JP2012223700A - Method and apparatus for removing dissolved aluminum - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a method and apparatus for removing dissolved aluminum (Al) from water to be treated containing bicarbonate ions (HCO 3 − ) to reduce the amount of dissolved aluminum.
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。 Coagulation sedimentation filtration methods and coagulation filtration methods are widely used as treatment methods when producing suspended water such as tap water and drinking water by removing suspended substances from water containing suspended substances such as river water and lake water. As the aggregating agent at that time, an aluminum-based aggregating agent such as polyaluminum chloride (PAC) is often used.
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。 Most of the aluminum flocculant added to flocculate and remove suspended solids is removed along with the suspended solids by precipitation or filtration, but some remains undissolved in the water after the suspended solids have been removed. The reaction remains and is detected as a trace amount of aluminum.
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。 In tap water, drinking water, and the like, a limit is set for the amount of remaining aluminum from the viewpoint of color. With regard to the aluminum content, in the tap water quality standard, 0.2 mg / L is defined as the standard value, and 0.1 mg / L is defined as the water quality management target value. In the food industry and the like, there is a demand for further reducing the remaining amount of aluminum.
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。
Aluminum derived from the flocculant is considered to exist mainly as a dissolved species in water. Non-Patent
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。 In the method for reducing the amount of dissolved aluminum contained in the water to be treated by using a Cl-type strongly basic anion exchange resin, it must be considered that bicarbonate ions are contained in the water to be treated.
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。
When tap water or drinking water is used as water to be treated, the water to be treated is derived from carbon dioxide (CO 2 ) in the air and generally contains bicarbonate ions. When water to be treated containing bicarbonate ions is passed through a Cl-type strongly basic anion exchange resin, at the initial stage of water passage, ions of bicarbonate ions and Cl (chlorine) bonded to the functional groups of the anion exchange resin. An exchange reaction takes place, and bicarbonate ions in the water to be treated are removed, thereby lowering the pH (hydrogen ion index) in the treated water, that is, the treated water. The equilibrium formula of bicarbonate ion in water is
HCO 3 - + H + ⇔ H 2
It is expressed. Considering the acid dissociation constant in this equilibrium, if the pH of the water to be treated is approximately 4.8 or higher, bicarbonate ions will be present in the water to be treated.
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。 Keeping in mind that the water to be treated is water from which suspended substances have been removed in order to obtain, for example, tap water or drinking water, the pH of the water to be treated is often around 7. When treated water is passed through a Cl-type strongly basic anion exchange resin, the pH of the water obtained at the initial stage of passing water is about 5.
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。 By the way, aluminum is an amphoteric metal, and its dissolved state is said to have a high anion ratio on the alkali side and a high cation ratio on the acid side, at a pH of around 6.5. When bicarbonate ions in the water to be treated are removed and the pH is lowered, the proportion of dissolved aluminum in the form of a cation increases, and the removal rate of aluminum by the Cl-type strongly basic anion exchange resin decreases. In addition, a decrease in pH in treated water not only leads to a deviation from the water quality standard (pH 5.8 to 8.6) from the viewpoint of applications such as tap water and drinking water, but also leads to an increase in corrosivity, It is not preferable.
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。 As a method of removing aluminum from the water to be treated, in the method of passing the water to be treated through a Cl-type strongly basic anion exchange resin, the pH is lowered in the water obtained at the initial stage of the water flow, and thereby the aluminum by the anion exchange resin. This causes a problem that the removal rate of the water is reduced, and further, the pH value deviates from the standard, which causes corrosion of the piping and the like.
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。 An object of the present invention is an aluminum removal method and apparatus that can remove dissolved aluminum in water to be treated containing bicarbonate ions at a high removal rate, and a reduction in the removal rate and a pH in the initial stage of water flow are suppressed. It is to provide a method and apparatus.
