JP2009125712A - 凝集促進剤、凝集剤及び凝集促進剤の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】凝集フロックを巨大化させて、高速の沈降速度を得ることができ、かつフロックが崩壊することなく確実に沈降させることのできる汚濁水処理機能に非常に優れた凝集促進剤、凝集剤及び凝集促進剤の製造方法を提供する。
【解決手段】有機物を含む廃棄物を１７０〜４００℃で焼成してなることを特徴とする凝集促進剤である。凝集促進剤の比表面積を従来に比して非常に大きくすることができ、表面吸着機能を向上させることができる。無酸素雰囲気で焼成を行った場合には、有機物を炭化させることができる。このような炭化物が濁水中の電荷を調整し、凝集沈降後にも残存してしまうコロイド分を低減させるとともに、付着汚泥の焼成物がフロックの比重を高める効果がある。
【選択図】なし

Description

本発明は、凝集促進剤、凝集剤及び凝集促進剤の製造方法に関する。

従来、河川、湖沼、海域、ダム等の汚濁水の処理として、一般に汚濁水に凝結剤を添加混合した後に、高分子凝集剤を添加混合し、この処理により透明になった上澄液を放流する方法が知られている。汚濁水に凝結剤を添加混合することで、汚濁水中の懸濁物質が凝結剤に反応・吸着されて粒状のフロックが形成され、フロックをさらに凝集剤で凝集させることで固液分離を行うことができる。

従来から使用されている凝結剤としては、硫酸アルミニウム（硫酸バンド）、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、塩化アルミニウム、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄等の無機系凝結剤が挙げられる。また、凝集剤としては、ノニオン系、アニオン系、カチオン系の有機高分子凝集剤が挙げられる。

しかしながら、特に有機高分子凝集剤は単価が高く、大量に必要となる河川、湖沼等の濁水の処理に使用することは不向きであった。
また、汚泥や懸濁物質の種類や濁度等にもよるが、無機系凝結剤の単独又は二種以上の組み合わせ添加、又は高分子凝集剤との組み合わせ添加、又はこれら凝集剤添加時のアルカリ剤等によるｐＨ調整や攪拌速度等、その処理工程が単純で簡便でないのが実情であった。

さらに、このような無機系凝結剤及び高分子凝集剤を使用した場合、高分子凝集剤は懸濁物質を沈降させることはできるものの、高分子凝集剤を多く使用すると、継粉のような固まりとなり易く、ハンドリングに優れないという問題があった。

一方、無機系又は有機系を問わない汚濁排水の無機系凝集浄化処理剤として、土壌菌を含浸させたアルミナ珪酸塩を主体とする天然鉱物に対して、酸化鉄及び有機系凝集剤を配合したものからなる主成分１００重量部に対し、チオ硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウムが配合されている技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−８９０３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の無機系凝集浄化処理剤によって汚濁水を沈降させた場合、懸濁物質に対する吸着機能が十分ではなく、再び分離することがあり、凝集剤としての機能が低いものであった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、凝集フロックを巨大化させて、高速の沈降速度を得ることができ、かつフロックが崩壊することなく確実に沈降させることのできる汚濁水処理機能に非常に優れた凝集促進剤、凝集剤及び凝集促進剤の製造方法を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、凝集促進剤であって、有機物を含む廃棄物を１７０〜４００℃で焼成してなることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の凝集促進剤であって、無酸素雰囲気において焼成されたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の凝集促進剤であって、過熱水蒸気雰囲気において焼成されたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、凝集剤であって、請求項１〜３のいずれか一項に記載の凝集促進剤と、高分子凝集剤と、凝結剤とを混合してなることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の凝集剤であって、さらに分散剤または凝集核剤を混合してなることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、凝集促進剤の製造方法であって、有機物を含む廃棄物を無酸素雰囲気において１７０〜４００℃で焼成することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、凝集促進剤の製造方法であって、有機物を含む廃棄物を過熱水蒸気雰囲気において１７０〜４００℃で焼成することを特徴とする。

本発明によれば、凝集フロックを巨大化させて、高速の沈降速度を得ることができ、かつフロックが崩壊することなく確実に沈降させることができる。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の凝集剤は、凝結促進剤と、高分子凝集剤と、凝結剤と、を必須の構成とし、さらに、必要に応じて分散剤や凝集核剤を加え、混合したものである。具体的には、下記の材料を混合することにより、凝集剤を製造することができる。

〔１〕凝結促進剤
凝結促進剤は、凝集剤の５〜９５重量％を占める。
本発明においては、凝結促進剤として、有機物を含む廃棄物を低温焼成したものを用いる。ここで、有機物を含む廃棄物とは、例えば海洋性廃棄物や、植物由来の廃棄物等が挙げられる。海洋性廃棄物とは、例えば、ホタテガイ、マガキ、アコヤガイ等の廃棄貝殻や、発電所や港湾施設の取水口や排水口に付着したフジツボ、クラゲ、海藻等を除去した廃棄物等の海洋生物の遺骸、及びこれらに付着する汚泥である。また、植物由来の廃棄物とは、例えば雑草、穀物、木材片等である。

