JP3518463B2 - 水系の水処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷却水系や紙パル
プ製造工程などの水系媒体に接触した金属配管等の微生
物的汚れを検知し、その結果をもとに適正な処理状況に
なるよう水処理を行う方法に関するものである。詳しく
は、水に接する、鋭敏化処理が施されている金属製セン
サの腐食電位変化をモニタリングすることにより、金属
配管等への微生物的汚れ付着による悪影響を迅速かつ精
度良く予知し、その結果に応じ水処理を行うシステムに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水系の障害の一つにスライム障害が挙げ
られる。これは、水中の微生物が原因となって起こる障
害であり、熱交換器における伝熱効率の低下、配管の通
水不良などの障害を引き起こすほか、配管等の腐食の原
因となる。このような障害を防ぐためにスライムコント
ロール処理が行われており、水系への殺菌剤の添加など
が行われている。また、状況に応じ付着したスライムを
除去するために剥離剤添加による剥離処理が行われる
（鹿島建設、栗田工業共編：配管防食マニュアル（１９
８７年日本工業出版））。

【０００３】一般に、水系の微生物的汚れ付着を検知す
る方法としては水系へ浸漬したゴム板への汚れ付着量を
定期的に測定する方法や、汚れ付着によるチューブ内の
差圧変化から付着傾向を知る方法（NACE Standard RP
O189-89,”Standard Recommended Practice On-Line
Monitoring of Cooling Waters”, NACE Internat
ional, Houston, USA(1996)）が知られている。

【０００４】自然海水において、微生物が付着するとス
テンレス鋼は異常に高い電位を示すようになることが知
られている（R.Johnsen:Corrosion,41,296,1985）。冷
却水系においても同様の現象が認められる（平野ら：第
３８回腐食防食討論会，1991）。従って、自然電位を測
定してモニタリングを行う方法が特開平６−２０１６３
７号，特許２７９４７７２号に記載されている。また、
自然電位の測定結果に基づき、薬注制御を行う方法が特
開平１０−１４２２１９号及び特開２０００−９６７４
号に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のスライムコント
ロール処理方法では、処理水系に応じて選択されたスラ
イムコントロール剤を薬剤ごとに決められた濃度添加す
る、あるいは決められた範囲の検出濃度で管理する方法
が用いられてきた。また、環境への配慮や薬剤取り扱い
時の危険性回避、作業性改善などの要求から機器を利用
したスライムコントロール処理も行われるようになって
きている。これらの方法により良好な処理状況が維持さ
れている場合は何ら問題ないが、補給水質の悪化などさ
まざまな外的要因により従来通りの薬剤処理濃度あるい
は薬剤検出濃度レベルでは処理効果が不十分な状況にな
った場合には系内への微生物的汚れ付着が起こり、様々
な障害を引き起こすことが懸念される。このような事態
を防ぐ目的で汚れ付着状況をモニタリングする場合があ
る（上記文献）。

【０００６】これらのモニタリング方法により水系の汚
れ状況を把握し、必要に応じスライムコントロール処理
強化を行うことがある。常時汚れ付着傾向を把握し、汚
れ付着の危険が認められた初期の段階で処理強化策を講
じることが望まれるが、現状では適当な時期に実施した
モニタリング結果をもとに手動で処理強化策を講じる手
段をとっている。

【０００７】オンラインで得られたモニタリング結果を
もとに自動で薬注処理をコントロールするシステムが望
まれるが、ゴム板による方法は、オンラインモニタリン
グが不可能である。一方、差圧による方法はオンライン
計測が可能であるが、チューブ内への汚れの付き方、す
なわち汚れが均一に付着するかまだらに付着したかによ
って差圧変化として得られる結果が大きく異なる場合が
ある。また、差圧計など高価な部品が必要である点や差
圧測定用のチューブにある程度の長さが必要なためモニ
タリング機器設置に広いスペースが必要などの各冷却水
系に設置するのに障害となる点がある。さらに、差圧測
定用チューブ内の流速が一定条件下での測定が必要なた
め定流量バルブなどにより流量を調整して通水している
が、バルブに異物が詰まるなどしてわずかに流量が変化
することで差圧測定結果に大きな影響の出ることがしば
しば見られるといった問題点がある。

