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Project Brief

プロジェクト紹介

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231号目次Effect of biogas biological de-sulfurization

2

1 ――はじめに近年、乳牛ふん尿の処理・利用に

環境・資源循環プロジェクトにおけるバイオガスの微生物脱硫効果について
和田洋之

大原孝彦

石田哲也

WADA
Hiroyuki

OOHARA
Takahiko

ISHIDA
Tetsuya

株式会社ドーコン/
農業部/技師

大成建設株式会社/
札幌支店営業部/次長

独立行政法人 北海道開発土木研究所/
農業開発部 土壌保全
研究室/主任研究員

脱硫の方法には乾式脱硫（酸化鉄ある。変換後の硫黄分は消化液に■図 1 −別海施設の微生物脱硫設備の概要

脱硫）と微生物脱硫が現在広く採用混ざり、液肥として草地や畑地に施■表1―湿式ガスホルダ試験の設定空気量

関してバイオガスプラントが広まりつされている。乾式脱硫では、脱硫剤用されるので、硫黄資源は農地に還試験月日つある。その特徴は処理によってふの酸化鉄を定期的に交換しなけれ元され、再び作物に吸収される。しん尿の利用が容易になるだけでなばならず、交換費用が必要となる。

たがって、硫黄資源の循環が成立し、く、その過程で発生するバイオガス

また、飼料中の含硫アミノ酸に由来

環境保全的にも望ましい処理法と言を利用して再生可能なエネルギーをする硫化水素の硫黄分は、酸化鉄交える。しかし、その方法や効果が確

H15 12/25〜H16 1/20
1.20〜2.10
2.10〜3.27
3.27〜5.25
5.25〜6.21
6.21〜得られることである。

換の際に廃棄処分されると、硫黄資立されていない面があり、微生物脱源の循環利用が成立しない。

硫施設の全てが順調に稼働していしかしバイオガスは、腐食性を有るわけではない。

空気注入量（m3/時）
1.22.03.54.03.0■表2―担体式微生物脱硫試験装置の規格

空気注入率
（%）
2.2 %
3.7 %
6.5 %
7.4 %
5.5 %

部位・規格
型式
構造
外径寸法
担体充填部
付属機器

■表3―担体式微生物脱硫装置試験の設定空気量

内 容
垂直円筒型・鋼鉄製
上部：担体充填部（約1.5m3）
下部：消化液貯留部（約0.41m3）
φ1,355mm×H3,100mm（保温材含）クレオボ−ル充填：表面積100m2
消化液循環のポンプ
脱硫塔の温度保持（38℃）
ヒーター
750L/時 （150L/分、5分稼働/時）

試験月日
H15.11.29
H15.12.21
H16.3.12
H16.3.24
H16.3.31

バイオガス量m3/時間
2.00
2.00
2.00
2.00
2.00

空気注入量m3/時間
0.05
0.05
0.10
0.12
0.16

空気注入率
（%）
2.5
2.5
5.0
6.08.0※空気注入率=空気注入量/バイオガス量
バイオガス量を設計値1,300m3/日として算出

消化液循環量ガスプラント（別海資源循環試験施設、研究として行ったものである。本稿

化 液 表 面 に 発 生 する ス カム（ 約ではその概要を報告する。

110m2）であり、生息面積は約 460m2する硫化水素ガスを数千 ppm の濃

一方、微生物脱硫はバイオガスに度で含有するため、発電機やガスボ少量の空気を混入し、空気中の酸

独立行政法人北海道開発土木研以下別海施設）では、微生物脱硫とイラーで利用する場合には硫化水素素、ふん尿に含まれる有機物と硫黄究所が主体となって実施した「積雪乾式脱硫を直列に配置し、脱硫を実なお、本誌 215（H14 年 4 月）号のである。日平均ガス発生量を設計値をあらかじめ除去（脱硫）する必要酸化細菌を利用し、硫化水素を硫寒冷地における環境・資源循環プロ施している（写真 1）。しかし本施設同コーナーにおいても、バイオガスの 1300m3 とすると、硫黄酸化細菌のがある。

