JPH0724242A

JPH0724242A - 汚染空気浄化装置

Info

Publication number: JPH0724242A
Application number: JP5190902A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Sato; 紳一郎佐藤
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 1993-07-02
Filing date: 1993-07-02
Publication date: 1995-01-27

Abstract

(57)【要約】【目的】微生物を繁殖させた土壌を最適な条件下にお
いて効率よく汚染空気の浄化を行える汚染空気浄化装置
を提供する。【構成】給水部２１による透水層１３への給水で土壌
層１５の水分を調整すると共に、加熱部２１のヒータ２
１０３による受皿２１０１内の水の加熱で土壌層１５を
加熱しその温度を調整する構成とし、土壌層１５をある
程度湿らせ且つある程度暖かくしてその温度及び湿度を
適度に保ち、微生物の繁殖した土壌層１５を最適な条件
下におけるようにして、地下駐車場５から導いた汚染空
気が土壌層１５を通過する際に、土壌層１５のフィルタ
ーとしての物理的な作用による汚染空気中の汚染物質の
吸着や、土壌層１５中の微生物による汚染物質の分解が
効率よく行われ、汚染空気の浄化が良好に行われるよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車や工場のボイラ
等から出る排気ガスで汚染された空気を浄化する場合に
好適な汚染空気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、地下駐車場や自動車専用トンネ
ル等では、自動車から排出される排気ガスが充満するた
め、換気装置等により内部の空気の換気が行われる。こ
のため、排気ガスで汚染された内部の汚染空気が大気中
に放出され、樹木等の外部環境を汚染する一因となって
いる。

【０００３】また、ボイラ等の燃焼機関を有する工場で
は、法の定めにより、脱硫、脱硝の排ガス処理施設の設
置が義務付けられている。しかしながら、実際に工場で
行われる排ガス処理は、脱硫率９０〜９９％、脱硝率７
０〜９０％程度であり、処理前の排気ガスが元来高濃度
であることを考えると、十分に脱硫、脱硝されていると
は言い難く、処理後の排気ガスは、樹木等の外部環境を
汚染するのに十分な濃度の汚染物質を依然として含んで
いる。

【０００４】さらに、排気ガス中の窒素酸化物の除去に
ついては、乾式法の接触還元法や無接触還元法、或は湿
式の酸化吸収法等が一般に用いられるが、これらの方式
による処理プラントは、建設費やランニングコストが高
いため、十分な処理能力を得るためには相当のコストを
必要とし、その上、自動車等の移動する汚染空気の発生
源に設置することは技術的に困難である。

【０００５】そこで、微生物を繁殖させた土壌を用い、
汚染空気中の有害物質を土壌の粒子に付着させたり微生
物で無害な物質に分解させることで、大量の汚染空気を
低コストで浄化することが考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】微生物を繁殖させた土
壌を用いて汚染空気を浄化するに当たっては、有害物質
の土壌粒子への付着や、微生物による有害物質の吸収が
促進される環境を整えることが、浄化効率を高める上で
重要であり、そのためには、土壌をある程度湿らせてお
いたり、土壌をある程度暖かくしておくことが望まし
い。本発明は上述の点に着目してなされたもので、本発
明の目的は、微生物を繁殖させた土壌を最適な条件下に
おいて効率よく汚染空気の浄化を行える汚染空気浄化装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、容器と、前記容器に収容され微生物が繁殖
可能で空気の流動を可能とした土壌層と、前記容器に収
容され空気及び水の流動を可能とした透水層と、前記透
水層から前記土壌層に亘って空気を通過させる空気流動
手段と、前記透水層に水を供給する給水手段とを備える
ことを特徴とする。

