WO2007055019A1

WO2007055019A1 - 淡水製造方法

Info

Publication number: WO2007055019A1
Application number: PCT/JP2005/020753
Authority: WO
Inventors: Yasuyuki Ikegami; Tomoe Shimizu; Takaaki Wazima
Original assignee: Saga University
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2005-11-11
Publication date: 2007-05-18
Also published as: JP4945765B2; JPWO2007055019A1

Abstract

【課題】各種の栄養塩類をバランスよく含んでいる海水から主に塩化ナトリウムを効率的かつ安価に除去することにより、農業培養液、液肥および／または農業用水等に利用することができる淡水製造方法を提供する。【解決手段】海水を、安価で安定性に優れ、高い塩化物イオン交換能を有する、熱処理したハイドロタルサイト様化合物で処理し、次いで、アルカリ性になった溶液を中和しナトリウムイオンを除去するためにゼオライトで処理することにより、農業用培養液、液肥および／または農業用水を、低コストで製造することができる。本方法によると、特別な装置を必要とせず、一度に大量の海水を効率よく脱食塩化処理することが可能になる。

Description

明細書

淡水製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、海水から塩ィ匕ナトリウムを選択的に除去することにより、農業培養液、液肥および Zまたは農業用水等に利用することができる淡水を製造する淡水製造方法に関する。

背景技術

[0002] 離島、砂漠地帯等の水不足地域における水資源の確保を目的として、蒸発法、逆浸透膜法等の、海水を淡水化する方法がこれまでに開発されてきた。しかし、これらの方法は、その水処理コストが非常に高いため、これらの水不足地域における要求を満たすに十分な量の水資源の供給には適していない。また、これらの方法は高純度の飲料用水を得ることを目的としているため、これらの方法においては、海水に含まれる塩化ナトリウム以外の、植物の生育に必要な塩類も除去される。そのため、これらの方法により得られた脱塩水は、農作物の栽培に直接用いるためには好適ではない。

[0003] 海水は塩ィ匕ナトリウム (食塩)を高濃度で含有しているため、直接植物の栽培に使用することはできないが、植物の生育に必要な栄養塩類をバランスよく含有している。そのため、海水から塩ィ匕ナトリウムを選択的かつ安価に除去することができれば、それにより得られた脱食塩水は、培養液、液肥あるいは農業用水として好適な組成を有しており、砂漠の緑ィ匕ゃ離島における灌漑用水として非常に有用なものとなることが期待される。

[0004] 特開平 11 -209191号公報 (特許文献 1)には、海水にゼォライトによる処理およびキトサンまたは陰イオン交換榭脂による処理を行い、培養液、液肥および農業用水の少なくとも 1種を製造する方法が開示されている。この方法では、陰イオン交換材としてキトサンまたは陰イオン交換樹脂が用いられて、る。

[0005] 他に陰イオン交換方法としては、ハイド口タルサイト様ィ匕合物を用いる方法があり、このノ、イド口タルサイト様ィ匕合物が一般式 [M²⁺ M³⁺ (OH) ] [Α^η? ·ζΗ O] (ここで、 M²⁺は 2価金属イオンを、 M³⁺は 3価金属イオンを、 A は陰イオンをそれぞれ表す）で表される層状ィ匕合物であり、層間に存在する陰イオン Aが交換可能であるため、陰イオン交換能を有することが知られている。また、ハイド口タルサイト様ィ匕合物は、室温、大気圧下で安価に合成することが可能であり、安定性、耐久性にも優れている。特許文献 1 :特開平 11 -209191号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 前記従来の技術は以上のように構成されて、たことから、キトサン又は陰イオン交換榭脂を用いる陰イオン交換体が高価であり、耐久性および寿命の点において実用上問題がある。また、ノ、イド口タルサイト様ィ匕合物を用いる方法は、ハイド口タルサイト様ィ匕合物をそのまま海水の処理に用いた場合、塩化物イオン (C1?)の交換能が十分でな、ため、塩ィ匕物イオンを十分除去することができな、と、う問題を有して、る。

