JP2004074107A - Treatment method and treatment apparatus for nitrate nitrogen - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a decomposition treatment method and decomposition treatment apparatus for nitrate nitrogen, which method and apparatus are compact, are highly efficient and can reduce the environmental load by lowering the concentration of nitrogen components, such as nitrate nitrogen, nitrite nitrogen and ammonia nitrogen, remaining in post-treatment water. <P>SOLUTION: An aqueous solution containing the nitrate nitrogen is treated by using a nitrite nitrogen forming means 1 to reduce the nitrate nitrogen in the aqueous solution and to convert the same to the nitrite nitrogen. More specifically, means such as electrolysis or irradiation with UV rays, are employed for the nitrite nitrogen forming means. In succession, the aqueous solution treated in the previous step is treated by using a nitrite nitrogen decomposing means to reduce the nitrite nitrogen and to convert the same to gaseous nitrogen. More specifically, means of supplying a reducing agent such as hydrogen or formic acid to the aqueous solution of mixing the same and of bringing the mixture into contact with a hydrogenation catalyst are employed as the nitrite nitrogen decomposing means. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、飲料水やその原水、および排水や使用済み薬液等に含まれる硝酸性窒素を窒素ガスなどの無害なガスに転換して除去する硝酸性窒素の処理方法およびそのための装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、河川水や地下水といった飲料水原水の硝酸性窒素による汚染が顕在化している。浄水処理では硝酸性窒素を除去しきれず、原水汚染の増大に伴って飲料水中の硝酸性窒素濃度も増加しつつある。硝酸性窒素は、人体に取り込まれるとチアノーゼを引き起こすと共に発ガン性物質の前駆体にもなりうる有害物質であり、飲料水やその原水である河川水や地下水、あるいは河川や下水処理場に流入する工業排水や農業排水等からの効果的な処理方法が求められている。
【0003】
一方、半導体製造工場においては多くの純水やフッ素系薬液等が使用されおり、純水製造工程からの排水の処理や、使用済み純水や薬液のリサイクルのために、これらに含有される硝酸性窒素を除去する技術の確立が望まれている。
【0004】
従来の硝酸性窒素の分解処理方法としては、微生物を利用する生物処理が挙げられるが、維持管理が困難で装置規模が大きく、多量の余剰汚泥が生成するという問題がある。
【0005】
生物処理に代わるコンパクトな硝酸性窒素の分解処理方法として、貴金属を担持した水素添加触媒を用いた還元法が提案されている。しかしながら、この触媒は亜硝酸性窒素を窒素ガスに転換する活性は有するものの、硝酸性窒素を還元するためには貴金属の他に銅や錫等を触媒に添加する必要があり、処理対象液の性状によってはこれらが溶出してしまうという問題がある。
【0006】
また、電解を用いて硝酸性窒素を還元処理する還元法が知られている。すなわち、特開平11−347558には、酸化態窒素還元能を有する導電性触媒を担持した陰極を用いて酸化態窒素を電解処理する手法が示されている。この方法においては、活物質を担持するために好適に用いられるジルコニア、チタニア、アルミナ、シリカなどの担体は絶縁体であり、したがって、これらを担体として使用する場合は、電解槽の電極としての機能を兼ねさせることは不可能である。このために、この文献の実施例では銅エキスパンドメタルを用いており、これは導電体であるので確かに電極としての機能は有するが、比表面積が小さいために水素添加触媒としての性能は極めて低くなってしまう。このように、この公知の手法によって硝酸性窒素は窒素ガスに転換できるものの、その効率は低いという問題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の硝酸性窒素の分解処理方法の欠点を解消し、コンパクトで高効率であり、かつ、処理後水中に残存する硝酸性窒素、亜硝酸性窒素、アンモニア性窒素といった窒素化合物の濃度を極力低減することによって環境に対する負荷を低下させることが可能な、硝酸性窒素の分解処理方法および分解処理装置を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
第1の本発明は、電解槽の陰極室に供給される硝酸性窒素を含有する水性溶液を電解して、前記水性溶液に含有される硝酸性窒素を還元する第1工程と、
前記第1工程によって処理された前記水性溶液に還元剤を添加し、還元触媒と接触させて前記水性溶液中に含有される酸性窒素酸化物を還元する第2工程を少なくとも有することを特徴とする硝酸性窒素の処理方法である。
【0009】
前記第1の本発明において、前記第2工程によって処理した水性溶液を、前記電解槽の陽極室に供給し、前記陽極室に配置されている陽極において、前記第1工程の電解槽の陰極で副生成した窒素化合物を硝酸性窒素に転換し、次いでこの水性溶液を前記電解槽の陰極室に供給することが、副生成物であるアンモニア性窒素化合物の生成を抑え、硝酸性窒素を効率的に窒素ガスなどの無害なガスに転換することができるため望ましい。
【0010】
また、前記第1の本発明において、前記電解槽の陰極が、亜鉛もしくはその化合物から成ることが、電解処理によるアンモニア性窒素化合物の生成を抑制することができるため好ましい。
【0011】
さらに、前記第1の本発明において、前記第2工程で用いる還元触媒が、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、イリジウム、白金、ニッケルおよびこれらの化合物から選ばれる少なくとも1種であることが、亜硝酸性窒素を効率的に還元することができるため好ましい。
【0012】
また、前記第1の本発明において、前記第2工程で用いる還元剤として、水素またはギ酸を用いることが、良好な還元効率が得られるために好ましい。さらに、前記第2工程において、前記還元剤として、前記第1工程の電解槽の陰極で発生する水素を用いることが、処理装置を小型化し、小規模の設備とすることができるため好ましい。
【0013】
第2の本発明は、硝酸性窒素を含有する水性溶液に紫外線を照射することにより、硝酸性窒素を還元する第1工程と、
前記第1工程によって処理した水性溶液に還元剤を添加し、還元触媒と接触させて前記水性溶液中に含有される酸性窒素酸化物を還元する第2工程を少なくとも有することを特徴とする硝酸性窒素の処理方法である。
【0014】
前記第2の本発明において、前記第2工程で用いる還元触媒が、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、イリジウム、白金、ニッケルおよびこれらの化合物から選ばれる少なくとも1種であることが、亜硝酸性窒素を効率的に還元することができるため好ましい。
【0015】
前記第2の本発明において、前記第2工程で用いる還元剤が、水素もしくはギ酸であることが、良好な還元効率が得られるために好ましい。
【0016】
第3の本発明は、陽極と陰極、および、前記陽極と前記陰極とを区分する隔膜を備えた電解槽と、前記電解槽の陰極部で生成する電解生成物を供給し接触処理する還元触媒を充填した触媒反応器を少なくとも備えたことを特徴とする硝酸性窒素の処理装置である。
【0017】
第4の本発明は、紫外線発生装置と、その周囲に配置された紫外線透過性配管からなる紫外線照射反応器と、前記紫外線照射反応器で生成する反応物を供給し接触処理する還元触媒を充填した触媒反応器とを少なくとも備えたことを特徴とする硝酸性窒素の処理装置である。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下本発明の原理および作用について説明する。
硝酸性窒素の処理方法である第1および第2の本発明においては、まず第1工程において亜硝酸性窒素生成装置を用い、被処理物である水性溶液中に溶存する硝酸性窒素を還元して亜硝酸性窒素に転換する。具体的には、電解、若しくは紫外線照射によって、硝酸性窒素を、主として亜硝酸性窒素に還元する。続いて第2工程において、前記工程によって生成した亜硝酸性窒素を還元して窒素ガスに転換する。具体的には、水性溶液に水素ガスやギ酸といった還元剤を供給して混合し、それを水素添加触媒のような還元触媒と接触させて還元し、窒素ガスに転換する。本発明において、被処理物である水性溶液とは、硝酸性窒素を含有し、水を主たる溶媒とする溶液であるが、溶液の電気伝導度を低下させたり、硝酸性窒素の還元反応に悪影響を与えない限り、有機溶剤や他の無機化合物あるいは有機化合物成分が添加されていても差し支えない。本発明で処理するのに適した硝酸性窒素化合物の適切な濃度範囲は、全窒素量として1〜2000mg/Lである。この濃度範囲が、この範囲にない場合には、処理効率が低下して実用的ではない。
【0019】
(第1工程:電解処理)
前記第1工程として電解法を用いる場合、被処理物中の硝酸性窒素は、電解槽の陰極で主に以下の式に従って還元分解される。
NO +2H+2e→NO +H
NO +9H+8e→NH+3H
2NO +12H+10e→N+6H
なお、亜硝酸性窒素が還元される場合には以下のようになる。
NO +7H+6e→NH+2H
2NO +8H+6e→N+4H
【0020】
この電解処理において印加する電流密度は、10〜1000mA/cmの範囲が好ましい。電流密度が、この範囲を下回った場合、十分な還元反応が進行せず、亜硝酸性窒素への転換率が低下し、一方電流密度がこの範囲を上回った場合には、電源として大容量のものが必要になり経済的ではない。印加する電圧は、電流密度がこの範囲となるように設定する。処理温度は特に限定されないが、必要ならば公知の冷却装置を用いて、少なくとも水性溶液の沸点以下に調節する。また、電解処理される時間は、印加電圧、電流、液温、電気伝導度などの条件によって異なり、一概に範囲を決定することは困難であるが、概ね10〜600分の範囲で十分である。電解処理時間が上記範囲を下回った場合、十分な還元反応が進行せず、亜硝酸性窒素への転換率が低下する。一方、電解処理時間が上記範囲を上回った場合、電解処理時間が長い割には、転換率が向上せず、不経済である。
【0021】
本発明における上記第1の工程において、電解槽の電極材料としては、一般の電解装置において用いられている炭素、銅、ステンレス、チタンなどの板状体、焼結体、多孔体、あるいは網状材、または、これらの表面にパラジウム、ルテニウム、白金などのめっきを施した材料を用いることができる。また、電解槽の陰極に亜鉛若しくはその化合物を用いる場合、処理条件によっては、亜硝酸性窒素や硝酸性窒素がアンモニア性窒素に転換する還元電位が水素発生電位より卑であるために、陰極においてアンモニア性窒素が殆ど生成しないようにすることもできる。その場合、触媒反応器から流出した被処理物である被処理水性溶液をまず電解槽の陽極室に導入し、アンモニア性窒素を硝酸性窒素等に転換した後に陰極室に導入する工程を採用する必要は無く、触媒反応器から取り出される被処理水溶液を直接陰極室に導入すれば良い。あるいは、硝酸性窒素の濃度が充分に低下するまで電解槽の陰極室内を循環させ、その後に触媒反応器に導入しても良い。更には、電解槽陰極室内の滞留時間を充分に長くした流通式の装置構成とすることも可能である。何れの場合でも、処理装置の構成は簡素化されることになる。
【0022】
(第2工程)
この方法において、電解処理され、電解槽の陰極室から流出する水性溶液中には、未反応の硝酸性窒素、および生成した亜硝酸性窒素とアンモニア性窒素が溶存している。続いて、これらを含む被処理物を第2工程の触媒反応器に導入する。第2工程における触媒反応器においては、被処理物である水性溶液に水素ガスやギ酸などの還元剤を添加して混合し、それを還元触媒と接触させることによって、亜硝酸性窒素の大部分を還元して窒素ガスに転換する。還元剤が水素ガスおよびギ酸の場合の反応式はそれぞれ以下の通りである。
2NO +3H→N+2HO+2OH
2NO +3HCOOH→N+2HO+CO+2HCO
【0023】
第2の工程における還元触媒との接触反応において、触媒反応器の温度は、5℃以上かつ処理圧力における水性溶液の沸点以下の範囲が好ましい。温度がこの範囲を下回った場合には、還元反応速度が遅く、処理効率が低下して経済的ではない。一方、温度がこの範囲を上回った場合には、水性溶液の水の蒸発揮散することになり、投入エネルギーが浪費される。また、総接触反応時間は、1〜60分の範囲が好ましい。総接触反応時間が上記範囲を下回った場合、十分な反応が生起せず、処理効率が低下する。一方、反応時間が上記範囲を上回った場合、処理する時間の割には反応がもはや進行せず、不経済である。
【0024】
第2工程においては、1モル当たりの亜硝酸に対して、1.5モルの水素ガスあるいはギ酸が必要であり、第2工程において残存する亜硝酸量を最小に抑制するためには、充分量の還元剤を添加する必要がある。このためには、第1工程において投入した硝酸性窒素から、還元されて生成する亜硝酸性窒素量をイオンクロマトグラフィー等の方法により逐次測定し、投入する還元剤量を制御することによって行うことができる。あるいは、実験的に求められる電解処理による硝酸性窒素から亜硝酸性窒素への転換率を基に、投入硝酸性窒素量から生成する亜硝酸性窒素量を推定し、投入する還元剤量を決定することもできる。
【0025】
この第2工程において用いる還元触媒としては、水素添加触媒として知られている触媒を用いることができる。具体的には、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、イリジウム、白金、ニッケルおよびこれらの化合物から選ばれる少なくとも1種を活物質として担持した触媒である。これらの触媒は、水素分子が容易に解離吸着する物質として知られ、亜硝酸性窒素に水素を添加して還元分解する能力が高い。この還元触媒において、高い分解効率を確保するためには、これらを含浸法や共沈法等の公知の手法を用いて多孔質の担体上に担持することが好ましい。担体としては、ジルコニア、チタニア、活性炭、アルミナ、シリカ、およびこれらの化合物の充実体あるいは多孔質体の粉末状、球状、ペレット状、ハニカム状等、一般に使用されている各種の形状を用いることが可能である。なお、還元剤として水素ガスを用いる場合は、電解槽の陰極において水素ガスが発生するので、これを含む被処理物を触媒反応器に導入し、水素ガスを還元反応に供することが出来る。このように陰極から電解によって生成する水素ガスを還元剤として用いることにより、小型で小規模な装置で処理を行うことができ、経済的である。
【0026】
