(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部散水管を有すると共に排出ガス中の揮発性有機化合物を上記上部散水管から散水される洗浄水に溶解させて上記排出ガスを処理する第１のスクラバー方式ガス処理部と、
下部散水管を有すると共にナノバブルの発生時にナノバブル発生とは別に磁気が作用されたナノバブル含有汚泥水を上記下部散水管から散水して上記洗浄水中に移行した揮発性有機化合物を上記ナノバブル含有汚泥水で処理する第２のスクラバー方式ガス処理部と
を備え、
上記下部散水管の下方から排出ガスが導入されると共に上記上部散水管の上方のダクトから排出ガスが排出され、
さらに、上記第２のスクラバー方式ガス処理部から上記揮発性有機化合物が移行された洗浄水および上記磁気が作用されたナノバブル含有汚泥水が落下してくる下部沈澱部と、
上記下部沈澱部から上記洗浄水と上記磁気が作用されたナノバブル含有汚泥水との混合物が導入されると共に上記混合物に含まれる汚泥を内部に堆積させる急速ろ過器と、
上記急速ろ過器で処理された洗浄水が導入されると共に上記洗浄水に対して活性炭による吸着処理を行う活性炭吸着処理部と、
上記吸着処理後の上記洗浄水を上記活性炭吸着処理部から上記第１のスクラバー方式ガス処理部の上記上部散水管へ返送する返送部と、
上記急速ろ過器からの上記磁気が作用されたナノバブルを含有するナノバブル含有汚泥水を上記第２のスクラバー方式ガス処理部の上記下部散水管へ返送する返送部と
を備えることを特徴とする排出ガス処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排出ガス処理装置において、
上記第１のスクラバー方式ガス処理部は、上記洗浄水を散水する上部散水管を有し、
上記第２のスクラバー方式ガス処理部は、上記磁気が作用されたナノバブル含有汚泥水を散水する下部散水管を有することを特徴とする排出ガス処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の排出ガス処理装置において、
上記上部散水管による散水が連続的に行われると共に上記下部散水管による散水は、流入排出ガス中の揮発性有機化合物濃度が上昇した場合または流出排出ガス中の揮発性有機化合物濃度が上昇した場合に行われるように制御する散水制御部を有することを特徴とする排出ガス処理装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の排出ガス処理装置において、
上記下部沈澱部でのＴＯＣ濃度を計測するＴＯＣ計と、
上記ＴＯＣ計が計測した上記ＴＯＣ濃度に応じて、上記第２のスクラバー方式ガス処理部で散水される上記ナノバブル含有汚泥水の量を制御する散水制御部と
を有することを特徴とする排出ガス処理装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の排出ガス処理装置において、
ナノバブルの発生時にナノバブル発生とは別に磁気を作用させたナノバブル含有洗浄水を生成して、上記急速ろ過器および上記活性炭吸着処理部に上記磁気が作用されたナノバブル含有洗浄水を導入する磁気ナノバブル含有洗浄水発生設備を備えることを特徴とする排出ガス処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の排出ガス処理装置において、
上記活性炭吸着処理部は２塔の活性炭吸着塔を有し、
さらに、上記２塔の活性炭吸着塔のうちの一方を、上記急速ろ過器からの洗浄水が導入される動作状態にすると共に、上記２塔の活性炭吸着塔のうちの他方を、上記急速ろ過器からの洗浄水が導入されずに上記磁気ナノバブル含有洗浄水発生設備から上記磁気が作用されたナノバブル含有洗浄水が導入される休止状態にする活性炭吸着塔制御部を有することを特徴とする排出ガス処理装置。
【請求項７】
請求項５に記載の排出ガス処理装置において、
上記磁気ナノバブル含有洗浄水発生設備は、洗浄水に磁界を作用させる磁界発生部と、上記洗浄水にナノバブルを発生させるナノバブル発生機とを有することを特徴とする排出ガス処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載の排出ガス処理装置において、
上記ナノバブル発生機は、
上記洗浄水にマイクロバブルを発生させる第１気体せん断部と、
上記第１気体せん断部から上記マイクロバブルを含有する洗浄水が導入されると共に上記マイクロバブルをせん断してナノバブルを生成する第２気体せん断部と、
上記第２気体せん断部からマイクロナノバブル含有洗浄水が導入されると共に上記マイクロバブルをせん断してナノバブルを生成する第３気体せん断部とを有することを特徴とする排出ガス処理装置。
【請求項９】
請求項５から８のいずれか１つに記載の排出ガス処理装置において、
上記第１および第２のスクラバー方式ガス処理部へ排出ガスを導入する入口ダクトと、
上記第１および第２のスクラバー方式ガス処理部から処理後のガスを排出する出口ダクトと、
上記入口ダクトまたは出口ダクトに設置されていると共にガス中の揮発性有機化合物をサンプリングして上記ガス中の揮発性有機化合物の濃度を測定する揮発性有機化合物測定器と、
上記急速ろ過器を逆洗すると共に上記揮発性有機化合物測定器が測定した揮発性有機化合物の濃度に応じて運転が制御される逆洗ポンプとを備えることを特徴とする排出ガス処理装置。
【請求項１０】
第１のスクラバー方式ガス処理部の上部散水管から洗浄水を散水させて排出ガス中の揮発性有機化合物を上記洗浄水に溶解させて排出ガスをスクラバー方式で処理する第１処理と、
第２のスクラバー方式ガス処理部の下部散水管からナノバブルの発生時にナノバブル発生とは別に磁気が作用されたナノバブル含有汚泥水を散水させて上記洗浄水中に移行した揮発性有機化合物をスクラバー方式で処理する第２処理と
を行い、
さらに、
上記第２処理により処理された上記揮発性有機化合物が移行された洗浄水および上記磁気が作用されたナノバブル含有汚泥水を下部沈澱部から急速ろ過器に導入して汚泥を急速ろ過器内部に堆積させ、
上記急速ろ過器で処理した洗浄水を活性炭吸着処理部に導入して上記洗浄水に対して活性炭による吸着処理を行い、
上記吸着処理後の上記洗浄水を上記活性炭吸着処理部から上記第１のスクラバー方式ガス処理部の上記上部散水管へ返送し、
上記急速ろ過器からの上記磁気が作用されたナノバブルを含有するナノバブル含有汚泥水を上記第２のスクラバー方式ガス処理部の上記下部散水管へ返送し、
上記下部散水管の下方から排出ガスを導入し、上記上部散水管の上方のダクトから排出ガスを排出することを特徴とする排出ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一例として半導体工場や液晶工場における揮発性有機化合物などの有機化合物を含有する排出ガスに対する排出ガス処理装置および排出ガス処理方法に関する。より具体的一例では、磁力が与えられて磁気活水処理がなされた洗浄水にナノバブルを効率的に発生させ、上記洗浄水が含有するナノバブルによって微生物を活性化し培養繁殖させ、微生物とナノバブルを含有する洗浄水で排出ガス中の有機化合物を効率的に洗浄できる排出ガス処理装置および排出ガス処理方法に関する。さらには、急速ろ過器や活性炭吸着塔を使用し、この急速ろ過器の上部に堆積した発生汚泥に含まれる活性化微生物や、次の工程である活性炭吸着塔の活性炭吸着処理で洗浄水を合理的に処理し、洗浄水を循環使用することが可能な排出ガス処理装置および排出ガス処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体工場や液晶工場における排出ガス処理方法および排出ガス処理装置では、特に、(i)活性炭による吸着法、(ii)排出ガスを空気と混合して直接的に燃焼させる直接燃焼法、(iii)水、酸、アルカリ溶液などの液体に対象とするガスを吸収させる方法が採用されていた。
