マイクロバブルが工場の悪臭や粉塵・ミストを解決

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マイクロバブル特徴と排気装置に採用の経緯

マイクロバブルの特徴と排気装置に
採用し開発してきた経緯を 解説しています

マイクロバブルの特徴

マイクロバブルとはどんなもの

マイクロバブルで脱臭

「マイクロバブル」は、最近TVや雑誌などでコマーシャルがたくさん流れるようになりました。マイクロバブルは、目に見えないほどの小さな水の気泡のことです。
一般に金魚の水槽の中でエアーポンプによってブクブクと発生しているものが身近です。
この気泡は、水中から水面に上がりやがて消えていきます。

マイクロバブルは、泡自体が小さいため水中で浮力がなく、水中にとどまっています。
水が白く濁ったように見え、(ミルキー)と言われスーパー銭湯でおなじみのものです。

 

マイクロバブルの状態
ミルキー色の水
マイクロバブルの様子
噴霧すると霧のようです
マイクロバブルの噴霧
装置で噴霧されている様子

マイクロバブルの特性

  • 1
    直径1センチの気泡1個より、1センチ立方の中にマイクロ単位の気泡がある方が泡の数は多くなります。この気泡、当然、小さければ、小さいほど全体の表面積数は大きくなります。
マイクロバブルのイラスト
左は、泡が水面に上がり消えていく様子 
右は浮力のない小さな気泡がしだいに水中で消える様子

出典:産業技術総合研究所 つくばセンター 高橋正好氏

  • 2
    水には表面張力が強く働くため泡の表面は、他の物質を吸着する力が働きます。
マイクロバブルのイラスト

気泡の周りに有害物質が吸着されるイメージ

  • 3
    気泡自体は『負』に帯電する性質があり他の+の電荷を帯びた異物(有害物質)を吸着しそこで電荷を奪い取ります。    有機溶剤は、基本CとHのベンゼン環で表記されますが、これを吸着し分解すると考えています(異論はあります)。 
     
  • 4
    この泡、時間が経つと次第に収縮し消滅しますが、その際、 泡に高温、高圧の状態が生まれ燃えるのと同じ現象が起きます(圧壊現象)。圧壊現象は、気泡(バブル)が、収縮、消滅する際の現象のことをいいます。
    この燃える現象を強制的に早い時間で生じさせ、有害物質を分解する作用に採用したのが、マイクロバブル方式です。燃えるのと同じ酸化作用が小さな気泡により起こされています(強制圧壊)。
  • 5

    水の分子(H2O)は、圧壊時の高温高圧で熱分解を起こすと、本来は強固に結びついている水分子が分解されます。分解で不対電子となり非常に反応性の高い状態、OHラジカルが生成されます。
     

フッ素や塩素、オゾンと異なり安全な天然物質である

不対電子OH ラジカル・・・これは活性酸素と呼ばれる分子種で他の物質から電子を奪って安定化しようとします。奪い取る現象を「酸化力」といい非常に強力な現象で、この酸化力は、オゾンよりも数千倍強いとされ、全物質の中でフッ素に次ぐ強さと言われています。マイクロバブルの生成は、この現象を装置内に発生させ有害物質の処理に活用することを考えました。

酸化力がおそらく最強だが安全なのです

OH ラジカルの特長

  • 人体には毒性がなく有害な物質ではない。
  • あらゆる汚染物質を殺菌、消毒、脱臭、分解する能力。
  • 科学的に分解し、除去できる最も強力な物質である。
  • 6
    OH ラジカルの生成には、様々な方法がありますが、当方は、マイクロバブルで得ています。この酸化力は、他の物質から電子や水素原子(H)を強引に奪い取ります。
    薬剤を使わずに水を浄化できる環境技術として開発が進んでいて、水の腐敗や汚泥化防止、水質浄化、受水タンク、配管等の 洗浄で環境にやさしいとして活躍していると聞きます。私どもは湿式スクラバーで有機溶剤系の有害物質の 処理に役立つのではと装置の開発を行いました。
  • 7
    分解力は、身近な例で感染症ウイルスや菌類、ニオイ、カビなどに対し水素を奪い取り処理するものとして開発が進んでいます。処理後の生成物は安全な水(H2O)になります。
    OHラジカルによる分解は、対象が油性か水性は関係がありません。
    OHラジカルは非常に強力な酸化力(有機物を分解する力)を持ち、相手の性質に関わらず、触れた有機物の結合を分解します。活用例として、空気清浄機やエアコン、光触媒、オゾン水生成器などの除菌、消臭、脱臭技術に応用されています(他社例)。

