JP2006061828A

JP2006061828A - 酸性水及びアルカリ性水の製造方法

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Publication number: JP2006061828A
Application number: JP2004247357A
Authority: JP
Inventors: Isao Midorikawa; 川勲緑
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】劇薬を含む薬品の購入、処理が不要で、現場で即座に実行可能な、金属、樹脂、及び回路基板等の洗浄用の酸（アルカリ）性水、並びに、土壌、排（廃）水、セメント、及びモルタル等のｐＨ調節用の酸（アルカリ）性水の製造方法を提供する。
【解決手段】可搬な陽（陰）イオン交換塔の新品もしくは再生品をセットするステップと、所定の弁を開閉し、ｐＨが６以上で８以下の原水を陽（陰）イオン交換塔に供給するステップと、陽（陰）イオン交換塔から得られた酸（アルカリ）性の処理済水を、洗浄又はｐＨ調節を目的として使うステップと、処理済水のｐＨを判定するステップと、処理済水のｐＨ値が規定範囲外になると、所定の弁を開閉し、薬注用強酸（アルカリ）を陽（陰）イオン交換塔に供給して、陽（陰）イオン交換塔の機能を再生する複数のステップと、を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸性水及びアルカリ性水の製造方法に係り、特に、金属、樹脂、もしくは回路基板等の洗浄の現場で、又は、土壌、排（廃）水、セメント、もしくはモルタル等のｐＨ調節の現場で、通常に入手できる補給水を用いて即座に実行可能な、酸性水及びアルカリ性水の製造方法に関するものである。

金属製品、樹脂製品、又は回路基板等金属と樹脂を複合したものの洗浄に際しては、対象物の汚れの性質に合わせたｐＨを有する洗浄水が必要であるが、洗浄水としては、ｐＨが所望の範囲にあれば、特定の物質に関する純度等他の性質は必ずしもクリティカルではない。

また、土壌、排（廃）水、セメント、又はモルタル等のｐＨ調節に際しては、対象物の元のｐＨをキャンセルして中和（ｐＨを約７にする）できるｐＨ調節水が必要であるが、ｐＨ調節水としては、ｐＨが所望の範囲にあれば、特定の物質に関する純度等他の性質はクリティカルではない。

従来は、そのような場合でも、一定のｐＨと特定の物質に関する純度等他の性質に関する一定の特性を有する酸性水又はアルカリ性水を前もって準備して保管しておき、現場に持ち込むか、現場に原料を持ち込んで何らかの化学反応又は溶解反応により、所定のｐＨを有する酸性水又はアルカリ性水を生成する必要があった。

これらの酸性水、アルカリ性水、又はその原料の保管、運搬、反応等に際しては、薬品として購入して処理しなければならず、さらに劇薬としての取扱いが必要な場合があり、購入及び取扱いに手間がかかる上に高価についていた。

本発明の目的は、上記の問題を解決するため、劇薬を含む薬品の購入、処理が不要で、現場で即座に実行可能な、金属、樹脂、及び回路基板等の洗浄用の酸性水、並びに、土壌、排（廃）水、セメント、及びモルタル等のｐＨ調節用の酸性水の製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、上記の問題を解決するため、劇薬を含む薬品の購入、処理が不要で、現場で即座に実行可能な、金属、樹脂、及び回路基板等の洗浄用の、アルカリ性水、並びに、土壌、排（廃）水、セメント、及びモルタル等のｐＨ調節用のアルカリ性水の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の本発明による酸性水の製造方法は、可搬なカチオン（陽イオン）交換塔の新品もしくは再生品をセットするステップと、所定の弁を開閉して、ｐＨが６以上で８以下の原水を前記カチオン交換塔に供給するステップと、前記カチオン交換塔から得られた酸性の処理済水を、洗浄又はｐＨ調節を目的として使うステップと、前記処理済水のｐＨを判定するステップと、前記処理済水のｐＨ値が規定範囲外になると、所定の弁を開閉して、薬注用強酸を前記カチオン交換塔に供給して、前記カチオン交換塔の機能を再生する複数のステップと、を含むことを特徴とする。

また、請求項２の本発明によるアルカリ性水の製造方法は、可搬なアニオン（陰イオン）交換塔の新品もしくは再生品をセットするステップと、所定の弁を開閉して、ｐＨが６以上で８以下の原水を前記アニオン交換塔に供給するステップと、前記アニオン交換塔から得られたアルカリ性の処理済水を、洗浄又はｐＨ調節を目的として使うステップと、前記処理済水のｐＨを判定するステップと、
前記処理済水のｐＨ値が規定範囲外になると、所定の弁を開閉し、薬注用強アルカリを前記アニオン交換塔に供給して、前記アニオン交換塔の機能を再生する複数のステップと、を含むことを特徴とする。

