WO2012023299A1 - 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運転方法 - 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運転方法 Download PDF

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園田 圭介
章造 永尾
今坂 功二
古川 誠治
佳彦 土山
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三菱重工業株式会社
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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 method for operating the aeration apparatus.
  • combustion exhaust gas (hereinafter referred to as “gas”) discharged from a boiler is sulfur such as sulfur dioxide (SO 2 ) contained in the exhaust gas.
  • SO 2 sulfur dioxide
  • SOx oxide
  • a desulfurization method of a flue gas desulfurization apparatus that performs such a desulfurization treatment, a limestone gypsum method, a spray dryer method, a seawater method, and the like are known.
  • 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. Conventionally, in the case of a rubber diffuser membrane, the length of the slit is about 1 to 3 mm.
  • 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 provides an aeration apparatus capable of discharging precipitates generated in a slit of a diffuser film to the outside of the diffuser film, a seawater flue gas desulfurization apparatus including the aeration apparatus, and an operation method of the aeration apparatus.
  • the issue is to provide.
  • 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; And an aeration nozzle having a diffuser membrane having a slit to which the air is supplied, and the opening shape is deformed by the pressure of the air supplied by the slit.
  • the second invention is the aeration apparatus according to the first invention, wherein the slit has at least a bent portion.
  • a third invention is an aeration apparatus according to the first or second invention, characterized by having a control device for controlling a temporary increase in the supply of air every predetermined time.
  • a fourth invention is the aeration apparatus according to the third invention, wherein the control device temporarily increases the supply of air and controls to send water to the air supply pipe.
  • a fifth invention includes a desulfurization tower using seawater as an absorbent, a water channel for flowing and draining the used seawater discharged from the desulfurization tower, and a fine bubble installed in the water channel. And a first to fourth aeration apparatus that performs decarboxylation by generating water.
  • the sixth aspect of the invention uses the first to fourth aeration devices that are immersed in the water to be treated and generate fine bubbles in the water to be treated.
  • An aeration apparatus operating method is characterized in that temporary increase is performed to prevent clogging of the slit.
  • the seventh invention is the operation method of the aeration apparatus according to the sixth invention, wherein the air supply is temporarily increased or the water is supplied to the air supply pipe alone.
  • 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. 4A is a schematic diagram of the shape of the first slit of the aeration nozzle according to the present embodiment.
  • FIG. 4B is a schematic diagram of the shape of the second slit of the aeration nozzle according to the present embodiment.
  • FIG. 4-3 is a schematic view of the shape of the third slit of the aeration nozzle according to the present embodiment.
  • FIG. 4-4 is a schematic view of the shape of the fourth slit of the aeration nozzle according to the present embodiment.
  • FIG. 4-5 is a schematic view of the shape of the fifth slit of the aeration nozzle according to the present embodiment.
  • FIG. 4-6 is a schematic diagram of the shape of the sixth slit of the aeration nozzle according to the present embodiment.
  • FIG. 4-7 is a schematic diagram of the shape of the seventh slit of the aeration nozzle according to the present example.
  • FIG. 4-8 is a schematic view of the shape of the eighth slit of the aeration nozzle according to the present embodiment.
  • FIG. 4-9 is a schematic view of the shape of the ninth slit of the aeration nozzle according to the present example.
  • FIG. 5A is a diagram illustrating the state of outflow of air (humid air with low saturation), intrusion of seawater, and concentrated seawater in the slit of the diffuser membrane.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating the state of air outflow, seawater intrusion, concentrated seawater, and precipitates in the slit of the diffuser membrane.
  • FIG. 5-3 is a diagram showing the state of outflow of air, intrusion of seawater, concentrated seawater, and precipitates (when the precipitates grow) in the slit of the diffuser membrane.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the aeration apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic view of another aeration apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the passage of time and the fluctuation of the pressure loss of the diffuser membrane when the air amount is temporarily increased.
  • 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 has a rubber diffuser film 11 covering the periphery of a base material and is provided with many small slits 12. It is called a “diffuser nozzle”.
  • 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 20 made of resin in consideration of the corrosion resistance against diluted used seawater 103 ⁇ / b> B, and many aeration nozzles 123 cover the outer periphery of the support 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.
