JP3425001B2 - 火力発電所の非定常排水の処理方法 - Google Patents

火力発電所の非定常排水の処理方法

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【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、火力発電所の非定常排
水の処理方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、火
力発電所の非定常排水中の窒素を、触媒の処理性能の低
下および配管等の詰まりを生ずることなく、触媒分解法
により除去することを可能にした、火力発電所の非定常
排水の処理方法に関する。 【0002】 【従来の技術】火力発電所では、石炭、重油などの燃焼
により得られた熱エネルギーを、ボイラーおよび蒸気タ
ービンにより機械的エネルギーとし、さらに発電機によ
って電気エネルギーに転換する。発電用ボイラーとして
広く使用されているものは水管ボイラーで、燃料を燃焼
させる火炉の周壁や燃焼ガスの通路中に多数の水管が設
けられている。ボイラーには、ボイラーから離れる燃焼
ガスの余熱の一部を利用して給水を加熱する節炭器、燃
焼ガスの余熱で火炉に供給する空気を予熱するエアヒー
タ、火炉に空気を送り込みまた燃焼ガスを煙突に運ぶた
めの通風装置、排出する燃焼ガス中の微細な粒子を捕集
するための電気集塵機などが付属している。火力発電所
では、一定期間運転を継続したのち、計画的に設備の全
部または一部を停止して、点検、検査、補修、整備など
を行うが、その際、エアヒータや電気集塵機などを洗浄
したときに、排水が排出される。この排水は、定期検査
時に排出される非定常排水であり、発生するたびにいっ
たん貯槽にため、その後貯槽の排水を処理することが多
い。これらの排水には、アンモニア性窒素、カーボン、
金属塩などが比較的高濃度に含まれている。非定常排水
中の窒素の除去は、排水の負荷変動が大きく、また、金
属や懸濁物質などの共存物質も多く含まれているため、
一般に使われている生物処理の適用は困難であり、次亜
塩素酸を酸化剤として用いる方法が採用されている。し
かし、次亜塩素酸を酸化剤として用いる窒素除去方法に
は、以下の問題点がある。 (1)次亜塩素酸の添加量は、アンモニア性窒素を窒素
ガスに変換するのに必要な理論量の9〜10倍が必要で
ある。すなわち、使用薬品量が多く、また処理水中に多
量の残留塩素が残り、さらに後処理が必要である。 (2)アンモニウムイオンの一部が硝酸性窒素となり、
処理水中に残留する。このため、新しい窒素除去方法の
開発が求められ、アンモニア性窒素の触媒分解法が試み
られているが、金属や懸濁物質などの共存物質が多量に
存在する場合には、触媒の性能低下や処理設備の配管の
詰まりなどを招きやすく実用的ではなかった。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、アンモニア
性窒素、金属、懸濁物質などを含有する火力発電所の非
定常排水を、触媒の性能低下や処理設備の配管の詰まり
など生ずることなく、容易に処理する方法を提供するこ
とを目的としてなされたものである。 【0004】 【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、火力発電所の非
定常排水を凝集沈殿処理したのち、アンモニア性窒素を
触媒存在下で酸化することにより、その処理を容易に、
かつ効率的に行うことが可能になることを見いだし、こ
の知見に基づいて本発明を完成するに至った。すなわ
ち、本発明は、(1)火力発電所の非定常排水を、凝集
処理および固液分離する第1工程、並びに第1工程の処
理水を触媒存在下でアンモニア性窒素を酸化分解する第
2工程からなる火力発電所の非定常排水の処理方法、を
提供するものである。さらに本発明の好ましい態様とし
て、(2)第1工程において、火力発電所の非定常排水
のpHを10以上としたのち、凝集剤を添加する第(1)項
記載の火力発電所の非定常排水の処理方法、および、
(3)第2工程において、酸化剤として亜硝酸もしくは
その誘導体または過酸化水素を使用する第(1)〜(2)項
記載の火力発電所の非定常排水の処理方法、を挙げるこ
とができる。 【0005】本発明方法の第1工程においては、火力発
電所の非定常排水に凝集処理を施したのち固液分離を行
う。凝集処理においては、火力発電所の非定常排水のpH
を10以上に調節し、30分以上強く撹拌したのち撹拌
をゆるめ、次いで、凝集剤を添加して2〜3分ゆるやか
に撹拌したのち静置し、凝集物を沈降させることが好ま
しい。pHの調節は、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化
カリウムなどのアルカリを、水溶液または固体状で添加
することによって行うことができる。火力発電所の非定
常排水のpHを10以上にすることにより、排水中に含ま
れる鉄、亜鉛、銅、ニッケル、マンガン、マグネシウム
などの金属は水酸化物となって析出する。このとき、排
水中に共存する懸濁物質も共沈現象により沈殿する。ア
ルカリ性として金属水酸化物を析出した排水に、次いで
