JP2007050363A - 循環水の浄化装置および方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】安定した殺菌効果により薬剤投入を不要とし、有機物膜やスケールの付着を防止しうる循環水の浄化装置を提供する。
【解決手段】SiO:45〜75重量%、Al:7.5〜20重量%およびFe:3〜15重量%を含有すると共にCaとNaとMgとKを合計量で5〜22重量%含有してなる粒状のセラミック材を、金属銅および/または金属銀の壁によって構成された流路空間内に充填させ、上記流路内に処理水を通過させることにより、上記セラミック材と金属銅および/または金属銀に処理水を接触させるように構成し、上記流路の内径をセラミック材の外径の2.5倍以上に設定し、上記流路の長さをセラミック材の外径の50倍以上に設定した。
【選択図】図1

Description

本発明は、クーリングタワー水、工業用水等の循環浄化等に有効な循環水の浄化装置および方法に関するものである。
一般に、クーリングタワー等の循環水は、下記の特許文献1に開示されたように、次亜塩素酸等の薬剤の投入等により浄化することが行われているほか、濾過や沈殿による浄化が行われていた。また、トルマリンやセラミックスをステンレスのケースに詰め、ケース内に処理水を通過させるもの等が用いられていた。
特開2003−170171号公報
しかしながら、薬剤投入による浄化では、薬剤の濃度が低下すると浄化効果も比例して低下するため、安定した浄化効果を得難い。浄化効果を安定させるためには、定期的な薬剤投入をしなければならず、薬剤費やメンテナンス費等のランニングコストがかかる。また、濾過や沈殿では、有機物の除去や殺菌が充分に行われず、配管内壁に有機物の被膜が付着して熱交換効率が低下するという問題がある。さらに、屋外設置のクーリングタワーでは、砂や埃等に含まれるシリカが循環水中に混入し、循環槽や配管の内壁にスケールとなって付着するという問題があり、従来の薬剤投入や濾過・沈殿等の方法では、スケール付着の問題が解決されるものはなかった。
本発明は、上記のような事情に鑑みなされたもので、安定した殺菌効果により薬剤投入を不要とし、有機物膜やスケールの付着を防止しうる循環水の浄化装置および方法の提供を目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の循環水の浄化装置は、SiO:45〜75重量%、Al:7.5〜20重量%およびFe:3〜15重量%を含有すると共にCaとNaとMgとKを合計量で5〜22重量%含有してなるセラミック材と、金属銅および/または金属銀との双方に処理水を接触させるように構成されたことを要旨とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の循環水の浄化方法は、SiO:45〜75重量%、Al:7.5〜20重量%およびFe:3〜15重量%を含有すると共にCaとNaとMgとKを合計量で5〜22重量%含有してなるセラミック材と、金属銅および/または金属銀との双方に処理水を接触させることを要旨とする。
すなわち、本発明は、上述したセラミック材に処理水を接触させることにより、循環槽や配管の内壁に付着するシリカや炭酸カルシウム等からなる無機スケールや錆びを大幅に抑制することが可能となる。この理由については必ずしも明らかではないが、処理水が還元水に変化して溶解能力が高くなる結果、砂や埃等に含まれるシリカの溶解度も高くなってスケールの付着が抑制されるものと考えられる。しかも、処理水が還元水に変化する結果好気性菌の繁殖も抑制されるうえ、金属銅および/または金属銀に処理水を接触させることにより、銅イオンおよび/または銀イオンの溶出があるため殺菌能力も付与され、薬剤投入を行わなくても安定した浄化効果が得られ、配管内壁への有機物被膜の付着も大幅に低減できる。したがって、薬剤投入によるランニングコストが不要になり、有機物被膜による熱交換効率の低下も大幅に改善し、電力費も大幅な節減が可能となる。
