JP4596970B2

JP4596970B2 - 窒素除去システム

Info

Publication number: JP4596970B2
Application number: JP2005141412A
Authority: JP
Inventors: 基樹河内; 直樹広
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2025-05-13
Also published as: JP2006314948A

Description

この発明は、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素、またはアンモニア性窒素などの窒素成分を含む被処理水から当該窒素成分を除去するための窒素除去システムに関する。

被処理水を電気分解することにより、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素、アンモニアなどを酸化または還元分解して窒素ガスにし、除去するというシステムが知られている。この種の電解式窒素除去システムにおいては、電気分解に伴い発生する排ガスが、かなりの臭気（主成分はクロラミン）を有するため、排ガスをそのまま放出することはできず、スクラバによる排ガス処理が行われているという現状である。
特開２００４−３４４８２０号公報

ところで、スクラバは、水（液体）と気体とを接触させ、水に気体（臭気成分）を溶け込ませて脱臭を行う装置であり、吸収液としての水を供給する構成が必要不可欠である。従来は、スクラバの吸収液に、上水や井戸水または苛性ソーダや硫酸の希釈溶液などが用いられており、別途これらの水を準備しなければならず、また、これらの水が余分に必要である等の課題があった。

この発明は、かかる背景のもとになされたもので、スクラバを含む窒素除去システムにおいて、スクラバへ供給する水を別途用意する必要のない構成にし、排ガス処理が良好に行えるシステムを提供することを主たる目的とする。
またこの発明は、電解式の窒素除去システムにおいて、窒素の除去効率が向上し、かつ排ガス処理を良好に行えるシステムを提供することを他の目的とする。

請求項１記載の発明は、電気分解を利用した電気化学的手法によって被処理水中の窒素成分を除去するための電解式窒素除去装置と、前記電解式窒素除去装置が電気分解を行うことに伴って発生する排ガスを処理するためのスクラバと、を含む窒素除去システムにおいて、前記スクラバに用いる吸収液として、窒素成分を除去すべき被処理水を用いるものであり、被処理水を一旦貯留するための被処理水タンクと、バッチ式による処理を行うための電解式窒素除去装置と、前記被処理水タンクの被処理水を電解式窒素除去装置に供給するための被処理水供給配管と、前記被処理水タンクの被処理水をスクラバに供給するためのスクラバ配管と、前記被処理水供給配管およびスクラバ配管に対して所定の態様で備えられ、電解式窒素除去装置への給水およびスクラバへの給水に用いられる１つの共用ポンプとを含むことを特徴とする、窒素除去システムである。

請求項２記載の発明は、前記スクラバに、被処理水以外の所定の水を吸収液として供給するための第２のスクラバ配管と、前記被処理水のｐＨを測定するためのｐＨセンサと、前記ｐＨセンサの測定値に応じて、前記被処理水をスクラバに供給するか、前記被処理水以外の所定の水をスクラバに供給するかを切り換えるための切り換え手段とを含むことを特徴とする、請求項１記載の窒素除去システムである。

請求項３記載の発明は、前記被処理水のｐＨを測定するためのｐＨセンサと、前記ｐＨセンサの測定値に応じて、被処理水タンクへｐＨ調整剤を注入する手段と、を含むことを特徴とする、請求項１記載の窒素除去システムである。
請求項４記載の発明は、前記ｐＨセンサは、被処理水タンクから汲み出される被処理水のｐＨを測定できるように、前記配管中の所定の位置に挿入されていることを特徴とする、請求項２または３記載の窒素除去システムである。

請求項５記載の発明は、窒素成分を除去すべき被処理水を一旦貯留するための被処理水タンクと、バッチ式の電解窒素除去装置と、前記電解窒素除去装置が電気分解を行うことに伴い発生する排ガスを処理するためのスクラバと、前記被処理水タンクの被処理水を前記電解窒素除去装置へ与えるための第１配管と、前記第１配管の途中から分岐され、被処理水を吸収液として前記スクラバへ与えるための第２配管と、前記スクラバで吸収液として使用された後の被処理水を被処理水タンクへ戻すための第３配管と、被処理水以外の水を吸収液として前記スクラバへ与えるために設けられた第４配管と、前記第１配管の分岐よりも上流側に挿入され、第１配管を流れる被処理水のｐＨを測定するためのｐＨセンサと、前記ｐＨセンサの測定値に基づき、前記第２配管を閉じるか、第４配管を閉じるかを切り換える制御手段と、を含むことを特徴とする、窒素除去システムである。

