JP3750648B2 - 消化ガスの脱硫装置及び脱硫方法 - Google Patents
消化ガスの脱硫装置及び脱硫方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3750648B2 JP3750648B2 JP2002319388A JP2002319388A JP3750648B2 JP 3750648 B2 JP3750648 B2 JP 3750648B2 JP 2002319388 A JP2002319388 A JP 2002319388A JP 2002319388 A JP2002319388 A JP 2002319388A JP 3750648 B2 JP3750648 B2 JP 3750648B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- digestion gas
- reaction tower
- gas
- water
- digestion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
- C12M47/18—Gas cleaning, e.g. scrubbers; Separation of different gases
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Zoology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Gas Separation By Absorption (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消化ガスの脱硫装置及び脱硫方法に係わり、詳しくは、有機性廃棄物を発酵処理して得た消化ガスを別の設備で燃料ガスとして利用するにあたり、該消化ガスに含有され、燃焼に有害な硫化水素を消化ガスから除去する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
比較的水分の多い有機性廃棄物の処理には、現在、メタン発酵処理が多用されている。このメタン発酵処理は、有機性廃棄物を含む水スラリーを消化槽と称する反応容器に供給し、適温（３０〜６０℃）に加熱して所定時間保持し、有機性廃棄物からガスを発生させて、回収するものである。その際、発生するガス中の成分は、メタンガスが６０〜７０容量％及び二酸化炭素が３０〜４０容量％である。また、不純物として、通常１００〜３０００ｐｐｍの硫化水素ガスも含まれている。
【０００３】
ところで、このガスは、通常「消化ガス」と呼ばれ、燃料ガスとして利用される。例えば、発電用のガスエンジン、ガスタービン、燃料電池等、温水や蒸気を製造するボイラー等の燃料である。そして、硫化水素が混入していると燃焼によって硫黄酸化物が生成するので、いずれの用途でも、エンジン等の機械部分を腐食させたり、あるいは排ガス中の硫黄酸化物濃度を高くするという問題が起きる。そのため、硫化水素を低減させてから利用する必要がある。
【０００４】
この硫化水素の低減には、従来より、酸化鉄等の吸着剤を用いて吸着除去する乾式の脱硫装置や、アルカリや次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤を水溶液として用いるスクラバー処理による湿式の脱硫装置が利用されてきた。ところが、これらの装置は、吸着剤や薬剤の使用量が嵩み、ランニングコストを押し上げるので、経済的には好ましいものでなかった。そこで、特開平２−２６６１５号公報には、反応装置（塔）に充填材を層状に充填し、該充填材の表面に硫黄酸化細菌（以下、微生物という）を主とする生物膜を形成し、その充填層に被処理ガス（つまり、前記消化ガス）を通しながら、微生物の働きに必要な水を該充填層の上部から散布する装置を用いて、微生物学的に硫化水素を酸化除去する技術が提案されている。
【０００５】
しかしながら、この脱硫技術においては、以下のような問題点が指摘され、それら問題点は、円滑で且つ安定した操業を行う上での障害になっている。
【０００６】
（１）充填材は、塔内で固定されていたり、比重が１よりも大きい（例えば１．１以上）ものを使用しているが、その場合、生物膜が肥大化し、充填材の空隙が閉塞してきても十分に洗浄することができない。
【０００７】
（２）処理する消化ガスは、充填材が形成する層の下方から上方に、所謂「上向き流」で流すのが一般的であるが、この場合、充填層の下部や、充填層を支える多孔板状の支持部材（例えば、スクリーン、ネット等）に、生物膜や除去された硫化水素が酸化されてできる単体硫黄が集中して蓄積し、洗浄の頻度が多くなる。また、上記スクリーンは、閉塞し易いが、洗浄時に流動しないので、洗浄ができず、最悪の場合には、運転の停止という状態に陥る。
【０００８】
（３）硫化水素が除去され、生物によって酸化されると、循環水のｐＨが低下してくるため、水のｐＨの調整に使用されるアルカリの注入量が増える。
【０００９】
（４）反応塔から排出された消化ガスの酸素濃度を少なくとも５００ｐｐｍ程度になるように、反応塔へ導入する消化ガスへ添加する空気の量を調整すると、微生物の酸化活性が低下し、処理が不十分になる可能性もある。
【００１０】
（５）反応塔から排出された消化ガスの酸素濃度をある値に調整しようとしても、最適な酸素濃度は、温度、流入するガス成分等によって異なるので、精度の良い調整ができない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、装置の維持管理が従来より容易で、且つ効率良く、低コストで操業が行える消化ガスの脱硫装置及び脱硫方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、消化ガスの脱硫装置には生物脱硫が適していることを認識し、従来技術の問題点を解消することに鋭意努力し、その成果を本発明として具現化した。
【００１３】
すなわち、本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵させて発生した消化ガスが導入され、微生物が付着する充填材を充填した反応塔と、該反応塔へ導入前の消化ガスに空気を供給する空気供給手段と、導入後の消化ガスに水を散布するスプレーノズルとを備えた消化ガスの脱硫装置において、前記充填材が反応塔内に設けた多孔板状支持部材の上に固定せずに充填されており、該反応塔下部に充填材洗浄用空気供給手段を有し、かつ、前記消化ガスの導入口が前記反応塔の頂部に下向きに設けられていると共に、前記反応塔から排出された消化ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度計と、該消化ガスの硫化水素濃度を測定する硫化水素濃度計と、それらの測定値が所定の目標値になるように、反応塔への導入前に添加する前記空気の量を自動調整する演算器及び流量調節弁とを備えたことを特徴とする消化ガスの脱硫装置である。
【００１４】
この場合、前記反応塔内を流通する消化ガスの圧力損失を測定するセンサと、その測定値が入力され、予め記憶させてある圧力損失の閾値を超えたら、前記消化ガスの反応塔への導入停止を指令する信号及び／又は警報を出力する演算器とを備えたり、あるいは前記反応塔の塔壁、循環水配管又は底部の循環水溜まりに、加熱装置を設けるのが良い。
【００１５】
また、本発明は、微生物が付着する充填材を充填した反応塔内へ、有機性廃棄物をメタン発酵させて発生した消化ガスを、空気を添加してから導入し、水を散布して消化ガスが含有する硫化水素を洗浄、除去する消化ガスの脱硫方法において、散布する水の一部を反応塔内で循環させてその循環水のｐＨを測定し、そのｐＨが１〜６になるように、新水の補給で調整すると共に、前記反応塔から排出された消化ガスの酸素濃度を測定し、その測定値が所定の目標値になるように、反応塔への導入前に添加する前記空気の量を自動調整し、且つ同時に該消化ガスの硫化水素濃度も測定し、その測定値に応じて前記酸素濃度の目標値を自動的に変更することを特徴とする消化ガスの脱硫方法である。
【００１６】
この場合、前記新水及び／又は前記散布する水に、前記メタン発酵した消化ガスの冷却で発生する凝縮水及び／又は発酵後の残液を脱水して得た処理水を用いたり、あるいは、前記新水及び／又は前記散布する水に、前記微生物の付着を促進する薬剤を添加するのが良い。加えて、前記反応塔へ導入前の有機性廃棄物をメタン発酵させて発生した消化ガスの流量を予め測定し、その測定値に対して一定割合となる空気を前記消化ガスに添加してから、前記反応塔内へ導入しても良い。
