バブリング装置およびそれを用いた高炉又は転炉集塵水の処理方法
【課題】噴射口が閉塞し難く安定した曝気処理を可能とするバブリング装置を提供すること。
【解決手段】バブリング装置は、圧縮気体を受け入れて第１噴射口から噴射する第１ノズル部材と、前記圧縮気体を受け入れて第２噴射口から噴射する第２ノズル部材とを備え、第１および第２ノズル部材は圧縮気体が第２噴射口から第１噴射口の周辺に噴射されるように配置されてなる。
【解決手段】バブリング装置は、圧縮気体を受け入れて第１噴射口から噴射する第１ノズル部材と、前記圧縮気体を受け入れて第２噴射口から噴射する第２ノズル部材とを備え、第１および第２ノズル部材は圧縮気体が第２噴射口から第１噴射口の周辺に噴射されるように配置されてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、バブリング装置およびそれを用いた高炉又は転炉集塵水の処理方法に関し、詳しくは、気体と液体を効率よく接触させる曝気処理に用いられるバブリング装置とそれを用いた高炉又は転炉集塵水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この発明に関連する従来技術としては、高炉から排出されるガス中に含まれる粉塵を湿式集塵器で集塵し、粉塵を捕集した集塵水に苛性ソーダを添加してｐＨ調整を行うことにより集塵水中に溶解した鉄、カルシウム、マグネシウムなどの金属イオンを不溶性の水酸化物に変化させて集塵水中に析出させた後、高分子凝集剤を添加し、シックナーで他のダストと共にスラッジとして沈殿させ、スラッジと分離した処理水を湿式集塵器での集塵に再利用する集塵水の処理方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、この発明に関連する従来技術としては、高炉又は転炉から排出されるガス中に含まれる粉塵を湿式集塵器で集塵し、粉塵を捕集した集塵水を曝気することにより集塵水中に溶解したカルシウムイオンを不溶性の炭酸カルシウムとして集塵水中に析出させた後、高分子凝集剤を添加し、シックナーで他のダストと共にスラッジとして沈殿させ、スラッジと分離した処理水を湿式集塵器での集塵に再利用する集塵水の処理方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭４９−１３３２０９号公報
【特許文献２】特開２００１−７０９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
鉄鉱石から銑鉄を生産するのに用いられる高炉や、銑鉄を精錬して鉄鋼を生産するのに用いられる転炉から排出されるガスは大きな熱エネルギーを有し、また炉内の反応により生じた有用なガスを含んでいる。
このため、高炉や転炉から排出されるガスは回収されて熱源や燃料に再利用されるが、多量の粉塵を含んでいるため効率よく回収して再利用するには、ガス中に含まれる粉塵を予め除去しなければならない。
【０００６】
ガス中に含まれる粉塵の除去には湿式集塵器が用いられ、粉塵を含むガスに大量の処理水を吹きつけてガス中の粉塵を捕集している。
粉塵を捕集した集塵水は、循環水系において粉塵を除去する処理が施された後、粉塵の捕集に再利用されるか、或いは、環境に悪影響を及ぼさないように水処理されたうえで排水される。
しかしながら集塵水は、ガス中に含まれる炭酸等を吸収した際にｐＨが低下しており、ｐＨが低下した集塵水は循環水系の設備を腐食させたり排水処理に悪影響を及ぼす等、様々な問題を引き起こすためｐＨ調整が必要である。
【０００７】
集塵水のｐＨ調整には、苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなど、水溶液中で強塩基性を示す水酸化化合物が一般に用いられている。
しかしながら、ｐＨ調整にこれらの水酸化化合物を使用し続けると、集塵水の循環水系における塩類濃度が高くなり過ぎ、循環水系にスケールが付着し易くなるため、頻繁な換水（排水と給水）が必要となる。
【０００８】
また、転炉から排出された集塵水は鉄イオンによって黄褐色に着色されており、着色された集塵水を外部に排出することは環境保全上の観点から好ましくないため、この鉄イオンを除去する必要がある。
【０００９】
集塵水のｐＨ調整に水酸化物が用いられた場合、集塵水中の鉄イオンは不溶性の水酸化鉄に変化して集塵水中に析出する。
しかしながら、循環水系に設けられた沈殿槽であるシックナーからこのような水酸化鉄を含むスラッジを排出して屋外に野積みすると、水酸化鉄が大気中の酸素と反応して激しく燃焼し、非常に危険な状態となる。
【００１０】
そこで、集塵水の循環水系において、集塵水に対して曝気処理を行うことにより、集塵水から炭酸を追い出してｐＨを上げたり、集塵水中の鉄イオンを酸化させて不溶性の酸化鉄として集塵水中に析出させることが試みられている。
曝気処理は多数の噴射口が形成されたバブリング装置を循環水系に設置し、集塵水中で空気又は酸素のような気体を噴射口から噴射させることにより実施される。
【００１１】
しかしながら、集塵水中で曝気処理を行うと、短期間のうちにスケールが付着して噴射口が閉塞され、曝気処理が実施できなくなる。
このため、集塵水に対して曝気処理を行うにはバブリング装置の頻繁なメンテナンスや交換が必要となり、長期間にわたって安定した曝気処理を行うことは非常に困難であった。
【００１２】
この発明は以上のような事情を考慮してなされたもので、噴射口が閉塞し難く安定した曝気処理を可能とするバブリング装置とそれを用いた高炉又は転炉集塵水の処理方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、圧縮気体を受け入れて第１噴射口から噴射する第１ノズル部材と、前記圧縮気体を受け入れて第２噴射口から噴射する第２ノズル部材とを備え、第１および第２ノズル部材は圧縮気体が第２噴射口から第１噴射口の周辺に噴射されるように配置されてなるバブリング装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、圧縮気体が第２ノズル部材によって第１噴射口の周辺に噴射されるので、第１噴射口の周辺において渦流の発生が抑制されて第１噴射口にスケールが付着し難くなり、また仮に付着したとしても圧縮気体の圧力により機械的に剥離させることができ、第１噴射口の閉塞を防止できる。これにより、安定した曝気処理を可能にするバブリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るバブリング装置の正面図である。
【図２】図１に示されるバブリング装置の平面図である。
【図３】図１に示されるバブリング装置の底面図である。
【図４】図１に示されるバブリング装置のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】図４の要部拡大図である。
【図６】本発明の実施形態に係るバブリング装置を構成するドーム形容器単体の平面図である。
【図７】本発明の実施形態に係るバブリング装置を構成する継ぎ手単体の正面図である。
【図８】図７に示される継ぎ手の底面図である。
【図９】本発明の実施例１に係る曝気処理が実施された転炉集塵水の循環水系を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明によるバブリング装置は、圧縮気体を受け入れて第１噴射口から噴射する第１ノズル部材と、前記圧縮気体を受け入れて第２噴射口から噴射する第２ノズル部材とを備え、第１および第２ノズル部材は圧縮気体が第２噴射口から第１噴射口の周辺に噴射されるように配置されてなることを特徴とする。
【００１７】
この発明によるバブリング装置において、圧縮気体とは、加圧された気体全般を意味し、気体の種類は特に限定されない。
よって、本発明のバブリング装置は様々な気体を液体と効率的に接触させる目的で用いることができ、また曝気処理とは水と空気との接触だけでなく、様々な液体と気体との接触を含む。
また、圧縮気体には少量の液体が含まれていることが好ましく、少量の液体を圧縮気体に含ませて第１および第２噴射口から噴射させることにより、気体の接触効率を高めることができ、さらには噴射される液体がもたらすエロージョンの作用により第１および第２噴射口にスケールが成長することを効果的に抑制できる。
【００１８】
また、圧縮気体が第２噴射口から第１噴射口の周辺に噴射されるとは、第１噴射口に対するスケールの付着を防止するために、第１噴射口の周囲に生じる渦流を打ち消すことができる程度の圧力と流量を有する圧縮気体を第２噴射口から第１噴射口の周辺に向けて第１噴射口の噴射を妨げることなく噴射することを意味する。
よって、第１噴射口と第２噴射口との距離、第１噴射口に対する第２噴射口の噴射角、および第１噴射口と第２噴射口の口径などの諸条件は、上記の作用が効果的に奏されるように圧縮気体の圧力や流量に応じて適切に調整される。
【００１９】
この発明によるバブリング装置において、第１ノズル部材は、圧縮気体を受け入れる受入れ口と前記第１噴射口とを有する蓄圧容器を備えることができる。
このような構成によれば、圧縮気体をいったん蓄圧容器にためてから第１噴射口を介して噴射するので噴射状態が安定し良好な曝気処理が可能となる。
【００２０】
第１ノズル部材が蓄圧容器を備える上記構成において、蓄圧容器は、中央に前記受入れ口を有する底板部材と、底板部材の上に密閉して設置されるドーム形容器とから構成され、第２ノズル部材はドーム形容器の頂上部から突出して設けられてもよい。
【００２１】
このような構成によれば、第２ノズル部材がドーム形容器の頂上部から突出して設けられるので、第２噴射口から噴射された圧縮気体が第１噴射口の周辺に噴射されるように第２ノズル部材の第２噴射口を第１ノズル部材の第１噴射口へ向けて配置し易くなる。
【００２２】
第２ノズル部材がドーム形容器の頂上から突出して設けられる上記構成において、第１噴射口はドーム形容器の頂上部を中心とする同芯円上に形成された複数の第１貫通孔からなり、第２ノズル部材はドーム形容器に連通して設けられた筒状体と、筒状体の上端に嵌め込まれる蓋とを備え、第２噴射口は第１貫通孔に対応して前記蓋の周囲に放射状に形成された複数の第２貫通孔からなっていてもよい。
【００２３】
このような構成によれば、第１噴射口がドーム形容器の頂上部を中心とする同芯円上に形成された複数の第１貫通孔からなるので、蓄圧容器にためた圧縮気体をドーム形容器の周囲に均一に分散させて噴出させることができ、より効率的な曝気処理が可能となる。
【００２４】
また、第２ノズル部材がドーム形容器に連通して設けられた筒状体と、筒状体の上端に嵌め込まれた蓋とから構成されるので、蓄圧容器にためた圧縮気体を第２ノズル部材へも供給できるようになる。このため、第１および第２ノズル部材に対する圧縮気体の供給経路が共通となり、第２ノズル部材用に圧縮気体の供給経路を別途設ける必要がなくなる。
