JP3723994B2 - 嫌気性生物反応ガスの脱硫装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は下水、し尿、産業排水、汚泥、ゴミ等の有機性物質の嫌気性生物反応により発生する嫌気性生物反応ガスから、生物脱硫法により硫化水素その他のイオウ化合物を除去するための脱硫装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水、し尿、産業排水等の排水、または汚泥、ゴミ等の固形廃棄物などの有機性物質の処理法として、嫌気性処理法がある。この方法は有機性物質を嫌気性状態に維持することにより、嫌気性微生物の作用によって酸発酵およびメタン発酵等の嫌気性生物反応を行わせて有機物を分解する方法であり、これにより嫌気性生物反応ガス（以下、嫌気性ガスという）が発生する。この嫌気性ガス中には、メタン、二酸化炭素、硫化水素その他のイオウ化合物などのガスが含まれている。
【０００３】
このような嫌気性ガスは、通常エネルギー回収の目的で、ボイラーまたは焼却炉の燃料などとして有効利用される場合が多いが、燃焼装置の腐食防止および大気汚染防止の観点から、燃焼に利用する前に硫化水素その他のイオウ化合物の除去（脱硫）が行われる。嫌気性ガス中には、通常０．０５〜２容量％程度の硫化水素その他のイオウ化合物が含まれているが、この濃度はメタン発酵処理を受ける排水または廃棄物中の硫酸イオン濃度により変わる。
【０００４】
従来、嫌気性ガスの脱硫方法として、嫌気性ガスを好気性酸化装置の混合液または処理液と吸収装置において気液接触させて、嫌気性ガス中の硫化水素その他の成分を吸収させ、吸収液を好気性酸化装置において活性汚泥の作用により好気性酸化して、硫化水素その他のイオウ化合物をイオウ化合物酸化微生物の作用により生物酸化し、脱硫する生物脱硫法が提案されている（特開平５−６８８４９号）。
【０００５】
このような生物脱硫法では、嫌気性ガス中の硫化水素を洗浄液に吸収させる際、嫌気性ガス中に含まれている二酸化炭素も洗浄液に吸収されて溶解する。このような洗浄液を好気性酸化装置で好気性酸化すると、活性汚泥中のイオウ化合物酸化微生物により硫化水素その他のイオウ化合物が硫酸に酸化されるので、好気性酸化装置内の混合液のｐＨは低下する。このため、混合液または処理液に水酸化ナトリウムなどのアルカリを添加して中和し、ｐＨを一定に維持する必要がある。この場合、混合液または処理液中には二酸化炭素が溶解しているので、硫酸の中和に必要なアルカリに加えて、二酸化炭素（重炭酸イオン）の緩衝作用によりアルカリが消費されることになり、多量のアルカリが必要で、コスト高になるという問題点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、好気性酸化装置の混合液または処理液の中和に使用するアルカリの量を低減することができ、これにより低コストで脱硫することが可能な生物脱硫法による嫌気性ガスの脱硫装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、嫌気性生物反応ガスを好気性酸化装置における混合液または処理液からなる洗浄液と接触させて、ガス中のイオウ化合物を洗浄液に吸収させる吸収装置と、
イオウ化合物を吸収した洗浄液から二酸化炭素を放出させる脱炭酸装置と、
二酸化炭素を放出させた洗浄液を散気により好気性酸化する好気性酸化装置と
を備えていることを特徴とする嫌気性生物反応ガスの脱硫装置である。
【０００８】
本発明の処理の対象となる嫌気性ガスは、例えば下水、し尿、産業排水等の排水および汚泥、ゴミ等の固形廃棄物などの有機性物質の嫌気性処理装置、その他の嫌気性消化施設において発生する嫌気性生物反応ガスである。このような嫌気性ガス中には、通常メタンガス、二酸化炭素のほか、硫化水素、硫化メチル、二硫化メチル、メチルメルカプタンなどのイオウ化合物のガスが含まれている。上記の嫌気性ガスは有機性物質の嫌気性処理におけるメタン発酵により発生するのが一般的であるが、ゴミ埋立地など、嫌気性処理装置以外の嫌気性消化施設における嫌気性生物反応により発生する場合もある。嫌気性生物反応は、被処理物である有機性物質を嫌気状態に保つことにより、嫌気性微生物の作用を利用して分解する処理であり、固形物を含む有機性物質を長時間滞留させて酸発酵およびメタン発酵を行う嫌気性消化のほか、充填層型、流動層型、スラッジブランケット型等の溶解性ＢＯＤを対象とする高負荷嫌気性処理など、任意の嫌気性生物反応装置により行うことができる。
【０００９】
好気性酸化装置は、被処理物である有機性物質および／または還元状イオウ化合物を吸収した洗浄液を好気状態に保ち、好気性微生物の作用を利用して散気により酸化分解する処理装置であり、活性汚泥法、浸漬型の固定床法、流動床法などの好気性酸化装置を用いることができる。好気性酸化を行う有機性物質としては、嫌気性生物反応の処理液である場合が多いが、嫌気性生物反応の被処理物と同じ有機性物質でもよく、あるいは他の有機性物質でもよい。また還元状イオウ化合物を吸収した洗浄液のみを処理する好気性酸化装置でもよい。この場合の好気性微生物は、還元状イオウ化合物をエネルギー源とし、二酸化炭素を炭素源とする独立栄養細菌（イオウ化合物酸化微生物）が主体となる。
