JP4222607B2

JP4222607B2 - 脱臭方法および脱臭液

Info

Publication number: JP4222607B2
Application number: JP2003360668A
Authority: JP
Inventors: 順一久保田; 雅彦内山; 昭博山田; 健次郎渡邊; 由香里黒岩
Original assignee: Niigata Prefecture
Current assignee: Niigata Prefecture
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2023-10-21
Also published as: JP2005125146A

Description

本発明は、脱臭方法及び脱臭剤に係り、特に、生ゴミ、汚泥、排泄物などの微生物発酵に伴って発生するアンモニア類を主体に硫黄化合物や脂肪酸類など微量の臭気成分が混在する悪臭成分を効果的に除去する臭気除去方法及び脱臭剤に関する。

従来、微生物発酵に伴う悪臭を無臭化処理する場合、主要な臭気成分がアンモニアやトリメチルアミンなどの水溶性アルカリ臭気成分であるところから、硫酸などの酸成分を含有する酸性脱臭液と悪臭ガスを接触させて、中和反応によりアルカリ性臭気成分を除去し、次いでプロピオン酸、メルカプタン、硫化メチルなど微量に混在する酸性あるいは中性臭気成分を活性炭吸着によって処理を行ったり、あるいは各種の酸化剤、オゾン酸化によって除去、分解処理を行っていた。
例えば、酸化剤として、ペルオキシジサルフェイトを用いた排泄物の処理方法が提案されている（特許文献１）。
また、過酸化ジ硫酸アンモニウムと硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウム、リン酸アンモニウム、リン酸ナトリウムの１種または２種以上を添加する糞尿の脱臭方法が提案されている（特許文献２）。

これらの方法で用いられている過硫酸塩を用いた脱臭液を吸収液として微生物発酵に伴って発生する悪臭成分を無臭化処理しようとすると、ペルオキソ二硫酸ナトリウム塩等の過硫酸塩は、早期に分解して発生期の酸素を大量に生成するために、余剰の発生期の酸素は悪臭成分の脱臭には有効に利用されないので脱臭剤が分解してしまうという問題点があるのみではなく、微生物発酵に伴って発生する大量のアンモニアの処理には有効ではなかった。

また、活性炭吸着法等では通気ガスの圧力損失が大きく、大容量のガス処理には大容積の吸着塔と大型送風機を要し、オゾン酸化法も機械装置の腐食や、未反応オゾンの無害化処理装置の運転など、脱臭装置の維持管理や運転に多大な設備および費用を要していた。
特公昭４７−３１０２５号公報特公昭５３−４３５７６号公報

本発明は、生ゴミ、堆肥、汚泥等の微生物発酵、動物の糞尿等によって発生するアンモニア等のアルカリ性臭気成分からアンモニア、および付随する他の臭気成分を確実に分解除去する脱臭方法および脱臭液を提供することを課題とするものである。

本発明の課題は、臭気成分含有気体を、酸濃度０．０５規定以上の硫酸水溶液とペルオキソモノ硫酸塩からなる脱臭液とを接触する脱臭方法によって解決することができる。
ペルオキソモノ硫酸塩がペルオキソモノ硫酸カリウムである前記の脱臭方法である。
また、臭気成分含有気体との接触によって脱臭する脱臭液であって、酸濃度０．０５規定以上の硫酸水溶液とペルオキソモノ硫酸塩からなる脱臭液である。
ペルオキソモノ硫酸塩がペルオキソモノ硫酸カリウムである前記の脱臭液である。

微生物発酵に伴う悪臭に代表される、アンモニア等のアルカリ性臭気成分を主体に、酸性臭気成分、中性臭気成分が混在する悪臭ガスを、脱臭液との接触によって無臭化処理することができる。