【０００３】
特に、有機系の排出ガスを処理する場合は、処理効率の面で、(i)活性炭やゼオライトによる吸着法、(ii)排出ガスを空気と混合して直接的に燃焼させる直接燃焼法のどちらかを選択していた。
【０００４】
しかし、(i) 活性炭による吸着法では、ダストやミストを含む有機系排出ガスを処理するには、前処理として、ダストやミストの除去装置(バグフィルター、ミストセパレーターなど)が必要になるので、活性炭の再生費用を含めて、ランニングコストが高い欠点があった。
【０００５】
また、(ii) 排出ガスを空気と混合して直接的に燃焼させる直接燃焼法においても、燃料が必要でランニングコストが高い欠点があった。よって、省エネルギーの推進が要求される時代では、課題の多い方法であった。
【０００６】
一方、従来技術としてのナノバブルの利用方法および装置が、特許文献１(特開２００４−１２１９６２号公報)に開示されている。この特許文献１では、ナノバブルが有する浮力の減少、表面積の増加、表面活性の増大、局所高圧場の生成、静電分極の実現による界面活性作用と殺菌作用などの特性を活用することが開示されている。より具体的には、それらが相互に関連することによって、汚れ成分の吸着機能、物体表面の高速洗浄機能、殺菌機能によって各種物体を高機能、低環境負荷で洗浄することができ、汚濁水の浄化を行うことができることが特許文献１で開示されている。
【０００７】
また、従来技術としてのナノ気泡の生成方法が、特許文献２(特開２００３−３３４５４８号公報)に開示されている。この特許文献２では、液体中において、液体の一部を分解ガス化する工程、液体中で超音波を印加する工程、または、液体の一部を分解ガス化する工程及び超音波を印加する工程から構成されていることを開示している。
【０００８】
また、従来技術としてのオゾンマイクロバブルを利用する廃液の処理装置が、特許文献３(特開２００４−３２１９５９号公報)に開示されている。この特許文献３では、オゾン発生装置より生成されたオゾンガスをマイクロバブル発生装置に供給すると共に、処理槽の下部から抜き出された廃液を加圧ポンプを介して上記マイクロバブル発生装置に供給していることを開示している。また、特許文献３では、生成されたオゾンマイクロバブルをガス吹き出しパイプの開口部より処理槽内の廃液中に通気することを開示している。
【０００９】
しかし、上述のナノバブルやオゾンマイクロバブルを利用する方法を用いても、排出ガス中の揮発性有機化合物を少ないエネルギーで効率的に分解できていない。また、排出ガス中の有機化合物、特に揮発性有機化合物に対しては、上述の従来の吸着法または燃焼法では、イニシャルコストやランニングコストが高いことに課題があった。そして、排出ガス中の有機化合物濃度が高い場合、充分な除去率の確保ができないと共に洗浄水中の揮発性有機化合物を処理ができないことから、新たに大規模な排水処理設備を計画する必要があった。
【特許文献１】特開２００４−１２１９６２号公報
【特許文献２】特開２００３−３３４５４８号公報
【特許文献３】特開２００４−３２１９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、この発明の課題は、排出ガス中の揮発性有機化合物を少ないエネルギーで効率的に分解できると共にイニシャルコストおよびランニングコストを低減できる排出ガス処理装置および排出ガス処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、この発明の排出ガス処理装置は、
上部散水管を有すると共に排出ガス中の揮発性有機化合物を上記上部散水管から散水される洗浄水に溶解させて上記排出ガスを処理する第１のスクラバー方式ガス処理部と、
下部散水管を有すると共にナノバブルの発生時にナノバブル発生とは別に磁気が作用されたナノバブル含有汚泥水を上記下部散水管から散水して上記洗浄水中に移行した揮発性有機化合物を上記ナノバブル含有汚泥水で処理する第２のスクラバー方式ガス処理部と
を備え、
上記下部散水管の下方から排出ガスが導入されると共に上記上部散水管の上方のダクトから排出ガスが排出され、
さらに、上記第２のスクラバー方式ガス処理部から上記揮発性有機化合物が移行された洗浄水および上記磁気が作用されたナノバブル含有汚泥水が落下してくる下部沈澱部と、
上記下部沈澱部から上記洗浄水と上記磁気が作用されたナノバブル含有汚泥水との混合物が導入されると共に上記混合物に含まれる汚泥を内部に堆積させる急速ろ過器と、
上記急速ろ過器で処理された洗浄水が導入されると共に上記洗浄水に対して活性炭による吸着処理を行う活性炭吸着処理部と、
上記吸着処理後の上記洗浄水を上記活性炭吸着処理部から上記第１のスクラバー方式ガス処理部の上記上部散水管へ返送する返送部と、
上記急速ろ過器からの上記磁気が作用されたナノバブルを含有するナノバブル含有汚泥水を上記第２のスクラバー方式ガス処理部の上記下部散水管へ返送する返送部と
を備えることを特徴としている。
【００１２】
この発明の排出ガス処理装置によれば、上記第１のスクラバー方式ガス処理部によって、排出ガス中の揮発性有機化合物と洗浄水との気液の接触により、上記揮発性有機化合物を洗浄水に移行させる。次に、上記第２のスクラバー方式ガス処理部では、この洗浄水が含有した揮発性有機化合物を、ナノバブルの発生時にナノバブル発生とは別に磁気が作用された汚泥水が含有するナノバブルが有するフリーラジカルによる酸化作用によって、効率よく酸化分解できる。また、洗浄水を循環使用するので、洗浄水を節約できる。したがって、この発明の排出ガス処理装置によれば、排出ガス中の揮発性有機化合物を少ないエネルギーで効率的に分解できると共にイニシャルコストおよびランニングコストを低減できる。
【００１３】
また、一実施形態の排出ガス処理装置では、上記第２のスクラバー方式ガス処理部からの洗浄水が導入されると共に上記洗浄水に対して活性炭による吸着処理を行う活性炭吸着処理部と、
上記吸着処理後の上記洗浄水を上記活性炭吸着処理部から上記第１のスクラバー方式ガス処理部へ返送する返送部とを備える。
【００１４】
この実施形態の排出ガス処理装置によれば、上記第２のスクラバー方式ガス処理部において、磁気を作用させた汚泥水が含有するナノバブルでもって上記洗浄水が含有した揮発性有機化合物を効率よく酸化分解した上で、上記洗浄水に含まれる揮発性有機化合物を活性炭吸着処理部による活性炭吸着によって確実に処理できる。また、洗浄水を循環使用するので、使用する洗浄水量を大幅に節約できる。
【００１５】
また、一実施形態の排出ガス処理装置では、上記第２のスクラバー方式ガス処理部からの洗浄水が導入されると共に上記洗浄水に含まれる汚泥を内部に堆積させる急速ろ過器と、
上記急速ろ過器からの洗浄水を上記第１のスクラバー方式ガス処理部へ返送する返送部とを備える。
【００１６】
この実施形態によれば、上記第２のスクラバー方式ガス処理部から上記急速ろ過器へ洗浄水が導入され、この洗浄水は、上記洗浄水に含まれる汚泥を内部に堆積させた上記急速ろ過器で処理するので、上記洗浄水中の揮発性有機化合物を上記急速ろ過器に堆積させた発生汚泥中の微生物で処理できる。また、洗浄水を循環使用するので、洗浄水を大幅に節約できる。
【００１７】
例えば、イソプロピールアルコールを含む排出ガスをナノバブルと微生物を含む洗洗浄水で洗浄すると、元来、排出ガス中に存在していなかった反応物である揮発性有機化合物としてのアセトンが生じてくる。そのアセトンの処理について検討した結果、発生汚泥を内部に堆積させた急速ろ過器により、アセトンを処理できることを見出した。すなわち、スクラバー方式の排出ガス処理部から発生する汚泥を内部に堆積させた急速ろ過器によれば、揮発性有機化合物の分解後に発生する反応物(揮発性有機化合物としてのアセトン)に対しても有効に処理できることを見出した。
