WO2012017567A1 - 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、エアレーション装置の加湿方法 - Google Patents

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、エアレーション装置の加湿方法 Download PDF

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園田　圭介
章造 永尾
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三菱重工業株式会社
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    • C02F2103/18—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the purification of gaseous effluents

Definitions

  • the present invention relates to wastewater treatment of flue gas desulfurization devices applied to power plants such as coal-fired, crude oil-fired, and heavy oil-fired, and more particularly, wastewater of exhaust gas desulfurization devices that use the seawater method (used seawater).
  • the present invention relates to an aeration apparatus that decarboxylates air by aeration, a seawater flue gas desulfurization apparatus including the aeration apparatus, and a humidification method for the aeration apparatus.
  • exhaust gas combustion exhaust gas
  • SO 2 sulfur dioxide
  • SOx oxide
  • the flue gas desulfurization apparatus (hereinafter referred to as “seawater flue gas desulfurization apparatus”) employing the seawater method is a desulfurization system that uses seawater as an absorbent.
  • a desulfurization tower (absorption tower) having a cylindrical shape such as a substantially cylindrical shape
  • a wet-based gas-liquid contact is generated using seawater as an absorption liquid.
  • SOTS Seawater Oxidation Treatment System
  • SOTS Seawater Oxidation Treatment System
  • the carbon dioxide is decarboxylated (explosion) by aeration that causes fine bubbles to flow out from the aeration apparatus installed in (Patent Documents 1 to 3).
  • the aeration nozzle used in the aeration apparatus is one in which many small slits are provided in a diffused film made of rubber or the like covering the periphery of the base material. Generally, it is called “diffuser nozzle”. Such an aeration nozzle can cause a large number of fine bubbles of approximately the same size to flow out from the slit by the pressure of the supplied air.
  • Precipitation occurs when seawater located outside the diffuser membrane soaks into the diffuser membrane from the slit, and constantly touches the air passing through the slit for a long time to dry (concentrate the seawater). ) Is promoted and presumed to be precipitated.
  • the present invention has an object to provide an aeration apparatus capable of suppressing the generation of precipitates in a slit of a diffuser membrane, a seawater flue gas desulfurization apparatus including the aeration apparatus, and a humidification method of the aeration apparatus. To do.
  • a first invention of the present invention for solving the above-described problem is an aeration apparatus that is immersed in the water to be treated and generates fine bubbles in the water to be treated, and an air supply pipe that supplies air by discharge means;
  • An aeration apparatus comprising: a water supply means for supplying water to the air supply pipe; and an aeration nozzle having a diffuser film having a slit to which air containing water is supplied.
  • the second invention is the aeration apparatus according to the first invention, wherein the moisture is either fresh water or seawater.
  • a third aspect of the invention is an aeration apparatus that is immersed in the water to be treated and generates fine bubbles in the water to be treated, an air supply pipe that supplies air by discharge means, and a water vapor supply that supplies water vapor to the air supply pipe
  • an aeration apparatus comprising a means and an aeration nozzle having a diffuser film having a slit to which air containing water vapor is supplied.
  • a fourth invention is an aeration apparatus according to any one of the first to third inventions, wherein a filter and a cooler are provided in the air supply pipe.
  • the fifth invention is an aeration apparatus according to the fourth invention, characterized in that moisture is supplied to the vicinity of the air inlet of the discharge means.
  • a sixth invention is the invention according to any one of the first to fifth inventions, wherein the aeration nozzle includes a diffuser film covering a support body into which air is introduced, and a plurality of slits provided in the diffuser film.
  • the aeration apparatus is characterized in that fine bubbles are allowed to flow out of the slit.
  • a seventh invention includes a desulfurization tower using seawater as an absorbent, a water channel for flowing and draining used seawater discharged from the desulfurization tower, and a fine bubble installed in the water channel. And a first to fifth aeration apparatus for performing decarboxylation by generating water.
  • the eighth invention uses an aeration apparatus that is immersed in the for-treatment water and generates fine bubbles in the for-treatment water.
  • aeration apparatus that is immersed in the for-treatment water and generates fine bubbles in the for-treatment water.
  • moisture or water vapor is added, and the air containing the moisture is removed.
  • the air is supplied to the slit of the diffuser membrane.
  • FIG. 1 is a schematic view of a seawater flue gas desulfurization apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 2A is a plan view of the aeration nozzle.
  • FIG. 2-2 is a front view of the aeration nozzle.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the internal structure of the aeration nozzle.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the aeration apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic view of another aeration apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of another aeration apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic view of another aeration apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic view of a seawater flue gas desulfurization apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 2A is a plan view of the aeration nozzle.
  • FIG. 2-2 is a front view of the aeration nozzle.
  • FIG. 8A is a diagram illustrating a state of outflow of air (mixture of saturated humid air and water mist) and intrusion of seawater in the slit of the diffuser membrane.
  • FIG. 8-2 is a diagram illustrating the state of outflow of air (saturated humid air) and intrusion of seawater in the slit of the diffuser membrane.
  • FIG. 8-3 is a diagram illustrating the outflow of air (wet air; relative humidity of 100% or less), the intrusion of seawater, and the state of concentrated seawater in the slit of the diffuser membrane.
  • FIG. 8-4 is a diagram illustrating the state of air outflow, seawater intrusion, and concentrated seawater in the slit of the diffuser membrane.
