高電圧パルス放電によるガス処理
Hi9h

Voltage

Pu一se

Gas

Treatment(技)研究開発部希2研究室
正小倉
Masabiro

裕Ogura

高電圧パルス放電処理は,オゾン,ラジカルを同時に作用させることにより,有機物の分解,殺菌を行う新しい促進酸化プロセスである｡高電圧パルス放電装置と湿式スクラバーを組み合わせたシステムにより,ホルムアルデヒド含有ガスの処理を行い,
Higb
thePulse

VoltageoxidationoftheTreatment
organicisa

newcompounds

92%の分解率が得られた｡

oxidation
process
advancedmeans
disinfection
byandpromotes

whichofozoneandradicals.
Theremovalis 92 %,uslng

ratio
the(HCHO)

of formaldehyde
ofcombination

High

高電圧パルス放オfrom

Pulse

TreatmentHigh

voltagepulse

電Discharge

ン

Ozone

ゾ

揮発性有機化合物atomospheric

Voltage

Volatile

ま えがき

はVOC,高電圧パルスとは比較的小さい電気エネルギーを任意の時間蓄積し,スイッチ動作により瞭時に放出

organicpressureandgas

wetstream

scrubber.

compounds

NOxなどの有害物質を含む排ガス処理ら二も適用可能である｡
近年,放電を利用した有機物分解としてVOC奥することにより大きな電力を発生させる技術である｡

理が注目されている｡

これを利用した高電圧パルス水処理装置は,放電には地球環境レベルでの問題として取り組まれておりより発生するオゾン,ラジカル,衝撃波等を同時に欧米では各国協調のもとに厳しい絵量規制が施行去VOC(揮発性有機化合物)処理対象物に作用させる新しいプロセスの装置であれている｡欧米でのVOC排出量規制の重点項目はり,前報では高電圧パルス発生の原理や水処理実験

光化学オキシダントによる森林破壊の抑制と有害ブについて数例紹介した｡1)一方,高電圧パルス放電

気汚染物質による健康障害の抑制であるo2)

114

神鋼パンテツク技報

Vol. 43No.

1(1999/9日本では,従来型の公害対策は進んでいるものの(1)パルスコロナ方式

地球環境としてのVOC規制は欧米より10年遅れて電極間にパルス電圧を印加時のコロナ放電を利用するもの｡

いるといわれている｡環境庁が光化学オキシダント抑制のため,固定発生源からのVOC排出量を2001(2)パックドベッド方式年より法規制する予定とのことである｡

充填した強誘電体ペレットの両端に交洗高電圧

本報では高電圧パルス放電装置のVOC処理用途を印加し,ペレット間で放電を起こすもの｡庄損が大きいため,大量のガス処理には工夫が必要｡‑の適用について紹介する｡(3)沿面放電方式

1.放電を利用したVOC処理技術
従来のVOC処理技術としては,直接燃焼方式,放電極から誘電体表面に沿って放電が進展する

触媒燃焼方式,活性炭吸着方式,スクラバー方式,方式｡

バイオフィルターなどが挙げられるが,消費エネル(4)無声放電方式

ギー,コスト,メンテナンスなどの点で問題もあり,電極間に誘電体を介し,交流電圧を印加する方新しい処理技術に期待が寄せられている｡その一つ式｡

として,大気圧コロナ放電による低温プラズマ技術

本稿で述べる高電圧パルス放電装置はパルスコロを使用したVOC処理が注目されている｡既存の技ナ方式に含まれる｡高電圧パルスで発生させたコロ術と比較して放電によるガス処理技術が優れている

ナ放電によるプラズマを利用して有害物質を分解除点は次のように考えられている｡

去しようとする装置である｡(1)希薄VOCにおいて分解効率,経済性が良い｡

2.高電圧パルス放電によるガス処理装置(2)低温での分解処理が可能である｡

パルスコロナ方式によりガス処理を行う場合,立(3)メンテナンスが簡単である｡

ち上がりが急峻(数十‑数百ns)でパルス幅が短放電によるガス処理技術としては電気集塵機が古くから利用されている｡電気集塵機は,コロナ放電

い(1/JS以下)パルス電圧を印加する｡立ち上がりが急峻であると電子衝突によるラジカル生成の効によって形成されたプラズマで排ガス中の粉塵など率が良くなる｡また,パルス幅が1〟sより短くなの粒子を帯電させる｡帯電した粒子は接地電極に捕るとガス中のイオンや分子に与えられるエネルギー集される｡このコロナ放電を強めると化学反応が生が最小限となりガス温度の上昇を抑制する｡そのたじる｡

