(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄酸化菌を含む反応液を充填した微生物処理槽と、該微生物処理槽内の反応液の一部を抜き出して菌体分離フィルタで菌体と硫酸を含んだ酸性水を分離し、前記菌体分離フィルタのラインと並列にバイパスラインを設け、菌体分離フィルタラインへの反応液の流量を制御することにより分離した酸性水を反応系外への抜き出し量を制御しつつ抜き出すとともに菌体を微生物処理槽に戻す菌体循環手段を備え、前記微生物処理槽に硫化水素を含有する地熱発電所排ガスを通して硫化水素を硫酸に変換して除去し、硫化水素濃度の低減した処理ガスを排出するとともに、抜き出した酸性水は地熱発電所から排出される高濃度のシリカを含む熱水に添加して還元井に戻すことにより、地上設備及び還元井でのスケール付着を防止するようにし、抜き出した酸性水に見合う量の反応液を補充することにより脱硫処理を行う処理装置において、前記微生物処理槽内部に前記硫黄酸化菌を含む反応液と前記硫化水素を含有する地熱発電所排ガスとの気液接触効率を向上させる充填材充填層を設け、さらに処理槽下部から微生物を含む反応液を抜き出して微生物処理槽上部から散水する反応液循環手段を設け、前記充填材充填層において前記微生物を含む反応液と前記硫化水素を含有する地熱発電所排ガスとを気液接触させるように構成してなり、前記反応液循環手段と前記菌体循環手段とを、同一の系統内に設けてなることを特徴とする地熱発電所排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地熱発電所から排出される硫化水素含有ガスを微生物を利用して処理する地熱発電所排ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の微生物を利用した地熱発電所排ガス処理フローの１例を図６に示す。図６において生産井１から取り出された２相流体（地熱流体）２はセパレータ３により蒸気４と熱水５とに分けられる。蒸気４は蒸気タービン６に導入され発電に用いられる。発電に用いられた蒸気はコンデンサ７で凝縮され、凝縮水２３は冷却塔（図示省略）からオーバーフロー水として系外に放出され、一部は必要によりコンデンサ７に戻される。一方、熱水５は還元井８に戻される。コンデンサ７で凝縮しなかった高濃度硫化水素含有不凝縮ガス９は硫黄酸化菌を利用した微生物処理槽１０で酸化処理され、低濃度硫化水素含有不凝縮ガス１１となり大気中に放散される。ここで硫化水素は次式の反応により酸化され硫酸に転換する。
Ｈ2 Ｓ＋２Ｏ2 →Ｈ2 ＳＯ4 
微生物処理槽１０で生成した硫酸を含む酸性水１２は熱水５とともに還元井８に注入される。これにより熱水のｐＨを５．５以下とすることができ、スケールの付着を防止する効果がある。これまで、この技術においては微生物処理槽１０として気泡塔（特開平６−２９２８１６号公報など）あるいは硫黄酸化細菌を付着した固定床又は流動床（特開平４−３７１２１４号公報など）が用いられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術において、微生物処理槽として気泡塔を使用する場合には気液接触面積が小さいため、菌体の能力が十分な場合においても反応速度が小さく、結果として装置が大きくなる欠点がある。
硫黄酸化細菌を付着した固定床又は流動床を使用する場合、担体に菌体が固定されているため、菌体の増殖は担体表面で起こり、フロック化すること、また負荷変動により硫化水素が完全に酸化されない場合には硫黄が析出して装置内での閉塞をまねく恐れがある。一方、酸性水を系外に回収するため水を補給する必要があるが、この補給水には菌体の栄養源が含まれていないため、脱硫能力が経時的に低下する恐れがある。
本発明はこのような従来技術の実状に鑑み、微生物処理槽における処理効率を向上させることによって、効率よく硫化水素含有排ガスを処理することができるコンパクト化された装置を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決する手段として次の態様を採るものである。
