JP2023131774A

JP2023131774A - 水処理用固形薬剤、水処理用固形薬剤の製造方法、およびそれを用いた水処理装置

Info

Publication number: JP2023131774A
Application number: JP2022036723A
Authority: JP
Inventors: 亮加藤; Akira Kato; 浩史藤田; Hiroshi Fujita; 弘樹奈良; Hiroki Nara
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2022-03-10
Filing date: 2022-03-10
Publication date: 2023-09-22

Abstract

【課題】凝集剤の溶解性を低減し、長期間にわたり安定した凝集剤濃度を提供可能な水処理用固形薬剤、水処理用固形薬剤の製造方法、およびそれを用いた水処理装置を提供する。
【解決手段】水処理用固形薬剤１は、被処理水中の処理対象物質に作用する凝集剤１５と、凝集剤１５の溶解性を低減させる賦形剤１７と、を含む。水処理用固形薬剤１は、凝集剤を１０～８０重量パーセント、賦形剤を２０～９０重量パーセント含有することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、水処理用固形薬剤、水処理用固形薬剤の製造方法、およびそれを用いた水処理装置に関するものである。

従来から、工業排水や生活排水中の微粒子を除去する方法として沈殿処理法と呼ばれる方法が用いられている（特許文献１参照）。この沈殿処理法においては、被処理水が貯められた凝集反応槽に有機凝結剤や高分子凝集剤を添加後、都度撹拌を行うことで微粒子を含むフロックを成長させる。その後、沈殿槽にて静置することでフロックを沈殿させ、微粒子が除去された水が得られる。

また、生活水等に用いる浄水を得る方法として、微粒子等を濾過する濾過部を有する水処理装置の開発が行われている。水処理装置の中には、マイクロフロック濾過法（以下、単に「フロック濾過法」という。）と呼ばれる方法が用いられる場合がある（特許文献２参照）。このフロック濾過法においては、濾過材の上流側において凝集剤が被処理水に供給される。その後、微粒子が凝集剤によってフロック化された直後に、フロックが濾過材によって被処理水から除去される。なお、安定した品質の浄水を得るためには、水処理方法の処理条件の変化が小さいことが好ましい。このため、凝集剤は被処理水中の濃度変化が小さいことが好ましい。

一般に、液体の凝集剤を水処理に用いる場合には、当該凝集剤を水に溶解した後、凝集剤溶液を、注入ポンプを用いて被処理水に注入している。これにより、被処理水へ凝集剤を一定濃度で供給し、安定した品質の処理水を得ている。しかし、この方法は、使用する注入ポンプが高価であることから、被処理水の浄化にコストが掛かることや、注入ポンプや凝集剤溶液を貯留するタンクが嵩張るため装置全体が大きくなること、凝集剤溶液の作成に手間がかかること、重くて変形する溶液のため運搬に労力がかかること、注入する経路がスケール等により狭窄あるいは閉塞した場合に凝集剤を安定して供給できなくなること、といった問題がある。

特許第６７９８８６７号公報特許第５６９８８８１号公報

そこで、凝集剤を固形化し、固形状の凝集剤を被処理水に添加することで、上記４つの問題を解決することを検討した。しかし、凝集剤は、水に完全に溶解させた後にポンプで注入することが前提であるため、素早く溶解するように構成されている。このため、固形の凝集剤を通水路に静置するなどして、被処理水に溶解させて添加する方法を試みたが、固形の凝集剤が被処理水に素早く溶解してしまい、長期間にわたる微粒子除去を行うことができないという課題や、凝集剤濃度が安定せず効果的に微粒子除去を行うことができないという課題があり、安定した水質の浄水を得ることが困難であった。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、固形化された凝集剤の溶解性を低減し、長期間にわたり安定した凝集剤濃度を提供可能な水処理用固形薬剤、水処理用固形薬剤の製造方法、およびそれを用いた水処理装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明に係る水処理用固形薬剤は、被処理水中の処理対象物質に作用する固形化された凝集剤と、凝集剤の溶解性を低減させる固形化された賦形剤と、を含むものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

また、この目的を達成するために、本発明に係る水処理用固形薬剤の製造方法は、被処理水中の処理対象物質に作用する凝集剤と、凝集剤の溶解性を低減させる賦形剤と、を溶媒に溶解させる溶解工程と、溶媒中で凝集剤と賦形剤とを混練する混練工程と、溶媒を蒸発させ、凝集剤と賦形剤の混合体を得る蒸発工程と、混合体を成形する成形工程と、を含む。

また、この目的を達成するために、本発明に係る水処理用固形薬剤の製造方法は、被処理水中の処理対象物質に作用する凝集剤と、凝集剤の溶解性を低減させる賦形剤と、を分散媒中で混合する混合工程と、分散媒を蒸発させ、凝集剤と賦形剤の混合体を得る蒸発工程と、混合体を成形する成形工程と、を含み、分散媒としてアルコールを１００重量％用いる。

また、この目的を達成するために、本発明に係る水処理装置は、本発明に係る水処理用固形薬剤を備える。

本発明によれば、被処理水の浄化を安価に行うことができ、長期間にわたり安定した凝集剤濃度を提供可能な水処理用固形薬剤、水処理用固形薬剤の製造方法、およびそれを用いた水処理装置を提供することができる。

図１は、本実施の形態１に係る水処理用固形薬剤１の構成を示す概念図である。図２は、本実施の形態１に係る効能部１０の構成を示す概念図である。図３は、本実施の形態１に係る保護部２０の構成を示す概念図である。図４は、本実施の形態１に係る水処理用固形薬剤１を製造する際に用いられる金型の模式図である。図５は、本実施の形態１に係る水処理用固形薬剤１ａの製造方法を示すフロー図である。図６は、本実施の形態２に係る水処理用固形薬剤１ｂの製造方法を示すフロー図である。図７は、本実施の形態３に係る水処理用固形薬剤１ｃの製造方法を示すフロー図である。図８は、本実施の形態３に係る水処理装置の模式図である。図９は、本実施例に係る凝集剤溶液を注入する試験用水処理装置を示す図である。図１０は、被処理水中の凝集剤濃度と除濁率の相関を示す図である。図１１は、水処理用固形薬剤１を通水路中に置く試験用水処理装置を示す図である。図１２は、実施例１～３３および比較例１～３の水処理用固形薬剤の詳細をまとめた図である。図１３は、実施例１～５および比較例１の被処理水中の凝集剤濃度と除濁率の評価結果をまとめた図である。図１４は、実施例１～５および比較例１の９．５Ｌ通水時の被処理水中の凝集剤濃度、除濁率、溶解性、単位溶解速度、溶解持続時間、浄化可能な被処理水量をまとめた図である。図１５は、実施例６～１０および比較例２の被処理水中の凝集剤濃度と除濁率の評価結果をまとめた図である。図１６は、実施例６～１０および比較例２の９．５Ｌ通水時の被処理水中の凝集剤濃度、除濁率、溶解性、単位溶解速度、溶解持続時間、浄化可能な被処理水量をまとめた図である。図１７は、実施例１１～２８の９．５Ｌ通水時の被処理水中の凝集剤濃度、除濁率、溶解性、単位溶解速度、溶解持続時間、浄化可能な被処理水量をまとめた図である。図１８は、かき混ぜ型粉体混合物、結合型粉体混合物、相溶化粉体の顕微鏡観察写真を示す図である。図１９は、実施例４および実施例２９～３０の被処理水中の凝集剤濃度と除濁率の評価結果をまとめた図である。図２０は、実施例４および実施例３１～３２の被処理水中の凝集剤濃度と除濁率の評価結果をまとめた図である。図２１は、実施例４および実施例３１～３２の効能部の露出面積比と被処理水中の凝集剤濃度比をまとめた図である。図２２は、比較例３の「カオリンのみ時の除濁率」、「カオリン＋鉄イオン時の除濁率」および「カオリン＋鉄イオン時の除鉄率」の評価結果をまとめた図である。図２３は、実施例４の「カオリンのみ時の除濁率」、「カオリン＋鉄イオン時の除濁率」および「カオリン＋鉄イオン時の除鉄率」の評価結果をまとめた図である。図２４は、実施例３３の「カオリンのみ時の除濁率」、「カオリン＋鉄イオン時の除濁率」および「カオリン＋鉄イオン時の除鉄率」の評価結果をまとめた図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例で合って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、各図中の構成要素の大きさ、厚さ、および存在比等の各比率が、必ずしも実際の比率を反映しているとは限らない。

｛実施の形態１｝
まず、図１を参照して、本発明の実施の形態１に係る水処理用固形薬剤１（以下、固形薬剤１と称する）について説明する。図１は、本実施の形態１に係る固形薬剤１の構成を示す概念図である。図２は、本実施の形態１に係る効能部１０の構成を示す概念図である。

水処理の方法として、例えば、被処理水に固形薬剤１を添加する例を以下に説明する。添加された固形薬剤１は、当該固形薬剤の構成成分を水中に徐放する。被処理水に懸濁している微粒子は、水の電離の影響を受けて負に帯電しているため、正電荷を有する固形薬剤１を用いた場合、固形薬剤１の電気中和作用により帯電が解消され、懸濁微粒子同士が結合して基礎フロックが形成される。この反応を凝結反応という。また、高分子有機化合物を含む固形薬剤１においては、基礎フロックどうしがつなぎ合わされる、すなわち架橋作用を受けて粗大フロックが形成される。この反応を凝集反応という。そして、凝結反応および凝集反応によって生成した基礎フロックおよび粗大フロック（以降まとめてフロックと称する）を沈殿あるいは濾過等により被処理水から除去することで、被処理水から懸濁微粒子を除去し、浄水を得ることが可能である。

固形薬剤１は、効能部１０と、保護部２０とを有して構成される。また、固形薬剤１では、効能部１０の側面が保護部２０で被覆される。

図２および図３を参照して、効能部１０および保護部２０について説明する。図２は、本実施の形態１に係る効能部１０の構成を示す概念図である。図３は、本実施の形態１に係る保護部２０の構成を示す概念図である。

効能部１０は、被処理水中に含まれる微粒子との間で凝結反応単独、あるいは凝結反応および凝集反応を起こす。効能部１０の作用により、被処理水中の微粒子を粗大化させ、沈殿あるいは濾過により被処理水から除去することで、被処理水の浄化を行うことができる。

効能部１０の形状は問わないが、被処理水との接触面積確保、保護部２０による表面被覆の容易さ、貯蔵時の省スペース化などの観点から、円筒状であることが好ましい。効能部１０は、保護部２０の中空空間２５に格納され、効能部１０の側面１３が保護部２０の内壁２３と接して構成される。なお、保護部２０の詳細については後述する。

効能部１０の天面を形成する一端部１１は、保護部２０の保護部天面２１と同一平面あるいは同一平面よりも内側（保護部２０の保護部底面２２側）に位置する。一端部１１は、その形状は問わないが、被処理水との接触面積を一定とするために、略平面であることが好ましい。

効能部１０の底面を形成する他端部１２は、保護部２０の保護部底面２２と同一平面あるいは同一平面よりも内側（保護部２０の保護部天面２１側）に位置する。一端部１１は、その形状は問わないが、被処理水との接触面積を一定とするために、略平面であることが好ましい。

一端部１１および他端部１２をこのような構成とすることで、固形薬剤１を被処理水に添加した際に、効能部１０が溶出して体積が減少していっても被処理水への効能部１０の露出面積を常に略一定にすることができ、効能部１０の溶出速度を一定とすることができる。したがって、長期間にわたり、被処理水中の凝集剤濃度を安定させることができる。なお、効能部１０の一端部１１あるいは他端部１２のうち少なくとも一方は、保護部２０の中空空間２５外に突出しないように構成する。

効能部１０は、凝集剤１５と、賦形剤１７とを有して構成される。

凝集剤１５は、被処理水中の微粒子に作用し、微粒子をフロックにして粗大化させる。凝集剤１５として、無機凝結剤、有機凝結剤、および高分子凝集剤のうち、少なくとも１種を用いる。凝集剤１５には、分子構造中に正電荷を有する薬剤を用いることが好ましい。正電荷を有する薬剤を用いることにより、負に帯電している微粒子に対し、電荷中和を行うことができ、凝結反応あるいは凝集反応を起こさせることで、微粒子を粗大化することができる。

無機凝結剤として、例えば、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、ポリ硫酸アルミニウム、ポリ硫酸第二鉄、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム（ＣＴＡＢ）、塩化ベンザルコニウム、キトサンオリゴ糖、塩化鉄、または硫酸バンド（硫酸アルミニウム）等を用いることができる。

有機凝結剤として、例えば、ポリＤＡＤＭＡＣ（ＰｏｌｙＤｉａｌｌｙｌＤｉＭｅｔｈｙｌＡｍｍｏｎｉｕｍＣｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリアミン、ジシアンジアミド系高分子等を用いることができる。ポリアミンとして、例えば、ポリエチレンイミンを用いることができる。また、ジシアンジアミド系高分子として、例えば、ポリジシアンジアミドと塩化アンモニウムの反応物を用いることができる。これらの有機凝結剤は、無機凝集剤に比べて重量当たりの電荷密度が高い（１ｇあたりの正電荷のモル量を示すカチオン当量が４ｍｅｑ／ｇ以上）ため、無機凝集剤と比較して極少量で凝結反応を得ることができる。

