循環型冷却水系の電解処理方法及び電解処理装置
【課題】電極（陰極）にスケールが析出することを利用して、循環水中のスケール成分を除去し、系内のスケール生成傾向を下げ、その析出スケールを容易に溶解し、排出することができる電解処理方法及び電解処理装置を提供する。
【解決手段】電解処理工程にあっては、陽極３、陰極４間に電圧を印加し、電解装置１に貯水槽５１からの水を循環通水し、電解処理する。陰極４の近傍では水素が発生してアルカリ性となる。陰極４の近傍で重炭酸イオンが炭酸イオンに解離し、Ｃａイオン及びＭｇイオンより炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムが生成し、これらが電極表面に析出することからスケール化傾向が低減される。スケール除去工程にあっては、エゼクタ１２から炭酸ガス混合水を背後室６へ供給すると共に、通水スペース５へ配管９から炭酸ガスを供給する。
【解決手段】電解処理工程にあっては、陽極３、陰極４間に電圧を印加し、電解装置１に貯水槽５１からの水を循環通水し、電解処理する。陰極４の近傍では水素が発生してアルカリ性となる。陰極４の近傍で重炭酸イオンが炭酸イオンに解離し、Ｃａイオン及びＭｇイオンより炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムが生成し、これらが電極表面に析出することからスケール化傾向が低減される。スケール除去工程にあっては、エゼクタ１２から炭酸ガス混合水を背後室６へ供給すると共に、通水スペース５へ配管９から炭酸ガスを供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は循環型冷却水系の電解処理方法及び電解処理装置に係り、特に、１つの電解装置でスケール障害とスライム障害を同時に抑制する電解処理方法及び電解処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場、ビルなどのコンプレッサー、冷凍機で発生した廃熱は、熱交換器を介して冷却水（冷却媒体）で冷却されている。熱交換器において、廃熱との熱交換で温度が上昇した冷却水は開放型冷却塔で空気と接触することで蒸発して放熱、冷却され、再び熱交換器に循環される。従って、このような循環型冷却水系では、冷却塔で蒸発ないし飛散して減少した水量に相当する補給水が補給されて運転が行われている。
【０００３】
しかし、そのままでは補給水中に含有されるスケール成分が冷却水系内で濃縮されて、その溶解度を超え、熱交換器の伝熱面、冷却塔の充填材や底部或いは配管にスケールとして析出して付着し、熱交換効率の低下、通水抵抗の増加といった様々な運転障害を引き起こす。
【０００４】
そこで、系内をスケール析出が起こらない硬度で運転するために、冷却塔の底部から、濃縮された冷却水をブロー水として系外へ排出し、補給水で全体を希釈することにより、循環冷却水を一定の水質で運転管理することが行われている。ここで、ブロー水量を多くして、系内のスケール成分濃度を低くして運転すると、補給水を多く必要として水道料金が過大となる。反対に、ブロー水量を少なくして高濃縮運転を行うと、冷却水中のスケール成分が溶解度を超え難溶塩のスケールが析出することとなる。
【０００５】
従来、このような冷却水系内のスケール析出を防止するために、リン酸系薬剤やカルボン酸系など各種ポリマーよりなるスケール防止剤を添加することが行われているが、薬剤コストが嵩む。また、溶存した薬剤が放流域に住む水生生物へ影響を与える可能性があることから、下水道放流又は水処理が必要となるという問題もあった。また、薬剤は定期的に補充することが必要であり、その人員コストも問題となっている。
【０００６】
このようなスケール防止剤を使用しない方法として、物理的スケール防止技術が提案されている。
【０００７】
例えば、特開２００３−１９０９８８号公報には、冷却水系の補給水または循環水を、極性が変わるバイポーラ電極を有する電解装置に通水し、補給水または循環水に含まれるスケール成分を微小な結晶として析出させることにより、冷却水系におけるスケール付着、特に伝熱面におけるスケール付着を防止する方法が記載されている。
【０００８】
この電解装置においては、カルシウムイオン、マグネシウムイオン等の陽イオンは導電性粒子の陰極側に集まり、炭酸イオン、シリカなどは陽極側に集まる。陰極付近が高ｐＨのため、陰極付近でスケールが析出する。正負の極性を逆に変換すると陰極は陽極となり、電極表面のｐＨが低下する。そうすることで核とならずに陰極上に析出したスケールを溶解し、電解不良を防ぐことができる。電極近傍で析出したスケールは循環水中へ流れ出て、非常に微細な結晶が冷却水中に分散したものとなる。この微細結晶が核となって、循環水中のスケール成分は系内の熱交換部や冷却塔よりも核を中心に析出する。次第に核は大きくなるが、ブロー水と共に排出され、伝熱面等へのスケール付着が防止される。
【０００９】
即ち、上記特開２００３−１９０９８８号公報の電解装置を備えた冷却水系において、電解装置で生じた微粒子を含んだ冷却水は熱交換器や冷却塔へ送り込まれ、その部位において溶解度が過飽和状態になる。過飽和状態において新たに結晶核を生成するために必要なエネルギーと既に存在する結晶を元に結晶成長するために必要なエネルギーでは既に存在する結晶を元に成長する方がはるかに必要なエネルギーが小さいので、流れてきたスケール成分の微粒子を種晶としてその上にスケール成分が析出する。そして、微細結晶は堆積するまでは成長せずにブローラインより排出される。
【００１０】
また、特表２００１−５０２２２９号公報には、円筒形容器内に黒鉛よりなる１対の電極を配置すると共に、該電極間に黒鉛等の炭素質材料よりなる導電性の粒子と、シリカ、ガラス、プラスチック等の非導電性の粒子とを混合充填し、この電極間に通電しつつ円筒形容器に水を通水させてスケール生成を低減する方法が記載されている。同号の記載によると、この通電処理によりアルカリが生成し、このアルカリによって結晶核が生成し、スケール生成傾向が低下する。このスケール防止方法では、アルカリ領域でスケール微細結晶の生成と共に電極へのスケール付着も起こり、定期的な洗浄が必要となる。この洗浄方法として、一定時間で電極を極性転換し、アルカリ側でスケール付着した電極が酸性領域となりスケールを剥離・溶解させる技術がある。
【００１１】
しかしながら、電極の極性を転換させる方法では、極性転換によって陽極と陰極が反転するために電極自体の酸化・還元が繰り返され、電極が劣化し易い。電極の多くは酸化・還元どちらかの用途で用いられるが、両極で用いる場合、極性転換の時間によっては電極としての機能を果たす時間が非常に短くなる。例えば、グラファイト電極の場合、陽極で電極自身が酸化され、グラファイト粉末が流出して劣化する。不溶性電極としてよく使用される白金酸化物やイリジウム酸化物を被覆したチタン電極では、陽極での酸化には耐性を有するが、陰極では酸化物が剥離して劣化が進み易い。電極の交換を頻繁に行うことで上記問題は解決されるが、それに要する電極交換費が過大となる。
【００１２】
特開２０００−１４０８４９号公報には、凹凸の金属電極ユニットを備えた電解装置に被処理水を通してスケール成分を陰極面に析出させ、さらに極性反転して析出したスケール成分を系外へ除去する装置および方法が記載されている。この方法の問題点は、極性転換により電極が劣化し易いこと、及び、極性転換のみでは、付着したスケールの除去性が不十分なことである。即ち、一定量のスケールが電極に付着してから極性転換したときには、スケールが付着した部分が非導電性となり、電流に分布が生じる。従って、スケールが溶解する酸性領域が形成されるのはスケールが付着していない部分からとなり、スケールの剥離・溶解に時間がかかる。
【００１３】
電極劣化を回避したスケール洗浄方法として、特開平９−１４１２６６号公報には、スケールが付着した電解槽を、副電解槽で発生させた酸性水を用いて洗浄する方法および装置が記載されている。しかしながら、この場合には、酸性水を発生させる副電解槽にスケールが析出する。また、洗浄効果を高めるために酸性水を過剰に供給した場合や、酸性水の水素イオン濃度を高めた場合には、放流水のｐＨが５以下となり、下水道法令ｐＨ５．８〜８．６の範囲外となるという問題もある。
【特許文献１】特開２００３−１９０９８８号公報
【特許文献２】特表２００１−５０２２２９号公報
【特許文献３】特開２０００−１４０８４９号公報
