JP2006198583A - 水系の電解処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水系の水を電解装置に通水して電解処理する方法において、系内のスケール成分を適正量除去すると共に、電解装置からの流出水中に塩素系酸化剤が適正量含有されるように電解処理することができる電解処理方法及び装置を提供する。
【解決手段】電解処理工程にあっては、陽極３、陰極４間に電圧を印加し、第１の電解装置１あるいはさらに第２の電解装置１Ｂに貯水槽５１からの水を循環通水し、電解処理する。陰極４の近傍では水素が発生してアルカリ性となる。陰極４の近傍で重炭酸イオンが炭酸イオンに解離し、Ｃａイオン及びＭｇイオンより炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムが生成し、これらが電極表面に析出することからスケール化傾向が低減される。第２の電解装置１Ｂは、スケール析出専用のものである。循環水中の酸化還元電位が所定範囲となるように第１の電解装置１を制御し、ｐＨが所定範囲となるように第２の電解装置１Ｂを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は循環型冷却水系などの水系におけるスケール析出を防止するための電解処理方法及び装置に係り、特に、電解装置内にてスケールを析出させて水系から除去すると共に、塩素系酸化剤を生成させるようにした電解処理方法及び装置に関する。

工場、ビルなどのコンプレッサー、冷凍機で発生した廃熱は、熱交換器を介して冷却水（冷却媒体）で冷却されている。熱交換器において、廃熱との熱交換で温度が上昇した冷却水は開放型冷却塔で空気と接触することで蒸発して放熱、冷却され、再び熱交換器に循環される。従って、このような循環型冷却水系では、冷却塔で蒸発ないし飛散して減少した水量に相当する補給水が補給されて運転が行われている。

しかし、そのままでは補給水中に含有されるスケール成分が冷却水系内で濃縮されて、その溶解度を超え、熱交換器の伝熱面、冷却塔の充填材や底部或いは配管にスケールとして析出して付着し、熱交換効率の低下、通水抵抗の増加といった様々な運転障害を引き起こす。

そこで、系内をスケール析出が起こらない濃縮倍率に相当する導電率を上限とし、その導電率に達したならば、冷却塔の底部から、濃縮された冷却水をブロー水として系外へ排出し、補給水で全体を希釈することにより、循環冷却水を一定の水質で運転管理することが行われている。ここで、ブロー水量を多くして、系内のスケール成分濃度を低くして運転すると、補給水を多く必要として上下水道料金が過大となる。反対に、ブロー水量を少なくして高濃縮運転を行うと、冷却水中のスケール成分が溶解度を超え難溶塩のスケールが析出することとなる。

従来、このような冷却水系内のスケール析出を防止するために、リン酸系薬剤やカルボン酸系など各種ポリマーよりなるスケール防止剤を添加することが行われている。

これら薬剤処理は効果が認められる一定濃度で連続注入するので、補給水濃度に負荷変動が生じた場合、季節によって塩素消費速度が変動した場合には、処理効果が不足する場合や過剰処理となる場合が生じる。一般的には処理不足でスケール付着やスライム付着が生じて、問題となる場合が多いので、薬品注入量は過剰気味とする。したがって、薬剤コストが過大となるばかりか、薬剤が溶存したブロー水はＣＯＤやリン化合物を含有しており、放流域に住む水生生物へ影響を与える可能性があることから、下水道放流又は水処理が必要となるという問題もあった。

このようなスケール防止剤を使用しない方法として、物理的スケール防止技術が提案されている。

例えば、特開２００３−１９０９８８号公報には、冷却水系の補給水または循環水を、極性が変わるバイポーラ電極を有する電解装置に通水し、補給水または循環水に含まれるスケール成分を微小な結晶として析出させることにより、冷却水系におけるスケール付着、特に伝熱面におけるスケール付着を防止する方法が記載されている。

この電解装置においては、カルシウムイオン、マグネシウムイオン等の陽イオンは導電性粒子の陰極側に集まり、炭酸イオン、シリカなどは陽極側に集まる。陰極付近が高ｐＨのため、陰極付近でスケールが析出する。正負の極性を逆に変換すると陰極は陽極となり、電極表面のｐＨが低下する。このため、析出したスケールは電極近傍で溶解して溶液中へ流れ出る。この結果、非常に微細な結晶が冷却水中に分散したものとなる。この微細結晶が核となってスケール成分が析出する。極性を変換しながら電解を継続することにより、被処理水中のスケール成分がこの微細結晶上に析出することにより、循環水のスケール傾向が低減され、伝熱面等へのスケール付着が防止される。