請求項６記載の発明は、前記第１配管の分岐よりも上流側に配置され、第１配管および第２配管を通じて、前記電解窒素除去装置およびスクラバへ被処理水タンク内の被処理水を送り出すための１つのポンプを含むことを特徴とする、請求項５記載の窒素除去システムである。
請求項７記載の発明は、窒素成分を除去すべき被処理水を一旦貯留するための被処理水タンクと、バッチ式の電解窒素除去装置と、前記電解窒素除去装置が電気分解を行うことに伴い発生する排ガスを処理するためのスクラバと、前記被処理水タンクの被処理水を前記電解窒素除去装置へ与えるための第１配管と、前記第１配管の途中から分岐され、被処理水を吸収液として前記スクラバへ与えるための第２配管と、前記スクラバで吸収液として使用された後の被処理水を被処理水タンクへ戻すための第３配管と、前記被処理水タンクに対しｐＨ調整薬剤を供給するｐＨ調整薬剤投入手段と、前記第１配管の分岐よりも上流側に挿入され、第１配管を流れる被処理水のｐＨを測定するためのｐＨセンサと、前記ｐＨセンサの測定値に基づき、前記ｐＨ調整薬剤投入手段による被処理水タンクへの薬剤投入量を制御する手段と、を含むことを特徴とする窒素除去システムである。

請求項８記載の発明は、前記第１配管の分岐よりも上流側に配置され、第１配管および第２配管を通じて、前記電解窒素除去装置およびスクラバへ被処理水タンク内の被処理水を送り出すための１つのポンプとを含むことを特徴とする、請求項７記載の窒素除去システムである。

請求項１記載の発明によれば、スクラバの吸収液として窒素成分を除去すべき被処理水を用いるので、上水、井戸水、所定の希釈溶液などの吸収液を別途供給する必要がなく、システム構成の簡素化が図れ、排ガス処理を行うことができる。
また、吸収液に被処理水を用いた場合、排ガス中の臭いの成分の１つである次亜塩素酸（ミスト状）を被処理水が吸収することになるので、被処理水中の次亜塩素酸の濃度が上がる。そして、次亜塩素酸を吸収した後の被処理水を電解式窒素除去装置に供給した場合、窒素の除去効率が向上する。

より具体的に説明すると、電解式窒素除去装置では、カソードで硝酸・亜硝酸イオンをアンモニアに還元し、アノードでは、生成する次亜塩素酸とアンモニアを反応させて窒素を除去する、という化学反応が生じる。このように、次亜塩素酸は、窒素の除去に必要不可欠な物質である。その次亜塩素酸を、電解式窒素除去装置に与える前に、被処理水中に溶け込ませるわけであるから、窒素除去装置において窒素除去のための化学反応がより効率良く進行する。そして、場合によっては、事前に次亜塩素酸が吸収された被処理水を用いる場合、電気分解により発生させる次亜塩素酸量を少なくすることができるので、電気分解の時間や電気分解に要する電力を抑えることができる。

つまり、電解式窒素除去装置において電気分解が行われると、電気分解により発生した次亜塩素酸の一部は、窒素除去の反応に寄与せず、ミスト状になって系外に排出されてしまうが、スクラバにおいて、被処理水を吸収液とすることによって、この系外に排出されていたミスト状の次亜塩素酸を被処理水に溶け込ませ、次の電気分解時に有効に再利用できるという作用効果を奏する。

