JP2014083471A - アンモニア含有水の処理方法および処理装置 - Google Patents
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- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
【課題】物理化学的な方法によりアンモニアを分解する効率を高めることにより、小型の装置で効率よくアンモニアを分解することができるアンモニア含有水の処理方法および処理装置を提供する。
【解決手段】本アンモニア含有水の処理方法は、アンモニア含有水１に、水に溶解して塩化物イオンを生成する塩化物イオン生成物質２と、二酸化炭素３と、を添加して電気分解することにより、前記アンモニア含有水中のアンモニアを分解する。
【選択図】図１
【解決手段】本アンモニア含有水の処理方法は、アンモニア含有水１に、水に溶解して塩化物イオンを生成する塩化物イオン生成物質２と、二酸化炭素３と、を添加して電気分解することにより、前記アンモニア含有水中のアンモニアを分解する。
【選択図】図１
Description
本発明は、アンモニア含有水の処理方法および処理装置に関し、特に、電気化学的な方法により小型の装置で効率よくアンモニアを分解することができるアンモニア含有水の処理方法および処理装置に関する。
アンモニア排水などのアンモニアを含有する水性液体（以下、アンモニア含有水という。）中のアンモニアの分解は、硝化菌、脱窒菌などを用いた微生物処理が主体として行なわれている。しかしながら、微生物によるアンモニアの分解は、分解速度が低いため、大型の処理層を必要とする。また、微生物によるアンモニアの分解は、負荷変動に対応することが難しい。このため、化学的な方法により、小型の装置で効率よく低コストでアンモニアを分解するアンモニア含有水の処理方法および処理装置の開発が望まれている。
一般に、アンモニア含有水中のアンモニア（ＮＨ3）は、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）と反応して、以下の化学反応式（１）〜（３）
ＮＨ3 ＋ ＨＯＣｌ → ＮＨ2Ｃｌ ＋ Ｈ2Ｏ ・・・（１）
ＮＨ2Ｃｌ ＋ ＨＯＣｌ → ＮＨＣｌ2 ＋ Ｈ2Ｏ ・・・（２）
ＮＨ2Ｃｌ ＋ ＮＨＣｌ2 → Ｎ2 ＋ ３Ｈ+ ＋ ３Ｃｌ- ・・・（３）
に示すように、窒素ガス（Ｎ2）まで分解することが知られている。ここで、上記の化学反応式（１）〜（３）をまとめると、以下の化学反応式（４）
２ＮＨ3 ＋ ３ＨＯＣｌ → ３Ｈ+Ｃｌ- ＋ ３Ｈ2Ｏ＋ Ｎ2↑ ・・・（４）
と書き表すことができる。
ＮＨ3 ＋ ＨＯＣｌ → ＮＨ2Ｃｌ ＋ Ｈ2Ｏ ・・・（１）
ＮＨ2Ｃｌ ＋ ＨＯＣｌ → ＮＨＣｌ2 ＋ Ｈ2Ｏ ・・・（２）
ＮＨ2Ｃｌ ＋ ＮＨＣｌ2 → Ｎ2 ＋ ３Ｈ+ ＋ ３Ｃｌ- ・・・（３）
に示すように、窒素ガス（Ｎ2）まで分解することが知られている。ここで、上記の化学反応式（１）〜（３）をまとめると、以下の化学反応式（４）
２ＮＨ3 ＋ ３ＨＯＣｌ → ３Ｈ+Ｃｌ- ＋ ３Ｈ2Ｏ＋ Ｎ2↑ ・・・（４）
と書き表すことができる。
また、アンモニア含有水中のアンモニア（ＮＨ3）は、次亜塩素酸イオン（ＯＣｌ-）と反応して、以下の化学反応式（５）
２ＮＨ3 ＋ ３Ｎａ+ＯＣｌ- → ３Ｎａ+Ｃｌ- ＋ ３Ｈ2Ｏ＋ Ｎ2↑ ・・・（５）
に示すように、窒素ガス（Ｎ2）まで分解することが知られている。
２ＮＨ3 ＋ ３Ｎａ+ＯＣｌ- → ３Ｎａ+Ｃｌ- ＋ ３Ｈ2Ｏ＋ Ｎ2↑ ・・・（５）
に示すように、窒素ガス（Ｎ2）まで分解することが知られている。
しかしながら、アンモニア含有水に、単に次亜塩素酸または次亜塩素酸イオンを添加しただけでは、上記の化学反応式（４）および（５）で示される反応の反応速度が低く、反応速度を高めるために過剰の次亜塩素酸塩または次亜塩素酸イオンが必要となるため、実用的ではない。
また、アンモニア含有水中の塩化物イオン（Ｃｌ-）を利用して、電気分解することにより、以下の化学反応式（６）および（７）
２Ｃｌ- → Ｃｌ2 ＋ ２ｅ- ・・・（６）
Ｃｌ2 ＋ Ｈ2Ｏ → ＨＯＣｌ ＋ Ｈ+ ＋ Ｃｌ- ・・・（７）
に示すように、次亜塩素酸を生成することにより、上記の化学反応式（１）〜（３）すなわち化学反応式（４）に示す反応と同様にして、アンモニアを窒素まで分解する電解脱窒方法も知られている。
２Ｃｌ- → Ｃｌ2 ＋ ２ｅ- ・・・（６）
Ｃｌ2 ＋ Ｈ2Ｏ → ＨＯＣｌ ＋ Ｈ+ ＋ Ｃｌ- ・・・（７）