硫黄酸化菌を含む反応液を充填した微生物処理槽と、該微生物処理槽内の反応液の一部を抜き出して菌体分離フィルタで菌体と硫酸を含んだ酸性水を分離し、前記菌体分離フィルタのラインと並列にバイパスラインを設け、菌体分離フィルタラインへの反応液の流量を制御することにより分離した酸性水を反応系外への抜き出し量を制御しつつ抜き出すとともに菌体を微生物処理槽に戻す菌体循環手段を備え、前記微生物処理槽に硫化水素を含有する地熱発電所排ガスを通して硫化水素を硫酸に変換して除去し、硫化水素濃度の低減した処理ガスを排出するとともに、抜き出した酸性水は地熱発電所から排出される高濃度のシリカを含む熱水に添加して還元井に戻すことにより、地上設備及び還元井でのスケール付着を防止するようにし、抜き出した酸性水に見合う量の反応液を補充することにより脱硫処理を行う処理装置において、前記微生物処理槽内部に前記硫黄酸化菌を含む反応液と前記硫化水素を含有する地熱発電所排ガスとの気液接触効率を向上させる充填材充填層を設け、さらに処理槽下部から微生物を含む反応液を抜き出して微生物処理槽上部から散水する反応液循環手段を設け、前記充填材充填層において前記微生物を含む反応液と前記硫化水素を含有する地熱発電所排ガスとを気液接触させるように構成してなり、前記反応液循環手段と前記菌体循環手段とを、同一の系統内に設けてなることを特徴とする地熱発電所排ガス処理装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の装置は地熱発電所の排ガス中の硫化水素を硫黄酸化菌を含有する反応液と接触させて処理する微生物処理槽の内部に充填材の充填層を設け、さらに微生物処理槽下部から微生物を含む反応液を抜き出して微生物処理槽の上部から散水するようにし、また排ガスは充填層の下方から供給するようにして気液接触させることにより気液接触効率を向上させたことを特徴とするものである。
【０００８】
微生物処理槽で用いられる硫黄酸化菌は、通常の硫黄化合物を含む処理装置で使用されている高温・好酸硫黄酸化微生物であり、５０〜９０℃の高温度、ｐＨ３以下の酸性域で硫化水素や硫黄を酸化し、最終的に硫酸を生成する微生物である。この微生物の好ましい例としてはスルフォロブス（ Sulfolobus ）属の微生物が挙げられる。
【０００９】
微生物処理槽内に充填する充填材としては通常の気液接触充填塔で使用されるラシヒリング、レッシングリング、ベルルサドル、インタロックスサドル、テラレット、ポールリングなどの形状のもので、材質として耐酸性のプラスチック、カーボン、セラミックなどからなるものを使用することができる。
【００１０】
微生物を含む反応液は微生物処理槽下部から抜き出し、循環ラインを経由して処理槽の上部に送り、充填層の上方から散水して反応させる。反応の進行により硫酸が生成し反応液のｐＨが低下するため、反応液の一部を抜き出して菌体分離フィルタに送り、菌体と酸性水を分離し、分離した酸性水を反応系外へ抜き出すとともに菌体を微生物処理槽に戻すようにする。
【００１１】
散水のための反応液循環ラインと菌体分離フィルタを設ける菌体分離フィルタラインは別々に設けても良いが、両者を同一経路内に設けることもできる。
菌体分離フィルタからの酸性水の抜き出し量は循環ライン内又は菌体分離フィルタライン内の適当な個所あるいは菌体分離フィルタからの酸性水抜き出しラインにバルブを設け、流量を調整することによって制御し、微生物処理槽内の反応液ｐＨが１〜２．５程度で安定するようにする。
【００１２】
系外へ抜き出した酸性水は、地熱発電所の生産井から噴出し、蒸気から分離された高濃度のシリカを含む熱水と合わせてｐＨを５．５以下としたうえで還元井に戻すようにする。これにより熱水配管や還元井内部、還元地層でのスケールの付着を防止することができる。
【００１３】
以下、図面を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
図１は第１の参考例の実施態様を示すフロー図である。図１において生産井１から取り出された２相流体（地熱流体）２はセパレータ３により蒸気４と熱水５に分けられる。蒸気４は蒸気タービン６に導入され発電に用いられる。発電に用いられた蒸気はコンデンサ７で凝縮され、凝縮水２３は冷却塔（図示省略）からオーバーフロー水として系外に放出され、一部は必要によりコンデンサ７に戻される。一方、熱水５は還元井８に戻される。コンデンサ７で凝縮しなかった高濃度硫化水素含有不凝縮ガス９は微生物処理槽１０に導かれる。地熱発電所（１２ＭＷ）の１例においては、還元熱水５は大略３５０ｍ3 ／ｈであり、高濃度硫化水素含有不凝縮ガス９は２９０Ｎｍ3 ／ｈ程度である。このうち１５０Ｎｍ3 ／ｈ程度の高濃度硫化水素含有不凝縮ガス９が３ｍ3 のラシヒリング充填層１３を持つ微生物処理槽１０に導かれ、高濃度硫化水素含有不凝縮ガス９の残部は、散水して空気を冷却する冷却塔（図示省略）に導いて処理され、空気とともに大気中に放出される。この高濃度硫化水素含有不凝縮ガス９中の硫化水素濃度は通常１〜１．５％程度である。