【００１０】
これらの場合、嫌気性生物反応施設の処理液を好気性酸化装置に導入して散気により好気性酸化を行い、その混合液または処理液を洗浄液として吸収装置に送液し、前記嫌気性生物反応施設から供給される嫌気性ガスと接触させるのが一般的であるが、嫌気性生物反応の対象と好気性酸化の対象が異なる場合もある。また嫌気性処理液をそのまま下水道等に放流する系においては、本発明の脱硫を行うために、脱硫のための酸化工程専用の好気性酸化装置を設けることもできる。この場合、好気性酸化装置内液に硫酸イオンが蓄積されるのを防ぐ目的で、必要量の嫌気性処理液、工業用水等を供給することができる。
【００１１】
吸収装置は、好気性酸化装置の混合液または処理液を洗浄液とし、この洗浄液と嫌気性ガスとを気液接触させ、嫌気性ガス中の硫化水素その他のイオウ化合物を洗浄液に吸収させる装置である。嫌気性ガスには通常１０〜５０容量％の二酸化炭素が含まれており、硫化水素その他のイオウ化合物とともに、二酸化炭素も洗浄液に吸収されて溶解する。
吸収装置としては、嫌気性ガスと洗浄液を効率よく気液接触させるものであればよく、曝気槽、充填塔、スプレー塔、スクラバー、多段トレイ塔など、任意の形式のものが使用可能である。吸収装置への嫌気性ガスの通ガス条件は、通常空間速度（ＳＶ）が５〜１００ｈｒ-1、好ましくは３０〜６０ｈｒ-1、洗浄液の通液条件は、通常滞留時間（ＨＲＴ）が１〜２０分間、好ましくは１．５〜３分間が望ましい。
【００１２】
洗浄液として用いる好気性酸化における混合液は、好気性酸化を行っている途中の被処理液が、好気性微生物を含む汚泥（活性汚泥）と混合した状態の混合液であり、処理液は好気性酸化を終って汚泥を分離した処理液である。
洗浄液としては、混合液を用いる方が好ましく、これにより硫化水素の吸収効率は高くなり、脱硫率が高くなる。これは汚泥による吸着、または好気性微生物による摂取によるものと推測されるが、明らかではない。
【００１３】
脱炭酸装置は、吸収装置において硫化水素その他のイオウ化合物および二酸化炭素などを吸収した洗浄液から二酸化炭素を放出させて除去する装置である。洗浄液から二酸化炭素を放出する手段としては、ストリッピング、真空脱炭酸法などが採用できる。ストリッピングを行うための空気量は槽容量あたり０．５〜５．０ｍ3／ｍ3／ｈｒ、好ましくは１．０〜３．０ｍ3／ｍ3／ｈｒ程度とする。洗浄液に吸収された硫化水素その他のイオウ化合物はイオウ化合物酸化微生物によって、急速に不揮発性の元素状イオウに酸化されるため、上記のような操作では洗浄液から放出されない。
【００１４】
本発明では嫌気性ガスと接触させて硫化水素その他のイオウ化合物を吸収させた洗浄液を、脱炭酸装置で脱炭酸した後、好気性酸化装置に導入して好気性酸化を行い、好気性酸化装置の混合液または処理液にアルカリを添加して中和し、一定のｐＨに維持するように構成される。
【００１５】
【作用】
本発明の嫌気性ガスの脱硫装置では、好気性酸化装置の混合液または処理液を洗浄液として吸収装置に供給して、洗浄液と嫌気性ガスとを気液接触させることにより、嫌気性ガス中の硫化水素その他のイオウ化合物は洗浄液に吸収される。この場合、嫌気性ガス中の二酸化炭素その他の不純物も洗浄液に吸収され、メタン濃度の高い処理ガスが得られる。好気性酸化装置の混合液を洗浄液とする場合は、硫化水素その他のイオウ化合物は混合液に吸収されたとき、汚泥による吸着、または微生物による摂取が生じる。洗浄液のｐＨが高いほど硫化水素の吸収効率が高いが、一般的にはｐＨ７〜９とするのが好ましい。
【００１６】
吸収装置において硫化水素その他のイオウ化合物、二酸化炭素などを吸収した洗浄液は、脱炭酸装置に導入して溶存二酸化炭素を放出させ除去する。これにより洗浄液のｐＨは上昇する。このとき硫化水素の放出も懸念されるが、二酸化炭素を放出させるためにストリッピングのような通常の脱炭酸操作を行っても、二酸化炭素が放出されたガス側には、硫化水素その他のイオウ化合物が放出されないことが確認されている。この理由は、イオウ化合物酸化微生物による酸化反応の第１段階における硫化水素から元素状イオウへの酸化速度が大きいので、脱炭酸が起こる前に元素状イオウが生成して、揮発性がなくなるためであると推測される。
【００１７】
脱炭酸装置において二酸化炭素を除去した洗浄液は、好気性酸化装置に導入して好気性酸化を行い、好気性微生物の作用により硫化水素、元素状イオウその他のイオウ化合物を酸化する。
好気性酸化装置における好気性汚泥中には、有機物を好気的に分解する細菌の他に、チオバチルス属、チオスリックス属およびベギアトア属などのイオウ化合物酸化細菌が含まれているため、その酸化作用により硫化水素、元素状イオウ、その他のイオウ化合物は硫酸イオンまたは元素状イオウに酸化され無害化する。
【００１８】