高分子凝集剤として、カチオン性の高分子凝集剤を用いることが好ましく、例えば、ポリＤＭＡＥＭＡ（ＰｏｌｙＤｉＭｅｔｈｙｌＡｍｉｎｏＥｔｈｙｌＭｅｔｈＡｃｒｙｌａｔｅ、ポリメタクリル酸ジメチルアミノエチルエステル）等を用いることができる。

なお、無機凝結剤は強い凝結反応を起こし、凝集反応はほとんど起こさない。また、有機凝結剤は、少量で強い凝結反応および弱い凝集反応を起こす。そして高分子凝集剤は、少量で強い凝結反応および強い凝集反応を起こす。有機凝結剤と高分子凝集剤の凝集反応の差は、それらがどの位置に正電荷を有するかによるところが大きく、直鎖に位置にする有機凝結剤は弱い凝集反応を起こし、側鎖に位置する高分子凝集剤は強い凝集反応を起こす。強い凝集反応は、沈殿処理法においては有利に働く半面、フロック濾過法においては濾過材を巻き込んだ凝集塊（マッドボール）を生成して濾過部の閉塞を誘発するリスクを有する。

凝集剤１５として、無機凝結剤、有機凝結剤、高分子凝集剤の３つの剤をそれぞれ単独で使用することも、３つの剤のうち２つを併用することも、３つ全てを併用することも可能である。

効能部１０に対する凝集剤１５の含有量は、１０～８０重量％であり、好ましくは１０～４０重量％である。凝集剤１５の含有量が上記範囲内にあると、被処理水への溶解性を低減させることができ、好ましい。

賦形剤１７は、凝集剤１５の水への溶解性を低減させる薬剤である。賦形剤１７を配合することにより、効能部１０の溶解性が低減する。

賦形剤１７として、タマリンドシードガム、カチオン化グアーガム、グアーガム、キサンタンガムなどの増粘多糖類やポリエチレングリコール、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース等を用いることができ、タマリンドシードガム、カチオン化グアーガム、グアーガム、ポリエチレングリコールを用いるのが好ましく、より好ましくは、タマリンドシードガム、カチオン化グアーガム、グアーガムを用いることである。

賦形剤とは、薬剤用語の一つであり、医薬品等において、薬剤を嵩増しして取扱い性を向上させる目的や薬剤加工性を向上させる目的で使われる。本発明においては、上記目的に加え、最も重要である凝集剤１５の溶解性制御（溶解性の抑制）の役割を果たしている。賦形剤１７は、水酸基などの極性基を多く有するため、凝集剤１５が、賦形剤１７の極性基に引き付けられて水素結合等により弱く結合する。その結果、凝集剤１５の水への溶解を抑制することが可能となる。

賦形剤１７を配合することにより、固形薬剤１中の凝集剤１５の配合率が下がる。賦形剤１７は凝集剤１５よりも溶解性が低いため、固形薬剤１では、凝集剤１５単独の場合よりも見かけ上の溶解性が下がり、凝集剤１５の水中濃度は低減される。しかし、単に賦形剤１７の増加分に対応して固形薬剤１の見かけ上の溶解性が低減するだけではなく、賦形剤１７を使うことで凝集剤１５の溶出速度そのものを低減することが可能となる。この賦形剤１７による凝集剤１５への溶出速度低減効果は、本発明者らによって見出されたものである。

効能部１０に対する賦形剤１７の含有量は、２０～９０重量％であり、好ましくは６０～９０重量％である。賦形剤１７の含有量が上記範囲内にあると、凝集剤１５の溶出速度および溶解性を低減でき、長期間凝集剤成分を溶出させることができる。したがって、長期間（例えば２週間）にわたり、効能部１０の形状を保持しつつ、凝集剤成分を溶出させることができるため好ましい。

保護部２０は、効能部１０を水との接触から保護する。具体的には、保護部２０は、効能部１０の側面１３を被覆することにより、効能部１０が被処理水等の水と接触して、吸水し、膨張し、溶解又は崩壊することを抑制する作用を有する。ここで、保護部２０が効能部１０を水との接触から保護する作用とは、保護部２０を通して水が効能部１０の側面１３に至ることを抑制する作用を意味する。なお、保護部２０は、効能部１０を水との接触から保護する作用を有する限りにおいて、被処理水等の水と接触して、吸水し、膨張し、溶解又は崩壊するものであってもよい。また、保護部２０は、効能部１０と同程度の時間で溶解または崩壊するものであると効能部１０の残存を目視で確認しやすいため、より好ましい。

保護部２０として、水溶性の薬剤を用いることが好ましい。水溶性の薬剤を用いない場合、被処理水中に保護部２０の成分が残存し、濾過による水処理を行う場合などでは濾過部に到達して蓄積した場合、濾材の閉塞が生じてしまう。

保護部２０に用いる薬剤として、例えば、トリクロロイソシアヌル酸、ジクロロイソシアヌル酸等の塩素含有化合物、でんぷんやグアーガム、タマリンドガム等の多糖類が用いられる。このうち、塩素含有化合物は、被処理水の水処理後に得られる処理後水中の塩素濃度を高くすることにより、被処理水に含まれる細菌等を殺菌したり、鉄イオン等を酸化凝集させたりして鉄濃度の低い処理後水を得やすいため好ましい。また、保護部２０がジクロロイソシアヌル酸塩又はトリクロロイソシアヌル酸を主成分とするものであると好ましい。

保護部２０の形状は問わないが、被処理水との接触面積確保、保護部２０での表面保護の容易さ、貯蔵時の省スペース化などの観点から、天面および底面、つまり両端が開口した円筒状であることが好ましい。図３に示す保護部２０は、保護部天面２１と、保護部底面２２と、内壁２３と、を有して構成され、内部に中空空間２５を有する。

保護部天面２１は、保護部２０の天面を形成する面であり、中央に開口を有する。保護部天面２１と同一平面あるいはより内方（保護部底面２２側）に効能部１０の一端部１１があることが好ましい。これにより、効能部１０の側面１３を水との接触から保護しつつ、開口部分で一端部１１が水と接触することができる。

保護部底面２２は、保護部２０の底面を形成する面であり、中央に開口を有する。保護部底面２２と同一平面あるいはより内方（保護部天面２１側）に効能部１０の他端部１２があることが好ましい。これにより、効能部１０の側面１３を水との接触から保護しつつ、開口部分で他端部１２が水と接触することができる。

内壁２３は、保護部２０の内壁であり、効能部１０の側面１３と接する。これにより、側面１３を水との接触から保護することができる。

中空空間２５は、効能部１０を格納可能な空間である。中空空間２５を鉛直方向上方から見た形状および面積は、効能部１０を鉛直方向上方から見た形状および面積と略一致する。

保護部２０をこのように構成することで、固形薬剤１を被処理水に添加した際に、被処理水への効能部１０の露出面積を一定にすることができ、効能部１０の溶出速度を一定とすることができる。

また、固形薬剤１は、凝集剤１５、賦形剤１７のそれぞれの含有割合の合計が１００重量％を超過しないように配合比を設定し、その配合比を任意に変更可能である。また、必要に応じて打錠時に金型から抜きやすくするための滑沢剤などの添加物等を配合してもよい。

そして、固形薬剤１は、２５℃における被処理水への溶出速度が、０．０１～２ｍｇ／ｍｉｎ／ｃｍ^２であり、より好ましくは０．０２～０．２ｍｇ／ｍｉｎ／ｃｍ^２である。溶出速度がこの範囲内であれば、溶解初期の凝集剤濃度の急上昇や乱高下を抑制しつつ、被処理水へ凝集剤を所望の濃度で安定的に供給することができる。

（固形薬剤の製造方法）
次に、図４および図５を参照して、本実施の形態１に係る固形薬剤１の製造方法について説明する。図４は、本発明に係る固形薬剤１を製造する際に用いられる金型５の模式図である。図５は、本実施の形態１に係る固形薬剤１の製造方法を示すフロー図である。

本実施の形態１の固形薬剤１は金型５を用いて、凝集剤１５と、賦形剤１７とを混合した混合物を、加圧して錠剤状とすることによって製造することができる。

金型５は、金型５ａと金型５ｂおよび金型５ｃを有して構成される。

金型５ａは、製造時に固形薬剤１の原料が投入される部材である。金型５ａは、内部空間６を有する筒状の部材であり、筒状部の少なくとも一端が開口している。

内部空間６の直径Ｄ１は、固形薬剤１の直径と略一致する。金型５ａの内部空間６に固形薬剤１の原料が投入される。内部空間６の形状により、固形薬剤１の形状が決定される。

金型５ｂは、上部加圧部７と基部８を有し、金型５ａの内部空間６と篏合する。

上部加圧部７は、金型５ａの開口に挿し込まれ、固形薬剤１の原料を加圧する部材である。加圧部７の直径Ｄ２は、内部空間６の直径Ｄ１と略一致し、内部空間２への挿入および取り出しが可能な直径とする。

基部８は、加圧部７と一体に成形され、加圧部７に圧力を伝達する部材である。

金型５ｃは、底蓋部９を有し、金型５ａの内部空間６と嵌合する。

底蓋部９は、金型５ａの開口のうち、上部加圧部７が挿し込まれる開口とは別の開口に挿し込まれ、金型５ａの底面に蓋をする部材である。

なお、金型５ａ、金型５ｂおよび金型５ｃの素材は、特に限定されず、金属であってもよいし、樹脂であってもよい。

図５を用いて、固形薬剤１の製造方法について説明する。

まず、粉状の凝集剤１５と、粉状の賦形剤１７とを秤量し、秤量さじでかき混ぜたり、秤量容器を振ったりするなどして混ぜ合わせることにより、かき混ぜ型粉体混合物を調製する（混合工程：ステップＳ１ａ）。

そして、かき混ぜ型粉体混合物に圧力を加え成形することにより、効能部１０を得る（成形工程：ステップＳ２ａ）。

成形工程の詳細な手順を説明する。まず、蒸発工程により得られた凝集剤１５と賦形剤１７とを含むかき混ぜ型粉体混合物を、金型５ｃが嵌め合わされ、底部が底蓋部９によって塞がれた金型５ａの内部に充填する。当該かき混ぜ粉体混合物を金型５ａに充填した後、金型５ａの上部開口から金型５ｂを挿し込み、かき混ぜ粉体混合物に圧力を加える。これにより、かき混ぜ粉体混合物が圧縮され、かき混ぜ粉体混合物中の空隙が除去されて緻密化する。なお、かき混ぜ粉体混合物の加圧条件は特に限定されず、効能部１０が所望の密度になるように調整することができ、例えば、混合固体を、室温条件下、１～１００ＭＰａの圧力で加圧することが好ましい。

そして、金型５ａの内部から成型体を取り出すことにより、効能部１０を得ることができる。

得られた効能部１０を、保護部２０の開口に挿入し、効能部１０の一端部１１が保護部天面２１より突出しないように、また他端部１２が保護部底面２２より突出しないように合体させ形成することで、固形薬剤１を得る（挿入工程：ステップＳ３ａ）。

以上の製造方法により、凝集剤１５と賦形剤１７とを原料として、固形薬剤１を得ることができる。

以上、本実施の形態１に係る固形薬剤１によれば、以下の効果を享受することができる。

（１）固形薬剤１は、被処理水中の微粒子等の処理対象物質に作用する凝集剤１５と、凝集剤１５の溶解性を低減させる賦形剤１７と、を含む。

このような構成により、被処理水に対する固形薬剤１の溶解性を低減することができ、長期間にわたり被処理水中の凝集剤濃度を所定の値にすることが可能となる。

（２）賦形剤１７を用いて固形薬剤１を形成した。これにより、凝集剤１５単独の場合と比較し、高い強度を有する固形薬剤１とすることができる。また、凝集剤１５単独の場合と比較し、賦形剤１７を配合することにより、固形薬剤１の体積を適切な大きさにすることができる。そのため、運搬時や保管時等の取扱いが容易な固形薬剤１とすることができる。

（３）有機凝結剤および高分子凝集剤は基本的に低圧縮性であり、単体での圧縮成形性が高くない。したがって、高圧縮性であり粉体結合性の高い賦形剤１７を配合することにより、圧縮成形性が向上するため、容易に固形薬剤１が得られる。

（４）固形薬剤１は、２５℃における被処理水への溶出速度が、０．０１～２ｍｇ／ｍｉｎ／ｃｍ^２であり、より好ましくは０．０２～０．２ｍｇ／ｍｉｎ／ｃｍ^２である。溶出速度がこの範囲内であれば、溶解初期の凝集剤濃度の急上昇や乱高下を抑制しつつ、被処理水へ凝集剤を所望の濃度で安定的に供給することができる。

｛実施の形態２）
次に、図６を参照して、本実施の形態２に係る固形薬剤１ｂの製造方法について説明する。図６は、本実施の形態２に係る固形薬剤１ｂの製造方法を示すフロー図である。

