JP2009262022A - Ｖｏｃガス処理装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微生物に対する必要最小限の量の栄養剤を補給しながら安定かつ経済的な運転を行うようにしたＶＯＣガス処理装置の運転方法を提供すること。
【解決手段】ＶＯＣを含む排気ガスを捕集し、微生物を付着させた担体を充填した生物処理槽１に導いて生物分解するＶＯＣガス処理装置の運転方法において、生物処理槽１の底部に栄養剤ｄを含む循環水ｃを貯留する貯留水槽１３を設けるとともに、貯留水槽１３内の循環水ｃのアンモニウムイオン濃度及び／又はリン酸イオン濃度を測定する濃度計測器５と、アンモニウムイオン及び／又はリン酸イオンを含む栄養剤ｄを貯留水槽１３に注入する栄養剤注入装置とを設け、濃度計測器５の値が所定値未満とならないように栄養剤注入装置を運転して栄養剤ｄを貯留水槽１３に注入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）を含む排気ガスを生物処理する場合に、微生物に対する必要最小限の量の栄養剤を補給しながら安定かつ経済的な運転を行うようにしたＶＯＣガス処理装置の運転方法に関するものである。

従来より、塗装工場や印刷工場、化学工場等では、塗料や接着剤、原料の化学物質に起因して、様々なＶＯＣガスが発生するため、ＶＯＣによる悪臭公害や光化学オキシダント生成の防止対策の観点から、これらのガスを排気ガスとして捕集した後、通常、燃焼炉に導いて酸化分解処理が行われている。

しかし、従来の燃焼法では、引火性のあるＶＯＣを扱う工場において火気を使用しなければならず、また助燃用に重油などの燃料を必要とすることから、近年、安全で最もエネルギー効率の良い生物処理の研究が進められている。
生物処理として最も効率的な充填方式では、通常、分解微生物をセラミックやプラスチック等の担体表面に付着させ、これらの担体を所定の高さまで充填し、この充填層に微生物に必要な水分を補給しながら、ＶＯＣガスを導くことで生物分解を行う。

一方、微生物量を保持するためには、死滅する微生物以上に増殖させる必要があるが、微生物は炭素源としてのＶＯＣ以外に、窒素やリン等の微量の栄養源を必要とするため、栄養剤を溶解させた水を散水することで微生物に供給している。
また、必要以上に微生物が増殖すると、充填した担体の隙間が減少して圧力損失が上昇し、ＶＯＣガスが流れにくくなるため、担体から微生物の一部を剥離させる必要がある。
通常、剥離した微生物や担体と担体の間に捕捉された固形物は、散水や担体充填層の洗浄運転を行うことによって底部の水槽へと落下させ、担体の目詰りを防止している。

ところで、微生物の増殖に伴って栄養剤が消費されることから、底部の水槽に栄養剤を補給する必要があるが、水槽内には余剰汚泥状の微生物や固形物が蓄積しているため、これらを排出する目的で、通常は栄養剤に加えて補給水を供給することにより、オーバーフローさせている。
オーバーフローした排水には、本来排出すべき固形物に加えて栄養剤が含まれるため、栄養剤を無駄に消費することになる。
特に、ＶＯＣ濃度が高いときには、ＶＯＣ濃度に比例して栄養剤濃度を高くする必要があることから、上記排水に伴って排出される栄養剤も多くなって、ランニングコストが上昇するという問題点があった。

本発明は、上記従来のＶＯＣガス処理装置の運転方法が有する問題点に鑑み、微生物に対する必要最小限の量の栄養剤を補給しながら安定かつ経済的な運転を行うようにしたＶＯＣガス処理装置の運転方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のＶＯＣガス処理装置の運転方法は、ＶＯＣを含む排気ガスを捕集し、微生物を付着させた担体を充填した生物処理槽に導いて生物分解するＶＯＣガス処理装置の運転方法において、生物処理槽の底部に栄養剤を含む循環水を貯留する貯留水槽を設けるとともに、貯留水槽内の循環水のアンモニウムイオン及び／又はリン酸イオン濃度を測定する濃度計測器と、アンモニウムイオン及び／又はリン酸イオンを含む栄養剤を貯留水槽に注入する栄養剤注入装置とを設け、該濃度計測器の値が所定値未満とならないように栄養剤注入装置を運転して栄養剤を貯留水槽に注入することを特徴とする。

