JP2019098206A

JP2019098206A - アンモニア濃縮方法及び装置

Info

Publication number: JP2019098206A
Application number: JP2017228951A
Authority: JP
Inventors: 康宏笹島; Yasuhiro Sasajima
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2019-06-24

Abstract

【課題】後段に設けられる処理装置の設備規模を小さくするなどのために、プラントなどから排出されるアンモニア含有排水を減容し、かつアンモニア含有排水におけるアンモニアを濃縮する。【解決手段】カチオン交換樹脂などのカチオン交換体にアンモニア含有排水を通液して透過水を得るとともにカチオン交換体にアンモニアを捕捉させ、そののち、カチオン交換体に対して再生処理を行い、再生排水として、アンモニアが濃縮されたアンモニア濃縮排水を得る。【選択図】図１

Description

本発明は、アンモニア含有排水においてアンモニアを濃縮する方法及び装置に関する。

各種プラントではアンモニア含有排水が発生することがあり、アンモニア含有排水が発生する場合にはそれを処理する必要がある。例えば火力発電所の発電プラントでは、ボイラやボイラによって発生した蒸気で駆動される蒸気タービンを含む系統内において、防錆などを目的として、ｐＨ調整剤としてアンモニアを注入することにより、系統内で循環される水をアルカリ性に維持している。また系統内にはイオン性不純物などの不純物や腐食生成物が蓄積するため、ボイラ循環水の一部を系統外に定常的に排出している。このとき排出される排水をボイラブロー排水と呼ぶ。ボイラブロー排水は、先に系統に注入したアンモニアを含んでいるから、アンモニアを含む排水であるといえる。近年の発電プラントでは系統内の水のｐＨをより高める傾向にあり、このため、ボイラブロー排水におけるアンモニア濃度も上昇する傾向にある。

停止中の発電プラントでは、腐食防止剤を添加した保管水を系統内に充填し、プラントの再起動時には保管水を排出している。腐食防止剤としては従来はヒドラジンが用いられていたが、取り扱いの容易性などの観点から、最近ではアンモニアへの代替が進んでいる。排出された保管水すなわち起動時排水もアンモニア含有排水である。

これらのアンモニア含有排水は、従来の発電プラントにおいては、他の排水と混合して総合排水処理装置によって中和・凝集・沈殿処理し、公共用水域に放流することが主流であった（非特許文献１）。しかしながらボイラブロー排水におけるアンモニア濃度の上昇、腐食防止剤へのアンモニアの使用により、アンモニア含有排水の量やその中のアンモニア濃度が上昇する傾向にある。そのため、希釈混合によりアンモニア濃度を低下させて公共用水域に放流する場合には、排水中のアンモニア濃度についての基準値を満たさなくなって排水処理のためにアンモニア処理装置の設置が必要となるおそれがある。

アンモニア含有排水を処理する方法としては、例えばストリッピング（放散）が知られている。図２は、ストリッピングによりアンモニアを処理する装置の構成を示している。アンモニア含有排水は、水酸化ナトリウムなどのアルカリ成分を添加することによってｐＨが１１前後になるように調整された後、熱交換器３１を介してストリッピング装置（放散塔）３２の上部に供給される。ストリッピング装置３２では、下部から蒸気または空気が吹き込まれており、高温下でストリッピング装置３２内を流下するアンモニア含有排水と蒸気または空気とを気液接触させることにより、アンモニアを気相側に移行させている。アンモニアは排気として、ストリッピング装置３２の上部から排出される。アンモニア含有排水は、気液接触によりアンモニアが除去された後、処理水としてストリッピング装置３２の下部から流出する。この処理水はポンプ３３によって熱交換器３１に給送され、アンモニア含有排水と熱交換した後、排出される。このとき、アンモニア含有排水におけるアンモニア濃度が高いほど、処理効率を高めることができる。もちろんアンモニア含有排水の容積が小さいほど、アンモニア処理設備の規模を小さくすることができる。高濃度かつ小容量の方が処理効率が高いことは、ストリッピングによるアンモニア処理の場合に限られるものではなく、排水の処理において一般的に言えることである。

アンモニア含有排水の処理の一例として、例えば特許文献１は、火力発電所から排出されるアンモニア含有排水を空気と接触させてアンモニアを空気中に抽気し、抽気によって得られたアンモニアを含む空気を脱硝処理に用いることを開示している。

