(57)【要約】【課題】簡易なシステム構成で、処理対象空気中に含まれる揮発性有機化合物等の有害物質を効率良く除去することができる有害物質除去装置を提供する。【解決手段】液相と、液相の上相となる油相が貯留されている捕捉タンク２を有し、捕捉タンク２には、有害物質を含む気体と、液相の液体とからマイクロバブルを生成するマイクロバブル発生装置が接続され、マイクロバブル発生装置は、マイクロバブルが液相に導入されるように構成されている。有害物質を含む気体について、風量を減らし、有害物質の濃度を上昇させる前処理装置１を有する。【選択図】図１
2017074588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相と、液相の上相となる油相が処理液として貯留されている捕捉タンクを有し、
前記捕捉タンクには、有害物質を含む気体と、前記液相の液体とからマイクロバブルを生成するマイクロバブル発生装置が接続され、
前記マイクロバブル発生装置は、前記マイクロバブルが前記液相に導入されるように構成されていることを特徴とする有害物質除去装置。
【請求項２】
前記有害物質を含む気体の風量を減らし、有害物質の濃度を上昇させる前処理装置を有することを特徴とする請求項１記載の有害物質除去装置。
【請求項３】
前記油相は、液相とエマルションを形成する油が用いられていることを特徴とする請求項１又は２記載の有害物質除去装置。
【請求項４】
所定の処理時間において前記エマルションが形成するエマルション相の上相として、前記油相が存在することを特徴とする請求項３記載の有害物質除去装置。
【請求項５】
前記油相に用いられる油は、水温１０℃における粘性係数が１２４．１ｍｍ２/sであることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項記載の有害物質除去装置。
【請求項６】
前記捕捉タンクには、前記処理液の温度を調整する冷却装置が設けられていることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項記載の有害物質除去装置。
【請求項７】
前記油相には、植物油が用いられており、
前記処理液の温度が、１０℃に維持されていることを特徴とする請求項６記載の有害物質除去装置。
【請求項８】
前記捕捉タンクには、
前記捕捉タンクの油相を回収する油回収容器と、
前記捕捉タンクの油相となる油を供給する油補給容器と、
がさらに接続されていることを特徴とする請求項１〜７いずれか一項記載の有害物質除去装置。
【請求項９】
前記捕捉タンクには、前記捕捉タンクの液相となる液体を供給する液体補給容器がさらに接続されていることを特徴とする請求項１〜８いずれか一項記載の有害物質除去装置。
【請求項１０】
前記捕捉タンクには、捕捉タンクの油相を脱出した気体について有害物質の濃度を測定する濃度計が設けられていることを特徴とする請求項８記載の有害物質除去装置。
【請求項１１】
有害物質除去装置の運転開始から所定の時間が経過したことを検知するタイマが設けられていることを特徴とする請求項８記載の有害物質除去装置。
【請求項１２】
前記油相は、液相とエマルションを形成しない油が用いられていることを特徴とする請求項１、２、６、８、９〜１１いずれか一項記載の有害物質除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスなどの処理対象となる気体に含まれる、揮発性有機化合物等の有害物質を除去する有害物質除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学工場、塗装工程がある塗装工場や印刷工場、洗浄工程がある工場等では、揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣと表記する場合もある）が、反応やコーティング等の各種の工程で溶剤として用いられている。揮発性有機化合物は、揮発性が高い有機化合物であり、大気中に揮発してガス化する。ガス化したＶＯＣは、光化学オキシダントや浮遊粒子状物質等の有害物質を発生させる要因となる。
【０００３】
そのため、ＶＯＣを含むガスの排出量については、規制が設けられているため、工場等では施設の排気経路に、ＶＯＣを分解または除去するための装置を設けている。このようなＶＯＣを分解除去する方法としては、（ａ）直接燃焼法、（ｂ）蓄熱燃焼法、（ｃ）触媒燃焼法、（ｄ）生物分解法、（ｅ）活性炭吸着法、（ｆ）低温プラズマ分解法などが知られている（特許文献１、特許文献２等）。
【０００４】
また、近年では、難水溶性のＶＯＣの代替として、例えばイソプロピルアルコールのような水溶性の揮発性有機化合物が用いられることもある。水溶性のＶＯＣを用いた場合には、上記の方法のほか、（ｇ）として吸収法の適用が可能である。吸収法では、水等の吸収液に水溶性のＶＯＣを含む排ガスを接触させ、吸収液にＶＯＣを吸収させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１６１４２４号公報
【特許文献２】特開２００８−１３３７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＶＯＣを分解除去する方法として用いられている上記（ａ）〜（ｃ）の各種燃焼法においては、ＣＯ2の排出量が多くなるという問題点があった。また、分解生成物として予期しない有機性有害物質を発生させる危険性があった。（ｄ）の生物分解法においては、分解速度が遅い上、入口濃度が変動すると分解効率が不安定になりやすいという問題点があった。