好気性酸化装置では、硫化水素その他のイオウ化合物の酸化により、硫酸イオンが生成するため、混合液または処理液のｐＨが低下する。ｐＨの低下は、洗浄液による硫化水素の吸収効率の低下を招くので、混合液または処理液に水酸化ナトリウムなどのアルカリを添加して、通常ｐＨを７〜９に維持する。この場合、洗浄液は脱炭酸装置において二酸化炭素が除去されているので、ｐＨ調整に使用するアルカリの量は少なくなる。
【００１９】
好気性酸化により有機物を分解するとともに、硫化水素その他のイオウ化合物を酸化した混合液は、固液分離により固形物を除去し、分離液を処理液として放流する。分離した汚泥は必要量を好気性酸化装置に返送し、余剰汚泥は系外に排出する。この混合液または処理液の一部は洗浄液として使用される。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明する。
図１は実施例による嫌気性ガスの脱硫装置を示す系統図である。図において、１は嫌気性処理装置、２は好気性酸化装置、３は吸収装置、４は脱炭酸装置である。
【００２１】
嫌気性処理装置１は密閉型の槽からなり、スラッジブランケット、流動床等の嫌気性微生物を含む嫌気性バイオマス１０が形成されている。嫌気性処理装置１の下部には被処理物導入路１１が連絡し、上部から嫌気性処理液移送路１２がポンプ１３を介して好気性酸化装置２に連絡し、頂部からガス供給路１４が吸収装置３の下部に連絡している。
【００２２】
好気性酸化装置２は、好気性酸化部１５と固液分離部１６とからなる。好気性酸化部１５の上部には、嫌気性処理液移送路１２、返送液路１７およびアルカリ供給路１８が連絡し、下部には散気管１９が設けられ、これに給気路２０が連絡している。また好気性酸化部１５にはｐＨ測定装置２１が設けられている。固液分離部１６には処理液排出路２２が連絡している。
【００２３】
吸収装置３の下部にはガス供給路１４および送液路２５が連絡し、上部には処理ガス排出路２６およびポンプ２７を介して洗浄液路２８が連絡している。内部には多孔板式のトレイ２９が多段に設けられており、上部に供給された洗浄液が、トレイ２９の多孔板の開口部を上昇するガスによって飛散させられて気液接触が行われ、洗浄液は液降下路３０を通って順次下段に流下して気液接触を繰り返すように構成されている。
【００２４】
脱炭酸装置４は散気式のストリッピング槽からなり、その上部には、送液路２５および返送液路１７が連絡し、下部には散気管３１が設けられ、これに給気路３２が連絡し、槽内液が気曝できるように構成されている。
【００２５】
上記の嫌気性ガスの脱硫装置による脱硫方法は次の通りである。まず嫌気性処理装置１に被処理物導入路１１から、下水、し尿、排水等の有機性物質からなる被処理物を導入して、上向流でバイオマス１０と嫌気状態で接触させると、嫌気性微生物の作用により酸発酵およびメタン発酵等の嫌気性生物反応が行われ、有機物が分解する。この嫌気性処理により発生する嫌気性ガスをガス供給路１４から吸収装置３に供給し、嫌気性処理液を嫌気性処理液移送路１２からポンプ１３により好気性酸化装置２に移送する。
【００２６】
好気性酸化装置２では、嫌気性処理液移送路１２から流入する被処理液を好気性酸化部１５において活性汚泥と混合し、アルカリ供給路１８からアルカリを供給してｐＨを７〜９に調整し、給気路２０から空気等の酸素含有ガスを供給して、散気管１９から散気し、好気性酸化を行う。この好気性酸化において、活性汚泥に含まれる好気性微生物の作用により有機物が分解される。そして好気性酸化部１５内の混合液の一部は固液分離部１６に入って固液分離され、分離液は処理液として処理液排出路２２から排出される。分離した活性汚泥の一部は好気性酸化部１５に返送され、余剰汚泥は系外へ排出される。
【００２７】
嫌気性ガスの脱硫は、まず好気性酸化装置２の好気性酸化部１５から混合液の一部を洗浄液として抜き出し、ポンプ２７により洗浄液路２８を通して吸収装置３の上部に送液する。一方、ガス供給路１４から供給される嫌気性ガスを吸収装置３の下部に導入して気液接触を行い、嫌気性ガス中の硫化水素その他のイオウ化合物、二酸化炭素、その他の水溶性成分を洗浄液に吸収させる。吸収装置３においては、上段に供給された洗浄液が、トレイ（目皿板）２９の多孔板の開口部を通って上昇するガスにより飛散させられて気液接触し、トレイ２９上の洗浄液の一部は液降下路３０を通って順次下段に流下して気液接触を繰り返し、吸収が行われる。
このようにして硫化水素その他のイオウ化合物、二酸化炭素などを除去した処理ガスは、処理ガス排出路２６から系外へ排出する。
【００２８】
吸収装置３において硫化水素その他のイオウ化合物、二酸化炭素等を吸収した洗浄液は、送液路２５を通して脱炭酸装置４に導入する。脱炭酸装置４では、給気路３２から空気を供給して散気管３１から散気し、洗浄液をストリッピングして洗浄液に溶存している二酸化炭素を大気中に放出させて除去する。この場合、硫化水素はストリッピングした空気中には検出されないことが、試験により確認されている。溶存二酸化炭素はできるだけ多くの量を放出させるのが好ましい。ストリッピングの条件としては、洗浄液の脱炭酸装置４への滞留時間（ＨＲＴ）を１５〜３０分間、通気量を、脱炭酸槽容積（ｍ3）あたり１〜３ｍ3／ｍ3／ｈｒとするのが好ましい。
