(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆浸透膜分離装置と、該逆浸透膜分離装置の処理水が導入される脱酸素機能を有する脱酸素樹脂装置とを備えてなることを特徴とするボイラ給水処理装置。
【請求項２】
原水を逆浸透膜分離処理する第一工程と、該第一工程の処理水を脱酸素樹脂により脱酸素処理する第二工程とを含むことを特徴とするボイラ給水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はボイラ給水処理装置及びボイラ給水処理方法に係り、特に、溶存酸素（ＤＯ）濃度が低く、ボイラ本体のみならず、蒸気配管や復水配管の防食にも有効なボイラ給水を得ることができるボイラ給水処理装置及びボイラ給水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ボイラの補給水としては、原水（市水、地下水、工業用水等）から軟化器により硬度成分を取り除いた軟化水が用いられ、また、ボイラ処理剤として、脱酸素剤、スケール防止剤などの薬剤が添加使用されている。
【０００３】
一方、電子産業分野において、電子部品洗浄用の超純水の脱酸素処理のために、従来、脱酸素樹脂が利用されている（特開平６−２３３４９号公報）。また、電子産業分野等において、水の軟化及び脱酸素を行って超純水を製造する目的で、逆浸透膜分離装置と脱気膜装置とを組み合せた処理装置も提案されている（特公平６−３８８９４号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の軟化水をボイラ給水として用いた場合、薬剤の使用の有無にかかわらず、ボイラ中で炭酸ガス（ＣＯ２  ）の発生が起こり、これが蒸気配管や復水配管の腐食原因となっていた。
【０００５】
また、ボイラ処理剤として各種の薬剤を用いる方法では、蒸気の用途等を考慮して、安全性の高い薬品を選定する必要がある上に、運転管理や給水ラインの腐食等の面で様々な問題があった。即ち、例えば、温度が比較的低い給水ラインでは、薬剤による脱酸素が不十分となり腐食が発生する場合がある。
【０００６】
一方、脱酸素樹脂は、電子産業分野における超純水の製造工程においては有効であるが、ボイラ給水の処理に用いた場合には、脱酸素樹脂にファウリング障害が生じ、脱酸素能が低下する。このため、現状では、ボイラ給水の処理のために、脱酸素樹脂は殆ど用いられていない。
【０００７】
また、やはり電子産業分野の超純水の製造技術として提案されている逆浸透膜分離装置及び脱気膜装置を、ボイラ給水の処理に適用した場合には、脱酸素レベルがＤＯ濃度０．５ｐｐｍ程度と、十分ではなく、しかも、給水温度が高いため、脱気膜の劣化が著しく、長期の使用に耐えない上に、脱酸素レベルが低下するという問題がある。
【０００８】
即ち、実際のボイラ給水系では、ボイラからの復水を給水として回収利用することが多く、復水回収率によっても異なるが、通常の場合、給水温度は、２〜３割の復水回収率で４０〜５０℃程度、８〜９割の復水回収率で８０〜９０℃程度の高温となり、脱気膜を著しく劣化させ、十分な脱酸素効果を得ることができない。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点を解決し、ＤＯ濃度が著しく低く、ボイラ薬剤を用いることなく、ボイラ本体や蒸気配管、復水配管の腐食を有効に防止することができるボイラ給水を、長期にわたり安定に得ることができるボイラ給水処理装置及びボイラ給水処理方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のボイラ給水処理装置は、逆浸透膜分離装置と、該逆浸透膜分離装置の処理水が導入される脱酸素機能を有する脱酸素樹脂装置とを備えてなることを特徴とする。
