(57)【要約】石油化学工場、精錬工場、および塗料工場などの様々な工業施設、ならびに、汚水処理場を含む環境施設から発生する揮発性有機化合物を除去するためのバイオフィルタシステムを開示する。前記バイオフィルタシステムは、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）負荷量均一化部、ＶＯＣ含有汚染空気移送部、バイオフィルタリング部、および、バイオフィルタリング部中のｐＨおよび栄養分を調整するための貯蔵部を含む。このようなシステムを使用することにより、様々な工業施設および環境施設から排出される悪臭およびＶＯＣを、効率的に制御することができる。また、高濃度ＶＯＣ規制物質が不連続的に排出される製造工程および貯蔵施設においても、ＶＯＣを効率的に除去することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
揮発性有機化合物（ＶＯＣ）除去用バイオフィルタシステムであって、
ａ）多孔性担体層であって、ＶＯＣ含有空気が、担体層を介して負荷量均一化溶媒と接触し、ＶＯＣの物理的移送によるその後のバイオフィルタリングにおいて処理され得るＶＯＣ濃度範囲に負荷量が均一化された空気を供給するように配置されている、前記担体層、
前記多孔性担体層の下に位置するＶＯＣ含有空気のための注入口、
負荷量均一化溶媒用貯蔵タンク、
前記貯蔵タンクに接続され、かつ、前記担体層上に負荷量均一化溶媒を噴霧する噴霧ノズルを備えた循環ユニット、および、
負荷量が均一化された空気を排出するための排出口、
を含む負荷量均一化装置；
ｂ）ＶＯＣ発生源からのＶＯＣ含有空気を負荷量均一化装置に導入し、そして負荷量が均一化された空気をバイオフィルタリング部に移送するための空気移送部、
ｃ）ＶＯＣを除去するための微生物が生息している多孔性微生物担体層であって、微生物担体層を振とうして配列し直すための加圧空気／水噴霧ユニットを備えている、前記担体層、
前記多孔性微生物担体層の下に位置する負荷量が均一化された空気のための注入口、
培地貯蔵タンク、および、
培地貯蔵タンクに接続され、循環ポンプによって、培地を２つの方向（一方の方向は、微生物担体層の上に位置する上部噴霧ノズルを通ってバイオフィルタリング部へ流れ、他方の方向は、微生物担体層の下に位置する下部噴霧ノズルを通って培地上に流れる）に循環させる、培地循環ユニット、ならびに、
ｄ）培地のｐＨを調整し、かつ、栄養分を供給するための、培地貯蔵タンクに接続された貯蔵部
を含む、前記バイオフィルタシステム。
【請求項２】
貯蔵タンクに接続され、それにより、担体層の温度を所定のレベルに維持する温度制御装置を更に含む、請求項１に記載のバイオフィルタシステム。
【請求項３】
温度制御装置の熱源が蒸気または電気である、請求項２に記載のバイオフィルタシステム。
【請求項４】
培地貯蔵タンク中に存在する微生物によるＶＯＣの分解を促進するために、培地貯蔵タンクの下部に空気を供給するためのリング送風機を更に含む、請求項１に記載のバイオフィルタシステム。
【請求項５】
負荷量均一化装置中の前記担体層は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、およびセラミックからなる群から選択される少なくとも１つの材料からなる、請求項１に記載のバイオフィルタシステム。
【請求項６】
バイオフィルタリング部が、負荷量が均一化された空気と噴霧された培地との接触面積を最大にするために、下部噴霧ノズルの下に備えられたパッキング層を更に含む、請求項１に記載のバイオフィルタシステム。
【請求項７】
前記パッキング層は、それぞれ０．５〜２．０インチの直径および高さを有し、かつ、ポリエチレンまたはポリプロピレンからなる多孔性円柱状のポールリングで充填されている、請求項６に記載のバイオフィルタシステム。
【請求項８】
負荷量均一化装置中の前記担体層は、２段以上の構造である、請求項１に記載のバイオフィルタシステム。
【請求項９】
負荷量均一化装置中の前記担体層の体積は、負荷量均一化溶媒の体積の１０〜５０％に相当する、請求項１に記載のバイオフィルタシステム。
【請求項１０】
前記の負荷量均一化溶媒は、脂溶性溶媒、水溶性溶媒、またはそれらの組み合わせであり、
前記脂溶性溶媒は、無色無臭の液体であり、オゾン層にダメージを与える成分を何ら含まず、かつ、０．８〜０．９ｇ／ｃｍ3の比重、２７０〜３２０℃の沸点、１１０〜１４０℃の引火点、および、０．５％以下の芳香族成分を有する非芳香族性溶媒である、Ｃ14-15パラフィンおよびナフテン炭化水素を含むか、または、０．７６〜１．００ｇ／ｃｍ3の比重、０．６５〜１０，０００ｃＳｔ（２５℃）の粘度、−７５〜−４０℃の流動点、および、２０．０〜２５．５ｄｙｎｅ／ｃｍの表面張力を有するシリコンオイルを含み、前記水溶性溶媒は、水を含む、請求項１に記載のバイオフィルタシステム。
【請求項１１】
前記脂溶性溶媒は、単一ベンゼン環化合物に対して、０．００５〜０．６の負荷量均一化能力定数ｋを有し、かつ、前記水溶性溶媒は、水溶性ＶＯＣに対して、０．００１〜０．１の負荷量均一化能力定数ｋを有する、請求項１に記載のバイオフィルタシステム。
