JP2001321637A

JP2001321637A - 一酸化窒素含有気体の処理方法及び処理装置

Info

Publication number: JP2001321637A
Application number: JP2000142179A
Authority: JP
Inventors: Norito Miyamoto; 憲人宮本; Hiroyuki Kitamura; 浩之北村; Kazuyoshi Haruta; 一吉春田; Masayoshi Sugiyama; 正佳杉山
Original assignee: NICHIBOO KK; Nittetsu Mining Co Ltd
Current assignee: NICHIBOO KK; Nittetsu Mining Co Ltd
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2001-11-20

Abstract

(57)【要約】【課題】安全で、操作性が良く、しかも、安価に、Ｎ
Ｏ含有気体からＮＯを除去することのできる方法及び装
置を提供する。【解決手段】前記方法では、ＮＯ含有被処理気体を、
ＮＯをＮＯ₂に変換可能なラジカルと接触させた後、二
酸化窒素が水に溶解して生成される生成物を還元可能な
微生物と水分とを担持する担体と接触させる。前記装置
１０は、吸気口３；ＮＯをＮＯ₂に変換可能なラジカル
を発生可能な手段を有する第一処理室１；吸気口から第
一処理室へ気体を送出可能な第一送出管４，６；二酸化
窒素が水に溶解して生成される生成物を還元可能な微生
物及び水分を担持する担体９と、排出口とを有する第二
処理室２；第一処理室から第二処理室へ気体を送出可能
な第二送出管７；及び気体送出手段５を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一酸化窒素含有気
体の処理方法及び処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒素酸化物（ＮＯ_X）を含有する汚染大
気の浄化方法として、汚染大気を土壌に通過させて浄化
する土壌浄化方法が知られている。窒素酸化物は、例え
ば、自動車等から排出され、汚染大気の最大の要因とな
っている。前記土壌浄化方法では、窒素酸化物の内、二
酸化窒素（ＮＯ₂）については、９９％以上の除去率を
示すが、一酸化窒素（ＮＯ）については、難溶解物質の
ため、そのほとんどが除去されない。この点を改良した
土壌浄化方法が、例えば、特開平７−２４３６６７号及
び特開平９−２３４３３２号各公報に開示されている。
この方法においては、土壌を通過させる前に、オゾナイ
ザーにより発生させたオゾンを汚染大気に添加して気相
化学反応により一酸化窒素を二酸化窒素に酸化し、二酸
化窒素の形態で土壌中を通過させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記各
公報に記載の土壌浄化方法では、オゾンを発生させるた
め、人体暴露の危険性もはらんでおり、また、操作性も
悪く、ランニングコストも高価であるという欠点があっ
た。従って、本発明の課題は、安全で、操作性が良く、
しかも、安価に、一酸化窒素含有気体から一酸化窒素を
除去することのできる方法及び装置を提供するものであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題は、本発明によ
る、（１）一酸化窒素を含有する被処理気体を、一酸化
窒素を二酸化窒素に変換可能なラジカルと接触させ、被
処理気体中の一酸化窒素を二酸化窒素に変換する工程、
及び（２）二酸化窒素が水に溶解して生成される生成物
を還元することのできる微生物と水分とを担持する担体
に、前記工程（１）で処理した被処理気体を接触させ、
前記被処理気体中の二酸化窒素を水に溶解させると共
に、前記微生物の作用により、二酸化窒素が水に溶解し
て生成される生成物を還元する工程を含むことを特徴と
する、一酸化窒素を含有する被処理気体の処理方法によ
り解決することができる。本発明に処理方法の別の好ま
しい態様においては、前記担体が土壌である。また、前
記土壌は、より好ましくは、粒径２ｍｍ以上の細礫分を
５０重量％以上含有する土壌である。