即ち、上記特開２００３−１９０９８８号公報の電解装置を備えた冷却水系において、電解装置で生じた微粒子を含んだ冷却水は熱交換器や冷却塔へ送り込まれ、その部位において溶解度が過飽和状態になる。過飽和状態において新たに結晶核を生成するために必要なエネルギーと既に存在する結晶を元に結晶成長するために必要なエネルギーでは既に存在する結晶を元に成長する方がはるかに必要なエネルギーが小さいので、流れてきたスケール成分の微粒子を種晶としてその上にスケール成分が析出する。そして、微細結晶は堆積するまでは成長せずにブローラインより排出される。

また、特表２００１−５０２２２９号公報には、円筒形容器内に黒鉛よりなる１対の電極を配置すると共に、該電極間に黒鉛等の炭素質材料よりなる導電性の粒子と、シリカ、ガラス、プラスチック等の非導電性の粒子とを混合充填し、この電極間に通電しつつ円筒形容器に水を通水させてスケール生成を低減する方法が記載されている。同号の記載によると、この通電処理によりアルカリが生成し、このアルカリによって結晶核が生成し、スケール生成傾向が低下する。このスケール防止方法では、アルカリ領域でスケール微細結晶の生成と共に電極へのスケール付着も起こり、定期的な洗浄が必要となる。この洗浄方法として、一定時間で電極を極性転換し、アルカリ側でスケール付着した電極が酸性領域となりスケールを剥離・溶解させる技術がある。

しかしながら、電極の極性を転換させる方法では、極性転換によって陽極と陰極が反転するために電極自体の酸化・還元が繰り返され、電極が劣化し易い。電極の多くは酸化・還元どちらかの用途で用いられるが、両極で用いる場合、極性転換の時間によっては電極としての機能を果たす時間が非常に短くなる。例えば、グラファイト電極の場合、陽極で電極自身が酸化され、グラファイト粉末が流出して劣化する。不溶性電極としてよく使用される白金酸化物やイリジウム酸化物を被覆したチタン電極では、陽極での酸化には耐性を有するが、陰極では酸化物が剥離して劣化が進み易い。電極の交換を頻繁に行うことで上記問題は解決されるが、それに要する電極費が過大となる。

特開２０００−１４０８４９号公報には、凹凸の金属電極ユニットを備えた電解装置に被処理水を通してスケール成分を陰極面に析出させ、さらに極性反転して析出したスケール成分を系外へ除去する装置および方法が記載されている。この方法の問題点は、極性転換により電極が劣化し易いこと、及び、極性転換のみでは、付着したスケールの除去性が不十分なことである。即ち、一定量のスケールが電極に付着してから極性転換したときには、スケールが付着した部分が非導電性となり、電流に分布が生じる。従って、スケールが溶解する酸性領域が形成されるのはスケールが付着していない部分からとなり、スケールの剥離・溶解に時間がかかる。

特開２００４−１３２５９２号公報には、電解により循環水を処理し、電極表面にスケールが付かないように被処理水中の電気伝導度を計測しながら、ＣａＣＯ_３換算で２５０ｍｇ／Ｌ以下となるように保持する方法が記載されている。しかしながら、この方法では塩素の発生量を制御することができず、被処理水の塩素消費量が著しく低い場合には配管、熱交換器が腐食する恐れがある。
特開２００３−１９０９８８号公報 特表２００１−５０２２２９号公報 特開２０００−１４０８４９号公報 特開２００４−１３２５９２号公報

陽極での塩素系酸化剤の生成と陰極でのスケールの析出とを同時に行う水系の電解による水処理方法及び装置においては、補給水質、濃縮倍率等の運転条件、あるいは季節による塩素必要量が様々に変化するため、スケール析出能力が足りない場合が生じることがある。

スケール析出能力が不足して水系のスケール成分濃度が過度に高くなると、水系にスケールが析出する。一方、水系からスケール成分を過剰に除去すると、水系の機器や配管に腐食が生じ易くなる。

本発明は、水系の水を電解装置に通水して電解処理する方法及び装置において、系内のスケール成分を適正量除去すると共に、電解装置からの流出水中に塩素系酸化剤が適正量含有されるように電解処理することができる電解処理方法及び装置を提供することを目的とする。