に示すように、次亜塩素酸を生成することにより、上記の化学反応式（１）〜（３）すなわち化学反応式（４）に示す反応と同様にして、アンモニアを窒素まで分解する電解脱窒方法も知られている。
上記の電解脱窒方法においては、アンモニア含有水中の塩化物イオン濃度が高い場合には有用かつ有効であるが、塩化物イオン濃度が高い場合であってもアンモニア濃度を限りなく０ｐｐｍに近づけることは難しく電解効率を向上させることにおいても限界がある。このため、アンモニアの分解の効率を高めるため、以下の方法が提案されている。
特開平１０−１６５９６５号公報（特許文献１）は、アンモニアおよび／またはその塩を含有する廃液中の窒素分を分解除去するアンモニア含有廃液の処理方法において、該廃液に含有アンモニア分に対して当量以上の塩素、塩素ガスまたは酸化剤を添加して、該廃液を、上部に液の滞留部を有し、下部に触媒の充填部を有する反応塔に、上部から下向流で通し、アンモニアを連続的に分解除去することを開示する。
また、特開２００３−２５１３５７号公報（特許文献２）は、有機物、アンモニア、ヒドラジンなどの被酸化性物質を含む排水である被酸化性物質含有水を塩化物イオンの存在下で電気分解処理をした後、遊離残留塩素の存在下で金属酸化物触媒と接触させるか、あるいは、遊離残留塩素の存在下で金属酸化物触媒と接触させた後、塩化物イオンの存在下で電気分解する方法を開示する。
特開平１０−１６５９６５号公報（特許文献１）および特開２００３−２５１３５７号公報（特許文献２）に開示されているアンモニア含有水の処理方法は、アンモニアの分解効率の向上が図られているものの、塩化物イオンを含むアンモニア含有水におけるアンモニア分解効率として充分とはいえず、さらなるアンモニア分解効率の向上が望まれている。
本発明は、電気化学的な方法によりアンモニアを分解する効率を高めることにより、小型の装置で効率よくアンモニアを分解することができるアンモニア含有水の処理方法および処理装置を提供することを目的とする。
本発明は、アンモニア含有水に、水に溶解して塩化物イオンを生成する塩化物イオン生成物質と、二酸化炭素と、を添加して電気分解することにより、アンモニア含有水中のアンモニアを分解するアンモニア含有水の処理方法である。
本発明にかかるアンモニア含有水の処理方法において、アンモニア含有水を電解槽から吸収塔を経由して電解槽に循環させて、電解槽において、塩化物イオン生成物質と二酸化炭素とが添加されたアンモニア含有水を電気分解することにより、塩素ガス、次亜塩素酸および次亜塩素酸イオンの少なくともひとつの塩素含有活性物質を生成させ、塩素含有活性物質と、二酸化炭素と、アンモニアとを反応させることによりアンモニアを分解し、吸収塔において、塩素含有活性物質と、二酸化炭素と、アンモニアとの間の接触を高めることにより、それらの反応を高めてアンモニアの分解を促進する、ことができる。さらに、アンモニア含有水を電解槽から吸収塔を経由して電解槽に循環させる際に、アンモニア含有水に二酸化炭素を添加することができる。
また、本発明は、電解槽と、吸収塔と、水に溶解して塩化物イオンを生成する塩化物イオン生成物質と二酸化炭素とが添加されたアンモニア含有水を電解槽から吸収塔を経由して電解槽に循環させるための循環装置と、を含み、電解槽は、アンモニア含有水を電気分解するための陽極および陰極と、陽極と陰極との間に直流を印加するための電源と、を含み、吸収塔は、電気分解がされたアンモニア含有水中の塩素ガス、次亜塩素酸および次亜塩素酸イオンの少なくともひとつの活性塩素物質と、二酸化炭素と、アンモニアとの間の接触を高めるための構造を含む、アンモニア含有水の処理装置である。
本発明にかかるアンモニア含有水の処理装置において、循環装置は、アンモニア含有水に二酸化炭素を添加するための二酸化炭素添加装置を含むことができる。
本発明によれば、電気化学的な方法によりアンモニアを分解する効率を高めることにより、小型の装置で効率よくアンモニアを分解することができるアンモニア含有水の処理方法および処理装置を提供することができる。
［アンモニア含有水の処理方法］
図１および図２を参照して、本発明の一実施形態であるアンモニア含有水の処理方法は、アンモニア含有水１に、水に溶解して塩化物イオンを生成する塩化物イオン生成物質２と、二酸化炭素３と、を添加して電気分解することにより、アンモニア含有水中のアンモニアを分解する方法である。
図１および図２を参照して、本発明の一実施形態であるアンモニア含有水の処理方法は、アンモニア含有水１に、水に溶解して塩化物イオンを生成する塩化物イオン生成物質２と、二酸化炭素３と、を添加して電気分解することにより、アンモニア含有水中のアンモニアを分解する方法である。
本実施形態のアンモニア含有水の処理方法は、アンモニア含有水に塩化物イオン生成物質（たとえばＮａＣｌ）を添加して電気分解することにより、たとえば以下の化学反応式（６）〜（８）