【００１７】
さらに加えて、前記したいずれかの消化ガスの脱硫方法を実施して、前記微生物及び／又は硫化水素が酸化されてできた単体硫黄の成長で充填材の空隙が閉塞してきたら、前記反応塔内に充填材の充填高さ以上の高さまで水を張り、下部から空気を吹き込んで該充填材を水中で浮動させ、空気の上昇流で微生物や単体硫黄を剥離させて洗浄し、ドレンとして反応塔より流出させるのが好ましい。また、本発明では、前記充填材の空隙の洗浄を行うタイミングを、反応塔の圧力損失の値で判断するのが良い。
【００１８】
本発明によれば、充填材の空隙が閉塞してきても、容易、且つ十分に洗浄できるようになる。また、ｐＨの調整に、消化ガスからの凝縮水を用いるようにし、運転するｐＨの範囲を１〜６と広くすることで、アルカリ補給を行わずに操業できるばかりでなく、定期的な自動洗浄によって、１年以上の長期にわたり清掃（メンテナンス）を行うことなく、９９％以上の硫化水素の除去率を達成することができる。すなわち、消化ガスの脱硫装置を、高硫黄除去率、安定処理、低コスト処理及び省作業で運転できるようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
まず、発明者は、前記した問題点（１）「生物膜が肥大化し、充填材の空隙が閉塞してきても、十分に洗浄することができない」の解消について検討した。そして、図１に例示するように、有機性廃棄物をメタン発酵させて発生した消化ガス１が導入され、微生物が付着する充填材２を充填した反応塔３と、該反応塔３へ導入前の該消化ガス１に空気１５を供給する空気供給手段（ブロア）４と、導入後の消化ガス１に上方より水５を散布するスプレーノズル６とを備えた消化ガスの脱硫装置において、反応塔３に充填する充填材２を、多孔板状支持部材７の上に固定せず、単に層状に載置して使用するようにした。従来、充填材２は反応塔３内に水を張って洗浄していたが、このようにすると、水中へ下方より別途洗浄用空気２０を吹き込めば、充填材２が容易に流動し、生物膜や単体硫黄の剥離を促進して洗浄を十分にできるからである。
【００２１】
そこで、発明者は、そのような流動を行わせるために適切な充填材２について鋭意研究し、図２に形状の一例を示すように、比重が０．９〜１．０５で、且つ容積率で８０〜９５％の空隙８を有する合成樹脂体９とすることにした。ここで、空隙８とは、合成樹脂体の外形に対して樹脂の占めない容積部分（隙間）をいう。充填材の比重が０．９未満では、充填材が水に完全に浮いてしまい短時間での洗浄が不十分になるし、１．０５超えでは重くて流動しなくなるからである。また、容積率で８０〜９５％の空隙８を有するようにしたのは、微生物が付着する表面積を大きくするためであり、少なくとも８０％の容積率が必要で、９５％を超えると、強度や寿命に不安があるので、９５％を上限とした。なお、この充填材２の材質は、合成樹脂であれば如何なる種類のものでも良いが、発明者の試行によれば、ポリプロピレンが最も好ましかった。また、洗浄用空気２０の吹き込み量については、本発明では特に限定しないことにする。充填材２の水中での流動が生じさえすれば良いからである。さらに、本発明では、洗浄で充填材２より剥離した微生物や単体硫黄は、ドレン１０として反応塔３より流出させるのが好ましい。
【００２２】
加えて、発明者は、充填材２の空隙８に付着し、該空隙を閉塞する微生物等を洗浄するタイミングについても検討を行い、反応塔３内を流通する消化ガスの圧力損失の値で判断することを考えた。そのため、本発明では、図１に示したように、反応塔３に、その圧力損失を測定するセンサ１１及び１１'と、その測定値が入力され、１１〜１１'の間の差圧が予め記憶させてある圧力損失の閾値を超えたら、消化ガスの反応塔３への導入停止を指令する信号及び/又は警報を出力する演算器とを備えるようにした。なお、閾値は、過去のデータや試験操業によって適切な値を定めれば良い。また、演算器には、前記圧力損失の値に応じて、空気供給手段４、ドレンバルブ、流出バルブ、反応塔底部の空気バルブへ制御信号や警報を出力するようにすることが好ましい。
【００２３】
洗浄は、一例として以下のような操作を順次行うことで可能となる。
１段階 空気１５の流入を止める
２段階 消化ガスの流入を止め、ガス流入弁２７は開けたまま、ガス流出弁２８を閉じる
３段階 循環水ポンプ２２を止め、循環水弁３２を閉じる
４段階 補給水を流入させ、反応塔３全体を水で満たす。中に残っていたガスはガス流入弁２７を通って上流側１の方向に押し出される
５段階 反応塔３の中が水で満たされたら、ガス流入弁を閉じ、放風弁３４を開く
６段階 空気を供給し、中の充填材２を流動させ、充填材の表面や空隙に蓄積した生物膜や単体硫黄を剥離させる
７段階 一定時間経過後（通常、数分程度）、放風弁３４を閉じ、ガス流通弁２７を開き、その後ポンプ２２を運転すると共に、剥離した生物膜等も排出される。水の排出に伴い、ガス流入弁２７を通して、消化ガスがパージされる
８段階 反応塔３の中の液位があるレベル（充填材２より下、通常の運転レベル）にまで下がったら、排水を止め、循環水排出弁３１を閉じ、循環水弁３２を開く
９段階 ポンプ２２を運転し、ガス流出弁２８を開いて通常処理に戻る
次に、前記した問題点（２）「充填層の下部や、充填層を支える多孔板状の支持部材（例えば、スクリーン、ネット等）７に、生物膜や除去された硫化水素が酸化されてできる単体硫黄が集中して蓄積し、洗浄の頻度が多くなる。また、上記スクリーンは、閉塞し易いが、洗浄時に流動しないので、洗浄ができず、最悪の場合には、運転の停止という状態に陥る」については、反応塔３へ導入する消化ガス１を従来の上向流に代え、下向流とすることで解消した。つまり、反応塔の頂部に、消化ガスの導入口１３を下向きに設けたのである。これにより、従来は洗浄できなかった多孔板状支持部材７の閉塞する危険を回避することができるようになった。また、散布される水５の働きで、生物膜が全充填材にまんべんなく形成され、さらに、反応で形成される単体硫黄も充填材の全体に蓄積されるようになるので、充填材２が有効に使用でき、結果として、洗浄の頻度を少なくすることにもなる。
【００２４】
引き続いて、発明者は、前記問題点（３）「水のｐＨを調整する場合のアルカリの注入量が増える」の解消についても検討を行った。
【００２５】
問題点（３）に対しては、発明者は、硫化水素を微量酸素の存在下で酸化する微生物の活動は、ｐＨが１程度まで低下しても十分な活性を有することを発見した。従って、その活動は、硫化水素の酸化による循環水のｐＨの低下を許容し、アルカリを加えてｐＨを上げずに運転し続けることで対応できる。ここで、水のｐＨは、循環水の管路中にｐＨ計２９を設置して連続測定する。測定位置は、反応塔内へ散布する前や反応塔下部からの抜き出した後等、適宜選択すれば良い。ただし、極端なｐＨの低下を防ぐため、新水を補給して循環水の一部を適宜入れ替えることもできる。このようにすれば、アルカリの薬品代を省くことができるだけでなく、スケールや単体硫黄によって充填剤が閉塞する速さを大幅に小さくし、該充填剤の洗浄頻度を少なくすることができる。水のｐＨ計を設置して連続測定する。測定位置は反応塔内へ散布する前や反応塔下部からの抜き出した後等、適宜選択すれば良い。この場合、新水を得ることが困難な場所や、水道料金を節約するために、メタン発酵で発生する消化ガスが、自然にあるいは強制的に冷却されて凝縮してくる水分（凝縮水）を使用したり、消化液を脱水し、それを水処理して固形分を取り除き、ＳＳ（浮遊物質濃度）を１００ｍｇ／リットル以下（これを処理水という）にして使用するようにすることが好ましい。ここで、固形分を取り除くのは、充填材の空隙８の閉塞を予防するためである。また、この処理水は、散布する水として用いてもよい。なお、補給用の新水及び／又は散布する水に、生物膜の形成促進のための薬剤、例えば微生物の活動を促進させる薬剤としてカリウム，燐，窒素を含む栄養剤を加えることが望ましい。
【００２６】
さらに引き続き、発明者は、前記問題点（４）「反応塔から排出された消化ガスの酸素濃度を少なくとも５００ｐｐｍ程度にするように、反応塔へ導入する消化ガスへ添加する空気の量を調整すると、微生物の酸化活性が低下し、処理が不十分になる」及び問題点（５）「反応塔から排出された消化ガスの酸素濃度をある値に調整しようとしても、最適な酸素濃度は、温度、流入するガス成分等によって異なるので、精度の良い調整ができない」についても検討を行った。
【００２７】
