JPS602885B2 - 液体無機凝集剤組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、貯蔵安定性と水質汚濁成分の凝集効果との組
合せに優れた液体無機凝集剤組成物に関する。

従来、硫酸第二鉄と硫酸アルミニウムとを一定の組成比
で含有する複合無機凝集剤は、用水中の水質汚濁成分等
の凝集沈降効果が迅速に得られるという点に優れている
ことが知られている（例えば袴公昭３９一１拠ゑ号公報
）。

しかしながら、これらの鉄ーアルミニウム系凝集剤を、
輸送及び取扱いの容易な液体凝集剤として需要者に供Ｖ
給する場合には、種々の問題を生じることがわかった。

例えば、液体凝集剤の輸送中或いは貯蔵中に、硫酸第二
鉄、硫酸アルミニウム等が結晶の形で沈澱する鏡向が認
められるのである。このような傾向は、液体凝集剤のＡ
Ｉぬ３及びＦｅ２０３の合計濃度（以下単にＲ２Ｑ濃度
と呼ぶことがある）が高くなる場合に特に顕著であり、
一方Ｒ２０３濃度を低くすることは、凝集剤が大量の水
で稀釈されるため、輸送コスト、貯蔵コストの増大をも
たらし、更に冬期においては液体凝集剤が凍結する等の
種々の不利益がもたらされることになる。本発明者等は
、凝集剤成分に可溶性を賦与するための酸根として硫酸
根を含有する鉄ーアルミニウム系凝集剤を、安定な液体
凝集剤として提供するべく鋭意研究を重ねた結果、Ｒ２
０３濃度にも関連して、ＳＱ，Ｆｅ２０３及びＡＩ２Ｑ
のモル組成を後述する或る一定の範囲に選択するときに
は、比較的高いＲ２０３濃度を有しながら長期の貯蔵に
対して著しく安定であり、しかも水質汚濁成分の凝集分
離作用に際立って優れた液体凝集剤が得られることを見
出した。

即ち、本発明の目的は、貯蔵安定性と水質汚濁成分の凝
集沈降効果とに優れた鉄−アルミニウム系液体凝集剤を
提供するにある。

本発明の他の目的は、長期にわたる貯蔵中乃至は輸送中
にも、硫酸鉄、硫酸アルミニウム或はこれらの複合物か
ら成る沈澱の生成が抑制された硫酸鉄−アルミニウム系
の液体凝集剤を提供するにある。

本発明の更に他の目的は、クロム、バナジウム等の重金
属成分や、ヒ素、リン酸等の汚濁成分に対しても優れた
凝集沈降効果が得られる鉄−アルミニウム系液体凝集剤
を提供するにある。

本発明によれば、３成分組成で表わして、Ｓ０３，Ｆｅ
２０３及びＡＩ２Ｑを下記式（ｉ）Ｃが１雄〆下のとき （１） Ｓ之一０．２坪十７５．５ （０） Ｓ≦１００一４／３Ｃ（Ａが２．５より４・の
とき）（ｍ） Ｆ≧４／３Ｃ−２．５（Ａが２．５乃至
４．１十３／５Ｃのとき）（Ｎ） Ｓ≦聡．４一２９／
１５Ｃ（Ａが４．１十３／５Ｃより大のとき）（Ｖ）
ＡＺＯ．５ （Ｗ）ＦＺ２ （ｉｉ） Ｃが１２を越えるとき （１） ＳＺ−０．２坪十７５．５ （０） Ｓ≦８４（Ａが２．５より小のとき）（町）
ＦＺ１３．５（Ａが２．５乃至１１．３のとき）（Ｗ）
Ｓ≦７５（Ａが１１．３より大のとき）（Ｖ） Ａ２
０．５（Ｗ）ＦＺ２ 〔式中、Ｓ，Ｆ及びＡは上記３成分の合計量当りのＳ０
３，Ｆｅ２０３及びＡＩ２Ｑのモル％を夫々表わし、Ｃ
は溶液中のＦｅ２０３及びＮ２０３の合計童童％濃度を
表わす〕を満足する量で含有し且つＦｅ２Ｑ及びＮ２０
３の合計重量％濃度（Ｃ）が４乃至１５％の範囲にある
ことを特徴とする安定性に優れた液体無機凝集剤組成物
が提供される。

