JP2013248552A

JP2013248552A - 強酸性水および強アルカリ性水の製造方法

Info

Publication number: JP2013248552A
Application number: JP2012123899A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Kikuchi; 康徳菊地
Original assignee: KIKUCHI NAMIE
Current assignee: KIKUCHI NAMIE
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-12-12

Abstract

【課題】たとえばｐＨ２以下のような強酸性水およびたとえばｐＨ１２以上のような強アルカリ性水を効率的に製造する。
【解決手段】原水の電気伝導度を１０，０００〜１５，０００μＳ／ｃｍに増大させる予備処理を行った後に、これを強酸性カチオン交換樹脂に通水させて強酸性水を製造する。また、原水の電気伝導度を１０，０００〜１５，０００μＳ／ｃｍに増大させる予備処理を行った後に、これを強アルカリ性アニオン交換樹脂に通水させて強アルカリ性水を製造する。いずれの場合も、原水にＮａＣｌを溶解させることで予備処理を行うことができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、強酸性水および強アルカリ性水の製造方法に関する。

酸性水やアルカリ性水は、排水や土壌などを所望のｐＨ値に調節するためのｐＨ調整水として、また、金属や回路基板などに付着した汚れ（有機物、錆など）を分解して洗浄するための洗浄水として、使用されている。このような用途には塩酸や硫酸などの薬品を使用することが効果的ではあるが、その保管・運搬・取扱時の危険性や、処理後の廃棄による環境汚染の問題などを考慮すると、安全で無害な酸性水・アルカリ性水の使用が好ましい。

酸性水やアルカリ性水の製造方法としては、下記特許文献１に記載されるように、原水をイオン交換樹脂に通水してイオン交換させる方法が知られている。すなわち、原水を強酸性カチオン交換樹脂を用いた塔に通水させると、原水中のＣａ^＋、Ｍｇ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋などのカチオンが強酸性カチオン交換樹脂に電着されているＨ^＋（水素イオン）を置換するので、通水後の処理済水のＨ^＋が増加して酸性水が得られる。また、原水を強アルカリ性アニオン交換樹脂を用いた塔に通水させると、原水中のＣｌ⁻、ＮＯ_３ ⁻、ＳＯ_４ ^２−、ＨＣＯ_３ ⁻などのアニオンが強酸性アニオン交換樹脂に電着されているＯＨ⁻（水酸化イオン）を置換するので、通水後の処理済水のＯＨ⁻が増加してアルカリ性水が得られる。

特開２００６−６１８２６号公報

ところが、この従来法によると、イオン交換塔を通水させた後に得られる処理済水のｐＨは、酸性水の場合でｐＨ３程度、アルカリ性水の場合でｐＨ１１程度が限界であり、それ以上の強酸性水・強アルカリ性水を得ることができなかった。このため、前述のｐＨ調整や洗浄の効果が必ずしも十分ではなかった。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、たとえばｐＨ２以下のような強酸性水およびたとえばｐＨ１２以上のような強アルカリ性水を効率的に製造することができる新規な方法を提供することである。

ここで、本発明者は、原水の電気伝導度に着目した。特許文献１にも記載されるように、原水をイオン交換塔に通水させて酸性化またはアルカリ性化の処理を行うと徐々に電着イオン（Ｈ^＋またはＯＨ⁻）が失われていくので、薬剤（ＨＣｌ，ＮａＯＨなど）を投入して電着イオン量を増大させる操作（再生）を行う必要があるが、原水の電気伝導度が高いと再生を頻繁に行わなければならず、処理効率が低下する。このため、従来は、原水の電気伝導度を積極的に増大させることは当業者の技術常識に反するものであった。本発明者は、この技術常識に反して原水の電気伝導度を増大させることによってより強酸化・強アルカリ化を実現できることを見出し、この知見に基いてさらに試験と研究を重ねた結果、本発明に到達した。

すなわち、上記課題を解決するための手段として、請求項１に係る本発明は、原水の電気伝導度を１０，０００〜１５，０００μＳ／ｃｍに増大させる予備処理を行った後に、これを強酸性カチオン交換樹脂に通水させることを特徴とする、強酸性水の製造方法である。

請求項２に係る本発明は、請求項１記載の強酸性水の製造方法において、原水にＮａＣｌを溶解させて前記予備処理を行うことを特徴とする。

請求項３に係る本発明は、請求項１記載の強酸性水の製造方法において、原水にＮａ金属を溶解させて原水中のＮａ^＋を増大させることにより前記予備処理を行うことを特徴とする。

