JPH0852491A

JPH0852491A - 嫌気性生物反応ガスの処理方法

Info

Publication number: JPH0852491A
Application number: JP19072794A
Authority: JP
Inventors: Motoyuki Yoda; 元之依田; Sosuke Nishimura; 総介西村
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1994-08-12
Filing date: 1994-08-12
Publication date: 1996-02-27

Abstract

(57)【要約】【目的】小型の装置を用いて低コストで効率よく、し
かも簡単かつ安定に嫌気性生物反応ガスを脱硫して燃焼
させ、燃焼による腐食性ガスの生成を防止する。【構成】嫌気性処理装置１で発生する嫌気性生物反応
ガスを、ガス貯留装置２で貯留後、燃焼に必要な空気１
４と混合して混合ガスを生成し、イオウ化合物酸化微生
物固定層１１を設けた生物脱硫装置３に前記混合ガスを
導入して、生物脱硫により硫化水素等のイオウ化合物を
除去し、処理ガスを燃焼装置４で燃焼させるようにした
嫌気性生物反応ガスの処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は下水、し尿、産業排水、
汚泥、ゴミ等の有機性物質の嫌気性生物反応により発生
する嫌気性生物反応ガスを、生物脱硫法により硫化水素
その他のイオウ化合物を除去したのち燃焼させる方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】下水、し尿、産業排水等の排水、または
汚泥、ゴミ等の固形廃棄物などの有機性物質の処理法と
して、嫌気性処理法がある。この方法は有機性物質を嫌
気性状態に維持することにより、嫌気性微生物の作用に
よって酸発酵およびメタン発酵等の嫌気性生物反応を行
わせて有機物を分解する方法であり、これにより嫌気性
生物反応ガス（以下、嫌気性ガスという）が発生する。
この嫌気性ガス中には、メタン、二酸化炭素、硫化水素
その他のイオウ化合物などのガスが含まれている。

【０００３】このような嫌気性ガスは、通常エネルギー
回収の目的で、ボイラーまたは焼却炉の燃料などとして
有効利用される場合が多いが、燃焼装置の腐食防止およ
び大気汚染防止の観点から、燃焼に利用する前に硫化水
素その他のイオウ化合物の除去（脱硫）が行われる。嫌
気性ガス中には、通常０．０５〜２容量％程度の硫化水
素その他のイオウ化合物が含まれているが、この濃度は
メタン発酵処理を受ける排水または廃棄物中の硫酸イオ
ン濃度により変わる。

【０００４】従来、嫌気性ガスの脱硫方法として、イオ
ウ酸化細菌等のイオウ化合物酸化微生物が付着した充填
材層を有する生物脱硫装置に嫌気性ガスを空気とともに
導入して、好気性下に脱硫を行う方法が知られている
（特開平２−２６６１５号）。この方法では、充填材層
に付着したイオウ化合物酸化微生物を含む汚泥中に嫌気
性ガス中の硫化水素その他のイオウ化合物が吸着されて
嫌気性ガスが脱硫され、汚泥に吸着されたイオウ化合物
はイオウ化合物酸化微生物に資化されて酸化され、無害
な硫酸塩等に変換される。このとき酸素が必要なため、
あらかじめ酸化に必要な酸素量の空気が嫌気性ガスに混
合される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平２−２６６
１５号では、処理ガス中に酸素が残留しないようにする
ために、処理ガスの酸素濃度を測定し、その酸素濃度測
定値が実質的にゼロになるように空気の混入量を制御し
ている。しかしながら、このような方法では、処理ガス
中の酸素濃度が実質的にゼロになるように空気の注入量
を制御する場合、混合ガス中の酸素濃度が低いため、脱
硫速度が遅く、処理ガス中のイオウ化合物濃度を低くす
るためには装置を大型化する必要があるほか、上記のよ
うな空気注入量の制御は実際上困難であるなどの問題点
がある。

【０００６】本発明の目的は、このような従来の問題点
を解決するため、小型の装置を用いて低コストで効率よ
く、しかも簡単かつ安全に嫌気性ガスを脱硫して燃焼さ
せることができる嫌気性ガスの処理方法を提案すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、嫌気性生物反
応ガスを燃焼に必要な酸素含有ガスと混合して混合ガス
を生成する工程と、前記混合ガスを生物脱硫装置に導入
し、イオウ化合物酸化微生物の酸化作用を利用してイオ
ウ化合物を除去する工程と、イオウ化合物を除去した混
合ガスを燃焼する工程とを含むことを特徴とする嫌気性
生物反応ガスの処理方法である。

