JP2006255653A - 水系の電解処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】循環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、電解装置１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。循環水中の酸化還元電位及びｐＨが所定範囲となるように電解装置１を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は循環型冷却水系や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循環水系などスケールの析出が問題となる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

循環水系のスケール成分濃度が高過ぎると、水系にスケールが析出する。一方、循環水系からスケール成分を過剰に除去すると、循環水系の機器や配管に腐食が生じ易くなる。

また、循環水系の残留塩素濃度が低過ぎると水系にスライムが発生し易くなり、高過ぎ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の水系の電解処理方法は、被処理水を、電極を有する電解装置に通水して電解して、前記電極表面にスケールを析出させると共に、塩素系酸化剤を生成させる電解処理工程を有する循環水系の電解処理方法において、該被処理水のｐＨが所定範囲となるように該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。

請求項２の水系の電解処理方法は、請求項１において、被処理水のランジェリア指数が正の値となるように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。

請求項３の水系の電解処理方法は、請求項１又は２において、被処理水の酸化還元電位が所定範囲となるように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。

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項において、該水系は循環型冷却水系であり、該循環型冷却水系の濃縮倍数が所定範囲となるように循環型冷却水系の管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、補給水量に対するブロー水量を制御することにより濃縮倍数を制御することを特徴とするものである。

請求項６の水系の電解処理方法は、請求項５において、濃縮倍数を目標値に維持しつつ、循環水の酸化還元電位が所定範囲となるように電解装置を制御するステップと、循環水のｐＨが所定範囲となるように電解装置を制御するステップとを交互に実行することを特徴とするものである。

請求項７の水系の電解処理方法は、請求項４において、循環水の導電率を制御することにより濃縮倍数を制御することを特徴とするものである。

本発明方法によって循環型冷却水系等の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、スケールが析出する。

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電極表面に析出することから循環水系のスケール化傾向が低減される。従って、循環水又は補給水をこの電解装置に通水することにより、循環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によると、薬品を使用せずに循環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、冷却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、電解処理により次亜塩素酸などの酸化剤が発生する。これにより、循環水系における水の殺菌を行うことができる。

本発明では、循環水のｐＨが所定範囲となるように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。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０．５〜１．５程度の正の値で管理しておくと、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。

また、電解装置で電解を行うと、陽極側では、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。この塩素発生量は電流密度によって操作することができる。

この電解装置の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、やがて頭打ちとなり、さらに電流密度がある値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ＯＨ⁻が電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、冷却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、循環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循環水系などの循環水系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は実施の形態に係る電解装置の系統図であり、図２は冷却水系の概略的な系統図である。

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を介して電解装置１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にはブロー弁及び流量計を有したブローラインと、給水弁（例えばボールタップ）及び流量計を有した補給水ラインとが接続されている。このブロー水の流量計及び補給水の流量計の検出値が制御器６０に入力されている。制御器６０は、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を制御する。

次に、図１を参照して電解装置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。

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、白金、イリジウムを被覆したチタン電極や白金メッキ電極等が好ましい。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、白金、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。

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の下端側に前記被処理水導入用の配管５６が弁５６ａを介して接続され、他端側に電解処理水流出用の配管５７が弁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２０が設置されている。この炭酸ガス溶解水供給装置２０は、液体炭酸ボンベ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５６ａ，５７ａを閉、弁２９，３１を開としてポンプ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、水中のＣＯ_２がスケールに到着し易くなる。

次に、この電解処理装置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。

［電解処理工程］
電解処理工程にあっては、陽極３、陰極４間に電圧を印加すると共に、弁２９，３１を閉、弁５６ａ，５７ａを開とする。貯水槽５１からの水は、前記ポンプ５５、配管５６、弁５６ａを介して通水スペース５に通水され、電解処理された後、弁５７ａ、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、通水スペース５内の陰極４の近傍では水素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。

貯水槽５１の水の代わりに、補給水をこの電解装置で処理してから貯水槽５１へ供給するようにしてもよい。

上記電解を行うと、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。この塩素発生量は電解装置をＯＮ，ＯＦＦさせるか、又は電解装置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。

