JP2004008913A

JP2004008913A - 汚水からの窒素回収方法

Info

Publication number: JP2004008913A
Application number: JP2002165313A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Hotta; 堀田　英一; Isamu Nojima; 野島　勇
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】燃料費や電力費、薬剤費などのコスト低減を図りつつも、アンモニア性窒素の気散量の低下を防止することができるとともに、スケールの付着を防止することができる汚水からの窒素回収方法を提供する。
【解決手段】アンモニア性窒素を含有する汚水を曝気処理することにより、汚水中のアンモニア性窒素を気散させて回収する窒素回収方法である。上記曝気処理の前に、汚水に界面活性剤または廃食用油の少なくともいずれか一方を添加することを特徴とする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンモニア性窒素を含有する種々の汚水からアンモニア性窒素を気散させて回収する窒素回収方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
汚水等に含まれる窒素成分は、従来、一部回収されることもあったが、規模、コストおよび需要確保などの面から、その大部分は汚水から生物学的に除去された後、窒素ガスとして大気に放出されていた。
しかし昨今、資源循環型社会の形成が叫ばれる中、汚水から窒素成分を回収して、肥料などに用いる技術が注目されている。
【０００３】
汚水からアンモニア性窒素を回収する方法のひとつとして、アンモニアストリッピング法が知られている。この方法は、汚水中に遊離しているアンモニア性窒素の溶解度を低下させることにより、汚水中のアンモニア性窒素を気散させる方法である。具体的に、上記溶解度を低下させる因子としては、汚水のｐＨ、温度、曝気強度、気散段数（気散塔内の区切室数）等が挙げられる。このアンモニアストリッピング法においては、温度、ｐＨ、曝気強度、気散段数の条件が高くなるのに比例して、アンモニア性窒素の気散（除去）率も高くなることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記アンモニアストリッピング法においては、アンモニア性窒素の気散率を高くすると、▲１▼汚水の温度を上げる必要があるため燃料費または電力費がかかる、▲２▼多量のアルカリ剤や消泡剤等を使用するため薬剤費が嵩む、▲３▼激しい発泡により曝気風量を増やせなくなるため、単位時間あたりの気散量が低下する、▲４▼ストリッピング（窒素気散）槽内壁等にスケールが大量に付着する等の問題点があった。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、燃料費や電力費、薬剤費などのコスト低減を図りつつも、アンモニア性窒素の気散量の低下を防止することができるとともに、スケールの付着を防止することができる汚水からの窒素回収方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、アンモニア性窒素を含有する汚水を曝気処理することにより、上記汚水中のアンモニア性窒素を気散させて回収する窒素回収方法において、上記曝気処理の前に、上記汚水に界面活性剤または廃食用油の少なくともいずれか一方を添加することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、気散した上記アンモニア性窒素の一部を上記汚水の曝気用ガスとして循環利用することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の界面活性剤として両性界面活性剤を用い、その添加量を上記汚水量に対して５〜２０ｍｇ／ｌとしたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記曝気処理の前に、上記汚水のｐＨが８〜１１となるようにｐＨ調整を行うことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかにに記載の発明において、気散した上記アンモニア性窒素を硫酸または硝酸に吸収させて硫酸アンモニウムまたは硝酸アンモニウムを生成し、これを窒素肥料として用いることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１〜５のいずれかに記載の発明によれば、曝気処理前の汚水に界面活性剤または廃食用油の少なくともいずれか一方を添加するようにしたので、汚水中のアンモニア性窒素の溶解度を低下させることが可能になる。