JPH0671588B2 - 水中のケイ酸を活性化する方法ならびに装置 - Google Patents

水中のケイ酸を活性化する方法ならびに装置

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JPH0671588B2 JP31672890A JP31672890A JPH0671588B2 JP H0671588 B2 JPH0671588 B2 JP H0671588B2 JP 31672890 A JP31672890 A JP 31672890A JP 31672890 A JP31672890 A JP 31672890A JP H0671588 B2 JPH0671588 B2 JP H0671588B2
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【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は水中のケイ酸を活性化する方法ならびに水処理
装置に関するものである。
従来技術 水の濃縮を併なう循環水路系、例えば冷却塔からの冷却
水をポンプ送りで熱交換器に送り、さらに冷却塔へ循環
する循環水路、軟水器から給水タンクを経てポンプ送り
で蒸気ボイラーに給水するボイラー系統ライン、あるい
は水の濃縮を併なわない非循環水路系、例えば単に受水
槽から高置貯水槽に水をポンプ送りし、各階へ供水する
高層ビル等での飲料水給水ライン等では、水を送るライ
ン内、又は熱交換器、ボイラー、冷却塔、給水管等の内
部での錆および/またはスケールの発生が常に問題とさ
れ、従来これを防止するため各種の防錆剤,スケール分
散剤,清缶剤等が提供されてきたが、その使用管理が難
しく、ランニングコストも大きく、また飲料水などでは
保健上の理由からも問題があり、未だ薬剤使用以外の有
効な錆,スケールの防止法が見出されていない。
本発明者は、近時水処理用に開発されてきた各種の磁
場,電子場装置が効果に疑問があることに鑑み、研究を
続けた結果、有効な水処理方法として、処理水中のシリ
カ濃度の制御が重要であること、即ち水の濃度を併なわ
ない非循環水路系では該水路への供給水あるいは貯水槽
水のシリカ濃度を20〜50mg/lに制御し、また水の濃縮を
併なう水路(上記ボイラーの場合)、または循環水路系
では循環水のシリカ濃度を50mg/l以上に制御したうえ
で、前記水路内あるいは循環水路内に磁場,電子場装置
を位置させ、水に磁場,電子場の作用を及ぼせば、確実
に錆,スケールの発生を防止できることを見出し、特許
出願した(特願昭63-255498号) 本発明は前記発明をされた進展せしめたものであり、ま
た冷却水等の濃縮管理状態を別の視点でとらえ、より良
好な水質管理のための新規処理方法ならびに処理装置を
提供しようとするものである。
発明が解決しようとする点 そこで、循環水あるいは水路供給水のシリカ濃度の制御
を行わずともより簡単な方法で、水中のケイ酸を活性化
し確実且つ有効に錆あるいはスケールの発生を防止しう
る方法ならびに装置を提供することが本発明目的の一つ
である。また飲料水のみならず、食品工業,清涼飲料水
その他各種分野で使用せられるに適した良好で利用価値
の高い水質の水を容易に且つ有効に得ることのできる方
法,装置を提供することも発明目的の一つである。
問題点を解決するための手段 本発明に従えば、上記目的が、150-450MHzの高周波電源
に接続された1,1/2あるいは1/4波長の線状アンテナによ
り発生せしめられる振動磁界電界場水路内を、0.2〜200
m3/時の流量で水を通過せしめることを特徴とする水中
のケイ酸を活性化する方法、および水の出入口のもうけ
られた鋼管,該鋼管内部に収容されている1,1/2あるい
は1/4波長線状アンテナおよび前記鋼管の外部に位置せ
しめられ、且つ線状アンテナに接続せられる150-450,好
ましくは300MHz高周波電源からなる水中のケイ酸を活性
化する為に使用せられる水処理装置により達成せられ
る。
ケイ酸は天然水中で単量体(モノマー)にもなるが、時
には重合して二単体以上の多量体(ポリマーとなり、重
合度が大となるに従いコロイド状化し、このとき水分子
や、各種の無機,有機イオンと結合あるいはこれらを包
みこみ可溶性錯塩となることが知られている。本発明で
使用せるケイ酸の活性化なる語は、水中のモノマーのケ
イ酸をこの様な作用のあるポリマーにすることを意味す
るものである。
従来から冷却水の濃縮管理には導電率計が使用されてい
る。これは導電率の値が冷却水の濃縮の度合を示す指標
の一つであったからである。また塩素イオンの値も同様
に濃縮の指標として使用されていた。しかしながら実際