  • FIG. 8A is a diagram illustrating a state of outflow of air (mixture of saturated humid air and water mist) and intrusion of seawater in the slit of the diffuser membrane.
  • FIG. 8-2 is a diagram illustrating the state of outflow of air (satur
  • FIG. 8-5 is a diagram showing the state of outflow of air, intrusion of seawater, concentrated seawater, and precipitates in the slit of the diffuser membrane.
  • FIG. 9 is a diagram showing a change in the salinity concentration of seawater immersed in the slit of the aeration nozzle and the operating state of the aeration apparatus when moisture is intermittently supplied to the air supply pipe.
  • FIG. 1 is a schematic view of a seawater flue gas desulfurization apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1
  • a seawater flue gas desulfurization apparatus 100 includes a flue gas desulfurization absorption tower 102 that makes a gas-liquid contact between exhaust gas 101 and seawater 103 to desulfurize SO 2 to sulfurous acid (H 2 SO 3 ),
  • a dilution mixing tank 105 is provided below the smoke desulfurization absorption tower 102 to dilute and mix the used seawater 103A containing sulfur with the seawater 103 for dilution, and is provided downstream of the dilution mixing tank 105 for use in dilution. It comprises an oxidation tank 106 that performs a water quality recovery process of the finished seawater 103B.
  • seawater flue gas desulfurization apparatus 100 a part of the seawater 103 for absorption in the seawater 103 supplied through the seawater supply line L 1 in the flue gas desulfurization absorption tower 102 is brought into gas-liquid contact with the exhaust gas 101, thereby SO 2 in 101 is absorbed by seawater 103. And the used seawater 103A which absorbed the sulfur content with the flue gas desulfurization absorption tower 102 is mixed with the seawater 103 for dilution supplied to the dilution mixing tank 105 provided in the lower part of the flue gas desulfurization absorption tower 102.
  • reference numeral 102 a is a spray nozzle for a liquid column that ejects seawater upward
  • 120 is an aeration device
  • 122 a is air bubbles
  • L 1 is a seawater supply line
  • L 2 is a diluted seawater supply line
  • L 3 is a desulfurized seawater supply.
  • L, L 4 is an exhaust gas supply line
  • L 5 is an air supply line.
  • FIG. 2-1 is a plan view of the aeration nozzle
  • FIG. 2-2 is a front view of the aeration nozzle
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the internal structure of the aeration nozzle.
  • the aeration nozzle 123 is a rubber diffuser film 11 that covers the periphery of a base material, and a large number of small slits 12 are provided, and is generally called a “diffuser nozzle”. Yes.
  • the aeration nozzle 123 can open a large number of fine bubbles of substantially equal size when the diffuser membrane 11 is expanded by the pressure of the air 122 supplied from the air supply line L 5 and the slit 12 is opened. .
  • FIG 2-1 as shown in Figure 2-2, aeration nozzles 123, the header 15 provided in the branch pipe of the plurality of branched from the air supply line L 5 (8 in this embodiment) (not shown) On the other hand, it is attached via a flange 16.
  • a resin pipe or the like is used for the branch pipe and header 15 installed in the diluted used seawater 103B in consideration of corrosion resistance.
  • the aeration nozzle 123 uses a substantially cylindrical support body 20 made of resin in consideration of the corrosion resistance to the used seawater 103 ⁇ / b> B, and covers a large number of the outer periphery of the support body 20. After covering the rubber diffuser film 11 in which the slits 12 are formed, the left and right ends are fixed by fastening members 22 such as wires and bands.
  • the above-described slit 12 is closed in a normal state where no pressure is applied.
  • the slit 12 is always open when the air 122 is constantly supplied.
  • the one end 20a of the support body 20 is capable of introducing the air 122 in a state of being attached to the header 15, and the other end 20b is opened so that the seawater 103 can be introduced.
  • the one end 20 a side communicates with the inside of the header 15 through the air introduction port 20 c that penetrates the header 15 and the flange 16.
  • the inside of the support body 20 is divided
  • the air diffuser 11 is pressurized and expanded between the inner peripheral surface of the diffuser membrane 11 and the outer peripheral surface of the support. Air outlets 20e and 20f for allowing the air 122 to flow out into the pressurized space 11a are opened. Therefore, the air 122 flowing into the aeration nozzle 123 from the header 15 flows into the inside of the support 20 from the air inlet 20c and then is pressurized from the side air outlets 20e and 20f as shown by arrows in the drawing. It will flow out to 11a.
  • the fastening member 22 fixes the diffuser membrane 11 to the support 20 and prevents air flowing in from the air outlets 20e and 20f from leaking out from both ends.
  • the air 122 flowing from the header 15 through the air introduction port 20c flows out to the pressurized space 11a through the air outlets 20e and 20f, so that the slit 12 is initially formed. Since it is closed, it accumulates in the pressurizing space 11a and raises the internal pressure. As a result of the increase in the internal pressure, the diffuser membrane 11 expands upon receiving a pressure increase in the pressurized space 11a, and the slits 12 formed in the diffuser membrane 11 are opened to dilute and use the fine bubbles in the air 122. It flows out into the seawater 103B. Such fine bubbles are generated in all aeration nozzles 123 that receive air supply via the branch pipes L 5A to 5H and the header 15.
  • the present invention provides means for avoiding precipitation of precipitates such as calcium sulfate by preventing drying and concentration of seawater in the slits 12 of the diffuser membrane 11.