【０００５】また、本発明は、（１）一酸化窒素を含有
する被処理気体を取り込むことのできる吸気口、（２）
一酸化窒素を二酸化窒素に変換可能なラジカルを発生さ
せることのできる手段を有し、前記ラジカルを一酸化窒
素含有被処理気体と接触させることのできる第１の処理
室、（３）前記吸気口から取り込んだ一酸化窒素含有被
処理気体を、前記第１処理室へ送出することのできる第
１の送出管、（４）、二酸化窒素が水に溶解して生成さ
れる生成物を還元することのできる微生物と水分とを担
持する担体を充填して含むと共に、処理後の気体を排出
する排気口を有する第２の処理室、（５）前記第１処理
室で処理した気体を、前記第２処理室へ送出することの
できる第２の送出管、及び（６）一酸化窒素含有被処理
気体を、前記吸気口から取り込み、前記第１送出管、前
記第１処理室、前記第２送出管、及び前記第２処理室の
順に送り、前記第２処理室の排気口から排出することの
できる気体送出手段を含むことを特徴とする、一酸化窒
素含有気体の処理装置に関する。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の処理方法は、（１）一酸
化窒素を含有する被処理気体を、一酸化窒素を二酸化窒
素に変換可能なラジカルと接触させ、被処理気体中の一
酸化窒素を二酸化窒素に変換する工程（以下、ラジカル
接触工程と称する）、及び（２）二酸化窒素が水に溶解
して生成される生成物を還元することのできる微生物と
水分とを担持する担体に、前記工程（１）で処理した被
処理気体を接触させ、前記被処理気体中の二酸化窒素を
水に溶解させると共に、前記微生物の作用により、二酸
化窒素が水に溶解して生成される生成物を還元する工程
（以下、微生物担持担体接触工程と称する）とを含む。

【０００７】前記ラジカル接触工程で利用するラジカル
としては、一酸化窒素を二酸化窒素に変換可能なラジカ
ルである限り、特に限定されるものではなく、例えば、
Ｏ−ラジカル又はＮ−ラジカルを挙げることができる。
このようなラジカルは、例えば、光、放電、電気化学的
方法、触媒、又は低温非平衡プラズマ（以下、低温プラ
ズマと称する）により発生させることができる。

【０００８】低温プラズマは、例えば、放電により発生
させることができる。前記放電としては、例えば、マイ
クロ波放電、交流放電（例えば、パルス放電又はアナロ
グ放電）、又は直流放電（例えば、火花放電、アーク放
電、グロー放電、又はコロナ放電）を用いることができ
る。

【０００９】これらの放電方法で用いる電極としては、
例えば、平行円筒電極、同軸円筒電極、球ギャップ電
極、平行板電極、又は特殊電極（例えば、刃形電極）を
挙げることができる。例えば、平行板電極を用いる放電
において電極間隙を１０ｍｍにすると、電極間に十数ｋ
Ｖ〜数十ｋＶの交流電圧を印加することで電極間の気体
がプラズマ化される。

【００１０】低温プラズマによりラジカルを発生させる
場合には、一般に、一酸化窒素を二酸化窒素に変換可能
なラジカルだけでなく、種々のラジカルも生成され、一
酸化窒素が二酸化窒素に変換されると共に、種々の反応
も進行する。例えば、一酸化窒素含有被処理気体に電気
的エネルギーを用いて高電場をかけると、気相中で窒素
（Ｎ₂）や酸素（Ｏ₂）が電離し、励起されることによ
り、酸素分子や窒素分子が活性化される。また、被処理
気体に含まれる水分はＯＨラジカルとなる。そして、大
部分の一酸化窒素（ＮＯ）は、前記の活性化酸素により
二酸化窒素（ＮＯ₂）へと酸化される。なお、一部の一
酸化窒素は活性窒素（Ｎ）により、Ｎ₂に還元される。

【００１１】それらの反応機構（活性酸素種及び活性窒
素種の反応）を示せば、次のようである。ＮＯ＋Ｏ・→ＮＯ₂・ＮＯ＋Ｎ・→Ｎ₂＋ＯＮＯ＋Ｏ₂・→ＮＯ₃・ＮＯ＋ＯＨ・→ＨＮＯ₂