【特許文献４】特開平９−１４１２６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、循環型冷却水系の水を電解装置に通水して電解処理する方法及び装置において、電極（陰極）にスケールが析出することを利用して、循環水中のスケール成分を除去し、系内のスケール生成傾向を下げ、その析出スケールを容易に溶解し、排出することができる電解処理方法及び電解処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の循環型冷却水系の電解処理方法は、循環型冷却水系の循環水及び／又は補給水よりなる被処理水を、電極を有する電解装置に通水して電解して、前記電極表面にスケールを析出させる電解処理工程と、該電解装置に二酸化炭素を供給して前記電極に析出したスケールを除去するスケール除去工程とを有することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項２の循環型冷却水系の電解処理方法は、請求項１において、該スケール除去工程において、炭酸ガス及び／又は炭酸ガス溶解水を該電解装置に供給することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項３の循環型冷却水系の電解処理方法は、請求項１又は２において、前記電解処理工程での電解処理により、前記電極から酸化剤を発生させて冷却水を殺菌することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項４の循環型冷却水系の電解処理方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記電極が多孔体よりなることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項５の循環型冷却水系の電解処理方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記電解装置内に複数の電極が配置され、該電極同士の間が被処理水の通水スペースとなっており、少なくとも１つの電極は多孔体よりなり、前記電解処理工程にあっては、該通水スペースに被処理水を通水し、前記スケール除去工程にあっては、二酸化炭素を該多孔体よりなる電極の通水スペースと反対側から通水スペース側へ透過させることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項６の循環型冷却水系の電解処理方法は、請求項１ないし５のいずれか１項において、前記スケール除去工程において、電解装置内に炭酸ガスを供給することにより、電極に付着したスケールを剥離させることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項７の循環型冷却水系の電解処理方法は、請求項１ないし５のいずれか１項において、前記スケール除去工程において、該電解装置内に炭酸ガス又は炭酸ガス溶解水を供給することを特徴とするものである。
【００２２】
請求項８の循環型冷却水系の電解処理方法は、請求項１ないし７のいずれか１項において、前記スケール除去工程において該電解装置から流出した二酸化炭素を回収し、再度該電解装置に供給することを特徴とするものである。
【００２３】
請求項９の循環型冷却水系の電解処理方法は、請求項１ないし８のいずれか１項において、前記スケール除去工程において、前記電極に析出したスケールの１〜３倍モルの二酸化炭素を前記電解装置に供給することを特徴とするものである。
【００２４】
請求項１０の循環型冷却水系の処理装置は、電極を有する電解装置と、該電解装置内に、循環型冷却水系の循環水又は補給水よりなる被処理水を通水する手段と、該電解装置に二酸化炭素を供給して前記電極に析出したスケールを除去する二酸化炭素供給手段とを備えてなるものである。
【００２５】
請求項１１の循環型冷却水系の処理装置は、請求項１０において、該二酸化炭素供給手段は、炭酸ガス及び／又は炭酸ガス溶解水の供給手段であることを特徴とするものである。
【００２６】
請求項１２の循環型冷却水系の処理装置は、請求項１０又は１１において、前記電極が多孔体よりなることを特徴とするものである。
【００２７】
請求項１３の循環型冷却水系の処理装置は、請求項１０又は１１において、電解装置内に複数の電極が配置され、該電極同士の間が被処理水の通水スペースとなっており、少なくとも１つの電極は多孔体よりなり、前記二酸化炭素供給手段として、該多孔体よりなる電極の通水スペースと反対側へ炭酸ガス及び／又は炭酸ガスを供給する手段を設けたことを特徴とするものである。
【００２８】
請求項１４の循環型冷却水系の処理装置は、請求項１０ないし１３のいずれか１項において、前記二酸化炭素供給手段は炭酸ガスと水とをエゼクタで混合して前記電解装置へ供給するように構成されていることを特徴とするものである。
【００２９】
請求項１５の循環型冷却水系の処理装置は、請求項１０ないし１４のいずれか１項において、前記電解装置から流出する二酸化炭素を回収して再度電解装置に供給する手段を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の電解方法及び装置によって循環型冷却水系におけるスケール析出を防止する場合には、循環型冷却水系の水を電解装置に通水して電解処理する。
【００３１】
即ち、この電解装置において冷却水は以下のように電解される。
陽極：２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−
陰極：４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−＋２Ｈ２
【００３２】
この反応により陰極近傍では水素が発生してアルカリ性となる。このため、陰極近傍で重炭酸イオンが炭酸イオンに解離し、Ｃａイオン及びＭｇイオンより炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムが生成し、これらがスケールとして電極表面に析出することから冷却水系のスケール化傾向が低減される。従って、循環冷却水又は補給水をこの電解装置に通水することにより、循環冷却水のスケール生成傾向が低下する。
【００３３】
本発明の電解処理装置及び方法によると、薬品を使用せずに循環冷却水中スケール成分を析出せず、腐食を起こさない一定濃度で運転することができるため、熱交換部や冷却塔にスケールが析出することが防止ないし抑制及び腐食の低減が可能となる。また、補給水の硬度が高い地方においては高濃縮運転が可能となり、節水に繋がる。
【００３４】
なお、補給水には塩化物イオンなどの塩素成分が含まれているので、電解処理により次亜塩素酸などの酸化剤が発生する。これにより、循環型冷却水系における水の殺菌を行うことができる。
【００３５】
この電解処理により、スケール除去を継続していると、電極のスケール付着量が増加してくるので、一定時間おきに電解処理装置に二酸化炭素を供給して該スケールを除去する。
【００３６】
なお、スケールは炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウムを主成分とするものであり、これらは二酸化炭素と次のように反応して溶解除去される。
ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２ＣＯ３＋Ｈ＋＋ＨＣＯ３− （二酸化炭素の水への溶解）
ＣａＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ２＋＋２ＨＣＯ３− （炭酸カルシウムの溶解）
Ｃａ（ＯＨ）２＋２Ｈ＋→Ｃａ２＋＋２Ｈ２Ｏ （水酸化カルシウムの溶解）
ＭｇＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｍｇ２＋＋２ＨＣＯ３−（炭酸マグネシウムの溶解）
Ｍｇ（ＯＨ）２＋２Ｈ＋→Ｍｇ２＋＋２Ｈ２Ｏ （水酸化マグネシウムの溶解）
【００３７】
この二酸化炭素による溶解方式によると、酸洗浄用薬品の購入や危険な搬入作業が無くなり、薬品コストが削減されると共に、作業の安全性が向上する。また、二酸化炭素を市水に溶解させた場合、水のｐＨは５を下回ることはなく、スケールを溶解させた溶液はｐＨ６以上となるので、下水道放流が可能となる。
【００３８】
スケール除去工程において電解処理に二酸化炭素を供給する場合、二酸化炭素として炭酸ガスを供給してもよく、炭酸ガス溶解水として供給してもよく、炭酸ガスの気泡が分散した炭酸ガス溶解水として供給してもよい。
【００３９】
炭酸ガスは、上記の通り水に分散した気泡として電解処理に供給されてもよく、ガスとして直接に電解処理に供給されてもよい。ガスを直接に電解処理に供給したり、あるいは炭酸ガス気泡含有水を比較的高流速にて電解処理内に流入させることにより、ガスあるいは気泡が電極表面に与える衝撃を利用して電極表面からスケールを剥離させることも可能である。
【００４０】
炭酸ガス気泡含有水を電解処理装置に供給するには、エゼクタを用いるのが好適である。このエゼクタの流出水を直接的に電解処理装置に供給することにより、水勢を利用して電極からスケールを剥離させることも可能である。
【００４１】
この電解処理装置の電極を多孔体にて構成した場合には、水との接触面積が増大し、水を効率よく電解処理することができる。
