(57)【要約】【課題】  薬剤を使用することなく、スケール成分の除去効率を向上させることができ、かつｐＨを低減できる水処理方法、及び水処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】  被処理水中の複数の電極に電圧を印加し、被処理水中のスケール成分を前記電極に付着させる水処理方法であって、前記複数の電極の間の被処理水に、電極表面に対する流速が０．００５〜０．１２ｍ／ｈとなるように二酸化炭素含有ガスを供給し、前記電極へのスケール成分の付着を促進する水処理方法である。また、被処理水を処理する電解槽を有し、前記電解槽には、被処理水の導入口及び排出口と、導入口と排出口との間に設けられた複数の電極と、径が０．００２〜２ｍｍである二酸化炭素含有ガス供給孔とが備えられた水処理装置である。【選択図】  図１
2005152864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水中の複数の電極に電圧を印加し、被処理水中のスケール成分を前記電極に付着させる水処理方法であって、前記複数の電極の間の被処理水に、電極表面に対する流速が０．００５〜０．１２ｍ／ｈとなるように二酸化炭素含有ガスを供給し、前記電極へのスケール成分の付着を促進する水処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の水処理方法において、二酸化炭素含有ガスの二酸化炭素濃度が０．０１〜１ｖｏｌ％であることを特徴とする水処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の水処理方法を実施するための装置であって、被処理水を処理する電解槽を有し、前記電解槽には、被処理水の導入口及び排出口と、導入口と排出口との間に設けられた複数の電極と、径が０．００２〜２ｍｍである二酸化炭素含有ガス供給孔とが備えられた水処理装置。
【請求項４】
請求項３記載の水処理装置において、電極の間の距離が１０〜２０ｍｍであることを特徴とする水処理装置。
【請求項５】
請求項３又は４記載の水処理装置において、導入口と電極との間に、被処理水を通水するための複数の孔が設けられた分散板を備えたことを特徴とする水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水処理方法、及び水処理装置に関する。具体的には、各種工場設備に備えられる冷却塔の冷却水等を浄化する水処理方法、及び水処理装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
各種工場設備に備えられる冷却塔の冷却水は、循環させて用いられており、冷却水の一部は蒸発により系外に放散され、その減量分は外部から補給水として補給される仕組みとなっている。そのため、補給水が持ち込む溶解塩類が次第に濃縮して、冷却水中の塩類濃度が高まる。この結果、冷却水中の溶解塩類が、系内の配管、熱交換器等へスケールとして付着し、伝熱阻害、配管閉塞、腐食等を引き起こすという問題点があった。付着スケールの成分は、主に炭酸カルシウム、水酸化マグネシウムであり、他にも各種カルシウム塩、マグネシウム塩、亜鉛塩等の金属塩があった。
【０００３】
このため、従来、配管や熱交換器等へのスケールの付着を防止するために、リン酸塩、ホスホン酸塩、スルホン酸系高分子、カルボン酸系高分子等のスケール防止剤を冷却水に添加する方法が行われていた。しかしながら、スケール防止剤の添加については、環境負荷の増大、取り扱いの危険性、薬剤管理の煩雑性、コスト増大等の問題点があった。また、他のスケール付着防止方法として、濃縮水のブロー排水を行い、溶解塩類濃度の上昇を緩和する方法があったが、水の大量消費、コスト増大等の問題点があった。
【０００４】
そこで、近年では、電解処理により冷却水中のスケール成分を除去する水処理方法及び装置が提案されている。特許文献１及び特許文献２には、冷却水中に浸漬した電極に電圧を印加し、冷却水中のスケール成分を電極表面に固体として付着させる水処理方法及び水処理装置が開示されている。
