(57)【要約】      （修正有）【課題】海水中の溶存酸素の除去のために、窒素置換式脱酸素装置の小型化を実現でき、かつ、効率的に安定した脱酸素した海水、又は水を得ることができる溶存酸素除去装置を提供する。【解決手段】水中、又は海水中の溶存酸素を除去することにおいて、窒素ガス５を水中でナノバブル状態に流通させて、水中の溶存酸素を窒素と置換することにより、水中の溶存酸素を低減・除去する脱酸素装置であって、被処理水に窒素ガス５を注入する窒素ガス５注入部と、前記窒素ガスが注入された被処理水を通水する平面を有するプレート２に複数個の穴を配列し、そのプレート２の複数枚積層体と、を備える溶存酸素除去装置。【選択図】図１
0003189657.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
水中、又は海水中の溶存酸素を除去することにおいて、窒素ガスを水中でナノバブル状態に流通させて、水中の溶存酸素を窒素と置換することにより、水中の溶存酸素を低減・除去する脱酸素装置であって、被処理水に窒素ガスを注入する窒素ガス注入部と、前記窒素ガスが注入された被処理水を通水する  平面を有するプレートに複数個の穴を配列し、そのプレートを複数枚積層体と、を備えることを特徴とする溶存酸素除去装置。
【請求項２】
プレートの積層体を収納している装置内のプレートは、厚さ３〜２０ｍｍで、１０個〜５００個の連携した大孔と小孔とからなる穴部になっており、その大孔／小孔の面積比率は２０〜１００で、大孔の径は２〜２０ｍｍであって、穴の形状は、円形あるいは、三角形あるいは、四角形あるいは、多角形であって円柱状、円錐状、二段円筒状、円筒円錐状になっており、窒素ガスと海水又は水との供給用の小孔噴流によるベンチュリー効果で効率よく海水又は水とを混合できるように、同心円上に前記溶存酸素含有水供給用のストレート、又は中心部に向かって傾斜させて通過できるように、その出口内部に分散・均一化させる一次微細化させていることを特徴する請求項１に記載の溶存酸素除去装置。
【請求項３】
混合容器内に収納されるプレートは、形状として大きさ５０〜１０００ｍｍの正方形、又は長方形、又は円形で、材質として腐食性に強い樹脂製、又は金属合金製で、１枚板もの、あるいは２枚重板になっており、２〜１０枚連携して使用されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の溶存酸素除去装置。
【請求項４】
前記窒素ガス導入は、海水又は真水での通水量１ｍ３あたり０．００５〜１Ｎｍ３以上で窒素ガスを注入する前記プレート内での流速を、０．３〜５ｍ／ｓで通水することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の溶存酸素除去装置。
【請求項５】
加圧ポンプ吸入側から取り入れられた海水又は真水の被処理水と窒素ガスを加圧ポンプにより圧送し、微細化器混合液入り側に、５０〜１０００Ｌ／分の流速で、微細化粒子にするために、混合容器内部に配したプレート内のオリフィスより噴射し、効率よくキャビテーションを発生させるための空洞を有し、当該流体を乱流状態にして衝突させている壁体を持つことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の溶存酸素除去装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本考案は、水中、又は海水中の溶存酸素を除去する装置に関する。とくに水と海水中に溶存する酸素を窒素ガスのナノバブルによって置換・除去することで、窒素置換式脱酸素装置、および窒素置換式脱酸素方法に関する。より詳しくは、ボイラ用水、冷却用循環水、飲料水、産業用海水などに適用可能な窒素置換式脱酸素装置、および窒素置換式脱酸素方法に関する。
