JP5186396B2 - 海水脱硫装置 - Google Patents

Description

本発明は、簡略な装置構成にて硫黄を含有する排液のＳＯ₃の酸化を促進させ、ＣＯＤを所定値以下に低減すると共にＤＯを所定値以上に高めることができるようにした海水脱硫装置に関する。

近年、環境保全の問題からクリーンエネルギーの開発が進められている。しかし、他方では技術的あるいは経済的な理由により、従来より行われている化石燃料を用いた発電等が現在でも多数稼働している。

石炭等の化石燃料を燃焼した場合には環境保全の面から、排気ガス等に含まれる硫黄を除去するための脱硫装置を設置する必要がある。脱硫装置には様々な形式のものが存在しているが、化石燃料を原料とした大型の発電所等では大量の冷却水を必要とするために海に面した場所に建設される場合が多いことや、脱硫処理のランニングコストを低く抑えられることなどの観点から、海水を利用して脱硫を行う海水脱硫が近年注目されている。

化石燃料を燃焼させて生じる排気ガスを海水脱硫する場合について説明すると、化石燃料を燃焼させて生じる排気ガスには、ＳＯ₂などの形態で硫黄が含まれている。排気ガス脱硫装置は、排気ガスと海水とを気液接触させて、排気ガス中のＳＯ₂を海水に吸収させ、処理後のガスを大気中に放出するものである。上記排気ガスと海水との接触により、下記（ａ）から（ｄ）に示すような反応が生じると考えられている。
（ａ）ＳＯ₂＋Ｈ₂Ｏ→ＨＳＯ₃ ^-＋Ｈ⁺
（ｂ）ＨＳＯ₃ ^-＋１／２Ｏ₂→＋ＳＯ₄ ^2-＋Ｈ⁺
（ｃ）ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ→ＨＣＯ₃ ^-＋Ｈ⁺
（ｄ）ＨＣＯ₃ ^-→ＣＯ₃ ^2-＋Ｈ⁺

上記のように、排気ガスと海水との気液接触により亜硫酸（ＳＯ₃）を酸化させて硫酸（ＳＯ₄）の形態に変えて安定させるようにしているが、単に排気ガスを海水と気液接触させたのみではＳＯ₃を完全には酸化させることができず、よって硫黄吸収海水（排液）には多くのＳＯ₃が含まれている。

このため、上記排液に新たな海水を混合してｐＨを高めた混合液を生成し、この混合液にエアレーション（曝気）を行うことによってＳＯ₃の酸化を促進させ、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を所定値以下に低減すると共に溶存酸素（ＤＯ）を所定値以上に高めることが行われている。

上記したような海水脱硫は操業方法が簡単であるため実用性に優れており、上記海水脱硫について技術開示した先行技術情報には、例えば特許文献１、２等がある。

特開２００６−５５７７９号公報 特開平０９−１７３７６９号公報

従来の硫黄を含有する排液を処理するための曝気槽では、小径の空気吹出口から空気を噴出させて微細気泡を形成することによって混合液との接触面積を増大させ、これによってＳＯ₃の酸化を促進させると共に、ＣＯＤ及びＤＯが要求値になるようにしている。

しかし近年、国によってはＣＯＤが今までの国内基準に対して１桁低いオーダーの要求値を設定している場合があり、又、ＤＯについても厳しい要求値が設定される場合がある。これに対し、前記したような微細気泡を混合液と接触させるようにした曝気槽では、特に曝気開始直後においてＳＯ₃の酸化が進まないという問題があると共に、全体的なＳＯ₃の酸化促進効果が低いという問題があり、よってＣＯＤ及びＤＯの厳しい要求値に対してクリアすることが困難であるという問題を有していた。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、簡略な装置構成にて硫黄を含有する排液のＳＯ₃の酸化を促進させ、ＣＯＤを所定値以下に低減すると共にＤＯを所定値以上に高めることができるようにした海水脱硫装置を提供することを目的とする。

本発明は、硫黄を含有する排液に海水を混合してｐＨを５．７〜６．５に調整した混合液を生成する混合槽と、該混合槽の混合液を導入し底部に備えた空気管の複数の吹出口から混合液の水頭圧に打ち勝って空気を噴出することにより曝気を行う曝気槽とを有する海水による脱硫装置であって、前記空気管に備える空気吹出口の口径を２ミリメートル以上としたことを特徴とする海水脱硫装置、に係るものである。

上記海水脱硫装置において、前記空気吹出口の口径が３〜５ミリメートルであることは好ましい。

上記海水脱硫装置において、前記廃液が、排気ガスと海水を気液接触して排気ガス中に含まれる硫黄を吸収除去した吸収塔からの硫黄吸収海水であることは好ましい。

本発明によれば、曝気槽に設置される空気管に備えられる空気吹出口の口径を２ミリメートル以上としたので、空気吹出口から吹き出された空気の気泡が曝気槽の混合液内を上昇する上昇力によって混合液が効果的に攪拌され、これによって、曝気開始直後でも硫黄の酸化が促進されると共に、ＣＯＤ及びＤＯの厳しい要求値が達成できるようになるという優れた効果を奏し得る。

