JPH02115093A - 工業または都市用水システムを監視する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、１以上の蛍光剤を含有る、組成物の利用法に
関し、詳細には液体含有システム（ｓｙｓｔｅｍ）への
処理化学薬品の供給速度（単数および複数）を定量化し
且つ制御る、ために前記組成物を利用る、方法に関る、
。更に、１以上の蛍光剤は、静止下での組成物性能を測
定る、かシステムの操作条件を変える手段を与える。更
に、１以上の蛍光剤は、システムの重要な特性、例えば
、システムに入り且つ去る液体の全容量および量を定量
化る、ために使用される。

この明細書の用語、例えば、薬剤、トレーサー水準、速
度、成分、化合物、組成物、処理剤、処方物、液体、流
体、およびシステムは、使用されるものであって、且つ
１回使用と多回使用との両方を説明る、と理解される。

液体なる用語は、全く一般的であり、水性、非水性、お
よび混合水性／非水性環境と関連づけてもよい。

〔従来の技術〕 処理剤を加える液体のボディー（ｂｏｄｙ）を包含る、
システムにおいては、処理剤の適当な供給量を維持る、
ことは、最適の性能に必須である。処理剤の不適当な供
給速度は、重大な問題をもたらすことがある。例えば、
処理剤の妥当でない量を使用る、時には、ひどい腐食お
よび／または析出物（ｄｅｐｏｓｉｔ）形成は、冷却お
よびボイラー水システムにおける熱交換表面上で迅速に
生ずることがある。処理剤の濃度を算定る、１つの普通
の方法は、処理剤処方物中の有効成分（例えば、高分子
スケール抑制剤、ホスフェート、またはオルガノホスホ
ネート）の量を測定る、ことに集約している。その技術
は、下記問題の１以上のためしばしば不満足である： （ａ）液体に含有されるシステム液体または物質からの
バックグラウンド的干渉； （ｂ）分析法が嵩高な高価な装置を使用る、こと；（ｃ
）時間がかかる労力のいる分析は、連続監視に適合しな
いこと： （ｄ）不正確な読みは、システム内の有効成分の劣化ま
たは析出に起因る、こと。

処理剤供給速度を測定る、別の方法は、詳細には金属イ
オン（例えば、Ｌｉ）を処方物またはシステムに加える
方法である。その方法は、劣化／析出およびバックグラ
ウンド的干渉上の問題を回避る、のを助長る、。しかし
ながら、低トレーサーレベルの定量化は、高価な装置お
よび時間がかかる試験法と関連づけられる問題を普通大
きくる、。考慮しなければならない追加の因子は、トレ
ーサーのコストおよび環境上の許容性である。

例えば、放射性トレーサーは、非常に低レベルで検出可
能であるが、一般に、高価であり且つ環境および健康問
題のため許容できない。

〔発明が解決しようとる、課題〕

本発明の目的は、前記問題のすべてを回避る、ことにあ
る。

〔課題を解決る、手段〕

本発明は、処理成分の量が操作条件下で許容可能なパー
ツ（ｐａｒｔｓ）−成分：液体容量割合に適合る、かど
うかを決定る、ために、不純物を含有し且つ水域中の不
純物を除去または中和しながら全体としてシステム内で
消費または吸収る、という役割を有る、定量化投与量の
水処理成分を含有る、移動水域を通す装置を包含る、タ
イプの工業または都市用水システムを監視る、方法であ
って、（Ａ）この水域に、システム内の処理成分の量と
比例させた量の水溶性蛍光トレーサーを加え（ただし、
トレーサーの蛍光は水に不活性であるか水によって影響
され、装置に不活性であるか装置によって影響され、且
つ処理成分に不活性であるか処理成分によって影響され
るものとる、）；（Ｂ）システムから、成分とトレーサ
ーとの両方を含有る、水域の試料を排出し、排出された
試料を、本質上トレーサー濃度を放射率基準で標準と比
較る、工程からなる分析に付して、試料中のトレーサー
の濃度を測定し；そして、操作濃度が許容可能な操作範
囲外であるならば、 （Ｃ）処理成分用の濃度の許容可能な範囲が達成される
まで、水の容量、水の添加速度または排出速度または処
理成分の投与量を変える ことを特徴とる、工業または都市用水システムを監視る
、方法を提供る、。

前記のように、本発明は、処理剤供給速度および性能の
定量測定／制御を与えるために蛍光化合物をトレーサー
として処理剤処方物に配合る、。

正にその性状によって、蛍光は、強力な選択的微量成分
分析技術である［Ｊ、　Ｒ，ラコウィッ、「蛍光分光分
析の原理Ｊ　　（１’）８３）参照〕。

一般に、蛍光トレーサーの濃度は、トレーサー濃度ｖｓ
発先の校正曲線（第１図）から直接測定される。その比
較は、線形発光応答が観察される濃度範囲の測定を可能
にる、。より高いトレーサー濃度においては、理想挙動
からの負の偏差が観察される。トレーサーの濃度は、依
然として校正曲線から直接測定でき、または試料はトレ
ーサー濃度が線形発光応答範囲内に入るまで単純に希釈
できる。極希薄試料の場合には、技術は、望ましい濃度
範囲内になるまで蛍光トレーサーの濃度を増大る、こと
に存る、（例えば、液−液抽出）。

蛍光試薬を適当に選ぶことによって、ｐｐｔがらｐｐｍ
までのトレーサー量の定量的およびその場の測定は、安
価な携帯可能な装置を使用して即時または連続基準で常
習的に達成できる。更に、多数のトレーサーは、′適当
なスペクトル特性を有る、トレーサーの選択によって同
時に使用してもよい。そのままで、蛍光トレーサーと処
理剤フィードとの各種の組み合わせは、液体システム内
で定量化できる。例えば、単一の独特な蛍光トレーサー
を含有る、４個の個々の処理剤プラス２個の蛍光トレー
サーを含有る、１個の追加の処理剤は、液体システム内
で使用できた。その場合には、各蛍光トレーサーおよび
５個の処理剤の対応の個々の濃度は、各々定量化できる
。処理剤フィードの複雑な組み合わせを定量化できるこ
とに加えて、環境上許容でき、液体システムによって劣
化されず、または液体システム内で析出せず且つ低コス
トで入手できる蛍光化合物が、入手できる。

