(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填材を充填した充填層を備えた充填塔を設け、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保持させながら揮発性有機物を含有する排ガスを通気して排ガス中の揮発性有機物を除去し、前記散水により生じる前記充填材より剥離した微生物を含む汚泥混合液を前記充填塔の下に設けた受水部で受け、前記受水部で汚泥混合液を固液分離し、分離した上澄み液を循環させて前記充填材の散水に利用する、生物学的処理により排ガス中の揮発性有機物を除去する方法において、充填層に供給される揮発性有機物の１日当りの負荷量の値に一定の値を乗じて散水する水に添加する窒素及びリン酸の供給量を算出して、充填層に散水する水に窒素源及びリン源を供給することを特徴とする生物学的な排ガス処理方法。
【請求項２】
充填材が充填されている充填塔の断面積に対する散水速度を、少なくとも０．０２ｍ３／ｍ２／分以上、１時間毎に少なくとも２分間以上継続させることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理方法。
【請求項３】
充填塔内の充填層に、微生物を保持できる充填材を充填し、前記充填層上部に散水部を配備し、充填塔の下部に受水部を設けると共に、前記散水部と受水部とを循環水管で連絡し、揮発性有機物を含有する排ガスを循環水と前記充填層においてカウンターフローまたはクロスフローで接触させるように構成し、上清液を循環させるための循環水の取水口を受水部の上部に設置し、剥離されて受水槽底部に沈澱している汚泥を排水と共に系外に排出するための排水口を受水槽底部に設置し、循環水に充填層に供給される揮発性有機物の１日当りの負荷量の値に一定の値を乗じて散水する水に添加する窒素及びリン酸の供給量を算出して、窒素源及びリン源を供給する供給装置を設けたことを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項４】
前記充填層に充填する、微生物を保持できる充填材として、内部に連通空間を有するスポンジを用いることを特徴とする請求項３に記載の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の技術は、塗装工場、鋳造工場、印刷工場及びフイルム製造工場などから排出される揮発性有機物を含有する排ガスを処理する排ガス処理方法及び排ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
揮発性有機物を含有する排ガスの処理には、従来、燃焼法、活性炭吸着法あるいはそれらを組み合わせた方法などが用いられている。燃焼法は、エネルギーの消費が大きく、また、爆発などの危険性がある。活性炭吸着法は、活性炭の取り替え費用が高く、使用済み活性炭が２次廃棄物となる等の問題がある。
生物処理は、比較的低濃度、大風量の排ガスを低エネルギーで処理できる方法として主にヨーロッパで利用されている。
また、本発明の出願人は、主に硫黄系の悪臭を生物学的に処理する方法及び装置を「悪臭ガスの脱臭方法及びその装置」（特公平６−９１０３４号公報）として特許出願して特許を受けている。本発明は、前記生物学的処理方法及び装置を排ガス中の揮発性有機物の除去に適応させるために改良を加えたものである。
【０００３】
従来の生物学的処理装置においては、充填材に硫化水素などの悪臭物質を含むガスを通気し、この充填材を湿潤状態に維持するために常時散水を行っていた。また、充填材に散水する水は、循環水貯槽から供給し、循環使用した。散水によって剥離した汚泥は、循環水と共に汲み上げられ、充填層上部から散布され、系外にはほとんど排出されなかった。
下水処理場において発生する硫化水素は、比較的低濃度であり、１０ｐｐｍ未満の場合がほとんどであった。このため、充填層の単位充填材容量に対する負荷量は小さく、高い除去速度が必要とされなかった。従って、汚泥は充填材からほとんど排出されなかったにもかかわらず充填層は閉塞しなかった。また、窒素及びリン酸などの栄養塩類は、運転開始時に下水汚泥を添加すること及び運転中に少量の下水処理水を供給することによって十分まかなうことができた。さらに、下水処理場は、比較的広いスペースを確保できるため、装置を大きくすることが可能であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、トルエンなどの揮発性有機物を主成分とする排ガスを処理する際には、数１０ｐｐｍを越える高い濃度のガスを処理する必要がある。また、揮発性有機物を含有する排ガスは、主に民間の化学工場及び塗装工場等において排出されるため、下水処理場などの公共施設と比較して、処理装置の設置スペースにおいて厳しい制約を受ける。
【０００５】
従って、この種の処理装置では、充填層の単位充填容積当たりについて、従来より高い除去速度を必要とされる。しかし、以下の２つの原因によって、従来の生物学的処理装置の除去速度は制約されている。
