JP4071323B2 - アンモニア含有廃水の処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アンモニア含有廃水中のアンモニアを除去する処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラ廃水，下水処理廃水，し尿処理廃水などのアンモニア含有廃水中のアンモニアを除去する方法として、蒸気ストリッピング法が知られている。
この方法は、アンモニア含有廃水を水蒸気ストリッピング塔からの処理廃水と熱交換して加熱したのち、該塔に導入し、該塔下部から水蒸気を吹き込むかあるいは塔底の再沸器を水蒸気で加熱することにより廃水中のアンモニアを気相に放散させるもので、蒸気中に放散されたアンモニアは空気などの酸素含有ガスとともに気相反応器に送られ、ここで酸化分解されて窒素と水になって大気中に放出されるようになっている。
【０００３】
しかしながら、この処理方法では蒸気を大量に消費するため熱エネルギーコストが嵩む欠点がある。
このため、系内での熱エネルギーの効率的な回収が必須とされるようになった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明の課題は、アンモニア含有廃水中のアンモニアを蒸気ストリッピング法によって除去する際に、熱エネルギーの回収が効率的に行われ、エネルギー効率の高い処理方法を得ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる課題は、蒸気ストリッピング塔から導出されたアンモニア含有蒸気を加圧して酸素含有気体とともに気相反応器に送るか、気相反応器を出てから加圧し、酸化分解した生成ガスを用いて、蒸気ストリッピング塔の処理還流液を加熱し、かつ前記気相反応器に導入される気体中の水蒸気の割合が９３ｖｏｌ％以上、混合される酸素含有気体中の酸素量がアンモニア酸化反応に必要な理論量の１〜１０倍とする方法によって解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明では、蒸気ストリッピング塔塔頂から導出されるアンモニア含有蒸気中の水蒸気の保有する潜熱を、該ストリッピング塔塔底の再沸器の加熱熱源として利用する。本発明は、蒸気ストリッピング塔塔頂蒸気中のアンモニアを分解し、かつ塔頂蒸気中の水蒸気の分圧を上昇させることによって、該水蒸気の潜熱をストリッピング塔塔底再沸器の加熱熱源として利用することを可能にするものである。本発明によれば、アンモニアの分解反応の際に生成する水分の潜熱も合わせて再沸器の加熱源に利用される。アンモニアの気相分解の工程と水蒸気分圧の昇圧の工程とは、相互の先行、後行を問わない。
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の処理方法を実施するに好適な処理装置の一例を示すものである。アンモニア含有廃水は、まず管１から第１熱交換器２に送られ、ここで８０〜９５℃に加熱されて、蒸気ストリッピング塔３の上段に導入される。蒸気ストリッピング塔３は、棚段塔，充填塔あるいは単段の蒸発缶であって、塔底では第２熱交換器（再沸器）９によって加熱され、液の蒸発が起きる仕組となっている。塔底には蒸気を吹き出す吹出部４が設けられ、この吹出部４には管５を介して図示しないボイラからの水蒸気が送り込まれ、吹出部４から塔３の上方に向けて吹き出るようになっている。再沸器による塔底液の蒸発のみでは、アンモニアのストリッピングが十分でない場合には外部からのスチームが吹き込まれる。蒸気ストリッピング塔の圧力は、減圧でも常圧でも、加圧でもよい。
【０００７】
この蒸気ストリッピング塔３では、流下する廃水と上昇する水蒸気とが、向流気液接触することにより、廃水中のアンモニアが水蒸気中に放散され、アンモニア濃度が低下した処理廃水が塔底から管６に排出される。この管６を流れる温度１００〜１１０℃の処理廃水は、二分され、その一部は管７から再沸器９に流れ、蒸発が起って気液混相流となって蒸気ストリッピング塔３に循環する。その残部は管１０から上記第１熱交換器２に送られ、管１から流入するアンモニア含有廃水を加熱する。
