(57)【要約】  【課題】薬剤を使用することなく、循環冷却用水中の菌類及びまたは藻類の発生を効率よく確実に抑制する手段を提供する。  【解決手段】、冷却用水の水流により、光源に対して表面を常に更新可能な機能を有する均質に光触媒を含有した固形物Ｐを冷却塔１の塔内に配置し、冷却用水を該固形物Ｐと接触させて有機物の分解処理を行う。該固形物Ｐは、酸化チタンを結晶質石英に担持させた物質と、ガラス粉末及び可塑剤の粘土鉱物とを混練し成形焼成したものでなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環式冷却水系の系内において、菌類及びまたは藻類の発生を抑止するための水処理方法であって、冷却用水の水流により、光源に対して表面を常に更新可能な機能を有する均質に光触媒を含有した固形物を冷却塔の塔内に配置し、冷却用水を該固形物と接触させて有機物の分解処理を行うようにしたことを特徴とする循環式冷却用水の処理方法。
【請求項２】
光源に対して表面を常に更新可能な機能を有する固形物として、酸化チタンを結晶質石英に担持させた物質を含む固形物を備えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の循環式冷却用水の処理方法。
【請求項３】
光源に対して表面を常に更新可能な機能を有する固形物として、酸化チタンを結晶質石英に担持させた物質と、ガラス粉末及び可塑剤の粘土鉱物とを混練成形し、６００℃以上，好ましくは９００〜１２００℃以下の領域で焼成した固形物を備えるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の循環式冷却用水の処理方法。
【請求項４】
菌類及びまたは藻類の発生を抑止するにあたり、太陽光等の紫外線を含む光源を利用するようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の循環式冷却用水の処理方法。
【請求項５】
水中の菌類及びまたは藻類を連続的に測定監視する装置を冷却用水の循環系内に配設し、試料水の採取、濾過、抽出、冷蔵、遠心分離を自動連続的に行うようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の循環式冷却用水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、水冷式空調設備に使用される循環式冷却用水の処理に適用するもので、詳しくは水中の菌類及びまたは藻類の繁殖を抑止する手段に係り、排水及び大気汚染の原因となる薬剤投入に代わる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般例に係る代表的な冷却用水の循環系統を示すと、図１０で示すように、まず、冷却塔１の下部側から送り配管２より排出された水は循環ポンプ３で加圧され、空調機に付属した熱交換器４に輸送される。熱交換器４で温められ、高温となった冷却用水は戻り配管５より冷却塔１の上部側に戻り、空気と接触する。ここで、水の一部を蒸発させ、その蒸発潜熱により冷却用水の水温を低下せしめ、再び冷却に使用される。冷却用水系の補給水としては、一般に市水、工業用水、地下水などが使用される。
【０００３】
このような冷却用水系では、一部は蒸発で失われるが、水資源の不足や有効利用の観点から、冷却用水の使用量節減のために大部分は循環利用される。この冷却用水の高度利用のため、塩類等が濃縮し、水質を悪化させ、菌類や藻類が繁殖しやすくなる。また、それらの菌類や藻類、微生物と空気中のごみが一緒になることで、スライムと呼ばれる粘状物質を生成しやすい環境となる。
【０００４】
このようにスライムが発生し、冷却塔１および循環管路に付着した場合には、熱交換率の低下を招くだけではなく、管が閉塞し通水の悪化を引き起こすことになる。そのため、固形薬剤の投入や、付帯設備としての薬注装置６が設けられ、除菌剤、殺藻剤などの薬剤が添加される。
【０００５】
その除菌剤、殺藻剤としては、例えば次亜塩素酸や次亜塩素酸塩が用いられている。殺菌方法としては、オゾン殺菌装置が提案されている（特許文献１）。スライムに対しては、例えば塩素または塩素化合物が使用されている（特許文献２）。
【０００６】
一方、冷却塔１には蒸発水や飛散水により塔外へ排出される水に対応する量を補うために、補給水導入管７より常に新しい水が補給されるが、補給水中にも塩類などの不純物が含まれており、長時間の運転によって冷却用水中の不純物は濃縮される。また、送風機８による塔内への外気の取り込みにより、大気中の粉塵や有害物質等が循環水中に混入することになり、それを解消する為にも一定量の水はブロー水としてブロー配管９より系外に排出され、新たな水と入れ替えられる。
【０００７】
しかし、この排水には殺菌、殺藻に添加された多量の薬剤が含まれており、このまま放流する場合には環境汚染の弊害を伴うことになる。
【０００８】
