平成29年度 公害防止管理者 大規模水質特論 問5を解説｜蒸発した水は塩を置いていく

平成29年度 大規模水質特論 問5は、冷却塔を回している水系で、水にとけた塩分が何倍まで濃くなっているかを求める計算問題です。正しい値を選びます。

この問題のポイント

与えられているのは、系から失われていく水の三つの経路です。冷却塔で気体になって出ていく分、水滴のまま風に飛ばされて出ていく分、そして意図的に抜き出して捨てる分。これらは全部足した量だけ新しい水を補わないと、水位が保てません。ここまでは水の勘定です。この問題の勝負どころは、続けて塩の勘定に切り替えられるかにあります。補給する水には必ず塩が溶けていて、それが系に入ってきます。では出ていくのはどこからか。気体になって出ていく水は塩を連れていけません。塩を系の外へ運び出せるのは、水を液体のまま持ち出す経路だけです。この一点を押さえれば、割り算ひとつで答えが出ます。

※ 問題文そのものは、産業環境管理協会が公開している公式サイトで確認できます。

正解：選択肢(2)（2.0）

各選択肢の正誤

計算の手順

ここが分かれ目

この計算でつまずく人は、ほぼ例外なく分母に気体になる分まで入れています。そうすると分子と分母が同じ量になり、答えは1、つまり「まったく濃くならない」ということになります。冷却塔は水を蒸発させて熱を奪う装置ですから、濃くならないという結論は装置の原理そのものと矛盾します。おかしな答えが出たら、まず塩の行き先を数え直すのが正しい戻り方です。

もう一つの分かれ目は、水滴のまま飛んでいく分の扱いです。これは蒸発と違い、水と一緒に塩をそのまま持ち去ります。だから抜き出し分と同じ側、つまり分母に入れます。塔から白いもやが立つのを見て蒸発と同じだと思ってしまうと、分母を小さく見積もって倍数を大きく計算してしまいます。液体のまま出るか、気体になって出るか。この一線だけで分母に入るかどうかが決まります。

式の意味が分かると、運転管理の勘どころも同時に見えてきます。抜き出す量を絞れば分母が小さくなり、倍数は上がります。水は節約できますが、系内の塩が濃くなるので、配管や熱交換器にスケールが付きやすくなり、腐食のリスクも増します。節水と設備保全は必ず引っ張り合う関係にあり、どこまで濃くしてよいかを決めるのが薬品添加を含めた水処理の役割です。倍数を上げたいなら、水の抜き方を変えるより先に、濃くなっても析出しにくい状態をつくる必要があります。

覚え方

• 倍数＝補う水の量 ÷（水滴で飛ぶ分＋抜き出す分）。分母に蒸発は入れない。
• 理由はただ一つ、気体になった水は塩を置いていくから。
• 補う水の量は、失われる経路をすべて足す。三つとも足すのが分子。
• 答えが1になったら分母の取り違え。冷却塔で濃くならないはずがない。
• 抜き出しを絞ると倍数は上がる。節水とスケール・腐食は裏表。

理解度チェック

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