JP4042021B2 - 空気の清浄化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機物、特に半導体製造工場などで洗浄処理に用いられた薬品や有機溶剤の薬品ベーパを含む空気を清浄化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造、液晶ディスプレイ製造工場、その他有機溶剤を使用する工場においては、洗浄の処理に各種の薬品や有機溶剤が使用される。その結果、これらの工場においては、有機物の薬品ベーパが発生して周囲の空気を汚染するという問題がある。
【０００３】
従来より、空気中に発生した薬品ベーパの処理方法として、充填物が詰まった槽内部で薬品ベーパを含む空気を水に接触させる事により、空気中の薬品を水に溶かし込んで空気中より除去する方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、薬品中には水に溶解しない有機化合物があり、これら不溶性の有機物は、水に溶け込まないまま空気中に排出されて大気を汚染しているのが実状である。
【０００５】
本発明の目的は、被処理空気である薬品ベーパを含む空気中の難溶解性の有機化合物を水に溶かして薬品ベーパを含む空気を清浄化する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による空気の清浄化方法においては、有機物の薬品ベーパを含む空気を浄化処理する空気の清浄化方法であって、酸化分解処理と、水中の有機酸の除去処理とを有し、
酸化分解処理は、オゾンガス雰囲気内に塩基を添加し、雰囲気を中性またはアルカリ性領域に保持しつつ、過酸化水素と、オゾンガスとを反応させ、その反応によって生成したＯＨラジカルを薬品ベーパ中の有機物に作用させて薬品ベーパ中の有機物を主として有機酸に分解し、生成した有機酸を水中に溶解させる処理であり、
水中の有機酸の除去処理は、酸化分解処理によって生成し、水中に溶解した有機酸を最終的にＣＯ _２ と、Ｈ _２ Ｏに分解する処理である。
【００１４】
また、酸化分解処理に水分裂処理と、気液分離処理とを併用して薬品ベーパを含む空気の清浄化を行なう空気の清浄化方法であって、水分裂処理は、過酸化水素と、塩基とを含む処理水を水滴に分裂させる処理であり、気液分離処理は、水分裂処理によって発生した水滴を分離して薬品ベーパを含む空気中から除去し、薬品ベーパを含む空気を清浄化して外部に排出する処理である。
【００１６】
また、水中の有機酸の除去処理は、水中に溶解した有機酸を活性炭と接触させて有機酸を中和し、水中に残存する過酸化水素及びオゾンを分解させ、さらに生物処理によって、有機酸を最終的にＣＯ _２ と、Ｈ _２ Ｏとに分解する処理である。
【００２０】
半導体製造工場などで洗浄処理に用いられた薬品や有機溶剤に含まれる難水溶性の有機物、例えば、フタル酸−２−エチルヘキシル（ＤＯＰ）は、水に溶解しないが、オゾンと接触させることにより水中に溶解させることができる。
【００２１】
図１は、酸化分解処理にＯ₃のみを用いた場合、Ｏ₃とＨ₂Ｏ₂とを用いた場合、Ｏ₃とＨ₂Ｏ₂とＫＯＨとを用いた場合について、それぞれの場合における酸化反応時間とＴＯＣとの関係を示している。もっともＤＯＰは水に溶解しないので、そのままでは、ＤＯＰを含む水の全有機炭素量（ＴＯＣ）を測定しようとしてもＴＯＣ計で測定することができない。
【００２２】
しかし、酸化剤を水中に添加することにより、ＴＯＣ濃度の測定が可能となる。図１に明らかなように酸化剤としてＯ₃を添加したときには、ＴＯＣ濃度の高まりがみられるが、オゾン（Ｏ₃）に比べて、Ｏ₃／Ｈ₂Ｏ₂を添加したときにはＴＯＣの検出率がより高まり、Ｏ₃／Ｈ₂Ｏ₂／ＫＯＨを添加したときには、さらにＴＯＣの検出率が高まった。
【００２３】
