JP3910308B2

JP3910308B2 - 悪臭ガスの脱臭方法及び脱臭装置

Info

Publication number: JP3910308B2
Application number: JP10877799A
Authority: JP
Inventors: 徳三佐藤; 光芳佐藤
Original assignee: 徳三佐藤
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 1999-04-16
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2019-04-16
Also published as: JP2000300939A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理場、し尿処理場、家畜及び実験動物糞尿処理施設、食品工場、飼・肥料工場、化学工場等から発生する悪臭ガスを生物化学的処理により脱臭する方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より知られている脱臭方法のなかで、微生物の働きを利用した生物化学的処理により脱臭する方法は、微生物が一般に活発的に働く温度が１０〜４０℃であるため、特別なエネルギーの付加を必要とせず、また、悪臭ガスを生分解する過程において有害物質などが副産する可能性が低い上に、維持管理が容易という利点があることが知られている。
【０００３】
この生物化学的脱臭法として知られている方法の１つに土壌脱臭方法がある。この方法では微生物の働きを利用しているため、脱臭効果が高く、管理の仕方如何では永続的に脱臭できるとされているが、土壌中に悪臭ガスを通過させる際の通気抵抗が高く、そのため土壌堆積高を５０ｃｍ程度にしかできないという問題点があった。その上、悪臭ガスが土壌を通過する速度（見掛けの風速）が５〜１０ｍｍ／秒と遅く、悪臭ガスが土壌と接触している時間が不充分になるため、悪臭ガスの濃度が高く、又発生量の多い場合には、脱臭施設に広い敷地が必要となり、この敷地を確保することが実際には困難な場合が多かった。
【０００４】
これらの問題を解決するために、特公平３−６０５２６号公報に開示されているロックウール等を用いた脱臭方法が開発されている。この方法は、ロックウール等の無機質資材と微生物活性物質とを混合した水分５０〜７０重量％の混合物を用いて悪臭ガスを脱臭する方法であるが、用いられている脱臭材料は確に前記の土壌脱臭装置と比べて通気抵抗が低く、脱臭材料を約２．５ｍと高く堆積することができ、また、見掛けの風速も２０〜２５ｍｍ／秒にすることができるため、脱臭装置として必要な敷地規模を土壌脱臭装置に比べ約１／４〜１／５にすることができたという効果を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このロックウール等を用いた脱臭方法にも土壌脱臭法に比べ通気抵抗が低くなったというものの、まだ脱臭材料の堆積高が約２．５ｍと高く、通気抵抗が２００ｍｍＡｑ以上になってしまうという問題点があり、改善が望まれていた。そこで、従来よりその点の改善が検討されてきたが、ロックウールを用いた脱臭材料の脱臭能に限界があり、堆積高と、その通気抵抗の点では不満足な水準しか得られていないのが現状である。
【０００６】
その上、この方法では微生物により悪臭を分解した時に出る生成物の洗浄が難しく、運転期間が長くなると目づまりが生じるという問題も残っていた。しかも、その見掛けの風速は２０〜２５ｍｍ／秒と土壌脱臭法に比べ速くなったとはいえやはり充分ではなく、悪臭ガスが脱臭材料と接触している時間は、土壌脱臭法とほぼ同じ約１００秒程度を要し処理能力は依然として低いままであった。
さらに、長期継続使用により、ロックウールを主材料とする脱臭層が圧密化される傾向があり、上記の目づまりも加わって、送風量の低下が生じやすく、長期運転下の維持管理が難しいという点も改善を必要としていたのである。
【０００７】