（ｉ）従来の生物学的処理装置では、汚泥はほとんど排出されない。従って、汚泥は生物学的処理装置内に長期間滞留し、更新される頻度が低い。そのため、死滅して処理能力の無くなった汚泥や活性の低下した汚泥が装置の大部分を占め、結果として装置全体の処理速度が低下している。
（ii）微生物は、揮発性有機物を分解する際、栄養塩類を必要とする。しかし、民間の工場の場合、下水処理場のように適度に栄養塩類を含有した水を入手することは困難である。従って、水道水及び工業用水を使用することになるが、これらの水の栄養塩類濃度は一般に下水処理場の処理水などと比較して低いため、栄養塩類が不足し、除去速度は低く抑えられている。
【０００６】
また、揮発性有機物を含む排ガスは、一般に、下水処理場などにおいて発生する硫化水素などを含む悪臭ガスと比較して濃度が高い。さらに金川らは、「臭気の研究、２５巻５号、平成６年」において、硫化水素の理論酸素要求量（ＴＯＤ）当たりの菌体生成量（ｋｇ−乾燥／ｋｇ−ＴＯＤ）は、０．１４であるのに対して、各種有機性排水を活性汚泥処理した場合の除去ＢＯＤ当たりの菌体生成量は０．２〜０．６と高い値を示すことを指摘している。従って、十分な栄養塩類を供給すると、汚泥の増殖速度が高まり、増殖した汚泥によって充填層が閉塞するという問題を生じる可能性がある。
本発明は、前記したような濃度が高い揮発性有機物を含む排ガスを生物処理装置で処理する際に、充填層の閉塞などの問題が起こらずに高い処理速度で処理できるような処理方法及び処理装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、以下に記載する排ガス処理方法及び装置によって達成される。
（１）充填材を充填した充填層を備えた充填塔を設け、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保持させながら揮発性有機物を含有する排ガスを通気して排ガス中の揮発性有機物を除去し、前記散水により生じる前記充填材より剥離した微生物を含む汚泥混合液を前記充填塔の下に設けた受水部で受け、前記受水部で汚泥混合液を固液分離し、分離した上澄み液を循環させて前記充填材の散水に利用する、生物学的処理により排ガス中の揮発性有機物を除去する方法において、充填層に供給される揮発性有機物の１日当りの負荷量の値に一定の値を乗じて散水する水に添加する窒素及びリン酸の供給量を算出して、充填層に散水する水に窒素源及びリン源を供給することを特徴とする生物学的な排ガス処理方法。
（２）充填材が充填されている充填塔の断面積に対する散水速度を、少なくとも０．０２ｍ３／ｍ２／分以上、１時間毎に少なくとも２分間以上継続させることを特徴とする前記（１）に記載の排ガス処理方法。
【０００８】
（３）充填塔内の充填層に、微生物を保持できる充填材を充填し、前記充填層上部に散水部を配備し、充填塔の下部に受水部を設けると共に、前記散水部と受水部とを循環水管で連絡し、揮発性有機物を含有する排ガスを循環水と前記充填層においてカウンターフローまたはクロスフローで接触させるように構成し、上清液を循環させるための循環水の取水口を受水部の上部に設置し、剥離されて受水槽底部に沈澱している汚泥を排水と共に系外に排出するための排水口を受水槽底部に設置し、循環水に充填層に供給される揮発性有機物の１日当りの負荷量の値に一定の値を乗じて散水する水に添加する窒素及びリン酸の供給量を算出して、窒素源及びリン源を供給する供給装置を設けたことを特徴とする排ガス処理装置。
（４）前記充填層に充填する、微生物を保持できる充填材として、内部に連通空間を有するスポンジを用いることを特徴とする前記（３）に記載の排ガス処理装置。
【０００９】
本発明は、次の態様を取ることができる。
（６）固液分離した上澄み液または散水前の循環水の窒素またはリン濃度を測定し、予め設定した範囲値を越えたときに窒素源またはリン源を前記上澄み液または循環水に加えるように制御することを特徴とする前記（３）項に記載の排ガス処理方法。
【００１０】
前記したように、本発明の生物学的処理装置では、充填層に供給される揮発性有機物の負荷量に対応して、その値に一定の値を乗じて散水する水に添加する窒素及びリン酸の供給量を算出して供給した。これにより十分な栄養塩類を供給して散水すると、排ガス中の揮発性有機物を除去する速度は早くなる。この時汚泥の増殖速度も高まるが、汚泥は散水によって充填材から剥離させ、剥離した汚泥は濃縮して系外に排出させた。これにより、充填層が生成増殖する微生物によって詰まるという問題を避けることができる。
【００１１】
【発明の実施の態様】
このようにすることによって本発明の生物学的処理装置は単位容積に対して高い揮発性有機物除去速度を維持し、しかも充填層の閉塞を防止することができる。
本発明の生物学的処理装置の概要を図１に示した。図１において、生物学的処理装置１４は、充填塔１２と循環水貯槽５よりなり、充填塔１２には微生物が保持できる充填材が充填されている充填層２が設けられている。充填塔１２の充填層２の下部に被処理ガスを装置に流入させるガス流入口１があり、被処理ガス（揮発性有機物を含む排ガス）はガス流入口１から充填塔１２に流入し充填層２を通って塔頂に設けられたガス流出口４から系外に流出する。