【請求項１２】
バイオフィルタリング部の微生物担体層は、ポリエーテル、ポリエステル、およびポリエチレンからなる群から選択される少なくとも１つの材料からなる、請求項１に記載のバイオフィルタシステム。
【請求項１３】
微生物担体層において使用される微生物は、シュードモナス、エアロバクター、バチルス、ミクロバクテリウム、およびアルスロバクター属からなる群から選択される少なくとも１つである、請求項１に記載のバイオフィルタシステム。
【請求項１４】
前記バイオフィルタリング部は、圧縮装置、および、微生物担体層への負荷量が均一化された空気の導入において圧力損失が所定値に達すると、加圧空気／水を自動的に噴霧するように、噴霧ユニットを制御するための制御装置を更に含む、請求項１に記載のバイオフィルタシステム。
【請求項１５】
前記培地循環ユニット中で循環ポンプによって培地へ循環する流れが、前記循環ポンプの注入口と反対の位置にある培地へ供給される、請求項１に記載のバイオフィルタシステム。
【請求項１６】
前記培地貯蔵タンクは、負荷量が均一化された空気のための注入口の下に備えられ、かつ、多孔性微生物担体層の体積の１０〜３０％に相当する、請求項１に記載のバイオフィルタシステム。
【請求項１７】
前記培地循環ユニット中の噴霧ノズルは、ソレノイドバルブを用いて制御され得る時間によって運転される、請求項１に記載のバイオフィルタシステム。
【請求項１８】
前記加圧空気／水噴霧ユニットは、加圧空気／水を上方へ噴霧するために、多孔性微生物担体層の下部に配置される、請求項１に記載のバイオフィルタシステム。
【請求項１９】
前記貯蔵部は、培地貯蔵タンク中の培地のｐＨを調整するためのｐＨ調整溶液貯蔵タンクおよび栄養分を供給するための高濃度栄養分貯蔵タンクを含む、請求項１に記載のバイオフィルタシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、注入口負荷量均一化装置(inlet load-equalizer)が備えられた揮発性有機化合物除去用バイオフィルタシステムに関する。より詳しく、本発明は、石油化学工場、精錬工場、および塗料工場などの様々な工業施設、ならびに、汚水処理場を含む環境施設から排出される高濃度の揮発性有機化合物（例えば、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、スチレンなど）を生物学的に除去するためのバイオフィルタシステムに関する。
【０００２】
先行技術
一般に、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）は、石油化学工場、精錬工場、塗料工場などの様々な工業施設から生成され、蒸気圧が高いため、大気中に容易に蒸発する。大気中でのこのような蒸発された化合物と窒素酸化物との間の光化学反応は、光化学スモッグを引き起こし、それにより、大気中のオゾン層を破壊する。更に、ＶＯＣは、人体に非常に有毒である。米国では、１９６３年から、新たな大気浄化法により、ＶＯＣの使用が規制された。このような規制は、米国、日本、およびヨーロッパなどの先進国で主に実施されている。韓国では、におい物質の使用およびＶＯＣ排出施設に対する規制は、１９９５年から始まった。現在では、ＶＯＣは、ますます厳しく規制されているので、その許容され得る排出量は低下する傾向にある。
【０００３】
悪臭およびＶＯＣの除去について、様々な研究が行われてきた。従来、活性炭吸着、冷却凝縮、触媒燃焼、直接燃焼、液体化学洗浄など、様々な物理的および化学的方法が採用されていた。しかし、このような従来の方法は、非常に高い運転コスト、火災などの危険性、および、二次汚染物質の発生という欠点を有している。そこで、上記欠点を克服するために、近年、環境に配慮したバイオフィルタ技術が開発され、様々な用途に使用されている。
【０００４】
これに関連して、米国特許第５，８６９，３２３号は、浄化されるべき空気を通過させる、少なくとも１つのバイオリアクター床を含む、空気浄化のための装置を開示する。また、米国特許第５，８９１，７１１号は、各層に生物学的活性媒体を保持した多層バイオフィルタを含む、ＶＯＣ除去用微生物装置（該バイオフィルタは、生物学的活性媒体が、そこを通過するのを防止し、かつ、汚染された流体をそれを通して精製する、複数の孔を有する穴あき支持体を含む）に関する。
【０００５】
更に、韓国特許第２６７６３２号は、悪臭および揮発性物質を除去するための方法であって、汚染物質濃度の低減に使用するために、活性炭のような負荷量均一化物質(load equalizer)によって、９０％以上の効率で悪臭および揮発性物質を最初に除去し、冷却または加熱システムおよび加湿システムによって、悪臭および揮発性物質を前処理し、圧力差を用いるパン(pressure difference-using pan)によって、前処理した悪臭および揮発性物質を連続的に供給し、そして、そのような物質を、微生物担体を含む生物学的フィルタに通す段階を含む方法に関する。しかし、この特許には、ＶＯＣの除去に適した装置は何ら記載されていない。
