JP2004024996A

JP2004024996A - 生物担持用担体、それを用いる生物脱臭装置、及び脱臭方法

Info

Publication number: JP2004024996A
Application number: JP2002183500A
Authority: JP
Inventors: Shohei Okazawa; 岡澤　祥平
Original assignee: Mitsui Mining Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining Co Ltd
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】負荷変動の大きい臭気成分を含有するガスを少量の散水量を用いて、生物処理する。
【解決手段】含水率が５．０〜３０．０質量％、比表面積が５０〜５００ｍ^２／ｇの活性炭からなる生物担持用担体に微生物を担持させた脱臭塔１０に臭気成分を含むガスを供給して臭気成分を生分解して除去する。活性炭は石炭を原料とするものが好ましい。また、生物脱臭塔の前段に加湿装置４０を備えて充填層に通気するガス中の水分濃度を実質的に飽和濃度とすることが好ましい。さらに、前記生物脱臭塔の後段に、ガス中に含まれる臭気成分を吸着する吸着材を充填した吸着脱臭塔６０を備えても良い。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微生物を担持する担体、それを用いてガス中の臭気成分を除去する脱臭装置及び脱臭方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場、し尿処理場等から排出される悪臭を含むガスの処理方法として、従来より吸着法、薬液洗浄法、燃焼法、生物脱臭法等が知られている。これらの方法の中で、微生物の生分解能力を利用した生物脱臭法は、経済的に有利であると考えられている。生物脱臭法は、微生物を担持した担体を充填した脱臭塔に処理すべき臭気成分を含むガスを通過させて脱臭する方法である。
【０００３】
微生物を担持する担体としては、従来、ピート（泥炭）、セラミック多孔体、プラスチック成型体、合成繊維、木炭、高分子ゲル体、活性炭等が用いられている。充填塔に充填された担体は、微生物が植種され、適宜散水されて微生物の生育に適した環境が整えられることにより、微生物はガス中の臭気成分を栄養源として増殖し、悪臭成分が微生物によって分解される。
【０００４】
しかしながら、従来の生物脱臭法には種々の問題がある。
【０００５】
第１の問題は散水量に関する。即ち、微生物を生育するためには担体表面を濡れた状態に維持する必要があり、通常、充填層の上部から散水を行っている。しかし、散水量が少ない場合には、全ての担体を均一に濡れた状態にすることが困難であり、濡れていない箇所は生物脱臭に関与できないため充填層全体を有効に活用することができなくなる。
【０００６】
逆に、散水量が多い場合は、担体に付着している微生物が洗い流されて、やはり脱臭効率が低下する問題がある。
【０００７】
第２の問題は、負荷変動の問題である。臭気成分の発生量が一定であることは通常希であり、一日の中でも時間帯によって臭気成分の発生量が大きく変動することが多い。また、休日の操業停止により臭気成分が全く発生しない期間があることもあり、日によって大きく変動することも少なくない。
【０００８】
一時に多量の臭気成分が脱臭塔に供給された場合には、微生物の分解能力を超えることになり、脱臭塔から臭気成分が漏出する。逆に、臭気成分が少ない状態が長く続くと、臭気成分を栄養源とする微生物が死滅することになる。従って、できる限り負荷変動に対応できる生物脱臭装置が望まれている。
【０００９】
第３の問題は、臭気成分が疎水性物質である場合にある。生物脱臭は微生物を利用するものであるから、上述のように担体表面を常に濡れた状態に保持する必要がある。臭気成分が硫化水素等のように親水性である場合には、臭気成分は担体表面で水に溶解し、微生物により生分解される。
【００１０】
