(57)【要約】【課題】ホルムアルデヒドと亜硫酸水素イオンとを効率良く反応させて、ホルムアルデヒドを含む水から効率良くホルムアルデヒドを除去することができる水処理システム及び水処理方法を提供すること。【解決手段】弱塩基性陰イオン交換樹脂が充填されたカラム２と、下流側がカラム２の一端側に接続される第１の被処理水流通ラインＬ１と、第１の被処理水流通ラインＬ１に、亜硫酸水素イオン源を供給する薬注部３と、上流側がカラム２の他端側に接続されるとともに、カラム２を通過した被処理水Ｗ１が流通する第２の被処理水流通ラインＬ２と、第２の被処理水流通ラインＬ２の下流側に接続され、ヒドロキシメタンスルホン酸イオンを逆浸透膜によって被処理水Ｗ１から除去する除去手段４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホルムアルデヒドを含む被処理水から、ホルムアルデヒドを除去する水処理システムであって、
弱塩基性陰イオン交換樹脂が充填されたカラムと、
下流側が前記カラムの一端側に接続されるとともに、被処理水が流通する第１の被処理水流通ラインと、
前記第１の被処理水流通ラインに、被処理水に溶解して亜硫酸水素イオンを生成する亜硫酸水素イオン源を供給する薬注部と、
上流側が前記カラムの他端側に接続されるとともに、前記カラムを通過した被処理水が流通する第２の被処理水流通ラインと、
前記第２の被処理水流通ラインの下流側に接続され、ホルムアルデヒドと亜硫酸水素イオンとが反応して生成したヒドロキシメタンスルホン酸イオンを逆浸透膜によって被処理水から除去する除去手段と、を備える水処理システム。
【請求項２】
ホルムアルデヒドを含む被処理水から、ホルムアルデヒドを除去する水処理方法であって、
被処理水に、亜硫酸水素イオンを加える薬注ステップと、
亜硫酸水素イオンが加えられた被処理水を、弱塩基性陰イオン交換樹脂が充填されたカラムに供給して前記弱塩基性陰イオン交換樹脂に接触させるイオン交換樹脂接触ステップと、
前記カラムを通過した被処理水から、ホルムアルデヒドと亜硫酸水素イオンとが反応して生成したヒドロキシメタンスルホン酸イオンを逆浸透膜によって除去するヒドロキシメタンスルホン酸イオン除去ステップと、を備える水処理方法。
【請求項３】
水処理開始時において、前記イオン交換樹脂接触ステップの前に、亜硫酸水素イオンを含有する水を前記カラムに供給して前記弱塩基性陰イオン交換樹脂に亜硫酸水素イオンを吸着させる吸着ステップを更に備える請求項２記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理システム及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工場等から排出される排水には、ホルムアルデヒドが含まれる場合がある。例えば、飲料缶や食品缶をレトルト装置によって加圧加熱殺菌処理した後の冷却排水には、缶表面の塗料に由来するホルムアルデヒドが微量含まれる。レトルト装置には、食品衛生上の要請から、工業用水よりもコストが高い水道水が大量に用いられる。従って、コストを抑えるために、冷却排水を、ホルムアルデヒドを除去することによって再利用可能にすることが求められている。
【０００３】
ホルムアルデヒドを含む水からホルムアルデヒドを除去する方法としては、水に亜硫酸水素イオン源化合物を添加して、ホルムアルデヒドと亜硫酸水素イオンとを反応させることでヒドロキシメタンスルホン酸を生成させる方法が知られている。このようにして生成したヒドロキシメタンスルホン酸は逆浸透（ＲＯ）膜によって除去できる（例えば、特許文献１〜４等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０８３５２１号公報
【特許文献２】特許第５３４８２９７号公報
【特許文献３】特許第５５２７４７３号公報
