(57)【要約】【課題】イオン交換樹脂の薬品再生を必要とすることなく、シリカとアルミニウムを含む被処理水に含まれるアルミニウムを除去する。【解決手段】少なくともアニオン交換樹脂を含むイオン交換樹脂層に被処理水を通水してアルミニウムが低減された水を得る通水工程を実行する。通水工程では、アニオン交換樹脂のイオン交換容量を超えて被処理水を通水する。通水工程ののち、イオン交換樹脂層を洗浄する洗浄工程を実施してもよく、通水工程と洗浄工程とを繰り返してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカとアルミニウムを含む被処理水からアルミニウムを除去する方法であって、
少なくともアニオン交換樹脂を含むイオン交換樹脂層に前記被処理水を通水してアルミニウムが低減された水を得る通水工程を有し、
前記通水工程において、前記アニオン交換樹脂のイオン交換容量を超えて前記被処理水を通水する方法。
【請求項２】
前記通水工程ののち、前記イオン交換樹脂層を洗浄する洗浄工程をさらに備え、
前記通水工程と前記洗浄工程とを繰り返す請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記洗浄工程において、逆洗により前記イオン交換樹脂層を洗浄し、前記通水工程において前記イオン交換樹脂層内に蓄積した懸濁物質を除去する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記イオン交換樹脂層の薬品再生を行なうことなく前記通水工程と前記洗浄工程とを繰り返す、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記通水工程において、前記イオン交換樹脂層へのアルミニウム捕捉量が第１のしきい値を超えた場合、及び、前記イオン交換樹脂層への通水差圧が第２のしきい値を超えた場合の少なくとも一方の場合に、前記通水工程を終了する、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
シリカとアルミニウムを含む被処理水からアルミニウムを除去するアルミニウム除去装置であって、
少なくともアニオン交換樹脂を含むイオン交換樹脂層を備え前記被処理水が通水されてアルミニウムが低減された水を排出するイオン交換装置と、
前記イオン交換装置に接続して洗浄液によって前記イオン交換樹脂層を洗浄する洗浄機構と、
を備え、前記アニオン交換樹脂のイオン交換容量を超えて前記被処理水を前記イオン交換樹脂層に通水することによって前記イオン交換樹脂層内に生成した懸濁物質が、前記洗浄液による洗浄によって除去される、アルミニウム除去装置。
【請求項７】
前記洗浄機構は逆洗により前記イオン交換樹脂層を洗浄する、請求項６に記載のアルミニウム除去装置。
【請求項８】
前記被処理水が通水される前記イオン交換装置の通水差圧を計測する差圧計を備え、前記差圧計での測定値が所定値を超えたときに、前記イオン交換装置への前記被処理水の通水が終了し前記洗浄機構による前記イオン交換樹脂層の洗浄が開始する、請求項６または７に記載のアルミニウム除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリカ（二酸化ケイ素：ＳｉＯ2）を含む被処理水から溶存性アルミニウムを除去する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリカを含む水では、シリカの濃度が水におけるその溶解度以下であっても、微量のアルミニウム（Ａｌ）の共存により、シリカを含む成分が容易に析出する。この析出は、シリカが例えば数十ｍｇ／Ｌで含まれている場合、アルミニウム濃度が数十μｇ／Ｌ程度であっても起こり得るものである。
【０００３】
シリカを含む水からのシリカ成分の析出は、例えば、逆浸透膜装置において問題となり得る。シリカを含む水を供給水として逆浸透膜装置に供給した場合、供給水中に共存するアルミニウムによって逆浸透膜表面にシリカ成分が析出し、逆浸透膜が閉塞する。その結果、逆浸透膜の透過水量の減少の原因となる。逆浸透膜装置に供給される供給水におけるアルミニウム濃度を減少させることが必要である。
【０００４】
