JP3942331B2

JP3942331B2 - 排ガスの処理方法と装置

Info

Publication number: JP3942331B2
Application number: JP2000003203A
Authority: JP
Inventors: 茂樹山下; 政美北川
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2000-01-12
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: JP2001190929A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガスの処理に係り、特に、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）又はアンモニア等の悪臭物質を含む排ガスを微生物担体充填層（以下「充填層」と記す。）を通して処理する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学工場などで発生するＶＯＣを含む排ガス、及びし尿処理場、汚泥コンポスト化施設等で発生ずるアンモニアを含む排ガスを生物学的に処理することは、従来から知られた方法である。この方法において、装置の運転管理上最も重大で、しかも発生可能性の高いトラブルは、充填層の閉塞である。これは、排ガス流入口付近のＶＯＣ成分濃度が最も高いところで起こり易い。また、分子内に窒素を含むもの（アクリロニトリル、ジメチルフォルムアミドなど）を成分とする排ガス、及びアンモニアを含む排ガスを処理すると、処理にしたがって、装置内、特に散水のために用いる循環水の中にアンモニアが蓄積する。アンモニアはｐＨを上昇させ、処理性能を低下させるだけでなく、それ自身が悪臭の原因となる。また、アンモニアは、条件によって主に硝酸に酸化されるが、これはｐＨを低下させ、やはり処理能力を低下させる。そのため、これらの窒素成分を系外に排出させる必要がある。循環水を入れ替えれば、排出できるが、多量の水を必要とし、排水処理が必要となる。
【０００３】
そこで、本発明者らは、先に、微生物担体充填層に循環散水しつつ窒素化合物を含む排ガスを通して処理するに際し、循環水を硝化して脱窒素し、循環使用する処理方法を提案している。
この方法は、充填層内の微生物濃度が比較的低レベルに保たれているときには、充填層内で有機炭素が分解されないので、排ガス由来の有機炭素が脱窒素槽に供給され、有機炭素は効率的に脱窒素反応に利用される。
ところが、一旦充填層内の微生物濃度が上昇すると、有機炭素が充填層内で酸化分解され、脱窒素槽に供給される割合が低下する。すると、脱窒素能力が低下するだけでなく、充填層内に過剰の微生物が発生し、圧力損失が増大し、最終的には充填層が閉塞する。脱窒素能力は、脱窒素槽に他の有機物（例えばメタノール）を供給することによって回復させることができるが、充填層の閉塞を防止することはできないどころか、閉塞を招く可能性を増大させる。
【０００４】
また、排ガス中の窒素化合物濃度は、一定でなく変動するのが一般的である。
特に急激な上昇が起こると、循環水中のアンモニア濃度が上昇し、ひいては遊離のアンモニアの生成を招く。これが一定のレベルを超えると、硝化菌に対してダメージを与え、装置の硝化能力が低下する。その結果、装置内のアンモニア濃度がさらに増加し、処理性能の低下、アンモニアのリーク等が起こる。硝化菌は至適ｐＨ域が狭く、遊離のアンモニアに対して感受性が高く、しかも増殖速度が低いため、一旦ダメージを受けると、回復のために長い時間を必要とする。
【０００５】