この場合において、アンモニウムイオンの計測で、貯留水槽内のアンモニア性窒素濃度が３０ｍｇ／Ｌ未満、リン酸イオンの計測で、貯留水槽内のリン酸態リン濃度が１０ｍｇ／Ｌ未満とならないように、栄養剤注入装置の運転・停止を行うことができる。

また、注入する栄養剤水溶液の濃度が、アンモニア性窒素(Ｎ)とリン酸態リン(Ｐ)のモル比で、Ｎ：Ｐ＝１００：２０〜３０の範囲となるよう調製することができる。

また、貯留水槽に新水を補給する配管と、貯留水槽からのオーバーフロー配管と、貯留水槽の曝気攪拌手段とを設け、貯留水槽内を曝気攪拌している間に新水の補給を行うことができる。

また、貯留水槽に新水を補給する間は、栄養剤注入装置の運転を停止することができる。

本発明のＶＯＣガス処理装置の運転方法によれば、ＶＯＣを含む排気ガスを捕集し、微生物を付着させた担体を充填した生物処理槽に導いて生物分解するＶＯＣガス処理装置の運転方法において、生物処理槽の底部に栄養剤を含む循環水を貯留する貯留水槽を設けるとともに、貯留水槽内の循環水のアンモニウムイオン及び／又はリン酸イオン濃度を測定する濃度計測器と、アンモニウムイオン及び／又はリン酸イオンを含む栄養剤を貯留水槽に注入する栄養剤注入装置とを設け、該濃度計測器の値が所定値未満とならないように栄養剤注入装置を運転して栄養剤を貯留水槽に注入することから、濃度計測器と組み合わせた栄養剤注入装置の自動制御により、循環水の栄養剤濃度を一定の濃度に保つことができ、これにより、微生物に対する必要最小限の量の栄養剤を補給しながら安定かつ経済的な運転を行うことができる。

この場合、アンモニウムイオンの計測で、貯留水槽内のアンモニア性窒素濃度が３０ｍｇ／Ｌ未満、リン酸イオンの計測で、貯留水槽内のリン酸態リン濃度が１０ｍｇ／Ｌ未満とならないように、栄養剤注入装置の運転・停止を行うことにより、循環水中の栄養剤を所定の低い濃度に保つことができる。

また、注入する栄養剤水溶液の濃度が、アンモニア性窒素(Ｎ)とリン酸態リン(Ｐ)のモル比で、Ｎ：Ｐ＝１００：２０〜３０の範囲となるよう調製することにより、微生物の消費量に合った混合栄養剤の配合割合とするとともに、アンモニアかリンのいずれか一方を計測する濃度計測器と１台の栄養剤注入装置で２種類の栄養剤に対応することができる。

また、貯留水槽に新水を補給する配管と、貯留水槽からのオーバーフロー配管と、貯留水槽の曝気攪拌手段とを設け、貯留水槽内を曝気攪拌している間に新水の補給を行うことにより、貯留水槽の微生物や固形物を浮遊させながら効率的にオーバーフローさせることができる。

また、貯留水槽に新水を補給する間は、栄養剤注入装置の運転を停止することにより、排水に伴って流出する栄養剤の量を最小限に抑えることができ、これにより、栄養剤の消費によるランニングコストを安価にすることができる。

以下、本発明のＶＯＣガス処理装置の運転方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１に、本発明のＶＯＣガス処理装置の運転方法の一実施例を示す。
このＶＯＣガス処理装置の運転方法は、ＶＯＣを含む排気ガスを捕集し、微生物を付着させた担体を充填した生物処理槽１に導いて生物分解するもので、生物処理槽１の底部に栄養剤を含む循環水ｃを貯留する貯留水槽１３を設けるとともに、貯留水槽１３内の循環水ｃのアンモニウムイオン濃度及び／又はリン酸イオン濃度を測定する濃度計測器５と、アンモニウムイオン及び／又はリン酸イオンを含む栄養剤（栄養剤水溶液）ｄを貯留水槽１３に注入する栄養剤注入装置とを設け、該濃度計測器５の値が所定値未満とならないように栄養剤注入装置を運転して栄養剤（栄養剤水溶液）ｄを貯留水槽１３に注入する。

