JP3713245B2 - Free carbonic acid removal device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中の侵食性遊離炭酸を取り除く遊離炭酸除去装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
井戸水等を水源に用いた上水には、雨水等の河川水を水源とする上水に比べて、多くの二酸化炭素が(多くはCO2のままで、一部は分子状の炭酸H2CO3の形で、さらにごく一部は解離したH+、HCO3 -の形で)含まれている。このうち、水に炭酸水素塩を溶存させておくために必要な量の二酸化炭素(従属性遊離炭酸)を除いた残りの二酸化炭素が、金属等を腐食させる浸食性遊離炭酸となり、給湯器の水管等を腐食させる原因になっている。
【0003】
水道水については、1992年厚生省生活衛生局水道環境部長通知「水道水質に関する基準の制定について」の中でランゲリア指数の目標値を「−1程度以上とし、極力0に近づける」とするように規定されている。水中のCO2を除去してランゲリア指数を改善する方法としては、水に炭酸カルシウムを加えて、
CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2 …(1)式
という化学反応を起こさせることが一般に行われる。また(1)式の反応は右方向へ進み難いので、反応を促進するために、原水を炭酸カルシウムの充填塔に通水させるだけではだめで、消石灰を1000ppm以上の水溶液として注入したり消石灰や炭酸カルシウムをスラリー化して注入後、大型の調整槽で十分反応させる必要があり、またエアレーション等の付随処理も行われる。これらの方法を用いて水中のCO2濃度を改善する装置としては「消石灰注入装置」や「消石灰・炭酸ガス注入装置」がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の「消石灰注入装置」や「消石灰・炭酸ガス注入装置」は、(1)式の化学反応を右方向へ促進するための、アルカリ注入やエアレーション等の付随処理を必要とするため、装置が高価で大型なものになり、これが先の通知に対する水道事業者の適切な対応を遅らせる要因になっていた。
【0005】
本発明は、このような従来の技術が有する問題点に着目してなされたもので、水中の侵食性遊離炭酸を除去することのできる小型で安価な遊離炭酸除去装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
[1]水中の侵食性遊離炭酸を取り除く遊離炭酸除去装置において、
対となる電極(20)と、これらの電極間に交流電圧を印加する電圧印加手段(30)と、水に炭酸カルシウムまたは消石灰等(苛性ソーダやソーダ灰等も含む)を溶解させる溶解手段(40)とを有し、
処理対象の水に前記電極(20)および前記電圧印加手段(30)によって交流電流を流す電気処理と前記溶解手段(40)によって炭酸カルシウムまたは消石灰を溶解させる溶解処理とを施す
ことを特徴とする遊離炭酸除去装置。
【0007】
[2]処理対象の水を連続通水しながら前記電気処理および前記溶解処理を施す
ことを特徴とする[1]に記載の遊離炭酸除去装置。
【0008】
[3]前記電圧印加手段(30)は、印加電圧と周波数の双方または一方を設定変更し得るものである
ことを特徴とする[1]に記載の遊離炭酸除去装置。
【0009】
[4]前記電気処理と前記溶解処理とを施した後の水のランゲリア指数またはこれに代わるものの値を測る吐水計測手段(60)を有し、
前記電圧印加手段(30)は、前記吐水計測手段(60)の計測値が所定値になるように印加電圧と周波数の双方またはいずれか一方を制御する
ことを特徴とする[1]または[2]に記載の遊離炭酸除去装置。
【0010】
[5]入水のランゲリア指数またはこれに代わるものの値を測る入水計測手段(50)を有し、
前記電圧印加手段(30)は、前記入水計測手段(50)の計測値に基づいて印加電圧と周波数の双方またはいずれか一方を制御する
ことを特徴とする[1]、[2]、[3]または[4]に記載の遊離炭酸除去装置。
【0011】
前記本発明は次のように作用する。
遊離炭酸除去装置は、処理対象の水に交流電流を流す電気処理と、炭酸カルシウムまたは消石灰を溶解させる溶解処理とを施す。水に交流電流を流す電気処理を施すことにより、(1)式の化学反応が右方向へ促進され、水中の二酸化炭酸(侵食性遊離炭酸)を効率よく除去することができる。
【0012】
これは、H2Oの分子のクラスターが電気処理を施すことにより数十個(20〜30位)の集合体であったものから十数個から数個の集合体へと小さくなり、反応にかかわるH2Oの分子数が増加することに因ると考えられる。また電気処理を施すことにより、H2Oの分子の角度が処理前の108度から他の角度に変化することが分かっており、これが先の化学反応を促進させる一因であるとも考えられる。なお、遊離炭酸処理装置から出た後は、(1)式の化学反応が左方向へゆるやかに進行し、炭酸カルシウムが析出して皮膜が管壁等に付着し、水と管壁との接触を断つので、防食効果を得ることができる。
【0013】
電気処理と、溶解処理の順序は、問わない。すなわち、電気処理を施した後に溶解処理を施しても良いし、溶解処理の後に電気処理を施しても良い。さらには、これらの処理を同一箇所で同時に施すように構成してもよい。溶解処理の後に電気処理を施す場合には、溶解処理において溶けずにそのまま水中に流出した炭酸カルシウムが、後に施される電気処理で(1)式の反応が促進されることによって溶解することになる。つまり、スラリー状にした炭酸カルシウムを注入したような場合、従来は原水と反応させる調整槽が必要であったが、これが不要又は小型化できる。
【0014】