【０００８】
蒸気ストリッピング塔３の塔頂からは、アンモニア濃度２００〜１５０００ｐｐｍ、好ましくは５００〜１２０００ｐｐｍのアンモニアを含む水蒸気が管１１に導出され、圧縮器１２に送られて、水蒸気を後段の熱交換器で凝縮させるに足る圧力分、通常０．１〜３ｋｇ／ｃｍ²、好ましくは０．３〜１．５ｋｇ／ｃｍ²昇圧させ、これに、ブロア１４で加圧された酸素，富化酸素，空気などの酸素含有気体が管１５を介して混合される。この混合気体はアンモニアの酸化反応が開始する温度より低い温度の場合には、予熱器１３に送られ、ここで２００〜３００℃に加熱される。この混合気体は、ついで管１６から気相反応器１７に導入される。
気相反応器１７は、その内部にアンモニア酸化触媒が充填されたものであり、この触媒により、アンモニア含有蒸気中のアンモニアが酸化分解されて、窒素ガスと水とに分解される。気相反応器１７での反応条件は、入口温度１００〜４５０℃、好ましくは１２０〜３５０℃で、ＧＨＳＶ１０００〜５００００ｌ／ｈｒである。
【０００９】
ここでのアンモニア酸化触媒としては、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｖ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏより選ばれた少なくとも１種の金属元素を、チタニア，ジルコニア，アルミナ，シリカ，活性炭およびこれらの複合体の少なくとも１種の担体に担持もしくは含有したものが用いられる。
アンモニア含有蒸気に混合される酸素含有気体の量は、アンモニア酸化反応に必要な理論量に対して若干過剰に供給されるが、水蒸気の潜熱の利用率で高めるためには過剰率は低いほど好ましい。通常、理論量の１．０〜１０倍の酸素量となるように定められる。酸素量がこれ以上に過剰になると後述する熱交換の際に回収される熱量が低下する。
【００１０】
気相反応器１７で酸化分解して生成したガスは、反応ガスの予熱が必要な場合には管１８から上記予熱器１３に送られ、ここで、アンモニア含有蒸気と酸素含有気体との混合気体を加熱したのち、上記第２熱交換器（再沸器）９に送られ、ここで上述の蒸気ストリッピング塔３の底部から還流される廃水の一部と熱交換し、この廃水を加熱し、自からは冷却され、含まれる水蒸気の大部分は凝縮水となる。次いで冷却器２０に送られ、ここで１００℃以下に冷却され、その一部が凝縮したのち、管２１から気液分離器２２に送られる。気液分離器２２において、分離された窒素ガスなどの放出ガスは管２３から系外に放出され、凝縮水は、ポンプ２４で加圧され、管２５を通り蒸気ストリッピング塔３の塔底からの処理廃水と合流して第１熱交換器２に流入し、アンモニア含有廃水を加熱する。
【００１１】
このようなアンモニア含有廃水の処理方法にあっては、蒸気ストリッピング塔３から導出されるアンモニア含有蒸気を圧縮器１２で昇圧し、予熱器１３で加熱して気相反応器１７に送るようにしているので、アンモニアの気相酸化反応を効率よく完全に行うことができる。また、気相反応器１７からの分解生成ガスの温度，圧力も水蒸気が凝縮し得るものとなるので、第１および第２熱交換器２，９および予熱器１３における熱交換効率が高められ、分解生成ガスが有する熱を効率よく流入原廃水や還流廃水等に与えることができ、蒸気ストリッピング塔３に吹き込む蒸気の温度，圧力あるいは流量を低減することが可能となり、エネルギーコストを軽減できる。
【００１２】
また、図１中で破線で示すように気相反応器１７の途中にアンモニア含有蒸気を導入して気相反応に供することもできる。
【００１３】
（実施例１）
