溶存性アルミニウムの除去方法及び装置
【課題】重炭酸イオン（ＨＣＯ3-）を含む被処理水から溶存性アルミニウムを高い除去率で除去する方法において、通水初期での除去率の低下やｐＨの低下を抑制する。
【解決手段】アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩形強酸性カチオン交換樹脂と、Ｃｌ（塩素）形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床としたイオン交換樹脂層に被処理水を通水させる。塩形強酸性カチオン交換樹脂として、例えば、Ｎａ（ナトリウム）形強酸性カチオン樹脂を用いる。
【解決手段】アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩形強酸性カチオン交換樹脂と、Ｃｌ（塩素）形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床としたイオン交換樹脂層に被処理水を通水させる。塩形強酸性カチオン交換樹脂として、例えば、Ｎａ（ナトリウム）形強酸性カチオン樹脂を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重炭酸イオン（ＨＣＯ3-）を含む被処理水の中から溶存性アルミニウム（Ａｌ）を除去し、溶存性アルミニウム量を低減する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川水や湖沼水など懸濁物質を含む水から懸濁物質を取り除いて水道水や飲料水などの清澄水を生成するときの処理方法としては、凝集沈殿ろ過法や凝集ろ過法が広く用いられており、その際の凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）などのアルミニウム系の凝集剤がよく用いられている。
【０００３】
懸濁物質を凝集除去するために添加されたアルミニウム系凝集剤のほとんどは、懸濁物質とともに沈殿や濾過によって取り除かれるが、一部は、懸濁物質が除去されたのちの水の中に未反応のまま残存し、微量のアルミニウムとして検出される。
【０００４】
水道水や飲料水などにおいては、色の観点から、残存するアルミニウムの量に対する制限が定められている。アルミニウムの含有量に関し水道水質基準では、０．２ｍｇ／Ｌが基準値として定められ、０．１ｍｇ／Ｌが水質管理目標値として定められている。食品工業などでは、さらにアルミニウムの残存量を減らすことについての要求がある。
【０００５】
凝集剤に由来するアルミニウムは水中において主として溶存種として存在していると考えられている。非特許文献１は、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂を用いることにより、処理対象となる水すなわち被処理水の中のアルミニウムをアニオン交換樹脂に吸着させ、水中のアルミニウム量を低減することを開示している。
【０００６】
Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂を用いることにより被処理水中に含まれる溶存性のアルミニウムの量を低減する方法においては、被処理水中に重炭酸イオンが含まれることを考慮しなければならない。
【０００７】
水道水や飲料水などを被処理水とするとき、これらの被処理水には、空気中の二酸化炭素（ＣＯ2）などに由来して、一般に重炭酸イオンが含まれている。重炭酸イオンを含む被処理水をＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂に通水した場合、通水初期の段階では、重炭酸イオンとアニオン交換樹脂の官能基に結合したＣｌ（塩素）とのイオン交換反応が起き、被処理水中の重炭酸イオンが取り除かれ、これにより、処理後の水すなわち処理水におけるｐＨ（水素イオン指数）が低下する。なお、重炭酸イオンの水中における平衡式は、
ＨＣＯ3-＋Ｈ+ ⇔ Ｈ2ＣＯ3
と表される。この平衡における酸解離定数を考えると、被処理水のｐＨが概ね４．８以上であれば、被処理水中に重炭酸イオンが存在することになる。
【０００８】
被処理水が、例えば水道水や飲料水などとするために懸濁物質を除去した水であることを念頭に置くと、被処理水のｐＨは７付近であることが多く、そのような被処理水をＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂に通水した場合、通水初期に得られる水のｐＨは５程度になる。
【０００９】
ところでアルミニウムは両性金属であり、その溶存態は、ｐＨ６．５付近を境にして、アルカリ側ではアニオン、酸性側ではカチオンの比率がそれぞれ高くなるとされている。被処理水中の重炭酸イオンが取り除かれｐＨが低下すると、溶存性アルミニウムのうちのカチオンの形態のものの比率が大きくなり、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂によるアルミニウムの除去率が低下する。また、処理水におけるｐＨの低下は、水道水や飲料水などの用途からすれば、水質基準（ｐＨ５．８〜８．６）からの逸脱をもたらすだけでなく、腐食性の上昇にもつながり、好ましくない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Maria Pesavento, et al., "Investigation of the speciation of aluminium in drinking waters by sorpition on a strong anionic-exchange resin AG1X8," Analytica Chimica Acta, 367(1998), 215-222
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
被処理水中からアルミニウムを除去する方法として、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂に被処理水を通水する方法では、通水初期に得られる水においてｐＨが低下し、これによりアニオン交換樹脂によるアルミニウムの除去率が低下し、さらには、ｐＨの値が基準から逸脱する、配管等の腐食の原因ともなる、という問題が生ずる。
【００１２】
本発明の目的は、重炭酸イオンを含む被処理水中の溶存性アルミニウムを高い除去率で除去できるアルミニウム除去方法及び装置であって、通水初期における除去率の低下やｐＨの低下が抑制された方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のアルミニウム除去方法は、被処理水からアルミニウムを除去する方法において、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩形強酸性カチオン交換樹脂と、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床としたイオン交換樹脂層に被処理水を通水させることを特徴とする。
【００１４】
本発明のアルミニウム除去装置は、被処理水からアルミニウムを除去するアルミニウム除去装置において、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床とし被処理水が通水されるイオン交換装置を有することを特徴とする。
【００１５】
重炭酸イオンを含む被処理水をＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂に通水した場合には、上述したように、通水初期の段階ではイオン交換反応により重炭酸イオンが取り除かれ、これは、水中の水素イオン濃度を上昇させて処理水のｐＨを低下させる作用を有する。本発明では、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂にさらにアルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩形強酸性カチオン交換樹脂を混合して混床としているので、重炭酸イオンがイオン交換されたことによって水中に放出された水素イオンは、今度は、塩形強酸性カチオン交換樹脂の官能基に結合したカチオン（例えば、Ｎａ+など）とイオン交換反応を起こすことになる。その結果、水中での水素イオン濃度が大きくならず、処理水のｐＨの低下が抑制されることになる。ｐＨ低下が抑制されることによりＣｌ型強塩基性アニオン交換樹脂がアルミニウムアニオンを効率よく捕捉するので、アルミニウム除去率の低下が抑制される。また、一部のアルミニウムイオンがカチオンとして溶存していても、このアルミニウムカチオンは塩形強酸性カチオン交換樹脂によって除去される。
