JP6653626B2 - 水処理方法および装置、水処理装置の改造方法、並びに水処理装置改造用キット - Google Patents
水処理方法および装置、水処理装置の改造方法、並びに水処理装置改造用キット Download PDFInfo
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Description
本発明は、例えば半導体や液晶などの電子製品ないしその素子の製造プロセスから排出されるアンモニア含有排水などの、アンモニア含有水からアンモニアを除去するための水処理方法および装置に関する。
半導体製造工程やその関連工程では、アンモニアと過酸化水素とを混合した薬品を用いて洗浄を行っている。上記洗浄工程の後で超純水を使用して洗浄を行い、被洗浄品の表面に残留したアンモニアを除去している。このため塩類濃度が低くアンモニアが比較的低濃度の排水が大量に排出される。アンモニアは富栄養化の原因とされるので排水中のアンモニア処理が必要である。
従来アンモニア含有排水を処理する手法として、アンモニアストリッピング法が知られている。この方法では、アンモニア含有排水を蒸気やヒーターなどで加熱して放散塔で放散処理する。放散塔から排出される排ガスは、アンモニア分解触媒と接触させることによりアンモニアを酸化分解して除去することができる（特許文献１）。
また、アンモニア排水を処理する別の方法として、アンモニア含有排水を加熱した後、気体は透過するが液体は透過しない気液分離膜モジュールに通して脱アンモニアガス処理する方法が知られている（特許文献２）。
低濃度アンモニア含有排水を、アンモニアストリッピング法で処理する場合、多量の水を蒸発させなければならない。したがって、消費エネルギーが大きく、また装置も巨大になり、このような処理は現実的ではない。
気液分離膜を用いる方法によれば、低濃度アンモニア含有排水からでも、アンモニアガスを得ることができる。アンモニアガスは、硫酸で吸収して、硫酸アンモニウムに転換することができる。しかしこの場合、生成した高濃度の硫酸アンモニウム溶液または固形化された硫酸アンモニウムを産業廃棄物として処理するために、かなりのコストがかかることがある。あるいは、高濃度の硫酸アンモニウム溶液にストリッピング法を適用することも考えられる。この場合、溶液中のアンモニウムイオンをアンモニアにするために水酸化ナトリウムなどのアルカリを溶液に加えることが必要となる。したがってこの場合、溶解度の低い硫酸ナトリウムの結晶が析出して、ストリッピングが困難になると考えられる。
本発明の目的は、低消費エネルギーで、硫酸アンモニウムを排出せずに、低濃度アンモニア含有水中のアンモニアを処理することのできる、水処理方法および装置を提供することである。
本発明の別の目的は、この水処理装置を得るための、水処理装置の改造方法および水処理装置改造用キットを提供することである。
本発明の一態様により、
ａ）アンモニアが溶解している被処理水にアルカリを添加することにより、アンモニウムイオンをアンモニアにする工程、
ｂ）工程ａから得られる液を気液分離膜の供給側に供給するとともに、気液分離膜の透過側に硫酸水溶液を供給することにより、アンモニアガスに気液分離膜を透過させるとともに透過したアンモニアガスを硫酸水溶液に吸収させ、透過側から硫酸アンモニウム水溶液を得、供給側からアンモニア濃度が低減された処理水を得る工程、
ｃ）工程ｂから得られる硫酸アンモニウム水溶液を、希釈水で希釈する工程、および、
ｄ）工程ｃから得られる希釈された硫酸アンモニウム水溶液を、アルカリ性条件下でストリッピングすることにより、希釈された硫酸アンモニウム水溶液から、アンモニア濃度が低減された処理水を得る工程
を含む、水処理方法が提供される。
ａ）アンモニアが溶解している被処理水にアルカリを添加することにより、アンモニウムイオンをアンモニアにする工程、
ｂ）工程ａから得られる液を気液分離膜の供給側に供給するとともに、気液分離膜の透過側に硫酸水溶液を供給することにより、アンモニアガスに気液分離膜を透過させるとともに透過したアンモニアガスを硫酸水溶液に吸収させ、透過側から硫酸アンモニウム水溶液を得、供給側からアンモニア濃度が低減された処理水を得る工程、
ｃ）工程ｂから得られる硫酸アンモニウム水溶液を、希釈水で希釈する工程、および、
ｄ）工程ｃから得られる希釈された硫酸アンモニウム水溶液を、アルカリ性条件下でストリッピングすることにより、希釈された硫酸アンモニウム水溶液から、アンモニア濃度が低減された処理水を得る工程
を含む、水処理方法が提供される。
本発明の別の態様により、
アンモニアが溶解している被処理水にアルカリを添加することにより、アンモニウムイオンをアンモニアにするアルカリ添加装置、
気液分離膜を備え、前記アルカリが添加された被処理水が前記気液分離膜の供給側に供給されるとともに前記気液分離膜の透過側に硫酸水溶液が供給されることにより、アンモニアガスを前記気液分離膜に透過させるとともに透過したアンモニアガスを前記硫酸水溶液に吸収させ、前記透過側から硫酸アンモニウム水溶液を得、前記供給側からアンモニア濃度が低減された処理水を得る気液膜分離装置、
