JP5611225B2

JP5611225B2 - 配管で水及び水系を二酸化塩素により処理する方法

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Description

本発明は、水及び水系（以降、処理すべき系と呼ぶ）を、配管で二酸化塩素（ＣｌＯ₂）により処理するための方法に関する。

二酸化塩素は、バクテリア、ウイルス、及び藻類を殺す作用が高いため、水処理で、及び水系処理のために使用される。水系は多くの工業的工程、例えば食品工業、醸造プロセス、飲料工業、及び製紙業で、とりわけ輸送手段として、加熱手段や冷却手段として、及び洗浄目的に使用される。工業的プロセス内における水系の輸送は、主に配管で行われる。生物の成長は通常、この系内で殺菌剤、例えば二酸化塩素を用いることによって制限される。気体状二酸化塩素（ｃ＞３００ｇ／ｍ³）、及び二酸化塩素溶液（ｃ＞２６ｇ／ｌ）には爆発傾向があるため、二酸化塩素は圧縮された形で、又は比較的高い濃度の溶液で貯蔵することはできない。この化学特性が原因で、二酸化塩素は使用場所で製造しなければならない。このことは、二酸化塩素発生装置という特別な反応器で基礎薬品を混合することによって起こる。薬品貯蔵容器、供給装置、並びに二酸化塩素装置の反応器は、装置的、場所的につながっているユニットを形成し、このユニットは通常、人が通る空間に設置されている。

水処理のため商業的に利用可能なＣｌＯ₂合成には、複数の、主に３つの基本的な方法がある。この方法は、亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ₂）を出発材料の１つとして利用する。３つの方法の基礎となる化学を、以下説明する。この際に使用される物質は、使用薬品と呼ばれ、また反応体とも呼ばれる。

１．亜塩素酸ナトリウム及び強酸による方法
第一の方法では、強酸を亜塩素酸ナトリウムと一緒に使用する。強酸はたいてい、塩化水素酸又は硫酸である。塩化水素酸を用いる際、反応化学量論は次の通りである：

さらに二酸化塩素は硫酸を用いて以下の反応に相応して形成することができる：

２．亜塩素酸ナトリウムと塩素から出発する方法
この方法では、気体状塩素を、亜塩素酸ナトリウムと一緒に使用する。この反応は、２段階で進み、まずは塩化水素酸の形成である。

中間生成物である次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）は、この後亜塩素酸ナトリウムと反応して、二酸化塩素を形成する（ＣｌＯ₂）。

２つの等式からの化学量論的反応は、以下の通りである：

３．亜塩素酸ナトリウムと次亜塩素酸ナトリウムから出発する方法
第３の方法では、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）を、亜塩素酸ナトリウムと一緒に使用する：

二酸化塩素を発生させるための合成反応は通常、連続的に、又はバッチ法で稼働される反応器で行われる。

２つの爆発限界は、二酸化塩素発生の際に考慮しなければならない：溶液１ｌあたり６ｇ超のＣｌＯ₂（空気と接触）、及び溶液１ｌあたり２６ｇ超のＣｌＯ₂（水溶液の自己分解）である。方法１〜３で行われる二酸化塩素合成において、反応室で溶液１ｌあたり約２６ｇ超というＣｌＯ₂濃度にした使用薬品を用いる場合には、反応室に希釈水を添加して、自発的な自己分解の前記濃度を下回らせる。反応室を出る二酸化塩素溶液（通常、１ｌあたり２０ｇ又はそれ未満のＣｌＯ₂を含む）は、さらなる水流で溶液１ｌあたり約３ｇ未満のＣｌＯ₂濃度に希釈する。

従来技術に属する方法が、装置安全性、二酸化塩素収率、及び時間比発生能力について満足のいく結果で稼働できるようにするためには、様々な方法技術的な変法、とりわけ以下のものを行うことができる：
処理すべき系を有する配管において、配管外部で発生した二酸化塩素を添加するための供給箇所を調整及び使用すること、
希釈された使用薬品の使用：発生する二酸化塩素溶液の濃度を２６ｇ／ｌ未満、若しくは６ｇ／ｌ未満に下回らせる、
真空の適用により反応器内で減圧の生成：二酸化塩素濃度を気相で＜３００ｇ／ｍ³に低減、
反応器過圧の発生、例えば反応器出口における圧力維持弁の使用によるもの：二酸化塩素の溶解限度を超過させることによる気相発生の防止；収率の向上、
長い反応時間によるバッチ法の使用：希釈された使用薬品を用いる際の収率の向上、
亜塩素酸塩／酸法における化学量論を越える酸量の使用、及び亜塩素酸塩／塩素法における化学量論を越える塩素量の使用：収率の向上。