【０００５】
しかしながら、これら電解処理による水処理方法のみでは、スケール成分の除去効率が十分ではなかった。したがって、特許文献３に示すように、スケール成分の除去効率をさらに向上させるためには、結局、重硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、リン酸ナトリウム等の薬剤を添加する必要があった。また、これらの薬剤は水中に溶解して塩基性を示すため、ｐＨが上昇し、処理後の冷却水の水質悪化につながるという問題点があった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２５９６９０号公報
【特許文献２】特開２００１−１２９５５１号公報
【特許文献３】特開２００３−０８８８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の状況に鑑み、本発明では、薬剤を使用することなく、スケール成分の除去効率を向上させることができ、かつｐＨを低減できる水処理方法、及び水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明では、請求項１として、被処理水中の複数の電極に電圧を印加し、被処理水中のスケール成分を前記電極に付着させる水処理方法であって、前記複数の電極の間の被処理水に、電極表面に対する流速が０．００５〜０．１２ｍ／ｈとなるように二酸化炭素含有ガスを供給し、前記電極へのスケール成分の付着を促進する水処理方法を提供するものである。
【０００９】
上記手段によれば、電極の間の被処理水に供給された二酸化炭素含有ガスが、被処理水中のスケール成分に効果的に作用し、電極へのスケール成分の付着を促進する。なお、ここでいうスケール成分とは、カルシウムイオン、マグネシウムイオン等の硬度成分と、水酸化物イオン、炭酸水素イオン、炭酸イオン等のアルカリ成分とを含む。
また、水中で酸を生じる二酸化炭素が供給されるので、被処理水のｐＨを低減することが可能となる。
【００１０】
また、請求項２では、請求項１記載の水処理方法において、二酸化炭素含有ガスの二酸化炭素濃度が０．０１〜１ｖｏｌ％であることを特徴とする
【００１１】
上記手段によれば、電極へのスケール成分の付着を促進し、かつｐＨの調整を行う観点から、二酸化炭素の濃度が最適化される。
【００１２】
また、請求項３では、請求項１又は２記載の水処理方法を実施するための装置であって、被処理水を処理する電解槽を有し、前記電解槽には、被処理水の導入口及び排出口と、導入口と排出口との間に設けられた複数の電極と、径が０．００２〜２ｍｍである二酸化炭素含有ガス供給孔とが備えられた水処理装置を提供する。
【００１３】
上記構成によれば、二酸化炭素含有ガスにより被処理水中のスケール成分を効率良く電極に付着させることができ、さらにｐＨを低減できる水処理装置が提供される。
【００１４】
また、請求項４では、請求項３記載の水処理装置において、電極の間の距離が１０〜２０ｍｍであることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、電極へのスケール成分の付着を促進する観点から、電極の間の距離が最適化される。
【００１６】
また、請求項５では、請求項３又は４記載の水処理装置において、導入口と電極との間に、被処理水を通水するための複数の孔が設けられた分散板を備えたことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、被処理水は分散板を通して各電極間に均等に通水され、流れ方向が揃えられるので、各電極へのスケール付着速度が同程度となる。
【発明の効果】
【００１８】