ところで、アルミニウムは、河川水や湖沼水、井水などの天然水中にもともと存在している場合もあるし、懸濁物質を含む水から懸濁物質を取り除いて水道水や飲料水などの清澄水を生成するときの処理に用いられるポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）などのアルミニウム系の凝集剤に由来する場合もある。懸濁物質を凝集除去するために添加されたアルミニウム系凝集剤のほとんどは懸濁物質とともに沈殿やろ過によって取り除かれるが、一部は、懸濁物質が取り除かれたのちも清澄水中に未反応のまま残存する。河川水や湖沼水、井水、あるいは懸濁物質を除去したのちの清澄水は、逆浸透膜装置の供給水として利用される可能性のあるものであるから、これらの水からアルミニウムを除去する技術が望まれている。
【０００５】
軟化や脱イオンのためのイオン交換樹脂設備を用いて水中のアルミニウムを除去することが考えられる。イオン交換樹脂を用いて被処理水中のアルミニウムを除去する技術として、例えば特許文献１は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩形強酸性カチオン交換樹脂と塩素（Ｃｌ）形強塩基性アニオン交換樹脂とを混床で用いることにより、重炭酸イオン（ＨＣＯ3-）を含む被処理水中のアルミニウムをアニオン交換樹脂に吸着させ、水中のアルミニウム量を低減する技術を開示している。しかしながら、特許文献１に記載の方法は、使用できるイオン交換樹脂に制約があるため、イオン形の調整を行なう必要があり、そのための薬品を必要とする。また、イオン交換樹脂の再生を行なう必要があって再生用の薬品を必要とする。さらに、軟化や脱イオンのためのイオン交換樹脂設備では除去できない形態の非イオン性のアルミニウムが存在する。
【０００６】
本発明に関連するものとして、アルミニウムの除去についてのものではないが、特許文献２は、シリカを含む被処理水からシリカを除去する技術として、被処理水のｐＨを所定範囲に調整した上でアルミン酸塩を加え、シリカとアルミン酸との化合物を析出させて分離除去する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２２３７００号公報
【特許文献２】特開２０１５−２２３５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
逆浸透膜装置への供給水などの用途として、被処理水中の溶存性アルミニウムを確実に除去できることが求められているが、軟化や脱イオンのためのイオン交換樹脂装置を用いた場合には、イオン交換樹脂の再生処理が必要となって再生用の薬品を必要とする。また、イオン交換樹脂装置では除去できない形態の非イオン性のアルミニウムが存在する。
【０００９】
本発明の目的は、シリカとアルミニウムを含む被処理水に含まれるアルミニウムを除去する方法及び装置であって、イオン交換樹脂の薬品再生を必要とせず、かつ、アルミニウム濃度を確実に低減できる方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の除去方法は、シリカとアルミニウムを含む被処理水からアルミニウムを除去する方法であって、少なくともアニオン交換樹脂を含むイオン交換樹脂層に被処理水を通水してアルミニウムが低減された水を得る通水工程を有し、通水工程において、アニオン交換樹脂のイオン交換容量を超えて被処理水を通水する。
【００１１】
本発明のアルミニウム除去装置は、シリカとアルミニウムを含む被処理水からアルミニウムを除去するアルミニウム除去装置であって、少なくともアニオン交換樹脂を含むイオン交換樹脂層を備え被処理水が通水されてアルミニウムが低減された水を排出するイオン交換装置と、イオン交換装置に接続して洗浄液によってイオン交換樹脂層を洗浄する洗浄機構と、を備え、アニオン交換樹脂のイオン交換容量を超えて被処理水をイオン交換樹脂層に通水することによってイオン交換樹脂層内に生成した懸濁物質が、洗浄液による洗浄によって除去される。
【００１２】
アルミニウムは両性金属であり、その溶存態は、ｐＨ６．５付近を境にして、アルカリ側ではアニオン、酸性側ではカチオンの比率がそれぞれ高くなるとされている。また水中でのアルミニウムは、イオンの形態であるほか、共存イオンと錯体を形成している場合もあり、これらは、カチオン交換樹脂あるいはアニオン交換樹脂に吸着する。非イオン性の溶存性アルミニウムも存在し、これはイオン交換樹脂には吸着されない。
