(57)【要約】【課題】  臭気成分を排水又は汚泥から効率よく放出させて回収すると共に、回収した臭気成分から水素を生成する臭気成分の回収方法と装置及び水素の生成方法と装置を提供する。【解決手段】  臭気成分が溶存する有機性排水又は汚泥から臭気成分を回収する方法において、前記排水又は汚泥を、貯留容器及び真空発生装置から構成される減圧処理装置に導入して、該排水又は汚泥中の臭気成分を気相に強制的に放出させ、該放出ガスをアルカリ性の水と接触させて臭気成分を該水中に溶解せしめる臭気成分の回収方法としたものであり、また、該回収した臭気成分を含有するアルカリ水を触媒と接触させて、臭気成分中の硫化水素から水素ガスを生成することとしたものであり、前記アルカリ水はシール水をアルカリ性にして用いることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
臭気成分が溶存する有機性排水又は汚泥から臭気成分を回収する方法において、前記排水又は汚泥を、貯留容器及び真空発生装置から構成される減圧処理装置に導入して、該排水又は汚泥中の臭気成分を気相に強制的に放出させ、該放出ガスをアルカリ性の水と接触させて臭気成分を該水中に溶解せしめることを特徴とする臭気成分の回収方法。
【請求項２】
前記放出ガスを接触させるアルカリ性の水は、前記減圧処理装置の真空発生装置のシール水をアルカリ性とした水であり、該装置の水封と同時に装置内部での臭気成分の吸収を行うことを特徴とする請求項１に記載の臭気成分の回収方法。
【請求項３】
前記真空発生装置のシール水は、一部を循環させてシール水に溶解する臭気成分濃度を調節することを特徴とする請求項２に記載の臭気成分の回収方法。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載の臭気成分の回収方法で得られた臭気成分を溶解したアルカリ水から水素を生成する方法において、該アルカリ水中に溶存する硫化水素を、触媒と接触させて水素ガスを生成させることを特徴とする水素の生成方法。
【請求項５】
前記アルカリ水中に溶存する硫化水素から水素ガスを生成する触媒は、高活性光触媒であることを特徴とする請求項４に記載の水素の生成方法。
【請求項６】
臭気成分が溶存する有機性排水又は汚泥から臭気成分を回収する装置において、前記排水又は汚泥を導入して臭気成分を放出させる貯留容器及び真空発生装置から構成される減圧処理装置と、該放出した臭気成分をアルカリ性の水と接触させ臭気成分を吸収させる回収手段とを備えたことを特徴とする臭気成分の回収装置。
【請求項７】
前記減圧処理装置は、前記排水又は汚泥を該装置に連続投入及び連続排出でき、該装置内に投入された該排水又は汚泥を、減圧下において薄膜状態及び壁面に衝突させることが可能な構成を有していることを特徴とする請求項６に記載の臭気成分の回収装置。
【請求項８】
前記回収手段は、前記真空発生装置のシール水に接続した冷却水槽と、該冷却水槽に設けたアルカリ剤添加手段及び冷却水の真空発生装置への循環手段とを有することを特徴とする請求項６に記載の臭気成分の回収装置。
【請求項９】
請求項６、７又は８記載の臭気成分の回収装置と、該アルカリ水中に回収した臭気成分から水素を生成させる触媒を用いた硫化水素反応装置とを有することを特徴とする水素生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水処理場やし尿処理場、製紙工業におけるパルプ製造工程における高い硫化水素を含有する廃液処理設備及び有機性排水処理設備において発生する有機性排水及び汚泥から、臭気成分を回収する方法と装置及び該回収した臭気成分から水素を生成する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理場やし尿処理場などの有機性排水処理設備では、汚泥や廃液が腐敗などによってガスを気泡として含有することで、その沈降性及び脱水性が悪化し、その処理に苦慮している。