JPH04322785A - 原水中の硝酸イオンの除去方法 - Google Patents
原水中の硝酸イオンの除去方法Info
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、原水中の硝酸イオンを
除去して飲料に適した水とする方法に関し、特に、陰イ
オン交換樹脂を充填した硝酸イオン除去塔を使用する原
水中の硝酸イオンの除去方法において、該陰イオン交換
樹脂の再生を新規な手段で行うことを特徴とする方法に
関する。 【０００２】 【従来の技術】飲料水中の硝酸性窒素（硝酸イオン）は
、乳児の体内で亜硝酸に変化し、この亜硝酸の作用によ
りヘモグロビンがメトヘモグロビンになり、乳児がチア
ノーゼ症状を示す原因となる。また、かかる亜硝酸が、
アミン類と結合して発癌性の有るニトロソアミンに変化
する。人の健康に対する硝酸性窒素の上記のような影響
を配慮して、飲料水中の硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素濃
度は、水質基準に関する省令（昭和５３年８月３１日厚
生省令第５６号）によると１０ｍｇ／ｌ以下であること
とされている。 【０００３】近年、急激な都市化に伴う家庭雑排水の地
下への浸透の増加、畑等に施す窒素肥料の影響等の原因
により、地下水中の硝酸イオン量が増加していることが
判ってきた。従って、地下水等を飲料水とする場合、上
記の水質基準を満足させるための処理を必要とする場合
が多くなってきた。 【０００４】硝酸イオンは、原水の煮沸や活性炭による
吸着によっては原水中から除去できない。最も効果的な
のは、陰イオン交換樹脂によって原水中の硝酸イオンを
他のイオン、例えば塩化物イオンと交換し、除去するこ
とである。 【０００５】陰イオン交換樹脂は、交換基の末端を陰イ
オン、特に純水を作る場合はＯＨイオンとして使用する
が、飲料水の場合にＯＨ形陰イオン交換樹脂を使用する
と、ＯＨイオンが処理水中に増加し、ｐＨが上昇し、飲
料水の水質基準に関する前記省令のｐＨ上限である８．
６ をオーバーしてしまう。そこで、陰イオン交換樹脂
を用いて硝酸イオンを除去する場合は、一般的には陰イ
オン交換樹脂の末端を炭酸水素イオン（ＨＣＯ３− ）
や塩化物イオン（Ｃｌ− ）にして使用し、塩基の増加
に伴うｐＨの変化を無くしている。再生剤としては、炭
酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）や塩化ナトリウム（
ＮａＣｌ）が代表的である。 特に、価格の面から塩化ナトリウムが有利に用いられる
。 【０００６】次ぎに、代表的な硝酸イオン除去装置を、
添付図面を参照しつつ説明する。 【０００７】図３及び図４は、いづれも中型から大型の
硝酸イオン除去装置を示すもので、硝酸イオン除去塔１
（以下、「硝酸除去塔」と言う）の下方には樹脂を支持
分離するための目板等の支持機構２の上に陰イオン交換
樹脂３が充填されている。なお、上記両図においては、
対応部材には両図共通の参照符号を付している。 【０００８】図３の硝酸イオン除去装置の場合は、水道
原水は入口弁ＷＩ から流入し、出口弁ＷＯ から流出
する過程で処理され、陰イオン交換樹脂が硝酸イオンの
破過点を越えた時点で、例えば、塩化ナトリウムを水に
溶解した塩化ナトリウム水溶液（５〜１０重量％）を再
生剤として再生剤流入弁ＧＩ を経由して陰イオン交換
樹脂３の下方より上方へ通液させ、硝酸イオン等の陰イ
オンを塩化物イオンとイオン交換し（樹脂再生し）、上
方の再生剤廃液出口弁ＧＯ を経由して再生剤廃液を排
出する。この方式は、上向きに再生剤を流して樹脂再生
を行うので、上向（上昇）流再生と言う。上記の操作に
より陰イオン交換樹脂は再生されるので、その後、原水
を硝酸イオン除去装置に通水すれば、原水からの硝酸イ
オン除去を行うことができる。 【０００９】図４の硝酸イオン除去装置の場合、原水は
入口弁ＷＩ から流入し、出口弁ＷＯ から流出する過
程で処理されることは図１の場合と同じであるが、再生
工程の再生剤の流れの方向が異なる。即ち、再生剤は硝
酸除去塔の上部に設けられた再生剤流入弁ＧＩ から流
入させ、陰イオン交換樹脂３の上部から下方に再生剤の
通液を行い、再生剤廃液出口弁ＧＯから再生剤廃液を排
出する。この方式は、下向きに再生剤を流して樹脂再生
を行うので、下向（下降）流再生と言う。 【００１０】その他、小型の硝酸イオン除去装置として
は、目板等の支持機構を設けずに陰イオン交換樹脂を充
填した硝酸除去塔の中に、インナーパイプを挿入し、イ
ンナーパイプの下端に設けた集水用ストレーナー（スク
リーン）を通して、処理水の外部への排水及び再生剤廃
液の排出を行うタイプも有る。 【００１１】陰イオン交換樹脂を用いて硝酸イオン含有
水を処理する場合の陰イオン交換樹脂の一特性としての
陰イオン選択性は、ＨＣＯ３− ＜Ｃｌ− ＜ ＮＯ３
− ＜ ＳＯ４２−の順である。原水中の硝酸イオン除
去方法の代表的なものとして、塩化ナトリウムで再生し
た塩化物イオン形の陰イオン交換樹脂（以後、Ｃｌ形陰
