JP2002317282A

JP2002317282A - 海水接触構造物の防汚方法

Info

Publication number: JP2002317282A
Application number: JP2001117685A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Yano; 哲夫矢野; Akihiro Uchiumi; 明博内海; Toshihiko Oya; 利彦大家; Hideki Obika; 秀樹小比賀; Michifumi Yoneda; 理史米田
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2002-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】海水接触構造物、例えば発電所などで用いら
れる冷却用海水の取水管、海水輸送用配管、海水用バラ
ストタンク、船舶や湾岸構造物などに、フジツボや貽
貝、海藻などの大型付着性生物が付着するのを効果的に
防止する、海水接触構造物の防汚方法を提供する。【解決手段】海水接触構造物の表面を耐食性金属で被
覆した陰極と、それに対向して配置した陽極との間に直
流電流を通電することにより、前記導電性表面に炭酸カ
ルシウム及び水酸化マグネシウムを主成分とするエレク
トロコーティング層を形成させ、これに汚染物が付着し
たのち、前記電極間に逆電流を流し、エレクトロコーテ
ィング層を溶解除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、海水接触構造物、
例えば発電所などで用いられる冷却用海水の取水管、海
水輸送用配管、海水用バラストタンク、船舶や湾岸構造
物などに、フジツボや貽貝、海藻などの大型付着性生物
が付着するのを効果的に防止する、海水接触構造物の防
汚方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】海水中には、海水と接触する構造物に付
着して成長する多くの生物種が存在していることが知ら
れており、そして、これらは海洋付着性生物と呼ばれて
いる。付着性生物の中でもフジツボや貽貝などの大型付
着性生物は海水接触構造物表面に付着し、様々なトラブ
ルを引き起こしている。

【０００３】例えば、発電所施設で用いられている冷却
用取水管では、給水ポンプの能力低下や熱交換器の効率
低下、あるいは熱交換用配管内面に付着し、増殖した大
型生物が脱離して冷却管の閉塞などが生じる。また、船
舶では生物が付着すると、推進抵抗の増大、燃費の上昇
など好ましくない事態を将来する。

【０００４】従来、発電施設の取水管内面における防汚
対策として、防汚防食塗装が行われているが、この場合
は、ダイバーが水中に入って表面の錆や付着したフジツ
ボ、貽貝などの海洋付着性生物をスクレーパで粗落した
のち、動力工具を利用して磨きあげるなどして表面清浄
化を行い、その後防汚防食塗料が塗布される。しかしな
がら、これらの作業はダイバーにとって重労働である上
に、激しい波浪や気象条件によっては作業が不可能にな
るなどの問題があり、ダイバーによる補修作業は現実的
でない。また、付着性生物に起因する防汚対策として
は、例えば塩素化合物の定期的な注入や、シリコーン系
塗料の塗布が行われているが、これらの方法は長期間に
わたって満足しうる結果を示す方法としては不十分であ
り、より有効な防汚技術が求められている。

【０００５】近年、このような発電施設などの取水管や
船体、漁網などに付着性生物が付着するのを防止する手
段として、海水の電気分解により塩素化合物を発生させ
る電圧印加法が検討され、この方法においては、導電性
樹脂層を一方の電極とし、これと接触しないように対向
して配置した対極との間に直流を通電させる。ところ
で、上記導電性樹脂層としては、カーボンブラックやグ
ラファイトなどの導電性微粒子を合成樹脂に分散して形
成されたものを用いているが、この導電性樹脂層に海水
中で電位を印加すると、海水が電気分解して有害な塩素
が発生し、発生した塩素ガスは海水構造物の金属部分の
腐食を促進したり、有用な養殖魚の成長阻害をもたらす
上に、生態系を損なう原因になる。

【０００６】そのほか、塩素などの有害物質を発生させ
ないで電気化学的に付着性生物を制御する方法、海中構
造物に塗布した導電性樹脂層と接触しないように対向し
て配置した対極との間に、直流を通電する方法も提案さ
れている。そして、この方法においては、塩素ガスを発
生させないために、広い面積にわたって、塩素発生電位
以下に電位を制御することが必要である。