【０００８】本発明の処理の対象となる嫌気性ガスは、
例えば下水、し尿、産業排水等の排水および汚泥、ゴミ
等の固形廃棄物などの有機性物質の嫌気性処理装置、そ
の他の嫌気性消化施設において発生する嫌気性生物反応
ガスである。このような嫌気性ガス中には、通常メタン
５０〜９５容量％、二酸化炭素５〜５０容量％、硫化水
素０．０５〜２容量％、酸化メチル、二硫化メチル、メ
チルメルカプタンなどのイオウ化合物数１０ｐｐｍレベ
ルが含まれている。上記の嫌気性ガスは有機性物質の嫌
気性処理におけるメタン発酵により発生するのが一般的
であるが、ゴミ埋立地など、嫌気性処理装置以外の嫌気
性消化施設における嫌気性生物反応により発生する場合
もある。嫌気性生物反応は、被処理物である有機性物質
を嫌気状態に保つことにより、嫌気性微生物の作用を利
用して分解する処理であり、固形物を含む有機性物質を
長時間滞留させて酸発酵およびメタン発酵を行う嫌気性
消化のほか、充填層型、流動層型、スラッジブランケッ
ト型等の溶解性ＢＯＤを対象とする高負荷嫌気性処理な
ど、任意の嫌気性生物反応装置により行うことができ
る。

【０００９】嫌気性ガスに混合する酸素含有ガスとして
は、空気、酸素リッチ空気、その他の酸素含有ガスなど
が使用できる。これらの中では空気が好ましい。酸素含
有ガスの混合量は嫌気性ガスの燃焼に必要な量である。
１モルのメタン燃焼には２モルの酸素が必要であるた
め、酸素含有ガスの混合量は、嫌気性ガス中にメタン含
有量に対して酸素として１．５〜４モル倍、好ましくは
２〜３モル倍となるようにするのが望ましい。このため
メタン含有量５０〜９５容量％の嫌気性ガスに空気を混
合する場合は、４〜１４容量倍、好ましくは５〜１２容
量倍の空気を混合するのが望ましい。この場合、混合ガ
ス中のメタンの含有量は５〜１０容量％、好ましくは７
〜９容量％、酸素濃度は１５〜２５容量％、好ましくは
１７〜２０容量％とするのが好ましい。

【００１０】嫌気性ガス中の硫化水素濃度は、通常０．
１〜１容量％、最大でも２容量％程度であるため、嫌気
性ガスの燃焼に必要な上記範囲で酸素含有ガスを混合す
れば、硫化水素その他のイオウ化合物の微生物酸化には
十分であり、かつ微生物酸化に必要な酸素は少量である
から、その酸素量が消費された後も、メタンの燃焼には
支障はない。嫌気性ガスと酸素含有ガスの混合は任意の
場所で行うことができるが、生物脱硫装置に導入する直
前に行うのが好ましい。混合は任意の混合手段を用いる
ことができ、嫌気性ガス移送路中に酸素含有ガスを単に
注入することによっても可能である。

【００１１】生物脱硫装置は混合ガス中の硫化水素その
他のイオウ化合物を、イオウ酸化細菌のようなイオウ化
合物酸化微生物の作用により最終的には硫酸にまで生物
酸化する装置である。嫌気性ガスに混合された燃焼用の
空気は、ここでイオウ化合物の酸化に利用される。この
ような生物脱硫装置としては、イオウ化合物酸化微生物
を充填材層等により固定化した槽内に、混合ガスを導入
してイオウ化合物酸化微生物と接触させ、イオウ化合物
を生物酸化する形式のものが好ましいが、吸収装置と生
物酸化装置を分離し、両者間に生物汚泥を含む（あるい
は含まない）洗浄液を循環させることにより、吸収装置
でイオウ化合物を洗浄液に吸収させた後生物酸化装置で
酸化させるような形式のものでもよい。

【００１２】イオウ化合物酸化微生物を固定化する場
合、固定化のためにはピート、木炭、コークス、活性
炭、ゼオライト、土壌、コンポスト化汚泥等の充填層を
微生物の支持体（担体）として用い、その表面にイオウ
化合物酸化微生物を付着、増殖させることができる。上
記微生物を支持体に固定化するためには、支持体上に活
性汚泥を含む水を供給した状態で、嫌気性ガスと酸素含
有ガスの混合ガスを供給して処理を継続することによ
り、イオウ化合物酸化微生物が増殖して支持体に付着す
る。

【００１３】吸収装置と生物酸化装置を分離する形式の
場合、吸収装置としては散気式の吸収塔、スプレー式の
吸収塔、充填塔、多段トレイ塔などの気液接触塔が使用
でき、生物酸化装置としてはイオウ化合物酸化微生物汚
泥を利用する曝気槽のような好気性酸化装置が使用でき
る。また洗浄液としては生物酸化装置内の汚泥を含む混
合液または処理液が使用でき、この洗浄液を両装置間に
循環することにより、イオウ化合物の吸収と生物酸化を
繰返す。

