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
【課題】散気膜のスリットにおいて析出物の除去及び発生の抑制を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を提供する。
【解決手段】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、前記空気供給管と連通するヘッダ１５の開口部１５ａより供給された空気１２２を導入する導入部と、該導入部から延設され、空気１２２を外部に排出する複数のスリットを有する散気膜を被せる支持体とを備えたエアレーションノズル１２３と、前記ヘッダ内に水を空気供給配管を介して導入する水導入手段と、導入された水１４１を前記ヘッダの開口部１５ａから供給された空気１２２により霧化する霧化部２５と、を具備し、霧化部２５で霧化した水ミスト１４１ａを空気１２２と共にスリットを通過しつつ外部へ排出する。
【解決手段】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、前記空気供給管と連通するヘッダ１５の開口部１５ａより供給された空気１２２を導入する導入部と、該導入部から延設され、空気１２２を外部に排出する複数のスリットを有する散気膜を被せる支持体とを備えたエアレーションノズル１２３と、前記ヘッダ内に水を空気供給配管を介して導入する水導入手段と、導入された水１４１を前記ヘッダの開口部１５ａから供給された空気１２２により霧化する霧化部２５と、を具備し、霧化部２５で霧化した水ミスト１４１ａを空気１２２と共にスリットを通過しつつ外部へ排出する。
【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スリット析出物の溶解除去方法に関する。
【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析出物が析出し、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析出物の除去及び発生の抑制を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スリット析出物の溶解除去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、前記空気供給管と連通するヘッダの開口部より供給された空気を導入する導入部と、該導入部から延設され、空気を外部に排出する複数のスリットを有する散気膜を被せる支持体とを備えたエアレーションノズルと、前記ヘッダ内に水を空気供給配管を介して導入する水導入手段と、導入された水を前記ヘッダの開口部から供給された空気により霧化する霧化部と、を具備し、霧化部で霧化した水ミストを空気と共にスリットを通過しつつ外部へ排出する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、前記エアレーションノズルの圧力損失が所定値以上の場合、前記ヘッダ内に空気供給管を介して水を導入する制御を行う制御手段を有する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、前記開口部の開口形状が、円形、矩形であ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乃至３のいずれか一つの発明において、前記霧化部が、前記ヘッダの開口部内に設けられた通気管と、前記ヘッダ内の水面下にその下端部が浸漬され、その上端部が通気管内に臨む水導入管とを有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乃至４のいずれか一つの発明において、前記水が真水または海水のいずれかであ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、第１乃至５のいずれか一つの発明において、前記空気供給配管に、フィルタと冷却器とが設けられていることを特徴とするエアレーション装置にある。
【００１５】
第７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請求項１乃至６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。
【００１６】
第８の発明は、被処理水中に浸漬され、被処理水中にエアレーションノズルの散気膜の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、空気導入管内に水を導入し、エアレーションノズル内に空気を供給する際、水を霧化し、霧化された水ミストが含まれた空気を、散気膜のスリットに供給し、析出物を溶解除去することを特徴とするエアレーション装置のスリット析出物の溶解除去方法にある。
【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が発生した場合でも、析出物を溶解除去し、エアレーション装置に空気を供給するブロワ、コンプレッサ等吐出手段の負荷の低減を図ることができる。また、霧化部により水ミストを同伴させた空気を散気膜のスリットに供給することで、散気膜のスリットでの海水の乾燥・濃縮を防ぐことにより、硫酸カルシウム等の析出物の析出を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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】図３は、エアレーションノズルの内部構造概略図である。
【図４】図４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５−１は、霧化部の一例を示す図である。
【図５−２】図５−２は、霧化部の一例を示す図である。
【図６】図６は、圧力損失と時間との関係（上段）及び水流量と時間との関係（下段）を示す図である。
【図７−１】図７−１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７−２】図７−２は、散気膜のスリットにおける、空気の流出と海水の浸入、濃縮海水及び析出物の状況を示す図である。
【図８】図８は、制御フロー図である。
【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、散気膜がゴム製の場合について説明する。