以上、本発明の水処理方法は、被処理水中の電極に電圧を印加するとともに、二酸化炭素含有ガスを電極の間の被処理水に供給するので、被処理水中のスケール成分の除去を効率良く行うことができ、さらには、被処理水のｐＨを低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を詳細に説明する。まず、本発明に係る水処理装置の実施の形態（１）を図１〜図４に示す。
【００２０】
実施の形態（１）に係る水処理装置１は、電解槽１０とその後段に設けられた沈降槽１４とを有し、電解槽１０は、電解槽ケース１０４と、電解槽ケース１０４内に設けられた複数の電極１１とガス供給管１２、及び分散板１３とから概略構成されている。
【００２１】
電解槽ケース１０４には、被処理水Ｓを電解槽１０に通水させるための導入口１０２が設けられた導入管１０１が挿入されるとともに、排出口１０３が側面に開口されている。また、電解槽ケース１０４の側面には、細菌等が死滅して生じた腐食性の泡状ガスを排出できるように、電極と分散板との間の位置に排泡部１０６が設けられている。電解槽ケース１０４の材質としては、種々の材質を用いることが可能であるが、強度、耐熱性の観点からＳＵＳ等を用いることが好ましい。
【００２２】
また、電解槽ケース１０４の内周面には、電極１１の端部を保持するための絶縁性の保持部材１０５が設けられる。保持部材１０５の材質としては、絶縁性のものであればよく、プラスチック等が用いられる。
【００２３】
電極１１は、平板状に形成されており、電解槽１０の内部には、複数枚の電極１１が均等の間隔で平行に設けられている。なお、陰極１１Ａと陽極１１Ｂとは交互に配置されている。また、電極の表面は、フラット面、メッシュ状、凹凸状等の種々の形状とすることが可能であるが、電極に付着したスケール成分が剥離されやすいように、フラット面であることが好ましい。
【００２４】
また、電極１１の材質については、導電性のものであればよいが、耐食性、通電性等を考慮して、チタン母材に白金、イリジウム、パラジウム、ロジウム等のVIII族系金属をめっきしたものを用いることが好ましい。これら、VIII族系金属には、スケール成分の析出反応に対して触媒効果があり、スケール成分の反応が促進される。そして、VIII族系金属の中でも、チタン母材に白金金属めっきを施したものが特に好ましく用いられる。白金はチタンと熱膨張率がほぼ等しいため、熱的に安定し、めっきが剥離する等が生じにくい。
【００２５】
また、電極間距離ｗは１０〜２０ｍｍであることが好ましい。電極間距離ｗが１０ｍｍより小さい場合には、二酸化炭素含有ガスＧの電極間体積に対する空間速度が大きくなるため、気泡による掃流作用が働き、電極の表面へのスケール成分の付着が妨げられる場合がある。また、付着したスケール成分が成長した際に電極間の短絡を生じる可能性もある。一方、電極間距離ｗが２０ｍｍより大きい場合には、電流密度が減少し、スケール成分の付着速度が低下する場合があり、電流密度を一定に保つためには電圧を増大する必要がある。
【００２６】
ガス供給管１２は、電極１１の下部に配置されており、管の上面には、二酸化炭素含有ガスＧを電極１１の間の被処理水Ｓに供給するためのガス供給孔１２１が設けられている。ガス供給孔１２１の径ｄは０．００２ｍｍ〜２ｍｍであることが好ましい。径ｄが０．００２ｍｍより小さい場合には、沈降したスケール成分等により、目詰まりを起こしてしまう場合がある。一方、径ｄが２ｍｍより大きい場合には、二酸化炭素含有ガスＧの気泡が大きくなり、二酸化炭素と被処理水Ｓとの接触面積が小さくなるため、スケール成分の付着速度が低下する。
【００２７】
分散板１３は、被処理水Ｓを各電極１１の間に均一に通水するためのもので、導入口１０１から電極１１間への流路途中に設けられている。分散板１３の孔１３１の径は、２〜２０ｍｍ程度が好ましい。孔１３１の径が、２ｍｍより小さい場合には被処理水Ｓにより目詰まりを生じる場合がある。一方、２０ｍｍより大きい場合には、被処理水Ｓの通水方向が不均一となり、乱流を生じる場合がある。
また、分散板１３により、電解槽１０内で微生物、細菌等が死滅して生じた腐食性の泡状ガスは、排泡部１０６に誘導される。腐食性の泡状ガスは排泡部１０６に設けられた排泡口１０７を通して水処理装置１の系外に排気されるため、電解槽１０の金属性部材及び電極板間の電源接続金具の腐食が抑制される。
