JP2007326007A - 排ガス処理方法および排ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機化合物を液体に吸収させて除去できる排ガス処理方法および排ガス処理装置を提供する。
【解決手段】排ガスが挿通されるスクラバ容器２に散水手段９により微生物を含む洗浄水を循環散布して排ガス中の有機化合物を洗浄水に溶け込ませ、スクラバ容器２の下側に一体に形成した１次処理槽３に洗浄水を貯留し、マイクロナノバブルを導入して微生物を活性化することにより微生物によって有機化合物を分解させ、１次処理槽３から導出した洗浄水を２次処理槽４に貯留し、マイクロナノバブルを導入して微生物を活性化することにより、残存する有機化合物およびその分解物を微生物によってさらに分解してから１次処理槽３に返送する。
【選択図】図１

Description

本発明は排ガス処理方法および排ガス処理装置に関する。

従来、有機化合物、特に、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含有する排ガスの処理方法として、活性炭による吸着や、排ガスの燃焼による方法が実用化されている。

一般的に、環境負荷の少ない排ガス処理方法として、スクラバなどにより、排ガスを水、酸およびアルカリ溶液などの液体に接触させて汚染物質を吸収させる方法があるが、揮発性有機化合物を十分に除去できるものは提供されていなかった。

そこで、本発明は、有機化合物を液体に吸収させて除去できる排ガス処理方法および排ガス処理装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による排ガス処理方法は、１次処理槽に微生物を含む洗浄水を貯留し、排ガスに前記洗浄水を循環散布して、排ガス中の有機化合物を洗浄水に溶け込ませ、前記１次処理槽にマイクロナノバブルを導入して、前記微生物を活性化して前記洗浄水中の前記有機化合物を分解し、前記１次処理槽の洗浄水を２次処理槽に導入し、前記２次処理槽にマイクロナノバブルを導入して、前記微生物を活性化して前記洗浄水中の前記有機化合物およびその分解物をさらに分解してから前記洗浄水を前記１次処理槽に返送する方法とする。

この方法によれば、１次処理槽において、洗浄水中に溶け込んだ有機化合物を微生物によって分解し、１次処理槽で分解しきれない有機化合物およびその分解物を２次処理槽でさらに分解するので、有機化合物を確実に処理することができる。

さらに、本発明による排ガス処理装置は、排ガスが挿通され、前記排ガスに微生物を含む洗浄水を循環散布して、前記洗浄水に前記排ガス中の有機化合物を溶け込ませる散水手段を備えるスクラバ容器と、前記スクラバ容器の下側に一体に形成され、前記洗浄水を貯留し、貯留した前記洗浄水にマイクロナノバブルを導入する第１のマイクロナノバブル発生装置を備え、前記有機化合物を前記微生物によって分解させる１次処理槽と、前記１次処理槽から導出した前記洗浄水を貯留して、残存する前記有機化合物およびその分解物を前記微生物によってさらに分解してから前記１次処理槽に返送する２次処理槽とを有するものとする。

この構成によれば、１次処理槽において、スクラバ容器で洗浄水中に溶け込んだ有機化合物を、微生物によって分解し、１次処理槽で分解しきれない有機化合物およびその分解物を２次処理槽でさらに分解するので、有機化合物を確実に処理することができる。

