JP5130618B2 - 炭酸及びアンモニア含有排水の処理方法及び処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、化学品製造プロセス排水等の、炭酸成分とアンモニア成分とを含む排水から、腐食への影響が大きい炭酸成分のみを選択的に除去して水を回収し、回収水中に残留するアンモニア成分を有効に再利用するための炭酸及びアンモニア含有排水の処理方法及び処理装置に関する。

従来、水中の炭酸成分とアンモニア成分とを除去するための一般的な方法として、Ｈ型カチオン交換樹脂でまずＮＨ_４ ^＋を除去し、その後脱気によりＣＯ_２を除去し、次いで、ＯＨ型アニオン交換樹脂でＨＣＯ_３ ⁻を除去する方法がある。しかし、このようにイオン交換樹脂を用いる方法では、イオン交換樹脂の再生、更には再生廃液の処理の問題がある。

特開平１０−３１４７３５号公報には、炭酸ガスとアンモニアを含む排水を酸性条件下で脱気処理して脱炭酸した後、アルカリ性条件下で脱気処理してアンモニアを除去し、次いで、多段に設けた逆浸透（ＲＯ）膜分離装置で脱イオン処理する方法が記載されている。この方法はイオン交換樹脂を用いるものではないが、脱炭酸のための脱気装置と、多段に設けたＲＯ膜分離装置と、脱炭酸の前後での２回のｐＨ調整が必要であり、装置設備、処理操作等が煩雑である。
特開平１０−３１４７３５号公報

本発明は、過大な設備や煩雑な装置を必要とすることなく、炭酸及びアンモニア含有排水を処理して有効に再利用可能な処理水を回収する炭酸及びアンモニア含有排水の処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の炭酸及びアンモニア含有排水の処理方法は、炭酸成分含有量が１０ｍｇ／Ｌ以上でアンモニア成分含有量が１０ｍｇ／Ｌ以上の炭酸及びアンモニア含有排水を処理して、炭酸成分含有量５ｍｇ／Ｌ以下でアンモニア含有量が６ｍｇ／Ｌ以上の処理水を得る方法であって、該排水をｐＨ９以上の条件で逆浸透膜分離処理する第１の逆浸透膜分離工程と、該第１の逆浸透膜分離工程のｐＨ１０以上の透過水をｐＨ調整することなく逆浸透膜分離処理する第２の逆浸透膜分離工程とを備えることを特徴とする。

請求項２の炭酸及びアンモニア含有排水の処理方法は、請求項１において、得られた処理水を腐食対策が施されていない、ボイラ用水系、又は冷却水系で再利用することを特徴とする。

本発明（請求項３）の炭酸及びアンモニア含有排水の処理装置は、炭酸成分含有量が１０ｍｇ／Ｌ以上でアンモニア成分含有量が１０ｍｇ／Ｌ以上の炭酸及びアンモニア含有排水を処理して、炭酸成分含有量５ｍｇ／Ｌ以下でアンモニア含有量が６ｍｇ／Ｌ以上の処理水を得る装置であって、該排水に必要に応じてｐＨ調整剤を添加してｐＨ９以上に調整するｐＨ調整手段と、該ｐＨ調整手段からの水を逆浸透膜分離処理する第１の逆浸透膜分離手段と、該第１の逆浸透膜分離手段のｐＨ１０以上の透過水をｐＨ調整することなく逆浸透膜分離処理する第２の逆浸透膜分離手段とを備えることを特徴とする。

請求項４の炭酸及びアンモニア含有排水の処理装置は、請求項３において、得られた処理水を腐食対策が施されていない、ボイラ用水系、又は冷却水系に送給する手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、炭酸及びアンモニア含有排水を必要に応じてｐＨ調整した後２段ＲＯ膜分離処理するという簡易な操作及び装置により、炭酸成分とアンモニア成分とを含む排水から、腐食への影響が大きい炭酸成分のみを除去して水を回収し、回収水中に残留するアンモニア成分を有効に再利用することができる。

本発明は、炭酸及びアンモニア含有排水をｐＨ９以上で第１のＲＯ膜分離処理を行うことにより、この高ｐＨ条件下でイオン化した炭酸成分をＨＣＯ_３ ⁻又はＣＯ_３ ^２−として効率的に除去する。しかして、第１のＲＯ膜分離処理により炭酸成分を除去した後の水（第１のＲＯ膜分離処理の透過水）は、炭酸成分が除去されることにより更に高ｐＨ化した水であり、このため水中の炭酸成分は更にイオン化されてＣＯ_３ ^２−となり、第２のＲＯ膜分離処理によりこれを高度に除去することができる。

