JP2007326039A - 生物脱臭装置及びその洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充填塔の充填層に余剰汚泥等が堆積して目詰まりが顕在化する前に目詰まりの発生を予防することにより、脱臭性能の一時的低下をもたらすこと無く、脱臭性能を長期にわたり安定的に維持することができる生物脱臭装置及びその洗浄方法を提供する。
【解決手段】生物脱臭装置は、ガス導入口２１、ガス排出口２３、微生物保持用充填材が充填された充填層２４及び散水器２５を有する充填塔２０と、貯水槽３２の水を前記散水器２５に供給する送水ポンプＰと、脱臭対象室３７の臭気ガスを前記ガス導入口２１に供給する送風ファンＦと、予め定められた制御スケジュールに従って送水ポンプＰ及び送風ファンＦをシーケンス制御する制御装置４０とを備える。制御装置４０は、送水ポンプＰ又は送風ファンＦの出力を調節して前記充填塔の充填層２４においてフラッディングを定期的に生じさせることにより、当該充填層２４を定期的に洗浄する。
【選択図】図１

Description

本発明は、微生物を利用して臭気ガスを生物学的に脱臭処理する生物脱臭装置と、そのような装置の脱臭性能を長期間にわたり維持するための生物脱臭装置の洗浄方法（又は運転方法）とに関するものである。

下水処理場や各種工場から発生する臭気ガスを脱臭処理する方法として、充填塔式生物脱臭法が知られている。この方法では、直立した充填塔の内部に微生物を付着させた（又は微生物を繁殖させるための）充填材を充填してなる充填層を設け、この充填層に水を散布しながら臭気ガスを導入する。そして、臭気ガスが湿った充填層を通過する過程で臭気成分を生分解する。一般に、臭気成分の生分解に伴い余剰汚泥（過剰に繁殖した微生物を含む）が発生する傾向にあり、この余剰汚泥が、単独で又は臭気ガス中の異物（例えば粉塵など）と相俟って充填材ひいては充填層を目詰まりさせる。充填層の一部が目詰まりすると、圧力損失の増大、送風量の低下、充填材における比表面積の低下等により脱臭性能が低下してしまう。それ故、充填塔の充填層から余剰汚泥を除去して充填層の目詰まりを解消するための方法や装置が種々提案されている。

例えば特許文献１は、充填層内の水保持量が増加するような気液接触流量比で、充填層下部から気体を通気すると共に充填層上部から散水を行ってフラッディングを生じさせ、更に、フラッディングを生じている部分に対して微生物剥離用の洗浄剤を注入して充填材上の微生物を一部剥離し充填層外に排出することにより、充填層の目詰まりを解消する方法を開示する。なお、特許文献１の生物脱臭装置では、臭気入口側の充填層で微生物の増殖・付着が顕著になったときに、その部分の通気流路が狭くなり通気抵抗が上昇してフラッディングを生じ易くなることに着目し、充填層の各部における圧力損失分布の測定装置（具体的にはマノメータ９）が設けられている。

特開２００４−１９５３３１号公報（要約、第０００７〜００１１段落参照）

特許文献１の生物脱臭装置では、充填層の各部に圧力損失分布の測定装置を設置し、フラッディングが検知された部分に対して洗浄剤を注入していることからもわかるように、特許文献１の技術は、充填材又は充填層の目詰まりが顕在化した後の処置によって目詰まりを解消するという方法である。つまり、充填層において圧力損失の増大が明確化してから事後的に対処するフィードバック的な制御であるため、一時的にせよ充填層を通過する風量の低下が避けられず、脱臭性能にムラを生じ易かった。また、充填層の目詰まりが顕在化してから対処するものであるため、微生物を含む余剰汚泥を剥離させるための洗浄剤やその注入機構を必要とするという欠点があった。

本発明の目的は、充填塔の充填層に余剰汚泥等が堆積して目詰まりが顕在化する前に目詰まりの発生を予防することにより、脱臭性能の一時的低下をもたらすこと無く、脱臭性能を長期にわたり安定的に維持することができる生物脱臭装置及び生物脱臭装置の洗浄方法を提供することにある。