【００４２】
電極を多孔体とした場合には、スケール除去工程においてこの多孔体よりなる電極の背後側に炭酸ガス又は炭酸ガス溶解水を供給し、これを電極を透過させることにより、電極に付着したスケールを効率よく除去することができる。この場合、スケールを溶解させるだけでなく、スケールを電極表面から効率よく剥離させることも可能である。
【００４３】
本発明では、水中に溶解しきれなかった二酸化炭素を回収して再度電解処理に供給し、スケール除去に利用するようにしてもよく、これにより、二酸化炭素コストの低減及び環境への負荷軽減を図ることができる。
【００４４】
本発明では、電極に析出したスケールの溶解当量の１〜３倍モル程度の二酸化炭素を電解処理装置に供給することにより、スケールを十分に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１，２はそれぞれ実施の形態に係るスケール除去装置の系統図であり、図３は冷却水系の概略的な系統図である。
【００４６】
図３の通り、水はクーリングタワー５０で冷却され、貯水槽５１に貯留される。この冷却水が循環ポンプ５２を介して熱交換器５３へ送られ、熱交換後、クーリングタワー５０で冷却され、貯水槽５１に戻される。
【００４７】
この貯水槽５１内の水をポンプ５５を介して電解装置１又は２０に通水し、電解処理した後、貯水槽５１に戻す。貯水槽５１内の水は適宜ブローされ、代わりに補給水が供給される。
【００４８】
次に、図１を参照して電解装置１の構成について説明する。
【００４９】
電解装置１は、ケーシング２内に陽極３と陰極４とを配置し、陽極３と陰極４との間の通水スペース５に貯水槽５１からの水を通水して電解処理するよう構成している。この実施の形態では、陰極４は多孔体よりなり、該陰極４を挟んで通水スペース５と反対側には二酸化炭素受入れ用の背後室６が形成されている。
【００５０】
通水スペース５の一端側には、貯水槽５１からの水を導入するための配管７が弁８を介して接続されていると共に炭酸ガスの導入用の配管９が弁１０を介して接続されている。通水スペース５の他端側には、電解処理された水を貯水槽５１へ戻すための配管１６が弁１５を介して接続されている。
【００５１】
背後室６には、エゼクタ１２の流出水が弁１３を介して導入可能とされている。このエゼクタ１２へは、炭酸ガス溶解用の水の供給配管１１と、炭酸ガス供給用配管１４とが接続されている。
【００５２】
電解処理工程にあっては、陽極３、陰極４間に電圧を印加すると共に、弁１０，１３を閉、弁８，１５を開とする。貯水槽５１からの水は、前記ポンプ５５を経て配管７、弁８を介して通水スペース５に通水され、電解処理された後、弁１５、配管１６を介して貯水槽５１に戻される。
【００５３】
この電解処理工程にあっては、通水スペース５内の陰極４の近傍では水素が発生してアルカリ性となる。このため、陰極４の近傍で重炭酸イオンが炭酸イオンに解離し、Ｃａイオン及びＭｇイオンより炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムが生成し、これらがスケールとして電極表面に析出することから冷却水系のスケール化傾向が低減される。
【００５４】
従って、貯水槽５１内の水をこの電解装置に通水することにより、循環冷却水のスケール生成傾向が低下する。貯水槽５１の水の代わりに、補給水をこの電解装置で処理してから貯水槽５１へ供給するようにしてもよい。
【００５５】
なお、スケールが主に炭酸塩として析出することにより、系内の硬度成分だけでなく重炭酸イオンも除去して循環水のｐＨを低下させることができる。
【００５６】
溶液の腐食・スケール傾向を計るインデックスであるランジェリア指数（以下ＬＳＩと記載する。）は、正の値になるほどスケール析出傾向となり、負の値になるほど腐食傾向となり、０のときにどちらの傾向も示さない。電解装置１により硬度成分と重炭酸イオンの両方を除去してｐＨを下げることにより、ＬＳＩを０．５〜１．０の若干スケール傾向となるようにコントロールするのが好ましい。ＬＳＩを０．５〜１．０程度の正の値で管理し、スケールが析出しない過飽和に近い濃度でスケール成分を残存させておくことで、系内配管や熱交換器への腐食速度の低減が可能となる。循環水中のカルシウム硬度は冷却水系の熱交換部や配管、冷却塔の充填材などにスケールを析出させない８０〜１２０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌで運転することが望ましく、さらにはＭアルカリ度を８０〜１２０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌに制御して、飽和指数ＬＳＩを０．５〜１．０にすることが好ましい。
【００５７】
この実施の形態では、陰極４を多孔体にて構成しているため、水と陰極４との接触面積が大きく、スケール成分を効率よく析出させることができる。
【００５８】
なお、電解処理時の通水スペース５内での水の流速（線速）は０．５ｍ／ｓｅｃ以下、例えば０．１〜０．５ｍ／ｓｅｃ程度が好適である。このように流速を小さくすると、陰極４の表面に析出するスケールが非常に柔らかく、除去し易いものとなる。
【００５９】
陰極４を構成する多孔体の材料としては、導電性を有し、酸に不溶な材料が好ましく、具体的にはガラス質炭素、不溶性金属、金属酸化物、ＳＵＳなどの金属複合物が好適である。なお、多孔体電極の空隙率は３０〜９７％の範囲が好ましく、特に８０〜９７％が好適である。陽極には不溶性の金属電極、酸化耐性のある電極を使うのが好ましく、具体的には、白金、イリジウムを被覆したチタン電極や白金メッキ電極等が好ましい。なお、電解処理工程において、陽極３と陰極４とに印加する電圧を反転させないので、白金、イリジウムを被覆したチタン電極を陽極に用いることができる。
【００６０】
陽極３と陰極４との間隔は３〜２０ｍｍ特に５〜１０ｍｍが好適である。
【００６１】
この電解処理を継続すると、陰極４のスケール付着量が増加してくるので、電解処理工程を停止し、スケール除去工程を行う。このスケール除去工程にあっては、弁８を閉、弁１３，１５を開とすると共に、エゼクタ１２へ配管１１を介して水を供給し、配管１４を介して炭酸ガスを供給する。このエゼクタ１２へ供給する水としては、水道水、工業用水、地下水などが好適である。炭酸ガス源としては炭酸ガスボンベを用いるのが好ましい。
【００６２】
エゼクタ１２からの炭酸ガス気泡を巻き込んだ炭酸ガス溶解水は、背後室６から多孔体よりなる陰極４を透過して通水スペース５へ流出し、陰極４に付着していたスケールを溶解させる。この際、この水に含まれていた気泡がスケールと接触して陰極４から剥離させる作用も奏される。
【００６３】
さらに、このスケール除去工程にあっては、弁１０を開とし、配管９から炭酸ガスを通水スペース５へ直接に吹き込むのが好ましい。これにより、陰極４の表面付近が激しい撹拌状態となり、陰極４に付着していたスケールが剥離する。
【００６４】
このスケールの除去工程においては、炭酸ガスの使用量は付着スケールの１〜３倍モル量程度が好適である。かかる少量の炭酸ガスによってもスケールを十分に除去することができ、炭酸ガスコストも安い。なお、スケール除去工程において、配管１６から流出する水は貯水槽５１に導入され、適宜、該貯水槽５１に設けられているブローライン（図示略）を介して排出される。一般に、水道水に二酸化炭素を飽和させた水ではｐＨ４．８以下になることはなく、炭酸カルシウムを溶解させた放流水のｐＨは５．８以上となるので、このブローラインからの排出水は中和処理することなく放流することができる。
【００６５】
次に、図２の電解装置２０について説明する。
【００６６】
この電解装置２０は、ケーシング２１内に陽極２２と陰極２３とを所定間隔をあけて対面配置し、両者間を通水スペースとしたものである。
【００６７】
この通水スペースの一端側に貯水槽５１からの水導入用の配管２４が弁２５を介して接続されると共に、エゼクタ３２が弁３３を介して接続されている。
【００６８】
このエゼクタ３２は水槽４０内の水がポンプ３０及び配管３１を介して供給されると共に、該水槽４０の上部から炭酸ガスが配管３６を介して供給される。
【００６９】
通水スペースの他端側には、電解処理された水を貯水槽５１へ戻すための配管２７が弁２６を介して接続されていると共に、スケール除去工程で排水をケーシング２１から流出させるための配管３５が弁３４を介して接続されている。
【００７０】
この配管３５の末端は水槽４０に接続されている。
【００７１】
この水槽４０は密閉タンクよりなるものであり、その上部に炭酸ガスボンベ４１から配管４２及び弁４３を介して炭酸ガスが導入可能とされている。また、水槽４０の上部には炭酸ガス放出弁４４が設けられている。水槽４０内の炭酸ガス圧が圧力コントローラ４５によって検知され、この圧力が所定範囲となるように弁４３，４４が開閉制御される。水槽４０の底部には、配管３５から水と共に流入してきた固形物を捕集するためのトラップ４６が設けられ、該トラップ４６に固形物排出弁４７が設けられている。