本発明の脱臭液は、所定の酸濃度以上の硫酸水溶液を用いることによって過硫酸塩の分解を抑制して水溶液中において安定して存在させることができ、被酸化性物質が導入された場合にのみ、過硫酸イオンから発生期の酸素が生成して、被酸化性物質の酸化分解が行われるので、過硫酸塩を有効に利用することが可能となり、しかも、生ゴミ、堆肥、汚泥等の微生物発酵や、動物の糞尿等から大量に発生するアンモニアやアミン類などのアルカリ性臭気成分は、過硫酸塩の安定化剤として作用する硫酸と中和反応し、溶液中に硫酸アンモニウムなどの水溶性成分として取り込まれ除去される。その結果、プロピオン酸、メルカプタン、硫化メチルなどの酸性あるいは中性臭気成分とともにアルカリ性臭気成分を同時に除去することが可能となることを見出したものである。

本発明のペルオキソ硫酸塩の酸化作用をペルオキソモノ硫酸カリウムを例に挙げて説明すると、ペルオキソモノ硫酸カリウムは水溶液中で
ＫＨＳＯ₅ → Ｋ⁺ ＋ＨＳＯ₅ ^- （１）
ＨＳＯ₅ ^- → Ｈ⁺ ＋ＳＯ₅ ^2- （２）
ＨＳＯ₅ ^- → ＨＳＯ₄ ^- ＋Ｏ（active）（３）
で示すように解離反応をする。そして、生成した発生期の酸素は、被酸化性物質と反応して、
Ｏ(active) ＋２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- → ＨＳＯ₄ ^- ＋Ｈ₂Ｏ（４）
なる反応によって、水とＨＳＯ₄ ^-イオンを生成する。

一方、脱臭液の他の成分として共存する酸濃度０．０５規定以上の硫酸水溶液中の硫酸は、水溶液中において以下のように解離をする。
Ｈ₂ＳＯ₄ → Ｈ⁺ ＋ＨＳＯ₄ ^- （全量）
ＨＳＯ₄ ^- → Ｈ⁺ ＋ＳＯ₄ ^2- （２×１０^-2）
脱臭液中に臭気成分である被酸化性物質がないときには、大過剰のＨＳＯ₄ ^- の共通イオン効果で、ペルオキソイオンは極めて安定的に存在するが、被酸化性物質である臭気成分が導入されると、（４）の反応によりこれが分解され、（３）の反応が進行して活性な酸素によって臭気成分が分解消滅することとなる。

以上のようにして、安定的な脱臭作用を長期間進めることが可能となります。また、生ゴミ、堆肥等の有機物の分解においては臭気成分とともに大量のアンモニアが発生するが、アンモニアはペルオキソ硫酸塩と共存している硫酸水溶液中の硫酸と反応してアンモニアを水溶液中に吸収除去して脱臭することが可能となる。

本発明で用いることが可能な過硫酸塩としては、ペルオキソモノ硫酸カリウム塩（ＫＨＳＯ₅）を挙げることができる。
モノ硫酸塩は二硫酸塩に比べて、発火性、爆発性等が小さく安定であって取り扱いが容易であるという特徴を有しているとともに、分子量に対して活性な酸素の割合が大きく、酸化作用の効率が大きいという特徴を有している。更に先の式（３）で示した分解速度はモノ硫酸塩の方が大きいので、反応速度が二硫酸塩に比べて大きいという特徴も有している。したがって、過硫酸塩としては、モノ硫酸塩を用いることが好ましい。

図１に、ペルオキソモノ硫酸カリウム塩水溶液の安定性とｐＨとの関係を示す。
図１に示すように、ペルオキソモノ硫酸カリウム塩水溶液は、ｐＨ６以下の水溶液とすることによって水溶液中での自己分解を抑制し、酸化剤として長期安定的に機能させることができ、ペルオキソモノ硫酸塩の安定化のためには、共通イオンを有する酸である硫酸が好ましい。

脱臭液中の硫酸濃度は、０．０５規定以上とすることが好ましい。０．０５規定以上とすることによって、アンモニア除去率９０％以上を得るとともに、ペルオキソモノ硫酸カリウム塩水溶液を安定なものとすることができる。
また、硫酸の濃度を高くすることによって脱臭処理する処理対象物の量を多くすることができるので一定量の脱臭液によって長期間の脱臭処理が可能となる。
しかしながら、硫酸濃度が２規定よりも高濃度となると、脱臭液の腐食性が高まり、脱臭装置の構造材、ガスケット等として使用可能な部材が制限されるなるので、長期間安定して運転を行うためには、２規定以下とすることが好ましい。

