JP3935431B2 - 悪臭及び揮発性有機化合物の生物学的除去装置用モジュール、悪臭及び揮発性有機化合物の生物学的除去装置、並びにそれを用いた悪臭及び揮発性有機化合物の生物学的除去方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は各種産業施設から大気中に排出される悪臭及び揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ；ＶＯＣ）の大気汚染物質を微生物の分解作用を用いて除去する装置であって、汚染物質の分解過程で微生物の過剰生長による詰りを防止することができる攪拌装置と、固形栄養剤注入装置を有するバイオフィルター装置、及びそれを用いた汚染ガスの除去方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
各種産業施設や環境基礎施設から悪臭及びＶＯＣで汚染した廃ガスが大量に大気中に排出されて大気汚染を誘発している。ＶＯＣの主要成分は有機酸、アルデヒド類、ケトン類、芳香族化合物などであり、代表的な悪臭物質としては硫化水素、メチルメルカプタンのような硫化系悪臭物質と、アンモニアやアミン類のような窒素系悪臭物質がある。しかし、廃ガスの性状は事業場など廃ガス排出源の特性によって非常に多様である。
【０００３】
今まで、空気中に含まれているＶＯＣ及び悪臭を除去するための努力として多様な種類の物理的・化学的・生物学的方法が用いられ、冷却凝縮法、触媒式燃焼法、物理的吸着法及び洗浄法などがそれである。しかし、このような方法のうち、物理・化学的方法は汚染ガスの除去効率は高いが施設費、材料費、薬品費などの操業費が多く必要で、低濃度の廃ガスを排出許容基準まで低減させるのに非経済的であり、２次汚染物質（ＳＯｘ、ＣＯ、ＮＯｘ）が発生するという短所があった。これによって環境親和的で高効率低費用の清浄技術を開発しようとする努力が進められ、その結果として微生物を用いてＶＯＣと悪臭物質を二酸化炭素、無臭あるいは臭気の少ない物質に転換させる方法である生物濾過法（Ｂｉｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）が台頭した。
【０００４】
他の悪臭及びＶＯＣ低減方法と比較して生物濾過法は、低い投資額と操業費用、低いエネルギー消費率、低い化学物質及び燃料使用量、安い維持管理費と共に２次汚染物質の発生がほとんどない清浄技術である。しかし、従来のバイオフィルターを利用した悪臭及びＶＯＣの除去装置は、（ｉ）バイオフィルターの操業時間が増加することによって微生物が増殖し、担体と担体との間の空間が微生物膜で塞がれる現象が発生し、これによって、（ｉｉ）バイオフィルターの操業初期には除去性能が優れるが、微生物の過大増殖によって担体気孔が塞がれるため空気の偏流現象が発生し、これによってバイオフィルター性能が急激に低下し、高い圧力損失によって動力消費が増加し、（ｉｉｉ）形成された微生物膜を脱離させるための周期的な担体の攪拌／洗浄及び交換作業が必要で、（ｉｖ）汚染ガス処理のために３０秒乃至３分の長い滞留時間を要し、装置規模が大きく広い設置敷地を必要とするなど多くの問題点を有しており、効率的で安定した悪臭及びＶＯＣを処理できないのが実情である。特に、前記従来のバイオフィルターを使用することによって発生する問題点は、有機化合物の濃度が高い廃ガス処理時により一層深刻に台頭している。
【０００５】
さらに、従来の技術によるバイオフィルターを利用した汚染ガス除去方法の他の問題点の一つは微生物生育に必要な栄養分の供給である。従来のバイオフィルターを使用する時、栄養分は液状状態で供給されるため、冬期凍結防止と栄養分の析出防止のための温度調節、沈殿防止のための攪拌装置の必要性、長期放置時の汚染菌による培地汚染の問題などが発生した。
【０００６】
したがって、長期間操業時にも上記の問題点が発生しない汚染ガス除去方法を確立しなければならない必要性が台頭している。
【０００７】
（発明の開示）
本発明者らは前記従来の技術の問題点を改善して、長期間操業時にも高い除去効率と操業安定性を有して廃ガス中に含まれている悪臭とＶＯＣを除去することができる技術を確立しようと鋭意研究努力した結果、微生物の生長による詰り現象とこれによる除去効率低下を防止するために、担体表面に形成された悪臭及び揮発性有機化合物を分解することができる微生物層が担体攪拌と散水によって除去される原理が用いられた。さらに、大韓民国公開特許第２０００−１２７４０号はまた、発泡高分子物質（ポリウレタン、ポリエチレン、ポリスチレンなど）が悪臭及びＶＯＣを分解する微生物を多量に固定化し湿度を高く維持することができることを開示している。本発明者らは、発泡高分子物質のような固定化担体で充填されたバイオフィルターモジュールと、該固定化担体を混合する撹拌装置とから構成される、新規なバイオフィルター装置を考案し、該バイオフィルターの詰り現象を根本的に阻止し、操業安定性を与え、悪臭物質及びＶＯＣを効率的に除去することができることを確認して、本発明を完成した。