【０００６】
韓国特許公開第９８−８２１１８号は、ポールリング(pall rings)が充填された、ウォータージャケットを備えた反応器からなり、前記ポールリングの表面上に、バイオフィルムを形成する所定量の微生物を含む、ＶＯＣ除去装置を開示する。韓国特許公開第２０００−６０６９９号は、網、多孔性物質、カーボンフィルタおよび微生物培養液を下方に噴霧するためのノズルを含む、悪臭およびＶＯＣ除去システムに関する。担体層上に微生物培地を噴霧するためのノズルを含むバイオフィルタ装置も、韓国特許公開第２０００−１２７４０号に記載されている。
【０００７】
しかし、このような従来のバイオフィルタ技術は、以下の欠点を有するため、それらの適用は制限される。
【０００８】
第一に、微生物は、流入するＶＯＣを炭素源として用いて、呼吸および増殖するため、時間が経過するにつれて、微生物の過剰成長によって、担体間の気流通路が狭くなる。そのため、圧力損失およびエアドリフト(air drift)が引き起こされ、ＶＯＣ処理効率が低下する。第二に、従来のバイオフィルタの大部分は、流入空気の流れが一定で、かつ、流入するＶＯＣの濃度が、所定のレベルで一定に維持される条件でのみ使用され得るため、ＶＯＣ規制物質(VOC regulating material)貯蔵タンクの運転中の流入と流出の繰り返しにより、高濃度のＶＯＣが不連続的に排出される場合には、そのようなバイオフィルタを適用することはできない。微生物によってＶＯＣを処理するためには、流入するＶＯＣの濃度に基づいて、１０秒から数分の時間が必要とされる。内容物(contents)が貯蔵タンクに導入されるときに、高濃度のＶＯＣを含む空気が生成されるので、そのようなＶＯＣの処理に使用するのに適したバイオフィルタは、大規模に製作されるべきである。一方、次の貯蔵タンクへの導入まで、比較的非常に少量のＶＯＣを含む気体が生成される。従って、過剰に大きなバイオフィルタは、低負荷量をもたらすので、微生物の生理学的活性は低下する。ＶＯＣの負荷量の高さを考慮して、バイオフィルタを大規模に製造する場合、投資コストおよび工場の建設地を含む問題が生じる。一方、ＶＯＣの負荷量の低さを考慮して、バイオフィルタを小規模で作る場合、流入時に存在する高負荷量のＶＯＣは、処理されずに廃棄される。従って、そのような状況を回避するという観点から、ＶＯＣの前処理段階を含む方法が行われるが、それは、結果が悪いという問題がある。
【０００９】
よって、バイオフィルタを、様々な工業施設に適用するためには、上記２つの問題を、早急に克服すべきである。
【００１０】
発明の開示
本発明に先立ち、本発明者らは、先行技術が直面していた問題を回避することを目的として、高濃度のＶＯＣの処理について、徹底的な研究を行った結果、高濃度のＶＯＣを不連続的に供給する条件下での適用を容易にするために、特別な構造を有する負荷量均一化装置を備えたバイオフィルタシステムであって、微生物の成長のため、および空気の流れを円滑にするために必要とされる表面積を最大化する多孔性微生物担体、ならびに、微生物担体を物理的に振とうして配列し直すことができるユニットの使用により、微生物の同等でない成長によって引き起こされる汚染された空気のドリフトを防ぐことにより、ＶＯＣの除去効率を高めることができるシステムを見出した。
【００１１】
よって、本発明の目的は、高濃度のＶＯＣが不連続に排出される間の適用の容易性という観点で有利である、ＶＯＣの除去のためのバイオフィルタシステムを提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、微生物の過剰成長によるエアドリフトおよび圧力損失によるＶＯＣ処理効率の低下を防止し得るバイオフィルタシステムを提供することである。
【００１３】
本発明の更なる目的は、長期運転後であっても、安定的な処理効率を示すバイオフィルタシステムを提供することである。
【００１４】
本発明の態様によれば、
ＶＯＣ除去用バイオフィルタシステムであって、
ａ）多孔性担体層であって、ＶＯＣ含有空気が、担体層を介して負荷量を均一化する(load-equalizing)溶媒と接触し、ＶＯＣの物理的移送によるその後のバイオフィルタリングにおいて処理され得るＶＯＣ濃度範囲に負荷量が均一化された(load-equalized)空気を供給するように配置されている、前記担体層、
前記多孔性担体層の下に位置するＶＯＣ含有空気のための注入口、
負荷量均一化溶媒用貯蔵タンク、
前記貯蔵タンクに接続され、かつ、前記担体層上に負荷量均一化溶媒を噴霧する噴霧ノズルを備えた循環ユニット、および、
負荷量が均一化された空気を排出するための排出口、
を含む負荷量均一化装置；
ｂ）ＶＯＣ発生源からのＶＯＣ含有空気を負荷量均一化装置に導入し、そして負荷量が均一化された空気をバイオフィルタリング部に移送するための空気移送部、