このように、水に交流電流を流す電気処理を施すことによって、水に炭酸カルシウムや消石灰を溶解する溶解処理が促進され、多くの侵食性遊離炭酸を効率良く水酸化塩に変化させることができる。その結果、炭酸カルシウム等の溶解反応を充分行わせるために長時間水槽に貯留する処理や、反応を促進するために炭酸カルシウムの水溶液を予め作成して混合する処理や、エアレーション処理など従来行われていた付随的処理が不要となり、装置の小型化と低価格化を図ることができる。また、電気処理を施すことにより、溶解処理が促進されるので、処理対象の水を連続通水しながら電気処理および溶解処理を施すことができる。
【0015】
すなわち、従来は、炭酸カルシウムを細かくしたり二酸化炭素を増やすことで反応を促進させようとしていたのに対し、本発明は、触媒を用いることなく電気処理で水の性質を変化させる(反応に係わるH2Oの分子を増やす等)ことによって(1)式の反応を促進させるものである。
【0016】
電圧印加手段(30)による印加電圧と周波数の双方または一方を設定変更し得るように構成したものでは、電気処理と溶解処理とを施した後の水のランゲリア指数が適切な値になるように調整することができる。すなわち、電極間に印加する電圧や周波数を変えると、(1)式の反応が右方向へ促進される程度が変化するので、印加電圧等を調整可能な構成にすることで、処理後の水のランゲリア指数を適切な値に調整することが可能になる。このように、印加電圧や周波数を変更することで(1)式の反応が右方向へ促進される程度が変化するのは、クラスターを構成する水の分子数や分子の角度が印加電圧や周波数に依存して変化することに因るものと考えられる。
【0017】
電気処理と溶解処理とを施した後の水のランゲリア指数またはこれに代わるものの値(たとえば、カルシウム硬度や二酸化炭素の濃度)を吐水計測手段(60)で計測し、その計測値が所定値になるように電圧印加手段(30)による印加電圧と周波数の双方またはいずれか一方をフィードバック制御するものでは、吐出する水の水質を好ましいランゲリア指数に自動調整することができる。
【0018】
さらに、電気処理や溶解処理を施す前の入水のランゲリア指数またはこれに代わるものの値を入水計測手段(50)で計測し、その計測値に基づいて電圧印加手段(30)による印加電圧と周波数の双方またはいずれか一方をフィードフォワード制御するものでは、好ましいランゲリア指数の水を当初から吐出することが可能になる。たとえば、ランゲリア指数に代わるものとして水のカルシウム硬度を計測する場合には、井戸水の硬度がほぼカルシウム硬度に依存していることから、吐水計測手段(60)や入水計測手段(50)として、硬度計を用いることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の一実施の形態を説明する。図1は、本発明の一実施の形態にかかる遊離炭酸除去装置10の概略構成を示している。遊離炭酸除去装置10は、ポンプ12と、水路中に対向配置された2枚の電極20と、電極20に交流電圧を印加する電圧印加手段30と、顆粒状の炭酸カルシウムを収容した溶解手段としての溶解水槽40と、入水計測手段50と、吐水計測手段60とを有している。図中の太線の矢印は、処理対象の水が流れる経路を示している。
【0020】
ポンプ12は、井戸水等の原水を図示省略の取水口から取り入れるとともに、取り入れた水が2枚の電極20の間および溶解水槽40を経由して図示省略の吐水口から排出されるように送り出す機能を果たすものである。電圧印加手段30は、2枚の電極20の間に交流電圧を印加するものである。電圧印加手段30は、制御回路31と発信回路32とドライブ回路33とを備えている。発信回路32は、交流信号を生成するものであり、制御回路31は、発信回路32の生成する交流信号の周波数と電圧を制御するものである。ドライブ回路33は、発信回路32の生成した交流信号を増幅して電極20に印加するものである。
【0021】
溶解水槽40は、電極20の間を通過することで電気処理が施された後の水に、炭酸カルシウムまたは消石灰を溶解させる溶解処理を行うための水槽であり、顆粒状の炭酸カルシウムが収容又は消石灰が投入される。溶解水槽40は、下部に入水口41を、上部に出水口42を有している。また溶解水槽40は、図示省略の上蓋を開いて炭酸カルシウムや消石灰を補給することが可能になっている。なお、炭酸カルシウムとして、たとえば、通常は廃棄物として処理される、牡蠣やあこや貝の貝殻を使用してもよい。また消石灰に代えて苛性ソーダ、ソーダ灰を使用してもよい。
【0022】
入水計測手段50は、電気処理や溶解処理が施される前の入水(原水)のランゲリア指数またはこれに代わるものの値を測定するものである。吐水計測手段60は、電気処理および溶解処理が施された後の水のランゲリア指数またはこれに代わるものの値を測定するものである。たとえば、ランゲリア指数に代えて、カルシウム硬度を測定する場合には、通常、井戸水等の硬度が、ほぼカルシウム硬度に依存していることから、入水計測手段50や吐水計測手段60として硬度計を用いることができる。またランゲリア指数に代えて、水中の二酸化炭素の濃度を用いてもよい。水中の二酸化炭素濃度が極めて大きい(たとえば10ppm以上の遊離炭酸がある)場合には、ランゲリア指数を改善する必要があると考えられ、地下水源を用いている場合にはその濃度が30ppm程度にも達することから、この濃度により交流電圧や周波数を調整する等である。
【0023】
電圧印加手段30の制御回路31は、入水計測手段50の計測値に基づいて、電極20に印加する電圧と周波数とをフィードフォワード制御する機能と、吐水計測手段60の計測値が所定値になるように電極20に印加する電圧と周波数とをフィードバック制御する機能を有している。電圧印加手段30は、2枚の電極20の間に印加する電圧を、実効電圧で0.5ボルト〜10.0ボルトの範囲で、また周波数を30Hz〜10kHzの間で制御し得るようになっている。