イオン交換樹脂と称する）を用いる方式が有るが、これ
は、かかる陰イオン選択性に基づく陰イオン交換樹脂と
の各種イオンの親和性（選択係数）の差を利用したもの
である。 【００１２】上記のように、原水中の硫酸イオン（ＳＯ
４２− ）や硝酸イオン（ ＮＯ３− ）等は、塩化物
イオン（Ｃｌ− ）より陰イオン交換樹脂に対する親和
力が強く、これらが吸着されて、代わりに塩化物イオン
が放出される反応が進行し、処理水が前記水質基準を満
たすことが可能となる。 【００１３】一方、原水中の炭酸水素イオンは、硫酸イ
オンや硝酸イオン等と比べ陰イオン交換樹脂に対する親
和力が弱いが、陰イオン交換樹脂が再生された直後、即
ちＣｌ形の存在比率が高くＨＣＯ３形の存在比率が低い
時に限り、Ｃｌ形の陰イオン交換樹脂とイオン交換し、
処理水中より減少する。 【００１４】しかし、炭酸水素イオンは陰イオン交換樹
脂に対する親和力が弱いため、ＨＣＯ３形樹脂の存在比
率ガ増加すると間もなく陰イオン交換樹脂は炭酸水素イ
オンを吸着しなくなるので、処理水中の炭酸水素イオン
の濃度は原水のそれと殆ど同じとなり、処理水のｐＨは
該原水のｐＨ値に近くなる。 【００１５】一般的な水（炭酸水素イオンと二酸化炭素
が共存する場合）のｐＨは、下記式の如く水中に存在す
る炭酸水素イオンと二酸化炭素（ＣＯ２ ）との比率に
依存している。 ｐＨ ＝ ６．３５ ＋ ｌｏｇ ・ＨＣＯ３
− ／ ＣＯ２ＨＣＯ３− ／ ＣＯ２の比が１０の時
はｐＨ＝７．３５、１の時はｐＨ＝６．３５、０．１
の時はｐＨ＝５．３５となり、該比率が１／１０に減少
する毎にｐＨは１ずつ減少する。 【００１６】そこで、塩化ナトリウムを用いて再生した
直後の陰イオン交換樹脂に硝酸イオン含有原水を通水す
ると、該原水中の炭酸水素イオンが陰イオン交換樹脂の
塩化物イオンとイオン交換され、処理水中の炭酸水素イ
オンの量が急速に減少し、一方二酸化炭素の量はイオン
交換され無いので変わらず、処理水のＨＣＯ３− ／
ＣＯ２の比が小さくなり〔処理水中の炭酸水素イオン（
アルカリ度に寄与する）と遊離炭酸の平衡がくずれる〕
、ｐＨが前記省令の水質基準のｐＨ基準範囲の下限５．
８ 以下になり、飲料水として不適となる。 【００１７】 【発明が解決しようとする問題点】そこで、従来このよ
うなＣｌ形陰イオン交換樹脂を用いて硝酸イオンを除去
する方法において、原水の通水初期の処理水のｐＨ低下
を何らかの手段で相殺し、通水初期の処理水のｐＨも飲
料水の基準範囲内に収める方法の例としては、処理水槽
を大きくして、ｐＨ上昇後の後半処理水と低ｐＨの前半
処理水とを同一処理水槽内で混合して飲料水のｐＨ基準
範囲内に収める方法や、硝酸除去塔を複数として各塔に
おける処理の時間帯を移動し、各塔の処理水を混合して
使用する方法（特開昭第６３−７２３９２号公報）等が
有るが、設備コストが大幅に上昇する等の欠点が有る。 【００１８】本発明は、かかる状況に鑑みて成されたも
ので、その目的は、陰イオン交換樹脂を充填した硝酸除
去塔を使用する原水中の硝酸イオンの除去方法において
、通水初期の処理水のｐＨ低下を少なくし、しかもかか
る方法における設備コストを含めた処理のトータルコス
トを低下させることを可能とするような原水中の硝酸イ
オンの除去方法を提供することである。 【００１９】 【問題点を解決するための手段】本発明は、陰イオン交
換樹脂を充填した硝酸除去塔に硝酸イオン含有原水を通
水させ、前記原水中の硝酸イオンと陰イオン交換樹脂の
陰イオンを交換し、前記硝酸イオンを前記原水から除去
する原水中の硝酸イオンの除去方法において、前記陰イ
オン交換樹脂の再生を海水により行うことを特徴とする
原水中の硝酸イオンの除去方法を提供するものである。 【００２０】本発明の方法は、前述した上向流再生、下
向流再生、その他の再生方式に採用でき、原水処理−樹
脂再生のサイクルを繰り返すことにより実施することが
できる。また、本発明の方法に使用する陰イオン交換樹
脂のイオン形は、少なくとも１回の再生も受けていない
状態では、特にＣｌ形に限られることは無いが、海水で
再生された後は、必然的に海水中の陰イオン組成に基づ
いたＣｌ形を主とした一定のイオン形となる。 【００２１】 【作用】本発明の方法で使用する海水は、３重量％近く
の塩化ナトリウムを含んでいるので、これを従来の再生
剤中の塩化ナトリウムの代用とすることができる。 【００２２】更に、海水は炭酸水素ナトリウムを含有し
ているため、陰イオン交換樹脂を海水で再生すると、陰
イオン交換樹脂の形はＲ−ＨＣＯ３−及びＲ−Ｃｌ−
（但し、Ｒ は、陰イオン交換樹脂の末端陰イオンの対
イオン）の混合形となる。次ぎに、かかる再生後の陰イ
オン交換樹脂に硝酸イオン含有原水を通水すると、陰イ
オン交換樹脂の一部が既にＨＣＯ３− で交換されてい
るので、該原水中のＨＣＯ３− はそれ程イオン交換を
受けない。 【００２３】つまり、塩化ナトリウム水溶液により再生
した陰イオン交換樹脂の場合は、原水の通水初期の処理
水のｐＨの低下が見られたが、海水で再生した陰イオン
交換樹脂の場合は、通水初期から処理水中に炭酸水素イ
