JP5953882B2

JP5953882B2 - 循環冷却水の水質管理方法

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Publication number: JP5953882B2
Application number: JP2012080584A
Authority: JP
Inventors: 藤田　和久; 藤田　　和久; 靖村野
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: JP2013208568A

Description

本発明は、循環冷却水の水質管理方法に係り、特に補給水の少なくとも一部に回収水を用いた水質管理方法に関する。

開放型循環冷却水系では、水の蒸発、飛散に見合った量で補給水を水系に供給する。

水の有効利用を図るために、補給水の少なくとも一部として回収水を用いることが行われている（例えば特許文献１の０００９段落、特許文献２の０００７段落）。

特開２０１１−２２４４５５特開２００８−２４９２７５

都市排水処理水や工場排水処理水などからの回収水にはリン酸成分が含まれている。このリン酸成分は、防食作用を有する反面、リン酸カルシウム系スケールを生成させる。

本発明は、回収水中のリン酸成分を水系部材の防食に利用すると共に、水系におけるスケール析出を抑制することができる循環冷却水の水質管理方法を提供することを目的とする。

本発明の循環冷却水の水質管理方法は、補給水の少なくとも一部にリン酸を含有した回収水を用いる循環冷却水の水質管理方法において、冷却水中のリン酸濃度が２０〜２５ｍｇＰＯ_４ ^３−／Ｌとなるように濃縮を管理し、スケール防止ポリマーを１０〜２０ｍｇ／Ｌ添加し、冷却水のｐＨを７．０〜７．５に管理し、冷却水中のカルシウム硬度を１５００ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下、Ｃｌ⁻濃度を２５００ｍｇ／Ｌ以下、ＳＯ_４ ^２−濃度を２５００ｍｇ／Ｌ以下とする循環冷却水の水質管理方法であって、該スケール防止ポリマーが、２−ヒドロキシ−３−アリルオキシ−１−プロパンスルホン酸、マレイン酸、及び２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸よりなる群から選ばれる１種又は２種以上のモノマーが重合するか、又はこれらとアクリル酸及び／又はメタクリル酸とが共重合してなるホモポリマー又はコポリマーであることを特徴とするものである。

本発明によると、回収水由来のリン酸によって水系部材の防食を図ることができると共に、スケール防止ポリマーの添加、ｐＨ管理及びカルシウム硬度、Ｃｌ⁻、ＳＯ_４ ^２−の濃度管理によりスケールを防止（抑制を含む。）することができる。

試験装置のフロー図である。試験装置のフロー図である。試験結果を示すグラフである。試験結果を示すグラフである。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

本発明は、図１に示されるような開放型循環冷却水系において補給水の少なくとも一部として回収水を用いる場合に適用する。

回収水としては、都市排水処理水や工場排水処理水などからの回収水が例示されるが、これに限定されるものではない。この回収水中のリン酸濃度としては３〜７ｍｇＰＯ_４ ^３−／Ｌ特に４〜６ｍｇＰＯ_４ ^３−／Ｌ程度であることが好ましい。

図１は、後述の実施例で用いた循環冷却水系のフロー図であり、冷却塔１のピット１ａの水が送水ポンプ２、配管３、流量計４、熱交換器５、配管６を介して冷却塔１内の上部の散水ノズル７から充填材８に散水され、蒸発潜熱によって冷却され、ピット１ａに落下する。

ピット１ａに対し、補給水配管１０及びボールタップ１１を介して補給水が供給可能とされている。

ピット１ａ内の水の電気伝導率を電気伝導率計２０で測定し、カルシウム硬度、Ｃｌ⁻濃度及びＳＯ_４ ^２−濃度をそれぞれカルシウム硬度計２１、Ｃｌ⁻イオンセンサ２２及びＳＯ_４ ^２−イオンセンサ２３で測定し、制御器（図示略）によってブローポンプ２５を制御する。水系内のポリマー濃度が所定範囲となるように薬注ポンプ２６を制御する。水系内のポリマー濃度は、薬注量とブロー量及び飛散損失量から演算する。符号２７はスケール防止ポリマー水溶液のタンクを示す。