【００７２】
図示はしないが、この水槽４０には水道水、工業用水などの炭酸ガス溶解用水の供給ラインが接続されていると共に、スケール溶解水の排出ラインが接続されている。
【００７３】
なお、陽極２２、陰極２３の構成材料は、図１の場合と同様のものを用いることができる。陽極２２と陰極２３との間隔も同様に、３〜２０ｍｍ特に５〜１０ｍｍ程度が好適である。
【００７４】
次に、この電解装置２０の作動について説明する。
【００７５】
水槽４０内に規定水位まで炭酸ガス溶解用水を貯留させると共に、水槽４０内の上部に炭酸ガスボンベ４１から規定圧力となるように炭酸ガスを導入しておく。
【００７６】
電解処理工程にあっては、陽極２２、陰極２３間に電圧を印加すると共に、弁３３，３４を閉、弁２５，２６を開とする。貯水槽５１からの水は、前記ポンプ５５を経て配管２４、弁２５を介して電解装置２０に通水され、電解処理された後、弁２６、配管２７を介して貯水槽５１に戻される。
【００７７】
図１の電解装置１の場合と同様に、この電解処理工程にあっては、陰極２３の近傍では水素が発生してアルカリ性となる。このため、陰極２３の近傍で重炭酸イオンが炭酸イオンに解離し、Ｃａイオン及びＭｇイオンより炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムが生成し、これらが陰極表面に析出することからスケール化傾向が低減される。従って、貯水槽５１内の水をこの電解装置に通水することにより、循環冷却水のスケール生成傾向が低下する。貯水槽５１の水の代わりに、補給水をこの電解装置２０で処理してから貯水槽５１へ供給するようにしてもよい。
【００７８】
この電解処理を継続すると、陰極２３にスケールが付着してくるので、電解処理工程を停止し、スケール除去工程を行う。このスケール除去工程にあっては、弁２５，２６を閉、弁３３，３４を開とすると共に、ポンプ３０を作動させる。これにより、水槽４０内の水がエゼクタ３２へ供給され、該エゼクタ３２から炭酸ガス気泡を巻き込んだ炭酸ガス溶解水が電解装置２０内に供給される。これにより、陰極２３に付着していたスケールが溶解する。
【００７９】
電解装置２０内の液及びそれに混在する炭酸ガスの気泡は、配管３５を介して水槽４０に導入され、気液分離される。水はポンプ３０を介して再びエゼクタ３２へ供給される。水槽４０内において水から離脱した炭酸ガスは、配管３６を介して再度エゼクタ３２へ供給される。配管３５から水槽４０内に流入した水に含まれていた固形物は、トラップ４６に溜まり、適宜に弁４７を開とすることにより排出される。水槽４０内の上部の炭酸ガス圧は、コントローラ４５によって所定範囲に保たれる。
【００８０】
この図２の場合でも炭酸ガスの電解装置２０への供給量は付着したスケールの１〜３倍モル量程度が好適である。
【００８１】
所定時間、このスケール除去工程を行った後、ポンプ３０を停止し、弁３３，３４を閉とする。その後、弁２５，２６を開とし、電解処理工程に復帰する。
【００８２】
水槽４０内の水は、スケール除去工程に繰り返し使用可能である。水槽４０内の水が汚れてきたときには、一部又は全部を排出し、代わりに炭酸ガス溶解用水を水槽４０に供給する。
【００８３】
この図２の実施の形態では、循環型冷却水系を循環している冷却水のＭアルカリ度が１２０ｍｇ−ＣａＣＯ３／Ｌを超えないように電解装置２０を運転することが望ましい。電解装置２０でのスケール析出量は陽極２２、陰極２３間に通電する直流電流値によって制御することが可能である。
【００８４】
なお、前記図１の電解装置を有した図３の循環型冷却水系において電解処理工程を５時間行った後、スケール除去工程を１時間行ったところ、スケール残存率０．２％にまでスケールを除去することができた。スケール除去工程での排水のｐＨは６．４であった。なお、電解装置１の容積は０．７５Ｌであり、電解装置１へは配管９から炭酸ガスを１２．５Ｌ／Ｈｒにて供給した。エゼクタ１２へは炭酸ガスを２０Ｌ／Ｈｒにて供給し、炭酸ガス溶解用水を１００Ｌ／Ｈｒにて供給した。
【００８５】
これに対し、同じ電解装置において、スケール除去工程を極性を反転させて４時間行ったところ、スケール残存率は５％と高く、また電極に劣化が認められた。排水のｐＨは９．４であった。
【００８６】
また、同じ電解装置において、スケール除去工程を電解酸性水（ｐＨ２．５）を１００Ｌ／Ｈｒにて通水することにより行ったところ、スケール残存率は３％であり、排水ｐＨは５．２であった。電極の劣化は認められなかった。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】実施の形態に用いられる電解装置の断面図である。
【図２】別の実施の形態に用いられる電解装置の断面図である。
【図３】循環型冷却水系の系統図である。
【符号の説明】
【００８８】
１，２０ 電解装置
２，２１ ケーシング
３，２２ 陽極
４，２３ 陰極
１２，３２ エゼクタ
４０ 水槽
４５ コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は循環型冷却水系の電解処理方法及び電解処理装置に係り、特に、１つの電解装置でスケール障害とスライム障害を同時に抑制する電解処理方法及び電解処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場、ビルなどのコンプレッサー、冷凍機で発生した廃熱は、熱交換器を介して冷却水（冷却媒体）で冷却されている。熱交換器において、廃熱との熱交換で温度が上昇した冷却水は開放型冷却塔で空気と接触することで蒸発して放熱、冷却され、再び熱交換器に循環される。従って、このような循環型冷却水系では、冷却塔で蒸発ないし飛散して減少した水量に相当する補給水が補給されて運転が行われている。
【０００３】
しかし、そのままでは補給水中に含有されるスケール成分が冷却水系内で濃縮されて、その溶解度を超え、熱交換器の伝熱面、冷却塔の充填材や底部或いは配管にスケールとして析出して付着し、熱交換効率の低下、通水抵抗の増加といった様々な運転障害を引き起こす。
【０００４】
そこで、系内をスケール析出が起こらない硬度で運転するために、冷却塔の底部から、濃縮された冷却水をブロー水として系外へ排出し、補給水で全体を希釈することにより、循環冷却水を一定の水質で運転管理することが行われている。ここで、ブロー水量を多くして、系内のスケール成分濃度を低くして運転すると、補給水を多く必要として水道料金が過大となる。反対に、ブロー水量を少なくして高濃縮運転を行うと、冷却水中のスケール成分が溶解度を超え難溶塩のスケールが析出することとなる。
【０００５】
従来、このような冷却水系内のスケール析出を防止するために、リン酸系薬剤やカルボン酸系など各種ポリマーよりなるスケール防止剤を添加することが行われているが、薬剤コストが嵩む。また、溶存した薬剤が放流域に住む水生生物へ影響を与える可能性があることから、下水道放流又は水処理が必要となるという問題もあった。また、薬剤は定期的に補充することが必要であり、その人員コストも問題となっている。
【０００６】
このようなスケール防止剤を使用しない方法として、物理的スケール防止技術が提案されている。
【０００７】
例えば、特開２００３−１９０９８８号公報には、冷却水系の補給水または循環水を、極性が変わるバイポーラ電極を有する電解装置に通水し、補給水または循環水に含まれるスケール成分を微小な結晶として析出させることにより、冷却水系におけるスケール付着、特に伝熱面におけるスケール付着を防止する方法が記載されている。
【０００８】
この電解装置においては、カルシウムイオン、マグネシウムイオン等の陽イオンは導電性粒子の陰極側に集まり、炭酸イオン、シリカなどは陽極側に集まる。陰極付近が高ｐＨのため、陰極付近でスケールが析出する。正負の極性を逆に変換すると陰極は陽極となり、電極表面のｐＨが低下する。そうすることで核とならずに陰極上に析出したスケールを溶解し、電解不良を防ぐことができる。電極近傍で析出したスケールは循環水中へ流れ出て、非常に微細な結晶が冷却水中に分散したものとなる。この微細結晶が核となって、循環水中のスケール成分は系内の熱交換部や冷却塔よりも核を中心に析出する。次第に核は大きくなるが、ブロー水と共に排出され、伝熱面等へのスケール付着が防止される。
【０００９】
即ち、上記特開２００３−１９０９８８号公報の電解装置を備えた冷却水系において、電解装置で生じた微粒子を含んだ冷却水は熱交換器や冷却塔へ送り込まれ、その部位において溶解度が過飽和状態になる。過飽和状態において新たに結晶核を生成するために必要なエネルギーと既に存在する結晶を元に結晶成長するために必要なエネルギーでは既に存在する結晶を元に成長する方がはるかに必要なエネルギーが小さいので、流れてきたスケール成分の微粒子を種晶としてその上にスケール成分が析出する。そして、微細結晶は堆積するまでは成長せずにブローラインより排出される。