【００１２】なお、低温プラズマによりラジカルを発生
させる場合には、オゾンを実質的に発生させない条件下
で、ラジカルを発生させることが好ましい。ここで、
「オゾンを実質的に発生させない」とは、オゾンを全く
発生させないか、あるいは、発生させたとしても、微生
物担持担体接触工程で使用する微生物に対して影響を与
えない量しか発生させないことを意味する。

【００１３】微生物担持担体接触工程において使用する
「二酸化窒素が水に溶解して生成される生成物を還元す
ることのできる微生物」としては、具体的には、「硝酸
を亜硝酸に変換可能な微生物」及び「亜硝酸を窒素に変
換可能な微生物」を挙げることができる。すなわち、二
酸化窒素が水に溶解すると、亜硝酸及び硝酸を生じる。
この内、亜硝酸は「亜硝酸を窒素に変換可能な微生物」
によって還元されて窒素を生じる。また、硝酸は「硝酸
を亜硝酸に変換可能な微生物」によって亜硝酸に還元さ
れ、続いて「亜硝酸を窒素に変換可能な微生物」によっ
て最終的に窒素にまで還元される。

【００１４】「硝酸を亜硝酸に変換可能な微生物」とし
ては、硝酸を亜硝酸に還元可能な微生物である限り、特
に限定されるものではなく、例えば、硝酸レダクターゼ
を有する細菌又はカビを挙げることができる。また、微
生物担持担体接触工程において使用する「亜硝酸を窒素
に変換可能な微生物」としては、亜硝酸を窒素に還元可
能な微生物である限り、特に限定されるものではなく、
例えば、脱窒細菌を挙げることができる。この脱窒細菌
は、絶対嫌気性菌以外にも、好気的脱窒菌も知られてい
る。これらの微生物は、自然界、例えば、土壌（例え
ば、黒ボク土）、豚糞コンポスト、又は汚泥コンポスト
中に広く生息する。

【００１５】微生物担持担体接触工程において使用する
担体は、前記微生物を担持することができることができ
る限り、特に限定されるものではなく、例えば、土壌、
樹脂成形体（例えば、多孔体ＰＶＡ）、又はセラミック
成形体（例えば、発泡セラミック）を用いることができ
る。

【００１６】前記土壌としては、通常の土壌を用いるこ
ともできるが、通気性に優れた土壌を用いることが好ま
しい。通気性に優れた土壌としては、例えば、特開平１
０−１２８０４３号公報に記載の土壌を挙げることがで
きる。前記公報に記載の土壌は、少なくとも５０重量％
以上（好ましくは６０〜９０重量％）の粒径２ｍｍ以上
（好ましくは２〜４．７６ｍｍ）の細礫分（例えば、粒
状ゼオライト）を含む土壌であり、好ましくは有機物
（例えば、バーク堆肥）と種菌（例えば、黒ボク土、豚
糞コンポスト、又は汚泥コンポスト）とを更に含む土壌
であり、より好ましくは活性炭を更に含む土壌である。

【００１７】ゼオライトは、水分介在のもとでアンモニ
アなどの吸着にも優れている。また、バーク堆肥は、微
生物の餌（炭素源）となるものである。活性炭は、水分
保持及び悪臭成分の物理吸着に優れている。このような
土壌では、通気抵抗値が減少すると共に、経年的な圧密
減少を生じることがなく、永続的に機能させるために最
も重要な通気性及び排気性が著しく良好となる。従っ
て、ショートパスなどの発生を防止して安定した還元作
用を永続的に維持することができる。

