JP3699055B2 - Equipment for decomposing gaseous organic compounds - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス状有機化合物の分解装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
トリクロロエチレン、テトラクロロエチレンなどの有機化合物はその優れた溶解力により、半導体関連分野、金属油分洗浄分野、ドライクリーニング分野などで洗浄剤、溶剤として長年にわたり使用されてきた。
しかし、近年、これら塩素系有機化合物の中に発ガン性物質が存在することが分かり、その有害性が社会的に問題視され、排出規制されるに至っている。従って、これら塩素系有機化合物を過去に多量に使用・排出してきた事業所においては、敷地内及び周辺の土壌汚染・地下汚染が深刻な問題になっている。
また、汚染ガスがある種の有機化合物を含有すると、悪臭を発して環境が悪化することもある。
【0003】
通常、土壌を浄化するには、土壌ガスを吸引し、これに含有される有機化合物を活性炭で吸着除去して回収していた。このため、高濃度且つ広範囲に汚染された場所では、大がかりな活性炭による吸着装置が必要になり、設備コスト負担とランニングコストが問題になっている。
また、土壌ガスに含有される有機化合物を活性炭のみにより吸着・除去しようとすると、活性炭を頻繁に交換する必要があり、活性炭の交換作業、再生処理、廃棄などに係わる手間と費用が莫大になって、土壌浄化を行う上での企業負担が非常に大きくなっている。
【0004】
ところで、紫外線を照射して有機化合物を分解する技術が従来公知であり、例えば、半導体ウェハの表面洗浄では、エキシマランプなどにより高エネルギーの紫外線(波長172nm)を照射して表面の有機化合物を分解している。このような高エネルギーの紫外線を照射すると、有機化合物はきわめて短時間で分解される。ところが、エキシマランプはけた外れに高価であって、設備コストが莫大となり、電力消費量もきわめて多いので、土壌ガスの浄化に利用するのは実用的でない。
【0005】
また、廉価な低圧水銀ランプ、中圧水銀ランプ、高圧水銀ランプから紫外線を照射して有機化合物を分解しようとすると、中間生成物として塩化水素、ハロ酢酸など反応性の不安定な物質が発生し、これを安定した物質まで分解するのに非常に時間がかかる。
そこで、有機塩素化合物を含有するガスに、波長300nm以下の紫外線を含む紫外線を照射して塩素原子を有する反応中間体まで分解し、さらに微生物処理を施して反応中間体を分解する有機塩素化合物の分解方法が特開平8−24335号公報に開示されている。
しかし、微生物処理は環境に優しいという点では優れているが、管理が難しく、分解速度が非常に遅いので処理に時間がかかり、特に、高濃度汚染には対応できないという問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、有機化合物を含む汚染ガスを効率よく短時間で分解することができ、紫外線分解によって発生する中間生成物の処理が容易であり、設備コスト及びランニングコストが低廉で済むガス状有機化合物の分解装置を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のガス状有機化合物の分解装置は、有機化合物を含有する汚染ガスに、波長300nm未満の紫外線を照射すると共に、酸性電解水供給パイプ及びアルカリ電解水供給パイプがそれぞれバルブを介して接続され、強アルカリ電解水及び強酸性電解水を選択的に噴霧して前記有機化合物を分解する紫外線分解ユニットと、前記酸性電解水供給パイプ及び前記アルカリ電解水供給パイプのそれぞれにバルブを介して接続され、前記有機化合物が分解されて生成された中間生成物に、強アルカリ電解水及び強酸性電解水を選択的に噴霧して、前記中間生成物を中和し分解する中間生成物処理装置とを備える。
汚染ガスに含まれる有機化合物は紫外線照射によりその化学結合が分解され、強酸性電解水及び強アルカリ電解水により、分解反応が促進される。また、有機化合物が分解した結果生成する複数の中間生成物は、紫外線照射により不安定なラジカル状態で混在すると考えられる。これらの不安定なガス状中間生成物は、強酸性電解水や強アルカリ電解水の噴霧による接触によって、ガス洗浄されると共に中和され、或いは分解され、より安定で無害な物質に変化させることができる。また、汚染ガスに噴霧する強アルカリ電解水や強酸性電解水は人体に無害であり、排水が環境を汚染する心配は全くない。
【0008】
中間生成物処理装置を紫外線分解ユニットの中間部に接続して、該紫外線分解ユニット内の汚染ガスに強アルカリ電解水及び強酸性電解水を選択的に噴霧しても、中間生成物処理装置を紫外線分解ユニットの下流に接続して、該紫外線分解ユニットを通過した汚染ガスに強アルカリ電解水及び強酸性電解水を選択的に噴霧しても良い。
中間生成物処理装置を紫外線分解ユニットの下流に接続した場合には、紫外線分解ユニット内の汚染ガスに、強アルカリ電解水及び/又は強酸性電解水を噴霧することもある。
この構成によって、紫外線による有機化合物の分解が促進され、処理時間が短縮される。紫外線分解ユニットに噴霧される強アルカリ電解水及び強酸性電解水は、中間生成物処理装置において噴霧される強アルカリ電解水及び強酸性電解水と同時に生成されるので、コスト増大は抑えられる。
【0009】
紫外線分解ユニットは、内部に紫外線照射ランプを設置した分解セルより成り、該分解セルの周壁にガス入口が、分解セルの直径に沿って汚染ガスを吹き込むように形成されることもある。これにより、汚染ガスが分解セルの内面に沿って移動しにくくなり、汚染ガスの分解セル中における滞留時間が長くなると共に、紫外線の照射強度が強まって、分解効率が向上する。
紫外線照射ランプとしては、低圧水銀ランプ、中圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、アマルガムランプ、ハロゲンランプ、エキシマランプなどを使用できる。
【0010】
この場合、汚染ガスに均一に紫外線が照射されるように、複数の前記紫外線照射ランプを、分解セルの上面に等間隔で吊り下げると良い。紫外線強度は照射距離に反比例するので、紫外線照射ランプ間の距離は100mm以下、好ましくは20mm以下とする。