本発明を実施する形態の一例としての海水脱硫装置の概略を示す全体側面図である。 図１の廃液処理装置の平面図である。 図２の側面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ矢視図である。 空気管の断面図である。 混合液のｐＨと曝気槽でのＳＯ₃の酸化速度との関係を調査した試験結果を示すグラフである。 空気管の空気吹出口の口径とＳＯ₃の酸化速度との関係を調査した試験結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図５は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１は海水脱硫装置の概略を示す全体側面図であり、図１中１は吸収塔である。吸収塔１は、火力発電設備等からの硫黄を含む排気ガス２を下部のガス入口３から導入して海水との気液接触により硫黄を吸収除去し、清浄になった出口ガス４を上部のガス出口５から排出するようになっており、更に、海水６を受け入れて貯留する海水ピット７の海水６を、海水ポンプ８により前記吸収塔１に設けたスプレーノズル９に供給して吸収塔１内に噴射することにより前記排気ガス２と気液接触させて排気ガス２の脱硫を行うようになっている。

前記吸収塔１で排気ガス２の脱硫を行った硫黄を含む排液１０は、図１〜図３に示す廃液処理装置１１に導いて排液処理を行うようになっている。前記海水ピット７は、図示しない火力発電所等の主機コンデンサからの海水（凝縮海水）又は海洋からの海水６を前端（図２、図３では左端）の海水取入口１２から取り入れるようになっている。海水ピット７は後方（右側）へ向かって平面左右幅（図２では上下）が末広がり状に拡大された形状を有しておりその後端部底面には堰１３が設けられている。そして、海水ピット７の海水６は堰１３を乗り越えて後方へ流出するようになっている。ここで、海水ピット７の深さは例えば２．３メートルであり、堰１３の高さは例えば０．９メートルとなっている。前記海水ピット７の側部には張出部１４が連通して形成されており、この張出部１４に前記海水ポンプ８が設置されている。

前記海水ピット７の後部には、海水ピット７と同じ深さを有し、且つ後方（右側）へ向かって平面左右幅が末広がり状に拡大された混合槽１５が設けてあり、該混合槽１５の底部には、前記吸収塔１の排液１０を導く排液供給管１６が混合槽１５の左右幅方向に延設して設けてあり、該排液供給管１６の長手方向には所要の間隔を有して流出口１７が形成されて前記排液１０が流出するようになっている。排液供給管１６は直径が例えば１８００ミリメートルであり、流出口１７の口径は例えば３５０〜３７０ミリメートルとなっている。

更に、前記混合槽１５の後部には、図２〜図４に示すように、前記海水ピット７及び混合槽１５と同等の深さを有する曝気槽１８が形成されており、曝気槽１８の底部には、左右幅方向に延びた例えば２００Ａの空気管１９が前後方向に所要の間隔で多数配設されている。そして、前記空気管１９はコンプレッサ等の加圧空気供給装置２０に接続されている。２１は曝気槽１８の後部底面に備えた堰であり、この堰２１の高さは例えば１．５メートルとなっている。

前記空気管１９には、図５に示すように、空気管１９の中心を通る鉛直線に対して前後６０゜の位置に、口径が２ミリメートル以上（例えば３〜５ミリメートル）の空気吹出口２２が、空気管１９の長手方向に例えば９０ミリメートルの間隔で形成されている。

前記曝気槽１８は、前後長さが例えば２４メートル、左右幅が例えば２０メートルとなっている。前記曝気槽１８の後部には処理後の海水を排水する排出口２３が設けられており、更に、排出口２３の上流位置には新鮮な海水６'を供給して混合するための海水供給管２４が設けられている。尚、図２、図３における２５は混合槽１５で排液１０と海水６が混合されて曝気槽１８に導かれる混合液であり、２６は前記混合液２５のｐＨを検出するｐＨ計であり、２７は海水取入口１２に設けて海水６の取入を調節するための海水取入ゲートである。

次に、上記図示例の作動を説明する。

図１に示す吸収塔１の下部のガス入口３には火力発電設備等からの硫黄を含んだ排気ガス２が供給される一方、前記海水ピット７の海水６が海水ポンプ８によりスプレーノズル９に供給されて噴射することにより、吸収塔１内で排気ガス２と海水６の気液接触が行われて排気ガス２の硫黄が海水に吸収除去される。

吸収塔１内で硫黄を吸収した排液１０は、図２、図３に示すように排液供給管１６により混合槽１５に導かれて流出口１７から混合槽１５内に噴出し、海水ピット７から供給される海水６と混合されることにより混合液２５となる。この時、混合液２５のｐＨを検出するｐＨ計２６の検出ｐＨが５．７〜６．５になるように、前記排液供給管１６から供給される排液１０に対して海水ピット７に取り込む海水６の取り込み量を海水取入ゲート２７により調節する。

