(57)【要約】      （修正有）【課題】高負荷での硫化水素を効率的に処理し、且つ処理する硫化水素を硫酸に転換することで装置内の閉塞をなくし、洗浄などの工程をなくして低コストで処理が可能なバイオガスの生物学的脱硫装置及び生物学的脱硫方法の提供。【解決手段】生物学的脱硫塔１の端部よりバイオガス０ａを流入するためのバイオガス流入ライン２と、該生物学的脱硫塔１のもう一方の端部であり微生物を担持する充填層１ａの後段に処理ガス０ｃを排出するための処理ガス流出ライン７と、該処理ガス０ｃの一部を生物学的脱硫塔１の前記バイオガス０ａが流入する端部に循環するための循環ガスライン８とを設け、演算器１１において、該バイオガス流入ライン２に設けられた硫化水素濃度計３とガス流量計４の測定値から硫化水素負荷量を算出し、その結果により、循環ガス量調節機構９を作動させ、循環ガスライン８を通過する循環ガス量を調整することを特徴とする生物学的脱硫装置１。【選択図】図３
2014008466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物をメタン発酵させて発生したバイオガスから生物学的脱硫塔内に循環液を散水して生物学的に硫化水素を除去する生物学的脱硫装置において、
該生物学的脱硫塔の端部よりバイオガスを流入するためのバイオガス流入ラインを設け、
該生物学的脱硫塔内に微生物が付着する充填材からなる充填層を設け、
該生物学的脱硫塔のもう一方の端部であり該充填層の後段に処理ガスを排出するための処理ガス流出ラインを設け、
該処理ガスの一部を生物学的脱硫塔の前記バイオガスが流入する端部に循環するための循環ガスラインを設け、
該バイオガス流入ラインに硫化水素濃度計とガス流量計を設け、
該循環ガスラインに循環ガス量の調節機構を設け、
該硫化水素濃度計によるバイオガスの硫化水素濃度値と、該ガス流量計によるガス流量値から硫化水素負荷量を算出するための演算器を設け、
該演算器の硫化水素負荷量の算出結果により、前記循環ガス量の調節機構を作動させる循環ガスの信号伝達機構を具備することを特徴とする生物学的脱硫装置。
【請求項２】
該バイオガス流入ライン及び／又は該生物学的脱硫塔内に酸素含有気体を流入するための酸素含有気体流入ラインを設け、
該酸素含有気体流入ラインに酸素含有気体量の供給調節機構を設け、
該演算器の硫化水素負荷量の算出結果により、前記酸素含有気体量の供給調節機構を作動させる酸素含有気体の信号伝達機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の生物学的脱硫装置。
【請求項３】
有機性廃棄物をメタン発酵させて発生したバイオガスから生物学的脱硫塔内に循環液を散水して生物学的に硫化水素を除去する生物学的脱硫方法において、
該生物学的脱硫塔内に微生物が付着する充填材からなる充填層を設け、
該生物学的脱硫塔内の該充填層の上流側にバイオガスを流入するバイオガス流入工程と、
該生物学的脱硫塔内の該充填層の下流側に処理ガスを排出する処理ガス流出工程と、
該処理ガスの一部を該生物学的脱硫塔内の該充填層の上流側に循環する循環ガス工程とを有し、
該バイオガス流入工程における流入されるバイオガスの硫化水素濃度とガス流量とから、硫化水素負荷量を算出し、該算出結果により、該循環ガス工程の循環ガス量を調節することを特徴とする生物学的脱硫方法。
【請求項４】
該生物学的脱硫塔内の該充填層の上流側に酸素含有気体を流入する酸素含有気体流入工程を有し、
前記硫化水素負荷量の算出結果により、該酸素含有気体流入工程における酸素含有気体の供給量を調節することを特徴とする請求項３に記載の生物学的脱硫方法。
【請求項５】
該生物学的脱硫塔内の該充填層の上流側では、ガス中の硫化水素濃度が５０〜１０００ｐｐｍであることを特徴とする請求項３又は４に記載の生物学的脱硫方法。
【請求項６】
前記ガス中の硫化水素濃度が、１５０〜５００ｐｐｍであることを特徴とする請求項５に記載の生物学的脱硫方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、バイオガスの生物学的脱硫装置及び生物学的脱硫方法に係わり、詳しくはメタン発酵処理の工程で発生するバイオガスに含まれる硫化水素を硫酸に転換して効率的に処理する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性廃棄物または有機性廃水は水処理分野においてメタン発酵により処理され、メタンガスを主成分とするバイオガスが発生する。バイオガスはメタン発酵の方法によって濃度は異なるものの、主成分としてメタンを６５〜８５％、二酸化炭素を１５〜３５％、硫化水素を１０００〜６０００ｐｐｍ程度含んでいる。発生したバイオガス中のメタンをボイラーの燃料として利用が可能であり、ボイラーから発生した蒸気は加温設備にて有効利用できる。また、バイオガスはガスエンジンの燃料となり、発電も可能である。
【０００３】
バイオガス中に含まれる硫化水素は、燃焼の際に亜硫酸ガス（ＳＯ２）に酸化され、発生する亜硫酸ガスは水分に溶解すると硫酸となり、大気中に放出されると酸性雨の原因となるだけでなく、燃焼ガスが施設内で冷却されると凝縮した水分によって硫酸となり、腐食などの問題を生じさせる。
そのため、バイオガスを利用するためには、硫化水素を除去することが重要な課題となっている。
【０００４】
バイオガス中の硫化水素除去方法には、乾式脱硫方法があり、酸化鉄を主成分としたペレット状の脱硫剤を用いて硫化水素を除去する。乾式脱硫方法においては、硫化水素は、酸化鉄と化学的に反応するため、脱硫剤の硫化水素の除去量は、酸化鉄の存在量に概ね比例する。脱硫剤の硫化水素除去反応に関与する酸化鉄がなくなると除去性能は低下し、新規剤に交換する必要がある。
【０００５】
他の脱硫方法には、本願発明のように微生物を利用した生物学的脱硫方法がある。生物学的脱硫方法は、バイオガスに微量の空気又は酸素を供給して、硫化水素を微生物により、以下の（式１）（式２）に示す反応経路で硫黄（Ｓ）または硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を生成させて除去する方法である。（式１）（式２）に関与する微生物は、充填材表面に付着したり浮遊することが可能であり、硫黄酸化細菌である好気性菌が自然界に多く存在する。微生物が関与するために、温度や水分は微生物の生存環境として必須である。
【０００６】
Ｈ２Ｓ  ＋  1/2Ｏ２  →  Ｓ  ＋  Ｈ２Ｏ            （式１）
Ｓ  ＋  3/2Ｏ２  ＋  Ｈ２Ｏ  →  Ｈ２ＳＯ４          （式２）
【０００７】
（式１）は硫化水素が硫黄酸化細菌により、単体硫黄（Ｓ）を生成する反応である。酸素が硫化水素の１／２ｍｏｌ以下の場合の主反応である。酸素が硫化水素の１／２ｍｏｌを超える場合には、硫黄酸化細菌によってさらに（式２）の反応を行い、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）が生成する。硫化水素がすべて硫酸（Ｈ２ＳＯ４）に転換するには、硫黄酸化細菌の存在下で、理論的には酸素が硫化水素の２ｍｏｌ以上必要となる。