【００２９】
溶存二酸化炭素を除去した洗浄液は、返送液路１７を通して好気性酸化装置２に返送する。好気性酸化装置２に返送された洗浄液は、好気性酸化部１５において活性汚泥と混合され、好気性酸化を受ける。そして好気性微生物の作用により、洗浄液中の硫化水素その他の被酸化性物質は微生物酸化され、無害化する。
【００３０】
洗浄液に吸収された硫化水素その他のイオウ化合物は、好気性酸化装置２において最終的には硫酸イオンにまで酸化されてｐＨが低下するので、アルカリ供給路１８からアルカリを添加してｐＨを７〜９に調整する。上記実施例では脱炭酸装置４において、洗浄液から二酸化炭素を除去しているので、アルカリの添加量は硫酸イオンの中和に必要な量だけとなり、二酸化炭素の緩衝作用により消費されるアルカリがなくなるため、アルカリの添加量は少なくなる。
上記の脱硫のための酸化工程は、有機物除去のための好気性酸化と同時に行われ、無害化した処理液は処理液排出路２２からそのまま放流することができる。
【００３１】
なお、上記実施例では、嫌気性処理装置１の嫌気性ガスを吸収装置３で吸収し、嫌気性処理液を、好気性酸化装置２において好気性酸化しているが、嫌気性処理装置の嫌気性ガスに代えてゴミ処分地、堆肥化施設等から発生する嫌気性ガスを脱硫することもでき、これらの場合は、浸出水等の好気性酸化の混合液または処理液を洗浄液として利用することができる。嫌気性処理装置の嫌気性ガスを処理する場合でも、嫌気性処理液をそのまま下水等に放流する場合は、他の廃水等の好気性酸化装置の混合液または処理液を洗浄液として使用し、洗浄液を返送することができる。また好気性酸化装置２には、必ずしも有機性廃水を供給する必要はない。これはイオウ化合物酸化微生物が、イオウ化合物をエネルギー源、二酸化炭素を炭素源とする独立栄養微生物であるからである。ただしこの場合も、好気性酸化槽内の硫酸イオンの蓄積を防止する目的で、必要量の水の供給と、処理液の排出は行う。
【００３２】
図１の脱硫装置においては、吸収装置３として多段トレイ塔を用いているため、目詰まりを生じることなく低動力かつ高気液接触効率で吸収を行うことができるが、曝気槽、充填塔、スプレー塔、スクラバーなどを用いて吸収を行ってもよい。
【００３３】
次に試験例について説明する。
試験例１
図１の脱硫装置により、嫌気性ガスを脱硫した。このとき、脱炭酸装置４における散気時間を０〜１０分間の間で変化させ、ｐＨの上昇を調べた。試験条件等は次の通りである。脱炭酸槽への空気の供給量とｐＨとの関係を図２に示す。
嫌気性ガス組成：
メタン；６０〜８０容量％
二酸化炭素；２０〜４０容量％
硫化水素；１３００ｐｐｍ
嫌気性ガス流量：６．０ｍ3／ｈｒ
洗浄液循環量：２．４ｍ3／ｈｒ
脱炭酸槽容量：１．０ｍ3
洗浄液の脱炭酸滞留時間；２５分
空気の供給量；０〜５ｍ3／ｈｒ
処理ガス硫化水素濃度：１００ｐｐｍ
【００３４】
図２からわかるように、吸収装置３から流出する洗浄液のｐＨは約６．４であったが、脱炭酸装置４において散気してストリッピングすることにより、ｐＨ８程度まで上昇した。なお、散気後の空気には硫化水素は検出されなかった。
【００３５】
試験例２
試験例１と同様にして、ただし脱炭酸槽への空気供給量を３．０ｍ3／ｈｒとして１０日間脱硫を行った。好気性酸化装置２においては、２５重量％水酸化ナトリウム水溶液を添加してｐＨ７になるようにｐＨ調整した。このときの２５重量％水酸化ナトリウム水溶液の平均使用量は１．２liter／日であった。一方、脱炭酸装置４における散気を省略した場合（対照系）の２５重量％水酸化ナトリウムの平均使用量は、１．７liter／日であった。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の脱硫装置は、吸収装置において嫌気性ガス中のイオウ化合物を洗浄液に吸収させ、洗浄液中の溶存二酸化炭素を脱炭酸装置において除去した後、好気性酸化装置でイオウ化合物を散気により酸化するように構成しているので、好気性酸化装置の混合液または処理液の中和に要するアルカリの量を低減することができ、これにより低コストで生物脱硫法により脱硫を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の嫌気性ガスの脱硫装置を示す系統図である。
【図２】試験例１の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 嫌気性処理装置
２ 好気性酸化装置
３ 吸収装置
４ 脱炭酸装置
１０ 嫌気性バイオマス
１１ 被処理物導入路
１２ 嫌気性処理液移送路
１３、２７ ポンプ
１４ ガス供給路
１５ 好気性酸化部
１６ 固液分離部
１７ 返送液路
１８ アルカリ供給路
１９、３１ 散気管
２０、３２ 給気路
２１ ｐＨ測定装置
２２ 処理液排出路
２５ 送液路
２６ 処理ガス排出路
２８ 洗浄液路
２９ トレイ
３０ 液降下路
【産業上の利用分野】
