JP5841259B2 - 燃焼排ガス海水清浄器からの排水の処理制御方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、二酸化硫黄を含むプロセスガスを海水と接触させることによって当該プロセスガスから二酸化硫黄を除去する際に生成される廃海水の処理制御方法に関する。

さらに、本発明は、プロセスガスを海水と接触させることによって当該プロセスガスから二酸化硫黄を除去する湿式清浄器で生成される廃海水を処理する海水酸化槽システムに関する。

発明の背景
二酸化硫黄ＳＯ_２を含むプロセスガスは、多くの工業プロセスで生成される。そのような工業プロセスの１つとして、発電プラント等の燃焼プラントにおける石炭、石油、泥炭、廃棄物等の燃料の燃焼が挙げられる。このような発電プラントにおいては、二酸化硫黄ＳＯ_２といった酸性ガス等の汚染物質を含む高温プロセスガス（燃焼排ガスと称することが多い）が生成される。燃焼排ガスは、環境大気中へ放出する前に、酸性ガスを可能な限り除去する必要がある。汚染物質を含むプロセスガスが生成される工業プロセスの別の例としては、アルミナからのアルミニウムの電解製造が挙げられる。このプロセスでは、電解槽の通気フードにおいて二酸化硫黄ＳＯ_２を含むプロセスガスが生成される。

国際公開第２００８／１０５２１２号は、ボイラー、蒸気タービンシステム、および海水清浄器を備えたボイラーシステムを開示している。ボイラーは、燃料の燃焼によって、発電用に蒸気タービンシステムで用いられる高圧蒸気を生成する。蒸気タービンシステムの凝集器では、海から集められた海水が冷却媒体として利用される。海水はその後、海水清浄器で利用され、ボイラーで生成された燃焼排ガスから二酸化硫黄ＳＯ_２を吸収する。二酸化硫黄ＳＯ_２は、海水に吸収されて、亜硫酸および／または亜硫酸水素イオンを形成する。海水清浄器からの廃海水は、酸化池に送られる。酸化池では、廃海水に気泡を発生させることにより、空気中に含まれる酸素ガスによって、亜硫酸および／または亜硫酸水素イオンが硫酸イオンへと酸化され、廃海水とともに海へ再放出される。

発明の概要
本発明の目的は、二酸化硫黄を含むプロセスガスを海水と接触させることによって当該プロセスガスから二酸化硫黄を除去する際に生成される廃海水の処理制御方法において、従来技術よりも効率的な方法を提供することにある。

上記目的は、
−酸化槽に沿って廃海水を通過させるステップと、
−第１の供給位置および第２の供給位置において酸化促進物質を供給することにより、廃海水中に含まれる亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の少なくとも一部を酸化するステップと、
−第１の供給位置よりも下流の第１の測定位置および第２の供給位置よりも下流の第２の測定位置において、亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の酸化に関する少なくとも１つのパラメータを測定するステップと、
−第１および第２の測定位置で測定された上記パラメータに基づいて、第１および第２の供給位置の一方で供給される第１の量の酸化促進物質を第１および第２の供給位置の他方で供給される第２の量の酸化促進物質とは独立に制御するステップと、
を含む方法によって達成される。

この方法の利点は、酸化促進物質を最も必要な位置で供給可能であるため、酸化促進物質の消費量ひいては操業費を最小限に抑えつつ、亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩を効率的に酸化できる点である。

一実施形態によれば、第２の供給位置は、酸化槽に沿った廃海水流の方向に関して、第１の供給位置よりも下流である。本実施形態の利点は、酸化槽に沿った酸化プロセスの進行を制御することによって、酸化プロセスを可能な限り効率化できる点である。

一実施形態によれば、酸化促進物質は、酸素含有ガス、酸化促進触媒、および酸化促進酵素のうちの少なくとも１つを含む。本実施形態の利点は、１または複数の異なる酸化促進物質の供給により最も効率的な制御を提供することを選択して制御を行うようにしてもよい点である。

一実施形態によれば、この方法は、亜硫酸塩濃度、酸素濃度、およびｐＨを含むパラメータ群から選択される、亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の酸化に関する少なくとも１つのパラメータを測定するステップをさらに含む。本実施形態の利点は、亜硫酸塩濃度、酸素濃度、およびｐＨがすべて、酸化槽システムにおける酸化プロセスに関連しており、酸化プロセスの進行に関する関連情報を提供する点である。さらに、亜硫酸塩濃度、酸素濃度、およびｐＨは、廃海水の海への復帰に関する規制上の要件として測定が求められることが多い。

一実施形態によれば、この方法は、第１の供給位置で供給される第１の量の酸化促進物質を独立して制御するとともに、第２の供給位置で供給される第２の量の酸化促進物質を独立して制御するステップをさらに含む。本実施形態の利点は、第１および第２の量の酸化促進物質を独立して制御することによって、酸化プロセスの制御を改善できる点である。

一実施形態によれば、この方法は、酸化槽に沿って連続的に配置された少なくとも第１、第２、第３、および第４の供給位置において同一または異なる１または複数の酸化促進物質を供給するステップと、酸化槽に沿って連続的に配置され、各供給位置よりも下流の少なくとも第１、第２、第３、および第４の測定位置において少なくとも１つのパラメータを測定するステップとをさらに含む。本実施形態の利点は、酸化槽における酸化プロセスの制御がさらに改善され、操業費が抑えられるとともに、規制上の要件に違反するリスクが小さくなる点である。

一実施形態によれば、この方法は、第１の測定位置において亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の濃度を測定するステップと、測定された亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の濃度に基づいて、第１の供給位置で供給される第１の量の酸化促進物質を制御するステップとをさらに含む。本実施形態の利点は、亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の濃度を測定するとともに、そのような測定の上流で供給される酸化促進物質の量を制御することによって、酸化要件の変化に対して迅速かつ正確に応答できる点である。

本発明の別の目的は、プロセスガスを海水と接触させることによって当該プロセスガスから二酸化硫黄を除去する湿式清浄器で生成される廃海水を処理する海水酸化槽システムにおいて、従来技術よりも効率的な酸化槽システムを提供することにある。

上記目的は、
廃海水が沿うように流通する酸化槽と、
酸化槽に配置され、廃海水中に１または複数の酸化促進物質を分布させる第１の供給管と、
酸化槽に配置され、廃海水中に１または複数の酸化促進物質を分布させる第２の供給管と、
第１および第２の供給管の一方によって供給される第１の量の酸化促進物質を第１および第２の供給管の他方によって供給される第２の量の酸化促進物質とは独立に制御する少なくとも１つの制御装置と、
酸化槽において第１の供給管よりも下流に配置され、当該酸化槽における亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の酸化に関する少なくとも１つのパラメータを測定する第１の水質センサーと、
酸化槽において第２の供給管よりも下流に配置され、当該酸化槽における亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の酸化に関する少なくとも１つのパラメータを測定する第２の水質センサーと、
を備えた海水酸化槽システムによって達成される。

この酸化槽システムの利点は、当該酸化槽システムに供給される１または複数の酸化促進物質のより効率的な利用により、酸化促進物質供給装置および酸化槽のサイズ、容量、およびエネルギー消費量を抑えることができ、投資、操業、および保守の費用が効率化される点である。

一実施形態によれば、この酸化槽システムは、第１および第２の水質センサーにより測定されたパラメータに基づいて、第１および第２の供給管の一方によって供給される第１の量の酸化促進物質を第１および第２の供給管の他方によって供給される第２の量の酸化促進物質とは独立に制御する制御ユニットをさらに備える。本実施形態の利点は、酸化プロセスの変化に対して、自動的かつ迅速に応答できる点である。

一実施形態によれば、第１および第２の供給管には、当該各供給管によって供給される酸化促進物質の量を制御する個別の制御弁が設けられる。本実施形態の利点は、第１および第２の供給管をそれぞれ個別に制御してもよい点である。

一実施形態によれば、第１および第２の供給管は、当該各供給管によって供給される酸素含有ガスの量を制御する個別の送風装置に接続される。送風機を制御することによって、各供給管で消費されるエネルギーを直接制御できる。