黄あるいは硫酸に変換する方法でジェクト」によって建設されたバイオでの微生物脱硫効果には不充分なプラントについての基本的な施設概生息場所面積当たりのガス処理量は時があったので、いくつかの微生物要などを紹介している。

2.8m3/（m2・日）となる。

脱硫に関する試験を実施している。
本試験は、株式会社ドーコン、大図 1 の①〜③の箇所でバイオガス
2 ――試験施設の微生物脱硫設備

成建設株式会社、独立行政法人北別海施設の微生物脱硫は、二次海道開発土木研究所の 3 社の共同発酵槽を兼ねた湿式ガスホルダ内において進行させる方式を採用している（図 1）。メタン発酵槽で発生したバイオガスはガス圧によって管■写真 1 −別海資源循環試験施設の全体写真

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■図 2 −担体式微生物脱硫装置の模式図を採取し、硫化水素濃度をガス検知管によって測定した。
3 ――調査・試験方法
微生物脱硫に関する試験として 2種類の試験を実施した。

路を通じて流下し、湿式ガスホル

1）湿式ガスホルダでの試験

ダの上部に貯留される。

試験当初、微生物脱硫の効果は微生物脱硫のための空気注入はほとんど得られなかった。その原因流下経路である管路の起点部で行を検討した結果、湿式ガスホルダでい、微生物脱硫は湿式ガスホルダのバイオガスの流入口と流出口の位内に生息する硫黄酸化細菌によっ置が近接しており、流入したバイオて行われる。具体的な生息場所は、ガスが微生物脱硫反応を充分に受湿式ガスホルダ内の側壁（約 90m2）、

け ず に 排 出され ることが 考 えられメンブレン膜の表面（約 260m2）、消た。そこで、H15 年 12 月25日にバイ
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オガスの流出口を流入口に対向する大である事が考えられた。そこで、

度とその間の濃度変化量の推移を位置へ移設した（図 1）。そして流出担体を用いたミニ試験装置を製作し

図 3 に示す。流出口の移設以前であ口移設後における最適な空気注入た。バイオガス処理量は約 50m3/日、る H15 年では、脱硫後の濃度が脱量を決定するために空気注入量を微生物の生息場所面積当たりのガス硫前を上回る事もあり、脱硫効果が段階的に変更する試験を行った（表処理量は 0.5m3（m/ 2・日）で湿式ガスほとんど発現していなかった。そこ1）。また同時に厳寒期（2 月上旬）かホルダの 18 ％のものである（図 2,表で前述したように流出口の移設を行ら湿式ガスホルダ内の消化液及び2）。別海施設の配管途中から試験

い、空気注入量を変更しながら、微外気の温度測定を行った。測定位装置にバイオガスを引き込み、注入生物脱硫の効果を観測した。流出置を図 1に示す。

空気量を段階的に変更して、微生物口移設後の観測結果について、図 4

脱硫効果の検証を行った（表3）。に脱硫率（脱硫による濃度低下量/脱2）担体式微生物脱硫装置での試験

硫前濃度）、空気注入率及び消化液

微生物脱硫効果が現れない原因の 1 つとして、湿式ガスホルダでの硫黄酸化細菌の生息場所面積当たりのガス処理量 2.8m3（m/ 2・日）が過4 ――調査結果及び考察
1）湿式ガスホルダによる試験
微生物脱硫前後での硫化水素濃■図 3 −微生物脱硫前後の硫化水素濃度とその変化量の推移■表4―担体式微生物脱硫の試験結果

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空気注入率（%）

H15.11.29

2.5

2400

2400

0.0

H15.12.21

2.52300

550

76.0

H16.3.125.0

2400

400

83.0

H16.3.24

6.0

2000

300

85.0

H16.3.31

8.0

2000

400

80.0

硫化水素濃度（ppm）
脱硫前
脱硫後脱硫率（%）■表5―脱硫経費の比較（千円/年）

項目
乾式脱硫剤交換
微生物脱硫電気代合計

乾式脱硫のみ6590−6590

微生物脱硫併用
1320
1701490■図 5 −空気注入率と微生物脱硫率の関係の日平均温度の推移を示す。
流出口の位置を変更してから約 1

ら 2.0m3/時に増加すると、微生物脱ぼ毎日、発酵槽から約37℃の消化液と、微生物脱硫を併用した場合につヶ月後、空気注入量を約 1.0m3/時か硫効果が認められるようになり、空が流入するため、外気温よりかなり高いて、脱硫費用の試算を行った（表