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、基材の周囲を覆うゴム製の散気膜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。
【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。希釈使用済海水１０３Ｂ中に設置されるヘッダ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。なお、ヘッダ１５は、後述する図４に示すように、希釈使用済海水１０３Ｂ中に設置される空気供給ラインＬ5より分岐した分岐空気供給ラインＬ5A〜5Hに連通して空気をエアレーションノズル１２３内に導入している。
【００２４】
エアレーションノズル１２３は、たとえば図３に示すように、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を供給している状態では、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（空気導入部）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１２３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１２３で実施される。
【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のスリット１２に霧化した水を空気と共に導入することにより、該スリット１２において硫酸カルシウム等の析出物の析出を除去又は抑制する手段を提供する。
以下に、本発明を具体的に説明する。
図４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４に示すように、本実施例に係るエアレーション装置１２０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１０３Ｂ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１２１Ａ〜１２１Ｄにより供給する空気供給ラインＬ5と、空気供給ラインＬ5に水１４１を供給する水分供給手段である水タンク１４０及び供給ポンプＰ1と、水分が含まれた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とを具備するものである。
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３基で運転しており、その内の１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、本実施例では、水分の供給としては、真水を用いているが、真水の代わりに、海水（例えば、希釈海水供給ラインＬ2の海水１０３、希釈混合槽１０５の使用済海水１０３Ａ、酸化槽１０６の希釈使用済海水１０３Ｂ等を）を用いるようにしてもよい。
【００３０】
本実施例によれば、真水タンク１４０により水（真水または海水）１４１を供給する。供給された水は、ヘッダ１５内の開口部１５ａの下端以下のヘッダ内に溜まり、開口部１５ａからエアレーションノズル側に流出する。開口部１５ａを通過する水は、エアレーションノズル１２３に供給する空気１２２が開口部１５ａを通過する際に、霧化することができる。
すなわち、開口部１５ａ及び空気導入口２０ｃのオリフィス部に対して、空気１２２を供給することで水ミスト１４１ａを発生させるようにしている。
図３においては、霧化部２５は、ヘッダ１５内に導入された水１４１と、開口部１５ａ及び空気導入口２０ｃのオリフィス部から構成されている。
【００３１】
図５−１及び図５−２は、霧化部の他の一例を示す図である。
図５−１の霧化部は、前記ヘッダ１５の開口部１５ａ内に設けられた通気管５１と、ヘッダ１５内の水面下にその下端部５２ａが浸漬され、その上端部５２ｂが通気管５１内に臨む水導入管５２から構成されている。
そして、上端部５２ｂの開口を空気１２２が通過する際に、空気１２２の流速が速いので、水が持ち上げられる効果により、持ち上げられた水１４１を霧化し、水ミスト１４１ａを発生するようにしている。
【００３２】
図５−２は、水導入管５２が中空の通気管５１に一部が埋設され、上端部５２ｂの開口部分が中空の通気管５１に臨むようにしている。
【００３３】
また、開口部１５ａの形状としては、円形や矩形又は菱形のいずれであってもよい。
【００３４】
このように、空気１２２の導入に際して、水１４１を霧化して同伴させることで、湿り空気がエアレーションノズル１２３に供給されることとなり、以下１）及び２）の効果を奏する。
１） エアレーション装置の散気膜１１のスリット１２において析出物が発生した場合でも、霧化部２５より水ミスト１４１ａを発生することで、析出物を溶解除去し、エアレーション装置に空気を供給するブロワ、コンプレッサ等吐出手段の負荷の低減を図ることができる。
２） 霧化部２５により水ミスト１４１ａを同伴させた空気１２２を散気膜１１のスリット１２に供給することで、スリット１２での海水の乾燥・濃縮を防ぐことにより、硫酸カルシウム等の析出物の析出を事前に回避することができる。
【００３５】
２）の対応の場合、水ミスト１４１ａの発生により、散気膜１１のスリット１２に浸入してくる海水の乾燥（濃縮）を防止し、硫酸カルシウム等の海水中の塩の析出を防止するようにしている。霧化した水ミスト１４１ａは、スリットに濃縮海水が形成されている場合には、海水の濃縮緩和（塩分濃度低下）に寄与する。
また、水ミストが蒸発することにより、供給空気の相対湿度が上昇するため、上記に加え、スリット１２に浸入してくる海水の乾燥（濃縮）が防止される。
【００３６】
このような水（真水、海水）１４１をヘッダ１５内の開口部１５ａ近傍まで導入することにより、エアレーションノズル１２３に供給される空気１２２が開口部１５ａと空気導入口２０ｃを通過する際に、水１４１を霧化し、霧化した水ミスト１４１ａを同伴した空気がスリット１２に導入されるので、散気膜１１のスリット１２に付着した硫酸カルシウム等を溶解し、これにより、散気膜１１の圧力損失の低減を図る。または析出を事前に抑制することができる。
【００３７】