水中の溶存酸素等を窒素等の不活性ガスと置換することで除去するストリッピング技術による気液接触方法、及びそれを応用した水の脱酸素方法に関する。原水に含有される溶存酸素を除去するための溶存酸素除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】ボイラ用水、冷却用循環水、飲料水、産業用海水などの水処理分野においては、水中の溶存酸素によって、ボイラや附帯装置、蒸気配管、蒸気使用機器、ドレン（凝縮水）回収配管、冷熱機器などに腐食が生じ、装置の故障や重大な事故の発生など、大きな問題を生じさせる可能性がある。このような問題を防止するために、ボイラ用水、冷却用循環水、飲料水などの水処理分野においては、水中の溶存酸素を除去するために、脱酸素装置を用いたり、ボイラ給水中に脱酸素剤を注入したりする対策が講じられている。【０００３】脱酸素装置としては、一般に、膜式脱酸素装置、真空式脱酸素装置、窒素置換式脱酸素装置などが知られている。前記膜式脱酸素装置は、特定の高分子膜を利用することにより、被処理水に含まれる溶存酸素を低減させる装置である。また、前記真空式脱酸素装置は、被処理水を処理槽内の上部から下部へ向かって散布し、前記処理槽内を真空吸引することにより、被処理水に含まれる溶存酸素を低減させる装置である。【０００４】さらに、前記窒素置換式脱酸素装置は、被処理水に窒素ガスを供給し、被処理水に含まれる溶存酸素を窒素と置換して低減させる装置である。近年この窒素置換式脱酸素装置に関する技術開発が進められている。【０００５】原水タンク内の原水を供給ポンプにて送出する原水供給系に接続され、窒素ガス源からガス供給系を経て供給される窒素ガスを、原水供給系を経て供給される原水に接触させることにより、原水中の酸素を除去する脱酸素装置本体と、脱酸素装置本体で脱酸素処理を終えた処理水を原水消費部へ供給するべく、その処理水を処理水ポンプによって給水系内の給水ポンプより上流側に供給する処理水供給系と、給水系へ供給する処理水の水量を原水消費部における原水の使用量より多くして、処理水の一部を給水系内の処理水合流点より上流側を通して原水タンクへ戻すと共に、処理水の原水タンクへの戻り量が所定範囲内に維持されるように前記処理水ポンプの能力を制御する制御部とを具備することにより、処理水の消費側に過不足のない処理水が供給でき、設備運転コストを安く抑えることができる経済性に優れた窒素式脱酸素装置が開示されている（実用新案文献１参照）。【０００６】また、送水管内に窒素ガスを注入する窒素注入手段と、窒素ガスが注入された水を乱流混合するスタティックミキサーと、乱流混合された水を気液分離する気液分離手段とを備えることで、省エネルギー化が可能で脱酸素効率にも優れた脱酸素装置が開示されている（実用新案文献２参照）。【０００７】更に、垂直に立ち上がった脱酸素塔にて、上方から下方に向かう被処理水と、下方から供給されて上方に向かう窒素を対向接触させ、塔の下部から脱酸素水をタンクに供給し、塔の上部から酸素を含んだ窒素ガスを排出する脱酸素装置が提案されている。この脱酸素装置では、タンク内の水を循環処理するとともに、補給水が脱酸素塔の入口に供給される装置構成となっており、給水タンクに大がかりな補強をしなくても、脱酸素塔から直接給水タンクに脱酸素水を供給することができるように工夫されている（実用新案文献３参照）。【０００８】窒素置換式脱酸素装置の小型化を実現でき、かつ、効率的に安定した脱酸素水を得ることができる新規な技術を提供するために、水中の溶存酸素を窒素と置換することにより、水中の溶存酸素を低減する脱酸素装置であって、被処理水に窒素ガスを注入する窒素ガス注入部と、前記窒素ガスが注入された被処理水を通水する蛇腹状通水管と、を少なくとも備える窒素置換式脱酸素装置を提供する。窒素置換式脱酸素装置によれば、蛇腹状の通水管を用いることで、極めて省スペースな装置にも関わらず、効率的かつ安定した脱酸素水を得ることができることが提案されている（実用新案文献４参照）。【０００９】また一般産業用において実用的であると考えられる窒素置換−多段接触法において、３段以上の多段処理を行っても、窒素消費量があまり減少せず、窒素消費量の削減に限界がある。この気液接触方法は、溶存気体の過飽和を各段において、完全に解消することができるので、３段以上の多段処理においても理論効率に近い窒素消費量に抑制できることが提案されている（実用新案文献５参照）。【００１０】さらに原水に含有される溶存酸素を効率的に除去することのできる窒素置換方式の溶存酸素除去装置を提供するために、溶存酸素除去装置を、窒素ガスを発生するための窒素ガス発生手段と、原水を加圧状態のまま窒素ガスと混合するための第一気液混合槽と、第一気液混合槽で得られた気液混合水を減圧して気液分離するための第一気液分離槽と、第一気液分離槽で気液分離された処理水を加圧して移送するための第一ポンプと、第一ポンプで移送される処理水を窒素ガスと混合するための第二気液混合槽と、第二気液混合槽で得られた気液混合水を減圧して気液分離するための第二気液分離槽と、を備えたものが提案されている（実用新案文献６参照）。