項目2-2.NH4+の分離濃縮による資源化に関する研究開発

項目2-2の概要

項目2-2では、項目2-1で変換したアンモニア態窒素を多用途に活用できる高濃度NH3に濃縮するために、各種分離膜によるアンモニア濃縮技術の開発、および高性能吸着材による吸着分離濃縮技術の開発を行う。超省エネ分離濃縮プロセス構築を目指して、様々なNH4+濃度の廃水に適用可能な膜分離/吸着分離法の新規開発を行う。最終物である高濃縮されたアンモニア水から、プロセス全体として有効にエネルギー回収を行うためには、この濃縮プロセスに必要な消費エネルギーを可能な限り低減させることが必要である。

項目2-2

超省エネ分離濃縮技術

これまで廃水からのアンモニア回収には、アンモニアストリッピング法(蒸留法)が用いられることがあった。本プロジェクトで開発を行う革新的膜分離法や革新的吸着分離法では、従来法による濃縮プロセスの消費エネルギーと比較して、格段にエネルギーを低減させることが可能となる。
開発する革新膜の1つは、正浸透膜(Forward Osmosis Membrane, FO膜)である。FO膜法では従来の加圧型操作とは異なり、下図に示されるように浸透圧差駆動によって自発的に水透過が起こるために、究極的な省エネルギー操作となる。また吸着分離法では共存イオンの影響を受けず、NH4+を選択的に吸脱着することが可能な新規吸着材(プルシアンブルー型錯体)の開発を進めている。

超省エネ分離濃縮技術

濃縮プロセス

廃水からのNH4+変換を含めた濃縮プロセスの一例を下記に示す。A工場廃水については、微好気NH4+変換の後、FO膜により濃縮を行い、さらにイオン交換膜やBC(Brine Concentration)膜を用いて濃縮を行う。最終的に膜蒸留(Membrane Distillation, MD)や吸着法を用いて高濃度アンモニア水を得る。
B工場廃水については、まずFO膜により濃縮を行った後、嫌気MBRによってNH4+変換を行うとともに、発生したメタンガスからエネルギーを取り出す。その後段の濃縮は上記のケースと同様である。

濃縮プロセスの例

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