  • 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. Generation of such fine bubbles is performed in all aeration nozzles 123 that receive air supply via the branch pipes L 5A to 5H and the header 15 (see FIGS. 6 and 7).
  • FIGS. 4-1 to 4-9 show various slit shapes formed in the diffuser film of the aeration nozzle according to the present embodiment.
  • FIG. 4A is a schematic diagram of the shape of the first slit of the aeration nozzle according to the present embodiment.
  • the shape of the first slit 12A is formed by a linear basic slit 12a and a branching slit 12b intersecting at the center of the linear basic slit 12a.
  • the opening amount of the first slit 12 ⁇ / b> A varies depending on the pressure (air amount) of the supplied air 122.
  • the amount of opening at the bent portion of the intersection 12c between the linear basic slit 12a and the branch slit 12b increases, so that the pressure of the supplied air increases. (When the amount of air increases), the discharge of precipitates to the outside of the diffuser membrane is facilitated.
  • the salinity of seawater is 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.
  • FIG. 5A is a diagram illustrating the state of outflow of air (humid air with low saturation), intrusion of seawater, and concentrated seawater in the slit of the diffuser membrane.
  • FIG. 5-2 is a diagram showing the state of air outflow and seawater intrusion, concentrated seawater and precipitates in the slit of the diffuser membrane.
  • FIG. 5-3 is a diagram showing the state of outflow of air, intrusion of seawater, concentrated seawater, and precipitates (when the precipitates grow) in the slit of the diffuser membrane.
  • 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 12x 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 to block the passage of the slit.
  • FIG. 5A shows a situation in which the concentration of seawater salt gradually progresses and the concentrated seawater 103a is formed because the relative humidity of the air 122 is low (the degree of saturation is low). 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.
  • FIG. 5-2 shows a state where the precipitate 103b is locally generated in a part of the concentrated seawater 103a where the salt concentration of the seawater exceeds 14%.
  • the precipitate 103b is very small, the pressure loss when the air passes through the slit 12 slightly increases, but the air 122 can pass therethrough. Therefore, in this state, as described later, by causing pressure fluctuations, the precipitation can be removed forcibly, thereby enabling operation for a long period of time.
  • FIG. 5-3 shows a state in which, as the concentration of the concentrated seawater 103a progresses, the state becomes a plugging state due to the precipitate 103b and the pressure loss increases. Even in such a state, the passage of the air 122 remains. Even in this state, it is possible to operate over a long period of time by forcibly removing precipitates by causing pressure fluctuations as described later. For this reason, in this embodiment, as shown in FIG. 4A, the opening shape of the slit can be deformed by the pressure of the supplied air (air amount) to prevent the blockage.
  • FIG. 4B is a schematic diagram of the shape of the second slit of the aeration nozzle according to the present embodiment.
  • the shape of the second slit 12B is formed by a straight basic slit 12a and branch slits 12b formed so as to be orthogonal to both ends of the straight basic slit 12a. Yes.
  • the opening shape of the second slit 12 ⁇ / b> B is deformed by the pressure (air amount) of the supplied air 122.
  • FIG. 4-3 is a schematic view of the shape of the third slit of the aeration nozzle according to the present embodiment.
  • the shape of the third slit 12C includes a straight basic slit 12a and a branch slit 12b formed so as to branch slightly before both ends of the straight basic slit 12a. Is formed.
  • the opening shape of the third slit 12C is deformed by the pressure of the supplied air 122 (the amount of air).
  • FIG. 4-4 is a schematic view of the shape of the fourth slit of the aeration nozzle according to the present embodiment.
  • the fourth slit 12D has a straight basic slit 12a and branch slits 12b and 12b formed so as to branch into a V shape at the end of the linear basic slit 12a. And is formed from.
  • the opening shape of the fourth slit 12D is deformed by the pressure of the supplied air 122 (the amount of air).
  • the linear basic slit 12a and the V-shaped branch slit formed at the end portion. Since the opening amount at the bent portion of the intersecting portion 12c with 12b, 12b increases, the discharge of the precipitate to the outside of the diffuser membrane becomes easy.
