JPH08187419A - 廃ガス処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 除去効率が高く、且つ、大風量での廃ガス処
理が効率よく行われる廃ガス処理方法及び装置を提供す
る。 【構成】 電解処理により水酸化物イオンを増加させた
電解処理水を生成し、廃ガスを該電解処理水と接触させ
て廃ガス中の水溶性成分を該電解処理水に溶解させて廃
ガスから除去する。廃ガス処理装置は、水を電解処理し
て水酸化物イオンが増加した電解処理水を生成するため
の電解装置１と、廃ガスを該電解処理水と接触させて廃
ガス中の水溶性成分を該電解処理水に溶解させて廃ガス
から除去するための気液接触装置３とを備える。 【効果】 廃ガス中の水溶性成分の除去を効率よく行
え、後処理の面倒な物質を使用する必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、廃ガスに含まれる水に
可溶な成分を吸収して廃ガスを浄化する廃ガスの湿式処
理方法に関する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工場等から排出される廃ガス
の成分は、塩化水素、弗化水素、塩素等の酸性の水溶性
ガスがかなりの割合を占めている。このような廃ガスの
処理には、一般にスクラバーと呼ばれる気液接触洗浄装
置を用いて廃ガスを水又はアルカリ溶液で浄化する湿式
処理が用いられている。気液接触洗浄装置には、液分散
型洗浄装置とガス分散型洗浄装置の２つがある。液分散
型洗浄装置は、ガス中に液を分散させるもので、充填
塔、スプレー塔、ベンチュリースクラバー、ジェットス
クラバー等がある。一方、ガス分散型洗浄装置は、ガス
を液中に気泡として吹き込む方式のもので、多孔板塔、
十字流接触方式などがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、廃ガス処理
は、幾つかのプロセスから発生する廃ガスをある程度ま
とめてから行われるため、装置としては、処理できるガ
ス風量が大きく、且つ除去効率が高いものが望まれる。
前述した処理装置のうちジェットスクラバーやベンチュ
リースクラバーの除去効率は除去効率が比較的高く、概
ね９５％以上である。しかし、これらの方式は大風量の
ガスの処理には不適であり、洗浄液も大量に必要とし、
動力費がかさむ等の欠点もある。従って、大風量のガス
処理には、従来、多孔板塔、充填塔、スプレー塔等が用
いられている。これらは、構造が簡単であり、動力費が
易く済むなどの長所がある。しかし、これらの処理装置
は、ジェットスクラバー等に比べると除去効率が低く、
充填物や棚板等を利用することによってガスと洗浄液と
の接触効率を上げても、概ね７０％前後にしか達しな
い。

【０００４】本発明は、この様な従来技術の課題を解決
するためになされたもので、除去効率が高く、且つ、大
風量での廃ガス処理が効率よく行われる廃ガス処理方法
及び装置を提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、電解処理を施
した水を洗浄液として用いて廃ガスを洗浄すると、水溶
性成分の廃ガスからの除去効率を改善できることを見い
だし、本発明の廃ガス処理方法及び装置を発明するに至
った。

【０００６】本発明の廃ガス処理方法は、水酸化物イオ
ンを増加させた電解処理水を生成し、廃ガスを該電解処
理水と接触させて廃ガス中の水溶性成分を該電解処理水
に溶解させて廃ガスから除去することを特徴とするもの
である。

【０００７】更に、本発明の廃ガス処理装置は、水を電
解処理して水酸化物イオンが増加した電解処理水を生成
するための電解装置と、廃ガスを該電解処理水と接触さ
せて廃ガス中の水溶性成分を該電解処理水に溶解させて
廃ガスから除去するための気液接触装置とを備えること
を特徴とするものである。

【０００８】

【作用】水を電解処理することによって、水中の水酸化
物イオン濃度が増加し、これにより、水の界面張力が低
下する。この電解処理水と廃ガスとを気液接触させる
と、界面張力の低下によって気液接触性が高まり、これ
により廃ガスに含まれる水溶性成分の電解水への溶解が
促進される。このため、水溶成分の廃ガスからの除去率
が向上する。