前記気液膜分離装置の透過側流路入口に前記硫酸水溶液を供給する硫酸水溶液供給装置、
前記硫酸アンモニウム水溶液を希釈する希釈水添加装置、および
前記希釈された硫酸アンモニウム水溶液を、アルカリ性条件下でストリッピングする放散塔
を含む、水処理装置が提供される。
アンモニアが溶解している被処理水にアルカリを添加することにより、アンモニウムイオンをアンモニアにするアルカリ添加装置、
気液分離膜を備え、前記アルカリが添加された被処理水が前記気液分離膜の供給側に供給されるとともに前記気液分離膜の透過側に硫酸水溶液が供給されることにより、アンモニアガスを前記気液分離膜に透過させるとともに透過したアンモニアガスを前記硫酸水溶液に吸収させ、前記透過側から硫酸アンモニウム水溶液を得、前記供給側からアンモニア濃度が低減された処理水を得る気液膜分離装置、
前記気液膜分離装置の透過側流路入口に前記硫酸水溶液を供給する硫酸水溶液供給装置、
前記硫酸アンモニウム水溶液を希釈する希釈水添加装置、および
前記希釈された硫酸アンモニウム水溶液を、アルカリ性条件下でストリッピングする放散塔
を含む、水処理装置が提供される。
本発明のさらなる態様により、
アンモニアが溶解している被処理水にアルカリを添加することにより、アンモニウムイオンをアンモニアにするアルカリ添加装置、
気液分離膜を備え、前記アルカリが添加された被処理水が前記気液分離膜の供給側に供給されるとともに前記気液分離膜の透過側に硫酸水溶液が供給されることにより、アンモニアガスを前記気液分離膜に透過させるとともに透過したアンモニアガスを前記硫酸水溶液に吸収させ、前記透過側から硫酸アンモニウム水溶液を得、前記供給側からアンモニア濃度が低減された処理水を得る気液膜分離装置、および
前記気液膜分離装置の透過側流路入口に前記硫酸水溶液を供給する硫酸水溶液供給装置を含む水処理装置の改造方法であって、
前記水処理装置に、
前記硫酸アンモニウム水溶液を希釈する希釈水添加装置と、
前記希釈された硫酸アンモニウム水溶液を、アルカリ性条件下でストリッピングする放散塔と
を設ける工程を含む、水処理装置の改造方法が提供される。
アンモニアが溶解している被処理水にアルカリを添加することにより、アンモニウムイオンをアンモニアにするアルカリ添加装置、
気液分離膜を備え、前記アルカリが添加された被処理水が前記気液分離膜の供給側に供給されるとともに前記気液分離膜の透過側に硫酸水溶液が供給されることにより、アンモニアガスを前記気液分離膜に透過させるとともに透過したアンモニアガスを前記硫酸水溶液に吸収させ、前記透過側から硫酸アンモニウム水溶液を得、前記供給側からアンモニア濃度が低減された処理水を得る気液膜分離装置、および
前記気液膜分離装置の透過側流路入口に前記硫酸水溶液を供給する硫酸水溶液供給装置を含む水処理装置の改造方法であって、
前記水処理装置に、
前記硫酸アンモニウム水溶液を希釈する希釈水添加装置と、
前記希釈された硫酸アンモニウム水溶液を、アルカリ性条件下でストリッピングする放散塔と
を設ける工程を含む、水処理装置の改造方法が提供される。
本発明のさらなる態様により、
アンモニアが溶解している被処理水にアルカリを添加することにより、アンモニウムイオンをアンモニアにするアルカリ添加装置、
気液分離膜を備え、前記アルカリが添加された被処理水が前記気液分離膜の供給側に供給されるとともに前記気液分離膜の透過側に硫酸水溶液が供給されることにより、アンモニアガスを前記気液分離膜に透過させるとともに透過したアンモニアガスを前記硫酸水溶液に吸収させ、前記透過側から硫酸アンモニウム水溶液を得、前記供給側からアンモニア濃度が低減された処理水を得る気液膜分離装置、および
前記気液膜分離装置の透過側流路入口に前記硫酸水溶液を供給する硫酸水溶液供給装置を含む水処理装置を改造するためのキットであって、
前記硫酸アンモニウム水溶液を希釈する希釈水添加装置と、
前記希釈された硫酸アンモニウム水溶液を、アルカリ性条件下でストリッピングする放散塔と
を含む、水処理装置改造用キットが提供される。
アンモニアが溶解している被処理水にアルカリを添加することにより、アンモニウムイオンをアンモニアにするアルカリ添加装置、
気液分離膜を備え、前記アルカリが添加された被処理水が前記気液分離膜の供給側に供給されるとともに前記気液分離膜の透過側に硫酸水溶液が供給されることにより、アンモニアガスを前記気液分離膜に透過させるとともに透過したアンモニアガスを前記硫酸水溶液に吸収させ、前記透過側から硫酸アンモニウム水溶液を得、前記供給側からアンモニア濃度が低減された処理水を得る気液膜分離装置、および
前記気液膜分離装置の透過側流路入口に前記硫酸水溶液を供給する硫酸水溶液供給装置を含む水処理装置を改造するためのキットであって、
前記硫酸アンモニウム水溶液を希釈する希釈水添加装置と、
前記希釈された硫酸アンモニウム水溶液を、アルカリ性条件下でストリッピングする放散塔と
を含む、水処理装置改造用キットが提供される。
本発明によれば、低消費エネルギーで、硫酸アンモニウムを排出せずに、低濃度アンモニア含有水中のアンモニアを処理することのできる、水処理方法および装置を提供することができる。
