JP3334108B2

JP3334108B2 - ダイオキシン光分解装置およびダイオキシン光分解方法

Info

Publication number: JP3334108B2
Application number: JP19974199A
Authority: JP
Inventors: 勤三李
Original assignee: 勤三李
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2002-10-15
Anticipated expiration: 2019-07-14
Also published as: JP2001025639A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばゴミ焼却炉
から延びる煙道の途中、特に煙突の直前において排煙中
に残留するダイオキシンを光分解するための技術に関す
るものである。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】近年、ダイオキシン問
題が深刻化しており、燃焼温度を上げるなど、ゴミ焼却
の際にダイオキシンを極力発生させないようにする対策
が講じられている。ところで、ダイオキシンは焼却炉内
での燃焼時にのみ発生するわけではない。よく知られて
いるように、焼却炉から煙突に至る煙道内でもダイオキ
シンは発生する。更に詳しく言うと、煙道内を流動する
焼却炉からの排煙が、約３２０℃前後の温度状態を通過
する際にダイオキシンが生成される。

【０００３】このため現在では、煙道内におけるダイオ
キシンの生成抑止、および生成されたダイオキシンの除
去にも力が注がれている。具体的には、特殊な触媒を使
用する方法や排煙を急冷する方法、更には活性炭などの
吸着材を使用する方法が採用されている。そして、これ
によって、従来に比べダイオキシンの排出量は格段に低
減された。

【０００４】しかし、いかに完全にダイオキシンの生成
抑止・除去処理を行ったとしても、既存の技術では、微
量ではあるものの排煙中にダイオキシンが残留する。ダ
イオキシンの生成抑止・除去処理後、排煙は煙突から排
出されるわけであるが、残留量がどれほど僅かであって
も、ダイオキシンを含む排煙を大気中に放出するのは好
ましくない。

【０００５】したがって、本発明が解決しようとする課
題は、大気中に放出される前の排煙に残留するダイオキ
シンを効率よく分解できる技術を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
鋭意研究を推し進めた結果、本発明者は、排煙中の残留
ダイオキシンを光の作用によって分解することを思いつ
いた。すなわち、過去にマイクロ波などの電磁波を用い
る案が出されていたが、この手法を採用した場合には、
消費電力量が膨大なものとなってしまう。つまり、効率
が悪く現実的ではない。そこで本発明者は、経済的に、
効率よく残留ダイオキシンを分解できる技術として、光
を用いた分解処理法に着目した。

【０００７】さて、本発明者は、残留ダイオキシンを含
有する排煙に照射する光として、出力密度の大きなレー
ザービームの採用が妥当であると考えた。そして、更な
る研究の結果、レーザービームの波長が３０〜１７２ｎ
ｍであるとき、特に良好に残留ダイオキシンが分解され
ることを見出した。これは、３０〜１７２ｎｍの波長を
有するレーザービームが、ダイオキシン分子における酸
素と炭素との結合を確実に切断するからであると考えら
れる。ちなみに、この反応は次の反応式にて表される。

【０００８】Ｃ₁₂Ｈ_nＣｌ_8-nＯ₂→Ｃ_mＨ_nＣｌ_8-n
Ｏ_k＋Ｏ₃＋Ｏ（¹Ｄ）しかし、実用化に向けた研究を進めるうち、上記レーザ
ービームによる処理のみでは不十分であることが判って
きた。すなわち、ダイオキシンの分解生成物である、Ｃ
_mＨ_nＣｌ_8-nＯ_kについては、大気中に放出された際
の環境や生体への影響を考慮すると、より無害なもの
（より簡単な分子）に変化させておくのが望ましいこと
が判明した。