その一つの方策として、ガスを含有する汚泥や廃液に対して減圧処理装置を用いて脱気する方法がある。また、この減圧処理装置の真空ポンプは、油回転ポンプや水封ポンプを用いることが可能である。この減圧処理装置の性能を利用して、特開２００３−５３３２９号公報に公開されているように、汚泥や廃液の臭気を強制的に放出させ、その排ガスを処理することで、処理プロセス後段における汚泥臭気の軽減を行うことができる。この減圧処理装置の排ガスは、高濃度の硫化水素を含有し、その排ガスの処理方法として、既設脱臭設備への負荷を軽減するために、生物脱臭や乾式脱硫などにより、硫化水素の濃度をある程度低減してから、既設脱臭設備に送る方法がある。また、硫化水素の処理方法として、特開平５−１７１４８２号公報に公開されているように、アルカリ吸収液に硫化水素を吸収させる方法がある。
【０００３】
前記従来技術には、次のような問題点がある。
すなわち、減圧処理装置からは硫化水素が高濃度、小体積にされて排出されるが、その硫化水素を処理対象物質とした場合、既設脱臭設備への負荷を考慮して、既存の脱臭方法から処理技術を選定し、新規に設備投資をする必要があり、また脱臭装置のメンテナンスも必要である。
また、前記した汚泥又は廃液から発生する硫化水素を処理対象物質とせずに、エネルギー利用の観点から水素として利用しようとした場合、そのための技術を確立する必要がある。
また、減圧処理装置に水封ポンプを用いた場合、冷却水がケーシング内部で排ガスと直接接触するため、高濃度の硫化水素のうち一部が冷却水に溶解しｐＨが低下する。そのため、冷却水を循環利用した場合、ｐＨが徐々に低下するため、ｐＨに対応した材質選定を要すると共に、環境基準に不適合の水となる場合は、ｐＨ調整機能を有する水処理装置が排ガス処理装置とは別に必要となる。
【特許文献１】特開２００３−５３３２９号公報
【特許文献２】特開平５−１７１４８２号公報
【特許文献３】特開平７−１３６４０６号公報
【特許文献４】特開２００２−３０６９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決し、臭気成分を排水又は汚泥から効率よく放出させて回収すると共に、回収した臭気成分の硫化水素から水素を生成することができる臭気成分の回収方法と装置及び水素の生成方法と装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明では、臭気成分が溶存する有機性排水又は汚泥から臭気成分を回収する方法において、前記排水又は汚泥を、貯留容器及び真空発生装置から構成される減圧処理装置に導入して、該排水又は汚泥中の臭気成分を気相に強制的に放出させ、該放出ガスをアルカリ性の水と接触させて臭気成分を該水中に溶解せしめることを特徴とする臭気成分の回収方法としたものである。
前記臭気成分の回収方法において、放出ガスを接触させるアルカリ性の水は、前記減圧処理装置の真空発生装置のシール水をアルカリ性とした水であり、該装置の水封と同時に装置内部での臭気成分の吸収を行うことができ、前記真空発生装置のシール水は、一部を循環させてシール水に溶解する臭気成分濃度を調節することができる。
また、本発明では、上記臭気成分の回収方法で得られた臭気成分を溶解したアルカリ水から水素を生成する方法において、該アルカリ水中に溶存する硫化水素を、触媒に接触させて水素ガスを生成させることとしたものであり、使用する触媒は、高活性光触媒がよい。
【０００６】
さらに、本発明では、臭気成分が溶存する有機性排水又は汚泥から臭気成分を回収する装置において、前記排水又は汚泥を導入して臭気成分を放出させる貯留容器及び真空発生装置から構成される減圧処理装置と、該放出した臭気成分をアルカリ性の水と接触させ臭気成分を吸収させる回収手段とを備えたことを特徴とする臭気成分の回収装置としたものである。
