プラントエンジニアが処理薬品の保管室を開けると、24本のドラム缶が見つかる。HEDP、トリルトリアゾール、「冷却塔インヒビターブレンド」、ポリアクリルアミド、亜硫酸ナトリウム、消泡剤、3種類の殺生物剤。その間にも冷却塔はスケールが付着し、熱交換器の1台は孔食を起こし、清澄装置の底部流は薄く、廃水均等化槽は泡があふれている。これらの問題はそれぞれ異なる化学的背景を持つ。誤ったカテゴリーから購入すれば金を無駄にする。さらに悪いことに、問題を悪化させることもある。凝集剤はスケールに何の効果もなく、スケール防止剤は腐食に何の効果もないからだ。本ガイドは、工業用水処理薬品の主要カテゴリーを、それぞれの役割とどのシステムに属するかにマッピングする。
要約: 工業用水処理薬品は、おおよそ8つの機能グループに分類される： 凝集剤と凝集助剤 （清澄化）、 スケール防止剤／アンチスケーラント （ホスホン酸塩とポリマー）、 腐食防止剤 （アゾール類、モリブデン酸塩、ホスホン酸塩）、 殺生物剤 （酸化性および非酸化性の微生物制御化学品）、 脱酸素剤 （亜硫酸塩）、 pHおよびアルカリ度調整剤, キレート剤／封鎖剤 （エチレンジアミン四酢酸、グルコン酸塩）、および 消泡剤／脱泡剤。それらが対応する4つの主要システムは、 原水清澄化, 冷却水, ボイラー水、および 廃水であり、各システムは異なるサブセットを使用する。万能なプログラムは存在しない。適切なブレンドは、水質分析、金属材質、排出規制値に依存し、継続的な試験によって検証されなければならない。
カテゴリー一覧
| 機能 | 化学品クラス | 製品例 | 主要システム |
|---|---|---|---|
| 清澄化（凝集／凝集助剤） | 無機凝集剤；カチオン性／アニオン性ポリマー | PAC, ポリアクリルアミド | 原水／清澄化、廃水 |
| スケール制御（スケール防止剤） | 有機ホスホン酸塩、ポリカルボン酸塩 | HEDP, ATMP | 冷却、ボイラー、膜 |
| 腐食制御 | イエローメタル用アゾール類、モリブデン酸塩、ホスホン酸塩 | トリルトリアゾール（TTA）, モリブデン酸ナトリウム | 冷却、プロセス |
| 微生物制御（殺生物剤） | 酸化性；非酸化性 | イソチアゾリノン（CMIT/MIT）, DBNPA | 冷却、廃水 |
| 脱酸素 | 亜硫酸塩／亜硫酸水素塩 | 亜硫酸ナトリウム | ボイラー給水 |
| pH／アルカリ度調整 | アルカリ、鉱酸、石灰 | 苛性ソーダ、酸、石灰 | 全システム |
| キレート化／封鎖 | アミノポリカルボン酸塩、ヒドロキシカルボン酸塩 | グルコン酸ナトリウム, エチレンジアミン四酢酸 | ボイラー、洗浄、プロセス |
| 泡制御 | シリコーン系および非シリコーン系脱泡剤 | シリコーン消泡剤エマルジョン | 冷却、廃水、プロセス |
清澄化：凝集剤と凝集助剤
原水表流水およびほとんどの廃水には、自然には沈降しない微細な懸濁固形物やコロイドが含まれている。清澄化はこれを2段階で除去する。 凝集剤 （ ポリ塩化アルミニウム（PAC） やミョウバンなどの無機塩、または低分子量カチオン性ポリマー）は、コロイドを離しておく負の表面電荷を中和し、コロイドが衝突してマイクロフロックを形成するようにする。 凝集助剤は、通常は高分子量の ポリアクリルアミド（PAM）であり、これらのマイクロフロックを架橋して大きく密なフロックにし、素早く沈降または濾過されるようにする。この区分はメカニズムに基づく：凝集剤＝電荷中和、凝集助剤＝吸着と架橋であり、これが両者を1つの製品としてではなく順次投入する理由である。
投入量は、一般的な速度ではなく、実際の水でのジャーテストによって設定される。電荷要求量は濁度や有機物によって変動するためだ。最適化はそこから始める。電荷タイプと投入順序を含む凝集剤対凝集助剤の完全な内訳は、当社の 凝集剤対凝集助剤ガイド.
