JP4136107B2 - 浄水用凝集剤及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浄水用凝集剤及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、飲料水中のアルミニウム（Ａｌ）に関して濃度規制が行われるようになり、世界保健機構（ＷＨＯ）の飲料水水質ガイドラインでは０．２ｍｇ／Ｌ、米国環境保護庁（ＵＳ．ＥＰＡ）の安全飲料水法第二種飲料水規制では０．０５〜０．２ｍｇ／Ｌ（暫定）、欧州共同体（ＥＣ）の飲料水水質基準ではガイドレベルを０．０５ｍｇ／Ｌ、最大許容濃度を０．２ｍｇ／Ｌと定めている。
【０００３】
一方、日本においても厚生省が定めた水道水質に関する基準の快適水質項目（平成４年１２月２１日）にＡｌが示され、その目標値を０．２ｍｇ／Ｌ以下と定めている。
【０００４】
現在、多くの浄水施設では、通常０．数ｍｇ／ＬのＡｌを含有する河川水等を急速ろ過方式によって処理しており、凝集剤としてはポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム等のアルミニウム系の凝集剤が主に使用されている。しかしながら、水処理技術１９９５年、第３６巻、Ｎｏ．４、第１３〜１９頁には、凝集剤を注入していた２０施設、計５７件の浄水について調査した結果、浄水のＡｌ濃度の最高値は０．１８ｍｇ／Ｌであり、快適水質項目等で示されている０．２ｍｇ／Ｌを超えるものは存在しないものの、ＥＣの飲料水水質基準（ガイドレベル）等で示される０．０５ｍｇ／Ｌを超えるものが報告されている。
【０００５】
これらの観点より、凝集処理後の水に残存するＡｌ濃度（以下、残存Ａｌ濃度と称する）の低い浄水用凝集剤の開発が要望されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
かかる状況下に鑑み、本発明者等は浄水施設等においてろ過処理後の浄水中に残存するＡｌ濃度を低減し得る凝集剤を開発すべく鋭意検討を重ねた結果、特定の成分の含有量を特定量以下にした塩基性塩化アルミニウムよりなる浄水用凝集剤を用いる場合には、従来のＰＡＣと同等の凝集性能と保存安定性を維持しながら、処理後の浄水中の残存Ａｌ濃度を低減し得ることを見出し本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の第１は、ナトリウム含有量（Ｎａ換算）がアルミナ含有量（Ａｌ_２Ｏ_３換算）に対する重量比で０．０１以下であり、かつ塩基度が４０〜８０％である塩基性塩化アルミニウムよりなる浄水用凝集剤を提供するにある。
【０００８】
本発明の第２は、ナトリウム含有量（Ｎａ換算）がアルミナ含有量（Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 換算）に対する重量比で０．０１以下であり、かつ塩基度が６５〜７５％である塩基性塩化アルミニウムよりなる浄水用凝集剤を製造する方法であり、水酸化アルミニウムと塩酸とを加圧下で反応させて塩基度４０〜６０％の塩基性塩化アルミニウムとした後、該塩基性塩化アルミニウムに、アルミナゲルを添加することを特徴とする上記浄水用凝集剤の製造方法を提供するにある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明の第１の浄水用凝集剤は塩基性塩化アルミニウムよりなり、かつ塩基度が４０〜８０％、好ましくは５５〜７５％、さらに好ましくは６５〜７５％であることを特徴とする。塩基度が上記範囲を外れると十分な凝集性能が得られない。また、塩基度が８０％より高いと保存安定性が低下する。
【００１０】
本発明の第１の浄水用凝集剤のナトリウム含有量（Ｎａ換算）は、浄水用凝集剤のアルミナ含有量（Ａｌ₂Ｏ₃換算）に対する重量比で０．０１以下、好ましくは０．００５以下であることを特徴とする。ナトリウム含有量が０．０１より多いと残存Ａｌ濃度が高くなる。
【００１１】
本発明の第１の浄水用凝集剤のアルミナ含有量（Ａｌ₂Ｏ₃換算）は、使用条件、その製造方法、ナトリウム含有量、塩基度等により異なり一義的ではないが、通常、約８〜２５重量％、好ましくは約１６〜２５重量％である。アルミナ含有量が約２５重量％より高い場合、保存安定性が低下する場合がある。
【００１２】
本発明の第２の浄水用凝集剤の製造方法は、まず、水酸化アルミニウムと塩酸とを加圧下で反応させて塩基度４０〜６０％の塩基性塩化アルミニウムを得ることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第２の製造方法において用いる水酸化アルミニウムは、従来公知のものであればよく特に制限はない。安価で入手しやすいことからバイヤー法により得られる水酸化アルミニウム、特に塩酸等との反応性にも優れる酸易溶性水酸化アルミニウムの適用が推奨される。
