JPH0365292A - 溶解アルミニウムを含有する水の無毒化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水の処理方法に関する。特に本発明は酸性の水
（ａｃｉｄｉｃ　ｗａｔｅｒ）の環境に対する許容性及
び飲料水としての許容性を改善するための酸性の水の処
理方法に関する。

酸性の水、例えばいわゆる酸性雨を集めることによって
得られる酸性の水は溶解したアルミニウムを含有してお
り、そしてその濃度は湖や川の魚類に対して有害な濃度
であることが知られておりまたある種の専門家により樹
木の根のごとき根に対しても有害な濃度であると考えら
れている。また、腎臓透析に使用される水中に、溶解し
た（不安定な、１ａｌｉｌｅ）アルミニウムが存在する
ことは患者に危険であり、この患者が神経系の病気や骨
の病気になることがあることも知られている。

アルミニウムは中性又はアルカリ性の水には本質的に不
溶性であるが、その溶解性は水の酸性度が増大するにつ
れて（すなわち、水のｐＨが低下するにつれて）増大す
る。６又はそれ以下のｐＦ［においては、アルミニウム
は有毒な（毒性を示す程度の）濃度まで溶解しそして酸
性の水中に存在するアルミニウムは、′例えば、酸性の
水とアルミニウムを含有する岩石とが接触することによ
りあるいは水処理装置内でミョウバンのごときアルミニ
ウム塩を凝集剤として使用することによりもたらされ得
るものである。

魚類及び樹木に対するアルミニウムの有害な影響は酸性
の水の酸性度を減少させ（ｐｌ（を上昇させ）、それに
よって、水に対するアルミニウムの溶解度を減少させる
ことによって最小限にし得ることも知られている。従っ
て、酸性の湖、河、小川及びこれらが流入する流域を処
理する場合、水をアルカリ金属又はアルカリ土金属炭酸
塩のごときアルカリで処理することが一般的に行われて
いる。アルカリ金属を含有するアルカリよりもカルシウ
ムを含有するアルカリが好ましいが、これは、カルシウ
ムイオンは魚類の水中の不純物に対する耐性を増大させ
るという有益な効果を有すると考えられるからである。

最も一般的に使用されているアルカリは石灰石の形の炭
酸カルシウムである。

酸性の水をアルミニウムに関して大過剰の珪素を生成さ
せるのに十分な量の（珪酸の形の）珪素で処理すること
により、酸性の水中に溶解しているアルミニウムを無毒
性にすることができ、従って、環境に対するアルミニウ
ムの有害な影響を減少させることができる。珪素による
無毒化（ｄｅｔｏｘｉｆｉｅａｔｉｏｎ）の程度は、酸
性の水をアルカリ単独で処理することにより得られるも
のより大きくかつ水のｐｔｉの増大により影響を受けな
い。しかしながら、水のｐＨを増大させ、一方、珪素（
又は珪酸）を水に溶解させることが好ましい。

本発明によれば、溶解したアルミニウムを含有する水を
無毒化するにあたり、上記溶解アルミニウム含有水に珪
素の供給源（珪酸）とアルカリの供給源とを下記の量、
すなわち、溶解アルミニウム含有水がｌ！！当り、少な
くとも４０ミクロモル（ｍｉｃｒｏｍｏｌｅ）の溶解し
た珪素を含有するような量であってかつ上記溶解アルミ
ニウム含有水中の珪素とアルミニウムの比が６＝１．好
ましくは、１０：１より大きくなるような量で溶解させ
ることを特徴とする、溶解アルミニウムを含有する水の
無毒化方法が提供される。珪素供給源の量は、溶解アル
ミニウム含有水が溶解した珪素を１ｌ当り、少なくとも
１００ミクロモル含有するような、量であることが好ま
しい。

珪素とアルカリについて別々の供給源を使用するか、又
は、所望ならば、珪素とアルカリ共通の供給源を使用し
得る。使用し得る珪素供給源の例はアルカリ金属珪酸塩
及びアルカリ土金属珪酸塩である。ある場合には、砂、
石英及びある種のクレイのごとき溶解が遅いあるいは溶
解が極めて遅い珪素供給源を使用し得る。使用し得るア
ルカリ供給源は石灰、水和石灰、生石灰、石灰石、白亜
及びホワイチング（ｗｈｉｔｉｎｇ）である。