【０００７】さらに、取水管や海中構造物に使用される
鋼材にエレクトロコーティング層を形成し、付着性生物
や錆と共にエレクトロコーティング層を剥離させること
により、大型生物の付着を防止する方法も知られてい
る。この方法においては、海中構造物である鉄鋼部材を
陰極とし、海中に陽極を配置して、両電極間に直流電流
を流し、該鉄鋼部材の表面に炭酸カルシウムと水酸化マ
グネシウムを主成分とするエレクトロコーティング層を
形成させ、そしてこのエレクトロコーティング層表面に
付着性生物を付着させる。その直流電流を増加させる
と、陰極表面の境界層内は海水の電解によって強アルカ
リ性条件となり、かつ陰極表面から微量の水素などの還
元性物質が発生する。そして、この還元性物質の還元作
用により、錆（酸化鉄）などのスケールは脱酸素状態に
なって鉄分が遊離し、脆弱な状態に変質する。その結
果、鉄鋼部材の表面素地に対するスケールの付着力が低
下して、次第に素地表面から浮いた状態となり、潮流な
どの外力によって自然に剥離し、重力によって脱落す
る。この際、錆を介して付着した生物などのスケールも
同時に剥離脱落する。

【０００８】しかしながら、このような方法において
は、鉄鋼部材表面の酸化層を頻繁に除去する場合には、
鉄鋼部材自体の孔食などの腐食により、該部材の厚さが
次第に減少する。また、長期間において鉄鋼材料表面の
スケールを除去しない場合、剥離した大型付着性生物が
取水管内などに堆積するという問題が生じる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、海水接触構造物、例えば発電所などで用
いられる冷却用海水の取水管、海水輸送用配管、海水用
バラストタンク、船舶や湾岸構造物などに、フジツボや
貽貝、海藻などの大型付着性生物が付着するのを効果的
に防止する、海水接触構造物の防汚方法を提供すること
を目的としてなされたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、海中構造
物の防汚方法について鋭意研究を重ねた結果、海水接触
構造物の防汚面を陰極とし、それに対向して配置された
陽極との間に、直流電流を流して該防汚面にエレクトロ
コーティング層を形成させ、これに防汚物が付着したの
ち、両電極間に逆電流を流し、該エレクトロコーティン
グ層を溶解除去することにより、その目的を達成しうる
ことを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに
至った。

【００１１】すなわち、本発明は、海水接触構造物の表
面を耐食性金属で被覆した陰極と、それに対向して配置
した陽極との間に直流電流を通電することにより、前記
導電性表面に炭酸カルシウム及び水酸化マグネシウムを
主成分とするエレクトロコーティング層を形成させ、こ
れに汚染物が付着したのち、前記電極間に逆電流を流
し、エレクトロコーティング層を溶解除去することを特
徴とする海水接触構造物の防汚方法を提供するものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】代表的な海洋大型付着性生物であ
るフジツボの場合、海水接触構造物に直接付着するので
はなく、まず海洋細菌類の付着増殖を経て形成されるバ
イオフィルム上にフジツボの幼生が付着する。この付着
後、変態、成熟を経て約２か月間で性的成熟に達する。
したがって、エレクトロコーティング層を形成及び溶解
除去する本発明の防汚方法においては、７〜６０日の周
期で該エレクトロコーティング層の形成と溶解を繰り返
すことが望ましい。

【００１３】海水接触構造物として鉄鋼部材に本発明方
法を適用する場合、鉄鋼部材の腐食による薄肉化が問題
となる。この場合には、鉄鋼部材の防汚面に、耐食性金
属材料、例えばチタンなどの耐食性金属やその合金から
なる層を形成することにより、該鉄鋼部材の腐食による
薄肉化を生じることなく、防汚機能を発揮することがで
きる。該金属やその合金は、耐食性に優れる上、電位印
加による溶解がなく、極めて安定であり、かつ耐摩耗性
に優れることから、長期間にわたる防汚が可能となる。
さらに、該金属やその合金は抵抗値が低いことから、大
面積で使用しても電位低下が少なく、大型の海水接触構
造物の防汚が可能となる。