【００１１】環境、人体に優しい還元電位水の省エネ製造で、中和工程を省き量産するために中性水である水道水に水素ガスを高効率で溶存させる混合製法で大変高い還元電位の水素の豊富な水を生成することが可能な溶存水素還元水製造装置の提供を目的として、溶存水素還元水製造装置は、１ｍｍ〜６ｍｍ径の貫通孔を設けたオリフィス板を一枚または複数枚をスペーサーリングと交互に組付けた気液混合装置が提案されている（実用新案文献７参照）。【００１２】以上のように、窒素置換式脱酸素装置に関する技術開発は発展の途をたどっているが、装置が大型化するという課題があった。装置構成が複雑であり、装置の高さが高くなるという課題があった。また、既設のタンクに後付けで設置する場合には、設置が煩雑であり、適用が制限されるという課題があった。また、装置の大型化以外でも、タンクに供給された脱酸素水が水面で外気と接触することにより、外気中の酸素が再び溶解し、溶存酸素濃度が上昇してしまうという課題も生じている。
【先行技術文献】
【実用新案文献】
【００１３】
【実用新案文献１】
特開２００９−２７９４６６号公報
【実用新案文献２】
特開２００１−１２９３０４号公報
【実用新案文献３】
特開２０１０−７８６６号公報
【実用新案文献４】
特開２０１１−２３００３１号公報
【実用新案文献５】
特開２０１３−１３８４７号公報
【実用新案文献６】
特開２００８−２６４６８６号公報
【実用新案文献７】
特開２００７−３３０９５８号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１４】上述のように、窒素置換式脱酸素装置に関する技術開発は進められているが、装置の大型化の問題、装置の構成によっては溶存酸素濃度が上昇してしまうという課題など、まだまだ解決すべき課題を抱えているのが実情である。【００１５】そこで、窒素置換式脱酸素装置の小型化を実現でき、かつ、効率的に安定した脱酸素した海水、又は水を得ることができる新規な技術を提供することを主な目的とする。【００１６】脱酸素方法を検討した場合に、清浄な水質である場合には、処理効率、部分負荷での運用、窒素等の置換ガスが不要なことを考慮すると膜脱気装置が有利である。しかし、一般産業用で用いられる水質では海水、又は水に含まれる様々な不純物により膜の性能が劣化したり、温水では使用できないなどの制約があり、普及は極めて限定的である。【００１７】従って、一般産業用レベルの脱酸素プロセスにおいては、産業に使用される海水のガスストリッピング技術を応用した窒素置換による多段接触法が有利である。このガス置換の多段接触法の置換ガス量減少に伴う処理効率の悪化と、それを改善しながら装置をコンパクト化し、安価で高性能なガスストリッピング装置を提供することにある
【課題を解決するための手段】
【００１８】水中、又は海水中の溶存酸素を除去することにおいて、窒素ガスを水中でナノバブル状態に流通させて、水中の溶存酸素を窒素と置換することにより、水中の溶存酸素を低減・除去する脱酸素装置であって、被処理水に窒素ガスを注入する窒素ガス注入部と、前記窒素ガスが注入された被処理水を通水する  平面を有するプレートに複数個の穴を配列し、そのプレートを複数枚積層体と、を備える溶存酸素除去装置である。【００１９】プレートの積層体を収納している装置内のプレートは、厚さ３〜２０ｍｍで、１０個〜５００個の連携した大孔と小孔とからなる穴部になっており、その大孔／小孔の面積比率は２０〜１００で、大孔の径は２〜２０ｍｍであって、穴の形状は、円形あるいは、三角形あるいは、、四角形あるいは、多角形で円錐状、二段円筒状、円筒円錐状になっており、窒素ガスと海水又は水との供給用の小孔噴流によるベンチュリー効果で効率よく海水又は水とを混合できるように、同心円上に前記溶存酸素含有水供給用のストレート、又は中心部に向かって傾斜させて通過できるように、その出口内部に分散・均一化させる一次微細化させている。【００２０】混合容器内に収納されるプレートは、形状として大きさ５０〜１０００ｍｍの正方形、又は長方形、又は円形で、材質として腐食性に強い樹脂製、又は金属合金製で、１枚板もの、あるいは２枚重板になっており、２〜１０枚連携して使用される。