本発明は、以上のような従来技術の問題点を解決し、通気抵抗を低く押さえ、接触時間を従来より大巾に短縮し、処理能力を向上させ、且つ長期継続使用をしても圧密化が少なく、目づまりの少ない維持管理の簡単な悪臭ガスの脱臭方法及び脱臭装置を提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため脱臭材料について鋭意研究を重ねた結果、炭素繊維と微生物含有物質を主材料とし、水分率を調整した脱臭材料を用いることによって、該課題を一挙に解決できることを見出し本発明を完成した。
【０００９】
すなわち、本発明は、炭素繊維の造粒物及び／又は繊維と微生物含有物質を必須成分とし、且つその水分含有率を４０〜８０％に調整された脱臭材料に悪臭ガスを接触させて、脱臭することを特徴とする悪臭ガスの脱臭方法及びそれを行うための脱臭装置を提供するものである。
【００１０】
以下、本発明を説明する。
本発明で処理の対象とする悪臭ガスは、アンモニア、メチルメルカプタン、アセトアルデヒド、硫化水素等の悪臭防止法で規制されている悪臭ガスである。
本発明で用いる炭素繊維は、公知の炭素繊維、すなわち繊維状の有機物質を炭化焼成して作った繊維であればよく、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系、カイノール系のいずれのものも使用できる。また、耐炎繊維、活性炭繊維も使用でき、それら各種炭素繊維の製造工程で生じる炭素繊維廃棄物、或いは炭素繊維の各種使用済廃棄物も使用できる。
【００１１】
炭素繊維は繊維状のもの及び／又は造粒したものが使用される。
繊維状のものは長さが１〜１００ｍｍのものが使用されるが、特に３〜１０ｍｍのものが好ましく、更に好ましいのはそれを造粒したものである。
造粒する場合には、ロータリーキルンで炭素繊維を絡み合わせて造粒する方法、造粒機を用いた通常の造粒方法等が用いられる。
【００１２】
この炭素繊維の造粒物と繊維状のものとを混合してもよく、その場合、炭素繊維の造粒物と繊維の混合割合は、造粒物が増加するに従って、通気抵抗が低下し、圧密化を防げるが、一方、増加し過ぎると脱臭能力が低下するので、好ましい範囲が存在し、その範囲は乾物重量比で０ . ７：０ . ３〜０ . ３：０ . ７である。両者を混合するには、一般的にいわれている混合機、例えばモルタルミキサー等を使用して、容易に行うことができる。
【００１３】
本発明で用いる微生物含有物質としては、家畜の糞尿等の微生物を含有した物質が使用される。具体例としては、家畜のふん尿、活性汚泥、及び下水２次処理水や糞尿の各処理施設から出る微生物を含有した物質が挙げられる。そして、これらの中では鶏糞が実用上特に好ましい。
これら微生物含有物質中の有効微生物は、上記した炭素繊維に固着しており、適切な条件下で増殖された上で利用される。なお、微生物が炭素繊維に良好に固着し、且つ増殖される効果は本発明者らの研究によればロックウール等の材料に比べ本発明の炭素繊維系の方が極めて顕著であることが確認されている。
【００１４】
微生物含有物質の混合割合は乾物重量比で炭素繊維１に対し０．０１〜０．５が好ましい。０．０１未満では、脱臭のための微生物活性が低く、０．５を超えると加えただけの効果が期待できないからである。より好ましくは０．０５〜０．２である。また、微生物含有物質が液状の場合は、他の脱臭材料を脱臭装置の層内に充填させた後散布してもよい。
【００１５】
本発明で用いる脱臭材料には、もみ殻、ハイオガ( 廃オガまたは廃おが )、おがくず、いねワラ等の農産物もしくは畜産物又は林産物の残渣である、いわゆる粗大有機物といわれる有機物を混合することが好ましい。また、これらの有機物は２種以上混合して使用してもよい。これらの有機物は脱臭に有効な微生物の栄養源や供給源の一部として働く他、該微生物の繁殖、活動に有利な棲家を提供するという効果を有している。
【００１６】
有機物を用いる場合の炭素繊維と上記の有機物と微生物含有物質の混合比は、乾物重量比で１：０．０１〜０．５：０．０１〜０．５が好ましい。
有機物の混合割合が０．０１未満では栄養不足になり、０．５を超えると、有機物の過度の分解により目づまりを引き起こし、圧密化の原因になる。より好ましくは０．０３〜０．２である。
【００１７】
次に、以上説明した各材料から本発明が必須とする脱臭材料を製造する方法について説明する。
まず、炭素繊維の短繊維をロータリーキルン等を用いて造粒する。その造粒物又はこれと短繊維の混合物に所定量の微生物含有物質、例えば鶏糞を混合する。もみ殻、ハイオガ等の有機物を用いる時は更にこの混合物に所定量の該有機物を１種又は２種以上混合する。次いで、その混合物を水分含有率４０〜６０重量％になるように調整した後、耐蝕性の耐熱容器に入れ、一定の時間をかけて該混合物中の微生物を培養する。
