JP2011104586A - 海洋生物の付着を抑制する方法およびシステム、および、水の塩素濃度を減少させる方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱交換水流路への海洋生物の付着を抑制する方法として、海洋生物を含有する水を、熱交換対象設備に供給する工程と、供給された水を用いて、熱交換対象設備と熱交換する工程と、熱交換対象設備と熱交換後の水を、熱交換対象設備から放出する工程と、海洋生物を含有する水、供給された水、及び、熱交換対象設備と熱交換後の水のいずれか一つ以上に、塩素系薬剤を注入する工程と、塩素系薬剤を注入された水に、CO2マイクロバブルを注入する工程とを行う。
【選択図】図13
Description
また、本発明は、CO2マイクロバブルと混合することによって、塩素系薬剤を含有する水の残留塩素濃度を減少させる方法およびシステムを提供することを目的とする。
海洋生物の種類は特に限定されないが、例えば、フジツボ類やイガイ類などの貝類であっても良く、これらの中でもフジツボ類の幼生であることがより好ましい。
また、ここでいうCO2マイクロバブルとは、発生時における粒径が5μm〜50μmである二酸化炭素の気泡をいう。CO2マイクロバブルを発生させる方法は特に限定されないが、例えば、エジェクタ型、ベンチュリー型、ラインミキサー型、加圧溶解型、旋回流型、または、キャビテーション型のマイクロバブル発生装置を使用して、発生させることができる。
塩素系薬剤は、海洋生物を含有する水に注入することによって、海洋生物が熱交換水流路へ付着するのを防ぐために使われたり、飲料水に注入することによって、飲料水に含まれる微生物を殺菌するために使われたりしているが、本発明によって、例えば、これらの塩素系薬剤を含有する水の残留塩素濃度を減少させることが可能となる。
また、CO2マイクロバブルと混合することによって、塩素系薬剤を含有する水の塩素濃度を減少させる方法およびシステムを提供することができる。
図1は、本発明の一実施形態として説明する、熱交換水流路への海洋生物の付着を抑制するシステムの全体構成を示す図である。図1に示すように、本発明に係る、熱交換水流路への海洋生物の付着を抑制するシステム(以下、単に「システム」と称する。)100は、海2に面する敷地に建設された火力発電所10を備える。火力発電所10は、燃料貯蔵設備12、LNGタンク14、発電設備16、LNG気化器17、取水路20、および、放水路22などを備える。
なお、本実施形態では、復水器18Aおよび18Bで加温された海水を有効に利用するべく、放水路22の一部は、LNG気化器流路27へと通じている。これにより、復水器18Aおよび18Bで加温された海水は、LNG気化器17へと送られるため、復水器18Aおよび18Bで発生した熱を利用して、LNG気化器17を加温することができる。LNG気化器17と熱交換後の、LNG気化器流路27内部を流れる海水は、放水路22へと合流する。放水路22は、合流したLNG気化器流路27内部を流れる海水を、放出口26を通じて海へと放出する。
特に、取水路20については、復水器18Aおよび18Bを効率よく冷却するべく、低い水温の海水を取り込めるように、取水口24を陸地からかなり離れた沖合に設けるため、取水路20は非常に長くなって、海洋生物の付着の影響を受けやすい。また、LNG気化器流路27については、復水器18Aおよび18Bで加温された海水が流れることより、海洋生物が繁殖しやすい状態となっており、さらに、LNG気化器17との熱交換の効率を向上させるべく、流路直径が放水路22よりも細くなっているため、海洋生物が付着した場合の影響を受けやすい。
なお、塩素系薬剤の種類は特に限定されず、例えば、次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素や塩素などであっても良い。塩素系薬剤の形態は、特に限定されないが、例えば、次亜塩素酸ナトリウムであれば、安定な次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いることが好ましい。
