(57)【要約】【課題】低コストかつ簡便な方法で、長期間安定した脱臭性能を維持できる生物脱臭方法及び装置を提供する。【解決手段】微生物を担持するための担体を充填した充填層４で、循環水５と硫化水素を含む臭気ガス１とを接触させて、生物学的に臭気ガスを脱臭処理する方法において、前記充填層内を、ｐＨが１〜３の範囲に制御された循環水と臭気ガスとを並行して流下させる生物脱臭方法としたものであり、前記充填層は、処理によって生成される余剰汚泥の排出を、定期的に充填層に薬品を含む水を接触させて行うことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物を担持するための担体を充填した充填層で、循環水と硫化水素を含む臭気ガスとを接触させて、生物学的に臭気ガスを脱臭処理する方法において、前記充填層内を、ｐＨが１〜３の範囲に制御された循環水と臭気ガスとを並行して流下させることを特徴とする生物脱臭方法。
【請求項２】
前記充填層は、処理によって生成される余剰汚泥の排出を、定期的に充填層に薬品を含む水を接触させて行うことを特徴とする請求項１記載の生物脱臭方法。
【請求項３】
微生物を担持するための担体を充填した充填層と、循環水槽と、循環水を充填層に散水するための散水設備とを有し、前記充填層の上方に臭気ガス供給口及び下方に処理ガス排出口と、前記循環水槽に、循環水のｐＨを１〜３の範囲に制御するｐＨ調製手段とを備えたことを特徴とする生物脱臭装置。
【請求項４】
請求項３記載の生物脱臭装置は、充填層の通気抵抗を検知する装置と、充填層に薬品を含む水を接触させるための充填層洗浄手段とを備えることを特徴とする生物脱臭装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、臭気ガスの生物学的脱臭方法に係り、特に、下水処理場、し尿処理場、各種工場等から発生する硫化水素を含む臭気ガスを生物学的に脱臭する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】実開平５−１８６３１号公報
微生物を付着させた充填層に、臭気ガスを通気して生物学的に脱臭する方法は、充填塔式生物脱臭法として知られており、臭気ガス中の悪臭物質のなかでも、特に硫化水素の除去に優れていることから、硫化水素を主成分とする臭気ガスが発生する下水処理場及びし尿処理場において、脱臭処理の中核技術となっている。
この方法では、臭気ガスを充填層の下方から吹き込み、一方、散水は、汚水の生物処理水や工水、上水などのｐＨが中性付近の水を、充填層の上方から流下させるカウンターフロー方式を採用するのが一般的である。硫化水素などの硫黄系悪臭物質は、生物学的に酸化されて硫酸を生成するため、充填層の保持水はｐＨが酸性側に傾くのであるが、上記のようなカウンターフロー方式では、充填層の上方の保持水はｐＨ中性であり、下方に向って徐々にｐＨが低下するｐＨ分布が形成されるため、ｐＨ酸性領域でも酸化される硫化水素と、ｐＨ中性領域で酸化されるメチルメルカプタン、硫化メチル、二硫化メチルのいずれもが酸化除去できる。
【０００３】
しかしながら、この方法は、臭気ガスの吹き込み量の増加に従って、充填層の圧力損失が大となり、散水された水の流下が減少し、ついにはフラッディングを生じるため、高速通気しにくい欠点がある。また、当初から少ない吹込み量で運転していても、充填層内に余剰汚泥が蓄積することによって、臭気ガス及び水の通過面積が徐々に狭くなり、散水された水の流下が減少し、ついにはフラッディングを生じて、臭気ガスの通気が不可能となる事態に陥り易い。
このようなフラッディングを防止したり、フラッディングに至るまでの稼動時間を伸ばすために、臭気ガスが、該充填層内に散水された水と共に並行して流下する方式の装置も多々提唱されてる（文献例：月刊下水道，１３（１５〕ｐ．９１、実開平５−１８６３１号公報）。
【０００４】
この方法では、散水された水は、臭気ガスに押し流される形で充填層内をスムースに流下するため、フラツティングを防止もしくはフラッディングしにくくするための効果的な方法ではあるものの、次のような問題点があった。
▲１▼硫化水素を酸化分解する硫黄酸化細菌は、最適生育ｐＨが２〜３の酸性域の菌と、６．５〜７の中性域の菌の二種類がおり、ｐＨが上記範囲内で安定していれば、どちらのｐＨ域に維持してもよいが、中途半端なｐＨ域に維持したり、中性域と酸性域の間で、ｐＨをふらつかせることは好ましくない。
