JPH0478488A - 水道水のランゲリア指数の改善方法および装置 - 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 本発明は水道水のランゲリア指数を改善する方法及びそ
のための装置に関する。

詳しくは炭酸ガスおよび水酸化カルシウムまたは炭酸カ
ルシウムスラリーを用いて、水中の炭酸水素カルシウム
濃度を増大させ、水道水を非腐食性の水にし、赤水発生
を防止するために白濁が発生しない実用的なランゲリア
指数（水の腐食性の判定指標）を調整改善する方法及び
そのための装置に関する。

ランゲリア指数は、アメリカのランゲリア氏によって提
案された、水の腐食性の判定指数であり、次の（息）式
によって示される。

ＬＩ＝ＰＨ−ｐＨ５ ＝　９Ｈ−８，３１３＋ｌｏｇ［Ｃａ　　］　よｌｏｇ
　［Ａ１−５　・・・・・・・・・・・・・・　（ａ）
ここで、 ＬＴ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ランゲリア
指数（飽和指数）ｐＨ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・水の実際のｐＨ値ｐＨｓ・・・・・・・・・・・
・・・・理論上のｐＨ値ｏｇ［Ｃａ＋＋］・・・・・・
・・・カルシウムイオン濃度の対数ｏｇ［Ａ］・・・・
・・・・・・・・・・・総アルカリ度の対数Ｓ・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・補正値［尚、ｐＨ
＋はＥ、　１ｌＯＲＤＥＬＬのｐ）Ｉｓ算定表（ｗａｔ
ｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔ　　ｆｏｒ　　１ｎｄｕｓＨｉ
ａｌ　　ｓｏｄ　　０ｔｈｅ＋　　Ｕｓｅ＋２２３．１
９５１）から得た数値から算出する簡便法もある。コ Ｌｌが＋なら水中から炭酸カルシウムが析出する状態、
−なら水中へ溶解する状態、０なら析出と溶解が同時に
起こっている平衡状態であるとされている。

通常、Ｌｌを−１より大にすると、腐食防止に有効であ
ると１われでおり、広く水の腐食性の判定指標として利
用されている。

従来の技術 従来、水道水の鉄さびによる赤水の発生を防止する技術
としては、苛性ソーダ注入法、給水用防錆剤注入法、磁
気法、水酸化カルシウム注入法等があった。

苛性ソーダ注入法は、苛性ソーダの主成分がナトリウム
（Ｎ　ａ）であり、健康上問題があるとのことで、ＥＰ
Ａ（米国環境保護庁）では上水道水のナトリウム濃度は
、２０ｐｐｍ以下にすべきとしている。

また、苛性ソーダ注入は、ｐＨの増加と若干のアルカリ
度の増大だけでランゲリア指数の改善力は小さく、本格
的な赤水防止効果は期待できない。

給水用防錆剤注入法には、リン酸塩系と珪酸塩系がある
が、前者が効果の点で圧倒的に多く使用されている。但
し、リン酸塩の使用による高架槽での富栄養化による藻
類の発生と、藻類と滅菌用塩素との反応による残留塩素
濃度の減少問題があるとされている。

磁気法は、磁気の減衰期が２４時間前後と推定され、赤
水防止の解消にはつながりにくい。

水酸化カルシウム注入法は、前記ｆａ１式のカルシウム
と総アルカリ度と　ｐＨが上がるため、ランゲリア指数
の改善力が大きく、また水道配管等に薄い炭酸カルシウ
ムの防食被膜を形成し得る能力を持ち、加えて、主成分
のカルシウムは健康上も良いとされ、水道事業体の浄水
場やビル、マンションへの採用が増加してきている。

発明が解決しようとする問題点 しかし、この水酸化カルシウム注入法も処理すべき水（
以下″原水°という）中の遊離炭酸濃度が充分高いとき
には下記（ｂｊ式の Ｃａ（ＯＨ）、　＋２Ｈ２ＣＯ３→ Ｃａ　（ＨＣＯ）　　＋　２Ｈ２０＝・＝・＝・（ｂ）
中和反応により溶解度の大きい炭酸水素カルシウムを生
成させ大きなｐＨの増加なしにランゲリア指数を改善し
得るが、原水の遊離炭酸濃度が小さいときには小量の水
酸化カルシウムの注入によって上記中和反応は終了して
しまい、更なる水酸化カルシウムの注入は９Ｈを増大さ
せ、上水道の場合、水道法の　ｐＨ基準値を越えるため
ランゲリア指数を充分改善し得なかった。