本発明による、酸性水の製造方法によれば、通常に入手できる補給水を用いて、現場で即座に必要な量だけ酸性水を得ることができるので、薬品の保管、運搬、又は劇薬としての危険な取扱い作業の必要がなく、安価かつ安全に金属、樹脂、及び回路基板等を洗浄し、土壌、排（廃）水、セメント、及びモルタル等のｐＨ調節を行うことができる。

本発明による、アルカリ性水の製造方法によれば、通常に入手できる補給水を用いて、現場で即座に必要な量だけアルカリ水を得ることができるので、薬品の保管、運搬、又は劇薬としての危険な取扱い作業の必要がなく、安価かつ安全に金属、樹脂、又は回路基板等を洗浄し、土壌、排（廃）水、セメント、又はモルタル等のｐＨ調節を行うことができる。

以下、本発明に係る実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

図１、図２は、本発明による第１の実施例である、酸性水の製造方法を説明する図であり、図１はフローチャート、図２は対応する装置の模式図である。

図２において、未使用又は使用途中の強酸性カチオン（陽イオン）交換樹脂２２を内蔵するカチオン交換塔２０に対して、後述の図１のステージ２を通す、即ち、ＨＣｌ（塩酸）、Ｈ_２ＳＯ_４（硫酸）等の化学薬品を用いると、強酸性カチオン交換樹脂に結合しているＣａ^＋、Ｍｇ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、等の陽イオンをＨ^＋イオンで置換する、即ちカチオン交換樹脂の特徴であるＨ^＋イオンを強酸性カチオン交換樹脂に電着させ、カチオン交換塔を新品相当の再生品とすることができる。

市水、井水、工水、中水、海水等、通常の現場にある補給水のｐＨは約６〜８である。
ただし海水は、実際には例えば他の補給水で希釈しないと、イオン交換樹脂のイオン交換能力がすぐ失われてしまうので、一般には実用的ではない。
しかし、例えば海水に漬かった物体の水洗洗浄排水など、海水の混合した補給水については、本実施例の原水として使うことができる。

図２において、この補給水を原水４０とする。
図１のステージ１（原水処理）に示すように、ステップ１において、カチオン交換塔の新品もしくは再生品をセットし、ステップ２において図２の弁１、２、３、４、５を開け、弁６、７、８、９、１０を閉じる。
そうすると図２において、原水４０はカチオン交換塔２０に供給され、薬注用強酸（ＨＣｌ又はＨ_２ＳＯ_４）３０はカチオン交換塔２０に供給されないので、原水のみが強酸性カチオン交換樹脂に、例えば通水線速度ＬＶ２０ｍ／時にて通水される。

原水中に中性塩、又はアルカリの形で含有されていた、Ｃａ^＋、Ｍｇ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、等のカチオンが、強酸性カチオン樹脂に電着させてあったＨ^＋（水素イオン）を置換し、通水後の処理済水中にはＨ＋が、中性塩の形で含有されていたＣａ^＋、Ｍｇ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、等のカチオンの電荷当量に大よそ相当する分だけ増加する。

この結果、集水板２４を経た処理済水は原水のｐＨに拘わらず酸性になり、処理済水５０のｐＨはｐＨ測定計９３でモニタすると、例えば標準的な強酸性カチオン交換樹脂である、イオン交換基としてスルホ基（−ＳＯ_３Ｈ）を備えたスチレン−ＤＶＢ（Ｄｉ−Ｖｉｎｙｌ−Ｂｅｎｚｅｎｅ）共重合体の場合、２．９〜３．４を示す。

生産した処理済水５０中のＨ^＋イオンは安定に存在し、例えば、生産日より６ヶ月後にｐＨ＝２．９、１年後にｐＨ＝３．２と、長時間経過してもｐＨが若干しか変動しないという特徴がある。

ｐＨが時間経過と共に若干上昇するのは、処理水中に含まれる炭酸として含まれるＣＯ_２が徐々に気化することにより、酸性度が低下するからである。
このように、一旦生産した処理済水５０は酸性を呈し、そのｐＨは安定している。

