(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解性シリカ粉末４４〜５４ｗｔ％、炭酸ナトリウム２．０〜３．０ｗｔ％、イライト４４〜５４ｗｔ％で組成された硬度降下用組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は硬度が高くて飲用水として適しない飲用水用原水を飲用水として適合するように硬度を低減するのに用いられる硬度降下用組成物に関する。本発明の硬度降下用組成物は、比較的少ない容量の家庭用浄水器で硬度降下用に適合する。
【背景技術】
【０００２】
水処里分野では、水の清潔度によって上水、中水及び下水に分ける。上水は飲用水や洗浄水として使用することができる水をいい、中水は一度使用した水を再利用できるようにした水をいい、下水は使って汚染された水をいう。
【０００３】
本発明は硬度の高い上水用原水を飲用に適する硬度を有する飲用水に転換させるのに使われる硬度降下用組成物に関する。
【０００４】
一般的に、水を浄水するには、物理的、化学的、生物学的方法など多様な方法が使用されており、浄水剤はこのような処理を順調にするために使われる薬品である。
【０００５】
上水道浄水場では、原水の硬度を低減させるために、大規模の浄水施設を揃えている。微細 懸濁物質を凝集させるための凝集紙、凝集物質を沈降作用で除去させる沈降紙、沈降物質を篩いで濾過させる濾過紙などを揃えた浄水場は、２４時間連続的に上水を作り上げることができる大規模設備を取り揃えなければならない。
【０００６】
韓国でも多数の水処理剤が指定されている。凝集制として、ポーリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムなど７種、殺菌消毒剤として液化塩素など５種、その他製剤として活性炭、ゼオライト、イライト（ｉｌｌｉｔｅ）など７種、防錆剤１種など２０種が指定されている。凝集剤は水中に懸濁、分散されている微細粒子、コロイド粒子を凝集させて大きい粒子にして沈澱させて分離させるのに使われ、イライトは吸着性を有して、濁度物質除去用に用いられる。
【０００７】
自然水（ｎａｔｕｒａｌ  ｗａｔｅｒ）を原水とする上水用原水には、Ｍｇ、Ｃａ、Ｆｅなど多様なミネラル成分が含有されており、カルシウム塩とマグネシウム塩を多量含有した自然水を硬水（ｈａｒｄ  ｗａｔｅｒ）といい、その含有量が少ないものを軟水（ｓｏｆｔ  ｗａｔｅｒ）と言う。水中のマグネシウム及びカルシウムイオンは主に硫酸塩、炭酸水素塩、塩酸塩から由来するものである。
【０００８】
炭酸水素塩として存在するものは沸かして沈澱させて軟水化することができるので、これを一時硬水といい、硫酸塩として存在するものは沸かしても沈澱されないので、永久硬水という。永久硬水は、イオン交換樹脂で処理すれば軟水化することができる。
【０００９】
水１リットル中の含有されたＭｇ及びＣａのｍｇ数をＣａＣＯ３の量に換算した値を硬度といい、普段、硬度２００以上のものを硬水といい、１００以下のもの軟水という。
【００１０】
水の硬度が高いと、苦みがして、飲用の時味感が重く感じるので、硬度は水の味や柔らかさに大きく影響を及ぼす。そこで、飲用水の品質を評価するにあたって非常に重要である。
【００１１】
世界各国では飲用水の許容硬度基準を決めており、世界保健機構（ＷＨＯ）の勧奨規格は５００以下で、韓国の場合３００以下である。
【００１２】
日本厚生省傘下「おいしい水研究会」では、おいしい水の条件として、硬度１０〜１００ｍｇ／ｌ、遊離酸素３〜３０ｍｇ／ｌ、珪酸（ＳｉＯ２）含有可否など９つの項目を作って提示している。
【００１３】
硬度は、水中に含有された２価陽イオンであるカルシウム及びマグネシウムイオンの含有量と比例し、珪酸は水の味をよくさせる作用をするものと知られている。また、水の味を悪くする成分として硫酸イオン、塩酸イオン及びマグネシウムイオンであることが知られている。
