エアレーション装置及びこれを備えた海水排煙脱硫装置、エアレーション装置の運転方法
【課題】散気膜のスリットにおいて発生した析出物を除去することができるエアレーション装置及びこれを備えた海水排煙脱硫装置、エアレーション装置の運転方法を提供する。
【解決手段】被処理水である希釈使用済海水（図示せず）中に浸漬され、希釈使用済海水中に微細気泡を発生させるエアレーション装置であって、空気１２２を吐出手段であるブロア（本実施例では４台）１２１Ａ〜１２１Ｄにより供給する空気供給ラインＬ5と、前記空気供給ラインＬ5に介装された圧力計１２５と、前記空気が供給されるスリットを有する散気膜１１を備えたエアレーションノズル１２３とを具備し、前記圧力計１２５の計測により空気供給圧力が所定の閾値を超えた場合、空気供給管に対して真水１４１又は水蒸気を一時的な供給を行う。
【解決手段】被処理水である希釈使用済海水（図示せず）中に浸漬され、希釈使用済海水中に微細気泡を発生させるエアレーション装置であって、空気１２２を吐出手段であるブロア（本実施例では４台）１２１Ａ〜１２１Ｄにより供給する空気供給ラインＬ5と、前記空気供給ラインＬ5に介装された圧力計１２５と、前記空気が供給されるスリットを有する散気膜１１を備えたエアレーションノズル１２３とを具備し、前記圧力計１２５の計測により空気供給圧力が所定の閾値を超えた場合、空気供給管に対して真水１４１又は水蒸気を一時的な供給を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭焚き、原油焚き及び重油焚き等の発電プラントに適用される排煙脱硫装置の排水処理に係り、特に、海水法を用いて脱硫する排煙脱硫装置の排水（使用済海水）をエアレーションにより脱炭酸（暴気）するエアレーション装置及びこれを備えた海水排煙脱硫装置、エアレーション装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、石炭や原油等を燃料とする発電プラントにおいて、ボイラから排出される燃焼排気ガス（以下、「排ガス」と呼ぶ）は、該排ガス中に含まれている二酸化硫黄（ＳＯ2）等の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去してから大気に放出される。このような脱硫処理を施す排煙脱硫装置の脱硫方式としては、石灰石石膏法、スプレードライヤー法及び海水法等が知られている。
【０００３】
このうち、海水法を採用した排煙脱硫装置（以下、「海水排煙脱硫装置」と呼ぶ）は、吸収剤として海水を使用する脱硫方式である。この方式では、たとえば略円筒のような筒形状を縦置きにした脱硫塔（吸収塔）の内部に海水及びボイラ排ガスを供給することにより、海水を吸収液として湿式ベースの気液接触を生じさせて硫黄酸化物を除去している。
上述した脱硫塔内で吸収剤として使用した脱硫後の海水（使用済海水）は、たとえば、上部が開放された長い水路（Seawater Oxidation Treatment System；ＳＯＴＳ）内を流れ排水される際、水路の底面に設置したエアレーション装置から微細気泡を流出させるエアレーションによって脱炭酸（爆気）される（特許文献１〜３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０５５７７９号公報
【特許文献２】特開２００９−０２８５７０号公報
【特許文献３】特開２００９−０２８５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、エアレーション装置で用いるエアレーションノズルは、基材の周囲を覆うゴム製等の散気膜に小さなスリットが多数設けられたものである。一般的には「ディフューザノズル」と呼ばれている。このようなエアレーションノズルは、供給される空気の圧力により、スリットから略均等な大きさの微細気泡を多数流出させることができる。
【０００６】
このようなエアレーションノズルを用いて、海水中でエアレーションを連続して行うと、散気膜のスリット壁面やスリット開口近傍に、海水中の硫酸カルシウム等の塩類が析出し、スリットの間隙が狭くなったり、スリットを塞いだりする結果、散気膜の圧力損失を増大させ、散気装置に空気を供給するブロワ、コンプレッサ等の吐出手段の吐出圧高が発生し、ブロワ、コンプレッサ等に負荷がかかるという、問題がある。
【０００７】
析出物の発生は、散気膜の外側に位置する海水が、スリットから散気膜の内側へ浸み込み、常時スリットを通過する空気に、長時間に亙って触れて乾燥（海水の濃縮）が促進され、析出に至っている、と推定される。
【０００８】
本発明は、前記問題に鑑み、散気膜のスリットにおいて発生した析出物を除去することができるエアレーション装置及びこれを備えた海水排煙脱硫装置、エアレーション装置の運転方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、被処理水中に浸漬され、被処理水中に微細気泡を発生させるエアレーション装置であって、空気を吐出手段により供給する空気供給配管と、前記空気供給配管に介装された圧力計と、前記空気が供給されるスリットを有する散気膜を備えたエアレーションノズルとを具備し、散気膜に対する圧力損失の上昇があった際、空気供給管に対して真水又は水蒸気の一時的な供給を行うことを特徴とするエアレーション装置にある。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、散気膜に対する圧力損失の上昇有無の判断は、供給空気の圧力若しくは空気量を計測する手段、又は吐出手段の電流値又は回転数を計測する手段の少なくとも一つにより行うことを特徴とするエアレーション装置にある。
【００１１】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記エアレーションノズルは、内部に空気が導入される支持体を覆う散気膜と、前記散気膜に多数設けられたスリットとからなり、スリットから微細気泡を流出させることを特徴とするエアレーション装置にある。
【００１２】
第４の発明は、第１又は２の発明において、前記エアレーションノズルは、内部に空気が導入される円筒状の基部側支持体と、基部側支持体よりも径が縮小され、仕切板を介して軸方向に設けられる中空筒体と、該中空筒体の他端に設けられ、前記基部側支持体と略同一径の端部支持体と、前記基部側支持体と前記端部支持体を覆いつつ両端で締結されるチューブ状の散気膜と、前記散気膜に多数設けられたスリットと、前記基部側支持体の側面に設けられ、散気膜の内周面と支持体外周面との間の加圧空間へ導入された空気を仕切板の手前側で流出させる空気出口とを具備することを特徴とするエアレーション装置にある。
【００１３】
第５の発明は、第１又は２の発明において、前記エアレーションノズルは、内部に空気が導入される円筒状の基部側支持体と、基部側支持体と略同一径の端部支持体と、基部側支持体と端部支持体を覆いつつ締結されるチューブ状の散気膜と、前記散気膜に多数設けられたスリットとを具備することを特徴とするエアレーション装置にある。
【００１４】
第６の発明は、海水を吸収剤として使用する脱硫塔と、前記脱硫塔から排出された使用済海水を流して排水する水路と、前記水路内に設置され、前記使用済海水中に微細気泡を発生して脱炭酸を行う第１乃至５のいずれか一つのエアレーション装置とを具備することを特徴とする海水排煙脱硫装置にある。
【００１５】
第７の発明は、被処理水中に浸漬され、被処理水中にスリットから微細気泡を発生させるエアレーション装置を用い、吐出手段による空気を供給するに際し、散気膜に対する圧力損失の上昇があった際、真水又は水蒸気を一時的に供給し、スリットでの析出物の除去を行うことを特徴とするエアレーション装置の運転方法にある。
【００１６】
第８の発明は、第７の発明において、圧力損失が解消された際、さらに真水又は水蒸気を供給し、微細気泡を発生するスリットの目詰まりを防止することを特徴とするエアレーション装置の運転方法にある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、エアレーション装置の散気膜のスリットにおいて析出物の発生があった場合に迅速に対応して、これを除去することができ、散気膜の圧力損失を減少させ、ブロワ、コンプレッサ等の負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施例１に係る海水排煙脱硫装置の概略図である。
【図２−１】図２−１は、エアレーションノズルの平面図である。
【図２−２】図２−２は、エアレーションノズルの正面図である。
【図３−１】図３−１は、エアレーションノズルの内部構造概略図である。
【図３−２】図３−２は、エアレーションノズルの膨張状態を示す内部構造概略図である。
【図４−１】図４−１は、実施例１に係るエアレーション装置の概略図である。