【００１３】
一方、シリカ（二酸化ケイ素）は、アニオン交換樹脂に吸着する。シリカのアニオン交換樹脂への吸着はイオン交換反応によるものではなくて静電的なものと考えられ、その分、シリカはアニオン交換樹脂に対してゆるく結合しているものと考えられる。アニオン交換樹脂がＯＨ形でありかつ塩基度が高ければシリカはアニオン交換樹脂に比較的よく吸着するが、通常のイオン交換反応の場合とは異なり、イオン交換容量から計算される通水量の半分以下の通水量でシリカのリークが始まる。
【００１４】
以上のアルミニウム及びシリカのイオン交換樹脂への吸着についての説明は、被処理水中にアルミニウム及びシリカが単独で存在する場合のものである。本発明では、シリカとアルミニウムを含む被処理水を、少なくともアニオン交換樹脂を含むイオン交換樹脂層に通水する。被処理水中のシリカはアニオン交換樹脂にゆるく吸着する。このとき、被処理水中に、イオン性であるか非イオン性を問わずにアルミニウムが含まれていると、このアルミニウムは、アニオン交換樹脂の吸着しているシリカと反応し、一般式がｘＡｌ2Ｏ3・ｙＳｉＯ2・ｚＨ2Ｏで表される不溶性の化合物（アルミノケイ酸の一種）が析出する。アルミニウムが供給される限り、この析出物にアルミニウムとシリカが吸着されてこの析出物は成長し、イオン交換樹脂層に含まれる懸濁物質となる。懸濁物質はイオン交換樹脂層を構成するイオン交換樹脂の粒子の相互間の空間に蓄積されることになる。
【００１５】
またイオン性のアルミニウムも被処理水のｐＨに応じてアニオン交換樹脂あるいはカチオン交換樹脂に吸着する。イオン交換樹脂にアルミニウムが吸着すると、被処理水中のシリカがその周囲に析出し、その後はその析出物にシリカとアルミニウムが吸着して上述と同様の懸濁物質を形成する。結局、少なくともアニオン交換樹脂を含むイオン交換樹脂層に、シリカとアルミニウムを含む被処理水を通水することによって、シリカとアルミニウムを含む不溶性の析出物が懸濁物質として生成してイオン交換樹脂層に蓄積することとなり、被処理水中のアルミニウム濃度が低下することになる。
【００１６】
アルミニウムがこのように消費されることによって、イオン交換樹脂層を通過した水におけるアルミニウム濃度及びシリカ濃度が低減し、アルミニウムの除去が行われたことになる。シリカについては、通水初期にアニオン交換樹脂への吸着が進行するが、シリカ濃度がアルミニウム濃度よりも著しく高い状況においては、その後は、アルミニウムほどは吸着されないようになる。その結果、アルミニウムがイオン交換樹脂層内に捕捉され続けている段階においても、イオン交換樹脂層への通水の前後でシリカの濃度はほとんど変化しないようになる。なお、イオン交換樹脂層への通水のごく初期においては、カチオン交換樹脂へのシリカの吸着が十分でないため、アルミニウムの一部がイオン交換樹脂層を透過する、すなわちリークするが、その量は微量である。
【００１７】
通水を続けていくと、イオン交換樹脂層内の上述した懸濁物質の量が増え、イオン交換樹脂層に被処理水を通水する際の通水差圧も大きくなり、アルミニウムが除去された水を実用的な流量で得ることができなくなる。イオン交換樹脂層を構成するイオン交換樹脂の種類や粒径にも依存するが、本発明者らの実験によれば、イオン交換樹脂層に捕捉されるアルミニウムの量が１Ｌのイオン交換樹脂の全量あたり２ｇに達すると（すなわち２ｇＡｌ／Ｌ−Ｒに達すると）、イオン交換樹脂の粒子間に存在する懸濁物質の影響により、通水差圧の上昇が始まる。これは、イオン交換樹脂層に蓄積した懸濁物質が水の流れを阻害するからである。イオン交換樹脂層に捕捉されるアルミニウムの量がイオン交換樹脂の全量に対して３ｇＡｌ／Ｌ−Ｒに達するとそれ以上のアルミニウムの捕捉が難しくなり、アルミニウムのリークが開始する。アルミニウムのリークが開始するのは、懸濁物質はイオン交換樹脂の粒子間に蓄積するところ、粒子間が飽和することによってアルミニウムを含む懸濁物質が押し出されるためと考えられる。
【００１８】
