JP2019055346A - Ammonia separation method, water treatment method, ammonia separation device, and water treatment device - Google Patents

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Abstract

To improve efficiency of energy by enabling gas containing ammonia to be separated from ammonia-containing water.SOLUTION: An ammonia separation method is an ammonia separation method of separating ammonia from ammonia-containing water and includes: a step of separating gas containing ammonia from the ammonia-containing water using a membrane separator having a gas separation membrane separating water and gas; and a step of transferring the gas separated from the ammonia-containing water using a pump.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、アンモニア分離方法、水処理方法、アンモニア分離装置、及び、水処理装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to an ammonia separation method, a water treatment method, an ammonia separation apparatus, and a water treatment apparatus.

下水処理場の水処理や汚泥処理、産業用の排水処理などにおいては、受け入れた被処理水に生物還元処理を施し、水中の懸濁物や溶解物をガス化したり汚泥化したりすることで、被処理水を浄化する。汚泥は、一般的には、沈殿槽で分離された後、汚泥処理を施される。   In sewage treatment plant water treatment and sludge treatment, industrial wastewater treatment, etc., the received treated water is subjected to bioreduction treatment to gasify or sludge suspended matter and dissolved matter in water, Purify treated water. Sludge is generally subjected to sludge treatment after being separated in a sedimentation tank.

近年、このような下水処理場などからのエネルギー回収が技術的に注目されており、水処理で生成される汚泥を消化槽にて消化してメタン発酵させ、精製した後のメタンをガスエンジンで燃焼させて、発電機で電力としてエネルギー回収するプロセスの普及が進められている。ガスエンジンからは、温水による排熱回収もできるため、熱効率が60%以上と高いことが特徴である。   In recent years, energy recovery from such sewage treatment plants has attracted technical attention, and digests sludge produced by water treatment in a digestion tank, ferments methane, and purifies methane after purification with a gas engine. A process of burning and recovering energy as electric power with a generator is being promoted. Since the exhaust heat recovery by hot water can be performed from the gas engine, the heat efficiency is as high as 60% or more.

消化槽を設置することで、汚泥からのエネルギー回収が可能となったが、一方で消化は嫌気反応であるため、消化汚泥は液相にアンモニア成分やリン酸などを多く含んでいる。これらのうちリン酸は、汚泥を脱水する前に添加される鉄・アルミ分を含む凝集剤により固形物化され脱水工程を経て除去される。しかしアンモニア成分は、脱水分離液に残留し、返流水に混合されて、水処理工程に戻される。戻されたアンモニア成分を含有する脱水分離液は、水処理装置における生物還元処理で、再度、曝気されて、硝化脱窒してガス化される。   By installing a digestion tank, energy can be recovered from sludge. On the other hand, since digestion is an anaerobic reaction, digested sludge contains a lot of ammonia components and phosphoric acid in the liquid phase. Among these, phosphoric acid is solidified by a flocculant containing iron / aluminum added before dewatering the sludge and removed through a dehydration step. However, the ammonia component remains in the dehydrated separation liquid, mixed with the return water, and returned to the water treatment step. The dehydrated separation liquid containing the returned ammonia component is again aerated, nitrified and denitrified, and gasified by the bioreduction treatment in the water treatment apparatus.

このように下水処理場などではエネルギー回収が促進され、使用動力の一部を賄うことでエネルギーの自立化が進められているが、消化槽を設置することで発生するアンモニア成分を含有する脱水分離液が再び水処理装置で処理されるため、必要な曝気動力が上昇するという問題が生まれている。このため、特に、設備能力に余裕のない下水処理場などでは、消化槽を導入したくてもできないなどの制約となっている。   In this way, energy recovery is promoted at sewage treatment plants, etc., and energy self-sufficiency is promoted by covering part of the power used, but dehydration separation containing ammonia components generated by installing a digestion tank Since the liquid is processed again by the water treatment device, a problem arises that the required aeration power increases. For this reason, in particular, in a sewage treatment plant where the facility capacity is not sufficient, there is a restriction that it is impossible even if a digester is to be introduced.

特許第5521592号公報Japanese Patent No. 5521922

アンモニア含有水からアンモニアを含む気体を分離可能にすることにより、エネルギーの効率化を図る。   Energy efficiency is achieved by making it possible to separate ammonia-containing gas from ammonia-containing water.

本実施形態に係るアンモニア分離方法は、アンモニア含有水からアンモニアを分離するアンモニア分離方法であって、水と気体とを分離する気体分離膜を有する膜分離装置を用いて、前記アンモニア含有水からアンモニアを含む気体を分離するステップと、ポンプを用いて、前記アンモニア含有水から分離した気体を移送するステップと、を備える。   The ammonia separation method according to the present embodiment is an ammonia separation method for separating ammonia from ammonia-containing water, and using a membrane separation device having a gas separation membrane for separating water and gas, the ammonia is separated from the ammonia-containing water. And a step of transferring the gas separated from the ammonia-containing water using a pump.