ｃ）ＶＯＣを除去するための微生物が生息している多孔性微生物担体層であって、微生物担体層を振とうして配列し直すための加圧空気／水噴霧ユニットを備えている、前記担体層、
前記多孔性微生物担体層の下に位置する負荷量が均一化された空気のための注入口、
培地貯蔵タンク、および、
培地貯蔵タンクに接続され、循環ポンプによって、培地を２つの方向（一方の方向は、微生物担体層の上に位置する上部噴霧ノズルを通ってバイオフィルタリング部へ流れ、他方の方向は、微生物担体層の下に位置する下部噴霧ノズルを通って培地上に流れる）に循環させる、培地循環ユニット、ならびに、
ｄ）培地のｐＨを調整し、かつ、栄養分を供給するための、培地貯蔵タンクに接続された貯蔵部
を含む、前記バイオフィルタシステム、
が提供される。
【００１５】
図面の簡単な説明
図１は、本発明の一態様による負荷量均一化装置およびバイオフィルタリング部を含むバイオフィルタシステムの概略図である。
図２ａは、本発明による１段の負荷量均一化装置の概略図であり、図２ｂは、本発明による２段の負荷量均一化装置の概略図である。
図３ａおよび図３ｂは、本発明による加圧空気および水噴霧装置ならびに培地循環ユニットを含むバイオフィルタシステムの概略図である。
図４は、本発明によるバイオフィルタシステムによりスチレンモノマー貯蔵タンクから不連続的に排出されるスチレンモノマーの負荷量均一化(load-equalization)および除去の性能を示すグラフである。
図５は、本発明によるバイオフィルタシステムによりトルエン貯蔵タンクから不連続的に排出されるトルエンの負荷量均一化および除去の性能を示すグラフである。
図６は、本発明によるバイオフィルタシステムによりパラキシレン貯蔵タンクから不連続的に排出されるキシレンの負荷量均一化および除去の性能を示すグラフである。
図７は、本発明によるバイオフィルタシステムによりメチルエチルケトン貯蔵タンクから不連続的に排出されるメチルエチルケトンの負荷量均一化および除去の性能を示すグラフである。
図８は、本発明によるバイオフィルタシステムによりベンゼン貯蔵タンクから不連続的に排出されるベンゼンの負荷量均一化および除去の性能を示すグラフである。
【００１６】
発明を実施するための最良の形態
図１を見ると、本発明のバイオフィルタシステムが概略的に示されており、そこでは、不連続的に導入される、高濃度のＶＯＣを含む空気を、低濃度で連続的に排出し得る負荷量均一化装置が、システムの最前部(front)に備えられている。図２ａおよび２ｂは、負荷量均一化装置の態様を示す。
【００１７】
図１からわかるように、本発明の一態様によるバイオフィルタシステム中の負荷量均一化装置２は、多孔性担体層３、前記多孔性担体層の下に位置するＶＯＣ含有空気注入口、負荷量均一化溶媒貯蔵タンク４、負荷量均一化溶媒循環ユニット、および、前記多孔性担体層上に位置する負荷量が均一化された空気の排出口、を含む。前記循環ユニットには、循環ポンプ５および前記負荷量均一化溶媒の噴霧ノズル６が設けられる。
【００１８】
一般に、ＶＯＣが、ＶＯＣ貯蔵タンクなどの貯蔵設備に導入されるか、または、そこから排出されると、ＶＯＣ含有空気が不連続的に生成される。流入時に生成されるＶＯＣの量は、流出時のものとは顕著に異なる。前述したように、貯蔵タンクに内容物が導入されると、高濃度のＶＯＣが生成され、その後、次のＶＯＣ貯蔵タンクへの導入まで、ＶＯＣ濃度は比較的非常に小さい。
【００１９】
本発明によれば、ＶＯＣ貯蔵時にＶＯＣ貯蔵タンクの上部から排出される高濃度のＶＯＣは、負荷量均一化装置２中で、高沸点を有する負荷量均一化溶媒の使用によって吸収される。その結果、貯蔵タンクへのＶＯＣの導入間隔の間に、バイオフィルタによって処理されるべきＶＯＣの濃度は、特定の範囲（好ましくは、１０００ｐｐｍ未満）で一定に維持される。
【００２０】
貯蔵タンク４中の負荷量均一化溶媒は、循環ポンプ５によって循環される。上部ノズルから噴霧されたＶＯＣ吸収溶媒が、担体層を通過する間に、溶媒に吸収されたＶＯＣは、流入するＶＯＣ含有空気と接触し、それにより、再度ガス化し、その後、そのようなＶＯＣは、担体を通過したＶＯＣ含有空気とともに、バイオフィルタ内に流れる。換言すれば、ＶＯＣ含有空気が、多孔性担体層において、循環ユニットによって循環させた負荷量均一化溶媒と接触するようになると、負荷量均一化装置に導入されたＶＯＣの濃度に依存して、ＶＯＣ含有空気から負荷量均一化溶媒へ、またはその逆へ、ＶＯＣが物理的に移される。
【００２１】
負荷量均一化装置中の担体層は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、およびセラミックからなる群から選択される少なくとも１つの材料によって調製される、多孔性構造を有する。また、流入するＶＯＣ含有空気と接触する担体層のサイズは、負荷量均一化溶媒の体積の１０％から５０％の範囲である。１０％より少ないと、液体／気体比（Ｌ／ｍ3）が非常に小さいため、吸収効率が低下する。一方、５０％を超える場合には、液体／気体比が大きすぎるため、担体層のサイズを大きくしなければならなくなる。