懸濁物質はイオン交換樹脂に対してイオン交換によって吸着されているわけではないので、イオン交換樹脂層を単に洗浄することにより、イオン交換樹脂層から懸濁物質を除去することができる。洗浄工程においてイオン交換樹脂に対する薬品再生を行なう必要はなく、洗浄に例えば純水を使用することができる。イオン交換樹脂の再生のための薬品類（例えば、水酸化ナトリウムや塩酸）を使用する必要はない。そこで本発明では、イオン交換樹脂層の通水差圧が所定の値に達したら、あるいは、イオン交換樹脂層の捕捉されたアルミニウムの量が所定の値に達したら、イオン交換樹脂層への被処理水の通水を停止し、その代わりにイオン交換樹脂層に純水などの洗浄液を導入してイオン交換樹脂層の洗浄を行なうことが好ましい。イオン交換樹脂層の洗浄は逆洗であることが好ましい。この場合、被処理水を重力方向で上から下へ流してイオン交換樹脂層を通過させ、逆洗時には純水などの洗浄液を下から上へ流せばよい。逆洗時にイオン交換樹脂層の流動性が悪くなっている場合には、バブリングなどによってイオン交換樹脂層をほぐしてから逆洗を行なえばよい。逆洗ではなくスクラビングによってイオン交換樹脂層を洗浄してもよい。
【００１９】
洗浄によって懸濁物質がイオン交換樹脂層から排出されれば、再びイオン交換樹脂層に被処理水を通水して、被処理水中の溶存性アルミニウムの除去を行うことができる。したがって、本発明では、少なくともアニオン交換樹脂を含むイオン交換樹脂層に被処理水を通水してアルミニウムが低減された水を得る通水工程と、通水工程ののち、イオン交換樹脂層を洗浄する洗浄工程と、を繰り返し実行することにより、シリカを含む被処理水から溶存性アルミニウムを継続して除去することができる。どの時点で通水工程を打ち切るかについて、積算流量に基づいてイオン交換樹脂層中のアルミニウム蓄積量を推算し、この蓄積量が例えばイオン交換樹脂の全量に対して３ｇＡｌ／Ｌ−Ｒとなった時点で通水工程を打ち切ってもよい。あるいは、懸濁物質の蓄積により通水差圧が上昇し処理水量が低下するので、イオン交換樹脂層の通水差圧や処理水量を監視し、通水差圧が一定値以上となった場合あるいは処理水量が一定量以下となった場合に通水工程を打ち切ってもよい。
【００２０】
要するに本発明は、イオン交換樹脂のイオン交換基にアルミニウムを捕捉するのではなく、イオン区間樹脂の粒間にシリカとともに溶解度の低い化合物、例えばケイ酸アルミニウムを析出させ、体積ろ過によりアルミニウムを除去するものである。被処理水は、シリカとアルミニウムのほかに一般的なアニオン及びカチオン、例えば、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、塩化物イオン、炭酸イオン、硫酸イオンなどを含んでいてもよいが、アルミニウムの除去のためにイオン交換を利用していないことから、アルミニウムの除去のためには、イオン交換樹脂層のイオン交換能力を超えて被処理水を通水することができる。
【００２１】
本発明では、上述したように、イオン交換樹脂層の洗浄を行なうことによって被処理水からのアルミニウムの除去を繰り返し行うことができる。洗浄排水にはアルミニウムとシリカとを含む上述した懸濁物質が含まれる。懸濁物質を含む洗浄排水は、静置すれば、懸濁物質を含む沈殿物と上澄み液とに分離する。上澄み液を被処理水に戻して再利用することができる。
【００２２】
洗浄排水中の懸濁物質は排水設備等に沈殿する可能性があるが、この沈殿によって何らかの不具合が生じることが懸念される場合には、イオン交換樹脂層自体を使い捨てとすることが考えられる。特に、フッ素（Ｆ）が存在する場合に、より溶解度の低い沈殿物が生成する可能性がある。イオン交換樹脂層を使い捨てとする場合には、固体濃縮したイオン交換樹脂として処分することができる。また、下向流で被処理水をイオン交換樹脂層に通水するとして、イオン交換樹脂層の例えば上部の３０〜６０％の部分のみを交換することもできる。使い捨てとする場合、イオン交換樹脂を焼却することによって、廃棄物のさらなる減容を図ることもできる。
【００２３】
本発明では、被処理水中の各種のアニオン（例えば塩化物イオンや炭酸イオン）によってイオン交換樹脂層は早期に破過してよいので、アニオン交換樹脂のイオン形はどのようなものであってもよい。水道水を被処理水とするときは、ＯＨ形のアニオン交換樹脂を使用したとしても、水道水に添加されている塩素の影響により、時間が経過するにつれてアニオン交換樹脂のイオン形はＣｌ形となる。ＯＨ形のものに比べてＣｌ形のアニオン交換樹脂に対してはシリカは吸着しにくいが、アルミニウムのイオン交換樹脂への吸着も作用してイオン交換樹脂層内で析出物が生成し、この析出物に対してアルミニウムやシリカが吸着することによって、被処理水中のアルミニウムの除去が達成される。
