(57)【要約】      （修正有）【課題】高負荷での硫化水素を効率的に処理が可能な原ガスの生物脱硫装置及び生物脱硫方法を提供する。【解決手段】有機性廃棄物をメタン発酵させて発生した硫化水素含有ガス０ａから生物学的に硫化水素を除去する生物脱硫装置において、微生物が付着する充填材を備えた充填層１ａを内部に配置した脱硫塔１と脱硫塔内で該充填層に散水０ｄを行う散水手段と脱硫塔内で該充填層の最上流端部に形成されたガス滞留域と硫化水素含有ガスを該ガス滞留域に導入する硫化水素含有ガスライン３と脱硫塔内の該充填層の最下流端部から処理ガスを排出するための処理ガス流出ライン１３と処理ガス流出ラインから分岐し該ガス滞留域に接続される循環ガスライン６とを備え、硫化水素濃度計測手段２２の計測結果に基づき、送風機７の送風量を制御する循環ガス量制御手段を設けた。【選択図】図４
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【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硫化水素含有ガスから、生物学的に硫化水素を除去する生物脱硫装置において、
微生物が付着する充填材を備えた充填層を内部に配置した脱硫塔と、
該脱硫塔内で該充填層に散水を行う散水手段と、
該脱硫塔内で該充填層の最上流端部に形成されたガス滞留域と、
該硫化水素含有ガスを該ガス滞留域に導入する硫化水素含有ガスラインと、
該脱硫塔内の該充填層の最下流端部から処理ガスを排出するための処理ガス流出ラインと、
該処理ガス流出ラインから分岐し該ガス滞留域に接続される循環ガスラインとを備え、
該ガス滞留域内の硫化水素濃度を計測する硫化水素濃度計測手段を設け、
また、該循環ガスラインには、該ガス滞留域に処理ガスを強制循環させる送風機を設け、
該硫化水素濃度計測手段の計測結果に基づき、該送風機の送風量を制御する循環ガス量制御手段を設けたことを特徴とする生物脱硫装置。
【請求項２】
請求項１に記載の生物脱硫装置において、
該脱硫塔内に複数段の充填層を配置し、
該硫化水素含有ガスラインは、複数に分岐され、各段の該充填層の上流端部に各々接続され、
前記分岐した硫化水素含有ガスラインには、各段に供給する硫化水素含有ガスの供給量を調節するガス供給量調節手段が設けられていることを特徴とする生物脱硫装置。
【請求項３】
請求項２に記載の生物脱硫装置において、
該硫化水素含有ガスラインには、他の硫化水素濃度計測手段が設けられ、
前記他の硫化水素濃度計測手段からの計測結果に基づき、各段に対応する該ガス供給量調節手段を制御するためのガス供給量制御手段を備えたことを特徴とする生物脱硫装置。
【請求項４】
有機性廃棄物をメタン発酵させて発生した硫化水素含有ガスから、生物学的に硫化水素を除去する生物脱硫方法において、
微生物が付着する充填材を備えた充填層を内部に配置した脱硫塔と、
該脱硫塔内で該充填層に散水を行う散水手段と、
該脱硫塔内で該充填層の最上流端部に形成されたガス滞留域とを備え、
該硫化水素含有ガスを該ガス滞留域に導入する硫化水素含有ガス導入工程と、
該脱硫塔内の該充填層の最下流端部から処理ガスを排出する処理ガス流出工程と、
該脱硫塔から排出した該処理ガスの一部を、該ガス滞留域に循環させる循環ガス工程を有し、
該ガス滞留域の硫化水素濃度に基づき、該循環ガス工程で循環させる処理ガスの送風量を制御することを特徴とする生物脱硫方法。
【請求項５】
請求項４に記載の生物脱硫方法において、
該ガス滞留域の硫化水素濃度が３００ｐｐｍ乃至１０００ｐｐｍとなるように、該送風量が制御されていることを特徴とする生物脱硫方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の生物脱硫方法において、
該脱硫塔内に複数段の充填層を配置し、
該硫化水素含有ガス導入工程では、該硫化水素含有ガスを複数に分岐し、各段の該充填層の上流端部に各々供給すると共に、該脱硫塔に供給される硫化水素含有ガスの硫化水素濃度に基づき、前記各段への供給量を制御することを特徴とする生物脱硫方法。
【請求項７】
請求項６に記載の生物脱硫方法において、
該充填層が上流段と下流段の２段で構成され、
上流段へ流入する硫化水素含有ガスの供給量は全体供給量の５０％乃至７０％であり、残りが下流段へ流入することを特徴とする生物脱硫方法。
【請求項８】
請求項６に記載の生物脱硫方法において、
該充填層が上流段、中流段、及び下流段の３段で構成され、
各段に流入する硫化水素含有ガスの供給量は、「上流段への供給量≧中流段への供給量≧下流段への供給量」の関係を満足することを特徴とする生物脱硫方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硫化水素（Ｈ２Ｓ）を含有するガスの生物脱硫（「生物学的脱硫」ともいう。）装置及び生物脱硫方法に関し、詳しくは下水、家畜糞尿、し尿、産業排水、汚泥、ごみ、食品残さなどの有機性物質のメタン発酵処理の工程で発生する原ガスから硫化水素を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％乃至８５％、二酸化炭素を１５％乃至３５％、硫化水素を４００ｐｐｍ乃至６０００ｐｐｍ含んでいる。以下では、このようなバイオガス等のように硫化水素を含有するガスを、「原ガス」ともいう。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、原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】
原ガスから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、原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）および式（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）および式（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】
特許文献１には、生物学的脱硫技術の一例が開示され、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。しかしながら、充填材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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−３０５３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本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が可能な原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】
【００１１】
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。
【００１２】
（１）  有機性廃棄物をメタン発酵させて発生した硫化水素含有ガスから、生物学的に硫化水素を除去する生物学的脱硫装置において、微生物が付着する充填材を備えた充填層を内部に配置した脱硫塔と、該脱硫塔内で該充填層に散水を行う散水手段と、該脱硫塔内で該充填層の最上流端部に形成されたガス滞留域と、該硫化水素含有ガスを該ガス滞留域に導入する硫化水素含有ガスラインと、該脱硫塔内の該充填層の最下流端部から処理ガスを排出するための処理ガス流出ラインと、該処理ガス流出ラインから分岐し該ガス滞留域に接続される循環ガスラインとを備え、該ガス滞留域内の硫化水素濃度を計測する硫化水素濃度計測手段を設け、また、該循環ガスラインには、該ガス滞留域に処理ガスを強制循環させる送風機を設け、該硫化水素濃度計測手段の計測結果に基づき、該送風機の送風量を制御する循環ガス量制御手段を設けたことを特徴とする生物学的脱硫装置である。