また、電解式窒素除去装置に給水するポンプと、スクラバに給水するポンプとを共用化できるので、システムのコストをより低減することができる。つまり、電解式窒素除去装置は、バッチ式により処理を行うため、この装置に給水する間は電解は行われず、排ガスが発生しないため、スクラバへの給水は不要である。逆に、排ガスが発生する場合は、電気分解が行われている間であり、この間は、電解式窒素除去装置への被処理水の供給は不要である。よって、ポンプは、電解式窒素除去装置へ被処理水を供給するか、スクラバへ被処理水を供給するかを、択一的に選べばよく、ポンプの共用が可能である。

請求項２の発明では、被処理水のｐＨが臭気成分の吸収に適さない場合、たとえば被処理水が酸性に傾倒している場合などは、被処理水をスクラバの吸収液として用いない。この場合は、吸収液を、被処理水以外の所定の水に切り換えることができる。これにより、被処理水のｐＨが変動しても、スクラバにおける臭気の吸収効率が低下するのを抑えることができる。

請求項３の発明によれば、ｐＨ調整薬剤により、被処理水のｐＨを適切に制御できる。よって、被処理水による臭気の吸収効率は低下しないので、被処理水を吸収液として常に使用することができる。
請求項４の発明によれば、被処理水タンクから汲み出される被処理水のｐＨを測定するので、被処理水タンク内に撹拌手段を設けなくても、汲み出されて使用される被処理水のｐＨを正確に測定でき、その測定結果に基づいて、吸収液の切り換えや、ｐＨ調整剤の注入を正しく制御することができる。

請求項５の発明では、ｐＨセンサの測定値に基づき、第２配管を閉じるか、第４配管を閉じるかの切り換えを行うことにより、スクラバの吸収液として被処理水を使うか、被処理水以外の水を使うかを簡単に切り換えることができる。
請求項６の発明も、請求項１の発明と同様、被処理水を送り出すためのポンプを１つのポンプで実現でき、システム構成の簡易化が図れる。

請求項７の発明によれば、ｐＨセンサの測定値に基づき、被処理水タンクへのｐＨ調整薬剤投入量を制御して、被処理水を常にスクラバの吸収液として用いることのできるシステムを実現できる。
請求項８の発明によれば、請求項１、６記載の発明と同様、システム中のポンプは１つの共用ポンプでよく、システム全体の構成の簡素化が図れる。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明をする。
図１は、この発明の一実施形態に係る窒素除去システムの構成例を示すブロック図である。この実施形態に係る窒素除去システムには、窒素成分を除去すべき被処理水を一旦貯留するための被処理水タンク１と、バッチ式による処理を行うための電解式窒素除去装置２と、電解式窒素除去装置２で発生する排ガスを処理するためのスクラバ３とが備えられている。図１において、これら被処理水タンク１、電解式窒素除去装置２およびスクラバ３間を接続する線のうち、細線は水（液体）の流れを示し、太線は排ガス（気体）の流れを示している。

被処理水タンク１には、前段から被処理水が供給され、供給される被処理水は一旦このタンク１に溜められる。被処理水タンクと電解式窒素除去装置２との間は第１配管４で接続されており、第１配管４には、被処理水タンク１から電解式窒素除去装置２側へ向かって、ポンプ５、ｐＨセンサ６、および、バルブＶ１が備えられている。ｐＨセンサ６とバルブＶ１との間に位置する第１配管４からは、第２配管７が分岐され、第２配管７はスクラバ３に連通されている。第２配管７にはバルブＶ２が挿入されている。

スクラバ３には、排ガスを吸収した吸収液を回収するための第３配管８の一端が接続されており、第３配管８の他端は被処理水タンク１に接続されている。第３配管８にはバルブＶ６が挿入されている。さらに、スクラバ３に対して上水、井戸水などを供給するための第４配管９が設けられている。第４配管９は、バルブＶ４を有し、その先端は第２配管７の先端と合流して、スクラバ３につながっている。また、第３配管８におけるバルブＶ６よりも上流側が分岐され、上水、井戸水などを排水するための第５配管１０となっている。第５配管１０にはバルブＶ５が挿入されている。

さらに、第２配管７の途中であって、バルブＶ２よりも上流側が分岐され、分岐配管１１は被処理水タンク１に接続されている。分岐配管１１にはバルブＶ３が挿入されている。
電解式窒素除去装置２で発生する排ガスは、排気路１２を通ってスクラバ３へ与えられる。排気路１２にはブロア１３が挿入されている。