一実施形態によれば、この酸化槽システムは、３〜１０本の連続した供給管を備える。別の実施形態によれば、この酸化槽システムは、３〜１０個の連続した水質センサーを備える。３個未満の連続した水質センサーおよび／または３本未満の連続した供給管を利用するだけでは、酸化プロセスの制御が弱くなるため、エネルギー消費量が増大するとともに、規制上の要件を超えるリスクが大きくなる。１０個超の連続した水質センサーおよび／または１０本超の連続した供給管を利用すると、酸化プロセスの制御は実質的に改善しないのに、投資および保守の費用が増大するだけである。

別の態様によれば、プロセスガスを海水と接触させることによって当該プロセスガスから二酸化硫黄を除去する湿式清浄器と、
湿式清浄器で生成される廃海水を処理し、プロセスガスから二酸化硫黄を除去する酸化槽システムと、
を備えた、海水を利用するプロセスガス清浄システムが提供される。

本発明のその他の目的および特徴については、本明細書および請求の範囲によって明らかとなる。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明をより詳細に説明する。

海水を利用するガス清浄システムを備えた発電プラントの概略垂直断面図である。 第１の実施形態に係る酸化槽システムを示した概略垂直断面図である。 第２の実施形態に係る酸化槽システムを示した概略垂直断面図である。 酸素、亜硫酸塩、およびｐＨの酸化槽に沿う測定プロファイルを示した図表である。 亜硫酸塩の濃度が高すぎる例を示した図表である。 亜硫酸塩の濃度が急減する例を示した図表である。 酸素の濃度が低すぎる例を示した図表である。 酸素の濃度が急増する例を示した図表である。 ｐＨ値が低すぎる例を示した図表である。 ｐＨ値が急増する例を示した図表である。 第３の実施形態に係る酸化槽システムを示した概略上面図である。 亜硫酸塩センサーの斜視図である。 亜硫酸塩センサーの概略垂直断面図である。 亜硫酸塩を測定する方法のフローチャートである。 亜硫酸塩を測定する方法での経時的な電圧レベルのグラフである。 亜硫酸塩を測定する方法での電圧レベルパルスのシミュレーションプロットである。 図１２ｂの電圧パルスによって生成された電流応答に対応する電圧のシミュレーションプロットである。

図１は、発電プラント１を示した概略垂直断面図である。発電プラント１は、酸素供給ダクト６を介して供給された酸素の存在下において、供給管４を介して供給された石炭、石油、泥炭、天然ガス、または廃棄物等の燃料を燃焼させるボイラー２を備えている。酸素は、ボイラー２がいわゆる「酸素燃料」ボイラーの場合、たとえば空気および／または酸素ガスと再循環ガスとの混合物の形態で供給してもよい。燃料を燃焼させると、燃焼排ガスの形態で高温ガスが生成される。燃焼時に燃料に含まれる硫黄種は、少なくとも一部が二酸化硫黄ＳＯ_２を形成して、これが燃焼排ガスの一部となる。

燃焼排ガスは、ボイラー２から流体接続ダクト８を介して、電気集塵器１０の形態の任意選択の塵埃除去装置へと流れるようになっていてもよい。電気集塵器１０は、その一例が米国特許第４，５０２，８７２号明細書に記載されているが、燃焼排ガスから塵埃粒子を除去するように作用する。あるいは、たとえば米国特許第４，３３６，０３５号明細書に記載された繊維性フィルタ等、別の種類の塵埃除去装置を使用してもよい。

塵埃粒子の大部分が除去された燃焼排ガスは、電気集塵器１０から流体接続ダクト１２を介して、海水清浄器１４へと流れる。海水清浄器１４は、湿式清浄塔１６を備えている。湿式清浄塔１６の下部２０には、入口１８が配置されている。ダクト１２は、電気集塵器１０からダクト１２を介して流れてきた燃焼排ガスが入口１８を介して湿式清浄塔１６の内部２２へと進入できるように、入口１８と流体接続されている。

燃焼排ガスは、内部２２に進入すると、矢印Ｆで示すように、湿式清浄塔１６内を垂直上方に流れる。湿式清浄塔１６の中央部２４には、垂直方向上下に配置された多数の噴霧器配列２６が備えられている。このような噴霧器配列２６は、図１の例では３つ存在するが、湿式清浄塔１６には通常１〜２０個存在する。各噴霧器配列２６は、供給管２８と、各供給管２８に流体接続された多数のノズル３０とを備えている。供給管２８を介してノズル３０に供給された海水は、ノズル３０によって霧化され、湿式清浄塔１６の内部２２で燃焼排ガスと接触して二酸化硫黄ＳＯ_２を吸収する。

また、海３６から流体接続吸入管３４を介して海水をくみ上げるとともに、流体接続圧力管３８を介して流体接続供給管２８へと海水を送るポンプ３２が配置されている。

別の実施形態によれば、ポンプ３２によって管２８に供給される海水は、海水清浄器１４における清浄用水としての利用の前に、ボイラー２と関連する蒸気タービンシステムにおいて冷却水として用いられたものであってもよい。

湿式清浄塔１６の内部２２においてノズル３０により霧化された海水は、湿式清浄塔１６内を下方へと流れ、湿式清浄塔１６の内部２２を垂直上方に流れる燃焼排ガスＦから二酸化硫黄を吸収する。このような海水による二酸化硫黄の吸収の結果、海水は、湿式清浄塔１６の内部２２を下方へと流れるにつれて、徐々に廃海水となる。廃海水は、湿式清浄塔１６の下部２０に集められ、湿式清浄塔１６から流体接続排出管４０を介して酸化槽システム４２に送られる。

別の実施形態によれば、海水清浄器１４は、湿式清浄塔１６の内部２２に配置された１または複数層の充填材３９を備えていてもよい。充填材３９は、プラスチック、鋼材、木材、または別の適当な材料で作られ、気体と液体間の接触を促進するものであってもよい。充填材３９を用いると、ノズル３０は、海水を霧化させるのではなく、充填材３９の上方で海水を分布させるだけである。充填材３９の例としては、Ｍｅｌｌａｐａｋ^ＴＭ（スイス・ヴィンタートゥールのＳｕｌｚｅｒ Ｃｈｅｍｔｅｃｈ社から入手可能）およびＰａｌｌ^ＴＭリング（ドイツ・ルートヴィヒスハーフェンのＲａｓｃｈｉｇ社から入手可能）等が挙げられる。

廃海水には、任意選択で未使用の海水を追加した後、さらに処理を行うようにしてもよい。この目的のため、管４９を圧力管３８に流体接続して、酸化槽システム４２に廃海水を流すための流体接続排出管４０に未使用の海水を流すようにしてもよい。これにより、管４０では、未使用の海水と廃海水とが混ざり合う。あるいは、管４９からの未使用の海水を酸化槽システム４２に直接流して、廃海水と混ぜるようにしてもよい。さらに別の選択肢として、ボイラー２またはそれと関連する蒸気タービンシステムで生成された残留水および／または凝縮水を廃海水と混ぜることも可能である。

酸化槽システム４２は、流体接続配管４６を介して、空気等の酸素含有ガスの形態の１または複数の酸化促進物質を廃海水中に吹き込むように構成された圧縮機または送風機４４の形態の送風装置を備えている。送風機４４および配管４６は、廃海水に酸素を供給する酸素供給システム４７を構成する。酸化槽システム４２については、図２を参照しつつ以下でより詳細に説明する。

廃海水は、任意選択で流体接続溢れ管４８を介して、酸化槽システム４２からアルカリ化槽５０に流れるようになっていてもよい。また、流体接続管５４を介してアルカリ剤を槽５０に供給するアルカリ剤収納庫５２が任意選択で配置されている。アルカリ剤は、たとえば石灰石または海からの未使用の海水であってもよく、必要に応じて廃海水のｐＨを上げるように作用する。

廃海水は最終的に、流体接続溢れ管５６を介して、アルカリ化槽５０から海３６へと流れ戻る。

別の実施形態によれば、廃海水は、アルカリ化槽を一切通らずに、溢れ管４８を介して海３６へと流れる。さらに別の実施形態によれば、廃海水は、未使用の海水と混ぜた後に海３６へ排出する。この目的のため、流体接続溢れ管４８に未使用の海水を流す管５１が圧力管３８に流体接続されていてもよい。これにより、管４８では、未使用の海水と廃海水とが混ざり合う。

