カルシウムのスケール｜硬い水で出やすく、酸で溶けるもの

配管や機器に付いた白い層がカルシウムのスケールだと言われ、どういうもので、どう扱えばよいのかを知りたい設備担当の方に向けて書きました。

炭酸カルシウムが、いちばん多く出るスケール

給水・給湯・冷却水の設備で見つかる白い層は、多くが炭酸カルシウムを主成分にしています。原料になるカルシウムが、日本の水道水にも地下水にも、ほぼ必ず含まれているからです。

水の中のカルシウムは、炭酸水素イオンと組になって溶けています。この組が崩れると、水に溶けない炭酸カルシウムになって出てきます。崩れるきっかけは、温度が上がること、水が蒸発して濃くなること、pHが上がることの3つです。

設備の中ではこの3つが重なる場所がいくつもあります。給湯器の熱交換部、冷却塔の充填材、熱交換器の伝熱面が代表です。

どうして温度が上がると出るのか

多くの塩は、お湯のほうがよく溶けます。炭酸カルシウムはその逆で、温度が上がるほど溶けにくくなります。そのうえ温めると、水に溶けていた二酸化炭素が抜けていき、炭酸水素イオンが崩れて炭酸カルシウムが出てきます。

やかんの底やポットの内側に白い層が付くのはこのためです。設備では、熱を受け渡す面がいちばん温度が高く、そこに集中して付きます。熱を伝えたい面に限って、熱を通さない層が育つということです。

冷却塔では、温度に加えて蒸発で水が濃くなります。温度と濃さの両方が効くので、運転の条件しだいで付く速さが大きく変わります。

マグネシウムのスケールとの違い

水にはカルシウムと一緒にマグネシウムも溶けていて、両方を合わせた量を硬度と呼びます。マグネシウムもスケールになりますが、出てくる条件が少し違います。

マグネシウムは、温度がより高いときや、pHが高いときに水酸化マグネシウムとして出てきやすくなります。水にケイ酸が多いと、ケイ酸マグネシウムとして硬い層を作ることもあります。後者は酸で溶けにくく、扱いがシリカ系に近くなります。

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見た目と硬さ

カルシウムのスケールは、白から薄い灰色で、表面がざらついています。薄いうちは粉をふいたように見え、育つと層が重なって、爪では削れない硬さになります。鉄分を含む水では、茶色く色が付くこともあります。

同じ炭酸カルシウムでも、ゆっくり育った層ほど結晶が詰まって硬くなります。何年も手を入れていない熱交換器や冷却塔のルーバーでは、ケレンで削らないと落ちない層になっていることがあります。

見分けの目安は酸です。層のかけらに酸をたらして泡が出れば、炭酸カルシウム系が主体です。泡が出ないなら、シリカ系や別の成分を疑います。

酸で溶ける（だから除去剤が効く）

炭酸カルシウムは酸と反応して、水に溶けるカルシウムと二酸化炭素に分かれます。スケール除去剤の多くが酸でできているのは、相手の多くがこの炭酸カルシウムだからです。

薄い層ならクエン酸でも落ち、厚い層は設備用の酸を系統に回して落とします。酸は金属にも反応するので、腐食を抑える成分が入った除去剤を、決められた濃度と時間で使います。

当然ですが、落としても付かなくなるわけではありません。落としたあとの面は荒れることがあり、次の結晶が引っかかりやすくなるので、同じ水を使えば同じように育ってきます。

結晶に育たせない方法

次の層を止めるには、炭酸カルシウムが出てくるときの出方を変えます。1つは薬剤で、結晶の表面に取り付いて育つのを邪魔し、粒を散らしておく方法です。薬剤は水と一緒に出ていくので、入れ続けます。

もう1つが、薬剤を使わずに、装置の中を通る水に働きかけて出方を変える方法です。当社が扱う emiiR®（エミール）は、カルシウムを水から取り除かないまま、硬い結晶として壁に育ちにくい状態にします。出てきた分は細かい粒として水に運ばれていきます。

既に付いている層にも時間をかけて働き、硬い層が脆く、剥がれやすくなる傾向があります。付いてから落とす回数を減らしたいときは、結晶に育たせない側の手を並べて考えてください。

沼倉 孝秀（ぬまくら たかひで）

アリージェンス合同会社 CEO。UFB DUAL®・emiiR®（エミール）・α-HT® の正規一次販売店として、製品の選定から設置、設置後の窓口までを担当しています。