そして、問題点（４）は、図３に示すように、反応塔３から排出された消化ガス１の酸素濃度を酸素濃度計１６で計測し、その測定値が所定の目標値になるように、反応塔へ導入前に添加する空気の量を自動調整する演算器１８を設けることで、問題点（５）は、同時に硫化水素濃度計１７で硫化水素濃度も測定し、その測定値に応じて前記酸素濃度の目標値を前記演算器１８で自動的に変更することで解決した。具体的には、反応塔３で処理された後の消化ガス１の目標酸素濃度（反応塔の出口で、例えば、０．５ｖｏｌ％程度）を予め定め、その数値になるように、反応塔３の入り側で混入させる空気の量を流量調節弁２４の開度を調節してフィードバック制御すると共に、その設定する目標値を高めにすることで、反応塔３内での消化ガス１の酸化処理を安定させるのである。なお、本発明では、前記目標酸素濃度は、消化ガス１が含有するＨ2Ｓ濃度によって異なるので、特に限定しない。つまり、そもそも脱硫装置の目的は硫化水素を除去することなので、反応塔３内で処理した後の消化ガス１の硫化水素濃度を連続自動計測し、その数値を基に目標酸素濃度の設定値を変更し、より最適な精度の良い安定運転を行えるようにしたのである。
【００２８】
また、発明者は、何らかの理由（ガスの発生量が少ない小規模プラントで、且つ反応塔の上流側にガス流量を調節する、例えばガスホルダやガスブロアを設置できない場合）で、反応塔へ導入する消化ガスの流量が大きく変動し、それを調整することが不可能である場合についても検討を行った。この場合、消化ガスの流量が少ないこともあり、前記したフィードバック制御では、応答が遅く、うまく硫化水素濃度を低減できないことがあるからである。そのような場合には、図４に示すように、反応塔３の出口側で測定する消化ガス１のＨ2Ｓ濃度や酸素濃度は単なる監視用とし、反応塔３へ導入する消化ガスの流量を消化ガス流量計２５により連続測定し、その一定割合（好ましくは１〜４ｖｏｌ％）に相当する空気を該消化ガスに添加するフィードフォワード制御の方が精度が高くなるので、このことも本発明に加えることにした。なお、空気の添加量を測定値に対して１〜４ｖｏｌ％の範囲としたのは、１ｖｏｌ％未満では少な過ぎて微生物の酸化活性が低下する恐れがあり、４ｖｏｌ％超えても効果の向上は期待できないからである。
【００２９】
また、その際の空気流量の調節は、空気供給手段（ブロア）４の回転数制御、吐出弁及び放風弁の開度調整等が考えられるが、本発明では特に限定しない。さらに、添加する空気の割合の設定値は、反応塔出口の消化ガスのＨ2Ｓ濃度、酸素濃度によって調整することが好ましい。
【００３０】
さらに加えて、本発明では、処理を円滑に行うため、反応塔３を循環する水の温度を微生物活動に最適な温度に保つように制御することも配慮した。具体的には、循環水の温度を１５〜４０℃に保つことが好ましい。図１に示すように、反応塔の底部の循環水溜まり２６に加熱装置１４（具体的には、電熱ヒータ等）を設けても良い。また、該加熱装置１４は、反応塔３の塔壁又は循環水配管に設けても良い。なお、温度を１５〜４０℃としたのは、１５℃未満では、微生物の活性が低下するため、４０℃超えでは微生物の活性に変化がなく、加えた熱が無駄になるためである。
【００３１】
【実施例１】
畜産ふん尿をメタン発酵させて発生した消化ガスを脱硫処理するのに、本発明に係る脱硫装置及び脱硫方法を適用した。つまり、図１に示した装置を用い、７００ｍ3（標準状態）/日、硫化水素濃度２０００〜３０００ｐｐｍの消化ガス１を、図２に示したポリプロピレン製で直径１０ｃｍ、高さ３ｃｍのリブ付き中空円盤（比重：１．０、空隙率８５％）からなる充填材２を充填した反応塔３に、該塔の頂部に設けた導入口１３より下向きに供給した。消化ガス１に添加する空気１５は、反応塔から抜け出た消化ガスの目標酸素濃度が０．５ｖｏｌ％になるように、消化ガス１に対して体積比で１〜４％の範囲で調整した。
【００３２】
なお、反応塔内の充填材の充填高さは２．５〜３．０ｍとし，そこを通過するガスの流速は、空塔速度で２５〜３０ｍ／ｈｒ，消化ガスの滞留時間にして０．１時間とした。消化ガス１に噴霧する水５は、消化ガスの冷却によって発生する凝縮水に窒素，燐，カリウムを含む液体肥料を添加して使用し、反応塔３の下部に設けた水溜めに電熱ヒータ１４を設けて加熱し、水温３０±２℃に調節すると共に、ｐＨが５になるように、苛性ソーダの補給で調整した。また、操業中には、反応塔３に設けたセンサ１１からの圧力情報に基づき、充填材２の洗浄タイミングを判定し、具体的には、圧力計１１〜１１'の間の差圧が２００ｍｍＡｑに達したら、自動的に切り換わって洗浄工程に入ることで、事前洗浄により充填材２の空隙８が付着物で閉塞するのを完全に予防した。
【００３３】
また，図３に示すように、反応塔３の出口側で消化ガス１のＨ2Ｓ濃度を連続計測（Ｈ2Ｓ濃度計１７によって）し、その値をもとに目標酸素濃度を設定し、その目標値と酸素濃度計１６による計測値のずれから、流量調節弁２４の開度を調節した。なお、ガスブロア１２の停止時には、空気供給手段（ブロア）４は停止し、前記演算器１８は働かないようにした。
【００３４】
その結果、消化ガス中の硫化水素は、目標値の５００ｐｐｍ以下を十分満足する１０ｐｐｍ以下となり、除去率で９９％を達成できた。さらに、処理ガスの硫化水素濃度を自動計測し、その数値をもとに目標酸素濃度を０．０５〜０．５ｖｏｌ％の範囲でその都度設定して、より安定し、且つ少ない酸素残留濃度で運転することができた。なお、この際に、循環水を反応塔内へ散布する前で循環水のｐＨを測定し、その値が２．０を下回るときに、循環水中へ新水を供給することで、循環水のｐＨを２．０〜２．５に制御した。
【００３５】
【実施例２】
また、小規模の畜産糞尿メタン発酵施設から発生した消化ガスを脱硫処理するのに、本発明に係る脱硫装置及び脱硫方法を適用した。つまり、図１に示した装置に図４に示した制御系を取り付けたものである。処理する消化ガスの量は、１００ｍ3（標準状態）/日、Ｈ2Ｓ濃度は１０００〜２０００ｐｐｍであった。その他の運転方法は、実施例１で説明した内容と同じである。ただし、図４に示す空気流量調整弁２４の開度は、空気流量計２３の流量が、消化ガスの流量２５に対してＸ％になるようにした。そのＸは、０〜４ｖｏｌ％の範囲で、出口消化ガスのＨ2Ｓ濃度１７および酸素濃度１６の連続測定値をもとに、演算器１８で演算して算出するようにした。
【００３６】
このメタン発酵施設では、脱硫装置に流入する消化ガス量は、平均量に対して±５０％以上と変動が大きかったため、前記図３で説明したフィードバック制御では、応答性が悪かったが、図４で説明したフィードフォワード制御にすることで、さらに確実な制御ができ、処理ガスのＨ2Ｓ濃度を１０ｐｐｍ以下に安定して保つことができた。なお、この際の循環水のｐＨは１．３〜１．７であった。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、装置の維持管理が従来より容易で、且つ効率良く、低コストで消化ガスの脱硫が行えるようになる。その結果、この消化ガスは、燃料ガスとして有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る消化ガスの脱硫装置及び脱硫方法を説明するフロー図である。
【図２】本発明に係る消化ガスの脱硫装置で使用する充填材の一形状を示す斜視図である。
【図３】消化ガスのＨ2Ｓ濃度を反応塔で低減するフィードバック制御を説明する図である。
【図４】消化ガスのＨ2Ｓ濃度を反応塔で低減するフィードフォワード制御を説明する図である。
【符号の説明】
１ 消化ガス
２ 充填材
３ 反応塔
４ 空気供給手段（ブロア）
５ 水
６ スプレーノズル
７ 多孔板状支持部材（スクリーン等）
８ 空隙
９ 合成樹脂体
１０ ドレン
１１、１１' センサ（圧力計等）
１３ 導入口
１４ 加熱装置
１５ 空気
１６ 酸素濃度計
１７ Ｈ2Ｓ濃度計
１８ 演算器
１９ サンプリング口
２０ 洗浄用空気
２１ 薬剤（栄養剤）
２２ 循環ポンプ
２３ 空気流量計
２４ 空気流量調節弁
２５ 消化ガス流量計
２６ 循環水溜まり
２７ ガス流入弁
２８ ガス流出弁
２９ ｐＨ計
３０ 排出水
３１循環水排出弁
３２ 循環水弁
３３ 補給水
３４ 放風弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、消化ガスの脱硫装置及び脱硫方法に係わり、詳しくは、有機性廃棄物を発酵処理して得た消化ガスを別の設備で燃料ガスとして利用するにあたり、該消化ガスに含有され、燃焼に有害な硫化水素を消化ガスから除去する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