原水への水酸化カルシウム注入率とランゲリア指数およ
びｐＨの変化を遊離炭酸濃度が５ｐｐｍの場合について
第１図に示し、たが、この図から明らかなように遊離炭
酸濃度５ｐｐｍの原水の場合水酸化カルシウム注入率５
．６ｐｐｍにて９Ｈは８．６に達し、ランゲリア指数は
−１２であり、ランゲリア指数を更に増大させるべく水
酸化カルシウムを注入するとｐＨは更に高くなり水質基
準値を超えてしまう（尚、日本の水質基準のｐＨ上限値
は８．６である）。一方、遊離炭酸濃度の高い原水、例
えば２Ｑ１１１１ｍの場合について第１図と同様の関係
を第２図に示したが、この場合は水酸化カルシウム注入
率１８ｐｐｍでランゲリア指数０．ｐＨ８，６となる。

このことから原水中の遊離炭酸濃度を高くすることによ
り　ｐＨを水質基準上限値思内に保った上、ランゲリア
指数を増大させ得る。また、原水の遊離炭酸濃度が充分
に高い場合は水酸化カルシウムに代えて炭酸カルシウム
を用いることもできる。炭酸カルシウムは遊離炭酸と下
記（ｃ）式のＣａＣ０＋　　Ｈ２ＣＯ３Ｃ１（ＨＣＯ３
）　２　＝・・＝・・・ｔｃ）反応により炭酸水素カル
シウムを生成し、ランゲリア指数の改善に役立つ。

本発明は、上述のような知見に基づきなされたものであ
り、即ち従来は水道水に含まれる遊離炭酸を除去しよう
とする観点からのみ赤水防止がなされていたのに対し、
本発明は逆に原水に炭酸ガスを吹き込み、−旦原水の遊
離炭酸を高濃度に保ちながらカルシウム化合物をスラリ
ー状で注入することにより遊離炭酸を無くするとともに
、一定のランゲリア指数を有するように連続的に改善す
る方法および装置を提案することにある。

問題点を解決するための手段 ランゲリア指数は原水の遊離炭酸濃度を高めておいて、
水酸化カルシウムまたは炭酸カルシウムをスラリーとし
て注入することにより改善することができるが、ランゲ
リア指数を直接検出する機器は今のところ存在しない。

本発明者等は鋭意研究の結果、原水の分析により算出さ
れるランゲリア指数と所望ランゲリア指数とにより、原
水に溶存さすべき遊離炭酸量を定めるとともに遊離炭酸
濃度および処理後のランゲリア指数をｐＨの測定から間
接的に検知規制することによるランゲリア指数を連続的
に改善する本発明に到った。

即ち、箪１の発明の構成上の特徴は、水道水のランゲリ
ア指数を連続的に改善する方法であって、原水に炭酸ガ
スを溶解させて、原水のランゲリア指数と所望ランゲリ
ア指数とにより定めた濃度の遊離炭酸含有水とし、これ
に水酸化カルシウムまたは炭酸カルシウムスラリー（以
下、単に“スラリー　という）を注入するに当たり、遊
離炭酸含有水のｐＨ検出信号とスラリー注入調節手段と
を連動させて、遊離炭酸含有水の遊離炭酸を炭酸水素カ
ルシウムに転換し、かつ、所望ランゲリア指数より定ま
る　ｐＨに調節することにある。

第２の発明は第１の発明を実施するための装置であって
、水酸化カルシウムまたは炭酸カルシウムスラリー形成
槽、処理すべき水のランゲリア指数と所望ランゲリア指
数とにより定めた濃度の遊離炭酸含有水を得るための炭
酸ガス溶解部、炭酸ガス溶解部より送られる遊離炭酸含
有水にスラリーを注入するための注入部、遊離炭酸含有
水のｐＨ検出器若しくは前記スラリー注入後の水のｐＨ
検出器と連動したスラリー注入調節手段よりなる、遊離
炭酸含有水の遊離炭酸を炭酸水素カルシウムに転換し、
かつ、所望ランゲリア指数より定まる　ｐＨになる量の
水酸化カルシウムまたは炭酸カルシウムをスラリー状で
自動調整注入することを特徴とする水道水のランゲリア
指数の改善装置である。

本発明ではカルシウム源とし５て水酸化カルシウムスラ
リー又は炭酸カルシウムスラリーを使用するため、水酸
化カルシウム又は炭酸カルシウムスラリー形成檜をこれ
らの溶液を使用する場合に比し小さくすることができ、
全体として装置全体をコンパクトにすることができる。

