JP4815573B2

JP4815573B2 - 生物脱臭装置

Info

Publication number: JP4815573B2
Application number: JP2006279321A
Authority: JP
Inventors: 政宏斉藤; 俊祐山崎; 修浜本
Original assignee: Mitsui Zosen Environment Engineering Corp
Current assignee: Mitsui Zosen Environment Engineering Corp
Priority date: 2006-10-12
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2026-10-12
Also published as: JP2008093586A

Description

本発明は、被処理ガス中の臭気成分を生物学的に除去するようにした生物脱臭方法及び生物脱臭装置に関し、詳しくは、被処理ガス中に水に可溶な臭気成分の他に水に不溶又は難溶な臭気成分が含まれている場合でも効果的に脱臭することのできる生物脱臭方法及び生物脱臭装置に関する。

下水、汚泥、産業排水等から発生する臭気成分を含むガス、あるいはメタン発酵によって生成された消化ガス中の硫黄化合物等を脱臭、除去処理する装置として、微生物による臭気成分の酸化分解作用を利用する生物脱臭装置が知られている。例えば、特許文献１には、有機性物質を発酵した際に発生するガス中の硫黄化合物を脱硫することにより脱臭する生物脱臭装置が開示されている。

生物脱臭装置は、微生物を担持した充填材を有する充填部を気液接触塔の内部に設け、塔内に導入した被処理ガスを充填部に通過させて充填材と接触させることにより、充填材に担持された微生物の酸化分解作用によって脱臭、除去する。

充填材には、担持された微生物の活性を保ち、表面に付着した酸化物を洗い流す目的で、液体が供給され、表面に水膜を形成することにより湿潤状態に保たれている。このため被処理ガス中の水に可溶な臭気成分が水膜中に溶解し、充填材の表面に接触することで微生物によって酸化分解されて脱臭、除去される。
特開２００５−５８８４１号公報

従来の生物脱臭装置では、充填材は液体が供給されることにより常時湿潤状態に保たれているため、被処理ガス中に水に不溶または難溶な臭気成分が含まれている場合、充填材表面に形成された水膜（境膜）によって充填材の表面との接触が遮られてしまう。このため、水に不溶または難溶な臭気成分は、この水膜に邪魔されて充填材の表面に吸着されず、該充填材に担持された微生物と接触することができないために脱臭できない問題があった。

そこで、本発明は、被処理ガス中に水に可溶な臭気成分の他に水に不溶又は難溶な臭気成分が含まれている場合でも、微生物の活性を保ちつつ、効果的に脱臭することのできる生物脱臭方法及び生物脱臭装置を提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）
下部に水に可溶な臭気成分の他に水に不溶又は難溶な臭気成分を含む被処理ガスを導入する導入口と、上部に処理ガスの排出口とを有し、内部に、比表面積１００ｍ ² ／ｇ以上で、且つ、微生物を担持した充填材を充填してなる充填部が多段に設けられると共に、各段の充填部の上方に、それぞれ充填部に、水、活性汚泥処理水、又はメタン発酵処理によって生成された消化液からなる液体を供給する液体供給口が配置された気液接触塔と、
各段の充填部への液体の供給と停止の各操作を交互に行うように制御する制御手段とを有し、
前記各充填部は、少なくとも底面部が通気性及び通水性を有しており、
前記各充填部のうち、少なくとも最下段以外の充填部の前記底面部は、前記気液接触塔内に傾斜状に配設されていると共に、傾斜方向に沿って延びる複数条の谷部と、該谷部に設けられた通水用の樋とを有し、
前記制御手段は、いずれか一つの段の充填部への液体の供給を、その他の段の充填部へ液体が供給されている間は停止するように制御することを特徴とする生物脱臭装置。

（請求項２）
液体の供給の停止時間が、５〜６０分間であることを特徴とする請求項１記載の生物脱臭装置。

本発明によれば、被処理ガス中に水に可溶な臭気成分の他に水に不溶又は難溶な臭気成分が含まれている場合でも、微生物の活性を保ちつつ、効果的に脱臭することのできる生物脱臭方法及び生物脱臭装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明に係る生物脱臭装置を示す概略構成図である。