本発明の液体凝集剤の３成分組成は、添付図面第１図の
三角座標で表わすことができ、第１図中の各線は次の線
を表わす。

（１）Ｓ＝−０．２餌十７５．５（式１において等号の
場合）（２−ａ）Ｓ＝９２ （式０１こおいてＣ＝６
）（２一ｂ）Ｓ：９０ （式０‘こおいてＣ＝７．５
）（２一ｃ）Ｓ＝８８ （式０１こおいてＣ＝９）
（２一ｄ）Ｓ＝８４ （式ｍこおいてＣ＝１２）（
３一ａ）Ｆ＝５．５ （式ｍにおいてＣ＝６）（３
−ｂ）Ｆ＝７．５ （式町においてＣ＝７．５）（
３一ｃ）Ｆ＝９．５ （式ｍにおいてＣ＝９）（３
一ｄ）Ｆ＝１３．５ （式ｍにおいてＣ＝１２）（
４一ａ）Ｓ＝８６．８ （式ＷにおいてＣ＝６）（
４一ｂ）Ｓ＝８３．９ （式ＷにおいてＣ＝７．５
）（４−ｃ）Ｓ＝８１ （式ＷにおいてＣ：９）（４
一ｄ）Ｓ＝７５．２ （式ＷにおいてＣ＝１２）（
５）Ａ＝０．５ （式Ｖにおいて等号の場合）（６
）Ｆ＝２ （式のにおいて等号の場合）また、図中
の記号白丸く○）はプロットされた組成のものが安定、
カケ印（×）は不安定であることを表わし、記号に続く
数字はＣの値を示す。

本発明の液体凝集剤においては、ＳＱ，Ｆｅ２０３，及
びＡＩ２Ｑの３成分がこれらの直線で包囲される領域、
即ちＣがｌａｘ下では前記経験式（１），（０），（ｍ
），（Ｗ），（Ｖ）及び（の）を満足する組成比にある
こと、及びＣが１２を越えるときには、前記経験式（１
），（０），（ｍ），（Ｗ），（Ｖ）及び（Ｗ）を満足
するモル組成比にあることが貯蔵安定性の点でも、或は
重金属、リン酸分、その他の水質汚濁成分を凝集分離さ
せる上でも極めて重要である。

本発明の液体凝集剤において、貯蔵安定性及び汚濁成分
の凝集沈降性の点でＦｅ２０３を２モル％以上、特に４
′３Ｃ−２．５モル％以上の量で含有し、且つＡＩ２０
３を０．５モル％以上、特に２．５モル％以上で含有し
なければならない。

即ち、第１図を参照すると、Ｆｅ２０３の含有モル比が
増大するにつれて液体安定剤として安定な領域は著しく
拡大していることが明らかであり、かくしてＦｅ２０３
の含有モル比を上記範囲とすることにより、仮りに貯蔵
中に種々の要因モル組成の変化を生じたとしても、尚、
薯しい貯蔵安定性が保たれることが明白であろう。更に
、後述する実施例を参照すると、バナジウム等の重金属
成分、リン酸分、ヒ素等の他の水質汚濁成分を相乗効果
をもって有効に凝集沈降せしめるためには、ＡＩ２０３
成分を上記モル比以上で使用することが重要となってく
る。また、第１図を参照すると、液体凝集剤中のＦｅ２
０３分の含有モル比が高くなると、この液体凝集剤の安
定性を阻害することなしに、ＳＱの含有モル比を、Ｆｅ
２Ｑの増加に反比例して顕著に低下させ得ることがわか
る。

これは、本発明による顕著な利点である。というのは、
液体凝集剤中のＦｅ２０８分の含有量を増大させること
によって硫酸根の含有量を低減させ、これにより凝集に
有効な成分（Ｆｅ２０３，山２０３）の量比を著しく増
大せしめることが可能となるからである。かくして、本
発明の液体凝集剤が優れた凝集作用を有することは、こ
の点からも容易に了解されるであろう。尚、凝集剤中の
Ｆｅ２０３及びＡＩ２０３分が硫酸の正境である場合に
は、Ｓ０８の含有モル％は７５％であり、Ｓ０３の含有
モル％が７５よりも低い場合にも、優れた貯蔵安定性が
得られることは注目に値する。更に、第１図を参照する
と、Ｓ０３の含有モル％にも上限値が存在し、この上限
値も、液体安−定剤中のＦｅ夕３成分のモル比が増大す
るにつれて、増大していることが明白となる。