【００２２】
本発明における負荷量均一化溶媒に関しては、流入するＶＯＣの性質に応じて、脂溶性溶媒および水溶性溶媒を、単独またはそれらの組み合わせで使用し得る。適当な脂溶性溶媒は、無色無臭の液体であり、オゾン層にダメージを与える成分を何ら含まず、かつ、０．８〜０．９ｇ／ｃｍ3の比重、２７０〜３２０℃の沸点、１１０〜１４０℃の引火点、および０．５％以下の(below 0.5%)の芳香族成分を有する非芳香族性溶媒である、Ｃ14-15パラフィンおよびナフテン炭化水素を含むか、または、０．７６〜１．００ｇ／ｃｍ3の比重、０．６５〜１０，０００ｃＳｔ（２５℃）の粘度、−７５〜−４０℃の流動点、および２０．０〜２５．５ｄｙｎｅ／ｃｍの表面張力を有するシリコンオイルを含む。上記炭化水素系溶媒は、６０〜７０％のパラフィンおよび３０〜４０％のナフテンを含む。また、その溶媒は、ＶＯＣの種類に応じて、特定範囲の負荷量均一化能力定数(load-equalizing capacity constant)ｋを有する。負荷量均一化能力定数ｋは、密閉容器において、溶媒中にＶＯＣが吸収され、次いで、室温で平衡に達するときの、ヘッドスペース(headspace)中のＶＯＣの濃度と溶媒中のＶＯＣの液体濃度との比として定義される。即ち、ｋは、“気体濃度（ｍｇ／Ｎｍ3）／液体濃度（ｍｇ／Ｌ）”である。ｋの値が小さくなればなるほど、溶媒による負荷量均一化効果は高くなる。これに関連して、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、およびスチレンモノマーのような単一ベンゼン環化合物に対して、脂溶性溶媒のｋは、０．００５〜０．６の範囲である。
【００２３】
また、水溶性溶媒は、主に水を含み、かつ、ポリプロピレングリコール、粘度増強剤、および、凍結防止化合物が更に添加され得る。より具体的には、メタノール、メチルエチルケトン、水溶性ＶＯＣに対する水溶性溶媒のｋは、０．００１〜０．１の範囲である。
【００２４】
図２ａおよび２ｂからわかるように、ＶＯＣの発生期間および濃度に応じて、バイオフィルタ内へ流入されるべきＶＯＣの適当な濃度を維持するために、負荷量均一化装置を、２段以上に設計し得る。
【００２５】
図３ａおよび３ｂは、多孔性担体層内に備えられた加圧空気／水噴霧ユニットおよび培地循環ユニットを含む、本発明のバイオフィルタリング(biofiltering)部の一態様を示す。図１および図３ａを参照すると、本発明による、担体が充填されたバイオフィルタシステムは、汚染された空気中のＶＯＣ濃度を調整するために、その最前部に取り付けられた負荷量均一化装置を含む。更に、そのバイオフィルタシステムは、ＶＯＣ発生源からの汚染された空気を負荷量均一化装置に導入し、そして負荷量が均一化された空気をバイオフィルタリング部に移送するために働く、送風機７を含む空気移送部、ＶＯＣを除去するための微生物が生息している多孔性微生物担体層１２、培地貯蔵タンク９、ならびに、前記微生物担体層へ栄養分および水を供給するための循環ユニット、過剰な微生物を担体層から分離し、かつ、微生物の均一な成長をもたらすことにより、負荷量が均一化された空気のドリフトを阻止するための加圧空気／水噴霧ユニット２５、高濃度の栄養分を、培地貯蔵タンクへ所定量供給するための栄養分貯蔵タンク１６、ならびに、酸性度を調整するために用いられる酸性およびアルカリ性栄養分を貯蔵するためのｐＨ調整溶液貯蔵タンク１７、を含む。
【００２６】
一方、冬期に培地貯蔵タンクの適当な温度を維持するための温度制御装置、バイオフィルタ中の培地貯蔵タンクの水位を維持するための水位制御装置（示さず）、および、バイオフィルタによって精製された空気中の水分を除去するための排出口の前の霜取り装置(demister)（示さず）を加えることができる。
【００２７】
図１および図３ａに示す態様によると、バイオフィルタ部のメインフレーム(mainframe)８は、ステンレススチールまたはＦＲＰ製であり得る。バイオフィルタリング部の底部に配置された培地貯蔵タンク９の大きさは、微生物担体層１２の体積の１０〜３０％の範囲内で決定される。培地貯蔵タンク中の培地は、循環ポンプ１１の使用により、２つの方向に循環される。一方の方向では、培地を循環するために、下部噴霧ノズル１０を通して培地貯蔵タンクへ培地を供給する。噴霧範囲は、貯蔵タンク内の培地の表面の総面積と同一であり、培地を連続的に循環させる。培地を循環させる理由は、流入する汚染された空気が培地と接触し、それにより、培地に溶解させたＶＯＣが、培地貯蔵タンク内の微生物によって直接分解されるためである。このように、負荷量が均一化された空気と培地を接触させるため、図３ｂに示すように、直径および高さがそれぞれ０．５〜２．０インチのポリエチレン製またはポリプロピレン製の多孔性円柱状のポールリングで充填されたパッキング層２６が、下部噴霧ノズル１０の下に備えられ得る。
【００２８】