【０００９】ところで、上記反応式から判るように、ダ
イオキシンを光分解すると、非常に反応性に富んだ励起
酸素原子〔Ｏ（¹Ｄ）〕が生じる。そして、このＯ（¹
Ｄ）は、即座に周囲に存在する他の物質と化合する。事
実、このＯ（¹Ｄ）の作用によって、レーザービーム照
射時、かなりの量のＣ_mＨ_nＣｌ_8-nＯ_kが酸化（光酸
化）されている。すなわち、Ｃ_mＨ_nＣｌ_8-nＯ_kは、
一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、水（Ｈ₂
Ｏ）、そして塩化水素（ＨＣｌ）といった、より簡単な
分子に分解されている。しかし、ダイオキシンの光分解
によって生じるＯ（¹Ｄ）の量は、全てのＣ_mＨ_nＣｌ
_8-nＯ_kを分解するのには、絶対的に不足する。そこ
で、本発明者は、Ｃ_mＨ_nＣｌ_8-nＯ_kの生成時に、十
分な量のＯ（¹Ｄ）を供給してやれば、Ｃ_mＨ_nＣｌ
_8-nＯ_kを完全に分解できるであろうとの結論に到達し
た。

【００１０】こうした技術思想に基づき更に研究を進め
る過程で、本発明者は、Ｏ（¹Ｄ）と共に生じるオゾン
（Ｏ₃）を有効活用できないかと考えた。しかし、Ｏ₃
自体には、Ｃ_mＨ_nＣｌ_8-nＯ_kを分解できるほどの反
応性はない。よって、何らかの手段で、Ｏ₃をＯ
（¹Ｄ）に変化させる必要がある。本発明者は、これを
実現する手法を検討した結果、波長が１８０〜２７０ｎ
ｍの紫外線を照射する方法が最も効率的であることを見
出した。特に、Ｃ_mＨ_nＣｌ_8-nＯ_kを含むガスが、光
透過性材料からなる導煙管の内部を流動している間に、
その周囲から上記波長の紫外線を照射するのが最も好ま
しいことを解明した。

【００１１】本発明は、こうした知見に基づいてなされ
たものであり、上記の課題は、焼却炉から延びる煙道の
途中に、前記焼却炉からの排煙に含まれるダイオキシン
を光分解するために設けられる装置であって、内部を前
記焼却炉からの排煙が流動するよう配置された、光透過
性材料からなる導煙管と、この導煙管の一端側に設けら
れ、かつ、前記導煙管の内部を流動する排煙に対して、
波長が３０〜１７２ｎｍのレーザービームを照射するレ
ーザービーム照射手段と、前記導煙管の周囲に設けら
れ、前記導煙管の内部を流動する排煙に対して、波長が
１８０〜２７０ｎｍの紫外線を照射する紫外線照射手段
とを具備してなることを特徴とするダイオキシン光分解
装置によって解決される。

【００１２】なお、本発明のダイオキシン光分解装置に
おいては、導煙管が石英系の光透過性材料（例えば合成
石英）から構成されてなることが好ましい。これは、導
煙管の周壁面を透過する紫外線のエネルギーロスを最小
限に抑えるためである。また、ダイオキシンの分解効率
を更に向上させるため、紫外線照射手段は、導煙管の周
囲に等間隔で複数設けられてなることが好ましい。特
に、紫外線照射手段は、導煙管とほぼ等しい長さを有す
る長尺なものであることが望ましい。

【００１３】そして本発明のダイオキシン光分解装置
は、オゾン供給手段を更に具備し、導煙管におけるレー
ザービーム照射手段が設けられた側の端部から、このオ
ゾン供給手段によって、導煙管内にオゾンが供給される
よう構成されてなることが好ましい。こうした構造とす
ることによって、万が一にもオゾンの欠乏といった不具
合が起きなくなり、ダイオキシンの光分解処理が更に確
実になされる。ちなみに上記導煙管内におけるオゾンの
濃度は、１ｐｐｍ程度が好適である。したがってオゾン
供給手段は、導煙管内におけるオゾンの濃度を１ｐｐｍ
程度に調整する役割を果たすものであるとも言える。

【００１４】また、上記の課題は、焼却炉からの排煙に
含まれるダイオキシンを光分解するための方法であっ
て、排煙を、光透過性材料から構成された導煙管の内部
を流動させ、前記導煙管の一端側から、その内部を流動
する排煙に対して、波長が３０〜１７２ｎｍのレーザー
ビームを照射すると共に、前記導煙管の周囲から、その
内部を流動する排煙に対して、波長が１８０〜２７０ｎ
ｍの紫外線を照射することを特徴とするダイオキシン光
分解方法によって解決される。

