JP7036533B2

JP7036533B2 - 生物系付着物の付着抑制方法

Info

Publication number: JP7036533B2
Application number: JP2016084782A
Authority: JP
Inventors: 卓也小林
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2036-04-20
Also published as: JP2017192901A

Description

本発明は、配管の内部の生物系付着物の付着抑制方法に関する。

冷却水の送水配管（用水配管：配管）の内部に付着する生物系付着物を防除する技術として、付着した生物系付着物を死滅させたり、付着を抑制させたりすることが考えられている。付着した生物系付着物を死滅させたり、付着を抑制させたりする場合、強力な酸化力を持つオゾンを配管の内部に注入することが有効である。

水力発電設備では、冷却水等として淡水が適用され、冷却水等として使用した後の淡水は河川に放出されて生活圏に送られる。このため、水力発電設備の配管の内部にオゾンを注入する場合、環境の影響を抑制するためオゾンの添加量をできるだけ少なくする必要がある。しかし、オゾンの濃度を低くすると、オゾンの有効成分量が減って、生物系付着物を死滅させたり、付着を抑制させたりする効果が低減してしまう。

このため、オゾンの総量を低減するために、高濃度のオゾンを低い頻度で間欠的に添加する技術が従来から知られている（特許文献１参照）。オゾンを間欠的に添加することで、オゾンが添加されていない時に生物系付着物を高濃度のオゾンで除去し、微生物の繁殖を抑制することができる。

しかし、特許文献１に開示された技術は、オゾンの総添加量を減らすことはできるものの、最大濃度が高くなってしまい、意図しない化学反応が進行するのが現状であった。このため、最終的に排水が河川を通して生活圏に送られる淡水の配管の生物系付着物の防除には、そのまま適用し難いのが実情である。

特開平９－１５６９０３号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、オゾンの総添加量を所定の状態に維持すると共に、オゾンの最大濃度を抑制した状態で、生物系付着物が淡水の配管の内壁に付着することを抑制することができる生物系付着物の付着抑制方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の生物系付着物の付着抑制方法は、配管の中を流れる淡水に対する付着抑制剤であるオゾンの総添加量を所定量に設定し、オゾンの総添加量を維持してオゾンの最大濃度を抑制した状態で、第１の頻度で間欠的に前記オゾンを配管の中に濃度が１ｍｇ／Ｌ未満になる量で添加した後、配管の中の前記オゾンの濃度が低くなるように、前記第１の頻度よりも頻度が高い第２の頻度で前記オゾンを配管の中に添加し、生物系付着物が前記配管の内壁に付着することを抑制することを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、付着抑制剤の添加量を所定量に設定して付着抑制剤を配管の内部に間欠的に添加することで、付着抑制剤の総添加量を所定の状態に維持して付着抑制剤の最大濃度を抑制した状態で、配管の内部に付着抑制剤を添加する。この結果、付着抑制剤の総添加量を所定の状態に維持すると共に、付着抑制剤の最大濃度を抑制した状態で、生物系付着物が淡水の配管の内壁に付着することを抑制することが可能になる。
そして、オゾンの総添加量を所定の状態に維持すると共に、オゾンの最大濃度を抑制した状態で、生物系付着物が淡水の配管の内壁に付着することを抑制することが可能になる。
また、第１の頻度で間欠的にオゾンを添加することで、微生物の付着を抑制してバイオフィルムができないようにし、オゾンの濃度を低くすると共に、第１の頻度よりも頻度が高い第２の頻度でオゾンを添加することで、生物系付着物の付着を抑制する。
また、濃度が１ｍｇ/Ｌ未満になる量でオゾンを添加して、オゾンの最大濃度を抑制する。

また、上述した生物系付着物の付着抑制方法において、間欠的に前記オゾンを添加する頻度は、５分以上に一度以上であることが好ましい。

これにより、間欠的にオゾンを添加する頻度を、５分以上に一度以上にして、オゾンの総添加量を所定の状態に維持する。

また、上述した生物系付着物の付着抑制方法において、間欠的に前記オゾンを添加する頻度は、１０分から１５分の間（例えば、１２分）に一度であり、前記オゾンの添加時間は、少なくとも１分間であることが好ましい。

これにより、間欠的にオゾンを添加する頻度を、１０分から１５分の間（例えば、１２分）に一度にし、オゾンの添加時間を、少なくとも１分間にして、オゾンの総添加量を所定の状態に維持すると共に、オゾンの最大濃度を抑制する。

また、上述した生物系付着物の付着抑制方法において、間欠的に前記オゾンを添加する頻度は、５０分から７０分の間（例えば、６０分）に一度であり、前記オゾンの添加時間は、少なくとも５分間であることが好ましい。