【００１４】いずれの場合もイオウ化合物酸化微生物の
活動には水が必要であることから、生物脱硫装置に水を
介在させると生物脱硫活性が高くなるほか、引火等の危
険を防止することができる。イオウ化合物酸化微生物を
固定化する形式の場合は水を微生物層に供給し、混合ガ
スが微生物層と接触する段階で水を介在させる。洗浄液
を循環する形式の場合は、洗浄液中に水を存在させるこ
とにより、嫌気性ガスと接触する段階で水を介在させ
る。

【００１５】このような生物脱硫装置において、嫌気性
ガスと酸素含有ガスの混合ガスをイオウ化合物酸化微生
物と接触させると、混合ガス中の硫化水素その他のイオ
ウ化合物がイオウ化合物酸化微生物またはこれを含む汚
泥もしくは洗浄液中に摂り込まれて混合ガスから除去さ
れる。ここで摂り込まれたイオウ化合物はイオウ化合物
酸化微生物に資化され、同様にして吸収された酸素を利
用して硫酸に酸化される。硫酸の生成によりｐＨが低下
するので、アルカリを注入して中和するのが好ましい。
アルカリとしては水酸化ナトリウム等のアルカリ剤、ま
たはアルカリ度を含む排水などが使用できる。

【００１６】こうして生成する硫酸を吸収、中和するた
めにも、生物脱硫に水を介在させ、水側に硫酸を移行さ
せて中和し、系外に排出するのが好ましい。この脱硫工
程では多量の酸素が存在するため、脱硫速度が大きく、
小型の装置を用いて効率よく脱硫が行われ、しかも操作
は簡単で、安全に混合ガス中の硫化水素その他のイオウ
化合物を除去することができる。生物脱硫装置における
イオウ化合物負荷は、硫化水素として１０〜１００ｇ−
Ｈ₂Ｓ／ｍ³／時程度、あるいはこれ以下、混合ガスの空
間速度ＳＶは１０〜２００ｈｒ^-1、特に３０〜１００ｈ
ｒ^-1が好ましい。

【００１７】生物脱硫によりイオウ化合物を除去した混
合ガスは、燃焼工程において燃焼され、エネルギーが回
収される。このとき、燃焼に必要な酸素は残留するの
で、そのままの状態で燃焼を行うことができる。そして
イオウ化合物はすでに除去されているので、亜硫酸ガス
等の腐食性のガスは生成しない。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。図１
は実施例による嫌気性ガスの処理装置を示す系統図であ
る。図において、１は嫌気性処理装置、２はガス貯留装
置、３は生物脱硫装置、４は燃焼装置である。

【００１９】嫌気性処理装置１は密閉型の槽からなり、
スラッジブランケット、流動床等の嫌気性微生物を含む
バイオマス５が形成されている。嫌気性処理装置１の下
部には被処理物導入装置６が設けられて、被処理物導入
路７が連絡し、上部から処理液取出装置８が設けられ
て、処理液排出路９に連絡し、頂部から嫌気性ガス取出
路１０がガス貯留装置２に連絡している。

【００２０】生物脱硫装置３は微生物固定化層１１が設
けられて、ピート等の支持体にイオウ化合物酸化微生物
を付着させた充填物が充填されている。微生物固定化層
１１の下部には混合ガス供給装置１２が設けられて、ガ
ス貯留装置２から被処理ガス供給路１３が連絡し、その
途中で空気供給路１４が合流している。微生物固定化層
１１の上部には散水装置１５が設けられ、底部に形成さ
れた集水部１６からポンプ１７を介して循環水路１８が
連絡している。循環水路１８から排水路１９が分岐し、
また給水路２０が合流している。また集水部１６上には
アルカリ注入路２１が連絡している。

【００２１】燃焼装置４はボイラ、燃焼炉などガスを燃
焼させてエネルギーを回収する装置であって、バーナ２
２が設けられており、生物脱硫装置３から処理ガス供給
路２３が連絡している。

【００２２】上記の装置における嫌気性ガスの処理方法
は以下の通りである。まで嫌気性処理装置１に被処理物
導入路７から被処理物導入装置６を通して、下水、し
尿、排水等の有機性物質からなる被処理物を導入して、
上向流でバイオマス５と嫌気状態で接触させると、嫌気
性微生物の作用により酸発酵およびメタン発酵等の嫌気
性生物反応が行われ、有機物が分解する。この嫌気性処
理により発生する嫌気性ガスを嫌気性ガス取出路１０か
ら取出してガス貯留装置２に供給して貯留し、嫌気性処
理液は処理液排出路９から系外に排出する。

