JP2001070747A - 窒素化合物を含む排ガスの処理方法及び装置 - Google Patents
窒素化合物を含む排ガスの処理方法及び装置Info
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Abstract
て、多量の水を必要としない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。 【解決手段】 窒素化合物を含む排ガス1を通す循環散
水機構を有する微生物担体充填層2を有する排ガス処理
槽4、5と、該循環水を貯留する循環水貯槽9と、該循
環水を硝化する硝化機構と、該硝化水を還元して脱窒素
する脱窒素槽6とを有し、各槽を経路で接続した窒素化
合物を含む排ガスの処理装置としたものであり、前記循
環散水機構を有する微生物担体充填層は、直列に複数配
備され、最上流4の充填層2の循環散水機構に、前記循
環水9の循環経路を接続して、硝化水を得る前記硝化機
構を兼ねて構成することができる。
Description
り、特に分子内に窒素を含む揮発性有機化合物(VO
C)又はアンモニア等の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。
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。
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。
に、本発明では、微生物担体充填層に循環散水しつつ窒
素化合物を含む排ガスを通して処理する方法において、
前記生成したアンモニアを含有する循環水を硝化し、該
硝化水を還元して脱窒素し、循環使用することとしたも
のである。前記排ガスの処理方法において、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。
スを通す循環散水機構を有する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、
該循環水を硝化する硝化機構と、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、循環散水
機構を有する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散水機構に、前記循環水の循
環経路を接続して、硝化水を得る前記硝化機構とを兼ね
て構成することができる。さらに、硝化機構のために専
用の硝化槽を設けることにより、有機炭素負荷量0.8
kg−C/m3・日以上の条件下でも硝化水を得ること
が可能である。
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又はアンモニアを除去する方法に
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。
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。
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。
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。
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。
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1
0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。
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。
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、123m
g/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。
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。
例を示すフロー構成図。
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
Claims (4)
- 【請求項1】 微生物担体充填層に循環散水しつつ窒素
化合物を含む排ガスを通して処理する方法において、前
記生成したアンモニアを含有する循環水を硝化し、該硝
化水を還元して脱窒素し、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】 前記循環水の硝化は、該アンモニアが蓄
積した循環水を前記微生物担体充填層に散水して行うこ
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】 窒素化合物を含む排ガスを通す循環散水
機構を有する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、該循環水を硝化
する硝化機構と、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】 前記循環散水機構を有する微生物担体充
填層は、直列に複数配備され、最上流の充填層の循環散
水機構に、前記循環水の循環経路を接続して、硝化水を
得る前記硝化機構を構成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。
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