本実施形態に係るアンモニア分離装置は、アンモニア含有水からアンモニアを分離するアンモニア分離装置であって、水と気体とを分離する気体分離膜を備える膜分離装置であって、前記気体分離膜を用いて、前記アンモニア含有水からアンモニアを含む気体を分離する、膜分離装置と、前記膜分離装置で前記アンモニア含有水から分離した気体を移送するポンプと、を備える。   The ammonia separation device according to the present embodiment is an ammonia separation device that separates ammonia from ammonia-containing water, and is a membrane separation device that includes a gas separation membrane that separates water and gas, and uses the gas separation membrane. A membrane separation device that separates the gas containing ammonia from the ammonia-containing water, and a pump that transfers the gas separated from the ammonia-containing water by the membrane separation device.

一実施形態に係る水処理装置の構成を説明するブロック図。The block diagram explaining the structure of the water treatment apparatus which concerns on one Embodiment. アンモニア含有水を空気に接触させた際のpHと導電率の時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change of pH and electrical conductivity at the time of making ammonia containing water contact air. アンモニア含有水を空気に接触させた際の無機体炭素の除去率とアンモニア態窒素の除去率の時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change of the removal rate of inorganic carbon at the time of making ammonia containing water contact air, and the removal rate of ammonia nitrogen.

以下、図面を参照しながら、実施形態に係るアンモニア分離方法を説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行うこととする。   Hereinafter, an ammonia separation method according to an embodiment will be described with reference to the drawings. In the following description, components having substantially the same functions and configurations are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be provided only when necessary.

(アンモニア分離方法の基本概念)
まず、本実施形態におけるアンモニア分離方法の基本的概念について説明する。生物還元処理を行う消化槽にて発生するアンモニア成分は、消化汚泥を脱水した際に得られる脱水分離液に含まれており、この脱水分離液を返流水として水処理工程に戻して混合するとアンモニア成分の濃度が低下してしまう。このため、本実施形態においては、アンモニア成分の濃度が高い脱水分離液から、アンモニアを分離する。ここで、アンモニア成分という文言は、純粋なアンモニア(NH)のみならず、NH のアンモニアイオン、アンモニア態窒素(NH−N)などの種々のアンモニウム化合物を含む意味で用いている。
(Basic concept of ammonia separation method)
First, the basic concept of the ammonia separation method in this embodiment will be described. The ammonia component generated in the digestion tank that performs the bioreduction treatment is contained in the dehydrated separation liquid obtained when the digested sludge is dehydrated. When this dehydrated separation liquid is returned to the water treatment process and mixed, ammonia is mixed. The concentration of the component will decrease. For this reason, in this embodiment, ammonia is separated from the dehydrated separation liquid having a high concentration of the ammonia component. Here, the term “ammonia component” is used to mean not only pure ammonia (NH 3 ) but also various ammonium compounds such as NH 4 + ammonia ions and ammonia nitrogen (NH 3 —N).

脱水分離液には、アンモニア成分として、アンモニア態窒素が数百mg/L〜千数百mg/L程度含まれている。また、消化後であるので、pHは弱アルカリ性である。水中のアンモニア態窒素は、NH のイオン状の形態とNHのアンモニア分子の形態とで解離平衡の関係にあり、更に液中のNHと気相中のNHとの気液平衡の関係にある。解離平衡をNHの方向へ進ませるためには、pHを高くする、水温を上昇させる、NHを液中から除去する、といった手段を用いることができる。気液平衡を液相のNHから気相のNHに移動するように動かすためには、液相中のNH濃度を上昇させる、水温を上昇させる、気相のガスを入れ替える、といった手段を用いることができる。 The dehydrated separation liquid contains about several hundred mg / L to several hundreds mg / L of ammonia nitrogen as an ammonia component. Moreover, since it is after digestion, pH is weakly alkaline. Ammonia nitrogen in water, have a relationship of dissociation equilibrium in the form of NH 4 + ion form of ammonia molecules NH 3, further gas-liquid equilibrium between NH 3 and NH 3 in the gas phase in the liquid Are in a relationship. In order to advance the dissociation equilibrium in the direction of NH 3 , means such as raising the pH, raising the water temperature, or removing NH 3 from the liquid can be used. To move the vapor-liquid equilibrium from NH 3 in a liquid phase to move to the NH 3 in the gas phase increases the NH 3 concentration in the liquid phase, raising the water temperature, replace the gas in the gas phase, such means Can be used.