図１のステージ１のステップ３Ａを参照すると、洗浄を目的として、有機物又は金属等の表面に付着した酸溶解性物質を含む対象物を、処理済水５０中に浸漬する、又は上記対象物に処理済水を吹きかけると、Ｈ^＋が上記有機物又は酸溶解性物質と反応し始める。
上記反応の結果、有機物は分解され、酸溶解性物質は処理済水に分解されて溶解する。

実例として、ｐＨ＝２．９の処理済水５０中に通常使用している１０円硬貨を投入し、３時間〜６時間〜１２時間と観察を続けると、目視で確認できる範囲で硬貨の表面が下記のように変化し、処理済水のｐＨが下記のように変化した。

３時間経過後、１０円硬貨の表面の汚れ（有機物）が徐々に剥離し、その際のｐＨは３．８を示した。
６時間経過後、１０円硬貨の表面の汚れ（有機物）が全体の６０％程度剥離し、その際のｐＨは４．５を示した。
１２時間経過後、１０円硬貨の表面の汚れ（有機物）が全体の９９％剥離し、その際のｐＨは５．９を示した。

これを考察するに、ｐＨ＝２．９の酸性水は、金属の表面に付着した有機物等と反応し、有機物を分解し、そのため有機物は硬貨から剥離した。
その証明として、処理済水のｐＨは除々に上昇した、即ち有機物の分解が進むにつれ、処理済水の酸性度は低下した。

処理済水５０の最終的なｐＨが国及び各都道府県の排水の基準ｐＨ域に達した場合は、そのまま放流しても問題がない。

図１のステージ１のステップ３Ｂを参照すると、ｐＨ調節を目的として、上記のように生産した酸性の処理済水５０は、土壌、排（廃）水、セメント、及びモルタル等の対象物のｐＨ調節に際して、アルカリ性の対象物のｐＨをモニタしながら、より中性側、中和、又は酸性側の所望の値に調節したい場合に使うことができる。

強酸性カチオン交換樹脂は、原水をある一定量だけ通水すると、酸性の処理済水５０を生産する能力が失われ、原水がそのまま、処理済水として出てくる。
この限界点は、図１のステージ１のステップ４に示すように、処理済水５０のｐＨを図２のｐＨ測定計９３によりモニタすることにより把握できる。
図１のステージ２（カチオン交換樹脂再生）を参照すると、限界点に達した強酸性カチオン交換樹脂は、ＨＣｌ（塩酸）、Ｈ２ＳＯ４（硫酸）等の化学薬品を用いることにより再生でき、繰り返して使える。

即ち、ステージ２では、ステップ５（再生ライン）で、図２の弁１、７、３、６を開け、原水の残液を排水ピット９５、９６に排出する。
ステップ６（沈静）で、全弁１〜１０を閉じた後、ステップ７（薬注ライン）で、弁１、２、８、９、３、４、１０を開け、弁６、７、５を閉じる。
最後のステップ７において、薬注用強酸（ＨＣｌ又はＨ_２ＳＯ_４）３０がカチオン交換塔２０に、弁８、９、及びエゼクター（吸引バルブ）９１を介して注入され、強酸性カチオン交換樹脂２２を再生する。

このようにすると、劇薬である薬注用強酸を現場で直接希釈して所望のｐＨの酸性水を得る場合に比べて、発熱を伴う危険な希釈作業を省くことができる。

ステップ６の終了後にカチオン交換塔２０を予備の新品（再生品）に取替え、使用済みのカチオン交換塔を持ち返って、ステップ７を専門工場で実施すると、劇薬である薬注用強酸を現場で取り扱うという危険な作業を省くことができる。

図３、図４は、本発明による第２の実施例である、アルカリ性水の製造方法を説明する図であり、図３はフローチャート、図４は対応する装置の模式図である。

図４において、未使用又は使用途中の強アルカリ性アニオン（陰イオン）交換樹脂２３を内蔵するアニオン交換塔２１に対して、後述の図３のステージ２を通す、即ち、ＮａＯＨ（苛性ソーダ）等の化学薬品を用いると、強アルカリ性アニオン交換樹脂に結合しているＣｌ⁻、ＮＯ_３ ⁻、ＳＯ_４ ^２−、ＨＣＯ_３ ⁻、等の陰イオンをＯＨ⁻イオンで置換する、即ちアニオン交換樹脂の特徴であるＯＨ⁻イオンを強アルカリ性アニオン交換樹脂に電着させ、アニオン交換塔を新品相当の再生品とすることができる。

