JPH09111482A - 水系の金属の腐食防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 防食剤の添加、多くの手間を要することな
く、水系の金属の腐食を効果的に防止する。 【解決手段】 水系の保有水及び／又は水系への補給水
をアニオン交換樹脂で処理することにより、水系の塩化
物イオン及び硫酸イオンの合計濃度を５ｍｇ／Ｌ以下と
する。 【効果】 Ｃｌ^- ＋ＳＯ₄ ^2- 濃度を十分に低減すること
により、防食剤の添加等を必要とすることなく、金属の
腐食を効果的に防止することができる。防食剤の添加が
不要であるため、薬剤コストの低減を図ると共に、放流
水の処理の問題が解消される。アニオン交換樹脂による
処理を行うのみで良く、複雑な設備や煩雑な操作を必要
とせず、水処理コスト及び手間は大幅に軽減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水系の金属の腐食防
止方法に係り、特に、淡水系における軟鋼、ステンレス
鋼、銅、銅合金などの金属の腐食を、防食剤の添加を必
要とすることなく、効果的に防止する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】開放、密閉循環水系、半密閉水系（蓄熱
冷温水系）、密閉水系などの淡水系で使用される各種機
器や配管等の基材として、軟鋼、ステンレス鋼、銅、銅
合金等が使用されている。淡水中に浸漬使用されている
これらの基材は、補給水から持ち込まれる塩化物イオン
（Ｃｌ^- ）、硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2- ）等により腐食さ
れ、孔食を発生させる。そこで、このような淡水系と接
する金属材の腐食を防止するために次のような方法が提
案されている。

【０００３】 防食剤の添加 淡水の純水化 炭酸カルシウム添加 腐食性アニオンの除去及び低分子量ポリマー処理 上記の場合、従来、軟鋼、ステンレス鋼、銅又は銅合
金などの金属の淡水系での腐食抑制剤としては、クロム
酸塩、モリブデン酸塩、亜硝酸塩、りん酸塩、ホスホン
酸塩、亜鉛塩、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾー
ル、メルカプトベンゾチアゾールなどが使用されてき
た。

【０００４】また、上記の方法としては、冷却塔より
出た冷却水の一部又は全部をＨ型強酸性カチオン交換樹
脂とＯＨ型弱塩基性アニオン交換樹脂に通水することに
より、塩類の濃縮防止及び錆、濁質の除去を図る水処理
方法がある（特開昭４８−１３９３６号公報）。

【０００５】の炭酸カルシウムの添加とは、炭酸カル
シウム粉末を水系に添加し、系内の水の飽和指数（ラン
ジェリア指数）を０にすることにより腐食性を低減する
方法である。

【０００６】また、上記の方法としては、水系の腐食
性アニオンを、防食性アニオンを担持したアニオン交換
樹脂に通水して交換するとともに、低分子量ポリマーを
添加して防食効果の向上を図る方法がある（特開平６−
１５８３６４号公報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の水系の金属
の腐食防止方法においては、それぞれ次のような問題が
あった。

【０００８】の防食剤を添加する方法では、防食剤を
含む淡水を系外へ放出した場合、環境汚染の要因となる
恐れがある。

【０００９】の純水化は、アニオン交換樹脂の他に、
カチオン交換樹脂を使用するため、高コストである上
に、純水は時間の経過とともに空気中の炭酸ガスを吸い
込み、ｐＨが低下することによる腐食性の増大が懸念さ
れるという問題がある。特に、純水化では、腐食性イオ
ンとともに防食性イオンも除去されるため、新たに防食
剤を添加する必要があるという不具合もある。

【００１０】の炭酸カルシウム添加法では、基本的に
水を抜き、炭酸カルシウムの棚を設置する工事が必要で
あり、処理の迅速性、人手の面で問題が残る。

【００１１】の腐食性アニオンの除去及び低分子量ポ
リマー処理であれば、上述のような問題は解消されるも
のの、添加した低分子量ポリマーに由来するＣＯＤ成分
濃度上昇の問題がある。

