JP3671001B2 - アンモニア処理方法とその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンモニア態窒素を含む排水や汚泥をアンモニアストリッピング法等で処理して排水や汚泥中のアンモニア態窒素を除去するアンモニア処理方法と装置に係り、特にアンモニア態窒素とSS分、硬度成分（Ｃａ、Ｍｇ）あるいはpHを上げた際に水酸化物を生成する金属イオンを含む排水や汚泥等の処理方法と装置であって、スケーリングや閉塞を起こしやすいアンモニア含有排水若しくは汚泥の処理方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンモニア態窒素と硬度成分が共存する排水としては、例えば、火力発電所でのボイラ排ガス中の煤塵及びＳＯ_２ガスを除去する目的で設置される排煙脱硫装置において、Ｃａ塩を注入して石膏として回収する方法が多く採用されているが、本装置から排出され、前段の電気集じん器でのアンモニア注入に起因するアンモニアを含む石膏飽和の脱硫排水等が挙げられる。
アンモニア態窒素とSS分が共存する排水や汚泥には畜産汚水やし尿若しくは生活排水等が上げられる。
【０００３】
このような、排水中のアンモニア態窒素の除去方法としては、生物学的硝化脱窒素処理が一般的であったが、この生物学的処理法は、運転管理が難しい、広い設置スペースが必要になる、発生汚泥の処理が必要になる、高濃度のアンモニア態窒素含有排水の処理に適さない（濃度数百ｍｇ／Ｌのアンモニア態窒素を除去するのが限度）、といった問題があるため、生物学的処理法に代わる物理化学的アンモニア態窒素除去方法が提案されつつある。
【０００４】
このような物理的アンモニア態窒素除去方法に関しては、例えばアンモニアストリッピング法等が提案されており、かかるアンモニアストリッピング法は、被処理水のpHを上げてアンモニウムイオンを遊離のアンモニアに変換し、蒸気若しくはエアストリッピングにより該アンモニアを被処理水中から蒸気若しくは空気中に移動させて除去するものである。従来、蒸気若しくはエアストリッピングを行う放散塔には、蒸気または空気と被処理水の接触を充分に行わせるために、プラスチック製充填材等が充填されており、被処理水はpH調整後塔上部より散水され、充填材の間を水滴の形成とその破壊を繰り返しながら落下する。この間にこの水滴が蒸気または空気と接触し、アンモニアをガスとして水中より蒸気または空気中に散逸させる方法である。
【０００５】
被処理水のpH調整は、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムなどのアルカリ源により行われ、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムなどは安価であるが、これらのアルカリ源を使用すると、被処理水中に含有される炭酸塩や硫酸塩と反応して、カルシウムやマグネシウムの炭酸塩または硫酸塩、または水酸化物が生成される。これらが上記放散塔内部において充填材間にスケールとして付着する結果、放散塔内部を閉塞させ、長期的な連続運転が阻害されるとともに、内部の清掃を頻繁に行うことが必要となる。また、被処理排水中にアルカリによって沈殿を生じる物質、例えば、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム等が含まれる場合には、どのようなアルカリ源を使用しても充填層にスケールが付着して、前記問題が生じる虞がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
