JPH11226583A - アンモニアや有機態窒素を含む有機物の超臨界水酸化方法及び装置 - Google Patents

アンモニアや有機態窒素を含む有機物の超臨界水酸化方法及び装置

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JPH11226583A
JPH11226583A JP3276098A JP3276098A JPH11226583A JP H11226583 A JPH11226583 A JP H11226583A JP 3276098 A JP3276098 A JP 3276098A JP 3276098 A JP3276098 A JP 3276098A JP H11226583 A JPH11226583 A JP H11226583A
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ammonia
nitrogen
organic
supercritical water
supercritical
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JP3276098A
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English (en)
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Hiroshi Suzugaki
裕志 鈴垣
Akira Suzuki
明 鈴木
Tomoyuki Iwamori
智之 岩森
Taro Oe
太郎 大江
Shinichirou Kawasaki
慎一朗 川崎
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Original Assignee
Organo Corp
Japan Organo Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機態窒素を含む有機物を、酸化剤として安
価で安全な空気を用いて超臨界水酸化処理した場合に、
有機物の含有窒素の相当部分が窒素ガスとならず、処理
流体中に亜硝酸,硝酸やアンモニアが多く含まれてしま
うというという問題を解決する。 【解決手段】 被処理原液中の有機態窒素を含む有機物
を臨界温度・圧力以上の水と酸化剤が存在する超臨界水
酸化反応で酸化処理するにあたり、酸化剤として空気を
用い、処理流体中に亜硝酸又は硝酸等の硝酸態窒素やア
ンモニアをできるだけ含ませないようにできる反応温度
で、超臨界水酸化反応させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電子部品製
造業等の電子産業などから排出されるアルカリ廃液や、
有機性排水の生物処理装置から発生する有機性汚泥等の
有機態窒素を含む有機物などを超臨界水酸化法により完
全分解させる方法に関するものである。
【0002】
【従来技術】従来から、電子産業などから排出されるア
ルカリ性廃液や、有機性排水の生物処理装置から発生す
る有機性汚泥等は、窒素を含む廃棄物等として知られて
おり、例えば、前者のアルカリ性廃液は、ウエハのフォ
トリソグラフィ工程で用いられる処理液に含まれている
(CH34 NOH(以下「TMAH」という)や、ウ
エハの洗浄工程で用いられる洗浄水中のNH4 OHなど
を含み、後者の有機性汚泥は窒素を含んでいる。そし
て、これらは廃棄物としてそのまま放置することはでき
ないので、電子産業から排出されるアルカリ性廃液につ
いてはその大部分が濃縮後、焼却処理されており、また
後者の有機性汚泥等もその大部分は濃縮・脱水後、焼却
処理されている。
【0003】しかし、窒素含有物質を燃焼させた場合に
は従来から知られているようにその燃焼排ガス中にNO
xが含まれ、これが大気汚染や酸性雨などの公害問題の
原因になるため、その発生、放出をできるだけ防ぐこと
が強く求められている。とは言え、この問題を解消する
ための含窒素廃棄物の焼却前の処理や、処理に伴って発
生する排ガスからNOxを効率よく除去する技術はいず
れも専門的な知識と特別な処理装置を必要とする技術で
あり、また焼却前の処理装置や焼却時に発生する排ガス
中のNOx除去装置の設置を伴う結果、設備が大型化し
てコストが嵩み、ランニングコストも嵩むことが従来か
ら大きな問題とされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、有機物の焼
却処理法の一つとして、水の臨界温度・圧力(374°
C,22MPa)以上の条件で酸化処理を行う超臨界水
酸化法が近時提案され、この技術は有機物の完全分解が
