JP6104780B2 - 薬剤注入システム及び薬剤注入方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、複数種類の薬剤を循環水中に注入して薬剤施工を行う薬剤注入技術に関する。

上下水道、ボイラー等の水を用いる機器において、微生物対策、スケール予防、腐食対策など、様々な目的で水処理が行われている。

例えば、上水道においては、微生物による悪臭など衛生面悪化を防止するため、塩素を水に注入する水処理が行われている。ボイラーでは、加熱、沸騰部においてスケールが析出し、熱効率低下を引き起こすため、スケール付着防止剤を循環水に注入してスケール抑制を行っている。

また、原子力プラントでは、機器、配管の腐食速度を低下させるために、ｐＨ調整剤を循環水に注入して、アルカリ環境下での運転が行われている。

一般的に、水処理用の薬剤には、薬剤注入後に機器内を循環させる必要があることから、循環時に沈着、沈降を起こさない水溶性の薬剤が多く利用されている。一方で、不溶性の固体薬剤には、機器や配管の内表面に付着施工することで、触媒作用等の効果により防蝕、抗菌効果など有用な効果を示すものが多く存在する。

しかし、不溶性の固体薬剤は、単独で機器内に注入した場合、すぐに沈降してしまうため、機器全体に施工効果を与えることはできない。さらに、配管閉塞等の問題を起こすおそれがある。

このため、不溶性の固体薬剤を水処理に用いるためには、固体薬剤に加えて固体薬剤を溶液中に分散させる分散媒が用いられる。分散媒をあわせて用いることで、注入点近傍での沈降を防止し、注入点から遠い部位にも薬剤を到達させることができる。これにより、水溶性の薬剤と同等の施工効果を得ることが可能となる。

従来から、薬剤注入による水処理において、様々な注入制御方法が検討されており、特許文献１、２には、薬剤濃度の減少速度または薬剤の揮発量をもとに薬剤の注入量を制御する技術が開示されている。

特開２０１０−２４７０６３号公報 特開２０１１−２５１２１０号公報

前述した循環水中に固体薬剤と分散媒とを注入する薬剤施工は、固体薬剤粒子の周囲に分散媒が形成され、分散媒の働きにより固体薬剤粒子が注入点から遠い部位に運搬される。そして、分散媒が固体薬剤粒子から脱離することで、機器の内表面に固体薬剤が施工されるものである。

施工時において、循環水に含まれる固体薬剤と分散媒との濃度比が維持されることは、分散媒が固体薬剤粒子から脱離する脱離速度が維持されることを意味し、固体薬剤を機器全体に施工する上で重要となる。

しかし、循環水が流動する環境が高温、酸性水質またはアルカリ性水質等の環境である場合、分解、揮発、化学変化等により、注入された固体薬剤及び分散媒それぞれの濃度が変化するため、薬剤の濃度比も経時的に変化する。そして、薬剤の濃度比の変化は、脱離速度に影響を与える。

このような環境下では、分散媒の働きにより固体薬剤粒子が注入点から遠い部位に運搬されず、機器全体に固体薬剤の施工効果を与えることは困難であった。
さらには、固体薬剤が機器に付着せず、薬剤粒子同士で凝集し、固体として残存することで、不純物として悪影響を与えるおそれもあった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、循環水中に注入した薬剤の濃度変化が生じやすい環境であっても、高い施工効果を実現する薬剤注入技術を提供することを目的とする。

本実施形態の薬剤注入システムは、不溶性の固体薬剤とこの固体薬剤を循環水の中で分散させる分散媒とを、前記循環水が流動する流路に注入する薬剤注入部と、循環水中の前記固体薬剤と前記分散媒との濃度を測定する濃度測定部と、予め設定された所定の濃度比を満たしかつ最小の注入量となるように、測定された濃度から求めた前記固体薬剤と前記分散媒との濃度比に基づいて前記固体薬剤及び前記分散媒それぞれの注入量を調整する注入量調整部と、を備えて、前記固体薬剤の粒子は、前記固体薬剤から前記分散媒が脱離することにより前記循環水が流動する前記流路の内表面に付着することを特徴とする。