これらの手法の適用にも拘わらず、二酸化塩素発生装置の非特定的な稼働の場合、例えば希釈水の欠如により、又は圧力制御の省略により、二酸化塩素の自発的な分解（爆発）につながることがあり、或いは二酸化塩素は、二酸化塩素含有溶液と周辺の間の分離面の非閉鎖性又は破断によって、発生装置の周辺領域での危険につながり得る。濃度が６ｇ／ｌ未満の二酸化塩素溶液につながる、希釈された使用薬品を用いることによっても、ひいては二酸化塩素装置のより高い時間比発生能力をあきらめることによっても、０．１ｐｐｍというＭＡＫ値を非特定的な稼働で超過することによる発生装置周辺の危険は、排除できない。この危険を最小限にするため、発生装置自体について、また二酸化塩素発生装置の設置場所についても様々な措置が実現され、例えば反応器の定期交換を含む発生装置の高コストメンテナンス作業、発生装置を空間的に遮断された場所に設置すること、強制換気、及び連続的なガス分析による設置場所の雰囲気の空気監視である。

二酸化塩素含有溶液の製造後、この溶液は従来技術によれば圧力上昇装置によって、処理すべき系が存在する配管に輸送される。これは例えば、配管に存在する接続支持部によって起こる。二酸化塩素含有溶液のための供給ラインは、処理すべき系を有する配管に突き出しており、この配管の開放後にのみ作業可能である。この場合に開放とは、圧力の開放、及び系に通ずる配管を空にすることを意味する。二酸化塩素のための添加箇所はしばしば、バイパス配管にあり、このバイパス配管は添加箇所の前、及び後に遮断機構を備える。

そこで、配管にある水及び水系（以降処理すべき系と呼ぶ）の二酸化塩素による処理を、より安全かつ効率的に設計するという課題が生じる。特に、二酸化塩素法のより高い時間比発生性能で、このような種類の処理の危険性を最小化し、同時に安全装置のためのコストを減らすという課題が設定される。必要なあらゆる方法工程は、処理すべき系を有する配管の圧力状態に拘わらず実施可能であるのが望ましかった。

ＣｌＯ₂の環境中への、特に装置が通常稼働している空間への排出を減らしながら、環境及び人間にとって安全な方法を発見するのが望ましかった。同時に、濃縮された使用薬品を用いることによって得られる利点、例えばより少ない物質輸送、より高い反応速度、より高い収率、より少ない反応器体積を利用可能にすること、及び配管で処理すべき系の二酸化塩素処理に必要な取り付け作業やメンテナンス作業が、系に通ずる配管の圧力状態に拘わらず実施可能であることが望ましかった。

本発明の対象は、水及び水系を配管中で塩化水素により処理するための方法であって、以下の特徴を有する：
１．ＣｌＯ₂を発生させる反応室が、処理すべき系に完全に取り囲まれていること、
２．前記反応室を取り囲む系が同時に、処理されるべき系であること
３．前記反応室が可動装置の構成要素であり、この可動装置は、処理すべき系を有する配管の圧力状況に拘わらず、処理すべき系が存在する配管に設置及び再度取り外し可能であること、
４．前記反応室は可動装置の使用後、処理すべき系を有する配管内に存在すること、
５．反応室で発生させるＣｌＯ₂を配管内に存在する処理すべき系に放出すること。

意外なことに前記課題は、本願請求項及び明細書による措置によって解決することができた。

本発明による方法で重要なのは特徴１．〜５．の組み合わせであり、このためより安全な作業が、作業空間又は環境へのＣｌＯ₂排出を避けることによって可能になり、爆発的な分解という否定的な作用が取り除かれる。反応室は可動装置の構成要素であり、これは配管の圧力条件に拘わらず配管に取り付け、及び再度取り外し可能である。ＣｌＯ₂が発生する反応室は可動装置の構成要素であり、配管への取り付け後、完全に水又は水系によって取り囲まれ、これは同時に処理すべき系である。

人が通る部屋や、使用薬品の貯蔵場所から二酸化塩素発生箇所を移すことは、安全性を著しく向上させる。反応室の爆発にまでつながり得る非閉鎖性は、処理すべき系の大きな体積によって実質的に中和される。反応室は、処理すべき系から流れてくる、圧力下にある配管に設置することができ、配管内で処理すべき系の輸送、ひいては利用を中断することなく、この配管から再度取り外すことができる。さらに反応室は好ましくは、処理すべき系の主配管に存在し、主配管に対するバイパス配管には存在しない。この配管は、バイパス配管に設けられた、処理すべき系に二酸化塩素を供給する箇所の前、又は後にある遮断機構によって空間的に遮断可能である。

新規な本方法の利点を、以下より詳しく説明する。配管内の処理すべき系への二酸化塩素の添加は、配管のあらゆる箇所及びあらゆる圧力条件で調整できる。配管にある反応室、とりわけ反応器の非閉鎖性は、連続的にその壁面を通過して流れる処理すべき系中で容易かつ安全に管理することができる。反応室が非閉鎖性の場合にとりわけ排出される二酸化塩素は、問題にならない（unkritisch）濃度に希釈し、搬出する。場合により反応室から、とりわけ反応器の反応室から排出される使用薬品についても、同じことがあてはまる。濃縮された使用薬品からの二酸化塩素の合成は、水による希釈無しで行えるため、必要な化学量論を越える反応率上昇性の多量の酸若しくは塩素を減少させることができ、このことは付加的に反応速度の著しい向上につながり、これにより反応室の非常に高い比発生能力が得られる。反応室での反応体の必要平均滞留時間を減らすことにより、反応室体積を最小化することができ、このことによって例えば、処理すべき系を貫流させる反応室の構造、とりわけ配管での反応器の構造が可能になる。

