JP4139857B2

JP4139857B2 - 水処理方法

Info

Publication number: JP4139857B2
Application number: JP2001371708A
Authority: JP
Inventors: 弘宜錦織
Original assignee: Katayama Chemical Works Co Ltd
Current assignee: Katayama Chemical Works Co Ltd
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2021-12-05
Also published as: JP2003170193A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水処理方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、工業用水の循環水系において、スケールの付着による伝熱の阻害や流量の低下等の障害を防止するための水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種の工場を循環する開放循環冷却水、製鉄所を循環する高炉集塵水や転炉集塵水等の工業用水の循環水系においては、循環水中の塩類濃度の上昇等により、熱交換器や配管等に炭酸カルシウムを主とするカルシウム系スケールが付着して伝熱の阻害や流量の低下等の障害が発生する。そこで、カルシウム系スケールの付着を抑制するために、従来から数多くのスケール防止剤や循環水を電磁場処理するための装置等が知られている。
【０００３】
スケール防止剤としては、アクリル系共重合体、有機ホスホン酸、有機キレート剤等の薬剤が提案されている。また、循環水を電磁場処理するための代表的な装置としては、スケールキラー（日本製鋼所製）等があり、さらに、電磁場処理水を製造および供給する装置（特開平９−２２０５７８号公報等）や、アニオン系の薬剤を添加した後に変調電場処理を行うことによって、変調電場処理を促進させ、スケールの付着を防止する方法（特開平２００１−２５９６９１号公報）が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、工業用水の循環水の流路におけるスケール付着防止のために、電磁場処理を行ったり、この処理を薬剤の添加と併用して行ったりする試みがなされているが、さらなるスケール付着防止の効果が望まれている。
【０００５】
本発明は、工業用水の循環水の流路において、スケールの付着による伝熱の阻害や流量の低下等の障害の発生を防止する水処理方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、循環水に特定のスケール防止薬剤を添加し、前記薬剤が添加された循環水に磁力を印加することにより、循環水中に存在しているスケールの付着を効率的に防止できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００７】
かくして、この発明によれば、工業用水の循環水の流路に有機ホスホン酸系スケール防止剤を添加してスケール成分の発生・付着を防止する方法において、前記循環水の循環流路の少なくとも一部に磁界を印加して行うことを特徴とする水処理方法が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明における「工業用水の循環水の流路」とは、炭酸カルシウム等を主体とするスケールが付着しやすい流路であれば特に限定されない。具体的には、各種工場内において構内を循環する開放循環冷却水、製鉄所の高炉集塵水や転炉集塵水の循環水系および製紙工場の紙パルプ工程の循環水の流路などが挙げられる。本発明の水処理方法は、開放循環冷却水および転炉集塵水の循環水の流路における水処理に特に好適に用いられる。
【０００９】
本発明の水処理方法は、循環水の循環流路の少なくとも一部に磁界を印加する工程と工業用水の循環水の流路に有機ホスホン酸系スケール防止剤を添加する工程とからなる。これら２つの工程は、磁気を帯びた循環水と有機ホスホン酸系スケール防止剤とが接触するように行われる。
前記スケール防止剤の添加と前記磁界の印加は、必ずしも連続して行われることを要せず、ともに断続して行うことができる。例えば、磁界の印加後、停止期間をはさんで磁界の印加を開始する工程を繰り返してもよい。
【００１０】
本発明の水処理方法では、公知の有機ホスホン酸系のスケール防止剤が用いられる。
そのなかでも、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（ＨＥＤＰ）、２−ホスホノブタン−１，２，４−トリカルボン酸（ＰＢＴＣ）、アクリル酸−２−アクリロイルアミノ−２−メチル−１−プロパンスルホン酸ナトリウム・次亜リン酸付加重合物、１，１，１−ニトリロトリメチルホスホン酸、エチレンジアミンテトラメチルホスホン酸またはそれらの塩が好ましい。
【００１１】
それらの塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩およびカリウム塩などのアルカリ金属塩、ならびにアンモニウム塩などが挙げられる。
上記のアクリル酸−２−アクリロイルアミノ−２−メチル−１−プロパンスルホン酸ナトリウム・次亜リン酸付加重合物の塩としては、そのナトリウム塩が、例えば、Biolab社のBelclene（登録商標）４００として市販されている。このBelclene４００は、スライム障害防止の点でも効果がある。
【００１２】
循環水に添加する前記のスケール防止剤の添加割合は、通常、１〜５０ｍｇ／リットル、好ましくは２〜２０ｍｇ／リットルである。
