─ 122 ─

三宅島における小型脱硫装置の性能実証実験
中浦久雄

辰市祐久

高橋昌史

木下輝昭

天野冴子

岩崎好陽＊

樋口雅人

（＊現・においかおり環境協会）

要旨

三宅島において島民の安全対策の一つとして、個人家屋に適用可能な小型脱硫装置の性能について実験を行った。実験対象の小型脱硫装置は、活性炭を用いた装置 2 台と光触媒を用いた装置 1 台である。その結果、以下のことが明らかになった。
①

SO 2 ガスを高効率で除去できる酸化剤添着活性炭を用いた室内循環方式の小型脱硫装置は、家屋の換気回数 0.5 回/時程度の気密性があれば、SO2 濃度 0.2ppm 未満を確保できる。

②

光触媒方式の小型脱硫装置は、一定の効果が認められるものの、SO 2 濃度 0.2ppm 未満を確保することは難しい。

キーワード：三宅島、火山ガス、二酸化硫黄、脱硫装置

Verification of small desulfurization devices for use in
Miyake-Island
Nakaura Hisao, Tatsuichi Sukehisa, Takahashi Masashi, Higuchi Masato
Kinoshita Teruaki, Amano Saeko, Iwasaki Yosiharu ＊＊ Japan Association on Odor Environment

Summary

As one of the measures for safety of the resident in Miyake Island, we experimented about
the performance of the small desulfurization device for use in individual house. Two device
types are experimented, one using activated carbon and the other using photo catalyst. Theresults are as follows.
① The device using activated carbon with oxidizer as additives could remove SO2 at high efficiency. If this device is used in a house, where inner air exchange rate is 0.5 times an hour, SO2concentration in a house is maintainable at less than 0.2 ppm. ② The device of the photo catalyst method is difficult to maintain less than 0.2ppm in SO2 concentration though a constanteffect is admitted.

Keywords : Miyake Island, Volcanic gas, sulfur dioxide, desulfurization device

東京都環境科学研究所年報 2005─ 123 ─
1

はじめに実験室内にプレハブ（内径縦 2.12 ｍ×横 4.39

三宅島では平成 12 年に雄山の噴火により全島民のｍ×高 2.31 ｍ、容量 21.5 裙）を設置し、その中に脱避難が続いていたが、噴火から約 4 年半後の平成 17

硫装置を置いて、ボンベから SO2 ガスを注入し、プレ年 2 月に帰島の条件が整ったとの判断から避難指示がハブ内の濃度変化等を測定した。なお、室内濃度が均解除された。

一になるように扇風機でプレハブ内を撹拌した。

避難指示解除に先立って、平成 15 年 3 月の三宅島

脱硫装置には空気の取り入れ方法の違いにより外気の火山ガス検討会 1）では、帰島のための具体的な安全を吸引し SO2 を除去した後、室内に供給する外気吸引確保対策等について慎重な検討を行なう必要があると方式と室内の空気を吸引し SO2 を除去した後、再び室指摘した。一方、火山ガスの状況については、火山ガ内に供給する室内循環方式とがある。クリーンハウス

スに含まれる二酸化硫黄（以下、「SO 2」という。）放等に設置されている大型の脱硫装置は外気吸引方式で出量が噴火当初は 1 日あたり約 2 万〜 5 万トン程度 2）あるが、建物の壁に穴を開けて吸気口を設けるなど、であったが、平成 14 年秋以降は横ばい傾向が続き 1設置する場所に制約を受けるため、個人家屋に設置す日あたり 3 千〜 1 万トン程度であった 3）。また、SO2る場合は移動が可能で設置が容易な室内循環方式が有の大気環境濃度は、島内 10 ヶ所のすべての測定地点利である。

で大気環境基準を達成していない 4）。

実験に用いた脱硫装置は図 1 のとおり室内循環方式

このように、火山ガスの放出が続いている状況で帰で、試作機や市販の空気清浄機を改良したものなどで島するためには、呼吸器に疾患のある人や幼児・高齢ある。なお、装置 A はダクトを接続することにより外者等のハイリスク者等への安全対策の一つとして、個気吸引方式でも設置が可能なタイプである。脱硫方法

人家屋に SO2 ガスを処理する小型の脱硫装置を設置では、活性炭を用いたものが 2 機種で、光触媒を用いたきないかということについて検討する必要があった。

ものが 1 機種である。活性炭を用いた脱硫装置には、脱硫装置については、全島民の避難中に島内の道路活性炭にアルカリ剤を添着したものがあるが、アルカや港湾施設などの普及作業に従事する作業員等の宿舎