また、本発明の排水処理装置において、前記１次処理槽は、貯留する前記洗浄水の中に、活性炭を保持してもよい。

この構成によれば、活性炭上に微生物が繁殖して、有機化合物を活発に分解する。

また、本発明の排水処理装置において、前記第２処理槽は、貯留する前記洗浄水の中に、活性炭を保持してもよい。

この構成によれば、活性炭上に微生物が繁殖するので、２次処理槽における有機化合物の分解を促進できる。

また、本発明の排水処理装置において、前記２次処理槽は、貯留した前記洗浄水にマイクロナノバブルを導入する第２のマイクロナノバブル発生装置を備えてもよい。

この構成によれば、２次処理槽マイクロナノバブルによって微生物を活性化させ、有機化合物の分解を促進することができる。

また、本発明の排水処理装置において、前記第２のマイクロナノバブル発生装置は、水中ポンプ型マイクルナのバブル発生器を含んでもよい。

この構成によれば、マイクロナノバブル発生装置の設置が容易であり、多量のマイクロナノバブルを導入できる。

また、本発明の排水処理装置において、前記１次処理槽は、貯留する前記洗浄水の全有機炭素濃度を測定する第１のＴＯＣ測定器を備え、さらに、前記第１のＴＯＣ測定器で測定した全有機炭素濃度に応じて、前記１次処理槽から前記２次処理槽に移送する前記洗浄水の流量を調節する移送流量制御手段を有してもよい。

この構成によれば、１次処理槽の全有機炭素濃度が上昇したときだけ洗浄水の一部を２次処理槽に移送して２次処理を行うようにし、２次処理槽におけるエネルギー消費を抑えることができる。また、全有機炭素濃度が高いほど多量の洗浄水を２次処理槽に移送して、その分だけ全有機炭素濃度が低い洗浄水を補給することで排ガスに散布する洗浄水の全有機炭素濃度を一定の濃度以下に保つことができる。これにより、スクラバ容器において排ガス中の有機化合物を残さず洗浄水に溶け込ませることができる。

また、本発明の排水処理装置において、前記移送流量制御手段は、前記１次処理槽から前記２次処理槽へ前記洗浄水を移送する移送流路に設けた自動調節弁の開度を調節する手段であってもよい。

この構成によれば、１次処理槽から２次処理槽に移送する洗浄水の流量を自動で調節できる。

また、本発明の排水処理装置において、前記２次処理槽は、貯留する前記洗浄水の全有機炭素濃度を測定する第２のＴＯＣ測定器を備え、さらに、前記第２のＴＯＣ測定器で測定した全有機炭素濃度に応じて、前記１次処理槽に返送する前記洗浄水の流量を調節する返送流量制御手段を有してもよい。

この構成によれば、２次処理槽において、有機化合物を十分に分解処理できないときは、１次処理槽に返送する洗浄水の量を少なくし、１次処理槽に補給水が補給されるようにして、１次処理槽の洗浄水の全有機炭素濃度が上昇することを防止できる。

また、本発明の排水処理装置において、前記返送流量制御手段は、前記２次処理槽から前記１次処理槽へ前記洗浄水を返送する返送流路に設けた自動調節弁の開度を調節する手段であってもよい。

この構成によれば、２次処理槽から１次処理槽に返送する洗浄水の流量を自動で調節できる。

また、本発明の排水処理装置は、発性有機化合物を洗浄水に溶け込ませて分解することができるので、前記排ガス中に含まれる有機化合物が、揮発性有機化合物を含んでいてもよい。

本発明によれば、排ガス中の有機化合物を溶け込んだ洗浄水に、１次処理槽および２次処理槽において、２段階の微生物処理を施すので、有機化合物の分解が確実であり、連続して排ガス中の有機化合物を除去することができる。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の第１実施形態の排ガス処理装置１を示す。排ガス処理装置１は、スクラバ容器２と、スクラバ容器２の下側に一体に形成された１次処理槽３と、２次処理槽４とからなる。

スクラバ容器２は、下端に、多孔板からなる底板５が設けられ、上端に排気管６が設けられた容器である。スクラバ容器２の内部には、底板５の上にプラスチック充填剤７によって充填層８が形成されており、上部に充填層８に上から好気性の微生物を含む洗浄水を散布するスプレーノズルからなる散水手段９が設けられている。

スクラバ容器２と１次処理槽３との境界部には、排ガス流路１０が接続され、排気ファン１１によって排ガス処理装置１内に排ガスを送り込んでスクラバ容器３を挿通させるようになっている。

プラスチック充填剤７は、気体を液体洗浄する装置の充填剤用に市販されているものであり、連続する空隙を形成するので、充填層８は流体を大きな圧力損失なく通過させる。このため、排ガス流路１０から送り込まれた排ガスは、底板５および充填層８を通過し、排気管６から外部に放出される。