上記の有機物を含む廃棄物を、例えば１７０〜４００℃の低温で３０分間以上焼成することで、凝結促進剤を得ることができる。
海洋性廃棄物を４００℃よりも高温で焼成した場合には海洋性廃棄物に含まれる有機成分は揮発し、さらに貝殻等の骨格の表面が融けて表面が平坦化してしまうが、低温焼成した海洋性廃棄物は貝殻等の骨格における多層構造が維持されるために多孔状となり表面積が増大する。このため、濁水中の粒子や高分子凝集剤との結合面積が増大し、壊れにくいフロックを生成させることができる。また、フロック同士の間を取り持つことによりさらに大きなフロックを形成させることができる。このため、高分子凝集剤の使用量を低減することができる。

また、植物由来の廃棄物はほとんど有機成分のみからなるので、４００℃よりも高温で焼成した場合にはほぼ全て焼失してしまうが、無酸素雰囲気において低温焼成した場合には、植物由来の廃棄物中の有機物を炭化させることができる。
一方、１７０℃よりも低温で焼成した場合には有機物の炭化物を充分に得ることができない。
このような炭化物が濁水中の電荷を調整し、凝集沈降後にも残存してしまうコロイド分を低減させるとともに、付着汚泥の焼成物がフロックの比重を高める効果がある。

低温焼成は無酸素雰囲気において行うことが好ましく、不活性ガス雰囲気下で、あるいは、過熱水蒸気法により焼成を行うことが好ましい。
無酸素雰囲気で焼成を行った場合には、海洋性廃棄物に含まれる混入肉片等の有機物を炭化させることができる。

また、１７０〜４００℃の過熱水蒸気を用いて３０分間以上低温焼成を行ってもよい。過熱水蒸気により焼成を行った場合には、生成された炭化物を水蒸気が賦活化することが期待でき、活性炭化することができる。

なお、焼成温度が低いほど、有機物の揮発、焼失を少なくすることができ、３００℃以下の低温で焼成した場合には、４００℃以上の温度で焼成した場合よりも有機物の炭化物をより多く得ることができる。このため、有機物の炭化物を多く得るためには、１７０℃〜３００℃の低温で３０分間以上の焼成を行うことがより好ましい。

焼成し粉砕した粉末は、弱アルカリ性（ほぼ中性）で、様々な内容物を含むため、処理原水中の様々な濁度粒子にチャージした電荷を平衡化する働きがある。

〔２〕高分子凝集剤
高分子凝集剤は、凝集剤の１〜５重量％を占める。高分子凝集剤としては、分子量が異なる数種類の有機高分子ポリマーを同モル数混合したものを用いる。高分子凝集剤は白色の粉体であり、濁水中で粒子のもつ電荷と対になる電荷を持つことにより、電気的に粒子を吸着しフロックを生成する。

高分子凝集剤は酸性溶液中では変質してしまいほとんど効果を示さなくなるため、中性ないし弱アルカリ溶液内で使用することが好ましい。
セメントをはじめとして処理原水が高アルカリである場合は、汎用品である比較的高アニオンの有機高分子ポリマーを使用する。弱酸から弱アルカリ領域の処理原水を処理する場合には、アルカリ化剤を使用することで汎用品を用いて処理することができる。アルカリ化剤としては、例えば酸化カルシウム等を使用することができる。

なお、高分子凝集剤は水と混合されると粘着性の液体となるため、多量に用いた場合、沈降させたフロックがゲル状の高分子凝集剤をまとい、水切れが非常に悪くなるという欠点がある。本発明においては、上記の凝集促進剤を用いることで、高分子凝集剤の使用を低減することができるので、粘り気の少ない水切れのよいフロックを生成させることができる。

〔３〕凝結剤
凝結剤としては、硫酸バンドを用いる。硫酸バンドは、凝集剤の１〜１０重量％を占める。硫酸バンドは白色の粉体であり、水に溶解すると酸性を示す。硫酸バンドを濁水中に投入すると、粒子の電荷を調整し反発力をなくすことにより沈降速度を早くする効果を示す。硫酸バンドを高分子凝集剤に添加すると、高分子凝集剤の分散剤としても働き、継粉になりづらくなる。

なお、硫酸バンドには、高分子凝集剤により生成されたフロックの崩壊を早める作用があるため、過量添加には注意が必要である。従来はフロックの崩壊を防ぐために高分子凝集剤を必要量以上に投入していたが、本発明においては、上記の凝結促進剤を用いることで、フロックの崩壊を防ぎ、高分子凝集剤を最小限にすることができる。

