JPH06320169A - 水溶液中のシリカ回収法および回収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 地熱熱水を始めとするシリカ含有水溶液中の
溶存シリカを効率よく回収する。 【構成】 流路３から供給される地熱熱水は、バルブ４
の作用により、改質物２が充填された容器１，１ａの上
端に開口する分岐流路３ａ，３ｂのいずれかに流下され
る。また、容器１，１ａの下端には分岐流路５ａ，５ｂ
が接続され、分岐流路５ａ，５ｂは更に流路５にまとめ
られる。一方、薬液タンク６から循環路７を経て供給さ
れる多価陽イオンを含む薬液は、バルブ８の作用によ
り、容器１，１ａの上端に開口する分岐循環路７ａ，７
ｂのいずれかに流下される。また、分岐流路５ａ，５ｂ
にはバルブ９，１０を介して分岐循環路１１ａ，１１ｂ
が接続され、容器１，１ａ内の地熱熱水または薬液は、
バルブ９，１０の作用により流路５または分岐循環路１
１ａ，１１ｂのいずれかに流下される。更に、分岐循環
路１１ａ，１１ｂは薬液タンク６に接続された循環路１
１にまとめられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地熱熱水を始めとする
シリカ（珪酸イオン）含有水溶液中におけるシリカを吸
着、回収し、前記水溶液の流路に対するシリカスケール
の生成を防止する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】地熱発電は、地中の高温地熱流体を噴出
させ、分離された水蒸気を用いて発電を行うものである
が、この場合、水蒸気とともにシリカを数百ppmの濃度
で含む地熱熱水が噴出する。噴出した地熱熱水は、地下
還元井を経て地中に還流されるが、地熱流体の温度が２
５０℃〜３５０℃であるのに対し、還流される地熱熱水
の温度が９７℃〜９８℃と低温であるため、地熱熱水に
おけるシリカの溶解度が相対的に低下する。しかも、水
蒸気との分離に伴いシリカが濃縮されることから、地熱
熱水に含まれるシリカの一部は過飽和状態となる。

【０００３】この過飽和シリカはコロイド状をなし、シ
リカスケールとして地熱発電所内の熱水経路や前記地下
還元井の内壁等に析出、付着しやすいため、熱交換器の
熱効率低下や前記熱水経路の閉塞、あるいは前記地下還
元井の容量減少等の原因となっている。しかも、このシ
リカスケールは前記内壁等に強固に付着して除去が困難
であるため、シリカスケールの付着が進行した場合に
は、前記熱水経路あるいは地下還元井の使用を中断し、
スケールを除去しなければならない。このように、地熱
熱水中におけるシリカの存在は、地熱熱水の利用上大き
な障害となっている。

【０００４】そこで、地熱熱水中に含有されるシリカを
除去し、前記熱水経路や前記地下還元井に対するシリカ
スケールの付着を防止する方法が従来より開発されてい
る。具体的には、コロイド状シリカを更に凝集させた
後、浮上分離または限外濾過により回収する方法、地熱
熱水に沈降性シードを添加し、この沈降性シードに過飽
和シリカを析出させて沈降性シードとともに除去した
後、上清中に残存するコロイド状シリカを限外濾過によ
り回収する方法等が挙げられる。また、コロイド状シリ
カを凝集させる方法としては、アルミニウムや鉄等の陽
イオンを添加したり、鉄粉等を添加後前記地熱熱水を曝
気し、その結果生じた水酸化物にコロイド状シリカを吸
着、凝集させる方法等がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
方法のうち、浮上分離による方法では、凝集したシリカ
を浮上させるために浮選剤等の薬剤を投入する必要があ
り、かつ回収のための動力設備が必要となるためコスト
が増大するという問題があった。また、限外濾過法によ
る方法では、濾過膜が容易に目詰まりを起こし、その都
度洗浄もしくは交換する必要があるため回収効率が低
く、かつ濾過膜の交換に伴いコストが増大するという問
題があった。