【００２８】
また、電解槽１０の後段には沈降槽１４が設けられており、沈降槽１４の底部には、電極１１から剥離して沈降したスケール成分を定期的に系外に排出するためのブロー排出口１４２が設けられている。
【００２９】
以上の構成の水処理装置１を用いて、被処理水Ｓ中のスケール成分を除去する水処理方法について説明する。
【００３０】
被処理水Ｓは導入管１０１から電解槽１１内に導入され、分散板１３により分散されて各電極１１の板面方向に対して均一に通水される。電極１１には、電源ケーブルを通して電圧が印加されており、被処理水Ｓ中のカルシウムイオン、マグネシウムイオン等のスケール成分は陰極１１Ａに引き寄せられる。これにより、陰極１１Ａ付近では、スケール成分が過飽和状態となり、炭酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム等を含んだスケール集合体を形成し、陰極１１Ａに付着する。
【００３１】
この際、二酸化炭素含有ガスＧは、ガス供給管１２に設けられたガス供給孔１２１から電極１１の間の被処理水Ｓに供給される。供給された二酸化炭素は被処理水Ｓに溶解し、以下の（化１）〜（化３）に示す反応により、一部が炭酸イオンとして存在する。そして、炭酸イオンにより、（化４）と（化５）に示す反応が促進され、被処理水Ｓ中の主なスケール成分である炭酸カルシウムや炭酸マグネシウム等の陰極１１Ａへの付着速度が向上する。また、二酸化炭素は水中で酸となるため、被処理水ＳのｐＨも低減される。
【００３２】
【化１】
2005152864.tif 000003
【００３３】
【化２】
2005152864.tif 000004
【００３４】
【化３】
2005152864.tif 000005
【００３５】
【化４】
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【００３６】
【化５】
2005152864.tif 000007
【００３７】
さらに、二酸化炭素含有ガスの供給により、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウム等の炭酸塩によるスケール集合体の形成が促進され、その過程で他のスケール成分も取り込まれるため、水酸化物塩、シリカ等の他のスケール成分の付着も促進される。
【００３８】
スケール成分の付着量が一定量以上となると、スケール成分の付着速度が低下したり、付着したスケール成分の剥離が困難となる等の問題が生じる。そこで、電極１１に付着したスケール成分を剥離するために、陰極１１Ａと陽極１１Ｂとの極性を切替えることが好ましい。ただし、極性の切替えを頻繁に行うと、電極１１の寿命が短くなる。これらのことから、極性の切替え間隔は１２〜４８時間程度が好ましい。電極１１から剥離したスケール成分は、沈降槽１４の底部に沈降し、ブロー排出口１４２を通して、系外に排出される。なお、電解槽１０の後段に沈降槽１４を設けることで、さらに確実にスケール成分を除去することが可能となっている。
【００３９】
また、陽極１１Ｂでは、被処理水Ｓ中の塩素分が濃縮され、電気分解により次亜塩素酸等の塩素系酸化剤を生成する。生成した塩素系酸化剤は、被処理水Ｓ中の細菌、藻類等の微生物に作用し、殺菌あるいは増殖を抑制する。
【００４０】
なお、被処理水Ｓは、電極表面に対する流速が０．０１〜０．１ｍ／ｈとなるように電解槽１０内に供給することが好ましい。なお、電極表面に対する流速は、単位電極面積当たりの供給量を表わす。被処理水Ｓの流速が０．０１ｍ／ｈより小さい場合には、電極１１の間の被処理水Ｓが加熱され、電解槽１０内の温度が上昇するため、耐熱性の低い部材が劣化する場合がある。一方、被処理水Ｓの流速が０．１ｍ／ｈより大きい場合には、電極との接触時間が十分でないために電極１１へのスケール成分の付着速度が低下したり、剥離したスケール成分がキャリーオーバーする場合がある。