     

独自のマイクロバブル生成と供給

当方のマイクロバブルの生成、供給

生成、供給には、2タイプあります。
1.シャワーのように大気中で噴霧した際に生成されるタイプのもの
  
2008年頃より開発に取り組み大気に噴霧し霧状に排出できる仕組みを開発。
  
これを有害排気ガスや微細粒子の粉じんなどの低減、捕集する仕組みに装置を製品化
  しました。
  当方のマイクロバブル生成は、TV等で市販されているのと違い水道圧の何倍もの高
  加圧を行い、後述の「OHラジカル」現象を発生させ活用しています。

 

2.水中にマイクロバブルを生成するタイプ
  一般的には、この形式が多いようで、当方のも同じで農業向け、水産向けに提供して
  います。

マイクロバブル生成方法と供給の工夫

当社の生成での特徴は、工場の排気処理設備に使われる性質上、水を基本循環使用しています。一般に生成では、きれいな精製水もしくは上水を使用するのが常識のようです。
1.当社は、不純物を含む汚れた水を使用しマイクロバブルを生成できるよう特殊な生成 
  方法を開発しています。

2.また、当方のマイクロバブル生成は、TV等で市販されているのと違い水道圧の何倍
  もの高加圧を行い、後述の「OHラジカル」現象を発生させる工夫をしています。
3.マイクロバブルの電荷(マイナスの帯電量)を大きくする工夫として、水がアルカリ   
  
性質であることが効果的なためアルカリ水質を維持できる工夫しています。
  アルカリ性(pHを上げる)にすると水酸化物イオン(OH⁻)の濃度が高くなり、こ
  のOH⁻がマイクロバブルの気液界面に過剰に吸着され、マイナスの帯電量が大きく
  なるみています。手軽になら
水酸化ナトリウム(苛性ソーダ)または水酸化カリウム
  を添加するのが最も一般的です。

マイクロバブルの特性を装置で生かすための工夫

1.粉塵や排出ガスなどとマイクロバブルとが接触する場を装置として設けること

2.接触する時間をできるだけ長く仕組みを考案すること

3.接触したマイクロバブルを早々に破裂させ消してしまう仕組みを検討しました

この3点を実現するため装置に反応層という(ドラム状の筒の中)部分を仕組みとして設けています。さらに接触時間を長くするために反応槽内に竜巻状の流れ(サイクロン状態)を作り接触(ミキシング)させる仕組みとしています 
最終、反応槽の内側壁面部分にマイクロバブルと有害物質などの粒子物をぶつけて破裂、
分解させています(強制圧壊) 
強制圧壊には、電磁的方法やマイクロ波などのやり方がありますが、ぶつけることで 反応を促進させる原理を取り入れています。水の化学結合が切れて不対電子を持つ非常に反応性の高い状態(ラジカル)が作られる現象を生じさせています。排気用ファンに軸流ファン(扇風機状)を使用するのは、回転流で反応槽内にサイクロン状態を起こしミキシングの力を生かす仕組みのためです。

 

マイクロバブルの旋回流

マイクロバブルをサイクロン状に回転
させ有害物質と接触、撹拌する

**バブルのサイズには、ミリ単位からマイクロ、ナノ単位と小さなものがあります。
小さい方が何かの効能に「いい」と理解されがちです。でもそれぞれに働きの効能があり、そのように言うのは、不適切とみています。マイクロも収縮する過程でナノ単位になるものもあります。
現在は、ナノの方が良いような風潮です。
お断りとして、私どもは、一般名称として微細な気泡のことを一般に「マイクロバブル」と表現しています。

排気処理装置に取り入れた工夫と仕組み

特に考えたのは、装置で有害物質とマイクロバブルとの効率良い接触方法と接触時間を出来るだけ長くできる仕組みの工夫です。仕組みは、独自に工夫し開発を行ってきました。 

有害対象物質の比重値や空気抵抗値などを考え、風速2,5mほどで装置内にサイクロン状態を作り、遠心分離を働かせ側壁、底プレート板等に叩きつけ衝撃を与えることで強制的な分解(圧壊現象)を生じさせられる原理を作りました。
マイクロバブルを活用した脱臭技術は、化学薬品や活性炭フィルターに頼らず、水と空気の物理化学的特性を利用して工場の悪臭や揮発性有機化合物(VOC)を効率的に低減・分解する仕組みです。この仕組みを一般産業分野において広く活用が出来る装置の可能性を現在も模索しています