一方、他方の方向では、培地は、上部培地噴霧ノズル１３を通して担体層に噴霧される。上部ノズルを通して噴霧すると、担体層に生息するＶＯＣ除去微生物に、窒素や燐などの栄養分および水が供給される。培地循環ユニット中の噴霧ノズルは、ソレノイドバルブ２４を用いて制御され得る時間によって運転され得る。
【００２９】
また、培地貯蔵タンク９には、温度計、ｐＨメーターおよびｐＨ調節器を備えることができる。ｐＨを調整するための酸／アルカリおよび栄養分は、定量ポンプ１５によって、ｐＨ調整溶液貯蔵タンク１７および栄養分貯蔵タンク１６からそれぞれ供給される。
【００３０】
ＶＯＣを効果的に除去し得る微生物は、バイオフィルタリング部の微生物担体層中に生息している。このような担体層は、シュードモナス（Pseudomonas）、エアロバクター（Aerobacter）、バチルス（Bacillus）、ミクロバクテリウム（Microbacterium）、およびアルスロバクター属（Arthrobacter Sp.）からなる群から選択される少なくとも１種の微生物を、ポリエーテル、ポリエステル、およびポリエチレンからなる群から選択される材料製の多孔性担体に固定することにより調製される。前記微生物担体層の高さは０．５〜２ｍであり、流入空気中のＶＯＣの負荷量に応じて、２層以上の層を設けることができる。
【００３１】
下部微生物担体層中に取り付けられた加圧空気／水噴霧ユニット２３は、上方で向かい合う噴霧ノズル２５によって、加圧空気／水を上方へ噴霧し、それにより、微生物担体層が振とうされて配列し直されることにより、過剰の微生物によって引き起こされる圧力損失および負荷量が均一化された空気のドリフトを防止することができる。このため、バイオフィルタリング部は、圧縮装置２２、および、微生物担体層への負荷量が均一化された空気の導入において圧力損失が所定値、例えば、２００ｍｍＨ2Ｏ、に達すると、加圧空気／水を自動的に噴霧するように、噴霧ユニットを制御するための制御装置を更に含む。
【００３２】
バイオフィルタリング部中の微生物の活性を維持するために、微生物の生息に適した温度を維持すべきである。よって、担体層の温度を所定レベル（すなわち、２０℃以上）に維持するため、温度制御装置１９が、培地貯蔵タンクに接続される。このために、熱源としては蒸気および電気を用いることができる。
【００３３】
培地貯蔵タンク中に存在する微生物によるＶＯＣの分解を促進するために、リング送風機１８によって培地貯蔵タンクの下部に空気を供給する。これは、培地貯蔵タンクが通気タンクとして機能するように設計したものである。
【００３４】
本発明は、説明のために記載された以下の実施例に照らして更に理解することができるが、本発明はそれら実施例によって制限されるものではない。
【００３５】
実施例１
−スチレンモノマー貯蔵タンクから不連続的に排出されるスチレンモノマーの負荷量均一化効果および除去
負荷量均一化装置およびバイオフィルタリング部を含むバイオフィルタシステムを、下記の表１に示す条件下で運転させた。スチレンモノマーの負荷量均一化効果および除去を分析した。結果を図４に示した。
【００３６】
【表１】
2004533916.tif 000003
【００３７】
上記の表に記載した運転条件下で送風機を用いてＳＭ貯蔵タンクから汚染された空気を１０ｍ3／ｍｉｎで吸入する場合、負荷量均一化装置中に流れる気体中のスチレンモノマーの濃度は、流入時におよそ３，２９０ｐｐｍ（１８℃）であり、その後、次回の流入前には０ｐｐｍであった。前記のように不連続的に流入する高濃度のスチレンモノマーは、２ｍ3の負荷量均一化溶媒量（脂溶性負荷量均一化溶媒Ｑｖｅｓｏｌ−Ｏ（Ｑ−バイオテク（Ｑ−ＢｉｏＴｅｃｈ）社より供給））を各段が有する２段の負荷量均一化装置によって、７００ｐｐｍ未満に減少した。その後、スチレンモノマーを大気で希釈して５００ｐｐｍでバイオフィルタ中に流した。負荷量均一化によって、小さいバイオフィルタによっても９５％以上の安定した処理効率を得ることができた。従って、前記条件下で負荷量均一化装置を用いることによって、１４ｍ3の微生物担体層を有するバイオフィルタにより、空気中に含まれるスチレンモノマーを処理することができる。
【００３８】
比較例１
負荷量均一化装置を含まないバイオフィルタシステムを用いたこと以外は、実施例１と同一条件下で比較例１を実施した。その結果、スチレンモノマーの流入時に排出されるＶＯＣを処理するために、実施例１の微生物担体層のおよそ５倍の大きさである７０ｍ3の微生物担体層を有するバイオフィルタが必要であった。
【００３９】
実施例２
−トルエン貯蔵タンクから不連続的に排出されるトルエンの負荷量均一化効果および除去
負荷量均一化装置およびバイオフィルタリング部を含むバイオフィルタシステムを、下記の表２に示す条件下で運転させた。トルエンの負荷量均一化効果および除去を分析した。結果を図５に示す。
【００４０】
【表２】
2004533916.tif 000004
【００４１】
