(57)【要約】【課題】  分解に用いられる塩素ガスの再利用を目的とする。【解決手段】  循環系の装置を提供し、水溶液の逆流を防ぐために。ガス導入手段を下部に配置する。【選択図】  図１
2005120053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩素ガスを発生させる水溶液を収容する塩素ガス導入手段と、前記塩素ガスと分解対象物質ガスとの混合ガスを収容する容器と、前記容器内の前記混合ガスに光を照射する光源とを有する分解対象ガス分解装置において、
前記塩素ガス導入手段と前記容器とを接続する循環経路と、
前記循環経路に前記分解対象物質ガスを導入する分解対象物質ガス導入手段と、を有し、
前記分解対象物質ガス導入手段は分解対象物質が気化するための塩素系有機液化合物体気化部を有し、
前記容器と前記塩素系有機化合物液体気化部は前記塩素ガス導入手段に収容されている前記水溶液の水面よりも高い位置に配置されていることを特徴とする分解対象ガス分解装置。
【請求項２】
酸素ガスを循環系に導入する酸素ガス導入手段を有することを特徴とする請求項１に記載の分解対象ガス分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩素ガスと分解対象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に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでに塩素ガスと分解対象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分解対象ガス、より具体的にはトリ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。混合ガスには塩素ガスが含まれており、そ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。
【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】
【０００３】
特許文献１に記載されているような装置では、光照射後のガスが装置系外へ排出される。一方光照射前のガスは空気等の新たなガスを取り込みそのガスを主成分として混合ガスを得る。そのため混合ガスに含まれる塩素ガスの再利用ができない。よって本発明は混合ガスに含まれる塩素ガスの再利用を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
よって本発明は
塩素ガスを発生させる水溶液を収容する塩素ガス導入手段と、前記塩素ガスと分解対象物質ガスとの混合ガスを収容する容器と、前記容器内の前記混合ガスに光を照射する光源とを有する分解対象ガス分解装置において、
前記塩素ガス導入手段と前記容器とを接続する循環経路と、
前記循環経路に前記分解対象物質ガスを導入する分解対象物質ガス導入手段と、を有し、
前記分解対象物質ガス導入手段は分解対象物質が気化するための塩素系有機化合物液体気化部を有し、
前記容器と前記塩素系有機化合物液体気化部は前記塩素ガス導入手段に収容されている前記水溶液の水面よりも高い位置に配置されていることを特徴とする分解対象ガス分解装置を提供する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明により、塩素ガスの再利用が可能となった。のみならず循環するガスの組成に関して、容器に入る前の混合ガスの組成と光照射処理された後のガスの組成とでは分解対象ガスが分解されることに係るガス以外の組成変化が無いので光照射処理された後のガスを混合ガスを作成するためのガスとして再利用しやすい。そして分解対象物質のガス化あるいは分解反応あるいは水溶液からの塩素ガス発生に伴う圧力変化が閉鎖系である循環系に作用することに係り、万が一の不測の事態により液の逆流より具体的には塩素ガス導入手段が収容している水溶液が光反応用の容器あるいは塩素系有機化合物液体気化部へ流れることを容器と塩素系有機化合物液体気化部が塩素ガス導入手段に収容されている水溶液の水面よりも高い位置に配置されていることにより防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の第１の実施の形態に係る分解対象ガス分解装置は、光照射による分解処理を経たガスが混合ガスの分解に再度利用される様に循環系を有しており、容器と塩素系有機化合物液体気化部は塩素ガス導入手段に収容されている水溶液の水面よりも高い位置に配置されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明者は分解処理を経たガスの再利用、特に塩素ガスの再利用を試みた。そしてそのために循環系を設け、ガスを循環系内で循環させることが好ましいのではと考え試行錯誤した。