[0007] 本発明は、前記課題を解消するためになされたもので、海水力塩ィ匕物イオンを効率的に除去するために必要とされる高いイオン交換能を有し、かつ安価で安定性の高い陰イオン交換材に関し、ハイド口タルサイト様ィ匕合物を熱処理することにより塩ィ匕物イオン交換能が向上した淡水製造方法を提案することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明に係る淡水製造方法は、海水を、熱処理したノ、イド口タルサイト様ィ匕合物で処理する工程（工程 a)と、前記工程 aにより得られる処理水を、ゼォライトで処理する工程 (工程 b)とを有し、当該工程 a及び工程 bで農業用培養液、液肥および Zまたは農業用水等の淡水を製造することをものである。

[0009] また、本発明に係る淡水製造方法は必要に応じて、工程 aが海水 1Lに対して前記熱処理したノ、イド口タルサイト様ィ匕合物を 50〜 150gの割合で添加して処理するするものである。

[0010] また、本発明に係る淡水製造方法は必要に応じて、工程 bが前記工程 aにより得られる処理水 1Lに対してゼォライトを 50〜600gの割合で添カ卩して処理ものである。

[0011] また、本発明に係る淡水製造方法は必要に応じて、ノ、イド口タルサイト様ィ匕合物が、ハイド口タルサイトであるものである。 [0012] また、本発明に係る淡水製造方法は必要に応じて、工程 aにおける処理時間が、少なくとも 10時間であるものである。

[0013] また、本発明に係る淡水製造方法は必要に応じて、記工程 bにおける処理時間力少なくとも 1時間であるものである。

[0014] また、本発明に係る淡水製造方法は必要に応じて、工程 aにおいて使用されるハイドロタルサイト様化合物力 300〜800°Cで熱処理されたものである。

[0015] また、本発明に係る淡水製造方法は必要に応じて、工程 aおよび前記工程 bのうち少なくとも一方を複数回繰り返し行うものである。

[0016] また、本発明に係る淡水製造方法は必要に応じて、工程 aと前記工程 bの間に、前記工程 aにより得られる処理水をリン酸もしくは硝酸またはそれらの塩を添加して処理する工程をさらに含むものである。

発明の効果

[0017] 本発明によれば、海水力主に塩ィ匕ナトリウムのみを安価に除去する方法が提供される。本発明にお、てイオン交換剤として使用するハイド口タルサイト様ィ匕合物およびゼオライトは、両者とも安定な化合物であると共に再生、再利用が可能である。また、本方法の実施には特殊な設備を必要とせず、スケールアップも容易であるため、一度に大量の海水を処理することが可能である。したがって、本発明によれば海水の脱食塩ィ匕処理を経済的に行うことが可能になる。

[0018] 本方法により得られる処理水は、海水に由来する、植物の生育に必要な塩類をほぼそのまま含んでいるため、培養液、液肥または農業用水として好適である。

[0019] また、ハイド口タルサイトは、アルミニウム再生工場力発生するアルミドロス等の廃棄物から合成することが可能であるため、本発明に係る方法は、産業廃棄物の有効利用という観点力らも有用である。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]海水、工程 aにより得られる処理水、培養液および比較例として通常使用されて V、る培養液の化学組成 (mg/L)表図である。

[図 2]実施例 2における、熱処理したノ、イド口タルサイト様ィ匕合物の添加量と処理水の pHとの関係を表すグラフである。 [図 3]実施例 2における、熱処理したノ、イド口タルサイト様ィ匕合物の添加量と処理水のカチオン (Na+、 Mg²⁺、 K+、 Ca²⁺)濃度との関係を表すグラフである。

[図 4]実施例 2における、熱処理したノ、イド口タルサイト様ィ匕合物の添加量と処理水のァ-オン (Cl—、 Br―、 SO ²—)濃度との関係を表すグラフである。

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[図 5]比較例における、ノ、イド口タルサイト様ィ匕合物の添加量と処理水の pHとの関係を表すグラフである。

[図 6]比較例における、ノ、イド口タルサイト様ィ匕合物の添加量と処理水のカチオン (Na +、 Mg²⁺、 K+、 Ca²⁺)濃度との関係を表すグラフである。

[図 7]比較例における、ノ、イド口タルサイト様ィ匕合物の添加量と処理水のァ-オン (Cl_ 、 Br―、 SO 濃度との関係を表すグラフである。

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[図 8]実施例 3における、天然ゼォライトによる処理回数と処理水の pHとの関係を表すグラフである。