の冷却水の濃縮パターンは非常に複雑で冷却水中の各種
のイオン,塩類等の溶質が有する性質,相互作用,pH,温
度等の影響下で理論的には解明し尽されてない微妙な挙
動を示す。この様な場合に最も合理的な科学的なアプロ
ーチは統計処理による究明である。本発明者は永年の経
験によりpH,遊離炭酸,飽和指数の変化をみながら、補
給水あるいは冷却水の導電率,塩素イオン,硫酸イオ
ン,Mアルカリ度,全硬度,ケイ酸イオン,蒸発残留物の
化学分析で得られるデータを冷却水データ/補給水デー
タの濃縮倍数データに転換し、この濃縮倍数データを統
計処理することにより冷却水と循環冷却水系の管理状態
が最も良好且つ現実にそくした形でとらえ得ることを見
出した。即ち上記試験7項目の夫々の濃縮倍数を求め、
その平均濃縮倍数を()としたとき、例えば硫酸イオ
ンの濃縮倍数が()より高く、Mアルカリ度の倍数が
()より低い場合、冷却塔を通じてSO2系の排ガスの
影響が考えられ、また、夫々の倍数の時系列的変化から
CaSO4(硫酸カルシウム)系又はCaSiO2(ケイ酸カルシ
ウム)系スケールの生成の可能性が示されることとな
り、これは単なる化学分析データの比較だけよりも定量
的には把握し易い。
また各試験項目の濃縮倍数をそれぞれ導電率=X1,塩素
イオン=X2,硫酸イオン=X3,Mアルカリ度=X4,全硬度=
X5,ケイ酸イオン=X6,蒸発残留物=X7とし、下式により
標準偏差(S)を求め 但しi=1,2,3,4,5,6,7 また(S/)×100により変動係数(CV%)を求めると
錆、スケールの発生についてより的確な情報把握が可能
となる。
即ち一定の水質の水の濃縮を進めてゆくと、ある濃縮倍
数に達するまでは標準偏差値は小さいが、その濃縮倍数
をこえると急激に標準偏差値が大となり冷却水の管理状
態は悪化し、スケール,腐食,スライム障害を招くこと
となる。これは、例えば全硬度,ケイ酸イオンの濃縮倍
数がより大きく落ちこみ、その落ちこんだ分だけCaや
SiO4が冷却水から析出し、スケールを形成したこととな
る。そして、これは実際に熱交換器やボイラー(蒸気ボ
イラー)を開封した場合のスケール,腐食の所見とよく
整合している。
本発明者は多く実験例から、S/×100で表される変動
係数(CV%)が10%以下のとき冷却水の管理はベストの
状態にあり、スケール,腐食,スライムの発生がないこ
と、20%以内であれば許容されうることを見出し、水質
管理上の有力な基準になりうることを見出した。尚通常
のスケール抑制剤を用いても、濃縮倍数が5をこえてく
ると、水質にもよるが、CV%を20%以内に抑えこむこと
は極めて困難であることも見出されている。
さて錆,スケールの発生に関し、水中のケイ酸が重要な
かかわりを有することに関しては既に特願昭63-255498
号に述べた通りである。即ちそのメカニズムは未だ充分
解明されているわけではないが、天然水中に解けている
シリカの状態はH2SiO3と考えられイオン化(HSiO3
しているが、何らかの手段により大きなエネルギーを得
てこれが化学的に活性化されモノマーがポリマー化する
と、その過程で水中の他の金属イオンと可溶性の錯塩を
作り、解膠作用で安定な懸濁液を作り、さらに金属表面
に被膜を形成し、結果として錆,錆こぶ,スケールの発
生を防止する効果を示すものと考えられる。
本発明者は、水中のケイ酸を活性化する方法につき種々
検討を進め、極めて驚くべきことに、処理水のシリカ濃
度を予め制御しておいて磁場電子場装置により処理する
方策によらずとも、ある特定の高周波電源に接続された
線状アンテナにより与えられれる振動磁界電界場を通過
せしめるだけで、ケイ酸を活性化が有効に行なわれ、前
述のCV%を有効に20%以内に制御することができ、錆,
スケールの発生防止が達成され、また水質改善目的の達
成せられることを見出し、本発明を完成させたものであ
る。
即ち本発明においては、被処理水を、150-450MHzの高周
波電源に接続された1,1/2波長あるいは1/4波長線状アン
テナにより発生せしめられるシリカの固有振動数に合わ
せた振動磁界電界場水路内を通過せしめることを特徴と
するものである。かかる振動磁界電界場は、望ましく
は、ステンレス又は銅導線で所定の長さ、即ち250mmあ
るいは500mm及び1000mmの線状アンテナ(1)を、鋼管
内(2)に収納し、これに約300MHz(波長約1m)の高周
波電源(3)を接続し、電源の出力電力を0.5〜1Wと
し、線状アンテナ電流を約10mAとすることにより与えら
れる。被処理水は前記鋼管(2)にもうけられた出入口
(4)(4′)を通じ一方向へ流される。
尚、水の誘電率(80)や防水絶縁コート(例えばポリエ