本発明によれば、循環水中に注入した薬剤の濃度変化が生じやすい環境であっても、高い施工効果を実現する薬剤注入技術が提供される。

本実施形態に係る薬剤注入システムの構成図。 本実施形態に係る薬剤注入システムによる注入施工の動作フローを示す流れ図。 注入される固体薬剤及び分散媒の濃度変化の一例を時系列で示した説明図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示す実施形態に係る薬剤注入システム１０は、少なくとも２種類以上の薬剤を循環水が流動する流路１１に注入する薬剤注入部１２（１２ａ，１２ｂ）と、循環水に含まれる薬剤それぞれの濃度を測定する濃度測定部１３と、予め設定された所定の濃度比となるように、測定された薬剤の濃度から求めた濃度比に基づいて注入される薬剤それぞれの注入量を調整する注入量調整部１４と、を備える。

薬剤注入システム１０は、水を循環して利用する装置、プラント等に適用される。流路１１は、循環水が流動する機器、配管等を示している。図１には、流路１１の一部が示されており、循環水は、矢印の方向を流動し、流路１１を介して循環している。

薬剤注入部１２は、不溶性の固体薬剤を注入する固体薬剤注入部１２ａと、固体薬剤を循環水の中で分散させる分散媒を注入する分散媒注入部１２ｂと、を備えている。
各注入部のそれぞれは、薬剤を保持する保持槽、薬液ポンプ（図示省略）を備えており、注入量調整部１４から指令される薬剤量を流路１１に注入する。

なお、最初に薬剤注入部１２から注入される薬剤量（初期値）は、注入量調整部１４に保存されており、薬剤注入システム１０の注入施工動作開始時に薬剤注入部１２に指令される。

固体薬剤は、防蝕、抗菌効果のある光触媒が選択され、酸化チタン、硫化カドミウム、ケイ素等が例示される。

分散媒は、固体薬剤注入部１２ａから注入される固体薬剤や循環水の水質に応じて選択され、アンモニア、アンモニア化合物、アミノ基を持つ化合物、カルボン酸、スルホン酸、ホスホン酸、これらの酸から形成される化合物、あるいはカルボキシル基を持つ化合物等が例示される。

また、固体薬剤には、循環水が特定のｐＨ値でなければ機器表面に付着させることができない性質を持つものがある。このような固体薬剤を注入する場合は、分散媒注入部１２ｂに代えてまたは分散媒注入部１２ｂとともにｐＨ調整剤を注入する注入部を設ける。

濃度測定部１３は、薬剤注入部１２から離れた位置に設けられ、一定時間ごとに流動中の循環水をサンプリングして、循環水に含まれる薬剤それぞれの濃度を測定する。そして、測定した各薬剤の濃度を注入量調整部１４に出力する。

なお、薬剤濃度の測定には、公知の測定方法が用いられ、サンプリングした循環水の成分を分析して薬剤濃度を測定しても良いし、循環水中のｐＨ値、水中の温度または溶剤酸素濃度に基づいて間接的に薬剤濃度を求めても良い。

濃度比格納部１５は、薬剤注入部１２から注入される固体薬剤と分散媒において最適となる濃度比が予め設定されている。この濃度比は、注入される薬剤の組み合わせに応じて適宜変更される。

注入量調整部１４は、濃度測定部１３で測定された薬剤の濃度を一定時間ごとに入力して、循環水中の薬剤の濃度比を求める。この求めた濃度比を基準として、濃度比格納部１５で設定された濃度比となるために必要な薬剤の注入量を計算する。このとき、濃度比格納部１５で設定された濃度比を満たしかつ最小の注入量を計算することにより、薬剤の使用量を低減することができる。

そして、注入量調整部１４は、計算した注入量を薬剤注入部１２に出力して、各薬剤を流路１１に注入させる。このように、注入する薬剤量を経時的に調整することにより、循環水中の薬剤の濃度比が最適な濃度比に維持される。

これにより、循環水が流動する環境が高温、酸性水質またはアルカリ性水質等の場合であり、注入する薬剤の濃度変化が生じやすい環境であっても、注入された固体薬剤と分散媒との濃度比は維持されるため、循環水が流動する機器全体に固体薬剤の施工効果を与えることができる。

さらに、固体薬剤と分散媒との濃度比が維持されることにより、固体薬剤粒子同士での凝集が抑制され、不純物の発生を抑えることができる。

また、循環水の水質が酸性状態または酸化性状態の場合、アンモニア、アンモニア化合物、あるいはアミノ基を持つ化合物を分散媒として選択すると、中和反応により分散媒の濃度は著しく変化する。

同様に、アルカリ性状態または還元性状態の場合、カルボン酸、スルホン酸、ホスホン酸、これらの酸から形成される化合物、あるいはカルボキシル基を持つ化合物を分散媒として選択すると、中和反応により分散媒の濃度は著しく変化する。