オンが存在し、そのためＨＣＯ３− ／ ＣＯ２の比が
それ程小さくならないためにｐＨ低下は大幅で無く、た
とえｐＨが低下してもその処理水は通水初期から水質基
準のｐＨ基準範囲内となる。 【００２４】 【実施例】次ぎに、添付図面を参照しつつ、比較例と対
比して、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発
明が実施例に限定されるもので無いことは言うまでも無
い。 【００２５】実施例１及び比較例１ 本実施例に使用した実験装置の概略のフローチャートを
図５に示す。この装置は、合成水を貯留する原水タンク
２１、イオン交換反応を行わせるイオン交換樹脂カラム
２２、海水を貯留する再生剤タンク２３、オートサンプ
ラー２４、モニター用のセンサー２５、変換器２６、コ
ンピューター２７、原水ポンプＰ１、再生剤ポンプＰ２
、更に各単位装置を結ぶチューブ等より構成されている
。 【００２６】内径１．４ｃｍ 、断面積１．５４ｃｍ２
の透明アクリルカラムに強塩基性陰イオン交換樹脂ア
ンバーライト（登録商標）ＩＲＡ−４００（ローム・ア
ンド・ハース社製）を樹脂層高８０ｃｍ、容量で１２３
ｍｌ 充填し、イオン交換樹脂カラム２２とする。 【００２７】実験の一通水サイクルの手順は、次の通り
である。原水タンク２１に原水としての合成水を張り込
み、原水ポンプＰ１を用いて下向流通水（通水量ＬＶ：
６５ｍ／ｈ ）を行った。処理水側に硝酸イオンがリー
クし、イオン交換樹脂カラム２２の入口側と出口側の硝
酸イオン濃度比（以下、単に「硝酸イオン濃度比」と言
う）が０．５ に達する時点を目安として通水を停止し
（実際は、この硝酸イオン濃度比が０．５ を越え、１
に近づいた時点で、通水停止の場合もある）、次いで再
生剤タンク２３から再生剤を再生剤ポンプＰ２を用いて
イオン交換樹脂カラム２２に送り込み、上向流再生（通
水量ＬＶ：２ｍ／ｈ）を行った。再生剤廃液は、イオン
交換カラム２２の上方の右方に延びる再生剤廃液排出ラ
イン（逆洗ライン）を通じて排出される。なお、オート
サンプラー２４により定期的に処理水を採取し、ＪＩＳ
−Ｋ−０１０１に基づいて処理水中の硝酸イオン濃度を
求め、同様に求めた合成水中の硝酸イオン濃度との比を
計算して硝酸イオン濃度比を求めた。 【００２８】次ぎに、合成水及び海水の組成を表にする
。 【００２９】 【表１】
合成水の水質
合成水 ｐＨ
電気伝導度 酸消費量 塩化物 硝酸
硫酸
イオン
イオン イオン（試料） μ
Ｓ／ｃｍ ＊２ ｍｇＣｌ／ｌ
ｍｇＮ／ｌ ｍｇＳＯ４／ｌ
１
６．８１ ３４０ １７
２５ １１．２５
７．６１
０．３４ ０．７８
０．８０ ０．１６ ＊１
２ ７．１２ ３００
３６ ４３．０ １１
．０ ９．０６
０．７２
１．２１１ ０．７８ ０．１
９ ＊１ ３ ７．８８
４４２ ３９．０ ４６．８
１１．５７ １１．７４
０．７８ １．２９５ ０．８２
０．２４４ ＊１ ４ ７
．４２ ３６８ ３６．０
３９．０ １０．０５ ９
．７７
０．７２ １．０９８
０．７１ ０．２０３ ＊１
＊１： 下段は ｍｅｑ／ｌ ＊
２： ｍｇＣａＣＯ３／ｌ
合成水の水質
（つづき）
合成水 全陽イオン 硫酸イオン
カルシウム マグネシウム
／硝酸イオン イ
オン イオン（試料） ＊２
ＳＯ４／Ｎ ｍｇＣ
ａＣＯ３／ｌ ｍｇＣａＣＯ３／ｌ
１
１００ ０．２０
５０ ５
４．０ ２
１．００
１．０８ ＊１
２ １４５ ０
．２４３ ４０．０
４６．０ ２．９１
０
．９６ ０．９２
＊１ ３ １５７
０．２６２ ５７．０
５５．０
３．１４
１．１４ １．１０
＊１ ４ １３６
０．２８５ ７７．０
４７．７
２．７３
０．８８ ０．９
６ ＊１ ＊１： 下段は
ｍｅｑ／ｌ ＊２： ｍｇＣａＣＯ３／
ｌ 【００３０】 【表２】
海水水質分析値
試験項目
試
験結果
ｐＨ（２５℃）
７．７９ （２５） 炭酸水
素イオン １１２
ｍｇＣａＣＯ３／ｌ 硝酸イオ
ン
０．３ ｍｇＮ／ｌ以下 硫酸イオン
２
．５８ ｇＳＯ４／ｌ 塩化物イオン
１７．８
ｇＣｌ／ｌ カルシウムイオン
７８０ ｍｇＣａ
ＣＯ３／ｌ マグネシウムイオン
２５．４ ｍｇＣａＣＯ３
／ｌ ナトリウムイオン
２１．７ ｇＣａＣＯ３／ｌ
カリウムイオン
２６０ ｍｇＫ／ｌ
全陽イオン
２７．８ ｇＣａＣＯ３／ｌ
【００３１】合成水は、硝酸イオン濃度を１２ｍｇ／ｌ
に設定することを目標に、また硫酸イオンと硝酸イオン
との比を０．２５に設定することを目標に調整した。こ
の様にして調整した合成水の実際の分析値が表１に挙げ
られている数字である。 【００３２】海水の塩化物イオン濃度は１７．８ｇ／ｌ
であった。塩化ナトリウムに換算すると２．９７ｇＮ
ａＣｌ／ｌ である。 【００３３】上記一通水サイクルの手順に従い、次の様
な通水実験を行った。まず合成水１をイオン交換樹脂カ
ラム２２に通水し、前記硝酸イオン濃度比を目安に通水
停止後、塩化ナトリウム ２５０ｇ／ｌ−樹脂を濃度５
重量％の塩化ナトリウム水溶液として通液し、陰イオン
交換樹脂を再生した。次ぎに、合成水２をイオン交換樹
