(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱臭用微生物を担持する生物脱臭装置の通気性充填材として使用するための生物脱臭用充填担体であって、ピートモスと、鋳物工場から排出される廃砂を造粒後、焼成して得た無機多孔質体とを、前記ピートモスの体積（ｘ）と前記無機多孔質体の体積（ｙ）との間の体積比（ｘ／ｙ）が５／９５〜３０／７０の範囲となるように混合してなることを特徴とする生物脱臭用充填担体。
【請求項２】
前記無機多孔質体は、細孔径が１μｍ〜５００μｍの範囲にある無機多孔質体であることを特徴とする請求項１に記載の生物脱臭用充填担体。
【請求項３】
前記無機多孔質体に、脱臭作用のある微生物を予め又は事後的に付着したことを特徴とする請求項１又は２に記載の生物脱臭用充填担体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脱臭作用のある微生物を担持する生物脱臭装置の通気性充填材として使用するための生物脱臭用充填担体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水分を含んだ泥炭層に微生物を保持し、その泥炭層に臭気ガスをくぐらせて脱臭を図る微生物利用の脱臭装置が知られている。但し、泥炭のみでは、時間の経過に伴い泥炭が不均等に圧密し、圧力損失が増大する等して脱臭効率が低下するという欠点がある。このため、かかる圧密化を未然に防止するために、脱臭装置の臭気ガス流通経路に泥炭層と発泡プラスチック層とを交互に積み重ね配置するもの（特許第２５７６０１０号公報参照）や、泥炭と円筒形状又はスパイラル形状の充填物（合成樹脂製）とを混合した混合層を臭気ガス流通経路に配置するもの（特許第２６４８２７８号公報参照）が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、泥炭層間に発泡プラスチック層を介在させたり、泥炭の中に円筒形状又はスパイラル形状の充填物を混入したりすることで、泥炭の圧密化を防止できても、発泡プラスチックや合成樹脂製の充填物は、微生物を担持する能力に乏しいという別の欠点がある。即ち、泥炭の一部を発泡プラスチックや合成樹脂製の充填物で置き換えたことで、脱臭装置における微生物の担持量が実質上目減りする結果となり、圧密化防止対策を施したにもかかわらず、脱臭性能が十分に向上しないという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、圧密化を防止して圧力損失の増大を回避することと、より多くの微生物を担持して脱臭性能を高めることとを両立可能な生物脱臭用充填担体を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、脱臭用微生物を担持する生物脱臭装置の通気性充填材として使用するための生物脱臭用充填担体であって、ピートモスと、鋳物工場から排出される廃砂を造粒後、焼成して得た無機多孔質体とを、前記ピートモスの体積（ｘ）と前記無機多孔質体の体積（ｙ）との間の体積比（ｘ／ｙ）が５／９５〜３０／７０の範囲となるように混合してなることを特徴とする生物脱臭用充填担体である。
【０００６】
この生物脱臭用充填担体によれば、無機多孔質体を比較的多く配合したことで、ピートモスを含む充填担体全体の通気性が確保されるのみならず、充填担体の圧密化が防止されて圧力損失の増大が回避される。このため、長期にわたり安定的な通気性を確保でき、生物脱臭装置における通気性充填材としての適性に優れている。また、無機多孔質体は微生物の保持性に優れており、ピートモスとの組合せの下で、微生物の生息、増殖ないし活性を最大限に高める環境を提供するので、微生物による脱臭作用を高めることができる。以下、本発明の構成要素や、好ましい追加的構成要素について更に詳細に説明する。
【０００７】
本発明の第一の必須要素である「ピートモス」とは、水苔などの植物有機物が湿地に長年月の間堆積して泥炭化したものや植物繊維質の集合体をいい、過度に圧迫しなければ、通気性及び吸水性（保水性）に富むという性質を有する。
【０００８】
