(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水及び土壌の処理のための組成物であって、下記の成分組成を備えていることを特徴とする組成物。
Ａ．ＣａＣＯ3と、
Ｂ．ＣａＣｌ2及び/又はＣａ（ＮＯ3）と、
Ｃ．ＮａＨＣＯ3と、
を含有し、前記成分ＡとＢがモル比で０．１：１〜２：１で、前記成分ＢとＣがモル比で１：３〜２：１で存在する。
【請求項２】
前記成分ＢがＣａＣｌ2及び/又はＣａ（ＮＯ3）と、更に塩化物、硝酸塩、炭酸塩、酸化物及び硫酸塩から選択されたマグネシウム塩とを含有し、前記ＣａＣｌ2及び/又はＣａ（ＮＯ3）と前記マグネシウム塩とのモル比が０．８：１〜１０：１であることを特徴とする請求の範囲１記載の組成物。
【請求項３】
前記成分ＢがＣａＣｌ2及び/又はＣａ（ＮＯ3）と、更に塩化物、硝酸塩、炭酸塩、酸化物及び硫酸塩から選択されたマグネシウム塩とを含有し、前記ＣａＣｌ2及び/又はＣａ（ＮＯ3）と前記マグネシウム塩とのモル比が１：１〜６：１であることを特徴とする請求の範囲１記載の組成物。
【請求項４】
前記成分ＡとＢが１：１．３〜１．３：１のモル比で存在することを特徴とする請求の範囲１〜３のいずれかに記載の組成物。
【請求項５】
前記成分ＡとＢが１：１．３〜１：２のモル比で存在することを特徴とする請求の範囲１〜３のいずれかに記載の組成物。
【請求項６】
前記成分ＣがＮａＨＣＯ3及びＫＨＣＯ3からなり、ＮａＨＣＯ3及びＫＨＣＯ3が１０：１〜１：１のモル比で存在することを特徴とする請求の範囲１〜５のいずれかに記載の組成物。
【請求項７】
前記成分Ａが、更にＭｇＣＯ3を２５重量％までを含むことを特徴とする請求の範囲１〜６のいずれかに記載の組成物。
【請求項８】
前記組成物が、更にＮａ2ＣＯ3を成分Ｃのモル量に対して２０％のモル量で含むことを特徴とする請求の範囲１〜７のいずれかに記載の組成物。
【請求項９】
ＣａＣｌ2及び/又はＣａ（ＮＯ3）、及びＮａＨＣＯ3を別々に水に溶解し、その溶液を処理すべき水と共に混合し、得られた溶液をＣａＣＯ3上を通過させる工程から成ることを特徴とする水の処理方法。
【請求項１０】
前記ＣａＣｌ2及び/又はＣａ（ＮＯ3）に対して、更マグネシウム塩及び/又は前記ＮａＨＣＯ3に対して更にＫＨＣＯ3を加えて別々に水に溶解し、その溶液を処理すべき水と共に混合し、得られた溶液をＣａＣＯ3上を通過させる工程から成ることを特徴とする請求の範囲９に記載した水の処理方法。
【請求項１１】
前記ＣａＣＯ3が固体ベッドの形態であることを特徴とする請求の範囲９又は１０記載の水の処理方法。
【請求項１２】
酸又はアルカリ性の水、及び流れていない状態の水及び飲料水の処理のために請求の範囲１〜７のいずれかに記載の組成物を用いる方法。
【請求項１３】
土壌の再調整、及び森林の酸性土壌の再調整のために請求の範囲１〜７のいずれかに記載の組成物を用いる方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、水の処理のための、特に流れていない状態（standing body）の水及び飲料水、例えば、水処理プラントにより製造された飲料水を処理し、又は酸性土壌等を再調整用の組成物に関する。
飲料水の調製及び水本体の精製は、産業社会において、絶えず増大する問題である。酸性の助長、酸性雨又は土壌への酸性成分の流入の結果は、水滴のｐＨ値の低下を意味する、水の酸性化はよく知られている問題である。水本体の自然のｐＨバランスは、低いｐＨに分布しており、更に、重金属塩は低ｐＨでほとんど溶解し、それにより生体に重大な影響を与えることが知られている重金属塩の含有量が非常に増大している。更に、金属製水道管が低ｐＨ値で溶解しうる。全体として、水のｐＨ値の、特に流れていない状態の水のそれの、劇的なｐＨ減少又は劇的な増大は、それぞれ、水自身を浄化及び再生する水の能力の低下をもたらし、最終的には、ゆるやかな変質及び死滅に通じる。
更なる問題は、酸性水のライム（石灰）含有量がしばしば不十分になり、その状態は、水の生物学的活性を更に弱くする。
更にまた、高すぎるか又は低すぎるｐＨの飲料水、及びライムの含有量が不十分な飲料水は、それぞれ、健康の問題を引き起こす。
