TWI503283B - A method and apparatus for treating water containing hydrogen peroxide and ammonia - Google Patents

A method and apparatus for treating water containing hydrogen peroxide and ammonia Download PDF

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Description

含有過氧化氫及氨之水的處理方法及裝置
本發明係關於一種含有過氧化氫及氨之水的處理方法及裝置，尤其是關於一種安全且能源效率佳地處理含有過氧化氫及氨之水的方法及裝置。
作為含有氨之排水的處理方法，有汽提處理(stripping)。作為汽提氣體(stripping gas)(或載送氣體(carrier gas))，通常使用空氣或水蒸氣(steam)。使用空氣、或使用水蒸氣，雖然能按照各個條件而適當選擇，但是有以下之傾向：一般在小型的汽提塔(stripper)中是使用簡便的空氣，而在大型的汽提塔中則是使用效率佳的水蒸氣。
從汽提塔排出的含有氨之氣體，雖然能供(1)取決於觸媒之氧化分解處理、(2)作為硫酸銨(ammonium sulfate)之製造原料的利用、(3)作為濃厚氨水之回收等，但是在沒有硫酸銨或氨水之流通市場的情況，係供(1)取決於觸媒之氧化分解處理。
可是，從半導體製程中之使用氨/過氧化氫/水 的SC-1洗淨工序，係被排出含有數千mg/L等級之氨及過氧化氫的SC-1排水。在對該SC-1排水進行汽提處理時，雖然為了改善氨之汽提性而有必要將pH設為11以上，但是當提高pH時也會促進過氧化氫之分解，而產生氧氣。由於當氨與氧之混合氣體以高濃度存在時就有爆炸的危險性，所以在安全上要避開為宜。
在專利文獻1中，係有記載組合汽提與觸媒氧化來處理含氨及過氧化氫之排水的方法。在此方法中，係藉由將含氨及過氧化氫之排水調整在pH9以上並以汽提塔進行處理，藉此在汽提塔內分解去除過氧化氫，並且使氨汽提，且將汽提塔之流出氣體流通至觸媒反應器以氧化分解氨。
在此方法中，尤其是在處理含有大流量之排水或高濃度之氨的排水之情況，由於當僅使用水蒸氣作為汽提氣體(載送氣體)時就會產生氨/氧混合氣體，所以在安全性方面作為汽提氣體較佳是使用空氣而非水蒸氣。
又，汽提塔中的過氧化氫之分解，雖然越高溫則效率越佳，但是會發生以下的問題：當提升汽提塔之溫度時塔頂氣體之水分濃度就會變高，由於(1)水之蒸發潛熱量較多，所以能量成本高，而當(2)塔頂氣體中之水分濃度超過10體積%時，對該塔頂氣體進行氧化處理的觸媒就會劣化，而壽命會變短。因而，在以汽提塔分解過氧化氫之方法中，為了迴避此問題，而在較低之溫度下使用大量之空氣進行汽提。
在專利文獻2中，係有記載使用空氣作為汽提氣體，且循環使用來自氨氧化用觸媒反應器之排氣，藉此節省伴隨水分蒸發所帶來的能量之方法。
專利文獻2之方法，比起專利文獻1之方法，由於在汽提塔之新鮮的空氣取入量較少，所以可以大幅地節省能量成本。然而，在專利文獻2之方法中，尤其是在將汽提塔之運轉溫度設為低溫的情況，將需要較大的風量(例如，平均處理水量1000m3 /day，在吹入空氣的情況，係成為40000Nm3 /hr至50000Nm3 /hr左右。在水蒸氣的情況，為9000Nm3 /hr左右)，且必須增多觸媒反應器中之觸媒量。又，當汽提塔之溫度超過45℃時，由於塔頂氣體中之水分濃度會超過10體積%，所以有必要使用高價的耐水性觸媒以免觸媒之壽命變短。
[專利文獻]
(專利文獻1)日本特開2002-172384號公報
(專利文獻2)日本特開平09-323088號公報
本發明之目的係在於解決上述先前的問題點，且提供一種安全且能源效率佳地處理含有過氧化氫及氨之水的方法及裝置。
