JP2007038131A - 濁水凝集沈殿用攪拌棒 - Google Patents

Abstract

【課題】 災害時、飲料水確保のため、河川やため池の水を浄水処理しようとした場合、土砂などが流入して濁水になっていると、飲用水への浄水処理が不可能となることにある。
【解決手段】 濁水から透明な上澄み水を得るために、攪拌棒１の一端に、固形凝集剤２が保持されている濁水凝集沈殿用の攪拌棒であり、前記固形凝集剤１には、少なくとも凝集成分と増粘・接着成分とが含まれており、前記凝集成分が、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウムのいずれかまたはその混合物である濁水凝集沈殿用攪拌棒を提供し、当該攪拌棒にて濁水を攪拌して得られた上澄み水を用いて浄水を行う。（図中、番号３は、固形凝集剤２を保護するストレーナーである。）
【選択図】 図２

Description

本発明は、災害時などにおいて、土砂などの懸濁物を含む濁水を飲料可能な水にまで浄化するにあたって、浄水装置で処理する前処理として、当該濁水から当該懸濁物を予め凝集・沈殿させて分離するために使用する可搬型の濁水凝集沈殿用攪拌棒に関するものである。

地震などの災害時において、飲料水をどのようにして確保するかは大きな問題である。非災害地からの飲料水の搬入ができない場合や、搬入できたとしても、それまでの期間の飲料水の確保の手段として、貯水池や河川の水を浄水して利用する手段が考えられる。災害時に用いることのできる浄水装置は、常設の浄水場のものとは異なり、可搬性を有するコンパクトなものであることが必要とされる。

しかしながら、特に地震の場合は、貯水池や河川の水に、土壌の液化現象などで赤土などが流入して濁水となっている場合がある。かかる濁水を直接上記のようなコンパクトな浄水装置にて処理すると、浄水装置のフィルターの目がすぐ詰まってしまい、使用できなくなる。そこで災害時の飲料水確保のためには、まず濁水から土砂などの懸濁物を凝集・沈殿、さらに分離することで、浄水装置での処理に先立ってこれを取り除く作業が必要となる。

濁水から懸濁物を凝集・沈殿させて取り除く手段としては、土木工事などで排出される汚泥水に凝集剤を投入し、汚泥成分を固形廃棄物として取り除き、河川に放流する技術が先行している（例えば特許文献１）。
特開平８-１６８６０９号公報

しかし上記処理技術は、土木工事現場などの場所の決まった現場であって、かつ電力も常時供給可能な場所においてのみ可能な処理方法であるから、可搬性などに乏しい技術である。このため上記技術をそのまま災害時のような非常時に適用することはできない。また、上記処理技術では、汚泥などを取り除いた後の上澄み水は、河川に放流することを念頭に置いており、引き続いて飲料できる水に浄化することまでは考慮されていない。このため、上記凝集剤には、災害時に使用するようなコンパクトな浄水装置による処理に適さない成分が含まれている場合もある。

本発明では、上記課題を解決し、災害時でも効果的に、濁水から懸濁物を凝集・沈殿させて分離することで透明な上澄み水を得られるようにするために、攪拌棒の一端に、固形凝集剤が保持されている濁水凝集沈殿用の攪拌棒であり、前記固形凝集剤には、少なくとも凝集成分と増粘・接着成分とが含まれており、前記凝集成分が、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウムのいずれかまたはその混合物である濁水凝集沈殿用攪拌棒を用いることを主要な手段とする。

本発明では、濁水の凝集沈殿作用を有する固形凝集剤をその一端に保持する攪拌棒という形態を採用したので、持ち運びに便利であって、どこでも用いることができる。また本発明の攪拌棒は、人の力で攪拌を行うことで、濁水から透明な上澄み水を得るものであるから、電力供給の期待できない災害時に特に効果的である。