凝集剤を添加して、金属水酸化物を凝集し沈降を促進す
る。使用する凝集剤には特に制限はなく、ポリ塩化アル
ミニウム、硫酸第二鉄などの無機凝集剤、ポリアクリル
酸ナトリウム、ポリアクリルアミド部分加水分解物など
のアニオン性高分子凝集剤、ポリアミノアルキルメタク
リレート、ポリエチレンイミンなどのカチオン性高分子
凝集剤、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシドな
どのノニオン性高分子凝集剤などを挙げることができ
る。析出物を凝集沈降せしめたのち、上澄み液をそのま
ま、あるいは必要に応じて、ろ過により沈降分離しなか
った微細な懸濁物質を除去する。使用するろ過器には特
に制限はなく、例えば、砂やアンスラサイトなどを充填
したろ過器、カートリッジフィルター、膜分離装置など
を使用することができる。析出物を分離除去した上澄み
液またはろ液は、次いで、pH調整槽において、pHを4〜
9、好ましくは6〜8に調整する。pH調整に使用する酸
には特に制限はなく、例えば、硫酸、塩酸などを使用す
ることができる。本発明方法の第2工程においては、処
理水に酸化剤を添加して、アンモニア性窒素を酸化す
る。アンモニア性窒素は、処理水中で主としてアンモニ
ウムイオンの形態で存在する。酸化は、触媒の存在下に
加熱して行うことが好ましい。使用する酸化剤には特に
制限はなく、亜硝酸塩、過酸化水素などを好適に使用す
ることができる。使用する酸化剤が亜硝酸塩の場合は、
亜硝酸塩の使用量は、処理水中に存在するアンモニウム
イオンの0.8〜1.0モル倍であることが好ましい。亜
硝酸塩の使用量がアンモニウムイオンの0.8モル倍未
満であると、亜硝酸塩によって分解されずに残るアンモ
ニウムイオンの量が多くなる。亜硝酸塩の使用量がアン
モニウムイオンの1.0モル倍を超えると、過剰の亜硝
酸塩が排水中に残存する。使用する酸化剤が過酸化水素
の場合は、過酸化水素の使用量は、処理水中に存在する
アンモニウムイオンの1.0〜3.0モル倍であることが
好ましい。過酸化水素の使用量がアンモニウムイオンの
1.0モル倍未満であると、アンモニウムイオンが過酸
化水素によって完全に分解されず、排水中に残存するお
それがある。過酸化水素の使用量がアンモニウムイオン
の3.0モル倍を超えても、残存するアンモニウムイオ
ンの除去効率は、過酸化水素の添加量の増加に見合って
は向上しない。本発明方法においては、酸化剤として亜
硝酸塩と過酸化水素を併用し、最初に亜硝酸塩を用いて
アンモニウムイオンを分解したのち、過酸化水素を添加
して残るアンモニウムイオンを分解することも可能であ
る。 【0006】第2工程において用いられる触媒として
は、触媒有効成分として、白金、パラジウム、ルテニウ
ム、ロジウム、インジウム、イリジウム、銀、金、コバ
ルト、ニッケルおよびタングステン、並びにこれらの金
属の水不溶性または水難溶性の化合物、例えば、一酸化
コバルト、一酸化ニッケル、二酸化ルテニウム、三二酸
化ロジウム、一酸化パラジウム、二酸化イリジウム、二
酸化タングステンなどの酸化物、さらには二塩化ルテニ
ウム、二塩化白金などの塩化物、硫化ルテニウム、硫化
ロジウムなどの硫化物などよりなる群から選ばれた1種
または2種以上を、α−アルミナ、γ−アルミナ、活性
炭、チタニア、ジルコニア、ゼオライト、ガラス、シリ
カ、シリカアルミナ、イオン交換樹脂などの担体に担持
したものが挙げられる。このような担持触媒の金属また
はその化合物の担持量は、通常、担体重量の0.05〜
25重量%、好ましくは0.5〜3重量%であることが
望ましい。このような担持触媒は、球状、ペレット状、
円柱状、破砕片状、ハニカム状、粉末状などの種々の形
態で使用可能である。特に、白金をチタニア、γ−アル
ミナなどの粒状担体に担持させた触媒が好ましい。これ
らの触媒はカラムに充填し、加熱下に酸化剤を添加した
アンモニウムイオン含有排水を通液して反応を行うのが
好ましく、かつ、この場合は上向流通液が望ましい。第
2工程においては、分解処理温度は70〜300℃、好
ましくは80〜250℃であり、さらに好ましくは14
0〜180℃である。また、SVは0.5〜20hr-1
好ましくは2〜5hr-1であることが望ましい。この酸化
処理によって、アンモニウムイオンは、例えば、下記の
式にしたがって窒素ガスとなる。 NH4 ++NO2 - → N2+2H2O 2NH4 ++3H22 → N2+2H++6H2O 以下、図面により本発明方法を説明する。図1は、本発
明方法を実施するための装置の一例の概略図である。ま
ず、貯槽1にためた火力発電所の非定常排水を、反応槽
2へ導き、この槽において撹拌下にアルカリを添加する
ことによりpHを10以上とする。金属水酸化物が析出
し、懸濁物質が共沈した処理水は、次いで凝集沈殿槽3
へ送り、凝集剤を添加してゆるやかに撹拌したのち静置
し、凝集物を沈降させる。上澄み液はポンプ4によりろ
過器5へ送り、微細な懸濁物質をろ別除去する。ろ過器
を通過したろ液は調整槽6へ導き、この槽でpHを6〜8
に調整し酸化剤を添加する。pH調整を終え、酸化剤を添
加した処理水は、次いでポンプ7により、熱交換器8お
よびヒーター9を経由して触媒充填塔10へ送り、アン
モニウムイオンの酸化処理を行う。触媒充填塔を出た処