本発明のボイラ給水処理方法は、原水を逆浸透膜分離処理する第一工程と、該第一工程の処理水を脱酸素樹脂により脱酸素処理する第二工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明において、原水は、逆浸透膜分離装置で脱塩処理される。この逆浸透膜分離装置における脱塩処理において、原水中の重炭酸イオン（ＨＣＯ３−）も除去されるため、蒸気配管や復水配管等で腐食原因となる炭酸ガス（ＣＯ２）の発生は低減され、良好な腐食防止効果が得られる。また、逆浸透膜分離装置における処理により、脱酸素樹脂装置の樹脂のファウリングも防止され、安定した脱酸素能力を長期間確保することが可能となる。
【００１２】
脱酸素樹脂装置では、効率的な脱酸素処理を行って、ＤＯ濃度が数ｐｐｂと著しく低ＤＯ濃度のボイラ給水を生産することができる。この脱酸素樹脂装置における処理に当り、脱酸素樹脂は高温でも劣化が起き難いため、流入水温度が高い場合であっても、脱気膜のような劣化を起こすことがなく、長期間安定した処理を行える。
【００１３】
本発明のボイラ給水処理装置及びボイラ給水処理方法によれば、十分に低ＤＯ濃度で純度の高いボイラ給水が得られることから、脱酸素剤やスケール防止剤が不要となり、薬剤注入のための作業が解消され、純度の高い蒸気を得ることができることから、安全性等の面でも工業的に極めて有利である。
【００１４】
【実施例】
以下に図面を参照して本発明のボイラ給水処理装置及びボイラ給水処理方法の実施例について詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明のボイラ給水処理装置を設けたボイラ給水処理システムの一実施例を示す系統図である。図中、１は活性炭処理装置、２は熱交換器、３はガードフィルター、４は逆浸透膜分離装置、５はホットウェルタンク（給水タンク）、６はガードフィルター、７は脱酸素樹脂装置、８は水素ガスボンベ、９はボイラである。１１〜２５の各符号は配管を示し、Ｐ１  ，Ｐ２  ，Ｐ３  はポンプを示す。
【００１６】
本実施例においては、補給水（市水、地下水、軟水、工業用水等の原水）を、前処理として、残留塩素を除去するための活性炭処理装置１、流量を安定して確保するための熱交換器２、及び、ファウリング防止のためのガードフィルター３に通水した後、逆浸透膜分離装置４で処理する。逆浸透膜分離装置４の処理水（透過水）は配管１６よりホットウェルタンク（給水タンク）５に送給され、濃縮水は配管１５より系外へ排水される。このホットウェルタンク５には、配管２５よりボイラ９の復水が循環回収されている。
【００１７】
ホットウェルタンク５内の水は、ガードフィルター６を経て、配管１９より水素が供給された後、脱酸素樹脂装置７に導入される。脱酸素樹脂装置７で脱酸素された水は、配管２０より、ボイラ９への給水配管２１に送給され、ボイラ９に給水される。配管２０より送給された水が過剰となった場合はホットウェルタンク５に返送される。ボイラ９で発生する蒸気は配管２２から、配管２３を経て需要箇所に送給され、復水は配管２４より回収される。
【００１８】
このようなボイラ給水処理システムにおいて、補給水は、逆浸透膜分離装置４で効率的に脱塩処理される。この逆浸透膜分離装置４における脱塩処理においては、補給水中の重炭酸イオン（ＨＣＯ３−）も除去されるため、蒸気配管や復水配管等の腐食原因となる炭酸ガス（ＣＯ２  ）の発生を低減できる。また、逆浸透膜分離装置４によれば、スケール及び腐食防止のための脱塩を行うばかりでなく、脱酸素樹脂のファウリング防止作用も達成される。
【００１９】
本発明において、逆浸透膜分離装置による処理としては、スパイラル型の非対称酢酸セルロール（ＣＡ）膜を用い、操作圧力２５〜３０ｋｇ／ｃｍ２  で行うか、或いは、スパイラル型の架橋アラミド系複合（ＰＡ）膜を用い、操作圧力１０〜２０ｋｇ／ｃｍ２  で行うのが好ましい。特に、ボイラ給水に適する水質を得るにはスパイラル型の架橋アラミド系複合（ＰＡ）膜を用いて、操作圧力１５〜２０ｋｇ／ｃｍ２  で行うのが望ましいが、何らこのような処理条件に限定されるものではない。
