JP2002136978A - 浮遊懸濁物質の凝集沈降処理法 - Google Patents

浮遊懸濁物質の凝集沈降処理法

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JP2002136978A
JP2002136978A JP2000336942A JP2000336942A JP2002136978A JP 2002136978 A JP2002136978 A JP 2002136978A JP 2000336942 A JP2000336942 A JP 2000336942A JP 2000336942 A JP2000336942 A JP 2000336942A JP 2002136978 A JP2002136978 A JP 2002136978A
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Junichiro Katsumata
純一郎 勝間田
Hisakatsu Yamazaki
久勝 山崎
Hideharu Saito
秀晴 斎藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 湖沼の浮遊懸濁物質を安価で安全な方法で沈
降処理する。 【解決手段】 摩砕処理を行った火山灰土壌及び/また
は浮石風化物を浮遊懸濁物質の凝集本体として水中に浮
遊する懸濁物質を凝集沈降させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は浮遊懸濁物質の凝集
沈降処理法に係り、特に濁水、湖沼および貯水池などか
ら直径が10μ(10-3cm)以下の微細な土粒子を除去するの
に、また、湖沼、貯水池及び池などに発生した藻類(ア
オコ等)を除去するのに、摩砕処理等の浮遊懸濁物質の
凝集能増強処理を施した火山灰土壌及び/または浮石風
化物あるいはこれらの粘土を用いて沈降処理する方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】ダム湖や貯水池で濁水長期化の問題を生
じさせている原因物質は、直径が10μ(10-3cm)以下の微
細な土粒子である。これらの土粒子は、降雨に伴い河川
を経由してダム湖や貯水池に流れ込むが、コロイド溶液
の性質を有しているために、表面にマイナス電荷を有
し、これが互いに反発し合い、粒子と粒子が結合するこ
とができず、凝集作用が起こらないため、沈降速度が遅
くなる。その結果、長期間水中を浮遊した状態で留まる
ことになる。土粒子の場合、その表面荷電の強さは、ゼ
ータ電位で-20〜-30mV程度の範囲に分布している。ま
た、湖沼、貯水池及び池などに発生した藻類もカルボキ
シル基やアミノ基のイオン化によって表面電荷が発生し
ているため、土粒子同様に凝集作用が起こらない。これ
らの浮遊懸濁物質が原因の問題を解消するためには、系
内に流入あるいは発生した浮遊懸濁物質の沈降を促進す
ること、さらに系外への除去が必要である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した浮
遊懸濁物質を除去するのに、無機凝集剤を添加して各粒
子を凝集させ沈降速度を大きくして、浮遊懸濁物を沈降
させ固液分離する凝集沈降処理する方法などが知られて
いる。従来、これらの無機凝集剤には、硫酸アルミニウ
ムやポリ塩化アルミニウム等が用いられていたが、直径
が数μm以下の浮遊懸濁物質を処理対象とした場合、処
理対象濁質が微細であることに加え、対象濁質に付着す
るアルミニウムイオンが十分に小さいために、小さなフ
ロックしか生成せず、生成フロックの沈降、ろ過が難し
いという問題がある。
【0004】これに対して、摩砕処理したアロフェンお
よびイモゴライトは、アルミニウムイオンよりもその径
が大きいために、生成フロックも大きくなるため、凝集
沈降が期待できる。すなわち、極微細アルミノシリケー
ト鉱物であるアロフェンおよびイモゴライトは、極めて
大きな比表面積を有しているために表面活性が高いとい
う利点を有する。