  • the supplied air 122 is made to be moist air with a high moisture content (a high relative humidity) so that the seawater 103 is not dried and concentrated.
  • a countermeasure is preferably taken so that the humidity is a saturated humid air having a relative humidity of 100% or a saturated humid air containing water mist.
  • the present invention will be specifically described below.
  • FIG. 4 to 7 are schematic views of the aeration apparatus according to the present embodiment.
  • an aeration apparatus 120A according to the present embodiment is immersed in diluted used seawater (not shown) that is the water to be treated, and generates a fine bubble in diluted used seawater 103B.
  • the air supply line L 5 is provided with two coolers 131A and 131B and two filters 132A and 132B. As a result, the air compressed by the blowers 121A to 121D is cooled and then filtered.
  • the four blowers are usually operated with three blowers, one of which is reserved. Also, the reason why there are two each of the coolers 131A and 131B and the filters 132A and 132B is that they need to be operated continuously, so that usually only one is operated and the other is used for maintenance.
  • fresh water is used as the water supply, but instead of fresh water, seawater (for example, seawater 103 in the diluted seawater supply line L 2 , used seawater 103A in the diluted mixing tank 105, The diluted spent seawater 103B and the like in the oxidation tank 106) may be used.
  • seawater for example, seawater 103 in the diluted seawater supply line L 2 , used seawater 103A in the diluted mixing tank 105, The diluted spent seawater 103B and the like in the oxidation tank 106) may be used.
  • the air 122 supplied to the aeration nozzle 123 can be humidified (water vapor partial pressure increased).
  • the supply of moisture is such that fresh water 141 or the like is sprayed into the supplied air 122 using a one-fluid nozzle (shown by an arrow in the figure).
  • the aeration device 120B in FIG. 5 provided separately air supply line L 7, which supplies air 122 to the feed point of the water. Then, using a two-fluid nozzle, when supplying moisture (fresh water 141 or seawater), water is finely sprayed using air 122 as an assist gas (acceleration of moisture evaporation) and supplied from the air supply line L 5. The air 122 is sprayed.
  • P 2 is an air supply pump.
  • the coolers 131A and 131B are removed and pressurized with the blowers 121A to 121D, and moisture (fresh water or seawater) is added to the air 122 whose temperature has risen. A predetermined amount may be injected, the temperature of the supplied air 122 may be lowered, and the air at the slit 11 of the aeration nozzle 123 may be in a saturated wet state.
  • aeration device 120C of FIG. 6 the steam 142 by the steam supply line L 8, and supplies.
  • P 3 is a water vapor supply pump.
  • an intake spray nozzle (not shown) for supplying moisture 143 is provided in the vicinity of the air inlets of the blowers 121A to 121D as discharge means.
  • water 143 is added to the intake air (water is evaporated before entering the blower body), the cooling amount in the cooler 131A on the blower outlet side is adjusted, and the air passes through the slit of the aeration nozzle. Let the air be saturated humid air.
  • the air 122 compressed and compressed by the blowers 121A to 121D has a high temperature of, for example, about 100 ° C.
  • the air 122 supplied by supplying extra water 143 is moisture-rich. It becomes a state.
  • the temperature of the air is lowered by the cooler 131 (for example, 40 ° C.)
  • the moisture content in the air 122 is not changed, so that the saturation (relative humidity) of the moisture in the cooled air 122 increases. It becomes.
  • the air at the slit 12 of the aeration nozzle 123 has a relative humidity of 100%, and when the amount of water added to the intake air is further increased, it becomes saturated moist air containing water mist and is in a gas-liquid two-phase state.
  • the relative humidity of the atmosphere sucked by the blower is 100% on the inlet side of the blowers 121A to 121D, as a result of being compressed and cooled, the relative humidity of the air at the slit 11 of the aeration nozzle 123 does not become 100%. In some cases. In such a case, replenishing the insufficient moisture 143 at the blower inlet is not preferable because the moisture does not evaporate and enters the blower. In this case, water such as fresh water or seawater may be supplied on the outlet side of the blowers 121A to 121D or the downstream side of the coolers 131A and 131B.
  • the air passing through the slit 11 of the aeration nozzle 123 becomes saturated humid air or saturated humid air accompanied by water mist.
  • the amount of water supplied and the amount of cooling of the cooler are adjusted in consideration of heat transfer and pressure loss between the air supply piping and the outside. .
  • saturated humid air or saturated humid air accompanied by water mist is supplied to the aeration nozzle 123, preventing the drying (concentration) of seawater entering the slit 12 of the diffuser membrane 11, Precipitation of salt in seawater such as calcium sulfate is prevented.
  • Water mist contributes to relaxation of seawater concentration (salt concentration reduction) when concentrated seawater (salt concentration of 14% or less, 3.4% or more) is formed in the slit.
  • the air 122 supplied to the aeration nozzle 123 is saturated with water vapor, so that the seawater entering the slit 12 of the diffuser membrane 11 is dried ( Concentration) to prevent precipitation of calcium sulfate and the like. Thereby, the pressure loss of the diffuser membrane 11 can be prevented.
  • the moisture supply amount is set so that the wet state of the air passing through the slit 12 of the aeration nozzle 123 is preferably 100% saturated air, and the moisture is accompanied by a mist. It is preferable to set so as to be in a state of saturated humid air (gas-liquid two-phase state).
  • the relative humidity of the air 122 which flows into the slit 12 of the aeration nozzle 123 is 40% or more, preferably 60% or more, more preferably 80% or more, and the concentration of seawater in the slit according to the maintenance time of the apparatus. Conditions under which the speed is slow may be used.