【００１３】
（２）  上記（１）に記載の生物学的脱硫装置において、該脱硫塔内に複数段の充填層を配置し、該硫化水素含有ガスラインは、複数に分岐され、各段の該充填層の上流端部に各々接続され、前記分岐した硫化水素含有ガスラインには、各段に供給する硫化水素含有ガスの供給量を調節するガス供給量調節手段が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
（３）  上記（２）に記載の生物学的脱硫装置において、該硫化水素含有ガスラインには、他の硫化水素濃度計測手段が設けられ、前記他の硫化水素濃度計測手段からの計測結果に基づき、各段に対応する該ガス供給量調節手段を制御するためのガス供給量制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
（４）  有機性廃棄物をメタン発酵させて発生した硫化水素含有ガスから、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、微生物が付着する充填材を備えた充填層を内部に配置した脱硫塔と、該脱硫塔内で該充填層に散水を行う散水手段と、該脱硫塔内で該充填層の最上流端部に形成されたガス滞留域とを備え、該硫化水素含有ガスを該ガス滞留域に導入する硫化水素含有ガス導入工程と、該脱硫塔内の該充填層の最下流端部から処理ガスを排出する処理ガス流出工程と、該脱硫塔から排出した該処理ガスの一部を、該ガス滞留域に循環させる循環ガス工程を有し、該ガス滞留域の硫化水素濃度に基づき、該循環ガス工程で循環させる処理ガスの送風量を制御することを特徴とする生物学的脱硫方法である。
【００１６】
（５）  上記（４）に記載の生物学的脱硫方法において、該ガス滞留域の硫化水素濃度が３００ｐｐｍ乃至１０００ｐｐｍとなるように、該送風量が制御されていることを特徴とする。
【００１７】
（６）  上記（４）又は（５）に記載の生物学的脱硫方法において、該脱硫塔内に複数段の充填層を配置し、該硫化水素含有ガス導入工程では、該硫化水素含有ガスを複数に分岐し、各段の該充填層の上流端部に各々供給すると共に、該脱硫塔に供給される硫化水素含有ガスの硫化水素濃度に基づき、前記各段への供給量を制御することを特徴とする。
【００１８】
（７）  上記（６）に記載の生物学的脱硫方法において、該充填層が上流段と下流段の２段で構成され、上流段へ流入する硫化水素含有ガスの供給量は全体供給量の５０％乃至７０％であり、残りが下流段へ流入することを特徴とする。
【００１９】
（８）  上記（６）に記載の生物学的脱硫方法において、該充填層が上流段、中流段、及び下流段の３段で構成され、各段に流入する硫化水素含有ガスの供給量は、「上流段への供給量≧中流段への供給量≧下流段への供給量」の関係を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の生物学的脱硫装置又は生物学的脱硫方法では、脱硫塔内で処理された処理ガスの一部を、脱硫塔内の充填層の最上流端部に形成されたガス滞留域に循環させ、該ガス滞留域の硫化水素濃度を最適に設定するよう、循環する処理ガスの量を設定するため、高負荷での硫化水素を効率良く生物学的に脱硫処理を行うことが可能となる。
【００２１】
さらに、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複数段具備し、酸素供給工程を経た原ガスを複数に分配することで充填材全体が効率的に活用され、高負荷でも効率的に硫化水素を除去し、硫酸に転換することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来方式の硫化水素除去パターンを示す図である。
【図２】本発明の硫化水素除去パターンを示す図である。
【図３】本発明に分配方式を組込んだときの硫化水素除去パターンを示す図である。
【図４】本発明の生物学的脱硫装置の概略を示す図である。
【図５】本発明の生物学的脱硫装置の概略を示す図であり、上向流で処理する例を示す図である。
【図６】本発明の生物学的脱硫装置の概略を示す図であり、原ガスを分配して下向流で処理する例を示す図である。
【図７】本発明の生物学的脱硫装置の概略を示す図であり、原ガスを分配して上向流で処理する例を示す図である。
【図８】実施例１の実験装置概要を示す図である。
【図９】実施例２の実験装置概要を示す図である。
【図１０】実施例４の実験装置概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の生物学的脱硫装置及び生物学的脱硫方法について、基本的な考え方について説明する。
【００２４】
まず、発明者らは従来方式の生物学的脱硫装置を用いて原ガスからの硫化水素の除去の実験を行った。実験装置は直径５ｃｍ、充填高さ２００ｃｍである。この装置の概略は後述する図８の右側の「実施例１の比較例」に示されている。硫化水素濃度３０００ｐｐｍ、原ガス流量２ｍ３／ｄａｙ、硫化水素負荷量２ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）での処理状況をつぶさに観察した。
【００２５】
従来方式（比較例）の結果として、原ガスが充填高さ０ｃｍ〜２００ｃｍを通過するのに要する時間は全体で１７０秒間である。原ガスを、充填層の最上流側から全量（負荷割合１００％）流した場合の硫化水素除去パターンを図１に示す。流入の原ガスの硫化水素濃度が３０００ｐｐｍであるとき、処理ガス硫化水素濃度は２４００ｐｐｍと硫化水素が処理されずに流出した。このとき充填材の表面には硫黄が析出した。
【００２６】
原ガスの硫化水素が３０００ｐｐｍと高濃度である場合、原ガスと接触する充填材、特に最上流側の充填材に高濃度の硫化水素が接触するため、充填材に付着している硫黄酸化菌に負荷がかかるため、菌に対して濃度阻害を起こすため硫酸にまで酸化する生物反応は不十分となり、硫黄が生物表面に析出するようになる。硫黄が生物表面に析出すると、生物による硫化水素の除去性能は低下し、原ガスの流れに沿って硫黄は析出するとともに、硫化水素は十分に処理されなくなることが判明した。
【００２７】
次に、発明者らは鋭意研究を行った結果、処理ガスの一部を充填層の最上流端部へ循環すること（以下、「循環方式」又は「循環ガス方式」ともいう）が処理効率を高くできることを見出した。ここで、従来方式と同一の硫化水素３０００ｐｐｍ、原ガス流量２ｍ３／ｄａｙ、硫化水素負荷量２ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）に対し、循環ガス流量を１０ｍ３／ｄａｙとしたときの結果を例に挙げて説明する。循環方式による硫化水素除去パターンを図２に示す。原ガスと処理ガスの一部（循環ガス）が合流して混合ガスとなり、この混合ガスの硫化水素濃度は５００ｐｐｍとなる。
【００２８】
この５００ｐｐｍの場合では、最上流側の充填材に付着している硫黄酸化菌に対して濃度阻害は全くなく、充填高さ１００ｃｍでの硫化水素濃度は５０ｐｐｍ、充填高さ２００ｃｍでは０ｐｐｍと硫化水素除去が良好であっただけでなく、除去された硫化水素は１００％硫酸に転換された。充填高さ０ｃｍ〜２００ｃｍを通過するのに要する時間は全体で３０秒間と、従来例に比べて短い反応時間でも完全な処理ができることが確認できた。なお、循環方式に関する調査結果の詳細については実施例１で説明する。
【００２９】
循環方式では、硫化水素濃度が極めて低い処理ガスの一部を循環することで高濃度の原ガスが希釈され、混合された混合ガスの硫化水素濃度は低くなり、硫黄酸化菌の濃度阻害を抑制でき、高効率の脱硫処理が可能となる。発明者らが実験した結果、混合ガス濃度として１０００ｐｐｍ以下の範囲で硫黄酸化菌の濃度阻害が抑制される。
【００３０】