２Ｃｌ- → Ｃｌ2 ＋ ２ｅ- ・・・（６）
Ｃｌ2 ＋ Ｈ2Ｏ → ＨＯＣｌ ＋ Ｈ+ ＋ Ｃｌ- ・・・（７）
Ｃｌ2 ＋ ＮａＯＨ → ＯＣｌ- ＋ Ｎａ+ ＋ Ｈ+ ＋ Ｃｌ- ・・・（８）
に示すように、塩素ガス（Ｃｌ2）、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）および次亜塩素酸イオン（ＯＣｌ-）などの塩素含有活性物質が生成し、これらの塩素含有活性物質がアンモニア（ＮＨ3）と反応することにより、上記の化学反応式（４）および（５）
２ＮＨ3 ＋ ３ＨＯＣｌ → ３Ｈ+Ｃｌ- ＋ ３Ｈ2Ｏ＋ Ｎ2↑ ・・・（４）
２ＮＨ3 ＋ ３Ｎａ+ＯＣｌ- → ３Ｎａ+Ｃｌ- ＋ ３Ｈ2Ｏ＋ Ｎ2↑ ・・・（５）
に示すように、アンモニア（ＮＨ3）を窒素ガス（Ｎ2）にまで分解することができる。
２Ｃｌ- → Ｃｌ2 ＋ ２ｅ- ・・・（６）
Ｃｌ2 ＋ Ｈ2Ｏ → ＨＯＣｌ ＋ Ｈ+ ＋ Ｃｌ- ・・・（７）
Ｃｌ2 ＋ ＮａＯＨ → ＯＣｌ- ＋ Ｎａ+ ＋ Ｈ+ ＋ Ｃｌ- ・・・（８）
に示すように、塩素ガス（Ｃｌ2）、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）および次亜塩素酸イオン（ＯＣｌ-）などの塩素含有活性物質が生成し、これらの塩素含有活性物質がアンモニア（ＮＨ3）と反応することにより、上記の化学反応式（４）および（５）
２ＮＨ3 ＋ ３ＨＯＣｌ → ３Ｈ+Ｃｌ- ＋ ３Ｈ2Ｏ＋ Ｎ2↑ ・・・（４）
２ＮＨ3 ＋ ３Ｎａ+ＯＣｌ- → ３Ｎａ+Ｃｌ- ＋ ３Ｈ2Ｏ＋ Ｎ2↑ ・・・（５）
に示すように、アンモニア（ＮＨ3）を窒素ガス（Ｎ2）にまで分解することができる。
ここで、本実施形態のアンモニア含有水の処理方法は、上記のアンモニア含有水に、二酸化塩素発生物質をさらに添加することにより、アンモニア含有水のｐＨを低下させて、アンモニアの分解効率を高めるという技術的特徴を有している。
すなわち、上記の化学反応式（４）に替えて、以下の化学反応式（９）
ＣＯ2 ＋ ２ＮＨ3 ＋ ３ＨＯＣｌ → Ｈ2ＣＯ3 ＋ ３Ｈ+Ｃｌ- ＋ ３Ｈ2Ｏ＋ Ｎ2↑ ・・・（９）
に示すように、生成したＨ2ＣＯ3によりアンモニア含有水のｐＨを低下させて、アンモニアの分解効率を高める。
ＣＯ2 ＋ ２ＮＨ3 ＋ ３ＨＯＣｌ → Ｈ2ＣＯ3 ＋ ３Ｈ+Ｃｌ- ＋ ３Ｈ2Ｏ＋ Ｎ2↑ ・・・（９）
に示すように、生成したＨ2ＣＯ3によりアンモニア含有水のｐＨを低下させて、アンモニアの分解効率を高める。
また、上記の化学反応式（５）に替えて、以下の化学反応式（１０）
ＣＯ2 ＋ ２ＮＨ3 ＋ ３Ｎａ+ＯＣｌ- → Ｈ2ＣＯ3 ＋ ３Ｎａ+Ｃｌ- ＋ ２Ｈ2Ｏ＋ Ｎ2↑ ・・・（１０）
に示すように、生成したＨ2ＣＯ3によりアンモニア含有水のｐＨを低下させて、アンモニアの分解効率を高める。
ＣＯ2 ＋ ２ＮＨ3 ＋ ３Ｎａ+ＯＣｌ- → Ｈ2ＣＯ3 ＋ ３Ｎａ+Ｃｌ- ＋ ２Ｈ2Ｏ＋ Ｎ2↑ ・・・（１０）
に示すように、生成したＨ2ＣＯ3によりアンモニア含有水のｐＨを低下させて、アンモニアの分解効率を高める。
ここで、上記の化学反応式（９）および（１０）で生成したＨ2ＣＯ3は、以下の化学反応式（１１）
Ｈ2ＣＯ3 ＋ Ｈ+Ｃｌ- → Ｈ2Ｏ ＋Ｈ+Ｃｌ- ＋ ＣＯ2↑ ・・・（１１）
に示すように、ＨＣｌによって二酸化炭素ガス（ＣＯ2）に分解されて系外に放出されるため、ｐＨが極度に低下するのが抑制される。
Ｈ2ＣＯ3 ＋ Ｈ+Ｃｌ- → Ｈ2Ｏ ＋Ｈ+Ｃｌ- ＋ ＣＯ2↑ ・・・（１１）
に示すように、ＨＣｌによって二酸化炭素ガス（ＣＯ2）に分解されて系外に放出されるため、ｐＨが極度に低下するのが抑制される。
（アンモニア含有水）
図１および図２を参照して、本実施形態のアンモニア含有水の処理方法において、処理の対処とされるアンモニア含有水１は、アンモニアを含有している水であれば特に制限はない。また、アンモニア含有水中のアンモニア濃度は、特に制限はないが、アンモニアを効率的に分解する観点から、１ｍｇ／リットル以上５００００ｍｇ／リットル以下が好ましく、１０ｍｇ／リットル以上２５０００ｍｇ／リットル以下がより好ましい。
図１および図２を参照して、本実施形態のアンモニア含有水の処理方法において、処理の対処とされるアンモニア含有水１は、アンモニアを含有している水であれば特に制限はない。また、アンモニア含有水中のアンモニア濃度は、特に制限はないが、アンモニアを効率的に分解する観点から、１ｍｇ／リットル以上５００００ｍｇ／リットル以下が好ましく、１０ｍｇ／リットル以上２５０００ｍｇ／リットル以下がより好ましい。