  • FIG. 4-5 is a schematic view of the shape of the fifth slit of the aeration nozzle according to the present embodiment.
  • the fifth slit 12E has a straight basic slit 12a and branch slits 12b and 12b formed to branch at both ends of the straight basic slit 12a at an acute angle. Formed from.
  • the opening shape of the fifth slit 12E is deformed by the pressure (air amount) of the supplied air 122.
  • the opening amount at the bent portion 12f at both ends of the linear basic slit 12a increases. This facilitates the discharge of precipitates to the outside of the diffuser membrane.
  • FIG. 4-6 is a schematic diagram of the shape of the sixth slit of the aeration nozzle according to the present embodiment.
  • the sixth slit 12F has a straight basic slit 12a and branch slits 12b and 12b formed so as to branch into L-shapes at both ends of the linear basic slit 12a. And is formed from.
  • the opening shape of the sixth slit 12F is deformed by the pressure (air amount) of the supplied air 122.
  • the linear basic slit 12a and the L-shaped branch slit formed at the end portion. Since the opening amount in the bent part 12f with 12b and 12b increases, discharge
  • FIG. 4-7 is a schematic diagram of the shape of the seventh slit of the aeration nozzle according to the present example.
  • the shape of the seventh slit 12G is a straight basic slit 12a and branch slits 12b, 12b formed so as to branch into a V shape at the end of the straight basic slit 12a. And is formed from.
  • the opening shape of the seventh slit 12G is deformed by the pressure of the supplied air 122 (the amount of air).
  • the linear basic slit 12a and the V-shaped branch slit formed at the end portion. Since the opening amount in the crossing part 12c with 12b and 12b increases, discharge
  • FIG. 4-8 is a schematic view of the shape of the eighth slit of the aeration nozzle according to the present embodiment.
  • the shape of the eighth slit 12H is formed from an S-shaped slit 12d.
  • the opening shape of the eighth slit 12H is deformed by the pressure of the supplied air 122 (the amount of air).
  • the pressure of the supplied air increases (when the amount of air increases)
  • the amount of opening at the bent portion of the curve of the S-shaped slit 12d increases. This facilitates the discharge of precipitates to the outside of the diffuser membrane.
  • FIG. 4-9 is a schematic view of the shape of the ninth slit of the aeration nozzle according to the present example.
  • the shape of the ninth slit 12I is formed of a U-shaped slit 12e.
  • the opening shape of the ninth slit 12I is deformed by the pressure of the supplied air 122 (the amount of air).
  • the bent portion increases the amount of opening in the curve of the U-shaped slit 12e when the pressure of the supplied air increases (when the amount of air increases). This facilitates the discharge of precipitates to the outside of the diffuser membrane.
  • FIG. 6 and 7 are schematic views of the aeration apparatus according to the present embodiment.
  • the aeration apparatus 120A according to the present embodiment is an aeration apparatus that is immersed in diluted used seawater (not shown) that is water to be treated and generates fine bubbles in the diluted used seawater.
  • a control device (not shown) that controls a temporary increase in the supply of 122 every predetermined time.
  • 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.
  • a command is issued by the control device every time a predetermined time elapses, and the supply of the air 122 is temporarily increased.
  • FIG. 8 is a graph showing the passage of time and pressure fluctuation.
  • a purge operation for increasing the air amount is performed for a predetermined time.
  • pressure fluctuation occurs (the amount of air temporarily increases), and the expansion of the diffuser membrane 11 increases, so that the sulfuric acid deposited in the slit 12 Calcium deposits are discharged to the outside, and the slit 12 becomes normal.
  • the clogging of the slits 12 and the gaps between the slits 12 due to the precipitation of calcium sulfate in continuous operation are prevented, and the pressure loss of the diffuser membrane 11 can be prevented.
  • the increase interval may be changed as appropriate in accordance with the state of precipitation of the precipitates, but it may be preferably performed about once every two days. This is because the precipitate can be easily discharged to the outside of the diffuser membrane by increasing the supply of air at an early stage of the deposition and performing the pressure fluctuation passing through the slit 12.
  • the spare blower 121D is further driven to generate a large amount of air.
  • 122 may be supplied to the air supply line L 5 .