【００２５】
さらには、第２噴射口が複数の第１貫通孔に対応して蓋の周囲に放射状に形成された複数の第２貫通孔によって構成されるので、ドーム形容器の頂上部を中心に同芯円上に形成された複数の第１貫通孔へ向かって複数の第２貫通孔から圧縮気体をそれぞれ噴射させることができ、各第１貫通孔にスケールが付着することを防止できる。
【００２６】
第２ノズル部材がドーム形容器に連通して設けられた筒状体と、筒状体の上端に嵌め込まれた蓋とから構成される上記構成において、前記受入れ口と筒状体は前記ドーム形容器の中心軸と同軸であってもよい。
【００２７】
このような構成によれば、圧縮気体の受入れ口と筒状体がドーム形容器の中心軸と同軸に設けられるので圧縮気体を効率よく第２ノズル部材へ供給できる。これにより、圧縮気体を各第２貫通孔から各第１貫通孔の周辺に向けて安定して噴射することが可能となり、第１貫通孔にスケールが付着することをより確実に防止できる。
【００２８】
また、蓄圧容器が底板部材とドーム形容器とから構成される上記構成において、ドーム形容器は表面が鏡面仕上げされていてもよい。
このような構成によれば、ドーム形容器の表面が平滑になるのでスケールが機械的に付着し難くなり、第１噴射口にスケールが付着することをより効果的に防止できる。
【００２９】
この発明は別の観点からみると、この発明による上述のバブリング装置を用い、高炉または転炉から排出されるガスに含まれる粉塵を捕集した集塵水の循環水系で前記集塵水に酸素を含む気体で曝気処理を行うことを特徴とする高炉または転炉集塵水の処理方法を提供するものでもある。
【００３０】
この発明による上記の処理方法によれば、粉塵を捕集した集塵水に対して酸素を含む気体で曝気処理を行うので、集塵水の酸素濃度が高めて集塵水に含まれる炭酸を大気中に追い出し、集塵水のｐＨを循環水系の設備や排水処理に悪影響を及ぼさない程度まで上げることが可能となる。
また、集塵水中の酸素濃度が高められるので、集塵水に含まれる鉄イオンを不溶性の酸化鉄に変化させて集塵水中に析出させることができる。
これにより、苛性ソーダ、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等の水酸化化合物の使用量を減らしつつ、集塵水のｐＨ調整と鉄イオンの除去を行うことができ、集塵水の着色を防止できるだけでなく循環水系における塩類濃度を低く抑えることができる。
【００３１】
そして、集塵水の着色が防止されることにより排水処理が容易になるばかりでなく、塩類濃度を低く抑えることにより循環水系の各種設備にスケールが付着することを抑制でき、換水（排水と給水）の頻度を下げることができる。
よって、集塵水の循環水系の運転に係るコストが抑えられるだけでなく、環境に優しい操業が可能となる。
さらには、スラッジに含まれる水酸化鉄の量が減るので、野積みされたスラッジが大気中の酸素を反応して激しく燃焼して発熱するといった危険な事態も防止できる。
【００３２】
この発明による上記の高炉または転炉集塵水の処理方法において、酸素を含む気体は空気であってもよい。
空気を用いることにより、純酸素や窒素などの特殊な気体を利用する場合と比較して曝気処理に要するコストを抑えることができる。
特に集塵水が高炉集塵水の場合は、転炉集塵水と比較して集塵水中に含まれる鉄イオンの濃度が低く着色を生じていないため、少なくとも集塵水から炭酸を追い出してｐＨを高めることができれば曝気処理の目的は達成される。
このため、空気を用いる方法は集塵水が高炉集塵水である場合に特に有用である。
【００３３】
この発明による上記の高炉または転炉集塵水の処理方法において、酸素を含む気体は純酸素であってもよい。
純酸素を用いることにより、集塵水の酸素濃度を速やかに高めることが可能となり、鉄イオンの酸化反応を促し、集塵水に含まれる鉄イオンを相当の確実性をもって不溶性の酸化鉄として集塵水中に析出させることができる。
特に集塵水が転炉集塵水の場合は、高炉集塵水と比較して集塵水中に含まれる鉄イオンの濃度が高く着色を生じているため、純酸素を用いて曝気処理を行うことが集塵水から鉄イオンを除去して着色を取り除くうえで好ましい。
【００３４】
この発明による上記の高炉または転炉集塵水の処理方法において、循環水系は集塵水に含まれるダストを沈殿させるためのシックナーを備え、曝気処理は集塵水が前記シックナーに流入する前に行われるのが好ましい。
というのは、集塵水がシックナーに流入する前に曝気処理を行うことにより、集塵水がシックナーに流入する時点では集塵水中の鉄イオンを不溶性の酸化鉄に変化させて析出させることができ、シックナーで酸化鉄を速やかに沈殿させることができるからである。
なお、シックナーでは酸化鉄および他のダストを効率よく沈殿させるために高分子凝集剤を用いることができる。
【００３５】
集塵水がシックナーに流入する前に曝気処理を行う上記構成において、循環水系は集塵水がシックナーに流入する前に粒径の大きな比重の重い塵芥を予め除去するためのコンディショナー槽をシックナーの上流側に備え、曝気処理は前記コンディショナー槽内で行われてもよい。
コンディショナー槽内で曝気処理を行うことにより、バブリング装置から噴射される気体と集塵水との接触時間を十分にとることができ、効率よく曝気処理を行うことが可能となる。
【００３６】
以下、図面に基づいてこの発明の実施形態に係るバブリング装置について説明する。
【００３７】
本発明の実施形態に係るバブリング装置について図１〜８に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態に係るバブリング装置の正面図、図２は図１に示されるバブリング装置の平面図、図３は図１に示されるバブリング装置の底面図、図４は図１のＡ−Ａ矢視断面図、図５は図４の要部拡大図、図６は本発明の実施形態に係るバブリング装置を構成するドーム形容器単体の平面図、図７は本発明の実施形態に係るバブリング装置を構成する継ぎ手の正面図、図８は図７に示される継ぎ手の底面図である。
【００３８】
図１〜４に示されるように、本発明の実施形態に係るバブリング装置１は、圧縮気体を受け入れて第１噴射口３から噴射する第１ノズル部材２と、前記圧縮気体を受け入れて第２噴射口５から噴射する第２ノズル部材４とを備え、第１および第２ノズル部材２，４は圧縮気体が第２噴射口５から第１噴射口３の周辺に噴射されるように配置されている。
【００３９】
図１および図４に示されるように、第１ノズル部材２は、圧縮気体を受け入れる受入れ口６と、第１噴射口３とを有する蓄圧容器７を備えている。そして、蓄圧容器７は、中央に受入れ口６を有する底板部材８と、底板部材８の上に密閉して設置され所定の高さＨ１を有するドーム形容器９とから構成されている。
底板部材８とドーム形容器９はいずれもステンレス（ＳＵＳ３１６）からなり、ドーム形容器９は表面がクロムめっきされている。なお、クロムめっきする代わりに、鏡面処理されていてもよい。
【００４０】
また、図１および図２に示されるように、第１噴射口３はドーム形容器９の円形の頂上部９ａの同芯円１１ａ，１１ｂ，１１ｃ上に形成された所定の直径Ｄ４（図５参照）を有する３０個の第１貫通孔１０から構成されている。
【００４１】
詳しくは、図１および図２に示されるように、ドーム形容器９の頂上部９ａの中心を中心に異なる直径Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３で、ドーム形容器９のフランジ部９ｄ（図４および図６参照）に対して所定の高さＨ２，Ｈ３，Ｈ４をそれぞれ有する３つの同芯円１１ａ，１１ｂ，１１ｃが設定され、各同芯円１１ａ，１１ｂ，１１ｃ上に１０個の第１貫通孔１０が等間隔に形成されている。
【００４２】
そして、各同芯円１１ａ，１１ｂ，１１ｃ上に形成された第１貫通孔１０は、ドーム形容器９の頂上部９ａの中心から放射状に配列されている。つまり、図２に示されるように、各同芯円１１ａ，１１ｂ，１１ｃ上に形成された第１貫通孔１０は、ドーム形容器９の頂上部９ａの中心から外側へ向かって直線状に一列に並ぶように配列されている。
【００４３】
一方、図１および図４に示されるように、第２ノズル部材４はドーム形容器９の頂上部９ａから上方へ突出するように設けられている。
第２ノズル部材４はドーム形容器９に連通して設けられたステンレス製の筒状体１２と、筒状体１２の上端に嵌め込まれたステンレス製の蓋１３とから構成されている。そして第２噴射口５は、第１貫通孔１０の配列に対応して蓋１３の周囲に放射状に形成された所定の直径Ｄ５（図５参照）を有する１０個の第２貫通孔１４から構成されている。
【００４４】
つまり、図２に示されるように、第２貫通孔１４は頂上部９ａの中心から放射状に配列された第１貫通孔１０の配列と一致するように蓋１３の周囲に等間隔に形成されている。
また、図５に示されるように、各第２貫通孔１４は、第１貫通孔１０の周辺へ向かって圧縮気体を噴射できるように、水平方向から所定角度θだけ下へ向くように形成されている。
【００４５】
図１および図４に示されるように、筒状体１２は、外側の表面に雄ねじが形成されると共に、両端から等距離となる位置にナット状のフランジ部１２ａが形成された中空のパイプであり、受入れ口６と同軸になるように継ぎ手１５および第１パッキンリング１６を介してドーム形容器９に装着されている。
【００４６】
詳しくは、図５、図７および図８に示されるように、継ぎ手１５は内周に雌ねじが形成されると共に外周に雄ねじが形成された筒状体で、一端にフランジ部１５ａが形成されている。
そして、図７および図８に示されるように、継ぎ手１５のフランジ部１５ａにはドーム形容器９との対向面に位置決め用の突起１５ｂが形成されている。
一方、図６に示されるように、ドーム形容器９の上部開口９ｂには継ぎ手１５の突起１５ｂと係合する切り欠き９ｃが形成されている。
【００４７】
図５に示されるように、継ぎ手１５は、フランジ部１５ａの突起１５ｂがドーム形容器９の切り欠き９ｃに嵌まるように第１パッキンリング１６を介してドーム形容器９の上部開口９ｂに挿入され、ドーム形容器９の内側から第２パッキンリング１７を介してフランジナット１８で固定されている。
そして、筒状体１２はフランジ部１２ａが継ぎ手１５のフランジ部１５ａに当接するまで継ぎ手１５にねじ込まれている。
【００４８】
また、図１および図５に示されるように、ドーム形容器９から突出して設けられた筒状体１２の上端には蓋１３が装着されている。図１および図５に示されるように、蓋１３は外周の下端側にナット状のフランジ部１３ａが形成され、内周に雌ねじが形成された袋ナット状で、筒状体１２の外周に形成された雄ねじと螺合することにより装着されている。
【００４９】