【０００６】しかも、コロイド状シリカを凝集させるた
めに陽イオンや鉄粉等を添加すると、余剰の陽イオンが
地熱熱水に残留し、その作用により逆にシリカスケール
の析出が促進される懸念があった。本発明は上記事情に
鑑みてなされたもので、陽イオンを用いた水溶液中のシ
リカの回収方法において、シリカの回収効率を向上させ
るとともに、シリカ除去後の地熱熱水における陽イオン
の残留量を低下させることをその目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、中性ｐＨ域に
て負に帯電する物質を多価陽イオンと接触させて前記物
質の表面を改質し、得られた正に帯電する改質物を地熱
熱水等シリカを含有する水溶液と接触させ、前記水溶液
中に溶存するシリカを前記改質物の表面に吸着させる水
溶液中のシリカ回収法および該回収法に適用されるシリ
カ回収装置である。

【０００８】特に、表面に吸着したシリカにより前記改
質物のシリカ吸着能力が低下した場合には、前記改質物
を前記多価陽イオンと接触させて前記改質物の表面に吸
着したシリカを改質し、得られた正に帯電する再改質物
を再度前記水溶液と接触させ、前記水溶液中に溶存する
シリカを前記再改質物の表面に吸着させることもでき
る。

【０００９】より具体的には、まず、中性ｐＨ域にて負
に帯電する物質が充填された複数の容器と、前記容器に
前記多価陽イオンを循環させる陽イオン循環手段と、前
記容器に前記水溶液を通水させる通水手段と、前記容器
への前記多価陽イオンの循環と前記水溶液の通水とを個
々の容器毎に切り換える切り替え手段とを具備する装置
を用意する。

【００１０】そして、前記容器に前記多価陽イオンを循
環させ、前記物質の表面を改質して正に帯電する改質物
とした後、前記切り替え手段を切り換えて前記容器に前
記水溶液を通水し、前記水溶液中に溶存するシリカを前
記改質物の表面に吸着させて回収する回収行程と、前記
切り替え手段を再度切り換えて前記容器に前記多価陽イ
オンを循環させ、前記改質物の表面に吸着したシリカを
改質して正に帯電する再改質物とする再改質行程とを個
々の容器毎に繰り返し行なう。この場合、前記回収行程
と前記再改質行程とは、前記複数の容器のうち少なくと
も２つの容器で並行して行なう。

【００１１】

【作用】水溶液中の溶存シリカはその表面に水酸基を有
し、常時負に帯電している。一方、本発明に用いられる
改質物は正に帯電している。従って、前記シリカはイオ
ン結合により前記改質物に吸着、回収される。また、回
収行程と再改質行程とを個々の容器毎に繰り返し行な
い、かつ前記回収行程と前記再改質行程とを、複数の容
器のうち少なくとも２つの容器で並行して行なうことに
より、シリカの回収が前記複数の容器のうちいずれかの
容器で常時行われる。更に、陽イオンは中性ｐＨ域にて
負に帯電する物質との接触にのみ用いられるため、前記
水溶液への前記陽イオンの添加が不要となり、シリカ回
収後の前記水溶液中における前記陽イオンの残留量が低
下する。

【００１２】

【実施例】以下、図面に基づき、本発明の実施例につい
て更に詳しく説明する。図１は、本発明に係る水溶液中
のシリカ回収装置の例を示すものである。図中符号１，
１ａは有底円筒状をなす容器で、これら容器１，１ａ内
には、正に帯電する改質物２が充填されている。容器
１，１ａの上端には、地熱熱水の流路３からバルブ（切
り替え手段）４を介して分岐した分岐流路３ａ，３ｂの
端部がそれぞれ開口している。ここで、地熱熱水は、バ
ルブ４の切り替えにより流路３から分岐流路３ａ，３ｂ
のいずれか一方にのみ流下可能となっている。

【００１３】また、容器１，１ａの下端には開口部が形
成され、この開口部には分岐流路５ａ，５ｂがそれぞれ
接続されている。分岐流路５ａ，５ｂは更に地熱熱水を
地熱発電設備等に流下させるための流路５にまとめられ
る。

