JP5305276B2 - 空気浄化方法およびシステム - Google Patents

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Description

本発明は、塗装工場や印刷工場において発生するガス状の揮発性有機化合物を含む空気を浄化し、揮発性有機化合物を回収するための方法およびシステムに関する。
トルエン、キシレン、酢酸エチルなどをはじめとする揮発性有機化合物(VOC:volatile organic compounds)は、大気汚染や健康被害をもたらす原因物質であるが、今なお有機溶剤系塗料や有機溶剤系インクの有機溶剤として使われ、塗装工程や印刷工程の後で大気中に排出されていることは当業者に周知の通りである。最近の調査では、VOCの現在の排出量の9割が塗装工場や印刷工場などの固定発生源からであり、そのうちの1/3以上が塗装業界からであるとされている。そこで、塗装工場や印刷工場におけるVOCの排出抑制や除去処理のための様々な規制や提案がなされ、大規模工場などでは既にVOC処理システム(例えばVOC分解装置など)を導入し、その排出抑制や除去処理が実施されている。けれでも、既存のVOC処理システムは、大型かつ高価であり、ランニングコストが高くつくものである。従って、中小クラスの塗装会社や印刷会社では、このようなシステムを導入することは費用対効果の点で問題があることから、結果としてVOC削減対策が何ら講じられていない場合も多い。また、資源のリサイクルの観点から考えれば、除去したVOCは分解装置で分解するのではなく、回収して再利用を図ることが望ましい。
以上のような事情に鑑みて、中小クラスの塗装会社や印刷会社においても導入が可能な、簡易かつ小型で低コストなVOCの除去・回収のための方法やシステムの開発が待ち望まれている。しかしながら、そのような方法やシステムは未だ存在しない。
そこで本発明は、塗装工場や印刷工場において発生するガス状のVOCを含む空気を浄化し、VOCを回収するための簡易かつ小型で低コストな方法およびシステムを提供することを目的とする。
上記の点に鑑みてなされた本発明の有機溶剤としてVOCを使った有機溶剤系塗料を用いた塗装工程において発生するガス状のVOCを含む空気からVOCを分離して空気を浄化し、分離したVOCを回収するための方法は、請求項1記載の通り、矩形フレームの両面にVOC透過膜がマウントされたユニットを複数枚、平行板状に狭い間隔を空けて並べ、各ユニットのフレーム内にVOC捕捉液が充填されてなる第1の平行板型拡散スクラバーの、ユニットとユニットの隙間に、ガス状のVOCを含む空気を通すことによって、ガス状のVOCをVOC透過膜を透過させてフレーム内のVOC捕捉液に取り込ませて除去することで、ガス状のVOCを含む空気からVOCを分離して空気を浄化し、さらに、第1の平行板型拡散スクラバーの後段に、VOC吸着シートを複数枚、平行板状に狭い間隔を空けて並べた第2の平行板型拡散スクラバーを配置し、そのシートとシートの隙間に、前段の第1の平行板型拡散スクラバーによって浄化された空気を通すことで、空気中にガス状のVOCが残存する場合にはこれをVOC吸着シートに吸着させて除去し、第1の平行板型拡散スクラバーから排出させたVOCを含むVOC捕捉液からVOCを回収するとともに、第1の平行板型拡散スクラバーの前段に、フッ素樹脂製の線材を上下に張り渡したミスト捕獲エリアを設けることを特徴とする