本発明において、上記処理水を流通させる流路が金属銅および/または金属銀の壁によって構成され、上記流路内に粒状に形成された上記セラミック材が充填され、上記流路の内径は上記セラミック材の外径の2.5倍以上に設定され、上記流路の長さは上記セラミック材の外径の50倍以上に設定されている場合には、上述したスケール付着の抑制や殺菌効果を効率的に得ることが可能となる。すなわち、充分な銅イオンを溶出させて殺菌効果を得るためには、金属銅および/または金属銀との接触面積をある程度大きなものにしなければならない。また、充分にスケール付着を抑制するためには、セラミック材との接触時間を確保しなければならない。そこで、金属銅および/または金属銀の壁で構成した流路にセラミック材を充填して、その流路に処理水を通過させることで、金属銅および/または金属銀ならびにセラミック材と処理水との接触を確保することができる。また、上記流路の内径をセラミック材の外径の2.5倍以上に設定し、上記流路の長さをセラミック材の外径の50倍以上に設定することにより、金属銅および/または金属銀と処理水との接触面積を充分に確保でき、かつ、セラミック材と処理水との接触時間を充分に確保することが可能となる。
本発明において、上記処理水が冷却装置用の循環水であり、上記冷却装置10冷却トンあたり、処理水と接触するセラミック材の表面積を900cm以上、処理水と接触する金属銅および/または金属銀の表面積を600cm以上に設定した場合には、上述したスケール付着の抑制や殺菌効果を効率的に得ることが可能となる。すなわち、充分な銅イオンを溶出させて殺菌効果を得るためには、金属銅および/または金属銀との接触面積をある程度大きなものにしなければならない。また、充分にスケール付着を抑制するためには、セラミック材との接触時間を確保しなければならない。そこで、処理水と接触するセラミック材の表面積を900cm以上、処理水と接触する金属銅および/または金属銀の表面積を600cm以上に設定することにより、スケール付着の抑制や殺菌効果を効率的に得ることが可能となるのである。
ここで、1冷却トン(RT)とは、1冷凍トンの冷凍機を運転するために必要な冷却塔(冷却装置)の能力すなわち、空調用(圧縮冷凍機対象)として日本冷却塔工業会が決定しているもので、標準温度条件として、入口水度37℃、出口水温32℃、入口空気湿球温度27℃、循環水量13リットル/分のときに下記の式で表されるものである。
1RT=(37−32)×13×1×60=3900(Kcal/時間.Rt)
なお、冷凍トンとは0℃、1TONの水を24時間で0℃、1TONの氷にするために熱を奪う能力であり(日本冷凍トン)、下記の式で表されるものである。
1冷凍トン=79.7(Kcal/Kg)×1000/24(時間)
=3320(Kcasl/時間)
※79.7(Kcal/Kg)は凝固熱
つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図1は、本発明が適用された循環水の浄化装置の第1実施形態を示す図である。
この装置は、流路構成ユニット2の内部に形成された流路3内にセラミック材1が充填されて構成されている。そして、クーリングタワー等の循環水を処理水として流入口4から導入し、処理済みの浄化水を流出口5から排出して再び循環させるものである。
上記セラミック材1は、SiO:45〜75重量%、Al:7.5〜20重量%およびFe:3〜15重量%を含有すると共にCaとNaとMgとKを合計量で5〜22重量%含有してなるものである。
上記セラミック材1は均質に一体成形しても良いが、少なくとも表面がこのようなセラミックで形成されていればよいので、高温に耐える種々の基材の表面に釉薬(上薬)を塗布し、これを焼成することによって少なくとも表面を所定のセラミックで形成することができる。
このようなセラミック組成物の例として、具体的には花崗岩を主成分とするものを採用できる。花崗岩の組成は、例えばNaO:1.0〜2.5重量%、MgO:1.0〜2.5重量%、Al:13〜20重量%、SiO:55〜70重量%、SO:1.0〜2.0重量%、KO:3〜4重量%、CaO:2〜4重量%、TiO:0.5〜1.2重量%および鉄酸化物:7〜15重量%である。
上記セラミック材1は、球状等の粒状に形成するのが好ましい。球状のセラミック材1に形成するには、例えば直径3〜12mm程度の球状粒に形成したものを採用できる。また、無機質の発泡体や焼結体を基材として用いる場合は、通気孔20μm〜1mm程度の連通気孔を有する多孔質材であることが好ましい。
また、上記セラミック材1は、釉薬として、Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca、TiおよびFeを主成分として酸化物換算で95重量%以上含有する鉱物微粉100重量部、リン化チタン(TiP)1〜4重量部、酸化マンガン3〜5重量部および磁鉄鉱1〜2重量部を含んだ表面層を形成したセラミック組成物を採用することができる。
図2は流路構成ユニット2を示す分解斜視図である。