図５に示されるように、蓋１３の装着にあたっては、所定角度θだけ下方へ向いた第２貫通孔１４の延長線上に各同芯円１１ａ，１１ｂ，１１ｃ（図１および図２参照）上に形成された第１貫通孔１０が位置するように、ドーム形容器９の頂上部９ａに対する第２貫通孔１４の高さＨ５が調整されなければならない。
また、図２に示されるように、蓋１３は、第２貫通孔１４がドーム形容器９の頂上部９ａの中心から放射状に配列された第１貫通孔１０の配列と一致するように筒状体１２に対して固定されなければならない。
【００５０】
そこで、本実施形態ではドーム形容器９（図５参照）の頂上部９ａに対する第２貫通孔１４の高さＨ５が適切となり、かつ第２貫通孔１４が第１貫通孔１０の配列と一致する位置で蓋１３が固定されるよう、筒状体１２の外周に予め螺合させられた止めナット１９と蓋１３のフランジ部１３ａとを適切な位置で互いに締め付けることにより筒状体１２に対する蓋１３の位置決めが図られている。
【００５１】
このように第２ノズル部材４が装着されたドーム形容器９は、図１および図４に示されるようにゴム製のパッキン２０を介して底板部材８上にボルト２１およびナット２２によって固定されている。
詳しくは、図４に示されるように、パッキン２０には受入れ口６と同形の貫通孔２０ａが形成され、また、ドーム形容器９にはその周縁が外側へ折り曲げられたフランジ部９ｄが形成されている。
【００５２】
そして、底板部材８の受入れ口６とパッキン２０の貫通孔２０ａが一致するように底板部材８上にパッキン２０が載置され、さらにパッキン２０とフランジ部９ｄが当接するようにパッキン２０上にドーム形容器９が載置されている。
また、ドーム形容器９のフランジ部９ｄにはドーム形容器９をパッキン２０へ押さえつけるようにステンレス製の押さえリング２３が被せられている。
【００５３】
押さえリング２３、パッキン２０および底板部材８には、ボルト２１を通すための貫通孔（図示せず）がそれぞれ形成されており、押さえリング２３側からボルト２１が通され、底板部材８側からナット２２によって固定されている。
このようにして、ドーム形容器９の周縁に形成されたフランジ部９ｄは、押さえリング２３とパッキン２０との間に挟まれ、底板部材８の上にドーム形容器９が密閉して設置されている。
【００５４】
なお、本実施形態では、第１噴射口３を構成する第１貫通孔１０の数を３０個、第２噴射口５を構成する第２貫通孔１４の数を１０個としたが、第１貫通孔１０と第２貫通孔１４の数はこれに限られるものではなく、目的に応じて様々に変更できる。
具体的には、本実施形態において第１貫通孔１０と第２貫通孔１４の数は、例えば、次のように設定できる。
【００５５】
第１噴射口３を構成する第１貫通孔１０の数：ｎ１＝ｐ×ｑ
第２噴射口５を構成する第２貫通孔１４の数：ｎ２＝ｑ
ここで、ｐはドーム形容器９の頂上部９ａの中心を中心とする同芯円の数、ｑは各同芯円上に形成される第１貫通孔の数である。
つまり、本実施形態において、第２貫通孔５の数は、各同芯円上に形成される第１貫通孔１０の数と一致することとなる。
【００５６】
（実施例１）
実施例１として、図１〜５に示されるバブリング装置１と実質的に同様の構成を有するバブリング装置を転炉集塵水の循環水系に設置し集塵水に対して曝気処理を行った。
【００５７】
転炉集塵水の循環水系の概要について図９に基づいて説明する。図９は実施例１に係る曝気処理が実施された転炉集塵水の循環水系を模式的に示す説明図である。
【００５８】
図９に示されるように、転炉３０から排出されたガスは１次集塵装置３１および２次集塵装置３２を通って図示しない回収装置へ送られる。
１次および２次集塵装置３１，３２ではガスに含まれる多量の粉塵を除去するために大量の処理水が吹きつけられ、ガス中に含まれる粉塵が処理水に捕集される。
具体的には循環水系の処理水槽３９からポンプ４０により２次集塵装置３２へ処理水が供給され粉塵を捕集する。２次集塵装置３２で粉塵を捕集した集塵水はその後、ポンプ４１により１次集塵装置３１へ供給されてさらに粉塵を捕集する。
【００５９】
１次および２次集塵装置３１，３２で粉塵を捕集した集塵水は、ガス中に含まれる炭酸によりｐＨが大きく低下し、また集塵水の着色の原因となる鉄イオンを多量に含んだ状態で第１コンディショナー槽３３へ流入する。
【００６０】
第１コンディショナー槽３３では、集塵水に含まれる粒径の大きな比重の重い塵芥を自然沈降させ、第１コンディショナー槽３３からオーバーフローした集塵水が第２コンディショナー槽３４へ流入する。
第２コンディショナー槽３４では、第１コンディショナー槽３３で除去しきれなかった塵芥を自然沈降により除去する。
なお、第１および第２コンディショナー槽３３，３４の底に溜まった塵芥は定期的に排出され、屋外に野積みされる。
【００６１】
第２コンディショナー槽３４からオーバーフローした集塵水には、集塵水のｐＨを上昇させると共に、集塵水中の鉄イオンを水酸化物に変化させて集塵水中に析出させるための苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）が添加される。
苛性ソーダが添加されると、集塵水中の鉄イオンは次の式（１）および式（２）に示す反応を生じ、不溶性の水酸化鉄に変化して集塵水中に析出する。
【００６２】
Ｆｅ2+ ＋ ２ＯＨ- → Ｆｅ（ＯＨ）2 （１）
【００６３】
Ｆｅ3+ ＋ ３ＯＨ- → Ｆｅ（ＯＨ）3 （２）
【００６４】
その後、集塵水はカチオン系高分子凝集剤がさらに添加されたうえでシックナー３５に流入する。
シックナー３５において、集塵水中に析出した水酸化鉄は、高分子凝集剤の作用により他のダストと共にフロックを形成し、シックナー３５の底にスラッジとして沈殿する。
【００６５】
シックナー３５の底に沈殿したスラッジは排泥ポンプ３６により排出され、脱水機３７で脱水された後、野積みされる。
また、脱水機３７でスラッジと分離された処理水はポンプ３８により第１コンディショナー槽３３へ戻される。
なお、野積みされたスラッジに含まれる水酸化鉄は大気中の水分と酸素により次の式（３）および式（４）に示すような燃焼反応を起こし、激しく発熱する。
【００６６】
Ｆｅ（ＯＨ）2 ＋ Ｈ2Ｏ ＋ １／２Ｏ2 → Ｆｅ（ＯＨ）3 （３）
２Ｆｅ（ＯＨ）3 → Ｆｅ2Ｏ3 ＋ ３Ｈ2Ｏ ＋ 熱 （４）
【００６７】
一方、シックナー３５からオーバーフローした上澄みの処理水は処理水槽３９へ溜められた後、ポンプ４０により再び２次集塵装置３２へ供給され、粉塵の捕集に再利用される。
【００６８】
以上が、実施例１に係る曝気処理が実施された循環水系の主な概要であるが、本実施例において、集塵水に対して曝気処理を行った目的は次の通りである。
（１）循環水系で曝気処理により鉄イオンを不溶性の酸化鉄に変化させて集塵水中に析出させることにより、集塵水の脱色を図ると共に、野積みされたスラッジに含まれる水酸化鉄の量を減らし、スラッジ中の水酸化鉄が大気中の水分および酸素と反応し激しく燃焼して発熱することを防止する。
（２）曝気処理により集塵水に含まれる炭酸を大気中へ追い出して集塵水のｐＨを上昇させ、ｐＨ調整のために添加している苛性ソーダの使用量を減らす。
【００６９】
本実施例では集塵水に対して曝気処理を行うにあたり、図９に示されるように、図１〜５に示されるバブリング装置１と実質的に同様の構成を有するバブリング装置１０１を第１コンディショナー槽３３に２基設置した。
第１コンディショナー槽３３は深さ約３２５０ｍｍ、容積約２４．７ｍ3の円形水槽で、中心に集塵水を流入させる流入筒３３ａが設けられている。第１コンディショナー槽３３の上端側の内周にはオーバーフローした集塵水を受け止める樋３３ｂが形成されている。
本実施例では２基のバブリング装置１０１を水面からの深さが１５００ｍｍとなるように流入筒３３ａ内に２基設置した。
【００７０】
本実施例において用いられたバブリング装置１０１は、図１〜５に示されるバブリング装置１と実質的に同じ構成を有するものの、第１貫通孔と第２貫通孔の数が異なる。
【００７１】
本実施例で用いられたバブリング装置１０１の第１および第２貫通孔の数は次のように設定された。
第１貫通孔の数：ｎ１＝ｐ×ｑ
第２貫通孔の数：ｎ２＝ｑ
ここで、ｐはドーム形容器の頂上部の中心を中心とする同芯円の数、ｑは各同芯円上に形成される第１貫通孔の数であり、本実施例のバブリング装置１０１ではｐ＝３、ｑ＝６に設定された。
つまり、３つの同芯円に第１貫通孔がそれぞれ６個ずつ計１８個形成され、第２貫通孔は各同心円上の第１貫通孔の数と一致するように６個形成された。
【００７２】
ドーム形容器の高さ（Ｈ１（図１参照））は６０ｍｍとされ、ドーム形容器の頂上部の中心を中心とする３つの同芯円の直径（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ２（図２参照））は６５ｍｍ、８０ｍｍ、９５ｍｍにそれぞれ設定された。
また、ドーム形容器のフランジ部に対する３つの同芯円の高さ（Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４（図１参照））は５８ｍｍ、４７ｍｍ、２７ｍｍにそれぞれ設定された。
【００７３】
一方、ドーム形容器の頂上部に対する第２貫通孔の高さ（Ｈ５（図５参照））は３５ｍｍに設定された。
また、第１貫通孔の直径（Ｄ４（図５参照））は１．５ｍｍ、第２貫通孔の直径（Ｄ５（図５参照））は２．０ｍｍ、水平方向に対する第２貫通孔の下方傾斜角（θ（図５参照））は４０°に設定された。
【００７４】
曝気処理は、２基のバブリング装置１０１に対し、純酸素（酸素濃度：９９．５％）を６０〜７０Ｎｍ3／ｈｒ、工業用水を２５〜３０ｍｌ／ｍｉｎの流量で供給することにより行われた。
純酸素は、工場内の酸素配管４２から減圧弁４３および流量計４４を介して各バブリング装置の受入れ口へ繋がる共通の配管へ供給され、また、工業用水は工水タンク４５からポンプ４６および流量計４７を介して受入れ口の手前で前記配管に供給された。
なお、バブリング装置１０１に対し、純酸素だけでなく工業用水を一緒に供給するのは、純酸素と工業用水を第１および第２貫通孔から一緒に噴出させることにより集塵水と純酸素との接触効率が高められ、さらには純酸素と共に噴出する工業用水がもたらすエロージョン作用により第１および第２貫通孔の周囲にスケールが成長することを抑制できるからである。
試験中、集塵水の流量は４００ｍ3／ｈｒであり、集塵水のｐＨは９．５〜１０．０を維持するように調整された。曝気処理の有無による集塵水および処理水の水質の変化は次の表１に示される通りであった。
【００７５】
【表１】
【００７６】
表１から明らかなように、第１コンディショナー槽３３で酸素による曝気処理を行ったことにより、苛性ソーダ添加のみによる処理同様に、目標とするｐＨにコントロールでき、また、水中の鉄（全鉄、溶存鉄）および濁度、ＳＳの除去が十分に行われていた。
【００７７】
このように、試験中、集塵水のｐＨコントロールが適切に実施され、集塵水中の鉄イオンが十分に除去されたため、曝気処理の前後を通して処理水に着色は認められなかった。