なお、ヘッダ１５内への水１４１の導入が開口部１５ａまで満たない水位ＷＬの場合には、霧化することができないので、オリフィス部において水ミストを発生することができない。この場合は、図５−１、図５−２に示す事例を適用することにより、水ミストの発生が可能となる。
また、開口部１５ａを超えて水位ＷＬが高くなった場合には、開口部１５ａ以下となるまでは、水１４１のみがエアレーションノズル１２３内に導入され、スリット１２の析出物の溶解に寄与する。そして、水１４１の水位ＷＬが適正になった際には、空気１２２の霧化により水ミスト１４１ａを発生することができる。
【００３８】
なお、水１４１の導入は水タンク１４０からポンプＰ1を介して行われており、空気導入管の内圧よりも水圧を高くして、水１４１を空気導入管内に導入するようにしている。なお、水圧が低いときには、昇圧ポンプを用いるようにしている。
【００３９】
[付着物が発生した場合の対策]
ここで、エアレーション装置の運転初期は、制御手段により空気１２２を空気供給ラインＬ5内に導入して、エアレーションのみを行っている。この場合には、水１４１は空気供給ラインＬ5には導入していない。
そして、スリット１２に付着物が発生すると、エアレーションノズル１２３の圧力損失が規定値以上に上昇する。このような圧力損失の上昇があった場合には、水タンク１４０から水１４１を空気供給ラインＬ5より分岐した分岐空気供給ラインＬ5A〜5Hに導入し、導入された水１４１が各エアレーションノズル１２３の導入部にまで行きわたった際に、空気１２２の霧化作用により水ミスト１４１ａを発生させることができる。
【００４０】
この圧力損失と時間との関係、水流量と時間との関係を図６に示す。
図６は、圧力損失と時間との関係（上段）及び水流量と時間との関係（下段）を示す図である。
図６に示すように、圧力損失の上昇で所定値Ｘとなった際に、水を導入（ＯＮ）し、この水１４１の導入を圧力損失が正常値の許容範囲となるまで継続する。
なお、圧力損失が、正常値になった時点で水の導入を停止すると、圧力損失は、水の効果が無くなり次第、再び上昇し始める。
一方、圧力損失が正常値になった時点で、水の導入量をスリット１２に流入する空気の相対湿度が１００％程度となる様に調整し、継続して水を導入すれば、圧力損失の正常値からの上昇を防止することができる。
この対策は、複数の空気供給管がある場合には、そのブロック毎に行うことで効率的な対応を図ることができる。
【００４１】
海水の塩分濃度は通常約３．４％であり、９６．６％の水に３．４％の塩が溶けている。この塩は、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。
【００４２】
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。
【００４３】
図７−１〜図７−２は、散気膜１１のスリット１２における、空気（水分を供給した状態）の流出と海水１０３の浸入と付着物の発生を示す図である。
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。
【００４４】
なお、図７−１及び図７−２に、散気膜１１のスリット１２における、空気による海水の乾燥・濃縮が進行して析出物が成長する状態を示す。
図７−１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。
【００４５】
これに対し、図７−２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。これによりエアレーションノズル１２３に圧力損失の上昇となる。
【００４６】
よって、このような析出物１０３ｂによる閉塞（プラッキング）状態となり、圧力損失が上昇した場合には、霧化部２５から水ミスト１４１ａを発生させ、エアレーションノズル１２３に供給される空気１２２中に水ミスト１４１ａを同伴させることで、スリット１２における付着物を除去し、さらに水ミスト１４１ａを供給することで、海水の濃縮（塩分濃度の上昇）を防ぐことができ、硫酸カルシウム等の析出を防止する。
この結果、硫酸カルシウム等の析出によるスリット１２の間隙が狭くなることやスリット１２の詰まりが解消され、散気膜１１の圧力損失を防止できる。
【００４７】
ヘッダ部への水の導入は、以下に記述する制御手段を採用するが、空気弁、水弁を手動で操作し、導入しても良い。
制御手段は、マイコン等で構成されている。制御手段は、ＲＡＭやＲＯＭ等から構成されてプログラムやデータが格納される記憶部（図示せず）が設けられている。記憶部に格納されるデータは、エアレーションノズル１２３の圧力損失の上昇が確認され、所定値以上であると、スリット１２における付着物の多量発生を検知すると共に、エアレーションノズル１２３の圧力損失がどのブロック（本実施例では８ブロック（第１ブロックＡ〜第８ブロックＨ））で発生したかを確認する。
また、制御手段は、水タンク１４０からの水１４１を供給する分岐空気供給ラインＬ5A〜5HのバルブＶ1〜Ｖ8に接続されている。この制御手段は、圧力損失が発生した際に、空気１２２の供給を停止せずに、当該圧力損失が発生したブロックのみに、バルブを開ける指令を出して、水タンク１４０より水１４１を供給し、分岐空気供給ラインＬ5A〜5H内に導入する。
【００４８】
例えば第１ブロックＡでの圧力損失の上昇があったことを確認すると、分岐空気供給ラインＬ5Aに水１４１を導入し、ヘッダ１５の開口部１５ａに水が導入されると、霧化部２５により水ミスト１４１ａを発生させ、エアレーションノズル１２３内に空気１２２と共に水ミスト１４１ａが同伴されるので、スリット１２に析出した硫酸カルシウム等の析出物を溶解する。
制御装置は、この溶解により、エアレーションノズル１２３の圧力損失の低下を確認した後、水の導入の停止の指令を出し、空気１２２のみを供給する通常のエアレーション操作を再開する。
【００４９】
次に、制御手段によるエアレーションノズル１２３の圧力損失の上昇があった場合の対処の制御について説明する。図８は、操作のフローチャートである。
【００５０】
まず、制御手段は、図示しない圧力計からの圧力（散気管の内部圧力と水圧）を計測し、エアレーションノズルの圧力損失を計測する（ステップＳ１１）。
【００５１】
次に、計測した圧力損失が所定値以上（スリット１２に付着物発生）の場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、制御手段は、水１４１を水タンク１４０より空気供給管内に導入してヘッダ１５内の開口部１５ａ近傍まで水面が位置するように導入する制御を行う。これにより水ミスト１４１ａが発生し、付着物が溶解される（ステップＳ１３）。