【０００８】
結局、本発明の第１の目的は、微生物の生長による悪臭及び揮発性有機化合物除去装置の詰り現象を微生物固定化担体の攪拌と散水過程を通じて担体表面の微生物膜を効果的に除去する方法を用いて、汚染ガス中に含まれている悪臭及び揮発性有機化合物を効率的に除去することができる攪拌装置と固形栄養剤注入装置を有するバイオフィルター装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の第２の目的は、電気バイオフィルター装置を用いた悪臭及びＶＯＣの除去方法を提供することにある。
【００１０】
前記目的を達成するために本発明は、汚染ガス注入口及び処理ガスの排気口が設置されたハウジングと、前記ハウジングの内部下面に設置された微生物固定化担体支持棚と、前記支持棚の上に積載された微生物担体が充填されたバイオフィルター層（または担体層）と、バイオフィルター層の上面と前記ハウジングの内部の上面との間の空間に設置されて担体層の上部に水分と栄養分を噴射するスプレー管と、バイオフィルター層での微生物の生長による圧力損失の増加と詰まり減少を解決することができる攪拌軸と攪拌器とから構成された担体の攪拌装置を含むバイオフィルターモジュールと、前記バイオフィルター層のスプレー管と散水装置に供給される水と栄養分を供給する貯蔵槽と、攪拌装置を駆動するための攪拌モータとを含むものであって、汚染ガス注入口に注入された空気は前記バイオフィルター層を通じてのみ処理ガス排気口に排出され、バイオフィルター層の担体を攪拌することができる攪拌装置及び固形栄養剤注入装置を有することを特徴とする悪臭及びＶＯＣ除去装置（以下、“バイオフィルター装置”という）を提供する。
【００１１】
上記の第２の目的を達成するために本発明は、（ｉ）悪臭及びＶＯＣ物質を分解することができる微生物を前記バイオフィルター層及び前記貯蔵槽に接種し培養して分解微生物を担体に固定化させ微生物を増殖させる工程、（ｉｉ）汚染ガス排出源から捕集した汚染ガスをバイオフィルター装置の汚染ガス注入口を経てバイオフィルター層を通過させることによって担体に固定された微生物によって汚染物質を分解させる工程、（ｉｉｉ）前記バイオフィルターモジュールに固定された微生物に栄養分及び水分を供給するために貯蔵槽の培養液を間歇的に担体層に散布する工程、（ｉｖ）培養液を定期的に新しい栄養培地に交換する工程、及び（ｖ）悪臭及びＶＯＣを除去するバイオフィルター層で微生物生長によって担体層が塞がれる時（圧力損失が増加し、悪臭及びＶＯＣ物質除去効率が減少する時）に担体の攪拌装置を作動させて固定化担体に付着された微生物膜を除去し貯蔵槽の培養液を散水して脱離された生物膜を洗浄する工程を含む悪臭及びＶＯＣ物質除去方法を提供する。
【００１２】
本願発明のバイオフィルター装置には固形形態の栄養剤を用いることができるが、用いられる固形形態の栄養剤は次のように製造することができる。（ｉ）微生物の生育に必要な栄養素（Ｎ、Ｐ、Ｓ、及びＭｇなど）を適正な割合で混合する工程、（ｉｉ）澱粉または米粉などに適正量の水を添加した後、攪拌してスラリーを収得する工程、（ｉｉｉ）混合栄養素を前記スラリーに添加し、攪拌して混合物を製造する工程、及び（ｉｖ）多様な模様の枠組（円形、四角形）に混合物を加えて乾燥させる工程を含む固形栄養剤の製造方法を提供する。他の方法としては、（ｉ）微生物の生育に必要な栄養素（Ｎ、Ｐ、Ｓ、及びＭｇなど）を適正な割合で混合して用意する工程、（ｉｉ）糖類（葡萄糖、シュクロースなど）または添加する栄養素のうちの融点が最も低い物質に少量の水を添加し、加熱して溶融液を用意する工程、（ｉｉｉ）溶融液に混合栄養素を添加し、攪拌してスラリー液を製造する工程、及び（ｉｖ）スラリー液を多様な模様の枠組（円形、四角形）に注入して固体化させる工程。この時、微生物の生育に必要な栄養素はＦｅＳＯ_４、Ｋ_２ＨＰＯ_４、ＭｇＳＯ_４、ＮａＨ_２ＰＯ_４及び（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４が各々全体重量の１乃至４％、２乃至５％、５乃至１０％、７乃至１１％及び７０乃至８５％含まれているものを用いるのが好ましい。前記製造方法による固形栄養剤は多様な栄養剤の性状や形態などに製造が可能である。