本發明之含有過氧化氫及氨之水的處理方法，係具有：汽提工序，其係將含有過氧化氫和氨之水導入汽提塔，並且將氣體吹入該汽提塔以進行汽提處理；及觸媒氧化工序，其係對來自該汽提塔之汽提氣體進行觸媒氧化處理；以及氣體循環供應工序，其係使來自該觸媒氧化工序之處理氣體的一部分循環於前述汽提塔，並且對該循環氣體吹入新鮮空氣，其特徵為：將該汽提塔之溫度設為45℃至70℃，並且將前述處理氣體之循環氣體流量設為相對於該新鮮空氣吹入流量的15倍至60倍。
本發明之含有過氧化氫及氨之水的處理裝置，係具有：汽提塔，其係具備含有過氧化氫和氨之水的導入手段以及氣體汽提用氣體之吹入手段；及觸媒氧化塔，其係對來自該汽提塔之汽提氣體進行觸媒氧化處理；及氣體循環手段，其係使來自觸媒氧化塔之處理氣體的一部分循環於前述汽提塔；以及新鮮空氣吹入手段，其係對該氣體循環手段之循環氣體吹入新鮮空氣，其特徵為：前述處理裝置係具備：溫度控制手段，其係將該汽提塔之溫度設為45℃至70℃；以及流量控制手段，其係將前述處理氣體之循環氣體流量設為相對於往該循環氣體之空氣吹入量的15倍至60倍。
較佳是：供應至前述觸媒氧化工序之前述汽提氣體的含水率為10體積%以下。
在本發明之一態樣中，係對前述汽提氣體進 行冷卻以產生凝結水，且將分離該凝結水後的氣體供應至前述觸媒氧化工序或觸媒氧化塔。
在本發明之一態樣中，係對前述汽提氣體進行絕熱壓縮，且使其與汽提塔之塔底液進行熱交換並冷卻以產生第1凝結水，使分離該第1凝結水後的氣體與冷卻水進行熱交換並冷卻以產生第2凝結水，將分離該第2凝結水後的氣體在壓力開放之後輸送供應至前述觸媒氧化工序或觸媒氧化塔。
較佳是：前述含有過氧化氫及氨之水的氨濃度為500mg/L以上，過氧化氫濃度為1000mg/L以上。
較佳是：將前述含有過氧化氫及氨之水調整在pH9以上並導入於前述汽提塔。
在本發明之一態樣中，係將前述汽提塔之塔底液從汽提塔抽出並加熱至90℃以上以分解過氧化氫。
本發明人係為了解決上述課題而反覆精心檢討，結果發現在專利文獻2之方法中，即便因提高汽提塔之運轉溫度而犧牲若干觸媒壽命，亦能提高能源效率，且可以降低綜合的運轉成本，以致完成了本發明。
依據本發明，可以從含有過氧化氫及氨之水中安全且能源效率佳地去除過氧化氫及氨。又，可以將供觸媒氧化的汽提氣體之含水率降低至10體積%以下，藉此可以延長觸媒壽命。
在本發明中，將汽提塔之塔底液從汽提塔抽出並加熱至90℃以上以分解過氧化氫，藉此可以獲得過氧化氫濃度低的處理水。
1‧‧‧汽提塔
2‧‧‧被處理水供應配管
2a‧‧‧灑水器
3‧‧‧填充層
4、6、6a、7、9、13、15、17、18、20、21、24、41a、42、46、47、49、51、63、65、66、71、72、74‧‧‧配管
5‧‧‧循環泵浦
8、14、60、62、70‧‧‧熱交換器
10‧‧‧閥
11‧‧‧噴嘴
12‧‧‧除霧器
15A‧‧‧觸媒反應器入口加熱器
16‧‧‧觸媒反應器
16a‧‧‧觸媒
19、23‧‧‧送風機
22‧‧‧煙囪
30‧‧‧溫度感測器
31‧‧‧控制器
33、34‧‧‧流量計
40、44‧‧‧冷卻用熱交換器
41、48、64‧‧‧氣液分離槽
42a‧‧‧灑水噴嘴
43‧‧‧壓縮機
45‧‧‧膨脹閥
50‧‧‧減壓閥
60a‧‧‧傳熱管
73‧‧‧循環泵浦
80‧‧‧pH調整槽
81‧‧‧鹼添加手段
CW‧‧‧冷水
Fc‧‧‧循環氣體流量
Ff‧‧‧新鮮空氣流量
L‧‧‧塔底液
第1圖係顯示本發明之含有過氧化氫及氨之水的處理方法及裝置之實施形態之一例的系統圖。
第2圖係顯示本發明之含有過氧化氫及氨之水的處理方法及裝置之實施形態之另一例的系統圖。
第3圖係顯示本發明之含有過氧化氫及氨之水的處理方法及裝置之實施形態之另一例的系統圖。
第4圖係顯示本發明之含有過氧化氫及氨之水的處理方法及裝置之實施形態之另一例的系統圖。
