JP2005211704A - 連続空気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】揮発性有機塩素化合物を含有する空気を効率的に連続浄化する装置を提供する。
【解決手段】内部に紫外線ランプをもち、対向する前部と後部に汚染空気導入部と浄化空気排気部をもつと共に、該汚染空気導入部と紫外線ランプの間に偏流防止板をもつ連続式空気浄化装置。
【選択図】図１

Description

本発明は連続空気浄化装置に関し、特に揮発性有機塩素化合物を含有する空気を連続的に供給して紫外線照射により該有機塩素化合物を分解処理する連続空気浄化装置に関する。

近年、市街地再開発に伴う工場等の敷地や跡地で揮発性有機塩素化合物等の有害物質により汚染された土壌が発見される事例が急増しており、これらの浄化対策として掘削除去法、原位置浄化法など土壌を修復する様々の試みがなされている。

トリクロロエチレンをはじめとする揮発性有機塩素系化合物による土壌汚染浄化対策として、掘削除去技術では掘削後の汚染土壌には有機塩素化合物がそのまま残留しているため、汚染土壌ごと焼却し熱分解を行う、あるいは加熱処理により有機塩素化合物を揮発させ回収するなど後処理工程が必要であり、この後処理工程を行う施設数の少なさや、処理施設までの汚染土壌の輸送コスト等問題が多い。そのため原位置分解方法が必要とされ、揮発性有機塩素化合物の紫外線による分解処理技術が着目されたが、その分解機構より、従来知られた方法では低濃度揮発性有機塩素化合物の分解には高い分解効率を得ることができないといった欠点があった。

この課題を解決するため、様々な技術が提案されている。たとえば、低波長と高波長紫外線照射工程を何段階かに分ける方法（特許文献１）、触媒接触手段を設ける方法（特許文献２、特許文献３、特許文献４）、ハロゲンラジカル発生源ガスを供給する方法（特許文献５）、水素源を付加させる方法（特許文献６）など、紫外線に付加要素が加味された方法である。

特開２００１−２２０３５８号公報 特開２００１−２３２１３６号公報 特開平８−１７３７６５号公報 特開平５−２８５３４２号公報 特開２００２−２７３１７３号公報 特開平７−１５５５４３号公報

本発明の目的はトリクロロエチレン等の揮発性有機塩素化合物を汚染物質として含有する空気を紫外線照射により効率的に処理する連続空気浄化装置を提供することにある。

本発明は、揮発性有機塩素化合物を含有する空気を連続的に供給して紫外線照射により該有機塩素化合物を分解処理する連続空気浄化装置において、内部に紫外線ランプをもち、対向する前部と後部に汚染空気導入部と浄化空気排気部をもつと共に、該汚染空気導入部と紫外線ランプの間に偏流防止板をもつことを特徴とする連続空気浄化装置である。

本発明の装置を用いることにより、揮発性有機塩素化合物で汚染された空気を連続的に紫外線照射域に供給するだけで有機塩素化合物をより効率的に分解して浄化することが可能となる。

本発明の装置に供する汚染空気は揮発性有機塩素化合物を含有する空気であれば特段その種類や濃度には制限はない。揮発性有機塩素化合物としては、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、塩素化エチレンその他の塩素化低級炭化水素が例示される。これらの汚染空気源としては、前記した汚染土壌や汚染地下水等があるが、さらに塗装工場やドライクリーニング工場の排ガスも適用しうる。汚染空気中の揮発性有機塩素化合物の濃度としては通常１０〜１０００ｐｐｍ程度だが、勿論これには限定されない。

本発明の連続空気浄化装置は、図１に示すように、内部に紫外線ランプ３をもち、前部に汚染空気導入部１をもち、後部に浄化空気排気部４をもつと共に、汚染空気導入部１と紫外線ランプ３の間に偏流防止板２をもつことを特徴としている。

本発明の装置は紫外線照射域が通常箱型形状をしており、前部壁に汚染空気導入部１をまた後部壁に浄化空気排気部４をもっている。勿論形状は箱型形状に限らず、円筒状等適宜の形状をとりうる。