例えば、水中のアルカリに対する珪素の濃度を、珪素と
アルカリの共通の供給源を単独で使用することによって
は得られない濃度まで増大させることを希望する場合に
は、珪素とアルカリの共通の供給源と珪素の別個の供給
源とを組合せた場合のごとく、珪素供給源の１種又はそ
れ以上とアルカリ供給源の１種又はそれ以上との混合物
を使用し得る。本発明で使用するための混合物の特定の
例は石灰及び／又は石灰石とアルカリ金属珪酸塩との混
合物である。

少なくともある量の珪素とアルカリは、例えばアルカリ
金属珪酸塩であるか又はアルカリ土金属珪酸塩であり得
る、同一の供給源によって提供されることか好ましい。

水硬性珪酸カルシウム（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｃａｌｃ
ｉｕｍ　５ｉｌｉｃａｔｅ）は好ましい処理剤であり、
これはジー及びトリ珪酸カルシウム、２ＣａＯ・ＳｉＯ
□及び３ＣａＯ・ＳｉＯ□からなるセメント相である珪
酸カルシウム水硬性セメントクリンカ−の形で容易に入
手される。実質的な割合の水硬性珪酸カルシウムを含有
するボルトランドセメントも使用し得る；かかるセメン
トはしばしばアルミン酸カルシウムも含有しており、こ
のアルミン酸カルシウムは、水中に溶解した追加的なア
ルミニウムを提供することがあるという理由で望ましく
ないものである；しかしながら、この追加的な溶解アル
ミニウムの存在は、水が１ｌ当り、少なくとも４０ミク
ロモル、好ましくは少なくとも　１００ミクロモルの珪
素を含有している限り許容され得る。

ｐＨか５．５及びそれ以上のかつ溶解アルミニウムを含
有する酸性の水中に珪素（珪酸）を溶解させることによ
り、一般に無毒性であるアルミノ珪酸塩錯化合物（ｃｏ
ｍｐｌｅｘ　ａｌｕｍｉｎｏｓｉｌｉｃａｔｅ　５ｐｅ
ｃｉｅｓ）か形成される。

前記したごとく、水（溶解アルミニウム含有水）中の珪
素ニアルミニウムの比は少なくとも６：Ｉ、好ましくは
、少なくとも１０：ｌとすべきであり、上記の水中の珪
素含有量は１ｌ当り、少なくとも４０ミクロモル、好ま
しくは、少なくとも１００ミクロモルとすべきである。

珪素の供給源（及び水のｐＨを上昇させるためのアルカ
リの供給源）としてセメントクリンカ−を使用した場合
には、セメントクリンカ−はアルミノ珪酸カルシウムで
あるため、アルミニウムも水に添加される。

セメントクリンカ−は、ある場合には珪素とアルミニウ
ムを約７＝１までの比で含有し得るが、典型的には、珪
素とアルミニウムを約３．４５：１の比で含有している
。従って、典型的なセメントクリンカ−（比３．４５：
１）を使用した場合には、水中の全アルミニウム（クリ
ンカーから添加されるものも含めて）を無毒化するのに
十分な珪素を水中に提供することができない。従って、
追加の珪素をアルカリ金属珪酸塩又はアルカリ土金属珪
酸塩のごとき水溶性珪酸塩の形でセメントクリンカ−に
添加することが好ましい。追加の珪酸塩をセメン１−ク
リンカー中に配合して珪素に富む粉末を得るか又は処理
すべき水に別個に添加することができる。

ｐＨ５，５及びそれ以上の酸性の水に十分な蓋の珪素（
珪酸）を溶解させることにより、不溶性アルミノシリケ
ートイモゴライト（ｉｍｏｇｏｌｉｔｅ）を形成する際
の中間体であるアルミノ珪酸塩錯化合物が形成されると
考えられる。これらの中間体は長時間溶解した状態にあ
るが、最終的に（よコロイド状固体として沈澱し得る。

従って水中の残留アルミニウムの含有量は大きいもので
あり得るが、春性を示す形のアルミニウムは非常に低い
もの、例えば、［Ｉ！当り、ｌミクロダラムという・低
さのものであり得る。コロイド状固体として沈澱するア
ルミノ珪酸塩錯化合物は所望ならば除去し得るが、これ
らの化合物は水酸化アルミニウムと比較して生物学的有
効性が低く従って水中に残留させ、徐々に沈降させ得る
。