【０００８】また、本発明は、前記土壌層を加熱する加
熱手段をさらに備えるものとした。さらに、本発明は、
前記透水層は前記土壌層の下方に配設され、前記加熱手
段は、前記透水層の下方に配設された水の受皿と、該受
皿内の水を加熱し温暖な水蒸気を生成するヒータと、該
温暖な水蒸気を前記土壌層に導入する導入管とで構成さ
れているものとした。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例による汚染空気浄化装置
の概略構成を示す説明図である。図１において全体符号
１で示す本実施例の汚染空気浄化装置は、２０台前後の
自動車３が常時出入りする地下駐車場５内の汚染空気
（図示せず）を浄化するもので、地下駐車場５を有する
建物７の近傍に設けられた造園植栽地９を利用して形成
されている。

【００１０】汚染空気浄化装置１は、容器１１、透水層
１３、土壌層１５、エアポンプ１７、給水部１９、及び
加熱部２１を備える。容器１１は上方に開口（本実施例
では面積略々２１ｍ² ）して形成され、内部の所定の高
さ箇所には、５ｍｍ目のステンレス製網からなる金属メ
ッシュ１１０１が張設され、この金属メッシュ１１０１
の下方にチャンバ１１０３が形成されている。

【００１１】透水層１３は、粒径２ｃｍ程度の砂利を２
０ｃｍの厚さに敷き詰めて形成され、容器１１の内部に
収容されて金属メッシュ１１０１上に敷設されている。
土壌層１５は、微生物が繁殖できるような土、例えば黒
ボク、ピートモス、パーライトを３：１：１の容積比と
して空隙率を高め、これに若干量の腐葉土と堆肥を肥料
として混合したものを、５０ｃｍの厚さに敷き詰めて形
成され、容器１１の内部に収容されて透水層１３上に敷
設されている。

【００１２】黒ボクは、土壌層１５の主構成物で土壌微
生物を豊富に含んでいる。ピートモスは土壌有機物を増
大させるために用いられ、パーライトは空隙率を高め透
水性や通気性をよくするために用いられている。尚、土
壌層１５には複数の樹木２３が植えられ、これら容器１
１、透水層１３、土壌層１５、及び樹木２３で造園植栽
地９を構成している。エアポンプ１７（空気流動手段に
相当）は、排気管１７０１を介して地下駐車場５内の汚
染空気を容器１１のチャンバ１１０３に送り込むもので
ある。

【００１３】給水部１９（給水手段に相当）は、給水タ
ンク１９０１、給水管１９０３、給水ポンプ１９０５、
及びオーバーフロー管１９０７を備える。給水タンク１
９０１は水道に直結され水が貯留されている。給水タン
ク１９０１の内部の水位は、不図示のボールタップ等に
より一定に保たれている。給水管１９０３は、給水タン
ク１９０１から容器１１にかけて配設され、容器１１側
の先端１９０９は透水層１３の上端にその全体に亘って
延在し、該透水層１３の上端に延在する給水管１９０３
の先端１９０９部分には、一定間隔毎に排水口１９１１
が透水層１３に向けて設けられている。

【００１４】給水ポンプ１９０５は、給水タンク１９０
１と容器１１との間の給水管１９０３箇所に介設され、
不図示のタイマ等により一定時間毎に駆動されて、給水
タンク１９０１内の一定量の水を、給水管１９０３を介
して透水層１３に供給する。オーバーフロー管１９０７
は、容器１１のチャンバ１１０３の上下方向中間箇所か
ら給水タンク１９０１にかけて配設され、給水タンク１
９０１内に上方から挿通されたオーバーフロー管１９０
７の先端１９１３は、給水タンク１９０１内の水面下２
００ｍｍに水没している。これにより、チャンバ１１０
３内の静圧は２００ｍｍＡｑに保たれ、それ以上の静圧
となると、チャンバ１１０３内の空気がオーバーフロー
管１９０７を通じて給水タンク１９０１にリリースされ
る。

