フッ素除去

フッ素除去（カルシウム吸着法）について

(1) フッ素除去法のメカニズムについて・・・りん酸フッ化カルシウム法

カルシウム粒剤に「りん酸」を添加しながら、フッ素含有水を通水すると、水中のカルシウムならびに、カルシウム粒剤表面から溶出するCaイオン、添加・注入した「りん酸イオン」と、水中のフッ素イオンとが化学反応し、「りん酸フッ化カルシウム」・アパタイトの化合物を生成します。これにより水中のフッ素イオンはCa粒剤にアパタイトとして吸着されます。

5Ca(OH)2＋5Mg(OH)2 ＋ 3PO4 ＋Ｆ－ → Ca5(PO4)3Ｆ＋ 5Mg(OH)2 ＋ 9OH

(2) カルシウムろ材の粒径はφ0.6mm～φ1.0mmに調整したものを実験に用いました。

① 容量60Ｌポリ容器に入れたフッ素含有水に予め、濃度 5％のりん酸溶液を添加し、りん酸濃度を2.0mg/Lに調整。

実際実験では大阪市水道水へのりん酸添加濃度は1.2mg/Lにしました。弓削牧場地下水への添加りん濃度は1.9mg/Lになりました。

② 実験カラムで通水し「ろ過持続時間」が増加するにつれ、下向流においてはカラムの表層から「りん酸フッ化カルシウム」アパタイトが生成されるほど、カラム圧力が上昇し、上部のゴム栓が飛び、長時間にわたる実験が行えませんでした。

「りん酸フッ化カルシウム」・アパタイト生成によるフッ素除去

(1) 次頁の表-1「ろ過持続によるｐHの変化」によると、ｐH6.5のフッ素含有水に「りん酸」を2mg/L添加した試験水を、自然鉱石ＤＲ粒材充填カラムに通水した結果、通水直後から通水持続8hr後においても、pH10.5~pH10.9の強アルカリ水になります。

(2) 今回のフッ素除去実験は大阪市の水道水にフッ素を添加し、フッ素濃度1.73mg/Lに調整し、そのフッ素含有水にリン酸を1.21mg/L添加した原水を、自然鉱石ＤＲ粒剤充填カラムに流速73m/dにて通水しました。

その通水した結果を表-2.「フッ素、りん酸イオンの変化」に示した。
自然鉱石ＤＲ粒剤充填カラムのろ過水の、フッ素濃度は0.04mg/L～0.33mg/Lの濃度範囲にフッ素濃度は低下した。除去率は最大で80.34％になりました。

(3) 全硬度とCa硬度、Mg硬度の混合比の変化については、表-3「Ca硬度、Mg硬度の変化」にまとめました。

① 軟水にりん酸を加えた自然鉱石ＤＲろ過水の硬度の挙動について大阪市水道局の水道水の全硬度は42mg/Lの軟水です。この軟水にりん酸を1.2mg/L添加した後、ＤＲ粒材充填カラムにて、ろ過を行うと水中のCa濃度は順次低下していきます。
この理由は、ＤＲ粒材表面から炭酸Caが溶解したことで水素イオン濃度はpH9.5になります。ｐＨ9.5においては水中の溶解性Caイオンは添加した「りん酸」と化学反応し、りん酸Caに化学結合し、直ぐにＤＲろ材表面への着床が進んでいくため、水中のCaイオンの減少が表-3に表れています。

しかし、ＤＲ充填カラムのろ過を続けていくと、ろ過水中のMgイオンが増加し続けていくことも認められます。これは、Mg成分比率の高いＤＲ鉱物から、水への溶解反応が進んで行くことを示しています。ろ過する水が軟水の場合においてはMgイオンが溶解し増えます。全硬度のイオンバランスにおいて、Ca硬度が減り、Mg硬度が増加するので全硬度自体は横ばいです。

②硬水にりん酸を加えた自然鉱石ＤＲろ過水の硬度の挙動について硬水にりん酸を添加し鉱石ＤＲろ過を行なったろ過水の硬度の挙動については、表-３「ろ過水中のCa硬度、Mg硬度の変化」に示しました。原水中のCaイオンは鉱石ＤＲろ過により、ｐＨが9.5になりCaの溶解度が落ちるため、水中の溶解性Caが一瞬にして濃度低下し、自然鉱石ＤＲ表面に吸着されます。同時にＤＲ鉱物からMgが水中に溶解しつづけていくため、ろ過水中のMg濃度は増加していきます。