水をセメントクリンカ−のごとき水硬化珪酸カルシウム
で処理するにあたっては、珪酸塩が溶解せずにセメント
が形成されることを防止するために、珪酸塩と接触する
水のｐＨが約９．０以下であることそしてこのｐＨが約
９．０以下に保持されることか重要である。水のｐＨを
約１０以上に上昇させた場合には、珪酸塩中で硬化反応
が生起し、セメントが形成される；しかしながら、ＰＨ
が約９．０以下に留まっている場合には、硬化反応が抑
制され、珪酸塩の溶解が徐々に生起する。例えば、少量
の水を水硬性珪酸カルシウムと混合した場合には、水の
ｐｉ（が急速に約１２．０まで上昇して硬化反応が生起
し、その結果、セメントが生成しそして非常に少量、例
えば１　ｐｐｍのシリカしか水に溶解しない。

しかしながら、大容量の水例えば水：固体の比が２００
：１又はそれ以上となる容量の水を存在させた場合には
、ｐＨは９．０以下に留まり、硬化反応は阻止されそし
て多量のシリカが水に溶解する。例えばｐＩ（６におい
ては、溶解シリカの量は１３０〜１５０ｐｐｍという大
きさであり得る。

従って、セメントの形成を生起させずに珪酸カルシウム
を溶解させるためには、珪酸カルシウムに近接する水の
ｐＨを約９．０以下に保持すべきである。このことは大
過剰の水を存在させることにより（しかしながら、水が
余りにも多い場合には溶液が稀釈され、そのため、水１
ｌ当り、珪素４０ミクロモルという珪素の最小所望濃度
が得られないであろう）及び／又は攪拌することによっ
て珪酸塩に隣接する静止層を存在させないことにより及
び／又は珪酸塩の床に水を通送することにより達成し得
る。流速の大きい河川の水の場合には大きな顆粒の珪酸
塩を使用することができ、一方、流れの遅い河川の場合
にはより小さい顆粒を使用すべきである。水が静止して
いるか又は実質的に静止しておりそして攪拌を行うこと
ができないか又は不適当である湖の水を処理するのに有
用な方法は、珪酸塩を微細な粉末の形で水の表面に噴霧
するかあるいは拡展させそして珪酸塩を水中にゆっくり
沈降させることである。

珪酸塩上での静止水層の形成を回避することができない
環境にある水を処理するためには、すなわち例えば、過
剰の水か存在しないかあるいは実質的に水の流れが存在
しない酸性の土壌を処理する場合には、硬化抑制添加剤
を含有する珪酸塩製剤が必要である。かかる製剤におい
ては硬化が抑制され従って、製剤化されていない（硬化
抑制剤を含有していない）水硬性珪酸カルシウムの場合
に許容されるものより高いｐＨにおいても珪酸塩を溶解
させることができる。実際、かかる製剤は、処理すべき
水の（局部的な）　ｐＨに関係なしに使用し得る。

水硬性珪酸カルシウムの硬化を阻止又は抑制するのに適
当な添加剤としては、例えば、スクロース及びラフィノ
ースのごとき砂糖（ｓｕｇａｒ）が挙げられる。製剤を
調製するためには、微粉砕した水硬性珪酸塩を砂糖の溶
液と混合しついで得られた硬化製品を適当な粒子寸法に
粉砕する。

前記したごとに、本発明によれば、溶解アルミニウムを
含有する水を処理する方法であって、アルミニウムと溶
解珪素（珪酸）とを錯体化（ｃｏｍｐｌｅｘ）　Ｌ、一
方、アルカリを添加することによって水のｐＨを上昇さ
せる（酸性度を低下させる）ことにより、有毒なアルミ
ニウムの濃度を１ｌ当りｌ　ミクログラムという低さま
で減少させる方法が提供される。

水硬性珪酸カルシウムと接触する水のｐＨの影響とセメ
ントの形成を招来する硬化反応を防止する必要性とを例
示するために、種々のｐＨ値で処理された水中の溶解珪
素（シリカとして）の量を第１表に示す。