  • the moist state of the air passing through the slit 12 of the aeration nozzle 123 is adjusted by the humidity of the air sucked by the blower, the supply amount of moisture, the cooling amount of the cooler, and the like.
  • the seawater that has entered the slits 12 of the diffuser membrane 11 is not dried, seawater concentration (increase in salt concentration) can be suppressed, and the salt concentration of seawater can be kept below about 14%.
  • the salt concentration of seawater is usually about 3.4%, and 3.4% salt is dissolved in 96.6% water.
  • This salt is 77.9% sodium chloride, 9.6% magnesium chloride, 6.1% magnesium sulfate, 4.0% calcium sulfate, 2.1% potassium chloride, and 0.2% other It has a configuration.
  • calcium sulfate is the first salt to be precipitated as the seawater is concentrated (seawater is dried), and the threshold for precipitation is about 14% in the salt concentration of seawater.
  • the slit 12 can prevent concentration of seawater (increase in salinity) and prevent precipitation of calcium sulfate and the like.
  • the gap of the slit 12 due to precipitation of calcium sulfate or the like is narrowed or the clogging of the slit 12 is prevented, and the pressure loss of the diffuser membrane 11 can be prevented.
  • FIGS. 8-1 to 8-5 are diagrams showing the outflow of air (water supplied state) and the intrusion of seawater 103 in the slit 12 of the diffuser membrane 11.
  • the slit 12 refers to a cut formed in the diffuser membrane 11, and the gap between the slits 12 serves as a passage through which air is discharged.
  • the slit wall surface 12a forming this passage is in contact with the seawater 103, but is dried and concentrated by the introduction of air 122 to become the concentrated seawater 103a, and then the precipitate 103b is deposited on the slit wall surface, thereby closing the slit passage. Will be.
  • the relative humidity of the air 122 is 100% (saturated humid air), and the water mist 150 is accompanied by a gas-liquid two-phase state. Is not dried (concentrated), and the salinity is diminished, indicating that the seawater is prevented from being dried (concentrated).
  • FIG. 8-3 shows a state where the relative humidity of the air 122 is, for example, 80%, so that the drying of the seawater is suppressed, the salt concentration of the seawater gradually increases, and the concentrated seawater 103a is formed. Yes. However, even when the concentration of seawater begins, precipitation of calcium sulfate or the like does not occur when the salt concentration of seawater is approximately 14% or less. Therefore, in this state, by introducing saturated humid air accompanied by water mist 150 intermittently in order to force the water rich state, precipitation is avoided by diluting the salt concentration concentrated to some extent. By doing so, operation over a long period of time becomes possible.
  • FIG. 8-4 and 8-5 show a state where precipitates grow as the seawater is dried and concentrated by air in the slits 12 of the diffuser membrane 11.
  • FIG. 8-4 shows a state where the precipitate 103b is generated in a part of the concentrated seawater 103a where the salt concentration of the seawater exceeds 14%. In this state, since the precipitate 103b is very small, the pressure loss when air passes through the slit slightly increases, but the air 122 can pass therethrough.
  • FIG. 9 is a diagram showing changes in seawater salinity and operating conditions of the aeration apparatus.
  • FIG. 9 when supplying air having a relative humidity of 100% or less, after performing a steady operation for a predetermined time, saturated moisture air containing water mist 150 and having a moisture richness of 100% or water
  • the introduction portion is shown as a peak
  • operation without precipitation of calcium sulfate or the like becomes possible.
  • seawater has been described as an example of water to be treated.
  • the present invention is not limited to this.
  • an aeration apparatus that performs aeration on contaminated water (for example, sewage treatment) in contaminated wastewater treatment.
  • Plugging due to deposition of dirt components such as sludge in the air diffusion holes (membrane slits) can be prevented, and stable operation can be performed over a long period of time.
  • a tube-type aeration nozzle is used as an aeration apparatus, but the present invention is not limited to this, for example, a disk type or flat plate type aeration apparatus having a diffused film,
  • the present invention can also be applied to an air diffuser having an air diffuser film made of ceramics or metal whose slits are always open.
  • the aeration apparatus of the present invention it is possible to suppress the generation of precipitates in the slit of the diffuser membrane of the aeration apparatus. Thus, stable and continuous operation is possible.

