JP3492413B2 - 排水の処理方法 - Google Patents

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、金属とアンモニアを含
む排水の処理方法に関するものである。さらに詳しく
は、排水中のアンモニアを、酸化剤として亜硝酸塩を添
加し、加熱条件下に金属担持触媒と接触させ、無害な窒
素とするに先だって、排水中の金属を水酸化物として分
離除去することにより、触媒の性能低下を防止し、経済
的に排水処理を行うことを可能とするものである。 【0002】 【従来の技術】火力、原子力発電用ボイラの復水脱塩装
置の再生排水や、肥料工場排水などには、アンモニアが
かなりの量含まれており、このアンモニアの除去方法と
して、例えば生物学的硝化脱窒素法、アンモニアストリ
ッピング法、塩素酸化法、接触分解法などが知られてい
る。前記のアンモニアの除去方法の中で、生物学的硝化
脱窒素法は、硝化細菌によりアンモニアを亜硝酸又は硝
酸性窒素に酸化したのち、脱窒素細菌により窒素ガスに
還元する方法である。しかしながら、この方法は、微生
物反応であるため、種々の変動要因に対して分解活性が
不安定である上、広い設置面積が必要であり、かつ汚泥
の後処理が必要であるなどの欠点を有している。また、
アンモニアストリッピング法は、アルカリ性下に大量の
空気と接触させて、アンモニアを大気中に放散させる方
法である。しかしながら、この方法はアルカリコストが
高く、かつ放散させたアンモニアを再度吸着濃縮する必
要があり、経済的でない。一方、塩素酸化法は、塩素添
加により、アンモニウムイオンをクロラミンを経由して
窒素ガスに酸化する方法である。この方法は塩素添加量
がアンモニアの10倍程度必要であり、アンモニア濃度
の高い排水処理には不向きである上、残留塩素の後処理
が必要である。これらの方法に対し、接触分解法は、装
置の設置面積が小さい、運転管理が容易である、汚泥や
残留塩素といった後処理を必要とする物質が生成しな
い、などの優れた特徴を有する処理方法であり、例え
ば、特開平4−293553号公報には、アンモニアを
含む排水に酸化剤として亜硝酸又は亜硝酸塩を添加した
のち、触媒の存在下で加熱することにより、アンモニア
を酸化分解する方法が提案されている。図2は、この技
術の態様を示す装置の一例の概略図である。従来技術の
方法においては原水タンク1の中で排水に水酸化ナトリ
ウムを加え、pHを6〜7に調整したのち、亜硝酸ナトリ
ウムのような亜硝酸塩を添加した後ポンプ2により直接
熱交換器6、ヒーター7を経由して金属担持触媒充填塔
8へ送る。しかしながら、この場合、排水中に鉄、銅、
亜鉛、鉛などの金属類が含まれていると、処理中の排水
はアルカリ性となるので、金属類は水酸化物となって触
媒上に付着し、あるいは触媒毒として作用し、触媒の性
能が低下する。このため、触媒は頻繁に再生する必要が
あり、触媒性能の低下を防止する技術の開発が求められ
ていた。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、酸化剤とし
て亜硝酸塩を用いてアンモニアを接触分解する従来のア
ンモニアの除去方法が有するこのような問題を解決し、
被処理水中に金属とアンモニアが共存する場合において
も、触媒上に金属水酸化物が付着することなく、触媒の
再生頻度を少なくすることができ、排水処理コストの低
減を図ることのできる、金属とアンモニアを含む排水の
処理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、前記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、金属とアンモ
ニアを含有する排水中のアンモニアを接触分解する方法
において、まず排水をアルカリ性とし、含有する金属類
を水酸化物として分離したのちアンモニアの接触分解を
行えば、その目的を達成しうることを見いだし、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、金属とアンモニアを含む排水を処理する方法に
おいて、原水のpHを8〜12に調整し、生成する金属水
酸化物を分離したのち、亜硝酸塩を排水中に含まれるア
ンモニア性窒素1モルに対して、0.5〜2モルの割合
で添加し、さらに酸を添加したのち、100〜300℃
加熱条件下で金属担持触媒充填塔に通水してアンモニ
と亜硝酸塩の反応で窒素ガスに分解することを特徴と
する排水の処理方法を提供するものである。以下、本発
明を詳細に説明する。本発明方法においては、金属とア
ンモニアを含有する排水をアルカリ性にし、金属類を水
酸化物として分離したのち、アンモニアを接触分解する
ことにより除去する。排水をアルカリ性にすることは、