可能であること、有機物中の炭素成分・窒素成分はそれ
ぞれ二酸化炭素・窒素ガスの無害なガスとして排出され
ることから、含窒素廃棄物の処理方法として排ガス中か
らのNOx除去を必要としない簡易かつ安価な設備の提
供が期待される点で注目されている。
【0005】この超臨界水酸化処理を工業的規模で実施
する焼却処理設備においては、酸化剤として、安価であ
ること、取扱に危険がなく簡易な設備で容易に利用でき
ることなどが望ましく、かかる観点から空気の使用が望
まれる。しかし、酸化剤として空気を用いて上記含窒素
有機物を超臨界水酸化処理する研究を本発明者が重ねた
ところ、純酸素等を用いた場合には現象的に知られてい
なかった新たな解決すべき課題を知見するに至った。す
なわち、酸化剤として空気を用いた場合には、超臨界水
酸化処理における反応温度条件によっては有機物の含有
窒素の一部分が窒素ガスとならず、処理流体中に亜硝
酸,硝酸やアンモニアが多く含まれてしまうという問題
を見い出したのである。
【0006】このような現象が現れる理由は現時点にお
いて理論的に必ずしも明らかではないが、純酸素等を用
いた場合と空気を用いた場合の違いである空気中の窒素
ガスの存在が影響するものと推定される。
【0007】いずれにしても、工業的な設備において望
まれる空気の酸化剤としての使用に伴う上記課題、すな
わち処理水中にアンモニアや亜硝酸等が多量に含まれて
しまうことは問題である。すなわち、このことによって
後段処理設備の負担が大きくなることが工業的規模の実
施装置では特に問題となるからである。
【0008】本発明者はこのような知見に基づいて更に
鋭意検討を重ね、以下の発明を提案するものである。
【0009】すなわち、上記検討・研究の過程におい
て、超臨界水酸化処理で酸化剤として空気を用いた場合
には、アンモニアや亜硝酸等が処理水中に残存し、しか
もこのことは、超臨界水酸化反応における反応温度との
間に密接な関係があるという更に新たな知見を見い出す
に至ったのである。
【0010】更にこの知見に加え、処理水中に含まれる
ことになる窒素化合物の態様は、超臨界水酸化反応の温
度の高・低によって異なり、したがって、超臨界水酸化
反応の温度制御によって、処理水中に残存する窒素化合
物の態様(アンモニア態であるか硝酸態であるか)を適
当に選択・制御すれば、処理水中に含まれる窒素化合物
をアンモニア又は硝酸態窒素のいずれかに限定できて、
超臨界水酸化処理の後段における後処理法を、被処理対
象物の種類や量等に応じて有利に選択できることを見い
出したのである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記知見に基づいてなさ
れたアンモニアや有機態窒素を含む有機物(以下「含窒
素有機物」と略称する)の超臨界水酸化処理方法につい
ての請求項1の発明の特徴は、被処理原液中のアンモニ
ア及び/又は含窒素有機物を臨界温度・圧力以上の水と
酸化剤が存在する超臨界水酸化反応で酸化処理する方法
であって、酸化剤として空気を用い、処理流体中に亜硝
酸又は硝酸等の硝酸態窒素やアンモニアをできるだけ含
ませないようにできる反応温度で、超臨界水酸化反応さ
せることを特徴とする。
【0012】本発明において、被処理物とされる被処理
原液中の物質は、例えば上述した電子産業等から排出さ
れるアルカリ性廃液、有機性排水汚泥などの窒素を含む
有機物が挙げられる。この含窒素有機物は単独でも、あ
るいは他の有機物と混合した状態でも対象とできる。ま
た、アンモニア水溶液のような有機物を含まないものに
対しても適用することができる。上記において「亜硝酸
又は硝酸等」というのは硝酸態窒素を例示するものであ
り、すべての酸化窒素化合物が含まれる。
【0013】超臨界水酸化によって生成した処理流体中
にアンモニア,硝酸態窒素等の各態窒素イオンを含まな
いように処理できる温度は、被処理物のアンモニア及び
/又は有機態窒素の濃度(重量%)によって異なる。
【0014】例えば、被処理原液に対してアンモニア及
び/又は有機態窒素が1重量%含まれている場合は、最
適温度は580前後である。この温度から例えば5℃低
い温度では処理流体中にNOxは含まれないものの、ア
ンモニア成分が未分解物として残留し、また5℃高い温
度では処理流体中にアンモニア成分が含まれないものの
NOxが過分解物として残留する。さらに被処理原液に
対してアンモニア及び/又は有機態窒素が8重量%含ま
れている場合には、最適温度は605℃前後である。こ
の温度から。例えば5℃低い温度や高い温度であると、
上述したと同様に、アンモニア成分かNOxのいずれか
が残留することとなる。
【0015】このように、処理流体中にアンモニア成分
とNOxの両者を残留させないようにする操作は、被処
理原液中のアンモニア及び/又は有機態窒素の濃度と、