【００１３】本発明で固形栄養剤を使用する場合、固形栄養剤をバイオフィルター装置に投入することができる固形栄養剤貯蔵筒、ギヤモータ、固定棒スクリューなどを含む駆動器及び投入口弁膜などで構成される固形栄養剤注入装置を追加で適用することができる。
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の攪拌装置及び固形栄養剤注入装置を有するバイオフィルター装置及びそれを用いた悪臭及びＶＯＣ物質の除去方法をより具体的に説明する。
【００１５】
（発明を実施するための最良の形態）
図１は本発明による攪拌装置を有するバイオフィルター装置の部分破断図であり、図２は本発明による担体攪拌装置の側面図であり、図３は固形栄養剤注入装置の断面図であり、図４は本発明によるバイオフィルター装置の一例の概略構成図である。
【００１６】
本発明において、悪臭及びＶＯＣ物質の除去装置である攪拌装置を有するバイオフィルター装置は、汚染ガスの流入口２と処理ガス排気口３、担体の支持棚４、マンホール１１、バイオフィルターモジュール１を連結することができるフランジ５、バイオフィルター担体層６、担体攪拌器７、栄養分及び水分供給用スプレー管８で構成されたバイオフィルターモジュール１と、攪拌装置の攪拌モータ９、栄養分及び培養液貯蔵槽１０、及びスクリーン１２で構成されている。
【００１７】
本発明の前記バイオフィルターモジュール１と貯蔵槽１０は四角形や円筒形などの多様な形態で利用することができ、耐酸性の多様なプラスチック（ＦＲＰ、ＰＶＣ、ポリエチレン）、ステンレススチール材質、及びエポキシまたはカーボンなどで塗布された金属材質で製造することができる。バイオフィルターモジュール１の大きさ（長さと幅または半径と高さ）は汚染ガスの処理容量によって自由に調節できる。バイオフィルター装置は、悪臭とＶＯＣ物質を含有している汚染ガスの処理容量によってバイオフィルターモジュール１の段数を調節して用いることができ、バイオフィルターモジュールの数は２〜１０段まで設置して用いることができ、汚染ガスは各バイオフィルターモジュール１に注入される。
【００１８】
本発明の前記バイオフィルターモジュール１内の支持棚４は固定化担体を支持する役割を果たし、場合によっては、汚染した空気は支持棚の下を通じて担体層に移動したりまたは担体層上部を通じて担体層に移動することもでき、担体層の上部から散布された栄養培地を排出する役割を果たす。支持棚４上のバイオフィルター担体層６は固定化担体が一定の高さ（排気口の高さより低い）に充填されている。前記担体は高分子物質で製造された網状構造の固定化担体（ポリスチレン、ポリエチレンなど）または発泡性高分子物質（ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエチレンなど）で製造された１乃至１０ｃｍ大きさの固定化担体を用いることができ、孔隙率は６０乃至９５％、孔隙大きさは０．５乃至５ｍｍまで使用できる。これら固定化担体は高い保湿率と微生物固定化能が優れている特徴を有しており、特に軽いため前記攪拌装置を通じてバイオフィルター担体層６に充填された担体を容易に掻き混ぜることができる。
【００１９】
また、本発明は悪臭及びＶＯＣを含む汚染ガスから攪拌装置を有するバイオフィルター、または攪拌装置と固形栄養剤注入器を有するバイオフィルターを用いた悪臭及びＶＯＣ物質の除去方法を提供し、これは悪臭及びＶＯＣを分解することのできる微生物をバイオフィルターモジュール１と貯蔵槽１０に接種した後、バイオフィルター担体層に散水して分解微生物を担体に固定化させ、汚染ガス排出源から捕集した汚染ガスをバイオフィルター装置の汚染ガス注入口に注入してバイオフィルター担体層を通過させることによって担体に固定化された微生物によって汚染物質を水、微生物、二酸化炭素などの無害・無臭な物質に分解して除去する。
【００２０】
バイオフィルター装置での固定化微生物による悪臭及びＶＯＣの分解機作は次の通りである。
悪臭物質（硫化水素、アンモニア、メルカプタン、アミン類）＋微生物
→ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ＋微生物＋無機塩類（硫酸塩、硝酸塩） （１）
揮発性有機物質＋微生物→ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ＋微生物 （２）
【００２１】