また本発明では、固形凝集剤の凝集成分として、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウムのいずれかまたはその混合物としたことで、濁水を処理した上澄み水を、その後浄水装置によって浄化し、飲料水として供するに際しても、浄水装置のフィルター等への負担を軽減し、かつアルミニウムイオンを除去できる浄水装置を用いることで、災害時でも安全な飲料用の水を得ることができる。

更に、本発明では、固形凝集剤に増粘・接着成分を含有させたことにより、一度の使用で固形凝集剤が全て溶出することがなく、凝集剤の溶出量を最適量にコントロールでき、繰り返しの使用が可能となる。

前記凝集剤に、更に炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化カルシウムなどのｐＨ調整剤を加えることによって、ｐＨが５．２前後の赤土が流入した濁水であっても、土粒子の表面極性を変化させて、効果的に凝集効果を発揮することができる。

更に、前記攪拌棒を、前記固形凝集剤が保持されている側の先端に、前記固形凝集剤の外側を被うスノコ状または網状のストレーナーを設けた場合には、前記攪拌棒を持ち運ぶ際や攪拌する際に誤って固形凝集剤が保持されている方の先端をぶつけた際などでも、当該固形凝集剤を保護することができる。

更に、前記攪拌棒を伸縮可能ものとし、かつ完全に伸張させた状態での当該伸縮の固定が可能であるものとした場合は、必要時以外は前記攪拌棒を短くして保管しておくことができるので、災害時の持ち出し袋などへの収納も可能となり、可搬性がさらに向上する。

以下、本発明の濁水凝集沈殿用攪拌棒について、図を用いて更に詳しく説明する。図１は本発明の濁水凝集沈殿用攪拌棒の一様態を示した斜視図であり、図２は、図１の様態における濁水凝集沈殿用攪拌棒の分解図である。

（攪拌棒）
本発明の攪拌棒１は、濁水中の懸濁物を凝集・沈殿させて分離するための濁水凝集沈殿用攪拌棒である。この目的のため攪拌棒１の一端には固形凝集剤２が保持されている。攪拌棒１の形状、長さ、太さなどは、使用条件により適宜選択でき、攪拌がしやすいものであれば特に制限は無いが、例えば、ドラム缶に濁水を入れて攪拌する場合を考えると、直径３〜５ｃｍ、長さ５０〜１００ｃｍの円柱形状の攪拌棒などが攪拌しやすく好ましい。

本発明の攪拌棒１は、図３に示したとおり、伸縮可能なものとして使用しないときは攪拌棒１を短くして、コンパクトに収納できるようにすることもできる（図３（Ａ））。一方、使用時には、伸張させた状態で使用することもできる（図３（Ｂ））。ただし伸張させたときは、攪拌時に短くなってしまわないように、完全に伸張させた状態では、当該伸縮が固定されることが必要とされる。

攪拌棒１は、濁水中で使用するため、耐腐食性の材料で構成すべきである。具体的には
ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレンなどポリオレフィン系の樹脂、ナイロン、エポキシなどの樹脂やアルミニウムやステンレスなどの金属を挙げることができる。

前記固形凝集剤２を攪拌棒１に固定し、保持する方法としては特別な方法は必要なく、例えば攪拌棒１の一端に固形凝集剤２が容易に外れないように突起部分を設け、この突起部分に固形凝集剤２に水を加えて粘土状にしたものを巻きつけ、乾燥、固化させて保持する方法や、固形凝集剤２が、攪拌棒１の端に嵌入できるような相補形状とする方法などであってもよい。

（ストレーナー）
しかし、上記のような簡単な方法での保持は、攪拌棒１を移動させる際や攪拌の際などに固形凝集剤２の保持端に不用意な衝撃を与えた場合、固形凝集剤２が外れてしまうおそれがある。また固形凝集剤２は、繰り返しの使用で小さくなるため、徐々に外れやすくなるものである。そこで、固形凝集剤２の保持のため、攪拌棒１には、固形凝集剤２が保持されている側の端に、前記固形凝集剤２の外側を被うスノコ状または網状のストレーナー３を設けることができる。ストレーナー３の材質は、攪拌棒本体の材質と同じく、耐腐食性を有するものであれば特に制限無く使用できる。