本発明は、一般に下記方法で適用できる：ａ）液体シス
テムへの１以上の蛍光トレーサーの直接添加； ｂ）他の成分を含有る、化学処理剤組成物への１〜６種
（またはそれ以上）の蛍光トレーサーの配合（前記処理
剤はシステムの適当な操作を維持る、ために液体システ
ムに適用る、）； ｃ）１以上の蛍光トレーサーを含有る、１〜６種の化学
処理剤（またはそれ以上）を液体システムまたはシステ
ムに導く液体フィードに直接添加る、こと； ｄ）液体システム内で個々のトレーサー濃度１ｐＴ）ｔ
＝１００ｐｐｍ、好ましくは１ｐｐｂ〜１０ｐｐｍ、最
も好ましくは１０ｐｐｂ〜２ｐｐｍが実現されるように
蛍光トレーサーの添加。

本発明は、化学処理剤の量がシステムの性能に影響る、
広範囲の水性、混合水性／非水性、または非水性液体シ
ステム（例えば、ボイラー、清澄器、廃棄物処理、液体
一固体分離、ダウン−ホール（ｄｏｗｎ−ｈｏｌｅ）油
田応用など）で利用できる。

２Ｆｉのシステムが、大規模に評価された：１）工業シ
ステムを模擬る、ために使用る、パイロット冷却塔（第
２図）； ２）工業プラントの開放−再循環冷却水システムでのフ
ィールド試験。

パイロット冷却塔（ＰＣＴ）と工業冷却水システムとの
重要°な差は、後者がより複雑であることである〔熱交
換器を通しての多数の水流通路、多数の補給水源および
ブローダウン水源および操作制御範囲のより大きい変動
（硬度イオンの濃度、温度、水質、ｐＨなど）〕。

すべてのシステムにおいて、エネルギーは、より高い温
度であるシステムのプロセス側からの再循環冷却水によ
って抽出る、。熱伝達の効率を維持る、ために、エネル
ギーは、冷却塔での再循環水の蒸発冷却によって除去し
、熱交換器表面は清浄なままにる、ことが必要である。

冷却水の蒸発（Ｅ）は、冷却システム中の懸濁溶存固形
分の濃縮をもたらす。濃度比（ＣＲ）なる用語はシステ
ム内の溶存懸濁物の増大量の尺度である（式１）。

固形分の析出および熱交換器表面の腐食は、最も一般に
遭遇される問題である。冷却水システムは、通常、高度
に過飽和量のスケーリング塩を含有し、且つシステム全
体にわたっての（特に金属製熱交換器での）固形分の析
出は、スケール抑制剤を含有る、１以上の化学処理剤が
加えられなければ、生ずるであろう。金属製熱交換器お
よび水移送ラインの腐食を防止る、ために、１以上の化
学処理剤は、通常、腐食抑制剤を含有る、。化学処理剤
の供給速度が余りに高いか余りに低いならば、ひどいス
ケーリングおよび腐食は、熱交換器およびシステム全体
にわたって生ずることがある。

溶存懸濁固形分の量、システムの液体の全容量（Ｖ、）
および化学処理剤の濃度は、水の経済的使用、効率的熱
伝達、全冷却システムの最小ファウリング、および低い
操作コストを与えるために成る値の間に維持る、ことが
肝要である。濃度比（ＣＲ）を許容可能な範囲内に維持
る、ためには、「高」濃度の不純物を含有る、水は、シ
ステムから除去しく集合的に「ブローダウン」　（Ｂ）
と定義）、「低」濃度の不純物を含有る、水に取替えな
ければならない（集合的に「補給」　（Ｍ）と定義）。

Ｅ、ＢＳＭ、およびＣＲの値は、天候、工業プラントの
操作条件、および補給水の品質の変化のため可変である
。これらの因子は、すべて相関しており（以下に示すよ
うに）、因子のいずれか１つの変化は、他の操作パラメ
ーターの対応変化によって釣り合わせなければならない
。

Ｂ＋Ｍ−Ｅ　　　　（式２） ＣＲ−Ｍ／Ｂ　　　（式３） 冷却水システムの動的操作条件に加えて、他の有意変数
および未知の因子に通常遭遇る、。例えば、ブローダウ
ン水（Ｂ）は、各種の方法によって冷却システムから除
去できる（式４）。これは、不幸なことに可変であり且
つ性状が不明確である傾向がある。水を冷却水システム
から特定的にポンプ給送る、速度は、「再循環水ブロー
ダウン」（ＢＲ）と定義され、そして多容量の水を測定
る、際の実際的困難のため、その速度さえ必ずしも正確
には既知ではない。更に、不明確な量の再循環水〔不明
の（ｕｎ−ａｃｃｏｕｎｔｅｄ）システム損失〕は、通
常、工業プラントの他の部分で使用すべき冷却水システ
ムから除去される（「プラントブローダウン」　（Ｂ　
）と定義）。再循環水の漏れ（Ｂ、）および冷却塔から
の液滴のドリフト（ＢＤ）も、不明のシステム損失に加
わる。同様の状況は、全補給水速度（Ｍ）が補給水が再
循環システムに特定的にポンプ給送される速度（ＭＲ）
と他の源から生ずる液体の速度（Ｍ′）との合計速度で
ある補給水の場合に生ずることがある。状況の複雑さは
、式２〜５を考慮る、ことによって認識できる。