本発明は下水、し尿、産業排水、汚泥、ゴミ等の有機性物質の嫌気性生物反応により発生する嫌気性生物反応ガスから、生物脱硫法により硫化水素その他のイオウ化合物を除去するための脱硫装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水、し尿、産業排水等の排水、または汚泥、ゴミ等の固形廃棄物などの有機性物質の処理法として、嫌気性処理法がある。この方法は有機性物質を嫌気性状態に維持することにより、嫌気性微生物の作用によって酸発酵およびメタン発酵等の嫌気性生物反応を行わせて有機物を分解する方法であり、これにより嫌気性生物反応ガス（以下、嫌気性ガスという）が発生する。この嫌気性ガス中には、メタン、二酸化炭素、硫化水素その他のイオウ化合物などのガスが含まれている。
【０００３】
このような嫌気性ガスは、通常エネルギー回収の目的で、ボイラーまたは焼却炉の燃料などとして有効利用される場合が多いが、燃焼装置の腐食防止および大気汚染防止の観点から、燃焼に利用する前に硫化水素その他のイオウ化合物の除去（脱硫）が行われる。嫌気性ガス中には、通常０．０５〜２容量％程度の硫化水素その他のイオウ化合物が含まれているが、この濃度はメタン発酵処理を受ける排水または廃棄物中の硫酸イオン濃度により変わる。
【０００４】
従来、嫌気性ガスの脱硫方法として、嫌気性ガスを好気性酸化装置の混合液または処理液と吸収装置において気液接触させて、嫌気性ガス中の硫化水素その他の成分を吸収させ、吸収液を好気性酸化装置において活性汚泥の作用により好気性酸化して、硫化水素その他のイオウ化合物をイオウ化合物酸化微生物の作用により生物酸化し、脱硫する生物脱硫法が提案されている（特開平５−６８８４９号）。
【０００５】
このような生物脱硫法では、嫌気性ガス中の硫化水素を洗浄液に吸収させる際、嫌気性ガス中に含まれている二酸化炭素も洗浄液に吸収されて溶解する。このような洗浄液を好気性酸化装置で好気性酸化すると、活性汚泥中のイオウ化合物酸化微生物により硫化水素その他のイオウ化合物が硫酸に酸化されるので、好気性酸化装置内の混合液のｐＨは低下する。このため、混合液または処理液に水酸化ナトリウムなどのアルカリを添加して中和し、ｐＨを一定に維持する必要がある。この場合、混合液または処理液中には二酸化炭素が溶解しているので、硫酸の中和に必要なアルカリに加えて、二酸化炭素（重炭酸イオン）の緩衝作用によりアルカリが消費されることになり、多量のアルカリが必要で、コスト高になるという問題点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、好気性酸化装置の混合液または処理液の中和に使用するアルカリの量を低減することができ、これにより低コストで脱硫することが可能な生物脱硫法による嫌気性ガスの脱硫装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、嫌気性生物反応ガスを好気性酸化装置における混合液または処理液からなる洗浄液と接触させて、ガス中のイオウ化合物を洗浄液に吸収させる吸収装置と、
イオウ化合物を吸収した洗浄液から二酸化炭素を放出させる脱炭酸装置と、
二酸化炭素を放出させた洗浄液を散気により好気性酸化する好気性酸化装置と
を備えていることを特徴とする嫌気性生物反応ガスの脱硫装置である。
【０００８】
本発明の処理の対象となる嫌気性ガスは、例えば下水、し尿、産業排水等の排水および汚泥、ゴミ等の固形廃棄物などの有機性物質の嫌気性処理装置、その他の嫌気性消化施設において発生する嫌気性生物反応ガスである。このような嫌気性ガス中には、通常メタンガス、二酸化炭素のほか、硫化水素、硫化メチル、二硫化メチル、メチルメルカプタンなどのイオウ化合物のガスが含まれている。上記の嫌気性ガスは有機性物質の嫌気性処理におけるメタン発酵により発生するのが一般的であるが、ゴミ埋立地など、嫌気性処理装置以外の嫌気性消化施設における嫌気性生物反応により発生する場合もある。嫌気性生物反応は、被処理物である有機性物質を嫌気状態に保つことにより、嫌気性微生物の作用を利用して分解する処理であり、固形物を含む有機性物質を長時間滞留させて酸発酵およびメタン発酵を行う嫌気性消化のほか、充填層型、流動層型、スラッジブランケット型等の溶解性ＢＯＤを対象とする高負荷嫌気性処理など、任意の嫌気性生物反応装置により行うことができる。
【０００９】
好気性酸化装置は、被処理物である有機性物質および／または還元状イオウ化合物を吸収した洗浄液を好気状態に保ち、好気性微生物の作用を利用して散気により酸化分解する処理装置であり、活性汚泥法、浸漬型の固定床法、流動床法などの好気性酸化装置を用いることができる。好気性酸化を行う有機性物質としては、嫌気性生物反応の処理液である場合が多いが、嫌気性生物反応の被処理物と同じ有機性物質でもよく、あるいは他の有機性物質でもよい。また還元状イオウ化合物を吸収した洗浄液のみを処理する好気性酸化装置でもよい。この場合の好気性微生物は、還元状イオウ化合物をエネルギー源とし、二酸化炭素を炭素源とする独立栄養細菌（イオウ化合物酸化微生物）が主体となる。
【００１０】