上水道水、工業用水として用いられる配水管を通り給水
される水道水は、川、湖、井戸などの水源より、取水ポ
ンプにより取水され、沈殿池それにつづく一連の浄化処
理に付され、配水池に貯水された後、配水管を経て使用
に供される。本発明のランゲリア指数改善のための処理
は、取水ポンプより配水池に至るいずれかの場所で行な
われればよく、浄水場の立地条件により決められてもよ
いが、好ましくは水源より取水後一連の浄化処理に付す
る前に行なうのがよい。特に、炭酸カルシウムスラリー
を用いる場合は未溶解成分が残存するおそれもあるため
、沈殿池の前で本発明処理を行なうのが好ましい。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明の実施に当たっては、連続的に取水する原水のラ
ンゲリア指数を予め実験的に知ることおよび処理後の水
道水（以下“処理水”という）のランゲリア指数を設定
することが必要である。原水のランゲリア指数はｐＨ１
力ルシウムイオン濃度、総アルカリ度などの分析値より
求めておき、処理水のランゲリア指数はＤ〜→川の間で
所望の値に設定する。そして原水を処理水の所望ランゲ
リア指数まで改善するのに必要な溶存遊離炭酸量を処理
水のｐＨが水質基準の範囲内で実験的に求め、遊離炭酸
濃度はｐＨまたは原水の流量と炭酸ガス吹き込み量から
間接的に検知できるように１５でおくのが便利である。

設定ランゲリア指数もｊＨから検知される。

次に第３図により、本発明の態様の一例を具体的に説明
する５策３図において、Ａは取水ポンプ、Ｂは本発明の
実施のための装置、Ｃは通常の浄水処理装置、Ｄは配水
池であり、本発明方法を通常の浄水処理装置の前で行な
う例である。１−はスラリー形成槽、２は炭酸ガス源（
炭酸ガスボンベや灯油燃焼層ガス、天然ガス燃焼廃ガス
などに由来する炭酸ガス）、３は炭酸ガス溶解部、４は
スラリー注入部である。スラリー形成槽１は撹拌機を備
え、水酸化カルシウムまたは炭酸カルシウムスラリーが
沈降しないように撹拌する。水酸化カルシウムの場合は
スラリー濃度５〜３０％、好ましくは１０〜・２０％、
炭酸カルシウムの場合は５〜５０％、好ましくは２０〜
４０％のスラリーを形成させる。スラリー濃度を低くし
過ぎるとその調整のために時間を多く要し、設備も大型
化する。逆に高過ぎると粘性が増し移送が困難になる。

一方、炭酸ガス溶解部３にはパイプ５より原水が送入さ
れると同時に炭酸ガス源２より炭酸ガス注入機６でコン
トロールされた流量で炭酸ガスがバイブ７より導入され
予め設定した量の遊離炭酸を含む水を生成させる。炭酸
ガスの溶解のためにはラインミキサーやスタチックミキ
サーなどが用いられるが、炭酸ガスを更に有効に利用す
るためには、例えば第４図に示したように炭酸ガス供給
パイプ７の先端に取り付けた散気管８、排気リサイクル
ブロワ−９および該ブロワ−に取り付けた散気管１０を
有する炭酸ガス溶解槽を用いることもできる。また、ラ
インミキサーとしては第５図に示すような散気管付きラ
インミキサーも好まし、く用いられる。炭酸ガス溶解部
３への原水の供給量に応じて、炭酸ガス源２よりの炭酸
ガスの流量を炭酸ガス流量信号（ＦＣＱ−２）を使用し
て比例供給することにより設定遊離炭酸濃度の水とする
。

生成し、た遊離炭酸含有水は続いてスラリー注入部４に
送られ、スラリー形成槽１からのスラリーと反応して遊
離炭酸は炭酸水素カルシウムとなる。

スラリーの供給量は遊離炭酸含を水のｐＨを　ｐＨ検出
器（ＰＨＣ）で検出しその信号をスラリー形成槽１の吐
出管１１に連結された流量可変ポンプ１２に伝達し、処
理水のｐＨが設定値になる量のスラリーを注入する。若
しくはスラリーの注入後の水のｐＨを検出し、その信号
と連動してスラリーの注入量を自動調整する。スラリー
の注入は注入槽を設けて行なってもよいが、炭酸ガスの
注入と同様にラインミキサーを用いて行なうこともでき
る。

ラインミキサーは必要に応じて複数個を直列または並列
に連結して用いることができる。

上述のようにして水の　ｐＨを水質基準の範囲内におい
て炭酸水素カルシウムの形でカルシウムイオンの溶存量
を増大させることによりランゲリア指数を改善した後、
通常の浄水処理装置Ｃ６０送られＤの配水池より使用先
に送水される。