液体凝集剤においては、その中のＲ２０３濃度（Ｃ）、
即ちＦｅ２０３及び山２０３の合計重量％濃度が増大す
るにつれて、その貯蔵安定な領域が縮小されるのは極め
て当然のことであるが、本発明の液体凝集剤においては
、Ｓ０３の含有モル％が正塩の場合以下である場合、即
ち７５モル％以下である場合に、Ｒの３濃度の増大にも
かかわらず、安定領域の縮小が全く認められないのであ
って、これは真に意外のことである。

硫酸アルミニウム系液体凝集剤、所謂液バンの場合には
、Ｒ２０３濃度が８％もの高濃度になると、硫酸アルミ
ニウムの結晶が次頚し、かかる額向は遊離硫酸根を奪う
ことによって倍加されるのである。これに対して、本発
明によれば、Ｒ２Ｑ濃度が高く、且つ硫酸根濃度が正塩
よりも少ない場合には、著しく安定な液体凝集剤が得ら
れるのであって、その理由は、Ｆｅ２０３濃度が高くな
るに従って、共存するＦｅ２０３及びＡＩ２０３の両成
分が、それら一方の成分の結晶の生成を防害するように
作用するためであろうと思われる。本発明の液体凝集剤
においては、上述した観点から、Ｒ夕３濃度（Ｃ）を、
４乃至１５重量％、特に好適には６乃至１０重量％とす
べきである。

即ち、Ｒ２０３濃度が上記範囲よりも高くなると、低い
温度において全体が固結乃至凝固する場合があり、また
上記範囲よりも低い場合には、凝集有効成分が無意味な
水で稀釈されることになり、また輸送コストや貯蔵コス
トが増大するので、何れも本発明の目的に好ましくない
。本発明の液体凝集剤には、上述した成分に加えて、Ｎ
ａ，Ｋ等のアルカリ金属成分、Ｃａ，Ｍ史等のアルカリ
士類金属成分、Ｔｉ０２，Ｓｉ０２等の成分を、安定性
を阻害しない範囲の量で、不純物として含有していても
勿論何等差支えはない。

本発明の液体凝集剤は、酸第二鉄及び硫酸アルミニウム
を、前述したモル組成及びＲに３濃度となるように水に
溶解し、これらを鷹拝することによって容易に調製する
ことができる。

勿論、この際必要あれば、カルシウム系中和剤を用いて
硫酸根を石膏の形で取除くか、或は遊離硫酸を添加する
ことによって、Ｓ０３モル比を所定の範囲に調節し得る
ことは当然である。また、酸性白土等の各種粘土類やボ
ーキサイトを硫酸で抽出して得られる鉄とアルミニウム
分とを含む硫酸塩溶液について、各種成分のモル比の調
節及び濃縮等の操作を行って、液体凝集剤を得ることも
できる。本発明の液体凝集剤は、所謂タンクローリ、タ
ンク車等により取扱の容易な液体の形で需要家に供給で
き、輸送の際加わる振動や衝撃によっても、一切の沈澱
物やフロックを形成することがなく、気温の変化の激し
い条件下に長期間にわたって放置した場合でさえ、沈澱
やフロックを形成することがなく、優れた流動性が維持
され、作業性に際立って優れている。

本発明の液体凝集剤は、各種用水、廃水或は汚泥等の水
質汚濁成分の凝集沈降に、単独で或は非イオン形、アニ
オン系、カチオン系或は両性系の高分子凝集剤等の組合
せで使用し得る。

本発明の液体凝集剤の使用量は、被処理水（原水）中の
水質汚濁成分の含有量によってもかなり相違するが、Ｒ
２０３として用水の場合の１０乃至２００脚から汚泥の
場合の０．０１乃至０．５％迄変化させ得る。

