JP2012217974A - ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 維持管理が容易で、装置のランニングコストおよび維持コストの低減を図ることができるガス処理装置を提供することである。
【解決手段】 ガス処理装置は、放電によって非平衡プラズマを発生させて、有害物質を含むガスを処理するプラズマ反応部と、前記プラズマ反応部を経て処理されたガスを第１処理水と気液接触させて、前記処理されたガス中の水溶性の有害物質を第１処理水中に回収する回収部と、前記水溶性の有害物質が回収された第１処理水に加圧下で所定の気体を供給して、微細気泡を含有させて第２処理水を得る処理部と、前記微細気泡を含有する第２処理水を貯留し、前記第２処理水を大気圧下に曝して、第２処理水中の微細気泡の消滅に伴って前記水溶性の有害物質を分解処理し、懸濁物を含有する第２処理水を、第１処理水と懸濁物とに分離する分離部と、前記分離部で分離された第１処理水を前記回収部に供給する供給部とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガス中に含まれる有害物質を除去するガス処理装置に関する。

従来、脱臭方法には、
ａ）脂肪酸およびアミン類などを水に溶解させる、水洗法、
ｂ）高温で生じる脂肪酸を水で冷却し溶解させる、冷却法、
ｃ）悪臭の原因となる臭気成分を多孔質な活性炭の微細な空間に吸着して閉じ込める、活性炭吸着法、
ｄ）酸性水溶液およびアルカリ性水溶液に臭気成分、酸性成分およびアルカリ成分などを溶解させ、中和させる、酸アルカリ洗浄法、
ｅ）芳香性物質などによって別の臭いで臭気成分を覆い隠す、マスキング法、
ｆ）臭気成分を含むガスを８００℃以上の高温で燃焼させる、直接燃焼法、
ｇ）微生物にその栄養源となる脂肪酸およびアミン類を摂取させて分解させる、微生物分解法、
ｈ）硫黄化合物およびアルデヒド類などを塩素に反応させる塩素処理法、ならびに
ｉ）不飽和有機化合物、硫化水素、メルカプタン類、およびアルデヒド類などをオゾンおよびマンガン系触媒表面で吸着酸化を繰返し、化学的に脱臭する、気相オゾン触媒脱臭法、などが知られている。

特開平８−３０９１４８号公報

悪臭を大風量で処理するための装置の大型化を実現するためには問題が多く、最適化には困難が伴っている。最もよく知られた脱臭方法に活性炭吸着法があるが、活性炭を適切な充填体積（ＳＶ値）で装置化を図れば、膨大な設備体積が必要となる。また活性炭が吸着飽和に達すると、活性炭を再生させて吸着した臭気成分を放出しなければならない。この方法は、活性炭の交換費用も高くつき、コスト面で有効な方法ではない。

またオゾン（酸化力）を用いた脱臭方法がある。このような従来の気相オゾン脱臭方法では、窒素または硫黄化合物に対してはオゾン自体によるマスキング効果が期待できる。またさらに優れた脱臭効果が期待できる方法に、オゾン脱臭と活性炭脱臭とを組合せる方法がある。この方法では、臭気成分における臭いの原因となる二重結合を速やかに分解し、硫黄化合物、たとえば硫化水素（Ｈ_２Ｓ）、メチルメルカプタン（ＣＨ_３ＳＨ）、硫化メチル（（ＣＨ_３）２Ｓ）、二硫化メチル（（ＣＨ_３）２Ｓ_２）、および二酸化硫黄（ＳＯ_２）、ならびに窒素化合物、たとえばトリメチルアミン（ＣＨ_３）３Ｎおよびアンモニア（ＮＨ_３）等を活性炭表面で効率よく吸着させている。

しかしながら、この方法は、炭化水素（ＲＨ）およびその誘導体、たとえばアルコール（ＲＯＨ）、アルデヒド（ＲＣＯＨ）および有機酸（Ｒ（ＣＯＯ））等については、気相オゾン脱臭法と活性炭吸着法とによっても充分に解消されず、また活性炭への吸着の限界を把握することが困難であり、したがって維持管理が容易ではなく、さらに吸着した臭気成分が活性炭から離脱して再放出されることを防ぐためのランニングコストが維持管理上負担となっている。

また熱プラズマまたは８００℃以上の高温で臭気成分を燃焼させる直接燃焼法では、高度な設備と大量のエネルギとを必要とし、ダイオキシンおよび二酸化炭素（ＣＯ_２）などの増加が伴う。このような方法は、地球環境保全に対して逆行する方法であり、省資源および省エネルギの観点からも問題がある。

本発明の目的は、維持管理が容易で、装置のランニングコストおよび維持コストの低減を図ることができるガス処理装置を提供することである。

本発明は、放電によって非平衡プラズマを発生させて、有害物質を含むガスを処理するプラズマ反応部と、
前記プラズマ反応部を経て処理されたガスを第１処理水と気液接触させて、前記処理されたガス中の水溶性の有害物質を第１処理水中に回収する回収部と、
前記水溶性の有害物質が回収された第１処理水に加圧下で所定の気体を供給して、微細気泡を含有させて第２処理水を得る処理部と、
前記微細気泡を含有する第２処理水を貯留し、前記第２処理水を大気圧下に曝して、第２処理水中の微細気泡の消滅に伴って前記水溶性の有害物質を分解処理し、懸濁物を含有する第２処理水を、第１処理水と懸濁物とに分離する分離部と、
前記分離部で分離された第１処理水を前記回収部に供給する供給部とを含むことを特徴とするガス処理装置である。

また本発明において、前記回収部は、第１処理水を貯留し、
前記プラズマ反応部で処理されたガスが、複数の開口を通って、前記回収部に貯留される第１処理水中に直接供給されることを特徴とする。