かかる欠点を解消するために、特開昭５５−４２２３９号公報に横型反応槽内に、仕切板で区割りされた複数の反応槽を形成し、各反応槽に夫々気液接触装置と、該装置の下部に設けた気体吹き込み管と液加温装置とを配設し、且つ該反応槽に安水注入管、アンモニア液分解用水酸化カルシウム注入管及び安水排出管を取り付けて、各反応室内に順次安水（アンモニア含有排水、以下原水）を通過せしめて原水中のアンモニアをストリッピング処理するものである。
しかしながらかかる従来技術は、仕切板により蛇行形状に連続的に原水を流しながら槽内の流れ方向に沿って複数個所に気体を吹き込むものであるために、横型で且つ設置面積が大きくなるとともに、連続式でゆっくり循環するので、排水中にＣａ、Ｍｇといった硬度成分が存在すると、これら成分が処理装置（熱交換器、加熱器、処理槽、配管等）内でスケールとして析出してしまい、前記した問題を必ずしも解決できない。
【０００７】
又前記欠点を解決するために、特開２０００−３０１１３７において、アンモニア含有排水にアルカリを添加し、これを放散塔においてアンモニア回収塔との間を循環する空気と接触させることにより被処理水中からアンモニアを空気中に移動させる方法において、前記放散塔の内部を空洞とするとともに、前記放散塔を水平方向に延ばして形成し、被処理水を水平方向に噴霧する２以上の領域に区画し、前段領域で循環空気と接触させた処理水を抜き出して反応槽にてアンモニア変換反応を促進させた後、放散塔の後段領域に戻す技術を提案している。
しかしながら前記従来技術は、前記放散塔を水平方向に延ばして形成し、被処理水を水平方向に噴霧する２以上の領域に区画するという横長構造であるために、設置面積が大きくなり、受け槽やポンプ等の多くの付帯設備が必要になる。
【０００８】
さらに、特開２０００−２８８５３８においてはアンモニア態窒素と硬度成分が共存する排水を陽イオン交換樹脂塔に接触させて排水中の硬度成分を除去する。その後、排水をアンモニアストリッピング法又は触媒酸化法によるアンモニア態窒素除去装置で処理してアンモニア態窒素を除去する技術が提案されている。
【０００９】
しかしながらかかる技術は、イオン交換樹脂により、排水中の硬度成分（Ｃａ、Ｍｇ）を予め除去するものであるために、畜産汚水やし尿ようにSS（浮遊物質、懸濁物質）が多い場合に対応できず、又例え可能であってもイオン交換樹脂を頻繁に交換しなければならない。
【００１０】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、アンモニア態窒素とSS分、硬度成分（Ｃａ、Ｍｇ）あるいはpHを上げた際における水酸化物を生成する金属イオンを含む排水や汚泥等の処理方法と装置であって、特にスケーリングや閉塞を起こしやすいアンモニア含有排水若しくは汚泥に有効なアンモニア処理方法と装置を提供することを目的とする。
より具体的には、SS分やアルカリによって沈殿を生じる物質が混入したアンモニア含有排水に対しても、蒸留塔を閉塞させることなく、効率的にアンモニアをストリッピング除去することを可能にして、且つ長期的な運転が可能な排水若しくは汚泥中のアンモニア処理方法と装置を提供するものである。
本発明の他の目的は、少ない蒸気吹き込み量で、高い除去性能を得ることが出来るアンモニア処理方法と装置を提供することにある。
本発明の更に他の目的は従来より大幅な省設置面積化が可能なアンモニア処理方法と装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、実質的に内部が空洞の蒸発缶群をアンモニアを含む原水が投入される上段側蒸発缶より下流段側蒸発缶群に向け縦型にシリーズに連結して縦型に配置してなるアンモニア処理装置を用い、アンモニアを含む原水を、前記上段側の蒸発缶内に投入し、蒸気による撹拌によりアンモニア蒸気を蒸留した後、前記蒸気導入を停止し、上段側の該蒸発缶内を大気開放により処理水を下段の蒸発缶に排出し、以下最終段に至る蒸発缶まで、蒸気導入及び停止と大気開放による次段への処理水排出を各蒸発缶毎に順次切り換えてバッチ処理動作の繰り返しによりアンモニア蒸留を行うことを特徴とする。