以下詳細地說明本發明之含有過氧化氫及氨之水的處理方法之實施形態。
作為在本發明中作為處理對象的含有過氧化氫及氨之水，較佳是氨含有500mg/L以上，例如含有500mg/L至5000mg/L，過氧化氫含有1000mg/L以上，例如1000mg/L至10000mg/L。作為如此之含有過氧化氫及氨之水，可例示SC-1排水。
在含有過氧化氫及氨之水為SC-1排水的情況 ，其pH通常為8至10左右。
在提高氨之汽提率及過氧化氫之分解率的情況，較佳是在含有過氧化氫及氨之水中添加氫氧化鈉、氫氧化鉀等之鹼，且在將pH調整在9以上、例如9至13尤其是10.5至12之後，進行汽提處理。
在本發明中，係以汽提塔在45℃至70℃較佳為50℃至65℃下對如此之含有過氧化氫及氨之水進行汽提(stripping)處理，且以觸媒氧化塔對來自汽提塔之流出氣體進行氧化處理。為了進行汽提處理，較佳是使用填充填充材並形成填充層的汽提塔，且較佳是將比該汽提塔內之填充層還更靠近上側的塔頂部、例如塔頂之氣體出口部的溫度設為上述範圍。汽提塔之溫度控制，係可以藉由調整塔底液之溫度來控制。
藉由將氣體吹入該汽提塔而使氨汽提。在將往氣體塔內的含有過氧化氫及氨之水的供應量設為W(m3 /hr)，將往汽提塔內的氣體之吹入量設為G(Nm3 /hr)的情況，G/W較佳為100至1000，特佳為300至600左右。
又，較佳是以在汽提塔不引起氾流(flooding)的塔徑且填充高度成為2m至15m左右之方式來選擇氣體吹入量及填充材的種類。
被吹入汽提塔之氣體，係對來自觸媒氧化塔之循環氣體添加了新鮮空氣。在將來自觸媒氧化塔之循環氣體流量設為Fc(Nm3 /hr)，將新鮮空氣之添加流量設為 Ff(Nm3 /hr)的情況，係將Fc/Ff設為15至60，較佳為20至50。
循環氣體流量，係設為：循環氣體流量與新鮮空氣流量之合計，成為足以以汽提塔對氨進行汽提的氣體量之流量。又，新鮮空氣之添加流量，係設為：可以充分地供應以後段之觸媒氧化塔對氨進行氧化所需的氧之流量。
在本發明中，較佳是在對來自汽提塔塔頂之流出氣體(以下，有時稱為汽提氣體)進行觸媒氧化之前進行凝結處理並將汽提氣體之含水率(水蒸氣含水率)設為10vol%以下，特佳為8vol%以下。藉由如此地降低汽提氣體之含水率，可以防止(抑制)觸媒氧化塔之氧化觸媒的劣化。
為了對汽提氣體進行凝結處理，較佳是在藉由熱交換器使其降溫之後，對凝結水進行氣液分離。亦可在該冷卻凝結之前段，對汽提氣體進行壓縮之後，以熱交換器來冷卻，接著使冷卻水進行熱交換並使水凝結以進行氣液分離。由氣液分離所分離出的凝結水較佳是被噴灑在汽提塔內之上部。
在本發明中，較佳是在將凝結處理後之氣體加溫並提高露點之後，導入具有觸媒填充層之觸媒反應器以氧化分解氨。該反應器入口氣體溫度較佳為300℃至400℃，特佳為320℃至350℃左右。作為氨分解用氧化觸媒，例如可使用使釕、鉑等之貴金屬受載於氧化鋁(alumina)、沸石(zeolite)等載體的觸媒。氨之氧化反應式 係如同以下所述。
4NH3 +3O2 → 2N2 +6H2 O
在本發明中，雖然是將汽提塔之溫度(較佳為塔內之塔頂部的氣體溫度)設定在45℃至70℃，但是在該汽提處理溫度中，恐有過氧化氫之分解速度小，使得塔底液中之過氧化氫濃度未充分降低之虞。因此，在本發明中，亦可將塔底液從汽提塔取出並加熱以分解過氧化氫。作為該加熱之熱源，較佳是利用來自觸媒反應器之反應氣體的保有熱，且進行熱交換而熱回收。又，藉由加熱將分解過氧化氫之後的液體與被處理水進行熱交換來熱回收為佳。藉由該熱交換而降溫的液體較佳是進行氣液分離，且將氣體回送到汽提塔之上部，而水則取出作為處理水。
以下，參照圖式就實施形態加以說明。第1圖至第4圖係分別顯示本發明之實施形態的含有過氧化氫及氨之水的處理方法及裝置之流程圖。