本発明の生物脱臭装置は、塔の下部に設けられたガス導入口、塔の上部に設けられたガス排出口、塔の中部に位置すると共に微生物保持用充填材が充填された充填層、及び、前記充填層の上から水を散布する散水器を有する充填塔と、貯水槽の水を前記充填塔の散水器に供給する送水ポンプと、脱臭対象室の臭気ガスを前記充填塔のガス導入口に供給する送風ファンと、予め定められた制御スケジュールに従って前記送水ポンプ及び前記送風ファンをシーケンス制御する制御装置とを備えている。そして、前記制御装置は、前記送水ポンプ又は送風ファンの出力を調節して前記充填塔の充填層においてフラッディングを定期的に生じさせることにより、当該充填層を定期的に洗浄することを特徴とするものである。より好ましくは、前記制御装置は、前記送水ポンプを定期的に駆動させ、前記送水ポンプの駆動回数Ｎ回のうちの（Ｎ−１）回については、前記送水ポンプ又は前記送風ファンの出力を前記充填塔の充填層においてフラッディングを生じさせないように調節することにより、当該充填層に対して散水を行う定期散水工程とし、前記送水ポンプの駆動回数Ｎ回のうちの残りの１回については、前記送水ポンプ又は前記送風ファンの出力を前記充填塔の充填層においてフラッディングを生じさせるように調節することにより、当該充填層に対して散水を兼ねた洗浄を行う定期洗浄工程とすることを特徴とするものである。

本発明の生物脱臭装置の洗浄方法は、ガス導入口、ガス排出口、微生物保持用充填材が充填された充填層及び散水器を有する充填塔と、水を前記充填塔の散水器に供給する送水ポンプと、臭気ガスを前記充填塔のガス導入口に供給する送風ファンとを備えた生物脱臭装置において、前記送水ポンプ又は送風ファンの出力を調節して前記充填塔の充填層においてフラッディングを定期的に生じさせることにより、当該充填層を定期的に洗浄することを特徴とするものである。より好ましくは、前記送水ポンプを定期的に駆動させ、前記送水ポンプの駆動回数Ｎ回のうちの（Ｎ−１）回については、前記送水ポンプ又は前記送風ファンの出力を前記充填塔の充填層においてフラッディングを生じさせないように調節することにより、当該充填層に対して散水を行う定期散水工程とし、前記送水ポンプの駆動回数Ｎ回のうちの残りの１回については、前記送水ポンプ又は前記送風ファンの出力を前記充填塔の充填層においてフラッディングを生じさせるように調節することにより、当該充填層に対して散水を兼ねた洗浄を行う定期洗浄工程とすることを特徴とするものである。

［作用］
本発明の生物脱臭装置及び生物脱臭装置の洗浄方法では、送水ポンプ又は送風ファンの出力を調節することにより、充填塔の充填層においてフラッディングを定期的に生じさせている。フラッディングとは、充填層に供給されるガス量と、散水器から充填層に供給される水量との間に所定の気液供給バランスが成立することにより、充填層に供給された水の多くが上昇するガスの圧力に支えられて、充填層内を対流循環しながら充填層内にとどまるような現象をいう。充填層においてフラッディングが発生することにより、充填材の表面や充填材間の隙間が効果的に洗浄され、余剰汚泥や異物が洗い落とされる。特に本発明では、充填層でフラッディングを「定期的に」発生させるようにしたことから、充填層に余剰汚泥等が堆積して圧力損失が増大する前に、目詰まりの発生を予防又は未然防止することが可能になる。

また、送水ポンプを定期的に駆動させるという条件下で、送水ポンプの駆動回数Ｎ回のうちの（Ｎ−１）回を非フラッディング状態での充填層に対する定期散水工程とし、送水ポンプの駆動回数Ｎ回のうちの残りの１回をフラッディング状態での散水を兼ねた定期洗浄工程とすることにより、散水作業と洗浄作業とを区別する必要がなくなって作業の効率化が図られるのみならず、洗浄剤等の薬剤を使用せずに（つまり安全で安価に）、充填層における目詰まりの発生を予防又は未然防止することが可能になる。