塗装工場等のＶＯＣ発生源から排気ファン２によって捕集され、排出された排気ガスａは、生物処理槽１へと導かれる。
生物処理槽１には、中央部に微生物を付着させた担体を充填した充填層１１、上部にはスプレーノズルを配置した散水管１２が設けられ、底部の貯留水槽１３から散水ポンプ３により、貯留水槽１３内部の循環水ｃを散水管１２まで送水する配管が配置されている。

微生物付着担体は、セラミックやプラスチック、合成繊維等を様々な形状に加工したもの、あるいは発泡させたものなど、種々のものを使用することができ、特に限定されるものではないが、微生物の付着量が多く、損耗しにくい材料の担体を用いることが望ましい。
また、充填層１１の高さは、担体の重量や通気性、生物付着量等を考慮して所望の高さに設定されるが、一段に限らず、二段、三段に積重ねることも可能である。

一方、貯留水槽１３には、曝気攪拌手段が設けられ、ブロア４から曝気用の空気が散気管１４に送気されるとともに、貯留水槽１３に新たな補給水ｅを供給する配管と、排水ｆのオーバーフロー配管とが設けられている。
さらに、貯留水槽１３には、循環水ｃに含まれるアンモニウムイオンやリン酸イオンの濃度を測定する濃度計測器５が設けられ、栄養剤注入装置の制御装置６に測定値を出力するよう構成されている。
なお、濃度計測器５の方式は特に限定されるものではなく、連続的又は間欠的にアンモニウムイオンやリン酸イオンを自動で測定できる濃度計測器を使用する。
また、生物処理槽１の近傍には、栄養剤注入装置として、注入ポンプ７、栄養剤貯留タンク８及び該栄養剤貯留タンク８から生物処理槽１の貯留水槽１３へと栄養剤（栄養剤水溶液）ｄを注入する配管が設けられている。

次に、本実施例の作用について説明する。
図１において、排気ファン２により生物処理槽１の充填層１１の下部に送気された排気ガスａ中のＶＯＣは、充填層の担体の間隙を流れる間に、担体表面の水分中に徐々に溶解し、続いて担体に付着した微生物により、通常、炭酸ガスと水に分解される。
そのため、充填層１１内を上部へと流れるにつれてＶＯＣ濃度は低下し、微生物量や接触時間に対応した濃度まで除去されて、処理ガスｂとして槽外に排出される。
このとき、炭素源としてのＶＯＣ以外に、窒素やリン等の微量の栄養源を取込みながら分解微生物が増殖する。

また、ＶＯＣが微生物に取込まれる前に、ＶＯＣを水分中に溶解させる必要があることから、担体が常時水に濡れた状態を保つ必要がある。
そこで、１〜３時間程度の間隔で散水ポンプ３を稼動し、栄養剤を含む循環水ｃを散水管１２から散水する。
循環水ｃに含まれる栄養剤は、微生物によるＶＯＣの分解及び微生物の増殖に伴って消費されるため、栄養剤注入装置により補給する。

本実施例では、窒素としてアンモニア性窒素化合物、リンとしてリン酸化合物を所定の濃度で水に溶解させた栄養剤（栄養剤水溶液）ｄを予め調製しておく。
栄養剤（栄養剤水溶液）ｄは、窒素とリンを別々に溶解したものを準備することは可能であるが、別々に注入する場合は、濃度計測器と注入装置が２系列必要になる。

カラム試験機に人工の酢酸エチルガス（７００ｐｐｍ）を通気しながら一定量の栄養剤を補給し、残留する余剰のアンモニア性窒素（Ｎ）とリン酸態リン（Ｐ）の濃度変化を測定することで、消費されたアンモニア性窒素（Ｎ）とリン酸態リン（Ｐ）のモル比を求めたところ、Ｎ：Ｐ＝１００：２０〜３０の範囲にあることが確認された。
したがって、Ｎ：Ｐ＝１００：２０〜３０のモル比となるように窒素とリンの栄養剤水溶液を予め調製しておくことで、アンモニアかリンのいずれか一方を計測する濃度計測器と１台の注入装置で対応が可能となる。
なお、即応性や信頼性を考慮すると、現状では、アンモニウムイオンの計測器を用いるのが好適である。