在第1圖之方法及裝置中，含有過氧化氫及氨之排水能透過被處理水供應配管2而供應至汽提塔1之上部的灑水器2a，且從該灑水器2a噴灑。被噴灑的水，係在填充層3中一邊與氣體接觸的同時一邊流下，且成為氨被汽提後的塔底液L。
該塔底液L，係能透過配管4、循環泵浦5、 配管6、7、熱交換器8、配管9而循環。在熱交換器8係透過閥10而供應有水蒸氣作為熱源流體，且以加熱塔底液L的方式所構成。能藉由閥10之開啟度調整來控制往熱交換器8之水蒸氣供應量。另外，塔底液之一部分係從連接於配管6的配管6a中取出作為處理水。
在填充層3之下側的塔內設置有噴嘴11以便將氣體吹入。從該噴嘴11吹入的氣體會上升於填充層3並與排水接觸，排水中的氨會變成氣體並進行汽提。藉由汽提後的氣體及水之蒸發而產生的水蒸氣，係與空氣一同上升於塔內，且能通過除霧器(demister)(霧分離器)12而去除掉水滴。該含有氨及水蒸氣之氣體，係從塔頂朝向配管13流出，且在以熱交換器14加熱至露點以上、較佳為280℃至380℃、尤其是320℃至350℃左右之後，通過配管15，而導入觸媒反應器16。另外，在配管15之途中設置有觸媒反應器入口加熱器15A。
氣體中之氨，係能藉由與觸媒反應器16內之觸媒16a接觸，而按照前述反應被氧化。該氧化反應為發熱反應，且使得氣體溫度上升。從觸媒反應器16流出的氣體，係從配管17導入熱交換器14，且與汽提塔流出氣體進行熱交換而降溫。該氣體，接著從配管18透過送風機(blower)19及配管20而供應至噴嘴11。從該送風機19送出的氣體之一部分，係透過從配管20分歧出的配管21送至煙囪22且朝向系統外排出。在比配管21之分歧部還更靠近下游側(噴嘴11側)，能透過送風機23及配管24 而添加空氣(大氣)。
在本發明中，較佳是在從觸媒氧化塔出口氣體熱回收之後，將氣體之大半循環於汽提塔。雖然可以藉此而提高熱利用率，且可以提升經濟性方面如同上面所述般，但是在氣體再循環方面係更具有以下所述的優點。
當以觸媒氧化塔對氨進行氧化處理時，通常會產生氮氧化物(NOX )之副產物(byproduct)。此為公害物質之一，且應在釋放至大氣的情況時極力地減低釋出量。尤其是在原水中之氨濃度較高的情況有必要充分地考慮氮氧化物之釋出量。
氮氧化物之釋出量，係能如通式(1)般地以氣體流量與其濃度之積來表示。但是在本發明之方法中，由於是將氣體進行再循環，所以可以大幅地降低釋出氣體流量，且可以減低氮氧化物之釋出量。又，由於循環後的氮氧化物係再次回送到觸媒氧化塔，且如通式(2)般地與氨起反應而進行分解去除，所以可以減低氮氧化物之絕對量，且可以更進一步大幅地減低往大氣的氮氧化物之釋出量。
往大氣之氮氧化物釋出量=氣體流量×氮氧化物濃度…(1)
NOX +NH3 → N2 +H2 O…(2)
設置有溫度感測器30以便檢測前述汽提塔1內之塔頂部的氣體出口之溫度，且該檢測溫度信號被輸入 至控制器31。能藉由閥10來控制往熱交換器8之水蒸氣供應量以便該檢測溫度成為45℃至70℃，較佳為50℃至65℃。另外，在即便不進行水蒸氣加熱而感測器30之檢測溫度仍成為45℃至70℃之範圍的情況，則停止往熱交換器8之水蒸氣供應。
在配管20之中、比配管21之分歧部還更靠近下游側且比配管24之匯流部還靠近上游側設置有流量感測器33。又，在新鮮空氣吹入用配管24設置有流量感測器34。此等流量感測器33、34之檢測流量信號被輸入至控制器31，來自觸媒反應器16之循環氣體流量Fc(流量感測器33之檢測流量)係以始終維持一定流量的方式所控制，而來自空氣送風機23之新鮮空氣流量Ff(流量感測器34之檢測流量)係被控制在對與氨之當量成為足夠之量的一定量。結果，在通常的SC-1排水之情況，Fc/Ff係成為15至60左右。
如此，藉由將新鮮吹入空氣之流量Ff設為循環氣體流量Fc之1/15至1/60，則新鮮空氣吹入量係成為在觸媒反應器16之氨氧化反應所需的計量之1.05倍至1.5倍左右的必要最小量，而其他係全部使用循環氣體。