【０００８】
その結果循環系すなわち閉鎖された循環系では分解対象物質のガス化あるいは分解反応あるいは水溶液からの塩素ガス発生に伴う圧力変化が認められた。
【０００９】
その圧力変化は低く、構築される循環系の各要素例えば循環経路や反応場の容器あるいは塩素系有機化合物液体気化部、そしてガス導入手段といった各要素の耐圧能力を超えるものではない。
【００１０】
ただもし不測の利用により予想外の圧力変化が生じて構築される循環系の一部の耐圧能力を超えた場合、ガス導入手段に収容される水溶液が逆流するかもしれない。
【００１１】
またもし不測の利用により塩素ガスの発生圧力が急激に高くなり、ガス導入手段が収容する水溶液が光反応空間からガス導入手段へガスが流れるための一部の循環経路を逆流するかもしれない。そして水溶液は塩素系有機化合物液体気化部からさらに光反応空間にまで逆流するかもしれない。
【００１２】
そこで本実施形態に係る分解対象ガス分解装置では、光による分解処理を経たガスが混合ガスの分解に再度利用される様に循環系を有し、容器と塩素系有機化合物液体気化部とを塩素ガス導入手段に収容されている水溶液の水面よりも高い位置に配置することで水溶液の逆流を防ぐ工夫をした。
【００１３】
図１は本実施形態に係る分解対象ガス分解装置の模式図である。符号１は塩素ガス導入手段、２は分解対象物質導入手段、３は循環経路、４は入口における混合ガスの流れ方向、５は容器、６は光源、７は出口におけるガスの流れ方向、８は酸素ガス導入手段、１０は塩素系有機化合物液体気化部、１１および１２は塩素発生用原料貯蔵タンク、１３はｐＨ調整用原料貯蔵タンク、１４はｐＨ計、１５は安全弁である。図示するように容器５と塩素系有機化合物液体気化部１０は塩素ガス導入手段１に収容されている水溶液の水面よりも高い位置に配置されている。
【００１４】
塩素ガス導入手段１と分解対象物質導入手段２は循環経路３に接続している。分解対象物質導入手段２は塩素系有機化合物液体気化部１０を有しており、塩素系有機化合物液体気化部１０が循環経路に接続されている。塩素系有機化合物液体気化部１０は液状の塩素系有機化合物液体を滴下して循環経路を流れる塩素ガスにより気化させる空間を有する容器である。また循環経路の途中には分解対象ガスを光分解させるために収容する容器５が設けられている。容器５は筒状であり、図示するように容器５内部に光源６が配置されている。容器５にはのガス（分解対象ガスと塩素ガスとからなる混合ガス）を導入するための入口が設けられている。混合ガスの流れを符号４で図中に示した。また容器５には分解後のガスを循環経路へ戻すための出口が設けられている。循環経路３を流れるガスの流れを符号７で図示した。循環経路３内を流れる分解後のガスは塩素ガス導入手段１及び分解対象物質導入手段２から導入される塩素ガス及び分解対象ガスと混合し再び混合ガスとして利用される。分解後のガスには、分解に伴って生成される塩素ガスなどが含まれている。従って循環系を移動する塩素ガスはごく微量の更なる塩素ガスを追加するだけで済む。  そして容器６と塩素系有機化合物液体気化部１０とを塩素ガス導入手段１に収容されている水溶液の水面よりも高い位置に配置している、このため不測の水溶液の逆流による容器への流入あるいは塩素系有機化合物液体気化部１０への流入を防ぐことができる。
【００１５】
本実施形態に係る装置は更に酸素ガス導入手段を有することが好ましい。というのも外部の大気を導入しない本実施形態のような循環系の装置の場合、循環系を循環するガスの成分のうち、酸素が消費されるからである。外部の大気が常に導入される開放系の場合（すなわち非循環系）の場合、大気中の酸素を導入することができるので酸素を導入する格別の必要性はない。
【００１６】
つまり酸素が減る循環系の場合、特に分解反応場である容器において減圧が認められることがある。その場合逆流を防ぎかつ消費される酸素を導入し、長時間安定に装置を作動させるために酸素ガス導入手段を設け、酸素を循環系に導入することが好ましい。
【００１７】
なお本実施形態に係る分解反応は先に述べた塩素ラジカルによる連鎖反応であることが予想される。ガス化された塩素系有機化合物（分解対象ガス）は分解し、ガス中に含まれる酸素と結合することでトリクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、モノクロロ酢酸等のクロロ酢酸のようなハロ酢酸が生じる。このクロロ酢酸を得るためには酸素が必要であり、本発明の大気を導入しない循環系の場合には酸素を導入することで分解対象ガスの高い分解効率を長時間維持できる。
【００１８】
ここで光源が発する光は３００ｎｍ以上５００ｎｍ以内の波長が好ましく。３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以内の波長を用いるのがより好ましい。このような光照射で塩素のラジカル化が十分できる。