一方で、従来方式では上流端部に原ガスのみが供給されるのに対し、循環方式は処理ガスの一部が循環されるため、従来方式に比べてガス流量は増加し、充填材への接触時間も短くなり、十分に処理ができなくなる場合がある。具体的には原ガスの硫化水素濃度が３００ｐｐｍ未満の場合は、循環方式を用いると硫化水素の充填材への接触時間が短くなり、循環させない従来方式（一過方式）より処理性能が逆に悪くなった。
【００３１】
これらの結果から、混合ガスの濃度が３００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍとなるように、処理ガスの一部を循環ガスとして循環させることが高効率の処理に必要であることがわかった。この循環方式でより好適な濃度範囲は、４００ｐｐｍ〜７００ｐｐｍであることが確認された。
【００３２】
混合ガス濃度を調節する方法としては、原ガスと循環ガスとが混合された混合ガスのガス滞留域内の硫化水素濃度を計測し、当該計測値が最適な値となるように、循環ガスのガス流量を制御する。この際に、混合ガスの硫化水素濃度が３００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ、好ましくは４００ｐｐｍ〜７００ｐｐｍの範囲となるような希釈倍率を算出し、その算出結果に基づいて、循環ガスを循環させる送風機の送風量を制御し、原ガス流量に対する循環ガス流量の調節を行う。本発明では、循環ガスの循環するガス流量を調節するための、演算回路を含む制御システムのことを、循環ガス量制御手段という。
【００３３】
次に、発明者らは充填層を複数段、例えば、上流段と下流段の２段とし、循環方式に加えて原ガスを充填層の上流段と下流段に分配し、処理ガスの一部を充填層の最上流端部へ循環すること（以下、「循環分配方式」という）で、更に処理効率を高くできることを見出した。具体的には、原ガスの硫化水素濃度６０００ｐｐｍ、原ガス流量１．２ｍ３／ｄａｙ、硫化水素負荷量２．４ｋｇ／（ｍ３ｄａｙ）、原ガス分配比率を上流段６０％、下流段４０％すなわち上流段への原ガス流量は０．７２ｍ３／ｄａｙ、下流段へは０．４８ｍ３／ｄａｙ、循環ガス流量を１１ｍ３／ｄａｙとしたときの結果を例に挙げて説明する。循環分配方式の硫化水素除去パターンを図３に示す。また、この装置の概略は後述する図９に示す。
【００３４】
混合ガスの硫化水素濃度は５００ｐｐｍであり、充填高さ１００ｃｍでの硫化水素濃度は１０ｐｐｍだった。下流段の入口直下（上流段と下流段との間）の硫化水素濃度は、３２０ｐｐｍに上昇するものの、充填層の最下端となる充填高さ２００ｃｍでの硫化水素濃度は０ｐｐｍであり、処理が完全に行われている。上流段の充填高さ０ｃｍ〜１００ｃｍを通過するのに要する時間は２２秒、下流段の充填高さ１００ｃｍ〜２００ｃｍを通過するのに要する時間は１８秒であり、全体で４０秒である。
【００３５】
原ガスを複数段、例えば、上流段と下流段に分配することで、上流段と下流段の各充填層の負荷を均等化できることと、上流段を通過した処理ガスが高濃度原ガスの希釈ガスとして使用されることから、循環方式よりさらなる処理効果が発揮された。具体的には、循環ガスのガス流量は、混合ガスのガス滞留域の硫化水素濃度計測値に基づいて調節される。
【００３６】
一定負荷量で処理する場合で比較すると、循環分配方式は循環方式のみでの処理に比べて循環ガスのガス流量が少なくなり、充填材との接触時間が長くなる。したがって上流段で効率的に除去され、上流段で処理されたガスは下流段に分配された原ガスと混合して原ガスが希釈された状態で下流段処理がなされるため、充填層全体を通して処理性能は向上する。循環分配方式での混合ガス滞留域（脱硫塔内で充填層の最上流端部に形成されたガス滞留域）での濃度範囲は、循環方式と同様に、３００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ、好ましくは４００ｐｐｍ〜７００ｐｐｍが、処理効果がより高くなることが確認された。なお、循環分配方式に関する調査結果の詳細については実施例２で説明する。
【００３７】
本発明の生物学的脱硫装置及び脱硫方法は、このような実験に基づいてなされたものであり、高濃度の硫化水素を含むガスに対して高負荷でも安定して処理が可能な脱硫装置及び脱硫方法である。
【００３８】
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。
・原ガス：本発明の生物学的脱硫装置及び方法で処理する硫化水素を含むガスのことであり、バイオガスや臭気ガスを含む。
・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。
・混合ガス：原ガス（バイオガス）と酸素含有気体と循環ガス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。
・循環ガス：処理ガスの一部が送風機によって充填層の最上流端部に流入するガスのことである。
・酸素含有気体：酸素を含む気体のことである。
【００３９】
また、本明細書で示す計算式等で用いる記号は、次の通り定義する。
・ＲＨ２Ｓ：硫化水素除去率［％］
・ＣＨ２Ｓ（ｉｎ）：原ガスの硫化水素濃度［ｐｐｍ］
・ＣＨ２Ｓ（ｏｕｔ）：処理ガスの硫化水素濃度［ｐｐｍ］
・Ｖ２５：２５℃のときの１ｍｏｌの気体が占める体積［ｍ３］
・ＳＨ２Ｓ：１日あたりの硫化水素処理量［ｋｇ／ｄａｙ］
・Ｑｉｎ：原ガスのガス流量［ｍ３／ｄａｙ］
・ＱＲ：循環ガスのガス流量［ｍ３／ｄａｙ］
・Ｖ充填材：充填容量［ｍ３］
・ＬＲ：硫化水素負荷量［ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）］
・ＶＲ：循環液量［Ｌ］
・ＴＨ２Ｓ：硫化水素除去量［ｋｇ−Ｈ２Ｓ／ｄａｙ］
・ＴＳ−Ｈ２Ｓ：除去した硫化水素に含まれる硫黄量［ｋｇ−Ｓ／ｄａｙ］
・ＯＯ：微生物による硫酸化での必要酸素量［ｋｇ−Ｏ２／ｄａｙ］
・ＯＲ：微生物の呼吸に必要な酸素量［ｋｇ−Ｏ２／ｄａｙ］
・ＯＰＯ２：純酸素必要量［ｍ３−Ｏ２／ｄａｙ］
・ＯＡｉｒ：空気量［ｍ３−ａｉｒ／ｄａｙ］
【００４０】
硫化水素除去率ＲＨ２Ｓ［％］は、次の式（３）で示すことができる。
ＲＨ２Ｓ＝１００×（ＣＨ２Ｓ（ｉｎ）−ＣＨ２Ｓ（ｏｕｔ））／ＣＨ２Ｓ（ｉｎ）
・・・式（３）
【００４１】
２５℃のときの１ｍｏｌの気体が占める体積Ｖ２５［ｍ３］は、０℃（２７３Ｋ）、１気圧における気体１ｍｏｌが占める体積２２．４Ｌを用い式（４）であらわされる。
Ｖ２５＝２２．４×（２９８／２７３）  ・・・式（４）
【００４２】
１日あたりの硫化水素処理量ＳＨ２Ｓ［ｋｇ／ｄａｙ］は、硫化水素分子量（３４ｇ／ｍｏｌ）を用い式（５）で示される。
ＳＨ２Ｓ＝（Ｑｉｎ＋ＱＲ）×ＣＨ２Ｓ（ｉｎ）×１０−６×３４／Ｖ２５
・・・式（５）
【００４３】
単位充填材あたりの硫化水素負荷量ＬＲ［ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）］は、式（６）で示される。ＬＲは、単に硫化水素負荷量とよぶこととする。
ＬＲ＝ＳＨ２Ｓ／Ｖ充填材  ・・・式（６）
【００４４】
硫化水素除去量ＴＨ２Ｓ［ｋｇ−Ｈ２Ｓ／ｄａｙ］は、ＬＲとＲＨ２ＳとＶ充填材を用いて式（７）で示される。
ＴＨ２Ｓ＝ＬＲ×ＲＨ２Ｓ×Ｖ充填材  ・・・式（７）
【００４５】
除去した硫化水素に含まれる硫黄量ＴＳ−Ｈ２Ｓ［ｋｇ−Ｓ／ｄａｙ］は、硫黄の分子量（３２ｇ／ｍｏｌ）、硫化水素分子量（３４ｇ／ｍｏｌ）を用いて式（８）で示される。
ＴＳ−Ｈ２Ｓ＝ＴＨ２Ｓ×３２／３４  ・・・式（８）
【００４６】
本発明に係る微生物が付着する充填材を充填した生物学的脱硫装置の一例を、図４に示す。図４は硫化水素含有ガスを下向流で処理した装置図である。本発明の生物学的脱硫装置は、本実施態様に限定されない。
【００４７】