[図 9]実施例 3における、天然ゼォライトによる処理回数と処理水のカチオン (Na+、 M g²⁺、 K+、 Ca²⁺)濃度との関係を表すグラフである。

[図 10]実施例 3における、天然ゼォライトによる処理回数と処理水のァ-オン (Cl—、 B r―、 SO

4²—)濃度との関係を表すグラフである。

[図 11]実施例 4における、天然ゼォライトによる処理回数と処理水のァ-オン (Cl—、 H PO

4²—)濃度との関係を表すグラフである。

[図 12]実施例 4における、天然ゼォライトによる処理回数と処理水のァ-オン (Cl—、 N O―)濃度との関係を表すグラフである。

3

発明を実施するための最良の形態

[0021] 本発明にお、て塩ィ匕物イオンの除去（工程 a)に使用するハイド口タルサイト様ィ匕合物としては、一般式 [M²⁺ Ο] (複数の金属元素よりなる不定

比化合物を含む)で表され、十分な塩化物イオン交換能を有する任意の化合物を用いることがでさる。

[0022] 工程 aにおいて海水に添加する、熱処理したノヽイド口タルサイト様ィ匕合物の量は、海水 1Lに対して 50〜150gであることが好ましい。添カ卩量が少なすぎると塩化物ィォンを十分に除去することができず、また多すぎるとハイド口タルサイト様ィ匕合物による水の吸収によるロスが大きくなるため、いずれの場合も好ましくない。

[0023] ノ、イド口タルサイト様ィ匕合物の陰イオン交換能は、熱処理を行うことにより向上し、海水から塩ィ匕物イオンを効率的に除去するために十分なレベルに達する。熱処理温度は、好ましくは 300〜800°C、最も好ましくは 500°Cである。最適な熱処理時間は、熱処理温度により異なるが、熱処理温度 500°Cの場合、 3時間程度の熱処理で十分な塩ィ匕物イオン交換能が発現する。海水の処理に使用したハイド口タルサイト様ィ匕合物についても、同様の条件下での熱処理により当初の塩ィ匕物イオン交換能を回復することができる。

[0024] 熱処理したハイド口タルサイト様ィ匕合物による処理は、十分に塩ィ匕物イオンを除去するためには少なくとも 10時間を要し、 24時間を越えると、塩ィ匕物イオン濃度はほぼ定常状態に達する。そのため、熱処理したノ、イド口タルサイト様ィ匕合物による処理は 1 0〜24時間行うことが好まし、。

[0025] 本発明においてナトリウムイオンの除去および溶液の中和（工程 b)に用いるゼオライトとしては、十分なナトリウムイオン交換能および中和能を有する任意の天然ゼオライトおよび合成ゼォライトを使用することができる。ゼォライトによる処理を行うことにより、ナトリウムイオンの除去、熱処理したノ、イド口タルサイト様ィ匕合物による処理の結果アルカリ性になった、工程 aにより得られる処理水の中和に加え、熱処理したハイド口タル

サイト様ィ匕合物による処理の際に失われたマグネシウムイオン、カルシウムイオン等の濃度を向上させることができる。

[0026] 工程 bにおいて、工程 aにより得られる処理水に添加するゼオライトの量は、海水 1L に対して 50〜600gであることが好まし!/、。添カ卩量が少なすぎるとナトリウムイオンを十分に除去することができず、また多すぎると混合物力スラリー状になり混合物の撹拌ゃ振盪が十分にできなくなるため、いずれの場合も好ましくない。なお、ゼォライトの添加量を海水 1Lに対し 50〜： LOOgに抑えること力良好に撹拌を行うことができる点で好ましいが、この場合においてナトリウムイオンを確実に除去するためには、ゼォライトの添加-処理-ろ去を 2回以上繰り返すことがより好ましい。

[0027] ゼォライトによる処理は、十分にナトリウムイオンを除去するためには少なくとも 1時間を要し、 10時間を越えると、ナトリウムイオン濃度はほぼ定常状態に達する。そのため、ゼォライトによる処理は 1〜10時間行うことが好ましい。

熱処理したノ、イド口タルサイト様ィ匕合物またはゼォライトによる溶液の処理は、処理対象となる溶液にこれらの化合物を添加後、所定時間混合物を静置することにより行つてもよいが、好ましくは、任意の公知の装置を用いた撹拌、振盪等の方法により行われる。所定時間経過後、処理に用いたこれらの化合物は、ろ過、デカンテーシヨン等の任意の公知の方法により除去される。