【図４−２】図４−２は、実施例１に係る他のエアレーション装置の概略図である。
【図５−１】図５−１は、実施例１に係る他のエアレーション装置の概略図である。
【図５−２】図５−２は、実施例１に係る他のエアレーション装置の概略図である。
【図６−１】図６−１は、実施例１に係る他のエアレーション装置の概略図である。
【図６−２】図６−２は、実施例１に係る他のエアレーション装置の概略図である。
【図７】図７は、実施例１に係る他のエアレーションノズルの内部構造概略図である。
【図８】図８は、実施例１に係る他のエアレーションノズルの内部構造概略図である。
【図９】図９は、実施例１に係るディスク状のエアレーションノズルの概略図である。
【図１０−１】図１０−１は、散気膜のスリットにおける、空気（飽和度の低い湿り空気）の流出と海水の浸入、および濃縮海水の状況を示す図である。
【図１０−２】図１０−２は、散気膜のスリットにおける、空気の流出と海水の浸入、および濃縮海水の状況を示す図である。
【図１０−３】図１０−３は、散気膜のスリットにおける、空気の流出と海水の浸入、濃縮海水及び析出物の状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００２０】
本発明による実施例に係るエアレーション装置及び海水排煙脱硫装置について、図面を参照して説明する。図１は、本実施例に係る海水排煙脱硫装置の概略図である。
図１に示すように、海水排煙脱硫装置１００は、排ガス１０１と海水１０３とを気液接触してＳＯ2を亜硫酸（Ｈ2ＳＯ3）へ脱硫反応させる排煙脱硫吸収塔１０２と、排煙脱硫吸収塔１０２の下側に設けられ、硫黄分を含んだ使用済海水１０３Ａを希釈用の海水１０３と希釈混合する希釈混合槽１０５と、希釈混合槽１０５の下流側に設けられ、希釈使用済海水１０３Ｂの水質回復処理を行う酸化槽１０６とからなるものである。
【００２１】
海水排煙脱硫装置１００では、排煙脱硫吸収塔１０２において海水供給ラインＬ1を介して供給される海水１０３の内の一部の吸収用の海水１０３を排ガス１０１と気液接触させて、排ガス１０１中のＳＯ2を海水１０３に吸収させる。そして、排煙脱硫吸収塔１０２で硫黄分を吸収した使用済海水１０３Ａは、排煙脱硫吸収塔１０２の下部に設けられている希釈混合槽１０５に供給される希釈用の海水１０３と混合させる。そして、希釈用の海水１０３と混合希釈された希釈使用済海水１０３Ｂは、希釈混合槽１０５の下流側に設けられている酸化槽１０６に送給され、酸化用空気ブロア１２１より供給された空気１２２をエアレーションノズル１２３により供給し、水質回復させた後、排水１２４として海へ放流するようにしている。
図１中、符号１０２ａは海水を上方に噴出させる液柱用の噴霧ノズル、１２０はエアレーション装置、１２２ａは気泡、Ｌ1は海水供給ライン、Ｌ2は希釈海水供給ライン、Ｌ3は脱硫海水供給ライン、Ｌ4は排ガス供給ライン、Ｌ5は空気供給ラインである。
【００２２】
このエアレーションノズル１２３の構成を図２−１、図２−２及び図３を参照して説明する。
図２−１は、エアレーションノズルの平面図、図２−２は、エアレーションノズルの正面図、図３−１はエアレーションノズルの内部構造概略図である。
図２−１、図２−２に示すように、エアレーションノズル１２３は、基材の周囲を覆う散気膜１１に小さなスリット１２が多数設けられたものであり、一般的には「ディフューザノズル」と呼ばれている。このようなエアレーションノズル１２３は、空気供給ラインＬ5から供給される空気１２２の圧力により散気膜１１が膨張すると、スリット１２が開いて略均等な大きさの微細気泡を多数流出させることができる。ここで、散気膜１１としては、例えばゴム製等の可撓性を有するものが好ましい。
【００２３】
図２−１、図２−２に示すように、エアレーションノズル１２３は、空気供給ラインＬ5から分岐した複数（本実施例では８本）の枝管（図示せず）に設けられたヘッダ１５に対して、フランジ１６を介して取り付けられている。なお、希釈使用済海水１０３Ｂ中に設置される枝管及びヘッダ１５には、耐食性を考慮して樹脂製パイプ等が使用されている。
【００２４】
このエアレーションノズル１２３の具体的な構成について図３−１を参照して説明する。図３−１に示すように、本実施例に係るエアレーションノズル１２３Ａは、希釈使用済海水１０３Ｂに対する耐食性を考慮して樹脂製とした略円筒形状の支持体２０を用い、この支持体２０の外周を覆うようにして多数のスリット１２が形成されたゴム製の散気膜１１を被せた後、左右両端部をワイヤやバンド等の締結部材２２により固定した構成とされる。
【００２５】
また、上述したスリット１２は、圧力を受けない通常の状態においては閉じている。なお、海水排煙脱硫装置１００においては、常時空気１２２を供給しているので、常にスリット１２は開放状態である。
【００２６】
ここで、支持体２０の一端２０ａは、ヘッダ１５に取り付けた状態で空気１２２の導入を可能とすると共に、その他端２０ｂは、海水１０３が導入可能に開口されている。
このため、一端２０ａ側は、ヘッダ１５及びフランジ１６を貫通する空気導入口２０ｃを介してヘッダ１５内部と連通している。そして、支持体２０の内部は、支持体２０の軸方向の途中に設けた仕切板２０ｄにより分割され、この仕切板２０ｄにより空気の流通が阻止されている。さらに、この仕切板２０ｄよりヘッダ１５側となる支持体２０の側面には、散気膜１１の内周面と支持体外周面との間に、すなわち、散気膜１１を加圧して膨張させる加圧空間１１ａへ空気１２２を流出させるための空気出口２０ｅ、２０ｆが開口している。従って、ヘッダ１５からエアレーションノズル１２３に流入する空気１２２は、図中に矢印で示すように、空気導入口２０ｃから支持体２０の内部へ流入した後、側面の空気出口２０ｅ、２０ｆから加圧空間１１ａへ流出することとなる。
なお、締結部材２２は、散気膜１１を支持体２０に固定するとともに、空気出口２０ｅ、２０ｆから流入する空気が両端部から漏出することを防止するものである。
【００２７】
このように構成されたエアレーションノズル１２３Ａにおいて、ヘッダ１５から空気導入口２０ｃを通って流入する空気１２２は、空気出口２０ｅ、２０ｆを通って加圧空間１１ａへ流出することにより、最初はスリット１２が閉じているため加圧空間１１ａ内に溜まって内圧を上昇させる。内圧が上昇された結果、散気膜１１は加圧空間１１ａ内の圧力上昇を受けて膨張し、散気膜１１に形成されているスリット１２が開くことによって空気１２２の微細気泡を希釈使用済海水１０３Ｂ中に流出させる。
このような微細気泡の発生は、枝管Ｌ5A〜5H及びヘッダ１５を介して空気供給を受ける全てのエアレーションノズル１２３Ａ〜Ｃで実施される（図３−１、７、８参照）。
【００２８】
以下、本実施例に係るエアレーション装置について説明する。
本発明では、散気膜１１に形成されたスリット１２に析出物の発生があった場合に、これを迅速に除去する手段を提供する。
図４−１、図４−２は、本実施例に係るエアレーション装置の概略図である。図５−１、図５−２及び図６−１、図６−２は、他のエアレーション装置の概略図である。
図４−１に示すように、本実施例に係るエアレーション装置１２０Ａは、被処理水である希釈使用済海水（図示せず）中に浸漬され、希釈使用済海水中に微細気泡を発生させるエアレーション装置であって、空気１２２を吐出手段であるブロア（本実施例では４台）１２１Ａ〜１２１Ｄにより供給する空気供給ラインＬ5と、前記空気供給ラインＬ5に介装された圧力計１２５と、前記空気が供給されるスリットを有する散気膜１１を備えたエアレーションノズル１２３Ａとを具備し、前記圧力計１２５の計測により空気供給圧力が所定の閾値を超えた場合、空気供給管に対して真水又は水蒸気を一時的な供給を行うものである。
また、空気供給ラインＬ5には、２基の冷却器１３１Ａ、１３１Ｂと、２基のフィルタ１３２Ａ、１３２Ｂとが各々設けられている。これにより、ブロア１２１Ａ〜１２１Ｄにより圧縮された空気は冷却され、次いで濾過されている。
なお、ブロアが４基あるのは、通常は２〜３基で運転しており、その内の１〜２基は予備としている。また、冷却器１３１Ａ、１３１Ｂと、フィルタ１３２Ａ、１３２Ｂとが各々２基あるのは、連続して運転する必要から、通常は片方のみで運転し、他方はメンテナンス用としている。
【００２９】
ここで、海水の塩分濃度は３．４％程度であり、９６．６％の水に３．４％の塩類が溶けている。この塩類は、概ね、塩化ナトリウムが７７．９％、塩化マグネシウムが９．６％、硫酸マグネシウムが６．１％、硫酸カルシウムが４．０％、塩化カリウムが２．１％、その他０．２％の構成となっている。
【００３０】
この塩のなかで、海水の濃縮（海水の乾燥）につれて、硫酸カルシウムが最初に析出する塩であり、その析出の閾値が海水の塩分濃度で約１４％である。
【００３１】