スケール制御：スケール防止剤
水が蒸発（冷却塔）や熱（ボイラー）によって濃縮されると、溶存硬度分が溶解度を超えて、最も高温の表面にスケール（炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、シリカ）として析出し、そこで断熱作用を起こして流れを阻害する。スケール防止剤は 閾値抑制 および 結晶変形によって、化学量論以下の投入量で作用する：数ppmの有機ホスホン酸塩、例えば HEDP（1-ヒドロキシエチリデン-1,1-ジホスホン酸） (PubChem: エチドロン酸）または ATMP（アミノトリメチレンホスホン酸） 結晶核形成と成長を妨げ、スケールが析出せず溶液中に留まるようにします。析出した固形物を懸濁状態に保つため、ポリカルボキシレート系分散剤がしばしば配合されます。
注意すべきトレードオフ：ホスホネートはスケールをよく抑制しますが、ブローダウンにリンを加えます。多くの排出許可はリンに上限を設けているため、投与量を上げる前に排水基準を確認してください。ホスホネートは腐食抑制にも寄与しており、これがスケールと腐食のプログラムが重なる理由です。水質と濃縮サイクルによる選定については、当社の スケール抑制剤・アンチスケーラントガイド.
腐食制御：抑制剤
腐食は金属そのものを侵します：軟鋼配管、銅合金熱交換器、ボイラー本体。抑制剤は不動態化膜または吸着膜を形成して保護します。冷却水およびプロセス水では主に3つの系統が働きます。 イエローメタル抑制剤 （次のようなアゾール類 トリルトリアゾール（TTA） およびベンゾトリアゾール）は銅や真鍮に化学吸着して保護膜を形成し、数ppmという低濃度で効果を発揮します。 アノード型抑制剤 例えば モリブデン酸ナトリウム は鋼表面を不動態化し、古いクロメートおよび亜硝酸塩プログラムの代替として広く使用されています。 ホスホネート （スケール抑制に使われるのと同じHEDP/PBTC系統）も鋼上に保護膜を形成します。
これらはスケール抑制剤およびイエローメタル用アゾールと組み合わせたブレンドプログラムとして共に投与されます。銅を無視して鋼だけを保護しても、故障箇所が移るだけだからです。抑制剤パッケージをループ内のすべての金属種に合わせ、憶測ではなく腐食クーポンで検証してください。当社の 冷却水・プロセス水向け腐食抑制剤ガイド では、アゾール、モリブデン酸塩、ホスホネートの選択肢を詳しく説明しています。
微生物制御：殺菌剤
温かく、通気され、栄養分を含む水、とりわけ冷却水は、熱伝達面を汚損し、堆積物下腐食を助長し、微生物影響腐食を引き起こすバイオフィルムと微生物の増殖を促します。工業用微生物制御プログラムでは2つの系統が使われます。 酸化性殺菌剤 は塩素系および臭素系の薬剤です。塩素は通常pH約8以下で適用され、臭素はより高いpHで活性をよりよく保ちます。 非酸化性殺菌剤 非酸化的機構で作用し、次を含みます イソチアゾリノン類（CMIT/MIT）, DBNPA（2,2-ジブロモ-3-ニトリロプロピオンアミド）、グルタルアルデヒド、および第四級アンモニウム化合物。2つの系統はしばしば交互に使用され、微生物集団が単一の薬剤に継続的にさらされないようにします。
正直な制約が2つあります。第一に、酸化性殺菌剤は速効で安価ですが金属に対してより攻撃的で、一部の有機抑制剤を分解する可能性があるため、腐食プログラムとのバランスを取る必要があります。第二に、米国では譲れない点として、抗菌用途として販売されるあらゆる製品はFIFRAの下で農薬として規制され、次でなければなりません 特定の用途および使用場所についてEPA登録済みであること (EPA抗菌農薬要件）。殺菌剤を使用する前に、登録が対象システムをカバーしていることを確認し、登録ラベルに従ってください。
脱酸素
溶存酸素はボイラー給水における主要な腐食要因です。機械的脱気でほとんどが除去され、酸素スカベンジャーが残留分を除去します。 亜硫酸ナトリウム 溶存酸素と反応して硫酸塩を形成し（PubChem：亜硫酸ナトリウム）、給水配管やボイラー金属を孔食する酸素を減らします。重亜硫酸塩も同様に使用されます。亜硫酸塩は低圧・中圧ボイラーでの標準です。高圧システムは一般に揮発性スカベンジャーに移行します。亜硫酸塩は溶解固形物を増やし、高温で分解する可能性があるためです。酸素の侵入は負荷によって変わるため、一定率で投与するのではなく、給水中に測定可能なスカベンジャー残留量を保ってください。
pHおよびアルカリ度の調整
