JPH1080682A - 硝酸態窒素除去装置及びそれを用いた浄水器 - Google Patents

硝酸態窒素除去装置及びそれを用いた浄水器

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JPH1080682A
JPH1080682A JP23634596A JP23634596A JPH1080682A JP H1080682 A JPH1080682 A JP H1080682A JP 23634596 A JP23634596 A JP 23634596A JP 23634596 A JP23634596 A JP 23634596A JP H1080682 A JPH1080682 A JP H1080682A
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JP
Japan
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water
calcium carbonate
exchange resin
anion exchange
treatment
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JP23634596A
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Naoto Matsuo
直人 松尾
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)
  • Removal Of Specific Substances (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、飲料水中の硝酸性及び亜硝酸性窒
素等を除去する性能を有し、さらに除去に伴うpHの変
動の抑制と健康に有用なカルシウム成分を添加する、と
くに浄水器等で使用される硝酸態窒素除去装置及びそれ
を用いた浄水器に関するものである。 【解決手段】 本発明の硝酸態窒素除去装置は、陰イオ
ン交換樹脂と、炭酸カルシウムを含有するろ材を仕切板
で区切った層を二層もしくは三層以上で構成され、そし
て、浄水器は、硝酸性及び亜硝酸性窒素等の除去装置部
を、通水水路上に有する。また、再生の為に硝酸態窒素
除去装置を複数個並列に配置する事で、連続通水が可能
となるので実用上複数配置が望ましい。再生用の薬剤溶
解部を装置内に設ける事で装置の構成が簡単となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、飲料水中の硝酸性
及び亜硝酸性窒素等を除去する性能を有し、さらに除去
に伴うpHの変動を抑制する際に緩衝作用のある炭酸カ
ルシウムを含有するろ材により変動の抑制と健康に有用
なカルシウム成分を添加する、とくに浄水器等で使用さ
れる硝酸態窒素除去装置及びそれを用いた浄水器に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】我国の飲料水は、河川や地下水を水源と
して各地方自治体や水道企業団ごとに供給されている上
水道と、各戸で使用するものがある。各地方自治体や水
道企業団の供給する上水道は、それぞれが運営する各地
の浄水場において水質分析を随時実施しており、必要に
応じてこれら河川や地下水等の水源から送られてきた水
に対してろ過や様々な化学処理を用いて改質し給水水質
を監視している。これによって河川や地下水を浄化して
安全な水道水として各家庭に供給されている。しかし各
戸で使用される飲料水は水源の水の水質が良いうちは問
題はなかったのであるが、近年これら河川や地下水等の
水質が悪化の一途をたどっている。
【0003】特に地表面付近に散布された有機堆肥や化
学肥料が主要な原因と考えられる、硝酸性及び亜硝酸性
窒素による地下水汚染は高濃度の地域が広範に見られ重
大な問題となっている。有機堆肥や化学肥料は植物に施
肥された後、施肥目標の植物に吸収消費される以外の大
部分が土中の細菌類により酸化され、亜硝酸から硝酸へ
の過程で酸化が進行し最終的に窒素の形で大気中に戻っ
ていくが、日本の地下水の移動速度は降水後より利用ま