  • the amount of air introduced into the aeration nozzle 123 is increased by the activation of the spare blower 121D.
  • the slit 12 of the diffuser membrane 11 opens widely, and calcium sulfate can be discharged and removed to the seawater side. Therefore, the clogging of the slits 12 and the gaps between the slits 12 due to the precipitation of calcium sulfate are prevented, and the pressure loss of the diffuser membrane 11 can be prevented.
  • an additional blower may be used to set a predetermined purge condition such that the precipitate is pushed out from the slit 12 and cleaned.
  • a water supply line L 6 for supplying fresh water 141 to the air supply line L 5 is further provided. Then, control for temporarily increasing the supply of air 122 by a control device (not shown) may be performed, and control for sending fresh water 141 to the air supply line L 5 may be performed.
  • the fresh water 141 is introduced into the aeration nozzle 123 by supplying the fresh water 141.
  • the slit 12 of the diffuser membrane 11 is washed, and precipitates such as calcium sulfate adhering to the slit 12 can be dissolved and removed.
  • fresh water 141 is used as 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).
  • seawater for example, seawater 103 in the diluted seawater supply line L 2 , used seawater 103A in the diluted mixing tank 105.
  • diluted used seawater 103B or the like in the oxidation tank 106) or water vapor may be used.
  • seawater is taken as an example of the water to be treated in the present embodiment, but the present invention is not limited to this.
  • Plugging due to the deposition of sludge components in step (3) can be prevented, and stable operation can be achieved over a long period of time.
  • the tube type aeration nozzle is used as the aeration apparatus in the present embodiment.
  • the present invention is not limited to this.
  • the disk type or flat plate type aeration apparatus, ceramics, and metal scattering are used. It can be applied to Qi devices.
  • the precipitate generated in the slit of the aeration film of the aeration apparatus can be discharged to the outside of the diffusion film, and is applied to, for example, a seawater flue gas desulfurization apparatus.
  • stable operation can be performed continuously over a long period of time.

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Abstract

 本発明のエアレーション装置のエアレーションノズルの散気膜に形成される第1のスリット12Aは、直線状基本スリット12aと、その直線状基本スリット12aの中央部で交差する分岐スリット12bとから形成され、前記第1のスリット12Aは、供給される空気の圧力(空気量)により、その開口形状が変形する。よって、従来のような直線状スリットのみの場合と異なり、空気量を一時的に増加させることにより、直線状基本スリット12aと分岐スリット12bとの交差部12cにおける開口量が増大するので、析出物の排除が容易となる。

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運転方法
 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運転方法に関する。
 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、「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。従来、ゴム製の散気膜の場合、スリットの長さは、1~3mm程度である。