【００１８】
また、一実施形態の排出ガス処理装置では、上記第１のスクラバー方式ガス処理部は、上記洗浄水を散水する上部散水管を有し、上記第２のスクラバー方式ガス処理部は、上記磁気が作用されたナノバブル含有汚泥水を散水する下部散水管を有する。
【００１９】
この実施形態によれば、上記第１,第２のスクラバー方式ガス処理部による上部,下部散水管の２段方式の散水管を採用し、上部散水管から上記洗浄水が散水されると共に、下部散水管から磁気を作用させたナノバブル含有汚泥水が散水される。これにより、磁気を作用させた液体(洗浄水,汚泥水)が含有するナノバブルによる強力な酸化作用でもって、揮発性有機化合物を酸化分解できる。また、下部散水管から散水される磁気を作用させたナノバブル含有汚泥水中の微生物がナノバブルで活性化し、この活性化した微生物によって洗浄水中の揮発性有機化合物を微生物分解できる。また、上部散水管と下部散水管の２段方式で散水することによって、揮発性有機化合物を確実に処理できる。
【００２０】
また、一実施形態の排出ガス処理装置では、上記上部散水管による散水が連続的に行われると共に上記下部散水管による散水は、流入排出ガス中の揮発性有機化合物濃度が上昇した場合または流出排出ガス中の揮発性有機化合物濃度が上昇した場合に行われるように制御する散水制御部を有する。
【００２１】
この実施形態によれば、上記下部散水管からの散水が間欠的に行われるので、経済性を考慮したシンプルなシステムとなり、電力費用などの経費を削減することができ、ランニングコストを低減できる。
【００２２】
また、一実施形態の排出ガス処理装置では、上記第１のスクラバー方式ガス処理部と第２のスクラバー方式ガス処理部とが構成する上部散水部と、
上記上部散水部から上記磁気を作用させたナノバブル含有汚泥水および上記洗浄水が落下してくる下部沈澱部と、
上記下部沈澱部でのＴＯＣ濃度を計測するＴＯＣ計と、
上記ＴＯＣ計が計測した上記ＴＯＣ濃度に応じて、上記第２のスクラバー方式ガス処理部で散水される上記ナノバブル含有汚泥水の量を制御する散水制御部とを有する。
【００２３】
この実施形態によれば、上記散水制御部は、上記ＴＯＣ計で計測した上記下部沈澱部でのＴＯＣ(全有機炭素)濃度に応じて、上記第２のスクラバー方式ガス処理部で散水される上記ナノバブル含有汚泥水の量を制御する。ここで、上記ＴＯＣ濃度と揮発性有機化合物濃度とは相関関係にある。よって、上記ＴＯＣ濃度に基づく散水制御により、洗浄水中の揮発性有機化合物濃度に比例して、磁気を作用させたナノバブル含有汚泥水の散水量を制御することによって、揮発性有機化合物を合理的に処理できる。つまり、洗浄水中の揮発性有機化合物濃度が低い場合は、磁気を作用させた活水ナノバブル含有汚泥水の散水量を少なくして、省エネ運転をすることができる。
【００２４】
また、一実施形態の排出ガス処理装置では、上記第２のスクラバー方式ガス処理部からの洗浄水が導入されると共に上記洗浄水に含まれる汚泥を内部に堆積させる急速ろ過器と、
上記急速ろ過器からの洗浄水が導入されると共に上記洗浄水に対して活性炭による吸着処理を行う活性炭吸着処理部と、
上記吸着処理後の上記洗浄水を上記活性炭吸着処理部から上記第１のスクラバー方式ガス処理部へ返送する返送部とを備える。
【００２５】
この実施形態によれば、上記第２のスクラバー方式ガス処理部からの洗浄水を、先ず、急速ろ過器に堆積した汚泥で処理し、続いて活性炭吸着処理する２段処理を行うと共に、活性炭吸着処理を最後に行うので、洗浄水中の揮発性有機化合物を確実に処理できる。また、洗浄水を循環使用するので、洗浄水使用量を大幅に節約できる。
【００２６】
また、一実施形態の排出ガス処理装置では、ナノバブルの発生時にナノバブル発生とは別に磁気を作用させたナノバブル含有洗浄水を生成して、上記急速ろ過器および上記活性炭吸着処理部に上記磁気が作用されたナノバブル含有洗浄水を導入する磁気ナノバブル含有洗浄水発生設備を備える。
【００２７】
この実施形態によれば、上記磁気ナノバブル含有洗浄水発生設備で生成させたナノバブルの発生時にナノバブル発生とは別に磁気を作用させたナノバブル含有洗浄水(磁気活水ナノバブル含有洗浄水)を上記急速ろ過塔および活性炭吸着処理部に導入するので、上記急速ろ過器および活性炭吸着処理部の内部を効果的に洗浄することができる。また、磁気を作用させた洗浄水中のナノバブルが有するフリーラジカルによる酸化作用でもって、洗浄水中の揮発性有機化合物を酸化分解できる。また、磁気を作用させた洗浄水中のナノバブルによって、上記急速ろ過器の内部と活性炭吸着処理部の内部に繁殖した微生物を活性化して、洗浄水中の揮発性有機化合物を微生物分解できる。また、活性炭が吸着した揮発性有機化合物を、活性化した微生物で微生物分解し、活性炭の再生を行うことができる。
【００２８】
また、一実施形態の排出ガス処理装置では、上記活性炭吸着処理部は２塔の活性炭吸着塔を有し、さらに、上記２塔の活性炭吸着塔のうちの一方を、上記急速ろ過器からの洗浄水が導入される動作状態にすると共に、上記２塔の活性炭吸着塔のうちの他方を、上記急速ろ過器からの洗浄水が導入されずに上記磁気ナノバブル含有洗浄水発生設備から上記磁気が作用されたナノバブル含有洗浄水が導入される休止状態にする活性炭吸着塔制御部を有する。
【００２９】
この実施形態によれば、上記活性炭吸着塔制御部により、上記活性炭吸着処理部が有する２塔の活性炭吸着塔のうちの１塔を動作状態(通水状態)にする一方、別の１塔を休止状態にして上記磁気ナノバブル含有洗浄水発生設備から上記磁気を作用させたナノバブル含有洗浄水を導入する。すなわち、２塔の活性炭吸着塔のうちの１塔を通水状態(動作状態)にし、別の１塔を休止状態にして上記磁気を作用させたナノバブル含有洗浄水のナノバブルで活性化した微生物で活性炭の確実なる再生を図れる。よって、活性炭の再生率を向上できる。
【００３０】
また、一実施形態の排出ガス処理装置では、上記磁気ナノバブル含有洗浄水発生設備は、洗浄水に磁界を作用させる磁界発生部と、上記洗浄水にナノバブルを発生させるナノバブル発生機とを有する。
【００３１】
この実施形態によれば、上記磁気ナノバブル含有洗浄水発生設備は、磁界発生部で洗浄水に磁界を作用させ、ナノバブル発生機で上記洗浄水にナノバブルを発生させる。したがって、磁気活水器の長所とナノバブルの長所を相乗的に合体することができ、格段に洗浄作用のある磁気ナノバブル含有洗浄水を作製できる。
【００３２】
また、一実施形態の排出ガス処理装置では、上記ナノバブル発生機は、
上記洗浄水にマイクロバブルを発生させる第１気体せん断部と、
上記第１気体せん断部から上記マイクロバブルを含有する洗浄水が導入されると共に上記マイクロバブルをせん断してナノバブルを生成する第２気体せん断部と、
上記第２気体せん断部からマイクロナノバブル含有洗浄水が導入されると共に上記マイクロバブルをせん断してナノバブルを生成する第３気体せん断部とを有する。
【００３３】
この実施形態によれば、上記ナノバブル発生機は、上記第１気体せん断部、第２気体せん断部、第３気体せん断部の３段階の気体せん断部で気体をせん断するので、多量の超微細なナノバブルを作製できる。
【００３４】
また、一実施形態の排出ガス処理装置では、上記第１および第２のスクラバー方式ガス処理部へ排出ガスを導入する入口ダクトと、
上記第１および第２のスクラバー方式ガス処理部から処理後のガスを排出する出口ダクトと、
上記入口ダクトまたは出口ダクトに設置されていると共にガス中の揮発性有機化合物をサンプリングして上記ガス中の揮発性有機化合物の濃度を測定する揮発性有機化合物測定器と、
上記急速ろ過器を逆洗すると共に上記揮発性有機化合物測定器が測定した揮発性有機化合物の濃度に応じて運転が制御される逆洗ポンプとを備える。
【００３５】