【００１６】
本発明において被処理水のｐＨは、例えば、重炭酸イオンが存在できるように４．８以上である。特に、被処理水の用途が水道水や飲料水であれば、被処理水のｐＨは、例えば、水道水質基準に定められている５．８以上８．６以下の範囲内にある。
【００１７】
本発明において、塩形強酸性カチオン交換樹脂としては、例えば、Ｎａ（ナトリウム）形、Ｋ（カリウム）形、Ｍｇ（マグネシウム）形、Ｃａ（カルシウム）形の強酸性カチオン交換樹脂を用いることができる。特に、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂を好ましく用いることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩形強酸性カチオン樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床としたイオン交換樹脂層を用い、このイオン交換樹脂層に対して被処理水を通水するようにすることにより、後述の実施例等からも明らかになるように、通水初期におけるｐＨの低下を抑制しつつ、重炭酸イオンを含む被処理水中の溶存性アルミニウムを安定して除去することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の原理的な実施形態のアルミニウム除去装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の別の実施形態のアルミニウム除去装置の構成を示す図である。
【図３】実施例１における処理水のｐＨの時間変化を示すグラフである。
【図４】比較例１における処理水のｐＨの時間変化を示すグラフである。
【図５】実施例２における通水時間に応じたｐＨの変化を示すグラフである。
【図６】実施例２におけるアニオン樹脂あたりの通水倍量に応じたｐＨの変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の原理的な実施形態におけるアルミニウム除去装置を示している。このアルミニウム除去装置は、アルミニウム除去の対象となる水すなわち被処理水を貯留する原水槽１と、イオン交換装置２と、原水槽１からイオン交換装置２に被処理水を供給するポンプ３と、を備えており、イオン交換装置２から、処理後の水すなわち処理水が流出する。イオン交換装置２の内部には、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とが混床にされたイオン交換樹脂層４が設けられており、ポンプ３によってイオン交換装置２に供給された被処理水がイオン交換樹脂層４を通水するようになっている。
【００２１】
被処理水は、例えばアルミニウム系凝集剤により懸濁物質を凝集ろ過することにより懸濁物質が除去された水であり、一例として、水道水あるいは飲料水として用いられる水である。被処理水には、空気中の二酸化炭素が溶解したことなどの理由により、重炭酸イオンが含まれている。被処理水のｐＨは、例えば、水質水道基準に定められているような、５．８以上８．６以下である。
【００２２】
塩形強酸性カチオン交換樹脂は、Ｎａ形、Ｋ形、Ｍｇ形、Ｃａ形などの、イオン形としてアルカリ金属またはアルカリ土類金属を用いるものである。塩形強酸性カチオン交換樹脂のイオン形は、選択係数が高すぎないイオンのイオン形であればよく、その点でＣａ形やＭｇ形とした場合にも一定の効果を発揮するが、水素イオンとの選択性の差が小さく、アルミニウムイオンとの選択性の差が大きいＮａ形が最も適している。
【００２３】
Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂の代わりに他のハロゲン形強塩基性アニオン交換樹脂を使用することも考えられなくはないが、選択係数や有害性などの点を考慮すると、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂を用いることが最も好ましく、かつ実用的である。
【００２４】
次に、塩形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床にしたイオン交換樹脂層４における塩形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂の比率について説明する。Ｎａ形などの塩形強酸性カチオン交換樹脂の混在比率が少なすぎると、ｐＨの低下を抑制する効果が発揮されないこととなる。これに対し、塩形強酸性カチオン交換樹脂の混在比率が多すぎる場合には、アルミニウムの除去が主としてＣｌ型強塩基性アニオン交換樹脂によって行われていると考えられることから、イオン交換樹脂層４においてアルミニウムがブレークするまでの処理水の収量が低下しすぎることとなる。そこで、体積換算で、塩形強酸性カチオン交換樹脂１に対し、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂を１以上５以下とすることが好ましく、１以上３以下とすることがさらに好ましい。
【００２５】
図１に示したアルミニウム除去装置では、原水槽１からポンプ３によって重炭酸イオンを含む被処理水をイオン交換装置２に供給すると、イオン交換樹脂層４に対する被処理水の通水の初期の段階において、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂におけるイオン交換反応により被処理水から重炭酸イオンが取り除かれ、その結果、重炭酸イオンの解離平衡により、水中の水素イオン濃度が上昇する。この水素イオンは、イオン交換樹脂層４内で混在する塩形強酸性カチオン交換樹脂とイオン交換反応を起こして、カチオン交換樹脂に固定されることになる。また、被処理水中の溶存性アルミニウムは、主としてＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とのイオン交換反応により除去される。カチオンの形態の溶存性アルミニウムが存在する場合には、その溶存性アルミニウムは、塩形強酸性カチオン交換樹脂とのイオン交換反応によって除去される。
【００２６】
したがって、図１に示したアルミニウム除去装置は、通水初期におけるｐＨの低下を抑制しつつ、重炭酸イオンを含む被処理水中の溶存性アルミニウムを安定して除去できる。
【００２７】
図２は本発明の別の実施形態でのアルミニウム除去装置を示している。図２に示したアルミニウム除去装置は、重炭酸イオンを含む被処理水から溶存性アルミニウムを除去するものであり、さらに、混床としたイオン交換樹脂層を再生する機能を備えたものである。
【００２８】
図２に示すアルミニウム除去装置は、大別すると、イオン交換装置１０と、被処理水を貯留する原水槽１２と、再生に用いる塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水や塩酸などの再生剤を貯留する再生剤貯槽１４と、イオン交換装置１０から流出しアルミニウムが除去された処理水を貯留する処理水槽１６と、を備えており、各種のポンプや配管、弁を備えている。イオン交換装置１０は、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床としたイオン交換樹脂層３０を保持する樹脂充填塔として構成されており、さらに、イオン交換樹脂層３０の再生の際に用いるコレクタ２４を備えている。
【００２９】
