JP2515552B2 - 排出空気および廃水の生物学的精製装置および方法 - Google Patents

排出空気および廃水の生物学的精製装置および方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、排出ガスもしくは廃水を気液接触装置中に
通過させる、排出ガスもしくは廃水の生物学的精製方法
に関する。さらに、本発明はこの方法を実施する装置に
関するものである。
排出空気の生物学的精製には、バイオウオツシヤおよ
びバイオフイルタに関し、次の要件が課せられる： 1.高効率、すなわち排出空気からの汚染物および悪臭物
質の最も完全な除去； 2.小寸法、特に小断面積（空間的要求）； 3.低エネルギ消費（運転コスト）； 4.簡単な構造および操作； 5.最大範囲の濃度における最大範囲の汚染物に対する効
果。
排出空気は汚染物含有量が高くかつ一般にこれを生物
学的に分解するには高い酸素要求を伴なうため、或いは
除去すべき成分の水溶性が低いため、物質交換能力に関
し高度の要求が課せられる場合、上記要件を満たすのは
特に困難である。
公知のバイオウオツシヤおよびバイオフイルタを詳細
に検討した際、これらは全て、上記基準の少なくとも１
つまたは一般に幾つかの点で相当な欠点を有することが
判明した。
殆んど全てのバイオフイルタは低ガス速度（0.1m/sも
しくはそれ以下）においてしか操作できず、したがつて
大面積を必要とする。汚染物含有量が多くかつそれに伴
なつてバイオマスの増殖が大きければ、これらは閉塞す
る傾向を有する。たとえばハロゲン化炭化水素、或いは
各種の硫黄もしくは窒素化合物を分解する場合のよう
な、生物学的分解に際し、強酸（HCl,HF,H2SO4もしくは
HNO3）が生ずると、バイオフイルタ（たとえばコンポス
トフイルタ）におけるpHが低下し、このpHを塩基の添加
によつて調節しなければ生物学的分解能力が停止し、こ
れは圧力損失を増大させると共に貧弱な分配（液体が向
流を伴なう縁部に集まる）或いは効率の低下（液体が汚
染物を同伴する）の問題を伴なう。
公知のバイオウオツシヤ、たとえばジエツト洗浄機、
充填カラムまたは慣用のプレートカラム（たとえば、特
願昭51-67048号参照）とそれに続く生物反応器は、溶解
した有害物質および溶存酸素を輸送するために一般に要
求される洗浄機から生物反応器へのおよびその逆の極め
て高い液流という主たる欠点を有する。この欠点は、吸
着剤（たとえば活性炭）を添加して減少させうるが、こ
れらの手段は新たな欠点（侵食、保守並びに石炭貯蔵お
よび処分の投資コスト）を伴なう。
さらに、このジエツト洗浄機は、低い汚染物溶解度お
よび／または低い最終許容濃度が多段階法を必要とすれ
ばプラントの複雑性を増大させるという欠点を有する。
上記欠点に鑑み、本発明の目的は、最小の妥協により
上記した要件を満たすような排出空気および廃水の生物
学的精製方法並びに関連装置を開発することである。
この目的は本発明によれば、プレートカラムを気液接
触装置として使用すると共に、生物学的分解に必要とさ
れるバイオマスを液体中に懸濁させ、かつ運転に際し公
知の出口堰もしくは出口管によつてプレート１枚当り0.