所望処理容量が大きい場合等は、２〜１０枚連携したユニットモジュールを並列接続することも可能である。【００２１】前記窒素ガス導入は、海水又は真水での通水量１ｍ３あたり０．００５〜１Ｎｍ３以上で窒素ガスを注入する前記プレート内での流速を、０．３〜５ｍ／ｓで通水する。【００２２】加圧ポンプ吸入側から取り入れられた海水又は真水で窒素ガスを加圧ポンプにより圧送し、微細化器混合液入り側に、５０〜１０００Ｌ／分の流速で、微細化粒子にするために、混合容器内部に配したプレート内のオリフィスより噴射し、効率よくキャビテーションを発生させるための空洞を有し、当該流体を乱流状態にして衝突させている壁体を持つ。
【考案の効果】
【００２３】本考案によれば、穴を持つプレートの通水管を用いることで、極めて省スペースな装置にも拘わらず、効率的かつ安定した脱酸素水を得ることができる。
窒素置換式脱酸素装置に関する技術開発は進められているが、装置の大型化の問題、装置の構成によっては海水での溶存酸素濃度が減少できた。【００２４】脱酸素方法を検討した場合に、清浄な水質である場合には、処理効率、部分負荷での運用、窒素等の置換ガスが不要なことを考慮すると膜脱気装置が有利である。しかし、一般産業用で用いられる水質では海水、又は水に含まれる様々な不純物により膜の性能が劣化したり、温水では使用できないなどの制約があり、普及は極めて限定的である。【００２５】従って、一般産業用レベルの脱酸素プロセスにおいては、ガスストリッピング技術を応用した窒素置換による多段接触法が有利である。このガス置換の多段接触法の置換ガス量減少に伴う処理効率の悪化と、それを改善しながら装置をコンパクト化し、安価で高性能なガスストリッピング装置を提供することにある
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】  溶存酸素除去装置概要
【図２】  大孔プレートと小孔プレートを密着させたものの図
【図３】  １枚プレートに大孔と小孔を穴を空けたものの図
【図４】  プレートの孔配列図
【図５】  １枚プレートに大孔と小孔を穴を空けたもののプレート積層の状態図
【図６】  大孔プレートと小孔プレートを密着させたものの積層状態図
【図７】  大孔プレートと小孔プレートを密着させたものの積層状態図
【図８】  大孔１箇所と小孔２箇所を空けたものの状態図
【図９】  大孔１箇所と小孔２箇所を空けたものの状態の断面図
【図１０】  大孔１箇所と小孔３箇所を空けたものの状態図
【図１１】  試験装置実施概要図
【考案を実施するための形態】
【００２７】本考案に係る窒素置換式脱酸素方法は、水中の溶存酸素を窒素と置換することにより、水中の溶存酸素を低減する脱酸素方法であって、窒素ガス注入工程と、通水工程と、を少なくとも行う方法である。また、必要に応じて、流量調整工程などを行うことも可能である。以下、各工程について詳細に説明する。
【００２８】（１）窒素ガス注入工程
窒素ガス注入工程は、被処理水に窒素ガスを注入する工程である。窒素ガス注入工程で行う窒素ガスの注入方法は特に限定されず、窒素置換式脱酸素技術分野において通常用いられるあらゆる方法を自由に選択して用いることができる。例えば、被処理水の循環ラインに圧入することにより窒素ガスを注入する方法、エゼクターなどを用いて吸入させることにより窒素ガスを注入する方法などを挙げることができる。
【００２９】なお、圧入により窒素ガスを注入する場合には、窒素ガスの気泡を微細にすることが好ましい。被処理水中で、窒素ガスを素早く均一化させることが可能となるからである。
【００３０】窒素ガス注入工程において注入する窒素ガスの注入量は、被処理水の溶存酸素濃度や目的に応じて自由に設定することができる。本考案においては、処理水中の溶存酸素をより低下させるためには、通水量１ｍ３あたり０．００５Ｎｍ３以上で窒素ガスを注入することが好ましい。
【００３１】（２）通水工程
通水工程は、窒素ガス注入工程を経た後の被処理水を、加圧ポンプで加圧し該プレートに通水する工程である。窒素ガス注入工程にて窒素ガスが注入された被処理水が、この通水工程で窒素ガスがナノ化し、被処理水中の溶存酸素の窒素との置換が行われる。
