硫黄毎日一題5月22日------参加3ポイント、正解10ポイント

NH3および(NH4)2CO3、NH4HCO3などのアンモニウム塩形態

酸性水においてアンモニア、硫化水素、二酸化炭素などは主にNH4HS、NH4HCO3などの形で存在し、弱酸弱塩基性の塩溶液である。液相中のH2S、NH3、CO2は揮発性成分であり、ヘンリーの法則によれば、蒸気を用いてこれらの成分の分圧を下げることで、H2S、NH3、CO2を溶液から気相へ移行させることができる。これが酸性水スチームトリートメントの基本原理である。 H2S－NH3－CO2－H2Oの4成分系におけるスチームストリッピング過程は、以下の反応式で表すことができる：
NH4+＋HS- ⇌ (NH4HS)? ⇌ (NH3＋H2S＋H2O)液相 ⇌ (NH3＋H2S＋H2O)気相

スチームの量を増やしたり、スチームストリッパーの塔板数を増やしたりすることで、浄化水中のアンモニア窒素濃度を低下させることはできるが、その低下幅には限界があり、たとえ大量の蒸気を使用しても、浄化水中のアンモニア窒素の質量濃度を50mg/L未満まで下げることはできない。通常のスチームストリッピング処理では除去できないこのアンモニア窒素の形態を分析した結果、汚水内には次のような反応も存在すると考えられる：+-NH3＋H2O → NH4＋OH2-。また、汚水からはSO3、S2O3、HSO3、CNといった酸根イオンも検出されており、これによってNH4がアンモニウム塩として固定されてしまい、単にスチームストリッピングの深度を深くしてもそれを除去することはできない。したがって、固定アンモニウムを遊離アンモニアに変換すれば、スチーブ法によって除去することができる。

NH4HS、(NH4)2CO3、NH4HCO3などのアンモニウム塩の形で存在する。

一水和アンモニア、アンモニウムイオン、アンモニウム塩

酸性水に含まれる有害物質は、アンモニア、硫化水素、二酸化炭素が主である。スチームストリッピング法は、アンモニアと硫化水素を除去し回収することを主な目的としている。NH3-H2S-H2Oの三元系は、化学平衡、電離平衡、相平衡が共存する複雑な系である。 アンモニア、硫化水素、水はいずれも揮発性の低い電解質であり、互いに化学反応を起こし、イオンに解離する。アンモニアと硫化水素は、水に異なる程度で溶ける。 • NH3 + H2O → NH4+ + OH-
硫化水素も水中でわずかに電離する：H2S → H+ + HS-
アンモニアと硫化水素が同時に水中に存在すると、アンモニウム硫化物が生成される。これは弱酸と弱塩基からできた塩であり、水中で大量に加水分解されて再び遊離のアンモニア分子や硫化水素分子が生成される。つまり：
NH4+ + HS- → (NH3 + H2S)液
液相中の遊離アンモニア分子や硫化水素分子は、気相中のアンモニア分子や硫化水素分子と平衡状態にある：
(NH3 + H2S)液 → (NH3 + H2S)気
(3)と(4)を組み合わせると次のようになる：
NH4+ + HS-（すなわちNH4HS）→ (NH3 + H2S)液 → (NH3 + H2S)気
気相：NH3 + H2S ↑↓
液相：NH4+ + HS- → NH3 + H2S ↑↓
汚水中には大量の二酸化炭素が含まれており、これも水に溶けるが、硫化水素よりも溶解度は低い。同じ温度では、その蒸気圧も硫化水素より高いため、揮発性も硫化水素より高くなる。そのため、アンモニアや硫化水素よりも容易に気化する。したがって、汚水浄化においては二酸化炭素の存在は影響を与えないが、特に低温条件下では二酸化炭素がアンモニアと反応してアンモニウムカルボアミドを生成する点に留意すべきである。 2NH3(g) + CO2(g) = NH2CO2NH4(s) これは難溶性の塩で、配管やバルブの詰まりを引き起こします。単塔サイドラインプロセスのストリッピングタワーの測定線温度は138℃以上に保つ必要があり、これはアンモニウムカルボアミドやアンモニウムヒドロサルファイドなどの結晶による閉塞を防ぐための重要な目的です。