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スクラバーシステム（化学スクラバー、ガススクラバーなど）は、工業排ガスから粒子状物質やガスを除去するために使用できる、多様な大気汚染防止装置です。二酸化炭素スクラバーの初期の応用例は、1859年の潜水艦イクティネオ1世で、今日でもその用途で使用されています。従来、「スクラバー」という用語は、液体を使用してガス流から不要な汚染物質を洗い流す汚染防止装置を指していました。最近では、この用語は、乾燥した試薬またはスラリーを汚れた排ガス流に注入して酸性ガスを「洗い流す」システムを説明するためにも使用されています。スクラバーは、ガス状排出物、特に酸性ガスを制御する主要な装置の1つです。スクラバーは、排ガス凝縮による高温ガスからの熱回収にも使用できます。[ 1 ] また、太陽光発電、PV、LEDプロセスにおける高流量にも使用されます。[ 2 ]
燃焼は有害な排気ガスの原因となる場合もあるが、多くの場合、温度が十分に高く、十分な酸素があれば、燃焼は排気ガスの浄化にも利用できる。[ 3 ]
燃焼排ガスには環境に有害と考えられる物質が含まれている場合があり、スクラバーはそれらを除去または中和することができます。湿式スクラバーは、空気、燃料ガス、またはその他のガスからさまざまな汚染物質や粉塵粒子を除去するために使用されます。湿式スクラビングは、対象化合物または粒子状物質とスクラビング溶液との接触によって機能します。水は、特に粉塵などの無機汚染物質を除去するために最も一般的に使用される溶媒ですが、特定の化合物を特異的に標的とする試薬溶液も使用される場合があります。[ 4 ]
プロセス排ガスには、塩酸（HCl）やアンモニア（NH 3 ）などの水溶性の有毒ガスや腐食性ガスが含まれる場合もあります。これらは湿式スクラバーで非常に効果的に除去できます。[ 3 ]
スクラバー内の滞留時間を長くするか、スプレーノズル、充填塔、吸引装置などを用いてスクラバー溶液の表面積を増やすことで、汚染物質の除去効率が向上します。湿式スクラバーはガス中の水分量を増加させる可能性があり、ガスを煙突に送る場合は煙突から煙が立ち上ることがあります。
湿式スクラバーは、排ガス凝縮による高温ガスからの熱回収にも使用できます。[ 1 ]このモードは凝縮式スクラバーと呼ばれ、スクラバーの排水口からの水が冷却器を通してスクラバー上部のノズルに循環されます。高温ガスはスクラバーの下部から入ります。ガスの温度が水の露点を超えると、まず水滴の蒸発によって冷却されます。さらに冷却されると水蒸気が凝縮し、循環水の量が増えます。
水の凝縮は、水の蒸発の比潜熱の値が高いため（水1トンあたり2ギガジュール（560kWh ）以上[ 5 ] ）、大量の低温熱を放出します。この熱は、例えば地域暖房の目的で冷却器によって回収することができます。
循環水から余分な凝縮水を継続的に除去する必要がある。
乾式または半乾式スクラバーは、湿式スクラバーとは異なり、処理対象の排ガス流を水分で飽和させません。水分を全く添加しない場合もあれば、排ガス中で凝縮せずに蒸発できる量の水分のみを添加する場合もあります。そのため、乾式スクラバーは一般的に、煙突からの蒸気プルームや廃水処理・処分に関する要件がありません。乾式スクラバーは、主に燃焼源から酸性ガス（ SO₂やHClなど）を除去するために使用されます。
乾式スクラビングシステムには様々な設計が存在する。しかし、いずれも主に2つの部分または装置から構成されている。1つは酸性ガス吸着剤をガス流に導入する装置、もう1つは反応生成物、余剰吸着剤、および排ガス中に既に存在する粒子状物質を除去する粒子状物質制御装置である。
乾式スクラビングシステムは、乾式吸着剤注入装置（DSI）と噴霧乾燥吸収装置（SDA）に分類できます。噴霧乾燥吸収装置は、半乾式スクラバーまたは噴霧乾燥装置とも呼ばれます。
乾式スクラビングシステムは、廃水処理プラントの運転から発生する悪臭ガスや腐食性ガスを除去するためによく用いられます。使用される媒体は、一般的に硫化水素などの特定のガスを処理するための材料を含浸させた活性アルミナ化合物です。使用される媒体は混合することで、メチルメルカプタン、アルデヒド、揮発性有機化合物、ジメチルスルフィド、ジメチルジスルフィドなどの他の悪臭化合物の除去にも幅広く対応できます。