脂カラム２２に通水し、この通水時のデータを基にして
図２の漏出曲線を描き、陰イオン交換樹脂の塩化ナトリ
ウム再生の結果とした。 【００３４】続いて、合成水３をイオン交換樹脂カラム
２２に通水し、前記硝酸イオン濃度比を目安に通水停止
後、海水８．５ ｌ／ｌ−樹脂（塩化ナトリウム ２５
２ｇ／ｌ−樹脂に相当する）で陰イオン交換樹脂を再生
した。続いて、合成水４をイオン交換樹脂カラム２２に
通水し、この通水時のデータを基にして図１の漏出曲線
を描き、陰イオン交換樹脂の海水再生の結果とした。 【００３５】図１と図２から、次のようなことが分かる
。両図において、白丸印の付された曲線はｐＨ曲線であ
り、黒丸印の付された曲線は酸消費量曲線であり、×印
の付された曲線は硝酸イオン量曲線である。 【００３６】陰イオン交換樹脂の塩化ナトリウム再生の
場合、前記硝酸イオン濃度比を目安とする通水倍量は
１０００ ｌ／ｌ−樹脂、硝酸イオン交換容量は ８０
０ｍｅｇ／ｌ−樹脂であった。一方、陰イオン交換樹脂
の海水再生の場合、前記硝酸イオン濃度比を目安とする
通水倍量は８６４ ｌ／ｌ−樹脂、硝酸イオン交換容量
は ６１３ｍｅｇ／ｌ−樹脂であった。 【００３７】陰イオン交換樹脂の塩化ナトリウム再生の
場合、通水初期にｐＨ値が７．７９から５．５６まで低
下したのに対し、陰イオン交換樹脂の海水再生の場合、
通水初期のｐＨ値低下は７．８４から６．１３に落ちた
のに留まり、通水初期ｐＨ低下の挙動は海水再生の場合
の方が緩やかであった。 【００３８】また、陰イオン交換樹脂の塩化ナトリウム
再生の場合、初期の通水が通水倍量８０に達するまでは
、飲料水の水質基準に規定されるｐＨ基準下限５．８
を下回った。これに対し、陰イオン交換樹脂の海水再生
の場合は、通水初期にｐＨ低下が有るものの飲料水の水
質基準のｐＨ基準範囲内でのｐＨ変動であった。 【００３９】なお、塩化ナトリウム再生、海水再生のい
づれの場合も、硝酸イオンのコンスタントリークは、０
．１ｍｇＮ／ｌ以下であった。 【００４０】また、いづれの場合も、硫酸イオンは硝酸
の漏出曲線に見られる破過点に対応する通水倍量に達す
るまでは漏出してこなかった。 【００４１】ｐＨと酸消費量は、通水初期に低下した後
、急速に上昇し、その後なだらかに上昇する傾向を示し
た。ここで酸消費量とは、ｐＨ４．８ で変色する指示
薬（メチルレッド混合指示薬）を用い、１／５０規定の
希硫酸で処理水を滴定した場合の硫酸消費量をｍｇＣａ
ＣＯ３／ｌ に換算した値で、炭酸水素イオン量を示す
ものである。 【００４２】 【効果】本発明の方法により陰イオン交換樹脂の再生を
海水を用いて行えば、処理水のｐＨが飲料水の水質基準
のｐＨ基準値範囲下限を下回る程に低下すること無く、
原水を硝酸除去塔に通水した場合において、その通水初
期から飲料水として使える処理水を得ることができる。 【００４３】塩化ナトリウムを溶解するための附帯設備
が不要であるとともに、陰イオン交換樹脂の再生剤とし
て海水を使用するので、原水の処理トータルコストが極
めて低い。特に日本は、海に囲まれており、海岸線が長
く、また島が多いことも海水の入手を容易にし、本発明
の方法が有利に利用できる状況となっている。
除去して飲料に適した水とする方法に関し、特に、陰イ
オン交換樹脂を充填した硝酸イオン除去塔を使用する原
水中の硝酸イオンの除去方法において、該陰イオン交換
樹脂の再生を新規な手段で行うことを特徴とする方法に
関する。 【０００２】 【従来の技術】飲料水中の硝酸性窒素（硝酸イオン）は
、乳児の体内で亜硝酸に変化し、この亜硝酸の作用によ
りヘモグロビンがメトヘモグロビンになり、乳児がチア
ノーゼ症状を示す原因となる。また、かかる亜硝酸が、
アミン類と結合して発癌性の有るニトロソアミンに変化
する。人の健康に対する硝酸性窒素の上記のような影響
を配慮して、飲料水中の硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素濃
度は、水質基準に関する省令（昭和５３年８月３１日厚
生省令第５６号）によると１０ｍｇ／ｌ以下であること
とされている。 【０００３】近年、急激な都市化に伴う家庭雑排水の地
下への浸透の増加、畑等に施す窒素肥料の影響等の原因
により、地下水中の硝酸イオン量が増加していることが
判ってきた。従って、地下水等を飲料水とする場合、上
記の水質基準を満足させるための処理を必要とする場合
が多くなってきた。 【０００４】硝酸イオンは、原水の煮沸や活性炭による
吸着によっては原水中から除去できない。最も効果的な
のは、陰イオン交換樹脂によって原水中の硝酸イオンを
他のイオン、例えば塩化物イオンと交換し、除去するこ
とである。 【０００５】陰イオン交換樹脂は、交換基の末端を陰イ
オン、特に純水を作る場合はＯＨイオンとして使用する
が、飲料水の場合にＯＨ形陰イオン交換樹脂を使用する
と、ＯＨイオンが処理水中に増加し、ｐＨが上昇し、飲
料水の水質基準に関する前記省令のｐＨ上限である８．
６ をオーバーしてしまう。そこで、陰イオン交換樹脂