め,ガスの密度低下が抑えられ電子衝突確率(反応プラズマ反応装置の代表的なものとして次の4つ効率)が低下しない｡

これらの結果エネルギー効率が良い｡4)の放電方式が挙げられる｡3)

通常,電気集塵機など

ヨigh voltagepulse

では安定な放電を得易い
負極性のコロナ(負極性generator

電極に現れるコロナ放電)が使用されるのに対し,パルス放電では強いスト
Coronadischarge

リーマ(細い糸状放電)

El ectrodes

進展性を示す正極性のストリーマコロナが使用さ
Gas outlet＋

Gas＋

れる｡

inlet

高電圧パルス放電によるガス処理装置の模式図を第1図に示す｡原ガスは放電極と設置電極の間に送り込まれる｡強い電界によって加速された電第1図

高電圧パルス放電処理装置の模式図
Schematic
illustration of highvoltage

Fig.

1Vol.

43 No.

1 (1999/9)

子が排ガス中の分子と衝
pulse treatment

system

神鋼パンテツク技報for gas.

突し,種々のラジカルが115発生し化学反応が起こる｡これにより,ガス中の有HCHO=ECO

HO芝.一fI20,Off,02･‑‑

1機物の酸化分解が効率的に行われる｡

3.ホルムアルデヒド含有ガスの処理

CO

CO2

‑

ホルムアルデヒドは1992年環境庁の大気保全の観点から調査研究対象としてリストアップされており,日本製紙連合会など20団体で自主管理対象物質となっBCOOH

第2図ている｡

Fig.

H20,

‑‑‑∋･Cog,日ホルムアルデヒドの放電処理における反応経路
2Reaction

3,1放電による分解経路

pathway

fordischarge

treatmentof HCHO.

放電によるホルムアルデヒドの分解をモデル化す
ると,約100化学種が関与する350もの反応式が考えホルムアルデヒドは,高電庄パルス放電処理にょられる｡3)主要な反応経路を第2図に示す｡ホルム

りこのような反応経路で分解され,理想的には二喪アルデヒドの分解に重要なのは放電によって生成さ化炭素と水になる｡しかし,実際には処理条件によv=れる0ラジカルとOHラジカルによる反応である｡て分解効率,二次生成物が異なる｡
放電処理単独ではなく,集塵機,スクラバー等石組み合わせることによってVOC処理が可能になae￣＋02‑e‑＋02*と考えられる｡‑e‑＋203.2

気液混合によるガス処理

まず,湿式スクラバー内に放電装置を設置したIj

02* ＋02‑一一03＋0合についてテストを行った｡テストフローを第3匡
0＋02＋M‑0,＋M(M‑0,02,に示す｡処理対象ガスは,原ガス発生器内の充填木03)

上方よりホルムアルデヒド溶液をスプレーし,充考材下方より引き込まれた空気中に気化させることトニ

0 ＋ H20‑一20Hより調整したoホルムア)i,デヒドを含有する空気古;放電部の下方より導入され,スクラバー上部よりプこれらのラジカルがホルムアルデヒドから水素を奪う｡

プレーされた循環水が放電部に滴下される｡こうして気液混合状態で放電することにより,ホルムア)Iデヒド分解を行った｡テスト結果を次に示す｡ホノlCH20‑HCO＋0Ⅲ

ムアルデヒドの入口濃度は200ppmとした｡放電＋湿式スクラバー処理により出口濃度0.5ppm以1CH20‑→HCO＋ H20となった｡しかし,スクラバー循環水中に23mg/1･1が溶解･残留した｡物質収支をみると,分解率古;反応生成物のHCOはホルムアルデヒドに再合成されるものと,さらに分解されるものがある｡

57%となった｡<実験条件>
処理

風量:10mソh

ガス

濃度:常温

HCO＋HCO‑CH20＋CO

スクラバー循環水量:501
flCO＋ 02‑‑floe＋ CO

パルス繰り返し周波数:

1000pps<ホルムアルデヒド濃度測定結果>
放電リアク夕入口ガス:200ppm

EO2,COはさらに次の反応を起こすo

スクラバー循環水:23mg/1･h
スクラバー出口ガス:0.5ppm以下

HO2＋0‑OH＋02<ホルムアルデヒドの物質収支>
処HO2＋0‑H20＋02

JJβ＋ 0･･一CO2

前の循処

CO理

捻神鋼パンテツク技報

ガ環
理

後分

ス:2.7g/h
水: 1.15g/hの解ガ

ス:0.01g/h以下

量‥1.54g/h一画
VoZ.