その濃度における反応温度によって決まることになる。
【0016】上記の温度範囲は比較的狭いものである
が、この範囲に反応温度を制御することによって、アン
モニア成分及び窒素化合物を微量にしか含まずに、直接
放流も再利用も可能な処理水を得ることができる。反応
温度を上記範囲に制御することは、窒素を含む有機物等
の供給量,空気供給量及び水(超臨界水でもよい)の供
給量の少なくとも一つを制御することで行うことができ
る。なお供給量は単位時間あたりの量をいう。
【0017】請求項2の発明は、被処理原液中のアンモ
ニア及び/又は含窒素有機物を、臨界温度・圧力以上の
水と酸化剤が存在する超臨界水酸化反応で酸化処理する
方法であって、酸化剤として空気を用いて被処理原液中
の含窒素有機物を分解するに際し、処理流体中にアンモ
ニアは微量に残存するが、硝酸態窒素は残存しない超臨
界水酸化反応温度を維持し、処理水中のアンモニアを濃
縮して原液に戻すことを特徴とし、これにより、処理流
体中に硝酸態窒素が含まれることがなく、したがって系
外へのNOx排出を確実に防ぐことができる。
【0018】窒素を含む有機物等を超臨界水酸化処理す
るのに酸化剤として空気を用いた場合、処理流体中に硝
酸態窒素を含ませないようにするためには、一般的には
超臨界水酸化反応の反応温度を低くめにすることが必要
である。
【0019】この発明は次のような観点からなされたも
のである。すなわち、超臨界水酸化反応における反応温
度は、被処理原液に含まれる発熱源の被処理物の濃度に
依存する。このため、一般に濃度変動が避けられない実
装置において正確にアンモニア成分もNOxも残留しな
いように反応温度を維持することは必ずしも容易でな
い。その結果、アンモニア又は硝酸態窒素が濃度を変動
しながら処理流体中に残存する可能性があり、この変動
の程度によっては、アンモニアが比較的多量に残存する
場合、あるいは硝酸態窒素が比較的多量に残存する場合
をランダムに招く虞がある。しかしこのような処理で
は、性質の異なる各態窒素が処理中に含まれることに応
じて、後処理工程で随時に適応したアンモニアや硝酸態
窒素の除去処理が必要となってしまい、処理が複雑化し
また設備が過大となる。
【0020】そこでこの発明では、硝酸態窒素が生成し
ない温度以下で超臨界水酸化を行う構成を採用したので
ある。ここで「硝酸態窒素が生成しない」というのは、
必ずしも生成がゼロであることを意味せず、硝酸態窒素
のための後処理が必要ない範囲であれば微量に硝酸態窒
素が生成しても差し支えないので、このような反応温度
の範囲を除外するものではない。反応温度の設定は、原
液のアンモニア及び/又は有機態窒素の濃度に応じて決
定される反応温度として運転の初期に設定する。
【0021】処理水中に残存するアンモニアは、ストリ
ッピングや蒸発濃縮、蒸留濃縮等の操作で容易に処理水
から濃縮することができる。処理水中のアンモニア濃度
は反応温度の変動により増減するものの、濃縮処理によ
り処理水中のアンモニアの概ね90%以上は除去でき、
濃縮後の残留液(非濃縮側の液)は、直接放流するかあ
るいは再利用が可能な程度の良好な水質とできる。なお
濃縮液の量は原液量に比べて微量であるから、これを原
液に戻すようにしても超臨界水酸化処理にほとんど影響
を及ぼすことはないので、被処理原液に戻すことがよ
い。なお、処理水の全量を被処理原液に戻す場合は、被
処理原液に塩化ナトリウム等の溶解無機塩類が存在する
と、これが濃縮されて反応器の腐蝕を助長するので、当
該無機塩類をイオン交換装置、逆浸透膜装置等の脱塩装
置で除去することが好ましい。
【0022】この発明においても、反応温度を制御する
方法としては窒素を含む有機物等の被処理物の処理量、
空気供給量及び水(超臨界水でもよい)供給量の少なく
とも一つを制御する方法を挙げることができる。
【0023】請求項3の発明は、被処理原液中のアンモ
ニア及び/又は含窒素有機物を、臨界温度・圧力以上の
水と酸化剤が存在する超臨界水酸化反応で酸化処理する
方法であって、酸化剤として空気を用いて被処理原液中
のアンモニア及び/又は含窒素有機物を分解するに際
し、処理流体中に硝酸態窒素は微量に残存するが、アン
モニアは残存しない超臨界水酸化反応温度を維持し、該
処理水中に含まれる硝酸態窒素を後処理することを特徴
とする。
【0024】窒素を含む有機物等を超臨界水酸化処理す
るのに、酸化剤として空気を用いた場合に、処理水中に
アンモニアを含ませないようにするためには、上述した
請求項3の発明とは反対に、一般的には反応温度を高め
にすることが好ましい。ここで「アンモニアが生成しな
い」というのは、上記と同様の趣旨で、必ずしも生成が
ゼロであることを意味せず、アンモニアのための後処理
が必要ない範囲であれば微量にアンモニアが生成しても
