JPH0472597B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、淡水化装置で得られた生成淡水を水
道水に適した水質に転換するための超小形の石灰
石分解炉を備えた後処理方法および装置に関する
ものである。

石灰石の石灰の一部が苦土で入れ替つた白雲石
（ドロマイト）系を含んでも全く同軌の反応とな
るので、本発明では一々の説明は省略するが、
Caで示される部分はすべてCa＋Mgである場合
を含むものとする。

淡水化装置によつて得られた淡水はミネラル成
分を殆んど含んでいないから、以後の給水系統の
配管材料を腐食させ、また飲料水としては味覚に
乏しいものであつた。これらの欠点は補うため、
淡水に炭酸カルシウムや消石灰や炭酸ガスとを添
加して製造水とする方法が採用されており、一般
には石灰石を充填した容器、いわゆるライムスト
ンフイルターが配置され、これに炭酸ガスを吸収
した淡水が通過して下記反応により炭酸水素カル
シウムが生成し硬度を増す。

CaCO₃＋H₂O＋CO₂→Ca（HCO₃）₂ ……(1) このライムストンフイルターには通常入手し易
く安価な２〜20mm粒度の石灰石を充填して使用し
ているが、多くの場合純度が低く不純物を含み、
また溶解速度が遅く、硬度が附与されても水質が
劣ることもあり、このライムストンフイルターは
容量の割に淡水の処理量は低く、よつて大型塩水
淡水化装置では該フイルターを数十基も併設する
こととなり、設備費が高くなりかつ石灰石は各フ
イルターに投入しなければならず、この補充作業
は付溶解スライムの排出作業とともに仲々煩雑で
あつた。

一方、炭酸ガスは淡水化装置における海水中の
重炭酸成分の分解抽気により取得できる場合もあ
るから、これを使用すれば合理的であるが、その
際アンモニア、油分、臭素等の不純物が含有する
危険性があり、また該抽気エゼクター用蒸気のボ
イラー用脱酸素剤としてヒドラジンを使用した場
合、抽気抽の炭酸ガスにはヒドラジン等が混入す
る恐れがあり問題である。

また炭酸ガスの入手は油またはガスを燃焼して
生成する炭酸ガスをエタノールアミンなどの溶剤
を使用して回収するプロセスから取得する方法、
あるいは購入液化炭酸ガスの使用も考えられる
が、前者では装置が大規模の場合と同型式となり
複雑となつてポンプ等の動力が増大するばかりで
なく、機器の数も多く建設コストも高価なものと
なり、保健上も問題が残る。後者は価格（ランニ
ングコスト）の高騰を招き実用的ではない。即ち
この場合の数＋Ｎm³／Ｈ（CO₂として）程度の要
求に対して、前者は無理なスケールダウンであ
り、後者では消費量がやや多過ぎるとともに供給
切れの不安をも伴うものである。

上気のとおり炭酸ガスの必要量な数＋Ｎm³／Ｈ
（CO₂として）の能力であり、石灰石としても100
Kg／Ｈ程度の微々たる取扱数量となり、此の量に
見合う小径の石灰石を連続的に処理することとな
り、工業規模の数＋mmφ以上の石灰石に比して分
解時間も桁違いに短く、従つて滞留量も僅かなも
のとなり、後記セラミツク管などの管内で加熱す
るに適する程度となるほど、従来の石灰炉とは全
く概念が異なるため、本発明は新たに開発した超
小型の石灰石分解炉とこれに淡水化装置とを有機
的に組合わせて、若干低品位の石灰石の場合であ
つても、より高純度に消石灰溶液または石灰乳を
生成させ、次いでより低純度の炭酸ガスを利用し
て先ず炭酸カルシウムの微粒スラリーを生成さ
せ、更に発生炭酸ガスを淡水中で該炭酸カルシウ
ム微粒の反応させて炭酸水素カルシウムを効率よ
く生成させる。即ち上記反応式(1)の前に下記 Ca（OH）₂＋CO₂→CaCO₃＋H₂O ……(2) の反応によつて稀薄な炭酸ガスをも捉えて炭酸カ
ルシウムを生成させ、該生成炭酸カルシウムに更
に淡水の炭酸ガスを(1)式で反応させ、炭酸水素カ
ルシウムを淡水に溶解させる方法であつて、経済
的であり、かつ装置の小型化連続化、及び水質基
準に合格する安定した飲料水と取得を目的として
なされたものである。以下本発明を添付の図面を
参照して説明する。