前記したように吸収塔１において排気ガス２と海水６とが気液接触する際にはＨ⁺が発生し、これが海水に溶け込むために排液のｐＨは下がることになる。操業条件等にもよるが、多量の硫黄とＣＯ₂分を吸収して生じる排液のｐＨは３程度になっている。

このため、混合槽１５において混合液２５のｐＨが例えば５．７〜６．５になるように調整して曝気槽１８に導き、曝気槽１８の底部に設けた空気管１９の空気吹出口２２からコンプレッサ等の加圧空気供給装置２０により供給される空気を噴出させることにより曝気を行う。このとき、加圧空気供給装置２０から供給する空気は、混合液２５の水頭圧に打ち勝って空気を噴出できる圧力に調整されている。

ここで、本発明者らは、曝気槽１８に導く混合液２５のｐＨと曝気槽１８でのＳＯ₃の酸化速度との関係を、ＳＯ₃濃度が１０ｍｇ／ｌの混合液２５を用いて調査する試験を実施し、その結果を図６に示した。

図６に示すように、ＳＯ₃の酸化速度係数（Ｋ）はｐＨが６前後の５．７〜６．５において最も高い値を示した。

従って、曝気槽１８に導く混合液２５のｐＨが５．７〜６．５になるように、混合槽１５において排液１０と海水６の混合割合を調節すると、曝気槽１８におけるＳＯ₃の酸化は効果的に促進されることが判明した。ここで、通常の海水６のｐＨは８前後であるため、混合槽１５においてこの海水６と排液１０を混合してｐＨを調整する際には大量の海水６が必要であることから、海水６の混合量を少なく押えるために混合液２５のｐＨは５．８前後に設定することが好ましい。

又、本発明者らは、曝気槽１８に設けられる空気管１９の空気吹出口２２の口径とＳＯ₃の酸化速度との関係を調査する試験を実施し、その結果を図７に示した。図７に示すように、ＳＯ₃の酸化速度係数（Ｋ）は空気吹出口２２の口径が小さいと低い値を示し、口径が大きくなると高い値を示しており、特に口径が２ミリメートル或いは３ミリメートルにおいて略ピーク値を示し、その後は口径が大きくなっても酸化速度係数（Ｋ）は殆ど上昇しないことが判明した。

従って、曝気槽１８に備える空気管１９の空気吹出口２２の口径を２ミリメートル以上に設定すると、曝気槽１８におけるＳＯ₃の酸化は効果的に促進されることが判明した。ここで、空気吹出口２２の口径を大きくすると、混合液２５の水頭圧に打ち勝って空気を噴出させるための空気圧が増加しコンプレッサ等の加圧空気供給装置２０が大型化することから空気吹出口２２の口径は小さい方が好ましく、よって、空気吹出口２２の口径は３ミリメートル前後に設定することが好ましい。

又、前記したように空気吹出口２２の口径を３ミリメートルに設定した時の空気吹出口２２から吹き出される空気によって混合液２５中に形成される気泡口径について調査したところ、平均径が約７ミリメートルの気泡が発生していることが判明した。従って、このように７ミリメートル前後の気泡が混合液２５内を上昇することによる上昇力によって混合液２５が効果的に攪拌されることによりＳＯ₃の酸化が効果的に促進されたものと考えられる。

このように、曝気槽１８でＳＯ₃の酸化が促進された処理後の海水は、ＣＯＤが０．５ｍｇ／ｌ以下、ＤＯが５ｍｇ／ｌとなっており、よってＣＯＤ及びＤＯの厳しい要求値に対して十分に対応することができる。

又、処理後の海水はそのまま排出口２３から海洋に排出するようにしてもよいが、図２、図３に示すように海水供給管２４からの新鮮な海水６'を混合してｐＨ等の調整を行った後に排出するようにしてもよい。

なお、本発明は上記形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 吸収塔
２ 排気ガス
６ 海水
１０ 排液
１５ 混合槽
１８ 曝気槽
１９ 空気管
２２ 空気吹出口
２５ 混合液

Claims (3)

1. 硫黄を含有する排液に海水を混合してｐＨを５．７〜６．５に調整した混合液を生成する混合槽と、該混合槽の混合液を導入し底部に備えた空気管の複数の吹出口から混合液の水頭圧に打ち勝って空気を噴出することにより曝気を行う曝気槽とを有する海水による脱硫装置であって、前記空気管に備える空気吹出口の口径を２ミリメートル以上としたことを特徴とする海水脱硫装置。
2. 前記空気吹出口の口径は３〜５ミリメートルである請求項１に記載の海水脱硫装置。
3. 前記排液は、排気ガスと海水を気液接触して排気ガス中に含まれる硫黄を吸収除去した吸収塔からの硫黄吸収海水である請求項１又は２に記載の海水脱硫装置。

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