(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、該ケーシング内に複数の空間を形成するように通風方向に対し直交方向に配置され、かつ、通風方向に開口を有する光触媒担持体（５）と、光触媒担持体（５）で仕切られたそれぞれの空間内に配置される光源（６）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、光触媒担持体（５）の容積の総和に対し、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の比として定義される空間速度が、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
2005152042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に吸気口および排気口を備えたケーシングと、該ケーシング内に複数の空間を形成するように通風方向に対し直交方向に配置され、かつ、通風方向に開口を有する光触媒担持体と、光触媒担持体で仕切られたそれぞれの空間内に配置される光源と、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、光触媒担持体の容積の総和に対し、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の比として定義される空間速度が、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】
光触媒担持体と光源とが交互に配置された空間内に悪臭空気を通風し、光源からの光により光触媒を励起させることにより、前記空気中の臭気原因物質を分解する方法であって、光触媒担持体の容積の総和に対し、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の比として定義される空間速度が、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の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発酵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発酵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合う相乗効果により、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臭気を分解する性能は、同じ光触媒で、個々の臭気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。したがって、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。
【特許文献１】特開２００２−０６６５２１公報
【特許文献２】特開２００１−２０５０４０公報
【特許文献３】特開平８−２０６４５５公報
【特許文献４】特開２００１−０７０４１９公報
【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】
【００１０】
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】
【００１１】
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。本発明による光触媒による新規な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。
【００１２】
すなわち、本発明に係る脱臭装置は、両端に吸気口および排気口を備えたケーシングと、通風方向に垂直に配置され、かつ、通風方向に開口を有する光触媒担持体と、光触媒担持体で仕切られたそれぞれの空間内に、通風方向に垂直な面内で平行に配置される光源とを備えており、光触媒担持体の容積の総和に対し、悪臭空気（臭気濃度の高い空気）の１時間あたりの通風容積を標準状態に換算した量の比として定義される空間速度が、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。処理される悪臭空気の通風は、外部の送風機を用いることができるが、外部に送風機がない場合には、当該装置に送風機を設けてもよい。
【００１３】
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、吸気口と光触媒担持体の間に除塵フィルターを有することが望ましい。
【００１４】
一方、本発明に係る脱臭方法は、光触媒担持体と光源とが交互に配置された空間内に悪臭空気を通風し、光源からの光により光触媒を励起させることにより、前記空気中の臭気原因物質を分解する方法であって、光触媒担持体の容積の総和に対し、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の比として定義される空間速度が、５０００以上８００００以下となるように、処理される悪臭空気を通風させる。
【発明の効果】
【００１５】
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】
【００１６】
本発明の脱臭装置は、両端に吸気口および排気口を備えたケーシングと、通風方向に垂直に配置され、かつ通風方向に開口を有する光触媒担持体と、光触媒担持体で仕切られたそれぞれの空間内に、通風方向に垂直な面内で平行に配置される光源とからなり、光触媒担持体の容積の総和に対する、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の比として定義される空間速度が、５０００以上８００００以下と規制する。
【００１７】
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。
【００１８】
空間速度が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、複数の臭気原因物質および／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、空間速度が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。
【００１９】
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。基材の形状として、繊維状、粒状、棒状、平坦なシート状、平坦な板状、波板状などのほかに、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挙げることができる。
【００２０】
光源からの光放射の法則から、光の強度は光源からの距離の自乗に反比例して減少し、かつ、照射面の後方にある光触媒担持体は、光が照射されないため反応に何ら寄与することができない。従って、光触媒担持体の容積は、適度な強度の光の照射が得られるという観点から決定される。紫外線が到達しないか、あるいは、紫外線が極めて少量しか照射されないような担持体の厚み部分、すなわち、脱臭性能に関与しない部分は、本来的には脱臭装置にとり不要であるばかりでなく、脱臭装置の無用な大容積化を招くが、紫外線が到達し得ない部分に、吸着材等の光触媒分解以外の機能を有する材料を配置することで、別機能を得ることができる。
【００２１】
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。
【００２２】
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を上げることができる。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とが一体化したものと考えられる。
【００２３】
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空間速度の計算に何ら影響を与えない。
【００２４】
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、本発明に用いてもよい。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。
【００２５】
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）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。
【００２６】
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、ケーシング（２）の横断面の全面に広がるようにする。ケーシング（２）内に、該光触媒担持体（５）を、その開口面が通風方向に垂直（例えば図１では、下から上の方向）となるように、かつ、相互に等間隔で配置し、隣接する２個の光触媒担持体（５）の間の空間に複数個の光源（６）が配置される。
【００２７】
光触媒担持体（５）と光源（６）の距離は、本発明に係る空間速度の決定には関係しないので、特に限定されないが、装置全体の容積を小さくし、かつ、光源（６）の効率を高く維持できれば、例えば通風方向に垂直で、かつ、光触媒担持体（５）の面と、これに面している光源（６）の外表面との最小距離が、５〜１００ｍｍとなるように、等間隔で配置されることが望ましい。
【００２８】
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２００〜４００ｎｍで、光触媒を励起させる能力を有するものであればよく、例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）の個数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、通風方向に垂直な光触媒担持体（５）の面における紫外線強度が、１，０００μＷ／ｃｍ2 から１５，０００μＷ／ｃｍ2 の範囲を挙げることができる。
【００２９】
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拠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】
【００３０】
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。
【００３１】
（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×１６４ｍｍ×２０ｍｍ、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１００ｇから２００ｇの酸化チタンを含有していた。
【００３２】
光触媒担持体の１枚の容積は、前述の外形寸法から計算され、０．７リットルである。後述する脱臭性能評価試験には、得られた光触媒担持体から、２枚を使用した。
【００３３】
（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に、光触媒担時体（５）２枚と、ブラックライト（６）（東芝製、ＦＬ８ＢＬ−Ｂ）４本とを装着し、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２０ｍ3／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。使用した光触媒担持体（５）の枚数と、１枚の容積である０．７リットルとから計算される光触媒担持体（５）の容積の総和で、送風機（７）から送られる悪臭空気の１時間あたりの流量を標準状態に換算して得られた値を、除して、空間速度を求めたところ１４３００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。
【００３４】
表１に、試験条件および試験結果を示す。
【００３５】
（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６０ｍ3／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。空間速度は４２９００であった。
【００３６】
表１に、試験条件および試験結果を示す。
【００３７】
（比較例１）
光触媒担時体（５）を１０枚とし、ブラックライト（６）を３２本とし、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２５ｍ3／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。空間速度は３  ６００であった。
【００３８】
表１に、試験条件および試験結果を示す。
【００３９】
（比較例２）
光触媒担時体（５）を１枚とし、ブラックライト（６）を４本とし、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６０ｍ3／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。空間速度は８５７００であった。
【００４０】
表１に、試験条件および試験結果を示す。
【表１】
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【００４１】
空間速度が、５０００以上８００００以下である実施例１、２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】
【００４２】
【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。
【符号の説明】
【００４３】
２  ケーシング
３  吸気口
４  排気口
５  ハニカム状光触媒担持体
６  光源
７  送風機
８  除塵フィルター
【図１】
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