したがって、アンモニア性窒素の気散率の低下を防止しつつも、汚水のｐＨ、温度、曝気強度、気散段数等の気散条件を下げることが可能となり、汚水の加温に要する熱量、アルカリ剤の添加量等を減少させて、燃料費や電力費、薬剤費などのコストを低減することが可能となる。また、アルカリ剤の添加量を減らすことによって、アルカリ剤添加に起因するスケールの発生を少なくすることができ、窒素気散槽内壁等にスケールが付着することを防止することができる。また、汚水の温度条件を低くすることによって、汚水に含まれる低沸点物質の気散量を減少させ、回収するアンモニア性窒素の純度を高めることができる。さらに、汚水の温度条件を低くすることによって、上記スケールの発生を抑制することもできる。
【００１２】
また、汚水に界面活性剤または廃食用油を添加することによって、窒素気散槽内の発泡を抑制することができ、曝気風量を調節して発泡を抑えるといった従来のような対処が不要になる。したがって、曝気風量を自由に調節できるようになり、曝気風量を増やすことにより、アンモニア性窒素の気散率や単位時間あたりの気散量を高めることが可能になり、気散段数を一段（一槽）とすることが可能になる。なお、曝気風量が増えたとしても、請求項２に記載の発明のように、回収したアンモニア性窒素の一部を汚水の曝気用ガスとして循環使用することによって、脱臭設備の負荷を軽減し、設備費や維持管理費等を低減することができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明によれば、界面活性剤として両性界面活性剤を用い、その添加量を上記汚水量に対して５〜２０ｍｇ／ｌとしたので、アンモニア性窒素の気散条件をより良好なものとし、後段の生物処理に対する影響を少なくすることができる。
請求項４に記載の発明によれば、曝気処理の前に、汚水のｐＨが８〜１１となるようにｐＨ調整を行うようにしたので、スケールの発生を防止しつつも、アンモニア性窒素の気散条件を良好に保つことができる。
請求項５に記載の発明によれば、気散したアンモニア性窒素を硫酸または硝酸に吸収させて硫酸アンモニウムまたは硝酸アンモニウムを生成し、これを窒素肥料として用いるようにしたので、汚水に含まれる窒素成分を資源化して社会に循環させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る窒素回収方法を実施するための窒素回収システムの一例を示すもので、図中符号１が窒素気散槽、２が窒素吸収塔である。
窒素気散槽１は、汚水移送ポンプ９によって移送された汚水を曝気処理して、汚水に含まれるアンモニア性窒素を気散させる設備である。この窒素気散槽１の槽内下部には散気管３が設けられ、この散気管３からは、曝気用のガスと加熱用の蒸気とが混合された状態で噴出されるようになっている。なお、本実施形態では、窒素気散槽１内に蒸気を供給することにより槽内の汚水を加熱するようにしているが、例えばヒータや熱交換器等を利用して汚水を加熱するようにしてもよい。
この窒素気散槽１の出力側には、槽内の汚水より気散したアンモニア性窒素含有ガスを窒素吸収塔２に移送するためのガス用移送ライン４が設けられるとともに、曝気処理後の脱窒素液を油水分離装置２８やメタン発酵槽に移送するための液用移送ライン５が設けられている。
【００１５】
また、窒素気散槽１には、ｐＨ計６、温度計７、液位計８等の各種検出器が設けられるとともに、これら検出器による検出結果等に基づいて、アルカリ剤注入ポンプ１０、蒸気供給手段（図示省略）、汚水移送ポンプ９、添加剤供給ポンプ１１等の各種機器を制御する制御装置（図示省略）が設けられている。添加剤供給ポンプ１１は、槽内の汚水に界面活性剤および廃食用油を添加するためのポンプであり、アルカリ剤注入ポンプ１０は、槽内の汚水にアルカリ剤を注入するためのポンプである。なお、本実施形態では、窒素気散槽１内で汚水のｐＨ調整を行うようにしているが、例えば汚水移送ライン９ａの途中にアルカリ注入ライン、ラインミキサーおよびｐＨ計を設けて、窒素気散槽１に移送する過程で汚水のｐＨ調整を行うようにしてもよい。
【００１６】
窒素吸収塔２は、窒素気散槽１から送られたアンモニア性窒素に、濃度調整された硫酸を噴霧することによって、硫酸アンモニウムを製造するスクラバ式の窒素吸収塔である。
この窒素吸収塔２の槽内下部には散気管１３が設けられ、この散気管１３からは、窒素気散槽１から送られたアンモニア性窒素含有ガスが噴出されるようになっている。また、槽内上部には、濃度調整された硫酸を噴霧するノズル１４が設けられ、このノズル１４の下方には、硫酸とアンモニア性窒素含有ガスとの接触効率を高めるための分散体を多数充填した分散領域１５が設けられている。ノズル１４に硫酸を供給する供給ライン１６上には、冷却装置１８から送られる冷却水との熱交換により、硫酸を冷却する熱交換器１７が設けられている。