さらに、アンモニアの酸化によって硝酸が生成し、ｐＨが低下するが、脱窒素されるとｐＨは上昇する。従って、系内に流入したアンモニアが総て脱窒素されれば、循環水のｐＨは一定に保たれる。逆にいうと、脱窒素が不十分な場合、硝酸が残留するため、ｐＨが低下する。脱窒素には、窒素の量に対して一定量の有機炭素が必要であるが、排ガスの組成によっては、十分に供給されるとは限らない。また、充填層内においても、一部の有機炭素が酸化分解されるため、その分は脱窒素槽に供給されないため、脱窒素に利用されない。従って、不足した有機炭素を供給する必要がある。ただし、供給量を適正にしなければならない。過剰に供給すれば、コストが高まるばかりでなく、残留した有機炭素が充填層に供給され、充填層で微生物が増殖し、充填層の圧力損失が増大し、閉塞を引き起こす等の問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記先行技術に鑑み、充填層内での有機炭素の分解を抑制して閉塞を防止すると共に、窒素化合物の処理に際して、有機炭素が効率的に脱窒素に用いられ、しかも排ガス中に窒素化合物濃度が急激に増加した時に硝化菌に対してダメージを与え難く、さらに脱窒素のために補助的に添加する有機炭素を過不足無く供給できる排ガスの生物処理方法と装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、微生物担体充填層に循環水を散水しつつ、窒素を含む揮発性有機化合物及び／又はアンモニアからなる窒素化合物を含む排ガスを通して処理し、該循環水を抜き出して脱窒素処理する排ガスの処理方法において、前記微生物担体充填層を前段及び後段に分離し、前段の充填層への循環水をｐＨ８〜９の弱アルカリ性として該前段の充填層に散水処理し、前記前段と後段の充填層循環水から抜き出した循環水排水を混合してｐＨ６．０〜８．０の中性として脱窒素処理することとしたものである。
前記排ガスの処理方法において、前段の微生物担体充填層は、液滴式又は気泡式ガス洗浄塔とすることができ、前記後段の充填層循環水は、後段の充填層から抜き出した循環水を前記脱窒素処理水と合わせてばっ気処理し、該処理水を沈殿処理して、その上澄み水を循環水として循環使用し、一方、該分離汚泥を循環水排水として前段から抜き出した循環水排水との混合用に用いることができる。
また、前記脱窒素処理は、処理液のｐＨ値を測定し、その測定値によって添加する有機炭素源の量を調節して行うことができ、具体的には、処理液のｐＨが酸性化（ｐＨ５．５〜６．５）したときに有機炭素源（溶解性ＢＯＤ源）を供給し、中性あるいはアルカリ性化（ｐＨ７．０〜８．０）したら供給を停止する。
また、本発明では、窒素を含む揮発性有機化合物及び／又はアンモニアからなる窒素化合物を含む排ガスを通して処理する上部に該循環水を散水する手段を備えた微生物担体充填層と、該循環水を抜き出して脱窒素処理する脱窒素槽とを有する排ガスの処理装置において、前記循環水散水手段を備えた微生物担体充填層は、前段と後段の２つに分離され、それぞれに循環水を散水する循環経路を備え、前段の充填層の循環経路には、ｐＨを８〜９の弱アルカリ性に調整する手段を有すると共に、前記前段と後段の充填層循環経路には、循環水排水を抜き出す経路を有し、該抜き出した前段と後段の循環水排水を混合してｐＨ６．０〜８．０として脱窒素処理する脱窒素槽とを有することを特徴とする排ガスの処理装置としたものである。
前記排ガスの処理装置において、前記後段充填層の循環水を散水する循環経路には、後段の充填層から抜き出した循環水を前記脱窒素槽からの脱窒素処理水と合せてばっ気処理するばっ気槽と、ばっ気処理水を沈殿処理する沈殿槽と、その上澄み水を貯留する上澄み水貯槽と、該沈殿汚泥を循環水排水として脱窒素槽に送る経路とを有することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明では、窒素化合物が含まれる排ガスを、前段の循環水をｐＨ８〜９の弱アルカリ性とし、後段の循環水をｐＨ５．０〜７．２の弱酸性から中性とした充填層に通し、抜き出した循環水のそれぞれを混合してｐＨ６．０〜８．０の中性として脱窒素槽に供給する。前段の循環水ｐＨを弱アルカリに維持するために、前段への補給水量を流入ガスの窒素負荷、二酸化炭素濃度及び循環水アルカリ度に基づいて決める。