一方、図２及び図３は、通気した酢酸エチルガスの除去性能が安定するまで微生物の馴致を行ったカラム試験機３基において、その内のカラム２基は、窒素又はリンの栄養剤添加量を徐々に減少させ、循環水に残留する窒素又はリン濃度とＶＯＣ除去性能の関係を求めたものである。
除去性能は、栄養剤が十分あるカラムの酢酸エチル除去量を１００として、相対値で示しているが、図２より、アンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）濃度は３０ｍｇ／Ｌ、リン酸態リン（ＰＯ_４−Ｐ）は１０ｍｇ／Ｌ未満になると急激に除去性能が低下することがわかる。
以上により、本実施例では、アンモニウムイオンを計測する場合は、貯留水槽内の濃度が常に３０ｍｇ／Ｌ未満、リン酸イオンを計測する場合は、貯留水槽内の濃度が常に１０ｍｇ／Ｌ未満とならないように栄養剤注入装置の運転制御を行うものとする。

制御方法は、前記比率で窒素とリンを溶解させた栄養剤（栄養剤水溶液）ｄを貯留タンク８に貯留しておき、濃度計測器５による測定値が所定の最低値Ｃｌまで低下したときに、制御装置６からの指令により注入ポンプ７を運転し、栄養剤（栄養剤水溶液）ｄを生物処理槽底部の貯留水槽１３へと導く。
栄養剤注入により、濃度計測器５の値が上昇し、所定濃度の最高値Ｃｈに達した時点で、注入ポンプ７を停止し、これをくり返す２点制御が簡便である。ただし、この方法に限定されるものではなく、最低値Ｃｌとタイマーを組み合わせる方法等を用いることも可能である。
なお、最低値Ｃｌは、アンモニア性窒素濃度を計測する場合は３０ｍｇ／Ｌ、リン酸態リン濃度を計測する場合は１０ｍｇ／Ｌとするのが経済的であるが、余裕を見て少し高い設定値とすることも可能である。

また、本制御を適切に行うには、貯留水槽１３内の濃度を均一に保つ必要があるため、このような注入制御を行う時間帯には、攪拌を行う必要があり、ブロア４を運転して曝気している時間帯に行うものとする。
ブロア４による曝気は、水槽内の攪拌と循環水ｃに含まれる微生物への酸素供給の２つの機能を有する。酸素供給の観点からは、ブロア４は連続運転することが好ましいが、酸素供給の面からは必ずしも連続運転する必要はない。したがって、ブロア４を停止する場合は、栄養剤注入装置の運転制御も停止することが望ましい。

一方、分解微生物が担体に十分蔓延した状態からは、増殖した微生物によって担体の間隙が塞がり、圧力損失が上昇して排気ガスが流れにくくなるため、定期的に担体表面の微生物の余剰分を除去することで担体間隙の目詰りを防止する。
そのための方法は、図１には示していないが、担体の充填層１１内に機械的な攪拌装置を設けたり、充填層内にノズルを設けて圧力水を噴射したり、あるいは充填層１１に底板を設けて水を所定の水位まで満たして溜洗いするなどの構造とする必要がある。

担体から剥離した微生物や、担体間隙に捕捉された排気ガス中の粉塵等固形物は、貯留水槽１３へと落下する。
循環水ｃ中の微生物濃度が上昇すると、微生物によって消費される酸素量が増加し、酸素不足による腐敗が生じるため、このような微生物等の固形物は、新水を補給することによりオーバーフローさせる。
そのとき、ブロア４を運転して曝気攪拌し、微生物や固形物を浮遊させながら効率的にオーバーフローさせる必要がある。
また、この間は新水の補給により、栄養剤が薄められて、濃度計測器の測定値が低下するため、前記栄養剤（栄養剤水溶液）ｄの注入制御が作動していると、自動で栄養剤（栄養剤水溶液）ｄが貯留水槽１３へと注入され、一部がオーバーフローして無駄に排出されることから、新水を補給する時間帯は栄養剤注入装置の運転を停止しておく。

