JP2011230006A - Method of flocculating dispersed fine particle in liquid - Google Patents
Method of flocculating dispersed fine particle in liquid Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011230006A JP2011230006A JP2010099612A JP2010099612A JP2011230006A JP 2011230006 A JP2011230006 A JP 2011230006A JP 2010099612 A JP2010099612 A JP 2010099612A JP 2010099612 A JP2010099612 A JP 2010099612A JP 2011230006 A JP2011230006 A JP 2011230006A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fine particles
- liquid
- treated
- electric field
- present
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
Description
本発明は、流体中の微粒子凝集技術に係り、特に超低電場を流体に印加することにより微粒子の沈降速度を増大し、簡易な設備で微粒子を分離・回収する方法に関する。 The present invention relates to a technique for agglomerating fine particles in a fluid, and more particularly to a method for separating and collecting fine particles with simple equipment by increasing the sedimentation rate of fine particles by applying an ultra-low electric field to the fluid.
工業廃水や生活排水に対する環境浄化や、インク、化粧品、医薬品等の生産工程において水中に分散した微粒子を均一化・分離・精製する技術が求められている。このような被処理水中の微細な粒子を除去する方法として汎用されている技術の一つに、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、ポリ硫酸第二鉄などの無機系凝集剤や、ポリアクリルアミド、ポリジメチルアミノエチルメタアクリレートなどの有機系凝集剤を添加して、凝集除去する方法がある。この処理は、水中に浮遊する粒子がその表面に電荷を帯びていることによって互いに反発しあい、長時間沈降しないことに対して、帯電する凝集剤を投入することによって、電荷を中和し、粒子同士の分子間引力を作用させて集合体を形成させ、これがさらに大きな集合体(フロック)を作ることで沈降速度を加速し、濾別等の操作を容易にするものである。 There is a need for technology for homogenizing, separating, and refining fine particles dispersed in water in the production process of industrial wastewater and domestic wastewater, and in the production process of ink, cosmetics, pharmaceuticals, and the like. One of the widely used techniques for removing such fine particles in the water to be treated includes inorganic flocculants such as polyaluminum chloride, aluminum sulfate, polyferric sulfate, polyacrylamide, polydimethyl There is a method in which an organic flocculant such as aminoethyl methacrylate is added to remove the flocculence. In this treatment, particles suspended in water repel each other due to their electric charge on the surface, and they do not settle for a long time. An intermolecular attractive force acts between each other to form an aggregate, which creates a larger aggregate (floc), thereby accelerating the sedimentation speed and facilitating operations such as filtration.
凝集剤を使用する技術としては、例えば、浮遊物質濃度が10Kg/m3以下の汚濁水の処理工法においてアニオン性あるいはノニオン性の有機高分子凝集剤を添加してフロックを形成させ布地層を通過させて処理する方法(特許文献1)、汚泥に水溶性有機高分子化合物を混合し、次いで水溶性有機高分子化合物を不溶化させる不溶化剤と高分子凝集剤の混合物で処理することにより汚泥中の固形分を大きく強固で疎水性が高いフロックに取り込む方法(特許文献2)、イオン交換樹脂の表面に顆粒状結合構造を有するものを吸着剤として使用する方法(特許文献3)などがある。これらは、分散状態であった微粒子をそのまま分離するよりも塊にした後に除去することで、ろ過効率などを向上することができるが、場合によっては凝集剤を大量に必要とするためコスト面で、また、沈降させたフロックは除去対象の微粒子だけでなく凝集剤との集合体となるので分離後の処理量が嵩張るなどの操作面で課題が残りうる。 As a technique using a flocculant, for example, an anionic or nonionic organic polymer flocculant is added in a treatment method for polluted water having a suspended solid concentration of 10 kg / m 3 or less to form a floc and pass through a fabric layer. In which the water-soluble organic polymer compound is mixed with the sludge and then treated with a mixture of an insolubilizer and a polymer flocculant that insolubilizes the water-soluble organic polymer compound. There are a method (Patent Document 2) for taking a solid content into a large, strong and highly hydrophobic floc (Patent Document 2), a method using an ion-exchange resin surface having a granular bond structure as an adsorbent (Patent Document 3), and the like. These can improve the filtration efficiency by removing the fine particles that were in a dispersed state after separating them as a lump rather than separating them as they are, but in some cases they require a large amount of flocculant, so in terms of cost Moreover, since the settled floc becomes an aggregate with not only the fine particles to be removed but also the aggregating agent, there may remain a problem in terms of operation such as a large processing amount after separation.
前記のような凝集剤を使用しない例としては、塩基性硫酸マグネシウムと水酸化マグネシウムとの結晶状繊維を集合して構成された吸着剤を使用するもの(特許文献4)、シリコンウエハの研磨・切削排水等の微粒子を含む排水処理として、多段階で限外ろ過膜または精密ろ過膜により微粒子の高濃縮を行うもの(特許文献5)、シリコンインゴットの加工により排出されるシリコン微粒子を含む排水を中空糸型のろ過手段と、遠心分離手段により処理するもの(特許文献6)などがある。いずれも凝集剤の添加を必要としないので、操作が簡略であるが、ろ過膜の目詰まりなどメンテナンスの面での課題がある。 Examples of not using such a flocculant include those using an adsorbent composed of crystalline fibers of basic magnesium sulfate and magnesium hydroxide (Patent Document 4), As wastewater treatment including fine particles such as cutting wastewater, wastewater containing silicon fine particles discharged by processing a silicon ingot is one that performs high concentration of fine particles by ultrafiltration membranes or microfiltration membranes in multiple stages (Patent Document 5). There are a hollow fiber type filtration means and a centrifugal separation means (Patent Document 6). None of them requires the addition of a flocculant, so the operation is simple, but there are problems in terms of maintenance such as clogging of the filtration membrane.
