JP4524525B2 - アンモニアと過酸化水素を含む排水の処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンモニアと過酸化水素を含む排水の処理方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、排水中に含まれるアンモニアと過酸化水素を、簡単な単位装置を用いて、効率よく同時に除去することができるアンモニアと過酸化水素を含む排水の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造プロセスからは、アンモニアと過酸化水素を含む排水が排出される。排水中のアンモニアは、河川、湖沼などの閉鎖性水域においては富栄養化の原因となるので、除去する必要がある。また、過酸化水素は、ＣＯＤ_Mnの値を高めるので、分解する必要がある。
従来、アンモニアと過酸化水素を含む排水は、過酸化水素を亜硫酸水素ナトリウムなどによる還元処理又は活性炭との接触などによる分解処理を行ったのち、アンモニアを生物硝化脱窒処理により除去していた。しかし、薬剤の添加や活性炭との接触による過酸化水素の分解は、制御がむつかしく、排水中の過酸化水素の濃度の変動に対して、安定した分解処理を行うことが困難である。また、生物処理によるアンモニアの除去には、汚泥が発生する、維持管理が容易でない、反応速度が遅いので、広い装置設置面積を必要とするなどの問題がある。
このような問題を解決し、排水中の過酸化水素とアンモニアを同時に分解する方法として、本出願人は、先に、特開平５−２６９４７５号公報において、過酸化水素とアンモニアを含む排水を８０〜１７０℃において、酸化還元触媒と接触させる方法を提案した。この方法によると、一工程で処理することができ、汚泥の発生もなく、水質の制御も容易であるが、高温、高圧での操作が必要であり、設備費が高いという問題がある。本出願人は、また、特開２０００−５１８７１号公報において、排水中の過酸化水素とアンモニアを比較的低温、低圧の操作条件で、安全かつ効率的に処理し得る方法として、過酸化水素とアンモニアを含む排水を触媒と接触させて過酸化水素を分解したのち、アンモニアを揮散させて除去する方法を提案した。この方法によれば、比較的低温、低圧で処理することができるが、過酸化水素分解装置とアンモニア揮散塔の二つの装置が必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、排水中に含まれるアンモニアと過酸化水素を、簡単な単位装置を用いて、効率よく同時に除去することができるアンモニアと過酸化水素を含む排水の処理方法を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、アンモニアと過酸化水素を含む排水をアルカリ性条件下に放散塔で処理することにより、アンモニアを効率的に除去するとともに、共存する過酸化水素も同時に分解処理し得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、アンモニアと過酸化水素を含む排水を、放散塔出口水のｐＨが９以上であるアルカリ性条件下に放散塔で処理することを特徴とするアンモニアと過酸化水素を含む排水の処理方法を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明方法においては、アンモニアと過酸化水素を含む排水を、アルカリ性条件下に放散塔で処理する。アルカリ性条件は、放散塔出口水のpHが９以上であることが好ましい。
本発明方法において、排水中のアンモニアは、物理放散によりキャリアガス中に移行し、排水中の過酸化水素は、分解したのち生成した酸素ガスがキャリアガス中へ移行する。本発明方法に用いる放散塔に特に制限はなく、例えば、充填塔、スプレー塔、サイクロンスクラバー、ベンチュリースクラバー、流動層式吸収塔、ぬれ壁塔などの液分散型装置や、段塔、気泡塔などのガス分散型装置を用いることができる。
水中のアンモニア態窒素は、アンモニウムイオンとアンモニアが次式に示す平衡状態にあり、常温、中性域では、ほぼ完全にアンモニウムイオンとして存在している。
【化１】