しかし、臭気成分が塗装工場や印刷工場等から排出される揮発性有機化合物等のように水に溶解しない疎水性化合物の場合には、担体表面で水に溶解し難いので生分解がなされず、その結果脱臭効率が著しく低下することになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らはこれらの問題点を解決すべく研究を重ねた結果、保水性のある担体を使用する場合には、散水量が少ない場合でも担体全体が水分を含み、微生物の成育に支障のないこと、また、従来吸着脱臭法において吸着材として用いられている活性炭が、微生物担持用担体として好適な保水性を備えていることに気付いた。
【００１２】
そこで、活性炭を担体として用いる生物脱臭法において、同時に吸着脱臭を行うことも視野に入れ、鋭意研究を重ねた。この結果、活性炭の含水率が所定範囲にある活性炭は、これを微生物担体として用いる場合、少ない散水量で生物脱臭と吸着脱臭とを同時に行うことができること、更にこの吸着作用が臭気成分の負荷変動に対する緩衝作用として働くことを発見した。
【００１３】
更に上記の活性炭の比表面積が所定の範囲にある場合は、上記吸着作用が強く働き、揮発性有機化合物等の水に溶解しない疎水性臭気成分を吸着し、その後生物処理が行われることにより最終的に効率よく疎水性臭気成分も処理されることを発見し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
従って、本発明の目的とするところは上記問題を解決する生物担持用担体、それを用いる生物脱臭装置、及び脱臭方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。
【００１６】
〔１〕　ガス中に含まれる臭気成分を微生物により生分解して除去する生物脱臭に用いる粒状の生物担持用担体であって、含水率が５．０〜３０．０質量％、比表面積が５０〜５００ｍ^２／ｇの活性炭からなる生物担持用担体。
【００１７】
〔２〕　活性炭が石炭を原料とするものである〔１〕に記載の生物担持用担体。
【００１８】
〔３〕　微生物を担持させた〔１〕又は〔２〕に記載の生物担持用担体からなる充填層を内部に形成した生物脱臭塔と、前記充填層の上方に配設した水スプレーノズルと、生物脱臭塔内に臭気成分を含むガスを供給するガス導入管を備えた生物脱臭装置。
【００１９】
〔４〕　生物脱臭塔の前段に加湿装置を備えてなり、前記充填層に通気するガス中の水分濃度を実質的に飽和濃度とする〔３〕に記載の脱臭装置。
【００２０】
〔５〕　前記生物脱臭塔の後段に、ガス中に含まれる臭気成分を吸着する吸着材を充填した吸着脱臭塔を備えてなる〔３〕又は〔４〕に記載の脱臭装置。
【００２１】
〔６〕　前記吸着脱臭塔に充填する吸着材が、前記生物脱臭塔に充填する担体と同一物である〔５〕に記載の脱臭装置。
【００２２】
〔７〕　〔３〕乃至〔６〕の何れかに記載の脱臭装置を用いる揮発性有機化合物を含むガスの脱臭方法。
【００２３】
【発明の実施の形態】
生物脱臭に用いる本発明の生物担持用担体は、以下に述べる所定性状の活性炭からなる。
【００２４】
生物担持用担体を構成する活性炭の平均粒径は、２〜３０ｍｍが好ましく、５〜２０ｍｍがより好ましい。粒子が２ｍｍ未満の場合は、臭気成分を含むガスが充填層を通過する際の圧力損失が大きくなるので好ましくない。また、粒子径が３０ｍｍを超える場合は、ガスとの接触効率が悪くなり、脱臭効率が低下する。
【００２５】
活性炭の含水率は、５〜３０質量％が好ましく、１０〜２５質量％がより好ましい。
【００２６】
本発明においては、活性炭の含水率は特に重要である。ここで含水率とは、活性炭を水に浸して充分に吸水させた状態において、全質量中における水分質量の割合（％）を言う。
【００２７】
含水率が５質量％未満の活性炭は、微生物の生育に必要とする水分を保持することができず、これを補うため散水量を多くする必要があるので、不経済である。含水率が３０質量％を超える活性炭は、微生物の成育、従って、生物脱臭については好ましいが、吸着能力が低減して、後述するように臭気成分の負荷変動に対応する緩衝作用が低下すると共に、疎水性の臭気成分の脱臭が困難になる。
【００２８】
活性炭の含水率は乾留条件によって変化する。乾留による活性炭の製造方法においては、特に、低温乾留における乾留温度が重要である。含水率を５〜３０％の範囲とするためには、低温乾留時の乾留温度を５００〜７００℃に制御することが好ましい。
【００２９】