以上の構成において、バルブＶ１が開、バルブＶ２が閉の状態で、ポンプ５が駆動されると、被処理水タンク１に貯留されている被処理水が第１配管４を通って電解式窒素除去装置２に供給される。電解式窒素除去装置は、バッチ式で処理を行うため、一定量の被処理水が電解式窒素除去装置２へ供給されると、ポンプ５の運転が停止され、バルブＶ１が閉じられる。そして電解式窒素除去装置２において、窒素除去のための電気分解が開始される。電気分解の開始により、排ガスが発生するが、この排ガスはブロア１３が動作されることにより、排気路１２を通ってスクラバ３へ与えられる。

一方、電気分解中は、バルブＶ１が閉じられ、バルブＶ２が開かれ、バルブＶ３が閉じられ、バルブＶ４が閉じられ、バルブＶ５が閉じられ、バルブＶ６が開かれた状態で、ポンプ５が駆動される。これにより、被処理水タンク１に貯留された被処理水は第１配管４、第２配管７を通ってスクラバ３へ吸収液として供給され、スクラバで臭気成分を吸収した被処理水は、第３配管８を通って、自重により被処理水タンク１へ返送される。

このように、ポンプ５は、電解式窒素除去装置２またはスクラバ３へ被処理水を択一的に供給すればよいので、電解式窒素除去装置２へ被処理水を供給するためのポンプと、スクラバ３へ被処理水を供給するためのポンプとを、単一のポンプ５によって実現することができる。
ところで、第１配管４に挿入されたｐＨセンサ６が、通過する被処理水のｐＨを測定し、被処理水のｐＨが臭気の吸収に適さない値になった場合は、バルブが次のように切り換えられる。

すなわち、バルブＶ１が閉じられ、バルブＶ２が閉じられ、バルブＶ３が開かれ、バルブＶ４が開かれ、バルブＶ５が開かれ、バルブＶ６が閉じられて、上水や井戸水などの、被処理水ではない水が吸収液としてスクラバ３に供給されて、排ガス処理に供される。
この際、バルブＶ３が配置された分岐配管１１を備えているので、上水、井戸水などを吸収液として供給中も、被処理水タンク１に貯留された被処理水を常時、第１配管４、第２配管７および分岐配管１１を通して循環させることができ、被処理水タンク１中の被処理水のｐＨを正確に測定し続けることができる。

そして、被処理水タンク１に貯留された被処理水のｐＨが、臭気の吸収に適切な範囲に戻ったときには、上水または井戸水の供給を停止し、バルブを元の開閉状態に戻し、被処理水をスクラバ３に与え、吸収液として使用する。
図２は、この発明の他の実施形態に係る窒素除去システムの構成例を示すブロック図である。

図２に示すシステムの特徴は、図１に示すシステムと比較して、上水や井戸水などの導入用配管が設けられておらず、代わりに、被処理水タンク１に貯留される被処理水のｐＨを調整するための構成が備えられていることである。
すなわち、ｐＨ調整薬剤タンク１５と、ｐＨ調整薬剤を被処理水タンク１へ供給するための薬剤供給路１６と、薬剤供給路１６に挿入されたポンプ１７が備えられている。その他の構成は、図１と同一または相当する部分には、同一の番号が付されている。

図２のシステム構成によれば、被処理水タンク１からポンプ５により汲み出される被処理水のｐＨは、ｐＨセンサ６により測定される。そして被処理水のｐＨが、たとえば低下し、酸性割合が強くなった場合は、ポンプ１７が駆動されて、被処理水にｐＨ調整薬剤、たとえばＮａＯＨが注入される。これにより、被処理水は、臭気の吸収に適切なアルカリ性に調整される。