生物脱臭装置は、気密状の気液接触塔１を備えており、その下部に設けられた導入口１１から被処理ガスを塔内に導入すると共に、上部に設けられた排出口１２から処理済みの処理ガスを塔外に排出するようになっている。

本発明において、気液接触塔１に導入される被処理ガスとしては、水に可溶な臭気成分の他に、水に不溶又は難溶な臭気成分を含有するガスである。

水に不溶又は難溶な臭気成分としては、例えば、エステル類や多くの芳香族炭化水素系香料成分などが挙げられる。

一方、水に可溶な臭気成分としては、例えば、低級脂肪酸、硫化水素、アンモニアなどがある。硫黄系化合物の場合は薬剤処理では除去しにくい硫化カルボニルなども処理できる。

これらの臭気成分を含む本発明の対象になるガスとしては各種の排ガスのほかに、プロセスガス、バイオガス、熱分解ガスなどを挙げることができる。

気液接触塔１の内部には、導入口１１から塔内に導入された上記の被処理ガスと接触することにより臭気成分を脱臭、除去する気液接触部２が設けられている。

気液接触部２は、充填材を充填してなる棚段状の充填部が複数段設けられている。ここでは、下から第１充填部２１、第２充填部２２及び第３充填部２３の３段が上下に所定の間隔をおいて配置されている。段数は２段以上の複数段であれば何ら３段に限定されず、被処理ガスの透過流速、臭気成分の濃度、ガス−循環液量比などによって適宜決定される。

各充填部２１、２２、２３には、それぞれ充填材Ａ１、Ａ２、Ａ３が載置されている。ここで、充填材Ａ１、Ａ２、Ａ３としては、比表面積１００ｍ²／ｇ以上、もしくは１００ｍ²／ｍ³（みかけの体積）以上で、且つ、微生物を担持したものが使用される。

担持体としての充填材Ａ１、Ａ２、Ａ３としては、例えば磁製又は樹脂製の通常の気液接触用充填材のほか、多孔質軟質樹脂；活性炭、木炭、ゼオライト、セラミックスなどの多孔体粒子；などを用いることができる。例えば主として脱硫を行う目的で硫黄酸化細菌を担持する上では、活性炭や木炭などの炭素系の素材が好ましいが、向流で気液接触する場合、通常の気液接触用の樹脂充填材も好ましく使用できる。

かかる充填材Ａ１、Ａ２、Ａ３に担持させる微生物は、被処理ガス中の臭気成分との関係で決められる。これらの微生物は被処理ガス成分（基質）によって、多くの場合、自発的に優占化するが、十分な馴養時間をとることは重要である。例えば、硫黄化合物を含むガスには、主に硫黄酸化細菌が馴養によって優占化する。炭化水素に対してはバチルス族細菌などが優占化する。

各充填部２１、２２、２３は、少なくともその底面部２１ａ、２２ａ、２３ａが多孔板、網状体等を用いて形成され、通気性及び通水性を有している。図１においては、多数の透孔が形成された多孔板を用いた例が示されている。

気液接触部２の各充填部２１、２２、２３のそれぞれ上方には、液体供給口３１、３２、３３が配置されている。各液体供給口３１、３２、３３には、貯留タンク４内に貯留された循環液が、循環ポンプ５の駆動によって供給管６（６１、６２、６３）を通してそれぞれ供給されるようになっており、これにより、循環液が各充填部２１、２２、２３の充填材Ａ１、Ａ２、Ａ３に対して散布され、各充填材Ａ１、Ａ２、Ａ３の表面が湿潤状態とされ、担持されている微生物の活性を高度に保つことができるようになっている。