（塩化物イオン生成物質）
図１および図２を参照して、本実施形態のアンモニア含有水の処理方法において、アンモニア含有水１に添加される塩化物イオン生成物質２は、水に溶解して塩化物イオン（Ｃｌ-）を生成する物質であれば特に制限は無いが、塩化物イオンを解離しやすくかつ対カチオンによるスケールを抑制する観点から、ＮａＣｌ、ＫＣｌなどのアルカル金属の塩化物が好ましい。また、アルカリ金属の塩化物は、対カチオンによるスケールを抑制する観点から、Ｍｇ、Ｃａなどのアルカリ土類金属などの不純物が少ない高純度のもの、たとえば、純度が９９質量％以上のものが好ましく、純度が９９．５質量％以上のものがより好ましい。たとえば、市販の精製塩（塩化ナトリウム；ＮａＣｌ）は純度９９．５質量％以上である。
図１および図２を参照して、本実施形態のアンモニア含有水の処理方法において、アンモニア含有水１に添加される塩化物イオン生成物質２は、水に溶解して塩化物イオン（Ｃｌ-）を生成する物質であれば特に制限は無いが、塩化物イオンを解離しやすくかつ対カチオンによるスケールを抑制する観点から、ＮａＣｌ、ＫＣｌなどのアルカル金属の塩化物が好ましい。また、アルカリ金属の塩化物は、対カチオンによるスケールを抑制する観点から、Ｍｇ、Ｃａなどのアルカリ土類金属などの不純物が少ない高純度のもの、たとえば、純度が９９質量％以上のものが好ましく、純度が９９．５質量％以上のものがより好ましい。たとえば、市販の精製塩（塩化ナトリウム；ＮａＣｌ）は純度９９．５質量％以上である。
（二酸化炭素）
図１および図２を参照して、本実施形態のアンモニア含有水の処理方法において、アンモニア含有水に添加される二酸化炭素３は、特に制限はなく、気体（ガス）状であっても、固体状（ドライアイス）であってもよい。また、空気中の二酸化炭素であってもよい。
図１および図２を参照して、本実施形態のアンモニア含有水の処理方法において、アンモニア含有水に添加される二酸化炭素３は、特に制限はなく、気体（ガス）状であっても、固体状（ドライアイス）であってもよい。また、空気中の二酸化炭素であってもよい。
（電気分解の方法）
図１および図２を参照して、本実施形態のアンモニア含有水の処理方法において、塩化物イオン生成物質２と、二酸化炭素３と、が添加されたアンモニア含有水を電気分解する方法は、特に制限はなく、たとえば、陽極１０ａと、陰極１０ｃと、陽極１０ａと陰極１０ｃとの間に直流を印加するための電源１０ｅと、を含む電解槽１０内に、上記のアンモニウム含有水を配置して、陽極１０ａと陰極１０ｃとの間に直流を印加する方法が好適に行なわれる。アンモニア含有水の電気分解は、電解効率を高めてアンモニアの分解効率を高める観点から、直流電解であることが好ましい。ここで、直流には、時間によって大きさが変化しても流れる方向が一定で変化しない広義の直流と、時間によって大きさも流れる方向も一定で変化しない狭義の直流（すなわち定電流）と、が含まれる。電解効率を高める観点から、狭義の直流（定電流）が好ましい。
図１および図２を参照して、本実施形態のアンモニア含有水の処理方法において、塩化物イオン生成物質２と、二酸化炭素３と、が添加されたアンモニア含有水を電気分解する方法は、特に制限はなく、たとえば、陽極１０ａと、陰極１０ｃと、陽極１０ａと陰極１０ｃとの間に直流を印加するための電源１０ｅと、を含む電解槽１０内に、上記のアンモニウム含有水を配置して、陽極１０ａと陰極１０ｃとの間に直流を印加する方法が好適に行なわれる。アンモニア含有水の電気分解は、電解効率を高めてアンモニアの分解効率を高める観点から、直流電解であることが好ましい。ここで、直流には、時間によって大きさが変化しても流れる方向が一定で変化しない広義の直流と、時間によって大きさも流れる方向も一定で変化しない狭義の直流（すなわち定電流）と、が含まれる。電解効率を高める観点から、狭義の直流（定電流）が好ましい。
（電解槽から吸収塔を経由して電解槽へのアンモニア含有水の循環）
図２を参照して、本実施形態のアンモニア含有水の処理方法において、塩化物イオン生成物質２と、二酸化炭素３と、が添加されたアンモニア含有水１を、電解槽１０から吸収塔２０を経由して電解槽１０に循環させることが好ましい。電解槽１０から吸収塔２０を経由して電解槽１０にアンモニア含有水１を循環させることにより、アンモニアの分解を促進させることができる。
図２を参照して、本実施形態のアンモニア含有水の処理方法において、塩化物イオン生成物質２と、二酸化炭素３と、が添加されたアンモニア含有水１を、電解槽１０から吸収塔２０を経由して電解槽１０に循環させることが好ましい。電解槽１０から吸収塔２０を経由して電解槽１０にアンモニア含有水１を循環させることにより、アンモニアの分解を促進させることができる。