また、取水口24から取水した海水に注入する塩素系薬剤の種類と、復水器18Aおよび18Bで加温された海水に注入する塩素系薬剤の種類とは、同一であっても良く、組み合わせによって有毒な物質を生成しない限り異なっていても良い。
また、復水器18Aおよび18Bで加温された海水に塩素系薬剤を注入する場合、LNG気化器流路27の入り口に近い箇所で注入することが好ましい。それによって、LNG気化器17と熱交換が行われるLNG気化器流路27の内壁面に対する海洋生物の付着を抑制し、LNG気化器流路27の熱交換機能の低下を効果的に防ぐことができる。
従って、高濃度の塩素系薬剤を注入しても、放出口26における塩素濃度を大きく減少させることができるため、海2に与える環境への負荷を軽減しながら、高濃度の塩素系薬剤を用いて効率的に熱交換水流路への海洋生物の付着を抑制することができる。
図2に示すように、取水路20は、復水器18Aおよび18Bとの接続部、即ち、復水器流路29Aおよび29Bとの接続部に、それぞれ第1の海水ポンプ30Aおよび30Bを備える。第1の海水ポンプ30Aおよび30Bは、取水口24を通じて、海水を海2から取水路20へと吸入する。
放水路22は、LNG気化器流路27よりも下流側の、好ましくはLNG気化器流路27に近い箇所に、CO2マイクロバブル注入装置34を備える。
図3に示す例では、薬剤供給槽40と接続していない側の薬剤注入管42の先端は、取水路20の下流側へ向けて屈曲し、その最先端に薬剤注入口43を備えている。なお、この場合において、図4に示すように、薬剤供給槽40と接続していない側の薬剤注入管42の先端部の断面を、薬剤注入口43へ向けて次第に拡がるように構成してもよい。
また、図5に示すように、薬剤供給槽40と接続していない側の薬剤注入管42の先端は屈曲せずに、薬剤注入管42の側面に設けた穴を薬剤注入口43としてもよい。このように、薬剤注入管42および薬剤注入口43として様々な構成が考えられる。
また、薬剤注入口43は、取水路20及びLNG気化器流路27の壁面近傍での塩素系薬剤濃度が高くなるように、これらの壁面に沿って位置することが好ましい。この場合、取水路20については、取水路20の底部には汚泥が堆積するため、側部又は上部に沿って位置することがより好ましい。
CO2ボンベ52からCO2ライン53に流入する二酸化炭素は、減圧弁54で大気圧になるように圧力を調整され、流量調節弁55で流量を調整されて、CO2マイクロバブル発生装置46に送られる。このCO2は、CO2マイクロバブル発生装置46に第2の海水ポンプ50が取り込んだ海水の流水の力によって装置内が負の圧力となることで、自動的に装置内に取り込まれる。
この際、CO2マイクロバブル発生装置46に供給するCO2の流量を流量調節弁55で調節することにより、放水路22を流れる熱交換後の海水の残留塩素濃度が、海2に定められた規定濃度以下にまで減少するように、CO2マイクロバブル発生装置46から発生させるCO2マイクロバブルの流量を調節することができる。
なお、放水路22を流れる熱交換後の海水の残留塩素濃度を、海2に定められた規定濃度以下にまで減少させることができるCO2マイクロバブルの流量は、例えば、あらかじめ実験をして求めることもできるし、また、放出口26に、海2へ放出される海水中の残留塩素濃度を測定する残留塩素濃度計(図示せず)を設け、その残留塩素濃度計の値を観測しながら調節することもできる。
次に、本実施の一形態として、塩素系薬剤を熱交換のための水に注入した後に、塩素系薬剤を注入された水にCO2マイクロバブルを注入することによって、熱交換水流路への海洋生物の付着を抑制する方法について説明する。
まず、第1の海水ポンプ30Aおよび30Bを用いて、海洋生物を含有する海水を、海2から取水口24を通じて取水路20へと吸入する。
このようにして塩素系薬剤を、海洋生物を含有する海水に注入することによって、含有される海洋生物が熱交換水流路へと付着するのを抑制することができる。
このようにして発生させたCO2マイクロバブルを、マイクロバブル注入管48を通じてマイクロバブル注入口49から、LNG気化器流路27へと供給した海水と、LNG気化器流路27へと供給しなかった海水とが合流した後の、放水路22を流れる海水に、注入する。