淡水化装置、例えば海水淡水化蒸発装置１の設
置場所に近接して外部加熱石灰石分解炉２が設け
られており、蒸発器３から生成した淡水である蒸
留水はTDSを数ppmしか含まず、このままでは
飲料に適さないので、これを改質するため、管４
を経て詳細を後述するカルシウム溶解装置５に導
入して後記のように硬度を附与する。

一方、拡大して示された石灰石分解炉２は外部
加熱方式であつて、例えば、カルシウム溶解装置
５出口処理水取出管の直径が1000〜1200mmに対応
する加熱分解塔２′には直径は数＋mmと超小形の
管を使用することができ、上部のホツパー６から
装入用ダブル弁７を経て炉内に装入された数mm程
度の石灰石８は、この加熱分解塔２′内で例えば
石油を燃料とするバーナーのごとき加熱器９によ
つて炉壁１０を介して900℃以上に加熱され、生
石灰の炭酸ガスに分解し、生石灰は炉下部の冷却
ゾーン１１を通過する間に、ブロア１２による空
気が流れる冷却器１３によつて間接冷却されたの
ち、排出弁１４を有する管路１５を経て下部の生
石灰消化器１６に落下する。加熱器９はバーナー
以外の装置も使用できることは勿論であり、特に
小型の場合は電気を熱源とするとも有利な方法と
考えられる。装入弁７及び排出弁１４ちなそれぞ
れシール機構（図示せず）を設けて空気の侵入を
防ぎ、更に生成炭酸ガスの外部えの洩れを防ぐた
め管路１５にシール用気体を封入する等の手段が
とられるのは勿論であるが、炭酸ガスの純度を下
げることなくシールまたはスイープの用に供する
のは、後の工程で凝縮してしまう水蒸気が特に好
ましい。炉壁の材質としては、耐熱金属たとえば
インコネル、セラミツクスとしては例えばSiC、
Al₂O₃、その他パイロセラム、サーメツト等の耐
熱材料を使用する。

生石灰消化器１６には淡水化装置１とカルシウ
ム溶解装置５に入る前の淡水が分岐管１７を経て
装入され、器内で消石灰溶液もしくは石灰乳が生
成し、内部に設けられたシツクナー１８により不
純物は沈泥となつて下部１９より排出され、精製
物は管２０を経て第１段炭酸ガス吸収器２１に送
出される。生石灰消化器１６は、装入される生石
灰の純度が高いときは容器を用いず長い配管で代
用することもできる。第１段炭酸ガス吸収塔２１
にはバーナーの燃焼排ガスが加熱分解塔２′の外
周を通りダクト２２を経て、熱交換器２３で管２
４を通過する燃焼用空気の熱交換して冷却された
のち、管２５によつて底部２６に噴出し、排ガス
中の炭酸ガスは器内の消石灰溶液もしくは石灰乳
と反応してCaCO₃を生成する。このCaCO₃は粒
径が小さく以後の移送ならびに反応に好都合とな
る。余剰の排ガスは上部の管２７より大気へ放出
される。このようにCaCO₃生成に低純度の炭酸
ガスが利用できるので経済的である。