その他、化粧品や塗料の原料となる有機シリコーン微粒子の粒径を均一化する方法として高分子メンブランフィルターで分別処理する方法(特許文献7)、液晶ディスプレー用スペーサーやバックライトの光拡散剤として有用な粒径の制御された単分散に近い球状の樹脂微粒子を提供するに際して、製造工程において樹脂溶融物または溶液を液体ジェットヘッドから制御された大きさで液体または気体の不溶性媒体中に吐出させる方法(特許文献8)などがある。これらは廃液処理のように単に微粒子を除去すれば良いわけではないので、微粒子の粒径を均一化するために細心の注意を払う必要がある。 In addition, as a method for uniformizing the particle size of organic silicone fine particles used as a raw material for cosmetics and paints, a method of fractionating with a polymer membrane filter (Patent Document 7), useful as a light diffusing agent for liquid crystal display spacers and backlights. A method of discharging a resin melt or solution from a liquid jet head into a liquid or gas insoluble medium in a controlled size in the production process in providing spherical resin particles close to monodisperse with controlled particle size ( Patent Document 8). Since it is not necessary to simply remove the fine particles as in the case of waste liquid treatment, it is necessary to pay close attention to uniformize the particle size of the fine particles.
このように、水性媒体中に分散している微粒子を、分離したり、凝集させたり、或いは粒径の均一なものを選択しようとする場合に、コストを低減し、操作法の簡略な、そして特別な設備などを必要としない技術が求められているのである。 Thus, when the fine particles dispersed in the aqueous medium are separated, aggregated, or selected to have a uniform particle size, the cost is reduced, the operation method is simple, and There is a need for technology that does not require special equipment.
本発明の目的は、特別な添加物などを必要とせず、また複雑な構成にすることなく、低コストで実現可能な微粒子の分離・回収技術を提供することであり、特に環境への負担が少なく、様々な場面に共通に使用することのできる微粒子凝集技術を提案することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a technology for separating and collecting fine particles that can be realized at low cost without requiring a special additive or the like and without having a complicated configuration. The purpose is to propose a fine particle agglomeration technique that can be commonly used in various situations.
前記課題を解決し、所期の目的を達成するために鋭意検討を行った結果、水中に分散した微粒子はその表面に電気二重層を形成し、粒子間の静電的反発力によって均一な分散状態を維持しやすい点に着目し、この状態を崩せば良いことを見いだした。 As a result of diligent studies to solve the above-mentioned problems and achieve the intended purpose, the fine particles dispersed in water form an electric double layer on the surface and are uniformly dispersed by electrostatic repulsion between the particles. Focusing on the point that it is easy to maintain the state, we found that it would be good to break this state.
すなわち、本発明は、微粒子が分散した被処理液中に、複数の電極を挿入し、該電極間に0.1〜100V/mの電界強度となるように電圧を印加することによって、電気二重層により保護されて浮遊している分散状態の微粒子を、該電気二重層を破壊して凝集させる作用を働かせるものである。各微粒子は電気二重層によってお互いに反発しながら液体中に浮遊しているが、これが電圧を印加することで変形・縮小し、本来的に働いている分子間引力(ファンデルワールス力)の方が強く作用することによると考えられる。 That is, according to the present invention, a plurality of electrodes are inserted into a liquid to be treated in which fine particles are dispersed, and a voltage is applied between the electrodes so that an electric field strength of 0.1 to 100 V / m is obtained. The dispersed fine particles protected by the multi-layer are suspended and aggregated by breaking the electric double layer. Each particle floats in the liquid while repelling each other by the electric double layer, but this is deformed / shrinked by applying voltage, and the intermolecular attractive force (van der Waals force) that is originally working Is considered to be due to the strong action.
また、前記電圧の印加時間は、凝集させる微粒子の種類、浮遊している溶媒などの条件によって異なるが、大凡0.1〜1000秒の期間が好ましい。なお、本発明により凝集された微粒子は放置することにより自然に沈降していくが、ろ過装置などを通過させることによって、積極的に溶液から除去することも可能である。 The voltage application time varies depending on conditions such as the type of fine particles to be aggregated and the floating solvent, but a period of about 0.1 to 1000 seconds is preferable. The fine particles agglomerated according to the present invention naturally settle when left standing, but can be positively removed from the solution by passing through a filtration device or the like.
本発明による、微粒子の凝集方法は、被処理液の種類や微粒子の種類などによって有る程度の条件設定に幅があるが、溶液に浸漬する電極とそれに対して電気的接続が確保できれば良いので、複雑な設備を必要とすることなく低コストで簡易な方法を提案することができる。しかも、従来の凝集剤を用いた方法は凝集剤の回収が殆ど不可能であるため、連続的に溶液を処理することは困難であったが、本発明では電極への電圧印加という極めて単純な操作であり、繰り返して処理することが容易で、継続的に使用することができる。 The method for agglomerating fine particles according to the present invention has a wide range of condition settings depending on the type of liquid to be treated and the type of fine particles, but it is sufficient that the electrode immersed in the solution and electrical connection to it can be secured. A simple method can be proposed at a low cost without requiring complicated equipment. In addition, since the conventional method using a flocculant hardly recovers the flocculant, it was difficult to continuously treat the solution. However, in the present invention, the voltage application to the electrode is extremely simple. It is an operation, easy to process repeatedly, and can be used continuously.
