JP2001149952A

JP2001149952A - シリカ除去装置

Info

Publication number: JP2001149952A
Application number: JP33498399A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Sato; 茂佐藤; Tomoo Kato; 知夫加藤
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2001-06-05
Anticipated expiration: 2019-11-25
Also published as: PH11999003151B1; JP3703000B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な装置を用いて、シリカ含有水より効果的
にシリカを除去し、ビル空調、一般工場、石油化学コン
ビナートなどの熱交換器などの冷却水系やボイラ水系な
どのスケール発生を防止することができるシリカ除去装
置を提供する。【解決手段】シリカ含有水の流入口と処理水の流出口を
有し、シリカゲル粒子が充填されたカラムを備えること
を特徴とするシリカ除去装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリカ除去装置に
関する。さらに詳しくは、本発明は、簡単な装置を用い
て、シリカ含有水より効果的にシリカを除去し、ビル空
調、一般工場、石油化学コンビナートなどの熱交換器な
どの冷却水系やボイラ水系などのスケール発生を防止す
ることができるシリカ除去装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷却水系、ボイラ水系などの水と接触す
る伝熱面や配管内では、スケール障害が発生する。特
に、省資源、省エネルギーの立場から、冷却水の系外へ
の排棄（ブロー）を少なくして高濃縮運転を行う場合、
溶解しているシリカが濃縮され、スケール化して熱交換
器チューブに付着し、伝熱効率を低下させるような障害
が生じる。また、シリカを含む水をボイラに給水する
と、ボイラ内で不溶性の物質を生成し、スケール化して
給水内管や伝熱面に付着する。スケール成分は熱伝導率
が小さいので、伝熱面に付着すると熱伝導が著しく阻害
され、ボイラの熱効率が低下するのみならず、スケール
の付着部分が局部的に過熱され、管材の機械的強度が低
下し、ついには膨出、破裂などの事故にいたる。さら
に、亜臨界圧ボイラにおいては、過熱蒸気に対する溶解
度の大きいシリカがキャリオーバされ、タービン翼やノ
ズルなどに析出して付着するために、タービン効率の低
下を招く。このために、シリカ、ケイ酸カルシウム、ケ
イ酸マグネシウムなどのシリカ系スケールに対して、さ
まざまな防止策が検討されている。例えば、特開昭６１
−１０７９９８号公報には、シリカ系スケールに対する
防止効果の優れたスケール防止剤として、アクリルアミ
ド系ポリマーとアクリル酸系ポリマーを含むスケール防
止剤が提案されている。しかし、このスケール防止剤
は、シリカ濃度が低い場合にはスケール防止効果を発揮
するものの、シリカ濃度が高い場合には効果が乏しい。
また、特開平２−３１８９４号公報には、シリカスケー
ルとカルシウムスケールが析出する冷却水系において、
ケイ酸イオンやカルシウムイオンを高濃度に保持しても
スケールの発生を防止し得るスケール防止剤として、ポ
リエチレングリコールとホスホン酸又はカルボン酸系ポ
リマーを含有するスケール防止剤が提案されている。し
かし、ポリエチレングリコールは、シリカ濃度が低い場
合にはスケールの付着を抑える効果はあるが、共存イオ
ンの影響を受けやすく効果が安定しないという問題があ
る。冷却水系において使用される水は、通常、工業用
水、水道水、地下水などである。わが国は火山国である
ために、欧米に比べて一般に用水に含まれるシリカ濃度
が高いと言われ、用水から効率よくシリカを除去する手
段が強く求められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、簡単な装置
を用いて、シリカ含有水より効果的にシリカを除去し、
ビル空調、一般工場、石油化学コンビナートなどの熱交
換器などの冷却水系やボイラ水系などのスケール発生を
防止することができるシリカ除去装置を提供することを
目的としてなされたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、シリカ含有水を
シリカゲル粒子と接触させることにより、水中のシリカ
を効率的に除去し得ることを見いだし、この知見に基づ
いて本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、
（１）シリカ含有水の流入口と処理水の流出口を有し、
シリカゲル粒子が充填されたカラムを備えることを特徴
とするシリカ除去装置、を提供するものである。さら
に、本発明の好ましい態様として、（２）シリカゲル粒
子の粒径が１μｍ以上である第１項記載のシリカ除去装
置、及び、（３）シリカゲル粒子が充填されたカラムの
通水空間速度が、ＳＶ１〜１２０ｈ ^-1である第１項記載
のシリカ除去装置、を挙げることができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明のシリカ除去装置は、シリ
カ含有水の流入口と処理水の流出口を有し、シリカゲル
粒子が充填されたカラムを備えた装置である。本発明の
シリカ除去装置は、ビル空調、一般工場、石油化学コン
ビナートなどの開放循環式冷却水系やボイラ水系などに
適用し、冷却水よりシリカを除去して、冷却水系の熱交
換器本体、循環水のピット、冷却塔などの装置及び配管
内に付着するスケールを防止することができる。図１
は、本発明のシリカ除去装置の一態様の模式図である。
本発明装置は、シリカ含有水の流入口１と処理水の流出
口２を有し、シリカゲル粒子３が充填されたカラム４を
備えた装置である。図１では下向流通水ではあるが、カ
ラム４の下部に流入口、上部に流出口を設けて、上向流
通水としてもよく、充填されたシリカゲル粒子が流動床
を形成してもよい。本発明装置に充填するシリカゲルに
特に制限はなく、天然シリカゲル、合成シリカゲルのい
ずれをも用いることができ、また、組成式ＳｉＯ₂・ｎＨ
₂Ｏで表されるシリカゲルの外に、Ａｌ₂Ｏ₃を含有する
シリカアルミナ質ゲルや、ホワイトカーボンと呼ばれる
無水ケイ酸、含水ケイ酸なども用いることができる。ま
た、化学修飾されていない通常のシリカゲルの他に、メ
チル基、ブチル基、オクチル基、オクタデシル基、フェ
ニル基などの炭化水素基で化学修飾されたシリカゲル、
アミノ基、アミノプロピル基、４級アンモニウム基、ス
ルホン基などのイオン交換基などで化学修飾されたシリ
カゲルなども用いることができる。合成シリカゲルは、
ケイ酸ナトリウムの水溶液を無機酸により中和し、析出
した沈殿を水洗、乾燥することにより得ることができる
が、乾燥用やクロマトグラフ用として市販されているシ
リカゲル粒子を用いることもできる。