本発明の第二の必須要素である「無機多孔質体」とは、微細な細孔を無数に持った無機質の物質をいい、その形態は粒状又はブロック状のいずれでもよい。但し、圧密防止の機能を発揮するためには、ある程度の大きさと剛性（又は機械的強度）を有する物体として提供されることが必要であり、湿潤環境下で体積変化を起こすような形態（例えば粉状）は好ましくない。
【０００９】
前記無機多孔質体は、細孔径が１μｍ〜５００μｍの範囲にある無機多孔質体であることが好ましい。細孔径が１μｍ未満となると、微生物が付着しにくくなり微生物の保持性（ひいては脱臭処理性能）が却って低下する虞れがある。他方、細孔径が５００μｍを超えると、無機多孔質体の表面積が低下して、これも微生物の保持性を悪化させる要因となる。また、細孔径が５００μｍを超えると、無機多孔質体の機械的強度が低下傾向となり、充填担体としての取り扱いが難しくなる。なお、無機多孔質体は、通気性の確保と機械的強度の確保との両立が図りやすい。また、無機多孔質体の細孔径の範囲に関しては、より好ましくは１μｍ〜１００μｍの範囲であり、更に好ましくは１μｍ〜２０μｍの範囲である。
【００１０】
本発明では、ピートモスの体積（ｘ）と無機多孔質体の体積（ｙ）との間の体積比（ｘ／ｙ）が５／９５〜３０／７０の範囲となるように両者を混合することが求められる。
【００１１】
ピートモスを５体積％以上（即ち無機多孔質体を９５体積％以下）配合することとしたのは、ピートモスの配合量が５体積％未満になると、処理対象となる臭気ガスの初期吸着性能が低下し、使用開始から本来の脱臭性能が発揮されるまでの時間差が大きくなるからである。つまり、無機多孔質体だけでは使用開始直後の脱臭性能が見劣りするのに対し、ピートモスを５体積％以上配合することで、使用開始直後から期待通りの脱臭性能が発揮される。
【００１２】
無機多孔質体を７０体積％以上（即ちピートモスを３０体積％以下）配合することとしたのは、ピートモスの配合量が３０体積％を超えると、生物脱臭装置に当該充填担体を充填したときの通気性が悪化し、圧力損失が急激に増大する傾向にあるからである。この点、無機多孔質体の配合割合を７０体積％以上とすることで圧力損失を許容限度内にとどめることができる。
【００１３】
前記無機多孔質体が、鋳物工場から排出される廃砂を造粒後、焼成して得た無機多孔質体であることは好ましい。この場合には、通常は産業廃棄物として廃棄処理される、鋳物工場からの廃砂を資源として有効利用することができる。それのみならず、鋳物工場からの廃砂を造粒後、焼成して得た無機多孔質体は、生物脱臭用充填担体を構成するための無機多孔質体として、優れた適性を有することが実験により確認されている。
【００１４】
なお、鋳物工場からの廃砂を造粒後、焼成して得た無機多孔質体は、水分を保持した際に弱酸性の液性を示し、微生物の好む環境を提供する。弱酸性とは、具体的にはｐＨが６以上７未満の範囲をいう。
【００１５】
生物脱臭用充填担体を構成する無機多孔質体に、脱臭作用のある微生物を予め又は事後的に付着することは好ましい。微生物付着のさせ方としては、ピートモスと混合する前の無機多孔質体に対して、土壌浸出液等の微生物分散水を含浸させたり、ピートモスと無機多孔質体とを混合した後に土壌浸出液等の微生物分散水を供給して混合物全体を湿らせながら微生物付着を図ってもよい。なお、脱臭作用のある微生物の種類は限定されないが、具体例としては、アンモニア酸化細菌・硝化菌があげられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の適用対象となる生物脱臭装置は例えば図１のように構成されている。即ち、垂直方向に延びる脱臭処理槽１のほぼ中央には、充填担体が充填される担体層２が設けられ、脱臭処理槽１の下側には散水槽３が設けられている。担体層２と散水槽３との間の空間には、送風ファン４によって送られる臭気ガスを脱臭処理槽１内に導くための散気パイプ５が設置され、脱臭処理槽１内に送り込まれた臭気ガスは担体層２を下から上に通過して脱臭処理槽１の外へ抜け出る構造となっている。また、散水槽３に蓄えられた水は、ポンプＰにより散水パイプ６を介して担体層２の上方に散水され、担体層２を上から下に通過して散水槽３に戻される。つまり、散水槽３内の水はポンプＰにより循環可能となっている。
【００１７】
生物脱臭装置の担体層２に充填するための生物脱臭用充填担体として、以下に説明する実施例１、２及び３、並びに、従来技術の範疇に属する比較例１及び２を準備した。
