JPS61293590A - 上水用原水のフツ素除去方法 - 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】 ｒ産業上の利用分野」 本発明は、河川、湖沼、地下水等の水源から採取した上
水用原水に含まれるフッ素を、薬品を注入混和して析出
させることにより除去する方法に関する。

ｒ従来の技術」 一般に、飲料水に含まれるフッ素化合物が微量である場
合は、人体の健康、特に雌歯の予防に有効であるとされ
ている。しかし、フッ素化合物の含有量が多すぎると、
逆に、歯のエナメル質を侵食して表面に斑点を生じる斑
状歯の原因となる。

そこで、水道法に基づく水質基準では、上水に含まれる
フッ素の許容濃度はＱ、３ｐｐｍ以下と定められている
。

ところで、飲用に供される上水用原水は河川。

湖沼、地下水等から採取されるが、水源の水質によって
は河川でも１．０〜２．Ｑｐｐ＋ｅ、地下水源の場合に
は３〜１０　ｐｐｆｉもの含有フッ素が検出されること
がある。そして、この含有フッ素は、上水用原水の一般
的な処理方法である沈澱、濾過、消毒によっては殆ど除
去されずに残留するため、そのままでは飲用に供するこ
とができない。そこで、従来より、電解処理法、活性ア
ルミナによる吸着法などのフッ素除去方法が試みられて
いる。

電解処理法とは、カルシウム剤（カルシウム化合物）と
珪藻土溶液とを上水用原水に加え、これを電気分解する
ことによりフッ素を除去するというものである。電気分
解によって原水中に含まれているフッ素はイオン化し、
添加したカルシウムイオンと結合してフン化カルシウム
のコロイドとして析出する。そして、電気分解によって
活性化した電解活性珪藻土のフロックに、前記フッ化カ
ルシウムのコロイドを吸着させて原水中からフッ素を分
離除去する。

一方、活性アルミナによる吸着法というのは、フッ素を
含む原水を、粒状に成形した活性アルミナの層を通過接
触させ、フッ素イオンを粒状活性アルミナ表面に吸着さ
せることにより原水中のフッ素を除去する方法である。

「発明が解決しようとする問題点ｊ 近年、自然環境の汚染が進行するに伴い、ますます水源
の水質が劣悪化する傾向にある。他方、人口増加、生活
水準の向上、諸産業の発展等に従い、上水に対する需要
は増加の一途をたどっている。従って、良質の上水を大
量にかつ低廉に供給するためには、能率が良くしかも処
理コストの低い浄化方法を見いだすことが肝要である。

しかしながら、電解処理法によるフッ素除去方法は、処
理のために珪藻土を必要不可欠とし、しかも大量の電力
を消費するため処理コストが非常に高くついた。

一方、活性アルミナによる吸着法においては、活性アル
ミナの吸着能力は処理が進行するに従って徐々に低下し
てゆくので常時監視することを要する。また、通常１日
乃至７日間で活性アルミナ表面が飽和して失活するため
、そのときには硫酸容土溶液をアルミナ層に通して再活
性化しなくてはならない。ところが、残存する硫ｒ１１
ｍ土溶液を活性アルミナ層中から除去するためには多量
の水で洗浄する必要があり水源の利用効率が低かった。

そこで、本発明者は、先に、効率が良く経済的なフッ素
除去方法として活性アルミニウムイオンを用いた処理方
法を提唱した。（特公昭５３−４３７３０号）これは、
処理すべき原水中にポリ塩化アルミニウム及びアルミン
酸ナトリウムを注入混和してｐＨ値を６．５乃至６．８
にし、その後、段階的もしくは連続的にポリ塩化アルミ
ニウム１に対して約３分の１量のアルミン酸ナトリウム
を同時に注入することによってｐＨ値を６．５乃至６．
８に維持しつつフロックの成長を促進させ、しがる後固
液分離を行いスラッジまたはスカムとして原水中のフッ
素を除去するというものである。これは即ち、原水中の
フッ素をアルミニウムイオンと反応させてコロイド状フ
ッ化アルミニウムとし、これを周辺に多量に存在する水
酸化アルミニウムのフロックに吸着させて順次フロック
を成長させ、最後に沈降分離して原水中のフッ素を沈降
スラッジとして系外に取り出す方法である。