比較的水分の多い有機性廃棄物の処理には、現在、メタン発酵処理が多用されている。このメタン発酵処理は、有機性廃棄物を含む水スラリーを消化槽と称する反応容器に供給し、適温（３０〜６０℃）に加熱して所定時間保持し、有機性廃棄物からガスを発生させて、回収するものである。その際、発生するガス中の成分は、メタンガスが６０〜７０容量％及び二酸化炭素が３０〜４０容量％である。また、不純物として、通常１００〜３０００ｐｐｍの硫化水素ガスも含まれている。
【０００３】
ところで、このガスは、通常「消化ガス」と呼ばれ、燃料ガスとして利用される。例えば、発電用のガスエンジン、ガスタービン、燃料電池等、温水や蒸気を製造するボイラー等の燃料である。そして、硫化水素が混入していると燃焼によって硫黄酸化物が生成するので、いずれの用途でも、エンジン等の機械部分を腐食させたり、あるいは排ガス中の硫黄酸化物濃度を高くするという問題が起きる。そのため、硫化水素を低減させてから利用する必要がある。
【０００４】
この硫化水素の低減には、従来より、酸化鉄等の吸着剤を用いて吸着除去する乾式の脱硫装置や、アルカリや次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤を水溶液として用いるスクラバー処理による湿式の脱硫装置が利用されてきた。ところが、これらの装置は、吸着剤や薬剤の使用量が嵩み、ランニングコストを押し上げるので、経済的には好ましいものでなかった。そこで、特開平２−２６６１５号公報には、反応装置（塔）に充填材を層状に充填し、該充填材の表面に硫黄酸化細菌（以下、微生物という）を主とする生物膜を形成し、その充填層に被処理ガス（つまり、前記消化ガス）を通しながら、微生物の働きに必要な水を該充填層の上部から散布する装置を用いて、微生物学的に硫化水素を酸化除去する技術が提案されている。
【０００５】
しかしながら、この脱硫技術においては、以下のような問題点が指摘され、それら問題点は、円滑で且つ安定した操業を行う上での障害になっている。
【０００６】
（１）充填材は、塔内で固定されていたり、比重が１よりも大きい（例えば１．１以上）ものを使用しているが、その場合、生物膜が肥大化し、充填材の空隙が閉塞してきても十分に洗浄することができない。
【０００７】
（２）処理する消化ガスは、充填材が形成する層の下方から上方に、所謂「上向き流」で流すのが一般的であるが、この場合、充填層の下部や、充填層を支える多孔板状の支持部材（例えば、スクリーン、ネット等）に、生物膜や除去された硫化水素が酸化されてできる単体硫黄が集中して蓄積し、洗浄の頻度が多くなる。また、上記スクリーンは、閉塞し易いが、洗浄時に流動しないので、洗浄ができず、最悪の場合には、運転の停止という状態に陥る。
【０００８】
（３）硫化水素が除去され、生物によって酸化されると、循環水のｐＨが低下してくるため、水のｐＨの調整に使用されるアルカリの注入量が増える。
【０００９】
（４）反応塔から排出された消化ガスの酸素濃度を少なくとも５００ｐｐｍ程度になるように、反応塔へ導入する消化ガスへ添加する空気の量を調整すると、微生物の酸化活性が低下し、処理が不十分になる可能性もある。
【００１０】
（５）反応塔から排出された消化ガスの酸素濃度をある値に調整しようとしても、最適な酸素濃度は、温度、流入するガス成分等によって異なるので、精度の良い調整ができない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、装置の維持管理が従来より容易で、且つ効率良く、低コストで操業が行える消化ガスの脱硫装置及び脱硫方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、消化ガスの脱硫装置には生物脱硫が適していることを認識し、従来技術の問題点を解消することに鋭意努力し、その成果を本発明として具現化した。
【００１３】
すなわち、本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵させて発生した消化ガスが導入され、微生物が付着する充填材を充填した反応塔と、該反応塔へ導入前の消化ガスに空気を供給する空気供給手段と、導入後の消化ガスに水を散布するスプレーノズルとを備えた消化ガスの脱硫装置において、前記充填材が反応塔内に設けた多孔板状支持部材の上に固定せずに充填されており、該反応塔下部に充填材洗浄用空気供給手段を有し、かつ、前記消化ガスの導入口が前記反応塔の頂部に下向きに設けられていると共に、前記反応塔から排出された消化ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度計と、該消化ガスの硫化水素濃度を測定する硫化水素濃度計と、それらの測定値が所定の目標値になるように、反応塔への導入前に添加する前記空気の量を自動調整する演算器及び流量調節弁とを備えたことを特徴とする消化ガスの脱硫装置である。
【００１４】
この場合、前記反応塔内を流通する消化ガスの圧力損失を測定するセンサと、その測定値が入力され、予め記憶させてある圧力損失の閾値を超えたら、前記消化ガスの反応塔への導入停止を指令する信号及び／又は警報を出力する演算器とを備えたり、あるいは前記反応塔の塔壁、循環水配管又は底部の循環水溜まりに、加熱装置を設けるのが良い。
【００１５】
また、本発明は、微生物が付着する充填材を充填した反応塔内へ、有機性廃棄物をメタン発酵させて発生した消化ガスを、空気を添加してから導入し、水を散布して消化ガスが含有する硫化水素を洗浄、除去する消化ガスの脱硫方法において、散布する水の一部を反応塔内で循環させてその循環水のｐＨを測定し、そのｐＨが１〜６になるように、新水の補給で調整すると共に、前記反応塔から排出された消化ガスの酸素濃度を測定し、その測定値が所定の目標値になるように、反応塔への導入前に添加する前記空気の量を自動調整し、且つ同時に該消化ガスの硫化水素濃度も測定し、その測定値に応じて前記酸素濃度の目標値を自動的に変更することを特徴とする消化ガスの脱硫方法である。
【００１６】
この場合、前記新水及び／又は前記散布する水に、前記メタン発酵した消化ガスの冷却で発生する凝縮水及び／又は発酵後の残液を脱水して得た処理水を用いたり、あるいは、前記新水及び／又は前記散布する水に、前記微生物の付着を促進する薬剤を添加するのが良い。加えて、前記反応塔へ導入前の有機性廃棄物をメタン発酵させて発生した消化ガスの流量を予め測定し、その測定値に対して一定割合となる空気を前記消化ガスに添加してから、前記反応塔内へ導入しても良い。
【００１７】
さらに加えて、前記したいずれかの消化ガスの脱硫方法を実施して、前記微生物及び／又は硫化水素が酸化されてできた単体硫黄の成長で充填材の空隙が閉塞してきたら、前記反応塔内に充填材の充填高さ以上の高さまで水を張り、下部から空気を吹き込んで該充填材を水中で浮動させ、空気の上昇流で微生物や単体硫黄を剥離させて洗浄し、ドレンとして反応塔より流出させるのが好ましい。また、本発明では、前記充填材の空隙の洗浄を行うタイミングを、反応塔の圧力損失の値で判断するのが良い。
【００１８】
本発明によれば、充填材の空隙が閉塞してきても、容易、且つ十分に洗浄できるようになる。また、ｐＨの調整に、消化ガスからの凝縮水を用いるようにし、運転するｐＨの範囲を１〜６と広くすることで、アルカリ補給を行わずに操業できるばかりでなく、定期的な自動洗浄によって、１年以上の長期にわたり清掃（メンテナンス）を行うことなく、９９％以上の硫化水素の除去率を達成することができる。すなわち、消化ガスの脱硫装置を、高硫黄除去率、安定処理、低コスト処理及び省作業で運転できるようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
まず、発明者は、前記した問題点（１）「生物膜が肥大化し、充填材の空隙が閉塞してきても、十分に洗浄することができない」の解消について検討した。そして、図１に例示するように、有機性廃棄物をメタン発酵させて発生した消化ガス１が導入され、微生物が付着する充填材２を充填した反応塔３と、該反応塔３へ導入前の該消化ガス１に空気１５を供給する空気供給手段（ブロア）４と、導入後の消化ガス１に上方より水５を散布するスプレーノズル６とを備えた消化ガスの脱硫装置において、反応塔３に充填する充填材２を、多孔板状支持部材７の上に固定せず、単に層状に載置して使用するようにした。従来、充填材２は反応塔３内に水を張って洗浄していたが、このようにすると、水中へ下方より別途洗浄用空気２０を吹き込めば、充填材２が容易に流動し、生物膜や単体硫黄の剥離を促進して洗浄を十分にできるからである。
