JP2006000843A - 溶解物分離装置、地熱発電用設備、ならびに溶解物の分離方法、及びシリカ沈殿物含有物 - Google Patents

Abstract

【課題】添加物の供給量を抑えることができ、また、地熱水中に含まれる溶解物としてのシリカを確実に除去することができ、さらに、沈殿物が除去された処理液に含まれるカルシウムの含有量を減らすことにより、地熱水を河川や地面に戻すことができ、さらに、生成される沈殿物の量を確実に減らすことができる溶解物分離装置、この溶解物分離装置を備えた地熱発電用設備、及び溶解物分離方法及びかかる方法により分離されたシリカ沈殿物を利用した含有物を提供すること。
【解決手段】溶解物を含む処理液２０が流通する管路２５と、管路２５内に添加物を供給する添加部２８と、沈殿物と処理液２０を分離する沈殿槽２４とを備えた溶解物分離装置１０において、管路２５の軸線方向と交差する方向に揺動可能に支持された攪拌板と、管路内の処理液を振動させる振動装置３１とを備えてなることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、溶解物分離装置、この溶解物分離装置を備えた地熱発電用設備、ならびに溶解物の除去方法、及びかかる方法により分離されたシリカ沈殿物の含有物に関する。

一般に、工業用水、生活用水又は鉱山廃水等の処理液から溶解物を分離、除去する方法及び溶解物分離装置としては、処理液中に含まれる溶解物と化学反応を起こさせ、沈殿物を生成する添加物を処理液中に供給して、生じた沈殿物を沈殿させ、沈殿物を分離、除去することにより溶解物を分離する方法及び、溶解物分離装置が知られている。
このような、溶解物分離装置及び溶解物分離方法においては、処理液中に含まれる溶解物と添加物とを常時反応させるために、添加物が常時供給されると共に、沈殿物が常に生成される。

例えば、地熱水に含まれるシリカを分離、除去する方法及びシリカ分離装置としては、地下から汲み上げられた地熱水にカルシウムの酸化物や水酸化物からなるシードを添加して、地熱水とシードとを攪拌装置に送り、混合攪拌反応させて、ＣａＯ・ＳｉＯ₂等からなる沈殿物を生成し、また、生成されたＣａＯ・ＳｉＯ₂等からなる沈殿物の一部を添加物として戻して、供給された沈殿物を核として沈殿物の結晶を成長させ、この成長した結晶や沈殿物を除去することにより、地熱水中からシリカを除去するシリカの除去方法及びシリカ除去装置が知られている（特許文献１参照。）。

また、このようなシリカの除去方法及びシリカ除去装置は、地熱発電設備において、地下から汲み上げられた地熱水を用いてタービンを駆動したり、他の媒体との間で熱交換を行う際に、地熱水を流通させる管路内にシリカが析出することを防止するために多用されている。
特開２００３−９５６４１号公報

ところで、上記従来の溶解物の除去方法及び溶解物除去装置においては、添加物を常時供給する必要があるため、コストがかかるという問題があり、また、生成される沈殿物の生成量が多く、別途処理が必要であるという問題があった。
また、上記従来のシリカの除去方法においては、沈殿物の一部を添加物として戻した際には、沈殿物の表面にシリカが析出して、沈殿物は漸次大きくなることにより、体積当たりの表面積が小さくなり、処理液中のシリカが析出し難いという問題があった。

また、添加物として処理液に添加されるシードは、カルシウムの酸化物又は水酸化物であるため、沈殿物が除去された処理液中にもカルシウムが多く含まれることとなり、沈殿物が除去された処理液を河川や地面に直接戻すことができず、別途カルシウムを除去する手段を設ける必要があるという問題があった。
さらに、生成されるＣａＯ・ＳｉＯ₂等からなる沈殿物を別途処理する工程及び装置が必要であるとともに沈殿物等が大量に発生して産業廃棄物となるため、かかる工程を簡素にし、産業廃棄物を削減したいという要請があった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、添加物の供給量を抑えることができ、また、地熱水中に含まれる溶解物としてのシリカを確実に分離、除去することができ、さらに、沈殿物が除去された処理液に含まれるカルシウムの含有量を減らすことにより、地熱水を河川や地面に戻すことができ、さらに、生成される沈殿物の量を確実に減らすとともに分離された沈殿物を利用可能とする溶解物分離装置、この溶解物分離装置を備えた地熱発電用設備、ならびに溶解物の分離方法、及びかかる方法により分離されたシリカ沈殿物を利用した含有物を提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、溶解物を含む処理液が流通する管路と、該管路内に添加物を供給する添加部と、添加物と溶解物とにより生成された沈殿物を前記処理液から分離して沈殿物が除去された処理液を取り出す一方、前記添加部に前記沈殿物の少なくとも一部を前記添加物として供給する沈殿槽とを備え、前記処理液に含まれる溶解物を除去する溶解物分離装置において、前記管路の軸線方向と交差する方向に揺動可能に支持された攪拌板と、前記管路内の処理液を振動させる振動装置とを備えてなることを特徴とする。

この発明に係る溶解物分離装置によれば、振動装置により振動させられた処理液が攪拌板を揺動して、この揺動する攪拌板が沈殿物と衝突して沈殿物を微細化し、この微細化された沈殿物を核として溶解物が析出することにより、処理液中に溶解した溶解物が結晶として分離、除去される。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された溶解物分離装置において、前記管路が断面円形状に形成され、前記攪拌板が円板状に形成され、該攪拌板の径が前記管路の径の８０％以上９５％以下とされていることを特徴とする。