【０００６】本発明装置において、カラムに充填するシ
リカゲル粒子は、粒径が１μｍ以上であることが好まし
く、２０μｍ以上であることがより好ましい。シリカゲ
ル粒子の粒径が１μｍ未満であると、シリカゲル粒子を
取り扱う際の作業性が悪くなり、また通水速度が極端に
低下するおそれがある。粒径の上限としては、ハンドリ
ングの面から１０mm以下が好ましいが、１０mm以上であ
っても本発明の効果は得られ、特に粒径の上限はない。
シリカゲル粒子の形状に特に制限はなく、球状、破砕状
など、任意の形状のシリカゲル粒子を用いることができ
る。シリカゲル粒子の比表面積に特に制限はないが、１
０〜１,０００ｍ²／ｇであることが好ましく、１５０〜
８５０ｍ²／ｇであることがより好ましい。シリカゲル
粒子の細孔径に特に制限はないが、１〜５０ｎｍである
ことが好ましく、２〜３０ｎｍであることがより好まし
い。図２は、本発明のシリカ除去装置の設置場所の一例
を示す工程系統図である。本例は、開放循環式冷却水系
に本発明装置を設置した例である。熱交換器５を通過し
て、熱交換により温度が上昇した温水を冷却塔６で蒸発
させ、蒸発潜熱の放出により再冷却し、ピット７に貯留
された冷水をポンプ８により循環して使用する。本例で
は、本発明のシリカ除去装置９は、ポンプの下流側に設
置され、冷水が本発明装置を通過することにより、冷水
中のシリカが除去される。