ここで、CO2マイクロバブル発生装置46から発生させるCO2マイクロバブルの流量は、流量調節弁55を用いて調節することができ、合流した海水の塩素濃度を、放出口26において、海2に定められた規定濃度以下にまで減少させるのに必要な量とする。
CO2マイクロバブルを、放水路22を流れる合流した海水に注入することによって、海洋生物の熱交換水流路への付着を抑制するために用いた塩素系薬剤由来の塩素の濃度を、放出口26から海2へと放出するまでの間に減少させることができる。従って、放出口26から海2へと放出する海水の塩素濃度を、海2に定められた規定濃度以下としながら、従来よりも高濃度の塩素系薬剤を用いることができるため、より効率的に海洋生物の熱交換水流路80への付着を抑制することが可能となる。
CO2マイクロバブルによって、放水された海水の残留塩素濃度は減少していることから、海2に与える負荷が少ない点で非常に優れている。
まず、実験結果を分かりやすくするために有機物濃度の低い人工海水を使用して、実施例1、および、比較例1および2を行った。詳細を以下に示す。
CO2をマイクロバブル以外の状態で供給した場合における、塩素系薬剤を含有する水の塩素濃度の減少効果を調べるべく、以下の実験を行った。
2Lのビーカーに、2Lの人工海水(八洲薬品株式会社製、アクアマリンS)を入れた。エアーストーンをビーカー中の海水に入れ、海水中のエアーストーンに100mL/minの流量でCO2を供給することによって、CO2を海水に注入した。なお、エアーストーンから発生するCO2の粒径は、100μm以上である。
海水のpHが、CO2注入前の8.55から、それぞれ、8.06、7.35、6.25、または、5.63となるまで、CO2を注入しつづけた。
汲み出した海水に、残留塩素濃度が0.2mg/Lになるように、約5.0g/Lの次亜塩素酸ナトリウム水溶液を添加した。なお、約5.0g/L次亜塩素酸ナトリウム水溶液は、海水利用発電プラントにおいて普及している海水電解装置を想定し、ペン型浄水器(米国マイオックス社製、マイオックスペン)を用いて、10%塩化ナトリウム水溶液を電気分解することによって調製した。
結果を、表1および図7に示す。
CO2以外の気体をマイクロバブルの状態で供給した場合における、塩素系薬剤を含有する水の残留塩素濃度の減少効果を調べるべく、以下の実験を行った。
8.5Lの水槽に、5Lの人工海水を入れた。T1型マイクロバブル発生装置(旋回流型、エアー自給流量:700mL/min)を用いて、100mL/minの流量で、空気のマイクロバブル(以下、エアーマイクロバブルとする)を発生させ、発生させたエアーマイクロバブルを、水槽中の海水に注入した。
エアーマイクロバブルを注入し始めてから120秒後、および、240秒後に、それぞれ、エアーマイクロバブルを注入した海水約200mLを、水槽から汲み出した。
また、海水約200mLの残りを用いて、泡が消滅しpHが安定した段階で、海水の水温とpHとを測定した。
結果を、表2および図8に示す。
CO2をマイクロバブルの状態で注入した場合における、塩素系薬剤を含有する水の塩素濃度の減少効果を調べるべく、以下の実験を行った。
8.5Lの水槽に、5Lの人工海水を入れた。T1型マイクロバブル発生装置(旋回流型、CO2自給流量:700mL/min)を用いて、100mL/minの流量で、CO2マイクロバブルを発生させ、発生させたCO2マイクロバブルを、水槽中の海水に注入した。
CO2マイクロバブルを注入し始めてから30秒後、60秒後、120秒後、180秒後、および、240秒後に、それぞれ、CO2マイクロバブルを注入した海水約200mLを、水槽から汲み出した。
また、海水約200mLの残りを用いて、泡が消滅しpHが安定した段階で、海水の水温とpHとを測定した。
結果を、表3および図9に示す。
実際に、比較例1のエアーストーンを用いてCO2を供給した場合には、pHが5.63になるまでCO2を多量に供給しても(ほぼ飽和状態になるまでCO2を供給しても)、30分後に残留塩素濃度が0.08mg/Lにまでしか低下しなかったのに対し、マイクロバブルの状態でCO2を供給することによって、pHが6.22と高い状態、即ち、CO2の溶解量が少ない状態でも、5分後には残留塩素濃度が0.03mg/Lへと大きく減少した。
