JPH0788477A - アンモニア性窒素含有排水の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各種プラント設備における排水中のアンモニ
ア性窒素を脱窒する方法の提供。 【構成】 この方法は、（１）排水に酸を添加してアン
モニウム塩と酸性の復水脱塩再生水を生成させると共
に、中空糸膜フイルタにより０．１μｍ以上の粒径の固
形粒子を除去する工程、（２）電気透析装置により復水
脱塩再生水のアンモニウムイオンを低減する工程、
（３）前記工程により生成されるアンモニウムイオンの
濃縮された液を遠心薄膜乾燥器で乾燥処理する工程を含
む。 【効果】 本方法を実施する場合、装置の設置面積が少
なく、運転管理が容易で且つ処理された再生水はプラン
ト用水として再利用可能である。また、電気透析装置を
高い効率で長時間運転することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として火力発電プラ
ント等のプラント設備からの排水で水域の富栄養化によ
る汚濁を防止するため、排水中のアンモニア性窒素を現
実的に脱窒して処理すする方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、湖沼や内海等閉鎖性水域におい
て、水質の富栄養化に起因する汚濁が問題になってい
る。この水質の汚濁は、水中に含有される窒素とリンが
水質を富栄養化し、それによって生物が増殖することが
主な原因である。この中で水質の富栄養化に最も大きな
影響を及ぼす窒素は、有機体と無機体に大別されるが、
有害性は有機体窒素より無機体窒素の方が大きく、その
中でもアンモニア性窒素は最も好ましくない。現在この
ようなアンモニア性窒素は、各種工業プラント等から放
出される排水に含まれている。従って、その排水中のア
ンモニア性窒素を除去することが重要な課題となってい
る。

【０００３】図６は、火力発電プラントの排水例を示す
フロー図である。給水は給水ポンプ２１から給水管２２
を通ってボイラ２３へ供給され、発生蒸気は蒸気管２４
を通って蒸気タービン１５から復水器１６に流入し、得
られた復水は復水ポンプ１７から復水脱塩装置１８及び
循環ポンプ１９を通り、復水管２０により給水管２２へ
戻される。一方、復水中のイオンや腐食性生物は復水脱
塩装置１８により捕捉除去され、それら捕捉物質を含む
排水が排水管２５から排出される。このような火力発電
プラントの排水中には、通常、復水中の鉄分や腐食対策
のため注入されたアンモニア及び再生薬品（酸，アルカ
リ）が含まれており、その成分例としてＳＳ；５０ｐｐ
ｍ，ＮＨ₄ ⁺ ；５００ｐｐｍ等が含有されている。従
来、このような排水中からアンモニア性窒素を除去する
方法として、アンモニアをストリッピングにより除去す
るアンモニアストリッピング法（物理的方法），凝縮剤
によりアンモニアを吸着凝縮する凝縮法（化学的方
法），微生物によりアンモニアを分解除去する微生物学
的方法，蒸発濃縮法等が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、アンモニアス
トリッピング法は除去率が低く、ＳＳ除去等の前処理や
放出ガスの処理が重要であるという問題があり、凝縮法
はアンモニア性窒素を効率良く捕捉できる凝集剤がなく
設備が大型化すると共に、凝集物の処理が必要であると
いう問題がある。又、微生物学的方法は排水の水質や温
度によって微生物の活性度が敏感に変化するので、維持
管理が難しく、さらに前処理及び後処理が重要であると
いう問題がある。さらに、蒸発濃縮法はエネルギーコス
トが大であると共に、濃縮度が小さいという、夫々実用
上の問題を含んでいた。そこで本発明は、このような問
題を解決したアンモニア性窒素含有排水の処理方法を提
供することを課題とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のアンモニア性窒
素含有排水の処理方法は、（１）アンモニア性窒素を含
有する排水に酸を添加してアンモニウム塩と酸性の復水
脱塩再生水を生成すると共に、中空糸膜フイルタにより
０．１μｍ以上の粒径の固形粒子を除去する工程、
（２）該再生水を次に電気透析によりアンモニウムイオ
ンを低減する工程、（３）前記工程により生成されるア
ンモニウムイオンの濃縮された液を遠心薄膜乾燥機で乾
燥処理する工程、とを含むことを特徴とするものであ
る。