さらに、安全技術的な観点からは、合成の間に反応室に恒常的に存在する二酸化塩素の量と、処理すべき系の量との比を改善することができる。

人が通る部屋や、使用薬品の貯蔵場所から二酸化塩素発生箇所を移すことは、安全性を著しく向上させる。反応室の爆発にもつながり得る反応室の非閉鎖性は、反応室に存在する二酸化塩素量に対して、処理すべき系の体積が大きいことによって実質的に中和される。処理すべき系に二酸化塩素を供給する箇所（この供給箇所はバイパス配管に設けられた供給箇所の前、及び後に存在する遮断機構によって、空間的に遮断可能である）は好ましくは、処理すべき系の主配管に対するバイパス配管には存在せず、主配管に直接存在する。これにより、制限された体積を有するが、処理すべき系の再生は有さない空間（遮断機構により隔絶された空間）への二酸化塩素の非特定的な添加、及びこれにより生じる危険を確実に防止できる。本発明による方法の高い順応性は、二酸化塩素処理の適用領域を著しく拡張し、使用薬品による危険性と二酸化塩素だけでなく、配管で処理すべき系の処理にかかる技術的コストも減らす。

本発明による方法で重要なのは特徴１．〜５．の組み合わせであり、このため微生物殺処理法の順応性に加えて、濃縮された使用薬品を用いても、より安全な作業が、作業空間又は環境へのＣｌＯ₂排出を避けることにより可能になり、爆発的な分解という否定的な作用が取り除かれる。

ＣｌＯ₂を発生させる反応室は、処理すべき系により完全に取り囲まれており、反応室を取り囲む系は、同時に処理すべき系である。

反応室としては反応器を用いるのが好ましい。

方法工程３及び４によれば反応室は、好ましくはピストン形状の管からなる可動装置（ここに反応室が存在する）の構成要素であり、ここでこの可動装置は、反応室排出部、並びに反応体と場合により希釈水のための供給管を有する。可動装置、好ましくはピストン形状の管は、反応室とともに導入路、好ましくは円筒形外管内に移動して動き、この管は、処理すべき系を有する配管に対する遮断機構を通じて、処理すべき系がある配管への通路を有する。反応室を有する可動装置、好ましくはピストン形状の管を導入路、好ましくは円筒形外管に設置後、遮断機構を開放することができ、そして反応室を有する可動装置、好ましくはピストン形状の管を処理すべき系を有する配管に設置することができる。反応体及び場合により希釈剤のための供給管は、上方から可動装置及び反応室に導入されるのが好ましい。同様に例えば、供給管が反応室、好ましくは反応器の外部から反応室の入口に導入される構成、例えば側方又は下方から導入される構成も可能である。

方法工程５では、発生するＣｌＯ₂を迂回又はさらなる付加的なライン無しで、ＣｌＯ₂が発生する反応室から直接、処理すべき系に放出することができる。と言うのも排出部は反応室、好ましくは反応器の端部に直接存在し、ひいては同様に処理すべき系によって取り囲まれているからである。反応室は好ましくは、処理すべき系の主配管に存在し、主配管に対するバイパス配管には存在しない。この配管は、バイパス配管にある、処理すべき系に二酸化塩素を供給する箇所の前、又は後にある遮断機構によって空間的に遮断可能である。この手法は、本方法の好ましい変法である。

反応室排出部、好ましくは反応器排出部で処理すべき系の再生速度は、処理すべき系の物質流、及び配管での形状比により影響される。反応室排出部が、例えば反応室において処理すべき系の排出流側にあれば、減圧を生じさせる渦が発生し、この渦は処理すべき系での、生成された二酸化塩素の分布を加速させる。

反応室、好ましくは反応器は、好ましくは圧力制御装置無しで稼働される。反応室端部、好ましくは反応器端部にある放出出口によって、反応室内の圧力が、取り囲んでいる処理すべき系によって反応室にかかる圧力を超えない値までしか上昇し得ないことが保証される。

反応室内、好ましくは反応器内で形成される二酸化塩素の濃度は、取り囲んでいる処理すべき系の圧力及び温度と組み合わせて、二酸化塩素の溶解限度が処理すべき系で超過しないように調整する。このことによって、形成される二酸化塩素気相による２相系の発生を防止することができる。

配管で使用される反応器に対する圧力比は、例えば配管に組み込まれた遮断機構により影響され得る。さらに、配管に存在するジャケットにより、処理すべき系の流れの乱流、ひいては添加される二酸化塩素の分布を、処理すべき系内で変えることができる。

