JP2002273173A

JP2002273173A - 揮発性有機化合物の分解除去装置及び方法

Info

Publication number: JP2002273173A
Application number: JP2001080520A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Yamazaki; 裕山▲崎▼; Hidekazu Tomioka; 英和冨岡; Masayuki Murabayashi; 眞行村林; Toshiyuki Yoshida; 俊行吉田
Original assignee: Adeka Engineering and Construction Co Ltd; Asahi Denka Kogyo KK
Current assignee: Adeka Corp; Adeka Engineering and Construction Co Ltd
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2002-09-24
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: JP4824185B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、揮発性有機化合物を効率良く分解
除去できる揮発性有機化合物の分解除去装置及び方法を
提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、流通路（ａ）、該流通路内に
配置された紫外線照射手段（ｂ）、該紫外線照射手段の
周囲に設けられた触媒手段（ｃ）、及びハロゲンラジカ
ル発生源ガスを供給する手段（ｄ）を設けた揮発性有機
化合物の分解除去装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、揮発性有機化合物
たとえばトリハロメタンなどの分解除去装置及びその方
法に関し、特に光触媒を用いて揮発性有機化合物を分解
除去する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】トリハロメタンなどの人体に有害な揮発
性有機化合物の分解除去技術は従来から研究されてい
る。特に、環境基準、排水基準、水道水質基準、土壌の
汚染にかかる環境基準などにおいて有機塩素化合物の１
０品目が有害物質として指定されたことにより揮発性有
機化合物の分解除去について工業的な応用技術が、数年
前から本格化している。従来の有機塩素化合物の分解技
術には以下のようなものがある。

【０００３】１）熱分解による分解方法気相で活性炭などに吸着した有機塩素化合物を蒸気など
で脱着して９５０℃で熱分解する方法や直接触媒存在下
で３５０℃で分解する方法がある。２）光化学的分解方法気相で短波長の紫外線（１８５ｎｍ）で光化学的に分解
する方法、水系で中圧紫外線により光化学的に分解する
方法、水系でオゾン紫外線併用により光化学的に分解す
る方法が知られている。３）光触媒を利用する方法光触媒を利用し、気相で長波紫外線（３５４ｎｍ）で光
化学的に分解する方法、水系でＴｉ光触媒を利用して紫
外線により光化学的に分解する方法、Ｆｅ光触媒を利用
して紫外線により光化学的に分解する等が知られてい
る。

【０００４】その他、微生物を使用して分解する方法も
研究されている。しかし、従来の方法では、分解あるい
は除去効率が悪く、装置が大型化するという欠点があっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記事情に鑑みて、特
開平９−１５５１６０号公報、特開平９−１５５３３７
号公報には、光触媒の存在下に紫外線を照射してトリハ
ロメタン等の揮発性有機化合物を分解除去する方法及び
装置が記載されている。しかしながら、これらに記載の
方法では揮発性有機化合物分解が遅く、実用的な処理量
を達成するためには大量の光子量を必要とするなどの問
題点があった。従って、本発明の目的は、上記問題点を
解決し、揮発性有機化合物を効率良く分解除去できる揮
発性有機化合物の分解除去方法及び高分解効率を達成す
ることによって小型化された揮発性有機化合物の分解除
去装置、特に揮発性有機化合物の連続処理に好適の分解
除去装置及び方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
は以下の通りである。すなわち本発明にかかる揮発性有
機化合物の分解除去装置は、揮発性有機化合物を含むガ
スが流通する流通路（ａ）と、該流通路内に配置され、
流通路内を流通する前記揮発性有機化合物を含むガスに
紫外線を照射する紫外線照射手段（ｂ）と、該紫外線照
射手段の周囲に設けられた触媒手段（ｃ）とを備えた揮
発性有機化合物の分解除去装置であって、該流通路の該
紫外線照射手段前に、紫外線照射によりハロゲンラジカ
ルを発生することのできるハロゲンラジカル発生源ガス
を供給する手段（ｄ）を設けたことを特徴とする揮発性
有機化合物の分解除去装置である。