【０００９】以下、図面を参照して本発明をさらに詳細
に説明する。

【００１０】水の実際の状態は非常に複雑であり流動的
であるが、通常、水は電場が加わっていない状態で微弱
な解離をしており、電離平衡の状態にある。電解槽に水
を入れて電解処理を行うと、水の分解によって水素イオ
ン及び水酸化物イオンが生成する。水素イオン及び水酸
化物イオンは、各々、イオンと反対符号の電極面に向か
って移動し、電流が流れる。この時、水素イオンは電極
面で比較的容易に放電・析出して水素ガスとなり放出さ
れるが、水酸化物イオンの電極面での放電電位が高いの
で、水酸化物イオンはそのまま電極面に吸着されるか水
中に拡散され、アノード面においての酸素ガス発生は生
じ難い。従って、水中には水酸化物イオンが多くなる。
特に、印可電圧が水の電解電圧以下である低電圧分解で
あると、容易にこのような状態になる。又、水素イオン
の移動速度が水酸化物イオンの移動速度に比べて約２倍
程度速いことも水酸化物イオンの富裕化を進行させる。
この水酸化物イオンがリッチな水は、気液間の表面張力
が低下し、これによって気液接触性が通常の水に比べて
高くなる。このため、水酸化物イオンがリッチな電解処
理水を洗浄液として用いて廃ガスを処理すると、水溶性
成分の廃ガスからの除去効率が向上する。水酸化物イオ
ンを増加させることによって水の表面張力が低下する理
由は定かではないが、以下のように考えられる。

【００１１】「電気的中性の法則」によれば、水溶液中
の陽イオンと陰イオンの電荷の量は等量でなければなら
ない。対照カチオンである水素イオンの存在しない遊離
水酸化物イオンはこの法則に反した存在であるので、エ
ネルギー的に不安定で活性化した状態にある。水酸化物
イオンがリッチな状態になると、水酸化物イオンが更に
水分子と会合して水和イオンＨ₃ Ｏ₂ ^- 以下、ヒドロキ
シルイオンと称する）を生じ、水酸化物イオンとヒドロ
キシルイオンは平衡状態になる。このヒドロキシルイオ
ンは、水酸化物イオンの負の電荷によって水分子に配位
する。配位の状態は、下記に示すように、（ａ）のよう
に水酸化物イオンの酸素が水分子の２つの水素に配位す
る場合と、（ｂ）のように互いの水素−酸素結合（Ｈ−
Ｏ）が平行になるように配位する場合とがある。

【００１２】

【化１】 このようなヒドロキシルイオン（水和した水酸化物イオ
ン）は水中では不安定な存在であり、急速に水の界面へ
と移動し、（ａ）の場合であれば、Ｈ−Ｏ−Ｈ基の部分
を水中側に、ＯＨ^- の水素を界面側に向けて配列する。
このような状態での界面での配向がヒドロキシルイオン
のもっとも安定した状態である。この状態では、水中か
ら追い出される原因となっている遊離ＯＨ^- 基は疎水基
と見なすことができる。つまり、ヒドロキシルイオン
は、同一分子内に親水性基Ｈ−Ｏ−Ｈと疎水性基Ｏ−Ｈ
とを有し、界面活性剤と類似の構成を備えることにな
る。この結果、水酸化物イオンを増加させた水を廃ガス
と接触させると、ヒドロキシルイオンの疎水基は、親気
体性基として水と排気ガスとの間の界面張力を低下さ
せ、気液接触性を高める。故に、廃ガス洗浄の際の洗浄
性を水酸化物イオンの濃度を上げた電解処理水の作用に
よって高めることができる。