を用いて硝酸イオンを除去する場合は、一般的には陰イ
オン交換樹脂の末端を炭酸水素イオン（ＨＣＯ３− ）
や塩化物イオン（Ｃｌ− ）にして使用し、塩基の増加
に伴うｐＨの変化を無くしている。再生剤としては、炭
酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）や塩化ナトリウム（
ＮａＣｌ）が代表的である。 特に、価格の面から塩化ナトリウムが有利に用いられる
。 【０００６】次ぎに、代表的な硝酸イオン除去装置を、
添付図面を参照しつつ説明する。 【０００７】図３及び図４は、いづれも中型から大型の
硝酸イオン除去装置を示すもので、硝酸イオン除去塔１
（以下、「硝酸除去塔」と言う）の下方には樹脂を支持
分離するための目板等の支持機構２の上に陰イオン交換
樹脂３が充填されている。なお、上記両図においては、
対応部材には両図共通の参照符号を付している。 【０００８】図３の硝酸イオン除去装置の場合は、水道
原水は入口弁ＷＩ から流入し、出口弁ＷＯ から流出
する過程で処理され、陰イオン交換樹脂が硝酸イオンの
破過点を越えた時点で、例えば、塩化ナトリウムを水に
溶解した塩化ナトリウム水溶液（５〜１０重量％）を再
生剤として再生剤流入弁ＧＩ を経由して陰イオン交換
樹脂３の下方より上方へ通液させ、硝酸イオン等の陰イ
オンを塩化物イオンとイオン交換し（樹脂再生し）、上
方の再生剤廃液出口弁ＧＯ を経由して再生剤廃液を排
出する。この方式は、上向きに再生剤を流して樹脂再生
を行うので、上向（上昇）流再生と言う。上記の操作に
より陰イオン交換樹脂は再生されるので、その後、原水
を硝酸イオン除去装置に通水すれば、原水からの硝酸イ
オン除去を行うことができる。 【０００９】図４の硝酸イオン除去装置の場合、原水は
入口弁ＷＩ から流入し、出口弁ＷＯ から流出する過
程で処理されることは図１の場合と同じであるが、再生
工程の再生剤の流れの方向が異なる。即ち、再生剤は硝
酸除去塔の上部に設けられた再生剤流入弁ＧＩ から流
入させ、陰イオン交換樹脂３の上部から下方に再生剤の
通液を行い、再生剤廃液出口弁ＧＯから再生剤廃液を排
出する。この方式は、下向きに再生剤を流して樹脂再生
を行うので、下向（下降）流再生と言う。 【００１０】その他、小型の硝酸イオン除去装置として
は、目板等の支持機構を設けずに陰イオン交換樹脂を充
填した硝酸除去塔の中に、インナーパイプを挿入し、イ
ンナーパイプの下端に設けた集水用ストレーナー（スク
リーン）を通して、処理水の外部への排水及び再生剤廃
液の排出を行うタイプも有る。 【００１１】陰イオン交換樹脂を用いて硝酸イオン含有
水を処理する場合の陰イオン交換樹脂の一特性としての
陰イオン選択性は、ＨＣＯ３− ＜Ｃｌ− ＜ ＮＯ３
− ＜ ＳＯ４２−の順である。原水中の硝酸イオン除
去方法の代表的なものとして、塩化ナトリウムで再生し
た塩化物イオン形の陰イオン交換樹脂（以後、Ｃｌ形陰
イオン交換樹脂と称する）を用いる方式が有るが、これ
は、かかる陰イオン選択性に基づく陰イオン交換樹脂と
の各種イオンの親和性（選択係数）の差を利用したもの
である。 【００１２】上記のように、原水中の硫酸イオン（ＳＯ
４２− ）や硝酸イオン（ ＮＯ３− ）等は、塩化物
イオン（Ｃｌ− ）より陰イオン交換樹脂に対する親和
力が強く、これらが吸着されて、代わりに塩化物イオン
が放出される反応が進行し、処理水が前記水質基準を満
たすことが可能となる。 【００１３】一方、原水中の炭酸水素イオンは、硫酸イ
オンや硝酸イオン等と比べ陰イオン交換樹脂に対する親
和力が弱いが、陰イオン交換樹脂が再生された直後、即
ちＣｌ形の存在比率が高くＨＣＯ３形の存在比率が低い
時に限り、Ｃｌ形の陰イオン交換樹脂とイオン交換し、
処理水中より減少する。 【００１４】しかし、炭酸水素イオンは陰イオン交換樹
脂に対する親和力が弱いため、ＨＣＯ３形樹脂の存在比
率ガ増加すると間もなく陰イオン交換樹脂は炭酸水素イ
オンを吸着しなくなるので、処理水中の炭酸水素イオン
の濃度は原水のそれと殆ど同じとなり、処理水のｐＨは
該原水のｐＨ値に近くなる。 【００１５】一般的な水（炭酸水素イオンと二酸化炭素
が共存する場合）のｐＨは、下記式の如く水中に存在す
る炭酸水素イオンと二酸化炭素（ＣＯ２ ）との比率に
依存している。 ｐＨ ＝ ６．３５ ＋ ｌｏｇ ・ＨＣＯ３
− ／ ＣＯ２ＨＣＯ３− ／ ＣＯ２の比が１０の時
はｐＨ＝７．３５、１の時はｐＨ＝６．３５、０．１
の時はｐＨ＝５．３５となり、該比率が１／１０に減少
する毎にｐＨは１ずつ減少する。 【００１６】そこで、塩化ナトリウムを用いて再生した
直後の陰イオン交換樹脂に硝酸イオン含有原水を通水す
ると、該原水中の炭酸水素イオンが陰イオン交換樹脂の
塩化物イオンとイオン交換され、処理水中の炭酸水素イ
オンの量が急速に減少し、一方二酸化炭素の量はイオン
交換され無いので変わらず、処理水のＨＣＯ３− ／
ＣＯ２の比が小さくなり〔処理水中の炭酸水素イオン（
アルカリ度に寄与する）と遊離炭酸の平衡がくずれる〕
、ｐＨが前記省令の水質基準のｐＨ基準範囲の下限５．
