JP6871612B2 - アンモニア含有排水処理装置および該処理装置を用いたアンモニア含有排水の処理方法 - Google Patents
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Description
a)アンモニアを直接燃焼法または触媒燃焼法により酸化分解処理する手段、
b)アンモニアを硫安(硫酸アンモニウム)の製造原料として再利用する手段、
c)アンモニアを濃厚アンモニア水としての回収し再利用する手段
等により処理されるが、上記b)およびc)のアンモニアを再利用する手段には、
〇回収するアンモニア濃度が低く、再利用にコストを要する、
〇再利用品を安定的に流通させるマーケットが必要となる、
〇アンモニア以外に含まれる様々な不純物を除去し、再利用品の安全性を確保する必要がある
等の問題があるため、一般的には、前記a)のアンモニアを酸化分解処理する手段が用いられる。
a)アンモニア放散塔101において、NH3を含む原排水112を塔頂部102から供給し、循環ガス123を塔底部103から供給する。
b)原排水112から放散したNH3を含む塔頂ガス116に、酸化用空気117を混入して混合ガス118とし、この混合ガス118を送風機105により昇圧して吐出ガス119とし、この吐出ガス119を酸化反応器124に送る。
c)酸化反応器124において、吐出ガス119を、ガス熱交換器109の低温側を通過させて熱交換により昇温し、触媒層108を通過させる間にNH3の酸化分解を行い、ガス熱交換器109の高温側を通過させて熱交換により降温する。
d)酸化反応器124を出た排ガス121は、その一部を廃ガス122として系外に除き、残りは加熱用スチーム129を加えて循環ガス123として塔底部103に戻す。
1)放散塔における、アンモニア含有排水からのアンモニアガスの分離が十分に行われなければ、処理済み排水のアンモニア濃度が上昇するという事態を招くこととなり、
2)触媒燃焼装置による、アンモニアガスの酸化分解が十分に行われなければ、アンモニアガスの処理を経済的・効率的に行えないという事態を招くこととなる。
〇放散塔の塔頂部における燃焼用気体の温度に基づき、放散塔の塔底部に還流される燃焼済み気体の量を調節し、塔頂部の燃焼用気体の温度を設定値に保つように制御することにより、諸条件が変動した場合でも、当初設定された通り、処理済み排水のアンモニア濃度をアンモニアの排出基準を満たすものに維持できると共に、塔頂部における燃焼用気体のアンモニア濃度を、爆発が回避でき、触媒燃焼装置の分解処理能力を超えないものに維持できること、
〇触媒燃焼装置とは別体に、燃焼用気体を熱交換により予熱する予熱器および燃焼用気体を加熱する加熱器を設け、触媒燃焼装置に供給される燃焼用気体の温度を適切な温度とすることにより、アンモニアガスの酸化分解処理を十分に行えること、および
〇予熱器および加熱器の上流側に、燃焼用気体に同伴する水滴および凝縮する水分を分離・除去する水切り装置を設けることにより、予熱器および/または加熱器の伝熱性能の低下が防止できると共に、触媒の劣化も防止でき、アンモニアガスの酸化分解処理を経済的・効率的に行えること
を見出して、先に特許出願を行ったところである(特願2017−103004号)。
「放散塔の塔頂部における燃焼用気体の温度に基づき、放散塔の塔底部に還流される燃焼済み気体の量を調節することにより、塔頂部の燃焼用気体の温度を設定値に保つように制御すること」以外に、
「放散塔の塔底部に流下してくる処理済み排水の温度に基づき、放散塔の塔底部に還流される燃焼済み気体の量を調節することにより、塔底部に流下してくる処理済み排水の温度を設定値に保つように制御すること」によっても、諸条件が変動した場合でも、当初設定された通り、処理済み排水のアンモニア濃度をアンモニアの排出基準を満たすものに維持し、塔頂部における燃焼用気体のアンモニア濃度を、爆発が回避でき、触媒燃焼装置の分解処理能力を超えないものに維持することができることを見出し、本発明に至った。
(1)アンモニア含有排水処理装置であって、
アンモニア含有排水が塔頂部より塔底部に向けて供給され、酸素を含有する放散用気体が前記塔底部より前記塔頂部に向けて供給される、内部に充填物を充填した放散塔と、
前記塔底部の下流側に配され、前記放散塔においてアンモニア蒸気を蒸発させ、アンモニア濃度を低下させた前記原排水を外部に排水する排水管路と、
前記排水管路中を流れる前記処理済み排水を加熱源として、原排水供給管路を通じて前記塔頂部に供給される前記原排水を加熱する原排水加熱器と、
