JPH11216478A

JPH11216478A - 水の凝集処理方法および無機凝集剤

Info

Publication number: JPH11216478A
Application number: JP1719598A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Kataoka; 克之片岡; Takeshi Otsu; 健史大津
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1998-01-29
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、良好な凝集が得られ、シリカの注
入量が少なくてすみ、汚泥生成量が少なく、凝集剤の製
造時間が少ない、上水の凝集処理に適したシリカと鉄を
併用する凝集処理方法およびシリカ含有鉄系凝集剤を提
供する。【解決手段】重合シリカを第２鉄無機凝集剤ととも
に、珪素／鉄のモル比が０．５〜２の条件になるように
原水に添加して凝集処理することを特徴とする水の凝集
処理方法。また、重合シリカと第２鉄無機凝集剤とを含
有し、水溶液中の珪酸濃度が５％未満であり、珪素／鉄
のモル比が０．５〜２であるシリカ含有第２鉄系無機凝
集剤水溶液。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種用排水の凝集
処理方法および各種用排水の凝集処理に使用する凝集剤
に関し、特に上水処理に好適な新規な水の凝集処理方法
および無機凝集剤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種用排水の懸濁質、溶存有機
物、リン酸イオンを除去するために広く水の凝集処理が
行われている。これらの水の凝集処理に於いては、凝集
剤として、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、
硫酸第二鉄、ポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄などのアルミ
ニウム系もしくは鉄系の無機金属塩凝集剤が利用され
る。上水処理では従来鉄系凝集剤の使用は行われておら
ず、アルミニウム系凝集剤だけが使用されている。これ
らの無機凝集剤は、単独使用では十分大きなブロックが
形成されないため、凝集沈殿工程、砂ろ過工程の固液分
離速度が小さいという欠点がある。また凝集分離工程か
ら排出される汚泥の沈降濃縮脱水性が悪いという欠点も
あった。このため従来より、排水処理分野では各種高分
子凝集剤がフロック形成を促進するために多用されてい
るが、上水処理には有機高分子凝集剤の安全性に心配が
あるため我が国では使用が認可されていない。

【０００３】また、上水処理の原水の富栄養化が進みミ
クロキスチスなどの藻類が多量に含まれる原水の場合、
ＰＡＣ又は硫酸バンドでは極めて沈降性の悪いフロック
しか形成されず、フロックが浮上してしまうこともあ
り、藻類の効果的除去ができなくなるという問題点もあ
った。さらに、上水処理分野では上水処理水すなわち飲
料水中に残留するアルミニウムがアルツハイマ症の原因
になる疑いが出てきており、アルミニウム残留量が少な
い非アルミニウム系上水用凝集剤および凝集処理方法が
望まれている。上水処理分野では安全性の高い凝集助剤
として、昭和３０年代に米国のＢａｙｌｉｓ氏が見出し
た活性シリカの使用が検討されたが、活性シリカ製造時
のゲル化トラブルが頻発し、安定して活性シリカを製造
することが非常に難しいため我が国では実用化されなか
った。

【０００４】また、Ｂａｙｌｉｓ法によって製造される
活性シリカは、さほど凝集フロック形成効果が高くない
というマイナス面もあった。尚、Ｂａｙｌｉｓ法は「水
ガラスを水で希釈して珪酸濃度１．５％の水溶液とし、
これに硫酸を加えてｐＨ８．５に調整し、室温において
２時間撹拌し珪酸モノマーを重合させ重合珪酸すなわち
活性シリカを得る」という方法である。しかし最近、活
性シリカを再評価しようとする動きが出ており、例えば
特公平４−７５７９６号「水処理方法および水処理用凝
集剤」には、「珪酸モノマーの極限粘度の約２倍以上の
極限粘度を有する重合珪酸と、水中で水酸化物を形成し
うる金属の可溶性塩を、該金属に対する珪素のモル比が
２以上となる比率で処理対象水中に注入攪拌する」とい
う重合珪酸を利用する凝集処理方法が開示されている。
この発明の骨子の一つは、珪素／金属元素のモル比が２
以上になるように注入することにある。