特開平８−２５２５６９号公報

"入門講座［火力発電所の運転］Ｖ．屋外設備１．環境設備」"、火力原子力発電、一般社団法人火力原子力発電技術協会、２００４年１月、第５５巻、第１号、ｐ．７１−８８

既存のプラントにおいて、アンモニア含有排水の量の増加やアンモニア濃度の上昇により、新たにアンモニア含有排水を処理する設備を設置しなければならなくなることがある。そのとき、設置すべき設備の規模が大きければ、設置コストや設置スペースの面から大きな負担となる。アンモニア含有排水の処理設備を設けるにしても、アンモニア含有排水の体積が少なく、かつアンモニア濃度が高ければ、設置コストや設置スペースの観点から有利である。

本発明の目的は、アンモニア含有排水を減容し、かつアンモニア含有排水におけるアンモニアを濃縮することができる方法及び装置を提供することにある。

本発明のアンモニア濃縮方法は、アンモニア含有排水に含まれるアンモニアを濃縮する方法であって、カチオン交換体にアンモニア含有排水を通液して透過水を得るとともにカチオン交換体にアンモニアを捕捉させ、そののち、カチオン交換体に対して再生処理を行い、再生排水として、アンモニアが濃縮されたアンモニア濃縮排水を得る。

本発明のアンモニア濃縮装置は、アンモニア含有排水に含まれるアンモニアを濃縮するアンモニア濃縮装置であって、アンモニア含有排水が通液し、通液後のアンモニア含有排水を透過水として排出するカチオン交換体を備え、アンモニアを捕捉したカチオン交換体に対して再生処理を行うことによって、再生排水として、アンモニアが濃縮されたアンモニア濃縮排水を排出する。

本発明によれば、アンモニア含有排水をカチオン交換体に通液させることと、そののちにカチオン交換体に対して再生処理を行うことによって、再生排水として、アンモニアが濃縮されたアンモニア濃縮排水が得られるので、アンモニア含有排水を減容しかつアンモニア含有排水におけるアンモニアを濃縮することができる。

本発明の実施の一形態のアンモニア濃縮装置の構成を示す図である。ストリッピングによってアンモニアを処理する装置の構成を示す図である。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の一形態のアンモニア濃縮装置を示している。

このアンモニア濃縮装置は、例えばカチオン交換樹脂であるカチオン交換体１０を備えている。カチオン交換体１０にはアンモニア含有排水が供給される。図示した例では、発電プラントに設けられるボイラ２０から、ボイラブロー水、起動時排水などがカチオン交換体１０に供給される。供給されたアンモニア含有排水はカチオン交換体１０を通液し、このとき、アンモニア含有排水中のアンモニアはカチオン交換体１０に捕捉される。アンモニアが捕捉された後のアンモニア含有排水は、透過水としてカチオン交換体１０から排出される。透過水はアンモニアをほとんど含んでいないので、プラント内で再利用することが可能である。あるいは透過水は、従来と同様に、プラントからの他の排水と希釈混合してあるいは単独で放流するか、あるいは、排水処理装置に送られる。

アンモニア含有排水を通液するにつれ、カチオン交換体１０に捕捉されているアンモニアの量が増大し、カチオン交換体１０が飽和することになる。飽和した後はカチオン交換体１０はアンモニアをそれ以上捕捉しないので、カチオン交換体１０が飽和するかその直前の段階で、カチオン交換体１０の再生処理を行う。再生処理は、例えば、再生薬品をカチオン交換体１０に通液することによって行われる。再生処理によってカチオン交換体１０から排出する再生排水は、アンモニアを高濃度に含んでいる。そこでこの再生排水は、アンモニア濃縮排水として、元のアンモニア含有排水の代わりに、後段のアンモニアを処理する工程に送られる。再生排水すなわちアンモニア濃縮排水の体積は、再生処理を行うまでにカチオン交換体１０を通過したアンモニア含有排水の体積に比べて著しく小さいから、アンモニア処理工程に送られる液として考えれば、アンモニアの濃縮とアンモニア含有排水の減容が達成されたことになる。アンモニアを処理する工程は、例えば、一般的な産業廃棄物処理工程であってもよいが、図２を用いて示したようなストリッピング（放散）によりアンモニアを処理するアンモニア処理装置、あるいは、ストリッピングによりアンモニアを気相に移行させてアンモニアガスとして回収するアンモニア回収装置を用いる工程であることが好ましい。アンモニアを回収した場合には、プラント内で再利用することができる。