理水は、熱交換器で余熱を利用したのち、調圧バルブ1
1を経由して気液分離塔12へ送り、窒素ガスと処理水
に分離する。 【0007】 【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限
定されるものではない。 実施例1(第1工程、凝集処理および固液分離) 火力発電所の非定常排水として、エアヒータ洗浄排水お
よび電気集塵機洗浄排水の凝集沈殿処理を行った。処理
前の洗浄排水の水質分析結果を第1表に示す。それぞれ
の排水に水酸化ナトリウムを加えてpH11.5とし、3
0分間強く撹拌した。その後、撹拌をゆるめアニオン性
凝集剤(ポリアクリルアミド部分加水分解物)2mg/リ
ットルを添加し、さらに3分間撹拌した。1時間静置し
て凝集物を沈降せしめたのち、上澄み液をNo.5Aろ
紙でろ過した。ろ液について水質分析を行い、結果を第
1表に示した。エアヒータ洗浄排水および電気集塵機洗
浄排水のいずれも、処理水中の金属はカルシウムを除い
てすべて濃度1mg/リットル以下まで除去されている。 【0008】 【表1】【0009】実施例2(第2工程、酸化分解) 実施例1において凝集沈殿処理したエアヒータ洗浄排水
の処理水について、酸化分解を行った。この処理水はア
ンモニア性窒素を700mg/リットル含有していた。こ
の処理水に硫酸を加えてpH6.4とし、亜硝酸性窒素が
700mg/リットルになるよう亜硝酸ナトリウムを添加
し、白金0.5重量%を担持した直径1.5mmのチタニア
球を充填した触媒充填塔にSV=3hr-1で通液し、16
0℃で酸化処理を行った。触媒充填塔より流出する処理
水中のアンモニア性窒素の濃度は5mg/リットル以下で
あり、亜硝酸性窒素の濃度も5mg/リットル以下であっ
た。また、処理水の水質は、通水倍量1,800BV以
降も安定していた。 実施例3(第2工程、酸化分解) 実施例1において凝集沈殿処理した電気集塵機洗浄排水
の処理水について、酸化分解を行った。この処理水はア
ンモニア性窒素を1,800mg/リットル含有してい
た。この処理水に硫酸を加えてpH6.4とし、亜硝酸性
窒素が1,800mg/リットルになるよう亜硝酸ナトリ
ウムを添加し、白金0.5重量%を担持した直径1.5mm
のチタニア球を充填した触媒充填塔にSV=3hr-1で通
液し、160℃で酸化処理を行った。触媒充填塔より流
出する処理水中のアンモニア性窒素の濃度は5mg/リッ
トル以下であり、亜硝酸性窒素の濃度も5mg/リットル
以下であった。また、処理水の水質は、通水倍量1,8
00BV以降も安定していた。 【0010】 【発明の効果】本発明方法によれば、火力発電所の非定
常排水の窒素除去処理に凝集沈殿処理工程を組み込むこ
とにより、火力発電所の非定常排水のように共存物質が
多い排水に対しても、触媒性能の低下がなく、従来困難
と考えられていた触媒分解法による窒素の除去が可能と
なる。
【図面の簡単な説明】 【図1】図1は、本発明方法を実施するための装置の一
例の概略図である。 【符号の説明】 1 貯槽 2 反応槽 3 凝集沈殿槽 4 ポンプ 5 ろ過器 6 調整槽 7 ポンプ 8 熱交換器 9 ヒーター 10 触媒充填塔 11 調圧バルブ 12 気液分離塔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C02F 9/00 C02F 9/00 504E ZAB ZAB B01J 23/42 B01J 23/42 M C02F 1/52 ZAB C02F 1/52 ZABK 1/72 ZAB 1/72 ZABB (72)発明者 淺田 智之 大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西 電力株式会社内 (72)発明者 木本 博 大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西 電力株式会社内 (72)発明者 中原 敏次 東京都新宿区西新宿3丁目4番7号 栗 田工業株式会社内 (72)発明者 北見 裕子 東京都新宿区西新宿3丁目4番7号 栗 田工業株式会社内 (72)発明者 高林 泰彦 東京都新宿区西新宿3丁目4番7号 栗 田工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−265876(JP,A) 特開 平7−60263(JP,A) 特開 平7−8974(JP,A) 特開 平6−269671(JP,A) 特開 平6−99180(JP,A) 特開 平1−304100(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 9/00 502 C02F 1/52 C02F 1/72

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】火力発電所の非定常排水を、凝集処理およ
    び固液分離する第1工程、並びに第1工程の処理水を触
    媒存在下でアンモニア性窒素を酸化分解する第2工程か
    らなる火力発電所の非定常排水の処理方法。
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