【００１４】
水中のカルシウムイオンやマグネシウムイオンは主に硫酸塩（ＣａＳＯ４またはＭｇＳＯ４）、塩酸塩（ＣａＣｌ２またはＭｇＣｌ２）、炭酸水素塩（ＣａＨＣＯ３またはＭｇＨＣＯ３）から由来したものである。
【００１５】
上水原水の硬度は山地によって異なるが、一般的に８０〜５００の範囲にあり、飲用水として適当な硬度の範囲は６０〜１００である。特に石灰岩地帯で産出される原水は硬度５００が超える場合も多い。
【００１６】
大韓民国特許登録公報１０−０３３０２５５号には、麦飯石粉、石炭飛散材、脱硫石膏粉及びゼオライトの混合物を焼成、粉碎して製造された水処理用無機物凝集剤組成物が開示されている。
【００１７】
これは微細浮遊物質の凝集用に使用され、脱硫石膏、石炭飛散材など人体に有害な成分が含有されていて飲用水処理剤としては適しない。
【００１８】
大韓民国登録特許公報１０−０４８４５６１号には、ゼオライト、黄土、イライト及び二酸化チタン粉末を粒子状に成形してなった脱臭及び重金属除去用水処理剤組成物が開示されている。これは原水の硬度を低下させる水処理剤としては適しない。
【００１９】
その他にも、硬水をイオン交換樹脂で処理して、硬水中のカルシウム及びマグネシウム成分を除去する方法が知られている。しかし、イオン交換樹脂で処理して、Ｃａ及びＭｇイオンをＮａイオンでイオン交換させると、原水中の硬度成分をほとんど全部除去させることができる。
【００２０】
原水の中の硬度成分が全部除去されると、水中の人体に有用なミネラル成分まで全部除去されて蒸溜水のように水の味がなくなり、飲用水として適しない。この水を飲用水として利用するためにミネラル成分を別途補充する。
【００２１】
人体はビタミンのように微量であるが、欠乏すると各種疾病を誘発するようになる多様なミネラル成分を要する。これを必須ミネラル（ｅｓｓｅｎｔｉａｌ  ｍｉｎｅｒａｌｓ）と言うが、このような微量の必須ミネラル成分は主に食品と飲用水に含有されて人体に供給される。
【００２２】
カルシウムとマグネシウムも必須ミネラルの一種で、カルシウムは骨と歯の主要構成成分で、血液凝固作用に役に立つ。カルシウムが不足すると、骨粗鬆症、血液凝固遅延などの副作用を引き起こす。マグネシウムは人体の重要代謝物である
アデノシン3リン酸（ａｄｅｎｏｓｉｎｅ  ｔｒｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ）を生産するのに重要な役割を果たすものと知られている。即ち、原水の硬度が高過ぎると苦みがして飲用水として適しなく、硬度が低すぎても水の味がなくなり、人体に有用なミネラル成分の供給も遮断されるため、飲用水として適するためには、適正水準の硬度を維持することが必要である。従って、硬度の高い自然数を飲用水として適するように軟水化するには、カルシウムとマグネシウムの含有量が、硬度が１００水準を越えない一方、飲用水として適当な適正水準の硬度を維持する必要がある。また、これに適する浄水剤があれば浄水分野において非常に有用に利用されることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】大韓民国特許登録公報１０−０３３０２５５号
【特許文献２】大韓民国登録特許公報１０−０４８４５６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明の目的は硬度が高くて飲用水として適しない上水原水を飲用水として適するように硬度を低減させることができる硬度降下用組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明者は溶解性シリカ（ｓｏｌｕｂｌｅ  ｓｉｌｉｃａ）が原水中の硬度成分であるカルシウム及びマグネシウムイオンと容易に反応して、不溶性のカルシウムシリケート（３ＣａＯ、ＳｉＯ２）及びマグネシウムシリケート（２ＭｇＯＳｉＯ２）を形成することが分かり、溶解性シリカを利用して原水中の硬度成分を容易に除去することができることを確認して、本発明を完成するに至った。