この実施形態の排出ガス処理装置によれば、上記揮発性有機化合物測定器(ＶＯＣ測定器)が測定したＶＯＣ濃度に応じて、例えば、上記ＶＯＣ濃度が設定値を上回ると、上記逆洗ポンプが運転され、上記急速ろ過器内部に堆積させた汚泥に由来した微生物でもって、揮発性有機化合物を微生物分解できる。すなわち、上記ＶＯＣ測定器が測定したＶＯＣ濃度に応じて、逆洗ポンプを運転して、上記急速ろ過器を逆洗できる。
【００３６】
また、この発明の排出ガス処理方法は、
第１のスクラバー方式ガス処理部の上部散水管から洗浄水を散水させて排出ガス中の揮発性有機化合物を上記洗浄水に溶解させて排出ガスをスクラバー方式で処理する第１処理と、
第２のスクラバー方式ガス処理部の下部散水管からナノバブルの発生時にナノバブル発生とは別に磁気が作用されたナノバブル含有汚泥水を散水させて上記洗浄水中に移行した揮発性有機化合物をスクラバー方式で処理する第２処理と
を行い、
さらに、
上記第２処理により処理された上記揮発性有機化合物が移行された洗浄水および上記磁気が作用されたナノバブル含有汚泥水を下部沈澱部から急速ろ過器に導入して汚泥を急速ろ過器内部に堆積させ、
上記急速ろ過器で処理した洗浄水を活性炭吸着処理部に導入して上記洗浄水に対して活性炭による吸着処理を行い、
上記吸着処理後の上記洗浄水を上記活性炭吸着処理部から上記第１のスクラバー方式ガス処理部の上記上部散水管へ返送し、
上記急速ろ過器からの上記磁気が作用されたナノバブルを含有するナノバブル含有汚泥水を上記第２のスクラバー方式ガス処理部の上記下部散水管へ返送し、
上記下部散水管の下方から排出ガスを導入し、上記上部散水管の上方のダクトから排出ガスを排出する
ことを特徴としている。
【００３７】
この実施形態の排出ガス処理方法によれば、上記第１の処理によって、排出ガス中の揮発性有機化合物と洗浄水との気液の接触により、上記揮発性有機化合物を洗浄水に移行させる。次に、上記第２の処理では、この洗浄水が含有した揮発性有機化合物を、磁気を作用させた汚泥水が含有するナノバブルが有するフリーラジカルによる酸化作用によって、効率よく酸化分解できる。また、洗浄水を循環使用するので、洗浄水を節約できる。したがって、この排出ガス処理方法によれば、排出ガス中の揮発性有機化合物を少ないエネルギーで効率的に分解できると共にイニシャルコストおよびランニングコストを低減できる。
【００３８】
また、一実施形態の排出ガス処理方法では、上記第２処理後の上記洗浄水に対して、活性炭による吸着処理を行い、上記活性炭による吸着処理後の洗浄水を上記第１処理で使用する。
【００３９】
この実施形態の排出ガス処理方法によれば、上記第２の処理後の洗浄水に含まれる揮発性有機化合物を活性炭による活性炭吸着によって確実に処理でき、また、洗浄水を循環使用するので、使用する洗浄水量を大幅に節約できる。
【００４０】
また、一実施形態の排出ガス処理方法では、上記第２処理後の洗浄水を急速ろ過器に導入すると共に上記急速ろ過器内に上記第２処理後の洗浄水に含まれる汚泥を堆積させ、上記急速ろ過器を通過した洗浄水を上記第１処理で使用する。
【００４１】
この実施形態の排出ガス処理方法によれば、上記洗浄水中の揮発性有機化合物を、上記急速ろ過器に堆積させた発生汚泥中の微生物で処理でき、また、洗浄水を循環使用するので、洗浄水を大幅に節約できる。
【００４２】
また、一実施形態の排出ガス処理方法では、上記急速ろ過器を通過した洗浄水を上記活性炭による吸着処理を行う活性炭吸着塔を経由して上記第１処理で使用する。
【００４３】
この実施形態の排出ガス処理方法によれば、急速ろ過器に堆積した汚泥で洗浄水を処理し、続いて活性炭吸着処理を行うので、洗浄水中の揮発性有機化合物を確実に処理でき、また、洗浄水を循環使用するので、洗浄水使用量を大幅に節約できる。
【発明の効果】
【００４４】
この発明の排出ガス処理装置によれば、第１のスクラバー方式ガス処理部によって、排出ガス中の揮発性有機化合物と洗浄水との気液の接触により、上記揮発性有機化合物を洗浄水に移行させる。次に、第２のスクラバー方式ガス処理部では、この洗浄水が含有した揮発性有機化合物を、ナノバブルの発生時にナノバブル発生とは別に磁気が作用された汚泥水が含有するナノバブルが有するフリーラジカルによる酸化作用によって、効率よく酸化分解できる。また、洗浄水を循環使用するので、洗浄水を節約できる。したがって、この発明の排出ガス処理装置によれば、排出ガス中の揮発性有機化合物を少ないエネルギーで効率的に分解できると共にイニシャルコストおよびランニングコストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４６】
(第１の実施の形態)
図１は、この発明の排出ガス処理装置の第１実施形態としての揮発性有機化合物含有排出ガスの処理装置６７を模式的に示す図である。
【００４７】
この揮発性有機化合物含有排出ガスの処理装置６７は、排出ガス処理部４、急速ろ過器２４、第１活性炭吸着塔４５、第２活性炭吸着塔５１、および活性炭再生用水設備５９で構成されている。
【００４８】
概要を大別して説明すると、上記排出ガス処理部４は、導入された排出ガス中の揮発性有機化合物を洗浄水に移行させる役目を有し、上記急速ろ過器２４と第１活性炭吸着塔４５および第２活性炭吸着塔５１は、揮発性有機化合物を処理する役目を有している。
【００４９】
また、急速ろ過器２４は、微生物分解,酸化処理および浮遊物質の除去をする。また、上記第１活性炭吸着塔４５と第２活性炭吸着塔５１は、活性炭によって洗浄水中に残存している揮発性有機化合物を吸着する。そして、活性炭再生用水設備５９は、活性炭再生用水および急速ろ過器２４の洗浄水を提供する。
【００５０】
また、この揮発性有機化合物含有排出ガスの処理装置６７は、多数の電動バルブ１７,２２,２３,２７,４４,４６,４７,４９,５０,５２,５３,５４,６４,７５とポンプ２１,２９,３０,３４が設置されている。そして、シーケンサー５５から上記各電動バルブへ信号線５６が接続され、また、シーケンサー５５から上記各ポンプへ信号線５７が接続されている。そして、上記各電動バルブと各ポンプは、シーケンサー５５に予め組み込まれたプログラムによって、計画通りに運用されている。
【００５１】
図１において、符号１は排気入口ダクトであり、排気ファン５によって、半導体工場や液晶工場からの揮発性有機化合物を含有する排出ガスが排出ガス処理部４に導入される。この揮発性有機化合物としては、イソプロピールアルコール、アセトン、酢酸ブチルなどがある。
【００５２】
上記排出ガス処理部４は、上部散水部２と下部沈澱部３とで構成されている。この排出ガス処理部４で処理された排出ガスは、排出ガス処理部４の最上部の排気出口ダクト６から排出される。
【００５３】
この排出ガス処理部４では、下部沈澱部３の洗浄水をポンプ２１で吸込配管２０から急速ろ過器２４に導入して、洗浄水中の揮発性有機化合物や浮遊物質を処理する。そして、この急速ろ過器２４で処理された洗浄水は、第１活性炭吸着塔４５または第２活性炭吸着塔５１に導入される。この第１,第２活性炭吸着塔４５,５１では、洗浄水中に残存している揮発性有機化合物を処理する。そして、この処理後の洗浄水を、再び、排出ガス処理部４の上部散水管７の上部散水ノズル８から散水している。
【００５４】
次に、排出ガス処理部４について、詳細に説明する。上述のように、排出ガス処理部４は、上部散水部２と下部沈澱部３で構成される沈澱部付きスクラバー５８を含んでいる。上部散水管７の下部に所定の距離をおいて、上部充填材９が必要量だけ充填されている。この上部充填材９としては、合成樹脂製不規則充填物を採用でき、一例として、テラレット(商品名)等の充填材を採用できる。この上部充填材９の下部には、上部充填材９を保持するための多孔板１０が設置され、複数の上部充填材９を保持している。この多孔板１０としては、強度があり、腐蝕に耐える材料を選定すべきで、この実施形態では、ステンレス製の多孔板１０を採用した。なお、多孔板１０はステンレス製に限定するものではなく、強度があれば合成樹脂製でも構わない。この上部散水管７と上部散水ノズル８と上部充填材９と多孔板１０とが第１のスクラバー方式ガス処理部を構成している。