発明の効果 本発明は上述のように、予め原水の分析により、設定ラ
ンゲリア指数を実験的に定めた９Ｈで検知することによ
り、実験的に定めた量の炭酸ガスを原水に溶解させた所
定濃度の遊離炭酸水に水酸化カルシウムまたは炭酸カル
シウムをスラリー状で必要量注入するものであり、本発
明によれば、遊離炭酸を少量しか含まない表流水系の浄
水場や、ビル、マンションでｐＨを水質基準内に押さえ
た形でランゲリア指数を改善することができ、水道水の
腐食性の抑制ができるので、赤水発生防止上きわめて大
きな効果を発揮できる。

また、本発明では水酸化カルシウムまたは炭酸カルシウ
ムをスラリー状で使用するため、飽和水を使用する場合
に比し１、スラリー形成槽を小さくすることができ、全
体として装置を小形化することができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１ 原水を分析したところカルシウム硬度２０．２９１”ｓ
総アルカリ度５６ｐｐＩ１１．遊離炭酸濃度５．２ｐｐ
ｍＳｐＨ６８でランゲリア指数−１９であった。この原
水を非腐食性のランゲリア指数＋０．５への改善を以下
のようにして行なった。

先ず、原水に炭酸ガスを溶解させ、遊離炭酸濃度が９乃
至３０ｐｐｍの範囲で：ｉｐｐｍ刻みの８段階の濃度の
水を調整し、菌液に水酸化カルシウムスラリーを添加し
てｐＨが８０乃至８６の範囲に納まり、かつ、ランゲリ
ア指数が＋０．５になる遊離炭酸濃度を実験的に求めた
ところ、水酸化カルシウムイオンの遊離炭酸濃度１７ｐ
ｐｍで、ｐＨ６，１の水であった。ランゲリア指数を＋
０５にしたときの　ｐＨは８．４であった。

１５０１の水酸化カルシウムスラリー形成槽、３０ｔの
炭酸ガス溶解部及び２ｔｔ？のスラリー注入部からなる
第３図に示すような装置を用いた。

水酸化カルシウムスラリー形成槽に水酸化カルシウム２
０ｋｇを充填し、原水を供給し撹拌して１５％水酸化カ
ルシウムスラリー（ｐＨ１３，４）を生成させた。一方
、炭酸ガス溶解部には原水を２ｉ／ｌ（ｒで供給し、こ
れに炭酸ガスボンベより炭酸ガスを吹き込みｐＨ６，１
（遊離炭酸濃度ＩＬｐｐｍ）の水となるようにした。

炭酸ガス溶解部で造られたｐＨ６，ｌの遊離炭酸濃度水
をスラリー注入部へ２ｆＩ！１／Ｈｒで供給し、同時に
　ｐＨ１３，４の水酸化カルシウムスラリーを注入し、
スラリー注入部出口の水のｐＨが８，４になるように添
加した。

このようにして、ＰＨ６，８でランゲリア指数１．９の
原水からｐＨ１４、ランゲリア指数ひ、５の水を連続的
に得ることができた。

実施例２ 実施例１で対象とした同じ原水（カルシウム硬度２Ｑ、
ｈｐ（１１％総アルカリ度５５ｐｐｍ　Ｓ遊離炭酸濃度
５．２ｐｐｍ、　　ｐＨ６，８、ランゲリア指数−１９
）の改善を、実施例１の水酸化カルシウムスラリーに代
えて炭酸カルシウムスラリーを用いて行なった。

先ず、原水に炭酸ガスを溶解させ、遊離炭酸濃度 度が７至２ｂｐｐｍの範囲で３ｐｐｍ刻みの７段階の濃
度の水を調整し、菌液に炭酸カルシウムスラリーを添加
し、ｐＨが８０乃至８，６の範囲に納まり、かつ、ラン
ゲリア指数が＋０５になる遊離炭酸濃度を実験的に求め
たところ、炭酸カルシウム添加前の遊離炭酸濃度ｌｌｐ
ｐｍで、ｐＨ６川の水であった。