【０００７】
（ｅ）の活性炭吸着法においては、活性炭が破過した場合、活性炭を産業廃棄物にして処理しなければならないという問題点があった。また、再生を行う場合は、熱などのエネルギーを投入しなければならず、脱着した場合は溶剤の回収装置が必要となる。さらに、（ｆ）の低温プラズマ分解法においては、大量処理ができないといった問題点が挙げられる等、既存の方法は様々な問題を抱えていた。
【０００８】
さらに、（ｇ）の吸収法では、吸収液として水を使用した場合には処理対象は水溶性の揮発性有機化合物に限定されてしまう。また、疎水性の揮発性有機化合物のために薬液を使用した場合には、維持管理や廃液処理が必要なためランニングコストが高くなる。そのため、水を用いた簡易なシステム構成で、親水性、疎水性などの物性に依存しない工場内の揮発性有機化合物雰囲気を改善することが可能な空気浄化システムの開発が切望されていた。
【０００９】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。その目的は、簡易なシステム構成で、処理対象空気中に含まれる揮発性有機化合物等の有害物質を効率良く除去することができる有害物質除去装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の有害物質除去装置は、以下のような特徴を有している。
（１）液相と、液相の上相となる油相が処理液として貯留されている捕捉タンクを有し、前記捕捉タンクには、有害物質を含む気体と、前記液相の液体とからマイクロバブルを生成するマイクロバブル発生装置が接続され、前記マイクロバブル発生装置は、前記マイクロバブルが前記液相に導入されるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
（２）前記有害物質を含む気体の風量を減らし、有害物質の濃度を上昇させる前処理装置を有していても良い。
【００１２】
（３）前記油相は、液相とエマルションを形成する油が用いられていても良い。
（４）所定の処理時間において前記エマルションが形成するエマルション相の上相として、前記油相が存在する。
【００１３】
（５）前記油相に用いられる油は、水温１０℃における粘性係数が１２４．１ｍｍ２/sであっても良い。
【００１４】
（６）前記捕捉タンクには、前記処理液の温度を調整する冷却装置が設けられている。
（７）前記油相には、植物油が用いられており、前記処理液の温度が、１０℃に維持されている。
【００１５】
（８）前記捕捉タンクには、前記捕捉タンクの油相を回収する油回収容器と、前記捕捉タンクの油相となる油を供給する油補給容器と、がさらに接続されていても良い。
【００１６】
（９）前記捕捉タンクには、前記捕捉タンクの液相となる液体を供給する液体補給容器がさらに接続されていても良い。
【００１７】
（１０）前記捕捉タンクには、捕捉タンクの油相を脱出した気体について有害物質の濃度を測定する濃度計が設けられていても良い。
（１１）有害物質除去装置の運転開始から所定の時間が経過したことを検知するタイマが設けられていても良い。
（１２）前記油相は、液相とエマルションを形成しない油が用いられていても良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡易なシステム構成で、処理対象空気中に含まれる揮発性有機化合物等の有害物質を効率良く除去することができる有害物質除去装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態にかかる有害物質除去装置の一例を示す構成図である。
【図２】処理液として液相のみを用いた場合と、液相および油相を用いた場合の除去効率を示すグラフである。
【図３】処理液の温度を変化させた場合の各温度における除去効率を示すグラフである。
【図４】油相の量を変化させた場合の各量における除去効率を示すグラフである。
【図５】トルエンガスに対する捕集効率と捕集水中のトルエン濃度の計時変化を示すグラフである。
【図６】第２の実施形態にかかる有害物質除去装置の一例を示す構成図である。
【図７】第３の実施形態にかかる有害物質除去装置の一例を示す構成図である。
【図８】他の実施形態にかかる有害物質除去装置の一例を示す構成図である。
【図９】他の実施形態にかかる有害物質除去装置の一例を示す構成図である。
【図１０】他の実施形態にかかる有害物質除去装置の一例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１の実施形態］
［１．全体構成］
（処理対象となる有害物質）
本発明に係る有害物質除去装置が除去する有害物質には、親水性ならびに疎水性を示す揮発性有機化合物および粒子状物質等が含まれる。揮発性有機化合物としては、トルエン、酢酸エチル、メチルエチルケトン、ジクロロメタン、クロロベンゼン、メタノール、イソプロピルアルコール等が挙げられる。粒子状物質は、排ガスに含まれるススや金属加工工場等で発生するオイルミストなどのように大気中、空間中に浮遊する粒子であれば、その粒径は特に限定されるものではない。例えば、粒径が１０μｍ以下の浮遊粒子状物質、粒径が２．５μｍ以下の微小粒子、粒径が１００ｎｍ以下の超微小粒子等を含む。
【００２１】
（有害物質除去装置）
以下、本発明に係る有害物質除去装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。有害物質除去装置は、排ガス等の気体に含まれる有害物質を除去する装置である。有害物質除去装置は、前処理装置１、捕捉タンク２、マイクロバブル発生ポンプ３、マイクロバブル発生ノズル４を有する。