【００２１】
そこで、発明者は、そのような流動を行わせるために適切な充填材２について鋭意研究し、図２に形状の一例を示すように、比重が０．９〜１．０５で、且つ容積率で８０〜９５％の空隙８を有する合成樹脂体９とすることにした。ここで、空隙８とは、合成樹脂体の外形に対して樹脂の占めない容積部分（隙間）をいう。充填材の比重が０．９未満では、充填材が水に完全に浮いてしまい短時間での洗浄が不十分になるし、１．０５超えでは重くて流動しなくなるからである。また、容積率で８０〜９５％の空隙８を有するようにしたのは、微生物が付着する表面積を大きくするためであり、少なくとも８０％の容積率が必要で、９５％を超えると、強度や寿命に不安があるので、９５％を上限とした。なお、この充填材２の材質は、合成樹脂であれば如何なる種類のものでも良いが、発明者の試行によれば、ポリプロピレンが最も好ましかった。また、洗浄用空気２０の吹き込み量については、本発明では特に限定しないことにする。充填材２の水中での流動が生じさえすれば良いからである。さらに、本発明では、洗浄で充填材２より剥離した微生物や単体硫黄は、ドレン１０として反応塔３より流出させるのが好ましい。
【００２２】
加えて、発明者は、充填材２の空隙８に付着し、該空隙を閉塞する微生物等を洗浄するタイミングについても検討を行い、反応塔３内を流通する消化ガスの圧力損失の値で判断することを考えた。そのため、本発明では、図１に示したように、反応塔３に、その圧力損失を測定するセンサ１１及び１１'と、その測定値が入力され、１１〜１１'の間の差圧が予め記憶させてある圧力損失の閾値を超えたら、消化ガスの反応塔３への導入停止を指令する信号及び/又は警報を出力する演算器とを備えるようにした。なお、閾値は、過去のデータや試験操業によって適切な値を定めれば良い。また、演算器には、前記圧力損失の値に応じて、空気供給手段４、ドレンバルブ、流出バルブ、反応塔底部の空気バルブへ制御信号や警報を出力するようにすることが好ましい。
【００２３】
洗浄は、一例として以下のような操作を順次行うことで可能となる。
１段階 空気１５の流入を止める
２段階 消化ガスの流入を止め、ガス流入弁２７は開けたまま、ガス流出弁２８を閉じる
３段階 循環水ポンプ２２を止め、循環水弁３２を閉じる
４段階 補給水を流入させ、反応塔３全体を水で満たす。中に残っていたガスはガス流入弁２７を通って上流側１の方向に押し出される
５段階 反応塔３の中が水で満たされたら、ガス流入弁を閉じ、放風弁３４を開く
６段階 空気を供給し、中の充填材２を流動させ、充填材の表面や空隙に蓄積した生物膜や単体硫黄を剥離させる
７段階 一定時間経過後（通常、数分程度）、放風弁３４を閉じ、ガス流通弁２７を開き、その後ポンプ２２を運転すると共に、剥離した生物膜等も排出される。水の排出に伴い、ガス流入弁２７を通して、消化ガスがパージされる
８段階 反応塔３の中の液位があるレベル（充填材２より下、通常の運転レベル）にまで下がったら、排水を止め、循環水排出弁３１を閉じ、循環水弁３２を開く
９段階 ポンプ２２を運転し、ガス流出弁２８を開いて通常処理に戻る
次に、前記した問題点（２）「充填層の下部や、充填層を支える多孔板状の支持部材（例えば、スクリーン、ネット等）７に、生物膜や除去された硫化水素が酸化されてできる単体硫黄が集中して蓄積し、洗浄の頻度が多くなる。また、上記スクリーンは、閉塞し易いが、洗浄時に流動しないので、洗浄ができず、最悪の場合には、運転の停止という状態に陥る」については、反応塔３へ導入する消化ガス１を従来の上向流に代え、下向流とすることで解消した。つまり、反応塔の頂部に、消化ガスの導入口１３を下向きに設けたのである。これにより、従来は洗浄できなかった多孔板状支持部材７の閉塞する危険を回避することができるようになった。また、散布される水５の働きで、生物膜が全充填材にまんべんなく形成され、さらに、反応で形成される単体硫黄も充填材の全体に蓄積されるようになるので、充填材２が有効に使用でき、結果として、洗浄の頻度を少なくすることにもなる。
【００２４】
引き続いて、発明者は、前記問題点（３）「水のｐＨを調整する場合のアルカリの注入量が増える」の解消についても検討を行った。
【００２５】
問題点（３）に対しては、発明者は、硫化水素を微量酸素の存在下で酸化する微生物の活動は、ｐＨが１程度まで低下しても十分な活性を有することを発見した。従って、その活動は、硫化水素の酸化による循環水のｐＨの低下を許容し、アルカリを加えてｐＨを上げずに運転し続けることで対応できる。ここで、水のｐＨは、循環水の管路中にｐＨ計２９を設置して連続測定する。測定位置は、反応塔内へ散布する前や反応塔下部からの抜き出した後等、適宜選択すれば良い。ただし、極端なｐＨの低下を防ぐため、新水を補給して循環水の一部を適宜入れ替えることもできる。このようにすれば、アルカリの薬品代を省くことができるだけでなく、スケールや単体硫黄によって充填剤が閉塞する速さを大幅に小さくし、該充填剤の洗浄頻度を少なくすることができる。水のｐＨ計を設置して連続測定する。測定位置は反応塔内へ散布する前や反応塔下部からの抜き出した後等、適宜選択すれば良い。この場合、新水を得ることが困難な場所や、水道料金を節約するために、メタン発酵で発生する消化ガスが、自然にあるいは強制的に冷却されて凝縮してくる水分（凝縮水）を使用したり、消化液を脱水し、それを水処理して固形分を取り除き、ＳＳ（浮遊物質濃度）を１００ｍｇ／リットル以下（これを処理水という）にして使用するようにすることが好ましい。ここで、固形分を取り除くのは、充填材の空隙８の閉塞を予防するためである。また、この処理水は、散布する水として用いてもよい。なお、補給用の新水及び／又は散布する水に、生物膜の形成促進のための薬剤、例えば微生物の活動を促進させる薬剤としてカリウム，燐，窒素を含む栄養剤を加えることが望ましい。
【００２６】
さらに引き続き、発明者は、前記問題点（４）「反応塔から排出された消化ガスの酸素濃度を少なくとも５００ｐｐｍ程度にするように、反応塔へ導入する消化ガスへ添加する空気の量を調整すると、微生物の酸化活性が低下し、処理が不十分になる」及び問題点（５）「反応塔から排出された消化ガスの酸素濃度をある値に調整しようとしても、最適な酸素濃度は、温度、流入するガス成分等によって異なるので、精度の良い調整ができない」についても検討を行った。
【００２７】
そして、問題点（４）は、図３に示すように、反応塔３から排出された消化ガス１の酸素濃度を酸素濃度計１６で計測し、その測定値が所定の目標値になるように、反応塔へ導入前に添加する空気の量を自動調整する演算器１８を設けることで、問題点（５）は、同時に硫化水素濃度計１７で硫化水素濃度も測定し、その測定値に応じて前記酸素濃度の目標値を前記演算器１８で自動的に変更することで解決した。具体的には、反応塔３で処理された後の消化ガス１の目標酸素濃度（反応塔の出口で、例えば、０．５ｖｏｌ％程度）を予め定め、その数値になるように、反応塔３の入り側で混入させる空気の量を流量調節弁２４の開度を調節してフィードバック制御すると共に、その設定する目標値を高めにすることで、反応塔３内での消化ガス１の酸化処理を安定させるのである。なお、本発明では、前記目標酸素濃度は、消化ガス１が含有するＨ2Ｓ濃度によって異なるので、特に限定しない。つまり、そもそも脱硫装置の目的は硫化水素を除去することなので、反応塔３内で処理した後の消化ガス１の硫化水素濃度を連続自動計測し、その数値を基に目標酸素濃度の設定値を変更し、より最適な精度の良い安定運転を行えるようにしたのである。
【００２８】
また、発明者は、何らかの理由（ガスの発生量が少ない小規模プラントで、且つ反応塔の上流側にガス流量を調節する、例えばガスホルダやガスブロアを設置できない場合）で、反応塔へ導入する消化ガスの流量が大きく変動し、それを調整することが不可能である場合についても検討を行った。この場合、消化ガスの流量が少ないこともあり、前記したフィードバック制御では、応答が遅く、うまく硫化水素濃度を低減できないことがあるからである。そのような場合には、図４に示すように、反応塔３の出口側で測定する消化ガス１のＨ2Ｓ濃度や酸素濃度は単なる監視用とし、反応塔３へ導入する消化ガスの流量を消化ガス流量計２５により連続測定し、その一定割合（好ましくは１〜４ｖｏｌ％）に相当する空気を該消化ガスに添加するフィードフォワード制御の方が精度が高くなるので、このことも本発明に加えることにした。なお、空気の添加量を測定値に対して１〜４ｖｏｌ％の範囲としたのは、１ｖｏｌ％未満では少な過ぎて微生物の酸化活性が低下する恐れがあり、４ｖｏｌ％超えても効果の向上は期待できないからである。