そのため、排水においては薬剤による中和処理が施さている。しかし、これらには多くの時間とコストを要するという問題がある。そこで、循環式冷却用水の処理においては、環境への負荷、薬品添加に付随する手間、コスト、薬剤の取り扱いの危険性などの問題を解消することのできる、より簡便で安価な手段が望まれていた。
【特許文献１】特開平１１−３４７５６３号公報
【特許文献２】特開昭５３−０２８９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決し、殺菌及びまたは殺藻のための薬剤の添加を要することなく、循環式冷却用水系の菌類及びまたは藻類の発生を抑制することの可能な簡便で安価な循環式冷却用水の処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、光エネルギーによって有機物を分解可能な物質を冷却塔に備え付けることから、薬剤を使用することなく、循環冷却用水中の菌類及びまたは藻類の発生を抑制する手段を見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１１】
本願の請求項１は、循環式冷却用水系の系内において、菌類及びまたは藻類の発生を抑止するための水処理方法であって、冷却用水の水流により、光源に対して表面を常に更新可能な機能を有する均質に光触媒を含有した固形物を冷却塔の塔内に配置し、冷却用水を該固形物と接触させて有機物の分解処理を行うようにしたことを特徴とする。
【００１２】
本願の請求項２は、光源に対して表面を常に更新可能な機能を有する固形物として、酸化チタンを結晶質石英に担持させた物質を含む固形物を備えるようにしたことを特徴とする。
【００１３】
本願の請求項３は、光源に対して表面を常に更新可能な機能を有する固形物として、酸化チタンを結晶質石英に担持させた物質と、ガラス粉末及び可塑剤の粘土鉱物とを混練成形し、６００℃以上，好ましくは９００〜１２００℃以下の領域で焼成した固形物を備えるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
本願の請求項４は、菌類及びまたは藻類の発生を抑止するにあたり、太陽光等の紫外線を含む光源を利用するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
本願の請求項５は、水中の菌類及びまたは藻類を連続的に測定監視する装置を冷却用水の循環系内に配設し、試料水の採取、濾過、抽出、冷蔵、遠心分離を自動連続的に行うようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本願の請求項１に係る循環式冷却用水の処理方法によれば、有機物を分解する均質に光触媒を含有した固形物が、冷却用水の水流により、光源に対して表面を常に更新可能な機能を有するため、薬剤を使用することなく、菌類及びまたは藻類の発生を抑制することができ、仮に既に存在していたとしても分解除去することができる。また、薬剤の使用がないため、系外に排出されるブロー水についても環境への弊害を帰することがない。
【００１７】
本願の請求項２に係る循環式冷却用水の処理方法によれば、光源に対して表面を常に更新可能な機能を有する固形物として、酸化チタンを結晶質石英に担持させた物質を含む固形物を備えるため、光透過性の高い固形物により有機物の分解機能を十分に発揮でき、菌類及びまたは藻類の発生を確実に抑制することができる。
【００１８】
本願の請求項３に係る循環式冷却用水の処理方法によれば、光源に対して表面を常に更新可能な機能を有する固形物として、酸化チタンを結晶質石英に担持させた物質と、ガラス粉末及び可塑剤の粘土鉱物とを混練成形し、６００℃以上，好ましくは９００〜１２００℃以下の領域で焼成した固形物を備えるため、保形性の良好な固形物で取扱い易く、有機物の分解機能も持続化するようにできる。
【００１９】
本願の請求項４に係る循環式冷却用水の処理方法によれば、菌類及びまたは藻類の発生を抑止するにあたり、太陽光等の紫外線を含む光源利用するため、菌類及びまたは藻類の発生を効率よく確実に抑制することができる。
【００２０】
本願の請求項５に係る循環式冷却水の処理方法によれば、冷却用水中の菌類及びまたは藻類を連続的に測定監視することから、冷却水の保守，管理を的確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図１〜９を参照して説明すると、図１は本発明に係る循環式冷却水の処理方法を実施する循環装置の一例を示す。この循環装置は、冷凍機を備えた空調・工業用冷却設備に適用されるものであり、冷却用水（以下、「循環水」という。）を冷却処理する冷却塔１、熱交換器４を備えて構成されている。同図中、図１０と共通の構成部は同じ符号で示す。
【００２２】
図２は、冷却塔１の装置全体を概略的に示す。この冷却塔１は、両側面のルーバー１０ａ，１０ｂから外気を取り込み、上方より排出するという流れで構成されており、上部側には送風機８が設けられている。装置全体は架台１ａ，１ｂで設置され、下部側には貯水槽１１が配置されている。貯水槽１１に保水された循環水は、送り配管２により循環ポンプ３で熱交換器４へ送水される。続いて、熱交換器４から戻り配管５で冷却塔１へ返送され、装置の上部両側に配置された上部散水槽１２ａ，１２ｂに送られる。