【００１９】
さらに詳述する。
【００２０】
塩素ガス導入手段１は液体を収容し、液体から塩素ガスを発生させ循環経路に導入する。
【００２１】
塩素ガス導入手段１の底部には容器５出口からの循環経路が接続されており、ガスが塩素ガス導入手段１に収容されている液をバブリングできるようになっている。バブリングにより効果的に塩素ガスが発生する。また循環経路が塩素ガス導入手段１の底部に配置されていることで容器５から排出される水溶性化合物（光反応により生成される生成物、例えばクロロ酢酸）を塩素ガス導入手段に収容されている液中に導入回収することできる。
【００２２】
塩素ガス導入手段１は必要に応じて図示されるように底部にテーパーを設けて不図示の弁により底部から液体を回収してもよい。例えば万が一水に対する不溶性沈殿物質（固体液体に依らず）が出口から導入されるガスに含まれていた場合でも低部から回収できる。その意味で好ましい形態である。
【００２３】
分解対象物質導入手段２は、ガス化した分解対象物質を循環系に導入するための手段である。特に流通する塩素ガスの流れにより気化させることが簡便でありマイルドに塩素ガスに混合されるので好ましい。特に本実施形態において分解対象ガス分解装置は作動時閉鎖されている循環系であるので分解対象物質が分解された分だけ分解対象物質が塩素ガスの流気によりガス化されることが好ましい。
【００２４】
分解対象物質導入手段２は、液状の分解対象物質を循環系に導入してもよい。好ましくは液滴である分解対象物質を循環系に導入し塩素ガスの流気により気化させることが好ましい。液滴は微量であるため分解対象物質を急激に気化させることがないので液滴による定量注入は反応をコントロールしやすいという点で好ましい。
【００２５】
分解対象物質導入手段２は液体の分解対象物質を塩素系有機化合物液体気化部１０へ導入する。導入には液体を滴下することで導入する。塩素ガスが塩素系有機化合物液体気化部１０へ導入されることで滴下された液体の分解対象物質が塩素系有機化合物液体気化部１０に溜まり続けることなく気化されて混合ガスとして循環経路３へ導入される。
【００２６】
分解対象物質は循環系に導入されるまでは高濃度に濃縮されたものを用いることが好ましい。より好ましくは分解対象物質を液化した状態であり、固体粉末状のものでもよい。特に液化されたものはガス状のものと比べて空気等で希釈されることがなく保管や分解対象物質導入手段２への移送も容易にできる。
【００２７】
また汚染地盤に含まれた塩素系有機化合物を分解対象物質とした場合は、分解対象物質を回収および濃縮したものが好ましく、より好ましくは分解対象物質を液化したものである。一般に汚染地盤に含まれる分解対象物質は高濃度で存在することは少なく、微量であるがしかし除去すべき低濃度で存在している場合が多い。そのような場合、分解対象物質を土壌から連続して回収し低濃度のまま分解するよりも、分解処理においては高濃度に濃縮し液化たものを適量気化させ閉鎖系である循環系において分解したほうが好ましい。
【００２８】
酸素ガス導入手段８は酸素ガスを循環系に導入する手段である。本図では酸素ガス導入手段は容器５において酸素ガスを導入する。この位置だと容器に酸素を高濃度に導入できるし容器内の圧力を高めることができるので好ましい。酸素比率は例えば大気中の酸素の比率と同様にするために全混合ガスの２０％程度導入してもよい。分解効率を考慮し適宜その比率を決めればよい。なお酸素導入流量はたとえば１０ｍｌ／分以上１００ｍｌ／分以下である。
【００２９】
このような分解対象ガス分解装置であれば、塩素ガスを分解対象物質ガスを混合させ（混合工程）、光照射により分解対象物質ガスを分解し（分解工程）、出口からガスを循環経路で移送し（移送工程）再び混合ガスを得ることができ、更に酸素ガスを循環系内に導入（酸素ガス導入工程）が可能となる。
【００３０】
このように本実施形態では循環系で分解対象ガスを分解するので導入する塩素ガスを再利用でき、追加の塩素ガスの消費量を減らすことができる。また同時に酸素を循環系に導入することで高い分解効率を長時間維持でき塩素ガス導入手段内の水溶液の逆流をふせぐことができる。
【００３１】
また本実施形態では、容器５が塩素ガス導入手段１、分解対象物質導入手段２と循環経路を介して接続している。すなわち分解反応場である容器５が塩素ガス導入手段１、分解対象物質導入手段２と別に設けられている。このような構成の場合、光が容器内のみで照射されることになり、分解反応を精密に制御できるので好ましい。更に容器入口前に弁を設けることで容器内に導入される混合ガスの圧力を制御することができるので好ましい。またこれら塩素ガス導入手段１と分解対象物質導入手段２とを容器５に直接接続してもよくその場合酸素ガス導入手段８も容器５に直接接続してもよい。
【００３２】
