JP2009131836A - 空気清浄化装置及びこの装置を用いた空気の清浄化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空気導入口(a)と、汚染物質を含む空気に水性薬剤を噴霧するためのノズル(b)と、デミスター(c)と、回収口(d)とを備えるチャンバー(A)と、薬剤槽(B)と、前記水性薬剤をノズル(b)に供給するためのポンプ(C)と、前記汚染物質を含む空気をチャンバー(A)に供給するためのブロワ(D)とを配置し、空気導入口(a)の設置面以外の少なくとも2つの面に、前記水性薬剤を円錐状に噴霧することが可能なノズル(b)をそれぞれ1個以上設置すること、及び前記デミスター(c)を空気導入口(a)及びノズル(b)を設置した面以外の面に設置した空気清浄化装置及びこれを用いた空気の清浄化方法に関する。
【選択図】 図1
Description
排ガス中の揮発性有機化合物は、大気汚染の観点から確実に処理することが必要であるが、従来はエネルギーを浪費する燃焼法が一般的であった。この燃焼法は、省エネルギーが重要視される時代では、エネルギーを浪費する上にランニングコストが高いことから、環境が重視される時代に適合する排ガス処理方式とは言えない。
そこで内部を改良した排気ダクトを用いるダクト法が提案されている(例えば特許文献1参照)。
しかし、このダクト法は、排気風量に対し大きい設備と広いスペース等が必要である。
すなわち本発明は、空気導入口(a)と、汚染物質を含む空気に水性薬剤を噴霧するためのノズル(b)と、前記噴霧した水性薬剤を捕捉して外部への流出を防ぎ、かつ清浄化された空気を排出するためのデミスター(c)と、汚染物質を回収するための回収口(d)とを備えるチャンバー(A)と、前記水性薬剤を充填してなる薬剤槽(B)と、前記薬剤槽(B)から水性薬剤をノズル(b)に供給するためのポンプ(C)と、前記汚染物質を含む空気を吸入しチャンバー(A)に供給するためのブロワ(D)とを配置してなる空気清浄化装置であって、前記ノズル(b)が水性薬剤を円錐状に噴霧することが可能なノズルであり、かつチャンバー(A)内の空気導入口(a)の設置面以外の少なくとも2つの面に1個以上設置されること、及び前記デミスター(c)が空気導入口(a)及びノズル(b)を設置した面以外の面に設置されてなることを特徴とする空気清浄化装置を提供するものであり、また本発明は、空気導入口(a)と、汚染物質を含む空気に水性薬剤を噴霧するためのノズル(b)と、前記噴霧した水性薬剤を捕捉して外部への流失を防ぎ、かつ清浄化された空気を排出するためのデミスター(c)と、汚染物質を回収するための回収口(d)とを備えるチャンバー(A)を用いて空気中の汚染物質を除去することにより空気を清浄化する方法であって、供給された空気の流れに交差する少なくとも2つの面に設置されたノズル(b)から水性薬剤を相互に衝突しないように噴霧すること、前記ノズル(b)から平均粒子径が5〜50μmの水性薬剤のミストを吐出量1〜30ml/minで円錐状に噴霧すること、かつ前記噴霧により形成されたミストの円錐形の底底辺部が接触することを特徴とする空気の清浄化方法を提供するものである。
本発明の装置及び方法は、チャンバー等を用いることにより、汚染物質を含む空気の風速を小さくし、チャンバー内の気流を改善し水性薬剤の気液接触効率を上げることができ、また装置の形状、設置場所・スペース等の自由度が増し、汚染物質に対する適合性、利便性、経済性を高めることができる。
前記チャンバー(A)の形状は、立方体、直方体、円柱形等が挙げられ、その大きさ及び形態は、気体、汚染物質の種類に応じて、その都度調整することができる。これらのうち、横長の直方体が好ましい。
前記空気導入口(a)は、汚染物質を含む空気を後記ブロワ(D)で吸入し、ダクト等を通じてチャンバー内に供給し気液接触させるためのものである。
この空気導入口(a)は、円形、楕円形、正方形、矩形他種々の形状が選択できる。例えばダクトが円形であれば、この形状に合わせて吸気が漏れないように円形にすればよい。
排気ダクト等からこの空気導入口(a)を通じて汚染物質を含む空気を風速10m/秒以上でチャンバー(A)内に供給することが好ましい。
空気導入口(a)は、同一面に1個所でもよいが、チャンバー内に入る気体量とチャンバー内の風速を短時間で均一化するためには、少なくとも2箇所に設置することが好ましい。2箇所以上に設置した場合、チャンバーの形状は、空気導入口(a)が設置された面の長い横長の立方体となる。