なお、第１段炭酸ガス吸収器２１内部には循環
水案内筒２８を設けて反応を円滑に行わせる。こ
こで生成したCaCO₃は粒径が小さいからスラリ
ー状となつてポンプ２９、管３０を経て流れ、
CaCO₃は例えば0.5％程度の濃度でカルシウム溶
解装置５に到つてここを通過する淡水に混合す
る。第１段炭酸ガス吸収器２１には、上記の燃焼
排ガス以外に、一部の石灰石分解ガス、他から得
られる炭酸ガス、例えばボイラ排ガス、海水淡水
化装置の排気ガス、あるいは空気中の純度の低い
炭酸ガスなどを単独もしくは併せて利用してもよ
い。

上記の説明では生成淡水の一部を生石灰消化器
１６に導入したが、場合によつては管４を省いて
生成淡水の全量を導入してもよい。この場合も石
灰石の純度が良く不純物が殆んどなければ容器１
６を用いず長い配管で代用することもできる。

石灰石分解炉２の加熱分解塔２′内部で石灰石
の分解によつて生じた炭酸ガスは高純度を保ち、
管３１を経てカルシウム溶解装置５に入り淡水に
溶解し、該溶解装置５内でCaCO₃、H₂O、CO₂が
反応してCa（HCO₃）が溶解生成し、淡水に硬度
を附与する。この際、CaCO₃は前述のとおり粒
径が小さいので反応速度は大きく、従来のライム
ストンフイルターのような大規模な装置を必要と
しない。管３２から取出す処理後の淡水に要求さ
れる硬度は炭酸水素イオンとして数＋ppm程度で
あるから、管３０を流れる0.5％程度のCaCO₃よ
りこの程度の炭酸水素イオンの生成は、使用炭酸
ガスの純度が高く溶解し易いことと相俟つて、そ
の反応時間は短かくなり、カルシウム溶解装置５
は小形にでき、内部機構は極めて簡単となり、要
は十分混合溶解できるものであればよく、簡単な
塔型式または図示のような配管で適当な長さをも
たせて反応を行わせる炭酸ガス吸収部分３３で十
分である。

生成成石灰がその近傍で本後処理以外に一部利
用することができときには、低純度の炭酸ガスの
代りに石灰石を加熱して発生した高純度炭酸ガス
の一部を上記低純度の代りに使うこともできる
が、この部分の炭酸ガス用にまで石灰石を加熱す
る熱量だけエネルギー消費が過大となり特にその
場所で生石灰の少量が常に必要な場合以外実用的
ではない。

本発明は淡水化装置と外部加熱石灰石分解炉と
を近傍に設置して有機的に相互に連絡し、生成淡
水の一部または全部を石灰石分解炉生成生石灰に
導いて石灰乳または消石灰溶液となし、不純物の
ある場合は一旦沈降分離したうえで、これに外部
加熱石灰石分解炉燃焼排ガス等の純度の低い炭酸
ガス、一部の石灰石分解ガス、他から得た炭酸ガ
スを単独もしくは併用して吸収させたのち該炉か
ら発生した高純度炭酸ガスを更に反応させて淡水
中に炭酸水素カルシウムを生成させるから、燃焼
排ガス中の低純度の炭酸ガス等も排棄することな
く有効に利用でき、またカルシウム溶解装置は従
来のライムストンフイルターのように石灰石の充
填補充のような断続する煩雑な作業はなく連続的
となるから作業能率は向上できる。炉の條件また
は加熱器９に用いる燃料の種類により該分解炉の
みよりの炭酸ガス量が不足する場合であつて、逆
浸透法による淡水化時のように膜の種類により透
過水が炭酸ガスを余り含まないとき、或は近傍に
燃焼排ガスまたは抽気ガス等の炭酸ガス源のない
時には、Ca（OH）₂の強い反応性により、空気中
の数百ppmの炭酸ガスを吸収塔を設けて捕捉して
不足分を補うこともできる。また燃料中に硫黄分
があればCaSO₄等となつて捕捉された分も有効な
カルシウム源となり得る。