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。 The method for removing aluminum of the present invention is a method for removing aluminum from water to be treated, wherein a salt-type strongly acidic cation exchange resin of an alkali metal or alkaline earth metal and a Cl-type strongly basic anion exchange resin are mixed. Water to be treated is allowed to flow through the ion exchange resin layer.
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。 The aluminum removing apparatus of the present invention is an aluminum removing apparatus that removes aluminum from water to be treated, and is a mixed bed of an alkali metal or alkaline earth metal salt-type strongly acidic cation exchange resin and a Cl-type strongly basic anion exchange resin. It has an ion exchange device through which water to be treated is passed.
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。 When water to be treated containing bicarbonate ions is passed through a Cl-type strongly basic anion exchange resin, as described above, bicarbonate ions are removed by an ion exchange reaction at the initial stage of passing water. It has the effect of increasing the hydrogen ion concentration in the water and lowering the pH of the treated water. In the present invention, a salt-type strongly acidic cation exchange resin of an alkali metal or alkaline earth metal is further mixed with a Cl-type strongly basic anion exchange resin to form a mixed bed. This time, the hydrogen ions released into the water cause an ion exchange reaction with a cation (for example, Na + ) bonded to the functional group of the salt-type strongly acidic cation exchange resin. As a result, the hydrogen ion concentration in water does not increase, and a decrease in the pH of the treated water is suppressed. Since the Cl-type strongly basic anion exchange resin efficiently captures the aluminum anion by suppressing the pH decrease, the decrease in the aluminum removal rate is suppressed. Even if some aluminum ions are dissolved as cations, the aluminum cations are removed by the salt-type strongly acidic cation exchange resin.
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。 In the present invention, the pH of the water to be treated is, for example, 4.8 or more so that bicarbonate ions can exist. In particular, when the use of the water to be treated is tap water or drinking water, the pH of the water to be treated is, for example, in the range of 5.8 to 8.6 defined in the tap water quality standard.
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。 In the present invention, as the salt-type strongly acidic cation exchange resin, for example, a strongly acidic cation exchange resin of Na (sodium) form, K (potassium) form, Mg (magnesium) form, or Ca (calcium) form can be used. . In particular, Na-type strongly acidic cation exchange resin can be preferably used.
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。 According to the present invention, an ion exchange resin layer comprising an alkali metal or alkaline earth metal salt-type strongly acidic cation resin and a Cl-type strongly basic anion exchange resin as a mixed bed is used. Dissolving aluminum in the water to be treated containing bicarbonate ions while suppressing the decrease in pH at the initial stage of water flow, as will be apparent from Examples and the like described later, by allowing the water to be treated to flow. Can be stably removed.
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。
FIG. 1 shows an aluminum removal apparatus in a principle embodiment of the present invention. This aluminum removing apparatus includes a
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。 For example, the water to be treated is water from which suspended substances have been removed by coagulating and filtering the suspended substances with an aluminum-based flocculant. For example, the water to be treated is water used as tap water or drinking water. The water to be treated contains bicarbonate ions due to the fact that carbon dioxide in the air is dissolved. The pH of the water to be treated is, for example, from 5.8 to 8.6 as defined in the water quality standards.
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。 The salt-type strongly acidic cation exchange resin uses an alkali metal or an alkaline earth metal as an ionic form such as Na-type, K-type, Mg-type, and Ca-type. The ionic form of the salt-type strongly acidic cation exchange resin may be an ionic form of an ion with a selectivity factor that is not too high. The Na form is most suitable because it has a small difference in selectivity with respect to aluminum ions and a large difference in selectivity with aluminum ions.
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。 Although it is not unimaginable to use other halogen-type strongly basic anion exchange resins instead of Cl-type strongly basic anion exchange resins, considering the factors such as selectivity and toxicity, Cl-type strong basicity It is most preferable and practical to use an anion exchange resin.