た、本発明の有機溶剤としてVOCを使った有機溶剤系インクを用いた印刷工程において発生するガス状のVOCを含む空気からVOCを分離して空気を浄化し、分離したVOCを回収するための方法は、請求項記載の通り、矩形フレームの両面にVOC透過膜がマウントされたユニットを複数枚、平行板状に狭い間隔を空けて並べ、各ユニットのフレーム内にVOC捕捉液が充填されてなる第1の平行板型拡散スクラバーの、ユニットとユニットの隙間に、ガス状のVOCを含む空気を通すことによって、ガス状のVOCをVOC透過膜を透過させてフレーム内のVOC捕捉液に取り込ませて除去することで、ガス状のVOCを含む空気からVOCを分離して空気を浄化し、さらに、第1の平行板型拡散スクラバーの後段に、VOC吸着シートを複数枚、平行板状に狭い間隔を空けて並べた第2の平行板型拡散スクラバーを配置し、そのシートとシートの隙間に、前段の第1の平行板型拡散スクラバーによって浄化された空気を通すことで、空気中にガス状のVOCが残存する場合にはこれをVOC吸着シートに吸着させて除去し、第1の平行板型拡散スクラバーから排出させたVOCを含むVOC捕捉液からVOCを回収するとともに、第1の平行板型拡散スクラバーの前段に、フッ素樹脂製の線材を上下に張り渡したミスト捕獲エリアを設けることを特徴とする。
また、請求項記載の方法は、請求項1または2記載の方法において、第1の平行板型拡散スクラバーから排出させたVOCを含むVOC捕捉液をVOCとVOC捕捉液に分離することによって、VOCを回収するとともにVOC捕捉液を回収し、回収されたVOC捕捉液を第1の平行板型拡散スクラバーに再び供給するようにしてVOC捕捉液を循環使用することを特徴とする。
また、本発明の有機溶剤としてVOCを使った有機溶剤系塗料を用いた塗装工程において発生するガス状のVOCを含む空気からVOCを分離して空気を浄化し、分離したVOCを回収するためのシステムは、請求項記載の通り、矩形フレームの両面にVOC透過膜がマウントされたユニットを複数枚、平行板状に狭い間隔を空けて並べ、各ユニットのフレーム内にVOC捕捉液が充填されてなる第1の平行板型拡散スクラバーの、ユニットとユニットの隙間に、ガス状のVOCを含む空気を通すことによって、ガス状のVOCをVOC透過膜を透過させてフレーム内のVOC捕捉液に取り込ませて除去することで、ガス状のVOCを含む空気からVOCを分離して空気を浄化し、さらに、第1の平行板型拡散スクラバーの後段に、VOC吸着シートを複数枚、平行板状に狭い間隔を空けて並べた第2の平行板型拡散スクラバーを配置し、そのシートとシートの隙間に、前段の第1の平行板型拡散スクラバーによって浄化された空気を通すことで、空気中にガス状のVOCが残存する場合にはこれをVOC吸着シートに吸着させて除去し、第1の平行板型拡散スクラバーから排出させたVOCを含むVOC捕捉液からVOCを回収するとともに、第1の平行板型拡散スクラバーの前段に、フッ素樹脂製の線材を上下に張り渡したミスト捕獲エリアを設けるようにしてなることを特徴とする。
また、本発明の有機溶剤としてVOCを使った有機溶剤系インクを用いた印刷工程において発生するガス状のVOCを含む空気からVOCを分離して空気を浄化し、分離したVOCを回収するためのシステムは、請求項記載の通り、矩形フレームの両面にVOC透過膜がマウントされたユニットを複数枚、平行板状に狭い間隔を空けて並べ、各ユニットのフレーム内にVOC捕捉液が充填されてなる第1の平行板型拡散スクラバーの、ユニットとユニットの隙間に、ガス状のVOCを含む空気を通すことによって、ガス状のVOCをVOC透過膜を透過させてフレーム内のVOC捕捉液に取り込ませて除去することで、ガス状のVOCを含む空気からVOCを分離して空気を浄化し、さらに、第1の平行板型拡散スクラバーの後段に、VOC吸着シートを複数枚、平行板状に狭い間隔を空けて並べた第2の平行板型拡散スクラバーを配置し、そのシートとシートの隙間に、前段の第1の平行板型拡散スクラバーによって浄化された空気を通すことで、空気中にガス状のVOCが残存する場合にはこれをVOC吸着シートに吸着させて除去し、第1の平行板型拡散スクラバーから排出させたVOCを含むVOC捕捉液からVOCを回収するとともに、第1の平行板型拡散スクラバーの前段に、フッ素樹脂製の線材を上下に張り渡したミスト捕獲エリアを設けるようにしてなることを特徴とする。