なお、曝気処理により集塵水中の鉄イオンが除去されたのは次の式（５）および式（６）に示すような酸化反応が生じ、不溶性の酸化鉄に変化して集塵水中に析出したためと考えられる。
【００７８】
Ｆｅ2+ → Ｆｅ3+ ＋ ｅ- （５）
４Ｆｅ3+ ＋ ３Ｏ2 → ２Ｆｅ2Ｏ3 （６）
【００７９】
そして、集塵水系で多くの鉄イオンを酸化鉄に変化させることができたため、曝気処理を開始して以降、野積みしたスラッジに激しい発熱は認められなくなり、作業環境の改善が図られた。
【００８０】
また、集塵水のｐＨを９．５〜１０．０に維持するためにシックナー３５の手前で添加していた苛性ソーダの量は、曝気処理が実施されなかった期間は１日あたり平均２１９９ｋｇであったが、曝気処理が実施された期間中は１日あたり平均４６１ｋｇとなり、曝気処理により苛性ソーダの使用量を約８０％減少させることができた。
【００８１】
これは、曝気処理により集塵水中の溶存酸素濃度が上昇し、集塵水中に溶存できなくなった飽和状態の炭酸が大気中に追い出され、苛性ソーダのような水溶液中で強塩基性を示す水酸化物に頼ることなく集塵水のｐＨを上昇させることができたためと考えられる。
【００８２】
なお、本発明のような第２ノズル部材を備えない通常のバブリング装置で曝気処理した場合は、およそ３日でスケールの付着やスラッジの堆積により噴射口が閉塞し、曝気処理を実施できない状態に陥ったが、本実施例で用いたバブリング装置１０１は２ヶ月間にわたって閉塞せずに使用を継続できた。
【００８３】
また、純酸素を用いた曝気処理により、処理水中の溶存酸素が増加し、粉塵の捕集に再利用された際に転炉ガス中の酸素濃度を爆発濃度まで押し上げることが懸念されたため、処理水の溶存酸素濃度についても試験期間中に確認した。
結果は次の表２に示す通りであり、純酸素による曝気処理の有無で溶存酸素濃度に顕著な差は認められなかった。
【００８４】
【表２】
【００８５】
（実施例２）
実施例２として、図１〜５に示されるバブリング装置と実質的に同様の構成を有するバブリング装置を高炉集塵水の循環水系に設置し集塵水に対して曝気処理を行った。
本実施例において曝気処理を行った目的は、集塵水のｐＨ調整のために添加している苛性ソーダの使用量を減らすことである。
【００８６】
高炉集塵水は、転炉集塵水よりも着色の原因となる鉄イオンの含有量が低く、集塵水の着色はそれほど問題とならないため、上述の実施例１のように鉄イオンを酸化させて集塵水中に析出させることは本実施例の主目的ではない。
つまり、本実施例では、曝気処理により集塵水から炭酸を追い出して集塵水のｐＨを上昇させることができればよいため、実施例１のように純酸素ではなく空気によって曝気処理を行った。
【００８７】
高炉集塵水の循環水系は図６に示す転炉集塵水の循環水系とほぼ同様であるが、２つのコンディショナー槽（第１および第２コンディショナー槽３３，３４）ではなく単独のコンディショナー槽が用いられている点が異なる。
【００８８】
本実施例では、図１〜５に示されるバブリング装置１と実質的に同様の構成を有するバブリング装置を、コンディショナー槽の流入筒に水面からの深さが１０００ｍｍとなるように１基設置した。
【００８９】
本実施例において用いられたバブリング装置１０１は、図１〜５に示されるバブリング装置１と実質的に同じ構成を有するものの、第１貫通孔と第２貫通孔の数が異なる。
【００９０】
本実施例で用いられたバブリング装置の第１および第２貫通孔の数は次のように設定された。
第１貫通孔の数：ｎ１＝ｐ×ｑ
第２貫通孔の数：ｎ２＝ｑ
ここで、ｐはドーム形容器の頂上部の中心を中心とする同芯円の数、ｑは各同芯円上に形成される第１貫通孔の数であり、本実施例のバブリング装置ではｐ＝３、ｑ＝４に設定された。
つまり、３つの同芯円に第１貫通孔がそれぞれ４個ずつ計１２個形成され、第２貫通孔は各同心円上の第１貫通孔の数と一致するように４個形成された。
【００９１】
ドーム形容器の高さ（Ｈ１（図１参照））は６０ｍｍとされ、ドーム形容器の頂上部の中心を中心とする３つの同芯円の直径（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３（図２参照））は６５ｍｍ、８０ｍｍ、９５ｍｍにそれぞれ設定された。
また、ドーム形容器のフランジ部に対する３つの同芯円の高さ（Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４（図１参照））は５８ｍｍ、４７ｍｍ、２７ｍｍにそれぞれ設定された。
【００９２】
一方、ドーム形容器の頂上部に対する第２貫通孔の高さ（Ｈ５（図５参照））は３５ｍｍに設定された。
また、第１貫通孔の直径（Ｄ４（図５参照））は１．５ｍｍ、第２貫通孔の直径（Ｄ５（図５参照））は２．０ｍｍ、水平方向に対する第２貫通孔の下方傾斜角（θ（図５参照））は４０°に設定された。
【００９３】
曝気処理は、バブリング装置に対し、空気を２０〜５０Ｎｍ3／ｈｒ、工業用水を１００ｍｌ／ｍｉｎの流量で供給することにより行われた。バブリング装置に対する空気と工業用水の供給方法は実施例１と同様である。
バブリング装置に対して空気と一緒に工業用水を供給するのは、実施例１と同様、空気と工業用水を第１および第２貫通孔から一緒に噴出させることにより集塵水と空気との接触効率が高められ、さらには空気と一緒に噴出する工業用水がもたらすエロージョン作用により第１および第２貫通孔の周囲にスケールが成長することを抑制できるからである。
試験中、集塵水の流量は５５０ｍ3／ｈｒであり、集塵水のｐＨは６．６を維持するように調整された。曝気処理の有無による集塵水および処理水の水質の変化は次の表３に示される通りであった。
【００９４】
【表３】
【００９５】
表３から明らかなように、コンディショナー槽で空気による曝気処理を行ったことにより、苛性ソーダ添加のみによる処理同様に、目標とするｐＨにコントロールでき、また、水中の全鉄、亜鉛（全亜鉛、溶存亜鉛）、濁度およびＳＳの除去が十分に行われていた。
【００９６】
これにより、集塵水のｐＨを６．６に維持するために添加していた苛性ソーダの量は、曝気処理が実施されなかった期間は１日あたり平均２５００ｋｇであったが、曝気処理が実施された期間中は１日あたり平均６７０ｋｇとなり、曝気処理により苛性ソーダの使用量を約７３％減少させることができた。
【００９７】
なお、本発明のような第２ノズル部材を備えない通常のバブリング装置で曝気処理した場合は、およそ半月でスケールの付着やスラッジの堆積により噴射口が閉塞し、曝気処理を実施できない状態に陥ったが、本実施例で用いたバブリング装置は６ヶ月間にわたって閉塞せずに使用を継続できた。
【００９８】
以上、本発明のバブリング装置を用いた高炉または転炉集塵水の処理方法について説明したが、本発明によるバブリング装置は、高炉や転炉の集塵水の処理だけでなく、曝気処理を必要とする様々な液体の処理に好適に利用できる。
【００９９】
また、上述の実施例１および２では酸素または空気に工業用水を加えて曝気処理を行ったが、これは噴射口から気体だけでなく液体を一緒に噴射させることにより、液体の衝突による緩やかなエロージョンを噴射口の周辺で発生させ、噴射口に付着しようとするスケールや堆積物を機械的に剥離させる効果を強めるためである。
【符号の説明】
【０１００】
１，１０１ バブリング装置
２ 第１ノズル部材
３ 第１噴射口
４ 第２ノズル部材
５ 第２噴射口
６ 受入れ口
７ 蓄圧容器
８ 底板部材
９ ドーム形容器
９ａ 頂上部
９ｂ 上部開口
９ｃ 切り欠き
９ｄ，１２ａ，１３ａ，１５ａ フランジ部
１０ 第１貫通孔
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 同芯円
１２ 筒状体
１３ 蓋
１４ 第２貫通孔
１５ 継ぎ手
１５ｂ 突起
１６ 第１パッキンリング
１７ 第２パッキンリング
１８ フランジナット
１９ 止めナット
２０ パッキン
２０ａ 貫通孔
２１ ボルト
２２ ナット
２３ 押さえリング
３０ 転炉
３１ １次集塵装置
３２ ２次集塵装置
３３ 第１コンディショナー槽
３４ 第２コンディショナー槽
３５ シックナー
３６ 排泥ポンプ
３７ 脱水機
３８，４０，４１，４６ ポンプ
３９ 処理水槽
４２ 酸素配管
４３ 減圧弁
４４，４７ 流量計
４５ 工水タンク
【技術分野】
【０００１】
この発明は、バブリング装置およびそれを用いた高炉又は転炉集塵水の処理方法に関し、詳しくは、気体と液体を効率よく接触させる曝気処理に用いられるバブリング装置とそれを用いた高炉又は転炉集塵水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この発明に関連する従来技術としては、高炉から排出されるガス中に含まれる粉塵を湿式集塵器で集塵し、粉塵を捕集した集塵水に苛性ソーダを添加してｐＨ調整を行うことにより集塵水中に溶解した鉄、カルシウム、マグネシウムなどの金属イオンを不溶性の水酸化物に変化させて集塵水中に析出させた後、高分子凝集剤を添加し、シックナーで他のダストと共にスラッジとして沈殿させ、スラッジと分離した処理水を湿式集塵器での集塵に再利用する集塵水の処理方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、この発明に関連する従来技術としては、高炉又は転炉から排出されるガス中に含まれる粉塵を湿式集塵器で集塵し、粉塵を捕集した集塵水を曝気することにより集塵水中に溶解したカルシウムイオンを不溶性の炭酸カルシウムとして集塵水中に析出させた後、高分子凝集剤を添加し、シックナーで他のダストと共にスラッジとして沈殿させ、スラッジと分離した処理水を湿式集塵器での集塵に再利用する集塵水の処理方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭４９−１３３２０９号公報
【特許文献２】特開２００１−７０９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
鉄鉱石から銑鉄を生産するのに用いられる高炉や、銑鉄を精錬して鉄鋼を生産するのに用いられる転炉から排出されるガスは大きな熱エネルギーを有し、また炉内の反応により生じた有用なガスを含んでいる。
このため、高炉や転炉から排出されるガスは回収されて熱源や燃料に再利用されるが、多量の粉塵を含んでいるため効率よく回収して再利用するには、ガス中に含まれる粉塵を予め除去しなければならない。
【０００６】
ガス中に含まれる粉塵の除去には湿式集塵器が用いられ、粉塵を含むガスに大量の処理水を吹きつけてガス中の粉塵を捕集している。
粉塵を捕集した集塵水は、循環水系において粉塵を除去する処理が施された後、粉塵の捕集に再利用されるか、或いは、環境に悪影響を及ぼさないように水処理されたうえで排水される。