前記塔頂部の下流側に配され、第1搬送管路を通じて、前記放散塔において前記原排水から蒸発したアンモニア蒸気と前記放散用気体との混合気体が送られる、第1送風機、予熱器、加熱器および触媒燃焼装置と、
前記触媒燃焼装置の下流側に配され、前記触媒燃焼装置から排出される燃焼済み気体を前記予熱器の加熱源として用いた後に、該燃焼済み気体の一部または全部を大気中に放出する排気管路と、
前記排気管路から分岐し、大気中に放出されない前記燃焼済み気体を前記塔底部に送る吹込管路と、
前記吹込管路に接続され、前記塔底部に送られる前記燃焼済み気体に燃焼用酸素含有気体を補給して前記放散用気体とする吸気管路と、
前記排気管路における前記吹込管路の分岐部よりも下流側に設けられ、前記燃焼済み気体の大気への放出量を調節する調節弁および排気ファンと、
前記塔底部に流下してくる前記処理済み排水の温度を測定する第1温度センサーと、
を備え、
前記第1温度センサーで測定された前記塔底部に流下してくる前記処理済み排水の温度に基づき、前記調節弁の開度および/または前記排気ファンの送風量を制御して、前記塔底部に還流される前記燃焼済み気体の量を調節することにより、前記塔底部に流下してくる前記処理済み排水の温度を設定値に保つことを特徴とする、アンモニア含有排水処理装置。
(2)前記原排水供給管路における前記原排水加熱器と前記塔頂部との間に、前記塔頂部に供給される前記原排水を加熱する原排水予備加熱器を備えることを特徴とする、(1)に記載のアンモニア含有排水処理装置。
(3)前記塔頂部における前記燃焼用気体は、温度が42℃〜80℃であり、組成がアンモニア4体積%以下、水蒸気8体積%〜50体積%、酸素4体積%以上であることを特徴とする、(1)または(2)に記載のアンモニア含有排水処理装置。
(4)前記触媒燃焼装置の入口近傍に第2温度センサーを設け、該第2温度センサーで測定された前記燃焼用気体の温度に基づき、前記加熱器による加熱を制御することにより、前記触媒燃焼装置に供給される前記燃焼用気体の温度を設定値に保つことを特徴とする、(1)〜(3)のいずれかに記載のアンモニア含有排水処理装置。
(5)前記触媒燃焼装置において、前記燃焼用気体中のアンモニアと酸素とを、350℃〜600℃の温度で反応させ窒素と水に分解することを特徴とする、(1)〜(4)のいずれかに記載のアンモニア含有排水処理装置。
(6)前記排気管路における前記排気ファンの吸引側に、空気を供給し白煙発生を防止するための第2希釈管路を備えることを特徴とする、(1)〜(5)のいずれかに記載のアンモニア含有排水処理装置。
(7)前記燃焼用気体から水滴および凝縮する水分を分離・除去する装置を設けたことを特徴とする、(1)〜(6)のいずれかに記載のアンモニア含有排水処理装置。
(8)前記燃焼用気体から水滴および凝縮する水分を分離・除去する装置が、前記第1搬送管路の前記第1送風機の上流側に設けられた水切り装置であり、該水切り装置は、前記燃焼用気体に同伴する水滴および凝縮する水分を前記燃焼用気体から分離・除去することで下流側の前記予熱器および/または加熱器の伝熱面に水が付着して伝熱性能が低下するのを防止するための水分除去部と、前記水滴および凝縮する水分を除去した前記燃焼用気体を下流側に備えた第1送風機に搬送する気体排出部と、前記除去した水分を原排水貯槽用の原排水タンクに搬送する第2搬送管路とを備えることを特徴とする、(7)に記載のアンモニア含有排水処理装置。
(9)前記水切り装置の気体排出部と第1送風機との間に、前記燃焼用気体のアンモニア濃度を前記触媒燃焼装置が燃焼可能な2.2体積%以下になるよう空気を取り込む第1希釈管路を備えることを特徴とする、(8)に記載のアンモニア含有排水処理装置。
(10)前記第1送風機に代えて、前記触媒燃焼装置の下流側に配され、前記予熱器の加熱源として用いた後の前記燃焼済み気体が送られる第2送風機を備えることを特徴とする、(1)〜(7)のいずれかに記載のアンモニア含有排水処理装置。
(11)前記放散塔を高さ方向に複数に分割し、これら複数の放散塔を直列に接続し、一つの放散塔として使用することを特徴とする、(1)〜(10)のいずれかに記載のアンモニア含有排水処理装置。
(12)前記アンモニア含有排水処理装置を構成する少なくとも一つ以上の機器、管路を保温材で覆い保温することにより、省エネルギーおよび水分の凝縮防止を図ることを特徴とする、(1)〜(11)のいずれかに記載のアンモニア含有排水処理装置。
(13)(1)〜(12)のいずれかに記載のアンモニア含有排水処理装置により、アンモニア含有排水を処理することを特徴とする、アンモニア含有排水の処理方法。