また本発明によれば、この水処理装置を得るための、水処理装置の改造方法および水処理装置改造用キットが提供される。
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、気液分離膜カートリッジを用いて硫酸アンモニウムを生成させて硫酸アンモニウム水溶液を得、この硫酸アンモニウム水溶液を水で希釈した後、アルカリ性条件下に放散塔で放散処理する方法が、課題を解決するために有効であることを見出し、本発明に至った。
本発明によれば、アンモニア含有排水を小型の装置で、低エネルギーで処理することができ、汚泥などの廃棄物の生成なく処理することができる。
ここで、硫酸アンモニウムもしくは硫安（ＮＨ４）２ＳＯ４と硫酸ナトリウムＮａ２ＳＯ４の水に対する溶解度（大気圧（０．１０１ＭＰａ）における）を表１に示す。硫酸アンモニウムに比べて硫酸ナトリウムが水に溶けにくいことに注目されたい。
本発明に係る水処理方法は、工程ａ〜ｄを含む。
〔工程ａ〕
水処理の対象となる被処理水は、アンモニアが溶解している水であり、例えば電子製品製造プロセスから排出されるアンモニア含有排水である。水に溶解したアンモニアの一部はアンモニウムイオンになるので、被処理水にはアンモニウムイオンが含まれる。
水処理の対象となる被処理水は、アンモニアが溶解している水であり、例えば電子製品製造プロセスから排出されるアンモニア含有排水である。水に溶解したアンモニアの一部はアンモニウムイオンになるので、被処理水にはアンモニウムイオンが含まれる。
被処理水中のアンモニア濃度は、５００ｍｇ／Ｌ以上５０００ｍｇ／Ｌ以下が好適である。５００ｍｇ／Ｌ以上であると、処理に必要な気液分離膜の膜面積が大きくなって生物処理に比べてコスト的な優位性が小さくなることを防止することが容易である。５０００ｍｇ／Ｌ以下であると、気液分離膜を通さずに直接ストリッピングを行う場合と比較して、本発明の効果が特に顕著である。
なお別途断りの無い限り、本明細書において液中の「アンモニア濃度」は、遊離アンモニアだけでなくアンモニウムイオンも含めた濃度を意味する。また別途断りの無い限り、液中のアンモニア濃度を単位「ｍｇ／Ｌ」で表した場合、それは遊離アンモニアおよびアンモニウムイオンを窒素に換算した場合の濃度を意味する。
工程ａでは、被処理水にアルカリを添加することにより、被処理水中のアンモニウムイオンをアンモニアにする。つまり、「ＮＨ４ ＋＋ＯＨ−→ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ」の反応を進ませる。被処理水中のアンモニウムイオンの一部をアンモニアにすればよい。アルカリとしては、例えばアルカリ金属塩、特には水酸化ナトリウムが用いることができる。
アンモニウムイオンを十分にアンモニアにするために、アルカリ添加後の被処理水（工程ａから得られる液）のｐＨは９以上が好ましい。
〔工程ｂ〕
この工程では、気液分離膜の供給側に工程ａから得られる液（アルカリ添加後の被処理水）を供給するとともに、気液分離膜の透過側に硫酸水溶液を供給する。これにより、被処理水中のアンモニアガスが気液分離膜を透過し、透過したアンモニアガスが硫酸水溶液に吸収される。アンモニアガスを吸収した硫酸水溶液中では、硫安が生成する（２ＮＨ３＋Ｈ２ＳＯ４→（ＮＨ４）２ＳＯ４）。したがって、気液分離膜の透過側から硫酸アンモニウム水溶液が得られる。また、気液分離膜の供給側からは、アンモニア濃度が低減された処理水が得られる。
この工程では、気液分離膜の供給側に工程ａから得られる液（アルカリ添加後の被処理水）を供給するとともに、気液分離膜の透過側に硫酸水溶液を供給する。これにより、被処理水中のアンモニアガスが気液分離膜を透過し、透過したアンモニアガスが硫酸水溶液に吸収される。アンモニアガスを吸収した硫酸水溶液中では、硫安が生成する（２ＮＨ３＋Ｈ２ＳＯ４→（ＮＨ４）２ＳＯ４）。したがって、気液分離膜の透過側から硫酸アンモニウム水溶液が得られる。また、気液分離膜の供給側からは、アンモニア濃度が低減された処理水が得られる。
気液分離膜には、脱アンモニアガス処理可能な公知の気液分離膜を用いることができ、例えば疎水性多孔質膜が用いることができる。中空糸膜タイプ、スパイラル膜タイプもしくは平膜タイプの気液分離膜を用いることができる。
中空糸膜の場合、例えば、直径が３００μｍ程度で、空孔サイズが０．０３μｍ程度、（平均）空孔率が４０〜５０％程度の膜が好適である。
気液分離膜に供給する硫酸水溶液の硫酸濃度は高いほうが有利である。生成する硫酸アンモニウムの濃度が高くなり、また硫酸貯槽が小さくて済むなどの取り扱いの点で優れるからである。生成する硫酸アンモニウムの濃度が高いほうが、気液分離膜の透過側から排出される硫酸アンモニウム水溶液の排出量が少なくなる。硫酸アンモニウムを回収、またはストリッピング等の後処理する場合、この排出量が少ない方がコスト的に有利となる。具体的には気液分離膜に供給する硫酸水溶液の濃度は５０質量パーセント以上が好ましい。例えば工業的に「濃硫酸」として入手容易な９６〜９８質量％程度の硫酸水溶液を気液分離膜に供給することができる。