【０００８】
生物学的脱硫技術の一例として、特許文献１がある。
本方式では、処理が悪くなると、除去した硫化水素の一部は硫黄として析出し充填材に付着し、一部は硫酸に転換されている。析出した硫黄に対し、生物学的脱硫塔に水を張って曝気により剥離して処理性能を回復させる技術が記載されている。
担体に硫黄の析出がある場合、硫黄酸化菌が生成硫黄の付着により、生物反応が阻害されるため、当初の硫化水素除去能が加速度的に低下する欠点がある。
【０００９】
別な技術である特許文献２には、脱硫塔による処理ガスを循環させており、循環量の制御は脱硫塔後段に設置した圧力調整タンクの圧力値によって制御されており、圧力調整タンク後段でのガス利用設備で処理済のバイオガスの利用がない場合は圧力調整タンクにガスは貯留され、圧力調整タンク内のガスを脱硫塔への循環ガスとしている。
【００１０】
本方式において高濃度の硫化水素を含むバイオガスが流入した場合、圧力調整タンクの後段のガス利用設備で処理されたバイオガスが利用されていればバイオガスは循環されず、硫化水素の負荷が高い状態で処理されるため、硫黄が析出して脱硫性能が低下する原因を回避できないという欠点がある。
【００１１】
また、酸素含有気体の供給は、脱硫塔からの処理ガス流量に合わせて調整されており、脱硫塔後段の処理ガス流出ラインに設置した酸素濃度計で管理している。
本方式で酸素含有気体の供給量を制御した場合、硫黄が析出すると酸素を消費されなくなり、処理ガス中の酸素濃度が高くなり、酸素含有気体の供給量を低下させるように制御する。このため、本来は硫酸に転換するのに必要な酸素が不足して、硫黄の析出が促進され、処理性能がより低下する欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−３０５３２８号公報
【特許文献２】特開２００６‐１４３７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本願発明が解決しようとする課題は、上述した諸問題に鑑み、高負荷での硫化水素を効率的に処理し、且つ処理する硫化水素を硫酸に転換することで装置内の閉塞をなくし、洗浄などの工程をなくして低コストで処理が可能なバイオガスの生物学的脱硫装置及び生物学的脱硫方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本願発明の生物学的脱硫装置及び生物学的脱硫方法は、以下の技術的特徴を備えている。
（１）  有機性廃棄物をメタン発酵させて発生したバイオガスから生物学的脱硫塔内に循環液を散水して生物学的に硫化水素を除去する生物学的脱硫装置において、
該生物学的脱硫塔の端部よりバイオガスを流入するためのバイオガス流入ラインを設け、
該生物学的脱硫塔内に微生物が付着する充填材からなる充填層を設け、
該生物学的脱硫塔のもう一方の端部であり該充填層の後段に処理ガスを排出するための処理ガス流出ラインを設け、
該処理ガスの一部を生物学的脱硫塔の前記バイオガスが流入する端部に循環するための循環ガスラインを設け、
該バイオガス流入ラインに硫化水素濃度計とガス流量計を設け、
該循環ガスラインに循環ガス量の調節機構を設け、
該硫化水素濃度計によるバイオガスの硫化水素濃度値と、該ガス流量計によるガス流量値から硫化水素負荷量を算出するための演算器を設け、
該演算器の硫化水素負荷量の算出結果により、前記循環ガス量の調節機構を作動させる循環ガスの信号伝達機構を具備することを特徴とする生物学的脱硫装置である。
【００１５】
（２）  該バイオガス流入ライン及び／又は該生物学的脱硫塔内に酸素含有気体を流入するための酸素含有気体流入ラインを設け、
該酸素含有気体流入ラインに酸素含有気体量の供給調節機構を設け、
該演算器の硫化水素負荷量の算出結果により、前記酸素含有気体量の供給調節機構を作動させる酸素含有気体の信号伝達機構を設けたことを特徴とする上記（１）に記載の生物学的脱硫装置である。
【００１６】
（３）  有機性廃棄物をメタン発酵させて発生したバイオガスから生物学的脱硫塔内に循環液を散水して生物学的に硫化水素を除去する生物学的脱硫方法において、
該生物学的脱硫塔内に微生物が付着する充填材からなる充填層を設け、
該生物学的脱硫塔内の該充填層の上流側にバイオガスを流入するバイオガス流入工程と、
該生物学的脱硫塔内の該充填層の下流側に処理ガスを排出する処理ガス流出工程と、
該処理ガスの一部を該生物学的脱硫塔内の該充填層の上流側に循環する循環ガス工程とを有し、
該バイオガス流入工程における流入されるバイオガスの硫化水素濃度とガス流量とから、硫化水素負荷量を算出し、該算出結果により、該循環ガス工程の循環ガス量を調節することを特徴とする生物学的脱硫方法である。
【００１７】
（４）  該生物学的脱硫塔内の該充填層の上流側に酸素含有気体を流入する酸素含有気体流入工程を有し、
前記硫化水素負荷量の算出結果により、該酸素含有気体流入工程における酸素含有気体の供給量を調節することを特徴とする上記（３）に記載の生物学的脱硫方法である。
【００１８】
（５）  該生物学的脱硫塔内の該充填層の上流側では、ガス中の硫化水素濃度が５０〜１０００ｐｐｍであることを特徴とする上記（３）又は（４）に記載の生物学的脱硫方法である。
【００１９】
（６）  前記ガス中の硫化水素濃度が、１５０〜５００ｐｐｍであることを特徴とする上記（５）に記載の生物学的脱硫方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本願発明の生物学的脱硫装置及び生物学的脱硫方法を用いてバイオガスを処理することで、除去した硫化水素を硫酸に転換して硫黄の析出による閉塞の問題を解消し、高効率の生物学的な脱硫処理が維持される。
また、バイオガスの硫化水素濃度とガス流量から硫化水素負荷量を算出し、該硫化水素負荷量から循環ガスの量や酸素含有気体の供給量を調節することで、４．０ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）までの硫化水素負荷量に対して、硫酸転換率が１００％で処理できることを確認している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】検証実験で用いた本願発明に係る生物学的脱硫装置の概略図である。
【図２】充填材接触ガス硫化水素濃度と硫化水素除去率の関係を示すグラフである。
【図３】本願発明の生物学的脱硫装置の一例を示す概略図である。
【図４】循環ガス量調節機構の制御フローチャートを示す図である。
【図５】酸素含有気体供給調節機構の制御フローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
