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湿式スクラバーとは、炉の排ガスやその他のガス流から汚染物質を除去する様々な装置を指します。湿式スクラバーでは、汚染されたガス流を洗浄液と接触させます。具体的には、洗浄液を噴霧したり、液体のプールに通したり、その他の接触方法によって汚染物質を除去します。
湿式スクラバーは、大きな液滴を用いて比較的小さな粉塵粒子を捕捉します。ほとんどの湿式スクラバーシステムでは、生成される液滴は一般的に50マイクロメートル以上（150～500マイクロメートルの範囲）です。参考までに、人間の毛髪の直径は50～100マイクロメートルです。捕捉される粒子のサイズ分布は、発生源によって異なります。
例えば、機械的な手段（粉砕や研磨）によって生成される粒子は、一般的に大きい（10マイクロメートル以上）傾向がありますが、燃焼や化学反応によって生成される粒子は、小さい（5マイクロメートル未満）粒子やサブマイクロメートル粒子がかなりの割合を占めます。
最も重要な粒子サイズは0.1～0.5マイクロメートルの範囲の粒子であり、これは湿式スクラバーで回収するのが最も難しい粒子であるためである。
湿式スクラバーをはじめとするあらゆる大気汚染防止装置の設計は、工業プロセス条件と汚染物質の種類によって決まります。入口ガスの特性と粉塵の特性（粒子状物質が存在する場合）は、特に重要です。スクラバーは、粒子状物質やガス状汚染物質を捕捉するように設計できます。湿式スクラバーは汎用性が高く、様々な構成で製造可能ですが、いずれも液体と汚染ガス流との良好な接触を確保するように設計されています。
湿式スクラバーは、粉塵粒子を液滴に捕捉することで除去します。捕捉された液滴は回収され、液体は汚染ガスを溶解または吸収します。スクラバー入口ガス中に存在する液滴は、ミストエリミネーターまたは同伴分離器（これらの用語は同義です） と呼ばれる別の装置によって、出口ガス流から分離する必要があります。また、得られた洗浄液は、最終的な排出またはプラント内での再利用の前に処理する必要があります。
湿式スクラバーの微粒子捕集能力は、多くの場合、スクラバーへの入力電力に正比例します。5マイクロメートルより大きい粒子を捕集するには、スプレータワーなどの低エネルギー装置が使用されます。1マイクロメートル（またはそれ以下）の粒子を高効率で除去するには、一般的にベンチュリスクラバーなどの高エネルギー装置、または凝縮スクラバーなどの補助装置が必要です。さらに、適切に設計・運用された同伴分離器またはミストエリミネーターは、高い除去効率を達成するために重要です。ミストエリミネーターで捕捉されない液滴の数が多いほど、潜在的な排出レベルは高くなります。
気体状汚染物質を除去する湿式スクラバーは、吸収塔と呼ばれます。吸収塔で高い除去効率を得るには、気液間の良好な接触が不可欠です。気体状汚染物質を除去するために様々な湿式スクラバー設計が用いられており、充填塔と平板塔が最も一般的です。
ガス流に粒子状物質とガスの両方が含まれている場合、湿式スクラバーは一般的に、両方の汚染物質を除去できる唯一の単一の大気汚染防止装置です。湿式スクラバーは、粒子状物質またはガス状物質のいずれかに対して高い除去効率を達成でき、場合によっては、同じシステムで両方の汚染物質に対して高い除去効率を達成できます。しかし、多くの場合、粒子状物質の捕集に最適な運転条件は、ガス状物質の除去には最も不向きな条件となります。
一般的に、ガスと粒子状物質を同時に高い効率で除去するには、どちらか一方を容易に回収できること（つまり、ガスが液体に非常に溶けやすいか、粒子が大きくて容易に捕捉できること）、または石灰や水酸化ナトリウムなどの洗浄剤を使用することが必要です。
浄化されたガスは通常、ミスト除去装置（デミスターパッド）を通され、ガス流から水滴が除去されます。スクラバーシステムからの汚水は、浄化されて排出されるか、スクラバーにリサイクルされます。粉塵は、清澄装置またはドラッグチェーンタンクでスクラバーから除去されます。どちらのシステムでも、固形物はタンクの底に沈殿します。ドラッグチェーンコンベアシステムがスラッジを除去し、ダンプスターまたはストックパイルに堆積させます。
液滴はいくつかの方法で生成されます。