バイオフィルターモジュールの微生物に栄養分と水分を供給するために、貯蔵槽の培養液を間歇的に各モジュールに充填された担体に散布し培養液を定期的に新しい栄養培地に交換する。貯蔵槽１０のスクリーン１２は異物が循環ポンプ３２に流入しないように除去する機能を提供する。長期間の操業過程において悪臭及びＶＯＣ物質を除去するバイオフィルター層で微生物の生長によって担体層が塞がり圧力損失が３０乃至５０ｍｍＨ_２Ｏに増加する場合、担体の攪拌装置を作動させて担体と担体との間に形成された生物膜を除去し、散水装置を作動させて攪拌過程で担体表面から脱離した生物膜が貯蔵槽１０に流入するようにして除去することによって、微生物の生長による圧力損失増加の防止と悪臭及びＶＯＣ除去効率の減少を抑制させるだけでなく、長期間の操業過程でも固定化担体の細胞重量を一定に維持することができて悪臭及びＶＯＣ物質の除去効率を維持することができる方法及び装置を提供する。
【００２２】
上述のバイオフィルター装置は、図４に示した概略図に示さるように、悪臭及びＶＯＣを含有する汚染ガスを捕集する送風器２８、空気加熱器（図示せず）、微生物の生長に必要な無機栄養塩類を供給するための栄養剤供給装置２７、培養液のｐＨ調節のための酸２９とアルカリ貯蔵槽３０、酸・アルカリ供給のための化学ポンプ３１、バイオフィルター担体層６に微生物培養液を移動させるための循環ポンプ３２、及び制御システム３３などを追加することができる。この時、本発明において循環ポンプ３２は耐酸性の化学ポンプを用いるのが好ましい。
【００２３】
本発明のバイオフィルター装置はバイオフィルター層に充填される微生物固定化担体を攪拌させることができる独特の機能を提供する。バイオフィルター反応槽に用いられる、円筒形状の担体攪拌装置は攪拌モータ９、攪拌軸、及び攪拌器７により構成されている。攪拌器７は上部支持台１３及び下部支持台１５に攪拌棒１４が垂直に攪拌軸を中心として左右対称または非対称に装着されていて、攪拌器が攪拌モータ９によって回転しながら担体を掻き混ぜる機能を果たす。さらに、攪拌性能を向上させるために攪拌棒１４の位置は攪拌軸を中心として左右非対称になるように設置するのが好ましく、下部支持台１５は約１５乃至３０度の傾斜を有するように製造して攪拌棒１４の支持台としての役割だけでなく、攪拌器が回転しながらバイオフィルター層の下部（支持棚の真上）にある固定化担体を上に少し引き上げて混合する機能を果たす。下部支持台１５は場合によっては用いられないことがある。本発明において攪拌装置は本発明をより具体的に説明するための一例に過ぎず、本発明の技術的思想や発明の範囲が影響を受けるのではなく、バイオフィルター装置の形態と大きさによって多様な形態の攪拌方式及び装置を用いることができ担体を攪拌することを特徴とする。
【００２４】
本発明の固形栄養剤注入装置は外部ケース１５、絞り装置１６、ギヤモータ１７、固定棒スクリュー１８、押し棒スクリュー１９、固形栄養剤貯蔵筒２０、貯蔵筒蓋２１、固形栄養剤２２、栄養剤受け台２３、投入口弁膜２４、及び投入弁膜支持スプリング２５などで構成されている。固形栄養剤注入装置の作動原理は、ギヤモータ１７によって回転力が発生すると、絞り装置１６によって連結された雄ねじである固定棒スクリュー１８が本来の姿で回転しながら雌ねじである押し棒スクリュー１９を前進させ、この時、押し棒スクリュー１９は栄養剤受け台２３の下部にある栄養剤一つを押し出して投入口弁膜２４に落ちる栄養剤の荷重によって投入弁膜支持スプリング２５が伸びて投入口弁膜２４が開きバイオフィルター装置に注入されるようにし、押し出した押し棒スクリュー１９は一定の距離を移動した後、逆回転するギヤモータ１７によって再び後進して元の状態に戻る。また、固形栄養剤を安全に供給するために落ちる部分に傾斜を有するスロープ形態の構造で製造し、固形栄養剤がバイオフィルター装置に流入するように考案した。本発明においてギヤモータ１７を含む駆動部はその機能上ピストン式駆動装置などの多様な装置に代替することができる。固形栄養剤注入装置は多様な種類の制御装置を用いて一定の時間間隔で作動時間及び駆動回数などを調節し栄養剤の投入量を自動または手動で調節することができる。
【００２５】
上述のバイオフィルター装置を用いて汚染ガスに含まれている悪臭及びＶＯＣの除去を遂行することができる。具体的に、本発明の装置を用いて汚染ガスに含まれている悪臭及びＶＯＣを除去する方法は、悪臭及びＶＯＣを分解することができる微生物をバイオフィルター層６と培養液貯蔵槽１０に接種した後、培養して分解微生物を担体に固定化させ微生物を増殖させる工程、汚染ガス排出源から捕集した汚染ガスをバイオフィルター装置の汚染ガス注入口を経てバイオフィルター担体層６を通過させることによって担体に固定化された微生物によって汚染物質を分解させる工程、前記バイオフィルターモジュールに固定された微生物に栄養分と水分を供給するために貯蔵槽の培養液を間歇的に各モジュールに充填された担体層６に散布する工程、培養液を定期的に一定量除去し、新しい栄養培地と水を供給する工程、及び悪臭及びＶＯＣを除去するバイオフィルター担体層６で微生物生長によって担体層が塞がれる時（圧力損失が増加し、悪臭及びＶＯＣの除去効率が減少する時）、担体の攪拌装置７、９を作動させて固定化担体と担体との間に形成された微生物膜を除去し貯蔵槽の培養液を散水して脱離された微生物膜を洗浄する工程を含む。