前記、臭気成分の回収装置において、減圧処理装置は、前記排水又は汚泥を該装置に連続投入及び連続排出でき、該装置内に投入された該排水又は汚泥を、減圧下において薄膜状態及び壁面に衝突させることが可能な構成を有しているのがよく、また、前記回収手段は、前記真空発生装置のシール水に接続した冷却水槽と、該冷却水槽に設けたアルカリ剤添加手段及び冷却水の真空発生装置への循環手段とを有するのがよい。
また、本発明では、上記臭気成分の回収装置と、該アルカリ水中に回収した臭気成分から水素を生成させる触媒を用いた硫化水素反応装置とを有する水素生成装置としたものである。
このようにして製造した水素は、精製することによって、燃料電池に利用でき、発電することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、下水処理場や汚泥処理場など各種排水処理設備において発生する有機性排水及び汚泥、特に激しい腐敗によって大量のガス成分を包含した汚泥を、減圧脱気することで、その臭気成分を高濃度で分離し、アルカリ性にｐＨ調整した水と接触させることで、効率よく、硫化水素を水に吸収せしめることができ、排ガス中の硫化水素を低減すると共に、硫化水素が溶解した水から光触媒を利用して水素を発生することができる。
その水素を更に精製することによって、燃料電池に使用し発電することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本方法によれば、腐敗などによって硫化水素を主体とした気泡を含有する有機性排水及び汚泥の処理に苦慮している廃水処理設備において、有機性排水及び汚泥に減圧脱気処理を施し、液体中の溶存ガスを気相に強制的に放出させ、その排ガスをアルカリ性にｐＨ調整した水と接触させることで、硫化水素を高濃度で溶解した水を分離することができる。水と接触させる方法としては、排ガスをアルカリ性にｐＨ調整した水に曝気する方法と、減圧処理装置の真空ポンプに水封式ポンプを使用し、その水封冷却水にアルカリ性にｐＨ調整した水を用いることで、真空ポンプのケーシング内部で排ガスを吸収させる方法がある。
更に、本方法によって得られた硫化水素を高濃度で含有する水に対し、例えば光触媒として金属硫化物粒子を用いて、溶存する硫化水素から水素ガスを発生させることができる。
硫化水素から水素を生成させる触媒の一例として、特開２００２−３０６９６６号公報に開示されている方法がある。この触媒は、硫化亜鉛などの金属硫化物を酸化性雰囲気又は所定の酸化剤で酸化することで得られる高活性光触媒である。硫化水素を含有する溶液に、この高活性光触媒を添加することで、この触媒の酸化還元作用により硫化水素から水素と硫黄を回収することができる。
また、生成した水素を９９．９５％以上に精製することにより、燃料電池の原料として使用可能となる。
【０００９】
以下に、本発明の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の臭気の除去及び水素回収方法を示すフロー構成図である。図２は、その脱気装置の一部構造を説明する部分拡大図である。図３は、硫化水素反応装置の構造を説明する詳細なフロー構成図である。
本発明は、基本的には、図１に示すように、汚泥の脱気処理を行なう脱気装置２、硫化水素反応装置７、燃料電池１２からなるものである。
最初に、脱気装置２において、流入汚泥１に減圧脱気処理を施す。減圧処理装置としては、特開平７−１３６４０６号公報に開示されているような、図２の部分拡大図に示す脱気装置を使用することが望ましい。図２において、供給管１５から供給される流入汚泥１が回転円盤１６に衝突し、遠心力によって真空容器１７壁面に衝突する。流入汚泥１は、薄膜を形成しながら真空容器１７下部へと移動する。
この時、真空ポンプにより、真空容器１７内部は常時真空下に保たれているため、流入汚泥１は連続的に脱気される。
【００１０】