前記第2工程の触媒反応器出口において、水素ガスと生成した窒素ガスを含有するガスが、被処理物である水性溶液から気液分離器を用いて分離される。この気液分離器は、気体排出口と液体排出口を有する十分な容積を持つ容器に気体と液体が混合している水性溶液を導入し、これを静置することによって気−液を分離してもよいし、また、気体透過性で液体不透過性の高分子膜のような気液分離膜を用いて気液を分離することもできる。このように従来公知の気液分離器を用いることができる。なお、分離されたガスには電解槽由来の若干のNOxが含有されていることがあるので、必要なら公知の除害設備を用いてこれを窒素ガスに転換する。
【0027】
前記触媒反応器から排出されるガス成分が分離された被処理物、すなわち水性溶液中には、触媒反応器において全く反応しなかったアンモニア性窒素と硝酸性窒素が主に溶存しており、これを電解槽の陽極室に導入し、陽極酸化することによって、陽極においては主に以下の反応が生じ、アンモニア性窒素は硝酸性窒素等に転換する。硝酸性窒素はそれ以上反応することはない。
NH+3HO→NO +9H+8e
NH+2HO→NO +7H+6e
2NH→N+6H+6e
【0028】
前記陽極反応による酸化処理工程に続いて、陽極室を流出する被処理物を陰極室に導入し、亜硝酸性窒素およびアンモニア性窒素等への転換反応を生じさせるというサイクルを繰り返すことにより、処理効率を向上させることができる。この際、複数の電解槽を接続し、1つの電解槽おいて処理した水性溶液を他の電解槽の陰極室に導入して処理を完了させるように、循環させることなく1回の処理工程で処理を行う流通式の処理方式としても良い。この際に、被処理物を第2の電解槽の陰極室に導入する前に、生成した窒素ガスを含有するガスを被処理物から分離しても良い。あるいは、ここに触媒反応器を設置し、陽極室で生成した亜硝酸性窒素を還元して窒素ガスに転換しても良い。なお、分離されたガスには若干のNOxが含有されていることがあるので、必要なら公知の除害設備を用いてこれを窒素ガスに転換する。このように、電解槽においてガス化する成分だけではなく、電解槽において亜硝酸性窒素に転換した成分をも触媒反応器を用いてガス化することにより、単に被処理物を陰極室と陽極室に交互に導入するよりも遥かに効率的に溶存窒素成分を除去することが可能になる。
【0029】
(第1工程:紫外線照射)
上記第2の本発明である第1工程として紫外線照射法を用いる場合、硝酸性窒素含有水性溶液に対して低圧水銀ランプを用いて紫外線を照射することにより、硝酸性窒素を亜硝酸性窒素に転換する。この転換反応においては、低圧水銀ランプが発する波長約185nmの紫外線が作用するため、市販されているブラックライトや高圧水銀ランプを適用することは困難である。また、紫外線の総照射時間は、被処理物である水性溶液に含まれる硝酸性窒素の含有量、その濃度、液量、温度、照射紫外線のエネルギー量などによって一概には言えないが、概ね10〜600分の範囲で十分である。
【0030】
ここで、硝酸性窒素が亜硝酸性窒素に転換する反応は以下のような可逆の反応であり、亜硝酸性窒素への転換率は100%になることはないので、第2工程の触媒反応器に導入される被処理物中には硝酸性窒素が残存する。
NO ⇔NO +0.5O
【0031】
前記第1の工程によって処理された被処理水性溶液を導入する触媒反応器においては、硝酸性窒素は分解除去されないので、触媒反応器を経た後の被処理物を第1工程の紫外線照射反応器に還流し、再び紫外線を照射して一部の硝酸性窒素を亜硝酸性窒素に転換した後に、これを触媒反応器に導入するというサイクルを繰り返すことにより転換率を向上させることができる。前述の第1の本発明と同様に触媒反応器出口において、生成した窒素ガスを含有するガスを被処理物から分離しても良い。また、還流せずに、他の紫外線照射反応器に導入して流通式の処理方式としても良い。
【0032】
なお、硝酸性窒素を含有する試料溶液に紫外線を照射し、硝酸性窒素を亜硝酸性窒素に還元した後に発色試薬を加えて検出する手法が、特開平7−151767において提示されており、その際、エチレンジアミン四酢酸やリン酸塩等を添加することによって亜硝酸性窒素への転換率が高まることが記載されている。本発明においても、これらの物質を添加して、紫外線照射することによって亜硝酸性窒素への転換率が向上し、したがって被処理物中からの窒素化合物の除去効率も向上することが期待される。しかしながら、添加剤が処理後の溶液中に残存するので、環境負荷を増大させてしまうという問題が生じるためその使用にあたっては十分な配慮が必要である。
【0033】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【0034】
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態を図1を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係わり、第1工程として電解法を用いる場合の硝酸性窒素の処理装置の基本構成を示す。図1中、1は、亜硝酸性窒素生成装置である電解槽である。電解槽1と触媒反応器7およびこれらの装置要素間を接続する配管内に、被処理物である硝酸性窒素含有水性溶液を一定量導入した後、これの循環を開始する。なお、被処理物である水性溶液の循環には、ポンプが使用されるが、図1以下の図においては、省略している。
【0035】
陰極2においては、硝酸性窒素が亜硝酸性窒素やアンモニア性窒素等に還元転換すると共に、水から水素ガスを生成する反応が生じる。陰極室4と陽極室5は陽イオン交換膜6で隔てられ、生成した亜硝酸性窒素が陽極3に到達して硝酸性窒素に酸化されるのを抑制する。
【0036】
次に、陰極室4から陰極室処理水性溶液排出口16を経由して流出する被処理物は、亜硝酸性窒素分解装置である水素添加触媒のような還元触媒を収納した触媒反応器7に導入され、ここで亜硝酸性窒素が窒素ガスに転換される。この反応においては水素ガスのような還元剤が必要となっているが、前記陰極2からは、電解によって水素ガスが生成しており、水性溶液中には水素ガスが混在しているため、この水素ガスを用いて還元反応を進行させることができる。この陰極において生成した水素ガスのみでは、反応に必要な水素ガス量が不足する場合は、還元剤供給容器9から、別途還元剤を供給してもよい。生成した水素ガス量は、ガス流量とガスクロマトグラフ等により逐次測定した水素ガス濃度とから算出することが可能である。逆に、陰極2において生成する水素ガス量が触媒反応器7における必要量より過剰である場合は、陰極室排ガス排出口19に、図示しないガス流量制御弁を設けて、余剰分を排出することが可能である。この陰極室排ガス排出口には、ガスは透過出来るが液体は透過出来ない機能を有するガス透過膜を用いても良い。
【0037】
触媒反応器7に充填される還元触媒は、固定床型と懸濁床型の双方の形態をとることが可能である。還元触媒の形状がハニカム状の場合は固定床を用い、粉末状の場合は懸濁床を用いることが好ましい。球状やペレット状の場合はどちらを用いても差し支えない。触媒反応器7出口において、水素ガスや窒素ガス等を含有するガスが、気液分離装置10によって、水性溶液から分離され、主にアンモニア性窒素と硝酸性窒素を含む水性溶液は電解槽1の陽極室5に陽極室処理水性溶液供給口17を経由して導入され、この陽極3において水性溶液に含まれるアンモニア性窒素は、硝酸性窒素や亜硝酸性窒素等に陽極酸化され転換される。陽極室5から陽極室処理水性溶液排出口18を経由して流出する水性溶液は、続いて陰極室環流供給口15を経由して陰極室4に環流され、陰極2において、還元処理され亜硝酸性窒素およびアンモニア性窒素等への転換反応が生じる。この一連の循環サイクルを、被処理物中に含まれる硝酸性窒素をはじめ、その他の亜硝酸性窒素やアンモニア性窒素の濃度が設定値以下に低下するまで繰り返すことによって、排水から硝酸性窒素を除去することができる。
【0038】
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態を図2を用いて説明する。図2は、本発明の第2の実施形態に係わり、第1の実施形態の変形例を示す。図2中、1は、亜硝酸性窒素生成装置である電解槽である。電解槽1と第1触媒反応器8と第2触媒反応器9および配管内に、被処理物である硝酸性窒素含有水性溶液を一定量導入した後、これの循環を開始する。陰極2においては、硝酸性窒素が亜硝酸性窒素やアンモニア性窒素等に転換すると共に、水から水素ガスが生成する反応が生じる。陰極室4と陽極室5は陽イオン交換膜6で隔てられ、生成した亜硝酸性窒素が陽極3に到達して硝酸性窒素に酸化されるのを抑制する。
【0039】
次に、陰極室4から陰極室処理水性溶液排出口16を経由して流出する水性溶液は、亜硝酸性窒素分解装置である水素添加触媒を収納した第1触媒反応器7aに導入され、ここで亜硝酸性窒素が窒素ガスに転換する。第1触媒反応器7a出口に設置された気液分離器10において、被処理物である水性溶液は、水素ガスや窒素ガス等を含有するガスと水性溶液とに分離される。主にアンモニア性窒素と硝酸性窒素を含む水性溶液は電解槽1の陽極室5に導入され、ここの陽極3において陽極酸化されアンモニア性窒素は硝酸性窒素や亜硝酸性窒素等に転換する。陽極室5から陽極室処理水性溶液排出口18を経由して流出する水性溶液は、気液分離器10からのガスと混合され、第2触媒反応器7bに導入され、ここで亜硝酸性窒素が窒素ガスに転換する。
【0040】
第2触媒反応器7b出口において、水素ガスや窒素ガス等を含有するガスが被処理物である水性溶液から分離され、主に硝酸性窒素とアンモニア性窒素を含む水性溶液は、電解槽1の陰極環流供給口15を経由して陰極室4に導入され、亜硝酸性窒素およびアンモニア性窒素等への転換反応が生じる。この一連の循環サイクルを、被処理物中に含まれる硝酸性窒素をはじめ、その他の亜硝酸性窒素やアンモニア性窒素の濃度が設定値以下に低下するまで繰り返す。
【0041】
この実施の形態によれば、触媒反応器を2基備え、亜硝酸性窒素の窒素ガスへの転換反応を、陰極室4から流出する被処理物である水性溶液のみならず、陽極室5から流出する被処理物に対しても施すことにより、水性溶液中から窒素化合物を除去する効率を向上させることができる。
【0042】
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態を図3を用いて説明する。図3は、本発明の第3の実施形態に係わり、第2の実施形態の変形例である硝酸性窒素の流通式処理装置の構成を示す。この実施形態の基本的な構成は、上述した第2の実施形態とほぼ同一であるが、電解槽を2基、および触媒反応器を4基備え、流通式の装置構成となっており、第2触媒反応器7b出口において被処理水性溶液から分離された水性溶液は、第2の電解槽1bの陰極室4bに導入され、被処理物を循環させることなく1回の処理工程で処理が完了するよう構成されている。
【0043】
この実施の形態によれば、連続処理が可能になるので、被処理物を一時貯留するためのタンクを処理装置の前に設置する必要がなくなり、したがって省スペース化が可能になる。また、第1の電解槽1aと第2の電解槽1bのそれぞれの陰極室に導入される被処理物である水性溶液の濃度が異なることになるが、このように異なる濃度の水性溶液の処理を、それぞれ異なる条件、例えば印加電圧を調整するなど、最適条件で行うことができるため、処理効率を改善することができる。
【0044】
さらに、必要ならば、1つの電解槽と2つの触媒反応器から構成されるモジュールを、図3に示す第2の電解槽1bの後段に付加することができ、このように構成することによって硝酸性窒素の窒素ガスへの転換率をさらに向上させることができる。
【0045】
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態を図4を用いて説明する。図4は、本発明の第4の実施形態に係わり、第1工程として電解法を用いる場合において電解槽の陰極として亜鉛を用い、陰極においてアンモニア性窒素が殆ど生成しない場合の硝酸性窒素の処理装置の構成を示す。
【0046】
図4において、1は、亜硝酸性窒素生成装置である電解槽である。電解槽1と触媒反応器7および配管内に、被処理物である硝酸性窒素含有水性溶液を一定量導入した後、これの循環を開始する。陰極2においては、硝酸性窒素が亜硝酸性窒素等に転換すると共に、水から水素ガスが生成する反応が生じる。陰極室4と陽極室5は陽イオン交換膜6で隔てられ、生成した亜硝酸性窒素が陽極3に到達して硝酸性窒素に酸化されるのを抑制する。陽極室5内を硝酸等の電解質水溶液を満たしておくと、電解の効率が向上する。陽極室5内に満たす電解質水溶液が硝酸ナトリウム等の塩を含む場合は、陽イオン交換膜6に代えて、水素イオン選択透過膜を用いるのが好ましい。
【0047】
次に、陰極室4から陰極室処理水性溶液排出口16を経由して流出する被処理物である水性溶液は、亜硝酸性窒素分解装置である、水素添加触媒を収納した触媒反応器7に導入され、ここで亜硝酸性窒素が窒素ガスに転換される。還元剤としては、陰極2において発生した水素ガスを用いることができることは上記実施の形態と同様であり、反応に必要な水素ガス量が不足する場合は、還元剤を還元剤供給容器9から別途供給する。逆に、陰極2において生成する水素ガス量が触媒反応器7における必要量より過剰である場合は、電解槽1の陰極室4に設けられた陰極室排ガス排出口19に接続される図示しないガス流量制御弁を介して、余剰分を排出することが可能である。ガスは透過出来るが液体は透過出来ない機能を有するガス透過膜を用いても良い。
【0048】
図4において、触媒反応器7は、固定床型と懸濁床型の双方の形態をとることが可能である。触媒の形状がハニカム状の場合は固定床を用い、粉末状の場合は懸濁床を用いる。球状やペレット状の場合はどちらを用いても良い。触媒反応器7出口において、水素ガスや窒素ガス等を含有するガスが被処理物である水性溶液から分離され、電解槽1において未反応であった硝酸性窒素を主に含む水性溶液は、電解槽1の陰極室4に導入され、亜硝酸性窒素への転換反応が生じる。この一連の循環サイクルを、図4の装置を用いて、水性溶液中に含まれる硝酸性窒素や亜硝酸性窒素の濃度が設定値以下に低下するまで繰り返す。
【0049】
本実施の形態においては、陰極の電極材料として亜鉛あるいはその化合物を採用することにより、アンモニア性窒素を生成することなく陰極において硝酸性窒素を亜硝酸性窒素に変換することができるため、簡易な装置で高効率の変換を行うことができる。
【0050】
(第5の実施形態)
本発明の第5の実施形態を図5を用いて説明する。図5は、本発明の第5の実施形態に係わり、第4の実施形態の変形例を示す。
【0051】
図5において、1は、亜硝酸性窒素生成装置である電解槽である。陰極室4には被処理物である硝酸性窒素含有水性溶液が一定量導入された後に、電解処理が施される。陰極室4内で処理された水性溶液は、陰極室4に設けられている陰極室処理水性溶液排出口16と陰極室環流供給口15との間を配管により接続し、図示しないポンプで循環させる。この陰極2においては、硝酸性窒素が亜硝酸性窒素等に転換すると共に、水から水素ガスが生成する反応が生じ、水素ガス等を含有するガスは、陰極室4の上方に設けられている陰極室排ガス排出口19から、水素ガスホルダー11に導かれ、ここに貯蔵される。陰極室4と陽極室5は陽イオン交換膜6で隔てられ、生成した亜硝酸性窒素が陽極3に到達して硝酸性窒素に酸化されるのを抑制する。陽極室5内を硝酸等の電解質水溶液を満たしておくと、電解の効率が向上する。陽極室5内に満たす電解質水溶液が硝酸ナトリウム等の塩を含む場合は、陽イオン交換膜6に代えて、水素イオン選択透過膜を用いるのが好ましい。
【0052】
電解槽1での還元処理を終え、初期に含まれていた硝酸性窒素がほぼ完全に分解した被処理物である水性溶液は、その全量がバッファータンク12に移送される。空になった陰極室4には新たな水性溶液が導入され、電解処理が施される。バッファータンク12内に一時貯蔵された水性溶液は、水素ガスホルダー11からの水素ガス含有ガスと混合された後、亜硝酸性窒素分解装置である水素添加触媒を収納した触媒反応器7に導入され、ここで亜硝酸性窒素が窒素ガスに転換する。反応に必要な水素ガス量が不足する場合は、これを別途供給する。
【0053】
本実施の形態によれば、電解槽1において生成する水素ガスおよび水性溶液はそれぞれ、水素ガスホルダー11およびバッファータンク12に蓄積された後、触媒反応器7に充填された還元触媒によって還元処理されるため、電解槽1において生成する水素ガス量を逐次測定により算出する必要はなく、電解終了後において、水素ガスホルダー11内のガス量と水素ガス濃度を測定すればよい。したがって、生成水素ガス量の測定系及び別途供給する水素ガス量の制御系を簡素化することが出来る。
