JP2012206044A - 冷却水系のスケール防止方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】リン化合物を使用しない水処理で冷却水系の炭酸カルシウムスケールの生成を効果的に防止する。
【解決手段】冷却水系に水溶性ポリマーと亜鉛化合物とを添加する冷却水系のスケール防止方法であって、該冷却水系の亜鉛濃度が０．５〜３ｍｇ／Ｌとなるように亜鉛化合物を添加すると共に、水溶性ポリマー濃度が２〜５０ｍｇ−固形分／Ｌとなるように水溶性ポリマーを添加する冷却水系のスケール防止方法。リン化合物を使用することなく、水溶性ポリマーと亜鉛化合物とを併用添加することにより、水系のＣＳＩが上昇し、高カルシウム硬度の水系であっても、冷却水系のスケール、特に炭酸カルシウムスケールの生成を効果的に防止することができる。
【選択図】図１
【解決手段】冷却水系に水溶性ポリマーと亜鉛化合物とを添加する冷却水系のスケール防止方法であって、該冷却水系の亜鉛濃度が０．５〜３ｍｇ／Ｌとなるように亜鉛化合物を添加すると共に、水溶性ポリマー濃度が２〜５０ｍｇ−固形分／Ｌとなるように水溶性ポリマーを添加する冷却水系のスケール防止方法。リン化合物を使用することなく、水溶性ポリマーと亜鉛化合物とを併用添加することにより、水系のＣＳＩが上昇し、高カルシウム硬度の水系であっても、冷却水系のスケール、特に炭酸カルシウムスケールの生成を効果的に防止することができる。
【選択図】図１
Description
本発明は、冷却水系のスケール防止方法に係り、特に、リン化合物を使用しない水処理において、冷却水系の炭酸カルシウムスケールの生成を効果的に防止する方法に関する。
冷却水系の熱交換器などにスケールが付着すると、伝熱障害による効率低下、性能不良を生じさせる。配管へのスケール付着は流路狭窄をもたらし、ポンプ吐出圧を上昇させる。スケールがさらに多量に付着すると、配管が閉塞する。
従来、冷却水系における炭酸カルシウムスケールの析出防止には、ホスホン酸や重合リン酸などのリン化合物と水溶性ポリマーとを併用する処理が行われているが（例えば特許文献１）、近年の環境負荷低減の流れを受け、冷却水系の水処理においてリン化合物の使用制限が厳しくなっていることから、リン化合物を使用しないスケール防止技術が望まれる。また、同時に、節水及びブロー水排出量の削減を目的として、冷却水系の高濃縮運転の要求も高まっているが、従来の水処理ではＣＳＩ（炭酸カルシウムの限界飽和指数）が低いため、炭酸カルシウムスケールの発生を防止するために濃縮度を下げ、カルシウム硬度を低く維持する必要があった。
本発明は、リン化合物を使用しない水処理で冷却水系の炭酸カルシウムスケールの生成を効果的に防止する冷却水系のスケール防止方法を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、水溶性ポリマーと亜鉛化合物とを併用することで、水系のＣＳＩを上げることができ、炭酸カルシウムスケールの抑制効果が向上し、節水や排水量削減が可能になることを知見した。
本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、本発明（請求項１）の冷却水系のスケール防止方法は、冷却水系に水溶性ポリマーと亜鉛化合物とを添加する冷却水系のスケール防止方法であって、該冷却水系の亜鉛濃度が０．５〜３ｍｇ／Ｌとなるように亜鉛化合物を添加すると共に、水溶性ポリマー濃度が２〜５０ｍｇ−固形分／Ｌとなるように水溶性ポリマーを添加することを特徴とする。