請求項１の水系の電解処理装置は、第１の陰極及び第１の陽極を有する第１の電解装置に被処理水を通水して電解し、該第１の陰極表面にスケールを析出させると共に、該第１の陽極で塩素系酸化剤を生成させる水系の電解処理装置において、第２の陰極及び第２の陽極を有し、前記被処理水が通水され、実質的に該第２の陽極で塩素系酸化剤を生成させることなく該第２の陰極の表面にスケールを析出させる第２の電解装置を備えたことを特徴とするものである。

請求項２の水系の電解処理装置は、請求項１において、前記第２の電解装置の陽極は、少なくとも表面が白金よりなることを特徴とするものである。

請求項３の水系の電解処理装置は、請求項１又は２において、水系のｐＨが所定範囲となるように少なくとも第２の電解装置への通電を制御する制御手段を備えたことを特徴とするものである。

請求項４の水系の電解処理方法は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の水系の電解処理装置を用いて被処理水の電解処理を行うことを特徴とするものである。

請求項５の水系の電解処理方法は、請求項４において、水系の酸化還元電位及びｐＨを検出し、酸化還元電位が所定範囲に入るように前記第１の電解装置への通電を制御し、ｐＨが所定範囲に入るように前記第２の電解装置への通電を制御することを特徴とするものである。

本発明方法及び装置によって水系におけるスケール析出を防止する場合には、水系の水を電解装置に通水して電解処理する。この電解処理により、スケールが陰極に析出し、これにより水系へのスケール析出を防止できる。

即ち、この電解装置において水は以下のように電解される。
陽極：２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻
陰極：４Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻＋２Ｈ_２

この反応により陰極近傍では水素及び水酸化物イオンが発生してアルカリ性となる。このため、陰極近傍で重炭酸イオンが炭酸イオンに解離し、Ｃａイオン及びＭｇイオンより炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムが生成し、これらがスケールとして陰極表面に析出することから水系のスケール化傾向が低減される。従って、被処理水をこの電解装置に通水することにより、水のスケール生成傾向が低下する。

本発明の電解処理方法及び装置によると、薬品を使用せずに水中のスケール成分を所定濃度で運転することができるため、熱交換部や冷却塔にスケールが析出することが防止ないし抑制されると共に、腐食の低減が可能となる。また、補給水の硬度が高い地方においては高濃縮運転が可能となり、節水に繋がる。

また、補給水には塩化物イオンなどの塩素成分が含まれているので、電解処理により陽極で次亜塩素酸などの酸化剤が発生する。これにより、水系における水の殺菌を行うことができる。

本発明では、第１の電解装置が、電解処理によりスケール析出と塩素系酸化剤生成との双方を行うものである。また、第２の電解装置は、電解処理により実質的に、即ち主として又は専らスケール析出のみを行うものである。第２の電解装置は、陽極単位面積当りの塩素系酸化剤発生能力が塩素換算で０．０１ｍｏｌ／ｄｍ^２／ｈｒ以下であることが好ましい。

従って、本発明の一態様においては、水の酸化還元電位が所定範囲となるように第１の電解装置への通電を制御し、水系のｐＨが所定範囲となるように第２の電解装置への通電を制御する。

一般に、溶液の腐食・スケール傾向を計るインデックスであるランジェリア指数（以下ＬＳＩと記載する。）は、正の値になるほどスケール析出傾向となり、負の値になるほど腐食傾向となり、０のときにどちらの傾向も示さない。本発明では、第１の電解装置により硬度成分と重炭酸イオンの両方を除去してｐＨを下げることにより、ＬＳＩを正の値、特に０．５〜１．５となるようにコントロールするのが好ましい。ＬＳＩを正の値、特に０．５〜１．５に管理しておくと、循環水中のスケール成分は析出しにくい。

なお、水系の水質に大きな変動がない場合、ＬＳＩは水系のｐＨによってほぼ定まるので、実際は水系のｐＨのみを制御することによりＬＳＩを上記範囲に収めることができる。

本発明では、第１の電解装置で電解を行うと、陽極側では、水中の塩化物イオンが酸化されて、塩素ガスが発生する。ｐＨ４以上ではその塩素ガスが水に溶解して次亜塩素酸となる。この次亜塩素酸はｐＨが８以上となると８０％が次亜塩素酸イオンに解離していく。これらは酸化力が強いために水中のスライムやカビなどの殺菌をすることができる。この塩素発生量は電流密度によって操作することができる。