ここで、スリット１２に析出物が析出するメカニズムを図１０−１〜図１０−３を用いて説明する。
図１０−１は、散気膜のスリットにおける、空気（飽和度の低い湿り空気）の流出と海水の浸入、および濃縮海水の状況を示す図である。図１０−２は、散気膜のスリットにおける、空気の流出と海水の浸入、および濃縮海水の状況を示す図である。図１０−３は、散気膜のスリットにおける、空気の流出と海水の浸入、濃縮海水及び析出物の状況を示す図である。
ここで、本発明において、スリット１２とは、散気膜１１に形成される切れ込みをいい、スリット１２の間隙は空気が排出される通路となる。
この通路を形成するスリット壁面１２ａは、海水１０３が接触しているが、空気１２２の導入によって乾燥・濃縮され、濃縮海水１０３ａとなり、その後スリット壁面に析出物１０３ｂが析出され、スリットの通路を閉塞するものとなる。
【００３２】
図１０−１は、空気１２２の相対湿度が低いので、海水が乾燥して海水の塩分濃縮が徐々に増加し、濃縮海水１０３ａが形勢された状況を示している。但し、海水の濃縮が始まっても海水の塩分濃度が概ね１４％以下では、硫酸カルシウム等の析出はない。
【００３３】
図１０−２は、濃縮海水１０３ａの一部において、局所的に海水の塩分濃度が１４％を超えた部分に析出物１０３ｂが発生している状態である。この状態では析出物１０３ｂが僅かであるので、スリット１２を空気が通過する際の圧力損失が僅かに上昇するものの、空気１２２は通過可能である。
【００３４】
これに対し、図１０−３は、濃縮海水１０３ａの濃縮が進行すると、析出物１０３ｂによる閉塞（プラッキング）状態となり、圧力損失が大きくなる状態である。なお、このような状態でも空気１２２の通路は残っているものの吐出手段にはかなりの負荷がかかるものとなる。
よって、このような状態となった後に、後述するように圧力損失の上昇を圧力計で計測し、空気の変動を生じさせて析出物を除去するようにしている。
【００３５】
本実施例では、このスリット１２への析出物１０３ｂが発生した場合に、これを迅速に除去して、通常の状態に復帰させるために、圧力計１２５により空気１２２の供給圧力を監視し、この圧力計１２５において、所定の閾値を超えた場合に、制御装置１２６により指令を発して、ポンプＰ1を操作し、真水１４１を一時的に供給するようにしている。また、本実施例のように制御装置１２６を用いず、圧力変動の変化に応じて作業員による手動制御を行うようにしてもよい。
【００３６】
すなわち、圧力計１２５の計測により空気供給圧力が所定の閾値を超えた場合、制御装置１２６により、真水タンク１４０により、真水１４１を空気供給ラインＬ5から分岐した枝管Ｌ5A〜5H内に導入している。
これにより、空気に同伴された水分がスリット１２に付着している析出物１０３ｂに到達し、その析出物と水分との潮解作用により、析出物が溶解・除去され、その除去されたスリットの数が多くなるにつれて、供給される空気の抜けが良好となり、散気膜１１が急激に収縮される。この収縮に伴い、スリット１２に付着していた析出物１０３ｂが圧壊し、供給される空気により散気膜１１の外部に放出される。
【００３７】
ここで、本実施例において散気膜に対する圧力損失の上昇の判断は、供給空気の圧力を圧力計により計測することで、多数ある散気膜の個々における圧力損失を間接的に把握することができるからである。
なお、散気膜の内側と外側との圧力差を計測して個別に圧力損失の上昇の有無を判断するようにしてもよい。
【００３８】
ここで、図３−２はエアレーションノズルの膨張状態を示す内部構造概略図である。
散気膜１１のスリット１２に付着物が付着すると、散気膜の圧力損失が上昇し、散気膜１１が膨らむ。図３−２に示すように、スリットに付着物が形成されると、圧力損失が上昇して散気膜１１の膨張がさらに助長され、その径が通常の散気状態の膨張状態の径Ｄ0からＤ1のさらに膨張した状態に増大する。
このさらに膨張した状態で、空気に真水１４１を供給すると、その潮解作用により、析出物が除去され、析出物が除去されたスリットの数が増大すると、空気の抜けが良好となり、一気に、膨張状態から散気膜１１のゴムが急激に収縮する。すなわち、散気膜１１の径がＤ1の状態からＤ2の状態となる。
この収縮によりスリット１２に付着していた付着物が崩れる。この場合においても、スリット１２からは空気の放出が継続されているので、崩れた付着物が散気膜１１の外に放出されることとなる。
【００３９】
次に、本実施例では、散気膜１１のスリットに付着した析出物により起因する圧力損失の上昇を圧力計１２５により把握していたが、本発明はこれに限定されず、電流計を用いてブロアの電流値を計測して、圧力損失の上昇を間接的に把握するようにしてもよい。
【００４０】
これは、ブロア１２１Ａ〜１２１Ｄは常に所定量の空気を散気膜１１に供給するように設定されているので、スリットに析出物が付着することで、空気供給量が低減すると、ブロア１２１Ａ〜１２１Ｄを駆動するために電流値が上昇する。
そこで、図４−２に示す本実施例に係る他のエアレーション装置１２０Ｂのように、各ブロア１２１Ａ〜１２１Ｄの電流値を計測する電流計１２８Ａ〜１２８Ｄを設けるようにしている。そして、運転しているブロアの電流値の上昇の有無を電流計１２８Ａ〜１２８Ｄで確認して、電流値の上昇があった場合には、圧力損失の上昇があったと判断し、前述したようなブロアの運転を行うようにすればよい。
【００４１】
ここで、空気吐出手段（ブロア）としては、一定の容積を供給する容積式と非容積式があるが、散気膜の圧力損失の上昇を把握する指標として、上記以外に空気供給系統の空気量、あるいは空気吐出手段の回転数を採用してもよい。散気膜の圧力損失の上昇を把握する指標として、空気量を採用する場合は、散気膜の圧力損失が上昇すると空気量が低下することとなるので、供給空気の空気流量を計測し、空気流量の低下の有無を確認して、空気流量の低下があった場合には、圧力損失の上昇があったと判断し、前述したようなブロアの運転を行うようにすればよい。
また、空気流量の低下はブロアの回転数で把握することもできる。
なお、空気吐出手段としては、ブロア以外に例えば送風機、コンプレッサ等の空気を散気膜に供給する手段を用いるようにしてもよい。
【００４２】
なお、上述した本発明の実施例では、散気膜に対する圧力損失の上昇有無の判断として、例えば供給空気の圧力若しくは空気量を計測する手段、又は吐出手段の電流値又は回転数を計測する手段の少なくとも一つにより行うようにしているが、本発明はこれらの限定されるものではない。
【００４３】
また、図５−１に示すエアレーション装置１２０Ｃのように、真水１４１を空気供給ラインＬ5から分岐した枝管Ｌ5A〜5H内に導入するに際して、ノズル１２７を用いることで、ミスト状態の水を空気１２２に同伴させるようにしてもよい。
【００４４】
また、圧力計１２５を用いる代わりに、図５−２に示すエアレーション装置１２０Ｄは、電流計１２８Ａ〜１２８Ｄを設けている。そして、運転しているブロアの電流値の上昇の有無を電流計１２８Ａ〜１２８Ｄで確認して、電流値の上昇があった場合には、圧力損失の上昇があったと判断し、前述したような水分供給の操作を行うようにすればよい。
【００４５】
図４−１、図４−２及び図５−１、図５−２においては、真水タンク１４０から真水１４１を供給しているが、本発明は真水１４１の供給に限定されず、例えば水蒸気を供給するようにしてもよい。
【００４６】
また、図６−１に示すエアレーション装置１２０Ｅでは、吐出手段であるブロア１２１Ａ〜１２１Ｄの空気導入口近傍に水分１４２を供給する吸気スプレーノズル（図示せず）を設けている。図５−１においては、真水タンク１４０を設置しているが、ブロア１２１Ａ〜１２１Ｄに対する吸気スプレーノズル単独としてもよい。
この場合、制御装置１２６より図示しない水分供給手段を介して水分１４２を各々のブロア１２１Ａ〜１２１Ｄの吸気側に添加し（水分は、ブロア本体に入る前に蒸発させるようにする。）、ブロア出口側の冷却器１３１Ａでの冷却量を調整し、エアレーションノズルのスリット１２を通過する空気を飽和湿り空気とする。
【００４７】
すなわち、ブロア１２１Ａ〜１２１Ｄにより加圧圧縮された空気１２２は、その温度が例えば１００℃程度と高温となるが、この際、水分１４２を余分に供給することで供給される空気１２２は水分リッチの状態となる。その後、冷却器１３１により空気の温度を低下させると（例えば４０℃）、空気１２２中の水分量には変化がないので、冷却された空気１２２の水分の飽和度（相対湿度）が増加することとなる。結果として、エアレーションノズル１２３のスリット１２での空気は相対湿度が１００％となり、吸気に添加する水の量を更に増やすと、水ミストを含む飽和湿り空気となり、気液二相の状態となる。
これにより、析出物に対して潮解作用を促進させることができる。
【００４８】