Abstract

　被処理水である希釈使用済海水中に浸漬され、希釈使用済海水中に微細気泡を発生させるエアレーション装置であって、空気１２２を吐出手段であるブロア１２１Ａ～１２１Ｄにより供給する空気供給ラインＬ5と、空気供給ラインＬ5に水分である真水１４１を供給する水分供給手段である真水タンク１４０及び供給ポンプＰ1と、水分が含まれた空気が供給されるスリットを有する散気膜１１を備えたエアレーションノズル１２３とを具備する。

Description

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、エアレーション装置の加湿方法
　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（暴気）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、エアレーション装置の加湿方法に関する。
　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、「排ガス」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細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
　しかしながら、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る。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細気泡を多数流出させることができる。
　このようなエアレーションノズルを用いて、海水中でエアレーションを連続して行うと、散気膜のスリット壁面やスリット開口近傍に、海水中の硫酸カルシウム等の析出物が析出し、スリットの間隙が狭くなったり、スリットを塞いだりする結果、散気膜の圧力損失を増大させ、散気装置に空気を供給するブロワ、コンプレッサ等吐出手段の吐出圧高が発生し、ブロワ、コンプレッサ等に負荷がかかるという、問題がある。
　析出物の発生は、散気膜の外側に位置する海水が、スリットから散気膜の内側へ浸み込み、常時スリットを通過する空気に、長時間に亙って触れて乾燥（海水の濃縮）が促進され、析出に至っている、と推定される。
　本発明は、前記問題に鑑み、散気膜のスリットにおいて析出物の発生を抑制することができ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、エアレーション装置の加湿方法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、被処理水中に浸漬され、被処理水中に微細気泡を発生させるエアレーション装置であって、空気を吐出手段により供給する空気供給配管と、空気供給配管に水分を供給する水分供給手段と、水分が含まれた空気が供給されるスリットを有する散気膜を備えたエアレーションノズル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、前記水分が真水または海水のいずれかであ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、被処理水中に浸漬され、被処理水中に微細気泡を発生させるエアレーション装置であって、空気を吐出手段により供給する空気供給配管と、空気供給配管に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、水蒸気が含まれた空気が供給されるスリットを有する散気膜を備えたエアレーションノズル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４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記空気供給配管に、フィルタと冷却器とが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、第４の発明において、吐出手段の空気導入口近傍に水分を供給することを特徴とするエアレーション装置にある。
　第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、前記エアレーションノズルは、内部に空気が導入される支持体を覆う散気膜と、前記散気膜に多数設けられたスリットとからなり、スリットから微細気泡を流出させることを特徴とするエアレーション装置にある。
　第７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細気泡を発生して脱炭酸を行う第１乃至５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。
　第８の発明は、被処理水中に浸漬され、被処理水中に微細気泡を発生させるエアレーション装置を用い、吐出手段により空気を供給する際、水分又は水蒸気を添加し、水分が含まれた空気を、散気膜のスリットに供給することを特徴とするエアレーション装置の加湿方法にある。
　本発明によれば、エアレーション装置の散気膜のスリットにおいて析出物の発生を抑制することができる。
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２－１は、エアレーションノズルの平面図である。 図２－２は、エアレーションノズルの正面図である。 図３は、エアレーションノズルの内部構造概略図である。 図４は、本実施例に係るエアレーション装置の概略図である。 図５は、本実施例に係る他のエアレーション装置の概略図である。 図６は、本実施例に係る他のエアレーション装置の概略図である。 図７は、本実施例に係る他のエアレーション装置の概略図である。 図８－１は、散気膜のスリットにおける、空気（飽和湿り空気と水ミストとの混合）の流出と海水の浸入の状況を示す図である。 図８－２は、散気膜のスリットにおける、空気（飽和湿り空気）の流出と海水の浸入の状況を示す図である。 図８－３は、散気膜のスリットにおける、空気（湿り空気；相対湿度１００％以下）の流出と海水の浸入、および濃縮海水の状況を示す図である。 図８－４は、散気膜のスリットにおける、空気の流出と海水の浸入、および濃縮海水の状況を示す図である。 図８－５は、散気膜のスリットにおける、空気の流出と海水の浸入、濃縮海水及び析出物の状況を示す図である。 図９は、空気供給管に水分を間欠的に供給する場合の、エアレーションノズルのスリットに浸み込んだ海水の塩分濃度の変化とエアレーション装置の運転状況を示す図である。