偏流防止板２は、導入された汚染空気が最初の紫外線ランプ近傍に至る前に汚染空気の速度分布をできるだけ均一化し整流化する機能をもった板状物をいい、そのような機能をもつ板状物であればその種類には特に制限はないが、多孔板が特に好ましく用いられる。例えば孔径が０．１〜５ｍｍの孔を孔間距離１〜１０ｍｍ程度でもつ多孔板が好ましく用いられる。多孔板の材質としては耐蝕性金属やプラスチックが好ましく用いられる。これらは一板用いてもまた複数板用いてもよい。また必要に応じ後部その他にも配しうる。偏流防止板は通常紫外線照射領域の断面積に対応する大きさをもつことが好ましい。

紫外線ランプは、揮発性有機塩素化合物を分解しうる機能をもつものであれば特に制限なく用いることができ、通常１５０〜２８０ｎｍ、より好ましくは１８５ｎｍの波長の紫外線を照射しているものが用いられる。これらの紫外線ランプは複数用いることが好ましく、特に空気の通過面と垂直に複数の紫外線ランプを配することが好ましい。一例として、前方から後方に４〜２０本の紫外線ランプを配する態様が例示される。

汚染空気は空気導入部１からたとえば０．１〜３ｍ／秒の平均風速で紫外線照射域を通過するように導入する。

次に実施例の形で、本発明をさらに具体的に説明する。

（実施例１）紫外線強度依存性と分解装置設計について
紫外線は空気中の酸素に吸収されるため、発生源からの距離に伴い強度は減衰する。図２−（ａ）、２−（ｂ）に紫外線発生源からの紫外線強度値を示す。使用した紫外線発生ランプはミヤタエレバム（株）製ＯＺＵ−３２０ＸＳＧ−２０（１３Ｗ）、紫外線センサーには、浜松ホトニクス株式会社製 紫外線積算光量計 Ｃ８０２６を使用した。

また、紫外線強度と揮発性有機塩素化合物の一つであるトリクロロエチレンの分解率には相関があり、光強度依存性が見られる。図３に紫外線強度値とトリクロロエチレン分解率を示す。この紫外線発生ランプの場合、図より十分な分解率を得るためには、窒素雰囲気下で４５０μＷ／ｃｍ^２以上の紫外線強度が必要であることがわかる。この分解に必要な紫外線強度は、空気中では３５０μＷ／ｃｍ^２となり、図２−（ｂ）よりこの値以上の紫外線強度を持った距離６０ｍｍ以内が分解に有効な有効紫外線距離範囲となる。

そのため、紫外線発生源よりこの範囲以内を汚染空気が通過するよう、分解装置を設計することが望まれる。紫外線発生源と分解装置壁面間との距離を変化させることにより、有効紫外線距離と分解率との関係の確認を行った。

使用した分解装置は高さ３５０ｍｍ、長さ７２０ｍｍ、幅が８０〜２４０ｍｍ間で変化させた箱型形状のものを使用した（図１概略図参照）。紫外線発生ランプは上記に記したランプ７本を、汚染ガス通気面に垂直になるように分解装置上部より差し込み設置する形状である。擬似汚染ガスにはトリクロロエチレンをバブリングし発生させた上流濃度３０ｐｐｍのガス、これを３００Ｌ／ｍｉｎで処理を行い、分解装置の断面積変化とトリクロロエチレン分解率の関係から、有効紫外線距離の確認を行った。

図４に断面積変動による下流トリクロロエチレン濃度と分解率を示す。図４より幅１２０ｍｍで分解率は最大値を示し、下流濃度も最小値を示していることが確認できる。これは、紫外線発生ランプから装置内両壁面間距離が６０ｍｍ以内となり、図２−（ｂ）、図３と一致した結果となっている。

以上のことから、紫外線発生ランプの有効紫外線強度範囲を知ることにより、分解効率のよい分解装置の設計が可能となった。

（実施例２）分解装置の比較
実施例に使用した汚染ガス分解装置を図５に示す。実施例１に基づいた設計より、幅１２０（ｍｍ）、高さ３５０（ｍｍ）、長さ７２０（ｍｍ）の箱型形状（ＳＵＳ３０４製）とし、これのガス導入面及びガス排気面にそれぞれ４７φの導入口、排気口をつけ、ガス導入口、排気口よりそれぞれ６０ｍｍの位置に５０ｍｅｓｈのＳＵＳ製の金網を両面に設けた１０ｍｍ幅の横１２０（ｍｍ）、高さ３５０（ｍｍ）の偏流防止板を備え付けた形状となっている。紫外線発生ランプは、汚染ガス通気面に垂直になるように分解装置上部より差し込み設置する形状である。この形状の分解装置２個を直列に接続し、実施を行った。