【００１２】
かかる発明によれば、バッチ処理のために運転しながらスケール除去が可能である。
図２（ａ）に示す従来技術のように充填塔１０１、棚段塔は流路に縮小部１０２が多いために、個々の流路断面積が小さく、スケールが付着した場合に流路面積が小さくなり、スケールトラブルが多い。
一方本発明は図２（ｂ）に示すように内部が空洞の筒缶１１〜１３を用いているために、筒缶内壁面にスケール９が付着しても全体としての流路面積が小さくなることはなく、スケールトラブルが大幅に低減でき、スケール除去のための保守間隔も大幅に小さくできる。
尚、本誌発明における蒸気使用量低減方法としては、後記実施例に示すように、蒸発缶群をシリーズ（直列）に流す方式を採っても良く、蒸気圧縮機、エジェクタによる凝縮蒸気回収との組み合わせを用いても良い。
【００１３】
本発明においては、バッチ方式の筒缶により内部構造が簡単であるため、薬品洗浄が容易である。例えばMgやCaなどのスケール成分は、pHを酸性にすることで溶解することが知られており、又硬質Caスケールの場合は、エチレンジアミン四酢酸（ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA）が溶解に有効であることが知られている。
【００１４】
請求項２記載の発明は、蒸発缶群をシリーズ（直列）に連結したもので、実質的に空洞の蒸発缶群をアンモニアを含む原水が投入される最上段側蒸発缶より下流段側蒸発缶群に向け縦型にシリーズに連結して縦型に配置してなるアンモニア処理装置であって、
下流段側の蒸発缶に導入された蒸気が順次上流段側の蒸発缶に導入される蒸気導入手段と、
前記蒸発缶夫々に大気開放通路を連結し、該通路により順次蒸発缶を大気開放して上流段側で処理された処理水を順次下流段側の蒸発缶に落とす処理水排出手段と、
前記蒸気の導入と大気開放を選択的に行う切り換え手段とを設け、
前記切換手段による蒸気導入及び停止と大気開放による次段への処理水排出を各蒸発缶毎に切り換えてバッチ処理動作の繰り返しによりアンモニア蒸留を行うことを特徴とするアンモニア処理装置にある。
【００１５】
この場合、前記蒸発缶夫々に大気開放通路を連結し、該通路により順次蒸発缶を大気開放して上流段側で処理された処理水を順次下流段側の蒸発缶に落としながら複数段階処理が行われるのがよく、さらに前記蒸気の導入と大気開放を選択的に行う切り換え手段を設け、夫々の蒸発缶でのアンモニア処理をバッチ的に処理可能に構成するのがよい。
【００１６】
さらに本発明は、前記蒸気導入手段が、下流段側の蒸発缶で蒸留されたアンモニア蒸気を、上流段側の蒸発缶に向かう蒸気に同伴されて順次上流側の蒸発缶に導入される手段であって、該導入手段により順次上流側の蒸発缶に導入されたアンモニア蒸気を順次濃縮して蒸留可能に構成されるのがよい。
これにより処理水のアンモニア濃度の低減と少ない蒸気量で高濃度のアンモニア蒸留水を得ることが出来る。
【００１７】
さらに本発明は実質的に空洞の蒸発缶群をシリーズに連結する処理水排出管の直径が蒸発缶の直径の１／２０以上、好ましくは１／４以上１以下であるのがよい。これにより処理水排出管にスケールが付着した場合でも閉塞を防止できる。又本発明は蒸発缶群をシリーズに連結する処理水排出管にエキスパンション等の熱延びまたは振動の吸収手段が介装されているのがよい。