【特許文献４】特公昭５８−２７９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した方法によってホルムアルデヒドを除去する場合、できるだけ多くのホルムアルデヒドを除去するため、水に亜硫酸水素イオン源化合物が多く添加される。また、水に亜硫酸水素イオン源化合物を添加して、水中でホルムアルデヒドと亜硫酸水素イオンとを反応させる場合、十分な反応時間を確保するために、水の流通するラインの容積を大きくする必要があり効率が悪い。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ホルムアルデヒドと亜硫酸水素イオンとを効率良く反応させて、ホルムアルデヒドを含む水から効率良くホルムアルデヒドを除去することができる水処理システム及び水処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ホルムアルデヒドを含む被処理水から、ホルムアルデヒドを除去する水処理システムであって、弱塩基性陰イオン交換樹脂が充填されたカラムと、下流側が前記カラムの一端側に接続されるとともに、被処理水が流通する第１の被処理水流通ラインと、前記第１の被処理水流通ラインに、被処理水に溶解して亜硫酸水素イオンを生成する亜硫酸水素イオン源を供給する薬注部と、上流側が前記カラムの他端側に接続されるとともに、前記カラムを通過した被処理水が流通する第２の被処理水流通ラインと、前記第２の被処理水流通ラインの下流側に接続され、ホルムアルデヒドと亜硫酸水素イオンとが反応して生成したヒドロキシメタンスルホン酸イオンを逆浸透膜によって被処理水から除去する除去手段と、を備える水処理システムに関する。
【０００８】
また、本発明は、ホルムアルデヒドを含む被処理水から、ホルムアルデヒドを除去する水処理方法であって、被処理水に、亜硫酸水素イオンを加える薬注ステップと、亜硫酸水素イオンが加えられた被処理水を、弱塩基性陰イオン交換樹脂が充填されたカラムに供給して前記弱塩基性陰イオン交換樹脂に接触させるイオン交換樹脂接触ステップと、前記カラムを通過した被処理水から、ホルムアルデヒドと亜硫酸水素イオンとが反応して生成したヒドロキシメタンスルホン酸イオンを逆浸透膜によって除去するヒドロキシメタンスルホン酸イオン除去ステップと、を備える水処理方法に関する。
【０００９】
また、水処理開始時において、前記イオン交換樹脂接触ステップの前に、亜硫酸水素イオンを含有する水を前記カラムに供給して前記弱塩基性陰イオン交換樹脂に亜硫酸水素イオンを吸着させる吸着ステップを更に備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ホルムアルデヒドと亜硫酸水素イオンとを効率良く反応させて、ホルムアルデヒドを含む水から効率良くホルムアルデヒドを除去することができる水処理システム及び水処理方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る水処理システムの全体構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る水処理方法の手順について示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る水処理システム１の全体構成を示す図である。
水処理システム１は、殺菌処理装置１０から排出されたホルムアルデヒドを含む被処理水Ｗ１から、ホルムアルデヒドを除去する。殺菌処理装置１０としては、食品工場や飲料工場等で用いられるレトルト装置、パストライズ装置及び容器洗浄装置等（以下、「レトルト装置等」と言う場合がある）が挙げられる。レトルト装置等から排出される被処理水Ｗ１は、例えば１〜５ｍｇ／Ｌのホルムアルデヒドを含有する。
【００１３】
