JP3637458B2 - アンモニア性窒素の除去方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は火力発電プラントにおける復水脱塩再生水などの液中に存在するアンモニア性窒素をアンモニアガスとして除去する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば火力発電プラントにおける復水などは、通常イオン交換樹脂により脱塩されて復水脱塩再生水とされるが、その再生水中には一般に環境基準を越える量のアンモニア性窒素が含まれている。従来からこのような復水脱塩再生水中のアンモニア性窒素を環境基準以下に低減する方法として、アンモニア拡散(ストリッピング)法が多用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこのストリッピング法は、複雑な設備や大きな敷地面積を必要とする上に、多大のエネルギーを消費するという問題がある。また、大気中に蒸発水と共にアンモニアを放出させることは環境上も好ましくないので、それを回避するためにはさらに後処理設備を必要とするが、そのような設備を設けても資源としてのアンモニアを回収することは容易ではない。
そこで本発明はこのような問題を解決するためのアンモニア性窒素の除去方法の提供を課題とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アンモニア性窒素を含有する液に酸を添加してアンモニウム塩を沈澱除去し、得られたアンモニウムイオンを含む液を陽イオン交換膜と陰イオン交換膜が交互に配置された電気透析装置で処理するアンモニア性窒素の除去方法である。
そして電気透析装置の透析単位として、アンモニウムイオンを含む液を導入する希釈室と、その希釈室の陽イオン交換膜側に隣接する第1濃縮室と、希釈室の陰イオン交換膜側に隣接する第2濃縮室と、第1濃縮室の陰イオン交換膜側に隣接して水酸イオン含有液が流れる水酸イオン室を含む。さらに第1濃縮室のpHは、希釈室より移動するアンモニウムイオンと水酸イオン室から移動する水酸イオンからアンモニアを生成する平衡条件となるようなアルカリ性に維持する。そして生成したアンモニアを気体として第1濃縮室から取り出すことを特徴とするものである。
【0005】
【実施例】
次に、本発明のアンモニア性窒素の除去方法をさらに詳細に説明する。
図1は本発明のアンモニア性窒素の除去方法を実施するための処理フローシートの一例であり、1はpH調整槽、2はポンプ、3は中空糸膜フイルタ、4は電気透析装置である。
アンモニア性窒素を含有する液aは、pH調整槽1で添加される酸bと混合され、pHを4以下、好ましくは2〜4程度に調整され、それによってアンモニア性窒素はアンモニウム塩として沈澱し配管cから除去される。添加する酸としては鉱酸、例えば塩酸または硫酸などが好ましい。沈澱しないアンモニウムイオン(NH4 イオン)と無機イオン、例えば酸として硫酸を使用するときは硫酸イオン(SO4 イオン)が液中に残される。
pH調整槽1からのアンモニウムイオンを含む液は、ポンプ2により配管dを通って中空糸膜フイルタ3に送られて微細な固形粒子が除去される。固形粒子を除去することにより電気透析装置における透析膜の有効処理時間を大幅に延長することができる。
【0006】
固形粒子を除去した再生水は、配管eにより電気透析装置4の希釈室に導入され、そこで電気透析処理により一定量のアンモニアイオンおよびその他の無機イオン類を低減された液が配管fを通って排出され、再使用するか系外に放出される。
電気透析装置4は後述するように陽イオン交換膜と陰イオン交換膜が交互に多数配置され、それらによって仕切られた希釈室、第1濃縮室、第2濃縮室および水酸イオン室が透析単位となっている。そして水酸イオン室に水酸イオン供給液としての水酸化ナトリウム(NaOH)を含む液が配管gにより導入され、配管hから流出する。さらに第1濃縮室には室内を高pHに維持するためにアルカリ剤を含む液、例えば水酸化ナトリウム(NaOH)液が配管kにより導入され、第1濃縮室からはNaOH液が配管mにより流出する。また気体としてのアンモニアが第1濃縮室内を上昇して配管iから外部に取り出される。さらに第2濃縮室で濃縮されたSO4 イオンのような無機イオンとNaイオンを含む液が配管jから流出する。