ほぼすべてのプログラムはpHに依存します。アルカリ剤（苛性ソーダ、炭酸ナトリウム、または石灰）はpHとアルカリ度を上げ、鉱酸はそれらを下げます。目標値はシステムによって異なります：冷却水はスケールと腐食の両方を抑える範囲に保たれ、ボイラー水は鋼を保護するためアルカリ性で運転され、清澄化には凝集剤が機能する最適なpH範囲があります。石灰は軟化処理と重金属沈殿でも二役を果たします。pHを動かすとスケール傾向と腐食傾向が同時に変化するため、プログラムの他の部分を決めるのと同じ水質分析からpH制御点を設定してください。
キレート化と封鎖
キレート剤および封鎖剤は金属イオン（カルシウム、マグネシウム、鉄、銅）を安定した可溶性錯体に結合させ、金属がスケールとして析出したり他の薬剤に干渉したりしないようにします。 エチレンジアミン四酢酸 硬度イオンや重金属イオンと強い錯体を形成し、ボイラー処理や洗浄配合に使用されます。 グルコン酸ナトリウム は、アルカリ性条件下でカルシウムや鉄をよく保持するヒドロキシカルボン酸系の封鎖剤で、アルカリ性洗浄剤や凝結遅延剤として一般的に使用されます。スケール防止剤との区別が重要です。キレート剤は金属を1イオン対1イオン（化学量論的）で結合するため、硬度負荷に応じて投与されますが、閾値型スケール防止剤は数ppmで機能します。そのため、キレート剤は高硬度用途では高コストとなり、強力なキレート剤を過剰投与すると母材金属を侵すことがあります。これが、より弱く生分解性の高い錯体で十分な場合にグルコン酸塩がしばしば選ばれる理由の一つです。
泡制御
曝気槽、沈殿池、高流速の冷却ループ内の泡は、堰を越えて固形物を運び、計器を汚染し、ガス移動を妨げます。消泡剤は既存の泡を消し、抑泡剤はその生成を抑制します。同じ製品が両方の機能を果たすことがよくあります。 シリコーン消泡エマルジョン は、少量で大きな効果を発揮し、幅広いpHおよび温度範囲に耐えるため主力製品です。また、シリコーンの持ち越しが下流で懸念される場合には、非シリコーン系（オイルおよびポリエーテル系）の選択肢があります。最小有効量で投与し、槽に一括投入するのではなく泡の発生源で連続的に供給してください。過剰投与自体が下流の膜や生産水で問題を引き起こす可能性があるためです。
システム別の視点
同じカテゴリーでも、対象とするシステムによって様相が異なります。これを利用して、お客様の用途に応じた詳細ガイドへとお進みください。
- 原水の清澄化。 作業は固形物の除去です。凝集剤（PAC またはミョウバン）に加えて ポリアクリルアミド凝集剤を用い、凝集の最適点までpHを調整します。まずは 凝集剤と凝集フロック形成剤の比較.
- 冷却水。 開放循環式冷却塔はすべてを濃縮するため、フルスタックが必要です。スケール防止剤、腐食防止剤（鉄鋼および黄銅金属用）、殺菌プログラム、そしてしばしば消泡剤です。参照： 冷却塔水処理、次に スケール および 腐食 の詳細解説。
- ボイラー水。 優先事項は、酸素除去、内部スケール／堆積物の制御（ホスホン酸塩またはリン酸塩に分散剤またはキレート剤を加えたもの）、アルカリ度の制御、および復水の保護です。参照： ボイラー水処理.
- 排水。 固形物および金属除去のための凝集とフロック形成、許可基準へのpH調整、曝気段階での消泡。清澄化の化学は原水と共通しています。もう一度こちらから始めてください： 凝集剤と凝集フロック形成剤の比較.
飲料水についての注記
以上のすべては 工業用 水システムを対象としています。人間の消費を目的とした水に投与される薬品は、別の規制カテゴリーです。米国およびカナダでは、それらは以下に認証されています： NSF/ANSI/CAN 60（飲料水処理薬品：健康影響） (NSF飲料水処理薬品）。用途が飲料用の場合は、NSF/ANSI 60認証グレードを指定し、認証がその製品と用途をカバーしていることを確認してください。工業用グレードが適格であると仮定しないでください。
万能なプログラムは存在しない
水処理について最も受け入れがたいのは、正しい答えが現地固有であるということです。適切な配合は、補給水の化学的性質（硬度、アルカリ度、塩化物、シリカ、鉄、微生物負荷）、濃縮サイクル、システムの金属材質、運転温度、および排水許可に左右されます。同じ通りにある2つの工場でも、一方が市水を使い、他方が井戸水を使っているために異なるプログラムを必要とすることがあります。したがって手順は常に同じです。最新の水分析を取得し、システムが実際に必要とするカテゴリーを選択し、測定された制御点（防止剤残留、除去剤残留、微生物数）に応じて投与し、ラベルの推奨値を信頼するのではなくモニタリング（腐食クーポン、堆積物チェック、ジャーテスト）で検証します。このガイドのカテゴリーはどのようなツールが存在するかを示します。どれを使うべきかは水が教えてくれます。