ランゲリア指数を＋０５にしたときのｐＨは８．４であ
った。

ＩＮ／の炭酸カルシウムスラリー形成槽、３０１の炭酸
ガス溶解部及び４ｄの炭酸カルシウムスラリー注入部か
らなる第３図に示すような装置を用いた。

炭酸カルシウムスラリー形成槽に炭酸カルシウム１５ｋ
ｇを充填し、原水を供給し撹拌して１３％炭酸カルシウ
ムスラリー（ｐＨ８，８）を生成させた。一方、炭酸ガ
ス溶解部には原水を２　Ｊ　／　Ｈｒで供給し、これに
炭酸ガスボンベより炭酸ガスを吹き込み９Ｈ６，１（遊
離炭酸濃度１１ｐｐｗ）の水となるようにした。

炭酸ガス溶解部で造られたｐＨ６，１の遊離炭酸濃度水
をスラリー注入部へ２ｒｒ？／Ｈｒで供給し、同時にｐ
Ｈ８，８の炭酸カルシウムスラリーを注入し、スラリー
注入部出口の水のｐＨが８，４になるように添加した。

このようにして、１ｌＨ６，８でランゲリア指数−１９
の原水からｐＨ８，４、ランゲリア指数０．５の

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は水酸化カルシウム注入率とランゲ
リア指数およびｐＨの関係を示すグラフであり、第３図
は本発明の工程および装置を示す図であり、第４図およ
び第５図はそれぞれ炭酸ガス溶解部の装置の具体例を示
す図である。 Ａ・・・・・・取水ポンプ、　Ｂ・旧・・本発明の工程
および装置、　Ｃ・・・・・・浄水処理装置、　Ｄ・・
・・・・配水池、■・・・・・水酸化カルシウムまたは
炭酸カルシウムスラリー形成槽、２・・・・・・炭酸ガ
ス源、　　３・・・・・・炭酸ガス溶解部、　　４・・
・・・・スラリー注入部、６・・・・・・炭酸ガス注入
機、　ＦＣＱ−２・・・・・炭酸ガス流量信号、　ＰＨ
Ｃ・・・・・・ｐＨ検出器。 水を連続的に得ることができた。 第１ 図 Ｃａ（Ｏｆ−１）２：コーＸＶ関イ４ＦＡ（ｔ；［１ｋ
Ｍシ１度ｎイ１ｊｘｄｉ−イト）２　　　４　　　６　
　　８　　　１Ｏ−）Ｃａ　（ＯＨ）２　’、Ｉ入’ｌ
（ｐｐｍ）量水Ｃａｌ；＝９．濱＝　２０．２ｍｇ／ｆ
ｆｉ第２ 図 Ｃａ（ＯＨ）２；工入牽間倖図α林勤酸ｌ襄鳴めた１清
へ）Ｃａ（ＯＨ）２ａＸ’ｌ（ｐｌ）ｍ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）処理すべき水に炭酸ガスを溶解させて、処理すべ
   き水のランゲリア指数と所望ランゲリア指数とにより定
   めた濃度の遊離炭酸含有水とし、これに水酸化カルシウ
   ムまたは炭酸カルシウムのスラリーを注入するに当たり
   、遊離炭酸含有水のｐＨ検出信号若しくは水酸化カルシ
   ウムまたは炭酸カルシウムスラリー注入後の水のｐＨ検
   出信号と水酸化カルシウムまたは炭酸カルシウムスラリ
   ー注入調節手段とを連動させて、遊離炭酸含有水の遊離
   炭酸を炭酸水素カルシウムに転換し、かつ、所望ランゲ
   リア指数より定まるｐＨに調節する水道水のランゲリア
   指数の改善方法。
2. （２）処理すべき水に炭酸ガスの溶解および水酸化カル
   シウムまたは炭酸カルシウムスラリーの注入を、取水ポ
   ンプから配水池に至るいずれかの場所で連続して行なう
   請求項（１）の水道水のランゲリア指数の改善方法。
3. （３）水酸化カルシウムまたは炭酸カルシウムスラリー
   形成槽、処理すべき水のランゲリア指数と所望ランゲリ
   ア指数とにより定めた濃度の遊離炭酸含有水を得るため
   の炭酸ガス溶解部、炭酸ガス溶解部より送られる遊離炭
   酸含有水に水酸化カルシウムまたは炭酸カルシウムのス
   ラリーを注入するスラリー注入部、遊離炭酸含有水のｐ
   Ｈ検出器若しくは前記スラリー注入後の水のｐＨ検出器
   と連動したスラリー注入調節手段よりなる、遊離炭酸含
   有水の遊離炭酸を炭酸水素カルシウムに転換し、かつ、
   所望ランゲリア指数より定まるｐＨになる量の水酸化カ
   ルシウムまたは炭酸カルシウムをスラリー状で自動調整
   注入することを特徴とする水道水のランゲリア指数の改
   善装置。