【００１５】加熱部２１（加熱手段に相当）は、オーバ
ーフロー管１９０７が接続されたチャンバ１１０３箇所
より下部側の容器部分で構成される受皿２１０１と、該
受皿２１０１に配設されたヒータ２１０３と、前記チャ
ンバ１１０３箇所より上部側の容器部分で構成される導
入管２１０５とを備える。

【００１６】受皿２１０１には、透水層１３内から金属
メッシュ１１０１を通って流れ出た水が貯留され、受皿
２１０１を溢れた水はオーバーフロー管１９０７を通じ
て給水タンク１９０１にリリースされる。ヒータ２１０
３は受皿２１０１内の水を加熱する。ヒータ２１０３に
よる受皿２１０１内の水の加熱温度は不図示のサーモス
タットで制御され、本実施例では常時３５°Ｃに調温さ
れる。導入管２１０５は、ヒータ２１０３による加熱で
生成された水蒸気（図示せず）を、金属メッシュ１１０
１及び透水層１３を通じて土壌層１５に導入する。

【００１７】次に、上述のように構成された本実施例の
汚染空気浄化装置１の動作と土壌層１５による空気浄化
作用について説明する。エアポンプ１７により排気管１
７０１を介して地下駐車場５内の汚染空気が容器１１の
チャンバ１１０３に送り込まれると、チャンバ１１０３
内の静圧が２００ｍｍＡｑを上回らない限り、その汚染
空気が金属メッシュ１１０１及び透水層１３を通じて土
壌層１５に導入される。

【００１８】汚染空気が土壌層１５を通過する際には、
土壌層１５のフィルターとしての物理的な作用により、
汚染空気中の粉塵の捕捉や、メタン等の炭化水素ガス等
の不純成分の吸着が行われる。また、土壌層１５中の微
生物により、不純成分等、汚染物質の分解が行われる。
具体的には、土壌層１５の表面や、或は土壌層１５の内
部で空気が流動する部分には、好気性微生物が繁殖し、
土壌層１５の内部で空気が流動しない部分には、嫌気性
微生物が繁殖し、これら微生物の菌体内で前記汚染空気
が消費されたり呼吸で使われる等することで、例えば、
一酸化炭素は主に二酸化炭素に変化され、メタンガスは
主に二酸化炭素と水に分解される等して、汚染空気中の
種々の汚染物質が除去される。

【００１９】ところで、透水層１３には、給水ポンプ１
９０５により給水タンク１９０１内の水が給水管１９０
３を介して一定時間毎に一定量ずつ、全体に亘り万遍な
く供給され、これにより、透水層１３は常に一定の湿度
に保たれている。従って、透水層１３を通過する際に汚
染空気は、透水層１３に含まれる水分を吸収して湿気を
適度に含んだ状態となり、汚染空気が土壌層１５を通過
する際には、土壌層１５の含む水分は汚染空気に吸収さ
れない。このため、土壌層１５の乾燥が防がれ、また、
土壌層１５の水分の気化により汚染空気に潜熱が奪われ
土壌層１５の温度が下がることが防がれて、土壌層１５
の湿度及び温度が適度に保たれ、微生物の繁殖した土壌
層１５が最適な条件下におかれて、汚染空気の浄化が効
率よく行われる。

【００２０】さらに、給水ポンプ１９０５により透水層
１３内に供給された水は、その自重により、透水層１３
乃至金属メッシュ１１０１を通りチャンバ１１０３に滴
下され、受皿２１０１に溜る。受皿２１０１に溜った水
はヒータ２１０３により加熱され、この加熱により温暖
な水蒸気が生成され、生成された温暖な水蒸気が、導入
管２１０５、金属メッシュ１１０１、及び透水層１３を
通じて土壌層１５に導入される。この温暖な水蒸気によ
り土壌層１５０１が加熱され、上述した乾燥の防止によ
る温度の低下防止とあいまって、土壌層１５の温度が適
度に保たれ、微生物の繁殖した土壌層１５が最適な条件
下におかれて、汚染空気の浄化が効率よく行われる。