リ剤は空気中の二酸化炭素と反応するため、性能低下であるクリーンハウスなどに大型の装置が設置されてが著しく長時間の稼動には適していない。このため、いた。脱硫方法としては、活性炭吸着方式や苛性ソー今回採用した脱硫装置では、活性炭に酸化剤を添着し、ダ溶液の洗浄方式が用いられ、室外の空気を脱硫装置

SO2 ガスを酸化させて活性炭内にトラップする方法がに導入し浄化してから室内に取り入れる方式 5）である。

用いられている。反応式を次に示す。

苛性ソーダ洗浄方式には、苛性ソーダ溶液の取扱の煩SO2 ＋ 1/2 O2 ＋ H2O → H2SO4

雑さ等から、苛性ソーダ溶液の代替として海水利用に表1ついての実験 6）も行われた。しかし、個人家屋の 6 〜

小型脱硫装置の概要

8 畳間程度に適した小型の装置は実用化されていない
ため、個人家屋に小型脱硫装置が適用可能かどうかを判断するために、小型脱硫装置の性能実証実験を行った。

2実験内容

イ

実験内容

①

プレハブの気密性

プレハブを実験室内に設置して小型脱硫装置（以下実験に使用したプレハブは、窓、壁等に隙間がある「脱硫装置」という。）の脱硫性能について基本的な実ので実験する前に気密性について調べた。測定方法は、

験（平成 15 年 8 月）を行い、その後、三宅島の個人ボンベから SO2 ガスをプレハブ室内に注入し、室内の家屋に脱硫装置を設置して現地実験（平成 16 年 6 月

SO 2 濃度を 10ppm にして、自然放置した状態で室内〜 8 月）を行った。

濃度の低減状況を連続測定した。

(1)

室内実験

②

ア

実験装置

脱硫性能実験
プレハブ室内にボンベから SO2 ガスを注入し、初期

東京都環境科学研究所年報 2005─ 124 ─
SO2 濃度を 10ppm 及び 2ppm に設定した後、脱硫装置を稼働させ、室内と装置出口の SO2 濃度の経時変化を測定した。実験装置を図 1 に示す。

図1③

図3

実験装置

職員住宅配置図

持続性能実験
約 20ppm の SO2 ガスをボンベから連続して脱硫装置に供給して、脱硫装置出口の SO2 濃度を測定し、除去効率の経時変化を調べた。
ウ測定機器

SO2 測定機器は、堀場製作所製 APSA-360A 連続測定器で、測定原理は紫外線蛍光法で測定レンジは 0 〜20ppm である。
(2)

現地実験

室内循環方式は、脱硫性能の効果だけでなく外から
図4室内への漏れ込む SO2 ガスの影響を受けるため、現地職員住宅の見取り図の建物を用いて外気の漏れこみの影響を含めた脱硫性Ｂ棟）を用いた。住宅の構造は、木造平屋建て 2DK能を検証した。

で各棟とも同一の造りである。

ア実験施設

実験は、図 4 に示す西側和室（6 畳）を使用し、西実験場所は三宅村職員住宅で、図 2 のとおり三宅島及び南側にある 1 間の窓とカーテンを閉めるとともに、の東側の三池坪田地区に位置し、島内でも SO2 ガスが隣室との出入り口（板の間の 1 間及び半間の引き戸）高濃度になる地域である。職員住宅は、図 3 のとおりも閉めた。

海岸から山側に上った場所で、南側にある 2 棟（Ａ棟､イ

実験内容
和室内に脱硫装置を設置し室内空気を吸引・処理した。室内空気は、部屋中央の高さ 1.2 ｍの位置から連続採取するとともに、Ａ、Ｂ両棟間の高さ 1.5 ｍの位置から外気を採取し、SO2 濃度を連続測定した。なお、建物の気密性を調査するため、Ｂ棟の和室において脱硫装置を設置しない場合の室内 SO2 濃度も測定をした。
ウ

測定機器
SO2 測定機器は、室内空気については 2(1)ウと同一機種で、外気については理学計器製 API100AH 連続測定器を用いた。
図2実験場所東京都環境科学研究所年報 2005─ 125 ─
3

結果及び考察(1)

室内実験アプレハブの気密性実験は目張りをしない状態と養生テープ等で目張りをした状態で行った。その結果、図 5 のとおり換気扇のみ目張りした状態だと 60 分で 30 ％のリーク率であったが、換気扇、窓、床を目張りすることにより 7 ％のリーク率となった。なお、リーク率には、プレハブの構造上の漏れだけでなく、壁などへの吸着等も含めたものである。実験は最もリーク率の小さい状態で行った。
イ

