を重ね、以下のように本発明に達した。光触媒による新規な本発明の脱臭装置および脱臭方法は、前述のような脱臭の本質を理解した上で、光触媒分解反応試験を重ね、脱臭の目的である「臭いを低減する」ことのできる適切な反応条件範囲が存在するとの知見を得たことにより、見出されたものである。
【００１７】
すなわち、本発明に係る脱臭装置の第１の態様は、通風方向と直角な断面形状が一定である筒状ケーシングと、通風方向に平行となるように、該ケーシング内に配置された光触媒担持体と、該光触媒担持体を励起させる光源と、悪臭空気をケーシング内に通風する送風機とからなり、該送風機が、光源からの光が直接照射される光触媒担持体の面の面積をＳ（ｍ2）とし、悪臭空気の１時間あたりの通風容積を標準状態に換算した量をＶ（ｍ3／ｈｒ）とした場合、Ｖ／Ｓ（ｍ／ｈｒ）が５０００以上８００００以下となるように、悪臭空気を通風させる。
【００１８】
また、前記光源が複数であり、それぞれが通風方向と平行に配置されていることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る脱臭装置の第２の態様は、通風方向と直角な断面形状が六角形であり複数の筒状ケーシングと、通風方向に平行となるように 、各ケーシング内に配置された光触媒担持体および該光触媒担持体を励起させる光源と、悪臭空気を各ケーシング内に通風する送風機とからなる脱臭装置において、該送風機が、光源から光が直接照射される各ケーシングの光触媒担持体の面の面積をＳ（ｍ2）とし、各ケーシングにおける悪臭空気の１時間あたりの通風容積を標準状態に換算した量をＶ（ｍ3／ｈｒ）とした場合、Ｖ／Ｓ（ｍ／ｈｒ）が５０００以上８００００以下となるように、悪臭空気を通風させる。
【００２０】
また、本発明の脱臭方法は、ケーシング内に悪臭空気を通風させることにより、前記悪臭空気中の臭気原因物質を分解する方法であって、通風方向と直角な断面形状が一定である筒状ケーシングと、通風方向に平行となるように、該ケーシング内に配置された光触媒担持体と、該光触媒担持体を励起させる光源と、悪臭空気をケーシング内に通風する送風機とからなる脱臭装置を用いて、光源からの光が直接照射される光触媒担持体の面の面積をＳ（ｍ2）とし、悪臭空気の１時間あたりの通風容積を標準状態に換算した量をＶ（ｍ3／ｈｒ）とした場合、Ｖ／Ｓ（ｍ／ｈｒ）が５０００以上８００００以下となるように、悪臭空気を通風させる。
【００２１】
光源としては、ブラックライトが望ましい。また、光触媒担持体としては、ハニカム構造、発泡体構造、繊維状構造およびペレット充填構造のうちの１種あるいは２種以上の担持体を採用することが望ましい。さらに、吸気口の直前あるいは直後に除塵フィルターを有することが望ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の脱臭装置および脱臭方法により、光触媒を使用して、生ゴミ処理臭のような複合臭気を、低コストで、かつ、大幅に緩和することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の脱臭装置は、通風方向と直角な断面形状が一定である筒状ケーシングと、通風方向に平行となるように、該ケーシング内に配置された光触媒担持体と、該光触媒担持体を励起させる光源と、悪臭空気をケーシング内に通風する送風機とからなり、該送風機が、光源からの光が直接照射される光触媒担持体の面の面積をＳ（ｍ2）とし、悪臭空気の１時間あたりの通風容積を標準状態に換算した量をＶ（ｍ3／ｈｒ）とした場合、Ｖ／Ｓ（ｍ／ｈｒ）が５０００以上８００００以下となるように、悪臭空気を通風させる。
【００２４】
生ゴミ処理装置等、あるいは、臭気発生装置から発生する悪臭空気は、本発明の脱臭装置に、適切な配管等により送られる。
【００２５】