【0024】
図2は、電極20が取り付けられた電圧印加用水管22を示している。電圧印加用水管22の管内には、ステンレス材等で形成された2枚の電極20が対向配置されている。これら電極20の中央付近には、ドライブ回路33からの給電用リード線を接続するための電極接続部23が形成されている。電圧印加用水管22の両端には他の水管29と接続するための継手24が形成されている。遊離炭酸除去装置10において、原水を取り込むための図示省略の取水口とポンプ12の入側との間、ポンプ12の出側と電圧印加用水管22の一端との間、電圧印加用水管22の他端と溶解水槽40の入水口41との間、溶解水槽40の出水口42と図示省略の吐出口との間がそれぞれ水管で接続されている。
【0025】
ランゲリア指数(飽和指数…SI)は、SI=pH−pHs…(2)式、で表される。(2)式において、pHは水の実際のpHで、pHsは飽和pHである。pHsは、(1)式に示す化学反応の右方向への進行と左方向への進行とが平衡状態になる際の水のpHである。SI>=0ならば、その水には腐食性がなく、SI<0ならば腐食性を呈する。pHsは、pHs=(9.3+A+B)−(C+D)…(3)式、で求めることができる。(3)式のAは蒸発残留物係数、Bは温度係数、Cはカルシウム硬度係数、Dはアルカリ度である。A,B、C、Dの各係数は、対象となる水の分析値と図3に示す換算表とから求めることができる。
【0026】
なお、ランゲリア指数に代わるものとして、カルシウム硬度を用いたり、カルシウム硬度と水温との2つに基づく値を用いたりしてもよい。図3に示すように、蒸発残留物係数Aの値は、その変化幅が少なく、(3)式で求めるランゲリア指数に大きな影響を与えないからである。また井戸水の場合、水温は安定しているので、水温の測定を省略してもよい。さらに井戸水や上水の水源は通常、内陸部にあり、したがって水源となる水の硬度は、ナトリウムを考える必要がなく、ほぼカルシウム硬度に依存しているので、カルシウム硬度に代えて、硬度計で測定した硬度を用いてもよい。このほか、ランゲリア指数に代えて、水中の二酸化炭素濃度を用いてもよい。すなわち、二酸化炭素濃度が所定値以上の場合には、侵食性遊離炭酸が存在すると判断して交流電圧や周波数を制御する等である。またpHを用いる方法もあるが、pHは二酸化炭素濃度により酸性方向へ動き、又、カルシウム(又はナトリウム)濃度によりアルカリ方向に動くので、どちらか一方が安定な原水の場合のみpHを使用してもよい。ただし、浄水場の場所が海に近く又水源として表流水(河川)と地下水源(井水)とをブレンドし、又は必要に応じてブレンド比を変えるような場合には、できるだけ多くのパラメーター、できればランゲリア指数を求めることが望ましい。
【0027】
次に作用を説明する。
遊離炭酸除去装置10は、ポンプ12によって取水口から原水を取り込む。取り込まれた水は、電圧印加用水管22の中に対向配置された電極20の間を通過した後、入水口41から出水口42へと溶解水槽40を経由し、遊離炭酸除去装置10の吐出口から流出する。入水計測手段50は、取水口から取り込まれた原水のランゲリア指数またはこれに代わるものとしてカルシウム硬度を計測する。電圧印加手段30の制御回路31は、入水計測手段50の計測値に基づき、電極20の間に印加する交流電圧および周波数をフィードフォワード制御する。制御回路31は、吐出口でのランゲリア指数が目標値になるために設定すべき印加電圧およびまたは周波数と入水計測手段50の計測値との対応関係を示すデータであって予め実験により求めたものを記憶している。制御回路31は、入水計測手段50の計測値に基づいて先のデータを参照して適切な印加電圧と周波数の値を求めてフィードフォワード制御する。
【0028】
また溶解水槽40の出水口42から出た水のランゲリア指数またはこれに代わるものの値を吐水計測手段60で計測しており、制御回路31はこの計測値が予め定めた目標値になるように、2枚の電極20の間に印加する交流信号の電圧と周波数とをフィードバック制御している。ここでは、ランゲリア指数の目標値を−1〜+0.8の間の所定値に設定してある。
【0029】
電圧印加用水管22の内部に配置された2枚の電極20の間を通過する際に、水の性質が変化する。その結果、溶解水槽40の通過時または通過後に生じる(1)式の化学反応が右方向へ促進され、侵食性遊離炭酸が効率よく充分に除去される。これは、水に交流電流を流すとH2Oの分子のクラスターが数十個(20〜30位)の集合体から十数個から数個の集合体へと小さくなり、(1)式の化学反応にかかわるH2Oの分子数が増加することに因る。また水に交流電流を流すことによって、H2Oの分子の角度が処理前の108度から他の角度に変化することが分かっており、これが先の化学反応を右方向へ促進させる一因であると考えられる。
【0030】
(1)式の化学反応の右方向への促進の程度は、印加する電圧や周波数によって変化する。したがって、吐水計測手段60の計測値に基づいて印加電圧や周波数を制御することにより、ランゲリア指数が目標値に調整された水を吐出することができる。また、反応の程度を印加電圧と周波数によって制御できるので、溶解水槽40の中に収容する炭酸カルシウム量は、必要量以上であれば、任意の量で良い。その結果、溶解水槽40への炭酸カルシウムの補給が容易になるとともに、連続処理が可能になる。
【0031】