差し支えないのでこのような反応温度の範囲を除外する
ものではない。反応温度の設定は、原液のアンモニア及
び/又は有機態窒素の濃度に応じて決定される反応温度
を運転の初期に設定する。
【0025】処理水中に残存する亜硝酸,硝酸等の硝酸
態窒素は容易に後処理できる。例えば後処理方法とし
て、還元剤による窒素ガスヘの還元法を代表的に挙げる
ことができる。ただし後処理法がこれに特に限定される
ものではない。
【0026】この発明における反応温度の制御は、上記
と同様に、窒素を含む有機物等の被処理物の処理量、空
気供給量及び水(超臨界水でもよい)供給量の少なくと
も一つを制御する方法を挙げることができる。
【0027】請求項5の発明は、上記の各発明におい
て、反応温度を維持するために、被処理原液と共に補助
燃料を必要に応じて供給することを特徴とする。補助燃
料としてはアルコール,重油等を例示することができ
る。
【0028】この発明によれば、処理しようとする含窒
素有機物等を含む被処理原液の発熱量を補助燃料で調節
できるので、被処理物の処理(供給)量、空気供給量及
び水(超臨界水でもよい)供給量の制御とは別に、超臨
界水酸化の反応温度を目的とする範囲に制御することが
できる。
【0029】請求項6の発明は、以上の各発明におい
て、排ガス中のNOx濃度、処理水のpH又は各態窒素
イオン濃度の少なくともいずれか一つを測定することに
より、前記反応温度を制御することを特徴とし、これら
のデータに基づいて処理の状況を確認しながら反応温度
を制御できる。
【0030】窒素を含む有機物の超臨界水酸化において
は、反応温度が低くめの場合にはアンモニアが、反応温
度が高かめの場合には硝酸及び亜硝酸が処理流体中に残
存する。そして硝酸及び亜硝酸が処理流体中に残存する
場合には、排ガス中に微量のNOxが発生し、処理水の
pHが低下する。逆に、アンモニアが処理水中に残存す
る場合には、処理水のpHは高くなる。したがって、処
理水中のpHもしくは各態窒素イオン又は排ガス中のN
Oxを測定すれば、その時点の処理において、反応温度
が高いのか低いのかが確認でき、その結果、反応温度を
最適に制御することができる。例えば、窒素を含む有機
物等が完全に酸化され、且つ硝酸態窒素が生成されてい
ないことを確認するためには、排ガス中のCO及びNO
xを測定することが有効であり、また、アンモニアが大
量に残存していないことを確認するためには、各態窒素
イオンを測定するかpHが大きくなりすぎていないか測
定することが有効である。
【0031】検出方式としてpHを用いる場合には、p
Hが低下したことに応じて反応温度を下げ、反対にpH
が大きくなった場合は反応温度を上げるように制御すれ
ばよい。制御内容としては、例えば反応温度を上げる場
合、窒素を含む有機物あるいは補助燃料の処理(供給)
量を増やす、空気供給量を減らす(但し完全酸化が行え
る条件内)、水の供給量を減らす等の方法が挙げられ
る。反応温度を下げる場合には、この逆の操作を行えば
よい。
【0032】請求項7の超臨界水酸化装置の発明は、超
臨界水酸化反応器と、この超臨界水酸化反応器にアンモ
ニア及び/又は含窒素有機物の被処理原液、酸化剤とし
ての空気、及び水又は超臨界水を供給する供給系と、超
臨界水酸化された後の処理流体の排出系とを備えた超臨
界水酸化装置において、前記排出系に、処理水中に含ま
れるアンモニアの濃縮装置を設けると共に、この濃縮装
置で濃縮されたアンモニアを前記供給系に返送する処理
水の返送系を設けたことを特徴とする。
【0033】濃縮後の残留液は、直接放流するかあるい
は再利用が可能な程度の良好な水質の水として系外に排
出できる。
【0034】請求項8の発明は、超臨界水酸化反応器
と、この超臨界水酸化反応器にアンモニア及び/又は含
窒素有機物の被処理原液、酸化剤としての空気、及び水
又は超臨界水を供給する供給系と、超臨界水酸化された
後の処理流体の排出系とを備えた超臨界水酸化装置にお
いて、前記供給系に、有機物の濃縮装置及びアンモニア
の濃縮装置を設けたことを特徴とする。
【0035】この発明によれば、被処理原液中の有機物
の濃度が薄い場合に、超臨界水酸化処理する被処理物の
酸化反応熱量を増やすために、超臨界水酸化の前段で、
有機物等の濃縮を行うことができる。
【0036】上記における有機物の濃縮には一般に蒸留
濃縮が用いられるが、被処理原液中にアンモニアが存在
するとアンモニアが蒸留水側ヘ移行し、蒸留水の処理が
必要となる。そこで、供給系の有機物の濃縮装置の前段
にアンモニア濃縮装置を設けるか、あるいは後段に蒸発
水についてアンモニア濃縮を行う濃縮装置を設ける構成
を採用した。なお、前記排水系から戻される返送処理水
をこの供給系に戻すことができる。有機物等及びアンモ
ニアの濃縮装置は、超臨界水酸化前であれば、その位置