【0054】
(第6の実施形態)
本発明の第6の実施形態を図6を用いて説明する。図6は、本発明の第6の実施形態に係わり、第4の実施形態の変形例である硝酸性窒素の流通式処理装置の構成を示す。
【0055】
図6において、1は、亜硝酸性窒素生成装置である電解槽である。陰極室4には被処理物である硝酸性窒素含有水性溶液が連続的に導入される。陰極2においては、硝酸性窒素が亜硝酸性窒素等に転換すると共に、水から水素ガスが生成する反応が生じる。陰極室4と陽極室5は陽イオン交換膜6で隔てられ、生成した亜硝酸性窒素が陽極3に到達して硝酸性窒素に酸化されるのを抑制する。陽極室5内を硝酸等の電解質水溶液を満たしておくと、電解の効率が向上する。陽極室5内に満たす電解質水溶液が硝酸ナトリウム等の塩を含む場合は、6には水素イオン選択透過膜を用いるのが好ましい。
【0056】
図6の電解槽1においては、被処理物である水性溶液が流通する過程で、還元処理は充分完了し、初期に含まれていた硝酸性窒素がほぼ完全に分解する。次いで、水性溶液は、亜硝酸性窒素分解装置である、水素添加触媒を収納した触媒反応器7に導入され、ここで亜硝酸性窒素が窒素ガスに転換する。
【0057】
この実施の形態によれば、連続処理が可能になるので、被処理物を一時貯留するためのタンクを処理装置の前に設置する必要がなくなり、したがって省スペース化が可能になる。また、陰極として、亜鉛あるいはその化合物を用いることによってアンモニア性窒素の生成を抑止し、効率的な処理を行うことができる。
【0058】
(第7の実施形態)
本発明の第7の実施形態を図7を用いて説明する。図7は、第2の本発明の実施形態に係わり、第1工程として紫外線照射法を用いる場合の硝酸性窒素の処理装置の構成を示す。この実施の形態の処理装置は、図7に見られるように、亜硝酸性窒素生成装置である紫外線照射反応器21、および、亜硝酸性窒素分解装置である触媒反応器7を少なくとも備えている。前記紫外線反応器13は、例えば非晶質のフッ素樹脂チューブや石英ガラス管コイルである被処理物である水性溶液流通配管23を低圧水銀灯などのような紫外線発生装置22に巻きつけた構造とすることが出来る。水性溶液流通配管23が石英ガラス製の場合は、波長約185nmの紫外線の透過率が高い合成石英を用いることにより、硝酸性窒素の亜硝酸性窒素への転換率をさらに向上させることができる。
【0059】
この装置を用いて硝酸性窒素を処理するには、まず、紫外線照射反応器21と触媒反応器7およびこれらの装置要素間を接続する配管内に、被処理物である硝酸性窒素含有水溶液を一定量導入した後、循環を開始する。紫外線照射反応器13においては、被処理物中の一部の硝酸性窒素が亜硝酸性窒素に転換し、還元剤供給容器9から供給された水素ガスと共に水素添加触媒を収納した触媒反応器7に導入されて、亜硝酸性窒素が窒素ガスに転換する。水素ガスは、例えば触媒反応器7の供給口に至るまでの過程で連続的に供給し、触媒反応器7出口においては、還元反応で消費されなかった水素ガスと生成した窒素ガスの混合ガスを分離して排出することが可能である。このガスを、触媒反応器7の手前に還流することも勿論可能である。
【0060】
続いて、触媒反応器7で処理された被処理物である水性溶液は、気液分離器10で窒素ガスなどの生成ガスと分離され、紫外線照射反応器13の入口に還流される。前述したように、紫外線照射反応器21においては亜硝酸性窒素への転換率が100%になることはないので、触媒反応器7から流出した被処理物中には硝酸性窒素が残存している。この被処理物には、再び紫外線が照射されて残存硝酸性窒素の一部が亜硝酸性窒素に転換した後、触媒反応器7に導入される。 この一連の循環サイクルを、被処理物中に含まれる硝酸性窒素や亜硝酸性窒素の濃度が設定値以下に低下するまで繰り返した後に外部に排出し、紫外線照射反応器13と触媒反応器7および配管内には新たな被処理物が導入される。
【0061】
上記触媒反応器7としては、前述の電解処理を採用した実施の形態と同様に、固定床型と懸濁床型の双方の形態をとることが可能である。触媒の形状がハニカム状の場合は固定床を用い、粉末状の場合は懸濁床を用いる。球状やペレット状の場合はどちらを用いても良い。
【0062】
この実施の形態によれば、硝酸性窒素の還元処理を、紫外線照射によって行うことができるため、電解処理装置のような大がかりな装置を必要とせずに、処理を行うことができるため、経済的な装置を実現することができる。
【0063】
(第8の実施形態)
本発明の第8の実施形態を図8を用いて説明する。図8は、本発明の第8の実施形態に係わり、第7の実施形態の変形例である硝酸性窒素の流通式処理装置の構成を示す。
【0064】
この実施形態の構成は、上述した第7の実施形態とほぼ同一である。ただし、上述の実施の形態における循環式の処理ではなく、被処理物である水性溶液を導入から排出までの1回の通過で処理を行う流通式の装置構成となっている。
【0065】
第1触媒反応器8出口に設置された気液分離器10において、被処理物は水素ガスを含有するガスと水溶液とに分離される。水溶液は第2紫外線照射反応器21bの入口に導入される。ここで硝酸性窒素が亜硝酸性窒素に転換し、続いて気液分離器10からのガスと共に第2触媒反応器7bに導入されて、亜硝酸性窒素が窒素ガスに転換する。必要ならば、2つの紫外線照射反応器と2つの触媒反応器から構成されるモジュールを、図8に示すように1つだけではなく、被処理物中に含まれる硝酸性窒素や亜硝酸性窒素の濃度が設定値以下に低下するのに必要な数だけ直列に配置する。
【0066】
本実施の形態によれば、連続処理が可能になるので、被処理物を一時貯留するためのタンクを処理装置の前に設置する必要がなくなり、したがって省スペース化が可能になる。
【0067】
【実施例】
(実施例1〜4)
図1に示す処理装置を用い、表1に示す硝酸性窒素含有水溶液を、同表に記載の条件で処理した。実施例1においては、硝酸性窒素濃度を100mg/Lに調整した模擬排水を処理した。実施例2においては、浄水場に導入される直前の地下水を処理した。実施例3では、主成分としてフッ素が約1000mg/L含まれている半導体工場排水を処理して高濃度フッ素含有薬液としてリサイクルする工程の一部として、不純物である硝酸性窒素の除去処理を行った。実施例4においては、高濃度の硝酸性窒素が含有されるめっき工場からの排水を処理した。
【0068】
【表1】

Figure 2004074107
【0069】
何れにおいても、約10Lの被処理物を電解槽1と触媒反応器7に導入した後、循環処理を開始した。被処理物の液温は20℃に保った。電解は定電流で行った。実施例2を除いては、ステンレス繊維焼結体を陰極2の多孔質基材として用い、全ての場合において陽極3の基材としてチタン繊維焼結体を用いた。触媒反応器7は何れも固定床型である。ここに導入する水素ガス量は、電解槽1の陰極室4出口における亜硝酸性窒素濃度をモニタリングして算出した、亜硝酸性窒素の流量に基づいて決定した。その量を示す表1の水素ガス等量比とは、(水素ガスのモル流量/亜硝酸性窒素のモル流量)の、亜硝酸性窒素1モルを窒素ガスに転換するために必要な水素ガスのモル数である1.5に対する比のことである。陰極室4出口においては、陰極2において生成したガスの流量と水素ガス濃度も併せてモニタリングし、算出した水素ガス流量が必要量を下回った場合に限り、水素ガスボンベから不足分を補った。この循環処理を、表1に示す循環処理時間だけ行った後に全量をタンクに回収し、それを分析した結果を表2に示す。
【0070】
【表2】
Figure 2004074107
【0071】
上記表2に見られるように、いずれの場合も、硝酸性窒素が良好に除去されていると共に、全窒素量に示される窒素化合物全体としての残存量は少量であった。
【0072】
(比較例1〜4)
図9に示す処理装置を用い、実施例1〜4で処理したのと同じ被処理物を、表3に記載の実施例1〜4と同じ条件で処理した。触媒反応器7は用いなかった。
【0073】
【表3】
Figure 2004074107
【0074】
循環処理を、実施例1〜4と同じ循環処理時間だけ行った後に全量をタンクに回収し、それを分析した結果を表4に示す。
【0075】
【表4】
Figure 2004074107
【0076】
表4から明らかなように、上記比較例のいずれの場合でも、実施例1〜4の結果を大きく上回る濃度の硝酸性窒素、亜硝酸性窒素、全窒素が検出され、分解効率が低いことが明らかになった。
【0077】
(実施例5〜8)
図2に示す処理装置を用い、実施例1〜4で処理したのと同じ被処理物を、表5に記載の条件で処理した。
【0078】
【表5】
Figure 2004074107
【0079】
処理条件は循環処理時間を除いて実施例1〜4と同じとしたが、第2触媒反応器9を追加設置し、陽極室5から流出する被処理物中に含まれる亜硝酸性窒素も分解した。第1触媒反応器8と第2触媒反応器9は同一の形状を有し、同じ触媒を同じ量だけ充填している。両触媒反応器に導入する水素ガス量は、陰極室4出口と陽極室5出口における亜硝酸性窒素濃度をモニタリングして算出した、亜硝酸性窒素の流量の和に基づいて決定した。その量を示す表5の水素ガス等量比とは、(水素ガスのモル流量/亜硝酸性窒素のモル流量)の、亜硝酸性窒素1モルを窒素ガスに転換するために必要な水素ガスのモル数である1.5に対する比のことである。陰極室4出口においては、陰極2において生成したガスの流量と水素ガス濃度も併せてモニタリングし、算出した水素ガス流量が必要量を下回った場合に限り、水素ガスボンベから不足分を補った。この循環処理を、表5に示す循環処理時間だけ行った後に全量をタンクに回収し、それを分析した結果を表6に示す。
【0080】
【表6】
Figure 2004074107
【0081】
表6の結果から明らかなように、実施例5〜8においては、処理時間は何れも実施例1〜4より短いにも関わらず、処理後の水質はほぼ同等であった。
【0082】
(実施例9〜12)
図3に示す処理装置を用い、実施例1〜4で処理したのと同じ被処理物を、表7に記載の条件で処理した。ただし、1つの電解槽と2つの触媒反応器から構成されるモジュールを、5つ直列に設置した。
【0083】
【表7】
Figure 2004074107
【0084】
いずれにおいても、被処理物の液温は30℃に保った。全ての場合において、チタン繊維焼結体を陰極2および陽極3の多孔質基材として用いた。電解は定電流で行った。第1触媒反応器8と第2触媒反応器9は同一の形状を有し、同じ触媒を同じ量だけ充填している固定床型の触媒反応器である。両触媒反応器に導入する水素ガス量は、陰極室4出口と陽極室5出口における亜硝酸性窒素濃度をモニタリングして算出した、亜硝酸性窒素の流量の和に基づいて決定した。その量を示す表7の水素ガス等量比とは、(水素ガスのモル流量/亜硝酸性窒素のモル流量)の、亜硝酸性窒素1モルを窒素ガスに転換するために必要な水素ガスのモル数である1.5に対する比のことである。陰極室4出口においては、陰極2において生成したガスの流量と水素ガス濃度も併せてモニタリングし、算出した水素ガス流量が必要量を下回った場合に限り、水素ガスボンベから不足分を補った。この処理を24時間連続して行った時の結果を表8に示す。なお、結果は5つめのモジュールの出口で1時間毎にサンプリングした値の平均値である。
【0085】
【表8】
Figure 2004074107
【0086】
表8から明らかなように、いずれの場合も、硝酸性窒素が良好に除去されていると共に、全窒素量に示される窒素化合物全体としての残存量は少量であった。
【0087】
(実施例13〜16)
図4に示す処理装置を用い、実施例1〜4で処理したのと同じ被処理物を、表9に記載の条件で処理した。
【0088】
【表9】
Figure 2004074107
【0089】
上記実施例13〜16のいずれにおいても、約5Lの被処理物を電解槽1の陰極室4と触媒反応器7に導入した後、循環処理を開始した。被処理物の液温は20℃に保った。電解は定電流で行った。全ての場合において、ステンレス繊維焼結体を陰極2の多孔質基材として用い、チタン繊維焼結体を陽極3の基材として用いた。触媒反応器7は何れも固定床型である。ここに導入する水素ガス量は、電解槽1の陰極室4出口における亜硝酸性窒素濃度をモニタリングして算出した、亜硝酸性窒素の流量に基づいて決定した。その量を示す表9の水素ガス等量比とは、(水素ガスのモル流量/亜硝酸性窒素のモル流量)の、亜硝酸性窒素1モルを窒素ガスに転換するために必要な水素ガスのモル数である1.5に対する比のことである。陰極室4出口においては、陰極2において生成したガスの流量と水素ガス濃度も併せてモニタリングし、算出した水素ガス流量が必要量を下回った場合に限り、水素ガスボンベから不足分を補った。この循環処理を、表9に示す循環処理時間だけ行った後に全量をタンクに回収し、それを分析した結果を表10に示す。
【0090】
【表10】
Figure 2004074107
【0091】
表10の結果から明らかなように、本実施例のいずれの場合も、硝酸性窒素が良好に除去されていると共に、全窒素量に示される窒素化合物全体としての残存量は少量であった。アンモニア性窒素は殆ど検出されなかった。
【0092】
(実施例17〜20)
図5に示す処理装置を用い、実施例1〜4で処理したのと同じ被処理物を、表11に記載の条件で処理した。
【0093】
【表11】
Figure 2004074107
【0094】
本発明の実施例17〜20のいずれにおいても、約5Lの被処理物を電解槽1の陰極室4と触媒反応器7に導入した後、循環処理を開始した。被処理物の液温は20℃に保った。電解は定電流で行った。全ての場合において、チタン繊維焼結体を陰極2および陽極3の多孔質基材として用いた。電解は定電流で行った。電解処理の後に、水溶液の全量をいったんバッファータンク12に移送し、水素ガスホルダー11に貯蔵された水素ガス含有ガスと混合して、触媒反応器7に少量ずつ導入した。ここに導入する水素ガス量は、バッファータンク12内の亜硝酸性窒素濃度を分析して算出した、亜硝酸性窒素の流量に基づいて決定した。その量を示す表11の水素ガス等量比とは、(水素ガスのモル流量/亜硝酸性窒素のモル流量)の、亜硝酸性窒素1モルを窒素ガスに転換するために必要な水素ガスのモル数である1.5に対する比のことである。水素ガスホルダー11からの水素ガス流量が必要量を下回った場合に限り、水素ガスボンベから不足分を補った。一連の処理終了後の被処理物をタンクに全量回収し、それを分析した結果を表12に示す。
【0095】
【表12】
Figure 2004074107
【0096】
上記表12の結果から明らかなように、いずれの場合も、硝酸性窒素が良好に除去されていると共に、全窒素量に示される窒素化合物全体としての残存量は少量であった。アンモニア性窒素は殆ど検出されなかった。
【0097】
(実施例21〜24)
図6に示す処理装置を用い、実施例1〜4で処理したのと同じ被処理物を、表13に記載の条件で処理した。
【0098】
【表13】
Figure 2004074107
【0099】
被処理物を、陰極室4に連続的に導入して電解処理した。何れにおいても、被処理物の液温は30℃に保った。電解は定電流で行った。全ての場合において、ステンレス繊維焼結体を陰極2の多孔質基材として用い、チタン繊維焼結体を陽極3の基材として用いた。触媒反応器7は何れも固定床型である。ここに導入する水素ガス量は、電解槽1の陰極室4出口における亜硝酸性窒素濃度をモニタリングして算出した、亜硝酸性窒素の流量に基づいて決定した。その量を示す表13の水素ガス等量比とは、(水素ガスのモル流量/亜硝酸性窒素のモル流量)の、亜硝酸性窒素1モルを窒素ガスに転換するために必要な水素ガスのモル数である1.5に対する比のことである。陰極室4出口においては、陰極2において生成したガスの流量と水素ガス濃度も併せてモニタリングし、算出した水素ガス流量が必要量を下回った場合に限り、水素ガスボンベから不足分を補った。この処理を24時間連続して行った時の結果を表14に示す。なお、結果は触媒反応器7の出口で1時間毎にサンプリングした値の平均値である。
【0100】
【表14】
Figure 2004074107
【0101】