図示例では各段に一つずつ液体供給口３１、３２、３３が配置されているが、これに限らず複数個ずつ配置されていてもよい。また、貯留タンク４には外部から循環液が補給されるようになっている。

循環液に使用される液体としては、水の他、活性汚泥処理水、メタン発酵処理によって生成された消化液を用いることもできる。消化液は、充填材Ａ１、Ａ２、Ａ３の表面に水分と共に微生物に必要な適度な栄養分を与えることができるため、微生物の増殖を促す効果もあり、本発明において好ましい。

貯留タンク４内の循環液を各液体供給口３１、３２、３３に供給する各供給管６１、６２、６３には、それぞれ開閉弁７１、７２、７３が介設されており、それらが制御手段である弁制御部８から送られる制御信号によって個別に開閉制御され、各充填部２１、２２、２３での気液接触比率が調節可能になっている。

気液接触塔１の下部に流下した循環液は、気液接触塔１の下部に設けられた排出管９から貯留タンク４に返送される。

本発明において、弁制御部８は、各開閉弁７１、７２、７３に対し、液体供給口３１、３２、３３から循環液の供給を行う開弁操作と、循環液の供給を停止する閉弁操作の各操作を交互に行うように制御する。

かかる生物脱臭装置を用いた脱臭方法について、図２に示すタイミングチャートを用いて更に説明する。

図２に示すように、本発明において、弁制御部８は、いずれか一つの段の充填部２１、２２又は２３への循環液の供給を、その他の段の充填部へ循環液が供給されている間は停止するように制御することを特徴とする。例えば、第３充填部２３への循環液の供給は、第１充填部２１及び第２充填部２２へ循環液が供給されている間は停止するように、各段に対応する開閉弁７１、７２、７３の開閉操作のタイミングをずらすように操作する。従って、どのタイミングにおいても、３段の充填部２１、２２、２３のうちのいずれか二つの段には必ず循環液が供給されているが、一つの段は必ず循環液の供給が停止されていることになる。

しかして、気液接触塔１の導入口１１から、水に可溶な臭気成分の他に水に不溶又は難溶な臭気成分を含む被処理ガスが導入されると、該被処理ガスは、気液接触塔１内を上昇し、気液接触部２において各段の充填部２１、２２、２３の充填材Ａ１、Ａ２、Ａ３と接触しつつ、排出口１２から塔外へ排出される。

各充填部２１、２２、２３に対応する液体供給口３１、３２、３３からは、それぞれ弁制御部８によって開閉弁７１、７２、７３が開閉制御されることによって、循環液の供給及び停止が制御されるが、いま、第２充填部２２に対応する開閉弁７２のみが閉弁され、液体供給口３２からの循環液の供給が停止しているタイミングであるとすると、主として被処理ガス中の水に可溶な臭気成分は、液体供給口３１、３３からそれぞれ循環液が供給される第１充填部２１及び第３充填部２３の充填材Ａ１、Ａ３と接触した際、その表面に形成された水膜中に溶け込み、充填材Ａ１、Ａ３に担持された微生物と接触する。これにより水に可溶な臭気成分は微生物の酸化分解作用によって脱臭、除去される。

このとき、第２充填部２２には、液体供給口３２からの循環液の供給が停止されているため、充填材Ａ２への循環液の供給が絶たれている。この充填材Ａ２には、その上段の第３充填部２３に供給された循環液が充填部２３の底面部２３ａの透孔を通して一部滴下するが、その循環液が滴下する位置は限定的であり、また、その水量も液体供給口３２から直接散布される場合の水量に比べて極めて少量であるため、第２充填部２２の充填材Ａ２は大部分が乾燥状態とされる。

従って、第２充填部２２の大部分の充填材Ａ２の表面には、循環液による水膜が形成されず、第１充填部２１を通過した被処理ガス中の水に不溶又は難溶な臭気成分は、この乾燥状態とされた充填材Ａ２の表面に直に接触し、吸着される。これにより、水に不溶又は難溶な臭気成分であっても、水膜に邪魔されずに充填材Ａ２に担持された微生物と接触することができ、微生物の酸化分解作用によって脱臭、除去される。