Ｂ−Ｂ　　＋Ｂ　　＋Ｂ　　十Ｂ　　　　（式４）Ｍ−
Ｍ　Ｒ＋　Ｍ　’　　　　　　　　　　（式５）冷却水
システムへの化学処理剤の供給速度は、通常、Ｍ　また
はＢＲの算定値に基づく。このことは、化学処理剤の濃
度に関してかなりの不確実性があり得ることを意味る、
。冷却水システムの操作条件が変化る、時には、化学処
理剤の供給速度は、調節すべきである。それらの調節は
、冷却水システムをどの位注意深く監視し且つ制御る、
かどうかに応じて施してもよく施さなくともよい。

供給速度を調節る、時にさえ、冷却水システム内の化学
処理剤の濃度は、一般に、変化にゆっくりと応答しても
よい（式６）。

ｔ　−（Ｖ　　／Ｂ）　ｉｎ　（２）　　　　（式６）
（式中、ｔは５０％の濃度増大が生ずる場合の応答時間
である） 例えば、１００万ガロンおよび全ブローダウン速度３０
０ガロン／分を有る、代表的システムを考慮る、。処理
剤の供給速度を５０ｐｐｍから１１００ｐｐに増大る、
ならば、他の変動または変化がシステム内で生じなかっ
たと仮定して、３８．５時間が、その変化の半分のみ（
処理剤濃度の増大２５ｐｐｍ）を達成る、のに必要とさ
れる。ＶＴの非常に大きい値およびＢの小さい値の場合
には、応答時間は、数日または数週間で測定してもよい
。他の場合には、変化、例えば、システムの故意の（ま
たは不注意の）フラッシングが迅速に生ずることがある
。それゆえ、システムの良好な制御および正確な監視を
維持る、ことは、重要である。

定量化すべき別の有意な操作パラメーターは、保持時間
指数（ＨＴＩ）、システム内の化学種の半減期のＩＩ定
値である（式７）。

ＨＴＩ−０，６９３（Ｖ　　／Ｂ）　　　　（式７）厳
しい操作条件下では、操作コストを激増せずに化学処理
剤中の成分の可能な劣化を減少る、ためにＨＴＩを最適
化る、ことが、重要である。

冷却水システムにおけるすべての操作限定および不確実
性のため、化学処理剤の濃度を迅速に測定し且つ連続的
に監視る、必要は、はっきりしている。蛍光トレーサー
の化学処理剤への添加は、前記のすべての未知の操作条
件、不正確に知られた操作条件および可変操作条件の正
確な測定を可能にる、。

第３図のＡ〜第３図のＣは、時間の関数としての分子レ
ベルでの水処理プログラムの操作を示す。

濃厚化学処理剤（１以上の成分を含有）は、再循環冷却
水にゆっくりと供給し、そこで処理剤は迅速に希釈し、
システム全体にわたって分布る、。

冷却水システムの操作条件が一定のままであるならば、
処理剤の添加および除去（再循環水ブローダウンおよび
システム損失のため）は、平衡る、であろう（第３図の
Ａ）。化学処理剤およびその成分の濃度は、理想的には
不変のままであるべきである。しかしながら、その状況
は、生じない。

時間が進行る、と（第３図のＢ〜第３図のＣ）、追加量
のＺｎ＋２、重合体、およびリン含有化合物は、析出お
よび金属表面上での保護フィルム形成および化学／生物
学的劣化プロセスのため再循環水から失われることがあ
る。また、操作条件（ブローダウン速度、濃度比、およ
び製品の供給速度など）の変化は、処理成分の濃度に影
響る、。蛍光トレーサーなしでは、再循環水の分析は、
処理成分の若干の現在の濃度を測定してもよいが（分析
法が存在る、と仮定して）、処理プログラムの元の供給
速度を直接指示できない。蛍光トレーサーを使用して処
理剤の供給速度を定量化し且つ制御る、ことは、現在の
水処理プログラムへの価値のある（必須ではないとして
も）付加である。

また、第３図のＡ〜第３図のＣは、不活性蛍光トレーサ
ーの添加が化学処理剤中の他の成分の析出にも拘らず処
理剤供給速度および処理効力の正確な測定をどのように
与えることができるかを示す。例えば、処方物の供給速
度が１１００ｐｐであると仮定る、。析出が熱交換器上
で生じるならば、リン含有種の４０％は、再循環水から
失われるが、蛍光トレーサーは、失われないであろう。

全リン濃度は、製品６０ｐｐｍのみが存在る、ことを示
唆る、であろう。しかしながら、蛍光トレーサーは、処
方物の供給速度が１１００ｐｐであり、且つ処方物のフ
ィード４０ｐｐｍによって供給されるものに等価のリン
含有成分の損失が析出されていることを正確に示すであ
ろう。処理剤の１以上の有効成分の損失速度の測定は、
処理効力の直接の測定である。

要る、に、多くの工業システムの重要なシステム特性（
全容量、ブローダウンおよび補給速度、保持時間指数、
処理剤の供給速度など）は、性状が不正確に知られてお
り、可変であり、時々予測できない。それらの因子に関
る、知識の欠如は、全冷却水システムの全体のわたって
重大な析出物および腐食問題をもたらすことがある。特
に、処理プログラムの供給過剰／供給不足または冷却水
システムの不適当な操作は、１以上の処理成分の有意な
損失を生じ且つ冷却水システム内で熱伝達に悪影響を及
ぼすことがある。更に、水処理プログラムは、通常、調
節物質または毒性物質（例えば、亜鉛イオン、ホスフェ
ート、またはクロメート）を含有る、。処理剤の供給過
剰は、危険であることがあり、且つ工業用地が流出液排
出についての管理規制を満たすのをより困難にさせる。

蛍光トレーサーの使用は、冷却水システムの特性および
処理剤供給速度（望ましい範囲内）を正確に測定し、連
続的に監視し、且つ制御る、高度に望ましい手段である
。

前記仕事を達成る、ための蛍光トレーサーの成功裡の使
用は、数種のシステムで達成された。パイロット冷却塔
試験（例１）は、蛍光トレーサーを処理剤組成物で使用
る、概念および実行可能性を明示し、且つフィールド試
験は、現実世界のシステムでの蛍光トレーサーの応用性
を立証した（例２）。