【0005】また、その構造は中空構造であると推定さ
れており、また、これらの極微細アルミノシリケート鉱
物にはOH-基とOH2+基とが存在するため、ホモジナ
イズし、水溶液中に分散させた場合、その鉱物表面は部
分的にプラスとマイナスにそれぞれ帯電した部分が存在
することになる。したがって、アロフェンおよびイモゴ
ライトを用いて凝集沈降処理を行う場合にも、表面電荷
の中和を図るために、均一かつ時間をかけて浮遊懸濁物
質と接触させる必要があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで、上記目的を達成
するために、本発明は摩砕処理を行った火山灰土壌及び
/または浮石風化物を浮遊懸濁物質の凝集本体として水
中に浮遊する懸濁物質を凝集沈降させるようにしたこと
を特徴とする。このように、火山灰土壌及び/または浮
石風化物に摩砕処理を施して、その表面積をさらに大き
くさせ、かつ帯電部位を多く出現させることで浮遊懸濁
物質との接触をきわめて促進することが可能となった。
【0007】このとき、前記火山灰土壌及び/または浮
石風化物は、粘土化した状態で用いることが好ましい。
【0008】また、上述の火山灰土壌及び/または浮石
風化物あるいは粘土を混入して調整された資材を、水中
に散布して前記浮遊懸濁物質の凝集沈降処理を行うよう
にすることが好ましい。
【0009】この火山灰土壌および風化浮石の浮遊懸濁
物質の凝集沈降に関与している本体は、これらの粘土分
画の構成成分(粘土鉱物)である極微細アルミノシリケ
ート鉱物であるアロフェンおよびイモゴライトである。
【0010】これらのアロフェンやイモゴライトなどの
極微細アルミノシリケート鉱物にはOH-基とOH2+
とが存在するため、水溶液中に分散させた場合、その鉱
物表面は部分的にプラスとマイナスにそれぞれ帯電した
部分が存在する。これらの表面電荷の強さは、溶液のp
Hに影響される。そのため、低pH酸性側ではプラスに
帯電した部分が多くなり、高pH側ではマイナスに帯電
した部分が多くなるが、これらの鉱物表面にはpH緩衝
能力が存在するために、プラスあるいはマイナスの帯電
部位を失うことはない。
【0011】アロフェンやイモゴライトにより浮遊懸濁
物質を凝集させる原理は、次のようである。土粒子の場
合、その表面荷電の強さは、ゼータ電位で-20〜-30mV程
度の範囲に分布しているが、荷電中和を行い、懸濁粒子
群のゼータ電位が大略±10mVの範囲に入る程度にする
と、粒子間引力が表面電荷の反発力を上回り、粒子は互
いに結合する。そして、吸着力が強い場合は粒子の結合
が進み、大きなフロック(10-2〜10-1cm)を生成し、沈
降が促進される。そのため、正のゼータ電位をもつアロ
フェンやイモゴライトを添加して、負に帯電している懸
濁粒子の表面電荷を中和すれば、沈降を促進できること
になる。また、藻類の場合、Rが個体側を表していると
すると、
【0012】[数1]
【0013】の状態で存在しているため、アロフェンや
イモゴライトを添加することで表面荷電を中和すること
が可能である。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の詳細を以下の実施例に基
づいて説明する。
【実施例1】濁水長期化が問題となっているダム湖水を
用いて、アロフェンおよびイモゴライトの濁水に対する
沈降効果およびゼータ電位低下の効果を確認するため
に、沈降試験(ジャーテストおよびシリンダテスト)を
実施した。試験に供したダム湖水の濁水長期化の原因物
質は、モンモリロナイトであることがわかっており、こ
れはpHに係わらず常に負のゼータ電位を有している。
これらの性状の確認のために以下の実験を行った。
【0015】[1]ジャーテスト (実験手順)1,000mlのビーカーにpHを4,5,6,7,8の5段
階に調整したダム湖水の懸濁液を5種類を調整する。次
に、これら5種類の試料水に対して、栃木県鹿沼市産の
アロフェンを主成分とする鹿沼土および同市に分布する
赤城鹿沼テフラより採取した鹿沼土粒子の境界を充填す
るゼリー状のイモゴライトのそれぞれを摩砕処理したも