また本発明において、前記第１処理水には、固形成分が含まれ、
前記固形成分を含む第１処理水に無機系凝集剤が添加されることを特徴とする。

本発明によれば、有害物質を含むガスは、プラズマ反応部に導かれる。プラズマ反応部では、内部のガスを放電によって電子とイオンとに電離させ、電子の電子温度がイオンのイオン温度に比べて高い状態で、電子温度とイオン温度とが熱力学的に平衡していない状態のプラズマである非平衡プラズマを発生させる。このプラズマ反応部では、非平衡プラズマの温度が常温に保たれた状態で、高速の電子を得ることができる。この高速の電子は有害物質を含むガスに衝突し、ラジカル、励起分子およびイオンなどの反応性に富む化学的活性種を生成する。有害物質、特に非水溶性の有害物質は、その大部分が高速の電子の衝突とともに、化学的活性種による化学反応によって分解除去される。またプラズマ反応部では、前記ラジカルと同時にオゾンも生成されており、このオゾンによっても有害物質が酸化分解される。

有害物質が処理されたガスであって、水溶性の有害物質を含むガスは、回収部に導かれる。このとき、化学的活性種は不安定であり、元の臭気成分に戻ったり、他の有害物質が生成される可能性がある。しかしながら回収部において、該ガスを第１処理水と気液接触させるので、回収部に供給されたガスから、化学的活性種、水溶性の有害物質を第１処理水の第１処理水中に捕集して分離する。このように処理されたガスは、排出部に導かれ、排出部から適切な処理を経て大気中に排出される。

このようにガスを処理した第１処理水は、処理部に導かれる。処理部では、水溶性の有害物質が回収された第１処理水に、加圧下で所定の気体が供給されて微細気泡、たとえば直径５０μｍ以下のマイクロバブルが含有され、微細気泡を含む第２処理水が得られる。

この第２処理水は、分離部に導かれる。分離部では、第２処理水が貯留されて大気圧下に曝されることによって、第２処理水中の微細気泡が浮上消滅する。第２処理水に含有される微細気泡は負の電荷を帯びているとともに、微細気泡が消滅する際に、泡内部の温度が高温となり高圧となる。微細気泡が負の電荷を帯びていることによって、水溶性の有害物質を引き寄せ、微細気泡が消滅する際に生じる高温高圧状態によって、泡を形成する所定のガスが分解され、強力なラジカルを発生し、このラジカルによって水溶性の有害物質が除去される。このようにして、処理部から供給された微細気泡を含有した第２処理水が処理される。第２処理水中の反応物などの懸濁物は、微細気泡の浮上に伴って、水面上にスカムとして浮遊する。このようにして、分離部では、第２処理水は、第１処理水と懸濁物とに分離される。
分離部で分離された第１処理水は、供給部を経て、再び回収部へと導かれる。

このように、非水溶性の有害物質の処理に有効な非平衡プラズマによるガス処理と水溶性の有害物質の処理に有効な湿式のガス処理とを組み合わせることによって、従来の活性炭などを用いた吸着処理と比べて、維持管理を容易にし、装置のランニングコストおよび維持コストの低減を図ることができる。また、非平衡プラズマによるガス処理の後段のガス処理として湿式処理を行うので、後段のガス処理に触媒を用いた乾式処理を行う場合と比べて、高価な触媒を用いずに、安価な水を用いてガス処理を行うことができ、非常に経済的である。

また、ガス処理装置は第１処理水と気液接触させてガス中の水溶性の有害物質を回収する回収部を含んで構成されているので、元の有害物質に戻ったり、他の有害物質が生成されることを防ぐことができる。したがって、有害物質が含まれない安全なガスを排出することができる。

また、ガス処理装置は微細気泡を前記第１処理水に含有させて第２処理水を得る処理部と、第２処理水を大気圧下に曝して、第２処理水中の微細気泡の消滅に伴って前記水溶性の有害物質を分解処理し、懸濁物を含有する第２処理水を、第１処理水と懸濁物とに分離する分離部と、第１処理水を回収部に供給する供給部とを含んで構成されており、前記分離部では処理部において微細気泡を含有した第２処理水から、懸濁物をスカムとして分離して第１処理水を得る。したがって、懸濁物を分離処理した第１処理水を繰り返し用いることができる。

本発明によれば、前記回収部は、第１処理水を貯留し、前記プラズマ反応部で酸化処理されたガスが、複数の開口を通って、前記回収部に貯留される第１処理水中に直接供給される。このように構成することによって、第１処理水と処理すべきガスとが直接接触することになり、水溶性の有害物質の第１処理水への吸収量を増大させ、高濃度の有害物質を含むガスの処理を行うことができる。またガスが複数の開口を経て第１処理水に供給されるので、第１処理水で生じる気泡の大きさを小さくでき、ガスと第１処理水との接触面積を増大させることができる。

本発明によれば、固形成分を含む第１処理水に無機系凝集剤が添加されるので、処理部において該凝集剤が第２処理水中で撹拌され、分離部において、該凝集剤が固形成分を素早く凝集させる。これによって、固形成分が第２処理水中の微細気泡に悪影響を与えることなく、分離部における第２処理水の処理を効率よく行うことができる。