【００１５】なお、本発明のダイオキシン光分解方法に
おいても、先のダイオキシン光分解装置の場合と同じ理
由から、レーザービームの照射および紫外線の照射の
際、導煙管におけるレーザービームを照射する側の端部
から、この導煙管内にオゾンを供給することが好まし
い。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下で本発明の一実施形態として
説明するダイオキシン光分解装置は、焼却炉から延びる
煙道の途中に、この焼却炉からの排煙に含まれるダイオ
キシンを光分解するために設けられるものである。この
ダイオキシン光分解装置は、基本構成要素として、内部
を焼却炉からの排煙が流動するよう配置された、光透過
性材料からなる導煙管と、この導煙管の一端側に設けら
れ、かつ、導煙管の内部を流動する排煙に対して、波長
が３０〜１７２ｎｍ、特に５０〜１６０ｎｍのレーザー
ビームを照射するレーザービーム照射手段と、導煙管の
周囲に設けられ、この導煙管の内部を流動する排煙に対
して、波長が１８０〜２７０ｎｍ、特に２４０〜２６０
ｎｍの紫外線を照射する紫外線照射手段とを具備する。

【００１７】なお本実施形態では、導煙管を合成石英か
ら構成している。また紫外線照射手段は、導煙管とほぼ
等しい長さを有する長尺なもので、導煙管の周囲に等間
隔で複数設けられている。更に、本ダイオキシン光分解
装置はオゾン供給手段を具備し、導煙管におけるレーザ
ービーム照射手段が設けられた側の端部から、このオゾ
ン供給手段によって、導煙管内にオゾンが供給されるよ
う構成されている。

【００１８】また同じく以下で本発明の一実施形態とし
て説明するダイオキシン光分解方法も、焼却炉からの排
煙に含まれるダイオキシンを光分解するためのものであ
る。そして、このダイオキシン光分解方法は、焼却炉か
らの排煙を光透過性材料から構成された導煙管の内部を
流動させ、導煙管の一端側から、その内部を流動する排
煙に対して、波長が３０〜１７２ｎｍ、特に５０〜１６
０ｎｍのレーザービームを照射すると共に、導煙管の周
囲から、その内部を流動する排煙に対して、波長が１８
０〜２７０ｎｍ、特に２４０〜２６０ｎｍの紫外線を照
射することを特徴とする。なお、本ダイオキシン光分解
方法でも、レーザービームの照射および紫外線の照射の
際、導煙管におけるレーザービームを照射する側の端部
から、導煙管内にオゾンを供給する。

【００１９】次に、図１〜図３を用いて、本発明の実施
形態を更に詳しく説明する。なお、図１は本実施形態に
係るダイオキシン光分解装置が設置されたゴミ焼却シス
テムの全体概略図、図２は同ダイオキシン光分解装置の
断面図、図３は図２におけるＸ−Ｘ線でのダイオキシン
光分解装置の横断面図である。本実施形態に係るダイオ
キシン光分解装置（以下、本ダイオキシン光分解装置と
言う）Ａは、図１に示すごとく、煙突Ｍの直前（実際に
は煙突Ｍとの間にゼオライトあるいは活性炭などを用い
た吸着装置が介在させられる）に設けられるものであ
る。更に詳しく言うと、本ダイオキシン光分解装置Ａ
は、焼却炉Ｒから延びる煙道Ｌの途中、特に有害物除去
装置Ｂから続いて、それと煙突Ｍとの間に設置される。
なお有害物除去装置Ｂは、排煙（図１中、破線で示す）
からダイオキシンを含むさまざまな有害物を除去するた
めのものである。したがって、この有害物除去装置Ｂを
経た排煙に含まれるダイオキシンは極めて僅かである。
しかしダイオキシンは微量でも生体にとって非常に有害
であるため、本ダイオキシン光分解装置Ａによる最終処
理が必要となるのである。但し、有害物除去装置Ｂにつ
いては、公知のものを利用できるから、ここでは特に説
明しない。