しかしながら集塵水は、ガス中に含まれる炭酸等を吸収した際にｐＨが低下しており、ｐＨが低下した集塵水は循環水系の設備を腐食させたり排水処理に悪影響を及ぼす等、様々な問題を引き起こすためｐＨ調整が必要である。
【０００７】
集塵水のｐＨ調整には、苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなど、水溶液中で強塩基性を示す水酸化化合物が一般に用いられている。
しかしながら、ｐＨ調整にこれらの水酸化化合物を使用し続けると、集塵水の循環水系における塩類濃度が高くなり過ぎ、循環水系にスケールが付着し易くなるため、頻繁な換水（排水と給水）が必要となる。
【０００８】
また、転炉から排出された集塵水は鉄イオンによって黄褐色に着色されており、着色された集塵水を外部に排出することは環境保全上の観点から好ましくないため、この鉄イオンを除去する必要がある。
【０００９】
集塵水のｐＨ調整に水酸化物が用いられた場合、集塵水中の鉄イオンは不溶性の水酸化鉄に変化して集塵水中に析出する。
しかしながら、循環水系に設けられた沈殿槽であるシックナーからこのような水酸化鉄を含むスラッジを排出して屋外に野積みすると、水酸化鉄が大気中の酸素と反応して激しく燃焼し、非常に危険な状態となる。
【００１０】
そこで、集塵水の循環水系において、集塵水に対して曝気処理を行うことにより、集塵水から炭酸を追い出してｐＨを上げたり、集塵水中の鉄イオンを酸化させて不溶性の酸化鉄として集塵水中に析出させることが試みられている。
曝気処理は多数の噴射口が形成されたバブリング装置を循環水系に設置し、集塵水中で空気又は酸素のような気体を噴射口から噴射させることにより実施される。
【００１１】
しかしながら、集塵水中で曝気処理を行うと、短期間のうちにスケールが付着して噴射口が閉塞され、曝気処理が実施できなくなる。
このため、集塵水に対して曝気処理を行うにはバブリング装置の頻繁なメンテナンスや交換が必要となり、長期間にわたって安定した曝気処理を行うことは非常に困難であった。
【００１２】
この発明は以上のような事情を考慮してなされたもので、噴射口が閉塞し難く安定した曝気処理を可能とするバブリング装置とそれを用いた高炉又は転炉集塵水の処理方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、圧縮気体を受け入れて第１噴射口から噴射する第１ノズル部材と、前記圧縮気体を受け入れて第２噴射口から噴射する第２ノズル部材とを備え、第１および第２ノズル部材は圧縮気体が第２噴射口から第１噴射口の周辺に噴射されるように配置されてなるバブリング装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、圧縮気体が第２ノズル部材によって第１噴射口の周辺に噴射されるので、第１噴射口の周辺において渦流の発生が抑制されて第１噴射口にスケールが付着し難くなり、また仮に付着したとしても圧縮気体の圧力により機械的に剥離させることができ、第１噴射口の閉塞を防止できる。これにより、安定した曝気処理を可能にするバブリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るバブリング装置の正面図である。
【図２】図１に示されるバブリング装置の平面図である。
【図３】図１に示されるバブリング装置の底面図である。
【図４】図１に示されるバブリング装置のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】図４の要部拡大図である。
【図６】本発明の実施形態に係るバブリング装置を構成するドーム形容器単体の平面図である。
【図７】本発明の実施形態に係るバブリング装置を構成する継ぎ手単体の正面図である。
【図８】図７に示される継ぎ手の底面図である。
【図９】本発明の実施例１に係る曝気処理が実施された転炉集塵水の循環水系を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明によるバブリング装置は、圧縮気体を受け入れて第１噴射口から噴射する第１ノズル部材と、前記圧縮気体を受け入れて第２噴射口から噴射する第２ノズル部材とを備え、第１および第２ノズル部材は圧縮気体が第２噴射口から第１噴射口の周辺に噴射されるように配置されてなることを特徴とする。
【００１７】
この発明によるバブリング装置において、圧縮気体とは、加圧された気体全般を意味し、気体の種類は特に限定されない。
よって、本発明のバブリング装置は様々な気体を液体と効率的に接触させる目的で用いることができ、また曝気処理とは水と空気との接触だけでなく、様々な液体と気体との接触を含む。
また、圧縮気体には少量の液体が含まれていることが好ましく、少量の液体を圧縮気体に含ませて第１および第２噴射口から噴射させることにより、気体の接触効率を高めることができ、さらには噴射される液体がもたらすエロージョンの作用により第１および第２噴射口にスケールが成長することを効果的に抑制できる。
【００１８】
また、圧縮気体が第２噴射口から第１噴射口の周辺に噴射されるとは、第１噴射口に対するスケールの付着を防止するために、第１噴射口の周囲に生じる渦流を打ち消すことができる程度の圧力と流量を有する圧縮気体を第２噴射口から第１噴射口の周辺に向けて第１噴射口の噴射を妨げることなく噴射することを意味する。
よって、第１噴射口と第２噴射口との距離、第１噴射口に対する第２噴射口の噴射角、および第１噴射口と第２噴射口の口径などの諸条件は、上記の作用が効果的に奏されるように圧縮気体の圧力や流量に応じて適切に調整される。
【００１９】
この発明によるバブリング装置において、第１ノズル部材は、圧縮気体を受け入れる受入れ口と前記第１噴射口とを有する蓄圧容器を備えることができる。
このような構成によれば、圧縮気体をいったん蓄圧容器にためてから第１噴射口を介して噴射するので噴射状態が安定し良好な曝気処理が可能となる。
【００２０】
第１ノズル部材が蓄圧容器を備える上記構成において、蓄圧容器は、中央に前記受入れ口を有する底板部材と、底板部材の上に密閉して設置されるドーム形容器とから構成され、第２ノズル部材はドーム形容器の頂上部から突出して設けられてもよい。
【００２１】
このような構成によれば、第２ノズル部材がドーム形容器の頂上部から突出して設けられるので、第２噴射口から噴射された圧縮気体が第１噴射口の周辺に噴射されるように第２ノズル部材の第２噴射口を第１ノズル部材の第１噴射口へ向けて配置し易くなる。
【００２２】
第２ノズル部材がドーム形容器の頂上から突出して設けられる上記構成において、第１噴射口はドーム形容器の頂上部を中心とする同芯円上に形成された複数の第１貫通孔からなり、第２ノズル部材はドーム形容器に連通して設けられた筒状体と、筒状体の上端に嵌め込まれる蓋とを備え、第２噴射口は第１貫通孔に対応して前記蓋の周囲に放射状に形成された複数の第２貫通孔からなっていてもよい。
【００２３】
このような構成によれば、第１噴射口がドーム形容器の頂上部を中心とする同芯円上に形成された複数の第１貫通孔からなるので、蓄圧容器にためた圧縮気体をドーム形容器の周囲に均一に分散させて噴出させることができ、より効率的な曝気処理が可能となる。
【００２４】
また、第２ノズル部材がドーム形容器に連通して設けられた筒状体と、筒状体の上端に嵌め込まれた蓋とから構成されるので、蓄圧容器にためた圧縮気体を第２ノズル部材へも供給できるようになる。このため、第１および第２ノズル部材に対する圧縮気体の供給経路が共通となり、第２ノズル部材用に圧縮気体の供給経路を別途設ける必要がなくなる。
【００２５】
さらには、第２噴射口が複数の第１貫通孔に対応して蓋の周囲に放射状に形成された複数の第２貫通孔によって構成されるので、ドーム形容器の頂上部を中心に同芯円上に形成された複数の第１貫通孔へ向かって複数の第２貫通孔から圧縮気体をそれぞれ噴射させることができ、各第１貫通孔にスケールが付着することを防止できる。
【００２６】
第２ノズル部材がドーム形容器に連通して設けられた筒状体と、筒状体の上端に嵌め込まれた蓋とから構成される上記構成において、前記受入れ口と筒状体は前記ドーム形容器の中心軸と同軸であってもよい。
【００２７】
このような構成によれば、圧縮気体の受入れ口と筒状体がドーム形容器の中心軸と同軸に設けられるので圧縮気体を効率よく第２ノズル部材へ供給できる。これにより、圧縮気体を各第２貫通孔から各第１貫通孔の周辺に向けて安定して噴射することが可能となり、第１貫通孔にスケールが付着することをより確実に防止できる。
【００２８】
また、蓄圧容器が底板部材とドーム形容器とから構成される上記構成において、ドーム形容器は表面が鏡面仕上げされていてもよい。
このような構成によれば、ドーム形容器の表面が平滑になるのでスケールが機械的に付着し難くなり、第１噴射口にスケールが付着することをより効果的に防止できる。
【００２９】
この発明は別の観点からみると、この発明による上述のバブリング装置を用い、高炉または転炉から排出されるガスに含まれる粉塵を捕集した集塵水の循環水系で前記集塵水に酸素を含む気体で曝気処理を行うことを特徴とする高炉または転炉集塵水の処理方法を提供するものでもある。
【００３０】
この発明による上記の処理方法によれば、粉塵を捕集した集塵水に対して酸素を含む気体で曝気処理を行うので、集塵水の酸素濃度が高めて集塵水に含まれる炭酸を大気中に追い出し、集塵水のｐＨを循環水系の設備や排水処理に悪影響を及ぼさない程度まで上げることが可能となる。
また、集塵水中の酸素濃度が高められるので、集塵水に含まれる鉄イオンを不溶性の酸化鉄に変化させて集塵水中に析出させることができる。
これにより、苛性ソーダ、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等の水酸化化合物の使用量を減らしつつ、集塵水のｐＨ調整と鉄イオンの除去を行うことができ、集塵水の着色を防止できるだけでなく循環水系における塩類濃度を低く抑えることができる。
【００３１】
そして、集塵水の着色が防止されることにより排水処理が容易になるばかりでなく、塩類濃度を低く抑えることにより循環水系の各種設備にスケールが付着することを抑制でき、換水（排水と給水）の頻度を下げることができる。
よって、集塵水の循環水系の運転に係るコストが抑えられるだけでなく、環境に優しい操業が可能となる。
さらには、スラッジに含まれる水酸化鉄の量が減るので、野積みされたスラッジが大気中の酸素を反応して激しく燃焼して発熱するといった危険な事態も防止できる。
【００３２】
この発明による上記の高炉または転炉集塵水の処理方法において、酸素を含む気体は空気であってもよい。
空気を用いることにより、純酸素や窒素などの特殊な気体を利用する場合と比較して曝気処理に要するコストを抑えることができる。