【００１４】本発明方法においては、海水接触構造物の
導電性表面からなる陰極と対極の陽極との間に、７〜６
０日にわたって微弱な直流電流を流すと、該導電性表面
に炭酸カルシウム及び水酸化マグネシウムを主成分とす
る、厚さが３０〜２５０μｍ程度のエレクトロコーティ
ング層が形成する。防汚面は導電性金属材料からなるも
のが好ましく、それにより電位分布が均一となり、その
結果、該エレクトロコーティング層の厚さが均一とな
る。このようにして形成されたエレクトロコーティング
層の表面や内部に汚染物、例えば海洋付着性生物の幼
生、細菌類、ケイ藻類などが付着する。

【００１５】次に、前記の海水接触構造物の導電性表面
を陽極とし、かつ前記対極を陰極とし、両電極間に逆電
流を流すことにより、防汚面の境界層内は海水電解によ
って強酸性の雰囲気となり、炭酸カルシウム及び水酸化
マグネシウムを主成分とするエレクトロコーティング層
を効果的に溶解させることができる。このエレクトロコ
ーティング層の溶解と共に、それに付着していた付着性
生物の幼生、細菌類、ケイ藻類などは海水中に分散す
る。これらの付着性生物は、付着後２か月以内の微細な
ものであり、これらが取水管などに堆積して問題となる
ことはない。

【００１６】本発明方法においては、前記逆電流の切換
えのタイミングを、電気抵抗値をモニタリングして定め
るのが有利である。これにより、季節や気温などの気象
条件による対応を容易に行うこともできる。

【００１７】

【発明の効果】本発明方法によれば、海水接触構造物の
防汚面を陰極として、エレクトロコーティング層を形成
させ、それに汚染物が付着したのち、該防汚面を陽極と
して、エレクトロコーティング層を溶解除去することに
より、該汚染物も容易に海水中へ分散させることができ
る。このエレクトロコーティング層の形成と溶解を７〜
６０日の周期で繰り返すことにより、大型付着性生物を
取水管などに堆積させることなく、効果的に防汚するこ
とができる。また、防汚面にチタンなどの耐食性金属や
その合金を用いることにより、構造物の腐食による薄肉
化が生じることなく、長期間にわたって防汚機能を発揮
することができる。

【００１８】これに対し、防汚面に鉄鋼材料を用いる方
法では、防汚面を陽極にすると腐食が加速されるため、
頻繁なエレクトロコーティング層の除去には問題があ
る。また、従来法のように、防汚面を陰極として電流値
の制御でエレクトロコーティング層の形成と剥離をコン
トロールするには、高度な制御技術を必要とする。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の実施態様について、添付図面
に従って説明する。

【００２０】図１は、本発明方法を実施するための装置
の１例の説明図であって、海水流入口５と海水流出口６
を有する容器に収容された海水１中に、被防汚導電性材
料２と対極３が配置され、それらの間に直流電源４によ
り直流を印加しうる構成となっている。前記の被防汚導
電性材料２及び対極３としては、５０ｍｍ×５０ｍｍの
チタン板を使用した。なお海水１中には、ナトリウムイ
オン（Ｎａ⁺）、カルシウムイオン（Ｃａ²⁺）、マグネ
シウムイオン（Ｍｇ²⁺）、塩素イオン（Ｃｌ^-）、炭酸
イオン（ＨＣＯ^3-）などが存在している。前記の被防汚
導電性材料２を陰極とし、これと対極３の間に、直流電
源４より電流密度１Ａ／ｍ²で直流電流を通電すると、
被防汚導電性材料２の表面付近で水の電気分解が行わ
れ、水素（Ｈ₂）と水酸イオン（ＯＨ^-）が生成する。水
素は空気中に発散し、水酸イオン（ＯＨ^-）はｐＨ値を
上昇させ、被防汚導電性材料２の表面近傍ではアルカリ
性となる。

【００２１】図２は、海水中の被防汚導電性材料上への
エレクトロコーティング層形成の初期段階の１例を示す
模式図である。被防汚導電性材料２を陰極とし、これと
対極３（図示せず）との間に、直流電源４より直流電流
を通電すると、前述のように被防汚導電性材料２の表面
近傍ではアルカリ性となる。海水中におけるｐＨ値が８
を超えるアルカリ性下では、海水中のカルシウムイオン
は固体の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）となり、水酸化
マグネシウム［Ｍｇ（ＯＨ₂）］との複合体を主成分と
するエレクトロコーティング層７が被防汚導電性材料２
上に形成し始める。電流密度１Ａ／ｍ²において、約５
μｍ／日である。

