JP2007260651A

JP2007260651A - 悪臭中の窒素回収方法

Info

Publication number: JP2007260651A
Application number: JP2006093242A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Harada; 泰弘原田; Naoaki Michimune; 直昭道宗; Keiko Minagawa; 啓子皆川
Original assignee: National Agriculture and Food Research Organization
Current assignee: National Agriculture and Food Research Organization
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】牛舎や堆肥化装置などで発生する臭気中のアンモニア由来の窒素を回収することにある。
【解決手段】ヤシガラチップに微生物を担持させた脱臭材を所定の厚さｈに堆積させた脱臭材層１６に循環水を散水しつつ，アンモニアを含む臭気を脱臭材層１６に通過させて臭気中のアンモニア由来の窒素を循環水中に回収する窒素回収方法であって，脱臭材層１６中に実質的に嫌気領域を作らない速度ｖで臭気を通過させることを特徴とする。脱臭材層１６中を実質的に好気環境に保つことにより，脱窒菌の作用で窒素酸化物が還元されることを抑制できる。このため，窒素酸化物を循環水中に溶解させることにより，臭気中のアンモニア由来の窒素を大気に放出させることなく回収できる。
【選択図】図１

Description

本発明は，牛糞の堆肥化装置などで発生した臭気を脱臭材層に通過させて臭気中のアンモニア由来の窒素を回収する窒素回収方法に関する。

平成１５年に苦情が発生した畜産農家戸数は２６３３戸である。この苦情の６割程度を占めているのが「悪臭」であり，最近では牛糞の堆肥化装置等から発生する悪臭への対策も求められるようになってきている。これまで脱臭技術は，良好な脱臭性能，運転費の安さなどから，悪臭の主成分であるアンモニア等を微生物の働きによって分解する生物脱臭法（例えば土壌脱臭法，ロックウール脱臭法）による装置が導入されてきた。しかし，設備費等の問題から主に共同利用施設を中心に導入が進み，戸別農家へ普及が進まないという問題があった。

堆肥化装置等から発生する悪臭防止のため，既往の生物脱臭装置として土壌脱臭装置やロックウール脱臭装置が導入されつつある。土壌脱臭法は，脱臭材料として火山灰土壌等の土壌を用い，この土壌中に悪臭ガスを通過させ，微生物の働きによって無臭成分に分解する方法である。ロックウール脱臭法は，脱臭材料の素材としてロックウールを用いているが，土壌と比較して通気抵抗が低いために３〜５倍程度高く堆積することが可能であり，その結果設置面積は１/３〜１/５程度まで縮小できる。

堆肥化装置などで発生する臭気は，悪臭成分として，１００体積ｐｐｍ程度のアンモニアを含んでいるのが一般的である。従来，このような比較的濃度の高い臭気を脱臭するものとして，ロックウールに微生物を担持させた脱臭材を利用した脱臭装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００２−２４８３１６号公報

しかしながら，土壌脱臭装置は，火山灰土という特定の土壌を必要とし，広い設置面積を必要とするという問題がある。また，ロックウール脱臭装置は，これらの問題をある程度解決しているが，ロックウール脱臭材料は1m³当たり40,000円程度であり，処理風量1m³/min当たり70,000円程度の脱臭材料費を必要とし，装置全体では処理風量1m³/min当たり250,000円程度必要である。さらに，通気抵抗が2000Pa以上と大きいため送風機の運転費が高いという問題もある。

ここで，アンモニアを含む臭気の脱臭は，先ず，臭気中のアンモニアを酸化させて窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）とした後，脱窒菌の作用でこの窒素酸化物を還元して，気体窒素（Ｎ_２）となって無臭空気と共に大気中に放出することを基本原理としている。しかしながら，窒素は肥料などに利用可能な有価な成分であり，大気中に放出することなく，臭気から窒素を回収できれば，有価資源として活用できる。

したがって本発明の目的は，臭気中のアンモニア由来の窒素を回収できる方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明によれば，ヤシガラチップに微生物を担持させた脱臭材を所定の厚さに堆積させた脱臭材層に循環水を散水しつつ，アンモニアを含む臭気を前記脱臭材層に通過させて臭気中のアンモニア由来の窒素を循環水中に回収する窒素回収方法であって，前記脱臭材層中に実質的に嫌気領域を作らない速度で臭気を通過させることを特徴とする，悪臭中の窒素回収方法が提供される。

この窒素回収方法にあっては，臭気の通過方向に対する前記脱臭材層の厚さが３００〜３０００ｍｍであり，前記脱臭材層中の臭気の平均通過速度が２０ｍｍ／ｓｅｃ以上であることが望ましい。また，臭気のアンモニア濃度が２０体積ｐｐｍ以上であることが望ましい。