特に集塵水が高炉集塵水の場合は、転炉集塵水と比較して集塵水中に含まれる鉄イオンの濃度が低く着色を生じていないため、少なくとも集塵水から炭酸を追い出してｐＨを高めることができれば曝気処理の目的は達成される。
このため、空気を用いる方法は集塵水が高炉集塵水である場合に特に有用である。
【００３３】
この発明による上記の高炉または転炉集塵水の処理方法において、酸素を含む気体は純酸素であってもよい。
純酸素を用いることにより、集塵水の酸素濃度を速やかに高めることが可能となり、鉄イオンの酸化反応を促し、集塵水に含まれる鉄イオンを相当の確実性をもって不溶性の酸化鉄として集塵水中に析出させることができる。
特に集塵水が転炉集塵水の場合は、高炉集塵水と比較して集塵水中に含まれる鉄イオンの濃度が高く着色を生じているため、純酸素を用いて曝気処理を行うことが集塵水から鉄イオンを除去して着色を取り除くうえで好ましい。
【００３４】
この発明による上記の高炉または転炉集塵水の処理方法において、循環水系は集塵水に含まれるダストを沈殿させるためのシックナーを備え、曝気処理は集塵水が前記シックナーに流入する前に行われるのが好ましい。
というのは、集塵水がシックナーに流入する前に曝気処理を行うことにより、集塵水がシックナーに流入する時点では集塵水中の鉄イオンを不溶性の酸化鉄に変化させて析出させることができ、シックナーで酸化鉄を速やかに沈殿させることができるからである。
なお、シックナーでは酸化鉄および他のダストを効率よく沈殿させるために高分子凝集剤を用いることができる。
【００３５】
集塵水がシックナーに流入する前に曝気処理を行う上記構成において、循環水系は集塵水がシックナーに流入する前に粒径の大きな比重の重い塵芥を予め除去するためのコンディショナー槽をシックナーの上流側に備え、曝気処理は前記コンディショナー槽内で行われてもよい。
コンディショナー槽内で曝気処理を行うことにより、バブリング装置から噴射される気体と集塵水との接触時間を十分にとることができ、効率よく曝気処理を行うことが可能となる。
【００３６】
以下、図面に基づいてこの発明の実施形態に係るバブリング装置について説明する。
【００３７】
本発明の実施形態に係るバブリング装置について図１〜８に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態に係るバブリング装置の正面図、図２は図１に示されるバブリング装置の平面図、図３は図１に示されるバブリング装置の底面図、図４は図１のＡ−Ａ矢視断面図、図５は図４の要部拡大図、図６は本発明の実施形態に係るバブリング装置を構成するドーム形容器単体の平面図、図７は本発明の実施形態に係るバブリング装置を構成する継ぎ手の正面図、図８は図７に示される継ぎ手の底面図である。
【００３８】
図１〜４に示されるように、本発明の実施形態に係るバブリング装置１は、圧縮気体を受け入れて第１噴射口３から噴射する第１ノズル部材２と、前記圧縮気体を受け入れて第２噴射口５から噴射する第２ノズル部材４とを備え、第１および第２ノズル部材２，４は圧縮気体が第２噴射口５から第１噴射口３の周辺に噴射されるように配置されている。
【００３９】
図１および図４に示されるように、第１ノズル部材２は、圧縮気体を受け入れる受入れ口６と、第１噴射口３とを有する蓄圧容器７を備えている。そして、蓄圧容器７は、中央に受入れ口６を有する底板部材８と、底板部材８の上に密閉して設置され所定の高さＨ１を有するドーム形容器９とから構成されている。
底板部材８とドーム形容器９はいずれもステンレス（ＳＵＳ３１６）からなり、ドーム形容器９は表面がクロムめっきされている。なお、クロムめっきする代わりに、鏡面処理されていてもよい。
【００４０】
また、図１および図２に示されるように、第１噴射口３はドーム形容器９の円形の頂上部９ａの同芯円１１ａ，１１ｂ，１１ｃ上に形成された所定の直径Ｄ４（図５参照）を有する３０個の第１貫通孔１０から構成されている。
【００４１】
詳しくは、図１および図２に示されるように、ドーム形容器９の頂上部９ａの中心を中心に異なる直径Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３で、ドーム形容器９のフランジ部９ｄ（図４および図６参照）に対して所定の高さＨ２，Ｈ３，Ｈ４をそれぞれ有する３つの同芯円１１ａ，１１ｂ，１１ｃが設定され、各同芯円１１ａ，１１ｂ，１１ｃ上に１０個の第１貫通孔１０が等間隔に形成されている。
【００４２】
そして、各同芯円１１ａ，１１ｂ，１１ｃ上に形成された第１貫通孔１０は、ドーム形容器９の頂上部９ａの中心から放射状に配列されている。つまり、図２に示されるように、各同芯円１１ａ，１１ｂ，１１ｃ上に形成された第１貫通孔１０は、ドーム形容器９の頂上部９ａの中心から外側へ向かって直線状に一列に並ぶように配列されている。
【００４３】
一方、図１および図４に示されるように、第２ノズル部材４はドーム形容器９の頂上部９ａから上方へ突出するように設けられている。
第２ノズル部材４はドーム形容器９に連通して設けられたステンレス製の筒状体１２と、筒状体１２の上端に嵌め込まれたステンレス製の蓋１３とから構成されている。そして第２噴射口５は、第１貫通孔１０の配列に対応して蓋１３の周囲に放射状に形成された所定の直径Ｄ５（図５参照）を有する１０個の第２貫通孔１４から構成されている。
【００４４】
つまり、図２に示されるように、第２貫通孔１４は頂上部９ａの中心から放射状に配列された第１貫通孔１０の配列と一致するように蓋１３の周囲に等間隔に形成されている。
また、図５に示されるように、各第２貫通孔１４は、第１貫通孔１０の周辺へ向かって圧縮気体を噴射できるように、水平方向から所定角度θだけ下へ向くように形成されている。
【００４５】
図１および図４に示されるように、筒状体１２は、外側の表面に雄ねじが形成されると共に、両端から等距離となる位置にナット状のフランジ部１２ａが形成された中空のパイプであり、受入れ口６と同軸になるように継ぎ手１５および第１パッキンリング１６を介してドーム形容器９に装着されている。
【００４６】
詳しくは、図５、図７および図８に示されるように、継ぎ手１５は内周に雌ねじが形成されると共に外周に雄ねじが形成された筒状体で、一端にフランジ部１５ａが形成されている。
そして、図７および図８に示されるように、継ぎ手１５のフランジ部１５ａにはドーム形容器９との対向面に位置決め用の突起１５ｂが形成されている。
一方、図６に示されるように、ドーム形容器９の上部開口９ｂには継ぎ手１５の突起１５ｂと係合する切り欠き９ｃが形成されている。
【００４７】
図５に示されるように、継ぎ手１５は、フランジ部１５ａの突起１５ｂがドーム形容器９の切り欠き９ｃに嵌まるように第１パッキンリング１６を介してドーム形容器９の上部開口９ｂに挿入され、ドーム形容器９の内側から第２パッキンリング１７を介してフランジナット１８で固定されている。
そして、筒状体１２はフランジ部１２ａが継ぎ手１５のフランジ部１５ａに当接するまで継ぎ手１５にねじ込まれている。
【００４８】
また、図１および図５に示されるように、ドーム形容器９から突出して設けられた筒状体１２の上端には蓋１３が装着されている。図１および図５に示されるように、蓋１３は外周の下端側にナット状のフランジ部１３ａが形成され、内周に雌ねじが形成された袋ナット状で、筒状体１２の外周に形成された雄ねじと螺合することにより装着されている。
【００４９】
図５に示されるように、蓋１３の装着にあたっては、所定角度θだけ下方へ向いた第２貫通孔１４の延長線上に各同芯円１１ａ，１１ｂ，１１ｃ（図１および図２参照）上に形成された第１貫通孔１０が位置するように、ドーム形容器９の頂上部９ａに対する第２貫通孔１４の高さＨ５が調整されなければならない。
また、図２に示されるように、蓋１３は、第２貫通孔１４がドーム形容器９の頂上部９ａの中心から放射状に配列された第１貫通孔１０の配列と一致するように筒状体１２に対して固定されなければならない。
【００５０】
そこで、本実施形態ではドーム形容器９（図５参照）の頂上部９ａに対する第２貫通孔１４の高さＨ５が適切となり、かつ第２貫通孔１４が第１貫通孔１０の配列と一致する位置で蓋１３が固定されるよう、筒状体１２の外周に予め螺合させられた止めナット１９と蓋１３のフランジ部１３ａとを適切な位置で互いに締め付けることにより筒状体１２に対する蓋１３の位置決めが図られている。
【００５１】
このように第２ノズル部材４が装着されたドーム形容器９は、図１および図４に示されるようにゴム製のパッキン２０を介して底板部材８上にボルト２１およびナット２２によって固定されている。
詳しくは、図４に示されるように、パッキン２０には受入れ口６と同形の貫通孔２０ａが形成され、また、ドーム形容器９にはその周縁が外側へ折り曲げられたフランジ部９ｄが形成されている。
【００５２】
そして、底板部材８の受入れ口６とパッキン２０の貫通孔２０ａが一致するように底板部材８上にパッキン２０が載置され、さらにパッキン２０とフランジ部９ｄが当接するようにパッキン２０上にドーム形容器９が載置されている。
また、ドーム形容器９のフランジ部９ｄにはドーム形容器９をパッキン２０へ押さえつけるようにステンレス製の押さえリング２３が被せられている。
【００５３】
押さえリング２３、パッキン２０および底板部材８には、ボルト２１を通すための貫通孔（図示せず）がそれぞれ形成されており、押さえリング２３側からボルト２１が通され、底板部材８側からナット２２によって固定されている。
このようにして、ドーム形容器９の周縁に形成されたフランジ部９ｄは、押さえリング２３とパッキン２０との間に挟まれ、底板部材８の上にドーム形容器９が密閉して設置されている。
【００５４】
なお、本実施形態では、第１噴射口３を構成する第１貫通孔１０の数を３０個、第２噴射口５を構成する第２貫通孔１４の数を１０個としたが、第１貫通孔１０と第２貫通孔１４の数はこれに限られるものではなく、目的に応じて様々に変更できる。
具体的には、本実施形態において第１貫通孔１０と第２貫通孔１４の数は、例えば、次のように設定できる。
【００５５】
第１噴射口３を構成する第１貫通孔１０の数：ｎ１＝ｐ×ｑ
第２噴射口５を構成する第２貫通孔１４の数：ｎ２＝ｑ
ここで、ｐはドーム形容器９の頂上部９ａの中心を中心とする同芯円の数、ｑは各同芯円上に形成される第１貫通孔の数である。
つまり、本実施形態において、第２貫通孔５の数は、各同芯円上に形成される第１貫通孔１０の数と一致することとなる。
【００５６】
（実施例１）
実施例１として、図１〜５に示されるバブリング装置１と実質的に同様の構成を有するバブリング装置を転炉集塵水の循環水系に設置し集塵水に対して曝気処理を行った。
【００５７】
転炉集塵水の循環水系の概要について図９に基づいて説明する。図９は実施例１に係る曝気処理が実施された転炉集塵水の循環水系を模式的に示す説明図である。
