JP2016506299A

JP2016506299A - 正浸透圧方式の水処理装置における重炭酸アンモニウム溶液の再生方法およびその再生装置

Info

Publication number: JP2016506299A
Application number: JP2015550343A
Authority: JP
Inventors: ギジュンカン，; ジェヨンキム，; グァンヒョンキム，; チソンイ，
Original assignee: Amtpacific Co Ltd
Current assignee: Amtpacific Co Ltd
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2016-03-03
Also published as: US20160051932A1; PH12015502776A1; EP3015159A1; CA2916426A1; WO2014208936A1

Abstract

【課題】正浸透圧方式の水処理装置における重炭酸アンモニウム溶液の再生方法およびその再生装置の提供。【解決手段】重炭酸アンモニウム溶液の再生方法およびその再生装置によれば、浸透液として用いられる重炭酸アンモニウム溶液を分離および濃縮可能な塔形態の蒸発部、濃縮部、および吸収部を備えることにより、工程中に塩が析出するのを防止しながらも、浸透液として用いられる重炭酸アンモニウム溶液を連続的に再生することが可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、正浸透圧（Ｆｏｒｗａｒｄｏｓｍｏｓｉｓ）方式の水処理装置において浸透液として用いる重炭酸アンモニウム溶液（Ａｍｍｏｎｉｕｍｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅ；ＮＨ_４ＨＣＯ_３）の再生に関するものであって、より詳細には、海水の淡水化に使用したり、廃水の量を格段に減少させ、廃水に含有されている化学物質を容易に回収するために、正浸透圧を利用して水を回収する場合、浸透液として用いられる重炭酸アンモニウム溶液を再生するための正浸透圧方式の水処理装置における重炭酸アンモニウム溶液の再生方法およびその再生装置に関するものである。

通常、正浸透圧を利用して海水、廃水、汚染水から水を分離する方法は、蒸発方法によって水を分離する方法に比べてエネルギー消耗が少ないという利点を有する。この時、使用される浸透液としては、環境に優しい重炭酸アンモニウム溶液を使用することができる。

一方、正浸透圧によって重炭酸アンモニウム溶液に移動した水を分離し、重炭酸アンモニウム溶液を再生しなければ、炭酸アンモニウム塩を持続的に供給して浸透液を生産しなければならない。このような問題を解決するために、重炭酸アンモニウム溶液を再生する方法として、分離塔を用いる場合がある。

このような従来の分離塔では、下部の熱源によって二酸化炭素とアンモニアを蒸発させて分離塔の上部に排出するが、分離塔の上部に分離される二酸化炭素とアンモニアを捕集するためには、凝縮器が必要である。

しかし、前記凝縮器では、二酸化炭素とアンモニアが反応して塩を生成するため、塩が固化しないように温度を上げたり、多量の水で洗わなければならない。

また、工程中に希釈された重炭酸アンモニウム溶液から水を分離する時、水蒸気を含むアンモニアと二酸化炭素との混合気体は、一定温度以下に下がる場合、反応をして固体塩が生成され、このため、配管が詰まる問題がある。

すなわち、発生気体は淡水のための誘導溶質成分であるため、再び溶液として回収しなければならないが、この過程で温度を下げて凝縮させる過程が必須である。したがって、大容量の淡水システムの構築時、固体塩の除去または配管の温度維持がより困難になるため、固体塩の生成は深刻な問題として浮上している。

前記のような従来技術の一例として、特許文献１では、圧縮機を用いた二酸化炭素とアンモニアの回収方法を開示している。ここでは、相当量の炭酸アンモニウム塩が生成され、持続的な運転が不可能であり、持続的な運転のためには多量の水で希釈しなければならないため、生成された水の消耗が多く、圧縮機の運転のための電気消耗が大きい問題を抱えている。

