(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物担体充填層に循環水を散水しつつ窒素を含む揮発性有機化合物からなる窒素化合物を含む排ガスを通して処理する方法において、前記排ガス中の窒素化合物を充填層に担持した微生物によって分解して循環水中にアンモニアを蓄積し、該アンモニアが蓄積した循環水をｐＨ７．５〜６．５に調整して前記充填層に通して循環水中に含まれるアンモニア成分を硝化し、該硝化水を還元して脱窒素して循環使用することを特徴とする窒素化合物を含む排ガスの処理方法。
【請求項２】
前記微生物担体充填層は、２層以上を直列に配備し、最も排ガス流入口側の充填層を通過した循環水を硝化水として脱窒処理することを特徴とする請求項１記載の窒素化合物を含む排ガスの処理方法。
【請求項３】
窒素を含む揮発性有機化合物からなる窒素化合物を含む排ガスを通す循環水散水機構を備えた微生物担体充填層を有する排ガス処理槽と、該循環水を貯留する循環水貯槽と、該循環水のｐＨを調整するｐＨ調整槽と、ｐＨ調整した循環水を硝化するために前記充填層に散水する循環経路と、該硝化水を還元して脱窒素する脱窒素槽とを有し、各槽を経路で接続したことを特徴とする窒素化合物を含む排ガスの処理装置。
【請求項４】
前記循環水散水機構を備えた微生物担体充填層は、直列に複数配備され、最上流の充填層の循環水散水機構に、前記ｐＨ調整した循環水の硝化水を得るための循環経路を接続したことを特徴とする請求項３記載の窒素化合物を含む排ガスの処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技桁分野】
本発明は、排ガスの処理に係り、特に分子内に窒素を含む揮発性有機化合物（ＶＯＣ）からなる窒素化合物を含む排ガスを微生物担体充填層を通して処理する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学工場などで発生するＶＯＣのうち、分子内に窒素を含むもの（アクリロニトリル、ジメチルホルムアミドなど）を成分とする排ガス、及びし尿処理場、汚泥コンポスト化施設等で発生するアンモニアを含む排ガスを生物学的に処理することは、従来から知られた方法である。
この方法においては、処理にしたがって、装置内、特に散水のために用いる循環水のなかにアンモニアが蓄積する。アンモニアはｐＨを上昇させ、処理性能を低下させるだけでなく、それ自身が悪臭の原因となる。また、アンモニアは条件によって、主に硝酸に酸化されるが、これはｐＨを低下させ、やはり処理能力を低下させる。そのため、これら窒素成分を系外に排出させる必要がある。循環水を入れ替えれば、排出できるが、多量の水を必要とし、排水処理が必要となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑み、アンモニアを含む循環水を処理系内で処理して、多量の水を必要としない窒素を含む揮発性有機化合物からなる窒素化合物を含む排ガスの生物学的処理方法と装置を提供することを課題とする。
【０００４】
【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、微生物担体充填層に循環水を散水しつつ窒素を含む揮発性有機化合物からなる窒素化合物を含む排ガスを通して処理する方法において、前記排ガス中の窒素化合物を充填層に担持した微生物によって分解して循環水中にアンモニアを蓄積し、該アンモニアが蓄積した循環水をｐＨ７．５〜６．５に調整して前記充填層に通して循環水中に含まれるアンモニア成分を硝化し、該硝化水を還元して脱窒素して循環使用することを特徴とする窒素化合物を含む排ガスの処理方法としたものである。
前記排ガスの処理方法において、微生物担体充填層は、２層以上を直列に配備し、最も排ガス流入口側の充填層を通過した循環水を硝化水として脱窒処理することができる。
また、循環水の硝化は、該アンモニアが蓄積した循環水を、例えば、有機炭素負荷量０．８ｋｇ−Ｃ／ｍ3・日の条件下で、ｐＨ調整槽に導き、ｐＨ調整を行いながら前記微生物担体充填層に散水することによって、アンモニアを硝酸に酸化でき、前記循環水の微生物担体充填層への散水によって発生する排水のうち、最上流由来の排水を脱窒素槽に導くことによって、脱窒素を効果的に行うことができる。最上流由来の排水には、排ガス由来の有機炭素がもっとも多量に含まれているから、脱窒素の際に必要な有機炭素を供給する上で効率的であるということである。