スケール防止剤の添加割合が１ｍｇ／リットル未満の場合には、十分なスケール防止効果が期待できないので好ましくない。また、スケール防止剤の添加割合が５０ｍｇ／リットルを超える場合には、それ以上の効果が期待できず、かつコスト的に不利になるので好ましくない。
【００１３】
循環水の循環流路の少なくとも一部に磁界を印加する方法（以下、磁気処理と称する）としては、循環流路の少なくとも一部に捲回したコイルに交流電流を通電することが挙げられる。
磁気処理の他の形態としては、循環水の流路を横切る方向に対向する電極あるいは電磁石の少なくとも一対を配設し、前記電極あるいは電磁石の対に通電することによって行われる。また、磁気処理は、公知の永久磁石や磁力発生装置を用いて行うことができる。
上記したコイル、磁石あるいは電極等は、循環水と接するように配設されてもよいし、循環水と接しないように配設されてもよい。
【００１４】
これらによって、循環水の循環流路の少なくとも一部に磁界が印加され、循環流路の循環水が磁界を通過する。
磁界の強度は、循環水中のカルシウムイオンの含有量や循環水系における循環水量などに応じて設定すればよい。したがって、処理対象の循環水中のカルシウムイオンの含有量を予め測定しておき、磁界の強度を設定すればよい。
【００１５】
本発明における循環水に対するスケール防止剤の添加および磁力の印加後、循環水中の懸濁物の量が多い場合には、これを除去し、処理された循環水を循環使用することが好ましい。懸濁物を除去する方法としては、公知の方法、例えば沈殿池を用いる方法が挙げられる。
【００１６】
本発明の水処理方法によれば、特定のスケール防止剤を循環水に添加するとともに、循環水の循環流路の少なくとも一部に磁界を印加することにより、スケールの発生および付着の抑制に顕著な効果が認められる。
【００１７】
本発明の水処理方法を、図１を用いて具体的に説明する。
図１は、転炉から排出されたガスの流れ（図中の破線矢印で示す）およびそのガスを処理する集塵水の循環経路を示す概略図である。転炉から排出されたガス（転炉ガス）は、乾式集塵器（図示しない）で集塵され、次いで湿式集塵器１に送られて、ダスト等が除去され、転炉ガスホルダー（図示しない）に回収される。
【００１８】
湿式集塵に用いられた水（転炉集塵水）は、沈殿槽２で固形物が回収され、貯水槽３および循環ポンプ４を経て磁気処理部５に送られ、循環系でくり返し利用される。
なお、必要に応じてＡ点（水補充口）で新しい水が補充され、Ｂ点（凝集沈殿物排出口）では凝集沈殿物が排出除去される。
【００１９】
さらに、上記の転炉集塵水の循環水系には、転炉集塵水に凝集剤を添加する凝集剤添加装置６を沈殿槽２の上流側に配設し、有機ホスホン酸系スケール防止剤を添加するスケール防止剤添加装置７を磁気処理部５の上流側に配設する。しかし、スケール防止剤添加装置７および磁気処理部５が配設される位置は上記に限定されない。
【００２０】
【実施例】
本発明を試験例により以下に説明するが、これらの試験例により本発明が限定されるものではない。
【００２１】
試験例（スケール抑制試験装置を用いたスケールの抑制効果を確認する試験）某製鉄所の転炉集塵水の循環水系から採取した水を試験水として、図２に示したスケール抑制試験装置１０を用いて転炉集塵水の循環水系におけるスケールの抑制効果を確認する試験を行った。
【００２２】
スケール抑制試験装置１０は、図２に示したように、試験用循環ポンプ１１によって循環される水路１２に、磁気処理部５、テストチューブ１３、流量計１４、溶液タンク１５およびバルブ１６を配設してなる。水路１２は塩化ビニルからなる内径２５ｍｍのパイプで構成されている。溶液タンク１５は、容量１５リットルのポリエチレン容器からなり、貯留された試験水を所定の温度に調整するヒータ１７を内側に配置した。
【００２３】
磁気処理部５は、エスケーエイ株式会社の商品名「Scale Watcher(スケールウォッチャー)」で型式「PDS-L 01」を用いた。具体的には、図２に示したように、コイル５１を水路１２に巻き付け、コイル５１の両端を電源回路部５２に接続した。電源回路部５２は、７００〜３０００Ｈｚの帯域で周波数が時間的に変化する方形波の交流電流をコイル５１に供給できるように構成されている。これによって、コイル５１の内側の水路１２部分に磁界が形成され、この磁界を通過する循環水に磁力が印加される。
【００２４】
このスケール抑制効果確認試験は、この発明による実施例と従来技術による比較例として、スケール防止剤としての薬剤の添加と、磁気処理部５による磁界の有無を組み合わせたテーブル（後記の表２）を作成し、このテーブルにしたがって順次、同一条件で行った。
【００２５】
まず、図１の貯水槽３の出口に相当する位置から転炉集塵水を試験水として１０リットル採取し、溶液タンク１５に入れた。次いで、溶液タンク１５にスケール防止剤を添加した。ヒータ１７によって試験水の温度を３０℃に調整し、テストチューブ１３を通過する試験水の流速が１．０ｍ／ｓとなるようにバルブ１６で循環流量を調整した後、循環ポンプ１１を駆動してテストチューブ１３に試験水を流通させた。
【００２６】
磁気処理は、コイル５１の両端を接続した電源回路部５２から７００Ｈｚ付近の帯域で周波数が時間的に変化する方形波の交流電流をコイル５１に供給した。
【００２７】
それぞれの試験開始から７日後に、テストチューブ１３をスケール抑制試験装置１０から取り出した。試験の評価は、取り出されたテストチューブ１３のそれぞれについてスケール付着速度（ＭＣＭ）を算出し、算出されたスケール付着速度を比較することにより行った。
【００２８】
テストチューブ１３の設定条件を以下に示す。
材質／ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）
内径／１．３９ｃｍ
長さ／１０ｃｍ
内面積／４３．６７ｃｍ²
【００２９】
有機ホスホン酸系スケール防止剤を添加する前の試験水の水質を表１に示す。
【００３０】
【表１】