実施の形態２に係る固形薬剤１ｂの製造方法は、凝集剤１５および賦形剤１７を混合する際の手順が実施の形態１と異なり、その他、得られる固形薬剤１の構成等は実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１で説明済みの内容は再度の説明を適宜省略し、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

本実施の形態２の固形薬剤１ｂは、凝集剤１５と、賦形剤１７とを混合した混合物を、金型５を用いて、加圧して錠剤状とすることによって製造することができる。

まず、粉状の凝集剤１５と、粉状の賦形剤１７とを秤量し、分散媒を加えて分散させる（分散工程：ステップＳ１ｂ）。分散媒として、エタノールやイソプロピルアルコール、ブタノールなどのアルコールを用いることができる。

次に、分散媒を揮発させ、凝集剤１５と賦形剤１７とを含む結合型粉体混合物を得る（蒸発工程：ステップＳ２ｂ）。

そして、結合型粉体混合物に圧力を加え成形することにより、効能部１０ｂを得る（成形工程：ステップＳ３ｂ）。成型工程の詳細な手順は実施の形態１と同様である。

得られた効能部１０ｂを、保護部２０の開口に挿入し、効能部１０ｂの一端部１１が保護部天面２１より突出しないように、また他端部１２が保護部底面２２より突出しないように合体させ形成することで、固形薬剤１ｂを得る（挿入工程：ステップＳ４ｂ）。

以上の製造方法により、凝集剤１５と賦形剤１７とを原料として、固形薬剤１ｂを得ることができる。

以上、本実施の形態２に係る固形薬剤１によれば、実施の形態１で得られる効果（１）～（４）に加え、以下の効果を享受することができる。

（５）実施の形態２の製造方法によって固形薬剤１ｂを作製することにより、凝集剤１５と賦形剤１７とが単に混合しているだけでなく、粉体レベルで均一化しており、かつ、賦形剤１７と凝集剤１５とが分離せず互いに絡みついて粉体レベルで結合させることができる。そのため、固形薬剤１ｂの溶解初期時において、凝集剤１５だけが先に溶出することを抑制でき、溶解初期の凝集剤濃度の急上昇を抑制することができる。

｛実施の形態３）
次に、図７を参照して、本実施の形態３に係る固形薬剤１ｃの製造方法について説明する。図６は、本実施の形態３に係る固形薬剤１ｃの製造方法を示すフロー図である。

実施の形態３に係る固形薬剤１ｃの製造方法は、凝集剤１５および賦形剤１７を混合する際の手順が実施の形態１と異なり、その他得られる固形薬剤１ｃの構成等は実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１で説明済みの内容は再度の説明を適宜省略し、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

本実施の形態３の固形薬剤１ｃは、凝集剤１５と、賦形剤１７とを混合した混合物を、金型５を用いて、加圧して錠剤状とすることによって製造することができる。

まず、凝集剤１５と、賦形剤１７とを秤量し、溶媒に溶解させる（溶解工程：ステップＳ１ｃ）。溶媒として水を用いることができる。

次に、溶解した凝集剤１５と賦形剤１７とを混錬する（混練工程：ステップＳ２ｃ）。混合方法は特に限定されないが、固形薬剤１中での凝集剤１５の粒子および賦形剤１７の粒子が互いに相溶化するように混練して混練体を得る。なお、ここで相溶化とは、粒子同士が分子レベルで結合していることを示す。

次に、回転刃を持つ回転ミルで混練体を粉砕微細化する（粉砕工程：ステップＳ３ｃ）。

次に、溶媒を蒸発させ、凝集剤１５と賦形剤１７とを含む相溶化粉体を得る（蒸発工程：ステップＳ４ｃ）。相溶化粉体中の凝集剤１５と賦形剤１７は相溶化して一体となっており、顕微鏡像からは両者の区別はつかない状態となっている。得られた相溶化粉体は、効能部１０の原料となる。

なお、ステップＳ３ｃとステップＳ４ｃは入れ替えが可能だが、ステップＳ３ｃを先に行うことにより、材料の表面積が増えるため、溶媒の蒸発時間を短縮することができる。

そして、相溶化粉体に圧力を加え成形することにより、効能部１０ｃを得る（成形工程：ステップＳ５ｃ）。成型工程の詳細な手順は実施の形態１と同様である。

得られた効能部１０ｃを、保護部２０の開口に挿入し、効能部１０ｃの一端部１１が保護部天面２１より突出しないように、また他端部１２が保護部底面２２より突出しないように合体させ形成することで、固形薬剤１ｃを得る（挿入工程：ステップＳ６ｃ）。

以上の製造方法により、凝集剤１５と賦形剤１７とを原料として、固形薬剤１ｃを得ることができる。

以上、本実施の形態３に係る固形薬剤１ｃによれば、実施の形態１および実施の形態２で得られる効果（１）～（５）に加え、以下の効果を享受することができる。

（６）実施の形態３の製造方法によって固形薬剤１ｃを作製することにより、凝集剤１５と賦形剤１７とが単に混合しているだけでなく、相溶化させることができる。相溶化によって、分子レベルで凝集剤１５と賦形剤１７とが均一分散しつつ結合しているため、固形薬剤１ｃの溶解初期時において、凝集剤１５だけが先に溶出することをより強く抑制でき、溶解初期の凝集剤濃度の急上昇を抑制することができる。

｛実施の形態４）
図７を参照して、本発明の実施の形態４に係る水処理装置５０について説明する。図７は、本発明の実施の形態４に係る水処理装置５０の構成を示す概念図である。なお、図７では、水処理装置５０の各要素を概念的に示している。

実施の形態４に係る水処理装置５０では、水処理に用いる薬剤として、実施の形態１に係る固形薬剤１を用いている。以下、実施の形態１で説明済みの内容は再度の説明を適宜省略し、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

水処理装置５０は、水源５２から供給される被処理水を浄化する装置である。水処理装置５０は、例えば、戸建て住宅や集合住宅、商業施設などの建物に水を導入する水道管と連結して設置されてもよく、その場合、建物に導入される被処理水を浄化する。住宅に水処理装置５０を設置する場合、例えば、各戸に１つずつ設けられてもよい。

水源５２は、自然に存在する水を保持する場所であり、例えば、井戸、河川もしくは池等を含む。つまり、水源５２からは、天然水を被処理水として得ることができる。

なお、被処理水とは、例えば、水道水の原料になる水であり、井戸、河川もしくは池等の水源から汲み出した水や雨水が該当し、微粒子等を含んでいる。

微粒子とは、例えば砂、シルト、粘土や酸化鉄粒子等が挙げられるが、これらに特に限定されることはなく、被処理水中に含まれる粒子であれば除去対象となる。微粒子として、例えば、粒子径が０．２～１５μｍの粒子であれば除去することが可能である。微粒子は、その多くが負に帯電し、被処理水中では微粒子同士が互いに反発しあっている。また、被処理水に含まれる酸化鉄粒子は、例えば、地中に含まれる鉄が溶出した後に酸化してできた粒子である。

図７に示すように、水処理装置５０は、流入口５１と、通水ポンプ５３と、通水管５４と、薬剤添加部５５と、濾過部５７と、浄水排出口５８とを有して構成される。

流入口５１は、通水ポンプ５３によって水源５２から汲み上げられる被処理水を装置内に導入する開口である。流入口５１は、通水管５４の上流端に位置する。

通水管５４は、被処理水を流通させ、内部で被処理水の浄化を行う管である。通水管５４の上流端には流入口５１が設けられ、下流端には浄水排出口５８が設けられる。通水管５４は、流入口５１および通水ポンプ５３を連通接続する。また、通水管５４は、通水ポンプ５３および薬剤添加部５５を連通接続する。また、通水管５４は、薬剤添加部５５および濾過部５７を連通接続する。また、通水管５４は、濾過部５７および浄水排出口５８を連通接続する。

通水ポンプ５３は、水源５２から被処理水を汲み上げ、水処理装置５０に供給する。通水ポンプ５３は、通水ポンプ下流へと被処理水を送水する。通水ポンプ５３は、薬剤添加部５５の上流に設けられる。通水ポンプ５３は、流入口５１の位置と、水源５２の水位との間の高低差によって送水量が変動しないように出力制御できる。

薬剤添加部５５は、被処理水に実施の形態１に記載の固形薬剤１を添加する。薬剤添加部５５には、被処理水に添加される固形薬剤１が格納される。薬剤添加部５５は、通水管５４と直接接続されていてもよいし、通水管５４の横に置いた薬剤添加部５５と通水管５４とを別の配管で接続してもよい。薬剤添加部５５は、濾過部５７の上流に設けられる。なお、固形薬剤１の代わりに、固形薬剤１ｂ、もしくは固形薬剤１ｃを用いてもよい。

濾過部５７は、通水管５４によって薬剤添加部５５と連通接続されている。また、濾過部５７は、通水管５４によって、浄水排出口５８と連通接続されている。濾過部５７は、薬剤添加部５５の下流に設けられる。濾過部５７は、固形薬剤１により形成されるフロックを含有する水を濾過する。濾過部５７は、フロックを含有する水を濾過することができれば、特に限定されない。濾過部５７は、例えば、容器と容器内に充填された濾過材とを含んでいてもよい。

濾過部５７の濾過材として、砂、アンスラサイト、ガーネット、セラミックス、オキシ水酸化鉄、水中で沈降し、圧力で変形しにくい硬度をもつものを単一層又は多層にした粒状濾過材、マンガン砂、粒状活性炭等の濾過材表面に吸着能を持たせた粒状濾過材、繊維、プラスチック等の織物や不織布濾過材、膜濾過材などの深層濾過と言われている濾過現象を示す濾過材を、特に制限すること無く利用できる。濾過材としてマンガン砂を用いる場合、マンガン砂の密度は、例えば２．５７ｇ／ｃｍ^３～２．６７ｇ／ｃｍ^３とすることができる。マンガン砂のマンガン付着量は、０．３ｍｇ／ｇ以上であることが好ましい。

浄水排出口５８は、濾過部５７によって濾過された被処理水を、浄水として装置外に供給する開口である。浄水排出口５８は、通水管５４の一端であり、流入口５１とは異なる一端に設けられる。浄水排出口５８から得られる浄水は、濁度が低減され、生活水として用いることができる。生活水とは、例えば、家事、入浴、炊事、飲用等の日常生活に用いる水を含む。

（（処理の流れ））
水処理装置５０による被処理水の浄化方法について説明する。まず、通水ポンプ５３により、微粒子を含む被処理水が水源５２から流入口５１を介して装置内に導入される。水処理装置５０内に導入された被処理水は、通水ポンプ５３により通水管５４を流通する。流入した被処理水が薬剤添加部５５に到達すると、被処理水は固形薬剤１と接触する。この時の、被処理水に対する凝集剤１５濃度は、例えば０．００５ｐｐｍ～０．２ｐｐｍとなる。この範囲の場合には、フロックの粗大化を原因とした濾過部５７の閉塞を抑制可能なため、好ましい。

添加された固形薬剤１は、被処理水中の微粒子と作用し、濾過部５７で濾過される濾過対象物質が形成される。

例えば、固形薬剤１は、被処理水中の微粒子と凝結反応あるいは凝集反応を起こし、フロックが形成される。また、凝集剤の有する正電荷によって濾過部５７の濾過材の負の帯電についても中和可能であり、微粒子やフロックと、濾過材との電荷反発を解消できる。電荷反発が解消された結果、フロックが濾過されやすくなるため、除濁性能を向上させることが可能である。

形成されたフロックを含む被処理水は、通水管５４を流通し、薬剤添加部５５の後段に設けられる濾過部５７に導入される。濾過部５７に導入された被処理水は、被処理水中のフロックが濾過材によって濾過されるため、浄水となる。そして、濾過部５７の下流に設けられる浄水排出口５８からは、微粒子が除去された浄水を得ることができる。浄水は、生活用水として使用可能である。このようにして、被処理水から微粒子を除去することができる。

以上、本実施の形態４に係る水処理装置５０によれば、実施の形態１～４で得られる効果（１）～（６）に加え、以下の効果を享受することができる。

（７）固形薬剤１を用いて水処理を行うことができるため、凝集剤溶液を貯留する薬液タンクと凝集剤溶液を注入する注入ポンプが不要となる。そのため、装置サイズのコンパクト化と装置にかかるコスト低減が可能となる。特に、装置サイズに関しては、薬剤添加部５５と濾過部５７を一体化することで更なるコンパクト化が可能となる。

（８）作成に手間がかかり、水を含むため重くて嵩張りかつ変形して運搬しにくい凝集剤溶液を、小さくて取扱いの容易な固形薬剤１に置き換えることで、水処理装置５０の運用性を高めることが可能となる。

｛実施例）
〔凝集剤濃度〕
まず、図９に示す水処理装置を用いて、被処理水中の凝集剤濃度と除濁性能の相関性を調べた。図９は、本実施例に係る凝集剤溶液を注入する試験用水処理装置を示す図である。得られた結果を、図１０に示す。図１０は、被処理水中の凝集剤濃度と除濁率の相関を示す図である。