【００２９】
また、その際の空気流量の調節は、空気供給手段（ブロア）４の回転数制御、吐出弁及び放風弁の開度調整等が考えられるが、本発明では特に限定しない。さらに、添加する空気の割合の設定値は、反応塔出口の消化ガスのＨ2Ｓ濃度、酸素濃度によって調整することが好ましい。
【００３０】
さらに加えて、本発明では、処理を円滑に行うため、反応塔３を循環する水の温度を微生物活動に最適な温度に保つように制御することも配慮した。具体的には、循環水の温度を１５〜４０℃に保つことが好ましい。図１に示すように、反応塔の底部の循環水溜まり２６に加熱装置１４（具体的には、電熱ヒータ等）を設けても良い。また、該加熱装置１４は、反応塔３の塔壁又は循環水配管に設けても良い。なお、温度を１５〜４０℃としたのは、１５℃未満では、微生物の活性が低下するため、４０℃超えでは微生物の活性に変化がなく、加えた熱が無駄になるためである。
【００３１】
【実施例１】
畜産ふん尿をメタン発酵させて発生した消化ガスを脱硫処理するのに、本発明に係る脱硫装置及び脱硫方法を適用した。つまり、図１に示した装置を用い、７００ｍ3（標準状態）/日、硫化水素濃度２０００〜３０００ｐｐｍの消化ガス１を、図２に示したポリプロピレン製で直径１０ｃｍ、高さ３ｃｍのリブ付き中空円盤（比重：１．０、空隙率８５％）からなる充填材２を充填した反応塔３に、該塔の頂部に設けた導入口１３より下向きに供給した。消化ガス１に添加する空気１５は、反応塔から抜け出た消化ガスの目標酸素濃度が０．５ｖｏｌ％になるように、消化ガス１に対して体積比で１〜４％の範囲で調整した。
【００３２】
なお、反応塔内の充填材の充填高さは２．５〜３．０ｍとし，そこを通過するガスの流速は、空塔速度で２５〜３０ｍ／ｈｒ，消化ガスの滞留時間にして０．１時間とした。消化ガス１に噴霧する水５は、消化ガスの冷却によって発生する凝縮水に窒素，燐，カリウムを含む液体肥料を添加して使用し、反応塔３の下部に設けた水溜めに電熱ヒータ１４を設けて加熱し、水温３０±２℃に調節すると共に、ｐＨが５になるように、苛性ソーダの補給で調整した。また、操業中には、反応塔３に設けたセンサ１１からの圧力情報に基づき、充填材２の洗浄タイミングを判定し、具体的には、圧力計１１〜１１'の間の差圧が２００ｍｍＡｑに達したら、自動的に切り換わって洗浄工程に入ることで、事前洗浄により充填材２の空隙８が付着物で閉塞するのを完全に予防した。
【００３３】
また，図３に示すように、反応塔３の出口側で消化ガス１のＨ2Ｓ濃度を連続計測（Ｈ2Ｓ濃度計１７によって）し、その値をもとに目標酸素濃度を設定し、その目標値と酸素濃度計１６による計測値のずれから、流量調節弁２４の開度を調節した。なお、ガスブロア１２の停止時には、空気供給手段（ブロア）４は停止し、前記演算器１８は働かないようにした。
【００３４】
その結果、消化ガス中の硫化水素は、目標値の５００ｐｐｍ以下を十分満足する１０ｐｐｍ以下となり、除去率で９９％を達成できた。さらに、処理ガスの硫化水素濃度を自動計測し、その数値をもとに目標酸素濃度を０．０５〜０．５ｖｏｌ％の範囲でその都度設定して、より安定し、且つ少ない酸素残留濃度で運転することができた。なお、この際に、循環水を反応塔内へ散布する前で循環水のｐＨを測定し、その値が２．０を下回るときに、循環水中へ新水を供給することで、循環水のｐＨを２．０〜２．５に制御した。
【００３５】
【実施例２】
また、小規模の畜産糞尿メタン発酵施設から発生した消化ガスを脱硫処理するのに、本発明に係る脱硫装置及び脱硫方法を適用した。つまり、図１に示した装置に図４に示した制御系を取り付けたものである。処理する消化ガスの量は、１００ｍ3（標準状態）/日、Ｈ2Ｓ濃度は１０００〜２０００ｐｐｍであった。その他の運転方法は、実施例１で説明した内容と同じである。ただし、図４に示す空気流量調整弁２４の開度は、空気流量計２３の流量が、消化ガスの流量２５に対してＸ％になるようにした。そのＸは、０〜４ｖｏｌ％の範囲で、出口消化ガスのＨ2Ｓ濃度１７および酸素濃度１６の連続測定値をもとに、演算器１８で演算して算出するようにした。
【００３６】
このメタン発酵施設では、脱硫装置に流入する消化ガス量は、平均量に対して±５０％以上と変動が大きかったため、前記図３で説明したフィードバック制御では、応答性が悪かったが、図４で説明したフィードフォワード制御にすることで、さらに確実な制御ができ、処理ガスのＨ2Ｓ濃度を１０ｐｐｍ以下に安定して保つことができた。なお、この際の循環水のｐＨは１．３〜１．７であった。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、装置の維持管理が従来より容易で、且つ効率良く、低コストで消化ガスの脱硫が行えるようになる。その結果、この消化ガスは、燃料ガスとして有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る消化ガスの脱硫装置及び脱硫方法を説明するフロー図である。
【図２】本発明に係る消化ガスの脱硫装置で使用する充填材の一形状を示す斜視図である。
【図３】消化ガスのＨ2Ｓ濃度を反応塔で低減するフィードバック制御を説明する図である。
【図４】消化ガスのＨ2Ｓ濃度を反応塔で低減するフィードフォワード制御を説明する図である。
【符号の説明】
１ 消化ガス
２ 充填材
３ 反応塔
４ 空気供給手段（ブロア）
５ 水
６ スプレーノズル
７ 多孔板状支持部材（スクリーン等）
８ 空隙
９ 合成樹脂体
１０ ドレン
１１、１１' センサ（圧力計等）
１３ 導入口
１４ 加熱装置
１５ 空気
１６ 酸素濃度計
１７ Ｈ2Ｓ濃度計
１８ 演算器
１９ サンプリング口
２０ 洗浄用空気
２１ 薬剤（栄養剤）
２２ 循環ポンプ
２３ 空気流量計
２４ 空気流量調節弁
２５ 消化ガス流量計
２６ 循環水溜まり
２７ ガス流入弁
２８ ガス流出弁
２９ ｐＨ計
３０ 排出水
３１循環水排出弁
３２ 循環水弁
３３ 補給水
３４ 放風弁
Claims (10)
- 有機性廃棄物をメタン発酵させて発生した消化ガスが導入され、微生物が付着する充填材を充填した反応塔と、該反応塔へ導入前の消化ガスに空気を供給する空気供給手段と、導入後の消化ガスに水を散布するスプレーノズルとを備えた消化ガスの脱硫装置において、
前記充填材が反応塔内に設けた多孔板状支持部材の上に固定せずに充填されており、該反応塔下部に充填材洗浄用空気供給手段を有し、かつ、前記消化ガスの導入口が前記反応塔の頂部に下向きに設けられていると共に、前記反応塔から排出された消化ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度計と、該消化ガスの硫化水素濃度を測定する硫化水素濃度計と、それらの測定値が所定の目標値になるように、反応塔への導入前に添加する前記空気の量を自動調整する演算器及び流量調節弁とを備えたことを特徴とする消化ガスの脱硫装置。 - 前記充填材は、比重が０．９〜１．０５で、且つ容積率で８０〜９５％の空隙を有する合成樹脂体であることを特徴とする請求項１記載の消化ガスの脱硫装置。
- 前記反応塔内を流通する消化ガスの圧力損失を測定するセンサと、その測定値が入力され、予め記憶させてある圧力損失の閾値を超えたら、前記消化ガスの反応塔への導入停止を指令する信号及び／又は警報を出力する演算器とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の消化ガスの脱硫装置。
- 前記反応塔の塔壁、循環水配管又は底部の循環水溜まりに、加熱装置を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の消化ガスの脱硫装置。
- 請求項１〜４のいずれかに記載の消化ガスの脱硫装置を用いて、消化ガスを脱硫する方法において、
散布する水の一部を反応塔内で循環させてその循環水のｐＨを測定し、そのｐＨが１〜６になるように、新水の補給で調整すると共に、前記反応塔から排出された消化ガスの酸素濃度を測定し、その測定値が所定の目標値になるように、反応塔への導入前に添加する前記空気の量を自動調整し、且つ同時に該消化ガスの硫化水素濃度も測定し、その測定値に応じて前記酸素濃度の目標値を自動的に変更することを特徴とする消化ガスの脱硫方法。 - 前記新水及び／又は前記散布する水に、前記メタン発酵した消化ガスの冷却で発生する凝縮水及び／又は発酵後の残液を脱水して得た処理水を用いることを特徴とする請求項５記載の消化ガスの脱硫方法。