紫外線発生ランプにはミヤタエレバム（株）製ＯＺＵ−３２０ＸＳＧ−２０（１３Ｗ）を７本ずつ、計１４本使用した。また、汚染ガス処理量は３００Ｌ／ｍｉｎである。汚染ガスとしてトリクロロエチレンガスを２〜６０ｐｐｍまで調整した擬似汚染ガスを用い、分解装置導入口部を上流濃度、排気口部を下流濃度とし、分解効率から評価を行っている。比較として円筒形分解装置（図６）との分解率比較を図７に示す。図中の数値は下流側残留トリクロロエチレン濃度を示す。従来の円筒型分解装置では上流トリクロロエチレン濃度２ｐｐｍ時点で分解率７５％であったが、本発明の装置を用いることにより分解率９６％へ向上させることに成功した。また、上流トリクロロエチレン濃度３０ｐｐｍ時点の残留トリクロロエチレン濃度が２ｐｐｍから約１０分の１の０．２６ｐｐｍまで低下させることに成功した。なお、上流トリクロロエチレン濃度６０ｐｐｍ時点では分解率９９．９％を得ることができ、揮発性有機塩素化合物の紫外線分解機構からも高濃度になるにつれ高分解率が得られることから、６０ｐｐｍ以上の高濃度範囲に渡っては問題なく分解処理を行うことができる。実際、上流トリクロロエチレン濃度１００ｐｍ時点では、下流側残留トリクロロエチレンは検出限界値以下となり検出されなかった。

（実施例３）偏流防止板有無による分解率への影響
実施例２に使用した汚染ガス分解装置内に設置した偏流防止板の効果を確認するため、偏流防止板の有無による分解率の比較を図８に示す。上流トリクロロエチレン濃度が６０ｐｐｍ程度では、偏流防止板の有無による分解率の差は見られていないが、３０ｐｐｍ以下になると偏流防止板の有無による差が大きくなり、低濃度トリクロロエチレンを分解するためには偏流防止板が効果的であることがわかった。

このことから、分解装置内で生じる不均一な速度分布の状態が、汚染ガスと紫外線との接触分解、特に低濃度の汚染ガスにおける接触分解に悪影響をもたらす事が判明し、分解装置内で速度分布を均一化させることが、高分解率を得るための必要な条件であることがわかった。図９に分解装置内の速度分布シミュレーションを示す。図より、はっきりと偏流防止板の有無による速度分布の違いが確認できた。

（実施例４）偏流防止板の選択
実施例２では市販の金網を偏流防止板として使用したが、トリクロロエチレンのような揮発性有機塩素化合物類は塩素を含むため、分解すると塩化水素等の腐食性ガスが発生する。そのため、腐食による金網の効果が期待できなくなる恐れがあることから、耐紫外線、耐食性多孔板における同様の効果が得られるか検討を行った。

偏流防止板には、耐紫外線、耐食性材質として０．５ｍｍ厚テフロンパンチングシートの０．７５φ１．０ピッチ（孔径０．７５ｍｍの孔を１．０ｍｍ間隔でもつ、以下同）、１．０φ１．５ピッチ、１．５φ３．０ピッチ、２．０φ３．５ピッチの４種類を用い、上記実施例２に使用した汚染ガス分解装置内に設置した。擬似汚染ガスには、トリクロロエチレンよりも分解しづらいテトラクロロエチレンガス１０ｐｐｍを用いて、偏流防止板の種類による分解率の違いを検討することとした。

これら４種類のテフロンパンチングシートとＳＵＳ５０メッシュ金網を使用した場合の下流テトラクロロエチレン濃度と分解率の比較を図１０に示す。図より、ＳＵＳ製金網を使用するよりも、テフロンパンチングシートを用いることにより分解率が向上していることがわかる。さらにテフロンパンチングシートのなかでも１．５φ３．０ピッチを使用することにより、分解率がさらに向上し、より効果的であることがわかった。

（実施例５）偏流防止板の設置条件
実施例４において効果が得られた１．５φ３．０ピッチのテフロンパンチングシートを用い、最も効果の得られる設置条件について検討を行った。