この発明に係る溶解物分離装置によれば、攪拌板の径が管路の径の８０％以上９５％以下となるように形成されているため、処理液が管路の内面と攪拌板の外周端部を通過する際に、処理液中の沈殿物が、揺動する攪拌板と衝突し易く微細化が促進される。
なお、攪拌板の径が管路の径の８０％よりより大きく形成されていることにより、沈殿物が攪拌板と管路との間を通り抜ける際に沈殿物が攪拌板に衝突して微細化され易く、また、攪拌板の径が管路の径の９５％より小さく、攪拌板と管路の内周面との間に適度な隙間が形成され沈殿物が管路と攪拌板との隙間に挟みこまれることがないので、攪拌板の揺動が安定して維持され易く、沈殿物を微細化し易い。

請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された溶解物分離装置において、前記攪拌板には、複数の穴部が形成されていることを特徴とする。

この発明に係る溶解物分離装置によれば、攪拌板に形成された穴部からも処理液及び沈殿物が流通するので、攪拌板の周囲のみならず攪拌板の内方においても沈殿物と攪拌板とが衝突し、微細化が促進される。

請求項４に記載された発明は、請求項３に記載された溶解物分離装置において、前記穴部の総開口面積は、前記攪拌板の表面積の１０％以上２５％以下とされていることを特徴とする。

この発明に係る溶解物分離装置によれば、攪拌板に形成された穴部の総開口面積が攪拌板の表面積の１０％以上とされているため、処理液中に含まれた沈殿物が穴部に固着して目詰まりすることなく処理液が良好に流通し、また穴部の総開口面積が２５％以下とされるため、通過する処理液が攪拌板の穴部と適度に衝突し処理液に含まれる沈殿物の微細化がスムースに行われる。

請求項５に記載された発明は、請求項３又は４に記載された溶解物分離装置において、前記穴部は、前記攪拌板の中心を中心として外周縁部に向けて放射状に列設されていることを特徴とする。

この発明に係る溶解物分離装置によれば、穴部が攪拌板に均等に形成されることとなり、処理液が管路内を良好に流通し管路内に溜まることがないため、処理液中に溶解した沈殿物が大きく成長することなく、効率よく微細化される。

請求項６に記載された発明は、請求項５に記載された溶解物分離装置において、攪拌板が前記管路の軸方向に向けて複数設けられており、少なくとも隣接する攪拌板に形成された穴部の位置が、前記軸方向から見て周方向にずれていることを特徴とする。

この発明に係る溶解物分離装置によれば、攪拌板とこれに隣接する攪拌板とに形成された穴部がずれるように形成されているため、攪拌板に形成された穴部を通過した沈殿物を含む処理液の流路が曲げられ、地熱水が次に通過する攪拌板に衝突し易く微細化が促進される。

請求項７に記載された発明は、請求項６に記載された溶解物分離装置において、前記攪拌板同士の間隔は、前記攪拌板の半径の２倍から４倍以下とされていることを特徴とする。

この発明に係る溶解物分離装置によれば、前記攪拌板同士の間隔が、前記攪拌板の半径の２倍以上とされているため、攪拌板が相互に影響することなく揺動し、処理液がスムースに流通するとともに攪拌板間に沈殿物が蓄積することなく沈殿物の結晶を微細化する。
また、攪拌板同士の間隔が４倍以下の間隔とされているため、攪拌板と攪拌板との間を処理液が流通する間に沈殿物の肥大化が抑制される。

請求項８に記載された発明は、請求項６又は７に記載された溶解物分離装置において、隣接する前記攪拌板に形成された穴部の径が異なることを特徴とする。

この発明に係る溶解物分離装置によれば、攪拌板上の穴部の位置により穴部の径を変化させることによって穴部を多く形成し処理液に含まれる沈殿物が穴部を通過する際に、何れかの攪拌板に形成された穴部の周囲の壁部と衝突し、微細化が促進される。

請求項９に記載された発明は、請求項６から８のいずれかに記載された溶解物分離装置において、前記攪拌板の枚数Ｎが１＋Ｌ／（ｍ×Ｒ）であることを特徴とする。ここで、Ｎは、上記右辺で得られる値の整数値、Ｌは、攪拌板が配置される管路の長さ、ｍは２以上４以下の数、Ｒは攪拌板の半径である。

この発明に係る溶解物分離装置によれば、攪拌板が配置される管路の長さに対して、処理液が滞ることなく良好に流通するために配置するべき攪拌板の枚数が算出される。

請求項１０に記載された発明は、請求項１から９のいずれかに記載された溶解物分離装置において、前記攪拌板は、前記管路の軸線方向に沿って延び前記攪拌板の揺動範囲を規制する規制部を備えてなる軸部が嵌挿されていることを特徴とする。

この発明に係る溶解物分離装置によれば、攪拌板の揺動範囲を規制して適切な揺動をさせることができる。

請求項１１に記載された発明は、請求項１から１０のいずれかに記載された溶解物分離装置において、前記振動装置は、前記管路内の処理液を前記軸線方向に送る速度を、断続的に変化させることにより、前記処理液を１４０回／分以上２００回／分以下振動させることを特徴とする。

この発明に係る溶解物分離装置によれば、処理液が１４０回/分以上２００回/分以下振動するため、管路内に配置された攪拌板が適度な回数、振動し、処理液内に含まれた沈殿物の微細化が攪拌板により促進される。
なお、処理液に与える振動が１４０回/分以上であるため、処理液中の沈殿物が処理液と相対的に運動することにより攪拌板と十分に衝突して沈殿物を微細化しやすくなり、また、処理液に生じる振動が２００回/分以下であるため、攪拌板が処理液の振動に追随して良好に揺動し、処理液中に含まれる沈殿物を微細化しやすくなる。