図6脱硫性能実験（装置Ａ）（初期濃度 10ppm）

図7脱硫性能実験（装置Ａ）（初期濃度 2ppm）

図8脱硫性能実験（装置Ｂ）（初期濃度 10ppm）

図9脱硫性能実験（装置Ｂ）（初期濃度 2ppm）

脱硫性能実験
プレハブ室内の初期 SO2 濃度を 10ppm 及び 2ppmに設定し、脱硫装置を稼働させ 0.2ppm（「三宅島火山ガスに関する検討会報告」7）：短期的影響についての二酸化硫黄濃度の目安

レベル 1。以下、「レベル 1 濃度」という。）まで低下する時間を測定した。なお、レベル 1 濃度とは、感受性の高い人に対して健康への影響が考えられる濃度、及び要援護者に対して、周囲の人が配慮する必要がある濃度である。
①活性炭方式の装置 A、B は、図 6 〜 9 に示すとおり初期 SO 2 濃度 10ppm、2ppm とも、装置出口濃度は稼働後 2 〜 3 分で 0.2ppm 以下となり、その後は 0.001ppm 以下の状態で安定しており、除去効率は 99.9 ％以上を示している。なお、稼働当初の装置出口濃度が高いのは、稼動前から装置内に滞留していた SO2 濃度の高い空気の影響と考えられる。

②光触媒方式の装置Ｃは、図 10、11 に示すとおり
初期濃度 10ppm では、除去効率は急激に低下し 2時間経過後に約 30 ％になり、その後一定となった。

図5プレハブの気密性

東京都環境科学研究所年報 2005─ 126 ─
一方、初期濃度 2ppm では時間が経過しても除去効率は約 90 ％を維持しており、初期濃度 10ppm と2ppm では、除去効率は明らかに異なっている。光触媒方式は、酸化チタンフィルターに SO2 ガスを吸着させ紫外線ランプの照射で分解させるものである。
このため、吸着と分解とが同時に行われるが、一定濃度以上になると分解が追いつかず SO2 ガスがフィルターに吸着しないで通過するものと考えられる。
③

濃度低減速度は、装置Ｂが最も早く、次いで装置Ａ、Ｃの順であった。初期濃度 10ppm において室内濃度が 0.2ppm になった時間を比べると装置Ｂ、

図 10脱硫性能実験（装置Ｃ）（初期濃度 10ppm）

図 11脱硫性能実験（装置Ｃ）（初期濃度 2ppm）

Ａ、Ｃの順で、22 分、39 分、520 分であった。
室内 SO2 濃度の低減速度を 3 機種まとめて図 12 に示した。
装置の除去効率が 100 ％だとすると t 時間後の濃度は次式で表され、室内の濃度が半分になる時間としての半減期を求められる。
Ct ＝ C0 exp（−（V0/V）t）……(1)
ただし、Ct ：ｔ時間後の濃度（ppm）、C0 初期濃度（ppm）、V 0 ：処理風量（裙/ｈ）、Ｖ：室容積（裙）、ｔ：時間（ｈ）(1)から

t ＝−（V/V0）褄 n（Ct/C0）となる。

Ct/C0 ＝ 0.5とすると、

t ＝ 0.693（V/V0）……(2)を得る。

表 1 の処理風量から求めた換気回数 V0/V と、図 12の傾きから求めた換気回数を式 2 に代入し、濃度の半減期を求めた結果を表 2 に示す。装置Ａ、Ｂの濃度の半減期は初期濃度が異なってもほぼ同じ値で理論値と一致するが、装置Ｃは初期濃度が 2ppm の場合は理論値に近いが、10ppm の場合は大幅に遅くなっている
図 12

ことがわかる。
表2ウ

脱硫性能実験（3 機種）

濃度の半減期持続性能実験
持続性能実験は、SO 2 濃度約 20ppm を連続で脱硫装置に供給して脱硫装置出口濃度を測定した。SO2 ガ

図 13スの供給方法は装置Ａは外気吸引方式としても使用で
東京都環境科学研究所年報 2005

連続処理実験（2、10、20ppm）

─ 127 ─
きるため、SO2 ガスをダクトから直接脱硫装置入口に供給する方法で、装置Ｂはプレハブ室内を常時約20ppm に保つ方法で行った。なお、光触媒方式の装置Ｃは、脱硫性能実験の結果、室内濃度の相違により除去効率が大幅に異なることが判明したので、長時間の持続性能ではなく、SO 2 濃度を 2､10､20ppm の 3段階に設定して、濃度の相違と脱硫効率の関係について調べた。
①活性炭方式（装置Ａ、Ｂ）
図 14