表14から明らかなように、いずれの場合も、硝酸性窒素が良好に除去されていると共に、全窒素量に示される窒素化合物全体としての残存量は少量であった。アンモニア性窒素は殆ど検出されなかった。
【0102】
(実施例25〜28)
図7に示す処理装置を用い、実施例1〜4で処理したのと同じ被処理物を、表15に記載の条件で処理した。
【0103】
【表15】
Figure 2004074107
【0104】
これらを紫外線照射反応器13と触媒反応器7に導入した後、循環処理を開始した。被処理物の液温は40℃に保った。紫外線照射反応器13の光源には総出力60Wの低圧水銀灯を用いた。また、触媒反応器7は何れも固定床型である。水素ガスは、触媒反応器7の手前から連続的に供給し、触媒反応器7の出口からは、還元反応で消費されなかった水素ガスと、生成した窒素ガスを外部に排出した。水溶液は紫外線照射反応器13の入口に還流した。供給する水素ガスの量は、紫外線照射反応器13出口における亜硝酸性窒素濃度をモニタリングし、それから算出される亜硝酸性窒素のモル流量に対して15倍のモル流量とした。つまり、水素ガス等量比を常に10になるように制御した。この循環処理を、表15に示す循環処理時間だけ行った後に全量をタンクに回収し、それを分析した結果を表16に示す。
【0105】
【表16】
Figure 2004074107
【0106】
何れの場合も、硝酸性窒素が良好に除去されていると共に、全窒素量に示される窒素化合物全体としての残存量は少量であった。アンモニア性窒素は殆ど検出されなかった。
【0107】
(実施例29〜32)
図8に示す処理装置を用い、実施例1〜4で処理したのと同じ被処理物を、表17に記載の条件で処理した。ただし、2つの紫外線照射反応器と2つの触媒反応器から構成されるモジュールを、5つ直列に設置した。
【0108】
【表17】
Figure 2004074107
【0109】
何れにおいても、被処理物の液温は30℃に保った。第1紫外線照射反応器14と第2紫外線照射反応器15は同一の形状であり、かつ同じ材質である。その光源には共に出力6Wの低圧水銀灯を用いた。また、第1触媒反応器8と第2触媒反応器9は同一の形状を有し、同じ触媒を同じ量だけ充填している固定床型の触媒反応器である。水素ガスは、第1触媒反応器8の手前から連続的に供給し、第2触媒反応器9の出口からは、還元反応で消費されなかった水素ガスと、生成した窒素ガスを外部に排出した。水溶液は次のモジュールの紫外線照射反応器の入口に導入した。供給する水素ガスの量は、第1紫外線照射反応器14出口と第2紫外線照射反応器15出口における亜硝酸性窒素濃度をモニタリングして算出した、亜硝酸性窒素のモル流量の和に対して15倍のモル流量とした。つまり、水素ガス等量比を常に10になるように制御した。この処理を24時間連続して行った時の結果を表18に示す。なお、結果は5つめのモジュールの出口で1時間毎にサンプリングした値の平均値である。
【0110】
【表18】
Figure 2004074107
【0111】
表18から明らかなように、いずれの場合も、硝酸性窒素が良好に除去されていると共に、全窒素量に示される窒素化合物全体としての残存量は少量であった。アンモニア性窒素は殆ど検出されなかった。
【0112】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の硝酸性窒素の分解処理方法の欠点を解消し、コンパクトで高効率であり、かつ、処理後、水中に残存する硝酸性窒素、亜硝酸性窒素、アンモニア性窒素といった窒素化合物の濃度を極力低減することによって環境に対する負荷を低下させることが可能な、硝酸性窒素の分解処理方法および分解処理装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の硝酸性窒素の処理装置を示す図である。
【図2】本発明の第2の実施形態の硝酸性窒素の処理装置を示す図である。
【図3】本発明の第3の実施形態の硝酸性窒素の処理装置を示す図である。
【図4】本発明の第4の実施形態の硝酸性窒素の処理装置を示す図である。
【図5】本発明の第5の実施形態の硝酸性窒素の処理装置を示す図である。
【図6】本発明の第6の実施形態の硝酸性窒素の処理装置を示す図である。
【図7】本発明の第7の実施形態の硝酸性窒素の処理装置を示す図である。
【図8】本発明の第8の実施形態の硝酸性窒素の処理装置を示す図である。
【図9】本発明の第1の実施形態の比較例を示す図である。
【符号の説明】
1…電解槽
2…陰極
3…陽極
4…陰極室
5…陽極室
6…陽イオン交換膜(水素イオン選択透過膜)
7…触媒反応器
8…水性溶液供給容器
9…還元剤供給容器
10…気液分離器
11…水素ガスホルダー
12…バッファータンク
13…バルブ
14…陰極室処理水性溶液供給口
15…陰極室環流供給口
16…陰極室処理水性溶液排出口
17…陽極室処理水性溶液供給口
18…陽極室処理水性溶液排出口
19…陰極室排ガス排出口
20…陽極室排ガス排出口
21…紫外線照射反応器
22…紫外線発生装置
23…水性溶液流通配管
24…処理水性溶液供給口
25…処理水性溶液排出口[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for treating nitrate nitrogen, which converts nitrate nitrogen contained in drinking water, raw water thereof, wastewater, used chemical liquids and the like into harmless gas such as nitrogen gas and removes the same, and an apparatus therefor.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART In recent years, contamination of raw drinking water such as river water and groundwater by nitrate nitrogen has become apparent. Nitrate nitrogen cannot be completely removed by water purification treatment, and the concentration of nitrate nitrogen in drinking water is also increasing with increasing raw water pollution. Nitrate nitrogen is a harmful substance that can cause cyanosis and become a precursor of carcinogenic substances when taken into the human body. There is a need for an effective treatment method for industrial and agricultural wastewater.
[0003]
On the other hand, many pure water and fluorine-based chemicals are used in semiconductor manufacturing plants, and the nitric acid contained in these is used to treat wastewater from the pure water manufacturing process and to recycle used pure water and chemicals. It is desired to establish a technology for removing volatile nitrogen.
[0004]
As a conventional method for decomposing nitrate nitrogen, there is a biological treatment using microorganisms. However, there is a problem that maintenance and management are difficult, the scale of the apparatus is large, and a large amount of excess sludge is generated.
[0005]
As a compact method of decomposing nitrate nitrogen instead of biological treatment, a reduction method using a hydrogenation catalyst supporting a noble metal has been proposed. However, although this catalyst has the activity of converting nitrite nitrogen to nitrogen gas, it is necessary to add copper, tin, etc. to the catalyst in addition to precious metals in order to reduce nitrate nitrogen. There is a problem that these are eluted depending on the properties.
[0006]
Also, a reduction method for reducing nitrate nitrogen using electrolysis is known. That is, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-347558 discloses a method for electrolytically treating oxidized nitrogen using a cathode carrying a conductive catalyst having an ability to reduce oxidized nitrogen. In this method, carriers such as zirconia, titania, alumina, and silica that are preferably used for supporting the active material are insulators, and therefore, when these are used as carriers, they function as electrodes of an electrolytic cell. It is impossible to combine For this reason, in the examples of this document, copper expanded metal is used, and since it is a conductor, it certainly has the function of an electrode, but the performance as a hydrogenation catalyst is extremely low due to its small specific surface area. turn into. As described above, although nitrate nitrogen can be converted to nitrogen gas by this known method, there is a problem that its efficiency is low.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the drawbacks of the conventional nitrate nitrogen decomposition treatment method, is compact and highly efficient, and is capable of removing nitrogen compounds such as nitrate nitrogen, nitrite nitrogen, and ammonia nitrogen remaining in water after the treatment. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for decomposing nitrate nitrogen, which can reduce the load on the environment by reducing the concentration as much as possible.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A first step of the present invention is to electrolyze an aqueous solution containing nitrate nitrogen supplied to a cathode chamber of an electrolytic cell to reduce nitrate nitrogen contained in the aqueous solution, and
At least a second step of adding a reducing agent to the aqueous solution treated in the first step and bringing the aqueous solution into contact with a reducing catalyst to reduce acidic nitrogen oxides contained in the aqueous solution is provided. This is a method for treating nitrate nitrogen.
[0009]
In the first aspect of the present invention, the aqueous solution treated in the second step is supplied to an anode chamber of the electrolytic cell, and an anode disposed in the anode chamber is supplied with a cathode of the electrolytic cell in the first step. Converting the by-produced nitrogen compound to nitrate nitrogen, and then supplying this aqueous solution to the cathode compartment of the electrolytic cell suppresses the production of by-product ammoniacal nitrogen compound and efficiently converts nitrate nitrogen. It is preferable because it can be converted to harmless gas such as nitrogen gas.
[0010]
Further, in the first aspect of the present invention, it is preferable that the cathode of the electrolytic cell is made of zinc or a compound thereof because the formation of an ammoniacal nitrogen compound by the electrolytic treatment can be suppressed.
