JP2009195808A - 開放循環系の冷却システムにおける循環水再生利用装置および再利用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】開放循環系の循環水冷却システムにおいては、塩類析出防止および生物発生防止方法を図り、安定的な循環水質の維持を図ることが必要で、油分を含む汚濁物の固着を防止し、かつ微生物発生を抑制する安価で、かつ、維持管理容易な方法が求められていた。
【解決手段】鉄鋼業における、開放循環系の循環水の一部をバイパス管にて分岐し、逆浸透膜でろ過分離し、そのろ過水を、鉄鋼設備においてロールまたは油圧機器の冷却、圧延油または薬品の希釈を行う鉄鋼プロセス用水として再利用し、濃縮排水の一部を、イオン透過性を有する隔膜で分離された電解槽に流入させる。電解槽の陽極側に生成した酸性電解水と陰極側に生成したアルカリ電解水を、交互に循環水に混合し、冷却塔に間欠的に注入することにより、冷却塔セルや循環配管への、油分を含む汚濁物の固着を防止し、かつ微生物発生を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄鋼業における開放循環系の冷却システムにおける循環水再生利用装置および再利用方法に関する。

解放循環系の循環水冷却システムにおいて、循環水の一部を鉄鋼用水として再利用することは、省資源、省エネルギーの観点から重要である。

開放循環系の循環水は、一般的に、空冷式の冷却塔による冷却工程を有しており、冷却工程や開放系の設備工程における蒸発により、無機塩類や有機物の濃縮が生じる。過度に濃縮された循環水は、塩類の析出や微生物の発生により、設備や配管の閉塞を招くことから、通常、開放冷却系においては、濃縮防止のために、定期的に循環水をブローし、淡水注入により過度の濃縮を図ることが一般的である。

近年では水資源の有効利用の観点から、ブロー水量および淡水注入量の削減が図られており、塩類の析出や生物発生を防止する薬剤を注入する方法が広く行われている。薬剤としては、リン酸塩系や水溶性ポリマー系の清缶剤やポリアクリル系やポリメタクリル酸系のスラッジ分散剤、次亜塩素酸ナトリウムや過酸化水素等の酸化剤が一般的であり、近傍に設けられた薬液タンクに薬剤を貯蔵し、薬注ポンプにより循環系内に注入されている。

しかし、これらの薬剤注入を継続的に行うためには、ローリーやキュービテナーによる薬剤の運搬や補充が必要であり、多大な作業労力、また、漏洩による汚染、人的被害等のリスクを伴う。このため、無薬注型の塩類の析出防止や生物発生防止方法が求められており、例えば、特許文献１や特許文献２には、冷却水中に電極を印加し、生成した微酸性の次亜塩素酸水を循環水に添加する方法が示されている。この方法は、冷却水の一部をバイパスし、白金を被覆したステンレス鋼電極２個を備えた電解セルに引き込み、直流電圧を印加することにより、塩化物イオンを分解し、次亜塩素酸イオンを発生させる。

一方、ブロー水量および淡水注入量の削減のための取り組みとして、ブロー水から塩類を除去し、設備の工程水として再利用する方法が試みられており、その方法としては、イオン交換法や逆浸透膜法が一般的である。このうち、逆浸透膜法については、特許文献３のように、循環水の一部を逆浸透膜によりろ過し、生成した透過水については循環系に返送するが、濃縮水については、塩類濃度が高いため系外に排出するのが一般的であった。

特開２００１−３１０１８７ 特開２００１−３１４８６２ 特開平０２−９５４９３

水槽に電極を投入するだけの無隔膜式電解槽の場合、生成する微酸性の次亜塩素酸水に含まれる有効塩素濃度が生物発生を抑制する効果があるが、循環水中に不純物が含まれる場合には、不純物により有効塩素が急速に消費され、抑制効果が著しく低減する。