この方法によれば、簡単にしかも効率良（フッ素除去を
行い得ると共に、前記電解処理法、活性アルミナによる
吸着法等に比べれば維持管理が容易で処理コストも安く
経済的である。Ｌ７がしながら、ポリ塩化アルミニウム
やアルミン酸ナトリウムは比較的高価な部類に属する薬
品であるため、一層、処理コストを低廉化することが望
まれていた。

ｒ問題点を解決するための手段」 本発明は、本発明者が先に提唱した活性アルミニウムイ
オンによる処理方法を基本として、更に鋭急研究を進め
た結果、より処理コストが低くしかも能率の良い上水用
原水のフッ素除去方法を開発したものである。そして、
その特徴は、硫酸ツ土とアルミン酸ナトリウムの組合せ
、硫酸容土と苛性ソーダもしくは炭酸ソーダの組合せ、
またはアルミン酸ナトリウムと硫酸もしくは塩酸の組合
せのうちのいずれか一組の薬品を、処理すべき上水用原
水に適当量注入混和して該上水用原水のｐＨ値を６．５
乃至６．８に調整し、該ｐｉ（値を前記範囲内に維持し
つつ更に引続いて段階的または連続的に前記と同じ組合
せの薬品を注入混和することにより前記上水用原水中に
含まれるフッ素を析出させることである。

「作用Ｊ 上記硫酸穿土とアルミン酸ナトリウムの組合せ。

硫酸静上と苛性ソーダもしくは炭酸ソーダの組合せ、ま
たはアルミン酸ナトリウムと硫酸もしくは塩酸の組合せ
の薬品はいずれもアールミニラムイオンを含有している
。従って、これらの組合せのうちのいずれか一組の薬品
を、フッ素を含む上水用原水に注入混和すると、上水用
原水中のフッ素は添加されたアルミニウムイオンと結合
してコロイド状フン化アルミニウムとなって析出する。

このとき、添加されたアルミニウムイオンの大部分は水
和して水酸化アルミニウムのフロックとなるので、原水
中に含まれるフッ素イオンに対してアルミニウムイオン
を過剰に、望ましくは１０倍乃至３０ｆｆｉ　（ｆを加
えることが必要である。

こうして、コロイドとして析出したフッ化アルミニウム
は、周辺に多量に存在する水酸化アルミニウムのフロッ
クに吸着され、次第にフロックの成長を続けて原水中か
ら分離除去される。

ところで、フッ化アルミニウムの析出程度及び水酸化ア
ルミニウムのフロックの成長速度は、ｐｕ値に依存する
。つまり、ｐ）Ｉ値が６．５乃至６．８の範囲にあると
き、上記析出反応及び成長反応が促進される。そこで、
前記組合せのうちいずれか一組の薬品を適当量注入混和
して上水用原水のｐＨ値を６．５乃至６．８に調整し、
該ｐＨ値を前記範囲内に維持しつつ更に引続いて段階的
または連続的に前記と同じ組合せの薬品を注入混和する
ことによって、フッ素除去効率を最も高くすることがで
きる。

なお、アルミニウムイオンの供給源として、あるいはｐ
Ｈ値の調整剤として用いる薬品は、安価であると同時に
、飲用に供するものであるから有害であってはならない
。この観点からみても、浄水用薬品として一般に使用さ
れている硫酸器上、アルミン酸ナトリウム、硫酸、塩酸
、苛性ソーダ。

炭酸ソーダはフッ素除去処理用薬品として適当である。

「実施例」 第１図は、本発明に係る上水用原水のフッ素除去方法の
一実施例を説明する概略図である。

河川、湖沼、井戸等の水源Ａから取水ポンプ７等により
上水用原水Ｗを混和槽Ｋに導く。該混和槽には、連設さ
れた第１混和槽１．第２混和槽２゜第３混和槽３からな
る。最初に、第１混和槽１において、上水用原水ＷＯｐ
Ｈ値に対応する所定量の薬品を注入し充分に混和してｐ
Ｈ値を６．５乃至６．８に調整する。次いで、第１混和
槽１においてｐＨ値が６．５乃至６．８に調整された上
水用原水に１を、第２混和槽２．第３混和槽３へ逐次移
送して第二段。