（水処理装置）
図９に示す構成および濾過時の流路を有する水処理装置６０において、通水ポンプ６３を動かして通水試験を実施し、濾過通水時の除濁性能を評価した。

＜水源、被処理水＞
微粒子を清水に分散させ、後述する方法で濁度を１００ＮＴＵ（ＮｅｐｈｅｌｏｍｅｔｒｉｃＴｕｒｂｉｄｉｔｙＵｎｉｔ：ＮＴＵ)としたものを水源６２として用いた。清水とは、微粒子を添加していないきれいな水（イオン交換樹脂には通していない水）である。
微粒子として、カオリンおよび酸化鉄一水和物を用いた。カオリンは、０．２μｍおよび４μｍに粒度分布のピークを有する。また、酸化鉄一水和物は、６ｕｍに粒度分布のピークを有する。

そして、水源の調製時には、カオリンおよび酸化鉄一水和物を、それぞれの濁度が５０ＮＴＵ、合計１００ＮＴＵ、すなわち比率としてカオリンと酸化鉄一水和物が１：１となるように清水中に分散させた。

このカオリンの濃度と濁度の関係は１．６ＮＴＵ／ｍｇであった。すなわち、５０ＮＴＵのカオリンを含有する水源１Ｌを得るために必要なカオリンは、３１．２ｍｇであった。また、この酸化鉄一水和物の濃度と濁度の関係は１２．１ＮＴＵ／ｍｇであった。すなわち５０ＮＴＵの酸化鉄一水和物を含有する水源１Ｌを得るために必要な酸化鉄一水和物は４．１ｍｇであった。

＜流入口、通水ポンプ、通水管、浄水排出口＞
流入口６１、通水ポンプ６３、通水管６４、浄水排出口６８は、実施の形態４に記載の各構成と同様の構成とした。

なお、通水ポンプ６３の通水流量は、０．４７Ｌ／ｍｉｎとした。

＜薬剤添加部＞
通水ポンプ６３の下流側と後述する濾過部６７の間に、薬剤添加部６５を設けた。

凝集剤溶液貯留タンク６５ａは、凝集剤溶液を貯留する槽または容器であり、凝集剤溶液貯留タンク６５ａ、凝集剤溶液注入ポンプ６５ｂおよび凝集剤溶液注入管６５ｃを備える。

具体的には、通水ポンプ６３と濾過部６７を連通する通水管６４に、横から凝集剤溶液注入管６５ｃを接続し、凝集剤溶液注入ポンプ６５ｂによって凝集剤溶液貯留タンク６５ａ中の凝集剤溶液を被処理水に注入した。

凝集剤溶液注入ポンプ６５ｂの通水量は一定とし、凝集剤溶液中の凝集剤濃度を変えることで被処理水中の凝集剤濃度が０．００１～５ｐｐｍ（ｐｐｍはｍｇ／Ｌと同義）となるようにした。

用いた凝集剤は、カチオン性有機凝結剤に分類されるポリＤＡＤＭＡＣ（Ｐｏｌｙｄｉａｌｌｙｌｄｏｍｒｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍｃｈｌｏｒｉｄｅ）（重量平均分子量約１００万、カチオン当量約６ｍｅｑ／ｇ）であり、これをイオン交換水に溶かしたものを凝集剤溶液として用いた。

＜濾過部＞
濾過部６７の外形容器として、内径４５ｍｍのガラス管６７ａを用いた。濾過部６７は、下流側（浄水排出口６８側）から順に、濾過材として、有効径０．３５ｍｍの酸化マンガン被覆砂を１２８ｍｍ充填して構成した酸化マンガン被覆砂層６７ｂと、粒子径０．５～１．３ｍｍの酸化鉄添着活性炭を１０３ｍｍ充填して構成した酸化鉄添着活性炭層６７ｃと、を備える構成とした。酸化マンガン被覆砂６７ｂおよび酸化鉄添着活性炭６７ｃの充填容積は、それぞれ０．２０Ｌおよび０．１６Ｌであり、充填容積の合計は０．３６Ｌである。

通水流量が０．４７Ｌ／ｍｉｎであるため、そこから計算される濾過部５７への被処理水の通水線速度は２９６ｍｍ／ｍｉｎであり、濾過材中に被処理水が滞留する時間は４７秒となる。

なお、濾過部６７には捕集された微粒子が蓄積されるため、試験条件を同一にするために、蓄積した微粒子を取り除いて各試験開始前の状態を同じにする必要がある。そのため、各試験が終了するごとに濾過部６７を取り外して振り、微粒子を濾過材から脱離させた上で、洗浄水を浄水排出口６８から濾過部６７に流入させ、通水させることで洗浄した。洗浄水は濾過通水時の被処理水と同じく上記１００ＮＴＵの水源とし、濾過部上部から排出される洗浄排水が洗浄水と同程度の濁度になるまで洗浄水を通水した。

なお、除濁性能の評価結果は、以下の測定および評価基準に基づいたものである。

（濁度）
水処理装置５０に９．５Ｌを通水させた後に、浄水排出口６８から取り出した浄水の濁度を濁度測定装置（ＨＡＣＨ社製、型番２１００Ｑ）で測定した。そして以下の式を用いて除濁率を算出した。

除濁率（％）＝（１－浄水の濁度／水源の濁度）×１００
（凝集剤濃度の評価結果）
被処理水中の凝集剤濃度と除濁率の評価結果を図１０に示す。図１０は、被処理水中の凝集剤濃度と除濁率の相関を示す図である。

被処理水中の凝集剤濃度が０．００５～０．２ｐｐｍの範囲において、９０％以上の除濁率が得られることが判明した。

これは、凝集剤の有するカチオンの濃度が低すぎると電荷反発が解消しきれないために高い除濁率が得られず、逆にカチオンの濃度が高すぎると正に逆帯電してしまい、この場合でも高い除濁率が得られないことを示している。

そのため、高い除濁率を得るためには、被処理水中の凝集剤溶液の濃度は０．００５～０．２ｐｐｍの範囲として処理を行うことが適切であるといえる。この結果から、凝集剤１５の溶解性を制御すること、特に溶解性の高い凝集剤１５の溶解性を低減させて最適な濃度を得ることは非常に重要であることが明らかとなった。

なお、最適な凝集剤濃度は水源の濁度ごとに異なるが、本実施例に用いた１００ＮＴＵという濁度は、想定する処理対象水源のうちの大部分の水源を網羅する値であり、この濁度の水源において高除濁率を得られれば、多くの想定処理対象水源で浄水を得ることができる。

仮に１００ＮＴＵよりも低い濁度、例えば２０ＮＴＵの水源を処理する場合には、所定の濃度（例えば５ＮＴＵ）まで低減するのに７５％の除濁率でよいこととなり、この場合でも適用可能であるといえる。したがって１００ＮＴＵで高い除濁率が得られれば、多くの想定処理対象水源で浄水目的の水処理に適用することが可能である。

〔各種固形薬剤の評価の概要〕
次に、図１１に示す水処理装置を用いて、固形薬剤を適用した場合の被処理水中の凝集剤濃度、除濁性能および除鉄性能を評価した。以下、実施例および比較例を用いて各種の固形薬剤１をさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれによって限定されるものではない。

（水処理装置）
図１１は、実施例および比較例に用いた水処理装置５０ａの構成および濾過時の流路を示す図である。この水処理装置において、通水ポンプ５３を動かして通水試験を実施し、凝集剤濃度および濾過通水時の除濁性能を評価した。

なお、凝集剤濃度の評価と除濁性能および除鉄性能の評価は別々の水源を使う必要があるため、同時には実施できない。今回の評価では被処理水中の凝集剤濃度の測定を先に実施し、その後、固形薬剤１を十分に乾かした上で除濁性能および除鉄性能の測定を実施した。

水処理装置５０ａは、薬剤添加部５５と濾過部５７が直接接続されている点以外は、実施の形態４に記載の水処理装置５０と同一の構成である。

＜流入口、通水ポンプ、通水管、浄水排出口＞
流入口５１、通水ポンプ５３、通水管５４、浄水排出口５８は、実施の形態４に記載の各構成と同様の構成とした。なお、水源５２を汲み上げ、被処理水として通水管５４内に流通させる通水ポンプ５３の通水流量は０．４７Ｌ／ｍｉｎとした。

＜薬剤添加部＞
薬剤添加部５５Ａは、孔開き板５５ａを有し、下流側が濾過部５７と直接接続されている。

孔開き板５５ａは、固形薬剤１を保持する板であり、固形薬剤１と被処理水とが薬剤添加部５５Ａ内で接触するように固形薬剤１を保持しつつ、被処理水が濾過部５７に流通可能な孔を有する。孔の大きさは、固形薬剤１の大部分（例えば９５％）が溶解した場合でも、固形薬剤１が通過しない大きさとすることが好ましい。

各試験の際には、固形薬剤１個を孔開き板５５ａの上に置いた。このように薬剤添加部５５Ａに固形薬剤を入れて通水することで、凝集剤１５を所定の溶解速度で溶解させ、凝集剤１５を被処理水に添加することができる。

＜水源、被処理水＞
実施例１～３２、および比較例１～２の被処理水中の凝集剤濃度評価時：
後述するコロイド滴定法で被処理水中の凝集剤濃度を測定するため、清水中の妨害物質であるカルシウムイオン、マグネシウムイオン、塩化物イオンや有効塩素成分などをイオン交換樹脂（具体的にはオルガノ製純水器Ｇ－１０Ｄ）で除去したイオン交換水を被処理水として用いた。濁度は０ＮＴＵ、鉄濃度は０ｐｐｍである。

実施例１～３２、および比較例１～２の除濁性能評価時：
前述したカオリンと酸化鉄一水和物を清水に分散させ、濁度をそれぞれ５０ＮＴＵ、合計１００ＮＴＵとしたものを水源として用いた。

実施例４、実施例３３および比較例３の除濁性能のみの評価時：
前述したカオリンのみを清水に分散させ、濁度を５０ＮＴＵとしたものを水源として用いた。

実施例４、実施例３３および比較例３の除濁性能および除鉄性能の同時評価時：
前述したカオリンのみを清水に分散させ、濁度を５０ＮＴＵとしたものを水源として用いた。そして、通水ポンプ５３と薬剤添加部５５の間に位置する通水管５４の横から差し込むように、鉄イオン源として塩化第一鉄四水和物溶液を注入ポンプで注入し（図不指示）、被処理水中の鉄濃度を３ｐｐｍとなるようにした。

＜濾過部＞
濾過部５７Ａは、下記点以外は図９に示した濾過部６７と同様の構成とした。なお、濾過部５７Ａの入水側（上流側）は、薬剤添加部５５Ａの下流側と直接接続している。

凝集剤濃度測定時：
被処理水中に溶出した凝集剤１５を濾過部５７Ａで除去しないようにするために、内径４５ｍｍのガラス管５７ａの中に何も充填していない空の濾過部５７Ａとした。（図１１において、酸化マンガン被覆砂層５７ｂおよび酸化鉄添着活性炭層５７ｃがない状態である）。

除濁性能および除鉄層能測定時：
凝集剤溶液を注入して被処理水中の凝集剤濃度ごとの除濁性能を評価した時（図９及び図１０）と同様の、酸化マンガン被覆砂層５７ｂおよび酸化鉄添着活性層５７ｃを内径４５ｍｍのガラス管５７ａの中に設けた濾過部５７Ａを用いた。

また、前述した方法で９．５Ｌ通水試験が終了するごとに洗浄を実施した。洗浄水として、カオリンを清水に分散した５０ＮＴＵの水源を用いた。

（固形薬剤）
図１２を用いて、実施例および比較例に用いた各固形薬剤について説明する。図１２は、実施例１～３３および比較例１～３の水処理用固形薬剤の詳細をまとめた図である。

以下の手順により直打型固形薬剤１ｄ、分散型固形薬剤１ｅ、相溶型固形薬剤１ｆ、相溶型固形薬剤１ｇ、無保護部固形薬剤１ｈ、塩素剤複合固形薬剤１ｉ、塩素のみ固形薬剤１ｊを作製した。

直打型固形薬剤１ｄ、分散型固形薬剤１ｅ、相溶型固形薬剤１ｆ、相溶型固形薬剤１ｇ、塩素剤複合固形薬剤１ｉは、図１に示すように効能部１０と保護部２０とを含む固形薬剤である。

無保護部固形薬剤１ｈは、効能部１０のみで構成されているため、厳密には固形薬剤１ではないが、便宜上、無保護部固形薬剤１ｈと表記する。

塩素のみ固形薬剤１ｊは、保護部２０のみで構成されているため、厳密には固形薬剤１ではないが、便宜上、塩素のみ固形薬剤１ｊと表記する。

＜効能部＞
以下に示す実施例および比較例全て（比較例３を除く）の固形薬剤において、凝集剤１５と賦形剤１７の合計秤量重量は作成した全てのサンプルにおいて１ｇとした。すなわち凝集剤が０．１ｇ（配合率１０％）であれば賦形剤は０．９ｇ（配合率９０％）であり、凝集剤が０．８ｇ（配合率８０％）であれば賦形剤は０．２ｇ（配合率２０％）である。なお、加圧成型後に成型体を金型５から抜きやすくするために、潤滑剤としてステアリン酸マグネシウムを配合したが、その配合率は０．５％と極少量であるため、配合率を０％とみなした。