【００２１】以上のような動作及び作用の汚染空気浄化
装置１を、地下駐車場５内の汚染空気中の一酸化炭素及
び二酸化窒素を除去対象に１００日間運転したところ、
平均除去率は一酸化炭素で約９０％、二酸化窒素で約８
０％であった。また、本実施例の汚染空気浄化装置１は
造園植栽地９を利用して構成したため、降雨時に一時的
にチャンバ１１０３内の静圧が上昇したが、それでも２
００ｍｍＡｑ以上にはならなかった。尚、連続運転後１
００日目に、チャンバ１１０３内の汚染空気（イニシャ
ルガス）と、土壌層１５の通過後の空気（ファイナルガ
ス）とについて、一酸化炭素濃度及び二酸化窒素濃度を
朝８時から夜７時まで連続的にそれぞれ計測したとこ
ろ、図２及び図３の線図に示すように、地下駐車場５内
の汚染空気中の一酸化炭素及び二酸化窒素が略々除去さ
れるという良好な結果が得られた。

【００２２】このように、本実施例の汚染空気浄化装置
１では、給水部２１による透水層１３への給水で土壌層
１５の水分を調整すると共に、加熱部２１のヒータ２１
０３による受皿２１０１内の水の加熱で土壌層１５を加
熱しその温度を調整する構成としたので、土壌層１５を
ある程度湿らせ且つある程度暖かくしてその温度及び湿
度を適度に保つことができ、微生物の繁殖した土壌層１
５を最適な条件下において、効率よく汚染空気の浄化を
行わせることができる。

【００２３】尚、本実施例では、温暖な水蒸気を生成し
て土壌層１５を間接的に加熱する加熱部２１を設けた
が、この加熱部２１は省略してもよく、或は、加熱部２
１に代えて、例えば土壌層１５内や該土壌層１５が接す
る容器１１の内壁にヒータを設け、土壌層１５を直接加
熱してもよい。また、透水層１３及び土壌層１５の構成
及び構成物の比率は、汚染空気浄化装置１を設置する環
境の条件等に応じて適宜変更してもよい。さらに、土壌
層１５に植えた樹木２３は省略してもよいが、土壌層１
５中の微生物の活性化を図る点からすれば、植えておく
ほうか望ましい。

【００２４】そして、本実施例では、地下駐車場５内の
汚染空気中の一酸化炭素及び二酸化窒素を除去対象にし
た汚染空気浄化装置１について説明したが、本発明は、
自動車専用トンネルからの排気ガスや、ボイラ等の燃焼
機関を有する工場に設置された排ガス処理施設から排出
される脱硫、脱硝処理後の排気ガス等、種々の排気ガス
中の様々な有害物質の除去に適用できることは言うまで
もない。

【００２５】［実験例］次に、汚染空気浄化装置１に沿
って構成した実験装置を用いて行った汚染空気の浄化実
験の結果について述べる。図４は本実験に使用した実験
用の汚染空気浄化装置とその周辺装置の構成を示す説明
図である。尚、図４の実験用の汚染空気浄化装置におい
て図１の汚染空気浄化装置１と同一の構成要素には、図
１で付したものと同一の引用符号を付し、その説明を省
略する。

【００２６】図４の実験用の汚染空気浄化装置１は、容
器１１を内径３６ｃｍ、高さ１００ｃｍのアクリル製円
筒の上端及び下端にアクリル製円板を溶着して構成し、
土壌層１５の上端箇所と金属メッシュ１１０１の下側箇
所との２箇所で、図５に示すように３つの容器部分１１
０７に分割可能とし、それら容器部分１１０７をフラン
ジ１１０９により接続している。金属メッシュ１１０１
には３ｍｍ目のステンレス製網を用い、透水層１３は粒
径１ｃｍ程度の砂利を１０ｃｍの厚さに敷き詰めて形成
し、土壌層１５は、黒ボク、ピートモス、パーライトを
３：１：１の容積比で混合したものを４０ｃｍの厚さに
敷き詰めて形成し、これら透水層１３及び土壌層１５を
図６に示すように中間の容器部分１１０７に収容して、
上側の容器部分１１０７内に上部チャンバ１１１１を画
成した。尚、土壌層１５の構成及び各構成物の比率につ
いては、あらかじめ実験により透水性や通気性等を確認
した上で決定した。