【００２３】
上部散水槽１２ａ，１２ｂには、図３で示すように直径９〜１０ｍｍ程の散水孔１３が底部面に略均等に点在させて設けられている。上部散水槽１２ａ，１２ｂは水深を５ｃｍ程度に保ち、循環水は散水孔１３より充填材１４ａ，１４ｂ（図２参照）に滴下されて貯水槽３に落下する。この間に、循環水は送風機８の回転により吸引された系外の空気と接触することで冷却される。図３中、符号１５は配水箱、１６は流出口を示す。
【００２４】
循環水の管路（図１参照）としては、上述した冷却塔１から熱交換器４へ送る送り配管２と、熱交換器４から冷却塔１へ返送される戻り配管５の他に、補給水導入管７と、ブロー水配管９とが備えられている。また、循環ポンプ３から熱交換器４に至る系内には菌類及びまたは藻類の連続測定監視装置１７が配設されている。この装置１７は、試料水の採取、濾過、抽出、冷蔵、遠心分離を自動連続的に行って測定するよう設けられている。
【００２５】
配水箱１５を介して両側の上部散水層１２ａ，１２ｂには、図４で示すように菌類及びまたは藻類の発生を抑制する、均質に光触媒を含有する固形物（以下、単に「固形物」という。）Ｐが装填されている。その固形物Ｐは、後述するような酸化チタンの持つ光反応性を利用することから、自然光の受光性が最も高い上部散水槽１２ａ，１２ｂに設置するのが好ましい。但し、高い水接触性を有している冷却塔１のいずれか塔内に備えてもよく、人工的な紫外線の照射により照射処理するようにしてもよい。図４中、符号８ａは送風機８の駆動用ベルトを収容するベルトカバー、８ｂはファンサポート、８ｃはファンカバーを示す。
【００２６】
上部散水槽１２ａ（１２ｂ）には、図５で示すように固形物Ｐが散水孔１３を詰まらせないようネット状物質１８を敷いた上に１．５ｃｍ〜２ｃｍの厚みに敷き詰めるよう装填されている。この固形物Ｐは、循環水の水流により、光源に対して表面を常に更新可能な機能を有するもので、循環水は固形物Ｐと常に接触して分解がなされている。これにより、循環式冷却用水系への薬剤投入を不要とするようにできる。
【００２７】
固形物Ｐについて説明すると、酸化チタンを光透過性の高い結晶質石英に担持させた物質と、ガラス粉末及び粘土鉱物等の可塑剤とを混練成形し、ガラス粉末の融点である６００℃以上で、好ましくは９００℃〜１２００℃以下の領域で焼成することにより得られた固形物でなる。
【００２８】
その構成材料である酸化チタンを担持させる材料としては、特に限定されるものではないが、光透過性が高く、また、焼成に耐えうる材料であることが望ましいところから、結晶質石英が好適である。結晶質石英としては、平均粒径１５μｍ以下のものが可塑性に優れて成形性もよい。ガラス粉末は、溶解後冷えると再度固まることから固形物として保形性を安定よく保てる。この固形物Ｐは混練されて内部まで均質層とされており、表面が磨耗しても、その機能を失うことはない。
【００２９】
酸化チタンによる有機物の分解メカニズムについて説明すると、酸化チタンは３．０〜３．２ｅＶのバンドギャップを有する半導体材料であり、そのバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長の光を照射することにより電子（ｅ−）と正孔（ｈ＋）を結晶内に生成する。
【００３０】
電子（ｅ−）は触媒表面に存在する酸素（Ｏ２）と反応し、スーパーオキサイドイオン（Ｏ２−）を生成する。一方、正孔（ｈ＋）は水のＯＨ基と反応し、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）を生成する。このような・ＯＨなどの活性酸素ラジカルが、酸化チタンの表面に接近または吸着した有機物を攻撃し酸化分解する。このような機能の基に、二酸化炭素、水にまで分解できる。
【実施例１】
【００３１】
実施例１は、冷却塔（空研工業株式会社製、型式ＳＫＢ−２４ＴＲ、入口温度４０℃、出口温度３０℃、循環水量０．４ｍ3／ｍｉｎ）と熱交換器とを配管で接続し、循環式冷却用水の処理システムとした。冷却塔系の保有水量は、塔水槽保有水１．４４ｍ３、配管系保有水約０．４９ｍ３であり、合計約２ｍ3に保有設定した。
【００３２】
実施例１で用いた固形物Pは、平均粒径７μｍの結晶質石英に酸化チタンを担持させた物質と、ガラス粉末及び可塑剤として粘土鉱物とを混練し、押し出し成形によりφ８ｍｍ、長さ１０ｍｍの円柱状固形物として成形後に焼成した。得られた固形物P：２ｋｇを網状の容器に充填し、上部散水槽の４箇所（図４参照）に備え付けた。
【００３３】
上記固形物Pにおける酸化チタンの形態は、アナターゼとルチルの混相であることが確認された。
【００３４】
当該冷却塔に補給水を定期的に補給しながら、８週間連続的に運転した（計５６日運転）。その間、循環式冷却用水系には薬剤を投与せず、１週間おきに循環水を採取し、クロロフィルａの定量を行うことで、藻の抑制効果および殺藻効果を判断した。クロロフィルａの定量に供する試料は、それぞれ２０００ｍｌの循環水を採取し、ガラスフィルターで濾過した後、アセトンで抽出した。これを遠心分離することで測定試料とし、得られた試料水の吸光度を測定した。