【００２４】
本発明においてイオン交換樹脂層は、アニオン交換樹脂の単床で構成されていてもよいし、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混床で構成されていてもよい。本発明で用いるアニオン交換樹脂は強塩基性アニオン交換樹脂であることが好ましく、混床とする場合のカチオン交換樹脂は強酸性カチオン交換樹脂であることが好ましい。本発明においてシリカを含む被処理水は、そのｐＨが４以上１１以下であることが好ましく、全カチオン濃度が５００ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ当量以下であることが好ましく、全アニオン濃度が５００ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ当量以下であることが好ましい。また被処理水に含まれるシリカの濃度は１０ｍｇ／Ｌ以上２００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。本発明によれば、例えば溶存性アルミニウムを０．０１ｍｇ／Ｌ以上０．１ｍｇ／Ｌ以下含む被処理水を処理することによって、アルミニウム濃度を０．０１ｍｇ／Ｌ未満とすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、イオン交換樹脂の薬品再生を必要とせずに、シリカとアルミニウムを含む被処理水中のアルミニウム濃度を確実に低減できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の一形態のアルミニウム除去装置を含む水処理システムの構成を示す図である。
【図２】実施例で用いた装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、膜ろ過装置の前段に本発明の実施の一形態のアルミニウム除去装置を配置した水処理システムを示している。
【００２８】
まず、図１に示す水処理システムにおける膜ろ過装置１０について説明する。膜ろ過装置１０は、供給水に含まれる不純物を除去するものであって、供給水を、不純物を含む濃縮水と、不純物が除去された透過水とに分離するろ過ユニット１１を備えている。ろ過ユニット１１は、逆浸透膜（ＲＯ膜）またはナノろ過膜（ＮＦ膜）を備えている。この膜ろ過装置１０は、ろ過ユニット１１に設けられる膜がＲＯ膜であれば逆浸透膜装置ということになり、ＮＦ膜であればルーズ逆浸透膜装置ということになる。さらにこの膜ろ過装置１０は、透過水の水量を一定とするための機構を備えている。
【００２９】
膜ろ過装置１０は、ろ過ユニット１１にそれぞれ接続された複数のライン、すなわち、ろ過ユニット１１に供給水を供給する供給ライン１と、ろ過ユニット１１からの透過水を流通させる透過水ライン２と、ろ過ユニット１１からの濃縮水を流通させる濃縮水ライン３とを有している。加えて膜ろ過装置１０は、濃縮水ライン３から分岐した２つのライン、すなわち、濃縮水ライン３を流れる濃縮水の一部を排水として外部へ排出する排水ライン４と、濃縮水の残りを環流水として供給ライン１に還流させる還流水ライン５とを有している。還流水ライン５は、濃縮水ライン３から分岐した後、後述する加圧ポンプ２１の上流側で供給ライン１に接続されている。ここで濃縮水の一部を環流水として供給水に合流させるのは、供給水のうちの透過水として得られる部分の割合、すなわち回収率を向上させ、節水を図るためである。ある程度長い時間での平均で考えると、回収率は、透過水の流量と排水の流量との和に対する透過水の流量の割合と一致する。
【００３０】
ろ過ユニット１１では、送水圧力が一定であるときに水温が変化して供給水の粘性が変化すると、透過水の流量が変化する。そこで膜ろ過装置１０は、透過水流量を一定とするために、透過水ライン２を流れる透過水の流量を検出する第１の流量計１２と、透過水流量を設定流量に調整する第１の制御機構２０を有している。第１の制御機構２０は、供給ライン１に設けられ、供給ライン１を流れる供給水の圧力を調整する加圧ポンプ２１と、第１の流量計１２による透過水の検出流量に基づいて加圧ポンプ２１を制御する第１の流量制御部２２と、を有している。このように透過水流量が一定であるように制御を行なった場合、濃縮水流量も変化する。濃縮水流量の変動を避けるために、濃縮水ライン３には定流量弁１３が設けられている。