本実施形態においては、解離平衡を動かすために水温を上昇させ、必要に応じてアルカリ剤を用いてpHをアルカリ側へ調整し、気液接触によりアンモニアを気相へ抽出する。 抽出したアンモニアは、腐食性のある物質であり、何らかの手段を用いて無害化する必要があるが、燃焼器を用いて燃焼させることで無害化する。燃焼器の前段に必要に応じてガスを精製する精製装置を設けてもよく、アンモニアに随伴する水、炭酸ガス、硫化水素等の不純物を除去する。ここで、燃焼器には発電装置を接続してもよく、その場合はアンモニアを燃料としたエネルギー回収を行うことができるので、水処理系の曝気動力削減だけではなく、エネルギー創出によってエネルギー自立化を促進することができる。   In this embodiment, the water temperature is increased to move the dissociation equilibrium, the pH is adjusted to the alkali side using an alkali agent as necessary, and ammonia is extracted into the gas phase by gas-liquid contact. The extracted ammonia is a corrosive substance and needs to be detoxified by some means, but is detoxified by burning using a combustor. A purification device for purifying the gas may be provided in the front stage of the combustor as necessary, and impurities such as water, carbon dioxide gas, and hydrogen sulfide accompanying the ammonia are removed. Here, a power generator may be connected to the combustor, and in that case, energy recovery using ammonia as fuel can be performed, so not only aeration power reduction of the water treatment system but also energy self-sufficiency Can be promoted.

(一実施形態)
次に図面に基づいて、本実施形態の水処理装置の具体的構成の一例を説明する。図1は、本実施形態に係る水処理装置1の全体構成を説明するブロック図である。この図1に示すように、本実施形態に係る水処理装置1は、前処理装置10と、加温装置12と、余剰熱源14と、膜分離装置16と、曝気装置18と、ポンプ20と、精製装置22と、燃焼器24と、エネルギー回収装置26とを備えて構成されている。
(One embodiment)
Next, an example of a specific configuration of the water treatment apparatus of the present embodiment will be described based on the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating the overall configuration of a water treatment apparatus 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the water treatment device 1 according to this embodiment includes a pretreatment device 10, a heating device 12, a surplus heat source 14, a membrane separation device 16, an aeration device 18, and a pump 20. The refining device 22, the combustor 24, and the energy recovery device 26 are provided.

前処理装置10には、原水として、アンモニア成分を含有するアンモニア含有水が供給される。特に、本実施形態においては、消化汚泥を脱水した、脱水分離液が原水として供給される。脱水分離液は、脱水の状態に応じて固形物を多く含む場合がある。このため、この原水をそのまま後段で処理すると、水処理装置1における各所配管に固形物が付着して、配管閉塞を引き起こす恐れがある。そこで、前処理装置10を付加的に設けて、アンモニア含有水である原水から固形物を除去する。前処理装置10には、必要に応じて、例えば、傾斜板を備えた滞留沈殿槽の他、砂ろ過装置や膜処理装置を用いることができる。   The pretreatment device 10 is supplied with ammonia-containing water containing an ammonia component as raw water. In particular, in this embodiment, a dehydrated separation liquid obtained by dewatering digested sludge is supplied as raw water. A dehydration separation liquid may contain many solid substances according to the state of dehydration. For this reason, if this raw water is treated as it is in the subsequent stage, solid matter may adhere to the pipes at various places in the water treatment apparatus 1 and cause pipe blockage. Therefore, a pretreatment device 10 is additionally provided to remove solids from the raw water that is ammonia-containing water. As the pretreatment device 10, for example, a sand filtration device or a membrane treatment device can be used in addition to a staying sedimentation tank provided with an inclined plate.

加温装置12には、前処理装置10で前処理されて固形物が除去されたアンモニア含有水が供給される。この加温装置12により、固形物を除去したアンモニア含有水を加温する。本実施形態においては、加温するための熱源としては、余剰熱源14を利用する。余剰熱源14としては、ガスエンジンの容量調整などの都合で燃焼して廃棄されていたメタンガスをバイオガスボイラで燃焼させた熱を用いたり、ガスエンジンから排熱回収された温水を用いたりすることができる。これらは元々、水処理装置1が設置された処理場内で発生したものであり、更に余剰が発生して一部廃棄されることもあるエネルギーであるので、本実施形態に係る水処理装置1でアンモニア分離に使用することで、有効活用することができる。   The warming device 12 is supplied with ammonia-containing water that has been pretreated by the pretreatment device 10 and from which solids have been removed. The warming device 12 warms the ammonia-containing water from which the solid matter has been removed. In the present embodiment, the surplus heat source 14 is used as a heat source for heating. As the surplus heat source 14, heat generated by burning methane gas burned and discarded for convenience such as capacity adjustment of the gas engine with a biogas boiler, or hot water recovered from the gas engine may be used. it can. These were originally generated in the treatment plant where the water treatment apparatus 1 is installed, and are energy that may be discarded due to the generation of surplus. It can be used effectively by using it for ammonia separation.

