JPH08108172A

JPH08108172A - 酸化態窒素を含む廃水の処理方法

Info

Publication number: JPH08108172A
Application number: JP28458694A
Authority: JP
Inventors: Tadao Shigeta; 忠男重田; Atsunori Ishikawa; 篤徳石川
Original assignee: Nittetsu Kakoki KK
Current assignee: Nippon Steel Eco Tech Corp
Priority date: 1994-10-13
Filing date: 1994-10-13
Publication date: 1996-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】酸化態窒素を含む廃水を完全に分解・無害化
するための処理方法で、酸化態窒素を高濃度に含有する
廃水の処理を可能とする方法である。また、工程として
単純で、簡易かつ安価な処理方法とする。【構成】焼却炉内へ酸化態窒素を含む廃水を噴霧供給
し、脱硝剤を存在させて、８５０℃以上で焼却する。【効果】これまで適当な処理方法が確立されていなか
った硝酸態窒素等の酸化態窒素を高濃度に含む廃水を分
解・無害化するための処理方法を提供できる。装置とし
て簡便で、操作そのものも至極容易な方法であるため、
設備費、運転経費ともに安価で、経済性にも優れてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸化態窒素を含む廃水
を分解・無害化するための処理方法に関するものであ
る。より詳しくは、酸化態窒素を含む廃水を焼却処理す
る方法に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】水域環境の保全のために窒素・リンの排
水規制が実施され、各種の産業で発生する窒素・リン含
有化合物を含む廃液・廃水は適宜処理された後、法律に
規定されている濃度以下の排水として放出することが義
務づけられている。

【０００３】廃水中に存在する窒素分については、遊離
アンモニアと各種のアンモニウム塩およびアミン基有機
物のアンモニアを包含する還元態窒素と、硝酸アンモニ
ウム，硝酸ナトリウム等の硝酸態窒素、および前記の硝
酸態窒素にニトロ基含有有機物等を含めた酸化態窒素に
大別できることが知られており、各々の処理対象に適し
た処理方法が開発されている。

【０００４】窒素分の処理技術として、廃水中の窒素分
の濃度が数百ｐｐｍ以下の稀薄な液に対しては、これま
でにも脱窒菌を利用した生物脱窒法が行なわれている。

【０００５】最近では、特公平６−４５０３５号，特公
平６−４９１９６号公報等に、し尿等の有機質及び窒素
化合物を含む廃水を、脱窒菌を利用した生物脱窒法によ
る処理と膜分離を組み合せて処理する方法が開示されて
いる。還元態窒素と硝酸態窒素が混合している濃厚排水
の場合には、アンモニア・ストリッピング法＋電気透析
法＋脱窒菌を利用した生物脱窒法を組合せて処理するこ
とが提案されている。

【０００６】同様の廃水を処理するためには、上記の
他、特開平６−９１２８０号公報等に酸化触媒を使用す
る湿式触媒酸化法も提案されている。硝酸アンモニウム
含有廃水の処理においても、前処理として特定の触媒の
存在下に温度１００〜３７０℃で熱分解した後、既存の
処理と組み合わせる方法が知られている（特公平６−４
７１００号，特公平６−４７１０１号公報等）。

【０００７】しかしながら、前述したいろいろな方法
は、いづれも窒素分として数千ｐｐｍ以下の低濃度の廃
液や、処理に先立って前記のような濃度に希釈してから
処理したり、窒素分だけを前処理にかけて低減してから
処理するため、全体として工程が複雑で、広い敷地が必
要になり、設備費も高額となるほか、汚泥の発生等の問
題を有している。

【０００８】また、有機質窒素化合物を含む廃液を焼却
処理する方法も、特公昭５５−３９７２５号公報、特開
平４−２８３３０９号公報に記載されている。これら
は、いずれも有機質窒素化合物を、前段より後段の温度
を高くして燃焼させる二段階焼却処理で、これにより窒
素酸化物の生成を抑制するものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、酸化
態窒素を含む廃水を完全に分解・無害化するための処理
方法を提供するものでる。しかも、酸化態窒素を高濃度
に含有する廃水の処理を可能とする方法である。

【００１０】また、他の目的としては、酸化態窒素を含
む廃水の処理方法として、これまでに提案されているよ
うな複数の方法を組み合せる方法ではなく、工程として
単純で、簡易かつ安価な処理方法とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、焼却炉内へ酸
化態窒素を含む廃水を噴霧供給し、脱硝剤を存在させ
て、８５０℃以上で焼却することを特徴とする酸化態窒
素を含む廃水の処理方法である。廃水に含まれる酸化態
窒素の濃度が稀薄な場合には、焼却する前に酸化態窒素
を含む廃水を予め出来るだけ濃縮してから供給すること
が望ましい。