【０００７】本発明のスケール除去装置の設置場所に特
に制限はなく、例えば、補給水ラインに設置して補給水
中のシリカを除去することができ、冷却水系の温水ライ
ンに設置して温水よりシリカを除去することもできる。
しかし、冷却塔において再冷却された冷水は、冷却塔に
おける水の蒸発のために濃縮され、シリカ濃度の高い状
態にあるので、図２に例示したように、冷却水系の冷水
ラインに本発明装置を設置することが好ましい。本発明
装置において、シリカ含有水の通水速度に特に制限はな
いが、充填されたシリカゲル粒子に対して、空間速度Ｓ
Ｖ１〜１２０ｈ^-1であることが好ましく、ＳＶ１０〜６
０ｈ^-1であることがより好ましい。通水速度がＳＶ１ｈ
^-1未満であると、装置が大型化する。通水速度がＳＶ１
２０ｈ^-1を超えると、シリカの除去率が低下するおそれ
がある。本発明のスケール除去装置によりシリカ含有水
中のシリカが除去される機構の詳細は明らかではない
が、シリカ濃度が過飽和状態又は過飽和に近い状態にな
ったシリカ含有水がシリカゲル粒子と接触すると、シリ
カ含有水中のシリカがシリカゲル粒子の表面に析出して
成長することにより、水中より除去されるものと推定さ
れる。

【０００８】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限
定されるものではない。なお、シリカ濃度は、ＪＩＳ
Ｋ０１０１４４.１.１にしたがって、水中のイオン状
シリカをモリブデン黄吸光光度法により測定し、二酸化
ケイ素（ＳｉＯ ₂）として表示した。実施例１上部にシリカ含有水の流入口、下部に処理水の流出口を
設けた直径２０mm、長さ２００mmのアクリル樹脂製カラ
ムに、粒径４０〜７５μｍのシリカゲル粒子［和光純薬
工業(株)、ワコーゲルＣ−３００］４０mLを充填した。
このカラムに、メタケイ酸ナトリウムを溶解後にpH調整
したシリカ含有水を流量２mL／分で通水した。シリカ含
有水の流速ＬＶ３８.２cm／ｈ、シリカゲル粒子との接
触時間２０分、空間速度ＳＶ３ｈ^-1である。このとき、
流入口のシリカ含有水のシリカ濃度１９３.３mg／Ｌ、
流出口の処理水のシリカ濃度１０５.２mg／Ｌであり、
シリカの除去率は４５.６％であった。さらに、カラム
へのシリカゲル粒子の充填量と、シリカ含有水の流量を
調節することにより、空間速度ＳＶ６〜１,０８０ｈ^-1
に変動させ、流入口のシリカ含有水のシリカ濃度と流出
口の処理水のシリカ濃度を測定し、シリカの除去率を求
めた。実施例１の結果を、第１表に示す。