また、窒素化合物の水への溶解は、硝化反応と比較して速い場合が多く、前段の充填層容積は小型化できるので、充填層のうち前段を、スプレー塔、ベンチュリースクラバー、サイクロンスクラバーなどの液滴式ガス洗浄塔あるいは気泡塔、漏れ棚塔などの気泡式ガス洗浄塔とすることも可能である。
また、ｐＨが酸性化（５．５〜６．５）したときに、有機炭素源として、メタノールを注入し、中性又はアルカリ性化（７．０〜８．０）したときに停止する。設定ｐＨを変えることによって、残留する硝酸濃度を制御できる。設定ｐＨを高く設定すると、メタノールが多量に注入されて硝酸濃度が減少し、全く残留させないこともできる。逆にｐＨを低く設定すると、メタノール注入量が減少し、硝酸の残留濃度が上昇する。
【０００９】
次に、本発明を詳細に説明する。
本発明は、窒素を含む揮発性有機化合物又はアンモニアを含む排ガスの処理を対象とし、微生物を保持する充填材を充填した充填層を備えた充填塔を、前段及び後段の２塔設け、前記充填材に微生物を保持させ、前記充填材に散水して湿潤状態に維持させながら、２塔に直列に排ガスを通気する。その際、前段はｐＨ８〜９のアルカリ性条件とする。
前段の散水は、散水受け槽の循環水を繰り返し汲み上げて、充填層上部から行う。循環水中には、窒素を含む揮発性有機化合物又はアンモニアが溶解する。ここで、窒素を含む揮発性有機化合物が分解されて、アンモニアを生成するため、いずれの場合とも、循環水中のアンモニア濃度が上昇する。散水受け槽には、一定量の水を補給するが、この量を調製して循環水中のアンモニア濃度を調製し、循環水のｐＨが８から９の範囲に入るようにする。循環水量は、流入ガスによる窒素負荷量、二酸化炭素負荷量及び循環水のアルカリ度等によって異なるため、その都度、最適な補給水量を決定する。前段循環水の排水を脱窒素槽に注入する。
【００１０】
一方、後段散水は、沈殿池上澄み水貯槽から循環水を汲み上げて、充填層上部から行い、散水受け槽を経てばっ気槽に循環される。前段処理後の排ガス中には、アンモニアが含まれており、充填槽後段で硝酸に酸化される。そのため、後段循環水のｐＨが低下する。後段循環水はここで脱窒素処理水と合流する。脱窒素処理水中には、アンモニアが含まれており、硝酸イオンが脱窒素により失われているため、このアンモニアにより、後段循環水が中和される。ただし、脱窒素が十分行われないと、脱窒素処理水中に硝酸イオンが残留し、中和が不十分となり、ｐＨが低下する。ばっ気処理水は、沈殿池で固液分離される。
脱窒素槽には、前段循環水排水を全量注入するとともに、沈殿池で分離された汚泥混合液を注入する。処理対象ガス中に有機物が含まれる場合、前段循環水排水中に有機炭素が溶解している。一方、汚泥混合液中には、硝酸イオンが含まれている。従って、脱窒素槽内で硝酸イオンが還元され、窒素ガスが放出される。
【００１１】
処理対象ガス中に有機物が含まれない場合、あるいは脱窒素のために十分な量に達しないとき、脱窒素槽に補助的に有機炭素源を添加する。有機炭素源として、メタノール、エタノールなどが利用できる。脱窒素処理水は、ばっ気槽に送られ、後段循環水排水と合流する。
また、脱窒素槽内のｐＨは、主に液中のアルカリ度と、脱窒素によって失われる硝酸イオンの残留濃度によって決まる。従って、脱窒素槽に供給する有機炭素量が十分である場合、硝酸が完全に消失し、脱窒素槽のｐＨは中性となる。一方、有機炭素の添加量が不足すると、硝酸イオンが残留し、ｐＨが低下する。従って、ｐＨが低下したときに有機物を添加し、ある値（各負荷条件及び処理目標に照らして決定する）に達したら、添加を停止するようにすれば、補給する有機炭素を過不足無く供給できる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１．