加えて、本発明により原ガスを上向流で処理する様に配管を設置した装置図を図５に示し、複数段で構成された充填層の上流端部に原ガスラインを各々接続して下向流で処理する様に配管を設置した装置図を図６に示し、複数段で構成された充填層の上流端部に原ガスラインを各々接続して上向流で処理する様に配管を設置した装置図を図７に示す。図４乃至図７では、同じ部材については共通の符号を付している。
【００４８】
充填層１ａは、図６又は図７のように、脱硫塔内に複数段具備してもよく、具体的には充填層が２段乃至４段であることが好ましい。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耐薬品性を有する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。また、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５０ｍ２／ｍ３乃至１０００ｍ２／ｍ３の範囲が好ましい。空隙率は、８０％乃至９６％の範囲が好ましい。
【００４９】
散水ライン２は、水を充填材に散水するよう構成されている。新しい水を順次散水しても良いが、使用する水の量が多くなるため、脱硫塔の下側に溜まった水を循環液として、充填材に散水するよう構成されている。充填材の湿潤状態を維持させるために、複数の充填層の各上流端部に散水ライン２を設置してもよい。
【００５０】
循環液貯留液槽１ｂから循環液０ｄ中の硫酸濃度を調節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の水量を一定にすることが必要である。
【００５１】
ガス流量計測手段４は、原ガスライン３に設けられる。オリフィスガス流量計や、容積ガス流量計や、渦ガス流量計や、流速式ガス流量計等を用いることができる。容積式ガス流量計は、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。
【００５２】
原ガス硫化水素濃度計測手段５は、原ガスライン３に設けられ、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、ガスクロマトグラフ法等を用いてもよい。
【００５３】
図４に示す装置を用いて、循環ガスのガス流量を制御した生物学的脱硫方法について説明する。硫化水素濃度が１０００ｐｐｍを超える原ガスを処理する場合には、処理ガスの一部を循環させて処理することで処理効率はさらによくなる。処理ガスの一部を循環させて原ガスを処理する様に配管を設置した装置図を図４に示す。
【００５４】
原ガスの硫化水素濃度が１０００ｐｐｍを超える場合には、生物処理時間が長く、生物反応速度が極端に遅くなるため未処理の硫化水素が流出するだけでなく、硫化水素は主に硫黄として除去され担体表面に析出することを実験で確認した。担体表面に析出した硫黄は微生物の表面を覆い、硫化水素除去性能を低下させる。
【００５５】
一方で、原ガス硫化水素濃度が３００ｐｐｍよりも小さい場合には、原ガス流量が増加すると生物処理時間が短くなり十分に硫化水素を処理できなくなる。このことから、生物反応速度と生物処理時間を勘案すると、原ガス硫化水素濃度は３００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ、好ましくは４００ｐｐｍ〜７００ｐｐｍで処理することを、本発明者らは見出した。また、原ガス硫化水素濃度計測手段５の計測値に基づき、従来の一過方式、循環方式、分配方式、循環分配方式のいずれで処理するか否かを判断するように構成しても良い。
【００５６】
送風機７は、循環ガスライン６に設けられ、循環ガスのガス流量を物理的に調節したり電気的に調節する手段であり、具体的にはブロワやポンプなどである。
【００５７】
流量信号入力手段８は、ガス流量計測手段４の計測信号や計測値を硫化水素負荷量演算器１９へ物理的に入力したり電気的に入力する手段である。具体的には物理的には手動入力があり、電気的にはケーブルなどを介して電気的に入力したり、電波などを用いて無線送信して入力してもよい。
【００５８】
原ガス硫化水素濃度信号入力手段９は、原ガス硫化水素濃度計測手段５の計測信号や計測値を、硫化水素負荷量演算器１５または原ガス供給量演算器１７へ、物理的に入力したり電気的に入力する手段である。具体的には物理的には手動入力があり、電気的にはケーブルなどを介して電気的に入力したり、電波などを用いて無線送信して入力してもよい。
【００５９】
循環ガス量演算器１０は、プログラムが組み込まれており、設定された範囲になると送風機７を制御し、送風量を調節できる。
【００６０】
循環ガス量演算器による演算結果の信号伝達手段１１は、循環ガス量演算器１０の演算結果を送風機７へ物理的に出力したり電気的に出力する手段である。具体的には物理的には手動出力があり、電気的にはケーブルなどを介して電気的に出力したり、電波などを用いて無線送信して出力してもよい。
【００６１】
本発明の特徴として、混合ガスのガス滞留域内の硫化水素濃度を計測するため、混合ガス硫化水素濃度計測手段２２が設けられている。混合ガス硫化水素濃度計測手段２２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、ガスクロマトグラフ法等を用いてもよい。
【００６２】
混合ガス硫化水素濃度信号入力手段２３は、混合ガス硫化水素濃度計測手段２２の計測信号や計測値を、循環ガス量演算器１０へ、物理的に入力したり電気的に入力する手段である。具体的には物理的には手動入力があり、電気的にはケーブルなどを介して電気的に入力したり、電波などを用いて無線送信して入力してもよい。
【００６３】
循環ガス量制御手段は、混合ガス硫化水素濃度信号入力手段２３と循環ガス量演算器１０と循環ガス量演算器による演算結果の信号伝達手段１１から構成され、送風機７を制御し、送風量を調節できる。また、硫化水素濃度信号入力手段９も循環ガス量制御手段に組み込み、原ガス硫化水素濃度計測手段５の計測値に基づき、送風機を駆動するか否かを判断するように構成しても良い。
【００６４】
次に、図６に示す実験装置を用いて原ガスの供給量を制御した生物学的脱硫方法について説明する。
【００６５】
充填層の段数を上流段と下流段の２段とした場合には、後述する実施例３（原ガス硫化水素濃度；３０００ｐｐｍ）の実験結果より上流段への硫化水素含有ガスの供給量が全体の５０％乃至７０％であり、下流段への硫化水素含有ガスの供給量は、上流段への硫化水素含有ガス量の残量、即ち全体の５０％乃至３０％が最も処理は良好であることがわかった。このため、各段への硫化水素含有ガスの供給量については、「上流段への供給量≧下流段への供給量」とすることが重要であることが判明した。
【００６６】
充填層を３段にて処理した場合には、後述する実施例４の実験結果より上流段への硫化水素含有ガスの供給量が全体の５０％であったとき、処理を良好に行うには、中流段への供給量は全体の２５％乃至３５％下流段への供給量は全体の２５％乃至１５％である。また、上流段への供給量が全体の４０％であったとき、中流段への供給量は全体の３０％乃至４０％、下流段への供給量は全体の３０％乃至２０％である。さらに、上流段への供給量が全体の３３％であったとき、中流段への供給量は全体の３３％、下流段への供給量は全体の３３％であった。
したがって、各段に流入する硫化水素含有ガスの供給量の関係は、「上流段への供給量≧中流段への供給量≧下流段への供給量」とすることが重要であることが判明した。
【００６７】
原ガス分配器１２は、原ガスライン３を複数に分岐できればよく、具体的には２方向に分岐する場合は、チーズなどの配管コネクタや３方バルブがあり、３方向に分岐する場合は４方弁バルブがある。処理ガス分配器２１は、処理ガス流出ライン１３を複数に分岐できればよい。
【００６８】
原ガス供給量調節手段１４は、分配器１２により複数に分配された原ガスライン３に設けられ、原ガス供給量を物理的に調節したり電気的に調節する手段であり、具体的には物理的にはバルブやダンパなどがあり、電気的にはブロワやポンプなどがある。