【００１４】一方、符号６は、多価陽イオンを含有する
薬液が貯留された薬液タンクで、薬液タンク６から循環
路７およびバルブ（切り替え手段）８を介して分岐した
分岐流路７ａ，７ｂの端部が、容器１，１ａの上端には
それぞれ開口している。ここで、前記薬液は、バルブ８
の切り替えにより循環路７から分岐循環路７ａ，７ｂの
いずれか一方にのみ流下可能となっている。なお、前記
多価陽イオンとしては、例えばアルミニウム、鉄、カル
シウム、マグネシウムから選択される物質のイオンが使
用される。

【００１５】また、分岐流路５ａ，５ｂにはバルブ（切
り替え手段）９，１０を介してそれぞれ分岐循環路１１
ａ，１１ｂが接続されている。ここで、容器１，１ａ内
の前記地熱熱水または前記薬液は、バルブ９，１０の切
り替えによりそれぞれ流路５または分岐循環路１１ａ，
１１ｂのいずれか一方にのみ流下可能となっている。分
岐循環路１１ａ，１１ｂは循環路１１にまとめられ、循
環路１１は更に薬液タンク６に接続されている。なお、
符号１２は循環路７中に設けられたポンプ、符号１３は
薬液タンク６に薬液を供給する薬液供給部である。

【００１６】次ぎに、上記構成を有するシリカ回収装置
を用いた水溶液中のシリカ回収方法について説明する。
まず、後述する水溶液中に析出したシリカスケール、石
英砂、籾殻焼却灰、硅藻土等、中性ｐＨ域にて負に帯電
する物質（以下、シードと称する。）を容器１，１ａ内
に充填する。次いで、バルブ８，９を切り替えるととも
にポンプ１２を作動させ、前記薬液を、薬液タンク６か
ら、循環路７、バルブ８、分岐循環路７ａ、容器１、バ
ルブ９、分岐循環路１１ａおよび循環路１１を経て再度
薬液タンク６へと循環させる。すると、容器１内に充填
された前記シードの表面が前記薬液中の前記多価陽イオ
ンの作用により改質され、正に帯電する改質物２が得ら
れる。

【００１７】容器１内に充填された前記シードが改質物
２へと改質されたら、バルブ４，９を切り替え、シリカ
を高濃度で含有する地熱熱水を、流路３から、バルブ
４、分岐流路３ａ、容器１、バルブ９および分岐流路５
ａを経て流路５へと流下させる。

【００１８】この場合、地熱熱水は容器１内にて改質物
２と接触するが、地熱熱水中のシリカがその表面に水酸
基を有し、常時負に帯電しているのに対し、改質物２が
正に帯電しているため、前記シリカはイオン結合により
改質物２に吸着、回収される。従って、流路５からは、
シリカ含有量の非常に小さい地熱熱水が流出し、その結
果、以降の熱水経路あるいは地下還元井におけるシリカ
スケールの析出、付着が防止される。これが回収行程で
ある。

【００１９】また、前記回収行程中、バルブ８，１０を
切り換えるとともにポンプ１２を作動させ、前記薬液
を、薬液タンク６から、循環路７、バルブ８、分岐循環
路７ｂ、容器１ａ、バルブ１０、分岐循環路１１ｂおよ
び循環路１１を経て再度薬液タンク６へと循環させるこ
とにより、容器１ａ内に充填された前記シードの表面
を、前記薬液中の前記多価陽イオンの作用により改質
し、改質物２としておく。

【００２０】容器１内の改質物２を用いて長時間前記回
収行程を行うと、改質物２の表面に吸着したシリカによ
り改質物２の表面が被覆され、改質物２のシリカ吸着能
力が徐々に低下する。この場合には、バルブ８，９を切
り換えるとともにポンプ１２を作動させ、前記薬液を、
薬液タンク６から、循環路７、バルブ８、分岐循環路７
ａ、容器１、バルブ９、分岐循環路１１ａおよび循環路
１１を経て再度薬液タンク６へと循環させる。すると、
改質物２の表面を覆うシリカが前記薬液中の前記多価陽
イオンの作用により改質されて正に帯電し、シリカ回収
能力を有する再改質物が得られる。これが再改質行程で
ある。