【０００８】また、従来の自然電位をモニタリングする
方法においては平板状テストピースを用いているが、こ
の平板状テストピースは金属表面構造が均一であり、感
受性が低いといった問題があった。

【０００９】このように、微生物的汚れ付着状況をモニ
タリングして薬注処理または機器処理をコントロールす
る方法は各水系に設置するにあたり多くの課題がある。

【００１０】スライムコントロール処理が不十分のため
系内に汚れが多量に付着した場合には剥離処理を実施す
るが、モニタリングを常時実施していない場合は系内の
汚れ付着状況を把握できない場合があり、本来剥離処理
を実施すべきタイミングからかなり遅れて処理を実施す
ることもあり得る。このような場合、剥離処理実施まで
の期間、水系は汚れ付着による悪影響を受け続ける結果
となり好ましくない。

【００１１】水系によってはあらかじめ安全性を考慮し
て、タイマー制御により一定期間おきに強制的に剥離処
理を実施する場合もある。この場合、汚れ付着による悪
影響が起こる可能性は軽減されるが、汚れ付着がないに
も関わらず剥離剤を添加する可能性もある。これは、薬
剤とエネルギーの無駄使いであり、処理コスト低減、環
境へ与える影響等の点からも必要な処理を必要なときに
実施することが望まれる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の水系の水処理方
法は、鋭敏化処理を施した金属材料を備えた微生物的汚
れ付着のモニタリング用センサを利用する水処理方法で
あって、該金属材料からなるセンサの電位変化に応じて
水処理を行うことを特徴とするものである。

【００１３】微生物的な汚れを検知するモニタリング用
センサとしては、鋭敏化する金属材料を鋭敏化処理した
ものを用いる。鋭敏化処理の方法には特に制限はなく電
気炉で焼鈍するなどして鋭敏化熱処理する方法などがあ
る。なお、鋭敏化熱処理を施した金属材料として溶接部
とすきま部とを持った構造のすきま付溶接試験片を用い
ることも可能であり、この場合にはより感度の高い微生
物的汚れ付着検知が可能となる。

【００１４】本発明に係るセンサに用いる金属材料は鋭
敏化するものであれば特に制限はなくステンレス鋼、ニ
ッケル合金などが挙げられる。

【００１５】センサとしてすきま付溶接金属片を用いる
場合、このすきま付溶接試験片は、例えば、同一材質の
金属片２枚を重ね合わせ溶接により接合することで溶接
部とすきま部を持った構造にしたものとすることができ
る。溶接により接合する２枚の金属片は、同一材質であ
れば形状等に制限はない。

【００１６】溶接方法に関しての制限は特になく、スポ
ット溶接などの方法を用いることができる。溶接の際
に、散りを生じたような試験片は使用しないように除外
する。２枚の金属片を接合する際の溶接箇所数には特に
制限はないが１〜３箇所程度が適当である。溶接部以外
の金属表面積は、溶接部の面積に比べ広いことが望まし
い。溶接後の溶接部周辺後処理（応力除去等）は行わず
そのまま使用する。溶接により接合された２枚の金属片
の間のすきまは、すきま開口部の開口幅がすきまの奥行
き長さに比べ１０分の１以下になるようにすることが望
ましい。

【００１７】センサに用いる鋭敏化処理を施した金属材
料（以下「センサ用金属材料」と称す場合がある。）に
は被覆導線が接続され、この導線を介して電位の測定を
行う。この金属材料と被覆導線の接続方法には、特に制
限はなく、圧着端子を取り付けた被覆導線をネジ止めに
て接続する方法やハンダ付けにより接続する方法などが
ある。