又，將汽提塔之溫度設為45℃至70℃，並且將汽提氣體量(Fc+Ff)設為未滿理論上所需最小流量之200%，藉此能夠以較少之空氣吹入量安全且有效率地進行汽提。但是由於汽提溫度超過45℃所以汽提氣體之水蒸氣含有率會變高，雖然觸媒反應器16之觸媒壽命係變得 比先前還短且成本提高，但是能源成本降低，且整體可以將運轉費比先前還減低。
第2圖係在第1圖之含有過氧化氫及氨之水的處理方法及裝置中，為了提高汽提之效率而以更高之溫度(例如50℃)來運轉汽提塔1，且在導引來自汽提塔1之流出氣體的配管13，設置用以將氣體溫度冷卻至比45℃還更為低之溫度(例如40℃至45℃)的冷卻用熱交換器40和氣液分離槽41。在熱交換器40係流通有溫度30℃至35℃左右之冷水CW來作為溫冷流體。在氣液分離槽41從氣體分離出的凝結水，係能透過配管42而從汽提塔1內較佳為填充層3之上側的灑水噴嘴42a噴灑。
來自氣液分離槽41之氣體，係能透過配管41a而送至熱交換器14，且在升溫後導入觸媒反應器16。第2圖之其他的構成係與第1圖相同，且同一符號係顯示同一部分。
在該第2圖之方法及裝置中，由於是將來自汽提塔1之汽提氣體以熱交換器40冷卻至比45℃還更為低的溫度並使水分凝結，且以氣液分離槽41來分離凝結水，所以氣體之含水率會降低至10vol%以下。藉此，能一邊以較高之效率來運轉汽提塔的同時一邊減低往觸媒反應器16之觸媒的負荷，且可以延長觸媒壽命。但是，由於必須使冷卻汽提氣體並使水蒸氣凝結而回送到汽提塔1的水，在汽提塔1內再次蒸發，所以該部分將使得能源成本比第1圖之方法及裝置還更為上升。
第3圖之方法及裝置，係比第2圖之方法及裝置還高溫，且以低風量效率佳地進行汽提，在以壓縮機43對來自汽提塔1之氣體進行壓縮之後，以冷卻用熱交換器44來冷卻。處理水之一部分係能藉由從配管6分歧出的配管46來導入，作為該熱交換器44之低溫流體(塔底液)。藉由以熱交換器44進行熱交換而升溫後的處理水之一部分，係透過配管47而回送到汽提塔1內(較佳為填充層3之下側)。
由於是藉由熱交換器44對來自壓縮機43之高溫氣體進行冷卻並使其凝結，所以從熱交換器44透過配管47而回送到汽提塔1的塔底液之溫度會變高至97℃至110℃尤其是100℃至105℃左右。
被壓縮之汽提氣體在由熱交換器44所冷卻之後，被導入氣液分離槽48。該凝結水，係能從氣液分離槽48之底部透過配管49取出，且透過減壓閥50及配管51回送到被處理水供應配管2。
在氣液分離槽48已分離出凝結水的氣體，係在由以冷水為冷溫流體的冷卻用熱交換器40所冷卻之後，能以氣液分離槽41使得凝結水分離。在該第3圖之實施形態中，雖然由氣液分離槽41所分離出的凝結水，係以透過配管52回送到被處理排水供應配管2之方式所構成，但是亦可與第2圖同樣地回送到汽提塔1之上部。
將來自該氣液分離槽48之氣體，與第2圖之情況同樣地以熱交換器40來冷卻並使水蒸氣凝結，且以 氣液分離槽41將凝結水分離，之後，通過減壓閥45並藉由熱交換器14予以加溫之後，供應至觸媒反應器17。另外，雖然來自該氣液分離槽48之凝結水能藉由配管51回送到被處理水供應配管2，但是亦可如第2圖之配管42般地以供應至汽提塔1之上部的噴嘴42a之方式所構成。
在第3圖之裝置中，係可以藉由控制壓縮機43之轉數、往熱交換器40之冷卻水流通量等來控制汽提塔1之塔頂氣體溫度。第3圖之其他的構成係與第2圖同樣，且同一符號係顯示同一部分。
當依據該第3圖之方法及裝置時，就以壓縮機43對來自汽提塔1之汽提氣體進行絕熱壓縮，藉此使氣體升溫至高溫，接著以熱交換器44來與塔底液進行熱交換使其降溫，並且使水蒸氣凝結，進而以氣液分離槽48來分離凝結水，而降低氣體之含水率。由於該情況之凝結溫度係無法設在塔底液溫度(例如60℃)以下，所以要更進一步以使用冷卻水的熱交換器40來冷卻至45℃以下並以氣液分離槽41來分離凝結水而將氣體之含水率降低至10vol%以下。藉此觸媒反應器16之導入氣體的含水率會變低，而可以延長觸媒壽命。