原水槽１２の出口には被処理水を供給するためのポンプ２２ａが設けられ、ポンプ２２ａの出口はイオン交換装置１０の頂部に対して配管２０ａにより接続され、配管２０ａには弁２１ａが設けられている。イオン交換装置１０の底部と処理水槽１６との間は配管２０ｂにより接続され、配管２０ｂには弁２１ｂが設けられている。再生剤貯槽１４の出口には再生剤を供給するためのポンプ２２ｂが設けられ、ポンプ２２ｂの出口は配管２０ａ，２０ｂに対してそれぞれ配管２０ｃ，２０ｄにより接続され、配管２０ｃ，２０ｄにはそれぞれ弁２１ｃ，２１ｄが設けられている。処理水槽１６の出口にもポンプ２２ｃが設けられ、ポンプ２２ｃの出口は配管２０ｅを介して配管２０ｂに接続されている。空気を導入するための配管２０ｆが配管２０ｂに接続されている。配管２０ｅ，２０ｆにはそれぞれ弁２１ｅ，２１ｆが設けられている。イオン交換装置１０の頂部には、逆洗時の排水・排気のための配管２０ｇと吸気用の配管２０ｉとが接続されており、配管２０ｇ，２０ｉにはそれぞれ弁２１ｇ，２１ｉが設けられている。イオン交換装置１０のコレクタ２４には、再生廃液のための配管２０ｈが接続されており、配管２０ｈには弁２１ｈが設けられている。配管２０ｂには、ドレーン用の配管２０ｊが接続され、配管２０ｊには弁２１ｊが設けられている。
【００３０】
次に、図２に示したアルミニウム除去装置の動作について説明する。このアルミニウム除去装置では、イオン交換装置１０により被処理水中のアルミニウムをイオン交換により除去する処理水製造工程、イオン交換装置１０内の混床のイオン交換樹脂層３０を各樹脂に分離する分離工程、分離されたＮａ形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂をそれぞれ再生する再生工程、再生後の各樹脂を混合する混合工程とを１サイクルとして、これらの工程が繰り返される。以下、各工程ごとに説明する。
【００３１】
〈処理水製造工程〉
ポンプ２２ａを動作させ、弁２１ａ，２１ｂを開けて、原水槽１２内の被処理水をイオン交換装置１０内に送液する。被処理水は、イオン交換装置１０内の混床としたＮａ形強酸性カチオン交換樹脂及びＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂によって上述のようにイオン交換され、被処理水中の溶存性アルミニウムが除去される。アルミニウムが除去された処理水は、配管２０ｂを介して処理水槽１６に貯留される。
【００３２】
〈分離工程〉
図２に示したアルミニウム除去装置では、イオン交換によるアルミニウム除去処理を所定時間実施した後、弁２１ａ，２１ｂを閉じ、ポンプ２２ｃを動作させ、弁２１ｅ，２０ｇを開いて、アルミニウム除去処理がなされた処理水を逆洗水として配管２０ｅからイオン交換装置１０内へ送液し、上向流でイオン交換装置１０内のイオン交換樹脂層３０を逆洗し、逆洗水を配管２０ｇから系外へ排出する。このような逆洗によって、混床のイオン交換樹脂層３０は樹脂充填塔として構成されたイオン交換装置１０内で所定の高さまで立ち上がりながら流動し、両樹脂間の比重差によって、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とが分離する。一般にアニオン交換樹脂よりもカチオン交換樹脂の方が比重が大きいので、静置すると、コレクタ２４の位置から下方にＮａ形強酸性カチオン交換樹脂の層が形成され、コレクタ２４の位置から上方にＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂の層が形成される。
【００３３】
〈再生工程〉
弁２１ｅ，２１ｇを閉じ、ポンプ２２ｂを動作させ、弁２１ｃを開けることにより、配管２０ｃ，２０ａを介して再生剤をイオン交換装置１０内へ送液する。再生剤は上層であるＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂と接触し、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂が再生処理され、再生処理廃液は、コレクタ２４から配管２０ｈを介して系外に排出される。また、弁２１ｄを開いてポンプ２２ｂを動作させ、配管２０ｄ，２０ｂを介して再生剤をイオン交換装置１０内へ送液する。再生剤は、下層のＮａ形強酸性カチオン交換樹脂と接触し、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂が再生され、再生処理廃液は、コレクタ２４から配管２０ｈを介して系外に排出される。なお、再生剤の送液は、硫酸カルシウムや炭酸カルシウムの析出を防止するため、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とで別々に行った方がよい。もっとも、被処理水の水質上、両樹脂を同時再生しても硫酸カルシウムや炭酸カルシウムの析出のおそれがない場合には、分離工程を省略し、コレクタ２４をイオン交換装置１０の最下部に設置し、１回の再生剤の送液のみで混床のまま両樹脂の再生処理を行うようにしてもよい。
【００３４】
〈混合工程〉
本発明のアルミニウム除去装置では、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床とするので、上述した分離工程を行った場合には、混合工程によって両樹脂を混合し、再び混床のイオン交換樹脂層３０としなければならない。混合工程では、弁２１ｃ，２１ｄを閉じ、弁２１ｉ，２１ｊを開け、イオン交換装置１０内の水位調整を実施する（例えば、イオン交換樹脂層３０の上面＋１０ｃｍ）。次に、弁２１ｆ，２１ｇを開け、配管２０ｆ，２０ｂを介してイオン交換樹脂層１０内に空気を導入する。空気の供給は、配管２０ｆにエアコンプレッサ等を設置するなどして行われる。イオン交換装置１０に導入された空気により、分離していたＮａ形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とが混合されて混床のイオン交換樹脂層３０が形成される。その後、再度、上述の処理水製造工程が行われる。
【００３５】
上述した各実施形態のアルミニウム除去装置は、被処理水中の溶存性アルミニウムを除去して例えば食品工業用などに用いられる水を生成するために用いることができるほか、例えば、逆浸透膜（ＲＯ膜）で処理される水の前処理に用いることができる。アルミニウム除去装置内のイオン交換樹脂層は、逆浸透膜の目詰まり物質であるアルミニウム化合物や硫酸カルシウム、炭酸カルシウムなども除去できるので、アルミニウム除去装置の後段に逆浸透膜を配置することによって、逆浸透膜の目詰まりを抑制しつつ、さらに純度の高い処理水を得ることができる。
【実施例】
【００３６】
次に、本発明に基づくアルミニウム除去装置について、実施例に基づいてさらに詳しく説明する。なお、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００３７】
［実施例１］
図１に示したアルミニウム除去装置を組み立てた。イオン交換装置２として、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂（商品名「アンバーライト（登録商標）ＩＲ１２０Ｂ Ｎａ」、ダウ・ケミカル社製）１００ｍＬとＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂（商品名「アンバーライト（登録商標）ＩＲＡ−４００ Ｃｌ」、ダウ・ケミカル社製）３００ｍＬとを混合して混床としたものを樹脂カラム（内径２５．４ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）に充填した。このような樹脂カラムに対し、溶存性アルミニウム濃度が０．０４ｍｇ／Ｌ、重炭酸イオン濃度が４２ｍｇＣａＣＯ3／ＬであるＡ市水道水（ｐＨ７．４、電気伝導率１８０μＳ／ｃｍ）を流量１８Ｌ／ｈの条件にて約８時間通水した。この条件は、１時間当たり樹脂の体積の４５倍の量の水を通水すること、すなわちＳＶ＝４５ｈ-1に相当する。樹脂カラムから流出する処理水における溶存性アルミニウム濃度及びｐＨを調べた。各実施例及び比較例に共通して、溶存性アルミニウム濃度の測定にはＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分光分析法を用い、重炭酸イオン濃度の測定には酸滴定法を用いた。
【００３８】
処理水における溶存性アルミニウム濃度の推移を表１に示し、処理水におけるｐＨの推移を図１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１に示されるように、通水初期から処理水における溶存性アルミニウム濃度は０．０１ｍｇ／Ｌ未満であり、溶存性アルミニウムが十分に除去されたことが分かる。処理水のｐＨについても、通水初期にｐＨ６程度まで低下するものの、速やかにｐＨ７近くまで回復し、ｐＨ値も安定した。
【００４１】
［比較例１］
Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂のみを用いてアルミニウム除去を行った場合の処理水におけるアルミニウム濃度とｐＨとを調べた。
【００４２】
樹脂カラム（内径２５．４ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）にＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂（商品名「アンバーライト（登録商標）ＩＲＡ−４００ Ｃｌ」、ダウ・ケミカル社製）４００ｍＬを充填し、実施例１と同じＡ市水道水をＳＶ＝４５ｈ-1、流量１８Ｌ／ｈの条件で約９時間通水した。処理水における溶存性アルミニウム濃度の推移を表２に示し、処理水におけるｐＨの推移を図２に示す。
【００４３】
【表２】
【００４４】
表２に示されるように、処理水での溶存性アルミニウムの濃度は通水初期には０．０１ｍｇ／Ｌであり、実施例１に比べてアルミニウムの除去率がやや低かった。また、処理水のｐＨも通水初期には５程度にまで下がったうえ、その後の回復も緩やかであり、８時間通水時点でのｐＨ６．５程度であった。
【００４５】
［比較例２−１］
Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂のみを用いてアルミニウム除去を行った場合の処理水におけるアルミニウム濃度を調べた。
【００４６】
樹脂カラム（内径２５．４ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）にＮａ形強酸性カチオン交換樹脂（商品名「アンバーライト（登録商標）ＩＲ１２０Ｂ Ｎａ」、ダウ・ケミカル社製）４００ｍＬを充填し、実施例１と同じＡ市水道水をＳＶ＝４５ｈ-1、流量１８Ｌ／ｈの条件で約１５０分通水した。処理水における溶存性アルミニウム濃度の推移を表３に示す。
【００４７】
【表３】
【００４８】
ｐＨが７程度である場合には、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂のみによっては被処理水中の溶存性アルミニウムをほとんど除去できないことが分かった。
【００４９】
［比較例２−２］
比較例２−１と同様に、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂のみを用いてアルミニウム除去を行った場合の処理水におけるアルミニウム濃度を調べた。樹脂カラム（内径１４ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）にＮａ形強酸性カチオン交換樹脂（商品名「アンバーライト（登録商標）ＩＲ１２０Ｂ Ｎａ」、ダウ・ケミカル社製）１００ｍＬを充填し、実施例１とは異なるＢ市水道水（ｐＨ７．８、電気伝導率３７０μＳ／ｃｍ）をＳＶ＝４８ｈ-1、流量４．８Ｌ／ｈの条件で約１４０分通水した。Ｂ市水道水における溶存性アルミニウム濃度は０．０５ｍｇ／Ｌであり、重炭酸イオン濃度は４６ｍｇＣａＣＯ3／Ｌであった。処理水における溶存性アルミニウム濃度の推移を表４に示す。
【００５０】
【表４】
【００５１】
ｐＨが７を超えて８に近い場合にも、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂のみによっては被処理水中の溶存性アルミニウムをほとんど除去できないことが分かった。
【００５２】
［実施例２］
混床としたイオン交換樹脂層におけるＮａ形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂との混合比について検討した。容積ＫのＮａ形強酸性カチオン交換樹脂（商品名「アンバーライト（登録商標）ＩＲ１２０Ｂ Ｎａ」、ダウ・ケミカル社製）と容積ＡのＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂（商品名「アンバーライト（登録商標）ＩＲＡ−４００ Ｃｌ」、ダウ・ケミカル社製）とを混合して混床のイオン交換樹脂層とし、樹脂カラム中に充填した。このとき、容積比Ｋ：Ａが１：１、１：５、１：７及び１：９である４通りの樹脂カラムを用意した。また参考のため、アニオン樹脂のみを充填した樹脂カラムも用意した。
【００５３】
これら５通りの樹脂カラムに対し、溶存性アルミニウムの濃度が０．０２ｍｇ／Ｌ、重炭酸イオン濃度が４７ｍｇＣａＣＯ3／ＬであるＣ市水道水（ｐＨ７．２、電気伝導率１８０μＳ／ｃｍ）をＳＶ＝４５ｈ-1の条件で通水し、樹脂カラムから流出する処理水のｐＨを測定した。図５は、通水時間に応じたｐＨの推移を示しており、図６は、図５と同じデータを樹脂カラム中のアニオン交換樹脂あたりの通水倍量に応じたｐＨの推移に変換して示している。
【００５４】
Ｋ：Ａ＝１：１〜１：５の範囲において、アニオン交換樹脂のみを用いた場合に比べ、通水直後のｐＨの低下から速やかにｐＨが７付近にまで回復することが分かる。また、Ｋ：Ａ＝１：７以上では、ｐＨの速やかな回復は見られないものの、カチオン交換樹脂が存在することから、アニオン形態となっている溶存性アルミニウムがカチオン交換樹脂で除去されると考えられ、処理水の水質の向上が期待される。
【符号の説明】
【００５５】
１，１２ 原水槽
２，１０ イオン交換装置
３，２２ａ〜２２ｃ ポンプ
４，３０ イオン交換樹脂層
１４ 再生剤貯槽
１６ 処理水槽
２０ａ〜２０ｊ 配管
２１ａ〜２１ｊ 弁
２４ コレクタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重炭酸イオン（ＨＣＯ3-）を含む被処理水の中から溶存性アルミニウム（Ａｌ）を除去し、溶存性アルミニウム量を低減する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川水や湖沼水など懸濁物質を含む水から懸濁物質を取り除いて水道水や飲料水などの清澄水を生成するときの処理方法としては、凝集沈殿ろ過法や凝集ろ過法が広く用いられており、その際の凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）などのアルミニウム系の凝集剤がよく用いられている。
【０００３】
懸濁物質を凝集除去するために添加されたアルミニウム系凝集剤のほとんどは、懸濁物質とともに沈殿や濾過によって取り除かれるが、一部は、懸濁物質が除去されたのちの水の中に未反応のまま残存し、微量のアルミニウムとして検出される。
【０００４】
水道水や飲料水などにおいては、色の観点から、残存するアルミニウムの量に対する制限が定められている。アルミニウムの含有量に関し水道水質基準では、０．２ｍｇ／Ｌが基準値として定められ、０．１ｍｇ／Ｌが水質管理目標値として定められている。食品工業などでは、さらにアルミニウムの残存量を減らすことについての要求がある。
【０００５】
凝集剤に由来するアルミニウムは水中において主として溶存種として存在していると考えられている。非特許文献１は、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂を用いることにより、処理対象となる水すなわち被処理水の中のアルミニウムをアニオン交換樹脂に吸着させ、水中のアルミニウム量を低減することを開示している。
【０００６】
Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂を用いることにより被処理水中に含まれる溶存性のアルミニウムの量を低減する方法においては、被処理水中に重炭酸イオンが含まれることを考慮しなければならない。
【０００７】
水道水や飲料水などを被処理水とするとき、これらの被処理水には、空気中の二酸化炭素（ＣＯ2）などに由来して、一般に重炭酸イオンが含まれている。重炭酸イオンを含む被処理水をＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂に通水した場合、通水初期の段階では、重炭酸イオンとアニオン交換樹脂の官能基に結合したＣｌ（塩素）とのイオン交換反応が起き、被処理水中の重炭酸イオンが取り除かれ、これにより、処理後の水すなわち処理水におけるｐＨ（水素イオン指数）が低下する。なお、重炭酸イオンの水中における平衡式は、
ＨＣＯ3-＋Ｈ+ ⇔ Ｈ2ＣＯ3
と表される。この平衡における酸解離定数を考えると、被処理水のｐＨが概ね４．８以上であれば、被処理水中に重炭酸イオンが存在することになる。