上記のアンモニア含有水１を電解槽１０から吸収塔２０を経由して電解槽１０に循環させることにより、電解槽１０において、塩化物イオン生成物質２と二酸化炭素３とが添加されたアンモニア含有水を電気分解することにより、塩素ガス（Ｃｌ2）、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）および次亜塩素酸イオン（ＯＣｌ-）の少なくともひとつの塩素含有活性物質を生成させ、塩素含有活性物質と、二酸化炭素と、アンモニアとを反応させることにより、アンモニアを分解することができる。
また、上記のアンモニア含有水１を電解槽１０から吸収塔２０を経由して電解槽１０に循環させることにより、吸収塔２０において、塩素含有活性物質と、二酸化炭素３と、アンモニアとの間の接触を高めることにより、それらの反応を高めてアンモニアの分解を促進することができる。吸収塔２０において、塩素含有活性物質と、二酸化炭素３と、アンモニアとの間の接触を高めるための構造は、特に制限はないが、アンモニア含有水中の塩素含有活性物質と、二酸化炭素３と、アンモニアとの相互撹拌、相互拡酸および相互接触を促進させる観点から、表面積が大きな内部構造、表面積が大きな充填剤２２が配置された構造が好適に挙げられる。
上記のアンモニア含有水１を電解槽１０から吸収塔２０を経由して電解槽１０に循環させる方法には、特に制限はなく、たとえば、循環ポンプ４０ｐ、循環用配管４１，４２，４３，４４などの循環装置４０を用いて、電解槽１０内のアンモニア含有水１を、循環用配管３３、吸収塔２０、循環用配管４４、水槽３０、循環用配管４１、循環用ポンプ４０ｐ、および循環用配管４２を経由させて電解槽２０に循環させることができる。ここで、循環用配管４１，４２，４３，４４の矢印は、アンモニア含有水の流れる方向を示す。
上記のアンモニア含有水１への二酸化炭素３の添加は、効率的に添加する観点から、アンモニア含有水１を電解槽１０から吸収塔２０を経由して電解槽１０に循環させる際に行なうことが好ましい。二酸化炭素３を添加する方法には、特に制限はなく、たとえば、図２に示すように、二酸化炭素添加装置４０ｖを用いて二酸化炭素ガスおよび空気中の二酸化炭素を循環配管中のアンモニア含有水１に添加することができる。アンモニア含有水１の循環経路において、アンモニア含有水１に二酸化炭素３を添加する場所は、特に制限はないが、アンモニア含有水への接触および混合拡散を高める観点から、吸収塔２０の入口部分が好ましい。ここで、二酸化炭素添加装置４０ｖは、特に制限はないが、系外から循環経路内に二酸化炭素を簡便にかつ効率よく取り入れる観点から、ベンチュリ管が好適に挙げられる。
また、上記のアンモニア含有水１への塩化物イオン生成物質２の添加も、効率的に添加する観点から、アンモニア含有水１を電解槽１０から吸収塔２０を経由して電解槽１０に循環させる際に行なうことが好ましい。塩化物イオン生成物質２を添加する方法および添加する場所は、特に制限はない。図２には、電解槽１０の入口部分の前の水槽３０に塩化物イオン生成物質２を添加することが描かれているが、他の部分において塩化物イオン生成物質２を添加してもよい。
電気分解によりアンモニア含有水１中のアンモニア濃度が低下するにつれて、アンモニア含有水のｐＨが小さくなる。このため、そのｐＨの値が所定の値以下になるときをアンモニア含有水１の電気分解による処理の終点とすることができる。たとえば、アンモニア含有水１のｐＨの値が８以下になるときをアンモニア含有水１の電気分解による処理の終点とすることができる。
［アンモニア含有水の処理装置］
図２を参照して、本発明の別の実施形態であるアンモニア含有水の処理装置は、電解槽１０と、吸収塔２０と、水に溶解して塩化物イオンを生成する塩化物イオン生成物質２と二酸化炭素３とが添加されたアンモニア含有水１を電解槽１０から吸収塔２０を経由して電解槽１０に循環させるための循環装置４０と、を含む。本実施形態のアンモニア含有水の処理装置は、上記の電解槽１０、吸収塔２０および循環装置４０を含むことにより、アンモニア含有水１中のアンモニアを効率よく分解することができる。
図２を参照して、本発明の別の実施形態であるアンモニア含有水の処理装置は、電解槽１０と、吸収塔２０と、水に溶解して塩化物イオンを生成する塩化物イオン生成物質２と二酸化炭素３とが添加されたアンモニア含有水１を電解槽１０から吸収塔２０を経由して電解槽１０に循環させるための循環装置４０と、を含む。本実施形態のアンモニア含有水の処理装置は、上記の電解槽１０、吸収塔２０および循環装置４０を含むことにより、アンモニア含有水１中のアンモニアを効率よく分解することができる。