【００３１】
さらに膜ろ過装置１０は、排水の流量あるいは回収率を制御するために、排水ライン４を流れる濃縮水すなわち排水の流量を検出する第２の流量計１４と、排水の流量を設定流量の調整する第２の制御機構３０とを有している。第２の制御機構３０は、排水ライン４に設けられた流量調整弁３１と、第２の流量計１４による排水の検出流量に基づいて、流量調整弁３１の開度を調整する第２の制御部３２とを有している。第２の制御機構３０による排水の流量制御は、第１の制御機構による透過水の流量制御とは独立して実行される。ただし、装置内でのスケールの発生を抑制するために、排水の設定流量は、第１の流量計１２で測定される透過水流量に基づいて設定されることが好ましい。さらに、排水ライン４および還流水ライン５を流れる濃縮水の圧力バランスを調整するために、還流ライン５には圧力調整弁１５が設けられている。
【００３２】
図１に示した膜ろ過装置１０では、回収率を高め節水を実現するために、ろ過ユニット１１からの濃縮水の一部を環流水として供給水に混合し、再びろ過ユニット１１に供給している。アルミニウムやシリカはろ過ユニット１１を通過しにくいから、膜ろ過装置１０の運転を継続しているうちに、濃縮水、還流水及び供給水としてろ過ユニット１１を循環する水におけるアルミニウム濃度が高くなり、その結果、本明細書の背景技術の欄でも述べたように、シリカとアルミニウムとを含む化合物がＲＯ膜あるいはＮＦ膜の表面に析出するようになる。この析出を防ぐためには、膜ろ過装置１０への供給水における溶存性アルミニウムの濃度を例えば０．０１ｍｇ／Ｌよりも小さくする必要がある。そこで、図１に示す水処理システムでは、本発明に基づくアルミニウム除去装置を膜ろ過装置１０の前段に設けている。
【００３３】
アルミニウム除去装置は、少なくともアニオン交換樹脂を含むイオン交換樹脂層６１を備えるイオン交換装置６０によって構成されている。市水などの原水を一時的に貯える原水槽５０が設けられており、原水槽５０内の原水は、アルミニウム除去装置における被処理水として、原水ポンプ５１及び原水供給弁５２を介してイオン交換装置６０に供給されるようになっている。原水は、例えば、数十ｍｇ／Ｌ程度の濃度でシリカを含んでいる。イオン交換装置６０によってアルミニウムが除去された水は、膜ろ過装置１０への供給水として、出口弁６２を介して膜ろ過装置１０の供給ライン１に向けて供給される。被処理水である原水は、イオン交換装置６０内を上方から下方に流れるようになっている。さらに、イオン交換装置６０内のイオン交換樹脂層６１を逆洗するために、イオン交換装置６０の底部に対し、逆洗弁７２を介して逆洗ポンプ７１が接続している。逆洗ポンプ７１は、逆洗に用いる洗浄液をイオン交換装置６０に供給する。逆洗時に発生する逆洗排水をイオン交換装置６０の外部に排出するために、イオン交換装置６０の上部には排出弁７３が設けられている。洗浄液としては純水を用いてもよいし、被処理水（すなわち原水）を用いてもよいし、アルミニウム除去装置６０によって処理された水を用いてもよい。
【００３４】
膜ろ過装置１０により透過水を生成するときは、原水供給弁５２及び出口弁６２を開け、逆洗弁７２及び排出弁７３を閉じ、アルミニウム除去装置における被処理水として原水ポンプ５１から原水をイオン交換装置６０に供給する。その結果、上述したように、シリカとアルミニウムを含む懸濁物質がイオン交換樹脂層６１内で生成して蓄積し、アルミニウムが除去された水がイオン交換装置６０から排出されることになる。このアルミニウムが除去された水を出口弁６２を介して供給水として膜ろ過装置１０に供給する。
【００３５】
膜ろ過装置１０への供給水の供給を続けていくと、イオン交換樹脂層６１内での懸濁物質の蓄積が進行する。イオン交換樹脂層６１に捕捉されたと推定されるアルミニウムの量が一定値に達したら、あるいは、イオン交換装置６０の通水差圧が上昇して一定値に達したら、膜ろ過装置１０の運転を停止し、原水ポンプ５１を停止してイオン交換装置６０への原水の供給を停止する。また原水供給弁５２及び出口弁６２を閉じる。原水の水質にも依存するが、この時点でイオン交換樹脂層６１への通水量は、通常の場合、イオン交換樹脂層６１のイオン交換容量に相当する量を大きく超過している。