【００５２】
一方、水を導入して水ミストを発生させている間、圧力計からの圧力（内部圧力と水圧）を計測する（ステップＳ１４）。
ステップＳ１４での計測に基づき、圧力損失が所定値以下となった場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、水の導入を停止し（ステップＳ１６）、通常のエアレーションを実施する。
【００５３】
ステップＳ１４での計測に基づき、圧力損失が所定値以上の場合は（ステップＳ１５：Ｎｏ）、水の導入を継続し、再度ステップＳ１４での圧力損失の監視を継続する。
次いで、ステップＳ１４での計測に基づき、圧力損失が所定値以下になった場合は（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、水の導入を停止する。
【００５４】
その後、引き続き、エアレーションノズルの圧力損失の上昇の監視を継続し、再度圧力損失が上昇した場合には、同様の対策を行う。
【００５５】
本実施例によれば、海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）での海水成分や汚泥等の汚れ成分の析出によるプラッギングが発生した場合に、迅速にプラッギングを解消することとなるので、長期間に亙って安定して操業することができる。
【００５６】
[付着物の発生を抑制する場合の対策]
前述したように、霧化部２５により水ミスト１４１ａを同伴させた空気１２２を散気膜１１のスリット１２に供給することで、散気膜１１のスリット１２での海水の乾燥・濃縮を防ぐことができ、硫酸カルシウム等の析出物の析出を事前に回避することができる。
【００５７】
この場合には、エアレーション装置の運転初期から、制御手段により水１４１を水タンク１４０より空気供給管内に導入してヘッダ１５内の開口部１５ａにおいて水ミスト１４１ａを発生させる。
この水ミスト１４１ａの発生により、散気膜１１のスリット１２に浸入してくる海水の乾燥（濃縮）を防止し、硫酸カルシウム等の海水中の塩の析出を防止する。霧化した水ミスト１４１ａは、スリット１２に濃縮海水が形成されている場合には、海水の濃縮緩和（塩分濃度低下）に寄与する。
この結果、スリット１２における付着物の生成が抑制されることができ、圧力損失の上昇を抑制することとなり、長期間に亙って安定して操業することができる。
【００５８】
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、例えば汚染排水処理における汚染水（例えば下水処理等）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）での汚泥等の汚れ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。
【００５９】
以上、本実施例ではエアレーション装置として、チューブ型のエアレーションノズルを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば散気膜を有するディスク型や平板型のエアレーション装置や、スリットが常時開放しているようなセラミックス又は金属製等の散気膜を有する散気装置にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明に係るエアレーション装置によれば、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が発生した場合の除去及び発生の抑制を行うことができ、例えば海水排煙脱硫装置に適用して、長期間に亙って連続して安定した操業が可能となる。
【符号の説明】
【００６１】
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 濃縮海水
１０３ｂ 析出物
１０３Ａ 使用済海水
１０３Ｂ 希釈使用済海水
１０５ 希釈混合槽
１０６ 酸化槽
１２０ エアレーション装置
１２２ 空気
１２３ エアレーションノズル
１４０ 水タンク
１４１ 水
１４１ａ 水ミスト
【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スリット析出物の溶解除去方法に関する。
【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析出物が析出し、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析出物の除去及び発生の抑制を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スリット析出物の溶解除去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、前記空気供給管と連通するヘッダの開口部より供給された空気を導入する導入部と、該導入部から延設され、空気を外部に排出する複数のスリットを有する散気膜を被せる支持体とを備えたエアレーションノズルと、前記ヘッダ内に水を空気供給配管を介して導入する水導入手段と、導入された水を前記ヘッダの開口部から供給された空気により霧化する霧化部と、を具備し、霧化部で霧化した水ミストを空気と共にスリットを通過しつつ外部へ排出する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、前記エアレーションノズルの圧力損失が所定値以上の場合、前記ヘッダ内に空気供給管を介して水を導入する制御を行う制御手段を有する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、前記開口部の開口形状が、円形、矩形であ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乃至３のいずれか一つの発明において、前記霧化部が、前記ヘッダの開口部内に設けられた通気管と、前記ヘッダ内の水面下にその下端部が浸漬され、その上端部が通気管内に臨む水導入管とを有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乃至４のいずれか一つの発明において、前記水が真水または海水のいずれかであ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、第１乃至５のいずれか一つの発明において、前記空気供給配管に、フィルタと冷却器とが設けられていることを特徴とするエアレーション装置にある。