本発明の第１実施形態に係るガス処理装置１の全体図である。 非平衡プラズマ発生部１２を簡略化して示す正面図である。 気泡発生装置２２の横断面図である。 図３の切断線Ａ−Ａで気泡発生装置２２を切断した断面図である。 反応室５４に設けられた状態の気泡発生装置２２を示す図である。 第１処理水が回収部５から処理部６、分離部７および供給部８を経て回収部５へと循環する流れの全体を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態に係るガス処理装置１Ａの全体図である。 本発明の第３実施形態に係るガス処理装置における回収部１０５の一部の縦断面図である。 気泡発生装置２２Ａの縦断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。以下に示す実施形態は、本発明に係る技術を具体化するために例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明に係る技術内容は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るガス処理装置１の全体図である。ガス処理装置１は、導気手段と、除塵部３と、プラズマ反応部４と、回収部５と、分離部７と、供給部８と、排出部９とを含んで構成される。導気手段は、ガス処理を行うべきガスをガス処理装置１に導く。除塵部３は、塵埃および有害物質を含むガスから塵埃を除去する。プラズマ反応部４は、放電によって非平衡プラズマを発生させて、有害物質を含むガスを処理する。回収部５は、第１処理水と気液接触させてガス中の水溶性の有害物質を回収する。処理部６は、水溶性の有害物質が回収された第１処理水に加圧下で所定のガスを供給して、微細気泡を含有させて第２処理水を得る。分離部７は、微細気泡を含有する第２処理水を貯留し、第２処理水を大気圧下に曝して、第２処理水中の微細気泡の消滅に伴って前記水溶性の有害物質を分解処理し、懸濁物を含有する第２処理水を、第１処理水と懸濁物とに分離する。供給部８は、分離部７で分離された第１処理水を回収部５に供給する。排出部９は、有害物質が除去されたガスを大気中に排出する。なお、第１処理水は、ｐＨ６〜７に調整された処理水である。

導気手段は、除塵部３に塵埃および有害物質を含むガスを吸引または送風するファン１０によって実現される。本実施形態において、ファン１０は後述する排出部９に設けられる。

除塵部３は、ガス処理装置１におけるガスの流下方向の最も上流側に設けられる。除塵部３は、塵埃および有害物質を含むガスから塵埃を除去する。除塵部３は、所定の目の粗さを有する濾布から成る濾過フィルタ（図示せず）、電気集塵機（図示せず）、またはそれらの組合せ等によって実現される。

プラズマ反応部４は、除塵部３のガスの流下方向下流側に設けられる。プラズマ反応部４は、放電によって非平衡プラズマを発生させて、塵埃が除去された有害物質含むガスを処理する。プラズマ反応部４は、非平衡プラズマを発生させる非平衡プラズマ発生部１２と、ガス排出口１３と、オイルクーラ１４とを含んで構成される。プラズマ反応部４では、ガスに含まれる有害物質のうち、非水溶性の有害物質が効率よく分解除去される。

ここで非平衡プラズマとは、電離した電子の電子温度が電離したイオンのイオン温度に比べて高い状態で、電子温度とイオン温度とが熱力学的に平衡していない状態のプラズマである。このような非平衡プラズマにおいては、非平衡プラズマの温度が常温に保たれた状態で、高速の電子を得ることができる。このようにして得られた高速の電子をガス中の分子に衝突させて、ラジカル、励起分子、イオンあるいはオゾンなどの反応性に富む化学的活性種を生成する。

図２は、非平衡プラズマ発生部１２を簡略化して示す正面図である。非平衡プラズマ発生部１２は、線上の放電電極１５と、螺旋状のアース電極１６と、パルス電源装置１７とを含む。非平衡プラズマを発生させるには、放電電極１５およびアース電極１６間にコロナ放電を発生させ、放電電極１５およびアース電極１６間のガスを電離させる。このとき放電電極１５およびアース電極１６間には、直流電圧３０ｋ〜２００ｋＶ、周波数１００〜２０００Ｈｚ、すなわち周期Ｔ＝５００μｓ〜１０ｍｓ、好ましくは周波数１０００Ｈｚ、すなわち周期Ｔ＝１ｍｓのパルス電圧が印加される。また電圧の立上り時間τは、たとえば２０〜３００ｎｓ、好ましくは１００ｎｓであり、この極端に短い立上り時間τの間に質量の小さい電子だけが加速されて高速の電子が得られる。またパルス電圧の周期は立上り時間τに比べて充分に長いので、この期間中に冷却が行われて次のパルス電圧印加時には再び初期状態に復帰し、ガスの温度上昇が抑制され、ガスの温度は常温に保たれる。

ここでパルス電圧の極性は、放電電極１５を正極とし、アース電極１６を負極とする。これは正のストリーマコロナが強い進展傾向を有し、放電電極１５およびアース電極１６間の空間を橋絡し、全空間にわたって非平衡プラズマを発生させて単位容積あたりの反応効果が大幅に向上するためである。印加される電圧は、放電電極１５およびアース電極１６間の放電距離に対して決定される。すなわち前記放電距離が大きいときには高い電圧が印加され、前記放電距離が小さいときには低い電圧が印加される。

なお、本実施形態においては、アース電極１６は螺旋状に形成されているが、円筒状に形成されていてもよい。

本実施形態において、プラズマ反応部４のガス排出口１３は、ガスの流下方向の下流側に形成され、回収部５の下部に機械的に接続される。前記プラズマ反応部４のガス排出口１３は、ダクトを介して回収部５の下部と機械的に接続されてもよい。また、ガス排出口１３には、図１に示されるように、ガス供給ダクト１３Ａが取付けられてもよい。ガス供給ダクト１３Ａの出口は、複数の開口を実現するために、複数のパイプ１３Ａ１で構成されてもよい。複数のパイプ１３Ａ１の代わりに、メッシュを用いて複数の開口を実現してもよい。

排出部９は、ファン１０を含んで構成される。排出部９は、後述する回収部５において化学的活性種および有害物質が除去されたガスを外部に排出することができるように、回収部５の上部に設けられる。排出部９は、ダクトによって回収部５と連結して設けられる。ファン１０は、排出部９のガスの流下方向の下流側に設けられる。また、ファン１０は導気手段におけるいずれの位置に設けてもよい。