以下、本発明の凝集方法に係る好ましい条件等について説明する。
被処理液体中に分散している微粒子は、その界面で起こる電荷分離によって電気二重層を形成している。プラスまたはマイナスに帯電している微粒子は電気的に中性を保つように表面近傍には微粒子とは逆の電荷をもつイオンが集まってくる。そのようなイオンが微粒子表面を取り巻き、この荷電を持った層を、さらに反対荷電をもつ層が取り巻くようにして、電気二重層が形成されるのである。ただ、液体中のイオンの層はこのように単純・明確に領域を形成しているのではなく、微粒子表面近傍では微粒子と反対の電荷のイオン濃度が高く、遠ざかるにつれて次第に低下していく。粒子表面のイオンは強く引きつけられているので、この層を固定層、両イオンの分布が徐々に均等になりゆく層を拡散層ともよび、微粒子は固定層と拡散層の内側の一部を伴って液中を移動している。この移動が起こる面を滑り面とよび、微粒子から充分に離れて電気的に中性である領域の電位をゼロと定義して電位を測定した場合の、滑り面の電位をゼータ電位という。
Hereinafter, preferable conditions and the like related to the aggregation method of the present invention will be described.
The fine particles dispersed in the liquid to be treated form an electric double layer by charge separation occurring at the interface. In the vicinity of the surface, ions having a charge opposite to that of the fine particles gather so that the positively or negatively charged fine particles are electrically neutral. Such ions surround the surface of the fine particle, and the electric double layer is formed by surrounding the layer having the electric charge and the layer having the opposite electric charge. However, the layer of ions in the liquid does not form a region simply and clearly in this way, but the ion concentration of charges opposite to the fine particles is high near the surface of the fine particles, and gradually decreases with increasing distance. Since the ions on the surface of the particles are strongly attracted, this layer is called the fixed layer, the layer where the distribution of both ions gradually becomes uniform is called the diffusion layer, and the fine particles are accompanied by part of the inside of the fixed layer and the diffusion layer. Moving in the liquid. The surface where this movement occurs is called the sliding surface, and the potential of the sliding surface when the potential is measured by defining the potential of a region that is sufficiently away from the fine particles and electrically neutral as zero is called the zeta potential.
ゼータ電位の絶対値が増加すれば、微粒子間の反発力が強くなるので液体中で安定した分散状態をとり、ゼータ電位がゼロに近くなれば、反発力が弱くなり、本来微粒子の有する分子間引力によって凝集しやすくなる。本発明では微粒子が分散している液中に複数の電極を挿入し、極めて低い電圧を印加するだけで、電気二重層が変位、縮小し、その結果、ゼータ電位の絶対値が低減することを見いだした。そしてこの現象を利用して、液中に分散する微粒子を積極的に凝集させ、液体から微粒子を分離したり、液中に分散して留まる微粒子の大きさを選別、均一化等することに応用するものである。 If the absolute value of the zeta potential increases, the repulsive force between the fine particles becomes stronger, so a stable dispersion state is taken in the liquid. If the zeta potential is close to zero, the repulsive force becomes weaker, and the interparticles originally possessed by the fine particles Aggregates easily due to attractive force. In the present invention, by inserting a plurality of electrodes into a liquid in which fine particles are dispersed and applying an extremely low voltage, the electric double layer is displaced and reduced, and as a result, the absolute value of the zeta potential is reduced. I found it. And this phenomenon is used to actively agglomerate fine particles dispersed in the liquid, to separate the fine particles from the liquid, and to select and equalize the size of the fine particles that remain dispersed in the liquid. To do.
本発明の対象となる微粒子は、ベントナイト、ヘクトライト、カオリン、タルク、ハイドロキシアパタイト、ドロマイト、硫酸バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化チタンなどの無機粒子、シリコーン樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリアクリルスチレン、ポリ塩化ビニル、メラニン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂などの有機粒子であり、溶液中で電気二重層を形成するような微粒子全般が対象となる。これらの溶液中の濃度は、体積分率(v/v)で表すと0.000001〜0.1、好ましくは0.00001〜0.01程度である。前記範囲より低濃度であると微粒子の分子間引力が働く範囲内に存在する微粒子の数が少ないために凝集に時間がかかる傾向がある。また、前記範囲よりも高濃度であってもよいが、放置しても自然に凝集していくものもあり、敢えて本発明を適用する必要性が低いからである。 The fine particles targeted by the present invention are inorganic particles such as bentonite, hectorite, kaolin, talc, hydroxyapatite, dolomite, barium sulfate, magnesium oxide, aluminum oxide, titanium oxide, silicone resin, polymethyl methacrylate, polycarbonate, polystyrene Organic particles such as polyethylene, polyacrylstyrene, polyvinyl chloride, melanin resin, polyurethane resin, polyester resin, and the like, which are all fine particles that form an electric double layer in solution. The concentration in these solutions is about 0.000001 to 0.1, preferably about 0.00001 to 0.01, in terms of volume fraction (v / v). When the concentration is lower than the above range, aggregation tends to take time because the number of fine particles present in the range where the intermolecular attractive force of the fine particles acts is small. Further, although the concentration may be higher than the above range, some of them naturally aggregate even if left standing, and the necessity of applying the present invention is low.
前記微粒子は、溶媒中に浮遊した状態で本発明の被処理液となる。溶媒としては一般的には水であるが、アルコールなどとの混合液或いはアルコール単独溶媒に微粒子が分散した処理液であっても良い。なお、処理中の溶液の温度は室温で良く、特に温度を管理し制御する必要はない。 The fine particles become the liquid to be treated of the present invention in a state of being suspended in a solvent. The solvent is generally water, but may be a mixed solution with alcohol or the like, or a treatment solution in which fine particles are dispersed in an alcohol alone solvent. Note that the temperature of the solution during the treatment may be room temperature, and it is not necessary to manage and control the temperature.