臭気ガスが流下式の場合、充填層全体のｐＨを中性域に制御できれば問題はないものの、この方法では、硫化水素が生物学的に酸化されて大量の硫酸が生成するため、ｐＨを中性域に安定させることは難しく、仮に安定させるとしても、大量の散水もしくはアルカリ剤の注入が不可欠である。
【０００５】
▲２▼臭気ガス中の硫化水素のみを除去する目的の場合、散水量をより少量とすることで、充填層全体のｐＨを酸性域に維持することは可能であり、実開平５−１８６３１号公報にも、硫化水素を高濃度に含む高濃度臭気ガスを、第１段目の生物脱臭層の上部から下向流れで流すことは、第１段目の生物脱臭層全体を酸性に保ち、高濃度の硫化水素ガスを効率的に除去する作用があると記載されている。ただし、臭気中の硫化水素は、充填層の入口部分で大部分が除去されるため、充填層内の硫酸蓄積量は、充填層の上から下に向って漸減する。充填層の上から下に向って徐々に、ｐＨが上昇するといったｐＨ分布が形成される。このような充填層に対して、上部からｐＨ中性の水を散水すると、散水によってｐＨ分布が変動するため、硫化水素除去性能が低下することが、本発明者らの研究の結果明らかとなっている。特に、低ｐＨ領域で大量の硫化水素が除去される充填層上表部では、ｐＨ中性もしくは弱酸性の水を散布すると、散水が直接当ってｐＨが大きく中性側にふらつき、酸性域の細菌に対して大きなダメージを与え、結果として散水時あるいは散水直後において、硫化水素除去性能の低下を引起こす。
▲３▼臭気ガスを散水と共に充填層内を流下させることで、フラッディングするまでの期間を延長できるものの、特に高負荷処理においては、充填層内の余剰汚泥の増殖を防止することは困難なため、いずれはフラッディングを生ずる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決し、低コストかつ簡便な方法で、長期間安定した脱臭性能を維持することができる生物脱臭方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、微生物を担持するための担体を充填した充填層で、循環水と硫化水素を含む臭気ガスとを接触させて、生物学的に臭気ガスを脱臭処理する方法において、前記充填層内を、ｐＨが１〜３の範囲に制御された循環水と臭気ガスとを並行して流下させることを特徴とする生物脱臭方法としたものである。
前記脱臭方法において、充填層は、処理によって生成される余剰汚泥の排出を、定期的に充填層に薬品を含む水を接触させて行うことができる。
また、本発明では、微生物を担持するための担体を充填した充填層と、循環水槽と、循環水を充填層に散水するための散水設備とを有し、前記充填層の上方に臭気ガス供給口及び下方に処理ガス排出口と、前記循環水槽に、循環水のｐＨを１〜３の範囲に制御するｐＨ調製手段とを備えたことを特徴とする生物脱臭装置としたものである。
前記生物脱臭装置は、さらに、充填層の通気抵抗を検知する装置と、充填層に薬品を含む水を接触させるための充填層洗浄手段とを備えることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明では、臭気ガスが、散水された水と共に充填層内を並行して流下する方式の場合、充填層内に余剰汚泥が蓄積しても散水された水の流下量が低下しにくく、長期間にわたって良好な通気性能を得ることができるといった従来からの知見に着目すると共に、臭気ガスが流下式のため、特に臭気ガス中の高濃度の硫化水素を除去する場合は、充填層のｐＨについて留意しなければならないことをふまえ、最適な散水方法と装置、及び充填層からの余剰汚泥の排出方法と装置について詳細な調査、研究の結果見出してなされたものである。
すなわち、充填層全体にわたって、酸性域を至適条件とする硫黄酸化細菌を棲息させるために、従来から行われているような、充填層から排出される水のｐＨが２〜３程度の酸性域になるように、散水量を制御しながら充填層の上部から、ｐＨ中性付近の水を散水する方法に対して、本発明では、ｐＨ１〜３の強酸性の水を、充填層上部に直接散水することとした。
【０００９】
このような水を散水するためには、一旦充填層に散水された水を繰り返し散水する方式、すなわち循環散水を採用することで、一過式散水方式のように、充填層のｐＨを気にしながら散水量・散水強度を制限する必要がなくなり、充填層全体にわたってくまなく散水できるのである。この場合、循環水のｐＨは、循環水槽のｐＨが１〜３になるように、循環水槽への補給水の量やアルカリ剤の供給量を調整するだけでよい。散水頻度は、間欠式でも連続式でもよいが、充填層のｐＨを安定化させるためには連続散水の方が好ましい。