回収部５は、プラズマ反応部４のガスの流下方向下流側に設けられる。回収部５は、ガスに同伴する第１処理水の微粒子（以下、ミストと称する。）をガスから分離するミストセパレーター１８と、回収部５内に第１処理水を供給する処理水供給手段１９と、気液接触材２０とを含んで構成される。回収部５は、プラズマ反応部４で処理されたガスと第１処理水とを気液接触させる。回収部５には、第１処理水が貯留される。本実施形態では、ガス供給ダクト１３Ａの出口は、貯留された第１処理水中に設けられてもよい。これによってガス供給ダクト１３Ａの出口は、貯留された第１処理水の水面よりも下方に配置されることになる。回収部５には、貯留された第１処理水に旋回流を与えるための撹拌手段が設けられてもよい。この場合、ガス供給ダクト１３Ａの出口からガスは、第１処理水の旋回流によって、第１処理水中に導入されやすくなる。回収部５では、化学的活性種、水溶性の有害物質ならびにプラズマ反応部４で発生したオゾンを第１処理水中に捕集して分離する。

ミストセパレーター１８は、ワイヤーメッシュデミスターやワイヤーメッシュブランケット等によって実現される。ミストセパレーター１８は、回収部５内の上部に設けられる。

処理水供給手段１９は、回収部５内であって、ミストセパレーター１８よりも下方に設けられる。本実施形態において、処理水供給手段１９は、水を噴霧するノズルによって実現される。処理水供給手段１９は、後述する分離部７と供給部８を介して機械的に接続されており、後述する浮上分離槽７０で懸濁物を分離した第１処理水が供給部８を介して、処理水供給手段１９に供給される。本実施形態において、処理水供給手段１９は、回収部５の軸線Ｌ１と垂直な仮想一平面上に設けられる。

気液接触材２０は、回収部５内であって、処理水供給手段１９よりも下方に設けられる。本実施形態において気液接触材２０は、回収部５の軸線Ｌ１に垂直な内部寸法と同じ寸法の板状に形成される。気液接触材２０は、ガスに第１処理水を完全に接液させるために、複数枚積層され、気液接触材層２１を構成する。本実施形態において、気液接触材２０はステンレスまたは化成品から成る多面積接触型多孔材によって実現される。多面積接触型多孔材とは、たとえば複数の細かい孔が形成された多孔板である。

また他の実施形態として、気液接触材２０は、通気性および通水性を有する基材と、該基材から垂下する多数のパイルとを含んで構成されてもよい。このように構成することで、気液接触材２０の表面積を増大させることができる。処理水供給手段１９から水が噴霧されると、基材を濡らした水は、基材を通過し、多数のパイルを伝って気液接触材２０全体を濡らす。このとき、水の供給速度が、水の基材通過速度を上回ると、基材表面に水が滞留し、基材の上方に臨む表面全体に水の薄膜が形成される。ガスは気液接触材２０の下方から供給されるので、ガスは多数のパイル表面に存在する水に接触するとともに、基材を通過して基材表面に達する。基材表面全体には、水の薄膜が形成されているので、ガスと水との接触を確実に行うことができる。

また回収部５の下部には、後述の浮上分離槽７０で懸濁物を分離した第１処理水が供給部８を介して供給されて貯留される。

他の実施形態において、ガス供給ダクト１３Ａを設ける代わりに、ガス排出口１３に連なる回収部５の空間に、処理水供給手段１９に類似の構成を有する第１処理水を供給するための手段が設けられてもよい。このようにすることによって、ガス排出口１３に連なる回収部５の空間を第１処理水のミストで満たし、ガス排出口１３から排出されるガスと台１処理水のミストとを接触させることができる。

処理部６は、気泡発生装置２２と、圧力反応器２３と、ポンプ装置２４（図６参照）と、気体供給装置２５（図６参照）とを含んで構成される。

図３は、気泡発生装置２２の横断面図である。図４は、図３の切断線Ａ−Ａで気泡発生装置２２を切断した断面図である。

気泡発生装置２２は、大略的に円筒状に形成され、耐腐食性の優れた材料、たとえばステンレス、チタンまたはカーボナイトおよびＡＢＳなどの合成樹脂から成る。以下では、気泡発生装置２２の軸線Ｌ２に平行な方向を軸線方向と称する。気泡発生装置２２は、筐体２６を含んで構成され、筐体２６には、第１筐体２７と、第２筐体２８と、第１蓋体２９と、第２蓋体３０とが含まれる。

第１筐体２７は、大略的に円筒状に形成される部材である。第１筐体２７の軸線は、気泡発生装置２２の軸線Ｌ２に一致している。第１筐体２７の内周面部３１は、部分的にテーパ状に形成されている。

第２筐体２８には、循環路形成部３６と処理水供給管路部３７とが含まれる。図３および図４を参照しつつ説明する。循環路形成部３６は、その軸線が軸線Ｌ２に一致する円筒状に形成される。循環路形成部３６は、第１筐体２７との間に循環流路３８を形成する。

処理水供給管路部３７は、円筒状に形成され、その軸線Ｌ３が軸線Ｌ２に垂直な仮想平面上に含まれるように循環路形成部３６の外周部に配設されている。第２筐体２８には、処理水供給管路部３７の軸線Ｌ３に沿って形成され、循環路形成部３６の内方に開口する処理水供給流路部３９が形成されている。

第１蓋体２９は、大略的に円筒状に形成され、その軸線が軸線Ｌ２に一致している。第１蓋体２９は、軸線Ｌ２に沿って延びる円筒状部４０と、円筒状部４０の軸線方向一端部に連なる円錐状部４０ａとを含む。円筒状部４０は、その内部空間がガス溜まり３２として機能する。さらに円錐状部４０ａには、その軸線Ｌ２に沿って延び、円錐状部４０ａの軸線方向両端部で開口する気体供給流路部４１が形成されている。気体供給流路部４１の円筒状部４０側の開口には、第１筐体２７内に供給された第１処理水が気体供給流路部４１を通ってガス溜まり３２に流入するのを防ぐ逆止弁３３が設けられる。

第２蓋体３０は、大略的に円盤状に形成され、その軸線が軸線Ｌ２に一致している。第２蓋体３０は、軸線Ｌ２に沿って、その軸線方向一端部および他端部で開口する排出流路部４２が形成される。