[0011]
Further, in the first aspect of the present invention, the reduction catalyst used in the second step may be at least one selected from palladium, ruthenium, rhodium, osmium, iridium, platinum, nickel, and compounds thereof. It is preferable because the nitrogen can be efficiently reduced.
[0012]
In the first aspect of the present invention, it is preferable to use hydrogen or formic acid as the reducing agent used in the second step, since good reduction efficiency can be obtained. Further, in the second step, it is preferable to use, as the reducing agent, hydrogen generated at the cathode of the electrolytic cell in the first step, since the processing apparatus can be reduced in size and small-scale equipment can be used.
[0013]
The second invention is a first step of reducing nitrate nitrogen by irradiating an aqueous solution containing nitrate nitrogen with ultraviolet rays,
A nitric acid comprising at least a second step of adding a reducing agent to the aqueous solution treated in the first step and bringing the aqueous solution into contact with a reducing catalyst to reduce acidic nitrogen oxides contained in the aqueous solution. This is a method for treating nitrogen.
[0014]
In the second aspect of the present invention, the reduction catalyst used in the second step may be at least one selected from palladium, ruthenium, rhodium, osmium, iridium, platinum, nickel, and compounds thereof. Is preferred because it can be efficiently reduced.
[0015]
In the second aspect of the present invention, it is preferable that the reducing agent used in the second step is hydrogen or formic acid in order to obtain good reduction efficiency.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an electrolytic cell having an anode and a cathode, and a diaphragm for separating the anode and the cathode, and a reduction catalyst for supplying an electrolytic product generated in a cathode portion of the electrolytic cell and performing a contact treatment. A nitrate nitrogen treatment device, comprising at least a catalytic reactor filled with a nitrogen gas.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an ultraviolet ray irradiation device comprising an ultraviolet ray generating device, an ultraviolet ray transmitting pipe disposed around the ultraviolet ray generating device, and a reduction catalyst for supplying a reactant generated in the ultraviolet ray irradiation reactor and performing a contact treatment. And a catalyst reactor comprising at least a catalytic reactor described above.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the principle and operation of the present invention will be described.
In the first and second aspects of the present invention, which are methods for treating nitrate nitrogen, first, in the first step, a nitrite nitrogen generator is used to reduce nitrate nitrogen dissolved in an aqueous solution to be treated. To convert to nitrite nitrogen. Specifically, nitrate nitrogen is mainly reduced to nitrite nitrogen by electrolysis or ultraviolet irradiation. Subsequently, in a second step, the nitrite nitrogen generated in the step is reduced and converted into nitrogen gas. Specifically, a reducing agent such as hydrogen gas or formic acid is supplied to and mixed with the aqueous solution, and the mixture is brought into contact with a reducing catalyst such as a hydrogenation catalyst to be reduced and converted into nitrogen gas. In the present invention, the aqueous solution to be treated is a solution containing nitrate nitrogen and containing water as a main solvent, but reduces the electric conductivity of the solution or adversely affects the reduction reaction of the nitrate nitrogen. , An organic solvent or another inorganic compound or an organic compound component may be added. A suitable concentration range of the nitrate nitrogen compound suitable for treatment in the present invention is 1 to 2000 mg / L as the total amount of nitrogen. If this concentration range is not within this range, the processing efficiency is reduced and is not practical.
[0019]
(First step: electrolytic treatment)
When the electrolytic process is used as the first step, nitrate nitrogen in the object to be treated is reductively decomposed at the cathode of the electrolytic cell mainly according to the following formula.
NO3 + 2H++ 2e→ NO2 + H2O
NO3 + 9H++ 8e→ NH3+ 3H2O
2NO3 + 12H++ 10e→ N2+ 6H2O
The case where nitrite nitrogen is reduced is as follows.
NO2 + 7H++ 6e→ NH3+ 2H2O
2NO2 + 8H++ 6e→ N2+ 4H2O
[0020]
The current density applied in this electrolytic treatment is 10 to 1000 mA / cm.2Is preferable. If the current density falls below this range, sufficient reduction reaction does not proceed and the conversion to nitrite nitrogen decreases, while if the current density exceeds this range, a large-capacity power source is used. Needs things and is not economical. The applied voltage is set so that the current density falls within this range. The treatment temperature is not particularly limited, but if necessary, is adjusted to at least the boiling point of the aqueous solution using a known cooling device. In addition, the time for the electrolytic treatment varies depending on conditions such as applied voltage, current, liquid temperature, and electric conductivity, and it is difficult to determine the range in a straightforward manner, but a range of about 10 to 600 minutes is sufficient. . If the electrolytic treatment time falls below the above range, a sufficient reduction reaction does not proceed, and the conversion rate to nitrite nitrogen decreases. On the other hand, when the electrolytic treatment time is longer than the above range, the conversion rate is not improved and the cost is long, and the cost is uneconomical.
[0021]
In the first step of the present invention, as an electrode material of the electrolytic cell, a plate-like body, a sintered body, a porous body, or a net-like material such as carbon, copper, stainless steel, or titanium used in a general electrolytic apparatus is used. Alternatively, a material obtained by plating these surfaces with palladium, ruthenium, platinum, or the like can be used. When zinc or a compound thereof is used for the cathode of the electrolytic cell, depending on the processing conditions, the reduction potential at which nitrite nitrogen or nitrate nitrogen is converted to ammonia nitrogen is lower than the hydrogen generation potential. Almost no ammoniacal nitrogen can be produced. In that case, a process is adopted in which an aqueous solution to be treated, which is an object to be treated, which has flowed out of the catalytic reactor, is first introduced into the anode chamber of the electrolytic cell, and ammonia nitrogen is converted into nitrate nitrogen or the like and then introduced into the cathode chamber. There is no necessity, and the aqueous solution to be treated taken out of the catalytic reactor may be directly introduced into the cathode chamber. Alternatively, it may be circulated through the cathode chamber of the electrolytic cell until the concentration of nitrate nitrogen is sufficiently reduced, and then introduced into the catalytic reactor. Further, it is also possible to adopt a flow-type apparatus configuration in which the residence time in the cathode chamber of the electrolytic cell is sufficiently long. In any case, the configuration of the processing device is simplified.
[0022]
(2nd process)
In this method, unreacted nitrate nitrogen and the generated nitrite nitrogen and ammonia nitrogen are dissolved in the aqueous solution which is subjected to the electrolytic treatment and flows out of the cathode chamber of the electrolytic cell. Subsequently, the object to be treated containing these is introduced into the catalytic reactor in the second step. In the catalytic reactor in the second step, a reducing agent such as hydrogen gas or formic acid is added to and mixed with the aqueous solution to be treated, and the mixture is brought into contact with the reducing catalyst, whereby most of the nitrite nitrogen is removed. Is reduced to nitrogen gas. The reaction formulas when the reducing agent is hydrogen gas and formic acid are respectively as follows.
2NO2 + 3H2→ N2+ 2H2O + 2OH
2NO2 + 3HCOOH → N2+ 2H2O + CO2+ 2HCO3
[0023]
In the contact reaction with the reduction catalyst in the second step, the temperature of the catalyst reactor is preferably in the range of 5 ° C. or higher and the boiling point of the aqueous solution at the processing pressure or lower. When the temperature falls below this range, the reduction reaction rate is low, and the processing efficiency is low, which is not economical. On the other hand, when the temperature exceeds this range, the water of the aqueous solution evaporates and the input energy is wasted. Further, the total contact reaction time is preferably in the range of 1 to 60 minutes. If the total contact reaction time falls below the above range, a sufficient reaction does not occur, and the treatment efficiency is reduced. On the other hand, if the reaction time exceeds the above range, the reaction no longer proceeds for the time required for the treatment, which is uneconomical.
[0024]
In the second step, 1.5 moles of hydrogen gas or formic acid are required with respect to nitrous acid per mole, and a sufficient amount is required to minimize the amount of nitrite remaining in the second step. Need to be added. For this purpose, the amount of nitrite nitrogen generated by reduction from the nitrate nitrogen charged in the first step is measured sequentially by a method such as ion chromatography, and the amount of the reducing agent to be charged is controlled. Can be. Alternatively, based on the conversion rate of nitrate nitrogen to nitrite nitrogen by electrolytic treatment required experimentally, estimate the amount of nitrite nitrogen generated from the amount of input nitrate nitrogen and determine the amount of reducing agent to be charged You can also.
[0025]
As the reduction catalyst used in the second step, a catalyst known as a hydrogenation catalyst can be used. Specifically, the catalyst is a catalyst in which at least one selected from palladium, ruthenium, rhodium, osmium, iridium, platinum, nickel and these compounds is supported as an active material. These catalysts are known as substances to which hydrogen molecules are easily dissociated and adsorbed, and have a high ability to reductively decompose by adding hydrogen to nitrite nitrogen. In this reduction catalyst, in order to ensure high decomposition efficiency, it is preferable to support these on a porous carrier by using a known method such as an impregnation method or a coprecipitation method. As the carrier, various commonly used shapes such as zirconia, titania, activated carbon, alumina, silica, and solid or porous powders, spheres, pellets, and honeycombs of these compounds may be used. It is possible. When hydrogen gas is used as the reducing agent, hydrogen gas is generated at the cathode of the electrolytic cell. Therefore, an object to be treated containing the hydrogen gas can be introduced into a catalytic reactor, and the hydrogen gas can be subjected to a reduction reaction. By using a hydrogen gas generated by electrolysis from the cathode as a reducing agent as described above, processing can be performed with a small and small-sized apparatus, which is economical.
[0026]
At the outlet of the catalyst reactor in the second step, a gas containing hydrogen gas and generated nitrogen gas is separated from an aqueous solution to be processed using a gas-liquid separator. This gas-liquid separator introduces an aqueous solution in which a gas and a liquid are mixed into a container having a sufficient volume having a gas outlet and a liquid outlet, and separates the gas-liquid by allowing the aqueous solution to stand still. Alternatively, gas-liquid can be separated using a gas-liquid separation membrane such as a gas-permeable, liquid-impermeable polymer membrane. As described above, a conventionally known gas-liquid separator can be used. Since the separated gas sometimes contains a small amount of NOx derived from the electrolytic cell, if necessary, the gas is converted to nitrogen gas using a known abatement equipment.
[0027]
The gaseous component discharged from the catalytic reactor is separated, that is, in the aqueous solution, ammonia nitrogen and nitrate nitrogen, which have not reacted at all in the catalytic reactor, are mainly dissolved. Is introduced into the anode chamber of the electrolytic cell and anodized, the following reaction mainly occurs at the anode, and ammonia nitrogen is converted to nitrate nitrogen or the like. The nitrate nitrogen does not react any further.
NH3+ 3H2O → NO3 + 9H++ 8e
NH3+ 2H2O → NO2 + 7H++ 6e
2NH3→ N2+ 6H++ 6e
[0028]
Subsequent to the oxidation treatment step by the anodic reaction, the treatment is performed by repeating a cycle of introducing a treatment object flowing out of the anode chamber into the cathode chamber and causing a conversion reaction to nitrite nitrogen, ammonia nitrogen, and the like. Efficiency can be improved. At this time, a plurality of electrolyzers are connected, and the aqueous solution processed in one electrolyzer is introduced into the cathode chamber of another electrolyzer to complete the process. A flow-type processing method for performing the processing may be used. At this time, before introducing the object to be treated into the cathode chamber of the second electrolytic cell, the gas containing the generated nitrogen gas may be separated from the object to be treated. Alternatively, a catalytic reactor may be provided here to reduce nitrite nitrogen generated in the anode chamber and convert it to nitrogen gas. Since the separated gas sometimes contains a small amount of NOx, if necessary, the gas is converted to nitrogen gas using a known abatement equipment. As described above, not only the components gasified in the electrolytic cell but also the components converted into nitrite nitrogen in the electrolytic cell are gasified using the catalytic reactor, so that the object to be treated is simply converted into the cathode chamber and the anode chamber. It is possible to remove the dissolved nitrogen component much more efficiently than alternately introducing the nitrogen component.
[0029]
(First step: UV irradiation)
When the ultraviolet irradiation method is used as the first step of the second invention, the nitrate nitrogen is converted into nitrite nitrogen by irradiating the aqueous solution containing nitrate nitrogen with ultraviolet rays using a low-pressure mercury lamp. Convert. In this conversion reaction, ultraviolet rays having a wavelength of about 185 nm emitted from a low-pressure mercury lamp act, so that it is difficult to apply a commercially available black light or high-pressure mercury lamp. Further, the total irradiation time of the ultraviolet rays cannot be unconditionally determined by the content, the concentration, the liquid amount, the temperature, the energy amount of the irradiation ultraviolet rays, and the like of the nitrate nitrogen contained in the aqueous solution as the object to be treated. A range of 600600 minutes is sufficient.
[0030]
Here, the reaction of converting nitrate nitrogen to nitrite nitrogen is a reversible reaction as described below, and the conversion rate to nitrite nitrogen does not become 100%. The nitrate nitrogen remains in the object to be treated introduced into the vessel.
NO3 ⇔NO2 + 0.5O2
[0031]
Since the nitrate nitrogen is not decomposed and removed in the catalyst reactor for introducing the aqueous solution to be treated which has been treated in the first step, the object to be treated after passing through the catalyst reactor is subjected to the ultraviolet irradiation reactor in the first step. The conversion rate can be improved by repeating a cycle in which a part of the nitrate nitrogen is converted into nitrite nitrogen by irradiating ultraviolet rays again and then introduced into the catalytic reactor. At the outlet of the catalytic reactor, the gas containing the generated nitrogen gas may be separated from the object to be treated, similarly to the first embodiment of the present invention. Alternatively, the system may be introduced into another ultraviolet irradiation reactor without reflux, and a flow-type treatment system may be employed.
