JP2005205357A

JP2005205357A - アンモニアおよび／またはアンモニウムイオンの吸収装置

Info

Publication number: JP2005205357A
Application number: JP2004016638A
Authority: JP
Inventors: Junichi Hirota; 淳一廣田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2004-01-26
Filing date: 2004-01-26
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】排水または排ガスから極めて効率よくアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを除去することができ、また優れた実用性および経済性を発揮することができるアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンの吸収装置を提供すること。
【解決手段】アンモニア吸収剤を投入した上向流式の反応塔１の上部に、流速が緩やかでアンモニア吸収剤を含まずに処理水のみを排出する拡径部１ｂを形成するとともに、反応塔１の下部にはアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを吸収して大きな粒径に成長したアンモニア吸収剤を集合させる縮径部１ｃを形成し、この縮径部１ｃにはアンモニア吸収剤を引き抜くための排出管２を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、排水から極めて効率よくアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを除去することができ、また優れた実用性および経済性を発揮することができるアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンの吸収装置に関するものである。

例えば、下水排水や畜産排水等には多量のアンモニア(NH₃)および／またはアンモニウムイオン(NH₄ ⁺)が含有されているが、このアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンは環境基準項目のひとつであり従来から規制値が設定されている。このような、水中のアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを除去する方法として、ゼオライト吸着法、アンモニアストリッピング法、あるいは特許文献１に示されるような生物学的硝化・脱窒法等が広く知られている。

しかしながら、排水中のアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを除去するために、ゼオライト吸着法では吸着率が２．５％程度と極めて低く、またアンモニアストリッピング法ではアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンの吸着率が低いうえに運転コストも高く、いずれも実用性に乏しいという問題点があった。また生物学的硝化・脱窒法の場合は、硝化工程と脱窒工程を必要とし複雑かつ高度な処理技術が要求されるとともに設備コスト、運転コストともに高くなるという問題点があった。
特開平８−２５７５８５号公報（図４）

本発明は上記のような従来の問題点を解決して、排水から極めて簡単かつ効率よくアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを除去、および回収することができ、また優れた経済性も発揮することができるアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンの吸収装置を提供することを目的して完成されたものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明のアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンの吸収装置は、アンモニア吸収剤を投入した上向流式の反応塔の上部に、流速が緩やかでアンモニア吸収剤を含まずに処理水のみを排出する拡径部を形成するとともに、反応塔の下部にはアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを吸収して大きな粒径に成長したアンモニア吸収剤を集合させる縮径部を形成し、この縮径部にはアンモニア吸収剤を引き抜くための排出管を設けたことを特徴とするものである。

本発明のアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンの吸収装置は、アンモニア吸収剤を投入した上向流式の反応塔の上部に拡径部を形成するとともに、反応塔の下部には縮径部を形成し、この縮径部にはアンモニア吸収剤を引き抜くための排出管を設けたものとしたので、アンモニア吸収剤によって原水中のアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを簡単かつ効率よく吸収することができ、また引き抜いたアンモニア吸収剤からアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを効率よく回収することができる。

以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい形態を示す。
図面は、本発明のアンモニア吸収装置の概略断面図を示すもので、図中１は上向流式の反応塔であり、この反応塔１内には後述するアンモニア吸収剤が投入されている。また、反応塔１の上部には、流速が緩やかでアンモニア吸収剤を含まずに処理水のみを排出させる目的で本体部１ａよりも径の大きな拡径部１ｂが形成されている。一方、反応塔１の下部にはアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを吸収して大きな粒径に成長したアンモニア吸収剤を集合させる漏斗状の縮径部１ｃが形成されている。

なお、図１に示すように、反応塔１の下方部には原水の供給管６およびNaOH等のアルカリ剤の供給管７が連結されており、また反応塔１の拡径部１ｂには処理水の排出管８が連結されている。更に、拡径部１ｂと縮径部１ｃの間には、塔内液をフィードバックするための循環路９が形成されており、原水が反応塔１の下方側から上方側に流れる間にアンモニア吸収剤と接触してアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンが吸収処理されるものである。