また、比較的短波長の紫外線が減衰するのを防ぐために、紫外線照射ランプは、保護管が波長172nm以上の紫外線を80%以上透過する合成石英ガラスを素材としたものであることが望ましい。
紫外線ランプはできるだけ細いものを使用するのが好ましく、保護筒の直径が6mm〜20mm程度の細管を使用する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
ガス状有機化合物の分解装置は、汚染土壌から有機化合物を含む汚染ガスを吸引するガス吸引装置に連結され、図1に示すように、汚染ガスが導入される紫外線分解ユニット1と、紫外線分解ユニット1の下流に接続されたスクラバ2より成る中間生成物処理装置と、スクラバ2の下流に接続された活性炭吸着ユニット3と、電解水生成装置4とを備える。
【0012】
電解水生成装置4は、オキシライザーメディカCL(商品名、株式会社三浦電子製)を使用し、電解水生成装置4によって、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム等の水溶性電解質を含む水を電気分解すると、陽極側からは強酸性電解水が、陰極側からは強アルカリ電解水がそれぞれ取り出される。
このようにして得られた強酸性電解水及び強アルカリ電解水は、人体に無害なので、機能水として汚染ガスに接触させても環境を汚染する心配はない。
【0013】
紫外線分解ユニット1は、ステンレス製パイプの内部に、低圧水銀ランプ5(図2,図3)より成る紫外線照射ランプを複数設置した分解セル6を2筒直列に接続して構成される。
低圧水銀ランプ5は、保護管として波長172nm以上の紫外線を80%以上透過する合成石英ガラスを用いたものであり、消費電力13Wで、波長が254nmの紫外線及び185nmの紫外線を照射する。
また、低圧水銀ランプ5は、図2に示すように、分解セル6の上面から吊り下げられ、分解セル6の上面中央に1灯配置され、残りは上面周縁部に等間隔で配置されている。
【0014】
汚染ガスは、図3に示すように、一方の分解セル6の周壁上部において、直径の一端に形成されたガス入口7から導入され、他方の分解セル6の周壁上部において、直径の一端に形成されたガス出口8から取り出される。
そして、電解水生成装置4の陽極側と紫外線分解ユニット1の各分解セル6とは酸性電解水供給パイプ9で接続され、分解セル6と酸性電解水供給パイプ9との接続部分に設置されたバルブを開くと、分解セル6中に強酸性電解水が噴霧されるようになっている。
さらに、電解水生成装置4の陰極側と紫外線分解ユニット1の各分解セル6とはアルカリ電解水供給パイプ10で接続され、分解セル6とアルカリ電解水供給パイプ10との接続部分に設置されたバルブを開くと、分解セル6中に強アルカリ電解水が噴霧されるようになっている。
【0015】
スクラバ2の上下部には、ポンプ12を有する循環パイプ11の両端が接続され、紫外線分解ユニット1を通過してスクラバ2の下部に流入したガスは、ポンプ12で循環パイプ11内を押し上げられて、スクラバ2の上部に戻され、スクラバ2中を循環するようになっている。
また、スクラバ2にはpH測定装置25が設けられ、このpH測定装置25によってスクラバ2内に流入した汚染ガスのpHを測定できるようになっている。さらに、循環パイプ11は、それぞれバルブを介して酸性電解水供給パイプ9及びアルカリ電解水供給パイプ10と接続され、pH測定装置25で測定された汚染ガスのpHに応じてバルブを開放することにより、スクラバ2中を循環するガスに強酸性電解水及び強アルカリ電解水が選択的に噴霧され、ガス中に含まれる中間生成物を中和し分解するようになっている。
【0016】
また、スクラバ2から延びる排水路13には排水中和タンク14が設置されると共に、排水中和タンク14に酸性電解水供給パイプ9及びアルカリ電解水供給パイプ10がそれぞれバルブを介して接続され、排水中和タンク14に貯留された排水に強アルカリ電解水又は強酸性電解水を添加して中和した後、排出するようになっている。
活性炭吸着ユニット3には活性炭フィルタが内蔵され、スクラバ2を通過したガスに含有される微少な残留化合物はここで吸着除去される。
また、活性炭吸着ユニット3には、ポンプ15を有する排気パイプ16が接続され、活性炭フィルタを通過した清浄なガスが排気されるようになっている。
【0017】
このガス状有機化合物の分解装置は次のように使用される。
土壌から吸引された有機化合物を含む汚染ガスを、ガス入口7を通して紫外線分解ユニット1内へその直径に沿って導入し、電解水生成装置4で生成された強酸性電解水、強アルカリ電解水のいずれか、又は両方を電解セル6内へ噴霧して、汚染ガスと接触させると共に、低圧水銀ランプ5を点灯して汚染ガスに紫外線を照射する。
すると、汚染ガスに含有される有機化合物が紫外線照射によって分解され、強酸性電解水及び/又は強アルカリ電解水により、分解反応が促進される。
【0018】
紫外線分解ユニット1を通過してガス出口8から取り出された汚染ガス中には、有機化合物が分解された結果発生する中間生成物が含有されており、この中間生成物を含む汚染ガスがスクラバ2へ流入する。
スクラバ2へ流入した汚染ガスは、pH測定装置25によってpHが測定されると共に、循環パイプ11を通って一定時間スクラバ2内を循環する。そして、循環パイプ11を通過する際に、pH測定装置25で測定されたpHに応じて、汚染ガスに強酸性電解水又は強アルカリ電解水が噴霧されて、汚染ガスに含有される中間生成物が中和される。
【0019】
汚染ガスに含まれる有機化合物によっては、中間生成物を含む汚染ガスが中性を示すこともあるので、この場合は、強酸性電解水と強アルカリ電解水を同時に噴霧して、中間生成物を分解する。
また、紫外線分解ユニット1を通過した後に僅かに残っている有機化合物も、強酸性電解水や強アルカリ電解水を噴霧することによって、さらに分解が進む。分解されなかった中間生成物の一部、或いは、中和によって生成された副生成物の一部は噴霧された電解水に溶解されて、排水路13へ排出される。
【0020】
スクラバ2から排水路13へ排出される水は酸性又はアルカリ性を帯びていることが多いため、排水中和タンク14内において強アルカリ電解水又は強酸性電解水を添加して中和した後、外部へ排出する。
スクラバ2内を一体時間循環したガスは、活性炭吸着ユニット3へ流入し、僅かに残留している中間生成物及び有機化合物を活性炭フィルタで吸着除去した後、外界へ排気される。