【００２３】ガス貯留装置２に貯留された嫌気性ガス
は、被処理ガス供給路１３から生物脱硫装置３に供給す
る途中で、空気供給路１４から空気を供給して混合し、
混合ガスの状態で混合ガス供給装置１２から生物脱硫装
置３の微生物固定化層１１の下部に供給する。

【００２４】生物脱硫装置３に入った混合ガスは微生物
固定化層１１を通過する間にイオウ化合物酸化微生物ま
たはこれを含む汚泥と接触して、硫化水素その他のイオ
ウ化合物が吸収されて資化され、ガスは脱硫される。そ
して同時に吸収される酸素を利用して生物酸化が行わ
れ、微生物または汚泥に吸収されたイオウ化合物は最終
的には硫酸に酸化される。ここで混合ガス中には、イオ
ウ化合物の酸化にとって過剰の酸素が含まれるため、イ
オウ化合物の吸収酸化速度が大きく、小型の装置を利用
して効率よく生物脱硫を行うことができる。

【００２５】この間集水部１６からポンプ１７により循
環水路１８を通して循環水を循環し、散水装置１５から
微生物固定化層１１上に散布することにより、微生物固
定化層１１を湿潤させて微生物の生育しやすい環境を形
成するとともに、イオウ化合物の吸収を促進し、かつ生
成する硫酸を洗い出す。こうして硫酸の生成により循環
水はｐＨが低下するので、アルカリ注入路２１からアル
カリを注入して所定ｐＨに維持する。循環水の一部は排
水路１９から系外に排出し、補給水を給水路２０から供
給する。循環水は微生物の活性が高いｐＨ３〜４に維持
するように給排水を行うのが好ましい。

【００２６】微生物固定化層１１を通過して生物脱硫さ
れた処理ガスは、なお燃焼に必要な酸素を含有してお
り、生物脱硫装置３の頂部から処理ガス供給路２３に取
出され、そのまま燃焼装置４に供給されてバーナ２２で
燃焼され、エネルギーが回収される。処理ガスはイオウ
化合物が除去され、かつ必要な酸素を含むため、効率よ
く燃焼し、亜硫酸ガス等の腐食性ガスは生成しない。

【００２７】実施例１図１の嫌気性処理装置１として、ビール排水のＵＡＳＢ
型高負荷嫌気性処理装置を用い、発生する嫌気性ガス
（メタン７５容量％、二酸化炭素２４容量％、硫化水素
１４００ｐｐｍ、その他のイオウ化合物３５ｐｐｍ）を
０．５Ｎｍ³／ｈｒで取出し、これを９倍容量の空気と
混合し、混合ガスとした。

【００２８】一方ピートを充填してイオウ化合物酸化微
生物を付着増殖させた微生物固定化層１１（充填容量５
０ liter）を有する生物脱硫装置３に前記混合ガスを導
入し、微生物固定化層１１をＳＶ＝９３ｈｒ^-1で通過さ
せて生物脱硫を行った。その結果、処理ガスのＨ₂Ｓ濃
度は０．７ｐｐｍとなり、燃焼装置４としてのボイラで
良好に燃焼させることができ、亜硫酸ガス等の腐食性ガ
スも生成しなかった。

【００２９】

【発明の効果】本発明では、嫌気性ガスを燃焼に必要な
酸素含有ガスと混合した混合ガスを生物脱硫したのち燃
焼するようにしたので、酸素濃度の高い状態で生物脱硫
を行って脱硫速度を高くすることができ、これにより小
型の装置を用いて、低コストで効率よくしかも簡単かつ
安全に脱硫を行うことができる。このため処理ガスを燃
焼させても腐食性ガスが発生せず、また処理ガスをその
まま放出しても悪臭等が発生しないなどの効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の嫌気性ガスの処理方法を示す系統図で
ある。

【符号の説明】

１嫌気性処理装置２ガス貯留装置３生物脱硫装置４燃焼装置５バイオマス６被処理物導入装置７被処理物導入路８処理液取出装置９処理液排出路１０嫌気性ガス取出路１１微生物固定化層１２混合ガス供給装置１３被処理ガス供給路１４空気供給路１５散水装置１６集水部１７ポンプ１８循環水路１９排水路２０給水路２１アルカリ注入路２２バーナ２３処理ガス供給路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ０１Ｄ 53/52

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】嫌気性生物反応ガスを燃焼に必要な酸素
含有ガスと混合して混合ガスを生成する工程と、前記混合ガスを生物脱硫装置に導入し、イオウ化合物酸
化微生物の酸化作用を利用してイオウ化合物を除去する
工程と、イオウ化合物を除去した混合ガスを燃焼する工程とを含
むことを特徴とする嫌気性生物反応ガスの処理方法。