【００１４】
高濃度硫化水素含有不凝縮ガス９はラシヒリング充填層１３において、循環ライン２２及び循環ポンプ１７を使って下部から抜き出され上部から散水される反応液１４−１に吸収され脱硫される。脱硫後の処理ガスは、微生物処理槽１０の上部の排出管より低濃度硫化水素不凝縮ガス１１として大気へ放出される。反応液１４はスルフォロブス属の硫黄酸化菌を含有し、温度は７０℃、ｐＨは１．５程度である。硫黄酸化菌以外の反応液組成の１例を表１に示す。ラシヒリング充填層１３には耐酸性のラシヒリング、例えばセラミックスや樹脂製のものが充填される。上部には必要に応じて液分散板が用いられる。
【００１５】
【表１】
0003676072.tif 000002
【００１６】
反応が進むにつれて反応液１４のｐＨが低下するが、ｐＨがほぼ一定、好ましくは１〜２．５になるよう酸性化した反応液１４−２を系外へ抜き出す。このｐＨは反応液１４のｐＨを直接測定するかあるいは処理した硫化水素量から間接的に測定することが可能である。酸性化した反応液１４−２を抜き出すため、循環ポンプ１５を経て反応液１４の一部を菌体分離フィルタ１６に導き、濃縮菌体１４−３と硫酸を含む酸性水１２に分離する。菌体分離フィルタ１６には多孔質のセラミックスが用いられる。分離された濃縮菌体１４−３は微生物処理槽１０内に戻される。一方、酸性水１２は熱水５とともに還元井８に注入する。これにより還元井８に注入される液のｐＨは５．５以下に保持され、スケールの付着を防止することができる。反応液の液量維持と栄養源の補充のため、抜き出された酸性水１２と同量の補充反応液１４−５が補充され、連続的に処理が行われる。
【００１７】
図２は第２の参考例の実施態様を示すフロー図である。図２のフローにおいては、菌体分離フィルタ１６の接続方式が図１と異なるのみであり、同一の部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。
酸性化した反応液１４−２は循環ライン２２に設けられた菌体分離フィルタ１６により濃縮菌体１４−３と硫酸を含む酸性水１２に分離される。循環ライン２２の圧力は常に０．１〜０．５ｋｇ／ｍ2 Ｇに維持されており、ｐＨの低下に応じてバルブ１８が開閉し酸性水１２の抜き出し量が調整される。分離された濃縮菌体１４−３は微生物処理槽１０内に戻される。
【００１８】
図３は第３の参考例の実施態様を示すフロー図である。図３のフローにおいては、菌体分離フィルタ１６の接続方式が図１と異なるのみであり、同一の部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。
酸性化した反応液１４−２は循環ライン２２に設けられた菌体分離フィルタ１６により濃縮菌体１４−３と硫酸を含む酸性水１２に分離される。ｐＨの低下に応じて菌体分離フィルタ１６出口に設けられた流調バルブ（流量調整バルブ）１９の開度が調整され、菌体分離フィルタ１６前後の差圧が調整されることにより酸性水１２の抜き出し量が制御される。分離された濃縮菌体１４−３は微生物処理槽１０内に戻される。
【００１９】
図４は本発明の第１の実施態様を示すフロー図である。図４のフローにおいては、菌体分離フィルタ１６の接続方式が図１と異なるのみであり、同一の部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。
酸性化した反応液１４−２は循環ライン２２に設けられた菌体分離フィルタ１６により濃縮菌体１４−３と硫酸を含む酸性水１２に分離される。ｐＨの低下に応じてバイパスライン２０に設けられた流調バルブ（流量調整バルブ）２１の開度が調整され、菌体分離フィルタ１６側への流量が調整されることにより酸性水１２の抜き出し量が制御される。分離された濃縮菌体１４−３は微生物処理槽１０内に戻される。
【００２０】
図５は本発明の第２の実施態様を示すフロー図である。図５のフローにおいては、菌体分離フィルタ１６の接続方式が図１と異なるのみであり、同一の部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。