８ 以下になり、飲料水として不適となる。 【００１７】 【発明が解決しようとする問題点】そこで、従来このよ
うなＣｌ形陰イオン交換樹脂を用いて硝酸イオンを除去
する方法において、原水の通水初期の処理水のｐＨ低下
を何らかの手段で相殺し、通水初期の処理水のｐＨも飲
料水の基準範囲内に収める方法の例としては、処理水槽
を大きくして、ｐＨ上昇後の後半処理水と低ｐＨの前半
処理水とを同一処理水槽内で混合して飲料水のｐＨ基準
範囲内に収める方法や、硝酸除去塔を複数として各塔に
おける処理の時間帯を移動し、各塔の処理水を混合して
使用する方法（特開昭第６３−７２３９２号公報）等が
有るが、設備コストが大幅に上昇する等の欠点が有る。 【００１８】本発明は、かかる状況に鑑みて成されたも
ので、その目的は、陰イオン交換樹脂を充填した硝酸除
去塔を使用する原水中の硝酸イオンの除去方法において
、通水初期の処理水のｐＨ低下を少なくし、しかもかか
る方法における設備コストを含めた処理のトータルコス
トを低下させることを可能とするような原水中の硝酸イ
オンの除去方法を提供することである。 【００１９】 【問題点を解決するための手段】本発明は、陰イオン交
換樹脂を充填した硝酸除去塔に硝酸イオン含有原水を通
水させ、前記原水中の硝酸イオンと陰イオン交換樹脂の
陰イオンを交換し、前記硝酸イオンを前記原水から除去
する原水中の硝酸イオンの除去方法において、前記陰イ
オン交換樹脂の再生を海水により行うことを特徴とする
原水中の硝酸イオンの除去方法を提供するものである。 【００２０】本発明の方法は、前述した上向流再生、下
向流再生、その他の再生方式に採用でき、原水処理−樹
脂再生のサイクルを繰り返すことにより実施することが
できる。また、本発明の方法に使用する陰イオン交換樹
脂のイオン形は、少なくとも１回の再生も受けていない
状態では、特にＣｌ形に限られることは無いが、海水で
再生された後は、必然的に海水中の陰イオン組成に基づ
いたＣｌ形を主とした一定のイオン形となる。 【００２１】 【作用】本発明の方法で使用する海水は、３重量％近く
の塩化ナトリウムを含んでいるので、これを従来の再生
剤中の塩化ナトリウムの代用とすることができる。 【００２２】更に、海水は炭酸水素ナトリウムを含有し
ているため、陰イオン交換樹脂を海水で再生すると、陰
イオン交換樹脂の形はＲ−ＨＣＯ３−及びＲ−Ｃｌ−
（但し、Ｒ は、陰イオン交換樹脂の末端陰イオンの対
イオン）の混合形となる。次ぎに、かかる再生後の陰イ
オン交換樹脂に硝酸イオン含有原水を通水すると、陰イ
オン交換樹脂の一部が既にＨＣＯ３− で交換されてい
るので、該原水中のＨＣＯ３− はそれ程イオン交換を
受けない。 【００２３】つまり、塩化ナトリウム水溶液により再生
した陰イオン交換樹脂の場合は、原水の通水初期の処理
水のｐＨの低下が見られたが、海水で再生した陰イオン
交換樹脂の場合は、通水初期から処理水中に炭酸水素イ
オンが存在し、そのためＨＣＯ３− ／ ＣＯ２の比が
それ程小さくならないためにｐＨ低下は大幅で無く、た
とえｐＨが低下してもその処理水は通水初期から水質基
準のｐＨ基準範囲内となる。 【００２４】 【実施例】次ぎに、添付図面を参照しつつ、比較例と対
比して、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発
明が実施例に限定されるもので無いことは言うまでも無
い。 【００２５】実施例１及び比較例１ 本実施例に使用した実験装置の概略のフローチャートを
図５に示す。この装置は、合成水を貯留する原水タンク
２１、イオン交換反応を行わせるイオン交換樹脂カラム
２２、海水を貯留する再生剤タンク２３、オートサンプ
ラー２４、モニター用のセンサー２５、変換器２６、コ
ンピューター２７、原水ポンプＰ１、再生剤ポンプＰ２
、更に各単位装置を結ぶチューブ等より構成されている
。 【００２６】内径１．４ｃｍ 、断面積１．５４ｃｍ２
の透明アクリルカラムに強塩基性陰イオン交換樹脂ア
ンバーライト（登録商標）ＩＲＡ−４００（ローム・ア
ンド・ハース社製）を樹脂層高８０ｃｍ、容量で１２３
ｍｌ 充填し、イオン交換樹脂カラム２２とする。 【００２７】実験の一通水サイクルの手順は、次の通り
である。原水タンク２１に原水としての合成水を張り込
み、原水ポンプＰ１を用いて下向流通水（通水量ＬＶ：
６５ｍ／ｈ ）を行った。処理水側に硝酸イオンがリー
クし、イオン交換樹脂カラム２２の入口側と出口側の硝
酸イオン濃度比（以下、単に「硝酸イオン濃度比」と言
う）が０．５ に達する時点を目安として通水を停止し
（実際は、この硝酸イオン濃度比が０．５ を越え、１
に近づいた時点で、通水停止の場合もある）、次いで再
生剤タンク２３から再生剤を再生剤ポンプＰ２を用いて
イオン交換樹脂カラム２２に送り込み、上向流再生（通
水量ＬＶ：２ｍ／ｈ）を行った。再生剤廃液は、イオン
交換カラム２２の上方の右方に延びる再生剤廃液排出ラ
イン（逆洗ライン）を通じて排出される。なお、オート
サンプラー２４により定期的に処理水を採取し、ＪＩＳ