前記表に記載した運転条件下で送風機を用いて汚染された空気を４．５ｍ3／ｍｉｎで吸入する場合、負荷量均一化装置中に流れるトルエンの濃度は、流入時におよそ２６，１９０ｐｐｍ（１９．３℃）であり、その後、次回の流入前には０ｐｐｍであった。前記のように不連続的に流入する高濃度のトルエンは、２ｍ3の負荷量均一化溶媒量（脂溶性溶媒Ｑｖｅｓｏｌ−Ｏ（Ｑ−バイオテク（Ｑ−ＢｉｏＴｅｃｈ）社より供給））を各段が有する２段の負荷量均一化装置によって、２４００ｐｐｍ未満に減少した。その後、トルエンを大気で希釈して５００ｐｐｍでバイオフィルタ中に流した。
【００４２】
負荷量均一化によって、小さいバイオフィルタによっても９５％以上の安定した処理効率を得ることができた。このために、使用したバイオフィルタは、１１ｍ3の微生物担体層を有していた。
【００４３】
比較例２
負荷量均一化装置を含まないバイオフィルタシステムを用いたこと以外は、実施例２と同一条件で比較例２を実施した。その結果、トルエンの流入時に排出されるＶＯＣを処理するために、実施例２で使用された層の大きさのおよそ１０倍である１２０ｍ3の微生物担体層を有するバイオフィルタが必要であった。
【００４４】
実施例３
パラキシレン貯蔵タンクから不連続的に排出されるパラキシレンの負荷量均一化効果および除去
負荷量均一化装置およびバイオフィルタリング部を含むバイオフィルタシステムを下記の表３に示す条件下で運転させた。パラキシレンの負荷量均一化効果および除去を分析した。結果を図６に示す。
【００４５】
【表３】
2004533916.tif 000005
【００４６】
前記の表中の運転条件下で送風機を用いて汚染された空気を３ｍ3／ｍｉｎで吸入する場合、負荷量均一化装置中を流れるパラキシレンの濃度は、流入時におよそ６，５８０ｐｐｍ（１７．８℃）であり、その後、次回の流入前には０ｐｐｍであった。前記のように不連続的に流入する高濃度のパラキシレンは、２ｍ3の負荷量均一化溶媒量（脂溶性溶媒Ｑｖｅｓｏｌ−Ｏ（Ｑ−バイオテク（Ｑ−ＢｉｏＴｅｃｈ）社より供給））を各段が有する２段の負荷量均一化装置によって、１，８００ｐｐｍ未満に減少した。その後、パラキシレンを大気で希釈して５００ｐｐｍでバイオフィルタ中に流した。
【００４７】
負荷量均一化によって、小さいサイズのバイオフィルタによっても９５％以上の安定した処理効率を得ることができた。使用したバイオフィルタは、６ｍ3の微生物担体層を有していた。
【００４８】
比較例３
負荷量均一化装置を含まないバイオフィルタシステムを用いたこと以外は、実施例３と同一条件下で比較例３を実施した。その結果、パラキシレンの流入時に排出されるＶＯＣを処理するために、実施例３における層のおよそ６倍の大きさである２０ｍ3の担体層を有するバイオフィルタが必要であった。
【００４９】
実施例４
メチルエチルケトン貯蔵タンクから不連続的に排出されるメチルエチルケトン（ＭＥＫ）の負荷量均一化効果および除去
負荷量均一化装置およびバイオフィルタリング部を含むバイオフィルタシステムを下記の表４に示す条件下で運転させた。メチルエチルケトンの負荷量均一化効果および除去を分析した。結果を図７に示す。
【００５０】
【表４】
2004533916.tif 000006
【００５１】
前記表に記載した運転条件下で送風機を用いて汚染された空気を３．５ｍ3／ｍｉｎで吸入する場合、負荷量均一化装置中に流れるメチルエチルケトンの濃度は、流入時におよそ７８，９２０ｐｐｍ（１５℃）であり、その後、次回の流入前には０ｐｐｍであった。前記のように不連続的に流入する高濃度のパラキシレンは、２ｍ3の負荷量均一化溶媒量（水溶性溶媒Ｑｖｅｓｏｌ−Ｗ（Ｑ−バイオテク（Ｑ−ＢｉｏＴｅｃｈ）社製））を各段が有する２段の負荷量均一化装置によって２，５００ｐｐｍ未満に減少した。その後、メチルエチルケトンを大気で希釈して、５００ｐｐｍでバイオフィルタ中に流した。
【００５２】
負荷量均一化によって、小さいバイオフィルタによっても９５％以上の安定した処理効率を得ることができた。使用したバイオフィルタは、１５ｍ3の微生物担体層を有していた。
【００５３】
比較例４
負荷量均一化装置を含まないバイオフィルタシステムを用いたこと以外は、実施例４と同一条件下で比較例４を実施した。その結果、メチルエチルケトンの流入時に排出されるＶＯＣを処理するために、実施例４における層のおよそ１０倍の大きさである１５０ｍ3の担体層を有するバイオフィルタが必要であった。
【００５４】
実施例５
ベンゼン貯蔵タンクから不連続的に排出されるベンゼンの負荷量均一化効果および除去
負荷量均一化装置およびバイオフィルタリング部を含むバイオフィルタシステムを、下記の表５に示す条件下で運転させた。ベンゼンの負荷量均一化効果および除去を分析した。結果を図８に示す。
【００５５】
【表５】
2004533916.tif 000007
【００５６】