 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、コンプレッサ等の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発生した析出物を散気膜の外側へ排出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運転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、前記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と共に、前記スリットが供給する空気の圧力により開口形状が変形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、前記スリットが少なくとも折れ曲がり部を有してな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又は2の発明において、空気の供給の一時的な増加を所定時間毎に制御する制御装置を有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3の発明において、前記制御装置により空気の供給の一時的な増加をすると共に、水を空気供給配管に送る制御を行う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細気泡を発生して脱炭酸を行う第1乃至4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6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第1乃至4の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、所定時間毎に、空気の供給の一時的な増大を実行し、スリットの目詰まりを防止することを特徴とするエアレーション装置の運転方法にある。
 第7の発明は、第6の発明において、前記空気の供給の一時的な増大を行う際、または単独で、水を空気供給配管に送ることを特徴とするエアレーション装置の運転方法にある。
 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、散気膜の外側への析出物の排出を容易とすることができる。
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4-1は、本実施例に係るエアレーションノズルの第1のスリットの形状の概略図である。 図4-2は、本実施例に係るエアレーションノズルの第2のスリットの形状の概略図である。 図4-3は、本実施例に係るエアレーションノズルの第3のスリットの形状の概略図である。 図4-4は、本実施例に係るエアレーションノズルの第4のスリットの形状の概略図である。 図4-5は、本実施例に係るエアレーションノズルの第5のスリットの形状の概略図である。 図4-6は、本実施例に係るエアレーションノズルの第6のスリットの形状の概略図である。 図4-7は、本実施例に係るエアレーションノズルの第7のスリットの形状の概略図である。 図4-8は、本実施例に係るエアレーションノズルの第8のスリットの形状の概略図である。 図4-9は、本実施例に係るエアレーションノズルの第9のスリットの形状の概略図である。 図5-1は、散気膜のスリットにおける、空気(飽和度の低い湿り空気)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5-2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5-3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(析出物が成長した場合)を示す図である。 図6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は、空気量を一時的に増加した場合の時間の経過と散気膜の圧力損失の変動の関係を示すグラフである。
 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2-1、図2-2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、希釈使用済海水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を供給しているので、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(図6、7参照)。
 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に形成するスリット12が、供給する空気の圧力(空気量)により開口形状が変形して開口量が変化し、スリット12において発生した析出物を散気膜11の外側へ排出するようにしたものである。
 図4-1~図4-9は、本実施例に係るエアレーションノズルの散気膜に形成される種々のスリットの形状を示す。
 図4-1は、本実施例に係るエアレーションノズルの第1のスリットの形状の概略図である。
 図4-1に示すように、第1のスリット12Aの形状は、直線状基本スリット12aと、その直線状基本スリット12aの中央部で交差する分岐スリット12bとから形成されている。そして、前記第1のスリット12Aは、供給される空気122の圧力(空気量)により、その開口量が変化するものである。
 このように、従来のような直線状スリットのみの場合と異なり、直線状基本スリット12aと分岐スリット12bとの交差部12cの折れ曲がり部における開口量が増大するので、供給する空気の圧力が高くなると(空気量が増加すると)、散気膜の外側への析出物の排出が容易となる。
 ところで、海水の塩分濃度は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。
 ここで、スリット12に析出物が析出するメカニズムを図5-1~図5-3を用いて説明する。
 図5-1は、散気膜のスリットにおける、空気(飽和度の低い湿り空気)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5-2は、散気膜のスリットにおける、空気の流出と海水の浸入、濃縮海水および析出物の状況を示す図である。図5-3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(析出物が成長した場合)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12x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5-1は、空気122の相対湿度が低い(飽和度が低い)ので、海水の塩分濃縮が徐々に進行し、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。