活性炭の比表面積は、５０〜５００ｍ^２／ｇが好ましく、１００〜３００ｍ^２／ｇが特に好ましい。
【００３０】
比表面積５０ｍ^２／ｇ未満の活性炭は、吸着能力が不十分であり、特に臭気成分が揮発性有機化合物等の疎水性物質である場合に、効率よく脱臭することができない。逆に、比表面積が５００ｍ^２／ｇを超える場合は、比表面積の更なる増加による脱臭性能の向上は少なく、むしろ活性炭の強度が低下するので好ましくない。
【００３１】
本発明の生物担持用担体を構成する活性炭を製造するための主原料は特に制限が無く、木炭、コークス、椰子殻、樹脂等を用いることができる。しかし、一定品質で多量に生産できること、及び経済性の点を考慮すると、石炭を主原料とするものが好ましい。また、製造方法についても公知の方法を採用することが可能であるが、石炭を主原料として活性炭を製造する場合の一例を次に示す。
【００３２】
まず、石炭を５００〜７００℃で低温乾留して半成コークスを得る。次に、この半成コークスに副原料としての石炭と結合材とを加えて混練した後、粒状に成型する。この成型物を最高温度８００〜９００℃の高温で乾留した後、水蒸気などで賦活することにより活性炭が得られる。
【００３３】
低温乾留の条件によって、活性炭の骨格的要素、即ち空隙率及び大まかな比表面積を制御できる。高温乾留は、強度の高い成型体とするために、半成コークスを強固に結着することを主たる目的とする。従って、副原料石炭としては、結着性に優れると共に、半成コークスの収縮反応に追随できるものを選定する必要がある。最後の賦活は、目標とする比表面積を最終的に賦与するものである。
【００３４】
前記の製造方法において、活性炭の比表面積は乾留条件によって変化するが、最終的には賦活の程度によって調整される。
【００３５】
次に、本発明の生物脱臭塔及び脱臭装置について説明する。
【００３６】
図１は、生物脱臭を行うために用いる脱臭装置の一例を示すものである。
【００３７】
生物脱臭塔１０内には、上述した活性炭からなる微生物担持用担体が充填され、これにより充填層１５が形成されている。充填層１５の上部にはスプレーノズル１６が設けられ、これによって充填層１５に散水することができる。生物脱臭塔１０の下部にはガス導入管１１が接続され、また生物脱臭塔１０の上部にはガス排出管１２が接続されている。
【００３８】
臭気成分を含んだガスはガス導入管１１を通って脱臭塔１０の下部から脱臭塔１０内に供給され、充填層１５内を上方に向って移動しながら充填層１５を構成する微生物を担持した担体と接触し、臭気成分が除去される。
【００３９】
臭気成分が除去されたガスはガス排出管１２を通って系外に排出される。
【００４０】
生物脱臭塔１０の近くには、水槽２０及びポンプ３０が設けられ、水槽２０に蓄えられた水をポンプ３０によりライン２１を介して前記スプレーノズル１６に送ることにより、前記散水を行うことができる。散水された水の一部は充填層１５を流下する際に充填層１５の担体に付着し、他部は脱臭塔１０の下部に連結されたライン２２を介して水槽２０に返送される。
【００４１】
このようにして、定期的又は連続的に散水を行うことにより、充填層１５を微生物の生育に適した環境とすることができる。
【００４２】
生物脱臭塔１０において、充填層１５の空間速度（ＳＶ値）は、臭気成分の種類や除去する臭気成分の絶対量等により異なるが、通常５０〜５００ｈ^−１程度が好ましい。また、空塔速度（ＬＶ値）は、圧力損失等を考慮して、０．０１〜０．３ｍ／ｓとすることが好ましい。なお、充填層１５の層高としては、０．５〜２．０ｍ程度とすることが好ましい。
【００４３】
充填層１５を構成する担体に微生物を担持させる方法としては、運転開始当初に水槽２０中に適当な活性汚泥２を投入し、ポンプ３０を用いて循環する方法が一般的である。微生物が増殖するためには、主栄養源となるガス中の臭気成分の他に、窒素、リン、及びカリウム等の副栄養源が必要と考えられる。副栄養源の供給方法としては、副栄養源供給管２から水槽２０中にこれらの副栄養源３を添加しておくことにより、定期的な散水を行う際に充填層１５の担体に付着させることができる。副栄養源３としては、ＮＨ_４Ｃｌ及びＫ_２ＨＰＯ_４等を例示できる。
【００４４】
