产综研开发可再利用的氨吸附剂,可用于猪舍除臭等

新技术 2019年02月06日
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日本产业技术综合研究所(简称”产综研“)与关东化学公司共同开发了可从大气中有效去除氨气的吸附剂和吸附装置,还将其实际应用于猪舍和家畜粪便的堆肥设施,验证了效果。

产综研开发可再利用的氨吸附剂,可用于猪舍除臭等

用于猪舍的氨气吸附装置的概要和除氨验证试验的结果

产综研为了回收利用既是有害物质同时也是有用物质的氨气,推进了吸附剂的研究开发。在这一过程中发现,常见颜料普鲁士蓝具有超过市售吸附剂的氨气吸附性能,是一种利用稀酸清洗后即可二次利用的吸附剂。普鲁士蓝能吸附人感觉不到的极低浓度(0.1ppmv以下)氨气,还有望应用于受极低浓度氨气影响的美术馆和加氢站等。随后,为了将这种吸附剂实际应用于社会,产综研展开了具体的研究,包括根据用途对材料进行优化和系统化、实施验证试验等。

产综研在实验室测量了粉末状吸附剂、在猪舍测量了粒状吸附剂的氨气吸附量,换算成含10ppmv氨气的25 ℃空气的理论处理量(L)进行了比较。1g粉末状吸附剂能处理的空气量为5,200L,而1g粒状吸附剂能处理的空气量为3,900L以上,确认粒状材料的吸附性能为粉末状材料的74%以上(图1)。粉状吸附剂的试验在实验室进行,空气中的氨气浓度为10ppmv,湿度为0%,粒状吸附剂的试验在福岛县的猪舍内进行,空气中存在妨碍氨气吸附的水蒸气等(氨气浓度为12ppmv,湿度为80%)。

产综研开发可再利用的氨吸附剂,可用于猪舍除臭等

图1:铜普鲁士蓝的粉末状材料和粒状材料的氨气吸附测试结果及粒状吸附剂的照片和结构示意图

吸附了氨气的粒状吸附剂利用稀酸清洗进行解吸后,可以继续作为氨气吸附剂重复利用。为验证反复进行氨气吸附和再生时的粒状吸附剂的耐久性,产综研反复实施从猪舍空气中吸附氨气,再利用稀酸进行清洗解吸这一过程,确认了清洗时的氨气解吸量的变化,发现最多可以重复使用30次。另外还确认,重复使用30次后,吸附剂的形状也没有明显破损,保持了能继续再生和再利用的强度。

产综研开发可再利用的氨吸附剂,可用于猪舍除臭等

图2:氨气吸附过滤器(a)及其中填充的铜普鲁士蓝粒状吸附剂的照片(b)、电子显微镜图像(c)、晶体结构(d)

产综研在宽50cm×高60cm×厚5cm并设置了孔状通气口的不锈钢箱体中放入该粒状吸附剂,作为氨气吸附过滤器使用(图2(a))。然后结合该氨气吸附过滤器和换气扇,制成了采用铜普鲁士蓝粒状吸附剂的氨气吸附装置。为验证新开发的吸附装置的效果,在猪舍中圈出长8m×宽6m×高2m的区域设置了新开发的氨气吸附装置,饲养了40头猪,测量了该区域内的氨气浓度(图3)。另外还圈出未设置氨气吸附装置的区域,与设置吸附装置的区域比较了氨气的浓度差异。未设置吸附装置的区域氨气浓度比较高,约达到30ppmv。而设置吸附装置的区域,氨气浓度基本低于5ppmv,表示臭味强度的指标——臭气强度相当于3.5,确认了恶臭去除效果(图4)。

产综研开发可再利用的氨吸附剂,可用于猪舍除臭等

图3:猪舍内设置的氨气吸附装置

产综研开发可再利用的氨吸附剂,可用于猪舍除臭等

图4:设置和未设置吸附装置时的氨气浓度变化比较

家畜粪便的堆肥设施中排放的废气之所以有恶臭也是因为含有氨气,其氨气浓度高达数百ppmv,比猪舍内高出一位数以上。而且由于堆肥设施排放的废气湿度较高(几乎100%),很难利用现有的氨吸附剂进行吸附。因此,产综研试着利用与猪舍内相同的装置并增加过滤器数量进行吸附,当废气中的氨气浓度为100ppmv时,使用一个过滤器也能将其降到40ppmv,使用3个过滤器基本能降到0ppmv(图5)。由此确认,此次开发的氨气吸附系统作为堆肥设施的除臭对策也非常有效。

产综研开发可再利用的氨吸附剂,可用于猪舍除臭等

图5:从堆肥设施的废气中去除氨气使用的吸附系统(上)和废气排放前后的氨气浓度(下)

文 JST客观日本编辑部

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