例１：処理効力およびスケーリング速度の測定（パイロ
ット冷却試験） 試験は、工業冷却水システムを模擬る、ようにい設計さ
れたパイロット冷却塔中で実施した（第２図）。プロセ
ス、例えば、再循環水、化学処理剤フィード、熱交換器
上での析出物形成および腐食、ブローダウンおよび補給
、および塔充填部からの蒸発冷却は、すべて包含される
。この実験室システムの有意な特徴は、システム容量お
よび処理剤供給速度の蛍光トレーサー測定が別の直接測
定によって立証できることである。

ＰＣＴ試験からの結果を第４図に総括る、。単一の水処
理処方物を使用し、この処方物は２種の蛍光トレーサー
（２−ナフタレンスルホン酸のナトリウム塩およびアシ
ッドイエロー７染料）、重合体（スケール抑制剤）、有
機リン化合物（スケール／腐食抑制剤）、およびアリー
ルトリアゾ−ル（黄銅用腐食抑制剤）を含有していた。

各蛍光トレーサーの濃度を定量化し、システムの再循環
水中の全リン濃度と比較した。全リン含量は、有機リン
種をベルサルフェートで酸化してオルトホスフェートと
した後、青色のホスホモリブデート錯体を生成し、この
錯体を分光測光的に定量化る、ことによって測定した（
Ｍ、Ｃ，ランド、「水および廃水の標準検査法」、第１
４版（１９７５）参照〕。各蛍光トレーサーは、光の広
く分離された波長を選んで個々のトレーサーを励起し、
蛍光発光を各トレーサーについて光の広く分離された波
長で観察る、ことによって個々に定量化した（第５図）
。処理剤の希薄溶液（１００ｐｐｍ）を参照標準として
使用し、トレーサーおよびリン含有種（全リン含量）の
すべての濃度を相当処方物濃度として表わす。

前記処方物中のアリールトリアゾール腐食抑制剤は、蛍
光体である。しかしながら、励起用光の波長の適当な選
択および２−ナフタレンスルホン酸（２−ＮＳＡ）およ
びアシッドイエロー７トレーサーの蛍光発光の観察は、
アリールトリアゾールによる潜在的干渉を回避した。個
々の蛍光トレーサーの定量化および他の蛍光化合物から
の干渉の回避に関る、基本的原理を第５図に示す。

このパイロット冷却塔試験の特定の目的は、次の通りで
ある： （ａ）蛍光トレーサーが全システム容量および処理剤供
給速度を正確に測定できることを実証る、こと； （ｂ）２以上の蛍光トレーサーが個々に定量化できるこ
とを立証る、こと； （ｃ）蛍光トレーサーが１以上の他の蛍光化合物の存在
下で定量化できることを示すこと：（ｄ）蛍光トレーサ
ーが処理剤供給速度（例えば、全リン濃度）を測定る、
ための他の現在使用されている方法よりも優れているこ
とを立証る、こと；（ｅ）蛍光トレーサーの読みと処理
剤の１以上の他のを効成分との間の差を測定る、こと、
および１以上の有効成分の損失および全体の処理効力が
定量化できることを実証る、こと。

前記ゴールの各々は、パイロット冷却塔試験で成功裡に
達成された（第４図参照）。ＰＣＴシステムに、全シス
テム容ｔ１５２ｇに対して処方物１９２ｐｐｍを最初に
投与した。アシッドイエロー７および２−Ｎ５Ａの初期
トレーサー読みは、処理剤１９０ｐｐｍおよび１８６ｐ
ｐｍがＰＣＴシステムにスラップされた（ｓｌｕｇ）こ
とを示し、このことはそれぞれシステム容量値５２．５
ｇおよび５３．１Ｕに対応る、であろう。トレーサー結
果は、内部的に整合的であり且つシステム容量の正確な
尺度を与えた。

操作のＰＣＴの最初の４０時間に、ブローダウンポンプ
をオフとし、再循環水を濃度比１（補給水）から４の値
までへの蒸発によって濃縮した（式１参照）。その際に
、冷却塔からのドリフトは、システムからの再循環水の
損失のみであり、各蛍光トレーサーの量の小さい等しい
下り傾斜を生ずべきである。その応答は、正確に観察さ
れたものである。４０時間と４８時間との間では、再循
環水のブローダウンを使用して一定の濃度比を維持し、
ブローダウンがいつ生じても、処理剤を２１３ｐｐｍの
割合でシステムに供給した。そのままで、各蛍光トレー
サーの濃度の小さい等しい増大は、前記の場合である期
間に観察されるべきである。４８時間と試験の完了との
間では、システムのブローダウンがいつ生じても、処理
剤を１１２ｐｐｍの平均割合で供給した。その際に、各
トレーサーの量は、等しい指数関数的減少を受けるべき
であり（式６参照）、最後に約１９０時間後に１１２ｐ
ｐｍに接近る、濃度に横ばい状態になるべきである。１
９０時間から試験の終わりまで、各トレーサーの濃度は
、ＰＣＴ操作条件（例えば、ブローダウン速度、濃度比
などの変化）の小さい変動に応答して小さい等しい増大
または減少を受けてもよい。各蛍光トレーサーに予測さ
れる挙動は、正確に全ＰＣＴ試験全体にわたって観察さ
れたものであった（第４図）。

蛍光トレーサ−ｆｆ１ｖｓ全リン濃度によって予測され
る再循環水における処理剤供給速度の比較は、蛍光トレ
ーサーの優れた正確さおよび処理効力を測定る、能力を
実証る、。１９０時間後、全リン量は、処理剤濃度７５
〜８６ｐｐｍを示し、一方、蛍光トレーサーは処理剤量
が平均１１０ｐｐｍであることを示した。それらの量の
差は、熱交換管上への処理剤の有機リン成分の析出に由
来る、。

蛍光トレーサー量（単数および複数）と全リン量との１
以上の差は、どれほど多くの活性リン含有成分がシステ
ム内で析出および腐食プロセスから失われるかを定量化
る、ので、処理有効性の直接の尺度である。「理想的」
操作システムにおいては、全リン量および蛍光トレーサ
ー量は、すべて同一の処理剤濃度を示すであろう。