このままの状態では、放散塔に空気などのキャリアガスを吹き込んでも、アンモニア態窒素は放散（ストリッピング）されない。液のpHを高めるか、あるいは、温度を上げることにより平衡は右へ移行し、溶存アンモニアの割合が増加する。放散塔で処理する排水をアルカリ性とすることにより、放散によるアンモニアの除去率を高めることができる。
【０００６】
排水中にアンモニアと共存する過酸化水素も、排水のpHが中性域にある場合は分解が遅いが、排水をアルカリ条件とすることにより、分解速度を速めることができる。すなわち、排水をアルカリ条件下に放散塔で処理することにより、放散によるアンモニアの除去率と分解による過酸化水素の除去率を共に高めることができ、放散塔出口水のpHを９以上とすることにより、アンモニアと過酸化水素を同時に確実に排水から除去することができる。
排水のpH調整は、pH調整槽を設け、放散塔出口水のpHを測定して、その値が９以上になるようにpH調整剤の添加量を制御することができ、あるいは、放散塔出口水のpHを９以上とするために必要な排水のpH調整値が経験的に知られている場合は、pH調整槽において所定のpH値に調整することもできる。
排水のpH調整に用いるpH調整剤に特に制限はなく、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなどの水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどの炭酸塩などを挙げることができる。
本発明方法において、アンモニアと過酸化水素を含む排水の放散塔における処理は、加熱下に行うことが好ましく、放散塔出口水の温度が５０〜１００℃であることが好ましく、放散塔出口水の温度が８０〜１００℃であることがより好ましい。放散塔出口水の温度が５０℃未満である条件では、アンモニアと過酸化水素の除去率が十分に向上しないおそれがある。放散塔出口水の温度が１００℃を超えるためには、放散塔を圧力容器とする必要があり、設備費が嵩むおそれがある。排水の加熱方法に特に制限はなく、例えば、放散塔の処理水との間で熱交換を行って予熱するとともに、放散塔に蒸気を吹き込んで加熱することができる。
【０００７】
放散塔より流出する排ガスは、放散されたアンモニアを含むので、アンモニアを酸化分解又は回収することが好ましい。排ガスを加熱下にアンモニア分解触媒と接触させることにより、次式に示す反応により、アンモニアを無害な窒素ガスと水に酸化分解することができる。
４ＮＨ₃ ＋ ３Ｏ₂ → ２Ｎ₂ ＋ ６Ｈ₂Ｏ …［２］
アンモニア分解触媒としては、例えば、アルミナ、ゼオライトなどの担体に、ルテニウム、白金などの貴金属を担持させた触媒を用いることができる。
排ガス中に含まれるアンモニアの接触分解は、２段階の反応として行うこともできる。例えば、排ガスを加熱し、白金担持−γ−アルミナ触媒を充填した酸化触媒塔に通気したのち、さらにバナジウム−チタニア触媒を充填した還元触媒塔に通気することにより、アンモニアを低濃度まで分解除去することができる。過酸化水素の分解により、気相側の酸素ガス濃度が増加するが、アンモニアの接触分解反応には影響しない。
【０００８】
図１は、本発明方法の実施の一態様の工程系統図である。アンモニアと過酸化水素を含む排水をpH調整槽１へ送り、アルカリ性条件下に放散塔での処理が行われるように、pH調整剤を添加する。pH調整は、放散塔出口水のpHを測定して、その値が９以上になるようにアルカリ調整剤の添加量を制御することができ、あるいは、放散塔出口水のpHを９以上とするために必要な排水のpH調整値が経験的に知られている場合は、pH調整槽において所定のpHに調整することもできる。図１に示す態様においては、pH調整槽にpH計２を設け、pH調整槽内の排水のpHが所定の値となるように、pH調整剤を添加する。pHが調整された排水を、ポンプ３により送り出し、熱交換器４において処理水から余熱を回収したのち、放散塔５の塔頂の液分散器６に供給する。放散塔の下部には、キャリアガスとしての空気と加熱用の蒸気を供給し、流下する排水と向流に接触させる。アンモニアが気相に移行し、過酸化水素が分解された処理水は、塔底よりポンプ７により送り出し、熱交換器４を経由して放流する。放散塔の塔頂より流出する排ガスは、触媒反応器８に通気することにより、含有されるアンモニアを酸化分解し、無害な処理ガスとして放出する。
本発明方法によれば、アンモニアと過酸化水素を含む排水を、アルカリ性条件下に放散塔で処理することにより、アンモニアを効率的に除去し得るとともに、共存する過酸化水素も同時に分解処理することができる。また、汚泥などの廃棄物が発生することもなく、効率的な処理が可能となる。
【０００９】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
アンモニア３,５００mg／Ｌ及び過酸化水素８,０００mg／Ｌ含有する排水を、図１に示す工程により処理した。pH調整槽において、排水に水酸化ナトリウム水溶液を添加してpH１２に調整して、ポンプにより通水速度５０Ｌ／hrで熱交換器を経由して放散塔へ送り込んだ。放散塔入口の排水の温度は、７０〜８０℃であった。
放散塔は、内径０.１５ｍ、高さ３.５ｍであり、下方より空気を流量６ｍ³／hrで送り込むとともに、放散塔出口の処理水温度が９０〜１００℃になるように蒸気を吹き込んだ。処理水は、放散塔出口からポンプで抜き出し、熱交換器において排水との間で熱交換を行った。放散塔出口の処理水のpHは、９〜１０であった。処理水中のアンモニア濃度は２０mg／Ｌ以下であり、過酸化水素濃度は３mg／Ｌ以下であった。
放散塔から流出する排ガスは、アンモニア１.７容量％を含んでいた。排ガスを４５０℃に加熱したのち、断面が一辺０.１５ｍの正方形で高さ０.５ｍのチタニア系触媒を充填した触媒反応塔に、希釈空気を含め流量１２ｍ³／hrで送り込んだ。触媒反応塔から流出する処理ガス中のアンモニア濃度は３０ppm（容量比）であり、ＮＯx濃度は１０ppm（容量比）以下であった。
比較例１
排水のpHを６.９とした以外は、実施例１と同じ条件で放散塔に通水したところ、処理水中のアンモニア濃度は１,７００mg／Ｌであり、過酸化水素濃度は４,３００mg／Ｌであった。
実施例１及び比較例１の結果を、第１表に示す。
【００１０】
【表１】

【００１１】
第１表に見られるように、放散塔出口水のpHが９以上になるように、pH調整槽において排水のpHを１２に調整して放散塔に通水した実施例１においては、アンモニアと過酸化水素が同時にほぼ完全に除去された処理水が得られている。これに対して、排水のpHを６.９として放散塔に通水した比較例１では、アンモニア、過酸化水素ともにほぼ半減するにとどまっている。
【００１２】
【発明の効果】
本発明方法によれば、簡単な単位装置を用いてアンモニアと過酸化水素を含む排水を処理して、アンモニアと過酸化水素を同時に除去することができ、しかも廃棄物が発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明方法の実施の一態様の工程系統図である。
【符号の説明】
１ pH調整槽
２ pH計
３ ポンプ
４ 熱交換器
５ 放散塔
６ 液分散器
７ ポンプ
８ 触媒反応器

Claims (1)

1. アンモニアと過酸化水素を含む排水を、放散塔出口水のｐＨが９以上であるアルカリ性条件下に放散塔で処理することを特徴とするアンモニアと過酸化水素を含む排水の処理方法。

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