その理由は、ＤＯＰがオゾンにより酸化分解し、イオン状の有機物になったため、水に溶解するようになったものと考えられる。図２は、有機物の酸化分解処理にＯ₃／Ｈ₂Ｏ₂／ＫＯＨを用いた場合について、酸化分解処理開始前と、酸化分解処理実行中（反応開始後３０分）と、イオン交換処理開始後とにおける水中のＴＯＣ濃度の変化を示したものである。
【００２４】
図２から明らかなように、ＤＯＰは酸化されて水中に溶け込んでいること、ＤＯＰが水中でイオン交換樹脂を用いて除去できることを示している。この事実により、ＤＯＰがイオン状になっていることが裏付けられる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明は、半導体製造工場などで洗浄処理に用いられた薬品や有機溶剤の薬品ベーパを含む空気に酸化分解処理を行って、薬品ベーパを含む空気を清浄化する方法である。本発明において、酸化分解処理は、オゾンガス雰囲気内で過酸化水素を含む水滴に薬品ベーパを含む空気を接触させる処理である。この結果、薬品ベーパ中の有機物を主として有機酸に分解し、生成した有機酸を水中に溶解して薬品ベーパ中から除去される。この際、さらに、オゾンガス雰囲気内に塩基を添加しつつ雰囲気を中性またはアルカリ性領域に保持しつつ行なうことによって、有機物の酸化分解処理は一層促進される。
【００２６】
有機物の酸化分解処理には、水滴内に含む過酸化水素をオゾンガス雰囲気に接触させることによって、ＯＨラジカルが生成し、生成したＯＨラジカルが薬品ベーパを含む空気中の有機物に作用し、酸化分解反応を起こすという作用を用いている。
【００２７】
有機物除去性能をさらに高めるには、酸化分解処理に水分裂処理と、気液分離処理とを併用することで実現できる。水分裂処理は、過酸化水素と塩基とを含む処理水を水滴に分裂させる処理であり、気液分離処理は、水分裂処理によって発生した水滴を分離して空気中から除去し、被処理空気を清浄化して外部に排出する処理である。
【００２８】
以下に本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
【実施例】
（実施例１）
本発明は、酸化分解処理を行なって、薬品ベーパを含む空気中に含まれた有機物を除去する空気の清浄化方法である。本発明において、酸化分解処理は、オゾンガス雰囲気内で過酸化水素を含む水滴に空気を接触させ、空気中の有機物を水中に溶解させる処理であり、この処理の結果、有機物は空気中から除去される。
【００３０】
なお、酸化分解処理に際しては、オゾンガス雰囲気内に塩基を添加しつつ雰囲気を中性またはアルカリ性領域に保持しつつ行なう。また、酸化分解処理において添加された過剰の過酸化水素及びオゾンガスは、活性炭を用いた接触分解処理によって水中から除去することができる。
【００３１】
酸化分解処理によって、過酸化水素とオゾンガスとの反応生成物を薬品ベーパを含む空気中の有機物に作用させると、有機物は酸化分解して有機酸（酢酸、蟻酸など）が生成する。有機酸は水に溶解し、水中の有機酸はイオン交換処理によって除去することができる。
【００３２】
図３において、本発明の空気清浄化方法に用いる装置は、気液混合槽１を有している。気液混合槽１は、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）と塩基（ＯＨ）とを含む処理水Ｗの水滴Ｄで満たされたオゾン雰囲気ＡＯ₃を形成し、外部から導入した薬品ベーパを含む空気ＤＡｒを水滴Ｄに接触させて被処理空気ＤＡｒ中に含まれる有機物ＯＭを有機酸ＯＡとして水中に取込ませる条件を形成する空間である。
【００３３】
そして、気液混合槽１は、過酸化水素と塩基を含む処理水Ｗを水滴Ｄとして気液混合槽１内に噴出するノズル２を備え、過酸化水素と塩基を含む処理水Ｗは、配管を通じてノズル２に供給される。
【００３４】
なお、オゾンＯ₃は、気液混合槽１の底に貯められた処理水Ｗを通し、バブリングによって気液混合槽１内に供給される。
【００３５】