【００２６】
分解微生物の担体に対する固定化は種菌を培養液貯蔵槽１０に接種した後、培養液を固定化担体６に散水することによって、微生物が付着されるようにして固定化させる。前記バイオフィルター装置及びそれを用いた汚染ガスの除去方法において悪臭及びＶＯＣを分解することができる微生物は悪臭及びＶＯＣ物質の性状によってチオバシラス属、シュードモナス属、バシラス属など多様な種類の微生物混合菌を用いることができる。
【００２７】
分解微生物の固定化が完了した後には汚染ガスの排出源から捕集した汚染ガスを微生物固定化担体層６に通過させることによって微生物の分解作用で水、二酸化炭素、微生物及び無機塩類に分解され、バイオフィルターモジュール１を通過した処理ガスは大気中に排出される。バイオフィルター装置で捕集した汚染ガスの注入はバイオフィルター担体層６の上から下へ流れる下向き式と支持台４からバイオフィルター層を通過する上向き式操業の両方法が全て可能である。
【００２８】
バイオフィルター担体層６で微生物の汚染物質分解活性を高く維持するために、汚染ガスは１５乃至３５℃の範囲の空気で注入されるようにするのが好ましいので、気温が低い冬期には空気加熱器（図示せず）を用いて汚染ガスの温度を調節するのが好ましい。また、汚染物質の分解効能を維持するためには担体の湿度を９５乃至１００％に一定に調節するのが好ましい。このために、循環ポンプ３２を作用させてバイオフィルター担体層６の上部に設置されたスプレー管８を通じて１日３乃至４回程度循環水をバイオフィルター担体層６に散布することができる。この時、循環水は微生物の生長と分解活性を維持させるために、Ｋ、Ｐ、Ｎ、Ｓ、Ｍｇ及びＦｅを含有した無機塩培地または本発明の固形栄養剤を循環水に間歇的に供給するのが好ましい。また、循環水の蒸発損失を補充するために補充水を供給し、周期的に循環水の一部を排出させることによって微生物の活性を高く維持させることができる。
【００２９】
上述の本発明の微生物を利用した悪臭及びＶＯＣ物質含有汚染ガスの浄化装置を用いた除去方法によると、バイオフィルターモジュール１に注入される汚染物質の滞留時間が３乃至１０秒である時、トルエン、ベンゼン、キシレンなど悪臭物質の除去率が高く、１００乃至１５０日程度の長期間操業過程でも安定した除去効率を提供する。
【００３０】
また、本発明によって提供されるバイオフィルターは、担体の攪拌装置を提供することによって悪臭及びＶＯＣ物質の除去過程中、微生物の増殖によって引き起こされる固定化担体の詰り現象とそれによる偏流現象、圧力損失の増加または汚染物質分解性能の低下、微生物担体の短い交換及び洗浄周期による維持管理の難しさなどの問題点無しに、安定した長期間操業が可能になる。具体的には、本発明によって提供されるバイオフィルター反応槽は長期間の操業過程でも、３乃至１０秒の短い滞留時間で圧力損失を３０乃至５０ｍｍＨ_２Ｏ以下に維持することができ、常に９０乃至９９％の汚染物質除去性能を提供することができる。
【００３１】
（発明を実施するための最良の形態）
以下、本発明を実施例を通じて詳細に説明する。これら実施例は本発明をより具体的に説明するためのものに過ぎず、これら実施例によって本発明の技術的思想や発明の範囲が影響を受けるものではない。
【００３２】
実施例１：攪拌装置を有するバイオフィルター装置を用いた汚染ガスの脱臭能
発泡ポリウレタンで製作した担体（２ｃｍ×２ｃｍ、孔隙の大きさ１乃至３ｍｍ、孔隙率９０％）を図１に示したように、バイオフィルター装置は２機のバイオフィルターモジュール（高さ１．７ｍ、内径１．８ｍ、担体支持棚２、担体充填層２、各担体層高さ０．５ｍ）に固定化担体約５０ｍ^３を充填した後、チオバシラス属（Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ．）、シュードモナス属（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｓｐ．）、バシラス属（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ．）など多様な種類の混合菌培養液を培養液貯蔵槽１０に接種した。担体の攪拌装置は図１及び図２に示したように、攪拌器は直径１．６ｍ、攪拌棒の高さ０．５ｍ、間隔０．２ｍであり、バイオフィルターモジュール当り２機が設置された。攪拌装置は担体層の圧力損失が４．