また、ブロア１２１Ａ〜１２１Ｄの入口側において、ブロアが吸込む大気の相対湿度が１００％であっても、圧縮・冷却された結果、エアレーションノズル１２３のスリット１２での空気の相対湿度が１００％とならない場合もある。このような場合には、不足した水分１４２をブロア入口で補給すると、水分が蒸発せずブロア内部に浸入するため、好ましくない。この場合は、ブロア１２１Ａ〜１２１Ｄの出口側、あるいは冷却器１３１Ａ、１３１Ｂの後流側において、真水等の水分１４２を供給するようにすればよい。
【００４９】
また、析出物を除去して通常の散気状態となった場合（圧力計１２５で所定閾値未満となった場合）、さらに真水１４１又は水蒸気を供給し、微細気泡を発生するスリットの目詰まりを防止するようにしてもよい。
すなわち、通常の圧力状態となった場合において、スリット１２に供給される空気１２２に水分を同伴させることにより、海水１０３を乾燥・濃縮させないようにしている。
より好ましくは、供給される空気１２２を水分が多い湿り空気（相対湿度が高い状態）とするようにし、さらには、空気１２２の相対湿度が高い状態（好適には、相対湿度が１００％の飽和湿り空気、あるいは、水ミストを含む飽和湿り空気の状態）となるようにして、析出物の発生を抑制する対策を講じるようにしてもよい。
【００５０】
また、圧力計１２５を用いる代わりに、図６−２に示す他のエアレーション装置１２０Ｆは、電流計１２８Ａ〜１２８Ｄを設けている。そして、運転しているブロアの電流値の上昇の有無を電流計１２８Ａ〜１２８Ｄで確認して、電流値の上昇があった場合には、圧力損失の上昇があったと判断し、前述したような水分１４２の供給の操作を行うようにすればよい。
【００５１】
次に、本実施例に係るエアレーションノズルについて説明する。本発明では、散気膜１１に析出した析出物を容易に脱落させるエアレーションノズルを提供する。
図７は実施例に係る他のエアレーションノズルの内部構造概略図である。
図７に示すように、実施例に係る他のエアレーションノズル１２３Ｂは、内部に空気が導入される円筒状の基部側支持体２０Ａと、基部側支持体２０Ａよりも径が縮小され、仕切板２０ｄを介して軸方向に設けられる中空筒体２０ｇと、該中空筒体２０ｇの他端に設けられ、前記基部側支持体２０Ａと略同一径の端部支持体２０Ｂと、前記基部側支持体２０Ａと前記端部支持体２０Ｂとを覆いつつ両端で締結手段２２により締結されるチューブ状の散気膜１１と、前記散気膜１１に多数設けられたスリット（図示せず）と、前記基部側支持体２０Ａの側面に設けられ、散気膜１１の内周面と支持体外周面との間の加圧空間１１ａへ導入された空気１２２を仕切板２０ｄの手前側で流出させる空気出口２０ｅ、２０ｆとを具備する。従って、ヘッダからエアレーションノズル１２３Ｂに流入する空気１２２は、図中に矢印で示すように、空気導入口２０ｃから基部側支持体２０Ａの内部へ流入した後、側面の空気出口２０ｅ、２０ｆから加圧空間１１ａへ流出することとなる。
【００５２】
そして、空気１２２に同伴された水分により析出物の潮解が開始され、それが連続的に発生して空気の抜けが良好となった場合には、図７の破線に示すように、散気膜１１が収縮する結果、中空筒体２０ｇの径が小さい部分が変形することとなり、散気膜１１のスリット１２が変形して、析出物の脱落を助長させることとなる。
【００５３】
図８は本実施例に係る他のエアレーションノズルの内部構造概略図である。本実施例に係るエアレーションノズル１２３Ｂは、内部に空気が導入される円筒状の基部側支持体２０Ａと、基部側支持体２０Ａと略同一径の端部支持体２０Ｂと、基部側支持体２０Ａと端部支持体２０Ｂを覆いつつ締結手段２２により締結されるチューブ状の散気膜１１と、前記散気膜１１に多数設けられたスリット１２とを具備するものである。
【００５４】
図３に示すようなエアレーションノズル１２３Ａは基部側支持体２０の周囲を散気膜１１が覆うような構造であるのに対し、図８に示すエアレーションノズル１２３Ｃは、散気膜１１は自立しており、その先端部側でのみ端部支持体２０Ｂにより支えられている。よって、空気１２２を供給している際には、散気膜１１が膨張しているが、空気１２２の供給を停止すると、その散気膜１１が破線に示すように、収縮・変形するので、スリットに付着している析出物の脱落が容易となる。
【００５５】
また、チューブ状のエアレーションノズルに対して、ディスク状、プレート状のエアレーションノズルについて説明する。
図９は、本実施例に係るディスク状のエアレーションノズルの概略図である。図９に示すように、ディスク状のエアレーションノズル１３３は、例えばゴム製の散気膜１１の円筒状の支持体１３４の底部に析出物の収容部１３５を設けている。また、収容部１３５にはパンチングメタル１３６等の仕切りを設け、空気１２２の導入の流れを阻害しないようにしている。
よって、空気１２２を供給している際には、散気膜１１が膨張しているが、空気１２２に同伴された水分により析出物の潮解が開始され、それが連続的に発生して空気の抜けが良好となった場合には、その散気膜１１が破線に示すように、収縮・変形するので、スリットに付着している析出物の脱落が容易となる。
【００５６】
以上、本実施例では被処理水として海水を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば汚染処理における汚染水にエアレーションを行うエアレーション装置において、散気孔（メンブレンスリット）での汚泥成分の析出によるプラッギングを防止でき、長期間に亙って安定して操業することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１１ 散気膜
１２ スリット
１００ 海水排煙脱硫装置
１０２ 排煙脱硫吸収塔
１０３ 海水
１０３Ａ 使用済海水
１０３Ｂ 希釈使用済海水
１０５ 希釈混合槽
１０６ 酸化槽
１２０Ａ、１２０Ｂ エアレーション装置
１２３、１２３Ａ〜１２３Ｃ、１３３ エアレーションノズル
１２５ 圧力計
１２６ 制御装置
１４０ 真水タンク
１４１ 真水
１４２ 水分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭焚き、原油焚き及び重油焚き等の発電プラントに適用される排煙脱硫装置の排水処理に係り、特に、海水法を用いて脱硫する排煙脱硫装置の排水（使用済海水）をエアレーションにより脱炭酸（暴気）するエアレーション装置及びこれを備えた海水排煙脱硫装置、エアレーション装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、石炭や原油等を燃料とする発電プラントにおいて、ボイラから排出される燃焼排気ガス（以下、「排ガス」と呼ぶ）は、該排ガス中に含まれている二酸化硫黄（ＳＯ2）等の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去してから大気に放出される。このような脱硫処理を施す排煙脱硫装置の脱硫方式としては、石灰石石膏法、スプレードライヤー法及び海水法等が知られている。
【０００３】
このうち、海水法を採用した排煙脱硫装置（以下、「海水排煙脱硫装置」と呼ぶ）は、吸収剤として海水を使用する脱硫方式である。この方式では、たとえば略円筒のような筒形状を縦置きにした脱硫塔（吸収塔）の内部に海水及びボイラ排ガスを供給することにより、海水を吸収液として湿式ベースの気液接触を生じさせて硫黄酸化物を除去している。
上述した脱硫塔内で吸収剤として使用した脱硫後の海水（使用済海水）は、たとえば、上部が開放された長い水路（Seawater Oxidation Treatment System；ＳＯＴＳ）内を流れ排水される際、水路の底面に設置したエアレーション装置から微細気泡を流出させるエアレーションによって脱炭酸（爆気）される（特許文献１〜３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０５５７７９号公報
【特許文献２】特開２００９−０２８５７０号公報
【特許文献３】特開２００９−０２８５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、エアレーション装置で用いるエアレーションノズルは、基材の周囲を覆うゴム製等の散気膜に小さなスリットが多数設けられたものである。一般的には「ディフューザノズル」と呼ばれている。このようなエアレーションノズルは、供給される空気の圧力により、スリットから略均等な大きさの微細気泡を多数流出させることができる。
【０００６】
このようなエアレーションノズルを用いて、海水中でエアレーションを連続して行うと、散気膜のスリット壁面やスリット開口近傍に、海水中の硫酸カルシウム等の塩類が析出し、スリットの間隙が狭くなったり、スリットを塞いだりする結果、散気膜の圧力損失を増大させ、散気装置に空気を供給するブロワ、コンプレッサ等の吐出手段の吐出圧高が発生し、ブロワ、コンプレッサ等に負荷がかかるという、問題がある。