本発明において、気液混合槽１内に形成された高濃度オゾンの雰囲気ＡＯ₃中にノズル２から処理水Ｗを噴霧すると、Ｏ₃とＨ₂Ｏ₂との反応によって、ＯＨラジカル[・ＯＨ]が生成する。この条件が整ったところで、薬品ベーパを含む空気は被処理空気としてＤＡｒを気液混合槽１内へ導入する。
【００３６】
生成した[・ＯＨ]は、被処理空気ＤＡｒ中の有機物ＯＭを酸化分解して有機酸ＯＡを生成させ、有機酸ＯＡは水に溶解する。有機物ＯＭは酸化分解の結果、一部はＣＯ₂、Ｈ₂Ｏにまで分解するものもあるが、本発明においては有機物ＯＭの全てを一挙にＣＯ₂にまで分解反応を進行させることなく、反応をＣＨ₃ＣＯＯ^-のような有機酸ＯＡの段階に留める点が最大の特徴である。被処理空気ＤＡｒは、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）と塩基（ＯＨ）とを含む処理水Ｗの水滴Ｄで満たされたオゾン雰囲気ＡＯ₃で空気中に含まれた有機物ＯＭが除去され、清浄空気ＣＡｒとなって気液混合槽１内から外部に送り出される。
【００３７】
図４は、酸化分解処理に、水分裂処理と、気液分離処理とを併用して被処理空気ＤＡｒの清浄化をさらに積極的に行なう例である。水分裂処理は、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）と塩基（ＯＨ）とを含む処理水Ｗにエネルギーを付与して気液混合槽１内で微細水滴に分裂させる処理であり、気液分離処理は、水分裂処理後、微細水滴を遠心力分離して空気中から微細水滴を除去し、被処理空気ＤＡｒを清浄空気ＣＡｒにして外部に排出する処理である。気液分離処理は、気液混合槽１内で行ない、気液分離処理にはサイクロンセパレータ１０を用いている。なお、サイクロンセパレータ１０から送出される清浄空気ＣＡｒを外部へ排出するに際しては、残留オゾン分解装置１３を通して外部へ排出すればより安全である。
【００３８】
図４において、気液混合槽１内にはモータ１１にて回転駆動される回転羽根１２が設置されている。ノズル２から、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）と塩基（ＯＨ）とを含む処理水Ｗを噴出し、また、気液混合槽１の底に貯められた処理水Ｗを通し、バブリングによって、Ｏ₃を気液混合槽１内に供給し、外部から導入した被処理空気ＤＡrの酸化分解処理を行なう点は、図３の例と同じであるが、図４においては、ノズル２から噴出された処理水Ｗは、回転羽根１２に叩打されて微細水滴に分裂し気液接触反応が促進される。
【００３９】
ついで微細水滴を含む空気は、気液混合槽１からサイクロンセパレータ１０に圧送され、空気流の旋回によって生じた遠心力作用で空気中の水分が除去され、さらに、空気中にたとえオゾンが残留することがあっても残留オゾン分解装置１３にて完全に除去され、オゾンを含まない清浄空気ＣＡｒとなって外部に排出される。排出された空気は、負イオンを多量に含む多湿の清浄空気である。この実施形態において、水分裂処理には回転羽根を用いて噴出された処理水に機械的エネルギーを付与して微細水滴に分裂させる例を示したが、微細水滴に分裂させる為に付与するエネルギーは、機械的エネルギーに限らず電磁エネルギーであってもよい。
【００４０】
一方、反応に使用されなかった処理水中のオゾンや過酸化水素水などの酸化剤は、活性炭を用いて分解除去し、有機酸はイオン交換樹脂を用いて処理水Ｗ中から除去することができる。本発明において、有機物の全てが一挙にＣＯ₂になるまで分解を進行させることなく反応を有機酸の段階に留めるのは、有機物の酸化分解・除去効率を高めるためである。
【００４１】
すなわち、水中に溶け込ませたＴＯＣを完全にＣＯ₂とＨ₂Ｏにまで分解させるには、多くのエネルギーが必要であるが、有機物の分解を有機酸までに止めることによって水中に溶け込ませることができ、水中の有機酸はイオン交換樹脂に接触させることによって水中から取り除くことができ、酸化分解処理とイオン交換処理との２段階処理によって、薬品ベーパを含む空気中の有機物の分解に要するエネルギーの消費を大幅に軽減できる。
