塩水塩素処理

塩水塩素処理は、溶解塩（1000～4000 ppmまたは1～4 g/L）を使用してプールや温水浴槽を塩素処理するプロセスです。塩素発生器（塩セル、塩発生器、塩塩素発生器、またはSWGとも呼ばれる）は、溶解塩の存在下で電気分解を行い、塩素ガスまたはその溶解形態である次亜塩素酸と次亜塩素酸ナトリウムを生成します。これらはすでにプールの消毒剤として一般的に使用されています。副産物として水素も生成されます。

従来のプールに存在する塩素は、遊離塩素（FAC）と結合塩素（CAC）の組み合わせとして説明できます。^[1] FACは水の消毒に使用できる遊離塩素で構成されていますが、CACには、FACとアミン（人間の汗、唾液、粘液、尿、その他の生物、および昆虫やその他の害虫によってプールに持ち込まれる）の反応によって生成されるクロラミンが含まれています。 ^[2]クロラミンは、プールの「塩素臭」や皮膚や目の炎症の原因です。これらの問題は、遊離塩素のレベルが不十分な結果であり、通常の量の5〜10倍の塩素を追加してプールに「ショックを与える」必要があることを示しています。^[1]塩水プールでは、ジェネレーターが電気分解を使用して継続的に遊離塩素を生成します。そのため、塩水プールや温水浴槽は実際には塩素フリーではありません。塩素を直接添加するのではなく、添加塩と塩素発生器を使用するだけです。また、従来のショック（酸化剤）と同じ方法でクロラミンを燃焼させます。従来の塩素処理プールと同様に、塩水プールは適切な水質を維持するために監視する必要があります。塩素レベルが低い原因としては、塩が不十分、SWG ユニットの塩素生成設定が間違っている（低い）、通常よりも高い塩素需要、安定剤が低い、日光にさらされている、ポンプ速度が不十分、または塩素発生器の機械的な問題が考えられます。塩分量は、はね返り、逆洗、雨水による希釈によって低下することがあります。

研究によると、塩水プールでは依然として塩素消毒が使用されているため、従来のプールに存在するのと同じ消毒副生成物（DBP）が生成されます。最も懸念されるのはハロケトンとトリハロメタン（THM）であり、その主な形態はブロモホルムです。一部の公共の塩水プールでは、1リットルあたり最大1.3 mg、つまり世界保健機関のガイドライン値の13倍という非常に高いレベルのブロモホルムが検出されています。^[3]

アメリカでは1980年代初頭から塩水塩素発生器の生産が始まっており、ニュージーランドでは1970年代初頭に初めて商業的に登場しました（Aquatech IG4500）。^[4]

塩素発生セルは、ルテニウム、場合によってはイリジウムでコーティングされた平行チタンプレートで構成されています。古いモデルでは、固体プレートではなく、穴あき (またはメッシュ) プレートを使用しています。電気分解により、カルシウムやその他のミネラルが自然にプレートに引き寄せられます。したがって、水の化学組成と使用量に応じて、セルを弱酸性溶液 (1 部のHClに対して 15 部の水) で定期的に洗浄する必要があります。これにより、炭酸カルシウムや硝酸カルシウムなどのカルシウム化合物の結晶が除去されます。蓄積が多すぎると、セルの有効性が低下する可能性があります。プールの塩分が不十分な状態で塩素発生装置を長期間稼働すると、セルのコーティングが剥がれ、高価な^{[説明が必要]}交換が必要になる場合があります。酸洗浄が強すぎる場合も同様です。

塩水プールでは、太陽の紫外線がプール内の遊離塩素を分解するのを防ぐため、安定剤（シアヌル酸）が必要になることもあります。通常のレベルは20～50 ppmです。また、 pHを7.2～7.8に保つ必要があり、pHを7.2に近づけるほど塩素の効果が向上します。平均的な塩分濃度は通常3000～5000 ppmの範囲で、塩分濃度が約35,000 ppmの海水よりもはるかに低いです。^[5]スイミングプールでは、通常、塩を底に注ぎ、溶けるまでプールブラシで掃きます。濃縮された塩水が戻り水システムに侵入すると、過伝導のために塩素発生セルが故障する可能性があります。