従来の生物学的脱硫方法では、本願発明の特徴である硫化水素濃度とガス流量の積で算出される硫化水素負荷量に対する概念がない。このため、低負荷での処理においても一定量の酸素含有気体を供給するため、バイオガス中に酸素含有気体成分が多くなり、バイオガスのメタン濃度が低下し燃料としての価値が低下する。硫化水素濃度が高濃度の場合、硫黄の析出を防止する操作条件がないために、反応等に流入したバイオガス中の硫化水素が硫黄酸化細菌の酸化反応が析出硫黄で阻害され、たとえ酸素含有気体量が十分にあったとしても、酸化細菌量の不足で硫酸までの反応が十分にできずに硫黄が析出する。生物学的脱硫塔の担体が３割程度硫黄に覆われると硫化水素が処理されずに排出されるといった処理不十分が起こる。
【００２３】
析出した硫黄は疎水性であるため、充填材に付着すると充填材表面に付着した微生物の表面を覆い活性を低下させる。硫黄は充填材の深部方向に向かって析出し続け、最終的には生物学的脱硫塔内の充填材を閉塞させる。硫黄は、一度析出すると充填材からの剥離が困難であり、何らかの手段で剥離処理を施しても当初の処理性能には戻らないため、生物学的脱硫の処理性能を維持するためには硫黄を析出させないで処理する工夫が肝要である。
【００２４】
本願発明者らは、硫黄を析出させずに生物学的脱硫の処理性能を維持する条件についてバイオガスプラントに装置を設置して検討した。
【００２５】
ここで、後述するガスの名称について、次のように定義する。
・バイオガス：メタン発酵によって発生したガスのことであり、酸素は含有していない。
・酸素含有気体：酸素を含む気体のことである。
・希釈ガス：酸素を含んでいないガスのことであり、バイオガスに混合させて硫化水素濃度を調節するためのガスである。本願発明の検証実験では窒素ガスを用いている。
・循環ガス：処理ガスの一部が循環ガス量供給調節機構によって再び生物学的脱硫塔に流入するガスのことである。
・充填材接触ガス：バイオガスと、希釈ガスと酸素含有気体との混合ガスまたは、バイオガスと循環ガスと酸素含有気体の混合ガスのことであり、生物学的脱硫塔内に流入し充填材に接触するガスのことである。
・処理ガス：生物学的脱硫塔から排出したガスのことである。
【００２６】
本願発明に係る検証実験は、次のような方法で実施した。検証実験で使用した生物学的脱硫装置を図１に示す。
バイオガス硫化水素濃度を希釈ガスで希釈するため、図１の脱硫装置には、希釈ガスライン１４を設けた。
生物学的脱硫塔１に充填材を充填し、生物学的脱硫塔１に流入するバイオガス０ａは、生物学的脱硫塔１の頂部から下向流で通気し、生物学的脱硫塔１の底部から処理ガス０ｃを排出した。
希釈ガス０ｇは、希釈ガス流入ライン１４を通ってガス流量計４後段のバイオガス流入ライン２に供給した。
酸素含有気体０ｂは、酸素含有気体流入ライン５を通ってガス流量計４後段のバイオガス流入ライン２に供給した。
循環液は、生物学的脱硫塔１の下部の循環液貯留液槽１ｂから生物学的脱硫塔１の上部へ送られ、充填材に散水した。
酸素含有気体供給量は、除去硫化水素の硫酸への転換と微生物の活性が維持できるように、６０Ｌ／ｄａｙ供給した。
散水量は、充填材が高湿度環境にあればよく、充填材に付着した微生物が処理の最中に微生物が活動できるのに十分な量とし、２００Ｌ／ｄａｙとした。
処理温度についても同様に、反応に関与する微生物が活動できる環境下となるように、３５℃に設定した。
充填材接触ガス濃度ごとに、表１に示すようにＲｕｎとして区分けし、本検証実験は図１で示す生物学的脱硫装置を３機用いて３Ｒｕｎずつ並行して行なった。実験の評価期間は３０日間とした。
【００２７】
バイオガス中の硫化水素濃度は、バイオガス流入ライン２に設置した硫化水素濃度計３にて測定した。
硫化水素濃度計で計測できないその他のガスについて、充填材接触ガスは、バイオガス流量計４と生物学的脱硫塔１の頂部の間のバイオガス流入ライン２から吸引ポンプを用いてテドラバッグに採取した。処理ガス０ｃは、処理ガス流出ライン７から吸引ポンプを用いてテドラバッグに採取した。
テドラバッグに採取したガス中の硫化水素濃度は、硫化水素用検知管（ガステック製ガス検知管；４Ｈ）を用いて測定した。硫化水素濃度計３の値と硫化水素用検知管の値については、同一のガスに対し同じ濃度の値を示すことを確認した。
【００２８】
処理性能は、硫化水素除去率から単位充填材当たりの硫化水素除去量を計算して評価した。設定硫化水素負荷量２．０ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）に対し、硫化水素除去率が９０％以上（単位充填材当たりの硫化水素除去量として１．８ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）以上）で処理が良好であると判断した。
硫化水素除去率の算出方法を以下の（式３）に示し、単位充填材当たりの硫化水素除去量の算出方法を以下の（式４）に示す。
硫化水素除去率［％］＝（充填材接触ガス硫化水素濃度−処理ガス硫化水素濃度））［ｐｐｍ］／充填材接触ガス硫化水素濃度［ｐｐｍ］×１００          （式３）
単位充填材当たりの硫化水素除去量［ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）］＝設定硫化水素負荷量［ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）］×除去率［％］／１００          （式４）
【００２９】
硫酸の転換状況を把握するため、循環液中の硫酸濃度についても調査した。
循環液は、生物学的脱硫塔下部の循環液貯留液槽から１日に１回の頻度でドレンコックにより採取した。
循環液採取量は、循環液量が著しく変動して実験条件に影響を及ぼさない量として、１００ｍＬとし、硫酸の測定は、イオンクロマトグラフ法で硫酸イオン濃度を測定した。
循環液は、日毎にブロー水を排水し、ブロー水量と同量の補給水を供給して循環液量を一定に保った。
【００３０】
硫酸転換率の算出は、１日当たりの硫酸転換量と、１日当たりの除去硫化水素量から求められ、１日当たりの硫酸転換量の算出方法を以下の（式５）に示し、１日当たりの除去硫化水素量を以下の（式６）に示し、硫酸転換率を以下の（式７）に示す。
硫酸転換量［ｋｇ−Ｈ２ＳＯ４／ｄａｙ］＝（当日の硫酸濃度−前日の硫酸濃度）［ｋｇ−Ｈ２ＳＯ４／（Ｌ・ｄａｙ）］×循環液量［Ｌ］          （式５）
除去硫化水素量［ｋｇ−Ｈ２Ｓ／ｄａｙ］＝単位充填材当たりの硫化水素除去量［ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）］×充填容量［ｍ３］          （式６）
硫酸転換率［％］＝（硫酸転換量×（３２／９６）［ｋｇ−Ｓ／ｄａｙ］）／（除去硫化水素量［ｋｇ−Ｈ２Ｓ／ｄａｙ］×（３２／３４）［ｋｇ−Ｓ／ｋｇ−Ｈ２Ｓ］）×１００  （式７）
【００３１】
生物学的脱硫方式で必要な酸素量について説明する。
生物学的脱硫方式で消費される酸素には、微生物による硫酸化での必要酸素量（ＯＯ）と、微生物の呼吸に必要な酸素量（ＯＲ）がある。本願発明の生物学的脱硫塔に供給する酸素含有気体供給量［ｋｇ−Ｏ２／ｄａｙ］は、ＯＯ＋ＯＲとなる。
