(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア性窒素を含有する液に酸を添加してアンモニウム塩を沈澱除去し、アンモニウムイオンを含む液を陽イオン交換膜Ｃと陰イオン交換膜Ａが交互に配置された電気透析装置４で処理するアンモニア性窒素の除去方法であって、電気透析装置４の透析単位Ｕとして、アンモニウムイオンを含む液を導入する希釈室１０と、該希釈室１０の陽イオン交換膜Ｃ側に隣接する第１濃縮室１１と、該希釈室１０の陰イオン交換膜Ａ側に隣接する第２濃縮室１２と、前記第１濃縮室１１の陰イオン交換膜Ａ側に隣接して水酸イオン含有液が流れる水酸イオン室１３を含み、前記第１濃縮室１１のｐＨを前記希釈室１０より移動するアンモニウムイオンと前記水酸イオン室１３から移動する水酸イオンからアンモニアを生成する平衡条件となるようなアルカリ性に維持し、それによって生成したアンモニアを気体として該第１濃縮室１１から取り出すことを特徴とするアンモニア性窒素の除去方法。
【請求項２】
第１濃縮室１１のｐＨを１２以上の高アルカリ性に維持する請求項１のアンモニア性窒素の除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は火力発電プラントにおける復水脱塩再生水などの液中に存在するアンモニア性窒素をアンモニアガスとして除去する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば火力発電プラントにおける復水などは、通常イオン交換樹脂により脱塩されて復水脱塩再生水とされるが、その再生水中には一般に環境基準を越える量のアンモニア性窒素が含まれている。従来からこのような復水脱塩再生水中のアンモニア性窒素を環境基準以下に低減する方法として、アンモニア拡散（ストリッピング）法が多用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこのストリッピング法は、複雑な設備や大きな敷地面積を必要とする上に、多大のエネルギーを消費するという問題がある。また、大気中に蒸発水と共にアンモニアを放出させることは環境上も好ましくないので、それを回避するためにはさらに後処理設備を必要とするが、そのような設備を設けても資源としてのアンモニアを回収することは容易ではない。
そこで本発明はこのような問題を解決するためのアンモニア性窒素の除去方法の提供を課題とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アンモニア性窒素を含有する液に酸を添加してアンモニウム塩を沈澱除去し、得られたアンモニウムイオンを含む液を陽イオン交換膜と陰イオン交換膜が交互に配置された電気透析装置で処理するアンモニア性窒素の除去方法である。
そして電気透析装置の透析単位として、アンモニウムイオンを含む液を導入する希釈室と、その希釈室の陽イオン交換膜側に隣接する第１濃縮室と、希釈室の陰イオン交換膜側に隣接する第２濃縮室と、第１濃縮室の陰イオン交換膜側に隣接して水酸イオン含有液が流れる水酸イオン室を含む。さらに第１濃縮室のｐＨは、希釈室より移動するアンモニウムイオンと水酸イオン室から移動する水酸イオンからアンモニアを生成する平衡条件となるようなアルカリ性に維持する。そして生成したアンモニアを気体として第１濃縮室から取り出すことを特徴とするものである。
【０００５】
【実施例】
次に、本発明のアンモニア性窒素の除去方法をさらに詳細に説明する。
図１は本発明のアンモニア性窒素の除去方法を実施するための処理フローシートの一例であり、１はｐＨ調整槽、２はポンプ、３は中空糸膜フイルタ、４は電気透析装置である。
アンモニア性窒素を含有する液ａは、ｐＨ調整槽１で添加される酸ｂと混合され、ｐＨを４以下、好ましくは２〜４程度に調整され、それによってアンモニア性窒素はアンモニウム塩として沈澱し配管ｃから除去される。添加する酸としては鉱酸、例えば塩酸または硫酸などが好ましい。沈澱しないアンモニウムイオン（ＮＨ4 イオン）と無機イオン、例えば酸として硫酸を使用するときは硫酸イオン（ＳＯ4 イオン）が液中に残される。