【００６９】
原ガス供給量演算器１５は、プログラムが組み込まれており、上述したように各段に対応した適切な供給量となるように、原ガス供給量調節手段１４を制御し、各段に供給する原ガス供給量を調節している。
【００７０】
原ガス供給量演算器による演算結果の信号伝達手段１６は、原ガス供給量演算器１５の演算結果を原ガス供給量調節手段１４へ物理的に出力したり電気的に出力する手段であり、物理的手段として手動出力があり、電気的手段としてケーブルなどを介して出力したり、電波などを用いて無線で出力してもよい。
【００７１】
原ガス供給量制御手段は、流量信号入力手段８、硫化水素濃度信号入力手段９、原ガス供給量演算器１５、及び原ガス供給量演算器による演算結果の信号伝達手段１６から構成され、原ガス供給量調節手段１４を制御し、原ガス供給量を調節できる。
【００７２】
なお、本発明の一例では、硫化水素濃度により原ガス供給量調節手段１４を制御している。ただし、原ガス硫化水素濃度が一定であるとき、原ガスのガス流量が増えると硫化水素負荷量は増える。このため、分配の概念はガス流量計測手段からの計測信号と該硫化水素濃度計測手段からの計測信号の積によって計算される負荷量に対して、上述した各段への供給量の考え方を適用することができる。
【００７３】
図４及び図５で示す装置を用いて、酸素含有気体の供給量の制御を用いた生物学的脱硫方法について説明する。
生物学的脱硫方式で消費される酸素量には、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。本発明の生物学的脱硫塔に供給する酸素含有気体供給量は、ＯＯ＋ＯＲで表される。
【００７４】
ＯＯは、流入する硫化水素負荷量（ＬＲ）を硫酸に酸化させるのに必要な酸素量であり、式（１）より１ｍｏｌの硫化水素に対して２ｍｏｌの酸素、すなわち、硫化水素量に対してモル比で２倍の酸素が必要となる。硫酸化での必要酸素量ＯＯ［ｋｇ−Ｏ２／ｄａｙ］は、ＬＲと酸素分子量；３２ｇ／ｍｏｌと硫化水素分子量；３４ｇ／ｍｏｌを用いて式（９）で示される。
ＯＯ＝２×ＬＲ×３２／３４  ・・・式（９）
【００７５】
一例として、温度が３５℃の硫化水素含有ガスを１ｍ３の充填材を用いて、硫化水素負荷量（ＬＲ）が１．０ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）で処理したとき、流入する硫化水素の量は２９．４ｍｏｌ−Ｈ２Ｓ／ｄａｙであり、硫化水素の硫酸化に必要なＯＯは式（９）より１．９ｋｇ−Ｏ２／ｄａｙ、すなわち５８．８ｍｏｌ−Ｏ２／ｄａｙである。
【００７６】
ＯＲは微生物の呼吸に必要な酸素量である。具体的には、充填材１ｍ３当たりの付着量は１ｋｇ−ＳＳ／ｍ３であり、呼吸速度は５ｍｇ−Ｏ２／（ｇ−ＳＳ・ｈｒ）乃至１０ｍｇ−Ｏ２／（ｇ−ＳＳ・ｈｒ）、すなわち３．８ｍｍｏｌ／（ｇ−ＳＳ・ｄａｙ）乃至７．５ｍｍｏｌ／（ｇ−ＳＳ・ｄａｙ）であることが実験によりわかった。
【００７７】
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０．１２ｋｇ−Ｏ２／ｄａｙ乃至０．２４ｋｇ−Ｏ２／ｄａｙ、すなわち３．８ｍｏｌ−Ｏ２／ｄａｙ乃至７．５ｍｏｌ−Ｏ２／ｄａｙとなる。
【００７８】
微生物の活動が酸素欠乏で阻害されずに式（１）、式（２）の反応を促進するには、硫化水素量２９．４ｍｏｌ−Ｈ２Ｓ／ｄａｙに対して６２．６ｍｏｌ−Ｏ２／ｄａｙ乃至６６．３ｍｏｌ−Ｏ２／ｄａｙ、すなわち硫化水素量１ｍｏｌに対し理論的な酸素量（ＯＯ＋ＯＲ）はモル比で２．１３倍乃至２．２６倍必要となる。なお、理論値は酸素溶解効率１００％の場合である。
【００７９】
実際の酸素溶解効率は、実験で確認したところ約２０％乃至８５％となっている。実際の酸素溶解効率を考慮すると、硫化水素量に対して理論的な酸素量のモル比が２．１３倍のときには、硫化水素量１に対しモル比で２．５倍乃至１０．５倍の酸素量が必要となり、理論的な酸素量のモル比が２．２６倍のときには、硫化水素量に対してモル比で２．７倍乃至１１．３倍の酸素量が必要となる。すなわち、硫化水素量に対して理論的な酸素量のモル比は総合的に２．５倍乃至１１．６倍である。
【００８０】
なお、過剰の酸素含有気体を供給すると、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ガス濃度が下がり燃料の価値が下がる。したがって、この酸素含有気体供給量調節手段１８において酸素量を硫化水素量に対してモル比で２．５倍乃至１１．６倍、好ましくは２．５倍乃至７倍にするのが好ましい。
【００８１】
本発明で使用する酸素含有気体は、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節したガスを用いてもよい。
【００８２】
本発明において酸素含有気体として純酸素を用いる場合、２５℃（２９８Ｋ）での純酸素の必要量ＯＰＯ２［ｍ３−Ｏ２／ｄａｙ］は、ＯＯから酸素分子量（３２ｇ／ｍｏｌ）、気体１ｍｏｌが占める体積（０℃（２７３Ｋ）、１気圧）２２．４Ｌを用いて式（１０）で示される。
ＯＰＯ２＝ＯＯ×２２．４×（２９８／２７３）／３２  ・・・式（１０）
【００８３】
本発明において酸素含有気体として空気（酸素濃度；２１ｖ／ｖ％、２５℃）を用いる場合、２５℃での空気の必要量ＯＡｉｒ［ｍ３−Ｏ２／ｄａｙ］は、ＯＰＯ２を用いて式（１１）で表される。
ＯＡｉｒ＝ＯＰＯ２×（１００／２１）  ・・・式（１１）
【００８４】
酸素含有気体供給量調節手段１８は、酸素含有ガスライン１７に設けられ、物理的に出力したり電気的に出力する手段であり、具体的には物理的にはバルブやダンパなどがあり、電気的にはブロワやポンプなどがある。
【００８５】
硫化水素負荷量演算器１９は、プログラムが組み込まれており、上述したように硫化水素量に対し適切な酸素量となるように、酸素含有気体供給量調節手段１８を制御できる。
【００８６】
硫化水素負荷量演算器１９による演算結果の信号伝達手段２０は、硫化水素負荷量演算器１９により硫化水素負荷量演算結果を酸素含有気体供給量調節手段１８へ物理的に出力したり電気的に出力する手段であり、具体的には物理的には手動出力があり、電気的にはケーブルなどを介して電気的に出力したり、電波などを用いて無線送信して出力してもよい。
【００８７】
酸素含有気体量制御手段は、流量信号入力手段８、硫化水素濃度信号入力手段９、硫化水素負荷量演算器１９、及び硫化水素負荷量演算器による演算結果の信号伝達手段２０から構成され、酸素含有気体供給量調節手段１８を制御する。
【実施例１】
【００８８】
図８に示すように、処理方式を一過方式（実施例１の比較例）と循環方式（実施例１）で処理したときの実験を実施例１として行った。本実施例において一過方式での処理はＲｕｎ１−０とし、循環方式での処理はＲｕｎ１−１〜Ｒｕｎ１−９とした。循環方式におけるＲｕｎは硫化水素濃度制御値ごとに区分けした。Ｒｕｎごとの評価期間は７日間として、全評価期間は７０日間とした。処理性能の評価は、硫化水素除去率９０％以上、硫酸転換率９０％以上で処理良好とした。
【００８９】
実験装置は図８に示す生物学的脱硫装置を用い、一過方式と循環方式の実験装置を２塔用いた。実施例１では、混合ガスのガス滞留域の硫化水素は、混合ガス硫化水素濃度計測手段（Ｃ２）で計測され、混合ガスのガス滞留域の硫化水素濃度制御値（以下、単に「硫化水素濃度制御値」という。）が２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍとなるように、送風機により循環ガス量を制御した。実験装置概要を表１に示す。実験装置（脱硫塔）の内径は５ｃｍ、充填材の充填高さ２ｍ、充填材形状はφ１５ｍｍ×ｈ１５ｍｍの円筒状とした。
【００９０】
【表１】
2015134313.tif 000003
【００９１】