【００１８】以下、本発明を、図１に示す本発明装置の
一態様に基づいて更に説明する。図１は、本発明方法を
実施することのできる処理装置を模式的に示す説明図で
ある。図１に示す一酸化窒素含有気体処理装置１０は、
低温プラズマを発生させることにより、一酸化窒素を二
酸化窒素に変換可能なラジカルを発生させることのでき
る第１処理室としての高圧放電部１と、その下流（被処
理ガス流に関する下流：以下、同様）に配置されている
第２処理室としての土壌浄化部２とを含む。前記土壌浄
化部２は、ガス拡散室８と、その上部に設けられている
土壌層９とを含む。図１には示していないが、前記土壌
層９を湿潤状態に維持することのできる給水手段、例え
ば、散水手段又は噴霧手段が設けられている。

【００１９】高圧放電部１の上流（被処理ガス流に関す
る上流：以下、同様）には、被処理ガスを高圧放電部１
に取り込むために、上流側から順に、吸引口３、吸引ダ
クト４、吸引ファン５、及び送出ダクト６が設けられて
いる。また、高圧放電部１と土壌浄化部２との間は、導
入ダクト７により連結されている。高圧放電部１で処理
されたガスは、導入ダクト７を通って、土壌浄化部２の
ガス拡散室８に送られる。

【００２０】吸引ファンを設ける位置は、被処理ガスを
高圧放電部１及び土壌浄化部２に誘導することができる
限り、特に限定されるものではなく、図１に示すように
高圧放電部１の上流に設けることもできるし、あるい
は、高圧放電部１の下流に設けることもできる。低温プ
ラズマにより発生する活性酸素種は強力な酸化力を有す
るので、図１のように高圧放電部１の上流に設けると、
吸引ファンの接ガス部などの耐食化を回避することがで
きるため、好ましい。また、図１には示していないが、
吸引口３と高圧放電部１との間（より好ましくは吸引口
３と吸引ファン５との間）に、粉じん除去フィルターを
設けることが好ましい。

【００２１】図１に示す一酸化窒素含有気体処理装置１
０では、吸引口３から被処理ガスを取り込み、高圧放電
部１においてラジカル接触工程を実施し、続いて、土壌
浄化部２の土壌層９において微生物担持担体接触工程を
実施した後、処理ガスを装置外へ放出することができ
る。より具体的には、吸引口３から一酸化窒素含有気体
処理装置１０に導入された被処理ガス（すなわち、一酸
化窒素含有気体）は、吸引ダクト４、吸引ファン５、及
び送出ダクト６を経由して高圧放電部１に送られる。被
処理ガスが高圧放電部１を通過する際に、高圧放電によ
り高圧放電部１内で低温プラズマを発生させると、放電
により空気中に放出された電子が、被処理ガス中の気体
分子（例えば、酸素分子や窒素分子）に衝突し、これら
の分子を活性化させ、更に、その活性分子の一部が解離
してラジカル（例えば、ＯＨ−ラジカル、Ｏ−ラジカ
ル、Ｈ−ラジカル、Ｎ−ラジカル、ＮＨ−ラジカル、及
び／又はＮＨ₂−ラジカル）が生成する。高圧放電部１
で生成したこれらのラジカルにより、被処理ガス中の一
酸化窒素が二酸化窒素に変換される。

【００２２】高圧放電部１において処理されたガス（一
酸化窒素をほとんど含まない二酸化窒素含有ガス）は、
続いて、導入ダクト７及び土壌浄化部２のガス拡散室８
を経由して、土壌浄化部２における湿潤状態の土壌層９
へ送られる。前記ガス中に含有される二酸化窒素は、土
壌層９中の水分に速やかに溶解し、亜硝酸及び硝酸に変
換される。更に、土壌層９中の微生物群により、硝酸は
亜硝酸に変換され、亜硝酸は更に分解されて窒素が生成
する。従って、土壌層９へ導入される前のガス中に存在
した二酸化窒素は、土壌層９を通過する際に窒素にまで
分解されるため、土壌層９の表面から装置外へ放出され
る処理ガスからは一酸化窒素及び二酸化窒素の両方が除
去されている。また、一酸化窒素から二酸化窒素以外の
物質に変化した各種物質（例えば、Ｎ ₂、ＮＯ₃ ^-、又は
ＨＮＯ₂）も、土壌粒子や土壌水に吸着及び溶解され、
微生物により分解されると共に、溶脱により除去された
り、あるいは、植物根による窒素吸収としても利用され
るので、装置外へ放出される処理ガスから除去されてい
る。