は特に限定されるものではない。
【0037】以上の各装置発明における構成は、アンモ
ニア濃縮装置、濃縮されたアンモニアを供給系に返送す
る返送系を除けば、基本的な構成としては既存のシステ
ムを利用することができる。
【0038】請求項9の発明は、前記請求項7,8の各
装置発明において、アンモニア濃縮装置の前段に、無機
固形物を除去する装置を設けたことを特徴とする。
【0039】この発明によれば、超臨界水酸化処理水中
に存在する無機固形物が処理系内で濃縮することを防止
することができ、無機固形物の除去により系内が閉塞す
る虞れを防ぐことができる。
【0040】
【発明の実施の形態】実施形態1 図1は本願請求項1あるいは請求項3の方法発明を実施
するための用いられる装置の概要を模式図で表したもの
である。
【0041】この図1において、超臨界水酸化反応器5
に対して、原液の供給系は次のように構成されている。
【0042】すなわち、含窒素有機物等を含んだ被処理
原液は、原液供給ポンプ1により加圧されて供給配管1
1を介して超臨界水酸化反応器5に該原液を供給するよ
うに接続されていると共に、その供給径路の途中で、同
じく加圧された状態の水及び空気が次のように混合され
るようになっている。
【0043】水は、水供給ポンプ2により配管21を介
して上記原液の供給配管11の原液と合流混合するよう
に接続され、空気は、コンプレッサ3で加圧されて配管
31を介して上記原液の供給配管11の原液と合流混合
するように接続されている。これらの各成分は、合流管
4を通して超臨界水酸化反応器5に供給される。以上に
より供給系が構成される 超臨界水酸化反応器5は、既知のベッセル型と称される
縦筒型の反応器であっても、パイプ式と称される型式の
ものであってもよいが、図1で示しているのはベッセル
型の反応器である。
【0044】超臨界水酸化反応器5に導入(供給)され
た上記含窒素有機物等を含む被処理原液,超臨界水及び
空気の混合物は、酸化剤としての空気の存在により酸化
反応して自燃・発熱し、超臨界水酸化反応を起こす。こ
の際、上述した含窒素有機物等を含んだ被処理原液の処
理に、酸化剤として空気を用いた反応にあっては、反応
温度を580〜620℃の範囲のアンモニア及び/又は
有機態窒素の濃度によって決定される最適温度に維持す
ることで、超臨界水酸化反応で生成される処理流体中の
アンモニアあるいは硝酸態窒素の量をいずれも極力少な
くすることができる。
【0045】超臨界水酸化反応器5から、排出系を構成
する排出管6を通して排出された処理流体は、図示しな
い減圧装置などを含んで構成される分離器7で気体と液
体に気液分離され、排ガスは排ガス排出配管8を介して
大気に放出され、液体(水)は水排出配管9を介して河
川,海洋等に排出される。これらにより排出系が構成さ
れる。
【0046】この実施形態において上記のように反応温
度を最適温度に維持することで、被処理原液に含まれる
被処理物の窒素分が、超臨界水酸化反応で生成された処
理流体中に含まれることになるアンモニアや硝酸態窒素
をいずれも極めて微量にすることができ、したがって所
定の排出基準値以下である良好な処理を実現できる場合
に有効に実施することができる。
【0047】他方、この実施形態において、超臨界水酸
化の反応温度を前述の最適温度よりも高めの温度に維持
すれば、処理流体中に硝酸態窒素は微量に残るが、アン
モニアは生成しない処理を行うことができる。なおこの
場合には、通常、排ガス排出配管8及び水排出配管9の
後段に例えば還元剤等を用いた硝酸態窒素の除去装置が
設けられる。
【0048】また、この図1には、以上説明した良好な
超臨界水酸化反応を継続して行わせるために利用される
測定器等からなる制御系の配置を併せて図示している。
すなわち、図1の排ガス排出配管8の途中に介設した排
ガス中のNOx測定装置10や、水排出配管9途中に介
設した処理水pH測定装置11(又は各態窒素イオンメ
ータ)を用いて、超臨界水酸化反応の温度状態を監視す
ることができる。したがって、これらの測定装置10,
11で検出される監視情報の信号を制御装置12に入力
させ、反応温度を変化させる必要がある場合には、コン
ピュータ技術を用いて構成した制御装置12により、フ
ィードバック又はフイードフォワードなどの制御を行う
ことで、上記の各ポンプ1,2あるいはコンプレッサ3
の駆動を制御して、原液,水または空気のいずれかの供
給量、あるいはこれらの複数の供給量の制御をすること
で、各態窒素イオンの除去に最適な反応温度を維持する
ことができる。
【0049】なお、図1には、供給系の合流管4に補助
燃料を補助燃料供給ポンプ40により供給配管41を介
して供給できるようにしており、上記の制御装置12に
よりこの補助燃料供給ポンプ40を駆動あるいは停止す