湿式スクラバー、ベンチュリーなどは塗料を水と力ずくで混ぜ合わせて、性状が変わるまでには、かなりの時間がかかります。    
当方のマイクロバブルと接触した塗料は、シンナー分の有機溶剤が分解処理され塗料の顔料分をスラッジとして瞬間に回収することができ、シンナーの臭い、悪臭や粉じんの拡散を防止しています

シンナーの臭いがきつい
シンナー対策

←   ↥
ベンチュリー方式では、塗料  
がヘドロ状態になるまで水で  
ジャブジャブに混ぜ込みます
    
スラッジは乾燥してダクトや
ファンに付着して戸外へ排出
され環境負荷が高いです          
               

下記は、マイクロバブルと塗料がどのような接触をして、どのエリアで反応を起こすのか透明な装置を作り仕組みの確認テストを繰り返していました(2009年秋頃)。
塗料のシンナー成分(揮発性有機溶剤)の減少が確認され、つまり悪臭である臭いを低減できることが分かりました
原理として完全無臭、粉じん飛散ゼロにはなりませんが、現在、これに変わる成果を出せる装置はないのではと感じています

マイクロバブルの噴霧された状態
マイクロバブルとシンナーが混じり合う



塗料をスプレーガンで
噴霧し、装置の中に

マイクロバブルとシンナーの撹拌の様子

白がマイクロバブルで
塗料がサイクロン状態の
中で接触し攪拌     

シンナーが酸化分解される



攪拌と圧壊現象が
起きている反応装置      

普通の水とマイクロバブル水との違い

       普通の水           :            マイクロバブル水

       ↓             ↓

シンナー臭 臭い

水と塗料は、混じり合わない 塗料は水面に
浮かび  さわると、ベトベトです

        ↓

シンナーは洗っても取れない

水で洗っても取れません 当然でしょうが一般には強力な洗剤で洗うしかありません 
排気装置のフィルターは
塗料がベトベトに付いてしまい掃除は大変です

マイクロバブルと接触したもの

マイクロバブルと塗料が接触すると塗料のべたつきが瞬間になくなります パウダーのようにサラッとして指には付きません。
塗料が
マイクロバブルで分解され性質が変わったためです

    ↓

マイクロバブルで臭いもない

塗料に粘着性はなく パウダー状態で水で簡単に流せます 臭いは、ほぼ無臭です

新方式マイクロバブルを採用した分野、用途

トライアルデモ機であらゆるテストを行っています サンプルテストから始めましょう

マイクロバブルにより白濁

塗料、溶剤を投入

粉塵捕集で膨張しています


 

有機溶剤系(シンナー臭)の脱臭装置(塗装、洗浄、印刷、産廃処理場他)
除塵・集塵装置(塗装工場、研磨工場、鉄工場、食品工場、産廃処理場他)
水耕栽培・養殖向け装置(水質改善、溶存酸素供給他)

 

マイクロバブル、現在の限界は

気化ガスの粒子は、すすり抜けてしまいます

マイクロバブル、如何に小さいと言え溶剤の気化ガスの粒子は、分子レベルの小ささで、バブルの吸着力が強くても気化ガスをまんべんなく吸着することは不可能です。 
装置の中の風速は5m/s以上ですから、気化ガスがすすり抜けてしまいます。
装置の形状や構成、様々なデバイスを組み合わせながら精度を上げられるよう工夫に努めてまいります。

ご教授頂いている機関

マイクロバブルの研究

「当社は、装置開発で、マイクロバブルの研究者、産業技術総合研究所 高橋正好氏の 指導を仰いでいます。参考:独立行政法人 産業技術総合研究所 環境管理部門 高橋正好氏
ホームページ  「小さな泡の不思議な世界」    

注:当サイトの説明に必要な情報や図等は、参照させて
頂いております

研究開発プロジェクト実証実験

シンナー臭対策プロジェクト

神奈川県産業労働局 産業部産業振興課

実証実験に参加しています。

 

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