での日数が数日から数年と短く、また汚染原因地域と地
下水の利用地域が近接している事も十分な酸化が進行し
窒素化する以前の利用となっている事が大きな要因とな
っている。硝酸性及び亜硝酸性窒素はへモグロビン血症
等の健康障害を引き起こす事が報告されている。しか
し、現在有効な除去法として電気透析法や逆浸透法では
装置を運転する為に多くのエネルギーが必要で運転費用
がかかるばかりでなく装置管理も繁雑でかつ専門知識を
必要とする上に、装置価格が高くなっている。又、生物
処理法では生物相の維持管理が難しく処理速度が非常に
遅い為に装置サイズが大きく設置が困難であった。イオ
ン交換樹脂による吸着処理ではpHの変動が水質によっ
ては大きく、pH調整を行う調整槽を設置しpHの変動
を連続的に測定しながら、pHの調整は危険性の高い薬
剤(塩酸及び水酸化ナトリウム)で行う必要があり家庭
用には不適当なものであった。
【0004】
【発明が解決しょうとする課題】各戸家庭用での使用を
考慮した安全且つ簡便な操作・管理で飲料水中の硝酸態
窒素除去装置及びそれを用いた浄水器を提供することを
目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の硝酸態窒素除去
装置及びそれを用いた浄水器は、陰イオン交換樹脂と炭
酸カルシウムを含有するろ材を処理順に陰イオン交換樹
脂から炭酸カルシウムの2層、又は炭酸カルシウム,陰
イオン交換樹脂,炭酸カルシウムの3層でろ過する構造
を持たせることで飲料水中の硝酸性及び亜硝酸性窒素等
の除去手段を提供する。
【0006】陰イオン交換樹脂では陰イオンである硝酸
性及び亜硝酸性窒素等を置換除去し、炭酸カルシウムは
遊離炭酸を重炭酸カルシウムとして溶解消費する事で過
剰な量の遊離炭酸は消費される。更に炭酸カルシウムの
作用として陰イオン交換樹脂に通水処理時に吸着される
重炭酸イオンにより放出された水素イオンと置換された
塩素イオンが塩酸を生成する事によるpH低下を、炭酸
カルシウムが溶解される事でpH変動の小さい塩化カル
シウムと炭酸ガスに変化しpHの緩衝作用を表す。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図1を用いて説明する。
【0008】図1は、本発明の一実施の形態による硝酸
態窒素除去装置の断面図を示す。水道水入口6より流入
した原水は、仕切板4により示持された活性炭7の層に
より有機物等の処理が吸着作用により行われた後、中空
糸膜8のろ過膜により濁りの原因となる微粒子等の除去
を行う。
【0009】上記の処理により、陰イオン交換樹脂2の
性能を劣化させる原因物質を除去することで硝酸態窒素
除去装置9の長寿命化・性能の安定が得られる。
【0010】中空糸膜8によるろ過処理後、仕切板4に
より陰イオン交換樹脂2と仕切られた炭酸カルシウム含
有ろ材3により、実施の形態2で述べた様に遊離炭酸に
よる酸度の中和が行われ、陰イオン交換樹脂2により、
硝酸性及び亜硝酸性窒素のイオン交換作用による除去が
行われた処理水は、仕切板4により仕切られた炭酸カル
シウム含有ろ材3により、中和が行われ、目的とする水
質となった飲用水は、吐出管1により吐出される。
【0011】(実施の形態1)本発明の請求項1に記載
する発明は、通水流路上に陰イオン交換樹脂と炭酸カル
シウムを含有するろ材を、陰イオン交換樹脂から炭酸カ
ルシウム含有ろ材の順に処理水が通過する水路で構成さ
れる処理部を備える事を特徴とし、陰イオン交換樹脂に
よる選択吸着性はイオン価数が大きい、原子番号が
大きい、水和半径が小さい、の順に順位に従い選択吸
着性を示す事から、飲料用水中に含まれる主な陰イオン
である燐酸イオン,硫酸イオン,硝酸イオン,亜硝酸イ
オン,塩素イオン,重炭酸イオン,水酸イオンの順に選
択性が高い。従って、除去対象である硝酸性及び亜硝酸
性窒素は硝酸イオン及び亜硝酸イオンを除去すれば良い
ので、塩素または水酸イオン型の陰イオン交換樹脂を用
いる。これら樹脂の再生には各々の置換基を有する薬剤
が使用される。塩素型陰イオン交換樹脂を一例としてイ
オンの挙動を述べる。塩素型陰イオン交換樹脂の再生剤
には塩化ナトリウムが使用される。再生時には空間速
度:SV値が100以下(本実施例では10)で塩化ナ