ることで反応温度の制御が可能としている。
【0050】実施形態2 図2は請求項2の方法発明、あるいは請求項7の装置発
明を実施するために用いられる装置の構成概要一例を示
したものである。
【0051】この図2において、符号4は図1と同様の
構成である合流管4、5は超臨界水酸化反応器、及び6
は排出管を示している。なお、図示していないが、供給
系、排出系及び制御系は図1と同様に構成される。
【0052】そして上記排出管6の途中に設けたアンモ
ニア濃縮装置13は、例えば、ストリッピング処理をし
て処理流体中からアンモニアを濃縮分離する装置として
設けられ、これにより、少量のアンモニア濃縮水を非濃
縮側の処理水から分離して原液供給側の合流管4に混合
するように返送系の配管131で接続されている。なお
大部分の非濃縮側の処理水は、アンモニア濃縮脱離液と
して直接放流又は再利用することができる。
【0053】この図2の装置において、返送系で原液側
に戻されるアンモニア濃縮水は比較的少量であり、超臨
界水酸化反応の処理に及ぼす影響は少ない。
【0054】実施形態3 図3は原液の有機物濃度が薄い場合に特に好適に用いら
れる本願請求項8,9の装置発明を実施する装置の構成
概要一例を示したものである。
【0055】この図3の装置は、超臨界水酸化反応器5
からの排出処理流体の全部を、原液供給側に設けている
アンモニア濃縮装置14及び有機物濃縮装置15の前段
に戻すようにしたことを特徴とする実施形態を示したも
のである。
【0056】すなわち、この例では、超臨界水酸化反応
器5に至る供給系の配管141〜144の途中にアンモ
ニア濃縮装置14及び有機物濃縮装置15を配置し、超
臨界水酸化反応器5で生成された処理流体の全部を、供
給系のアンモニア濃縮装置14の前段の配管141に、
返送系の配管51を介して戻すように接続されているこ
とを第一の特徴とし、また、アンモニア非濃縮側の液
(アンモニアがほとんど除去された液)中の有機物を有
機物濃縮装置15で濃縮するようにして、この有機物濃
縮液とアンモニア濃縮液を合流させて超臨界水酸化反応
器5に供給するようにした原液供給系を構成したことを
第二の特徴とする。有機物濃縮装置15の非濃縮側の水
は脱離液として排出配管151を介して系外に排出され
る。なお、142はアンモニア濃縮装置14の非濃縮側
の液を有機物濃縮装置15に送る配管、143はアンモ
ニア濃縮側の液を配管144を介して有機物濃縮装置1
5の後段で有機物濃縮液と合流させるための配管をそれ
ぞれ示している。この配管144の途中で空気供給配管
31を介して空気が供給混合される。なお20は、上記
返送系の配管51の途中に設けた無機固形物除去装置で
あり、反応器5から供給系に返送する処理流体中の無機
固形物を除去する。
【0057】なお、無機固形物除去装置20の後段に、
必要に応じて脱塩装置(図示せず)を設け、系内の溶解
無機塩の濃縮を防止することもできる。
【0058】この実施形態3の方式によれば、超臨界水
酸化されて生成された処理流体中の無機固形物は、無機
固形物除去装置20により返送系の配管51の途中で除
去されるので、濃縮による固形物濃度の増加を抑制する
ことができる。
【0059】この方法に用いられるアンモニア濃縮装置
はアンモニアストリッピングや蒸発濃縮等が挙げられる
が、アンモニアを濃縮できるものであれは、特に限定さ
れるものではない。また、有機物濃縮装置についても、
蒸発濃縮等が挙げられるが、有機物を濃縮できるもので
あれは、特に限定されるものではない。
【0060】
【実施例】実施例1 模擬被処理原液としてNH3 を含むイソプロピルアルコ
ールを用い、上記実施形態1の装置を用いて超臨界水酸
化処理した。
【0061】処理条件は以下の通りである。
【0062】 原液:イソプロピルアルコール 18wt%、NH3
8wt% 酸化剤:空気 反応圧力:25MPa 反応時間:1分 反応温度:590℃、600℃、610℃ 反応温度制御:誤差±3℃ 以上の処理条件で超臨界水酸化反応を行わせ、生成する
アンモニアと硝酸態窒素の量を確認するために、超臨界
水酸化反応を上記590℃、600℃、610℃の各温
度で行って各態窒素の量を測定した。
【0063】測定方法はイオンクロマトグラフィーによ
った。結果を下記表1に示す。
【0064】
【表1】
【0065】上記表1で示されるように、アンモニア及
び硝酸態窒素をいずれもごく微量にしか残存させない最
適処理の反応温度は600℃であった。
【0066】また、反応温度を610℃とした場合に
は、処理流体中には硝酸態窒素は残存するが、アンモニ
アが殆ど残存せず(1mg/l以下)、したがって、硝
酸態窒素の処理のみでよい設備を構成できることが確認
された。
【0067】実施例2 実施例1で用いた模擬被処理原液を用い、上記実施形態