実施例として汚染ガス分解装置には幅３５０（ｍｍ）、高さ１２０（ｍｍ）、長さ１４４０（ｍｍ）の箱型形状（図１１参照）のものを用い、紫外線発生ランプは実施例２同様のランプを１０本使用している。分解装置内の偏流防止板設置位置は、ガス導入口、排気口からそれぞれ１００（ｍｍ）の位置とし、導入口、排気口にそれぞれ１枚ずつ設置した場合、導入口のみ１枚設置した場合、排気口のみ１枚設置した場合の３種類とブランクとして偏流防止板無しとの比較を行った。擬似汚染ガスにはトリクロロエチレンを用い、３００Ｌ／ｍｉｎにて処理を行っている。

偏流防止板設置条件による下流トリクロロエチレン濃度を図１２に示す。図中、Ｂｌａｎｋ（白丸印）と排気口に設置した場合（白三角印）では同程度の下流トリクロロエチレン濃度を示したのに対し、導入口、排気口にそれぞれ設置した場合（黒丸印）と、導入口に設置した場合（黒三角印）において、下流トリクロロエチレン濃度が低く検出された。このことから、ガス導入口側に偏流防止板を設置することが効果的であることがわかる。

（実施例６）偏流防止板の設置枚数
ガス導入口に偏流防止板を設置することが効果的であることに加え、設置した偏流防止板の枚数に応じた擬似汚染ガス分解後下流残留濃度への検討を行った。実施例５と同様の擬似汚染ガス、汚染ガス分解装置を使用し、Ｂｌａｎｋ、偏流防止板１枚〜４枚の５パターンにおいて検討を行った。偏流防止板設置位置は、導入口から１００（ｍｍ）とした。

偏流防止板設置枚数による下流トリクロロエチレン残留濃度を図１３に示す。図中、Ｂｌａｎｋ（黒菱形印）と比較すると、偏流防止板を設置することで残留トリクロロエチレン濃度が減少する傾向であるが、偏流防止板枚数に応じた、残留トリクロロエチレン濃度の変化には傾向が見られなかった。偏流防止板を２枚（黒丸印）使用することで、最も残留トリクロロエチレン濃度が低くなったが、３枚（黒三角印）、４枚（黒四角印）と追加しても、１枚（白丸印）設置した場合とほとんど変化は無かった。この３枚以上の設置により、圧損が生じ、偏流が再度生じている可能性が見られた。

（実施例７）偏流防止板による汚染ガス分解装置内風速の偏り
汚染ガス分解装置内に生じる偏流が汚染ガス分解率に関与することが考えられることより、偏流防止板設置枚数に伴った、汚染ガス分解装置内の風速の偏りについて調査を行った。

実施例５と同形状となる塩ビ製の汚染ガス分解装置の模型を作成し、これに偏流防止板設置位置２より５０ｍｍ間隔で９φの測定口を３０カ所設けた。模型概略図を図１４に示す。測定箇所は偏流防止板設置位置より５０ｍｍ間隔の１つの面に対し、高さ方向に３０ｍｍ間隔、壁面より５０ｍｍ間隔の１８箇所の６０秒間平均風速の測定を行っている。なお、偏流防止板には実施例６と同様の１．５φ３．０ピッチ０．５ｍｍ厚のテフロン製パンチングシートを使用している。風速測定には、ＳＩＢＡＴＡ製Ｗｉｎｄ Ｂｏｙ ＩＳＡ−８０ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｅｍｏｍｅｔｅｒを使用した。今回は風速測定のため、室内空気を３００Ｌ／ｍｉｎ汚染ガス分解装置内に導入し、各測定口より、風速測定を行っている。

汚染ガス分解装置に導入されるガスは、偏流防止板３を通過した後５０ｍｍの位置において紫外線発生ランプと接触することから、偏流防止板より５０ｍｍ位置の面における、ランプと直接接触する位置を抽出し、平均風速及び、平均風速からのばらつきとして最大値と最小値の差を求めている。

表１に偏流防止板５０ｍｍ位置における平均風速及びばらつきを示す。なお、参考にトリクロロエチレン上流３０ｐｐｍ、１０ｐｐｍ処理時の下流残留濃度も示した。

表より、Ｂｌａｎｋと比較すると、偏流防止板設置により平均風速、ばらつきともに軽減されていることがわかる。ばらつきにおいては偏流防止板枚数に伴った傾向は見られないが、平均風速において、偏流防止板２枚で０．１７ｍ／ｓと最小値を示し、３枚、４枚と設置枚数が増えると圧損により、平均風速の上昇が見て取れる。