【０００７】また、本発明は、触媒の存在下において、
揮発性有機化合物を含むガスに、紫外線を照射せしめ揮
発性有機化合物を光分解させる揮発性有機化合物の分解
除去方法において、揮発性有機化合物の光分解の際、更
に、紫外線照射によりハロゲンラジカルを発生すること
のできるハロゲンラジカル発生源ガスを存在させること
を特徴とする揮発性有機化合物の分解除去方法である。
即ち、本発明方法によれば、紫外線を発生する手段を用
意し、該紫外線を発生する手段の周囲を触媒で覆い、該
紫外線を発生する手段から紫外線が発生している状態に
おいて揮発性有機化合物を含むガス及び、紫外線照射に
よりハロゲンラジカルを発生することのできるハロゲン
ラジカル発生源ガスを、前記触媒と接触させつつ前記紫
外線を発生する手段の周囲を流通させ、これによって前
記ガス中の揮発性有機化合物を光分解することを特徴と
する揮発性有機化合物の分解除去方法が提供される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ説明する。図１には、本発明にかか
る揮発性有機化合物の分解除去装置を含む水処理装置の
一例の概略図が示されている。

【０００９】本発明に用いる揮発性有機化合物を含むガ
スとしては、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素
類、メチルエチルケトンなどのケトン類、酢酸エチルな
どのエステル類、メタノールなどのアルコール類、トリ
クロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチ
レン、トリハロメタンなどのハロゲン含有有機化合物な
どを例示することができる。

【００１０】これら揮発性有機化合物は、例えば環境中
にあっては地下水に溶存していたり、土中にガスとして
含まれていたりする。図１の例では、このような地下水
中に溶存する揮発性有機化合物及び土中にガスとして存
在する揮発性有機化合物を処理する場合を取り上げてい
る。

【００１１】図１のように、地下水汲上装置から汲み上
げられた地下水（揮発性有機化合物を含有する）は気液
分離装置内にて曝気され揮発性有機化合物を含んだガス
が流通路（ａ）を通って混合装置に送られる。図１で
は、気液分離装置の後にミストセパレーターを設置して
ガスのみが送られるように構成してあり、このような構
成が好ましい。また、土壌ガス吸引装置によって揮発性
有機化合物を含んだガスが流通路内を通って混合装置に
送られる。もちろん、これら地下水中に溶存する揮発性
有機化合物及び土中にガスとして存在する揮発性有機化
合物の処理は、いずれか一方のみでも構わないし両方同
時でも構わない。

【００１２】本発明に使用することのできるハロゲンラ
ジカル発生源ガスとしては、紫外線照射によりハロゲン
ラジカルを発生することのできるものであればどのよう
なものでも差し支えないが、好ましくはハロゲンガスが
好ましく、特に塩素ガスが好ましい。

【００１３】ハロゲンラジカル発生源ガスを供給する手
段（ｄ）としては、上記のようなガスを供給できるもの
であれば何ら差し支えなく使用することができる。例え
ば、一例を示すと、次亜塩素酸ソーダを硫酸などの酸と
反応させることにより塩素ガスを発生させ、これを供給
する装置を挙げることができる。即ち、図１に示す「反
応装置」がそれである。混合装置には、「反応装置」か
らの塩素ガスが供給される。「反応装置」は次亜塩素酸
ソーダを硫酸と反応させることにより塩素ガスを発生さ
せ、さらにブロア装置により塩素ガスが混合装置へ送ら
れる構造のものである。次亜塩素酸ソーダと酸の反応割
合は特に限定されるものではないが、この場合では次亜
塩素酸ソーダ：酸＝１：１〜２モル程度であればよい。

【００１４】混合装置で揮発性有機化合物を含むガス及
び、紫外線照射によりハロゲンラジカルを発生すること
のできるハロゲンラジカル発生源ガスが混合され、これ
ら混合ガスが流通路（ａ）を通って光触媒装置に送られ
る。