図１に、本実施例に用いた装置のフロー構成図を示す。図１において、３は前段充填層、６は後段充填層、９は脱窒素槽、１４はばっ気槽、１６は沈殿池、１８は沈殿池上澄み水貯槽（排水貯槽）を示す。
図１に示す装置を用いて、分子内に窒素を含む揮発性有機化合物であるアクリロニトリルを含む模擬排ガス１（アクリロニトリル濃度：２００ｐｐｍ）を連続的に処理した。その際、生物担体充填層として、前段充填層３及び後段充填層６の２層用いた。充填担体として、前段にはポリプロピレン製ろ材（メーカー名：ドットウェル社、商品名：ポールリング）を、後段には発泡性ポリプロピレン製ろ材（メーカー名：筒中シート防水社、商品名：バイオステージ）を充填した。前段充填層容積に対する処理ガスの空塔速度を５００ｈ^-1とし、後段を１００ｈ^-1とした。言い換えると、充填層容積比を前段：後段＝１：５とした。
【００１３】
前段循環水４の補給水８の量を低く設定する（０．２８Ｌ−水／ｍ³−ガス）ことによって、アンモニア濃度を高め、前段循環水４ｐＨを８．４付近に維持させた。前段循環水排水５は脱窒素槽９に注入した。一方、後段循環水７を排水貯槽１８から供給し、循環水としてそのまま後段充填層を通して、ばっ気槽１４、沈殿池１６、排水貯槽１８を通して循環させた。沈殿池上澄み水１７では、アンモニアがほぼ完全に硝酸に酸化され、後段循環水排水１３のｐＨは５．５付近まで低下した。
脱窒素処理は、脱窒素槽９で行い、脱窒素処理水１２をばっ気槽１４に送った。後段循環水排水１３もばっ気槽１４に流入させてばっ気した後、沈殿池１６に送り汚泥を分離し、分離された返送汚泥液１１を脱窒素槽９に流入させた。脱窒素槽９で、前段循環水排水５中の有機炭素を利用して、返送汚泥１１中の硝酸イオンが脱窒素されて系外に放出された。
【００１４】
以上の運転条件を後記する表１の条件１とした。このときアクリロニトリル除去率が９９％を超え、除去されたアクリロニトリルに含まれていた窒素のうち、４５％が脱窒素された。その結果、脱窒素層内のｐＨは前段循環水排水５（ｐＨ８．４、アンモニア濃度２２０ｍｇ−Ｎ／Ｌ）と後段循環水排水１３（ｐＨ５．５）による中和と脱窒素作用を受けて、脱窒素槽９内でｐＨが６．５を示し、排水中の硝酸イオン濃度が１２０ｍｇ−Ｎ／Ｌを示した。
そこで、表１の条件２に示すように、脱窒素槽９のｐＨが７．０を下回った場合、有機物１０としてメタノールを注入させた。その結果、後段循環水排水ｐＨが６．５付近まで上昇し、脱窒素槽９のｐＨが７付近で維持され、排水中の硝酸イオン濃度が平均８ｍｇ／Ｌとなり、その後少なくとも一ヶ月間、同一条件で安定してアクリロニトリルを処理すると共に、窒素負荷量のうちの９５％を脱窒素反応によって放出できた。このとき、脱窒素処理水１２のＴＯＣ濃度を測定したところ、メタノールを添加しなかったときと比較してわずかに上昇したが、添加したメタノールの大半が脱窒素槽９内で消費されていた。
【００１５】
また、対象として表１の条件３に示すように、前段補給水８流量を高く（４．２Ｌ−補給水／ｍ³−ガス）した条件で運転したところ、前段循環水４のｐＨが７．５を示した。続いて、条件４のように、メタノールを添加したところ、運転開始当初、アグリロニトリルに対して、高い除去性能（除去率９９％以上）が得られるとともに、排水中の硝酸イオン濃度が６ｍｇ／Ｌに低下した。しかし同一条件で連続運転を継続したところ、５日後に前段充填層３が閉塞し、それ以降の運転継続ができなくなった。すなわち、前段充填層３において、過剰の菌体が生成し、充填層が目詰まりした。
これらの試験条件を表１に示す。なお、培養液は栄養源を添加した補給水である。
【００１６】
【表１】

【００１７】
試験の結果を表２に示す。
【表２】

【００１８】