また、ｐＨ計３０によってピット１ａ内の水のｐＨを測定し、このｐＨが７．０〜７．５の範囲となるように硫酸タンク３１内の硫酸を薬注ポンプ３２によってピット１ａに薬注する。なお、図１は試験装置であるので、配管３から配管４０に冷却水を分取し、流量調整バルブ４１を介して試験容器４２に通水し、試験容器４２内のテストピース（図示略）と接触させた後、配管４３を介して配管６へ戻すラインも設けてある。

本発明では、冷却水中のリン酸濃度を２０〜２５ｍｇＰＯ_４ ^３−／Ｌとなるように、またカルシウム硬度が１５００ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下、Ｃｌ⁻濃度が２５００ｍｇ／Ｌ以下、ＳＯ_４ ^２−濃度が２５００ｍｇ／Ｌ以下となるように濃縮管理する。即ち、前記各センサで検出されるこれらの値が上記上限値を超えない範囲でなるべく高濃縮倍率にて運転し、これによりリン酸濃度を２０ｍｇＰＯ_４ ^３−／Ｌ以上とする。また、カルシウム硬度、Ｃｌ⁻濃度、ＳＯ_４ ^２−濃度のいずれか１項目でも上記の上限値を超えるならば、ブローポンプ２５を作動させてブローを行い、補給水を導入する。

なお、高濃縮倍率運転を行ってもリン酸濃度が２０ｍｇＰＯ_４ ^３−／Ｌに達しないときには、リン酸系スケール防止剤を添加する。

前述のように、ｐＨ７．０〜７．５となるように硫酸を薬注する。ｐＨが７．０を下回るときにはアルカリ剤を添加する。

また、リン酸カルシウム系スケール生成を抑制するために、スケール防止ポリマー（ポリマー系スケール防止剤）を添加する。ポリマー系スケール防止剤としては、２−ヒドロキシ−３−アリルオキシ−１−プロパンスルホン酸（ＨＡＰＳ）、マレイン酸、及び２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）よりなる群から選ばれる１種又は２種以上のモノマーが重合するか、又はこれらとアクリル酸（ＡＡ）及び／又はメタクリル酸（ＭＡ）とが共重合してなる、平均分子量５，０００〜２０，０００程度のホモポリマー又はコポリマーが好適である。

冷却水系を上記のように管理することにより、回収水由来のリン酸を利用して水系部材の防食を図ることができると共に、スケール付着も抑制される。

［実施例１］
図１に示す試験装置において、下記水質の合成補給水を用い、下記条件で濃縮管理を行った。また、試験期間中、冷却水の一部を容器４２に流し、容器４２内に収容しておいた鉄製テストピースと接触させ、テストピースの腐食減量から腐食速度を測定した。
＜補給水＞
栃木県野木町の水道水に対し、オルソリン酸を５ｍｇ／Ｌ添加すると共に、ＣａＣｌ_２をカルシウム硬度３００ｍｇ／ＬａｓＣａＣＯ_３となるように、ＮａＣｌを塩化物イオン濃度５００ｍｇ／Ｌとなるように、Ｎａ_２ＳＯ_４を硫酸イオン濃度５００ｍｇ／Ｌとなるように、それぞれ添加したもの。
＜濃縮倍数＞
濃縮倍数は２、３、４、５又は６倍とした。
＜ｐＨ＞
硫酸によりｐＨ７．０〜７．５に調整した。
＜ポリマー＞
ＡＡ／ＨＡＰＳ系ポリマー（重量平均分子量１０，０００）及びＡＡ／ＡＭＰＳ系ポリマー（重量平均分子量１０，０００）を１２ｍｇ−ｓｏｌｉｄ／Ｌ添加した。