【００１８】
培養期間は環境条件にもよるが、通常は７〜１０日間、１日１回以上攪拌を行いながら行う。なお、培養されたか否かは温度上昇によって判断する。
この培養された混合物が本発明の脱臭材料であり、脱臭槽に充填し水分調整した後、使用される。
【００１９】
次に、本発明の悪臭ガスの脱臭装置を図１に基づいて説明する。
図１は悪臭ガスをファンによって前記の脱臭材料が充填されている層の下から送り込み、該脱臭材料と接触させ、無臭化させた後、上部から放出する本発明の脱臭装置の一例を示す概略説明図である。
図中の１は脱臭槽であり、２は脱臭材料充填層である。３は散水装置であり、４は水分検出器、５は温度検出器、６はｐＨ検出器である。この４、５及び６によって２中の微生物の最適環境を自動的にコントロールできる。
【００２０】
すなわち、微生物の最適環境は、本発明においては水分４０〜８０ｗｔ％、温度１０〜５０℃、ｐＨ６〜９であることが研究の結果、確認されているので、この範囲内になるように上記４、５、６の検出器を用いて自動的にコントロールしているのである。具体的にはこの最適範囲外、例えば水分が４０％未満になると水分検出器４から信号が出てポンプ７が作動して散水装置３より散水を行い、温度が１０℃未満になると、温度検出器５から信号が出て加温装置８が作動して加温した悪臭ガスが２内に送入される。
【００２１】
またｐＨ値が６未満もしくは９を超えると、ｐＨ検検出器６からの信号によって、消石灰や緩衝溶液を散水装置３によって適量散布して２内のｐＨを調整する。なお、図１の９は流量計である。
本発明における微生物の脱臭材料中の最適水分率は上記の通り４０〜８０ｗｔ％である。水分が４０ｗｔ％未満になると微生物の活動が低下し、８０ｗｔ％を超えると通気抵抗が高くなり過ぎ、好ましくない。
【００２２】
この水分量における通気抵抗と見掛けの風速との関係を図２に示す。
すなわち、図２は直径３５ｃｍの筒体の脱臭装置の充填層に本発明の脱臭材料を堆積高１ｍにして充填した時の水分量と通気抵抗と見掛けの風速との関係を示した図である。図中Ａは水分８０ｗｔ％、Ｂは水分４０ｗｔ％、Ｃはロックウール脱臭材料の水分６５ｗｔ％の通気抵抗値である。図２からわかるように、本発明の脱臭材料は、Ｃのロックウール脱臭材料の通気抵抗値である約１００ｍＡｑ（脱臭堆積高１ｍ、水分６５ｗｔ％時の測定値）に比べて低い範囲の水分量で通気抵抗が約１／２になり、悪臭ガスを容易に通し、且つ目づまりがなく、微生物による生分解時の生成物の洗浄が容易になる。
【００２３】
図３は、図２と同じ脱臭装置の充填層で測定した脱臭充填層の水分率の経時変化を示す。
図３に示す通り、本発明では散水直後の水分量は約８０ｗｔ％であり、１時間以内に約７０％に達し、以後１日間約６０％の水分を保持される。このように、本発明の脱臭材料は高水分量を保持できる優れた吸水性を有し、以後長時間に亘り微生物の最適環境の水分量を維持することができるという効果を有している。そして、本発明の脱臭材料を充填槽に充填し、そこに悪臭ガスを通過させると、悪臭ガスは微生物の栄養源となり生分解され、無臭化されて大気に放出することができるのである。
【００２４】
本発明における脱臭のメカニズムは、上記の通り悪臭ガスが適度な水分を保持した脱臭材料の中の微生物と接触して生分解され無臭化されるという仕組みをとっている。例えば、微生物によりアンモニアは硝酸イオン、メチルメルカプタンは硫酸イオン、アセトアルデヒド等の悪臭ガスは、最終的には炭酸ガスと水にまで生分解され、無臭化される。そして、上部からの散水により、微生物により生分解された上記の生成物は水で溶出され系外に排出される。このようにして本発明の脱臭材料は、再び悪臭ガスを生分解することのできる脱臭能力を回復し、使用されるのである。従って、本発明においては、悪臭ガスの分解量と送入量がほぼ等しくなるようにコントロールすれば脱臭効果はほぼ永続的に行うことが可能になる。
【００２５】
