CN100447092C - 海水处理方法及海水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种工业上实用的，对环境优良的海水处理方法。海水脱硫生成的硫成分吸收溶液(被处理溶液70)与海水50在海水混合装置20中进行混合，通过调整pH大于5.5～6.5的第1工序；对第1工序调整的液体实施曝气，使pH再度上升的第2工序处理海水。在第2工序中，通过空气供给装置11，在满足式(I)y≥0.526+0.0114x、(II)5≤x≤35及(III)y≤1.32(式(I)、(II)及(III)中，y为曝气总流量、x为喷嘴流量)的喷嘴流量及曝气总流量的条件下，对海水脱硫生成的硫成分吸收溶液实施曝气。
Description
技术领域
本发明涉及海水处理方法及海水处理装置，更详细地说涉及用于将通过海水脱硫等产生的硫吸收溶液的pH调整至可以排放至海水的水平的海水处理方法及海水处理装置。
背景技术
环境保护问题正受到密切关注，清洁能源的开发在不断发展。然而，另一方面，因技术或经济的原因，以往进行的采用化石燃料发电等，讫今仍有多数在发挥作用。
当煤炭等化石燃料燃烧时，由于必需从排气等中除去硫成分，故必须有脱硫装置。脱硫装置有各种各样，由于大型电厂等必须用大量冷却水，故多数在面向海的场所建设，或从把脱硫处理的运行成本降低等观点考虑，用海水进行脱硫的海水脱硫近几年来引起瞩目。
以将化石燃料燃烧产生的排气脱硫为例，对海水脱硫进行概述。在化石燃料燃烧产生的排气中，含有SO2等形态的硫成分。在海水脱硫中，在硫成分吸收塔(脱硫装置)中，使排气与海水进行气液接触，排气中SO2被吸收在海水中，处理后的气体排放至大气中。人们认为通过海水与排气接触，产生下列(a)～(d)的反应：
(a)SO2+H2O→HSO3 -+H+
(b)HSO3 2-+1/2O2→+SO4 2-+H+
(c)CO2+H2O→HCO3 -+H+
(d)HCO3 -→CO3 2-+H+
如上所述，通过海水与排气的气液接触产生H+，由于其溶入海水中，海水与排气进行气液接触后的海水在SO4浓度上升的同时，由于与H+溶入而使pH降低。根据操作条件等，吸收大量的硫成分与CO2成分而产生的硫成分吸收溶液的pH为3左右。还有，在本说明书中，所谓硫成分吸收溶液，意指吸收硫成分的海水的溶液。
如上所述，从硫成分吸收塔排出的海水，可以排入海洋或再利用，但在排入海洋前，为了降低对环境的影响，至少必需使pH上升至接近海水。因此，当含高浓度硫成分的海水与普通的海水混合时，与空气进行气液接触，产生下列(e)、(f)等反应，在进行使pH上升处理后排入海洋：
(e)HCO3 -+H+→CO2+H2O
(f)CO3 2-+2H+→CO2+H2O
如上所述，由于海水脱硫操作方法简单而引人瞩目。关于海洋脱硫，例如，专利文献1等中己有记载。
专利文献1：特开2001-129352号公报
发明内容
对于通过排气处理等生成的硫成分吸收溶液，在此之前是将pH上升至6.5。而一般的海水pH值为8.0～8.3，碱度为110mg/L(以CaCO3计)左右。进一步减少对环境的影响的要求近年来有显著增强的倾向，要求在排入海洋时进一步提高pH。
为了混合海水提高pH，有人认为将向需要调整pH的被处理溶液中混合的海水量增大。然而，将从工业规模的海水脱硫装置(吸收塔)排出的溶液量简单地与海水混合，使pH从6.5进一步上升，则需要更加巨大量的海水，进行pH调整的设备的规模必须显著增大，或设备的起始成本上升。
在与海水混合的同时，还可以进行曝气，但pH提高至7或7以上的实际效果还没有报道。另外，当对吸收了硫成分的海水直接进行曝气时，从溶液放出的有害SO2量更为增加，放出人体感觉到强烈不愉快感的臭味。
即，作为通过海水脱硫生成的含高浓度硫成分的硫吸收溶液的处理，要求不使设备的大小、设备的起始成本及处理的运行成本无谓上升，克服希望的严格的pH水平，并抑制臭味的发生。在上述状况下，本发明以提供一种工业上实用的、对环境更为优异的海水处理方法为课题。