さらに本発明は、バッチ処理のために蒸発缶の各段の繋ぎ部分に熱延び、振動が生じてもその吸収のための振動吸収手段が蒸発缶の各段の繋ぎ部分に介装されているために、蒸気導入や大気開放の繰り返しによっても繋ぎ部分が破損することがない。
【００１８】
さらに前記夫々の蒸発缶に蒸気を導入する管路に、ミスト除去装置が介装されることにより蒸気配管へのスケール付着を抑制することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施例に係る三段回分型アンモニアストリッピング装置で、蒸発缶１１〜１３を三段にシリーズに連結した蒸発缶群を縦型に配置した装置構成を示す。
蒸発缶１１〜１３は図２（ｂ）に示すように、内部に充填物のないドン殻円筒缶で、底部に次段の蒸発缶若しくは処理槽内に処理水を排出する排出管２１が設けられている。尚、各段の排出管２１の繋ぎ部分には、図１に示すように熱延び、振動吸収のためのエキスパンション１８を介装して熱延びまたは振動の吸収部として機能させている。又蒸発缶１１〜１３は円筒缶のみならず、角筒、底部が円錐状の円錐台缶でもよい。排出管の直径は蒸発缶の直径に対して１／２０以上、好ましくは１／４以上１以下に設定することにより一気排出が可能となり、且つスケールの付着によっても目詰まりがない。
【００２０】
一段目の蒸発缶１１には、pH調整された原水を供給する配管２０が原水供給弁２３を介して接続されている。又２９は濃縮アンモニア蒸気抜き出し配管で、該配管２９より抜き出された濃縮アンモニア蒸気は、凝縮器１４で冷却水により冷却凝縮され、回収アンモニア水タンク５０に導かれる。
３０Ｂは二段目の蒸発缶からの蒸気をミスト除去装置１７を介して一段目の蒸発缶へ導入する管で、該管３０Ｂは、蒸気導入加熱終了後、エアベント管１０、１０Ａより大気開放弁１５の開放と排出弁２４の開放により大気が導入されて（大気開放）、二段目の蒸発缶１２に処理水が一気に排出可能に構成されている。
【００２１】
二段目の蒸発缶１２も、一段目の蒸発缶１１よりの処理水を供給する配管２１がエキスパンション１８及び排出弁２４を介して接続されている。又３０Ａは三段目の蒸発缶からの蒸気をミスト除去装置１７を介して二段目の蒸発缶へ導入する管で、該管３０Ａは、蒸気導入加熱終了後、エアベント管１０、１０Ｂより大気開放弁１６の開放と排出弁２５の開放により大気が導入されて（大気開放）、三段目の蒸発缶１３に処理水が一気に排出可能に構成されている。
【００２２】
三段目の蒸発缶１３も、二段目の蒸発缶１２よりの処理水を供給する配管２１がエキスパンション１８及び排出弁２５を介して接続されている。又３０は蒸気供給弁３１により蒸気を３段目の蒸発缶１３に吹き込む配管である。
さらに三段蒸発缶１３は、前記蒸気の吹き込み終了後、蒸気管３０Ａ及びエアベント管１０、１０Ｂより大気開放弁１６の開放と排出弁２６の開放により大気が導入されて（大気開放）、処理水槽６０に処理水が一気に排出可能に構成されている。
【００２３】
pH調整槽４１は原水供給管２０Ａより原水を投入した後、処理水槽６０に取り付けられたpH計４６に応じて、pH調整剤が供給されるように構成されている。pH調整剤としては、苛性ソーダが最も一般的であるが、比較的安価な水酸化カルシウム、酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムなどを用いることも可能である。
pH調整は、pH調整槽４１に取り付けられたpH計４５に応じてpH調整剤を供給することも可能である。この時のpHは、処理水槽において、９〜１０．５、pH調整槽においては、９〜１２が好ましい。
【００２４】
そして前記のようにpH調整された原水は原水供給管２０より、一段目の蒸発缶に取り付けられたレベル計５１により所定のレベルとなるまで、原水供給弁２３を介して第一段の蒸発缶１１に送られる。