【００１５】本発明において、ハロゲンラジカル発生源
ガスの好ましい使用量は、処理前の揮発性有機化合物１
モルに対して、０．５ミリモル〜１０ミリモル、より好
ましくは１ミリモル〜７．５ミリモルとするのが良い。
ハロゲンラジカル発生源ガスが上記未満であるとハロゲ
ンラジカル発生源ガスを使用しない場合と有意な差が無
く、上記を超えて使用してもそれ以上有意な効果は得ら
れず効率的でない。

【００１６】光触媒装置は、流通路（ａ）内に配置さ
れ、流通路（ａ）内を流通する前記混合ガスに紫外線を
照射する紫外線照射手段（ｂ）と、該紫外線照射手段の
周囲に設けられた触媒手段（ｃ）とを備えたものであれ
ばよく、例えば、特開平９−１５５１６０号公報に記載
されているような公知の装置を使用することができる。

【００１７】このような光触媒装置の反応ユニットにつ
いて、図２を用いて説明する。図示の反応ユニット１７
は、全長が１４００ｍｍの細長い２重管構造の円筒形状
をしている。２重管の内管１８は、円筒状の紫外線照射
手段（ｂ）である紫外線ランプから構成されており、そ
の機構は公知であり、かつ本発明の特徴をなすものでは
ないので詳細な説明は省略する。図示の紫外線ランプす
なわち内管１８の径は、３４ｍｍで市販の紫外線ランプ
が用いてある。紫外線ランプの外周は、ほぼ全面にわた
って触媒手段（ｃ）である酸化チタン被覆ガラス繊維織
布１９で覆われている。そして、その酸化チタン被覆ガ
ラス繊維織布１９で覆われた紫外線ランプは、さらに大
径の外管２０に挿入されることによって２重管構造とな
っている。この２重管構造の外管２０は本例では、５０
ｍｍ径を有している。反応ユニット１７の両端はエンド
キャップ２１、２２が取り付けられ両端部を密封すると
ともに外管２０を内管１８に固定支持している。外管２
０の長手方向の一端側には、前記混合ガスを導入するた
めのガス入口２３が設けられ、他端側にはガス出口２４
が設けられる。入口２３から導入された混合ガスは、内
管１８すなわち紫外線ランプと外管２０との間のドーナ
ツ状断面空間を入口２３から出口２４の方に向かって流
通する。この際処理用ガスは、紫外線ランプ１８からの
紫外線を浴びながら、且つ酸化チタン被覆ガラス繊維織
布１９に接触しつつ出口側に移動する際に光分解され、
これによって無害化される。

【００１８】この分解反応のメカニズムの詳細について
は必ずしも明確になってはいないが、本発明者らは以下
のように考えている。即ち、従来、光触媒下での紫外線
による揮発性有機化合物の反応は、水分が紫外線を受け
ると酸化チタンが光触媒として機能してＯＨラジカルが
発生し、このＯＨラジカルが揮発性有機化合物に作用し
てこれを分解するものと考えられていた。一方で、揮発
性有機化合物が塩素を含有するものである場合、反応の
過程で塩素ラジカルも検出されること、及び、一度反応
させ塩素ラジカルの残留するバッチ反応では反応速度が
速くなることを本発明者らは見出した。従って、この種
の反応においてハロゲンラジカルが反応促進因子として
上記の反応に作用していると考えられる。

【００１９】前記混合ガスは、流通する際に紫外線を浴
びて酸化チタン光触媒によって上記のように反応するた
め、各種ラジカルとの接触が極力促進されるように上記
の内管と外管の間を流通するように構成される。この目
的において、内管１８と外管１９の直径の差が大きすぎ
ると、酸化チタン被覆ガラス繊維織布における光触媒と
接触しないで流路を通りぬける処理用ガスの量が多くな
り、したがって、揮発性有機化合物の分解率が低下す
る。また、内管と外管の直径の差が小さくなりすぎる
と、十分な処理ガスの流路断面が確保できなくなり、圧
力損失が大きくなるという別の問題が生じる。本例で
は、外管２０の径は５０ｍｍ、内管１８の径は３４ｍｍ
であり、内管１８と外管２０との径の比は、約１．２〜
２．０程度の範囲が好ましいと考えられる。そして、こ
の条件で混合ガスが光反応ユニット１７を通過する時間
は、約１０秒ないし３０秒の範囲が望ましい。