【００２３】本発明方法で処理することのできる一酸化
窒素含有気体としては、例えば、自動車の排気ガスを含
む大気、あるいは、工場の排気ガス（例えば、燃焼工程
を伴う工場の排気ガス）を挙げることができる。

【００２４】

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
するが、これらは本発明の範囲を限定するものではな
い。

【実施例１】本実施例は、図１に示す一酸化窒素含有気
体処理装置１０を用いて実施した。より具体的には、高
圧放電部１に設けるプラズマ発生ユニットとして、放電
部開口部が幅３１ｍｍ×長さ１４８ｍｍの長方形形状
（面積＝０．００４６ｍ²）であり、高さが２００ｍｍ
であるプラズマ発生ユニットを使用した。このプラズマ
発生ユニットの標準処理風量は、５０ｍ³／ｈ（０．８
３３ｍ³／ｍｉｎ）であり、標準ガス通過速度は、３ｍ
／ｓ（接触時間＝０．０６７秒）である。また、土壌層
９として、粒状ゼオライト（粒径２〜５ｍｍ）、活性炭
（粒径３ｍｍ）、バーク堆肥、及び種菌としての黒ボク
土を３：３：３：１の容積比で混合し、含水率を３５％
に調整したもの（厚さ＝５００ｍｍ）を使用した。ま
た、被処理ガスとして、沿道汚染大気を用いた。

【００２５】本実施例は、ガス流速が３．５ｍ／ｓ（１
００ＶＰダクト）であり、処理風量が１００ｍ³／ｈ
（１．７ｍ³／ｍｉｎ）（すなわち、標準処理風量の２
倍速）であり、接触時間が０．０３３５秒である条件で
実施した。また、８．４２ｋＶの電圧（周波数＝２００
Ｈｚ）を印加することにより、プラズマを発生させた。
一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ₂）、及び窒素
酸化物（ＮＯ_X）の濃度測定は、（１）高圧放電部１の
入口、（２）高圧放電部１の出口（プラズマ出口）、及
び（３）土壌層９の表面（土壌出口）の３箇所で、それ
ぞれ、１時間の平均値の２４時間連続測定を実施した。
結果を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１から明らかなように、高圧放電部を通
過した後の一酸化窒素濃度は、通過させる前の５％以下
まで低下（すなわち、９５％以上が減少）した。それに
伴って、二酸化窒素濃度の上昇も観察されたが、その上
昇分は、一酸化窒素の前記減少分よりも少なかった。こ
の理由は、ＮＯ₂以外にも、Ｎ₂、ＮＯ₃ ^-、及びＨＮＯ ₂
等の窒素酸化物が生成されているためである。これらの
窒素酸化物も、土壌中での分解及び吸着特性が良好であ
り、土壌通過後のＮＯ_X浄化率も、９８％以上を示し
た。なお、オゾン発生量についても測定したところ、約
０．１〜０．４ｐｐｍと少量であった。また、大気中Ｏ
₂（２１％濃度）の約６０％が活性種に変換されてお
り、従って、ＮＯのＮＯ₂への変換の大部分は、オゾン
以外の活性種による反応である。

【００２８】

【発明の効果】放電により発生させた活性酸素種の寿命
は数μｓであり、また、活性窒素ラジカルは２秒程度の
短寿命である。従って、本発明によれば、一酸化窒素の
形態変化が瞬時に起こり、活性酸素種の漏洩及び飛散に
よる人体被害の起こる可能性がないので、オゾンを用い
る従来技術と比べて、安全性に優れている。また、オゾ
ンを用いる従来技術では、一酸化窒素の酸化に使用した
後の残留オゾン量を極力少なくするために、一酸化窒素
濃度に追従して、オゾン発生量をコントロールする必要
があり（例えば、特開平９−２３４３３２号公報）、極
めて操作性が悪く、故障の要因ともなっていた。本発明
によれば、周波数及び印加電圧の設定のみであり、操作
性の点でも優れている。