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。
Next, the ratio of the salt-type strongly acidic cation exchange resin and the Cl-type strongly basic anion exchange resin in the ion-
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。
In the aluminum removing apparatus shown in FIG. 1, when the water to be treated containing bicarbonate ions is supplied from the
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。 Therefore, the aluminum removing apparatus shown in FIG. 1 can stably remove dissolved aluminum in the water to be treated containing bicarbonate ions while suppressing a decrease in pH at the initial stage of water flow.
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。 FIG. 2 shows an aluminum removing apparatus according to another embodiment of the present invention. The aluminum removing apparatus shown in FIG. 2 removes dissolved aluminum from the water to be treated containing bicarbonate ions, and further has a function of regenerating an ion exchange resin layer in a mixed bed.
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。
The aluminum removing apparatus shown in FIG. 2 is roughly classified into an
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。
A
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。
Next, the operation of the aluminum removing apparatus shown in FIG. 2 will be described. In this aluminum removing apparatus, a treated water production process for removing aluminum in the water to be treated by ion exchange by the
〈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。
<Processed water production process>
The
〈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。
<Separation process>
In the aluminum removing apparatus shown in FIG. 2, after the aluminum removing process by ion exchange was performed for a predetermined time, the
〈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。
<Regeneration process>
By closing the
〈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。
<Mixing process>
In the aluminum removing apparatus of the present invention, the Na-type strongly acidic cation exchange resin and the Cl-type strongly basic anion exchange resin are used as a mixed bed. Therefore, when the above-described separation step is performed, both resins are mixed by the mixing step. Then, the mixed-bed ion
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。 The aluminum removal apparatus of each embodiment described above can be used to remove dissolved aluminum in the water to be treated to generate water used for, for example, the food industry. For example, a reverse osmosis membrane (RO membrane) ) Can be used for pretreatment of water to be treated. The ion exchange resin layer in the aluminum removal device can also remove aluminum compounds, calcium sulfate, calcium carbonate, etc., which are clogging substances of the reverse osmosis membrane, so reverse placement by placing a reverse osmosis membrane in the latter stage of the aluminum removal device. While suppressing clogging of the osmotic membrane, treated water with higher purity can be obtained.
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。 Next, the aluminum removal apparatus based on this invention is demonstrated in more detail based on an Example. In addition, this invention is not limited by these Examples.
[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。
[Example 1]
The aluminum removing apparatus shown in FIG. 1 was assembled. As the
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。 The transition of dissolved aluminum concentration in the treated water is shown in Table 1, and the transition of pH in the treated water is shown in FIG.
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。
As shown in Table 1, it can be seen that the dissolved aluminum concentration in the treated water was less than 0.01 mg / L from the beginning of water flow, and the dissolved aluminum was sufficiently removed. The pH of the treated water also decreased to about
[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。
[Comparative Example 1]
The aluminum concentration and pH in the treated water when aluminum was removed using only the Cl-type strongly basic anion exchange resin were examined.
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。 A resin column (inner diameter: 25.4 mm, length: 1000 mm) was packed with 400 mL of Cl-type strongly basic anion exchange resin (trade name “Amberlite (registered trademark) IRA-400 Cl”, manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.). The same city A tap water as 1 was passed for about 9 hours under the conditions of SV = 45 h −1 and a flow rate of 18 L / h. The transition of dissolved aluminum concentration in the treated water is shown in Table 2, and the transition of pH in the treated water is shown in FIG.
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。 As shown in Table 2, the concentration of dissolved aluminum in the treated water was 0.01 mg / L at the beginning of water flow, and the removal rate of aluminum was slightly lower than that in Example 1. In addition, the pH of the treated water dropped to about 5 at the beginning of the water flow, and the recovery thereafter was slow, and was about 6.5 at the time of water flow for 8 hours.
[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。
[Comparative Example 2-1]
The aluminum concentration in the treated water was investigated when aluminum was removed using only the Na-type strongly acidic cation exchange resin.