請求項１２に係る発明の地熱発電設備は、請求項１から１１のいずれかに記載された溶解物分離装置を備えることを特徴とする。

この発明に係る地熱発電設備によれば、処理液に含まれる溶解物がタービンや管路の内周面に析出することが防止され、発電が良好になされる。

請求項１３に記載された発明は、溶解物を含む処理液を、沈殿物生成工程、沈殿物分離工程の順に流通させながら、前記沈殿物生成工程にて、前記処理液に添加物を添加して、添加物と前記溶解物とから沈殿物を生成させ、前記沈殿物分離工程にて、前記処理液から前記沈殿物を分離して沈殿物が除去された処理液を取出す一方、前記分離された沈殿物の少なくとも一部を前記沈殿物生成工程の処理液に供給する溶解物分離方法であって、前記沈殿物生成工程において前記処理液が攪拌されることにより沈殿物を微細化することを特徴とする。

この発明に係る溶解物分離方法によれば、沈殿物生成工程において処理液を攪拌することにより沈殿物を微細化するため、沈殿物の総表面積が大きくなり、処理液中に含まれる溶解物が沈殿物の表面に析出し易くなり、溶解物が処理液中から良好に分離、除去される。

請求項１４に記載された発明は、請求項１３に記載された溶解物分離方法であって、
前記沈殿物が分離された後に、前記分離された沈殿物の一部を、前記添加物に代えて前記沈殿物生成工程に供給することを特徴とする。

この発明に係る溶解物分離方法によれば、処理液に添加する添加物に代えて、処理液から沈殿物が分離された後に、分離された沈殿物の一部を、沈殿物生成工程に供給するため、添加物が不要となるとともに、微細かつ純度の高いシリカ沈殿物を低コストにて生成することができる。

請求項１５に記載された発明は、請求項１３又は請求項１４に記載された溶解物分離方法において、前記処理液は溶解物であるシリカを含む地熱水であることを特徴とする。

この発明に係る溶解物分離方法によれば、沈殿物生成工程にて、添加物とシリカとにより生成された沈殿物が微細化されて、沈殿物の総表面積が大きくなることにより、微細化された沈殿物を核として、その表面に地熱水中に含まれるシリカが析出する。

請求項１６に記載された発明は、請求項１３から請求項１５のいずれかに記載の溶解物分離方法において、前記沈殿物は、シリカ又はＣａＯ・ＳｉＯ₂からなることを特徴とする。

この発明に係る溶解物分離方法によれば、地熱水のシリカ又はＣａＯ・ＳｉＯ₂が沈殿物生成工程にて沈殿物として生成され、その一部が沈殿物生成工程の処理液中に供給されることで処理液中のシリカの析出が促進される。

請求項１７に記載された発明は、請求項１３又は請求項１４に記載された溶解物分離方法において、前記処理液が、生活用水又は工業用水であることを特徴とする。

この発明に係る溶解物分離方法によれば、生活用水や工業用水に含まれる溶解物が生活用水や工業用水から分離、除去される。

請求項１８に記載された発明は、セメント用混和材であって、請求項１５又は１６に記載の溶解物分離方法によって得られた沈殿物を含むことを特徴とする。

上記溶解物分離方法によれば、継続的に添加剤を用いる化学的処理を用いずに、沈殿物微細化工程における、シリカの物理的な結晶生成と微細化によって、シリカを主成分とする沈殿物を生成させるので、約９００℃にて焼成した場合、粒径が約0．1μｍ〜１０μｍと小さく、純度が９５ｗｔ％以上の高純度なシリカ含有粒状体が容易かつ低コストにて得られる。
また、スプレードライした後に焼成した場合、表面の空隙がほとんどないシリカ含有粒状体が得られる。
したがって、この発明に係る溶解物分離方法によって分離された沈殿物（シリカ含有粒状体）をセメント用混和剤（シリカヒューム）に適用することで、セメントモルタル等の機械特性を向上させることができる。例えば、セメントモルタルの圧縮強度を１００Ｎ／ｍｍ^２以上とすることができる。

請求項１９に記載された発明は、化粧料であって、請求項１５又は１６に記載の溶解物分離方法によって得られた沈殿物を含むことを特徴とする。

この発明に係る溶解物分離方法によって分離された沈殿物は、上述のように粒径が約0．1μｍ〜１０μｍと小さく、純度が９５ｗｔ％以上の高純度であるので、化粧料に適用することで、例えば、吸湿性が高い粒状体が得られるため、肌表面の保湿効果に優れた化粧品を得ることができる。

請求項２０に記載された発明は、塗料であって、請求項１５又は１６に記載の溶解物分離方法によって得られた沈殿物を含むことを特徴とする。

この発明に係る溶解物分離方法によって分離された沈殿物は、上述のように粒径が小さく、高純度であるので、塗料に配合することにより、顔料等の定着性や耐水性等の点で優れた塗料を得ることができる。

請求項２１に記載された発明は、記録シート用表面処理剤であって、請求項１５又は１６に記載の溶解物分離方法によって得られた沈殿物を含むことを特徴とする。

この発明に係る溶解物分離方法によって分離された沈殿物は、上述のように粒径が小さく、高純度であるので、表面処理剤に配合して紙などの記録シート表面に塗布し、この表面処理剤からなる表面層を形成することによって、インク等の定着性や耐水性などの点で優れた記録シートを得ることができる。

本発明によれば、地熱水等の処理液に含まれるシリカ等の溶解物を分離、除去するに際しカルシウム等の添加物の供給量を抑えつつ溶解物を効率的に除去し、地熱発電設備等においてシリカが管路内で析出するのを抑制し、かかる設備を低コストにて運転可能とし、処理水を河川や地面に安全に戻すことが可能とされる。また、かかる方法により分離されたシリカ沈殿物を工業製品の原材料とすることで、産業廃棄物を削減するとともにコストを削減することができる。

以下、図面を参照して、この発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る溶解物分離装置を示した図であり、溶解物分離装置１０は、シリカ（溶解物）を含有した地熱水（処理液）２０を貯蓄するフラッシュタンク２１と、カルシウムの酸化物又はカルシウムの水酸化物（添加物）が貯蓄されたカルシウム化合物添加手段２２と、地熱水２０を攪拌する攪拌機構２３と、地熱水２０に含まれる沈殿物を取り除く沈殿槽２４と構成されている。
フラッシュタンク２１には、地熱水２０を供給する管路２５が設けられており、フラッシュタンク２１と攪拌機構２３との間及び、攪拌機構２３と沈殿槽２４との間にも、管路２５が設けられている。