排水の中へ水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのような
アルカリ金属の水酸化物類、炭酸ナトリウム、炭酸カリ
ウムのようなアルカリ金属の炭酸塩類などを添加するこ
とにより行うことができるが、特に水酸化ナトリウムを
好適に使用することができる。金属類を水酸化物として
分離するために必要なpHの値は、好ましくは8〜12で
あり、より好ましくは10〜12である。pHの値が8未
満であれば金属が水酸化物として完全に析出せず、排水
の中に残るので好ましくない。pHの値が12を超えて
も、もはや析出する金属水酸化物の量は増加せず、いた
ずらにアルカリ及び後工程で使用する酸を浪費するのみ
であるので好ましくない。 【0005】本発明方法においては、排水から水酸化物
として析出した金属類は、公知の方法により除去するこ
とができる。例えば、膜ろ過装置を用いたり、あるいは
砂ろ過設備を使用することができる。また、遠心分離機
を用いて金属類の水酸化物を分離することができる。操
作上は連続式の遠心分離機を用いることが好適である。
あるいは、pH調整をした排水を沈殿池に導き金属類の水
酸化物を自然沈降させることも可能である。これらの方
法は、排水の処理量及び金属類の水酸化物の沈降性など
を勘案して適当なものを選ぶことができる。必要に応じ
て、硫酸アルミニウムのような凝集剤、あるいはケイソ
ウ土のようなろ過助剤を用いてろ過性能を改善すること
ができる。本発明方法において、含有する金属類を水酸
化物として分離除去した排水は、次いでアンモニア分解
工程へ送られる。排水中に含まれるアンモニア性窒素1
モル当たり0.5〜2モル、好ましくは0.9〜1.1モ
ルの亜硝酸又は亜硝酸塩を添加する。亜硝酸塩として
は、亜硝酸ナトリウム、亜硝酸カリウムのような亜硝酸
のアルカリ金属塩を好適に用いることができる。亜硝酸
又は亜硝酸塩の使用量が、アンモニア性窒素1モル当た
り0.5モル未満であれば、排水中のアンモニアを十分
除去することができない。また、亜硝酸又は亜硝酸塩の
使用量が、アンモニア性窒素1モル当たり2モルを超え
ると、アンモニアを除去した後の排水中に確実に亜硝酸
イオンが残るようになるので好ましくない。 【0006】本発明方法において、亜硝酸又は亜硝酸塩
を添加した排水は、酸を加えることによりpHを調整す
る。pH調整に用いる酸としては、硫酸又は塩酸を好適に
使用することができる。アンモニアの接触分解を行うた
めには、排水のpHは6〜7であることが好ましい。本発
明方法において、亜硝酸又は亜硝酸塩を添加し、pHを調
整した排水は次いで金属担持触媒を充填した反応塔へ送
られる。この反応塔で、アンモニアは例えば亜硝酸ナト
リウムと次のように反応して無害な窒素ガスとなる。 NH4 ++NO2 - → N2+2H2O 金属触媒としては、白金、パラジウム及びルテニウムな
どを用いることができる。担体としては、α−アルミ
ナ、γ−アルミナなどのアルミナ類、シリカ、シリカア
ルミナ系、チタニア系などの金属酸化物や活性炭樹脂な
どを用いることができる。金属の担持量は0.1〜10
重量%であることが好ましい。金属の担持量が0.1重
量%未満であるとアンモニアの分解が不十分となりやす
い。金属の担持量が10重量%を超えても、担持量に見
合ってアンモニアの分解がより容易になることはない。
金属担持触媒充填塔の温度は100〜300℃、より好
ましくは130〜180℃に保って反応を行う。充填塔
温度が100℃未満であれば、接触時間を長くしてもア
ンモニアの分解が不十分となりやすく、充填塔温度が3
00℃を超えると、いたずらにエネルギーを浪費するば
かりで、アンモニアの分解効率は向上しないので好まし
くない。本発明方法において、金属類及びアンモニアを
除去した排水は、その後冷却し公知の方法によりpHを調
整して放流する。 【0007】次に、本発明の一態様を図面により説明す
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。原水タンク1に導入された排水に、水酸
化ナトリウム水溶液などを添加し、撹拌することにより
pH10〜12に調整する。撹拌を続けて金属塩を水酸化
物として沈殿させた排水をポンプ2によりろ過器3に送
り、金属水酸化物をろ別する。ろ過した排水はpH調整槽
4に溜め、硫酸などを加え撹拌することによりpH6〜7
に調整する。pH調整を終わった排水に、亜硝酸ナトリウ
ムのような亜硝酸塩を添加したのち、ポンプ5により送
り出し、熱交換器6で予熱したのちヒーター7で130
〜180℃に加熱して金属担持触媒充填塔8へ導く。ア
ンモニアの分解のために必要な接触時間は、通常は3〜
120分間、多くの場合は12〜30分間程度である。
空間速度は通常0.5〜20hr-1、好ましくは2〜5hr
-1の範囲が有利である。充填塔内での反応により、アン