本発明の液体凝集剤を使用すると、バナジウム等の重金
属成分、リン酸分及びヒ素等の水質汚濁成分の除去に際
して、顕著な相乗効果が達成される。

例えば、Ｆｅ２０３単独では、バナジウム等の重金属成
分、リン酸分、ヒ素等に対しては殆んど凝集沈降効果は
期待できないのに対して、Ｆｅ２０３．ＡＩ２０３及び
Ｓ０３を前述したモル比で含有する本発明の液体凝集剤
では、Ｆｅ２０３単独使用の場合の除去率とＡＩ２０３
単独使用の場合の除去率との相加平均値よりも高い除去
率で、多くの場合は何れの除去率よりも高い除去率で、
これらの汚濁成分を凝集沈降により除去することが加館
となるのである。本発明を次の例で説明する。実施例
１ 液体無機凝集剤組成物としては、下記に示す調製方法に
より調製された各液状組成物を選び、その貯蔵安定性な
らびに水処理効果を調べた。

原料としては、市販試薬の硫酸アルミニウム（ＡＩ２０
３８．０仇れ％，Ｓ０３１８．８がｔ％）（以下本明細
書においては、特記しない限り％は重量をもって表わし
た。）ならびに市阪試薬の硫酸第二鉄（Ｆｅ２０３１８
５９％，Ｓ０３２７．９６％）、さらに市販試薬の硫酸
（日ぶ０４比重１．８９）をそれぞれ選び、液状組成物
中Ｒ２Ｑ（ＡＩ２０３十Ｆｅ２０３）濃度を６０，７．
５９．０，１２．０および１４．０％に設定し、第１表
に示すそれぞれの組成（ｍｏｌ％）の試料を、上記原料
を配合混合し、必要に応じて水を配合し、もしくは水を
蒸発させて濃縮し、あるいは、市販試薬の精製炭酸カル
シウム（ＣａＣＱ）を用いて所定量のＳ０３組成比まで
中和法によりＳ０３分を石膏として分離除去して、それ
ぞれの液状雛成物（試料番号１乃至４８）４乳陣類を試
料とした。

ここに各々調製した液状組成物３００の‘を合成樹脂製
の半不透明の密封可能な円筒容器（内容積約５００私）
に採り、屋外（山形県鶴岡市大字西目の水鐸化学工業■
水窪工場内）に１２ケ月間（平均気温一５℃〜３０℃）
放置し、各自毎に観察し、１２ケ月を通じて、各自毎に
析出物が生じなかった液状組成物を貯蔵安定性のある液
状組成物（第１表および第１図中○印を付した所）とし
、一方１２ケ月間中いずれかの月もしくは１２ケ月の時
間の経過の中で析出物が生じた場合を貯蔵安定性のない
液状組成物（第１表および第１図中ｘ印を付した所）と
した。

また、別にＲ２０３をトＷｔ％としてＦｅ２０３ｗｔ％
を０，２，３，５，５，７と変化せしめてＦｅ２０３／
ＡＩ２０３の割合を変え、更に遊離硫酸を０，３，７ｗ
ｔ％と変化させて調製した液状組成物を用い、下記の方
法によって汚濁水の水処理を行い、その効果を調べた。

この水処理に用いた汚濁水の原水としては、新潟県北蒲
原郡中条町の水樫化学工業■中条工場内の池の水を原水
に選び、この原水に対して、市販試薬のピロヒ酸（日４
Ａｓ２０７）をＡｓとして、２１．０及び２３．戟風と
なるように溶解せしめ、次いで炭酸ソーダ（ＮもＣ０３
）にて餌を７．２０〜７．２５に調整して、ヒ素成分を
含有した供試料原水（Ａ−１）および（Ａ一２）を調製
した。なお、このＡ−１およびＡ−２の原水の濁度は２
１度であった。このヒ素成分を含有した原水に対して、
上記の方法で調製した液状組成物を水処理凝集剤として
用いた。