ＰＣＴ試験の完了時に、熱交換管から固体析出物を除去
し、分析した。高速の析出物形成速度が測定され（５４
ｍｇ／日）、一方、３５ｍｇ／日が最大の許容可能な限
度であると考えられた。析出物の全リン含量は、１０．
４重量％であり（オルトホスフェートとして）、前記の
ように有機リン含有処理成分の析出と一致る、。高いス
ケーリング速度にも拘らず、検出可能なｊ７（＜０．０
０３重量％）のアシッドイエロー７または２−Ｎ５Ａは
、観察されなかった。このことは、それらの蛍光トレー
サーの不活性および非吸着性を立証している。

例２：工業冷却塔（フィールド試み） フィールド試験において、工業システムを下記の通り厳
しい条件下で操作した： （ａ）全システム容量は不正確に知られ、ブローダウン
速度を不正確に測定した； （ｂ）再循環水の長い保持時間指数および大きい容量； （ｃ）熱交換管上の高いスキン温度； （ｄ）若干の部分で経験される冷却水の低い流れ；（ｅ
）存在る、粒状物の中位の量； （ｆ）１度比の有意な変動； （ｇ）システムは、析出物および表面上へのトレーサー
の吸着の可能性を最小限にる、ために前処理しなかった
； （ｈ）再循環水の高い平均流量（約 １００．０００，０００ガロン／日）。

研究されたシステムは、高温プロセス側流体を冷却る、
ために使用る、冷却塔を包含る、複雑な（しかし典型的
）再循環水システムであった。しかしながら、その冷却
塔およびシステムは、エネルギーを移動水域での熱交換
によって抽出される工業プロセスで使用されたものであ
るほうがよかった。再循環水のブリードオフまたはブロ
ーダウン用の多数の点があり、同様に数種の補給水源が
可能であった。

最初、固定比率の腐食抑制剤（Ｚｎ＋２および無機／有
機リン化合物）、高分子スケール抑制剤（システム内の
腐食抑制剤およびスケーリング塩の析出を防止る、ため
に）からなる処理剤プログラムを冷却水システムに供給
した。第一処理剤は蛍光トレーサーを含有せず、処理剤
供給速度はブローダウンポンプから読む流量計に基づい
た。再循環水の分析は、予想外に少量の亜鉛、リン、お
よび重合体を示した。その時点で、少ない処理剤量が処
理成分の析出／劣化、不良な分析結果、または処理剤の
低い供給速度のためであるかどうかは知られていなかっ
た。システムの操作特性を定量化し且つ化学処理剤が適
当に機能したかどうかを７ＩｌｌＪ定る、ことは、必須
になった。

観察すべき少量の化学処理成分の１以上の理由を決定る
、ために、不活性蛍光トレーサー、２ナフタレンスルホ
ン酸のナトリウム塩 （２−ＮＳＡ）を下記試験で使用した：試験Ａニ システムに加えられた既知量の塩化リチウムおよび蛍光
体２−Ｎ５Ａを有る、２トレーサー組み合わせを使用る
、「スラッグフィードおよびダイアウェイ（ｓｌｕｇ−
ｆｅｅｄ　ａｎｄ　ｄｉｅ−ａｗａｙ）　Ｊ研究（第６
図参照）。

試験Ｂ： 既知量の２−Ｎ５Ａを例１に前記のように処理剤処方物
（システムにゆっくりと供給した）に加えた。

２−Ｎ５Ａ蛍光トレーサーは、水域中の他の成分と反応
性ではなく且つシステム装置といかなるう方法でもカッ
プリングまたは析出る、ことができないという意味で冷
却水システムに不活性である。蛍光トレーサーは、再循
環システム全体にわたって浸透る、別個の（ｄｉｓｃｒ
ｅｔｅ）不変のエンテイテイー（ｅｎｔｉｔｙ）として
残ることができるので、トレーサーは、処理剤供給速度
および冷却水システムの特性の真の指示薬である。

「スラッグフィードおよびダイアウェイ」　（試験Ａ１
第６図）は、システムからの再循環水の全除去量（ブロ
ーダウン士システム漏れ十不明なシステム損失＋冷却塔
ドリフト）および冷却水システムの全容量を測定る、古
典的方法である。既知量のトレーサーを加え、システム
に浸透した後の濃度を測定る、ことによって、全システ
ム容量は、定量的に測定できる。Ｌｉ＋は、「スラッグ
フィードおよびダイアウェイ」研究において不活性非吸
着性トレーサーとして従来使用されている。しかしなが
ら、リチウムは、使用る、のが非常に高価であり、連続
的に監視できず、且つ定量分析は自動吸着または発光分
光測光装置を必要とし、且つリチウムの有意な既存背景
は若干のシステムで存在る、。２−Ｎ５Ａ蛍光トレーサ
ーは、Ｌｉ＋に匹敵る、結果を与えるが、Ｌｉ＋と比較
してはるかにより少ない量（質量１／６およびコスト１
／３０）の２−Ｎ５Ａで済んだ。更に、冷却水システム
における２−Ｎ５Ａの定量分析（蛍光発光と２−Ｎ５Ａ
の参照溶液との比較によって）は、リチウムのＡＡ分析
よりもはるかに単純であり且つ迅速である。更に、２−
Ｎ５Ａの有意な既存の背景は、工業応用サイトでは遭遇
しなかった。２−Ｎ５Ａトレーサーのスラッグフィード
および「ダイアウェイ」研究は、下記事実を明示した。