【００１５】
第７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請求項１乃至６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。
【００１６】
第８の発明は、被処理水中に浸漬され、被処理水中にエアレーションノズルの散気膜の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、空気導入管内に水を導入し、エアレーションノズル内に空気を供給する際、水を霧化し、霧化された水ミストが含まれた空気を、散気膜のスリットに供給し、析出物を溶解除去することを特徴とするエアレーション装置のスリット析出物の溶解除去方法にある。
【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が発生した場合でも、析出物を溶解除去し、エアレーション装置に空気を供給するブロワ、コンプレッサ等吐出手段の負荷の低減を図ることができる。また、霧化部により水ミストを同伴させた空気を散気膜のスリットに供給することで、散気膜のスリットでの海水の乾燥・濃縮を防ぐことにより、硫酸カルシウム等の析出物の析出を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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】図３は、エアレーションノズルの内部構造概略図である。
【図４】図４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５−１は、霧化部の一例を示す図である。
【図５−２】図５−２は、霧化部の一例を示す図である。
【図６】図６は、圧力損失と時間との関係（上段）及び水流量と時間との関係（下段）を示す図である。
【図７−１】図７−１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７−２】図７−２は、散気膜のスリットにおける、空気の流出と海水の浸入、濃縮海水及び析出物の状況を示す図である。
【図８】図８は、制御フロー図である。
【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、散気膜がゴム製の場合について説明する。
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、基材の周囲を覆うゴム製の散気膜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。
【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。希釈使用済海水１０３Ｂ中に設置されるヘッダ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。なお、ヘッダ１５は、後述する図４に示すように、希釈使用済海水１０３Ｂ中に設置される空気供給ラインＬ5より分岐した分岐空気供給ラインＬ5A〜5Hに連通して空気をエアレーションノズル１２３内に導入している。
【００２４】
エアレーションノズル１２３は、たとえば図３に示すように、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を供給している状態では、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（空気導入部）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１２３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１２３で実施される。
【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のスリット１２に霧化した水を空気と共に導入することにより、該スリット１２において硫酸カルシウム等の析出物の析出を除去又は抑制する手段を提供する。
以下に、本発明を具体的に説明する。
図４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４に示すように、本実施例に係るエアレーション装置１２０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１０３Ｂ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１２１Ａ〜１２１Ｄにより供給する空気供給ラインＬ5と、空気供給ラインＬ5に水１４１を供給する水分供給手段である水タンク１４０及び供給ポンプＰ1と、水分が含まれた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とを具備するものである。
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３基で運転しており、その内の１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、本実施例では、水分の供給としては、真水を用いているが、真水の代わりに、海水（例えば、希釈海水供給ラインＬ2の海水１０３、希釈混合槽１０５の使用済海水１０３Ａ、酸化槽１０６の希釈使用済海水１０３Ｂ等を）を用いるようにしてもよい。
【００３０】
本実施例によれば、真水タンク１４０により水（真水または海水）１４１を供給する。供給された水は、ヘッダ１５内の開口部１５ａの下端以下のヘッダ内に溜まり、開口部１５ａからエアレーションノズル側に流出する。開口部１５ａを通過する水は、エアレーションノズル１２３に供給する空気１２２が開口部１５ａを通過する際に、霧化することができる。
すなわち、開口部１５ａ及び空気導入口２０ｃのオリフィス部に対して、空気１２２を供給することで水ミスト１４１ａを発生させるようにしている。
図３においては、霧化部２５は、ヘッダ１５内に導入された水１４１と、開口部１５ａ及び空気導入口２０ｃのオリフィス部から構成されている。
【００３１】
図５−１及び図５−２は、霧化部の他の一例を示す図である。
図５−１の霧化部は、前記ヘッダ１５の開口部１５ａ内に設けられた通気管５１と、ヘッダ１５内の水面下にその下端部５２ａが浸漬され、その上端部５２ｂが通気管５１内に臨む水導入管５２から構成されている。