第１の電解装置における電流密度と塩素発生速度及びスケール析出速度との間には、概略的に図３に示される関係がある。即ち、電流密度と塩素発生速度とはほぼ比例する。スケール析出速度は、電流密度が小さい範囲では略比例するが、やがて電流密度がａの範囲になると頭打ちとなり、さらに電流密度がａの範囲よりも大きくなると、逆にスケール析出速度が低下してくる。電流密度とスケール析出速度との間にこのような頭打ち、あるいは逆比例の関係があるのは、電流密度を上げすぎると水素ガスが陰極近傍に多く発生しすぎてスケール成分の接近を妨げ、その結果、陰極表面で生じたスケールの核が電極表面に付着せずに系内に流れてしまうため、スケール析出速度は下がるためである。

この塩素発生量の制御を行うには、水系内の残留塩素濃度と酸化還元電位（ＯＲＰ）値との相関を予め把握しておき、残留塩素濃度が所定範囲となるようにＯＲＰ検出値に基づいて電解装置への通電を制御するのが好ましい。

なお、水系の濃縮倍数を所定範囲、好ましくは略一定となるように濃縮管理を行うことにより、補給水コストの低減と共に、スケール析出防止、腐食防止、スライム付着防止を図ることができる。濃縮倍数の管理は、循環水の導電率が所定範囲となるように行ってもよいが、補給水量に対するブロー水量を調整して濃縮倍数の管理を行うことが、正確な濃縮倍数管理を行う上で好ましい。

本発明で用いる第２の電解装置は、前記の通り、主として、又は専らスケールを生成させるものである。このスケール析出用の第２の電解装置は、第１の電解装置と同様の構成を有し、陽極の少なくとも表面が白金にて構成されたものが好ましい。

本発明は循環冷却水系に適用するのに好適であるが、逆浸透膜分離装置で濃縮排水（ブライン）を給水側へ循環させるようにした水系などにも適用可能である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１（ａ）は実施の形態に用いられた第１の電解装置の系統図、図１（ｂ）は同（ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、図２は冷却水系の概略的な系統図である。図４は第２の電解装置の構成図である。

図２の通り、水はクーリングタワー５０で冷却され、貯水槽５１に貯留される。この冷却水が循環ポンプ５２を介して熱交換器５３へ送られ、熱交換後、クーリングタワー５０で冷却され、貯水槽５１に戻される。

この貯水槽５１内の水をポンプ５５及び配管５６を介して第１の電解装置１あるいはこれと共に第２の電解装置１Ｂに通水し、電解処理した後、配管５７を介して貯水槽５１に戻す。

図示はしないが、貯水槽５１には導電率計が備えられており、また、ブロー弁を有したブローラインと、給水弁（例えばボールタップ）を有した補給水ラインとが接続されている。この導電率計の検出値が制御器６０に入力されている。制御器６０は、予め設定された導電率の範囲になるように補給水量に対するブロー量の割合を調整して冷却水系の濃縮倍数が所定範囲、好ましくは略一定となるようにブロー弁及び給水弁を制御する。

貯水槽５１にはｐＨ計５８とＯＲＰ計（酸化還元電位計）５９とが設けられ、これらの検出値が制御器６０に入力されている。この制御器６０は、これらの検出値に基づいて電解装置１，１Ｂ及びそれらへの通水用の弁５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂを制御する。

なお、図２では電解装置１，１Ｂがいずれも１基ずつ設置されているが、これらは２基以上並列に設置されてもよいし、直列に設置されてもよい。

次に、図１を参照して第１の電解装置１の構成について説明する。

電解装置１は、ケーシング２内に２個の陽極３と３個の陰極４とを交互に配置し、陽極３と陰極４との間の通水スペース５に貯水槽５１からの水を通水して電解処理するよう構成している。この実施の形態では、多孔質の板よりなる陰極４が３枚、相互間に間隔をあけて配置され、各陰極４，４間にそれぞれ板状の陽極３が配置されている。ただし、陰極４は多孔体に限定されず、板状やスケールを捕捉しやすい形であれば特に限定されない。