【００５５】
上記多孔板１０の下部には、所定の距離をおいて、下部散水管１１と下部散水管１１に複数個付属している下部散水ノズル１２が設置されている。この下部散水ノズル１２の口は、上部散水ノズル８の口より大きい。その理由は、上部散水ノズル８から散水される洗浄水は、第１活性炭吸着塔４５または第２活性炭吸着塔５１で処理された洗浄水であるのに対し、下部散水ノズル１２より散水される洗浄水は、汚泥を含有している汚泥水であるからである。
【００５６】
また、下部散水管１１の下部に所定の距離をおいて、下部充填材１３が、必要な量だけ充填されている。この下部充填材１３としては、上部充填材９と同様に合成樹脂製不規則充填物を採用でき、一例として、テラレット(商品名)等の充填材を採用できる。この下部充填材１３の下部には、下部充填材１３を保持するための多孔板１４が設置され、この多孔板１４は複数の下部充填材１３を保持している。この多孔板１４としては、強度があり、腐蝕に耐える材料を選定すべきで、この実施形態では、ステンレス製の多孔板１４を採用したが、多孔板１４はステンレス製に限定されるものではなく、強度があれば、合成樹脂製でも構わない。この下部散水管１１と下部散水ノズル１２と下部充填材１３と多孔板１４とが第２のスクラバー方式ガス処理部を構成している。
【００５７】
この排出ガス処理部４では、排気ファン５によって排気入口ダクト１から導入された揮発性有機化合物含有排出ガスは、多孔板１４の小孔を通過して、下部充填材１３と上部充填材９を通過する際に洗浄水と気液の接触をする。ここで、上記排出ガス中の揮発性有機化合物が洗浄水(汚泥水)に移行することで、上記排出ガス中の揮発性有機化合物の除去処理がなされ、排気出口ダクト６から排出される。上部散水管７に設置された多数の上部散水ノズル８からは、第１活性炭吸着塔４５または第２活性炭吸着塔５１から配管１８を通って導入された洗浄水が散水される。この上部散水ノズル８からは、洗浄水が常時散水されている。
【００５８】
一方で、下部散水管１１に複数付属している下部散水ノズル１２からの散水は常時とは限らない。すなわち、排気入口ダクト１での排出ガス中の揮発性有機化合物濃度が、通常の所定値よりも高い場合や排気出口ダクト６での揮発性有機化合物濃度が、通常の所定値よりも高い場合に、急速ろ過器２４からの洗浄水が電動バルブ７５,配管１９を通って下部散水ノズル１２からの散水が行われる。そして、この下部散水ノズル１２からの洗浄水(汚泥水)は、磁気を作用させたナノバブル含有汚泥水であり、磁気活水ナノバブル含有汚泥を含んでいる。したがって、下部散水ノズル１２からの散水によれば、何らかの理由で上記排気入口ダクト１または排気出口ダクト６での揮発性有機化合物濃度が通常の所定値よりも高い場合に洗浄効果を発揮できる。
【００５９】
上述のように、何らかの理由で、排出ガス中の揮発性有機化合物濃度が、通常の所定値よりも高い場合、沈澱部３に１次的に貯留される洗浄水の全有機炭素(ＴＯＣ)濃度も上昇する。このＴＯＣ濃度の上昇は、沈澱部３に設置してあるＴＯＣ計としてのＴＯＣ検出器７１とこのＴＯＣ検出器７１に接続されたＴＯＣ調節計７２で感知される。このＴＯＣ調節計７２は散水制御部を構成していて、信号線７７で第１逆洗ポンプ２９と第２逆洗ポンプ３０に連結されている。上記散水制御部としてのＴＯＣ調節計７２は、沈澱部３のＴＯＣ濃度が、設定値よりも高い場合に、第１逆洗ポンプ２９を運転させると同時に第２逆洗ポンプ３０も運転させる。これにより、急速ろ過器２４、第１活性炭吸着塔４５、第２活性炭吸着塔５１とそれらに関係する電動バルブが、後述する目的の運転パターンに対応した開閉状態となって、逆洗が実行されて、沈澱槽３でのＴＯＣ濃度を設定濃度まで低下させる。
【００６０】
上記逆洗の実行によって、通常運転の場合の上部散水ノズル８からの散水だけでなく、下部散水ノズル１２からの磁気活水ナノバブル含有発生汚泥水(磁気を作用させたナノバブル含有汚泥水)の散水も追加されることで、沈澱槽３のＴＯＣ濃度を低下させることができる。
【００６１】
そして、通常運転の場合は、ポンプ２１の運転でもって、第１,第２活性炭吸着塔４５,５１のうちのどちらかの活性炭吸着塔からの洗浄水が上部散水ノズル８から散水される一方、上記逆洗運転の場合、第１逆洗ポンプ２９と第２逆洗ポンプ３０の両方が運転されて、上部散水ノズル８から散水される多量の洗浄水によって排出ガスを処理できる。なお、第１逆洗ポンプ２９と第２逆洗ポンプ３０の両方が運転される時は、電動バルブ５４が開となっている。
【００６２】
こうして、洗浄水を循環使用して揮発性有機化合物含有排出ガスを処理すると、時間の経過と共に、急速ろ過器２４の上部６５に発生汚泥２５が生じてくる。この発生汚泥２５が、沈澱部付きスクラバー５８の沈澱部３に多量に貯留されてくると、沈澱部３がホッパー部１５を有することから、発生汚泥２５は中心部に集積され、電動バルブ１７を開けることによって、不必要な発生汚泥２５が汚泥引き抜き配管１６から系外に排出される。
【００６３】
そして、電動バルブ２２と電動バルブ４７とを開とし、電動バルブ７５と電動バルブ２７とが閉という条件、かつ、第１活性炭吸着塔４５の電動バルブ４６が開または第２活性炭吸着塔５１の電動バルブ５２が開という条件の元で、沈澱部３の洗浄水は、ポンプ２１の運転により吸込み配管２０から急速ろ過器２４と、第１活性炭吸着塔４５または第２活性炭吸着塔５１に導入され、洗浄水中の揮発性有機化合物が合理的に処理される。
【００６４】
次に、有機物除去および活性炭再生設備に関係する各電動バルブの開閉制御を、各運転パターンと関係させて説明する。この運転パターンは、３種類用意されている。また、上記各電動バルブの開閉制御は、活性炭吸着塔制御部を構成するシーケンサー５５によって行われる。
【００６５】
(パターン１)：通常運転
このパターン１では、急速ろ過器２４に関係する電動バルブ２２,４７を開とし、電動バルブ２７,７５を閉とする。一方、第１,第２活性炭吸着塔４５,５１に関係する電動バルブ４６または５２を開とし、電動バルブ４４,５０,５４,４９,５３を閉とする。この通常運転では、吸い込み配管２０からの洗浄水がポンプ２１,電動バルブ２２,急速ろ過器２４,電動バルブ４７,配管４８、電動バルブ４６,第１活性炭吸着塔４５(または電動バルブ５２,第２活性炭吸着塔５１)を経由して、配管１８を通って、上部散水管７の上部散水ノズル８から散水される。一方、下部散水ノズル１２からは散水されない。
【００６６】
(パターン２)：逆洗運転１
このパターン２では、急速ろ過器２４の逆洗運転と第１,第２活性炭吸着塔４５,５１の逆洗運転(活性炭の再生運転)が行われる。このパターン２では、急速ろ過器２４に関係する電動バルブ２２,４７を閉とし、電動バルブ２７,７５を開とする。一方、第１,第２活性炭吸着塔４５,５１に関係する電動バルブ４６,５２を閉とし、電動バルブ４４,５０,４９,５３,５４を開とする。この逆洗運転１では、第１逆洗ポンプ２９からの磁気活水ナノバブル含有洗浄水で急速ろ過器２４が逆洗され、この急速ろ過器２４を逆洗した磁気活水ナノバブル含有洗浄水は配管１９を通って下部散水ノズル１２から散水される。一方、第１,第２活性炭吸着塔４５,５１を逆洗した磁気活水ナノバブル含有洗浄水は配管６１を経由してろ材再生槽２８へ還流される。また、開の電動バルブ５４から磁気活水ナノバブル含有洗浄水が配管１８を通って上部散水ノズル８から散水される。
【００６７】
(パターン３)：逆洗運転２