試験終了時のテストピース（鉄）の腐食速度を図３に示す。濃縮倍数を管理し、リン濃度を２０〜２５ｍｇ／Ｌ維持することで防食効果は良好となった。一方、リン濃度が少ない場合（現状処理）や、過剰な場合腐食速度は高くなり、高塩類濃度水系では効果は不十分となることがわかった。

［試験例１］
高熱負荷試験装置（図２）を用い、伝熱面への付着速度を測定した。図２において、タンク５０内に下記水質の補給水相当供試水（以下、補給水という。）を供給し、この補給水をポンプ５１によって試験槽５２に循環供給し、試験槽５２に試験片として鉄製チューブ（外径３０ｍｍ、長さ３００ｍｍ）５３に電熱ヒータ５４を挿入したものを収容した。水温は３０℃とし、電熱ヒータ５４によりチューブ５３の表面温度を８０℃とした。滞留時間は８０ｈｒになるように連続供給した。試験期間は４８ｈｒとし、４８時間後にチューブを引き上げ付着量を測定した。比較例として従来周知であるＮ＝２相当水（ｐＨ８．０、カルシウム硬度５００ｍｇ／Ｌ、Ｔ−ＰＯ_４１０ｍｇ／Ｌ）での評価も併せて実施した。

＜補給水相当供試水＞
純水に対し５％Ｍアルカリ溶液（重炭酸Ｎａ溶液）を、Ｍアルカリ度が１００ｍｇ／ＬａｓＣａＣＯ_３となるように添加し、ＡＡ／ＨＡＰＳポリマー（８０／２０、分子量５，０００）及びＡＡ／ＡＭＰＳ系ポリマー（８０／２０、分子量１０，０００）を１２ｍｇ−ｓｏｌｉｄ／Ｌ添加し、オルソリン酸をリン濃度が２０ｍｇＰＯ_４／Ｌとなるように添加し、ＣａＣｌ_２をカルシウム硬度１，２００ｍｇ／ＬａｓＣａＣＯ_３となるように添加し、ＮａＣｌを塩化物イオン濃度２５００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、Ｎａ_２ＳＯ_４を硫酸イオン濃度１０００ｍｇ／Ｌとなるように添加し、硫酸によってｐＨ７．０〜８．０に調整したもの。

付着速度測定結果を図４に示す。図４の通り、ｐＨ７．８以上では多くのスケールの付着が認められるものの、ｐＨ７．５以下とすることで付着は軽微となり、従来処理より付着量は軽微となる。

１冷却塔
５熱交換器
１１ボールタップ
２５ブローポンプ

Claims

補給水の少なくとも一部にリン酸を含有した回収水を用いる循環冷却水の水質管理方法において、
冷却水中のリン酸濃度が２０〜２５ｍｇＰＯ_４ ^３−／Ｌとなるように濃縮を管理し、スケール防止ポリマーを１０〜２０ｍｇ／Ｌ添加し、冷却水のｐＨを７．０〜７．５に管理し、冷却水中のカルシウム硬度を１５００ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ以下、Ｃｌ⁻濃度を２５００ｍｇ／Ｌ以下、ＳＯ_４ ^２−濃度を２５００ｍｇ／Ｌ以下とする循環冷却水の水質管理方法であって、
該スケール防止ポリマーが、２−ヒドロキシ−３−アリルオキシ−１−プロパンスルホン酸、マレイン酸、及び２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸よりなる群から選ばれる１種又は２種以上のモノマーが重合するか、又はこれらとアクリル酸及び／又はメタクリル酸とが共重合してなるホモポリマー又はコポリマーであることを特徴とする循環冷却水の水質管理方法。
請求項１において、回収水中のリン酸濃度が３〜７ｍｇＰＯ _４ ^３−／Ｌであることを特徴とする循環冷却水の水質管理方法。