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。 A resin column (inner diameter 25.4 mm, length 1000 mm) was charged with 400 mL of Na-type strongly acidic cation exchange resin (trade name “Amberlite (registered trademark) IR120B Na”, manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.). The city A tap water was passed for about 150 minutes under conditions of SV = 45 h −1 and a flow rate of 18 L / h. Table 3 shows the transition of the dissolved aluminum concentration in the treated water.
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。 When the pH was about 7, it was found that dissolved aluminum in the water to be treated could hardly be removed only by the Na-type strongly acidic cation exchange resin.
[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。
[Comparative Example 2-2]
Similar to Comparative Example 2-1, the aluminum concentration in the treated water when the aluminum was removed using only the Na-type strongly acidic cation exchange resin was examined. A resin column (inner diameter: 14 mm, length: 1000 mm) is filled with 100 mL of Na-type strongly acidic cation exchange resin (trade name “Amberlite (registered trademark) IR120B Na”, manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.). City tap water (pH 7.8, electrical conductivity 370 μS / cm) was passed for about 140 minutes under conditions of SV = 48 h −1 and a flow rate of 4.8 L / h. The dissolved aluminum concentration in city B tap water was 0.05 mg / L, and the bicarbonate ion concentration was 46 mg CaCO 3 / L. Table 4 shows the transition of the dissolved aluminum concentration in the treated water.
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。 Even when the pH exceeded 7 and was close to 8, it was found that dissolved aluminum in the water to be treated could hardly be removed only by the Na-type strongly acidic cation exchange resin.
[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。
[Example 2]
The mixing ratio of Na-type strongly acidic cation exchange resin and Cl-type strongly basic anion exchange resin in the ion exchange resin layer in the mixed bed was examined. Volume K Na-type strongly acidic cation exchange resin (trade name “Amberlite (registered trademark) IR120B Na”, manufactured by Dow Chemical) and volume A Cl-type strongly basic anion exchange resin (trade name “Amberlite (registered) (Trademark) IRA-400 Cl ”(manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.) was mixed to form an ion exchange resin layer in a mixed bed and packed in a resin column. At this time, four resin columns having a volume ratio K: A of 1: 1, 1: 5, 1: 7, and 1: 9 were prepared. For reference, a resin column filled only with an anionic resin was also prepared.
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。 To these five types of resin columns, the city water (pH 7.2, electrical conductivity 180 μS / cm) having a dissolved aluminum concentration of 0.02 mg / L and a bicarbonate ion concentration of 47 mg CaCO 3 / L was converted into SV. Water was passed under the condition of = 45 h −1 and the pH of the treated water flowing out from the resin column was measured. FIG. 5 shows the transition of pH according to the water flow time, and FIG. 6 shows the same data as FIG. 5 converted into the transition of pH according to the water flow rate per anion exchange resin in the resin column. It shows.
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。 It can be seen that, in the range of K: A = 1: 1 to 1: 5, the pH quickly recovers to around 7 from the decrease in pH immediately after passing water, compared to the case where only the anion exchange resin is used. In addition, when K: A = 1: 7 or more, rapid recovery of pH is not observed, but since cation exchange resin exists, dissolved aluminum in an anionic form is removed by cation exchange resin. It is possible to improve the quality of treated water.
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
DESCRIPTION OF
Claims (10)
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。 In a method for removing aluminum from water to be treated,
The treated water is passed through an ion exchange resin layer in which a salt-type strongly acidic cation exchange resin of an alkali metal or an alkaline earth metal and a Cl-type strongly basic anion exchange resin are mixed. Aluminum removal method.
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。 In an aluminum removing apparatus for removing aluminum from water to be treated,
An aluminum having an ion exchange device through which the water to be treated is passed through a mixed bed of a salt-type strongly acidic cation exchange resin of alkali metal or alkaline earth metal and a Cl-type strongly basic anion exchange resin Removal device.
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