たとえば、遊離炭酸除去装置10によって処理する前のある水は、蒸発残留物が50〜300mg/lであり、図3より蒸発残留物係数Aは0.1であった。また温度は18〜21℃の間にあって温度係数Bは2.1であった。カルシウム硬度は、56〜69mgCaCO3/lであってカルシウム硬度係数Cは1.4であった。アルカリ度Dは1.6、pHは7.1であった。これらを(3)式に代入するとpHs=(9.3+0.1+2.1)−(1.4+1.6)=8.5になる。また(2)式からこの水のランゲリア指数は、SI=7.1−8.5=−1.4になる。したがってこの水は、SIが−1以下なので、腐食性を示すものであった。
【0032】
これと同じ水を遊離炭酸除去装置10で処理すると、(1)式の反応が効率良く右方向へ進行し、水和化する炭酸カルシウムが増えるので、カルシウム硬度が175〜220mgCaCO3/lとなってカルシウム硬度係数Cが1.9に、アルカリ度Dが2.3になり、SI=7.1−7.3=−0.2となった。なお、SIは、−1以上であれば防食効果が期待できるとされている。なお、遊離炭酸除去装置10から出た後は、(1)式の化学反応が左方向へゆるやかに進行し、炭酸カルシウムの皮膜が管壁等に付着して水と管壁との接触を断ち、防食効果を得ることができる。
【0033】
以上、実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は実施の形態で例示したものに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での々の変形された態様を含むものである。すなわち、印加電圧、周波数、電極の形状や配置態様、溶解槽の構造等は実施の形態で示したものに限定されるものではない。
【0034】
また実施の形態では、入水計測手段50の計測値に基づくフィードフォワード制御と吐水計測手段60の計測値に基づくフィードバック制御とを併用したが、いずれか一方の制御だけを採用してもよい。たとえば、動作開始当初に吐出される水のランゲリア指数が目標値から外れることを許容すれば、フィードバック制御のみを採用してもよい。また、吐出される水のランゲリア指数またはその代わりとなるものの値を測定し、その測定結果に基づいて、電極20への印加電圧や周波数を手動で調整するように構成してもよい。
【0035】
さらに対となる電極はどちらか一方のみで、他方は水管22自体を電極としてもよい。又電極をなくして絶縁された2つの水管22自体を2つの電極としてもよい。つまり、水に電気を流せれば、電極の形状にはこだわらない。
【0036】
本実施の形態では、浄水場の取水部分に遊離炭酸を除去する装置を設けたが、たとえば、マンションの取水部分に本装置を取り付けても良い。さらに給湯器の給水接続部に取り付けても、給湯器に内蔵させてもかまわない。さらに上水に限らず工業用水の用途として工場や発電所の地下水取水口に本装置を取り付けて、工業用水用の配管や冷却系の配管の腐食防止に用いてもよい。
【0037】
実施の形態では、遊離炭酸除去装置10にポンプ12を内蔵したが、ポンプなど原水を遊離炭酸除去装置10へ送り込むための装置を遊離炭酸除去装置10と別体に設けても差し支えない。
【0038】
このほか、実施の形態では、入水に対して電気処理、溶解処理の順で処理を施したが、これらは逆順であってもよい。また、電気処理と溶解処理を一箇所で同時に行うように構成してもよい。たとえば、電極20の間に炭酸カルシウムを配置する等である。
【0039】
【発明の効果】
本発明にかかる遊離炭酸除去装置によれば、水に交流電流を流す電気処理と水に炭酸カルシウムや消石灰を溶解する溶解処理とを施すので、電気処理を施さない場合に比べて炭酸カルシウム等の溶解反応が促進され、侵食性遊離炭酸を効率よく迅速に水酸化塩に変化させることができる。その結果、従来は設けていた、溶解反応を充分に行わせるために水を長時間水槽に貯留する処理や、反応を促進するために炭酸カルシウムの水溶液を予め作成して混合する処理や、エアレーション処理等が不要になり、装置の小型化と低価格化を図ることができる。また、電気処理を施すことにより、溶解処理が促進されるので、処理対象の水を連続通水しながら侵食性遊離炭酸を除去することができる。
【0040】
電圧印加手段による印加電圧と周波数の双方または一方を設定変更し得るように構成したものでは、電気処理と溶解処理とを施した後の水のランゲリア指数が適切な値になるように調整することができる。
【0041】
電気処理と溶解処理とを施した後の水のランゲリア指数またはこれに代わるものの値を計測し、その値が所定値になるように印加電圧と周波数の双方またはいずれか一方をフィードバック制御するものでは、吐出する水の水質を好ましいランゲリア指数に自動調整することができる。
【0042】
さらに、電気処理や溶解処理を施す前の入水のランゲリア指数またはこれに代わるものの値を計測し、その値に基づいて印加電圧と周波数の双方またはいずれか一方をフィードフォワード制御するものでは、好ましいランゲリア指数の水を当初から吐出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る遊離炭酸除去装置の概略構成を示す説明図である。
【図2】本発明の一実施の形態に係る遊離炭酸除去装置の電圧印加用水管を示す断面図である。
【図3】ランゲリア指数を求めるための係数換算表を示す説明図である。
【符号の説明】
10…遊離炭酸除去装置
12…ポンプ
20…電極
22…電圧印加用水管
23…電極接続部
30…電圧印加手段
31…制御回路
32…発信回路
33…ドライブ回路
40…溶解水槽
41…入水口
42…出水口
50…入水計測手段
60…吐水計測手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a free carbonic acid removal device for removing erosive free carbonic acid in water.
[0002]
[Prior art]