2の装置を用いて以下の条件で超臨界水酸化処理した。
【0068】 酸化剤:空気 反応圧力:25MPa 反応時間:1分 反応温度:590℃(アンモニア濃縮)、600℃(ア
ンモニア濃縮せず) 反応温度制御:誤差±10℃ アンモニア濃縮法:蒸留濃縮(蒸留温度102℃) 以上の処理条件で超臨界水酸化反応を行わせ、生成する
アンモニアと硝酸態窒素の量を確認するために、各態窒
素の量を測定した。測定方法は上記と同様とした。結果
を下記表2に示す。
【0069】
【表2】
【0070】上記表2のように、アンモニア濃縮を行つ
た場合(590℃処理)は、最終排出水であるアンモニ
ア濃縮脱離液中の窒素は良好に除去されていた。他方、
アンモニア濃縮を行わなかった場合(600℃処理)に
は、反応温度を±10℃で制御したために、アンモニア
(NH3 +)及び硝酸態窒素(NO3 -)が若干量発生し
た。
【0071】また、アンモニア濃縮を行う場合、アンモ
ニア濃縮水の発生量も原液のl%程度であるため、超臨
界水酸化処理に及ぼず影響はほとんどなかった。
【0072】
【発明の効果】以上述べた本発明によれば、アンモニア
や有機体窒素を含む有機物を超臨界水酸化反応で処理す
る工業的規模の焼却処理設備において、酸化剤として空
気を使用した場合の課題、すなわち、処理流体中にアン
モニアや亜硝酸,硝酸の硝酸態窒素が多く含まれてしま
うという問題を回避することができ、超臨界水酸化反応
の後処理工程における負担を軽減できるという優れた効
果が奏される。
【0073】請求項1の発明によれば、処理水中に含ま
れることになる窒素化合物の態様は超臨界水酸化反応の
温度の高・低によって異なり、超臨界水酸化反応の温度
をアンモニア及び/又は有機態窒素の濃度に応じて予め
最適温度に設定することにより、処理水中に残存するア
ンモニア及び硝酸態窒素のいずれかも最小にすることが
できるという優れた効果を奏する。
【0074】以上のことに加えて、各請求項の発明は以
下の効果を奏する。
【0075】すなわち、請求項2あるいは3の発明によ
れば、実施規模の装置で超臨界水酸化反応温度をアンモ
ニアと硝酸態窒素の両方を残留させないような最適温度
の範囲に維持することが必ずしも容易でないという問題
を、アンモニアを実質的に生成しない条件で超臨界水酸
化反応を行わせるか、あるいは硝酸態窒素を実質的に生
成しない条件で超臨界水酸化反応を行わせるかの選択に
より、外的,内的等の種々の要因により反応温度が変動
した時にも比較的簡単にかつ容易な設備で良好な水質を
保てる超臨界水酸化装置を提供できるという効果があ
る。
【0076】請求項4の方法発明によれば、被処理原液
の供給量、空気供給量あるいは水の供給量の少なくとも
いずれか一つを制御することで、上記目的の超臨界水酸
化反応の温度を維持することができる。
【0077】請求項5の方法発明によれば、反応温度に
関連する情報を検出して超臨界水酸化反応温度を制御す
ることができるので、望ましい反応温度で超臨界水酸化
処理を実現することができる。
【0078】請求項7の方法発明によれば、被処理原
液、空気あるいは水(超臨界水である場合を含む)の供
給量を制御することに代えて、反応温度の維持のために
補助燃料を供給することができるので、制御がより一層
簡単になるという効果が奏される。
【0079】請求項7〜9の超臨界水酸化装置は、処理
水中に含まれるアンモニアの濃縮装置を排出系に設けた
ことを特徴とするが、この濃縮装置で濃縮されたアンモ
ニアを前記供給系に戻す処理水の返送系を設けという優
れた特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を実施するのに用いられる実施形
態1の超臨界水酸化装置を説明するためのフロー図。
【図2】本発明の方法を実施するのに用いられる実施形
態2の超臨界水酸化装置を説明するためのフロー図。
【図3】本発明の方法を実施するのに用いられる実施形
態3の超臨界水酸化装置を説明するためのフロー図。
【符号の説明】
1・・・原液供給ポンプ 11・・・供給配管 2・・・水供給ポンプ 21・・・配管 3・・・コンプレッサ 31・・・配管 4・・・合流管 5・・・超臨界水酸化反応器 51・・・返送系の配管 6・・・排出管 7・・・分離器 8・・・排ガス排出管 9・・・水排出管 10・・・NOx測定装置 11・・・処理水pH測定装置 12・・・制御装置 13・・・アンモニア濃縮装置 131・・・返送系の配管 14・・・アンモニア濃縮装置 141〜144・・・配管 15・・・有機物濃縮装置 151・・・排出配管 20・・・無機固形物除去装置 40・・・補助燃料供給ポンプ 41・・・供給配管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大江 太郎 埼玉県戸田市川岸1丁目4番9号 オルガ ノ株式会社総合研究所内 (72)発明者 川崎 慎一朗 埼玉県戸田市川岸1丁目4番9号 オルガ ノ株式会社総合研究所内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被処理原液中のアンモニア及び/又は有