07m3より大きい、好ましくは0.15m3より大きい液体滞留
（ホールドアツプ）を断面積１m2当りに調節することに
より達成される。本明細書において、プレートカラムと
いう用語は、少なくとも部分的に通気され、すなわち精
製すべきガス流を横断させる液体が存在する少なくとも
２枚のプレートを備えたカラムを意味し、ガスはこれら
プレート或いはプレートに接続された取付部（ベル、煙
突、ダクトなど）における開口部（スリツト、穴部、弁
など）を流過してこれらプレートを横断し、かつプレー
ト上に位置する少なくとも液体の１部が順次にガスに対
し向流または交差流／向流となる。プレート面積１m2当
り最高0.05m3という比較的小さい液体含有量（滞留）を
伴なう蒸留および吸収に慣用であるプレートと異なり、
多数のプレートを用いずに所要の反応容積を達成するに
は本発明による方法では大きい滞留が所望される。他
方、汚染物の吸収、或いは好気的分解に要求される酸素
につき所望の最終的ガス純度並びに汚染物の溶解度およ
び出発濃度に依存して特定数のプレートが要求されるの
で、本発明によればプレート面積１m2当り約0.07〜２m3
の範囲にあるプレート１枚当りの最適な特定液体滞留を
生ぜしめる。
従来のプレートに関し通常であつた全液体に対する通
気は、ガス流における高い圧力損失をもたらし、かつ所
望の液体レベルにて高いエネルギ消費を伴う。この問題
は液体の１部にのみ通気して有利に解決され、その際ガ
スを煙突またはダクト（これらはプレートに接続されか
つ広範囲な種類の形状とすることができる）に通過さ
せ、さらに底部（未通気）の液層に通過させた後にのみ
前記煙突もしくはダクト或いはこれらまたはプレートも
しくはその縁部に固定した取付部（たとえば、いわゆる
ベル）もしくは可動取付部（たとえば、いわゆる弁）に
おけるスリツトもしくは穴部を通して液体中へ流入させ
る。一般にこの部分的通気、および通気されてない液体
と通気液との間の物質の貧弱な交換、並びに未通気領域
におけるバイオマスの沈降に伴なうこれらの欠点は、本
発明によれば、液体チヤンバを通気される上方向移動帯
域と通気されない下方向移動帯域とに分配するほぼ垂直
な取付部（邪魔板または案内管）により、対流を生ぜし
めることによつて回避される。この目的には、邪魔板お
よび案内管は循環に対し充分な中間の空間部がプレート
と邪魔板もしくは案内管の上縁部との間およびその上縁
部と液体表面との間に位置するような寸法として配置さ
れる。液体（気液バブル層）のレベルは、出口管もしく
は出口ダクトの上縁部との出口堰より上方の液体上昇と
によつて決定される（これは慣用のプレートにおける条
件と同様である）。
ガス上昇ダクトに関し好適に使用される設計によれ
ば、ガス室に面するダクトの内表面は、好適に配置され
たスプレーノズルおよびスプレー穴部を有するチユーブ
を常にプレートの下方のダクトに対し垂直に配置すれ
ば、特に簡単に付着バイオマスをパージすることができ
る。好ましくは、これらのチユーブはその長手軸線を中
心として回転自在である。かくして、パージ効果を向上
させることができる。
本発明による方法と従来のバイオウオツシヤとの間の
決定的相違点は、生物学的分解に要する容積の大部分を
プレートカラム内に配置しうることである（一体化した
吸収器／生物反応器）。しかしながら、必要に応じ、復
反応器（たとえばポンプモデル）をさらに外部の液体サ
イクル中に挿入することもできる。
各種の有機汚染物を含み、その濃度が100mgC/m3〜400
0mgC/m3の範囲で変化するような300m3/hのガス流を、懸
濁物中に乾燥物質15g/lまでのバイオマス濃度を維持し
ながら実質的に精製しうることが判明し、その際約0.1
バールの圧力損失を伴なつて10枚のプレートに分配した
全液体含有量0.9m3を有する本発明の450mmDNバイオウオ
ツシヤカラムを用いる。液体領域における閉塞は生じな
かつた。ガスダクトの内部に閉塞が生じた場合は、これ
を圧力低下の増大によつて検出することができ、かつ上
記パージ装置を用いて容易に除去することができた。運
転コストは、他の排出ガス処理法よりもずつと低いもの
であつた。
たとえば、エネルギコスト（主としてガス運搬に要す
る）は、難溶性物質（たとばトルエン）を洗浄除去せね
ばならない場合、同等に有効な多段階式の生物学的ジエ
ツト洗浄装置におけるエネルギコスト（主として液体運
搬に伴う）の1/10よりずつと低いものであつた。