【００１８】
（実施例１）
実施例１の生物脱臭用充填担体は、ピートモスと無機多孔質体とを、ピートモス３０に対して無機多孔質体７０の体積比率（ｘ／ｙ＝３０／７０）で混合したものである。無機多孔質体には、ピートモスと混合する前に土壌浸出液（１リットルの水に対して１０ｇの土壌を分散したもの）を含浸させ、土壌中の各種微生物（例えばアンモニア酸化細菌・硝化菌）を付着させる前処理を施した。
【００１９】
なお、この実施例１で使用した無機多孔質体は、鋳物工場から排出される廃砂（鋳物砂）を造粒及び焼成して得たものである。鋳物砂は、二酸化ケイ素（シリカ）、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化鉄その他を含有する無機原料である。この鋳物砂を転動造粒機に収容すると共に、全体に対して１０〜３０重量％となる水を注入し、水を含んだ鋳物砂を混練・造粒した。所定時間の造粒操作により所望の粒径となった粒状体を１４０℃で６０分間加熱乾燥した後、その乾燥した粒状体を８００℃で３０分以上焼成することにより、無機多孔質体としての粒状焼結体を得た。この無機多孔質体（粒状焼結体）の物性は、粒径の範囲が４．５〜７．０ｍｍ、細孔径の範囲が１〜１０μｍ、嵩密度が０．８ｇ／ｍｌ、気孔率が３８．６％、圧壊強度が０．６３Ｎ、ｐＨが６．５（弱酸性）という測定結果であった。また、焼成後における無機多孔質体の組成（成分比率）は、二酸化ケイ素６２．３重量％、酸化アルミニウム１２．１重量％、酸化鉄９．１５重量％、酸化カルシウム３．０９重量％、酸化マグネシウム３．０４重量％、その他１０．３２重量％であった。
【００２０】
（実施例２）
実施例２の生物脱臭用充填担体は、ピートモスと無機多孔質体とを、ピートモス１０に対して無機多孔質体９０の体積比率（ｘ／ｙ＝１０／９０）で混合したものである。ここで使用した無機多孔質体は、実施例１で使用した無機多孔質体と同じものであり、ピートモスと混合する前に土壌浸出液を含浸させ、土壌中の各種微生物を付着させる前処理を施す点も実施例１と同じである。
【００２１】
（実施例３）
実施例３の生物脱臭用充填担体は、ピートモスと無機多孔質体とを、ピートモス５に対して無機多孔質体９５の体積比率（ｘ／ｙ＝５／９５）で混合したものである。ここで使用した無機多孔質体は、実施例１で使用した無機多孔質体と同じものであり、ピートモスと混合する前に土壌浸出液を含浸させ、土壌中の各種微生物を付着させる前処理を施す点も実施例１と同じである。
【００２２】
（比較例１）
比較例１の生物脱臭用充填担体は、ピートモスと発泡プラスチック資材とを、ピートモス１０に対して発泡プラスチック資材９０の体積比率で混合したものである。ここで使用した発泡プラスチック資材は、従来技術の欄で言及した特許第２５７６０１０号公報に開示されている発泡プラスチックと同じものである。発泡プラスチック資材には、ピートモスと混合する前に実施例１と同じ方法で微生物を付着させる処理を施した。
【００２３】
（比較例２）
比較例２の生物脱臭用充填担体は、ピートモスとアルミナ系円筒状資材（非多孔性）とを、ピートモス１０に対してアルミナ系円筒状資材９０の体積比率で混合したものである。ここで使用したアルミナ系円筒状資材は、従来技術の欄で言及した特許第２６４８２７８号公報に開示されている合成樹脂製の円筒形状充填物とほぼ同形状のものを非多孔性のアルミナを用いて形成したものである。アルミナ系円筒状資材には、ピートモスと混合する前に実施例１と同じ方法で微生物を付着させる処理を施した。
【００２４】
（各実施例の性能評価）
図１の生物脱臭装置の担体層２に実施例１の充填担体を充填した装置を用いて、堆肥化施設から出る臭気ガスを処理した場合の性能試験結果を図２及び図３のグラフに示す。なお、図２及び図３の結果を得るための性能試験時における生物脱臭装置の運転条件は次の通りである。即ち、充填担体の体積を６ｍ3、担体層２の充填高さを１ｍ、通気速度ＬＶを０．０５３（ｍ／秒）、空間速度ＳＶを１９２（１／時間）、処理ガス量を１９．２（ｍ3／分）に設定し、更に散水に関しては、２時間毎に１０分間の間欠散水（即ちポンプＰを１０分間だけ駆動）を行った。
【００２５】
