JP2005118681A

JP2005118681A - 窒素酸化物除去装置

Info

Publication number: JP2005118681A
Application number: JP2003357154A
Authority: JP
Inventors: Takamichi Soejima; 敬道副島; Satoshi Koyanagi; 聡小柳
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】簡易かつ安価な方法で確実に窒素酸化物含有気体から窒素化合物を除去することが可能となる窒素化合物除去装置を提供することを目的とする。
【解決手段】上部から順に、酸化吸着層２１、通気層２２及び窒素除去層２３を有する、窒素酸化物含有気体（酸素を含む）Ａ１が含有する窒素酸化物の除去処理を行うための窒素酸化物除去部２０と、酸化吸着層２１に給水するための給水手段３０と、窒素酸化物除去部２０の上部から内部に窒素酸化物含有気体Ａ１を吸引するための吸引手段４０と、を備え、酸化吸着層２１は吸着剤を含有しており、窒素酸化物の吸着処理及び酸化処理を行い、窒素酸化物を硝酸又は亜硝酸を含む水溶液Ｗ１として、窒素除去層２３に排出するとともに、窒素除去層２３では、硝酸又は亜硝酸を含む水溶液Ｗ１を硝酸浄化法又は亜硝酸浄化法により、窒素を除去することが可能となるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒素酸化物含有気体の除去を行うための装置に関する。

石油や石炭等の化石燃料を酸化させると主に二酸化窒素（ＮＯ₂）と一酸化窒素（ＮＯ）から構成されている窒素酸化物（ＮＯ_X）が発生する。この窒素酸化物の除去方法には、光触媒法、土壌空気浄化法、及び、両者を組み合わせた方法が存在しており、例えば、汚染空気を光触媒が塗布された箇所に通し、当該光触媒の酸化機能により汚染空気中の一酸化窒素を二酸化窒素に変化させた後に、土壌に通過させる浄化方法が提案されている（特許文献１）。

特開平１１−２６７４６１号公報（［０００４］―［００１３］，図１）

しかし、前記方法では、光触媒に接触した窒素酸化物を酸化させ、ＮＯ₂ ^-やＮＯ₃ ^-のイオンとして水溶化させることになるが、触媒機能を発揮させるために紫外線を含む太陽光等の照射が必要となるという問題点を有していた。また、土壌中において、硝酸や亜硝酸が蓄積する恐れがあるという問題点を有していた。

本発明は、前記の各問題点を解決するためになされたものであり、簡易かつ安価な方法で確実に窒素酸化物含有気体から窒素化合物を除去することが可能となる窒素化合物除去装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の窒素化合物除去装置は、上部から順に、酸化吸着層、通気層及び窒素除去層を有する、窒素酸化物含有気体（酸素を含む）が含有する窒素酸化物の除去処理を行うための装置本体と、前記酸化吸着層に給水するための給水手段と、前記装置本体の上部から、当該装置本体の内部に前記窒素酸化物含有気体を吸引するための吸引手段と、を備え、前記装置本体における前記酸化吸着層は吸着剤を含有しており、前記窒素酸化物の吸着処理及び酸化処理を行い、前記窒素酸化物を硝酸又は亜硝酸を含む水溶液として、前記窒素除去層に排出するとともに、前記窒素除去層では、前記硝酸又は亜硝酸を含む水溶液を硝酸浄化法又は亜硝酸浄化法により、窒素を除去することが可能となるように構成されていること、を特徴としている。
ここで、窒素除去層は、脱窒菌などの微生物を含む土壌等として構成すれば、窒素酸化物を脱窒して窒素ガスに形態変化させることや、窒素同化させることが可能となることからが好適である。

また、前記窒素化合物除去装置において、前記酸化吸着層には、窒素酸化物を吸着するための吸着剤が含有されていることが好ましいが、当該吸着剤は、一酸化窒素のみを選択的に吸着する疎水性吸着剤とすることが更に好適である。

本発明によれば、吸引手段により、装置本体に窒素酸化物含有気体を吸引して、まず、酸化吸着層で、吸着剤に窒素酸化物を吸着させる。このとき、吸着された窒素酸化物の内で、一酸化窒素は連続的に通気される酸素により徐々に酸化されて、水溶性の二酸化窒素となり、給水手段から給水される水分により、硝酸又は亜硝酸を含む水溶液として、前記窒素除去層に排出され、当該二酸化窒素は、窒素除去層で除去されることになる。従って、簡易かつ安価な方法で確実に窒素酸化物含有気体から窒素化合物を除去することが可能となる。

また、本発明において、前記酸化吸着層の吸着剤を、疎水性相互作用により一酸化窒素のみを選択的に吸着する疎水性シリカゲルや高シリカゼオライト等の疎水性吸着剤とすれば、吸着剤に吸着された一酸化窒素が酸化されて、親水性の二酸化窒素となった場合に、疎水性の吸着剤から溶離しやすくなることから、窒素酸化物除去部への排出を容易に行うことができる。