図２は、酸化槽システム４２をより詳細に示した図である。廃海水は、酸化槽システム４２の酸化槽４３の第１端５８または「入口端」において、流体接続管４０を介して酸化槽４３に供給される。廃海水は、矢印Ｓで示すように、酸化槽４３の第１端５８から第２端６０または「出口端」に向かって、酸化槽４３の長さＬＢ方向に大略水平に流れる。廃海水は、第２端６０において流体接続溢れ管４８へと溢れ出て、槽４３から流れ出る。

酸化槽システム４２は、配管４６を備えた酸素供給システム４７をさらに備えている。配管４６は、第１端５８の隣接点から第２端６０の隣接点まで槽４３に沿って水平方向に延伸する中央分配ダクト６２を備えている。配管４６は、中央分配ダクト６２に流体接続されるとともに、槽４３中を水平方向に流れる廃海水７５中に延伸する第１、第２、第３、第４、第５、および第６の連続した空気分配管６４、６６、６８、７０、７２、７４の形態の供給管をさらに備えている。これら６本の空気分配管６４、６６、６８、７０、７２、７４は、槽４３の長さＬＢ方向に連続して配置され、第１の空気分配管６４が第１端５８の最も近くに位置し、第２の空気分配管６６が第１の管６４よりも下流に位置し、以下同様にして、第６の空気分配管７４が第２端６０の最も近くに位置している。各空気分配管６４、６６、６８、７０、７２、７４には、それぞれを通る空気等の酸素含有ガスの流れを制御するのに有用な制御弁７６、７８、８０、８２、８４、８６の形態の制御装置が設けられている。送風機４４は、中央分配ダクト６２と、さらには空気分配管６４、６６、６８、７０、７２、７４とに空気を吹き込む。空気分配管６４、６６、６８、７０、７２、７４の下端８８は開口しており、酸化槽４３中の廃海水７５の液面９０より下に配置されている。送風機４４によって吹き込まれた空気は、中央分配ダクト６２および空気分配管６４、６６、６８、７０、７２、７４を介して、開口した下端８８へと流れる。開口端８８では、空気が分散され、廃海水と混ざり合う。このように分散されて廃海水と混ざり合った空気に含まれる酸素の少なくとも一部は、廃海水中に溶解し、以下に詳述する化学反応にしたがって亜硫酸および／または亜硫酸水素イオンを酸化する反応を示す。

別の実施形態によれば、酸素供給システム４７は、２１体積％より多くの酸素（たとえば、７５〜１００体積％の酸素）を含む酸素リッチガスを酸化槽４３の廃海水に吹き込むように動作するものであってもよい。

酸化槽システム４２は、槽４３中を流れる廃海水中に沈められた第１、第２、第３、第４、および第５の連続した水質センサー９２、９４、９６、９８、１００をさらに備えていてもよい。これら５つの水質センサー９２、９４、９６、９８、１００は、槽４３の長さＬＢ方向に連続して配置され、第１の水質センサー９２が第１端５８の最も近くに位置し、第２の水質センサー９４が第１のセンサー９２よりも下流に位置し、以下同様にして、第５の水質センサー１００が第２端６０の最も近くに位置している。溢れ管４８には、最後となる第６の水質センサー１０２が配置されている。各水質センサー９２、９４、９６、９８、１００、１０２は、１または複数の検出素子を備えていてもよい。図２に示す実施形態では、各水質センサーが亜硫酸塩検出素子１０４、酸素検出素子１０６、およびｐＨ検出素子１０８を備えている。

各水質センサー９２、９４、９６、９８、１００、１０２は、それぞれが配置された特定領域において測定される廃海水の１または複数のパラメータを検出するように位置決めされ、信号を制御ユニット１１０に送信するためのものである。制御ユニット１１０は、プロセス制御コンピュータであってもよいが、各水質センサー９２、９４、９６、９８、１００、１０２から受信した信号を解析し、酸素含有ガスの適当な流れが各空気分配管６４、６６、６８、７０、７２、７４を介して廃海水に供給されるように、以下に詳述する原則にしたがって各制御弁７６、７８、８０、８２、８４、８６の設定を自動制御する。また、制御ユニット１１０は、適当な量の空気が配管４６と、さらには空気分配管６４、６６、６８、７０、７２、７４とに供給されるように、送風機４４の出力を自動制御するようになっていてもよい。

図３は、別の酸化槽システム２４２の概略図である。酸化槽システム４２の特徴と類似する酸化槽システム２４２の特徴には、同じ符号を付している。廃海水７５は、酸化槽システム２４２の酸化槽４３の入口端である第１端５８において、流体接続管４０を介して酸化槽４３に供給される。廃海水は、矢印Ｓで示すように、第１端５８から第２端６０に向かって、酸化槽４３の長さＬＢ方向に大略水平に流れ、流体接続溢れ管４８を介して槽４３から流れ出る。

酸化槽システム２４２は、酸素供給システム２４７をさらに備えている。酸素供給システム２４７は、個別の送風機２７６、２７８、２８０、２８２、２８４、２８６の形態の制御装置に流体接続されるとともに、槽４３中を水平方向に流れる廃海水７５中に延伸する第１、第２、第３、第４、第５、および第６の空気分配管２６４、２６６、２６８、２７０、２７２、２７４を備えている。これら６本の空気分配管２６４、２６６、２６８、２７０、２７２、２７４は、槽４３の長さＬＢ方向において、断続的に間隔を空けている。送風機２７６、２７８、２８０、２８２、２８４、２８６により吹き込まれた空気は、空気分配管２６４、２６６、２６８、２７０、２７２、２７４の開口した下端８８で分散され、廃海水７５と混ざり合う。

酸化槽システム２４２は、槽４３の長さＬＢ方向において断続的に間隔を空けた位置で廃海水７５中に沈められた第１、第２、第３、第４、第５、および第６の水質センサー９２、９４、９６、９８、１００、１０２をさらに備えていてもよい。また、各水質センサーは、図２を参照して前述したものと類似する１または複数の検出素子を備えていてもよい。各水質センサー９２、９４、９６、９８、１００、１０２は、廃海水７５の１または複数のパラメータを検出するように位置決めされ、信号を制御ユニット１１０に送信または伝達する。制御ユニット１１０は、各水質センサー９２、９４、９６、９８、１００、１０２から受信した信号を解析し、これにしたがって、酸素含有ガスの適当な流れが各空気分配管２６４、２６６、２６８、２７０、２７２、２７４を介して廃海水７５に供給されるように、各送風機２７６、２７８、２８０、２８２、２８４、２８６からの出力を自動制御する。

以下、湿式清浄塔１６および酸化槽システム４２において起こる化学反応についてより詳細に説明する。図１に示す湿式清浄塔１６の内部２２における二酸化硫黄の吸収は、以下の反応にしたがって起こるものと考えられる。
ＳＯ_２（ｇ）＋Ｈ_２Ｏ ⇒ ＨＳＯ_３ ⁻（ａｑ）＋Ｈ^＋（ａｑ） ［式１．１ａ］

亜硫酸水素イオンＨＳＯ_３ ⁻は、廃海水のｐＨ値に応じてさらに解離し、以下の平衡反応にしたがって亜硫酸イオンＳＯ_３ ^２−を形成する。
ＨＳＯ_３ ⁻（ａｑ） ⇔ ＳＯ_３ ^２−（ａｑ）＋Ｈ^＋（ａｑ） ［式１．１ｂ］

このように、二酸化硫黄の吸収の効果として、廃海水は、吸収反応により生成される水素イオンＨ^＋の効果によって、海３６からの未使用の海水よりも低いｐＨ値を有することになる。また、亜硫酸水素および／または亜硫酸イオンＨＳＯ_３ ⁻、ＳＯ_３ ^２−を含むことになる。亜硫酸水素および／または亜硫酸イオンは、酸素要求物質であって、海３６への放出は制限されている。

酸化槽システム４２において、酸素供給システム４７を介して供給された酸素含有ガスに含まれる酸素ガスＯ_２（ｇ）は、酸化槽４３中の廃海水に溶解する。
Ｏ_２（ｇ） ⇔ Ｏ_２（ａｑ） ［式１．２ａ］