第２蓋体３０は、第２筐体２８の軸線方向他端部に、その軸線方向一端部が第１筐体２７の軸線方向他端部が当接している。このように構成することによって、気泡発生装置２２の内方に、第１筐体２７、第１蓋体２９および第２蓋体３０とによって囲まれる旋回空間４３が形成される。また第１筐体２７と第２筐体２８と第２蓋体３０とによって、円環状の循環流路３８を形成する循環流路部４４が形成される。この循環流路３８は、第１処理水を循環可能に形成されている。

第１筐体２７には、循環流路３８と旋回空間４３とを連通し、循環流路３８を循環する第１処理水を旋回空間４３に導入する複数の処理水導入流路部４５が形成されている。導入流路部である各処理水導入流路部４５は、第１筐体２７の軸線方向他端部に形成され、旋回空間４３に開口する開口部４６が互いに周方向に等間隔に形成されている。処理水導入流路部４５は、単数形成されても、複数形成されてもよい。

処理水導入流路部４５は、循環流路３８を循環する第１処理水を、旋回空間４３に導入可能に形成される。

図５は、反応室５４に設けられた状態の気泡発生装置２２を示す図である。図６は、第１処理水が回収部５から処理部６、分離部７および供給部８を経て回収部５へと循環する流れの全体を示す概略図である。図６を参照して、ポンプ装置２４は、ポンプユニット４７と流量制御部４８と開閉弁４９とを有する。ポンプユニット４７は、吸入ポートから処理水を吸入可能に構成され、排出ポートから第１処理水を排出可能に構成される。ポンプユニット４７の吸入ポートは、回収部５に接続され、ポンプユニット４７の排出ポートは、ポンプユニット４７の処理水供給管５０によって処理水供給流路部３９に接続され、吸入ポートから吸入された第１処理水を処理水供給流路部３９に圧送可能に構成されている。ポンプユニット４７には、たとえばＥＢＡＲＡ製バレルドモータポンプＭＭＬＦ／ＡＡＶＦ型が用いられる。ポンプユニット４７から気泡発生装置２２に印加される圧力は、たとえば５〜６ｋｇ／ｃｍ^２（４９０〜５８８ｋＰａ）である。

流量制御部４８は、ポンプユニット４７から圧送する第１処理水の流量および圧力を制御可能に構成される。開閉弁４９は、処理水供給管５０に介在し、前記処理水供給管５０の管路の開閉を可能に構成されている。

気体供給装置２５は、オゾン発生装置５１と気体供給管５２とを含んで構成される。オゾン発生装置５１は、吸入ポートから空気を吸入可能に構成され、排出ポートから圧縮されたオゾンを排出可能に構成される。オゾン発生装置５１の排出ポートには、気体供給管５２の一端部が接続される。気体供給管５２の他端部は、第１蓋体２９の円筒状部４０の軸線方向他端部に接続される。

オゾン発生装置５１は、その排出ポートが気体供給管５２、ガス溜まり３２および逆止弁３３を介して気体供給流路部４１に接続され、所定の気体であるオゾンを気体供給流路部４１に圧送可能に構成されている。気体供給管５２には、開閉弁５３が介在している。開閉弁５３は、管路を開閉可能に構成されている。オゾン発生装置５１を用いることによって、第２処理水のオゾンの溶存率を高めることによって、第２処理水の化学反応を促進することができる。また気体供給流路部４１に供給される所定の気体は、オゾンに限定されず、空気や他の気体、たとえば窒素、二酸化炭素および純酸素であってもよい。

このように構成される処理部６は、気泡発生装置２２が圧力反応器２３に設けられている。圧力反応器２３は、いわゆるオートクレーブであり、第１処理水を封入して大気圧より高い圧力に保持可能な反応室５４を有する。前記圧力は、たとえば２〜４ｋｇ／ｃｍ^２（１９６〜３９２ｋＰａ）である。気泡発生装置２２は、反応室５４に設けられている。

図５を参照して、このようにして構成される気泡発生装置２２は、開閉弁４９を開放してポンプユニット４７を駆動させると、処理水供給管５０および処理水供給流路部３９を介して、循環流路３８に第１処理水が供給される。

圧力反応器２３は、排出管５５および開閉弁５６を介して分離部７と機械的に接続される。

このような構成により、気泡発生装置２２は、処理水供給管路部３７から導入された第１処理水とオゾン発生装置５１からのオゾンとが供給されることによって、オゾンが直径５０μｍ以下のマイクロバブルなどの微細気泡となり、第１処理水とともに排出流路部４２から排出し、反応室５４内に微細気泡を放出する。なお、排出流路部４２の近傍に超音波発生器が設けられてもよい。排出流路部４２から放出される微細気泡に超音波発生器からの超音波を当てることによって、微細気泡をたとえばナノオーダーの直径を有する微細気泡とすることができる。

気体供給装置２５から供給されたオゾンは、第１蓋体２９内のガス溜まり３２に供給された後、逆止弁３３を介して気体供給流路部４１に供給される。したがって、気体供給装置２５からのオゾンの供給量が変動しても、ガス溜まり３２がバッファとして機能し、オゾンを気体供給流路部４１に安定して供給することができる。また、第１蓋体２９には逆止弁３３が設けられるので、気体供給装置２５からオゾンが供給されていない状態であっても、旋回空間４３内の処理液の気体供給装置２５側への逆流を防ぐことができる。

このようにして反応室５４内で微細気泡を発生させることができる。また反応室５４内に放出される第１処理水は、ポンプ装置２４によって圧送されるので、反応室５４内の圧力を高くすることができる。また微細気泡を発生させることによっても、反応室５４内の圧力を高めることができる。また反応室５４内で微細気泡は、キャビテーション現象によって、第１処理水に溶存する。このようにして第２処理水が得られる。