本発明を実施するための最良の一形態（以下「実施形態」という」について、図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の窒素酸化物除去装置１は、上部の吸気ダクト部１１と下部の窒素酸化物除去部２０とを有する中空の本体ケース１０と、給水手段３０と、吸引手段４０と、を備えている。

吸気ダクト部１１は、本体ケース１０の上部に配置されており、吸気ダクト部１１の上方側面には吸気口１２を有している。また、吸気ダクト部１１の下方の窒素酸化物除去部２０との接合面には、本体ケース１０内へのゴミなどの流入を防止するフィルタ１３が配置されている。なお、吸気ダクト部１１は、窒素酸化物含有気体Ａ１を本体ケース１０の外部から内部の窒素酸化物除去部２０へと誘導する部材であり、その構成は、本実施形態の構成に限定されるものではない。

窒素酸化物除去部２０は、吸気ダクト部１１の下方の本体ケース１０内に配置されており、その内部は、上部から順に、酸化吸着層２１、通気層２２、及び窒素除去層２３の３層に区分されている。

酸化吸着層２１は、窒素酸化物（ＮＯ_X）のうち一酸化窒素（ＮＯ）のみを選択的に吸着する疎水性シリカゲルや高シリカゼオライト等の疎水性吸着剤から構成されている。また、酸化吸着層２１には、給水手段３０に接続されている散水管３１が酸化吸着層２１の内部の全域に水平に配管されている。当該散水管３１には、所定間隔で散水孔が形成されており、散水孔から間欠的に所定期間ごとに酸化吸着層２１内に水Ｗを散水する構成となっている。そして窒素酸化物含有気体Ａ１から窒素酸化物（ＮＯ_X）が除去された気体Ａは通気層２２へと誘導され、また酸化吸着層２１において水Ｗにより水溶化された窒素酸化物（ＮＯ_X）を含有する水溶液（以下単に「水溶液」という）Ｗ１は、通気層２２を通過した後、窒素除去層へと流下することができるようになっている。

酸化吸着層２１と通気層２２の接合面は、酸化吸着層２１内の吸着剤が通気層２２へ侵入しないように図示しない網状部材等で区分されており、通気層２２は、中空に構成されている。本体ケース１０の通気層２２に対応する位置には、排気口１４が設けられている。排気口１４の外側にはフィルタ４２を介して吸込ファン４１を有する吸引手段４０が接続されており、当該吸引手段４０は、その吸引力により、窒素酸化物含有気体Ａ１を窒素酸化物除去装置１の上部の吸気ダクト部１１から酸化吸着層２１を通過させて、さらに窒素酸化物（ＮＯ_X）が除去された気体Ａを通気層２２へ誘導した後、排気口１４から窒素酸化物除去装置１の外部へと排出する構成となっている。

窒素除去層２３は、土壌で充填されており、当該土壌は、脱窒菌などの窒素の分解を行うことが可能な微生物が生息可能な環境となっており、当該微生物が生息している。また、本体ケース１０の下部には、排水口１５が設けられており、窒素除去層２３の浄化作用により無害化された水溶液Ｗ１を排出する構成となっている。なお、排水口１５には、フィルタ１６が配置されており、本体ケース１０内の土壌の流出を防止する構成となっている。
ここで、酸化吸着層２１、通気層２２、窒素除去層２３の各層の厚さは、窒素酸化物含有気体Ａ１の量や汚染濃度、本体ケース１０の形状等により適宜定めるものとする。

＜作用＞
次に、本実施形態に係る窒素酸化物除去装置１の作用について説明する。

窒素酸化物除去装置１は、吸引手段４０を作動させ、その吸引力により、窒素酸化物除去装置１の吸気口１２から吸気ダクト部１１を介して窒素酸化物除去部２０内へ窒素酸化物含有気体Ａ１を吸引する。窒素酸化物除去部２０内へ吸引された窒素酸化物含有気体Ａ１は、まず酸化吸着層２１を通過する。酸化吸着層２１を通過した窒素酸化物含有気体Ａ１の窒素酸化物（ＮＯ_X）は、酸化吸着層２１内の吸着剤により吸着され、気体Ａと分離される。そして、酸化吸着層２１には、給水手段３０により散水管３１を介して水Ｗ（Ｈ₂Ｏ）が定期的に供給されているため、吸着剤に吸着された二酸化窒素（ＮＯ₂）は、式（ａ）に示すように、水溶化して硝酸（ＨＮＯ₃）あるいは亜硝酸（ＨＮＯ₂）となり、疎水性で一酸化窒素（ＮＯ）を選択的に吸着する吸着剤から離脱する。
二酸化窒素（ＮＯ₂）の水溶化の反応式
ＮＯ₂ ＋Ｈ₂Ｏ → αＨＮＯ₂ ＋（１−α）ＨＮＯ₃・・・（ａ）

