いわゆる限界炭酸塩硬度（Hj）は、遊離 CO₃ が存在しないか最小限である特定の水質条件および温度下で CaCO₂ が沈殿しない臨界値を指します。通常、冷却水システムでは、この値は 2 から 4。5 mg 相当/L の範囲です。ただし、酸およびスケール防止剤を添加することで、冷却水システムはより高い炭酸塩硬度レベルを維持できます。この記事では、冷却水用のスケール抑制剤と限界炭酸塩硬度との関係を説明し、水処理の専門家に役立つ情報を提供します。
1。酸の添加と炭酸塩の硬度の制限
補給水に酸を加えることにより、炭酸塩硬度が溶解度の高い非炭酸塩硬度（CaSO₄やCaCl₂など）に変換され、循環水の炭酸塩硬度が限界炭酸塩硬度を下回るレベルまで低下し、スケーリングを防止します。化学反応は次のとおりです
次の式に示すように、炭酸塩硬度と限界炭酸塩硬度（Hj）に基づいて添加する酸の量を計算する方法を引き続き共有します。
式では:
Gは添加される酸の量、kg/h;
E は酸のモル質量です。硫酸の場合は E = 49、塩酸の場合は E = 36。5 です
Qm は循環冷却水の補助水量、m³/h;
αは酸の濃度です
HB は補助水の炭酸塩硬度、mmol/L です
H′B は酸処理後の補助水の炭酸塩硬度、mmol/L です。
H′Bは次のように計算できます。
式中、N は濃度の倍数です。Hj は循環冷却水システムの限界炭酸塩硬度、mmol/L 単位です。
スケール抑制剤を使用せずに酸を添加した後の循環水の限界炭酸塩硬度は、次の式を使用して計算できます
式中、[O]は酸素消費量をmg/Lで表し、tは循環水の温度を℃で表します。
Hf′ は、補助水に酸を加えた処理後の非炭酸塩硬度であり、mmol/L で表され、次の式で計算できます
2。炭酸塩硬度を制限するための酸処理によるスケール阻害剤の使用
炭酸塩硬度を制限するための酸処理をスケール阻害剤と組み合わせて使用する場合、使用するスケール阻害剤の種類によって適切な Hj 値が決定される必要があります。一般的なスケールの阻害剤には、ポリリン酸、有機ホスホネート（塩）、ポリアクリル酸などがあります。
ポリリン酸スケール阻害剤
ポリリン酸は主にポリリン酸ナトリウムを指し、一般的に使用される形態はヘキサメタリン酸ナトリウム（ポリメタリン酸ナトリウムとしても知られる）およびトリポリリン酸ナトリウムです。これらの阻害剤はコロイド粒子を分散させて安定化し、カルシウムイオンとマグネシウムイオンの強力なキレート化能力を備えています。ポリリン酸ナトリウムはスケール抑制剤として機能するだけでなく、腐食抑制特性も備えています。特定の特性は[NaPO₃]の分子構造によって異なります n ここで、n の値によって特性が決まります。ヘキサメタリン酸ナトリウムは化学式 [NaPO₃]₆ONa₂を持ち、メタリン酸ナトリウム（NaPO₃) のポリマーです。スケール抑制剤として使用する場合、循環水の限界炭酸塩硬度 Hj は次の式で推定できます。ヘキサメタリン酸ナトリウムの典型的な用量は 1 から 5 mg/L の範囲であり、上限は炭酸塩硬度の高い水に使用されます。トリポリリン酸ナトリウム（Na₅P₃O₁₀) はカルシウム イオンをキレート化する強力な能力を持ち、典型的な用量は 2 から 5 mg/L、Hj = 5 mmol/L です。
ポリリン酸塩の欠点は、水中でオルトリン酸塩に分解する傾向があり、これはポリリン酸塩加水分解として知られるプロセスです。加水分解の程度は、pH、温度、時間、微生物の活動などの要因の影響を受けます。加水分解は水温および接触時間と正の相関関係にありますが、その速度は比較的遅く、典型的な加水分解速度は 11% から 35% です。
有機ホスホネートとその塩
これらのスケール抑制剤は効果的であり、腐食抑制効果も備えているため、二重目的の抑制剤となります。それらの特性の多くはポリリン酸塩に似ていますが、高温でもより安定しており、加水分解されにくいです。ただし、有機ホスホネートは銅を腐食する可能性があるため、銅熱交換器システムでの使用には適していません。国内で使用されている一般的な有機ホスホン酸塩とその塩には、ヒドロキシエチリデンジホスホン酸（HEDP）、アミノトリメチレンホスホン酸（ATMP）、エチレンジアミンテトラ（メチレンホスホン酸）（EDTMP）などがあります。これらの阻害剤は、ポリリン酸塩と併用すると相乗効果をもたらし、循環水の制限炭酸塩硬度を向上させ、各薬剤の用量を減らすことができます。これらの阻害剤の典型的な制限炭酸塩硬度は次のとおりです:
HEDP: Hj = 8 mmol/L
ATMP: Hj = 9 mmol/L
EDTMP: Hj = 8 mmol/L
ポリカルボキシレートポリマー
ポリカルボキシレートポリマーは、カルボキシル官能基（カルボキシル基）またはカルボン酸の誘導体を含むポリマーです。カルボキシレートアニオン（COO⁻) はこれらのポリマーの特性を決定します。ここで、M は一価カチオン、水素、またはアミン基を表します。水に導入された後、カルボン酸基は COO⁻ と M⁺ に解離し、COO⁻ がスケール阻害に関与します。国内で使用されている一般的なポリカルボキシレートスケール阻害剤には、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリメチルメタクリレート、アクリル酸とヒドロキシプロピルアクリレートのコポリマー、アクリル酸とアクリレートのコポリマー、加水分解ポリ（マレイン酸）（無水物）などがあります。典型的な投与量とそれに対応する限界炭酸塩硬度値は次のとおりです
ポリアクリル酸: 1–9 mg/L、Hj = 5。5–10 mmol/L
ポリアクリル酸ナトリウム: 1–8 mg/L、Hj = 5。8–9 mmol/L
ポリ（マレイン酸）:1–5 mg/L、Hj = 5–8。5 mmol/L
概要
循環冷却水システムにおける制限炭酸塩硬度を制御することにより、スケールの形成を防ぐことができます。上記の方法を使用して、酸とスケール阻害剤の適切な用量を計算し、特定の動作条件下でのシステムの許容制限炭酸塩硬度を使用すると、化学コストを削減しながらスケーリングの問題を防ぐことができます。