【００１７】
一方、窒素吸収塔２の出力側には、製造した硫酸アンモニウム（硫安）を液体硫安タンク２２に移送するための硫安移送ライン１９や、アンモニア性窒素が除去されたガスを脱臭装置２１または窒素気散槽１に移送するための排気ライン２０が設けられている。
また、窒素吸収塔２には、ｐＨ計２３、温度計２４、液位計２５等の各種検出器が設けられるとともに、これら検出器による検出結果等に基づいて、ｐＨ、温度、液位等の条件を制御する制御装置（図示省略）が設けられている。
【００１８】
次に、上記窒素回収システムを用いた本発明に係る窒素回収方法の一実施形態について説明する。なお、この方法は連続式または間欠（バッチ）式のいずれ方式においても適用可能である。
し尿やメタン発酵脱離液等の汚水は、汚水移送ポンプ９によって、先ず窒素気散槽１に移送される。窒素気散槽１では、ｐＨ計６による検出に基づきアルカリ剤注入ポンプ１０が制御されて、ｐＨが８〜１１となるように、槽内の汚水にアルカリ剤が添加されてｐＨ調整が行われるとともに、温度計７による検出に基づき蒸気供給手段が制御されて、槽内の汚水が５０〜６０℃となるように加熱される。また、添加剤供給ポンプ１１によって、槽内の汚水に界面活性剤および廃食用油が添加される。
【００１９】
界面活性剤としては、電極界面に生じる吸着層が極大抑制作用を示すポリアクリルアミド等の両性界面活性剤が望ましく、その中でも、後段の生物処理に対する影響の少ないものが好ましい。その添加量は、汚水の性状等によって多少のバラツキはあるが、汚水量に対して５〜２０ｍｇ／ｌが適正範囲と考えられる。また、廃食用油には、家庭や事業所等から収集したものが用いられる。このように、槽内の汚水に界面活性剤および廃食用油を添加することによって、汚水中のアンモニア性窒素の溶解度が低下するとともに、窒素気散槽１内の発泡が抑制される。
【００２０】
その後、窒素気散槽１では、気散用ブロワ２６により圧送された曝気用ガスが槽下部の散気管３から槽内の汚水中に噴出されることにより、曝気処理が行われる。この曝気処理の結果、汚水中の窒素成分が徐々に気散して、汚水から除去されていく。
この曝気処理後の脱窒素液は、脱窒素液引抜ポンプ２７によって窒素気散槽１から引き抜かれた後、有機成分を除去するために生物処理設備に移送される。この生物処理設備が例えばメタン発酵槽等の嫌気性生物処理を行う生物処理設備３０である場合には、窒素気散槽１から生物処理設備３０に脱窒素液が直接移送され、好気性生物処理を行う生物処理設備３１である場合には、油水分離装置２８で油成分が除去され、中和槽２９で硫酸の添加により中和されてから、生物処理設備３１に移送される。ただし、廃食用油の添加量が少ない場合には、好気性生物処理を行う生物処理設備３１に脱窒素液を直接移送することも可能である。
【００２１】
一方、汚水から気散したアンモニア性窒素含有ガスは、吸着用ブロワ３２によって窒素吸収塔２内の散気管１３に移送される。窒素吸収塔２では、希釈硫酸がノズル１４より噴霧されて、この希釈硫酸により、窒素気散槽１から送られてきたアンモニア性窒素が吸収されて、硫酸アンモニウムが製造される。なお、希釈硫酸は、アンモニア性窒素含有ガスを吸収する際に生じる発熱を考慮して、熱交換器１７で予め冷却された状態で窒素吸収塔２内に供給される。また、窒素吸収塔２内の温度、ｐＨ、液位は、各々の検出器により検出され、それら検出に基づいて制御が行われることにより、各々が設定値に保たれる。
【００２２】
窒素吸収塔２で製造された液体の硫酸アンモニウム（硫安）は、吸収液循環ポンプ３３によって、一部が希釈硫酸に混入されて窒素吸収塔２内に環流される一方、大部分が液体硫安タンク２２に移送されて貯留される。この液体硫安タンク２２内の硫酸アンモニウムは、攪拌機２２ａにより撹拌されて均一化された後、そのまま窒素肥料として緑農地等で用いられたり、堆肥化設備３４で堆肥（コンポスト）の水分調整や付加価値向上のために堆肥に添加されたり、あるいは濃縮機３７や乾燥機３５、袋詰め装置３６等を経て、純度の高い紛状の固体窒素系肥料として加工されたりする。これら利用方法の中では、ｐＨが低いことや扱い易さ等の面から、硫酸アンモニウムを固体窒素系肥料として加工するのが望ましい。
一方、窒素吸収塔２から排出されるガスは、曝気用ガスとして一部がミストセパレータ等を経由して窒素気散槽１に送られて循環利用される一方、残りのガスは脱臭装置２１に送られる。
【００２３】