【０００９】

【表１】

【００１０】第１表に見られるように、本発明のシリカ
除去装置に、シリカ濃度１７８〜２００mg／Ｌのシリカ
含有水を、空間速度ＳＶ３〜１２０ｈ^-1で通水すると、
約３５〜５０％のシリカが除去されている。実施例２上部にシリカ含有水の流入口、下部に処理水の流出口を
設けた直径４０mm、長さ４００mmのアクリル樹脂製カラ
ムに、粒径４０〜７５μｍのシリカゲル粒子［和光純薬
工業(株)、ワコーゲルＣ−３００］１００mL（５２.２
ｇ）を充填した。このカラムに、シリカ濃度１８３.４m
g／Ｌのシリカ含有水を流量１００mL／分で通水した。
シリカ含有水の流速ＬＶ７.９６cm／分、シリカゲル粒
子との接触時間１分、空間速度ＳＶ６０ｈ^-1である。こ
のとき、流出口の処理水のシリカ濃度１００.８mg／Ｌ
であり、シリカの除去率は４５.０％であった。さら
に、シリカ含有水のシリカ濃度を１８８.９mg／Ｌ及び
１９３.３mg／Ｌとしたとき、処理水のシリカ濃度は１
０５.２mg／Ｌ及び１０９.６mg／Ｌであり、シリカ除去
率は４４.３％及び４３.３％であった。実施例３上部にシリカ含有水の流入口、下部に処理水の流出口を
設けた直径４０mm、長さ４００mmのアクリル樹脂製カラ
ムに、粒径１.７〜３.５mmのシリカゲル粒子［和光純薬
工業(株)、シリカゲル、中粒、乾燥用］１００mL（７
６.０ｇ）を充填した。このカラムに、シリカ濃度１９
８.８mg／Ｌのシリカ含有水を流量１００mL／分で通水
した。シリカ含有水の流速ＬＶ７.９６cm／分、シリカ
ゲル粒子との接触時間１分、空間速度ＳＶ６０ｈ^-1であ
る。このとき、流出口の処理水のシリカ濃度１６３.５m
g／Ｌであり、シリカの除去率は１７.８％であった。さ
らに、シリカ含有水のシリカ濃度を１９９.９mg／Ｌと
したとき、処理水のシリカ濃度は１７５.７mg／Ｌであ
り、シリカ除去率は１２.１％であった。比較例１上部にシリカ含有水の流入口、下部に処理水の流出口を
設けた直径４０mm、長さ４００mmのアクリル樹脂製カラ
ムに、粒径２.０〜３.０mmの合成ゼオライト［ＢＡＹＥ
Ｒ社、バイリットＷＥ８９４］１００mL（７０.７ｇ）
を充填した。このカラムに、シリカ濃度１８７.８mg／
Ｌのシリカ含有水を流量１００mL／分で通水した。シリ
カ含有水の流速ＬＶ７.９６cm／分、合成ゼオライトと
の接触時間１分、空間速度ＳＶ６０ｈ^-1である。このと
き、流出口の処理水のシリカ濃度１８５.６mg／Ｌであ
り、シリカの除去率は１.２％であった。さらに、シリカ
含有水のシリカ濃度を１９３.３mg／Ｌとしたとき、処
理水のシリカ濃度は１８４.５mg／Ｌであり、シリカ除
去率は４.６％であった。実施例２〜３及び比較例１の
結果を、第２表に示す。