１次処理槽３は、散水手段９から散水される洗浄水を回収して貯留し、貯留する洗浄水を吸い出して循環流路１２を介して散水手段９に送出する散水ポンプ１３と、貯留する洗浄水にマイクロナノバブルを導入する第１のマイクロナノバブル発生装置１４とを有する。また、１次処理槽３は、貯留する洗浄水に水没するように、多孔板１５を底とし、側部を網状ネット１６で囲うことにより洗浄水が出入り自由な収納室１７が形成されており、収納室１７の内部に活性炭１８が収納されている。さらに、１次処理槽３は、貯留する洗浄水の全有機体炭素濃度を測定する第１のＴＯＣ測定器１９を有している。

マイクロナノバブル発生装置１４は、１次処理槽３内の洗浄水を循環ポンプ２０によって吸い出して、マイクロバブル発生器２１に注入し、洗浄水の流速により調節弁２２を介して自給した空気を剪断してマイクロナノバブル（微細な気泡）を生成し、洗浄水と共に吐出する自給式のマイクロナノバブル発生装置である。

また、排ガス処理装置１は、循環流路１２から分岐して、洗浄水の一部を２次処理槽４に移送する移送流路２３と、２次処理槽４から１次処理槽３に洗浄水を返送する返送流路２４とを有している。循環流路１２および移送流路２３には、それぞれ、自動調節弁２５，２６が設けられ、散水手段９に送られる洗浄水の流量と２次処理槽４に送られる洗浄水の流量とをそれぞれ独立して調節できるようになっている。また、返送流路２４にも、自動調節弁２７が設けられ、２次処理槽４から１次処理槽３に返送される洗浄水の流量を調節できるようになっている。

２次処理槽４は、１次処理槽３から移送された洗浄水を貯留し、貯留する洗浄水に水没するように、多孔板２８を底とし、側部を網状ネット２９で囲うことにより洗浄水が出入り自由な収納室３０が形成されており、収納室３０の内部に活性炭３１が収納されている。さらに、２次処理槽４は、第２のマイクロナノバブル発生装置３２を有し、貯留する洗浄水の全有機体炭素濃度を測定する第２のＴＯＣ測定器３３を有している。また、２次処理槽４は、洗浄水がオーバーフローする配水管３４を備えている。

マイクロナノバブル発生装置３３は、強制吸気式の装置であって、２次処理槽４に貯留した洗浄水中に支持された水中ポンプ型マイクロナノバブル発生器３５にブロワ３６で空気を供給してマイクロナノバブルを発生させるものである。水中ポンプ型マイクロナノバブル発生器３５は、設置が容易であり、１台でも多くのマイクロナノバブルを発生させることができる。

また、排ガス処理装置１は、第１のＴＯＣ測定器１９で測定した１次処理槽３の洗浄水の全有機体炭素濃度に応じて、自動調節弁２５および２６の開度を自動調節する移送流量制御手段３７と、第２のＴＯＣ測定器３３で測定した２次処理槽４の洗浄水の全有機体炭素濃度に応じて、自動調節弁２７の開度を自動調節する返送流量制御手段３８とを有している。

続いて、以上の構成からなる排ガス処理装置１の作用を説明する。
有機化合物、特に、イソプロピルアルコール、アセトン、酢酸ブチルなどの揮発性有機化合物を含有する排ガスは、排ガス流路１０から排ガス処理装置１内に導入され、充填層８のプラスチック充填物７の隙間を縫って上昇する。このとき、散水手段９から散布され、プラスチック充填物７の隙間を縫って下降する洗浄水と接触し、排ガス中に含まれる有機化合物が洗浄水に溶け込む。