【００２０】通過時間が速すぎると混合ガスに含まれる
揮発性有機化合物の分解反応が十分に行われるまえに光
反応ユニット１７から排出されてしまう恐れがある。ま
た、通過時間が長いと揮発性有機化合物の分解反応が飽
和した後、光反応ユニット内に止まることとなり、処理
能率が低下する。酸化チタン被覆ガラス繊維織布１９に
おいて、酸化チタンの量はガラス繊維の量に対して約
３．０重量％乃至１５重量％であるのが望ましい。酸化
チタン被覆が少なすぎると所望の分解の向上効果を得る
ことができず、上記の範囲を越えて酸化チタンの量を多
くしても揮発性有機化合物の分解効果を高めることはで
きない。そして、酸化チタン被覆ガラス繊維織布１９の
厚さは約０．２ｍｍ乃至０．６ｍｍが好適である。これ
を厚くしすぎると厚さ方向に関してすなわち、半径方向
について紫外線ランプ１８からの紫外線の照射量が低下
して外側に近い織布の酸化チタン光触媒部分に十分な紫
外線照射を行なうことができなくなり、結果として触媒
としての効果を十分発揮させることができなくなる。ま
た、薄くしすぎると紫外線ランプの出力に対して光触媒
の量が少なくなり、十分な各種ラジカルの発生を確保で
きないこととなる。

【００２１】なお、酸化チタン被覆ガラス繊維織布１９
上において、酸化チタンを含有する被膜の厚さは約０．
２μｍ乃至１．０μｍの範囲が適当である。薄すぎると
十分な触媒効果が発揮できず、この範囲を越えて厚くし
ても、触媒効果は向上しないので酸化チタン材料が無駄
になる。なお、ガラス繊維としては、公知の任意のもの
を使用することができるが、好ましくは、平均繊維径約
５μｍ〜１０μｍ程度の範囲のものであってモノフィラ
メントからなるヤーンを織って構成されるものが好適で
ある。また、温度条件としては、前記光反応ユニット１
７の運転温度の範囲が約０℃から６０℃であることが好
ましい。この範囲が光反応を最も効率的に生じると考え
られるからである。さらに、上記紫外線ランプ１８の出
力が１０００Ｗ／ｍ³ 乃至４０００Ｗ／ｍ³ の範囲が好
ましく、本例の場合には、４０Ｗの紫外線ランプを好適
に用いることができる。なお、紫外線の波長は約１８５
ｎｍから４００ｎｍの範囲のものを照射すると効率的に
揮発性有機化合物の光分解が進行することが経験的に知
られている。

【００２２】上記光触媒装置における反応によって、揮
発性有機化合物は分解され無害化されるが、例えば、揮
発性有機化合物がトリクロロエタンである場合、生成物
は、ジクロロ塩化アセチルからホスゲンを経由して塩化
水素を生じるので、図に示すように、光触媒装置の後に
中和塔装置を設置して塩化水素を中和して大気へ放出す
るのが好ましい。

【００２３】ここで、中和塔装置は特に限定されるもの
ではなく、塩化水素含有ガスを中和するものであれば何
ら差し支えなく公知の装置を用いることができるが、例
えば、図１では中和剤として水酸化ナトリウム水溶液を
使用し、中和塔内の充填材を介して循環ポンプで水酸化
ナトリウム水溶液を循環させることにより塩化水素を中
和するものである。