水処理試験方法としてはジャーテスタを用い、供試料原
水中のヒ素成分の除去率を中心にその水処理効果を調べ
た。

ジャーテスト法による試験条件としては、供試料原水５
００の‘に所定量の液状組成物（凝集剤）を１２比ｐｍ
の鍵梓下に３分以内に注入し、蝿梓開始より３分後に沈
降促進剤としてノニオン高分子（クリフロックＰＮ１３
１、栗田工業■製）を磯幹下（１２仇ｐｍ）に３０秒内
に０．５脚注加し、次いで６仇ｐｍの条件で１０分間ゆ
つくつくりと縄拝し、さらに１０分間静瞳した後、その
上燈液を定性炉紙（Ｍ．２）を用いて炉別後回収し、こ
こに回収した試料液を水素−空気バーナーを用うる原子
吸光光度法によりヒ素（Ａｓ）を定量し、原水中のヒ素
よりそのヒ素（Ａｓ）除去率を求め、その結果を第２表
に表示した。

なお、本実施例においては、液状組成物を原水に対して
遊離硫酸（Ｆｒｅｅ日２Ｓ０４）零の場合は１２０〜１
８０風、遊離硫酸３％の場合は１６０〜松Ｏ脚に相当す
る量を注入してジャーテストの試験を行った。

第 １ 表 （その１） 第 １ 表 （その２） 講 １）ＦｒｅｅＳ０３ｗｔ※の欄で負号を付した数値
はＣａＣ０３によって硫酸根濃度を低減せしめ、塩基性
塩となしたる場合を示し、その数値は低減Ｓ０３※量を
示す。

第 ２ 表以上の結果、第１図に示した貯蔵安定領域内
にある山２０３一Ｆｅ２０３−Ｓ０３系の液体無機凝集
剤組成物は、自然条件下において貯蔵安定性があるのみ
ならず、重金属で公害物質であるヒ素成分がＡＩ２０３
一Ｓ０３系やＦｅ２Ｑ一Ｓ０３系のアルミナもしくは鉄
の単独組成の液状安定剤を用いて水処理を行った場合に
較べてヒ素成分の除去効果に相乗的効果を示しているこ
とが良く理解される。

実施例 ２ 上記実施例１で調製した液状組成物５種類（試料番号４
９乃至５３）を選び、下記の方法で調製したバナジン成
分を含有した原水を調製し、該原水に対して水処理を行
いバナジン成分の除去状態を調べた。

バナジン成分含有原水としては、実施例１の場合と同様
に、新潟県中条工場内の池の水を原水に選び、市販試薬
のメタバナジン酸アンモン（Ｎ日Ｖ０３）を用いて、バ
ナジン（Ｖ）として８．９脚になるように溶解せしめ、
次いで炭酸ソーダでｐＨ７．３１になるように調製して
、バナジン成分を含有した供試料原水（Ｂ−１）とした
。

なおこのＢ−１原水の濁度は桝度であった。上記原水（
Ｂ−１）に対して、実施例１の場合と同様の条件にて、
ジャーテスト法による水処理試験を行い、バナジン成分
の除去率を求め、その結果を第３表に表示した。

第 ３ 表 以上の結果、バナジン成分を含有する原水の水処理の場
合も、貯蔵安定性にすぐれたり２０３−Ｆｅ２０３一Ｓ
０３系の液体無機凝集剤組成物が、その原水中のバナジ
ン成分の除去効果にも有効に作用することが良く理解さ
れる。

実施例 ３ 上記実施例１で調製した液体無機凝集剤組成物５種類（
試料番号４９乃至６２）を選び、下記の方法で調製した
リン酸分を含有した各種原水を調製し、該原水に対して
、水処理を行い、リン酸成分の除去状態を調べた。

リン酸成分含有原水としては、実施例１の場合と同様に
、新潟県中条工場内の池の水を原水に選び、市販試薬の
リン酸ソーダ（ＮａＨ２００４）を用いて、ＰＯ葦−と
して２処風および２７．球脚‘こなるように溶解せしめ
、受いで炭酸ソーダにて中和し、軸７．４１〜７．５９
になるように調製して、リン酸成分を含有した供試料原
水（Ｃ−１），（Ｃ−２）および（Ｃ−３）とした。

（原水組成内容は第４表に併せ表示する。）さらに他の
原水として、公共施設機関より回収した廉尿の２次処理
水（ｐＨ７．蛾、濁度７５度、Ｐ戊‐４４．１脚、色度
３６．０）を選んだ。