気注入量を約 3.5m 3 /時あるいは約温に維持されていると考えられる。

5）。

4.0m 3 /時に増加した 2 月中旬から 42）担体式微生物脱硫装置での試験

この試算には施設費を含まない

月中旬迄の間に脱硫率はさらに上昇

表 4 に担体式微生物脱硫装置によが、別海施設の湿式ガスホルダは微して約 50％に達し、その後低下した。

る試験結果を示す。稼働開始直後

生物脱硫の有無にかかわらず必要

この間の消化液の温度は上昇傾向である 1 回目の測定を除き、76 ％〜な施設であり、微生物脱硫のためににあり、脱硫率の上昇が空気注入量85 ％の高く安定した脱硫率が得られ必要とされるのは、空気注入装置での増加によるものか、あるいは湿式た。これは担体により、硫黄酸化細あり、これは高額な物ではない。しガスホルダでの温度の上昇によるも菌の生息場所面積当たりの日ガス処たがって、微生物脱硫を充分に機能のか明らかではない。他の試験の理量 0.5m3（m/ 2・日）が湿式ガスホルさせることが経済的にも重要と考え都合上、5 月25日〜 6 月21日までは空ダ 2.8m3（m/ 2・日）よりはるかに少なられる。

気注入を停止した。6 月22 日からい事や常時 38 ℃に維持されている3.0m3/時の空気注入を再開したとこ事が大きな要因であろう。80 ％以上

ろ、脱硫率はその後約 3 週間、50 〜の微生物脱硫率が得られた 5 〜 8 ％微生物脱硫法は、経済面、環境保80 ％の高率となり、その後やはり低の空気注入率が適正な割合である全面から非常に有効な脱硫法であ下した。7 月17日〜 23日にも空気注と考えられる。

る。別海施設で微生物脱硫に関す

5 ――おわりに入を停止し、その後、0.3 〜 0.6m3/時

3）経済性の試算

るいくつかの試験を行い、脱硫機能の空気注入を実施した時の脱硫率

別海施設の乾式脱硫塔は直列にを担う硫黄酸化細菌の生息活動条配置した 2 塔（脱硫塔 A 及び B）で構件を整備することが重要であること

このように空気注入率は微生物脱成されるが、1 塔当りの脱硫剤交換を改めて確認した。

硫に大きく影響することを改めて確費用は約 70 万円である。これに対今後もバイオガスプラントにおけ認するとともに、安定的な微生物脱し微生物脱硫のための運転経費は、る微生物脱硫の技術確立に向け、硫の確立が重要であると考えられ空気注入のための電気代として最大微力ながら貢献していきたいと考えた。図 5 に空気注入率と微生物脱硫で約 465 円/日（定格出力 2.2kW で 24ている。

率の関係を示す。本施設での空気時間稼働、8.8 円/kW）と試算される。

注入率は、約 6 ％が微生物脱硫に適

バ イオ ガ ス の 発 生 量 を 設 計 値 のした割合と考えられた。

1300m 3/日、発生直後の硫化水素濃は11〜25 ％と低率であった。

■図 4 −空気注入率、微生物脱硫率及び消化液温度の推移

試験月日

また外気温が約-10℃以下にもおよ度 を 2 4 0 0 p p m 、微 生 物 脱 硫 率 をぶ厳寒期においても、消化液の温度

8 0 ％ 、脱 硫 剤 の 飽 和 吸 収 量 係 数は20℃弱であった。湿式ガスホルダ（kg-硫化水素/kg-脱硫剤）
を0.15とし、は断熱材で被覆されていないが、ほ微生物脱硫装置を設置しない場合
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