【0021】
なお、紫外線分解ユニット1を中間生成物処理装置として利用することもある。この場合は、各電解セル6にpH測定装置25を設け、pH測定装置25で測定されたpHに応じて、接続された酸性電解水供給パイプ9及びアルカリ電解水供給パイプ10から強酸性電解水及び強アルカリ電解水を選択して噴霧し、紫外線分解ユニット1内の汚染ガスに含まれる中間生成物を中和し分解する。そして、中和のために噴霧した強酸性電解水や強アルカリ電解水が、汚染ガスに含有される有機化合物を分解することにもなる。この時、紫外線分解ユニット1の下流にスクラバ2を設置しても、設置しなくても良い。
また、紫外線分解ユニット1に酸性電解水供給パイプ9及びアルカリ電解水供給パイプ10を接続せず、紫外線のみによって紫外線分解ユニット1中の汚染ガスに含有される有機化合物を分解し、その後、スクラバ2内に強アルカリ電解水及び強酸性電解水を選択的に噴霧しても良い。
【0022】
(実施例)
図1に示すガス状有機化合物の分解装置において、分解セル6の直径を200mm、長さを600mmとして、低圧水銀ランプ5を7灯セットした。そして、紫外線分解ユニット1に、トリクロロエチレン(以下、TCEと称する)を含む汚染ガスを導入すると共に、pH2.1〜2.4の強酸性電解水を毎分100ml噴霧した。
また、スクラバ2には、pH11.0の強アルカリ電解水を毎分1l噴霧し、流量12.5l/minの流量で汚染ガスを循環させた。
【0023】
試験1では、TCE濃度50ppmの汚染ガスを、風量400l/minで紫外線分解ユニット1のガス入口7に吹き込み、▲1▼紫外線分解ユニット1の直前、▲2▼紫外線分解ユニット1とスクラバ2の間、▲3▼スクラバ2と活性炭吸着ユニット3の間、▲4▼活性炭吸着ユニット3の後の4個所で、10分経過後及び30分経過後に、TCE濃度、塩化水素濃度、ホスゲン濃度、塩素濃度、オゾン濃度を測定し、その結果を図4に示す。また、スクラバ2内のpHを試験開始時、10分経過後、30分経過後に測定した結果を図5に示す。
【0024】
また、試験2において、TCE濃度100ppmの汚染ガスを、風量400l/minでガス入口7に吹き込み、試験1と同じように、▲1▼、▲2▼、▲3▼、▲4▼の4個所で、10分経過後及び30分経過後に、TCE濃度、塩化水素濃度、ホスゲン濃度、塩素濃度、オゾン濃度を測定し、スクラバ2内のpHを試験開始時、10分経過後、30分経過後に測定し、その結果をそれぞれ図6及び図7に示す。
試験1及び試験2の結果から、汚染ガスに含有されるTCEは紫外線照射によって殆ど分解され、残った有機化合物もスクラバ2を循環する間に非常に低い濃度まで分解されることがわかった。
また、紫外線照射により有機化合物を分解した結果発生する中間生成物は、スクラバ2内で大半が中和され、スクラバ2を通過したガス中に含まれるきわめて微少な有機化合物及び中間生成物も活性炭吸着ユニット3で完全に吸着除去されることがわかった。
【0025】
さらに、試験3乃至試験9では、紫外線分解ユニット1を用いて、有機化合物の内、7大悪臭物質と称される硫化水素、アセトアルデヒド、ピリジン、アンモニア、トリメチルアミン、酢酸、メチルメルカプタンの7種類について、濃度10ppmの汚染ガスを、風量400l/minでガス入口7に吹き込み、試験1と同じように、▲1▼、▲2▼、▲3▼、▲4▼の4個所で有機化合物濃度を計測し、▲2▼、▲3▼、▲4▼の3個所で中間生成物濃度を測定した。
試験3では、硫化水素(H2S)を含む汚染ガスについて分解試験を行い、スクラバ2へ強アルカリ電解水を噴霧し、試験開始直後、10分後、30分後、50分後及び90分後に濃度測定を行った。
図8にH2S濃度の経時変化を、図9に中間生成物として生成されるSO2濃度及びオゾン濃度の経時変化をそれぞれ示す。
【0026】
試験4では、アセトアルデヒド(CH3COH)を含有する汚染ガスを流し、スクラバ2へ強酸性電解水を噴霧し、試験開始直後、10分後、30分後及び50分後に濃度測定を行った。図10にアセトアルデヒド濃度を、図11に中間生成物として予想される酢酸(CH3COOH)濃度及びオゾン濃度を示す。なお、中間生成物として酢酸を予想したが、図11からわかるように、実際には紫外線分解ユニット1を通過後の汚染ガスに酢酸はほとんど含まれていないので、酢酸の中和分解を考慮する必要はないものと思われる。
【0027】
試験5は、ピリジン(C5H5N)を含む汚染ガスをガス入口7に吹き込み、スクラバ2へ強酸性電解水を噴霧し、試験開始直後、10分後、30分後及び50分後に濃度測定を行った。図12にピリジン濃度を、図13に中間生成物として予想されるNOx濃度及びオゾン濃度を示す。
試験6では、アンモニア(NH3)を含有する汚染ガスをガス入口7へ導入し、スクラバ2へ強酸性電解水を噴霧し、試験開始直後、10分後、30分後及び50分後に濃度測定を行った。図14にアンモニア濃度を、図15に中間生成物として予想されるNOx濃度及びオゾン濃度を示す。
【0028】
試験7では、トリメチルアミン((CH3)3N)を含有する汚染ガスを流し、スクラバ2へ強酸性電解水を噴霧し、試験開始直後、10分後、30分後及び50分後に濃度測定を行った。図16にトリメチルアミン濃度を、図17に中間生成物として予想されるNOx濃度及びオゾン濃度を示す。なお、中間生成物としてアンモニアが予想されるが、トリメチルアミンとの区別がしにくく、濃度を測定することができなかった。
また、試験5乃至試験7では、中間生成物としてNOxを予想したが、紫外線分解ユニット1を通過後の汚染ガスにほとんどNOxが含まれていないので、その中和分解は考慮しなくても良いと思われる。
【0029】
試験8では、酢酸(CH3COOH)を含有する汚染ガスをガス入口7へ導入し、スクラバ2へ強アルカリ電解水を噴霧し、試験開始直後、10分後、30分後及び50分後に濃度測定を行った。図18に酢酸濃度を、図19に中間生成物として発生したオゾン濃度を示す。
試験9では、メチルメルカプタン(CH3SH)を含有する汚染ガスをガス入口7へ導入し、スクラバ2へ強アルカリ電解水を噴霧し、試験開始直後、10分後、30分後及び50分後に濃度測定を行った。図20にメチルメルカプタン濃度を、図21に中間生成物として予想されるSO2濃度、H2S濃度及びオゾン濃度を示す。なお、この試験でも、中間生成物として予想されたH2Sは、紫外線ユニット1を通過後のガスから検出されなかった。