本发明者们为了解决上述课题，得到如下构思：将曝气中的各个喷嘴流量与曝气总流量设定为规定的条件，并把pH的调节分两段进行是有效的，从而完成本发明。即，本发明为了解决上述课题，采用下列构成。
第1发明涉及海水处理方法，在满足下式(I)、(II)及(III)的喷嘴流量及曝气总流量的条件下，对通过海水脱硫生成的硫成分吸收溶液实施曝气：
y≥0.526+0.0114x (I)
5≤x≤35 (II)
y≤1.32 (III)
(式(I)、(II)及(III)中，y表示曝气总流量(Nm3/t-海水)，x表示喷嘴流量(Nm3/h/m))。
第2发明涉及海水处理方法，其中包括：在通过海水脱硫生成的硫成分吸收溶液中混合海水，调节pH至大于5.5且不足6.5的第1工序；以及对采用第1工序调节的液体实施曝气，使pH进一步上升的第2工序。
第3发明涉及海水处理方法，在上述第2发明的第2工序中，使第1工序调节的液体pH上升至7.0或7.0以上。
第4发明涉及海水处理方法，在上述第2工序中，在满足上式(I)、(II)及(III)的喷嘴流量及曝气总流量的条件下，对通过海水脱硫生成的硫成分吸收溶液实施曝气。
第4发明的特征在于，用2个阶段进行pH调节，以及将作为第2段的曝气操作条件的喷嘴流量及曝气总流量调节至规定的范围。
第5发明涉及海水处理装置，其中具有：在通过海水脱硫生成的硫成分吸收溶液中混合海水，使pH上升至至少超过5.5的海水混合装置；以及在上述海水混合装置下游设置的，对用上述海水混合装置调节的液体实施曝气，再使pH上升的曝气装置。
第6发明涉及海水处理装置，其中，上述曝气装置具有喷出空气的多个喷嘴的空气供给装置，上述空气供给装置具有可以在喷嘴流量为5～35Nm3/h/m并且曝气总流量为0.58～1.32Nm3/t-海水条件下喷出空气的空气供给装置。
第5及第6发明提供一种用于实施上述本发明的海水处理方法的合适的装置。
按照本发明提供一种工业上实用的，对环境更优异的海水处理方法及海水处理装置。
更具体地说，本发明可把海水脱硫生成的硫吸收溶液的pH调节至可排入海洋的期望水平。另外，按照本发明，在调整由海水脱硫生成的硫吸收溶液的pH时，可以抑制由于SO2等的生成而产生的臭味。另外，按照本发明，作为工业机械设备，在实用的规模的范畴内，可以调整由海水脱硫生成的硫成分吸收溶液的pH。
【附图说明】
图1是曝气装置图。
图2是喷嘴流量与曝气总流量的关系图。
图3是具有海水混合装置及曝气装置的本发明实施方案图。
图4是溶液的pH与气体中平衡SO2的关系图。
图5是本发明一实施例图。
【符号说明】
10 曝气装置
11 空气供给装置
12 喷嘴
20 海水混合装置
30 脱硫装置(FGD)
50 海水
60 排气(脱硫前)
61 排气(脱硫后)
70 被处理溶液
71FGD 出口海水(硫成分吸收溶液)
80 空气
81 起泡空气
实施方案
下面对本发明的实施方案及实施例进行说明。还有，本发明不受下列实施方案及实施例的限定。在下列实施方案及实施例中的构成要素中，包括本领域技术人员容易想到的或实质上相同的构成要素。
[第1实施方案]
本发明的第1实施方案通过图1及2进行说明。
第1实施方案中，把被处理溶液70送入曝气装置10，在规定的条件下进行曝气后，放入海洋。曝气装置10具有空气供给装置11。在空气供给装置11上设置多个喷嘴12，使细微的起泡空气81与被处理溶液70接触，使被处理溶液70曝气。作为被处理溶液70的典型例子，可以举出通过海水脱硫吸收了硫成分的海水。
在第1实施方案中，将从各个喷嘴12供给的空气流量，即喷嘴流量；以及从空气供给装置11供给的空气总流量，即曝气总流量设定为规定的条件。喷嘴流量与曝气总流量的设定满足下式(I)、(II)及(III)的条件。
y≥0.526+0.0114x …(I)
5≤x≤35 …(II)
y≤1.32 …(III)
(式(I)、(II)及(III)中，y为曝气总流量(Nm3/t-海水)、x为喷嘴流量(Nm3/h/m)。