第三段の薬品注入及び混和を行う。このとき、使用する
二ｉｎの薬品をなるべく同時に注入するのが好ましい。

本実施例において、各混和槽への薬品の注入は薬品送給
装置４ａ、　４ｂおよび薬品送給路の途中に設けられた
定量ポンプ５ａ、　５ｂによって行われる。また、各混
和槽での薬品と原水との混和はルーツブロワ−６によっ
て行っているが、他の単段、例えばアジテータ−や水中
ポンプによって行うことも可能である。

上記処理過程中に、上水用原水Ｗに含まれていたフッ素
はフッ化アルミニウムのコロイドとして析出し、前述し
たように水酸化アルミニウムのフロ・ツタに吸着されフ
ロックを成長させる。そして、充分に成長したフロック
を含む上水用原水−３を沈澱槽８へ導いて沈降分離を施
す。上水用原水Ｈ３中のフロックは沈降スラッジＳとし
て分離除去され、上清は送水ポンプ９等によって砂濾過
機等の急速濾過機１０もしくは緩速濾過機へ導かれて濾
過処理され、さらに消毒等がなされた後、飲用に供する
ことのできる低フツ素濃度の上水となる。

なお、混和槽の送出口付近にはｐｉ（メーター１１を設
置し、処理設備の末端には流量計１２やフッ素濃度計１
３等を設置して、処理状況の管理や得られた上水の水質
監視を行うことが好ましい。

次のく第１表〉乃至〈第３表〉は、上水用原水として井
戸水を用いてフッ素除去を行った結果を示したものであ
る。

各実施例に用いた上水用原水（井戸水）は、フッ素濃度
　−４，４０ｐｐｍ ｐ　Ｈ＝　７．３５ である。

また、各実施例に用いた薬品の規格はそれぞれ以下のと
おりである。

硫酸容土　　　　　　　８％溶液 アルミン酸ナトリウム　１７％′溶液 硫酸　　　　　　　　　ＩＮ溶液 苛性ソーダ　　　　　　ＩＮ溶液 なお、各表のアルミニウムイオン添加量は、アルミナ換
算した値で示しである。

処理水は、第３混和槽において第三段の薬品注入混和を
受けた原水を沈澱槽に導いてスラッジを沈降分離したの
ち、その上清を砂濾過したものであり、そのフッ素濃度
測定はスパンズ法によった。

（以下余白、次頁に続く） 〈第１表〉は、上水用原水に注入混和する薬品として硫
酸容土とアルミン酸ナトリウムとの組合せを用いた場合
の実施例である。各混和槽においてｐ）ｌ値を６．５乃
至６．８に維持した結果、取水時には４．４０ｐｐＩ１
１であったフッ素濃度を、充分に飲用に供することので
きる０、６１ｐｐｍまで下げることが出来た。

一方、比較例■、■の如く処理過程中のｐ）Ｉ値を６．
５乃至６．８に維持しなかった場合には、処理終了段階
でｐＨ値が前記範囲内に納まったとしても、フッ素濃度
を水質基準値のｏ、ａｐｐｎ以下にすることができない
。

比較例■は、第１混和槽において、本発明Ａで添加した
硫ｒ！Ｉ＊±の全量を注入混和し、その後、アルミン酸
ナトリウムの全量を注入混和したものである。比較例■
は、比較例■の逆の操作を行ったものである。いずれの
比較例においても、処理過程の当初より充分量のアルミ
ニウムイオンが原水中に存在している。しかし、たとえ
アルミニウムイオンが充分量存在している場合でも、ｐ
Ｈ値が前記範囲に維持されなかったときにはフン化アル
ミニウムをコロイドとして析出させることが困難となる
。また、そればかりでなく、水酸化アルミニウムのフロ
ックの生成も阻害される。そのため、フッ化アルミニウ
ムを吸着させて水酸化アルミニウムのフロックを成長さ
せることが非常に難しくなる。従って、比較例■及び■
に見られるように、アルミニウムイオンを充分量加えた
としても、ｐｉ（値を６．５乃至６，８に維持しておか
なければフッ素除去効果が悪くなる。