実験結果を表 3 に示す。

室内外濃度と風向・風速（7/12 〜 14）＊括弧内は風速（ｍ/ｓ）

両装置とも長時間にわたり高い除去効率を保っているが、装置Ｂの方が装置出口濃度の上昇速度が速く、レベル 1 濃度である 0.2ppm を超えたが、装置Ａは 10時間後でも 0.02ppm であり、レベル 1 濃度を超えなかった。
両装置の処理風量が異なるので、除去効率だけでは比較ができないが、除去効率の持続時間という観点から、レベル 1 濃度 0.2ppm を確保するためには、明らかに装置Ｂに比べ装置Ａの方が活性炭の持続性能が優
図 15

れている。

室内外濃度と風向・風速（7/15 〜 17）＊括弧内は風速（ｍ/ｓ）

なお、酸化剤添着活性炭の充填量は、装置Ａが 16㎏、装置Ｂが 1.26 ㎏で両装置に差がある。装置Ｂは空気清浄機を転用したため、別にホルムアルデヒド等のシックハウス対策用の活性炭（改質活性炭）を約 5 ㎏充填しているが、この活性炭は SO2 の処理能力はほとんどないと考えられる。
表3

持続性能（時間経過後の除去効率）
図 16(2)

風速と室内濃度比率の関係

現地実験

室内実験の結果を踏まえ、一部脱硫装置の改良を行った。装置Ｂは酸化剤添着活性炭の充填量が少なかっ②光触媒方式（装置Ｃ）

たため、シックハウス対策用の改質活性炭に替えて、実験結果は図 13 に示すとおり、各濃度とも除去効酸化剤添着活性炭を充填し、これまでの活性炭を含め率は 10 分程度までは急激に低下し、それ以降一定にて酸化剤添着活性炭量は 6.12 ㎏になった。装置 C はなっている。SO 2 濃度が 2、10、20ppm における除処理風量が小さかったため、1.8 裙/分に増加した。

去効率は、それぞれ 17.5 ％、12.5 ％、5.3 ％でありなお、実験に用いた 6 畳和室の換気回数（部屋の空SO2 濃度が高いほど低く、SO2 を処理する能力を超え気が 1 時間に何回入れ替わるかという回数）についてていると考えられる。なお、SO2 除去効率は脱硫性能は、三宅村が測定したところ 0.51 回/時であった。

実験の時より低下しているが、これは触媒表面の経時ア変化によるものと推定される。

外気 SO2 濃度と室内 SO2 濃度の関係

外気の SO2 濃度が高くなった時に、室内への SO2 ガ
東京都環境科学研究所年報 2005─ 128 ─
表4スの流入状況を把握するため、室内に脱硫装置を設置脱硫性能（装置Ａ、Ｂ）しない状態で、室内外の SO2 濃度を連続測定した。
室内外の SO2 濃度と風向、風速の状況を図 14、15に示した。外気 SO2 濃度は、風向が西南西を中心として西及び南西の時に上昇した。一方、室内 SO2 濃度は、外気 SO2 濃度ほど高くならず、外気 SO2 濃度が高い時でも室内 SO2 濃度が上昇しない時もあった。また、室内 SO 2 濃度は、外気濃度に比べて濃度変動が小さく、外気濃度が上昇すると、少し遅れて上昇する傾向にあった。
表5

外気 SO2 濃度と室内 SO2 濃度の関係を図 14 の 7/13

脱硫性能（装置Ｃ）の 20 時頃についてみると、外気の SO2 濃度が 4ppm前後の時に室内 SO2 濃度は 1.3ppm 程度であり、室内外 SO2 濃度のピークでみた室内 SO2 濃度の時間遅れは150 分程度であった。
室内 SO2 濃度の上昇は、基本的には建物の気密性によるが、外気の SO2 濃度と、その継続時間、風向・風速等の影響も考えられる。このため、外気 SO2 濃度が0.2ppm 以上で 1 時間以上継続したデータから、平均風速に対する室内平均 SO2 濃度と外気平均 SO2 濃度の関係を求め図 16 に示した。室内外の SO2 濃度比率は、風速が高くなると上昇する傾向がみられた。また、室内 SO2 濃度はバラツキがあるものの最大でも外気 SO2濃度の 50 ％程度であった。
外気 SO2 濃度と室内 SO2 濃度との関係は、建物の気密性の他、風向・風速の影響を受けることからみて開口部の位置や大きさなども関係していると考えられる。
イ