このパターン３では、第１,第２活性炭吸着塔４５,５１のうちの一方の逆洗運転(活性炭の再生運転)が行われる。このパターン３では、急速ろ過器２４に関係する電動バルブ２２,４７を開とし、電動バルブ２７,７５を閉とする。そして、第１活性炭吸着塔４５を運転して第２活性炭吸着塔５１を逆洗する場合、電動バルブ４６,５０,５３を開とし、電動バルブ４４,４９,５２,５４を閉とする。一方、第１活性炭吸着塔４５を逆洗して第２活性炭吸着塔５１を運転する場合、電動バルブ４６,５０,５３,５４を閉とし、電動バルブ４４,４９,５２を開とする。
【００６８】
上記パターン２の逆洗運転１においては電動バルブ５４を開とする点と、第１逆洗ポンプ２９と第２逆洗ポンプ３０の両方を運転することがポイントとなる。
【００６９】
急速ろ過器２４は、発生汚泥２５が堆積している上部６５とろ材２６が充填されている急速ろ過器下部６６から構成されている。
【００７０】
急速ろ過器２４は、発生汚泥２５が堆積しているので、微生物が繁殖し、逆洗時に第１逆洗ポンプ２９から磁気活水ナノバブル含有洗浄水が吐出する。これにより、急速ろ過器２４の内部が確実に洗浄されて急速ろ過器２４の内部での圧力損失が上昇しないように配慮されている。そして、発生汚泥２５に磁気活水ナノバブル含有洗浄水による磁気活水ナノバブルが混入して、発生汚泥２５中に４週間以上磁気活水ナノバブルが持続するという現象が起きる。
【００７１】
そして、上記磁気活水ナノバブルを含有した発生汚泥２５は、沈澱部３に貯留された後、時間の経過とともに、再び急速ろ過器２４の上部６５に堆積して、磁気活性ナノバブルにより発生汚泥２５中の微生物が活性化する。そして、洗浄水を急速ろ過器２４に通水することにより、洗浄水中の揮発性有機化合物が微生物分解される。
【００７２】
また、上記磁気活性ナノバブルが持つ、フリーラジカルによる強い酸化作用でもって、洗浄水中の揮発性有機化合物を酸化処理する。この実施形態では、急速ろ過器２４の下部６６に充填されたろ材２６として、石炭を原料としたアンスラサイトを選定した。このろ材２６は、洗浄水中の浮遊物質を物理的にろ過して洗浄水中の浮遊物質を確実に除去する。
【００７３】
そして、急速ろ過器２４を出た洗浄水は、電動バルブ４７が開、電動バルブ４６が開、第１活性炭吸着塔４５周りのその他の電動バルブ４９,４４が閉の条件下で、第１活性炭吸着塔４５に導入されて、洗浄水中の揮発性有機化合物が高度に処理されて、洗浄水の全有機炭素(ＴＯＣ)濃度が低下する。この全有機炭素(ＴＯＣ)濃度が低下した洗浄水によれば、排出ガス処理部４での排出ガス中の揮発性有機化合物を効率良く高い除去率で上記洗浄水に移行させることができる。
【００７４】
一方、上記第１活性炭吸着塔４５が休止している時は、第２逆洗ポンプ３０を運転して電動バルブ４４を開とすることで、活性炭再生用水設備５９で生成された磁気活水ナノバブル含有洗浄水(磁気を作用させたナノバブル含有洗浄水)が第１活性炭吸着塔４５に導入される。これにより、洗浄水中の磁気活水ナノバブルが活性炭の小孔より進入して、活性炭内部に繁殖している微生物を活性化して、活性炭が吸着した揮発性有機化合物を分解して、活性炭を再生することになる。
【００７５】
この第１活性炭吸着塔４５での活性炭を再生する現象は、第２活性炭吸着塔５１が休止している時の逆洗によっても同様の活性炭再生現象が起こる。また、第２逆洗ポンプ３０を運転している時に、電動バルブ５４を開とすることで、磁気活水ナノバブル含有水を排出ガス処理部４の上部散水ノズル８から散水することもできる。つまり、電動バルブ５４を開とすることで、上部散水ノズル８から散水する洗浄水に磁気活水ナノバブルを供給することができる。なお、磁気活水ナノバブルは、１０日以上持続することが、最近の研究により判明したので、必要時に電動バルブ５４を開として上記磁気活水ナノバブルを供給すればよい。なお、電動バルブ２３を開けると、洗浄水を配管６２を通して、ろ材再生槽２８に還流できる。
【００７６】
次に、活性炭再生用水設備５９について詳細に説明する。活性炭再生用水設備５９は、ろ材再生槽２８を有し、このろ材再生槽２８の水槽上部に第１逆洗ポンプ２９、第２逆洗ポンプ３０が設置され、水槽側面の近くに気液混合循環ポンプ３４等から構成される磁気活水ナノバブル発生機７６が設置されている。この磁気活水ナノバブル発生機７６は、気液混合循環ポンプ３４、第１気体せん断部３５、電動ニードルバルブ６４、第２気体せん断部３６、磁界発生部としての磁気活水器４０、第３気体せん断部３２の組み合わせにより構成されている。この磁気活水ナノバブル発生機７６によって、磁気活水ナノバブル含有洗浄水を作製することができる。
【００７７】
ここで、磁気活水ナノバブル発生機７６に関して更に詳細に説明する。
【００７８】
ろ材再生槽２８の外部に設置された上記磁気活水ナノバブル発生機７６は、第１気体せん断部３５を有する気液混合循環ポンプ３４と、第２気体せん断部３６と、磁気活水器４０と、第３気体せん断部３２と、空気を導入するための電動ニードルバルブ６４から構成されている。また、磁気活水器４０は、フランジ３７とフランジ４３の間に設置されており、この磁気活水器４０の内部に液体通過部４１が、厚さ３０ｍｍ以下の平板状に形成されている。また、平板状の液体通過部４１を挟んでＳ極磁石３９とＮ極磁石３８が、３つずつ設置され、Ｓ極磁石３９とＮ極磁石３８の間に磁力線４２が出ている。この磁力線の強さは、液体通過部４１の中心部で１０００ガウスである。
【００７９】
そして、第１気体せん断部３５を有する気液混合循環ポンプ３４が運転されることにより、洗浄水は、第１気体せん断部３５から第２気体せん断部３６に導入されて、気体がせん断され、すなわち、マイクロバブルがせん断されて一部ナノバブルが製造される。なお、気液混合循環ポンプ３４の運転がされてから６０秒以上後に、電動ニードルバルブ６４が開の条件で、第１気体せん断部３５に空気が導入される。この理由は、気液混合循環ポンプ３４の運転の最初から電動ニードルバルブ６４が開の条件で空気が導入されると、気液混合循環ポンプ３４がキャビテーション現象を起こして、気液混合循環ポンプ３４が損傷するからである。この気液混合循環ポンプ３４を出た液体は、第２気体せん断部３６に導入されて、気体がせん断され、すなわち、マイクロバブルがせん断されて一部ナノバブルが製造される。
【００８０】
次に、磁気活水ナノバブル発生機７６のメカニズムを詳細に説明する。上述のように、磁気活水ナノバブル発生機７６は、気液混合循環ポンプ３４、第１気体せん断部３５、第２気体せん断部３６、磁気活水器４０、第３気体せん断部３２、電動ニードルバルブ６４とそれらを連結する配管から構成されている。この磁気活水ナノバブル発生機７６において、ナノバブルは、大きくは、第１段階と第２段階を経て製造される。
【００８１】
まず、第１段階について簡単に説明する。第１気体せん断部３５において、流体力学的に圧力を制御し、負圧形成部分から気体を吸入し、高速流体運動させて、負圧部を形成し、マイクロバブルを発生させる。より分かり易く簡単に説明すると、水と空気を効果的に自給,混合,溶解し、圧送することにより、有用物質含有マイクロバブル白濁水を製造することが、第１段階である。
【００８２】
続いて、第２段階について簡単に説明する。第２気体せん断部３６と第３気体せん断部３２に水配管を通じて上記有用物質含有マイクロバブルを導入し、第２気体せん断部３６と第３気体せん断部３２において高速流体運動させて、負圧部を形成し、流体運動としてせん断することによって、マイクロバブルからナノバブルを発生させることになる。
【００８３】
次に、上記磁気活水ナノバブル発生機７６での第１段階と第２段階をさらにより詳細に説明する。
【００８４】
(第１段階)
磁気活水ナノバブル発生機７６に使用している気液混合循環ポンプ３４は、揚程４０ｍ以上(つまり、４ｋｇ/ｃｍ２の高圧)の高揚程のポンプである。すなわち、第１気体せん断部３５を有する気液混合循環ポンプ３４は、高揚程のポンプであり、かつトルクが安定している２ポールのものを選定することが好ましい。ポンプには、２ポールと４ポールのものがあり、４ポールのポンプよりも２ポールのポンプの方が、トルクが安定している。