本実施形態では、塩素ガス導入手段はどのような構成でもよい。好ましくはガス状態の塩素を導入できる手段である。塩素ガス導入手段は液体から塩素ガスを発生させる後述する手段であってもよいし、塩素ガスボンベから供給されるものでもよい。また、電気分解することで陽極付近に発生する塩素ガスを利用する手段でもよい。
【００３３】
また本実施形態では、対象ガスとして例えば、塩素化エチレン、塩素化メタン等が挙げられる。具体的には塩素化エチレンとしては、エチレンの１〜４塩素置換体、即ちクロロエチレン、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が挙げられる。さらにジクロロエチレンとしては、例えば１，１−ジクロロエチレン（塩化ビニリデン）、ｃｉｓ−１，２−ジクロロエチレン、ｔｒａｎｓ−１，２−ジクロロエチレンを挙げることができる。また塩素化メタンとしては、メタンの塩素置換体、例えばクロロメタン、ジクロロメタン、トリクロロメタン等が挙げられる。循環系を流れる場合に気体状になればよく、導入時には液状でもよい。導入される分解対象ガスは加熱により気体状態になるのを促されたり、あるいは気流が吹き付けられることで気体状態になるのを促されてもよい。
【００３４】
本実施形態では酸素ガス導入手段は導入経路に酸素を気体状態で導入する以外に加熱あるいは光あるいはその他の刺激により酸素を発生させる紛体のような固形物を導入経路に導入する手段であってもよい、より好ましくは酸素が混合ガスに均一に導入されやすい気体状態の酸素を導入する手段であることが好ましい。また酸素ガス導入手段は本実施形態では容器と接続しているがこれ以外に循環系のいずれの位置に配置されていてもよい。好ましくは容器に直接導入されていることが反応で減少する酸素を反応空間である容器に直接導入できるという意味で好ましい。また混合ガスが得られる場所あるいは混合ガスが得られて容器へ導入される途中の場所に酸素ガス導入手段を配置することが容器に混合ガスが導入されるまでに酸素ガスが混合ガスに均一に導入できるという意味でこれら形態も好ましい。
【００３５】
本実施形態では光源は容器の内側に配置され、容器内の混合ガスに光照射する形態であるが、この他にも透明な容器の外側に光源を配置し、容器外部から容器内部の混合ガスに光を照射する形態でもよい。更により好ましくは不透明な容器の内側に光源が配置されている構成が好ましい。さらに言えば塩化ビニルのような耐薬品性の高い不透明容器を本容器として利用することが好ましい。
【００３６】
本実施形態では容器は３つであるが必要に応じて１つ以上配置してもよい。その場合互いを並列あるいは直列に配置してもよい。
【００３７】
また本実施形態では必要に応じて設けられる安全弁１５を設けることが好ましい。大気に対して非開放である本装置では、分解の度合いにより圧力変化（減圧、加圧）が生じるかも知れない。その場合を想定して安全装置として安全弁を設け、必要に応じて循環系内の圧力を適宜調整することが好ましい。より具体的には安全弁は塩素ガス導入手段に配置されていることが塩素ガス導入手段が加圧になる可能性が高いという意味で好ましい。
【００３８】
本実施形態ではタンク１１、１２にそれぞれ次亜塩素酸ナトリウム水溶液、塩酸が収容されており、これらが適量塩素ガス導入手段１へ導入される。タンク１３には水酸化ナトリウムが収容されておりこれは塩素ガス導入手段１のｐＨを調整するためのものである。ｐＨの調整には必要に応じて設けるｐＨ計１４からの値をもとに調整する。なお本実施形態では塩素ガス導入手段１に収容されている液体はｐＨ＝３という高い酸状態に維持されている。
【００３９】
本実施形態において、例えばテトラクロロエチレンを一日に５００ｇ分解できる。これはテトラクロロエチレン１ｐｐｍ（環境基準値の１００倍）を含む汚染地下水５００ｔを一日で処理できる能力に相当する。その場合の反応槽において濃度が数１００ｐｐｍ以上数１０万ｐｐｍ（より具体的には約１７００ｐｐｍ）のテトラクロロエチレンを分解できる。その場合の反応槽における分解対象ガスの滞留時間は１分程度（あるいは１分以内）、光源としてブラックライト（消費電力３２Ｗｘ３本）、酸素導入流量は５０ｍｌ／分である。そのような条件でメンテナンスフリーで約１ヶ月間運転が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施の形態に係る分解対象ガス分解装置の模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  塩素ガス導入手段
２  分解対象物質導入手段
３  循環経路
４  入口における混合ガスの流れ方向
５  容器
６  光源
７  出口におけるガスの流れ方向
８  酸素ガス導入手段
１０  塩素系有機化合物液体気化部
１１、１２  塩素発生用原料貯蔵タンク
１３  ｐＨ調整用原料貯蔵タンク
１４  ｐＨ計
１５  安全弁
【図１】
2005120053.tif 000003