実施例１の実験条件を表２に示す。ガス方向は下向流、原ガス硫化水素濃度は３０００ｐｐｍ、原ガスのガス流量は２ｍ３／ｄａｙで一定とした。循環方式において、循環ガスのガス流量は５ｍ３／ｄａｙ〜５０ｍ３／ｄａｙの範囲で制御した。
【００９２】
循環液の散水量は、２００Ｌ／ｄａｙ、処理温度は３５℃に設定した。バイオガスはメタン発酵槽より発生し、硫化水素濃度；１００ｐｐｍ、メタン濃度；８０％、二酸化炭素濃度；２０％だった。酸素含有気体には空気（酸素を２１ｖ／ｖ％含有；２５℃）を用いた。空気供給量は、処理した硫化水素を硫酸に転換するために必要な酸素と、微生物の活性を維持するのに必要な酸素量を供給させるため、酸素含有気体供給量調節手段で７１Ｌ／ｄａｙに調節した。
【００９３】
【表２】
2015134313.tif 000004
【００９４】
本実施例の実験結果を表３に示す。Ｒｕｎ１−０〜Ｒｕｎ１−９のすべてのＲｕｎにおいて、充填材１ｍ３当たりの硫化水素負荷量を２ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）とした。
一過方式で処理したＲｕｎ１−０では、処理ガス硫化水素濃度は２４００ｐｐｍであり、硫化水素除去率は２０％だった。硫酸転換率は３０％であり、硫黄が析出した。
【００９５】
循環方式のＲｕｎ１−１〜Ｒｕｎ１−９において、原ガス流量は２ｍ３／ｄａｙで一定とし、混合ガスのガス滞留域の硫化水素濃度制御値（以下、「硫化水素濃度制御値」という）は１５００ｐｐｍ〜２００ｐｐｍとなるように循環ガス流量を５ｍ３／ｄａｙ〜５０ｍ３／ｄａｙで制御した。これらの結果は次のようになった。
【００９６】
Ｒｕｎ１−１〜Ｒｕｎ１−２では硫化水素濃度制御値；１５００ｐｐｍ〜１２００ｐｐｍとなるように循環ガス量を調節した。処理ガス硫化水素濃度は１８００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍであり、硫化水素除去率は４０％〜６７％だった。硫酸転換率は５０％〜７５％であり、硫黄が析出した。Ｒｕｎ１−１では、硫化水素濃度制御値を１５００ｐｐｍとするため、原ガス（硫化水素濃度；３０００ｐｐｍ）流量を２ｍ３／ｄａｙ、循環ガス流量を５０ｍ３／ｄａｙとしている。しかしながら、処理ガス中には未処理の硫化水素が含まれて循環されるため、結果として処理ガス中の硫化水素濃度は１８００ｐｐｍとなった。このため、混合ガスのガス滞留域の硫化水素濃度が１８５０ｐｐｍとなり、硫化水素濃度制御値に基づく制御ができなくなった。
【００９７】
Ｒｕｎ１−３〜Ｒｕｎ１−８では硫化水素濃度制御値；１０００〜３００ｐｐｍとなるように循環ガス量を調節した。処理ガス硫化水素濃度は１５０ｐｐｍ〜０ｐｐｍであり、硫化水素除去率は９５％〜１００％だった。とくにＲｕｎ１−５〜Ｒｕｎ１−７、すなわち硫化水素濃度制御値；７００ｐｐｍ〜４００ｐｐｍとなるように循環ガス量を調節したとき、処理ガス硫化水素濃度は０ｐｐｍであり、１００％硫化水素を除去した。本期間を通して硫酸転換率は９０％以上であり、硫黄は析出しなかった。
【００９８】
Ｒｕｎ１−９では硫化水素濃度制御値；２００ｐｐｍとなるように循環ガス量を調節した。処理ガス硫化水素濃度は４５０ｐｐｍ、混合ガスのガス滞留域の硫化水素濃度が５５０ｐｐｍとなり、硫化水素濃度制御値に基づく制御ができなくなった。硫化水素除去率は８５％だった。
【００９９】
以上、本実施例１では、処理ガスの一部を循環させて処理させることにより、一過方式に比べて硫化水素除去率、硫酸転換率ともに大幅に向上した。具体的には、硫化水素濃度制御値を３００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍとなるように循環ガス量を制御することで硫化水素除去率９０％以上処理できた。特に、硫化水素濃度制御値を４００ｐｐｍ〜７００ｐｐｍとなるように循環ガス量を制御することで硫化水素は１００％処理できた。
【０１００】
【表３】
2015134313.tif 000005
【０１０１】
表３の硫化水素除去率は次の式で算出する。他の実施例も同様である。
硫化水素除去率［％］＝（原ガス硫化水素濃度―処理ガス硫化水素濃度）／原ガス硫化水素濃度×１００
また、硫酸転換率は次の式で算出する。
硫酸転換率［％］＝硫酸生成量／除去硫化水素量から求めた硫酸生成量×１００
【実施例２】
【０１０２】
実施例２では、実験装置は図９に示す生物学的脱硫装置を用いた。本実験装置の原ガスラインには原ガス硫化水素濃度計測手段が設けられており、混合ガスのガス滞留域にも硫化水素濃度計測手段を設けている。混合ガスのガス滞留域の硫化水素は、混合ガス硫化水素濃度計測手段（Ｃ２）で計測され、混合ガスのガス滞留域の硫化水素濃度制御値が５００ｐｐｍとなるように、送風機による循環ガス量を制御した。実験装置概要を表４に示す。１段当たりの充填高さを１ｍとして２段とし、全充填高さは２ｍとした。
【０１０３】
本実施例では、処理方式を循環方式のみの場合と、循環方式と分配方式とを併用して処理した場合の処理性能について調査した。循環方式のみで処理したＲｕｎ２−１〜Ｒｕｎ２−７の期間では、硫化水素負荷量ごとにＲｕｎを区分けした。循環方式と分配方式とを併用して処理したＲｕｎ２−８〜Ｒｕｎ２−１３の期間では充填層の上流段と下流段へ供給する原ガスのガス流量の比率ごとにＲｕｎを区分けした。Ｒｕｎごとの評価期間は７日間として、全評価期間は９１日間とした。
【０１０４】
【表４】
2015134313.tif 000006
【０１０５】
実施例２の実験条件を表５に示す。ガス方向は下向流とした。
Ｒｕｎ２−１〜Ｒｕｎ２−７において、図９の下流段側の原ガス供給量調節手段は『閉』とした。原ガス硫化水素濃度は１０００ｐｐｍ〜６０００ｐｐｍの範囲で段階的に変化させ、原ガス流量は１ｍ３／ｄａｙ〜１．２ｍ３／ｄａｙ、混合ガス滞留域の硫化水素濃度制御値が５００ｐｐｍとなるように、送風機により１ｍ３／ｄａｙ〜５０ｍ３／ｄａｙの範囲で循環ガス量を制御した。
【０１０６】
Ｒｕｎ２−８〜Ｒｕｎ２−１３において、原ガス硫化水素濃度は６０００ｐｐｍ、原ガス流量は１．２ｍ３／ｄａｙ、硫化水素濃度制御値が５００ｐｐｍとなるように循環ガス流量を８ｍ３／ｄａｙ〜５０ｍ３／ｄａｙの範囲で制御した。図９の原ガス供給量調節手段により原ガス流量の比率は上流段；８０％〜３０％（原ガス流量；１ｍ３／ｄａｙ〜０．４ｍ３／ｄａｙ）、下流段は残りの原ガス流量（０．２ｍ３／ｄａｙ〜０．８ｍ３／ｄａｙ）とした。散水量、処理温度、原ガス成分酸素含有気体については実施例１と同じである。空気供給量は、処理した硫化水素を硫酸に転換するために必要な酸素と、微生物の活性を維持するのに必要な酸素量を供給させるため、酸素含有気体供給量調節手段で８６Ｌ／ｄａｙに調節した。
【０１０７】
【表５】
2015134313.tif 000007
【０１０８】
本実施例の実験結果を表６に示す。
循環方式のみで処理したＲｕｎ２−１〜Ｒｕｎ２−７の実験結果について説明する。
Ｒｕｎ２−１〜Ｒｕｎ２−５では、硫化水素負荷量を０．３ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）〜２ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）で処理した。これらのＲｕｎでの原ガス流量は１ｍ３／ｄａｙ、循環ガス流量は１ｍ３／ｄａｙ〜１７ｍ３／ｄａｙである。
【０１０９】
Ｒｕｎ２−１〜Ｒｕｎ２−４において、原ガス硫化水素濃度は１０００ｐｐｍ〜３０００ｐｐｍの範囲であり、硫化水素は１００％処理できた。しかし、Ｒｕｎ２−５において硫化水素濃度を６０００ｐｐｍとしたところ、処理ガス硫化水素濃度は１２０ｐｐｍ検出され、硫化水素除去率は９８％となった。
【０１１０】