なお、充填層における現実的な目詰まりの兆候をセンサー等で検知すること無く（即ち現実的な目詰まりの兆しの有無にかかわらず）、充填層において定期的にフラッディングを生じさせて充填層の洗浄を定期的に繰り返すという点からすれば、本発明は、フィードフォワード的なシーケンス制御によって目詰まり予防を狙ったものである（つまり、検知対象入力の変化に対応して制御出力を生み出すようなフィードバック制御ではない）。

［付記］本発明の更に好ましい態様や追加的構成要件を以下に列挙する。
請求項１又は２において、前記充填塔の充填層を通過して充填塔の下部に流れ落ちた水を前記貯水槽に戻すための排水管と、その排水管に設けられたストレーナとを更に備えていること。

以上詳述したように本発明によれば、送水ポンプ又は送風ファンの出力を調節して充填塔の充填層においてフラッディングを定期的に生じさせることにより、当該充填層を定期的に洗浄するようにした。従って、充填塔の充填層に余剰汚泥等が堆積して目詰まりが顕在化する前に目詰まりの発生を予防でき、脱臭性能の一時的低下をもたらすこと無く、脱臭性能を長期にわたり安定的に維持することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、本実施形態の生物脱臭装置は、充填塔２０及びその付属機器（送水ポンプＰ、送風ファンＦ、制御装置４０等）を備えている。

充填塔２０は、横断面が多角筒状又は円筒状の直立した塔であり、充填塔２０の下部にはガス導入口２１及び排水口２２が設けられ、充填塔２０の上部にはガス排出口２３が設けられている。充填塔２０の中程には、微生物保持用の充填材（図示略）が充填された充填層２４が設定されている。充填材としては、粒状又は塊状の無機多孔質体（例えば使用済み鋳物砂を造粒し焼結して得た鋳物砂焼結体）が使用される。なお、本実施形態では、充填塔２０の高さは約３．０ｍ、充填塔２０の横断面積は約１．６ｍ²、充填層２４の高さ（垂直長）は約１．５ｍであり、充填層２４には総体積が約２ｍ³の充填材が充填されている。

更に、充填塔２０の内部であって充填層２４の上方には、充填層２４の上から水を散布する散水器としての散水ノズル２５が設けられている。この散水ノズル２５は、給水管３１を介して貯水槽３２につながれている。給水管３１の途中には、貯水槽３２の水を散水ノズル２５に供給するための送水ポンプＰが配設されている。この送水ポンプＰは、ポンプ駆動回路４１からの電力の供給又は遮断に応じてＯＮ−ＯＦＦ制御される。

充填塔下部の排水口２２は、排水管３３を介して貯水槽３２につながれている。故に、送水ポンプＰによって貯水槽３２から汲み上げられた水は、散水ノズル２５から充填層２４の上に降り注がれ、充填層２４を通過した水は充填塔２０の下部に流下し、排水口２２及び排水管３３を経由して貯水槽３２に戻される。このように本実施形態では、貯水槽３２に蓄えられた水は、充填塔２０との間を循環して繰り返し利用される。

なお、本実施形態では、排水管３３の途中にストレーナ３４が設けられている。ストレーナ３４は濾過器の一種であり、排水口２２からの水に含まれる異物や汚泥を物理的又は化学的に除去して貯水槽３２に異物や汚泥が混入するのを防止する役目を担う。

充填塔下部のガス導入口２１は、排気通路３６を介して脱臭対象室３７に連通している。つまり排気通路３６は、脱臭対象室３７で生じた臭気ガスを充填塔のガス導入口２１に導く通路である。この排気通路３６の途中には、脱臭対象室３７の臭気ガスを充填塔のガス導入口２１に強制的に供給するための送風ファンＦが配設されている。この送風ファンＦの送風量は、出力可変回路としてのインバータ４２から供給される電力量に応じて可変制御される。

