JP2012236146A

JP2012236146A - 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

Info

Publication number: JP2012236146A
Application number: JP2011106691A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Sonoda; 圭介園田; Shozo Nagao; 章造永尾
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2012-12-06

Abstract

【課題】散気膜を用いることなく、酸化反応を促進して、良好な処理が可能な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】被処理水中に微小気泡を発生させるエアレーション装置であって、被処理水中に、極微小気泡１５１を発生する極微小気泡発生装置１５０と、発生した極微小気泡１５１を攪拌する対流用気泡１６１を発生する対流用気泡発生装置１６２とを具備し、気液接触面積を増大させて、処理効率を向上させる。
【選択図】図１

Description

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（曝気）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に関する。

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、「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。

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小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）。

特開２００６−０５５７７９号公報特開２００９−０２８５７０号公報特開２００９−０２８５７２号公報

従来、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小気泡（例えば１〜５ｍｍ程度）を多数流出させるが、エアレーション装置は、装置の底面にエアレーションノズルを多数設置したものであり、脱硫後の所定の海水性状に対し、主にエアレーションノズルが発生する空気量と気泡径によって、その形状（水路形状）が決まる。
このため、エアレーション水路の建設費や運転費の低減には、水路形状の縮小、供給する空気量の低減が必須となる。

本発明は、前記問題に鑑み、従来のエアレーション装置（水路）の小型化、及び供給する空気量の削減が可能な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ことを課題とする。

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、極微小気泡を発生する極微小気泡発生装置と、発生した極微小気泡を攪拌する対流用気泡を発生する対流用気泡発生装置とを具備することを特徴とするエアレーション装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記極微小気泡発生装置及び対流用気泡発生装置が被処理水中に浸漬され、被処理水中に極微小気泡と対流用気泡を発生することを特徴とするエアレーション装置にある。

第３の発明は、第１の発明において、前記極微小気泡発生装置から供給される極微小気泡を噴出する極微小気泡噴出部群と、対流用気泡発生装置から供給される対流用気泡を噴出する対流用気泡噴出部群とのいずれか一方がエアレーション水路の上流側に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。

第４の発明は、第１の発明において、前記極微小気泡発生装置から供給される極微小気泡を噴出する極微小気泡噴出部と、対流用気泡発生装置から供給される対流用気泡を噴出する対流用気泡噴出部とが交互に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。

第５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小気泡を発生して脱炭酸を行う第１乃至４のいずれか一つ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。

本発明によれば、極微小気泡を発生させることで、散気膜を用いずとも酸化処理が可能となる。この際、対流気泡を発生させることで、気液接触領域が増大し、処理効率が良好となる。

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２は、実施例１に係るエアレーション装置の概略図である。図３は、実施例２に係るエアレーション装置の概略図である。図４は、実施例３に係るエアレーション装置の概略図である。図５は、実施例４に係るエアレーション装置の概略図である。図６は、気泡径と上昇速度との関係図である。

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。

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２は、実施例１に係るエアレーション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。

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を、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、エアレーション装置１２０Ａの極微小気泡発生装置１５０から発生させた極微小気泡１５１により、酸化処理して水質回復させた後、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、１２０Ａはエアレーション装置、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は浄化ガス１０１Ａの排出ライン、Ｌ₆は排水１２４の排出ライン、Ｌ₁₀は極微小気泡１５１の供給ライン、Ｌ₁₁は空気１６４の供給ラインである。

本実施例では、図２に示すように、本実施例に係るエアレーション装置１２０Ａでは、酸化槽１０６内のその上流側において、被処理水である希釈使用済海水１０３Ｂ中に、外部に設置した極微小気泡発生装置１５０で発生させた極微小気泡（ナノバブル、マイクロバブル等）１５１を、極微小気泡発生部１５２を介して発生させている。この極微小気泡１５１が発生する領域を領域Ｘという。この領域Ｘは、極微小気泡発生部１５２が集合して極微小気泡噴出部群を形成している。

また、この極微小気泡１５１の発生した酸化槽１０６内の後流側には、発生した極微小気泡１５１を攪拌する対流用気泡１６１を発生する対流用気泡発生部１６２を有する対流用気泡発生装置１６３が設けられている。
対流用気泡発生装置１６３は、外部から取り入れた空気１６４をブロア１６５により供給することで、対流用気泡発生部１６２から対流用気泡１６１を酸化槽１０６内に発生させている。この対流用気泡１６１が発生する領域を領域Ｙという。この領域Ｙは、対流用気泡発生部１６２が集合して対流用気泡噴出部群を形成している。