亜硫酸水素および／または亜硫酸イオンＨＳＯ_３ ⁻、ＳＯ_３ ^２−は、以下の反応にしたがって、溶解酸素との反応により少なくとも一部が酸化される。
ＨＳＯ_３ ⁻＋Ｈ^＋＋１／２Ｏ^２（ａｑ） ⇒ ＳＯ_４ ^２−＋２Ｈ^＋ ［式１．２ｂ］
ＳＯ_３ ^２−＋２Ｈ^＋＋１／２Ｏ^２（ａｑ） ⇒ ＳＯ_４ ^２−＋２Ｈ^＋ ［式１．２ｃ］

このように、二酸化硫黄の吸収および亜硫酸塩の酸化の効果として、廃海水中には水素イオンＨ^＋が生成される。海水には炭酸カルシウムＣａＣＯ_３が含まれており、水素イオンＨ^＋と反応して中和させるアルカリとして機能する。この中和は、以下の化学反応体系にしたがって起こり得る。中和反応の第１のステップにおいては、炭酸イオンＣＯ_３ ^２−が水素イオンと反応して、炭酸水素イオンＨＣＯ_３ ⁻を形成する。
ＣＯ_３ ^２−＋Ｈ^＋ ⇔ ＨＣＯ_３ ⁻ ［式２．１］

そして、形成された炭酸水素イオンＨＣＯ_３ ⁻は、別の水素イオンＨ^＋と反応して、溶解状態の二酸化炭素ＣＯ_２を形成する場合がある。
ＨＣＯ_３ ⁻＋Ｈ^＋ ⇔ ＣＯ_２（ａｑ）＋Ｈ_２Ｏ ［式２．２］

最後に、溶解二酸化炭素ＣＯ_２（ａｑ）は、気体として大気に放出される。
ＣＯ_２（ａｑ） ⇔ ＣＯ_２（ｇ） ［式２．３］

上記中和反応（式２．１〜２．３）はすべて、平衡反応である。これは、炭酸イオンＣＯ_３ ^２−から気体状の二酸化炭素ＣＯ_２までの経路全体の反応速度が最も遅いステップによって制限されることを意味する。上記中和反応のうち、最も速いのは式２．１であり、最も遅いのは式２．２である。このため、酸化槽システム４２における水素イオンの中和速度は通常、式２．２によって決まることになる。

海３６へ戻すことができる廃水に関する規制上の要件は、以下のパラメータを含むことが多い。

ｉ）十分に少ない量の酸素消費物質（化学的酸素要求量（ＣＯＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ）と称する場合が多い）
ｉｉ）十分に多い量の酸素
ｉｉｉ）適当なｐＨ

図１に開示した種類の海水清浄器１４において、酸素消費物質ＣＯＤの濃度は通常、廃海水の亜硫酸塩の濃度と非常によく相関する。図２を参照して前述した亜硫酸塩検出素子１０４、酸素検出素子１０６、およびｐＨ検出素子１０８を有する各水質センサー９２、９４、９６、９８、１００、１０２を用いることによって、酸化槽４３の長さＬＢ方向における亜硫酸塩濃度、酸素濃度、およびｐＨの変化を監視して制御することができる。

図４は、酸化槽４３の長さＬＢ方向に行った測定による酸素、亜硫酸塩、およびｐＨのプロファイルの一例を示した図である。図４およびその他の図においては「亜硫酸塩」と称するが、当然のことながら、「亜硫酸塩」には亜硫酸および／または亜硫酸水素イオンを含んでいてもよい。また、硫酸塩ＳＯ_４ ^２−の濃度も示している。硫酸塩は、上記のように測定してはいないが、亜硫酸塩の酸化の最終結果である。このため、硫酸塩の濃度は、測定した亜硫酸塩の濃度から計算するようにしてもよい。参考として、図４のｘ軸上には、酸化槽４３の長さＬＢ方向に位置決めされた各水質センサー９２、９４、９６、９８、１００、１０２を表示している。

図４に示すように、廃海水中に溶解した酸素Ｏ_２（ａｑ）の濃度は、水質センサー９２から水質センサー９４まで急速に上昇した後、水質センサー９６までに適当な濃度に達している。廃海水７５中の溶解酸素Ｏ_２（ａｑ）の濃度が上昇するにつれて、式（１．２ｂ）および（１．２ｃ）に従った亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の酸化の速度も大きくなる。これにより、亜硫酸塩の濃度は、水質センサー９４と水質センサー９８間で急速に低下する。亜硫酸塩の酸化の効果として、廃水７５中の硫酸塩ＳＯ_４ ^２−の濃度は上昇する。水質センサー９４と水質センサー９８間の亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の酸化により、式（１．２ｂ）にしたがって水素イオンＨ^＋が形成される。このため、第２の水質センサー９４と第４の水質センサー９８間では、廃水７５のｐＨが低くなる。また、式（２．１）〜（２．３）の中和反応によって、形成された水素イオンが継続的に中和される。一般的に、第４の水質センサー９８よりも下流では、水素イオンＨ^＋の形成は制限される。ただし、式（２．１）〜（２．３）の中和反応、特に式（２．２）は然程速くないため、ｐＨがその所望レベルに達するには一定の時間を要することになる。したがって、第４の水質センサー９８と第６の水質センサー１０２間では、ｐＨがゆっくりと高くなる。

廃海水中の酸素の溶解、亜硫酸塩の酸化、および形成された水素イオンの中和による廃海水のｐＨの回復はそれぞれ、上記化学反応間の相互作用に支配されている。図２に示す制御ユニット１１０は、各水質センサー９２、９４、９６、９８、１００、１０２から信号を受信して、各空気分配管６４、６６、６８、７０、７２、７４を制御することにより、酸化槽４３の長さＬＢ方向の然るべき位置において、溢れ管４８を介して槽４３から流れ出る廃水に適した量の酸素含有ガスを供給して、酸素含有量、ＣＯＤ、およびｐＨに関する規制上の要件を満たす。

図５ａは、水質センサー９２、９４、９６、９８、１００の各亜硫酸塩検出素子１０４で記録した亜硫酸塩の濃度が、図５ａ中の破線で示すように高すぎる例を示した図である。第６の水質センサー１０２で測定された亜硫酸塩の濃度は十分に規制限度内と考えられるが、水素イオンの形成は酸化槽４３の長さＬＢ方向のほぼ全体にわたっているため、式（２．１）〜（２．３）にしたがって形成されたすべての水素イオンＨ^＋の中和に十分な時間を確保できないという明確なリスクが存在する。制御ユニット１１０は、水質センサー９２、９４、９６、９８、１００からそのような情報を受信した場合、第２、第３、第４、および第５の空気分配管６６、６８、７０、７２の制御弁７８、８０、８２、８４をそれぞれ開くように制御することによって、より多くの酸素が空気分配管から廃水に供給されるようにしてもよい。また、任意選択で送風機４４の出力を上げてもよい。酸素の供給を増やした効果として、亜硫酸塩の濃度および硫酸塩の濃度は、図中に矢印で示すように、それぞれの通常または所望の値に回復する。

図５ｂは、水質センサー９２、９４、９６、９８、１００、１０２の各亜硫酸塩検出素子１０４で測定した亜硫酸塩の濃度が、図５ｂ中の破線で示すように、第３の水質センサー９６で早くも相対的に低くなっている例を示した図である。第６の水質センサー１０２で測定された亜硫酸塩濃度、酸素濃度、およびｐＨは規制限度内である可能性が高いが、廃海水に供給される酸素含有ガスが多すぎて、送風機４４で消費されるエネルギー量が増加するという明確なリスクが存在する。制御ユニット１１０は、水質センサー９２、９４、９６、９８、１００、１０２からそのような情報を受信した場合、第１、第２、および第３の空気分配管６４、６６、６８の制御弁７６、７８、８０をそれぞれ少なくとも部分的に閉じるように制御することによって、より少ない酸素が空気分配管から廃水に供給されるようにしてもよい。また、任意選択で送風機４４の出力を下げるか、あるいは、下げてもよい。このように酸素の供給を減らした効果として、亜硫酸塩の濃度および硫酸塩の濃度は、図中に矢印で示すように、それぞれの通常または所望の値に回復する。