【００２４】

【実施例】（実施例１及び２）空気中にトリクロロエタ
ン０．１６ミリモル／リットルを有するガスに対して、
塩素ガスを０．０００５ミリモル／リットル（実施例
１）、又は０．００１ミリモル／リットル（実施例
２）、（それぞれ、トリクロロエタン１モルに対して塩
素ガス３．１２５ミリモル、６．２５ミリモルであ
る。）添加した混合ガスを、図２の光反応ユニットに流
通させ、光照射時間に伴うトリクロロエタンの濃度変化
を測定した。結果を図３に示す。（比較例１）比較のため塩素ガス無添加のガスを、図２
の光反応ユニットに流通させ、光照射時間に伴うトリク
ロロエタンの濃度変化を測定した。結果を図３に示す。

【００２５】図３から明らかなとおり、本発明により従
来に比して極めて短時間で効率的に揮発性有機化合物を
処理することができることが解る。従って、従来に比べ
光反応ユニットの数を少なくすることができ処理装置を
小型化することができることが解る。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、揮発性有機化合物を効
率良く分解除去できる揮発性有機化合物の分解除去方法
及び高分解効率を達成することによって小型化された揮
発性有機化合物の分解除去装置、特に揮発性有機化合物
の連続処理に好適の分解除去装置及び方法が提供され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の揮発性有機化合物の分解除去装置を含
む水処理装置の一例の概略図である。

【図２】本発明に使用する紫外線照射手段（ｂ）と触媒
手段（ｃ）とを備えた光触媒装置の一例を示したもので
ある。

【図３】実施例１、実施例２及び比較例１における光照
射時間に伴うトリクロロエタンの濃度変化を測定した結
果である。

【符号の説明】

１７反応ユニット１８内管１９酸化チタン被覆ガラス繊維織布２０外管２１エンドキャップ２２エンドキャップ２３ガス入口２４ガス出口

フロントページの続き (72)発明者冨岡英和東京都荒川区東日暮里５丁目48番５号アデカ総合設備株式会社内 (72)発明者村林眞行神奈川県横浜市旭区笹野台４丁目25番地14 号 (72)発明者吉田俊行東京都荒川区東尾久７丁目２番35号旭電化工業株式会社内Ｆターム(参考） 4D037 AA01 AB02 BA18 BA23 BB05 4D048 AA11 AB03 AC05 BA07X BA41X BB08 BB18 CA07 EA01 EA08 4G069 AA03 AA08 BA04B BA48A CA04 CA10 CA19 DA05 EA09 EB15Y FA03 4H006 AA05 AC13 BA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】揮発性有機化合物を含むガスが流通する
流通路（ａ）と、該流通路内に配置され、流通路内を流
通する前記揮発性有機化合物を含むガスに紫外線を照射
する紫外線照射手段（ｂ）と、該紫外線照射手段の周囲
に設けられた触媒手段（ｃ）とを備えた揮発性有機化合
物の分解除去装置であって、該流通路の該紫外線照射手
段前に、紫外線照射によりハロゲンラジカルを発生する
ことのできるハロゲンラジカル発生源ガスを供給する手
段（ｄ）を設けたことを特徴とする揮発性有機化合物の
分解除去装置。
【請求項２】触媒の存在下において、揮発性有機化合
物を含むガスに、紫外線を照射せしめ揮発性有機化合物
を光分解させる揮発性有機化合物の分解除去方法におい
て、揮発性有機化合物の光分解の際、更に、紫外線照射
によりハロゲンラジカルを発生することのできるハロゲ
ンラジカル発生源ガスを存在させることを特徴とする揮
発性有機化合物の分解除去方法。
【請求項３】紫外線を発生する手段を用意し、該紫外
線を発生する手段の周囲を触媒で覆い、該紫外線を発生
する手段から紫外線が発生している状態において揮発性
有機化合物を含むガス及び、紫外線照射によりハロゲン
ラジカルを発生することのできるハロゲンラジカル発生
源ガスを、前記触媒と接触させつつ前記紫外線を発生す
る手段の周囲を流通させ、これによって前記ガス中の揮
発性有機化合物を光分解することを特徴とする揮発性有
機化合物の分解除去方法。