　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は、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、酸化用空気ブロア１２１より供給された空気１２２をエアレーションノズル１２３により供給し、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、１２０はエアレーション装置、１２２ａは気泡、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は空気供給ラインである。
　このエアレーションノズル１２３の構成を図２－１、図２－２及び図３を参照して、散気膜がゴム製の場合について説明する。
　図２－１は、エアレーションノズルの平面図、図２－２は、エアレーションノズルの正面図、図３はエアレーションノズルの内部構造概略図である。
　図３に示すように、エアレーションノズル１２３は、基材の周囲を覆うゴム製の散気膜１１に小さなスリット１２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１２３は、空気供給ラインＬ5から供給される空気１２２の圧力により散気膜１１が膨張すると、スリット１２が開いて略均等な大きさの微細気泡を多数流出させることができる。
　図２－１、図２－２に示すように、エアレーションノズル１２３は、空気供給ラインＬ5から分岐した複数（本実施例では８本）の枝管（図示せず）に設けられたヘッダ１５に対して、フランジ１６を介して取り付けられている。なお、希釈使用済海水１０３Ｂ中に設置される枝管及びヘッダ１５には、耐食性を考慮して樹脂製パイプ等が使用されている。
　エアレーションノズル１２３は、たとえば図３に示すように、使用済海水１０３Ｂに対する耐食性を考慮して樹脂製とした略円筒形状の支持体２０を用い、この支持体２０の外周を覆うようにして多数のスリット１２が形成されたゴム製の散気膜１１を被せた後、左右両端部をワイヤやバンド等の締結部材２２により固定した構成とされる。
　また、上述したスリット１２は、圧力を受けない通常の状態においては閉じている。なお、海水排煙脱硫装置１００においては、常時空気１２２を供給している状態では、常にスリット１２は開放状態である。
　ここで、支持体２０の一端２０ａは、ヘッダ１５に取り付けた状態で空気１２２の導入を可能とすると共に、その他端２０ｂは、海水１０３が導入可能に開口されている。
　このため、一端２０ａ側は、ヘッダ１５及びフランジ１６を貫通する空気導入口２０ｃを介してヘッダ１５内部と連通している。そして、支持体２０の内部は、支持体２０の軸方向の途中に設けた仕切板２０ｄにより分割され、この仕切板２０ｄにより空気の流通が阻止されている。さらに、この仕切板２０ｄよりヘッダ１５側となる支持体２０の側面には、散気膜１１の内周面と支持体外周面との間に、すなわち、散気膜１１を加圧して膨張させる加圧空間１１ａへ空気１２２を流出させるための空気出口２０ｅ、２０ｆが開口している。従って、ヘッダ１５からエアレーションノズル１２３に流入する空気１２２は、図中に矢印で示すように、空気導入口２０ｃから支持体２０の内部へ流入した後、側面の空気出口２０ｅ、２０ｆから加圧空間１１ａへ流出することとなる。
　なお、締結部材２２は、散気膜１１を支持体２０に固定するとともに、空気出口２０ｅ、２０ｆから流入する空気が両端部から漏出することを防止するものである。
　このように構成されたエアレーションノズル１２３において、ヘッダ１５から空気導入口２０ｃを通って流入する空気１２２は、空気出口２０ｅ、２０ｆを通って加圧空間１１ａへ流出することにより、最初はスリット１２が閉じているため加圧空間１１ａ内に溜まって内圧を上昇させる。内圧が上昇された結果、散気膜１１は加圧空間１１ａ内の圧力上昇を受けて膨張し、散気膜１１に形成されているスリット１２が開くことによって空気１２２の微細気泡を希釈使用済海水１０３Ｂ中に流出させる。このような微細気泡の発生は、枝管Ｌ5A～5H及びヘッダ１５を介して空気供給を受ける全てのエアレーションノズル１２３で実施される。
　以下、本実施例に係るエアレーション装置について説明する。本発明では、散気膜１１のスリット１２での海水の乾燥・濃縮を防ぐことにより、硫酸カルシウム等の析出物の析出を回避する手段を提供する。スリット１２において、供給される空気１２２が、海水１０３を乾燥・濃縮させない様に、供給される空気１２２を水分が多い湿り空気（相対湿度が高い状態）とするようにしている。さらには、空気１２２の相対湿度が高い状態としては、好適には、相対湿度が１００％の飽和湿り空気、あるいは、水ミストを含む飽和湿り空気の状態となるようにして対策を講じている。
以下に、本発明を具体的に説明する。
　図４乃至図７は、本実施例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１２０Ａは、被処理水である希釈使用済海水（図示せず）中に浸漬され、希釈使用済海水１０３Ｂ中に微細気泡を発生させるエアレーション装置であって、空気１２２を吐出手段であるブロア１２１Ａ～１２１Ｄにより供給する空気供給ラインＬ5と、空気供給ラインＬ5に水分である真水１４１を供給する水分供給手段である真水タンク１４０及び供給ポンプＰ1と、水分が含まれた空気が供給されるスリットを有する散気膜１１を備えたエアレーションノズル１２３とを具備するものである。
　また、空気供給ラインＬ5には、２基の冷却器１３１Ａ、１３１Ｂと、２基のフィルタ１３２Ａ、１３２Ｂとが各々設けられている。これにより、ブロア１２１Ａ～１２１Ｄにより圧縮された空気は冷却され、次いで濾過されている。
　なお、ブロアが４基あるのは、通常は３基で運転しており、その内の１基は予備としている。また、冷却器１３１Ａ、１３１Ｂと、フィルタ１３２Ａ、１３２Ｂとが各々２基あるのは、連続して運転する必要から、通常は片方のみで運転し、他方はメンテナンス用としている。
　ここで、本実施例では、水分の供給としては、真水を用いているが、真水の代わりに、海水（例えば、希釈海水供給ラインＬ2の海水１０３、希釈混合槽１０５の使用済海水１０３Ａ、酸化槽１０６の希釈使用済海水１０３Ｂ等を）を用いるようにしてもよい。