図６ａは、水質センサー９４、９６の各酸素検出素子１０６で記録した酸素の濃度が、図６ａ中の破線で示すように低すぎる例を示した図である。このように酸素の濃度が低いと、亜硫酸塩の酸化速度が低下する可能性が高く、廃海水の亜硫酸塩の濃度が規制限度を超えるリスクおよび／または廃海水のｐＨが低くなりすぎるリスクが発生する可能性がある。制御ユニット１１０は、水質センサー９４、９６からそのような情報を受信した場合、第１および第２の空気分配管６４、６６の制御弁７６、７８を開くように制御することによって、より多くの酸素が空気分配管から廃水に供給されるようにしてもよい。このように酸素の供給を増やした効果として、酸素の濃度は、図６ａ中に矢印で示すように、その通常値に回復する。

図６ｂは、水質センサー９２、９４の各酸素検出素子１０６で記録した酸素の濃度が、図６ｂ中の破線で示すように高すぎる例を示した図である。このように酸素の濃度が高いのは、廃海水に供給される酸素含有ガスが多すぎるということであり、送風機４４によるエネルギー消費量が増加する。制御ユニット１１０は、水質センサー９２、９４からそのような情報を受信した場合、第１および第２の空気分配管６４、６６の制御弁７６、７８を少なくとも部分的に閉じるように制御することによって、より少ない酸素が空気分配管から廃水に供給されるようにしてもよい。このように酸素の供給を減らした効果として、酸素の濃度は、図６ｂ中に矢印で示すように、その通常値に回復する。

図７ａは、水質センサー１００、１０２の各ｐＨ検出素子１０８で記録したｐＨ値が、図７ａ中の破線で示すように低すぎる例を示した図である。このように低いｐＨでは、廃海水を海３６に放出できない場合がある。制御ユニット１１０は、水質センサー１００、１０２からそのような情報を受信した場合、第５および第６の空気分配管７２、７４の制御弁８４、８６を開くように制御することによって、より多くの空気が空気分配管から廃水に供給されるようにしてもよい。供給される空気は、上記の式（２．３）に従った二酸化炭素ＣＯ_２の気化と、それに続く廃海水からの除去とを改善する効果がある。気体のＣＯ_２をこのように除去することによって、上記の式（２．１）および（２．２）に従った水素イオンの中和の速度が向上する。このように空気の供給を増やした効果として、ｐＨ値は、図７ａ中に矢印で示すように、その通常値に回復する。

図７ｂは、水質センサー９８、１００の各ｐＨ検出素子１０８で記録したｐＨ値が、図７ｂ中の破線で示すように、第５の水質センサー１００で早くも廃水を海に放出するのに適したレベルになっている例を示した図である。ｐＨ値は規制限度内であるが、廃海水に供給される空気が多すぎて、送風機４４で消費されるエネルギー量が増加するという明確なリスクが存在する。制御ユニット１１０は、水質センサー９８、１００からそのような情報を受信した場合、第４および第５の空気分配管７０、７２の制御弁８２、８４を少なくとも部分的に閉じるように制御することによって、より少ない空気が空気分配管から廃水に供給されるようにしてもよい。このように酸素の供給を減らした効果として、ｐＨ値は、図７ｂ中に矢印で示すように、より望ましい通常値に回復する。

したがって、図５ａ、図５ｂ、図６ａ、図６ｂ、図７ａ、および図７ｂを参照して例示したように、制御ユニット１１０は、水質センサー９２、９４、９６、９８、１００、１０２からの情報／信号に基づいて、個別の空気分配管６４、６６、６８、７０、７２、７４から供給される酸素含有ガスの量を制御することにより、最適な量の酸素が各位置で供給されるようにする。これにより、動作が安全でエネルギー費用が低い酸化槽システム４２を実現可能となる。

また、制御ユニット１１０は、酸化槽４３に沿って亜硫酸塩濃度、および／または酸素濃度、および／またはｐＨ値を継続的に監視するとともに、これにしたがって、個別の空気分配管６４、６６、６８、７０、７２、７４を介した酸素含有ガスの供給を調整するのに使用してもよい。このように、個々の空気分配管を介して供給される空気の量を調整することによって、プロセスが変化する場合がある。このようなプロセスの変化としては、たとえばボイラー２で生成された燃焼排ガスにおける二酸化硫黄の濃度の変化、ボイラーの負荷の変化、温度の変化や燃焼排ガス中の酸化触媒塵埃粒子の濃度の変化等に起因する酸化状態の変化等が挙げられる。あるいは、酸化槽システム４２の起動時にのみ制御ユニット１１０を利用して、個々の分配管６４、６６、６８、７０、７２、７４を通る流れのレベルを調整することも可能である。さらに、制御ユニット１１０による自動制御に代えて、弁７６、７８、８０、８２、８４、８６の設定および／または送風機２７６、２７８、２８０、２８２、２８４、２８６の出力の設定を手動で行うことも可能である。

図２および図３に示す酸化槽システム４２、１４２においては、６本の連続した空気分配管６４、６６、６８、７０、７２、７４および６つの連続した水質センサー９２、９４、９６、９８、１００、１０２が存在する。当然のことながら、酸化槽の長さおよび必要な制御の所望レベルまたは所要精度に応じて、異なる数の空気分配管および水質センサーを使用してもよい。酸化槽システムには、好ましくは２〜２０本、より好ましくは３〜１０本の連続した空気分配管と、２〜２０個、より好ましくは３〜１０個の連続した水質センサーとを設ける。連続した空気分配管の数は、水質センサーの数に対応している必要はない。したがって、酸化槽には、たとえば６本の連続した空気分配管と、４つの連続した水質センサーとを設けることも可能である。

図８は、別の酸化槽システム３４２の概略上面図である。酸化槽システム４２の特徴と類似する酸化槽システム３４２の特徴には、同じ符号を付している。廃海水は、酸化槽システム３４２の酸化槽４３の入口端である第１端５８において、流体接続管４０を介して酸化槽４３に供給される。廃海水は、矢印Ｓで示すように、第１端５８から第２端６０に向かって、酸化槽４３の長さＬＢ方向に大略水平に流れ、流体接続溢れ管４８を介して槽４３から流れ出る。

酸化槽４３は、大きな幅ＷＢを有する。このため、酸化槽システム３４２は、槽４３の長さＬＢ方向に沿って互いに平行に延伸するように位置決めされた第１の分配ダクト３６２および第２の分配ダクト３６３を備えた酸素供給システム３４７を具備している。第１の分配ダクト３６２は、槽４３の長さＬＢ方向に連続して配置された３本の空気分配管３６４、３６６、３６８を備えている。第２の分配ダクト３６３は、槽４３の長さＬＢ方向に連続して配置された３本の空気分配管３６５、３６７、３６９を備えている。空気分配管３６４、３６６、３６８、３６５、３６７、３６９は、図３を参照して前述した空気分配管２６４、２６６、２６８と同様の設計である。送風機４４によって吹き込まれた空気は、分配ダクト３６２、３６３を通って空気分配管３６４、３６６、３６８、３６５、３６７、３６９に流れ、廃海水と混ざり合う。

酸化槽システム３４２は、槽４３中を流れる廃海水中に沈められた第１、第２、および第３の水質センサー３９２、３９４、３９６をさらに備えている。水質センサー３９２、３９４、３９６は、第１の分配ダクト３６２に沿って連続的に配置され、第１の水質センサー３９２が第１端５８の最も近くに位置し、第２の水質センサー３９４が第１のセンサー３９２よりも下流に位置し、以下同様である。また、酸化槽システム３４２は、槽４３中を流れる廃海水中に沈められた第４、第５、および第６の水質センサー３９３、３９５、３９７を備えている。水質センサー３９３、３９５、３９７は、第２の分配ダクト３６３に沿って連続的に配置され、第４の水質センサー３９３が第１端５８の最も近くに位置し、第５の水質センサー３９５が第４のセンサー３９３よりも下流に位置し、以下同様である。各水質センサーは、図２を参照して前述したものと類似する１または複数の検出素子を備えていてもよい。各水質センサー３９２、３９４、３９６、３９３、３９５、３９７は、廃海水の１または複数のパラメータを検出するように位置決めされ、信号／情報を制御ユニット３１０に送信するためのものである。制御ユニット３１０は、各水質センサー３９２、３９４、３９６、３９３、３９５、３９７から受信した信号を解析し、酸化促進物質を槽４３に供給する供給システム３７６を自動制御する。したがって、本実施形態においては、酸素供給システム３４７が供給する酸素含有ガスの形態の第１の酸化促進物質が、供給システム３７６を介して供給される第２の酸化促進物質とともに供給される。