[0032]
Incidentally, a method of irradiating a sample solution containing nitrate nitrogen with ultraviolet light, reducing nitrate nitrogen to nitrite nitrogen, and then adding a coloring reagent to detect the nitrate nitrogen is disclosed in JP-A-7-151767. At this time, it is described that the conversion rate to nitrite nitrogen is increased by adding ethylenediaminetetraacetic acid or a phosphate. Also in the present invention, by adding these substances and irradiating with ultraviolet rays, the conversion rate to nitrite nitrogen is improved, and therefore, it is expected that the efficiency of removing nitrogen compounds from the object to be treated is also improved. . However, since the additive remains in the solution after the treatment, there is a problem that the environmental load is increased. Therefore, sufficient consideration must be given to its use.
[0033]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these embodiments.
[0034]
(1st Embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 relates to the first embodiment of the present invention, and shows a basic configuration of a nitrate nitrogen treatment apparatus when an electrolytic method is used as a first step. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an electrolytic cell that is a nitrite-nitrogen generator. After a certain amount of a nitrate-nitrogen-containing aqueous solution to be treated is introduced into a pipe connecting the electrolytic cell 1 and the catalytic reactor 7 and between these device elements, the circulation of the aqueous solution is started. Note that a pump is used to circulate the aqueous solution that is the object to be treated, but is omitted in the drawings after FIG.
[0035]
At the cathode 2, a reaction occurs in which nitrate nitrogen is reductively converted to nitrite nitrogen, ammonia nitrogen, or the like, and hydrogen gas is generated from water. The cathode chamber 4 and the anode chamber 5 are separated by a cation exchange membrane 6 to suppress the generated nitrite nitrogen from reaching the anode 3 and being oxidized to nitrate nitrogen.
[0036]
Next, the object to be treated flowing out from the cathode chamber 4 through the cathode chamber treated aqueous solution outlet 16 is transferred to the catalytic reactor 7 containing a reducing catalyst such as a hydrogenation catalyst which is a nitrite-nitrogen decomposing device. Is introduced, where the nitrite nitrogen is converted to nitrogen gas. In this reaction, a reducing agent such as hydrogen gas is required. However, hydrogen gas is generated from the cathode 2 by electrolysis, and hydrogen gas is mixed in the aqueous solution. The reduction reaction can be advanced using hydrogen gas. When the amount of hydrogen gas necessary for the reaction is insufficient with only the hydrogen gas generated at the cathode, a reducing agent may be separately supplied from the reducing agent supply container 9. The amount of generated hydrogen gas can be calculated from the gas flow rate and the concentration of hydrogen gas sequentially measured by a gas chromatograph or the like. Conversely, when the amount of hydrogen gas generated at the cathode 2 is excessive than the required amount in the catalytic reactor 7, a gas flow control valve (not shown) is provided at the cathode chamber exhaust gas discharge port 19 to discharge the surplus. Is possible. A gas permeable membrane having a function of allowing gas to permeate but not allowing liquid to permeate may be used for the exhaust gas outlet of the cathode chamber.
[0037]
The reduction catalyst filled in the catalyst reactor 7 can take both a fixed bed type and a suspension bed type. When the reduction catalyst has a honeycomb shape, a fixed bed is preferably used, and when the reduction catalyst is in a powder shape, a suspension bed is preferably used. In the case of a sphere or a pellet, either may be used. At the outlet of the catalytic reactor 7, a gas containing hydrogen gas, nitrogen gas or the like is separated from the aqueous solution by the gas-liquid separator 10, and the aqueous solution mainly containing ammonia nitrogen and nitrate nitrogen is supplied to the electrolytic cell 1. The aqueous solution is introduced into the anode chamber 5 through the anode chamber treatment aqueous solution supply port 17, and the ammoniacal nitrogen contained in the aqueous solution is anodized and converted into nitrate nitrogen, nitrite nitrogen, and the like at the anode 3. The aqueous solution flowing out of the anode chamber 5 via the anode chamber treated aqueous solution discharge port 18 is then returned to the cathode chamber 4 via the cathode chamber reflux supply port 15 and reduced at the cathode 2 to be treated with nitrous acid. A conversion reaction to nitrogen and ammonia nitrogen occurs. By repeating this series of circulation cycles until the concentration of nitrate nitrogen, other nitrite nitrogen and ammonia nitrogen contained in the material to be treated falls below the set value, nitrate nitrogen is removed from the wastewater. Can be removed.
[0038]
(Second embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 relates to a second embodiment of the present invention and shows a modification of the first embodiment. In FIG. 2, reference numeral 1 denotes an electrolytic cell which is a nitrite-nitrogen generator. After a certain amount of an aqueous solution containing nitrate nitrogen, which is an object to be treated, is introduced into the electrolytic cell 1, the first catalytic reactor 8, the second catalytic reactor 9, and the piping, the circulation of the aqueous solution is started. In the cathode 2, a reaction occurs in which nitrate nitrogen is converted into nitrite nitrogen, ammonia nitrogen, and the like, and hydrogen gas is generated from water. The cathode chamber 4 and the anode chamber 5 are separated by a cation exchange membrane 6 to suppress the generated nitrite nitrogen from reaching the anode 3 and being oxidized to nitrate nitrogen.
[0039]
Next, the aqueous solution flowing out of the cathode chamber 4 through the cathode chamber treatment aqueous solution outlet 16 is introduced into a first catalytic reactor 7a containing a hydrogenation catalyst, which is a nitrite-nitrogen decomposing device. This converts nitrite nitrogen into nitrogen gas. In the gas-liquid separator 10 installed at the outlet of the first catalytic reactor 7a, the aqueous solution to be treated is separated into a gas containing hydrogen gas, nitrogen gas or the like and an aqueous solution. An aqueous solution mainly containing ammonia nitrogen and nitrate nitrogen is introduced into the anode chamber 5 of the electrolytic cell 1, where it is anodized at the anode 3, and the ammonia nitrogen is converted into nitrate nitrogen, nitrite nitrogen, or the like. The aqueous solution flowing out of the anode chamber 5 via the anode chamber treated aqueous solution outlet 18 is mixed with the gas from the gas-liquid separator 10 and introduced into the second catalytic reactor 7b, where the nitrite nitrogen Is converted to nitrogen gas.
[0040]
At the outlet of the second catalytic reactor 7b, a gas containing hydrogen gas, nitrogen gas or the like is separated from the aqueous solution to be treated, and the aqueous solution mainly containing nitrate nitrogen and ammonia nitrogen is supplied to the electrolytic cell 1 It is introduced into the cathode chamber 4 via the cathode reflux supply port 15, and a conversion reaction to nitrite nitrogen, ammonia nitrogen and the like occurs. This series of circulation cycles is repeated until the concentrations of nitrite nitrogen, other nitrite nitrogen, and ammonia nitrogen contained in the object to be treated fall below the set value.
[0041]
According to this embodiment, two catalytic reactors are provided, and the conversion reaction of nitrite nitrogen into nitrogen gas is performed not only from the aqueous solution that is the substance to be treated flowing out from the cathode chamber 4 but also from the anode chamber 5. By applying the treatment to the outflow target, the efficiency of removing nitrogen compounds from the aqueous solution can be improved.
[0042]
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 relates to a third embodiment of the present invention, and shows a configuration of a flow-through type nitrate nitrogen treatment apparatus which is a modified example of the second embodiment. The basic configuration of this embodiment is almost the same as that of the above-described second embodiment, except that it has two electrolytic cells and four catalytic reactors, and has a flow-through device configuration. The aqueous solution separated from the aqueous solution to be treated at the outlet of the 2-catalyst reactor 7b is introduced into the cathode chamber 4b of the second electrolytic cell 1b, and the treatment is completed in one treatment step without circulating the material to be treated. It is configured to be.
[0043]
According to this embodiment, continuous processing is possible, so that it is not necessary to install a tank for temporarily storing an object to be processed in front of the processing apparatus, so that space can be saved. In addition, the concentration of the aqueous solution as an object to be treated introduced into the respective cathode compartments of the first electrolytic cell 1a and the second electrolytic cell 1b is different. Can be performed under different conditions, for example, by adjusting the applied voltage, etc., so that the processing efficiency can be improved.
[0044]
Further, if necessary, a module composed of one electrolytic cell and two catalytic reactors can be added to the subsequent stage of the second electrolytic cell 1b shown in FIG. The conversion rate of neutral nitrogen to nitrogen gas can be further improved.
[0045]
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 relates to a fourth embodiment of the present invention, in which zinc is used as a cathode of an electrolytic cell when an electrolytic method is used as a first step, and nitrate nitrogen is treated when almost no ammoniacal nitrogen is generated at the cathode. 1 shows the configuration of the device.
[0046]
In FIG. 4, reference numeral 1 denotes an electrolytic cell which is a nitrite-nitrogen generator. After a certain amount of the nitrate-nitrogen-containing aqueous solution to be treated is introduced into the electrolytic cell 1, the catalytic reactor 7 and the piping, the circulation of the aqueous solution is started. At the cathode 2, a reaction occurs in which nitrate nitrogen is converted to nitrite nitrogen and the like, and hydrogen gas is generated from water. The cathode chamber 4 and the anode chamber 5 are separated by a cation exchange membrane 6 to suppress the generated nitrite nitrogen from reaching the anode 3 and being oxidized to nitrate nitrogen. When the inside of the anode chamber 5 is filled with an aqueous electrolyte solution such as nitric acid, the efficiency of electrolysis is improved. When the aqueous electrolyte solution filled in the anode chamber 5 contains a salt such as sodium nitrate, it is preferable to use a hydrogen ion selective permeable membrane instead of the cation exchange membrane 6.
[0047]
Next, the aqueous solution, which is an object to be processed, flowing out of the cathode chamber 4 through the cathode chamber treated aqueous solution outlet 16 is supplied to the catalytic reactor 7 containing a hydrogenation catalyst, which is a nitrite-nitrogen decomposing device. Is introduced, where the nitrite nitrogen is converted to nitrogen gas. As in the above embodiment, hydrogen gas generated at the cathode 2 can be used as the reducing agent. If the amount of hydrogen gas required for the reaction is insufficient, the reducing agent is separately supplied from the reducing agent supply container 9. Supply. Conversely, when the amount of hydrogen gas generated in the cathode 2 is excessive than the amount required in the catalytic reactor 7, a gas (not shown) connected to a cathode chamber exhaust gas outlet 19 provided in the cathode chamber 4 of the electrolytic cell 1 It is possible to discharge the surplus via the flow control valve. A gas permeable membrane having a function of transmitting gas but not liquid can be used.
[0048]
In FIG. 4, the catalyst reactor 7 can take both a fixed bed type and a suspension bed type. When the catalyst has a honeycomb shape, a fixed bed is used. When the catalyst is a powder, a suspension bed is used. In the case of a sphere or a pellet, either may be used. At the outlet of the catalytic reactor 7, a gas containing hydrogen gas, nitrogen gas, or the like is separated from the aqueous solution to be treated, and the aqueous solution mainly containing unreacted nitrate nitrogen in the electrolytic cell 1 is subjected to electrolysis. It is introduced into the cathode chamber 4 of the cell 1, and a conversion reaction to nitrite nitrogen occurs. This series of circulation cycle is repeated using the apparatus of FIG. 4 until the concentration of nitrate nitrogen or nitrite nitrogen contained in the aqueous solution falls to a set value or less.
[0049]
In the present embodiment, by adopting zinc or a compound thereof as the electrode material of the cathode, nitrate nitrogen can be converted to nitrite nitrogen at the cathode without generating ammoniacal nitrogen. Highly efficient conversion can be performed by the device.
[0050]
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 relates to a fifth embodiment of the present invention and shows a modification of the fourth embodiment.
[0051]
In FIG. 5, reference numeral 1 denotes an electrolytic cell which is a nitrite-nitrogen generator. After a certain amount of an aqueous solution containing nitrate nitrogen as an object to be treated is introduced into the cathode chamber 4, an electrolytic treatment is performed. The aqueous solution treated in the cathode chamber 4 is connected between the cathode chamber treated aqueous solution discharge port 16 provided in the cathode chamber 4 and the cathode chamber reflux supply port 15 by a pipe, and circulated by a pump (not shown). . In the cathode 2, a reaction in which nitrate nitrogen is converted to nitrite nitrogen or the like and a hydrogen gas is generated from water occurs, and a gas containing the hydrogen gas or the like is provided above the cathode chamber 4. From the cathode chamber exhaust gas outlet 19, it is led to the hydrogen gas holder 11 and stored there. The cathode chamber 4 and the anode chamber 5 are separated by a cation exchange membrane 6 to suppress the generated nitrite nitrogen from reaching the anode 3 and being oxidized to nitrate nitrogen. When the inside of the anode chamber 5 is filled with an aqueous electrolyte solution such as nitric acid, the efficiency of electrolysis is improved. When the aqueous electrolyte solution filled in the anode chamber 5 contains a salt such as sodium nitrate, it is preferable to use a hydrogen ion selective permeable membrane instead of the cation exchange membrane 6.
[0052]
After the completion of the reduction treatment in the electrolytic cell 1, the entire amount of the aqueous solution, which is an object to be treated in which nitrate nitrogen contained in the initial stage is almost completely decomposed, is transferred to the buffer tank 12. A fresh aqueous solution is introduced into the emptied cathode chamber 4, and subjected to electrolytic treatment. The aqueous solution temporarily stored in the buffer tank 12 is mixed with the hydrogen gas-containing gas from the hydrogen gas holder 11 and then introduced into the catalytic reactor 7 containing a hydrogenation catalyst, which is a nitrite-nitrogen decomposing device. Here, nitrite nitrogen is converted to nitrogen gas. If the amount of hydrogen gas required for the reaction is insufficient, it is supplied separately.
[0053]
According to the present embodiment, the hydrogen gas and the aqueous solution generated in the electrolytic cell 1 are accumulated in the hydrogen gas holder 11 and the buffer tank 12, respectively, and then reduced by the reduction catalyst filled in the catalyst reactor 7. Therefore, it is not necessary to calculate the amount of hydrogen gas generated in the electrolytic cell 1 by sequential measurement, and the amount of gas in the hydrogen gas holder 11 and the concentration of hydrogen gas may be measured after the electrolysis is completed. Therefore, the system for measuring the amount of generated hydrogen gas and the system for controlling the amount of hydrogen gas separately supplied can be simplified.