攪拌機構２３は、管路２５内に地熱水２０を送り出すと共に振動させる送水振動装置２６と、送水振動装置２６により振動させられた地熱水２０を攪拌する攪拌装置２７とから構成されている。
送水振動装置２６と攪拌装置２７との間には、カルシウム化合物添加手段２２に連設された添加物供給管路２８ａと、沈殿槽２４に連設された返送管路２８ｂとが連設されている。
管路２５には、添加物供給管路２８ａと、返送管路２８ｂとにより、カルシウム化合物等が管路２５内に供給される添加部２８が形成されている。

送水振動装置２６は、管路２５内を流通する地熱水２０を攪拌装置２７側に押出すポンプ３０と、流通する地熱水２０に振動を加えることにより、地熱水の流通速度を断続的に変化させ、地熱水２０を１４０回／分以上２００回／分以下振動させる振動装置（ベビコン）３１とから構成されている。
攪拌装置２７は、送水振動装置２６より地熱水２０の流動方向前方側に設けられている。また、攪拌装置２７は、図２に示されるように、断面円形状の管路４０と、管路４０の軸線方向に複数配置された円板状の攪拌板４１と、攪拌板４１に嵌挿された軸部４２とから構成されている。

軸部４２は、小径の中心軸４３と、中心軸４３より大径に形成された複数の規制部４４と、規制部４４の両端部側に配置され中心軸４３より大径に形成されたボルト部４５とから構成されている。
規制部４４は、軸方向の長さがＬ１となるように構成されており、各規制部４４は、互いに間隔を隔てて中心軸４３に固定されている。ボルト部４５は、両端部側に配置された規制部４４から間隔を隔てて中心軸４３に固定されている。

攪拌板４１は、ボルト部４５と規制部４４との間及び、規制部４４同士の間に配置されており、軸部４２の中心軸４３を中心として揺動可能に支持されている。
攪拌板４１の径Ｒは、管路４０の径ｒに対して８０％以上９５％以下となるように形成されている。
また、攪拌板４１には、図３に示されるように複数の穴部４６が、攪拌板４１の中心点Ｏを中心として、攪拌板４１の外周縁部に向けて放射状に形成されている。
すなわち、攪拌板４１には、中心点Ｏを通り攪拌板４１の外周縁部に向うように穴部が配置されることにより穴部列４７が形成されており、この穴部列４７が中心点Ｏを中心として周方向に１０°以上２０°以下ずれるように配置されている。

また、攪拌板４１に形成された複数の穴部４６の総表面積は、攪拌板４１の表面積の１０％以上２５％以下となるように形成されている。
図４に示されるように、軸方向に隣接する攪拌板４１Ａ、４１Ｂにおいては、各攪拌板４１Ａ、４１Ｂに形成された穴部４６が、攪拌板４１Ａの周方向にずれるように配置されている。
すなわち、図５に示されるように、管路４０内を流れる処理液の流動方向から見た際には、流動方向後方側に配置された攪拌板４１Ａに形成された穴部４６Ａと、流動方向前方側に配置された攪拌板４１Ｂに形成された穴部４６Ｂとが、周方向に５°以上１０°以下ずれるように攪拌板４１Ａ、４１Ｂとが配置されている。

また、攪拌板４１Ａに形成された穴部４６Ａの径と、攪拌板４１Ｂに形成された穴部４６Ｂの径とは、異なるように形成されている。
このように構成された攪拌板４１は、図２、図４に示されるように、管路４０内に管路４０の軸方向に沿って複数配置されており、管路４０内に配置された攪拌板４１の枚数Ｎは、Ｎ＝１＋Ｌ／（ｍ×Ｒ）の右辺により求められる数値の整数値により設定されている。
ここで、Ｌは、攪拌板４１が配置される管路４０の長さ、ｍは２以上４以下の数、Ｒは攪拌板４１の半径である。
このため、軸方向に隣接する攪拌板４１同士の間隔は、攪拌板４１の半径Ｒの２倍から４倍となるように配置されている。

図１に示されるように、沈殿槽２４は、円筒状の胴部２４ａと、逆円錐状に形成された円錐状下部２４ｂとから構成され、円錐状下部２４ｂ内には反応槽３９が設けられている。
沈殿槽２４の胴部２４ａの上端部には、胴部２４ａ内の地熱水２０の上澄を排出する越流水導出管路５０が設けられている。
円錐状下部２４ｂの下端部には、円錐状下部２４ｂ付近に沈殿した沈殿物を排出する沈殿物排出経路５３が接続されており、この沈殿物排出経路５３の流通方向先端部側には、沈殿物を集めて脱水することにより、沈殿物を脱水ケーキとして取り出すことができるフィルタープレス５１が設けられている。
沈殿物排出経路５３には、返送経路２８ｂの一端が分岐接続されており、この返送経路２８ｂの他端部は、攪拌装置２７より地熱水２０の流動方向後方側の管路２５に連設されている。

反応槽３９は、円筒状の胴部３９ａと、逆円錐状に形成された円錐状下部３９ｂとから構成されている。
反応槽３９内には、地熱水を噴射するエジェクター５４が設けられており、エジェクター５４には、攪拌装置２７を経た地熱水２０を供給する管路２５が連設されている。
また、反応槽３９内には、供給された地熱水２０を攪拌する攪拌機３９ｃが設けられている。
円筒状の胴部３９ａの上端部は、地熱水２０の水面より僅かに下方に位置させられており、胴部３９ａの外側には、円筒部５４が配置されている。
円筒部５４の上端部は、地熱水２０の水面から上方に位置させられており、円筒部５４の下端側は下方に向うに従って漸次縮径させられており、最下端部は、下方に向けて開口させられている。