そして、上端部５２ｂの開口を空気１２２が通過する際に、空気１２２の流速が速いので、水が持ち上げられる効果により、持ち上げられた水１４１を霧化し、水ミスト１４１ａを発生するようにしている。
【００３２】
図５−２は、水導入管５２が中空の通気管５１に一部が埋設され、上端部５２ｂの開口部分が中空の通気管５１に臨むようにしている。
【００３３】
また、開口部１５ａの形状としては、円形や矩形又は菱形のいずれであってもよい。
【００３４】
このように、空気１２２の導入に際して、水１４１を霧化して同伴させることで、湿り空気がエアレーションノズル１２３に供給されることとなり、以下１）及び２）の効果を奏する。
１） エアレーション装置の散気膜１１のスリット１２において析出物が発生した場合でも、霧化部２５より水ミスト１４１ａを発生することで、析出物を溶解除去し、エアレーション装置に空気を供給するブロワ、コンプレッサ等吐出手段の負荷の低減を図ることができる。
２） 霧化部２５により水ミスト１４１ａを同伴させた空気１２２を散気膜１１のスリット１２に供給することで、スリット１２での海水の乾燥・濃縮を防ぐことにより、硫酸カルシウム等の析出物の析出を事前に回避することができる。
【００３５】
２）の対応の場合、水ミスト１４１ａの発生により、散気膜１１のスリット１２に浸入してくる海水の乾燥（濃縮）を防止し、硫酸カルシウム等の海水中の塩の析出を防止するようにしている。霧化した水ミスト１４１ａは、スリットに濃縮海水が形成されている場合には、海水の濃縮緩和（塩分濃度低下）に寄与する。
また、水ミストが蒸発することにより、供給空気の相対湿度が上昇するため、上記に加え、スリット１２に浸入してくる海水の乾燥（濃縮）が防止される。
【００３６】
このような水（真水、海水）１４１をヘッダ１５内の開口部１５ａ近傍まで導入することにより、エアレーションノズル１２３に供給される空気１２２が開口部１５ａと空気導入口２０ｃを通過する際に、水１４１を霧化し、霧化した水ミスト１４１ａを同伴した空気がスリット１２に導入されるので、散気膜１１のスリット１２に付着した硫酸カルシウム等を溶解し、これにより、散気膜１１の圧力損失の低減を図る。または析出を事前に抑制することができる。
【００３７】
なお、ヘッダ１５内への水１４１の導入が開口部１５ａまで満たない水位ＷＬの場合には、霧化することができないので、オリフィス部において水ミストを発生することができない。この場合は、図５−１、図５−２に示す事例を適用することにより、水ミストの発生が可能となる。
また、開口部１５ａを超えて水位ＷＬが高くなった場合には、開口部１５ａ以下となるまでは、水１４１のみがエアレーションノズル１２３内に導入され、スリット１２の析出物の溶解に寄与する。そして、水１４１の水位ＷＬが適正になった際には、空気１２２の霧化により水ミスト１４１ａを発生することができる。
【００３８】
なお、水１４１の導入は水タンク１４０からポンプＰ1を介して行われており、空気導入管の内圧よりも水圧を高くして、水１４１を空気導入管内に導入するようにしている。なお、水圧が低いときには、昇圧ポンプを用いるようにしている。
【００３９】
[付着物が発生した場合の対策]
ここで、エアレーション装置の運転初期は、制御手段により空気１２２を空気供給ラインＬ5内に導入して、エアレーションのみを行っている。この場合には、水１４１は空気供給ラインＬ5には導入していない。
そして、スリット１２に付着物が発生すると、エアレーションノズル１２３の圧力損失が規定値以上に上昇する。このような圧力損失の上昇があった場合には、水タンク１４０から水１４１を空気供給ラインＬ5より分岐した分岐空気供給ラインＬ5A〜5Hに導入し、導入された水１４１が各エアレーションノズル１２３の導入部にまで行きわたった際に、空気１２２の霧化作用により水ミスト１４１ａを発生させることができる。
【００４０】
この圧力損失と時間との関係、水流量と時間との関係を図６に示す。
図６は、圧力損失と時間との関係（上段）及び水流量と時間との関係（下段）を示す図である。
図６に示すように、圧力損失の上昇で所定値Ｘとなった際に、水を導入（ＯＮ）し、この水１４１の導入を圧力損失が正常値の許容範囲となるまで継続する。
なお、圧力損失が、正常値になった時点で水の導入を停止すると、圧力損失は、水の効果が無くなり次第、再び上昇し始める。
一方、圧力損失が正常値になった時点で、水の導入量をスリット１２に流入する空気の相対湿度が１００％程度となる様に調整し、継続して水を導入すれば、圧力損失の正常値からの上昇を防止することができる。
この対策は、複数の空気供給管がある場合には、そのブロック毎に行うことで効率的な対応を図ることができる。
【００４１】
海水の塩分濃度は通常約３．４％であり、９６．６％の水に３．４％の塩が溶けている。この塩は、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。
【００４２】
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。
【００４３】
図７−１〜図７−２は、散気膜１１のスリット１２における、空気（水分を供給した状態）の流出と海水１０３の浸入と付着物の発生を示す図である。
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。
【００４４】
なお、図７−１及び図７−２に、散気膜１１のスリット１２における、空気による海水の乾燥・濃縮が進行して析出物が成長する状態を示す。
図７−１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。
【００４５】
これに対し、図７−２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。これによりエアレーションノズル１２３に圧力損失の上昇となる。
【００４６】
よって、このような析出物１０３ｂによる閉塞（プラッキング）状態となり、圧力損失が上昇した場合には、霧化部２５から水ミスト１４１ａを発生させ、エアレーションノズル１２３に供給される空気１２２中に水ミスト１４１ａを同伴させることで、スリット１２における付着物を除去し、さらに水ミスト１４１ａを供給することで、海水の濃縮（塩分濃度の上昇）を防ぐことができ、硫酸カルシウム等の析出を防止する。