陰極４を構成する多孔体の材料としては、導電性を有し、酸に不溶な材料が好ましく、具体的にはガラス質炭素、不溶性金属、金属酸化物、ＳＵＳなどの金属複合物が好適である。なお、多孔体電極の空隙率は３０〜９７％の範囲が好ましく、特に８０〜９７％が好適である。陽極には不溶性の金属電極、耐酸化性のある電極を使うのが好ましく、具体的には、イリジウムを被覆したチタン電極が好ましい。なお、電解処理工程において、陽極３と陰極４とに印加する電圧を反転させないので、イリジウムを被覆したチタン電極を陽極に用いることができる。

なお、スケール析出用の第２の電解装置２の陽極の素材としては、塩素を発生しない電極であれば特に限定されず、例えば、白金をチタンまたはステンレスに被覆したもの、あるいはチタン、ＳＵＳ、マグネシウム合金、グラファイト、ダイヤモンドなどが挙げられるが、特に白金をチタンまたはステンレスに被覆したものは、溶出せず、寿命が長いため適している。

陽極３と陰極４との間隔は３〜２０ｍｍ特に５〜１０ｍｍが好適である。

ケーシング２の下端側の流入口は、前記被処理水導入用の配管５６に対し弁５６ａを介して接続されている。ケーシング２の上端側の流出口は、電解処理水流出用の配管５７に対し弁５７ａを介して接続されている。

ケーシング２内の該下端側にパンチングメタル等よりなる２枚の多孔板６，６が板面を略水平として配置され、配管５６からの流入水を各スペース５に分散させて流入させるようにしている。なお、この多孔板６，６間が炭酸ガス溶解水の流入スペース７となっている。

ケーシング２内の上端側にパンチングメタル等よりなる多孔板８が板面を略水平として配置されており、この多孔板８の上側に炭酸ガス溶解水の集合用スペース９が形成されている。このように流出側にも多孔板８を配置することにより、各スペース５の流れをより均等なものとすることができる。

陰極４に付着したスケールを溶解させるために炭酸ガス溶解水を該ケーシング２内に供給する炭酸ガス溶解水供給装置が設置されている。この炭酸ガス溶解水供給装置は、液化炭酸ボンベ２１が弁２２を介して接続された溶解タンク２３と、該溶解タンク２３内から炭酸ガス溶解水を送り出すポンプ２４と、該ポンプ２４の吐出側に接続されたエゼクタ２５と、該エゼクタ２５の吸気口と溶解タンク２３の上部とを連通する炭酸ガス供給用配管２６等を有する。溶解タンク２３には圧力ゲージ２７が設けられている。

このエゼクタ２５の吐出側は前記ケーシング２の流入スペース７に三方弁２９及び配管２８を介して接続されている。ケーシング２の前記集合用スペース９と溶解タンク２３の上部とは、配管３０及び三方弁３１を介して接続されている。

この溶解タンク２３内の上部のガス圧が所定圧となるようにボンベ２１から炭酸ガスが供給される。弁２９，３１を操作してタンク２３を各室７，９に連通させてポンプ２４を作動させると、溶解タンク２３内の水がエゼクタ２５に供給され、配管２６を介して吸い込まれた炭酸ガスがエゼクタ２５の吐出水中に巻き込まれ、その一部は水中に溶解する。この炭酸ガス溶解水が配管２８からケーシング２内を通った後、配管３０を介して溶解タンク２３に循環される。このときの循環流速は０．０５〜３ｍ／ｓｅｃ、好適には１〜２ｍ／ｓｅｃとする。流速が速いほど、スケール表面上の拡散層が薄くなり、かつ表面への剪断力が強くなり、水中のＣＯ_２がスケールに到着し易くなる。

第２の電解装置１Ｂは、上記電解装置１と同一の構成となっており、陽極はチタン又はステンレスを白金で被覆したものを用いている。この陽極の電流密度を低くする（例えば５Ａ／ｄｍ^２以下とする）ことにより、陽極では電解時に塩素は殆ど発生しないようになる。

図２の通り、この第２の電解装置１Ｂの下端側の流入口は、弁５６ｂを介して配管５６に接続され、上端側の流出口は弁５７ｂを介して配管５７に接続されている。第２の電解装置１Ｂのスペース７，９は図１（ａ）の通り三方弁２９，３１に対し接続されている。

次に、この電解装置１，１Ｂを用いた電解処理工程と、そのスケール除去工程について各々詳細に説明する。

この実施の形態では、循環水中のＯＲＰ値が所定範囲に納まるように第１の電解装置１への通電を行うと共に、循環水中のｐＨが所定範囲に納まるように第２の電解装置１Ｂへの通電を制御（例えばＯＮ／ＯＦＦ）する。