なお、図２は、本発明の処理方法を行うに際しての処理水ｐＨ値と処理水量を示す説明図である。
上記の結果から、以下のことが分かる。
前段充填層をアルカリ性で運転することにより、前段充填層の閉塞を防止できた。
前段循環水をアルカリ性とし、後段循環水を酸性とし、これらを合わせることによりそれぞれを中和できた。
前段と後段の充填層容積比を前段：後段=１：５として、十分アクリロニトリルを除去できた。
脱窒素槽にメタノールを供給し、ｐＨの測定結果に基づいて注入量を制御すると、過不足無く注入できた。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、上記したようにＶＯＣ及び悪臭物質を含む排ガスを処理すると、充填層の閉塞を予防できる。窒素成分を含む排ガスの場合、充填層の閉塞予防だけでなく、循環水中へのアンモニアの蓄積防止、補助的に添加する有機炭素源を過不足無く供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理方法を実施するための装置の一例を示すフロー構成図。
【図２】本発明の処理方法を実施するための処理水量とｐＨ値を示す説明図。
【符号の説明】
１：流入ガス、２：処理ガス、３：前段充填層、４：前段循環水、５：前段循環水排水、６：後段充填層、７：後段循環水、８：前段補給水、９：脱窒素槽、１０：有機物、１１：返送汚泥液、１２：脱窒素処理水、１３：後段循環水排水、１４：ばっ気槽、１５：ばっ気処理水、１６：沈殿池、１７：沈殿池の上澄み水、１８：沈殿池上澄み水貯槽

Claims

微生物担体充填層に循環水を散水しつつ、窒素を含む揮発性有機化合物及び／又はアンモニアからなる窒素化合物を含む排ガスを通して処理し、該循環水を抜き出して脱窒素処理する排ガスの処理方法において、前記微生物担体充填層を前段及び後段に分離し、前段の充填層への循環水をｐＨ８〜９の弱アルカリ性として該前段の充填層に散水処理し、前記前段と後段の充填層循環水から抜き出した循環水排水を混合してｐＨ６．０〜８．０として脱窒素処理することを特徴とする排ガスの処理方法。
前記前段の微生物担体充填層は、液滴式又は気泡式ガス洗浄塔とすることを特徴とする請求項１記載の排ガスの処理方法。
前記後段の充填層循環水は、後段の充填層から抜き出した循環水を前記脱窒素処理水と合わせてばっ気処理し、該処理水を沈殿処理して、その上澄み水を循環水として循環使用し、一方、該分離汚泥を循環水排水として前段から抜き出した循環水排水との混合用に用いることを特徴とする請求項１又は２記載の排ガスの処理方法。
前記脱窒素処理は、処理液のｐＨを測定し、酸性化すると有機炭素源を供給し、中性又はアルカリ性化すると供給を停止して行うことを特徴とする請求項１、２又は３記載の排ガスの処理方法。
窒素を含む揮発性有機化合物及び／又はアンモニアからなる窒素化合物を含む排ガスを通して処理する上部に循環水を散水する手段を備えた微生物担体充填層と、該循環水を抜き出して脱窒素処理する脱窒素槽とを有する排ガスの処理装置において、前記循環水散水手段を備えた微生物担体充填層は、前段と後段の２つに分離され、それぞれに循環水を散水する循環経路を備え、前段の充填層の循環経路には、ｐＨを８〜９の弱アルカリ性に調整する手段を有すると共に、前記前段と後段の充填層循環経路には、循環水排水を抜き出す経路を有し、該抜き出した前段と後段の循環水排水を混合してｐＨ６．０〜８．０として脱窒素処理する脱窒素槽とを有することを特徴とする排ガスの処理装置。
前記後段充填層の循環水を散水する循環経路には、後段の充填層から抜き出した循環水を前記脱窒素槽からの脱窒素処理水と合せてばっ気処理するばっ気槽と、ばっ気処理水を沈殿処理する沈殿槽と、その上澄み水を貯留する上澄み水貯槽と、該沈殿汚泥を循環水排水として脱窒素槽に送る経路とを有することを特徴とする請求項５記載の排ガスの処理装置。