試験3乃至試験9の結果から、本発明の分解装置により悪臭物質もほとんど分解処理できることがわかった。
【0030】
試験10では、紫外線の有機化合物分解効果を調べるため、図22に示すように、気体混合槽17の下流に、紫外線ランプ18を上面から10本吊り下げた容積180lの試験セル19を設置すると共に、試験セル19の上流側と下流側とにそれぞれVOCモニタ20を設置した試験装置を用意し、この装置にTCE濃度50ppmの汚染ガスを100l/min、200l/min、300l/min、400l/minで連続的に供給した。そして、紫外線ランプ18を10本点灯したパターン1,7本点灯したパターン2,6本点灯したパターン3,3本点灯したパターン4,1本点灯したパターン5において、紫外線分解ユニット2’の上流側と下流側でTCE濃度を計測した結果を図23に示す。また、TCE分解率を(1−下流濃度/上流濃度)×100%の式で求めて図24に示す。
【0031】
試験11では、TCEに代えてテトラクロロエチレン(PCE)を用いた以外は試験10と同様にして実験を行い、PCE濃度を計測した結果を図25に、PCE分解率を図26にそれぞれ示す。
試験12は、TCEに代えてcis−1,2−ジクロロエチレン(cis−1,2−DCE)を用いた以外は試験10と同様にして実験を行い、cis−1,2−DCE濃度を計測した結果を図27に、cis−1,2−DCE分解率を図28にそれぞれ示す。
【0032】
また、試験13では、TCEに代えてモノクロロエチレンを用いた以外は試験10と同様にして実験を行い、モノクロロエチレン濃度を計測した結果を図29に、モノクロロエチレン分解率を図30にそれぞれ示す。
試験14は、TCEに代えて酢酸エチルを用いた以外は試験10と同様にして実験を行い、酢酸エチル濃度を計測した結果を図31に、酢酸エチル分解率を図32にそれぞれ示す。
試験15では、TCEに代えてトルエンを用いたトルエン濃度50ppmのガスを、試験10と同様の試験装置に100l/minで供給し、トルエン濃度を計測した結果を図33に示す。
試験10乃至試験15の結果から、試験流量が少ない方が紫外線夜分解率が高く、また、塩素数の多いテトラクロロエチレンは紫外線によって分解されやすく、塩素を持たない酢酸エチルやトルエンは紫外線で分解されにくいことがわかった。
【0033】
強アルカリ電解水、強酸性電解水、その混合水を噴霧して紫外線を照射した時の分解促進効果を調べるために、試験16を行った。試験16では、図34に示すように、出力30Wで波長254nmの紫外線を照射する紫外線ランプ18を、内径120mm、高さ1300mmの試験セル19内に設置し、TCEガスと希釈用空気とを混合したガスを試験セル19に3l/minの流量で導入した。また、アトマイザー21を用いて、強酸性電解水、強アリカル電解水、強酸性電解水と強アルカリ電解水とを1:1で混ぜた混合水、水道水のいずれかを試験セル19内へ10l/minで噴霧し、TCE濃度が安定した後、紫外線ランプ18の点灯と消灯を繰り返し、試験セルの下流に形成された採取口22から採取したガスのTCE濃度を10分間隔で測定した。その結果及びTCE分解率を図35に示す。
試験16の結果から、強酸性電解水、強アリカル電解水、強酸性電解水と強アルカリ電解水の混合水を噴霧すると、水道水を噴霧した場合に比べて明らかに分解効率が高まることがわかった。
【0034】
試験17では、図36及び図37に示すような試験装置を用いる。この試験装置は、上面に交換可能な紫外線ランプ18が吊り下げられた試験セル19を有する。試験セル19の周壁下部には、直径に沿ってガスを導入する第1のガス入口7aが形成されると共に、接線に沿ってガスを導入する第2のガス入口7bが形成され、試験セル19の周壁上部には、直径に沿ってガスを取り出す第1のガス出口8aが形成されると共に、接線に沿ってガスを取り出す第2のガス出口8bが形成されている。
【0035】
そして、保護筒付きで波長185nmの紫外線及び波長254nmの紫外線を照射する出力13Wの紫外線ランプ18、或いは、保護筒無しで波長185nmの紫外線及び波長254nmの紫外線を照射する出力40Wの紫外線ランプ18を用い、TCE濃度50ppmのガスを、流量100l/min、200l/min、300l/min、400l/minで、第1のガス入口7aから第1のガス出口8aに至る流路▲1▼に通した場合と、第2のガス入口7bから第2のガス出口8bに至る流路▲2▼に通した場合について、試験セル19の上流側及び下流側のTCE濃度を測定し、TCE分解率を求めた。その結果を図38に示す。
【0036】
試験17の結果から、汚染ガスをセル内へその直径に沿って断面中心に向かって導入すると、接線方向に沿って導入する場合に比べて分解効率が高いことがわかった。
これは、ガスをセルの接線方向に導入すると、ガスがセルの壁面に沿って流れるため、紫外線照射強度が弱くなると共に、セル内へ滞留する時間が短くなってしまうためと考えられる。
【0037】
図39には、試験18乃至試験20に用いる試験装置を示す。この試験装置は、紫外線ランプ18を収納した内径45mm、長さ500mm、容積800mlの試験セル19に、試験ガスの入ったテドラーバッグ23を接続し、ポンプ24で一定の濃度になるまでガスを吸引して試験セル19に導入した。そして、紫外線ランプ18を20分間点灯して、ガス濃度の変化をVOCセンサ20で観測した。紫外線ランプ18として、波長185nmの紫外線と波長254nmの紫外線を照射する東芝製GLS6UN、波長254nmの紫外線を照射する東芝製GLS6UJ及び波長300nm以上の紫外線を照射するブラックライト(ミヤタエレバム製)を用い、当初のガス濃度が10ppmの場合と100ppmの場合について試験を行った。
【0038】
試験18では、試験ガスとしてトリクロロエチレンを用い、当初のガス濃度を10ppmとした時のTCE濃度を図40の(イ)に、100ppmとした時のTCE濃度を図40の(ロ)に示す。
試験19は、試験としてテトラクロロエチレンを用い、当初のガス濃度を10ppmとした時のPCE濃度を図41の(イ)に、100ppmとした時のPCE濃度を図41の(ロ)に示す。
試験20では、試験ガスとしてcis−1,2−ジクロロエチレンを用い、当初のガス濃度を10ppmとした時のcis−1,2−DCE濃度を図42の(イ)に、100ppmとした時のcis−1,2−DCE濃度を図42の(ロ)に示す。