［電解処理工程］
電解処理工程において各電解装置１，１Ｂを稼動させる場合は、各電解装置１，１Ｂの陽極３、陰極４間に電圧を印加すると共に、弁５６ａ，５７ａ及び５６ｂ，５７ｂを開とする。三方弁２９，３１は各電解装置１，１Ｂの流入スペース７及び集合用スペース９とタンク２３とをいずれも遮断するように操作される。貯水槽５１からの水は、前記ポンプ５５、配管５６を介して各電解装置１，１Ｂに通水され、電解処理された後、配管５７を介して貯水槽５１に戻される。

この電解処理工程にあっては、各電解装置１，１Ｂの通水スペース５内の陰極４の近傍では水素及び水酸化物イオンが発生してアルカリ性となる。このため、陰極４の近傍で重炭酸イオンが炭酸イオンに解離し、Ｃａイオン及びＭｇイオンより炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムが生成し、これらがスケールとして電極表面に析出する。

従って、貯水槽５１内の水をこの電解装置１，１Ｂに通水することにより、循環冷却水のスケール生成傾向が低下する。また、スケールが主に炭酸塩として析出することにより、系内の硬度成分だけでなく重炭酸イオンも除去して循環水のｐＨが低下する。

なお、循環水中のｐＨが所定範囲に納まっているときには、第２の電解装置１Ｂを停止（弁５６ｂ，５７ｂを開のままとし、通電を停止）し、第１の電解装置１のみを上記のように稼動させる。

上記電解を行うと、第１の電解装置１の陽極３側では、循環水中の塩化物イオンが酸化されて、塩素ガスが発生する。ｐＨ４以上ではその塩素ガスが循環水に溶解して次亜塩素酸となる。この次亜塩素酸はｐＨが８以上となると８０％が次亜塩素酸イオンに解離していく。これらは酸化力が強いために循環水中のスライムやカビなどの殺菌をすることができる。この塩素発生量は、第１の電解装置１をＯＮ，ＯＦＦさせるか、又は第１の電解装置１の電流密度を調整することによって操作することができる。なお、第２の電解装置１Ｂでは、電解時に塩素を発生させない陽極を用いるため、塩素系酸化剤は全く又は殆ど発生しない。

第１の電解装置１での塩素発生量の制御を行うには、具体的には、冷却水系内の残留塩素濃度とＯＲＰ値との相関を予め把握しておき、残留塩素濃度が０．０５〜１．０ｍｇＣｌ_２／Ｌ特に０．１〜０．５ｍｇＣｌ_２／ＬとなるようにＯＲＰ計５９の検出値に基づいて、第１の電解装置１をＯＮ，ＯＦＦさせるか、電流密度の制御を行う。後者の電流密度制御方式の場合、例えば、残留塩素濃度が０．０５ｍｇＣｌ_２／Ｌよりも低くなれば電流密度を上げて塩素発生速度を調整し、１．０ｍｇＣｌ_２／Ｌ以上となれば、電流密度を下げて塩素発生速度を低下させる。０．１〜１．５Ａ／ｄｍ^２特に０．３〜１．０Ａ／ｄｍ^２の範囲ならば、電流密度が変化しても、図３の通りスケール析出速度に影響は殆ど無いので、スケール・スライムの同時自動管理が可能となる。

一般に、スケール析出速度は、図３のａの範囲、例えば電流密度０．１〜１．５Ａ／ｄｍ^２の間で略一定速度となる。この理由は、スケール析出は循環水中の硬度成分の陰極表面への拡散が律速となっているからである。流速を上げることで硬度成分を陰極表面に到達させ易くすることができるが、流速を上げすぎるとアルカリ雰囲気となっている陰極表面で生じた炭酸塩の核が、陰極４の表面に付着せずに配管５７に流れてしまい、電極へのスケール付着速度は下がる。従って、流速は、塩素発生速度にも関連するが、０．０１〜１ｍ／ｓｅｃが好ましく、特に０．０５〜０．１ｍ／ｓｅｃが好適である。

水質及び流速が一定であると、電流密度が図３のａの範囲では電流密度を変化させても単位電極面積あたりのスケール析出速度が一定となるので、第１の電解装置１だけでは水系のスケール成分濃度を所定濃度以下に低下させるのに能力不足となることがある。このような場合には、スケール析出用の第２の電解装置１Ｂを稼動させる。この第２の電解装置１Ｂは、塩素系酸化剤を発生させる機能は全く又は殆ど無いので、水系の塩素系酸化剤濃度については第１の電解装置１によって調整することになる。