本発明では、前記被処理液に複数の電極を挿入して使用するが、電極の材料としては特に制限されることなく、金、白金、銀、アルミニウム、パラジウム、銅、亜鉛、酸化錫、炭化珪素、黒鉛など一般に使用される電極材料を使用することができる。複数の電極は必ずしも同一材質のものを使用しなければならないような制限はなく、二種以上を組み合わせて使用することもできる。これらの電極材料の中でも、溶液のpH変化や各種化合物に対する耐性を考慮して、白金が好ましい。 In the present invention, a plurality of electrodes are inserted and used in the liquid to be treated, but the material of the electrodes is not particularly limited, and gold, platinum, silver, aluminum, palladium, copper, zinc, tin oxide, carbonized carbon Commonly used electrode materials such as silicon and graphite can be used. The plurality of electrodes are not necessarily limited to using the same material, and two or more types can be used in combination. Among these electrode materials, platinum is preferable in consideration of pH change of the solution and resistance to various compounds.
各電極は、例えば被処理液中に2本の電極を相対して0.1〜10mmの間隔で配置することが最も一般的であり、被処理液をその間隙を通過するように流して、連続的に処理することができる。また、3本の電極を三角形の頂点位置を占めるように配置したり、中心電極とその前後に前記と同様の適当な間隔を置いて並列に配置しても良い。特に、好ましい配置形態としては、効率を上げる観点から、櫛形である。 For each electrode, for example, it is most common to dispose two electrodes in the treatment liquid at an interval of 0.1 to 10 mm relative to each other, and the treatment liquid is allowed to flow through the gap, Can be processed continuously. Further, the three electrodes may be arranged so as to occupy the apex position of the triangle, or may be arranged in parallel with the center electrode and the front and rear thereof at an appropriate interval similar to the above. In particular, a preferable arrangement is a comb shape from the viewpoint of increasing efficiency.
前記電極に対して、0.1〜100V/mの電界強度となるように電圧を印加する。電界強度が0.1V/m未満であると、電気二重層に対する作用が充分でないためにゼータ電位の絶対値を低減することができず、微粒子凝集効果の発現が困難となりやすく、電界強度を100V/mより大きくしても凝集効果の向上にはそれほど影響せず、却って余分な電気エネルギーを消費することになり、コストが嵩むため好ましくない。 A voltage is applied to the electrode so as to have an electric field strength of 0.1 to 100 V / m. When the electric field strength is less than 0.1 V / m, since the action on the electric double layer is not sufficient, the absolute value of the zeta potential cannot be reduced, and the expression of the fine particle aggregation effect tends to be difficult, and the electric field strength is set to 100 V. Even if it is larger than / m, it does not affect the improvement of the coagulation effect so much, and on the contrary, excess electric energy is consumed, which is not preferable because the cost increases.
電圧の印加方法は、一定の電圧を連続して印加し続けたり、断続的に電圧をかけたり、電界強度が変化するように強弱をつけて通電することもできる。また直流、交流のいずれの電源を用いてもよい。 The voltage can be applied by continuously applying a constant voltage, applying a voltage intermittently, or applying a voltage so that the electric field strength changes. Either a direct current or an alternating current power source may be used.
電圧の印加時間については0.1〜1000秒、好ましくは1.0〜600秒の間で行うことが望ましい。0.1秒よりも短いと電気二重層に与える影響が少なすぎるために目的とする微粒子の凝集効果が得られず、600秒よりも長くしても、微粒子凝集が充分に行われた後にまで通電することになりかねないからである。 The voltage application time is 0.1 to 1000 seconds, preferably 1.0 to 600 seconds. If the time is shorter than 0.1 seconds, the effect on the electric double layer is too small to obtain the desired effect of agglomerating the fine particles, and even if the time is longer than 600 seconds, the fine particles are sufficiently aggregated. It is because it may become energized.
本発明の微粒子凝集方法による凝集効果は、一つの評価方法として、被処理液の透過光強度の変化により測定することができる。被処理液には微粒子が浮遊しており、これが安定して存続するかぎり、被処理液を透過させる光は散乱されて、透過光強度が低くなり、微粒子が凝集・沈降することで透明になれば、被処理液を透過する光の強度が増大するからである。より具体的には、図1に示す分光吸光光度計の石英セル(1)(縦・横10mmの正方形の底面から、高さが45mm、容量3.5mlの直方体の空間を有する)内に、面積396mm2(縦40mm、横9.9mm)の白金電極(2)を2枚設置する。このとき、セル内の設置場所は、透過光(3)を遮らないようにセルの両側壁に沿うようにして配置する(従って、電極間距離は約10mmである)。そして、セル内に被処理液10を約25mmの高さまで注入し、電極が被処理液に浸漬された状態にする。
The aggregation effect by the fine particle aggregation method of the present invention can be measured by a change in transmitted light intensity of the liquid to be treated as one evaluation method. As long as the fine particles are floating in the liquid to be treated and remain stable, the light transmitted through the liquid to be treated is scattered, the transmitted light intensity is lowered, and the fine particles aggregate and settle to become transparent. This is because the intensity of light transmitted through the liquid to be processed increases. More specifically, in the quartz cell (1) of the spectrophotometer shown in FIG. 1 (having a rectangular parallelepiped space having a height of 45 mm and a capacity of 3.5 ml from a square bottom of 10 mm in length and width) Two platinum electrodes (2) having an area of 396 mm 2 (length 40 mm, width 9.9 mm) are installed. At this time, the installation place in the cell is arranged along both side walls of the cell so as not to block the transmitted light (3) (therefore, the distance between the electrodes is about 10 mm). And the to-
被処理液を注入後、電界強度が前記所定の範囲内に入るように、電極に対して所定の時間、或いは適当な間隔をおいて電源電圧(4)を印加する。分光吸光光度計によって波長540nmにおけるセルの光透過率を測定し、被処理液の透過光強度の経時変化を検出することにより、被処理液中の微粒子(5)が凝集・沈降していく様子を観察することができるのである。なお、以下の実施例で示す透過光強度は、特にことわりのない限り、セルの底面から約13.75mmの高さを一応の測定位置とした。 After injecting the liquid to be processed, the power supply voltage (4) is applied to the electrodes for a predetermined time or at an appropriate interval so that the electric field strength falls within the predetermined range. Measuring the light transmittance of the cell at a wavelength of 540 nm with a spectrophotometer and detecting the change with time of the transmitted light intensity of the liquid to be treated, whereby the fine particles (5) in the liquid to be treated are aggregated and settled Can be observed. In addition, as long as there is no notice in particular, the transmitted light intensity shown in the following examples set a height of about 13.75 mm from the bottom surface of the cell as a temporary measurement position.