硫酸化での必要酸素量（ＯＯ）は、以下の（式８）で表される。
ＯＯ［ｋｇ−Ｏ２／ｄａｙ］＝除去硫化水素量［ｋｇ−Ｈ２Ｓ／ｄａｙ］×３２／３４［ｋｇ−Ｏ２／ｋｇ／Ｈ２Ｓ］×２          （式８）
１ｍ３の充填材を用いて２ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）の硫化水素負荷量で硫化水素を硫酸に酸化するときのＯＯは、（式８）より３．８［ｋｇ−Ｏ２／ｄａｙ］である。
【００３２】
生物学的脱硫において必要な酸素は、ガス体で供給される。
酸素含有気体として純酸素ガスを２５℃で供給する場合には、純酸素ガス量は以下の（式９）で表される。
純酸素ガス量［ｍ３−Ｏ２／ｄａｙ］＝ＯＯ［ｋｇ−Ｏ２／ｄａｙ］／３２×２２．４×（２７３＋２５）／２７３／１０００          （式９）
【００３３】
酸素含有気体として空気（酸素を２１ｖ／ｖ％含有；２５℃）を用いる場合、ＯＯを含む空気量は以下の（式１０）で表される。
空気量［ｍ３−ａｉｒ／ｄａｙ］＝純酸素ガス量［ｍ３−Ｏ２／ｄａｙ］×（１００／２１）          （式１０）
【００３４】
微生物量について、充填材１ｍ３当たりの付着量は  １ｋｇ−ＳＳ／ｍ３で、呼吸速度は５〜１０ｍｇ−Ｏ２／（ｇ−ＳＳ・ｈｒ）であることが実験によりわかった。
充填材１ｍ３あたりに付着している微生物は１ｋｇ−ＳＳであり、ＯＲは０．１２〜０．２４ｋｇ−Ｏ２／ｄａｙである。
このように、ＯＲは、ＯＯに比べて十分に小さいものの、微生物の活動を阻害しないようにするためにも、発明者らの実験によりＯＯの１．５〜３倍量の酸素含有気体供給量が好ましいことがわかった。
供給する酸素量がＯＯの１．５倍未満の場合は、微生物の硫酸化が遅れ、ＯＯの３倍以上となると、処理ガス中に未反応の酸素含有気体が多く含まれ、処理ガス中のメタン濃度が下がり、燃料の価値が下がる。
【００３５】
検証実験でのガス処理条件を表１に示す。
バイオガス中の硫化水素濃度は６０００ｐｐｍ、バイオガス流量は１ｍ３／ｄａｙであり、設定硫化水素負荷量を２ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）とした。
酸素含有気体の供給量は、ＯＯの１．５倍量とした。
【００３６】
ＲｕｎＫ−１−１は、バイオガスのみを処理し、希釈ガスは用いなかった。接触時間は３４０ｓｅｃだった。
ＲｕｎＫ−１−２〜ＲｕｎＫ−１−１１は、希釈ガスを１〜５９ｍ３／ｄａｙの範囲で供給し、充填材接触ガス硫化水素濃度を１００〜６０００ｐｐｍの範囲で調節した。
ＲｕｎＫ−１−２では、充填材接触ガス流量を２ｍ３／ｄａｙとしたとき、接触時間は１７０ｓｅｃであり、ＲｕｎＫ−１−１１では、充填材接触ガス流量を６０ｍ３／ｄａｙとしたとき、接触時間は６ｓｅｃだった。
【００３７】
【表１】
2014008466.tif 000003
【００３８】
充填材接触ガス硫化水素濃度が生物学的脱硫処理におよぼす影響に関する実験結果を表２に示す。表中の実験結果の値は、評価３０日目の値を記載した。
ＲｕｎＫ−１−１において、評価開始から３０日目には、処理ガス硫化水素濃度は５８５０ｐｐｍ検出した。このときの硫化水素除去率３％であり、単位充填材当たりの硫化水素除去量は０．０５ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）だった。硫酸転換率は３０％となり、硫黄が析出した。
【００３９】
ＲｕｎＫ−１−２〜ＲｕｎＫ−１−９では、充填材接触ガス流量の増加に伴って硫化水素除去率は増加した。
ＲｕｎＫ−１−６〜ＲｕｎＫ−１−９では、充填材接触ガス硫化水素濃度を１５０〜５００ｐｐｍの範囲で運転すると、硫化水素除去率９０％以上であり、単位充填材当たりの硫化水素除去量１．８ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）以上で処理できた。硫酸転換率は１００％だった。
【００４０】
ＲｕｎＫ−１−１０〜ＲｕｎＫ−１−１１では、希釈ガス流量を増加させると硫化水素除去率は低下し、除去率は７５％以下となり、単位充填材当たりの硫化水素除去量は１．５  ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）以下だった。しかし、硫酸転換率は１００％を維持した。
【００４１】
【表２】
2014008466.tif 000004
【００４２】
表２の充填材接触ガス硫化水素濃度と硫化水素除去率の関係を図２に示す。
充填材接触ガス硫化水素濃度が１２０ｐｐｍよりも低いとき、硫化水素除去率は７５％以下だった。
充填材接触ガス硫化水素濃度が１５０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの濃度範囲で処理した場合、硫化水素除去率は９０％以上で処理できた。
充填材接触ガス硫化水素濃度が６００ｐｐｍ以上になると、硫化水素濃度の増加に伴って硫化水素除去率は低下した。
【００４３】
表２に示すように、ＲｕｎＫ−１−１では、充填材接触ガス硫化水素濃度は６０００ｐｐｍであり、このとき単位充填材当たりの硫化水素除去量は０．０５  ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）だった。
ＲｕｎＫ−１−７およびＲｕｎＫ−１−８では、充填材接触ガス硫化水素濃度はそれぞれ３００ｐｐｍと２００ｐｐｍであり、単位充填材当たりの硫化水素除去量は２．０ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）だった。
【００４４】
ガスと充填材の接触時間は、充填材接触ガス流量の増加に伴って短くなった。
ＲｕｎＫ−１−１〜ＲｕｎＫ−１−８では接触時間が短くなると単位充填材当たりの硫化水素除去量は増加し、ＲｕｎＫ−１−８では接触時間１１ｓｅｃであり、単位充填材当たりの硫化水素除去量は２．０ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）だった。
しかし、ＲｕｎＫ−１−９では接触時間が８ｓｅｃであり、単位充填材当たりの硫化水素除去量は１．８ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）だった。
さらに、ＲｕｎＫ−１−１０において接触時間が６ｓｅｃとなると、単位充填材当たりの硫化水素除去量は１．５ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）に低下した。
【００４５】
したがって、接触時間が短くなると単位充填材当たりの硫化水素除去量は増加するものの、更に接触時間が短くなると単位充填材当たりの硫化水素除去量は低下した。
これは、充填材接触ガス流量が増えて接触時間が短くなると、充填材に付着した微生物が十分に硫化水素を処理できず未処理の硫化水素が系外に流出することに起因する。
【００４６】
以下、検証実験結果を踏まえ、本願発明の実施の形態を説明する。本願発明の生物学的脱硫装置の一例を図３に示す。