かかる作用は、弁制御部８によって開閉弁７１が閉弁制御され、第１充填部２１への液体供給が停止された場合でも同様であり、大部分の充填材Ａ１は乾燥状態とされ、被処理ガス中の水に不溶又は難溶な臭気成分を脱臭、除去することができる。また、開閉弁７３が閉弁制御され、第３充填部２３への液体供給が停止された場合は、充填材Ａ３全体が乾燥状態とされるため、全ての充填材Ａ３によって被処理ガス中の水に不溶又は難溶な臭気成分を脱臭、除去することができる。

図２に示すように、循環液の供給が停止された段の充填部２１、２２、２３へは、所定時間後には循環液の供給が再開され、乾燥状態の充填材Ａ１、Ａ２、Ａ３は再び湿潤状態とされる。このため、微生物の活性は保たれる。この充填材Ａ１、Ａ２、Ａ３に担持された微生物の活性を高度に保つためには、循環液の停止時間は、５〜６０分間とすることが好ましい。５分間未満では、充填材表面を絶えず液流被膜して、特に難溶性、不溶性成分の微生物担体への吸着が抑制される。一方、６０分間を超えるようになると、微生物の活性を保つことが困難となってくる。より好ましくは１０〜３０分間とすることである。

また、循環液の供給時間は、停止時間×（充填部の段数−１）となるように設定される。

図３は、気液接触塔１の他の態様を示す概略構成図である。図１と同一符号は同一構成であるので、詳細な説明は省略する。

この気液接触塔１では、第２充填部２２及び第３充填部２３は、その底面部２２ｂ、２３ｂが気液接触塔１内においてそれぞれ同一方向に傾斜状に配設されている。それら底面部２２ｂ、２３ｂは、気液接触塔１を斜めに横断するような形状に形成されている。

底面部２２ｂ、２３ｂはいずれも同一形状であるため、そのうちの底面部２２ｂの詳細について図４及び図５に示す。図４は底面部２２ｂの平面図、図５は図４中の（ａ）−（ａ）線に沿う断面図である。

底面部２２ｂは、多孔板、網状体等からなる底面部本体２０１によって、気液接触塔１を斜めに横断するような形状に形成されており、気液接触塔１に配設される際の傾斜方向に沿って略Ｖ状の複数条の谷部２０１ａが形成されている。

また、その谷部２０１ａの底部には、それぞれ通水用の樋２０２が設けられている。充填材Ａ２、Ａ３は、この底面部本体２０１の上に載置される。

液体供給口３２及び３３から第２充填部２２及び第３充填部２３に供給された循環液は、各充填材Ａ２、Ａ３の表面を湿潤状態とした後、余剰分がこの底面部本体２０１に到達する。底面部本体２０１に到達した循環液は、この底面部本体２０１の表面を伝って流れる。底面部本体２０１は多孔板や網状体等によって通気性のみならず通水性を有しているが、底面部本体２０１には複数条の谷部２０１ａが形成されているため、透孔や網目を通過して雫となって滴下する前に大部分が谷部２０１ａに流下し、谷部２０１ａに設けられている樋２０２に集められる。

このため、余剰の循環液の大部分は、樋２０２に沿って傾斜方向に流下して気液接触塔１の内壁面に至り、該内壁面を伝ってそのまま下方に流下するので、実質的に下段の充填部２１、２２の充填材Ａ１、Ａ２には滴下しなくなる。

これにより、液体供給が停止された充填部２１又は２２には、その上方の段の充填部２２又は２３から滴下する循環液量を著しく低減することができ、充填材Ａ１又はＡ２を効率的に乾燥状態とすることができるので、水に不溶又は難溶な臭気成分をそれら充填材Ａ１又はＡ２に、より効果的に吸着させることができ、脱臭、除去効果をより高めることができる。