ここでカチオン交換体１０の再生処理について詳しく説明する。カチオン交換体１０としてカチオン交換樹脂を用いるときは、通常のカチオン交換樹脂の再生処理と同様に、再生薬品として塩酸、硫酸などが使用し、再生薬品をカチオン交換樹脂に通液する。その結果、カチオン交換樹脂の交換基に捕捉されていたアンモニアが、再生薬品中のＨ⁺イオンと置き換わる代わりで脱離し、再生排水に高濃度にアンモニアが含まれることとなる。本実施形態の場合、再生後のカチオン交換樹脂のイオン形を水素イオン（Ｈ⁺）形としなければならない理由はなく、ナトリウムイオン（Ｎａ⁺）形とすることが可能である。そうであるとすると、カチオン交換樹脂の再生に水酸化ナトリウムを使用できることになる。水酸化ナトリウムを使用すると、再生排水すなわちアンモニア濃縮排水の液性がアルカリ性となるので、後段においてストリッピングによりアンモニアを処理する場合に、アルカリ成分を添加する必要がなくなり、アンモニア処理装置の構造も簡素化できる。したがって、透過水におけるナトリウム濃度が問題とならない場合には、再生薬品として水酸化ナトリウムを用いることが好ましい。

イオン交換樹脂のうちカチオン交換樹脂はアニオン交換樹脂に比べて一般に耐熱性に優れるが、ボイラブロー水などの高温（例えば９０〜１００℃）のアンモニア含有排水が供給される場合には、カチオン交換体１０として、耐熱性のあるカチオン交換樹脂、例えば最高操作温度が１２０℃であるカチオン交換樹脂を用いることが好ましい。このような耐熱性を有するカチオン交換樹脂は広く市販されている。耐熱性のあるカチオン交換樹脂を用いることにより、冷却器などを設けてアンモニア含有排水を冷却することなく、濃縮、減容を行えることになる。さらに高温のままでカチオン交換体１０の再生処理を行えば、比較的温度の高いアンモニア濃縮排水が得られることになり、後段のストリッピングなどによるアンモニア処理装置における加熱量を減少させることができる。

以上説明した本実施形態のアンモニア濃縮装置によれば、アンモニア含有排水を濃縮・減容化でき、後段に設置するアンモニア処理装置またはアンモニア回収装置の規模や容量を縮減することできるとともに、アンモニア処理の効率を向上することができる。また、アンモニア処理装置またはアンモニア回収装置を介さずに産業廃棄物として処理する場合であっても、その処分容量を削減できる。

１０カチオン交換体
２０ボイラ

Claims

アンモニア含有排水に含まれるアンモニアを濃縮する方法であって、
カチオン交換体にアンモニア含有排水を通液して透過水を得るとともに前記カチオン交換体にアンモニアを捕捉させ、
そののち、前記カチオン交換体に対して再生処理を行い、再生排水として、アンモニアが濃縮されたアンモニア濃縮排水を得る方法。
水酸化ナトリウムを再生薬品として用いて前記再生処理を実行する、請求項１に記載の方法。
アンモニア処理装置またはアンモニア回収装置に前記アンモニア濃縮排水を供給する、請求項１または２に記載の方法。
前記アンモニア含有排水を排出したプラントにおいて前記透過水を再利用する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
アンモニア含有排水に含まれるアンモニアを濃縮するアンモニア濃縮装置であって、
アンモニア含有排水が通液し、通液後のアンモニア含有排水を透過水として排出するカチオン交換体を備え、
アンモニアを捕捉した前記カチオン交換体に対して再生処理を行うことによって、再生排水として、アンモニアが濃縮されたアンモニア濃縮排水を排出するアンモニア濃縮装置。
前記再生処理において水酸化ナトリウムが再生薬品として使用される、請求項５に記載のアンモニア濃縮装置。
アンモニア処理装置またはアンモニア回収装置に前記アンモニア濃縮排水を供給する、請求項５または６に記載の濃縮装置。
前記アンモニア含有排水を排出したプラントに対し、前記透過水を再利用水として供給する、請求項５乃至７のいずれか１項に記載のアンモニア濃縮装置。