モニアが接触分解し無害な窒素に変換した排水は、熱交
換器4を通して余熱を有効に利用したのち貯槽へ送り自
然放冷する。本発明方法において、処理対象となるアン
モニア含有水は、アンモニアを窒素として10〜500
0mg/リットルの範囲で含有するものが適当であり、こ
のようなアンモニア含有水としては、発電用ボイラの復
水脱塩装置の再生排水や肥料工場の排水などが挙げられ
る。 【0008】 【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれによってなんら限定されるもの
ではない。 実施例1 図1に示す装置を用い、発電所の復水脱塩装置からの再
生排水(コンデミ排水)を原水としてアンモニアの除去
を行った。原水は、1リットル中にアンモニア性窒素を
1000mg、鉄及び銅を各1mg含有していた。原水タン
ク1の中で、水酸化ナトリウム水溶液を加えることによ
りpHを11に調整した。この原水をポンプ2により下向
流式ろ過器に送り、生成した水酸化鉄及び水酸化銅をろ
別し、ろ過した排水をpH調整槽4に溜めた。ここで排水
に硫酸を加えてpHを6.5に調整したのち、アンモニア
と当量の亜硝酸ナトリウム、すなわち排水1リットル当
たり4.93gの亜硝酸ナトリウムを添加して均一に混
合した。この排水をポンプ5により熱交換器6を通し、
ヒーター7で160℃に加熱して金属担持触媒充填塔8
に送った。使用した触媒は、0.5重量%白金/チタニ
ア球1.5mmであり、反応温度は160℃、空間速度3h
r-1、圧力9kg/cm2Absであった。処理水のpHは10
〜11となった。2000BV通液後も処理水中のアン
モニア性窒素の含有量は1mg/リットル以下であり、安
定した処理水質が得られた。 比較例1 図2に示す装置を用い、実施例1で使用したものと同じ
発電所のコンデミ排水を原水としてアンモニアの除去を
行った。原水をアルカリ性にし、ろ過することによる鉄
及び銅の除去を行わず、原水に水酸化ナトリウム水溶液
を加えてpH6.5まで調整し、さらに亜硝酸ナトリウム
を1リットル当たり4.93g添加して均一に混合し、
以後実施例1と全く同じ操作を繰り返してアンモニアの
接触分解反応を行った。処理水のpHは10〜11となっ
た。1500BV通液までは処理水中のアンモニア性窒
素の含有量は1mg/リットル以下であったが、通液量が
1500BVを超えると処理水中のアンモニア性窒素の
含有量は1mg/リットルを超え、原水をアルカリ性にし
て鉄及び銅を除去した場合に比べ、安定した処理水質が
得られる期間が短かった。 【0009】 【発明の効果】原水中に含まれる金属類をあらかじめ除
去することにより、金属類の触媒表面への析出による触
媒性能の低下を防止できる。したがって、触媒性能の安
定性を大幅に改善し、経済的に金属とアンモニアを含む
排水の処理を行うことができる。
【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。 【図2】図2は、従来の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 原水タンク 2 ポンプ 3 ろ過器 4 pH調整槽 5 ポンプ 6 熱交換器 7 ヒーター 8 金属担持触媒充填塔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 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 昭59−115786(JP,A) 特開 平4−267994(JP,A) 特開 平4−293553(JP,A) 特開 平4−190882(JP,A) 特開 昭50−4860(JP,A) 特開 昭63−97300(JP,A) 特開 昭60−102944(JP,A) 特公 昭49−11810(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 1/72 ZAB C02F 1/58 ZAB C02F 1/62 ZAB

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】金属とアンモニアを含む排水を処理する方
    法において、原水のpHを8〜12に調整し、生成する金
    属水酸化物を分離したのち、亜硝酸塩を排水中に含まれ
    るアンモニア性窒素1モルに対して、0.5〜2モルの
    割合で添加し、さらに酸を添加したのち、100〜30
    0℃の加熱条件下で金属担持触媒充填塔に通水してアン
    モニアと亜硝酸塩の反応で窒素ガスに分解することを特
    徴とする排水の処理方法。
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