チレン)の誘電率(2,3)により波長短縮率が与えら
れ、実際のアンテナの長さは短くなる。
(添付図第1図参照) 被処理水の導入流量は0.2〜200m3/時の範囲内に選択せ
られる。尚鋼管の直径は水の処理量,流量によるが通常
5〜20cm程度である。かくすることにより、線状アンテ
ナから3mの距離に於て500μV/m以下の電解強度が与えら
れ、有効な水処理が可能であり、且つ電波法に抵触する
ことのない最適な振動磁界電界場が与えられる。
本発明方法は、水中のケイ酸を活性化し、既に述べた如
く、導電率,塩素イオン,硫酸イオン,Mアルカリ度,全
硬度,ケイ酸イオン,蒸発残留分の平均濃縮倍数,標準
偏差から導かれる変動係数CV%を20%以下に有効に制御
することができ、各種水路系での錆,スケール発生防止
に極めて有効であり、飲料水,酒類,ショウユその他各
種食品工業の於ける用水においても、ケイ酸に溶質とし
て用水中に存在する各種の無機,有機イオンを結合させ
ることが出来、最適水質の水を与えることができる。
本発明方法を実施する為に好ましく使用せられる装置は
第1図に関連し上述せる通りであるが、かかる装置は例
えば、循環冷却水系統ラインでは第2図に示される如
く、補給水が循環冷却水と共に冷却塔底部(5)からポ
ンプ(6)により熱交換器(7)を経て冷却塔上部
(8)へと送られ、散水せられる間に水の濃縮が行なわ
れ、循環水濃度が順次高められていくので、本発明装置
(9)をこの水路のどこに設置しても良いが、好ましく
は冷却部(5)と熱交換器(7)との間に設置すること
により、熱交換器部及び水路内の錆,スケールの発生が
有効に防止せられる。
蒸気ボイラーの場合、第3図に示される如く軟水器(1
0)を通じ給水タンク(11)へと供給された水が、同タ
ンク(11)からポンプ(12)によりボイラー(13)へと
送られる系において、給水タンク(11)内の水を処理す
るためポンプ(14)により本発明装置(15)通り再びタ
ンク(11)に戻るようにすることにより、給水管,ボイ
ラー内のスケール,錆発生が有効に防止せられる。本発
明装置(15)は給水タンク(11)とボイラー(13)の間
に置くことも可能である。
また高層ビルの飲料水給水ラインにあっては、第4図に
示される如く受水漕(16)からポンプ(17)送りで屋上
など高位置に設置せられる貯水漕(18)に供給された水
漕内の水を処理するため、ポンプ(20)で同水漕内の水
が本発明装置(19)内を通り再び同水漕(18)へと戻さ
れるようにし、このように処理された水が各階の給水蛇
口(21)へと送られ、給水管内の錆,スケールの発生防
止をすることが実用的であり好ましい。
しかしながら、本発明はこれら好ましい実施態様に限定
せられれることなく、各種食品工業、あるいは工業用水
の処理に使用可能であり、水質のそれぞれの用途に対し
て理想的な管理状態を現出せしめることが可能である。
以下実施例により本発明を説明する。
実施例1及び比較例1 添付図の第1図(B)に図示されている振動磁界電界場
発生装置(第3図の15)(直径10cmの鋼管(2)内に、
直径約3mm、長さ約500mmステンレス線の1/2波長線アン
テナ(1)が収容され、綱管中央外側部に設けられた約
300MHz高周波電源(3)に接続され、鋼管(2)の両端
(4)(4′)が水の出入口となったもの)を、第3図
に図示されているようなボイラー給水系で軟水器(10)
を通じ給水タンク(11)へと供給された水が、ボイラー
(13)に給水せられる前に処理されるよう、給水タンク
(11)に並置し、同タンク(11)内の水をポンプ送りで
この装置内を通過せしめた。供給水としては下記組成の
軟水を用い、また振動磁界電界場発生装置には1Wの電力
を出力せしめ、線状アンテナの電流を10mAとし、同装置
内の処理水の流量を15m3/時とした。
当初150μS/cmであった軟水の導電率が1960μS/cmとな
るまでボイラー給水運転を続け、その時点で給水タンク
内の水をサンプリングし分析した結果第1表に示した。
尚比較例として、実施例1と同様、但し、振動磁界電界
場発生装置(15)を用いず、かわりに市販清缶剤を用
い、導電率1710μS/cmまでボイラー給水運転を設け、サ
ンプリングした水の分析結果を同じく第1表に示した。
導電率を目安としてボイラー運転を続け、6ヶ月後ボイ
ラー,配管内の錆,スケールの発生状態を調べたとこ
ろ、実施例1の場合には殆ど認むべき錆,スケールの発
生がなく、比較例1の場合にはかなりの錆およびスケー
ルが認められた。
尚上記各パラメータ測定は、JISK0101に準処し、pHはガ
ラス電極法,塩素イオンはイオン電極法,硫酸イオンは
クロム酸バリウム法,Mアルカリ度は酸消費量法(13.