このようにすることによって、被処理水のｐＨが変動しても、被処理水のｐＨをｐＨ調整薬剤タンク１５から供給されるｐＨ調整薬剤によってアルカリ性に調整する。よって、被処理水をスクラバ３で用いる吸収液として供給し続けることができ、システムの運転を続行することができる。
図３は、図１および図２で説明したスクラバの具体的な構成の一例を示す模式図である。スクラバ３は、ケーシング２１を有し、ケーシング２１の上部に、吸収液導入口２２が備えられている。また、ケーシング２１の下方寄りには排ガス導入口２３が備えられている。排ガス導入口２３からケーシング２１内に導入される排ガスは、ケーシング２１内を上方へ流れる。ケーシング２１内には充填物領域２４が形成されている。充填物領域２４では、たとえばメッシュ状の部材のようなものによって、排ガスの流れがゆっくりと流れるようにされている。

一方、吸収液導入口２２から導入された吸収液は、シャワー部２５によってシャワーとして降り注がれ、充填物領域２４において、排ガスと吸収液とが接触する。そしてその間に、排ガスに含まれている臭気成分が吸収液に吸収される。
充填物領域２４を通過した吸収液は、下方に落下してケーシング２１の底に溜まり、オーバーフローした液は、排水口２６ら排出される。

以上のようにして、スクラバ３において、排ガスに含まれている臭気が、吸収液に吸収される。
図４は、電解式窒素除去装置２の構成例を示す図である。
電解式窒素除去装置２には、電解槽２８と、電解槽２８の外部に設けられた循環路２９とが含まれている。電解槽２８内には電極板３０、３１を含む電極ユニット３２が配置されるとともに、水位検知用の電極３３が備えられている。電極ユニット３２には、電解槽２８の外部に備えられた直流電源３４が接続されている。電解槽２８には、被処理水が導入される第１配管４が接続されている。また、処理後の水が排出される排出口３６が備えられていて、排出口３６には排水バルブ３７が備えられている。

電解槽２８には排気口３８が設けられていて、この排気口３８は、前述した排気路１２につながっている。循環路２９には、循環バルブ３９、および循環ポンプ４０が備えられている。なお、循環路２９内に、ｐＨセンサを設けてもよい。
さらに、電解式窒素除去装置２には、制御回路４１が備えられている。制御回路４１は、水位検知電極３３の信号に基づき、バルブＶ１の開閉制御、排水バルブ３８の開閉制御、を行う。また、制御回路４１は直流電源３４を制御する。さらに、制御回路４１は循環バルブ３９の開閉および循環ポンプ４０の駆動を制御する。

バルブＶ１が開かれることにより、電解槽２８内に被処理水が導入され、所定水位に達した時点で、バルブＶ１が閉じられて、給水が停止される。
その後、直流電源３４が駆動されて、電解槽２８内で電気分解が開始される。このとき、同時に、循環バルブ３９が開かれ、循環ポンプ４０が駆動されて、電解槽２８内の被処理水が循環路２９を通って循環され、撹拌される。その際、循環路２９中にｐＨセンサを設けておき、ｐＨセンサの測定値に基づき、処理の進捗状況を検知できるような構成としてもよい。

この実施形態では、所定時間の電気分解が終了することにより、電気分解を終えて、排水バルブ３７が開かれ、処理水が排水される。
排水が終了すれば、電解槽２８へ再び被処理水を供給して、電気分解処理を行うというサイクルが繰り返される。
なお、図４に示す電解式窒素除去装置２の構成は一例にすぎず、この発明に係る電解式窒素除去装置２は、図４の構成に限定されるものではない。

この発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

この発明の一実施形態に係る窒素除去システムの構成例を示すブロック図である。この発明の他の実施形態に係る窒素除去システムの構成例を示すブロック図である。スクラバの具体的な構成の一例を示す模式図である。電解式窒素除去装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１被処理水タンク
２電解式窒素除去装置
３スクラバ
４第１配管
５ポンプ
６ｐＨセンサ
７第２配管
８第３配管
１２排気路
１３ブロア
１５ｐＨ調整薬剤タンク
１６薬剤供給路
１７ポンプ
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６バルブ