次に、該脱気装置を使用した有機性排水及び汚泥の脱気処理プロセスに関し詳細に説明する。脱気装置２によって薄膜状の汚泥粒子は、真空下において効率よく脱気され、脱気汚泥３として排出される。脱気装置２の真空ポンプの冷却水は、冷却水槽６においてｐＨが７から１３の範囲になるように、アルカリ剤１４を添加したものを循環して使用する。この過程で、排ガス中の硫化水素が冷却水に多量に溶解する。そのため、真空ポンプの排ガスから、ほとんどの硫化水素を除去することが可能となる。冷却水槽６から一部の冷却水を後段に移送し、硫化水素反応装置７に投入する。硫化水素反応装置７では、図３に記載のように、硫化水素含有冷却水１８を冷却水受槽１９に受ける。そして、水素発生槽２０に移送し、その中で触媒２１と太陽光ランプ２２によって水素が発生し、発生した水素を水素タンク２３に貯留する。そして図１のように、水素ガス９は、水素精製装置１０によって、その他のガス成分を除去し、９９．９５％以上に精製することで、燃料電池１２に使用できる純度まで高めて発電に使用する。
【実施例１】
【００１１】
以下の実施例で、本発明を実際に組み込んだ下水汚泥処理施設での運転結果について詳細に説明する。
この実施例では、図１に示すフローにおいて、脱気装置２の運転及び真空ポンプ冷却水５による硫化水素の除去までを、パイロットスケールにて連続処理が可能であることを実証し、硫化水素反応装置７以降は、ベンチスケールによる回分実験の実施で、燃料電池１２に使用可能な水素濃度達成を実証した。ベンチスケールでの実証した原水には、パイロットスケールで得られた硫化水素を吸収した実際の冷却水を用いて、図３に示すフローにて実施した。水素精製装置では、乾燥剤による水蒸気の除去と脱酸素剤での酸素の吸着除去を直列操作により行なった。
表１に、実施例で用いた汚泥の性状を、表２に、処理プロセス前段のパイロットスケールによる本発明方法の処理条件と処理成績を、表３に、処理プロセス後段のベンチスケールによる本発明方法の処理条件と処理成績を示す。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
【表２】
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【００１４】
【表３】
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【００１５】
パイロットスケールでの実施では、汚泥を１．５ｍ３／ｈで減圧処理を施した。真空ポンプ冷却水量は２０ｍＬ／ｍｉｎとした。ＮａＯＨを用いたｐＨ制御によって、冷却水槽のｐＨを９．０〜１２．０に調整した。その結果、冷却水槽内の硫化水素濃度は０．１０〜０．１３ｍｏｌ／Ｌとなった。これにより、脱気装置の排ガスに含まれる硫化水素濃度は１〜４ｐｐｍに低減した。
ベンチスケールでの水素発生の実施では、パイロットスケールでの実施によって得られた０．１３ｍｏｌ／Ｌの硫化水素が溶解した冷却水を５００ｍＬに対して、ＺｎＳを主体としたストラティファイド光触媒を１００ｍｇ添加し、５００Ｗの水銀灯を照射した結果、５０ｍＬ／ｈの速度で水素が生成した。この時の水素濃度は９３・４２〜９４．５７％であり、脱酸素及び乾燥を施す水素精製装置を通すことで、燃料電池に必要な水素濃度９９：９５％以上となった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の汚泥処理方法を示すフロー構成図。
【図２】本発明で用いる減圧処理装置の部分拡大図。
【図３】本発明で用いる硫化水素反応装置のフロー構成図。
【符号の説明】
【００１７】
１：流入汚泥、２：脱気装置、３：脱気汚泥、４：排ガス、５：真空ポンプ冷却水、６：冷却水槽、７：硫化水素反応装置、８：脱硫化水素水、９：水素ガス、１０：水素精製装置、１１：精製水素ガス、１２：燃料電池、１３：発電電気、１４：アルカリ剤、１５：供給管、１６：回転円盤、１７：真空容器、１８：硫化水素含有冷却水、１９：冷却水受槽、２０：水素発生槽、２１：光触媒、２２：太陽光ランプ、２３：水素タンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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