本発明によれば、塗装工場や印刷工場において発生するガス状のVOCを含む空気を浄化し、VOCを回収するための簡易かつ小型で低コストな方法およびシステムを提供することができる。
本発明の塗装工場や印刷工場において発生するガス状のVOCを含む空気を浄化し、VOCを回収するための方法は、矩形フレームの両面にVOC透過膜がマウントされたユニットを複数枚、平行板状に狭い間隔を空けて並べ、各ユニットのフレーム内にVOC捕捉液が充填されてなる平行板型拡散スクラバーの、ユニットとユニットの隙間に、ガス状のVOCを含む空気を通すことによって、ガス状のVOCをVOC透過膜を透過させてフレーム内のVOC捕捉液に取り込ませて除去することで、ガス状のVOCを含む空気からVOCを分離して空気を浄化し、平行板型拡散スクラバーから排出させたVOCを含むVOC捕捉液からVOCを回収することを特徴とするものである。以下、この方法を図面を参考にしながら説明する。
図1は、本発明の塗装工場や印刷工場において発生するガス状のVOCを含む空気を浄化し、VOCを回収するためのシステムの一実施の形態の概念図である。中央に位置する平行板型拡散スクラバーは、矩形フレーム(例えば長方形フレーム)の両面に、例えば多孔質ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製の膜などのVOC透過膜がマウントされたユニットを複数枚、平行板状に狭い間隔、例えば0.5〜1.5mm程度を空けて並べ、各ユニットのフレーム内にVOC捕捉液が充填されてなるものである。このような平行板型拡散スクラバーは自体公知であり、例えば特開2000−51647号公報に記載されている(但し同公報には塗装工場や印刷工場におけるVOCの除去・回収を目的とした用途の記載はない)。ガス状のVOCを含む空気を平行板型拡散スクラバーのユニットとユニットの隙間に通すことによって、ガス状のVOCをVOC透過膜を透過させ、供給タンクから供給されたフレーム内のVOC捕捉液に取り込ませて除去することで、ガス状のVOCを含む空気からVOCを分離して空気を浄化する(図2参照)。フレーム内のVOC捕捉液に取り込まれたVOCは、VOC捕捉液とともに平行板型拡散スクラバーから排出させ、VOCを含むVOC捕捉液は、一旦、回収タンクに回収されて貯留された後、VOCとVOC捕捉液の分離装置に導かれて両者の分離操作が行われ、再生されたVOCは回収されて再び有機溶剤などとして利用される。一方、再生されたVOC捕捉液は回収されて再び供給タンクに供給されて循環使用される。このようにVOC捕捉液を循環使用できるようにすれば、例えば100〜3万m/時間といったような大容量の空気処理量であっても、平行板型拡散スクラバーに新鮮な(ガス状のVOCの取り込み能を有する)VOC捕捉液が絶えず供給されるので、効果的に処理を行うことができることに加え、VOC捕捉液の使用量を抑えることができるので、ランニングコストの低減を図ることができる。なお、VOCとVOC捕捉液の分離操作は、例えば両者の沸点の違いを利用した熱処理、高分子膜や多孔無機膜などを用いた膜分離などによって行うことができる。塗装工程や印刷工程の後に乾燥工程が存在する場合には、乾燥工程において発生する高温排気ガスを熱源として利用すれば、システムの省エネルギー化を図ることができる。VOC捕捉液としては、ポリエチレングリコール、ナタネ油、軽油、アジピン酸ビス(2−エチルへキシル)(DEHA)などを用いることができる。中でも、DEHAは、VOCの除去効率に優れるとともに(例えば、通気流量100m/時間、流量0.6L/分の条件におけるキシレンの除去効率は約50%である)、沸点が300℃以上と高いことから熱処理によるVOCとの分離が容易であるので、VOC捕捉液として適している。