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の硬度降下用組成物は、大規模の浄水設備を揃えていない地域で、小規模で簡単に硬度の高い上水用原水の硬度を飲用するのに適当な水準に低減させることができる効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
上水用原水の硬度は地域別に差があるが、一般に８０〜１８０の範囲のものが主に利用されている。石灰石地帯で産出される原水は硬度が５００以上の場合も多い。硬度が高すぎる硬水を飲用水として利用するためには、飲用に適当な水準である硬度６０〜１００の水準に硬度を低下させる必要がある。本発明は、溶解性シリカを利用して上水原水中の硬度を低下させることができる硬度降下用組成物に関する。以下、実施形態を挙げて本発明を具体的に説明する。
【００２８】
（第１実施形態）
忠北丹陽郡魚上川面所在浄水場で取水した上水原水を対象に硬度軽減性能試験を実施した。前記上水原水の組成は次の通りである。
【００２９】
硬度：１６３．９
【００３０】
カルシウム濃度：４９．５ｐｐｍ
【００３１】
マグネシウム濃度：９．８ｐｐｍ
【００３２】
硫酸イオン（ＳＯ４−２）濃度：検出されない
【００３３】
硬度＝４９．５（カルシウム濃度）×２．５＋９．８（マグネシウム濃度）×４．１
【００３４】
用量１８リットルの飲料用硝子容器に前記上水原水１０リットルを注入し、そこに溶解性シリカ粉末２０ｇが内装されたコットンパック（Ｃｏｔｔｏｎ  ｐａｃｋ）を入れて２時間放置した後、硬度の変化を測定し、その結果を次の表１に示した。前記コットンパックを水中に入れて約１０分間経つと、白色微細粒子の沈澱物が形成されながら、容器の底に沈澱を起こし始める。前記沈殿物を濾過して取り除くと、飲用に適当な飲用水として利用することができる。前記上水を１００℃に加熱して沸かした場合の硬度変化は比較的小さかった。前記白色微細粒子の沈澱物は、分析の結果、カルシウムシリケートとマグネシウムシリケートの混合物であることを確認することができた。
【００３５】
本発明で、溶解性シリカは、シリカ鉱山で採掘して粗碎した後、粒度３００〜４００メッシュで粉碎した粉末を使用し、イライトはイライト鉱山で採掘して水分を除去して粒度１００〜２００メッシュで粉碎したものを使用する。
【００３６】
自然で得られるシリカ（ＳｉＯ２）は、その結晶構造によって多様な種類が存在し、大部分のシリカ水に不溶性である。しかし、溶解性シリカ（３ＳｉＯ２・Ｈ２０）は、溶解度は低いが、水に微量溶解される。本発明で用いられる溶解性シリカは、江原道横城郡所在珪砂鉱山で採取されたものである。前記溶解性シリカは、従来一般的な珪砂鉱物として使われている。溶解性シリカの水に対する溶解度は０．１５ｇ／ｌ（２０℃）水準である。
【表１】
0005513528.tif 000002
【００３７】
原水中の硬度成分であるカルシウムイオンとマグネシウムイオンの濃度が低くなることができるのは、水溶性珪酸との次の反応式によって反応することと推定される。
【００３８】
３ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ＋Ｈ２Ｏ→  ＳｉＯ４−４＋Ｈ＋
【００３９】
Ｃａ＋２＋ＳｉＯ２−４＋Ｈ２Ｏ→３ＣａＯ・ＳｉＯ２（カルシウムシリケート）
【００４０】
Ｍｇ＋２＋ＳｉＯ２−４  ＋Ｈ２Ｏ→２ＭｇＯＳｉＯ２（マグネシウムシリケート）
【００４１】
カルシウムシリケートとマグネシウムシリケートは、水に不溶性であるので沈澱で分離させることができる．
【００４２】
（第２実施形態）