原水である脱水分離液は、30℃程度であることが多いが、加温装置12による加温で概ね60℃以上とすることが望ましい。余剰熱源14の熱量は、この水処理装置1が設置された処理場の設計思想により異なるが、調査検討の結果によれば、ある処理場においては脱水分離液の全量を30℃〜40℃温度分上昇させるだけの余剰エネルギーが存在している。また、脱水分離液の全量を60℃以上に温度上昇させることができない場合は、脱水分離液の一部だけを、前処理装置10に供給して、一部の脱水分離液からアンモニアを分離するようにしてもよい。その場合でも、返流水のアンモニアの量が減少しているので、曝気動力の削減効果や、アンモニアを燃料とした発電からのエネルギー回収効果を得ることができる。加温装置12における熱交換には、シェル&チューブや、プレート型の熱交換器を用いることができる。   The dehydrated separation liquid that is raw water is often about 30 ° C., but it is preferably about 60 ° C. or higher by heating with the heating device 12. Although the amount of heat of the surplus heat source 14 varies depending on the design concept of the treatment plant where the water treatment apparatus 1 is installed, according to the results of the investigation, the total amount of the dehydrated separation liquid is 30 ° C to 40 ° C at a certain treatment plant. There is surplus energy that can be increased. If the total amount of the dehydrated separation liquid cannot be raised to 60 ° C. or higher, only a part of the dehydrated separation liquid is supplied to the pretreatment device 10 to separate ammonia from the part of the dehydrated separation liquid. You may do it. Even in that case, since the amount of ammonia in the return water is decreased, it is possible to obtain an effect of reducing aeration power and an effect of recovering energy from power generation using ammonia as fuel. For heat exchange in the heating device 12, a shell and tube or a plate-type heat exchanger can be used.

ここで、加温装置12においては、必要に応じてアルカリ剤を添加してpH調整をすることが望ましい。この加温装置12の後段でアンモニアをアンモニア含有水から除去すると、アンモニア含有水のpHが低下する。pHが低下するとアンモニアの気相への移動が遅くなり、時間がかかったり、所期の除去率を達成できなくなったりする。そのため、予めアルカリ剤を用いて所定のpHへ調整しておくことで、アンモニア抽出の反応時間と抽出・除去率をコントロールすることができる。例えば、アンモニア含有水からのアンモニアの除去率80%程度とするにあたっては、概ねpH8以上とすることが必要であり、望ましくはpH9以上とすることで時間を短縮することができる。また、消化汚泥の脱水に用いた凝集剤の量が、計測や設定値などで予めわかっている場合には、凝集剤に含まれる酸の量からアルカリ剤の量を設定してもよい。   Here, in the heating device 12, it is desirable to adjust the pH by adding an alkaline agent as necessary. When ammonia is removed from the ammonia-containing water at the subsequent stage of the heating device 12, the pH of the ammonia-containing water decreases. When the pH is lowered, the movement of ammonia into the gas phase becomes slow, which takes time and the desired removal rate cannot be achieved. Therefore, the reaction time of ammonia extraction and the extraction / removal rate can be controlled by adjusting to a predetermined pH using an alkali agent in advance. For example, in order to set the ammonia removal rate from the ammonia-containing water to about 80%, it is necessary to set the pH to about 8 or more, and it is possible to shorten the time by setting the pH to 9 or more. Further, when the amount of the flocculant used for dewatering the digested sludge is known in advance by measurement, set values, or the like, the amount of the alkali agent may be set from the amount of acid contained in the flocculant.

膜分離装置16には、加温装置12で加温され、必要に応じてpH調整されたアンモニア含有水が供給される。膜分離装置16においては、膜分離装置16に備えられた気体分離膜を用いて、気液平衡によりアンモニア含有水のアンモニアが気相へ移動する。また、膜分離装置16においては、ポンプと散気板により空気を吹き込んでバブリングしたり、脱気用のガス分離膜を用いて一次側に脱水分離液を流し二次側に空気を流したりして、アンモニアの液相から気相への移行を促進するなどしてもよい。膜分離装置16に吹き込む空気は、例えば余剰熱源14或いは図示しない熱源を用いて、予め、供給されるアンモニア含有水と同等の温度まで加熱しておくことが望ましい。   Membrane separation device 16 is supplied with ammonia-containing water that has been heated by heating device 12 and adjusted in pH as necessary. In the membrane separator 16, the ammonia-containing water ammonia moves to the gas phase by gas-liquid equilibrium using the gas separation membrane provided in the membrane separator 16. Further, in the membrane separation device 16, bubbling is performed by blowing air with a pump and a diffuser plate, or by using a gas separation membrane for deaeration, a dehydrated separation liquid is allowed to flow on the primary side and air is allowed to flow on the secondary side. Thus, the transition of the ammonia from the liquid phase to the gas phase may be promoted. The air blown into the membrane separation device 16 is preferably heated in advance to a temperature equivalent to the supplied ammonia-containing water, for example, using an excess heat source 14 or a heat source (not shown).