【００３６】
次に、逆洗弁７２及び排出弁７３を開け、逆洗ポンプ７１を起動して、イオン交換装置６０の底部からイオン交換装置６０内に純水を供給して、イオン交換樹脂層６１の逆洗を行なう。逆洗を行なうことにより、さきにイオン交換樹脂層６１内に蓄積していた懸濁物質は、逆洗排水としてイオン交換装置６０の外部に排出される。逆洗が終了すれば、逆洗ポンプ７１を停止し、逆洗弁７２及び排出弁７３を閉じる。こののち、再び原水供給弁５２及び出口弁６２を開け、原水ポンプ５１を起動することにより、アルミニウムが除去された供給水を膜ろ過装置１０に対して供給できるようになる。
【実施例】
【００３７】
次に、実施例により、本発明をさらに詳しく説明する。
【００３８】
［実施例１］
図２に示す装置を組み立てた。図２に示す装置は、ポンプ８１と、イオン交換樹脂が充填されたイオン交換樹脂カラム８２と、イオン交換樹脂カラム８２の入口と出口との間の差圧を測定する差圧計８３とを備えている。ポンプ８１は市水をイオン交換樹脂カラム８２の入口に供給し、イオン交換樹脂カラム８２の出口から処理水が得られる。
【００３９】
Ｈ形強酸性カチオン交換樹脂（商品名「アンバーライト（登録商標）ＩＲ１２０Ｂ」、ダウ・ケミカル社製）２４ｍＬとＣｌ形強塩基性アニオン交換樹脂（商品名「アンバーライト（登録商標）ＩＲＡ−４００  Ｃｌ」、（ダウ・ケミカル社製）１１８ｍＬとを混合して混床としたものを樹脂カラム（内径１９ｍｍ、長さ５００ｍｍ）に充填することによって、イオン交換樹脂カラム８２を構成した。このようなイオン交換樹脂カラム８２に対し、溶存性アルミニウム濃度が０．０３ｍｇ／Ｌ、シリカ濃度が４２ｍｇＳｉＯ2／ＬであるＡ市水道水（ｐＨ７．４、電気伝導率２５０μＳ／ｃｍ）を流量２．１Ｌ／ｈの条件で通水した。この通水は、イオン交換樹脂カラム８２に供給されるアルミニウムの積算値が３．５ｇ／Ｌ−Ｒとなるまで行なった。この通水条件は、１時間当たり樹脂の体積の１５倍の量の被処理水を通水すること、すなわちＳＶ＝１５ｈ-1に相当する。なお、Ａ市水道水の全アニオン濃度は８５ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ当量であり、全カチオン濃度は８５ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ当量であった。
【００４０】
イオン交換樹脂カラム８２から流出する処理水における溶存性アルミニウム濃度を調べた。溶存性アルミニウム濃度の測定にはＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分光分析法を用いた。また、イオン交換樹脂カラム８２における通水差圧を差圧計８３によって測定した。処理水における溶存性アルミニウム濃度（Ａｌ濃度）と通水差圧の推移とを表１に示す。なお、通水開始直後の通水差圧は０．０１０ＭＰａであった。表１では、通水したアルミニウムの積算量（すなわちＡｌ通水量）によって、被処理水の通水量を示している。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
イオン交換樹脂の通常の使用方法では、イオンが漏洩しだすより前に薬品によってイオン交換樹脂を再生し、そのイオン形をＨ形（カチオン交換樹脂の場合）及びＯＨ形（アニオン交換樹脂の場合）として繰り替えし使用する。本実施例で用いたＡ市水道水の全アニオン濃度及び全カチオン濃度で計算すると、使用した混床のイオン交換樹脂のうち、カチオン交換樹脂については通水量が０．２ｇＡｌ／Ｌ−Ｒ付近に達するとそのイオン交換容量を超えるカチオンが供給されたことになり、アニオン交換樹脂については通水量が０．６ｇＡｌ／Ｌ−Ｒ付近に達するとそのイオン交換容量を超えるアニオンが供給されたことになる。実際にはこれらの通水量に達する前に徐々にイオンは漏洩し始める。イオン交換容量に達したら、樹脂層の入口と出口におけるイオン濃度は同等になる。イオン交換容量に達した時点の近傍では、イオン交換樹脂カラム８２の出口からの処理水中のアルミニウム濃度は入口における濃度とほぼ同じであり、通水差圧も通水開始直後の値から変化しなかった。