この対流用気泡発生装置１６３から発生する対流用気泡１６１は、海水中での対流用気泡の上昇に伴い海水の対流を発生させ、極微小気泡１５１を対流させる気泡径であればよく、例えば５〜数１０ｍｍ程度であればいずれでもよい。

また、対流用気泡発生部１６２は、散気管、ジェットノズル等を例示でき、吸気部であるブロア１６５から取り込んだ空気１６４を攪拌用に放出するものである。

よって、本実施例では、エアレーション水路である酸化槽１０６の上流側の領域Ｘ内で発生した極微小気泡１５１を、領域Ｙ内で発生した対流用気泡１６１により攪拌することで、酸化反応に寄与する極微小気泡１５１の拡散を増大させ、酸化反応を促進させるようにしている。
これにより、従来のような散気管に供給する気泡径が例えば１〜５ｍｍの気泡を供給して酸化反応させる場合に較べて、空気の供給量を減少させることができる。

ここで、本発明で極微小気泡１５１とは、その気泡径が１０〜数１０μｍのマイクロバブルや、数１００ｎｍ以下のナノバブルをいう。また、両方の中間の大きさの気泡が混合している状態のものをマイクロナノバブルという。
これらのナノバブル等は、極微小気泡発生装置１５０より発生される。本実施例では、外部に設置した極微小気泡発生装置１５０を用いているが、本発明はこれに限定されず、海水中に浸漬され、極微小気泡発生部を兼用するものを用いるようにしてもよい。

図６は、気泡径と上昇速度との関係図である。図６においては、海水温度が３５℃の場合における気泡径とその上昇速度との関係を示すものであるが、通常の気泡（例えば２．０ｍｍ）の場合では、上昇速度が２２２ｍｍ／ｓ程度である。
これに対して、０．１ｍｍ以下の気泡径のものは、上昇速度が６．４ｍｍ/s以下となり、そのほとんどが滞留することとなる。

よって、この極微小気泡１５１は、海水中において、そのほとんどが滞留していることとなるので、対流用気泡１６１を供給して攪拌することで、酸化槽１０６において、酸化反応を促進する。この結果、酸化槽１０６における希釈使用済海水１０３Ｂの酸化反応が効率的となる。

本実施例によれば、極微小気泡１５１を発生させると共に、その発生した極微小気泡を対流させる対流用気泡１６１により希釈使用済海水１０３Ｂとまんべんなく接触させることとなるので、酸化反応が促進でき、従来のような散気膜を用いたエアレーション装置の水路長よりもその長さを短縮することができ、さらに極微小空気の発生のために空気の供給量が少なくなり、エアレーション装置の建設費と運転費の大幅な削減を図ることができる。
例えば、従来の散気膜を用いたエアレーション装置（一例として、水路の長さ１５０ｍ、水路の幅２０ｍ、水深４ｍ）に対し、供給する空気量（極微小気泡の空気量と対流用気泡の空気量）が１／２低減すれば、水路の幅と水深を従来と同で、水路の長さは、従来の水路の長さの１／２の７５ｍとなる。また、例えば、建設費が最小となる様に、水路長の変更に加え、水路の幅と水深も変更してもよい。

本発明による実施例２に係るエアレーション装置について、図面を参照して説明する。図３は、実施例２に係るエアレーション装置の概略図である。
図３に示すように、本実施例に係るエアレーション装置１２０Ｂは、酸化槽１０６内のその上流側において、対流用気泡１６１を発生する対流用気泡発生部１６２を有する対流用気泡発生装置１６３が設けられて、領域Ｙを形成している。そして、対流用気泡１６１を発生させることで、希釈使用済海水１０３Ｂを攪拌状態としている。

また、この対流用気泡１６１の発生した酸化槽１０６内の後流側には、被処理水である希釈使用済海水１０３Ｂ中に、外部に設置した極微小気泡発生装置１５０で発生させた極微小気泡（ナノバブル）１５１を、極微小気泡発生部１５２を介して発生させて、領域Ｘを形成している。

本実施例では、対流した状態の希釈使用済海水１０３Ｂに、極微小気泡１５１を発生するので、発生した極微小気泡１５１は直ちに、攪拌混合され、酸化槽１０６の後流側において、酸化反応を促進する。この結果、実施例１と同様に酸化槽１０６における希釈使用済海水１０３Ｂの酸化反応が効率的となる。