また、同じマイクロバブルの状態で供給した場合であっても、CO2を供給した場合には、空気を供給した比較例2の場合と比較して、残留塩素濃度を低い値にまで減少させることが可能であり、また、その減少させる速度も非常に速いことが分かった。
次に、天然海水を使用して、実施例2および比較例3を行った。詳細を以下に示す。
中国電力株式会社大崎発電所の浮き桟橋で採取した2Lの天然海水を用いて試験を実施した。
採取した海水2Lを、0.1mmメッシュの網でろ過した後、ろ液を2Lのビーカーに入れた。エアーストーンをビーカー中の海水に入れ、海水中のエアーストーンに50mL/minの流量でCO2を供給することによって、CO2を海水に注入した。なお、エアーストーンから発生するCO2の粒径は、100μm以上である。
CO2の注入量は、1回目の試験では、海水のpHが、CO2注入前の8.04から、それぞれ、6.70、6.16、5.81、または、5.42となるまで注入をしつづけ、また、2回目の試験では、海水のpHが、CO2注入前の7.87から、それぞれ、7.36、6.90、6.78、または、6.74となるまで注入をしつづけた。
この天然海水そのもののデータと、例えば、表5の、海水のpHが5.72にまで低下するほどの多量のCO2を注入した場合とを比較すると、エアーストーンを用いてCO2を注入した際には、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を添加してから1分を経過した後では、塩素濃度は0.25mg/Lから0.20mg/Lまでにしか減少せず、そして、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を添加してから30分を経過した後であっても、遊離残留塩素濃度は0.08mg/Lから0.04mg/Lまでにしか減少しなかった。
また、さらに多量のCO2を注入し海水のpHが5.42にまで低下した、表4の最下段の値と、CO2を注入していない天然海水のデータとを比較すると、エアーストーンを用いてCO2を注入した場合には、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を添加してから15分を経過した後に、遊離残留塩素が検出されなくなったものの、この際のCO2を注入していない天然海水の遊離残留塩素濃度は0.01mg/Lであり、その差はほとんどなかった。
比較例3で用いた海水5Lを、0.1mmメッシュの網でろ過した後、ろ液を8.5Lの水槽に入れた。T1型マイクロバブル発生装置(旋回流型、エアー自給流量:700mL/min)を用いて、100mL/minの流量でエアーマイクロバブルを発生させ、発生させたエアーマイクロバブルを、水槽中の海水に注入した。
エアーマイクロバブルを注入し始めてから5分後に、エアーマイクロバブルを注入した海水約200mLを、水槽から汲み出した。
また、海水約200mLの残りを用いて、泡が消滅しpHが安定した段階で、海水の水温とpHとを測定した。
結果を、表6に示す。
比較例3で用いた海水5Lを、それぞれ、0.1mmメッシュの網でろ過した後に、ろ液を8.5Lの水槽に入れた。T1型マイクロバブル発生装置(旋回流型、CO2自給流量:700mL/min)を用いて、100mL/minの流量で、CO2マイクロバブルを発生させ、発生させたCO2マイクロバブルを、水槽中の海水に注入した。
CO2の注入量は、1回目の試験では、海水のpHが、CO2注入前の8.00から、それぞれ、7.48、7.30、または、6.74となるまで注入をしつづけ、また、2回目の試験では、海水のpHが、CO2注入前の7.87から、それぞれ、7.36、6.90、6.78、または、6.74となるまで注入をしつづけた。このようにしてCO2マイクロバブルを注入した海水約200mLを、水槽から汲み出した。
6月に採取した海水を用いた際の結果を、表7および図12に、そして、9月に採取した海水を用いた際の結果を、表8および図13に示す。
実際に、比較例3のエアーストーンを用いてCO2を供給した場合には、例えば、1回目の試験の結果である表4において、pHが6.70になるまでCO2を供給したところ、遊離残留塩素が検出されなくなるまで、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を添加してから30分を要したのに対し、マイクロバブルの状態でCO2を供給した表7において、ほぼ同じpHであるpH6.74になるまでCO2を供給したところ、わずか1分後には遊離残留塩素が検出されなくなった。