【００８５】
また、気液混合循環ポンプ３４は圧力の制御が必要で、この高揚程のポンプの回転数を一般的にはインバーターと呼ばれている回転数制御機でもって目的にあった圧力に制御している。この目的にあった圧力で、バブルサイズが纏まったマイクロバブルを製造可能になる。ここで、第１気体せん断部３５を有する気液混合循環ポンプ３４でのマイクロバブル発生のメカニズムを説明する。第１気体せん断部３５において、マイクロバブルを発生させるために、液体および気体の混相旋回流を発生させ、第１気体せん断部３５の中心部に高速旋回する気体空洞部を形成する。次に、この気体空洞部を圧力で竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。この空洞部に気体としての空気を、マイナス圧(負圧)を利用して、自動的に供給させ、さらに、切断,粉砕しながら混相流を回転する。この切断,粉砕は、装置出口付近における内外の気液２相流体の旋回速度差により起きる。その時の回転速度は、５００〜６００回転/秒である。なお、上記気体は、本実施形態では単に空気としたが、目的によって、炭酸ガス、窒素ガス、酸素ガス、オゾンガスも選定でき、その他の気体も選定可能である。
【００８６】
このように、第１気体せん断部３５において、流体力学的に圧力を制御することで、負圧形成部分から気体を吸入し、高揚程ポンプで高速流体運動させて、負圧部を形成し、マイクロバブルを発生させる。より解り易く簡単に説明すると、高揚程ポンプで水と空気を効果的に自給,混合,溶解し、圧送することにより、マイクロバブル白濁水を製造することが、第１段階である。
【００８７】
なお、上記気液混合循環ポンプ３４の運転は、シーケンサー５５から入力される制御信号により制御している。また、第１気体せん断部３５の内部形状は、一例として楕円形であるが、最大の効果を発揮できる形状としては真円形である。さらに、第１気体せん断部３５は内部摩擦を小さくするために鏡面仕上げとしている。また、第１気体せん断部３５の内部に流体の旋回乱流を制御するために溝深さ０.３ｍｍ〜０.６ｍｍ、溝幅０.８ｍｍ以内の溝を設けている。
【００８８】
(磁気活水ナノバブル発生機での第２段階)
上記第１気体せん断部３５を有する気液混合循環ポンプ３４で発生させたマイクロバブルを、第２気体せん断部３６に水配管を通じて圧送する。前述の第１段階の後の第２気体せん断部３６と第３気体せん断部３２においては、さらに配管サイズを細くして、かつ、高速流体運動させて、気体空洞部を竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。これによって、マイクロバブルからナノバブルが発生すると同時に、超高温の極限反応場が形成される。この第２気体せん断部３６と第３気体せん断部３２を構築している理由は、気体せん断部を１段階で構築する場合よりも、気体せん断部を２段階で構築する方が、ナノバブルを多量に発生できるからである。すなわち、超高温の極限反応場が形成されると、局部的に高温高圧状態となり、不安定なフリーラジカルができ、同時に熱を発生することとなる。
【００８９】
なお、第２気体せん断部３６と第３気体せん断部３２はステンレス製とするのが一般であり、その形状は、楕円形、好ましくは真円形である。また、第２気体せん断部３６と第３気体せん断部３２には、小孔が開いているが、その吐出口径は、４ｍｍ〜９ｍｍが最適である。
【００９０】
次に、上述した第１段階での高速流体運動について説明する。第１気体せん断部３５において、マイクロバブルを発生させるために、まず「高速流体運動」として、ポンプのインペラと呼ばれている羽を超高速で回転させて、液体および気体の混相旋回流を発生させ、第１気体せん断部３５の中心部に高速旋回する気体空洞部を形成する。次に、この気体空洞部を圧力で竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。この気体空洞部に気体としての空気を自給させる。上記気体を、炭酸ガス、窒素ガス、酸素ガス、オゾンガスとする場合もある。さらに、この気体空洞部を切断,粉砕しながら混相流を回転させる。この切断,粉砕は、装置出口付近における内外の気液２相流体の旋回速度差により起きる。回転速度は、５００〜６００回転/秒であることが判明している。なお、第１気体せん断部３５を構成する金属の厚みが薄いと、気液混合循環ポンプ３４が運転されることにより、振動が発生し、流体運動エネルギーが、振動として外部に伝播して逃げ、そのことが、必要な高速流動運動すなわち、高速旋回とせん断エネルギーを低下させる。よって、第１気体せん断部３５を構成する金属の厚みは、６ｍｍ〜１２ｍｍの範囲が好ましい。
【００９１】
次に、「流体運動としてせん断すること」について説明する。第１気体せん断部３５を有する気液混合循環ポンプ３４で発生させたマイクロバブルを、第２気体せん断部３６と第３気体せん断部３２に水配管を通じて圧送する。上記第１段階後の第２気体せん断部３６と第３気体せん断部３２においては、配管サイズを細くしており、かつ高速流体運動させて、気体空洞部を竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。
【００９２】
次に、「負圧形成部分」について説明する。「負圧形成部分」とは、装置出口付近における内外の気液２相流体の旋回速度差により発生する。上述したように、回転速度は５００〜６００回転/秒である。また、次に「負圧部」について説明する。この「負圧部」とは、気体液体混合物中で周りと比較して圧力が小さな領域を意味する。以上が、磁気活水ナノバブル発生機７６のメカニズムである。
【００９３】
尚、磁気活水ナノバブル発生機７６としては、市販されているものを採用できるがメーカーを限定するものではなく、具体的一例としては、磁気活水器４０は株式会社ビー・シー・オーのＢＫタイプＢＫ−５０を採用できる。また、ナノバブル発生機としては、株式会社 協和機設の商品であるバビタスＨＹＫ―３２を採用できる。
【００９４】
ここで、３種類のバブルについて説明する。
【００９５】
(1) 通常のバブル(気泡)は水の中を上昇して、ついには表面でパンとはじけて消滅する。
【００９６】
(2) マイクロバブルは、その発生時において、１０〜数１０μｍの気泡径を有する微細気泡で、水中で縮小していき、ついには消滅(完全溶解)してしまう。マイクロバブルは、発生後に収縮運動により『マイクロナノバブル』に変化する。
【００９７】
(3) ナノバブルは、マイクロバブルよりさらに小さいバブル(直径が数１００ｎｍ以下)でいつまでも水の中に存在することが可能なバブル、と言われている。
【００９８】
マイクロナノバブルとは、マイクロバブルとナノバブルとが混合したバブルと説明でき、１０μｍから数１００ｎｍ前後の直径を有する気泡である。
【００９９】
(第２の実施の形態)
次に、図２にこの発明の第２実施形態を示す。この第２実施形態は、前述の第１実施形態におけるＴＯＣ検出器７１,ＴＯＣ調節計７２がＣＯＤ検出器７３,ＣＯＤ調節計７４に置き換わっている点が、図１の第１実施形態と異なる。よって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を説明する。
【０１００】
なお、ＣＯＤとは化学的酸素要求量の意味で、洗浄水の汚れ具合を表現した測定方法であり、測定方法がＪＩＳで定められている。ＴＯＣとＣＯＤとは、測定方法が異なるが、両方共に洗浄水中の揮発性有機化合物濃度の目安として用いることができ、洗浄水の汚れ具合や汚染度を測定できる。
【０１０１】