この結果、硫酸カルシウム等の析出によるスリット１２の間隙が狭くなることやスリット１２の詰まりが解消され、散気膜１１の圧力損失を防止できる。
【００４７】
ヘッダ部への水の導入は、以下に記述する制御手段を採用するが、空気弁、水弁を手動で操作し、導入しても良い。
制御手段は、マイコン等で構成されている。制御手段は、ＲＡＭやＲＯＭ等から構成されてプログラムやデータが格納される記憶部（図示せず）が設けられている。記憶部に格納されるデータは、エアレーションノズル１２３の圧力損失の上昇が確認され、所定値以上であると、スリット１２における付着物の多量発生を検知すると共に、エアレーションノズル１２３の圧力損失がどのブロック（本実施例では８ブロック（第１ブロックＡ〜第８ブロックＨ））で発生したかを確認する。
また、制御手段は、水タンク１４０からの水１４１を供給する分岐空気供給ラインＬ5A〜5HのバルブＶ1〜Ｖ8に接続されている。この制御手段は、圧力損失が発生した際に、空気１２２の供給を停止せずに、当該圧力損失が発生したブロックのみに、バルブを開ける指令を出して、水タンク１４０より水１４１を供給し、分岐空気供給ラインＬ5A〜5H内に導入する。
【００４８】
例えば第１ブロックＡでの圧力損失の上昇があったことを確認すると、分岐空気供給ラインＬ5Aに水１４１を導入し、ヘッダ１５の開口部１５ａに水が導入されると、霧化部２５により水ミスト１４１ａを発生させ、エアレーションノズル１２３内に空気１２２と共に水ミスト１４１ａが同伴されるので、スリット１２に析出した硫酸カルシウム等の析出物を溶解する。
制御装置は、この溶解により、エアレーションノズル１２３の圧力損失の低下を確認した後、水の導入の停止の指令を出し、空気１２２のみを供給する通常のエアレーション操作を再開する。
【００４９】
次に、制御手段によるエアレーションノズル１２３の圧力損失の上昇があった場合の対処の制御について説明する。図８は、操作のフローチャートである。
【００５０】
まず、制御手段は、図示しない圧力計からの圧力（散気管の内部圧力と水圧）を計測し、エアレーションノズルの圧力損失を計測する（ステップＳ１１）。
【００５１】
次に、計測した圧力損失が所定値以上（スリット１２に付着物発生）の場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、制御手段は、水１４１を水タンク１４０より空気供給管内に導入してヘッダ１５内の開口部１５ａ近傍まで水面が位置するように導入する制御を行う。これにより水ミスト１４１ａが発生し、付着物が溶解される（ステップＳ１３）。
【００５２】
一方、水を導入して水ミストを発生させている間、圧力計からの圧力（内部圧力と水圧）を計測する（ステップＳ１４）。
ステップＳ１４での計測に基づき、圧力損失が所定値以下となった場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、水の導入を停止し（ステップＳ１６）、通常のエアレーションを実施する。
【００５３】
ステップＳ１４での計測に基づき、圧力損失が所定値以上の場合は（ステップＳ１５：Ｎｏ）、水の導入を継続し、再度ステップＳ１４での圧力損失の監視を継続する。
次いで、ステップＳ１４での計測に基づき、圧力損失が所定値以下になった場合は（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、水の導入を停止する。
【００５４】
その後、引き続き、エアレーションノズルの圧力損失の上昇の監視を継続し、再度圧力損失が上昇した場合には、同様の対策を行う。
【００５５】
本実施例によれば、海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）での海水成分や汚泥等の汚れ成分の析出によるプラッギングが発生した場合に、迅速にプラッギングを解消することとなるので、長期間に亙って安定して操業することができる。
【００５６】
[付着物の発生を抑制する場合の対策]
前述したように、霧化部２５により水ミスト１４１ａを同伴させた空気１２２を散気膜１１のスリット１２に供給することで、散気膜１１のスリット１２での海水の乾燥・濃縮を防ぐことができ、硫酸カルシウム等の析出物の析出を事前に回避することができる。
【００５７】
この場合には、エアレーション装置の運転初期から、制御手段により水１４１を水タンク１４０より空気供給管内に導入してヘッダ１５内の開口部１５ａにおいて水ミスト１４１ａを発生させる。
この水ミスト１４１ａの発生により、散気膜１１のスリット１２に浸入してくる海水の乾燥（濃縮）を防止し、硫酸カルシウム等の海水中の塩の析出を防止する。霧化した水ミスト１４１ａは、スリット１２に濃縮海水が形成されている場合には、海水の濃縮緩和（塩分濃度低下）に寄与する。
この結果、スリット１２における付着物の生成が抑制されることができ、圧力損失の上昇を抑制することとなり、長期間に亙って安定して操業することができる。
【００５８】
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、例えば汚染排水処理における汚染水（例えば下水処理等）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）での汚泥等の汚れ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。
【００５９】
以上、本実施例ではエアレーション装置として、チューブ型のエアレーションノズルを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば散気膜を有するディスク型や平板型のエアレーション装置や、スリットが常時開放しているようなセラミックス又は金属製等の散気膜を有する散気装置にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明に係るエアレーション装置によれば、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が発生した場合の除去及び発生の抑制を行うことができ、例えば海水排煙脱硫装置に適用して、長期間に亙って連続して安定した操業が可能となる。
【符号の説明】
【００６１】
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 濃縮海水
１０３ｂ 析出物
１０３Ａ 使用済海水
１０３Ｂ 希釈使用済海水
１０５ 希釈混合槽
１０６ 酸化槽