図2は、脱水分離液を模擬したアンモニア含有水を60℃として空気と接触させた際のpHと導電率の時間変化を示すグラフである。この図2においては、横軸に時間Tをとっており、左縦軸にpHを、右縦軸に導電率(mS/cm)をとっている。また、図3は、図2と同様の条件における、無機体炭素の除去率挙動とアンモニア態窒素の除去率挙動の時間変化を示すグラフである。この図3においては、横軸に時間Tをとっており、縦軸に無機体炭素とアンモニア態窒素の除去率(%)をとっている。   FIG. 2 is a graph showing temporal changes in pH and conductivity when ammonia-containing water simulating a dehydrated separation liquid is brought to 60 ° C. and brought into contact with air. In FIG. 2, the horizontal axis represents time T, the left vertical axis represents pH, and the right vertical axis represents conductivity (mS / cm). Moreover, FIG. 3 is a graph which shows the time change of the removal rate behavior of inorganic carbon and the removal rate behavior of ammonia nitrogen under the same conditions as FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents time T, and the vertical axis represents the removal rate (%) of inorganic carbon and ammonia nitrogen.

これら図2及び図3のグラフにより、無機体炭素は炭酸成分であり、まず炭酸が気相中に放出されることで水のpHが上昇し、これによりアンモニアが放出されやすい環境となるので、それに応じてアンモニアの除去率が上昇することがわかる。導電率は、イオン成分である炭酸とアンモニウムイオンの減少により低下している。このようにして、膜分離装置16では、アンモニア含有水である脱水分離液から、アンモニアを分離することができる。   According to the graphs of FIG. 2 and FIG. 3, the inorganic carbon is a carbonic acid component. First, carbon dioxide is released into the gas phase, so that the pH of water rises. It can be seen that the ammonia removal rate increases accordingly. The conductivity is lowered due to a decrease in carbonic acid and ammonium ions, which are ionic components. In this way, the membrane separation device 16 can separate ammonia from the dehydrated separation liquid that is ammonia-containing water.

再び図1に示すように、膜分離装置16にて、アンモニア含有水からアンモニアを分離された液体は、返流水として、水処理装置1の上流工程に戻される。本実施形態においては、返流水は曝気装置18に戻されて、曝気される。このとき、図3のグラフに示すように、アンモニア態窒素が削減されていることにより、曝気装置18の曝気動力が、数%〜10%程度削減される。なお、本実施形態においては、上述した前処理装置10において固液分離された固形物も、返流水として上流工程に戻される。そして、本実施形態においては、前処理装置10からの返流水も曝気装置18にて曝気される。   As shown in FIG. 1 again, the liquid from which ammonia has been separated from the ammonia-containing water in the membrane separation device 16 is returned to the upstream process of the water treatment device 1 as return water. In this embodiment, the return water is returned to the aeration device 18 and aerated. At this time, as shown in the graph of FIG. 3, the aeration power of the aeration apparatus 18 is reduced by several% to 10% due to the reduction of ammonia nitrogen. In the present embodiment, the solid matter that has been subjected to solid-liquid separation in the above-described pretreatment device 10 is also returned to the upstream process as return water. In this embodiment, the return water from the pretreatment device 10 is also aerated by the aeration device 18.

膜分離装置16にて分離されたアンモニアを含む気体は、ポンプ20により吸引され、精製装置22に移送される。ここで、ポンプ20とは、アンモニアを含む気体を膜分離装置16から移送するための機械装置の総称であり、一方から他方へ気体を運ぶ能力を有する種々の機械装置が含まれる。   The gas containing ammonia separated by the membrane separation device 16 is sucked by the pump 20 and transferred to the purification device 22. Here, the pump 20 is a general term for mechanical devices for transferring a gas containing ammonia from the membrane separation device 16, and includes various mechanical devices having the ability to carry gas from one to the other.