試験18乃至試験20の結果から、紫外線の波長が300nm以上であると、ブランク測定の値とほぼ同様の濃度変化しかせず、有機化合物は分解されないことがわかった。
【0039】
試験21では、化学兵器用毒ガスであるイペリット(ClCH2CH2)2S)の紫外線分解効果の可能性を検証した。波長185nmの紫外線及び波長254nmの紫外線を照射する紫外線ランプを500mlのデュランビン内に設置し、イペリット擬剤としてクロロメチルメチルスルフィド(ClCH2SCH3,以下、CMMSと称する)が収納されたテドラーバッグをこのデュランビンに接続し、別に接続したポンプで吸引してデュランビン内の空気をCMMSに置換した。その後、紫外線ランプを点灯して、CMMS濃度を測定し、その結果を図43に示す。
試験21により、分解速度はそれほど速くないものの、紫外線照射によってイペリットの擬剤も半分程度まで分解できることがわかった。
【0040】
【発明の効果】
請求項1乃至3に係る発明によれば、汚染ガスに含まれる有害な有機化合物を、波長300nm未満の比較的高エネルギーの紫外線と選択的に噴霧される強アルカリ電解水及び強酸性電解水とで分解し、その結果発生する不安定な中間生成物を強アルカリ電解水及び強酸性電解水で中和し分解するので、処理時間が短くて済み、それほど大がかりな装置も必要としない。
また、紫外線照射では分解しきれない有機化合物も、強アルカリ電解水や強酸性電解水を噴霧することによって、より低レベルまで分解することができる。さらに、強アルカリ電解水や強酸性電解水は人体に無害なので、環境を汚染する心配がない。
【0041】
請求項4に係る発明によれば、紫外線分解ユニットにおける有機化合物の分解が促進されて、いっそう処理時間を短縮できる。
請求項5に係る発明によれば、汚染ガスが分解セル内に滞留する時間が長くなると共に、汚染ガスに対する紫外線照射強度が強くなるため、分解効率がさらに向上する。
請求項6に係る発明によれば、汚染ガスへ均一に、且つ、高い強度で紫外線が照射されるので、有機化合物分解効率が良い。
請求項7に係る発明によれば、波長の短い紫外線が保護筒で遮断されずに汚染ガスに照射されるので、有機化合物を短時間で分解できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示すガス状有機化合物の分解装置の概略図
【図2】分解セルの側断面図
【図3】分解セルの平断面図
【図4】試験1における汚染濃度測定結果を示す図
【図5】試験1におけるpH測定結果を示す図
【図6】試験2における汚染濃度測定結果を示す図
【図7】試験2におけるpH測定結果を示す図
【図8】試験3における有機化合物濃度の経時変化を示す図
【図9】試験3における中間生成物濃度の経時変化を示す図
【図10】試験4における有機化合物濃度の経時変化を示す図
【図11】試験4における中間生成合物濃度の経時変化を示す図
【図12】試験5における有機化合物濃度の経時変化を示す図
【図13】試験5における中間生成物濃度の経時変化を示す図
【図14】試験6における有機化合物濃度の経時変化を示す図
【図15】試験6における有機化合物濃度の経時変化を示す図
【図16】試験7における有機化合物濃度の経時変化を示す図
【図17】試験7における中間生成物濃度の経時変化を示す図
【図18】試験8における有機化合物濃度の経時変化を示す図
【図19】試験8における中間生成物濃度の経時変化を示す図
【図20】試験9における有機化合物濃度の経時変化を示す図
【図21】試験9における中間生成物濃度の経時変化を示す図
【図22】試験10乃至試験15に用いた試験装置の概略図
【図23】試験10におけるTCE濃度の測定結果を示す図
【図24】試験10におけるTCE分解率の計算結果を示す図
【図25】試験11におけるPCE濃度の測定結果を示す図
【図26】試験11におけるPCE分解率の計算結果を示す図
【図27】試験12におけるcis−1,2−DCE濃度の測定結果を示す図
【図28】試験12におけるcis−1,2−DCE分解率の計算結果を示す図
【図29】試験13におけるモノクロロベンゼン濃度の測定結果を示す図
【図30】試験13におけるモノクロロベンゼン分解率の計算結果を示す図
【図31】試験14における酢酸エチル濃度の測定結果を示す図
【図32】試験14における酢酸エチル分解率の計算結果を示す図
【図33】試験15におけるトルエン濃度の測定結果を示す図
【図34】試験16に用いた試験装置の概略図
【図35】試験16で測定したTCE濃度及びTCE分解率を示す図
【図36】試験17に用いた試験セルの側断面図
【図37】試験17に用いた試験セルの平断面図
【図38】試験17におけるTCE分解率を示す図
【図39】試験18乃至試験20に用いた装置の概略図
【図40】試験18におけるTCE濃度の経時変化を示す図
【図41】試験19におけるPCE濃度の経時変化を示す図
【図42】試験20におけるcis−1,2−DCE濃度の経時変化を示す図
【図43】試験21におけるCMMS濃度の変化を示す図
【符号の説明】
1 紫外線分解ユニット
2 スクラバ
3 活性炭吸着ユニット
4 電解水生成装置
5 低圧水銀ランプ
6 分解セル
7 ガス入口
8 ガス出口
9 酸性電解水供給パイプ
10 アルカリ電解水供給パイプ
11 循環パイプ
12 ポンプ
13 排水路
14 排水中和タンク
15 ファン
16 排気パイプ
17 混合気槽
18 紫外線ランプ
19 試験セル
20 VOCセンサ
21 アトマイザ
22 採取口
23 テドラーバッグ
24 ポンプ
25 pH測定装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for decomposing gaseous organic compounds.
[0002]
[Prior art]
Organic compounds such as trichlorethylene and tetrachlorethylene have been used for many years as cleaning agents and solvents in the fields of semiconductors, metal oil cleaning, dry cleaning and the like due to their excellent dissolving power.
However, in recent years, it has been found that carcinogenic substances are present in these chlorinated organic compounds, and their harmfulness is regarded as a social problem and emission control has been brought about. Therefore, in business establishments that have used and discharged a large amount of these chlorinated organic compounds in the past, soil contamination and underground contamination in and around the site have become serious problems.
Moreover, when a pollutant gas contains a certain organic compound, a bad odor is emitted and the environment may be deteriorated.
[0003]
Usually, in order to purify the soil, the soil gas is sucked and the organic compounds contained therein are removed by adsorption with activated carbon. For this reason, a large-scale adsorbing device using activated carbon is required in a high-concentration and wide-area contaminated area, and the equipment cost burden and running cost are problematic.
In addition, if the organic compounds contained in the soil gas are to be adsorbed / removed only by activated carbon, it is necessary to frequently replace the activated carbon, resulting in enormous labor and costs associated with activated carbon replacement, regeneration, disposal, etc. As a result, the corporate burden of soil remediation has become very large.
[0004]
By the way, a technique for decomposing an organic compound by irradiating ultraviolet rays is conventionally known. For example, in the surface cleaning of a semiconductor wafer, an organic compound on the surface is decomposed by irradiating high-energy ultraviolet rays (wavelength 172 nm) with an excimer lamp or the like. doing. When irradiated with such high energy ultraviolet rays, the organic compound is decomposed in a very short time. However, the excimer lamp is extremely expensive, the equipment cost is enormous, and the power consumption is very large. Therefore, it is not practical to use it for the purification of soil gas.
[0005]
In addition, when an organic compound is decomposed by irradiating ultraviolet rays from an inexpensive low-pressure mercury lamp, medium-pressure mercury lamp, or high-pressure mercury lamp, reactive unstable substances such as hydrogen chloride and haloacetic acid are generated as intermediate products. It takes a very long time to decompose it into a stable substance.
Therefore, an organic chlorine compound that decomposes a reaction intermediate having chlorine atoms by irradiating a gas containing an organic chlorine compound with ultraviolet light including ultraviolet light having a wavelength of 300 nm or less, and further decomposes the reaction intermediate by microbial treatment. A decomposition method is disclosed in JP-A-8-24335.
However, although microbial treatment is excellent in terms of environmental friendliness, it is difficult to manage and the degradation rate is very slow, so that treatment takes time, and in particular, there is a problem that it cannot cope with high concentration contamination.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention is a gaseous organic compound that can decompose pollutant gas containing an organic compound efficiently and in a short time, can easily treat an intermediate product generated by ultraviolet decomposition, and can be reduced in equipment cost and running cost. It is an object of the present invention to provide a decomposition apparatus.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The apparatus for decomposing gaseous organic compounds of the present invention irradiates pollutant gases containing organic compounds with ultraviolet light having a wavelength of less than 300 nm. In addition, the acidic electrolyzed water supply pipe and the alkaline electrolyzed water supply pipe are connected via valves, respectively, to selectively spray strong alkaline electrolyzed water and strong acidic electrolyzed water. An ultraviolet decomposition unit for decomposing the organic compound; Said Acidic electrolyzed water supply pipe and Said Alkaline electrolyzed water supply pipe of Respectively In An intermediate that is connected through a valve and selectively sprays strongly alkaline electrolyzed water and strongly acidic electrolyzed water onto an intermediate product formed by decomposing the organic compound to neutralize and decompose the intermediate product. A product processing apparatus.
Organic compounds contained in polluted gases are separated by UV irradiation. Solution And The decomposition reaction is accelerated by the strong acidic electrolyzed water and the strong alkaline electrolyzed water. Also , A plurality of intermediate products generated as a result of decomposition of the organic compound are considered to be mixed in an unstable radical state by ultraviolet irradiation. These unstable gaseous intermediate products are gas-washed, neutralized, or decomposed by contact with sprays of strongly acidic electrolyzed water or strongly alkaline electrolyzed water to convert them into more stable and harmless substances. Can do. Moreover, strong alkaline electrolyzed water and strong acid electrolyzed water sprayed on the polluted gas are harmless to the human body, and there is no concern that the drainage pollutes the environment.
[0008]
Even if the intermediate product treatment apparatus is connected to the middle part of the ultraviolet decomposition unit and the strong alkaline electrolyzed water and the strong acidic electrolyzed water are selectively sprayed on the pollutant gas in the ultraviolet decomposition unit, the intermediate product treatment apparatus can be used. Strong alkaline electrolyzed water and strong acid electrolyzed water may be selectively sprayed on the polluted gas that is connected downstream of the ultraviolet decomposition unit and passes through the ultraviolet decomposition unit.
When the intermediate product treatment apparatus is connected downstream of the ultraviolet decomposition unit, strong alkaline electrolyzed water and / or strong acidic electrolyzed water may be sprayed on the contaminated gas in the ultraviolet decomposition unit.
With this configuration, the decomposition of the organic compound by ultraviolet rays is promoted, and the processing time is shortened. The strong alkaline electrolyzed water and strong acidic electrolyzed water sprayed on the ultraviolet decomposition unit are generated at the same time as the strong alkaline electrolyzed water and strong acidic electrolyzed water sprayed in the intermediate product treatment apparatus, so that an increase in cost can be suppressed.
[0009]
The ultraviolet decomposition unit includes a decomposition cell in which an ultraviolet irradiation lamp is installed, and a gas inlet may be formed in a peripheral wall of the decomposition cell so as to blow a contaminated gas along the diameter of the decomposition cell. This makes it difficult for the pollutant gas to move along the inner surface of the decomposition cell, increases the residence time of the pollutant gas in the decomposition cell, increases the irradiation intensity of ultraviolet rays, and improves the decomposition efficiency.
As the ultraviolet irradiation lamp, a low pressure mercury lamp, a medium pressure mercury lamp, a high pressure mercury lamp, an amalgam lamp, a halogen lamp, an excimer lamp, or the like can be used.
[0010]
In this case, a plurality of the ultraviolet irradiation lamps may be suspended from the upper surface of the decomposition cell at equal intervals so that the pollutant gas is uniformly irradiated with ultraviolet rays. Since the ultraviolet intensity is inversely proportional to the irradiation distance, the distance between the ultraviolet irradiation lamps is 100 mm or less, preferably 20 mm or less.
In order to prevent the ultraviolet rays having a relatively short wavelength from being attenuated, it is desirable that the ultraviolet irradiation lamp is made of synthetic quartz glass whose protective tube transmits 80% or more of ultraviolet rays having a wavelength of 172 nm or more.
It is preferable to use a UV lamp that is as thin as possible, and a protective tube with a diameter of about 6 mm to 20 mm is used.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The apparatus for decomposing gaseous organic compounds is connected to a gas suction apparatus for sucking pollutant gas containing organic compounds from contaminated soil, and as shown in FIG. 1 is provided with an intermediate product processing apparatus composed of a
[0012]
The electrolyzed
The strongly acidic electrolyzed water and strong alkaline electrolyzed water obtained in this way are harmless to the human body, so there is no concern of contaminating the environment even if they are brought into contact with contaminated gases as functional water.
[0013]
The
The low-
Further, as shown in FIG. 2, the low-
[0014]
As shown in FIG. 3, the contaminated gas is introduced from a
Then, the anode side of the electrolyzed
Further, the cathode side of the electrolyzed
[0015]
Both ends of a
The
[0016]
In addition, a
An activated carbon filter is built in the activated
Further, an
[0017]
This apparatus for decomposing gaseous organic compounds is used as follows.
A polluted gas containing an organic compound sucked from the soil is introduced along the diameter into the
Then, the organic compound contained in the polluted gas is decomposed by ultraviolet irradiation, and the decomposition reaction is promoted by the strong acidic electrolyzed water and / or the strong alkaline electrolyzed water.
[0018]
The contaminated gas taken out from the
The polluted gas that has flowed into the
[0019]
Depending on the organic compound contained in the pollutant gas, the pollutant gas containing the intermediate product may be neutral. In this case, spray the strong acid electrolyzed water and strong alkaline electrolyzed water at the same time to remove the intermediate product. Decompose.