このように本発明では、反応塔１の上部に形成した本体部１ａよりも径の大きな拡径部１ｂの流速が緩やかな点を利用して、アンモニア吸収剤が該拡径部１ｂで撹乱することをなくし、この結果、アンモニア吸収剤を含まない処理水のみを効率よく排出する構造である。また、反応塔１内において、アンモニア吸収剤は原水からアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを吸収し、かつ徐々に大きな粒径に成長するが、アンモニア吸収剤の落下速度は粒径の２乗に比例するので、反応塔１の下部に形成した漏斗状の縮径部１ｃにより、本体部１ａより落下してきた大きな粒径のアンモニア吸収剤のみを効率よく集合させることが可能な構造となっている。

また、前記縮径部１ｃにはアンモニア吸収剤を引き抜くための排出管２が設けられている。この排出管２には、図示しないバルブが取り付けられており、バルブの開閉によって一定時間毎に、あるいは任意のサイクルでアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを吸収し、かつ徐々に大きな粒径に成長したアンモニア吸収剤を排出管２より引き抜くことができる。

なお、反応塔１の本体部１ｃ内に散気板のような空気式の攪拌装置３を設けた場合は、反応塔１における原水とアンモニア吸収剤との吸収反応がより促進されるので好ましい。

一方、反応塔１よりより引き抜いたアンモニア吸収剤は、後段において脱水（水切り）処理された後、加熱装置４により約８０〜２５０℃で１〜１０時間程度、加熱・乾燥処理されることによりアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンが効率よく回収されることとなる。

また、アンモニアおよび／またはアンモニウムイオンが回収された後のアンモニア吸収剤は、循環路５を通じて反応塔１内に戻すのが好ましく、この場合には、微細なものも含めてアンモニア吸収剤が系外へ流出することがないため、経済的に運転ができることとなり好ましい。
更には、図２に示すように、反応塔１の内部に攪拌を効率よく行う為の内筒１１を設けることもでき、この場合にはより効率的にアンモニアの吸収処理が行えることとなる。

本発明においては、前記アンモニア吸収剤としては、リン酸アンモニウムマグネシウム６水塩（MAP：MgNH₄PO₄・6H₂O）を加熱して得られる非晶質リン酸マグネシウム化合物、リン酸３マグネシウム８水塩（MPO：Mg₃(PO₄)₂・8H₂O）を加熱して得られる非晶質リン酸マグネシウム、リン酸水素マグネシウム３水塩（MHP：MgHPO₄・3H₂O）のいずれか／もしくはこれらの混合物が使用される。リン酸アンモニウムマグネシウム６水塩（MAP：MgNH₄PO₄・6H₂O）は、リン酸イオン及びアンモニウムイオンを含む溶液にマグネシウムイオンを添加すると得ることができる無色の結晶であるが、このMAPを55℃以上の温度で加熱処理することにより、結晶水とアンモニアを放出し非晶質のリン酸マグネシウム化合物を得る。また、リン酸３マグネシウム８水塩は、ホビーライトとして天然に産する無色の単斜晶系プリズム状晶体であるが、その他、硫酸マグネシウムとリン酸水素２ナトリウムの水溶液に炭酸水素ナトリウムあるいは４ホウ酸ナトリウムを加え、弱アルカリ性にして放置し結晶体として得ることができる。このリン酸３マグネシウム８水塩を、１２０℃以上の温度で１０時間以内加熱処理することにより、結晶水を放出し非晶質のリン酸マグネシウム化合物を得る。
なお、これらの非晶質リン酸マグネシウム化合物は同じものではないが、いずれも２５０℃以上に加熱すると焼結がすすみ、生成した非晶質リン酸マグネシウム化合物のアンモニア吸収性が低下するので好ましくない。また、リン酸水素マグネシウム３水塩（MHP：MgHPO₄・3H₂O）は、リン酸溶液にマグネシウムイオンを添加すると得ることができる。