これらの液滴は、衝突、直接捕捉、拡散、静電引力、凝縮、遠心力、重力など、複数の収集メカニズムのうち1つ以上を利用して粒子を収集します。ただし、衝突と拡散が主なメカニズムです。
湿式スクラビングシステムでは、粉塵粒子は排気流の流れに沿って移動する傾向があります。しかし、排気流に液滴が導入されると、粒子は液滴の周囲で流れが分岐するため、必ずしも流れに沿って移動できるとは限りません（図1）。粒子の質量によって流れから外れ、液滴に衝突したりぶつかったりするのです。
衝突は、粒子の直径が大きくなるにつれて、また粒子と液滴間の相対速度が大きくなるにつれて増加します。粒子が大きくなると、液滴の周りのガス流線に沿って移動する可能性が低くなります。また、粒子が液滴に対してより速く移動すると、粒子が液滴に衝突する可能性が高くなります。衝突は、ガス流速が 0.3 m/s (1 ft/s) を超えるスクラバーの主要な捕集メカニズムです ( Perry 1973 )。
ほとんどのスクラバーは、0.3 m/sをはるかに超えるガス流速で運転されます 。そのため、このような速度では、直径1.0 μmを超える粒子が このメカニズムによって捕捉されます。また、容器内の液滴数が増えるほど粒子が液滴に衝突する確率が高くなるため、液滴のサイズが小さくなるにつれて衝突も増加します。
直径0.1μm未満の非常に小さな粒子は、排気流中でランダムな動きをします。これらの粒子は非常に小さいため、排気流中を移動する際にガス分子に衝突されます。この衝突、つまり衝撃によって、粒子はランダムに一方の方向に移動したり、もう一方の方向に移動したり、ガス中を拡散したりします。この不規則な動きによって、粒子が液滴と衝突し、回収されることがあります（図2）。このため、拡散は、0.1μm未満の粒子を回収するための湿式スクラバーにおける主要な回収メカニズムとなっています 。
拡散速度は以下の要因に依存します。
衝突と拡散のどちらの場合も、捕集効率は相対速度（液体または気体の圧力入力）の増加と液滴サイズの減少に伴って向上する。
しかし、拡散による捕集効率は粒子径が小さくなるにつれて向上する。このメカニズムにより、一部のスクラバーは非常に小さな粒子（0.1μm未満 ）を効果的に除去することができる。
粒子径が約0.1～1.0μmの範囲では 、衝突または拡散という2つの捕集メカニズムのどちらも支配的ではありません。この関係を図3に示します。
近年、一部のスクラバーメーカーは、消費電力を増やすことなく粒子捕集能力を高めるために、静電気による引力や凝縮などの他の捕集メカニズムを利用している。
静電気による引力では、まず粒子に電荷を誘起することで粒子を捕捉します。その後、帯電した粒子は互いに引き合い、より大きく収集しやすい粒子を形成するか、あるいは表面に集積されます。
粒子上に水蒸気が凝縮すると、粒子に質量が加わり、収集が促進されます。重力、遠心力、直接遮断などの他のメカニズムは、粒子の収集にわずかな影響しか与えません。[ 1 ]
微粒子制御において、湿式スクラバー（湿式集塵機とも呼ばれる）は、布製フィルターや電気集塵機（ESP）と比較して評価される。湿式スクラバーがこれらの装置よりも優れている点は以下のとおりである。
湿式スクラバーの欠点としては、腐食、高効率を得るために同伴物分離またはミスト除去が必要となること、使用済み液体の処理または再利用が必要となることなどが挙げられる。
湿式スクラバーは、酸製造工場、肥料工場、製鉄所、アスファルト工場、大規模発電所など、さまざまな産業で使用されています。
湿式洗浄プロセスに特有の構成要素には、以下のようなものがあります。
システムには、以下のような様々なサポートコンポーネントに加えて、これらのコンポーネントの1つまたは複数が含まれる場合があります。
一般的な湿式洗浄プロセスは、以下のように説明できます。
湿式スクラバーは、気相と液相を接触させる方法によって分類できます。スクラバーは、ガス流または液流からの動力またはエネルギー、あるいはその他の方法を使用して、汚染ガス流を液体と接触させるように設計されています。これらの分類は、以下の表に示されています。[ 2 ]
湿式スクラバーには多種多様な種類がありますが、いずれも以下の3つの基本構成のいずれかに属します。
1. ガス加湿 - ガス加湿プロセスは微粒子を凝集させ、体積を増加させ、収集を容易にします。