このように構成された溶解物分離装置１０の作用について説明する。図１に示されるように、管路２５には、地熱水２０が供給され、地熱水２０がフラッシュタンク２１内に貯蓄される。
フラッシュタンク２１内に貯められた地熱水２０は、管路２５を通って攪拌機構２３に運ばれる。
攪拌機構２３に運ばれた地熱水２０は、まず、振動機構２６により１４０回／分以上２００回／分以下振動させられる。
このように振動させられた地熱水２０には、カルシウム化合物添加手段２２から添加物供給管路２８ａを介して、カルシウムの酸化物又はカルシウムの水酸化物が供給され、沈殿物生成工程が行われる。

この沈殿物生成工程においては、カルシウム化合物添加手段２２より供給されたカルシウム化合物と、地熱水２０内に含まれるシリカとが反応して、沈殿物が生成される。
例えば、カルシウム化合物として生石灰を用いた場合は、以下のような反応が進む。
２ＣａＯ＋ＳｉＯ₂ → ２ＣａＯ・ＳｉＯ₂または
３ＣａＯ＋ＳｉＯ₂ → ３ＣａＯ・ＳｉＯ₂
また、カルシウム化合物として、消石灰を用いた場合は、以下のような反応が進行する。
２Ｃａ（ＯＨ）₂＋ＳｉＯ₂ → ２ＣａＯ・ＳｉＯ₂＋２Ｈ₂Ｏまたは
３Ｃａ（ＯＨ）₂＋ＳｉＯ₂ → ３ＣａＯ・ＳｉＯ₂＋３Ｈ₂Ｏ
このため、沈殿物生成工程においては、ＣａＯ・ＳｉＯ₂が沈殿物として生成される。

このように、地熱水２０にカルシウム化合物が添加されると、地熱水２０は、攪拌装置２７内に運ばれ、生成された沈殿物を微細化する沈殿物微細化工程を経ることとなる。
この沈殿物微細化工程において、沈殿物が溶解した地熱水２０は、攪拌装置２７の管路４０内を流通する際に、攪拌板４１に形成された穴部４６又は、管路４０の内周面と攪拌板４１との隙間を通って流通する。
この際、攪拌板４１の径Ｒが、管路４０の径ｒの８０％以上となるように形成されているため、沈殿物が攪拌板４１と管路４０との間を通りぬける際に沈殿物が攪拌板に衝突して微細化され易い。

また、攪拌板４１の径Ｒが管路４０の径ｒの９５％以下となるように形成されているため、攪拌板４１と管路４０の内周面との間に適度な隙間が形成され沈殿物が管路と攪拌板との隙間に挟みこまれることがないので、攪拌板４１の揺動を維持し易く、沈殿物を微細化し易い。
また、攪拌板４１には、穴部４６が複数形成されているため、地熱水２０の流通が確保されており、さらに、穴部４６が放射状に形成され、攪拌板４１の表面上に均等に形成されているため、攪拌板４１より地熱水２０の流動方向後方側において、地熱水２０が渦巻く等により、地熱水２０が停滞することなく、良好に流通する。

その一方で地熱水２０は、送水振動装置２６により振動させられており、攪拌装置２７内に設けられた攪拌板４１は、図２に示されるように、管路４０の軸に対して揺動可能に支持されているため、攪拌板４１は、地熱水２０の振動に合わせて揺動する。
このように、攪拌板４１が揺動することにより、地熱水２０が攪拌され、地熱水２０中のシリカと、カルシウム化合物との化学反応がさらに促進される。
生成された沈殿物は、沈殿物の結晶が成長するための核として機能し、生成された沈殿物及び、成長した沈殿物の結晶は、揺動する攪拌板４１と衝突して微細化される。このように、沈殿物及び沈殿物の結晶が、微細化されることにより、地熱水２０中に含まれる沈殿物の総表面積が大きくなり、沈殿物の結晶の成長がさらに促進される。

この際、形成された穴部４６の開口面積は、攪拌板４１の表面積の１０％以上とされているため、地熱水２０の流通が確保されている一方で、攪拌板４１の表面積の２５％以下とされているため、径の大きな沈殿物が穴部４６を通ることが防止され、攪拌板４１により確実に微細化される。

地熱水２０が攪拌板４１間を流通する間においては、カルシウム化合物と地熱水２０中に含まれるシリカとが反応し沈殿物が新たに生成されたり、沈殿物の結晶が成長したりするが、攪拌板４１は、管路４０内に複数設けられているため、攪拌板４１間にて生成された沈殿物及び、成長した沈殿物の結晶は、攪拌板４１により微細化が促進される。
ここで、前記攪拌板４１同士の間隔が、前記攪拌板４１の半径の２倍以上とされているため、攪拌板４１が相互に影響をすることなく揺動し、処理液がスムースに流通するとともに攪拌板４１間に沈殿物が蓄積することなく沈殿物の結晶を微細化する。
また、攪拌板４１同士の間隔が４倍以下の間隔とされているため、攪拌板４１と攪拌板４１との間を処理液が流通する間に沈殿物が肥大化することが抑制される。

また、管路４０内に配置される攪拌板４１は、配置される枚数Ｎが、１＋Ｌ／（ｍ×Ｒ）により求まる整数値とされているため、管路４０の長さＬ内に、攪拌板４１が攪拌板４１の径Ｒの２倍から４倍の間隔で配置される。
さらに、互いに隣接する攪拌板４１に形成された穴部の径が異なり、さらに、形成された穴部の位置が周方向にずれるように配置されているため、地熱水２０中に含まれる沈殿物が確実に微細化される。