【００２２】
（前処理装置）
前処理装置１は、処理対象となる有害物質を含む気体の風量を減らし、有害物質の濃度を上昇させる濃縮装置である。例えば、ハニカムローター回転式の濃縮装置を用い、ローターにＶＯＣを吸着させた後に、高温少風量の気体をローターに通すことで、ローターに濃縮されているＶＯＣを脱着させてもよい。前処理装置１としては、少風量高濃度のＶＯＣガスを得ることができる装置であれば、どのような装置を用いても良い。前処理装置１を通過した気体は、マイクロバブル発生ポンプ３に導入される。
【００２３】
（捕捉タンク）
捕捉タンク２は、有害物質を溶解する処理液が貯留されているタンクである。捕捉タンク２には、液相と、液相の上相となる油相が処理液として貯留されている。液相としては水を用いることができる。捕捉タンク２には、液相の液体をマイクロバブル発生ポンプ３に導入する配管が設けられている。また、捕捉タンク２には、液相中にマイクロバブルを導入するマイクロバブル発生ノズル４が設けられている。
【００２４】
油相としては、植物油、例えばシリコン油等の合成油、および鉱物油等を用いることができる。植物油としては、例えば、水温１０℃における粘性係数が１２４．１ｍｍ２/s程度の油を用いると有害物質の除去に効果的である。また、植物油としては、水温１０℃における表面張力が３１．３ｍＮ／ｍ程度の油を用いると、マイクロバブルが発生しやすくなるので良い。油相として植物油を用いる場合には、処理液の温度を１０℃とすると植物油の粘性係数が高くなり、有害物質の除去効率が向上するので良い。なお、処理液の温度は、１０℃±３℃の誤差を含む値である。
【００２５】
液相および油相の貯留量は、捕捉タンク２の大きさにより異なるが、コストの観点から油相はできるだけ少なくすることが好ましい。詳細は作用にて説明するが、所定の処理時間において油相の全てがエマルション化しない程度の量を貯留すると良い。所定の処理時間とは、連続して有害物質除去装置を稼働させる時間であり、例えば３日間とすることができる。油相の全てがエマルション化しないとは、エマルション相の上相として油相が存在することを意味する。例えば、油相の厚みの３分の１程度がエマルション化する程度の量とすることができる。ただし、油相がエマルション化しない油を用いても良い。また、最上相となる油相は、一定の貯留量を確保するためにも、揮発性の低いものを用いると良い。
【００２６】
なお、捕捉タンク２内の処理液としては、必ずしも油相を設ける必要はない。処理対象となる有害物質が粒子状物質のみの場合には、液相のみを用いても良い。ただし、有害物質が揮発性有機化合物を含む場合には、液相に加え油相を設けることで、除去効率が向上する。よって、有害物質が粒子状物質および揮発性有機化合物の両方を含む場合には、液相および油相を設ける。また、捕捉タンク２には、不図示の冷却装置を設けても良い。冷却装置は、処理液の温度を調整する機能を有する冷却コイル等を用いることができる。
【００２７】
（マイクロバブル発生ポンプ）
マイクロバブル発生ポンプ３は、導入された気体と液体を混合させるポンプであり、捕捉タンク２に接続されている。マイクロバブル発生ポンプ３には、前処理装置１を通過した気体と、捕捉タンク２に貯留されている液相の液体とが導入される。マイクロバブル発生ポンプ３には、マイクロバブル発生ノズル４が接続されている。マイクロバブル発生ポンプ３により混合された気体と液体は、マイクロバブル発生ノズル４に導入される。本実施形態では、マイクロバブル発生ポンプ３とマイクロバブル発生ノズル４が、マイクロバブル発生装置を構成する。
【００２８】
（マイクロバブル発生ノズル）
マイクロバブル発生ノズル４は、マイクロバブル発生ポンプ３が混合した気体と液体とからマイクロバブルを生成し、捕捉タンク２の液相に導入するノズルである。マイクロバブルは、直径５０μｍ以下の微細気泡であり、水中における上昇速度は粒径にもよるが１０００μｍ／ｓ以下である。マイクロバブル発生ノズル４の設置位置は捕捉タンク２の形状により異なるが、捕捉タンク２において、より下面側に接続されていることが好ましい。発生したマイクロバブルが液相内を充分な時間を掛けて上昇できるようにするためである。
【００２９】
マイクロバブル発生ノズル４は、混合された気体と液体を超高速で旋回させ、せん断力によりマイクロ粒径のバブルを発生させる。よって、有害物質をその内部に含むマイクロバブルが生成されることとなる。マイクロバブルの発生方式としては、せん断力を用いた方式を用いることが好ましい。せん断力方式で生成されるマイクロバブルは、自己加圧効果が高く、マイクロバブル内に含まれる有害物質を溶かし出そうとする力が強いからである。ただし、超音波方式や加圧溶解法等を採用することも可能である。
【００３０】
［２．動作］
本実施形態の有害物質除去装置の動作について、図１を参照して説明する。また、有害物質除去装置の動作に加え、捕捉タンク２の液相と油相におけるマイクロバブルの挙動についても詳述する。以下の説明では、油相として水温１０℃における表面張力が３１．３ｍＮ／ｍ程度の植物油を用い、揮発性有機化合物を含む排ガスを除去する場合を例に、有害物質除去装置について説明する。
【００３１】
有害物質除去装置にＶＯＣを含む排ガスが導入されると、前処理装置１は、例えば、ローターにＶＯＣを吸着させた後に、高温少風量の気体をローターに通すことで、ローターに濃縮されているＶＯＣを脱着させる。前処理装置１を通過した気体は、少風量高濃度のＶＯＣガスとなり、マイクロバブル発生ポンプ３に導入される。マイクロバブル発生ポンプ３には、捕捉タンク２に貯留されている液相の液体も導入されている。