処理すべき系は反応室、好適には反応器の排出部で相応する速度で再生すれば、反応室、好ましくは反応器を出る二酸化塩素溶液の濃度は、劇的にミリグラム範囲に移行させることができる。

原則的に、化学的にＣｌＯ₂を製造する全ての方法が反応室で適用可能であり、とりわけ冒頭に記載した方法１〜３、又は塩素酸塩から出発できる。

本発明で好ましいのは、塩酸−亜塩素塩法（１）である。ここでアルカリ金属亜塩素酸塩からの、好ましくは亜塩素酸ナトリウムからの使用薬品（反応体）は、３．５％〜４０％の水溶液で存在し得る。この酸は好ましくは、濃度３．５〜４２％の塩酸である。

本発明の特に好ましい実施態様では、濃縮された使用薬品を用い、塩酸−亜塩素酸法（１）に従って作業する。ここで塩酸の濃度は約３３〜４２％であり、亜塩素酸ナトリウム溶液の濃度は約２５〜４０％である。使用薬品の希釈は、反応室の前又は反応室中、好ましくは反応器の前又は反応器中では行わない。

使用薬品（反応体）、とりわけ酸と亜塩素酸塩は上述のように水溶液として、溶液の原圧又はポンプによって反応室中に送り、反応させる。

好ましい運転方法では、反応体を濃縮された溶液として使用し、希釈水を使用せず、これにより二酸化塩素濃度を反応室の端部で、好ましくは反応器排出部で、又は排出管で溶液１ｌあたり８０ｇ超に調節する。代替的には希釈水を用いることができ、二酸化塩素濃度を反応室の端部、好ましくは反応器出口で、又は排出管で、溶液１ｌあたり３ｇ超、好ましくは溶液１ｌあたり２６ｇ超、特に好ましくは溶液１ｌあたり８０ｇ超に調節する。

本発明による方法を実施するための装置は、基本的に適切な装置や器具を有する。この装置は典型的には、使用薬品（反応体）のための１つ又は複数の槽、とりわけ酸貯蔵槽、及び亜塩素酸塩貯蔵槽を有し、ここで酸水溶液は酸貯蔵槽に、亜塩素酸イオンのアルカリ金属塩の溶液は亜塩素酸塩貯蔵槽に蓄えられている。適切な成分を貯蔵槽に供給することも、溶液を取り出すこともできる器具が備えられている。これらの器具は好適には、ポンプ及び供給管を有し、これらは使用薬品（反応体）の流速、とりわけ酸水溶液の流速、及び亜塩素酸イオンのアルカリ金属塩溶液の流速、並びに希釈水量の流速を保証するには充分なものである。当業者は、関連する貯蔵槽、供給管、及びポンプの適切なサイズを容易に決めることができ、反応体溶液（すなわち、例えば酸水溶液、亜塩素酸イオンのアルカリ金属塩溶液）の必要供給速度を実行させる。

この装置は好ましくは、２つの使用薬品（反応体）のためのポンプを少なくとも２つ有する実施態様を有し、とりわけ１つは亜塩素酸イオンのアルカリ金属塩溶液用のポンプ、もう１つは酸水溶液用のポンプである。

この装置はさらに、使用薬品（反応体）の溶液、とりわけ亜塩素酸イオンのアルカリ金属塩溶液を含む溶液と、酸水溶液とを混合するための器具を有し、これにより使用薬品（反応体）の反応水溶液が準備される。上述の溶液を充分に混合するあらゆる器具が使用可能であり、これには従来のＴ字型部品、又は２つの流れ若しくは３つの流れを１つにする他の結合要素、絞りパイプ、及び／又は撹拌槽が含まれる。反応水溶液は混合後、反応室に供給可能である。２つの反応体の混合、及び２つの反応体と場合により使用される希釈水との混合は、反応室で行うのが好ましい。混合過程はあらゆる装置、例えばそらせ板（Prallbleche）、注入器、又は充填物によって実行可能であり、これらは最適な混合を保証するものである。

反応室としては、使用薬品（反応体）間の反応、とりわけ酸水溶液と亜塩素酸イオンのアルカリ金属塩との反応を解決可能なあらゆる反応器が使用でき、例えば単純な槽、質量流反応器若しくはプラグフロー反応器、及び管型反応器である。管型反応器が特に好ましい。二酸化塩素発生ユニットは通常、管型反応器のみからなるが、複数の反応器を例えば管束に並列配置することにより、ユニットの発生性能を向上させることができる。反応器は、温度制御されていても、また良好な電熱材料からなっていてもよく、これにより放出される反応熱が、取り囲んでいる処理すべき系に放出される。反応器を構成する材質は、その都度の反応溶液に対して良好な耐性を有する材料からなる。２８ｇ／ｌ超の濃度の二酸化塩素溶液を発生させる際、反応器材料として例えばチタン、アロイ３１、ガラス、又は化学材料、例えばポリマー、例えばＰＶＤＦ又はＰＴＦＥを使用する。チタンを反応器材料として使用する際に反応溶液の供給は、塩酸を用いる場合、塩酸とチタン表面が接触しないように、同時に反応対象（これはあらゆる場合で酸化剤であり、例えば亜塩素酸ナトリウムである）が存在しないように行う。この手法によって、チタン腐食が防止される。と言うのも、塩酸の腐食溶解特性は、酸化性条件で上昇するからである。この状態は例えば、プラスチック製導管を介して反応器の中心に（チタン表面に対して可能な限り多くの距離を取って）塩酸を供給すること、及び酸化性に働く反応対象を塩酸供給箇所に対して位置的に近くすることによって実現化できる。ＣｌＯ₂は反応器から、水溶液を反応器から排出可能な任意のメカニズムによって排出する。好適には反応を連続的に行い、ＣｌＯ₂を連続的に反応器から排出する。