Compared to the water from the river water such as rain water, the water that uses well water or the like as the water source contains more carbon dioxide (mostly CO 2 but partly molecular carbonic acid H 2. In the form of CO 3 and a very small part (in the form of dissociated H + , HCO 3 − ). Of these, the remaining carbon dioxide, excluding the amount of carbon dioxide (dependent free carbonic acid) required to dissolve the bicarbonate in water, becomes erodible free carbonic acid that corrodes metals, etc. It causes water pipes to corrode.
[0003]
As for tap water, the target value of the Langeria index is set to “-1 or more and close to 0 as much as possible” in the “Notice of Establishing Standards for Water Quality” issued by the Director of the Water Environment Department of the Health and Welfare Bureau of the Ministry of Health and Welfare in 1992 Has been. As a method of improving the Langeria index by removing CO 2 in water, adding calcium carbonate to water,
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O → Ca (HCO 3 ) 2 (1) Generally, a chemical reaction of the formula (1) is performed. Also, since the reaction of formula (1) is difficult to proceed in the right direction, in order to promote the reaction, it is not necessary to simply pass the raw water through a packed column of calcium carbonate, and slaked lime can be injected as an aqueous solution of 1000 ppm or more. After slurrying and injecting calcium carbonate, it is necessary to sufficiently react in a large adjustment tank, and an accompanying process such as aeration is also performed. Devices that improve the CO 2 concentration in water using these methods include “slaked lime injection device” and “slaked lime / carbon dioxide gas injection device”.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional “slaked lime injection device” and “slaked lime / carbon dioxide gas injection device” require additional processing such as alkali injection and aeration to promote the chemical reaction of the formula (1) in the right direction. It became expensive and large, and this caused delays in the appropriate response of water utilities to the previous notice.
[0005]
The present invention has been made paying attention to such problems of the conventional technology, and aims to provide a small and inexpensive free carbonic acid removing device capable of removing erosive free carbonic acid in water. Yes.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The gist of the present invention for achieving the object lies in the inventions of the following items.