【０００７】
析出物の発生は、散気膜の外側に位置する海水が、スリットから散気膜の内側へ浸み込み、常時スリットを通過する空気に、長時間に亙って触れて乾燥（海水の濃縮）が促進され、析出に至っている、と推定される。
【０００８】
本発明は、前記問題に鑑み、散気膜のスリットにおいて発生した析出物を除去することができるエアレーション装置及びこれを備えた海水排煙脱硫装置、エアレーション装置の運転方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、被処理水中に浸漬され、被処理水中に微細気泡を発生させるエアレーション装置であって、空気を吐出手段により供給する空気供給配管と、前記空気供給配管に介装された圧力計と、前記空気が供給されるスリットを有する散気膜を備えたエアレーションノズルとを具備し、散気膜に対する圧力損失の上昇があった際、空気供給管に対して真水又は水蒸気の一時的な供給を行うことを特徴とするエアレーション装置にある。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、散気膜に対する圧力損失の上昇有無の判断は、供給空気の圧力若しくは空気量を計測する手段、又は吐出手段の電流値又は回転数を計測する手段の少なくとも一つにより行うことを特徴とするエアレーション装置にある。
【００１１】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記エアレーションノズルは、内部に空気が導入される支持体を覆う散気膜と、前記散気膜に多数設けられたスリットとからなり、スリットから微細気泡を流出させることを特徴とするエアレーション装置にある。
【００１２】
第４の発明は、第１又は２の発明において、前記エアレーションノズルは、内部に空気が導入される円筒状の基部側支持体と、基部側支持体よりも径が縮小され、仕切板を介して軸方向に設けられる中空筒体と、該中空筒体の他端に設けられ、前記基部側支持体と略同一径の端部支持体と、前記基部側支持体と前記端部支持体を覆いつつ両端で締結されるチューブ状の散気膜と、前記散気膜に多数設けられたスリットと、前記基部側支持体の側面に設けられ、散気膜の内周面と支持体外周面との間の加圧空間へ導入された空気を仕切板の手前側で流出させる空気出口とを具備することを特徴とするエアレーション装置にある。
【００１３】
第５の発明は、第１又は２の発明において、前記エアレーションノズルは、内部に空気が導入される円筒状の基部側支持体と、基部側支持体と略同一径の端部支持体と、基部側支持体と端部支持体を覆いつつ締結されるチューブ状の散気膜と、前記散気膜に多数設けられたスリットとを具備することを特徴とするエアレーション装置にある。
【００１４】
第６の発明は、海水を吸収剤として使用する脱硫塔と、前記脱硫塔から排出された使用済海水を流して排水する水路と、前記水路内に設置され、前記使用済海水中に微細気泡を発生して脱炭酸を行う第１乃至５のいずれか一つのエアレーション装置とを具備することを特徴とする海水排煙脱硫装置にある。
【００１５】
第７の発明は、被処理水中に浸漬され、被処理水中にスリットから微細気泡を発生させるエアレーション装置を用い、吐出手段による空気を供給するに際し、散気膜に対する圧力損失の上昇があった際、真水又は水蒸気を一時的に供給し、スリットでの析出物の除去を行うことを特徴とするエアレーション装置の運転方法にある。
【００１６】
第８の発明は、第７の発明において、圧力損失が解消された際、さらに真水又は水蒸気を供給し、微細気泡を発生するスリットの目詰まりを防止することを特徴とするエアレーション装置の運転方法にある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、エアレーション装置の散気膜のスリットにおいて析出物の発生があった場合に迅速に対応して、これを除去することができ、散気膜の圧力損失を減少させ、ブロワ、コンプレッサ等の負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施例１に係る海水排煙脱硫装置の概略図である。
【図２−１】図２−１は、エアレーションノズルの平面図である。
【図２−２】図２−２は、エアレーションノズルの正面図である。
【図３−１】図３−１は、エアレーションノズルの内部構造概略図である。
【図３−２】図３−２は、エアレーションノズルの膨張状態を示す内部構造概略図である。
【図４−１】図４−１は、実施例１に係るエアレーション装置の概略図である。
【図４−２】図４−２は、実施例１に係る他のエアレーション装置の概略図である。
【図５−１】図５−１は、実施例１に係る他のエアレーション装置の概略図である。
【図５−２】図５−２は、実施例１に係る他のエアレーション装置の概略図である。
【図６−１】図６−１は、実施例１に係る他のエアレーション装置の概略図である。
【図６−２】図６−２は、実施例１に係る他のエアレーション装置の概略図である。
【図７】図７は、実施例１に係る他のエアレーションノズルの内部構造概略図である。
【図８】図８は、実施例１に係る他のエアレーションノズルの内部構造概略図である。
【図９】図９は、実施例１に係るディスク状のエアレーションノズルの概略図である。
【図１０−１】図１０−１は、散気膜のスリットにおける、空気（飽和度の低い湿り空気）の流出と海水の浸入、および濃縮海水の状況を示す図である。
【図１０−２】図１０−２は、散気膜のスリットにおける、空気の流出と海水の浸入、および濃縮海水の状況を示す図である。
【図１０−３】図１０−３は、散気膜のスリットにおける、空気の流出と海水の浸入、濃縮海水及び析出物の状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００２０】
本発明による実施例に係るエアレーション装置及び海水排煙脱硫装置について、図面を参照して説明する。図１は、本実施例に係る海水排煙脱硫装置の概略図である。
図１に示すように、海水排煙脱硫装置１００は、排ガス１０１と海水１０３とを気液接触してＳＯ2を亜硫酸（Ｈ2ＳＯ3）へ脱硫反応させる排煙脱硫吸収塔１０２と、排煙脱硫吸収塔１０２の下側に設けられ、硫黄分を含んだ使用済海水１０３Ａを希釈用の海水１０３と希釈混合する希釈混合槽１０５と、希釈混合槽１０５の下流側に設けられ、希釈使用済海水１０３Ｂの水質回復処理を行う酸化槽１０６とからなるものである。
【００２１】
海水排煙脱硫装置１００では、排煙脱硫吸収塔１０２において海水供給ラインＬ1を介して供給される海水１０３の内の一部の吸収用の海水１０３を排ガス１０１と気液接触させて、排ガス１０１中のＳＯ2を海水１０３に吸収させる。そして、排煙脱硫吸収塔１０２で硫黄分を吸収した使用済海水１０３Ａは、排煙脱硫吸収塔１０２の下部に設けられている希釈混合槽１０５に供給される希釈用の海水１０３と混合させる。そして、希釈用の海水１０３と混合希釈された希釈使用済海水１０３Ｂは、希釈混合槽１０５の下流側に設けられている酸化槽１０６に送給され、酸化用空気ブロア１２１より供給された空気１２２をエアレーションノズル１２３により供給し、水質回復させた後、排水１２４として海へ放流するようにしている。
図１中、符号１０２ａは海水を上方に噴出させる液柱用の噴霧ノズル、１２０はエアレーション装置、１２２ａは気泡、Ｌ1は海水供給ライン、Ｌ2は希釈海水供給ライン、Ｌ3は脱硫海水供給ライン、Ｌ4は排ガス供給ライン、Ｌ5は空気供給ラインである。
【００２２】
このエアレーションノズル１２３の構成を図２−１、図２−２及び図３を参照して説明する。
図２−１は、エアレーションノズルの平面図、図２−２は、エアレーションノズルの正面図、図３−１はエアレーションノズルの内部構造概略図である。
図２−１、図２−２に示すように、エアレーションノズル１２３は、基材の周囲を覆う散気膜１１に小さなスリット１２が多数設けられたものであり、一般的には「ディフューザノズル」と呼ばれている。このようなエアレーションノズル１２３は、空気供給ラインＬ5から供給される空気１２２の圧力により散気膜１１が膨張すると、スリット１２が開いて略均等な大きさの微細気泡を多数流出させることができる。ここで、散気膜１１としては、例えばゴム製等の可撓性を有するものが好ましい。
【００２３】
図２−１、図２−２に示すように、エアレーションノズル１２３は、空気供給ラインＬ5から分岐した複数（本実施例では８本）の枝管（図示せず）に設けられたヘッダ１５に対して、フランジ１６を介して取り付けられている。なお、希釈使用済海水１０３Ｂ中に設置される枝管及びヘッダ１５には、耐食性を考慮して樹脂製パイプ等が使用されている。
【００２４】