しばしば、従来の水処理装置を利用して調製した飲料水は、ｐＨ値、ライム含有量及び緩衝容量についての法律で定められた基準に合致せず、従って、消費者の使用のために放出することはできない。法的基準によれば、飲料水は６．５〜９．５の間のｐＨを有しているべきである。
ライム、ＣａＣＯ3は、酸性水のｐＨ値及びライム含有量を上昇させるのに伝統的に使用されている。しかしながら、ライムが水の本体の底の上に層として沈殿し、そして、この形態において、ｐＨを上げる望ましい効果を有してはいないことが研究の結果から示されている。
強酸性の水の場合には、特に酸性の産業排水がそれらに流れ込んだものにおいては、ＮａＯＨも場合によって使用される。ＮａＯＨの添加は、水を中和するだけであるが、水の硬度又は緩衝容量については何の改良ももたらさず、それ故、水の現実の積極的な刺激を何ももたらしはしない。
水及び／又は土壌のｐＨ値を上げるために使用される更なる手段は、ソーダ、Ｎａ2ＣＯ3、の使用である。ソーダの添加は、短期間での成功を導く。しかし水の硬度の上昇には寄与しない。局部的な過剰アルカリ化により微生物を有する沈殿物に対する損害の危険は大きい。
本発明の目的は、強酸性の又は強アルカリ性の水及び土壌の長期間の回復を可能にする組成物を提供することであり、特に、十分な硬度と共に６．５〜９．５の間の安定なｐＨ値を与えることに関する。従って、本発明は下記のような水の処理及び土壌の再調整用の組成物を提供する。
Ａ．  ＣａＣＯ3と、
Ｂ．  ＣａＣｌ2及び／又はＣａ（ＮＯ3）2及び、所望により、マグネシウム塩、
Ｃ．  ＮａＨＣＯ3及び、所望によりＫＨＣＯ3
を含有し、
前記成分ＡとＢがモル比で０．１：１〜２：１、さらに成分ＢとＣがモル比で１：３〜２：１で含有するものである。
驚くべきことに、本発明の組成物を水並びに土壌と結合して使用することにより、６．５〜９．５の間の安定なｐＨ値が達成され、同時にライム含有量が増大し、そして安定な緩衝容量が与えられるということが見いだされた。更に、一般に、強酸性化された水の場合であっても、本発明の組成物の使用は、使用後２〜３日後であっても、水の微生物学的活性が注目に値するほど増大した。これは、成分Ｂ，即ち、ＣａＣｌ2又はＣａ（ＮＯ3）2及び任意のマグネシウム塩が、それら自身、水に溶解した場合に酸性であるという事実に照らしても、驚くべきことであった。また、上記組成物の使用が、水の高いｐＨ値を減少させるにもかかわらず、水の硬度及び酸に関する緩衝容量が増大することもまた、驚くべきことであった。金属が大部分が沈殿し、コロイド状に懸濁した粒子がこのプロセスにおいて捕捉されるということもまた把握された。更に、フミン酸の凝集物が形成され、それにより、金属の移動に関するそれらの酸の効果が減少することもまた観察された。
本発明の成分は、すべて市販品から得られ、市販品の等級又は品質が本発明に適している。市販品のカルシウム塩は自然に生ずる鉱物から得られ、少量の他の物質を含むことができ、それらは一般に本発明の組成物の有効性に影響を及ぼさない。例えば、マグネシウム塩もまた存在してもよく、そのレベルは自然に生ずる源に存在するレベルに相当する。この組成物を飲料水の処理に使用した場合、この目的に適した純度の成分の等級が好ましく、特に分析用の品質が望ましい。
成分Ａは、いかなる市販の品質のＣａＣＯ3も使用できる。新しく沈殿したＣａＣＯ3が特に有利であることが示されている。非常に細かい粒径（約１μｍの直径）のＣａＣＯ3を使用した場合、非常に低いレベル（成分Ｂのモル量に対し、０．０１〜０．１のモル分率）で十分である。成分ＡはＭｇＣＯ3を２５重量％までの含有することができる。しかしながら、ＭｇＣＯ3の含有量はそれほど多くすべきではない。何故なら、過剰アルカリ性となる危険があるため、脱炭酸及び引き続くライムの沈殿（水の軟質化）が始まるという結果になるからである。これは、本発明の目的と正反対である。