−Ｋ−０１０１に基づいて処理水中の硝酸イオン濃度を
求め、同様に求めた合成水中の硝酸イオン濃度との比を
計算して硝酸イオン濃度比を求めた。 【００２８】次ぎに、合成水及び海水の組成を表にする
。 【００２９】 【表１】
合成水の水質
合成水 ｐＨ
電気伝導度 酸消費量 塩化物 硝酸
硫酸
イオン
イオン イオン（試料） μ
Ｓ／ｃｍ ＊２ ｍｇＣｌ／ｌ
ｍｇＮ／ｌ ｍｇＳＯ４／ｌ
１
６．８１ ３４０ １７
２５ １１．２５
７．６１
０．３４ ０．７８
０．８０ ０．１６ ＊１
２ ７．１２ ３００
３６ ４３．０ １１
．０ ９．０６
０．７２
１．２１１ ０．７８ ０．１
９ ＊１ ３ ７．８８
４４２ ３９．０ ４６．８
１１．５７ １１．７４
０．７８ １．２９５ ０．８２
０．２４４ ＊１ ４ ７
．４２ ３６８ ３６．０
３９．０ １０．０５ ９
．７７
０．７２ １．０９８
０．７１ ０．２０３ ＊１
＊１： 下段は ｍｅｑ／ｌ ＊
２： ｍｇＣａＣＯ３／ｌ
合成水の水質
（つづき）
合成水 全陽イオン 硫酸イオン
カルシウム マグネシウム
／硝酸イオン イ
オン イオン（試料） ＊２
ＳＯ４／Ｎ ｍｇＣ
ａＣＯ３／ｌ ｍｇＣａＣＯ３／ｌ
１
１００ ０．２０
５０ ５
４．０ ２
１．００
１．０８ ＊１
２ １４５ ０
．２４３ ４０．０
４６．０ ２．９１
０
．９６ ０．９２
＊１ ３ １５７
０．２６２ ５７．０
５５．０
３．１４
１．１４ １．１０
＊１ ４ １３６
０．２８５ ７７．０
４７．７
２．７３
０．８８ ０．９
６ ＊１ ＊１： 下段は
ｍｅｑ／ｌ ＊２： ｍｇＣａＣＯ３／
ｌ 【００３０】 【表２】
海水水質分析値
試験項目
試
験結果
ｐＨ（２５℃）
７．７９ （２５） 炭酸水
素イオン １１２
ｍｇＣａＣＯ３／ｌ 硝酸イオ
ン
０．３ ｍｇＮ／ｌ以下 硫酸イオン
２
．５８ ｇＳＯ４／ｌ 塩化物イオン
１７．８
ｇＣｌ／ｌ カルシウムイオン
７８０ ｍｇＣａ
ＣＯ３／ｌ マグネシウムイオン
２５．４ ｍｇＣａＣＯ３
／ｌ ナトリウムイオン
２１．７ ｇＣａＣＯ３／ｌ
カリウムイオン
２６０ ｍｇＫ／ｌ
全陽イオン
２７．８ ｇＣａＣＯ３／ｌ
【００３１】合成水は、硝酸イオン濃度を１２ｍｇ／ｌ
に設定することを目標に、また硫酸イオンと硝酸イオン
との比を０．２５に設定することを目標に調整した。こ
の様にして調整した合成水の実際の分析値が表１に挙げ
られている数字である。 【００３２】海水の塩化物イオン濃度は１７．８ｇ／ｌ
であった。塩化ナトリウムに換算すると２．９７ｇＮ
ａＣｌ／ｌ である。 【００３３】上記一通水サイクルの手順に従い、次の様
な通水実験を行った。まず合成水１をイオン交換樹脂カ
ラム２２に通水し、前記硝酸イオン濃度比を目安に通水
停止後、塩化ナトリウム ２５０ｇ／ｌ−樹脂を濃度５
重量％の塩化ナトリウム水溶液として通液し、陰イオン
交換樹脂を再生した。次ぎに、合成水２をイオン交換樹
脂カラム２２に通水し、この通水時のデータを基にして
図２の漏出曲線を描き、陰イオン交換樹脂の塩化ナトリ
ウム再生の結果とした。 【００３４】続いて、合成水３をイオン交換樹脂カラム
２２に通水し、前記硝酸イオン濃度比を目安に通水停止
後、海水８．５ ｌ／ｌ−樹脂（塩化ナトリウム ２５
２ｇ／ｌ−樹脂に相当する）で陰イオン交換樹脂を再生
した。続いて、合成水４をイオン交換樹脂カラム２２に
通水し、この通水時のデータを基にして図１の漏出曲線
を描き、陰イオン交換樹脂の海水再生の結果とした。 【００３５】図１と図２から、次のようなことが分かる
。両図において、白丸印の付された曲線はｐＨ曲線であ
り、黒丸印の付された曲線は酸消費量曲線であり、×印
の付された曲線は硝酸イオン量曲線である。 【００３６】陰イオン交換樹脂の塩化ナトリウム再生の
場合、前記硝酸イオン濃度比を目安とする通水倍量は
１０００ ｌ／ｌ−樹脂、硝酸イオン交換容量は ８０
０ｍｅｇ／ｌ−樹脂であった。一方、陰イオン交換樹脂
の海水再生の場合、前記硝酸イオン濃度比を目安とする
通水倍量は８６４ ｌ／ｌ−樹脂、硝酸イオン交換容量
は ６１３ｍｅｇ／ｌ−樹脂であった。 【００３７】陰イオン交換樹脂の塩化ナトリウム再生の
場合、通水初期にｐＨ値が７．７９から５．５６まで低
下したのに対し、陰イオン交換樹脂の海水再生の場合、
通水初期のｐＨ値低下は７．８４から６．１３に落ちた
のに留まり、通水初期ｐＨ低下の挙動は海水再生の場合
の方が緩やかであった。 【００３８】また、陰イオン交換樹脂の塩化ナトリウム
再生の場合、初期の通水が通水倍量８０に達するまでは
、飲料水の水質基準に規定されるｐＨ基準下限５．８
を下回った。これに対し、陰イオン交換樹脂の海水再生
の場合は、通水初期にｐＨ低下が有るものの飲料水の水
質基準のｐＨ基準範囲内でのｐＨ変動であった。 【００３９】なお、塩化ナトリウム再生、海水再生のい
づれの場合も、硝酸イオンのコンスタントリークは、０
．１ｍｇＮ／ｌ以下であった。 【００４０】また、いづれの場合も、硫酸イオンは硝酸
の漏出曲線に見られる破過点に対応する通水倍量に達す