上記流路構成ユニット2は、円筒状のケース部材7と、上記ケース部材7の両端開口にそれぞれ取り付けられる蓋部材8,9と、上記ケース部材7内に収容される第1〜第5仕切板11,12,13,14,15とから構成されている。上記流路構成ユニット2を構成するケース部材7、蓋部材8,9、第1〜第5仕切板11,12,13,14,15は、それぞれ金属銅および/または金属銀から形成されたものである。
上記流路構成ユニット2は、第1〜第5仕切板11,12,13,14,15を組み合わせた仕切板ユニット6がケース部材7内に収容され、両端の開口に蓋部材8,9が取り付けられて構成される。上記蓋部材8,9には、それぞれ流入口4と流出口5が形成されている。このとき、第1〜第5仕切板11,12,13,14,15およびケース部材7で内部に形成される流路空間内にセラミック材1が充填される。そして、流入口4から流入した処理水が内部の流路空間内を通過して流出口5から排出される。
図3は、第1〜第5仕切板11,12,13,14,15が組み合わさってなる仕切板ユニット6を示す図である。中央の図は正面図、右の図は右側面図、左の図は左側面図、上の図は平面図、下の図は底面図である。
上記第1〜第4仕切板11,12,13,14は、それぞれケース部材7と同じ長さの長方形状を呈しており、長手方向の両端部を揃えた状態で長手方向に延びる5つの空間をつくるように組み合わされている。第1仕切板11の板面の幅方向の略中央部に第2仕切板12の一端辺が固着され、その第2仕切板12の板面の幅方向の略中央部に第3仕切板13の一端辺が固着され、その第3仕切板13の板面の幅方向の略中央部に第4仕切板14の一端辺が固着され、その第4仕切板14の板面の幅方向の略中央部に上記第1仕切板11の一端辺が固着されている。
そして、4枚の第1〜第4仕切板11,12,13,14が組み合わさって中央に形成された長手方向に延びる四角形の空間の流入口4寄りの箇所に、第5仕切板15が取り付けられている。そして、上記第1〜第5仕切板11,12,13,14,15およびケース部材7により、中央空間の流入口4側に形成された第1流路A、第4および第1仕切板14,11区画された第2流路B、第1および第2仕切板11,12で区画された第3流路C、第2および第3仕切板12,13で区画された第4流路D、第3および第4仕切板13,14で区画された第5流路E、中央空間の流出口5側に形成された第6流路Fの6つの流路が形成されている。
そして、上記第1仕切り板11には、第1流路Aと第2流路Bを連通させる第1開口21が流入口4側に形成されるとともに、第2流路Bと第3流路Cを連通させる第2開口22が流出口5側に形成されている。また、第2仕切板12には、第3流路Cと第4流路Dを連通させる第3開口23が流入口4側に形成され、第3仕切板13には、第4流路Dと第5流路Eを連通させる第4開口24が流出口5側に形成されている。さらに、上記第4仕切板14には、第5仕切板15の近傍に、第5流路Eと第6流路Fとを連通させる第5開口25が形成されている。
これにより、流入口4から第1流路Aに流入した処理水は、第1開口21を通って第2流路Bに流入し、流出端側まで流れて第2開口22を通り第3流路Cに流入する。ついで、第3流路Cを流入端側まで流れて第3開口23を通って第4流路Dに流入し、流出端側まで流れて第4開口24を通り第5流路Eに流入する。そして、第5流路Eを流入端近傍まで流れて第5開口25を通って第6流路Fに流入し、第6流路を流出端まで流れ、流出開口5から排出されるのである。
このように、上記装置内は、セラミック材1と金属銅および/または金属銀が共存した環境であり、各流路A,B,C,D,E,Fを流れる間に、流路空間に充填されたセラミック材1と処理水が接触するとともに、流路の内壁を構成する金属銅および/または金属銀と処理水が接触するのである。
ここで、上記各流路A,B,C,D,E,Fの内径は、上記粒状のセラミック材1の外径の2.5倍以上に設定される。また、上記各流路A,B,C,D,E,Fを合わせた流路の長さは上記セラミック材1の外径の50倍以上に設定される。流路内径がセラミック材1外形の1.5倍未満であると、粒状のセラミック材1の流路内での充填率が低くなって必要以上に流路を長くしなければならず、装置自体が大型化してしまうからである。また、流路長さがセラミック材1外形の50倍未満では、処理水を充分に還元水化するだけのセラミック材との接触が確保できないうえ、金属銅および/または金属銀である流路内壁との接触面積も充分に確保できないからである。なお、流路長さがセラミック材1径の500倍を越えると、通水抵抗が増加して製造速度が低下して実用性が損なわれることがある。