分離部７は、浮上分離槽７０と、スクレーパ７１と、スカム受け７２とを含んで構成される。浮上分離槽７０は、処理部６から供給された第２処理水を大気圧下で貯留する。浮上分離槽７０では、微細気泡の消滅によって、第２処理水中の水溶性の有害物質が分解されるとともに、微細気泡の浮上作用によって、第２処理水中の懸濁物を浮上凝集させて、第２処理水が、第１処理水と懸濁物とに分離される。懸濁物は、水面上にスカムとして浮遊する。

さらに詳しくは、溶存した微細気泡は、第２処理水が反応室５４から放出されて浮上分離槽７０に大気圧下で貯留されると、再度第２処理水中に現れる。第２処理水に含有される微細気泡は負の電荷を帯びているとともに、微細気泡が消滅する際に、泡内部の温度が高温となり高圧となる。微細気泡が負の電荷を帯びていることによって、水溶性の有害物質を引き寄せ、微細気泡が消滅する際に生じる高温高圧状態によって、泡を形成するオゾンが分解され、強力なラジカルを発生し、このラジカルによって水溶性の有害物質が除去される。このようにして、処理部６から供給された微細気泡を含有した第２処理水が処理される。第２処理水中の反応物などの懸濁物は、凝集しながら微細気泡の浮上に伴って、水面上にスカムとして浮遊する。このようにして、分離部では、第２処理水は、第１処理水と懸濁物とに分離される。

スクレーパ７１は、浮上分離槽７０に貯留される第２処理水の水面上に浮遊するスカムを掻き取って、浮上分離槽７０の外部に設けられるスカム受け７２に向けて押しやり、除去する。

図６を参照して、供給部８は、浮上分離槽７０から第１処理水を排出する排出管５７と、排出管５７から排出される第１処理水の圧力を調整する圧力調整弁５８と、排出管５７から分岐する分岐管５９と、分岐管５９に介在される開閉弁６０とを含んで構成される。供給部８は、浮上分離槽７０と回収部５とを機械的に接続する。排出管５７および分岐管５９は、たとえばパイプによって実現される。排出管５７は、その一端部が回収部５内に設けられる処理水供給手段１９に機械的に接続され、他端部が浮上分離槽７０に機械的に接続される。分岐管５９は、回収部５の下部に機械的に接続される。
ここで、代表的な有害物質の本発明のガス処理装置での除去効率を表１に示す。

本実施形態において、処理水供給手段１９は、気液接触材２０の上部に設けられているけれども、処理水供給手段の下方に気液接触材を設け、その下方に別の処理水供給手段を設け、さらにその下方に別の気液接触材を設けるように形成してもよい。

本実施形態においては、１つのポンプ装置２４に対して１つの気泡発生装置２２が設けられているが、１つのポンプ装置２４に対して複数の気泡発生装置２２が設けられてもよい。

本実施形態によれば、非水溶性の有害物質の処理に有効な非平衡プラズマによるガス処理と水溶性の有害物質の処理に有効な湿式のガス処理とを組み合わせることによって、従来の活性炭などを用いた吸着処理と比べて、維持管理を容易にし、装置のランニングコストおよび維持コストの低減を図ることができる。また、非平衡プラズマによるガス処理の後段のガス処理として湿式処理を行うので、後段のガス処理に触媒を用いた乾式処理を行う場合と比べて、高価な触媒を用いずに、安価な水を用いてガス処理を行うことができ、非常に経済的である。

またガス処理装置は塵埃および有害物質を含むガスから塵埃を除去する除塵部３を含んで構成されているので、プラズマ反応部４には塵埃が除去されたガスが導かれ、プラズマ反応部４を汚損することがない。したがって、清掃などの手間がかからず、維持管理を容易にすることができる。

また本実施形態によれば、ガス処理装置１は第１処理水と気液接触させてガス中の水溶性の有害物質を回収する回収部５を含んで構成されているので、プラズマ処理部４で分解された有害物質が元の有害物質に戻ったり、他の有害物質が生成されることを防ぐことができる。したがって、有害物質が含まれない安全なガスを排出することができる。

また、ガス処理装置１は微細気泡を第１処理水に含有させて第２処理水を得る処理部６と、第２処理水を大気圧下に曝して、第２処理水中の微細気泡の消滅に伴って前記水溶性の有害物質を分解処理し、懸濁物を含有する第２処理水を、第１処理水と懸濁物とに分離する分離部７と、第１処理水を回収部５に供給する供給部８とを含んで構成されており、前記分離部７では処理部６において微細気泡を含有した第２処理水から、懸濁物をスカムとして分離して第１処理水を得る。したがって、懸濁物を分離処理した第１処理水を繰り返し用いることができる。

また本実施形態によれば、回収部５は、第１処理水を貯留し、プラズマ反応部４で処理されたガスが、複数の開口を通って、回収部５に貯留される第１処理水中に直接供給される。このように構成することによって、第１処理水と処理すべきガスとが直接接触することになり、水溶性の有害物質の第１処理水への吸収量を増大させ、高濃度、たとえば１０，０００〜３０，０００ｐｐｍの有害物質を含むガスの処理を行うことができる。またガスが複数の開口を経て第１処理水に供給されるので、第１処理水で生じる気泡の大きさを小さくでき、ガスと第１処理水との接触面積を増大させることができる。

また本実施形態によれば、第１処理水を噴霧する処理水供給手段１９が、回収部５の軸線Ｌ１と垂直な仮想一平面上に設けられているので、排出部９に向かって上昇してくるガスに第１処理水を均一に気液接触させることができる。したがって、水溶性の有害物質を効率よく回収することができ、安全なガスを排出することができる。

また本実施形態によれば、複数の細かい孔が形成されたような多面積接触型多孔材を、複数積層し、気液接触材層２１を形成しているので、第１処理水がガスに気液接触する時間を多くすることができる。したがって、水溶性の有害物質を効率よく回収することができ、安全なガスを排出することができる。