本実施例では、イオン交換樹脂のイオン交換容量を超えてイオンが供給されてイオン交換樹脂がイオン交換能を失ったのちも通水を継続することにより、通水差圧が徐々に上昇するとともに、処理水中のアルミニウム濃度は０．０１ｍｇ／Ｌ未満となった。このことはアルミニウムとシリカとを含む析出物がイオン交換樹脂層内に生成し、この懸濁物質に対してアルミニウムがさらに吸着することによってアルミニウムの除去が行なわれることを示している。すなわち、本発明によれば、通水差圧の上昇が所定の範囲内であれば、イオン交換容量を超えて被処理水が供給され、イオン交換樹脂が原水組成とほぼ同じ塩形に変換したのちにもアルミニウムの除去を行なえることがわかった。
【００４３】
被処理水のｐＨが７程度である場合には、混床のイオン交換樹脂を用いることにより、例えば０．０４ｍｇ／Ｌである溶存性アルミニウムを０．０１ｍｇ／Ｌ未満まで低減できる。
【００４４】
［実施例２］
実施例１と同じ装置であるが、イオン交換樹脂カラム８２の構成が異なる装置を組み立てた。Ｃｌ形強塩基性アニオン交換樹脂（商品名「アンバーライト（登録商標）ＩＲＡ−４００  Ｃｌ」、（ダウ・ケミカル社製）１００ｍＬを樹脂カラム（内径１９ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）に充填し、その後、水酸化ナトリウムで処理してアニオン交換樹脂のイオン形をＯＨ形としたものをイオン交換樹脂カラム８２とした。すなわち実施例２では、イオン交換樹脂層として、単床のアニオン交換樹脂からなるものを使用した。そして実施例１と同じＡ市水道水を被処理水として流量２．０Ｌ／ｈの条件で通水した。この通水条件は、ＳＶ＝２０ｈ-1に相当する。実施例１と同様に、イオン交換樹脂カラム８２から流出する処理水における溶存性アルミニウム濃度と、イオン交換樹脂カラム８２における通水差圧を調べた。結果を表２に示す。表２において「通水量」の欄は、アニオン交換樹脂の体積基準の通水量である。
【００４５】
実施例２では、Ａｌ通水量が３．５ｇ／Ｌ−Ｒとなるまで通水すると、通水差圧が通水初期に比べて約３倍に上昇するとともにアルミニウムのリークが見られた。そこでＡｌ通水量が３ｇ／Ｌ−Ｒとなった時点で、通水を停止し、その代わり、イオン交換樹脂カラム８２内のイオン交換樹脂層の下部より上向流で洗浄液を流して、イオン交換樹脂層を洗浄した。この洗浄により、アルミニウムとシリカとを含む濁質が除去された。洗浄液には処理水を使用した。洗浄排水を静置すると濁質が沈殿したので、上澄み液を被処理水に戻した。洗浄は、１０ｍ／ｈの流速で行なった。流速は、イオン交換樹脂が流失することなく濁質を排出できる速度であれば、任意の速度であってよい。また、洗浄の頻度は、通水差圧が装置の許容通水差圧以下であってかつ初期差圧の３倍を超えない程度となるようなものであれば、任意に設定することができる。
【００４６】
この洗浄を行なった後に再び被処理水をイオン交換樹脂カラム８２に流し、Ａｌ通水量が０．５ｇＡｌ／Ｌ−Ｒとなった時点での通水差圧とアルミニウム濃度とを調べた。この結果も表２に示す。表２の通水量は、洗浄前後での通水量を合算したものである。
【００４７】
【表２】
2019130501.tif 000004
【００４８】
表２より、洗浄を行なうことによって通水差圧が元に戻ることと、洗浄を行なわなかった場合にはアルミニウムのリークが見られる合算の通水量であっても確実にアルミニウムを除去できることが分かる。すなわち、通水工程と洗浄工程とを繰り返すことによって、イオン交換樹脂の薬品による再生を行なうことなく、シリカを含む被処理水から永続的にアルミニウムを除去できることが分かる。
【符号の説明】
【００４９】
１０    膜ろ過装置
１１    ろ過ユニット
５０    原水槽
５１    原水ポンプ
６０    イオン交換装置
６１    イオン交換樹脂層
７１    逆洗ポンプ
７２    逆洗弁
８２    イオン交換樹脂カラム
８３    差圧計
【図１】
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【図２】
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