効能部１０として、試験内容に応じて、直打型効能部１０ｄ、分散型効能部１０ｅ、相溶型効能部１０ｆ、および相溶型効能部１０ｇを用いた。

直打型効能部１０ｄ：（実施例２９および比較例１～２）
同じ秤量容器の中に凝集剤１５を０．１～１ｇ、賦形剤１７を０．９～０ｇ、滑沢剤としてのステアリン酸マグネシウム０．００５ｇをそれぞれ秤量投入した後に、秤量さじでかき混ぜることで、かき混ぜ型粉体混合物を得た。

かき混ぜ型粉体混合物を０．４４ｇ取り出して金型５に入れて加圧成型し、直径６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの円筒形の直打型効能部１０ｄを得た。つまり、直打型効能部１０ｄは、実施の形態１に記載の製造方法により作製される。

分散型効能部１０ｅ：（実施例３０）
同じ秤量容器の中に凝集剤１５を０．２ｇ、賦形剤１７を０．８ｇ、滑沢剤としてのステアリン酸マグネシウム０．００５ｇをそれぞれ秤量投入した。そして秤量容器の中に分散媒として１００％エタノールを１ｍｌ投入して撹拌し、秤量容器の中の材料を分散混合した。その後エタノールを揮発させて結合型粉体混合物を得た。

この結合型粉体混合物を０．４４ｇ取り出して金型５に入れて加圧成型し、直径６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの円筒形の分散型効能部１０ｅを得た。つまり、分散型効能部１０ｅは、実施の形態２に記載の製造方法により作製される。

相溶型効能部１０ｆ：（実施例１～２８、３１、３３）
同じ秤量容器の中に凝集剤１５を０．０５～０．８ｇ、賦形剤１７を０．２～０．９５ｇ、滑沢剤としてのステアリン酸マグネシウム０．００５ｇをそれぞれ秤量投入した。そして秤量容器の中に水０．５ｍｌを入れ、混練棒を使って念入りに混錬して一塊となった混練体を得た。

一塊状態の混練体を、２２，０００ｒｐｍ、１分の条件で回転ミルにかけて粉砕微細化して湿った粉状にした後に、溶媒の水を揮発させて相溶化粉体を得た。相溶化粉体中に含まれる凝集剤１５と賦形剤１７は相溶化して分子レベルで結合しており、見かけ上では両者の区別はつかない。

この相溶化粉体を０．４４ｇ取り出して金型５に入れて加圧成型し、直径６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの円筒形の相溶型効能部１０ｆを得た。つまり、相溶型効能部１０ｆは、実施の形態３に記載の製造方法により作製される。

相溶型効能部１０ｇ：（実施例３２）
相溶化粉体を０．８５ｇ取り出して直径を９ｍｍとした金型５で加圧成型し、直径を９ｍｍとしたこと以外は相溶型効能部１０ｆと同様とした。

＜保護部＞
保護部２０を用いる場合には、試験内容に応じて樹脂製保護部２０ａ、樹脂製保護部２０ｂ、および塩素系保護部２０ｃを用いた。

樹脂製保護部２０ａ：（実施例１～３１および比較例１～２）
外形の直径３０ｍｍ、高さ１３ｍｍ、中空空間の直径６．５ｍｍの中空円筒型のポリ乳酸樹脂成形体を樹脂製保護部２０ａとした。

樹脂製保護部２０ｂ：（実施例３２）
中空空間の直径を９ｍｍにしたこと以外は樹脂製保護部２０ａと同様とした。

なお、不溶性のポリ乳酸樹脂を保護部２０の材料に用いた理由は、後述するコロイド測定法による被処理水中の凝集剤濃度の測定に影響を与えないためである。

塩素系保護部２０ｃ：（実施例３３および比較例３）
外形の直径３０ｍｍ、高さ１３ｍｍ、中空空間の直径６．５ｍｍの中空円筒型のトリクロロイソシアヌル酸からなる塩素固形剤を塩素系保護部２０ｃとした。

＜各種固形薬剤の作製＞
上述した各効能部および各保護部を組み合わせ、各種固形薬剤を作製した。

直打型固形薬剤１ｄ：（実施例２９および比較例１～２）
直径６．５ｍｍの直打型効能部１０ｄを樹脂製保護部２０ａの中空空間に挿入して直打型固形薬剤１ｄを得た。

分散型固形薬剤１ｅ：（実施例３０）
直径６．５ｍｍの分散型効能部１０ｅを樹脂製保護部２０ａの中空空間に挿入して分散型固形薬剤１ｅを得た。

相溶型固形薬剤１ｆ：（実施例１～２８）
直径６．５ｍｍの相溶型効能部１０ｆを樹脂製保護部２０ａの中空空間に挿入して相溶型固形薬剤１ｆを得た。

相溶型固形薬剤１ｇ：（実施例３２）
直径９ｍｍの相溶型効能部１０ｇを樹脂製保護部２０ｂの中空空間に挿入して相溶型固形薬剤１ｇを得た。

無保護部固形薬剤１ｈ：（実施例３１）
直径６．５ｍｍの相溶型効能部１０ｆを保護部に挿入せずに、そのまま単独で用いて、無保護部固形薬剤１ｈとした。

塩素剤複合固形薬剤１ｉ：（実施例３３）
直径６．５ｍｍの相溶型効能部１０ｆを塩素系保護部２０ｃの中空空間に挿入して塩素剤複合固形薬剤１ｉを得た。

塩素のみ固形薬剤１ｊ：（比較例３）
塩素系保護部２０ｃのみをそのまま用いて塩素のみ固形薬剤１ｊとした。

（測定方法および評価基準）
各評価結果は、以下の測定および評価基準に基づいたものである。

＜凝集剤濃度＞
浄水排出口５８から検水として１Ｌの被処理水を採取し、通水量１０Ｌまでの被処理水中の凝集剤濃度を測定した。

凝集剤濃度は、凝集剤１５に含まれるカチオンの量で測定することで定量可能である。カチオン量の測定方法として、アニオンコロイド滴定溶液と滴定指示薬を用いたコロイド滴定法を用いた。原理としてはアニオンコロイドがカチオンコロイド（凝集剤）と複合体を形成することでカチオンコロイドが全て消費された後に、余ったアニオンコロイドがトルイジンブルーと結合して青色からピンク色に変化する現象を用いた手法である。

具体的には、検水として１Ｌの被処理水（水源は０ＮＴＵのイオン交換水）を浄水排出口５８から得た後に、指示薬として０．１重量％のトルイジンブルー指示薬溶液を０．２ｍｌ加えた後に、アニオン滴定溶液として１／４００規定のＰＶＳＫ（ポリビニル硫酸カリウム）溶液を撹拌しながら滴下していく。そして、検水の色が薄い青から薄いピンク色に変化した点を中和点とし、予め作成しておいた検量線を用いて、ＰＶＳＫ溶液の滴下量から凝集剤濃度を求めた。

検量線は、１Ｌのイオン交換水に所定量の凝集剤を溶解させてそれぞれの濃度とした検水に対してコロイド滴定を実施し、それぞれの濃度に対するＰＶＳＫ滴下量を測定することで作成した。検量線は凝集剤１５の種類ごとに作成した。

＜濁度＞
水処理装置５０ａに被処理水９．５Ｌを通水させ、その間に浄水排出口５８から取り出した浄水の濁度を濁度測定装置（ＨＡＣＨ社製、型番２１００Ｑ）で測定した。そして以下の式を用いて除濁率を算出した。

除濁率（％）＝（１－浄水の濁度／水源の濁度）×１００
＜鉄濃度＞
水処理装置５０ａに被処理水９．５Ｌを通水させ、その間に浄水排出口５８から取り出した浄水の鉄濃度を鉄濃度測定装置（ＨＡＣＨ社製、型番ＤＲ９００）で測定した。そして以下の式を用いて除鉄率を算出した。

除鉄率（％）＝（１－浄水の鉄濃度／水源の鉄濃度）×１００
（実施例および比較例の詳細）
図１２に示した各実施例および比較例の固形薬剤の詳細を以下に示す。

［実施例１］
凝集剤１５として、カチオン性有機凝結剤であるポリＤＡＤＭＡＣ（重量平均分子量約１００万、カチオン当量約６ｍｅｑ／ｇ、粒子径２００～５００μｍのビーズ状粒子）を８０％、賦形剤１７としてタマリンドシードガム（平均粒子径３０μｍの粉体）を２０％配合してφ６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの相溶型効能部１０ｆを構成し、樹脂製保護部２０ａの中空空間に挿入して相溶型固形薬剤１ｆを得た。

［実施例２］
凝集剤としてポリＤＡＤＭＡＣを６０％、賦形剤としてタマリンドシードガムを４０％配合した以外は、実施例１と同様にした。

［実施例３］
凝集剤としてポリＤＡＤＭＡＣを４０％、賦形剤としてタマリンドシードガムを６０％配合した以外は、実施例１と同様にした。

［実施例４］
凝集剤としてポリＤＡＤＭＡＣを２０％、賦形剤としてタマリンドシードガムを８０％配合した以外は、実施例１と同様にした。

［実施例５］
凝集剤としてポリＤＡＤＭＡＣを１０％、賦形剤としてタマリンドシードガムを９０％配合した以外は、実施例１と同様にした。

［実施例６］
凝集剤として、カチオン性高分子凝集剤であるポリＤＭＡＥＭＡ（重量平均分子量約３００万、カチオン当量約４．８ｍｅｑ／ｇ、粒子径５００～２０００μｍの岩塊状粒子）を８０％、賦形剤としてタマリンドシードガム（平均粒子径３０μｍの粉体）を２０％配合してφ６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの相溶型効能部１０ｆを構成し、樹脂製保護部２０ａの中空空間に挿入して相溶型固形薬剤１ｆを得た。

［実施例７］
凝集剤としてポリＤＭＡＥＭＡを６０％、賦形剤としてタマリンドシードガムを４０％配合した以外は、実施例６と同様にした。

［実施例８］
凝集剤としてポリＤＭＡＥＭＡを４０％、賦形剤としてタマリンドシードガムを６０％配合した以外は、実施例６と同様にした。

［実施例９］
凝集剤としてポリＤＭＡＥＭＡを２０％、賦形剤としてタマリンドシードガムを８０％配合した以外は、実施例６と同様にした。

［実施例１０］
凝集剤としてポリＤＭＡＥＭＡを１０％、賦形剤としてタマリンドシードガムを９０％配合した以外は、実施例６と同様にした。

［実施例１１］
凝集剤としてポリＤＡＤＭＡＣを２０％、賦形剤としてグアーガム（平均粒子径３０μｍの粉体）を８０％配合してφ６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの相溶型効能部１０ｆを構成し、樹脂製保護部２０ａの中空空間に挿入して相溶型固形薬剤１ｆを得た。

［実施例１２］
凝集剤としてポリＤＡＤＭＡＣを４０％、賦形剤としてグアーガムを６０％配合した以外は、実施例１１と同様にした。

［実施例１３］
凝集剤として、ポリＤＡＤＭＡＣを１０％、賦形剤としてカチオン化グアーガム（平均粒子径３０μｍの粉体）を９０％配合してφ６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの相溶型効能部１０ｆを構成し、樹脂製保護部２０ａの中空空間に挿入して相溶型固形薬剤１ｆを得た。

［実施例１４］
凝集剤としてポリＤＡＤＭＡＣを２０％、賦形剤としてカチオン化グアーガムを８０％配合した以外は、実施例１３と同様にした。

［実施例１５］
凝集剤として、ポリＤＡＤＭＡＣを２０％、賦形剤としてキサンタンガム（平均粒子径３０μｍの粉体）を８０％配合してφ６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの相溶型効能部１０ｆを構成し、樹脂製保護部２０ａの中空空間に挿入して相溶型固形薬剤１ｆを得た。

［実施例１６］
凝集剤としてポリＤＡＤＭＡＣを４０％、賦形剤としてキサンタンガムを６０％配合した以外は、実施例１５と同様にした。

［実施例１７］
凝集剤として、ポリＤＡＤＭＡＣを２０％、賦形剤として重量平均分子量５０万のポリエチレングリコール（平均粒子径４００μｍの顆粒、以降ＰＥＧ０．５Ｍとする）を８０％配合してφ６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの相溶型効能部１０ｆを構成し、樹脂製保護部２０ａの中空空間に挿入して相溶型固形薬剤１ｆを得た。

［実施例１８］
凝集剤として、ポリＤＡＤＭＡＣを２０％、賦形剤として重量平均分子量２００万のポリエチレングリコール（平均粒子径１００μｍの顆粒、以降ＰＥＧ２Ｍとする）を８０％配合してφ６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの相溶型効能部１０ｆを構成し、樹脂製保護部２０ａの中空空間に挿入して相溶型固形薬剤１ｆを得た。

［実施例１９］
凝集剤として、ポリＤＡＤＭＡＣを５％、賦形剤としてヒドロキシプロピルセルロース（平均粒子径３０μｍの粉体、以降ＨＰＣとする）を９５％配合してφ６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの相溶型効能部１０ｆを構成し、樹脂製保護部２０ａの中空空間に挿入して相溶型固形薬剤１ｆを得た。