ａ）２−ＮＳＡは、研究下で工業冷却水システムによっ
て測定可能な程には吸着されず、工業冷却水システム内
で析出せず、且つ工業冷却水システムによって劣化され
ない不活性トレーサーとして役立った； ｂ）システムからの再循環水の全除去量は、ブローダウ
ン流量計の測定から示されたものよりも４０％高かった
。この差は、プラント内で使用すべき冷却水の以前には
不明の損失にさかのぼった；Ｃ）低濃度の処理成分は、
冷却水システムからの以前には知られていない損失のた
め低い処理剤供給速度の結果であった（処理剤プログラ
ムの破損なし）； ｄ）システムの全容ｆｉｔ（１，６メガガロン）、再循
環水の全除去量（３７０ｇｐｍ）、および保持時間指数
（５０時間）は、２−Ｎ５Ａによって正確に定；化され
、且つリチウムの結果と一致した。

２−Ｎ５Ａ蛍光トレーサー（試験Ｂ）も含有る、処理剤
処方物の使用は、処方物が所望量の約７０％のみで供給
されていることを更に立証した。

Ｚｎ＋２およびリン量の分析は、処理剤濃度が所望値の
７０％よりも一層低いことを不正確に示唆した。２−Ｎ
５Ａの処理剤処方物への配合は、下記のことを明示した
： ａ）システムからの再循環水の全除去量は、再循環水ブ
ローダウンポンプ上の流量計によって示されたものより
もはるかに高かった； ｂ）Ｚｎ”’およびリン分析は、適当には実施されず、
間違っている程に低い結果を生ずた；Ｃ）少量の処理成
分は、低い処理剤供給速度に起因した（有効に機能すべ
き処方物の破損なし）。

従って、処理剤プログラムの供給速度を増大してシステ
ムからの再循環水の追加の損失を相殺した。

前記例から、１以上の蛍光トレーサーの使用は、冷却水
システムの効率良い操作および処理剤プログラムの適当
な適用に関して必須の情報を与えることがわかる。その
情報は、未知の操作因子が「計算された」結果と観察さ
れた結果との間の不一致を生ずる時に特に肝要である。

例３：容器、池または他の室内での処理再循環冷却水シ
ステムに加えて、化学処理剤を１以上の封じ込め構造お
よび関連移送ライン内で移動液体に加えてシステムの適
当な操作を維持る、工業システムの多数の例がある。多
くの場合には、化学処理剤の濃度、供給速度および効力
は、不正確に知られ、且つシステム特性（全容量、補給
およびブローダウン速度、保持時間指数など）は、算定
し、可変であり、または未知である。システムは、一般
に、３つの主要種類：密閉、開放、および貫流に分ける
ことができる。各々の場合に、蛍光トレーサーは、化学
処理剤の濃度および効力およびシステムの操作条件およ
び未知の特性を測定し且つ連続的に監視る、ために有効
に使用できる。

「密閉」システムにおいては、液体および化学処理剤は
、一般に、システム内に残り、且つ最小量の液体を加え
るか排出る、。密閉システムの普通の例は、水の使用ま
たは化学薬品の排出が厳しく制限されている部分におけ
る冶金工業における連続鋳造プロセス、冷凍および空気
調和ユニット、放熱器ユニット、および再循環冷却水シ
ステムである。それらのシステムにおいては、処理剤は
、化学薬品／微生物による劣化、析出／腐食プロセス、
システム漏れおよび低レベル排出を通して失われること
がある。

「開放」システムの普通の特性は、可変の有意量の液体
（補給）および化学処理剤を加え作動流体から排出る、
（ブローダウン）ことである。システムは、加圧しても
よく加圧しなくともよく、流体の蒸発損失を受けやすい
。開放システムの普通の例（例１および２に加えて）は
、ボイラーガススクラバーおよび空気洗浄器、都市下水
処理、金属加工および製造プロセス、ペイントスプレー
ブース、木材パルプ化および製紙などである。化学処理
剤は、システム排出および漏れ、析出／腐食プロセス、
粒状物上への吸着、化学薬品／微生物による劣化などを
通して失われることがある。

「貫流」システムは、一般に、システムに添加され、シ
ステムを１回通過され、次いで、流出液として排出され
るか別のシステムに移送される流体および化学処理剤を
包含る、。比較可能な「密閉」または「開放」再循環シ
ステムよりもはるかに多量の水が、これらのシステムに
おいては必要とされる。貫流システムの普通の例は、清
澄および濾過ユニット、鉱物洗浄および選鉱、ボイラー
およびユーティリティーおよび工業プロセス流用冷却で
ある。

前記状況の各々においては、既知量の蛍光トレーサーを
含有る、化学処理剤は、液体システムに加え、液体シス
テム内に分布る、。液体は、システムまたは排出物内か
ら添加のいかなる時点でも試料採取る、か連続的に監視
る、ことができる。

システム液体の蛍光発光を既知濃度の化学処理剤＋トレ
ーサーを含有る、標準溶液と比較る、ことによって、液
体システム内の化学処理剤の濃度は、測定る、。更に、
システムにおける異なる点でのトレーサー濃度を測定る
、ことによって、化学処理剤分布の均一性およびシステ
ム内の低い流体流およびよどみ領域の存在は、定量化で
きる。前記セクションに記載の結果および技術に基づい
て、液体の蛍光体量は、本例に記載の各種のシステム内
で多くの操作パラメーター（全容量、保持時間指数、ブ
ローダウン速度、不明のシステム損失、化学処理剤効力
など）を正確に測定る、ことを可能にる、。

例４：容器、池または他の室内での処理（よどみおよび
低流体流領域を含有） よどみまたは低流体流領域は、１以上の液体の連続添加
および排出にも拘らず、若干のシステムで固有である。

例えば、油田応用（掘削、二次および三次回収法など）
は、より大きいシステムの若干の部分にゆっくりと浸透
る、であろう液体への１以上の化学処理剤の添加を包含
る、。そのシステムの真の全容量は、正確には測定でき
ないが、化学処理剤の有効作動容量および平均濃度は、
システムに入り且つ去る液体中の１以上のトレーサー濃
度を比較る、ことによって定量化できる（第７図）。処
理成分および蛍光トレーサーの個々の濃度を比較る、こ
とによって、処理剤およびその成分の効力および劣化は
、測定できる。