第4圖係在第1圖之方法及裝置中，為了將供應至被處理水供應配管2的被處理水之pH調整在9以上，較佳為10.5至12，而設置了具有鹼添加手段81的pH調整槽80。又，為了降低處理水中的過氧化氫濃度，而以熱交換器60對塔底液之一部分進行加熱以分解塔底 液中的過氧化氫，且在以氣液分離器64進行氣液分離之後，將液體取出作為處理水，且將氣體回送到汽提塔1之上部。
亦即，汽提塔1之塔底液L的一部分，係透過配管4、泵浦5、配管6、6a流通至熱交換器60，且被加熱。為了使加熱用高溫流體流通至該熱交換器60之傳熱管60a，而在來自前述觸媒反應器16之反應氣體配管17的途中(比熱交換器14還更靠近觸媒反應器16側)設置有熱交換器70，且以熱媒體(例如熱媒體油)透過配管71、傳熱管60a、配管72、循環泵浦73、配管74循環於熱交換器60、70間之方式所構成。
藉由塔底液L以熱交換器60加熱至較佳為90℃以上、例如90℃至98℃，而進行過氧化氫之分解。由熱交換器60所加熱的液體，係從配管61流通至熱交換器62，且在與被處理水進行熱交換而降溫至25℃至35℃例如約30℃之後，透過配管63導入氣液分離槽64，且進行氣液分離處理。已分離出氣體的處理水係能透過配管65取出，而包含藉由過氧化氫之分解而產生的O2 或其他成分(例如水蒸氣)的氣體係透過配管66導入汽提塔1之上部(比除霧器12還更靠近下側)。第4圖之其他的構成係與第1圖同樣，且同一符號係顯示同一部分。
當依據該第4圖之方法及裝置時，過氧化氫被充分分解後的處理水能從配管65獲得。又，由於在此實施形態中，係使來自熱交換器60之高溫處理水在熱交 換器62中與被處理水進行熱交換，且提高從配管2導入汽提塔1的被處理水之溫度(較佳為80℃至100℃，例如約90℃)，所以能減輕熱交換器8之負荷。
上述實施形態皆為本發明之一例，本發明亦可為圖示以外之形態。例如，亦可將第4圖所示的過氧化氫分解機構(熱交換器60、62、70、氣液分離器64、循環泵浦73及各配管)設置於第1圖至第3圖之裝置。又，在第4圖中，亦可設置第2圖或第3圖所示的汽提氣體凝結機構。另外，雖然在第1圖至第3圖中省略了用以將被處理水之pH調整在9以上的pH調整槽80及鹼添加手段81，但是其是假定設置此等來調整pH。
[實施例]
以下列舉實施例及比較例更具體地說明本發明。
在以下之實施例中所處理的原水，係將氨濃度2000mg/L、過氧化氫濃度5000mg/L之來自SC-1工序的排水調整在pH11，且將該原水以41.7m3 /hr供應至汽提塔1。汽提塔1之直徑為1.8m，填充高度為7.8m。在觸媒反應器16係填充有4.3m3 的貴金屬系觸媒。氨濃度之測定係藉由離子電極法來進行，過氧化氫濃度之測定係藉由硫酸鈦來進行。
[實施例1至2、比較例1至2]
按照第1圖所示之處理流程，並以表1所示之進行處理，將結果顯示於表1。另外，表1中，汽提氣體之含水率為汽提塔之塔頂氣體的含水率，觸媒反應器流入氣體含水率為觸媒反應器之入口氣體的含水率，且藉由分別抽氣並進行氣體分析而求出的值。塔頂氣體溫度為溫度感測器30之檢測溫度。
如實施例1般，藉由提高汽提塔之溫度，可以用較少之風量使氨之99%汽提，且可以用較少之觸媒量來分解氨。又，不用對觸媒反應器入口加熱器施加熱負荷，就能夠進行分解。
如實施例2般，當將汽提塔溫度降低至50℃時，就必須將汽提塔氣體量增加至28000Nm3 /h。因此，觸媒量係從3.0m3 增加至4.3m3 。又，必須將觸媒反應器入口加熱器之熱負荷設為202kW。但是，由於氣體中之水分量從19.6vol%減至12.1vol%所以可以期待觸媒壽命變長。