 図5-2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12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。
 よって、この状態において、後述するように圧力変動を生じさせることにより、強制的に析出を除去することで、長期間に亙っての運転が可能となる。
 これに対し、図5-3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。この状態においても、後述するように圧力変動を生じさせることにより、強制的に析出物を除去することで、長期間に亙っての運転が可能となる。
 このため、本実施例では、図4-1に示すように、供給する空気の圧力(空気量)によりスリットの開口形状が変形できるようにすることで、閉塞を防止するようにしている。
 図4-2は、本実施例に係るエアレーションノズルの第2のスリットの形状の概略図である。
 図4-2に示すように、第2のスリット12Bの形状は、直線状基本スリット12aと、その直線状基本スリット12aの両端部に直交するように形成された分岐スリット12bとから形成されている。そして、前記第2のスリット12Bは、供給される空気122の圧力(空気量)により、その開口形状が変形するものである。
 このように、従来のような直線状スリットのみの場合と異なり、供給する空気の圧力が高くなると(空気量が増加すると)、直線状基本スリット12aと端部に形成された分岐スリット12bとの交差部12cの折れ曲がり部における開口量が増大するので、散気膜の外側への析出物の排出が容易となる。
 図4-3は、本実施例に係るエアレーションノズルの第3のスリットの形状の概略図である。
 図4-3に示すように、第3のスリット12Cの形状は、直線状基本スリット12aと、その直線状基本スリット12aの両端部の少し手前において分岐するように形成された分岐スリット12bとから形成されている。そして、前記第3のスリット12Cは、供給される空気122の圧力(空気量)により、その開口形状が変形するものである。
 このように、従来のような直線状スリットのみの場合と異なり、供給する空気の圧力が高くなると(空気量が増加すると)、直線状基本スリット12aと端部に形成された分岐スリット12bとの交差部12cの折れ曲がり部における開口量が増大するので、散気膜の外側への析出物の排出が容易となる。
 図4-4は、本実施例に係るエアレーションノズルの第4のスリットの形状の概略図である。
 図4-4に示すように、第4のスリット12Dの形状は、直線状基本スリット12aと、その直線状基本スリット12aの端部にV字に分岐するように形成された分岐スリット12b、12bとから形成されている。そして、前記第4のスリット12Dは、供給される空気122の圧力(空気量)により、その開口形状が変形するものである。
 このように、従来のような直線状スリットのみの場合と異なり、供給する空気の圧力が高くなると(空気量が増加すると)、直線状基本スリット12aと端部に形成されたV字の分岐スリット12b、12bとの交差部12cの折れ曲がり部における開口量が増大するので、散気膜の外側への析出物の排出が容易となる。
 図4-5は、本実施例に係るエアレーションノズルの第5のスリットの形状の概略図である。
 図4-5に示すように、第5のスリット12Eの形状は、直線状基本スリット12aと、その直線状基本スリット12aの両端部に鋭角に分岐するように形成された分岐スリット12b、12bとから形成されている。そして、前記第5のスリット12Eは、供給される空気122の圧力(空気量)により、その開口形状が変形するものである。
 このように、従来のような直線状スリットのみの場合と異なり、供給する空気の圧力が高くなると(空気量が増加すると)、直線状基本スリット12aの両端部の折れ曲がり部12fにおける開口量が増大するので、散気膜の外側への析出物の排出が容易となる。
 図4-6は、本実施例に係るエアレーションノズルの第6のスリットの形状の概略図である。
 図4-6に示すように、第6のスリット12Fの形状は、直線状基本スリット12aと、その直線状基本スリット12aの両端部にL字に分岐するように形成された分岐スリット12b、12bとから形成されている。そして、前記第6のスリット12Fは、供給される空気122の圧力(空気量)により、その開口形状が変形するものである。
 このように、従来のような直線状スリットのみの場合と異なり、供給する空気の圧力が高くなると(空気量が増加すると)、直線状基本スリット12aと端部に形成されたL字の分岐スリット12b、12bとの折れ曲がり部12fにおける開口量が増大するので、散気膜の外側への析出物の排出が容易となる。
 図4-7は、本実施例に係るエアレーションノズルの第7のスリットの形状の概略図である。
 図4-7に示すように、第7のスリット12Gの形状は、直線状基本スリット12aと、その直線状基本スリット12aの端部にV字に分岐するように形成された分岐スリット12b、12bとから形成されている。そして、前記第7のスリット12Gは、供給される空気122の圧力(空気量)により、その開口形状が変形するものである。
 このように、従来のような直線状スリットのみの場合と異なり、供給する空気の圧力が高くなると(空気量が増加すると)、直線状基本スリット12aと端部に形成されたV字の分岐スリット12b、12bとの交差部12cにおける開口量が増大するので、散気膜の外側への析出物の排出が容易となる。
 図4-8は、本実施例に係るエアレーションノズルの第8のスリットの形状の概略図である。
 図4-8に示すように、第8のスリット12Hの形状は、S字状スリット12dから形成されている。そして、前記第8のスリット12Hは、供給される空気122の圧力(空気量)により、その開口形状が変形するものである。
 このように、従来のような直線状スリットのみの場合と異なり、供給する空気の圧力が高くなると(空気量が増加すると)、S字状スリット12dのカーブの折れ曲がり部における開口量が増大するので、散気膜の外側への析出物の排出が容易となる。
 図4-9は、本実施例に係るエアレーションノズルの第9のスリットの形状の概略図である。
 図4-9に示すように、第9のスリット12Iの形状は、U字状スリット12eから形成されている。そして、前記第9のスリット12Iは、供給される空気122の圧力(空気量)により、その開口形状が変形するものである。