本発明において担体として用いる活性炭は所定の含水率のもので、保水性を有することから、保水性のない担体と比較して散水量を少なくすることができる。しかしながら、処理するガス中に含まれる水分量が少ない場合には、担体に吸着された水の蒸発を避けることはできない。担体の乾き度合を監視して散水量を調整することは難しいので、通常安全を見込んで結局は散水量を多くする結果となる。これは不経済である。更に微生物が流出する。これを避けるため、処理すべきガスは、生物脱臭塔に導入する前に水分濃度（湿度）を高めておくことが好ましく、実質的に飽和状態に調湿しておくことが更に好ましい。
【００４５】
ガス中の水分を高める手段の一例を、図２を参照して説明する。
【００４６】
図２においては、生物脱臭塔１５の前段に、スプレーノズル４６を備えたスプレー塔４０を設けている。ガス供給管１１を通ってスプレー塔４０に供給される臭気成分を含むガスに、ポンプ５０を用いて散水することにより、ガス中の水分をほぼ飽和させることができる。この例のほかに、ガス導入管１１の中に直接スプレーノズルを設けて散水する方法や、生物脱臭塔１０の充填層１５の下部にスプレーノズルを設けて散水する方法等があり、いずれの手段も採用することができる。なお、散水した後の水には、臭気成分が含まれることが多いので、これを水槽２０の補給水とすることが好ましい。
【００４７】
ガス中の水分量を飽和とすることにより、散水量を著しく低減させることが可能となる。また、活性炭の乾き度合いを常に監視する必要もなくなる。従って、１日に１回程度の散水で、微生物の生育に必要な環境を充分に維持することが可能である。このとき散水する水の中に副栄養源を含めることにより、確実に生物脱臭を行うことができる。即ち、簡単な操作で確実に脱臭することができる。
【００４８】
本発明の担体として用いる活性炭は、生物担持用担体として生物担持作用を発現して生物脱臭を行うと共に、活性炭として臭気成分を吸着する吸着作用を示す。　従って、微生物の分解能力を超える臭気成分が供給される場合は、一時的に臭気成分を吸着保持し、時間をかけて臭気成分を生分解して脱臭する。即ち、臭気成分の負荷変動に対応する作用を有する。
【００４９】
負荷変動に対応できる期間は通常１日以上であり、例えば１日の中の時間帯によって処理すべき臭気成分の量が変動しても、高い脱臭率を維持することができる。しかし、休日の操業停止等により臭気成分を全く処理しない期間が、１日以上ある場合などは、人為的に臭気成分を発生させて、生物脱臭処理を継続することが好ましい。この場合においても、活性炭の有する吸着能力を利用することができる。例えば、１日に１回程度臭気成分を含むガスを通気することにより、微生物を死滅させることなく、生物脱臭を継続させることができる。
【００５０】
本発明の脱臭装置においては、生物脱臭塔と併せて、吸着脱臭塔を備えることもできる。
【００５１】
図２に示すように、生物脱臭塔１０の後段に吸着脱臭塔６０を備えることにより、一層好ましい脱臭処理を行うことができる。
【００５２】
吸着脱臭塔６０に充填する吸着剤としては、どのような吸着剤でもよいが、生物脱臭塔１０で担体として使用している活性炭を使用することが好ましい。前述のように、本活性炭の含水率は３０％以下であり、ガス中の水分によって吸着能力が低下することがないからである。
【００５３】
吸着脱臭塔６０は、生物脱臭塔１０で除去されなかった臭気成分を除去して脱臭効率を高めると共に、除去した臭気成分を蓄えておくことができる。従って、休日の操業停止により、臭気成分が全く発生しない期間が１日以上ある場合に、吸着脱臭塔の吸着剤に吸着した臭気成分を加熱などにより脱着して、生物脱臭塔１０に供給することにより、微生物を死滅させることなく、生物脱臭を継続することができる。また、本活性炭の比表面積は５０〜５００ｍ^２／ｇであり、吸着能力に優れているために、揮発性有機化合物等の疎水性臭気物質を吸着することができるからである。
【００５４】
【実施例】
実施例１
（活性炭の製造）
低灰分三池炭（灰分１．３３質量％、揮発分４４．２５質量％、固定炭素５４．４２質量％、全硫黄１．５３質量％）を２００℃で酸化した後、５５０℃で低温乾留して半成コークスを得た。この半成コークス６５質量部に、副原料としてウオロンデリー炭１５質量部、及びピークダウン炭１０質量部を加え、更に結合剤として軟ピッチ１０質量部を加えたものをよく混練した後、ディスクペレッターにより６ｍｍφＸ１０ｍｍの円柱状に成型した。この成型物を６℃／ｍｉｎの乾留速度で８００℃まで加熱して高温乾留した後、これを水蒸気で３０分間賦活して活性炭とした。