- 前記新水及び／又は前記散布する水に、前記微生物の付着を促進する薬剤を添加することを特徴とする請求項５又は６記載の消化ガスの脱硫方法。
- 前記反応塔へ導入前の有機性廃棄物をメタン発酵させて発生した消化ガスの流量を予め測定し、その測定値に対して一定割合となる空気を該消化ガスに添加してから、前記反応塔内へ導入することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の消化ガスの脱硫方法。
- 請求項５〜８のいずれか記載の消化ガスの脱硫方法を実施して、前記微生物及び／又は硫化水素が酸化されてできた単体硫黄の成長で充填材の空隙が閉塞してきたら、前記反応塔内に充填材の充填高さ以上の高さまで水を張り、下部から空気を吹き込んで該充填材を水中で浮動させ、空気の上昇流で微生物や単体硫黄を剥離させて洗浄し、ドレンとして反応塔より流出させることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の消化ガスの脱硫方法。
- 前記充填材の洗浄を行うタイミングを、反応塔の圧力損失の値で判断することを特徴とする請求項９記載の消化ガスの脱硫方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002319388A JP3750648B2 (ja) | 2001-11-02 | 2002-11-01 | 消化ガスの脱硫装置及び脱硫方法 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-337290 | 2001-11-02 | ||
| JP2001337290 | 2001-11-02 | ||
| JP2002-33548 | 2002-02-12 | ||
| JP2002033548 | 2002-02-12 | ||
| JP2002319388A JP3750648B2 (ja) | 2001-11-02 | 2002-11-01 | 消化ガスの脱硫装置及び脱硫方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003305328A JP2003305328A (ja) | 2003-10-28 |
| JP2003305328A5 JP2003305328A5 (ja) | 2005-06-16 |
| JP3750648B2 true JP3750648B2 (ja) | 2006-03-01 |
Family
ID=29407480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002319388A Expired - Lifetime JP3750648B2 (ja) | 2001-11-02 | 2002-11-01 | 消化ガスの脱硫装置及び脱硫方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3750648B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160042774A (ko) * | 2014-10-10 | 2016-04-20 | 정동수 | 소화조 탈리액 반류수의 총질소처리를 통한 하수처리장 방류수 총질소 수질개선 방법 및 그 장치 |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004027442B4 (de) * | 2004-06-04 | 2006-07-06 | Applikations- Und Technikzentrum Für Energieverfahrens-, Umwelt- Und Strömungstechnik (Atz-Evus) | Verfahren zur Entfernung von schwefelhaltigen Verbindungen aus Biogas |
| JP5326187B2 (ja) * | 2006-03-31 | 2013-10-30 | 栗田工業株式会社 | ガス前処理装置を備えるガス処理装置及び当該ガス前処理装置の洗浄方法 |
| JP5117209B2 (ja) * | 2007-01-30 | 2013-01-16 | 株式会社東芝 | バイオガスの生物脱硫装置 |
| KR100851529B1 (ko) * | 2007-10-12 | 2008-08-11 | 금호산업주식회사 | 유기성 폐기물 처리장치 |
| JP5352079B2 (ja) * | 2007-11-27 | 2013-11-27 | Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 | 消化ガスの生物脱硫装置と方法 |
| JP5571323B2 (ja) * | 2008-05-13 | 2014-08-13 | 日本車輌製造株式会社 | 燃料ガスの脱硫方法及び脱硫装置 |
| JP2010022977A (ja) * | 2008-07-23 | 2010-02-04 | Ihi Corp | 生物脱硫方法及び生物脱硫装置 |
| JP2010215735A (ja) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Yanmar Co Ltd | 脱硫装置 |
| JP2011188827A (ja) * | 2010-03-15 | 2011-09-29 | Yanmar Co Ltd | 脱硫試験装置 |
| EP2637768A4 (en) * | 2010-11-09 | 2014-09-17 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada As Represented By The Minister Of Agriculture And Agri Food | BIOLOGICAL OXIDATION OF SULFUR HYDROGEN IN A KRYOPHILIC BIOREACTOR FOR ANAEROBIC FERMENTATION UNDER MICROAEROBIC CONDITIONS |
| JP5330436B2 (ja) * | 2011-03-15 | 2013-10-30 | 株式会社東芝 | バイオガスの生物脱硫装置及びその洗浄方法 |
| JP5639203B2 (ja) * | 2013-01-31 | 2014-12-10 | 株式会社神鋼環境ソリューション | 吸収塔の洗浄方法、および消化ガス精製装置 |
| JP5925179B2 (ja) * | 2013-12-17 | 2016-05-25 | 荏原実業株式会社 | 生物学的脱硫装置及び生物学的脱硫方法 |
| JP6101740B2 (ja) * | 2015-05-28 | 2017-03-22 | 荏原実業株式会社 | バイオガスの生物学的脱硫方法 |
| EP3199215B8 (de) * | 2016-01-27 | 2019-01-02 | Loratech Ag | Vorrichtung und verfahren zum in-kontakt-bringen eines gases mit einer flüssigkeit |
| CN113750772A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-12-07 | 华能国际电力股份有限公司营口电厂 | 一种应用于氧化风机的节能系统及其运行方法 |
| CN114225673B (zh) * | 2021-12-09 | 2024-08-16 | 常州大学 | 一种丙烯酸生产废水处理厂废气处理装置及方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3542345A1 (de) * | 1985-11-29 | 1987-06-04 | Imhausen Chemie Gmbh | Verfahren zum entfernen von schwefelwasserstoff aus abgas |
| JPH0226615A (ja) * | 1988-07-12 | 1990-01-29 | Fuso Yunitetsuku Kk | 消化ガスの脱硫装置 |
| JPH0730114Y2 (ja) * | 1990-07-05 | 1995-07-12 | 株式会社西原環境衛生研究所 | ガス洗浄塔 |