２−ナフタレンスルホン酸またはアシッドイエロー７の
代替品として均等性能を有る、ことができる多数の蛍光
トレーサーがあり、その濃度はｐｐｔからｐｐｍまでの
トレース量で定量的にｉ’１ｌｌＪ定してもよい。それ
らの蛍光トレーサーは、水、有機溶媒、無機溶媒または
前記の種類の液体の１以上から選ばれる溶媒の混合物に
溶けてもよい。

また、それらのトレーサーは、光の吸収によって励起さ
れ且つ蛍光発光を生ずる物質〔励起および発光用光は遠
紫外から近赤外スペクトル領域（波長２００〜８００　
ｎｍ）の範囲内のいかなる点でも生ずる〕の種類から選
んでもよい。励起光の吸収および他の成分からの蛍光の
発光が蛍光トレーサーからの発光の検出を妨げない限り
、１以上の蛍光トレーサーの組み合わせも、他の蛍光物
質と併用してもよい（第５図参照）。また、蛍光トレー
サーは、他の化学薬品、不活性担体と併用してもよく、
前記のような非蛍光トレーサーと併用してもよい。

若干の蛍光物質は、成る応用で好ましい望ましい特性を
有していてもよい。例えば、水中への迅速溶解は、水性
システムで使用すべき蛍光トレーサーに望ましい。しか
しながら、蛍光トレーサーを使用して処理剤供給速度お
よび含有されたシステム内の予備調製液体の操作特性を
定量的に測定る、という概念は、全く一般的である。そ
れゆえ、システムの予備調製液体または蛍光発光の分析
測定時に使用る、液体に溶解または存在しながら蛍光を
発る、ことができるいかなる物質も、蛍光トレーサーと
して役立つことができる。

蛍光指示薬２−Ｎ５Ａの依存性を２つの方法で立証でき
た。それを正確な応答のためにＬｉ＋指示薬と比較した
ところ、信頼できることが見出された。また、それを第
二指示薬と比較したところ、２つの指示薬は実験誤差内
で同一の結果を与えた。

内標準を与えるのにも役立つ多数の指示薬を使用る、方
法は、結果の正確さのはっきりした確認を与えた。事実
、トレーサーの組み合わせの使用は、本発明で実際的も
のとして容易に利用できる。

蛍光測定法を使用して液体システム中の蛍光トレーサー
を定量的に測定る、ことは、他のトレース分析技術と比
較して次の通り特殊な利点を有る、： ａ）有機化合物の非常に小さい％のみが有意の程度で蛍
光を発る、ので、非常に良好な選択性；ｂ）有意数の化
合物は、いかなる特定のシステムの場合にも、トレーサ
ーが最適の性能（例えば、スペクトル特性、溶解度、化
学的不活性、低毒性など）のために選択できるように蛍
光である；ｃ）トレーサーは、極性溶媒（例えば、水お
よびアルコール）から無極性炭化水素溶媒までの範囲の
広範囲の有機および無機液体システムで使用できる； ｄ）第５図に示すように２つのスペクトルパラメーター
が変更し且つ最適比できるので（トレーサーを励起る、
ために使用る、光の波長および観察された蛍光発光の波
長）、非常に良好な選択性が得られる； ｅ）励起光の波長および蛍光発光波長の適当な選択は、
他の蛍光物質の存在下においてさえ、１以上のトレーサ
ーを個々に定量化る、能力を与える（第５図）； ｆ）高度に複雑な装置を必要とせずにｐｐｔまでの検出
限度を有る、格別の感度； ｇ）トレーサーの適当な選択は、システムの操作条件（
例えば、ｐＨ，温度、溶存塩、粒状物など）のため蛍光
発光の変化に対る、非常に良好な抵抗を与える。

全体として、蛍光トレーサーの使用は、好都合な性質と
能力と使用の容易さとの格別の組み合わせを提供る、。

第１図中、実線は観察された値を表わし；破線は理想的
状態を表わす。縦軸は、励起下での相対発光率である。

トレーサーは、記号Ｔである。

第２図中、大抵のアルファベット記号は、以前に定義さ
れた。ＣＡは、１以上の処理成分（例えば、リン化合物
、亜鉛化合物など）を表わし、ＧはｐＨおよび伝導率を
測定る、装置を表わす。他の計装は、明らかに存在して
もよい。

第３図中、処理成分（ＣＡ）はＰであり、リン含有化合
物（例えば、スケール／腐食抑制剤としての有機リン化
合物）を意味し；亜鉛陽イオンを示すＺｎおよび高分子
スケール抑制剤を示すＰ′も、処理成分の１つである。

「キャップ付きの」記号は、析出物を表わし；Ｘおよび
ｙは画分量（ｆｒａｃｔｌｏｎａｌ　ａｎ＋ｏｕｎｔ）
である。Ｂ′は、システムからの液体の不明の捕集損失
（ＢＰ十ＢＬ＋ＢＤなど）を表わす。

第４図中、Ｐは第３図と同じ意味を有し、Ｔは第１図と
同じ意味を有る、。

第５図中、破線の曲線は発光スペクトルであり、実線の
曲線は吸光度スペクトルである。左の縦軸は相対発光率
（ｅｍ％）を表わし、右の縦軸は吸光度を表わし、２つ
の蛍光トレーサーＡおよびＢを対照る、。ＢＫは、背景
干渉である。第５図は、所定の励起値（放射エネルギー
；横軸）の場合に互いの存在下での２つのトレーサーの
発光率が識別できる程に異なり且つ各々が存在る、こと
がある（別のように）干渉蛍光化合物（背景）とは識別
できる程に異なることを示す。