〈第２表〉は薬品として硫酸容土と苛性ソーダの組合せ
を用いた場合の場合の実施例、〈第３表〉は硫酸とアル
ミン酸ナトリウムの組合せを用いた場合の場合の実施例
である。いずれの実施例においても、それぞれの比較例
■、■で明らがなように、本発明Ｂ、Ｃで添加したのと
同量の硫酸容土（比較例■）、またはアルミン酸ナトリ
ウム（比較例■）を加えて原水中に充分量のアルミニウ
ムイオンを存在させても、ｐＨ値を前記範囲内に維持し
ておかなかったときには所期のフッ素除去効果を得るこ
とができない。ところが、本発明方法に従ってｐｉ値を
調整、維持した場合には充分なフッ素除去効果を顕して
いる。

（付記すると、〈第３表〉において、本発明Ｃの第３混
和槽でのｐＨ値ｐ）Ｉが６．８１となっているが、有効
数字を勘案すれば、本発明方法のｐＨ値範囲を逸脱する
ものではない。） 上述した実施例は、混和槽にとして第１乃至第３混和槽
が連設されたものを用いた場合であるが、これに固定さ
れるものではない。例えば、第２図乙こ示したように、
上水用原水Ｗの取水口から送出口まで隔壁を有しない長
槽にとしてもよく、あるいは溝状水路の如き形態となす
ことも可能である４、「発明の効果」 本発明方法による薬品の組合せを用いた場合には、従来
のフッ素除去方法に用いられていた薬品類と比べて安価
であり、処理操作も簡単であると共に維持管理が容易に
なる。

また、本発明者が先に提唱したポリ塩化アルミニウムと
アルミン酸ナトリウムの組合せを用いた場合と比較する
と、アルミニウムイオンの添加量が同じでも沈澱槽にＮ
積される沈降スラッジの容積が半分になるという効果が
ある。従って、沈降スラッジの回収、脱水、廃棄等の処
理に費やされる労力９時間、経費の大幅節減を図ること
ができ、これらの二次処理に必要な設備、施設等の減縮
が可能である。しかも、前記ポリ塩化アルミニウムは温
度等に対する安定性が悪く使用可能期間は約１か月であ
るのに比べ、本発明に用いる硫酸彎上等にあっては長期
間にわたって変質、変性等の危惧がなく保管性に優れ、
その上、薬品として安価であるという利点もある。

以上述べた如く、本発明方法によれば、簡単に能率良く
、しかも低い処理コストで上水用原水に含まれるフッ素
を除去することができる。従って、水道料金の低廉化を
図ることができる。

要するに、本発明は、将来ますます重要視される浄水事
業に対して大いに資するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る上水用原水のフッ素除去方法の
一実施例を説明する機略図、第２図は・本発明に係る他
の実施例を説明する概略図である。 Ａ　−水源　　Ｗ、　Ｗｌ、　Ｗ３−上−水用原水Ｋ　
−混和槽 １−第１混和槽 ２−第２混和槽 ３−第３混和槽 ４ａ、　４ｂ−・−薬品送給装置 ５ａ、　５ｂ・一定量ポンプ ８−沈澱槽 １０・−急速濾過機

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、硫酸、土とアルミン酸ナトリウムの組合せ、硫酸礬
   土と苛性ソーダもしくは炭酸ソーダの組合せ、またはア
   ルミン酸ナトリウムと硫酸もしくは塩酸の組合せのうち
   のいずれか一組の薬品を、処理すべき上水用原水に適当
   量注入混和して該上水用原水のｐＨ値を６．５乃至６．
   ８に調整し、該ｐＨ値を前記範囲内に維持しつつ更に引
   続いて段階的または連続的に前記と同じ組合せの薬品を
   注入混和することにより前記上水用原水中に含まれるフ
   ッ素を析出させることを特徴とする上水用原水のフッ素
   除去方法。