【００３５】
その結果、図６で示すようにクロロフィルａの濃度は２週間で６５％減少し、７週間経過時には減少率が９０％を超えていることが確認できた。
【実施例２】
【００３６】
実施例２は、冷却塔（空研工業株式会社製、型式ＳＫC−４０ＴＲ０、入口温度３５℃、出口温度２０℃、循環水量１２０L／ｍｉｎ）の循環水系から一部を抜き取り、図７で示すようにUVランプ付与光触媒水質浄化装置１９に通水した後、再度循環水系に戻るよう設置した。冷却塔系の保有水量は、塔水槽保有水約２５０L、配管系保有水約３０Lであり、合計約２８０Lに保有設定した。
【００３７】
実施例２で用いるUVランプ付与光触媒水質浄化装置１９は、図８で示すように紫外線ランプ２０，石英管ガラス２１，固形物を充填したステンレスネット２２，流量計２３，散気管２４，エアーホース２５を備えて構成されている。ここでは、固形物：３ｋｇをステンレスネット２２の内部に充填し、その充填層の内部を下部より水が通ずるような構造とし、UVランプ付与光触媒水質浄化装置１９の内部における通水流量は１２L／ｍｉｎに設定した。
【００３８】
UVランプ付与光触媒水質浄化装置１９に使用した紫外線ランプ２０は、東西電機産業株式会社製ＧＬ−３０であり、波長２５３．７ｎｍ、定格電力３０Ｗのランプを装備した。
【００３９】
当該冷却塔に補給水を定期的に補給しながら、２８日間連続的に運転した。その間、循環式冷却用水系には薬剤を投与せず、４時間毎に紫外線ランプのＯＮ−ＯＦＦを繰り返した。定期的に循環水を採水し、クロロフィルａの定量を行うことで、藻の抑制効果および殺藻効果を判断した。クロロフィルａの定量に供する試料は、それぞれ２０００ｍｌの循環水を採取し、ガラスフィルターで濾過した後、アセトンで抽出した。これを遠心分離することで測定試料とし、得られた試料水の吸光度を測定した。
【００４０】
その結果、図９で示すようにクロロフィルａの濃度は５０時間程度で約６０％減少し、２００時間経過時には減少率が約７５％となり、その後もほぼ一定の濃度を維持していることを確認した。
【００４１】
本装置は図７に示す設置方法の他、冷却塔装置の内部に組み込むことも可能である。
【００４２】
また、ステンレスネット２２に充填した固形物Pを効率よく揺動させるため、水流が不十分な場合にはエアーホース２５よりエアーを挿入しても良い。
【００４３】
上述した実施例は具体例を示すものであり、本発明はこの実施例により何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一例に係る循環式冷却用水の循環系統を示す説明図である。
【図２】図１の冷却塔を概略的に示す説明図である。
【図３】図１の上部散水槽を概略的に示す説明図である。
【図４】図１の冷却塔を概略的に示す俯瞰図である。
【図５】図１の上部散水槽を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施例１に係る循環式冷却用水の処理方法によるクロロフィルａの減少結果を示すグラフである。
【図７】本発明の別例に係る循環式冷却用水の循環系統を示す説明図である。
【図８】図７のUVランプ付与光触媒水質浄化装置を概略的に示す断面図である。
【図９】本発明の実施例２に係る循環式冷却用水の処理方法によるクロロフィルａの減少結果を示すグラフである。
【図１０】一般例に係る代表的な循環式冷却用水の循環系統を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
Ｐ        均質に光触媒を含有する固形物
１        冷却塔
２        送り配管
３        循環ポンプ
４        熱交換器
５        戻り配管
７        補給水導入管
８        送風機
９        ブロー水配管
１０ａ，１０ｂ    ルーバー
１１      貯水槽
１２ａ，１２ｂ    上部散水槽
１３      散水孔
１４ａ，１４ｂ    充填材
１５        配水箱
１６        流出口
１７        連続測定監視装置
１８        ネット状物質
１９        UVランプ付与光触媒水質浄化装置
２０        紫外線ランプ
２１        石英管ガラス
２２        ステンレスネット（固形物P充填）
２３        流量計
２４        散気管
２５        エアーホース
【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】
2008246471.tif 000010
【図９】
2008246471.tif 000011
【図１０】
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