| JPH0719598Y2 (ja) * | 1992-07-23 | 1995-05-10 | 荏原インフィルコ株式会社 | 脱臭装置一体型上向流ろ過装置 |
| JP2709036B2 (ja) * | 1995-01-30 | 1998-02-04 | ダイヤテック株式会社 | 脱臭装置 |
| JP3313027B2 (ja) * | 1996-07-08 | 2002-08-12 | クリーンテック株式会社 | 汚水処理装置に於ける嫌気処理槽の生物脱臭方法及びその装置 |
| JPH1099642A (ja) * | 1996-10-02 | 1998-04-21 | Hitachi Ltd | ガス浄化装置 |
| JP4015285B2 (ja) * | 1998-06-15 | 2007-11-28 | 株式会社荏原製作所 | 排ガスの生物学的処理方法および装置 |
| JP2000024451A (ja) * | 1998-07-13 | 2000-01-25 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 充填塔式生物脱臭装置及びその洗浄方法 |
| JP3698356B2 (ja) * | 2000-02-21 | 2005-09-21 | 株式会社荏原製作所 | 生物脱臭方法及び装置 |
| JP2003311121A (ja) * | 2002-04-24 | 2003-11-05 | Kurita Water Ind Ltd | 生物脱臭装置 |
-
2002
- 2002-11-01 JP JP2002319388A patent/JP3750648B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160042774A (ko) * | 2014-10-10 | 2016-04-20 | 정동수 | 소화조 탈리액 반류수의 총질소처리를 통한 하수처리장 방류수 총질소 수질개선 방법 및 그 장치 |
| KR102174670B1 (ko) * | 2014-10-10 | 2020-11-13 | 정동수 | 소화조 탈리액 반류수의 총질소처리를 통한 하수처리장 방류수 총질소 수질개선 방법 및 그 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003305328A (ja) | 2003-10-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3750648B2 (ja) | 消化ガスの脱硫装置及び脱硫方法 | |
| US20100261266A1 (en) | Biological desulfurization apparatus | |
| CN206746282U (zh) | 一种煤化工行业废水池voc废气处理装置 | |
| JP2007209922A (ja) | 排ガス処理方法および排ガス処理装置 | |
| JP2003305328A5 (ja) | ||
| CN206381832U (zh) | 一体化生物脱硫装置 | |
| JP5325382B2 (ja) | 生物脱硫方法及び生物脱硫装置 | |
| CN107961653A (zh) | 一种双碱法烟气脱硫改进工艺及系统 | |
| CN109107359B (zh) | 一种沼气生物脱硫系统 | |
| JP5072587B2 (ja) | 生物脱硫装置 | |
| CN214552508U (zh) | 一种发电厂脱硫系统优化运行控制系统 | |
| CN107337279A (zh) | 一种基于sbbr污水高效处理装置及方法 | |
| CN201308814Y (zh) | 一种生物脱硫处理装置 | |
| JP2010024294A (ja) | 生物脱硫装置および生物脱硫方法 | |
| JP2006007220A (ja) | 嫌気性水処理装置 | |
| JP2009190006A (ja) | 生物脱硫装置 | |
| JP2006043705A (ja) | 嫌気性水処理装置 | |
| CN206454495U (zh) | 一种多层式生物法除臭装置 | |
| JP4358174B2 (ja) | 嫌気性水処理装置 | |
| CN111808646A (zh) | 一种智能化生物脱硫装置 | |
| JP2006143781A (ja) | バイオガス精製システム | |
| CN212357164U (zh) | 一种用于餐厨垃圾厌氧发酵的沼气生物脱硫设备 | |
| JP4433268B2 (ja) | 湿式排煙脱硫方法と装置 | |
| JP2010215735A (ja) | 脱硫装置 | |
| CN207755960U (zh) | 一种双碱法烟气脱硫改进系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040917 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040917 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20040917 |
|
| A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20041025 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041214 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050214 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050607 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050920 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051020 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20051115 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051128 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3750648 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081216 Year of fee payment: 3 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081216 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091216 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091216 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101216 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111216 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111216 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121216 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121216 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131216 Year of fee payment: 8 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R370 | Written measure of declining of transfer procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370 |
|
| R370 | Written measure of declining of transfer procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |