(57)【要約】【課題】生物反応槽での硫化水素除去が高効率で行え、しかも生物反応槽からの排エアーに硫化水素が揮散することがない排ガス処理方法を提供する。【解決手段】臭気成分を含む排ガスを吸収塔１３に導入し、吸収塔１３の吸収層３４で排ガスと吸収液を接触させて臭気成分を吸収液に吸収させた後、その浄化後の排ガスを吸収塔１３から排気し、吸収塔１３で臭気成分を吸収した吸収液を生物反応槽１２に導入し、その生物反応槽１２で、酸素を含む気体を吹き込んで、液中の臭気成分等を微生物によって酸化分解し、その反応後の気体を生物反応槽１２から排気すると共に生物反応槽１２の液ｌを吸収液として吸収塔１２に循環する排ガス処理方法において、生物反応槽１２内を曝気以外の撹拌装置１７で撹拌し、生物反応槽１２内の液の溶存酸素濃度が、０．１〜１．０ｍｇ／Ｌとなるように酸素を含む気体を吹き込むものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
臭気成分を含む排ガスを吸収塔に導入し、吸収塔の吸収層で排ガスと吸収液を接触させて臭気成分を吸収液に吸収させた後、その浄化後の排ガスを吸収塔から排気し、吸収塔で臭気成分を吸収した吸収液を生物反応槽に導入し、その生物反応槽で、酸素を含む気体を吹き込んで、液中の臭気成分等を微生物によって酸化分解し、その反応後の気体を生物反応槽から排気すると共に生物反応槽の液を吸収液として吸収塔に循環する排ガス処理方法において、生物反応槽内を曝気以外の撹拌手段で撹拌し、生物反応槽内の液の溶存酸素濃度が、０．１〜１．０ｍｇ／Ｌとなるように酸素を含む気体を吹き込むことを特徴とする排ガス処理方法。
【請求項２】
臭気成分等を含む排ガスを吸収塔に導入し、吸収塔の吸収層で排ガスと吸収液を接触させて臭気成分を吸収液に吸収させた後、その浄化後の排ガスを吸収塔から排気し、吸収塔で臭気成分を吸収した吸収液を生物反応槽に導入し、その生物反応槽で、酸素を含む気体を吹き込んで、液中の臭気成分を微生物によって酸化分解し、その反応後の気体を生物反応槽から排気すると共に生物反応槽の液を吸収液として吸収塔に循環する排ガス処理方法において、生物反応槽に曝気以外の撹拌手段で撹拌し、生物反応槽から排気される排エアーの酸素濃度が、０．５％〜１８％となるように酸素を含む気体を吹き込むことを特徴とする排ガス処理方法。
【請求項３】
排ガス中の臭気成分が、硫化水素などの硫黄化合物であり、生物反応槽内で働く微生物が硫黄酸化細菌である請求項１又は２に記載の排ガス処理方法。
【請求項４】
撹拌手段が、機械式撹拌装置からなる請求項１又は２に記載の排ガス処理方法。
【請求項５】
撹拌手段が、吸収塔で臭気成分を吸収した吸収液を生物反応槽に導入する際の水流で撹拌するように構成した請求項１又は２に記載の排ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン発酵槽からのバイオガス等、硫化水素等の臭気成分を含む排ガスの浄化方法に係り、特に排ガス中の臭気成分を微生物にて高効率で除去できる排ガス処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
メタン発酵槽からのバイオガスや硫化水素等の臭気成分等を含む排ガスの浄化方法には、アルカリなど薬液に吸収させる方法、活性炭などに吸着させる方法のほか、近年、微生物により浄化する方法が用いられている。例えば、硫化水素は人体に有毒であり、強い臭気があり、腐食性もある。そこで、排ガスを大気放散したり、バイオガスをボイラなどで有効利用する場合には、事前に除去する必要がある。硫化水素を微生物で除去しようとする技術として、生物脱臭（非特許文献１）、生物脱硫（非特許文献２）などが用いられている。
【０００３】
また、一般に微生物は水中で効率よく働くので、硫化水素除去の主要な機構は、（１）硫化水素の水への溶解、（２）水に溶解した硫化水素または溶存硫化物の微生物による分解の二つのステップを経るものであり、そのため（１）と（２）の工程を分けて各々の効率化を図る方法（非特許文献３、特許文献１）も提唱されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第３８９０８０４号公報
【特許文献２】特表平８−５０６２７１号公報
【非特許文献１】建設省都市局下水道部監修「下水道施設計画・設計指針と解説（後編）」、１９９４年版、社団法人日本下水道協会、平成６年１１月２５日発行、Ｐ７１８
【非特許文献２】環境浄化技術、Ｖｏｌ５，Ｎｏ．１１、みんなで止めよう温暖化、増田利志久  外１名、「生物脱硫装置」２００７，１１、ｐ５２−５３
【非特許文献３】Cameron Cline et al. ‘BIOLOGICAL PROCESS FOR H2S REMOVAL FROM GAS STREAMS THE SHELL-PAQUES/THIOPAQ GAS DESULFURIZATION PROCESS' Paper for the LRGCC,23-26,February 2003,USA,p1-6
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの従来技術は、確かに維持管理費の低減が期待されるものであったが、非特許文献２では硫化水素の除去率が９０％前後に留まっている。これは脱硫塔で微生物による硫化水素の酸化を行わせるためになるべく多くの酸素を供給しなければならないのに浄化ガスに残留する酸素はできるだけ少なくしたいという相反する条件が求められるためであろう（非特許文献の第１図参照）。
【０００６】
また、この技術は、排ガス（原料バイオガス）に空気を吹き込む（非特許文献の第１図参照）ので、なんらかのトラブルによって排ガスの供給が停止した条件で空気が吹き込まれると、排ガス中のメタンと空気中の酸素のバランスによって爆発の危険が生じるというリスクが生じる。
【０００７】
一方、非特許文献３では、吸収塔と生物反応槽が分かれているため、上記の相反する条件を求める必要がなく、硫化水素除去率は９９％以上が報告されている。
【０００８】
しかし、生物反応槽から排出されるエアーの後処理（ｂｉｏｐｏｌｉｓｈｅｒ）が必要である。これは生物反応槽で微生物反応を効率よく行わせるため曝気により撹拌する方式が採用されており（特許文献２）、撹拌を維持するため必要以上の酸素を供給しなければならない場合があるためである。必要以上の酸素を供給することによって、吸収塔からの液に溶存している硫化水素が微生物に酸化されるのでなく、空気中に揮散する量が増える。それが生物反応槽からの排エアーとして排出され、後処理が必要となるわけである。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、生物反応槽での硫化水素除去が高効率で行え、しかも生物反応槽からの排エアーに硫化水素が揮散することがない排ガス処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、臭気成分を含む排ガスを吸収塔に導入し、吸収塔の吸収層で排ガスと吸収液を接触させて臭気成分を吸収液に吸収させた後、その浄化後の排ガスを吸収塔から排気し、吸収塔で臭気成分を吸収した吸収液を生物反応槽に導入し、その生物反応槽で、酸素を含む気体を吹き込んで、液中の臭気成分等を微生物によって酸化分解し、その反応後の気体を生物反応槽から排気すると共に生物反応槽の液を吸収液として吸収塔に循環する排ガス処理方法において、生物反応槽内を曝気以外の撹拌手段で撹拌し、生物反応槽内の液の溶存酸素濃度が０．１〜１．０ｍｇ／Ｌとなるように酸素を含む気体を吹き込むことを特徴とする排ガス処理方法である。
【００１１】
請求項２の発明は、臭気成分を含む排ガスを吸収塔に導入し、吸収塔の吸収層で排ガスと吸収液を接触させて臭気成分を吸収液に吸収させた後、その浄化後の排ガスを吸収塔から排気し、吸収塔で臭気成分を吸収した吸収液を生物反応槽に導入し、その生物反応槽で、酸素を含む気体を吹き込んで、液中の臭気成分を微生物によって酸化分解し、その反応後の気体を生物反応槽から排気すると共に生物反応槽の液を吸収液として吸収塔に循環する排ガス処理方法において、生物反応槽内を曝気以外の撹拌手段で撹拌し、生物反応槽から排気される排エアーの酸素濃度が０．５％〜１８％となるように酸素を含む気体を吹き込むことを特徴とする排ガス処理方法である。
【００１２】
請求項３の発明は、排ガス中の臭気成分が、硫化水素などの硫黄化合物であり、生物反応槽内で働く微生物が硫黄酸化細菌である請求項１又は２に記載の排ガス処理方法である。
【００１３】
請求項４の発明は、撹拌手段が、機械式撹拌装置からなる請求項１又は２に記載の排ガス処理方法である。
【００１４】
請求項５の発明は、撹拌手段が、吸収塔で臭気成分を吸収した吸収液を生物反応槽に導入する際の水流で撹拌するように構成した請求項１又は２に記載の排ガス処理方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、生物反応槽に曝気以外の撹拌装置を設けたため、撹拌不良を気にせず曝気量を抑制でき、その結果、曝気によって生物反応槽から揮散する硫化水素等の量を最小にコントロールすることができる。また生物反応槽内の溶存酸素か、生物反応槽からの排エアーの酸素を、モニタすることによって最適な曝気量を決めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１は、本発明の排ガス処理方法を実施する装置を示したものである。
【００１８】
図１において、断面円形乃至四角形の縦型筒状の本体１０の中央部が仕切り板１１にて仕切られて、下部に生物反応槽１２が形成され、上部に吸収塔１３が形成される。
【００１９】
生物反応槽１２は密閉槽で、内側に微生物（硫黄酸化細菌等）が入った液ｌが貯留されるようになっている。生物反応槽１２の底部付近には散気装置１４が設置され、散気装置１４には本体１０外のブロワ１５から送気管１６を経て空気（酸素含有ガス）が供給される。
【００２０】
生物反応槽１２には、撹拌装置１７が設けられる。撹拌装置１７は、生物反応槽１２に形成した傾斜筒１９の外側にモータ１８ａが設けられ、撹拌軸１８ｂが傾斜筒１９に形成した孔１９ａを貫通して挿入され、その撹拌軸１８ｂの先端に羽根１８ｃが設けられて構成される。
【００２１】
生物反応槽１２には、液ｌのｐＨを検出するｐＨ電極２０と、液ｌの溶存酸素濃度を検出するＤＯ電極２３とが、生物反応槽１２に形成した傾斜筒２１を通して、液ｌに浸るように設けられる。ｐＨ電極２０とＤＯ電極２３とは、傾斜筒２１の孔を経由して設置されている。ｐＨ電極２０は、ｐＨ計２２に、ＤＯ電極２３は酸素濃度計２５に接続されている。
【００２２】
生物反応槽１２の傾斜筒２１には、中和剤の注入口２６が形成され、中和剤槽２７から薬注ポンプ２８によって中和剤配管２９が注入口２６を経由して生物反応槽１２内に臨み、その中和剤配管２９から生物反応槽１２内の液ｌに、苛性ソーダ等の強アルカリからなる中和剤が注入される。
【００２３】
生物反応槽１２の上部の水面上には、排エアーライン３０が接続され、その排エアーライン３０に排気ファン４２が接続される。
【００２４】
生物反応槽１２には、循環ライン３１が接続され、その循環ライン３１に循環ポンプ３２が接続され、生物反応槽１２の液が吸収塔１３に送られ循環される。
【００２５】
吸収塔１３は密閉槽で、上部には、循環ライン３１に接続したデストリビュータ３３が設置され、循環ライン３１からの液が散水され、吸収塔１３の底部の仕切り板１１上に少量の液を貯留する液溜め部３６が形成される。液溜め部３６の上方にはスクリーンなどの支持体３５が設けられ、その支持体３５上に適当な空隙率（５０％以上の）を有する充填材が設けられて吸収層３４が形成される。
【００２６】
吸収層３４と液溜め部３６間の吸収塔１３の側面には、排ガスライン３７が接続され、吸収塔１３の上部には、浄化ガスライン３９が接続される。
【００２７】
吸収塔１３の液溜め部３６には、液溜め部３６の液を生物反応槽１２に戻す吸収液循環ライン４０が接続される。この吸収液循環ライン４０は、先端が液溜め部３６の水面下に開口した水封部４０ａから吸収塔１３の側壁を貫通する形で設置され、途中のサイフォンブレーカ４０ｂを経て、生物反応槽１２に至り、その側壁に開口している。また、生物反応槽１２の下部にはドレンライン４１が接続される。
【００２８】
次に、図１の排ガス処理装置における排ガス処理方法を説明する。
【００２９】
処理対象の排ガスは、排ガスライン３７から吸収塔１３に入り、吸収層３４を上昇流で流れて、浄化ガスライン３９を経て排出される。この間、排ガス中に含有される硫化水素などの臭気成分等が、デストリビュータ３３から散水され吸収層３４を流下する液に吸収されて、浄化されたガスとなる。
【００３０】
臭気成分等を吸収した液は、液溜め部３６に溜まり、液溜め部３６から吸収液循環ライン４０にて生物反応槽１２に流入する。吸収液は、吸収液循環ライン４０の水封部４０ａから排ガスと混ざらないように導入され、サイフォンブレーカ４０ｂにて、重力にて生物反応槽１２に流入される。
【００３１】
生物反応槽１２では、下部から散気装置１４によって空気（酸素含有ガス）が供給され、硫黄酸化細菌などの微生物（最初は活性汚泥などの植種があった方がよいが、あとは自然に増殖してくる）の作用で、硫化水素などが酸化分解される。微生物による処理を受けた液ｌは、硫化水素などが除かれて、循環ライン３１を経由して、吸収塔１３の散水用の液として再度循環される。
【００３２】
生物反応槽１２にはｐＨ電極２０が設置され、ｐＨが不適切な範囲まで変化した場合には、中和剤貯槽２７から中和剤が注入される。供給された空気は、排エアーライン３０から排気されるが、ここに揮散された硫化水素などが含まれていれば、排エアーライン３０の後段に脱臭装置（図示せず）を設けてさらに浄化する。
【００３３】
次に、本発明の作用を説明する。
【００３４】
生物反応槽１２には、撹拌装置１７（撹拌軸１８ｂおよび羽根１８ａ）によって適度な撹拌が為されており、空気の供給量が低下しても充分な撹拌が維持されるようになっている。
【００３５】
生物反応槽１２にＤＯ電極２３を設置して溶存酸素をモニタする。溶存酸素が設定値以上になればブロワ１５のインバータ制御あるいは送気管１６の途中に設けた電磁弁あるいは電動弁（図示せず）の制御によって空気の供給を抑制し、溶存酸素が設定値以下になれば空気の供給を増やす。制御は手動制御でも自動制御でもよい。設定値は、０．１ｍｇ／Ｌ〜１．０ｍｇ／Ｌの範囲で決める。
また生物反応槽１２の液ｌをｐＨ電極２０で検出し、その液ｌのｐＨが７〜９となるように薬注ポンプ２８を駆動して苛性ソーダ（２０〜７０％ＮａＯＨ液）を中和剤配管２９から生物反応槽１２に供給し、微生物による臭気成分の酸化分解反応が阻害されないようにする。
【００３６】
なお生物反応槽１２に機器類を設置することによって、撹拌装置用の孔１９ａ、ｐＨ電極２０の孔２１ａ、ＤＯ電極２３の孔２１ｂなどにおいて、生物反応槽１２の気相部が外気と接触する可能性が出てくる。その際、生物反応槽１２の気相部に揮散した硫化水素などが外部に拡散する可能性が生じる。そこで、排エアーライン３０の後段に脱臭装置（図示せず）を設け、排気ファン４２で、空気供給量以上の吸引を行うことによって、気相部を負圧とし、硫化水素などはすべて脱臭処理できるようにする。
【００３７】
このように本発明は、生物反応槽１２に曝気以外の撹拌装置１７を設けることで、撹拌不良を気にせず曝気量を抑制できる。すなわち、従来の曝気による撹拌では、気泡の流れと水の流れが同方向であるが、撹拌装置１７による撹拌方式にすることにより、気泡の流れと水の流れの方向が異なるため、より乱流となりやすく、微生物と対象物質との接触効率がよくなることが期待できる。この結果、曝気によって生物反応槽１２から揮散する硫化水素等の量を最小にコントロールすることができる。この際、溶存酸素（或いは後述する排エアーの酸素）を、モニタすることによって最適な曝気量を決めることができる。
【００３８】
この効果を確認するため、生物反応槽を模擬した実験装置を用いて試験を行った。即ち、容量６００ｍＬの撹拌装置（マグネティックスターラ）を設けた反応槽に少量の空気を供給しつつ、硫化水素を供給していった。そして、反応槽内の溶存硫化物と反応槽から排出される排エアー中の硫化水素濃度をモニタした結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１の結果、適切な撹拌さえ維持されていれば、空気供給量を抑制し溶存酸素を低下させることは硫化水素除去に悪影響がないばかりか、排エアー中への微量の硫化水素の揮散を防止する効果があることがわかった。
【００４１】
すなわち、硫化水素負荷を１０．１ｍｇＳ／ｈとし、空気供給量を１．１Ｌ／ｈから１２．６Ｌ／ｈまで増加させ、その間の溶存酸素濃度（ｍｇ／Ｌ）を測定した結果、撹拌が十分に行われていれば、空気供給量（１．１Ｌ／ｈ）が少なく、溶存酸素が０．１ｍｇ／Ｌでも反応槽内の溶存硫化物はゼロであり、空気供給量を多くする（１２．６Ｌ／ｈ）と排エアー中に硫化水素が揮散する。よって溶存酸素は、０．１ｍｇ／Ｌ〜１．０ｍｇ／Ｌの範囲であれば排エアー中に硫化水素が揮散しないことが判った。
【００４２】
特に、硫化水素負荷３３．２ｍｇ／ｈに上昇させた場合でも、溶存酸素濃度を１．０ｍｇ／Ｌ以下の０．１〜０．３ｍｇ／Ｌの溶存酸素となるように空気を供給することで、反応槽内の溶存硫化物はゼロであり、排エアー中への硫化水素の揮散もない。
【００４３】
この結果は、
３３．２×２４／６００＝１．３ｋｇＳ／ｍ３／ｄ