これらの場合、嫌気性生物反応施設の処理液を好気性酸化装置に導入して散気により好気性酸化を行い、その混合液または処理液を洗浄液として吸収装置に送液し、前記嫌気性生物反応施設から供給される嫌気性ガスと接触させるのが一般的であるが、嫌気性生物反応の対象と好気性酸化の対象が異なる場合もある。また嫌気性処理液をそのまま下水道等に放流する系においては、本発明の脱硫を行うために、脱硫のための酸化工程専用の好気性酸化装置を設けることもできる。この場合、好気性酸化装置内液に硫酸イオンが蓄積されるのを防ぐ目的で、必要量の嫌気性処理液、工業用水等を供給することができる。
【００１１】
吸収装置は、好気性酸化装置の混合液または処理液を洗浄液とし、この洗浄液と嫌気性ガスとを気液接触させ、嫌気性ガス中の硫化水素その他のイオウ化合物を洗浄液に吸収させる装置である。嫌気性ガスには通常１０〜５０容量％の二酸化炭素が含まれており、硫化水素その他のイオウ化合物とともに、二酸化炭素も洗浄液に吸収されて溶解する。
吸収装置としては、嫌気性ガスと洗浄液を効率よく気液接触させるものであればよく、曝気槽、充填塔、スプレー塔、スクラバー、多段トレイ塔など、任意の形式のものが使用可能である。吸収装置への嫌気性ガスの通ガス条件は、通常空間速度（ＳＶ）が５〜１００ｈｒ-1、好ましくは３０〜６０ｈｒ-1、洗浄液の通液条件は、通常滞留時間（ＨＲＴ）が１〜２０分間、好ましくは１．５〜３分間が望ましい。
【００１２】
洗浄液として用いる好気性酸化における混合液は、好気性酸化を行っている途中の被処理液が、好気性微生物を含む汚泥（活性汚泥）と混合した状態の混合液であり、処理液は好気性酸化を終って汚泥を分離した処理液である。
洗浄液としては、混合液を用いる方が好ましく、これにより硫化水素の吸収効率は高くなり、脱硫率が高くなる。これは汚泥による吸着、または好気性微生物による摂取によるものと推測されるが、明らかではない。
【００１３】
脱炭酸装置は、吸収装置において硫化水素その他のイオウ化合物および二酸化炭素などを吸収した洗浄液から二酸化炭素を放出させて除去する装置である。洗浄液から二酸化炭素を放出する手段としては、ストリッピング、真空脱炭酸法などが採用できる。ストリッピングを行うための空気量は槽容量あたり０．５〜５．０ｍ3／ｍ3／ｈｒ、好ましくは１．０〜３．０ｍ3／ｍ3／ｈｒ程度とする。洗浄液に吸収された硫化水素その他のイオウ化合物はイオウ化合物酸化微生物によって、急速に不揮発性の元素状イオウに酸化されるため、上記のような操作では洗浄液から放出されない。
【００１４】
本発明では嫌気性ガスと接触させて硫化水素その他のイオウ化合物を吸収させた洗浄液を、脱炭酸装置で脱炭酸した後、好気性酸化装置に導入して好気性酸化を行い、好気性酸化装置の混合液または処理液にアルカリを添加して中和し、一定のｐＨに維持するように構成される。
【００１５】
【作用】
本発明の嫌気性ガスの脱硫装置では、好気性酸化装置の混合液または処理液を洗浄液として吸収装置に供給して、洗浄液と嫌気性ガスとを気液接触させることにより、嫌気性ガス中の硫化水素その他のイオウ化合物は洗浄液に吸収される。この場合、嫌気性ガス中の二酸化炭素その他の不純物も洗浄液に吸収され、メタン濃度の高い処理ガスが得られる。好気性酸化装置の混合液を洗浄液とする場合は、硫化水素その他のイオウ化合物は混合液に吸収されたとき、汚泥による吸着、または微生物による摂取が生じる。洗浄液のｐＨが高いほど硫化水素の吸収効率が高いが、一般的にはｐＨ７〜９とするのが好ましい。
【００１６】
吸収装置において硫化水素その他のイオウ化合物、二酸化炭素などを吸収した洗浄液は、脱炭酸装置に導入して溶存二酸化炭素を放出させ除去する。これにより洗浄液のｐＨは上昇する。このとき硫化水素の放出も懸念されるが、二酸化炭素を放出させるためにストリッピングのような通常の脱炭酸操作を行っても、二酸化炭素が放出されたガス側には、硫化水素その他のイオウ化合物が放出されないことが確認されている。この理由は、イオウ化合物酸化微生物による酸化反応の第１段階における硫化水素から元素状イオウへの酸化速度が大きいので、脱炭酸が起こる前に元素状イオウが生成して、揮発性がなくなるためであると推測される。
【００１７】
脱炭酸装置において二酸化炭素を除去した洗浄液は、好気性酸化装置に導入して好気性酸化を行い、好気性微生物の作用により硫化水素、元素状イオウその他のイオウ化合物を酸化する。
好気性酸化装置における好気性汚泥中には、有機物を好気的に分解する細菌の他に、チオバチルス属、チオスリックス属およびベギアトア属などのイオウ化合物酸化細菌が含まれているため、その酸化作用により硫化水素、元素状イオウ、その他のイオウ化合物は硫酸イオンまたは元素状イオウに酸化され無害化する。
【００１８】
好気性酸化装置では、硫化水素その他のイオウ化合物の酸化により、硫酸イオンが生成するため、混合液または処理液のｐＨが低下する。ｐＨの低下は、洗浄液による硫化水素の吸収効率の低下を招くので、混合液または処理液に水酸化ナトリウムなどのアルカリを添加して、通常ｐＨを７〜９に維持する。この場合、洗浄液は脱炭酸装置において二酸化炭素が除去されているので、ｐＨ調整に使用するアルカリの量は少なくなる。
【００１９】