米国特許出願公開第２００９／０３０８７２７号明細書

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、正浸透圧方式の水処理装置において、塩の析出を防止しながらも、持続的に重炭酸アンモニウム溶液を再生することができる重炭酸アンモニウム溶液の再生方法およびその再生装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面による、正浸透圧方式の水処理装置における重炭酸アンモニウム溶液の再生方法は、正浸透圧（Ｆｏｒｗａｒｄｏｓｍｏｓｉｓ）方式を適用した水処理装置において浸透液として用いた重炭酸アンモニウム（Ａｍｍｏｎｉｕｍｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅ；ＮＨ_４ＨＣＯ_３）溶液を再生するためのものであって、前記正浸透圧部で正浸透現象によって分離された水と、前記浸透液として用いられた重炭酸アンモニウム溶液とが混合された混合溶液中の一部を蒸発部に流入させた後、加熱して、二酸化炭素とアンモニアを分離するステップと、前記混合溶液の残りを１つまたは複数の吸収部に流入させて、前記蒸発部で蒸発する二酸化炭素とアンモニアを吸収するステップと、前記吸収部で二酸化炭素とアンモニアを吸収した重炭酸アンモニウム溶液を１つまたは複数の濃縮部に流入させて、濃縮するステップと、前記濃縮部で濃縮された重炭酸アンモニウム溶液を冷却させて、少なくとも一部を前記正浸透圧部の浸透液として再生供給するステップとを含む。

前記重炭酸アンモニウム溶液の再生方法は、前記濃縮部で濃縮された重炭酸アンモニウム溶液を冷却させた後、一部を前記濃縮部に還流させるステップをさらに含むことができる。

前記重炭酸アンモニウム溶液の再生方法は、前記蒸発部に供給される混合溶液と、前記蒸発部に供給された混合溶液から二酸化炭素とアンモニアが分離された後に排出される生成水とを熱交換させるステップをさらに含むことができる。

前記混合溶液における重炭酸アンモニウムの濃度は、３〜５重量％であることが好ましい。

前記吸収部に供給される混合溶液の量は、前記蒸発部に供給される混合溶液の量の０．５〜４倍であることが好ましい。

前記正浸透圧部に流入する浸透液の重炭酸アンモニウムの濃度は、５〜２０重量％であることが好ましい。

また、本発明の他の側面によれば、正浸透圧（Ｆｏｒｗａｒｄｏｓｍｏｓｉｓ）方式を適用した水処理装置において浸透液として用いた重炭酸アンモニウム（Ａｍｍｏｎｉｕｍｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅ；ＮＨ_４ＨＣＯ_３）溶液を再生するためのものであって、正浸透圧部で正浸透現象によって分離された水と、前記浸透液として用いられた重炭酸アンモニウム溶液とが混合された混合溶液中の一部を加熱して、二酸化炭素とアンモニアを分離する蒸発部と、前記混合溶液の残りを流入させて、前記蒸発部で蒸発する二酸化炭素とアンモニアを吸収する１つまたは複数の吸収部と、前記吸収部で二酸化炭素とアンモニアを吸収した重炭酸アンモニウム溶液を流入させて、濃縮する１つまたは複数の濃縮部と、前記濃縮部で濃縮された重炭酸アンモニウム溶液を冷却させて、少なくとも一部を前記正浸透圧部の浸透液として再生供給する再生供給部とを備える正浸透圧方式の水処理装置における重炭酸アンモニウム溶液の再生装置が提供される。

前記蒸発部、濃縮部、および吸収部は、塔の形態で順次上方配置された１つの組み合わせが１つまたは複数個直列に設けられてもよい。

前記重炭酸アンモニウム溶液の再生装置は、前記蒸発部に供給される混合溶液と、前記蒸発部に供給された混合溶液から二酸化炭素とアンモニアが分離された後に排出される生成水とを熱交換させる熱交換部をさらに備えることができる。

前記重炭酸アンモニウム溶液の再生装置は、前記濃縮部で濃縮された重炭酸アンモニウム溶液を冷却させた後、一部を前記濃縮部に還流させる１つまたは複数の還流部をさらに備えることができる。