有機化合物が溶け込んだ洗浄水は、１次処理槽３に回収されて貯留される。１次処理槽３に貯留した洗浄水の中には、収納室１７に活性炭１８が保持されており、充填層８において溶け込んだ有機化合物が活性炭１８に吸着される。また、活性炭１８には、微生物が繁殖し、吸着されている有機化合物を分解する。さらに、１次処理槽３に貯留された洗浄水には、マイクロナノバブル発生装置１４によってマイクロナノバブルが導入され、微生物が活性化して活性炭１８に吸着された有機化合物および洗浄水に溶損している有機化合物を分解する。活性炭１８は、吸着した有機化合物が分解されると、再び有機化合物を吸着できる状態に再生される。

洗浄水中に溶け込んでいる有機化合物の量は、ＴＯＣ測定器１９で測定した全体有機炭素濃度の値として確認することができる。１次処理槽３の洗浄水の全体有機炭素濃度が低い場合、移送流量制御手段３７は、自動調節弁２６を全閉し、散水ポンプ１３から送出された洗浄水を移送流路２３に導出させず、循環流路１２を介した散水手段９での循環散布のみ行う。また、位相流量制御手段３７は、自動調節弁２６の開度にかかわらず、散水手段９から散水される洗浄水の量が一定となるように、自動調節弁２５の開度をコントロールする。

排ガス中の有機化合物の濃度が低い場合は、１次処理槽３において、排ガスから洗浄水に溶け込んだ有機化合物を逐次分解して、全体有機炭素濃度を一定の値以下に維持することができるが、排ガス中の有機化合物の濃度が高くなると有機化合物の分解が追いつかず、１次処理槽３の洗浄水の全有機体炭素濃度が上昇する。

例えば、洗浄水に、多量のイソプロピルアルコールが連続的に溶け込む場合、イソプロピルアルコールはある程度分解されるが、イソプロピルアルコールを１次分解することによって生成される分解物であるアセトンの濃度が著しく上昇し、全体有機炭素濃度を押し上げる。

１次処理槽３の洗浄水の全体有機炭素濃度が上昇すると、移送流量制御装置３７は、自動調節弁２６を開き、１次処理槽３内の洗浄水の一部を２次処理槽４に送出する。２次処理槽４に１次処理槽３から洗浄水が導入されると、同量の洗浄水が返送流路を介して１次処理槽３に導出される。２次処理槽４から返送される洗浄水は、全有機体炭素濃度が低いので、１次処理槽３の洗浄水を希釈し、洗浄水がスクラバ容器２で排ガスから有機化合物を取り込むことができる全有機体炭素濃度に維持する。

２次処理槽４は、有機化合物を活性炭３１で吸着すると共に、マイクロナノバブル発生装置３２が導入したマイクロナノバブルによって活性化した微生物によって有機化合物を分解する。２次処理槽４では、１次処理槽に比して洗浄水の滞留時間が長いので、貯留する洗浄水の全有機体炭素濃度を１次処理槽３の洗浄水に比べて十分に低い値に維持することができる。

２次処理槽の洗浄水の全有機体炭素濃度が十分に低いときはマイクロナノバブル発生装置３２の運転を停止するようにすれば、１次処理槽３の洗浄水の全有機体炭素濃度が低い場合、１次処理槽３から２次処理槽４に洗浄水が移送されないので、マイクロナノバブル発生装置３２の運転が休止されることになり、エネルギー消費を抑えることができる。

逆に、排ガスの有機化合物の濃度が極めて高い場合、１次処理槽３の洗浄水の全有機体炭素濃度が高くなり、２次処理槽４に移送される有機化合物の量も多くなる。返送流量制御手段３８は、２次処理槽４において全有機体炭素濃度が高くなると、自動調節弁２７の開度を絞り、返送流路２４を介して１次処理槽３に返送される洗浄水の流量を少なくする。これによって、２次処理槽４では、配水管３４から洗浄水がオーバーフローし、１次処理槽３では、不図示の給水ラインから洗浄水の水量を一定に保つように補給水が補給され、結果として貯留する洗浄水が希釈される。

こうして、１次処理槽３に貯留され、充填層８に循環散布される洗浄水の全有機体炭素濃度が、所定の濃度以下に保たれるので、スクラバ容器２内で排ガス中の有機化合物を残さず、連続的に洗浄水に溶け込ませて除去することができる。

