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公開番号2025097877
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-01
出願番号2024017415
出願日2024-02-07
発明の名称アンモニア脱気装置及びそれを用いた資源回収型の高濃度下廃水処理システム
出願人コリアコンフォーミティラボラトリーズ
代理人個人
主分類C02F 1/20 20230101AFI20250624BHJP(水,廃水,下水または汚泥の処理)
要約【課題】アンモニア脱気装置及びそれを用いた資源回収型の高濃度下廃水処理システムを提供すること。
【解決手段】高濃度の下廃水を採取して固形物を除去した原水を対象とし、減圧型リアクター内のpH、温度及び圧力条件を最適化し、真空脱気または真空及び超音波脱気を併用して高効率でアンモニアを脱気し、前記脱気工程によって回収されたアンモニア混合ガスを、高分子気体分離膜を通過させる分離膜工程によって相変化なしにアンモニア気相で選択的に高純度化して回収する資源回収型の高濃度下廃水処理システムによって、回収されたアンモニアを尿素水生産、グリーン水素原料及び混焼発電などの資源化に活用することができる。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
高濃度下廃水から前処理後に流入した原水が圧力制御された条件下でアンモニア脱気工程が行われる減圧型リアクターと、
前記減圧型リアクターから流入したアンモニアが放熱通路を通過する熱交換器と、
前記熱交換器の一定温度を維持するために放熱通路に水を提供する冷却器と、
前記熱交換器から凝縮された水が回収されるトラップと、
前記トラップを通過したアンモニアが回収される脱気ガス捕集部と、を含む
ことを特徴とするアンモニア脱気装置。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
前記原水がｐＨは８．８～１１である
請求項１に記載のアンモニア脱気装置。
【請求項３】
前記減圧型リアクターの圧力が０．５～２ｂａｒに制御されて連続運転される
請求項１に記載のアンモニア脱気装置。
【請求項４】
前記減圧型リアクターの圧力条件で温度３５～６０℃条件下で行われる
請求項３に記載のアンモニア脱気装置。
【請求項５】
前記減圧型リアクター内に超音波発生器が取り付けられている
請求項１に記載のアンモニア脱気装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のアンモニア脱気装置による真空脱気または真空及び超音波脱気が併用されるアンモニア脱気工程と、
前記脱気工程によって回収されたアンモニア混合ガスを高分子気体分離膜を通過させる分離膜工程と、
前記分離膜工程から選択的に回収された高濃度のアンモニアを資源化する工程とにより行われる
ことを特徴とする資源回収型の高濃度下廃水処理システム。
【請求項７】
前記高分子気体分離膜は、ペルフルオロ化スルホン酸ポリマー（ｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄｓｕｌｆｏｎｉｃａｃｉｄｐｏｌｙｍｅｒ）またはポリイミド系ポリマー（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ－ｉｍｉｄｅ、ｃｏ－ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）からなる
請求項６に記載の資源回収型の高濃度下廃水処理システム。
【請求項８】
前記高分子気体分離膜は、ポリイミド系ポリマーからなる中空糸膜である
請求項６に記載の資源回収型の高濃度下廃水処理システム。
【請求項９】
前記中空糸膜が化学的架橋によって熱的安定性が確保される
請求項８に記載の資源回収型の高濃度下廃水処理システム。
【請求項１０】
前記脱気工程によって回収されたアンモニア混合ガスが圧力制御段階を経て高分子気体分離膜に流入し、前記高分子気体分離膜を経て選択的に透過されたアンモニアガスが圧力調節及び流量測定段階後に成分分析段階を経て高純度で回収される