のを添加する。添加量は、両素材ともに、0.01,0.05,
0.1,0.3,0.5(w/V%)の5種類とする。その後、水温1
0℃および20℃の2条件で急速攪拌(140rpm程度)を
15分行う。攪拌後、4時間静置し、上澄水について水温
・pH・濁度を分析する。なお、本実験は、対照としての
ダム湖水についても行う。
【0016】(実験結果)(図1〜図6、表−1参照)
【0017】[表1]
【0018】(1)鹿沼土添加の場合、pH4における添加量
0.1%以上、pH5およびpH6における添加量0.3%以上、なら
びにpH7、8における添加量0.5%においてジャーテスト攪
拌、4時間静置後における上澄み水濁度が対照より小さ
くなった。よって、この条件下において鹿沼土添加によ
る濁質沈降効果があると認められた。なお、表−1に対
照の基準値を示している。 (2)イモゴライト添加の場合、pH4における添加量0.01%
以上、pH5及びpH6における添加量0.05%以上、ならびにp
H7,8における添加量0.1%以上において、ジャーテスト攪
拌4時間静置後における上澄み水濁度が対照より小さく
なった。よって、この条件下においてイモゴライト添加
による濁質沈降効果が認められた。 (3)添加量が多くなるほど沈降時間が短くなる。またpH
の増加による影響は鹿沼土に比べ小さく、水温の影響を
ほとんど受けないことが認められた。
【0019】ジャーテストの結果の内、素材それぞれで
pH=7の条件で最も良好な結果の得られた添加量につき、
シリンダテストを行った。 [2]シリンダテスト (実験手順)前述したジャーテストの手順により懸濁液
を作成する。次に、2,000mlのメスシリンダーに懸濁液
を入れ、数回転倒攪拌した後水温10℃の条件で静置し、
その後、時間経過に伴う沈降容積を読みとり、時間に対
してプロットして、等速沈降のところで沈降速度を求め
る(表−2備考参照)。その後、上澄水について濁度及
びゼータ電位を分析する。なお、本実験は、対照として
のダム湖水についても行う。
【0020】(実験結果)
【0021】[表2]
【0022】(1)鹿沼土添加の場合、添加量0.5%の条件
で初期のゼータ電位-20.7mvが24時間経過後-14.8mvへの
低下が認められた。沈降速度は、対照の約2.3倍であっ
た。 (2)イモゴライト添加の場合、添加量0.3%の条件で初期
のゼータ電位-20.7mvが24時間経過後-8.0mvへの低下が
認められた。沈降速度は、対照の1.5〜1.8倍であった。 (3)沈降効果はイモゴライト投入濃度を高くするにつれ
て大きくなる。またイモゴライトを添加した場合は、鹿
沼土に比べて凝集沈降効果の発現が早い。
【0023】
【実施例2】アオコの発生が問題となっている手賀沼よ
り採水し、アロフェンおよびイモゴライトの藻類除去に
対する凝集沈降効果を確認するために、ジャーテストを
実施した。 [1]ジャーテスト (実験手順)1,000mlのビーカーに手賀沼水をpH無調
整(試験時pH7.5)で入れ、これに、栃木県鹿沼市に
分布する赤城鹿沼テフラより採取したその境界がゼリー
状のイモゴライトで充填されている鹿沼土粒子およびそ
こから分離したゼリー状のイモゴライトのそれぞれを摩
砕処理したものを添加する。添加量は、両素材ともに、
0.1,0.3,0.5(w/V%)の3種類とする。その後、水温2
0℃の条件で急速攪拌(120rpm程度)を2分、緩速撹拌
(30rpm程度)を3分行う。攪拌後静置し、上澄水につ
いて水温・pH・濁度・クロロフィルaを分析する。な
お、本実験は、対照としての手賀沼水についても行う。
【0024】(実験結果)(表−3参照) (1)境界がゼリー状のイモゴライトで充填されている鹿
沼土粒子添加の場合、0.5%添加の条件で対照に比して、
濁度は15度に対して5度、クロロフィルaは220μg/lに
対して55μg/lであり、凝集沈降効果が確認された。 (2)イモゴライト添加の場合、0.5%添加の条件で対照に
比して、濁度は15度に対して7度、クロロフィルaは22
0μg/lに対して87μg/lであり、凝集沈降効果が確認さ