【００１０】
また、特表２００１−５０２２２９号公報には、円筒形容器内に黒鉛よりなる１対の電極を配置すると共に、該電極間に黒鉛等の炭素質材料よりなる導電性の粒子と、シリカ、ガラス、プラスチック等の非導電性の粒子とを混合充填し、この電極間に通電しつつ円筒形容器に水を通水させてスケール生成を低減する方法が記載されている。同号の記載によると、この通電処理によりアルカリが生成し、このアルカリによって結晶核が生成し、スケール生成傾向が低下する。このスケール防止方法では、アルカリ領域でスケール微細結晶の生成と共に電極へのスケール付着も起こり、定期的な洗浄が必要となる。この洗浄方法として、一定時間で電極を極性転換し、アルカリ側でスケール付着した電極が酸性領域となりスケールを剥離・溶解させる技術がある。
【００１１】
しかしながら、電極の極性を転換させる方法では、極性転換によって陽極と陰極が反転するために電極自体の酸化・還元が繰り返され、電極が劣化し易い。電極の多くは酸化・還元どちらかの用途で用いられるが、両極で用いる場合、極性転換の時間によっては電極としての機能を果たす時間が非常に短くなる。例えば、グラファイト電極の場合、陽極で電極自身が酸化され、グラファイト粉末が流出して劣化する。不溶性電極としてよく使用される白金酸化物やイリジウム酸化物を被覆したチタン電極では、陽極での酸化には耐性を有するが、陰極では酸化物が剥離して劣化が進み易い。電極の交換を頻繁に行うことで上記問題は解決されるが、それに要する電極交換費が過大となる。
【００１２】
特開２０００−１４０８４９号公報には、凹凸の金属電極ユニットを備えた電解装置に被処理水を通してスケール成分を陰極面に析出させ、さらに極性反転して析出したスケール成分を系外へ除去する装置および方法が記載されている。この方法の問題点は、極性転換により電極が劣化し易いこと、及び、極性転換のみでは、付着したスケールの除去性が不十分なことである。即ち、一定量のスケールが電極に付着してから極性転換したときには、スケールが付着した部分が非導電性となり、電流に分布が生じる。従って、スケールが溶解する酸性領域が形成されるのはスケールが付着していない部分からとなり、スケールの剥離・溶解に時間がかかる。
【００１３】
電極劣化を回避したスケール洗浄方法として、特開平９−１４１２６６号公報には、スケールが付着した電解槽を、副電解槽で発生させた酸性水を用いて洗浄する方法および装置が記載されている。しかしながら、この場合には、酸性水を発生させる副電解槽にスケールが析出する。また、洗浄効果を高めるために酸性水を過剰に供給した場合や、酸性水の水素イオン濃度を高めた場合には、放流水のｐＨが５以下となり、下水道法令ｐＨ５．８〜８．６の範囲外となるという問題もある。
【特許文献１】特開２００３−１９０９８８号公報
【特許文献２】特表２００１−５０２２２９号公報
【特許文献３】特開２０００−１４０８４９号公報
【特許文献４】特開平９−１４１２６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、循環型冷却水系の水を電解装置に通水して電解処理する方法及び装置において、電極（陰極）にスケールが析出することを利用して、循環水中のスケール成分を除去し、系内のスケール生成傾向を下げ、その析出スケールを容易に溶解し、排出することができる電解処理方法及び電解処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の循環型冷却水系の電解処理方法は、循環型冷却水系の循環水及び／又は補給水よりなる被処理水を、電極を有する電解装置に通水して電解して、前記電極表面にスケールを析出させる電解処理工程と、該電解装置に二酸化炭素を供給して前記電極に析出したスケールを除去するスケール除去工程とを有することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項２の循環型冷却水系の電解処理方法は、請求項１において、該スケール除去工程において、炭酸ガス及び／又は炭酸ガス溶解水を該電解装置に供給することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項３の循環型冷却水系の電解処理方法は、請求項１又は２において、前記電解処理工程での電解処理により、前記電極から酸化剤を発生させて冷却水を殺菌することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項４の循環型冷却水系の電解処理方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記電極が多孔体よりなることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項５の循環型冷却水系の電解処理方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記電解装置内に複数の電極が配置され、該電極同士の間が被処理水の通水スペースとなっており、少なくとも１つの電極は多孔体よりなり、前記電解処理工程にあっては、該通水スペースに被処理水を通水し、前記スケール除去工程にあっては、二酸化炭素を該多孔体よりなる電極の通水スペースと反対側から通水スペース側へ透過させることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項６の循環型冷却水系の電解処理方法は、請求項１ないし５のいずれか１項において、前記スケール除去工程において、電解装置内に炭酸ガスを供給することにより、電極に付着したスケールを剥離させることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項７の循環型冷却水系の電解処理方法は、請求項１ないし５のいずれか１項において、前記スケール除去工程において、該電解装置内に炭酸ガス又は炭酸ガス溶解水を供給することを特徴とするものである。
【００２２】
請求項８の循環型冷却水系の電解処理方法は、請求項１ないし７のいずれか１項において、前記スケール除去工程において該電解装置から流出した二酸化炭素を回収し、再度該電解装置に供給することを特徴とするものである。
【００２３】
請求項９の循環型冷却水系の電解処理方法は、請求項１ないし８のいずれか１項において、前記スケール除去工程において、前記電極に析出したスケールの１〜３倍モルの二酸化炭素を前記電解装置に供給することを特徴とするものである。
【００２４】
請求項１０の循環型冷却水系の処理装置は、電極を有する電解装置と、該電解装置内に、循環型冷却水系の循環水又は補給水よりなる被処理水を通水する手段と、該電解装置に二酸化炭素を供給して前記電極に析出したスケールを除去する二酸化炭素供給手段とを備えてなるものである。
【００２５】
請求項１１の循環型冷却水系の処理装置は、請求項１０において、該二酸化炭素供給手段は、炭酸ガス及び／又は炭酸ガス溶解水の供給手段であることを特徴とするものである。
【００２６】
請求項１２の循環型冷却水系の処理装置は、請求項１０又は１１において、前記電極が多孔体よりなることを特徴とするものである。
【００２７】
請求項１３の循環型冷却水系の処理装置は、請求項１０又は１１において、電解装置内に複数の電極が配置され、該電極同士の間が被処理水の通水スペースとなっており、少なくとも１つの電極は多孔体よりなり、前記二酸化炭素供給手段として、該多孔体よりなる電極の通水スペースと反対側へ炭酸ガス及び／又は炭酸ガスを供給する手段を設けたことを特徴とするものである。
【００２８】
請求項１４の循環型冷却水系の処理装置は、請求項１０ないし１３のいずれか１項において、前記二酸化炭素供給手段は炭酸ガスと水とをエゼクタで混合して前記電解装置へ供給するように構成されていることを特徴とするものである。
【００２９】
請求項１５の循環型冷却水系の処理装置は、請求項１０ないし１４のいずれか１項において、前記電解装置から流出する二酸化炭素を回収して再度電解装置に供給する手段を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の電解方法及び装置によって循環型冷却水系におけるスケール析出を防止する場合には、循環型冷却水系の水を電解装置に通水して電解処理する。
【００３１】
即ち、この電解装置において冷却水は以下のように電解される。
陽極：２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−
陰極：４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−＋２Ｈ２
【００３２】