気液分離膜に供給する硫酸水溶液は、硫酸アンモニウムを含んでいてもよい。
アンモニアをガス化して気液分離膜を透過する効率を上げ、気液分離膜の供給側から排出される処理水のアンモニア濃度を低減させるために、気液分離を行う際の水温は２０〜５０℃が好ましい。アルカリ添加後の被処理水を、気液分離膜に供給する前に、ヒーター（例えば電気ヒーター）や熱交換器を用いて昇温しておくと、処理効率が高まるので好ましい。
被処理水に懸濁物質が含まれる場合には、気液分離膜に供給する前に、ろ過器やフィルターなどを通して懸濁物質を除去するのが好ましい。
〔工程ｃ〕
この工程では、工程ｂから得られる硫酸アンモニウム水溶液を、希釈水で希釈する。希釈水として、純水、工業用水、水道水、ろ過水などを用いることができる。また、工程ｂから得られる処理水および工程ｄから得られる処理水のうちの一方もしくは両方を、工程ｃにおいて希釈水として用いることもできる。
この工程では、工程ｂから得られる硫酸アンモニウム水溶液を、希釈水で希釈する。希釈水として、純水、工業用水、水道水、ろ過水などを用いることができる。また、工程ｂから得られる処理水および工程ｄから得られる処理水のうちの一方もしくは両方を、工程ｃにおいて希釈水として用いることもできる。
水処理装置におけるスケール発生を抑制する観点から、希釈水としては、カルシウムやマグネシウムなどのスケール原因物質を高濃度に含まない水が好ましい。例えば、全硬度として２００ｍｇ−ＣａＣＯ３／Ｌ以下、好ましくは２０ｍｇ−ＣａＣＯ３／Ｌ以下の水が使用できる。このことは被処理水についても同様である。
工程ｄにおいて、希釈された硫酸アンモニウム水溶液をアルカリ性条件下で処理するが、このときに硫酸アンモニウム水溶液からアルカリ塩（例えば硫酸ナトリウム）が析出する恐れがある。工程ｄにおけるアルカリ塩の析出を防止するために、工程ｃにおいて硫酸アンモニウム水溶液を希釈する。
したがって、工程ｄにおいてアルカリ塩が析出しない濃度が実現されるように（例えば硫酸ナトリウム濃度が表１に示す溶解度以下の濃度）になるよう、工程ｃにおいて予め硫酸アンモニウム水溶液を希釈する。工程ｄにおける析出を防止するに足る希釈水の量を予め見積もっておき、工程ｃにおいてその量の希釈水を定量注入することができる。あるいは、工程ｂから排出された硫酸アンモニウム水溶液中の硫酸イオン濃度を計器によって測定し、その値が溶解度以下となるように工程ｃにおいて希釈水を注入することもできる。あるいは、硫酸アンモニウム水溶液の導電率と硫酸イオン濃度の対応関係を予備実験等により予め把握しておけば、硫酸イオン濃度に替えて導電率を使用して、希釈水の注入量を決めることもできる。
工程ｄにおいて、アルカリ性条件を達成するために、希釈硫酸アンモニウム水溶液に水酸化ナトリウムを添加する場合、水酸化ナトリウム添加後の希釈硫酸アンモニウム水溶液中のＮａ２ＳＯ４濃度が溶解度（表１参照）以下になるように、好ましくは３０質量％以下、より好ましくは１６質量％以下になるように、工程ｃにおいて硫酸アンモニウム水溶液を予め希釈することができる。
〔工程ｄ〕
この工程では、工程ｃから得られる希釈された硫酸アンモニウム水溶液（希釈硫酸アンモニウム水溶液）を、アルカリ性条件下でストリッピングする。これによって、希釈硫酸アンモニウム水溶液からアンモニアを除去する。放散塔からは、アンモニアガスを含む気体と、アンモニア濃度が低減された処理水が得られる。
この工程では、工程ｃから得られる希釈された硫酸アンモニウム水溶液（希釈硫酸アンモニウム水溶液）を、アルカリ性条件下でストリッピングする。これによって、希釈硫酸アンモニウム水溶液からアンモニアを除去する。放散塔からは、アンモニアガスを含む気体と、アンモニア濃度が低減された処理水が得られる。
工程ｄにおいて、アルカリ性条件を達成するために、すなわち希釈硫酸アンモニウム水溶液をアルカリ性にするために、希釈硫酸アンモニウム水溶液に水酸化ナトリウムを添加することが、コスト的に好ましい。排水中のアンモニウムイオンの大部分を、アンモニアガスに転換して、処理水中のアンモニア濃度を低減するために、ストリッピングする希釈硫酸アンモニウム水溶液のｐＨは９〜１３が好ましい。
前述のように、ストリッピングする液（アルカリ性化された希釈硫酸アンモニウム水溶液）中の硫酸アンモニウムの濃度は、塩析出防止の観点から、３０質量％以下が好ましく、より好ましくは１６質量％以下である。
ストリッピングを行う放散塔の入口における液（アルカリ性化された希釈硫酸アンモニウム水溶液）の温度は、アンモニアガスが揮発する割合を大きくするために、４０℃以上１００℃以下が好ましい。
放散塔から得られる処理水（アンモニア濃度が低減された水）のアンモニア濃度は、放流規制値を守るためなど環境への負荷の観点から、または後段の処理への窒素負荷を低減するため、０ｍｇ／Ｌ以上１００ｍｇ／Ｌ以下が好ましい。
ストリッピングの際に、スチームあるいは空気を放散塔に吹き込むことができる。あるいはストリッピングガス吹き込みを行わずに、放散塔の底部に加熱器（リボイラー）を設けて、スチームを発生させてもよい。