【００１８】水系の水温が生物の生育可能な温度範囲で
あれば、センサに用いる鋭敏化処理を施した金属材料
は、特に加温の必要はないが、水温が微生物の生育しに
くい低温であっても系内に伝熱面など微生物の生育に適
した環境がある場合には、その環境を模擬して面状発熱
体を貼り付けて加温しても良い。

【００１９】この場合、面状発熱体は、金属材料が前述
のすきま付溶接金属片であれば、溶接した２枚の金属片
のうち面積の広い金属片外表面に貼り付けて使用するの
が好ましい。２枚の金属片の面積が同じ場合にはどちら
に貼り付けても良い。面状の発熱体を用いることで被加
熱物、すなわちすきま付溶接金属片等のセンサ用金属材
料を均一に加熱することができ、伝熱面を模擬した環境
をも再現することが可能となる。

【００２０】ここで用いる面状発熱体には特に制限はな
いが、面状発熱体をセンサ用金属材料に貼り付けた際
に、センサ用金属材料と面状発熱体との間に電気が導通
しないようにする必要がある。このような対策として
は、面状発熱体外面を絶縁性の樹脂等でコーティングす
るなどの方法がある。

【００２１】面状発熱体によりすきま付溶接金属片等の
センサ用金属材料の加熱を行う場合、水中に浸漬した際
の伝熱面温度が微生物の生育可能な温度範囲にする必要
がある。そのような温度範囲であれば特に制限はない
が、伝熱面温度が１０〜５０℃の範囲になることが望ま
しい。そのため面状発熱体に温度調整機構を取り付ける
ことが望ましい。温度調整機構としては、液膨サーモス
タット、バイメタルサーモスタット、熱電対温度センサ
利用による制御機構などを用いることができる。さらに
温度調整機構として、温度変化に対して電気抵抗が急変
する性質、いわゆる正特性を持つ抵抗組成物（ＰＴＣヒ
ーター）を面状発熱体に用いることで、発熱体自身が温
度調整機能を有するため装置をより単純な構成で製作す
ることができる。正特性抵抗組成物（ＰＴＣヒーター）
を発熱体に用いる場合は、外部温度センサが不要であ
り、故障時の過熱などの問題もない。また、外部センサ
による温度制御に比べ、必要な電気エネルギー量が少な
くて済む場合が多く、省エネルギー化が可能である。

【００２２】面状発熱体の寸法、形状等に制限はない
が、面状発熱体を貼り付けるセンサ用金属材料表面の寸
法・形状とあわせるのが望ましい。

【００２３】センサ用金属材料と面状発熱体の貼り付け
方法には特に制限はなく、接着剤、両面テープなどを利
用する方法があるが、接着に使用する物質が面状発熱体
が発する熱により影響を受けないものを用いる必要があ
る。

【００２４】センサに用いる鋭敏化処理を施した金属材
料は、モニタリングに供する金属片表面以外の金属部分
がモニタリング水と接しないようになっていれば形状等
に特に制限はない。このような方法としては、例えば、
すきま付溶接金属片表面の被モニタリング部を除く部分
（電位測定用被覆導線と金属片の接続部等）を絶縁性の
樹脂、例えばシリコーン樹脂等で被覆する方法などがあ
る。

【００２５】本発明者の検討によれば、水系に浸漬した
鋭敏化処理を施した金属材料からなるセンサの電位は、
系内が微生物的な汚れ付着傾向にある場合に上昇する。
この現象は、鋭敏化処理を施していない同種の金属片に
おいても認められるが、反応の感度は鋭敏化処理を施し
た場合の方が明らかに優れている。特に、鋭敏化処理し
た金属材料が溶接部、すきま構造をあわせ持つ場合に
は、さらに微生物に対する感受性の高くなる結果を得て
おり、このセンサを用いることにより、より一層感度よ
く微生物的汚れ付着の悪影響を検知できるため適切な処
理コントロールを行うことが可能となる。