本実施形態のアンモニア含有水の処理装置は、アンモニア含有水１中のアンモニアを効率よく分解する観点から、電解槽１０とは別にアンモニア含有水１を収容する水槽３０を含むことが好ましい。かかる水槽３０を設けることにより、電解槽１０を電解効率が高い形状および大きさにし易くなり、結果としてアンモニアの分解効率を高めることができる。
電解槽１０は、アンモニア含有水１を電気分解するための陽極１０ａおよび陰極１０ｃと、陽極１０ａと陰極１０ｃの間に直流を印加するための電源１０ｅと、を含む。陽極１０ａは、特に制限はないが、塩素発生効率を高めるとともに酸素放電の影響を受けにくい観点から、イリジウム（Ｉｒ）系の貴金属酸化物の焼成電極が好適に用いられる。陰極１０ｃは、特に制限はないが、耐腐食性および防食性が高めるとともにチタン（Ｔｉ）の水素脆化を防止する観点から、チタン（Ｔｉ）上にプラチナ（Ｐｔ）をめっきした電極が好適に用いられる。電源１０ｅは、電解効率を高めてアンモニアの分解効率を高める観点から、直流電源とする。ここで、直流電源には、時間によって大きさが変化しても流れる方向が一定で変化しない広義の直流の電源と、時間によって大きさも流れる方向も一定で変化しない狭義の直流（定電流）の電源と、が含まれる。電解効率を高める観点から、狭義の直流（定電流）の電源が好ましい。
電気分解においては、電流の値が基準となる。電解質であるアンモニア含有水１の抵抗値の変化は、半導体の抵抗値の変化と同様に、温度が高くなると抵抗値が低くなり、温度が低くなると抵抗値が高くなる。定電圧電源を用いてアンモニア含有水１の電気分解を行なうと、アンモニア含有水１の抵抗値が低くなると電流値は高くなり、アンモニア含有水１の抵抗値が高くなると電流値は低くなるため、安定した電気分解が困難である。
吸収塔２０は、電気分解がされたアンモニア含有水１中の塩素ガス、次亜塩素酸および次亜塩素酸イオンの少なくともひとつの活性塩素物質と、二酸化炭素と、アンモニアとの間の接触を高めるための構造を含む。吸収塔２０において、塩素含有活性物質と、二酸化炭素３と、アンモニアとの間の接触を高めるための構造は、特に制限はないが、アンモニア含有水中の塩素含有活性物質と、二酸化炭素３と、アンモニアとの相互拡酸および相互接触を促進させる観点から、表面積が大きな内部構造、表面積が大きな充填剤２２が配置された構造が好適に挙げられる。
水槽３０は、処理前および処理後のアンモニア含有水を収容する槽であり、処理対象となるアンモニア含有水の量およびアンモニア濃度に対応して、水槽３０の形状および大きさが決められる。
処理装置におけるアンモニア含有水の循環装置４０の配置については、特に制限はなく、たとえば、図２を参照して、アンモニア含有水１の流れる方向にしたがって、電解槽１０から吸収塔２０までの間に循環用配管４３を配置し、吸収塔２０から水槽３０までの間に循環用配管４４を配置し、水槽３０から電解槽１０までの間に循環用配管４１、循環用ポンプ４０ｐ、および循環用配管４２を配置することができる。
また、循環装置４０は、アンモニア含有水１に二酸化炭素３を効率的に添加する観点から、アンモニア含有水１に二酸化炭素３を添加するための二酸化炭素添加装置４０ｖを含むことが好ましい。アンモニア含有水１の循環経路において、二酸化炭素添加装置４０ｖを配置する場所は、特に制限はないが、アンモニア含有水への接触および混合拡散を高める観点から、図２に示すように、吸収塔２０の入口部分が好ましい。ここで、二酸化炭素添加装置４０ｖは、特に制限はないが、系外から循環経路内に二酸化炭素を簡便にかつ効率よく取り入れる観点から、ベンチュリ管が好適に挙げられる。
また、図２には、水槽３０内のアンモニア含有水１中に塩化物イオン生成物質２が直接添加されるように記載されているが、アンモニア含有水１に塩化物イオン生成物質２を効率的に添加する観点から、循環装置４０はアンモニア含有水１に塩化物イオン生成物質２を添加するための塩化物イオン生成物質添加装置を含むことが好ましい。アンモニア含有水１の循環経路において、塩化物イオン生成物質添加装置を配置する場所は、特に制限はない。たとえば、水槽１０に直接吸収塔２０の出口部分であっても、吸収塔２０の入口部分であってもよい。ここで、水槽３０内のアンモニア含有水１中のアンモニアを効率よく分解するためには、水槽３０内のアンモニア含有水１の１回の処理毎に、所定量の塩化物イオン生成物質２を添加すれば足りる。添加される塩化物イオン生成物質２の所定量とは、処理対象であるアンモニア含有水１のアンモニア含有量によるが、アンモニア含有水１１リットルに対して少なくとも２０ｇ（すなわち２０ｇ／リットル）である。