またノズルは、同一面において空気導入口(a)から導入した空気と合流するような位置に設置するものである。
さらにノズルは、例えば平均粒子径が5〜50μmの水性薬剤のミストを吐出量1〜30ml/minで円錐状に噴霧したとき、形成された円錐形の底周辺部が接触する状態で設置するものである。底周辺部は同一面で噴霧したときに接触しても、互いに対立する面から噴霧したときに接触するものであってもどちらであってもよい。
ノズルからの水性薬剤の噴霧量は、汚染物質の濃度によっても異なるため、特に限定されるものではないが、例えば1時間当たり0.5〜1リットルが適正である。
また噴霧された水性薬剤ミストの径は、通常5〜50μmであるが、気体中の汚染物質を効率よく捕捉する点で10〜20μmであることが好ましい。このミスト径は、ノズルの機種、空気圧と液圧との関係で適宜調整することができる。
ノズルとしては、水性薬剤を汚染物質を含む空気にまんべんなく噴霧できるため、円錐状に噴霧することが可能なノズルであり、例えば広角ラウンドタイプ等が挙げられる。
ノズル(b)は、1個当たり水性薬剤のミストを吐出量1〜30ml/minで円錐状に噴霧したとき、形成された円錐形の底周辺部が接触することが好ましい。かかる状態で設置したとき、気液接触効果を最大限に高めることができる。
本発明は、ノズルから汚染物質を含む気体に対し、相互に衝突しないように水性薬剤を噴霧するものである。ただしノズルから水性薬剤ミストを円錐状に噴霧したとき円錐の底の周辺部分はミストが分散しており、この部分は互いに衝突してもかまわない。特に円錐の先端部分が衝突するように噴霧した場合、噴霧量を多くしても噴霧量の割に気液接触効果が向上しないことになる。ノズルの位置、ノズルの噴出し方向、ノズルとノズルとの距離等を適宜調整して衝突しないようにチャンバー内に満遍なく噴霧することにより、気液接触効果を最大限に高めることができる。
ノズルの噴出し方向は、上向き、下向き、横向き、斜め向き又はこれらの組み合わせ等が挙げられる。
デミスター(c)の位置は、特に限定するものではない。例えば汚染物質を含む空気の導入口を有する面及びノズル(b)を設置する面以外の面に設けることができるが、相対する2面に設置することが好ましい。デミスターの大きさは、面の全面であっても面の一部でもよいが、水性薬剤ミストが外部に排出しないようにして、気液接触効果を発揮させるには、全面に設置することが好ましい。
デミスター(c)の材質は、特に限定されるものではないが、親水性で膨潤しにくいものが好ましい。親水性でないと静圧がかかるすぎる場合があるからである。このデミスター(c)の材質としては、ヤシガラ繊維、不織布等の材質で作成されたものが好ましいものとして挙げられる。これらのうち、静圧がかからない点でヤシガラ繊維が好ましい。
デミスター(c)は、チャンバー内に適切な静圧をかけることにより気体を還流させる、また薬剤がVOCなどの汚染物を捕捉した後のミストの液滴化を促進しドレーン排水として回収しやすくする、及びデミスターの組織内に水性薬剤の液滴が付着することでVOC等の汚染物質と薬剤中のポリマーとの未接触分子もここで補足されるという機能を有するものである。
回収物は、そのまま廃棄しても、これからさらに汚染物質を分離してもよい。汚染物質を分離した薬剤は、再利用することができる。
回収口(d)の形状は、槽状であってもよく、また廃棄する場合は槽状ではなく単なる排水口のようなものでもよい。槽状の場合、その形は特に限定されるものではなく、立方体、直方体、円柱形、円形、楕円形等が挙げられる。また、その大きさも、汚染物質を含む気体の種類、気体をチャンバー内に導入する風速等により異なるものである。
チャンバー内に適正な静圧をかけ、薬剤が汚染物質を捕捉するためには、チャンバー内で気体の還流を起こさせることが重要である。このためには、適切な材質のデミスターを用いること、及び前記気体導入口(a)が1つではなく2以上ありこれらが分散していることが好ましい。
またチャンバー(A)内には、その下部のデミスター(c)の近傍に曲面を有する邪魔板を設けることが好ましい。このことにより、汚染物質を含む空気の還流をさらに促進することができる。
この水性薬剤は、薬剤槽(B)に保存し、後記ポンプ(C)によりノズル(b)に供給される。
本発明に使用する水性薬剤中のPAMは、薬剤を均一に噴霧することが可能になるように、極限粘度法を用いて測定した値で5×106 以上の平均分子量を有するものである。