前記重炭酸アンモニウム溶液の再生装置は、前記吸収部の上側に配置され、供給された洗浄水を用いて洗浄を行う洗浄部をさらに備えることができる。

このような本発明の重炭酸アンモニウム溶液の再生方法およびその再生装置によれば、浸透液として用いられる重炭酸アンモニウム溶液を分離および濃縮可能な塔形態の蒸発部、濃縮部、および吸収部を備えることにより、工程中に塩が析出するのを防止しながらも、浸透液として用いられる重炭酸アンモニウム溶液を連続的に再生することが可能であるという利点を有する。

本発明の実施形態に係る重炭酸アンモニウム溶液の再生方法を示すフローチャートである。図１に示した重炭酸アンモニウム溶液の再生方法を実現可能な重炭酸アンモニウム溶液の再生装置を示す構成図である。図２に示した重炭酸アンモニウム溶液の再生装置において吸収部と濃縮部が複数個備えられた変形例を示す構成図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明に係る好ましい実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る重炭酸アンモニウム溶液の再生方法を示すフローチャートであり、図２は、図１に示した重炭酸アンモニウム溶液の再生方法を実現可能な重炭酸アンモニウム溶液の再生装置を示す構成図である。

図面を参照すれば、本発明の正浸透圧方式の水処理装置には、内部に半透膜の境界がある正浸透圧部１０が備えられている。ここで、前記半透膜を境界として、海水、廃水、汚染水などのような処理水１と重炭酸アンモニウム溶液をそれぞれ分離投入すると、濃度差による浸透現象によって処理水１に含まれている水が重炭酸アンモニウム溶液に移動して混合され、濃度差によって水が除去された処理水１ａは外部に除去される。

本発明の実施形態に係る重炭酸アンモニウム溶液の再生方法は、前記のように、浸透液として用いた重炭酸アンモニウム（Ａｍｍｏｎｉｕｍｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅ）溶液を再生するための方法である。このために、前記重炭酸アンモニウム溶液の再生方法は、分離ステップＳ１０と、吸収ステップＳ２０と、濃縮ステップＳ３０と、再生供給ステップＳ４０とを含む。

まず、前記分離ステップＳ１０は、正浸透圧部１０で正浸透現象によって分離された水と、前記浸透液として用いられた重炭酸アンモニウム溶液とが混合された混合溶液２中の一部２ａを蒸発部１１０に流入させた後、加熱して、二酸化炭素とアンモニアを分離蒸発させる工程である。この時、加熱器１８０は、蒸発部１１０に流入した混合溶液２ａを加熱させる。

そして、前記混合溶液２ａから二酸化炭素とアンモニアが分離蒸発した生成水４は外部に排出させる。ここで、前記加熱器１８０のエネルギー効率を向上させるために、前記蒸発部１１０に供給される混合溶液２ａと前記生成水４とを熱交換させて（Ｓ６０）、加熱器１８０で消耗するエネルギーを低減することができる。

次に、前記吸収ステップＳ２０は、前記混合溶液２の残り２ｂを吸収部１２０に流入させて、前記蒸発部１１０で蒸発する二酸化炭素とアンモニアを吸収する工程である。ここで、前記吸収部１２０に供給される混合溶液２ｂの量は、前記蒸発部１１０に供給される混合溶液２ａの量の０．５〜４倍であることが好ましいが、前記吸収部１２０の高さ、蒸発部１１０に流入する混合溶液２ａ中で蒸発される二酸化炭素とアンモニアのモル数、目標とする浸透液の炭酸アンモニウムの濃度などに応じて可変できる。