本願発明では、有機性廃棄物をメタン発酵させて発生したバイオガスから生物学的脱硫塔１内に循環液を散水して生物学的に硫化水素を除去する生物学的脱硫装置において、該生物学的脱硫塔の端部よりバイオガスを流入するためのバイオガス流入ライン２を設け、該生物学的脱硫塔内に微生物が付着する充填材からなる充填層１ａを設け、該生物学的脱硫塔のもう一方の端部であり該充填層の後段に処理ガスを排出するための処理ガス流出ライン７を設け、該処理ガスの一部を生物学的脱硫塔の前記バイオガスが流入する端部に循環するための循環ガスライン８を設け、該バイオガス流入ライン２に硫化水素濃度計３とガス流量計４を設け、該循環ガスラインに循環ガス量の調節機構９を設け、該硫化水素濃度計によるバイオガス中の硫化水素濃度値と、該ガス流量計によるガス流量値から硫化水素負荷量を算出するための演算器１１を設け、該演算器の硫化水素負荷量の算出結果により、前記循環ガス量の調節機構を作動させる循環ガスの信号伝達機構１２を具備することを特徴とする。
【００４７】
本願発明者らは、本願発明の生物学的脱硫装置を用いて、長期間の連続実験を行ない、バイオガス中の硫化水素の濃度変動やバイオガスの流量変動のある条件でも効率よく、かつ安定して処理が行なえる方法について検討した。
【００４８】
有機性廃棄物をメタン発酵させて発生したバイオガスから生物学的に硫化水素を除去する生物学的脱硫装置の一例を図３に示すが、本願発明は本実施態様に限定されない。
【００４９】
バイオガス０ａを流入するためのバイオガス流入ライン２は、生物学的脱硫塔１の頂部に直結しており、バイオガス流入ライン２には硫化水素濃度計３とガス流量計４を設けている。
流化水素濃度値は、硫化水素濃度信号入力ライン１５から演算器に入力し、ガス流量値は、ガス流量信号入力ライン１６から演算器に入力する。
酸素含有気体流入ライン５は、バイオガス流入ライン２に直結しており、酸素含有気体０ｂの供給量は、酸素含有気体供給調節機構６によって調節した。
【００５０】
微生物が付着する充填材はポリエチレン製であり、形状がφ１５ｍｍ×ｈ１５ｍｍの円筒状のもので比表面積が１０００ｍ２／ｍ３であり、生物学的脱硫塔１の充填層１ａに充填した。
処理ガス流出ライン７は、生物学的脱硫塔１の下部に直結しており、処理ガス０ｃが系外へ排出する。
【００５１】
循環ガスライン８は処理ガス流出ライン７から分岐し、生物学的脱硫塔１の頂部に直結し、処理ガス０ｃの一部を循環させた。
循環ガス量は、循環ガス量調節機構９によって調節した。
循環液貯留液槽１ｂからの循環液０ｄは、生物学的脱硫塔１の上部から散水した。循環液貯留液槽１ｂから循環液０ｄ中の硫酸濃度を調整するために間欠的に循環液の一部をブロー水０ｅとして排出し、補給水０ｆを補給して循環液貯留液槽１ｂの水量を一定に保った。
【００５２】
ここで、バイオガス流入ラインは、生物学的脱硫塔の頂部に直結しているが、生物学的脱硫塔の側面から直結してもよい。この場合、処理ガス流出ラインは、充填層と循環液貯留液槽の間に位置する生物学的脱硫塔の側面に直結している。
また、図３ではバイオガスは下向流で流れる仕組みであるが、バイオガス流入ラインを生物学的脱硫塔の充填層と循環液貯留液槽の間に位置する側面に直結して上向流でガスを流してもよい。この場合、処理ガス流出ラインは、充填層と生物学的脱硫塔の頂部の間の生物学的脱硫塔の側面に直結してもよく、生物学的脱硫塔の頂部に直結してもよい。
【００５３】
酸素含有気体供給調節機構は、ブロワなどの供給手段を用いてガスを供給してもよく、供給量の調節は、ブロワの回転数をインバータ制御してもよく、ブロワの後段にバルブ設置してバルブの開度で制御してもよい。
酸素含有気体は、酸素を含んでいる気体のことであり、空気または、純酸素または、酸素発生器により酸素濃度を調整したガスを用いてもよい。
【００５４】
酸素含有気体流入ラインは、バイオガス流入ラインに直結してもよく、生物学的脱硫塔の頂部に直結してもよく、生物学的脱硫塔の側面から直結してもよい。
図３では酸素含有気体は下向流で流れる仕組みであるが、バイオガスを上向流で流す場合には、酸素含有気体流入ラインを生物学的脱硫塔の充填層と循環液貯留液槽の間に位置する側面に直結してもよい。
【００５５】
微生物が付着する充填材は、ｐＨ１以下の強酸性下で使用できるような素材のものであればよく、例えば材質がポリエチレンやポリプロピレン、塩化ビニル、ポリウレタンなどの有機性物質が好ましい。
充填材の形状は、筒状や、網状骨格パイプやボール状やウニ状が好ましい。比表面積は５０〜１０００ｍ２／ｍ３の範囲が好ましい。空隙率は、８０〜９６％の範囲が好ましい。
【００５６】
ガス流量計は、オリフィス流量計や、容積流量計や、渦流量計や、流速式流量計等を用いることができ、容積式流量計は、実測乾式ガスメーターや、実測湿式を用いることができ、さらに、実測乾式ガスメーターは、膜式あるいは回転子式等を用いてもよい。
【００５７】
硫化水素濃度計は、定電位電解式による測定方法、硝酸銀電位差滴定法、イオン電極法、メチレンブルー吸光光度法、ガスクロマトグラフ法等を用いてもよい。また、検知管による硫化水素を測定してもよい。
【００５８】
該酸素含有気体供給調節機構及び／または循環ガス量供給調節機構を制御する方法は、上記の方法によって得られたガス流量及び／または硫化水素濃度の値をもとに、物理的な制御でも電気的な信号による制御でもよい。
【００５９】
図３では、処理ガス流出ラインは下向流で処理したガスを排出する仕組みであるが、バイオガスを上向流で流す場合には、生物学的脱硫塔の頂部と充填層の間に位置する生物学的脱硫塔の側面に直結してもよい。
【００６０】
循環ガスラインは、処理ガス流出ラインから分岐してもよく、生物学的脱硫塔端部に直結してもよい。また、充填塔の頂部と充填層の間に位置する側面に直結してもよい。
図３では循環ガスラインを生物学的脱硫塔の頂部に循環させているが、脱硫塔内を上向流で処理する場合には、循環ラインが充填層と循環液貯留液槽の間の生物学的脱硫塔の側面に直結するよう構成してもよい。
循環ガス量調節機構は、ブロワなどの供給手段を用いてガスを供給してもよく、供給量の調節は、ブロワの回転数をインバータで制御してもよく、ブロワの後段にバルブ設置してバルブの開度で制御してもよい。
【００６１】
散水ラインの一端は、循環液貯留液槽に貯留した循環液の水位よりも十分に低い位置の生物学的脱硫塔の側面に直結していることが好ましく、もう一端の散水ラインは生物学的脱硫塔の頂部と充填層の間に位置する生物学的脱硫塔の側面に直結してもよく、生物学的脱硫塔の頂部に直結してもよい。循環液は、ポンプなどの送液手段により散水ラインに連結される。
【００６２】
演算器は、バイオガス中の硫化水素濃度とバイオガス流量から硫化水素負荷量を演算できることが好ましく、酸素含有気体供給量は、硫化水素負荷量に基づき制御することが好ましく、充填材接触ガス硫化水素濃度範囲が５０〜１０００ｐｐｍ、好ましくは１５０〜５００ｐｐｍになるように循環ガス量を調節することが好ましい。