【００５８】
図９に示されるように、転炉３０から排出されたガスは１次集塵装置３１および２次集塵装置３２を通って図示しない回収装置へ送られる。
１次および２次集塵装置３１，３２ではガスに含まれる多量の粉塵を除去するために大量の処理水が吹きつけられ、ガス中に含まれる粉塵が処理水に捕集される。
具体的には循環水系の処理水槽３９からポンプ４０により２次集塵装置３２へ処理水が供給され粉塵を捕集する。２次集塵装置３２で粉塵を捕集した集塵水はその後、ポンプ４１により１次集塵装置３１へ供給されてさらに粉塵を捕集する。
【００５９】
１次および２次集塵装置３１，３２で粉塵を捕集した集塵水は、ガス中に含まれる炭酸によりｐＨが大きく低下し、また集塵水の着色の原因となる鉄イオンを多量に含んだ状態で第１コンディショナー槽３３へ流入する。
【００６０】
第１コンディショナー槽３３では、集塵水に含まれる粒径の大きな比重の重い塵芥を自然沈降させ、第１コンディショナー槽３３からオーバーフローした集塵水が第２コンディショナー槽３４へ流入する。
第２コンディショナー槽３４では、第１コンディショナー槽３３で除去しきれなかった塵芥を自然沈降により除去する。
なお、第１および第２コンディショナー槽３３，３４の底に溜まった塵芥は定期的に排出され、屋外に野積みされる。
【００６１】
第２コンディショナー槽３４からオーバーフローした集塵水には、集塵水のｐＨを上昇させると共に、集塵水中の鉄イオンを水酸化物に変化させて集塵水中に析出させるための苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）が添加される。
苛性ソーダが添加されると、集塵水中の鉄イオンは次の式（１）および式（２）に示す反応を生じ、不溶性の水酸化鉄に変化して集塵水中に析出する。
【００６２】
Ｆｅ2+ ＋ ２ＯＨ- → Ｆｅ（ＯＨ）2 （１）
【００６３】
Ｆｅ3+ ＋ ３ＯＨ- → Ｆｅ（ＯＨ）3 （２）
【００６４】
その後、集塵水はカチオン系高分子凝集剤がさらに添加されたうえでシックナー３５に流入する。
シックナー３５において、集塵水中に析出した水酸化鉄は、高分子凝集剤の作用により他のダストと共にフロックを形成し、シックナー３５の底にスラッジとして沈殿する。
【００６５】
シックナー３５の底に沈殿したスラッジは排泥ポンプ３６により排出され、脱水機３７で脱水された後、野積みされる。
また、脱水機３７でスラッジと分離された処理水はポンプ３８により第１コンディショナー槽３３へ戻される。
なお、野積みされたスラッジに含まれる水酸化鉄は大気中の水分と酸素により次の式（３）および式（４）に示すような燃焼反応を起こし、激しく発熱する。
【００６６】
Ｆｅ（ＯＨ）2 ＋ Ｈ2Ｏ ＋ １／２Ｏ2 → Ｆｅ（ＯＨ）3 （３）
２Ｆｅ（ＯＨ）3 → Ｆｅ2Ｏ3 ＋ ３Ｈ2Ｏ ＋ 熱 （４）
【００６７】
一方、シックナー３５からオーバーフローした上澄みの処理水は処理水槽３９へ溜められた後、ポンプ４０により再び２次集塵装置３２へ供給され、粉塵の捕集に再利用される。
【００６８】
以上が、実施例１に係る曝気処理が実施された循環水系の主な概要であるが、本実施例において、集塵水に対して曝気処理を行った目的は次の通りである。
（１）循環水系で曝気処理により鉄イオンを不溶性の酸化鉄に変化させて集塵水中に析出させることにより、集塵水の脱色を図ると共に、野積みされたスラッジに含まれる水酸化鉄の量を減らし、スラッジ中の水酸化鉄が大気中の水分および酸素と反応し激しく燃焼して発熱することを防止する。
（２）曝気処理により集塵水に含まれる炭酸を大気中へ追い出して集塵水のｐＨを上昇させ、ｐＨ調整のために添加している苛性ソーダの使用量を減らす。
【００６９】
本実施例では集塵水に対して曝気処理を行うにあたり、図９に示されるように、図１〜５に示されるバブリング装置１と実質的に同様の構成を有するバブリング装置１０１を第１コンディショナー槽３３に２基設置した。
第１コンディショナー槽３３は深さ約３２５０ｍｍ、容積約２４．７ｍ3の円形水槽で、中心に集塵水を流入させる流入筒３３ａが設けられている。第１コンディショナー槽３３の上端側の内周にはオーバーフローした集塵水を受け止める樋３３ｂが形成されている。
本実施例では２基のバブリング装置１０１を水面からの深さが１５００ｍｍとなるように流入筒３３ａ内に２基設置した。
【００７０】
本実施例において用いられたバブリング装置１０１は、図１〜５に示されるバブリング装置１と実質的に同じ構成を有するものの、第１貫通孔と第２貫通孔の数が異なる。
【００７１】
本実施例で用いられたバブリング装置１０１の第１および第２貫通孔の数は次のように設定された。
第１貫通孔の数：ｎ１＝ｐ×ｑ
第２貫通孔の数：ｎ２＝ｑ
ここで、ｐはドーム形容器の頂上部の中心を中心とする同芯円の数、ｑは各同芯円上に形成される第１貫通孔の数であり、本実施例のバブリング装置１０１ではｐ＝３、ｑ＝６に設定された。
つまり、３つの同芯円に第１貫通孔がそれぞれ６個ずつ計１８個形成され、第２貫通孔は各同心円上の第１貫通孔の数と一致するように６個形成された。
【００７２】
ドーム形容器の高さ（Ｈ１（図１参照））は６０ｍｍとされ、ドーム形容器の頂上部の中心を中心とする３つの同芯円の直径（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ２（図２参照））は６５ｍｍ、８０ｍｍ、９５ｍｍにそれぞれ設定された。
また、ドーム形容器のフランジ部に対する３つの同芯円の高さ（Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４（図１参照））は５８ｍｍ、４７ｍｍ、２７ｍｍにそれぞれ設定された。
【００７３】
一方、ドーム形容器の頂上部に対する第２貫通孔の高さ（Ｈ５（図５参照））は３５ｍｍに設定された。
また、第１貫通孔の直径（Ｄ４（図５参照））は１．５ｍｍ、第２貫通孔の直径（Ｄ５（図５参照））は２．０ｍｍ、水平方向に対する第２貫通孔の下方傾斜角（θ（図５参照））は４０°に設定された。
【００７４】
曝気処理は、２基のバブリング装置１０１に対し、純酸素（酸素濃度：９９．５％）を６０〜７０Ｎｍ3／ｈｒ、工業用水を２５〜３０ｍｌ／ｍｉｎの流量で供給することにより行われた。
純酸素は、工場内の酸素配管４２から減圧弁４３および流量計４４を介して各バブリング装置の受入れ口へ繋がる共通の配管へ供給され、また、工業用水は工水タンク４５からポンプ４６および流量計４７を介して受入れ口の手前で前記配管に供給された。
なお、バブリング装置１０１に対し、純酸素だけでなく工業用水を一緒に供給するのは、純酸素と工業用水を第１および第２貫通孔から一緒に噴出させることにより集塵水と純酸素との接触効率が高められ、さらには純酸素と共に噴出する工業用水がもたらすエロージョン作用により第１および第２貫通孔の周囲にスケールが成長することを抑制できるからである。
試験中、集塵水の流量は４００ｍ3／ｈｒであり、集塵水のｐＨは９．５〜１０．０を維持するように調整された。曝気処理の有無による集塵水および処理水の水質の変化は次の表１に示される通りであった。
【００７５】
【表１】
【００７６】
表１から明らかなように、第１コンディショナー槽３３で酸素による曝気処理を行ったことにより、苛性ソーダ添加のみによる処理同様に、目標とするｐＨにコントロールでき、また、水中の鉄（全鉄、溶存鉄）および濁度、ＳＳの除去が十分に行われていた。
【００７７】
このように、試験中、集塵水のｐＨコントロールが適切に実施され、集塵水中の鉄イオンが十分に除去されたため、曝気処理の前後を通して処理水に着色は認められなかった。
なお、曝気処理により集塵水中の鉄イオンが除去されたのは次の式（５）および式（６）に示すような酸化反応が生じ、不溶性の酸化鉄に変化して集塵水中に析出したためと考えられる。
【００７８】
Ｆｅ2+ → Ｆｅ3+ ＋ ｅ- （５）
４Ｆｅ3+ ＋ ３Ｏ2 → ２Ｆｅ2Ｏ3 （６）
【００７９】
そして、集塵水系で多くの鉄イオンを酸化鉄に変化させることができたため、曝気処理を開始して以降、野積みしたスラッジに激しい発熱は認められなくなり、作業環境の改善が図られた。
【００８０】
また、集塵水のｐＨを９．５〜１０．０に維持するためにシックナー３５の手前で添加していた苛性ソーダの量は、曝気処理が実施されなかった期間は１日あたり平均２１９９ｋｇであったが、曝気処理が実施された期間中は１日あたり平均４６１ｋｇとなり、曝気処理により苛性ソーダの使用量を約８０％減少させることができた。
【００８１】
これは、曝気処理により集塵水中の溶存酸素濃度が上昇し、集塵水中に溶存できなくなった飽和状態の炭酸が大気中に追い出され、苛性ソーダのような水溶液中で強塩基性を示す水酸化物に頼ることなく集塵水のｐＨを上昇させることができたためと考えられる。
【００８２】
なお、本発明のような第２ノズル部材を備えない通常のバブリング装置で曝気処理した場合は、およそ３日でスケールの付着やスラッジの堆積により噴射口が閉塞し、曝気処理を実施できない状態に陥ったが、本実施例で用いたバブリング装置１０１は２ヶ月間にわたって閉塞せずに使用を継続できた。
【００８３】
また、純酸素を用いた曝気処理により、処理水中の溶存酸素が増加し、粉塵の捕集に再利用された際に転炉ガス中の酸素濃度を爆発濃度まで押し上げることが懸念されたため、処理水の溶存酸素濃度についても試験期間中に確認した。
結果は次の表２に示す通りであり、純酸素による曝気処理の有無で溶存酸素濃度に顕著な差は認められなかった。
【００８４】
【表２】
【００８５】
（実施例２）
実施例２として、図１〜５に示されるバブリング装置と実質的に同様の構成を有するバブリング装置を高炉集塵水の循環水系に設置し集塵水に対して曝気処理を行った。
本実施例において曝気処理を行った目的は、集塵水のｐＨ調整のために添加している苛性ソーダの使用量を減らすことである。
【００８６】
高炉集塵水は、転炉集塵水よりも着色の原因となる鉄イオンの含有量が低く、集塵水の着色はそれほど問題とならないため、上述の実施例１のように鉄イオンを酸化させて集塵水中に析出させることは本実施例の主目的ではない。
つまり、本実施例では、曝気処理により集塵水から炭酸を追い出して集塵水のｐＨを上昇させることができればよいため、実施例１のように純酸素ではなく空気によって曝気処理を行った。
【００８７】
高炉集塵水の循環水系は図６に示す転炉集塵水の循環水系とほぼ同様であるが、２つのコンディショナー槽（第１および第２コンディショナー槽３３，３４）ではなく単独のコンディショナー槽が用いられている点が異なる。
【００８８】
本実施例では、図１〜５に示されるバブリング装置１と実質的に同様の構成を有するバブリング装置を、コンディショナー槽の流入筒に水面からの深さが１０００ｍｍとなるように１基設置した。
【００８９】