ポンプ20により移送される気体には、アンモニア(NH)の他に、二酸化炭素(CO)、水蒸気(HO)などの不純物が含まれていることもある。燃焼器24によっては不純物による反応阻害を受ける場合があるため、必要に応じて前処理としての精製装置22を設置する。例えば、燃焼器24が燃料電池や触媒燃焼装置である場合には、硫化水素の除去が必要であるので、鉄成分などを含む脱硫剤を用いて除去する。燃焼器24がガスタービンやガスエンジンである場合には、水の除去のためにガス分離膜によるエアドライヤを設置する。 The gas transferred by the pump 20 may contain impurities such as carbon dioxide (CO 2 ) and water vapor (H 2 O) in addition to ammonia (NH 3 ). Depending on the combustor 24, the reaction may be hindered by impurities, so a purification device 22 as a pretreatment is installed as necessary. For example, when the combustor 24 is a fuel cell or a catalytic combustion device, it is necessary to remove hydrogen sulfide, and therefore, it is removed using a desulfurizing agent containing an iron component or the like. When the combustor 24 is a gas turbine or a gas engine, an air dryer using a gas separation membrane is installed to remove water.

また、本実施形態においては、精製装置22に、二酸化炭素吸収液を供給し、この二酸化炭素吸収液に、ポンプ20により移送された気体に含まれる二酸化炭素(CO)を吸収させる。二酸化炭素が吸収された溶液は、精製装置22から二酸化炭素吸収溶液の回収槽に送出される。 In the present embodiment, a carbon dioxide absorbing solution is supplied to the purifier 22, and the carbon dioxide absorbing solution absorbs carbon dioxide (CO 2 ) contained in the gas transferred by the pump 20. The solution in which carbon dioxide has been absorbed is sent from the purifier 22 to the carbon dioxide absorbing solution recovery tank.

なお、膜分離装置16で分離されたアンモニアを含む気体に、不純物が含まれていない場合、不純物が含まれていても問題の無いレベルである場合、或いは、後段の燃焼器24の燃焼に問題が生じない場合には、この精製装置22は省略することもできる。   It should be noted that when the gas containing ammonia separated by the membrane separation device 16 does not contain impurities, it does not cause any problem even if impurities are contained, or there is a problem with the combustion of the combustor 24 at the subsequent stage. If this does not occur, the refining device 22 can be omitted.

燃焼器24には、精製装置22で不純物が除去された、アンモニアを含む気体が供給される。燃焼器24には、燃料電池、ガスタービン、ガスエンジン、及び、触媒燃焼装置などを用いることができる。このうち、燃料電池、ガスタービン、及び、ガスエンジンにおいては、燃焼エネルギーを回収するエネルギー回収装置26として、発電機を用いることができ、発電機の発電機能により、エネルギーの回収量を増大させることができる。触媒燃焼装置については、用いる触媒により異なるが、数百℃で燃焼させる、発熱反応であることから、エネルギー回収装置26として、熱回収装置を用いることができる。熱回収装置で回収した熱は、例えば、上述した加温装置12の余剰熱源14として用いることができるので、本実施形態に係る水処理装置1におけるアンモニア分離プロセス自体のエネルギー効率を上昇させることができる。   The combustor 24 is supplied with a gas containing ammonia from which impurities have been removed by the purifier 22. As the combustor 24, a fuel cell, a gas turbine, a gas engine, a catalytic combustion apparatus, or the like can be used. Among these, in a fuel cell, a gas turbine, and a gas engine, a generator can be used as the energy recovery device 26 that recovers combustion energy, and the amount of energy recovered is increased by the power generation function of the generator. Can do. Although the catalytic combustion device is an exothermic reaction that burns at several hundred degrees Celsius, although it depends on the catalyst used, a heat recovery device can be used as the energy recovery device. Since the heat recovered by the heat recovery device can be used as, for example, the surplus heat source 14 of the heating device 12 described above, the energy efficiency of the ammonia separation process itself in the water treatment device 1 according to the present embodiment can be increased. it can.

また、燃焼器24における燃焼にあたっては、抽出できるアンモニア量は熱量ベースでメタンに対して数〜20%程度と少ないこと、また、アンモニア専焼よりも燃焼技術の面で容易であることから、消化ガスと混合して混焼させてもよい。   Further, in the combustion in the combustor 24, the amount of ammonia that can be extracted is as small as about several to 20% of methane on a calorie basis, and it is easier in terms of combustion technology than ammonia-only firing, so that digestion gas And may be mixed and fired.