さらに、図２に、本発明の第２実施形態の排ガス処理装置１を示す。以降の説明において、先に説明した構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。本実施形態の排ガス処理装置１では、充填層８の上に、多孔板３９を設置し、多孔板３９の上に活性炭４０を配置したものである。

活性炭４０の表面には、洗浄水中の微生物が付着して繁殖する。活性炭４０上に繁殖した微生物は、酸素が豊富に供給されて活性化しており、洗浄水と共に１次処理槽３に回収されて、収容部１７に保持された活性炭１８に繁殖した微生物の活動をさらに増進する作用がある。また、排ガス中の揮発性有機化合物をその場で分解することもできる。

図３に、本発明の第３実施形態の排ガス処理装置１を示す。本実施形態の排ガス処理装置１では、２次処理槽４のマイクロナノバブル発生装置３２のブロワ３６の吸込側に、オゾン発生装置４１を接続したものである。

これによって、マイクロナノバブル発生装置３２は、オゾンを含むオゾンマイクロナノバブルを生成する。オゾンは高い酸化力を有するので、オゾンマイクロナノバブルは、微生物を活性化して有機化合物の分解に利用されるだけでなく、直接、接触した有機化合物を酸化分解する。

図４に示す本発明の第４実施形態のように、第３実施形態の排ガス処理装置１のスクラバ容器３に、第２実施形態と同様に、活性炭４０を配置して１次処理槽３における有機化合物分解を促進することもできる。

図５に、本発明の第５実施形態の排ガス処理装置１を示す。本実施形態の排ガス処理装置１は、第１実施形態の排ガス処理装置における強制吸気式のマイクロナノバブル発生装置３２に替えて、２次処理槽４に自給式のマイクロナノバブル発生装置４２を設けたものである。このマイクロナノバブル発生装置４２は、１次処理槽４内の洗浄水を循環ポンプ４３によって吸い出して、マイクロバブル発生器４４に注入し、洗浄水の流速によって調節弁４５を介して自給した空気を剪断することでマイクロナノバブルを生成し、洗浄水と共に吐出する。本実施形態においても、マイクロナノバブルで２次処理槽４内の微生物を活性化して、洗浄水中の有機化合物を分解することができる。

また、図６に示す本発明の第６実施形態のように、第５実施形態のマイクロナノバブル発生装置４２の吸気管にオゾン発生装置４１を接続して、有機化合物を酸化分解できるようにしてもよい。

図１に示す本発明の第１実施形態の排ガス処理装置１を用いて、実際の半導体工場の排ガスを処理する実証試験を行った。実証試験に用いた排ガス処理装置１は、スクラバ容器２の容量が２ｍ^３であり、１次処理槽３および２次処理槽４の容量が共に１ｍ^３であった。

１次処理槽３の収納室１７および２次処理槽４の収納室３０に、それぞれ、新しい活性炭１８および活性炭３１を収容してから１ヶ月間の慣らし運転を行い、微生物が安定してから、半導体工場のイソプロピルアルコールを含有する排ガスを連続して処理する運転を行った。

排ガスの処理を開始してから７日後、イソプロピルアルコールの除去率を測定した結果９４％という満足な結果が得られた。

さらに、洗浄水を採取して、除去したイソプロピルアルコールを１次分解することで生じるアセトンの濃度を測定した結果、除去したイソプロピルアルコールから換算される量の１８％の濃度であった。つまり、イソプロピルアルコールを１次分解して生じたアセトンは、さらに、逐次分解されて無害化されていることが確認できた。

本発明の第１実施形態の排水処理装置の概略図。 本発明の第２実施形態の排水処理装置の概略図。 本発明の第３実施形態の排水処理装置の概略図。 本発明の第４実施形態の排水処理装置の概略図。 本発明の第５実施形態の排水処理装置の概略図。 本発明の第６実施形態の排水処理装置の概略図。