これにより、間欠的にオゾンを添加する頻度を、５０分から７０分の間（例えば、６０分）に一度にし、オゾンの添加時間を、少なくとも５分間にして、オゾンの総添加量を所定の状態に維持すると共に、オゾンの最大濃度を抑制する。

また、請求項２に係る本発明の生物系付着物の付着抑制方法は、請求項１に記載の生物系付着物の付着抑制方法において、前記配管は、水力発電設備の用水配管であり、前記生物系付着物は、貝類もしくは水性昆虫であることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、水力発電設備の用水配管の内部への貝類もしくは水性昆虫等（カワヒバリガイ、トビケラ、コケムシ、ヒドロ虫、海綿等）の付着を抑制する。

本発明の生物系付着物の付着抑制方法は、付着抑制剤（例えば、オゾン）の総添加量を所定の状態に維持すると共に、付着抑制剤（例えば、オゾン）の最大濃度を抑制した状態で、生物系付着物が淡水の配管の内壁に付着することを抑制することが可能になる。

本発明の一実施例に係る生物系付着物の付着抑制方法が適用される配管が備えられた水力発電設備の概念図である。本発明の一実施例に係る生物系付着物の付着抑制方法を実施するオゾン添加系統の概略系統図である。オゾンの添加頻度に対する生物系付着物の付着防止割合を表すグラフである。オゾン濃度と生物系付着物の付着状況との関係を表すグラフである。

本発明は、例えば、水力発電設備の冷却水配管、即ち、淡水が供給される冷却水配管である熱交換器の配管の内部に、生物系付着物であるカワヒバリガイが付着することを防止するために考えられたものである。カワヒバリガイは、オゾンがある程度の濃度に達するまでは、生きていても酸化力の影響により配管の内壁に付着せず、オゾン濃度がある程度以上に高くなると死んでしまう。配管の内壁に付着して間もないカワヒバリガイは、オゾンがある程度の濃度に達するまでは生きた状態で剥離し、オゾンの濃度がある程度以上に高くなると、配管の内壁に付着した状態で死んでしまうことが知られている。

このような状況から、本発明では、カワヒバリガイが配管の内壁に付着せず、付着しても剥離する濃度のオゾン（付着抑制剤）を冷却水配管の内部に間欠的に添加し、オゾンの総添加量を所定の状態に維持すると共に、オゾンの最大濃度を抑制した状態で、冷却水の配管の内部にオゾンを添加し、生物系付着物であるカワヒバリガイが淡水の配管の内壁に付着することを抑制したものである。カワヒバリガイの付着抑制だけでなく、微生物の皮膜の形成を抑制することができる。

図１に基づいて水力発電設備の概略を説明する。
図１には本発明の一実施例に係る生物系付着物の付着抑制方法が適用される配管が備えられた水力発電設備の全体構成の一例を表す概念状況を示してある。

図に示すように、水力発電設備１は、貯水池２からの発電用水が水圧管３を介して送られる水車４を備えている。水車４の回転により発電機５が駆動され発電が行われ、水車４を回転させた発電用水は河川６に放出される。発電された電力は送電線７を介して需要側に送られる。

水車４の回転軸や、発電機５の回転軸等は、熱交換器８で冷却された冷却媒体により冷却される。熱交換器８には図示しない取水槽からの冷却用水（淡水）が配管９から供給されて内部の通水管の内部を流通する。熱交換器８では、通水管の内部を流通する冷却用水により冷却媒体が冷却される。通水管を流通して冷却媒体を冷却した冷却用水は河川６に放出される。

配管９にはオゾン添加手段１０が接続され、オゾン添加手段１０から配管９の冷却用水に、所定量のオゾン（付着抑制剤）が所定の周期で添加される。即ち、淡水である河川６に放出されても、濃度が過剰に高くなることがなく、環境への影響をなくした状態で、オゾンが添加される。オゾン添加手段１０からオゾンが添加されることにより、配管９の内壁、及び、熱交換器８の通水管の内壁に生物系付着物（主に、カワヒバリガイ）が付着することが抑制される。付着抑制剤としては、塩素、その他高分子化合物を適用することができる。

尚、内部に冷却媒体の流通配管が備えられ、流通配管の外側の空間に冷却用水が供給される熱交換器の場合、流通配管の外壁や熱交換器の容器の内壁に生物系付着物（主に、カワヒバリガイ）が付着することが抑制される。生物系付着物としては、貝類もしくは水性昆虫、コケムシ、ヒドロ虫、海綿が考えられる。