（固形凝集剤）
前記攪拌棒１に取り付ける凝集剤２は、固形の凝集剤（固形凝集材）とする。液体の凝集剤も存在するが、災害時に用いることを考慮すると取り扱いやすさに難点がある。本発明に用いる固形凝集剤２には、少なくとも、凝集成分と増粘・接着成分とが含まれている。この他、ｐＨ調整成分など他の成分が含まれていてもよい。

（凝集成分）
土木現場などで用いられる凝集剤の凝集成分には、一般にシリカ系、アルミニウム系、鉄系及び有機系のものが知られているが、本発明ではアルミニウム系のものを選択する。本発明の攪拌棒１で懸濁物が取り除かれた上澄み水は、その後飲料水とするため浄水装置で処理されることになる。このことを考慮すれば、鉄系の凝集成分は、浄水装置のフィルター目詰まりの要因となり、シリカ系及び有機系の凝集成分は、コンパクトな浄水装置では、これらの残留成分を取り除くのが困難であり、飲用に適する水とすることができないからである。

アルミニウム系の凝集成分としては、具体的には硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウムを挙げることができる。これらは、単独で用いることもできるし、混合物として用いることもできる。

（増粘・接着成分）
増粘・接着成分は、本発明が災害時の濁水凝集沈殿用攪拌棒１としたため必要とされる成分である。増粘・接着成分が存在しない凝集剤は、濁水の凝集効果は認められるものの、すぐ全量が溶解してしまう。このため、大規模な濁水処理施設において、当該処理施設に一気に凝集剤を投入し、一度で全量使用しきるような使用方法の場合には問題がない。しかし災害時に一回で少量の濁水処理終了後、また別の少量の濁水を処理するなど繰り返し使用したい場合には適切ではない。本発明では、このような災害時に使用することを考えているため、固体凝集剤に増粘・接着成分を含有させて、繰り返しの使用を可能にしたものである。

増粘・接着成分としては、増粘性があり、水に溶かした際にバインダーとなって前記個々の凝集成分の粒子を接着することができ、かつ食品添加物として認められるような安全なものであれば使用することが可能である。具体的にはアルギン酸ナトリウム、アルギン酸、ＣＭＣ−Ｎａ（カルボキシメチルセルロースナトリウム）、デンプングリコール酸ナトリウム、デンプンリン酸エステルナトリウム、ブドウ糖多糖類、カードラン、デキストラン、ペクチン酸ナトリウム、キトサンなどの多糖類を挙げることができる。また適度な繰り返し使用が可能となり、かつ凝集性能を確保するためには、増粘・接着成分の配合割合は、固形凝集剤２全体に対して５〜３０重量％であることが好ましい。

（ｐＨ調整成分）
本発明は、地震などの災害時に使用されるものであり、かかる事態においては土砂災害などによって赤土が河川などに流入し、これを効果的に分離することが必要とされることが多い。硫酸アルミニウムやポリ塩化アルミニウムを凝集成分とする凝集剤の場合、効果的に凝集が進むのはｐＨが６．５〜７．５程度である。しかし、赤土が流入した場合に濁水のｐＨは約５．２である。そこで濁水のｐＨを６．５〜７．５に調整するため、本発明においては固形凝集剤２に、塩基性塩のｐＨ調整成分を含有させることが好ましい。具体的には、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、水酸化ナトリム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなどである。これら化合物は一種類で用いてもよいし、複数の化合物で用いても良い。ｐＨ調整剤は、固形凝集剤２に対して、０．５〜３重量％とすることが好ましい。あまり少なすぎても逆に多すぎても、濁水中の懸濁物を凝集に好ましいｐＨに調整することができなくなるからである。