上述したところから分かるように、図1に示した本実施形態に係る水処理装置1においては、前処理装置10と、加温装置12と、膜分離装置16と、ポンプ20と、精製装置22とにより、本実施形態におけるアンモニア分離装置が構成されている。すなわち、このアンモニア分離装置で分離されたアンモニアを含む気体が、燃焼器24で燃焼され、その燃焼エネルギーがエネルギー回収装置26にて回収される。また、アンモニア分離装置で、アンモニア含有水からアンモニアを含む気体が分離された液体が、返流水として曝気装置18に送られる。   As can be seen from the above, in the water treatment apparatus 1 according to this embodiment shown in FIG. 1, the pretreatment apparatus 10, the heating apparatus 12, the membrane separation apparatus 16, the pump 20, and the purification apparatus 22. Thus, the ammonia separation device in the present embodiment is configured. That is, the gas containing ammonia separated by the ammonia separation device is burned by the combustor 24, and the combustion energy is recovered by the energy recovery device 26. Further, the liquid obtained by separating the ammonia-containing gas from the ammonia-containing water by the ammonia separation device is sent to the aeration device 18 as return water.

以上のように、本実施形態に係る水処理装置1によれば、アンモニア含有水が供給された膜分離装置16において、気体分離膜により、アンモニア含有水からアンモニアが分離され、この分離された気体をポンプ20で移送することとしたので、膜分離装置16からの返流水に含まれるアンモニア成分を減少させることができる。このため、返流水の曝気を行う曝気装置18の負荷を低減して、曝気装置18の風量を抑制し、エネルギー消費の削減を図ることができる。また、このように、曝気装置18の負荷を軽減できることから、設備能力の十分でない下水処理場などにおいても、消化槽を新たに導入することが可能になる。   As described above, according to the water treatment device 1 according to the present embodiment, in the membrane separation device 16 supplied with ammonia-containing water, ammonia is separated from the ammonia-containing water by the gas separation membrane, and the separated gas Therefore, the ammonia component contained in the return water from the membrane separation device 16 can be reduced. For this reason, the load of the aeration apparatus 18 that performs aeration of the return water can be reduced, the air volume of the aeration apparatus 18 can be suppressed, and the energy consumption can be reduced. In addition, since the load on the aeration device 18 can be reduced in this way, a digester can be newly introduced even in a sewage treatment plant with insufficient facility capacity.

また、ポンプ20により移送されたアンモニアを含む気体は、精製装置22を介して、或いは、直接、燃焼器24で燃焼され、燃焼エネルギーをエネルギー回収装置26で回収することができる。このため、この水処理装置1のエネルギー効率も向上させることができる。さらに、エネルギー回収装置26で回収した燃焼エネルギーを、加温装置12の熱源として利用すれば、この水処理装置1のエネルギーサイクルを自立させることができる。   Further, the gas containing ammonia transferred by the pump 20 is burned by the combustor 24 through the purifier 22 or directly, and the combustion energy can be recovered by the energy recovery device 26. For this reason, the energy efficiency of this water treatment apparatus 1 can also be improved. Furthermore, if the combustion energy recovered by the energy recovery device 26 is used as a heat source of the heating device 12, the energy cycle of the water treatment device 1 can be made independent.

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。   Although several embodiments have been described above, these embodiments are presented as examples only and are not intended to limit the scope of the invention. The novel apparatus and methods described herein can be implemented in a variety of other forms. In addition, various omissions, substitutions, and changes can be made to the forms of the apparatus and method described in the present specification without departing from the spirit of the invention. The appended claims and their equivalents are intended to include such forms and modifications as fall within the scope and spirit of the invention.

1:水処理装置、10:前処理装置、12:加温装置、14:余剰熱源、16:膜分離装置、18:曝気装置、20:ポンプ、22:精製装置、24:燃焼器、26:エネルギー回収装置 1: water treatment device, 10: pretreatment device, 12: heating device, 14: surplus heat source, 16: membrane separation device, 18: aeration device, 20: pump, 22: purification device, 24: combustor, 26: Energy recovery equipment

Claims (14)