このように、沈殿物微細化工程においては、地熱水２０中のシリカと、カルシウム化合物との化学反応がさらに促進させると共に、攪拌板４１が生成された沈殿物を微細化することにより、沈殿物の結晶の成長を促進させる。
また、この沈殿物微細化工程において微細化された沈殿物の表面には、地熱水２０中のシリカが析出し、このシリカの結晶が表面に付着した沈殿物がいずれかの攪拌板４１により砕かれることにより、シリカの結晶が地熱水２０中に浮遊する。
このシリカの結晶は、シリカの結晶が成長させるための核として機能することとなり、地熱水２０中のシリカが、順次析出する。

攪拌機構２３を流通した地熱水２０は、沈殿槽２４に運ばれ、沈殿物分離工程が行われる。
沈殿物分離工程においては、まず、地熱水２０が、エジェクター５４により反応槽３９内に供給され、攪拌機３９ｃが地熱水２０を攪拌し、未だ地熱水２０中に含まれているカルシウム化合物を、シリカと反応させ沈殿物を生成する。
反応槽３９内の地熱水２０は、胴部３９ａの上端部を越えて、胴部３９ａと円筒部５４との間を通って、沈殿槽３９の下部に出る。

沈殿槽２４の下部に出た地熱水２０は、ゆっくりと沈殿槽２４の上方に向かい、越流水導出経路５０から排出され、その間に沈殿物は、沈殿槽２４の底部に沈殿する。
ここで、沈殿槽２４の下部に沈殿物が所定量蓄積されると、カルシウム化合物の添加を停止する。
カルシウム化合物の添加が停止された後においては、ＣａＯ・ＳｉＯ₂が沈殿する量が漸次少なくなり、その一方で、沈殿物生成工程において、生成されたシリカの結晶が沈殿する。

沈殿槽２４の下端部に沈殿した沈殿物は、沈殿物排出経路５３により沈殿槽２４から排出され、フィルタープレス５１において脱水されて、脱水ケーキとして取り出されるとともに、焼成（又は乾燥）、粉砕、分級等の工程を経てシリカを主成分とするシリカ含有粒状体とされる。
一方、沈殿物排出経路５３により沈殿槽２４から排出された沈殿物の一部は、返送経路２８ｂにより搬送され、カルシウム化合物からなる添加剤に代えて沈殿物生成工程に供給される。

返送経路２８ｂにより搬送された沈殿物は、攪拌装置２７より地熱水２０の流動方向後方側の管路２８ｂ内に供給され、沈殿物の結晶が成長するための核として機能する。
ここで、沈殿物としてのシリカの結晶が返送管路２８ｂにより返送された場合には、このシリカの結晶を核として、地熱水２０中に含まれているシリカが順次析出し、シリカの結晶が漸次大きくなる。
このように成長したシリカの結晶は、揺動する攪拌板１５により微細化される。シリカの結晶が微細化されることにより、シリカの結晶の表面積が大きくなり、地熱水２０中のシリカの析出がさらに促進される。

このように、溶解物分離装置１０は、沈殿物分離工程、沈殿物微細化工程にて、地熱水２０に溶解しているシリカを、沈殿物又はシリカの微細結晶として析出、成長を促進させ、微細化することにより、地熱水２０から分離、除去することにより、地熱水２０からシリカを除去することができる。

また、この溶解物分離装置１０及びこの溶解物分離装置１０による溶解物分離方法においては、カルシウム化合物の添加を途中で停止するため、沈殿槽２６の越流水導出管５０により得られた地熱水２０は、カルシウムの含有量が少なく、地面又は河川等に廃棄することができる。
さらに、カルシウム化合物の添加を途中で停止するため、添加されるカルシウム化合物の添加量を少量に抑えることができコストを削減することができる。
その上、添加物としてのカルシウム化合物の添加を途中で停止するため、地熱水２０中に含まれるシリカとカルシウム化合物とが反応して生成される沈殿物ＣａＯ・ＳｉＯ₂の生成量を少量に抑えることができるため、容易に沈殿物の処理を行うことができる。

上記実施の形態の溶解物分離装置１０及び溶解物分離方法によれば、カルシウム化合物からなる添加剤を継続的に用いる化学的処理ではなく、沈殿物微細化工程におけるシリカの物理的な結晶生成と微細化によって、沈殿物を生成させているので、例えば、約９００℃にて焼成した状態にて、粒径が約0．1μｍ〜１０μｍと小さく、金属成分等をほとんど含まない純度が９５ｗｔ％以上の高純度なシリカ含有粒状体が容易かつ低コストにて得られる。

その結果、この実施形態に係るシリカ含有粒状体からなる沈殿物をセメント用混和剤（シリカヒューム）に適用することで、セメントモルタル等の機械特性を向上させることができる。
また、吸湿性が高い粒状体が得られるため、肌表面の保湿効果に優れた化粧品を得ることができる。
また、この沈殿物を塗料に配合することにより、顔料等の定着性や耐水性等の点で優れた塗料を得ることができる。
また、この沈殿物を配合した表面処理剤を、紙などの記録シート表面に塗布し、この表面処理剤からなる表面層を形成することによって、インク等の定着性や耐水性などの点で優れた記録シートを得ることができる。

図６は、本実施形態に係る溶解物分離装置１０において、地熱水２０に添加するＣａＯの量を各種変化させた場合に、越流水導出管５０から得られた地熱水２０のシリカ濃度と、濁度と、ｐＨと、Ｃａ濃度の変化を示したものであり、横軸に経過時間、左側の縦軸に地熱水２０のシリカ濃度、右側の縦軸に濁度Ｄと、ｐＨと、Ｃａ濃度をとったグラフである。