【００２９】また、オゾンを用いる従来技術では、オゾ
ン添加により一酸化窒素を完全に酸化するためには、オ
ゾンと一酸化窒素とのミキシングを充分に行なう必要が
ある。そのために、前記従来技術では、ファンの上流側
でオゾンの添加を行なっており、ファンケーシング内部
での接ガス部の劣化対策が必須となる。それに対して、
本発明によれば、吸引ファンの下流側でのプラズマ酸化
が可能であり、この場合には、前記劣化対応が不要とな
り、ファンの耐久性が向上する。更には、ランニングコ
ストを比較しても、本発明のランニングコストは、オゾ
ンを用いる従来技術の約６０％減となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施することのできる本発明の一
酸化窒素含有気体処理装置の一態様を模式的に示す説明
図である。

【符号の説明】

１・・・高圧放電部；２・・・土壌浄化部；３・・・吸
引口；４・・・吸引ダクト；５・・・吸引ファン；６・
・・送出ダクト；７・・・導入ダクト；８・・・ガス拡
散室；９・・・土壌層；１０・・・一酸化窒素含有気体
処理装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北村浩之東京都江東区亀戸２丁目26番11号日鉄鉱業株式会社内 (72)発明者春田一吉東京都台東区上野７丁目２番７号株式会社ニチボー内 (72)発明者杉山正佳東京都台東区上野７丁目２番７号株式会社ニチボー内Ｆターム(参考） 4D002 AA12 AC10 BA05 BA06 BA07 BA17 CA07 CA13 DA58 EA02 GA01 GA02 GB02 GB12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（１）一酸化窒素を含有する被処理気体
を、一酸化窒素を二酸化窒素に変換可能なラジカルと接
触させ、被処理気体中の一酸化窒素を二酸化窒素に変換
する工程、及び（２）二酸化窒素が水に溶解して生成さ
れる生成物を還元することのできる微生物と水分とを担
持する担体に、前記工程（１）で処理した被処理気体を
接触させ、前記被処理気体中の二酸化窒素を水に溶解さ
せると共に、前記微生物の作用により、二酸化窒素が水
に溶解して生成される生成物を還元する工程を含むこと
を特徴とする、一酸化窒素を含有する被処理気体の処理
方法。
【請求項２】前記担体が土壌である、請求項１に記載
の処理方法。
【請求項３】前記土壌が、粒径２ｍｍ以上の細礫分を
５０重量％以上含有する土壌である、請求項２に記載の
処理方法。
【請求項４】（１）一酸化窒素を含有する被処理気体
を取り込むことのできる吸気口、（２）一酸化窒素を二
酸化窒素に変換可能なラジカルを発生させることのでき
る手段を有し、前記ラジカルを一酸化窒素含有被処理気
体と接触させることのできる第１の処理室、（３）前記
吸気口から取り込んだ一酸化窒素含有被処理気体を、前
記第１処理室へ送出することのできる第１の送出管、
（４）、二酸化窒素が水に溶解して生成される生成物を
還元することのできる微生物と水分とを担持する担体を
充填して含むと共に、処理後の気体を排出する排気口を
有する第２の処理室、（５）前記第１処理室で処理した
気体を、前記第２処理室へ送出することのできる第２の
送出管、及び（６）一酸化窒素含有被処理気体を、前記
吸気口から取り込み、前記第１送出管、前記第１処理
室、前記第２送出管、及び前記第２処理室の順に送り、
前記第２処理室の排気口から排出することのできる気体
送出手段を含むことを特徴とする、一酸化窒素含有気体
の処理装置。