本発明によれば，脱臭材層中を実質的に好気環境に保つことにより，脱窒菌の作用で窒素酸化物が還元されることを抑制できる。このため，窒素酸化物を循環水中に溶解させることにより，臭気中のアンモニア由来の窒素を大気に放出させることなく回収できるようになる。

以下，本発明の好ましい実施の形態を図面を参照にして説明する。図１は，本発明の実施の形態にかかる窒素回収方法を行うための，脱臭装置１の概略説明図である。なお，本発明における臭気とは，例えば牛糞の堆肥化装置などで発生する臭気であり，悪臭成分として１００体積ｐｐｍ程度のアンモニアを含んでいる。

脱臭装置本体１０の底部には，両側に分岐管１１が設けられた排気管１２が設置されている。排気管１２には，配管１３および送風機１４を介して，牛舎や堆肥化装置などで発生した臭気が供給されている。

脱臭装置本体１０の内部には，底から所定の高さまで玉石１５が隙間を持った状態で敷かれており，玉石１５の上に，脱臭材層１６が形成されている。前述の排気管１２および分岐管１１は，いずれも玉石１５に埋められた状態で脱臭装置本体１０の底部に設置されている。

脱臭材層１６は，ヤシガラチップに微生物を担持させた脱臭材を，玉石１５の上において所定の厚さまで堆積させた構成である。ヤシガラチップは，ヤシガラを例えば１０〜５０ｍｍ程度の粒径に破砕したものである。ヤシガラチップに担持させる微生物は，例えば土壌微生物であり，硝化菌，脱窒菌，硫黄酸化菌などを含んでいる。

脱臭装置本体１０の天井は屋根２０で塞がれているが，脱臭装置本体１０のし工面上方には，外部に通じる通気孔２１が適宜開口している。

脱臭装置本体１０の外部には，循環水を溜めた水槽２５が設けてある。この水槽２５内の循環水をポンプ２６でくみ上げて送水管２７により送水し，脱臭装置本体１０の内部において，脱臭材層１６の上面に循環水を散水している。こうして散水された循環水は，自重で脱臭材層１６の内部を流下して，脱臭装置本体１０の底部に到達するようになっている。脱臭装置本体１０の底部には，こうして脱臭装置本体１０の底部に到達した循環水を，水槽２５に戻すためのドレン回路２８が設けてある。

次に，以上のように構成された脱臭装置１において行われる本発明の実施の形態にかかる窒素回収方法を説明する。なお，本発明は窒素回収方法として説明するが，臭気を無臭空気にして大気中に放出する点に着目すれば，本発明は脱臭方法としてもとらえることができる。

この脱臭装置１において，水槽２５内の循環水がポンプ２６でくみ上げられ，脱臭材層１６の上面に循環水が散水される。こうして，散水された循環水が脱臭材層１６中を流下し，再び，水槽２５内に戻ることにより，脱臭材層１６は常に水分を含んだ状態に維持される。

一方，牛糞の堆肥化装置などで発生した臭気が，送風機１４の稼動により，分岐管１１の先端から脱臭装置本体１０の底部に吐出される。その後，臭気は脱臭装置本体１０の内部を上に向かって流れ，脱臭材層１６を通過した後，無臭空気となって通気孔２１に放出される。

以上のように臭気を脱臭処理するに際し，本発明にあっては，臭気の通過方向に対する脱臭材層１６の厚さを３００〜３０００ｍｍとし，また，脱臭材層１６中の臭気の平均通過速度を２０ｍｍ／ｓｅｃ以上とする。即ち，図１のように，脱臭装置本体１０の内部において，高さｈの脱臭材層１６中を，臭気が上に向かって平均速度ｖで通過する場合であれば，高さｈを３００〜３０００ｍｍとし，臭気の平均速度ｖを２０ｍｍ／ｓｅｃ以上とする。なお，臭気の平均速度ｖは，送風機１４の稼動によって脱臭装置本体１０内に供給される臭気の流量Ｑ（ｍｍ^３／ｓｅｃ）を脱臭材層１６の水平断面積Ｓ（ｍｍ^２）で割ることによりＱ／Ｓ（ｍｍ／ｓｅｃ）として容易に求めることができる。

牛糞の堆肥化装置などで発生したアンモニアを含む臭気は，脱臭材層１６中を通過する際に脱臭材層１６に含まれた水分中に溶解して補足される。そして，水分中に溶解したアンモニアは微生物によって，先ず，窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）とされる。こうして生成された窒素酸化物は，脱窒菌の作用で還元されると，気体窒素（Ｎ_２）となって無臭空気と共に大気中に放出されてしまう。