特に、鉄鋼プロセスの循環水のような、圧延油や切削油等の金属加工油、軸受油やタービン油等の設備用油を多く使用する場合には、冷却塔セルや循環配管に油分を含む汚濁物が固着し、汚濁物中に生物が発生しているため、微酸性の次亜塩素酸水による抑制効果はほとんど望めない。

このように、無隔膜式電解槽を用いる方法は、比較的清澄な循環水には生物抑制効果があるが、鉄鋼プロセスの循環水への適用は、困難である。このため、油分を含む汚濁物の固着を防止し、かつ微生物発生を抑制する方法が求められていた。

隔膜により分断された２槽式の水槽に電極を設置し、強酸性、強アルカリ性電解水を生成させる隔膜式電解槽を用いた電解槽が考案されている。強酸性電解水は、病原細菌や薬剤耐性菌に対する殺菌力が、また、強アルカリ性電解水は、抗酸化性や油汚れなどの洗浄効果が知られている。

しかしながら、対象水に乳酸カルシウムや塩化第二鉄のような電解質を注入し、電解することが一般的であり、鉄鋼プロセスの循環水のような水量の多い設備に対しては、電解質の投入量が多大となり、経済性に加え、継続的な薬品注入に要する労力が必要であり、維持管理上の問題点がある。

一方、鉄鋼業の開放循環系の循環水冷却システムにおいて、逆浸透膜を用いた再利用設備を導入し、循環水の一部を再生処理した場合、排水として多量の塩類や塩化物イオンを含む濃縮水が排出される。従来は、このような排水は、有効利用されずにそのまま河川、下水または海域に排出されていた。

本発明は、上述した問題点を解決するもので、鉄鋼プロセスに設けられた開放循環系の循環水冷却システムにおいて、循環水に適用可能な経済的で維持管理容易な生物発生防止方法を提供することを目的とする。

本発明の循環水再利用装置は、鉄鋼業における開放循環系の循環水冷却システムにおいて、循環水の一部を逆浸透膜でろ過し、鉄鋼プロセス用水として再利用する逆浸透膜ろ過装置と、前記逆浸透膜の濃縮排水の一部を電解する隔膜により分断された２槽式の電解槽と、生成した酸性電解水とアルカリ電解水を交互に間欠的に循環水に混合注入する混合注入部と、を有する。

また、本発明の循環水再利用装置は、前記循環水再利用装置において、濃縮水排水中の塩化物イオン濃度が、８０ｍｇ／Ｌ以上３００ｍｇ／Ｌ以下であることを特徴とする。

さらに、本発明の循環水再利用方法は、鉄鋼業における開放循環系の循環水冷却システムにおいて、循環水の一部を逆浸透膜でろ過し、鉄鋼プロセス用水として再利用する工程と、前記逆浸透膜の濃縮水排水の一部を隔膜により分断された２槽式の電解槽にて電解する工程と、前記電解槽にて生成した酸性電解水とアルカリ電解水を交互に間欠的に循環水に混合注入する工程と、を有することを特徴とする。

さらにまた、本発明の循環水再利用方法は、濃縮排水中の塩化物イオン濃度が、８０ｍｇ／Ｌ以上３００ｍｇ／Ｌ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、鉄鋼業の開放循環系の循環水冷却システムにおける逆浸透膜を用いた再利用設備から排出され、有効利用されずにそのまま河川、下水または海域に排出されている多量の塩類や塩化物イオンを含む濃縮水を有効に使用し、循環水冷却システムの冷却塔セルや循環配管に適用可能な、経済的で維持管理容易な生物発生防止方法を提供することができる。