【００２２】図３は、海水中の被防汚導電性材料上への
エレクトロコーティング層形成と付着性生物の付着状況
の１例を示す模式図である。被防汚導電性材料２を陰極
とし、これと対極３との間に直流電源４により電流密度
１Ａ／ｍ²で直流電流を３０日間通電することにより、
被防汚導電性材料２上に、厚さ約１２０μｍのエレクト
ロコーティング層７が形成し、その表面にはケイ藻類を
含むバイオフィルム層８が付着していた。

【００２３】図４は、海水中の被防汚導電性材料上での
エレクトロコーティング層の溶解と付着した付着性生物
の分散状況を示す１例の模式図である。被防汚導電性材
料２を陰極とし、これと対極３との間に、直流電源４よ
り電流密度１Ａ／ｍ²で直流電流を通電し、被防汚導電
性材料２上にエレクトロコーティング層７の形成を３０
日間行ったのち、被防汚導電性材料２を陽極とし、対極
３を陰極とし、両電極間に直流電源４より０．７Ｖの電
圧を印加して逆電流を流した。これにより、被防汚導電
性材料２近傍の海水は、水素イオン（Ｈ⁺）が生成して
酸性となり、ＣａＣＯ₃とＭｇ（ＯＨ）₂を主成分とする
エレクトロコーテイング層が溶解すると共に、それに付
着していた付着性生物層９が分散した。

【００２４】図５は、本発明方法における被防汚導電性
材料への電圧印加状況の１例を示すグラフである。被防
汚導電性材料を陰極として電流密度１Ａ／ｍ²で直流電
流を通電し、エレクトロコーティング層の形成を３０日
間行ったのち、被防汚導電性材料を陽極とし、０．７Ｖ
の電圧を印加した。

【００２５】図６は、本発明方法における被防汚導電性
材料上のエレクトロコーティング層厚の時間変化状況の
１例を示すグラフである。被防汚導電性材料を陰極と
し、電流密度１Ａ／ｍ²で直流電流を通電し、エレクト
ロコーティング層の形成を３０日間行ったのち、被防汚
導電性材料を陽極とし、０．７Ｖの電圧を印加すること
により、約７日間でエレクトロコーティング層の溶解が
認められた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための装置の１例の説
明図。

【図２】海水中の被防汚導電性材料上へのエレクトロ
コーティング層形成の初期段階の１例を示す模式図。

【図３】海水中の被防汚導電性材料上へのエレクトロ
コーティング層形成と付着性生物の付着状況の１例を示
す模式図。

【図４】海水中の被防汚導電性材料上でのエレクトロ
コーティング層の溶解と付着した付着性生物の分散状況
を示す１例の模式図。

【図５】本発明方法における被防汚導電性材料への電
圧印加状況の１例を示すグラフ。

【図６】本発明方法における被防汚導電性材料上のエ
レクトロコーティング層厚の時間変化状況の１例を示す
グラフ。

【符号の説明】

１海水（流水）２被防汚導電性材料３対極４直流電源５海水流入口６海水流出口７エレクトロコーティング層８付着性生物層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大家利彦香川県高松市林町2217番14 独立行政法人産業技術総合研究所四国センター内 (72)発明者小比賀秀樹香川県高松市林町2217番14 独立行政法人産業技術総合研究所四国センター内 (72)発明者米田理史茨城県つくば市東１丁目１番地１独立行政法人産業技術総合研究所つくばセンター内Ｆターム(参考） 4K060 AA03 BA02 BA22 BA39 CA06 DA07 EA01 EA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】海水接触構造物の表面を耐食性金属で被
覆した陰極と、それに対向して配置した陽極との間に直
流電流を通電することにより、前記導電性表面に炭酸カ
ルシウム及び水酸化マグネシウムを主成分とするエレク
トロコーティング層を形成させ、これに汚染物が付着し
たのち、前記電極間に逆電流を流し、エレクトロコーテ
ィング層を溶解除去することを特徴とする海水接触構造
物の防汚方法。
【請求項２】エレクトロコーティング層の形成及び溶
解を７〜６０日の周期で繰り返す請求項１記載の防汚方
法。
【請求項３】電気抵抗値をモニタリングして逆電流の
切換えのタイミングを定める請求項１又は２記載の防汚
方法。