[1] In a free carbonic acid removal device for removing erosive free carbonic acid in water,
A pair of electrodes (20), a voltage applying means (30) for applying an alternating voltage between these electrodes, and a dissolving means for dissolving calcium carbonate or slaked lime (including caustic soda and soda ash etc.) in water (40 )
The water to be treated is subjected to an electrical treatment in which an alternating current is caused to flow by the electrode (20) and the voltage application means (30) and a dissolution treatment to dissolve calcium carbonate or slaked lime by the dissolution means (40). Free carbonic acid removal device.
[0007]
[2] The apparatus for removing free carbonic acid according to [1], wherein the electrical treatment and the dissolution treatment are performed while continuously passing water to be treated.
[0008]
[3] The free carbonic acid removing device according to [1], wherein the voltage applying means (30) is capable of changing the setting of both or one of the applied voltage and frequency.
[0009]
[4] Water discharge measuring means (60) for measuring the Langerial index of water after the electric treatment and the dissolution treatment or a value in place of it,
The voltage application means (30) controls the applied voltage and / or the frequency so that the measured value of the water discharge measuring means (60) becomes a predetermined value [1] or [2 ] The free carbonic acid removal apparatus as described in.
[0010]
[5] Incoming water measuring means (50) for measuring the incoming Langerial index or an alternative value thereof,
The voltage application means (30) controls the applied voltage and / or the frequency based on the measured value of the incoming water measurement means (50) [1], [2], [ 3] or the free carbonic acid removing apparatus according to [4].
[0011]
The present invention operates as follows.
The free carbonic acid removing device performs an electric process for supplying an alternating current to water to be treated and a dissolving process for dissolving calcium carbonate or slaked lime. By performing an electrical treatment that causes an alternating current to flow through water, the chemical reaction of formula (1) is promoted to the right, and carbon dioxide (erodible free carbonic acid) in water can be efficiently removed.
[0012]
This is because a cluster of H 2 O molecules is reduced from a dozen (20 to 30-position) aggregates to a dozen to several aggregates by performing an electrical treatment. This is thought to be due to the increase in the number of H 2 O molecules involved. Moreover, it has been found that the angle of the H 2 O molecule changes from 108 degrees before the treatment to another angle by applying the electrical treatment, and this is considered to be a factor for promoting the chemical reaction. After leaving the free carbonic acid treatment device, the chemical reaction of formula (1) proceeds slowly to the left, calcium carbonate is deposited and the film adheres to the tube wall, etc., and the water contacts the tube wall. The anticorrosive effect can be obtained.
[0013]
The order of electrical treatment and dissolution treatment is not limited. That is, the dissolution treatment may be performed after the electrical treatment, or the electrical treatment may be performed after the dissolution treatment. Furthermore, you may comprise so that these processes may be performed simultaneously in the same location. In the case where the electric treatment is performed after the dissolution treatment, the calcium carbonate which has not been dissolved in the dissolution treatment and has flowed into the water as it is is dissolved by the reaction of formula (1) being promoted by the electric treatment applied later. Become. In other words, when calcium carbonate in the form of a slurry is injected, an adjustment tank for reacting with raw water has been conventionally required, but this is unnecessary or can be reduced in size.
[0014]
In this way, by performing an electrical treatment that causes an alternating current to flow in water, a dissolution treatment for dissolving calcium carbonate or slaked lime in water is promoted, and a large amount of erodible free carbonic acid can be efficiently converted into a hydroxide salt. . As a result, conventional processes such as a process of storing in a water tank for a long time to sufficiently dissolve calcium carbonate and the like, a process of preparing and mixing an aqueous solution of calcium carbonate in advance to promote the reaction, and an aeration process are performed. Therefore, the accompanying process is no longer necessary, and the apparatus can be reduced in size and price. Moreover, since the dissolution treatment is promoted by applying the electrical treatment, the electrical treatment and the dissolution treatment can be performed while continuously passing the water to be treated.
[0015]
That is, in the past, attempts have been made to promote the reaction by making calcium carbonate finer or increasing carbon dioxide, but the present invention changes the properties of water by electroprocessing without using a catalyst (related to the reaction). The reaction of the formula (1) is promoted by increasing the number of H 2 O molecules.
[0016]
In the case where the voltage applied by the voltage application means (30) and / or the frequency can be set and changed, the Langeria index of water after the electrical treatment and the dissolution treatment is set to an appropriate value. Can be adjusted. That is, when the voltage or frequency applied between the electrodes is changed, the degree to which the reaction of the formula (1) is promoted to the right changes. Can be adjusted to an appropriate value. Thus, changing the applied voltage and frequency changes the degree to which the reaction of formula (1) is promoted in the right direction because the number of water molecules constituting the cluster and the angle of the molecules are the applied voltage and frequency. This is thought to be due to changes depending on the situation.