このエアレーションノズル１２３の具体的な構成について図３−１を参照して説明する。図３−１に示すように、本実施例に係るエアレーションノズル１２３Ａは、希釈使用済海水１０３Ｂに対する耐食性を考慮して樹脂製とした略円筒形状の支持体２０を用い、この支持体２０の外周を覆うようにして多数のスリット１２が形成されたゴム製の散気膜１１を被せた後、左右両端部をワイヤやバンド等の締結部材２２により固定した構成とされる。
【００２５】
また、上述したスリット１２は、圧力を受けない通常の状態においては閉じている。なお、海水排煙脱硫装置１００においては、常時空気１２２を供給しているので、常にスリット１２は開放状態である。
【００２６】
ここで、支持体２０の一端２０ａは、ヘッダ１５に取り付けた状態で空気１２２の導入を可能とすると共に、その他端２０ｂは、海水１０３が導入可能に開口されている。
このため、一端２０ａ側は、ヘッダ１５及びフランジ１６を貫通する空気導入口２０ｃを介してヘッダ１５内部と連通している。そして、支持体２０の内部は、支持体２０の軸方向の途中に設けた仕切板２０ｄにより分割され、この仕切板２０ｄにより空気の流通が阻止されている。さらに、この仕切板２０ｄよりヘッダ１５側となる支持体２０の側面には、散気膜１１の内周面と支持体外周面との間に、すなわち、散気膜１１を加圧して膨張させる加圧空間１１ａへ空気１２２を流出させるための空気出口２０ｅ、２０ｆが開口している。従って、ヘッダ１５からエアレーションノズル１２３に流入する空気１２２は、図中に矢印で示すように、空気導入口２０ｃから支持体２０の内部へ流入した後、側面の空気出口２０ｅ、２０ｆから加圧空間１１ａへ流出することとなる。
なお、締結部材２２は、散気膜１１を支持体２０に固定するとともに、空気出口２０ｅ、２０ｆから流入する空気が両端部から漏出することを防止するものである。
【００２７】
このように構成されたエアレーションノズル１２３Ａにおいて、ヘッダ１５から空気導入口２０ｃを通って流入する空気１２２は、空気出口２０ｅ、２０ｆを通って加圧空間１１ａへ流出することにより、最初はスリット１２が閉じているため加圧空間１１ａ内に溜まって内圧を上昇させる。内圧が上昇された結果、散気膜１１は加圧空間１１ａ内の圧力上昇を受けて膨張し、散気膜１１に形成されているスリット１２が開くことによって空気１２２の微細気泡を希釈使用済海水１０３Ｂ中に流出させる。
このような微細気泡の発生は、枝管Ｌ5A〜5H及びヘッダ１５を介して空気供給を受ける全てのエアレーションノズル１２３Ａ〜Ｃで実施される（図３−１、７、８参照）。
【００２８】
以下、本実施例に係るエアレーション装置について説明する。
本発明では、散気膜１１に形成されたスリット１２に析出物の発生があった場合に、これを迅速に除去する手段を提供する。
図４−１、図４−２は、本実施例に係るエアレーション装置の概略図である。図５−１、図５−２及び図６−１、図６−２は、他のエアレーション装置の概略図である。
図４−１に示すように、本実施例に係るエアレーション装置１２０Ａは、被処理水である希釈使用済海水（図示せず）中に浸漬され、希釈使用済海水中に微細気泡を発生させるエアレーション装置であって、空気１２２を吐出手段であるブロア（本実施例では４台）１２１Ａ〜１２１Ｄにより供給する空気供給ラインＬ5と、前記空気供給ラインＬ5に介装された圧力計１２５と、前記空気が供給されるスリットを有する散気膜１１を備えたエアレーションノズル１２３Ａとを具備し、前記圧力計１２５の計測により空気供給圧力が所定の閾値を超えた場合、空気供給管に対して真水又は水蒸気を一時的な供給を行うものである。
また、空気供給ラインＬ5には、２基の冷却器１３１Ａ、１３１Ｂと、２基のフィルタ１３２Ａ、１３２Ｂとが各々設けられている。これにより、ブロア１２１Ａ〜１２１Ｄにより圧縮された空気は冷却され、次いで濾過されている。
なお、ブロアが４基あるのは、通常は２〜３基で運転しており、その内の１〜２基は予備としている。また、冷却器１３１Ａ、１３１Ｂと、フィルタ１３２Ａ、１３２Ｂとが各々２基あるのは、連続して運転する必要から、通常は片方のみで運転し、他方はメンテナンス用としている。
【００２９】
ここで、海水の塩分濃度は３．４％程度であり、９６．６％の水に３．４％の塩類が溶けている。この塩類は、概ね、塩化ナトリウムが７７．９％、塩化マグネシウムが９．６％、硫酸マグネシウムが６．１％、硫酸カルシウムが４．０％、塩化カリウムが２．１％、その他０．２％の構成となっている。
【００３０】
この塩のなかで、海水の濃縮（海水の乾燥）につれて、硫酸カルシウムが最初に析出する塩であり、その析出の閾値が海水の塩分濃度で約１４％である。
【００３１】
ここで、スリット１２に析出物が析出するメカニズムを図１０−１〜図１０−３を用いて説明する。
図１０−１は、散気膜のスリットにおける、空気（飽和度の低い湿り空気）の流出と海水の浸入、および濃縮海水の状況を示す図である。図１０−２は、散気膜のスリットにおける、空気の流出と海水の浸入、および濃縮海水の状況を示す図である。図１０−３は、散気膜のスリットにおける、空気の流出と海水の浸入、濃縮海水及び析出物の状況を示す図である。
ここで、本発明において、スリット１２とは、散気膜１１に形成される切れ込みをいい、スリット１２の間隙は空気が排出される通路となる。
この通路を形成するスリット壁面１２ａは、海水１０３が接触しているが、空気１２２の導入によって乾燥・濃縮され、濃縮海水１０３ａとなり、その後スリット壁面に析出物１０３ｂが析出され、スリットの通路を閉塞するものとなる。
【００３２】
図１０−１は、空気１２２の相対湿度が低いので、海水が乾燥して海水の塩分濃縮が徐々に増加し、濃縮海水１０３ａが形勢された状況を示している。但し、海水の濃縮が始まっても海水の塩分濃度が概ね１４％以下では、硫酸カルシウム等の析出はない。
【００３３】
図１０−２は、濃縮海水１０３ａの一部において、局所的に海水の塩分濃度が１４％を超えた部分に析出物１０３ｂが発生している状態である。この状態では析出物１０３ｂが僅かであるので、スリット１２を空気が通過する際の圧力損失が僅かに上昇するものの、空気１２２は通過可能である。
【００３４】
これに対し、図１０−３は、濃縮海水１０３ａの濃縮が進行すると、析出物１０３ｂによる閉塞（プラッキング）状態となり、圧力損失が大きくなる状態である。なお、このような状態でも空気１２２の通路は残っているものの吐出手段にはかなりの負荷がかかるものとなる。
よって、このような状態となった後に、後述するように圧力損失の上昇を圧力計で計測し、空気の変動を生じさせて析出物を除去するようにしている。
【００３５】
本実施例では、このスリット１２への析出物１０３ｂが発生した場合に、これを迅速に除去して、通常の状態に復帰させるために、圧力計１２５により空気１２２の供給圧力を監視し、この圧力計１２５において、所定の閾値を超えた場合に、制御装置１２６により指令を発して、ポンプＰ1を操作し、真水１４１を一時的に供給するようにしている。また、本実施例のように制御装置１２６を用いず、圧力変動の変化に応じて作業員による手動制御を行うようにしてもよい。
【００３６】
すなわち、圧力計１２５の計測により空気供給圧力が所定の閾値を超えた場合、制御装置１２６により、真水タンク１４０により、真水１４１を空気供給ラインＬ5から分岐した枝管Ｌ5A〜5H内に導入している。
これにより、空気に同伴された水分がスリット１２に付着している析出物１０３ｂに到達し、その析出物と水分との潮解作用により、析出物が溶解・除去され、その除去されたスリットの数が多くなるにつれて、供給される空気の抜けが良好となり、散気膜１１が急激に収縮される。この収縮に伴い、スリット１２に付着していた析出物１０３ｂが圧壊し、供給される空気により散気膜１１の外部に放出される。
【００３７】
ここで、本実施例において散気膜に対する圧力損失の上昇の判断は、供給空気の圧力を圧力計により計測することで、多数ある散気膜の個々における圧力損失を間接的に把握することができるからである。
なお、散気膜の内側と外側との圧力差を計測して個別に圧力損失の上昇の有無を判断するようにしてもよい。
【００３８】
ここで、図３−２はエアレーションノズルの膨張状態を示す内部構造概略図である。
散気膜１１のスリット１２に付着物が付着すると、散気膜の圧力損失が上昇し、散気膜１１が膨らむ。図３−２に示すように、スリットに付着物が形成されると、圧力損失が上昇して散気膜１１の膨張がさらに助長され、その径が通常の散気状態の膨張状態の径Ｄ0からＤ1のさらに膨張した状態に増大する。
このさらに膨張した状態で、空気に真水１４１を供給すると、その潮解作用により、析出物が除去され、析出物が除去されたスリットの数が増大すると、空気の抜けが良好となり、一気に、膨張状態から散気膜１１のゴムが急激に収縮する。すなわち、散気膜１１の径がＤ1の状態からＤ2の状態となる。
この収縮によりスリット１２に付着していた付着物が崩れる。この場合においても、スリット１２からは空気の放出が継続されているので、崩れた付着物が散気膜１１の外に放出されることとなる。