請求項２の冷却水系のスケール防止方法は、請求項１において、該冷却水系が非リン、亜鉛処理を行う冷却水系であることを特徴とする。
本発明によれば、リン化合物を使用することなく、水溶性ポリマーと亜鉛化合物とを併用添加することにより、水系のＣＳＩが上昇し、高カルシウム硬度の水系であっても、冷却水系のスケール、特に炭酸カルシウムスケールの生成を効果的に防止することができる。
水溶性ポリマーと亜鉛化合物とを併用する本発明によるスケール防止効果の作用機構の詳細は明らかではないが、水溶性ポリマーのスケール分散機能と、亜鉛による炭酸カルシウム結晶の成長阻害作用とによって、炭酸カルシウムスケールの発生が抑制されているものと推定される。
本発明によれば、水溶性ポリマーと亜鉛化合物とを併用することによる優れたスケール防止効果により、高濃縮運転が可能となり、節水、排水量の低減が可能となる。
以下に本発明の冷却水系のスケール防止方法の実施の形態を詳細に説明する。
本発明においては、冷却水系に水溶性ポリマーと亜鉛化合物とを添加して冷却水系のスケールを防止する。
亜鉛化合物としては特に制限はなく、通常、硫酸亜鉛や塩化亜鉛を用いることができる。これらの亜鉛化合物は１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
水溶性ポリマーとしても特に制限はなく、冷却水系のスケール防止剤として用いられているものをいずれも好適に用いることができる。例えば、アクリル酸、メタアクリル酸、ＨＡＰＳ（２−ヒドロキシ−３−アリルオキシ−１−プロパンスルホン酸）、マレイン酸、ＡＭＰＳ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）、ＨＥＭＡ（２−ヒドロキシエチルメタアクリレート）、アクリル酸メチル、スチレンスルホン酸、イソブチレンよりなる群から選ばれる１種又は２種以上のモノマーが重合又は共重合した、ホモポリマー又はコポリマー、好ましくはアクリル酸、メタアクリル酸、ＨＡＰＳ、マレイン酸、ＡＭＰＳ、イソブチレンよりなる群から選ばれる１種又は２種以上のモノマーが重合又は共重合した、ホモポリマー又はコポリマーであって、平均分子量が５０００〜５００００の低分子量水溶性ポリマーが挙げられる。
低分子水溶性ポリマーとしては、特にマレイン酸又はアクリル酸のホモポリマー或いは、アクリル酸とＨＡＰＳとのモル比２０〜８０：８０〜２０のコポリマー、アクリルアミドとＡＭＰＳとのモル比２０〜８０：８０〜２０のコポリマー、マレイン酸とイソブチレンとのモル比５０〜８０：５０〜２０のコポリマー等が好適である。
これらの水溶性ポリマーは１種を単独で用いても良く、２種以上を併用しても良い。
これらの水溶性ポリマーは１種を単独で用いても良く、２種以上を併用しても良い。
本発明において、冷却水系への亜鉛化合物の添加量は、冷却水系中の亜鉛濃度が０．５〜３ｍｇ／Ｌとなるような量とする。亜鉛濃度が０．５ｍｇ／Ｌよりも少ないと亜鉛の添加効果を十分に得ることができず、３ｍｇ／Ｌよりも多いと亜鉛塩のスケールが生じやすくなる。
また、水溶性ポリマーは、冷却水系中の水溶性ポリマーの固形分濃度として、２〜５０ｍｇ／Ｌ、好ましくは１０〜２０ｍｇ／Ｌとなるように添加する。水溶性ポリマーの濃度が２ｍｇ／Ｌ未満では、水溶性ポリマーによるスケール分散効果を十分に得ることができず、５０ｍｇ／Ｌを超えると水溶性ポリマーのゲル化や冷却水の発泡が起こりやすくなる。