1)吹込管路25に分配される燃焼済み気体の割合を高くすると、塔底部2−2に供給される放散用気体の温度および水蒸気濃度が上昇し、放散塔2において原排水から蒸発するアンモニア蒸気の量が増加し、塔頂部2−1における燃焼用気体のアンモニア濃度および水蒸気濃度が高くなり、塔底部2−2における処理済み排水のアンモニア濃度が低くなる。
2)吹込管路25に分配される燃焼済み気体の割合を低くすると、塔底部2−2に供給される放散用気体の温度および水蒸気濃度が低下し、放散塔2において原排水から蒸発するアンモニア蒸気の量が減少し、塔頂部2−1における燃焼用気体のアンモニア濃度および水蒸気濃度が低くなり、塔底部2−2における処理済み排水のアンモニア濃度が高くなる。
〇放散塔2を高さ方向に2つに均等に分割して第1放散塔2Aおよび第2放散塔2Bとし、
〇第1放散塔2Aの塔底部2A−2と第2放散塔2Bの塔頂部2B−1とを、第3搬送管路27を通じて接続ポンプ12、調節弁59を介して接続し、
〇第2放散塔2Bの塔頂部2B−1と第1放散塔2Aの塔底部2A−2とを、第4搬送管路28を通じて接続し、
〇原排水を第1放散塔2Aの塔頂部2A−1に供給し、処理済み排水を第2放散塔2Bの塔底部2B−2から回収し、
〇放散用気体を第2放散塔2Bの塔底部2B−2に供給し、燃焼用気体を第1放散塔2Aの塔頂部2A−1から回収する
ようにしたものである。
本発明のアンモニア含有排水処理装置および該処理装置を用いたアンモニア含有排水の処理方法は、放散塔の塔底部に流下してくる処理済み排水の温度に基づき、放散塔の塔底部に還流される燃焼済み気体の量を調節し、塔底部に流下してくる処理済み排水の温度を設定値に保つように制御することにより、諸条件が変動した場合でも、当初設定された通り、処理済み排水のアンモニア濃度をアンモニアの排出基準を満たすものに維持し、塔頂部における燃焼用気体のアンモニア濃度を、爆発が回避でき、触媒燃焼装置の分解処理能力を超えないものに維持することができる優れたものである。
2 放散塔
2−1 塔頂部
2−2 塔底部
2−3 処理済み排水溜まり
2A 第1放散塔
2A−1 第1放散塔の塔頂部
2A−2 第1放散塔の塔底部
2B 第2放散塔
2B−1 第2放散塔の塔頂部
2B−2 第2放散塔の塔底部
2B−3 処理済み排水溜まり
3 水切り装置
3−1 水分除去部
3−2 気体排出部
4 第1送風機
5 予熱器
6 加熱器
7 触媒燃焼装置
8 調節弁
9 排気ファン
10 原排水加熱器
11 原排水予備加熱器
12 接続ポンプ
20 原排水供給管路
21 第1搬送管路
22 第2搬送管路
23 排気管路
24 吸気管路
25 吹込管路
26 排水管路
27 第3搬送管路
28 第4搬送管路
31 第1温度センサー
32 第2温度センサー
33 第3温度センサー
34 第4温度センサー
40 吸気部
41 吸気部
42 第1希釈管路
43 吸気部
44 第2希釈管路
45 排気部
50 流量計
51 流量計
52 調節弁
53 調節弁
54 調節弁
55 調節弁
56 調節弁
57 調節弁
58 圧力計
59 調節弁
101 アンモニア放散塔
102 塔頂部
103 塔底部
105 送風機
108 触媒層
109 ガス熱交換器
112 原排水
116 塔頂ガス
117 酸化用空気
118 混合ガス
119 吐出ガス
121 排ガス
122 廃ガス
123 循環ガス
124 酸化反応器
129 加熱用スチーム
Claims (13)
- アンモニア含有排水処理装置であって、
アンモニア含有排水(以下、「原排水」という。)が塔頂部より塔底部に向けて供給され、酸素を含有する放散用気体(以下、「放散用気体」という。)が前記塔底部より前記塔頂部に向けて供給される、内部に充填物を充填した放散塔と、
前記塔底部の下流側に配され、前記放散塔においてアンモニア蒸気を蒸発させ、アンモニア濃度を低下させた前記原排水(以下、「処理済み排水」という。)を外部に排水する排水管路と、
前記排水管路中を流れる前記処理済み排水を加熱源として、原排水供給管路を通じて前記塔頂部に供給される前記原排水を加熱する原排水加熱器と、
前記塔頂部の下流側に配され、第1搬送管路を通じて、前記放散塔において前記原排水から蒸発したアンモニア蒸気と前記放散用気体との混合気体(以下、「燃焼用気体」という。)が送られる、第1送風機、予熱器、加熱器および触媒燃焼装置と、
前記触媒燃焼装置の下流側に配され、前記触媒燃焼装置から排出される燃焼済み気体を前記予熱器の加熱源として用いた後に、該燃焼済み気体の一部または全部を大気中に放出する排気管路と、