窒素酸化物含有気体Ａ１に含有される一酸化窒素（ＮＯ）は、疎水性相互作用により、散水管３１から水Ｗの供給後も酸化吸着層２１の疎水性シリカゲルや高シリカゼオライト等からなる疎水性吸着剤に吸着される。そして、吸着剤に吸着された一酸化窒素（ＮＯ）は、後から供給される窒素酸化物含有気体Ａ１に含まれる酸素（Ｏ）により、式（ｂ）に示すように徐々に酸化され、二酸化窒素（ＮＯ₂）へと変化した後、酸化吸着層２１に供給された水Ｗ（Ｈ₂Ｏ）により水溶化して前記と同様のメカニズムにより硝酸（ＨＮＯ₃）若しくは亜硝酸（ＨＮＯ₂）となり（式（ａ）参照）、吸着剤から離脱して下部の窒素除去層２３へと流下する。
一酸化窒素（ＮＯ）の酸化の反応式
２ＮＯ＋Ｏ₂ → ２ＮＯ₂・・・（ｂ）

なお、酸化吸着層２１への水Ｗ（Ｈ₂Ｏ）の供給は、常時行っても、定期的に行ってもよいが、前者の場合は、疎水性である一酸化窒素（ＮＯ）のみが、疎水性相互作用により疎水性の吸着剤に吸着され、親水性の二酸化窒素（ＮＯ₂）は水溶化するため、吸着されずに流下する。一方の後者（本実施形態）の場合は、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ₂）共に一旦吸着剤に吸着され、その後、水Ｗ（Ｈ₂Ｏ）が供給されることにより二酸化窒素（ＮＯ₂）が水溶化して、疎水性の吸着剤から離脱して流下することとなる。

通気層２２では、酸化吸着層２１を通過することで窒素酸化物（ＮＯ_X）が除去された気体Ａが流下してくるため、吸引手段４０による吸引力により、窒素酸化物除去装置１から一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ₂）とが除去されて無害化された気体Ａを排出する。ここで、吸引手段４０による吸引力は、気体Ａのみを吸引するだけの圧力に調整されているため、酸化吸着層２１から流下してきた硝酸（ＨＮＯ₃）や亜硝酸（ＨＮＯ₂）等の水溶液Ｗ１は、通気層２２を通過してそのまま下方の窒素除去層２３へと流下する。

窒素除去層２３では、上部より浸透してきた硝酸（ＨＮＯ₃）若しくは亜硝酸（ＨＮＯ₂）等の水溶液Ｗ１を、窒素除去層２３内の土壌に生息する微生物による脱窒若しくは同化にて浄化する。そして、浄化された水溶液Ｗ１は、窒素除去層下部の排水口１５より窒素酸化物除去装置１外へ排水される。ここで、硝酸（ＨＮＯ₃）、亜硝酸（ＨＮＯ₂）の浄化方法は、その浄化を効果的に行うことが可能であれば、微生物によるものに限定されるものではない。

以上のように、本発明の窒素酸化物除去装置によれば、光触媒等に必要な特別な装置を用いることなく、簡易な設備により窒素酸化物含有気体から窒素化合物を確実に除去することが可能となるため、装置の製造が容易で安価な上、作動時の操作も容易で運転費も安価な、経済的に優れた窒素酸化物除去装置を提供することが可能となった。

以上、本発明について、好適な実施形態についての一例を説明したが、本発明は当該実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。特に、窒素酸化物除去装置の形状、窒素酸化物除去部の各層の層厚、給水手段及び吸引手段の構成等は、前記実施形態に限られるものではない。

本発明の窒素除去装置の概要を示す構成図である。

符号の説明

１窒素酸化物除去装置
２０窒素酸化物除去部
２１酸化吸着層
２２通気層
２３窒素除去層
３０給水手段
４０吸引手段
Ａ１窒素酸化物含有気体
Ｗ水

Claims

上部から順に、酸化吸着層、通気層及び窒素除去層を有する、窒素酸化物含有気体が含有する窒素酸化物の除去処理を行うための装置本体と、
前記酸化吸着層に給水するための給水手段と、
前記装置本体の上部から、当該装置本体の内部に前記窒素酸化物含有気体を吸引するための吸引手段と、を備え、
前記装置本体における前記酸化吸着層は吸着剤を含有しており、前記窒素酸化物の吸着処理及び酸化処理を行い、前記窒素酸化物を硝酸又は亜硝酸を含む水溶液として、前記窒素除去層に排出するとともに、
前記窒素除去層では、前記硝酸又は亜硝酸を含む水溶液を硝酸浄化法又は亜硝酸浄化法により、窒素を除去することが可能となるように構成されていること、
を特徴とする窒素酸化物除去装置。
前記酸化吸着層の吸着剤は、一酸化窒素のみを選択的に吸着する疎水性吸着剤であることを特徴とする請求項１に記載の窒素酸化物除去装置。