【００２７】排気管１７０１には、エアポンプ１７から
大気を導入すると共に、一酸化炭素ボンベ２５及び二酸
化窒素ボンベ２７からそれぞれ一酸化炭素及び二酸化窒
素を導入し、それぞれの流量をマスフローコントローラ
２９で制御して、擬似的な汚染空気を生成しチャンバ１
１０３に導入するものとした。また、給水部１９の給水
タンク１９０１内の水位はボールタップ３１で一定に保
ち、給水ポンプ１９０５の作動周期はタイマ３３で制御
し、ヒータ２１０３による受皿２１０１内の水の加熱温
度はサーモスタット３５で制御した。さらに、図７に示
すように給水タンク１９０１を容器１１の下方に配し、
オーバーフロー管１９０７の先端１９１３を給水タンク
１９０１内の水面下２００ｍｍに水没させ、チャンバ１
１０３内の静圧を２００ｍｍＡｑに保つようにした。

【００２８】そして、計測系として、チャンバ１１０３
に導入される擬似的な汚染空気の流量を計測するフロー
ト式流量計３７を、エアポンプ１７より下流側の排気管
１７０１箇所に介設し、土壌層１５の水分（ｐｆ値）を
計測する土壌水分計３９と、温度を計測する棒状温度計
４１とを、土壌層１５の上部に挿入すると共に、チャン
バ１１０３内の静圧を計測する静圧計４３を、導入管２
１０５を構成する容器１１部分に接続した。

【００２９】実験条件としては、チャンバ１１０３内に
送り込まれる擬似的な汚染空気の流量を６０リットル／
ｍｉｎ、該擬似的な汚染空気中の一酸化炭素濃度（以
下、ＣＯイニシャルガス濃度と称する）を３０．０ｐｐ
ｍ、同じく二酸化窒素濃度（以下、ＮＯ₂ イニシャルガ
ス濃度と称する）を０．８０ｐｐｍとし、次の３つの系
について、一酸化炭素及び二酸化窒素を対象とした浄化
実験を行った。

【００３０】系（Ａ）：給水部１９による透水層１
３への給水なし、加熱部２１による受皿２１０１内の水
の加熱なし系（Ｂ）：給水部１９による透水層１３への給水あ
り（１時間につき５分間、約２００ミリリットル）、加
熱部２１による受皿２１０１内の水の加熱なし系（Ｃ）：給水部１９による透水層１３への給水あ
り（１時間につき５分間、約２００ミリリットル）、加
熱部２１による受皿２１０１内の水の加熱あり（水温３
５°）

【００３１】以上３つの系についてそれぞれ２０日間の
実験を行い、初日、５日目、１０日目、１５日目、及び
２０日目の、土壌層１５の水分（土壌水分）、土壌層１
５の温度（土壌温度）、上部チャンバ１１１１内の空気
中の一酸化炭素濃度（以下、ＣＯファイナルガス濃度と
称する）、同じく二酸化窒素濃度（以下、ＮＯ₂ ファイ
ナルガス濃度と称する）、及び、チャンバ１１０３内の
静圧をそれぞれ測定したところ、図８乃至図１０のよう
な結果が得られた。尚、図８は系（Ａ）による実験結
果、図９は系（Ｂ）による実験結果、図１０は系（Ｃ）
による実験結果をそれぞれ示す。