【００１３】上記電解処理水は、上述のように水の電気
分解によって調製することができるが、本発明における
電解処理水は、これに限定することなく、他の方法によ
って調製されたものであっても、電気分解を施した水と
同じ状態の水であれば適用できるものと理解すべきであ
る。例えば、電気石を水と接触させることによっても、
電気分解を施した水と同じように水酸化物イオンが増加
した水を得ることができる。従って、本願においては、
「電解処理水」は電気分解を施した水だけでなく、電気
石で処理した水等をも含むのとする。尚、電気石は、中
国，ブラジル，ロシア，米国等広範囲に分布し、酸・ア
ルカリに対する耐性が石英より強いイオン結晶体（組
成：３［ＮａＸ₃ Ａｌ₆ （ＢＯ₃ ）₃ Ｓｉ₆ Ｏ₁₈（ＯＨ
Ｆ）₄ ］、但し、Ｘは、Ｍｇ，Ｆｅ，Ｌｉ，Ａｌ等、比
重：３．１〜３．２、モース硬度：７．０〜７．５、誘
電率：７．０前後）である。

【００１４】上述の電解処理水における水酸化物イオン
の作用を図１を参照して説明する。図１（ａ）は電解処
理水の水酸化物イオン濃度と表面張力（液温：２０℃）
との関係を示すグラフであり、図１（ｂ）は、比較のた
めに市販の非イオン系界面活性剤を純水に添加した場合
の界面活性剤の濃度と表面張力（液温：２０℃）との関
係を示すグラフである。図１（ａ）から解るように、水
酸化物イオン濃度が増加するに従って表面張力は減少す
る。この結果から、水酸化物イオン濃度を増加させた水
を廃ガス洗浄に用いると効果を奏することが理解され
る。又、水酸化物イオン濃度が約０．５ mol／Ｌ以上で
は、表面張力は２５ dyn／cm前後でほぼ一定となる。従
って、水酸化物イオン濃度が０．５〜１．０ mol／Ｌの
水を廃ガス洗浄に用いるのが最も効率的である。同様の
傾向が図１（ｂ）の界面活性剤の場合においても見られ
ることは、電解処理水における水酸化物イオンの作用と
界面活性剤の作用との類似性を示唆するものと考えるこ
とができる。

【００１５】図２は、異なる陽極電位で水の電解を行っ
た時の水酸化物イオン濃度の経時変化を測定した結果を
示すグラフである。グラフから明らかなように、陽極の
電位を高くすると水酸化物イオン濃度の生成速度は増加
するが、陽極電位が約０．４Ｖ（vs Normal Hydrogen E
lectrode、対標準水素電極）以上になと、水酸化物イオ
ン濃度の生成速度は低下する。これは、アルカリ性溶液
中における白金陽極表面での水酸化物イオン還元電位が
約０．４Ｖであることから、電極電位がこれ以上になる
と酸素の発生が起こって水酸化物イオンの濃度上昇が鈍
ると考えられる。従って、廃ガス洗浄用の電解処理水を
製造する際には、陽極電位を０．３〜０．３５Ｖに保つ
のが電解効率上好ましい。

【００１６】上述から理解されるように、廃ガスの洗浄
に用いる電解処理水は、電解により水酸化物イオン濃度
を増加させた水であればよく、その他の成分の存在の如
何は問われない。つまり、水であっても水性溶液であっ
てもよい。但し、水の純度が高いと初期の電解が困難と
なるので、純水を使用する場合は何等かの支持電解質を
必要に応じて添加する。添加する電解質は通常使用され
るものであれば良いが、後処理等に支障を来さないよう
な支持電解質を選択するのが好ましい。半導体製造工程
から排出される廃ガスの処理等のような場合、製造工程
への影響の可能性等を極力排除するのが望ましいので、
このような場合の電解質には、炭酸ガスをバブリング等
によって０．０１ mol／Ｌ程度の炭酸イオンとして液中
に導入するのが好適である。尚、ヒドロキシルイオンは
エネルギー的に不安定であるので、短時間での分解を防
ぐために、液温は１５〜４０℃の範囲に保つのが好まし
い。