このような場合であっても、本実施形態の構成によれば、注入された薬剤の濃度比を維持することができるため、機器全体に固体薬剤の施工効果を与えることができる。

図２は、本実施形態に係る薬剤注入システム１０による注入施工の動作フローを示している（適宜、図１参照）。

まず、注入量調整部１４で設定されている初期値が、薬剤注入部１２に出力されて、固体薬剤注入部１２ａから流路１１に固体薬剤が注入される（Ｓ１０）。続けて、分散媒注入部１２ｂから分散媒が流路１１に注入される（Ｓ１１）。

濃度測定部１３は、流路１１から循環水をサンプリングして、固体薬剤及び分散媒それぞれの濃度を測定する（Ｓ１２）。

注入量調整部１４は、測定された固体薬剤及び分散媒の濃度から濃度比を求める（Ｓ１３）。そして、濃度比格納部１５で設定された濃度比となるように、求めた濃度比に基づいて注入する薬剤量を計算する（Ｓ１４）。

そして、注入量調整部１４は、計算した注入量を薬剤注入部１２に出力して、固体薬剤及び分散媒を流路１１に注入させる（Ｓ１５）。

所定の施工時間が経過するまで、一定時間ごとにＳ１１〜Ｓ１５を繰り返し、注入する薬剤量を調整する（Ｓ１６：ＮＯ）。そして、所定の施工時間が経過した場合は、施工処理を終了する（Ｓ１６：ＹＥＳ）。

図３は、流路１１に注入される固体薬剤及び分散媒の濃度変化の一例を時系列で示した説明図である。

固体薬剤及び分散媒の初期値注入後（ｔ_０後）に、注入量調整部１４により固体薬剤及び分散媒の注入量を経時的に調整することにより、固体薬剤と分散媒との濃度比が一定に維持されている様子が示されている。

以上述べた薬剤注入システムによれば、循環水に注入した複数種類の薬剤それぞれの濃度を測定し、薬剤の濃度比に基づいて薬剤の注入量を調整することにより、薬剤の濃度変化が生じやすい環境であっても、高い施工効果を実現することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０ 薬剤注入システム
１１ 流路
１２ 薬剤注入部
１２ａ 固体薬剤注入部
１２ｂ 分散媒注入部
１３ 濃度測定部
１４ 注入量調整部
１５ 濃度比格納部

Claims (4)

1. 不溶性の固体薬剤とこの固体薬剤を循環水の中で分散させる分散媒とを、前記循環水が流動する流路に注入する薬剤注入部と、
   循環水中の前記固体薬剤と前記分散媒との濃度を測定する濃度測定部と、
   予め設定された所定の濃度比を満たしかつ最小の注入量となるように、測定された濃度から求めた前記固体薬剤と前記分散媒との濃度比に基づいて前記固体薬剤及び前記分散媒それぞれの注入量を調整する注入量調整部と、を備えて、
   前記固体薬剤の粒子は、前記固体薬剤から前記分散媒が脱離することにより前記循環水が流動する前記流路の内表面に付着することを特徴とする薬剤注入システム。
2. 請求項１に記載の薬剤注入システムにおいて、
   前記分散媒は、前記循環水が酸性状態または酸化性状態の場合において、アンモニア、アンモニア化合物、あるいはアミノ基を持つ化合物であることを特徴とする薬剤注入システム。
3. 請求項１に記載の薬剤注入システムにおいて、
   前記分散媒は、前記循環水がアルカリ性状態または還元性状態の場合において、カルボン酸、スルホン酸、ホスホン酸、これらの酸から形成される化合物、あるいはカルボキシル基を持つ化合物であることを特徴とする薬剤注入システム。
4. 不溶性の固体薬剤とこの固体薬剤を循環水の中で分散させる分散媒とを、前記循環水が流動する流路に注入するステップと、
   循環水中の前記固体薬剤と前記分散媒との濃度を測定するステップと、
   予め設定された所定の濃度比を満たしかつ最小の注入量となるように、測定された濃度から求めた前記固体薬剤と前記分散媒との濃度比に基づいて前記固体薬剤及び前記分散媒それぞれの注入量を調整するステップと、を含み、
   前記固体薬剤の粒子は、前記固体薬剤から前記分散媒が脱離することにより前記循環水が流動する前記流路の内表面に付着することを特徴とする薬剤注入方法。

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