【００１２】

【作用】焼却炉で酸化態窒素を含む廃水を高温で焼却す
ることにより完全に分解し、分解に伴って発生する窒素
酸化物（以下ＮＯ_ｘと称する）を、本発明では噴霧供給
された廃水とともに脱硝剤（Ｄｅ−ＮＯ_ｘ剤）を存在さ
せて燃焼させることで、その抑制を図ったものである。

【００１３】脱硝剤は、反応機構の詳細は不明であるが
焼却炉内で酸化態窒素から発生するＮＯ_ｘに対して、Ｎ
Ｈ_３として反応すると考えられ、結果的に炉から排出さ
れる燃焼排ガス中のＮＯ_ｘ濃度を規制値以下に低減する
ことができる。

【００１４】本発明によれば、これまでのように複数の
方法を組み合せたり、多段階の燃焼を適用せずに、焼却
炉内で一回の燃焼によって上記の目的を達成できる。

【００１５】本発明で対象とする廃水は、モリブデン，
バナジウム化合物の製造工程、薬品製造工程、半導体の
製造工程、原子力関係の再処理工程等から派生し、成分
として硝酸アンモニウム，硝酸ナトリウム等の硝酸態窒
素を含んでいるもの、ニトロ基，ニトロソ基を含む化合
物あるいは構造にＮＯ結合を有する化合物を含んでいる
ものである。本発明では、前記のような廃水を総称して
酸化態窒素を含む廃水と称する。

【００１６】廃水中の酸化態窒素の濃度は、一般には数
百ｐｐｍ〜数千ｐｐｍであり、原子力産業の再処理工程
からは、まれに数万ｐｐｍに達する廃液が発生すること
もあるとされているが、本発明ではこれらの廃水を濃縮
し、濃度１００，０００ｐｐｍ（１０％）以上としてか
ら焼却に供給するようにすることが望ましい。これは、
本発明のように廃水を焼却する際には、廃水に含まれて
いる大量の水も同時に蒸発させ高温にすることにより、
これに要する燃料を節減するためと、焼却炉の中の比較
的狭い反応領域において短時間に反応させるためであ
る。さらには、焼却処理する廃水を高濃度とすることで
処理容積を少なくし、設備を小型化できるので、付帯設
備を含め全体をコンパクトにすることが可能となる。

【００１７】廃水には酸化態窒素以外に、焼却処理が可
能な有機物や、熱分解できる化合物を含んでいてもよい
し、他の工程から発生した焼却処理が可能な有機物や、
熱分解できる化合物を含む廃液等と混合してから焼却炉
内へ供給してもよい。

【００１８】酸化態窒素を含む廃水は、排水中の窒素規
制によりそのままでは河川等へ廃棄できないため、分解
・無害化する処理を施してから排出することが求められ
ている。本発明では、酸化態窒素を含む廃水を焼却処理
するが、それによって発生する排ガスに対しては、排ガ
ス規制値（酸素１２％基準でＮＯ_ｘ２５０ｐｐｍ）以下
にすることが可能である。

【００１９】本発明の内容を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の方法に使用することができる焼却炉の
一例を示すものである。図中の、焼却炉本体１は、外側
が金属板で覆われ内側が耐火物で形成されており、炉の
上部に燃料導入口２と空気導入口３を有するバーナー４
が設けられている。バーナーとしては、焼却炉を小さく
し高温で安定した燃焼状態とするため、高負荷短焔バー
ナーの使用が好ましい。燃料は、完全燃焼が可能で、後
処理の必要な酸性ガスおよびダスト成分等を発生しない
クリーンな燃料であるＬＰＧまたは灯油の利用が望まし
い。

【００２０】本発明で酸化態窒素を分解し、有機物が存
在した場合にもこれを完全に焼却するとともに、脱硝剤
との反応を促進するために、焼却温度としては８５０℃
以上とすることが必要である。

【００２１】前記の高負荷短焔バーナーの火炎温度とし
ては１６００℃以上の高温となるものもあるが、廃水を
焼却する領域の上限温度としては、高温にするほどＮＯ
_ｘの発生が多くなることや燃料の節約および炉材材質の
問題等から、１１００℃以下、より望ましく１０００℃
以下とすることがよい。

【００２２】廃水は配管５を経由して廃水スプレーノズ
ル６より、炉内の高温火炎に向かって噴霧することによ
り、急速な水の蒸発と酸化態窒素の分解、さらに有機物
が共存した場合には有機物の燃焼が行なわれる。