しかるに本発明によれば，脱臭材層１６の高さｈ（厚さ）と脱臭材層１６中の臭気の平均通過速度ｖを上記のような範囲とすることにより，脱臭材層１６中に実質的に嫌気領域を作らない環境を得ることができる。即ち，脱窒菌の作用は嫌気雰囲気で機能し，好気雰囲気では抑制される傾向にある。本発明によれば，脱臭材層１６中を実質的に好気環境に保つことにより，脱窒菌の作用で窒素酸化物が還元されることを抑制できる。このため，窒素酸化物を循環水中に溶解させることにより，臭気中のアンモニア由来の窒素を大気に放出させることなく回収できるようになる。こうして，肥料などに利用可能な有価な成分である窒素を回収して資源活用が可能となる。なお，循環水中の無機態窒素濃度を10,000mg/L以上に濃縮するために，運転中に通気量を調整すると良い。

なお，ヤシガラチップに微生物を担持させた脱臭材を用いることにより，畜舎の換気空気のように大風量の空気も脱臭処理でき，窒素を効率良く回収できる。また，この脱臭材を堆積させた脱臭剤層１６は静圧は１００Ｐａ程度で送風が可能であり，低圧の送風機１４の使用が可能となり，電気料金も大幅に軽減できる。また，窒素を含む循環水を資源として活用すれば，廃水処理も不要となる。

なお，上記の脱臭装置１によれば，脱臭剤層１６において脱臭と同時に除塵も可能であるが，脱臭材の通気性や寿命を考慮すると，脱臭装置１の上流に除塵装置を設けることが望ましい。

なお，脱臭材としてもちいられるヤシガラチップは，保水性，微生物保存機能を有しながら，通気性に優れた素材である。ヤシガラチップは，水分を６０〜９０％に調整できる。通気抵抗は，ロックウール脱臭材料と比較して１／１０以下となる。また，臭気の処理風量は，ロックウール脱臭材料と比較して２倍程度にできる。脱臭材に用いるヤシガラチップの粒径が１０ｍｍ以下になると粉状になり脱臭材層１６の通気性が悪くなる。ヤシガラチップの粒径が５０ｍｍ以上になると水の吸収が悪くなり，臭気中のアンモニアを補足する効果が減少する。

以上，本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが，本発明はここに例示した形態に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明は，必ずしも臭気中のアンモニア由来の窒素の全部を循環水中に回収することは条件ではなく，臭気中のアンモニア由来の窒素の一部を循環水中に回収し，残りを大気中に放出する場合についても適用される。なお，微生物を担持させたロックウールからなる脱臭材層を用て，臭気中のアンモニア由来の窒素を循環水中に回収する窒素回収方法も考えられる。

図１で説明した脱臭装置１において，１００体積ｐｐｍ程度のアンモニアを含む臭気を処理した。臭気と，処理後の無臭空気のアンモニア濃度を図２に示した。

また，見掛風速（平均速度ｖ）１００ｍｍ／ｓｅｃ（ロックウール脱臭装置の４〜５倍）でアンモニアを含む臭気を送入して濃縮した循環水中の無機態窒素濃度を図３に示す。

本発明は，堆肥化施設，水処理施設，産業廃棄物処理施などで発生した臭気の処理に適用できる。

本発明の実施の形態にかかる窒素回収方法を行うための，脱臭装置の概略説明図である。図１で説明した脱臭装置において処理した臭気と処理後の無臭空気のアンモニア濃度を示すグラフである。図１で説明した脱臭装置において臭気を処理して得た循環水中の無機態窒素濃度を示すグラフである。

符号の説明

１脱臭装置
１０脱臭装置本体
１１分岐管
１２排気管
１３配管
１４送風機
１５玉石
１６脱臭材層
２０屋根
２１通気孔
２５水槽
２６ポンプ
２７送水管
２８ドレン回路

Claims

ヤシガラチップに微生物を担持させた脱臭材を所定の厚さに堆積させた脱臭材層に循環水を散水しつつ，アンモニアを含む臭気を前記脱臭材層に通過させて臭気中のアンモニア由来の窒素を循環水中に回収する窒素回収方法であって，
前記脱臭材層中に実質的に嫌気領域を作らない速度で臭気を通過させることを特徴とする，悪臭中の窒素回収方法。
臭気の通過方向に対する前記脱臭材層の厚さが３００〜３０００ｍｍであり，前記脱臭材層中の臭気の平均通過速度が２０ｍｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする，請求項１に記載の悪臭中の窒素回収方法。
臭気のアンモニア濃度が２０体積ｐｐｍ以上であることを特徴とする，請求項１または２に記載の悪臭中の窒素回収方法。