また本実施形態によれば、ミストセパレーター１８を回収部５内の上部の全面にわたって設けるので、ガスに同伴するミストを回収部５内に留めることができる。したがって、有害物質の回収効率を一定に保つことができる。また、前記ミストには、水溶性の有害物質が溶存しているので、ミストを回収部５内に留めることにより、安全なガスを排出することができる。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係るガス処理装置１Ａの全体図を示す。第２実施形態に係るガス処理装置１Ａは、第１実施形態に係るガス処理装置１に類似しており、以下、第１実施形態に対する第２実施形態の相違点を中心に説明する。

第２実施形態において、ガス処理装置１Ａは、第１実施形態のガス処理装置１の構成に加えて、凝集剤添加部８０と、第２の処理部６Ａと、第２の分離部７Ａとをさらに含む。第２の処理部６Ａおよび第２の分離部７Ａの構成は、第１実施形態の処理部６および分離部７の構成に類似し、対応する構成の参照符号に添え字Ａを付して、その詳細な説明を省略する。第２の処理部６Ａおよび第２の分離部７Ａは第２の処理系統を構成する。処理水供給管５０Ａは、処理水供給管５０に介在される開閉弁４９の、第１処理水の流下方向上流側で、処理水供給管５０から分岐し、第２の処理部６Ａに接続される。処理水供給管５０Ａには、第１処理水の流下方向下流側に向かって、開閉弁４９Ａおよびポンプユニット４７Ａがこの順で介在される。凝集剤添加部８０は、回収部５と第２の処理部６Ａとの間に介在され、特にポンプユニット４７Ａよりも第１処理水の流下方向下流側に配置され、回収部５から処理部６Ａに供給されている第１処理水に、無機系凝集剤を添加する。本実施形態においては、無機系凝集剤は、天然材料、たとえば火山灰由来の無機系凝集剤である。無機系凝集剤は正の電荷を帯びていることが好ましい。

第２の処理部６Ａの圧力反応器２３Ａは、排出管５５Ａおよび開閉弁５６Ａを介して第２の分離部７Ａと機械的に接続される。第２の分離部７Ａの浮上分離槽７０Ａから第１処理水を排出する排出管５７Ａが、開閉弁５８Ａを介して、排出管５５の開閉弁５６の第１処理水の流下方向下流側に接続される。

第１処理水の処理としては、開閉弁４９，５６を閉じ、開閉弁４９Ａ，５６Ａ，５８Ａを開き、処理水供給管５０Ａ、ポンプユニット４７Ａ、凝集剤供給部８０、第２の処理部６Ａ、第２の分離部７Ａおよび排出管５７Ａから成る第２の処理系統を規定する。次いで、ポンプユニット４７Ａを駆動して、回収部５の第１処理水が処理水供給管５０Ａに導かれる。処理水供給管５０Ａを流下する第１処理水に、凝集剤供給部８０から無機系凝集剤が添加される。オゾン発生装置５１Ａからのオゾンの供給がなされない状態で、無機系凝集剤が添加された第１処理水が第２の処理部６Ａの気泡発生装置２２Ａに供給される。気泡発生装置２２Ａから圧力反応器２３Ａに排出された第２処理水は、排出管５５Ａを介して、第２の分離部７Ａの浮上分離槽７０Ａに供給される。

回収部５から第２の処理部６Ａに供給されている第１処理水に、無機系凝集剤を添加することによって、第２の処理部６Ａの気泡発生装置２２Ａにおいて該凝集剤が第２処理水中で強く撹拌され、第２の分離部７Ａの浮上分離槽７０Ａにおいて、強く撹拌された第２処理水において、正に帯電した凝集剤が負に帯電した固形成分を引き寄せて素早く凝集させる。無機系凝集剤によって凝集させた第２処理水中の固形成分は浮上分離槽７０Ａで浮上し、固形成分が第２処理水から分離される。このようにして、第１処理水が得られる。浮上分離槽７０Ａで得られた第１処理水は排出管５７Ａを介して、分離部７の浮上分離槽７０に供給され、さらに供給部８を経て回収部５に戻される。

回収部５に戻された第１処理水は、再び第２の処理系統に導入される。このとき、第２の処理部６Ａでは、オゾン発生装置５１Ａから気泡発生装置２２Ａにオゾンが供給される。第１処理水が固形成分を含んでいる場合、第１処理水に無機系凝集剤を添加すると効果的である。固形成分を含んだまま第２処理水を分離部で処理した場合、固形成分が微細気泡の作用を阻害し、ひいてはオゾンを分解してしまい、第２処理水中の水溶性の有害物質の分解除去が十分に進まないおそれがある。しかしながら、本実施形態では、固形成分のない第１処理水にオゾンの微細気泡が導入されるので、固形成分が第２処理水中の微細気泡に悪影響を与えることなく、第２の分離部７Ａにおける第２処理水の処理を効率よく行うことができる。この処理が複数回繰返されてもよい。

なお、変形例として、分離部において第２処理水に無機系凝集剤を添加した後、分離処理を行ってもよい。このようにすることによっても、オゾンが固形成分によって分解されることがなく、第２処理水のオゾン処理を効率よく行って、清浄な第１処理水を得ることができる。

（第３実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態に係るガス処理装置における回収部１０５の一部の縦断面図である。第３実施形態に係るガス処理装置は、第１実施形態に係るガス処理装置１に類似しており、以下、第１実施形態に対する第３実施形態の相違点を中心に説明する。

第３実施形態において、回収部１０５は、プラズマ反応部４のガスの流下方向下流側に設けられる。回収部１０５は、ガスに同伴する処理水の微粒子（以下、ミストと称する。）をガスから分離するミストセパレーター１１８と、処理水を供給する処理水供給手段１１９と、螺旋状の気液接触材１２０とを含んで構成される。