【０００５】しかし、本発明者がこの技術を詳細に検討
したところ、以下に示す各種の問題点が認められた。珪素／金属元素のモル比が２以上に設定しても良好な
凝集が起きず、むしろ凝集が悪化することがある。珪素／金属イオンのモル比が２以上と大きいため、必
然的にシリカの注入率がかなり多量になり薬注コストが
高くなる。シリカ注入率が多いので、析出したシリカに起因した
汚泥生成量が増加する。重合シリカ凝集剤の製造に２時間以上と長時間が必要
である。極限粘度の測定には熟練者でも１時間以上かかるの
で、極限粘度を測定しながら重合時間を制御するという
方法は、工業規模の製造には実際上適用できない。Ｓｉ／Ｆｅモル比が２以上なので凝集剤水溶液保存中
にシリカのゲル化が起き易く凝集剤の保存性が悪い（シ
リカのゲル化はシリカ濃度が高いほど起きやすい）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
欠点を解決したシリカと鉄を併用する凝集処理方法およ
びシリカ含有鉄系凝集剤を提供しようとするものであ
り、特に上水の凝集処理に適した凝集剤と凝集処理方法
を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、処理対象原
水を凝集処理する場合、従来知られていなかったＳｉ／
Ｆｅモル比の条件で重合シリカと第２鉄イオンを原水に
添加すると極めて効果的な凝集処理が行えることを見出
し、それに基づいて本発明を完成させた。すなわち、本
発明は、下記の手段により前記の課題を解決した。（１）重合シリカを第２鉄無機凝集剤とともに、珪素／
鉄のモル比が０．５〜２の条件になるように原水に添加
して凝集処理することを特徴とする水の凝集処理方法。（２）重合シリカと第２鉄無機凝集剤とを含有し、水溶
液中の珪酸濃度が５％未満であり、珪素／鉄のモル比が
０．５〜２であるシリカ含有第２鉄系無機凝集剤水溶
液。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の無機凝集剤水溶液の製造
を図面を用いて具体的に説明する。その製造工程例を図
１にまとめて示した。図１において、シリカ濃度約３０
％の水ガラス原液に水を添加し、珪酸濃度５〜１１％に
希釈した珪酸ソーダ水溶液１に硫酸又は塩酸のような酸
２を添加して撹拌槽３で撹拌し、所定のｐＨ範囲（３〜
４．５）の酸性珪酸水溶液４を作る。この後、酸性珪酸
水溶液４の粘度を連続的又は経時的に測定し、回転粘度
が１０ｍＰａ・ｓ以上に上昇した時点で、所定量の塩化
第２鉄、硫酸第２鉄、ポリ硫酸第２鉄のいずれかの鉄系
凝集剤を固体又は水溶液の状態で添加し、その添加にお
いて珪素／鉄のモル比が０．５〜２になるようにする
と、本発明の凝集剤が製造できる。なお、前記の回転粘
度の上昇は、撹拌槽３内の珪酸濃度およびｐＨが高いほ
ど短時間で重合が進み粘度が上昇する。

【０００９】以下、上記でいう「回転粘度」は、リオン
株式会社製品：ビスコテスタＶＴ−０３型回転粘度計で
測定した水温２０〜２５℃における粘度と定義する。本
回転粘度計は、筒型ローターを試料液に入れて一定速度
で回転させ、ローターに生じた粘性抵抗を測定するもの
である。測定時間は３分程度と極めて短時間に行える簡
便な粘度測定法である。

【００１０】重合シリカの原料としては水ガラス溶液が
好ましい。珪酸ソーダと混合する酸は、硫酸、塩酸が好
ましい。硝酸は添加する原水に富栄養化原因物質である
硝酸性窒素を原水に添加してしまうため、あまり好まし
くない。本発明において攪拌槽３の珪酸濃度が６％未満
の場合は、水ガラス水溶液に酸を添加しても問題無い
が、珪酸濃度が６％以上の場合は、ｐＨ１以下の強酸性
水に対し珪酸ソーダを添加することが重要である。珪酸
濃度６％以上の珪酸ソーダ水溶液に酸を添加すると珪酸
がアルカリ性領域を通過するので珪酸のゲル化トラブル
を引き起こしやすい。またｐＨが１以上の酸性水に珪酸
ソーダを添加すると、添加後のｐＨが高くなりゲル化ト
ラブルを引き起こす危険が大きい。