通風方向と、光源および光触媒担持体を平行とするのは、光源から放射される紫外線を最大の効率で利用することが可能となり、かつ、汚染空気がケーシング内を通過するときの圧力損失が最も低くなるからである。すなわち、通風方向と、光源および光触媒担持体を直交させる場合には、光源と光触媒担持体が通風の障害物となり、空気清浄装置を稼働させる際に無駄なエネルギーが必要となる。さらに、この場合、汚染空気を通風させるためには、光触媒担持体をハニカム構造または発泡構造とする必要が生じ、通風抵抗を少なくしようとすると、紫外線の透過率（光触媒の反応に利用されない紫外線の割合）が高くなり、逆に紫外線の透過率を低くしようとすると、通風抵抗が増加するというように、通風方向と、光源および光触媒担持体を直交させる構造では、圧力損失と紫外線透過率が相反してしまう。通風方向と、光源および光触媒担持体を平行とする場合、係る問題は生じず、一方、光源から発射される紫外光は全て光触媒担持体上に照射され、無駄なく光触媒反応に利用され得ることから、矩形で省エネルギーの装置を製作することが可能となる。
【００２６】
また、Ｖ／Ｓ（ｍ／ｈｒ）が５０００未満になると、悪臭空気に含有される臭気原因物質の分解が相当程度に進行するが、分解生成物や、あるいは、複数の汚染物質および／あるいは、それらの分解生成物の反応により生じる副生成物が、新たな臭気原因物質となり、結果として臭気が十分に低減されにくい。さらに分解を促進しようとすれば、処理コストが実用上の許容限度を大幅に超えた領域に入る。また、Ｖ／Ｓ（ｍ／ｈｒ）が８００００を超えると、悪臭空気に含有される臭気原因物質の分解が大幅に低下し、臭気が十分に低減されない。
【００２７】
光触媒担持体の基材の材質としては、セラミックスや金属が好ましいが、必ずしもこれらに限定されない。基材の形状については、本発明では該基材を通風方向に平行に配置することから、光触媒担持体に空気の流通性を担保させる必要がないため、繊維状、粒状、棒状、平坦なシート状、平坦な板状、波板状など種々の形状を採用できる。また、コルゲート状、フォーム（発泡体）状、ハニカム状などの多孔質体を採用してもよい。例えば、平坦なシート状のものを採用すれば、紫外線の透過率を０とすることが可能となり、通風の障害物とならないという利点を有する。
【００２８】
光触媒担持体に担持される光触媒は、紫外線の照射を受けて光触媒機能を効果的に発揮できるものであれば良く、酸化チタンや酸化亜鉛に代表されるような光触媒、あるいは、可視光も利用可能な光触媒、さらに、今後、新たに実用化されるであろう新規な光触媒でも良い。
【００２９】
光触媒担持体に担持される光触媒の量は、多すぎれば無駄になり、少なすぎれば光触媒性能が不十分となるので、適切な量の範囲で使用されなければならない。たとえば、アナターゼ型酸化チタンをハニカム型基材に担持させる場合の目安として、ハニカムの容積１リットルあたり、１０ｇから３００ｇを挙げることができる。しかし、光触媒の種類や基材の種類により、光触媒の量が好ましい範囲にあるように、選定されなければならない。一方、光触媒材料によっては、製作工程の簡略化のため、基材自体を光触媒材料で製作することも可能であり、その場合、光触媒担持体は基材と担持される光触媒が一体化したものとなる。
【００３０】
このように、本発明では、光触媒の量を議論するべきものではなく、光触媒の担持量にかかわらず、任意の種類と量の光触媒を本発明では何ら問題なく使用することができ、いずれも本発明が規定するＶ／Ｓ（ｍ／ｈｒ）の計算に何ら影響を与えない。
【００３１】
また、光触媒を基材に担持するに際して、好適な助剤を使用することは一般的に広く知られた技術であり、本発明に用いても良い。例えば、シリカゾルやアルミナゾルなどを挙げることができるが、本発明においては、その種類や量に限定されない。
【００３２】