Claims

電気分解を利用した電気化学的手法によって被処理水中の窒素成分を除去するための電解式窒素除去装置と、
前記電解式窒素除去装置が電気分解を行うことに伴って発生する排ガスを処理するためのスクラバと、を含む窒素除去システムにおいて、
前記スクラバに用いる吸収液として、窒素成分を除去すべき被処理水を用いるものであり、
被処理水を一旦貯留するための被処理水タンクと、
バッチ式による処理を行うための電解式窒素除去装置と、
前記被処理水タンクの被処理水を電解式窒素除去装置に供給するための被処理水供給配管と、
前記被処理水タンクの被処理水をスクラバに供給するためのスクラバ配管と、
前記被処理水供給配管およびスクラバ配管に対して所定の態様で備えられ、電解式窒素除去装置への給水およびスクラバへの給水に用いられる１つの共用ポンプとを含むことを特徴とする、窒素除去システム。
前記スクラバに、被処理水以外の所定の水を吸収液として供給するための第２のスクラバ配管と、
前記被処理水のｐＨを測定するためのｐＨセンサと、
前記ｐＨセンサの測定値に応じて、前記被処理水をスクラバに供給するか、前記被処理水以外の所定の水をスクラバに供給するかを切り換えるための切り換え手段とを含むことを特徴とする、請求項１記載の窒素除去システム。
前記被処理水のｐＨを測定するためのｐＨセンサと、
前記ｐＨセンサの測定値に応じて、被処理水タンクへｐＨ調整剤を注入する手段と、
を含むことを特徴とする、請求項１記載の窒素除去システム。
前記ｐＨセンサは、被処理水タンクから汲み出される被処理水のｐＨを測定できるように、前記配管中の所定の位置に挿入されていることを特徴とする、請求項２または３記載の窒素除去システム。
窒素成分を除去すべき被処理水を一旦貯留するための被処理水タンクと、
バッチ式の電解窒素除去装置と、
前記電解窒素除去装置が電気分解を行うことに伴い発生する排ガスを処理するためのスクラバと、
前記被処理水タンクの被処理水を前記電解窒素除去装置へ与えるための第１配管と、
前記第１配管の途中から分岐され、被処理水を吸収液として前記スクラバへ与えるための第２配管と、
前記スクラバで吸収液として使用された後の被処理水を被処理水タンクへ戻すための第３配管と、
被処理水以外の水を吸収液として前記スクラバへ与えるために設けられた第４配管と、
前記第１配管の分岐よりも上流側に挿入され、第１配管を流れる被処理水のｐＨを測定するためのｐＨセンサと、
前記ｐＨセンサの測定値に基づき、前記第２配管を閉じるか、第４配管を閉じるかを切り換える制御手段と、
を含むことを特徴とする、窒素除去システム。
前記第１配管の分岐よりも上流側に配置され、第１配管および第２配管を通じて、前記電解窒素除去装置およびスクラバへ被処理水タンク内の被処理水を送り出すための１つのポンプを含むことを特徴とする、請求項５記載の窒素除去システム。
窒素成分を除去すべき被処理水を一旦貯留するための被処理水タンクと、
バッチ式の電解窒素除去装置と、
前記電解窒素除去装置が電気分解を行うことに伴い発生する排ガスを処理するためのスクラバと、
前記被処理水タンクの被処理水を前記電解窒素除去装置へ与えるための第１配管と、
前記第１配管の途中から分岐され、被処理水を吸収液として前記スクラバへ与えるための第２配管と、
前記スクラバで吸収液として使用された後の被処理水を被処理水タンクへ戻すための第３配管と、
前記被処理水タンクに対しｐＨ調整薬剤を供給するｐＨ調整薬剤投入手段と、
前記第１配管の分岐よりも上流側に挿入され、第１配管を流れる被処理水のｐＨを測定するためのｐＨセンサと、
前記ｐＨセンサの測定値に基づき、前記ｐＨ調整薬剤投入手段による被処理水タンクへの薬剤投入量を制御する手段と、
を含むことを特徴とする窒素除去システム。
前記第１配管の分岐よりも上流側に配置され、第１配管および第２配管を通じて、前記電解窒素除去装置およびスクラバへ被処理水タンク内の被処理水を送り出すための１つのポンプとを含むことを特徴とする、請求項７記載の窒素除去システム。