前記表に記載した運転条件下で送風機を用いて汚染された空気を１０ｍ3／ｍｉｎで吸入する場合、負荷量均一化装置中に流れるベンゼンの濃度は、流入時におよそ９，２１０ｐｐｍ（３２℃、ベンゼンタンクはインターナルフローティングルーフタンク（internal floating roof tank; IFRT）である）であり、その後、次回の流入まで０ｐｐｍであった。前記のように不連続的に流入する高濃度のベンゼンは、２ｍ3の負荷量均一化溶媒量（脂溶性溶媒Ｑｖｅｓｏｌ−Ｏ（Ｑ−バイオテク（Ｑ−ＢｉｏＴｅｃｈ）社から供給））を各段が有する２段の負荷量均一化装置によって、７００ｐｐｍ未満に減少した。その後、ベンゼンを大気で希釈して５００ｐｐｍでバイオフィルタ中に流した。
【００５７】
負荷量均一化によって、小さいバイオフィルタによっても９５％以上の安定した処理効率を得ることができた。バイオフィルタは、２０ｍ3の微生物担体層を有していた。
【００５８】
比較例５
負荷量均一化装置を含まないバイオフィルタシステムを用いたこと以外は、実施例５と同一条件下で比較例５を実施した。その結果、ベンゼンの流入時に排出されるＶＯＣを処理するために、実施例５における層のおよそ７倍の大きさである１５０ｍ3の担体層を有するバイオフィルタが必要であった。
【００５９】
産業上の利用可能性
従って、本発明による負荷量均一化装置を備えた小型バイオフィルタシステムによると、ＶＯＣが不連続的に発生し、かつ、発生濃度の差が非常に大きい場合であっても、ＶＯＣを安定的に処理することができる。従来のバイオフィルタは、ＶＯＣが１０００ｐｐｍ以下の一定範囲内で連続的に発生する、安定した条件下でのみ用いることができるが、ＶＯＣ負荷量均一化装置を備えた本発明のバイオフィルタシステムは、ＶＯＣの濃度を所定範囲内で効果的に制御することができる。したがって、排出量が少ない条件下で(under poor discharge conditions)、微生物の安定した活性を維持することができ、かつ、システムを小規模に設計することができる。また、そのバイオフィルタシステムは、下方の担体に備えられた加圧空気／水噴霧ユニットによって、長期間の運転後であっても、安定した処理効率を得ることができる。
【００６０】
本発明は、例示的に記載され、使用された専門用語は限定するよりもむしろ説明することを目的としている。本発明の多くの修正及び変形は、上記の説明に照らして可能である。それ故、添付の特許請求の範囲内で、本発明は具体的に説明された以外の別の方法で実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、本発明の一態様による負荷量均一化装置およびバイオフィルタリング部を含むバイオフィルタシステムの概略図である。
【図２ａ】図２ａは、本発明による１段の負荷量均一化装置の概略図である。
【図２ｂ】図２ｂは、本発明による２段の負荷量均一化装置の概略図である。
【図３ａ】図３ａは、本発明による加圧空気および水噴霧装置ならびに培地循環ユニットを含むバイオフィルタシステムの概略図である。
【図３ｂ】図３ｂは、本発明による加圧空気および水噴霧装置ならびに培地循環ユニットを含むバイオフィルタシステムの概略図である。
【図４】図４は、本発明によるバイオフィルタシステムによりスチレンモノマー貯蔵タンクから不連続的に排出されるスチレンモノマーの負荷量均一化および除去の性能を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明によるバイオフィルタシステムによりトルエン貯蔵タンクから不連続的に排出されるトルエンの負荷量均一化および除去の性能を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明によるバイオフィルタシステムによりパラキシレン貯蔵タンクから不連続的に排出されるキシレンの負荷量均一化および除去の性能を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明によるバイオフィルタシステムによりメチルエチルケトン貯蔵タンクから不連続的に排出されるメチルエチルケトンの負荷量均一化および除去の性能を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明によるバイオフィルタシステムによりベンゼン貯蔵タンクから不連続的に排出されるベンゼンの負荷量均一化および除去の性能を示すグラフである。
【図１】
2004533916.tif 000008
【図２ａ】
2004533916.tif 000009
【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年11月18日(2002.11.18)
【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】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
前記脂溶性溶媒は、単一ベンゼン環化合物に対して、０．００５〜０．６の負荷量均一化能力定数ｋを有し、かつ、前記水溶性溶媒は、水溶性ＶＯＣに対して、０．００１〜０．１の負荷量均一化能力定数ｋを有する、請求項１０に記載のバイオフィルタシステム。
【国際調査報告】
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