【００４２】
図５に市水又は排水処理水を用いて空気中に含まれた有機性ガスを処理する例を具体的に説明する。市水又は排水処理水Ｗは、タンク４からポンプ５で汲み出され、配管３を通して気液混合槽１内に供給されるが、その途中の配管３内に過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）と、塩基として例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が添加され、Ｈ₂Ｏ₂とＮａＯＨとを含む処理水Ｗがノズル２から気液混合槽１内に噴射され、水滴Ｄとなって、気液混合槽１内に落下する。
【００４３】
一方、気液混合槽１内には、予め定量の処理水Ｗが充填され、水中を通してオゾン（Ｏ₃）がバブリングされ、気液混合槽１内は高濃度オゾン雰囲気ＡＯ₃が満たされている。
【００４４】
気液混合槽１内の高濃度オゾン雰囲気ＡＯ₃中に、被処理空気ＤＡｒとして、有機性ガスを含んだ空気を導入する。気液混合槽１内に導入された空気中の有機性ガス（有機物）ＯＭは、図３に示したようにＯ₃とＨ₂Ｏ₂との反応によって、生成した[・ＯＨ]に接触し、有機物ＯＭが酸化分解されて有機酸ＯＡが生成され、生成した有機酸ＯＡは、処理水Ｗ中に溶解し、気液混合槽１の底に貯められ、有機物ＯＭが除去された空気は、清浄空気ＣＡｒとして、気液混合槽１の外部に送出される。
【００４５】
一方、気液混合槽１内に貯められた処理水Ｗは、ポンプ６で吸引され、配管７を経由して接触分解槽８内に送入され、接触分解槽８内に充填された活性炭による接触分解反応によって、水中に残存する余剰のＯ₃とＨ₂Ｏ₂は分解され、水中に残る有機酸ＯＡは中和され、さらに生物処理によって最終的にＣＯ₂とＨ₂Ｏまで分解されて放流される。
【００４６】
（実施例２）
図６は、純水を処理水Ｗとして用い、空気中に含まれた有機性ガスを処理する例である。この実施例においては、気液混合槽１に接続された処理水供給用の配管３と処理水送出用の配管７とが循環管路を形成し、気液混合槽１の送出側配管７にポンプ６と、接触分解槽８と、イオン交換樹脂反応槽９とが順に接続され、処理水供給用の配管３を通して、気液混合槽１へ供給する処理水Ｗ中にＨ₂Ｏ₂とＮａＯＨが添加される。
【００４７】
本実施例においても、実施例１と同様にＨ₂Ｏ₂と塩基（たとえばＮａＯＨ）とを含む処理水Ｗがノズル２から気液混合槽１内に噴射され、処理水Ｗは水滴Ｄとなって気液混合槽１内に落下する。一方、気液混合槽内には予め定量の水が充填され、水中を通してオゾン（Ｏ₃）がバブリングされる。オゾン（Ｏ₃）は、気液混合槽１内に吹込む被処理空気ＤＡｒ内に添加してもよい。
【００４８】
気液混合槽１内に形成された高濃度オゾン雰囲気ＡＯ₃中に有機性ガスを含んだ被処理空気ＤＡｒが導入されると、前実施例と同様に、被処理空気Ａｒ中の有機性ガス（有機物）ＯＭは、[・ＯＨ]によって酸化分解され、有機酸ＯＡが生成され、生成した有機酸ＯＡは水中に溶解する。有機物ＯＭが除去された空気は、清浄空気ＣＡｒとして、気液混合槽１の外部に送出され、有機酸ＯＡは、気液混合槽１内の処理水Ｗ中に貯められる。
【００４９】
この実施例においては、気液混合槽１内に貯められた処理水Ｗは、ポンプ６で配管７内に吸引され、まず、接触分解槽８内に送り込まれ、水中に残存する余剰のＯ₃とＨ₂Ｏ₂を分解した後に、処理水Ｗはイオン交換樹脂反応槽９内に送り込まれる。
【００５０】
イオン交換反応槽９内では、槽内に充填されたイオン交換樹脂と有機酸間でイオン交換が行われ、有機酸イオンがイオン交換樹脂に捕捉され、有機酸から分離したＨ⁺と、イオン交換樹脂から分離したＯＨ^-が結合して水が生じ、処理水Ｗとともに配管３内に戻され、再び気液混合槽１に供給されて循環を繰り返す。
【００５１】