［実施例２０］
凝集剤としてポリＤＡＤＭＡＣを１０％、賦形剤としてＨＰＣを９０％配合した以外は、実施例１９と同様にした。

［実施例２１］
凝集剤としてポリＤＡＤＭＡＣを２０％、賦形剤としてＨＰＣを８０％配合した以外は、実施例１９と同様にした。

［実施例２２］
凝集剤として、ポリＤＡＤＭＡＣを５％、賦形剤として平均重量分子量１５００のポリビニルアルコール（平均粒子径２００μｍの顆粒、以降ＰＶＡとする）を９５％配合してφ６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの相溶型効能部１０ｆを構成し、樹脂製保護部２０ａの中空空間に挿入して相溶型固形薬剤１ｆを得た。

［実施例２３］
凝集剤としてポリＤＡＤＭＡＣを１０％、賦形剤としてＰＶＡを９０％配合した以外は、実施例２２と同様にした。

［実施例２４］
凝集剤としてポリＤＡＤＭＡＣを２０％、賦形剤としてＰＶＡを８０％配合した以外は、実施例２２と同様にした。

［実施例２５］
凝集剤として、ポリＤＡＤＭＡＣを２０％、賦形剤としてカルボキシメチルセルロース（平均粒子径３０μｍの粉体、以降ＣＭＣとする）を８０％配合してφ６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの相溶型効能部１０ｆを構成し、樹脂製保護部２０ａの中空空間に挿入して相溶型固形薬剤１ｆを得た。

［実施例２６］
凝集剤としてポリＤＡＤＭＡＣを４０％、賦形剤としてＣＭＣを６０％配合した以外は、実施例２５と同様にした。

［実施例２７］
凝集剤としてポリＤＡＤＭＡＣを６０％、賦形剤としてＣＭＣを４０％配合した以外は、実施例２５と同様にした。

［実施例２８］
凝集剤としてポリＤＡＤＭＡＣを８０％、賦形剤としてＣＭＣを２０％配合した以外は、実施例２５と同様にした。

［実施例２９］
凝集剤として、ポリＤＡＤＭＡＣを２０％、賦形剤としてタマリンドシードガムを８０％配合してφ６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの直打型効能部１０ｄを構成し、樹脂製保護部２０ａの中空空間に挿入して直打型固形薬剤１ｄを得た。

［実施例３０］
凝集剤として、ポリＤＡＤＭＡＣを２０％、賦形剤としてタマリンドシードガムを８０％配合してφ６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの分散型効能部１０ｅを構成し、樹脂製保護部２０ａの中空空間に挿入して分散型固形薬剤１ｅを得た。

［実施例３１］
凝集剤として、ポリＤＡＤＭＡＣを２０％、賦形剤としてタマリンドシードガムを８０％配合してφ６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの相溶型効能部１０ｆを構成し、これを保護部２０に入れずにそのまま使用することで無保護部固形薬剤１ｈとした。

［実施例３２］
凝集剤として、ポリＤＡＤＭＡＣを２０％、賦形剤としてタマリンドシードガムを８０％配合してφ９ｍｍ、高さ１０ｍｍの相溶型効能部１０ｇを構成し、φ９ｍｍの中空空間を有する樹脂製保護部２０ｂの中空空間に挿入して相溶型固形薬剤１ｇを得た。

［実施例３３］
凝集剤として、ポリＤＡＤＭＡＣを２０％、賦形剤としてタマリンドシードガムを８０％配合してφ６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの相溶型効能部１０ｆを構成し、トリクロロイソシアヌル酸からなる塩素系保護部２０ｃの中空空間に挿入して塩素剤複合固形薬剤１ｉを得た。

［比較例１］
賦形剤を用いずに、凝集剤として２００～５００μｍのビーズ状のポリＤＡＤＭＡＣを１ｇ、滑沢剤としてステアリン酸マグネシウム０．０５ｇを秤量容器の中でかき混ぜた。それを０．４４ｇ取り出して金型に入れて加圧成型することで直打型効能部１０ｄを構成した。それを樹脂製保護部２０ａの中空空間に挿入して直打型固形薬剤１ｄを得た。ポリＤＡＤＭＡＣのみでは金型で加圧成型しても、取り出した後にばらばらになって成型できなかったため、加圧前に金型に水を極少量垂らして加圧成型することで形を成した。

［比較例２］
凝集剤としてポリＤＭＡＥＭＡを１ｇ用いた以外は、比較例１と同様にした。

［比較例３］
効能部を挿入しないで、塩素系保護部２０ｃをそのまま使用することで塩素のみ固形薬剤１ｊとした。

（評価結果）
以下、それぞれの実施例および比較例の結果について評価した。

（（賦形剤配合の効果））
初めに、賦形剤１７を配合することによる固形薬剤１への影響を検討するために、図１３および図１４を参照して、凝集剤１５としてポリＤＡＤＭＡＣを用いた比較例１および実施例１～５の結果を説明する。図１３は、実施例１～５および比較例１の被処理水中の凝集剤濃度と除濁率の評価結果をまとめた図である。図１３の（ａ）は、通水量に対する被処理水中の凝集剤濃度変化を表す図である。図１３の（ｂ）は、通水量に対する被処理水の除濁率変化を示す図である。図１４は、実施例１～５および比較例１の９．５Ｌ通水時の被処理水中の凝集剤濃度、除濁率、溶解性、単位溶解速度、溶解持続時間、浄化可能な被処理水量をまとめた図である。

初めに、凝集剤１００％の場合、すなわち賦形剤１７を配合しない場合である比較例１について検討する。比較例１では、被処理水中の凝集剤濃度が、通水量１．５～９．５Ｌの通水試験期間全般において、８ｐｐｍ前後となり、その時の除濁率は約６０～７０％であった。前述した凝集剤溶液での被処理水への凝集剤添加濃度実験での検討と同様に比較例１では、被処理水の濁度に対する凝集剤濃度が高すぎて被処理水中のカチオンが過多の状態であり、微粒子あるいは濾材が正に逆帯電しているために、低い除濁率しか得られていないといえる。

ここで、９．５Ｌ通水時の被処理水中の凝集剤濃度から、比較例１および実施例１～５の固形薬剤の溶解性、単位溶解速度、固形薬剤が溶解しきるまでの時間（以下、溶解持続時間とする）および浄化可能な被処理水量を算出した結果を図１４に示す。なお、溶解性、単位溶解速度、溶解持続時間および溶解性浄化可能な被処理水量の算出方法は以下のとおりである。

溶解性＝被処理水中の凝集剤濃度／（比較例１の被処理水中凝集剤濃度×凝集剤配合率）
単位溶解速度＝被処理水中の凝集剤濃度／（被処理水の通水流量×効能部の露出面積）
溶解持続時間＝効能部中の凝集剤量／（単位溶解速度×効能部の露出面積）
浄化可能な被処理水量＝被処理水の通水流量×溶解持続時間
溶解性は、比較例１を基準とした固形薬剤１の溶解しやすさを示す値である。実施例１～５では、賦形剤１７の配合比率が上昇するに従い、凝集剤１５の配合比率は低下するため、被処理水に対する凝集剤１５の絶対量が低下し、凝集剤濃度は低下する。したがって、上述した式により溶解性を算出し、その値を比較することで賦形剤１７添加による効果を検討する。

ここで、溶解性の値が小さければ小さいほど、賦形剤１７の配合に伴い低下した凝集剤１５の配合率以上に被処理水中の凝集剤濃度は低くなったことを示し、また、浄化可能な被処理水量は大きくなり、そして溶解持続時間が長くなることを意味する。

逆に言えば、比較例１と実施例の溶解性の値が同じであれば、被処理水中の凝集剤濃度は、比較例１の被処理水中の凝集剤濃度に配合率をかけたものと同じになり、溶解持続時間および浄化可能な被処理水量は同じであることを意味する。言い換えれば溶解性が同じであれば、凝集剤１５の配合率を下げても、下がるのは被処理水中の凝集剤濃度のみであり、浄化可能な被処理水の量や養家持続時間は上がらない。

ここで、比較例１の溶解性は１である。したがって溶解性が１以下であれば、比較例１に対して下げた凝集剤１５の配合率以上に被処理水中の凝集剤濃度を低減でき、同時に浄化可能な被処理水の量を大きく、固形薬剤中の効能部が溶解しきるまでの時間を長くすることができる固形薬剤１であるといえる。

比較例１の９．５Ｌ通水時の被処理水中の凝集剤濃度は８．１１９ｐｐｍであり、除濁率は６７％であった。そして、単位溶解速度は５．７５ｍｇ／ｍｉｎ／ｃｍ^２と算出された。この溶解速度で凝集剤１５が溶解した場合、０．４４ｇの効能部１０を有する１個の固形薬剤１の溶解持続時間は２時間弱となる。この場合、２時間弱おきに固形薬剤１を薬剤添加部５５Ａに投入しなくてはならず、水処理に手間がかかる。さらに、浄化可能な被処理水量は５４Ｌに過ぎず、工業用途はおろか、家庭等での生活水に用いる場合であっても、１日に何度も固形薬剤１を設置する必要が生じる。

この結果から、比較例１の固形薬剤を用いた場合、７０％以下の低い除濁率と２時間弱の短い浄化可能時間しか得られず、課題があることがわかる。

したがって、より高い除濁率とより長い浄化可能時間を得るためには、凝集剤１５の溶解性を１よりも小さくすることが必要である。そして、溶解性を低減するために、賦形剤１７としてタマリンドシードガムを配合した実施例１～５の評価を実施した。

その結果、凝集剤を８０％、賦形剤を２０％配合した実施例１の固形薬剤では被処理水中の凝集剤濃度は２．６５４ｐｐｍであり、除濁率は７０％であった。溶解性は０．４０９と半分以下に低減した。単位溶解速度は１．８７９ｍｇ／ｍｉｎ／ｃｍ^２と算出され、溶解持続時間は５時間、浄化可能な被処理水量は１３３Ｌとなった。

凝集剤を６０％、賦形剤を４０％配合した実施例２の固形薬剤では、被処理水中の凝集剤濃度は０．５９５ｐｐｍであり、除濁率は８０％であった。溶解性は０．１２２とさらに低減した。溶解速度は０．４２１ｍｇ／ｍｉｎ／ｃｍ^２と算出され、溶解時間は１６時間、浄化可能な被処理水量は４４４Ｌとなった。

凝集剤を４０％、賦形剤を６０％配合した実施例３の固形薬剤では、被処理水中の凝集剤濃度は０．１００ｐｐｍであり、除濁率は９７％であった。溶解性は０．０３１であり、比較例１の１／３０以下まで低減した。溶解速度は０．０７１ｍｇ／ｍｉｎ／ｃｍ^２と算出され、溶解持続時間は６３時間、浄化可能な被処理水量は１７６５Ｌとなった。

凝集剤を２０％、賦形剤を８０％配合した実施例４の固形薬剤では、被処理水中の凝集剤濃度は０．０５５ｐｐｍであり、除濁率は９８％であった。溶解性は０．０３４と比較例１の１／３０に低減した。溶解速度は０．０３９ｍｇ／ｍｉｎ／ｃｍ^２と算出され、溶解持続時間は５７時間、浄化可能な被処理水量は１５９６Ｌとなった。

凝集剤を１０％、賦形剤を９０％配合した実施例５の固形薬剤では、被処理水中の凝集剤濃度は０．０３０ｐｐｍであり、除濁率は９４％であった。溶解性は０．０３７と比較例１の１／３０に低減した。溶解速度は０．０２２ｍｇ／ｍｉｎ／ｃｍ^２と算出され、溶解持続時間は５１時間、浄化可能な被処理水量は１４４７Ｌとなった。

実施例１～５の結果が示すように、賦形剤１７を配合することで、凝集剤１５の溶解性を顕著に低減させることが可能となる。具体的には、凝集剤１５の配合率を８０％以下にして賦形剤を２０％配合するだけで、溶解性は賦形剤１７がない場合の半分以下である０．４になる。特に凝集剤を１０～４０％配合し、賦形剤を９０～６０％配合することで、溶解性は賦形剤１７がない場合の１／３０になった。その結果、被処理水中の凝集剤濃度を８ｐｐｍという過剰な値から、最適な範囲である０．００５～０．２ｐｐｍにすることができた。そして、浄化可能な被処理水の量および溶解持続時間を３０倍にすることができ、長時間にわたって高い除濁率で被処理水を浄化することが可能な固形薬剤１を得ることができた。

（（凝集剤種類の検討））
次に、凝集剤１５の種類を変更した場合の賦形剤１７の効果を検討するために、図１５および図１６を参照して、凝集剤１５としてポリＤＭＡＥＭＡを用いた比較例２および実施例６～１０の結果を説明する。図１５は、実施例６～１０および比較例２の被処理水中の凝集剤濃度と除濁率の評価結果をまとめた図である。図１５の（ａ）は、通水量に対する被処理水中の凝集剤濃度変化を表す図である。図１５の（ｂ）は、通水量に対する被処理水の除濁率変化を示す図である。図１６は、実施例６～１０および比較例２の９．５Ｌ通水時の被処理水中の凝集剤濃度、除濁率、溶解性、単位溶解速度、溶解持続時間、浄化可能な被処理水量をまとめた図である。