好気性酸化により有機物を分解するとともに、硫化水素その他のイオウ化合物を酸化した混合液は、固液分離により固形物を除去し、分離液を処理液として放流する。分離した汚泥は必要量を好気性酸化装置に返送し、余剰汚泥は系外に排出する。この混合液または処理液の一部は洗浄液として使用される。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明する。
図１は実施例による嫌気性ガスの脱硫装置を示す系統図である。図において、１は嫌気性処理装置、２は好気性酸化装置、３は吸収装置、４は脱炭酸装置である。
【００２１】
嫌気性処理装置１は密閉型の槽からなり、スラッジブランケット、流動床等の嫌気性微生物を含む嫌気性バイオマス１０が形成されている。嫌気性処理装置１の下部には被処理物導入路１１が連絡し、上部から嫌気性処理液移送路１２がポンプ１３を介して好気性酸化装置２に連絡し、頂部からガス供給路１４が吸収装置３の下部に連絡している。
【００２２】
好気性酸化装置２は、好気性酸化部１５と固液分離部１６とからなる。好気性酸化部１５の上部には、嫌気性処理液移送路１２、返送液路１７およびアルカリ供給路１８が連絡し、下部には散気管１９が設けられ、これに給気路２０が連絡している。また好気性酸化部１５にはｐＨ測定装置２１が設けられている。固液分離部１６には処理液排出路２２が連絡している。
【００２３】
吸収装置３の下部にはガス供給路１４および送液路２５が連絡し、上部には処理ガス排出路２６およびポンプ２７を介して洗浄液路２８が連絡している。内部には多孔板式のトレイ２９が多段に設けられており、上部に供給された洗浄液が、トレイ２９の多孔板の開口部を上昇するガスによって飛散させられて気液接触が行われ、洗浄液は液降下路３０を通って順次下段に流下して気液接触を繰り返すように構成されている。
【００２４】
脱炭酸装置４は散気式のストリッピング槽からなり、その上部には、送液路２５および返送液路１７が連絡し、下部には散気管３１が設けられ、これに給気路３２が連絡し、槽内液が気曝できるように構成されている。
【００２５】
上記の嫌気性ガスの脱硫装置による脱硫方法は次の通りである。まず嫌気性処理装置１に被処理物導入路１１から、下水、し尿、排水等の有機性物質からなる被処理物を導入して、上向流でバイオマス１０と嫌気状態で接触させると、嫌気性微生物の作用により酸発酵およびメタン発酵等の嫌気性生物反応が行われ、有機物が分解する。この嫌気性処理により発生する嫌気性ガスをガス供給路１４から吸収装置３に供給し、嫌気性処理液を嫌気性処理液移送路１２からポンプ１３により好気性酸化装置２に移送する。
【００２６】
好気性酸化装置２では、嫌気性処理液移送路１２から流入する被処理液を好気性酸化部１５において活性汚泥と混合し、アルカリ供給路１８からアルカリを供給してｐＨを７〜９に調整し、給気路２０から空気等の酸素含有ガスを供給して、散気管１９から散気し、好気性酸化を行う。この好気性酸化において、活性汚泥に含まれる好気性微生物の作用により有機物が分解される。そして好気性酸化部１５内の混合液の一部は固液分離部１６に入って固液分離され、分離液は処理液として処理液排出路２２から排出される。分離した活性汚泥の一部は好気性酸化部１５に返送され、余剰汚泥は系外へ排出される。
【００２７】
嫌気性ガスの脱硫は、まず好気性酸化装置２の好気性酸化部１５から混合液の一部を洗浄液として抜き出し、ポンプ２７により洗浄液路２８を通して吸収装置３の上部に送液する。一方、ガス供給路１４から供給される嫌気性ガスを吸収装置３の下部に導入して気液接触を行い、嫌気性ガス中の硫化水素その他のイオウ化合物、二酸化炭素、その他の水溶性成分を洗浄液に吸収させる。吸収装置３においては、上段に供給された洗浄液が、トレイ（目皿板）２９の多孔板の開口部を通って上昇するガスにより飛散させられて気液接触し、トレイ２９上の洗浄液の一部は液降下路３０を通って順次下段に流下して気液接触を繰り返し、吸収が行われる。
このようにして硫化水素その他のイオウ化合物、二酸化炭素などを除去した処理ガスは、処理ガス排出路２６から系外へ排出する。
【００２８】
吸収装置３において硫化水素その他のイオウ化合物、二酸化炭素等を吸収した洗浄液は、送液路２５を通して脱炭酸装置４に導入する。脱炭酸装置４では、給気路３２から空気を供給して散気管３１から散気し、洗浄液をストリッピングして洗浄液に溶存している二酸化炭素を大気中に放出させて除去する。この場合、硫化水素はストリッピングした空気中には検出されないことが、試験により確認されている。溶存二酸化炭素はできるだけ多くの量を放出させるのが好ましい。ストリッピングの条件としては、洗浄液の脱炭酸装置４への滞留時間（ＨＲＴ）を１５〜３０分間、通気量を、脱炭酸槽容積（ｍ3）あたり１〜３ｍ3／ｍ3／ｈｒとするのが好ましい。
【００２９】
溶存二酸化炭素を除去した洗浄液は、返送液路１７を通して好気性酸化装置２に返送する。好気性酸化装置２に返送された洗浄液は、好気性酸化部１５において活性汚泥と混合され、好気性酸化を受ける。そして好気性微生物の作用により、洗浄液中の硫化水素その他の被酸化性物質は微生物酸化され、無害化する。