【０００５】
また、本発明では、窒素を含む揮発性有機化合物からなる窒素化合物を含む排ガスを通す循環水散水機構を備えた微生物担体充填層を有する排ガス処理槽と、該循環水を貯留する循環水貯槽と、該循環水のｐＨを調整するｐＨ調整槽と、ｐＨ調整した循環水を硝化するために前記充填層に散水する循環経路と、該硝化水を還元して脱窒素する脱窒素槽とを有し、各槽を経路で接続したことを特徴とする窒素化合物を含む排ガスの処理装置としたものである。
前記排ガスの処理装置において、循環水散水機構を備えた微生物担体充填層は、直列に複数配備され、最上流の充填層の循環水散水機構に、前記ｐＨ調整した循環水の硝化水を得るための循環経路を接続することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を詳細に説明する。
本発明では、生物学的処理法を用いて排ガス中の窒素を含む揮発性有機化合物からなる窒素化合物を除去する方法において、微生物を保持する充填材を充填した充填層を備えた充填塔を処理槽として設け、前記充填材に微生物を保持させ、前記充填材に散水して湿潤状態に維持させながら排ガスを通気する。散水は、循環水貯槽の循環水を繰り返し汲み上げて、充填層上部から行い、散水排水を排水貯槽に戻して繰り返し散水する。
排ガスの処理に伴い、循環水中にはアンモニアが蓄積するが、これを硝酸に酸化（硝化）した後、還元状態で脱窒素する。このとき、アンモニアが溶解した循環水は高いｐＨを示すため、ｐＨが７．５以下になるように塩酸などの酸を用いて調整する。一方、硝化に伴って生成した硝酸はｐＨを低下させるため、水酸化ナトリウム等の塩基を用いて、ｐＨが６．５以上となるように調整する。
【０００７】
アンモニアの硝化は専用の生物反応槽（硝化槽）を設けて、その中で行わせることができるが、排ガスの生物学的処理装置では、充填層に散水することによって硝化反応を起こさせることができる。ただし、充填層容積当りの有機炭素負荷量を０．８ｋｇ−Ｃ／ｍ3・日以下とすることが望ましい。その値を超えると、充填層内において硝化反応が十分に行われず、循環水中にアンモニアが残留する。従って、その場合、充填層を大きくするか、あるいは硝化槽を設けることによって硝化反応を完結させる。
以上の様にして生成した硝酸を脱窒素反応（２ＮＯ3→Ｎ2＋３Ｏ2）によって系外に排出する。脱窒素反応は、酸素の侵入を防止した脱窒素槽を設け、その中で嫌気的に行わせる。脱窒素処理水は、脱窒素によって硝酸が失われて、ｐＨが上昇する。そこで、硝化によってｐＨが低下した循環水、あるいは塩酸などの酸を用いてｐＨを７．５以下に調整する。
【０００８】
脱窒素反応には、硝酸性窒素１モルに対して、３モルの有機性炭素が必要である。この割合が十分であるか否かは、脱窒素槽流入水中の硝酸性窒素濃度及びＴＯＣ濃度を測定することで確認できる。
処理対象の有機物分子内に窒素を含有する場合、あるいは窒素成分を含む有機物と含まない有機物が共存する場合、有機炭素を脱窒素のために効果的に利用するため、充填層を２つ以上に区切り、最も排ガス流入口側の充填層を通過した散水排水を脱窒素槽に流入させ、散水排水中の有機物をできるだけ多く脱窒素槽に流入させる。また、排ガス流入口側の散水量を、下流側の散水量より低くすることによって、脱窒素槽に流入する有機炭素濃度を高くすることができ、有機炭素の脱窒素への利用率を向上できる。
それでも、有機炭素が不足する場合、及び処理対象ガス中に有機炭素が含まれていない場合には、メタノール等の有機物を脱窒素槽に添加することによって、脱窒素反応を行わせる。
【０００９】
【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
実験は、図１に示す装置を用いて行い、分子内に窒素を含む揮発性有機化合物であるアクリロニトリルを含む模擬排ガスを長期間、連続的に処理した。その際、生物処理に伴って生成し、循環水に溶解したアンモニアを生物学的に硝化・脱窒素することによって取り除くことにより、循環水へのアンモニアの蓄積を防止し、低い水使用量で処理できる方法を確立した。