2. 気液接触 - これは捕集効率に影響を与える最も重要な要素の一つです。粒子と液滴は主に4つのメカニズムによって接触します。
3．気液分離 ― 接触方式に関わらず、できる限り多くの液体と粉塵を除去する必要があります。接触が起こると、粉塵粒子と水滴が結合して凝集塊を形成します。凝集塊が大きくなるにつれて、それらは捕集器に沈降します。
湿式スクラバーは構造や動作方法が大きく異なるため、すべてをきれいに分類できるようなカテゴリーを考案することは非常に困難です。粒子捕集用スクラバーは通常、システムのガス側圧力損失によって分類されます。ガス側圧力損失とは、排ガスがスクラバーを通過する際に発生する圧力差、つまり圧力降下を指し、液体をスクラバーにポンプで送ったり噴霧したりするために使用される圧力は考慮しません。
スプレータワー式湿式スクラバーは、圧力損失によって以下のように分類できます。
しかし、ほとんどのスクラバーは、その用途に応じて幅広い圧力損失範囲で動作するため、この種の分類は困難です。エネルギー消費に加えて、一部の湿式スクラバーシステムはエネルギー（廃熱）を回収するように設計されています。熱交換器やヒートポンプを統合することで、浄化されたガス流からの熱エネルギーを再利用することが可能になり、施設の全体的なエネルギー需要を削減できます。[ 3 ]
市販されているスクラバーの種類が非常に多いため、ここでは個々のタイプをすべて説明することはできません。しかし、以下のセクションでは、各カテゴリーの代表的なスクラバーの例を紹介します。
単純な重力式噴霧塔型スクラバーでは、噴霧ノズルで霧状に噴霧された液体が液滴となって上昇する排ガスの中を落下し、汚れた水は底部から排出される。
これらのスクラバーは、1～2インチ水柱（1/4～1/2 kPa）の圧力降下で動作し、 10μmの粒子に対して約70%の効率を発揮します。10μm以下の粒子では効率が低下します が、比較的高い粉塵濃度でも目詰まりすることなく処理できます。
湿式サイクロンは、遠心力を利用して粉塵粒子を回転させ（サイクロンと同様）、集塵機の濡れた壁に粒子を吹き付けます。上部から注入された水がサイクロンの壁を濡らし、これらの粒子を運び去ります。濡れた壁は、粉塵の再飛散も防ぎます。
これらの集塵機の圧力損失は2～8 インチ水柱（0.5～2kPa）の範囲であり、5μm以上の粒子に対する集塵効率は良好である。
充填層式スクラバーは、コークス、砕石、リング、サドル、その他の製造された充填材などの充填要素からなる層で構成されています。充填材は液体の流れを高表面積の膜状に分解するため、充填層を通過する粉塵を含むガス流は液体膜と最大限に接触し、充填要素の表面に付着します。これらのスクラバーは、呼吸性粉塵に対して優れた捕集効率を発揮します。
充填層式スクラバーには、以下の3種類があります。
ターゲットサイズを最小限に抑える、つまり直径0.003 インチ（0.076 mm）のステンレス鋼 線を使用し、ガス速度を1,800フィート/分（9.14 m/s）以上に上げることで、効率を大幅に向上させることができます 。
ベンチュリスクラバーは、ベンチュリ管状の入口と分離器で構成されています。粉塵を含んだガスはベンチュリ管を通って流入し、12,000～36,000 フィート/分（60.97～182.83 メートル/秒）の速度に加速されます。この高速ガス流によって、ベンチュリ管の喉部に放射状に噴射された粗い水噴霧が瞬時に微細な液滴に霧化されます。高エネルギーと激しい乱流により、喉部で水滴と粉塵粒子との衝突が促進されます。粒子と液滴の凝集プロセスは、ベンチュリ管の分岐部で継続します。ベンチュリ管内で形成された大きな凝集体は、慣性分離器によって除去されます。
ベンチュリスクラバーは、呼吸性粉塵に対して非常に高い捕集効率を実現します。ベンチュリスクラバーの効率は圧力損失に依存するため、一部のメーカーは、ガス流量の変化に応じて圧力損失を一定に保つために、可変スロートベンチュリを提供しています。
湿式スクラバーを分類するもう一つの方法は、その用途、すなわち主に粒子状汚染物質またはガス状汚染物質を回収するという点によるものです。ただし、スクラバーは両方の種類の汚染物質を除去できる場合が多いため、この区別は必ずしも明確ではありません。
腐食は、化学工業における洗浄システムの主要な問題の一つです。繊維強化プラスチックや二重積層材は、その耐腐食性からよく用いられます。