なお、上記の平行板型拡散スクラバーの後段に、活性炭繊維シートなどの公知のVOC吸着シートを複数枚、平行板状に狭い間隔、例えば0.5〜1.5mm程度を空けて並べた平行板型拡散スクラバー(必要であれば特願2005−105480の公開公報を参照のこと)を配置し、そのシートとシートの隙間に、前段の平行板型拡散スクラバーによって浄化された空気を通すことで、空気中にガス状のVOCが残存する場合にはこれをVOC吸着シートに吸着させて除去することが望ましい。これによりVOCが高度に除去された高い清浄度を有する空気を得ることができる。なお、VOCを吸着したVOC吸着シートは、加熱を行うなどしてシートからVOCを脱離除去し、再生利用することが望ましい。塗装工程や印刷工程の後に乾燥工程が存在する場合には、乾燥工程において発生する高温排気ガスを熱源として利用すればよい。
塗装工程が、スプレー方式の場合、空気中にはワークに塗着しない余剰の有機溶剤系塗料のミスト(オーバースプレーミスト)がガス状のVOCとともに含まれる。ガス状のVOCとともにオーバースプレーミストを含む空気をそのまま平行板型拡散スクラバーのユニットとユニットの隙間に通すと、VOC透過膜がミストを構成する塗料成分によって目詰まりを起こすといった問題を引き起こす恐れがあり、また、オーバースプレーミストから気化したVOCがもともと空気に含まれていたガス状のVOCと合算されることで、平行板型拡散スクラバーに対してガス状のVOCの除去の負荷増加を招くことになる。従って、空気中にオーバースプレーミストが含まれている場合、平行板型拡散スクラバーの前段に、多数の線材を上下に張り渡したエリアを設け、予めオーバースプレーミストを線材に衝突させることで捕獲することが望ましい。
図3は、スプレー塗装工程において発生するガス状のVOCとともにオーバースプレーミストを含む空気を浄化し、VOCを回収するためのシステムの一実施の形態の概念図である。図3に示したシステムでは、VOC捕捉液が循環供給される平行板型拡散スクラバー(VOC捕捉液の循環供給手段は図1に記載の手段と同じであるので図略)の前段に、多数の線材を上下に張り渡したエリアが設けられており、後段に、VOC吸着シートを用いた平行板型拡散スクラバーが配置されている。まず、例えばシステムの下流側からの吸引により、ガス状のVOCとともにオーバースプレーミストを含む空気を多数の線材を上下に張り渡したエリアに導き、予めオーバースプレーミストを線材に衝突させることで捕獲する。線材としてポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂製の糸を用いた場合、線材に衝突して捕獲されたオーバースプレーミストは線材を伝わって速やかに下降し、徐々に大きな液滴となって落下する。よって、落下した液滴を回収することで、ワークに塗着しなかった有機溶剤系塗料を回収することができる。なお、このようにして回収された有機溶剤系塗料は、VOC(有機溶剤)と塗料成分の分離装置に導いて両者の分離操作を行い、再生されたVOCは回収して再び有機溶剤などとして利用することが望ましい。
上記のようにして空気中に含まれるオーバースプレーミストを予め捕獲しておくことで、VOC捕捉液が循環供給される平行板型拡散スクラバーにはガス状のVOCだけが含まれる空気が導かれる。従って、VOC透過膜がミストを構成する塗料成分によって目詰まりを起こすといった問題を引き起こすことなく、また、平行板型拡散スクラバーに対してガス状のVOCの除去の負荷増加を招くことなく、大容量の空気処理量であっても、効果的にガス状のVOCをVOC透過膜を透過させてフレーム内のVOC捕捉液に取り込ませて除去することができ、また、VOCを回収することができる。図3に示したシステムでは、このようにして浄化された空気を、さらにVOC吸着シートを用いた平行板型拡散スクラバーに導いて空気中に残存するガス状のVOCをVOC吸着シートに吸着させて除去するようにしているので、VOCが高度に除去された高い清浄度を有する空気を得ることができる。