【００２１】一方、容器１における再改質行程の開始と
ともに、バルブ４，１０を切り替え、シリカを高濃度で
含有する地熱熱水を、流路３から、バルブ４、分岐流路
３ｂ、容器１ａ、バルブ１０および分岐流路５ｂを経て
流路５へと流下させる。その結果、今度は容器１ａ内に
充填された改質物２により前記回収行程が行われる。

【００２２】更に、容器１ａ内に充填された改質物２の
シリカ吸着能力が低下した場合には、バルブ４，９を切
り替え、地熱熱水が流路３から、バルブ４、分岐流路３
ａ、容器１、バルブ９および分岐流路５ａを経て流路５
へと流下させる。その結果、前記再改質行程によって得
られた容器１内の再改質物により再度前記回収行程が行
われる。

【００２３】同時に、バルブ８，１０を切り換えるとと
もにポンプ１２を作動させ、前記薬液を、薬液タンク６
から、循環路７、バルブ８、分岐循環路７ｂ、容器１
ａ、分岐流路５ｂ、バルブ１０、分岐循環路１１ｂおよ
び循環路１１を経て再度薬液タンク６へと循環させるこ
とにより、容器１ａにて再改質行程を行い、容器１ａ内
に充填された改質物２を再改質させる。

【００２４】そして、前記回収行程と、前記再改質行程
とを容器１，１ａ毎に交互に行なうことにより、前記再
改質物による地熱熱水からのシリカの回収と、再改質に
よる前記再改質物のシリカ回収機能の回復とが同時に行
われるとともに、前記回収行程を休止することなく行う
ことが可能となり、シリカの回収効率が向上する。ここ
で、前記シードの表面が多孔質とされていると、その表
面積が増大するため、改質物２とした場合におけるシリ
カの回収効率を更に向上させることができる。

【００２５】更に、前記薬液を循環させるだけで前記シ
ードまたは改質物２が改質されるため、シリカの回収に
際して地熱熱水に前記陽イオンを直接添加する必要はな
い。従って、シリカ回収後の地熱熱水中における残留陽
イオンが最小で済む。なお、薬液タンク６内の前記薬液
は、薬液供給部１３より随時補給される。

【００２６】また、前記回収行程と前記再改質行程の繰
り返しに伴い前記再改質物の粒径は次第に増大するが、
粒径が増大した前記改質物は、回収行程終了後定期的に
容器１，１ａから抜き取り、一部は粉砕して再度前記シ
ードとして利用し、残りはセメント原料等に利用され
る。

【００２７】一方、図２に示すように、容器１，１ａの
上端に分岐流路３ａ，３ｂの端部をそれぞれ開口させる
とともに、分岐流路３ａ，３ｂに、循環路７から分岐し
た分岐流路７ａ，７ｂの端部をそれぞれバルブ（切り替
え手段）１４，１５を介して接続してもよい。この場
合、バルブ１４，１５を切り替えることにより、容器
１，１ａには、地熱熱水または前記薬液のいずれか一方
のみが流入可能となっている。

【００２８】図２に示す装置においては、バルブ９，１
４を切り替え、地熱熱水を流路３から、バルブ１４、分
岐流路３ａ、容器１、バルブ９および分岐流路５ａを経
て流路５へと流下させることにより、容器１にて回収行
程を行うとともに、バルブ１０，１５を切り替え、かつ
ポンプ１２を作動させて、前記薬液を薬液タンク６か
ら、分岐循環路７ｂ、バルブ１５、容器１ａ、バルブ１
０、分岐循環路１１ｂおよび循環路１１を経て再度薬液
タンク６へと循環させることにより、容器１ａにて前記
シードの改質または再改質行程を行う。