Ｒｕｎ２−６〜Ｒｕｎ２−７において、さらに負荷を上げて硫化水素負荷量２．２ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）〜２．４ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）で処理した。原ガス流量は１．１ｍ３／ｄａｙ〜１．２ｍ３／ｄａｙ、循環ガス流量は３３ｍ３／ｄａｙ〜５０ｍ３／ｄａｙとした。
【０１１１】
Ｒｕｎ２−６では処理ガス硫化水素濃度は３００ｐｐｍ、すなわち硫化水素除去率は９５％であった。しかし、Ｒｕｎ２−７では処理ガス硫化水素濃度は１２００ｐｐｍ、硫化水素除去率は８０％であった。混合ガスのガス滞留域の硫化水素濃度が１３１０ｐｐｍであり、硫化水素濃度制御値に基づく制御ができなくなり、２．４ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）の負荷には対応できないことがわかった。
【０１１２】
次に、循環方式と分配方式とを併用して処理したＲｕｎ２−８〜Ｒｕｎ２−１３の実験結果について説明する。
Ｒｕｎ２−８〜Ｒｕｎ２−１３では、硫化水素負荷量は２．４ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）、原ガス流量は１．２ｍ３／ｄａｙとした。
【０１１３】
Ｒｕｎ２−８〜Ｒｕｎ２−１１において、原ガス流量の比率は上流段；８０％〜５０％、下流段；２０％〜５０％の範囲、すなわち原ガス流量の比率は『上流段≧下流段』であり、循環ガス流量は２６ｍ３／ｄａｙ〜８ｍ３／ｄａｙであった。処理ガス硫化水素濃度は３００ｐｐｍ〜１５ｐｐｍの範囲であり、硫化水素除去率は９５％以上となり、循環方式では対応できない２．４ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）の負荷でもＲｕｎ２−８〜Ｒｕｎ２−１１の循環方式と分配方式とを併用することで硫化水素除去率９０％以上の高除去率に対応できることがわかった。
【０１１４】
Ｒｕｎ２−１２〜Ｒｕｎ２−１３において、原ガス流量の比率は上流段；４０％〜３０％、下流段；６０％〜７０％、循環ガス流量は５０ｍ３／ｄａｙであった。処理ガス硫化水素濃度は９００ｐｐｍ〜１８００ｐｐｍ、硫化水素除去率は８５％〜７０％であった。混合ガスのガス滞留域の硫化水素濃度が１０２０ｐｐｍ〜１０９０ｐｐｍであり、硫化水素濃度制御値に基づく制御ができなくなった。したがって、下流段への原ガス流量の比率が上流段よりも高いと硫化水素除去率９０％以上の高除去率に対応できなくなることがわかった。
【０１１５】
【表６】
2015134313.tif 000008
【実施例３】
【０１１６】
本実施例では、実施例２で処理が良好だった原ガス流量の比率に基づき、処理可能な負荷量について調査した。本実施例は硫化水素負荷量ごとにＲｕｎとして区分けした。一定硫化水素負荷量における評価期間は１０日間として、全評価期間は４０日間とした。実験装置は、図９に示す実施例２の生物学的脱硫装置を３塔並行して運転した。実施例３の実験装置概要は実施例２と同じである。
【０１１７】
実施例３の実験条件を表７に示す。ガス処理方向は下向流である。
原ガス硫化水素濃度は３０００ｐｐｍ、原ガス流量は２ｍ３／ｄａｙ〜５ｍ３／ｄａｙであり、混合ガスのガス滞留域の硫化水素は混合ガス硫化水素濃度計測手段（Ｃ２）で計測され、混合ガスのガス滞留域の硫化水素濃度制御値が５００ｐｐｍとなるように、循環ガス流量を６ｍ３／ｄａｙ〜５０ｍ３／ｄａｙの範囲で制御した。原ガス流量の比率は上流段；７０％〜５０％、下流段は残りの流量となるように原ガス供給量調節手段を調節した。散水量、処理温度、バイオガス成分、酸素含有気体については実施例１と同じである。空気供給量は１８０Ｌ／ｄａｙとした。
【０１１８】
【表７】
2015134313.tif 000009
【０１１９】
本実施例の実験結果を表８に示す。
Ｒｕｎ３−１〜Ｒｕｎ３−４では、硫化水素負荷量は２ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）〜５ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）、原ガス流量は２ｍ３／ｄａｙ〜５ｍ３／ｄａｙ、であった。
実験装置は塔Ｎｏ．１〜塔Ｎｏ．３の３塔用い、原ガス流量の比率は塔Ｎｏ．１では上流段；７０％、下流段；３０％、塔Ｎｏ．２では上流段；６０％、下流段；４０％、塔Ｎｏ．３では上流段；５０％、下流段；５０％とした。
【０１２０】
結果をＲｕｎごとに説明する。
Ｒｕｎ３−１〜Ｒｕｎ３−３では、硫化水素負荷量２ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）〜４ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）で硫化水素濃度制御値５００ｐｐｍとなるように６ｍ３／ｄａｙ〜２７ｍ３／ｄａｙの範囲で循環ガス量を制御したところ、処理ガス硫化水素濃度は０ｐｐｍ〜３００ｐｐｍ、硫化水素除去率は９０％以上で良好な処理ができた。
【０１２１】
これに対し、硫化水素負荷量を５ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）としたＲｕｎ３−４では、硫化水素濃度制御値５００ｐｐｍとなるように循環ガス流量を４４ｍ３／ｄａｙ〜５０ｍ３／ｄａｙとなる範囲で送風機の風量を制御したにもかかわらず、処理ガス硫化水素濃度は３３０ｐｐｍ〜４５０ｐｐｍ、硫化水素除去率は８５％〜８９％となり、硫化水素除去率９０％以上の高除去率に対応できなかった。
したがって、本実施例より硫化水素負荷量は２ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）〜４ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）で９０％以上の脱硫性能を維持できることが判明した。
【０１２２】
【表８】
2015134313.tif 000010
【実施例４】
【０１２３】
実施例４では、充填層の段数を３段とした場合の処理性能について検討した。Ｒｕｎごとの評価期間は７日間とし、全評価期間は７０日間とした。
実験装置は図１０に示す生物学的脱硫装置を用いた。本実験装置の充填層の段数は３段とし、原ガスラインには原ガス硫化水素濃度計測手段を設け、混合ガスのガス滞留域にも硫化水素濃度計測手段を設けている。混合ガスのガス滞留域の硫化水素は混合ガス硫化水素濃度計測手段（Ｃ２）で計測され、混合ガスのガス滞留域の硫化水素濃度制御値が５００ｐｐｍとなるように、送風機による循環ガス量を制御した。実験装置概要を表９に示す。１段当たりの充填高さを１ｍとして３段とし、全充填高さは３ｍとした。
【０１２４】
【表９】
2015134313.tif 000011
【０１２５】
実施例４の実験条件を表１０に示す。ガス処理方向は下向流とした。
原ガス硫化水素濃度は３０００ｐｐｍ、原ガス流量は６ｍ３／ｄａｙとし、混合ガス滞留域の硫化水素濃度制御値は５００ｐｐｍとなるように循環ガス流量を１７ｍ３／ｄａｙ〜５０ｍ３／ｄａｙの範囲で制御した。原ガス流量の比率は、上流段；５０％〜３０％（原ガス流量；３ｍ３／ｄａｙ〜１．８ｍ３／ｄａｙ）、中流段；２０％〜４０％（原ガス流量；１．２ｍ３／ｄａｙ〜２．４ｍ３／ｄａｙ）、下流段；１５％〜４０％（原ガス流量；０．９ｍ３／ｄａｙ〜２．４ｍ３／ｄａｙ）に原ガス供給量調節手段を調節した。散水量、処理温度、バイオガス成分、酸素含有気体については実施例１と同じである。空気供給量は２１６Ｌ／ｄａｙとした。
【０１２６】
【表１０】
2015134313.tif 000012
【０１２７】
本実施例の実験結果を表１１に示す。
Ｒｕｎ４−１〜Ｒｕｎ４−４では、硫化水素負荷量は４ｋｇ／（ｍ３・ｄａｙ）、原ガス流量は６ｍ３／ｄａｙと一定であった。
【０１２８】
Ｒｕｎごとに説明する。