反応器を出た後に、ＣｌＯ₂は直接処理すべき系に供給する。

管型反応器を用いるのが、本発明によれば好ましい。管型反応器の管は一般的には、反応器内で充分な滞留時間がもたらされるため、成分が反応溶液の流速の点、反応体の濃度の点、及び反応溶液の温度の点で充分に反応するため充分な長さを有するように構成されている。適切な水性二酸化塩素発生体の製造にその場で使用可能な反応器として特に好ましいのは、１つ又は複数のコイルパイプ（Rohrschlange）を有する反応管型反応器である。当業者は反応器の大きさと形状を、製造すべき水性二酸化塩素の量、反応体の流速と濃度、反応水溶液のｐＨ値、ＣｌＯ₂のｐＨ値、及び反応器の温度に応じて、変更することができる。当業者は同様に、反応器の温度を相応して修正することができる。

反応室内における反応時間は、変えることができる。反応室における反応体の濃度が上昇するにつれ、滞留時間の最適値は低下する。二酸化塩素濃度が２０ｇ／ｌの溶液を製造する場合、約８５％の収率を達成するための反応器での平均滞留時間は約６０分〜４分、好ましくは約４〜６分である。特に好ましい実施態様に従って二酸化塩素濃度が８０ｇ／ｌに上昇させる場合、収率９５％のための反応器における平均滞留時間は、約０．１分〜１．５分、好ましくは０．３〜０．６分、特に好ましくは約０．４分である。平均滞留時間の最小値を得るためには、反応体を濃縮された溶液として使用し、希釈水の使用を省略し、酸若しくは塩素の化学量論的に必要な過剰量を最小化すればよい。本発明による方法で反応器を特定の発生能力、例えば１０ｋｇ／ｈに設定すれば、意外なことに二酸化塩素発生量が三倍以上上昇する可能性が生じる。発生能力のこの高順応性は、比較的大きな発生量の場合、つまり反応率減少で起こるのだが（１０ｋｇ／ｈ＝収率９５％；３０ｋｇ／ｈ＝収率８０％）、このような適用の場合に特に得られる著しい利点は、一時的に、より低頻度で二酸化塩素の通常所要量（Regelbedarfsmenge）の著しい向上が得られることである。

反応室排出部から出る二酸化塩素溶液の希釈は、処理すべき系の再生速度が反応室排出部で、発生二酸化塩素１グラム及び１時間あたり約０．１ｍ³／ｈ〜２０ｍ³／ｈであるように、好適には発生二酸化塩素１グラム及び１時間あたり約１ｍ³／ｈ〜４ｍ³／ｈであるように行う。

本発明による方法は例えば、図１、及び図２ａと図２ｂに示された装置によって行うことができる。

図１が示すのは、本方法を実施するための、配管中に反応室を有する基本的な構成であるが、可動装置は描かれておらず、特定の使用薬品（反応体）又は実施態様に制限されるものではない。符号の付いた構成装置はこれに相応して、あり得る様々な使用薬品（反応体）によるあらゆる方法に一般的にその機能で使用可能であり、当業者には容易にわかる。

図１では、水及び水系を配管中で二酸化塩素により処理するための装置が、使用薬品（反応体）用の２つの槽から成っており、とりわけ輸送ポンプ４を有する亜塩素酸塩貯蔵槽１、及び輸送ポンプ５を有する酸貯蔵槽２から成っている。水ポンプ６は、水接続部３によって供給される。３つの輸送ポンプはすべて、反応室、好ましくは反応器７の下側で個別管によって結合されている。反応室、好ましくは反応器には、供給成分を反応室で素早く完全に混合することを保証する従来技術による装置がある。反応体溶液の濃度含分、又は使用される希釈水量を変更することによって、発生する二酸化塩素溶液の濃度を３ｇ／ｌ超、好ましくは２６ｇ／ｌ超、及び特に好ましくは８０ｇ／ｌ超に調整する。しかしながら好ましい変法は、反応体を水で希釈せずに（希釈水輸送ポンプ６を閉鎖して）、反応室で反応させることである。