請求項４に係る本発明は、原水の電気伝導度を１０，０００〜１５，０００μＳ／ｃｍに増大させる予備処理を行った後に、これを強アルカリ性アニオン交換樹脂に通水させることを特徴とする、強アルカリ性水の製造方法である。

請求項５に係る本発明は、請求項４記載の強アルカリ性水の製造方法において、原水にＮａＣｌを溶解させて前記予備処理を行うことを特徴とする。

請求項６に係る本発明は、請求項４記載の強アルカリ性水の製造方法において、原水に塩素ガスを溶解させて原水中のＣｌ⁻を増大させることにより前記予備処理を行うことを特徴とする。

本発明によれば、たとえばｐＨ２以下のような強酸性水を効率的に製造することができる。この強酸性水は、排水や土壌などを所望のｐＨ値に調節するためのｐＨ調整水として、また、金属やスライムなどに付着・混入した汚れ（たんぱく質などの有機物）を分解して洗浄するための洗浄水として好適に用いることができる。また、この強酸性水は、安価で入手容易な地下水や水道水などを原水に用い、この原水を強酸性カチオン交換樹脂に通水することで該イオン交換樹脂に電着されているＨ^＋（水素イオン）をイオン交換を介して増大させるものであるため、安価且つ効率的に大量生産することが可能である。さらに、この強酸性水は、人の肌に触れても全く無害であり、刺激や臭気もほとんど無いので、その保管・運搬・取扱時の危険性がなく、処理後の廃棄による環境汚染の問題も生じない。

また、本発明によれば、たとえばｐＨ１２以上のような強アルカリ性水を効率的に製造することができる。この強アルカリ性水は、排水や土壌などを所望のｐＨ値に調節するためのｐＨ調整水として、また、金属に発生した錆をＯＨ⁻（水酸化イオン）との接触による化学反応で水酸化被膜を形成するための錆除去水として好適に用いることができる。また、この強アルカリ性水は、安価で入手容易な地下水や水道水などを原水に用い、この原水を強アルカリ性アニオン交換樹脂に通水することで該イオン交換樹脂に電着されているＯＨ⁻（水酸化イオン）をイオン交換を介して増大させるものであるため、安価且つ効率的に大量生産することが可能である。さらに、この強アルカリ性水は、人の肌に触れても全く無害であり、刺激や臭気もほとんど無いので、その保管・運搬・取扱時の危険性がなく、処理後の廃棄による環境汚染の問題も生じない。

＜強酸性水の製造＞
本発明による強酸性水の製造方法について説明する。原水には純水を用いても良いが、地下水や水道水、河川水など安価で入手容易なものを使用すると低コストで強酸性水を製造することができるので好ましい。通常、これらの水はｐＨ６〜８程度であり、電気伝導度は２５０μＳ／ｃｍ以下である。

この原水にＮａＣｌ、Ｋ（ＯＨ）またはＣａ（ＯＨ）のいずれか一または任意混合液を溶解させることにより、原水の電気伝導度を上昇させる予備処理を行った後、常法により強酸性カチオン交換樹脂に通水させることによって、原水中のＮａ^＋、Ｋ^＋、Ｃａ^＋などのカチオンが、強酸性カチオン交換樹脂に電着されているＨ^＋（水素イオン）を置換し、通水後の処理済水のＨ^＋が増加してｐＨ値が低下していく。中でもＮａＣｌは、安価で入手容易であり、原水に良く溶けて無色透明であり、イオン交換後も沈殿物を生じないので、ＮａＣｌを用いて予備処理を行うことが好ましい。

本発明者は、強酸性カチオン交換樹脂に通水させる時点の原水の電気伝導度と、通水後の処理済水のｐＨ値との関係を調べるための試験を行った。原水として、電気伝導度が０〜２５０μＳ／ｃｍの範囲で様々に異なる地下水（ｐＨ７．２〜７．８）を用意し、各原水１００リットルにＮａＣｌ水溶液の添加量を変えることにより、原水の電気伝導度を５００μＳ／ｃｍ、１，０００μＳ／ｃｍ、３，０００μＳ／ｃｍ、５，０００μＳ／ｃｍ、８，０００μＳ／ｃｍ、１０，０００μＳ／ｃｍ、１５，０００μＳ／ｃｍ、１８，０００μＳ／ｃｍ、２０，０００μＳ／ｃｍおよび２５，０００μＳ／ｃｍとする予備処理を行った。予備処理後の原水を強酸性カチオン交換樹脂（三菱化学「ダイヤイオン（登録商標）ＳＫ−１Ｂ」再生済）に通水線速度ＬＶ２０ｍ／ｈで通水させ、その処理済水のｐＨを測定した。結果は表１に示す通りであった。