第７図は、例４を表わす。ここで、システム（Ｓ）への
流れ入力は、特性Ｉによって表わされ、流れ排出はＤで
ある。Ｔは、トレーサーである。

外側の実線は流体境界であり、部分Ｚはよどみ帯を意味
る、。

【図面の簡単な説明】

第１図はフルオレスセイントレーサー濃度ＶＳ蛍先発光
量の校正曲線を示すグラフ、第２図は代表的冷却塔シス
テムの略図、第３図は処理剤濃度を正確に測定る、ため
に使用る、蛍光トレーサーの分子図、第４図はパイロッ
ト冷却塔での製品供給速度測定のための２つの蛍光トレ
ーサーＶＳリン分析の性能比較を示すグラフ、第５図は
分析条件の適当な選択が１よりも多い蛍光トレーサーの
濃度の測定を可能にし且つ干渉薬剤を回避る、ことを示
す一連の曲線を示すグラフ、第６図は工業冷却水システ
ムの「ダイアウェイ」研究における蛍光体ＶＳＬＩ　　
トレーサーの性能比較を示すグラフ、第７図は１以上の
蛍光トレーサーをよどみおよび低流体流領域を有る、シ
ステムで使用して有効作動容量および処理剤濃度を測定
る、ことを示す図である。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 図面のインコ（プｊ埴５−表反シニジ）す間［ＨＲ５） 亡△５・誘 ！４ｒ 手続打１１正書（方式） 平成１年２月／り日 １゜ ２゜ ３゜ ４゜ 事件の表示 昭和６３年　特許願　第２６０３６８号発明の名称 工業または都市用水システムを監視る、方法補正をる、
者 事件との関係　　特許出願人 ナルコ、ケミカル、カンパニ 代　理　人（郵便番号１００） 昭和６４年１月６日 （全送日　下底１年１月３１日） 尚、委任状の発明の名称は願書に記載のものと相違して
おりますが、日本出願に適る、よう出願時に訂正済であ
ることを申し添えます。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、処理成分の量が操作条件下で許容可能なパーツー成
   分と液体との容量割合に適合するかどうかを決定するた
   めに、不純物を含有し且つ水域中の不純物を除去または
   中和しながら全体としてシステム内で消費または吸収す
   るという役割を有する定量化投与量の水処理成分を含有
   する移動水域を通す装置を包含するタイプの工業または
   都市用水システムを監視する方法であって、 （Ａ）該水域に、システム内の処理成分の量と比例させ
   た量の水溶性蛍光トレーサーを加え（ただし、トレーサ
   ーの蛍光は水に不活性であるか水によって影響され、装
   置に不活性であるか装置によって影響され、且つ処理成
   分に不活性であるか処理成分によって影響されるものと
   する）； （Ｂ）システムから、成分とトレーサーとの両方を含有
   する水域の試料を排出し、排出された試料を、本質上ト
   レーサー濃度を放射率基準で標準と比較する工程からな
   る分析に付して、試料中のトレーサーの濃度を測定し；
   そして、操作濃度が許容可能な操作範囲外であるならば
   、 （Ｃ）処理成分用の濃度の許容可能な範囲が達成される
   まで、水の容量、水の添加速度または排出速度または処
   理成分の投与量を変える ことを特徴とする工業または都市用水システムを監視す
   る方法。 ２、水システムが清澄化を受けて清澄水域を生じ、処理
   成分が不純物を除去して清澄水域を生ずるものである、
   請求項１に記載の方法。 ３、工程（Ｂ）が、異なる位置での処理成分の性能を分
   析するために水域において異なる位置で繰り返される工
   程である、請求項１または２に記載の方法。 ４、システムが、水冷却システムである、請求項１、２
   または３に記載の方法。 ５、工程（Ｂ）が水システム内の水容量の未知の損失ま
   たは増加を同定し、且つシステム内の水の容量または水
   の添加速度またはシステムからの排出速度を対応して増
   大または減少する工程を包含する、請求項１ないし４の
   いずれか１項に記載の方法。 ６、処理成分が、スケール抑制剤または腐食抑制剤であ
   る、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。 ７、工程（Ｂ）が成分の投与量を変える必要を指示し、
   且つその投与量を変える工程を包含する、請求項１ない
   し６のいずれか１項に記載の方法。 ８、工程（Ｂ）を繰り返して、システムが変えられた成
   分量に対応する速度を測定する、請求項７に記載の方法
   。 ９、工程（Ｂ）が、工程（Ｂ）の正確さを立証し且つ処
   理成分の消費量および製品の性能の水準を定量化するた
   めに処理成分量の別個の定量分析を行う工程と併用され
   る、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。 １０、少なくとも２種の異なる処理成分を少なくとも２
   種の異なる蛍光トレーサーと併用する（蛍光トレーサー
   は識別できる程異なる放射率の値を有し、且つ蛍光トレ
   ーサーは存在する蛍光背景の放射率の値とは識別できる
   程異なる放射率の値を有する）工程を含む、請求項１な
   いし９のいずれか１項に記載の方法。 １１、工程（Ｂ）が水の容量と処理成分の投与量との両
   方を変える必要を指示し、且つ両方の変化を施す工程を
   包含する、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の
   方法。 １２、システムが、流入口および流出口を有する開放シ
   ステムである、請求項１ないし１１のいずれか１項に記
   載の方法。 １３、液体ボディーが除去すべき粒状固形分を含有する
   室中の水とカップリングされた室の内外への水流であり
   、処理成分が粒状固形分の除去を助長して室から除去さ
   れる流出水の清澄度を増大するものである、請求項１２
   に記載の方法。 １４、蛍光トレーサーが、２−ナフタレンスルホン酸ま
   たはアシッドイエロー７のいずれかである、請求項１な
   いし１３のいずれか１項に記載の方法。 １５、システムが冷却水システムであり、スケール抑制
   剤と腐食抑制剤との両方を加えて処理成分を構成する工
   程を包含する、請求項１ないし１３のいずれか１項に記
   載の方法。 １６、工程（Ｂ）が処理成分の不正確な投与量を同定し
   、且つそれゆえ許容可能な操作範囲が達成されるまで処
   理成分の投与量を変える工程を包含する、請求項１５に
   記載の方法。 １７、工程（Ｂ）がシステム内の水損失またはシステム
   内の水増加を補正する必要を同定し、且つこのような補
   正を行う工程を包含する、請求項１５に記載の方法。