【００１１】また、塩化第２鉄などの第２鉄塩と重合シ
リカを混合した時点でのシリカ濃度の設定は極めて重要
であり、珪酸濃度を２〜５％に設定すること、および珪
素／鉄のモル比が０．５〜２を満足するようにすること
が重要である。前記の場合にシリカ濃度が２％未満では
重合シリカの製造に長時間が必要てあり、またシリカ濃
度が５％以上ではゲル化しやすく保存性が悪い。また第
２鉄塩添加後の液のｐＨを１〜１．５、最も好ましくは
ｐＨ１〜１．２に設定することが、凝集剤のゲル化時間
を長くし、保存性を高めるためで重要である。

【００１２】このように条件設定することによって凝集
能力が高く、長期保存性に優れたシリカ・鉄複合凝集剤
が製造され、凝集処理を行う対象の原水に本凝集剤を注
入すると、凝集撹拌槽で速やかに非常に大きなフロック
が形成され、沈殿槽などで高速度で固液分離することが
できる。本発明の水の凝集処理方法では、重合シリカと
鉄系凝集剤を混合したシリカ鉄複合凝集剤を原水に添加
する代わりに、重合シリカと鉄系凝集剤を別々に、Ｓｉ
／Ｆｅモル比が０．５〜２になる条件で原水に注入する
ことによっても行うことができる。

【００１３】以上の方法によって次の重要効果が得られ
る。活性シリカ製造中に珪酸のゲル化トラブルが発生しな
い。珪酸の重合時間がゼロ〜１時間で良く、短時間で重合
シリカ・鉄複合凝集剤を製造できる。製造した凝集剤の凝集効果が大きく、かつゲル化する
ことなく長期保存ができる。シリカの注入率が従来よりも少なくできるので、汚泥
発生量が少ない。薬注コストも安価である。

【００１４】

【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明す
る。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定される
ものではない。

【００１５】実施例１塩化第２鉄と重合シリカを併用する場合のシリカの所要
重合度を調べた。すなわち珪酸水溶液の重合時間を変化
させ、回転粘度と凝集効果の関係を調べたところ、回転
粘度が数ｍＰａ・ｓではほとんど凝集フロック形成促進
効果がなく、１０ｍＰａ・ｓ以上になると非常に優れた
凝集フロック形成効果を示すことを見出した。また回転
粘度が３００ｍＰａ・ｓを超えるとゲル化直前状態にな
るゲル化危険領域であることが見出された。図２に各種
珪酸濃度におけるｐＨ４一定条件での重合時間と珪酸水
溶液の粘度の関係を測定した結果を示す。グラフの縦軸
の粘度はリオン社のビスコテスター回転粘度計による回
転粘度を示す。

【００１６】図２から珪酸水溶液の珪酸濃度が５％未満
では回転粘度が１０ｍＰａ・ｓ以上に達する時間が２時
間以上と長く、珪酸を重合させる重合槽が不可欠である
のに対し、珪酸濃度が６％以上では数分間〜１時間で回
転粘度が１０ｍＰａ・ｓに達するので、強酸性水に水ガ
ラスを混合し０〜１時間撹拌するだけで効果的な凝集フ
ロック形成効果を発揮する重合シリカが製造されること
が判明した。また珪酸濃度が１１％を超えると強酸性水
と水ガラスを混合した時点でほぼ瞬間的にゲル化が起き
るため、この条件は採用できないことが判った。

【００１７】実施例２珪酸水溶液の珪酸濃度が１０％一定で、ｐＨを２〜５に
変えたときの重合時間と回転粘度が１０ｍＰａ・ｓに達
する時間の関係を第１表に示す。ｐＨ４〜４．５の条件
では２分以下で十分であり、強酸性水と水ガラスを本発
明条件で１〜２分間混合するだけで凝集効果の高い活性
シリカが製造できる。ｐＨ２では２２８分と長時間であ
り、大容量の重合槽が必要になるので合理的でなく、ｐ
Ｈが５では鉱酸と水ガラスを混合直後にゲル化が起きる
ので適用できない。従って好適ｐＨは３〜４．５である
ことが認められた。

【００１８】

【表１】

【００１９】実施例３水道水９８５ｃｃに濃硫酸を１５ｃｃ添加しｐＨ０．３
の強酸性水を作った。次にこれに３号水ガラスを水で約
３倍に希釈し、珪酸濃度１０％に調整した液を１ｋｇ加
え混合した。この液のｐＨは１．６であった。次に４０
％苛性ソーダ水溶液を加え、珪酸濃度５％、ｐＨ３．８
に調整し撹拌した。この液の回転粘度が温度２５℃にお
いて１２ｍＰａ・ｓになった時点でｐＨを１に下げ重合
を停止させ凝集効果のの高い重合シリカ液を得た。