更に、本実施形態の生物脱臭装置は制御装置４０を備えている。制御装置４０は、好ましくは、シーケンス制御の手順をプログラム設定可能なロジックコントローラ（いわゆるシーケンサー）である。制御装置４０には、ポンプ駆動回路４１を介して送水ポンプＰが電気的に接続されると共に、インバータ４２を介して送風ファンＦが電気的に接続されている。制御装置４０は、予め定められたシーケンス制御スケジュール（プログラム）に従い、送水ポンプＰ及び送風ファンＦの出力をシーケンス制御する。

次に、本実施形態の生物脱臭装置の運転方法（洗浄方法を含む）を説明する。

生物脱臭装置の通常運転時、制御装置４０は送風ファンＦを低速にて定常回転させる。これにより、充填塔２０内を流れる臭気ガスの空塔線速度がＶ１＝０．１８ｍ／ｓとなるように、脱臭対象室３７の臭気ガスが充填塔２０に定常的に送り込まれる。

臭気ガスの定常供給と並行して、制御装置４０は送水ポンプＰを定期的に駆動させ、充填層２４に対し定期散水を行う。具体的には、５０分経過する毎にその後の１０分間だけ送水ポンプＰを駆動させ（図２（Ａ）のタイムチャート参照）、この１０分間に１平方メートルあたり毎分４リットルの水を充填層２４に降り注ぐ。つまり、生物脱臭装置の通常運転時には、臭気ガスの空塔線速度がＶ１＝一定の下で、１０分間の散水と５０分間の散水停止とを１サイクルとする散水のＯＮ−ＯＦＦ制御が繰り返される（以下、この制御を「６０分周期定期散水」と呼ぶ）。なお、空塔線速度Ｖ１＝０．１８ｍ／ｓというガス供給量と、１平方メートルあたり毎分４リットルという散水量とは、本実施形態の充填層２４においてフラッディングを生じない気液供給バランスにある。

上記のような通常運転により適度な湿潤環境におかれた充填層２４には、臭気ガス中の臭気成分を分解し得る微生物が繁殖する。そして、充填層２４に生息する微生物によって臭気ガス中の臭気成分が分解処理される。

制御装置４０のシーケンス制御スケジュールには、上記のような６０分周期の定期散水工程のほかに、定期洗浄工程が組み込まれている。即ち、生物脱臭装置を２４時間連続運転した場合、１日（２４時間）の中で上記６０分周期定期散水を２４回実行することになるが、この２４回の定期散水のうちの１回が、定期散水を兼ねた定期洗浄として実行される。つまり、本実施形態では１日のうちに、２３回の６０分周期定期散水と、１回の２４時間周期定期洗浄とが定期的に実行される。

図２（Ｂ）のタイムチャートは、２４時間周期で実行される「定期散水を兼ねた定期洗浄」の概要を示す。このチャートに示されるように、６０分周期で駆動される送水ポンプＰがＯＮされる予定時刻（時間軸で０分）の１分前（時間軸で−１分）に、制御装置４０は送風ファンＦの運転状態を、それまでの低速回転（空塔線速度Ｖ１＝０．１８ｍ／ｓ）から高速回転（空塔線速度Ｖ２＝０．３０ｍ／ｓ）に切り替える。これにより、充填層２４を下から上に上昇する臭気ガスの風量を増大させる。

続いて、制御装置４０は送水ポンプＰを定刻通りに（時間軸０分で）ＯＮし、その後の１０分間だけ（時間軸で１０分まで）送水ポンプＰを駆動させる。この１０分間に、上記定期散水の場合と同じく、１平方メートルあたり毎分４リットルの水を充填層２４に降り注ぐ。そして、送水ポンプＰをＯＦＦしてから３分後（時間軸で１３分）、制御装置４０は送風ファンＦの運転状態を、高速回転（空塔線速度Ｖ２＝０．３０ｍ／ｓ）から低速回転（空塔線速度Ｖ１＝０．１８ｍ／ｓ）に戻す。