本発明においては、このように亜鉛化合物と水溶性ポリマーとを併用して良好なスケール防止効果を得ることができるため、排水規制が問題となるホスホン酸等のリン化合物は添加することなく、非リン、亜鉛処理の冷却水系に本発明を適用することが好ましい。
また、本発明によれば、亜鉛化合物と水溶性ポリマーの併用によるＣＳＩの上昇で高カルシウム硬度の冷却水系においてもスケール防止効果を有効に得ることができる。このため、カルシウム硬度１，０００ｍｇ−ＣａＣＯ３／Ｌ程度の冷却水系にも本発明を有効に適用可能であるが、好ましくは本発明が適用される冷却水系のカルシウム硬度は５００ｍｇ−ＣａＣＯ３／Ｌ以下である。
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
以下の実施例及び比較例において、水溶性ポリマーとしては以下のものを用いた。
・アクリル樹脂（ＡＡ）と２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）とのコポリマー、分子量１０，０００、ＡＡとＡＭＰＳとのモル比は４：１（以下「ＡＡ／ＡＭＰＳ」と略記する。）
・アクリル樹脂（ＡＡ）と３−アリロキシ−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸（ＨＡＰＳ）とのコポリマー、分子量５，０００、ＡＡとＨＡＰＳとのモル比は４：１（以下「ＡＡ／ＨＡＰＳ」と略記する。）
・マレイン酸（ＭＡ）のホモポリマー（分子量５００、以下「ＰＭＡ」と略記する。）
・アクリル樹脂（ＡＡ）のホモポリマー（分子量５，０００、以下「ＰＡＡ」と略記する。）
・イソブチレン（ＩＢ）とマレイン酸（ＭＡ）とのコポリマー、分子量１５，０００、ＩＢとＭＡとのモル比は１：１（以下「ＩＢ／ＭＡ」と略記する。）
・アクリル樹脂（ＡＡ）と２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）とのコポリマー、分子量１０，０００、ＡＡとＡＭＰＳとのモル比は４：１（以下「ＡＡ／ＡＭＰＳ」と略記する。）
・アクリル樹脂（ＡＡ）と３−アリロキシ−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸（ＨＡＰＳ）とのコポリマー、分子量５，０００、ＡＡとＨＡＰＳとのモル比は４：１（以下「ＡＡ／ＨＡＰＳ」と略記する。）
・マレイン酸（ＭＡ）のホモポリマー（分子量５００、以下「ＰＭＡ」と略記する。）
・アクリル樹脂（ＡＡ）のホモポリマー（分子量５，０００、以下「ＰＡＡ」と略記する。）
・イソブチレン（ＩＢ）とマレイン酸（ＭＡ）とのコポリマー、分子量１５，０００、ＩＢとＭＡとのモル比は１：１（以下「ＩＢ／ＭＡ」と略記する。）
試験は以下の方法で行った。
１）試験条件
試験装置：恒温水槽，５００ｍＬネジ口ビン
期間：２０時間
温度：５０℃
試験水質：カルシウム硬度３００ｍｇ−ＣａＣＯ３／Ｌ，酸消費量ｐＨ４．８
２）評価手順
（１）５００ｍＬネジ口ビンに超純水を入れた（５００ｍＬから各試薬添加量を差引いた量）。
（２）更に、２．５重量％カルシウム硬度（硝酸カルシウム）水溶液（６ｍＬ）、水溶性ポリマー水溶液（必要量ｍＬ）、硫酸亜鉛水溶液（必要量ｍＬ）、酸消費量（ｐＨ４．８）（重炭酸ナトリウム）水溶液（６ｍＬ）を添加後、０．０１〜１ＮのＮａＯＨまたは硫酸でｐＨ調整した。
（３）次いで、種晶として０．５重量％の炭酸カルシウム水溶液を添加した（１０ｍＬ）。
（４）ネジ口ビンを５０℃の恒温水槽に入れて静置した。
（５）２０時間後、０．２２μｍＧＳＷＰミリポアフィルターでネジ口ビン内の試験水１００〜１５０ｍＬを濾過した。