本発明は、塗装工場や印刷工場において発生するガス状のVOCを含む空気を浄化し、VOCを回収するための簡易かつ小型で低コストな方法およびシステムを提供することができる点において産業上の利用可能性を有する。
本発明の塗装工場や印刷工場において発生するガス状のVOCを含む空気を浄化し、VOCを回収するためのシステムの一実施の形態の概念図である。 同システムにおいて用いる平行板型拡散スクラバーによってガス状のVOCを含む空気からVOCが分離されて空気が浄化される様子を示す模式図である。 スプレー塗装工程において発生するガス状のVOCとともにオーバースプレーミストを含む空気を浄化し、VOCを回収するためのシステムの一実施の形態の概念図である。

Claims (5)

  1. 有機溶剤として揮発性有機化合物を使った有機溶剤系塗料を用いた塗装工程において発生するガス状の揮発性有機化合物を含む空気から揮発性有機化合物を分離して空気を浄化し、分離した揮発性有機化合物を回収するための方法であって、矩形フレームの両面に揮発性有機化合物透過膜がマウントされたユニットを複数枚、平行板状に狭い間隔を空けて並べ、各ユニットのフレーム内に揮発性有機化合物捕捉液が充填されてなる第1の平行板型拡散スクラバーの、ユニットとユニットの隙間に、ガス状の揮発性有機化合物を含む空気を通すことによって、ガス状の揮発性有機化合物を揮発性有機化合物透過膜を透過させてフレーム内の揮発性有機化合物捕捉液に取り込ませて除去することで、ガス状の揮発性有機化合物を含む空気から揮発性有機化合物を分離して空気を浄化し、さらに、第1の平行板型拡散スクラバーの後段に、揮発性有機化合物吸着シートを複数枚、平行板状に狭い間隔を空けて並べた第2の平行板型拡散スクラバーを配置し、そのシートとシートの隙間に、前段の第1の平行板型拡散スクラバーによって浄化された空気を通すことで、空気中にガス状の揮発性有機化合物が残存する場合にはこれを揮発性有機化合物吸着シートに吸着させて除去し、第1の平行板型拡散スクラバーから排出させた揮発性有機化合物を含む揮発性有機化合物捕捉液から揮発性有機化合物を回収するとともに、第1の平行板型拡散スクラバーの前段に、フッ素樹脂製の線材を上下に張り渡したミスト捕獲エリアを設けることを特徴とする方法
  2. 有機溶剤として揮発性有機化合物を使った有機溶剤系インクを用いた印刷工程において発生するガス状の揮発性有機化合物を含む空気から揮発性有機化合物を分離して空気を浄化し、分離した揮発性有機化合物を回収するための方法であって、矩形フレームの両面に揮発性有機化合物透過膜がマウントされたユニットを複数枚、平行板状に狭い間隔を空けて並べ、各ユニットのフレーム内に揮発性有機化合物捕捉液が充填されてなる第1の平行板型拡散スクラバーの、ユニットとユニットの隙間に、ガス状の揮発性有機化合物を含む空気を通すことによって、ガス状の揮発性有機化合物を揮発性有機化合物透過膜を透過させてフレーム内の揮発性有機化合物捕捉液に取り込ませて除去することで、ガス状の揮発性有機化合物を含む空気から揮発性有機化合物を分離して空気を浄化し、さらに、第1の平行板型拡散スクラバーの後段に、揮発性有機化合物吸着シートを複数枚、平行板状に狭い間隔を空けて並べた第2の平行板型拡散スクラバーを配置し、そのシートとシートの隙間に、前段の第1の平行板型拡散スクラバーによって浄化された空気を通すことで、空気中にガス状の揮発性有機化合物が残存する場合にはこれを揮発性有機化合物吸着シートに吸着させて除去し、第1の平行板型拡散スクラバーから排出させた揮発性有機化合物を含む揮発性有機化合物捕捉液から揮発性有機化合物を回収するとともに、第1の平行板型拡散スクラバーの前段に、フッ素樹脂製の線材を上下に張り渡したミスト捕獲エリアを設けることを特徴とする方法。