【００５５】
得られた活性炭の含水率は２０〜２５％であり、比表面積は２５０〜３００ｍ^２／ｇであった。
【００５６】
（生物脱臭試験）
テスト用生物脱臭塔として、内径８０ｍｍの円筒状容器を用いた。し尿処理場から採取したＭＬＳＳ濃度６０００ｍｇ／Ｌの活性汚泥に、上記の活性炭を２時間浸漬した後、これを脱臭塔に充填して体積１０００ｍｌの充填層を形成し、トルエン（疎水性）を臭気成分として、以下の条件で生物脱臭試験を行った。
ガス条件
主ガス　　　　：　空気（室温）
ガス量　　　　　　　　：　１０００〜１６００ｍｌ／ｍｉｎ
空間速度　　　　　　：　６０〜９６ｈ^−１
臭気成分　　　　　　：　トルエン
臭気濃度　　　　　　：　　　５０〜１００ｐｐｍ
散水条件
成分、濃度　　　：　ＮＨ_４Ｃｌ、１０ｇ／１０００ｍｌ
Ｋ_２ＨＰＯ_４、３ｇ／１０００ｍｌ
散水頻度　　　　　　：　１回／日
散水量　　　　　　　　：　　　５０ｍｌ／回
（試験結果）
トルエンの除去率を測定して脱臭効果を判定した。試験開始直後は馴致期間であり、除去率は２０〜７０％と大幅に変動した。試験開始から約２０日を経過した後は、除去率は９０〜９５％となり、それ以降３０日以上安定して処理を継続することができた。
実施例２、３、及び比較例１、２
実施例１の装置を用いて、同様の操作をしてトルエンの脱臭率を測定した。但し、使用した活性炭を表１に記載する含水率、比表面積のものとした。結果を表１に示した。
【００５７】
【表１】

【００５８】
【発明の効果】
本発明の生物担持用担体は活性炭を所定の含水率、比表面積としているので、微生物を担持した状態で、好適に育成でき、これを用いることによりガス中の臭気成分を効率よく生物処理できる。この担体は、保水性を有し、少量の散水で微生物の生育に必要な水分を保持する能力を有する。また、生物脱臭を行うと同時に臭気成分を吸着する吸着能力を有する。従って、微生物の分解能力を超える臭気成分が供給された場合には、一時的に臭気成分を吸着保持し、時間をかけて消費することが可能であり、臭気成分の負荷変動に対応することができる。更に、この吸着能力により、疎水性の臭気成分も生物処理することができる。
【００５９】
本発明の生物担持用担体は、石炭を主原料とする場合は、経済的に、大量生産することができる。
【００６０】
更に、この担体は強度が高いので、比較的大きな粒状としても壊れにくく、充填層の圧力損失を少なくすること、及び長時間にわたって使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の生物脱臭装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の生物脱臭装置の他の例を示す構成図である。
【符号の説明】
２　　副栄養源供給管
３　　副栄養源
１０　　生物脱臭塔
１１　　ガス導入管
１２　　ガス排出管
１５　　充填層
１６、４６　　スプレーノズル
２０　　水槽
２１、２２　　ライン
３０、５０　　ポンプ
４０　　スプレー塔
６０　　吸着脱臭塔

Claims

ガス中に含まれる臭気成分を微生物により生分解して除去する生物脱臭に用いる粒状の生物担持用担体であって、含水率が５．０〜３０．０質量％、比表面積が５０〜５００ｍ^２／ｇの活性炭からなる生物担持用担体。
活性炭が石炭を原料とするものである請求項１に記載の生物担持用担体。
微生物を担持させた請求項１又は２に記載の生物担持用担体からなる充填層を内部に形成した生物脱臭塔と、前記充填層の上方に配設した水スプレーノズルと、生物脱臭塔内に臭気成分を含むガスを供給するガス導入管を備えた生物脱臭装置。
生物脱臭塔の前段に加湿装置を備えてなり、前記充填層に通気するガス中の水分濃度を実質的に飽和濃度とする請求項３に記載の脱臭装置。
前記生物脱臭塔の後段に、ガス中に含まれる臭気成分を吸着する吸着材を充填した吸着脱臭塔を備えてなる請求項３又は４に記載の脱臭装置。
前記吸着脱臭塔に充填する吸着材が、前記生物脱臭塔に充填する担体と同一物である請求項５に記載の脱臭装置。
請求項３乃至６の何れかに記載の脱臭装置を用いる揮発性有機化合物を含むガスの脱臭方法。