水処理薬品の購入
RawSourceは、上記のあらゆるカテゴリーにわたる全製品を以下向けに供給します： 水処理 の配合業者およびエンドユーザー：凝集剤、 凝集フロック形成剤, ホスホン酸系スケール防止剤, 腐食防止剤、微生物制御活性剤、 脱酸素剤, 封鎖剤、および 消泡剤を、ドラム、IBC、バルクで、CoA文書付きで提供します。お客様の水分析、処理対象のシステム（冷却、ボイラー、清澄化、または排水）、金属材質、排水制限をお送りください。また、お客様ご自身の水でプログラムを適格化するためのサンプルをご請求ください。
よくある質問
水処理にはどのような薬品が使われますか？
工業用水処理では、約8つの機能ファミリーが使用されます。清澄化のための凝集剤とフロック形成剤、ホスホン酸塩などのスケール防止剤、アゾール類やモリブデン酸塩などの腐食防止剤、微生物制御のための殺菌剤、亜硫酸ナトリウムなどの酸素除去剤、pHおよびアルカリ度の調整剤、エチレンジアミン四酢酸やグルコン酸ナトリウムなどのキレート剤および封鎖剤、そして抑泡剤または消泡剤です。特定の工場がどれを使うかは、システムと水によって異なります。
水処理薬品の主な種類は何ですか？
機能別：清澄化（凝集剤、フロック形成剤）、スケール制御（スケール防止剤）、腐食制御（腐食抑制剤）、微生物制御（殺生物剤）、酸素除去、pH・アルカリ度調整、キレート化または封鎖、消泡制御。システム別には、原水清澄化、冷却水、ボイラー水、廃水プログラムに分類され、それぞれがこれらの機能の異なるサブセットを使用します。
冷却水用薬品とボイラー水用薬品の違いは何ですか？
冷却水（開放循環式冷却塔）は、蒸発により溶解した鉱物を濃縮し、空気や生物にさらされるため、スケール抑制剤、鋼および銅合金両方の腐食抑制剤、殺生物剤プログラム、そして多くの場合消泡剤が必要です。ボイラー水は密閉された高温蒸気システムであり、溶存酸素が主な脅威となるため、優先事項は酸素除去、内部スケール・堆積物制御、アルカリ度制御、復水ライン保護です。化学的性質は重複します（両方とも堆積物制御を使用）が、重点は異なります。
凝集剤とフロック形成剤の違いは何ですか？
凝集剤は、微細な懸濁粒子やコロイドの表面電荷を中和し、それらを不安定化させてマイクロフロックを形成させます。一般的な凝集剤にはポリ塩化アルミニウム（PAC）やミョウバンがあります。次にフロック形成剤（通常は高分子量のポリアクリルアミド）が、それらのマイクロフロックを橋渡しして、沈降または濾過される大きく密度の高いフロックにします。凝集剤が先、フロック形成剤が後です。
水処理用殺生物剤は規制されていますか？
はい。米国では、抗菌用途で販売される製品はすべてFIFRAの下で農薬として規制され、特定の用途および適用についてEPAに登録する必要があります。EPA登録製品のみを使用し、登録されたラベルに従い、その登録がお使いのシステムをカバーしていることを確認してください。本ガイドでは、殺生物剤を産業用微生物制御化学品としてのみ説明しており、いかなる有効性や健康に関する主張も行いません。
これらの薬品は飲料水の処理に使用できますか？
ここで説明する化学品は産業用水システム向けです。人間の消費を目的とした水に添加される薬品は別の規制カテゴリーに属し、米国およびカナダではNSF/ANSI/CAN 60の認証を受けています。飲用途では、NSF/ANSI 60認証グレードを指定し、その認証が製品および用途をカバーしていることを確認してください。
編集注記。 本記事は、産業用水処理の専門家（冷却、ボイラー、清澄化、廃水）向けの一般的な技術ガイダンスです。処理プログラムの設計、有効性の主張、あるいは健康・医療・安全に関する主張ではなく、別の規制カテゴリー（NSF/ANSI 60）に属する飲料水処理を扱うものでもありません。薬品の選定、投与量、プログラム設計は、お使いの特定の水質分析、金属材質、運転条件、排出限度に依存し、ご自身のシステムで検証する必要があります。殺生物剤およびその他の抗菌製品はFIFRAの下で農薬として規制されており、その用途についてEPA登録が必要です。常に登録された製品ラベルおよび最新の安全データシート（SDS）に従い、お使いの用途および管轄区域における規制状況を確認してください。物理的および投与量の値は代表的な参考数値であり、保証された仕様ではありません。購入するグレードは分析証明書（Certificate of Analysis）に準拠します。製品は産業用および専門用途にのみ販売されます。RawSourceは明示的・黙示的を問わずいかなる保証も行わず、本情報の使用について一切の責任を負いません。