（固体凝集剤の製造方法）
本発明に使用する固体凝集剤２は、上記の凝集成分、増粘・接着成分、またｐＨ調整成分など必要な成分の混合物に少量の水を含ませて粘土状にして、当該粘土状混合物を押出成形など公知の方法で混練および成形を行い、温風または自然乾燥にて含有する水分を蒸発させることによって製造することができる。

（使用方法）
本発明の濁水凝集沈殿用攪拌棒１の使用方法の例を図４に模式的に示した。まずドラム缶など適当な容器５の中に、濁水４を入れる。この中に攪拌棒１の固体凝集剤２が保持されている側の先端を濁水４の中に浸し、図４のように攪拌棒１で濁水を攪拌する。適当な攪拌の回数や時間は、処理する濁水の量や懸濁物の量によっても異なるが、実施例の結果からは、５Ｌの濁水に対し、約２０ｇの固体凝集剤２を浸して、１０秒間２０回転程度攪拌した場合、良好な効果が認められたので、この結果から水の量を考慮して計算すれば、およその攪拌時間・回数の目安を知ることができる。その後攪拌棒１を当該濁水４中から抜き取り、しばらく静置させると、濁水中の懸濁物が凝集・沈殿し、上澄み水と分離された状態となる。静置時間は、使用状況にもよるが、通常５〜１０分間で効果が現れる。

（飲料水への処理方法）
本発明の濁水凝集沈殿用攪拌棒１で処理された上澄み水は、その後に浄水装置による処理を受ける（図示せず）。当該上澄み水は、上記処理でアルミニウムイオンを含んでいる。このため、当該上澄み液を用いて飲料水にまで浄化するために用いる浄水装置は、アルミニウムイオンを除去できるものであることが必要とされる。具体的には陽イオン交換樹脂を用いた浄水装置や逆浸透膜を用いた浄水装置を挙げることができる。また災害時に使用できるものであることが好ましいので、コンパクトに持ち運びができるものであって、電源が不要タイプのものであるか若しくは電池などで作動できる省電力タイプのものが好ましい。かかる浄水装置で処理された水は、災害時でも安全に飲むことができる飲料水として供することができる。

（製造）
凝集成分として硫酸アルミニウム３１〜３６％を有する凝集剤である「ソリッドエースＮＣＣ」（日本ソリッド（株）製）１００ｇを粉砕し、粉末状にした。これに純水３５ｍＬ加え、手で混練し、粘土状にした。更に炭酸ナトリウム１ｇとアルギン酸ナトリウム１０ｇを加え、再び混練した。これを手で直径２０ｍｍ長さ８０ｍｍの円柱状に成形し、自然乾燥させて本発明に用いる固体凝集剤を得た。

上記で得られた固体凝集剤を、一方の端に取り付け部位を有する長さ約６００ｍｍ、直径約２０ｍｍの円柱状の攪拌棒の当該取り付け部位に取り付け、さらにスノコ状のストレーナーを当該固体凝集剤の外側から被せるように攪拌棒に取り付け、本発明の濁水凝集沈殿用攪拌棒を得た。

（評価１）
５Ｌのビーカーに水道水４Ｌ（水温２８℃）を入れた。上記で得られた本発明の攪拌棒の固体凝集剤部分をこの水の中に入れ、右旋回２回、左旋回２回を１セットとして、一分間３０セットの速さで攪拌した。飽和濃度に近づくと固体凝集剤が溶出しにくくなるので、攪拌中、５分間おきに水道水を入れ替え、同じ条件で攪拌を続け、固体凝集剤の減少を観察した。なお、評価１で使用した凝集剤の乾燥質量は２２．４ｇであったが、１３５０セット（通算浸水時間４５分）終了した時点で、凝集剤はまだ攪拌棒の先端に残っており、水分を含む固体凝集剤の重量は２２．５ｇであった。さらに２１００セット（通算浸水時間７０分）行ったが、固体凝集剤はまだ攪拌棒の先端に残っており、水分を含む固体凝集剤の重量は２１．７ｇであった。