【００６３】
本願発明者らは、バイオガス中の硫化水素濃度とバイオガス流量の積から求められる硫化水素負荷量を演算し、硫化水素負荷量の値をもとに酸素含有気体の供給量を自動調節して余分な酸素含有気体供給量を含まずに最適な量を供給させた。
具体的には、バイオガス中の硫化水素濃度とバイオガス流量は逐次演算器に入力され、演算器によって逐次硫化水素負荷量が演算され、硫化水素負荷量に基づき、予め記憶された演算式に則って適切な量の酸素含有気体を供給できるように、酸素含有気体供給調節機構をフィードフォワード制御した。
【００６４】
また、本願発明者らは、適切な充填材接触ガス硫化水素濃度で生物学的脱硫処理できるような方法について検討した。具体的には、バイオガス中の硫化水素濃度が設定濃度以上（たとえば濃度として５００ｐｐｍ以上）になった場合、循環ガス量調節機構を稼動させ、充填材接触ガス硫化水素濃度が所定の濃度（例えば３００ｐｐｍ）となるように、循環ガス量を演算し、所定の循環ガス量を供給するように循環ガス量供給調節機構をフィードフォワード制御した。
【００６５】
循環ガス量調節機構の制御フローチャートの一例を図４に示す。
循環ガス量調節機構を硫化水素負荷量で制御する方法のフローチャートを図４−（ａ）に示す。
バイオガス中の硫化水素濃度とバイオガス流量から硫化水素負荷量が計算され、硫化水素負荷量をもとに、循環ガス量を計算して循環ガス量調節機構を作動させる。
また循環ガス量調節機構の別の制御方法として、硫化水素濃度で制御する方法もあり、図４−（ｂ）に示す。
本方式では、バイオガス中の硫化水素濃度をもとに循環ガス量を計算して循環ガス量調節機構を作動させる。
【００６６】
次に、酸素含有気体供給調節機構の制御フローチャートの一例を図５に示す。
バイオガス中の硫化水素濃度とバイオガス流量から硫化水素負荷量が計算され、硫化水素負荷量をもとに、酸素含有気体供給量を計算して、酸素含有気体供給調節機構を作動させる。
【実施例１】
【００６７】
次に、他の生物学的脱硫技術で得られた知見に基づき、生物学的脱硫処理したガスを生物学的脱硫塔上部へ循環させて処理したときの性能について検討した。
図３の生物学的脱硫装置において、生物学的脱硫塔１の中にポリエチレン製で、比表面積が１０００ｍ２／ｍ３であり、φ１５ｍｍ×ｈ１５ｍｍの円筒状の充填材を２ｍとなるように充填した。生物学的脱硫塔に流入するガスは、生物学的脱硫塔１の頂部から下向流で流した。循環液として活性汚泥を用い、生物学的脱硫塔下部の循環液貯留液槽に貯留し、ポンプによって生物学的脱硫塔上部へ送られ、ガス方向に並行して散水した。
【００６８】
本実験は、硫化水素濃度６０００ｐｐｍのバイオガスを用いた。
ここで、試験区１ではバイオガス中の硫化水素濃度６０００ｐｐｍであり、試験区２ではバイオガス中の硫化水素濃度３０００ｐｐｍであり、試験区３ではバイオガス中の硫化水素濃度１５００ｐｐｍである。
バイオガス中のメタン濃度は８０％、二酸化炭素濃度は２０％であり、実施期間を通してほぼ一定だった。
【００６９】
試験区１におけるガス処理条件を表３に示す。硫化水素濃度；６０００ｐｐｍのバイオガスを１ｍ３／ｄａｙで供給し、循環ガス量は、９〜４９  ｍ３／ｄａｙの範囲で調節した。
試験区２におけるガス処理条件を表４に示す。硫化水素濃度；３０００ｐｐｍのバイオガスを２ｍ３／ｄａｙで供給し、循環ガス量は、８〜４８  ｍ３／ｄａｙの範囲で調節した。
試験区３におけるガス処理条件を表５に示す。硫化水素濃度；１５００ｐｐｍのバイオガスを４ｍ３／ｄａｙで供給し、循環ガス量は、６〜４６  ｍ３／ｄａｙの範囲で調節した。
【００７０】
本実験では、酸素３０ｖ／ｖ％および窒素７０ｖ／ｖ％に調整した酸素含有気体を用い、酸素含有気体供給量は、６０Ｌ／ｄａｙとした。
散水量は、充填材が高湿度環境にあればよく、充填材に付着した微生物が処理の最中に微生物が活動できるのに十分な量とし、２００Ｌ／ｄａｙとした。
処理温度についても同様に、反応に関与する微生物が活動できる環境下となるように、３５℃に設定した。
充填材接触ガス流量ごとにＲｕｎとして区分けし、本実験は図３で示す生物学的脱硫装置を３機用いて並行して行なった。実験の評価期間は３０日間とした。
【００７１】
バイオガス中の硫化水素濃度は、バイオガス流入ライン２に設置した硫化水素濃度計３にて測定した。
硫化水素濃度計で計測できないその他のガスについて、充填材接触ガスは、バイオガス流量計４と生物学的生物学的脱硫塔１の頂部の間のバイオガス流量ガスライン２から吸引ポンプを用いてテドラバッグに採取した。処理ガス０ｃは、処理ガス流出ライン７から吸引ポンプを用いてテドラバッグに採取した。
テドラバッグに採取したガス中の硫化水素濃度は、硫化水素用検知管（ガステック製ガス検知管；４Ｈ）を用いて測定した。
【００７２】
【表３】
2014008466.tif 000005
【００７３】
【表４】
2014008466.tif 000006
【００７４】
【表５】
2014008466.tif 000007
【００７５】
実験結果について説明する。
試験区１における実験結果を表６に、試験区２における実験結果を表７に、試験区３における実験結果を表８に示す。表中の実験結果の値は、評価３０日目の値を記載した。
試験区１の結果について、ＲｕｎＪ−１−１は、充填材接触ガス流量は１０ｍ３／ｄａｙであり、接触時間は３４ｓｅｃだった。本期間における処理ガス硫化水素濃度は平均して３０００ｐｐｍだった。このときの硫化水素除去率５０％であり、単位充填材当たりの硫化水素除去量は１．０ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）であり、硫酸転換率は１００％だった。
【００７６】
ＲｕｎＪ−１−２で充填材接触ガス流量を１２ｍ３／ｄａｙに増やしたときの接触時間は２８ｓｅｃだった。本期間の処理ガス硫化水素濃度は、平均して４５０ｐｐｍだった。このときの硫化水素除去率９３％となり、単位充填材当たりの硫化水素除去量１．９ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）であり。硫酸転換率は１００％だった。
【００７７】
循環ガス量を増やすと（ＲｕｎＪ−１−３〜ＲｕｎＪ−１−７）、充填材接触ガス流量が４０ｍ３／ｄａｙ（ＲｕｎＪ−１−７）までは硫化水素除去率９０％以上であり、単位充填材当たりの硫化水素除去量は１．８ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）以上だった。この時の接触時間は８〜２３ｓｅｃだった。硫酸転換率は１００％だった。
【００７８】
しかし、充填材接触ガス流量を５０ｍ３／ｄａｙまで増やすと（ＲｕｎＪ−１−８）、接触時間は６ｓｅｃとなり、硫化水素除去率は６５％に低下し、単位充填材当たりの硫化水素除去量は１．３ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）に低下した。このときの硫酸転換率は１００％だった。
【００７９】