【００１１】

【表２】

【００１２】第２表に見られるように、シリカ含有水を
合成ゼオライトを充填したカラムに通水した比較例１よ
りも、シリカゲル粒子を充填したカラムに通水した実施
例２〜３の方がシリカの除去率が高く、特に粒径４０〜
７５μｍの微細なシリカゲル粒子を用いた実施例２で
は、水中のシリカが効果的に除去されている。実施例４上部にシリカ含有水の流入口、下部に処理水の流出口を
設けた直径４０mm、長さ４００mmのアクリル樹脂製カラ
ムに、粒径４０〜７５μｍのシリカゲル粒子［和光純薬
工業(株)、ワコーゲルＣ−３００］１００mL（５２.２
ｇ）を充填した。このカラムに、シリカ濃度１８５.６m
g／Ｌのシリカ含有水を流量１００mL／分で通水した。
流出口の処理水のシリカ濃度１０２.３mg／Ｌであり、
シリカの除去率は４４.９％であった。実施例５カラムに、粒径０.５〜２.０mmのシリカゲル粒子［品川
化成(株)、セカードＯＷ、シリカアルミナ質ゲル］１０
０mL（５１.１ｇ）を充填し、実施例４と同様にして、
シリカ濃度１９７.７mg／Ｌのシリカ含有水を通水し
た。流出口の処理水のシリカ濃度１６３.９mg／Ｌであ
り、シリカの除去率は１７.１％であった。実施例６カラムに、粒径〜２０μｍのシリカゲル粒子［シオノギ
(株)、カープレックスＸＲ、ホワイトカーボン］１００
mL（２６.０ｇ）を充填し、実施例４と同様にして、シ
リカ濃度１８５.６mg／Ｌのシリカ含有水を通水した。
流出口の処理水のシリカ濃度１５９.２mg／Ｌであり、
シリカの除去率は１４.２％であった。実施例７カラムに、粒径０.３５〜１.７mmのシリカゲル粒子［和
光純薬工業(株)、シリカゲル、小粒、乾燥用］１００mL
（７１.０ｇ）を充填し、実施例４と同様にして、シリ
カ濃度１９７.７mg／Ｌのシリカ含有水を通水した。流
出口の処理水のシリカ濃度１７７.９mg／Ｌであり、シ
リカの除去率は１０.０％であった。実施例８カラムに、粒径１.７〜３.５mmのシリカゲル粒子［和光
純薬工業(株)、シリカゲル、中粒、乾燥用］１００mL
（７６.０ｇ）を充填し、実施例４と同様にして、シリ
カ濃度１９４.４mg／Ｌのシリカ含有水を通水した。流
出口の処理水のシリカ濃度１７０.５mg／Ｌであり、シ
リカの除去率は１２.３％であった。実施例９カラムに、粒径３.０〜６.０mmのシリカゲル粒子［和光
純薬工業(株)、シリカゲル、大粒、乾燥用］１００mL
（７６.０ｇ）を充填し、実施例４と同様にして、シリ
カ濃度１９４.４mg／Ｌのシリカ含有水を通水した。流
出口の処理水のシリカ濃度１７２.０mg／Ｌであり、シ
リカの除去率は１１.５％であった。比較例２カラムに、粒径０.３５〜１.０mmの天然ゼオライト［ク
ニミネ(株)、ゼオクリーン］１００mL（９５.２ｇ）を
充填し、実施例４と同様にして、シリカ濃度１９３.６m
g／Ｌのシリカ含有水を通水した。流出口の処理水のシ
リカ濃度１８５.５mg／Ｌであり、シリカの除去率は４.
２％であった。比較例３カラムに、粒径２.０〜３.０mmの合成ゼオライト［ＢＡ
ＹＥＲ社、バイリットＷＥ８９４］１００mL（７０.７
ｇ）を充填し、実施例４と同様にして、シリカ濃度１９
３.６mg／Ｌのシリカ含有水を通水した。流出口の処理
水のシリカ濃度１８５.２mg／Ｌであり、シリカの除去
率は４.３％であった。比較例４カラムに、粒径１〜５mmの活性アルミナ［キシダ化学
(株)、乾燥用アルミナ］１００mL（８３.８ｇ）を充填
し、実施例４と同様にして、シリカ濃度１８５.６mg／
Ｌのシリカ含有水を通水した。流出口の処理水のシリカ
濃度１７０.２mg／Ｌであり、シリカの除去率は８.３％
であった。実施例４〜９及び比較例２〜４の結果を、第
３表に示す。

【００１３】

【表３】

【００１４】第３表に見られるように、シリカ含有水
を、天然ゼオライト、合成ゼオライト又は活性アルミナ
を充填したカラムに通水した比較例２〜４では、シリカ
の除去率はいずれも１０％に達しないが、シリカゲル粒
子を充填したカラムに通水した実施例４〜９ではシリカ
の除去率は１０％以上であり、特に粒径４０〜７５μｍ
のシリカゲル粒子を用いた実施例４では、高いシリカ除
去率が達成されている。

【００１５】

【発明の効果】本発明のシリカ除去装置によれば、薬剤
を使用することなく、カラムの充填物の再生を行うこと
なく、簡単な装置により、容易にシリカ含有水中のシリ
カを除去してシリカ濃度を低減し、ビル空調、一般工
場、石油化学コンビナートなどの熱交換器などの冷却水
系のスケール発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のシリカ除去装置の一態様の模
式図である。

【図２】図２は、本発明のシリカ除去装置の設置場所の
一例を示す工程系統図である。

【符号の説明】

１シリカ含有水の流入口２処理水の流出口３シリカゲル粒子４カラム５熱交換器６冷却塔７ピット８ポンプ９シリカ除去装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリカ含有水の流入口と処理水の流出口を
有し、シリカゲル粒子が充填されたカラムを備えること
を特徴とするシリカ除去装置。