【００４１】
そして、二酸化炭素含有ガスＧは、電極表面に対する流速が０．００５〜０．１２ｍ／ｈとなるように供給することが好ましい。電極表面に対する流速が０．００５ｍ／ｈより小さい場合には、電極１１へのスケール成分の付着速度が低下する。一方、０．１２ｍ／ｈより大きい場合には、二酸化炭素含有ガスＧの気泡による掃流作用が電極１１の表面に働き、電極１１へのスケール成分の付着が阻害される。
【００４２】
二酸化炭素含有ガスＧの二酸化炭素濃度は０．０１〜１ｖｏｌ％であることが好ましい。０．０１ｖｏｌ％より小さい場合には、スケールの除去効果が小さくなる場合がある。一方、１ｖｏｌ％以上の場合には、被処理水Ｓ中に溶け込む二酸化炭素量が増大し、被処理水Ｓ中の炭酸濃度が高くなるため、冷却水系において腐食を引き起こす場合がある。
【００４３】
また、電極１１への電圧の印加方式としては、定電流方式及び定電圧方式のいずれも採用可能であるが、定電流方式を採用することが好ましい。定電流方式によると、被処理水Ｓ中のスケール成分の濃度によらず、一定のスケール量を電極１１に付着させることが可能となる。
【００４４】
なお、電極１１に印加する直流電圧は５〜２０Ｖであることが好ましい。電圧が５Ｖより小さい場合には、電極１１へのスケール成分の付着速度が低下する。一方、２０Ｖより大きい場合には、投入電力と比較してスケールの付着効率が低い。
【００４５】
また、電極１１に印加する電流の電流密度は０．００１〜０．０３Ａ／ｃｍ２であることが好ましい。電流密度が０．００１Ａ／ｃｍ２より小さい場合には、電極へのスケール成分の付着速度が低下する。一方、電流密度が０．０３Ａ／ｃｍ２より大きい場合には、電極１１の間の被処理水Ｓが加熱され、電解槽１０の温度が上昇する場合がある。
【００４６】
上記実施の形態（１）においては、ガス供給管１２を電極１１の下部に配置しているが、電極の間の被処理水Ｓに二酸化炭素含有ガスＧが供給されるように構成されていればよい。また、管状以外にセラミック状の軽石等を用いることも可能である。
【００４７】
続いて、本発明の水処理装置１を実際に冷却水系において使用する方法について述べる。図５は本発明の水処理装置１の使用状態を表す図である。
【００４８】
冷却塔２に貯留された冷却水は、循環ポンプ３により冷水ライン５を通して、熱交換器４に供給される。続いて、冷却水は温水ライン６に供給され、その一部は分岐ライン７を通して、水処理装置１に導入される。水処理装置１に導入された冷却水は、スケール成分、及びｐＨが低減され、温水ライン６に戻される。これにより、冷却水全体のスケール成分及びｐＨが低減されるので、配管、熱交換器等でのスケール障害が防止される。
【実施例】
【００４９】
次に、実施例を示して、本発明をさらに詳細に説明する。
（実施例１）
冷却水（濃縮倍率１０倍）を０．０６５ｍ／ｈの流速で水処理装置に通水し、電極に電圧を印加するとともに、電極の間の冷却水に二酸化炭素含有ガスの供給を行うことで、冷却水の処理を行った。そして、冷却水の処理前後におけるカルシウム硬度、Ｍアルカリ度、ｐＨ等を測定した。電極への電圧の印加は、１００Ａの定電流が電極間に流れるように自動制御して行った。また、二酸化炭素含有ガスについては、二酸化炭素濃度０．０４％のものを用いて、流速を電極表面に対して０．０９７ｍ／ｈとなるように供給した。二酸化炭素含有ガスを供給するガス供給孔は、径が０．０１〜０．０５ｍｍの無数の孔をもつセラミック状のものを用いた。また、ガス供給圧力は３０ｋＰａで行った。そして、電極には、４００×３５０ｍｍの板状のもので、厚み１．５ｍｍのＴｉＯ２母材にＰｔを１μｍの厚みで両面にめっきしたものを１２枚用いた。各電極は、陽極と陰極とを交互に、各電極間距離が１３．５ｍｍとなるように配置した。
【００５０】
（実施例２）
二酸化炭素含有ガスの電極表面に対する流速を０．０２ｍ／ｈとした以外は、実施例１と同様に行った。
【００５１】
（比較例１）
二酸化炭素含有ガスを供給しないこと以外は、実施例１と同様に行った。
