(57)【要約】【課題】必要最小限の空気量で効率よくアンモニアを脱離させることができるアンモニアストリッピング工程を有する、アンモニア含有排水の処理方法を提供すること。【解決手段】アンモニア含有排水を吸着材８と接触させてアンモニア成分を吸着材８に吸着させる吸着工程と、この吸着材８を再生液と接触させて吸着したアンモニア成分を遊離させる遊離工程と、遊離アンモニアを含む再生液に空気を吹き込んで遊離アンモニアを脱離させる脱離工程と、脱離したアンモニアを分解、除去するアンモニア分解工程とを有するアンモニア含有排水の処理方法であって、脱離工程で再生液に吹き込む空気の線速度を、０．００５ｍ／ｓ〜０．０５ｍ／ｓの範囲で少なくとも２段階に変化させ、第２段階以降の空気の線速度を、第１段階における空気の線速度よりも速くすること。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニア含有排水を吸着材と接触させてアンモニア成分を前記吸着材に吸着させる吸着工程と、アンモニア成分を吸着した吸着材を再生液と接触させて前記吸着したアンモニア成分を遊離させる遊離工程と、遊離アンモニアを含む再生液に空気を吹き込んで前記遊離アンモニアを脱離させる脱離工程と、脱離したアンモニアを分解、除去するアンモニア分解工程とを有するアンモニア含有排水の処理方法であって、前記脱離工程で再生液に吹き込む空気の線速度を、０．００５ｍ／ｓ〜０．０５ｍ／ｓの範囲で少なくとも２段階に変化させ、第２段階以降の空気の線速度を、第１段階における空気の線速度よりも速くすることを特徴とするアンモニア含有排水の処理方法。
【請求項２】
前記第２段階以降の空気の線速度を、被処理再生液中のアンモニア濃度が低下するに従って上昇させ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の処理方法。
【請求項３】
前記第１段階から第２段階への切り換えを、被処理再生液中のアンモニア濃度が脱離工程開始時の濃度の１／２以下になった時点で行う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の処理方法。
【請求項４】
前記脱離工程における再生液の液温を４０℃以上、ｐＨを１２以上とすることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のアンモニア含有排水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンモニア含有排水の処理方法に係り、特に、排水中のアンモニア成分を吸着分離したのち、遊離させ、遊離アンモニアを気相に脱離させるアンモニア含有排水の処理方法であって、前記アンモニアを気相に脱離させる際の空気量を低減して効率よくアンモニアを分離することができるアンモニア含有排水の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンモニア含有排水を未処理のまま河川に放流すると、海水や湖沼の富栄養化が進み、例えば海の青潮や赤潮の発生、または湖沼における悪臭の原因となる。アンモニアは、例えば産業廃液や生活排水に含まれており、従来はトータル窒素としてその排出量が規制されていた。
【０００３】
しかし、２００４年からはアンモニア自体として規制されるようになるので、従来のように、アンモニア含有排水を中和処理した後、河川等に放流することが許されなくなる。なお、２００４年から導入されるアンモニアの排出規制は、閉鎖性水域における排水基準として２０ｐｐｍとなる見込みである。
【０００４】
排水中のアンモニアを除去する方法としては、例えば生物処理法、ストリッピング法、イオン交換法などが挙げられる。このうちアンモニアを気相に遊離させるストリッピング法は、高濃度の排水を処理できる方法として注目されている。アンモニアストリッピング方法に関する従来技術としては、例えば特開２００１−１７９５８号公報に見られるようにｐＨで制御する方法や、特開２００１−２５７６８号公報のようなエアリフト法を用いた排水処理技術が挙げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術は、ストリッピング工程（脱離工程ともいう）を含む一連のアンモニア処理システムとして検討されていなかったために、低空気量でストリッピング（脱離ともいう）する場合、脱離に長時間を要する上、排水中のアンモニアを充分に脱離させることができないという問題があった。
【０００６】
一方、過剰の空気量で脱離する場合は、（イ）脱離塔に充填したアンモニア含有液の液面が上昇するために高いストリッピング塔が必要になる、（ロ）飛沫が多量に飛散するために、例えば後流のアンモニア分解触媒層に与える影響が大きくなる、（ハ）脱離塔内で、気泡が逆混合流れを起こし、気泡と被処理液との接触が不十分となってアンモニアが完全に離脱しない、（二）長時間大きなコンプレッサーを運転する必要があることから、周辺地域における騒音被害が発生する等の問題があり、これらの問題をクリアするためにはイニシャルコストのみならず、ランニングコストが大幅に増大するという問題があった。