本発明による実施例３に係るエアレーション装置について、図面を参照して説明する。図４は、実施例３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１２０Ｃは、酸化槽１０６内のその上流側において、極微小気泡１５１を発生する極微小気泡発生部１５２と、対流用気
泡１６１を発生させる対流用気泡発生部１６２とを交互に配置させて、領域Ｚを形成している。
ここで、領域Ｚにおいて、極微小気泡発生装置は省略し、発生部のみを図示している。

この領域Ｚでは、発生した極微小気泡１５１は隣接する対流用気泡発生部１６２から発生した対流用気泡１６１により、直ちに攪拌されて極微小気泡１５１と対流気用泡１６１と混合された状態となっている。

本実施例では、この領域Ｚの後流側に、混合状態の極微小気泡１５１と対流用気泡１６１とをさらに攪拌する対流用気泡１６１を発生する対流用気泡発生部１６２を有する対流用気泡発生装置１６３が設けられて、領域Ｙを形成している。

これにより、本実施例では、実施例１及び２よりもさらに極微小気泡１５１と対流用気泡１６１との混合攪拌効果が発揮され、酸化槽１０６の後流側において、酸化反応を促進する。この結果、実施例１と同様に酸化槽１０６における希釈使用済海水１０３Ｂの酸化反応が、実施例１及び２よりもさらに効率的となる。

本発明による実施例４に係るエアレーション装置について、図面を参照して説明する。図５は、実施例４に係るエアレーション装置の概略図である。
図５に示すように、本実施例に係るエアレーション装置１２０Ｄは、酸化槽１０６内のその上流側において、対流用気泡１６１を発生する対流用気泡発生部１６２を有する対流用気泡発生装置１６３が設けられて、領域Ｙを形成している。そして、対流用気泡１６１を発生させることで、希釈使用済海水１０３Ｂを攪拌状態としている。

また、この対流用気泡１６１の発生した酸化槽１０６内の後流側には、極微小気泡１５１を発生する極微小気泡発生部１５２と、対流用気泡１６１を発生させる対流用気泡発生部１６２とを交互に配置させて、領域Ｚを形成している。
この領域Ｚでは、発生した極微小気泡１５１は隣接する対流用気泡発生部１６２から発生した対流用気泡１６１により、直ちに攪拌されて極微小気泡１５１と対流用気泡１６１との混合された状態となっている。

本実施例では、対流した状態の希釈使用済海水１０３Ｂに、極微小気泡１５１及び対流用気泡１６１とを発生するので、領域Ｚにおいては、発生した極微小気泡１５１の、攪拌混合効果が助長されることとなる。この結果、酸化槽１０６の後流側において、酸化反応を促進する。この結果、実施例１と同様に酸化槽１０６における希釈使用済海水１０３Ｂの酸化反応が効率的となる。

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、例えば汚染処理における汚染水にエアレーションを行うエアレーション装置に適用して、長期間に亙って安定して操業することができる。

１００海水排煙脱硫装置
１０２排煙脱硫吸収塔
１０３海水
１０３Ａ使用済海水
１０３Ｂ希釈使用済海水
１０５希釈混合槽
１０６酸化槽
１２０Ａ〜１２０Ｄエアレーション装置
１５０極微小気泡発生装置
１５１極微小気泡
１５２極微小気泡発生部
１６１対流用気泡
１６２対流用気泡発生部
１６３流用気泡発生装置

Claims

被処理水中に、極微小気泡を発生する極微小気泡発生装置と、
発生した極微小気泡を攪拌する対流用気泡を発生する対流用気泡発生装置とを具備することを特徴とするエアレーション装置。
請求項１において、
前記極微小気泡発生装置及び対流用気泡発生装置が被処理水中に浸漬され、直接被処理水中に極微小気泡と対流用気泡を発生することを特徴とするエアレーション装置。
請求項１において、
前記極微小気泡発生装置から供給される極微小気泡を噴出する極微小気泡噴出部群と、
対流用気泡発生装置から供給される対流用気泡を噴出する対流用気泡噴出部群とのいずれか一方がエアレーション水路の上流側に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１において、
前記極微小気泡発生装置から供給される極微小気泡を噴出する極微小気泡噴出部と、
対流用気泡発生装置から供給される対流用気泡を噴出する対流用気泡噴出部とが交互に設けられていることを特徴とするエアレーション装置。
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小気泡を発生して脱炭酸を行う請求項１乃至４のいずれか一つ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。