また、本発明の脱臭方法では、過硫酸塩の酸性溶媒を硫酸水溶液としたので、生ゴミ、堆肥、汚泥等の微生物発酵時の臭気性気体の主要な成分であるアンモニアは硫酸水溶液との中和の結果無害な硫酸アンモニウムを生成する。硫酸アンモニウムは肥料成分として有効活用が図られる。更に、ペルオキソ硫酸塩の自己分解に対しても硫酸水溶液が共通イオン効果として抑制的に作用させることができる。

図２は、本発明の脱臭方法の一実施例を説明する図である。
本発明の脱臭装置１には、下部に循環する脱臭液２を蓄えた脱臭液貯槽３を有し、循環ポンプ４によって、充填層５の上部に設けたシャワー部６から脱臭液２を噴霧し、気体入口７から導入された被処理気体８と接触させられる。
アンモニア等のアルカリ性臭気成分は、脱臭液中の硫酸により中和吸収され、二硫化メチルやプロピオン酸などの中性あるいは酸性臭気成分は、硫酸酸性浴中で過硫酸塩から発生する発生期の酸素によって無臭な物質に酸化分解されて排気されて、気液分離部９において被処理気体に伴った液を分離して排出口１０から脱臭処理された気体を排出することができる。

脱臭装置の運転にしたがって硫酸アンモニウムが蓄積し、硫酸および過硫酸塩が消費されてアンモニアの吸収、あるいはその他の臭気成分の分解能力が低下すると、新規に脱臭液を補充したり、装置内の液を新規な脱臭液に交換して運転することができる。
また、交換後の脱臭液から水分を分離することによって得られた硫酸アンモニウムは、肥料として有効利用することができる。

図３は、本発明の脱臭方法の他の実施例を説明する図である。
図３に示した脱臭装置２１は、気泡塔式の脱臭装置の一例を説明する図である。脱臭液槽２２の下部には、被処理気体導入管２３が設けられており、分散ノズル２４を通じて脱臭液槽２２の下部から脱臭液槽内に被処理気体が供給されて、脱臭液中を上昇する間にアンモニア等のアルカリ性臭気成分の中和吸収および他の悪臭物質の酸化等が行われた後に、気液分離部９において、被処理気体に伴った液を分離して排出口２５から脱臭処理された気体を排出することができる。
以下に、実施例を示し本発明を説明する。

過硫酸塩として濃度が異なるペルオキソモノ硫酸カリウムを含有した表１に示した２規定硫酸水溶液を脱臭液として調製し、脱臭液を１００ｍｌ入れた洗気瓶に濃度７００ｐｐｍのアンモニアと濃度０．２９ｐｐｍの二硫化ジメチルを含む混合臭気成分を４０００ｍｌ／ｍｉｎの流量で通気させて脱臭実験を行い、出口気体濃度をガス検知管およびニオイセンサ（新コスモス電機製ＸＰ−３２９Ｓ）によって測定し、その結果を表１に示す。

表１
出口気体濃度(ppm)（）内は除去率（％）
試料過硫酸塩濃度(g/l) アンモニア二硫化ジメチル
１−１００．５（９９．９）０．２９（０）
１−２１０．５（９９．９）０．０８３（７１．４）
１−３２０．５（９９．９）０．０６４（７７．９）
１−４５０．５（９９．９）０．０５０（８２．８）
１−５１００．５（９９．９）０．０３７（８７．２）
１−６２００．５（９９．９）０．０２８（９０．３）
１−７４００．５（９９．９）０．０２２（９２．４）
１−８８００．５（９９．９）０．０２０（９３．１）
１−９１６００．５（９９．９）０．００４（９８．６）

実施例１において、ペルオキソモノ硫酸カリウムの濃度を表２に記載の濃度に変えるとともに、混合臭気成分として二硫化ジメチルを表２に記載のプロピオン酸とした点を除き、実施例１と同様の条件で、アンモニアとプロピオン酸の脱臭実験を行い、出口気体濃度を測定し、その結果を表１に示す。なお、アンモニアは、いずれの場合も入口濃度７００ｐｐｍであった出口濃度は、実施例１と同様に０．５ｐｐｍとなり、除去率は９９．９％であった。