れた。 (3)どちらの素材を添加した場合も固液分離に要する時
間は5分であり、また、添加によるpHの変動はなかっ
た。
【0025】[表3]
【0026】
【実施例3】摩砕処理の効果を確認するために、栃木県
鹿沼市に分布する赤城鹿沼テフラより採取したその境界
がゼリー状のイモゴライトで充填されている鹿沼土粒子
から分離したゼリー状のイモゴライトを用いて、処理し
たものとしないものとで実施例2と同様の試験を実施し
た。その結果、摩砕処理した方がしないものに比べて、
クロロフィルaの除去率が2.5ないし3倍増加することが
確認され、摩砕処理が浮遊懸濁物質凝集能の増強に関し
て効果の高い処理法であることが分かった(表−4参
照)。
【0027】[表4]
【0028】このような処理は簡単であるにもかかわら
ず浮遊懸濁物質凝集能を著しく高めることができるの
で、より少量の火山灰土壌および風化浮石あるいはこれ
らの粘土を使うことによって、より能率的に凝集沈降を
行わせることが可能である。
【0029】本発明の趣旨は、以上に述べた実施例に限
定されるものではないことはいうまでもない。
【0030】本発明は、摩砕処理を施して浮遊懸濁物質
凝集能を高めた火山灰土壌および風化浮石あるいはこれ
らの粘土を、実際の浮遊懸濁物質の凝集材として既存の
凝集剤の替わりに使用することができ、その際、湖沼や
貯水池あるいは池に散布投入し撹拌することができる。
【0031】また、既存凝集剤の代替品として使用した
場合、発生するスラッジは無害であるため、火山灰土壌
および風化浮石あるいはこれらの粘土が有する陽イオン
交換能を活用した重金属吸着材として、環境浄化用資材
としての再利用できる。
【0032】
【発明の効果】摩砕処理を施して浮遊懸濁物質凝集能を
高めた火山灰土壌および風化浮石あるいはこれらの粘土
を、実際の浮遊懸濁物質の凝集材として使用すること
で、湖沼の浮遊懸濁物質を凝集させて有効に処理できる
という効果を奏する。
【0033】また、直接湖沼や貯水池あるいは池に散布
投入した場合は、系内で沈降し、その結果底泥を覆うこ
とになるため、富栄養化の原因物質であるりん吸着剤と
しての効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1におけるジャーテストの結果
図(0.01%添加)。
【図2】本発明の実施例1におけるジャーテストの結果
図(0.05%添加)。
【図3】本発明の実施例1におけるジャーテストの結果
図(0.1%添加)。
【図4】本発明の実施例1におけるジャーテストの結果
図(0.3%添加)。
【図5】本発明の実施例1におけるジャーテストの結果
図(0.5%添加)。
【図6】本発明の実施例1におけるシリンダーテストの
結果図(時間経過図)。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】摩砕処理を行った火山灰土壌及び/または
    浮石風化物を浮遊懸濁物質の凝集本体として水中に浮遊
    する懸濁物質を凝集沈降させるようにしたことを特徴と
    する浮遊懸濁物質の凝集沈降処理法。
  2. 【請求項2】前記火山灰土壌及び/または浮石風化物
    は、粘土化した状態で用いられることを特徴とする請求
    項1記載の浮遊懸濁物質の凝集沈降処理法。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2に記載の風化物あ
    るいは粘土は、アロフェンおよびイモゴライトであるこ
    とを特徴とする浮遊懸濁物質の凝集沈降処理法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008012487A (ja) * 2006-07-07 2008-01-24 Astec:Kk 凝集剤及びその製造方法
KR100951687B1 (ko) 2007-11-13 2010-04-07 가부시끼가이샤 아스텍 응집제 및 그 제조방법

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