以上のように、上記窒素回収方法によれば、曝気処理前の汚水に界面活性剤および廃食用油を添加するようにしたので、汚水中のアンモニア性窒素の溶解度を低下させることが可能になる。したがって、アンモニア性窒素の気散率の低下を防止しつつも、汚水のｐＨ、温度等の気散条件を下げることが可能となり、汚水の加温に要する熱量、アルカリ剤の添加量等を減少させて、燃料費や電力費、薬剤費などのコストを低減することが可能となる。また、汚水の温度条件を低くすることによって、汚水に含まれる低沸点物質の気散量を減少させ、回収するアンモニア性窒素の純度を高めることができる。また、アルカリ剤の添加量を減らすことによって、アルカリ剤添加に起因するスケールの発生を少なくすることができ、窒素気散槽１内壁等にスケールが付着することを防止することができる。また、汚水の温度条件を低くすることによって、汚水に含まれる低沸点物質の気散量を減少させ、回収するアンモニア性窒素の純度を高めることができる。さらに、汚水の温度条件を低くすることによって、上記スケールの発生を抑制することもできる。
【００２４】
さらに、汚水に界面活性剤および廃食用油を添加することによって、窒素気散槽１内の発泡を抑制することもできる。その結果、曝気風量を増やすことが可能になり、アンモニア性窒素の気散率や単位時間あたりの気散量を高めることが可能になるとともに、窒素気散槽１における汚水の水理学的滞留時間を短縮することが可能になる。なお、上記窒素回収方法では、回収したアンモニア性窒素の一部を汚水の曝気用ガスとして循環使用するようにしたので、曝気風量を増やした場合においても、脱臭設備等に対する負荷を軽減することができ、設備費や維持管理費等を低減することができる。
【００２５】
また、界面活性剤として両性界面活性剤を用い、その添加量を汚水量に対して５〜２０ｍｇ／ｌとしたので、アンモニア性窒素の気散条件をより良好なものとし、後段の生物処理に対する影響を少なくすることができる。
さらに、気散したアンモニア性窒素を硫酸または硝酸に吸収させて硫酸アンモニウムまたは硝酸アンモニウムを生成し、これを窒素肥料として用いるようにしたので、汚水に含まれる窒素成分を資源化して社会に循環させることができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、汚水から気散したアンモニア性窒素を硫酸で吸収させて硫酸アンモニウムを製造するようにしたが、例えば、アンモニア性窒素を塩酸や硝酸で吸収させて塩化アンモニウムや硝酸アンモニウムを製造するようにしてもよい。すなわち、育成作物種や地域特性等に基づいて、利用者の要望に合った窒素肥料を製造することにより、窒素肥料の過剰生産等を回避することができ、それに伴う無駄を極力なくすことができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、曝気処理前の汚水に界面活性剤または廃食用油の少なくともいずれか一方を添加するようにしたので、汚水中のアンモニア性窒素の溶解度を低下させることができるとともに、窒素気散槽内の発泡を抑制することができる。その結果、▲１▼曝気風量を増やして、アンモニア性窒素の気散率や単位時間あたりの気散量を高めることが可能になり、▲２▼アルカリ剤の添加量を減らして、窒素気散槽内壁等にスケールが付着することを防止することができ、▲３▼曝気時の汚水の温度条件を低くして、回収するアンモニア性窒素の純度を高めることができ、▲４▼汚水の加温に要する熱量、アルカリ剤の添加量等を減少させて、燃料費や電力費、薬剤費などのコストを低減することが可能になる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る窒素回収方法を実施するための窒素回収システムの一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１　窒素気散槽
２　窒素吸収塔

Claims

アンモニア性窒素を含有する汚水を曝気処理することにより、上記汚水中のアンモニア性窒素を気散させて回収する窒素回収方法において、
上記曝気処理の前に、上記汚水に界面活性剤または廃食用油の少なくともいずれか一方を添加することを特徴とする汚水からの窒素回収方法。
気散した上記アンモニア性窒素の一部を上記汚水の曝気用ガスとして循環利用することを特徴とする請求項１に記載の汚水からの窒素回収方法。
上記界面活性剤として両性界面活性剤を用い、その添加量を上記汚水量に対して５〜２０ｍｇ／ｌとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の汚水からの窒素回収方法。
上記曝気処理の前に、上記汚水のｐＨが８〜１１となるようにｐＨ調整を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の汚水からの窒素回収方法。
気散した上記アンモニア性窒素を硫酸または硝酸に吸収させて硫酸アンモニウムまたは硝酸アンモニウムを生成し、これを窒素肥料として用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の汚水からの窒素回収方法。