放散塔から、アンモニアガスを含む気体が得られるが、この気体にはストリッピングガスの種類に応じて、水蒸気、窒素、酸素などが含まれ得る。
〔さらなる処理〕
放散塔から得られる気体（アンモニアガスを含む気体）に含まれるアンモニアガスを、アンモニア分解触媒を用いて、窒素ガスに転換することができる。このために、放散塔から得られる気体をアンモニア分解触媒と接触させる触媒反応器（アンモニア触媒分解装置）を使用することができる。この触媒反応器の構造としては、アンモニア分解の分野で公知の構造を適宜採用でき、固定層、流動層などを使用できる。
放散塔から得られる気体（アンモニアガスを含む気体）に含まれるアンモニアガスを、アンモニア分解触媒を用いて、窒素ガスに転換することができる。このために、放散塔から得られる気体をアンモニア分解触媒と接触させる触媒反応器（アンモニア触媒分解装置）を使用することができる。この触媒反応器の構造としては、アンモニア分解の分野で公知の構造を適宜採用でき、固定層、流動層などを使用できる。
アンモニア分解触媒としては、アンモニア分解の分野で公知の触媒を使用することができ、特には酸化触媒を用いることができる。例えば、チタニア、シリカ、アルミナ、ジルコニア、ゼオライトなどの担体に、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、白金、チタン、鉄、ニッケル、コバルト、バナジウム、セリウム、マンガンなどの塩または酸化物などの触媒活性成分を担持させた触媒を用いることができる。触媒の形状は、ハニカム、金網型、粒状など特に制限はない。
〔水処理装置〕
本発明に係る水処理装置は、
アンモニアが溶解している被処理水にアルカリを添加するアルカリ添加装置、
気液膜分離装置、
放散塔、
アルカリ添加装置の出口を気液膜分離装置の供給側流路入口に接続する第１のライン、
気液膜分離装置の透過側流路入口に硫酸水溶液を供給する硫酸水溶液供給装置、
気液膜分離装置の透過側流路出口を放散塔の液入口に接続する第２のライン、および、
前記第２のラインの途中に設けられた、希釈水添加装置
を含む。
本発明に係る水処理装置は、
アンモニアが溶解している被処理水にアルカリを添加するアルカリ添加装置、
気液膜分離装置、
放散塔、
アルカリ添加装置の出口を気液膜分離装置の供給側流路入口に接続する第１のライン、
気液膜分離装置の透過側流路入口に硫酸水溶液を供給する硫酸水溶液供給装置、
気液膜分離装置の透過側流路出口を放散塔の液入口に接続する第２のライン、および、
前記第２のラインの途中に設けられた、希釈水添加装置
を含む。
・アルカリ添加装置
アルカリ添加装置は、被処理水にアルカリ（典型的には水酸化ナトリウム）を添加することのできる装置であれば、適宜使用することができ、水処理の分野で公知の構造を適宜採用できる。例えば、水酸化ナトリウムを投入する手段を備えたｐＨ調整槽を、アルカリ添加装置として使用することができる。アルカリ添加装置の出口から、アルカリが添加された被処理水が排出される。
アルカリ添加装置は、被処理水にアルカリ（典型的には水酸化ナトリウム）を添加することのできる装置であれば、適宜使用することができ、水処理の分野で公知の構造を適宜採用できる。例えば、水酸化ナトリウムを投入する手段を備えたｐＨ調整槽を、アルカリ添加装置として使用することができる。アルカリ添加装置の出口から、アルカリが添加された被処理水が排出される。
・気液膜分離装置
気液膜分離装置は、気液分離膜を含む分離装置である。気液膜分離装置の構造としては、水処理の分野で公知の構造を適宜採用することができる。気液膜分離装置は、気液分離膜を挟んで供給側流路と透過側流路とを有する。アルカリ添加装置の出口を気液膜分離装置の供給側流路入口に接続する第１のラインによって、供給側流路に、分離を行う対象となる流体として、アルカリ添加された被処理水が供給される。アンモニアが気液分離膜を透過して透過側流路に移動する。
気液膜分離装置は、気液分離膜を含む分離装置である。気液膜分離装置の構造としては、水処理の分野で公知の構造を適宜採用することができる。気液膜分離装置は、気液分離膜を挟んで供給側流路と透過側流路とを有する。アルカリ添加装置の出口を気液膜分離装置の供給側流路入口に接続する第１のラインによって、供給側流路に、分離を行う対象となる流体として、アルカリ添加された被処理水が供給される。アンモニアが気液分離膜を透過して透過側流路に移動する。
気液膜分離装置の透過側流路入口に硫酸水溶液を供給する硫酸水溶液供給装置によって、透過側流路に硫酸水溶液が供給される。膜を透過したアンモニアがこの硫酸水溶液に吸収され、硫酸アンモニウム水溶液が生成し、硫酸アンモニウム水溶液が透過側流路から排出される。
・硫酸水溶液供給装置
硫酸水溶液供給装置としては、透過側流路に硫酸水溶液を供給できる装置を適宜使用することができる。例えば、透過側流路の入口に、水（硫酸アンモニウム水溶液でもよい）供給ラインを接続し、この水供給ラインを流れる水に硫酸（特には濃硫酸）を添加するラインを設けることができる。
