JP2005238111A - 臭気ガスの脱臭方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】下水処理施設等から発生する臭気ガスの臭気成分を、その濃度が著しく変動する場合であっても優れた脱臭効果を発揮すると共に、運転コストを低減し得、長期間に亘って優れた処理性能を維持することが可能な臭気ガスの脱臭方法及び装置を提供する。
【解決手段】下水処理設備等から発生する臭気ガスを、予め微生物固定化担体を用いる生物脱臭により硫化水素等を除去し、その生物処理ガスを昇温した後、低温プラズマ処理を行い、更に触媒による酸化処理を行って脱臭する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、下水処理場、し尿処理場及び食品工場や化学工場などから発生するガス中の不快な臭気成分を効率よく除去することができる臭気ガスの脱臭方法及び装置に関する。

下水、し尿などの処理施設及び各種工場などから発生する臭気ガスは生活環境の改善要求が高まり、その対策が求められている。特に下水処理場等で発生する臭気ガスには、臭気成分として、硫化水素が比較的多く含まれ、その他にメチルメルカプタン、硫化メチル、二硫化メチルなどの硫黄系臭気成分や、アンモニア等の塩基性ガスが含まれているため、これらの臭気成分を除去する必要がある。

これらの臭気成分を含む臭気ガスの脱臭方法としては、薬液洗浄法、活性炭吸着法、生物脱臭法、オゾン酸化法など各種のものが知られており、最近では生物脱臭法の一つである充填塔式生物脱臭法が多く用いられている。充填塔式生物脱臭法は、充填塔内に設けられた生物担体充填層（以下、単に充填層と記す）に臭気ガスを通すことにより臭気ガス中の臭気成分を分解除去する方法である。

ところが、充填塔式生物脱臭法は、一般にランニングコストが安く、硫化水素のような易分解性の臭気成分は除去しやすいものの、硫化メチル、二硫化メチルなどの難分解性の臭気成分は除去しにくい。また極端な臭気濃度の変動には追随することができない。このため充填塔式生物脱臭装置の後段にオゾン共存下で触媒酸化する触媒反応器を設ける方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、この方法では触媒に水分が吸着したり、硫黄や硫酸等が付着して触媒が劣化し、性能が低下してしまうという問題を有している。

また、最近では生物脱臭とは異なる新しい方法として、放電を利用した低温プラズマ脱臭法が検討されている。この方法は被処理ガスに対して放電を行う低温プラズマ反応部（以下、単に放電部と記す）と、その後段に酸化触媒が充填されている触媒反応部（以下、単に触媒部と記す）からなり、被処理ガスをまず放電部に供給して処理し、更に触媒部を通過させて処理する方法である。

放電部では活性なラジカル等が発生して臭気成分の一部は、それらによって酸化分解し、また、触媒部に充填された酸化触媒上では、放電部で生成した反応活性なラジカル等による未分解の臭気成分の酸化反応が促進される。この方式は高圧放電による分解と触媒による酸化分解が行われるため、分解困難な硫化メチルや二硫化メチル等の臭気成分の処理も可能である。

しかし、この方式では、放電部や触媒部における硫化水素等の分解によって生成する硫黄や硫酸が触媒部の触媒に付着して触媒性能の低下を引き起こす問題を有している。この問題点を改善する方法として、性能が低下した時点で、臭気ガスの供給に代えて空気を供給し、空気雰囲気での放電によって生成する反応活性なラジカル等によって触媒に付着したものを分解除去して触媒性能を回復させ、再度臭気ガスの処理を行う方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、この方法では酸化されやすい硫黄や有機物等については分解除去できるが、硫酸等を分解することはできないので、触媒活性の回復は不十分である。また、放電によって硝酸も生ずるので、触媒には硫酸の他に硝酸、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム等の分解困難な物質が多く付着する。そのため触媒活性を充分に回復させることはできない。

また、低温プラズマ脱臭法では、特に水分の多い臭気ガスの場合、放電部の電極に水分や硫酸等が付着して、装置が腐食したり、正常な放電が困難になり、安定して臭気ガスを処理することができないという問題もある。