 このように折れ曲がり部は、従来のような直線状スリットのみの場合と異なり、供給する空気の圧力が高くなると(空気量が増加すると)、U字状スリット12eのカーブにおける開口量が増大するので、散気膜の外側への析出物の排出が容易となる。
 図6、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6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、水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、空気122の供給の一時的な増大を所定時間毎に制御する制御装置(図示せず)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。
 本実施例では、所定時間経過毎に、制御装置により指令を発して、空気122の供給の一時的な増大を行うようにしている。
 図8は、時間の経過と圧力変動を示すグラフである。
 図8に示すように、定常運転をしている際、所定時間経過した後、空気量を増加させるパージ運転を所定時間行っている。
 このように、所定時間毎に空気122の供給が増大されるので、圧力変動が生じ(一時的に空気量が多くなる)、散気膜11の膨張が増大するので、スリット12に析出した硫酸カルシウムの析出物が外部に排出され、スリット12が正常となる。
 この結果、連続した運転における硫酸カルシウムの析出によるスリット12の詰まりやスリット12の間隙が狭くなることが防止され、散気膜11の圧力損失を防止できる。
 この増大の間隔は、析出物の析出の状態に対応して適宜変更すればよいが、好適には1日から2日に一回程度行うようにすればよい。
 これは、析出初期の早い段階で空気の供給を増大させ、スリット12を通過する圧力変動を行うことで、容易に析出物を散気膜の外側へ排出することができるからである。
 この一時的な増加を実施するには、例えば、図6に示すエアレーション装置120Aにおいて、通常3基のブロア121A~121Cで運転している場合、さらに予備のブロア121Dを駆動させて、大量の空気122を空気供給ラインL5に供給する様にしてもよい。
 すなわち、予備のブロア121Dの起動によりエアレーションノズル123に導入される空気の量が増加する。この結果、散気膜11のスリット12が大きく開き、硫酸カルシウムを海水側へ排出除去することができる。
 よって、硫酸カルシウムの析出によるスリット12の詰まりやスリット12の間隙が狭くなることが防止され、散気膜11の圧力損失を防止できる。
 また、ブロアの容量が不足の場合には、追加のブロアを用いて、スリット12から析出物を押出して一掃するような所定のパージ条件とするようにすればよい。
 また、図7に示すように、本実施例に係るエアレーション装置120Bにおいては、さらに空気供給ラインL5に真水141を供給する水供給ラインL6を設けるようにしている。そして、図示しない制御装置により空気122の供給を一時的に増大させる制御を行うと共に、真水141を空気供給ラインL5に送る制御を行うようにしてもよい。
 このように、真水141を供給することにより、エアレーションノズル123内に真水141を導入する。これにより、散気膜11のスリット12が洗浄され、スリット12に付着している硫酸カルシウム等の析出物を溶解除去することができる。
 この結果、硫酸カルシウムの析出によるスリット12の詰まりやスリット12の間隙が狭くなることが防止され、散気膜11の圧力損失を防止できる。
 ここで、本実施例では、水の供給としては、真水141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)や水蒸気を用いるようにしてもよい。
 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おいて、散気孔(メンブレンスリット)での汚泥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、例えばディスク型や平板型のエアレーション装置や、セラミックス、金属の散気装置に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発生した析出物を散気膜の外側へ排出することができ、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の安定した操業が可能となる。
 11 散気膜
 12 スリット
 12A~12I 第1~第9のスリット
 100 海水排煙脱硫装置
 102 排煙脱硫吸収塔
 103 海水
 103A 使用済海水
 103B 希釈使用済海水
 105 希釈混合槽
 106 酸化槽
 120、120A、120B エアレーション装置
 123 エアレーションノズル

Claims (7)

  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、
     前記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と共に、
     前記スリットが供給する空気の圧力により開口形状が変形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、
     前記スリットが少なくとも折れ曲がり部を有してなることを特徴とするエアレーション装置。
  3.  請求項1又は2において、
     空気の供給の一時的な増加を所定時間毎に制御する制御装置を有することを特徴とするエアレーション装置。
  4.  請求項3において、
     前記制御装置により空気の供給の一時的な増加をすると共に、水を空気供給配管に送る制御を行うことを特徴とするエアレーション装置。
  5.  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4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。
  6.  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請求項1乃至4の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、所定時間毎に、空気の供給の一時的な増大を実行し、目詰まりを防止することを特徴とするエアレーション装置の運転方法。
  7.  請求項6において、
     前記空気の供給の一時的な増大を行う際、または単独で、水を空気供給配管に送ることを特徴とするエアレーション装置の運転方法。
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