表２
プロピオン酸
試料過硫酸塩濃度（ｇ／ｌ）入口気体濃度出口気体濃度除去率（％）
２−１０８．５ ppm １．４ ppm ８３
２−２２１１１９０．９
２−３１０１１１９０．９
２−４１００１１．９１．１９０．８
２−５２５０１２．７１．３８９．８

動植物性残渣、食品汚泥、下水汚泥等の有機性廃棄物を日量４トン堆肥化処理をしている総滞留量２４０トンの堆肥舎の排気ガス３００ｍ³／ｍｉｎをペルオキソモノ硫酸カリウム４０ｇ／ｌを溶解させた２規定硫酸水溶液が５００ｋｇ／ｍｉｎで循環する気液接触型充填式脱臭塔で脱臭処理し、アンモニア、二硫化メチル、トリメチルアミン、およびプロピオン酸について入口濃度および出口濃度をガス検知管およびニオイセンサ（新コスモス電機製ＸＰ−３２９Ｓ）によって測定し、その結果を表３に示す。

当該堆肥舎では、Ｃ／Ｎ比８．４、炭素含有量８．６質量％、水分量８０％の食品系汚泥と下水汚泥等の有機性廃棄物を５６日間の発酵で原料嵩高を４０％に減容し、Ｃ／Ｎ比１２、炭素含有量１６．５質量％、水分量３０質量％の堆肥を製造しており、アンモニアの発生速度は、０．０１７１ｋｇ−ＮＨ₃／ｈｒ（＝０．０２３ｍ³−ＮＨ₃／ｈｒ）である。
また、物質濃度が少なくても強い臭気を放つ二硫化ジメチル等の除去により、臭気指数３４．４の臭気を臭気指数１４．８まで減じることができ、排気口から隣地境界までの敷地内拡散で充分無臭となることが確認できた。
なお、臭気指数は、悪臭防止法に規定する方法によって測定した。

表３
成分入口濃度(ppm) 臭気強度出口濃度(ppm) 臭気強度
アンモニア８８５．６０．８８０２．３
硫化水素０．０１３２．３０．００１１．４
二硫化メチル０．０１９２．７０．００２１．９
トリメチルアミン０．１３．７０．００１１．９
プロピオン酸０．０１４２．３０．００１以下 −

本願の発明によって、生ゴミ、堆肥、汚泥等の微生物発酵、家畜糞尿から大量に発生するアンモニアとともに、アルカリ性臭気成分、酸性臭気成分、中性臭気成分が混在する悪臭気体を、本発明の脱臭液との接触のみによって無臭化処理することができるので、生ゴミ、堆肥、汚泥等の処理施設、家畜飼育施設、動物病院等の臭気成分の除去に適用することができ産業上も極めて有用である。

図１に、ペルオキソモノ硫酸カリウム塩水溶液の安定性とｐＨとの関係を示す。図２は、本発明の脱臭方法の他の実施例を説明する図である。図３は、本発明の脱臭方法の他の実施例を説明する図である。

符号の説明

１…脱臭装置、２…脱臭液、３…脱臭液貯槽、４…循環ポンプ、５…充填層、６…シャワー部、７…気体入口、８…被処理気体、９…気液分離部、１０…排出口、２１…脱臭装置、２２…脱臭液槽、２３…被処理気体導入管、２４…分散ノズル、２５…排出口

Claims

臭気成分含有気体を、酸濃度０．０５規定以上の硫酸水溶液とペルオキソモノ硫酸塩からなる脱臭液とを接触することを特徴とする脱臭方法。
ペルオキソモノ硫酸塩がペルオキソモノ硫酸カリウムであることを特徴とする請求項１記載の脱臭方法。
臭気成分含有気体との接触によって脱臭する脱臭液であって、酸濃度０．０５規定以上の硫酸水溶液とペルオキソモノ硫酸塩からなることを特徴とする脱臭液。
ペルオキソモノ硫酸塩がペルオキソモノ硫酸カリウムであることを特徴とする請求項３記載の脱臭液。