【００３９】
次に、本実施例では、散気膜１１のスリットに付着した析出物により起因する圧力損失の上昇を圧力計１２５により把握していたが、本発明はこれに限定されず、電流計を用いてブロアの電流値を計測して、圧力損失の上昇を間接的に把握するようにしてもよい。
【００４０】
これは、ブロア１２１Ａ〜１２１Ｄは常に所定量の空気を散気膜１１に供給するように設定されているので、スリットに析出物が付着することで、空気供給量が低減すると、ブロア１２１Ａ〜１２１Ｄを駆動するために電流値が上昇する。
そこで、図４−２に示す本実施例に係る他のエアレーション装置１２０Ｂのように、各ブロア１２１Ａ〜１２１Ｄの電流値を計測する電流計１２８Ａ〜１２８Ｄを設けるようにしている。そして、運転しているブロアの電流値の上昇の有無を電流計１２８Ａ〜１２８Ｄで確認して、電流値の上昇があった場合には、圧力損失の上昇があったと判断し、前述したようなブロアの運転を行うようにすればよい。
【００４１】
ここで、空気吐出手段（ブロア）としては、一定の容積を供給する容積式と非容積式があるが、散気膜の圧力損失の上昇を把握する指標として、上記以外に空気供給系統の空気量、あるいは空気吐出手段の回転数を採用してもよい。散気膜の圧力損失の上昇を把握する指標として、空気量を採用する場合は、散気膜の圧力損失が上昇すると空気量が低下することとなるので、供給空気の空気流量を計測し、空気流量の低下の有無を確認して、空気流量の低下があった場合には、圧力損失の上昇があったと判断し、前述したようなブロアの運転を行うようにすればよい。
また、空気流量の低下はブロアの回転数で把握することもできる。
なお、空気吐出手段としては、ブロア以外に例えば送風機、コンプレッサ等の空気を散気膜に供給する手段を用いるようにしてもよい。
【００４２】
なお、上述した本発明の実施例では、散気膜に対する圧力損失の上昇有無の判断として、例えば供給空気の圧力若しくは空気量を計測する手段、又は吐出手段の電流値又は回転数を計測する手段の少なくとも一つにより行うようにしているが、本発明はこれらの限定されるものではない。
【００４３】
また、図５−１に示すエアレーション装置１２０Ｃのように、真水１４１を空気供給ラインＬ5から分岐した枝管Ｌ5A〜5H内に導入するに際して、ノズル１２７を用いることで、ミスト状態の水を空気１２２に同伴させるようにしてもよい。
【００４４】
また、圧力計１２５を用いる代わりに、図５−２に示すエアレーション装置１２０Ｄは、電流計１２８Ａ〜１２８Ｄを設けている。そして、運転しているブロアの電流値の上昇の有無を電流計１２８Ａ〜１２８Ｄで確認して、電流値の上昇があった場合には、圧力損失の上昇があったと判断し、前述したような水分供給の操作を行うようにすればよい。
【００４５】
図４−１、図４−２及び図５−１、図５−２においては、真水タンク１４０から真水１４１を供給しているが、本発明は真水１４１の供給に限定されず、例えば水蒸気を供給するようにしてもよい。
【００４６】
また、図６−１に示すエアレーション装置１２０Ｅでは、吐出手段であるブロア１２１Ａ〜１２１Ｄの空気導入口近傍に水分１４２を供給する吸気スプレーノズル（図示せず）を設けている。図５−１においては、真水タンク１４０を設置しているが、ブロア１２１Ａ〜１２１Ｄに対する吸気スプレーノズル単独としてもよい。
この場合、制御装置１２６より図示しない水分供給手段を介して水分１４２を各々のブロア１２１Ａ〜１２１Ｄの吸気側に添加し（水分は、ブロア本体に入る前に蒸発させるようにする。）、ブロア出口側の冷却器１３１Ａでの冷却量を調整し、エアレーションノズルのスリット１２を通過する空気を飽和湿り空気とする。
【００４７】
すなわち、ブロア１２１Ａ〜１２１Ｄにより加圧圧縮された空気１２２は、その温度が例えば１００℃程度と高温となるが、この際、水分１４２を余分に供給することで供給される空気１２２は水分リッチの状態となる。その後、冷却器１３１により空気の温度を低下させると（例えば４０℃）、空気１２２中の水分量には変化がないので、冷却された空気１２２の水分の飽和度（相対湿度）が増加することとなる。結果として、エアレーションノズル１２３のスリット１２での空気は相対湿度が１００％となり、吸気に添加する水の量を更に増やすと、水ミストを含む飽和湿り空気となり、気液二相の状態となる。
これにより、析出物に対して潮解作用を促進させることができる。
【００４８】
また、ブロア１２１Ａ〜１２１Ｄの入口側において、ブロアが吸込む大気の相対湿度が１００％であっても、圧縮・冷却された結果、エアレーションノズル１２３のスリット１２での空気の相対湿度が１００％とならない場合もある。このような場合には、不足した水分１４２をブロア入口で補給すると、水分が蒸発せずブロア内部に浸入するため、好ましくない。この場合は、ブロア１２１Ａ〜１２１Ｄの出口側、あるいは冷却器１３１Ａ、１３１Ｂの後流側において、真水等の水分１４２を供給するようにすればよい。
【００４９】
また、析出物を除去して通常の散気状態となった場合（圧力計１２５で所定閾値未満となった場合）、さらに真水１４１又は水蒸気を供給し、微細気泡を発生するスリットの目詰まりを防止するようにしてもよい。
すなわち、通常の圧力状態となった場合において、スリット１２に供給される空気１２２に水分を同伴させることにより、海水１０３を乾燥・濃縮させないようにしている。
より好ましくは、供給される空気１２２を水分が多い湿り空気（相対湿度が高い状態）とするようにし、さらには、空気１２２の相対湿度が高い状態（好適には、相対湿度が１００％の飽和湿り空気、あるいは、水ミストを含む飽和湿り空気の状態）となるようにして、析出物の発生を抑制する対策を講じるようにしてもよい。
【００５０】
また、圧力計１２５を用いる代わりに、図６−２に示す他のエアレーション装置１２０Ｆは、電流計１２８Ａ〜１２８Ｄを設けている。そして、運転しているブロアの電流値の上昇の有無を電流計１２８Ａ〜１２８Ｄで確認して、電流値の上昇があった場合には、圧力損失の上昇があったと判断し、前述したような水分１４２の供給の操作を行うようにすればよい。
【００５１】
次に、本実施例に係るエアレーションノズルについて説明する。本発明では、散気膜１１に析出した析出物を容易に脱落させるエアレーションノズルを提供する。
図７は実施例に係る他のエアレーションノズルの内部構造概略図である。
図７に示すように、実施例に係る他のエアレーションノズル１２３Ｂは、内部に空気が導入される円筒状の基部側支持体２０Ａと、基部側支持体２０Ａよりも径が縮小され、仕切板２０ｄを介して軸方向に設けられる中空筒体２０ｇと、該中空筒体２０ｇの他端に設けられ、前記基部側支持体２０Ａと略同一径の端部支持体２０Ｂと、前記基部側支持体２０Ａと前記端部支持体２０Ｂとを覆いつつ両端で締結手段２２により締結されるチューブ状の散気膜１１と、前記散気膜１１に多数設けられたスリット（図示せず）と、前記基部側支持体２０Ａの側面に設けられ、散気膜１１の内周面と支持体外周面との間の加圧空間１１ａへ導入された空気１２２を仕切板２０ｄの手前側で流出させる空気出口２０ｅ、２０ｆとを具備する。従って、ヘッダからエアレーションノズル１２３Ｂに流入する空気１２２は、図中に矢印で示すように、空気導入口２０ｃから基部側支持体２０Ａの内部へ流入した後、側面の空気出口２０ｅ、２０ｆから加圧空間１１ａへ流出することとなる。
【００５２】
そして、空気１２２に同伴された水分により析出物の潮解が開始され、それが連続的に発生して空気の抜けが良好となった場合には、図７の破線に示すように、散気膜１１が収縮する結果、中空筒体２０ｇの径が小さい部分が変形することとなり、散気膜１１のスリット１２が変形して、析出物の脱落を助長させることとなる。
【００５３】
図８は本実施例に係る他のエアレーションノズルの内部構造概略図である。本実施例に係るエアレーションノズル１２３Ｂは、内部に空気が導入される円筒状の基部側支持体２０Ａと、基部側支持体２０Ａと略同一径の端部支持体２０Ｂと、基部側支持体２０Ａと端部支持体２０Ｂを覆いつつ締結手段２２により締結されるチューブ状の散気膜１１と、前記散気膜１１に多数設けられたスリット１２とを具備するものである。
【００５４】
図３に示すようなエアレーションノズル１２３Ａは基部側支持体２０の周囲を散気膜１１が覆うような構造であるのに対し、図８に示すエアレーションノズル１２３Ｃは、散気膜１１は自立しており、その先端部側でのみ端部支持体２０Ｂにより支えられている。よって、空気１２２を供給している際には、散気膜１１が膨張しているが、空気１２２の供給を停止すると、その散気膜１１が破線に示すように、収縮・変形するので、スリットに付着している析出物の脱落が容易となる。
【００５５】
また、チューブ状のエアレーションノズルに対して、ディスク状、プレート状のエアレーションノズルについて説明する。