しかも、この炭酸ガスの添加によつて粒径の小
さいCaCO₃が生成するので以後のカルシウム溶
解装置における溶け易い高純度炭酸ガスとの反応
速度は大となる。因みに数mm程度の石灰石のライ
ムストンフイルターに比べて本発明の炭酸カルシ
ウム微粒は数百乃至数万倍の比表面積を有するの
で該溶解装置は小形で形状は単純化でき、淡水の
通過速度は大となし得て処理能力が増大し、更に
は配管長に若干のゆとりがあればその一部を利用
する等小形にできるか、または新しい附加設備を
省けるなどの効果があり、更に純度の劣る石灰石
を原料としても小粒使用のため運転可能であり、
砂の混入した風化貝殻等も対象として考えられ、
また一方炭酸ガスの濃度が低くても、生成
CaCO₃は高品位のものに変換でき、式(2)の反応
のところまでは低濃度の炭酸ガス、極端な場合は
大気さえも使用可能で、式(1)の炭酸ガスは自給自
足できるから、淡水の後処理において各成分はバ
ランスがよくとれて無駄がなくなり、淡水化装置
の近くに石灰石採石場があれば、たとえ低品位の
石灰石した採掘できなくても有効に利用でき、特
にその効果は大である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例における一部を拡大して
示したフローシートである。 １……淡水化装置、２……外部加熱石灰石分解
炉、２′……加熱分解塔、３……蒸発器、５……
カルシウム溶解装置、６……ホツパー、７……装
入用ダブル弁、９……加熱器、１２……ブロア、
１３……冷却器、１４……排出弁、１６……生石
灰消化器、１８……シツクナー、２１……第１段
炭酸ガス吸収器、３３……CO₂吸収部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 淡水化装置の近傍に外部加熱石灰石または苦
   土分を含む石灰石（以下石灰石と称する）分解炉
   を設置し、生成淡水の一部は石灰石分解炉側に導
   き、生成生石灰と混合して石灰乳または消石灰溶
   液となし、これに石灰石分解炉燃焼排ガス、一部
   の石灰石分解ガス、他から得た炭酸ガスを単独も
   しくは併用して吸収させ、これと前記石灰石分解
   炉から発生した高純度炭酸ガスと残りの生成淡水
   とを混合吸収させることによつて硬度を附与する
   ことを特徴とする生成淡水後処理方法。 ２ 淡水化装置の近傍に外部加熱石灰石分解炉を
   設置し、生成淡水は石灰石分解炉側に導き、生成
   生石灰と混合して消石灰溶液となし、これに石灰
   石分解炉燃焼排ガス、一部の石灰石分解ガス、他
   から得た炭酸ガスを単独もしくは併用して吸収さ
   せ、これに前記石灰石分解炉から発生した高純度
   炭酸ガスを混合吸収させることによつて該生成淡
   水に硬度を附与することを特徴とする生成淡水後
   処理方法。 ３ 淡水化装置で製造された生成淡水の一部を生
   石灰消化器に配管等により導き石灰乳又は消石灰
   溶液とした後、当該石灰乳又は消石灰溶液を配管
   等により第１段炭酸ガス吸収器へ導き、前記加熱
   分解塔で生じた燃焼排ガス中の炭酸ガスと反応さ
   せた後配管等で、更に別途前記加熱分解塔で石灰
   石等の加熱分解により発生した炭酸ガスを配管等
   でカルシウム溶解装置に導き前記生成淡水の残部
   と共に混合、溶解する構成より成る生成淡水後処
   理装置。 ４ 淡水化装置は蒸発器であり、生成淡水が蒸溜
   水である特許請求の範囲第３項記載の生成淡水後
   処理装置。 ５ 淡水化装置は逆浸透圧装置であり、生成淡水
   が透過水である特許請求の範囲第３項記載の生成
   淡水後処理装置。 ６ カルシウム溶解装置は塔型式または長い配管
   からなる炭酸ガス吸収部分である特許請求の範囲
   第３項記載の生成淡水後処理装置。 ７ 装入弁、排出弁はシール機構を有する特許請
   求の範囲第３項、第４項、第５項、第６項記載の
   生成淡水後処理装置。