反応室、好ましくは反応器７の上部対向端部には、反応室排出部８が存在する。

本発明による方法に好ましい装置は、図２ａ（待機状態）、及び図２ｂ（稼働状態）に提示されている。ここで本発明に重要なのは、反応室、好ましくは反応器が可動装置１４、好ましくはピストン形状の管１４内にあることであり、ここでこの可動装置は、反応室排出部、並びに反応体及び場合により希釈水のための供給管を有し、移動装置１６、好ましくはネジ棒によって導入路１３、好ましくは円筒形外管１３に移行し、動かすことができる。ここで閉鎖機構１２は閉鎖されているため、処理すべき系は導入路１３の内部に侵入できない。可動装置１４が移動装置１６によって導入路１３に導入された後（図２ａ、待機状態）、処理すべき系を導入路１３から漏らすことなく、遮断機構１２を開放することができる。移動装置１６によって、可動装置１４とこれによりその中にある反応室、好ましくは反応器が、系が流れる配管１１に導入できる（図２ｂ、稼働状態）。導入路１３と可動装置１４との間の面は、処理すべき系９に対して透過性ではないように設計されている。使用される封止システムは、導入路１３の構成要素であるか、可動装置１４の構成要素であるか、又はこれらは２つの構成部材に存在している。原則的には、配管１１から導入路１３によって、処理すべき系９が外部に漏洩することが防止されるあらゆる封止変法が適している。供給管１５によって反応体は反応室、好ましくは反応器に輸送される。供給管１５の反応室、好ましくは反応器への導入は、比較的高い圧力でも封止が実施時に存在しているように行う。

供給管１５は好ましくは、上部から可動装置１４に、そして反応室に導入される。同様に例えば、反応体用の供給管が反応室、好ましくは反応器の外部から反応室の入口に導入される構成、例えば側方又は下方から導入される構成も可能である。反応室、好ましくは反応器を有する可動装置１４はまた、付加的な外管に配置されているように実施されていてよい。配管１１からの処理すべき系の漏洩が防止され、同時にこの配管への反応室の設置を可能にするあらゆる方法が可能である。反応室、好ましくは反応器は、反応室排出部が反応体供給管１５の対向端部にある閉鎖空間であるのが好ましい。反応室排出部は好ましくは、反応室壁への穿孔によって形成され、可動装置１４は、反応室排出部が上方にあるように配管１１内で位置決めする。

形成される二酸化塩素は、反応室排出部によって処理すべき系１１に放出される。二酸化塩素で処理された系１０は好ましくは、二酸化塩素溶液が処理すべき系９に添加される配管断面から出る。反応室排出部の変更により（開口部の大きさ、種類、数）、処理すべき系の流れ方向に対する反応室排出部の位置、また配管１１の開放直径に対する反応室排出部の様々な位置により、処理すべき系９で発生する二酸化塩素の様々な分布パターンを、配管１１内で調整することができる。

あらゆる場合で、反応室、好ましくは反応器の体積を最大限最小化するための好ましい変法が存在する。濃縮された反応体の使用により、この好ましい変法では、反応室排出部８での二酸化塩素溶液の濃度は、８０ｇ／ｌ超に調整する。

導入路１３は好ましくは、系が流れる配管１１に１２時、又は６時の位置で設置する。導入路１３の設置箇所に拘わらず、反応室、好ましくは反応器は、反応室排出部に対して相対的に下方に配置するのが好ましいだろう。その利点は、気体状成分が反応室を出ることが可能なことにある。

好ましい変法は、反応体が水による希釈無しで（希釈水輸送ポンプ６を閉鎖して）反応室で反応させることにある。この際に反応室排出部８における発生溶液の濃度は、二酸化塩素１リットルあたり９ｇ／ｌ超、好ましくは２６ｇ／ｌ超、及び特に好ましくは８０ｇ／ｌ超に上昇可能である。この好ましい変法では、反応器体積を最大限最小化することが有利である。処理すべき系９の再生速度を向上させるためのさらなる装置は、反応室排出部８では通常必要なく、二酸化塩素溶液の濃度は、処理すべき系９に導入後、好適には１リットルあたり８０ｇ超からミリグラム範囲に移行する。同様に通常は、処理すべき系９の圧力が、反応室７、好ましくは反応器における水溶液中への二酸化塩素の溶解限度を越えないように配管１１で調整することは難しくない（図３参照）。

図２ａと図２ｂに示されているのは、本発明による方法を実施するための基本的な構成であり、これは特定の実施態様又は使用薬品（反応体）に制限されることはない。符号の付いた構成装置はこれに相応して、あり得る様々な使用薬品（反応体）によるあらゆる方法に一般的にその機能で適用可能であり、そのことは当業者には容易にわかる。

図１、図２ａ、及び図２ｂの符号：
１亜塩素塩貯蔵槽
２酸貯蔵槽
３水への接続部
４亜塩素塩輸送ポンプ
５酸輸送ポンプ
６希釈水輸送ポンプ
７反応室（反応器）
８反応室への排出部（反応器排出部）
９処理すべき系
１０処理された系
１１配管
１２遮断機構
１３導入路
１４可動装置
１５反応体供給管
１６移動装置。