本実施例において用いられたバブリング装置１０１は、図１〜５に示されるバブリング装置１と実質的に同じ構成を有するものの、第１貫通孔と第２貫通孔の数が異なる。
【００９０】
本実施例で用いられたバブリング装置の第１および第２貫通孔の数は次のように設定された。
第１貫通孔の数：ｎ１＝ｐ×ｑ
第２貫通孔の数：ｎ２＝ｑ
ここで、ｐはドーム形容器の頂上部の中心を中心とする同芯円の数、ｑは各同芯円上に形成される第１貫通孔の数であり、本実施例のバブリング装置ではｐ＝３、ｑ＝４に設定された。
つまり、３つの同芯円に第１貫通孔がそれぞれ４個ずつ計１２個形成され、第２貫通孔は各同心円上の第１貫通孔の数と一致するように４個形成された。
【００９１】
ドーム形容器の高さ（Ｈ１（図１参照））は６０ｍｍとされ、ドーム形容器の頂上部の中心を中心とする３つの同芯円の直径（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３（図２参照））は６５ｍｍ、８０ｍｍ、９５ｍｍにそれぞれ設定された。
また、ドーム形容器のフランジ部に対する３つの同芯円の高さ（Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４（図１参照））は５８ｍｍ、４７ｍｍ、２７ｍｍにそれぞれ設定された。
【００９２】
一方、ドーム形容器の頂上部に対する第２貫通孔の高さ（Ｈ５（図５参照））は３５ｍｍに設定された。
また、第１貫通孔の直径（Ｄ４（図５参照））は１．５ｍｍ、第２貫通孔の直径（Ｄ５（図５参照））は２．０ｍｍ、水平方向に対する第２貫通孔の下方傾斜角（θ（図５参照））は４０°に設定された。
【００９３】
曝気処理は、バブリング装置に対し、空気を２０〜５０Ｎｍ3／ｈｒ、工業用水を１００ｍｌ／ｍｉｎの流量で供給することにより行われた。バブリング装置に対する空気と工業用水の供給方法は実施例１と同様である。
バブリング装置に対して空気と一緒に工業用水を供給するのは、実施例１と同様、空気と工業用水を第１および第２貫通孔から一緒に噴出させることにより集塵水と空気との接触効率が高められ、さらには空気と一緒に噴出する工業用水がもたらすエロージョン作用により第１および第２貫通孔の周囲にスケールが成長することを抑制できるからである。
試験中、集塵水の流量は５５０ｍ3／ｈｒであり、集塵水のｐＨは６．６を維持するように調整された。曝気処理の有無による集塵水および処理水の水質の変化は次の表３に示される通りであった。
【００９４】
【表３】
【００９５】
表３から明らかなように、コンディショナー槽で空気による曝気処理を行ったことにより、苛性ソーダ添加のみによる処理同様に、目標とするｐＨにコントロールでき、また、水中の全鉄、亜鉛（全亜鉛、溶存亜鉛）、濁度およびＳＳの除去が十分に行われていた。
【００９６】
これにより、集塵水のｐＨを６．６に維持するために添加していた苛性ソーダの量は、曝気処理が実施されなかった期間は１日あたり平均２５００ｋｇであったが、曝気処理が実施された期間中は１日あたり平均６７０ｋｇとなり、曝気処理により苛性ソーダの使用量を約７３％減少させることができた。
【００９７】
なお、本発明のような第２ノズル部材を備えない通常のバブリング装置で曝気処理した場合は、およそ半月でスケールの付着やスラッジの堆積により噴射口が閉塞し、曝気処理を実施できない状態に陥ったが、本実施例で用いたバブリング装置は６ヶ月間にわたって閉塞せずに使用を継続できた。
【００９８】
以上、本発明のバブリング装置を用いた高炉または転炉集塵水の処理方法について説明したが、本発明によるバブリング装置は、高炉や転炉の集塵水の処理だけでなく、曝気処理を必要とする様々な液体の処理に好適に利用できる。
【００９９】
また、上述の実施例１および２では酸素または空気に工業用水を加えて曝気処理を行ったが、これは噴射口から気体だけでなく液体を一緒に噴射させることにより、液体の衝突による緩やかなエロージョンを噴射口の周辺で発生させ、噴射口に付着しようとするスケールや堆積物を機械的に剥離させる効果を強めるためである。
【符号の説明】
【０１００】
１，１０１ バブリング装置
２ 第１ノズル部材
３ 第１噴射口
４ 第２ノズル部材
５ 第２噴射口
６ 受入れ口
７ 蓄圧容器
８ 底板部材
９ ドーム形容器
９ａ 頂上部
９ｂ 上部開口
９ｃ 切り欠き
９ｄ，１２ａ，１３ａ，１５ａ フランジ部
１０ 第１貫通孔
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 同芯円
１２ 筒状体
１３ 蓋
１４ 第２貫通孔
１５ 継ぎ手
１５ｂ 突起
１６ 第１パッキンリング
１７ 第２パッキンリング
１８ フランジナット
１９ 止めナット
２０ パッキン
２０ａ 貫通孔
２１ ボルト
２２ ナット
２３ 押さえリング
３０ 転炉
３１ １次集塵装置
３２ ２次集塵装置
３３ 第１コンディショナー槽
３４ 第２コンディショナー槽
３５ シックナー
３６ 排泥ポンプ
３７ 脱水機
３８，４０，４１，４６ ポンプ
３９ 処理水槽
４２ 酸素配管
４３ 減圧弁
４４，４７ 流量計
４５ 工水タンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮気体を受け入れて第１噴射口から噴射する第１ノズル部材と、前記圧縮気体を受け入れて第２噴射口から噴射する第２ノズル部材とを備え、第１および第２ノズル部材は圧縮気体が第２噴射口から第１噴射口の周辺に噴射されるように配置されてなるバブリング装置。
【請求項２】
第１ノズル部材が、圧縮気体を受け入れる受入れ口と前記第１噴射口とを有する蓄圧容器を備える請求項１記載のバブリング装置。
【請求項３】
蓄圧容器が、中央に前記受入れ口を有する底板部材と、底板部材の上に密閉して設置されるドーム形容器とから構成され、第２ノズル部材がドーム形容器の頂上部から突出して設けられる請求項２記載のバブリング装置。
【請求項４】
第１噴射口はドーム形容器の頂上部を中心とする同芯円上に形成された複数の第１貫通孔からなり、第２ノズル部材はドーム形容器に連通して設けられた筒状体と、筒状体の上端に嵌め込まれる蓋とを備え、第２噴射口は第１貫通孔に対応して前記蓋の周囲に放射状に形成された複数の第２貫通孔からなる請求項３記載のバブリング装置。
【請求項５】
前記受入れ口と筒状体が前記ドーム形容器の中心軸と同軸である請求項４記載のバブリング装置。
【請求項６】
ドーム形容器は表面が鏡面仕上げされてなる請求項３〜５のいずれか１つに記載のバブリング装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載のバブリング装置を用い、高炉または転炉から排出されるガスに含まれる粉塵を捕集した集塵水の循環水系で前記集塵水に酸素を含む気体で曝気処理を行うことを特徴とする高炉または転炉集塵水の処理方法。
【請求項８】
酸素を含む気体が空気である請求項７記載の高炉または転炉集塵水の処理方法。
【請求項９】
酸素を含む気体が純酸素である請求項７記載の高炉または転炉集塵水の処理方法。
【請求項１０】
循環水系は集塵水に含まれるダストを沈殿させるためのシックナーを備え、曝気処理は集塵水が前記シックナーに流入する前に行われる請求項７〜９のいずれか１つに記載の高炉または転炉集塵水の処理方法。
【請求項１１】
循環水系は集塵水がシックナーに流入する前に粒径の大きな比重の重い塵芥を予め除去するためのコンディショナー槽をシックナーの上流側に備え、曝気処理が前記コンディショナー槽内で行われる請求項１０に記載の高炉または転炉集塵水の処理方法。
【請求項１】
圧縮気体を受け入れて第１噴射口から噴射する第１ノズル部材と、前記圧縮気体を受け入れて第２噴射口から噴射する第２ノズル部材とを備え、第１および第２ノズル部材は圧縮気体が第２噴射口から第１噴射口の周辺に噴射されるように配置されてなるバブリング装置。
【請求項２】
第１ノズル部材が、圧縮気体を受け入れる受入れ口と前記第１噴射口とを有する蓄圧容器を備える請求項１記載のバブリング装置。
【請求項３】
蓄圧容器が、中央に前記受入れ口を有する底板部材と、底板部材の上に密閉して設置されるドーム形容器とから構成され、第２ノズル部材がドーム形容器の頂上部から突出して設けられる請求項２記載のバブリング装置。
【請求項４】
第１噴射口はドーム形容器の頂上部を中心とする同芯円上に形成された複数の第１貫通孔からなり、第２ノズル部材はドーム形容器に連通して設けられた筒状体と、筒状体の上端に嵌め込まれる蓋とを備え、第２噴射口は第１貫通孔に対応して前記蓋の周囲に放射状に形成された複数の第２貫通孔からなる請求項３記載のバブリング装置。
【請求項５】
前記受入れ口と筒状体が前記ドーム形容器の中心軸と同軸である請求項４記載のバブリング装置。
【請求項６】
ドーム形容器は表面が鏡面仕上げされてなる請求項３〜５のいずれか１つに記載のバブリング装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載のバブリング装置を用い、高炉または転炉から排出されるガスに含まれる粉塵を捕集した集塵水の循環水系で前記集塵水に酸素を含む気体で曝気処理を行うことを特徴とする高炉または転炉集塵水の処理方法。
【請求項８】
酸素を含む気体が空気である請求項７記載の高炉または転炉集塵水の処理方法。
【請求項９】
酸素を含む気体が純酸素である請求項７記載の高炉または転炉集塵水の処理方法。
【請求項１０】
循環水系は集塵水に含まれるダストを沈殿させるためのシックナーを備え、曝気処理は集塵水が前記シックナーに流入する前に行われる請求項７〜９のいずれか１つに記載の高炉または転炉集塵水の処理方法。
【請求項１１】
循環水系は集塵水がシックナーに流入する前に粒径の大きな比重の重い塵芥を予め除去するためのコンディショナー槽をシックナーの上流側に備え、曝気処理が前記コンディショナー槽内で行われる請求項１０に記載の高炉または転炉集塵水の処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−８６１６１（Ｐ２０１２−８６１６１Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３５６４５（Ｐ２０１０−２３５６４５）
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（５０５１１２０４８）ナルコジャパン株式会社 (8)
【出願人】（０００１５４７２７）株式会社片山化学工業研究所 (82)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（５０５１１２０４８）ナルコジャパン株式会社 (8)
【出願人】（０００１５４７２７）株式会社片山化学工業研究所 (82)
【Ｆターム（参考）】
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