０ｃｍ以上である時、攪拌速度１ｒｐｍで１０分間稼動した後、循環ポンプ３２を５分間作動させて１００リットル／ｍｉｎで循環水を散水して生物膜を脱離させた。微生物の生長と分解活性を維持させるために、Ｋ、Ｐ、Ｎ、Ｓ、Ｍｇ及びＦｅを含有した循環水（培養液）を循環ポンプを用いて各バイオフィルターモジュール１の担体層６に約３時間散水することによって種菌を担体に固定化させたバイオフィルターモジュールを用意した。代表的な汚染ガス源として下水中継ポンプ場の悪臭を使用した。微生物生育に必要な栄養素の供給は固形栄養剤注入器を用いて１０日毎に固形栄養剤（直径１５ｃｍ×厚さ１．５ｃｍ；主要成分：Ｓ、Ｐ、Ｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃａなど 下記（固形栄養剤の製造例）参照）１つを投入した。ガスクロマトグラフィーを利用した質量分析機（ＧＣ／ＭＳ）を使用して分析した中継ポンプ場の悪臭ガスの主要成分はアンモニア、硫化水素、アルデヒド類及びＶＯＣ物質で構成されており、中継ポンプ場の悪臭物質はアンモニア１乃至１０ｐｐｍ、硫化水素０．２乃至２．０ｐｐｍ、アルデヒド類０．１ｐｐｍ以下であり、その他に多様な種類のＶＯＣが混合されている複合悪臭ガスであった。主要なＶＯＣ悪臭物質としてはメタン、ヘキサン、シクロペンタン、ベンゼン、スチレン、キシレンなどであった。バイオフィルターモジュールに汚染ガスの滞留時間を２乃至４秒に変化させながら脱臭効率を調査し、操業は常温で遂行した。各装置での脱臭効率は、悪臭を清潔な空気と希釈して臭いが発生しなくなるまでの希釈倍数を測定する、大気汚染工程試験法つまり空気希釈法による悪臭濃度（ＯＵ・ｍ^−３）を測定して算出した。悪臭濃度は、臭い感知最大希釈倍数で悪臭ガスを無臭空気に希釈した時に悪臭を感知することができる最大希釈倍数である。バイオフィルター装置の操業時間変化による悪臭ガスの除去効率と濃度変化を図５に示した。図５に示されているように、バイオフィルターに脱臭細菌を接種した後、フィルターシステムの稼動初期には約１０％の低い脱臭率を提供したが、稼動１日経過後から脱臭率が急激に上昇し、約５日間稼動後には９０％以上の脱臭効率を示した。脱臭細菌が固定化担体に安定して固定化され始めてから約１０日経過後、バイオフィルターの脱臭効率は約９８〜９９％と非常に高い脱臭率を提供した。操業初期には発生装置から発生する悪臭濃度が３，０００乃至５，０００ＯＵ・ｍ^−３内外に維持され、３０日経過後からは悪臭濃度が５，０００乃至６，０００ＯＵ・ｍ^−３に一定に維持された。このような高濃度悪臭ガスをバイオフィルターで処理する場合、排気口での悪臭濃度は１００ＯＵ・ｍ^−３以下に維持され、官能法によるバイオフィルター排気口での悪臭濃度は約１度以下に低く維持される優れた脱臭能を示した。バイオフィルターに悪臭が約２，５００ＯＵ／ｍｉｎまで注入されても大部分の悪臭除去能が９８％以上維持される優れた脱臭性能を示し、臨界悪臭除去能は約２，５００ＯＵ／ｍｉｎであった。１５０日操業する間に圧力損失が４０ｍｍＨ_２Ｏ／ｍ以上に２回上昇し、攪拌装置の作動と散水過程を通じて微生物膜を脱離させることによって圧力損失を４０ｍｍＨ_２Ｏ以下に維持することができ、安定した脱臭効率を提供することができることを確認した。
【００３３】
（固形栄養剤の製造例）
微生物の生育に必要な栄養素であるＮ、Ｐ、Ｓ及びＭｇなどを含むように、Ｋ_２ＨＰＯ_４−５０ｇ、ＮａＨ_２ＰＯ_４−１２０ｇ、（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４−１０００ｇ、ＭｇＳＯ_４−１００ｇ、ＦｅＳＯ_４−３０ｇを混合して混合栄養分を用意し、澱粉５００ｇに水４００ｇを添加した後、攪拌してスラリー状態を収得した。前記スラリーに混合栄養分を添加して３分間混合した後、円形金型で製作した枠組（直径１０ｃｍ、高さ１．５ｃｍ）に各々１２０ｇずつ加え、８０℃のオーブンで水分を蒸発させて固形栄養剤を製造した。
【００３４】
実施例２：攪拌装置を有するバイオフィルター装置を用いたＶＯＣ物質の分解能