ＲｕｎＪ−１−９は、従来方式としてバイオガスをそのまま処理させた。評価３０日目の処理ガス硫化水素は５８５０ｐｐｍに達し、硫化水素除去率は３％であり、単位充填材当たりの硫化水素除去量は０．０５ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）だった。硫酸転換率は３０％となり硫黄が析出した。
【００８０】
試験区２および試験区３においても処理性能は試験区１と同じ傾向を示し、充填材接触ガス流量が１２〜４０ｍ３／ｄａｙの範囲では硫化水素除去率９０％以上であり、従来方式と比べて本願発明による処理方式は高負荷でも処理性能は良好だった。
【００８１】
【表６】
2014008466.tif 000008
【００８２】
【表７】
2014008466.tif 000009
【００８３】
【表８】
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【実施例２】
【００８４】
循環ガス方式による処理可能な硫化水素負荷量について検証した。実験装置は、実施例１と同じ生物学的脱硫装置を用いた。循環ガス方式による処理可能な硫化水素負荷量に関する実験のガス処理条件および実験結果を表９に示す。
生物学的脱硫塔に流入するガスは、生物学的脱硫塔の頂部から下向流で流した。
循環液は、ポンプによって生物学的脱硫塔の上部へ送られ、ガス方向に並行して散水した。
硫化水素濃度３０００ｐｐｍのバイオガスを用い、処理ガスを循環させて充填材接触ガス濃度が３００ｐｐｍとなるように循環ガス量を調整した。
バイオガス中のメタン濃度は８０％、二酸化炭素濃度は２０％であり、実施期間を通してほぼ一定だった。
本実験の酸素含有気体供給量は、６０Ｌ／ｄａｙとした。
散水量は、充填材が高湿度環境にあればよく、充填材に付着した微生物が処理の最中に微生物が活動できるのに十分な量とし、２００Ｌ／ｄａｙとした。
処理温度についても同様に、反応に関与する微生物が活動できる環境下となるように、３５℃に設定した。
充填材接触ガス流量ごとにＲｕｎとして区分けし、本実験は図３で示す生物学的脱硫装置を３機用いて並行して行なった。実験の評価期間は３０日間とした。表中の実験結果の値は、評価３０日目の値を記載した。
【００８５】
【表９】
2014008466.tif 000011
【００８６】
実験結果について説明する。
ＲｕｎＪ−４−１は、バイオガス流量２ｍ３／ｄａｙに対して循環ガス量を１８ｍ３／ｄａｙ供給し、充填材接触ガス流量を２０ｍ３／ｄａｙにて処理した。接触時間は１７ｓｅｃであり、硫化水素負荷量は２．０ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）だった。
処理ガスから硫化水素は検出されず、単位充填材当たりの硫化水素除去量は２．０ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）であり、硫酸転換率は１００％だった。
【００８７】
ＲｕｎＪ−４−２は、バイオガス流量３ｍ３／ｄａｙに対して循環ガス量を２７ｍ３／ｄａｙ供給し、充填材接触ガス流量を３０ｍ３／ｄａｙにて処理した。接触時間は１１ｓｅｃであり、硫化水素負荷量は３．０ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）だった。
処理ガスからは硫化水素は検出されず、単位充填材当たりの硫化水素除去量は３．０ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）であり、硫酸転換率は１００％だった。
【００８８】
ＲｕｎＪ−４−３では、バイオガス流量３．５ｍ３／ｄａｙに対して循環ガス量３１．５ｍ３／ｄａｙ供給し、充填材接触ガス流量を３５ｍ３／ｄａｙにて処理した。接触時間は１０ｓｅｃであり、硫化水素負荷量は３．５ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）だった。
処理ガスの硫化水素は１５０ｐｐｍであり、硫化水素除去率は９５％となり、単位充填材当たりの硫化水素除去量は３．３ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）だった。硫酸転換率は１００％だった。
【００８９】
ＲｕｎＪ−４−４では、バイオガス流量が４．０ｍ３／ｄａｙに対して循環ガス量を３６ｍ３／ｄａｙ供給し、充填材接触ガス流量を４０ｍ３／ｄａｙにて処理した。接触時間は８ｓｅｃであり、硫化水素負荷量４．０ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）だった。処理ガス中の硫化水素濃度は３００ｐｐｍであり、硫化水素除去率は９０％となり、単位充填材当たりの硫化水素除去量は３．６ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）だった。硫酸転換率は１００％だった。
【００９０】
ＲｕｎＪ−４−５では、バイオガス流量４．２ｍ３／ｄａｙに対して循環ガス量を３７．８ｍ３／ｄａｙ供給し、充填材接触ガス流量を４２ｍ３／ｄａｙにて処理した。接触時間は７ｓｅｃであり、硫化水素負荷量は４．２ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）だった。処理ガス中の硫化水素濃度は２５００ｐｐｍであり、硫化水素除去率は１７％になり、単位充填材当たりの硫化水素除去量は０．７ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）だった。硫酸転換率も２０％に著しく低下した。
【００９１】
したがって、本願発明である循環ガス方式を適用し、実施例１にて高負荷で処理できた充填材接触ガスの硫化水素濃度を３００ｐｐｍとなるようにバイオガス流量と循環ガス量を一定に供給して処理したところ、４．０ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）までの硫化水素負荷量であれば硫酸転換率が１００％で処理できることがわかった。
【実施例３】
【００９２】
実験装置は、実施例１と同じ装置を用い、酸素含有気体供給量の制御方法に関する本願発明の効果について検証した。
生物学的脱硫塔に流入するガスは、生物学的脱硫塔の頂部から下向流で流した。
種汚泥として活性汚泥を用い、生物学的脱硫塔の下部の循環液貯留液槽に貯留し、ポンプによって生物学的脱硫塔の上部へ送られ、ガス方向に並行して散水した。
酸素含有気体は、空気（酸素として２１ｖ／ｖ％）を用いた。
【００９３】
本実験でのバイオガス中の硫化水素濃度は、時間ごとに次のように日変動した。
０：００〜  ８：００（期間１）：  １０００ｐｐｍ
８：００〜２０：００（期間２）：  ６０００ｐｐｍ
２０：００〜  ０：００（期間３）：  １０００ｐｐｍ
バイオガスの流量は、実験を通して１ｍ３／ｄａｙで一定とした。
バイオガス中のメタン濃度は６５％、二酸化炭素濃度は３５％であり、実施期間を通してほぼ一定だった。
【００９４】