【００１７】通常の廃ガス洗浄方法においては、洗浄液
の除去効率を高めるために、金属アルカリ成分や界面活
性剤等を添加する必要が生じるが、上述の電解処理水を
用いた廃ガスの洗浄においては、このような添加物を用
いる必要がない。従って、半導体製造工程等の不純物混
入を極端に嫌うような廃ガス処理プロセスへの導入が容
易である。

【００１８】上述の電解処理水による洗浄を用いた廃ガ
ス処理装置の一例を図３に示す。この廃ガス処理装置
は、洗浄液として使用する電解処理水を調製するための
電解装置１と、洗浄液を廃ガスと接触させるための廃ガ
ス洗浄槽３とを有する。この実施例においては、廃ガス
洗浄槽３として多孔板塔式の気液接触装置を採用してい
る。電解装置１は、電解槽５と、電解槽５内に設置され
る１対の白金電極７、９と、電解槽５内を陽極室及び陰
極室の２つに分離区画するための隔膜１１とを備え、隔
膜１１は、水中のイオン性物質は通過できるが水自体は
通過できない程度の微細な孔を有する材料、例えば、素
焼セラミック製のフィルタで形成され、白金電極７、９
間に付設される。電解槽５には水が満たされ、水を低電
圧分解するために、電極７は直流電源１３の陽極に、電
極９は陰極に各々接続される。

【００１９】電極８、９に電圧が印可されると、電解に
よって生じる水酸化物イオンが隔膜１１を透過して電極
７付近の陽極室に移動し、水分子との会合によりヒドロ
キシルイオンと平衡に達する。水酸化物イオン及びヒド
ロキシルイオンを含む電解処理水は、洗浄液としてポン
プ１５を介して廃ガス洗浄槽３へ送られる。

【００２０】廃ガス洗浄槽３は、送風機１７、多孔板１
９及びシャワーノズル２１を備え、送風機１７は廃ガス
洗浄槽３の下部に接続されている。シャワーノズル２１
は多孔板１９の上方に配置され、ポンプ１５を介して電
解槽５の陽極室と接続される。シャワーノズル２１の上
方には水滴分離層２３が配置される。

【００２１】ポンプ１５によって電解槽５から送られる
洗浄液は、シャワーノズル２１から廃ガス洗浄槽３内に
噴霧され、多孔板１９を通して廃ガス洗浄槽３の底部に
溜る。他方、送風機１７によって廃ガス洗浄槽３の下部
に送風された廃ガスは、多孔板１９を通り噴霧される洗
浄液を通過する間に、廃ガス中の塩化水素、弗化水素、
塩素等の水溶性成分が洗浄液によって吸収除去される。
洗浄後の廃ガスは、水滴分離層２３を通過して廃ガス洗
浄槽３の頂部にある排気口から放出される。

【００２２】廃ガス洗浄槽３は、更に、凝集沈澱槽２５
及び吸着塔２７と接続されている。廃ガスを洗浄した洗
浄液は廃ガス処理槽の底部から排出され、凝集沈澱槽２
５中で固形物が、吸着塔２７で微量無機イオン（気液接
触後にわずかに残った廃ガス成分）が除去され、水が回
収される。回収された水は、電解装置１に送られ、再度
使用される。再利用に適する程度の清浄水が回収されな
い場合は排水する。

【００２３】上述の廃ガス処理装置は、多孔板塔式の洗
浄槽を採用しているが、本発明に係る廃ガス処理の除去
効率は非常に高いので、その他各種の方式の気液接触装
置を使用することができる。

【００２４】

【実施例】以下、実験結果を参照して、本発明をさらに
詳細に説明する。

【００２５】（実施例）図３に示す廃ガス処理装置を用
いて、水酸化物イオン濃度が０．５ mol／Ｌの電解処理
水を調製し、廃ガス洗浄槽３に洗浄液として供給して、
塩化水素及び弗化水素ガスを含有する廃ガスの洗浄処理
を行った。洗浄時の廃ガスの処理風量は、４００ｍ³ ／
min 、液ガス比は０．２Ｌ／ｍ³ に設定し、洗浄前後の
廃ガス中の塩化水素及び弗化水素濃度をＪＩＳ公定法に
準じて測定した。この結果を表１に示す。