なお、凝結剤として、ＰＡＣ等その他の金属塩も用いることができる。ＰＡＣを用いる場合は、凝集剤の０〜２０重量％に用いることができる。ＰＡＣは黄色の粉体であり、硫酸バンドよりも強い凝結作用を有するため、高分子凝集剤だけでは吸着できない細かい粒子が存在する場合に添加する。ＰＡＣには潮解性があるので、ＰＡＣを添加した薬剤は湿気を呼ぶのが早くなるため注意が必要である。また、ＰＡＣには硫酸バンドと同様に、高分子凝集剤により生成されたフロックの崩壊を早める作用があるため、過量添加には注意が必要である。

〔４〕分散剤
分散剤は、必要に応じて用いられ、凝集剤の０〜９３重量％に用いることができる。分散剤としては、例えば表面電荷が負の鉱物微粉砕物を用いることができる。

〔５〕凝集核剤
極端に濁土が低い等、処理が難しい濁水の場合には、凝集の核となる凝集核剤を添加する。凝集核剤としては、例えば紙パルプ系の微小繊維（２〜３ｍｍ程度）を使用することができる。凝集核剤を用いた場合には、低濁度の状況下で凝集核剤が架橋の核となり、ゆっくりした攪拌の中で大きなブリッジの核となりえる。

上記の材料を混合することにより製造された凝集剤を、汚濁水中に必要量添加することによって、凝集促進剤と濁水中の粒子と高分子凝結剤とが中和塩を形成し、この中和塩に懸濁分子が凝結する。そして、この凝結分子に高分子凝集剤が架橋作用を起こしてフロックを巨大化することで、凝集促進剤の多孔状表面に、フロックのブリッジが絡まってフロック同士が繋がっていき、よりフロックが強靱で大きな比重のものとなる。これによって良好な上澄みを得ることができる。

以上、本発明によれば、凝集促進剤の比表面積を従来に比して非常に大きくすることができ、表面吸着機能を向上させることができる。
また、凝集促進剤が多層構造を有していることから、強力な吸着力を有するので、攪拌した場合でもフロックが再崩壊することがなく、懸濁分子を吸着したまま水中へ沈下し、澄水として安定化する。このようにして懸濁分子を吸着して形成されたフロックは容易に回収することができる。

また、高分子凝集剤の使用量を低減し、水切れのよいフロックを生成させるため、沈殿物の脱水処理により残渣物の減量を行う際にも、脱水装置の負荷を減らし脱水効率を向上させ、処理コストを大幅に削減することができる。また、残渣物中の高分子凝集剤の含有率が著しく低いため、残渣物を土壌改良剤等へ再利用することもできる。

さらに、本発明では、凝集促進剤を、海洋性廃棄物を低温焼成することで製造しており、これらの材料は廃棄物であるため、容易に入手することができ、安価に製造することができる。

本発明の効果を確認するために、２００００ｐｐｍの無機土濁水を２００ｍｌの２本のメスシリンダー（水面高２５ｃｍ）に入れ、凝集剤を添加して完全沈降までの時間を計測した。

本発明に係る凝集剤として、凝集促進剤（低温焼成貝殻）３４ｍｇ、高分子凝集剤２ｍｇ、硫酸バンド４ｍｇの混合物をメスシリンダー内の濁水に添加した。低温焼成貝殻は３５０℃の過熱水蒸気雰囲気で３０分間の焼成を行った。
比較として、凝集促進剤を除く高分子凝集剤２ｍｇ、硫酸バンド４ｍｇの混合物をメスシリンダー内の濁水に添加した。

その結果、本発明の凝集剤を添加した場合では完全沈降までに１０秒かかったのに対し、低温焼成貝殻を除いたものを添加した場合では完全沈降までに１６秒かかった。このように、凝集促進剤を添加することにより、濁水中の粒子を急速に沈降させることができる。

Claims (7)

1. 有機物を含む廃棄物を１７０〜４００℃で焼成してなることを特徴とする凝集促進剤。
2. 無酸素雰囲気において焼成されたことを特徴とする請求項１に記載の凝集促進剤。
3. 過熱水蒸気雰囲気において焼成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の凝集促進剤。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の凝集促進剤と、高分子凝集剤と、凝結剤とを混合してなることを特徴とする凝集剤。
5. さらに分散剤または凝集核剤を混合してなることを特徴とする請求項４に記載の凝集剤。
6. 有機物を含む廃棄物を無酸素雰囲気において１７０〜４００℃で焼成することを特徴とする凝集促進剤の製造方法。
7. 有機物を含む廃棄物を過熱水蒸気雰囲気において１７０〜４００℃で焼成することを特徴とする凝集促進剤の製造方法。