図６において、（１）に示されるように、２５時間地熱水２０の流量を１０Ｌ／ｍｉｎとして、ＣａＯの添加量を１．０ｇ／Ｌとした場合には、越流水導出管５０から得られた地熱水２０のシリカ濃度は、略２６０（ｍｇ／Ｌ）、濁度Ｄは略１８（ｐｐｍ）、ｐＨは９と、Ｃａ濃度は、略３２２（ｍｇ／Ｌ）となっている。
（２）に示されるように、（１）の処理を行った後に、６５時間地熱水２０の流量を１０Ｌ／ｍｉｎとして、ＣａＯの添加量を０．５ｇ／Ｌとした場合には、越流水導出管５０から得られた地熱水２０のシリカ濃度は、略３１０（ｍｇ／Ｌ）、濁度Ｄは略１１０（ｐｐｍ）、ｐＨは９と、Ｃａ濃度は、略２４０（ｍｇ／Ｌ）となっている。
（３）に示されるように、（１）と（２）の処理を行った後に、９８時間地熱水２０の流量を１０Ｌ／ｍｉｎとして、ＣａＯの添加量を０．１ｇ／Ｌとした場合には、越流水導出管５０から得られた地熱水２０のシリカ濃度は、略４４０（ｍｇ／Ｌ）、濁度Ｄは略８０（ｐｐｍ）、ｐＨは９と、Ｃａ濃度は、１２５（ｍｇ／Ｌ）となっている。

（４）に示されるように、（１）から（３）の処理を行った後に、４９時間地熱水２０の流量を１０Ｌ／ｍｉｎとして、ＣａＯの添加量を０．０ｇ／Ｌとした場合には、越流水導出管５０から得られた地熱水２０のシリカ濃度は、略４９０（ｍｇ／Ｌ）、濁度Ｄは略１２０（ｐｐｍ）、ｐＨは８と、Ｃａ濃度は、５７（ｍｇ／Ｌ）となっている。
（５）に示されるように、（１）から（４）の処理を行った後に、７３時間地熱水２０の流量を５Ｌ／ｍｉｎとして、ＣａＯの添加量を０．０ｇ／Ｌとした場合には、越流水導出管５０から得られた地熱水２０のシリカ濃度は、略５２０（ｍｇ／Ｌ）、濁度Ｄは略１０（ｐｐｍ）、ｐＨは９と、Ｃａ濃度は、１５（ｍｇ／Ｌ）となっている。

（６）に示されるように、（１）から（５）の処理を行った後に、１８時間地熱水２０の流量を２．５Ｌ／ｍｉｎとして、ＣａＯを添加せずに０．０ｇ／Ｌとした場合には、越流水導出管５０から得られた地熱水２０のシリカ濃度は、略４９０（ｍｇ／Ｌ）、濁度Ｄは略０（ｐｐｍ）、ｐＨは９と、Ｃａ濃度は、１２（ｍｇ／Ｌ）となっている。
（７）に示されるように、（１）から（６）の処理を行った後に２２時間地熱水２０の流量を５Ｌ／ｍｉｎとして、ＣａＯを添加せずに０．０ｇ／Ｌとした場合には、越流水導出管５０から得られた地熱水２０のシリカ濃度は、略５２０（ｍｇ／Ｌ）、濁度Ｄは略０（ｐｐｍ）、ｐＨは７と、Ｃａ濃度は、９（ｍｇ／Ｌ）となっている。

したがって、この図６に示されるように、本実施形態に係る溶解物分離装置１０によれば、始め添加物としてのＣａＯを添加した後、漸次添加量を減らし、その後に添加を停止させた場合には、越流水導出管５０から得られる地熱水２０に含まれるシリカの量が略５００（ｍｇ／Ｌ）付近でとどまり、地熱水中に含まれているシリカを略２００（ｍｇ／Ｌ）除去することができる。
さらに、越流水導出管５０から得られる地熱水２０中に含まれるＣａ濃度を直接河川や地面に地熱水を破棄することができる１０（ｍｇ／Ｌ）程度にまで抑えることができる。
その上、ＣａＯの添加を停止させることができるため、生成される沈殿物ＣａＯ・ＳｉＯ₂の生成量を極少量に抑えることができ、容易に沈殿物の処理を行うことができる。

なお、上記実施の形態に置いては、振動装置３１としてベビコンを使用した場合について説明したが、振動装置３１は処理水に振動を与えることができるものであればベビコン以外であってもよい。
また、地熱水から溶解物としてのシリカを除去する溶解物分離装置１０及び、溶解物分離方法を示したが、図示はしないが図１の攪拌機構２３と沈殿槽２４の間に、地熱発電設備等を設置して、これら溶解物分離装置１０及び、溶解物分離方法を、地熱水を用いてタービンを駆動させる地熱発電設備に適用してもよい。
この場合には、溶解物分離装置１０が地熱水２０中のシリカを分離、除去し、シリカが除去された地熱水２０が、地熱発電設備のタービンを駆動することとなり、タービンや、地熱発電設備の管路内にシリカが析出することが防止される。

このため、管路内にシリカが析出することが防止されるため、良好に地熱水を流通させることができ、良好に発電を行うことができる。
特に、地熱水２０を熱交換機に通して、ペンタン、アンモニア、水等の二次媒体を加熱し、加熱された二次媒体を用いてタービンを駆動させるバイナリ方式の地熱発電設備に、本実施形態に係る溶解物分離装置１０を用いた場合には、熱交換器内に地熱水２０中のシリカが析出することが防止され、熱交換を長期間安定して行うことができ、熱交換効率を維持することができる。

また、本実施形態においては、地熱水２０中に含まれる沈殿物を分離、除去する手段として、沈殿槽２４を用いる場合について説明したが、遠心分離機等の分離手段を用いても良い。
さらに、溶解物分離装置１０に設けられた攪拌装置２７は、管路４０と、管路４０内に複数設けられた攪拌板４１とから構成されているが、管路４０を並列に、又は折り返して接続させることにより設置場所に合わせて適宜形状を変更することができる。