    機態窒素を含む有機物を臨界温度・圧力以上の水と酸化
    剤が存在する超臨界水酸化反応で酸化処理する方法であ
    って、 酸化剤として空気を用い、処理流体中に亜硝酸又は硝酸
    等の硝酸態窒素やアンモニアをできるだけ含ませないよ
    うにできる反応温度で、超臨界水酸化反応させることを
    特徴とするアンモニアや有機態窒素を含む有機物の超臨
    界水酸化方法。
  2. 【請求項2】 被処理原液中のアンモニア及び/又は有
    機態窒素を含む有機物を、臨界温度・圧力以上の水と酸
    化剤が存在する超臨界水酸化反応で酸化処理する方法で
    あって、 酸化剤として空気を用いて被処理原液中のアンモニア及
    び/又は有機態窒素を含む有機物を分解するに際し、処
    理流体中にアンモニアは微量に残存するが、亜硝酸又は
    硝酸等の硝酸態窒素は残存しない超臨界水酸化反応温度
    を維持し、処理水中のアンモニアを濃縮して原液に戻す
    ことを特徴とするアンモニアや有機態窒素を含む有機物
    の超臨界水酸化方法。
  3. 【請求項3】 被処理原液中のアンモニア及び/又は有
    機態窒素を含む有機物を、臨界温度・圧力以上の水と酸
    化剤が存在する超臨界水酸化反応で酸化処理する方法で
    あって、 酸化剤として空気を用いて被処理原液中のアンモニア及
    び/又は有機態窒素を含む有機物を分解するに際し、処
    理流体中に亜硝酸又は硝酸等の硝酸態窒素は微量に残存
    するが、アンモニアは残存しない超臨界水酸化反応温度
    を維持し、処理流体中に含まれる硝酸態窒素を後処理す
    ることを特徴とするアンモニアや有機態窒素を含む有機
    物の超臨界水酸化方法。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかにおいて、
    前記被処理原液の供給量、空気供給量あるいは水の供給
    量の少なくともいずれか一つを制御することで、前記超
    臨界水酸化反応の反応温度を維持することを特徴とする
    アンモニアや有機態窒素を含む有機物の超臨界水酸化方
    法。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかにおいて、
    前記反応温度を維持するために、被処理原液と共に補助
    燃料を必要に応じて供給することを特徴とするアンモニ
    アや有機態窒素を含む有機物の超臨界水酸化方法。
  6. 【請求項6】 請求項1ないし5のいずれかにおいて、
    排ガス中のNOx濃度、処理水中のpH又は各態窒素イ
    オン濃度の少なくともいずれか一つを測定し、この測定
    結果に基づいて前記反応温度を制御することを特徴とす
    るアンモニアや有機態窒素を含む有機物の超臨界水酸化
    方法。
  7. 【請求項7】 超臨界水酸化反応器と、この超臨界水酸
    化反応器にアンモニア及び/又は有機態窒素を含む有機
    物を含む被処理原液、酸化剤としての空気、及び水又は
    超臨界水を供給する供給系と、超臨界水酸化された後の
    処理流体の排出系とを備えた超臨界水酸化装置におい
    て、前記排出系に、処理水中に含まれるアンモニアの濃
    縮装置を設けると共に、この濃縮装置で濃縮されたアン
    モニアを前記供給系に戻す処理水の返送系を設けたこと
    を特徴とするアンモニアや有機態窒素を含む有機物の超
    臨界水酸化装置。
  8. 【請求項8】 超臨界水酸化反応器と、この超臨界水酸
    化反応器にアンモニア及び/又は有機態窒素を含む有機
    物の被処理原液、酸化剤としての空気、及び水又は超臨
    界水を供給する供給系と、超臨界水酸化された後の処理
    流体の排出系とを備えた超臨界水酸化装置において、前
    記供給系に、有機物の濃縮装置及びアンモニアの濃縮装
    置を設けたことを特徴とするアンモニアや有機態窒素を
    含む有機物の超臨界水酸化装置。
  9. 【請求項9】 請求項7又は8において、前記アンモニ
    ア濃縮装置の前段に、固形物を除去する装置を設けたこ
    とを特徴とするアンモニアや有機態窒素を含む有機物の
    超臨界水酸化装置。
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