【００３２】この実験結果によると、透水層１３への給
水による土壌層１５の水分調整及び受皿２１０１内の水
の加熱による土壌層１５の加熱をいずれも行わない系
（Ａ）では、２０日後の一酸化炭素除去率は１７％、二
酸化窒素除去率は１５％である。これに対し、透水層１
３への給水による土壌層１５の水分調整を行い受皿２１
０１内の水の加熱による土壌層１５の加熱を行わない系
（Ｂ）では、２０日後の一酸化炭素除去率は７７％、二
酸化窒素除去率は６６％であり、透水層１３への給水に
よる土壌層１５の水分調整及び受皿２１０１内の水の加
熱による土壌層１５の加熱をいずれも行う系（Ｃ）で
は、２０日後の一酸化炭素除去率は８９％、二酸化窒素
除去率は８５％であり、本発明が一酸化炭素及び二酸化
窒素の除去に有効であることが判明した。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、容
器と、前記容器に収容され微生物が繁殖可能で空気の流
動を可能とした土壌層と、前記容器に収容され空気及び
水の流動を可能とした透水層と、前記透水層から前記土
壌層に亘って空気を通過させる空気流動手段と、前記透
水層に水を供給する給水手段とを備える構成としたの
で、微生物を繁殖させた土壌を最適な条件下において効
率よく汚染空気の浄化を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による汚染空気浄化装置の概
略構成を示す説明図である。

【図２】図１に示す汚染空気浄化装置の連続運転後１０
０日目に計測したイニシャルガス中とファイナルガス中
との一酸化炭素濃度についての時間推移を示す線図であ
る。

【図３】図１に示す汚染空気浄化装置の連続運転後１０
０日目に計測したイニシャルガス中とファイナルガス中
との二酸化窒素濃度についての時間推移を示す線図であ
る。

【図４】図１に示す汚染空気浄化装置に沿って構成した
実験用の汚染空気浄化装置とその周辺装置の構成を示す
説明図である。

【図５】図４の汚染空気浄化装置の容器の構成を示す説
明図である。

【図６】図４に示す汚染空気浄化装置の容器内の要部構
成を示す説明図である。

【図７】図４に示す汚染空気浄化装置の給水部の要部構
成を示す説明図である。

【図８】図４の汚染空気浄化装置を用い一酸化炭素及び
二酸化窒素を対象として行った系（Ａ）の浄化実験結果
を示す図である。

【図９】図４の汚染空気浄化装置を用い一酸化炭素及び
二酸化窒素を対象として行った系（Ｂ）の浄化実験結果
を示す図である。

【図１０】図４の汚染空気浄化装置を用い一酸化炭素及
び二酸化窒素を対象として行った系（Ｃ）の浄化実験結
果を示す図である。

【符号の説明】

１汚染空気浄化装置１１容器１３透水層１５土壌層１７エアポンプ（空気流動手段）１９給水部（給水手段）２１加熱部（加熱手段）２１０１受皿２１０３ヒータ２１０５導入管

───────────────────────────────────────────────────── 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 53/81 53/62 Ｆ２４Ｆ 3/16 6803−3ＬＢ０１Ｄ 53/34 １３５Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器と、前記容器に収容され微生物が繁殖可能で空気の流動を可
能とした土壌層と、前記容器に収容され空気及び水の流動を可能とした透水
層と、前記透水層から前記土壌層に亘って空気を通過させる空
気流動手段と、前記透水層に水を供給する給水手段と、を備えることを特徴とする汚染空気浄化装置。
【請求項２】前記土壌層を加熱する加熱手段をさらに
備える請求項１記載の汚染空気浄化装置。
【請求項３】前記透水層は前記土壌層の下方に配設さ
れ、前記加熱手段は、前記透水層の下方に配設された水
の受皿と、該受皿内の水を加熱し温暖な水蒸気を生成す
るヒータと、該温暖な水蒸気を前記土壌層に導入する導
入管とで構成されている請求項２記載の汚染空気浄化装
置。