以下本発明をより具体的に明らかにするために、本発明に係る幾つかの実施例を示す。 In order to clarify the present invention more specifically, some examples according to the present invention are shown below.
被処理液として、粒径2.3μmのベントナイト粒子0.0034gを水2.3mLに分散させた。このときの体積分率は、0.0005である。この被処理液2.45mLを、図1に示すような白金電極を配置した石英セル内に入れ、印加電圧として、0.3V/mmの電界強度で、直流、交流(50Hzまたは1000Hz)の電場をかけた。この場合の被処理液の透過光強度(%)の変化を測定し、その結果を図2に示す。 As a liquid to be treated, 0.0034 g of bentonite particles having a particle size of 2.3 μm were dispersed in 2.3 mL of water. The volume fraction at this time is 0.0005. 2.45 mL of the liquid to be treated is placed in a quartz cell in which a platinum electrode as shown in FIG. 1 is disposed, and an applied electric field is an electric field of direct current or alternating current (50 Hz or 1000 Hz) with an electric field strength of 0.3 V / mm. I applied. The change in transmitted light intensity (%) of the liquid to be treated in this case was measured, and the result is shown in FIG.
図2より明らかなように、電場をかけない場合には粒子が沈降していくことを観察できなかったのに対して、本発明の方法によれば、直流、交流のいずれであっても極めて短時間で被処理液が透明になることが判る。なお、図2からは、測定開始から有る程度の時間を経て始めて粒子が凝集・沈降し、急激にそれが進行しているかのように見受けられる。しかし、本実施例の透過光強度は前記の通り、セル底から所定の高さで測定しているので、その位置における透明性は図に示す通りであるが、被処理液が全体が徐々に透明になるのではない。むしろ、被処理液の上層部が透明になり始め、その透明領域が中層から下層へと拡がるように変化しているのである。従って、透過光強度の測定位置が上層部であれば、この透過光の変化もより短時間で起こることが観察されることになる。 As is clear from FIG. 2, it was not possible to observe that the particles settled when no electric field was applied, whereas according to the method of the present invention, either direct current or alternating current was extremely difficult. It can be seen that the liquid to be treated becomes transparent in a short time. From FIG. 2, it can be seen that the particles agglomerate and settle only after a certain amount of time from the start of measurement, and that they are advancing rapidly. However, since the transmitted light intensity of this example is measured at a predetermined height from the cell bottom as described above, the transparency at that position is as shown in the figure. It is not transparent. Rather, the upper layer of the liquid to be treated starts to become transparent, and the transparent region changes so as to spread from the middle layer to the lower layer. Therefore, if the transmitted light intensity is measured at the upper layer, it is observed that the change in the transmitted light occurs in a shorter time.
被処理液としては実施例1と同様であり、透過光強度(%)の測定位置を水面下1mmとした。印加電圧は、0.3V/mmの直流電圧で、測定結果を図3に示す。 The liquid to be treated was the same as in Example 1, and the measurement position of transmitted light intensity (%) was 1 mm below the water surface. The applied voltage is a DC voltage of 0.3 V / mm, and the measurement results are shown in FIG.
この試験は、微粒子が沈降開始するまでの時間を測定しようとするもので、微粒子その他の条件によって一概には言えないものの、少なくとも本実施例では120秒(s)程度で開始するということが判る。しかも沈降が始まると急激に透明性が増すことから、微粒子の凝集は次第に大きなものとなり、そのサイズは沈降するレベルまで非可逆的に成長し、凝集と分散を繰り返しつつ成長することは考え難いことを示唆している。 This test is intended to measure the time until the fine particles start to settle, and although it cannot be said unconditionally depending on the fine particles and other conditions, it can be seen that the test starts at least about 120 seconds (s) in this embodiment. . Moreover, since the transparency increases sharply when sedimentation begins, the aggregation of fine particles gradually increases, and the size grows irreversibly to the level of sedimentation, and it is difficult to think of growing while repeating aggregation and dispersion. It suggests.
被処理液としては実施例1と同様であり、印加電圧は0.3V/mmの電界強度の直流を印加した。どれくらいの時間で透過光強度が変化(凝集)し始めるのかを詳細に検討した。その結果を、図4に示す。 The liquid to be treated was the same as in Example 1, and the applied voltage was a direct current having an electric field strength of 0.3 V / mm. It was examined in detail how long the transmitted light intensity started to change (aggregate). The result is shown in FIG.