【０００７】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、必要最小限の空気量で効率よくアンモニアを脱離させることができるアンモニアストリッピング工程を有する、アンモニア含有排水の処理方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願で特許請求する発明は以下のとおりである。
（１）アンモニア含有排水を吸着材と接触させてアンモニア成分を前記吸着材に吸着させる吸着工程と、アンモニア成分を吸着した吸着材を再生液と接触させて前記吸着したアンモニア成分を遊離させる遊離工程と、遊離アンモニアを含む再生液に空気を吹き込んで前記遊離アンモニアを脱離させる脱離工程と、脱離したアンモニアを分解、除去するアンモニア分解工程とを有するアンモニア含有排水の処理方法であって、前記脱離工程で再生液に吹き込む空気の線速度を、０．００５ｍ／ｓ〜０．０５ｍ／ｓの範囲で少なくとも２段階に変化させ、第２段階以降の空気の線速度を、第１段階における空気の線速度よりも速くすることを特徴とするアンモニア含有排水の処理方法。
【０００９】
（２）前記第２段階以降の空気の線速度を、被処理再生液中のアンモニア濃度が低下するに従って上昇させることを特徴とする上記（１）に記載のアンモニア含有排水の処理方法。
（３）前記第１段階から第２段階への切り換えを、被処理再生液中のアンモニア濃度が脱離工程開始時の濃度の１／２以下になった時点で行うことを特徴とする上記（１）または（２）に記載のアンモニア含有排水の処理方法。
（４）前記脱離工程における再生液の液温を４０℃以上、ｐＨを１２以上とすることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れかに記載のアンモニア含有排水の処理方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例に適用されるアンモニア含有排水処理装置の系統を示す図である。図１において、この装置は、ゼオライト層８を有する吸着塔１と、該吸着塔１に被処理水を導入する原水ポンプ９と、前記吸着塔１出口処理水を貯留する処理済水タンク１４と、前記ゼオライト層８を再生する再生液を貯留する再生液タンク１０と、前記吸着塔１に処理液投入ポンプ２を有する配管１２を介して連結されたストリッピング塔３と、該ストリッピング塔３に設けられたアンモニア濃度計６およびエアポンプ４と、前記ストリッピング塔３と前記再生液タンク１０とを連結する再生液戻り配管１５と、前記ストリッピング塔３で脱離した気相のＮＨ３を分解するアンモニア分解触媒層５とから主として構成されている。７は、アンモニア濃度計６とエアポンプ４を連結する信号線、１１は、再生液ポンプ、１３は、処理済水配管、１６は、排出管である。
【００１１】
このような構成において、原水ポンプ９を経て吸着塔１に導入された、ｐＨが、例えば５．６〜８．６のアンモニア態窒素を含有する排水は、前記吸着塔１のゼオライト層８を通過してアンモニア成分が吸着、除去されたのち、処理済水配管１３を経て処理済水タンク１４に流入し、必要に応じて一旦貯留されたのち放流される。このとき、排水中のアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）は、下記式（１）によってイオン交換体であるゼオライトに捕捉され、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）が放出される。
【００１２】
Ｚ・Ｎａ＋ＮＨ４＋→Ｚ・ＮＨ４＋Ｎａ＋・・・（１）
ゼオライト層８が所定量のアンモニウムイオンを吸着して破過した際は、例えばバルブの切り換え等により、アンモニア含有排水は、図示省略した別の吸着塔に導入して処理される。アンモニア含有排水が別の吸着塔によって処理されている間に吸着塔１のゼオライト層８は、例えば以下のようにして再生される。すなわち、吸着塔１のゼオライト層８に、再生液ポンプ１１を介して再生液タンク１０内の再生液、例えば０．５ｍｏｌ／ｌ−ＮａＯＨ水溶液（ｐＨ＝１２）が導入、通水され、これによってゼオライトに吸着したアンモニウムイオンが下記式（２）のように遊離し、前記ゼオライト層８が再生される。
【００１３】
Ｚ・ＮＨ４＋Ｎａ＋→Ｚ・Ｎａ＋ＮＨ４＋・・・（２）
このとき上記式（２）および下記式（３）〜（５）に示したように、再生液中のアンモニウムイオンと等モルのＮａＯＨが消費されるので、メークアップする必要がある。