在比較例1中，汽提塔運轉溫度為40℃。因此，汽提塔氣體量係變成41000Nm3 /h，而觸媒量則需要6.3m3 。又，觸媒反應器入口加熱器之熱負荷係變成335kW。雖然其為低含水率，但是由於加熱負荷大所以結果會將運轉成本往上提升。
在比較例2中，在將新鮮空氣量降至480Nm3 /h時，觸媒反應器出口之氧濃度會變成零，而未反應氨則會增加至100ppm。由於480Nm3 /h係與氨成為正 當量的氧量，所以可明白其需要該程度以上的氧。
[實施例3、比較例3]
按照第2圖所示之處理流程，並以表2所示之條件進行處理，將結果顯示於表2。另外藉由熱交換器40將汽提塔1之塔頂流出氣體冷卻至45℃並導入氣液分離槽41。
表2所示之實施例3，比起比較例3，由於減少了新鮮空氣量，所以汽提塔塔底加熱器及觸媒反應器入口加熱器之負荷會變小。又，實施例3，與表1之實施例相較，雖然要花費加熱用能源或冷卻水等之效用成本(utility cost)，但是由於進入觸媒反應器之氣體的含水量特別低，所以可以期待長期的觸媒壽命。當考慮觸媒交換費用時，可以對運轉費之減低有所貢獻。
[實施例4]
基於第2圖之流程的實施例3，係當與基於第1圖之流程的實施例1進行比較時，雖然觸媒反應器入口氣體之含水率會變低，但是觸媒反應器入口加熱器之負荷會變大，且需要冷卻水。效用成本較大者為實施例3之缺點。作為改善此缺點的方法，可考慮如第3圖所示地從塔頂氣體藉由蒸氣壓縮來熱回收以減低能源消耗。在此情況，在更進一步提高汽提塔運轉溫度以提高塔頂氣體之含水率，且降低觸媒反應器流入氣體量以減少觸媒量之方面也不失為良策。
按照第3圖所示之處理流程，並以表3所示之條件進行處理，將結果顯示於表3。另外，以壓縮機43壓縮後的氣體溫度為133℃，將此以熱交換器44冷卻至80℃，且在以氣液分離槽48進行氣液分離之後，使該分離氣體以熱交換器40降溫至45℃並導入氣液分離槽41。汽提塔1之塔頂氣體溫度係藉由塔底加熱器所控制。
當比較實施例4和實施例3時，雖然是在實施例4施加有壓縮機動力，但是可以減少觸媒之量。只要藉由動力費與觸媒價格之平衡來選擇流程即可。
[實施例5]
按照第4圖所示之處理流程，並以表4所示之條件進行處理，將結果顯示於表4。另外將原水導入pH調整槽80，且添加氫氧化鈉以設為pH11.0。在熱交換器60中，將塔底液加熱至90℃，且在以熱交換器62使此降溫至30℃之後，導入氣液分離器64。其他的條件係與實施例1相同。
[考察]
如同從表1至表4所明白般，依據本發明之各實施例可以充分地降低氨及過氧化氫之濃度。由於特別是依據實施例1、2可以比先前方法還大幅地削減觸媒量，依據實施例3可以降低觸媒反應器入口氣體中的水分濃度，所以可以大幅地延長觸媒壽命，而依據實施例4可以用較少之 觸媒量期待長期的觸媒壽命，依據實施例5可以顯著地降低處理水中的過氧化氫濃度。
1‧‧‧汽提塔
2‧‧‧被處理水供應配管
2a‧‧‧灑水器
3‧‧‧填充層
4、6、6a、7、9、13、15、17、18、20、21、24‧‧‧配管
5‧‧‧循環泵浦
8、14‧‧‧熱交換器
10‧‧‧閥
11‧‧‧噴嘴
12‧‧‧除霧器
15A‧‧‧觸媒反應器入口加熱器
16‧‧‧觸媒反應器
16a‧‧‧觸媒
19、23‧‧‧送風機
22‧‧‧煙囪
30‧‧‧溫度感測器
31‧‧‧控制器
33、34‧‧‧流量計
L‧‧‧塔底液

Claims (12)