【０００８】
被処理水が、例えば水道水や飲料水などとするために懸濁物質を除去した水であることを念頭に置くと、被処理水のｐＨは７付近であることが多く、そのような被処理水をＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂に通水した場合、通水初期に得られる水のｐＨは５程度になる。
【０００９】
ところでアルミニウムは両性金属であり、その溶存態は、ｐＨ６．５付近を境にして、アルカリ側ではアニオン、酸性側ではカチオンの比率がそれぞれ高くなるとされている。被処理水中の重炭酸イオンが取り除かれｐＨが低下すると、溶存性アルミニウムのうちのカチオンの形態のものの比率が大きくなり、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂によるアルミニウムの除去率が低下する。また、処理水におけるｐＨの低下は、水道水や飲料水などの用途からすれば、水質基準（ｐＨ５．８〜８．６）からの逸脱をもたらすだけでなく、腐食性の上昇にもつながり、好ましくない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Maria Pesavento, et al., "Investigation of the speciation of aluminium in drinking waters by sorpition on a strong anionic-exchange resin AG1X8," Analytica Chimica Acta, 367(1998), 215-222
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
被処理水中からアルミニウムを除去する方法として、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂に被処理水を通水する方法では、通水初期に得られる水においてｐＨが低下し、これによりアニオン交換樹脂によるアルミニウムの除去率が低下し、さらには、ｐＨの値が基準から逸脱する、配管等の腐食の原因ともなる、という問題が生ずる。
【００１２】
本発明の目的は、重炭酸イオンを含む被処理水中の溶存性アルミニウムを高い除去率で除去できるアルミニウム除去方法及び装置であって、通水初期における除去率の低下やｐＨの低下が抑制された方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のアルミニウム除去方法は、被処理水からアルミニウムを除去する方法において、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩形強酸性カチオン交換樹脂と、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床としたイオン交換樹脂層に被処理水を通水させることを特徴とする。
【００１４】
本発明のアルミニウム除去装置は、被処理水からアルミニウムを除去するアルミニウム除去装置において、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床とし被処理水が通水されるイオン交換装置を有することを特徴とする。
【００１５】
重炭酸イオンを含む被処理水をＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂に通水した場合には、上述したように、通水初期の段階ではイオン交換反応により重炭酸イオンが取り除かれ、これは、水中の水素イオン濃度を上昇させて処理水のｐＨを低下させる作用を有する。本発明では、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂にさらにアルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩形強酸性カチオン交換樹脂を混合して混床としているので、重炭酸イオンがイオン交換されたことによって水中に放出された水素イオンは、今度は、塩形強酸性カチオン交換樹脂の官能基に結合したカチオン（例えば、Ｎａ+など）とイオン交換反応を起こすことになる。その結果、水中での水素イオン濃度が大きくならず、処理水のｐＨの低下が抑制されることになる。ｐＨ低下が抑制されることによりＣｌ型強塩基性アニオン交換樹脂がアルミニウムアニオンを効率よく捕捉するので、アルミニウム除去率の低下が抑制される。また、一部のアルミニウムイオンがカチオンとして溶存していても、このアルミニウムカチオンは塩形強酸性カチオン交換樹脂によって除去される。
【００１６】
本発明において被処理水のｐＨは、例えば、重炭酸イオンが存在できるように４．８以上である。特に、被処理水の用途が水道水や飲料水であれば、被処理水のｐＨは、例えば、水道水質基準に定められている５．８以上８．６以下の範囲内にある。
【００１７】
本発明において、塩形強酸性カチオン交換樹脂としては、例えば、Ｎａ（ナトリウム）形、Ｋ（カリウム）形、Ｍｇ（マグネシウム）形、Ｃａ（カルシウム）形の強酸性カチオン交換樹脂を用いることができる。特に、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂を好ましく用いることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩形強酸性カチオン樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床としたイオン交換樹脂層を用い、このイオン交換樹脂層に対して被処理水を通水するようにすることにより、後述の実施例等からも明らかになるように、通水初期におけるｐＨの低下を抑制しつつ、重炭酸イオンを含む被処理水中の溶存性アルミニウムを安定して除去することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の原理的な実施形態のアルミニウム除去装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の別の実施形態のアルミニウム除去装置の構成を示す図である。
【図３】実施例１における処理水のｐＨの時間変化を示すグラフである。
【図４】比較例１における処理水のｐＨの時間変化を示すグラフである。
【図５】実施例２における通水時間に応じたｐＨの変化を示すグラフである。
【図６】実施例２におけるアニオン樹脂あたりの通水倍量に応じたｐＨの変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の原理的な実施形態におけるアルミニウム除去装置を示している。このアルミニウム除去装置は、アルミニウム除去の対象となる水すなわち被処理水を貯留する原水槽１と、イオン交換装置２と、原水槽１からイオン交換装置２に被処理水を供給するポンプ３と、を備えており、イオン交換装置２から、処理後の水すなわち処理水が流出する。イオン交換装置２の内部には、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とが混床にされたイオン交換樹脂層４が設けられており、ポンプ３によってイオン交換装置２に供給された被処理水がイオン交換樹脂層４を通水するようになっている。
【００２１】
被処理水は、例えばアルミニウム系凝集剤により懸濁物質を凝集ろ過することにより懸濁物質が除去された水であり、一例として、水道水あるいは飲料水として用いられる水である。被処理水には、空気中の二酸化炭素が溶解したことなどの理由により、重炭酸イオンが含まれている。被処理水のｐＨは、例えば、水質水道基準に定められているような、５．８以上８．６以下である。
【００２２】
塩形強酸性カチオン交換樹脂は、Ｎａ形、Ｋ形、Ｍｇ形、Ｃａ形などの、イオン形としてアルカリ金属またはアルカリ土類金属を用いるものである。塩形強酸性カチオン交換樹脂のイオン形は、選択係数が高すぎないイオンのイオン形であればよく、その点でＣａ形やＭｇ形とした場合にも一定の効果を発揮するが、水素イオンとの選択性の差が小さく、アルミニウムイオンとの選択性の差が大きいＮａ形が最も適している。
【００２３】
Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂の代わりに他のハロゲン形強塩基性アニオン交換樹脂を使用することも考えられなくはないが、選択係数や有害性などの点を考慮すると、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂を用いることが最も好ましく、かつ実用的である。
【００２４】
次に、塩形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床にしたイオン交換樹脂層４における塩形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂の比率について説明する。Ｎａ形などの塩形強酸性カチオン交換樹脂の混在比率が少なすぎると、ｐＨの低下を抑制する効果が発揮されないこととなる。これに対し、塩形強酸性カチオン交換樹脂の混在比率が多すぎる場合には、アルミニウムの除去が主としてＣｌ型強塩基性アニオン交換樹脂によって行われていると考えられることから、イオン交換樹脂層４においてアルミニウムがブレークするまでの処理水の収量が低下しすぎることとなる。そこで、体積換算で、塩形強酸性カチオン交換樹脂１に対し、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂を１以上５以下とすることが好ましく、１以上３以下とすることがさらに好ましい。
【００２５】
図１に示したアルミニウム除去装置では、原水槽１からポンプ３によって重炭酸イオンを含む被処理水をイオン交換装置２に供給すると、イオン交換樹脂層４に対する被処理水の通水の初期の段階において、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂におけるイオン交換反応により被処理水から重炭酸イオンが取り除かれ、その結果、重炭酸イオンの解離平衡により、水中の水素イオン濃度が上昇する。この水素イオンは、イオン交換樹脂層４内で混在する塩形強酸性カチオン交換樹脂とイオン交換反応を起こして、カチオン交換樹脂に固定されることになる。また、被処理水中の溶存性アルミニウムは、主としてＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とのイオン交換反応により除去される。カチオンの形態の溶存性アルミニウムが存在する場合には、その溶存性アルミニウムは、塩形強酸性カチオン交換樹脂とのイオン交換反応によって除去される。
【００２６】
したがって、図１に示したアルミニウム除去装置は、通水初期におけるｐＨの低下を抑制しつつ、重炭酸イオンを含む被処理水中の溶存性アルミニウムを安定して除去できる。
【００２７】
図２は本発明の別の実施形態でのアルミニウム除去装置を示している。図２に示したアルミニウム除去装置は、重炭酸イオンを含む被処理水から溶存性アルミニウムを除去するものであり、さらに、混床としたイオン交換樹脂層を再生する機能を備えたものである。
【００２８】
図２に示すアルミニウム除去装置は、大別すると、イオン交換装置１０と、被処理水を貯留する原水槽１２と、再生に用いる塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水や塩酸などの再生剤を貯留する再生剤貯槽１４と、イオン交換装置１０から流出しアルミニウムが除去された処理水を貯留する処理水槽１６と、を備えており、各種のポンプや配管、弁を備えている。イオン交換装置１０は、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床としたイオン交換樹脂層３０を保持する樹脂充填塔として構成されており、さらに、イオン交換樹脂層３０の再生の際に用いるコレクタ２４を備えている。
【００２９】
原水槽１２の出口には被処理水を供給するためのポンプ２２ａが設けられ、ポンプ２２ａの出口はイオン交換装置１０の頂部に対して配管２０ａにより接続され、配管２０ａには弁２１ａが設けられている。イオン交換装置１０の底部と処理水槽１６との間は配管２０ｂにより接続され、配管２０ｂには弁２１ｂが設けられている。再生剤貯槽１４の出口には再生剤を供給するためのポンプ２２ｂが設けられ、ポンプ２２ｂの出口は配管２０ａ，２０ｂに対してそれぞれ配管２０ｃ，２０ｄにより接続され、配管２０ｃ，２０ｄにはそれぞれ弁２１ｃ，２１ｄが設けられている。処理水槽１６の出口にもポンプ２２ｃが設けられ、ポンプ２２ｃの出口は配管２０ｅを介して配管２０ｂに接続されている。空気を導入するための配管２０ｆが配管２０ｂに接続されている。配管２０ｅ，２０ｆにはそれぞれ弁２１ｅ，２１ｆが設けられている。イオン交換装置１０の頂部には、逆洗時の排水・排気のための配管２０ｇと吸気用の配管２０ｉとが接続されており、配管２０ｇ，２０ｉにはそれぞれ弁２１ｇ，２１ｉが設けられている。イオン交換装置１０のコレクタ２４には、再生廃液のための配管２０ｈが接続されており、配管２０ｈには弁２１ｈが設けられている。配管２０ｂには、ドレーン用の配管２０ｊが接続され、配管２０ｊには弁２１ｊが設けられている。
【００３０】
次に、図２に示したアルミニウム除去装置の動作について説明する。このアルミニウム除去装置では、イオン交換装置１０により被処理水中のアルミニウムをイオン交換により除去する処理水製造工程、イオン交換装置１０内の混床のイオン交換樹脂層３０を各樹脂に分離する分離工程、分離されたＮａ形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂をそれぞれ再生する再生工程、再生後の各樹脂を混合する混合工程とを１サイクルとして、これらの工程が繰り返される。以下、各工程ごとに説明する。
【００３１】
〈処理水製造工程〉
ポンプ２２ａを動作させ、弁２１ａ，２１ｂを開けて、原水槽１２内の被処理水をイオン交換装置１０内に送液する。被処理水は、イオン交換装置１０内の混床としたＮａ形強酸性カチオン交換樹脂及びＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂によって上述のようにイオン交換され、被処理水中の溶存性アルミニウムが除去される。アルミニウムが除去された処理水は、配管２０ｂを介して処理水槽１６に貯留される。
【００３２】
〈分離工程〉
図２に示したアルミニウム除去装置では、イオン交換によるアルミニウム除去処理を所定時間実施した後、弁２１ａ，２１ｂを閉じ、ポンプ２２ｃを動作させ、弁２１ｅ，２０ｇを開いて、アルミニウム除去処理がなされた処理水を逆洗水として配管２０ｅからイオン交換装置１０内へ送液し、上向流でイオン交換装置１０内のイオン交換樹脂層３０を逆洗し、逆洗水を配管２０ｇから系外へ排出する。このような逆洗によって、混床のイオン交換樹脂層３０は樹脂充填塔として構成されたイオン交換装置１０内で所定の高さまで立ち上がりながら流動し、両樹脂間の比重差によって、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とが分離する。一般にアニオン交換樹脂よりもカチオン交換樹脂の方が比重が大きいので、静置すると、コレクタ２４の位置から下方にＮａ形強酸性カチオン交換樹脂の層が形成され、コレクタ２４の位置から上方にＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂の層が形成される。
【００３３】
〈再生工程〉
弁２１ｅ，２１ｇを閉じ、ポンプ２２ｂを動作させ、弁２１ｃを開けることにより、配管２０ｃ，２０ａを介して再生剤をイオン交換装置１０内へ送液する。再生剤は上層であるＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂と接触し、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂が再生処理され、再生処理廃液は、コレクタ２４から配管２０ｈを介して系外に排出される。また、弁２１ｄを開いてポンプ２２ｂを動作させ、配管２０ｄ，２０ｂを介して再生剤をイオン交換装置１０内へ送液する。再生剤は、下層のＮａ形強酸性カチオン交換樹脂と接触し、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂が再生され、再生処理廃液は、コレクタ２４から配管２０ｈを介して系外に排出される。なお、再生剤の送液は、硫酸カルシウムや炭酸カルシウムの析出を防止するため、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とで別々に行った方がよい。もっとも、被処理水の水質上、両樹脂を同時再生しても硫酸カルシウムや炭酸カルシウムの析出のおそれがない場合には、分離工程を省略し、コレクタ２４をイオン交換装置１０の最下部に設置し、１回の再生剤の送液のみで混床のまま両樹脂の再生処理を行うようにしてもよい。