るまでは漏出してこなかった。 【００４１】ｐＨと酸消費量は、通水初期に低下した後
、急速に上昇し、その後なだらかに上昇する傾向を示し
た。ここで酸消費量とは、ｐＨ４．８ で変色する指示
薬（メチルレッド混合指示薬）を用い、１／５０規定の
希硫酸で処理水を滴定した場合の硫酸消費量をｍｇＣａ
ＣＯ３／ｌ に換算した値で、炭酸水素イオン量を示す
ものである。 【００４２】 【効果】本発明の方法により陰イオン交換樹脂の再生を
海水を用いて行えば、処理水のｐＨが飲料水の水質基準
のｐＨ基準値範囲下限を下回る程に低下すること無く、
原水を硝酸除去塔に通水した場合において、その通水初
期から飲料水として使える処理水を得ることができる。 【００４３】塩化ナトリウムを溶解するための附帯設備
が不要であるとともに、陰イオン交換樹脂の再生剤とし
て海水を使用するので、原水の処理トータルコストが極
めて低い。特に日本は、海に囲まれており、海岸線が長
く、また島が多いことも海水の入手を容易にし、本発明
の方法が有利に利用できる状況となっている。
【図１】本発明の方法による実施例１において、海水に
よる陰イオン交換樹脂の再生後、イオン交換樹脂カラム
に原水を通水した時の漏出曲線を示す図である。
よる陰イオン交換樹脂の再生後、イオン交換樹脂カラム
に原水を通水した時の漏出曲線を示す図である。
【図２】比較例１において、塩化ナトリウム水溶液によ
る陰イオン交換樹脂の再生後、イオン交換樹脂カラムに
原水を通水した時の漏出曲線を示す図である。
る陰イオン交換樹脂の再生後、イオン交換樹脂カラムに
原水を通水した時の漏出曲線を示す図である。
【図３】上向流再生方式の硝酸除去塔の説明図である。
【図４】下向流再生方式の硝酸除去塔の説明図である。
【図５】実施例１及び比較例１において使用した実験装
置の概要を示すフローチャートである。
置の概要を示すフローチャートである。
１ 硝酸除去塔
２ 支持機構
３ 陰イオン交換樹脂
２１ 原水タンク
２２ イオン交換樹脂カラム
２３ 再生剤タンク
２４ オートサンプラー
２５ センサー
２６ 変換器
２７ コンピューター
Claims (1)
- 【請求項１】 陰イオン交換樹脂を充填した硝酸イオ
ン除去塔に硝酸イオン含有原水を通水させ、前記原水中
の硝酸イオンと陰イオン交換樹脂の陰イオンを交換し、
前記硝酸イオンを前記原水から除去する原水中の硝酸イ
オンの除去方法において、前記陰イオン交換樹脂の再生
を海水により行うことを特徴とする原水中の硝酸イオン
の除去方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3080534A JP2941988B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | 原水中の硝酸イオンの除去方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3080534A JP2941988B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | 原水中の硝酸イオンの除去方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04322785A true JPH04322785A (ja) | 1992-11-12 |
| JP2941988B2 JP2941988B2 (ja) | 1999-08-30 |
Family
ID=13721015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3080534A Expired - Fee Related JP2941988B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | 原水中の硝酸イオンの除去方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2941988B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101817605A (zh) * | 2010-05-10 | 2010-09-01 | 苏州市普滤得净化有限公司 | 一种定向去除饮用水中硝酸/亚硝酸的工艺 |
-
1991
- 1991-03-20 JP JP3080534A patent/JP2941988B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101817605A (zh) * | 2010-05-10 | 2010-09-01 | 苏州市普滤得净化有限公司 | 一种定向去除饮用水中硝酸/亚硝酸的工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2941988B2 (ja) | 1999-08-30 |
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