また、本発明で用いる炭素繊維は比表面積が大きいという特徴があり、通常は４５０ｍ²／ｋｇ程度あるので、ロックウールの通常１９０ｍ²／ｋｇ程度に比べ約２倍以上の表面積がある。なお、これらの比表面積の数値は島津マイクロメテリックスアサップ２０１０（定容法、Ｋｒ吸着、多点ＢＥＴ法）で実際に測定した数値である。このため炭素繊維の方が表面積の点からしても微生物の付着面積が約２倍以上となりその付着に有利なことがわかるが、驚くべきことは微生物の付着保持量が２倍にとどまらず３倍以上となることである。
【００２６】
そのため、本発明では悪臭ガスと脱臭材料の接触時間を従来の方法に比べ約１／２に短縮しても脱臭ができ、且つこの接触時間の短縮により、見掛けの風速も速くなり、悪臭ガスの処理能力も一段と向上したのである。
さらに、炭素繊維は引張強度や引張弾性率の高い材料であるため、圧密充填しても元の状態に復元しやすく、長期使用しても圧密化が防止できるという特徴を有している。
【００２７】
【作用】
本発明の脱臭材料は、微生物が繁殖するために必須とされる最適環境を構成する適切な水分及び栄養源（運転中は悪臭ガスが主たる栄養源となる）を保持しており、酸素（空気）が充分に供給されやすく、温度、ｐＨのコントロールも適正に調整できるため、悪臭ガスを分解する微生物の活動にとって極めて好適な環境を提供している。
【００２８】
また本発明の脱臭材料は、微生物が活動するのに最適な水分を維持できる充分な吸水性を有し、しかも長時間に亘りその最適水分を保持できる能力を有している上、広い範囲の水分量にわたって通気抵抗が低く、表面積も従来のロックウール等の脱臭材料に比べ著しく大きいので、悪臭ガスと微生物との接触が増え、そのため短時間で生分解でき、悪臭ガスの無臭化が達成される。
而して、本発明で悪臭ガスの分解に使われる微生物は、上記のような最適環境を維持さえすれば増殖が繰り返され、更に生分解能を上昇させることができるので、脱臭施設面積を従来に比べ大巾にコンパクト化することができるのである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例で具体的に説明する。
【００３０】
［参考例］
アクリル系炭素繊維を３ｍｍにカットし袋にいれる。その袋をロータリーキルン中に入れ５時間回転させて造粒した。得られた造粒物２１ｋｇに、鶏糞を２．１ｋｇ（乾物重量）混合した後、水を加えて水分含率６０重量％に調整し、断熱、耐蝕性容器に入れた。容器内の上記混合物は、１日１回攪拌し、空気と充分に接触させながら１０日間培養し、脱臭材料を製造した。この脱臭材料を図１の脱臭装置の脱臭槽１（断面積０.０９６ｍ²、高さ１.５ｍ）に高さ１ｍになるまで入れ、水分含有率６０重量％になるよう水を加えて調整し、脱臭材料充填層２とした。
【００３１】
アンモニア１８０ｐｐｍを含む悪臭ガスを、ファン１０により毎分０．０８ｍ³の送入量で脱臭層１の下部より送入し、上記脱臭材料充填層２内を通過せしめた。該充填層２を通過する悪臭ガスの見掛けの風速は２０ｍｍ／秒であり、脱臭材料との接触時間は５０秒であり、この時の空気抵抗は５０ｍｍＡｑであった。そして、脱臭層上部からは１日に２回約０．４リットル／回の水を散水させた。悪臭ガス中のアンモニア濃度を北川式ガス検知管で測定したところ、上記脱臭操作の１日目は１日中０ｐｐｍであり、続いて２日〜７日間同様に脱臭操作を続けた全ての日においてアンモニア濃度は０ｐｐｍを示し、完全に悪臭ガスは脱臭されていることが確認された。
【００３２】
［実施例］
実験動物施設内から排出される糞尿を堆肥化処理する機械（ヂー・エヌ・エス・テクノセールス社製のＮＳ式処理機）に入れ、堆肥化処理を行っている時に発生する悪臭ガス（表１に示す通りアンモニア１８０ｐｐｍ、メチルメルカプタン０．０６８ｐｐｍ、アセトアルデヒド０．２５ｐｐｍが含まれている）を本発明の図１に示す脱臭装置に送入して脱臭した。即ち、参考例と同様に図１の脱臭装置の脱臭槽１（断面積０.０９６ｍ²、高さ１.５ｍ）内に下記の本発明の脱臭材料を充填した脱臭材料充填層２中にファン１０によって悪臭ガスを送入した。
【００３３】
なお、前記の通り図中４、５、６は水分、温度、ｐＨの各検出器であり、７はポンプ、８は加温装置、９は流量計、３は散水装置である。充填層２内の脱臭材料は、参考例と同じＰＡＮ系炭素繊維造粒物１４ｋｇ、ＰＡＮ系炭素繊維で長さが３〜１０ｍｍの短繊維６ｋｇ、鶏糞（乾物重量）２ｋｇ、ハイオガ（乾物重量）２ｋｇ、もみ殻（乾物重量）１ｋｇを混合し、水分５５％に調整した混合物を１０日間、１日１回攪拌しながら培養し、脱臭材料を得た。この脱臭材料を上記脱臭槽１に堆積高１ｍに充填した。