【００３２】
マイクロバブル発生ポンプ３は、導入された前処理装置１を通過した気体と、捕捉タンク２に貯留されている液相の液体と、を混合しマイクロバブル発生ノズル４に導入する。マイクロバブル発生ノズル４は、混合された気体と液体を超高速で旋回させ、せん断力によりマイクロバブルを発生させる。マイクロバブル発生ノズル４で生成されたマイクロバブルは、その内部にＶＯＣを含む。このようなマイクロバブルは、マイクロバブル発生ノズル４を介して、捕捉タンク２の液相に導入される。従って、例えＶＯＣが疎水性であったとしても、マイクロバブルによって、ＶＯＣが液相中に分散される。液相中のマイクロバブルが上昇することにより、液中に分散されたＶＯＣが、徐々に油相に送り込まれる。
【００３３】
ここで、マイクロバブルは気泡体積が微細であるため、捕捉タンク２の液相に導入されたマイクロバブルの上昇速度は遅く、粒径の大きな気泡と比較して長い間液相に滞在しつつ上昇する。また、ＶＯＣガスをマイクロバブル化することにより、表面積を大きくすることができる。従って、マイクロバブルと液相において、気液接触面が大きくなる。
【００３４】
さらに、マイクロバブルは自己加圧効果を有している。自己加圧効果とは、マイクロバブルの水中における縮小に反比例して、マイクロバブルに加わる圧力が高まる効果である。従って、マイクロバブルは、液相において縮小しその内部圧力が上昇する。そして、内部圧力の上昇により、マイクロバブルはさらに縮小しその内部圧力がさらに上昇する。このような自己加圧効果により、マイクロバブルが液相にＶＯＣを溶解させようとする力が強くなる。
【００３５】
液相にマイクロバブルを導入する主な理由は、ＶＯＣガスを含むマイクロバブルを液相中に分散させて、油相にマイクロバブルを導入することにある。液相におけるマイクロバブルの分散に伴い、マイクロバブルに含まれるＶＯＣは、水との親和性に基づき液相に溶解される場合がある。すなわち、ＶＯＣが親水性であれば多くのＶＯＣが水に溶解する一方、ＶＯＣが疎水性であれば溶解量は減少する。ただし、粒径の大きな気泡でＶＯＣガスを液相に導入した場合と比較すれば、マイクロバブルの自己加圧効果により、ＶＯＣの特性に関わらずより多くのＶＯＣが液相に溶解する。以上より、マイクロバブルは、液相へのＶＯＣの溶解量に応じて、徐々に縮小し、その内部圧力を高めながら液相を上昇する。
【００３６】
液相中に分散されたマイクロバブルが液相中を上昇し、液相と油相の界面に到達すると、マイクロバブルは液相から油相に移動するようにさらに上昇する。油相は、使用される油の特性により程度は異なるが、液相よりは粘性の高い相である。よって、マイクロバブルは、油相中を液相よりさらに遅い上昇速度で上昇するため、液相と油相の界面近傍にマイクロバブルが貯まることとなる。液相と油相の界面近傍に到達した無数のマイクロバブルにより、液相と油相が混合され乳化されることによりエマルション相が形成される場合がある。
【００３７】
形成されるエマルション相の厚みは、油相の厚みにもよるが、上述の通り所定の処理時間において油相の全てがエマルション化することはないように構成されている。よって、エマルション相の上相として、油相が油膜として存在することとなる。エマルション相の上相として油相が存在することより、エマルション相が長期にわたって維持されると考えられる。すなわち、油相の油は、エマルション相への油の供給源であり、かつ、エマルション相の蓋としての機能を有する。また、液相に溶解したＶＯＣは、液相と油相の界面を介して徐々にエマルション相または油相の油に吸収される。従って、油相は液相の洗浄相としての機能も有する。
【００３８】
マイクロバブルは、エマルション相中を油相よりさらに遅い速度で上昇すると考えられる。なぜなら、エマルション相においては、無数のマイクロバブル同士が互いの上昇を妨げていると推測されるからである。よって、マイクロバブルと油相の気液接触時間はさらに長くなると考えられる。上述の通り、マイクロバブルは内部圧力が高く、ＶＯＣを放出しようとする力が働くため、ＶＯＣはエマルション相において存在する油に溶解する。
【００３９】
マイクロバブルは、自己加圧効果により、徐々に縮小しながらその内部圧力を高めつつエマルション相を上昇する。そして、マイクロバブルはエマルション相から油相に移行し、マイクロバブルに含まれるＶＯＣガスの残りは油相に溶解する。マイクロバブルのＶＯＣガス以外の成分、すなわちＮ２やＯ２は、油相を通過し捕捉タンク２の外部に排気される。なお、エマルション相が形成されていない状態では、マイクロバブルは、自己加圧効果により、徐々に縮小しながらその内部圧力を高めつつ油相を上昇することで、ＶＯＣガスが油相に溶解される。
【００４０】
［４．実験］
（１）油相の有無について
有害物質除去装置の処理液について検討するために、以下の実験を行った。
【００４１】
（実験器具および条件）
耐熱ガラス製の反応器内に液相として超純水を１０Ｌ入れ、その中にマイクロバブル発生ポンプに接続されたマイクロバブル発生ノズルを設置した。揮発性有機化合物としてトルエンを用い、トルエンガスが０．２ｍＬ／ｍｉｎとなるように、マイクロバブル発生ノズルを介して反応器内にマイクロバブルを導入した。トルエンガスの濃度は１０，０００ｐｐｍであった。また、反応器内の水温は、１０℃を維持した。
【００４２】
以上の条件において、液相のみの場合と、油相として植物油２００ｍＬを液相の上相として添加した場合の、トルエンの除去効率を測定した。測定方法は、反応器出口側のガスをサンプリングし、ガスクロマトグラフィーを用いて定量した。検出器は、水素炎イオン化検出器を用いた。得られたトルエン濃度を用いて、下記数１より、除去効率を算出した。
【数１】
2017074588.tif 000003
Ｃ０：初期濃度（導入濃度）
Ｃｔ：ｔ時間後の濃度（出口濃度）
【００４３】
（結果）
処理液として液相のみを用いた場合と、液相および油相を用いた場合の除去効率を任意の時間において求め、グラフにプロットした結果を図２に示す。図２からも明らかな通り、液相のみを用いた場合では、トルエンの除去効率は除去開始以降徐々に低下し、約３０時間が経過した時点で０となった。一方、液相および油相を用いた場合は、４８時間経過後であっても９０％以上の除去効率を維持した。
【００４４】
（考察）
処理液として液相および植物油による油相を用いた場合には、液相と油相の界面でマイクロバブルによりエマルション相が生成されることが、除去効率を向上させていると考えられる。エマルション相が生成されることにより、疎水性のトルエンガスが揮発することなく、段階的にエマルション相と油相に捕捉されていると考えられる。すなわち、液相の上相として油相を用いることにより、疎水性ガスである揮発性有機化合物が処理液中において効率的に捕捉されることが確認された。
【００４５】
（２）処理液の温度について
有害物質除去装置における処理液の最適温度を検討するために、以下の実験を行った。
【００４６】
（実験器具および条件）
耐熱ガラス製の反応器内に液相として超純水を１０Ｌ入れ、その中にマイクロバブル発生ポンプに接続されたマイクロバブル発生ノズルを設置した。また、油相として植物油２００ｍＬを超純水の上相として添加した。揮発性有機化合物としてトルエンを用い、トルエンガスが０．２ｍＬ／ｍｉｎとなるように、マイクロバブル発生ノズルを介して反応器内にマイクロバブルを導入した。トルエンガスの濃度は１０，０００ｐｐｍであった。以上の条件において、処理液の温度を１０℃、２５℃、および５０℃とした場合の、トルエンの除去効率を測定した。トルエン濃度の測定方法および除去効率の演算式は、上記（１）の実験と同じである。
【００４７】
（結果）
処理液の温度を１０℃、２５℃、および５０℃とした場合の、トルエンの除去効率を３時間毎に求め、グラフにプロットした結果を図３に示す。図３からも明らかな通り、処理液の温度が２５℃および５０℃の場合には、時間の経過と共に除去効率が低下した。一方、処理液の温度が１０℃の場合には、処理開始後１２時間が経過しても約１００％の除去効率を維持した。
【００４８】
（考察）
処理液の温度を１０℃とした場合に最も高い除去効率が得られたのは、植物油の動粘度が温度の上昇とともに小さくなることが関係していると考えられる。すなわち、処理液の温度が低い場合、植物油の粘性係数が高くなる。そのため、マイクロバブルが油相を上昇する速度が遅くなり、マイクロバブルと油相の接触時間が長期化することにより、有害物質の除去効率が向上すると考えられる。
【００４９】
（３）油相の量について
有害物質除去装置において用いる油相の最適量を検討するために、以下の実験を行った。
【００５０】
（実験器具および条件）
耐熱ガラス製の反応器内に液相として超純水を１０Ｌ入れ、その中にマイクロバブル発生ポンプに接続されたマイクロバブル発生ノズルを設置した。揮発性有機化合物としてトルエンを用い、トルエンガスが０．２ｍＬ／ｍｉｎとなるように、マイクロバブル発生ノズルを介して反応器内にマイクロバブルを導入した。トルエンガスの濃度は１０，０００ｐｐｍであった。また、反応器内の水温は、１０℃を維持した。以上の条件において、油相として５０ｍＬ、２００ｍＬ、および４００ｍＬの植物油を超純水の上相として添加した場合の、トルエンの除去効率を測定した。トルエン濃度の測定方法および除去効率の演算式は、上記（１）の実験と同じである。
【００５１】
（結果）
５０ｍＬ、２００ｍＬ、および４００ｍＬの植物油の除去効率を２４時間毎に求め、グラフにプロットした結果を図４に示す。グラフからも明らかな通り、植物油の量が最も少ない５０ｍＬでは、除去開始直後は１００％であった除去効率が、２４時間経過後には約４０％、９６時間後には約２０％と著しく低下した。植物油の量を２００ｍＬとした場合であっても、除去開始から４８時間経過後までは９０％以上の除去効率であったが、７２時間経過後には約３０％、９６時間後には約２０％と著しく低下した。一方、植物油の量が最も多い４００ｍＬでは、除去開始から７２時間経過後までは９０％以上の除去効率を維持し、９６時間経過後の除去効率も約８０％であった。
【００５２】
（考察）
植物油が５０ｍＬと２００ｍＬの反応器において、除去効率の低下が見られた際、超純水と植物油が著しくエマルション化し、液相と油相の界面が確認できない程度まで白濁していた。すなわち、処理液中の油相が全てエマルション化しており、エマルション相の上相として油相が存在していない状態であった。エマルション相の蓋としての油相が存在しないことから、マイクロバブル中に含まれるトルエンが油相に充分に溶解されないままに、処理液の上面に達し、気相に放出されたと考えられる。一方、植物油が４００ｍＬと最も多い反応器ではエマルション化が最も活発であったが、植物油の全てがエマルション化することは無く、油相がエマルション相の上相として存在していた。そのため、マイクロバブルに含まれるトルエンは、エマルション相および油相において充分に溶解されてから気相に放出されたと考えられる。以上より、油相における油の量は、油相の全てがエマルション化することがない量とすることで、有害物質の除去効率を向上できることが分かった。
【００５３】
（４）長期試験
有害物質処理装置の長期間における除去効率を検討するために以下の実験を行った。
【００５４】
（実験器具および条件）
耐熱ガラス製の反応器内に液相として超純水を１０Ｌ入れ、その中にマイクロバブル発生ポンプに接続されたマイクロバブル発生ノズルを設置した。揮発性有機化合物としてトルエンを用い、トルエンガスが０．２ｍＬ／ｍｉｎとなるように、マイクロバブル発生ノズルを介して反応器内にマイクロバブルを導入した。トルエンガスの濃度は１０，０００ｐｐｍであった。また、反応器内の水温は、１０℃を維持した。以上の条件において、油相として４００ｍＬの植物油、４００ｍＬの鉱物油を純水の上相として添加した場合の、トルエンの除去効率を測定した。トルエン濃度の測定方法および除去効率の演算式は、上記（１）の実験と同じである。なお、実験に使用した油の物性値は、以下の表１に示した通りである。
【表１】
2017074588.tif 000004
【００５５】
（結果）
４００ｍＬの植物油、４００ｍＬの鉱物油の除去効率をそれぞれ４日間毎に求め、２４日間の長期間捕捉除去実験を行った。植物油、鉱物油をそれぞれ捕集水表面に添加し、トルエンガスに対する除去効率とその時の捕集水中のトルエン濃度の経時変化についてグラフにプロットした結果を図５に示す。植物油の除去効率は白抜きの円、トルエン濃度は黒塗りの円で示す。鉱物油の除去効率は白抜きの正方形、トルエン濃度は黒塗りの正方形で示す。植物油及び鉱物油ともに除去効率は時間経過と共に減少したが、１２日経過しても除去効率は５０％以上であった。この時点では、植物油の方が高い除去効率を維持していた。また、捕集開始２４日後の植物油を添加した際のトルエン濃度は１５０００ｐｐｍ程度であったのに対して、鉱物油を添加した際のトルエン濃度は１５００ｐｐｍ程度であり、植物油の方が１０倍ほど高い結果を示した。
【００５６】
（考察）
植物油の添加は、油相と液相の界面においてエマルション形成を起こし、トルエン気泡がエマルション相を通過する時間を非常に長くすることができるため、トルエンを効率的に液相へ捕捉することが可能となる。但し、時間経過と共にエマルション相は増加し、油相は減少する。エマルション相が油相上部へ到達するとトルエンが気相へ揮発してしまうため、一部損失してしまう。鉱物油についてはエマルション形成はないが、元々トルエンを溶解しやすい。この場合、鉱物油の動粘度が高いため、蒸気圧が低く除去効率が高くなっている。植物油は主に液相へ捕捉し、鉱物油は主に油相へ捕捉するため、長期間経過後の液相のトルエン濃度は、植物油の方が高い。
【００５７】
ここで、油を添加させず液相のみを用いた場合の液相へのトルエンの捕集量を計算したところ、水１Ｌあたりの吸収量は０．００４９ｍｏｌ／Ｌであった。一方、植物油の場合、液相および油相を用いた場合のトルエンの吸収量は液相の水１Ｌあたり、０．１５２ｍｏｌ／Ｌ、油１Ｌあたり２．９５ｍｏｌ／Ｌであった。すなわち、液相および油相を用いた場合の吸収量は液相のみを用いた場合の６３３倍であった。また、鉱物油の場合、液相および油相を用いた場合のトルエンの吸収量は液相の水１Ｌあたり、０．０１５２ｍｏｌ／Ｌ、油１Ｌあたり６．１０ｍｏｌ／Ｌであった。すなわち、液相および油相を用いた場合の吸収量は液相のみを用いた場合の１２４８倍であった。
【００５８】
［４．作用効果］
以上のような本実施形態の有害物質処理装置の作用効果は、以下のとおりである。
（１）液相と、液相の上相となる油相が処理液として貯留されている捕捉タンク２を有し、捕捉タンク２には、有害物質を含む気体と、液相の液体とからマイクロバブルを生成するマイクロバブル発生ポンプ３およびマイクロバブル発生ノズル４が接続され、マイクロバブル発生ノズル４は、マイクロバブルが液相に導入されるように構成されている。
【００５９】
まず、本実施形態の有害物質処理装置の効果を説明するために、従来において、油等の溶剤を用いて有害物質を除去する場合の問題点を説明する。例えば鉱物油等を用いた溶剤吸収法は、有害物質の除去に適用されている。しかし、油を用いた溶剤吸収法では溶解平衡に達してしまうことから、有害物質除去後の気相における有害物質の到達濃度に限界があることが知られている。従って、油を用いた溶剤吸収法は最終除去率が低く、他の吸着法や燃焼法等の二次処理を行う必要があった。従って、油による溶剤吸着法は、高濃度の有害物質を含む気体を処理する必要がある石油産業等、限られた産業において利用されていた。
【００６０】
一方、本実施形態の有害物質処理装置では、液相に導入されたマイクロバブルは、液相中に分散され、徐々に油相に移行する。液相中および油相中において、有害物質はマイクロバブルの自己加圧効果により処理液中に放出されて溶解する。特に、油相においてはマイクロバブルの上昇速度が遅くなることから、気液接触時間が長くなり、有害物質の溶解が促進される。有害物質の溶解により、マイクロバブルの自己加圧効果は徐々に増加するため除去効率は飛躍的に上昇する。
【００６１】
そのため、従来の溶剤吸収法では必須とされていた二次処理を行う構成が不要となり、有害物質除去装置のシステム構成を簡易化することができる。また、処理対象空気中に含まれる揮発性有機化合物等の有害物質を効率良く除去することができる有害物質除去装置を提供することができる。
【００６２】
（２）有害物質を含む気体の風量を減らし、有害物質の濃度を上昇させる前処理装置を有する。
【００６３】
少風量高濃度の有害物質ガスがマイクロバブル発生装置に導入されるため、高濃度の有害物質ガスを含むマイクロバブルを生成することが可能となる。従って、有害物質の処理効率を高めることができる。
【００６４】