成分Ｂは、塩化カルシウム又は硝酸カルシウム又はそれらの混合物等のいかなるカルシウム塩からなる。しかし、塩化カルシュウムが望ましい。たとえカルシウム塩が、水に溶解した場合に酸性のｐＨ値を示したとしても、この成分の添加は、６．５〜９．５の間の安定なｐＨ値を生ずる。カルシウム塩の選択は、特別の品質に限定されず、そしてそれ故、如何なる市販のカルシウム塩も使用できる。本発明の組成物を土壌の再調整用に使用する場合、以下の組成物が特に有利であることが示されている：ここでＢはＣａＣｌ2と、１０重量％までのＣａ（ＮＯ3）2及び、特に塩化物、硝酸塩、炭酸塩、酸化物及び硫酸塩から選択されるマグネシウム塩の混合物であり、それにより、カルシウム塩のマグネシウム塩に対する量のモル比を広い範囲で変えることができ、そして好ましくは０．８：１〜１０：１の範囲、特に好ましくは１：１〜６：１である。
成分ＡとＢの量のモル比は、原則として０．１：１〜２：１、好ましくは１：１．３〜１．３：１である。アルカリ性水の処理の場合には、成分Ｂは過剰であることが好ましく、この場合、モル比は好ましくは１：１．３〜１：２である。
当該組成物の第３成分はＮａＨＣＯ3である。所望により、ＫＨＣＯ3も成分として存在してもよい。ＫＨＣＯ3の如何なる等級の市販製品も使用できる。ＫＨＣＯ3は、低カリウムの水及び土壌を処理すべき場合に特に使用される。この場合、ＮａＨＣＯ3とＫＨＣＯ3のモル比は、１０：１〜１：１である。ＫＨＣＯ3は過剰に使用することができるが、これはコストの理由から好ましくない。
成分Ｂ及びＣは、通常、１：３〜２：１のモル比で存在することができ、好ましくは１：２．３〜１：１．７、特に好ましくは１：２．１〜１：１．９である。
本発明の組成物は、水処理及び土壌の再調整用に伝統的に使用されている他の通常の添加剤を含有することができる。
強酸性の水又は土壌を処理する場合には、本発明の組成物は、限定された量のソーダ、Ｎａ2ＣＯ3を含有することができる。ソーダは、成分Ｃのモル量に対し、２０％までのモル分率で添加することができる。
個々の成分は混合物として、又は次々に、水の本体又は飲料水に、又は土壌に、それぞれ添加してもよい。もちろん、成分Ｂ及びＣを適用することも可能であり、選択的には、ソーダ及びそれから後の時間に水又は土壌の表面上に成分Ａを散布することができる。
本発明の組成物は、所望の如何なる方法によっても適用することができる。少量の水又は小さい土壌表面であれば、組成物は手で散布することができる。広い表面では、散布のための機械的手段、特に空気により散布する方法が、有利であることが示されている。広い表面には、散布のために機械的手段、特に空気による散布手段が有利であることも示されている。飲料水の処理のためには、本発明の組成物は、実用的な方法により水の浄化装置に添加することができ、特に、場合によりいかなる機械的な脱酸又はロ過工程の前に加えることができる。
更に、本発明は水の処理方法を提供する。
処理方法の工程は、成分Ｂ即ち，ＣａＣｌ2及び／又はＣａ（ＮＯ3）2そして所望によりマグネシウム塩、そしてＣ、即ち，ＮａＨＣＯ3及び所望によりＫＨＣＯ3を、別々に水に溶解し、その溶液を、処理すべき水と共に混合し、そしてこのようにして得た溶液をＣａＣＯ3上を通過させる工程を備えていることを特徴とするものである。
成分Ｂ及びＣの活性を保持するために、成分Ａ及びＢを、処理すべき水と適当なモル比で混合し、そしてそれから、この溶液をＣａＣＯ3上を長い介在時間なしに通過させることが好ましい。好ましい実施の態様において、そのＣａＣＯ3はカルシウムベッドの形態である。
成分Ｂ及びＣを処理すべき水と、或るモル割合で混合することが有利であることもまた示されている。好ましくは、成分Ｂ及びＣは、１：３〜２：１のモル比で存在し、好ましくは１：２．３〜１：１．７、特に好ましくは１：２．１〜１：１．９である。本発明の方法を実施しながら利用するＣａＣＯ3の量は、重要ではない。成分Ｂ及びＣを含有する処理すべき水は、ＣａＣＯ3上を通過させる。そのＣａＣＯ3は、溶液と平衡が達成されるような度合いで、水に溶解し、過剰のＣａＣＯ3は固体の状態で、例えば固体ベッド中に残存する。