以上により、充填層１１の担体表面から剥離させた余剰微生物や、担体の間隙に捕捉された固形物を、散水管１２から散布した循環水ｃにより底部の貯留水槽１３へと洗い落とし、貯留水槽１３内の曝気攪拌手段により曝気をしながら新水を補給することで固形物を効率的にオーバーフローさせることができる。
また、貯留水槽１３内の栄養剤濃度は、濃度計測器５と組み合わせた栄養剤注入装置の運転制御により、所望の低い濃度に保つことができ、上記オーバーフローの運転時間帯には、栄養剤注入装置の運転を停止させるため、排水に伴って流出する栄養剤の量を最小限に抑えることで、栄養剤の消費によるランニングコストを安価にできるという効果を有する。

以上、本発明のＶＯＣガス処理装置の運転方法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、実施例に記載した構成を適宜組み合わせるなど、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。

本発明のＶＯＣガス処理装置の運転方法は、ＶＯＣを含む排気ガスを微生物で処理するに際し、微生物に対する必要最小限の量の栄養剤を補給しながら安定かつ経済的な運転を行えるという特性を有していることから、微生物によるＶＯＣガス処理装置の運転方法の用途に広く好適に用いることができる。

本発明のＶＯＣガス処理装置の運転方法の一実施例を示すフロー図である。 循環水の窒素濃度とＶＯＣ除去性能の関係を示すグラフである。 循環水のリン濃度とＶＯＣ除去性能の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 生物処理槽
２ 排気ファン
３ 散水ポンプ
４ ブロア
５ 濃度計測器
６ 制御装置
７ 栄養剤注入ポンプ
８ 栄養剤貯留タンク
１１ 充填層
１２ 散水管
１３ 貯留水槽
１４ 散気管
ａ 排気ガス
ｂ 処理ガス
ｃ 循環水
ｄ 栄養剤（栄養剤水溶液）
ｅ 補給水
ｆ 排水

Claims (5)

1. ＶＯＣを含む排気ガスを捕集し、微生物を付着させた担体を充填した生物処理槽に導いて生物分解するＶＯＣガス処理装置の運転方法において、生物処理槽の底部に栄養剤を含む循環水を貯留する貯留水槽を設けるとともに、貯留水槽内の循環水のアンモニウムイオン及び／又はリン酸イオン濃度を測定する濃度計測器と、アンモニウムイオン及び／又はリン酸イオンを含む栄養剤を貯留水槽に注入する栄養剤注入装置とを設け、該濃度計測器の値が所定値未満とならないように栄養剤注入装置を運転して栄養剤を貯留水槽に注入することを特徴とするＶＯＣガス処理装置の運転方法。
2. アンモニウムイオンの計測で、貯留水槽内のアンモニア性窒素濃度が３０ｍｇ／Ｌ未満、リン酸イオンの計測で、貯留水槽内のリン酸態リン濃度が１０ｍｇ／Ｌ未満とならないように、栄養剤注入装置の運転・停止を行うことを特徴とする請求項１記載のＶＯＣガス処理装置の運転方法。
3. 注入する栄養剤水溶液の濃度が、アンモニア性窒素(Ｎ)とリン酸態リン(Ｐ)のモル比で、Ｎ：Ｐ＝１００：２０〜３０の範囲となるよう調製することを特徴とする請求項１又は２記載のＶＯＣガス処理装置の運転方法。
4. 貯留水槽に新水を補給する配管と、貯留水槽からのオーバーフロー配管と、貯留水槽の曝気攪拌手段とを設け、貯留水槽内を曝気攪拌している間に新水の補給を行うことを特徴とする請求項１、２又は３記載のＶＯＣガス処理装置の運転方法。
5. 貯留水槽に新水を補給する間は、栄養剤注入装置の運転を停止することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のＶＯＣガス処理装置の運転方法。

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