図２のグラフは、運転開始から約３ヶ月間にわたってアンモニアガスの濃度がどのように変化したかを示す。このグラフから分かるように、約３ヶ月にわたる連続運転によっても、装置の出口側のアンモニアガス濃度は１ｐｐｍ以下に抑制されており、優れたアンモニアガス分解性能を示した。
【００２６】
図３のグラフは、運転開始から約１０週間にわたって、循環水に含まれる測定対象成分（アンモニア、亜硝酸および硝酸）の濃度がどのように変化したかを示す。このグラフから、運転継続によりアンモニアが次第に亜硝酸を経て硝酸に変化していく様がうかがえる。つまり、無機多孔質体に付着したアンモニア酸化細菌・硝化菌が、ピートモス及び無機多孔質体に化学吸着したアンモニアや、ピートモス等に保持される水分に溶け込んだアンモニアを継続的に酸化することにより、ピートモス及び無機多孔質体へのアンモニア吸着等が飽和する事態を回避して持続的なアンモニア吸着（及び酸化処理）を可能としている。尚、アンモニア酸化によって生じた硝酸は、循環水に溶け込んで担体層２から下へ流れ落ちるので、ピートモス及び無機多孔質体において硝酸が高濃度化し、化学平衡論的にアンモニア酸化反応が抑制される心配はない。
【００２７】
図４のグラフは、各充填担体がどの程度の圧力損失を生じるかを測定した結果を示す。測定方法は、直径１０ｃｍの直立円筒状パイプに充填担体を１ｍの高さまで充填し、そのパイプの下端から０．０２〜０．２０（ｍ／秒）の速度でガスを流通させた場合のパイプの入口側（下端側）と出口側（上端側）との圧力差を測定するというものである。実施例１、実施例２および参考例（実施例１で使用した無機多孔質体のみで充填担体を構成したもの）の三つについて、この圧損測定を行った。
【００２８】
図４からわかるように、無機多孔質体の混合比が増えるほど圧力損失は減少傾向にあるので、通気性能という観点からは、無機多孔質体の混合比を増やすことが好ましいと言える。但し、実施例１（無機多孔質体７０体積％）でも、ガス流速０．１ｍ／秒の条件で圧力損失が２００ｍｍＨ2Ｏ以下のレベルをなんとか保持しており、現実の使用に耐え得るものである。従って、この実験結果から、ピートモスと無機多孔質体とを混合する場合の無機多孔質体の体積比率は７０体積％以上（換言すれば、ピートモスの体積比率は３０体積％以下）が好ましいと言える。なお、圧力損失の許容上限を２００ｍｍＨ2Ｏとしたのは、送風ファン４の能力及び電気代等の運転コストを考慮してのことである。
【００２９】
下記表１は、各充填担体についてのアンモニアガスの初期吸着性能を調べた結果を示す。この初期吸着試験は、直径１０ｃｍの直立円筒状パイプに充填担体を４リットル充填し、そのパイプの下端からアンモニアガス（濃度１０〜１２ｐｐｍ）を毎分４０リットルの速度で流通させた場合におけるパイプ出口（上端）でのアンモニアガス濃度（ｐｐｍ）を測定するというものである。実施例１、実施例２、実施例３および参考例（実施例１で使用した無機多孔質体のみで充填担体を構成したもの）の四つについて、この初期吸着試験を行った。表１には、通気開始から１時間後と１４日後の測定結果を示している。
【００３０】
【表１】
0003912775.tif 000002
【００３１】
表１からわかるように、実施例１、２及び３のいずれも、１時間後及び１４日後のアンモニアガス濃度が０〜１ｐｐｍという極めて優れたアンモニア吸着・分解性能を示した。他方、無機多孔質体のみで充填担体を構成した参考例については、１４日後のアンモニアガス濃度が０ｐｐｍという極めて優れた性能を示したが、通気開始から１時間後のアンモニアガス濃度が６ｐｐｍと比較的高く（即ち入口側のガス濃度に近く）、通気開始から最初のうちは、アンモニア吸着・分解性能が十分に発揮されないことがわかる。３つの実施例と参考例との対比から、充填担体中にピートモスを少なくとも５体積％以上混合しておくことで、アンモニアガスの初期吸着性能を大幅に改善することができる。
【００３２】