硫酸水溶液供給装置としては、透過側流路に硫酸水溶液を供給できる装置を適宜使用することができる。例えば、透過側流路の入口に、水（硫酸アンモニウム水溶液でもよい）供給ラインを接続し、この水供給ラインを流れる水に硫酸（特には濃硫酸）を添加するラインを設けることができる。
・放散塔
放散塔の構造としては、アンモニアストリッピングにおいて公知の構造を適宜採用することができ、放散塔には棚段塔、充填塔などを使用できる。
放散塔の構造としては、アンモニアストリッピングにおいて公知の構造を適宜採用することができ、放散塔には棚段塔、充填塔などを使用できる。
気液膜分離装置の透過側流路出口を放散塔の液入口（ストリッピングされる液体の供給口）に接続する第２のラインによって、硫酸アンモニウム水溶液が放散塔に供給される。このラインの途中には、希釈水添加装置が設けられる。
・希釈水添加装置
希釈水添加装置としては、第２のラインの途中（気液膜分離装置透過側流路出口と、放散塔との間）で、第２のラインを流れる硫酸アンモニウム水溶液に希釈水を添加できる装置を適宜使用することができる。例えば、第２のラインの途中に希釈水供給ラインを接続することができる。
希釈水添加装置としては、第２のラインの途中（気液膜分離装置透過側流路出口と、放散塔との間）で、第２のラインを流れる硫酸アンモニウム水溶液に希釈水を添加できる装置を適宜使用することができる。例えば、第２のラインの途中に希釈水供給ラインを接続することができる。
水処理装置は、気液膜分離装置の供給側流路出口または放散塔の液出口を、希釈水添加装置に接続するラインを含むことができる。これによって気液膜分離装置から得られる処理水あるいは放散塔から得られる処理水を、希釈水として利用することができる。
各ラインは、適宜配管、バルブ、ポンプなどを用いて構成することができる。
〔水処理装置の例〕
本発明に係る水処理装置の一例のプロセスフローを図１に示す。
本発明に係る水処理装置の一例のプロセスフローを図１に示す。
排水槽１に貯えられた被処理水が、ラインＬ１を経て、ｐＨ調整槽（被処理水用）２に送られる。ここで被処理水に、ラインＬ３１から、アルカリ（ＮａＯＨ）が添加される。アルカリ添加された被処理水が、ラインＬ２を経て、フィルター３に送られる。ここで被処理水から懸濁物質が除去される。フルターを通った液が、ラインＬ３を経て、熱交換器４に送られて加熱される。加熱された液がラインＬ４を経て、加熱器（電気ヒータ）５に送られて更に加熱される。更に加熱された液が、ラインＬ５を経て、気液膜分離装置６の供給側流路６ａに供給される。ここでラインＬ５から供給される液に含まれていたアンモニアガスが、気液分離膜６ｃを透過して、透過側流路６ｂに移動する。したがって、ラインＬ５から供給された液中のアンモニアガス濃度が低減され、供給側流路６ａから、アンモニア濃度が低減された処理水が排出される。この処理水はラインＬ６を経て、熱交換器４に送られ、ここで冷却される。ラインＬ７に、冷却（熱回収）された処理水が得られる。この処理水は、適宜再利用もしくは外界に排出される。
気液膜分離装置６の透過側流路６ｂには硫酸水溶液がラインＬ１１から供給される。気液分離膜６ｃを透過したアンモニアガスが、透過側流路６ｂにおいて硫酸水溶液に吸収され、硫酸アンモニウム水溶液が生成し、ラインＬ１２に排出される。硫酸アンモニウム水溶液は、ラインＬ１２から循環槽７に送られる。循環槽７から、ラインＬ１３を経て、硫酸アンモニウム水溶液がフィルター８に送られ、ここで懸濁物質が除去される。懸濁物質が除去された硫酸アンモニウム水溶液が、フィルター８から、ラインＬ１４に排出され、ラインＬ３２から供給される硫酸と混合されて、硫酸水溶液（ラインＬ１４からの硫酸アンモニウムを含有する）としてラインＬ１１から透過側流路６ｂに供給される。ラインＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４により閉ループが形成される。ここで、ラインＬ２１が適宜のバルブ（不図示）により閉止されていると、徐々に循環槽７に硫酸アンモニウム水溶液が溜まっていく。循環槽７に或る量以上の硫酸アンモニウム水溶液が溜まったら、ラインＬ２１のバルブを開け、硫酸アンモニウム水溶液を、循環槽７からラインＬ２１を経て硫安溶液槽９に送る。ここでラインＬ２２から希釈水が添加され、希釈された硫酸アンモニウム水溶液がラインＬ２３を経てｐＨ調整槽（硫酸アンモニウム水溶液用）１０に送られる。ここで、硫酸アンモニウム水溶液に、ラインＬ３３からアルカリ（ＮａＯＨ）が添加され、硫酸アンモニウム水溶液のｐＨがアルカリ性となる。アルカリ性にされた硫酸アンモニウム水溶液は、ラインＬ２４を経て、熱交換器１１に供給され、ここで加熱される。加熱されたアルカリ性硫酸アンモニウム水溶液が、ラインＬ２５を経て放散塔１２に供給され、ラインＬ３４から供給されるスチームによってストリッピングされる。気体（硫酸アンモニウム水溶液から除去されたアンモニアガスと、スチームを含む）が放散塔からラインＬ２６に排出された後、ラインＬ３５から供給される空気で適当な濃度に希釈され、ラインＬ２７を経てアンモニア触媒分解装置１３に送られる。アンモニア触媒分解装置において、アンモニアが酸化され、窒素ガス（および水分）としてラインＬ２８から外界に排出される。放散塔から得られる液は、ラインＬ２９を経て、熱交換器１１に送られ、ここで冷却される。ラインＬ３０に得られる冷却された液は、アンモニアが除去された純度の高い水（処理水）であり、適宜再利用もしくは外界に排出される。