一方凝縮器１４出口側の回収アンモニア水タンク５０にはレベル計５２が接続されており、蒸発した回収アンモニア水量が所定量となるように蒸気供給弁３１を介して蒸気量を調整する。
【００２５】
次に本実施例の動作手順を説明する。
第１の排出弁２４を閉じ、pH調整された原水を第１の蒸発缶１１に導入して、弁２３を閉じた後、蒸気は蒸気吹き込み配管３０より３段目の蒸発缶１３に蒸気を導入して該蒸発缶１３の処理水を加温する。該蒸発缶１３内の温度が加熱されると水蒸気とともに、アンモニア蒸気が蒸気管３０Ａを通り、２段目の蒸発缶１２に入り、同様に処理水が蒸気加熱されて処理水中のアンモニアが蒸気側に持ち出される。続いて第２段の蒸発缶１２から水蒸気とともに、アンモニア蒸気が蒸気管３０Ｂを通り、１段目の蒸発缶１１に入り、同様に加熱されてさらに処理水中のアンモニアが蒸気側に持ち出される。この結果、回収アンモニアの濃度が高くなる。そして最上段の蒸発缶１１で発生したアンモニア蒸気は、抜き出し配管２９より抜き出され、凝縮器１４で冷却水により冷却凝縮され、回収アンモニア水タンク５０に導かれる。
回収アンモニア水タンク５０ではレベル計５２により所定量の濃縮アンモニアを回収後、蒸気供給弁３１を閉として、蒸気の導入を停止する。
【００２６】
前記蒸気の吹き込み停止後、三段目の蒸発缶１３は、蒸気管３０Ａ及びエアベント管１０、１０Ｂより大気開放弁１６の開放と排出弁２６の開放により大気が導入されて（大気開放）、処理水槽６０に処理水が一気に排出される。
その後排出弁２６の閉及び排出弁２５の開により、蒸気管３０Ａ及びエアベント管１０、１０Ｂより大気開放弁１６の開により大気が導入されて（大気開放）、２段蒸発缶１２より３段蒸発缶１３に処理水が排出される。
さらに排出弁２５を閉じ且つ排出弁２４の開放により一段目の蒸発缶１１も、エアベント管１０、１０Ａより大気開放弁１５の開放により大気が導入されて（大気開放）、一段目の蒸発缶１１より二段目の蒸発缶１２に処理水が排出される。
【００２７】
そして第１の排出弁２４を閉じ、原水供給弁２３を開けてpH調整された原水を第１の蒸発缶１１に落とし込む。
その後蒸気吹き込み配管３０より３段目の蒸発缶１３に蒸気を導入して該蒸発缶１３の処理水を加温しアンモニア蒸留を行う。該蒸発缶１３内の温度が加熱されると水蒸気とともに、アンモニア蒸気が蒸気管３０Ａを通り、２段目の蒸発缶１２に入り、同様に処理水が蒸気加熱されアンモニア蒸留を行う。続いて第２段の蒸発缶１２内が加熱されると水蒸気とともに、アンモニア蒸気が蒸気管３０Ｂを通り、１段目の蒸発缶１１に入り、同様に加熱されアンモニア蒸留を行う。そして最上段の蒸発缶１１で発生したアンモニア蒸気は、抜き出し配管２９より抜き出され、凝縮器１４で冷却水により冷却凝縮され、回収アンモニア水タンク５０に導かれる。
以下前記の動作を繰り返す。
【００２８】
かかる実施例によれば、蒸発率２０％の場合で、一回の蒸留処理では処理水のアンモニア濃度は、２５００ppmから５００ppm程度に低下したのに対し、３段回分蒸発缶に落として３回繰り返し蒸留を行う場合には、処理水のアンモニア濃度は、２５００ppmから１５ppmに大幅に低減できた。また、連続運転を行った結果、スケーリングに伴う処理性能の低下及び運転継続が不可となることはなかった。
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、本発明は、内部空洞型の蒸発缶を用い且つバッチ処理のために、アンモニア態窒素とSS分、硬度成分（Ｃａ、Ｍｇ）あるいはpHを上げた際における水酸化物を生成する金属イオンを含む排水や汚泥等の処理においても、スケーリングや閉塞を起こすことがない。より具体的には、SS分やアルカリによって沈殿を生じる物質が混入したアンモニア含有排水に対しても、蒸発缶を閉塞させることなく、効率的にアンモニアをストリッピング除去することを可能にして、且つ長期的な運転が可能な排水若しくは汚泥中のアンモニア処理を行うことが出来る。