【０００６】本発明においては、排水に酸を添加して含
有するアンモニア性窒素をアンモニウム塩として除去
し、さらに液中に残されたアンモニウムイオン（および
その他の無機イオン）を電気透析装置により低減するこ
とが第一の主要な要件であり、前記排水を電気透析装置
に導入する前に中空糸膜フイルタにより０．１μｍ以上
の粒径の固形粒子を除去することが第二の主要な要件で
ある。第二の主要な要件に関して本発明者らの研究によ
れば、電気透析処理を行っている電気透析膜は、処理液
中に存在する酸化鉄や泥等からなる固形粒子の膜面への
付着量に比例してその透析性能が低下する。そして各種
プラント、例えば火力発電プラントの復水脱塩再生水中
の固形粒子は通常図１のような固形粒子分布を持ってお
り、ほとんどの固形粒子は０．１〜１．０μｍの範囲に
分布し、０．１μｍ以下は実質的に存在しないことが判
明した。他のプラント設備から排出される排水もほぼ同
様である。

【０００７】従って、０．１μｍ以上の粒径の固形粒子
を有効に分離する特性のフイルタを使用することによ
り、フイルタ処理効率を高く維持しながら電気透析膜の
有効処理時間を大幅に延長することが可能となる。特に
火力発電プラントは長時間、例えば定期点検のため１年
に１度しか運転停止が出来ないので、電気透析膜を含め
た復水脱塩再生水の有効処理時間の延長は極めて重要で
ある。

【０００８】そして多数の中空糸を束ねて構成された中
空糸膜フイルタは、単位容積当たりの膜面積を極めて大
きくでき、且つその膜の孔径を精密に制御して製造する
ことができ、さらに洗浄も簡単にできるので上記目的に
使用するフイルタとして好適である。図２に本発明で使
用するのに適した中空糸膜フイルターの特性を示す。図
中における阻止率（％）は中空糸膜フイルターで除去さ
れる固形粒子の割合であり、図２は０．１μｍ以上をほ
ぼ１００％除去でき、０．０４μｍの固形粒子を約９０
％除去できる特性を有するものである。なお、上記中空
糸膜フイルタによる固形粒子の除去は、排水の電気透析
処理装置への導入前なら特に制限はなく、上記酸添加の
前、または酸添加と同時に行ってもよい。

【０００９】次に、本発明のアンモニア性窒素含有排水
の処理方法をさらに詳細に説明する。図３は本発明の処
理方法は脱窒方法であり、それ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、１ａはその
攪拌器、３は中空糸膜フイルタ、４は第一の電気透析装
置、５は第二の電気透析装置、６は遠心薄膜乾燥機であ
る。なお電気透析装置は場合によっては一つとすること
もできる。

【００１０】火力発電プラントの復水脱塩再生装置（図
示せず）からの排水である復水脱塩再生水ａはｐＨ調整
槽１で一旦貯蔵されると共に、そこで攪拌器１ａにより
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、アンモニア性窒素はアンモニウム
塩として除去される。そして液中には沈澱しないアンモ
ニウムイオン（ＮＨ₄ イオン）と無機イオンが残存され
る。添加する酸としては鉱酸、例えば塩酸または硫酸が
好ましい。

【００１１】ｐＨ調整槽１からの再生水はポンプ２によ
り配管ｃを通って中空糸膜フイルタ３に送られ０．１μ
ｍ以上の固形粒子が除去される。固形粒子を除去された
再生水は配管ｄにより第一の電気透析装置４の希釈側４
ａに流入される。第一の電気透析装置４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再生水は、さらに配管ｅにより第二
の電気透析装置５の希釈側５ａに流入され、アンモニア
イオンおよびその他の無機イオン類が電気透析処理によ
りさらに低減される。第二の電気透析装置５からの再生
水は配管ｉを通って排出され、再使用するか系外に放出
される。

【００１２】第二の電気透析装置５の濃縮側５ｂには配
管ｐにより補給水が供給され、そこから流出するアンモ
ニアおよびその他の無機イオン類が濃縮された濃縮水
は、配管ｇにより第一の電気透析装置４の濃縮側４ｂに
流入される。さらにその濃縮側４ｂから流出される濃縮
水は配管ｆにより遠心薄膜乾燥機６に流入される。遠心
薄膜乾燥機６は濃縮水中の水分を数％程度まで蒸発させ
て配管ｋから蒸気として排出すると共に、ほぼ乾燥状態
となった粉末状の固形分を配管ｊから排出する。なお、
この遠心薄膜乾燥機６の構造および作用はよく知られて
いるので説明は省略する。このようにアンモニウムイオ
ンやその他の無機イオンを高濃度に含むものが塩の形で
粉末状の固形分として排出されるので、廃棄物処理が極
めて容易となる。