また、比較例4のエアーマイクロバブルを供給した場合と比較しても、表6において5分間にわたりエアーマイクロバブルを供給した結果よりも、表7の結果の方が、いずれのpHにおいても、また、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を添加してからいずれの時間においても、遊離残留塩素濃度が低かった。
10 火力発電所
12 燃料貯蔵設備
14 LNGタンク
16 発電設備
17 LNG気化器
18A,18B 復水器
20 取水路
22 放水路
24 取水口
26 放水口
27 LNG気化器流路
29A,29B 復水器流路
30A,30B 第1の海水ポンプ
32A,32B 薬剤注入装置
34 CO2マイクロバブル注入装置
40 薬剤供給槽
42 薬剤注入管
43 薬剤注入口
44 バルブ
46 CO2マイクロバブル発生装置
48 マイクロバブル注入管
49 マイクロバブル注入口
50 第2の海水ポンプ
52 CO2ボンベ
53 CO2ライン
54 減圧弁
55 流量調節弁
80 熱交換水流路
Claims (10)
- 熱交換水流路への海洋生物の付着を抑制する方法であって、
海洋生物を含有する水を、熱交換対象設備に供給する工程と、
前記供給された水を用いて、前記熱交換対象設備と熱交換する工程と、
前記熱交換対象設備と熱交換後の水を、前記熱交換対象設備から放出する工程と、
前記海洋生物を含有する水、前記供給された水、及び、前記熱交換対象設備と熱交換後の水のいずれか一つ以上に、塩素系薬剤を注入する工程と、
前記塩素系薬剤を注入された水に、CO2マイクロバブルを注入する工程とを含む抑制方法。 - 前記塩素系薬剤が次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、または、塩素であることを特徴とする、請求項1に記載の抑制方法。
- 前記CO2マイクロバブルを注入された水のpHが8.1以下であることを特徴とする、請求項1または2のいずれか1項に記載の抑制方法。
- 前記海洋生物を含有する水が海水であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の抑制方法。
- 塩素系薬剤を含有する水の残留塩素濃度を減少させる方法であって、
前記塩素系薬剤を含有する水と、CO2マイクロバブルとを混合する工程を含む方法。 - 前記塩素系薬剤が次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、または、塩素であることを特徴とする、請求項5に記載の減少方法。
- 前記CO2マイクロバブルと混合された水のpHが8.1以下であることを特徴とする、請求項5または6のいずれか1項に記載の減少方法。
- 熱交換水流路への海洋生物の付着を抑制するシステムであって、
海洋生物を含有する水を、熱交換対象設備に供給するための供給装置と、
前記供給された水を用いて、前記熱交換対象設備と熱交換するための熱交換器と、
前記熱交換対象設備と熱交換後の水を、前記熱交換対象設備から放出するための放出装置と、
前記海洋生物を含有する水、前記供給された水、及び、前記熱交換対象設備と熱交換後の水のいずれか一つ以上に、塩素系薬剤を注入するための薬剤注入装置と、
前記塩素系薬剤を注入された水に、CO2マイクロバブルを注入するためのマイクロバブル注入装置とを備えるシステム。 - 塩素系薬剤を含有する水の残留塩素濃度を減少させるシステムであって、
前記塩素系薬剤を含有する水と、CO2マイクロバブルとを混合するためのマイクロバブル混合装置を備えるシステム。 - 前記塩素系薬剤が次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、または、塩素であることを特徴とする、請求項8または9のいずれか1項に記載のシステム。
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