ＮＨ４＋＋ＯＨ−→ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ　　　　　　　　　　・・・（３）
ＮＨ３（Ｌ）＝ＮＨ３（Ｇ）　　　　　　　　　　　　　・・・（４）
Ｈ２Ｏ＝Ｈ＋＋ＯＨ−・・・（５）
再生液によって再生されたゼオライト層８は、例えば処理済みタンク１４からポンプ９を経て導入される処理済水によって水洗される。洗浄に用いられた処理済水は、例えはｐＨ＝５．６〜８．６に調整されたのち放流される。こうして洗浄されたゼオライト層８は、再度アンモニア成分の吸着に用いられる。
【００１４】
一方、ゼオライト層８を再生して吸着塔１の底部から流出する再生液は、ｐＨ調整されたのち配管１２および処理液投入ポンプ２を経て後流のストリッピング塔３に流入し、ここで、該ストリッピング塔３の下部に設けられたエアポンプ４から導入される空気の作用を受けて遊離アンモニアが脱離する。このとき、ストリッピング塔３における処理温度、すなわち再生液の液温は、例えば４０℃に設定される。また、アンモニア濃度計６によって再生液中のアンモニア濃度が、例えば処理液投入ポンプ２の起動当初から連続的に計測されるとともに、初期濃度が記録され、濃度減少速度、濃度変動等の情報が信号線７を介してエアポンプ４に伝送され、該エアポンプ４により前記信号に基づいてストリッピング塔３に導入する空気量または空気速度が調整される。すなわち、ストリッピング操作開始初期は、空気の線速度が低線速度、例えば０・００５ｍ／ｓに調整され、再生液中のアンモニア濃度が徐々に減少し、ある一定濃度、例えば初期濃度の１／２以下になった時点で導入空気の線速度を徐々に上昇させ、例えば０・００５ｍ／ｓ以上、０・０５ｍ／ｓ以下に設定し、アンモニアのストリッピングが行われる。
【００１５】
アンモニアが脱離し、回収された再生液は、下記式（６）または（７）によって副生するカルシウム塩またはマグネシウム塩が沈殿、除去されたのち再生液戻り配管１５を経て再生タンク１０に戻され、繰り返し使用される。
Ｍ２＋＋２ＯＨ−＝Ｍ（ＯＨ）２・・・（６）
Ｍ（ＯＨ）２＋＋ＣＯ３２−＝Ｍ（ＯＨ）２・・・（７）
ここで、Ｍ：Ｃａ２＋またはＭｇ２＋である。
脱離したアンモニアは、後流のアンモニア分解触媒層５に流入し、ここで窒素に分解される。
【００１６】
本実施例によれば、ストリッピング塔３における空気の線速度を、０．００５ｍ／ｓ〜０．０５ｍ／ｓとするとともに、ストリッピング処理開始当初は低線速度でアンモニアの脱離が進み、脱離速度が徐々に低下した時点で高線速度とすることにより、処理開始当初から低線速度一定で処理する場合に比べて処理速度が格段に短縮されるとともに、高線速度一定で処理する場合に比べて液面から飛散する飛沫量が低減して後流のＮＨ３酸化触媒に到達する飛沫量が大きく減少し、また、騒音を極力低減することができる。
【００１７】
本実施例によれば、アンモニアの脱離がイオン交換体の再生とは別に行われるので、イオン交換体であるゼオライトの摩耗を防止することができる。また、ストリッピング塔３出口再生液に含まれるカルシウム塩またはマグネシウム塩を除去した後、再生液タンク１０にリサイクルすることにより、沈殿物による配管等の閉塞を防止することができる。
【００１８】
本実施例において、アンモニア含有排水からアンモニア成分を除去するに際し、ゼオライト式吸着排水処理システムを採用したことにより、廃水中のアンモニウムイオンが選択的にイオン交換体であるゼオライトに捕捉、分離されるうえ、少量の再生液で交換体の再生が可能となり、また再生液中のアンモニアの脱離が容易となる。従って薬剤、加熱熱量、ストリッピング空気量等のユーティリティを節約することができる。
【００１９】
本実施例において、式（３）に基づいて再生液中のアンモニウムイオンを実質的に１００％アンモニアとして脱離させるためには、脱離塔内の再生液のｐＨが、ｐＨ≧１２．０であることが好ましい。なお、再生液のｐＨは、１２以上、例えば１３以下に調整される。
【００２０】
本実施例において、イオン交換体として無機イオン交換体を用いることが好ましい。これによって原排水に含まれるナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）等の影響を無視することができる。すなわち、原排水中には、通常ＮＨ４＋のほかＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等が共存するが、無機イオン交換体の吸着選択性には、ＮＨ４＋〜Ｋ＋＞Ｎａ＋≫　Ｃａ２＋≫Ｍｇ２＋の関係があるので、さらに再生液を繰り返し使用しているとＫ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋がイオン交換しなくなり、上記式（１）と式（２）のみが生じ、共存イオンの影響がなくなる。なお、樹脂からなる陽イオン交換体ではこのようなことが起こらない。
【００２１】