[0017]
After the electrical treatment and the dissolution treatment, the Langerian index of water or a value (for example, calcium hardness or carbon dioxide concentration) is measured by the water discharge measuring means (60), and the measured value becomes a predetermined value. As described above, when the voltage application means (30) performs feedback control of the applied voltage and / or the frequency, the water quality of the discharged water can be automatically adjusted to a preferred Langeria index.
[0018]
Furthermore, the Langerian index of the incoming water before the electrical treatment or the dissolution treatment or a value instead of this is measured by the incoming water measuring means (50), and the applied voltage and frequency of the voltage applying means (30) are measured based on the measured value. In the case where both or one of them is feedforward controlled, it is possible to discharge water having a preferable Langeria index from the beginning. For example, when measuring the calcium hardness of water as an alternative to the Langeria index, the hardness of the well water is almost dependent on the calcium hardness, so the water discharge measuring means (60) and the incoming water measuring means (50) A meter can be used.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a free carbonic
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
The incoming water measuring means 50 measures the Langeria index of incoming water (raw water) before being subjected to electrical treatment or dissolution treatment or a value instead of this. The water discharge measuring means 60 measures the Langerian index of water after the electric treatment and the dissolution treatment or a value in place of it. For example, when the calcium hardness is measured instead of the Langeria index, since the hardness of well water or the like usually depends almost on the calcium hardness, a hardness meter is used as the incoming water measuring means 50 or the discharged water measuring means 60. be able to. Further, the concentration of carbon dioxide in water may be used instead of the Langeria index. If the carbon dioxide concentration in the water is extremely high (for example, there is free carbon dioxide of 10 ppm or more), it is considered necessary to improve the Langeria index. If a groundwater source is used, the concentration is about 30 ppm. Therefore, the AC voltage and frequency are adjusted by this concentration.
[0023]
The
[0024]
FIG. 2 shows the voltage
[0025]
The Langeria index (saturation index... SI) is expressed by SI = pH-pHs (2). In equation (2), pH is the actual pH of water and pHs is the saturated pH. pHs is the pH of water when the rightward and leftward progress of the chemical reaction represented by the formula (1) is in an equilibrium state. If SI> = 0, the water is not corrosive, and if SI <0, it is corrosive. pHs can be obtained by pHs = (9.3 + A + B) − (C + D) (3). In equation (3), A is an evaporation residue coefficient, B is a temperature coefficient, C is a calcium hardness coefficient, and D is alkalinity. Each coefficient of A, B, C, and D can be obtained from the analysis value of the target water and the conversion table shown in FIG.
[0026]
As an alternative to the Langeria index, calcium hardness may be used, or a value based on two of calcium hardness and water temperature may be used. This is because, as shown in FIG. 3, the value of the evaporation residue coefficient A has a small change width and does not have a great influence on the Langeria index obtained by the equation (3). In the case of well water, since the water temperature is stable, measurement of the water temperature may be omitted. Furthermore, the water source for well water and clean water is usually inland, so the hardness of the water that is the source of water does not need to be considered as sodium, and almost depends on the calcium hardness. The measured hardness may be used. In addition, carbon dioxide concentration in water may be used instead of the Langeria index. That is, when the carbon dioxide concentration is equal to or higher than a predetermined value, it is determined that erosive free carbonic acid is present, and the AC voltage and frequency are controlled. There is also a method using pH, but pH moves in the acidic direction depending on the carbon dioxide concentration, and moves in the alkali direction depending on the calcium (or sodium) concentration. Therefore, only one of them is used when the raw water is stable. Also good. However, if the location of the water treatment plant is close to the sea and the surface water (river) and groundwater (well water) are blended as the water source, or if the blend ratio is changed as necessary, as many parameters as possible, If possible, it is desirable to obtain the Langeria index.
[0027]
Next, the operation will be described.
The free carbonic
[0028]
In addition, the Languelia index of the water discharged from the
[0029]
When passing between the two
[0030]
The degree of acceleration of the chemical reaction of the formula (1) in the right direction varies depending on the applied voltage and frequency. Therefore, by controlling the applied voltage and frequency based on the measurement value of the water discharge measuring means 60, it is possible to discharge water with the Langelia index adjusted to the target value. In addition, since the degree of reaction can be controlled by the applied voltage and frequency, the amount of calcium carbonate accommodated in the dissolving
[0031]
For example, some water before being treated by the free carbonic
[0032]
When this same water is treated by the free carbonic
[0033]
The present invention has been described above based on the embodiments. However, the present invention is not limited to those exemplified in the embodiments, and includes various modified embodiments without departing from the gist of the present invention. That is, the applied voltage, frequency, electrode shape and arrangement, dissolution tank structure, and the like are not limited to those shown in the embodiment.