【００２０】実施例４シリカ・鉄複合凝集剤の製造例水道水９８５ｃｃに濃硫酸を１５ｃｃ添加しｐＨ０．３
の強酸性水を作った。次に３号水ガラスを水で約３倍に
希釈し、珪酸濃度１０％に調整した液を１ｋｇ加え混合
した。この液のｐＨは１．６であった。次に４０％苛性
ソーダ水溶液を加え、珪酸濃度５％、ｐＨ３．８に調整
し撹拌した。この液の回転粘度が温度２５℃において１
２ｍＰａ・ｓになった時点で２０％塩化第２鉄水溶液を
添加して混合しＳｉ／Ｆｅモル比０．５〜２のシリカ鉄
複合凝集剤の製造した。

【００２１】実施例５凝集処理試験実施例３において製造した重合シリカ（ＳｉＯ₂濃度５
％、ｐＨ１、回転粘度１２ｍＰａ・ｓ）の凝集効果を調
べるため凝集試験をジャーテストによって行った。ジャ
ーテストは１５０ｒｐｍ２分、３０ｒｐｍ５分で行い撹
拌停止後５分後の上澄水濁度を測定した。処理対象原水
は水道水にカオリン粘土を添加し濁度１００度、Ｍアル
カリ度５５ｍｇ／リットル、ｐＨ７．３に調整したもの
を用いた。無機凝集剤には塩化第２鉄を用い、塩化第２
鉄として３０ｍｇ／リットル注入した。この結果を第２
表に示した。

【００２２】

【表２】

【００２３】活性シリカ注入率は珪酸としての注入率で
ある。またフロック大きさ等級は次の基準で表したもの
である。特Ａ：ペレット形成、Ａ：５ｍｍ以上、Ｂ：２
〜３ｍｍ、Ｃ：１〜２ｍｍ、Ｄ：１ｍｍ未満。第２表か
ら明らかなように、Ｓｉ／Ｆｅモル比が０．５〜２．７
の条件で極めて沈降性の大きいペレット状フロックが形
成され、これ以上のモル比では逆にフロック形成効果が
悪化することが認められる。従来は重合シリカ注入率は
多くなるほど良好なフロックが形成されると考えられて
おり、適正範囲が存在することは知られていなかった。
Ｓｉ／Ｆｅのモル比が大きくなるほど析出シリカに起因
して汚泥生成量が増加すること、凝集剤水溶液の保存性
が悪化するので、汚泥生成量を少なくし、ペレットが形
成され、かつ保存性が良好な３条件を考慮すると適正Ｓ
ｉ／Ｆｅモル比は０．５〜２であるといえる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、次のような顕著な効果
が得られる。凝集効果が大きい重合シリカを数分程度という極めて
短時間で連続的に製造でき、重合シリカ製造中の珪酸の
ゲル化トラブルを確実に防げる。確実に沈降性が極めて良好なフロックが形成されるＳ
ｉ／Ｆｅモル比を見出したので、凝集分離工程を大幅に
合理化できる。Ｓｉ／Ｆｅモル比が従来よりも小さいので、シリカに
起因する薬注コスト、汚泥発生量を低減でき、凝集剤の
保存性が良い。上水処理においてアルミニウム系凝集剤を使用する必
要がなくなり、飲料水中の残留アルミニウム量を低減で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の無機凝集剤の製造工程の１例の概要図
を示す。

【図２】各種珪酸濃度におけるｐＨ４一定の条件での珪
酸の重合時間と珪酸水溶液の粘度との関係を測定したグ
ラフを示す。

【符号の説明】

１珪酸ソーダ水溶液２酸３攪拌槽４酸性珪酸水溶液５ｐＨ計６回転粘度測定計器７第二鉄塩８シリカ鉄複合凝集剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重合シリカを第２鉄無機凝集剤ととも
に、珪素／鉄のモル比が０．５〜２の条件になるように
原水に添加して凝集処理することを特徴とする水の凝集
処理方法。
【請求項２】重合シリカと第２鉄無機凝集剤とを含有
し、水溶液中の珪酸濃度が５％未満であり、珪素／鉄の
モル比が０．５〜２であるシリカ含有第２鉄系無機凝集
剤水溶液。