【００５２】
（比較例２）
二酸化炭素含有ガスの電極表面に対する流速を０．１５ｍ／ｈとした以外は、実施例１と同様に行った。
【００５３】
（参考例１）
補給水について、カルシウム硬度、Ｍアルカリ度、ｐＨ等を測定した。
【００５４】
実施例、比較例、及び参考例において測定した冷却水の処理前後におけるカルシウム硬度、Ｍアルカリ度、ｐＨ等の結果を表１に示す。また、処理後の冷却水の評価として、ＳＩ指数（ランジェリア指数）を算出した。
【００５５】
ＳＩ指数は、水の腐食性と炭酸カルシウムの析出傾向とを表すもので、（数１）及び（数２）に示すように、カルシウムイオン濃度（［Ｃａ２＋］）と炭酸水素イオン濃度（［ＨＣＯ３−］）とｐＨとの３つの変数から算出される。また、式中のｐＨＳ、ＫSP、Ｋは、それぞれ飽和ｐＨ、炭酸カルシウムの溶解度積、炭酸水素イオンの解離定数を示す。
ＳＩ＝０であれば、スケール付着、腐食のいずれの傾向でもなく、安定した状態である。ＳＩ＞０の場合には、炭酸カルシウムが過飽和で、スケール付着傾向となる。一方、ＳＩ＜０の場合には、炭酸カルシウムが未飽和で、腐食傾向となる。
【００５６】
【数１】
2005152864.tif 000008
【００５７】
【数２】
2005152864.tif 000009
【００５８】
【表１】
2005152864.tif 000010
【００５９】
表１に示したように、実施例１では、二酸化炭素含有ガスを供給していない比較例１と比べて、スケール成分の除去が効果的に行われたことが明らかである。特にカルシウムイオンやアルカリ成分が効果的に除去されて、ＳＩ値から比較しても、実施例１ではＳＩ値が０に近づいていることが明らかである。また、炭酸塩を形成しないシリカ等も効果的に除去されていることがわかる。
さらに、二酸化炭素含有ガスの流速を１．５倍に設定した比較例２と比べて、スケール成分が効果的に除去されていることが明らかである。
【００６０】
また、実施例２では、二酸化炭素含有ガスの流速を実施例１と比較して０．２倍としているが、比較例１及び２と比べて、スケール成分の除去が十分に促進されていることがわかる。
【００６１】
以上の結果から、本発明の水処理方法、及び水処理装置は、冷却水中のスケール成分の除去に非常に有効であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施の形態（１）に係る水処理装置の概略斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】電極へのスケール付着を示す図である。
【図５】水処理装置の使用状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１          水処理装置
１０        電解槽
１０１      導入管
１０２      導入口
１０３      排出口
１０４      電解槽ケース
１０５      保持部材
１０６      排泡部
１０７      排泡口
１１        電極
１１Ａ      陰極
１１Ｂ      陽極
１２        ガス供給管
１２１      ガス供給孔
１３        分散板
１３１      孔
１４        沈降槽
１４１      排出口
１４２      ブロー排出口
２          冷却塔
３          循環ポンプ
４          熱交換器
５          冷水ライン
６          温水ライン
７          分岐ライン
８          補給水タンク
Ｇ          二酸化炭素含有ガス
Ｓ          被処理水
Ｘ          スケール
【図１】
2005152864.tif 000011
【図２】
2005152864.tif 000012
【図３】
2005152864.tif 000013
【図４】
2005152864.tif 000014
【図５】
2005152864.tif 000015