（６）濾液のカルシウム硬度を測定した。
（７）３０℃まで温度が下がってからネジ口ビン内の残液のｐＨを測定した。
（８）試験後のＳＩ（ランジェリア指数）を計算し、極大値をＣＳＩとした。
１）試験条件
試験装置：恒温水槽，５００ｍＬネジ口ビン
期間：２０時間
温度：５０℃
試験水質：カルシウム硬度３００ｍｇ−ＣａＣＯ３／Ｌ，酸消費量ｐＨ４．８
２）評価手順
（１）５００ｍＬネジ口ビンに超純水を入れた（５００ｍＬから各試薬添加量を差引いた量）。
（２）更に、２．５重量％カルシウム硬度（硝酸カルシウム）水溶液（６ｍＬ）、水溶性ポリマー水溶液（必要量ｍＬ）、硫酸亜鉛水溶液（必要量ｍＬ）、酸消費量（ｐＨ４．８）（重炭酸ナトリウム）水溶液（６ｍＬ）を添加後、０．０１〜１ＮのＮａＯＨまたは硫酸でｐＨ調整した。
（３）次いで、種晶として０．５重量％の炭酸カルシウム水溶液を添加した（１０ｍＬ）。
（４）ネジ口ビンを５０℃の恒温水槽に入れて静置した。
（５）２０時間後、０．２２μｍＧＳＷＰミリポアフィルターでネジ口ビン内の試験水１００〜１５０ｍＬを濾過した。
（６）濾液のカルシウム硬度を測定した。
（７）３０℃まで温度が下がってからネジ口ビン内の残液のｐＨを測定した。
（８）試験後のＳＩ（ランジェリア指数）を計算し、極大値をＣＳＩとした。
［実施例１〜４、比較例１，２］
水溶性ポリマーとしてＡＡ／ＨＡＰＳを１５ｍｇ−固形分／Ｌ添加すると共に、亜鉛濃度を０ｍｇ／Ｌ（比較例１）、０．２ｍｇ／Ｌ（比較例２）、０．５ｍｇ／Ｌ（実施例１）、１ｍｇ／Ｌ（実施例２）、２ｍｇ／Ｌ（実施例３）又は３ｍｇ／Ｌ（実施例４）として試験を行ったときのＣＳＩ値を図１に示す。
図１に示されるように、亜鉛濃度０．５〜３ｍｇ／ＬでＣＳＩの上昇が顕著であり、亜鉛無添加の場合に比べて最大で０．４も上昇した。
水溶性ポリマーとしてＡＡ／ＨＡＰＳを１５ｍｇ−固形分／Ｌ添加すると共に、亜鉛濃度を０ｍｇ／Ｌ（比較例１）、０．２ｍｇ／Ｌ（比較例２）、０．５ｍｇ／Ｌ（実施例１）、１ｍｇ／Ｌ（実施例２）、２ｍｇ／Ｌ（実施例３）又は３ｍｇ／Ｌ（実施例４）として試験を行ったときのＣＳＩ値を図１に示す。
図１に示されるように、亜鉛濃度０．５〜３ｍｇ／ＬでＣＳＩの上昇が顕著であり、亜鉛無添加の場合に比べて最大で０．４も上昇した。
［実施例５〜１０、比較例３〜８］
水溶性ポリマーとして表１に示すものを表１に示す濃度で添加すると共に、亜鉛濃度を２ｍｇ／Ｌとした場合（実施例５〜１０）と亜鉛を添加しなかった場合（比較例３〜８）について試験を行ったときのＣＳＩ値を図２に示す。
水溶性ポリマーとして表１に示すものを表１に示す濃度で添加すると共に、亜鉛濃度を２ｍｇ／Ｌとした場合（実施例５〜１０）と亜鉛を添加しなかった場合（比較例３〜８）について試験を行ったときのＣＳＩ値を図２に示す。
図２より、亜鉛の存在下において、水溶性ポリマーの添加効果が高められ、ＣＳＩが顕著に上昇することが分かる。
Claims (2)
- 冷却水系に水溶性ポリマーと亜鉛化合物とを添加する冷却水系のスケール防止方法であって、該冷却水系の亜鉛濃度が０．５〜３ｍｇ／Ｌとなるように亜鉛化合物を添加すると共に、水溶性ポリマー濃度が２〜５０ｍｇ−固形分／Ｌとなるように水溶性ポリマーを添加することを特徴とする冷却水系のスケール防止方法。
- 請求項１において、該冷却水系が非リン、亜鉛処理を行う冷却水系であることを特徴とする冷却水系のスケール防止方法。
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