又、本発明によれば前記蒸発缶群をシリーズに連結したために、少ない蒸気吹き込み量で、高い除去性能を得ることが出来る。
又本発明によれば前記シリーズに連結した蒸発缶群を縦型に配置することにより、大幅な省設置面積化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係る三段回分型アンモニアストリッピング装置の要部ブロック図である。
【図２】 （ａ）は従来の充填塔の概要図、（ｂ）は本発明の蒸発缶の概要図で、左は斜視図、中央は平面図、右はスケールが付着した状態を示す。
【符号の説明】
１１〜１３ 蒸発缶
１０、１０Ａ、１０Ｂ エアベント管
１５、１６ 大気開放弁
２３ 原水供給弁
２４、２５、２６ 排出弁
１４ 凝縮器
１７ ミスト除去装置
１８ エキスパンション
３０、３０Ａ、３０Ｂ 蒸気管
３１ 蒸気供給弁
２０Ａ、２０ 原水供給管
２１ 各段の排出管
２９ アンモニア蒸気抜き出し配管
４１ pH調整槽
５０ 回収アンモニア水タンク
６０ 処理水槽
４２ pH調整剤供給管
４３ pH調整剤供給弁
４４ 原水供給ポンプ
４５ pH調整槽pH計
４６ 処理水槽pH計
５１ 蒸発缶レベル計
５２ 回収アンモニア水タンクレベル計

Claims (5)

1. 実質的に内部が空洞の蒸発缶群をアンモニアを含む原水が投入される上段側蒸発缶より下流段側蒸発缶群に向けシリーズに連結して縦型に配置してなるアンモニア処理装置を用い、アンモニアを含む原水を、前記上段側の蒸発缶内に投入し、蒸気による撹拌によりアンモニア蒸気を蒸留した後、前記蒸気導入を停止し、上段側の該蒸発缶内を大気開放により処理水を下段の蒸発缶に排出し、以下最終段に至る蒸発缶まで、蒸気導入及び停止と大気開放による次段への処理水排出を各蒸発缶毎に順次切り換えてバッチ処理動作の繰り返しによりアンモニア蒸留を行うことを特徴とするアンモニア処理方法。
2. 実質的に空洞の蒸発缶群をアンモニアを含む原水が投入される最上段側蒸発缶より下流段側蒸発缶群に向け縦型にシリーズに連結して縦型に配置してなるアンモニア処理装置であって、
   下流段側の蒸発缶に導入された蒸気が順次上流段側の蒸発缶に導入される蒸気導入手段と、
   前記蒸発缶夫々に大気開放通路を連結し、該通路により順次蒸発缶を大気開放して上流段側で処理された処理水を順次下流段側の蒸発缶に落とす処理水排出手段と、
   前記蒸気の導入と大気開放を選択的に行う切り換え手段とを設け、
   前記切換手段による蒸気導入及び停止と大気開放による次段への処理水排出を各蒸発缶毎に切り換えてバッチ処理動作の繰り返しによりアンモニア蒸留を行うことを特徴とするアンモニア処理装置。
3. 前記蒸気導入手段が、下流段側の蒸発缶で蒸留されたアンモニア蒸気を、上流段側の蒸発缶に向かう蒸気に同伴されて順次上流側の蒸発缶に導入される手段であって、該導入手段により順次上流側の蒸発缶に導入されたアンモニア蒸気を順次濃縮して蒸留可能に構成したことを特徴とする請求項２記載のアンモニア処理装置。
4. 蒸発缶群をシリーズに連結する処理水排出管に熱膨張による延びまたは振動の吸収手段が介装されている請求項２記載のアンモニア処理装置。
5. 前記夫々の蒸発缶に蒸気を導入する管路に、ミスト除去装置が介装されている請求項２記載のアンモニア処理装置。

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