【００２９】また、容器１ａにて回収行程を行う場合に
は、バルブ１０，１５を切り替え、地熱熱水を流路３か
ら、分岐流路３ｂ、バルブ１５、容器１ａ、バルブ１０
および分岐流路５ｂを経て流路５へと流下させるととも
に、バルブ９，１４を切り替え、かつポンプ１２を作動
させて、前記薬液を薬液タンク６から、分岐循環路７
ａ、バルブ１４、容器１、バルブ９、分岐循環路１１ａ
および循環路１１を経て再度薬液タンク６へと循環させ
ることにより、容器１にて前記シードの改質または再改
質行程を行う。

【００３０】すなわち、図２に示す装置においては、バ
ルブ９，１０，１４，１５を切り替え、容器１，１ａ間
で、回収行程と再改質行程とを交互に行うことにより、
前記再改質物による地熱熱水からのシリカの回収と、再
改質による前記再改質物のシリカ回収機能の回復とが同
時に行われるとともに、前記回収行程を休止することな
く行うことが可能となる。

【００３１】更に、図３に示すように、図２の装置では
循環路７中にあったポンプ１２を循環路１１中に移動
し、かつ容器１，１ａの上端を塞ぐとともに分岐流路３
ａ，３ｂを接続することにより、容器１，１ａ内におい
て、その下端から上端に向かう流れを形成可能としても
よい。

【００３２】この場合には、バルブ９，１４を切り替
え、地熱熱水を流路５から、分岐流路５ａ、バルブ９、
容器１、バルブ１４および分岐流路３ａを経て流路３へ
と送水させることにより、容器１にて回収行程を行うと
ともに、バルブ１０，１５を切り替え、かつポンプ１２
を作動させて、前記薬液を薬液タンク６から、循環路１
１、分岐循環路１１ｂ、バルブ１０、容器１ａ、バルブ
１５、分岐循環路７ｂおよび循環路７を経て再度薬液タ
ンク６へと循環させることにより、容器１ａにて前記シ
ードの改質または再改質行程を行う。

【００３３】また、容器１ａにて回収行程を行う場合に
は、バルブ１０，１５を切り替え、地熱熱水を流路５か
ら、分岐流路５ｂ、バルブ１０、容器１ａ、バルブ１５
および分岐流路３ｂを経て流路３へと送水させる。この
場合、容器１においては、バルブ９，１４を切り替える
とともにポンプ１２を作動させることにより、前記薬液
が薬液タンク６から循環路１１、分岐循環路１１ａ、バ
ルブ９、容器１、バルブ１４、分岐循環路７ａおよび循
環路７を経て再度薬液タンク６へと循環され、その結
果、前記シードの改質または再改質行程が行われること
はいうまでもない。

【００３４】図３に示す装置では、上記各行程中におい
て、地熱熱水および前記薬液がいずれも容器１，１ａの
下端から上端に向かう流れを形成するため、上記各行程
中、容器１，１ａ内に充填された改質物２が容器１，１
ａの下端側に高密度で詰まり、それに伴い改質物２に対
する地熱熱水または前記薬液の透過性が低下することは
ない。また、改質物２の表面における夾雑物の蓄積等が
防止されるという効果もある。

【００３５】なお、上記各実施例の場合、バルブ４，
８，９，１０，１４，１５の切り替えおよびポンプ１２
の作動はいずれもタイマー制御等による自動制御により
行うものとするが、これらバルブ４，８，９，１０，１
４，１５の切り替えやポンプ１２の作動を、前記シリカ
回収装置から排出された地熱熱水中におけるシリカ濃度
を測定するセンサと連動させたり、または手動とするこ
とももちろん可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明に係る水溶液
中のシリカ回収法およびシリカ回収装置においては、シ
リカがイオン結合により改質物に吸着、回収されるた
め、シリカの回収効率が高いという効果がある。しか
も、回収行程と再改質行程とを個々の容器毎に繰り返し
行ない、かつ前記回収行程と前記再改質行程とを、複数
の容器のうち少なくとも２つの容器で並行して行なうた
め、シリカの回収が前記複数の容器のうちいずれかの容
器で常時行われ、その結果、シリカの回収効率が更に高
められる。