この反応により陰極近傍では水素が発生してアルカリ性となる。このため、陰極近傍で重炭酸イオンが炭酸イオンに解離し、Ｃａイオン及びＭｇイオンより炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムが生成し、これらがスケールとして電極表面に析出することから冷却水系のスケール化傾向が低減される。従って、循環冷却水又は補給水をこの電解装置に通水することにより、循環冷却水のスケール生成傾向が低下する。
【００３３】
本発明の電解処理装置及び方法によると、薬品を使用せずに循環冷却水中スケール成分を析出せず、腐食を起こさない一定濃度で運転することができるため、熱交換部や冷却塔にスケールが析出することが防止ないし抑制及び腐食の低減が可能となる。また、補給水の硬度が高い地方においては高濃縮運転が可能となり、節水に繋がる。
【００３４】
なお、補給水には塩化物イオンなどの塩素成分が含まれているので、電解処理により次亜塩素酸などの酸化剤が発生する。これにより、循環型冷却水系における水の殺菌を行うことができる。
【００３５】
この電解処理により、スケール除去を継続していると、電極のスケール付着量が増加してくるので、一定時間おきに電解処理装置に二酸化炭素を供給して該スケールを除去する。
【００３６】
なお、スケールは炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウムを主成分とするものであり、これらは二酸化炭素と次のように反応して溶解除去される。
ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２ＣＯ３＋Ｈ＋＋ＨＣＯ３− （二酸化炭素の水への溶解）
ＣａＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ２＋＋２ＨＣＯ３− （炭酸カルシウムの溶解）
Ｃａ（ＯＨ）２＋２Ｈ＋→Ｃａ２＋＋２Ｈ２Ｏ （水酸化カルシウムの溶解）
ＭｇＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｍｇ２＋＋２ＨＣＯ３−（炭酸マグネシウムの溶解）
Ｍｇ（ＯＨ）２＋２Ｈ＋→Ｍｇ２＋＋２Ｈ２Ｏ （水酸化マグネシウムの溶解）
【００３７】
この二酸化炭素による溶解方式によると、酸洗浄用薬品の購入や危険な搬入作業が無くなり、薬品コストが削減されると共に、作業の安全性が向上する。また、二酸化炭素を市水に溶解させた場合、水のｐＨは５を下回ることはなく、スケールを溶解させた溶液はｐＨ６以上となるので、下水道放流が可能となる。
【００３８】
スケール除去工程において電解処理に二酸化炭素を供給する場合、二酸化炭素として炭酸ガスを供給してもよく、炭酸ガス溶解水として供給してもよく、炭酸ガスの気泡が分散した炭酸ガス溶解水として供給してもよい。
【００３９】
炭酸ガスは、上記の通り水に分散した気泡として電解処理に供給されてもよく、ガスとして直接に電解処理に供給されてもよい。ガスを直接に電解処理に供給したり、あるいは炭酸ガス気泡含有水を比較的高流速にて電解処理内に流入させることにより、ガスあるいは気泡が電極表面に与える衝撃を利用して電極表面からスケールを剥離させることも可能である。
【００４０】
炭酸ガス気泡含有水を電解処理装置に供給するには、エゼクタを用いるのが好適である。このエゼクタの流出水を直接的に電解処理装置に供給することにより、水勢を利用して電極からスケールを剥離させることも可能である。
【００４１】
この電解処理装置の電極を多孔体にて構成した場合には、水との接触面積が増大し、水を効率よく電解処理することができる。
【００４２】
電極を多孔体とした場合には、スケール除去工程においてこの多孔体よりなる電極の背後側に炭酸ガス又は炭酸ガス溶解水を供給し、これを電極を透過させることにより、電極に付着したスケールを効率よく除去することができる。この場合、スケールを溶解させるだけでなく、スケールを電極表面から効率よく剥離させることも可能である。
【００４３】
本発明では、水中に溶解しきれなかった二酸化炭素を回収して再度電解処理に供給し、スケール除去に利用するようにしてもよく、これにより、二酸化炭素コストの低減及び環境への負荷軽減を図ることができる。
【００４４】
本発明では、電極に析出したスケールの溶解当量の１〜３倍モル程度の二酸化炭素を電解処理装置に供給することにより、スケールを十分に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１，２はそれぞれ実施の形態に係るスケール除去装置の系統図であり、図３は冷却水系の概略的な系統図である。
【００４６】
図３の通り、水はクーリングタワー５０で冷却され、貯水槽５１に貯留される。この冷却水が循環ポンプ５２を介して熱交換器５３へ送られ、熱交換後、クーリングタワー５０で冷却され、貯水槽５１に戻される。
【００４７】
この貯水槽５１内の水をポンプ５５を介して電解装置１又は２０に通水し、電解処理した後、貯水槽５１に戻す。貯水槽５１内の水は適宜ブローされ、代わりに補給水が供給される。
【００４８】
次に、図１を参照して電解装置１の構成について説明する。
【００４９】
電解装置１は、ケーシング２内に陽極３と陰極４とを配置し、陽極３と陰極４との間の通水スペース５に貯水槽５１からの水を通水して電解処理するよう構成している。この実施の形態では、陰極４は多孔体よりなり、該陰極４を挟んで通水スペース５と反対側には二酸化炭素受入れ用の背後室６が形成されている。
【００５０】
通水スペース５の一端側には、貯水槽５１からの水を導入するための配管７が弁８を介して接続されていると共に炭酸ガスの導入用の配管９が弁１０を介して接続されている。通水スペース５の他端側には、電解処理された水を貯水槽５１へ戻すための配管１６が弁１５を介して接続されている。
【００５１】
背後室６には、エゼクタ１２の流出水が弁１３を介して導入可能とされている。このエゼクタ１２へは、炭酸ガス溶解用の水の供給配管１１と、炭酸ガス供給用配管１４とが接続されている。
【００５２】
電解処理工程にあっては、陽極３、陰極４間に電圧を印加すると共に、弁１０，１３を閉、弁８，１５を開とする。貯水槽５１からの水は、前記ポンプ５５を経て配管７、弁８を介して通水スペース５に通水され、電解処理された後、弁１５、配管１６を介して貯水槽５１に戻される。
【００５３】
この電解処理工程にあっては、通水スペース５内の陰極４の近傍では水素が発生してアルカリ性となる。このため、陰極４の近傍で重炭酸イオンが炭酸イオンに解離し、Ｃａイオン及びＭｇイオンより炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムが生成し、これらがスケールとして電極表面に析出することから冷却水系のスケール化傾向が低減される。
【００５４】
従って、貯水槽５１内の水をこの電解装置に通水することにより、循環冷却水のスケール生成傾向が低下する。貯水槽５１の水の代わりに、補給水をこの電解装置で処理してから貯水槽５１へ供給するようにしてもよい。
【００５５】
なお、スケールが主に炭酸塩として析出することにより、系内の硬度成分だけでなく重炭酸イオンも除去して循環水のｐＨを低下させることができる。
【００５６】
溶液の腐食・スケール傾向を計るインデックスであるランジェリア指数（以下ＬＳＩと記載する。）は、正の値になるほどスケール析出傾向となり、負の値になるほど腐食傾向となり、０のときにどちらの傾向も示さない。電解装置１により硬度成分と重炭酸イオンの両方を除去してｐＨを下げることにより、ＬＳＩを０．５〜１．０の若干スケール傾向となるようにコントロールするのが好ましい。ＬＳＩを０．５〜１．０程度の正の値で管理し、スケールが析出しない過飽和に近い濃度でスケール成分を残存させておくことで、系内配管や熱交換器への腐食速度の低減が可能となる。循環水中のカルシウム硬度は冷却水系の熱交換部や配管、冷却塔の充填材などにスケールを析出させない８０〜１２０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌで運転することが望ましく、さらにはＭアルカリ度を８０〜１２０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌに制御して、飽和指数ＬＳＩを０．５〜１．０にすることが好ましい。
【００５７】
この実施の形態では、陰極４を多孔体にて構成しているため、水と陰極４との接触面積が大きく、スケール成分を効率よく析出させることができる。
【００５８】
なお、電解処理時の通水スペース５内での水の流速（線速）は０．５ｍ／ｓｅｃ以下、例えば０．１〜０．５ｍ／ｓｅｃ程度が好適である。このように流速を小さくすると、陰極４の表面に析出するスケールが非常に柔らかく、除去し易いものとなる。
【００５９】