特開２０００−２４６０５０号公報 特開２００３−８８５７７号公報

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、下水処理施設等から発生する臭気ガスの臭気成分を、その濃度が著しく変動する場合であっても優れた脱臭効果を発揮すると共に、運転コストを低減し得、長期間に亘って優れた処理性能を維持することが可能な臭気ガスの脱臭方法及びそのような機能を有する脱臭装置を提供することである。

本発明は、上述した課題を達成するためになされたもので、以下の手段で解決された。
下水処理設備等から発生する臭気ガスの脱臭方法であって、臭気ガスを予め微生物固定化担体を用いる生物脱臭により硫化水素等を除去し、その処理ガスを昇温した後、低温プラズマ処理を行い、更に触媒による酸化処理を行って脱臭するようにした。
前記触媒を水洗及び乾燥を行って再生すること、前記触媒の再生に使用した洗浄水を前記生物脱臭に必要な散水に使用して処理することも特徴とする。

下水処理施設等から発生する臭気ガスを脱臭する装置であって、臭気ガスを生物処理する微生物固定化担体を充填した生物脱臭塔を前段に設置し、その生物脱臭処理ガスを昇温する加熱器、加熱されたガスを処理する放電部と触媒部を有する低温プラズマ脱臭塔を後段に設置した。

前記生物脱臭塔と前記加熱器との間に、生物脱臭塔処理ガスを低温プラズマ脱臭処理ガスを用いて昇温する熱交換器を設けること、前記触媒部に充填された触媒を水洗して再生するため、洗浄散水管を前記触媒部の上に設け、空気導入管を前記生物脱臭塔と前記熱交換器との間に設けることも特徴とする。

予め生物脱臭により硫化水素を除去し、その処理ガスを昇温した後、未分解の臭気成分を低温プラズマ処理及び触媒酸化処理する本発明の脱臭方法及び装置を使用することによって、下水処理施設等から発生するガス中の臭気成分をほぼ完全に除去することができる。
また、経済的且つ長期間に亘って効率よく安定して処理することが可能である。特に、臭気濃度が高い場合、また、臭気濃度の変動が大きい場合でも安定した脱臭処理が可能である。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態になんら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能なものである。
図１は本発明による臭気ガスの脱臭方法を実施する装置の構成例を示す概略図である。図１に示すように、脱臭装置２０は、例えば下水処理設備から発生する臭気ガスを脱臭するものであり、臭気ガスは、臭気成分として、例えば硫化水素、メチルメルカプタン、硫化メチル、二硫化メチル、アンモニア等を含む。

脱臭装置２０は、その臭気ガスを生物脱臭処理する生物脱臭塔１と、放電部１２と触媒部１６を有する低温プラズマ脱臭塔２を備えている。生物脱臭塔１の下部から臭気ガスである被処理ガスが配管１００を介して供給され、生物脱臭塔１の上部より配管１０１を介して排出される。
生物脱臭塔１の内部には、充填層３が配置されている。充填層３には微生物を付着させるセラミックスやプラスチック等の担体が充填されている。

充填層３には散水管４によって活性汚泥処理水等が供給され、これによって臭気成分を分解する微生物が増殖するようになっている。被処理ガスはこの充填層３を通されるので、被処理ガス中の臭気成分が分解され脱臭される。
この生物脱臭塔１では、通常硫化水素は約９９％、メチルメルカプタンは約９０％、硫化メチル及び二硫化メチルは約７０〜８０％、アンモニアは約５０％が除去される。中でも硫化水素については効率よく除去することができる。

なお、充填層３に散水される活性汚泥処理水等は活性汚泥処理水槽５から、散水供給ポンプ６によって散水配管Ｌ１を通して散水管４に導かれる。また、生物脱臭塔１の底部は、充填層３から落下する散水を溜める水溜部７となっており、水溜部７の溜水は微生物にとって最適なｐＨになるように調整され、水溜部７の溜水も充填層３の散水として散水循環ポンプ８によって散水配管Ｌ２を通して汲み上げられ、散水管４より充填層３に散水される。散水は充填層３の洗浄も兼ねて使用される。