図１は、本発明による脱臭装置の内部構造の一例の概略を示す断面図である。脱臭装置は、反応容器であるケーシング（２）を有し、ケーシング（２）内の下部所定位置に吸気口（３）を設け、上部所定位置に排気口（４）を設ける。ケーシング（２）は、通風方向に伸びる筒状をしており、その断面形状は短形である。該ケーシング（２）の内部には、除塵フィルター（８）、光触媒担持体（５）、光源（６）、送風機（７）を設ける。
【００３３】
光触媒担持体（５）は、基材に光触媒が担持される。光触媒担持体（５）は、通風方向に対して平行に光源（６）を取り巻くように配置される。
【００３４】
図２および図３は、本発明の脱臭装置の異なる実施例を示した斜視図である。
【００３５】
図２に示したように、１つの光触媒装置のケーシング（２）の通風方向に直角な断面を正六角形とし、隙間なく束ねることにより、脱臭装置の容積を最小とすることが可能となる。あるいは、図３に示したように、１つの光触媒装置として、ケーシング（２）の通風方向に直角な断面を角が丸く細長い長方形とし、複数の光源（６）を一列に並べることにより、収容が容易となる薄型の脱臭装置を得られる。この場合でも、いずれも本発明が規定するＶ／Ｓ（ｍ／ｈｒ）を満たす限り、本発明の技術的範囲に属する。
【００３６】
光触媒担持体（５）と光源（６）との間の距離は、任意に設定可能であるが、一般に、光が照射されている面の光の強さは距離の２乗に反比例するので、当該距離が大きいと照射面の光の強さが減少する。これは、光触媒の利用効率を高く維持したいと願う本発明の望むところではない。当該距離を小さくすると、光触媒の利用効率を高くできるが、Ｓ（ｍ2）が小さくなるので、悪臭空気の処理量が小さくなる。従って、光触媒担持体（５）と光源（６）との間の距離は、本発明において規定されるＶ／Ｓ（ｍ／ｈｒ）を実現しながら、光触媒担持体の紫外線が照射される面における紫外線の強度が後述する範囲にあるように、かつ、多くの悪臭空気を処理できるように、設定されなければならない。
【００３７】
光源（６）としては、紫外線ランプを使用する。紫外線ランプは、波長が２００ｎｍ〜４００ｎｍで、光触媒を励起させる能力を有するものであればよく、たとえば、光触媒として酸化チタンを使用する場合、ブラックライトが好ましい。光源（６）は、光触媒担持体（５）の紫外線照射面に対して必要かつ十分な量の紫外線を照射できる個数だけ使用すればよい。光源（６）が多すぎれば、脱臭装置の容積が無用に大きくなり、かつ、無駄な電力を消費して、非経済的な装置となる。一方、少なすぎれば、紫外線の量が不足し、光触媒担持体（５）の一部が無駄になる。光源（６）の使用個数の目安としては、たとえば、光源（６）に面している光触媒担持体（５）の面における紫外線強度が１０００μＷ／ｃｍ2から１５０００μＷ／ｃｍ2の範囲を挙げることができ、好ましくは、６０００μＷ／ｃｍ2から１５０００μＷ／ｃｍ2の範囲を挙げることができる。
【００３８】
既に述べたように、脱臭の効果として化学物質の量を測定することは、脱臭の程度の評価とはなりにくく、脱臭効果は、臭気そのもので判定されるべきものである。すなわち、脱臭性能評価は、悪臭空気と、脱臭装置により処理された空気との双方を、平成７年の環境省告示第６３号による官能試験法において定義される臭気濃度を測定することにより、判定されるべきである。そこで、本明細書においては、後述する実施例および比較例において、悪臭空気と、悪臭空気を本発明に拠らない脱臭方法で処理した空気と、悪臭空気を本発明による脱臭方法で処理した空気とについて、前記官能試験法により臭気濃度を測定することにより判定した。
【実施例】
【００３９】
以下に，本発明の実施例について、具体的に説明する。ただし、本発明の実施例は、以下の実施例に限定されない。
【００４０】
（実施例１）
光触媒担時体の調製