比較として、前記固体凝集剤を「ソリッドエースＮＣＣ」２３．２ｇに代えて、同様に攪拌棒に取り付け、同様の条件で実験を行ったところ、１３５０セット（通算浸水時間４５分）の時点で完全に「ソリッドエースＮＣＣ」は攪拌棒の先端から溶解し、消失した。

（評価２）
１０Ｌのビーカーに水５Ｌと赤土５０ｇを入れてかき混ぜ、赤土を懸濁物とする濁水のサンプルを作った。この中に上記で得られた本発明の攪拌棒（固形凝集剤２０ｇ）の固形凝集部分を浸し、１０秒間２０回転攪拌し、５分間静置したところ、赤土成分は泥土になってそのほとんどが沈殿した。さらに２５分間（計３０分間）静置させたところ、水と泥土成分ははっきりと分離し、上澄み水はほぼ透明であった。このときの水のｐＨは６．８であった。

比較として固体凝集剤を「ソリッドエースＮＣＣ」２０ｇに変更して同様の実験を行ったところ、５分間静置した後でも凝集・沈殿効果は観測されなかった。さらに２５分間（計３０分間）静置させたところ、懸濁物である赤土は、比重が重いと思われる一部の成分のみが沈殿した状態で止まり、水の透明度はほとんどかわらず、濁水のままであった。このときの水のｐＨは５．３であった。

本発明の濁水凝集沈殿用攪拌棒は、濁水から飲料水を確保する前処理として当該濁水から懸濁物を凝集、除去し、透明な上澄み水を得るために使用する攪拌棒として、災害時などに特に効果的に使用でき、産業上利用できるものである。

本発明の濁水凝集沈殿用攪拌棒の一様態を示した斜視図である。 本発明の濁水凝集沈殿用攪拌棒の分解図である。 本発明の濁水凝集沈殿用攪拌棒の（Ａ）短縮時及び（Ｂ）伸張時を示す斜視図である。 本発明の濁水凝集沈殿用攪拌棒を使用する方法を模式的に示した図である。

符号の説明

１ 攪拌棒
２ 固形凝集剤
３ ストレーナー
４ 濁水
５ 容器

Claims (6)

1. 攪拌棒の一端に、固形凝集剤が保持されている濁水凝集沈殿用の攪拌棒であり、
   前記固形凝集剤には、少なくとも、凝集成分と増粘・接着成分とが含まれており、
   前記凝集成分が、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウムのいずれかまたはその混合物である濁水凝集沈殿用攪拌棒。
2. 前記固形凝集剤が、前記凝集成分及び前記増粘・接着成分に加え、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化カルシウムからなる群から選ばれる１または２以上の化合物からなるｐＨ調整成分を含んでいる請求項１記載の濁水凝集沈殿用攪拌棒。
3. 前記増粘・接着成分が、多糖類である請求項１または２記載の濁水凝集沈殿用攪拌棒。
4. 前記攪拌棒は、前記固形凝集剤が保持されている側の端に、前記固形凝集剤の外側を被うスノコ状または網状のストレーナーを有するものである請求項１〜３のいずれかの項に記載された濁水凝集沈殿用攪拌棒。
5. 前記攪拌棒が伸縮可能であり、かつ完全に伸張させた状態での当該伸縮の固定が可能である請求項１〜４のいずれかの項に記載された濁水凝集沈殿用攪拌棒。
6. 請求項１〜５のいずれかの項に記載された濁水凝集沈殿用攪拌棒の固形凝集剤が保持されている側の先端を濁水の中に浸して当該攪拌棒で当該濁水を攪拌した後、静置することで、当該濁水中の懸濁物を凝集・沈殿させ、当該懸濁物と上澄み水を分離する工程と、
   前記工程で得られた当該上澄み水を、アルミニウムイオンを除去可能な浄水装置にて処理することで、飲料用の水を得る工程とを少なくとも備えた濁水の処理方法。
   
   

Images