本発明に使用するPAMの平均分子量が極限粘度法を用いて測定した値で5×106 以上であれば、他の必須成分と強く抱合し、保水性ゲルの形成能が大きく、本発明の汚染物質除去効果を長期間持続することができる。平均分子量が5×106 未満では、凝集力が不足し、水性薬剤の機能及び持続性が低下する。平均分子量は、1.5×107以上であることが好ましい。平均分子量が5×106未満のものであっても、平均分子量1.0×107 以上のものに低率で混合することにより使用することができる。
本発明に使用するPAMは、水溶液あるいは水分散液の状態で存在しており、水溶液中で一部分散していても、水に分散しその一部が溶解した状態になっていてもよい。
またPAM水溶液あるいは水分散液は、前記空気中の汚染物質の除去、浮遊微粉塵の沈降等のゲル形成を伴う用途に用いる場合は、乾燥することにより固形分濃度が上昇し保水性ゲルを形成させることが好ましい。
また本発明のPAMは、分子中に陰性基および陽性基を有する両性荷電重合体であることが好ましい。水性薬剤を噴霧した場合、ミストから水と溶剤が蒸発することにより、陰性基と陽性基とが接近し分子内で造塩架橋し、水不溶性で水膨潤性ゲルとなり、水性薬剤中の除菌・殺菌剤を包摂しマイクロカプセル化するので、除菌・殺菌性及び消臭性を得ることができるとともに、長い持続性を確保することができる。
また油性の汚染物質を吸着させるため、PAM分子中に特定の疎水性基を重量で2〜10%導入することが好ましい。かかる疎水性基としては、炭素数が4〜18のアルキル基、アラルキル基、フロロアルキル基、及びジアルキルシリル基、及び炭素数4〜16のシロキサン基等が挙げられる。これらの官能基を1種以上用いるものである。これらの疎水性基は2〜10重量%含まれることが好ましい。疎水性基の量がこの範囲にあれば前記の効果を発揮することができる。
かかる水溶性無機塩としては、例えば食塩、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム等の硫酸のアルカリ金属塩、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸カルシウム、硝酸亜鉛等の硝酸のアルカリ金属塩、イオウ酸化物の塩、塩化カルシウム等が挙げられる。
イオン性高分子であるPAMは、隣接するイオン間の相互作用を最小限にするように配
座を規制するが、イオンの解離は周囲のイオン濃度に依存し、イオン濃度が高いほど高分子化合物中のイオン基の解離度は抑えられ、イオン対として存在する。したがって、隣接するイオン間の相互作用が減少し、分子内でのゲル様集合体を形成しやすくなるため、水溶液中のイオン濃度を効率的に高めることができる。
[−(CH2)m−NH−C(NH)−NH−C(NH)−NH−(CH2)n−]pHCl
(式中、m、nが2〜5の整数であり、pは5〜16の整数である。)
本発明に使用するPHMBは、かぎ括弧で表される繰り返し単位を5〜16個有するものであるが、12個有することが好ましい。
また式中のm及びnが3であるポリヘキサメチレングアナミド塩酸塩であることが好ましい。
前記繰返し単位の数が前記範囲であれば、広範囲の微生物に対し強い効力があり、不揮発性であり、低毒性であり、熱安定性に優れる。
前記式で表されるPHMBの具体例としては、アーチケミカルジャパン(株)の「Proxel lB」等が挙げられる。
本発明に使用する前記PHMBは、水性薬剤中0.0001〜0.1重量%含まれるものであり、0.0001〜0.1重量%であることが好ましい。
またその他の除菌剤、殺菌剤、防カビ剤あるいは静菌剤として、本発明のPHMB以外の化合物を用いることもできる。
また本発明のPAM水溶液あるいは水分散液は、水溶性アクリル系共重合体を含むことが好ましい。水溶性アクリル系共重合体の重量平均分子量は、1万以上であることが好ましい。
この水溶性アクリル系共重合体を含むことにより、汚染物質を包含するゲル化粒子を効率よく被覆することができる。すなわち、いったん捕捉した汚染物質を閉じ込め、再放出することを防ぐことができる。特に本発明のポリ(メタ)アクリルアミド水溶液あるいは水分散液(イ)とポリ(ポリメチレンビグアナイド)塩酸塩(ロ)と化合物(C)とをダクト内で噴霧した後に、かかる水溶性アクリル系共重合体の水溶液を噴霧すると、効果を最大限に発揮することができ、好ましい方法である。