上記４種類のリン酸分含有原水に対して、実施例１の場
合と同様の条件にてジャーテスト法により水処理試験を
行い、ＪＩＳＫ−０１０２．２７．１の方法によりＰ戊
−を定量して、リン酸分の除去率を求め、その結果を第
４表に併せ表示した。第 ４ 表（その１）第 ４ 表
（その２） 以上の結果、廉尿処理水を含めて各種のリン酸成分含有
原水中のリン酸分を貯蔵安定性にすぐれたＡＩ２０３−
Ｆｅ２０３−Ｓ０３系液体無機凝集剤組成物が有効に除
去することが良く理解される。

実施例 ４ 他の方法により調製された貯蔵安定性にすぐれた液体無
機凝集剤組成物について説明する。

新潟県新発田市産の酸性白土（水分４５．２％、強熱減
量８．１％、Ｓｉ０２７０．４％、ＡＩ２Ｑ１６．２％
、Ｍｇ０１．５％、Ｃａ０１．０％）机こ対し３０％硫
酸１０００〆を用い９０℃にてｌｑ時間酸処理を行ない
、炉過水洗を行ない、濃厚部分の洗液と炉液を合して過
酸化水素による酸化を行って、ＡＩ２０３５４％、Ｆｅ
２０３１．８％遊離硫酸４．０％の液状浄水剤組成物（
試料番号筋）約１０００夕を得た。この液状組成物５０
０〆を９０℃に加熱し褐鉄鉱（Ｆｅ夕３約７５％）３５
ｋ９を糟梓下に徐々に加えて溶解せしめ、反過水洗を行
ってＡＩ２０３４．７％、Ｆｅ２ Ｑ４．３％、Ｓ０３
１６．８％の液状組成物（試料番号鼠）を得た。本数料
の液組成（ｍｏｌ％）はＡＩ２０３１６３Ｆｅ２０３９
．ふＳ０３７４．２である。試料６３及び６４について
貯蔵安定性、水処理試験を行ない何れも、実施例１〜３
における同様良好な結果を得た。

【図面の簡単な説明】

第１図は、液体凝集剤の３成分組成を示す三角図である
。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ３成分組成で表わして、ＳＯ＿３，Ｆｅ＿２Ｏ＿３
   及びＡｌ＿２Ｏ＿３を下記式（i） Ｃが１２以下のと
   き Ｓ≧−０．２５Ｆ＋７５．５ Ｓ≦１００−３／４Ｃ（Ａが２．５より小のとき）Ｆ≧
   ３／４Ｃ−２．５（Ａが２．５乃至４．１＋３／５Ｃの
   とき）Ｓ≦９８．４−２９／１５Ｃ（Ａが４．１＋３／
   ５Ｃより大のとき）Ａ≧０．５ Ｆ≧２ （ii） Ｃが１２を越えるとき Ｓ≧−０．２５Ｆ＋７５．５ Ｓ≦８４（Ａが２．５より小のとき） Ｆ≧１３．５（Ａが２．５乃至１１．３のとき）Ｓ≦７
   ５．２（Ａが１１．３より大のとき）Ａ≧０．５Ｆ≧２ 〔式中、Ｓ，Ｆ及びＡは上記３成分の合計量当りのＳ
   Ｏ＿３，Ｆｅ＿２Ｏ＿３及びＡｌ＿２Ｏ＿３のモル％を
   夫々表わし、Ｃは溶液中のＦｅ＿２Ｏ＿３及びＡｌ＿２
   Ｏ＿３の合計重量％濃度を表わす〕を満足する量で含有
   し且つＦｅ＿２Ｏ＿３及びＡｌ＿２Ｏ＿３の合計重量％
   濃度（Ｃ）が４乃至１５％の範囲にあることを特徴とす
   る安定性に優れた液体無機凝集剤組成物。 ２ Ｆｅ＿２Ｏ＿３及びＡｌ＿２Ｏ＿３の合計重量％濃
   度（Ｃ）が６乃至１０％であり、ＳＯ＿３，Ｆｅ＿２Ｏ
   ＿３及びＡｌ＿２Ｏ＿３を下記式Ｓ≧−０．２５Ｆ＋７
   ５．５ Ｆ≧４／３Ｃ−２．５（Ａが２．５より大のとき）Ａ≧
   ２．５ 式中、Ｓ，Ｆ，Ａ及びＣは前述した意味を有す
   る、を満足する量で含有する特許請求の範囲第１項記載
   の組成物。