[0054]
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 relates to a sixth embodiment of the present invention, and shows a configuration of a flow-through type nitrate nitrogen treatment apparatus which is a modified example of the fourth embodiment.
[0055]
In FIG. 6, reference numeral 1 denotes an electrolytic cell that is a nitrite-nitrogen generator. A nitrate-nitrogen-containing aqueous solution as an object to be treated is continuously introduced into the cathode chamber 4. At the cathode 2, a reaction occurs in which nitrate nitrogen is converted to nitrite nitrogen and the like, and hydrogen gas is generated from water. The cathode chamber 4 and the anode chamber 5 are separated by a cation exchange membrane 6 to suppress the generated nitrite nitrogen from reaching the anode 3 and being oxidized to nitrate nitrogen. When the inside of the anode chamber 5 is filled with an aqueous electrolyte solution such as nitric acid, the efficiency of electrolysis is improved. When the electrolyte aqueous solution filled in the anode chamber 5 contains a salt such as sodium nitrate, it is preferable to use a hydrogen ion selective permeable membrane for 6.
[0056]
In the electrolytic cell 1 of FIG. 6, the reduction treatment is sufficiently completed in the course of the flow of the aqueous solution to be treated, and the nitrate nitrogen contained in the initial stage is almost completely decomposed. Next, the aqueous solution is introduced into a catalytic reactor 7 containing a hydrogenation catalyst, which is a nitrite-nitrogen decomposing device, where the nitrite nitrogen is converted into nitrogen gas.
[0057]
According to this embodiment, continuous processing is possible, so that it is not necessary to install a tank for temporarily storing an object to be processed in front of the processing apparatus, so that space can be saved. Further, by using zinc or a compound thereof as a cathode, production of ammonia nitrogen can be suppressed, and efficient treatment can be performed.
[0058]
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 relates to the second embodiment of the present invention, and shows the configuration of a nitrate nitrogen treatment apparatus when an ultraviolet irradiation method is used as the first step. As shown in FIG. 7, the processing apparatus according to this embodiment includes at least an ultraviolet irradiation reactor 21 that is a nitrite-nitrogen generator, and a catalyst reactor 7 that is a nitrite-nitrogen decomposer. . The ultraviolet reactor 13 has a structure in which an aqueous solution flowing pipe 23 as an object to be processed, for example, an amorphous fluororesin tube or a quartz glass tube coil is wound around an ultraviolet generator 22 such as a low-pressure mercury lamp. I can do it. When the aqueous solution flow pipe 23 is made of quartz glass, the conversion rate of nitrate nitrogen to nitrite nitrogen can be further improved by using synthetic quartz having a high transmittance of ultraviolet rays having a wavelength of about 185 nm.
[0059]
In order to treat nitrate nitrogen using this apparatus, first, the nitrate nitrogen-containing aqueous solution to be treated is placed in the ultraviolet irradiation reactor 21, the catalyst reactor 7, and the piping connecting these device elements. After a certain amount of introduction, circulation is started. In the ultraviolet irradiation reactor 13, a part of the nitrate nitrogen in the object to be treated is converted into nitrite nitrogen, and the catalyst reactor 7 containing the hydrogenation catalyst together with the hydrogen gas supplied from the reducing agent supply container 9. To convert the nitrite nitrogen into nitrogen gas. Hydrogen gas is continuously supplied, for example, in the process up to the supply port of the catalytic reactor 7, and at the outlet of the catalytic reactor 7, a mixed gas of hydrogen gas not consumed in the reduction reaction and nitrogen gas generated is used. It is possible to discharge separately. This gas can of course be refluxed before the catalytic reactor 7.
[0060]
Subsequently, the aqueous solution, which is an object to be treated, which has been treated in the catalytic reactor 7 is separated from a product gas such as nitrogen gas by the gas-liquid separator 10 and is returned to the inlet of the ultraviolet irradiation reactor 13. As described above, in the ultraviolet irradiation reactor 21, the conversion rate to nitrite nitrogen does not become 100%, so that the nitrate nitrogen remains in the treatment object flowing out of the catalyst reactor 7. I have. The object to be treated is again irradiated with ultraviolet rays, and a part of the remaining nitrate nitrogen is converted into nitrite nitrogen. This series of circulation cycle is repeated until the concentration of nitrate nitrogen or nitrite nitrogen contained in the object to be treated falls below a set value, and then discharged to the outside, and the ultraviolet irradiation reactor 13 and the catalyst reactor 7 are discharged. And a new object to be treated is introduced into the pipe.
[0061]
The catalyst reactor 7 can take both a fixed bed type and a suspension bed type as in the embodiment employing the above-described electrolytic treatment. When the catalyst has a honeycomb shape, a fixed bed is used. When the catalyst is a powder, a suspension bed is used. In the case of a sphere or a pellet, either may be used.
[0062]
According to this embodiment, the reduction treatment of nitrate nitrogen can be performed by irradiation with ultraviolet rays, and thus the treatment can be performed without requiring a large-scale apparatus such as an electrolytic treatment apparatus. Device can be realized.
[0063]
(Eighth embodiment)
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 relates to an eighth embodiment of the present invention, and shows a configuration of a flow-through type nitrate nitrogen treatment apparatus which is a modification of the seventh embodiment.
[0064]
The configuration of this embodiment is almost the same as the seventh embodiment. However, instead of the circulation type processing in the above-described embodiment, the flow type apparatus is configured to perform the processing in one pass from the introduction to the discharge of the aqueous solution as the object to be processed.
[0065]
In the gas-liquid separator 10 installed at the outlet of the first catalytic reactor 8, the object to be treated is separated into a gas containing hydrogen gas and an aqueous solution. The aqueous solution is introduced into the inlet of the second ultraviolet irradiation reactor 21b. Here, nitrate nitrogen is converted to nitrite nitrogen, and subsequently introduced into the second catalytic reactor 7b together with the gas from the gas-liquid separator 10 to convert nitrite nitrogen to nitrogen gas. If necessary, not only one module consisting of two ultraviolet irradiation reactors and two catalytic reactors as shown in FIG. 8 but also nitrate nitrogen or nitrite nitrogen contained in the object to be treated. Are arranged in series as necessary to reduce the concentration of the solution below the set value.
[0066]
According to the present embodiment, continuous processing is possible, so that it is not necessary to install a tank for temporarily storing the object to be processed in front of the processing apparatus, so that space can be saved.
[0067]
【Example】
(Examples 1 to 4)
Using the treatment apparatus shown in FIG. 1, the nitrate-nitrogen-containing aqueous solution shown in Table 1 was treated under the conditions shown in the same table. In Example 1, simulated wastewater in which the nitrate nitrogen concentration was adjusted to 100 mg / L was treated. In Example 2, groundwater immediately before being introduced into the water treatment plant was treated. In Example 3, as a part of the process of treating semiconductor factory wastewater containing about 1000 mg / L of fluorine as a main component and recycling it as a high-concentration fluorine-containing chemical solution, nitrate nitrogen as an impurity was removed. Was. In Example 4, wastewater from a plating plant containing a high concentration of nitrate nitrogen was treated.
[0068]
[Table 1]
Figure 2004074107
[0069]
In each case, the circulation treatment was started after about 10 L of the object to be treated was introduced into the electrolytic cell 1 and the catalytic reactor 7. The liquid temperature of the object was kept at 20 ° C. Electrolysis was performed at a constant current. Except for Example 2, a stainless fiber sintered body was used as a porous base material of the cathode 2, and a titanium fiber sintered body was used as a base material of the anode 3 in all cases. Each of the catalytic reactors 7 is of a fixed bed type. The amount of hydrogen gas introduced here was determined based on the flow rate of nitrite nitrogen calculated by monitoring the concentration of nitrite nitrogen at the outlet of the cathode chamber 4 of the electrolytic cell 1. The hydrogen gas equivalent ratio in Table 1 showing the amount is the hydrogen gas necessary to convert 1 mol of nitrite nitrogen to nitrogen gas in (mol flow rate of hydrogen gas / mol flow rate of nitrite nitrogen). Is the ratio to the number of moles of 1.5. At the outlet of the cathode chamber 4, the flow rate of the gas generated at the cathode 2 and the hydrogen gas concentration were also monitored, and only when the calculated flow rate of the hydrogen gas was lower than the required amount, the shortage was supplemented from the hydrogen gas cylinder. After this circulation treatment was performed for the circulation treatment time shown in Table 1, the entire amount was collected in a tank, and the result of analysis was shown in Table 2.
[0070]
[Table 2]
Figure 2004074107
[0071]
As can be seen from Table 2 above, in each case, the nitrate nitrogen was successfully removed, and the amount of the residual nitrogen compound represented by the total nitrogen amount was small.
[0072]
(Comparative Examples 1-4)
Using the processing apparatus shown in FIG. 9, the same processing target as in Examples 1 to 4 was processed under the same conditions as in Examples 1 to 4 described in Table 3. No catalytic reactor 7 was used.
[0073]
[Table 3]
Figure 2004074107
[0074]
After the circulation treatment was performed for the same circulation treatment time as in Examples 1 to 4, the entire amount was collected in a tank, and the result of the analysis is shown in Table 4.
[0075]
[Table 4]
Figure 2004074107
[0076]
As is clear from Table 4, in any of the above comparative examples, nitrate nitrogen, nitrite nitrogen, and total nitrogen were detected at concentrations much higher than the results of Examples 1 to 4, indicating that the decomposition efficiency was low. It was revealed.
[0077]
(Examples 5 to 8)
Using the processing apparatus shown in FIG. 2, the same workpieces as those processed in Examples 1 to 4 were processed under the conditions shown in Table 5.
[0078]
[Table 5]
Figure 2004074107
[0079]
The treatment conditions were the same as in Examples 1 to 4 except for the circulating treatment time. However, a second catalytic reactor 9 was additionally installed to decompose nitrite nitrogen contained in the treatment object flowing out of the anode chamber 5. did. The first catalytic reactor 8 and the second catalytic reactor 9 have the same shape and are filled with the same amount of the same catalyst. The amount of hydrogen gas introduced into both catalyst reactors was determined based on the sum of the flow rates of nitrite nitrogen, which was calculated by monitoring the concentration of nitrite nitrogen at the outlet of the cathode chamber 4 and the outlet of the anode chamber 5. The hydrogen gas equivalent ratio in Table 5 showing the amount is the hydrogen gas necessary to convert 1 mol of nitrite nitrogen to nitrogen gas in (mol flow rate of hydrogen gas / mol flow rate of nitrite nitrogen). Is the ratio to the number of moles of 1.5. At the outlet of the cathode chamber 4, the flow rate of the gas generated at the cathode 2 and the hydrogen gas concentration were also monitored, and only when the calculated flow rate of the hydrogen gas was lower than the required amount, the shortage was supplemented from the hydrogen gas cylinder. After this circulation treatment was performed for the circulation treatment time shown in Table 5, the entire amount was collected in a tank, and the result of analysis was shown in Table 6.
[0080]
[Table 6]
Figure 2004074107
[0081]
As is clear from the results in Table 6, in Examples 5 to 8, although the treatment time was shorter than Examples 1 to 4, the water quality after the treatment was almost the same.
[0082]
(Examples 9 to 12)
Using the processing apparatus shown in FIG. 3, the same processing target as in Examples 1 to 4 was processed under the conditions shown in Table 7. However, five modules composed of one electrolytic cell and two catalytic reactors were installed in series.
[0083]
[Table 7]
Figure 2004074107
[0084]
In each case, the liquid temperature of the object was kept at 30 ° C. In all cases, a titanium fiber sintered body was used as a porous substrate of the cathode 2 and the anode 3. Electrolysis was performed at a constant current. The first catalytic reactor 8 and the second catalytic reactor 9 have the same shape and are fixed-bed catalytic reactors filled with the same amount of the same catalyst. The amount of hydrogen gas introduced into both catalyst reactors was determined based on the sum of the flow rates of nitrite nitrogen, which was calculated by monitoring the concentration of nitrite nitrogen at the outlet of the cathode chamber 4 and the outlet of the anode chamber 5. The hydrogen gas equivalent ratio in Table 7 indicating the amount is the hydrogen gas necessary to convert 1 mol of nitrite nitrogen to nitrogen gas in (mol flow rate of hydrogen gas / mol flow rate of nitrite nitrogen). Is the ratio to the number of moles of 1.5. At the outlet of the cathode chamber 4, the flow rate of the gas generated at the cathode 2 and the hydrogen gas concentration were also monitored, and only when the calculated flow rate of the hydrogen gas was lower than the required amount, the shortage was supplemented from the hydrogen gas cylinder. Table 8 shows the results when this process was performed continuously for 24 hours. The result is the average of the values sampled hourly at the exit of the fifth module.
[0085]
[Table 8]
Figure 2004074107
[0086]
As is clear from Table 8, in each case, the nitrate nitrogen was successfully removed, and the amount of the residual nitrogen compound represented by the total nitrogen amount was small.
[0087]
(Examples 13 to 16)
Using the processing apparatus shown in FIG. 4, the same workpieces as those processed in Examples 1 to 4 were processed under the conditions shown in Table 9.
[0088]
[Table 9]
Figure 2004074107
[0089]
In all of Examples 13 to 16, after about 5 L of the material to be treated was introduced into the cathode chamber 4 of the electrolytic cell 1 and the catalyst reactor 7, the circulation treatment was started. The liquid temperature of the object was kept at 20 ° C. Electrolysis was performed at a constant current. In all cases, a sintered stainless steel fiber was used as a porous base material of the cathode 2 and a titanium fiber sintered body was used as a base material of the anode 3. Each of the catalytic reactors 7 is of a fixed bed type. The amount of hydrogen gas introduced here was determined based on the flow rate of nitrite nitrogen calculated by monitoring the concentration of nitrite nitrogen at the outlet of the cathode chamber 4 of the electrolytic cell 1. The hydrogen gas equivalent ratio in Table 9 showing the amount is the hydrogen gas necessary to convert 1 mol of nitrite nitrogen to nitrogen gas in (mol flow rate of hydrogen gas / mol flow rate of nitrite nitrogen). Is the ratio to the number of moles of 1.5. At the outlet of the cathode chamber 4, the flow rate of the gas generated at the cathode 2 and the hydrogen gas concentration were also monitored, and only when the calculated flow rate of the hydrogen gas was lower than the required amount, the shortage was supplemented from the hydrogen gas cylinder. After this circulation treatment was performed for the circulation treatment time shown in Table 9, the entire amount was collected in a tank, and the result of analysis was shown in Table 10.