[0028] 前述したとおり、塩ィ匕ナトリウムの除去効率を向上させるために、工程 aおよび工程 b の少なくとも一方を繰り返し行ってもょヽ。熱処理したノヽイド口タルサイト様ィ匕合物および天然ゼォライトをそれぞれ工程 a、工程 bに用いた場合、後に実施例において述べるように、工程 bを少なくとも 4回繰り返すことが好ま、。

実施例

[0029] 以下、本発明の特徴を明らかにするために、実施例に基づいて本発明の実施形態をより詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない

(実施例 1 :熱処理したハイド口タルサイト様ィ匕合物-ゼォライトによる処理）海水 lOOmLに、熱処理（500°C、 3時間）したハイド口タルサイト様化合物 10. Og (海水 1Lに対し lOOgの割合)を添加し、マグネチックスターラーを用いて室温で 24時間撹拌後、ノ、イド口タルサイト様ィ匕合物をろ去した（工程 a)。こうして得られた、処理水 1

OOmLに、天然ゼォライト 10. Og (処理水 1Lに対し lOOgの割合）を添カ卩し、マグネチックスターラーを用いて 1時間撹拌後、ゼォライトをろ去し、その後同様の操作をもう 1 度繰り返した（工程 b)。この操作 (工程 aおよび b)を 10回繰り返し、得られた培養液を用いて、カイヮレダイコン（Raphanus sativus)の水耕栽培を行ったところ、海水では栽培できな力つたカイヮレダイコンが順調に成長することを確認した。

海水、工程 aにより得られる処理水、培養液および比較例として通常使用されている培養液の化学組成 (mg/L)表を図 1に示す。

熱処理したハイド口タルサイト様ィ匕合物を用いた処理により、塩ィ匕物イオン濃度が低下すると共に、処理水の pHが上昇 (Cl?-OH?交換反応による）している力ゼォライト処理により、ナトリウムイオン濃度が低下すると共に中和されている (Na+-H+交換反応による）のがわかる。また、最終的に得られた培養液の組成はカリウムイオン濃度が低いものの通常使用されている培養液のそれに近ぐこれが、本実施例において得られた培養液によりカイヮレの水耕栽培を良好に行うことができた理由であると考えられる。

(実施例 2：熱処理したハイド口タルサイト様ィ匕合物の添加量の影響）

海水 10mLに、熱処理（500°C、 3時間）したノヽイド口タルサイト様ィ匕合物（を 0. 05g、 0. lg、 0. 2g、 0. 3g、 0. 5g、 lg、 2gおよび 3g添加した試料を調製し、マグネチックスターラーを用いて室温で 24時間撹拌後、ハイド口タルサイト

様ィ匕合物をろ去した。こうして得られた処理水の pH、カチオン濃度およびァ-オン濃度の変化を、それぞれ図 1、図 2、図 3に示す。処理水における pHの上昇およびカチオン濃度の減少は、熱処理したノヽイド口タルサイト様ィ匕合物を 0. 5g添加した時点で飽和している。一方、処理水の塩ィ匕物イオン濃度については、熱処理したハイドロタルサイト様化合物を 1. 5g添加した時点まで単調に減少を続けることがわかる。

(比較例：熱処理をして、な、ハイド口タルサイト様ィ匕合物の添加量の影響）海水 10mLに、熱処理をしていないハイド口タルサイト様化合物を 0. 05g、0. lg、 0 . 2gおよび 0. 3g添カ卩した試料を調製し、マグネチックスターラーを用いて室温で 24 時間撹拌後、ノ、イド口タルサイト様ィ匕合物をろ去した。。得られた処理水の pH、カチオン濃度およびァニオン濃度の変化を、それぞれ図 4、図 5、図 6に示す。処理水の p Hおよび塩ィ匕物イオン濃度はいずれもほとんど変化しておらず、このことから、熱処理をしていないハイド口タルサイト様ィ匕合物は、海水中の塩ィ匕物イオンに対し交換能を示さないことがわかる。