酸性化した反応液１４−２は循環ライン２２に設けられた菌体分離フィルタ１６により濃縮菌体１４−３と硫酸を含む酸性水１２に分離される。ｐＨの低下に応じて菌体フィルタ１６側のラインの入口側に設けられたバルブ２３が開閉され、抜き出し時間が調整されることにより酸性水１２の抜き出し量が制御される。分離された濃縮菌体１４−３は微生物処理槽１０内に戻される。
【００２１】
以下、具体例により本発明における充填材充填層の効果を実証する。
図７に示す試験装置フローを用い、硫化水素含有ガスの処理試験を行った。微生物処理槽３０内に内径８ｍｍ、外径１０ｍｍ、長さ１０ｍｍのガラス製ラシヒリングを２．５リットル充填したラシヒリング充填層３１を設け、温度維持のため背面にヒータ３２（シリコンラバーヒータ）を取り付けた。ラシヒリング充填層３１と微生物処理槽３０の下部の反応液貯槽３３の温度は独立に制御した。反応液は下部から反応液循環ポンプ３６で抜き出して反応液循環ライン３５により微生物処理槽３０の上部へ導き、上部からポリカーボネート製の広角スプレーノズル３４を通して散水した。循環液量は反応液循環ポンプ３６の回転数をインバータで変化させることにより制御した。硫黄酸化菌として継代培養中のスルフォロブス属微生物（Sulfolobus sp. Strain7）を用いた。反応液としては表１に示した組成のものを使用した。模擬地熱ガスは硫化水素標準ガス（４％、窒素バランス）を硫化水素濃度が１．５％程度となるようＣＯ2 で希釈して供給した。空気の供給はコンプレッサを用いた。模擬地熱ガスと空気の比は１：４とした。
【００２２】
試験では微生物処理槽３０に硫化水素を含む模擬地熱ガスと空気を吹き込み、ラシヒリング充填層３１の上部から散水する反応液中のSulfolobus sp. Strain7により酸化脱硫した。
試験は、先ずラシヒリング充填層３１に反応液を循環させ、空気を流通しながら加温し、温度が７０℃に達したところで菌体を１０8 ｃｅｌｌｓ／ミリリットルとなるよう植菌した。植菌後模擬地熱ガスを供給することにより試験を開始し、脱硫率が安定したところで負荷を変化させ処理速度の変化のデータを取得した。脱硫率は入口硫化水素濃度と出口硫化水素濃度を測定することにより求めた。
【００２３】
得られた硫化水素負荷と処理速度の関係を図８に示す。なお、図中の処理速度は（硫化水素負荷×脱硫率）で表される数値であり、図中にラシヒリング塔とあるのは前記具体例によるデータで、気泡塔とあるのは充填材を使用せず従来技術の気泡塔で処理したデータである。また、硫化水素負荷はラシヒリング充填層３１の体積当たり、単位時間当たりの硫黄換算量である。また脱硫率は以下のように定義される。
脱硫率＝（入口Ｈ2 Ｓ濃度−出口Ｈ2 Ｓ濃度）／入口Ｈ2 Ｓ濃度
【００２４】
図８からわかるように、硫化水素負荷が上昇するとともに処理速度も上昇した。本具体例での処理速度の最大値は０．２４ｋｇ／ｍ3 ／ｈであった。これを従来のデータと比較すると表２のようになる。これらの結果から従来の処理速度と比較して１２倍程度処理速度が向上し、装置のコンパクト化が可能であることがわかる。
【００２５】
【表２】
0003676072.tif 000003
【００２６】
【発明の効果】
本発明の装置では、微生物反応槽としてラシヒリングなどの充填材を充填層として設けた反応槽を採用することにより気液接触面積を大きくとることが可能となり、処理速度が向上し、結果として装置のコンパクト化が可能となった。
また、微生物を含む反応液を上部から散水するようにしたことにより、反応は溶液中で進行し、菌体の増殖は液体中で起こるため、菌体のフロック化や目詰まりを防ぐことが可能となった。また抜き出した酸性水と同量の栄養源を含む反応液を補充することにより脱硫能力の維持が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の参考例の実施態様を示すフロー図。
【図２】  第２の参考例の実施態様を示すフロー図。
【図３】  第３の参考例の実施態様を示すフロー図。
【図４】  本発明の第１の実施態様を示すフロー図。
【図５】  本発明の第２の実施態様を示すフロー図。
【図６】  従来の微生物を利用した地熱発電所排ガス処理技術の１例を示すフロー図。
【図７】  具体例で使用した硫化水素含有ガスの処理試験装置のフロー図。
【図８】  具体例で測定した硫化水素負荷と処理速度の関係を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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