充填塔１２内には充填層２の上に散水装置３が設けられている。散水により充填層２を流下した水は充填塔１２の下方に設けられた循環水貯槽５に入る。
【００１２】
生物学的処理装置１４の下部は循環水貯槽５になっており、循環水貯槽５中には循環水が貯留されており、前記散水装置３と循環水貯槽５とを循環水管１３で連絡し、循環水管１３に設けられている送水ポンプ６によって循環水は散水装置３に送水され充填層２に散水される。
生物学的処理装置１４には別に培養液貯槽８が付属して設けられ、ポンプ９で循環水貯槽５に培養液７が添加できるようになっている。この培養液７に必要な窒素分及びリン酸分を含有させてある。
散水装置３からの散水によって充填層２から剥離された汚泥１０は循環水貯槽５の底部に溜まり、汚泥排出口１１から系外に排出できる。また、循環水貯槽５には汚泥沈殿池で一般的に使用される傾斜板を設けることにより、確実に汚泥を沈降分離することができる。
【００１３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。
実施例１
実験は、図１に示した本発明の生物学的処理装置１４を用いて実施した。
充填層２には充填材としてスポンジ状のウレタンフォーム（商品名エバフォームＧ）を充填した。ガス流入口１からは被処理ガスとしてトルエンを含有する空気を通気した。トルエンの濃度は約３０ｐｐｍに調整した。被処理ガスの風量は充填層容量に対する空塔速度で５００ｈ-1とした。また、循環水としては当初に後記する培養液を入れて使用した。
生物学的処理装置１４の充填層容積および循環水貯槽容積などを第１表に、その運転条件を第２表に示した。
【００１４】
【表１】
0003714496.tif 000002
【００１５】
【表２】
0003714496.tif 000003
【００１６】
培養液は水道水に尿素及びリン酸水素ナトリウムを溶解させて調製し、培養液貯槽８に貯留した。全窒素濃度は１５ｍｇ（窒素）／リットル、２９ｍｇ（窒素）／リットル、４２ｍｇ（窒素）／リットル、及び６６ｍｇ（窒素）／リットルに設定し、全リン濃度は共通して約２．８ｍｇ（リン）／リットルに設定し、方法１、方法２、方法３及び方法４として別個に試験し、処理成績を比較した。この培養液は約５リットル／日の流速で循環水貯槽５に供給した。
方法１ないし方法４の培養液の条件を第３表にまとめて示す。
【００１７】
【表３】
0003714496.tif 000004
【００１８】
前記方法１ないし方法４の条件で、それぞれ約２週間以上、トルエンを含有する空気を処理した。１日あたりの全有機炭素負荷量を１００とした時、重量比で表した全窒素添加量を第４表、本実施例１における処理成績の平均値を第５表に示す。
【００１９】
【表４】
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【００２０】
【表５】
0003714496.tif 000006
【００２１】
第４表と第５表から、５００ｈ−１の高い空塔速度での処理条件で、高いトルエン除去率を得ることができたことがわかる。また、窒素を多量に供給するとトルエン除去率が向上し、図２より全窒素濃度１５ｍｇ（窒素）／リットル〜４２ｍｇ（窒素）／リットルの間では窒素濃度とトルエン除去率との間には比例関係が認められた。そして、全有機炭素に対する全窒素の割合が１００対１０以上の場合、それ以上窒素の供給量を増やしても除去率は向上しないことがわかった。
従って、実装置においては、流入ガス中の全有機炭素濃度をモニターし、その値に風量を乗じて全有機炭素負荷量を算出し、その値を１００として１０に相当する量の窒素を添加することによって高い除去性能を得ることができる。
また、２ヶ月間、充填層が閉塞を起こさないことが確認された。
なお、実施例１では単純化した実験であるため、循環水についてその窒素濃度やリン濃度を測定していないが、実際に適用するに当たってそれらの濃度を測定し、既に知られた制御手段を用いて培養液の添加を調整することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の方法は、化学工場及び塗装工場などの排ガスなど、揮発性有機物を含む排ガスに対して高い空塔速度での処理条件で、高い有機物除去能力を有する。
本発明の装置はコンパクトで高い処理能力を有し、しかも充填層の閉塞を起こさないため、長期間安定して処理できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の生物学的処理装置の概念図である。
【図２】本発明の実施例における散水する水の全窒素濃度とトルエン除去率との関係を表した図を示す。
【符号の説明】
１  被処理ガス流入口
２  充填層
３  散水装置
４  ガス流出口
５  循環水貯槽
６  送水ポンプ
７  培養液
８  培養液貯槽
９  ポンプ
１０  汚泥
１１  汚泥排出口
１２  充填塔
１３  循環水管
１４  生物学的処理装置
【図１】
0003714496.tif 000007
【図２】
0003714496.tif 000008