【００２６】具体的には、センサをモニタリング水系の
水と接触させる。スライムコントロール処理が適正に行
われている場合には、センサの電位はほぼ一定の値を推
移する。処理が不十分な状況になった場合には、センサ
が反応し電位上昇傾向が認められるようになる。このよ
うな信号が認められた場合には汚れを除去するよう自動
的に制御を行う。例えば、センサの電位がある閾値を越
えた場合に強化処理あるいは剥離処理を実施する信号を
出し水系への薬注制御または微生物的障害を除去する機
器を作動させる制御を行う。

【００２７】ここで用いる機器は、微生物的障害を除去
できるものであれば特に制限はなく、膜による微生物除
去、ＵＶによる殺菌、オゾン、塩素、次亜塩素酸、過酸
化水素、二酸化塩素、ラジカル種活性酸素など殺菌成分
を発生させる機器などが例示される。

【００２８】閾値は、ある水系にセンサを浸潰した場
合、つまり汚れの影響がない場合にセンサが示す電位に
より適宜選定することができる。一般的な冷却水系の場
合、１００〜３００ｍＶｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ／ｓａ
ｔ．ＫＣｌの範囲に設定することが望ましい。

【００２９】スライムコントロール処理の強化方法とし
ては、通常使用している薬剤の添加量を増やす、あるい
は通常使用している薬剤の他に他の薬剤を添加する等の
方法が挙げられる。通常使用している薬剤の使用量を増
やす方法に特に制限はないが、通常のスライムコントロ
ール剤を連続注入している場合には定常的な薬注ポンプ
の薬注量を増やす制御を行う方法や、通常の薬注ポンプ
はそのままの薬注を続け、その他に処理強化時用の薬注
ポンプをもう一台設置し処理強化薬注を行う方法が挙げ
られる。この際の処理強化処理の薬剤は連続注入でも間
欠注入でも可能である。また、通常のスライムコントロ
ール剤を間欠添加している場合には、添加頻度を上げる
ような制御を行う、あるいは一度の添加量を増やすよう
な制御を行うことができる。

【００３０】通常使用しているスライムコントロール処
理剤と異なる薬剤を添加する場合には、強化処理用の薬
注ポンプを設置し、センサの信号に応じてポンプを制御
し強化処理を行うことができる。この場合も、強化処理
薬剤の添加方法は連続注入でも間欠注入でも可能であ
る。また、これらの薬注処理と微生物的障害を除去する
機器処理は単独の実施のみに限定されず、これらの処理
を適宜併用する制御を行うことも可能である。

【００３１】これらの強化処理は、センサの電位信号が
汚れの影響のないレベル（正常電位値）に回復するまで
継続して行う。正常電位値は水系によって適宜設定する
ことができる。

【００３２】剥離処理の方法としては、剥離処理用のポ
ンプを設置し剥離剤を所定量バッチ添加する。剥離処理
は、通常１回だけ行う。

【００３３】センサの電位が強化処理開始後あるいは剥
離処理実施後一定の期間経過して正常電位値に回復しな
い場合は、異常発生の信号を発するようにする。

【００３４】異常発生信号が検出された場合には、セン
サの異常がないか確認するとともに、水系の汚れ状況を
水質分析の結果や他のモニタリング方法などから総合的
に判断し、間違いなく汚れの状況がひどい場合には、さ
らなる剥離処理を行うとともに抜本的な対策を行う必要
がある。