【００３１】
前記した実施例と比較例のテーブルと試験結果を表２に示す。
【００３２】
【表２】

【００３３】
供試薬剤Ａ〜Ｄのそれぞれを以下に示す。
Ａ：１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（ＨＥＤＰ）
Ｂ：２−ホスホノブタン−１，２，４−トリカルボン酸（ＰＢＴＣ）
Ｃ：アクリル酸−２−アクリロイルアミノ−２−メチル−１−プロパンスルホン酸ナトリウム・次亜リン酸付加重合物のナトリウム塩の５０重量％の水溶液（「Belclene 400」：Biolab社製のスケール防止剤）
Ｄ：ポリアクリル酸ナトリウム
【００３４】
スケール付着速度（ＭＣＭ）の算出は、試験後のテストチューブ１３を乾燥してその重量Ｗ７を測定し、次いでこのテストチューブ１３を酸洗浄してその重量Ｗ０を測定し、これらの測定結果から下記の式によりスケール付着速度（ＭＣＭ）を算出した。
付着速度ＭＣＭ＝〔（Ｗ７ −Ｗ０）×1000×30〕／（Ａt ×Ｄ）・・・式１
上記の式１において、Ａt はテストチューブ１３の内面積（ｃｍ²）、Ｄは試験日数（日）をそれぞれ意味する。
なお、ＭＣＭは、〔ｍｇ／ｃｍ²・月数〕を意味する。
【００３５】
表２の結果から、薬剤Ａ、ＢまたはＣから選ばれる１種と、磁気処理を組み合わせることにより、スケール防止剤を単独で用いた場合の１０分の１の添加量で効果的にスケールを防止できることが分かった。
また、磁気処理を単独で行うよりも有機ホスホン酸系のスケール防止剤（薬剤Ａ、ＢおよびＣ）を事前に添加しておくことによって、より効果的にスケールを防止できることが分かった。
【００３６】
上記の例では、磁気処理部５に、コイル５１を用いたが、コイル５１の代りに、あるいはコイル５１と併用して循環水の流れ方向と直角方向に対向する陽極および陰極を水路１２に配設し、陽極および陰極に任意の直流電圧を印加する構成としてもよい。これによって、陽極および陰極間の水路１２部分に磁界が形成され、この磁界を循環水が通過する。
【００３７】
【発明の効果】
この発明では、工業用水の循環水の流路において、有機ホスホン酸系スケール防止剤の添加と磁界の印加を併用することにより、スケールの付着を効率的に防止するための水処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の水処理方法を、転炉からの排出ガスの処理に適用する場合に用いられる集塵水の処理装置の一例を示す模式図である。
【図２】試験例に用いたスケール抑制試験装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１湿式集塵器
２沈殿槽
３貯水槽
４循環ポンプ
５磁気処理部
６凝集剤添加装置
７スケール防止剤添加装置
１０スケール抑制試験装置
１１試験用循環ポンプ
１２水路
１３テストチューブ
１４流量計
１５溶液タンク
１６バルブ
１７ヒータ
５１コイル
５２電源回路部

Claims

工業循環水の循環水の流路に有機ホスホン酸系スケール防止剤を添加してスケール成分の発生・付着を防止する方法において、前記循環水の循環流路の少なくとも一部に磁界を印加して行うことを特徴とする水処理方法。
磁界の印加が、循環流路の少なくとも一部に捲回したコイルに交流電流を通電することによって行われる請求項１に記載の水処理方法。
有機ホスホン酸系スケール防止剤が、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、２−ホスホノブタン−１，２，４−トリカルボン酸、アクリル酸−２−アクリロイルアミノ−２−メチル−１−プロパンスルホン酸ナトリウム・次亜リン酸付加重合物、１，１，１−ニトリロトリメチルホスホン酸、エチレンジアミンテトラメチルホスホン酸またはそれらの塩である請求項１または２に記載の水処理方法。
有機ホスホン酸系スケール防止剤の添加割合が循環水に対して０．２〜１０ｍｇ／リットルである請求項１〜３のいずれか１つに記載の水処理方法。