（３）油相は、液相とエマルションを形成する油が用いられている。
【００６５】
従来の鉱物油等を用いた溶剤吸収法では、分散性が良く水とエマルションを形成しない油が選択的に用いられていた。従来では、単に有害物質と油を交流接触させることで油に有害物質を吸収させているので、油の特性により除去効率が著しく変化する。特に、従来の有害物質処理装置において水とエマルションを形成する油を用いた場合、形成されたエマルションにより有害物質と油の接触効率が低下し、所望の除去効率が得られなくなることが考えられる。
【００６６】
しかし、本実施形態の有害物質除去装置では、液相にマイクロバブルを分散させ、油相に移行している。この過程において、マイクロバブルにより液相と油相が乳化してエマルションを形成する油を用いても良い。上述の通り、形成されたエマルション相において、マイクロバブルは遅い速度で上昇すると考えられる。そのため、エマルション相の油とマイクロバブルの気液接触時間を長期化し、エマルション相中の油に有害物質を溶解させることができると考えられる。従って、本実施形態の有害物質除去装置では、液相とエマルションを形成する油を油相に用いた場合、処理対象空気中に含まれる揮発性有機化合物等の有害物質を効率良く除去することができる。なお、上述の通り、本実施形態では、油相として、鉱物油のようにエマルジョンを形成しない油を用いた場合であっても、有害物質の除去効率の向上効果は得られる。
【００６７】
（４）所定の処理時間において前記エマルションが形成するエマルション相の上相として、前記油相が存在する。
【００６８】
油相の全てがエマルション化せず、エマルション相の上相として油相が存在することより、エマルション相が長期にわたって維持されると考えられる。そのため、油相の油は、エマルション相への油の供給源であり、かつ、エマルション相の蓋としての機能を有する。従って、エマルション相の上相である油相により、有害物質を含むマイクロバブルが気相に放出されることが防止され、有害物質が段階的にエマルション相と油相に捕捉される。
【００６９】
（５）前記油相に用いられる油は、水温１０℃における粘性係数が１２４．１ｍｍ２/sである。
【００７０】
油送に用いられる油の粘性係数を上記のように調整することにより、マイクロバブルの発生効率や有害物質の除去効率を上昇させることができる。従って、処理対象空気中に含まれる揮発性有機化合物等の有害物質を効率良く除去することができる。
【００７１】
（６）前記捕捉タンクには、前記処理液の温度を調整する冷却装置が設けられている。
【００７２】
冷却装置を設けて処理液、特に油相の温度を調整することにより、油相に用いられている油の粘性係数を向上させることができる。油相の粘性係数が高くなると、マイクロバブルが油相を上昇する速度が遅くなり、マイクロバブルと油相の接触時間が長期化して有害物質の除去効率が向上すると考えられる。
【００７３】
（７）前記油相には、植物油が用いられており、前記処理液の温度が、１０℃に維持されている。
【００７４】
油相として植物油を用い、処理液の温度を１０℃程度に維持した場合、植物油の粘性係数が１２０ｍｍ２/s程度となる。植物油の粘性係数が高くなることで、有害物質の除去効率を向上させることができる。
【００７５】
［第２の実施形態］
［１．構成］
第２の実施形態の有害物質除去装置の構成は、基本的には第１の実施形態と同様である。ただし、図６に示す通り、捕捉タンク２に、油回収容器５と、油補給容器６とが配管を介して接続されている。
【００７６】
（油回収容器）
油回収容器５は、捕捉タンク２の油相を回収する容器である。油回収容器５は、例えばバルブが設けられた配管を介して捕捉タンク２に接続される。油回収容器５は、配管に設けられたバルブの開閉により、捕捉タンク２内の油相を回収する。油回収容器５の配管は、捕捉タンク２において、例えば液相と油相の界面となる位置に接続することができる。
【００７７】
油回収容器５は、できるだけ油相のみを回収し液相の液体については回収しない構成とすることが好ましい。回収した油相から、有害物質を除去することで、油相を再利用することが可能になるためである。ただし、エマルション相を含む油相を回収する構成としても良い。また、液相の一部を含めて回収する構成とすることができる。エマルション相や液相は、油以外の液体を含むが、油回収容器５の中で一定期間静置することにより油相と分離することが可能である。そのため、分離後の油相から有害物質を除去することで油相を再利用することができる。
【００７８】
（油補給容器）
油補給容器６は、捕捉タンク２の油相となる油を供給する容器である。油補給容器６は、例えばバルブが設けられた配管を介して捕捉タンク２に接続される。油補給容器６は、配管に設けられたバルブの開閉により、捕捉タンク２に油相として用いられている油を供給する。油補給容器６の配管は、捕捉タンク２において、例えば油相の上面となる位置に接続することができる。供給する油の量は、油相が所定の厚みを得られる量とする。
【００７９】
［２．作用効果］
以上のような本実施形態の有害物質除去装置では、上記実施形態の作用効果に加えて以下の作用効果を奏することができる。すなわち、本実施形態の有害物質除去装置おいては、捕捉タンク２には、捕捉タンク２の油相を回収する油回収容器５と、捕捉タンク２の油相となる油を供給する油補給容器６と、がさらに接続されている。従って、油相が有害物質を充分に除去できていない場合や、有害物質除去装置の長期利用によりエマルション相が油相の大部分にまで侵食してしまった場合などに、油回収容器５により油相を回収することができる。そして、油供給容器６により新たに油相となる油を供給することで、上記有害物質除去装置の作用効果を奏することができる。