なお、生物脱臭塔１において、充填層３を１層のみ使用する形態を説明したが、充填層３を２層以上、あるいは生物脱臭塔１を２塔以上設けることも可能であり、また、各充填層の上方にそれぞれ散水管４を設けることも可能である。
生物脱臭塔１で硫化水素を効率よく取り除かれた処理ガスは、水分含有量が高いので（水分は飽和状態であり、温度は約５〜３５℃）、配管１０１を介してミストセパレータ９へ送り、ガス中のミストを取り除いた後、熱交換器１０で約１０〜１００℃に昇温する。

熱交換器１０を経て昇温したガスは、更に加熱器１１で約１０〜２００℃に加温される。大量のガスを高温に加温することは経済的ではないので、通常２０〜５０℃程度に加温される。１０℃以下では後段の設備が腐食したり、安定した放電が難しくなること、また触媒への水分等の吸着、付着が多く触媒性能の低下が顕著に起こるなどの問題がある。逆に２００℃以上に加温すると、反応活性なラジカルやオゾンの生成効率が低下すること、また多量のガスを高温に加温することはエネルギー的に得策ではない。

加温されたガスは、低温プラズマ脱臭塔２に導入される。低温プラズマ脱臭塔２内の放電部１２では高圧電源１３に接続された電極１４、１５間でプラズマを発生させ、これによって反応活性なラジカル（Ｏラジカル、ＯＨラジカル、Ｎラジカル、ＮＨラジカル、ＮＨ_２ラジカル等）やオゾンが生成され、臭気成分の一部はこれら反応活性なラジカルやオゾンによって酸化あるいは分解される。

放電部１２で酸化あるいは分解されなかった未反応の臭気成分は、次の触媒部１６において触媒で直接、または触媒１７に吸着された後、放電部１２で生成した反応活性なラジカルやオゾンによって酸化あるいは分解される。この低温プラズマ脱臭塔２において、生物脱臭塔１で分解されずに残存した硫化メチル、二硫化メチル等の難分解性の臭気成分もほぼ完全に除去することが可能である。

触媒部１６の触媒１７は、ガスが通常２０〜５０℃程度に加温されているため、水分の付着、吸着がほとんどなく、また硫酸、硝酸、それらのアンモニウム塩の付着も抑制されるので、装置の腐食の問題や触媒性能の低下を抑えることが可能である。
仮に難分解性・難揮発性物質が付着した場合でも、被処理ガスの温度を約１００〜２００℃に上げることによって、それらを揮発あるいは分解させることができるので、触媒活性を十分に回復することが可能である。

仮に触媒に難分解性・難揮発性物質が残存した場合でも、水洗及び乾燥によってほぼ完全に触媒を再生することが可能である。
水洗して触媒を再生する場合には、臭気ガスの供給を停止し、洗浄散水管１８より洗浄水を供給して触媒１７を洗浄する。次に空気などを熱交換器１０の前段に設けた空気導入管１９より配管１０２中に供給し、熱交換器１０及び加熱器１１で加温して触媒部１６に通し、触媒１７を乾燥させて再生することが可能である。

この場合、洗浄に使用した洗浄水は低温プラズマ脱臭塔２の底部から抜き取り、配管Ｌ３を介して活性汚泥処理水槽５に供給し、生物脱臭塔１の散水に供される。これによって排水を別途処理することなく、処理することが可能である。

触媒部１６を通過したガスは配管１０５を介して、熱交換器１０に送られ、ミストセパレータ９の出口ガス（生物脱臭処理ガス）と熱交換された後、配管１０６を通して大気へ排出される。処理ガス中にオゾンが残存する場合等には、更に活性炭等を用いるオゾン分解器（図示されていない）を設けることも可能である。