本発明の循環水再利用装置は、鉄鋼業における開放循環系の循環水からカルシウム、マグネシウム等のスケール成分を分離する逆浸透膜を備えた逆浸透膜ろ過装置と、前記逆浸透膜ろ過装置において、逆浸透膜を通過せず装置外に排出され、高濃度のスケール成分を含む濃縮排水の一部を電解する隔膜により分断された２槽式の電解槽と、生成した酸性電解水とアルカリ電解水を交互に間欠的に循環水に混合注入する注入部を有する。そして、開放循環系の循環水の一部をバイパス管にて分岐し、逆浸透膜でろ過分離し、そのろ過水を、鉄鋼設備においてロールまたは油圧機器の冷却、圧延油または薬品の希釈を行う鉄鋼プロセス用水として再利用し、濃縮排水の一部を、イオン透過性を有する隔膜で分離された電解槽に流入させる。電解槽の陽極側に生成した酸性電解水と陰極側に生成したアルカリ電解水を、交互に循環水に混合し、冷却塔に間欠的に注入することにより、冷却塔セルや循環配管への、油分を含む汚濁物の固着を防止し、かつ微生物発生を抑制することができる。

本発明の循環水再利用装置において、濃縮排水中の塩化物イオン濃度は、８０ｍｇ／Ｌ以上３００ｍｇ／Ｌ以下であることが有効である。これにより、冷却塔セルや循環配管への油分を含む汚濁物の固着を効果的に防止できると同時に、微生物発生を抑制することができる。また、電解槽に設置した電極を定期的に反転させることが有効である。これにより、陽極側の電極に付着するスケールを、電極反転後、溶解除去することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の循環水再利用装置を示すブロック図である。図１に示すように本実施形態の循環水再利用装置は、循環水の一部をろ過分離する逆浸透膜１１を有する逆浸透膜ろ過装置１と、逆浸透膜１１の濃縮水を電解する電解槽２が濃縮水配管１２で接続されている。電解槽２は、イオン透過性を有する隔膜２１により２槽に分離されており、それぞれに電極２２が取り付けられている。この電解槽２には、混合注入部３が設けられ、電解水配管１４を介して循環水配管１５に接続されている。混合注入部３は、陽極側に生成する酸性電解水と陰極側に生成したアルカリ電解水を交互に切り出すための分岐バルブ２４と、循環水に圧入するための電解水送水ポンプ２３で構成されている。

このように、本実施形態の循環水再利用装置には、逆浸透膜１１を有する逆浸透膜ろ過装置１と、隔膜２１により分断された２槽式の電解槽２と、生成した酸性電解水とアルカリ電解水を交互に間欠的に循環水に混合注入する混合注入部３が設けられている。

本実施形態の逆浸透膜ろ過装置１においては、循環水配管１７から逆浸透膜１１によって、ろ過分離が行われ、循環水中のカルシウム、マグネシウムおよび塩素イオン等の塩類が除去されたろ過水が、再生水配管１３を通じて、製鉄設備７に送られる。前記塩類が濃縮された濃縮排水は濃縮水配管１２を通じて、電解槽２に送られ、印加された電極２２により、酸性電解水とアルカリ電解水が生成する。生成した電解水は、一定の時間間隔を置いて、開閉する分岐バルブ２４を介して、電解水送水ポンプ２３により、交互に循環水配管１５に圧入される。

図２は、本発明の第２の実施形態に係る循環水再利用装置を示すブロック図である。図２においては、図１に示す第１の実施形態の構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。電解槽２において生成した酸性電解水とアルカリ電解水を、一定の時間間隔を置いて、開閉する分岐バルブ２４を介して、電解水送水ポンプ２３により、２系統の循環水配管１５に送水している。また、定期的に電極２２の正負を反転させることにより、それぞれの電解槽２に、酸性電解水とアルカリ電解水を交互に製造することができる。