この結果から、原水の電気伝導度を上昇させるにつれて処理済水のｐＨを低下させて強酸化させることができ、電気伝導度を１０，０００μＳ／ｃｍまで上昇させるとｐＨ１．５の強酸性水を得ることができるが、１５，０００μＳ／ｃｍを超えてさらに電気伝導度を上昇させてもｐＨを低下させる効果がほぼ頭打ちになることが分かった。また、後述するように、ｐＨ１．５の強酸性水は、きわめて短時間で有機物を溶解除去する能力を発揮することが確認された。したがって、コストや処理効率を考慮すれば、強酸性カチオン交換樹脂に通水させる前に行う予備処理は、原水の電気伝導度を１０，０００〜１５，０００μＳ／ｃｍに上昇させることが好ましい。

通水処理済液の洗浄能力を確認するために、次の試験を行った。すなわち、上記サンプル番号６の通水処理済液２００ｃｃをビーカーに取り、ここに有機物（たんぱく質）が付着して汚れている１０円玉を投入したところ、３０〜６０秒で１０円玉の端の部分から有機物が溶解し始め、６０〜１８０秒経過した時点で１０円玉全体に有機物の溶解が拡がり、全体的に銅本来の色に戻った。同様の試験を上記サンプル番号４および５の通水処理済液についても行ったが、有機物が溶解し始めるまでに１時間以上を要し、ほぼ完全に洗浄するまでに１０時間以上を要した。この結果から、強酸性水として十分な洗浄能力を発揮するためにはｐＨ２．０以下、特にｐＨ１．５以下であることが好ましいことが分かった。

上記試験においてはＮａＣｌ水溶液を原水に溶解させることで電気伝導度を増大させる予備処理を行ったが、これに代えて、Ｎａ金属を原水に溶解させることで電気伝導度を増大させる予備処理を行うことについても試験を行った。すなわち、上記と同様に、電気伝導度が０〜２５０μＳ／ｃｍの範囲で様々に異なる原水（ｐＨ７．２〜７．８の地下水）各１００リットルにＮａ金属を溶解させることにより、原水の電気伝導度を５００μＳ／ｃｍ、１，０００μＳ／ｃｍ、３，０００μＳ／ｃｍ、５，０００μＳ／ｃｍ、８，０００μＳ／ｃｍ、１０，０００μＳ／ｃｍ、１５，０００μＳ／ｃｍ、１８，０００μＳ／ｃｍ、２０，０００μＳ／ｃｍおよび２５，０００μＳ／ｃｍとする予備処理を行った。予備処理後の原水を強酸性カチオン交換樹脂（三菱化学「ダイヤイオン（登録商標）ＳＫ−１Ｂ」再生済）に通水線速度ＬＶ２０ｍ／ｈで通水させ、その処理済水のｐＨを測定したところ、表１と同じ結果が得られた。

（強アルカリ水の製造）
本発明による強アルカリ性水の製造方法について説明する。原水には純水を用いても良いが、地下水や水道水、河川水など安価で入手容易なものを使用すると低コストで強酸性水を製造することができるので好ましい。通常、これらの水はｐＨ６〜８程度であり、電気伝導度は２５０μＳ／ｃｍ以下である。

この原水にＮａＣｌを溶解させることにより、原水の電気伝導度を上昇させる予備処理を行った後、常法により強アルカリ性アニオン交換樹脂に通水させることによって、原水中のＣｌ⁻が強アルカリ性アニオン交換樹脂に電着されているＯＨ⁻（水酸化イオン）を置換し、通水後の処理済水のＯＨ⁻が増加してｐＨ値が上昇していく。ＮａＣｌは、安価で入手容易であり、原水に良く溶けて無色透明であり、イオン交換後も沈殿物を生じない。

本発明者は、強アルカリ性アニオン交換樹脂に通水させる時点の原水の電気伝導度と、通水後の処理済水のｐＨ値との関係を調べるための試験を行った。原水として、電気伝導度が０〜２５０μＳ／ｃｍの範囲で様々に異なる地下水（ｐＨ７．２〜７．８）を用意し、各原水１００リットルにＮａＣｌ水溶液の添加量を変えることにより、その電気伝導度を５００μＳ／ｃｍ、１，０００μＳ／ｃｍ、３，０００μＳ／ｃｍ、５，０００μＳ／ｃｍ、８，０００μＳ／ｃｍ、１０，０００μＳ／ｃｍ、１５，０００μＳ／ｃｍ、１８，０００μＳ／ｃｍ、２０，０００μＳ／ｃｍおよび２５，０００μＳ／ｃｍとする予備処理を行った。予備処理後の原水を強アルカリ性アニオン交換樹脂（三菱化学「ダイヤイオン（登録商標）ＳＡ−２０Ａ」）に通水線速度ＬＶ２０ｍ／ｈで通水させ、その処理済水のｐＨを測定した。結果は表２に示す通りであった。