なお、本実施形態のアンモニア含有水の処理装置は、アンモニア輸送タンカーなどの船内に設置することもできるため、アンモニアなどを陸揚げする際に、配管およびホースなどを洗浄したときに発生するアンモニア含有水を上記の船内で処理することも可能である。
（実施例１）
本実施例は、図１に示すようなバッチ式でアンモニア含有水１のアンモニアの分解実験を行なったものである。
本実施例は、図１に示すようなバッチ式でアンモニア含有水１のアンモニアの分解実験を行なったものである。
電解槽１０としての５００ミリリットルビーカに、アンモニア濃度が２１０００ｍｇ／リットルのアンモニア含有水１を５００ミリリットル入れて、塩化物イオン生成物質２として精製塩（ＮａＣｌ）を２０ｇ添加して、マグネチックスターラで撹拌して溶解させた。
陽極１０ａとして、幅５ｃｍ×長さ１４ｃｍ×厚さ２ｍｍのＴｉ板にＩｒ系貴金属酸化物を焼成したＩｒ系貴金属酸化物電極を準備した。陰極１０ｃとして、幅５ｃｍ×長さ１４ｃｍ×厚さ２ｍｍのＴｉ板にＰｔめっきしたＰｔめっきＴｉ電極を準備した。陽極１０ａと陰極１０ｃとの間に厚さ１０ｍｍの絶縁スペーサを間に挟んで固定して電解用電極を作製した。
この電解電極を、アンモニア含有水１中にマグネチックスターラの回転を阻害しない深さまで浸漬した。陽極１０ａおよび陰極１０ｃのそれぞれの浸漬面積は、５ｃｍ×７．５ｃｍ＝３７．５ｃｍ2＝０．３７５ｄｍ2であった。
陽極１０ａと陰極１０ｃとの間に、１０．０Ａの定電流を印加して、電気分解を行なった。電解時間０時間後（電解開始時）は、アンモニア濃度が２１０００ｍｇ／リットル、電流が１０．０Ａ、電流密度が２６．７Ａ／ｄｍ2、電圧が６．８６Ｖであった。電解時間０．２５時間後は、アンモニア濃度が１８００ｍｇ／リットル、電流が１０．０Ａ、電流密度が２６．７Ａ／ｄｍ2、電圧が６．８６Ｖであった。電解時間０．５時間後は、アンモニア濃度が１０００ｍｇ／リットル、電流が１０．０Ａ、電流密度が２６．７Ａ／ｄｍ2、電圧が５．７６Ｖであった。電解時間０．７５時間後は、アンモニア濃度が７３０ｍｇ／リットル、電流が１０．０Ａ、電流密度が２６．７Ａ／ｄｍ2、電圧が５．６０Ｖであった。ここで、アンモニア含有水中のアンモニア濃度は、ＪＩＳ Ｋ０１０２：２００８の４２．２に示すインドフェノール青吸光光度法により測定した。結果を表１にまとめた。また、電解時間とアンモニア濃度との関係を図３に示した。
表１および図３を参照して、アンモニア含有水に、水に溶解して塩化物イオンを生成する塩化物イオン生成物質と、二酸化炭素と、を添加して電気分解することにより、アンモニア含有水中のアンモニアを効率よく分解することができた。特に、０．２５時間の電解により、アンモニア含有水のアンモニア濃度を２１０００ｍｇ／リットルから１８００ｍｇ／リットルまで急激に低減することができた。
（実施例２）
本実施例は、図２に示すような循環式でアンモニア含有水１のアンモニアの分解実験を行なったものである。
本実施例は、図２に示すような循環式でアンモニア含有水１のアンモニアの分解実験を行なったものである。
５０リットルの水槽３０にアンモニア濃度が４４００ｍｇ／リットルの５０リットルのアンモニア含有水１を準備した。このアンモニア含有水１に、塩化物イオン生成物質２として精製塩（ＮａＣｌ）を１０００ｇ添加して、溶解させた。
アンモニア含湯水１を電解するために、幅１９．５ｃｍ×高さ２９ｃｍ×厚さ７ｃｍの電解槽１０を準備した。陽極１０ａとして、幅２２ｃｍ×長さ２９ｃｍ×厚さ２ｍｍのＴｉ板にＩｒ系貴金属酸化物を焼成したＩｒ系貴金属酸化物電極を準備した。陰極１０ｃとして、幅２２ｃｍ×長さ２９ｃｍ×厚さ２ｍｍのＴｉ板にＰｔめっきしたＰｔめっきＴｉ電極を準備した。電解槽１０に、陽極１０ａおよび陰極１０ｃを、両者の間隔が１２ｍｍとなるように配置した。陽極１０ａおよび陰極１０ｃのそれぞれには、互いに接触しないように、給電バーとして長さ２２ｃｍ×長さ２ｃｍ×幅５ｍｍの銅板をボルトで取り付けて、陽極１０ａと陰極１０ｃとの間に定電流が印加されるように陽極１０ａおよび陰極１０ｃの給電バーと電源１０ｅとをケーブルで接続した。
また、内径１３．２ｃｍ×高さ６４ｃｍの吸収塔２０を準備し、その中に充填材２２として、月島環境エンジニアリング株式会社製テラレット（登録商標）Ｓ−Ｓ型を充填した。