【００１２】本発明は上記従来の問題点を解決し、防食
剤の添加等を必要とすることなく、また、多くの手間を
要することなく、水系の金属の腐食を効果的に防止する
ことができる水系の金属の腐食防止方法を提供すること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の水系の金属の腐
食防止方法は、水系の金属の腐食防止方法であって、該
水系の保有水及び／又は該水系への補給水をアニオン交
換樹脂で処理することにより、該水系の塩化物イオン及
び硫酸イオンの合計濃度を５ｍｇ／Ｌ（リットル）以下
とすることを特徴とする。

【００１４】本発明に従って、水系の腐食性アニオンで
ある塩化物イオン及び硫酸イオンの合計濃度（以下「Ｃ
ｌ^- ＋ＳＯ₄ ^2- 濃度」と称す。）を５ｍｇ／Ｌ以下と十
分に低減することにより、防食剤の添加等を必要とする
ことなく、金属の腐食速度を大幅に低減することができ
る。即ち、水道水との比較において、金属の腐食速度
を、例えば、鋼材の場合、後掲の実験例１の結果からも
明らかなように８０％以下に低減することができる。水
系のＣｌ^- ＋ＳＯ₄ ^2- 濃度が５ｍｇ／Ｌを超える場合に
は、このような十分な防食効果が得られない。本発明に
おいて、好適なＣｌ^- ＋ＳＯ₄ ^2- 濃度は３ｍｇ／Ｌ以下
である。

【００１５】本発明による水系のＣｌ^- ＋ＳＯ₄ ^2- 濃度
の低減による金属の腐食防止の作用機構は次の通りであ
る。

【００１６】即ち、例えば、鋼材に対しては、腐食性ア
ニオンを除去することで、溶存酸素により形成された不
動態化皮膜が破壊されにくくなる。また、孔食下部での
酸性塩（ＦｅＣｌ₂ ）の生成を防止することにより、孔
食の進行を抑制する。銅、銅合金の場合、水中での保護
性の低い塩化物塩・硫酸塩を生成することなく、Ｃｕ₂
Ｏの皮膜を保持することにより、防食性を発揮する。ま
た、孔食下部でも同様に、酸性塩や孔食進行に悪影響を
与える塩化物塩・硫酸塩の生成を防止することにより、
孔食の進行を抑制する。

【００１７】アニオン交換樹脂によるイオン交換処理で
Ｃｌ^- やＳＯ₄ ^2- の腐食性イオンは、ＯＨ^- やＨＣＯ₃
^- 等にイオン交換されるが、これらのアニオン、特にＨ
ＣＯ₃ ^-は防食性に富み、腐食防止に有効である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。

【００１９】本発明の対象となる水系は、工業用水、水
道水、井水など淡水を使用する系であり、これらの水に
は、通常、ナトリウムイオン（Ｎａ⁺ ）、カルシウムイ
オン（Ｃａ²⁺）、マグネシウムイオン（Ｍｇ²⁺）などに
代表されるカチオン、塩化物イオン（Ｃｌ^- ）、硫酸イ
オン（ＳＯ₄ ^2-）、炭酸イオン（ＣＯ₃ ^2- ）、珪酸イオ
ン（ＳｉＯ₃ ^2-）に代表されるアニオン、シリカ（Ｓｉ
Ｏ₂ ）などのノニオン等が含まれている。これらの水は
Ｃｌ^- ，ＳＯ₄ ^2- といった腐食性イオンを含むことか
ら、前述の如く、系内に使用される金属、例えば、鉄、
銅などを腐食する。

【００２０】本発明は、上述のような淡水を使用する水
系の金属の腐食防止に有効であり、例えば、開放、密閉
循環冷却水系、蓄熱水系、密閉冷温水系などの淡水系に
適用できる。特に、蓄熱水系等の密閉系の水系に対して
有効な方法である。

【００２１】本発明において使用されるアニオン交換樹
脂は、ＨＣＯ₃ ^-形、ＣＯ₃ ^2- 形、ＯＨ^- 形のいずれでも
良く、これらのアニオン交換樹脂により、Ｃｌ^- ，ＳＯ
_４ ^２−の腐食性アニオンを除去すると共に、防蝕に有効
なイオンを供給することができる。即ち、例えば、ＨＣ
Ｏ_３ ⁻形アニオン交換樹脂による処理で、水中のアニオ
ンはＨＣＯ₃ ^-（重炭酸イオン）にイオン交換され、ま
た、ＯＨ^- 形アニオン交換樹脂による処理で水中のアニ
オンはＯＨ^- （水酸イオン）にイオン交換されるが、こ
れらＨＣＯ₃ ^-，ＯＨ^- はいずれも防食性に富むアニオン
である。