処理すべき水に添加すべき成分Ｂ及びＣの量は、所望の硬度及び緩衝容量に基づき計算することができる。０．２モルのＣａＣＯ3：１モルのＣａＣｌ2：１．８モルのＮａＨＣＯ3の混合物を１リットルの水に対し、１００ｍｇの量で使用した場合、１．３°ｄＨ（水のドイツ硬度）の硬度上昇が観察された。同時に、鉄濃度は、未処理水中の２．４ｍｇ／ｌから処理水中の０．０８ｍｇ／ｌに低下した。この特別の組成物を使用することにより、１００ｍｇ／ｌ当たりの導電率は、約１１５±１０μＳ／ｃｍ増大した。Ａ及びＢに含有されるカルシウム及びマグネシウムの合計に対する水の硬度の有効性は、処理すべき水の状態に左右される。
要求に応じて、総量で５〜１５００ｍｇ／ｌの組成物を使用した処理が特に好ましい。最も頻繁に使用される量は、５０〜３００ｍｇ／ｌの間にある。一般に、飲料水用に有効な最小限の量は、１００〜２００ｍｇ／ｌの間である。
更にまた、本発明は、酸性及びアルカリ性本体の水、特に流れていない状態の水、それは例えば、ロ過し、そして伝統的な水処理システムを使用して得られた水に対して本発明に係る組成物を使用する方法を含む。ライム−二酸化炭素の平衡状態は、非常に速やかに起こる。本発明は、更に、土壌、特に森林の地面の土壌の再調整のために上記した組成物を用いる方法を提供する。
実施例
上記した組成物が、流れていない状態の水、即ち市の公園及び個人の庭の池に適用した場合に、８．１のｐＨ値を長期間保持することが野原での実験により証明出来た。
更に、本発明の組成物の適用後、早くも約３日以内に、水の濁度を観察したところ、微生物学的活性の量の増大を示していることが示された。
実験は、以下の組成物範囲の混合物を使用して行われた：
Ａ＝０．９，Ｂ＝２．４，Ｃ＝６．０（成分のモル比）、Ａ：Ｂ：Ｃ＝１：２．７：６．７に相当し、Ｃ＝ｎ（ＮａＨＣＯ3）＋ｎ（ＫＨＣＯ3）であった。
実験の結果は表１に示す。
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炭酸水素ナトリウム及び炭酸水素カリウムのそれぞれのモル分率の変動は、水の添加直後の硬度がＫＨＣＯ3のモル分率０．４で最もきわだっていたという驚くべき結果を引き起こした。硬度の低い程度もまた例外的であった。純粋な塩化カルシウムは、溶液に溶解した量と直接比例した硬度を与えたけれども、本発明の組成物は、硬度の部分的な増大（ＣａＣｌ2に対し、直後の効果は約４０〜１１０％）のみを与える。この硬度の部分的な増大は、溶液の総アルカリ度とは対照的である。驚くべきことに、ライム−二酸化炭素系の平衡に到達する工程において、総アルカリ度の最初の過剰さは、上昇する総硬度により速やかに低下する。総硬度の増大は、総アルカリ度（ロ過した溶液）の等価部分とは大きく違っているので、水は処理による水道管システム内の金属物質に対する腐食性は増大しなかった（Ｃ１−濃度の増大）（C．L．Kruse，Korrosion，VCH）。
ｐＨ値はすべてのケースにおいて時間の関数として連続的に増加する。約４８時間後、ｐＨ値はどの場合にも８．２±０．０５であった。時間に係わらず一定であるｐＨ値は、安定なライム−二酸化炭素の平衡を反映する。溶液／空気界面でのガス交換の機会は、平衡が確立される速度とともに増大する。
記載した組成物範囲内のほとんど全ての組成物は、０．２より小さいΔｐＨ値及び０．２より小さい飽和指数（ＤＩＮ  ３８４０４Ｃ１０により測定した）を与えるのに有効であったけれども、３ｍｍｏｌのＣａＣｌ2、６ｍｍｏｌのＮａＨＣＯ3及び０．６ｍｍｏｌのＣａＣＯ3の混合物は、ＣＯ2−飽和蒸留水を使用した実験において特に有効である。結果は以下の表２に示す。
また、実験中において、飽和指数ＳＩ並びにΔｐＨ値は急速に０．１０の値に近づいた。０．１ｍｍｏｌＣａＣＯ3：１ｍｍｏｌＣａＣｌ2：２ｍｍｏｌＮａＨＣＯ3の混合物２トンを１．４４ｈａの表面積の池に散布した。硬度は９０％の有効性で増大し、緩衝容量について対応する正の効果を有し、そして鉄含有量が約０．５５ｍｇ／ｌから約０．１５ｍｇ／ｌに減少した。
ＣａＣｌ2−ＮａＨＣＯ3及びＣａＣｌ2−ＫＨＣＯ3システムでの実験は、成分Ａが存在しない場合、ｐＨ値は時間と共に連続的に低下する。それらの結果は以下の表３に示す。
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平衡の確立は、新たに沈殿したＣａＣＯ3の品質により促進される。この固体相を添加することなしには、平衡状態には到達しなかった。