[0034]
In the embodiment, the feedforward control based on the measurement value of the incoming water measurement means 50 and the feedback control based on the measurement value of the water discharge measurement means 60 are used together, but only one of the controls may be employed. For example, only feedback control may be employed as long as the Langeria index of water discharged at the beginning of operation is allowed to deviate from the target value. Further, it is also possible to measure the value of the Langeria index of the discharged water or a substitute for it, and manually adjust the applied voltage or frequency to the
[0035]
Furthermore, only one of the paired electrodes may be used, and the other may be the
[0036]
In this Embodiment, although the apparatus which removes free carbonic acid was provided in the water intake part of the water purification plant, you may attach this apparatus to the water intake part of an apartment, for example. Further, it may be attached to the water supply connection part of the water heater or built in the water heater. Furthermore, not only water but also industrial water may be used for preventing corrosion of industrial water piping and cooling system piping by attaching this apparatus to groundwater intakes of factories and power plants.
[0037]
In the embodiment, the
[0038]
In addition, in embodiment, it processed in order of the electrical treatment and the melt | dissolution process with respect to incoming water, However, These may be reverse order. Moreover, you may comprise so that an electrical process and a melt | dissolution process may be performed simultaneously in one place. For example, calcium carbonate is disposed between the
[0039]
【The invention's effect】
According to the apparatus for removing free carbonic acid according to the present invention, since an electric treatment for supplying an alternating current to water and a dissolution treatment for dissolving calcium carbonate or slaked lime in water are performed, calcium carbonate or the like can be used as compared with a case where no electric treatment is performed. The dissolution reaction is promoted, and the erosive free carbonic acid can be converted to a hydroxide salt quickly and efficiently. As a result, the conventional process of storing water in a water tank for a long time to sufficiently perform the dissolution reaction, the process of preparing and mixing an aqueous solution of calcium carbonate to promote the reaction, and aeration No processing or the like is required, and the apparatus can be reduced in size and price. Moreover, since dissolution treatment is promoted by applying electric treatment, erodible free carbonic acid can be removed while continuously passing water to be treated.
[0040]
If the voltage applied by the voltage application means and / or frequency can be set and changed, adjust the Langerial index of water after electrical treatment and dissolution treatment to an appropriate value. Can do.
[0041]
In the case of measuring the Langerial index of water after electric treatment and dissolution treatment or the value of the water substitute, and feedback-controlling applied voltage and / or frequency so that the value becomes a predetermined value The water quality of the discharged water can be automatically adjusted to a preferred Langeria index.
[0042]
In addition, the Langerian index of the incoming water before electric treatment or dissolution treatment or a value of an alternative to this is measured, and based on this value, feedforward control of applied voltage and / or frequency is preferable. Exponential water can be discharged from the beginning.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a free carbonic acid removing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a voltage application water tube of the free carbonic acid removal apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a coefficient conversion table for obtaining a Langeria index.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
対となる電極と、これらの電極間に交流電圧を印加する電圧印加手段と、水に炭酸カルシウムまたは消石灰を溶解させる溶解手段とを有し、
処理対象の水に前記電極および前記電圧印加手段によって交流電流を流す電気処理と前記溶解手段によって炭酸カルシウムまたは消石灰を溶解させる溶解処理とを施す
ことを特徴とする遊離炭酸除去装置。In a free carbonic acid removal device that removes erosive free carbonic acid in water,
A pair of electrodes, a voltage applying means for applying an alternating voltage between these electrodes, and a dissolving means for dissolving calcium carbonate or slaked lime in water,
An apparatus for removing free carbonic acid, comprising: subjecting water to be treated to an electrical treatment in which an alternating current is passed by the electrode and the voltage applying means; and a dissolving treatment to dissolve calcium carbonate or slaked lime by the dissolving means.
ことを特徴とする請求項1に記載の遊離炭酸除去装置。The apparatus for removing free carbonic acid according to claim 1, wherein the electric treatment and the dissolution treatment are performed while water to be treated is continuously passed.
ことを特徴とする請求項1に記載の遊離炭酸除去装置。2. The apparatus for removing free carbonic acid according to claim 1, wherein the voltage applying means is capable of setting and changing both or one of applied voltage and frequency.
前記電圧印加手段は、前記吐水計測手段の計測値が所定値になるように印加電圧と周波数の双方またはいずれか一方を制御する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の遊離炭酸除去装置。Having water discharge measuring means for measuring the Langerial index of water after the electric treatment and the dissolution treatment, or a value of an alternative thereto,
3. The free carbonic acid removing device according to claim 1, wherein the voltage application unit controls both or one of the applied voltage and the frequency so that a measured value of the water discharge measuring unit becomes a predetermined value. 4. .
前記電圧印加手段は、前記入水計測手段の計測値に基づいて印加電圧と周波数の双方またはいずれか一方を制御する
ことを特徴とする請求項1、2、3または4に記載の遊離炭酸除去装置。It has an incoming water measuring means that measures the value of the Langerian index of incoming water or an alternative,
5. The free carbonic acid removal according to claim 1, wherein the voltage application unit controls the applied voltage and / or the frequency based on a measurement value of the incoming water measurement unit. apparatus.
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