ミストセパレーター１１８は、ワイヤーメッシュデミスターやワイヤーメッシュブランケット等によって実現される。ミストセパレーター１１８は、回収部１０５内を湿潤に保つために回収部１０５内の上部に設けられる。

処理水供給手段１１９は、回収部１０５内であって、ミストセパレーター１１８よりも下方に設けられる。本実施形態において、処理水供給手段１１９は、シャワー状の水を噴霧するノズルによって実現される。本実施形態において。処理水供給手段１１９は、回収部１０５の軸線Ｌ１１を中心としてドーナツ状に形成される。

気液接触材１２０は、回収部１０５内であって、処理水供給手段１１９の下方に設けられる。本実施形態において気液接触材１２０は、前記回収部１０５の軸線Ｌ１１を中心として螺旋状に形成される。本実施形態において、気液接触材１２０はステンレス製の多面積接触型多孔材によって実現される。

第３実施形態によれば、気液接触材１２０が螺旋状に形成されるので、処理水供給手段１１９により供給された処理水がガスと接触する時間をより長くすることができる。したがって、水溶性の有害物質の多くを回収できるので、安全なガスを排出することができる。

（変形例）
以下に、気泡発生装置の変形例を示す。図９は、気泡発生装置２２Ａの縦断面図である。気泡発生装置２２Ａは、第１実施形態の気泡発生装置２２に類似し、以下、気泡発生装置２２に対する気泡発生装置２２Ａの相違点を中心に説明する。

気泡発生装置２２Ａは、２つの気泡発生装置２２をそれぞれの第１蓋体２９で結合した構成を有する。すなわち、気泡発生装置２２Ａは、２つの第１筐体２７，２７Ａと、２つの第２筐体２８，２８Ａと、第１蓋体結合体９０と、２つの第２蓋体３０，３０Ａとを含んで構成される。第１蓋体結合体９０は、２つの第１蓋体２９が結合した構成を有する。したがって、気泡発生装置２２Ａは、第１蓋体結合体９０の軸線Ｌ２方向長さを二等分する仮想平面Ｐ１に関して対称な構造を有する。

さらに詳しくは、第１蓋体結合体９０は、軸線Ｌ２に沿って延びる円筒状部４０と、円筒状部４０の軸線方向一端部および他端部にそれぞれ連なる２つの円錐状部４０ａとを含む。第１蓋体結合体９０には、それぞれの円錐状部４０ａに気体供給流路部４１と、逆止弁３３が設けられる。第１蓋体結合体９０において、ガス溜まり３２は円筒状部４０と２つの円錐状部４０ａとによって規定される。円筒状部４０には、気体供給管５２の他端部が接続され、オゾン発生装置５１から圧縮されたオゾンが供給される気体供給ポート９１が形成される。第１蓋体結合体９０の一方側には、第１筐体２７、第２筐体２８および第２蓋体３０が設けられ、第１蓋体結合体９０の他方側には、第１筐体２７Ａ、第２筐体２８Ｂおよび第２蓋体３０Ａが設けられる。第１筐体２７Ａ、第２筐体２８Ａおよび第２蓋体３０Ａの構成は、第１筐体２７、第２筐体２８および第２蓋体３０の構成と同様であり、説明を省略する。

このように構成することによって、１つの気体供給ポート９１からオゾンを供給して、気泡発生装置２２Ａの両端から微細気泡を発生することができ、気体供給管５２の数を減らしつつ気泡発生装置２２と比べて２倍の量の第２処理水を得ることができる。

第２実施形態において、無機系凝集剤は、回収部５から処理部６に供給される第１処理水に直接添加されているが、気体供給管５２を経て無機系凝集剤を供給してもよい。この場合、第１蓋体２９および第１蓋体結合体９０の内部壁材質は、セミックスや合成樹脂など非磁性体から成るのが好ましい。このようにすることで、ガス溜まり３２内で無機系凝集剤自体が凝集したり、内壁に付着したりすることなく、無機系凝集剤が浮遊した状態の気体（オゾン）を気体供給流路部４１から噴出することができる。

１ ガス処理装置
３ 除塵部
４ プラズマ反応部
５ 回収部
６ 処理部
７ 分離部
８ 供給部
９ 排出部
１０ ファン
１２ 非平衡プラズマ発生部
１３ ガス排出口
１４ オイルクーラ
１５ 放電電極
１７ パルス電源装置
１８ ミストセパレーター
１９ 処理水供給手段
２０ 気液接触材
２１ 気液接触材層
２２ 気泡発生装置
２３ 圧力反応器
４７ ポンプユニット
４９ 開閉弁
５１ オゾン発生装置
５４ 反応室

Claims (3)

1. 放電によって非平衡プラズマを発生させて、有害物質を含むガスを処理するプラズマ反応部と、
   前記プラズマ反応部を経て処理されたガスを第１処理水と気液接触させて、前記処理されたガス中の水溶性の有害物質を第１処理水中に回収する回収部と、
   前記水溶性の有害物質が回収された第１処理水に加圧下で所定の気体を供給して、微細気泡を含有させて第２処理水を得る処理部と、
   前記微細気泡を含有する第２処理水を貯留し、前記第２処理水を大気圧下に曝して、第２処理水中の微細気泡の消滅に伴って前記水溶性の有害物質を分解処理し、懸濁物を含有する第２処理水を、第１処理水と懸濁物とに分離する分離部と、
   前記分離部で分離された第１処理水を前記回収部に供給する供給部とを含むことを特徴とするガス処理装置。
2. 前記回収部は、第１処理水を貯留し、
   前記プラズマ反応部で処理されたガスが、複数の開口を通って、前記回収部に貯留される第１処理水中に直接供給されることを特徴とする請求項１記載のガス処理装置。
3. 前記第１処理水には、固形成分が含まれ、
   前記固形成分を含む第１処理水に無機系凝集剤が添加されることを特徴とする請求項１または２記載のガス処理装置。

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