上記装置により、例えば、処理水の通過速度を10cm/秒以上、接触時間を10秒以上、圧力0.2MPa以上に調整すれば、少量のセラミック材1で効率よく処理水を還元水化することができ、銅イオンを充分に溶出することができる。
また、上記処理水が冷却装置用の循環水であり、上記冷却装置10冷却トンあたり、処理水と接触するセラミック材の表面積を900cm以上、処理水と接触する金属銅および/または金属銀の表面積を600cm以上に設定した場合には、上述したスケール付着の抑制や殺菌効果を効率的に得ることが可能となる。すなわち、充分な銅イオンを溶出させて殺菌効果を得るためには、金属銅および/または金属銀との接触面積をある程度大きなものにしなければならない。また、充分にスケール付着を抑制するためには、セラミック材との接触時間を確保しなければならない。そこで、処理水と接触するセラミック材の表面積を900cm以上、処理水と接触する金属銅および/または金属銀の表面積を600cm以上に設定することにより、スケール付着の抑制や殺菌効果を効率的に得ることが可能となるのである。
ここで、上記処理水と接触するセラミック材の表面積を900cm未満では、充分なスケール付着の抑制効果が得られない。また、処理水と接触する金属銅および/または金属銀の表面積を600cm未満では、充分な殺菌効果を得ることができない。
また、上記セラミック材の表面積は、スケール抑制効果からみれば大きい方がよいのであるが、あまりに大きく設定すると、セラミック材の粒径を小さくせなばならず、製造時のハンドリング設計時のパッケージングに支障をきたすほか、処理水を通過させるときの圧力損失も大きくなるので、9600cm以下程度に設定するのが好ましい。また。金属銅および/または金属銀の表面積も、殺菌効果からみれば大きい方がよいのであるが、あまりに大きくとりすぎると、ケーシング等が大型化してしまうため、2400cm以下程度に設定するのが好ましい。
図4は、本発明の循環水の浄化装置の第2例を示す。
この例は、流路構成ユニット2が、外筒31と内筒30の二重管構造を呈している。すなわち、円筒状の外筒31内に同じく円筒状の内筒30が同心状に配置され、流入口32および流出口33が形成された蓋部に内筒30の一端部が固着されている。この状態で、上記内筒30の他端部は、外筒31の他端を塞ぐ蓋部との間に隙間が形成され、流入口32から流入した処理水は、内筒30内を通過して他端側で折り返し、外筒31と内筒30の間の通路を通って流出口33から排出されるようになっている。なお、図において他端側には、セラミック材1を充填するための投入用開口36が形成され、キャップ35で塞がれている。
図1の装置によりクーリングタワーの循環水を浄化し、一般細菌数の測定と、スケールの付着状態の観察を行った。次亜塩素酸の薬剤投入による浄化と比較した。一般細菌数の測定結果を図5に示し、5ヶ月使用後のスケールの付着状態を図6に示す。
図5からわかるように、比較例では細菌数の増減が激しく、殺菌効果が安定していないのに対し、本発明では細菌数が低く安定しており、安定した殺菌効果が得られていることがわかる。図6からわかるように、比較例に比べて実施例は白いスケールの付着量が大幅に少ないことがわかる。
以上のように、本発明では、上述したセラミック材1に処理水を接触させることにより、循環槽や配管の内壁に付着するスケールを大幅に抑制することが可能となる。この理由については必ずしも明らかではないが、処理水が還元水に変化して溶解能力が高くなる結果、砂や埃等に含まれるシリカの溶解度も高くなってスケールの付着が抑制されるものと考えられる。しかも、処理水が還元水に変化する結果好気性菌の繁殖も抑制されるうえ、金属銅および/または金属銀に処理水を接触させることにより、銅イオンの溶出があるため殺菌能力も付与され、薬剤投入を行わなくても安定した浄化効果が得られ、配管内壁への有機物被膜の付着も大幅に低減できる。したがって、薬剤投入によるランニングコストが不要になり、有機物被膜による熱交換効率の低下も大幅に低下し、電力費も大幅な節減が可能となる。