酸素含有気体供給量の制御方法に関する実験の条件および結果を表１０に示す。
本願発明における酸素含有気体供給量は、硫化水素負荷量で制御する方式とした。
酸素含有気体供給量は、ＯＯの１．５倍量を供給するように設定し、硫化水素負荷量の変動に合わせて酸素含有気体供給量を変更した。つまり、期間１および期間３において硫化水素負荷量が０．３ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）のとき、前述の（式８）〜（式１０）に基づき１０Ｌ／ｄａｙの酸素含有気体を供給した。
期間２において硫化水素負荷量が２．０ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）のとき、（式８）〜（式１０）に基づき６０Ｌ／ｄａｙの酸素含有気体を供給した。
【００９５】
一方、対照系列の酸素供給方式は、バイオガス流量に対して一定の割合の酸素含有気体を供給することとした。
つまり、本実験で供給した酸素含有気体供給量は、本願発明で供給した酸素含有気体供給量と同じとするため、実験を通して３５Ｌ／ｄａｙで一定供給した。
【００９６】
循環ガス量は、充填材接触ガス硫化水素濃度が３００〜５００ｐｐｍとなるように制御した。
散水量は、充填材が高湿度環境にあればよく、充填材に付着した微生物が処理の最中に微生物が活動できるのに十分な量とし、２００Ｌ／ｄａｙとした。処理温度についても同様に、反応に関与する微生物が活動できる環境下となるように、３５℃に設定した。充填材接触ガス濃度ごとにＲｕｎとして区分けし、本実験は図３で示す生物学的脱硫装置を２機用いて並行して行なった。評価期間は３０日間とした。表中の実験結果の値は、評価３０日目の値を記載した。
【００９７】
実験結果について説明する。
本願発明の期間１および期間３において、酸素含有気体供給量を１０Ｌ／ｄａｙとしたとき、硫化水素除去率は１００％、硫酸転換率は１００％で処理できた。
対照系列の期間１および期間３において、酸素含有気体供給量を３５Ｌ／ｄａｙとしたとき、硫化水素除去率１００％であり、硫酸転換率は１００％だった。
本願発明の期間２において、酸素含有気体供給量を６０Ｌ／ｄａｙとしたとき、硫化水素除去率は１００％、硫酸転換率は１００％で処理できた。
対照系列の期間２において、酸素含有気体供給量を３５Ｌ／ｄａｙとしたとき、処理ガス中の硫化水素濃度は１０００ｐｐｍであり、硫化水素除去率８３％で、硫酸転換率は８０％だった。
【００９８】
本願発明での期間１および期間３では、酸素含有気体供給量がバイオガス流量１ｍ３／ｄａｙに対し１０Ｌ／ｄａｙであれば硫酸転換率は１００％となり、これ以上の酸素は必要ない。本期間でのバイオガス中のメタン濃度は６５％であり、処理ガス中のメタン濃度は６４．３％だった。
対照系列での期間１および期間３では、酸素含有気体供給量がバイオガス流量１ｍ３／ｄａｙに対し３５Ｌ／ｄａｙと本願発明の３．５倍供給しており、未処理の酸素が処理ガス中に余分に含まれる。本期間でのバイオガス中のメタン濃度は６５％であり、処理ガス中のメタン濃度は、６２．８％となり、バイオガスの燃料としての価値が低下し、ボイラー等の失火の危険性がある。
【００９９】
本願発明のように硫化水素負荷量で酸素含有気体供給量を制御する方が負荷に追随して適切な量の酸素含有気体が供給され、硫化水素の除去性能および硫酸転換率も１００％で処理でき、安定処理できた。
したがって、バイオガスへの酸素含有気体供給量の制御方式は、硫化水素負荷量の変動に合わせて処理する方が優位性は確認された。
【０１００】
【表１０】
2014008466.tif 000012
【実施例４】
【０１０１】
次に、対象比較で酸素量を増やしたときの除去性能について検討した。
酸素含有気体供給量の制御方法に関する比較実験のガス処理条件および実験結果を表１１に示す。
【０１０２】
本願発明の実験条件は、実施例２と同じである。
対照系列では、酸素含有気体供給量を３５Ｌ／ｄａｙから６０Ｌ／ｄａｙに変更して一定供給した。表中の実験結果の値は、評価期間３０日目の値を記載した。
【０１０３】
【表１１】
2014008466.tif 000013
【０１０４】
実験結果について説明する。
本願発明の期間１および期間３において、酸素含有気体供給量を１０Ｌ／ｄａｙとしたとき、硫化水素除去率は１００％、硫酸転換率は１００％で処理できた。期間２において、酸素含有気体供給量を６０Ｌ／ｄａｙとしたとき、硫化水素除去率は１００％、硫酸転換率は１００％で処理できた。
対照系列の期間１および期間３において、酸素含有気体供給量を６０Ｌ／ｄａｙとしたとき、硫化水素除去率１００％であり、硫酸転換率は１００％だった。期間２において、酸素含有気体供給量を６０Ｌ／ｄａｙとしたとき、硫化水素除去率１００％で処理でき、硫酸転換率も１００％で処理できた。
【０１０５】
本願発明の期間１および期間３での酸素含有気体供給量(バイオガス流量１ｍ３／ｄａｙに対し１０Ｌ／ｄａｙ)であれば、硫酸転換率は１００％となり、これ以上の酸素は必要ない。本期間でのバイオガス中のメタン濃度は６５％であり、処理ガス中のメタン濃度は６４．３％だった。
これに対し、対照系列の期間１および期間３での酸素含有気体供給量は、本願発明の６倍(バイオガス流量１ｍ３／ｄａｙに対し６０Ｌ／ｄａｙ)供給しており、対照系列の処理ガス中には未処理の酸素が余分に含まれる。本期間でのバイオガス中のメタン濃度は６５％であり、処理ス中のメタン濃度は６１．０％となり、バイオガスの燃料としての価値が低下し、ボイラー等の失火の危険性がある。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
以上説明したように、本願発明によれば、高負荷での硫化水素を効率的に処理し、且つ処理する硫化水素を硫酸に転換することで装置内の閉塞をなくし、洗浄などの工程をなくして低コストで処理が可能なバイオガスの生物学的脱硫装置及び生物学的脱硫方法を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【０１０７】
０ａ  バイオガス
０ｂ  酸素含有気体
０ｃ  処理ガス
０ｄ  循環液
０ｅ  ブロー水
０ｆ  補給水
０ｇ  希釈ガス
１    生物学的脱硫塔
１ａ  充填層
１ｂ  循環液貯留液槽
２    バイオガス流入ライン
３    硫化水素濃度計
４    ガス流量計
５    酸素含有気体流入ライン
６    酸素含有気体供給調節機構
７    処理ガス流出ライン
８    循環ガスライン
９    循環ガス量調節機構
１０  散水ライン
１１  演算器
１２  循環ガスの信号伝達機構
１３  酸素含有気体の信号伝達機構
１４  希釈ガスライン
１５  硫化水素濃度信号入力ライン
１６  ガス流量信号入力ライン
【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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