まず、凝集剤１００％の場合、すなわち賦形剤１７を配合しない場合である比較例２について検討する。比較例２では、被処理水中の凝集剤濃度が、通水量１．５～９．５Ｌの通水試験期間において０．２７～０．４４ｐｐｍとなり、その時の除濁率は８７～９６％であった。

比較例２が比較例１と比較して高い除濁率が得られている原因として、ポリＤＡＤＭＡＣよりもポリＤＭＡＥＭＡの溶解性が低く、比較例１ほどには過剰な濃度となっていないことが考えられる。しかしながら、２．５Ｌまでの通水初期の除濁率は高くないことを考えると、被処理水中の凝集剤濃度は目標値よりも少し高く、カチオン過剰となっていることが考えられる。

一方で、高分子凝集剤であるポリＤＭＡＥＭＡを高めの濃度で用いることで、凝集反応による粗大フロックの発生は起こりやすい。その結果、粗大フロックが多く発生して濾過材の空隙が埋まることで、微粒子が捕捉されやすくなり、通水するにつれて徐々に除濁率が高くなっていったと考えられる。これは、１００ＮＴＵの水源を９．５Ｌ通水した後に、酸化鉄添着活性炭層の最上層に簡単には崩れない凝集塊（マッドボール）の発生が確認されたことからも裏付けられる。

なお、マッドボールが発生すると濾過部５７Ａで濾過材が閉塞して通水障害が起きるため、発生するたびに濾過材をかき混ぜるなどのメンテナンスが必要となる。そのため、水処理装置５０ａがメンテナンスなしに持続的に水処理するためには、マッドボールが発生しないことが好ましい。

次に、９．５Ｌ通水時の被処理水中の凝集剤濃度から、比較例２および実施例６～１０の溶解性、溶解速度、溶解持続時間、浄化可能な被処理水量を算出した結果を図１６に示す。

比較例２の９．５Ｌ通水時の被処理水中の凝集剤濃度は０．３２０ｐｐｍであり、除濁率は９６％であった。溶解性は１で、溶解速度は０．２２７ｍｇ／ｍｉｎ／ｃｍ^２と算出された。この時の溶解持続時間は４９時間であり、浄化可能な被処理水量は１３７５Ｌである。

ポリＤＭＡＥＭＡの溶解性がもとから低いため、比較例１と比較し、溶解持続時間は比較的長いが、通水初期の低い除濁性能やマッドボールの形成の課題があり、溶解性を低減して被処理水中の凝集剤濃度をより低くする必要がある。そして、溶解性を低減するために、賦形剤としてタマリンドシードガムを配合した実施例６～１０の評価を実施した。

その結果、凝集剤を８０％、賦形剤を２０％配合した実施例６の固形薬剤１では、被処理水中の凝集剤濃度は０．１７３ｐｐｍであり、除濁率は９７％であった。溶解性は０．６７に低減した。溶解速度は０．１２２ｍｇ／ｍｉｎ／ｃｍ^２と算出され、溶解持続時間は７２時間、浄化可能な被処理水量は２０３８Ｌとなった。９．５Ｌ通水後、濾過部にマッドボールの発生を確認した。

また、凝集剤を６０％、賦形剤を４０％配合した実施例７の固形薬剤では、被処理水中の凝集剤濃度は０．１１５ｐｐｍであり、除濁率は９９％であった。溶解性は０．６０に低減した。溶解速度は０．０８２ｍｇ／ｍｉｎ／ｃｍ^２と算出され、溶解時間は８１時間、浄化可能な被処理水量は２２９４Ｌとなった。９．５Ｌ通水後、濾過部にマッドボールの発生は確認されなかった。

凝集剤を４０％、賦形剤を６０％配合した実施例８の固形薬剤では、被処理水中の凝集剤濃度は０．０７０ｐｐｍであり、除濁率は９９％であった。溶解性は０．５５に低減した。溶解速度は０．０５０ｍｇ／ｍｉｎ／ｃｍ^２と算出され、溶解持続時間は８９時間、浄化可能な被処理水量は２５０４Ｌとなった。９．５Ｌ通水後、濾過部にマッドボールの発生は確認されなかった。

凝集剤を２０％、賦形剤を８０％配合した実施例９の固形薬剤では、被処理水中の凝集剤濃度は０．０４５ｐｐｍであり、除濁率は９７％であった。溶解性は０．７０に低減した。溶解速度は０．０３２ｍｇ／ｍｉｎ／ｃｍ^２と算出され、溶解持続時間は７０時間、浄化可能な被処理水量は１９６９Ｌとなった。９．５Ｌ通水後、濾過部にマッドボールの発生は確認されなかった。

凝集剤を１０％、賦形剤を９０％配合した実施例１０の固形薬剤では、被処理水中の凝集剤濃度は０．０１９ｐｐｍであり、除濁率は９７％であった。溶解性は０．０６０に低減した。溶解速度は０．０１４ｍｇ／ｍｉｎ／ｃｍ^２と算出され、溶解持続時間は８２時間、浄化可能な被処理水量は２３０４Ｌとなった。９．５Ｌ通水後、濾過部にマッドボールの発生は確認されなかった。

以上の結果から、カチオン性高分子凝集剤のポリＤＭＡＥＭＡを凝集剤１５として用いた場合でも、賦形剤を２０％以上配合することで、配合しない場合と比較して、溶解性を３～５割低減できることがわかった。ポリＤＭＡＥＭＡにおいては、賦形剤１７の配合率上昇による溶解性低減は、ポリＤＡＤＭＡＣを用いた場合ほどには顕著にはみられなかったが、初期通水時の除濁性能を上げ、かつマッドボールの発生を抑制するためには被処理水中の凝集剤濃度をより下げることが望ましい。そのためには、凝集剤１５の配合率を１０～４０％、賦形剤１７の配合率を９０～６０％にすることが好ましいといえる。

なお、タマリンドシードガムのイオン性を測定した結果、ノニオンであった。そのため、賦形剤１７としてタマリンドシードガムを配合しても、凝集剤１５に含まれるカチオンが中和され、減少するために、微粒子への凝集作用が低減するといった影響はほとんどないと考えられる。

（（賦形剤種類の検討））
次に、賦形剤１７の種類を変更した場合の固形薬剤１の効果を検討するために、図１７を参照して、凝集剤１５としてポリＤＡＤＭＡＣを用いた実施例１１～２８の結果を説明する。図１７は、実施例１１～２８の９．５Ｌ通水時の被処理水中の凝集剤濃度、除濁率、溶解性、単位溶解速度、溶解持続時間、浄化可能な被処理水量をまとめた図である。

まず、どのような材料を賦形剤１７として用いることができるかを調べるために、賦形剤１７の種類を変えて実施例１１～２８の相溶型固形薬剤１ｆを作成し、被処理水中の凝集剤濃度と除濁率を測定した。なお、実施例１１～２８では、凝集剤１５としてポリＤＡＤＭＡＣを用いた。

初めに、賦形剤１７として、グアーガムを用いた実施例１１および実施例１２について検討する。

実施例１１では、凝集剤１５を２０％、賦形剤１７としてグアーガムを８０％配合した相溶型固形薬剤１ｆを用いた。実施例１１の被処理水中の凝集剤濃度は、０．０２５ｐｐｍであり、凝集剤１５を２０％、タマリンドシードガムを８０％配合した実施例４の０．４６倍だった。

実施例１２では、凝集剤１５を４０％、賦形剤１７としてグアーガムを６０％配合した相溶型固形薬剤１ｆを用いた。実施例１２の被処理水中の凝集剤濃度は、０．０６０ｐｐｍであり、凝集剤を２０％、タマリンドシードガムを８０％配合した実施例４と近しい値であった。

実施例１１および実施例１２の結果から、凝集剤１５のみを配合し、賦形剤１７を配合しない比較例１よりも溶解性が大幅に低減していることから、グアーガムは賦形剤１７として使用可能であるといえる。また、賦形剤１７としてグアーガムを用いた場合には、同配合率でタマリンドシードガムを用いた場合よりも被処理水中の凝集剤濃度が抑制される。したがって、所望の被処理水中の凝集剤濃度に応じて、グアーガムあるいはタマリンドシードガムを選択すればよい。

なお、グアーガムのイオン性を測定した結果ノニオンであった。そのため、賦形剤１７としてグアーガムを配合しても、凝集剤１５に含まれるカチオンが中和され、減少するために、微粒子への凝集作用が低減するといった影響はほとんどないと考えられる。

次に、賦形剤１７として、カチオン化グアーガムを用いた実施例１３および実施例１４について検討する。

実施例１３では、凝集剤１５を１０％、賦形剤１７としてカチオン化グアーガムを９０％配合した相溶型固形薬剤１ｆを用いた。実施例１３の被処理水中の凝集剤濃度は、０．０３５ｐｐｍであり、凝集剤を１０％、タマリンドシードガムを９０％配合した実施例５の被処理水中の凝集剤濃度とほぼ同じであった。

実施例１４では、凝集剤１５を２０％、賦形剤１７としてカチオン化グアーガムを８０％配合した相溶型固形薬剤１ｆを用いた。実施例１４の被処理水中の凝集剤濃度は、０．０５５ｐｐｍであり、凝集剤を２０％、タマリンドシードガムを８０％配合した実施例４の被処理水中の凝集剤濃度とほぼ同じだった。

実施例１３および実施例１４では、凝集剤１５のみを配合し、賦形剤１７を配合しない比較例１よりも溶解性が大幅に低減していることから、カチオン化グアーガムは賦形剤１７として使用可能であるといえる。また、同配合率でタマリンドシードガムを用いた場合と同程度の被処理水中の凝集剤濃度が得られるため、タマリンドシードガムの代用としてカチオン化グアーガムを用いることができる。

なお、カチオン化グアーガムのイオン性を測定したところ、微弱なカチオン性であった。そのため、凝集剤１５に含まれるカチオンが中和され、減少するために、微粒子への凝集作用が低減するといった影響はほとんどないと考えられる。

次に、賦形剤１７として、キサンタンガムを用いた実施例１５および実施例１６について検討する。

実施例１５では、凝集剤１５を２０％、賦形剤１７としてキサンタンガムを８０％配合した相溶型固形薬剤１ｆを用いた。実施例１５の被処理水中の凝集剤濃度は０．００１ｐｐｍだった。

ここで、キサンタンガムのイオン性を測定した結果、アニオン性を示した。したがって、実施例１５において、凝集剤濃度が著しく低い値を示したのは、凝集剤１５に含まれるカチオンをアニオン性のキサンタンガムが中和し、固形薬剤全体として、カチオン性を示さない固形薬剤となってしまったためであるといえる。

一方、キサンタンガムの配合比率を変更した実施例１６では異なる結果が得られた。実施例１６では、凝集剤１５を４０％、賦形剤１７としてキサンタンガムを６０％配合した相溶型固形薬剤１ｆを用いた。実施例１６の被処理水中の凝集剤濃度は、０．０５５ｐｐｍであり、凝集剤１５を２０％、賦形剤１７としてタマリンドシードガムを８０％配合した実施例４の被処理水中の凝集剤濃度とほぼ同じだった。したがって、キサンタンガムはアニオンのため、凝集剤１５に含まれるカチオンを中和して全体としてのカチオン量を減らしてしまうが、賦形剤１７として使用することは可能である。この場合、タマリンドシードガムを用いる場合よりも凝集剤１５の配合比率を増加させる必要がある。

次に、賦形剤１７として、ポリエチレングリコールを用いた実施例１７および実施例１８について検討する。

実施例１７では、凝集剤１５を２０％、賦形剤１７としてＰＥＧ０．５Ｍを８０％配合した相溶型固形薬剤１ｆを用いた。実施例１７の被処理水中の凝集剤濃度は、０．１４４ｐｐｍであり、凝集剤１５を２０％、賦形剤１７としてタマリンドシードガムを８０％配合した実施例４の被処理水中の凝集剤濃度の２．６倍だった。

また、実施例１８では、凝集剤１５を２０％、賦形剤１７としてＰＥＧ２Ｍを８０％配合した相溶型固形薬剤１ｆを用いた。実施例１８の被処理水中の凝集剤濃度は０．０６５ｐｐｍであり、凝集剤１５を２０％、賦形剤１７としてタマリンドシードガムを８０％配合した実施例４の被処理水中の凝集剤濃度と同等であった。

実施例１７と実施例１８を比較した結果、低分子量のポリエチレングリコールを用いた方が被処理水中の凝集剤濃度が高い要因は、分子量が低いほどポリエチレングリコールの溶解性が高いためと推測される。また、凝集剤１５のみを配合し、賦形剤１７を配合しない比較例１に比べて、溶解性は大幅に低減されていることから、ポリエチレングリコールは賦形剤１７として使用可能であるといえる。なお、ポリエチレングリコールのイオン性を測定した結果、０．５Ｍ、２Ｍともにノニオンであった。

次に、賦形剤１７として、ＨＰＣを用いた実施例１９～２１について検討する。

実施例１９では、凝集剤１５を５％、賦形剤１７としてＨＰＣを９５％配合した相溶型固形薬剤１ｆを用いた。実施例１９の被処理水中の凝集剤濃度は０．０６０ｐｐｍであり、凝集剤を２０％、賦形剤としてタマリンドシードガムを８０％配合した実施例４の被処理水中の凝集剤濃度とほぼ同じだった。