第１の電解装置１あるいは必要に応じさらに第２の電解装置１Ｂを稼動させて、循環水中に、スケールが析出しない過飽和に近い濃度でスケール成分を残存させておくことにより、系内配管や熱交換器への腐食速度の低減が可能となる。循環水中のカルシウム硬度は冷却水系の熱交換部や配管、冷却塔の充填材などにスケールを析出させない８０〜１２０ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌで運転することが望ましく、さらにはＭアルカリ度を８０〜１２０ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌに制御して、飽和指数ＬＳＩを正の値、特に０．５〜１．５にすることが好ましい。

従って、循環水中のカルシウム硬度及びＬＳＩがこの範囲の上限値より高いときには、第１及び第２の電解装置１，１Ｂを稼動させる。上限値以下のときには第１の電解装置１のみを稼動させ、第２の電解装置１Ｂには通電を行わないようにするのが好ましい。

一般に、溶液の腐食・スケール傾向を計るインデックスであるランジェリア指数（ＬＳＩ）は、正の値になるほどスケール析出傾向となり、負の値になるほど腐食傾向となり、０のときにどちらの傾向も示さない。第１の電解装置１により硬度成分と重炭酸イオンの両方を除去してｐＨを下げると共に、必要に応じさらに第２の電解装置１Ｂを稼動させることにより、ＬＳＩを正の値、特に０．５〜１．５の若干スケール傾向となるようにｐＨをコントロールするのが好ましい。ＬＳＩを０．５〜１．５程度の値で管理しておくと、循環水中のスケール成分は過飽和に達することがない。なお、前述の通り、水系の水質に大幅な変動が無い限り、ｐＨを制御することによりＬＳＩを調整することができる。

冷却水系のＭアルカリ度を一定に保つために第１の電解装置１あるいはさらに第２の電解装置１Ｂで除去すべき硬度成分量は、補給水と共に冷却水系に流入する硬度成分からブロー水と共に排出される硬度成分量を引いた値である。即ち、冷却水系への硬度成分の蓄積がないように、［除去すべき硬度成分量］＝［補給水からの硬度成分量］−［ブロー水中の硬度成分量］とする。

例えば、Ｍアルカリ度１２０ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌとなるように電解装置１，１Ｂの制御を行うには、Ｍアルカリ度１２０ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌとなる場合のｐＨを測定しておき、その範囲に入るように電解装置１，１Ｂを制御する。具体的には、Ｍアルカリ度１２０ｍｇＣａＣＯ_３／ＬのときのｐＨが８．６の場合、ｐＨ８．５〜８．７を目標ｐＨ範囲として設定し、ｐＨが８．７より高いときは第２の電解装置１Ｂを作動させてｐＨを８．７以下とする。ｐＨが８．５よりも低いときには第２の電解装置１Ｂを停止する。第２の電解装置１Ｂを停止してもｐＨが８．５以上に回復しないときには、第１の電解装置１も停止するか、その通電量を減少させる。

かかる制御により、補給水の負荷変動が生じても、ｐＨ管理によってスケールが析出することなく、また腐食を起こすことなくランジェリア指数を管理することができる。

［スケール除去工程］
この電解処理を継続すると、電解装置１及び／又は１Ｂの陰極４のスケール付着量が増加してくるので、電解処理工程を停止し、スケール除去工程を行う。このスケール除去工程にあっては、弁５６ａ，５７ａ及び５６ｂ，５７ｂのうち、洗浄しようとする電解装置のものを閉とし、三方弁２９，３１については洗浄しようとする電解装置が溶解タンク２３に連通するように操作する。次いで、ポンプ２４を起動し、エゼクタ２５へタンク２３内の水を供給する。

エゼクタ２５からの炭酸ガス気泡を巻き込んだ炭酸ガス溶解水は、通水スペース５へ流入し、陰極４に付着していたスケールを溶解させる。この際、この水に含まれていた気泡がスケールと接触して陰極４から剥離させる作用も奏される。

このスケールの除去工程が終了した後は、ポンプ２４を停止し、三方弁２９，３１を操作し、溶解タンク２３内の水を該タンク２３に設けられている排出ライン（図示略）を介して排出する。一般に、水道水に二酸化炭素を飽和させた水ではｐＨ４．８以下になることはなく、炭酸カルシウムを溶解させた放流水のｐＨは５．８以上となるので、この排出ラインからの排出水は中和処理することなく放流することができる。