【００３０】
洗浄液に吸収された硫化水素その他のイオウ化合物は、好気性酸化装置２において最終的には硫酸イオンにまで酸化されてｐＨが低下するので、アルカリ供給路１８からアルカリを添加してｐＨを７〜９に調整する。上記実施例では脱炭酸装置４において、洗浄液から二酸化炭素を除去しているので、アルカリの添加量は硫酸イオンの中和に必要な量だけとなり、二酸化炭素の緩衝作用により消費されるアルカリがなくなるため、アルカリの添加量は少なくなる。
上記の脱硫のための酸化工程は、有機物除去のための好気性酸化と同時に行われ、無害化した処理液は処理液排出路２２からそのまま放流することができる。
【００３１】
なお、上記実施例では、嫌気性処理装置１の嫌気性ガスを吸収装置３で吸収し、嫌気性処理液を、好気性酸化装置２において好気性酸化しているが、嫌気性処理装置の嫌気性ガスに代えてゴミ処分地、堆肥化施設等から発生する嫌気性ガスを脱硫することもでき、これらの場合は、浸出水等の好気性酸化の混合液または処理液を洗浄液として利用することができる。嫌気性処理装置の嫌気性ガスを処理する場合でも、嫌気性処理液をそのまま下水等に放流する場合は、他の廃水等の好気性酸化装置の混合液または処理液を洗浄液として使用し、洗浄液を返送することができる。また好気性酸化装置２には、必ずしも有機性廃水を供給する必要はない。これはイオウ化合物酸化微生物が、イオウ化合物をエネルギー源、二酸化炭素を炭素源とする独立栄養微生物であるからである。ただしこの場合も、好気性酸化槽内の硫酸イオンの蓄積を防止する目的で、必要量の水の供給と、処理液の排出は行う。
【００３２】
図１の脱硫装置においては、吸収装置３として多段トレイ塔を用いているため、目詰まりを生じることなく低動力かつ高気液接触効率で吸収を行うことができるが、曝気槽、充填塔、スプレー塔、スクラバーなどを用いて吸収を行ってもよい。
【００３３】
次に試験例について説明する。
試験例１
図１の脱硫装置により、嫌気性ガスを脱硫した。このとき、脱炭酸装置４における散気時間を０〜１０分間の間で変化させ、ｐＨの上昇を調べた。試験条件等は次の通りである。脱炭酸槽への空気の供給量とｐＨとの関係を図２に示す。
嫌気性ガス組成：
メタン；６０〜８０容量％
二酸化炭素；２０〜４０容量％
硫化水素；１３００ｐｐｍ
嫌気性ガス流量：６．０ｍ3／ｈｒ
洗浄液循環量：２．４ｍ3／ｈｒ
脱炭酸槽容量：１．０ｍ3
洗浄液の脱炭酸滞留時間；２５分
空気の供給量；０〜５ｍ3／ｈｒ
処理ガス硫化水素濃度：１００ｐｐｍ
【００３４】
図２からわかるように、吸収装置３から流出する洗浄液のｐＨは約６．４であったが、脱炭酸装置４において散気してストリッピングすることにより、ｐＨ８程度まで上昇した。なお、散気後の空気には硫化水素は検出されなかった。
【００３５】
試験例２
試験例１と同様にして、ただし脱炭酸槽への空気供給量を３．０ｍ3／ｈｒとして１０日間脱硫を行った。好気性酸化装置２においては、２５重量％水酸化ナトリウム水溶液を添加してｐＨ７になるようにｐＨ調整した。このときの２５重量％水酸化ナトリウム水溶液の平均使用量は１．２liter／日であった。一方、脱炭酸装置４における散気を省略した場合（対照系）の２５重量％水酸化ナトリウムの平均使用量は、１．７liter／日であった。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の脱硫装置は、吸収装置において嫌気性ガス中のイオウ化合物を洗浄液に吸収させ、洗浄液中の溶存二酸化炭素を脱炭酸装置において除去した後、好気性酸化装置でイオウ化合物を散気により酸化するように構成しているので、好気性酸化装置の混合液または処理液の中和に要するアルカリの量を低減することができ、これにより低コストで生物脱硫法により脱硫を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の嫌気性ガスの脱硫装置を示す系統図である。
【図２】試験例１の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 嫌気性処理装置
２ 好気性酸化装置
３ 吸収装置
４ 脱炭酸装置
１０ 嫌気性バイオマス
１１ 被処理物導入路
１２ 嫌気性処理液移送路
１３、２７ ポンプ
１４ ガス供給路
１５ 好気性酸化部
１６ 固液分離部
１７ 返送液路
１８ アルカリ供給路
１９、３１ 散気管
２０、３２ 給気路
２１ ｐＨ測定装置
２２ 処理液排出路
２５ 送液路
２６ 処理ガス排出路
２８ 洗浄液路
２９ トレイ
３０ 液降下路
Claims (1)
- 嫌気性生物反応ガスを好気性酸化装置における混合液または処理液からなる洗浄液と接触させて、ガス中のイオウ化合物を洗浄液に吸収させる吸収装置と、
イオウ化合物を吸収した洗浄液から二酸化炭素を放出させる脱炭酸装置と、
二酸化炭素を放出させた洗浄液を散気により好気性酸化する好気性酸化装置と
を備えていることを特徴とする嫌気性生物反応ガスの脱硫装置。
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