ここで、平均風速とトリクロロエチレン３０ｐｐｍ、１０ｐｐｍ処理時の下流残留濃度を図１５に示す。図より、トリクロロエチレン３０ｐｐｍ処理時ではＲ^２＝０．９５１８、１０ｐｐｍ処理時ではＲ^２＝０．９８１６とどちらもよい相関を得られており、この関係から低濃度ガスを処理する際の平均風速の設計が可能となった。

（実施例８）偏流防止板による整流効果
実施例７より、偏流防止板２枚使用することにより、偏流防止板設置位置より５０ｍｍ面における平均風速の条件が得られたが、この平均風速における整流効果について確認を行った。

ダクトなどの設計においては、ガス導入口から、断面積の相当直径の５倍の距離をとることにより、整流効果が得られることが知られている。これを利用し、ランプ１本による整流が得られる位置と偏流している位置におけるトリクロロエチレンガス処理について比較を行った。

整流が得られる位置として、分解装置断面積相当直径の５倍の距離（５ｄ）における位置は、実施例に使用した汚染ガス分解装置の断面積が４２０ｃｍ^２であることから５ｄ＝５７８ｍｍであり、これ以上の１０００ｍｍ位置とした。偏流が生じる位置として偏流防止板設置位置５０ｍｍ、この２点において、ランプ１本を設置し、３００Ｌ／ｍｉｎの処理を行っている。なお、処理する擬似汚染ガスにはトリクロロエチレンを使用し、上流濃度は下流残留濃度が最も高く検出される３０ｐｐｍとしており、偏流防止板は最も効果的である２枚を使用している。表２に各位置における下流トリクロロエチレン残留濃度と分解率を示す。

Ｂｌａｎｋにおける５０ｍｍ位置のとき分解率は５０％以下であり、残留濃度も１９ｐｐｍであるのに対し、１０００ｍｍ位置では分解率は５０％以上となり、残留濃度も１７．４ｐｐｍまで低下した。これに対し、偏流防止板２枚ではランプの位置の違いによる分解率、残留濃度値にほとんど差が見られず、Ｂｌａｎｋの１０００ｍｍとも同様の値を得られた。

以上のことから、偏流防止板２枚使用することにより、整流効果が得られていることが確認できた。

本発明により触媒等必要とせずとも、低濃度から高濃度の広き範囲にわたり、紫外線のみによるトリクロロエチレン等揮発性有機塩素化合物含有ガスを効率よく分解処理を行うことが可能となった。

本発明の一実施態様に関わる揮発性有機塩素化合物含有ガス分解装置の概略図である。 実施例１における紫外線発生源からの紫外線強度値変化を示すグラフである。 実施例１における紫外線強度値とトリクロロエチレン分解率の関係を示すグラフである。 実施例１における汚染ガス分解装置断面積変動による下流トリクロロエチレン濃度と分解率の関係を示すグラフである。 実施例２、３、４に使用した汚染ガス分解装置の概略図である。 従来使用していた分解装置の概略図である。 実施例２におけるトリクロロエチレン分解率及び下流残留トリクロロエチレン濃度の関係を示したグラフである。 実施例３における偏流防止板の有無による分解率の関係を示したグラフである。 実施例３における偏流防止板の有無による速度分布シミュレーションを示したグラフである。 実施例４における偏流防止板の違いによる下流テトラクロロエチレン濃度と分解率を示したグラフである。 実施例５、６に使用した汚染ガス分解装置の概略図である。 実施例５における偏流防止板設置条件による下流トリクロロエチレン濃度を示したグラフである。 実施例６における偏流防止板設置枚数による下流トリクロロエチレン濃度を示したグラフである。 実施例７に使用した汚染ガス分解装置模型の概略図である。 実施例７における平均風速とトリクロロエチレン３０、１０ｐｐｍ処理時残留濃度を示したグラフである。

符号の説明

１ 汚染空気導入部
２ 偏流防止板
３ 紫外線発生ランプ
４ 浄化空気排気部
５ 風速測定口

Claims (3)

1. 揮発性有機塩素化合物を含有する空気を連続的に供給して紫外線照射により該有機塩素化合物を分解処理する連続空気浄化装置において、内部に紫外線ランプをもち、対向する前部と後部に汚染空気導入部と浄化空気排気部をもつと共に、該汚染空気導入部と紫外線ランプの間に偏流防止板をもつことを特徴とする連続空気浄化装置。
2. 該偏流防止板が多孔板からなる請求項１記載の装置。
3. 該紫外線ランプが該汚染空気の通過面と垂直に複数配されている請求項１又は２記載の装置。

Images