前記排気管路から分岐し、大気中に放出されない前記燃焼済み気体を前記塔底部に送る吹込管路と、
前記吹込管路に接続され、前記塔底部に送られる前記燃焼済み気体に燃焼用酸素含有気体を補給して前記放散用気体とする吸気管路と、
前記排気管路における前記吹込管路の分岐部よりも下流側に設けられ、前記燃焼済み気体の大気への放出量を調節する調節弁および排気ファンと、
前記塔底部に流下してくる前記処理済み排水の温度を測定する第1温度センサーと、
を備え、
前記第1温度センサーで測定された前記塔底部に流下してくる前記処理済み排水の温度に基づき、前記調節弁の開度および/または前記排気ファンの送風量を制御して、前記塔底部に還流される前記燃焼済み気体の量を調節することにより、前記塔底部に流下してくる前記処理済み排水の温度を設定値に保つことを特徴とする、アンモニア含有排水処理装置。 - 前記原排水供給管路における前記原排水加熱器と前記塔頂部との間に、前記塔頂部に供給される前記原排水を加熱する原排水予備加熱器を備えることを特徴とする、請求項1に記載のアンモニア含有排水処理装置。
- 前記塔頂部における前記燃焼用気体は、温度が42℃〜80℃であり、組成がアンモニア4体積%以下、水蒸気8体積%〜50体積%、酸素4体積%以上であることを特徴とする、請求項1または2に記載のアンモニア含有排水処理装置。
- 前記触媒燃焼装置の入口近傍に第2温度センサーを設け、該第2温度センサーで測定された前記燃焼用気体の温度に基づき、前記加熱器による加熱を制御することにより、前記触媒燃焼装置に供給される前記燃焼用気体の温度を設定値に保つことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のアンモニア含有排水処理装置。
- 前記触媒燃焼装置において、前記燃焼用気体中のアンモニアと酸素とを、350℃〜600℃の温度で反応させ窒素と水に分解することを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載のアンモニア含有排水処理装置。
- 前記排気管路における前記排気ファンの吸引側に、空気を供給し白煙発生を防止するための第2希釈管路を備えることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載のアンモニア含有排水処理装置。
- 前記燃焼用気体から水滴および凝縮する水分を分離・除去する装置を設けたことを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載のアンモニア含有排水処理装置。
- 前記燃焼用気体から水滴および凝縮する水分を分離・除去する装置が、前記第1搬送管路の前記第1送風機の上流側に設けられた水切り装置であり、該水切り装置は、前記燃焼用気体に同伴する水滴および凝縮する水分を前記燃焼用気体から分離・除去することで下流側の前記予熱器および/または加熱器の伝熱面に水が付着して伝熱性能が低下するのを防止するための水分除去部と、前記水滴および凝縮する水分を除去した前記燃焼用気体を下流側に備えた第1送風機に搬送する気体排出部と、前記除去した水分を原排水貯槽用の原排水タンクに搬送する第2搬送管路とを備えることを特徴とする、請求項7に記載のアンモニア含有排水処理装置。
- 前記水切り装置の気体排出部と第1送風機との間に、前記燃焼用気体のアンモニア濃度を前記触媒燃焼装置が燃焼可能な2.2体積%以下になるよう空気を取り込む第1希釈管路を備えることを特徴とする、請求項8に記載のアンモニア含有排水処理装置。
- 前記第1送風機に代えて、前記触媒燃焼装置の下流側に配され、前記予熱器の加熱源として用いた後の前記燃焼済み気体が送られる第2送風機を備えることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載のアンモニア含有排水処理装置。
- 前記放散塔を高さ方向に複数に分割し、これら複数の放散塔を直列に接続し、一つの放散塔として使用することを特徴とする、請求項1〜10のいずれかに記載のアンモニア含有排水処理装置。
- 前記アンモニア含有排水処理装置を構成する少なくとも一つ以上の機器、管路を保温材で覆い保温することにより、省エネルギーおよび水分の凝縮防止を図ることを特徴とする、請求項1〜11のいずれかに記載のアンモニア含有排水処理装置。
- 前記請求項1〜12のいずれかに記載のアンモニア含有排水処理装置により、アンモニア含有排水を処理することを特徴とする、アンモニア含有排水の処理方法。
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