【００３７】また、陽イオンは中性ｐＨ域にて負に帯電
する物質との接触にのみ用いられるため、前記水溶液へ
の前記陽イオンの添加が不要となる。その結果、シリカ
回収後の前記水溶液中における前記陽イオンの残留量が
低下する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシリカ回収装置の構造を示す図で
ある。

【図２】本発明に係るシリカ回収装置の構造を示す図で
ある。

【図３】本発明に係るシリカ回収装置の構造を示す図で
ある。

【符号の説明】

１，１ａ 容器 ２ 改質物 ３，５ 流路 ３ａ，３ｂ，５ａ，５ｂ 分岐流路 ４，８，９，１０，１４，１５ バルブ（切り替え手
段） ６ 薬液タンク ７，１１ 循環路 ７ａ，７ｂ，１１ａ，１１ｂ 分岐循環路 １２ ポンプ １３ 薬液供給部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中性ｐＨ域にて負に帯電する物質を多価
   陽イオンと接触させて前記物質の表面を改質し、得られ
   た正に帯電する改質物をシリカを含有する水溶液と接触
   させ、前記水溶液中に溶存するシリカを前記改質物の表
   面に吸着させることを特徴とする水溶液中のシリカ回収
   法。
2. 【請求項２】 前記物質として、前記水溶液中に析出す
   るシリカスケール、石英砂、籾殻焼却灰、硅藻土から選
   択される物質が使用されることを特徴とする請求項１記
   載の水溶液中のシリカ回収法。
3. 【請求項３】 前記物質の表面が多孔質とされているこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の水溶液中のシリ
   カ回収法。
4. 【請求項４】 表面に吸着したシリカによりシリカ吸着
   能力が低下した前記改質物を前記多価陽イオンと接触さ
   せて前記改質物の表面に吸着したシリカを改質し、得ら
   れた正に帯電する再改質物をシリカを含有する水溶液と
   接触させ、前記水溶液中に溶存するシリカを前記再改質
   物の表面に吸着させることを特徴とする請求項１，２ま
   たは３記載の水溶液中のシリカ回収法。
5. 【請求項５】 前記多価陽イオンとして、アルミニウ
   ム、鉄、カルシウム、マグネシウムから選択される物質
   のイオンが使用されることを特徴とする請求項１，２，
   ３または４記載の水溶液中のシリカ回収法。
6. 【請求項６】 中性ｐＨ域にて負に帯電する物質が充填
   された複数の容器と、前記容器に前記多価陽イオンを循
   環させる陽イオン循環手段と、前記容器に前記水溶液を
   通水させる通水手段と、前記容器への前記多価陽イオン
   の循環と前記水溶液の通水とを個々の容器毎に切り換え
   る切り替え手段とを具備することを特徴とする水溶液中
   のシリカ回収装置。
7. 【請求項７】 中性ｐＨ域にて負に帯電する物質が充填
   された複数の容器と、前記容器に前記多価陽イオンを循
   環させる陽イオン循環手段と、前記容器に前記水溶液を
   通水させる通水手段と、前記容器への前記多価陽イオン
   の循環と前記水溶液の通水とを個々の容器毎に切り換え
   る切り替え手段とを具備する装置を用いる水溶液中のシ
   リカ回収法であって、 前記容器に前記多価陽イオンを循環させ、前記物質の表
   面を改質して正に帯電する改質物とした後、前記切り替
   え手段を切り換えて前記容器にシリカを含有する水溶液
   を通水し、前記水溶液中に溶存するシリカを前記改質物
   の表面に吸着させて回収する回収行程と、前記切り替え
   手段を再度切り換えて前記容器に前記多価陽イオンを循
   環させ、前記改質物の表面に吸着したシリカを改質して
   正に帯電する再改質物とする再改質行程とが個々の容器
   毎に繰り返し行われるとともに、前記複数の容器のうち
   少なくとも２つの容器で、前記回収行程と前記再改質行
   程とが並行して行われることを特徴とする水溶液中のシ
   リカ回収法。