図１に示すように、水処理システム１は、カラム２と、薬注部３と、除去手段４と、を備える。また、水処理システム１は、第１の被処理水流通ラインＬ１と、第２の被処理水流通ラインＬ２と、処理水流通ラインＬ３と、濃縮水流通ラインＬ４と、を備える。水処理システム１を構成するラインの接続の詳細については、各構成で説明する。なお、本明細書における「ライン」とは、流路、径路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００１４】
カラム２は、筒状に形成され、高さ方向が鉛直方向に沿うように配置される。カラム２には、弱塩基性陰イオン交換樹脂が充填される。カラム２に充填される弱塩基性陰イオン交換樹脂（弱塩基性ＩＥＲ）は、弱塩基性のイオン交換基を有する樹脂であれば特に限定されない。弱塩基性のイオン交換基としては、ジエチルアミノエチル基やジエチルアミノプロピル基等の三級アンモニウム基が挙げられる。カラム２に充填させる弱塩基性陰イオン交換樹脂としては、亜硫酸水素イオンを効率よく吸着し且つ被処理水Ｗ１の流通を阻害しないことから、均一粒径弱塩基性陰イオン交換樹脂を用いるのが好ましい。
【００１５】
カラム２に充填させる弱塩基性陰イオン交換樹脂としては、具体的には、Ａｍｂｅｒｌｉｔｅシリーズ（ダウ・ケミカル社製）及びＤｉａｉｏｎシリーズ（三菱化学株式会社製）等の弱塩基性陰イオン交換樹脂が挙げられる。
【００１６】
第１の被処理水流通ラインＬ１は、上流側が殺菌処理装置１０に接続され、下流側がカラム２の一端側（上端部）に接続される。第１の被処理水流通ラインＬ１には、殺菌処理装置１０から排出された被処理水Ｗ１が流通する。
【００１７】
薬注部３は、第１の被処理水流通ラインＬ１に、水（被処理水Ｗ１）に溶解して亜硫酸水素（ＳＢＳ）イオンを生成する亜硫酸水素イオン源を供給する。亜硫酸水素イオン源としては、水に溶解して亜硫酸水素イオンを生成するものであれば特に限定されず、例えば、亜硫酸水素塩、ピロ亜硫酸塩、亜ジチオン酸塩、亜硫酸塩及び亜硫酸が挙げられる。塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩が挙げられる。亜硫酸水素イオン源としては、取扱性の高さから、亜硫酸水素ナトリウムや亜硫酸水素カリウム等の亜硫酸水素塩を用いることが好ましい。なお、亜硫酸水素ナトリウムは、濃度３５％以上の水溶液として市販されている。本実施形態においては、この亜硫酸水素ナトリウム水溶液を薬液としてそのまま使用することができる。
【００１８】
第２の被処理水流通ラインＬ２は、上流側がカラム２の他端側（下端部）に接続されるとともに、カラム２を通過した被処理水Ｗ１が流通する。
除去手段４は、第２の被処理水流通ラインＬ２の下流側に接続される。除去手段４は、ホルムアルデヒドと亜硫酸水素イオンとが反応して生成したヒドロキシメタンスルホン酸イオンを逆浸透膜（ＲＯ膜）によって水から除去する。除去手段４は、被処理水Ｗ１を、ＲＯ膜を透過する処理水Ｗ２（透過水）とＲＯ膜を透過しない濃縮水Ｗ３に分離する。なお、ＲＯ膜には、通常のＲＯ膜よりも細孔がルーズなナノ濾過膜（ＮＦ膜）も含まれる。
【００１９】
処理水流通ラインＬ３は、上流側が除去手段４に接続される。処理水流通ラインＬ３には、除去手段４においてＲＯ膜を透過した処理水Ｗ２が流通する。処理水Ｗ２は、必要に応じてレトルト装置等において再利用される。
濃縮水流通ラインＬ４は、上流側が除去手段４に接続される。濃縮水流通ラインＬ４には、除去手段４においてＲＯ膜を透過しなかった濃縮水Ｗ３が流通する。濃縮水Ｗ３は、水処理システム１の外部に排出される。
【００２０】
続いて、水処理システム１による水処理方法（水処理システム１の動作）について説明する。図２は、本実施形態に係る水処理方法の手順について示す図である。
図２に示すように、本実施形態に係る水処理方法は、吸着ステップＳＴ１と、薬注ステップＳＴ２と、イオン交換樹脂（ＩＥＲ）接触ステップＳＴ３と、ヒドロキシメタンスルホン酸（ＨＭＳＡ）イオン除去ステップＳＴ４と、を備える。