図１の装置は、生物担体充填層２を有する排ガス処理槽４と５、ｐＨ調整槽７、汚泥沈殿槽８、循環水貯槽９及び脱窒素槽６で構成した。
【００１０】
生物担体充填層には、発泡性ポリプロピレン製担体を１ｍの高さに充填し、該充填した処理槽を２台直列４と５に連結し、流入口側から第１槽４と第２槽５とした。充填層には、ＶＯＣ分解微生物接種源として工場排水処理場の活性汚泥液を添加した。散水は連続的に行った。一方、アクリロニトリル含有模擬排ガス１は、市販のアクリロニトリルに窒素ガスをばっ気して、アクリロニトリル含有ガスを発生させ、コンプレッサーで供給し、ほぼ飽和の水蒸気を添加した空気と混合して、約２００ｐｐｍに調製した。
このガス１を充填層上部から空塔速度５０ｈ  （６Ｌ／ｍｉｎ）の流速で供給した。
流入ガス１及び処理ガス３を採取し、アクリロニトリル濃度をガスクロマトグラフで分析し、除去性能を明らかにした。
【００１１】
第１槽４の散水は、流量６０ｍｌ／ｍｉｎで散水排水貯槽９から汲み上げて散水した。第１槽４の散水排水を全量、脱窒素槽６（容量１５Ｌ）に供給した。その下流にｐＨ調整槽７を設け、その下流に汚泥沈殿槽８を設け、流量５ｍｌ／ｍｉｎで汚泥を脱窒素槽６に返送した。沈殿池下流に循環水貯槽を設けた。第２槽５の散水は、循環水貯槽９から流量１５０ｍｌ／ｍｉｎで汲み上げ、排水はｐＨ調整槽７に流入させた。
また、ｐＨ調整槽７では、ｐＨを６．５から７．５に保つため、ｐＨをｐＨセンサー１２でモニターし、その結果に基づいて、水酸化ナトリウム水溶液又は塩酸水溶液１３を添加した。さらに、補給水１０を供給した。補給水１０は水道水にりん酸水素ニカリウム１５ｍｇ／Ｌ、硫酸第一鉄５．４ｍｇ／Ｌ及び酵素エキス２ｍｇ／Ｌを添加して調製した。
循環水貯槽９からオーバーフローした水１１を排水として採取し、硝酸性窒素及びアンモニア性窒素濃度を測定した。
【００１２】
表１に実験を行った４条件を示す。
【表１】
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【００１３】
表１の４条件下での排ガス中のアクリロニトリル除去性能及び排水中のアンモニア性窒素、及び硝酸性窒素濃度を明らかにした試験の結果を、表２に示す。
【表２】
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【００１４】
上記の結果から、脱窒素を行わないと条件３及び条体４の様に排水中にアンモニア性窒素が蓄積した。さらに、補給水量を低減すると除去性能も低下した。一方、ｐＨ調整及び脱窒素槽への通水を行って、硝化及び脱窒素を行うと、アンモニア性窒素が低下し、高いアクリロニトリル除去率が得られた。また、硝酸性窒素濃度が上昇し、低い補給水量の条件下では、１２３ｍｇ／Ｌに達した。
そこで、脱窒素槽６に濃度１０ｇ／Ｌのメタノール溶液１４を流速２０ｍｌ／ｄで添加した。その結果、硝酸性窒素の濃度は９ｍｇ／Ｌに低下した。このことから、脱窒素反応のための有機炭素が不足していた場合、他の有機物を添加することによって、脱窒素反応を起こさせることができた。
【００１５】
【発明の効果】
以上の方法に従って、窒素を含む揮発性有機化合物からなる窒素化合物を含む排ガスを処理すると、循環水中へのアンモニアの蓄積を防止できる。従って、水の使用量を大幅に低減でき、アンモニアによる処理能力の低下及び処理ガス等へのアンモニアガスの発生による二次的な悪臭の発生も防止できる。
排ガスの生物学的処理装置では、充填層が硝化槽として利用できるので、排水処理で必要とされる硝化槽が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排ガスの処理方法を実施するための一例を示すフロー構成図。
【符号の説明】
１：排ガス、２：充填層、３：処理ガス、４：第１排ガス処理槽、５：第２排ガス処理槽、６：脱窒素槽、７：ｐＨ調整槽、８：汚泥沈殿槽、９：循環水貯槽、１０：補給水、１１：排水、１２：ｐＨセンサー、１３：水酸化ナトリウム水又は塩酸水溶液、１４：メタノール水溶液
【図１】
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