塩水の塩素処理では過剰な水酸化物イオンが生成されるため、 pH を維持するために塩酸(HCl、塩酸とも呼ばれる) を頻繁に追加する必要があります。初期の塩素の化学反応は次のとおりです。

4NaCl → 4Na ⁺ + 4Cl ⁻塩は水に溶けます。

4Na ⁺ + 4Cl ⁻ → 4Na ⁺ + 2Cl ₂電気分解により。

4Na ⁺ + 4H ₂ O → 4Na ⁺ + 4OH ⁻ + 2H ₂電気分解により。

2Cl ₂ + 2H ₂ O → 2HClO + 2H ⁺ + 2Cl ⁻ 水性塩素ガスの 加水分解。

2HClO → HClO + ClO ⁻ + H ⁺ pH 7.5、25℃での次亜塩素酸の解離。

4NaCl + 3H ₂ O → 4Na ⁺ + HClO + ClO ⁻ + OH ⁻ + 2Cl ⁻ + 2H ₂上記のすべてを合計したもの。

塩酸を加えてpHを7.5に戻す

HCl + 4Na ⁺ + HClO + ClO ⁻ + OH ⁻ + 2Cl ⁻ + 2H ₂ → HClO + OCl ⁻ + H ₂ O + 4Na ⁺ + 3Cl ⁻ + 2H ₂。

4NaCl + HCl + 2H ₂ O → HClO + OCl ⁻ + 4Na ⁺ + 3Cl ⁻ + 2H ₂最後の 2 つの合計。

プールの塩システムの利点は、利便性と、純粋な塩素ベースの消毒剤を継続的に供給できることです。従来の塩素処理方法に比べて刺激性のクロラミンが減少することや、電気分解によって水中の溶解アルカリ鉱物が減少する「軟化」効果も利点として認識されています。塩素に敏感な人にとっては、これらのシステムはそれほど不快ではないかもしれません。

欠点は、システムの初期費用、メンテナンス、セルの交換費用です。塩は腐食性があり、一部の金属や不適切に密封された石材を損傷します。ただし、塩塩素処理されたプールの理想的な塩分濃度は非常に低いため (<3,500ppm、味覚による人間の塩分感知の閾値。海水はこの濃度の約 10 倍)、損傷は通常、プールの化学薬品の不適切なメンテナンスや電解セルの不適切なメンテナンスが原因で発生します。プール機器メーカーは、通常、塩分プールによって損傷したステンレス鋼製品に対して保証しません。カルシウムやその他のアルカリ沈殿物は、陰極板に自然に蓄積し、プール自体に「スケール」として発生することもあります。セルの定期的なメンテナンスは必須です。これを怠ると、セルの有効性が低下します。塩分塩素処理装置の特定の設計では、「逆極性」方式が採用されており、2 つの電極の役割を陽極と陰極の間で定期的に切り替えて、このカルシウムの蓄積を蓄積電極から溶解させます。このようなシステムでは、電解セルの洗浄の必要性と水中のカルシウムスケールの発生は減りますが、完全になくなるわけではありません。

塩素が生成されると pH が上昇し、塩素の効果が低下します。化学自動化を備えた多くのシステムは、pH の上昇を感知し、CO2または塩酸の_いずれかを自動的に導入してpH を目標レベルに戻します。自動化システムは、水のORPまたは酸化還元レベルを監視することで、消毒剤のレベルも管理します。これにより、需要に基づいて必要な量の塩素のみが生成されます。

臭素プールを生成する塩化ナトリウムの代わりに臭化ナトリウムを使用することもできます。利点と欠点は塩システムと同じです。pH のバランスをとるために塩化物ベースの酸を使用する必要はありません。また、臭素は酸化剤ではなく消毒剤としてのみ有効であるため、無機廃棄物を燃やして結合臭素を解放するために過酸化水素または塩素ベースのショックなどの「ショック」を追加する必要があります。塩素は消毒剤と酸化剤の両方として有効であるため、塩化ナトリウムシステムではこの追加手順は必要ありません。ユーザーは、セルの塩素生成を時々「スーパー塩素処理」または増加させるだけで済みます。これは通常、週に 1 回未満、または大量の入浴者を収容した後です。