Ｒｕｎ４−１において、原ガス流量の比率が上流段；５０％、中流段；３５％〜２５％、下流段；１５％〜２５％、すなわち『上流段＞中流段＞下流段』とし、循環ガス流量を２２ｍ３／ｄａｙ〜２６ｍ３／ｄａｙの範囲で制御して処理したところ、処理ガス硫化水素濃度は１５０ｐｐｍ〜２１０ｐｐｍ、すなわち硫化水素除去率９３％〜９５％だった。しかし、原ガス流量の比率が上流段；５０％、中流段；２０％、下流段；３０％とし、循環ガス流量を５０ｍ３／ｄａｙとしたところ、処理ガス硫化水素濃度６００ｐｐｍ、混合ガスのガス滞留域の硫化水素濃度は７３５ｐｐｍであり、硫化水素濃度制御値に基づく制御ができなくなった。
【０１２９】
Ｒｕｎ４−２において、原ガス流量の比率が上流段；４０％、中流段；４０％〜３０％、下流段；２０％〜３０％、すなわち『上流段＞中流段＞下流段』にて処理したところ、循環ガス流量は１７ｍ３／ｄａｙ〜２１ｍ３／ｄａｙの範囲で制御され、処理ガス硫化水素濃度は１５０ｐｐｍ〜２１０ｐｐｍ、すなわち硫化水素除去率９３％〜９５％だった。しかし、原ガス流量の比率が上流段；４０％、中流段；２５％、下流段；３５％としたところ、循環ガス流量は５０ｍ３／ｄａｙであり、処理ガス硫化水素濃度６００ｐｐｍ、混合ガスのガス滞留域の硫化水素濃度は７１０ｐｐｍであり、硫化水素濃度制御値に基づく制御ができなくなった。
【０１３０】
Ｒｕｎ４−３において、原ガス流量の比率が上流段；３３％、中流段；３３％、下流段；３３％と均一にしたところ、循環ガス流量は２５ｍ３／ｄａｙであり、処理ガス硫化水素濃度は３００ｐｐｍ、すなわち硫化水素除去率９０％だった。
【０１３１】
Ｒｕｎ４−４において、原ガス流量の比率が上流段；３０％、中流段；３０％、下流段；４０％としたところ、循環ガス流量は５０ｍ３／ｄａｙであり、処理ガス硫化水素濃度は６００ｐｐｍ、混合ガスのガス滞留域の硫化水素濃度は６８０ｐｐｍであり、硫化水素濃度制御値に基づく制御ができなくなった。
したがって、３段でも原ガス供給量を『上流段≧中流段≧下流段』に調節することで良好に処理できることがわかった。
【０１３２】
【表１１】
2015134313.tif 000013
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
以上のように、本発明によれば、高負荷での硫化水素を効率的に処理が可能な原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】
【０１３４】
０ａ  原ガス（硫化水素含有ガス）
０ｂ  酸素含有気体
０ｃ  処理ガス
０ｄ  散水（循環液）
０ｅ  ブロー水
０ｆ  補給水
１  生物学的脱硫塔
１ａ  充填層
１ｂ  循環液貯留液槽
２  散水ライン
３  原ガス（硫化水素含有ガス）ライン
４  ガス流量計測手段
５  原ガス（硫化水素含有ガス）硫化水素濃度計測手段
６  循環ガスライン
７  送風機
８  ガス流量信号入力手段
９  原ガス（硫化水素含有ガス）硫化水素濃度信号入力手段
１０  循環ガス量演算器
１１  循環ガス量演算器による演算結果の信号伝達手段
１２  原ガス（硫化水素含有ガス）分配器
１３  処理ガス流出ライン
１４  原ガス（硫化水素含有ガス）供給量調節手段
１５  原ガス（硫化水素含有ガス）供給量演算器
１６  原ガス（硫化水素含有ガス）供給量演算器による演算結果の信号伝達手段
１７  酸素含有気体流入ライン
１８  酸素含有気体供給量調節手段
１９  硫化水素負荷量演算器
２０  硫化水素負荷量演算器による演算結果の信号伝達手段
２１  処理ガス分配器
２２  混合ガス硫化水素濃度計測手段
２３  混合ガス硫化水素濃度信号入力手段
【図１】
2015134313.tif 000014
【図２】
2015134313.tif 000015
【図３】
2015134313.tif 000016
【図４】
2015134313.tif 000017
【図５】
2015134313.tif 000018
【図６】
2015134313.tif 000019
【図７】
2015134313.tif 000020
【図８】
2015134313.tif 000021
【図９】
2015134313.tif 000022
【図１０】
2015134313.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成27年5月7日(2015.5.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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硫化水素含有ガスから、生物学的に硫化水素を除去する生物脱硫装置において、
微生物が付着する充填材を備えた充填層を内部に配置した脱硫塔と、
該脱硫塔内で該充填層に散水を行う散水手段と、
該脱硫塔内で該充填層の最上流端部に形成されたガス滞留域と、
該硫化水素含有ガスを該ガス滞留域に導入する硫化水素含有ガスラインと、
該脱硫塔内の該充填層の最下流端部から処理ガスを排出するための処理ガス流出ラインと、
該処理ガス流出ラインから分岐し該ガス滞留域に接続される循環ガスラインとを備え、
該ガス滞留域内の硫化水素濃度を計測する硫化水素濃度計測手段を設け、
また、該循環ガスラインには、該ガス滞留域に処理ガスを強制循環させる送風機を設け、
該硫化水素濃度計測手段の計測結果に基づき、該送風機の送風量を制御する循環ガス量制御手段を設け、
さらに、該脱硫塔内に複数段の充填層を配置し、
該硫化水素含有ガスラインは、複数に分岐され、各段の該充填層の上流端部に各々接続され、
前記分岐した硫化水素含有ガスラインには、各段に供給する硫化水素含有ガスの供給量を調節するガス供給量調節手段が設けられていることを特徴とする生物脱硫装置。
【請求項２】
請求項１に記載の生物脱硫装置において、
該硫化水素含有ガスラインには、他の硫化水素濃度計測手段が設けられ、
前記他の硫化水素濃度計測手段からの計測結果に基づき、各段に対応する該ガス供給量調節手段を制御するためのガス供給量制御手段を備えたことを特徴とする生物脱硫装置。
【請求項３】
有機性廃棄物をメタン発酵させて発生した硫化水素含有ガスから、生物学的に硫化水素を除去する生物脱硫方法において、
微生物が付着する充填材を備えた充填層を内部に配置した脱硫塔と、
該脱硫塔内で該充填層に散水を行う散水手段と、
該脱硫塔内で該充填層の最上流端部に形成されたガス滞留域とを備え、
該硫化水素含有ガスを該ガス滞留域に導入する硫化水素含有ガス導入工程と、
該脱硫塔内の該充填層の最下流端部から処理ガスを排出する処理ガス流出工程と、
該脱硫塔から排出した該処理ガスの一部を、該ガス滞留域に循環させる循環ガス工程を有し、
該ガス滞留域の硫化水素濃度に基づき、該循環ガス工程で循環させる処理ガスの送風量を制御し、
さらに、該脱硫塔内に複数段の充填層を配置し、
該硫化水素含有ガス導入工程では、該硫化水素含有ガスを複数に分岐し、各段の該充填層の上流端部に各々供給すると共に、該脱硫塔に供給される硫化水素含有ガスの硫化水素濃度に基づき、前記各段への供給量を制御することを特徴とする生物脱硫方法。
【請求項４】
請求項３に記載の生物脱硫方法において、
該ガス滞留域の硫化水素濃度が３００ｐｐｍ乃至１０００ｐｐｍとなるように、該送風量が制御されていることを特徴とする生物脱硫方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の生物脱硫方法において、
該充填層が上流段と下流段の２段で構成され、
上流段へ流入する硫化水素含有ガスの供給量は全体供給量の５０％乃至７０％であり、残りが下流段へ流入することを特徴とする生物脱硫方法。
【請求項６】
請求項３又は４に記載の生物脱硫方法において、
該充填層が上流段、中流段、及び下流段の３段で構成され、
各段に流入する硫化水素含有ガスの供給量は、「上流段への供給量≧中流段への供給量≧下流段への供給量」の関係を満足することを特徴とする生物脱硫方法。