ｐＨ調整槽１からのアンモニウムイオンを含む液は、ポンプ２により配管ｄを通って中空糸膜フイルタ３に送られて微細な固形粒子が除去される。固形粒子を除去することにより電気透析装置における透析膜の有効処理時間を大幅に延長することができる。
【０００６】
固形粒子を除去した再生水は、配管ｅにより電気透析装置４の希釈室に導入され、そこで電気透析処理により一定量のアンモニアイオンおよびその他の無機イオン類を低減された液が配管ｆを通って排出され、再使用するか系外に放出される。
電気透析装置４は後述するように陽イオン交換膜と陰イオン交換膜が交互に多数配置され、それらによって仕切られた希釈室、第１濃縮室、第２濃縮室および水酸イオン室が透析単位となっている。そして水酸イオン室に水酸イオン供給液としての水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含む液が配管ｇにより導入され、配管ｈから流出する。さらに第１濃縮室には室内を高ｐＨに維持するためにアルカリ剤を含む液、例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）液が配管ｋにより導入され、第１濃縮室からはＮａＯＨ液が配管ｍにより流出する。また気体としてのアンモニアが第１濃縮室内を上昇して配管ｉから外部に取り出される。さらに第２濃縮室で濃縮されたＳＯ4 イオンのような無機イオンとＮａイオンを含む液が配管ｊから流出する。
【０００７】
次に、図２は本発明に使用される電気透析装置４を模式的に示す図である。例えばチタン板に白金メッキした陽極板５と、ステンレス板からなる陰極板６との間に陽イオン交換膜Ｃと陰イオン交換膜Ａが交互に多数配置される。陰イオン交換膜Ａとしては、例えばイオン交換基として４級アンモニウム塩を１．５〜３．０（ｍｅｑ／ｇ乾燥樹脂）含むスチレン／ジビニルベンゼン共重合体系の膜が使用され、陽イオン交換膜Ｃとしては、例えばイオン交換基としてスルホン酸基を１．５〜３．０（ｍｅｑ／ｇ乾燥樹脂）含むスチレン／ジビニルベンゼン共重合体系の膜が使用される。なお陽極板５とそれに隣接する陰イオン交換膜Ａとの間には陽極液が流され、陰極板６とそれに隣接する陽イオン交換膜Ｃとの間には陰極液が流される。
【０００８】
イオン交換膜の対数は液中に含まれるアンモニアイオンの濃度や所望の処理量等により異なるが、一般に２００〜９００対程度用いられる。そして一対の陽イオン交換膜Ｃと陰イオン交換膜Ａの間にアンモニウムイオンを含む液を導入する希釈室１０が配置され、希釈室１０の陽イオン交換膜Ｃ側に隣接して第１濃縮室１１、希釈室１０の陰イオン交換膜Ａ側に隣接して第２濃縮室１２が配置され、さらに第１濃縮室１１の陰イオン交換膜Ａ側に隣接して水酸イオン含有液が流れる水酸イオン室１３が配置されている。そしてこれら希釈室１０、第１濃縮室１１、第２濃縮室１２および水酸イオン室１３により透析単位Ｕが構成され、そのような透析単位が陽極板５と陰極板６との間に多数配置されている。
【０００９】
前述のように酸として硫酸を用いた場合は、希釈室１０にはアンモニウムイオン（ＮＨ4 イオン）と硫酸イオン（ＳＯ4 イオン）を含む液が配管ｅにより導入され、そこでこれらイオンは陰−陽極板間に形成された電場によって電気的に泳動する。ＮＨ4 イオン（陽イオン）は陰極板６の方向に泳動し、陽イオン交換膜Ｃを透過し第１濃縮室１１に移動する。第１濃縮室１１内のＮＨ4 イオンはさらに陰極板６方向へ泳動しようとするが、水酸イオン室１３との境界の陰イオン交換膜Ａに阻止される。
一方ＳＯ4 イオン（陰イオン）は陽極板５の方向に泳動し、陰イオン交換膜Ａを透過して第２濃縮室１２に移動する。第２濃縮室１２内のＳＯ4 イオンはさらに陽極板５方向に泳動しようとするが、次の透析単位を構成する水酸イオン室１３との境界の陽イオン交換膜Ｃに阻止されて濃縮液中に残る。このように希釈室１０のＮＨ4 イオンは第１濃縮室１１へ移動し、ＳＯ4 イオンは第２濃縮室１２に移動する。
【００１０】