また、上記処理水を流通させる流路が金属銅および/または金属銀の壁によって構成され、上記流路内に粒状に形成された上記セラミック材1が充填され、上記流路の内径は上記セラミック材1の外径の2.5倍以上に設定され、上記流路の長さは上記セラミック材1の外径の50倍以上に設定したため、上述したスケール付着の抑制や殺菌効果を効率的に得ることが可能となる。すなわち、充分な銅イオンを溶出させて殺菌効果を得るためには、金属銅および/または金属銀との接触面積をある程度大きなものにしなければならない。また、充分にスケール付着を抑制するためには、セラミック材との接触時間を確保しなければならない。そこで、金属銅および/または金属銀の壁で構成した流路にセラミック材を充填して、その流路に処理水を通過させることで、金属銅および/または金属銀およびセラミック材と処理水との接触を確保することができる。また、上記流路の内径をセラミック材の外径の2.5倍以上に設定し、上記流路の長さをセラミック材の外径の50倍以上に設定することにより、金属銅および/または金属銀と処理水との接触面積を充分に確保でき、かつ、セラミック材と処理水との接触時間を充分に確保することが可能となる。
なお、上述した説明では、処理水を流路構成ユニット2内に導入して内部の流路空間に充填されたセラミック材1および流路壁を構成する金属銅および/または金属銀と処理水を接触させるようにしたが、これに限定するものではなく、金属銅および/または金属銀から形成された板材やパイプ材等およびセラミック材1を内部に存在させた所定の貯留槽内に処理水を一時的に貯留して、この貯留の間に金属銅および/または金属銀とセラミック材1と処理水を接触させるようにしてもよい。
また、上述した説明では、流路構成ユニット2の流路壁を金属銅および/または金属銀で構成し、内部の流路にセラミック材1を充填し、上記流路に処理水を導入してセラミック材1および金属銅および/または金属銀と処理水を接触させるようにしたが、セラミックス1が充填されてセラミック材1と処理水を接触させるセラミック槽と、金属粒等を充填させて金属銅および/または金属銀と処理水とを接触させる金属槽とを別個に設けるようにすることもできる。
さらに、上述した説明では、金属銅および/または金属銀で流路壁を構成することにより金属銅および/または金属銀と処理水とを接触させるようにしたが、金属銅および/または金属銀を粉末状にし、金属銅および/または金属銀を混入して焼結したセラミック材を形成し、金属銅および/または金属銅ならびにセラミック材と処理水とを接触させるようにすることもできる。特に金属銀は高価であるため、有効な手段である。
また、上述した説明では、本発明をクーリングタワーの循環水の浄化に適用した例を示したが、これに限定するものではなく、ボイラや工業用冷却水等、各種の熱交換用循環水の浄化に適用することができる。
本発明の循環水の浄化装置の第1例を示す断面図である。 上記循環水の浄化装置の流路構成ユニットを示す分解斜視図である。 上記循環水の浄化装置の流路構造を説明する図である。 本発明の循環水の浄化装置の第2例を示す断面図である。 一般細菌数の測定結果を示す図である。 スケールの付着状態を示す図である。
符号の説明
1 セラミック材
2 流路構成ユニット
3 流路
4 流入口
5 流出口
6 仕切板ユニット
7 ケース部材
8 蓋部材
9 蓋部材
11 第1仕切板
12 第2仕切板
13 第3仕切板
14 第4仕切板
15 第5仕切板
21 第1開口
22 第2開口
23 第3開口
24 第4開口
25 第5開口
30 内筒
31 外筒
32 流入口
33 流出口
35 キャップ
36 投入用開口

Claims (4)

  1. SiO:45〜75重量%、Al:7.5〜20重量%およびFe:3〜15重量%を含有すると共にCaとNaとMgとKを合計量で5〜22重量%含有してなるセラミック材と、金属銅および/または金属銀との双方に処理水を接触させるように構成されたことを特徴とする循環水の浄化装置。
  2. 上記処理水を流通させる流路が金属銅および/または金属銀の壁によって構成され、上記流路内に粒状に形成された上記セラミック材が充填され、上記流路の内径は上記セラミック材の外径の2.5倍以上に設定され、上記流路の長さは上記セラミック材の外径の50倍以上に設定されている請求項1記載の循環水の浄化装置。
  3. 上記処理水が冷却装置用の循環水であり、上記冷却装置10冷却トンあたり、処理水と接触するセラミック材の表面積を900cm以上、処理水と接触する金属銅および/または金属銀の表面積を600cm以上に設定した請求項1または2記載の循環水の浄化装置。
  4. SiO:45〜75重量%、Al:7.5〜20重量%およびFe:3〜15重量%を含有すると共にCaとNaとMgとKを合計量で5〜22重量%含有してなるセラミック材と、金属銅および/または金属銀との双方に処理水を接触させることを特徴とする循環水の浄化方法。
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