一方、このような高ｐＨ条件下では、アンモニア成分の殆どはイオン化せずＮＨ_３として存在するためＲＯ膜分離処理では除去されずに残留する。

なお、炭酸成分とアンモニア成分のｐＨ変化によるイオン存在比は図２（ａ），（ｂ）に示す通りである。

従来においては、炭酸及びアンモニア含有排水から炭酸成分とアンモニア成分との双方を高度に除去するために、装置が過大となったり、操作が煩雑となっていたが、炭酸成分のみを除去することを目的とし、アンモニア成分については積極的に除去することなく、その大部分を残留させる本発明の処理技術であれば、必要に応じて行うｐＨ調整と２段ＲＯ膜分離処理のみで良く、簡易な設備で容易かつ安価に、効率的に目的とする処理水を得ることができる。

本発明においては、炭酸成分含有量が１０ｍｇ／Ｌ以上でアンモニア成分含有量が１０ｍｇ／Ｌ以上の炭酸及びアンモニア含有排水を処理して、炭酸成分含有量５ｍｇ／Ｌ以下でアンモニア含有量が６ｍｇ／Ｌ以上の処理水を得る。

本発明により回収した処理水は、腐食対策が施されていない、ボイラ用水系、又は冷却水系に好適に再利用される（請求項２，４）。

以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の炭酸及びアンモニア含有排水の処理方法及び処理装置の実施の形態を示す系統図である。

図１に示す如く、本発明では、原水（炭酸及びアンモニア含有排水）をタンク１１を経て、ポンプＰにより、第１ＲＯ膜分離装置１２、第２ＲＯ膜分離装置１３に順次通水して２段ＲＯ膜分離処理して、原水中の炭酸成分を選択的に除去する。

本発明において処理する炭酸及びアンモニア含有排水は、一般に炭酸成分１０ｍｇ／Ｌ以上、アンモニア成分１０ｍｇ／Ｌ以上を含む炭酸及びアンモニア含有排水である。

原水のｐＨが９以上であれば、特にｐＨ調整を行うことなく第１ＲＯ膜分離装置１２に導入することができるが、原水のｐＨが９未満である場合には、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、アンモニア、アミン等のアルカリを添加してｐＨ９以上、特に９．５〜１０．５にｐＨ調整する。この調整ｐＨが９未満では、炭酸成分を十分にイオン化させることができず、ＲＯ膜分離装置での炭酸成分の除去効率が悪くなる。ただし、この調整ｐＨが過度に高くても、炭酸成分の除去効率には限界があり、徒にｐＨ調整のためのアルカリ剤使用量が多くなって好ましくない。

このようなｐＨ９以上の原水を第１ＲＯ膜分離装置１２に通水してＲＯ膜分離処理することにより、原水中でイオン化した炭酸成分が除去される。一方、アンモニア成分は、高ｐＨ条件ではイオン化しないため、ＲＯ膜分離処理では除去されにくく、その一部のみが除去され残部は透過水中に残留する。

第１ＲＯ膜分離装置１２の透過水は、原水中の炭酸成分が除去されることにより、原水（ＲＯ給水）よりも更にｐＨが高く、ｐＨ１０以上、例えばｐＨ１０．０〜１１．０の高アルカリ水となるため、この透過水を更に第２ＲＯ膜分離装置１３でＲＯ膜分離処理することにより、更にイオン化された炭酸成分が高度に除去される。

第２ＲＯ膜分離装置１３の透過水は、このように高度に炭酸成分が除去され、アンモニア成分については一部のみが除去され、残部が残留するアンモニア含有水となるが、この水は、腐食に影響する炭酸成分が高度に除去され、一方で、腐食抑制成分として利用し得るアンモニア成分を含むものであるため、これを回収して炭酸成分に起因する腐食対策が施されていない、ボイラ用水系、又は冷却水系に好適に再利用することができる。

このように本発明によれば、原水を必要に応じてｐＨ調整した後、２段ＲＯ膜分離処理するのみで、有効に再利用可能な処理水を得ることができる。

本発明では、このように炭酸成分を選択的に処理することにより、炭酸成分含有量が５ｍｇ／Ｌ以下、特に１ｍｇ／Ｌ以下でアンモニア成分含有量が６ｍｇ／Ｌ以上の処理水を得る。

なお、図１は、本発明の実施の形態の一例を示すものであり、本発明は何ら図示の構成に限定されるものではない。

例えば、原水がｐＨ９未満の場合には、タンク１１又はタンク１１から第１ＲＯ膜分離装置１２へ原水を送給する配管のポンプＰの上流側にｐＨ調整のためのアルカリ添加手段やｐＨ計が設けられる。
また、前処理装置として、原水中の濁質（例えば、各種プロセスからの混入鉄成分など）を除去するための膜式除濁装置等を設けても良い。

また、本発明では高ｐＨ条件の高炭酸成分存在下でＲＯ膜分離処理することから、ＲＯ膜分離装置においてＣａやＭｇ等の硬度成分によるスケール障害が発生する可能性がある。従って、原水中にこれらの硬度成分が含まれる場合には、原水を予め軟化処理することにより、Ｃａ，Ｍｇ共に０．１ｍｇ／Ｌ以下にまで低減しておくことが好ましい。