Further, the organic compound remaining slightly after passing through the
[0020]
Since the water discharged from the
The gas that has been circulated through the
[0021]
The
Moreover, the acidic electrolyzed
[0022]
(Example)
In the gaseous organic compound decomposition apparatus shown in FIG. 1, the
The
[0023]
In
[0024]
In
From the results of
In addition, most of the intermediate products generated as a result of decomposing organic compounds by UV irradiation are neutralized in the
[0025]
Furthermore, in
In
H in FIG. 2 The change in S concentration over time is shown in FIG. 2 The time-dependent changes in concentration and ozone concentration are shown respectively.
[0026]
In
[0027]
In
[0028]
In
In
[0029]
In
In
From the results of
[0030]
In the
[0031]
In
[0032]
In
In
From the results of
[0033]
In order to investigate the decomposition promoting effect when spraying strong alkaline electrolyzed water, strongly acidic electrolyzed water, or a mixed water thereof and irradiating with ultraviolet rays,
From the results of
[0034]
In the
[0035]
Then, an
[0036]
From the results of
This is presumably because when the gas is introduced in the tangential direction of the cell, the gas flows along the wall surface of the cell, so that the ultraviolet irradiation intensity is weakened and the time for staying in the cell is shortened.
[0037]
FIG. 39 shows a test apparatus used for
[0038]
In
In
From the results of
[0039]
In
[0040]
【The invention's effect】
According to the inventions according to
An organic compound that cannot be decomposed by ultraviolet irradiation can be decomposed to a lower level by spraying strong alkaline electrolyzed water or strongly acidic electrolyzed water. Furthermore, strong alkaline electrolyzed water and strongly acidic electrolyzed water are harmless to the human body, so there is no fear of polluting the environment.
[0041]
According to the invention which concerns on
According to the fifth aspect of the invention, the time during which the pollutant gas stays in the decomposition cell is lengthened, and the intensity of ultraviolet irradiation with respect to the pollutant gas is increased, so that the decomposition efficiency is further improved.
According to the sixth aspect of the present invention, the pollutant gas is irradiated with ultraviolet rays uniformly and with high intensity, so that the organic compound decomposition efficiency is good.
According to the seventh aspect of the invention, since the ultraviolet light having a short wavelength is irradiated to the contaminated gas without being blocked by the protective cylinder, the organic compound can be decomposed in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for decomposing gaseous organic compounds showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional side view of a decomposition cell.
FIG. 3 is a cross-sectional plan view of a decomposition cell
FIG. 4 is a diagram showing the measurement results of contamination concentration in
FIG. 5 is a diagram showing pH measurement results in
FIG. 6 is a diagram showing the result of measuring the contamination concentration in
FIG. 7 is a diagram showing pH measurement results in
FIG. 8 is a graph showing the change over time of the organic compound concentration in
FIG. 9 is a graph showing the change over time in the intermediate product concentration in
FIG. 10 is a graph showing the change over time in the organic compound concentration in
FIG. 11 is a graph showing the change over time in the concentration of intermediate product compounds in
FIG. 12 is a graph showing the change over time in the organic compound concentration in
FIG. 13 is a graph showing the change over time in the intermediate product concentration in
FIG. 14 is a graph showing changes with time in organic compound concentration in
FIG. 15 is a graph showing changes with time in organic compound concentration in
FIG. 16 is a graph showing changes with time in organic compound concentration in
FIG. 17 is a graph showing the change over time in the intermediate product concentration in
FIG. 18 is a graph showing the change over time in the organic compound concentration in
FIG. 19 is a graph showing the change over time in the intermediate product concentration in
FIG. 20 is a graph showing the change over time in organic compound concentration in
FIG. 21 is a graph showing the change over time in the intermediate product concentration in
FIG. 22 is a schematic diagram of a test apparatus used in
FIG. 23 is a graph showing measurement results of TCE concentration in
FIG. 24 is a diagram showing a calculation result of a TCE decomposition rate in
FIG. 25 is a diagram showing measurement results of PCE concentration in
FIG. 26 is a diagram showing the calculation result of the PCE decomposition rate in
FIG. 27 is a graph showing measurement results of cis-1,2-DCE concentration in
FIG. 28 is a diagram showing calculation results of cis-1,2-DCE decomposition rate in
FIG. 29 is a graph showing measurement results of monochlorobenzene concentration in
FIG. 30 is a diagram showing the calculation result of the monochlorobenzene decomposition rate in
FIG. 31 is a graph showing measurement results of ethyl acetate concentration in
FIG. 32 is a graph showing the calculation result of the ethyl acetate decomposition rate in
FIG. 33 is a graph showing the measurement results of toluene concentration in
FIG. 34 is a schematic diagram of a test apparatus used in
FIG. 35 is a graph showing the TCE concentration and TCE decomposition rate measured in
FIG. 36 is a side sectional view of a test cell used in
FIG. 37 is a cross-sectional plan view of the test cell used in
FIG. 38 is a graph showing the TCE decomposition rate in
FIG. 39 is a schematic diagram of an apparatus used for
FIG. 40 is a graph showing the change over time in the TCE concentration in
FIG. 41 is a graph showing the change over time in the PCE concentration in
FIG. 42 is a graph showing the change over time in the cis-1,2-DCE concentration in
FIG. 43 is a graph showing changes in CMMS concentration in
[Explanation of symbols]
1 UV decomposition unit
2 Scrubber
3 Activated carbon adsorption unit
4 Electrolyzed water generator
5 Low pressure mercury lamp
6 Disassembly cell
7 Gas inlet
8 Gas outlet
9 Acidic electrolyzed water supply pipe
10 Alkaline electrolyzed water supply pipe
11 Circulation pipe
12 Pump
13 Drainage channel
14 Wastewater neutralization tank
15 fans
16 Exhaust pipe
17 Mixture tank
18 UV lamp
19 Test cell
20 VOC sensor
21 Atomizer
22 Sampling port
23 Tedlar Bag
24 pump
25 pH measuring device
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