代表的なＶＯＣ物質のうちの一つであるトルエンをガス混合器によって空気で希釈して気化させ、実施例１のバイオフィルターモジュール１に注入した後、バイオフィルター装置の攪拌装置を稼動する時と稼動しない時の二つの場合に対して揮発性有機化合物の分解性能を評価した。注入された汚染ガスはバイオフィルターモジュール１の分解微生物が固定化されている固定化担体層６を通過することによって、トルエンが除去されるようにした。一例として、バイオフィルターモジュール１に充填された担体層での汚染ガスの滞留時間が４秒になるように汚染ガスの注入量を調節した。循環水を担体層に６乃至８時間間隔をおいて間歇的に散水して微生物の生長に必要な水分を供給した。上述の方法によって汚染ガスのうちのトルエンを除去し、除去過程のうちの気体中のトルエンの濃度は、バイオフィルターモジュールの流入口と排気口の空気を捕集した後、分析コラムＨＰ−１と火炎イオン化検出器（ＦＩＤ）が装着されたガスクロマトグラフィー（ＨＰ５８９０ ｐｌｕｓ ＩＩ、Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ、Ｕ．Ｓ．Ａ．）で分析した。攪拌装置を稼動した時の汚染ガスの滞留時間変化によるトルエンの濃度及び除去効率とトルエン濃度変化による除去効率を図６に示した。図６に示されているように、本発明によって提供される悪臭及びＶＯＣを含有する汚染ガスの浄化装置であるバイオフィルター装置を用いて、汚染ガスの滞留時間を約４秒とした場合にも約１５０日間トルエン除去効率を９０乃至９５％得ることができた反面、攪拌装置を稼動しない場合には操業４０日頃まで９０乃至９５％の除去効率を提供したが、それ以上の操業時間では除去効率が急激に減少することを確認した。結果的に、本発明によって提供される攪拌装置を有する悪臭及び揮発性有機化合物分解用バイオフィルター装置は、操業安定性と除去効率が非常に優れていることを確認することができた。
【００３５】
実施例３：長期操業による圧力損失変化と微生物固定化量
実施例２で詳述した装置と方法を用いて、トルエンを含有するガスを浄化する過程においてバイオフィルターモジュールに充填された固定化担体層での圧力損失は、水が満たされているＵ字モノメター（ｍｏｎｏｍｅｔｏｒ）を注入口と排気口に設置して測定し、担体に固定化されている細胞の濃度を測定した。固定化担体に固定化された細胞の濃度は、バイオフィルターモジュールから固定化担体を採取した後、１００℃のオーブンで２４時間乾燥させた後、電子秤を用いて重量を測定し、乾燥された担体を０．１Ｎ ＮａＯＨ溶液に加え、１００℃で３０分間湯煎して細胞を除去した後、担体を再乾燥して重量を測定して算出した。攪拌装置を稼動しない場合には約４０日経過後、圧力損失が４．５ｃｍＨ_２Ｏ／ｍ以上に急激に増加することを確認した（図７）。反面、本発明によって提供される装置を１５０日間操業する間に担体層１ｍの高さ当り圧力損失は、攪拌装置の作動と洗浄作用によって４ｃｍＨ_２Ｏ以下に維持することができたことを確認した（図７）。また、担体に固定化されている微生物の量は単位ｇの担体当り０．５乃至３．０ｇ−乾燥細胞重量に一定に提供されるのを確認した（図８）。
【００３６】
結果的に、本発明によって提供される攪拌装置を有するバイオフィルター装置が、悪臭及びＶＯＣ物質の高い分解性能を提供するだけでなく、微生物の過大生長による詰り現象を担体層の攪拌と散水過程を通じて防止することができ、除去装置の性能安定性を提供することができる。
【００３７】
以上で詳細に説明し立証したように、本発明は汚染ガス中に含まれている悪臭及びＶＯＣ物質の分解効率を高めるために、悪臭及びＶＯＣ物質分解微生物の固定化量と保湿率の高い発泡高分子物質及び網状構造の高分子物質を微生物固定化担体として用いたバイオフィルターを使用しており、固定化担体の攪拌装置を用いて固定化担体に形成される微生物膜を除去することによって、固定化担体当り微生物量を一定に維持することができ、長期間操業過程でも微生物の過大増殖による圧力損失の増加や悪臭及び揮発性有機物質の除去効率の減少などの問題点を克服し、また、固形栄養剤の製造方法と注入装置を開発することによって、操業及び維持管理の便利を提供するので、各種産業施設や環境基礎施設から発生する悪臭と揮発性有機物質を含有した汚染ガスの処理に広く活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるバイオフィルター装置の部分破断図である。
【図２】図２は、本発明による固定化担体の攪拌装置の概略構成図である。
【図３】図３は、本発明による固形栄養剤の注入装置の断面図である。
【図４】図４は、本発明の攪拌装置と固形栄養剤注入装置を有するバイオフィルター装置の概略構成図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例における攪拌装置と固形栄養剤注入装置を有するバイオフィルター装置を用いた悪臭ガスの脱臭能を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の一実施例における攪拌装置を有するバイオフィルター装置を用いたトルエンの分解能を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の一実施例における操業日数変化によるバイオフィルターモジュールの圧力損失変化を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の一実施例における操業日数変化によるバイオフィルターモジュールの固定化微生物量変化を示したグラフである。