【００８０】
［第３の実施形態］
［１．構成］
第３の実施形態の有害物質除去装置の構成は、基本的には第２の実施形態と同様である。ただし、図７に示す通り、捕捉タンク２に、液体補給容器７が配管を介して接続されている。
【００８１】
（液体補給容器）
液体補給容器７は、捕捉タンク２の液相となる液体を供給する容器である。液体補給容器７は、例えばバルブが設けられた配管を介して捕捉タンク２に接続される。例えば、液相として水が用いられている場合には、液体補給容器７は、配管に設けられているバルブの開閉により、捕捉タンク２に水を供給する。液体補給容器７の配管は、捕捉タンク２の液相において、油相側の位置に接続することができる。供給する水の量は、液相が所定の厚みを得られる量とする。
【００８２】
なお、本実施形態では、液相に溶解された有害物質は徐々に油相に吸収されるため、液相の液体全てを回収することを前提としていない。液体補給容器７は、例えば油相の回収時に液相の一部も一緒に回収された場合など、液相の液体の量が減少した場合に液体を補給する。ただし、例えば有害物質により液相の液体が著しく汚染された場合などに備え、不図示の液体回収容器をさらに備えて液相の液体全てを回収し、液体補給容器７により液相となる液体を補給する構成とすることもできる。
【００８３】
［２．作用効果］
以上のような本実施形態の有害物質除去装置では、上記実施形態の作用効果に加えて以下の作用効果を奏することができる。すなわち、本実施形態の有害物質除去装置おいては、捕捉タンク２には、捕捉タンク２の液相となる液体を供給する液体補給容器７がさらに接続されている。従って、例えば油相の回収に伴い液相の水位が下がってしまった場合などに、液体補給容器７により新たに液相となる液体を供給することができる。そして、液体補給容器７により新たに液相となる液体を供給することで、上記有害物質除去装置の作用効果を奏することができる。
【００８４】
［その他の実施の形態］
（１）マイクロバブル発生装置の詳細な構成は上記実施形態に限定されない。例えば図８で示す通り、マイクロバブル発生ノズル４をＹＪノズルとした場合には、前処理装置１を通過した気体は、マイクロバブル発生ノズル４の吸気部に導入される。また、マイクロバブル発生ポンプ３は、捕捉タンク２に貯留されている液相の液体を、マイクロバブル発生ノズル４の通水部に導入する。マイクロバブル発生ノズル４は、マイクロバブル発生ポンプ３により液体が導入されると、吸気部により自発吸気が生じることでマイクロバブルを発生させ、マイクロバブルを含んだ液体が捕捉タンク２の液相に放出されるように構成されている。
【００８５】
また、図９に示す通り、マイクロバブル発生ノズル４をエアレータとした場合には、前処理装置１を通過した気体と、捕捉タンクに貯留されている液相の液体とが、マイクロバブル発生ノズル４に導入される。マイクロバブル発生ノズル４は、導入された気体と液体を接触させて曝気することでマイクロバブル発生させ、マイクロバブルを含んだ液体が捕捉タンク２の液相に放出されるように構成されている。
【００８６】
（２）また、捕捉タンク２の構造は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図１０に示す通り、捕捉タンク２において、油相が貯留される部分の上部の幅を、その他の部分より狭くなるように形成しても良い。油相にエマルション相が形成された場合には、エマルション相の油膜となる油相が所定の厚み必要となる。捕捉タンク２の油相が貯留される部分の幅を狭くすることで、油相に必要となる油の量を低減させることができるため、経済性に優れている。
【００８７】
（３）上記第２の実施形態では、油回収容器５を用いて油相を回収する態様を説明した。油回収容器５が油相を回収するタイミングを決定するための構成要素として、捕捉タンク２の油相を脱出した気体について、有害物質の濃度を測定する濃度計を設けることができる。濃度計により有害物質が検出されれば、油相において有害物質が完全に除去されていないことが分かる。従って、濃度計により有害物質が検出されたことを契機として油回収容器５を用いて油相を回収する構成としてもよい。
【００８８】
（４）また、油回収容器５が油相を回収するタイミングを決定するための構成要素として、有害物質除去装置の運転開始から所定の時間が経過したことを検知するタイマを設けることができる。油相が有害物質を完全に除去できなくなるまでの期間が既知の場合には、タイマがその期間が経過したことを検知したことを契機として油回収容器５を用いて油相を回収する構成としてもよい。
【００８９】
（５）以上のような濃度計およびタイマを用いた有害物質除去装置の制御は、有害物質除去装置に接続された制御装置を用いて行う。制御装置は、コンピュータを所定のプログラムで制御することによって、若しくは専用の電子回路によって実現できる。
【符号の説明】
【００９０】
１  前処理装置
２  捕捉タンク
３  マイクロバブル発生ポンプ
４  マイクロバブル発生ノズル
５  油回収容器
６  油補給容器
７  液体補給容器
【図１】
2017074588.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017074588.tif 000011
【図８】
2017074588.tif 000012
【図９】
2017074588.tif 000013
【図１０】
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