【００２３】本発明では、廃水の燃焼の際に脱硝剤を存
在させることが必要である。そのため、配管７より脱硝
剤を供給し廃水スプレーノズル６から廃水と共に炉内へ
噴出させて、脱硝剤が存在した状態で廃水を燃焼する。
尚、脱硝剤を供給するために別にスプレーノズルを設
け、廃水スプレーノズル６より廃水が炉内に噴霧される
時に合わせて、脱硝剤を炉内の高温火炎に向かって噴出
させて供給してもよい。

【００２４】本発明で用いる脱硝剤としては、アンモニ
ア水、および塩化アンモニウム、炭酸アンモニウム、蟻
酸アンモニウム、蓚酸アンモニウム、尿素等の熱分解に
よりアンモニアを発生する化合物を例示できる。この中
でも、取扱い易さと経済性から、尿素の利用が好まし
い。

【００２５】また、他の工程からアンモニア水が副生す
るような場合には、それを利用することができ、それ単
独でも、その他の脱硝剤と併用してもよい。

【００２６】脱硝剤の添加量は、脱硝剤からＮＨ_３が発
生するとして、処理すべき廃水中に存在する酸化態窒素
からのＮＯ_ｘ量の３〜１０倍、好ましくは５〜８倍とす
る。

【００２７】廃水中に存在する酸化態窒素とその存在量
が判っていれば、当該酸化態窒素の示性式，構造式等か
ら分解によって生成するＮＯ_ｘを予測し、それに基づい
て脱硝剤の添加量を設定してもよいが、ほとんどの場合
には工場などからの排出物であり、廃水の組成，成分等
に不明瞭な部分があるので、当該廃水の少量を予備的に
焼却して、排ガスを分析し、排ガス中に含まれているＮ
Ｏ_ｘ量から脱硝剤の添加量を決めることが望ましい。

【００２８】焼却炉内に供給した廃水は高効率で分解・
反応して無害化されるために、焼却炉の出口８から排出
される燃焼排ガスは、法律で規定される制限値以下の少
量のＮＯ_ｘを含むだけである。

【００２９】焼却排ガスは、水スクラバーや除害塔を通
して常法により冷却・除塵し、さらにＨＣｌ，ＳＯ_２等
の酸性ガスが存在する場合には、それらを吸収除去して
から大気中へ放出することができる。その一例として
は、図１に示したように焼却炉の出口８に続いて、液中
燃焼缶９を設置しておき、燃焼排ガスはダウンカマーチ
ューブ１０を経て液中燃焼缶内の液中に吹き込まれ冷却
・除塵される形式を示すことができる。

【００３０】本発明で処理しようとする酸化態窒素を含
む廃水は、前述のように処理すべき酸化態窒素数千から
数万ｐｐｍの稀薄な状態の水溶液として処理工程に送付
されてくることが普通である。このため、本発明のよう
に焼却する場合には、燃料を節減し設備をコンパクトに
するためにも、予め酸化態窒素を含む廃水を濃縮し、酸
化態窒素の濃度として１０％以上、より好ましくは１５
％以上としておくことが得策である。

【００３１】酸化態窒素の濃度の上限は原理的には存在
しないが、出来る限り高濃度とした方が効率的であるた
め、濃縮によって析出物の発生や粘度が上昇し、焼却炉
内への噴霧に支障を生ずることがない範囲に調整すれば
よい。

【００３２】酸化態窒素のうちでも、硝酸態窒素やニト
ロ基，ニトロソ基を含む化合物等には、爆発性があるも
のも存在するため、このようなケースでは濃縮に際して
細心の注意が必要である。上記のように濃縮に際して爆
発の危険性があるような酸化態窒素を含む廃水を予め濃
縮する場合には、酸化態窒素の濃度を３０数％以下に留
めるようにし、温度は１００℃以下好ましくは８０℃以
下になるようにする。

【００３３】また、廃液の濃縮工程では、ポンプ等から
油分等の有機物の混入を避けるとともに、金属粉との接
触が生じないように配慮する。

【００３４】

【実施例】

実施例１廃水（成分ＮａＮＯ_３１１．２％，Ｎａ_２ＳＯ_４１７．
０％，クレゾール０．８％，酢酸ナトリウム３．４％，
残部水，いずれも重量％）を図１の焼却炉を用いて、９
００℃、残存酸素２〜５Ｖｏｌ％Ｄｒｙの条件で焼却処
理した。