図4からは、電場印加後1秒以内に凝集が始まること、それにより、一旦透過光強度が低下することがわかる。この理由としては微粒子が均一に分散している状態のものが、凝集が始まることによって光の散乱が強くなり、その影響がでていると考えられる。凝集がさらに進行すると粒子の沈降とともに透過光強度が上昇し始めることになる。 From FIG. 4, it can be seen that aggregation starts within 1 second after the application of the electric field, whereby the transmitted light intensity once decreases. This is considered to be due to the fact that in the state where fine particles are uniformly dispersed, the scattering of light becomes stronger due to the start of aggregation. As the agglomeration further proceeds, the transmitted light intensity begins to rise as the particles settle.
被処理液の溶媒としてメタノールを用いた他は、実施例1と同様にして電界強度0.3V/mmの直流電圧を印加した。なお、電極は白金電極に換えて酸化錫を使用した。なお、この理由は白金電極を使用した場合、電圧印加のための導線を接続している銀ペーストがメタノールに溶解してしまうこと、白金以外の電極でも効果を示すことを明らかにするため、当該電極を使用したものである。この場合の被処理液の透過光強度(%)の変化を測定し、その結果を図5に示す。 A DC voltage having an electric field strength of 0.3 V / mm was applied in the same manner as in Example 1 except that methanol was used as the solvent for the liquid to be treated. In addition, the electrode used the tin oxide instead of the platinum electrode. The reason for this is to clarify that when a platinum electrode is used, the silver paste connecting the conducting wire for voltage application is dissolved in methanol, and that the electrode other than platinum also exhibits an effect. An electrode is used. The change in transmitted light intensity (%) of the liquid to be treated in this case was measured, and the result is shown in FIG.
図5に示されるように電場を印加している方が、無電場に比較して透過光強度の上昇が早いことが判る。ベントナイト粒子は、アルコール等の溶媒中で浮遊状態を維持し難いので、無電場であっても次第に沈降するが、本発明の方法によって、凝集・沈降がより促進されるのである。 As shown in FIG. 5, it can be seen that the intensity of transmitted light is faster when the electric field is applied than when no electric field is applied. Since bentonite particles are difficult to maintain a floating state in a solvent such as alcohol, they gradually settle even in the absence of an electric field, but aggregation and sedimentation are further promoted by the method of the present invention.
実施例1と同様の被処理液を用い、電界強度を0.09V/mm、0.1V/mm、0.3V/mm、1.0V/mmの直流電圧を印加した。このときの被処理液の透過光強度の変化を測定し、その結果を図6に示す。 A liquid to be treated similar to that in Example 1 was used, and direct current voltages of 0.09 V / mm, 0.1 V / mm, 0.3 V / mm, and 1.0 V / mm were applied. The change in transmitted light intensity of the liquid to be treated at this time was measured, and the result is shown in FIG.
図6には、本例の条件においては、電界強度が0.09V/mmでは凝集効果が認められず、0.1V/mm以上にすれば凝集効果が認められること、また少なくとも0.3V/mmの電界強度であれば充分な凝集効果を発現することが判る。 FIG. 6 shows that under the conditions of this example, the agglomeration effect is not observed when the electric field strength is 0.09 V / mm, and the agglomeration effect is observed when the electric field strength is 0.1 V / mm or more, and at least 0.3 V / mm. It can be seen that a sufficient agglomeration effect is exhibited when the electric field strength is mm.
被処理液の微粒子として粒径45μmのヘクトライトを用いた他は実施例1と同様にして電界強度0.3V/mmの直流電圧を印加した。その結果を図7に示す。 A DC voltage having an electric field strength of 0.3 V / mm was applied in the same manner as in Example 1 except that hectorite having a particle diameter of 45 μm was used as the fine particles of the liquid to be treated. The result is shown in FIG.
本例のヘクトライトは体積分率0.0005における水の透過性がもともと高いので、透過光強度は当初より94%程度である。そして、無電場であれば、この状態のまま水中を浮遊することとなるが、0.3V/mmの電界強度を印加すれば、ほぼ100の透過光強度にすることができるのである。 Since the hectorite of this example has a high water permeability at a volume fraction of 0.0005, the transmitted light intensity is about 94% from the beginning. And if it is an electric field, it will float in water with this state, but if the electric field strength of 0.3 V / mm is applied, it can be set to the transmitted light intensity of about 100.
被処理液の微粒子として平均粒径5μmの単分散ポリメチルメタクリレート(以下PMMAと略す)を用いた他は実施例1と同様にして電界強度0.3V/mmの直流電圧を印加した。その結果を図8に示す。 A DC voltage having an electric field strength of 0.3 V / mm was applied in the same manner as in Example 1 except that monodisperse polymethyl methacrylate (hereinafter abbreviated as PMMA) having an average particle diameter of 5 μm was used as the fine particles of the liquid to be treated. The result is shown in FIG.
図8に示すように無電場であっても、PMMAは次第に沈降する。しかし、電場を印加することによってその凝集・沈降を促進することができることがわかる。本例は、前記に例示した無機微粒子ではなく、有機微粒子を対象としたものであるが、有機・無機に関係なく本発明が適用できるのである。 As shown in FIG. 8, even in the absence of an electric field, PMMA gradually settles. However, it can be seen that aggregation and sedimentation can be promoted by applying an electric field. Although this example is intended for organic fine particles instead of the inorganic fine particles exemplified above, the present invention can be applied regardless of organic or inorganic.