図４において、この補給水を原水４０とする。
図３のステージ１（原水処理）に示すように、ステップ１において、アニオン交換塔の新品もしくは再生品をセットし、ステップ２において図４の弁１、２、３、４、５を開け、弁６、７、８、９、１０を閉じる。
そうすると図４において、原水４０はアニオン交換塔２１に供給され、薬注用強アルカリ（ＮａＯＨ）３１はアニオン交換塔２１に供給されないので、原水のみが強アルカリ性アニオン交換樹脂に、例えば通水線速度ＬＶ２０ｍ／時にて通水される。

原水中に中性塩、又は酸の形で含有されていた、Ｃｌ⁻、ＮＯ_３ ⁻、ＳＯ_４ ^２−、ＨＣＯ_３ ⁻、等のアニオンが、強アルカリ性アニオン樹脂に電着させてあったＯＨ⁻（水酸化イオン）を置換し、通水後の処理済水中にはＯＨ⁻が、中性塩の形で含有されていたＣｌ⁻、ＮＯ_３ ⁻、ＳＯ_４ ^２−、ＨＣＯ_３ ⁻、等のアニオンの電荷当量に大よそ相当する分だけ増加する。

この結果、集水板２４を経た処理済水は原水のｐＨに拘わらずアルカリ性になり、処理済水５１のｐＨはｐＨ測定計９３でモニタすると、例えば標準的な強酸性アニオン交換樹脂である、イオン交換基として４級アンモニウム基（−Ｎ（ＣＨ_２）_２・ＯＨ）を備えたスチレン−ＤＶＢ共重合体の場合、１０．５〜１１．２を示す。

生産した処理済水５１中のＯＨ⁻イオンは安定に存在し、例えば、生産日より６ヶ月後にｐＨ＝１０．５、１年後にｐＨ＝９．８と、ｐＨが時間経過と共に若干しか変動しないという特徴がある。

ｐＨが時間経過と共に若干減少するのは、大気中の酸素Ｏ_２と処理済水中のＨＣＯ３⁻塩基の反応の結果、ＣＯ_２が徐々に気化することにより、アルカリ性度が低下するからである。
このように、一旦生産した処理済水５１はアルカリ性を呈し、そのｐＨは安定している。

図３のステージ１のステップ３Ａを参照すると、洗浄を目的として、油脂又は金属等の表面に付着した酸不溶性物質を含む対象物を、処理済水５１中に浸漬する、又は上記対象物に処理済水を吹きかけると、ＯＨ⁻が上記有機物又は酸不溶性物質と反応し始める。
上記反応の結果、油脂は分解され、酸不溶性物質は処理済水に分解されて溶解し、脱脂現象が起きる。

実例として、ｐＨ＝１１．２の処理済水中に通常使用しているプリント基板を投入し、３時間〜６時間〜１２時間と観察を続けると、目視で確認できる範囲でプリント基板の表面が下記のように変化し、処理済水５１のｐＨが下記のように変化した。

３時間経過後、プリント基板の表面の汚れ（ハンダ付け用油脂を含む有機物）が徐々に剥離し、その際のｐＨは１０．２を示した。
６時間経過後、プリント基板の表面の汚れ（有機物）が全体の６０％程度剥離し、その際のｐＨは９．５を示した。
１２時間経過後、プリント基板の表面の汚れ（有機物）が全体の９８％剥離し、その際のｐＨは８．１を示した。

これを考察するに、ｐＨ＝１１．２のアルカリ性水は、金属の表面に付着した有機物等と反応し、有機物を分解し、そのため有機物は硬貨から剥離した。
その証明として、処理済水のｐＨは除々に上昇下降した、即ち有機物の分解が進むにつれ、処理済水のアルカリ性度は低下した。

処理済水５１の最終的なｐＨが国及び各都道府県の排水の基準ｐＨ域に達した場合は、そのまま放流しても問題がない。
従来、プリント基板等の脱脂には、かつてはフロンが良く使われ、環境問題を抑えるためイソプロピル系のアルコールが主流になっているが、本処理済水５１は、その安価な代替品となることができる。

図３のステージ１のステップ３Ｂを参照すると、ｐＨ調節を目的として、上記のように生産したアルカリ性処理済水５１は、土壌、排（廃）水、セメント、及びモルタル等の対象物のｐＨ調節に際して、酸性の対象物のｐＨをモニタしながら、より中性側、中和、又はアルカリ性側の所望の値に調節したい場合に使うことができる。