【００１３】図４は本発明に使用される中空糸膜フイル
タ３、およびそれを洗浄するための周辺装置の一例を示
したフローシートである。中空糸膜フイルタ３は容器１
０とその中に設けられた仕切板１１、および仕切板１１
に支持された中空糸モジュール１２を備えている。そし
て仕切板１１の下側がフイルタ一次側、上側がフイルタ
二次側となり、配管ｃから導入される再生水は中空糸膜
の外側から内側にろ過されて配管ｄから排出される。な
お、再生水ろ過中の中空糸膜の内外差圧は差圧計１４に
より監視される。図中ＡＯ、ＭＯおよびＤＯは電磁弁や
空気駆動式の弁、または手動弁等の開閉弁であり、中空
糸モジュール１２の洗浄等のために使用され、これらは
図示しない制御装置からの信号により、または手動によ
り開閉される。再生水ろ過中はＡＯ、ＤＯを閉じてＭＯ
を開く。洗浄時はＭＯを閉じＡＯを開くことにより、配
管ｌにより供給される加圧された空気が空気ろ過器１
３、配管ｍ、および配管ｎを通って容器１０内に供給さ
れる。

【００１４】配管ｍからの空気は中空糸膜の内側から外
側に通過し、膜孔に付着された固形粒子をフイルタ一次
側に吹き飛ばし剥離洗浄する。その際配管ｎからの空気
により中空糸モジュール１２に振動が与えられ、前記洗
浄を促進する。容器１０内の空気は配管ｏから外部に排
出される。開閉弁ＤＯは容器１０内の再生水を配管ｑか
ら排出するためのもので、洗浄に先立って作動させるこ
とができる。その際、図面上その右側にあるＡＯの開閉
弁を開けることにより排出をよりスムーズに行うことが
できる。上記中空糸膜フイルタ３は通常２個以上複数個
並列して設けられ、一個が洗浄中に他の中空糸膜フイル
タ３により再生水の処理を継続するようになされる。

【００１５】次に、図５は電気透析の原理を説明するた
めに示した模式的な図である。例えばチタン板に白金メ
ッキした陽極板７と、ステンレス板からなる陰極板８と
の間には陰イオン交換膜Ａと陽イオン交換膜Ｃが交互に
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（ｍ
ｅｑ／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。

【００１６】これらイオン交換膜の対数は復水中に含ま
れるアンモニア分の濃度等により異なるが、一般に２０
０〜６００対程度用いられる。前記のように酸として硫
酸を用いた場合は、図４に示すように例えばアンモニウ
ムイオン（ＮＨ₄ イオン）と硫酸イオン（ＳＯ₄ イオ
ン）が陰ー陽極間に形成された電場によって電気的に泳
動する。アンモニウム等の陽イオンは陰極板８の方向に
泳動し、陽イオン交換膜Ｃを透過して濃縮側に入り、さ
らに陰極板８方向へ泳動しようとするが、陰イオン交換
膜Ａに阻止されて濃縮液中に残存する。一方硫酸等の陰
イオンは陽極板７の方向に泳動し、陰イオン交換膜Ａを
透過して濃縮側に入り、さらに陽極板７方向に泳動しよ
うとするが、陽イオン交換膜Ｃに阻止されて濃縮液中に
残存する。かくして、濃縮液中のアンモニウムイオンお
よび硫酸イオンは、移動媒体である濃縮液によって電気
透析装置から取り出される。なお、陽極板７および陰極
板８近傍に陽極液および陰極液をそれぞれ流通させる。

【００１７】

【実施例】次に図３のフローシートのように構成された
本発明の実施例を説明する。一つの火力発電プラントの
復水脱塩装置に捕捉・除去され、それらの捕捉物質を含
む排水は、平均的に配管ａから３００ｍ³ ／日であるの
で、その排水量の復水脱塩再生水を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
整された再生水中の固形粒子は図１のような分布をして
おり、ＳＳ（浮遊固形物質）として２０ｐｐｍの含有量
であった。また再生水中には他の成分としてＴＤＳ（ｔ
ｏｔａｌ ｄｅｓｏｌｖｅ ｓｏｌｉｄ）１，２００ｐ
ｐｍ、ＮＨ₄ イオン１，１３０ｐｐｍ、ＳＯ₄ イオン
８，０５０ｐｐｍ、Ｎａイオン２，４４０ｐｐｍ、Ｃｌ
イオン４０ｐｐｍが含まれていた。