アンモニア含有水からアンモニアを分離するアンモニア分離方法であって、
水と気体とを分離する気体分離膜を有する膜分離装置を用いて、前記アンモニア含有水からアンモニアを含む気体を分離するステップと、
ポンプを用いて、前記アンモニア含有水から分離した気体を移送するステップと、
を備えるアンモニア分離方法。
An ammonia separation method for separating ammonia from ammonia-containing water,
Separating a gas containing ammonia from the ammonia-containing water using a membrane separation device having a gas separation membrane for separating water and gas;
Transferring a gas separated from the ammonia-containing water using a pump;
A method for separating ammonia.
前記アンモニア含有水は、生物還元処理で生成された消化汚泥を脱水した際に得られる脱水分離液である、請求項1に記載のアンモニア分離方法。   The ammonia separation method according to claim 1, wherein the ammonia-containing water is a dehydrated separation liquid obtained when dehydrated digested sludge produced by bioreduction treatment. 前記ポンプを用いて移送されたアンモニアを含む気体を、精製装置を用いて精製して、不純物を除去するステップを、さらに備える請求項1又は請求項2に記載のアンモニア分離方法。   The ammonia separation method according to claim 1, further comprising a step of purifying the gas containing ammonia transferred using the pump using a purifier to remove impurities. 前記膜分離装置を用いて前記アンモニア含有水からアンモニアを含む気体を分離する前に、前記アンモニア含有水を、加温装置を用いて加温するステップをさらに備える、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のアンモニア分離方法。   The method according to claim 1, further comprising a step of heating the ammonia-containing water using a heating device before separating the gas containing ammonia from the ammonia-containing water using the membrane separation device. The ammonia separation method according to any one of the above. 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のアンモニア分離方法を用いて、前記アンモニア含有水からアンモニアを含む気体を分離された後の液体を、返流水として水処理工程に戻して、空気を供給する曝気装置で曝気を行うステップをさらに備える、水処理方法。   Using the ammonia separation method according to any one of claims 1 to 4, the liquid after separation of the gas containing ammonia from the ammonia-containing water is returned to the water treatment step as return water, and the air is removed. A water treatment method further comprising the step of performing aeration with a supplied aeration apparatus. 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のアンモニア分離方法を用いて分離されたアンモニアを含む気体を、燃焼器を用いて燃焼させるステップをさらに備える、水処理方法。   A water treatment method, further comprising a step of combusting, using a combustor, a gas containing ammonia separated by using the ammonia separation method according to claim 1. 前記燃焼器により生成された燃焼エネルギーを、エネルギー回収装置を用いて回収するステップをさらに備える、請求項6に記載の水処理方法。   The water treatment method according to claim 6, further comprising a step of recovering combustion energy generated by the combustor using an energy recovery device. アンモニア含有水からアンモニアを分離するアンモニア分離装置であって、
水と気体とを分離する気体分離膜を備える膜分離装置であって、前記気体分離膜を用いて、前記アンモニア含有水からアンモニアを含む気体を分離する、膜分離装置と、
前記膜分離装置で前記アンモニア含有水から分離した気体を移送するポンプと、
を備えるアンモニア分離装置。
An ammonia separation device for separating ammonia from ammonia-containing water,
A membrane separation device comprising a gas separation membrane for separating water and gas, wherein the gas separation membrane is used to separate a gas containing ammonia from the ammonia-containing water; and
A pump for transferring a gas separated from the ammonia-containing water in the membrane separator;
An ammonia separator comprising:
前記アンモニア含有水は、生物還元処理で生成された消化汚泥を脱水した際に得られる脱水分離液である、請求項8に記載のアンモニア分離装置。   The ammonia separation apparatus according to claim 8, wherein the ammonia-containing water is a dehydrated separation liquid obtained when dehydrated digested sludge produced by bioreduction treatment. 前記ポンプを用いて移送されたアンモニアを含む気体を精製して、不純物を除去する、精製装置をさらに備える請求項8又は請求項9に記載のアンモニア分離装置。   The ammonia separation device according to claim 8 or 9, further comprising a purification device for purifying a gas containing ammonia transferred using the pump to remove impurities. 前記膜分離装置を用いて前記アンモニア含有水からアンモニアを含む気体を分離する前に、前記アンモニア含有水を加温する、加温装置をさらに備える、請求項8乃至請求項10のいずれかに記載のアンモニア分離装置。   11. The heating apparatus according to claim 8, further comprising a heating device that heats the ammonia-containing water before separating the gas containing ammonia from the ammonia-containing water using the membrane separation device. Ammonia separation equipment. 請求項8乃至請求項11のいずれかに記載のアンモニア分離装置を用いて、前記アンモニア含有水からアンモニアを含む気体を分離された後の液体を、返流水として水処理工程に戻して、空気を供給する曝気を行う曝気装置をさらに備える、水処理装置。   Using the ammonia separator according to any one of claims 8 to 11, the liquid after the gas containing ammonia is separated from the ammonia-containing water is returned to the water treatment step as return water, and air is supplied. The water treatment apparatus further provided with the aeration apparatus which performs the aeration to supply. 請求項8乃至請求項11のいずれかに記載のアンモニア分離装置を用いて、前記アンモニア含有水から分離されたアンモニアを含む気体を燃焼させる、燃焼器をさらに備える、水処理装置。   A water treatment device, further comprising a combustor that burns a gas containing ammonia separated from the ammonia-containing water using the ammonia separation device according to any one of claims 8 to 11. 前記燃焼器により生成された燃焼エネルギーを回収する、エネルギー回収装置をさらに備える、請求項13に記載の水処理装置。   The water treatment device according to claim 13, further comprising an energy recovery device that recovers combustion energy generated by the combustor.
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