【００３４】
〈混合工程〉
本発明のアルミニウム除去装置では、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床とするので、上述した分離工程を行った場合には、混合工程によって両樹脂を混合し、再び混床のイオン交換樹脂層３０としなければならない。混合工程では、弁２１ｃ，２１ｄを閉じ、弁２１ｉ，２１ｊを開け、イオン交換装置１０内の水位調整を実施する（例えば、イオン交換樹脂層３０の上面＋１０ｃｍ）。次に、弁２１ｆ，２１ｇを開け、配管２０ｆ，２０ｂを介してイオン交換樹脂層１０内に空気を導入する。空気の供給は、配管２０ｆにエアコンプレッサ等を設置するなどして行われる。イオン交換装置１０に導入された空気により、分離していたＮａ形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とが混合されて混床のイオン交換樹脂層３０が形成される。その後、再度、上述の処理水製造工程が行われる。
【００３５】
上述した各実施形態のアルミニウム除去装置は、被処理水中の溶存性アルミニウムを除去して例えば食品工業用などに用いられる水を生成するために用いることができるほか、例えば、逆浸透膜（ＲＯ膜）で処理される水の前処理に用いることができる。アルミニウム除去装置内のイオン交換樹脂層は、逆浸透膜の目詰まり物質であるアルミニウム化合物や硫酸カルシウム、炭酸カルシウムなども除去できるので、アルミニウム除去装置の後段に逆浸透膜を配置することによって、逆浸透膜の目詰まりを抑制しつつ、さらに純度の高い処理水を得ることができる。
【実施例】
【００３６】
次に、本発明に基づくアルミニウム除去装置について、実施例に基づいてさらに詳しく説明する。なお、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００３７】
［実施例１］
図１に示したアルミニウム除去装置を組み立てた。イオン交換装置２として、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂（商品名「アンバーライト（登録商標）ＩＲ１２０Ｂ Ｎａ」、ダウ・ケミカル社製）１００ｍＬとＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂（商品名「アンバーライト（登録商標）ＩＲＡ−４００ Ｃｌ」、ダウ・ケミカル社製）３００ｍＬとを混合して混床としたものを樹脂カラム（内径２５．４ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）に充填した。このような樹脂カラムに対し、溶存性アルミニウム濃度が０．０４ｍｇ／Ｌ、重炭酸イオン濃度が４２ｍｇＣａＣＯ3／ＬであるＡ市水道水（ｐＨ７．４、電気伝導率１８０μＳ／ｃｍ）を流量１８Ｌ／ｈの条件にて約８時間通水した。この条件は、１時間当たり樹脂の体積の４５倍の量の水を通水すること、すなわちＳＶ＝４５ｈ-1に相当する。樹脂カラムから流出する処理水における溶存性アルミニウム濃度及びｐＨを調べた。各実施例及び比較例に共通して、溶存性アルミニウム濃度の測定にはＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分光分析法を用い、重炭酸イオン濃度の測定には酸滴定法を用いた。
【００３８】
処理水における溶存性アルミニウム濃度の推移を表１に示し、処理水におけるｐＨの推移を図１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１に示されるように、通水初期から処理水における溶存性アルミニウム濃度は０．０１ｍｇ／Ｌ未満であり、溶存性アルミニウムが十分に除去されたことが分かる。処理水のｐＨについても、通水初期にｐＨ６程度まで低下するものの、速やかにｐＨ７近くまで回復し、ｐＨ値も安定した。
【００４１】
［比較例１］
Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂のみを用いてアルミニウム除去を行った場合の処理水におけるアルミニウム濃度とｐＨとを調べた。
【００４２】
樹脂カラム（内径２５．４ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）にＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂（商品名「アンバーライト（登録商標）ＩＲＡ−４００ Ｃｌ」、ダウ・ケミカル社製）４００ｍＬを充填し、実施例１と同じＡ市水道水をＳＶ＝４５ｈ-1、流量１８Ｌ／ｈの条件で約９時間通水した。処理水における溶存性アルミニウム濃度の推移を表２に示し、処理水におけるｐＨの推移を図２に示す。
【００４３】
【表２】
【００４４】
表２に示されるように、処理水での溶存性アルミニウムの濃度は通水初期には０．０１ｍｇ／Ｌであり、実施例１に比べてアルミニウムの除去率がやや低かった。また、処理水のｐＨも通水初期には５程度にまで下がったうえ、その後の回復も緩やかであり、８時間通水時点でのｐＨ６．５程度であった。
【００４５】
［比較例２−１］
Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂のみを用いてアルミニウム除去を行った場合の処理水におけるアルミニウム濃度を調べた。
【００４６】
樹脂カラム（内径２５．４ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）にＮａ形強酸性カチオン交換樹脂（商品名「アンバーライト（登録商標）ＩＲ１２０Ｂ Ｎａ」、ダウ・ケミカル社製）４００ｍＬを充填し、実施例１と同じＡ市水道水をＳＶ＝４５ｈ-1、流量１８Ｌ／ｈの条件で約１５０分通水した。処理水における溶存性アルミニウム濃度の推移を表３に示す。
【００４７】
【表３】
【００４８】
ｐＨが７程度である場合には、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂のみによっては被処理水中の溶存性アルミニウムをほとんど除去できないことが分かった。
【００４９】
［比較例２−２］
比較例２−１と同様に、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂のみを用いてアルミニウム除去を行った場合の処理水におけるアルミニウム濃度を調べた。樹脂カラム（内径１４ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）にＮａ形強酸性カチオン交換樹脂（商品名「アンバーライト（登録商標）ＩＲ１２０Ｂ Ｎａ」、ダウ・ケミカル社製）１００ｍＬを充填し、実施例１とは異なるＢ市水道水（ｐＨ７．８、電気伝導率３７０μＳ／ｃｍ）をＳＶ＝４８ｈ-1、流量４．８Ｌ／ｈの条件で約１４０分通水した。Ｂ市水道水における溶存性アルミニウム濃度は０．０５ｍｇ／Ｌであり、重炭酸イオン濃度は４６ｍｇＣａＣＯ3／Ｌであった。処理水における溶存性アルミニウム濃度の推移を表４に示す。
【００５０】
【表４】
【００５１】
ｐＨが７を超えて８に近い場合にも、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂のみによっては被処理水中の溶存性アルミニウムをほとんど除去できないことが分かった。
【００５２】
［実施例２］
混床としたイオン交換樹脂層におけるＮａ形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂との混合比について検討した。容積ＫのＮａ形強酸性カチオン交換樹脂（商品名「アンバーライト（登録商標）ＩＲ１２０Ｂ Ｎａ」、ダウ・ケミカル社製）と容積ＡのＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂（商品名「アンバーライト（登録商標）ＩＲＡ−４００ Ｃｌ」、ダウ・ケミカル社製）とを混合して混床のイオン交換樹脂層とし、樹脂カラム中に充填した。このとき、容積比Ｋ：Ａが１：１、１：５、１：７及び１：９である４通りの樹脂カラムを用意した。また参考のため、アニオン樹脂のみを充填した樹脂カラムも用意した。