【００２２】特に、本発明においては、アニオン交換樹
脂としてＨＣＯ₃ ^-形アニオン交換樹脂を用いるのが、防
食性の面で好ましい。また、再生効率等の面でもＨＣＯ
₃ ^-形アニオン交換樹脂が有利である。即ち、ＨＣＯ₃ ^-形
アニオン交換樹脂であれば、Ｃｌ^- やＳＯ₄ ^2- とイオン
交換後、容易にほぼ１００％ＨＣＯ₃ ^-形に再生すること
が可能である。これに対して、ＯＨ^- 形アニオン交換樹
脂では、通常の再生レベルは５０％程度で、１００％近
くまで再生するためには極めて多量の再生剤を必要とす
る。この再生効率を考慮した場合、ＨＣＯ₃ ^-形アニオン
交換樹脂の方がＯＨ^- 形アニオン交換樹脂よりもＣｌ
^- ，ＳＯ₄ ^2- の交換容量が大きくなる。しかも、ＨＣＯ
₃ ^-形アニオン交換樹脂であれば、イオン交換処理におい
てＯＨ^- イオンを増加させることがなく、樹脂層の閉塞
等の問題が生じない。更に、ＯＨ^-形アニオン交換樹脂
では、イオン交換処理によりＯＨ^- イオンが増加してｐ
Ｈが上昇し、銅、亜鉛などのアルカリ性領域で腐食され
る金属が水系に存在する場合には、母材金属の溶出によ
る腐食の問題がある。これらの点から、ＨＣＯ₃ ^-形アニ
オン交換樹脂の使用が有利である。

【００２３】使用するアニオン交換樹脂量は、処理対象
水の水質や水量により適宜決定されるが、上述の如く、
処理水のｐＨに制約がある場合には、ＨＣＯ₃ ^-形アニオ
ン交換樹脂を主に使用するなど、ｐＨ調整に配慮するの
が良い。

【００２４】本発明においては、水系内の保有水の一部
及び／又は補給水の少なくとも一部をアニオン交換樹脂
を充填したカラムに通水し、水系内のＣｌ^- ＋ＳＯ₄ ^2-
濃度が５ｍｇ／Ｌ（リットル）以下、好ましくは、３ｍ
ｇ／Ｌ以下となるように調整するが、具体的には、次の
ような処理方法を採用するのが好ましい。

【００２５】即ち、開放水系（例えば、冷却塔を有する
冷却水系）のように、補給水量が多く、入れ替えが頻繁
に起こる水系では、図１に示す如く、アニオン交換樹脂
を充填したカラム１を冷却塔２への補給水供給ライン３
に設置して、補給水の一部又は全部をアニオン交換樹脂
で処理して補給水中の腐食性アニオンを除去することに
より、系内のＣｌ^- ＋ＳＯ₄ ^2- 濃度を所定値以下に維持
するのが好ましい。なお、図１及び後掲の図２，３にお
いて、４は循環ポンプ、５はプロセス（冷凍機、空調機
等）への供給ライン、６はプロセスからの戻りラインで
ある。なお、循環型冷却水系では補給水のアニオンが系
内で濃縮されるので、その系の濃縮倍数を考慮して補給
水のアニオン交換処理水質を設定しておくことが重要で
ある。

【００２６】一方、密閉水系や蓄熱冷温水系のように水
の補給が少なく、水の入れ替えが少ない水系では、系内
の保有水を循環水ラインで又は自給式ポンプを設けた循
環ラインでアニオン交換樹脂を充填したカラムに通水す
ることが望ましい。

【００２７】即ち、図２に示す如く、循環ポンプ４の下
流側に分岐ライン７ａを設けて、循環ポンプ４の送液力
で循環水の一部をアニオン交換樹脂充填カラム１に通水
し、処理水をライン７ｂより蓄熱水槽８に戻す。或い
は、図３に示す如く、蓄熱水槽８に自給式ポンプ９及び
アニオン交換樹脂充填カラム１を備える循環ライン１０
を設け、水系内の保有水の一部を抜き出してアニオン交
換樹脂で処理した後、返送する。