【００２６】（比較例）電解処理をしない水を洗浄液と
して廃ガス洗浄槽３に供給したことを除いては実施例と
同条件で廃ガスの洗浄処理を行った。この結果を表１に
示す。

【００２７】（参考例）電解を行っていない水を洗浄液
として用い、加圧式ジェットスクラバーによって実施例
１と同じ廃ガスを洗浄処理した。洗浄時の廃ガスの処理
風量は、４０ｍ³ ／min 、液ガス比は２０Ｌ／ｍ³ に設
定し、洗浄前後の廃ガスの塩化水素及び弗化水素濃度を
測定した。この結果を表１に示す。

【００２８】

【表１】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 入口濃度(ppm) 出口濃度(ppm) 除去効率(%) ＨＣｌ ＨＦ ＨＣｌ ＨＦ ＨＣｌ ＨＦ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 実施例 ２．６ １．１ ０．２ ＜０．０５ ９２．３ ＞９５．５ 比較例 ２．６ １．１ ０．７ ０．３ ７３．１ ７２．７ 参考例 ２．６ １．１ ０．１ ＜０．０５ ９６．２ ＞９５．５ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 上記の結果より、従来法ではガス除去効率の低かった多
孔板式のガス洗浄方式において、水酸化物イオン濃度の
高い電解処理水を使用することによって、ジェットスク
ラバー方式と同等の高い除去効率で塩化水素及び弗化水
素を除去できることが明かである。

【００２９】つまり、本発明の廃ガス処理システムにお
いては、ガス洗浄液として水酸化物イオン濃度を高めて
界面張力を減少させた水又は水性液を使用することによ
って、気液接触性が向上し、廃ガス中の水溶性成分を高
い効率で除去できる。従って、洗浄液に排水処理の妨げ
となるような物質を添加する必要がなく、水のみでの洗
浄が可能であるから、洗浄後の洗浄液の処理も容易であ
る。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の廃ガス処
理方法及び装置では、水酸化物イオン濃度を電解により
増加させた洗浄水で廃ガスを洗浄することにより、廃ガ
ス中の水溶性成分の除去を効率よく行うことができる。
しかも、後処理の面倒な物質を洗浄液に添加する必要が
ない。従って、その工業的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る廃ガス処理における洗浄液の作用
を説明するグラフであり、（ａ）は水の水酸化物イオン
濃度と表面張力との関係を示し、（ｂ）は界面活性剤濃
度と表面張力との関係を示す。

【図２】本発明に係る廃ガス処理における洗浄液の調製
を説明するための、水の電解時間と電解処理水中の水酸
化物イオン濃度との関係を示すグラフである。

【図３】本発明に係る廃ガス処理装置の構成の一例を示
す概念図である。

【符号の説明】

１ 電解装置 ３ 廃ガス洗浄槽 ５ 電解槽 ７、９ 白金電極 １１ 隔膜 １３ 直流電源 １５ ポンプ １７ 送風機 １９ 多孔板 ２１ シャワーノズル ２３ 水滴分離層 ２５ 凝集沈澱槽 ２７ 吸着塔

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ０１Ｄ 53/34 １３４ Ｄ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水酸化物イオンを増加させた電解処理水
   を生成し、廃ガスを該電解処理水と接触させて廃ガス中
   の水溶性成分を該電解処理水に溶解させて廃ガスから除
   去することを特徴とする廃ガス処理方法。
2. 【請求項２】 水を電解処理して水酸化物イオンが増加
   した電解処理水を生成するための電解装置と、廃ガスを
   該電解処理水と接触させて廃ガス中の水溶性成分を該電
   解処理水に溶解させて廃ガスから除去するための気液接
   触装置とを備えることを特徴とする廃ガス処理装置。