被処理液の微粒子として平均粒径5μmの多分散ポリメチルメタクリレート(以下PMMAと略す)を用いた他は実施例7と同様にして電界強度0.3V/mmの直流電圧を印加した。その結果を図9に示す。 A DC voltage having an electric field strength of 0.3 V / mm was applied in the same manner as in Example 7 except that polydisperse polymethyl methacrylate (hereinafter abbreviated as PMMA) having an average particle diameter of 5 μm was used as the fine particles of the liquid to be treated. The result is shown in FIG.
図9には、実施例7とは異なり無電場の場合には微粒子の凝集・沈殿が起こり難いことが示されている。この結果は、先の例で示す単分散と多分散との違いからくるものであるが、粒径5μm程度のPMMAがもともと水中では凝集されやすく、それよりも小さい粒径になると水中では分散して安定に存在していることを示唆している。すなわち多分散のPMMAは粒径5μmよりも小さいものから大きなものまでを総合して平均粒径5μmとなっているので、当然粒径5μmよりも小さいPMMAや大きいPMMAを含み、かつ小さい粒径のPMMAがより多く含まれていることとなる。そして、この粒径5μmよりも小さい粒径のPMMAは水中で安定して浮遊するために、より大きなPMMAが沈降しても容易に被処理液の透明性が上がらないのである。しかし、そのような凝集し難い小さい粒径のPMMAであっても、本発明を適用することによって、容易に沈降させることができることが判る。また単分散の場合よりもさらに早く凝集が進行した。これは、粒径の小さいPMMAが粒径の大きなPMMAに凝集されて沈降速度が促進されることが原因と考えられる。 FIG. 9 shows that unlike in Example 7, in the case of no electric field, aggregation / precipitation of fine particles hardly occurs. This result comes from the difference between the monodispersion and the polydispersion shown in the previous example, but PMMA with a particle size of about 5 μm originally tends to aggregate in water, and if the particle size is smaller than that, it disperses in water. This suggests that it exists stably. In other words, polydispersed PMMA has an average particle size of 5 μm from the smallest to a larger particle size of 5 μm, so naturally it includes PMMA smaller than 5 μm and larger PMMA and has a smaller particle size. More PMMA is contained. Since the PMMA having a particle size smaller than 5 μm floats stably in water, the transparency of the liquid to be treated does not easily increase even if a larger PMMA settles. However, it can be understood that even the PMMA having such a small particle diameter that hardly aggregates can be easily settled by applying the present invention. Aggregation proceeded faster than in the case of monodispersion. This is presumably because PMMA having a small particle size is aggregated into PMMA having a large particle size to accelerate the sedimentation rate.
被処理液の微粒子として粒径2.3μmのベントナイト粒子と平均粒径5μmの多分散ポリメチルメタクリレート(以下PMMAと略す)を用いた他は実施例1と同様にして電界強度0.3V/mmの直流電圧を印加した。その結果を図10に示す。 Electric field strength of 0.3 V / mm was the same as in Example 1 except that bentonite particles having a particle size of 2.3 μm and polydisperse polymethyl methacrylate (hereinafter abbreviated as PMMA) having an average particle size of 5 μm were used as fine particles of the liquid to be treated. The DC voltage was applied. The result is shown in FIG.
図10には、有機微粒子と無機微粒子が混在している状況であっても、本発明の方法によって凝集効果が発現できることを示している。また、急激に透明になる状況から推測すると、有機微粒子(PMMA)同士、無機微粒子(ベントナイト)同士がそれぞれ選択的に凝集するのではなく、各微粒子が無差別に凝集していることが予測される。仮に選択的凝集であるならば、それぞれ(有機・無機微粒子)の凝集速度は多少なりとも相違するハズであり、そのような場合には、少なくとも急激に透明になるのではなく、有る程度の幅を持って透明になると考えられるからである。 FIG. 10 shows that the coagulation effect can be exhibited by the method of the present invention even in a situation where organic fine particles and inorganic fine particles are mixed. Moreover, when it presumes from the condition which becomes transparent rapidly, it is estimated that each organic fine particle (PMMA) and inorganic fine particle (bentonite) do not aggregate selectively, but each fine particle aggregates indiscriminately. The If it is selective aggregation, the aggregation rate of each (organic / inorganic fine particles) will be somewhat different, and in such a case, it will not become transparent at least abruptly, but will have a certain width. It is because it is thought that it will become transparent.
被処理液の微粒子として粒径25μmの酸化チタンを体積分率0.00024で用いた他は、実施例1と同様にして電界強度0.3V/mmの直流電圧を印加した。その結果を図11に示す。 A DC voltage having an electric field strength of 0.3 V / mm was applied in the same manner as in Example 1 except that titanium oxide having a particle size of 25 μm was used as the fine particles of the liquid to be treated at a volume fraction of 0.00024. The result is shown in FIG.
図11に示すように、本例の酸化チタンは水中での分散安定性がそれほど高いものではないので、放置しても次第に沈降するようである。しかし、本発明の適用により沈降速度を加速することが判る。酸化チタンは強度、軽さ、耐熱性、耐腐食性、触媒活性など様々な機能を有しているので、非常に広範な分野で活用されている。従って、工業廃水、生活排水に対する浄化の目的で本発明の方法が有用性に富むことが示される。 As shown in FIG. 11, the titanium oxide of this example does not have a very high dispersion stability in water. However, it can be seen that application of the present invention accelerates the sedimentation velocity. Since titanium oxide has various functions such as strength, lightness, heat resistance, corrosion resistance, and catalytic activity, it is used in a very wide range of fields. Therefore, it is shown that the method of the present invention is highly useful for the purpose of purifying industrial wastewater and domestic wastewater.