符号の説明

１ 排ガス処理装置
２ スクラバ容器
３ １次処理槽
４ ２次処理槽
９ 散水手段
１２ 循環流路
１３ 散水ポンプ
１４ マイクロナノバブル発生装置
１８ 活性炭
１９ ＴＯＣ測定器
２３ 移送流路
２４ 返送流路
２５ 自動調節弁
２６ 自動調節弁
２７ 自動調節弁
２８ 活性炭
３２ マイクロナノバブル発生装置
３３ ＴＯＣ測定器
３５ ポンプ型マイクロナノバブル発生器
３７ 移送流量制御手段
３８ 返送流量制御手段
４２ マイクロナノバブル発生装置

Claims (11)

1. １次処理槽に微生物を含む洗浄水を貯留し、
   排ガスに前記洗浄水を循環散布して、排ガス中の有機化合物を洗浄水に溶け込ませ、
   前記１次処理槽にマイクロナノバブルを導入して、前記微生物を活性化して前記洗浄水中の前記有機化合物を分解し、
   前記１次処理槽の洗浄水を２次処理槽に導入し、
   前記２次処理槽にマイクロナノバブルを導入して、前記微生物を活性化して前記洗浄水中の前記有機化合物およびその分解物をさらに分解してから前記洗浄水を前記１次処理槽に返送することを特徴とする排ガス処理方法。
2. 排ガスが挿通され、前記排ガスに微生物を含む洗浄水を循環散布して、前記洗浄水に前記排ガス中の有機化合物を溶け込ませる散水手段を備えるスクラバ容器と、
   前記スクラバ容器の下側に一体に形成され、前記洗浄水を貯留し、貯留した前記洗浄水にマイクロナノバブルを導入する第１のマイクロナノバブル発生装置を備え、前記有機化合物を前記微生物によって分解させる１次処理槽と、
   前記１次処理槽から導出した前記洗浄水を貯留して、残存する前記有機化合物およびその分解物を前記微生物によってさらに分解してから前記１次処理槽に返送する２次処理槽とを有することを特徴とする排ガス処理装置。
3. 前記１次処理槽は、貯留する前記洗浄水の中に、活性炭を保持することを特徴とする請求項２に記載の排ガス処理装置。
4. 前記第２処理槽は、貯留する前記洗浄水の中に、活性炭を保持することを特徴とする請求項２または３に記載の排ガス処理装置。
5. 前記２次処理槽は、貯留した前記洗浄水にマイクロナノバブルを導入する第２のマイクロナノバブル発生装置を備えることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の排ガス処理装置。
6. 前記第２のマイクロナノバブル発生装置は、水中ポンプ型マイクルナノバブル発生器を含むことを特徴とする請求項５に記載の排ガス処理装置。
7. 前記１次処理槽は、貯留する前記洗浄水の全有機炭素濃度を測定する第１のＴＯＣ測定器を備え、
   さらに、前記第１のＴＯＣ測定器で測定した全有機炭素濃度に応じて、前記１次処理槽から前記２次処理槽に移送する前記洗浄水の流量を調節する移送流量制御手段を有することを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の排ガス処理装置。
8. 前記移送流量制御手段は、前記１次処理槽から前記２次処理槽へ前記洗浄水を移送する移送流路に設けた自動調節弁の開度を調節する手段であることを特徴とする請求項７に記載の排ガス処理装置。
9. 前記２次処理槽は、貯留する前記洗浄水の全有機炭素濃度を測定する第２のＴＯＣ測定器を備え、
   さらに、前記第２のＴＯＣ測定器で測定した全有機炭素濃度に応じて、前記１次処理槽に返送する前記洗浄水の流量を調節する返送流量制御手段を有することを特徴とする請求項２から８のいずれかに記載の排ガス処理装置。
10. 前記返送流量制御手段は、前記２次処理槽から前記１次処理槽へ前記洗浄水を返送する返送流路に設けた自動調節弁の開度を調節する手段であることを特徴とする請求項９に記載の排ガス処理装置。
11. 前記排ガス中に含まれる有機化合物が、揮発性有機化合物を含むことを特徴とする請求項２から１０のいずれかに記載の排ガス処理装置。

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