このリン酸アンモニウムマグネシウム６水塩（MAP：MgNH₄PO₄・6H₂O）及びリン酸３マグネシウム８水塩（MPO：Mg₃(PO₄)₂・8H₂O）をそれぞれ加熱して得られた非晶質のルーズな構造のリン酸マグネシウム化合物及びリン酸水素マグネシウム３水塩のいずれか／もしくは混合物からなるアンモニア吸収剤をアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを含んだ原水に接触させた場合、アンモニアおよび／またはアンモニウムイオンをアンモニア吸収剤内に効率よく吸収して、原水中からアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを大量に吸収除去することができる。
なお、アンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを吸収する化学反応は定かでないが、アンモニア吸収剤中に原水中のアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンが吸収されるとともに、微量にアンモニア吸収剤から溶出するリン及びマグネシウムと原水中のアンモニアとが反応しリン酸アンモニウムマグネシウム６水塩（MAP：MgNH₄PO₄・6H₂O）が形成されるものと思われる。

本発明者の研究によれば、前記アンモニア吸収剤はアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを吸収した後、これを８０℃以上の温度で１０分以上加熱処理することでアンモニアを放出させれば、アンモニアおよび／またはアンモニウムイオン吸収能力が再生することを究明しており、従って、加熱処理してアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを回収後のアンモニア吸収剤を再び反応塔１内に戻せば、再度アンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを効率よく吸収できることとなり、極めて効率的かつ経済的に運転できることとなる。

このように本発明では、アンモニア吸収剤を投入した上向流式の反応塔１の上部に拡径部１ｂを形成するとともに、反応塔１の下部には縮径部１ｃを形成し、この縮径部１ｃにはアンモニア吸収剤を引き抜くための排出管２を設けたものとしたので、アンモニア吸収剤によって原水中のアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを簡単かつ効率よく吸収することができることとなる。また、引き抜いたアンモニア吸収剤からアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを簡単に回収して利用に供することもできることとなる。

図示の装置により、原水（NH₄−N濃度：500mg/L）をSV値（0.5〜2hr⁻¹）で150時間連続通水するとともに、槽内pHをNaOHを用いて7.5〜10の間に制御し、アンモニア吸収剤（平均粒径50μm）を連続的に添加した。微細なアンモニア吸収剤は槽内を流動していたが、適宜、下部引き抜き管から100μm以上に成長したアンモニア吸収剤を引き抜き回収することができた。また、処理水NH₄−N濃度は、30mg/L以下を常に満足することが確認できた。

本発明の実施の形態を示す概略断面図である。その他の実施の形態を示す概略断面図である。

符号の説明

１反応塔
１ａ本体部
１ｂ拡径部
１ｃ縮径部
２排出管
３攪拌装置
４加熱装置
５循環路
１１内筒

Claims

アンモニア吸収剤を投入した上向流式の反応塔の上部に、流速が緩やかでアンモニア吸収剤を含まずに処理水のみを排出する拡径部を形成するとともに、反応塔の下部にはアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを吸収して大きな粒径に成長したアンモニア吸収剤を集合させる縮径部を形成し、この縮径部にはアンモニア吸収剤を引き抜くための排出管を設けたことを特徴とするアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンの吸収装置。
反応塔の本体部内に空気式の攪拌装置を設けた請求項１に記載のアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンの吸収装置。
排出管の後段に、反応塔より引き抜いたアンモニア吸収剤を加熱・乾燥処理してアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを回収する加熱装置を設けた請求項１または２に記載のアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンの吸収装置。
アンモニアおよび／またはアンモニウムイオンを回収後のアンモニア吸収剤を反応塔内に戻す循環路を設けた請求項１〜３のいずれかに記載のアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンの吸収装置。
反応塔の内部に攪拌を効率よく行う為の内筒を設けた請求項１〜４のいずれかに記載アンモニアおよび／またはアンモニウムイオンの吸収装置。
アンモニア吸収剤として、リン酸アンモニウムマグネシウム６水塩（MAP：MgNH₄PO₄・6H₂O）を加熱して得られる非晶質リン酸マグネシウム化合物、リン酸３マグネシウム８水塩（MPO：Mg₃(PO₄)₂・8H₂O）を加熱して得られる非晶質リン酸マグネシウム、リン酸水素マグネシウム３水塩（MHP：MgHPO₄・3H₂O）のいずれか／もしくはこれらの混合物を用いる請求項１〜５のいずれかに記載のアンモニアおよび／またはアンモニウムイオンの吸収装置。