43

No.

1(1999/9Gas

Sprayoutletnozzle

Spray

Feed

pu

1ationⅢ

第3図

気液混合処理のフロー

Fig.

3

Flow

diagramof water‑air

treatment

mixture

Gas

Spray

outletofHCHOnozzle/BlowerPacking

Spraynozzle

ノFeed

pump＼

Discharge
reactor?
Packing

ⅢCEO

第4図

Air irllet

solutionHigh voltage
pulse generator

Circulation
pump

気中放電と湿式スクラバーによる処理フロー

Fig.

4

FlowVol.

43No.

diagram1(1999/9)of discharge

andscrubber

treatmentof

神鋼パンテツク技報

HCHO117

3. 3

気中放電＋スクラバー処理テスト<ホルムアルデヒドの物質収支>
処

理

前のガス

2.43 g/h合についてテストを行った｡テストフローを第4図

放電

後のガス

0.24 ど/hに示す｡ホルムアルデヒド含有ガスは前項と同様の循

水

0.19g/hのガス

0.01g/b以下

つぎに,湿式スクラバーと放電処理を分離した場

環
後理

方法で発生させた｡ホルムアルデヒド含有空気は放処

電リアクタ内で処理され,放電後のガスはスクラバー放電による分角牢量にて処理される｡スクラバーに導入されるガスにはスクラバーによる分解量

放電により発生したオゾンが含まれており,放電で線分テスト結果を次に示す｡ホルムアルデヒドの初期量

解0.04 g/h
2.23ど/h一区車重勾

今後の課題

3.4

処理されなかった有機物を分解する｡

2.19 ど/h

今回1模擬ガスによる放電処理実験を行い,高い濃度は165ppmとした｡放電処理後には16ppmと分解効率を示したが,実ガスの処理では複数の有機なり,放電によって90%が分解された｡スクラバー物を含む場合が多く,その場合の反応はさらに複雑処理後には0.5ppm以下となり,循環水中になものとなる｡物質による反応速度の違い,放電に3.8mg/1･hが溶解一残留した｡トータルの分解率より発生する副生成物の定量,ガス濃度と処理ガスは92%となった｡

線速度の関係などを予備試験で確認する必要がある｡

この結果,気液混合による処理よりも,気中放電後にスクラバー処理することにより処理効率を大幅す

むび

今回は,高電圧パルス放電によるVOC処理につに向上させることができた｡

いてホルムアルデヒドを例に紹介した｡現在,様々<実験条件>な用途についてテストしつつ,適用分野の探索,処処理

風

量:ガス

濃度:常温11m3/h

な案件について報告する予定である｡[参考文献]スクラバー循環水量:501
1000pps

パルス繰り返し周波数:

理フローの改良を行っている｡次報ではより具体的<ホルムアルデヒド濃度測定結果>
放電リアクタ入口ガス

165 ppm

放電リアクタ出口ガス

16 ppmスクラバー循環水

3.8 mg/1･b

スクラバー出口ガス

0.5ppm以下

Vol.42,

神鋼パンテツク技報,

1)小倉正裕,No.2(1999), p.87.
2)出雲正矩,月刊地球環境,Vol.30,No.3(1999)

3)山田俊昭,静電気学会誌,

Vol.19,No.4(1995)

4)小田哲治,静電気学会誌,

Vol.18,No.3(1994)

5)

D.

Vol.73,

G.

Storch,No.1

M.

J. Kushner,

J.

Appl.

Phys.,(1993)

連絡先
小倉正裕

技術開発本部
研究開発部
第2研究室

TEFAX
E‑mail118

L078‑992‑6525
078‑992‑6504

m.ogura@pantec.

co.jp

神鋼パンテツク技報

Vol.

43 No.

1(1999/9)