さらに、本発明による生物反応器を用いて有利に廃水
流をも生物学的に精製しうることが判明した。この目的
には、精製すべき廃水をプレートカラム中に移動させ、
かつ空気、酸素もしくは酸素含有ガスを横断させる。同
時に、バイオマスの１部を精製された廃水から分離する
と共に、これを流入する廃水中へまたはカラム中へ再循
環させる。この方法は、特に極めて小型な構造が重要で
ある場合、高濃度の廃水に対し特に適している。
単位面積当りの空気通過量を高くしうるため（1m/sの
空チユーブ速度以上）、従来の装置と比較して極めて高
い空気流入速度が比較的低いエネルギ消費で達成され
る。かくして、高いバイオマス濃度を達成しながら、極
めて小型な装置が得られる。滞留時間は外部の回路配置
に基づいて変化させることができ、かつ所望ならば単一
装置内に多段階の生物学的清澄装置を作成することもで
きる。排出ガス処理と比較して液体処理量が大であるた
め、この場合には蒸溜プレートカラムの場合に慣用であ
る手段を採用すべきである（大型ダクト、できれば多段
プレート）。活性汚泥の分離は、従来の精製プラントに
おけると同様にシツクナーで行なうことができる。しか
しながら、本発明による装置の主たる利点、すなわちそ
の小さい空間要求を失なわないためには、一層小型の分
離装置、たとえば浮遊セルが好適である。
以下、添付図面を参照して本発明を実施例につき詳細
に説明する。
第１図によれば、未処理ガスはプレートカラム２の下
端部にて供給パイプ１を介し供給される。次いで、この
ガスはプレート３を流過しかつ再び精製ガスとしてプレ
ートカラム２の頂部からノズル４を介して流出する。栄
養溶液を供給パイプ５を介してカラム頂部またはその他
の個所に導入する。過剰の汚泥および消費された栄養溶
液は、パイプ６を介して溜部から、或いはプレート３の
１つから流出させることができる。汚泥の沈降および再
循環を行なうこともできる（図示せず）。通常、懸濁物
の１部をカラムの頂部（回路７）またはプレートの１つ
（回路８）へ循環させる。さらに、戻り部９をプレート
の内側に設けることもできる。この場合、破線で示した
回路８および９は２段階戻り部を形成する。pHを調整す
るための装置を、回路内に装着してpHを一定に保つこと
ができる。さらに、これらの回路はバイオマス濃度を均
一化させかつ微生物に無機栄養塩を供給するのにも役立
ち、これら塩類はたとえば溶解した形態または固体状と
して回路中に導入することができる。懸濁物に溶解した
有機物質（微生物用の栄養分）および酸素の濃度も、外
部回路によつて所定範囲内に均一化することができる。
第２図によれば、プレートカラム２を用いて廃水を精
製する。未処理の廃水を入口10を介して最上部のプレー
ト３に供給し、ここから順次にプレート３を介して液体
出口11まで流動させ、かつそこから汚泥保持装置12中へ
流入させる。ここから、清澄された廃水は溢出部13を流
過する一方、過剰の汚泥はパイプ14を介して除去され、
この汚泥を回路15を介して最上部のプレート３に循環さ
せる。好気的廃水処理に必要な空気はノズル16を介して
カラム２のプレートに供給され、液体に対し向流として
プレート３を横断しかつ再びカラムの頂部から出口ノズ
ル17を介して流出する。
第２図とは異なり、未処理廃水は最上段のプレートよ
り下のプレートに供給することもできる。この場合、未
処理廃水供給部より上方のプレートは、酸素供給に役立
つ空気流と共に放出されるような揮発性廃水成分につき
排出ガスの生物学的精製に役立つ。
廃水処理の際に精製した排出ガスの生物学的精製は、
さらに別のカラムで行なうこともできるが、これはしば
しば装置の２つの部分に極めて異なる液体が添加される
ので便利である。他の場合には、排出ガス処理および／
または廃水処理を幾つかのカラムに分割して、これらを
ガス流および／または液流に関し並列もしくは直列で操
作することも有利である。たとえば、構造上の理由（高
さ）或いは現存する装置の使用（カラム、凝縮器などの
バツチ）も役割を演じ、この場合負荷が変化する際に一
層大きい融通性が可能となる（廃水もしくは排出ガス生
成または分解すべき汚染物の濃度の増加に関連する）。
カラムプレート３の構造を第３図に一層詳細に示す。
精製すべきガス（第１図における供給パイプ１）は矩形
断面のダクト18（取付部）を上方へ流過し、かつこの場
合には穴部19として設計したガス流出開口部を介して液
体中へ流入する。垂直邪魔板20をこれらのダクト18間に