配管ｇにより図示中央の水酸イオン室１３に導入された水酸化ナトリウムを含む液は、陽イオンであるナトリウムイオン（Ｎａイオン）と陰イオンである水酸イオン（ＯＨイオン）とに電離される。陰−陽極板間に形成された電場によって、Ｎａイオンは陰極板６の方向に泳動し、陽イオン交換膜Ｃを透過し次の透析単位を構成する第２濃縮室１２に移動する。第２濃縮室１２内のＮａイオンはさらに陰極板６方向へ泳動しようとするが陰イオン交換膜Ａに阻止される。
一方、ＯＨイオンは陽極板５の方向に泳動し、陰イオン交換膜Ａを透過して第１濃縮室１１に移動する。第１濃縮室１１内のＯＨイオンはさらに陽極板５方向に泳動しようとするが、希釈室１０との境界の陽イオン交換膜Ｃに阻止される。このように水酸イオン室１３のＮａイオンは次の透析単位を構成する第２濃縮室１２に移動し、ＯＨイオンは第１濃縮室１１に移動する。
上記のようにして、希釈室１０に導入されたＮＨ4 イオンとＳＯ4 イオンは希釈され、配管ｆから系外に排出されるか再循環される。また、水酸イオン室１３に導入されたＮａＯＨは希釈されて配管ｈから流出し、新たなＮａＯＨ液を補給され再循環される。
【００１１】
第１濃縮室１１には希釈室１０から移動したＮＨ4 イオンと水酸イオン室１３から移動したＯＨイオンが存在するが、ＮＨ4 イオンとＯＨイオンは、アンモニア（ＮＨ3 ）との間で可逆的反応をする。図３は室内のｐＨを変化したときのＮＨ3 とＮＨ4 イオンとの存在割合を、温度をパラメータとして測定した結果である。
図３から判るように、室内のｐＨが高くなるほどその反応はＮＨ3 側に移行するが、少なくともｐＨを１２以上のアルカリ側に維持することにより、温度が変化しても反応はほぼ１００％ＮＨ3 側に移行した状態で平衡する。第１濃縮室１１内は配管ｋから導入したＮａＯＨ液により、そのような高ｐＨ、少なくともその温度において反応がほぼ１００％ＮＨ3 側に平衡する条件の高いｐＨに維持され、それによって第１濃縮室１１内に移動したＮＨ4 イオンは、気体アンモニア（ＮＨ3 ）として分離され配管ｉから効率良く取り出し回収できる。一方、第１濃縮室１１からはＮａＯＨを含む液が配管ｍにより流出するが、これは再循環される。
【００１２】
【実験例】
次に図１のフローシートのように構成された本発明の実施例を示す。
配管ａから０．３リットル／時のアンモニア性窒素を含有する復水脱塩再生水をｐＨ調整槽１に供給し、そこで硫酸を添加してｐＨを３に調整した。ｐＨ調整された再生水は次に中空糸膜フイルタ３でＳＳとして０．２ｐｐｍまで固形粒子除去した後、電気透析装置４に導入して電気透析処理をした。電気透析装置４の有効膜面積は１．７２ｄｍ／対、組込膜対数は１である。
水酸イオン室１３には濃度ｐＨ１２のＮａＯＨ液を０．３リットル／時流し、さらに第１濃縮室に濃度ｐＨ１２のＮａＯＨ液を０．３リットル／時流してそのｐＨを１２に維持した。その結果、配管ｉから気体としてのアンモニアが１．３リットル／時回収された。一方、配管ｍからはアンモニウムイオンを実質的に含まないＮａＯＨ液が流出した。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、複雑な設備や大きな敷地面積を必要とせず、多大のエネルギーの消費をすることなく、アンモニア性窒素を効率良く除去することができる。さらに本発明の方法によれば、アンモニアを気体として容易に分離回収することができるので環境の問題を生じることがなく、しかも回収したアンモニアは資源として有効活用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアンモニア性窒素の除去方法を実施するための処理フローシート。
【図２】本発明の方法において使用する電気透析装置の原理を説明する模式的な図。
【図３】アンモニウムイオンとアンモニアの平衡条件を示す図。
【符号の説明】
１  ｐＨ調整槽
２  ポンプ
３  中空糸膜フイルタ
４  電気透析装置
５  陽極板
６  陰極板
１０  希釈室
１１  第１濃縮室
１２  第２濃縮室
１３  水酸イオン室
Ａ  陰イオン交換膜
Ｃ  陽イオン交換膜
【図１】
0003637458.tif 000002
【図２】
0003637458.tif 000003
【図３】
0003637458.tif 000004