また、処理系内で大気中の炭酸を取り込むことがないように、タンク１１等は、窒素ガスシールなどして密閉系とすることが好ましい。

なお、第１，第２ＲＯ膜分離装置１２，１３としては、高ｐＨ条件下での処理が可能な耐アルカリ性のポリアミド系のＲＯ膜を用いたものが好ましい。この第１，第２ＲＯ膜分離装置１２，１３の水回収率としては７０〜８０％程度とすることが好ましい。

図１では、第１，第２ＲＯ膜分離装置１２，１３の濃縮水は排水として系外へ排出しているが、水回収率を高めるために、特に第２ＲＯ膜分離装置１３の濃縮水は、タンク１１に戻して循環処理しても良い。即ち、第２ＲＯ膜分離装置１３の濃縮水は、第１ＲＯ膜分離装置１２で予め炭酸成分が除去された透過水から得られたものであり、炭酸成分濃度はさほど高くないため、これを原水と共に循環処理することもできる。この濃縮水の循環処理に当たり、この濃縮水を更にＲＯ膜分離処理してからタンク１１に循環するようにしても良い。

本発明においては、ＲＯ膜分離装置を３段に設け、第２ＲＯ膜分離装置１３の透過水を更に第３ＲＯ膜分離装置で処理することもできるが、一般的には、２段ＲＯ膜分離処理で十分に再利用可能な水質の処理水を得ることができるため、２段目のＲＯ膜分離装置の透過水をそのまま回収して各系統に再利用すればよい。

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

実施例１
図１に示すフローの実験装置で、炭酸及びアンモニア含有排水（原水）の処理を行った。用いた各装置の仕様は次の通りである。
第１ＲＯ膜分離装置１２：ポリアミド膜を装填した２インチ径のＲＯ膜、
運転圧力１．４７ＭＰａ
第２ＲＯ膜分離装置１３：ポリアミド膜を装填した２インチ径のＲＯ膜、
運転圧力１．４７ＭＰａ

原水はタンク１１から６５Ｌ／ｈｒで第１ＲＯ膜分離装置１２に導入し、透過水（第１ＲＯ膜分離透過水）５０Ｌ／ｈｒと濃縮水（第１ＲＯ膜分離濃縮水）１５Ｌ／ｈｒを得た。第１ＲＯ膜分離装置１２の透過水は次いで第２ＲＯ膜分離装置１３に導入して透過水（第２ＲＯ膜分離透過水）４０Ｌ／ｈｒと濃縮水（第２ＲＯ膜分離濃縮水）１０Ｌ／ｈｒを得た。

このような処理において、各部の水の水質は表１に示す通りであり、本発明により、炭酸及びアンモニア含有排水から炭酸成分を高度に除去することができることが確認された。

本発明の炭酸及びアンモニア含有排水の処理方法及び処理装置の実施の形態を示す系統図である。 （ａ）図は炭酸成分のｐＨ変化によるイオン存在比を示すグラフであり、（ｂ）図はアンモニア成分のｐＨ変化によるイオン存在比を示すグラフである。

１１ タンク
１２ 第１ＲＯ膜分離装置
１３ 第２ＲＯ膜分離装置

Claims (4)

1. 炭酸成分含有量が１０ｍｇ／Ｌ以上でアンモニア成分含有量が１０ｍｇ／Ｌ以上の炭酸及びアンモニア含有排水を処理して、炭酸成分含有量５ｍｇ／Ｌ以下でアンモニア含有量が６ｍｇ／Ｌ以上の処理水を得る方法であって、
   該排水をｐＨ９以上の条件で逆浸透膜分離処理する第１の逆浸透膜分離工程と、該第１の逆浸透膜分離工程のｐＨ１０以上の透過水をｐＨ調整することなく逆浸透膜分離処理する第２の逆浸透膜分離工程とを備えることを特徴とする炭酸及びアンモニア含有排水の処理方法。
2. 請求項１において、得られた処理水を腐食対策が施されていない、ボイラ用水系、又は冷却水系で再利用することを特徴とする炭酸及びアンモニア含有排水の処理方法。
3. 炭酸成分含有量が１０ｍｇ／Ｌ以上でアンモニア成分含有量が１０ｍｇ／Ｌ以上の炭酸及びアンモニア含有排水を処理して、炭酸成分含有量５ｍｇ／Ｌ以下でアンモニア含有量が６ｍｇ／Ｌ以上の処理水を得る装置であって、
   該排水に必要に応じてｐＨ調整剤を添加してｐＨ９以上に調整するｐＨ調整手段と、該ｐＨ調整手段からの水を逆浸透膜分離処理する第１の逆浸透膜分離手段と、該第１の逆浸透膜分離手段のｐＨ１０以上の透過水をｐＨ調整することなく逆浸透膜分離処理する第２の逆浸透膜分離手段とを備えることを特徴とする炭酸及びアンモニア含有排水の処理装置。
4. 請求項３において、得られた処理水を腐食対策が施されていない、ボイラ用水系、又は冷却水系に送給する手段を有することを特徴とする炭酸及びアンモニア含有排水の処理装置。

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