配置する。邪魔板20は液体中に対流を生ぜしめ、液体は
気体ダクト18と邪魔板20との間の領域を上方へ流動し
て、頂部におけるガスダクト18から流出するガスを放出
させ、邪魔板20の上縁部に沿つて横方向へ部分的に流動
し、再び邪魔板の間の領域で流下しかつ邪魔板20と気体
ダクト18との間の帯域に流入し、プレート３の真上の空
隙部21を流過する。邪魔板20の周囲で流動するこの大き
いポンプ流は、プレート３における混合および液体中の
固体（活性汚泥）の分散を生ぜしめる。さらに、入口パ
イプ22もしくはダクトから出口パイプ23への液体の交差
流もプレート上で生ずる。プレート３とカラム壁部24と
の間の封止、並びにカラム内へのプレート３の固体は蒸
留技術から公知であり、したがつてここに詳細に説明す
る必要はない。
第４図は、立方体ダクト18の上端部における気体出口
開口部の各種の実施例を示している。気体出口開口部19
は、水平方向（図面の左側）または垂直方向（図面の真
中）に延在するスリツトとして、或いはダクトにおける
スリツト状開口部として設計され屋根状に封止される
（図面の右側）。
第５図は、ガス出口開口部としてのスリツト19を有す
る固定ベル27を設けた円筒状ガスダクト26を備えるプレ
ート設計の断面図である。ベル27を包囲して同心案内管
28を配置し、実動プレート３とその下縁部との間に空隙
部29を形成し、この空隙部を通して液体は案内管28と煙
突26もしくはベル27との間の液体帯域から流出すること
ができる。次いで、液体は上方へ流動し、スリツト19で
通気されて案内管28の上縁部を介し案内管の間の帯域に
流入し、再び下降する（矢印の流れ参照）。第３図によ
る設計と同様に、液体はパイプ22を介してプレートまで
流動し、かつ再び上縁部にてパイプ23中に流入する。連
動運転に際し、微生物で汚された壁部がガス出口ダクト
18もしくは煙突26およびベル27に生じ、この汚染は極端
な場合にはガスの供給に役立つこれら部分の閉塞をもた
らしうる。ダクトを有する好適に選択した設計において
は、この壁部汚染は単に自由にスプレーすることにより
洗浄除去することができ、その際ダクト18に対し垂直な
スプレー開口部31もしくはスプレーノズルを備えた洗浄
管30をガス室中へ対応するプレート３の下方にて第６図
にしたがつて導入し、かつ所要に応じてガス出口ダクト
をスプレーしまたは洗浄除去する。必要とされるチユー
ブの本数は、これらチユーブをその長手軸線を中心とし
て回転自在に配置することによりスプレー開口部もしく
はノズル１個当り比較的大きいダクト長さを回転によつ
てカバーすれば特に少なくすることができる。各スプレ
ー開口部31はガス上昇ダクト18の下に位置し、ガスダク
トの全内表面がガスダクトの長手方向に対して垂直に延
在する洗浄管の回転により噴霧され、または洗浄除去さ
れるようにする。比較的大きいカラムの場合、それに応
じて多数のチユーブをノズルもしくはスプレー開口部31
のスプレー幅に基づく間隔で平行配置され、その個数は
幾何学（ダクト高さ、チユーブおよびスプレー開口部の
直径）並びに洗浄液の初期圧力に依存する。
以上、第１〜６図を参照して本発明を実施例につき説
明したが、これらは本発明の範囲を逸脱することなく多
くの方法で改善しうることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は排出ガスの生物学的精製に関する本発明による
生物反応器の流れ図であり、 第２図は廃水精製用の生物反応器の流れ図であり、 第３図は排出ガスを液体中へ導入するための取付部を備
えた生物反応器のプレートの略図であり、 第４図はガス出口開口部を備えた各種の実施例の取付部
を示す略図であり、 第５図は円筒状ガス煙突を備えたプレートの略断面図で
あり、 第６図はスプレーチユーブを備えたプレートの略図（斜
視断面図）である。 １……供給パイプ、２……プレートカラム、３……プレ
ート、４……ノズル、5,6……パイプ、7,8,9……回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０２Ｆ 3/04 (72)発明者 オツト・バート ドイツ連邦共和国 デイ−5060 ベルギ ツシユ−グラドバハ、ツエーントヴエー ク 62 (56)参考文献 特開 昭60−7924（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−113267（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】排出ガス及び／または廃水をプレートカラ