図３は、循環水冷却システムにおいて、使用される一般的な腐食性配管材であるステンレス鋼であるＳＵＳ３０４の腐食割れが発生する水温の塩化物イオン濃度依存性を示す。鉄鋼排水の開放冷却系循環水は、水温５０℃以下で循環されていることから、濃縮配管に使用するステンレス鋼の腐食割れを防ぐためには、３００ｍｇ／Ｌ以下とすることが望ましい。また、循環水は工業用水を補給水として使用するため、塩素イオン濃度が４０ｍｇ／Ｌ程度であることが通常である。開放循環系冷却水システムにおける、逆浸透膜装置の排水濃縮比率は、２以上１０以下であることから、濃縮排水中の塩化物イオン濃度を、８０ｍｇ／Ｌ以上に設定することが装置運転上容易である。よって、濃縮排水中の塩化物イオンは、８０ｍｇ／Ｌ以上３００ｍｇ／Ｌ以下であることが望ましい。

以下、本発明の効果について、実施例および比較例を挙げて具体的に説明する。本実施例においては、鉄鋼業の圧延工程に使用される開放系循環冷却水に対し、循環水の一部をブロー水として排出した後、逆浸透膜ろ過装置に導入し、回収率８０％にて再生水と濃縮水に分離した。前記濃縮水の水質は、平均値で、塩化物イオン２０３．０ｍｇ／Ｌ、カルシウムイオン濃度２６０．１ｍｇ／Ｌ、マグネシウムイオン濃度６５．３ｍｇ／Ｌであり、電解槽に導入し、白金電極を電流値３Ａとなるように電解槽中に保持した。生成した電解水を冷却塔水槽の流入部に、ダイヤフラムポンプにて注入した。冷却塔セルの一部に付着した物質量を測定するために、塩化ビニル製の試験片を冷却塔水槽の上部から垂らし、１週間経過後の浮遊物質（ＳＳ）付着量を測定した。その結果を表１に示す。

上記表１に示すように、電解水を添加することにより、冷却塔セルに設置した試験片へのＳＳ付着量の低減が認められた。

本発明の第１の実施形態の循環水再利用装置を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態の循環水再利用装置を示すブロック図である。 横軸に逆浸透膜の濃縮排水中の塩化物イオン濃度をとり、縦軸にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）に腐食割れが発生した温度を取った図である。

符号の説明

１ 逆浸透膜ろ過装置
２ 電解槽
３ 混合注入部
４ 冷却塔
５ 冷却塔水槽
６ 製鉄プロセス
７ 製鉄設備
１１ 逆浸透膜
１２ 濃縮水配管
１３ １５ １７ 循環水配管
１４ 電解水配管
１６ 再生水配管
２１ 隔膜
２２ 電極
２３ 電解水送水ポンプ
２４ 分岐バルブ

Claims (4)

1. 鉄鋼業における開放循環系の循環水冷却システムにおいて、
   循環水の一部を逆浸透膜でろ過し、鉄鋼プロセス用水として再利用する逆浸透膜ろ過装置と、
   前記逆浸透膜の濃縮水排水の一部を電解する隔膜により分断された２槽式の電解槽と、
   生成した酸性電解水とアルカリ電解水を交互に間欠的に循環水に混合注入する混合注入部と、
   を有する循環水再利用装置。
2. 前記循環水再利用装置において、濃縮水排水中の塩化物イオン濃度が、８０ｍｇ／Ｌ以上３００ｍｇ／Ｌ以下であることを特徴とする請求項１に記載の循環水再利用装置。
3. 循環水の一部を逆浸透膜でろ過し、鉄鋼プロセス用水として再利用する工程と、
   前記逆浸透膜の濃縮水排水の一部を隔膜により分断された２槽式の電解槽にて電解する工程と、
   前記電解槽にて生成した酸性電解水とアルカリ電解水を交互に間欠的に循環水に混合注入する工程と、を有することを特徴とする鉄鋼業における開放循環系の循環水冷却システムにおける循環水再利用方法。
4. 濃縮排水中の塩化物イオン濃度が、８０ｍｇ／Ｌ以上３００ｍｇ／Ｌ以下であることを特徴とする請求項３に記載の循環水再利用方法。

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