Nm3为标准立方米。曝气总流量用向1吨被处理溶液70供给的空气80的总量换算成0℃、1大气压状态下的容量表示。另外，喷嘴流量用Nm3/h/m表示，并且将每1m长度的各喷嘴12每1小时供给的起泡空气81的容量换算成0℃、1大气压状态下的容量来表示。
图2示出将式(I)、(II)及(III)条件作图得到的图。斜线部表示全部满足式(I)～(III)的区域。按照全部满足式(I)～(III)的条件进行曝气，pH可有效地上升至充分高的水平。另外，由于可有效地使pH上升，因此可以抑制设备大型化。
曝气装置10具有进行满足上式(I)～(III)条件的曝气的性能。具体的是，曝气装置10具有可以在喷嘴流量5～35Nm3/h/m并且曝气总流量为0.58～1.32Nm3/t-海水的条件下喷出空气的空气供给装置。为满足用上式(I)～(III)表示主要条件进行曝气，相对于被处理溶液70的容量，可以按照各个喷嘴12的空气供给性能，对进行曝气处理的区域内配置的喷嘴数、喷嘴配置间隔进行适当调整。
曝气装置10的形态，只要可以将被处理溶液70以满足上述条件的方式进行曝气即可，没有特别的限定。例如，也可以在被处理溶液70的放流管路底面部设置具有空气供给装置的区域，处理流通的被处理溶液70。另外，作为另一方案，也可以把被处理溶液70暂时贮留在槽内，然后进行曝气，pH调整后再向下游排放。
[第2实施方案]
本发明的第2实施方案通过图3及图4共同进行说明。与第1实施方案同一的构成使用相同的符号，其说明省略。
第2实施方案，其特征在于，pH的调整分2段进行。由于SO2的气体平衡水平是根据pH的水平而变动的，因此，混合海水，使pH上升到即使进行曝气也不易向大气中排入SO2的pH后，再实施作为第2工序的曝气。因此，通过进行2个阶段pH调节，可以抑制SO2的产生，同时，使被处理溶液70(硫成分吸收溶液)的pH上升。
在第2实施方案中，在曝气装置10的上游部，配置海水混合装置20。海水混合装置20是混合被处理溶液70与海水50的装置。海水混合装置20只要具备供给足以将被处理溶液70的pH上升到超过5.5的水平的量的海水50的装置以及混合被处理溶液70与海水50的场所即可。作为一个具体例，可以举出，通过从海洋抽取海水50的泵(未图示)等，向输送被处理溶液70的放水管路或贮存被处理溶液70的槽等供给海水并加以混合的装置。另外，海水混合装置20可以是例如，通过未图示的泵，吸取海水50至被处理溶液70的放流管路并放出，在放流管路内进行混合的方案，也可以是被处理溶液70暂时贮留在槽内，然后，与海水50混合，调节pH后排放至下游的方案。
在海水混合装置20中可进行第1次pH调节。在第1次pH调节中，希望将pH调整为大于5.5。通过把溶液的pH调至大于5.5，可以抑制通过曝气产生的臭味。图4示出溶液的pH与气体中平衡SO2的关系。图4的纵轴为气体中平衡SO2，表示溶液中溶解的SO2量与气体中的SO2量达到平衡的浓度(ppm)。一般人感觉到不愉快感的气相中SO2浓度下限为0.3ppm。即，当SO2浓度大于0.3ppm时，人容易感觉到不输快的臭味。从图4可知，气体中SO2在0.3ppm达到平衡的溶液的pH为5.5时。
因此，在第1次pH调整工序中，pH调整为大于5.5，可以改性为即使实施曝气，也不易产生臭味的溶液。为将被处理溶液70调整为pH大于5.5所需要的海水量，可以容易地根据被处理溶液的容量决定。
另一方面，作为被处理溶液70，作为其典型例的海水脱硫后的排水，多数pH下降到3左右。如果要将由于海水脱硫而pH下降至3左右的海水的pH通过简单地与通常的海水混合使pH上升至6.5或6.5以上，必须采用在工业上不现实的规模的海水混合设备。即，在第1次pH调整工序中，通过pH的调整达到6.5或6.5以下，可使海水混合装置20小型化。
在海水混合装置20中，进行第1次pH调整工序后，通过曝气装置10进行第2pH调整工序。如上所述，因为pH调整至大于5.5的溶液，因此即使实施曝气，也可以抑制臭味的发生。