【0007】
次に、図2は本発明に使用される電気透析装置4を模式的に示す図である。例えばチタン板に白金メッキした陽極板5と、ステンレス板からなる陰極板6との間に陽イオン交換膜Cと陰イオン交換膜Aが交互に多数配置される。陰イオン交換膜Aとしては、例えばイオン交換基として4級アンモニウム塩を1.5〜3.0(meq/g乾燥樹脂)含むスチレン/ジビニルベンゼン共重合体系の膜が使用され、陽イオン交換膜Cとしては、例えばイオン交換基としてスルホン酸基を1.5〜3.0(meq/g乾燥樹脂)含むスチレン/ジビニルベンゼン共重合体系の膜が使用される。なお陽極板5とそれに隣接する陰イオン交換膜Aとの間には陽極液が流され、陰極板6とそれに隣接する陽イオン交換膜Cとの間には陰極液が流される。
【0008】
イオン交換膜の対数は液中に含まれるアンモニアイオンの濃度や所望の処理量等により異なるが、一般に200〜900対程度用いられる。そして一対の陽イオン交換膜Cと陰イオン交換膜Aの間にアンモニウムイオンを含む液を導入する希釈室10が配置され、希釈室10の陽イオン交換膜C側に隣接して第1濃縮室11、希釈室10の陰イオン交換膜A側に隣接して第2濃縮室12が配置され、さらに第1濃縮室11の陰イオン交換膜A側に隣接して水酸イオン含有液が流れる水酸イオン室13が配置されている。そしてこれら希釈室10、第1濃縮室11、第2濃縮室12および水酸イオン室13により透析単位Uが構成され、そのような透析単位が陽極板5と陰極板6との間に多数配置されている。
【0009】
前述のように酸として硫酸を用いた場合は、希釈室10にはアンモニウムイオン(NH4 イオン)と硫酸イオン(SO4 イオン)を含む液が配管eにより導入され、そこでこれらイオンは陰−陽極板間に形成された電場によって電気的に泳動する。NH4 イオン(陽イオン)は陰極板6の方向に泳動し、陽イオン交換膜Cを透過し第1濃縮室11に移動する。第1濃縮室11内のNH4 イオンはさらに陰極板6方向へ泳動しようとするが、水酸イオン室13との境界の陰イオン交換膜Aに阻止される。
一方SO4 イオン(陰イオン)は陽極板5の方向に泳動し、陰イオン交換膜Aを透過して第2濃縮室12に移動する。第2濃縮室12内のSO4 イオンはさらに陽極板5方向に泳動しようとするが、次の透析単位を構成する水酸イオン室13との境界の陽イオン交換膜Cに阻止されて濃縮液中に残る。このように希釈室10のNH4 イオンは第1濃縮室11へ移動し、SO4 イオンは第2濃縮室12に移動する。
【0010】
配管gにより図示中央の水酸イオン室13に導入された水酸化ナトリウムを含む液は、陽イオンであるナトリウムイオン(Naイオン)と陰イオンである水酸イオン(OHイオン)とに電離される。陰−陽極板間に形成された電場によって、Naイオンは陰極板6の方向に泳動し、陽イオン交換膜Cを透過し次の透析単位を構成する第2濃縮室12に移動する。第2濃縮室12内のNaイオンはさらに陰極板6方向へ泳動しようとするが陰イオン交換膜Aに阻止される。
一方、OHイオンは陽極板5の方向に泳動し、陰イオン交換膜Aを透過して第1濃縮室11に移動する。第1濃縮室11内のOHイオンはさらに陽極板5方向に泳動しようとするが、希釈室10との境界の陽イオン交換膜Cに阻止される。このように水酸イオン室13のNaイオンは次の透析単位を構成する第2濃縮室12に移動し、OHイオンは第1濃縮室11に移動する。
上記のようにして、希釈室10に導入されたNH4 イオンとSO4 イオンは希釈され、配管fから系外に排出されるか再循環される。また、水酸イオン室13に導入されたNaOHは希釈されて配管hから流出し、新たなNaOH液を補給され再循環される。
【0011】