第１表 一スを用いて製剤化した同一の水硬性珪酸カルシウムを
用いて処理した水について測定したカルシウム：シリカ
の比を第２表に示す。

第２表 セメントの形成を招来する硬化反応を防止する必要性を
例示するために、保護されていない（硬化抑制剤を添加
していない）水硬性珪酸カルシウムを用いて処理した水
と、前記したごときスクロ本発明の実施例を以下に示す
。

実施例！ １、１８ｍａ＋以下の粒度を有するセメントクリンカ−
の試料を塩酸でｐＨ３，０に酸性化した、２．５ｍｌ／
分の流率の水中に装入した。ｐＨ１溶解珪素（シリカと
して分析）及びＳｉ／ｌの比を分析するのに十分な量の
物質を得るために、水を１００分間に亘って集めた。試
料量１．２．３及び４ｇのセメントクリンカ−について
得られた結果を下記の表に示す。

ｃｅｏ＋ｅｎｔ）を実施例１で述べたものと同様の酸性
の水流中での試験により評価した。得られた結果を下記
の表に示す。

上記の結果は、全ての試験において、水の酸性度を低下
させる（ｐＨを上昇させる）ために酸性の水に酸性の水
にセメントクリンカ−を溶解させることにより、高い溶
解珪素（ＳｉＯｚ）濃度と１０より著しく大きい５ｉｌ
Ａｌ比とが得られることを示している。

実施例２ ３５０ｒｄ／ｋｇの比表面積を有するまで粉砕した普通
ボルトランドセメント（ｏｒｄｉｎａｒｙ　ｐａｒｔｌ
ａｎｄ上記の結果は、セメントが溶解してｐＨを上昇さ
せそして高いシリカ濃度とＳｉ／Ａｔ比比が得られるこ
とを示している。

実施例３ 実施例２で使用した普通ボルトランドセメントと１重量
％のスクロースとの乾燥混合物を湿潤させ、混合しつい
で硬化させた。得られた固体を粗大な粉末に粉砕しつい
で実施例１で述べた酸性水流中での試験にかけた。結果
を下記の表に示す。

実施例４ ９０％が７５μｍ以下の粒度を有する生石灰（ＩＣＩ等
級５Ｇ９０）３０重量％を乾燥したガウルト（Ｇａｕｌ
ｔ）クレイと混合しついで湿潤させついで直径約３ｍｍ
の押出ペレットを形成させた。このペレットを１０００
°Ｃで短時間焼成して水中での物理的な不安定性を除去
しついで実施例１で述べた酸性水流中での試験にかけた
。結果を下記の表に示す。

実施例５ 実施例４と同様の方法で３０重量％生石灰／タルク混合
物を調製しついで酸性水流中での試験にかけた。この生
成物はクレイ中の、より少量のアルミニウムを含有して
おり、予想されたごとく、これを使用することによりＳ
ｉ／Ａｔ比が改善された。

結果を下記の表に示す。

実施例６ 実施例４及び５と同様に、３０重量％生石灰／ケイソウ
土混合物を調製しついで酸性水流中での試験を行った。

結果を下記の表に示す。

溶解珪素についての結果は１００μｍ／ｊ７の目標濃度
に対しては限界的であったが、予想さたごこく、アルミ
ニウム濃度は低く、Ｓｉ／ＡＩ！比は高かった。

実施例７ 粉砕した石灰石、珪酸すトリウム粉末及び普通ボルトラ
ンドセメントの混合物を水と混合してベーストを形成さ
せついで一夜、硬化させた。硬化試料を粉砕して粗大な
粉末（１，４ｍｍ以下）としついで実施例１で述べた水
流中での試験にかけた。

結果を下記の表に示す。

実施例８ Ａ−セメント、Ｂ−セメント／スクロース、Ｃ−石灰／
クレイ及びＤ−生版／タルクを使用して、魚類に対する
毒性を検討した。

２０μＭ／１のアルミニウムを含有する水に化合物Ａ−
Ｄを溶解珪素が概略５００μＭ／Ｉ！どなるように添加
した。これらの水を、Ｅ−２０μＭ／Ｉ！のアルミニウ
ムだけを含有する水、Ｆ−５００μＭ／ｌの珪酸ナトリ
ウムを含有する水、Ｇ−イオン交換によりナトリウムイ
オンを水素で置換した同様の溶液及びＨ／ｌ−２０μＭ
＃？のアルミニウムを含有する両方のタイプの珪酸塩溶
液からなる対照と比較した。全ての水試料を硝酸を用い
てｐＨ５に調節した。