【００３５】スライムコントロール処理として塩素など
の酸化剤を用いている場合、センサの電位が酸化剤濃度
により変化するため、汚れ付着傾向のモニタリングに支
障をきたす場合がある。しかし、系内の酸化剤濃度を自
動測定し、その結果に応じた薬注制御を行うようなシス
テムを用いて系内の酸化剤濃度を一定に保つような工夫
をすることにより、スライムコントロール処理剤として
塩素のような酸化剤を使用している水系においても使用
可能である。強化処理として酸化剤を用いることは可能
であるが、酸化剤濃度が高くなりすぎることにより、セ
ンサの電位が影響を受ける可能性があることや、系内の
材質の腐食が懸念される場合もあるため可能であれば、
非酸化剤系の薬剤を用いることが望ましい。また、機器
による微生物的障害を除去する場合においても、酸化性
成分を発生させるものについては、酸化剤濃度が高くな
らないようにコントロールすることが望ましい。

【００３６】センサの電位測定方法並びに薬注ポンプ及
び微生物的障害を除去するための水処理機器を作動させ
る制御方法は上記のような信号検知による処理制御を行
うことができる方法であれば特に制限はなく、コンピュ
ーターによる制御法などが挙げられる。センサの電位計
測頻度にも特に制限はないが、１日あたり６回以上行う
ことが望ましい。

【００３７】センサは、定期的に交換することが望まし
い。交換頻度には制限はないが１年に１度は交換した方
が良い。また、異常信号が検出された際には交換するこ
とが望ましい。

【００３８】センサ設置個数には制限はない。センサの
精度を考慮し、複数個設置してもよい。この場合、本発
明に用いられるような鋭敏化処理を施した金属材料より
なるセンサと鋭敏化処理を施していないセンサのように
感受性の異なるセンサを複数個用いることにより、さら
に処理状況に対応した強化処理を実施することができ
る。これには感受性が高いセンサについて電位上昇がみ
られた後、やや感受性が低いセンサの電位上昇が生じた
時に、さらなる強化処理を施すことで実現できる。

【００３９】

【実施例】〔実施例１〕微生物的汚れ検知に利用するセ
ンサの微生物的汚れ感受性評価結果を図１に示す。

【００４０】試験は、現場より採取したスライムを含む
汚れ成分を添加した冷却水に ＳＵＳ３０４製のテストピース ＳＵＳ３０４製のテストピースを６５０℃で２４時
間鋭敏化処理したテストピース ＳＵＳ３０４製大小２枚のテストピースをスポット
溶接し、溶接部・すきま構造を持たせたものを６５０℃
で２４時間鋭敏化処理したテストピース の３種を浸漬した際の電位変化を測定して行った。

【００４１】図１より明らかなように、のテストピー
スは浸漬直後の電位から最も早く上昇傾向を示した。次
いで、のテストピースが上昇傾向を示した。のテス
トピースは今回の試験期間において、浸漬直後の電位か
ら殆ど変化がなかった。

【００４２】この結果は、鋭敏化処理を施した金属材
料、さらに溶接部・すきま構造を有する金属材料が微生
物的汚れに対する感受性の高いことを示している。

【００４３】なお、〜のいずれのテストピースも、
水系に汚れ成分を添加しない場合には、電位が安定に推
移することを確認している。 〔実施例２〕実施例１ののテストピースを用い、実機
冷却水系を模擬したパイロットプラントにおいて金属
（ここではＳＵＳ３０４）の腐食モニタリングを行い、
それに基づいて水処理を実施した。

【００４４】水系は図２に示す通りである。冷却ファン
１８及びピット１９を有する冷却塔２０内の水が送水ポ
ンプ２１及び送水配管２２を介して熱交換器２３へ送ら
れ、戻り配管２４を介して冷却塔２０へ循環される。こ
の送水配管から採水用の配管２５が分岐し、採取された
水がテスト管２６内に通水された後、冷却塔２０または
配管２２，２４へ戻される。