【００１４】
本発明の第２の製造方法において用いる塩酸は、特に制限はなく市販のものを用いればよく、通常約３０％以上の濃塩酸の適用が推奨される。
【００１５】
反応温度は通常約１２０〜１８０℃、好ましくは約１５０〜１６５℃である。また、反応時間は反応温度により異なり一義的ではないが通常約１〜１０時間である。反応圧力は反応温度等により異なり一義的ではないが通常約２〜１０気圧である。
【００１６】
本発明の第２の浄水用凝集剤の製造方法は、次いで、塩基性塩化アルミニウムに水及び／またはアルミナゲルを添加することを特徴とする。
【００１７】
本発明の第２の製造方法にて用いるアルミナゲルは、従来公知のものであればよく特に制限はないが、得られる浄水用凝集剤のナトリウム含有量を下げられることから、ナトリウム含有量の低いもの、好ましくはアルミナ含有量に対する重量比で約０．０１以下のものの適用が推奨される。アルミナゲルの調製方法としては、例えば、硫酸アルミニウムとアルミン酸アルカリを反応させる方法、塩化アルミニウムとアルミン酸アルカリを反応させる方法、アルミン酸アルカリと炭酸アルカリとの混合液に硫酸アルミニウムを反応させる方法、塩基性塩化アルミニウムとアルミン酸アルカリ、アルミン酸アルカリと炭酸アルカリとの混合液に塩基性塩化アルミニウムを反応させる方法等があり、好ましくは塩基性塩化アルミニウムとアルミン酸アルカリ、アルミン酸アルカリと炭酸アルカリとの混合液に塩基性塩化アルミニウムを反応させる方法が挙げられる。また、凝集剤のナトリウム含有量を低減する目的で、次いでろ過、洗浄等による脱塩（脱ナトリウム）処理を行ってもよい。
【００１８】
アルミナゲルの調製に際しては、例えば、攪拌機付きの反応容器に水を入れ、次いで、アルミン酸ナトリウム、炭酸ナトリウム及び水を混合したアルカリ溶液と塩基性塩化アルミニウムと水を混合した酸性溶液とを攪拌しながら常温下同時に添加すればよい。さらに得られたアルミナゲルを水で希釈しリパルプ洗浄後、ろ過等固液分離して脱塩処理することも勿論可能である。
【００１９】
本発明の第２の浄水用凝集剤の製造方法において、水及び／またはアルミナゲルを添加するに際しては、塩基性塩化アルミニウムのアルミナ含有量、塩基度、アルミナゲルのアルミナ含有量及び浄水用凝集剤の目標アルミナ含有量、目標塩基度等により、水添加量、アルミナゲル添加量、添加順序等を適宜決めればよい。
【００２０】
本発明の第２の浄水用凝集剤の製造方法を行うに際しては、例えば、密閉可能な反応容器に塩酸を入れ、次いで攪拌しながら水酸化アルミニウムを入れた後、反応容器を密閉し、必要に応じて加温し、加圧下で塩酸に水酸化アルミニウムを溶解させて塩基度４０〜６０％の塩基性塩化アルミニウムを得、次いで約４０〜約６０℃で該塩基性塩化アルミニウムに水及び／またはアルミナゲルを攪拌しながら添加すればよい。
【００２１】
本発明の第２の製造方法により得られる浄水用凝集剤は、ナトリウム含有量がアルミナ含有量に対する重量比で０．０１以下、好ましくは０．００５以下であり、かつ塩基度が４０〜８０％、好ましくは５５〜７５％、さらに好ましくは６５〜７５％である塩基性塩化アルミニウムよりなる。該浄水用凝集剤は、通常、アルミナ含有量が約８〜約２５重量％、好ましくは約１６〜約２５重量％である。
【００２２】
本発明の浄水用凝集剤を浄水施設等で使用する場合、その添加量（Ａｌ₂Ｏ₃換算）は通常、河川水等の水に対して約１〜約１００ｐｐｍである。添加量が約１ｐｐｍより少ないと、十分な凝集効果が得られない場合がある。また、添加量が約１００ｐｐｍより多いと、添加量に見合う効果が得られないばかりか、残存Ａｌ濃度が増加する場合がある。
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明の浄水用凝集剤は従来のＰＡＣと同等の凝集性能及び２００日以上の保存安定性を有し、かつ河川水等を処理する浄水施設に適用する場合には残存Ａｌ濃度を低減できることから、その産業上の利用価値は大である。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はかかる実施例によりその範囲を制限されるものではない。塩基性塩化アルミニウム及び浄水用凝集剤の分析、凝集性能、保存安定性、水中の残存Ａｌ濃度の測定は以下の方法で行った。
【００２４】
塩基性塩化アルミニウム、浄水用凝集剤の分析：
アルミナ含有量(Ａｌ₂Ｏ₃換算)〔重量％〕： ＪＩＳ Ｋ１４７５（１９９６年）による。
塩基度〔％〕： ＪＩＳ Ｋ１４７５（１９９６年）による。
ナトリウム含有量（Ｎａ換算）〔ｍｇ／Ｌ〕： 無炎原子吸光法による。
【００２５】
凝集性能：
（１）供試水