図２に基づいてオゾン添加手段１０（オゾン添加系統）の一例を説明する。
図２には本発明の一実施例に係る生物系付着物の付着抑制方法を実施するオゾン添加系統であるオゾン添加手段１０の概略の系統状況を示してある。

図に示すように、冷却用水が送られる配管９には冷却水の流量が検出される冷却水量検出手段１１が備えられ、冷却水量検出手段１１の下流側の配管９には、流れ方向の複数個所（図示例では４箇所）に、オゾンを混合するための混合器１２が備えられている。混合器１２にはオゾン水生成装置１３で生成されたオゾン水が供給され、配管９の冷却用水にオゾン水が混合される（オゾンが添加される）。

尚、図示例では、酸素を供給してオゾン水を生成するオゾン水生成装置１３を示してあるが、配管９を流通する冷却用水に電圧を直接かけてオゾンを生成する装置を適用することも可能である。

オゾン水生成装置１３には酸素が供給され、酸素の流量が酸素流量検出手段１４で検出される。オゾン水生成装置１３で生成されたオゾン水は、切替えバルブ１５を介して４箇所の混合器１２に適宜振り分けられ、配管９の所望の箇所にオゾン水が混合される（オゾンが添加される）。

配管９の途中部、及び、熱交換器８の入口部位には、オゾンの濃度を検出する濃度検出センサ１６が備えられ、濃度検出センサ１６の検出情報は制御手段１７に入力される。制御手段１７では、濃度検出センサ１６の検出情報に基づいて、切替えバルブ１５が制御される。これにより、配管９の長手方向に対して、濃度が均一になるようにオゾン水を混合することができる。

一方、制御手段１７には、冷却水量検出手段１１の情報、酸素流量検出手段１４の情報が入力される。そして、制御手段１７により、オゾンの添加量が所定量になるように、更に、オゾンが配管９の内部に間欠的に添加されるように、オゾン水生成装置１３の運転が制御される。

このため、オゾンの添加量が所定量に設定されてオゾンが配管９の内部に間欠的に添加されるようになり、オゾンの総添加量を所定の状態に維持してオゾンの最大濃度を抑制した状態で、配管９の内部にオゾンを添加することができる。この結果、オゾンの総添加量を所定の状態に維持すると共に、オゾンの最大濃度を抑制した状態で、生物系付着物であるカワヒバリガイが、淡水である冷却用水が送られる配管９の内壁、及び、熱交換器８の通水管の内壁に付着することを抑制することが可能になる。

カワヒバリガイは、オゾンがある程度の濃度に達するまでは、生きていても酸化力の影響により配管９の内壁、及び、熱交換器８の通水管の内壁に付着せず（付着が防止され）、オゾンの濃度がある程度以上に高くなると死んでしまう。付着して間もないカワヒバリガイは、オゾンがある程度の濃度に達するまでは生きた状態で剥離し（付着して剥離し）、オゾンの濃度がある程度以上に高くなると、配管の内壁に付着した状態で死んでしまう。

オゾンの総添加量を所定の状態に維持してオゾンの最大濃度を抑制した状態で、配管９の内部にオゾンを添加することで、カワヒバリガイが配管９の内壁、及び、熱交換器８の通水管の内壁に付着しない状態が維持され、万一、カワヒバリガイが配管９の内壁、及び、熱交換器８の通水管の内壁に付着しても、オゾンの濃度が高くなることがないので、付着力を増加させたまま死んでしまう虞がない。

上述したオゾン添加手段１０において、オゾンの添加量、及び、間欠的に添加する頻度を具体的に説明する。

一例として、オゾンの添加量の所定量は、濃度が１ｍｇ/Ｌ未満になる量に設定されている。そして、間欠的にオゾンを添加する頻度は、５分以上に一度であり、１０分から１５分の間（例えば、１２分）に一度で、オゾンの添加時間は、例えば、１分間とされている。このため、間欠的にオゾンを添加する頻度を５分以上に一度以上にして、オゾンの総添加量を所定の状態に維持すると共に、オゾンの最大濃度を抑制することができる。

他の例として、オゾンの添加量の所定量は、濃度が１ｍｇ/Ｌ未満になる量に設定されている。そして、間欠的にオゾンを添加する頻度は、５分以上に一度であり、５０分から７０分の間（例えば、６０分）に一度で、オゾンの添加時間は、例えば、５分間とされている。このため、間欠的にオゾンを添加する頻度を５分以上に一度以上にして、オゾンの総添加量を所定の状態に維持すると共に、オゾンの最大濃度を抑制することができる。

図３、図４に基づいてカワヒバリガイの付着の状況を説明する。
図３にはオゾンの添加状況とカワヒバリガイの付着防止割合との関係を示してあり、図４にはオゾンの添加濃度とカワヒバリガイの付着密度との関係を示してある。