なお、溶解タンク２３内の水は、スケール除去工程に繰り返し使用可能である。溶解タンク２３内の水が汚れてきたときに、一部又は全部を排出し、代わりに水を該タンク２３に供給するようにしてもよい。

［実施例１］
図２に示す開放系循環冷却水ラインに図１の電解装置１と図４に示す電解装置１Ｂとを設置した。なお、この実施例では、２基の電解装置１と５基の電解装置１Ｂとの合計７基の電解装置を並列設置した。

この循環ラインは厚木市水５倍濃縮で５００冷凍トンの開放系循環冷却水ラインである。補給水カルシウム硬度は４０ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌであり、５倍濃縮理論カルシウム硬度は２００ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌである。５倍濃縮となるように、補給水量に対するブロー量の割合を制御した。

電解装置１における炭酸カルシウムスケール析出速度が２０ｇＣａＣＯ_３／ｍ^２／ｈｒとなり、循環水中の残留塩素濃度０．３ｍｇＣｌ_２／Ｌとなるように電流密度を１．０Ａ／ｄｍ^２に設定した。冷却水のＯＲＰが３００ｍＶよりも低いときには、第１の電解装置１を作動させ、４００ｍＶを超えるときには第１の電解装置１を停止した。

第２の電解装置１Ｂも電流密度を１．０Ａ／ｄｍ^２に設定した。循環水のｐＨが８．６±０．１となるようにｐＨが８．７を上回ると第２の電解装置１Ｂを作動させ、８．５を下回ると第２の電解装置１Ｂを停止した。これにより、循環冷却水中のＭアルカリ度を１２０ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ前後で維持しながら、５倍濃縮を維持することができた。残留塩素濃度は０．２〜０．４ｍｇＣｌ_２／Ｌの範囲で安定した。

［比較例１］
実施例１において、第２の電解装置１Ｂは全く稼動させず、第１の電解装置１のみを上記と同様に稼動させたところ、循環水中の残留塩素濃度は０．２〜０．５ｍｇＣｌ_２／Ｌであったが、Ｍアルカリ度は１５０ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌと高く、２週間後には熱交換チューブにスケール析出が発生し、熱交換チューブの効率は実施例１の７５％であった。

［比較例２］
実施例１において、第１の電解装置１は全く稼動させず、第２の電解装置１Ｂのみを上記と同様に稼動させた。

その結果、Ｍアルカリ度は１２０ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌで一定であったが、残留塩素濃度は検出されなかった。残留塩素濃度が高いため腐食が生じ、熱交換チューブの効率は実施例１の９０％であった。

実施の形態に用いられる電解装置の断面図である。 循環型冷却水系の系統図である。 電流密度とスケール析出速度及び塩素発生速度との模式的な相関図である。

符号の説明

１，１Ｂ 電解装置
２ ケーシング
３ 陽極
４ 陰極
２３ 溶解タンク
２５ エゼクタ
５８ ｐＨ計
５９ ＯＲＰ計

Claims (5)

1. 第１の陰極及び第１の陽極を有する第１の電解装置に被処理水を通水して電解し、該第１の陰極表面にスケールを析出させると共に、該第１の陽極で塩素系酸化剤を生成させる水系の電解処理装置において、
   第２の陰極及び第２の陽極を有し、前記被処理水が通水され、実質的に該第２の陽極で塩素系酸化剤を生成させることなく該第２の陰極の表面にスケールを析出させる第２の電解装置を備えたことを特徴とする水系の電解処理装置。
2. 請求項１において、前記第２の電解装置の陽極は、少なくとも表面が白金よりなることを特徴とする水系の電解処理装置。
3. 請求項１又は２において、水系のｐＨが所定範囲となるように少なくとも第２の電解装置への通電を制御する制御手段を備えたことを特徴とする水系の電解処理装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の水系の電解処理装置を用いて被処理水の電解処理を行うことを特徴とする水系の電解処理方法。
5. 請求項４において、水系の酸化還元電位及びｐＨを検出し、
   酸化還元電位が所定範囲に入るように前記第１の電解装置への通電を制御し、
   ｐＨが所定範囲に入るように前記第２の電解装置への通電を制御することを特徴とする水系の電解処理方法。

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