乾燥吸着剤注入法では、酸性ガスと反応させるために、アルカリ性物質（通常は消石灰、炭酸ナトリウム、または重炭酸ナトリウム）をガス流に添加します。吸着剤は、燃焼プロセス、排ガス管（粒子状物質制御装置の前）、または開放型反応室（存在する場合）など、いくつかの異なる場所に直接注入できます。酸性ガスはアルカリ性吸着剤と反応して固体塩を生成し、これが粒子状物質制御装置で除去されます。これらの単純なシステムでは、酸性ガス（ SO₂とHCl）の除去効率は限られています。排ガスの湿度を上げる（つまり、水噴霧による冷却を行う）ことで、より高い捕集効率を達成できます。これらの装置は、医療廃棄物焼却炉や一部の都市ごみ焼却炉で使用されています。
スプレードライヤー吸収装置では、排ガスは吸収塔（乾燥機）に導入され、そこで微細に噴霧されたアルカリ性スラリーと接触します。酸性ガスはスラリー混合物に吸収され、反応して固体塩を形成し、粒子制御装置によって除去されます。排ガスの熱はすべての水滴を蒸発させるために使用され、飽和していない排ガスが吸収塔から排出されます。スプレードライヤーは、80%以上の高い酸性ガス除去効率を達成できます。これらの装置は、産業用および公共用ボイラー、および都市ごみ焼却炉で使用されています。
排気ガスから多くの化学物質を除去するには、吸着材を使用することもできます。排気ガスは、除去する成分の化学的性質に合わせて調整された、1つまたは複数の吸着材が充填されたカートリッジを通過します。[ 3 ]このタイプのスクラバーは、ドライスクラバーとも呼ばれます。吸着材は、表面が飽和したら交換する必要があります。注：吸着は表面現象であり、吸収は材料全体に関係します。例：活性炭は、臭気化合物の吸着に使用される吸着剤です。
水銀は石炭や都市ごみによく含まれる非常に毒性の高い元素です。湿式スクラバーは、酸化水銀（Hg 2+）などの可溶性水銀種の除去にのみ有効です。元素状水銀（Hg 0 ）はスクラバーのスラリーに不溶性であるため、除去されません。したがって、水銀を完全に回収するには、Hg 0を変換する追加のプロセスが必要です。通常、この目的のために排ガスにハロゲンが添加されます。燃焼する石炭の種類と選択的触媒還元装置の有無は、排ガス中の元素状水銀と酸化水銀の比率、ひいては水銀の除去率に影響を与えます。
2015年7月のある研究では、石炭火力発電所に設置された水銀除去装置の中には、意図せずPAH （多環芳香族炭化水素）の排出も捕捉するものがあることが分かった。[ 6 ] [ 7 ]
スクラビング処理の副作用の一つとして、不要な物質が排気ガスから液体溶液、固体ペースト、または粉末状に変換されるだけであるという点が挙げられます。これらの物質は再利用できない場合は、安全に廃棄する必要があります。
例えば、水銀除去によって生じる廃棄物は、原水銀を抽出するためにさらなる処理が必要となるか、あるいは水銀が環境に漏れ出すのを防ぐために特別な有害廃棄物埋立地に埋めなければなりません。しかし、水銀は環境にとって極めて危険な物質であるため、多くの工場では処理できず、埋立地への移送も困難です。
再利用の例として、石炭火力発電所の石灰石ベースのスクラバーは、乾式壁やその他の工業製品の製造に使用できる十分な品質の合成石膏を生成することができる。[ 8 ]
メンテナンスが不十分なスクラバーは、病原菌を拡散させる可能性があります。この問題は、不十分な清掃が原因です。例えば、2005年にノルウェーで発生したレジオネラ症のアウトブレイクの原因は、感染したスクラバーが数台あっただけでした。このアウトブレイクにより、10人が死亡し、50人以上が感染しました。[ 9 ]
船舶に搭載されたスクラバーは、当初は石油タンカーの運航に必要な不活性ガスを生成するために使用された。
近年、多くの海運会社は、安価で硫黄分の多いHFO燃料を使い続けながら、硫黄分を0.5%に制限する国際海事機関（IMO）の規制を遵守するために、船舶にスクラバーを設置することを選択している。普及しているオープンループスクラバーは、使用済みのスクラバー洗浄水を直接海に放出することで、広範囲にわたる海洋生態系への被害を引き起こしているとして批判されている。[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]
IMOは、MARPOL条約附属書VIの硫黄規制への準拠を確保するため、船舶への排ガススクラバー（排ガス浄化システム）の承認、設置、使用に関するガイドラインを採択した。[ 14 ]旗国はこのようなシステムを承認しなければならず、寄港国は（寄港国監督の一環として）このようなシステムが正しく機能していることを確認できる。スクラバーシステムが正しく機能していない場合（そして、このような不具合に対するIMOの手順が遵守されていない場合）、寄港国は船舶に制裁を科すことができる。国連海洋法条約もまた、港湾および内水域内でのオープンループスクラバーシステムの使用を規制（さらには禁止）する権利を寄港国に与えている。[ 15 ] [ 16 ]