陰極４を構成する多孔体の材料としては、導電性を有し、酸に不溶な材料が好ましく、具体的にはガラス質炭素、不溶性金属、金属酸化物、ＳＵＳなどの金属複合物が好適である。なお、多孔体電極の空隙率は３０〜９７％の範囲が好ましく、特に８０〜９７％が好適である。陽極には不溶性の金属電極、酸化耐性のある電極を使うのが好ましく、具体的には、白金、イリジウムを被覆したチタン電極や白金メッキ電極等が好ましい。なお、電解処理工程において、陽極３と陰極４とに印加する電圧を反転させないので、白金、イリジウムを被覆したチタン電極を陽極に用いることができる。
【００６０】
陽極３と陰極４との間隔は３〜２０ｍｍ特に５〜１０ｍｍが好適である。
【００６１】
この電解処理を継続すると、陰極４のスケール付着量が増加してくるので、電解処理工程を停止し、スケール除去工程を行う。このスケール除去工程にあっては、弁８を閉、弁１３，１５を開とすると共に、エゼクタ１２へ配管１１を介して水を供給し、配管１４を介して炭酸ガスを供給する。このエゼクタ１２へ供給する水としては、水道水、工業用水、地下水などが好適である。炭酸ガス源としては炭酸ガスボンベを用いるのが好ましい。
【００６２】
エゼクタ１２からの炭酸ガス気泡を巻き込んだ炭酸ガス溶解水は、背後室６から多孔体よりなる陰極４を透過して通水スペース５へ流出し、陰極４に付着していたスケールを溶解させる。この際、この水に含まれていた気泡がスケールと接触して陰極４から剥離させる作用も奏される。
【００６３】
さらに、このスケール除去工程にあっては、弁１０を開とし、配管９から炭酸ガスを通水スペース５へ直接に吹き込むのが好ましい。これにより、陰極４の表面付近が激しい撹拌状態となり、陰極４に付着していたスケールが剥離する。
【００６４】
このスケールの除去工程においては、炭酸ガスの使用量は付着スケールの１〜３倍モル量程度が好適である。かかる少量の炭酸ガスによってもスケールを十分に除去することができ、炭酸ガスコストも安い。なお、スケール除去工程において、配管１６から流出する水は貯水槽５１に導入され、適宜、該貯水槽５１に設けられているブローライン（図示略）を介して排出される。一般に、水道水に二酸化炭素を飽和させた水ではｐＨ４．８以下になることはなく、炭酸カルシウムを溶解させた放流水のｐＨは５．８以上となるので、このブローラインからの排出水は中和処理することなく放流することができる。
【００６５】
次に、図２の電解装置２０について説明する。
【００６６】
この電解装置２０は、ケーシング２１内に陽極２２と陰極２３とを所定間隔をあけて対面配置し、両者間を通水スペースとしたものである。
【００６７】
この通水スペースの一端側に貯水槽５１からの水導入用の配管２４が弁２５を介して接続されると共に、エゼクタ３２が弁３３を介して接続されている。
【００６８】
このエゼクタ３２は水槽４０内の水がポンプ３０及び配管３１を介して供給されると共に、該水槽４０の上部から炭酸ガスが配管３６を介して供給される。
【００６９】
通水スペースの他端側には、電解処理された水を貯水槽５１へ戻すための配管２７が弁２６を介して接続されていると共に、スケール除去工程で排水をケーシング２１から流出させるための配管３５が弁３４を介して接続されている。
【００７０】
この配管３５の末端は水槽４０に接続されている。
【００７１】
この水槽４０は密閉タンクよりなるものであり、その上部に炭酸ガスボンベ４１から配管４２及び弁４３を介して炭酸ガスが導入可能とされている。また、水槽４０の上部には炭酸ガス放出弁４４が設けられている。水槽４０内の炭酸ガス圧が圧力コントローラ４５によって検知され、この圧力が所定範囲となるように弁４３，４４が開閉制御される。水槽４０の底部には、配管３５から水と共に流入してきた固形物を捕集するためのトラップ４６が設けられ、該トラップ４６に固形物排出弁４７が設けられている。
【００７２】
図示はしないが、この水槽４０には水道水、工業用水などの炭酸ガス溶解用水の供給ラインが接続されていると共に、スケール溶解水の排出ラインが接続されている。
【００７３】
なお、陽極２２、陰極２３の構成材料は、図１の場合と同様のものを用いることができる。陽極２２と陰極２３との間隔も同様に、３〜２０ｍｍ特に５〜１０ｍｍ程度が好適である。
【００７４】
次に、この電解装置２０の作動について説明する。
【００７５】
水槽４０内に規定水位まで炭酸ガス溶解用水を貯留させると共に、水槽４０内の上部に炭酸ガスボンベ４１から規定圧力となるように炭酸ガスを導入しておく。
【００７６】
電解処理工程にあっては、陽極２２、陰極２３間に電圧を印加すると共に、弁３３，３４を閉、弁２５，２６を開とする。貯水槽５１からの水は、前記ポンプ５５を経て配管２４、弁２５を介して電解装置２０に通水され、電解処理された後、弁２６、配管２７を介して貯水槽５１に戻される。
【００７７】
図１の電解装置１の場合と同様に、この電解処理工程にあっては、陰極２３の近傍では水素が発生してアルカリ性となる。このため、陰極２３の近傍で重炭酸イオンが炭酸イオンに解離し、Ｃａイオン及びＭｇイオンより炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムが生成し、これらが陰極表面に析出することからスケール化傾向が低減される。従って、貯水槽５１内の水をこの電解装置に通水することにより、循環冷却水のスケール生成傾向が低下する。貯水槽５１の水の代わりに、補給水をこの電解装置２０で処理してから貯水槽５１へ供給するようにしてもよい。
【００７８】
この電解処理を継続すると、陰極２３にスケールが付着してくるので、電解処理工程を停止し、スケール除去工程を行う。このスケール除去工程にあっては、弁２５，２６を閉、弁３３，３４を開とすると共に、ポンプ３０を作動させる。これにより、水槽４０内の水がエゼクタ３２へ供給され、該エゼクタ３２から炭酸ガス気泡を巻き込んだ炭酸ガス溶解水が電解装置２０内に供給される。これにより、陰極２３に付着していたスケールが溶解する。
【００７９】
電解装置２０内の液及びそれに混在する炭酸ガスの気泡は、配管３５を介して水槽４０に導入され、気液分離される。水はポンプ３０を介して再びエゼクタ３２へ供給される。水槽４０内において水から離脱した炭酸ガスは、配管３６を介して再度エゼクタ３２へ供給される。配管３５から水槽４０内に流入した水に含まれていた固形物は、トラップ４６に溜まり、適宜に弁４７を開とすることにより排出される。水槽４０内の上部の炭酸ガス圧は、コントローラ４５によって所定範囲に保たれる。
【００８０】
この図２の場合でも炭酸ガスの電解装置２０への供給量は付着したスケールの１〜３倍モル量程度が好適である。
【００８１】
所定時間、このスケール除去工程を行った後、ポンプ３０を停止し、弁３３，３４を閉とする。その後、弁２５，２６を開とし、電解処理工程に復帰する。
【００８２】
水槽４０内の水は、スケール除去工程に繰り返し使用可能である。水槽４０内の水が汚れてきたときには、一部又は全部を排出し、代わりに炭酸ガス溶解用水を水槽４０に供給する。
【００８３】
この図２の実施の形態では、循環型冷却水系を循環している冷却水のＭアルカリ度が１２０ｍｇ−ＣａＣＯ３／Ｌを超えないように電解装置２０を運転することが望ましい。電解装置２０でのスケール析出量は陽極２２、陰極２３間に通電する直流電流値によって制御することが可能である。
【００８４】
なお、前記図１の電解装置を有した図３の循環型冷却水系において電解処理工程を５時間行った後、スケール除去工程を１時間行ったところ、スケール残存率０．２％にまでスケールを除去することができた。スケール除去工程での排水のｐＨは６．４であった。なお、電解装置１の容積は０．７５Ｌであり、電解装置１へは配管９から炭酸ガスを１２．５Ｌ／Ｈｒにて供給した。エゼクタ１２へは炭酸ガスを２０Ｌ／Ｈｒにて供給し、炭酸ガス溶解用水を１００Ｌ／Ｈｒにて供給した。
【００８５】
これに対し、同じ電解装置において、スケール除去工程を極性を反転させて４時間行ったところ、スケール残存率は５％と高く、また電極に劣化が認められた。排水のｐＨは９．４であった。
【００８６】
また、同じ電解装置において、スケール除去工程を電解酸性水（ｐＨ２．５）を１００Ｌ／Ｈｒにて通水することにより行ったところ、スケール残存率は３％であり、排水ｐＨは５．２であった。電極の劣化は認められなかった。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】実施の形態に用いられる電解装置の断面図である。
【図２】別の実施の形態に用いられる電解装置の断面図である。
【図３】循環型冷却水系の系統図である。
【符号の説明】
【００８８】
１，２０ 電解装置
２，２１ ケーシング
３，２２ 陽極
４，２３ 陰極
１２，３２ エゼクタ
４０ 水槽
４５ コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環型冷却水系の循環水及び／又は補給水よりなる被処理水を、電極を有する電解装置に通水して電解して、前記電極表面にスケールを析出させる電解処理工程と、