図１に示した処理装置を使用し、アンモニア含有廃水として温度２５℃、アンモニア濃度１０２０ｗｔ・ｐｐｍの廃水を第１熱交換器２に供給し、ここで９３℃に加熱して、蒸発缶型の蒸気ストリッピング塔３に供給した。蒸気ストリッピング塔３には、温度１５０℃、圧力５００ｋＰａ、重量比で供給廃水１に対し２％の割合の水蒸気を吹き込んだ。該塔３底部からアンモニア濃度８０ｗｔ・ｐｐｍの処理廃水を抜き出し、上部から温度１００℃、アンモニア濃度９０００ｖｏｌ・ｐｐｍ、圧力１０１ｋＰａのアンモニア含有蒸気を導出した。このアンモニア含有蒸気を圧縮器１２で２２０ｋＰａまで加圧し、酸素をアンモニアの酸化に必要な理論量の１．２倍混合して、予熱器１３で２００℃まで加熱して気相反応器１７に送給した。
【００１４】
気相反応器１７には、触媒として３ｗｔ％−Ｒｕ／ＴｉＯ₂を充填した。気相 反応器１７ではアンモニアの９７．８％が除去され、その酸化物分解生成ガスは温度２８５℃、圧力２００ｋＰａ、アンモニア濃度２００ｖｏｌ・ｐｐｍであり、これを予熱器１３に送り、さらに予熱器１３から温度２６０℃、圧力１８５ｋＰａのガスを第２熱交換器９に送り、さらに処理廃水と混合して第１熱交換器２に送ったのち、次工程に送った。
従来の方法では、吹き込みスチームは供給廃水に対し、１５％が必要であり、従って、従来の処理方法に比べて蒸気ストリッピング塔３に供給される水蒸気の熱量を８７％低減できた。
【００１５】
（実施例２）
実施例１において、蒸気ストリッピング塔３の塔頂から導出されるアンモニア含有蒸気に加えられる酸素含有気体として、酸素濃度９３ｖｏｌ％の酸素富化空気を用い、このものの添加量を変化させて、気相反応器１７で分解生成した生成ガスの有する熱エネルギーが第２熱交換器９で回収される割合（回収率）の変化を見た。
結果を表１に示す。表１において水蒸気の割合とは、水蒸気（標準状態換算）／反応器入口ガス（標準状態換算）×１００である。
【００１６】
【表１】

【００１７】
表１より、気体中の水蒸気の割合の低下にしたがって、回収率が低下することがわかり、回収率を５０％以上とするには水蒸気の割合は９３ｖｏｌ％以上とすべきであることがわかる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアンモニア含有廃水の処理方法にあっては、アンモニア含有廃水に含まれるアンモニアを蒸気ストリッピングする際に必要な熱エネルギーを低減でき、エネルギーコストを軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の処理方法を実施するに好適な装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
２ 第１熱交換器
３ 蒸気ストリッピング塔
９ 第２熱交換器
１２ 圧縮器
１３ 予熱器
１７ 気相反応器

Claims (2)

1. アンモニア含有廃水を蒸気ストリッピング塔に供給し、廃水中のアンモニアを蒸気によって放散せしめ、蒸気ストリッピング塔から導出されたアンモニア含有蒸気を加圧したのち、酸素含有気体とともに気相反応器に送り、ここでアンモニアを酸化分解し、生成した分解ガスを上記蒸気ストリッピング塔の加熱熱源とし、前記気相反応器に導入される気体中の水蒸気の割合が９３ｖｏｌ％以上、混合される酸素含有気体中の酸素量がアンモニア酸化反応に必要な理論量の１〜１０倍であることを特徴とするアンモニア含有廃水の処理方法。
2. アンモニア含有廃水を蒸気ストリッピング塔に供給し、廃水中のアンモニアを蒸気によって放散せしめ、蒸気ストリッピング塔から導出されたアンモニア含有蒸気を酸素含有気体とともに気相反応器に送り、ここでアンモニアを酸化分解し、生成した分解ガスを加圧して前記蒸気ストリッピング塔の加熱熱源とし、前記気相反応器に導入される気体中の水蒸気の割合が９３ｖｏｌ％以上、混合される酸素含有気体中の酸素量がアンモニア酸化反応に必要な理論量の１〜１０倍であることを特徴とするアンモニア含有廃水の処理方法。

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