作为第2pH调整工序的一优选方案，可以举出上述第1实施方案中说明的曝气装置10及pH调整方法。通过第2pH调整，优选的是调整达到pH6.5或6.5以上、更优选pH7.0或7.0以上后，排至海洋。通过调整至这种pH，可更加缓和对环境的影响。
如上所述，通过将pH的调整分2段进行，在抑制臭味发生的同时，可以将因海水脱硫产生的硫成分吸收溶液的pH上升达到十分高的水平，另外，设备也可采用工业上实用的大小来实施。
[其它方案]
上述第1实施方案及第2实施方案，可以采用下列变形例。
作为一个变形例，例如，可在放流管路等中进行连续的一系列处理。例如，当在放流路等中对连续流动的溶液进行处理时，在放流管路上设置与海水混合的区域及进行曝气的曝气区域，在从放水口排向海洋之前，完成pH调整等。
另外，作为其它变形例，设置进行各种处理的槽，用间歇式进行调整也可。
【实施例】
边参照图5边对本发明的实施例进行说明。本实施例中举出如下例子，采用上述第2实施方案说明的装置及方法，将从脱硫装置(FGD)30排出的硫成分吸收溶液进行调整，排入海洋。与第2实施方案同样的构成，用同样的符号，其说明省略。
为进行海水脱硫及海水处理，用泵从海洋抽取海水50，抽取的海水的pH为8.3，海水以114,000t/h的速度被抽取。
把海水50供给脱硫装置(FGD)30，使海水与含有由于煤炭等的燃烧生成的硫成分的排气60进行气液接触。排气以1,650,000Nm3/h供给，脱硫后的排气61以1,600,000Nm3/h生成。吸收了硫成分的海水(硫成分吸收溶液)，在FGD30出口的pH为3，以21,000t/h的速度排出。
把硫成分吸收溶液供给海水混合装置20，从海洋抽取的海水50与硫分吸收溶液混合。充分混合时的pH为6.1。
把调整至pH6.1的溶液送入曝气装置10。在曝气装置10中，通过空气供给装置11，供给泡状空气，使溶液曝气。曝气条件设定为喷嘴流量为13Nm3/h/m、曝气总流量为0.79Nm3/t-海水。每1小时的空气80供给量为90，000Nm3/h。曝气终止后的pH为7.2。曝气终止后的溶液，作为海水回归海洋。
【产业上利用的可能性】
本发明可用于海水pH调整，特别是适于调整大量的海水。作为具体的用途例，可用于调整海水脱硫中使用的海水以使之可以排入海洋。
Claims (3)
1.一种海水处理装置，该装置包括：将海水脱硫生成的硫成分吸收溶液与海水混合，使pH上升到至少超过5.5的海水混合装置；以及，
设置在上述海水混合装置下游的把通过上述海水混合装置调整的液体实施曝气，使pH进一步上升的曝气装置，并在满足下式(I)、(II)及(III)的喷嘴流量及曝气总流量的条件下，对海水脱硫生成的硫成分吸收溶液实施曝气：
y≥0.526+0.0114x …(I)
5≤x≤35 …(II)
y≤1.32 …(III)
式(I)、(II)及(III)中，y表示曝气总流量，单位是Nm3/t-海水，x表示喷嘴流量，单位是Nm3/h/m，
其中，上述曝气装置具备具有喷出空气的多个喷嘴的空气供给装置，上述空气供给装置具备可以在喷嘴流量为5～35Nm3/h/m、并且曝气总流量为0.58～1.32Nm3/t-海水的条件下喷出空气的空气供给装置。
2.一种海水处理方法，该方法是在权利要求1的装置中进行的，所述方法包括：把海水脱硫产生的硫成分吸收溶液与海水进行混合，调整pH大于5.5且不足6.5的第1工序；和对第1工序调整的液体实施曝气，使pH再度上升的第2工序，
在上述第2工序中，在满足下式(I)、(II)及(III)的喷嘴流量及曝气总流量的条件下，对海水脱硫生成的硫成分吸收溶液实施曝气：
y≥0.526+0.0114x …(I)
5≤x≤35 …(II)
y≤1.32 …(III)
式(I)、(II)及(III)中，y表示曝气总流量，单位是Nm3/t-海水，x表示喷嘴流量，单位是Nm3/h/m。
3.按照权利要求2中所述的海水处理方法，在上述第2工序中，使第1工序调整的液体的pH上升至7.0或7.0以上。
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