該電解装置に二酸化炭素を供給して前記電極に析出したスケールを除去するスケール除去工程と
を有することを特徴とする循環型冷却水系の電解処理方法。
【請求項２】
請求項１において、該スケール除去工程において、炭酸ガス及び／又は炭酸ガス溶解水を該電解装置に供給することを特徴とする循環型冷却水系の電解処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記電解処理工程での電解処理により、前記電極から酸化剤を発生させて冷却水を殺菌することを特徴とする循環型冷却水系の電解処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記電極が多孔体よりなることを特徴とする循環型冷却水系の電解処理方法。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記電解装置内に複数の電極が配置され、該電極同士の間が被処理水の通水スペースとなっており、
少なくとも１つの電極は多孔体よりなり、
前記電解処理工程にあっては、該通水スペースに被処理水を通水し、
前記スケール除去工程にあっては、二酸化炭素を該多孔体よりなる電極の通水スペースと反対側から通水スペース側へ透過させることを特徴とする循環型冷却水系の電解処理方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記スケール除去工程において、電解装置内に炭酸ガスを供給することにより、電極に付着したスケールを剥離させることを特徴とする循環型冷却水系の電解処理方法。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記スケール除去工程において、該電解装置内に炭酸ガス又は炭酸ガス溶解水を供給することを特徴とする循環型冷却水系の電解処理方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、前記スケール除去工程において該電解装置から流出した二酸化炭素を回収し、再度該電解装置に供給することを特徴とする循環型冷却水系の電解処理方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項において、前記スケール除去工程において、前記電極に析出したスケールの１〜３倍モルの二酸化炭素を前記電解装置に供給することを特徴とする循環型冷却水系の電解処理方法。
【請求項１０】
電極を有する電解装置と、
該電解装置内に、循環型冷却水系の循環水又は補給水よりなる被処理水を通水する手段と、
該電解装置に二酸化炭素を供給して前記電極に析出したスケールを除去する二酸化炭素供給手段と
を備えてなる循環型冷却水系の処理装置。
【請求項１１】
請求項１０において、該二酸化炭素供給手段は、炭酸ガス及び／又は炭酸ガス溶解水の供給手段であることを特徴とする循環型冷却水系の処理装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１において、前記電極が多孔体よりなることを特徴とする循環型冷却水系の処理装置。
【請求項１３】
請求項１０又は１１において、電解装置内に複数の電極が配置され、該電極同士の間が被処理水の通水スペースとなっており、
少なくとも１つの電極は多孔体よりなり、
前記二酸化炭素供給手段として、該多孔体よりなる電極の通水スペースと反対側へ炭酸ガス及び／又は炭酸ガスを供給する手段を設けた
ことを特徴とする循環型冷却水系の処理装置。
【請求項１４】
請求項１０ないし１３のいずれか１項において、前記二酸化炭素供給手段は炭酸ガスと水とをエゼクタで混合して前記電解装置へ供給するように構成されていることを特徴とする循環型冷却水系の処理装置。
【請求項１５】
請求項１０ないし１４のいずれか１項において、前記電解装置から流出する二酸化炭素を回収して再度電解装置に供給する手段を備えたことを特徴とする循環型冷却水系の処理装置。
【請求項１】
循環型冷却水系の循環水及び／又は補給水よりなる被処理水を、電極を有する電解装置に通水して電解して、前記電極表面にスケールを析出させる電解処理工程と、
該電解装置に二酸化炭素を供給して前記電極に析出したスケールを除去するスケール除去工程と
を有することを特徴とする循環型冷却水系の電解処理方法。
【請求項２】
請求項１において、該スケール除去工程において、炭酸ガス及び／又は炭酸ガス溶解水を該電解装置に供給することを特徴とする循環型冷却水系の電解処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記電解処理工程での電解処理により、前記電極から酸化剤を発生させて冷却水を殺菌することを特徴とする循環型冷却水系の電解処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記電極が多孔体よりなることを特徴とする循環型冷却水系の電解処理方法。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記電解装置内に複数の電極が配置され、該電極同士の間が被処理水の通水スペースとなっており、
少なくとも１つの電極は多孔体よりなり、
前記電解処理工程にあっては、該通水スペースに被処理水を通水し、
前記スケール除去工程にあっては、二酸化炭素を該多孔体よりなる電極の通水スペースと反対側から通水スペース側へ透過させることを特徴とする循環型冷却水系の電解処理方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記スケール除去工程において、電解装置内に炭酸ガスを供給することにより、電極に付着したスケールを剥離させることを特徴とする循環型冷却水系の電解処理方法。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記スケール除去工程において、該電解装置内に炭酸ガス又は炭酸ガス溶解水を供給することを特徴とする循環型冷却水系の電解処理方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、前記スケール除去工程において該電解装置から流出した二酸化炭素を回収し、再度該電解装置に供給することを特徴とする循環型冷却水系の電解処理方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項において、前記スケール除去工程において、前記電極に析出したスケールの１〜３倍モルの二酸化炭素を前記電解装置に供給することを特徴とする循環型冷却水系の電解処理方法。
【請求項１０】
電極を有する電解装置と、
該電解装置内に、循環型冷却水系の循環水又は補給水よりなる被処理水を通水する手段と、
該電解装置に二酸化炭素を供給して前記電極に析出したスケールを除去する二酸化炭素供給手段と
を備えてなる循環型冷却水系の処理装置。
【請求項１１】
請求項１０において、該二酸化炭素供給手段は、炭酸ガス及び／又は炭酸ガス溶解水の供給手段であることを特徴とする循環型冷却水系の処理装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１において、前記電極が多孔体よりなることを特徴とする循環型冷却水系の処理装置。
【請求項１３】
請求項１０又は１１において、電解装置内に複数の電極が配置され、該電極同士の間が被処理水の通水スペースとなっており、
少なくとも１つの電極は多孔体よりなり、
前記二酸化炭素供給手段として、該多孔体よりなる電極の通水スペースと反対側へ炭酸ガス及び／又は炭酸ガスを供給する手段を設けた
ことを特徴とする循環型冷却水系の処理装置。
【請求項１４】
請求項１０ないし１３のいずれか１項において、前記二酸化炭素供給手段は炭酸ガスと水とをエゼクタで混合して前記電解装置へ供給するように構成されていることを特徴とする循環型冷却水系の処理装置。
【請求項１５】
請求項１０ないし１４のいずれか１項において、前記電解装置から流出する二酸化炭素を回収して再度電解装置に供給する手段を備えたことを特徴とする循環型冷却水系の処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−９５４２６（Ｐ２００６−９５４２６Ａ）
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８４４８９（Ｐ２００４−２８４４８９）
【出願日】平成１６年９月２９日（２００４．９．２９）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２９日（２００４．９．２９）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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