【００２０】
このような逆浸透膜分離装置によれば、高い補給水脱塩能力で、得られる処理水（逆浸透膜透過水）中のＮａ／ＳｉＯ２  比を大きくする作用が得られる。
【００２１】
一方、脱酸素樹脂装置による脱酸素反応は、脱酸素樹脂に担持された触媒の存在下、下記反応式に従って行われる。
【００２２】
２Ｈ２  ＋Ｏ２    →  ２Ｈ２  Ｏ
即ち、被処理水中のＤＯと、これに添加される水素とが混じり合い、触媒表面での化学反応により水が生成して脱酸素が行われる。
【００２３】
本発明において、脱酸素樹脂としては、強塩基性ゲル型のイオン交換樹脂等の樹脂表面にパラジウム触媒を５００〜２０００ｍｇ／ｌ−樹脂の割合で担持させたものが好ましいが、何らこのようなものに限定されるものではなく、脱酸素機能を有するものであれば、他の触媒を担持した樹脂であっても良い。
【００２４】
図１に示す実施例において、例えば、下記条件にて処理を行うことにより、ボイラ９に下記のような水質の給水を長期にわたり安定に供給することができ、薬剤を添加することなく、ボイラ本体や蒸気配管、復水配管の腐食を防止して、安全な運転を行うことができた。
【００２５】
処理条件
逆浸透膜分離装置：
膜：スパイラル型の架橋アラミド複合膜
操作圧力：１５ｋｇ／ｃｍ２
脱酸素樹脂装置：
触媒樹脂：強塩基性ゲル型のイオン交換樹脂にＰｄ触媒を１０００ｍｇ／ｌ−樹脂の割合で充填したもの
樹脂充填量：４０リットル
通水速度：２０００リットル／ｈｒ
水素供給量：２００ミリリットル／ｍｉｎ
給水量：
配管２５からの復水量：２８０リットル／ｈｒ
配管１６からの透過水量：２１０リットル／ｈｒ
配管２０からの脱酸素処理水量：２０００リットル／ｈｒ
ボイラ９への給水量：４９０リットル／ｈｒ
ボイラ９への給水水質
Ｍアルカリ度：２ｍｇ−ＣａＣＯ３  ／ｌ未満（分析下限値以下）
ＤＯ：５０ｐｐｂ
なお、図１に示すシステムは、本発明のボイラ給水処理装置の適用の一実施例であって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。例えば、本発明のボイラ給水処理装置は、補給水を逆浸透膜分離装置で処理した後、透過水を直接脱酸素樹脂装置に通水して処理するものであっても良い。又、水素源としても水素ボンベに限られず、水素ガスを発生するものであれば何でも良い。
【００２６】
以下に、実験例を挙げて、本発明による効果をより詳細に説明する。
【００２７】
実験例１
脱酸素樹脂（強塩基性ゲル型のイオン交換樹脂にＰｄを１０００ｍｇ／ｌ−樹脂担持したもの。）１リットルを充填したカラムの前段に、前処理装置を設け、軟水に表１に示す前処理を施した後、水素ガスを添加して脱酸素樹脂カラムに下記通水条件で連続通水した（ただし、Ｎｏ．  ２では前処理なし。）。
【００２８】
このときの脱酸素樹脂のファウリング状況を、樹脂のスライム付着状況及び処理水のＤＯ濃度の上昇により調べた結果を表１に示した。なお、樹脂のスライム付着状況は、脱酸素能力の低下の有無にかかわらず、樹脂の顕微鏡観察による結果で調べた。
【００２９】
通水条件
通水量：１００リットル／ｈｒ
脱酸素樹脂量：１リットル
通水温度：２０〜２５℃
通水期間：６ヶ月（ただし、途中で脱酸素能力が低下したものは、その時点で通水を停止した。）
【００３０】
【表１】
0003593723.tif 000002
【００３１】
表１より、逆浸透膜分離処理を施すことにより、脱酸素樹脂のファウリングを有効に防止することができることが明らかである。
【００３２】
実験例２
図２に示すテストボイラ３０（本体材質：ＳＵＳ３１６）に表２に示す給水を供給して下記試験条件で腐食試験を行い、結果を表２に示した。なお、図２において、３１は給水配管、３２は給水ポンプ、３３は蒸気配管、３４は圧力調整弁、３５はヒーター、３６はテストチューブ（材質：ＳＢ４２）、３７はボイラ缶である。
【００３３】
試験条件
試験時間：２０ｈｒ