トリウム濃度:0.1%以上で通水処理が行われる。こ
の再生により陰イオン交換樹脂交換基部は塩素イオンに
置換される。この時、塩素イオン以外のイオンが多く存
在すると脱着が不十分となり陰イオン交換樹脂の交換容
量を低下させる。この後処理水の用水の通水処理が開始
されるが飲料用水の場合、用水中に多くのイオンを含ん
でいる。従って通水処理時にはそれらイオンが塩素イオ
ンと共存するため、イオンの共存比とイオン選択性のバ
ランスに応じて用水中の共存イオンが陰イオン交換樹脂
交換基と置換される。この時、塩素イオンより高いイオ
ン選択性を有する燐酸イオン,硫酸イオン,硝酸イオ
ン,亜硝酸イオンは再生後の通水処理時に硝酸性及び亜
硝酸性窒素イオンとの交換が行われる際に塩素イオン以
上のイオン選択性を有する為、陰イオン交換樹脂の交換
基部に安定に吸着しているが、重炭酸イオン,水酸イオ
ンはその選択性の低さの故に処理の初期において塩素イ
オンと置換吸着されるものの優先的に交換基部よりの脱
離が発生する。しかし水酸イオンはイオン選択性が低く
溶液中の存在量が極めて少ないため通常は問題とはなら
ない。一方、重炭酸イオンは溶液中の遊離炭酸より生成
される。溶液中の遊離炭酸濃度は地域により0〜100
mg/リットル以上と大きな差はあるが多くの地域では
20mg/リットル程度溶解している。さらに、遊離炭
酸以外にも共存物質により重炭酸イオンと遊離炭酸の存
在比は異なるが、陰イオン交換樹脂に重炭酸イオンが吸
着除去されると、存在バランスが重炭酸イオン濃度低下
の方向に傾くため、遊離炭酸が水分子と反応して水素イ
オンと重炭酸イオンになる。下記に反応式を示す。
【0012】 CO2 + H2O → H2CO32CO3 → H+ + HCO3 - 式 1 H+ + Cl- → HCl 式 2 (式1)の右項の水素イオンは、陰イオン交換樹脂交換
基部より置換して放出された塩素イオンと反応して塩酸
となる。(式2)その結果、処理水のpHは酸性側に傾
き用水中の遊離炭酸濃度が高い場合、飲用範囲を超えて
しまうため、本発明は用水の通水処理後に炭酸カルシウ
ムを含有する濾材を用い、通水経路上に配置する事で塩
酸の生成を引き起こす(式1)の反応を抑え、pH低下
を抑えるばかりでなくミネラル成分としても有用なカル
シウムを添加する方法を提供しうるものである。下記に
反応式を示す。
【0013】 CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O 式 3 左項の難溶性の炭酸カルシウムが、右項の塩化カルシウ
ムに反応する事で、カルシウムを用水中に添加出来る。
また、右項の塩酸は塩化カルシウムの形態になることで
pH低下を抑制できる。
【0014】(表1)は炭酸カルシウムを用いる事が、
pH変動抑制にどの様に寄与するかを測定したものであ
る。炭酸カルシウムを通水水路上に添加した場合としな
かった場合を同一の表の中に示す。塗りつぶしで表示し
たポイントは炭酸カルシウムを添加しなかった場合を、
白抜きのポイントは添加した場合の測定値を示す。横軸
は処理水の通水量をリットルで、縦軸は測定したpHを
表示した。試験水の遊離炭酸濃度は40mg/リットル
とし、硝酸性及び亜硝酸性窒素濃度を20mg/リット
ルでの通水結果である。
【0015】
【表1】
【0016】(表1)によれば、炭酸カルシウムを添加
しない場合には、炭酸カルシウムを添加したものに比べ
pH低下の変動が大きいことが分かる。特に50リット
ル迄の通水初期での抑制効果が顕著である。これは前述
で説明した通水初期に陰イオン交換樹脂に重炭酸イオン
が吸着除去され、存在バランスが重炭酸イオン濃度低下
の方向に傾くため、遊離炭酸が水分子と反応して水素イ
オンと重炭酸イオンとなり水素イオンは、陰イオン交換
樹脂交換基部より置換して放出された塩素イオンと反応
して塩酸となる現象により説明される。この時、通水流
路上に炭酸カルシウムを添加する事で難溶性の炭酸カル
シウムが、生成された塩酸と反応して塩化カルシウムと
なり、カルシウムを用水中に添加出来ると同時に、pH
低下を抑制している結果を示している。
【0017】(実施の形態2)本発明の請求項2に記載
する発明は、通水流路上に陰イオン交換樹脂と炭酸カル
シウムを含有するろ材を、炭酸カルシウム含有ろ材より