散水される水のｐＨは、上述のとおり、１〜３であるが、１．０〜１．５の範囲であることがさらに好ましい。循環水のｐＨを調整するには、ｐＨ中性の補給水を、循環水ｐＨが１〜３になるように予め計算した量で、定量注入してもよいし、循環水のｐＨ値をもって制御注入してもよい。
【００１０】
また、ｐＨ調整の目的において、アルカリ剤等を併用してアルカリ度を補給してもよいが、この場合はｐＨ１〜３の範囲であっても塩濃度が上昇するため、塩類濃度３％以下、電気伝導度で２００ｍＳ／ｃｍ以下になるように、塩類濃度の低い補給水を補給することが必要である。アルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム等のアルカリ剤が使用できる。
補給水としては、上水・工水を使用してもよいが、ＳＳ濃度が低ければ活性汚泥処理水等の水処理工程水を利用する方が、再利用及び脱臭装置への栄養塩類の供給の観点から望ましい。
本発明のように、臭気ガスを充填層内に流下させることによって、フラッディング抑制をはかることが可能となるのであるが、特に、臭気ガス中の硫化水素濃度が１００ｐｐｍと高い場合や、通気線速度がＬＶ０．３ｍ／ｓｅｃ以上の高速処理の場合は、長期間の処理の結果、充填層内に余剰汚泥が蓄積して通気が困難となる。この場合は、循環水に充填層洗浄用の薬品を注入して充填層に接触させたり、別途、薬品を含む水を充填層に接触させるための供給管等を設けて、ここから薬品を含む水を充填層に接触させてもよい。
【００１１】
充填層を洗浄するための薬品は、充填層から余剰汚泥を剥離・排出できる作用があるものであれば特に制限はないが、例として、硫酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、過酸化水素、次亜塩素酸ナトリウム、オゾン等といった薬剤を含んだ水が挙げられる（オゾンを利用する場合はオゾンガスを直接導入してもよい）。また、洗浄効率を上げるために薬剤を組み合わせたり、異なる薬液による複数の洗浄を実施してもよいし、薬液の濃度は、汚泥の剥離・分解性能をビーカーテスト等で確認して決定してもよいし、実際に充填層を洗浄しながら調整してもよいが、洗浄酸性水溶液はｐＨ２以下になる酸濃度、アルカリ水溶液はｐＨ１０以上になる濃度、次亜塩素酸ナトリウムは有効塩素濃度で３００ｍｇ／Ｌ以上、過酸化水素水は３００ｍｇ／Ｌ以上が洗浄効率が高い。また、洗浄時間は、充填層からの汚泥の剥離状況、充填層の圧力損失の低下を基に決めればよい。
【００１２】
本発明の方法では，充填層の洗浄のための条件は、現在一般的に行われている薬液洗浄脱臭法の条件に近い。従来の充填塔式生物脱臭装置は、この薬液洗浄脱臭装置の仕様を基に設計されている場合が多いため、薬品に対する耐性は十分であることから、従来の装置についてもそのまま本発明の方法を適用できる。また、充填材として薬品耐性のものを使用する必要があるが、現在充填塔式生物脱臭装置に適用されている充填材は、薬品耐性のものも多いため、本発明の方法を採用するために、充填材の種類が大幅に限定されることはない。
充填層の洗浄時期及び洗浄サイクルは、通気量を測定してその低下分から判断してもよいが、充填層の圧力損失測定用に付設されているマノメーター測定値を基にして行うとよい。充填層の圧力損失が１０００Ｐａ以上まで上昇すると、ガスの偏流や通気量の低下を招く場合が多いので、上流側の充填層の圧力損失が１０００Ｐａを上回らないように運転するのが好ましい。
【００１３】
以上のとおり、臭気ガスの通気と散水を並流で行うことによって、充填層洗浄の頻度を低減することができると共に、ｐＨ１〜３の循環水を充填層に接触させることによって、臭気ガスと散水が並流であっても、安定した硫化水素除去性能を発揮することができるのである。
なお、本発明は、臭気ガス中の硫化水素除去を主目的とした方法及び装置であるため、硫化水素以外の悪臭物質も除去する場合や、硫化水素をより低濃度まで仕上げ除去する場合などでは、直列多段式の生物脱臭装置のうち、特に最上流側に適用するなど、装置の一部分だけに適用してもよいし、本発明の装置の前段もしくは後段に、他の物理化学的脱臭法などを組み合わせてもよい。他の脱臭方法に制限はないが、例として、水洗浄法、薬液洗浄法、燃焼法、蓄熱脱臭法、触媒酸化法、オゾン酸化法、活性炭吸着法などが挙げられる。