　本実施例によれば、水分（真水１４１または海水）を供給するようにしているので、エアレーションノズル１２３に供給する空気１２２を加湿（水蒸気分圧増加）することができる。
　図４のエアレーション装置１２０Ａでは、水分の供給は、真水１４１等を、一流体ノズル（図中矢印部分を示す）を用い、供給された空気１２２中に噴霧するようにしている。
　また、図５のエアレーション装置１２０Ｂでは、別途空気供給ラインＬ7を設けて、空気１２２を水分の供給箇所に供給している。
　そして、二流体ノズルを用い、水分（真水１４１または海水）の供給の際にアシストガスとして空気１２２を用いて水分を微細に噴霧し（水分の蒸発促進）、空気供給ラインＬ5から供給される空気１２２中に噴霧するようにしている。ここで、Ｐ2は空気供給ポンプである。
　なお、上述の図４と図５で示した空気供給系において、冷却器１３１Ａ、１３１Ｂを撤去し、ブロア１２１Ａ～１２１Ｄで加圧され、温度が上昇した空気１２２に、水分（真水または海水）を所定量注入し、供給される空気１２２の温度を下げ、エアレーションノズル１２３のスリット１１での空気を飽和湿り状態としてもよい。
　図６のエアレーション装置１２０Ｃでは、水蒸気１４２を水蒸気供給ラインＬ8により、供給している。Ｐ3は水蒸気供給ポンプである。
　図７のエアレーション装置１２０Ｄでは、吐出手段であるブロア１２１Ａ～１２１Ｄの空気導入口近傍に水分１４３を供給する吸気スプレーノズル（図示せず）を設けている。この場合、水分１４３を吸気に添加し（水分は、ブロア本体に入る前に蒸発するようにする。）、ブロア出口側の冷却器１３１Ａでの冷却量を調整し、エアレーションノズルのスリットを通過する空気を飽和湿り空気とする。
　すなわち、ブロア１２１Ａ～１２１Ｄにより加圧圧縮された空気１２２は、その温度が例えば１００℃程度と高温となるが、この際、水分１４３を余分に供給することで供給される空気１２２は水分リッチの状態となる。その後、冷却器１３１により空気の温度を低下させると（例えば４０℃）、空気１２２中の水分量には変化がないので、冷却された空気１２２の水分の飽和度（相対湿度）が増加することとなる。結果として、エアレーションノズル１２３のスリット１２での空気は相対湿度が１００％となり、吸気に添加する水の量を更に増やすと、水ミストを含む飽和湿り空気となり、気液二相の状態となる。
　また、ブロア１２１Ａ～１２１Ｄの入口側において、ブロアが吸込む大気の相対湿度が１００％であっても、圧縮・冷却された結果、エアレーションノズル１２３のスリット１１での空気の相対湿度が１００％とならない場合もある。このような場合には、不足した水分１４３をブロア入口で補給すると、水分が蒸発せずブロア内部に浸入するため、好ましくない。この場合は、ブロア１２１Ａ～１２１Ｄの出口側、あるいは冷却器１３１Ａ、１３１Ｂの後流側において、真水や海水等の水分を供給するようにすればよい。
　なお、上述した図４乃至図７での空気１２２に水分を供給するにあたっては、エアレーションノズル１２３のスリット１１を通過する空気が飽和湿り空気、もしくは水ミストを同伴する飽和湿り空気となるように、ブロア入口の大気条件（圧力、温度、相対湿度）に応じて、空気供給配管と外部との熱の授受と圧力損失を勘案し、供給する水分量の調整、冷却器の冷却量の調整を行う。
　このように、飽和湿り空気もしくは、水ミストを同伴する飽和湿り空気がエアレーションノズル１２３に供給されることとなり、散気膜１１のスリット１２に浸入してくる海水の乾燥（濃縮）を防止し、硫酸カルシウム等の海水中の塩の析出を防止するようにしている。水ミストは、スリットに濃縮海水（塩分濃度該１４％以下、３．４％以上）が形成されている場合には、海水の濃縮緩和（塩分濃度低下）に寄与する。
　このような水分（真水、水蒸気、海水）を供給することにより、エアレーションノズル１２３に供給される空気１２２が水蒸気で飽和されるため、散気膜１１のスリット１２に浸入してくる海水の乾燥（濃縮）を防止し、硫酸カルシウム等の析出を防止するようにしている。これにより、散気膜１１の圧力損失を防止できる。
　また、水分の供給量としては、エアレーションノズル１２３のスリット１２を通過する空気の湿り状態が、好適には、１００％の飽和空気となるように設定し、さらには、水分がミスト状で同伴されている飽和湿り空気（気液二相状態）の状態となるように設定した方が好ましい。そして、エアレーションノズル１２３のスリット１２に流入する空気１２２の相対湿度が４０％以上、好ましくは６０％以上、より好ましくは８０％以上であり、装置のメンテナンス時間に応じて、スリットでの海水の濃縮速度が緩やかとなる条件でもよい。
　エアレーションノズル１２３のスリット１２を通過する空気の湿り状態は、ブロアが吸込む大気の湿度、水分の供給量、冷却器の冷却量等で調整する。
　これにより、散気膜１１のスリット１２に浸入した海水を乾燥させず、海水濃縮（塩分濃度の増加）を抑え、海水の塩分濃度を１４％程度以下に保つことが可能となる。
　海水の塩分濃度は通常約３．４％であり、９６．６％の水に３．４％の塩が溶けている。この塩は、塩化ナトリウムが７７．９％、塩化マグネシウムが９．６％、硫酸マグネシウムが６．１％、硫酸カルシウムが４．０％、塩化カリウムが２．１％、その他０．２％の構成となっている。
　この塩のなかで、海水の濃縮（海水の乾燥）につれて、硫酸カルシウムが最初に析出する塩であり、その析出の閾値が海水の塩分濃度で約１４％である。
　よって、水分供給手段により、エアレーションノズル１２３に供給される空気１２２中に真水１４１などの水分が注入され、水分リッチの状態とした空気を、散気膜１１のスリット１２に供給することで、スリット１２における海水の濃縮（塩分濃度の上昇）を防ぐことができ、硫酸カルシウム等の析出を防止する。
　この結果、硫酸カルシウム等の析出によるスリット１２の間隙が狭くなることやスリット１２の詰まりが防止され、散気膜１１の圧力損失を防止できる。
　図８－１～図８－５は、散気膜１１のスリット１２における、空気（水分を供給した状態）の流出と海水１０３の浸入を示す図である。
　ここで、本発明において、スリット１２とは、散気膜１１に形成される切れ込みをいい、スリット１２の間隙は空気が排出される通路となる。
　この通路を形成するスリット壁面１２ａは、海水１０３が接触しているが、空気１２２の導入によって乾燥・濃縮され、濃縮海水１０３ａとなり、その後スリット壁面に析出物１０３ｂが析出され、スリットの通路を閉塞するものとなる。