充填層２４を上昇する臭気ガスの風量が空塔線速度Ｖ２＝０．３０ｍ／ｓの下で散水が開始された時点（時間軸０分）から、臭気ガスの風量が空塔線速度Ｖ１＝０．１８ｍ／ｓに戻された時点（時間軸１３分）までの間、散水ノズル２５からの散水量に比してガス供給量が大きく勝る状況となり、充填層２４においてフラッディングが発生する。このフラッディングにより、散水された水の多くが充填層２４にとどまって層内を対流・循環し、充填層２４内に堆積しつつあった余剰汚泥や異物が充填材から剥離する。臭気ガスの風量が空塔線速度Ｖ２からＶ１に戻されることでフラッディングが解消されると、充填層２４にとどまっていた水が余剰汚泥や異物と共に充填塔２０の下部に流れ落ちる。

余剰汚泥や異物を含んだ水は、排水口２２から排水管３３及びストレーナ３４を経由して貯水槽３２に排水される。その際、ストレーナ３４によって水中の余剰汚泥や異物の多くが濾過されるため、貯水槽３２に余剰汚泥や異物が多量に混入するおそれはない。

なお、本実施形態の生物脱臭装置（試作機）の性能を評価する目的で、堆肥化工場で生じたアンモニア主体の臭気ガス（約９０％のアンモニア、並びに、残りが硫化水素、メルカプタン及びトリメチルアミン等からなる悪臭ガス）を上記のような運転条件で６ヶ月間にわたり連続処理した。６ヶ月経過後においても、試作機の充填層２４において目詰まり等は観察されず、当該試作機は運転開始当初とほぼ同等の脱臭性能を保っていた。

［本実施形態の効果］
本実施形態では、送水ポンプＰによる６０分周期定期散水の２４回に１回のタイミングに合せて送風ファンＦの出力を一時的に上昇させることにより、充填層２４においてフラッディングを２４時間周期で定期的に生じさせ、当該充填層２４を定期的に洗浄するようにした。それ故、充填層２４に余剰汚泥等が堆積して目詰まりが顕在化する前に目詰まりの発生を予防でき、脱臭性能の一時的低下をもたらすこと無く、脱臭性能を長期にわたり安定的に維持することができる。

上記定期洗浄工程は、フラッディング状態での散水を兼ねた定期洗浄工程としたので、散水作業と洗浄作業とを区別する必要がなくなり作業の効率化が図られる。

更に、上記定期洗浄工程では、従来例のような洗浄剤を必要とせず、又、洗浄剤の注入機構も必要としないので、装置のランニングコストや維持管理コストを従来例の場合よりも低減することができる。また、洗浄剤を使わないので貯水槽３２に洗浄剤が流れ込むこともなく、貯水槽３２に蓄えられた水中の洗浄剤濃度を適正に管理する手間やコストも必要でないばかりか、洗浄剤等の薬剤を使用することによる潜在的な薬剤汚染の危険を回避することができる。

［変更例］上記実施形態では、散水ノズル２５からの散水量一定の下で、送風ファンＦによる送風量を増大させてフラッディングを生じさせた。これに代えて、送風量一定の下で、散水ノズル２５からの散水量を増大させ、水が充填層２４を定常的に通過できる最大流量を凌駕するほど過剰な量の水を充填層２４に供給することにより、フラッディングを生じさせてもよい。

［変更例］上記実施形態では、充填層２４を通過したガス（処理済みのガス）をガス排出口２３から大気中に放出したが、充填塔２０の上部を脱臭対象室３７又は充填塔２０の下部に連通させるガス回帰通路を設けて、充填層２４を通過したガスの一部又は全部を脱臭対象室３７又は充填塔２０の下部に戻すようにしてもよい。特に、送風ファンＦによる送風量を増大させてフラッディングを生じさせた場合には、臭気ガスの送風量増大に起因して充填層２４を通過したガスの脱臭が不十分になってしまうおそれがあるが、充填層２４通過後のガスを脱臭対象室３７又は充填塔２０の下部に戻すようにすることで、フラッディング時においても、ガス排出口２３からの臭気ガスの大気放出を極力防止することが可能になる。

［変更例］上記実施形態におけるストレーナ３４を省略してもよい。また、上記実施形態では貯水槽３２の水を循環利用したが、充填層２４を通過して充填塔の下部に流れ落ちた水を再利用すること無く、外部に直接排水するようにしてもよい。