【００３２】通水工程において被処理水の流速は、特に限定されず、本考案の目的を損なわない限り、自由に設定することができる。本考案では特に、水流を０．３〜５ｍ／ｓに調整するのが好ましく、更に好ましくは０．５〜３ｍ／ｓに調整するのがより好ましい。０．３ｍ／ｓ以上とすることにより溶存酸素と窒素との置換が効率的となる。また、５ｍ／ｓ以下とすることにより圧力損失を抑制することができる。
【００３３】被処理水の流速は、後述する流量調整工程で調整することも可能であるが、処理水量に応じて管の径を選定することで調整することも可能である。
【００３４】（３）流量調整工程
流量調整工程は、通水工程における流量を調整する工程である。この流量調整工程では、流量調整と合わせて圧力調整をすることも可能である。この流量調整工程は、本考案に係る窒素置換式脱酸素方法では必須ではないが、より効率的に溶存酸素と窒素との置換を行うためには、流量調整工程を行って、所定の流量および圧力に調整することが好ましい。
【００３５】本考案に係る窒素置換式脱酸素方法において、流量調整工程を行う順番は特に限定されず、通水工程における流量を調整することができれば、窒素置換式脱酸素方法の他の工程と自由な順番で行うことが可能である。本考案では特に、前記窒素ガス注入工程を行った後に行うことが好ましい。前記窒素ガス注入工程を行った後に流量調整工程を行うことで、処理水中の溶存酸素をより低下させることが可能となるからである。例えば、前記窒素ガス注入工程を行った直後に流量調整工程を行う方法、前記通水工程を行った後に流量調整工程を行う方法、前記通水工程と流量調整工程とを同時に行う方法など、いずれの方法を用いることも可能である。
【００３６】流量調整工程では、調整する流速および圧力は、目的に応じて適宜決定することができる。本考案においては、流速としては、プレート小径に対して０．３〜５ｍ／ｓに調整するのが好ましく、更に好ましくは０．５〜３ｍ／ｓに調整するのがより好ましい。また、圧力としては、プレート入口直近の圧力が０．０５〜０．６ＭＰａとなるように調整するのが好ましい。
【実施例１】
【００３７】以下、実施例に基づいて本考案を更に詳細に説明するとともに、本考案の効果を検証する。なお、以下に説明する実施例は、本考案の代表的な実施例の一例を示したものであり、これにより本考案の範囲が狭く解釈されることはない。【００３８】大孔の円形直径を４ミリ、小孔円形１個の直径１ミリにて、大孔プレートと小孔プレートを重ね、それを１ユニットとし５ユニットを重ね、さらに空隙を設けた後、さらに５ユニットを入れ、それらを入口と出口のみがある密閉されたケーシング内に収めたものを使用した。ポンプは１．５Ｋｗ−３相２００Ｖの水中ポンプを使用し、窒素ガスを水中ポンプ吸入側より注入混合し、ガス容量はフローメーターを介し０．８Ｌ／分を入れた。タンク容量は９００Ｌタンクを使用。図１１【００３９】大孔の円形直径を６ミリ、小孔円形１個の直径２ミリにて、大孔プレートと小孔プレートを重ね、それを１ユニットとし４ユニットを重ね、さらに空隙を設けた後、さらに４ユニットを入れ、それらを入口と出口のみがある密閉されたケーシング内に収めたものを使用した。ポンプは１．５Ｋｗ−３相２００Ｖの水中ポンプを使用し、窒素ガスを水中ポンプ吸入側より注入混合し、ガス容量はフローメーターを介し１．５Ｌ／分を入れた。タンク容量は９００Ｌタンクを使用。図１１【００４０】表１に示す通り、ＤＯ値の推移は６ミリプレートを用いた場合に飛躍的に脱酸素効果が向上することが分かった。
【表１】
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0003189657.tif 000004
【符号の説明】
【００４１】１．  溶存酸素除去装置
２．  プレート
３．  混合器
４．  加圧ポンプ
５．  窒素ガス
６．  海水、又は真水
７．  混合器用プレート大孔
８．  混合器用プレート小孔
９．  混合器用空隙
１０．酸素置換海水
１１．接続用空隙部
１２．バルブ
１３．空隙部
１４．混合液出口
１５．噴流部
１６．大孔部
１７．小孔部
１８．プレート積層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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