　図８－１では、空気１２２の相対湿度が１００％（飽和湿り空気）であり、さらに水ミスト１５０が同伴して、気液二相の状態となっているので、スリット１２に浸入した海水１０３は乾燥（濃縮）せず、塩分濃度が薄まることとなり、海水の乾燥（濃縮）が阻止される状態を示している。
　図８－２では、空気１２２の相対湿度が１００％であるので、海水の塩分濃度に変化はなく、海水の乾燥が阻止される状態を示している。
　図８－３では、空気１２２の相対湿度が例えば８０％であるので、海水の乾燥を抑制した状態であり、海水の塩分濃縮が徐々に増加し、濃縮海水１０３ａが形勢された状況を示している。但し、海水の濃縮が始まっても海水の塩分濃度が概ね１４％以下では、硫酸カルシウム等の析出はない。よって、この状態では、強制的に水分リッチな状態とすべく、水ミスト１５０を同伴する飽和湿り空気を間欠的に導入することで、ある程度濃縮された塩分濃度を薄めるようにして、析出を回避するようにすることで、長期間に亙っての運転が可能となる。
　なお、図８－４及び図８－５に、散気膜１１のスリット１２における、空気による海水の乾燥・濃縮が進行して析出物が成長する状態を示す。
　図８－４は、濃縮海水１０３ａの一部において、局所的に海水の塩分濃度が１４％を超えた部分に析出物１０３ｂが発生している状態である。この状態では析出物１０３ｂが僅かであるので、スリットを空気が通過する際の圧力損失が僅かに上昇するものの、空気１２２は通過可能である。
　これに対し、図８－５は、濃縮海水１０３ａの濃縮が進行すると、析出物１０３ｂによる閉塞（プラッキング）状態となり、圧力損失が大きくなる状態である。なお、このような状態でも空気１２２の通路は残っているものの吐出手段にはかなりの負荷がかかるものとなる。
　図９は、海水塩分濃度の変化とエアレーション装置の運転状況を示す図である。
　図９に示すように、相対湿度が１００％以下の空気を供給する際には、所定時間の定常運転を行った後に、水ミスト１５０を含む水分リッチの湿度１００％の飽和湿り空気、もしくは水ミストを同伴する飽和湿り空気を間欠的に導入（導入部分をピークで図示する）することで、硫酸カルシウム等の析出がない操業が可能となる。
　本実施例によれば、海水にエアレーションを行うエアレーション装置において、散気孔（メンブレンスリット）での海水成分や汚泥等の汚れ成分の析出によるプラッギングを防止できることとなるので、エアレーション装置の圧損上昇を防止でき、長期間に亙って安定して操業することができる。
　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、例えば汚染排水処理における汚染水（例えば下水処理等）にエアレーションを行うエアレーション装置において、散気孔（メンブレンスリット）での汚泥等の汚れ成分の析出によるプラッギングを防止でき、長期間に亙って安定して操業することができる。
　以上、本実施例ではエアレーション装置として、チューブ型のエアレーションノズルを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば散気膜を有するディスク型や平板型のエアレーション装置や、スリットが常時開放しているようなセラミックス又は金属製等の散気膜を有する散気装置にも適用することができる。
　以上のように、本発明に係るエアレーション装置によれば、エアレーション装置の散気膜のスリットにおいて析出物の発生を抑制することができ、例えば海水排煙脱硫装置に適用して、長期間に亙って連続して安定した操業が可能となる。
　１１　散気膜
　１２　スリット
　１００　海水排煙脱硫装置
　１０２　排煙脱硫吸収塔
　１０３　海水
　１０３ａ　濃縮海水
　１０３ｂ　析出物
　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
　１２２　空気
　１２３　エアレーションノズル

Claims (8)

  1. 　被処理水中に浸漬され、被処理水中に微細気泡を発生させるエアレーション装置であって、
    　空気を吐出手段により供給する空気供給配管と、
    　空気供給配管に水分を供給する水分供給手段と、
    　水分が含まれた空気が供給されるスリットを有する散気膜を備えたエアレーションノズルとを具備することを特徴とするエアレーション装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記水分が真水または海水のいずれかであることを特徴とするエアレーション装置。
  3. 　被処理水中に浸漬され、被処理水中に微細気泡を発生させるエアレーション装置であって、
    　空気を吐出手段により供給する空気供給配管と、
    　空気供給配管に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、
    　水蒸気が含まれた空気が供給されるスリットを有する散気膜を備えたエアレーションノズルとを具備することを特徴とするエアレーション装置。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
    　前記空気供給配管に、フィルタと冷却器とが設けられていることを特徴とするエアレーション装置。
  5. 　請求項４において、
    　吐出手段の空気導入口近傍に水分を供給することを特徴とするエアレーション装置。
  6. 　請求項１乃至５いずれか一つにおいて、
    　前記エアレーションノズルは、内部に空気が導入される支持体を覆う散気膜と、
    　前記散気膜に多数設けられたスリットとからなり、
    　スリットから微細気泡を流出させることを特徴とするエアレーション装置。
  7. 　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細気泡を発生して脱炭酸を行う請求項１乃至５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。
  8. 　被処理水中に浸漬され、被処理水中に微細気泡を発生させるエアレーション装置を用い、
    　吐出手段により空気を供給する際、水分又は水蒸気を添加し、
    　水分が含まれた空気を、散気膜のスリットに供給することを特徴とするエアレーション装置の加湿方法。
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