図３には、圧力と温度に依存した、水溶液中への二酸化塩素の溶解限度、例えば二酸化塩素濃度７０ｇ／ｌ及び８０ｇ／ｌについてのものが記載されている。

本発明による方法を以下の実施例により説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。

本発明による方法を実施するための基本的な構成を示す。本発明による方法の待機状態を示す。本発明による方法の稼働状態を示す。圧力と温度に依存した、水溶液中への二酸化塩素の溶解限度を示す。

実施例１
図２ａ及び２ｂに記載された装置を使用する。可動装置１４はその中にある反応器７とともに、遮断機構１２が開放されていれば、系が貫流する配管１１に存在し、これにより稼働状態にある。配管１１は直径６００ｍｍであり、配管１１中の処理すべき系９は、配管１１により１，０００ｍ³／ｈの物質流で後処理装置に供給される地表水である。配管１１中の圧力は、６．２ｂａｒである。供給管１５を介して反応器に１時間あたり、２５％の亜塩素酸ナトリウム溶液を５．９ｌ、及び３２％の塩酸溶液を５．３ｌ添加する。反応器は０．０７５リットルの開放体積を有し、反応室中での反応混合物の滞留時間は、０．４分である。含分９２ｇ／ｌの二酸化塩素溶液１１．１ｌを、１時間あたり反応室排出部８を介して反応器７を取り囲む処理すべき系９（表面水）に放出する。これは、計算すると１ｍｇ／ｌの二酸化塩素濃度に相当する。３００％という酸過剰では、二酸化塩素が９５％の収率で発生する。処理すべき系９（表面水）中の二酸化塩素含分は、水準備装置の入口（二酸化塩素供給箇所から約１ｋｍ離れている）で、０．２ｍｇ／ｌの濃度に減少していた。

１亜塩素塩貯蔵槽、２酸貯蔵槽、３水への接続部、４亜塩素塩輸送ポンプ、５酸輸送ポンプ、６希釈水輸送ポンプ、７反応室（反応器）、８反応室への排出部（反応器排出部）、９処理すべき系、１０処理された系、１１配管、１２遮断機構、１３導入路、１４可動装置、１５反応体供給管、１６移動装置