【００５３】
これら５通りの樹脂カラムに対し、溶存性アルミニウムの濃度が０．０２ｍｇ／Ｌ、重炭酸イオン濃度が４７ｍｇＣａＣＯ3／ＬであるＣ市水道水（ｐＨ７．２、電気伝導率１８０μＳ／ｃｍ）をＳＶ＝４５ｈ-1の条件で通水し、樹脂カラムから流出する処理水のｐＨを測定した。図５は、通水時間に応じたｐＨの推移を示しており、図６は、図５と同じデータを樹脂カラム中のアニオン交換樹脂あたりの通水倍量に応じたｐＨの推移に変換して示している。
【００５４】
Ｋ：Ａ＝１：１〜１：５の範囲において、アニオン交換樹脂のみを用いた場合に比べ、通水直後のｐＨの低下から速やかにｐＨが７付近にまで回復することが分かる。また、Ｋ：Ａ＝１：７以上では、ｐＨの速やかな回復は見られないものの、カチオン交換樹脂が存在することから、アニオン形態となっている溶存性アルミニウムがカチオン交換樹脂で除去されると考えられ、処理水の水質の向上が期待される。
【符号の説明】
【００５５】
１，１２ 原水槽
２，１０ イオン交換装置
３，２２ａ〜２２ｃ ポンプ
４，３０ イオン交換樹脂層
１４ 再生剤貯槽
１６ 処理水槽
２０ａ〜２０ｊ 配管
２１ａ〜２１ｊ 弁
２４ コレクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水からアルミニウムを除去する方法において、
アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩形強酸性カチオン交換樹脂と、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床としたイオン交換樹脂層に前記被処理水を通水させることを特徴とする、アルミニウム除去方法。
【請求項２】
前記イオン交換樹脂層において、前記塩形強酸性カチオン交換樹脂の体積に対する前記Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂の体積の比が５以下である、請求項１に記載のアルミニウム除去方法。
【請求項３】
前記イオン交換樹脂層において、前記塩形強酸性カチオン交換樹脂の体積に対する前記Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂の体積の比が３以下である、請求項１に記載のアルミニウム除去方法。
【請求項４】
前記イオン交換樹脂層において、前記塩形強酸性カチオン交換樹脂の体積に対する前記Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂の体積の比が１以上である、請求項２または３に記載のアルミニウム除去方法。
【請求項５】
前記塩形強酸性カチオン交換樹脂は、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアルミニウム除去方法。
【請求項６】
被処理水からアルミニウムを除去するアルミニウム除去装置において、
アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床とし前記被処理水が通水されるイオン交換装置を有することを特徴とする、アルミニウム除去装置。
【請求項７】
前記イオン交換装置において、前記塩形強酸性カチオン交換樹脂の体積に対する前記Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂の体積の比が５以下である、請求項６に記載のアルミニウム除去装置。
【請求項８】
前記イオン交換装置において、前記塩形強酸性カチオン交換樹脂の体積に対する前記Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂の体積の比が３以下である、請求項６に記載のアルミニウム除去装置。
【請求項９】
前記イオン交換装置において、前記塩形強酸性カチオン交換樹脂の体積に対する前記Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂の体積の比が１以上である、請求項７または８に記載のアルミニウム除去装置。
【請求項１０】
前記塩形強酸性カチオン交換樹脂は、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂である、請求項６乃至９のいずれか１項に記載のアルミニウム除去装置。
【請求項１】
被処理水からアルミニウムを除去する方法において、
アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩形強酸性カチオン交換樹脂と、Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床としたイオン交換樹脂層に前記被処理水を通水させることを特徴とする、アルミニウム除去方法。
【請求項２】
前記イオン交換樹脂層において、前記塩形強酸性カチオン交換樹脂の体積に対する前記Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂の体積の比が５以下である、請求項１に記載のアルミニウム除去方法。
【請求項３】
前記イオン交換樹脂層において、前記塩形強酸性カチオン交換樹脂の体積に対する前記Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂の体積の比が３以下である、請求項１に記載のアルミニウム除去方法。
【請求項４】
前記イオン交換樹脂層において、前記塩形強酸性カチオン交換樹脂の体積に対する前記Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂の体積の比が１以上である、請求項２または３に記載のアルミニウム除去方法。
【請求項５】
前記塩形強酸性カチオン交換樹脂は、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアルミニウム除去方法。
【請求項６】
被処理水からアルミニウムを除去するアルミニウム除去装置において、
アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩形強酸性カチオン交換樹脂とＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床とし前記被処理水が通水されるイオン交換装置を有することを特徴とする、アルミニウム除去装置。
【請求項７】
前記イオン交換装置において、前記塩形強酸性カチオン交換樹脂の体積に対する前記Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂の体積の比が５以下である、請求項６に記載のアルミニウム除去装置。
【請求項８】
前記イオン交換装置において、前記塩形強酸性カチオン交換樹脂の体積に対する前記Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂の体積の比が３以下である、請求項６に記載のアルミニウム除去装置。
【請求項９】
前記イオン交換装置において、前記塩形強酸性カチオン交換樹脂の体積に対する前記Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂の体積の比が１以上である、請求項７または８に記載のアルミニウム除去装置。
【請求項１０】
前記塩形強酸性カチオン交換樹脂は、Ｎａ形強酸性カチオン交換樹脂である、請求項６乃至９のいずれか１項に記載のアルミニウム除去装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２２３７００（Ｐ２０１２−２２３７００Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９３０１８（Ｐ２０１１−９３０１８）
【出願日】平成２３年４月１９日（２０１１．４．１９）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１９日（２０１１．４．１９）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
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