【００１８】上記ｐＨ調整された再生水は次に中空糸膜
フイルタ３に導入され、固形粒子をＳＳとして０．２ｐ
ｐｍまで除去した後、第一の電気透析装置４および第二
の電気透析装置５を順次通過させて電気透析処理をし
た。これら電気透析装置４および５の有効膜面積は３．
７４ｄｍ／対、組込膜対数は３０、膜面流速は１５ｃｍ
／ｓであり、電流密度はそれぞれ１．３２Ａ／ｄｍ² 、
０．５６Ａ／ｄｍ² であった。また配管ｐから２０ｍ³
／日の補給水を供給した。電気透析処理されて配管ｉか
ら放出された再生水は２９０ｍ³ ／日で、そのＮＨ₄ イ
オンは５ｐｐｍ、ＴＤＳは２００ｐｐｍであった。

【００１９】一方、配管ｆからの濃縮水は３０ｍ³ ／日
で、そのＮＨ₄ イオンは１０，７９０ｐｐｍ、ＴＤＳは
１１３，０００ｐｐｍであった。この濃縮水は遠心薄膜
乾燥器６に導入され、加熱蒸気による間接加熱で乾燥さ
れた。ほぼ２５ｍ³ ／日の発生蒸気が配管ｋから放出さ
れ、数％の水分まで乾燥された４．２ｔ／日の粉体が回
収された。なお本実施例は１カ月間の連続運転を行った
が、電気透析装置を含めた装置上の支障は全くなく、そ
の有効性を実証することができた。

【００２０】

【発明の効果】本発明は各種プラント設備におけるアン
モニア性窒素含有排水の処理方法において、設置面積が
少なく、運転管理が容易で且つ設備費およびランニング
コストの面から経済性に優れた利点がある。加えて処理
された排水はプラント用水等の工業用水として再利用可
能なことから、無排水化プロセスともなり得るという優
れた効果がある。さらに電気透析処理の前処理として、
特定のフイルタ特性を有する中空糸膜フイルタによる固
形粒子の除去処理をするので、電気透析処理の効率を維
持しつつ長時間の運転をすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】排水として復水脱塩再生水の固形粒子分布を示
す図。

【図２】本発明で使用するのに適した中空糸膜フイルタ
ーの特性を示す図。

【図３】本発明の処理方法を実施するための処理フロー
シートの一例。

【図４】本発明に使用される中空糸膜フイルタ３、およ
びそれを洗浄するための周辺装置の一例を示したフロー
シート。

【図５】本発明における電気透析の原理を説明するため
に示した模式的な図。

【図６】本発明の対象の一つとする火力発電プラントの
説明図。

【符号の説明】

１ ｐＨ調整槽 １ａ 攪拌器 ２ ポンプ ３ 中空糸膜フイルタ ４ 第一の電気透析装置 ５ 第二の電気透析装置 ６ 遠心薄膜乾燥機 ７ 陽極板 ８ 陰極板 １０ 容器 １１ 仕切板 １２ 中空糸モジュール １３ 空気ろ過器 １４ 差圧計 １５ 蒸気タービン １６ 復水器 １７ 復水ポンプ １８ 復水脱塩装置 １９ 循環ポンプ ２０ 復水管 ２１ 給水ポンプ ２２ 給水管 ２３ ボイラ ２４ 蒸気管 ２５ 排水管 Ａ 陰イオン交換膜 Ｃ 陽イオン交換膜 ＡＯ 開閉弁 ＭＯ 開閉弁 ＤＯ 開閉弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０２Ｆ 9/00 ５０２ Ｅ 7446−4Ｄ Ｍ 7446−4Ｄ ５０３ Ｇ 7446−4Ｄ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンモニア性窒素を含有する排水に酸を
   添加してアンモニウム塩と酸性の復水脱塩再生水を生成
   すると共に、中空糸膜フイルタにより０．１μｍ以上の
   粒径の固形粒子を除去する工程と、 次いで電気透析により前記再生水に含まれるアンモニウ
   ムイオンを低減する工程と、 その工程によって生成されるアンモニウムイオンの濃縮
   された液を遠心薄膜乾燥機で乾燥処理する工程と、 を有することを特徴とするアンモニア性窒素含有排水の
   処理方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記排水が火力発電
   プラントにおけるアンモニア性窒素を含有する復水脱塩
   再生水であるもの。
3. 【請求項３】 前記復水脱塩再生水中に添加される酸
   は、該再生水のｐＨが２〜４となる範囲である請求項２
   の処理方法。