なお、第１充填部２１の底面部２１ｂも、第２充填部２２及び第３充填部２３と同様の底面部本体２０１を有するものとし、気液接触塔１内に傾斜状に配設するようにしてもよい。

以下、実施例により更に詳細に説明するが、本発明はかかる実施例により限定されるものではない。

第１図に示す構造の炭素繊維フェルトを微生物担体とする３段の棚段（直径１５０ｍｍ充填可能な高さ部分７５０ｍｍ）を用いて、脂肪酸を含有する排気ガスの脱臭を行った。

１３００℃焼成ポリアクリロニトリル系炭素繊維に少量の水を散布したのち、酸素を１〜１０％含有する窒素気流中で約８００℃まで加熱して表面処理を行った。

酸素濃度の含有量を変えることによって、比表面積約７０ｍ^２／ｇ、約１５０ｍ^２／ｇおよび約３００ｍ^２／ｇの炭素繊維フェルトを作成した。

排気ガス中に含まれる脂肪酸を主体とする臭気成分は、熱導伝セルを検出器とするキャピラリーカラムガスクロマトグラフによって分析した。

その結果、Ｃ_４〜Ｃ_１８程度で、低級側が主体脂肪酸を約８０ｍｇ／Ｎｍ^３含有していた。

循環水には、ｐＨ７．８、ＢＯＤ２５ｍｇ／Ｌ、アルカリ度１５ｍｅｑ．／Ｌの生物学的処理水を用いた。この処理水循環時の脱気塔における気液接触比を１０（１０L−ガス／ｍｉｎ対１００ｍL−液／ｍｉｎ：脱臭塔内気液温度約３５℃）として図２に示す供液を行ったときの循環液停止時間と脂肪酸含有量の関係を次表に示す。

上記の結果から、本排ガスが感覚（嗅覚）上、十分に脱臭されたと確認できる脂肪酸濃度は２０〜３０ｍｇ／Ｎｍ^３以下であることがわかった。

本発明に係る生物脱臭装置を示す概略構成図弁制御部の制御を示すタイミングチャート気液接触塔の他の形態を示す概略構成図底面部の平面図図４の（ａ）−（ａ）線に沿う断面図

符号の説明

１：気液接触塔
１１：導入口
１２：排出口
２：気液接触部
２１：第１充填部
２１ａ、２１ｂ：底面部
２２：第２充填部
２２ａ、２２ｂ：底面部
２３：第３充填部
２３ａ、２３ｂ：底面部
３１、３２、３３：液体供給口
４：貯留タンク
５：循環ポンプ
６、６１、６２、６３：供給管
７１、７２、７３：開閉弁
８：弁制御部
９：返送管
２０１：底面部本体
２０１ａ：谷部
２０２：通水用の樋

Claims

下部に水に可溶な臭気成分の他に水に不溶又は難溶な臭気成分を含む被処理ガスを導入する導入口と、上部に処理ガスの排出口とを有し、内部に、比表面積１００ｍ ^２／ｇ以上で、且つ、微生物を担持した充填材を充填してなる充填部が多段に設けられると共に、各段の充填部の上方に、それぞれ充填部に、水、活性汚泥処理水、又はメタン発酵処理によって生成された消化液からなる液体を供給する液体供給口が配置された気液接触塔と、
各段の充填部への液体の供給と停止の各操作を交互に行うように制御する制御手段とを有し、
前記各充填部は、少なくとも底面部が通気性及び通水性を有しており、
前記各充填部のうち、少なくとも最下段以外の充填部の前記底面部は、前記気液接触塔内に傾斜状に配設されていると共に、傾斜方向に沿って延びる複数条の谷部と、該谷部に設けられた通水用の樋とを有し、
前記制御手段は、いずれか一つの段の充填部への液体の供給を、その他の段の充填部へ液体が供給されている間は停止するように制御することを特徴とする生物脱臭装置。
液体の供給の停止時間が、５〜６０分間であることを特徴とする請求項１記載の生物脱臭装置。