第1濃縮室11には希釈室10から移動したNH4 イオンと水酸イオン室13から移動したOHイオンが存在するが、NH4 イオンとOHイオンは、アンモニア(NH3 )との間で可逆的反応をする。図3は室内のpHを変化したときのNH3 とNH4 イオンとの存在割合を、温度をパラメータとして測定した結果である。
図3から判るように、室内のpHが高くなるほどその反応はNH3 側に移行するが、少なくともpHを12以上のアルカリ側に維持することにより、温度が変化しても反応はほぼ100%NH3 側に移行した状態で平衡する。第1濃縮室11内は配管kから導入したNaOH液により、そのような高pH、少なくともその温度において反応がほぼ100%NH3 側に平衡する条件の高いpHに維持され、それによって第1濃縮室11内に移動したNH4 イオンは、気体アンモニア(NH3 )として分離され配管iから効率良く取り出し回収できる。一方、第1濃縮室11からはNaOHを含む液が配管mにより流出するが、これは再循環される。
【0012】
【実験例】
次に図1のフローシートのように構成された本発明の実施例を示す。
配管aから0.3リットル/時のアンモニア性窒素を含有する復水脱塩再生水をpH調整槽1に供給し、そこで硫酸を添加してpHを3に調整した。pH調整された再生水は次に中空糸膜フイルタ3でSSとして0.2ppmまで固形粒子除去した後、電気透析装置4に導入して電気透析処理をした。電気透析装置4の有効膜面積は1.72dm/対、組込膜対数は1である。
水酸イオン室13には濃度pH12のNaOH液を0.3リットル/時流し、さらに第1濃縮室に濃度pH12のNaOH液を0.3リットル/時流してそのpHを12に維持した。その結果、配管iから気体としてのアンモニアが1.3リットル/時回収された。一方、配管mからはアンモニウムイオンを実質的に含まないNaOH液が流出した。
【0013】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、複雑な設備や大きな敷地面積を必要とせず、多大のエネルギーの消費をすることなく、アンモニア性窒素を効率良く除去することができる。さらに本発明の方法によれば、アンモニアを気体として容易に分離回収することができるので環境の問題を生じることがなく、しかも回収したアンモニアは資源として有効活用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアンモニア性窒素の除去方法を実施するための処理フローシート。
【図2】本発明の方法において使用する電気透析装置の原理を説明する模式的な図。
【図3】アンモニウムイオンとアンモニアの平衡条件を示す図。
【符号の説明】
1 pH調整槽
2 ポンプ
3 中空糸膜フイルタ
4 電気透析装置
5 陽極板
6 陰極板
10 希釈室
11 第1濃縮室
12 第2濃縮室
13 水酸イオン室
A 陰イオン交換膜
C 陽イオン交換膜
Claims (2)
- アンモニア性窒素を含有する液に酸を添加してアンモニウム塩を沈澱除去し、アンモニウムイオンを含む液を陽イオン交換膜Cと陰イオン交換膜Aが交互に配置された電気透析装置4で処理するアンモニア性窒素の除去方法であって、電気透析装置4の透析単位Uとして、アンモニウムイオンを含む液を導入する希釈室10と、該希釈室10の陽イオン交換膜C側に隣接する第1濃縮室11と、該希釈室10の陰イオン交換膜A側に隣接する第2濃縮室12と、前記第1濃縮室11の陰イオン交換膜A側に隣接して水酸イオン含有液が流れる水酸イオン室13を含み、前記第1濃縮室11のpHを前記希釈室10より移動するアンモニウムイオンと前記水酸イオン室13から移動する水酸イオンからアンモニアを生成する平衡条件となるようなアルカリ性に維持し、それによって生成したアンモニアを気体として該第1濃縮室11から取り出すことを特徴とするアンモニア性窒素の除去方法。
- 第1濃縮室11のpHを12以上の高アルカリ性に維持する請求項1のアンモニア性窒素の除去方法。
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