【００４５】このテスト管２６にはセンサ１１と共に参
照電極（ＡｇＣｌ／ｓａｔ．ＫＣｌ電極）１２が設けら
れており、該センサ１１及び参照電極１２の信号は計測
制御機器１３に入力されている。計測制御機器１３で
は、参照電極１２を基準としてセンサ１１の電位を計測
する。この計測制御機器１３からの制御信号が薬注ポン
プ１７に与えられる。

【００４６】この薬注ポンプ１５，１７は、タンク１６
内のスライムコントロール剤をピット１９に薬注するた
めのものである。

【００４７】センサ１１が汚れ付着傾向を検知していな
いときには通常薬注用のポンプ１５のみから薬注が行わ
れる。センサ１１が汚れ付着傾向を検知すると、ポンプ
１５及びポンプ１７の双方から薬注が行われ、強力なス
ライム抑制処理が行われる。

【００４８】図３はこの薬注処理において通常薬注ポン
プ１５を停止し、かつ実冷却水系より採取したスライム
を含む汚れ成分を定期的に添加した際の、センサ１１の
検出電位の経時変化を示すグラフである。１１日目で電
位が設定閾値（上）＝０．２０Ｖを超えたので、自動的
にポンプ１７から有機系スライムコントロール剤の薬注
を行った。その結果、電位が設定閾値（下）＝０．１７
Ｖまで低下してきたので、自動的にポンプ１７による薬
注を停止した。

【００４９】

【発明の効果】本発明のシステムは、微生物的汚れの影
響をセンサにより精度良く検知し、薬注処理または機器
処理を制御することにより適切なスライムコントロール
処理を行い、水系の処理状況を良好に維持しようとする
ものである。

【００５０】本発明の方法では、汚れ付着傾向モニタリ
ング結果を少スペース、安価な装置によりオンライン測
定し、結果をもとにスライムコントロール強化処理を行
うことができる。初期段階の汚れの影響を捉えられ処理
を行うことにより系内の障害を未然に防ぐことができ
る。また、必要なときに、必要なだけ強化処理を行うた
め薬剤の無駄使いがなく、環境におよぼす影響も最小限
に抑えることが可能となる。機器処理についても必要に
応じて作動させるため、電力面やメンテナンス面でも経
済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における各テストピースの微生物的汚
れ感受性評価結果を示すグラフである。

【図２】実施例２に係る方法が適用された冷却水系の概
略的な系統図である。

【図３】実施例２に係る方法が実施された場合の腐食電
位の経時変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１１ センサ １２ 参照電極 １３ 計測制御機器 １５ 通常薬注ポンプ １６ 通常処理スライムコントロール剤 １７ 強化処理用ポンプ １８ 冷却塔 １９ 冷却塔ピット ２０ 冷却塔 ２１ 送水ポンプ ２２ 送水配管 ２３ 熱交換器 ２４ 戻り配管 ２５ 採水用の配管 ２６ テスト管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｎ 33/18 １０６ Ｇ０１Ｎ 27/46 ３４１Ｍ (56)参考文献 特開 平11−28474（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−304589（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−295906（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−322797（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−300803（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/26 G01N 27/416 G01N 33/18 C02F 1/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋭敏化処理を施した金属材料を備えた微
   生物的汚れ付着のモニタリング用センサを利用する水処
   理方法であって、該金属材料からなるセンサの電位変化
   に応じて水処理を行うことを特徴とする水系の水処理方
   法。
2. 【請求項２】 金属材料が溶接部とすきま構造とをあわ
   せ持つ請求項１に記載の水処理方法。
3. 【請求項３】 水処理手段が水処理薬品を水系に添加す
   る手段である請求項１又は２に記載の水処理方法。
4. 【請求項４】 水処理薬品がスライムコントロール剤を
   含む薬品である請求項３に記載の水処理方法。
5. 【請求項５】 水処理手段が微生物的障害を除去するた
   めの水処理機器である請求項１又は２に記載の水処理方
   法。
6. 【請求項６】 水処理機器が殺菌成分を発生させる機器
   である請求項５に記載の水処理方法。