かかるゲル化剤としては、例えばアジピン酸ジアンモニウム、こはく酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、ドデカンジヒドラジド、アミノポリクリルアミド、硝酸マグネシウム、2価のカルボン酸、グリオキザ−ル、グルタルアルデヒド、前記ポリ(メタ)アクリルアミド水溶液と逆荷電を有する(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。これらのゲル化剤の1種以上をPAMの固形分に対して1〜100重量%を水溶液状で添加するのが好ましいが、20〜80重量%の範囲で添加するのが、最も好ましい。
これらのうち、前記PHMBの溶解性に優れ、除菌、消臭性を効果的に発揮することができる点で、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラエチレングリコール又はグリシンであることが好ましく、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、グリシンが最も好ましい。
前記薬剤槽(B)は、前記水性薬剤を保存しておくための槽であり、この薬剤槽(B)からポンプ(C)により、水性薬剤をチャンバー(A)内のノズル(b)に供給することができる。この薬剤槽(B)は、円柱形、直方体、立方体等種々の形状が選択できる。
ブロワ(D)は、前記汚染物質を含む空気をチャンバー(A)に供給するためのものであり、汚染物質を含む空気を吸引し、送風することができるものであればよい。
かかる条件に設定することにより、水性薬剤が汚染空気に満遍なく噴霧され水性薬剤により汚染物質を被覆し効率よく落下させることができる。
ここで「少なくとも2つの面」とは、向かい合う2つの面でも、向かい合わない2以上の面でもよい。立方体、直方体の場合は、空気に効率よく噴霧することができる点で向かい合う2つの面にノズルを設置することが好ましい。この場合、衝突させないためには、適宜ノズルの位置、ノズルの角度、ノズルからの水性薬剤の噴霧量等を調整することができる。
また「衝突しないように噴霧する」とは、衝突しない方向に噴霧すること又は衝突しないような距離まで噴霧することを意味するものである。
さらに「ミストの円錐形の底周辺部が接触する」とは、同一面で噴霧したときに底周辺部同士が接触する場合、互いに対立する面から噴霧したときに底周辺部同士が接触する場合等を意味するものである。
薬剤を衝突するように噴霧した場合、噴霧量を多くしても噴霧量の割に気液接触効果が向上しないことになる。
これらの風速に調整すれば、チャンバーの底部から空気が跳ね返り還流が起こり水性薬剤により空気中の汚染物質を効率よく捕捉することができる。吐出風速は、このうち2m/秒以下であることが好ましい。
前記の吐出風速は、空気導入口(a)に供給する際の風速に対し、デミスター(c)の設置面における大きさ等により調整することができる。
空気導入口(a)から供給された汚染物質を含む空気の温度は、特に限定されるものではないが、気体中の汚染物質の薬剤による捕捉効果が高まる点で、摂氏50℃以下であることが好ましい。この気体の温度は、外気を注入したり、冷却ノズルを経由してチャンバー内に供給したりすることにより適宜調整することができる。
本発明の方法により、空気中から除去することができる汚染物質としては、例えばトルエン、キシレン、スチレン、酢酸エチル等のVOC、各種腐敗臭、硫化水素、脂肪族アルデヒド、香気成分等が挙げられる。
本発明の方法によれば、汚染物質の種類に応じて適切な水性薬剤を選択することにより空気中から汚染物質を除去することができる。
本発明の空気清浄化装置としては、例えば図1〜図6に記載されたものが挙げられる。
図1は、本発明の空気清浄化装置の模式図を示すものである。
工場から排出された汚染物質を含む空気1をブロワ2で吸入し、チャンバー本体3の上部からチャンバー3内に供給する。チャンバー3に供給された排気は、チャンバー3内の底部に衝突してから上部に浮上して、チャンバー3の内部を還流する。薬液は、薬液タンク9内に水道水供給管11を通じて送入される水道水を自動希釈装置10で混合し、希釈薬液として希釈薬液タンク12に送入・貯蔵される。この希釈薬液タンク12をポンプ8により液チューブ6を介してチャンバー3内のノズル4に結合し、ノズル7から水性薬剤がチャンバー3内に噴霧される。