こ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０．１〜０．５ｍｇＣｌ_２／ＬとなるようにＯＲＰ計５９の検出値に基づいて、電解装置をＯＮ，ＯＦＦさせるか、電流密度の制御を行う。後者の場合、例えば、残留塩素濃度が０．１ｍｇＣｌ_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、０．５ｍｇＣｌ_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、流速及び電流密度が一定であると、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、異なる冷却塔規模に対しては電極面積を増減することで対応可能となる。

この循環水中に、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。

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。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を下げることにより、ＬＳＩを正の値、特に０．５〜１．５となるようにｐＨを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程度の正の値で管理しておくと、循環水中のスケール成分は析出しにくい。なお、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電解装置１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より高いときは電解装置を作動させてｐＨを８．７以下とし、ｐＨが８．５よりも低いときには電解装置を停止する。以後はこれの繰り返しとすることで、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。

本発明において電解装置の作動制御を行うにはまずＯＲＰ値が適正範囲（例えば、残留塩素濃度０．１〜０．５ｍｇＣｌ_２／Ｌに対応する範囲）となるように電解装置を作動させる第１ステップと、ｐＨが所定範囲（例えば８．６±０．１）となるように電解装置を作動させる第２ステップとを交互に行う。第１及び第２ステップよりなる１制御プロセスは、連続的に実行されてもよく、１〜１２０分に１回程度の割合で実行されてもよい。

［スケール除去工程］
この電解処理を継続すると、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を閉、弁２９，３１を開とすると共に、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、弁２９，３１を閉とした後、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の本発明装置を設置した。

この循環ラインは厚木市水５倍濃縮で３００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。

ステップ１
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^３／ｈｒとなり、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に設定して自動運転を開始した。冷却水のｐＨが８．６±０．１となるようにｐＨが８．７を上回ると電解装置を作動させ、８．５を下回ると電解装置を停止した。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。

このステップ１を、ｐＨ８．６±０．１になってから６０分間維持した後、次のステップ２に移った。

ステップ２
運転開始時のＯＲＰは８００ｍＶで０．３ｍｇＣｌ_２／Ｌであった。冷却水のＯＲＰが６００ｍＶよりも低いときには、電解装置を作動させ、９００ｍＶを超えるときには電解装置を停止した。なお、このＯＲＰ制御時の電流密度は１．５Ａ／ｄｍ^２とした。

ＯＲＰが６００〜９００ｍＶに保たれるように６０分間このステップを継続した後、上記ステップ１に戻った。

このステップ１，２を交互に実行することにより、冷却水循環溶液中の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、ステップ２のみを実行したところ、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５０〜１５０ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌの範囲で変動した。Ｍアルカリ度が低いときには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９０％であった。Ｍアルカリ度が高いときには、腐食が発生し、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、ステップ２を省略した。また、ステップ１ではｐＨ管理の代りに、循環水の電気伝導度が５０〜６０ｍＳ／ｍとなるように電解装置を作動させた。

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０〜１．０ｍｇＣｌ_２／Ｌの範囲で変動した。残留塩素濃度が高いときには腐食が生じ、低いときにはスケールが発生した。

（ａ）図は実施の形態に用いられる電解装置の系統図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線断面図である。 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 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 (7)

1. 被処理水を、電極を有する電解装置に通水して電解して、前記電極表面にスケールを析出させると共に、塩素系酸化剤を生成させる電解処理工程を有する循環水系の電解処理方法において、
   該被処理水のｐＨが所定範囲となるように該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。
2. 請求項１において、被処理水のランジェリア指数が正の値となるように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。
3. 請求項１又は２において、被処理水の酸化還元電位が所定範囲となるように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。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、該水系は循環型冷却水系であり、該循環型冷却水系の濃縮倍数が所定範囲となるように循環型冷却水系の管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、補給水量に対するブロー水量を制御することにより濃縮倍数を制御することを特徴とする水系の電解処理方法。
6. 請求項５において、濃縮倍数を目標値に維持しつつ、循環水の酸化還元電位が所定範囲となるように電解装置を制御するステップと、循環水のｐＨが所定範囲となるように電解装置を制御するステップとを交互に実行することを特徴とする水系の電解処理方法。
7. 請求項４において、循環水の導電率を制御することにより濃縮倍数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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