各々の水の試料１０１を収容した３個の水槽を準備し、
２４時間平衡化しついで各々の水槽に、予め２日間餌を
与えずかつｐＨ５の水中で２４時間で馴化した、２０匹
のカワマス稚魚（０，５〜１．０ｇ）を放流した。２４
時間内での累積死亡数は下記の通りであった。

ｐＨ５の非処理水を使用した対照試験では２４時間内に
１〜３匹の魚が死亡した。

魚を放流する前と後の水の成分を分析した：その結果を
下記の表に示す。分析を行なう前に全ての試料を０．２
μｍフィルターを通して濾過した。

＊数字は３個の試験の平均値である。

これらの結果から、化合物Ａ−Ｄからの溶解珪素含有量
は５００μＭ／ｌの目標濃度に達していないか、それに
も拘わらず、魚の死亡に対する影響は大きいことか判る
。

魚の死亡数についての結果は溶解アルミニウムの濃度が
１ｌ当り２０μＭ／ｆの場合には２４時間以内に魚か全
部死亡し、一方、水中に珪素とアルカリを溶解させた場
合には、珪素／アルミニウムの比か約ｌＯを越えるとき
は、アルミニウムの毒性が実質的に除去されることを示
している。

各々の槽からの３匹の魚について組織学的な検討（ｈｉ
ｓｔｏｌｏｇｙ）を行った結果、普通ボルトランドセメ
ントに暴露された少数の魚において痕跡のアルミニウム
か認められたことを除いて、エラの組織上には多量のア
ルミニつムは認められなかった。

各々の槽からの３匹の魚の組織の消化（ｔｉｓｓｕｅ−
ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ）の結果から、下記のごとき全アル
ミニウム濃度か得られた： 水単独及び水／Ｓｉ　　　　　ｌ〜２μｇ／ｇ　Ａｌ２
ＯμＭアルミニウム単独　　　ｌＯμｇ／ｇＡＩ１２０
μＭアルミニウム ＋５００μＭＳｉ　　　　１．５〜２μｇ／ｇ　Ａ４７
２０μＭアルミニウム ＋化合物Ａ−Ｄ２　〜３μｇ／ｇ　Ａ！！実施例８は、
処理Ａ−Ｄは珪素化合物とアルカリの溶解により酸性の
水中のアルミニウムの毒性を除去するのに有効であるこ
とを示している。

手続析ｉ′ｊ正書（自発） 平成２年７月２５日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶解したアルミニウムを含有する水を無毒化するに
   あたり、上記溶解アルミニウム含有水に珪素の供給源と
   アルカリの供給源とを下記の量、すなわち、溶解アルミ
   ニウム含有水が１ｌ当り、少なくとも４０ミクロモルの
   溶解した珪素を含有するような量であってかつ上記溶解
   アルミニウム含有水中の珪素とアルミニウムの比が６：
   １より大きくなるような量で溶解させることを特徴とす
   る、溶解アルミニウムを含有する水の無毒化方法。 ２、溶解アルミニウム含有水中の溶解珪素の量が１ｌ当
   り、少なくとも１００ミクロモルである、請求項１に記
   載の方法。 ３、溶解アルミニウム含有水中の珪素とアルミニウムの
   比が１０：１より大きい、請求項１又は２に記載の方法
   。 ４、珪素とアルカリの共通の供給源を使用する、請求項
   １〜３のいずれかに記載の方法。５、珪素とアルカリの
   共通の供給源は水硬性珪酸カルシウムである、請求項４
   に記載の方法。 ６、水硬性珪酸カルシウムはセメントクリンカーである
   、請求項５に記載の方法。 ７、水硬性珪酸カルシウムはボルトランドセメントであ
   る、請求項５に記載の方法。 ８、珪素の追加的供給源を使用する、請求項４〜７のい
   ずれかに記載の方法。 ９、硬化抑制添加剤を水硬性珪酸カルシウムに混合する
   、請求項５〜８のいずれかに記載の方法。 １０、硬化抑制添加剤は砂糖である請求項９に記載の方
   法。