【００３５】廃水は、廃水スプレーノズル６から焼却炉
内に噴霧した。廃水を予め予備的に９００〜９５０℃で
燃焼し、排ガスを分析したところＮＯ_ｘ１８００〜２１
００ｐｐｍが検出された。これは廃水中のＮＯ_３根に対
するＮＯ_ｘ発生割合として２８〜３０％であった。この
結果に基づいて、脱硝剤として塩化アンモニウム（ＮＨ
_４Ｃｌ）および尿素（Ｈ_２ＮＣＯＮＨ_２）を、各々ＮＯ
_ｘ量の３倍量合計してＮＯ_ｘ量の６倍量を使用して、前
記の廃水と共に焼却炉内に噴霧した。

【００３６】また、別に塩化アモニウムをＮＯ_ｘ量の６
倍量を使用して、同じ廃水を用いて焼却処理を行なっ
た。

【００３７】結果は表１に示したように、いずれの場合
も排ガス中のＮＯ_ｘが規制値（酸素１２％基準でＮＯ_ｘ
２５０ｐｐｍ）以下になったことが判る。

【００３８】

【表１】

【００３９】実施例２硝酸アンモニウム（ＮＨ_４ＮＯ_３）１０重量％の水溶液
を、７０℃以下で減圧蒸発させて濃縮し２５重量％の水
溶液を準備した。これを廃水として９５０℃で実施例１
と同様に焼却処理した。

【００４０】予備的な燃焼で廃液中のＮＯ_３根に対する
ＮＯ_ｘ発生割合が約１５％であったので脱硝剤の尿素を
ＮＯ_ｘ量の６倍量を使用した。

【００４１】結果を表１に示したが、脱硝剤を使用せず
に焼却した時には２０００〜２２００ｐｐｍのＮＯ_ｘ発
生が認められたが、脱硝剤の添加により削減率約９３％
と大幅にＮＯ_ｘを低減することができた。

【００４２】また、脱硝剤の一部をアンモニア水（２９
ｗｔ％）に変え、尿素をＮＯ_ｘ量の４倍量、アンモニア
水をＮＯ_ｘ量の２倍量とし、合計してＮＯ_ｘ量の６倍量
を使用し、アンモニア水を別のスプレーノズルから供給
して、前記と同様の焼却処理を行ったところ、ＮＯ_ｘ発
生量もほぼ同様の結果であった。

【００４３】実施例３廃水（成分ＮＨ_４ＮＯ_３２５％，エチルアルコール１
４．５％，残部水，いずれも重量％）を図１の焼却炉を
用いて、９００℃、酸素３〜４％の条件で焼却処理し
た。脱硝剤として尿素を、予備的燃焼の結果に基づいて
ＮＯ_ｘ量の８倍量添加して、炉内へ供給した。

【００４４】結果は表１に示したように、排ガス中のＮ
Ｏ_ｘが低減されることを確認した。

【００４５】実施例１〜３のいずれにおいても、有機物
の残存およびダストの発生は認められなかった。

【００４６】

【発明の効果】本発明により、これまで適当な処理方法
が確立されていなかった硝酸態窒素等の酸化態窒素を高
濃度に含む廃水を、分解・無害化するための処理方法を
提供できる。また、これまでに提案されている種々の処
理方法に比べ、装置として簡便で、操作そのものも至極
容易な方法である。

【００４７】アンモニア態窒素と硝酸態窒素が混合して
いる排水の場合に、アンモニア・ストリッピング法＋電
気透析法＋脱窒菌を利用した生物脱窒法を組合せて処理
することが提案されていることを、先に説明したが、こ
の方法では工程が複雑で、設備費が高く、設置に広い面
積が必要である。この方法については経済性が試算され
ているが、脱窒菌を利用した生物脱窒法の部分だけを取
り出しても、処理水量１００ｍ^３／日のケースで設備費
１０億円と見積もられており、当然単位排水当りの処理
費用も３０〜４５円／ｋｇのような高価になるとされて
いる。これらに比し、本発明では設備費、運転経費とも
に数分の一となり、処理費用が１５〜２０円／ｋｇ・廃
水と予測され経済性にも優れたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための焼却炉の一例を示した
ものである。

【符号の説明】

１焼却炉本体２燃料導入口３空気導入口４バーナー５配管６廃水スプレーノズル７配管８焼却炉の出口９液中燃焼缶１０ダウンカマーチューブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼却炉内へ酸化態窒素を含む廃水を噴霧
供給し、脱硝剤を存在させて、８５０℃以上で焼却する
ことを特徴とする酸化態窒素を含む廃水の処理方法。
【請求項２】酸化態窒素を含む廃水を予め濃縮して供
給する請求項１記載の酸化態窒素を含む廃水の処理方
法。
【請求項３】酸化態窒素が、硝酸アンモニウムあるい
は硝酸ナトリウムである請求項１または２記載の酸化態
窒素を含む廃水の処理方法。