陰イオン交換樹脂から炭酸カルシウム含有ろ材の順に三
層に配置する事により、発明の実施の形態1で説明した
効果に加え、処理用水中に含まれ地域により0〜100
mg/リットル以上と濃度に大きな差はあるが、多くの
地域では20mg/リットル程度溶解している遊離炭酸
による、酸度の中和を陰イオン交換樹脂の前に配置され
た炭酸カルシウムを含有するろ材により行う事を特徴と
するものである。前段に配置された炭酸カルシウムを含
有するろ材は、下記の反応式により酸度を中和する効果
を示す。
【0018】 CO2 + H2O → H2CO32CO3 → H+ + HCO3 - 式 1 H+ + HCO3 + CaCO3 → Ca(HCO32 式 3 上記反応(式1)及び(式3)により、処理用水中の遊
離炭酸は難溶性の炭酸カルシウムを溶解する事で消費さ
れ、陰イオン交換樹脂の処理前に処理用水中の重炭酸イ
オン濃度を下げる事が出来るばかりでなく、ミネラルと
して有用なカルシウムを添加する事が出来る。
【0019】
【発明の効果】本発明の硝酸態窒素除去装置は、陰イオ
ン交換樹脂と、炭酸カルシウムを含有するろ材を、陰イ
オン交換樹脂より炭酸カルシウムを含有するろ材の順に
通水流路上に配置する二層、或いは、炭酸カルシウムを
含有するろ材より陰イオン交換樹脂を通過し、最終に炭
酸カルシウムを含有するろ材を配置した三層構造を浄水
処理過程の一部に有する事で、処理用水中の硝酸性及び
亜硝酸性窒素を除去するばかりでなく、処理用水中の遊
離炭酸濃度に自動的に対応して、処理に伴うpH変動を
抑制するとともに、ミネラル成分としても有用なカルシ
ウムを添加することを可能とする。
【0020】そして本発明の硝酸態窒素除去装置は浄水
器の通水流路上に配置する事で、浄水器の本来性能に影
響を与える事無く、処理用水中から硝酸性及び亜硝酸性
窒素等の除去を効果的に行なうことができるので、逆浸
透圧法や吸着除去法等の浄水手段を選ばず使用する事が
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態による硝酸態窒素除去装
置の断面図
【符号の説明】
1 吐出管 2 陰イオン交換樹脂 3 炭酸カルシウム含有ろ材 4 仕切板 5 浄水器本体 6 水道水入口 7 活性炭 8 中空糸膜 9 硝酸態窒素除去装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C02F 1/68 510 C02F 1/68 510B 520 520D 530 530B 540 540A 540C 540D

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】陰イオン交換樹脂と炭酸カルシウムを含有
    するろ材を流路上に配置した事を特徴とする硝酸態窒素
    除去装置。
  2. 【請求項2】酸度の中和及びpHの低下の改善を目的と
    し炭酸カルシウムを含有するろ材で構成された請求項1
    記載の硝酸態窒素除去装置。
  3. 【請求項3】請求項1または2記載を構成の一部に含む
    硝酸態窒素除去機能を有する浄水器。
JP23634596A 1996-09-06 1996-09-06 硝酸態窒素除去装置及びそれを用いた浄水器 Pending JPH1080682A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003094045A (ja) * 2001-09-27 2003-04-02 Lapur:Kk 浄水器
US20150230742A1 (en) * 2005-11-16 2015-08-20 James H. Silver Sensors for detecting substances in bodily fluids
CN108726737A (zh) * 2018-08-17 2018-11-02 谢绍舜 一种重力整流式离子交换法污水处理末端除氮设备及方法
CN112429865A (zh) * 2020-10-02 2021-03-02 广州绿邦环境技术有限公司 一种膜处理浓缩液处理设备及工艺

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