使用圧力：２０ｋｇ／ｃｍ２  （２１３℃）
缶水：５０倍濃縮水を想定して、ｐＨ１１．０，シリカ濃度３０ｍｇ／ｌの缶水を缶内に満たした。（試験中、５０倍濃縮を維持した。）
【００３４】
【表２】
0003593723.tif 000003
【００３５】
表２より次のことが明らかである。即ち、逆浸透膜分離処理した後、脱酸素樹脂で脱酸素処理した水を給水したＮｏ．  ８では、純水を給水したＮｏ．  ７に比べて明らかに腐食量が少なく、テストチューブ表面も良好な状態である。また、従来のヒドラジン処理のＮｏ．  ９に比べても、同等以上の結果を得ることができ、逆浸透膜分離装置と脱酸素樹脂装置との組み合せで、ボイラ本体や配管の腐食を薬剤を用いることなく有効に防止できることが明らかである。
【００３６】
実験例３
図３に示す試験装置により、下記手順に従って、腐食試験を行った。なお、図中、４１は給水配管、４２はポンプ、４３はボイラ本体（ボイラ缶）、４４は蒸気配管、４５は熱交換器、４６はブロー配管、４７ａ，４７ｂは冷却水配管、４８は復水配管、４９はテストピースカラム、５０はテストピース（軟鋼（硝酸及び硫酸エッチング処理品））、５１は排出配管である。
【００３７】
まず、ボイラ本体（ボイラ缶）４３に、水酸化ナトリウムを添加することにより表３に示すｐＨとなるようにｐＨ調整した初期投入水を入れ、所定の圧力（１０ｋｇ／ｃｍ２  ）になるように加熱する。次に、表３に示すＭアルカリ度の逆浸透膜分離装置の処理水（ＲＯ処理水）又は軟水を脱酸素樹脂装置で表３に示すＤＯ濃度に調整したものを給水として供給し、下記試験条件でテストピース５０の腐食速度及び復水水質を調べ、結果を表３に示した。
【００３８】
試験条件
給水量：１３リットル／ｈｒ
ブロー率：７％
復水水温：５０℃
試験期間：５日間
【００３９】
【表３】
0003593723.tif 000004
【００４０】
表３より次のことが明らかである。即ち、給水のＤＯが高い程、腐食速度が大きい。また、Ｍアルカリ度が５０ｍｇ−ＣａＣＯ３  ／ｌの給水に対して、逆浸透膜分離処理を行って、Ｍアルカリ度を２ｍｇ−ＣａＣＯ３  ／ｌ未満（分析下限値以下）とした給水を行った場合には、腐食速度は大幅に低下する。
【００４１】
これらの結果から、逆浸透膜分離装置によるＭアルカリ度の除去と、脱酸素樹脂装置による脱酸素処理とで、ボイラ本体や蒸気配管、復水配管を有効に防食できることが明らかである。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明のボイラ給水処理装置及びボイラ給水処理方法によれば、著しく低ＤＯ濃度で純度が高く、ボイラ本体や蒸気配管及び復水配管の防食に有効なボイラ給水を長期にわたり安定かつ効率的に得ることができる。
【００４３】
本発明によれば、脱酸素剤やスケール防止剤が不要となり、薬剤注入のための作業が解消され、純度の高い蒸気を得ることができることから、安全性等の面でも工業的に極めて有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボイラ給水処理装置を設けたボイラ給水処理システムの一実施例を示す系統図である。
【図２】実験例２で用いたテストボイラを示す概略的な構成図である。
【図３】実験例３で用いた試験装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１  活性炭処理装置
２  熱交換器
３，６  ガードフィルター
４  逆浸透膜分離装置
５  ホットウェルタンク（給水タンク）
７  脱酸素樹脂装置
８  水素ガスボンベ
９  ボイラ
３０  テストボイラ
３６  テストチューブ
４３  ボイラ本体
４５  熱交換器
４９  テストピースカラム
５０  テストピース
【図１】
0003593723.tif 000005
【図２】
0003593723.tif 000006
【図３】
0003593723.tif 000007