[0090]
[Table 10]
Figure 2004074107
[0091]
As is clear from the results in Table 10, in each case of this example, nitrate nitrogen was well removed, and the residual amount of the entire nitrogen compound indicated by the total nitrogen amount was small. Almost no ammoniacal nitrogen was detected.
[0092]
(Examples 17 to 20)
Using the processing apparatus shown in FIG. 5, the same processing target as in Examples 1 to 4 was processed under the conditions shown in Table 11.
[0093]
[Table 11]
Figure 2004074107
[0094]
In each of Examples 17 to 20 of the present invention, after about 5 L of the material to be treated was introduced into the cathode chamber 4 of the electrolytic cell 1 and the catalytic reactor 7, the circulation treatment was started. The liquid temperature of the object was kept at 20 ° C. Electrolysis was performed at a constant current. In all cases, a titanium fiber sintered body was used as a porous substrate of the cathode 2 and the anode 3. Electrolysis was performed at a constant current. After the electrolytic treatment, the entire amount of the aqueous solution was once transferred to the buffer tank 12, mixed with the hydrogen gas-containing gas stored in the hydrogen gas holder 11, and introduced into the catalyst reactor 7 little by little. The amount of hydrogen gas introduced here was determined based on the flow rate of nitrite nitrogen, which was calculated by analyzing the concentration of nitrite nitrogen in the buffer tank 12. The hydrogen gas equivalent ratio in Table 11 indicating the amount is the hydrogen gas required to convert 1 mol of nitrite nitrogen to nitrogen gas in (mol flow rate of hydrogen gas / mol flow rate of nitrite nitrogen). Is the ratio to the number of moles of 1.5. Only when the flow rate of the hydrogen gas from the hydrogen gas holder 11 was lower than the required amount, the shortage was compensated from the hydrogen gas cylinder. Table 12 shows the results obtained by collecting the entire amount of the object to be processed after completion of the series of processing in the tank and analyzing it.
[0095]
[Table 12]
Figure 2004074107
[0096]
As is clear from the results in Table 12, in each case, nitrate nitrogen was successfully removed, and the residual amount of the entire nitrogen compound represented by the total nitrogen amount was small. Almost no ammoniacal nitrogen was detected.
[0097]
(Examples 21 to 24)
Using the processing apparatus shown in FIG. 6, the same processing target as in Examples 1 to 4 was processed under the conditions described in Table 13.
[0098]
[Table 13]
Figure 2004074107
[0099]
The object to be treated was continuously introduced into the cathode chamber 4 and subjected to electrolytic treatment. In each case, the liquid temperature of the object was kept at 30 ° C. Electrolysis was performed at a constant current. In all cases, a sintered stainless steel fiber was used as a porous base material of the cathode 2 and a titanium fiber sintered body was used as a base material of the anode 3. Each of the catalytic reactors 7 is of a fixed bed type. The amount of hydrogen gas introduced here was determined based on the flow rate of nitrite nitrogen calculated by monitoring the concentration of nitrite nitrogen at the outlet of the cathode chamber 4 of the electrolytic cell 1. The hydrogen gas equivalent ratio in Table 13 showing the amount is the hydrogen gas necessary to convert 1 mol of nitrite nitrogen to nitrogen gas in (mol flow rate of hydrogen gas / mol flow rate of nitrite nitrogen). Is the ratio to the number of moles of 1.5. At the outlet of the cathode chamber 4, the flow rate of the gas generated at the cathode 2 and the hydrogen gas concentration were also monitored, and only when the calculated flow rate of the hydrogen gas was lower than the required amount, the shortage was supplemented from the hydrogen gas cylinder. Table 14 shows the results obtained when this process was performed continuously for 24 hours. The result is the average of the values sampled every hour at the outlet of the catalytic reactor 7.
[0100]
[Table 14]
Figure 2004074107
[0101]
As is clear from Table 14, in each case, nitrate nitrogen was successfully removed, and the residual amount of the entire nitrogen compound represented by the total nitrogen amount was small. Almost no ammoniacal nitrogen was detected.
[0102]
(Examples 25 to 28)
Using the processing apparatus shown in FIG. 7, the same processing target as in Examples 1 to 4 was processed under the conditions shown in Table 15.
[0103]
[Table 15]
Figure 2004074107
[0104]
After introducing these into the ultraviolet irradiation reactor 13 and the catalyst reactor 7, the circulation treatment was started. The liquid temperature of the object was kept at 40 ° C. A low-pressure mercury lamp having a total output of 60 W was used as a light source of the ultraviolet irradiation reactor 13. Each of the catalyst reactors 7 is of a fixed bed type. Hydrogen gas was continuously supplied from just before the catalyst reactor 7, and hydrogen gas not consumed in the reduction reaction and nitrogen gas generated were discharged from the outlet of the catalyst reactor 7 to the outside. The aqueous solution was refluxed at the inlet of the ultraviolet irradiation reactor 13. The amount of the supplied hydrogen gas was determined by monitoring the nitrite nitrogen concentration at the outlet of the ultraviolet irradiation reactor 13 and was set to a molar flow rate 15 times the molar flow rate of the nitrite nitrogen calculated from the concentration. That is, the hydrogen gas equivalent ratio was controlled to always be 10. After this circulation treatment was performed for the circulation treatment time shown in Table 15, the entire amount was collected in a tank, and the result of analysis was shown in Table 16.
[0105]
[Table 16]
Figure 2004074107
[0106]
In each case, the nitrate nitrogen was successfully removed, and the amount of the residual nitrogen compound indicated by the total nitrogen amount was small. Almost no ammoniacal nitrogen was detected.
[0107]
(Examples 29 to 32)
Using the processing apparatus shown in FIG. 8, the same processing target as in Examples 1 to 4 was processed under the conditions shown in Table 17. However, five modules composed of two ultraviolet irradiation reactors and two catalyst reactors were installed in series.
[0108]
[Table 17]
Figure 2004074107
[0109]
In each case, the liquid temperature of the object was kept at 30 ° C. The first ultraviolet irradiation reactor 14 and the second ultraviolet irradiation reactor 15 have the same shape and are made of the same material. A low-pressure mercury lamp with an output of 6 W was used as the light source. Further, the first catalyst reactor 8 and the second catalyst reactor 9 have the same shape, and are fixed-bed catalyst reactors filled with the same amount of the same catalyst. Hydrogen gas was continuously supplied before the first catalytic reactor 8, and hydrogen gas not consumed in the reduction reaction and nitrogen gas generated were discharged from the outlet of the second catalytic reactor 9 to the outside. . The aqueous solution was introduced into the inlet of the ultraviolet irradiation reactor of the next module. The amount of the supplied hydrogen gas was calculated based on the nitrite nitrogen concentration at the outlet of the first ultraviolet irradiation reactor 14 and the outlet of the second ultraviolet irradiation reactor 15, and was calculated with respect to the sum of the molar flow rates of nitrite nitrogen. The molar flow rate was 15 times. That is, the hydrogen gas equivalent ratio was controlled to always be 10. Table 18 shows the results when this process was performed continuously for 24 hours. The result is the average of the values sampled hourly at the exit of the fifth module.
[0110]
[Table 18]
Figure 2004074107
[0111]
As is clear from Table 18, in each case, nitrate nitrogen was successfully removed, and the residual amount of the nitrogen compound as a whole indicated by the total nitrogen amount was small. Almost no ammoniacal nitrogen was detected.
[0112]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the disadvantage of the conventional nitric-nitrogen decomposition processing method is eliminated, it is compact and highly efficient, and after processing, nitrate nitrogen, nitrite nitrogen, ammonia nitrogen, etc. which remain in water after treatment. It is possible to provide a method and an apparatus for decomposing nitrate nitrogen, which can reduce the load on the environment by minimizing the concentration of nitrogen compounds.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an apparatus for treating nitrate nitrogen according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a nitrate nitrogen treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a nitrate nitrogen treatment apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing a nitrate nitrogen treatment apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a nitrate nitrogen treatment apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view showing a nitrate nitrogen treating apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a nitrate nitrogen treatment apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a view showing an apparatus for treating nitrate nitrogen according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a comparative example of the first embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 .... electrolyzer
2 ... Cathode
3… Anode
4: Cathode room
5. Anode chamber
6 ... Cation exchange membrane (hydrogen ion selective permeable membrane)
7 ... Catalyst reactor
8. Aqueous solution supply container
9 ... Reducing agent supply container
10 gas-liquid separator
11 ... Hydrogen gas holder
12 ... Buffer tank
13 ... Valve
14. Cathode chamber treatment aqueous solution supply port
15 ... Cathode room reflux supply port
16: Cathode chamber treatment aqueous solution outlet
17 ... Anode chamber treatment aqueous solution supply port
18: Aqueous solution outlet for anode chamber treatment
19: Cathode chamber exhaust gas outlet
20… Anode exhaust gas outlet
21 ... UV irradiation reactor
22 ... Ultraviolet generator
23… Aqueous solution flow piping
24: Treatment aqueous solution supply port
25: Treatment aqueous solution outlet

Claims (5)

電解槽の陰極室に供給される硝酸性窒素を含有する水性溶液を電解して、前記水性溶液に含有される硝酸性窒素を還元して少なくとも酸性窒素酸化物を生成する第1工程と、
前記第1工程によって還元処理された前記水性溶液に還元剤を添加し、還元触媒と接触させて酸性窒素酸化物を還元する第2工程を少なくとも有することを特徴とする硝酸性窒素の処理方法。
A first step of electrolyzing an aqueous solution containing nitrate nitrogen supplied to a cathode chamber of an electrolytic cell to reduce at least nitrate nitrogen contained in the aqueous solution to produce at least acidic nitrogen oxides;
A method for treating nitrate nitrogen, comprising at least a second step of adding a reducing agent to the aqueous solution reduced in the first step and bringing the aqueous solution into contact with a reduction catalyst to reduce acidic nitrogen oxides.
前記第2工程によって還元処理された水性溶液を、前記電解槽の陽極室に供給し、前記第1工程で副生成した窒素化合物を硝酸性窒素に転換し、
転換された硝酸性窒素を含有する水性溶液を前記電解槽の陰極室に供給することを特徴とする請求項1記載の硝酸性窒素の処理方法。
The aqueous solution subjected to the reduction treatment in the second step is supplied to an anode chamber of the electrolytic cell, and a nitrogen compound by-produced in the first step is converted into nitrate nitrogen.
The method for treating nitrate nitrogen according to claim 1, wherein the aqueous solution containing the converted nitrate nitrogen is supplied to a cathode chamber of the electrolytic cell.
硝酸性窒素を含有する水性溶液に紫外線を照射することにより、硝酸性窒素を還元して少なくとも硝酸性窒素酸化物を生成する第1工程と、
前記第1工程によって還元処理された水性溶液に還元剤を添加し、還元触媒と接触させて前記酸性窒素酸化物を還元する第2工程を少なくとも有することを特徴とする硝酸性窒素の処理方法。
A first step of reducing nitrate nitrogen to generate at least nitrate nitrogen oxide by irradiating the aqueous solution containing nitrate nitrogen with ultraviolet light;
A method for treating nitrate nitrogen, comprising at least a second step of adding a reducing agent to the aqueous solution reduced in the first step and bringing the aqueous solution into contact with a reduction catalyst to reduce the acidic nitrogen oxides.
陽極と陰極、および、前記陽極と前記陰極とを区分する隔膜を備えた電解槽と、
前記電解槽の陰極部で生成する電解生成物を供給し接触処理する還元触媒を充填した触媒反応器を少なくとも備えたことを特徴とする硝酸性窒素の処理装置。
An anode and a cathode, and an electrolytic cell provided with a diaphragm for separating the anode and the cathode,
An apparatus for treating nitrate nitrogen, comprising at least a catalytic reactor filled with a reduction catalyst for supplying an electrolytic product generated at a cathode portion of the electrolytic cell and performing a contact treatment.
紫外線発生装置と、その周囲に配置された紫外線透過性配管からなる紫外線照射反応器と、
前記紫外線照射反応器で生成する反応物を供給し接触処理する還元触媒を充填した触媒反応器とを少なくとも備えたことを特徴とする硝酸性窒素の処理装置。
An ultraviolet irradiation device, an ultraviolet irradiation reactor comprising an ultraviolet-permeable pipe disposed around the ultraviolet generator,
And a catalyst reactor filled with a reduction catalyst for supplying a reactant generated in the ultraviolet irradiation reactor and performing contact treatment.
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JP2012187490A (en) * 2011-03-10 2012-10-04 Kinki Univ Method for cleaning nitrite nitrogen
JP2015009224A (en) * 2013-07-01 2015-01-19 荏原工業洗浄株式会社 Treatment method for chemical cleaning waste liquid
CN113816470A (en) * 2021-10-18 2021-12-21 重庆工商大学 Cu/amorphous Al2O3Catalyst, preparation method and application thereof

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010116591A1 (en) 2009-04-08 2010-10-14 日揮株式会社 Method for treating radioactive waste solution and device for treating same
JP2012187490A (en) * 2011-03-10 2012-10-04 Kinki Univ Method for cleaning nitrite nitrogen
JP2015009224A (en) * 2013-07-01 2015-01-19 荏原工業洗浄株式会社 Treatment method for chemical cleaning waste liquid
CN113816470A (en) * 2021-10-18 2021-12-21 重庆工商大学 Cu/amorphous Al2O3Catalyst, preparation method and application thereof

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