Claims

配管で水及び水系を二酸化塩素（ＣｌＯ₂）により処理する方法において、
１．ＣｌＯ₂を発生させる反応室が、処理すべき系によって完全に取り囲まれていること、
２．前記反応室を取り囲む系が同時に、処理すべき系であること、
３．前記反応室が、ピストン形状の管からなる可動装置内にあり、この可動装置は、処理すべき系を有する前記配管の圧力状況に拘わらず、前記処理すべき系が存在する前記配管に設置及び再度取り外し可能であり、
４．円筒形外管から成る導入路と前記ピストン形状の管からなる可動装置との間の面は、処理すべき系に対して透過性ではないように設計され、
５．前記導入路と前記配管との間に存在する遮断機構を閉鎖した状態で、前記可動装置を、移動装置により前記導入路に導入し、前記導入後、前記処理すべき系を前記導入路から漏らすことなく、前記遮断機構を開放し、
６．前記開放後、前記移動装置によって、前記可動装置の中にある前記反応室を、前記処理すべき系が流れる前記配管に導入し、
７．前記反応室で発生させる前記ＣｌＯ₂を、前記配管内に存在する前記処理すべき系に放出すること、
を特徴とする、前記方法。
前記反応室が、反応器であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記反応器が、管型反応器であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
反応室での反応体反応時間を、４〜６０分に変化させることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
反応室での反応体反応時間を、４〜６分に変化させることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
反応室での反応体反応時間を、０．１〜１．５分に変化させることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
反応室での反応体反応時間を、０．３〜０．６分に変化させることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
アルカリ金属亜塩素酸塩及び塩酸（反応体）から、二酸化塩素を発生させることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
亜塩素酸ナトリウム及び塩酸（反応体）から、二酸化塩素を発生させることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
３．５〜４０％の水溶液で亜塩素酸ナトリウムから、二酸化塩素を発生させることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
濃度が３．５〜４２％の塩酸から、二酸化塩素を発生させることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
亜塩素酸ナトリウム及び塩素（反応体）から、二酸化塩素を発生させることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
ＣｌＯ₂を希釈する希釈水を用いることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
ＣｌＯ₂を希釈する希釈水を用いずに行うことを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
前記反応器を、圧力調整装置無しで稼働させることを特徴とする、請求項２又は３に記載の方法。
前記反応器が、反応器出口に開放出口を有しており、これにより反応室内の圧力が、取り囲んでいる系によって反応室にかかる圧力を超えない値にまでしか上昇し得ないことを特徴とする、請求項２、３又は１５に記載の方法。
使用薬品を溶液として使用し、反応室排出部を出る二酸化塩素溶液の希釈を、処理すべき系の再生速度が反応室排出部で、発生二酸化塩素１ｇ及び１時間あたり０．１ｍ³／ｈ〜２０ｍ³／ｈであるように行うことを特徴とする、請求項１から１６までのいずれか１項に記載の方法。
使用薬品を溶液として使用し、反応室で発生させるＣｌＯ₂を、反応室から処理すべき系に直接運び、この際に使用薬品の濃度を、形成される二酸化塩素の濃度が反応器出口で溶液１ｌあたり３ｇ超であるように選択することを特徴とする、請求項２、３、１５又は１６のいずれか１項に記載の方法。
反応室で発生させるＣｌＯ₂を、反応室から処理すべき系に直接運び、この際に使用薬品の濃度を、形成される二酸化塩素の濃度が反応器出口で溶液１ｌあたり２６ｇ超であるように選択することを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
反応室で発生させるＣｌＯ₂を、反応室から処理すべき系に直接運び、この際に使用薬品の濃度を、形成される二酸化塩素の濃度が反応器出口で溶液１ｌあたり８０ｇ超であるように選択することを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
請求項１から２０までのいずれか１項に記載の方法において、
１．ＣｌＯ₂を発生させる反応室が、開放出口を備えるが圧力調整装置は有さない反応器であり、かつこの反応器が処理すべき系により完全に取り囲まれていること、
２．反応室を取り囲む系が同時に、処理すべき系であること、
７．反応室で発生させるＣｌＯ₂を、反応室から処理すべき系に直接運び、この際に溶液としての使用薬品の濃度と場合により使用される希釈水との組み合わせを、形成される二酸化塩素の濃度が反応器出口で溶液１ｌあたり３ｇ超であるように選択すること
を特徴とする、前記方法。
７．反応室で発生させるＣｌＯ₂を、反応室から処理すべき系に直接運び、この際に溶液としての使用薬品の濃度と場合により使用される希釈水との組み合わせを、形成される二酸化塩素の濃度が反応器出口で溶液１ｌあたり２６ｇ超であるように選択すること
を特徴とする、請求項２１に記載の方法。
７．反応室で発生させるＣｌＯ₂を、反応室から処理すべき系に直接運び、この際に溶液としての使用薬品の濃度と場合により使用される希釈水との組み合わせを、形成される二酸化塩素の濃度が反応器出口で溶液１ｌあたり８０ｇ超であるように選択すること
を特徴とする、請求項２１に記載の方法。
請求項１から２３までのいずれか１項に記載の方法において、
１．ＣｌＯ₂を発生させる反応室が、開放出口を備えるが圧力調整装置は有さない反応器であり、かつこの反応器が処理すべき系により完全に取り囲まれていること、
２．反応室を取り囲む系が同時に、処理すべき系であり、かつこの系が二酸化塩素含有溶液に反応室内で、所与の温度で水中への二酸化塩素の溶解限度を超過しない圧力をもたらすこと、
７．反応室で発生させるＣｌＯ₂を、反応室から処理すべき系に直接運び、この際に溶液としての使用薬品の濃度と場合により使用される希釈水との組み合わせを、形成される二酸化塩素の濃度が反応器出口で溶液１ｌあたり３ｇ超であるように選択すること
を特徴とする、前記方法。
７．反応室で発生させるＣｌＯ₂を、反応室から処理すべき系に直接運び、この際に溶液としての使用薬品の濃度と場合により使用される希釈水との組み合わせを、形成される二酸化塩素の濃度が反応器出口で溶液１ｌあたり２６ｇ超であるように選択すること
を特徴とする、請求項２４に記載の方法。
７．反応室で発生させるＣｌＯ₂を、反応室から処理すべき系に直接運び、この際に溶液としての使用薬品の濃度と場合により使用される希釈水との組み合わせを、形成される二酸化塩素の濃度が反応器出口で溶液１ｌあたり８０ｇ超であるように選択すること
を特徴とする、請求項２４に記載の方法。
濃縮された溶液としての使用薬品を用いて塩酸−亜塩素酸塩法（１．）に従って作業し、この際に塩酸の濃度が３３〜４２％であり、亜塩素酸ナトリウム溶液の濃度が２５〜４０％であることを特徴とする、請求項１から２６までのいずれか１項に記載の方法。
使用薬品を溶液として使用し、反応器材料としてチタンを使用し、塩酸を用いる場合には塩酸がチタン表面と接触しないように、同時に反応対象（これはあらゆる場合で酸化剤、例えば亜塩素酸ナトリウムである）が存在することがないように、反応溶液の供給を行うことを特徴とする、請求項２、３、１５、１６、１８〜２６のいずれか１項に記載の方法。
反応室が処理すべき系の主配管にあり、主配管に対するバイパス配管にはなく、前記主配管が、バイパス配管に設けられた、処理すべき系に二酸化塩素を供給する箇所の前、及び後にある遮断機構によって空間的に遮断可能であることを特徴とする、請求項１から２８までのいずれか１項に記載の方法。