第２の酸化促進物質は、鉄Ｆｅ、マンガンＭｎ、コバルトＣｏ、または銅Ｃｕ等の酸化促進触媒であってもよい。さらに、この酸化促進物質は、酸化酵素であってもよい。後者の一例としては、亜硫酸オキシダーゼ型の酵素が挙げられる。亜硫酸オキシダーゼは、Ａｒｃｈ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．２０００ Ｎｏｖ １５；３８３（２）：２８１−７に発表されたＣＡ Ｔｅｍｐｌｅ、ＴＮ Ｇｒａｆ、およびＫＶ Ｒａｊａｇｏｐａｌａｎによる論文「Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｓｕｌｆｉｔｅ ｏｘｉｄａｓｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｄｏｍａｉｎ」の教示内容にしたがって作製してもよい。

供給システム３７６は、鉄または酸化酵素等の酸化促進物質の水溶液が格納されたタンク３７７と、この溶液を槽４３に移送するポンプ３７８とを備えている。ポンプ３７８は、第１の分配管３６４の近傍に酵素を送り出す第１の供給管３８０と、第２の分配管３６６の近傍に酵素を送り出す第２の供給管３８２と、第４の分配管３６５の近傍に酵素を送り出す第３の供給管３８１と、第５の分配管３６７の近傍に酵素を送り出す第４の供給管３８３とに溶液を供給する。各供給管３８０、３８２、３８１、３８３には、制御ユニット３１０が制御する制御弁３８４、３８６、３８５、３８７がそれぞれ設けられている。

制御ユニット３１０は、たとえば水質センサー３９２、３９４、３９６からのデータを利用することにより、図２〜図７ｂを参照して前述したものと同様の原則にしたがって、槽４３の長さＬＢ方向に発生する酸化プロセスを制御するようにしてもよい。酸化槽システム３４２が異なるのは、酸化槽システム３４２に供給される空気の量を制御することにより槽に沿って所望の酸化速度を得る必要がない点である。それよりも、酸化触媒の量または使用および／もしくは酸化酵素の量または使用を場合によって制御することにより、所望の酸化速度を得る。たとえば、図５ａと同様の状況が起こった場合、制御ユニット３１０は、制御弁３８４を開くように制御することによって、より多くの触媒または酵素が供給管３８０を介して第１の空気分配管３６４の近接位置に供給されるようにしてもよい。

さらに別の実施形態によれば、図２および図３を参照して前述した原則にしたがって、送風機４４からの酸素含有ガスの供給を制御するようにしてもよい。また、タンク３７７からの触媒および／または酵素の供給を同様に制御するようにしてもよい。したがって、１または複数の酸化促進物質の供給を制御することにより、槽４３に沿って発生する酸化プロセスを制御可能である。そのような酸化促進物質の例としては、酸素含有ガス、酸化促進触媒、および酸化促進酵素が挙げられる。

さらに、制御ユニット３１０は、平行する水質センサーからのデータを比較することによって、システムや制御の変化の監視および／または故障の検出が可能である。制御ユニット３１０は、たとえばセンサー３９２で測定された亜硫酸塩の濃度をセンサー３９３で測定された亜硫酸塩の濃度と比較可能である。たとえば、センサー３９３で測定された亜硫酸塩の濃度がセンサー３９２で測定された亜硫酸塩の濃度よりも高い場合、制御ユニット３１０は、弁３８５を開くように制御することによって、より多くの触媒および／または酵素が管３８１を介して空気分配管３６５の近接位置に供給されるようにし、これにより酸化効率を向上させてもよい。

さらに別の実施形態によれば、制御ユニット３１０は、第１の分配ダクト３６２および第２の分配ダクト３６３への空気の供給を個別に制御することにより、平行する水質センサーからのデータを比較することによって、システムや制御の変化の監視および／または故障の検出が可能である。たとえば、センサー３９３で測定された亜硫酸塩の濃度がセンサー３９２で測定された亜硫酸塩の濃度よりも高い場合、制御ユニット３１０は、第１の分配ダクト３６２よりも第２の分配ダクト３６３により多くの空気が流れ込むようにしてもよい。このような制御は、たとえば分配ダクト３６２、３６３のそれぞれに別個の送風機を配置するか、または分配ダクト３６２、３６３に弁を配置することによって実行可能である。さらに、制御ユニット３１０は、空気分配管３６４、３６６、３６８、３６５、３６７、３６９への空気の供給を個別に制御することにより、平行する水質センサーからのデータを比較することによって、システムや制御の変化の監視および／または故障の検出が可能である。たとえば、センサー３９５で測定された亜硫酸塩の濃度がセンサー３９４で測定された亜硫酸塩の濃度よりも高い場合、制御ユニット３１０は、空気分配管３６６よりも空気分配管３６７により多くの空気が流れ込むようにしてもよい。このような制御は、たとえば図２に示した場合と同様に、空気分配管３６４、３６６、３６８、３６５、３６７、３６９に弁を配置するか、または図３に示した場合と同様に、空気分配管３６４、３６６、３６８、３６５、３６７、３６９のそれぞれに別個の送風機を配置することによって実行可能である。さらには、槽の特定位置における空気の形態の第１の酸化促進物質の供給制御と、槽の同じ位置への酸化促進触媒等の第２の酸化促進物質の供給制御とを組み合わせることも可能である。これにより、システムを制御するための選択肢が増えるとともに、たとえば空気の流れと酸化促進触媒の供給とを同時に増やして特定位置での酸化を大幅に増進することにより、非常に強力な制御が可能となる。

廃海水の処理制御方法は、
−酸化槽４３に沿って廃海水を流通させるステップと、
−第１の供給位置および第２の供給位置において酸化促進物質を供給することにより、廃海水中に含まれる亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の少なくとも一部を酸化するステップと、
−第１の供給位置よりも下流の第１の測定位置および第２の供給位置よりも下流の第２の測定位置において、亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の酸化に関する少なくとも１つのパラメータを測定するステップと、
−第１および第２の測定位置で測定されたパラメータに基づいて、第１および第２の供給位置の一方で供給される第１の量の酸化促進物質を当該第１および第２の供給位置の他方で供給される第２の量の酸化促進物質とは独立に制御するステップと、
を含んでいてもよい。

したがって、この方法によれば、第２の供給位置において供給される酸化促進物質の量を一定に保った状態で、第１の供給位置において供給される酸化促進物質の量のみを制御することが可能である。あるいは、第１の供給位置において供給される酸化促進物質の量を一定に保った状態で、第２の供給位置において供給される酸化促進物質の量のみを制御することが可能である。あるいは、第１の供給位置において供給される酸化促進物質の量および第２の供給位置において供給される酸化促進物質の量の両者を制御することが可能である。

亜硫酸塩検出素子１０４として利用可能な亜硫酸塩センサー４０１を図９の斜視図および図１０の概略垂直断面図に示す。亜硫酸塩センサー４０１は、基部４０４と、亜硫酸塩を検出する空間４０３の側面を形成するカバー４０２とを備えている。空間４０３には、センサーヘッド４１０が配置されている。センサーヘッド４１０は、空間４０３中に延伸する筒として形成されている。センサーヘッド４１０の軸方向端部４１３には、白金環の形態を有する第１の電極４１１が設けられている。第１の電極４１１の表面４１２は、センサーヘッド４１０の軸方向端部４１３と同じ高さである。

筒状センサーヘッド４１０の内部４１０ａには、軸４３１が延伸している。軸４３１は、電気モーター（図示せず）によって回転される。また、軸４３１は、研削ユニット４３０に結合されている。研削ユニット４３０は、図１０に最も良く示すように、第１の電極４１１の表面４１２に隣接するように構成された表面４３２を有する。軸４３１は、研削ユニット４３０の表面４３２が第１の電極４１１の表面４１２を研削／清浄化するように、研削ユニット４３０を回転させる。研削ユニット４３０は、２〜４０ｒｐｍ、好ましくは１５ｒｐｍの速度で第１の電極４１１の表面４１２に接触して回転する。研削ユニット４３０は、炭化ケイ素または窒化ケイ素等に基づくセラミック材料で構成されているのが好ましい。