チタニアゾル（石原産業製、ＳＴＳ−２１、ＴｉＯ2含有量４０質量％）とコロイダルシリカ（日産化学製、コロイダルシリカＮ、ＳｉＯ2含有量２０質量％）とを、チタニアとシリカの比が９対１になるように混合調製したものに、所定量の光触媒が担時されるように、セラミックハニカム（西部技研製、寸法：２１４ｍｍ×４５ｍｍ×５ｍｍ、セル数：１２０ｃｅｌｌ／ｉｎｃｈ2）を浸した。その後、１１０℃で３０分以上乾燥した後、空気中で４００℃で２時間、焼成し、光触媒担持体を得た。得られた光触媒担持体は、製作した範囲でそれぞれおよそ６グラムから１３グラムの酸化チタンを含有していた。
【００４１】
脱臭性能評価試験
図１に概念的な断面図を示した試験用の脱臭装置で、直方体のステンレス製ケーシング（５０ｍｍ×５０ｍｍ×２１４ｍｍ）（２）の内側に、前述の光触媒担持体（５）４枚を通風方向に平行となるように貼り付けた。該ステンレス製ケーシング（２）の中央には、光触媒担持体（５）で取り囲まれるように、ブラックライト（６）（東芝製、ＦＬ８ＢＬ−Ｂ）１本を通風方向と平行に装着した。このケーシング（２）内で、光触媒担持体（５）に光源（６）の光が直接照射される面の面積Ｓ（ｍ2）は、３４２×１０-6であった。生ゴミ処理装置から発生する悪臭空気を、送風機（７）により標準状態で５ｍ3／ｈｒの流量で送り込んだ。触媒層温度は、５０℃であった。反応試験開始から２４ｈｒ以上、経過した後、脱臭装置の入口空気と出口空気とから、サンプリングバッグに十分な量を採取し、臭気濃度を測定した。ケーシング（２）内で、光触媒担持体（５）への光源（６）の光が、直接照射される面の面積Ｓ（ｍ2）で、送風機（７）から送られる空気の１時間あたりの流量を標準状態に換算した値Ｖ（ｍ3／ｈｒ）を除して計算されたＶ／Ｓ（ｍ／ｈｒ）は、１４６００であった。なお、臭気濃度の測定は、平成７年の環境省告示第６３号による官能試験法で行った。表１に、試験条件および試験結果を示す。
【００４２】
（実施例２）
生ゴミ処理装置から発生する悪臭空気を、送風機（７）により標準状態で１５ｍ3／ｈｒの流量で送り込んだ以外は、実施例１と同様にして試験を行った。Ｖ／Ｓ（ｍ／ｈｒ）は、４３９００であった。表１に、試験条件および試験結果を示す。
【００４３】
（比較例１）
生ゴミ処理装置から発生する悪臭空気を、送風機（７）により標準状態で１ｍ3／ｈｒの流量で送り込んだ以外は、実施例１と同様にして試験を行った。Ｖ／Ｓ（ｍ／ｈｒ）は、２９００であった。表１に、試験条件および試験結果を示す。
【００４４】
（比較例２）
生ゴミ処理装置から発生する悪臭空気を、送風機（７）により標準状態で３０ｍ3／ｈｒの流量で送り込んだ以外は、実施例１と同様にして試験を行った。Ｖ／Ｓ（ｍ／ｈｒ）は、８７７００であった。表１に、試験条件および試験結果を示す。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
Ｖ／Ｓ（ｍ／ｈｒ）が、５０００以上８００００以下である実施例２、３での脱臭装置出口の臭気濃度は、本発明によらない比較例１、２における脱臭装置出口の臭気濃度より、大幅に低かった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による脱臭装置の内部構造の一例の概略を示す断面図である。
【図２】本発明の脱臭装置の異なる実施例を示した斜視図である。
【図３】本発明の脱臭装置の異なる実施例を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
２  ケーシング
３  吸気口
４  排気口
５  光触媒担持体
６  光源
７  送風機
８  除塵フィルター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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