1),Naイオンはイオン電極法,ケイ酸イオンは全シリカ
(44.3),蒸発残留物は重量法で測定した。
実施例2および比較例2 実施例1で用いられたものと同じ線状アンテナによる振
動磁界電界場発生装置(出力電力1W,線状アンテナ電流1
0mA,約300MH)を第2図の循環冷却水系統ラインで
(9)合位置、即ち熱交換器(7)と冷却塔下部(5)
の間に位置せしめた。補給水として下記組成の工業用水
を用い、導電率を目安に運転を行なった。尚本発明装置
(9)内の流量は50m3/時に設定された。他方比較の為
に、本発明装置を用いず、同様の運転を並行的に実施し
た。水の導電率が約830μS/cm程度に達した段階で両者
の循環水をサンプリングし分析した結果を第2表に示し
た。
上記の如く本発明装置を用いることにより変動係数の著
しい改善が認められた。尚本実施例の場合、空気中の排
ガスの影響と思われる硫酸イオンの濃縮倍数が異常に高
く、この様な場合変動係数は20%より幾分大であった
が、錆,スケール発生防止に対しかなりの効果が認めら
れた。
同様の試験を、硫酸イオン濃度が平均値に近い通常の環
境下で実施した場合、同じような導電率を示した段階
で、本発明装置を用いた時の平均濃縮倍数は7.05,標準
偏差1.16,変動係数は16.4%で、本発明効果の著しいこ
とが判明した。
実施例3 第1図(B)と同様装置と同様条件(1W,10mA,約300MH
z)で自然水処理に使用した。尚同装置内の流量を5m3/
時に設定した。処理水をビンづめにし6ヶ月間放置した
が、濁り,腐敗を全く示さなかった。比較の為、非処理
水を同じく6ヶ月間ビンづめにし放置した場合、水の腐
敗,ビン壁への著しい付着物,濁りを生じた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明方法の実施に使用せられる装置の断面
図で、(A)は1/4波長アンテナを用いた装置,(B)
は1/2は波長アンテナを用いた装置(C)は1波長アン
テナを用いた装置; 第2図は、循環冷却水系統ラインに本発明装置を使用し
た場合の水路経路図; 第3図はボイラー給水系に本発明装置を使用した場合の
水路経路図。 第4図は高置水槽による飲料水供給系に本発明装置を使
用した場合の水路経路図。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】150-450MHz(メガヘルツ)の高周波電源に
    接続された1,1/2あるいは1/4波長の線状アンテナにより
    発生せしめられる振動磁界電界場水路内を、0.2〜200m3
    /時の流量で水を通過せしめることを特徴とする水中の
    ケイ酸を活性化する方法
  2. 【請求項2】高周波電源の出力電力が0.5〜1Wで、線状
    アンテナ電流が約10mAである請求項第1項記載の方法
  3. 【請求項3】水の出入口のもうけられた鋼管,該鋼管内
    部に収容されている1,1/2あるいは1/4波長線状アンテナ
    および前記鋼管の外部に位置せしめられ、且つ線状アン
    テナに接続せられる150-450MHz高周波電源からなる水中
    のケイ酸を活性化する為に使用せられる水処理装置
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