亜硫酸塩センサー４０１は、第２の電極４２０をさらに備えている。第２の電極４２０は、鋼材等の金属であるのが好ましい。また、第２の電極４２０は、第１の電極４１１からある距離に配置されている。図示の実施形態では、第２の電極４２０が金属カバー４０２で構成されている。

亜硫酸塩センサー４０１は、制御ユニット４４０が内部に配置されるか、または接続されており、第１の電極４１１と第２の電極４２０間の空間を占める物質を通して電圧パルスを送るように構成されている。亜硫酸塩センサー４０１を物質中に沈めると、第１の電極４１１を介して電圧パルスが物質に進入する。第２の電極４２０は、電圧パルスによって生成された電流応答を受信して、制御ユニット４４０に電流応答を送り返すように構成されている。制御ユニット４４０は、電流応答を受信して解析ユニット４５０により解析するとともに、多変量データ解析によって物質中の亜硫酸塩の濃度を計算する。解析ユニット４５０において多変量データ解析を用いることにより、亜硫酸塩の濃度が既知のサンプルからの数学モデルを用いて、未知の物質中における亜硫酸塩の濃度の決定に使用する予測モデルを構築する。

電解電量測定のデータは、解釈が困難な場合が多い。各測定値は、多くの変数から成る。多変量データ解析方法としては、たとえばＳ．Ｗｏｌｄ、Ｋ．Ｅｓｂｅｎｓｅｎ、およびＰ．Ｇｅｌａｄｉによる「Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ：Ａ ｔｕｔｏｒｉａｌ．」、Ｃｈｅｍｏｍｅｔｒｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ ２、３７−５２、１９８７およびＳ．Ｗｏｌｄ、Ｍ．Ｓｊｏｅｓｔｒｏｅｍ、およびＬ．Ｅｒｉｋｓｓｏｎによる「ＰＬＳ−ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ：ａ ｂａｓｉｃ ｔｏｏｌ ｏｆ ｃｈｅｍｏｍｅｔｒｉｃｓ」、Ｃｈｅｍｏｍｅｔｒｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ、５８（２００１）１０９−１３０等により既知の主成分分析（ＰＣＡ：Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ）および潜在的構造投影（ＰＬＳ：Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｌａｔｅｎｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）等が有用であることが分かっている。ＰＣＡは、数学的ツールであって、実験データの分散を記述する。実験データの最大分散の方向を記述するベクトルすなわち観測結果間の最大差を記述する方向の計算が行われる。このベクトルは、第１主成分と呼ばれる。第２主成分は、第１主成分と直交しているため、独立である。そして、観測結果の大部分が明らかとなるまで、同様にして主成分をさらに計算可能である。これら主成分によって規定された新たなマトリクスが形成され、様々な主成分の有意性に応じてデータセットが大幅に減縮される。ただし、多くの場合は、２次元までである。ローディングベクトルは、元の変数に関して主成分の方向を記述する。スコアベクトルは、観測結果に関して主成分の方向を記述する。したがって、元のサンプル間の関係およびシステムへの影響度合いを示すスコアプロットが可能となる。このように、スコアプロットは実験結果間の関係を示し、それらのグループ分けによって分類が可能である。

ＰＬＳは、データの校正セットからモデルを構築するのに用いられる。これは線形法であって、Ｘデータ（電解電量分析）およびＹデータ（濃度）の両者についてＰＣＡが行われる。そして、各ＰＣについてデータセットとＹデータ間の線形回帰が行われ、回帰モデルが与えられる。このモデルを用いることにより、電解電量分析結果から値を予測することができる。

多変量データ解析に関するその他の情報については、Ｉ．Ｔ．Ｊｏｌｌｉｆｆｅによる「Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ ｉｎｃ．（１９８６）ＩＳＢＮ ０−３８７−９６２６９−７またはＫ．Ｒ．Ｂｅｅｂｅ、Ｒ．Ｊ．Ｐｅｌｌ、およびＭ．Ｂ．Ｓｅａｓｈｏｌｔｚによる「Ｃｈｅｍｏｍｅｔｒｉｃｓ−Ａ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｇｕｉｄｅ」、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ Ｉｎｃ．（１９９８）ＩＳＢＮ ０−４７１−１２４５１−６を参照可能である。

一実施形態において、亜硫酸塩センサー４０１は、物質の温度を測定する温度センサー４６０をさらに備えている。

図１１は、物質中の亜硫酸塩の濃度を測定する方法４８０のフローチャートである。物質は、ガス清浄化プロセスに提供されたものであってもよい。ステップ４８２においては、第１の電極４１１から複数の電圧パルスを送る。第１の電極４１１は、物質と接触している。電圧パルスは、制御ユニット４４０から第１の電極４１１および第２の電極４２０によって、図１２ａに示すようにステップ状に上昇または下降する電圧レベルとして物質に送る。第１の電極４１１から送る電圧レベルは、階段状パターンに形成される。各ステップでは、およそ０．０５Ｖだけ電圧レベルが上昇または下降するのが好ましい。この方法の一例において、電圧パルスとして物質に送る電圧レベルは、−１．０Ｖの電圧レベルから１．０Ｖの電圧レベルまで０．０５Ｖステップのステップ状に上昇させる。図１２ａに示す別の例では、電圧レベルをまず０．８Ｖから−０．１Ｖまで０．０５Ｖステップで下降させた後、０．１Ｖから０．８Ｖまで０．０５Ｖステップで上昇させる。

ステップ４８４においては、第１の電極４１１により第２の電極４２０に送った電圧パルスによって生成された電流応答を受信する。電流応答は、第２の電極４２０で受信する。第２の電極４２０も物質と接触している。電圧レベルを上昇または下降させる各ステップにより、第２の電極４２０において新たな電流応答を生成する。

最後のステップ４８６においては、多変量データ解析により電流応答を解析する。このように電流応答に基づいて、物質中の亜硫酸塩の濃度を測定してもよい。一実施形態によれば、複数の電流応答をすべて用いて、物質中の亜硫酸塩の濃度を測定する。一実施形態において、電流応答は、各電圧パルスの送信後に解析する。あるいは、一連の電圧パルスを送って一連の電流応答を生成した後、これら一連の電流応答に対して多変量データ解析を実行する。

図１２ｂは、階段状パターンの電圧パルスのシミュレーション例をさらに示している。電圧レベルは、およそ−０．７５Ｖからおよそ０．８Ｖまで経時的に変化する。ｘ軸上の値は、電圧パルス数を表している。図１２ｃは、対応する電流応答を電子回路からの出力電圧として示している。この電流応答からの情報を用いて、多変量データ解析により、物質中の亜硫酸塩のレベルを推定する。図１２ｂに示す各電圧パルスは、図１２ｃにおける５つの測定電圧値に対応する。したがって、図１２ｂおよび図１２ｃに示す例では、電圧パルス当たりの応答を、各電圧パルス中に５回測定する。図１２ｃのｘ軸上の値は、測定回数を表す。当然のことながら、亜硫酸塩検出素子１０４としては、別の種類の亜硫酸塩センサーを用いてもよい。

また、当然のことながら、添付の請求の範囲において、上記実施形態を種々変更可能である。

以上では、各水質センサー９２、９４、９６、９８、１００、１０２に亜硫酸塩検出素子１０４、酸素検出素子１０６、およびｐＨ検出素子１０８を設ける旨の説明をしたが、当然のことながら、その他の構成も可能である。一実施形態によれば、水質センサーには、亜硫酸塩濃度検出素子１０４のみ、または酸素濃度検出素子１０６のみ、またはｐＨ検出素子１０８のみを設けることも可能である。別の実施形態によれば、酸化槽システムの水質センサーには、異なる数の検出素子を設けることも可能である。したがって、たとえば、水質センサーの一部には、検出素子１０４、１０６、１０８の３つをすべて設ける一方、一部の水質センサーには、そのような検出素子を１つまたは２つだけ設けることも可能である。

以上では、連続した空気分配管６４、６６、６８、７０、７２、７４のそれぞれについて、酸素含有ガスの供給を個別に制御する旨の説明をしたが、当然のことながら、連続した空気分配管６４、６６、６８、７０、７２、７４のうちの１つまたは一部のみを個別に制御することも可能である。たとえば、第２の空気分配管６６のみを個別に制御し、それ以外の空気分配管６４、６８、７０、７２、７４については、流れを固定して動作させることも可能である。

