JP3776388B2 - 排気ガスの処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスの処理方法、特に、ダイオキシン類を含む排気ガスの処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術とその課題】
産業廃棄物や一般家庭ごみなどの廃棄物を焼却処理するための廃棄物焼却施設、石炭発電施設、製鋼施設、金属精錬施設、斎場施設および汚泥処理施設等の排気ガス発生施設から発生する排気ガスは、ダイオキシン類を含む場合がある。
【0003】
上述のような排気ガス中に含まれるダイオキシン類は、ポリ塩化ジベンゾパラダイオキシン(PCDDs)とポリ塩化ジベンゾフラン(PCDFs)とコプラナ型ポリ塩化ビフェニル(Co−PCBs)との総称である。ここで、PCDDsは、塩素数に応じ、TeCDDs(塩素数4個)、PeCDDs(塩素数5個)、HxCDDs(塩素数6個)、HpCDDs(塩素数7個)およびOCDD(塩素数8個)の5種類の同族体に分類することができる。一方、PCDFsは、同じく塩素数に応じ、TeCDFs(塩素数4個)、PeCDFs(塩素数5個)、HxCDFs(塩素数6個)、HpCDFs(塩素数7個)およびOCDF(塩素数8個)の5種類の同族体に分類することができる。また、PCDDsおよびPCDFsは、いずれも塩素の置換位置の異なる異性体があるため、136個の異性体を有している。
【0004】
また、PCDDsおよびPCDFsは、上述のような多数個の異性体のうち、毒性の強いものと、毒性の弱いものとがある。ここで、毒性の強い異性体は、隣接位置に塩素置換基を有するものであり、毒性の弱い異性体は、隣接位置に塩素置換基を有していないものである。例えば、TeCDDsのうち、隣接位置に塩素置換基を有する2,3,7,8−TeCDDは最強の毒性を示すが、隣接位置に塩素置換基を有さない1,3,7,9−TeCDDは最も毒性が弱い。
【0005】
本発明の目的は、排気ガス中に含まれるダイオキシン類から隣接位置に塩素置換基を有するダイオキシン類を選択的に除去することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る排気ガスの処理方法は、ダイオキシン類を含む排気ガスの処理方法であり、比表面積が少なくとも600m2/g、全細孔容積が少なくとも0.2cm3/gおよび平均細孔直径が13〜17オングストロームの繊維状活性炭を含む吸着材に排気ガスを通過させる工程を含んでいる。吸着材は、例えば、上記繊維状活性炭を含むフエルト状に形成されている。或いは、吸着材は、例えば、上記繊維状活性炭を含むハニカム状に形成されている。
【0007】
この処理方法において、排気ガスの温度は、通常、25〜250℃に設定する。また、この処理方法は、例えば、排気ガス中に含まれる塵埃を予め除去するための工程をさらに含んでいる。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明において用いられる吸着材は、特定の物性を有する繊維状活性炭を含んでいる。
ここで用いられる繊維状活性炭は、繊維状活性炭を製造するために用いられる各種の繊維材料、例えば、ピッチ系、アクリル系、セルロース系、フェノ-ル系等の繊維に対して不融化処理および賦活化処理を施して細孔を形成したものである。なお、繊維材料としては、上述のもののうち、後述する各種物性を達成しやすく安価であることから、ピッチ系の繊維材料を用いるのが好ましい。
【0009】
この繊維状活性炭の比表面積は、少なくとも600m2/g(すなわち、600m2/g以上)、好ましくは600〜2,000m2/g、より好ましくは600〜1,600m2/gである。比表面積が600m2/g未満の場合は、繊維状活性炭の全細孔容積が小さくなり、ダイオキシン類の吸着容量が小さくなる。なお、ここでの比表面積は、窒素の吸着等温線に基づくBET法に従って求めた値である。
【0010】
また、この繊維状活性炭の全細孔容積は、少なくとも0.2cm3/g(すなわち、0.2cm3/g以上)、好ましくは0.2〜1.2cm3/g、より好ましくは0.2〜0.75cm3/gである。全細孔容積が0.2cm3/g未満の場合は、排気ガス中に含まれるダイオキシン類を効果的に吸着するのが困難になる可能性がある。特に、排気ガス中に含まれるダイオキシン類が高濃度の場合、吸着材において繊維状活性炭を増量させないと、排気ガス中に含まれるダイオキシン類を効果的に吸着するのが困難になる可能性がある。なお、ここでの全細孔容積は、低温窒素吸着法に従って求めた値である。
【0011】
さらに、この繊維状活性炭の平均細孔直径は、13〜17オングストロームである。平均細孔直径が13オングストローム未満の場合は、排気ガス中に含まれる分子の大きなダイオキシン類が吸着されにくくなる可能性がある。逆に、17オングストロームを超える場合は、排気ガス中に含まれる他の物質、例えば、飛灰その他の塵埃が吸着されやすくなり、ダイオキシン類の吸着性が低下する可能性がある。なお、ここでの平均細孔直径は、低温窒素吸着法に従って求めた値である。