【００２０】さて、本ダイオキシン光分解装置Ａは、図
２から判るように、基本構成要素として、導煙管１、レ
ーザービーム照射手段２、複数の紫外線照射手段３、そ
してオゾン供給手段４を具備する。このうち導煙管１
は、その内部を焼却炉Ｒからの排煙が流動するよう配置
されている。すなわち、その一端側には有害物除去装置
ＢにつながるＬ字管５が接続されており、また、他端側
には煙突Ｍにつながる直管６が接続されている。そし
て、有害物除去装置Ｂからの排煙は、Ｌ字管５から導煙
管１の内部に入り、その他端から直管６内に排出される
ようになっている。つまり、導煙管１は煙道の一部を兼
ねている。なお、導煙管１は光透過性材料である合成石
英から構成されている。また、導煙管１において、上記
レーザービーム照射手段２が設置された側の端部開口
は、同じく光透過性材料であるフッ化リチウムからなる
蓋（窓）７によって閉塞されている。参考までに言う
と、導煙管１の実効長さ、すなわち蓋７から後述のレー
ザービーム拡散板までの距離は、１〜１．５ｍ程度であ
る。

【００２１】レーザービーム照射手段２は、蓋７を介し
て、上述したごとく導煙管１の一端側に設置されてい
る。特に、レーザービーム照射部２ａが、導煙管１の内
部空間に面するよう設けられている。さて、このレーザ
ービーム照射手段２は、導煙管１の内部を流動する排煙
に対して、波長が１５７ｎｍのレーザービーム（図２
中、Ｑで示す）を照射できるよう構成されている。ちな
みに、導煙管１の他端側開口内には、球状の凸面を有す
るレーザービーム拡散板８が配置されている。したがっ
てレーザービームＱは、最終的に、このレーザービーム
拡散板８に当たって拡散されることになる。このため、
レーザービームＱが導煙管１の外に漏れ出ることはな
い。

【００２２】次に、紫外線照射手段３についてである
が、この紫外線照射手段３は、図３から判るように、導
煙管１の周囲に等間隔で複数設けられている（但し、電
力供給装置や制御装置は図示せず）。そして、筒状のケ
ース９が、紫外線照射手段３を覆うよう、導煙管１の周
囲に設けられている。ちなみに、このケース９はステン
レスもしくはチタン合金（例えばＴｉ−２２Ｖ−４Ａ
ｌ）から構成されたものである。更に言えば、上記紫外
線照射手段３は、導煙管１の実効長さと、ほぼ等しい長
さを有する長尺なものである。そして、このように導煙
管１の周囲に設けられた紫外線照射手段３は、導煙管１
の内部を流動する排煙に対して、波長が２５４ｎｍの紫
外線を照射できるよう構成されている。ちなみに、ここ
では上記紫外線照射手段３として、水銀ランプを使用し
ている。

【００２３】オゾン供給手段４はオゾン供給ノズル４ａ
を備える。これによってオゾン供給手段４は、導煙管１
におけるレーザービーム照射手段２が設けられた側の端
部から、導煙管１内にオゾンを供給できるようになって
いる。但し、オゾンの供給量は、導煙管１内のオゾン濃
度が１ｐｐｍ程度となるよう調節される。上記ダイオキ
シン光分解装置を用いたダイオキシンの光分解処理（ダ
イオキシン光分解方法）は、次のようにして行われる。