この発明に係る溶解物分離装置、地熱発電用設備、溶解物分離方法によれば、地熱水等の処理液に含まれるシリカ等の溶解物を分離、除去するに際しカルシウム等の添加物の供給量を抑えつつ溶解物を効率的に除去し、処理水を河川や地面に安全に戻すことが可能とされるとともに、処理水を使用する地熱発電設備等における溶解物の析出を抑制し、かかる設備を容易かつ低コストにて運転することができるため、産業上の利用可能性が認められる。

本発明に係る溶解物分離装置の一実施形態を示す概念図である。 図１に示された溶解物分離装置の攪拌装置の側面図である。 攪拌装置に設けられた攪拌板の正面図である。 攪拌装置の斜視図である。 攪拌装置を軸方向から見た際の、正面図である。 ＣａＯの量を各種変化させた際に、地熱水のシリカ濃度と、濁度と、ｐＨと、Ｃａ濃度の変化を示した図である。

符号の説明

１０ 溶解物分離装置
２４ 沈殿槽
２５ 管路
２７ 攪拌装置
２８ 添加部
２８ａ 返送管路
３１ 振動装置
４１ 攪拌板
４６ 穴部

Claims (21)

1. 溶解物を含む処理液が流通する管路と、該管路内に添加物を供給する添加部と、添加物と溶解物とにより生成された沈殿物を前記処理液から分離して沈殿物が除去された処理液を取り出す一方、前記添加部に前記沈殿物の少なくとも一部を前記添加物として供給する沈殿槽とを備え、前記処理液に含まれる溶解物を除去する溶解物分離装置において、
   前記管路の軸線方向と交差する方向に揺動可能に支持された攪拌板と、前記管路内の処理液を振動させる振動装置とを備えてなることを特徴とする溶解物分離装置。
2. 請求項１に記載された溶解物分離装置において、
   前記管路が断面円形状に形成され、前記攪拌板が円板状に形成され、該攪拌板の径が前記管路の径の８０％以上９５％以下とされていることを特徴とする溶解物分離装置。
3. 請求項１又は２に記載された溶解物分離装置において、
   前記攪拌板には、複数の穴部が形成されていることを特徴とする溶解物分離装置。
4. 請求項３に記載された溶解物分離装置において、
   前記穴部の総開口面積は、前記攪拌板の表面積の１０％以上２５％以下とされていることを特徴とする溶解物分離装置。
5. 請求項３又は４に記載された溶解物分離装置において、
   前記穴部は、前記攪拌板の中心を中心として外周縁部に向けて放射状に列設されていることを特徴とする溶解物分離装置。
6. 請求項５に記載された溶解物分離装置において、
   攪拌板が前記管路の軸方向に向けて複数設けられており、少なくとも隣接する攪拌板に形成された穴部の位置が、前記軸方向から見て周方向にずれていることを特徴とする溶解物分離装置。
7. 請求項６に記載された溶解物分離装置において、
   前記攪拌板同士の間隔は、前記攪拌板の半径の２倍から４倍以下とされていることを特徴とする溶解物分離装置。
8. 請求項６又は７に記載された溶解物分離装置において、
   隣接する前記攪拌板に形成された穴部の径が異なることを特徴とする溶解物分離装置。
9. 請求項６から８のいずれかに記載された溶解物分離装置において、
   前記攪拌板の枚数Ｎが＝１＋Ｌ／（ｍ×Ｒ）であることを特徴とする溶解物分離装置。
   ここで、Ｎは、上記右辺で得られる値の整数値、ｍは２以上４以下の数、Ｒは攪拌板の半径
10. 請求項１から９のいずれかに記載された溶解物分離装置において、
    前記攪拌板は、前記管路の軸線方向に沿って延び前記攪拌板の揺動範囲を規制する規制部を備えてなる軸部が嵌挿されていることを特徴とする溶解物分離装置。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載された溶解物分離装置において、
    前記振動装置は、前記管路内の処理液を前記軸線方向に送る速度を、断続的に変化させることにより、前記処理液を１４０回／分以上２００回／分以下振動させることを特徴とする溶解物分離装置。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載された溶解物分離装置を備えることを特徴とする地熱発電設備。
13. 溶解物を含む処理液を、沈殿物生成工程、沈殿物分離工程の順に流通させながら、
    前記沈殿物生成工程にて、前記処理液に添加物を添加して、添加物と前記溶解物とから沈殿物を生成させ、
    前記沈殿物分離工程にて、前記処理液から前記沈殿物を分離して沈殿物が除去された処理液を取出す一方、
    前記分離された沈殿物の少なくとも一部を前記沈殿物生成工程の処理液に供給する溶解物分離方法であって、
    前記沈殿物生成工程において前記処理液が攪拌されることにより沈殿物を微細化することを特徴とする溶解物分離方法。
14. 請求項１３に記載された溶解物分離方法であって、
    前記沈殿物が分離された後に、前記分離された沈殿物の一部を、前記添加物に代えて前記沈殿物生成工程に供給することを特徴とする溶解物分離方法。
15. 請求項１３又は請求項１４に記載された溶解物分離方法において、
    前記処理液は溶解物であるシリカを含む地熱水であることを特徴とする溶解物分離方法。
16. 請求項１３から請求項１５のいずれかに記載の溶解物分離方法において、
    前記沈殿物は、シリカ又はＣａＯ・ＳｉＯ₂からなることを特徴とする溶解物分離方法。
17. 請求項１３又は請求項１４に記載された溶解物分離方法において、
    前記処理液が、生活用水又は工業用水であることを特徴とする溶解物分離方法。
18. 請求項１５又は１６に記載の溶解物分離方法によって得られた沈殿物を含むことを特徴とするセメント用混和材。
19. 請求項１５又は１６に記載の溶解物分離方法によって得られた沈殿物を含むことを特徴とする化粧料。
20. 請求項１５又は１６に記載の溶解物分離方法によって得られた沈殿物を含むことを特徴とする塗料。
21. 請求項１５又は１６に記載の溶解物分離方法によって得られた沈殿物を含むことを特徴とする記録シート用表面処理剤。
    
    

Images