    ム（２）を通してバイオマスと接触させて排出ガス及び
    廃水のうち少なくとも一方を生物学的に精製する方法に
    おいて、 （ａ） バイオマスを水性懸濁物としてプレート（３）
    上に分配し、 （ｂ） ガスを放出する開口部（19）を有する取付部
    （18）を介して、ガスをプレート（３）上に位置する液
    層の上部に流入させてバブル層を形成し、 （ｃ） 邪魔板（20）または案内管（28）によって、ガ
    ス分散を伴う上方向移動帯域とガス分散を伴わない下方
    向移動帯域とが交互になるように液層を分配して邪魔板
    （20）または案内管（28）の周囲に対流を発生させる ことを特徴とし、さらにプレートカラムの各プレート
    （３）上のバイオマス懸濁物の液体滞留がカラム断面積
    １m2当たり0.07m3より大きくなるよう操作を行う上記精
    製方法。
  2. 【請求項２】プレートカラムに通す廃水に、空気、酸素
    もしくは酸素含有ガスを横断させ、かつバイオマスの一
    部を精製された廃水から分離して、これを流入する廃水
    中へまたはカラム中へ再循環させることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載の方法。
  3. 【請求項３】吸着した汚染物、分解生成物及び栄養物の
    濃度、並びに酸素及び／またはバイオマスの含有量及び
    pHを、カラムの溜部から１枚もしくはそれ以上のプレー
    トへ及び／またはプレートから他のプレートへ液体を再
    循環させることにより、かつ／または液体、バイオマス
    懸濁物もしくは汚泥を供給及び排出することによって調
    整することを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
    ２項記載の方法。
  4. 【請求項４】廃水中に含有された易揮発性の生物学的に
    分解しうる汚染物及び／または悪臭物質を生物学的に分
    解するに際し、廃水を最上段のプレートでなく下部プレ
    ート上へまたは溜部中へ導入し、かつ廃水供給部より上
    方に位置するプレートを易揮発性成分を含んだガスの生
    物学的精製に使用することを特徴とする特許請求の範囲
    第１項〜第３項のいずれか一項に記載の廃水の生物学的
    精製方法。
  5. 【請求項５】２個もしくはそれ以上のプレートカラム
    を、ガス流及び／または液体流に対し並列もしくは直列
    で操作することを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第
    ４項のいずれか一項に記載の方法。
  6. 【請求項６】排出ガス及び／または廃水をプレートカラ
    ム（２）に通し、プレート（３）上に分配された水性バ
    イオマス懸濁物と接触させ、さらにプレートカラムの各
    プレート（３）上のバイオマス懸濁物の液体滞留がカラ
    ム断面積１m2当たり0.07m3より大きくなるよう操作を行
    って排出ガス及び廃水のうち少なくとも一方を生物学的
    に精製する方法を実施する生物反応器において、上記生
    物反応器を、精製すべきガス及び／または廃水の供給経
    路を備えたプレートカラム（２）として設計すると共
    に、プレート（３）上に開口部（19）を設けた取付部
    （18）を配置して、前記開口部を介してガスをプレート
    （３）上に位置する液層の上部に流入させ、さらに液体
    に対流を生ぜしめる邪魔板（20）もしくは案内管（28）
    をプレート（３）上に配置したことを特徴とする上記生
    物反応器。
  7. 【請求項７】プレート（３）にスプレー開口部（31）ま
    たはスプレーノズルを有する洗浄管（30）を設けて、こ
    れをダクタ、煙突またはベルの内表面に指向させること
    を特徴とする特許請求の範囲第６項記載の生物反応器。
  8. 【請求項８】洗浄管（30）がその長手軸線を中心として
    回転自在であることを特徴とする特許請求の範囲第６項
    または第７項のいずれか一項に記載の生物反応器。
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