  3. 第1の平行板型拡散スクラバーから排出させた揮発性有機化合物を含む揮発性有機化合物捕捉液を揮発性有機化合物と揮発性有機化合物捕捉液に分離することによって、揮発性有機化合物を回収するとともに揮発性有機化合物捕捉液を回収し、回収された揮発性有機化合物捕捉液を第1の平行板型拡散スクラバーに再び供給するようにして揮発性有機化合物捕捉液を循環使用することを特徴とする請求項1または2記載の方法。
  4. 有機溶剤として揮発性有機化合物を使った有機溶剤系塗料を用いた塗装工程において発生するガス状の揮発性有機化合物を含む空気から揮発性有機化合物を分離して空気を浄化し、分離した揮発性有機化合物を回収するためのシステムであって、矩形フレームの両面に揮発性有機化合物透過膜がマウントされたユニットを複数枚、平行板状に狭い間隔を空けて並べ、各ユニットのフレーム内に揮発性有機化合物捕捉液が充填されてなる第1の平行板型拡散スクラバーの、ユニットとユニットの隙間に、ガス状の揮発性有機化合物を含む空気を通すことによって、ガス状の揮発性有機化合物を揮発性有機化合物透過膜を透過させてフレーム内の揮発性有機化合物捕捉液に取り込ませて除去することで、ガス状の揮発性有機化合物を含む空気から揮発性有機化合物を分離して空気を浄化し、さらに、第1の平行板型拡散スクラバーの後段に、揮発性有機化合物吸着シートを複数枚、平行板状に狭い間隔を空けて並べた第2の平行板型拡散スクラバーを配置し、そのシートとシートの隙間に、前段の第1の平行板型拡散スクラバーによって浄化された空気を通すことで、空気中にガス状の揮発性有機化合物が残存する場合にはこれを揮発性有機化合物吸着シートに吸着させて除去し、第1の平行板型拡散スクラバーから排出させた揮発性有機化合物を含む揮発性有機化合物捕捉液から揮発性有機化合物を回収するとともに、第1の平行板型拡散スクラバーの前段に、フッ素樹脂製の線材を上下に張り渡したミスト捕獲エリアを設けるようにしてなることを特徴とするシステム。
  5. 有機溶剤として揮発性有機化合物を使った有機溶剤系インクを用いた印刷工程において発生するガス状の揮発性有機化合物を含む空気から揮発性有機化合物を分離して空気を浄化し、分離した揮発性有機化合物を回収するためのシステムであって、矩形フレームの両面に揮発性有機化合物透過膜がマウントされたユニットを複数枚、平行板状に狭い間隔を空けて並べ、各ユニットのフレーム内に揮発性有機化合物捕捉液が充填されてなる第1の平行板型拡散スクラバーの、ユニットとユニットの隙間に、ガス状の揮発性有機化合物を含む空気を通すことによって、ガス状の揮発性有機化合物を揮発性有機化合物透過膜を透過させてフレーム内の揮発性有機化合物捕捉液に取り込ませて除去することで、ガス状の揮発性有機化合物を含む空気から揮発性有機化合物を分離して空気を浄化し、さらに、第1の平行板型拡散スクラバーの後段に、揮発性有機化合物吸着シートを複数枚、平行板状に狭い間隔を空けて並べた第2の平行板型拡散スクラバーを配置し、そのシートとシートの隙間に、前段の第1の平行板型拡散スクラバーによって浄化された空気を通すことで、空気中にガス状の揮発性有機化合物が残存する場合にはこれを揮発性有機化合物吸着シートに吸着させて除去し、第1の平行板型拡散スクラバーから排出させた揮発性有機化合物を含む揮発性有機化合物捕捉液から揮発性有機化合物を回収するとともに、第1の平行板型拡散スクラバーの前段に、フッ素樹脂製の線材を上下に張り渡したミスト捕獲エリアを設けるようにしてなることを特徴とするシステム。
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