(実施例 3 :天然ゼォライトによる繰返し処理の効果）

海水 50mLに、熱処理（500°C、 3時間）したノヽイド口タルサイト様ィ匕合物 5. Og (海水 1Lに対し 100gの割合)を添加した試料を調製し、マグネチックスターラーを用いて室温で 24時間撹拌後、ハイド口タルサイト様ィ匕合物をろ去し、その後同様の操作をもう 1度繰り返した（工程 a)。こうして得られた処理水の pH、カチオン濃度、ァニオン濃度を測定した（図 7〜9の処理回数 0回に相当するデータ)。工程 aにより得られた前記処理水に、天然ゼォライト 5. Og (海水 1Lに対し lOOgの割合)を添加し、マグネチックスターラーを用いて 1時間撹拌後、ゼォライトをろ去した (工程 b)。この操作 (工程 b)を 1〜： L0回繰り返し、 1回ごとに処理水の pH、カチオン濃度、ァ-オン濃度を測定した。こうして得られた測定値をそれぞれ図 7、図 8、図 9に示す。いずれの測定結果も、操作を 4回程度繰り返すことによりほぼ定常状態に達することがわかる。（実施例 4 ：リン酸または硝酸による成分調整）

海水 50mLに、熱処理（500°C、 3時間）したノヽイド口タルサイト様ィ匕合物 5. Og (海水 1Lに対し lOOgの割合)を添加し、マグネチックスターラーを用いて室温で 24時間撹拌後、ノ、イド口タルサイト様ィ匕合物をろ去した（工程 a)。こうして得られた処理水の pH 、カチオン濃度、ァ-オン濃度を測定した（図 7〜9の処理回数 0回に相当するデータ )。工程 aにより得られた前記処理水を、リン酸または硝酸で中和した後、天然ゼオライト 5. Og (海水 1Lに対し lOOgの割合）を添カ卩し、マグネチックスターラーを用いて 1 時間撹拌後、ゼォライトをろ去した (工程 b)。この操作 (工程 b)を 1〜10回繰り返し、 1回ごとに処理水のァ-オン濃度を測定した。リン酸および硝酸で中和した溶液から得られた処理水について得られた測定値をそれぞれ図 10、 11に示す。リン酸の場合は 4回処理時まで、硝酸の場合は 10回処理時まで、約 2, OOOmgZLという、培養液として用いるのに十分な濃度のリン酸または硝酸イオンが溶液中に存在して、ることがわかる。

Claims

請求の範囲

[1] 海水を、熱処理したノ、イド口タルサイト様ィ匕合物で処理する工程（工程 a)と、前記ェ程 aにより得られる処理水を、ゼォライトで処理する工程（工程 b)とを有し、当該工程 a 及び工程 bで農業用培養液、液肥および Zまたは農業用水等の淡水を製造することを

特徴とする淡水製造方法。

[2] 前記請求項 1に記載の淡水製造方法にお!、て、

前記工程 aが海水 1Lに対して前記熱処理したノヽイド口タルサイト様ィ匕合物を 50〜 15

Ogの割合で添加して処理することを

特徴とする淡水製造方法。

[3] 前記請求項 1又は 2に記載の淡水製造方法において、

前記工程 bが前記工程 aにより得られる処理水 1Lに対してゼォライトを 50〜600gの割合で添加して処理することを

特徴とする淡水製造方法。

[4] 前記請求項 1な!、し 3の、ずれかに記載の淡水製造方法にお!、て、

前記ハイド口タルサイト様ィ匕合物力ハイド口タルサイトであることを

特徴とする淡水製造方法。

[5] 前記請求項 1な!、し 4に記載の淡水製造方法にお、て、

前記工程 aにおける処理時間力少なくとも 10時間であることを

特徴とする淡水製造方法。

[6] 前記請求項 1な!、し 5の、ずれかに記載の淡水製造方法にお!、て、

前記工程 bにおける処理時間力少なくとも 1時間であることを

特徴とする淡水製造方法。

[7] 前記請求項 1な!、し 6の、ずれかに記載の淡水製造方法にお!、て、

前記工程 aにおいて使用されるハイド口タルサイト様ィ匕合物力 300〜800°Cで熱処理されたものであることを

特徴とする淡水製造方法。

[8] 前記請求項 1な!、し 7の、ずれかに記載の淡水製造方法にお!、て、前記工程 aおよび前記工程 bのうち少なくとも一方を複数回繰り返し行うことを特徴とする淡水製造方法。

前記請求項 1な、し 8の、ずれかに記載の淡水製造方法にお!、て、

前記工程 aと前記工程 bの間に、前記工程 aにより得られる処理水をリン酸もしくは硝酸またはそれらの塩を添加して処理する工程をさらに含むことを

特徴とする淡水製造方法。