【特記事項】本手続補正書は意見書の提出に代わるものであり、審査官殿の示唆に従い、本願発明をより明確にするために「発明の詳細な説明」の記載を変更する補正を行った。
この補正により、指摘された拒絶理由はすべて解消したものと思料する。
【００３４】
上記装置で脱臭を行った条件は下記の通りである。
悪臭ガス送入量０．０８ｍ³／分
脱臭材料内を通過する悪臭ガスの見掛けの風速２０ｍｍ／秒
悪臭ガス接触時間５０秒
通気抵抗５０ｍｍＡｑ
散水２回／日約０．４リットル／回
【００３５】
上記条件で脱臭した結果を表１に示す。なお、脱臭操作の各経過日数における悪臭物質の濃度（ｐｐｍ）は北川式ガス検知管を用いて測定した。
表１の結果にみるとおり、メチルメルカプタン、アセトアルデヒドは勿論、一番濃度が高いアンモニアも検出されず、脱臭効果は極めて良好であった。また、３５日を過ぎても充填層の目づまり、圧密化は一切起っていなかった。
【００３６】
【表１】

【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明には、炭素繊維の造粒物及び又は繊維と微生物含有物質と必要により有機物とから調製された脱臭材料を使用することによって、通気抵抗がロックウール脱臭装置の１／２と低くなり、微生物による分解生成物が洗浄されやすく、目づまりの心配もなくなるという効果がある。そして、本発明においては比表面積が大きく、微生物に対し特有の固着作用が認められている炭素繊維を使用しているので、微生物の固着保持量がロックウール等に比べ多くなり、悪臭ガスの接触面積も大きくなるので、悪臭ガスと脱臭材料の接触時間を１／２と短縮でき、且つ見掛けの風速が速くなり、悪臭ガスの処理能力も向上するため、装置のコンパクト化ができたという効果がある。そのうえ、本発明で用いる脱臭材料は長期継続使用しても圧密化が起らないため、本発明には、送風量の低下がなく、維持管理が簡単になるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脱臭装置の概略説明図である。
【図２】本発明で用いる脱臭材料を充填した時の水分量と見掛けの風速と通気抵抗の関係を示す図である。
【図３】本発明で用いる脱臭材料の水分率の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
１脱臭槽
２脱臭材料充填層
３散水装置
４水分検出器
５温度検出器
６ｐＨ検出器
７ポンプ
８加温装置
９流量計
１０ファン

Claims

炭素繊維の造粒物及び繊維と、微生物含有物質とを必須成分とし、且つその水分含有率を４０〜８０％に調整された脱臭材料を用い、
前記脱臭材料に処理される悪臭ガスを接触させて脱臭する悪臭ガスの脱臭方法であって、
前記炭素繊維の造粒物と繊維との混合割合は、乾物重量比で０ . ７：０ . ３〜０ . ３：０ . ７とし、
前記炭素繊維と微生物含有物質との混合割合は、乾物重量比で炭素繊維１に対し０ . ０１〜０ . ５とする、ことを特徴とする脱臭方法。
請求項１記載の脱臭方法において、
前記脱臭材料が、もみ殻、ハイオガ、おがくず、いねワラから選ばれた１種又は２種以上の有機物を含有していることを特徴とする脱臭方法。
請求項１または２記載の脱臭方法において、
前記微生物含有物質が、家畜の糞尿、活性汚泥、又は下水もしくは糞尿の処理施設から出る微生物を含有した物質であることを特徴とする脱臭方法。
槽内の充填層に脱臭材料を配設し、この脱臭材料に処理される悪臭ガスを接触させて脱臭するための悪臭ガスの脱臭装置であって、
前記脱臭材料は、
炭素繊維の造粒物及び繊維と、微生物含有物質との混合物からなるか、
または、炭素繊維の造粒物及び繊維と、微生物含有物質と、有機物との混合物からなり、
前記脱臭装置は、
前記脱臭材料の水分含有率の調整手段、温度・水分及びｐＨの検出器、槽内の上部に散水装置、下部に悪臭ガス挿入口が設けられ、
前記炭素繊維の造粒物と繊維との混合割合は、乾物重量比で０ . ７：０ . ３〜０ . ３：０ . ７とし、
前記炭素繊維と微生物含有物質との混合割合は、乾物重量比で炭素繊維１に対し０ . ０１〜０ . ５とする、ことを特徴とすることを特徴とする悪臭ガスの脱臭装置。