この実施形態によれば、気液混合槽１内で被処理空気ＤＡｒ中に含まれる有機物ＯＭを酸化分解させて処理水Ｗ中に有機酸ＯＡとして取込み、水中に取込まれた有機酸ＯＡは、イオン交換処理により水中から除去して空気の清浄化に用いた処理水Ｗを繰り返し利用することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように本発明による空気の清浄化方法によるときには、酸化分解処理として、オゾンガス雰囲気内に過酸化水素を含む水滴に薬品ベーパを含む空気を接触させ、空気中の有機物を主として有機酸に分解し、有機酸を水中に溶解させて薬品ベーパ中から除去するため、薬品ベーパ中に不溶性の有機物が含まれていても容易にこれを水中に溶解させて空気中から除去することができ、水中に取込んだ有機物の分解に要するエネルギーの消費を大幅に軽減できる。また、酸化分解処理に水分裂処理と、気液分離処理とを併用し、さらに被処理空気中の残留オゾンを除去することによって、薬品ベーパを含む空気をより清浄化して外部に送出することができる。
【００５３】
また、酸化分解処理は、オゾンガス雰囲気内に塩基を添加しつつ雰囲気を中性またはアルカリ性に保持しつつ行なうことにより、円滑に進行させることができる。
【００５４】
また、酸化分解処理に用いられたオゾンや過酸化水素は、酸化分解処理によって除去し、さらにイオン交換処理を施すことによって、純水に再生し、繰返し酸化分解処理に用いることができる。
【００５５】
また、本発明による空気清浄化方法によれば、外部から導入した空気を水滴に接触させて空気中に含まれる有機物を有機酸として水中に取込ませる条件を形成する気液混合槽を用いることによって実現でき、上記条件は、オゾン雰囲気を形成する気液混合槽内に過酸化水素と塩基を含む処理水を水滴として気液混合槽内に噴出するノズルを用いて容易に実現できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸化反応時間とＴＯＣ値との関係を示す図。
【図２】酸化分解処理と、イオン交換処理前後の水中におけるＴＯＣ値の変化を示す図。
【図３】本発明の基本的構成を示す図。
【図４】被処理空気を清浄化する具体的な一例を示す図。
【図５】実施例１の構成を示す図。
【図６】実施例２の構成を示す図。
【符号の説明】
１ 気液混合槽
２ ノズル
３，７ 配管
４ タンク
５，６ ポンプ
８ 接触分解槽
９ イオン交換樹脂反応槽
１０ サイクロンセパレータ
１１ モータ
１２ 回転羽根
１３ 残留オゾン分解装置

Claims (3)

1. 有機物の薬品ベーパを含む空気を浄化処理する空気の清浄化方法であって、酸化分解処理と、水中の有機酸の除去処理とを有し、
   酸化分解処理は、オゾンガス雰囲気内に塩基を添加し、雰囲気を中性またはアルカリ性領域に保持しつつ、過酸化水素と、オゾンガスとを反応させ、その反応によって生成したＯＨラジカルを薬品ベーパ中の有機物に作用させて薬品ベーパ中の有機物を主として有機酸に分解し、生成した有機酸を水中に溶解させる処理であり、
   水中の有機酸の除去処理は、酸化分解処理によって生成し、水中に溶解した有機酸を最終的にＣＯ_２と、Ｈ_２Ｏに分解する処理であることを特徴とする空気の清浄化方法。
2. 酸化分解処理に水分裂処理と、気液分離処理とを併用して薬品ベーパを含む空気の清浄化を行なう空気の清浄化方法であって、
   水分裂処理は、過酸化水素と、塩基とを含む処理水を水滴に分裂させる処理であり、
   気液分離処理は、水分裂処理によって発生した水滴を分離して薬品ベーパを含む空気中から除去し、薬品ベーパを含む空気を清浄化して外部に排出する処理であることを特徴とする請求項１に記載の空気の清浄化方法。
3. 水中の有機酸の除去処理は、水中に溶解した有機酸を活性炭と接触させて有機酸を中和し、水中に残存する過酸化水素及びオゾンを分解させ、さらに生物処理によって、有機酸を最終的にＣＯ_２と、Ｈ_２Ｏとに分解する処理であることを特徴とする請求項１に記載の空気の清浄化方法。

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