  1. 一種含有過氧化氫及氨之水的處理方法，係具有：汽提工序，其係將含有過氧化氫和氨之水導入汽提塔，並且將氣體吹入該汽提塔以進行汽提處理；及觸媒氧化工序，其係對來自該汽提塔之汽提氣體進行觸媒氧化處理；以及氣體循環供應工序，其係藉由使來自該觸媒氧化工序之處理氣體的一部分循環於前述汽提塔，並且對該循環氣體吹入新鮮空氣，使吹入上述汽提塔之上述氣體包含來自該觸媒氧化工序而循環於前述汽提塔之該處理氣體與該新鮮空氣，其特徵為：將該汽提塔之溫度設為45℃至70℃，並且將前述處理氣體之循環氣體流量設為相對於該新鮮空氣吹入流量的15倍至60倍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的含有過氧化氫及氨之水的處理方法，其中，供應至前述觸媒氧化工序之前述汽提氣體的含水率為10體積%以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的含有過氧化氫及氨之水的處理方法，其中，對前述汽提氣體進行冷卻以產生凝結水，且將分離該凝結水後的氣體供應至前述觸媒氧化工序。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述的含有過氧化氫及氨之水的處理方法，其中，對前述汽提氣體進行絕熱壓縮，且使其與汽提塔之塔底液進行熱交換並冷卻以產生第1 凝結水，使分離該第1凝結水後的氣體與冷卻水進行熱交換並冷卻以產生第2凝結水，將分離該第2凝結水後的氣體在壓力開放之後輸送供應至前述觸媒氧化工序。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述的含有過氧化氫及氨之水的處理方法，其中，前述含有過氧化氫及氨之水的氨濃度為500mg/L以上，過氧化氫濃度為1000mg/L以上。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述的含有過氧化氫及氨之水的處理方法，其中，將前述含有過氧化氫及氨之水調整在pH9以上並導入於前述汽提塔。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述的含有過氧化氫及氨之水的處理方法，其中，將前述汽提塔之塔底液從汽提塔抽出並加熱至90℃以上以分解過氧化氫。
  8. 一種含有過氧化氫及氨之水的處理裝置，係具有：汽提塔，其係具備含有過氧化氫和氨之水的導入手段以及氣體汽提用氣體之吹入手段；及觸媒氧化塔，其係對來自該汽提塔之汽提氣體進行觸媒氧化處理；及氣體循環手段，其係使來自觸媒氧化塔之處理氣體的一部分循環於前述汽提塔；以及新鮮空氣吹入手段，其係對該氣體循環手段之循環氣體吹入新鮮空氣，其特徵為：前述處理裝置係具備：溫度控制手段，其係將該汽提塔之溫度設為45℃至 70℃；以及流量控制手段，其係將前述處理氣體之循環氣體流量設為相對於往該循環氣體之空氣吹入量的15倍至60倍。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的含有過氧化氫及氨之水的處理裝置，其中，更具有：對前述汽提氣體進行冷卻以產生凝結水的手段；及將該凝結水從氣體分離的手段；以及將已分離出凝結水的氣體供應至前述觸媒氧化塔的手段。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的含有過氧化氫及氨之水的處理裝置，其中，更具備：對前述汽提氣體進行絕熱壓縮，且藉由與前述汽提塔之塔底液的熱交換來冷卻以產生第1凝結水的手段；及將該第1凝結水從氣體分離的手段；及使已分離出該第1凝結水的氣體與冷卻水進行熱交換並冷卻以產生第2凝結水的手段；及將該第2凝結水從氣體分離的手段；以及將已分離出該第2凝結水的氣體在壓力開放之後供應至前述觸媒氧化塔的手段。
  11. 如申請專利範圍第8至10項中任一項所述的含有過氧化氫及氨之水的處理裝置，其中，具備：pH調整手段，其係將要導入前述汽提塔的含有過氧化氫及氨之水調整在pH9以上後再導入前述汽提塔。
  12. 如申請專利範圍第8至10項中任一項所述的含有 過氧化氫及氨之水的處理裝置，其中，具備：加熱手段，其係將前述汽提塔之塔底液從汽提塔抽出並加熱至90℃以上以分解過氧化氫。
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