図2〜図6は、チャンバー内外の設備、状態を表すものである。チャンバー内には、水性薬剤を噴霧するためのノズル4を対向する二つの2面に27個備えており、特定の噴霧条件及び噴霧量に調整し、対向するノズル4から噴霧ミストが互いに衝突しないように設計するものである。
本発明者は、工場内において、トラック車体の塗装工程の2箇所を適宜選定し、VOCを含む汚染空気を採取した(実施例1;測定臭気濃度4000、実施例2;測定臭気濃度5000、実施例3;400)。この汚染空気を、図1に記載した汚染物質除去装置を用いて、チャンバー(大きさ:長さ5.7m×高さ1.9m×奥行き1.2m)に供給し、供給された汚染空気に薬液を噴霧し、VOCを除去することにより、VOCの含有量が低減した空気を回収した。実験条件及び実験結果は以下のとおりであった。
実験は、3点比較式臭袋法に基づいてパネル6人で行い、臭気指数及び測定臭気濃度を測定・算出した。
<実験条件>
2 :ブロワ
3 :チャンバー
4 :ノズル
5 :デミスター
6 :希釈薬液タンク12からの液チューブ
7 :薬液噴霧ミスト
8 :ポンプ
9 :自動希釈装置
10:薬液タンク
11:水道管
12:希釈薬液タンク
Claims (12)
- 空気導入口(a)と、汚染物質を含む空気に水性薬剤を噴霧するためのノズル(b)と、前記噴霧した水性薬剤を捕捉して外部への流出を防ぎ、かつ清浄化された空気を排出するためのデミスター(c)と、汚染物質を回収するための回収口(d)とを備えるチャンバー(A)と、前記水性薬剤を充填してなる薬剤槽(B)と、前記薬剤槽(B)から水性薬剤をノズル(b)に供給するためのポンプ(C)と、前記汚染物質を含む空気を吸入しチャンバー(A)に供給するためのブロワ(D)とを配置してなる空気清浄化装置であって、前記ノズル(b)が水性薬剤を円錐状に噴霧することが可能なノズルであり、かつチャンバー(A)内の空気導入口(a)の設置面以外の少なくとも2つの面に1個以上設置されること、及び前記デミスター(c)が空気導入口(a)及びノズル(b)を設置した面以外の面に設置されてなることを特徴とする空気清浄化装置。
- 前記水性薬剤が、極限粘度法で求めた平均分子量が5×106 以上で、直鎖状のポリ(メタ)アクリルアミドを含む水溶液あるいは水分散液である請求項1記載の空気清浄化装置。
- 前記水性薬剤が、水溶性無機塩及び/又は除菌・殺菌剤を含む請求項1又は2記載の空気清浄化装置。
- 前記水性薬剤が、界面活性剤を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の空気清浄化装置。
- 前記空気導入口(a)を同一面に少なくとも2個設置してなる請求項1〜4のいずれか1項に記載の空気清浄化装置。
- 前記ノズル(b)を同一面に少なくとも2個設置してなる請求項1〜5のいずれか1項に記載の空気清浄化装置。
- 前記チャンバー(A)の下部でデミスター(c)の近傍に、曲面を有する邪魔板を設置してなる請求項1〜6のいずれか1項に記載の空気清浄化装置。
- 前記ノズル(b)を平均粒子径が5〜50μmの水性薬剤のミストを吐出量1〜30ml/minで円錐状に噴霧したとき、形成された円錐形の底周辺部が接触する状態で設置する請求項1〜5のいずれか1項に記載の空気浄化装置。
- 空気導入口(a)と、汚染物質を含む空気に水性薬剤を噴霧するためのノズル(b)と、前記噴霧した水性薬剤を捕捉して外部への流失を防ぎ、かつ清浄化された空気を排出するためのデミスター(c)と、汚染物質を回収するための回収口(d)とを備えるチャンバー(A)を用いて空気中の汚染物質を除去することにより空気を清浄化する方法であって、供給された空気の流れに交差する少なくとも2つの面に設置されたノズル(b)から水性薬剤を相互に衝突しないように噴霧すること、前記ノズル(b)から平均粒子径が5〜50μmの水性薬剤のミストを吐出量1〜30ml/minで円錐状に噴霧すること、かつ前記噴霧により形成されたミストの円錐形の底周辺部が接触することを特徴とする空気の清浄化方法。
- 前記汚染物質を含む空気の温度が、摂氏50℃以下である請求項9記載の空気の清浄化方法。
- 前記水性薬剤が、極限粘度法で求めた平均分子量が5×106 以上で、直鎖状のポリ(メタ)アクリルアミドを含む水溶液あるいは水分散液である請求項9又は10記載の空気の清浄化方法。
- 前記水性薬剤が、水溶性無機塩及び/又は除菌・殺菌剤を含む請求項9〜11のいずれか1項に記載の空気の清浄化方法。
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