淀川表流水（濁度１２．８、アルカリ度２８度、ＰＨ７．２／２５℃、Ａｌ濃度０．２９ｍｇ／Ｌ）を用いた。尚、Ａｌ濃度は、採取した水をそのまま無炎原子吸光度計（ＡＡ−６７０、株式会社島津製作所製）により測定した。
（２）ジャーテスト
供試水各１Ｌを１Ｌビーカー４ヶに分取し、各ビーカーに浄水用凝集剤をＡｌ₂Ｏ₃換算で１．５、２．０、２．５、３．０ｍｇ／Ｌを添加し、１００ｒｐｍで１分間、５０ｒｐｍで１０分間攪拌後、１０分間静置した。次に、上澄み液を採取して濁度を測定した。各ビーカー４ポイントの平均除濁率により凝集性能（除濁性能）を評価した。尚、除濁率は以下の計算式より導出した。
除濁率（％）＝｛１−（上澄み液の濁度／供試水の濁度）｝×１００
（３）判定基準
凝集性能は平均除濁率９５％以上が合格（○）、９５％未満が不合格（×）である。
【００２６】
保存安定性〔日〕：浄水用凝集剤１５０ｍｌを広口瓶に採集密栓し、２０℃の恒温槽に放置し溶液の径時変化を観察した。
【００２７】
残存Ａｌ濃度〔ｍｇ／Ｌ〕：ジャーテスターで得た上澄液を０．４５μメンブランフィルターで濾過し、濾液中のＡｌ濃度を無炎原子吸光度計（ＡＡ−６７０、株式会社島津製作所製）により測定した。
【００２８】
実施例１
塩基性塩化アルミニウムの調製
水酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃含有量６０．６％）４３１．１重量部と塩酸（３５．８％）７６８．９重量部を反応容器に添加し、撹拌しながら１５８℃に昇温し、２．５時間保持した。このときの圧力は４．５気圧であった。放冷後、反応液をろ過して未反応の水酸化アルミニウムを除去し塩基性塩化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃含有量２０．１％、塩基度５０．１％）を得た。尚、未反応の水酸化アルミニウムは８．３％であった。
【００２９】
アルミナゲルの調製
予め２００．０重量部の水を投入した撹拌機付き反応容器中に、アルミン酸ナトリウム（Ａｌ₂Ｏ₃含有量２５．９％、Ｎａ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｏ₃モル比＝１．２）３３２．５重量部と炭酸ナトリウム（９６％）７８．０重量部および水６００．８重量部を混合したアルカリ溶液と、塩基性塩化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃濃度１９．８％、塩基度４９．０％）５７５．２重量部と水４３６．２重量部を混合した酸性溶液とを、撹拌しながら常温下同時に添加した後、脱塩処理の為、水にてＡｌ₂Ｏ₃濃度約３％に希釈後、ろ過、洗浄しアルミナゲルを得た。
【００３０】
５０℃に保持した状態で塩基性塩化アルミニウム１１６４重量部にアルミナゲル９６０重量部を攪拌しながら１時間で添加し、２時間保持した後、ろ過して浄水用凝集剤を得た。この浄水用凝集剤の物性及び凝集性能、保存安定性、水中の残存Ａｌ濃度を表１に示す。
【００３１】
比較例１
５０℃に保持した状態で実施例１に用いたと同じ塩基性塩化アルミニウム１１６４重量部に水１２００重量部を攪拌しながら１時間で添加し、２時間保持した後、ろ過して浄水用凝集剤を得た。この浄水用凝集剤の物性及び凝集性能、保存安定性、水中の残存Ａｌ濃度を表１に示す。
【００３２】
比較例２
市販のポリ塩化アルミニウム（ＪＩＳ規格品）の物性及び凝集性能、保存安定性、水中の残存Ａｌ濃度を表１に示す。
【００３３】
比較例３
実施例１で得られた浄水用凝集剤に硫酸ナトリウムを常温で添加し、ナトリウム含有量の高い浄水用凝集剤を得た。この浄水用凝集剤の物性及び凝集性能、保存安定性、水中の残存Ａｌ濃度を表１に示す。
【００３４】
【表１】

Claims (4)

1. ナトリウム含有量（Ｎａ換算）がアルミナ含有量（Ａｌ₂Ｏ₃換算）に対する重量比で０．０１以下であり、かつ塩基度が６５〜７５％である塩基性塩化アルミニウムよりなる浄水用凝集剤を製造する方法であり、
   水酸化アルミニウムと塩酸とを加圧下で反応させて塩基度４０〜６０％の塩基性塩化アルミニウムとした後、該塩基性塩化アルミニウムに、脱塩処理されたアルミナゲルを添加することを特徴とする前記浄水用凝集剤の製造方法。
2. 水酸化アルミニウムと塩酸とを２〜１０気圧下で反応させることを特徴とする請求項１に記載の浄水用凝集剤の製造方法。
3. 水酸化アルミニウムと塩酸とを加圧下、１２０℃〜１８０℃で反応させることを特徴とする請求項１〜請求項２のいずれかに記載の浄水用凝集剤の製造方法。
4. アルミナゲルが、アルミン酸ナトリウムと炭酸ナトリウムとの混合液に塩基性塩化アルミニウムを反応させて得られたものである請求項１〜請求項３のいずれかに記載の浄水用凝集剤の製造方法。