その後、前記濃縮ステップＳ３０は、前記吸収部１２０で二酸化炭素とアンモニアを吸収した重炭酸アンモニウム溶液を濃縮部１３０に流入させて、濃縮する工程である。

最後に、前記再生供給ステップＳ４０は、前記濃縮部１３０で濃縮された重炭酸アンモニウム溶液３を冷却させて、少なくとも一部３ａを前記正浸透圧部１０の浸透液として再生供給する工程である。ここで、生成水４と排出ガス６とともに流失するアンモニアと二酸化炭素は極めて微量であり、それに相当する炭酸アンモニウム塩、アンモニアおよび二酸化炭素は、浸透液再生工程の適切な位置を通して補うことができる。

そして、前記濃縮された重炭酸アンモニウム溶液３の残りの一部３ｂは、前記濃縮部１３０に還流させて（Ｓ５０）、重炭酸アンモニウム溶液３ｂを必要とする濃度に濃縮させることができる。この時、前記濃縮部１３０に還流する重炭酸アンモニウム溶液３の温度は、冷却器１４１で消耗するエネルギーを最小化できるように設定することが好ましい。

また、前記吸収部１２０および濃縮部１３０で炭酸アンモニウム塩が析出することなく吸収を円滑にするために、前記正浸透圧部１０で正浸透現象によって分離された水と、前記浸透液として用いられた重炭酸アンモニウム溶液とが混合された混合溶液２の重炭酸アンモニウムの濃度は、３〜５重量％であることが好ましい。ただし、前記混合溶液２の重炭酸アンモニウムの濃度は、海水中の塩分の濃度、処理水１中の汚染物質の濃度および正浸透圧部１０の容量に応じて変化可能である。

さらに、前記正浸透圧部１０に流入する浸透液の重炭酸アンモニウムの濃度は、５〜２０重量％であることが好ましい。なぜなら、前記浸透液の重炭酸アンモニウムの濃度が５重量％より低ければ、正浸透圧部１０で得られる水の量が少なく、濃度が２０重量％より高ければ、炭酸アンモニウム塩が析出して運転が困難になり得るからである。

一方、上述した重炭酸アンモニウム溶液の再生方法では、単一の吸収部１２０と濃縮部１３０が備えられたことを例示して説明した。しかし、前記吸収部１２０および濃縮部１３０は、それぞれ複数個備えられてもよいし、これを説明するために、図３には、前記吸収部１２０および濃縮部１３０がそれぞれ２つずつ備えられた変形例を示した。ただし、ここでも、図３は例示的なものであって、必要に応じて、前記吸収部１２０および濃縮部１３０は、それぞれ３つ以上ずつ備えられてもよい。

すなわち、前記吸収部１２０および濃縮部１３０は、図示のように、冷却器１４２、１４３の使用可能な冷却水の温度に対応して互いに交差するように配置する第１および第２吸収部１２１、１２２と、第１および第２濃縮部１３１、１３２とから構成することができる。

上述のような実施形態で参照された炭酸アンモニウム塩の水に対する溶解度は、次の表１の通りである（Ｔａｂｌｅ２−１２０，Ｐｅｒｒｙ’ｓＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓ’ Ｈａｎｄｂｏｏｋ，１９９９，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ）。

以下、このような本発明の重炭酸アンモニウム溶液の再生方法を実現可能な重炭酸アンモニウム溶液の再生装置について説明する。ただし、ここでは、上述した再生方法で説明された内容と繰り返される内容は省略する。

図２を参照すれば、本発明の重炭酸アンモニウム溶液の再生装置は、蒸発部１１０と、吸収部１２０と、濃縮部１３０と、再生供給部１４０とを備える。

前記蒸発部１１０は、正浸透圧部１０で正浸透現象によって分離された水と、前記浸透液として用いられた重炭酸アンモニウム溶液とが混合された混合溶液２中の一部２ａを加熱して、二酸化炭素とアンモニアを分離する。この時、前記混合溶液２ａから二酸化炭素とアンモニアが分離蒸発した生成水４は外部に排出させる。ここで、前記加熱器１８０のエネルギー効率を向上させるために、前記蒸発部１１０に供給される混合溶液２ａと前記生成水４とを熱交換させる熱交換部１５０を備え、加熱器１８０で消耗するエネルギーを低減することができる。