【００２８】特に、密閉式の場合は、初めに必要な水量
が外部からその水系に供給されると、その後は系内の水
が循環されるだけで、水の補給はごく少量であり（例え
ば、蓄熱水系における補給水の量は保有水量に対し年間
１０％程度）、かつ系内において濃縮が起こらないの
で、初めの供給水をアニオン交換処理した後は、保有水
のごく一部のみをアニオン交換処理すれば良く、腐食性
イオンを所定の濃度に維持しやすく、安定した防食が行
われる。また、わずかな水量の処理で良く、使用するア
ニオン交換樹脂が少なくて足りるため、アニオン交換塔
も小型化でき、再生薬品量も少なく、経済的である。

【００２９】本発明においては、特に、アニオン交換樹
脂を充填したカラムの前段に濾過装置又は活性炭充填カ
ラム等を設置して、ＳＳや若干存在する有機物を除去す
るのが好ましく、これにより、アニオン交換樹脂の汚れ
やアニオン交換樹脂層の閉塞を防止して、長期間使用す
ることが可能となる。

【００３０】本発明において、用いたアニオン交換樹脂
の再生は、アニオン交換容量の飽和に達する以前に行う
のが好ましく、このためにはアニオン交換樹脂の交換容
量と対象となる水の水質から計算により求めた処理量に
基き、定体積通水又は定時間運転を行う。或いは、導電
率計等のセンサを用いて再生時期を制御しても良い。こ
のように、再生時期を早めて、所定の水質を確実に得る
ようにすることで、安定した防食効果を得ることができ
る。

【００３１】また、アニオン交換樹脂の再生は、必要量
の再生剤を使用して行うが、再生レベルが低すぎると処
理水質が悪化し、再生後の処理水が所定水質に達しない
場合もあることから、再生レベルには留意を要する。こ
の再生に当り、向流再生を行うことにより、通水再開初
期から所定の水質を得ることができ、極めて有利であ
る。

【００３２】なお、本発明の水系の金属の腐食防止方法
は、上述の如く、水系のＣｌ^- ＋ＳＯ₄ ^2- 濃度を所定値
以下とすることで、防食剤無添加での金属の腐食防止を
可能とするものであるが、薬剤の添加を完全に排除する
ものではなく、必要に応じて、系内を殺菌するため殺菌
剤を添加しても良い。この場合、殺菌剤としては、塩素
系殺菌剤や過酸化水素等が用いられ、必要の都度添加さ
れる。

【００３３】

【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明の効果を示
す。

【００３４】実施例１ 厚木市水道水をＨＣＯ₃ ^-形アニオン交換樹脂（「ダイヤ
イオンＳＡ−１」三菱化学（株）製）で処理して得られ
た下記水質のアニオン交換処理水に、ＮａＣｌ水溶液を
添加して、Ｃｌ^- ＋ＳＯ₄ ^2- 濃度が表１に示す濃度の試
験水 No.１〜５を調製した（ただし、試験水 No.１で
は、ＮａＣｌ水溶液添加せず。）。

【００３５】アニオン交換処理水水質 ｐＨ：７．２ Ｃａ硬度：４７ｍｇ−ＣａＣＯ₃ ／Ｌ Ｍアルカリ度：１００ｍｇ−ＣａＣＯ₃ ／Ｌ シリカ：３１ｍｇ−ＳｉＯ₂ ／Ｌ Ｃｌ^- ＋ＳＯ₄ ^2- ＜１ｍｇ／Ｌ 軟鋼テストピース（ＳＰＣＣ，表面積３１ｃｍ² ）を４
００番エメリー研磨した後脱脂したものを試料とし、こ
の試料を塩化ビニル製回転軸に取り付け、各試験水中に
て、回転数１８０ｒｐｍ、水温５０℃で回転させた。