請求項６に記載の資源回収型の高濃度下廃水処理システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア脱気装置及びそれを用いた資源回収型の高濃度下廃水処理システムに関し、より具体的には、高濃度の下廃水を採取して固形物を除去した原水を対象とし、減圧型リアクター内のｐＨ、温度及び圧力条件を最適化し、真空脱気または真空及び超音波脱気を併用して高効率でアンモニアを除去するアンモニア脱気工程を経て、前記脱気工程によって回収されたアンモニア混合ガスを、高分子気体分離膜を通過させる分離膜工程によって相変化なしにアンモニアを気相で選択的に高純度化して回収し、前記回収された高純度のアンモニアを資源化する工程で行われる資源回収型の高濃度下廃水処理システムに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
家畜飼育頭数の増加に伴い、家畜糞尿発生量は持続的に増加しつつあり、家畜糞尿は、主に堆肥または液肥として資源化されて農耕地に還元されている。
【０００３】
しかし、家畜糞尿発生量は、家畜飼育頭数の増加によって今後も増える見込みであることに対し、資源化された堆肥と液肥を消費する境地面積は持続的に減少することと展望されているから、堆肥・液肥の需要先の確保の困難さが指摘されている。
【０００４】
したがって、堆肥・液肥の資源化では活用の限界があり、資源化の代案が必要な状況であり、具体的に、堆肥・液肥の資源化に加えてバイオガスのエネルギー化、固体燃料化などを通じて肥料資源化の代替が求められる。
【０００５】
したがって、養豚農場の大型化を基盤としてバイオエネルギー、畜産廃水処理の高度化、単純堆肥以外の高付加価値資源回収の戦略樹立が必要である。
【０００６】
家畜糞尿の資源化活用に関して、中国企業の場合は、農場で発生する豚糞が全量バイオガスに変換活用され、発電および熱源として活用され、廃水の無放流、悪臭発生の最小化、特に、２０５０年を目処に炭素中立の実現が進行中にある。
【０００７】
炭素中立の実現は、非常に挑戦的な目標であるが、国際社会ではこれよりも一層高い目標を求められる可能性があり、強化される環境規制の中で革新を通じた温室ガスの減縮を実現するために、前向きなエネルギー技術の開発及び早期商用化を裏付けることができる投資が強調されている。この時、温室ガス減縮の加速化のためのアンモニアは、一種の水素エネルギーであると見られ、生産された水素をアンモニアの形態で移送して活用するという差がある。全世界的に水素経済が渡来するとしたら、水素キャリアとしてアンモニアの生産、移送及び活用先が増加するはずなので、アンモニアの産業は水素産業と一緒に成長していく見通しである。
【０００８】
現在、窒素濃度の高い廃水及び廃棄物から窒素を回収する工程として、廃水に含まれたアンモニウムイオンをガス形態で抽出した後、硫酸溶液を利用して抽出されたアンモニアを回収するストリッピング工程が最も盛んに活用されている。
【０００９】
一般に、ストリッピング（Ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ）工程は、アンモニアガスの回収率を増加させるためにはアンモニアガス形態の割合が高くなければならないので、ｐＨを９．５～１１．５程度に高めた後回収塔（Ｓｔｒｉｐｐｉｎｇｃｏｌｕｍｎ）に空気を注入してアンモニアガスを回収し、回収した空気を硫酸溶液のある吸収塔（Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃｏｌｕｍｎ）に注入して硫酸とアンモニアガスとを結合させて硫酸アンモニウム（（ＮＨ
４
）
２
ＳＯ
４
）に切り替えながら最終的にアンモニアを回収する。この時、ストリッピング工程に流入される廃水に含有されている窒素は、アンモニアガス（ＮＨ
３
）とアンモニウムイオン（ＮＨ
４
＋
）の形態で存在するが、これらの二つの物質の占有率は、廃水のｐＨによって異なる特徴がある。具体的に、ｐＨ９．２５よりも高い条件下ではＮＨ
３
の比重が増加し、低い条件下ではＮＨ
４
＋
の比重が増加するが、流入水のｐＨが高いほど除去効率は増加するが、薬品の添加による運転コストとストリッピング後に残った溶液を処理する過程で必要な薬品量が増加する。
【００１０】
また、ストリッピング工程の遂行に際して、高い温度でアンモニアガスの溶解度が減少する特徴を持っているので、流入水内におけるアンモニア除去効率を高めるために、７０℃以上の高い温度条件でストリッピングを適用するが、高い処理温度はエネルギー要求量を高めるだけでなく、有機物分解速度が促進されて流入水のｐＨが急激に減少するようになって処理中のｐＨの維持のためのアルカリ薬品の添加量が増加するという問題をもたらす。
（【００１１】以降は省略されています）

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