図５のグラフは、吸着性能の持続性を評価した結果を示す。この評価試験では、評価対象とした各担体（実施例２、比較例１および比較例２の三つ）を図１の生物脱臭装置の担体層２に充填して１ヶ月間使用した後、そのうちの１００ｍｌを直立したガラス製カラムに移し替えて充填した。そして、当該カラムの下端から５００ｐｐｍのアンモニアガスを毎分１リットルの速度で１０分間通気した際、カラム上端から排出されるガスのアンモニア濃度を測定して担体へのアンモニア吸着量（初回吸着量）を求めた。その後、カラムの下端を塞いだ状態でカラム中の担体に対して５ｍｌのイオン交換水を加え、２５℃で２４時間静置した後、カラム下端から余分な水分を排出させてから、初回と同様、当該カラムの下端から５００ｐｐｍのアンモニアガスを毎分１リットルの速度で１０分間通気した際、カラム上端から排出されるガスのアンモニア濃度を測定して担体へのアンモニア吸着量（２回目吸着量）を求めた。図５では、評価対象とした各担体の初回吸着量を１００とした場合における２回目吸着量の割合を棒グラフで表している。
【００３３】
図５のグラフからわかるように、実施例２の充填担体は、２４時間後の２回目の吸着試験でも初回吸着量とほとんど同じだけのアンモニアガスを吸着でき、アンモニアガス吸着性能の劣化はほとんどなかった。これに対し、比較例１及び２の充填担体は、２４時間後の２回目吸着量は初回吸着量の６０〜８０％程度に低下しており、アンモニアガス吸着性能の早期劣化がみられた。この結果から、ピートモスとの組合せ対象として、発泡プラスチック資材やアルミナ系円筒状資材よりも、無機多孔質体の方が有利であることがわかる。
【００３４】
図６のグラフは、実施例１〜３で使用した無機多孔質体と、比較例１で使用した発泡プラスチック資材と、比較例２で使用したアルミナ系円筒状資材の三種類の資材について、微生物の担持性能を評価した結果を示す。この評価試験ではまず、評価対象となる各資材１ｇを０．０１％の寒天水溶液に溶解し、超音波処理を３分間施すことで、各資材に付着している微生物を離脱させた。その後、その水溶液の一定量を０．２μｍのメンブランフィルタでろ過してから、フィルタ上に捕捉された微生物をＤＡＰＩ（４’，６−ジアミジノ−２−フェニルインドール二塩酸塩）で染色し、これを蛍光顕微鏡にて観察してフィルタ上の微生物数をカウントした。
【００３５】
図６のグラフからわかるように、実施例１〜３で使用した無機多孔質体への微生物付着数は、発泡プラスチック資材やアルミナ系円筒状資材よりも明らかに多い。つまり、無機多孔質体は微生物の担持性能という点においても、優れた特性を示した。このことは、充填担体に吸着したアンモニア成分の分解処理能力を大幅に高める一つの要因となる。
【００３６】
尚、実施例１、２及び３の充填担体を図１の生物脱臭装置の担体層２に充填して長期使用を試みたが、最初に充填したときの高さ（１ｍ）が時間の経過と共に次第に低くなるということはほとんどなかった。即ち、時間の経過と共に見掛けの体積が減少して担体層２が圧密化する事態は生じなかった。
【００３７】
以上説明したように、本発明に従う実施例１、２及び３の充填担体は、圧密化防止、通気性確保、圧力損失の増大回避、微生物の担持能力、脱臭処理能力の持続性のいずれの面でも、極めて優れた性能を示した。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の生物脱臭用充填担体によれば、当該充填担体を生物脱臭装置に充填した後の圧密化を防止して圧力損失の増大を回避することと、より多くの微生物を担持して脱臭性能を高めることとを両立させることができる。このため、この生物脱臭用充填担体を用いれば、生物脱臭装置の性能向上及び小型化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】生物脱臭装置の概略を示す図。
【図２】処理前後におけるガス中のアンモニア濃度の推移を示すグラフ。
【図３】循環水におけるアンモニア等の濃度の推移を示すグラフ。
【図４】圧力損失試験の結果を示すグラフ。
【図５】アンモニア吸着割合の比較結果を示す棒グラフ。
【図６】微生物のカウント数の比較結果を示す棒グラフ。
【符号の説明】
１…脱臭処理槽、２…担体層、３…散水槽、４…送風ファン、Ｐ…ポンプ。
【図１】
0003912775.tif 000003
【図２】
0003912775.tif 000004
【図３】
0003912775.tif 000005
【図４】
0003912775.tif 000006
【図５】
0003912775.tif 000007
【図６】
0003912775.tif 000008