本実施例において、アンモニア含有廃水を吸着塔１に循環通水して処理することもできる。
本実施例にいて、脱離塔内の再生液の液温は、４０℃以上例えば８０℃以下に調整される。
【００２２】
本発明において、再生液の液組成は、アンモニウムイオンの吸着、脱離反応に基いて決定される。
本発明において、脱離工程における再生液のｐＨは、ｐＨ≧１２以上、液温４０℃以上であることが好ましい。再生液のｐＨが１２よりも低いか、または液温が４０℃よりも低いと脱離効率が低下する。
【００２３】
本発明において、吸着塔における吸着温度および再生温度は特に限定されるものではなく、通常、常温で行われる。
本発明において、吸着材層を再生した再生液中のアンモニウムイオン濃度が２０００ｐｐｍ以下となるように調節することが好ましい。２０００ｐｐｍを越えるとイオン交換体の再生効率が低下することがある。
【００２４】
【実施例】
次に、本発明の具体的実施例を説明する。
実施例１
吸着材としてゼオライトを用い、吸着塔１塔あたりの吸着材量を２．３ｍ３とした図１の装置を用い、アンモニア濃度２０ｐｐｍの廃水を液空間速度ＳＶ＝２３ｈ−１、処理量１００ｔ／ｄで第１の吸着塔に循環通水し、１週間連続処理した後、第２の吸着塔に切替えるという条件で前記廃水中のアンモニア成分を吸着、除去し、処理水のｐＨを８．６に調整して放流したところ、放流水中のアンモニア濃度は極めて低く、問題になるものではなかった。
【００２５】
アンモニア成分を吸着した吸着塔のゼオライト層にｐＨ＝１２、０．５ｍｏｌ／ｌ−ＮａＯＨ水溶液を、液空間速度ＳＶ＝１３ｈ−１でワンスルーさせて前記ゼオライト層を再生し、その後、再生されたゼオライト層に、場内の別の水槽に貯留されたｐＨ＝５．０の弱酸性水溶液を液空間速度ＳＶ＝１３ｈ−１で通水、水洗し、洗浄液を酸でｐＨ＝８．６以下に調整した後、放流した。
【００２６】
一方、ゼオライト層を再生した再生液を、一旦貯水槽に貯留し、アルカリを添加してｐＨ＝１３とした後、脱離塔に導き、該脱離塔底部に設けられたバブラーを介してエアポンプから空気を線速度０．００５ｍ／ｓで導入してアンモニア成分を脱離させ、再生液中のアンモニア濃度が１／２以下に減少した時点で空気の線速度を徐々に上昇させて再生液中のアンモニア成分を全て気相に離脱させたところ、脱離操作開始当初から０．０５ｍ／ｓ一定で空気を導入した場合と異なり、ストリッピング塔３内の液面の上昇が抑制され、後流のアンモニア分解触媒に対する影響がほとんどなく、騒音も減少した。
【００２７】
次いで、脱離塔３で脱離した気相中のアンモニアを後流のアンモニア分解触媒層５に導入して分解するとともに、再生液を、該再生液に含まれるＣ２＋、Ｍｇ２＋等の水酸化物または炭酸塩をスラッジとして抜き出したのち、再生液タンクに戻して再利用した。
【００２８】
図２に、本実施例におけるストリッピング空気の線速度、ストリッピング経過時間および再生液中のアンモニア成分の除去率の関係を示した。図２において、脱離操作開始当初から０．００５ｍ／ｓ一定で空気を導入する場合に比べてアンモニアが完全に脱離されるまでの時間が大幅に短縮されたことが分かる。
本実施例において、再生液によって再生されたゼオライト層をさらに洗浄した洗浄水を原廃水ラインに戻して処理対象廃水としてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本願の請求項１に記載の発明によれば、脱離塔内における液面上昇が低減されるとともに、気液混合が逆混合になることがないので、再生液と空気とが充分に接触し、アンモニアの脱離効率が著しく向上する。また、脱離時間が短縮するとともに空気導入時の騒音の発生を抑制することができる。
本願の請求項２に記載の発明によれば、上記発明の効果に加え、脱離時間をより短縮することができる。
【００３０】
本願の請求項３に記載の発明によれば、上記発明の効果に加え、アンモニアの脱離速度の低下を防止して脱離効率を向上させることができる。
本願の請求項４に記載の発明によれば、上記発明の効果に加え、アンモニアの脱離効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に適用される装置系統を示す図。
【図２】脱離用空気の線速度、脱離時間およびアンモニア除去率の関係を示す図。
【符号の説明】
１…吸着塔、２…処理液投入ポンプ、３…ストリッピング塔、４…アエポンプ、５…アンモニア分解触媒層、６…アンモニア濃度計、７…信号線、８…ゼオライト層、９…原水ポンプ、１０…再生液タンク、１１…再生液ポンプ、１２…配管、１３…処理済水配管、１４…処理済水タンク、１５…再生液戻り配管、１…排出管。
【図１】
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【図２】
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