図９は、本実施例に係るディスク状のエアレーションノズルの概略図である。図９に示すように、ディスク状のエアレーションノズル１３３は、例えばゴム製の散気膜１１の円筒状の支持体１３４の底部に析出物の収容部１３５を設けている。また、収容部１３５にはパンチングメタル１３６等の仕切りを設け、空気１２２の導入の流れを阻害しないようにしている。
よって、空気１２２を供給している際には、散気膜１１が膨張しているが、空気１２２に同伴された水分により析出物の潮解が開始され、それが連続的に発生して空気の抜けが良好となった場合には、その散気膜１１が破線に示すように、収縮・変形するので、スリットに付着している析出物の脱落が容易となる。
【００５６】
以上、本実施例では被処理水として海水を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば汚染処理における汚染水にエアレーションを行うエアレーション装置において、散気孔（メンブレンスリット）での汚泥成分の析出によるプラッギングを防止でき、長期間に亙って安定して操業することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１１ 散気膜
１２ スリット
１００ 海水排煙脱硫装置
１０２ 排煙脱硫吸収塔
１０３ 海水
１０３Ａ 使用済海水
１０３Ｂ 希釈使用済海水
１０５ 希釈混合槽
１０６ 酸化槽
１２０Ａ、１２０Ｂ エアレーション装置
１２３、１２３Ａ〜１２３Ｃ、１３３ エアレーションノズル
１２５ 圧力計
１２６ 制御装置
１４０ 真水タンク
１４１ 真水
１４２ 水分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水中に浸漬され、被処理水中に微細気泡を発生させるエアレーション装置であって、
空気を吐出手段により供給する空気供給配管と、
前記空気供給配管に介装された圧力計と、
前記空気が供給されるスリットを有する散気膜を備えたエアレーションノズルとを具備し、
散気膜に対する圧力損失の上昇があった際、空気供給管に対して真水又は水蒸気の一時的な供給を行うことを特徴とするエアレーション装置。
【請求項２】
請求項１において、
散気膜に対する圧力損失の上昇有無の判断は、供給空気の圧力若しくは空気量を計測する手段、又は吐出手段の電流値又は回転数を計測する手段の少なくとも一つにより行うことを特徴とするエアレーション装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記エアレーションノズルは、内部に空気が導入される支持体を覆う散気膜と、
前記散気膜に多数設けられたスリットとからなり、
スリットから微細気泡を流出させることを特徴とするエアレーション装置。
【請求項４】
請求項１又は２において、
前記エアレーションノズルは、
内部に空気が導入される円筒状の基部側支持体と、
基部側支持体よりも径が縮小され、仕切板を介して軸方向に設けられる中空筒体と、
該中空筒体の他端に設けられ、前記基部側支持体と略同一径の端部支持体と、
前記基部側支持体と前記端部支持体を覆いつつ両端で締結されるチューブ状の散気膜と、
前記散気膜に多数設けられたスリットと、
前記基部側支持体の側面に設けられ、散気膜の内周面と支持体外周面との間の加圧空間へ導入された空気を仕切板の手前側で流出させる空気出口とを具備することを特徴とするエアレーション装置。
【請求項５】
請求項１又は２において、
前記エアレーションノズルは、
内部に空気が導入される円筒状の基部側支持体と、
基部側支持体と略同一径の端部支持体と、
基部側支持体と端部支持体を覆いつつ締結されるチューブ状の散気膜と、
前記散気膜に多数設けられたスリットとを具備することを特徴とするエアレーション装置。
【請求項６】
海水を吸収剤として使用する脱硫塔と、
前記脱硫塔から排出された使用済海水を流して排水する水路と、
前記水路内に設置され、前記使用済海水中に微細気泡を発生して脱炭酸を行う請求項１乃至５のいずれか一つのエアレーション装置とを具備することを特徴とする海水排煙脱硫装置。
【請求項７】
被処理水中に浸漬され、被処理水中にスリットから微細気泡を発生させるエアレーション装置を用い、吐出手段による空気を供給するに際し、散気膜に対する圧力損失の上昇があった際、真水又は水蒸気を一時的に供給し、スリットでの析出物の除去を行うことを特徴とするエアレーション装置の運転方法。
【請求項８】
請求項７において、
圧力損失が解消された際、さらに真水又は水蒸気を供給し、微細気泡を発生するスリットの目詰まりを防止することを特徴とするエアレーション装置の運転方法。
【請求項１】
被処理水中に浸漬され、被処理水中に微細気泡を発生させるエアレーション装置であって、
空気を吐出手段により供給する空気供給配管と、
前記空気供給配管に介装された圧力計と、
前記空気が供給されるスリットを有する散気膜を備えたエアレーションノズルとを具備し、
散気膜に対する圧力損失の上昇があった際、空気供給管に対して真水又は水蒸気の一時的な供給を行うことを特徴とするエアレーション装置。
【請求項２】
請求項１において、
散気膜に対する圧力損失の上昇有無の判断は、供給空気の圧力若しくは空気量を計測する手段、又は吐出手段の電流値又は回転数を計測する手段の少なくとも一つにより行うことを特徴とするエアレーション装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記エアレーションノズルは、内部に空気が導入される支持体を覆う散気膜と、
前記散気膜に多数設けられたスリットとからなり、
スリットから微細気泡を流出させることを特徴とするエアレーション装置。
【請求項４】
請求項１又は２において、
前記エアレーションノズルは、
内部に空気が導入される円筒状の基部側支持体と、
基部側支持体よりも径が縮小され、仕切板を介して軸方向に設けられる中空筒体と、
該中空筒体の他端に設けられ、前記基部側支持体と略同一径の端部支持体と、
前記基部側支持体と前記端部支持体を覆いつつ両端で締結されるチューブ状の散気膜と、
前記散気膜に多数設けられたスリットと、
前記基部側支持体の側面に設けられ、散気膜の内周面と支持体外周面との間の加圧空間へ導入された空気を仕切板の手前側で流出させる空気出口とを具備することを特徴とするエアレーション装置。
【請求項５】
請求項１又は２において、
前記エアレーションノズルは、
内部に空気が導入される円筒状の基部側支持体と、
基部側支持体と略同一径の端部支持体と、
基部側支持体と端部支持体を覆いつつ締結されるチューブ状の散気膜と、
前記散気膜に多数設けられたスリットとを具備することを特徴とするエアレーション装置。
【請求項６】
海水を吸収剤として使用する脱硫塔と、
前記脱硫塔から排出された使用済海水を流して排水する水路と、
前記水路内に設置され、前記使用済海水中に微細気泡を発生して脱炭酸を行う請求項１乃至５のいずれか一つのエアレーション装置とを具備することを特徴とする海水排煙脱硫装置。
【請求項７】
被処理水中に浸漬され、被処理水中にスリットから微細気泡を発生させるエアレーション装置を用い、吐出手段による空気を供給するに際し、散気膜に対する圧力損失の上昇があった際、真水又は水蒸気を一時的に供給し、スリットでの析出物の除去を行うことを特徴とするエアレーション装置の運転方法。
【請求項８】
請求項７において、
圧力損失が解消された際、さらに真水又は水蒸気を供給し、微細気泡を発生するスリットの目詰まりを防止することを特徴とするエアレーション装置の運転方法。
【図１】
【図２−１】
【図２−２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４−１】
【図４−２】
【図５−１】
【図５−２】
【図６−１】
【図６−２】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０−１】
【図１０−２】
【図１０−３】
【図２−１】
【図２−２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４−１】
【図４−２】
【図５−１】
【図５−２】
【図６−１】
【図６−２】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０−１】
【図１０−２】
【図１０−３】
【公開番号】特開２０１２−１５２６５８（Ｐ２０１２−１５２６５８Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１４１３（Ｐ２０１１−１１４１３）
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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