この結果から、原水の電気伝導度を上昇させるにつれて処理済水のｐＨを上昇させて強アルカリ化させることができ、電気伝導度を１０，０００μＳ／ｃｍまで上昇させるとｐＨ１２．５の強アルカリ性水を得ることができるが、１５，０００μＳ／ｃｍを超えてさらに電気伝導度を上昇させてもｐＨを上昇させる効果がほぼ頭打ちになることが分かった。また、後述するように、ｐＨ１２．５の強アルカリ性水は、きわめて短時間で錆を除去する能力を発揮することが確認された。したがって、コストや処理効率を考慮すれば、強アルカリ性アニオン交換樹脂に通水させる前に行う予備処理は、原水の電気伝導度を１０，０００〜１５，０００μＳ／ｃｍに上昇させることが好ましい。

通水処理済液の錆除去能力を確認するために、次の試験を行った。すなわち、上記サンプル番号１６の通水処理済液２００ｃｃをビーカーに取り、ここに、錆びた鉄筋１個と、錆びた釘１個を紙やすりで軽く研磨したものを検体として投入したところ、３０〜６０分で錆びた鉄筋および釘の表面がそれぞれ黒色の水酸化鉄に変化し始め、１８０〜３００分経過した時点で鉄筋および釘の表面に全体的に水酸化被膜が形成された。同様の試験を上記サンプル番号１４および１５の通水処理済液についても行ったが、検体の表面が水酸化鉄に変化し始めるまでに５時間以上を要し、ほぼ完全に洗浄するまでに１０時間以上を要した。この結果から、強アルカリ性水として十分な錆除去能力を発揮するためにはｐＨ１２．０以上、特にｐＨ１２．５以上であることが好ましいことが分かった。

上記試験においてはＮａＣｌ水溶液を原水に溶解させることで電気伝導度を増大させる予備処理を行ったが、これに代えて、塩素ガスを原水に溶解させることで電気伝導度を増大させる予備処理を行うことについても試験を行った。すなわち、上記と同様に、電気伝導度が０〜２５０μＳ／ｃｍの範囲で様々に異なる原水（ｐＨ７．２〜７．８の地下水）各１００リットルに塩素ガスを溶解させることにより、原水の電気伝導度を５００μＳ／ｃｍ、１，０００μＳ／ｃｍ、３，０００μＳ／ｃｍ、５，０００μＳ／ｃｍ、８，０００μＳ／ｃｍ、１０，０００μＳ／ｃｍ、１５，０００μＳ／ｃｍ、１８，０００μＳ／ｃｍ、２０，０００μＳ／ｃｍおよび２５，０００μＳ／ｃｍとする予備処理を行った。予備処理後の原水を強アルカリ性アニオン交換樹脂（三菱化学「ダイヤイオン（登録商標）ＳＡ−２０Ａ」）に通水線速度ＬＶ２０ｍ／ｈで通水させ、その処理済水のｐＨを測定したところ、表２と同じ結果が得られた。

Claims

原水の電気伝導度を１０，０００〜１５，０００μＳ／ｃｍに増大させる予備処理を行った後に、これを強酸性カチオン交換樹脂に通水させることを特徴とする、強酸性水の製造方法。
原水にＮａＣｌを溶解させて前記予備処理を行うことを特徴とする、請求項１記載の強酸性水の製造方法。
原水にＮａ金属を溶解させて原水中のＮａ^＋を増大させることにより前記予備処理を行うことを特徴とする、請求項１記載の強酸性水の製造方法。
原水の電気伝導度を１０，０００〜１５，０００μＳ／ｃｍに増大させる予備処理を行った後に、これを強アルカリ性アニオン交換樹脂に通水させることを特徴とする、強アルカリ性水の製造方法。
原水にＮａＣｌを溶解させて前記予備処理を行うことを特徴とする、請求項４記載の強アルカリ性水の製造方法。
原水に塩素ガスを溶解させて原水中のＣｌ⁻を増大させることにより前記予備処理を行うことを特徴とする、請求項４記載の強アルカリ性水の製造方法。