ラインＬ７あるいはラインＬ３０と、ラインＬ２２とを接続すれば、気液分離膜の供給側流路６ａから得られた処理水、あるいは、放散塔から得られた処理水を、希釈水として利用することができる。
本発明によれば、希釈硫酸アンモニウム溶液の量を、被処理水の量に対して、１０分の１〜３００分の１にすることができる。したがって、被処理水を直接ストリッピングする場合に比べ、ストリッピングに必要な熱エネルギーも１０分の１〜３００分の１になり、省エネルギーで処理費用が安価になる。
また、硫酸アンモニウムを固形化して処理する場合に比べ、硫酸アンモニウム溶液の状態で取り扱うことによって、移送、運搬が容易である。したがって硫酸アンモニウム水溶液を得るまでの工程（工程ｂまでの工程）と、硫酸アンモニウム水溶液を処理する工程（工程ｃ以降の工程）を、離れた場所で行うこともできる。例えば、多数の箇所から硫酸アンモニウム水溶液（工程ｂで気液分離膜の透過側から得られる）を回収して一箇所に集め、そこで一括してアンモニアストリッピング（工程ｃ以降の処理）することが容易、効率的になる。大量の硫酸アンモニウム水溶液を一か所で処理することにより、放散塔を効率的に連続運転することができるからである。
〔既存の水処理装置の改造〕
アンモニアが溶解している被処理水から、気液分離膜を利用してアンモニアを除去する水処理装置が既に存在していることがある。この場合、この既存の水処理装置を改造することによって、前述の優れた水処理装置を得ることが可能である。
アンモニアが溶解している被処理水から、気液分離膜を利用してアンモニアを除去する水処理装置が既に存在していることがある。この場合、この既存の水処理装置を改造することによって、前述の優れた水処理装置を得ることが可能である。
既存の装置は、アンモニアが溶解している被処理水にアルカリを添加するアルカリ添加装置、気液膜分離装置、アルカリ添加装置の出口を気液膜分離装置の供給側流路入口に接続する第１のライン、および気液膜分離装置の透過側流路入口に硫酸水溶液を供給する硫酸水溶液供給装置を含む。既存の水処理装置に、放散塔と、気液膜分離装置の透過側流路出口を放散塔の液入口に接続する第２のラインと、前記第２のラインの途中に配置される希釈水添加装置を設けることにより、水処理装置を改造することができる。
既存の水処理装置は、例えば図１に示すラインＬ２１よりも上流に位置する部分（装置１〜８、ラインＬ１〜Ｌ７、Ｌ１１〜Ｌ１４、Ｌ３１、Ｌ３２）を含むことができる。この既存の水処理装置では、循環槽７に硫酸アンモニウム水溶液が溜まったら、循環槽７から硫酸アンモニウム水溶液を取り出して、必要に応じて硫酸アンモニウムを固化した後、産業廃棄物として処理することができる。この既存の水処理装置に、図１に示すラインＬ２１およびそれより下流の部分（装置９〜１３、ラインＬ２１〜Ｌ３０、Ｌ３３〜Ｌ３５）を設けることができる。このように改造された水処理装置は、図１に示すプロセスフローを有し、前述の水処理方法を実施するに好適である。
したがって、本発明は、アンモニアが溶解している被処理水にアルカリを添加するアルカリ添加装置、気液膜分離装置、アルカリ添加装置の出口を気液膜分離装置の供給側流路入口に接続する第１のライン、および気液膜分離装置の透過側流路入口に硫酸水溶液を供給する硫酸水溶液供給装置を含む水処理装置を改造するためのキットを提供する。このキットは、放散塔と、気液膜分離装置の透過側流路出口を放散塔の液入口に接続する第２のラインと、前記第２のラインの途中に配置される希釈水添加装置とを含む。
以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
図１に示すプロセスフローを有する装置につき、プロセスシミュレーションを行った。
結果を表２にまとめる。被処理水（ラインＬ１）の量は１００ｍ３／日であったが、これを気液分離膜を用いて３．６ｍ３／日まで減容し、硫酸ナトリウムの析出防止のために希釈水５．０ｍ３／日を加え、結果としてストリッピングする液の量は８．６ｍ３／日となった。つまり、被処理水の量に対して、放散塔入口液の量は約１２分の１（＝８．６／１００）となった。したがって、被処理水を直接ストリッピングする場合と比べて、本発明によれば、ストリッピングに必要な熱エネルギーもおおよそ１２分の１になると考えられる。
なお、ＮａＯＨ等として次のものを想定した。
・ＮａＯＨ（ラインＬ３１、Ｌ３３）：工業用２５質量％ＮａＯＨ水溶液。
・Ｈ２ＳＯ４（ラインＬ３２）：工業用９８質量％Ｈ２ＳＯ４水溶液。
・水蒸気（ラインＬ３４）：０．５ＭＰａ飽和水蒸気。
・ＮａＯＨ（ラインＬ３１、Ｌ３３）：工業用２５質量％ＮａＯＨ水溶液。
・Ｈ２ＳＯ４（ラインＬ３２）：工業用９８質量％Ｈ２ＳＯ４水溶液。
・水蒸気（ラインＬ３４）：０．５ＭＰａ飽和水蒸気。
１ 排水（被処理水）槽
２ ｐＨ調整槽
３ フィルター
４ 熱交換器