の硫化水素負荷で、１００％の除去率を達成したことを意味し、高性能の結果を示すものである。
【００４４】
図２は、本発明の他の実施の形態を示したものである。
【００４５】
図１の実施の形態においては、生物反応槽１２内の液ｌの溶存酸素濃度を、ＤＯ電極２３で検出すべく、ＤＯ電極２３を液面に位置するよう設けて測定する例で説明したが、本実施の形態では、酸素電極１３ａを排エアーライン３０の途中に設置したものである。
【００４６】
この実施の形態においては、生物反応槽１２からの排エアーライン３０に排気される排エアー中の酸素を酸素電極２３ａでモニタすることで、酸素が設定値以上になれば空気の供給をブロワ１５のインバータ制御あるいは送気管１６の途中に設けた電磁弁あるいは電動弁（図示せず）の制御によって酸素供給を抑制し、酸素が設定値以下になれば空気の供給を増やす。制御は手動制御でも自動制御でもよい。
【００４７】
この酸素濃度の設定値は、０．５％〜１８％の範囲となるようにし、これにより、生物反応槽１２内の液ｌの溶存酸素濃度を、０．１〜１．０ｍｇ／Ｌにすることができる。
【００４８】
図３（ａ）、図３（ｂ）は、本発明のさらに他の実施の形態を示したものである。
【００４９】
本実施の形態においては、図１の実施の形態で説明した機械式撹拌装置１７を用いずに吸収液循環ライン４０から生物反応槽１２に戻される液の水流で生物反応槽１２内の液ｌを撹拌できるようにしたものである。
【００５０】
すなわち、図３（ｂ）に示すように生物反応槽１２に接続する吸収液循環ライン４０の接続部４０ｃを、生物反応槽１２に対して接線方向となるように接続し、液溜め部３６の液を吸収液循環ライン４０の接続部４０ｃを介して生物反応槽１２の内周壁に接線方向に流すことでサイクロンの原理で生物反応槽１２内の液ｌを撹拌させるようにしたものである。
【００５１】
図４（ａ）、図４（ｂ）は、本発明のさらに他の実施の形態を示したものである。
【００５２】
この例は、生物反応槽１２の撹拌機構は図３と同様に吸収液循環ライン４０からの水流で撹拌できるようになし、また生物反応槽１２の液ｌのｐＨをｐＨ電極２０で検出してそのｐＨが７〜９となるように中和剤を注入する代わりに、生物反応槽１２に形成した傾斜筒２１に、重曹や炭酸カルシウムなどの弱アルカリのペレットを収納した中和剤容器４３を設け、この中和剤容器４３の弱アルカリ性にて生物反応槽１２の液ｌのｐＨを８強程度にコントロールするようにしたものである。中和剤容器４３は、網目状とし、重曹や炭酸カルシウムなどの弱アルカリが液ｌに適宜自然に溶解できるようにする。
【００５３】
この実施の形態においては、撹拌機構は吸収液循環ライン４０からの水流で撹拌し、また中和は中和剤容器４４に収容した弱アルカリで中和するため、ｐＨ電極や薬注ポンプが不要となり、装置コストを下げることができる。
【００５４】
このように本発明においては、生物反応槽１２への酸素含有気体の吹き込みを極力少なくし、溶存酸素濃度が０．１〜１．０ｍｇ／Ｌの範囲にしながら適切な撹拌を行えば硫化水素除去に悪影響がないばかりか、排エアー中への硫化水素の揮散を防止できるものである。
【００５５】
生物反応槽１２の液ｌの撹拌としては、図１、図２に示した機械式撹拌装置１７や図３、図４に示した吸収液循環ライン４０からの水流で撹拌する例で説明したが、この他の曝気以外の撹拌機構として、例えば循環ライン３１で生物反応槽１２の液ｌを吸収塔１３に循環する液の一部を生物反応槽１２に戻すようにして、その水流で撹拌するように構成してもよい、すなわち循環ポンプ３２の吐出側の循環ライン３１に戻しラインを接続し、図３（ｂ）で説明したように戻しラインを生物反応槽１２に対して接線方向に接続することで、撹拌することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す図である。
【図３】本発明のさらに他の実施の形態を示す図である。
【図４】本発明のさらに他の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１２  生物反応槽
１３  吸収塔
１７  撹拌装置
３４  吸収層
ｌ  液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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