【００３６】７日間の試験期間での試料の腐食重量を測
定し、１日，１ｄｍ² 当りの腐食速度を求め結果を表１
に示した。

【００３７】なお、試験後の各試験水のｐＨはいずれも
８．７であった。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１より明らかなように、試験水中のＣｌ
^- ＋ＳＯ₄ ^2- 濃度が５ｍｇ／Ｌであれば腐食速度２０ｍ
ｄｄ以下を、また、Ｃｌ^- ＋ＳＯ₄ ^2- 濃度が３ｍｇ／Ｌ
以下であれば腐食速度１０ｍｄｄ以下を維持することが
できる。

【００４０】従って、本発明により、アニオン交換処理
を行って、水系のＣｌ^- ＋ＳＯ₄ ^2-濃度を５ｍｇ／Ｌ以
下、好ましくは３ｍｇ／Ｌ以下に低減することにより、
防食のための薬剤添加等を行うことなく、金属の腐食を
効果的に防止することができることがわかる。

【００４１】実施例２ 下記水質で運転を行っている保有水量３００ｍ³ （水温
４５℃）の蓄熱水系において、本発明に従って、図３に
示す装置構成で、保有水の一部をアニオン交換処理し
た。

【００４２】蓄熱水系水質 導電率：２４．７ｍＳ／ｍ ｐＨ：７．７ Ｍアルカリ度：４２ｍｇ−ＣａＣＯ₃ ／Ｌ Ｃａ硬度：４０ｍｇ−ＣａＣＯ₃ ／Ｌ Ｃｌ^- ：２７ｍｇ／Ｌ ＳＯ₄ ^2- ：２９ｍｇ／Ｌ アニオン交換処理は、まず、ＨＣＯ₃ ^-形アニオン交換樹
脂（「ダイヤイオンＳＡ−１」三菱化学（株）製）を１
０００Ｌ充填したカラムに、保有水を１０ｍ³／ｈｒの
通水量で２週間通水し（初期高度処理）、その後は、同
様のアニオン交換樹脂を１００Ｌ充填した小型カラムに
交換し、この小型カラムに２ｍ³ ／ｈｒの通水量で約１
ヶ月間通水を継続した（保持処理）。

【００４３】その結果、保有水のＣｌ^- ＋ＳＯ₄ ^2- 濃度
は、表２に示す通りとなり、Ｃｌ^-＋ＳＯ₄ ^2- 濃度は５
ｍｇ／Ｌ以下に維持された。

【００４４】

【表２】

【００４５】この蓄熱水槽に表３に示すテストピースを
７日間浸漬して腐食試験を行って、アニオン交換処理前
後の腐食性を調べたところ、表３に示す如く、アニオン
交換処理で系内の水質をＣｌ^- ＋ＳＯ₄ ^2- 濃度５ｍｇ／
Ｌ以下に保つことにより、金属の腐食を効果的に抑制で
きることが確認された。

【００４６】

【表３】

【００４７】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の水系の金属
の腐食防止方法によれば、水系の保有水の一部又は水系
への補給水の少なくとも一部をアニオン交換樹脂で処理
して、水系内のＣｌ^- ＋ＳＯ₄ ^2- 濃度を５ｍｇ／Ｌ以下
に維持することにより、水系の金属の腐食を効果的に防
止することができる。このような本発明の方法によれ
ば、 防食剤の添加が不要であるため、薬剤コストの低減
を図ると共に、放流水の処理の問題が解消される。 アニオン交換樹脂による処理を行うのみで良く、複
雑な設備や煩雑な操作を必要とせず、水処理コスト及び
手間は大幅に軽減される。 といった効果が奏され、工業的に極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水系の金属の腐食防止方法の一実施例
を示す系統図である。

【図２】本発明の水系の金属の腐食防止方法の他の実施
例を示す系統図である。

【図３】本発明の水系の金属の腐食防止方法の別の実施
例を示す系統図である。

【符号の説明】

１ アニオン交換樹脂充填カラム ２ 冷却塔 ４ 循環ポンプ ８ 蓄熱水槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天野 正紹 東京都新宿区西新宿３丁目４番７号 栗田 工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水系の金属の腐食防止方法であって、該
   水系の保有水及び／又は該水系への補給水をアニオン交
   換樹脂で処理することにより、該水系の塩化物イオン及
   び硫酸イオンの合計濃度を５ｍｇ／Ｌ以下とすることを
   特徴とする水系の金属の腐食防止方法。