以上では、触媒または酵素の形態の酸化促進物質を水溶液の形態で供給してもよい旨の説明をしたが、当然のことながら、そのような物質は別の形態でも供給可能である。たとえば、この物質は、固体の形態で供給することも可能である。別の選択肢としては、たとえば酸化槽に沈められた鉄板電極から酸化触媒として鉄Ｆｅを放出させる。この場合は、鉄板を電源に接続し、鉄板電極と対電極間に供給される電圧または電流を連続的または周期的に制御して、廃海水中への鉄の放出を制御する。

以上では、酸化槽システムがたとえば２〜２０本の連続した酸素分配管と、２〜２０個の連続した水質センサーとを備えていてもよい旨の説明をしたが、当然のことながら、酸化槽システムは、酸化槽の幅ＷＢに適した任意の数の平行または非平行の分配ダクト３６２、３６３および平行または非平行の水質センサーを備えていてもよい。

以上をまとめると、廃海水を処理する海水酸化槽システム４２は、
酸化促進物質を廃海水７５中に分配する第１の供給管６４と、
酸化促進物質を廃海水７５中に分配する第２の供給管６６と、
第１および第２の供給管６４、６６の一方によって供給される第１の量の酸化促進物質を当該第１および第２の供給管６４、６６の他方によって供給される第２の量の酸化促進物質とは独立に制御する制御装置７６、７８と、
を備える。

以上、多くの好適な実施形態を参照して本発明を説明したが、当業者には当然のことながら、本発明の範囲から逸脱することなく、種々変更が可能であるとともに、均等物でその要素を置き換えることも可能である。また、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、様々な改良を行って、特定の状況または材料を本発明の教示内容に適応させることも可能である。したがって、本発明は、その実施を考慮した最良の形態として開示された上記特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の請求の範囲に含まれるすべての実施形態を包含するものである。さらに、第１、第２等の用語の使用は、如何なる順序または重要度を示すものでもない。第１、第２等の用語は、要素同士を区別するために使用している。

Claims (15)

1. 二酸化硫黄を含むプロセスガスを海水と接触させることによって当該プロセスガスから二酸化硫黄を除去する際に生成される廃海水の処理制御方法において、
   酸化槽（４３）に沿って廃海水を流通させるステップと、
   第１の供給位置および第２の供給位置において酸化促進物質を供給することにより、前記廃海水中に含まれる亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の少なくとも一部を酸化するステップと、
   前記第１の供給位置よりも下流の第１の測定位置および前記第２の供給位置よりも下流の第２の測定位置において、亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の酸化に関する少なくとも１つのパラメータ測定値を得るために少なくとも１つのパラメータを測定するステップと、
   前記第１および第２の測定位置からの少なくとも１つの前記パラメータ測定値に基づいて、前記第１および第２の供給位置の一方で供給される第１の量の酸化促進物質の供給を当該第１および第２の供給位置の他方で供給される第２の量の酸化促進物質の供給とは独立に制御するステップと、
   を含む方法。
2. 前記第２の供給位置が、前記酸化槽に沿った廃海水流に関して、前記第１の供給位置よりも下流である、請求項１記載の方法。
3. 前記酸化促進物質が、
   酸素含有ガス、
   酸化促進触媒、および
   酸化促進酵素のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載の方法。
4. 亜硫酸塩濃度、酸素濃度、およびｐＨからなるパラメータ群から選択される、亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の酸化に関する少なくとも１つのパラメータを測定するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
5. 前記第１の供給位置で供給される第１の量の酸化促進物質の供給および前記第２の供給位置で供給される第２の量の酸化促進物質の供給の両方を独立して制御するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
6. 酸化槽（４３）の長さ方向に沿った少なくとも第１、第２、第３、および第４の供給位置において酸化促進物質を供給するステップと、酸化槽（４３）の長さ方向に沿った少なくとも第１、第２、第３、および第４の測定位置であって、供給位置よりも下流の各測定位置において少なくとも１つのパラメータを測定するステップとをさらに含む、請求項１記載の方法。
7. 前記第１の測定位置において亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の濃度を測定し、亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の測定された濃度を得るステップと、前記測定された亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の濃度に基づいて、前記第１の供給位置で供給される第１の量の酸化促進物質の供給を制御するステップとをさらに含む、請求項１記載の方法。
8. プロセスガスを海水と接触させることによって当該プロセスガスから二酸化硫黄を除去する湿式清浄器（１４）で生成される廃海水を処理する海水酸化槽システム（４２）において、
   前記廃海水が沿うように流通する酸化槽（４３）と、
   前記酸化槽（４３）に配置された、前記廃海水（７５）中への酸化促進物質の分布のための第１の供給管（６４、２６４、３８０）と、
   前記酸化槽（４３）に配置された、前記廃海水（７５）中への酸化促進物質の分布のための第２の供給管（６６、２６６、３８１）と、
   前記第１および第２の供給管（６４、６６、２６４、２６６、３８０、３８１）の一方によって供給される第１の量の酸化促進物質の供給を当該第１および第２の供給管（６４、６６、２６４、２６６、３８０、３８１）の他方によって供給される第２の量の酸化促進物質の供給とは独立に制御する少なくとも１つの制御装置（７６、７８、２７６、２７８、３８４、３８５）と、
   前記酸化槽（４３）において前記第１の供給管（６４、２６４、３８０）よりも下流に配置され、当該酸化槽における亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の酸化に関する少なくとも１つのパラメータを測定し、少なくとも１つのパラメータ測定値を得る第１の水質センサー（９２）と、
   前記酸化槽（４３）において前記第２の供給管（６６、２６６、３８１）よりも下流に配置され、当該酸化槽（４３）における亜硫酸塩および／または亜硫酸水素塩の酸化に関する少なくとも１つのパラメータを測定し、少なくとも１つのパラメータ測定値を得る第２の水質センサー（９４）と、
   を備えたことを特徴とする酸化槽システム（４２）。
9. 前記第１および第２の水質センサー（９２、９４）によるパラメータ測定値に基づいて、前記第１および第２の供給管（６４、６６、２６４、２６６、３８０、３８１）の一方によって供給される第１の量の酸化促進物質の供給を当該第１および第２の供給管（６４、６６、２６４、２６６、３８０、３８１）の他方によって供給される第２の量の酸化促進物質の供給とは独立に制御する制御ユニット（１１０、３１０）をさらに備えた、請求項８記載のシステム。
10. 前記第２の供給管（６６、２６６）が、前記酸化槽（４３）において前記第１の供給管（６４、２６４）よりも下流に配置された、請求項８記載のシステム。
11. 前記第１および第２の水質センサー（９２、９４）がそれぞれ、亜硫酸塩検出素子（１０４、４０１）、酸素検出素子（１０６）、およびｐＨ検出素子（１０８）からなる群から選択される少なくとも１つの検出素子（１０４、１０６、１０８）を備えた、請求項８記載のシステム。
12. 前記第１および第２の供給管（６４、６６、３８０、３８２）には、当該各供給管（６４、６６、３８０、３８２）によって供給される酸化促進物質の量を制御する個別の制御弁（７６、７８、３８４、３８６）が設けられた、請求項８記載のシステム。
13. 前記第１および第２の供給管（２６４、２６６）が、当該各供給管（２６４、２６６）を介して供給される酸素含有ガスの量を制御する個別の送風装置（２７６、２７８）にそれぞれ接続された、請求項８記載のシステム。
14. 前記システム（４２、１４２）は、３〜１０本の連続した供給管（６４、６６、６８、７０、７２、７４、２６４、２６６、２６８、２７０、２７２、２７４）と、３〜１０個の連続した水質センサー（９２、９４、９６、９８、１００、１０２）とを備えた、請求項８記載のシステム。
15. 海水を利用するプロセスガス清浄システムにおいて、
    プロセスガスが海水と接触する湿式清浄器（１４）であって、当該プロセスガスから二酸化硫黄を除去する湿式清浄器（１４）と、
    前記プロセスガスからの二酸化硫黄の除去に当たって前記湿式清浄器（１４）で生成される廃海水（７５）を処理する、請求項８記載の酸化槽システム（４２）と、を備えた、海水を利用するプロセスガス清浄システム。

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