江原道寧越郡北面所在浄水場で取水した上水原水を対象として硬度軽減性能試験を実施した。前期原水の組成は次の通りである。
【００４３】
カルシウム濃度：５５．５ｐｐｍ
【００４４】
マグネシウム濃度：１１．８ｐｐｍ
【００４５】
硫酸イオン（ＳＯ４−２）濃度：１５２ｐｐｍ
【００４６】
溶解性シリカ粉末２０ｇ、炭酸ナトリウム（粉末）１．０ｇ、イライト（粉末）２０ｇで組成された硬度降下用組成物４１ｇが内装されたコットンパックを用意した。これは、重量比として溶解性シリカ４８．８ｗｔ％、炭酸ナトリウム２．４ｗｔ％、イライト４８．８ｗｔ％に当たる。用量１．８リットルの飲料用硝子容器に上水原水１０リットルを注入し、そこに前記コットンパックを入れて２時間放置した後硬度の変化を測定し、その結果を次の表２に示した。前記上水を１００℃に加熱して沸かした場合の硬度変化は比較的小さかった。
【００４７】
解性シリカと反応して、カルシウムシリケートの沈澱を引き起こす。しかし、ＣａＳＯ４形態で存在する場合、即ち、永久硬水の場合には、溶解性シリカとの反応性が非常に低い。このような場合、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）を加えて、ＣａＳＯ４をＣａＨＣＯ３に転換させた後、溶解性シリカと反応させる必要がある。
【００４８】
イライトは水処理剤として既に用いられる物質である。イライトは吸着性能が高くて、水中の微細浮遊物質及び水中微生物を吸着除去させる機能を有する。
【００４９】
上水原水も自然状態で取水されるものであるため、微細浮遊物質及び水中微生物の除去が必要である。
【表２】
0005513528.tif 000003
【００５０】
処理した後、Ｃａの含有量は２３．５ｐｐｍ、Ｍｇの含有量は４．４２ｐｐｍであた。
【００５１】
（第３実施形態）
実施形態２で使用した取水場で取水した上水原水を対象に実施した。
【００５２】
溶解性シリカ粉末２２ｇ、炭酸ナトリウム１．２ｇ、イライト２０ｇで組成された硬度降下剤組成物が内装されたコットンパックを用意した。これは重量比として、溶解性シリカ５１ｗｔ％、炭酸ナトリウム２．８ｗｔ％、イライト４６．２ｗｔ％に当たる。用量１８リットルの飲料用硝子容器に上水原水１０リットルを注入し、そこに前記コットンパックを入れて２時間放置した後硬度の変化を測定し、その結果を次の表３に示した。前記上水を１００℃に加熱して沸かした場合の硬度の変化は比較的低かった。
【表３】
0005513528.tif 000004
【００５３】
硬度１２０〜２００範囲の原水は、大体カルシウムイオン濃度３０〜６０ｐｐｍ、マグネシウムイオン濃度１０〜１５ｐｐｍの範囲にあり、水溶性シリカの水に対する溶解度は約０．１５ｇ／ｌであるので、シリカイオン（ＳｉＯ４−４）３０〜１２０ｐｐｍの水中に維持させれば、水の硬度を６０〜１００の水準に低下させることができる．
【００５４】
従って、水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンの濃度を低下させるには、シリカイオン（ＳｉＯ４−４）の濃度を３０〜１２０ｐｐｍ程度に維持させる必要がある。
【００５５】
水溶性シリカ粉末、炭酸ナトリウム及びイライトで組成される本発明の硬度降下用組成物で、シリカ粉末及び炭酸ナトリウムの構成比は原水の硬度及び硫酸塩含有量によって決められる。水溶性シリカ粉末とイライトと同じ重量比で構成されるのが好ましい。
【００５６】
硬度１２０〜２００、硫酸イオン濃度１００〜２００ｐｐｍ範囲の原水を硬度６０〜１００に維持するには、水１０リットル当たりシリカ粉末１８〜２２ｇ、炭酸ナトリウム１〜１．２ｇ、イライト１８〜２２ｇの範囲に維持させることが必要である。これは、重量比として、溶解性シリカ４４〜５４ｗｔ％、炭酸ナトリウム２．０〜３．０ｗｔ％、イライト４４〜５４ｗｔ％に当たる。