【００２１】
吸着ステップＳＴ１では、水処理開始時において、亜硫酸水素イオンを含有する水をカラム２に供給して弱塩基性陰イオン交換樹脂に亜硫酸水素イオンを吸着させる。吸着ステップＳＴ１では、被処理水Ｗ１が殺菌処理装置１０から排出される前に、薬注部３から第１の被処理水流通ラインＬ１に亜硫酸水素イオンを含有する水が供給される。薬注部３から供給された亜硫酸水素イオンは、カラム２において弱塩基性陰イオン交換樹脂に弱く吸着する。
【００２２】
水処理開始後、被処理水Ｗ１が殺菌処理装置１０から排出される。殺菌処理装置１０から排出された被処理水Ｗ１は、第１の被処理水流通ラインＬ１を流通する。
薬注ステップＳＴ２では、被処理水Ｗ１に、亜硫酸水素イオンを加える。薬注ステップＳＴ２では、具体的には、第１の被処理水流通ラインＬ１において、被処理水Ｗ１には、薬注部３から亜硫酸水素イオン源が供給される。薬注部３から供給された亜硫酸水素イオン源は、被処理水Ｗ１に溶解して亜硫酸水素イオンとなる。
【００２３】
イオン交換樹脂接触ステップＳＴ３では、薬注ステップＳＴ２において亜硫酸水素イオンが加えられた被処理水Ｗ１を、カラム２に供給して弱塩基性陰イオン交換樹脂に接触させる。具体的には、イオン交換樹脂接触ステップＳＴ３では、第１の被処理水流通ラインＬ１を流通した被処理水Ｗ１が、カラム２に供給される。
【００２４】
イオン交換樹脂接触ステップＳＴ３では、被処理水Ｗ１を、亜硫酸水素イオンを吸着させた弱塩基性陰イオン交換樹脂に接触させることで、弱塩基性陰イオン交換樹脂上でホルムアルデヒドと亜硫酸水素イオンとを反応させる。カラム２内において、ホルムアルデヒドと亜硫酸水素イオンとが反応することによって、ヒドロキシメタンスルホン酸（ＨＭＳＡ）イオンが生成する。生成したヒドロキシメタンスルホン酸イオンは、弱塩基性陰イオン交換樹脂に弱く吸着される。
【００２５】
薬注ステップＳＴ２及びイオン交換樹脂接触ステップＳＴ３は、同時並行で行われる。従って、被処理水Ｗ１は、カラム２に連続的に供給され、被処理水Ｗ１に加えられた亜硫酸水素イオンも、連続的にカラム２に供給される。被処理水Ｗ１がカラム２を通過する際に、亜硫酸水素イオンは、弱塩基性陰イオン交換樹脂に弱く吸着されながら、水よりもゆっくりと移動する。また、カラム２内で生成するヒドロキシメタンスルホン酸イオンも、亜硫酸水素イオンと同様に、弱塩基性陰イオン交換樹脂に弱く吸着されながら、水よりもゆっくりと移動する。
【００２６】
ヒドロキシメタンスルホン酸イオン除去ステップＳＴ４では、カラム２を通過した被処理水Ｗ１から、ホルムアルデヒドと亜硫酸水素イオンとが反応して生成したヒドロキシメタンスルホン酸イオンを逆浸透膜によって除去する。ヒドロキシメタンスルホン酸イオン除去ステップＳＴ４では、カラム２から排出された被処理水Ｗ１が第２の被処理水流通ラインＬ２を流通して、除去手段４に供給される。被処理水Ｗ１は、除去手段４において、ヒドロキシメタンスルホン酸イオンが除去された処理水Ｗ２（透過水）とヒドロキシメタンスルホン酸イオンが除去されない濃縮水Ｗ３に分離される。
【００２７】
本実施形態に係る水処理システム１及び水処理方法によれば、以下の効果が奏される。
（１）本実施形態では、水処理システム１が、弱塩基性陰イオン交換樹脂が充填されたカラム２と、下流側がカラム２の一端側に接続されるとともに、被処理水Ｗ１が流通する第１の被処理水流通ラインＬ１と、第１の被処理水流通ラインＬ１に、被処理水Ｗ１に亜硫酸水素イオン源を供給する薬注部３と、上流側がカラム２の他端側に接続されるとともに、カラム２を通過した被処理水Ｗ１が流通する第２の被処理水流通ラインＬ２と、第２の被処理水流通ラインＬ２の下流側に接続され、ヒドロキシメタンスルホン酸イオンを逆浸透膜によって被処理水Ｗ１から除去する除去手段４と、を備えるものとした。