１２０ エアレーション装置
１２２ 空気
１２３ エアレーションノズル
１４０ 水タンク
１４１ 水
１４１ａ 水ミスト
【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、
前記空気供給管と連通するヘッダの開口部より供給された空気を導入する導入部と、該導入部から延設され、空気を外部に排出する複数のスリットを有する散気膜を被せる支持体とを備えたエアレーションノズルと、
前記ヘッダ内に水を空気供給配管を介して導入する水導入手段と、
導入された水を前記ヘッダの開口部から供給された空気により霧化する霧化部と、を具備し、
霧化部で霧化した水ミストを空気と共にスリットを通過しつつ外部へ排出する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、
前記エアレーションノズルの圧力損失が所定値以上の場合、前記ヘッダ内に空気供給管を介して水を導入する制御を行う制御手段を有する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、
前記開口部の開口形状が、円形、矩形であ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乃至３のいずれか一つにおいて、
前記霧化部が、前記ヘッダの開口部内に設けられた通気管と、
前記ヘッダ内の水面下にその下端部５２ａが浸漬され、その上端部５２ｂが通気管５１内に臨む水導入管５２とを有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乃至４のいずれか一つにおいて、
前記水が真水または海水のいずれかであることを特徴とするエアレーション装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
前記空気供給配管に、フィルタと冷却器とが設けられていることを特徴とするエアレーション装置。
【請求項７】
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６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８】
被処理水中に浸漬され、被処理水中にエアレーションノズルの散気膜の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、
空気導入管内に水を導入し、エアレーションノズル内に空気を供給する際、水を霧化し、
霧化された水ミストが含まれた空気を、散気膜のスリットに供給し、析出物を溶解除去することを特徴とするエアレーション装置のスリット析出物の溶解除去方法。
【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、
前記空気供給管と連通するヘッダの開口部より供給された空気を導入する導入部と、該導入部から延設され、空気を外部に排出する複数のスリットを有する散気膜を被せる支持体とを備えたエアレーションノズルと、
前記ヘッダ内に水を空気供給配管を介して導入する水導入手段と、
導入された水を前記ヘッダの開口部から供給された空気により霧化する霧化部と、を具備し、
霧化部で霧化した水ミストを空気と共にスリットを通過しつつ外部へ排出する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、
前記エアレーションノズルの圧力損失が所定値以上の場合、前記ヘッダ内に空気供給管を介して水を導入する制御を行う制御手段を有する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、
前記開口部の開口形状が、円形、矩形であ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乃至３のいずれか一つにおいて、
前記霧化部が、前記ヘッダの開口部内に設けられた通気管と、
前記ヘッダ内の水面下にその下端部５２ａが浸漬され、その上端部５２ｂが通気管５１内に臨む水導入管５２とを有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乃至４のいずれか一つにおいて、
前記水が真水または海水のいずれかであることを特徴とするエアレーション装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
前記空気供給配管に、フィルタと冷却器とが設けられていることを特徴とするエアレーション装置。
【請求項７】
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６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８】
被処理水中に浸漬され、被処理水中にエアレーションノズルの散気膜の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、
空気導入管内に水を導入し、エアレーションノズル内に空気を供給する際、水を霧化し、
霧化された水ミストが含まれた空気を、散気膜のスリットに供給し、析出物を溶解除去することを特徴とするエアレーション装置のスリット析出物の溶解除去方法。
【図１】
【図２−１】
【図２−２】
【図３】
【図４】
【図５−１】
【図５−２】
【図６】
【図７−１】
【図７−２】
【図８】
【図２−１】
【図２−２】
【図３】
【図４】
【図５−１】
【図５−２】
【図６】
【図７−１】
【図７−２】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−８１４０１（Ｐ２０１２−８１４０１Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２９１１９（Ｐ２０１０−２２９１１９）
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【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４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【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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