アンモニア含有水１を、水槽１から、循環用配管４１、循環用ポンプ４０ｐ、循環用配管４２、電解槽１０、循環用配管４３、吸収塔２０、および循環用配管４４を経由して、水槽１に循環させながら、電解槽１０において電気分解を行なった。ここで、吸収塔２０の入口部分にあたる循環用配管４３の途中に二酸化炭素添加装置４０ｖとしてベンチュリ管を配置することにより、大気中の空気を取り込み、空気中の二酸化炭素をアンモニア含有水１中に溶解させることにより取り込ませた。アンモニア含有水１の循環量を３０リットル／ｍｉｎとし、二酸化炭素添加装置４０ｖであるベンチュリ管からの取り込み空気量を５リットル／ｍｉｎとし、電解槽１０中の陽極１０ａと陰極１０ｃとの間に７２Ａの定電流を印加した。電気分解の終点は、アンモニア含有水１のｐＨが８．０以下に入るときとした。なお、排水のｐＨ基準値は５．８〜８．６である。陽極１０ａおよび陰極１０ｃのそれぞれの有効面積は、１２．６ｃｍ×２４ｃｍ＝３０２．４ｃｍ2＝３．０２４ｄｍ2であった。
電解時間０時間後（電解開始時）は、アンモニア濃度が４４００ｍｇ／リットル、電流が７２Ａ、電流密度が２３．８１Ａ／ｄｍ2、電圧が９．３Ｖ、ｐＨが１３．６であった。電解時間２．０時間後は、アンモニア濃度が３２００ｍｇ／リットル、電流が７２Ａ、電流密度が２３．８１Ａ／ｄｍ2、電圧が８．２Ｖ、ｐＨが１１．７であった。電解時間２．５時間後は、アンモニア濃度が３０００ｍｇ／リットル、電流が７２Ａ、電流密度が２３．８１Ａ／ｄｍ2、電圧が８．２Ｖ、ｐＨが１０．０であった。電解時間４．５時間後は、アンモニア濃度が１６００ｍｇ／リットル、電流が７２Ａ、電流密度が２３．８１Ａ／ｄｍ2、電圧が８．１Ｖ、ｐＨが９．４であった。電解時間６．０時間後は、アンモニア濃度が２０ｍｇ／リットル、電流が７２Ａ、電流密度が２３．８１Ａ／ｄｍ2、電圧が８．０Ｖ、ｐＨが８．０であった。ここで、アンモニア含有水中のアンモニア濃度は、ＪＩＳ Ｋ０１０２：２００８の４２．２に示すインドフェノール青吸光光度法により測定した。結果を表２にまとめた。また、電解時間とアンモニア濃度との関係を図４に示した。
表２および図４を参照して、アンモニア含有水に、水に溶解して塩化物イオンを生成する塩化物イオン生成物質と、二酸化炭素と、を添加して、かつ、アンモニア含有水を電解槽から吸収塔を経由して電解槽に循環させながら電気分解することにより、アンモニア含有水中のアンモニアを効率よく分解することができた。特に、６．０時間の電解により、アンモニア含有水のアンモニア濃度を４４００ｍｇ／リットルの高濃度から２０ｍｇ／リットルの低濃度まで著しく低減することができた。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ アンモニア含有水、２ 塩化物イオン生成物質、３ 二酸化炭素、１０ 電解槽、１０ａ 陽極、１０ｃ 陰極、１０ｅ 電源、２０ 吸収塔、２２ 充填材、３０ 水槽、４０ 循環装置、４０ｐ 循環用ポンプ、４０ｖ 二酸化炭素添加装置、４１，４２，４３，４４ 循環用配管。
Claims (5)
- アンモニア含有水に、水に溶解して塩化物イオンを生成する塩化物イオン生成物質と、二酸化炭素と、を添加して電気分解することにより、前記アンモニア含有水中のアンモニアを分解するアンモニア含有水の処理方法。
- 前記アンモニア含有水を、電解槽から吸収塔を経由して前記電解槽に循環させて、
前記電解槽において、前記塩化物イオン生成物質と二酸化炭素とが添加された前記アンモニア含有水を電気分解することにより、塩素ガス、次亜塩素酸および次亜塩素酸イオンの少なくともひとつの塩素含有活性物質を生成させ、前記塩素含有活性物質と、二酸化炭素と、アンモニアとを反応させることによりアンモニアを分解し、
前記吸収塔において、前記塩素含有活性物質と、二酸化炭素と、アンモニアとの間の接触を高めることにより、それらの反応を高めてアンモニアの分解を促進する、請求項１に記載のアンモニア含有水の処理方法。 - 前記アンモニア含有水を前記電解槽から前記吸収塔を経由して前記電解槽に循環させる際に、前記アンモニア含有水に二酸化炭素を添加する請求項２に記載のアンモニア含有水の処理方法。
- 電解槽と、吸収塔と、水に溶解して塩化物イオンを生成する塩化物イオン生成物質と二酸化炭素とが添加されたアンモニア含有水を前記電解槽から前記吸収塔を経由して前記電解槽に循環させるための循環装置と、を含み、
前記電解槽は、前記アンモニア含有水を電気分解するための陽極および陰極と、前記陽極と前記陰極との間に直流を印加するための電源と、を含み、
前記吸収塔は、電気分解がされた前記アンモニア含有水中の塩素ガス、次亜塩素酸および次亜塩素酸イオンの少なくともひとつの活性塩素物質と、二酸化炭素と、アンモニアとの間の接触を高めるための構造を含む、アンモニア含有水の処理装置。 - 前記循環装置は、前記アンモニア含有水に二酸化炭素を添加するための二酸化炭素添加装置を含む、請求項４に記載のアンモニア含有水の処理装置。
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