【００１４】
以下に、本発明を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の方法に用いる装置の概略構成図である。
脱臭塔３は、微生物を担持させるための充填材を充填した充填層４と充填層４に散水するための散水部５と散水するための循環ポンプ７と循環水を貯留するための循環水槽６を備える。
循環水槽６に微生物を含む活性汚泥等の種汚泥を添加し、循環水ポンプ７で散水部５から充填層４に対して循環散水する。同時に硫化水素を含む臭気ガス１を脱臭塔３の充填層４に対して下向きに導入し、硫化水素を除去するための脱臭を行う。なお、循環水のｐＨは、循環水槽に設置されたｐＨ計８からの信号１２を基に、補給水１０を補給水ポンプ９で制御注入して調整する。また、充填層４の通気抵抗が上昇した際には、充填層洗浄用薬品１３を充填層４に接触させて充填層内の余剰汚泥を剥離・排出する。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１
図１に示す構造の実験装置を用いて実験した。
し尿処理施設から発生する高濃度臭気を対象とした。また、実験条件は次のとおりである。
微生物担体の種類：ポリプロピレン成形体
臭気ガス中の硫化水素濃度：１〜２００ｐｐｍ（平均５５ｐｐｍ）
臭気ガス温度：１５〜２５℃
処理風量：４．８ｍ３／ｍｉｎ
空塔速度：１４４０ｈｒ−１
空塔線速度：０．４ｍ／ｓｅｃ
【００１６】
散水量（単位処理ガス量あたりの散水量）：１３Ｌ／ｍ３
補給水の種類：硝化液のＵＦ膜分離水
補給水の注入方法：ｐＨ制御注入
（循環水のｐＨが１〜１．５になるように制御）
循環水槽に、汚泥濃度約１２０００ｍｇ／Ｌの硝化槽汚泥１０Ｌを投入後、循環水を連続的に散水しながら、臭気ガスを連続的に通気した。通気開始７日目から硫化水素除去率は９０％以上となり、以後安定した除去率を示した。充填層の圧力損失は、当初１００Ｐａであったものが、２５０日目に１０００Ｐａとなったため、充填層を次亜塩素酸ナトリウム水溶液（有効塩素濃度１％）で洗浄した。
【００１７】
比較例１
試験開始当初、汚泥濃度約１２０００ｍｇ／Ｌの硝化槽汚泥１０Ｌを直接充填層上部に投入したこと、及び、ｐＨ７．８のＵＦ膜分離水を直接充填層上部に間欠式で、かつ、充填層からの排出ｐＨが２〜３になるように、散水量を設定して行ったこと以外は、実施例１と同じ条件で実験した。
臭気ガスの通気を開始して、１４日目経過以降、硫化水素除去率は４０〜９０％（平均７８％）となった。実施例１に比して除去率は低かった。
【００１８】
比較例２
臭気ガスの通気方向が、充填層内を上向きに通気すること以外は、実施例１と同じ条件で実験した。
循環水槽に、汚泥濃度約１２０００ｍｇ／Ｌの硝化槽汚泥１０Ｌを投入後、循環水を連続的に散水しながら、悪臭ガスを連続的に通気した。通気開始７日目から硫化水素除去率は９０％以上となり、以後安定した除去率を示した。充填層の圧力損失は、当初１００Ｐａであったものが、８０日目に１０００Ｐａとなったため、充填層を次亜塩素酸ナトリウム水溶液（有効塩素濃度１％）で洗浄した。
これらの実施例と比較例の結果を、表１にまとめて記載する。
【表１】
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【００１９】
【発明の効果】
本発明では、微生物を担持するための担体を充填した充填層で、循環水と硫化水素を含む臭気ガスとを接触させて、生物学的に臭気ガスを脱臭処理する方法において、ｐＨが１〜３の範囲に制御された循環水と臭気ガスを該充填層内を並行して流下させ、また、充填層の余剰汚泥の排出を、充填層と薬品を含む水とを接触させて定期的に行うことで、低コストで長期間にわたって安定した脱臭性能を維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる装置の一例を示す概略構成図。
【符号の説明】
１：臭気ガス、２：処理ガス、３：脱臭塔、４：充填層、５：散水部、６：循環水槽、７：循環ポンプ、８：ｐＨ計、９：補給ポンプ、１０：補給水槽、１１：排水、１２：制御信号、１３：充填層洗浄用薬品、１４：通気抵抗検出器
【図１】
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