【0012】
なお、上述のような比表面積、全細孔容積および平均細孔直径の各物性は、上述の繊維材料に対する不融化処理条件や賦活化処理条件を適宜調整すると達成することができる。
【0013】
上述の吸着材は、上述の繊維状活性炭そのものからなるものであってもよいし、上述の繊維状活性炭を含むフエルト状やハニカム状に設定されていてもよい。この吸着材がフエルト状やハニカム状に形成されている場合は、吸着材と排気ガスとの接触効率が高まるため、排気ガス中に含まれるダイオキシン類をより効果的に吸着することができる。
【0014】
なお、フエルト状の吸着材を形成する場合は、グラスファイバーなどの材料からなる平面状のネットに対し、例えばニードルパンチ法により上述の繊維状活性炭を絡ませる。一方、ハニカム状の吸着材を形成する場合は、先ず、上述の繊維状活性炭とアクリル共重合体水性エマルジョン等のバインダーとの混合物を調製し、この混合物をシート状に抄紙する。そして、これにより得られたシート状物を、例えばダンボール成形等の方法により、ハニカム状に成形する。
【0015】
次に、上述の吸着材を用いた排気ガスの処理方法を説明する。
図1に、上述の吸着材を用いた排気ガス処理装置の概念図を示す。図において、排気ガス処理装置1は、産業廃棄物や家庭ゴミなどを焼却するための焼却炉2から排出される排気ガスを処理するためのものであり、排気ガスの排出方向に向けて、除塵装置3および吸着塔4をこの順に備えている。
【0016】
除塵装置3は、焼却炉2からの排気ガス中に含まれる飛灰その他の塵埃を除去するためのものであり、例えば電気集塵機、サイクロンおよびバグフイルターなどの各種のものを利用することができる。
【0017】
吸着塔4は、除塵装置3において除塵処理された排気ガス中に含まれるダイオキシン類を吸着した後、当該排気ガスを外部に排出するためのものであり、内部に吸着材4aが配置されている。ここで用いられる吸着材4aは、上述の吸着材である。
【0018】
上述の排気ガス処理装置1において、焼却炉2から排出される排気ガスは、先ず、除塵装置3を通過する。この際、排気ガス中に含まれる飛灰その他の塵埃は、除塵装置3により除去される。
【0019】
除塵装置3により処理された排気ガスは、続いて吸着塔4に導かれ、吸着材4aにより処理される。ここで、排気ガス中に含まれるダイオキシン類は、吸着材4aに吸着される。特に、ここで用いる吸着材4aは、上述のような特定の物性を有する繊維状活性炭を含むものであるため、排気ガス中に含まれるダイオキシン類から後述する一部のダイオキシン類を選択的に吸着して除去することができる。
【0020】
なお、上述のような排気ガスの処理方法において、吸着塔4に通過させる排気ガスの温度は、吸着材4aの耐熱温度以下に設定するのが好ましい。具体的には、25〜250℃に設定するのが好ましく、100〜200℃に設定するのがより好ましい。排気ガス温度が25℃未満の場合は、排気ガス中に含まれるダイオキシン類が吸着材4aにより吸着されにくくなる可能性がある。逆に、排気ガスの温度が250℃を超える場合は、吸着材4aにおいて、ダイオキシン類の飽和吸着量が小さくなる可能性がある。その結果、排気ガス中に高濃度のダイオキシン類が含まれる場合、排気ガス中のダイオキシン類を効果的に吸着するのが困難になる可能性がある。また、排気ガス温度が250℃を超えると、排気ガス中に含まれるダイオキシン類前駆体が反応してダイオキシン類が新たに生成する可能性がある。
【0021】
ところで、上述のような排気ガス中に含まれるダイオキシン類は、ポリ塩化ジベンゾパラダイオキシン(PCDDs)とポリ塩化ジベンゾフラン(PCDFs)とコプラナ型ポリ塩化ビフェニル(Co−PCBs)との総称である。ここで、PCDDsは、塩素数に応じ、TeCDDs(塩素数4個)、PeCDDs(塩素数5個)、HxCDDs(塩素数6個)、HpCDDs(塩素数7個)およびOCDD(塩素数8個)の5種類の同族体に分類することができる。一方、PCDFsは、同じく塩素数に応じ、TeCDFs(塩素数4個)、PeCDFs(塩素数5個)、HxCDFs(塩素数6個)、HpCDFs(塩素数7個)およびOCDF(塩素数8個)の5種類の同族体に分類することができる。また、PCDDsおよびPCDFsは、いずれも塩素の置換位置の異なる異性体があるため、136個の異性体を有している。
【0022】
また、PCDDsおよびPCDFsは、上述のような多数個の異性体のうち、毒性の強いものと、毒性の弱いものとがある。ここで、毒性の強い異性体は、隣接位置に塩素置換基を有するものであり、毒性の弱い異性体は、隣接位置に塩素置換基を有していないものである。例えば、TeCDDsのうち、隣接位置に塩素置換基を有する2,3,7,8−TeCDDは最強の毒性を示すが、隣接位置に塩素置換基を有さない1,3,7,9−TeCDDは最も毒性が弱い。
【0023】
さらに、PCDDsおよびPCDFsは、上述のような毒性の強弱により、上述の吸着材4aに吸着されやすいものと吸着されにくいものとがある。すなわち、吸着材4aは、毒性の強いPCDDsとPCDFsとを吸着しやすく、毒性の弱いPCDDsとPCDFsとを吸着しにくい。したがって、上述の排気ガスの処理方法において、吸着塔4にPCDDsとPCDFsとを含む排気ガスを通過させると、吸着材4aでは、すでに吸着している毒性の弱いPCDDsとPCDFsとに代わり、毒性の強いPCDDsとPCDFsとが吸着することになる。その結果、相対的に毒性の弱いPCDDsとPCDFsとは、吸着塔4において、入口側の濃度よりも出口側の濃度の方が高くなる傾向にある。
【0024】
以上より、上述の吸着材4aは、排気ガス中に含まれるダイオキシン類のうち、毒性の強いPCDDsおよびPCDFs、すなわち、隣接位置に塩素置換基を有するPCDDsとPCDFsとを選択的に吸着して排気ガス中から除去し易い。すなわち、上述の排気ガスの処理方法は、上述の吸着材4aを用いているため、排気ガス中に含まれる毒性の強いPCDDsとPCDFsとを選択的に吸着して除去することができる。
【0025】
[他の実施の形態]
(1)上述の実施の形態に係る排気ガスの処理方法では、除塵装置3を用いて排気ガス中に含まれる塵埃を予め除去したが、排気ガス中の塵埃量が少ない場合は、塵埃の除去工程を省略することもできる。
【0026】
(2)上述の排気ガスの処理方法では、排気ガス処理装置1において、除塵装置3と吸着塔4とを別々に設けたが、除塵装置3内に吸着材4aを一体的に配置した場合も本発明の処理方法を同様に実施することができる。例えば、除塵装置としてバグフイルターを用いる場合、吸着材はバグフイルターの上部に内蔵してもよい。
【0027】
(3)上述の実施の形態では、産業廃棄物や家庭ゴミなどを焼却するための廃棄物焼却施設から排出される排気ガスについて本発明の吸着材および処理方法を適用した場合について説明したが、本発明の吸着材および排気ガスの処理方法は、廃棄物焼却施設以外の排気ガス発生施設、例えば、石炭発電施設、製鋼施設、金属精錬施設、斎場施設および汚泥処理施設等から発生する排気ガスを処理するためにも同様に適用することができる。
【0028】
【実施例】
石炭ピッチを溶融紡糸して得られたピッチ系繊維を不融化処理し、さらに水蒸気賦活して繊維状活性炭を得た。この繊維状活性炭は、BET比表面積が630m2/g、全細孔容積が0.28cm3/g、平均細孔直径が13.4オングストロームであった。得られた繊維状活性炭をグラスファイバーからなるネットに交絡させ、フエルト状の吸着材を製造した。この吸着材において、繊維状活性炭の含有量は300g/m2である。
【0029】
塩素数が4〜8個のPCDDsおよびPCDFsの全ての異性体について、得られた吸着材に対する吸着性を調べた。結果を図2に示す。なお、図2は、各異性体の吸着力を示すスペクトルであり、太線で示したスペクトルは2,3,7,8位(すなわち、隣接位置)に塩素置換基を有する、毒性の最も強い異性体の吸着力を示している。図によれば、PCDDsおよびPCDFsの各異性体において、毒性の最も強い異性体は得られた吸着材に対して強い吸着力を示していることがわかる。これより、この吸着材を用いれば、排気ガス中に含まれる毒性の最も強いPCDDsおよびPCDFs、すなわち隣接位置に塩素置換基を有するPCDDsとPCDFsとを選択的に吸着して除去できることがわかる。
【0030】
【発明の効果】
本発明に係る排気ガスの処理方法は、特定の物性を有する繊維状活性炭を含む吸着材に排気ガスを通過させているので、排気ガス中に含まれるダイオキシン類から隣接位置に塩素置換基を有するダイオキシン類を選択的に吸着して除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る排気ガス処理方法を実施するための排気ガス処理装置の一例の概念図。
【図2】 実施例の結果を示す図。
【符号の説明】
1 排気ガス処理装置
3 除塵装置
4 吸着塔
4a 吸着材
Claims (5)
- ダイオキシン類を含む排気ガスの処理方法であって、
比表面積が少なくとも600m2/g、全細孔容積が少なくとも0.2cm3/gおよび平均細孔直径が13〜17オングストロームの繊維状活性炭を含む吸着材に前記排気ガスを通過させる工程を含む、
排気ガスの処理方法。 - 前記吸着材は、前記繊維状活性炭を含むフエルト状に形成されている、請求項1に記載の排気ガスの処理方法。
- 前記吸着材は、前記繊維状活性炭を含むハニカム状に形成されている、請求項1に記載の排気ガスの処理方法。
- 前記排気ガスの温度を25〜250℃に設定する、請求項1から3のいずれかに記載の排気ガスの処理方法。
- 前記排気ガス中に含まれる塵埃を予め除去するための工程をさらに含む、請求項1から4のいずれかに記載の排気ガスの処理方法。
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