図３（ａ）に示すように、濃度が１ｍｇ/Ｌ未満（例えば、２５０μｇ/Ｌ）になる量で、オゾンを連続的に添加した場合、カワヒバリガイの付着防止割合は、略１００％になることが確認されている。

図３（ｂ）に示すように、濃度が１ｍｇ/Ｌ未満（例えば、２５０μｇ/Ｌ）になる量で、１２分に一度の頻度で、添加時間を１分間としてオゾンを添加した場合、カワヒバリガイの付着防止割合は、１００％をやや下回るものの、１００％に近い割合になることが確認されている。また、図３（ｃ）に示すように、濃度が１ｍｇ/Ｌ未満（例えば、２５０μｇ/Ｌ）になる量で、６０分に一度の頻度で、添加時間を５分間としてオゾンを添加した場合、カワヒバリガイの付着防止割合は、１００％をやや下回るものの、１００％に近い割合になることが確認されている。

図３（ｄ）に示すように、濃度が１ｍｇ/Ｌ未満（例えば、２５０μｇ/Ｌ）になる量であっても、２４時間に一度の頻度で、添加時間を２時間としてオゾンを添加した場合、カワヒバリガイの付着防止割合は、５０％を少し上回る割合になる。また、図３（ｅ）に示すように、濃度が１ｍｇ/Ｌ未満（例えば、２５０μｇ/Ｌ）になる量であっても、４８時間に一度の頻度で、添加時間を４時間としてオゾンを添加した場合、カワヒバリガイの付着防止割合は、３０％程度になる。

従って、濃度が１ｍｇ/Ｌ未満になる量で、分単位で間欠的にオゾンを添加することで、カワヒバリガイの付着を略１００％（連続添加と同じ程度）防止することができることがわかる。これに対し、長時間に一度にオゾンを添加した場合、カワヒバリガイの付着が抑制されないことが確認された。

オゾンの濃度は１ｍｇ/Ｌ未満になる量にされているが、図４に示すように、オゾンの濃度がある程度増加するまでは（濃度がＸ１までは）、カワヒバリガイの付着密度が高く、オゾンの濃度が一定の濃度（Ｘ２）に達すると、カワヒバリガイの付着密度がゼロになる。

従って、オゾンの濃度が１ｍｇ/Ｌ未満になる量で、一定の濃度になるようにオゾンの添加量を制御することで、カワヒバリガイの付着が防止されることがわかる。

間欠的にオゾンを添加する他の方法として、第１の頻度で間欠的にオゾンを添加した後、オゾンの濃度を低くすると共に、第１の頻度よりも頻度が高い第２の頻度でオゾンを添加することができる。これにより、微生物の付着を抑制して、カワヒバリガイが付着しやすくなるバイオフィルムができないようにすることができ、その後、オゾンの濃度を低くして高い頻度でオゾンを添加することで、カワヒバリガイの付着を直接抑制することができる。

上述した生物系付着物の付着抑制方法は、オゾンの総添加量を所定の状態に維持すると共に、オゾンの最大濃度を抑制した状態で、カワヒバリガイが冷却用水（淡水）の配管９の内壁に付着することを抑制することが可能になる。

上述した実施例では、水力発電設備１の冷却用水（淡水）の配管９、熱交換器８の通水管へのカワヒバリガイの付着抑制を例に挙げて説明したが、本願発明の生物系付着物の付着抑制方法は、農業用水、灌漑用水の配管に対する生物系付着物の付着抑制に適用することができる。

１水力発電設備
２貯水池
３水圧管
４水車
５発電機
６河川
７送電線
８熱交換器
９配管
１０オゾン添加手段
１１冷却水量検出手段
１２混合器
１３オゾン水生成装置
１４酸素流量検出手段
１５切替えバルブ
１６濃度検出センサ
１７制御手段

Claims

配管の中を流れる淡水に対する付着抑制剤であるオゾンの総添加量を所定量に設定し、オゾンの総添加量を維持してオゾンの最大濃度を抑制した状態で、第１の頻度で間欠的に前記オゾンを配管の中に濃度が１ｍｇ／Ｌ未満になる量で添加した後、配管の中の前記オゾンの濃度が低くなるように、前記第１の頻度よりも頻度が高い第２の頻度で前記オゾンを配管の中に添加し、
生物系付着物が前記配管の内壁に付着することを抑制する
ことを特徴とする生物系付着物の付着抑制方法。
請求項１に記載の生物系付着物の付着抑制方法において、
前記配管は、水力発電設備の用水配管であり、
前記生物系付着物は、貝類もしくは水性昆虫である
ことを特徴とする生物系付着物の付着抑制方法。