以上の通り、本発明では、生物脱臭塔１において、後段の低温プラズマ脱臭塔２に最も悪影響を及ぼす硫化水素が予め取り除かれていること、また、生物脱臭処理ガスは高含水であるにも関わらず、ミストが除去され、加温されているので、低温プラズマ脱臭塔２内の放電部１２の電極１４、１５や触媒部１６の触媒１７への水分や硫酸等の付着が抑制され、安定して高い性能を長期間維持することができる。また、装置の腐食問題も回避することができる。

また、後段の低温プラズマ脱臭塔２を設置することにより、臭気成分の効率的な除去が可能になるばかりでなく、前段の生物脱臭塔１を小型化することが可能である。
ここで、熱交換器１０の形式としては、温度の高いガスと温度の低いガスを隔壁を介して直接熱交換する方式や、固体又は液体の熱媒体を移動させて熱交換させる方式（例えば回転式熱交換器、水循環式熱交換器）などを使用することが可能である。

加熱器１１には電熱、スチーム等を利用した内熱式（配管内にヒータを設置）あるいは外熱式等を使用することができる。また、装置のコンパクト化や保温を考慮して加熱器１１を低温プラズマ脱臭塔２内に設けることも可能である。
また、放電部１２の低温プラズマはコロナ放電、沿面放電、無声放電等の通常の手段によって発生させることが可能であり、放電形式としては連続放電、間欠放電、パルス放電などを利用することができる。

また、触媒部１６に使用される触媒１７としては、アルミナ、シリカ、アルミナ−シリカ、チタニア、ゼオライト、活性炭等の多孔質体、あるいは多孔質体に白金、パラジウム等の貴金属あるいは鉄、マンガン、銅等の酸化物を担持させたものなどを使用することが可能である。触媒の形状としては粒状、ペレット状（例えば柱状など）、ハニカム状など、いずれの形状のものも使用することができる。

また、本発明では、臭気濃度の低い通常時は生物脱臭塔１の運転のみを行い、その処理ガスを大気へ放出し、汚泥の流入、汚泥の搬送、攪拌時などの臭気の高くなる時にのみ、生物脱臭塔１の処理ガスを更に低温プラズマ脱臭塔２で処理するようにしてもよい。

本発明に係わる脱臭装置の構成例を示す概略図である。

符号の説明

１ 生物脱臭塔
２ 低温プラズマ脱臭塔
３ 充填層
４ 散水管
５ 活性汚泥処理水槽
６ 散水供給ポンプ
７ 水溜部
８ 散水循環ポンプ
９ ミストセパレータ １０ 熱交換器
１１ 加熱器
１２ 放電部
１３ 高圧電源
１４、１５ 電極
１６ 触媒部
１７ 触媒
１８ 洗浄散水管
１９ 空気導入管

Claims (6)

1. 臭気ガスを予め微生物固定化担体を用いて生物脱臭し、その生物脱臭処理ガスを昇温させた後、低温プラズマ処理を行い、更に触媒による酸化処理を行うことを特徴とする臭気ガスの脱臭方法。
2. 前記触媒を水洗及び乾燥を行って再生することを特徴とする請求項１記載の臭気ガスの脱臭方法。
3. 前記触媒の再生に使用した洗浄水を前記生物脱臭に必要な散水に使用して処理することを特徴とする請求項２記載の臭気ガスの脱臭方法。
4. 臭気ガスを生物処理する微生物固定化担体を充填した生物脱臭塔を前段に設置し、後段に低温プラズマ反応部と触媒反応部を有する低温プラズマ脱臭塔を設置し、該生物脱臭塔からの生物脱臭処理ガスを加熱器を通して低温プラズマ脱臭塔に導入する配管を設けたことを特徴とする臭気ガスの脱臭装置。
5. 前記生物脱臭塔と加熱器との間に、生物脱臭処理ガスを低温プラズマ脱臭処理ガスを用いて昇温させる熱交換器を設けることを特徴とする請求項４記載の臭気ガスの脱臭装置。
6. 前記触媒反応部に充填された触媒を水洗して再生するため、洗浄散水管を触媒部の上に設け、空気導入管を前記生物脱臭塔と熱交換器との間に設けることを特徴とする請求項４記載の臭気ガスの脱臭装置。
   

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