前記吸収部１２０は、前記混合溶液２の残り２ｂを流入させて、前記蒸発部１１０で蒸発する二酸化炭素とアンモニアを吸収する。

前記濃縮部１３０は、前記吸収部１２０で二酸化炭素とアンモニアを吸収した重炭酸アンモニウム溶液を流入させて、濃縮する。

前記再生供給部１４０は、前記濃縮部１３０で濃縮された重炭酸アンモニウム溶液３を冷却させて、少なくとも一部３ａを前記正浸透圧部１０の浸透液として再生供給する。この時、濃縮された重炭酸アンモニウム溶液３の残りの一部３ｂは、前記濃縮部１３０に還流させる還流部１６０を備え、重炭酸アンモニウム溶液３ｂを必要とする濃度に濃縮させることができる。

また、上述のように、前記吸収部１２０および濃縮部１３０は、それぞれ複数個設けられてもよい。

このような本発明の実施形態において、図示のように、前記蒸発部１１０、濃縮部１３０、および吸収部１２０は、塔の形態で順次上方配置されてもよい。また、必要によっては、設置空間、投資費などを考慮して、前記蒸発部１１０、濃縮部１３０、および吸収部１２０が順次上方配置された１つの組み合わせが複数個備えられるように直列設けてもよい。

一方、環境汚染を防止するために、前記吸収部１２０の上側には洗浄部１７０を配置することができる。このような洗浄部１７０では、供給された洗浄水５を用いて洗浄を行う。そして、前記洗浄部１７０から排出される水は、前記吸収部１２０に流入したり、外部に排出することができる。

以上のように、本発明の実施形態に係る重炭酸アンモニウム溶液の再生方法およびその再生装置によれば、浸透液として用いられる重炭酸アンモニウム溶液を分離および濃縮可能な塔形態の蒸発部１１０、吸収部１２０、および濃縮部１３０を備えることにより、工程中に塩が発生するのを防止しながらも、浸透液として用いられる重炭酸アンモニウム溶液を連続的に再生することができる。

本発明は、図面に示された実施形態を参照して説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、本技術分野における通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形および均等な他の実施形態が可能であることを理解するであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、添付した特許請求の範囲の技術的思想によって定められなければならない。