本実施形態においては、薬注部３から被処理水Ｗ１に亜硫酸水素イオン源が供給されることによって、カラム２内の弱塩基性陰イオン交換樹脂に亜硫酸水素イオンが弱く吸着される。弱塩基性陰イオン交換樹脂に亜硫酸水素イオンが弱く吸着されて水よりもゆっくり移動し、亜硫酸水素イオンが濃縮された状態となることで、ホルムアルデヒドと亜硫酸水素イオンとを効率良く反応させるための良好な反応場がカラム２内に形成される。更に、亜硫酸水素イオンは、弱塩基性陰イオン交換樹脂に弱く吸着されているので、カラム２内を水よりもゆっくり移動してカラム２の他端から排出され、除去手段４によって被処理水Ｗ１から除去することができる。従って、本実施形態に係る水処理システム１によれば、被処理水Ｗ１から効率良く連続的にホルムアルデヒドを除去することができる。
【００２８】
（２）本実施形態では、水処理方法が、被処理水Ｗ１に、亜硫酸水素イオンを加える薬注ステップＳＴ２と、亜硫酸水素イオンが加えられた被処理水Ｗ１を、弱塩基性陰イオン交換樹脂が充填されたカラム２に供給して弱塩基性陰イオン交換樹脂に接触させるイオン交換樹脂接触ステップＳＴ３と、カラム２を通過した被処理水Ｗ１から、ヒドロキシメタンスルホン酸イオンを逆浸透膜によって除去するヒドロキシメタンスルホン酸イオン除去ステップＳＴ４と、を備えるものとした。
本実施形態においては、薬注ステップＳＴ２において被処理水Ｗ１に供給される亜硫酸水素イオンによって、カラム２内の弱塩基性陰イオン交換樹脂に亜硫酸水素イオンが弱く吸着される。弱塩基性陰イオン交換樹脂に亜硫酸水素イオンが弱く吸着されて水よりもゆっくり移動し、亜硫酸水素イオンが濃縮された状態となることで、イオン交換樹脂接触ステップＳＴ３においてホルムアルデヒドと亜硫酸水素イオンとを効率良く反応させるための良好な反応場がカラム２内に形成される。更に、亜硫酸水素イオンは、弱塩基性陰イオン交換樹脂に弱く吸着されているので、カラム２内を水よりもゆっくり移動してカラム２から排出され、ヒドロキシメタンスルホン酸イオン除去ステップＳＴ４において被処理水Ｗ１から除去することができる。従って、本実施形態に係る水処理方法によれば、水処理システム１と同様に、被処理水Ｗ１から効率良く連続的にホルムアルデヒドを除去することができる。
【００２９】
（３）本実施形態では、水処理方法が、水処理開始時において、イオン交換樹脂接触ステップＳＴ３の前に、亜硫酸水素イオンを含有する水をカラム２に供給して弱塩基性陰イオン交換樹脂に亜硫酸水素イオンを吸着させる吸着ステップＳＴ１を更に備えるものとした。
これにより、ホルムアルデヒドと亜硫酸水素イオンとを効率良く反応させるための良好な反応場を、水処理開始時に予め、カラム２内に形成させておくことができる。従って、本実施形態に係る水処理方法によれば、水処理開始時に未反応のホルムアルデヒドがカラム２から排出され難くなる。
【００３０】
以上、本発明の一実施形態に係る水処理システム１及び水処理方法について説明したが、本発明は上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態においては、被処理水Ｗ１をレトルト装置等から排出される水としたが、本発明はこれに限定されず、レトルト排水よりもホルムアルデヒド濃度の高い水を被処理水として用いることもできる。
【符号の説明】
【００３１】
１…水処理システム
２…カラム
３…薬注部
４…除去手段
Ｌ１…第１の被処理水流通ライン
Ｌ２…第２の被処理水流通ライン
ＳＴ１…吸着ステップ
ＳＴ２…薬注ステップ
ＳＴ３…イオン交換樹脂接触ステップ
ＳＴ４…ヒドロキシメタンスルホン酸イオン除去ステップ
Ｗ１…被処理水
【図１】
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【図２】
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