生物脱臭装置の一実施形態を示す装置構成図。 （Ａ）は通常の定期散水時における散水及び風量の変化を示すタイムチャート、（Ｂ）はフラッディング時における散水及び風量の変化を示すタイムチャート。

符号の説明

２０…充填塔、２１…ガス導入口、２２…排水口、２３…ガス排出口、２４…充填層、２５…散水ノズル（散水器）、３１…給水管、３２…貯水槽、３３…排水管、３４…ストレーナ、３６…排気通路、３７…脱臭対象室、４０…制御装置、Ｆ…送風ファン、Ｐ…送水ポンプ。

Claims (4)

1. 塔の下部に設けられたガス導入口、塔の上部に設けられたガス排出口、塔の中部に位置すると共に微生物保持用充填材が充填された充填層、及び、前記充填層の上から水を散布する散水器を有する充填塔と、
   貯水槽の水を前記充填塔の散水器に供給する送水ポンプと、
   脱臭対象室の臭気ガスを前記充填塔のガス導入口に供給する送風ファンと、
   予め定められた制御スケジュールに従って前記送水ポンプ及び前記送風ファンをシーケンス制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記送水ポンプ又は送風ファンの出力を調節して前記充填塔の充填層においてフラッディングを定期的に生じさせることにより、当該充填層を定期的に洗浄することを特徴とする生物脱臭装置。
2. 塔の下部に設けられたガス導入口、塔の上部に設けられたガス排出口、塔の中部に位置すると共に微生物保持用充填材が充填された充填層、及び、前記充填層の上から水を散布する散水器を有する充填塔と、
   貯水槽の水を前記充填塔の散水器に供給する送水ポンプと、
   脱臭対象室の臭気ガスを前記充填塔のガス導入口に供給する送風ファンと、
   予め定められた制御スケジュールに従って前記送水ポンプ及び前記送風ファンをシーケンス制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記送水ポンプを定期的に駆動させ、
   前記送水ポンプの駆動回数Ｎ回のうちの（Ｎ−１）回については、前記送水ポンプ又は前記送風ファンの出力を前記充填塔の充填層においてフラッディングを生じさせないように調節することにより、当該充填層に対して散水を行う定期散水工程とし、
   前記送水ポンプの駆動回数Ｎ回のうちの残りの１回については、前記送水ポンプ又は前記送風ファンの出力を前記充填塔の充填層においてフラッディングを生じさせるように調節することにより、当該充填層に対して散水を兼ねた洗浄を行う定期洗浄工程とすることを特徴とする生物脱臭装置。
3. ガス導入口、ガス排出口、微生物保持用充填材が充填された充填層及び散水器を有する充填塔と、水を前記充填塔の散水器に供給する送水ポンプと、臭気ガスを前記充填塔のガス導入口に供給する送風ファンとを備えた生物脱臭装置において、
   前記送水ポンプ又は送風ファンの出力を調節して前記充填塔の充填層においてフラッディングを定期的に生じさせることにより、当該充填層を定期的に洗浄することを特徴とする生物脱臭装置の洗浄方法。
4. ガス導入口、ガス排出口、微生物保持用充填材が充填された充填層及び散水器を有する充填塔と、水を前記充填塔の散水器に供給する送水ポンプと、臭気ガスを前記充填塔のガス導入口に供給する送風ファンとを備えた生物脱臭装置において、
   前記送水ポンプを定期的に駆動させ、
   前記送水ポンプの駆動回数Ｎ回のうちの（Ｎ−１）回については、前記送水ポンプ又は前記送風ファンの出力を前記充填塔の充填層においてフラッディングを生じさせないように調節することにより、当該充填層に対して散水を行う定期散水工程とし、
   前記送水ポンプの駆動回数Ｎ回のうちの残りの１回については、前記送水ポンプ又は前記送風ファンの出力を前記充填塔の充填層においてフラッディングを生じさせるように調節することにより、当該充填層に対して散水を兼ねた洗浄を行う定期洗浄工程とすることを特徴とする生物脱臭装置の洗浄方法。

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