現地住宅での脱硫性能実験①活性炭方式（装置Ａ、Ｂ）

図 17

脱硫性能実験（6/22 〜 24）

図 18

脱硫性能実験（6/26 〜 27）

実験はＡ棟に装置Ａ、Ｂ棟に装置Ｂを設置し、同時に 3 週間装置を稼動させ測定したが、外気 SO2 濃度が0.2ppm 以上で 1 時間以上継続したのは 6 回あった。
図 17 〜 20 から外気 SO 2 濃度が上昇しても室内 SO 2濃度は、ほとんど上昇せず室内循環方式で設置しても脱硫効果があることを確認できた。また、表 4 に示す
ように、外気の SO 2 濃度の平均は 0.4 〜 1.9ppm で、最大は 2.9 〜 7.9ppm であったが、両装置とも室内最大濃度はおおむね 0.1ppm 以下である。装置Ｂは室内能は高いと考えられる。

濃度が 0.2ppm 近くまで上昇することもあったが、両②光触媒方式（装置Ｃ）

装置とも 0.2ppm を超えることはなかった。装置Ａに装置Ｃについては、脱硫装置を設置しない室内につ比べ装置Ｂの方は処理風量が大きいにもかかわらず、いても同時に測定を行った。図 21、22 示すとおり、

室内 SO2 濃度が高い傾向があり、装置Ａの方が脱硫性脱硫装置を設置しない室内 SO2 濃度に比べ脱硫装置を

東京都環境科学研究所年報 2005─ 129 ─

図 19

図 20

脱硫性能実験（6/28）

脱硫性能実験（7/6 〜 8）

図 21

脱硫性能実験（7/15 〜 17）

図 22

脱硫性能実験（7/17 〜 19）稼動させた室内の SO2 濃度の上昇速度が遅く、その低なお、小型脱硫装置を設置するに際しては、SO2 高減効果が確認できた。外気 SO2 濃度が 0.2ppm 以上で濃度発生時の一時的な避難場所を確保するための措置

1 時間以上継続した時の結果を表 5 に示す。外気 SO2であることを認識することが重要である。また、SO 2濃度が最も高いときの最大 SO2 濃度は 4.2ppm で、脱ガス濃度の監視体制や連絡体制を整備し、SO2 ガス発硫装置を設置しない室内は最大 1.9ppm であったが、生時に脱硫装置の稼動を徹底させるとともに、高濃度脱硫装置を設置している室内は最大 0.58ppm であっが長時間継続する場合には、低濃度地域や脱硫設備のた。装置Ｃはレベル 1 濃度 0.2ppm を定常的に下回る

整った避難施設に退避するなどのきめ細かい措置を取ことは難しいが、一定の効果は認められた。

ることも必要である。

4まとめ

参考文献

小型脱硫装置の性能実験の結果、以下のことが確認できた。
①成 15 年 3 月（2003）

実験した住宅程度の気密性（換気回数 0.5 回/時）③2）気象庁：三宅島の火山活動に関する火山噴火予知連があれば、SO2 ガスを高効率で除去できる酸化剤添

絡会統一見解、平成 12 年 11 月 1 日（2000）

着活性炭を用いた室内循環方式の小型脱硫装置で、

3）気象庁：三宅島の火山活動に関する火山噴火予知連

SO2 レベル 1 濃度 0.2ppm 未満を確保できる。
②1）東京都：三宅島火山ガスに関する検討会報告書、平絡会統一見解、平成 16 年 10 月 26 日（2004）

光触媒方式の小型脱硫装置は、一定の効果が認め

4）東京都災害対策本部：三宅島の雄山噴火に伴う高濃られるものの、SO2 レベル 1 濃度 0.2ppm 未満を確

度ガス連続自動測定結果について（その 53）（2 月保することは難しい。

1 日〜 2 月 28 日）（2005）

小型脱硫装置を設置しなくても、外気 SO2 濃度の

5）上野広行,中津山憲：三宅島における火山性有害ガ

高濃度時に室内 SO2 濃度は上昇速度が遅くなるだけ

ス対策、臭気の研究、32（6）、pp.343-347（2001）

でなく、濃度レベルも外気濃度の半分程度以下にな

6）中浦久雄ら：三宅島 SO 2 ガス除去装置への海水利った。

用、東京都環境科学研究所年報、pp.25-31（2003）
東京都環境科学研究所年報 2005