Claims

正浸透圧（Ｆｏｒｗａｒｄｏｓｍｏｓｉｓ）方式を適用した水処理装置において浸透液として用いた重炭酸アンモニウム（Ａｍｍｏｎｉｕｍｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅ；ＮＨ_４ＨＣＯ_３）溶液を再生するためのものであって、
前記正浸透圧部（１０）で正浸透現象によって分離された水と、前記浸透液として用いられた重炭酸アンモニウム溶液とが混合された混合溶液（２）中の一部（２ａ）を蒸発部（１１０）に流入させた後、加熱して、二酸化炭素とアンモニアを分離するステップ（Ｓ１０）と、
前記混合溶液（２）の残り（２ｂ）を１つまたは複数の吸収部（１２０）に流入させて、前記蒸発部（１１０）で蒸発する二酸化炭素とアンモニアを吸収するステップ（Ｓ２０）と、
前記吸収部（１２０）で二酸化炭素とアンモニアを吸収した重炭酸アンモニウム溶液を１つまたは複数の濃縮部（１３０）に流入させて、濃縮するステップ（Ｓ３０）と、
前記濃縮部（１３０）で濃縮された重炭酸アンモニウム溶液（３）を冷却させて、少なくとも一部（３ａ）を前記正浸透圧部（１０）の浸透液として再生供給するステップ（Ｓ４０）とを含むことを特徴とする、正浸透圧方式の水処理装置における重炭酸アンモニウム溶液の再生方法。
前記濃縮部（１３０）で濃縮された重炭酸アンモニウム溶液（３）を冷却させた後、一部（３ｂ）を前記濃縮部（１３０）に還流させるステップ（Ｓ５０）をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の正浸透圧方式の水処理装置における重炭酸アンモニウム溶液の再生方法。
前記蒸発部（１１０）に供給される混合溶液（２ａ）と、前記蒸発部（１１０）に供給された混合溶液（２ａ）から二酸化炭素とアンモニアが分離された後に排出される生成水（４）とを熱交換させるステップ（Ｓ６０）をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の正浸透圧方式の水処理装置における重炭酸アンモニウム溶液の再生方法。
前記混合溶液（２）における重炭酸アンモニウムの濃度は、３〜５重量％であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の正浸透圧方式の水処理装置における重炭酸アンモニウム溶液の再生方法。
前記吸収部（１２０）に供給される混合溶液（２ｂ）の量は、前記蒸発部（１１０）に供給される混合溶液（２ａ）の量の０．５〜４倍であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の正浸透圧方式の水処理装置における重炭酸アンモニウム溶液の再生方法。
前記正浸透圧部（１０）に流入する浸透液の重炭酸アンモニウムの濃度は、５〜２０重量％であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の正浸透圧方式の水処理装置における重炭酸アンモニウム溶液の再生方法。
正浸透圧（Ｆｏｒｗａｒｄｏｓｍｏｓｉｓ）方式を適用した水処理装置において浸透液として用いた重炭酸アンモニウム（Ａｍｍｏｎｉｕｍｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅ）溶液を再生するためのものであって、
正浸透圧部（１０）で正浸透現象によって分離された水と、前記浸透液として用いられた重炭酸アンモニウム溶液とが混合された混合溶液（２）中の一部（２ａ）を加熱して、二酸化炭素とアンモニアを分離する蒸発部（１１０）と、
前記混合溶液（２）の残り（２ｂ）を流入させて、前記蒸発部（１１０）で蒸発する二酸化炭素とアンモニアを吸収する１つまたは複数の吸収部（１２０）と、
前記吸収部（１２０）で二酸化炭素とアンモニアを吸収した重炭酸アンモニウム溶液を流入させて、濃縮する１つまたは複数の濃縮部（１３０）と、
前記濃縮部（１３０）で濃縮された重炭酸アンモニウム溶液（３）を冷却させて、少なくとも一部（３ａ）を前記正浸透圧部（１０）の浸透液として再生供給する再生供給部（１４０）とを備えることを特徴とする、正浸透圧方式の水処理装置における重炭酸アンモニウム溶液の再生装置（１００）。
前記吸収部（１２０）は、塔の形態で順次上方配置された１つの組み合わせが１つまたは複数個直列に設けられたことを特徴とする、請求項７に記載の正浸透圧方式の水処理装置における重炭酸アンモニウム溶液の再生装置（１００）。
前記蒸発部（１１０）に供給される混合溶液（２ａ）と、前記蒸発部（１１０）に供給された混合溶液（２ａ）から二酸化炭素とアンモニアが分離された後に排出される生成水（４）とを熱交換させる熱交換部（１５０）をさらに備えることを特徴とする、請求項７または８に記載の含む正浸透圧方式の水処理装置における重炭酸アンモニウム溶液の再生装置（１００）。
前記濃縮部（１３０）で濃縮された重炭酸アンモニウム溶液（３）を冷却させた後、一部（３ｂ）を前記濃縮部（１３０）に還流させる１つまたは複数の還流部（１６０）をさらに備えることを特徴とする、請求項７または８に記載の正浸透圧方式の水処理装置における重炭酸アンモニウム溶液の再生装置（１００）。
前記吸収部（１２０）の上側に配置され、供給された洗浄水（５）を用いて洗浄を行う洗浄部（１７０）をさらに備えることを特徴とする、請求項７または８に記載の正浸透圧方式の水処理装置における重炭酸アンモニウム溶液の再生装置（１００）。