上記ＣＯＤ検出器７３は、沈殿部３でのＣＯＤ濃度を計測して、この計測値を表す信号をＣＯＤ調節計７３に出力する。このＣＯＤ調節計７３は、上記ＯＤ検出器７３が計測した上記ＣＯＤ濃度に応じて、信号線７７で接続された第１逆洗ポンプ２９の運転を制御して、急速ろ過器２４の逆洗による磁気活水ナノバブル含有発生汚泥を含有する洗浄水を、排出ガス処理装置４の下部散水ノズル１２から散水するか否かを制御することになる。つまり、上記ＣＯＤ濃度が設定値よりも高い場合に、第１逆洗ポンプ２９を稼動して急速ろ過器２４の逆洗による洗浄水を下部散水ノズル１２から散水する。
【０１０２】
また、第１逆洗ポンプ２９と第２逆洗ポンプ３０は信号線７７で連結されているので、急速ろ過器２４の逆洗を行う第１逆洗ポンプ２９が運転されると、自動的に第２逆洗ポンプ３０も運転されることになる。そして、逆洗運転による排出ガス処理部４での洗浄水による処理が行われることとなる。
【０１０３】
(第３の実施の形態)
次に、図３に、この発明の第３実施形態を示す。この第３実施形態は、次の(ｉ)、(ii)の点が前述の第１実施形態と異なる。
【０１０４】
(ｉ) 図１の第１実施形態における排出ガス処理部４の散水部２の上部に、サンプリング管６８と、このサンプリング管６８に接続されていると共に排出ガス処理部４の外に設置されたサンプリングポンプ６９および揮発性有機化合物測定器であるＶＯＣ測定器７０を配置した点。
【０１０５】
(ii) このＶＯＣ測定器７０が信号線７７でＴＯＣ調節計７２および第１逆洗ポンプ２９,第２逆洗ポンプ３０に接続されている点。
【０１０６】
よって、この第３実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【０１０７】
この第３実施形態では、排出ガス処理部４の散水部２の上部のＶＯＣ(揮発性勇気化合物)濃度を上記ＶＯＣ測定器７０で測定する。そして、このＶＯＣ測定器７０が測定したＶＯＣ濃度とＴＯＣ検出器７１で検出したＴＯＣ濃度との両方に基づいて、第１,第２逆洗ポンプ２９,３０の運転が制御される。例えば、散水部２の上部のＶＯＣ濃度と沈澱槽３でのＴＯＣ濃度の両方が、設定値を上回った場合に、第１,第２逆洗ポンプ２９,３０による逆洗運転が行われる。一方、上記ＶＯＣ濃度とＴＯＣ濃度の少なくともいずれか一方が上記設定値を上回っていない場合には、逆洗運転が行われない運転方法が選択される。
【０１０８】
(第４の実施の形態)
次に、図４に、この発明の第４実施形態を示す。この第４実施形態は、次の(ｉ)、(ii)の点が前述の第１実施形態と異なる。
【０１０９】
(ｉ) 図１の第１実施形態における排出ガス処理部４の排気入口ダクト１に、サンプリング管６８と、このサンプリング管６８に接続されていると共に排出ガス処理部４の外に設置されたサンプリングポンプ６９および揮発性有機化合物測定器であるＶＯＣ測定器７０を配置した点。
【０１１０】
(ii) このＶＯＣ測定器７０が信号線７７でＴＯＣ調節計７２および第１逆洗ポンプ２９,第２逆洗ポンプ３０に接続されている点。
【０１１１】
よって、この第４実施形態では、前述の第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付けて詳細説明を省略し、前述の第１実施形態と異なる部分を説明する。
【０１１２】
この第４実施形態では、排出ガス処理部４の排気入口ダクト１のＶＯＣ濃度を上記ＶＯＣ測定器７０で測定する。そして、このＶＯＣ測定器７０が測定したＶＯＣ濃度とＴＯＣ検出器７１で検出したＴＯＣ濃度との両方に基づいて、第１,第２逆洗ポンプ２９,３０の運転が制御される。例えば、排出ガス処理部４の排気入口ダクト１のＶＯＣ濃度と沈澱槽３でのＴＯＣ濃度の両方が、設定値を上回った場合に、第１,第２逆洗ポンプ２９,３０による逆洗運転が行われる。一方、上記ＶＯＣ濃度とＴＯＣ濃度の少なくともいずれか一方が上記設定値を上回っていない場合には、逆洗運転が行われない運転方法が選択される。
【０１１３】
(実験例)
図１の第１実施形態の排出ガス処理装置に対応する排出ガス処理実験装置を製作した。この排出ガス処理実験装置における散水部２の容量を約４ｍ３とし、沈澱部３の容量を約０.５ｍ３とし、急速ろ過塔２４の容量を１ｍ３とし、２塔の活性炭吸着塔４５,５１の容量を３ｍ３とし、活性炭再生用水設備５９の容量を２ｍ３とした。このように製作した揮発性有機化合物含有排出ガスの処理装置に関する実験装置において、上部散水部２に合成樹脂製不規則充填物を設置して１ヶ月間の試運転を行った。この１ヶ月の試運転後、半導体工場からのイソプロピールアルコールを含有する排出ガスを導入して７日後に、排気入口ダクト１でのイソプロピールアルコールの処理前濃度と排気出口ダクト６での処理後の濃度を測定した。この測定の結果、イソプロピールアルコールの除去率は概ね９０％であった。また、イソプロピールアルコールが分解することによって生成する反応物としてのアセトンの除去率を測定したところ、８０％であった。
【０１１４】
より詳細には、前述した運転パターン１(通常運転)では、排気入口ダクト１でのＶＯＣ濃度が８６ｐｐｍであったが、排気出口ダクト６でのＶＯＣ濃度は１３ｐｐｍであった(除去率８５％)。また、前述した運転パターン２(逆洗運転１)では、排気入口ダクト１でのＶＯＣ濃度が１３２ｐｐｍであったが、排気出口ダクト６でのＶＯＣ濃度は１２ｐｐｍであった(除去率９１％)。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】この発明の揮発性有機化合物含有排出ガス処理装置の第１実施形態を模式的に示す図である。
【図２】この発明の揮発性有機化合物含有排出ガス処理装置の第２実施形態を模式的に示す図である。
【図３】この発明の揮発性有機化合物含有排出ガス処理装置の第３実施形態を模式的に示す図である。
【図４】この発明の揮発性有機化合物含有排出ガス処理装置の第４実施形態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１  排気入口ダクト
２  上部散水部
３  下部沈澱部
４  排出ガス処理部
５  排気ファン
６  排気出口ダクト
７  上部散水管
８  上部散水ノズル
９  上部充填材
１０、１４  多孔板
１１  下部散水管
１２  下部散水ノズル
１３  下部充填材
１５  ホッパー部
１６  汚泥引き抜き配管
１７、２２、２３、２７  電動バルブ
１８、１９  配管
２０  吸込み配管
２１  ポンプ
２４  急速ろ過器
２５  発生汚泥
２６  ろ材
２８  ろ材再生槽
２９  第１逆洗ポンプ
３０  第２逆洗ポンプ
３１  水流
３２  第３気体せん断部
３３  吸込み配管
３４  気液混合循環ポンプ
３５  第１気体せん断部
３６  第２気体せん断部
３７  フランジ
３８  Ｎ極磁石
３９  Ｓ極磁石
４０  磁気活水器
４１  液体通過部
４２  磁力線
４３  フランジ
４４、４６、４７、４９  電動バルブ
４５  第１活性炭吸着塔
４８  配管
５０、５２、５３、５４  電動バルブ
５１  第２活性炭吸着塔
５５  シーケンサー
５６、５７  信号線
５８  沈澱部付スクラバー
５９  活性炭再生用水設備
６０  揮発性有機物除去および活性炭再生用水設備
６１、６２  配管
６３  空気配管
６４  電動ニードルバルブ
６５  急速ろ過器上部
６６  急速ろ過器下部
６７  揮発性有機化合物含有排出ガス処理装置
６８  サンプリング管
６９  サンプリングポンプ
７０  ＶＯＣ測定器
７１  ＴＯＣ検出器
７２  ＴＯＣ調節計
７３  ＣＯＤ検出器
７４  ＣＯＤ調節計
７５  電動バルブ
７６  磁気活水ナノバブル発生機
７７  信号線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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