以上の実施例が示しているように、本発明の微粒子凝集方法によって被処理液中に存在する微粒子表面の電気二重層を乱し、ゼータ電位を低下させることにより微粒子相互に本来有する分子間引力が作用することとなる。そして、被処理液中にはサイズの異なる微粒子が存在する事が一般的なので、小さい微粒子と大きな微粒子とが互いに凝集することで、より効果的な分離除去ができるのである。 As shown in the above examples, the intermolecular attractive force inherent to each other in the fine particles by disturbing the electric double layer on the fine particle surface existing in the liquid to be treated by the fine particle aggregation method of the present invention and lowering the zeta potential. Will act. In general, fine particles having different sizes are present in the liquid to be treated, and therefore, more effective separation and removal can be achieved by agglomeration of small and large fine particles.
本発明の微粒子凝集方法は、被処理液に複数の電極を挿入するという簡単な構成で実施できるので、工業廃水や生活排水に対する環境浄化や、インク、化粧品、医薬品等の生産工程において水中に分散した微粒子を均一化・分離・精製するなど多くの応用が期待される。 The fine particle agglomeration method of the present invention can be carried out with a simple configuration in which a plurality of electrodes are inserted into a liquid to be treated, so that environmental purification for industrial wastewater and domestic wastewater, and dispersion in water in production processes of ink, cosmetics, pharmaceuticals, etc. Many applications are expected, such as homogenizing, separating, and purifying fine particles.
1 石英セル
2 白金電極
3 透過光
4 電源電圧
5 微粒子
DESCRIPTION OF
Claims (2)
電極間に0.1〜100V/mの電界強度となるように電圧を印加することを特徴とする微粒子凝集方法。 Insert multiple electrodes into the liquid to be treated in which fine particles are dispersed,
A method for agglomerating fine particles, characterized in that a voltage is applied between electrodes so that an electric field strength of 0.1 to 100 V / m is obtained.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010099612A JP2011230006A (en) | 2010-04-23 | 2010-04-23 | Method of flocculating dispersed fine particle in liquid |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010099612A JP2011230006A (en) | 2010-04-23 | 2010-04-23 | Method of flocculating dispersed fine particle in liquid |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011230006A true JP2011230006A (en) | 2011-11-17 |
Family
ID=45319915
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010099612A Pending JP2011230006A (en) | 2010-04-23 | 2010-04-23 | Method of flocculating dispersed fine particle in liquid |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011230006A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014202667A (en) * | 2013-04-08 | 2014-10-27 | 株式会社島津製作所 | Particle diameter distribution measuring apparatus for antibody drug, and particle diameter distribution measuring method of antibody drug |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09239372A (en) * | 1996-03-08 | 1997-09-16 | Meisei Ri | Treatment of aqueous fluid and device therefor |
JPH10277556A (en) * | 1997-04-10 | 1998-10-20 | Kazuko Kobayashi | Flocculation device |
-
2010
- 2010-04-23 JP JP2010099612A patent/JP2011230006A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09239372A (en) * | 1996-03-08 | 1997-09-16 | Meisei Ri | Treatment of aqueous fluid and device therefor |
JPH10277556A (en) * | 1997-04-10 | 1998-10-20 | Kazuko Kobayashi | Flocculation device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014202667A (en) * | 2013-04-08 | 2014-10-27 | 株式会社島津製作所 | Particle diameter distribution measuring apparatus for antibody drug, and particle diameter distribution measuring method of antibody drug |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Larue et al. | Electrocoagulation and coagulation by iron of latex particles in aqueous suspensions | |
Zhang et al. | Fouling and natural organic matter removal in adsorbent/membrane systems for drinking water treatment | |
CA2749435C (en) | Flocculation-magnetic separation system | |
AU2008290085B2 (en) | Method of flocculating sedimentation treatment | |
JP5131005B2 (en) | Water treatment method and water treatment apparatus | |
CN103130363B (en) | Desalination system and desalination method | |
Ali et al. | Recent innovations in microplastics and nanoplastics removal by coagulation technique: Implementations, knowledge gaps and prospects | |
JP4369541B2 (en) | Method for reducing the amount of water contained in nickel-containing oxide ore mud | |
Xue et al. | Removal of sodium oleate from synthetic manganese leaching solution by coagulation-dissolved air flotation | |
JP3078565B2 (en) | Suspension ion exchange equipment | |
JP2011230006A (en) | Method of flocculating dispersed fine particle in liquid | |
DE102005009809B4 (en) | Process for separating suspended solids | |
JP4522297B2 (en) | Method and apparatus for treating wastewater containing inorganic suspended particles | |
JPWO2018193794A1 (en) | Coagulation sedimentation treatment method | |
CN211056839U (en) | Plastic waste liquid retrieves and uses purifier | |
JP2002066568A (en) | Water treating method and apparatus | |
JP6877004B2 (en) | Particle coagulation separation device and particle coagulation separation method | |
CA3156422A1 (en) | Accelerated settlement of flocs after electrocoagulation/electrochemical process using ballasted flocculation | |
JP3283498B2 (en) | Electrolytic sewage treatment equipment | |
CN110228876A (en) | A kind of coal-contained wastewater processing system and its method | |
JP2000300912A (en) | Solid-liquid separation apparatus and flocculation condition determining method | |
JP2002113499A (en) | Slurry waste liquid treatment method | |
CN109971536A (en) | A kind of electrostatic bunching pond purified again for lubricating oil | |
Selomulya et al. | Micro-properties of coal aggregates: Implications on hyperbaric filtration performance for coal dewatering | |
JP2014128777A (en) | Apparatus and method for flocculating, separating and recovering particle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130415 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131015 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131028 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140306 |