例えば、酸性土壌の土質改良、排（廃）水の中和が、特別な化学薬品を用意しなくても、現場にある補給水を利用して可能になる。

また、セメントの凝固に際しては、酸化カルシウムＣａＯを水Ｈ_２Ｏと反応させて水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）_２に変える必要がある。
この凝固反応の触媒として、過去においては、Ｃｌ⁻イオンを含む海水が用いられたこともあったが、鉄筋などの腐食を招いてしまうので、一般には用いることができない。

本発明によるアルカリ性処理済水は、その水酸基ＯＨ⁻がセメント凝固の触媒役としてのＣｌ⁻を代替し、鉄筋の腐食の原因となるカソード反応を抑制し、常にアノード反応をしているので、鉄筋の腐食を防止し、凝固性を向上できる。
さらに、海水等を含む砂、砂利等の表面に付着しているＣｌ⁻を洗浄、中和も同時に行うので、凝固後の硬度劣化も防止できる。

さて、強アルカリ性アニオン交換樹脂は、原水をある一定量だけ通水すると、アルカリ性の処理済水を生産する能力が失われ、原水がそのまま、処理済水として出てくる。
この限界点は、図３のステージ１のステップ４に示すように、処理済水５１のｐＨを図４のｐＨ測定計９３によりモニタすることにより把握できる。
図３のステージ２（アニオン交換樹脂再生）を参照すると、限界点に達した強アルカリ性アニオン交換樹脂は、ＮａＯＨ（苛性ソーダ）等の化学薬品を用いることにより再生でき、繰り返して使える。

即ち、ステージ２では、ステップ５（再生ライン）で、図４の弁１、７、３、６を開け、原水の残液を排水ピット９５、９６に排出する。
ステップ６（沈静）で、全弁１〜１０を閉じた後、ステップ７（薬注ライン）で、弁１、２、８、９、３、４、１０を開け、弁６、７、５を閉じる。
最後のステップ７において、薬注用強アルカリ（ＮａＯＨ）３１がアニオン交換塔２１に弁８、９、及びエゼクター（吸引バルブ）９１を介して注入され、強アルカリ性アニオン樹脂２３を再生する。

このようにすると、劇薬である薬注用強アルカリを現場で直接希釈して所望のｐＨのアルカリ性水を得る場合に比べて、発熱を伴う危険な希釈作業を省くことができる。

ステップ６の終了後にアニオン交換塔２１を予備の新品（再生品）に取替え、使用済みのアニオン交換塔を持ち返って、ステップ７を専門工場で実施すると、劇薬である薬注用強アルカリを現場で取り扱うという危険な作業を省くことができる。

本発明による第１の実施例におけるフローチャートである。本発明による第１の実施例における、対応する装置の模式図である。本発明による第２の実施例におけるフローチャートである。本発明による第２の実施例における、対応する装置の模式図である。

符号の説明

１、２、３、４、５，６、７、８、９、１０弁（バルブ）
２０カチオン（陽イオン）交換塔
２１アニオン（陰イオン）交換塔
２２強酸性カチオン交換樹脂
２３強アルカリ性アニオン交換樹脂
２４集水板
３０薬注用強酸（ＨＣｌ又はＨ_２ＳＯ_４）
３１薬注用強アルカリ（ＮａＯＨ）
４０原水
５０、５１処理済水
９１エゼクター（吸引バルブ）
９３ｐＨ測定計
９５、９６排水ピット

Claims

可搬なカチオン（陽イオン）交換塔の新品もしくは再生品をセットするステップと、
所定の弁を開閉して、ｐＨが６以上で８以下の原水を前記カチオン交換塔に供給するステップと、
前記カチオン交換塔から得られた酸性の処理済水を、洗浄又はｐＨ調節を目的として使うステップと、
前記処理済水のｐＨを判定するステップと、
前記処理済水のｐＨ値が規定範囲外になると、所定の弁を開閉し、薬注用強酸を前記カチオン交換塔に供給して、前記カチオン交換塔の機能を再生する複数のステップと、
を含むことを特徴とする酸性水の製造方法。
可搬なアニオン（陰イオン）交換塔の新品もしくは再生品をセットするステップと、
所定の弁を開閉して、ｐＨが６以上で８以下の原水を前記アニオン交換塔に供給するステップと、
前記アニオン交換塔から得られたアルカリ性の処理済水を、洗浄又はｐＨ調節を目的として使うステップと、
前記処理済水のｐＨを判定するステップと、
前記処理済水のｐＨ値が規定範囲外になると、所定の弁を開閉し、薬注用強アルカリを前記アニオン交換塔に供給して、前記アニオン交換塔の機能を再生する複数のステップと、
を含むことを特徴とするアルカリ性水の製造方法。