５ 加熱器
６ 気液膜分離装置
７ 硫安水溶液循環槽
８ フィルター
９ 硫安水溶液槽
１０ ｐＨ調整槽
１１ 熱交換器
１２ アンモニア放散塔
１３ アンモニア触媒分解装置
２ ｐＨ調整槽
３ フィルター
４ 熱交換器
５ 加熱器
６ 気液膜分離装置
７ 硫安水溶液循環槽
８ フィルター
９ 硫安水溶液槽
１０ ｐＨ調整槽
１１ 熱交換器
１２ アンモニア放散塔
１３ アンモニア触媒分解装置
Claims (9)
- ａ）アンモニアが溶解している被処理水にアルカリを添加することにより、アンモニウムイオンをアンモニアにする工程、
ｂ）工程ａから得られる液を気液分離膜の供給側に供給するとともに、気液分離膜の透過側に硫酸水溶液を供給することにより、アンモニアガスに気液分離膜を透過させるとともに透過したアンモニアガスを硫酸水溶液に吸収させ、透過側から硫酸アンモニウム水溶液を得、供給側からアンモニア濃度が低減された処理水を得る工程、
ｃ）工程ｂから得られる硫酸アンモニウム水溶液を、希釈水で希釈する工程、および、
ｄ）工程ｃから得られる希釈された硫酸アンモニウム水溶液を、アルカリ性条件下でストリッピングすることにより、希釈された硫酸アンモニウム水溶液から、アンモニア濃度が低減された処理水を得る工程
を含む、水処理方法。 - 工程ｂから得られる処理水および工程ｄから得られる処理水のうちの一方もしくは両方を、工程ｃにおいて希釈水として使用する、請求項１記載の方法。
- 被処理水中のアンモニア濃度が、窒素換算濃度で５００ｍｇ／Ｌ以上、５０００ｍｇ／Ｌ以下である、請求項１または２記載の方法。
- 工程ｃにおいて、工程ｄにおける硫酸アルカリ塩の析出を防止するに足る量の希釈水を添加し、
工程ｃから得られる希釈された硫酸アンモニウム水溶液にアルカリを添加する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。 - アンモニアが溶解している被処理水にアルカリを添加することにより、アンモニウムイオンをアンモニアにするアルカリ添加装置、
気液分離膜を備え、前記アルカリが添加された被処理水が前記気液分離膜の供給側に供給されるとともに前記気液分離膜の透過側に硫酸水溶液が供給されることにより、アンモニアガスを前記気液分離膜に透過させるとともに透過したアンモニアガスを前記硫酸水溶液に吸収させ、前記透過側から硫酸アンモニウム水溶液を得、前記供給側からアンモニア濃度が低減された処理水を得る気液膜分離装置、
前記気液膜分離装置の透過側流路入口に前記硫酸水溶液を供給する硫酸水溶液供給装置、
前記硫酸アンモニウム水溶液を希釈する希釈水添加装置、および
前記希釈された硫酸アンモニウム水溶液を、アルカリ性条件下でストリッピングする放散塔
を含む、水処理装置。 - 気液膜分離装置の供給側流路出口または放散塔の液出口を、希釈水添加装置に接続するラインを含む、請求項５記載の水処理装置。
- 前記希釈水添加装置が、前記放散塔における硫酸アルカリ塩の析出を防止するに足る量の希釈水を添加し、
前記希釈水添加装置で希釈された硫酸アンモニウム水溶液にアルカリを添加するラインを有する、請求項５または６記載の水処理装置。 - アンモニアが溶解している被処理水にアルカリを添加することにより、アンモニウムイオンをアンモニアにするアルカリ添加装置、
気液分離膜を備え、前記アルカリが添加された被処理水が前記気液分離膜の供給側に供給されるとともに前記気液分離膜の透過側に硫酸水溶液が供給されることにより、アンモニアガスを前記気液分離膜に透過させるとともに透過したアンモニアガスを前記硫酸水溶液に吸収させ、前記透過側から硫酸アンモニウム水溶液を得、前記供給側からアンモニア濃度が低減された処理水を得る気液膜分離装置、および
前記気液膜分離装置の透過側流路入口に前記硫酸水溶液を供給する硫酸水溶液供給装置を含む水処理装置の改造方法であって、
前記水処理装置に、
前記硫酸アンモニウム水溶液を希釈する希釈水添加装置と、
前記希釈された硫酸アンモニウム水溶液を、アルカリ性条件下でストリッピングする放散塔と
を設ける工程を含む、水処理装置の改造方法。 - アンモニアが溶解している被処理水にアルカリを添加することにより、アンモニウムイオンをアンモニアにするアルカリ添加装置、
気液分離膜を備え、前記アルカリが添加された被処理水が前記気液分離膜の供給側に供給されるとともに前記気液分離膜の透過側に硫酸水溶液が供給されることにより、アンモニアガスを前記気液分離膜に透過させるとともに透過したアンモニアガスを前記硫酸水溶液に吸収させ、前記透過側から硫酸アンモニウム水溶液を得、前記供給側からアンモニア濃度が低減された処理水を得る気液膜分離装置、および
前記気液膜分離装置の透過側流路入口に前記硫酸水溶液を供給する硫酸水溶液供給装置を含む水処理装置を改造するためのキットであって、
前記硫酸アンモニウム水溶液を希釈する希釈水添加装置と、
前記希釈された硫酸アンモニウム水溶液を、アルカリ性条件下でストリッピングする放散塔と
を含む、水処理装置改造用キット。
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