【符号の説明】
１ バイオフィルターモジュール
２ 汚染ガス注入口
３ 処理ガス排気口
４ 担体支持棚
５ フランジ
７ 攪拌器
８ スプレー管
９ 攪拌モータ
１０ 培養液貯蔵槽
１１ マンホール
１２ スクリーン
１３ 上部支持台
１４ 攪拌棒
１５ 下部支持台
１６ 絞り装置
１７ ギヤモータ
１８ 固定棒スクリュー
１９ 押し棒スクリュー
２０ 固形栄養剤貯蔵筒
２１ 貯蔵筒蓋
２２ 固形栄養剤
２３ 栄養剤受け台
２４ 投入口弁膜
２５ 投入弁膜支持スプリング
２７ 固形栄養剤注入装置
２８ 送風器
２９ 酸貯蔵槽
３０ アルカリ貯蔵槽
３１ 化学ポンプ
３２ 循環ポンプ
３３ 制御システム

Claims (7)

1. 汚染ガス注入口及び処理ガスの排気口が設置されたハウジングと、該ハウジングの内部に積載された悪臭及び揮発性有機化合物を分解することができる微生物担体層と、該微生物担体層の上面と該ハウジング内部の上面との間の空間に設置されて担体層の上部に循環水（培養液）を噴射するスプレー管とを含む悪臭及び揮発性有機化合物の生物学的除去装置用モジュールにおいて、
   該担体層の微生物固定化担体を攪拌して担体表面に形成された微生物膜を除去することができる攪拌装置が追加的に設置されているものであって、
   該攪拌装置の作動によって担体に過度に付着された微生物膜が脱離され、脱離された微生物膜は該スプレー管を通じて噴射された循環水によって排出・除去されることにより担体層の生物量が調節されることを特徴とする悪臭及び揮発性有機化合物の生物学的除去装置用モジュール。
2. 前記微生物担体層の担体はポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタンからなる群より選択された一つまたは二つ以上のもので製造された網状構造または発泡性構造であることを特徴とする請求項１に記載の悪臭及び揮発性有機化合物の生物学的除去装置用モジュール。
3. 前記撹拌装置は円筒形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の悪臭及び揮発性有機化合物の生物学的除去装置用モジュール。
4. 前記撹拌装置は攪拌モータ、攪拌軸および攪拌器７により構成され；該攪拌器は上部支持台１３および下部支持台１５に攪拌棒１４が垂直に攪拌軸を中心として左右非対称に装着されていることを特徴とする請求項３に記載の悪臭及び揮発性有機化合物の生物学的除去装置用モジュール。
5. 悪臭及び揮発性有機化合物の生物学的除去装置において、
   請求項１〜４の何れか一項に記載のモジュールと、
   該モジュールに充填された固定化担体に水分及び栄養分を供給するための培養液（循環水）貯蔵槽とを含むものであって、
   汚染ガス注入口に注入された汚染空気は微生物担体層を通じてのみ処理ガス排気口に排出されることを特徴とする悪臭及び揮発性有機化合物の生物学的除去装置。
6. 栄養培地のｐＨを調節するｐＨ制御器と、該栄養培地に固形栄養剤を供給する固形栄養剤注入装置とをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の悪臭及び揮発性有機化合物の生物学的除去装置。
7. 請求項５または６に記載の悪臭及び揮発性有機化合物の生物学的除去装置を用いた悪臭及び揮発性有機化合物の生物学的除去方法において、
   （ｉ）悪臭及び揮発性有機化合物を分解することができる微生物を微生物担体層と培養液貯蔵槽に接種し培養して分解微生物を担体に固定化させ、微生物を増殖させる工程と、
   （ｉｉ）汚染ガス排出源から捕集した汚染ガスを汚染ガス注入口に注入して該微生物担体層を通過させることにより担体に固定された微生物を利用して汚染物質を分解する工程と、
   （ｉｉｉ）担体に固定された微生物に栄養分及び水分を供給するために培地貯蔵槽の循環水を間歇的に該担体層に散布する工程と、
   （ｉｖ）循環水を定期的に新しい栄養培地に交換する工程と、
   （ｖ）該担体層の担体に微生物が過度に生長する時、攪拌装置を作動させて担体に過度に付着された微生物膜を脱離し、スプレー管を通じて噴射された循環水によって脱離された微生物膜を排出・除去して該担体層の生物量を調節する工程とを含む悪臭及び揮発性有機化合物の生物学的除去方法。

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