【００２４】まず、焼却炉Ｒからの排煙を上記導煙管１
に導き、その内部を流動させる。導煙管１内が排煙で満
たされたならば、レーザービーム照射手段２から、排煙
に対して、波長が１５７ｎｍのレーザービームを照射す
る。これによって、ダイオキシンの分子は、Ｃ_mＨ_nＣ
ｌ_8-nＯ_kやＯ₃、Ｏ（¹Ｄ）に分解される。一方、レ
ーザービームの照射と共に、導煙管１の周囲から、その
内部を流動する排煙に対して、波長が２５４ｎｍの紫外
線を照射する。これによって、Ｏ₃が更に分解されて、
Ｏ（¹Ｄ）が生じるが、これはレーザービームの照射に
伴って生じたＯ（¹Ｄ）と共に、Ｃ_mＨ_nＣｌ_8-nＯ_k
を即時、酸化分解する。特に、Ｏ（¹Ｄ）の絶対量は十
分なものであるから、Ｃ_mＨ_nＣｌ_8-nＯ_kは完全に分
解される。この結果、大気中に放出される前に、排煙中
の残留ダイオキシン他の有害物を完全に取り除くことが
可能となる。

【００２５】なお、レーザービームおよび紫外線の照射
前あるいは照射中に、適宜、オゾン供給手段４を作動さ
せてもよい。すなわち、導煙管１内のオゾン濃度が１ｐ
ｐｍとなるよう人為的にオゾン濃度を調節してもよい。
これによって一層完全にＣ_mＨ_nＣｌ_8-nＯ_kの分解処
理がなされる。また、本発明のダイオキシン光分解装置
が、単独で、単位時間当たりに処理できる排煙の量は、
それほど多くない（導煙管１の内径をあまり大きくでき
ないため）。したがって、実際には、複数のダイオキシ
ン光分解装置が並列に接続された状態で使用されること
になる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、大気中に放出される前
の排煙に残留するダイオキシンを効率よく分解できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るダイオキシン光分解装
置が設置されたゴミ焼却システムの全体概略図

【図２】本発明の実施形態に係るダイオキシン光分解装
置の断面図

【図３】図２におけるＸ−Ｘ線での、本発明の実施形態
に係るダイオキシン光分解装置の横断面図

【符号の説明】

Ａダイオキシン光分解装置Ｂ有害物除去装置Ｍ煙突Ｒ焼却炉Ｌ煙道Ｑレーザービーム１導煙管２レーザービーム照射手段３紫外線照射手段４オゾン供給手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】焼却炉から延びる煙道の途中に、前記焼
却炉からの排煙に含まれるダイオキシンを光分解するた
めに設けられる装置であって、内部を前記焼却炉からの排煙が流動するよう配置され
た、光透過性材料からなる導煙管と、この導煙管の一端側に設けられ、かつ、前記導煙管の内
部を流動する排煙に対して、波長が３０〜１７２ｎｍの
レーザービームを照射するレーザービーム照射手段と、前記導煙管の周囲に設けられ、前記導煙管の内部を流動
する排煙に対して、波長が１８０〜２７０ｎｍの紫外線
を照射する紫外線照射手段とを具備してなることを特徴
とするダイオキシン光分解装置。
【請求項２】導煙管が石英系の光透過性材料から構成
されてなることを特徴とする請求項１に記載のダイオキ
シン光分解装置。
【請求項３】紫外線照射手段は、導煙管の周囲に等間
隔で複数設けられてなることを特徴とする請求項１又は
請求項２に記載のダイオキシン光分解装置。
【請求項４】オゾン供給手段を更に具備し、導煙管に
おけるレーザービーム照射手段が設けられた側の端部か
ら、前記オゾン供給手段によって、前記導煙管内にオゾ
ンが供給されるよう構成されてなることを特徴とする請
求項１〜請求項３のいずれかに記載のダイオキシン光分
解装置。
【請求項５】焼却炉からの排煙に含まれるダイオキシ
ンを光分解するための方法であって、排煙を、光透過性材料から構成された導煙管の内部を流
動させ、前記導煙管の一端側から、その内部を流動する排煙に対
して、波長が３０〜１７２ｎｍのレーザービームを照射
すると共に、前記導煙管の周囲から、その内部を流動する排煙に対し
て、波長が１８０〜２７０ｎｍの紫外線を照射すること
を特徴とするダイオキシン光分解方法。
【請求項６】レーザービームの照射および紫外線の照
射の際、導煙管におけるレーザービームを照射する側の
端部から、前記導煙管内にオゾンを供給することを特徴
とする請求項５に記載のダイオキシン光分解方法。