実施例２０では、凝集剤１５を１０％、賦形剤１７としてＨＰＣを９０％配合した相溶型固形薬剤１ｆを用いた。実施例２０の被処理水中の凝集剤濃度は０．１４９ｐｐｍであり、凝集剤を１０％、賦形剤としてタマリンドシードガムを９０％配合した実施例５の被処理水中の凝集剤濃度の５．０倍だった。

実施例２１では、凝集剤１５を２０％、賦形剤１７としてＨＰＣを８０％配合した相溶型固形薬剤１ｆを用いた。実施例２１の被処理水中の凝集剤濃度は０．２６３ｐｐｍであり、凝集剤１５を２０％、賦形剤１７としてタマリンドシードガムを８０％配合した実施例４の被処理水中の凝集剤濃度の４．８倍だった。

実施例１９～２１の結果より、凝集剤のみを配合し、賦形剤を配合しない比較例１に比べて溶解性は大幅に低減されていることから、ＨＰＣは賦形剤１７として使用可能であるといえる。また、賦形剤１７としてＨＰＣを使用した場合には、同じ配合率のタマリンドシードガムを使用した場合よりも被処理水中の凝集剤濃度が高くなる。したがって、所望の被処理水中の凝集剤濃度に応じて、ＨＰＣあるいはタマリンドシードガムを選択すればよい。なお、ＨＰＣのイオン性を測定した結果、ノニオンであった。

次に、賦形剤１７として、ＰＶＡを用いた実施例２２～２４について検討する。

実施例２２では、凝集剤１５を５％、賦形剤１７としてＰＶＡを９５％配合した相溶型固形薬剤１ｆを用いた。実施例２２の被処理水中の凝集剤濃度は０．１１５ｐｐｍであり、凝集剤１５を１０％、賦形剤１７としてタマリンドシードガムを９０％配合した実施例５の被処理水中の凝集剤濃度の３．８倍だった。

実施例２３では、凝集剤１５を１０％、賦形剤１７としてＰＶＡを９０％配合した相溶型固形薬剤１ｆを用いた。実施例２３の被処理水中の凝集剤濃度は０．７２３ｐｐｍであり、凝集剤１５を１０％、賦形剤１７としてタマリンドシードガムを９０％配合した実施例５の被処理水中の凝集剤濃度の２４倍だった。

実施例２４では、凝集剤１５を２０％、賦形剤１７としてＰＶＡを８０％配合した相溶型固形薬剤１ｆを用いた。実施例２４の被処理水中の凝集剤濃度は０．２６３ｐｐｍであり、凝集剤１５を２０％、賦形剤１７としてタマリンドシードガムを８０％配合した実施例４の被処理水中の凝集剤濃度の２０倍だった。

実施例２２～２４の結果より、賦形剤１７としてＰＶＡを使用した場合、同じ配合率のタマリンドシードガムを使用した場合よりも濃度が大幅に高くなるといえる。しかしながら、凝集剤１５のみを配合し、賦形剤１７を配合しない比較例１に比べて溶解性は低減されていることから、ＨＰＣは賦形剤として使用可能であるといえる。ただし、溶解持続時間はタマリンドシードガムを用いた場合よりも短時間となる。なお、ＰＶＡのイオン性を測定した結果、ノニオンであった。

次に、賦形剤１７として、ＣＭＣを用いた実施例２５～２８について検討する。

実施例２５では、凝集剤１５を２０％、賦形剤１７としてＣＭＣを８０％配合した相溶型固形薬剤１ｆを用いた。

また、実施例２６では、凝集剤１５を４０％、賦形剤１７としてＣＭＣを６０％配合した相溶型固形薬剤１ｆを用いた。

実施例２５および実施例２６の被処理水中の凝集剤濃度は０．００１ｐｐｍだった。

ここで、ＣＭＣのイオン性を測定した結果、アニオン性を示した。したがって、実施例２５および実施例２６において、凝集剤濃度が著しく低い値を示したのは、凝集剤１５に含まれるカチオンをアニオン性のＣＭＣが中和し、固形薬剤全体として、カチオン性を示さない固形薬剤となってしまったためであるといえる。

一方、ＣＭＣの配合比率を変更した実施例２７および実施例２８では異なる結果が得られた。実施例２７では、凝集剤１５を６０％、賦形剤１７としてＣＭＣを４０％配合した相溶型固形薬剤１ｆを用いた。実施例２７の被処理水中の凝集剤濃度は０．１００ｐｐｍであり、凝集剤を２０％、賦形剤としてタマリンドシードガムを８０％配合した実施例４の被処理水中の凝集剤濃度の１．８倍だった。

また、実施例２８では、凝集剤１５を８０％、賦形剤１７としてＣＭＣを２０％配合した相溶型固形薬剤１ｆを用いた。実施例２８の被処理水中の凝集剤濃度は１．１６９ｐｐｍであり、凝集剤１５を２０％、賦形剤１７としてタマリンドシードガムを８０％配合した実施例４の被処理水中の凝集剤濃度の２１倍だった。

また、実施例２７および実施例２８の被処理水中の凝集剤濃度は、凝集剤１５のみを配合し、賦形剤１７を配合しない比較例１の被処理水中の凝集剤濃度よりも大幅に低い。したがって、カチオンを中和してしまう点や、配合率により凝集剤濃度が変化しやすく濃度制御が難しい点という課題はあるが、適切な配合比であればＣＭＣは賦形剤１７として使用可能であるといえる。

（（固形薬剤の製造方法の検討））
次に、効能部１０の内部における凝集剤１５と賦形剤１７の混合方法の違いによる各種性能への影響を検討するために、図１８および図１９を参照して実施例２９、実施例３０、および実施例４の結果を説明する。図１８は、かき混ぜ型粉体混合物、結合型粉体混合物、相溶化粉体の顕微鏡観察写真を示す図である。図１９は、実施例４および実施例２９～３０の被処理水中の凝集剤濃度と除濁率の評価結果を示す図である。

実施例２９（直打型固形薬剤１ｄ）、実施例３０（分散型固形薬剤１ｅ）、実施例４（相溶型固形薬剤１ｆ）の各固形薬剤を用いて、効能部１０の内部における凝集剤１５と賦形剤１７の混ざり方による違いの評価を行った。

まず図１８を参照する。

図１８の（ａ）に示したのは、実施例２９の直打型効能部１０ｄの作成に用いたかき混ぜ型粉体混合物の顕微鏡観察写真である。図１８の（ｂ）に示したのは、実施例３０の分散型効能部１０ｅの作成に用いた結合型粉体混合物の顕微鏡観察写真である。図１８の（ｃ）に示したのは、実施例４の相溶型効能部１０ｆの作成に用いた相溶化粉体の顕微鏡観察写真である。なお、いずれの写真も顕微鏡で１７５倍に拡大して観察した写真である。

かき混ぜ型粉体混合物中では、ビーズ状の凝集剤１５と粉状の賦形剤１７とが一体化せずにそれぞれ分離して存在していることがわかる。

それに対して、結合型粉体混合物では、ビーズ状の凝集剤１５の表面に粉状の賦形剤１７が絡みつくように付着していることがわかる。この形態となった要因を検討する。凝集剤１５および賦形剤１７ともに、分散媒として加えたエタノールには溶けないが、エタノール中で均一に分散する。分散中に、エタノールによって空気中の微量な水分が吸収されることで、凝集剤１５と賦形剤１７の表面に水素結合が発生する。そして分散媒であるエタノールを蒸発させた後には、ビーズ状の凝集剤１５の表面に賦形剤１７が絡み合うように付着する。すなわち、凝集剤１５の表面の一部を賦形剤１７が被覆している状態となっている。

また、相溶化粉体では、凝集剤１５と賦形剤１７とが溶けあっており、両者の区別がつかない状態で一体化していることがわかる。これは、凝集剤１５および賦形剤１７が水に溶けて両者が分子レベルで結合し、結合した状態で粉砕した後に溶媒である水を蒸発させることで、両者が一体化した相溶化粉体となるためである。つまり、この相溶化粉体では、固形薬剤１が被処理水中に添加されるより前、つまり固形薬剤１が被処理水に溶出する前から、凝集剤１５と賦形剤１７が予め水素結合しているといえる。

実施例２９、実施例３０、実施例４の固形薬剤の凝集剤濃度および除濁率の結果を図１９に示す。図１９の（ａ）は、通水量に対する被処理水中の凝集剤濃度変化を表す図である。図１３の（ｂ）は、通水量に対する被処理水の除濁率変化を示す図である。

直打型固形薬剤を用いた実施例２９では、２．５Ｌまでの初期通水時の凝集剤濃度が０．１５ｐｐｍ～０．３５ｐｐｍと高い値を示しており、凝集剤１５の過剰な溶出が確認された。その結果、過剰な凝集剤濃度によって微粒子が正に逆帯電し、除濁率が８０％以下の低い値を示した。

直打型固形薬剤において、高い凝集剤濃度および低い除濁率を示した要因を検討する。凝集剤１５であるポリＤＡＤＭＡＣの溶解速度は速く、水を介して賦形剤１７であるタマリンドシードガムと結合することで初めて溶解速度の抑制が実現される。しかし、直打型固形薬剤の場合、凝集剤１５と賦形剤１７とが効能部１０の中で分離して存在しているため、初期通水時には溶解速度の速い凝集剤１５のみが先に溶け出してしまう。その後、しばらく通水して賦形剤１７が溶け出すことで、賦形剤１７の効果が表れ、凝集剤１５の溶解速度の抑制がなされるため、通水初期において高い凝集剤濃度を示すと推察される。

それに対して、分散型固形薬剤を用いた実施例３０では、通水初期の凝集剤濃度は０．０５ｐｐｍ～０．１５ｐｐｍ以下であり、初期通水時の凝集剤１５の過剰な溶出とそれに起因する除濁率の低下を抑制できている。これは、効能部１０の中で、凝集剤１５の表面に賦形剤１７が絡み合うように付着することで、通水初期の凝集剤１５の溶出を抑制できているためであると推察される。なお、賦形剤１７による凝集剤１５の溶出抑制は、凝集剤１５を賦形剤１７が被覆することによる物理的な作用と、凝集剤１５と賦形剤１７との水素結合による化学的な作用との少なくとも一方あるいは双方によるものであると推察される。

さらに、相溶型固形薬剤を用いた実施例４では、通水初期の凝集剤濃度は０．０７ｐｐｍ以下であり、初期通水時の凝集剤１５の過剰な溶出とそれに起因する除濁率の低下をさらに抑制することができている。この要因を検討する。凝集剤１５と賦形剤１７とが相溶化した相溶化粉体の中で、凝集剤１５と賦形剤１７は予め水素結合した状態となっている。この相溶化粉体で効能部１０を形成することにより、水素結合による凝集剤１５の溶出抑制作用が生じた状態で通水が開始されるため、初期通水時から凝集剤１５の溶出を強く抑制することができる。したがって、相溶型固形薬剤１ｆを用いた場合において、最も安定した初期凝集剤濃度および除濁率が得られたと推察される。

（（露出面積の検討））
次に、効能部１０の露出面積が凝集剤濃度に与える影響を検討するために、図２０および図２１を参照して、実施例３１、実施例３２、および実施例４の結果を説明する。図２０は実施例４および実施例３１～３２の被処理水中の凝集剤濃度と除濁率の評価結果を示す図である。図２０の（ａ）は、通水量に対する被処理水中の凝集剤濃度変化を表す図である。図２０の（ｂ）は、通水量に対する被処理水の除濁率変化を示す図である。図２１は、実施例４および実施例３１～３２の効能部の露出面積比と被処理水中の凝集剤濃度比をまとめた図である。

保護部２０を有さない固形薬剤を用いた実施例３１と比較し、保護部２０を有する実施例４および実施例３２では、いずれも通水初期の凝集剤濃度は抑制され、高い除濁率を示した。また、効能部の直径を変化させた実施例３２および実施例４の結果から、被処理水中の凝集剤濃度比は、効能部１０の露出面積比と相関関係にあることが判明した。

これらの結果から、保護部２０を用いて効能部１０の露出面積を制御することは、長期間にわたって所定の被処理水中の凝集剤濃度を得る方法として有効であるといえる。

（（塩素系薬剤の検討））
次に、効能部１０と塩素系保護部２０ｃを組み合わせることによる被処理水中の物質に対する除濁性能への影響を検討するために、図２２～図２４を参照して、比較例３、実施例４、および実施例３３の結果を説明する。図２２～２４は、それぞれ、比較例３、実施例４、実施例３３における「カオリンのみ時の除濁率」、「カオリン＋鉄イオン時の除濁率」および「カオリン＋鉄イオン時の除鉄率」の評価結果をまとめた図である。

実施例４、実施例３３および比較例３では以下の方法で各測定を行った。

カオリンのみを加えて５０ＮＴＵとした被処理水を通水した時の濁度を測定し、「カオリンのみ時の除濁率」を求めた。それとは別に、カオリンのみを加えて５０ＮＴＵとした被処理水を通水すると同時に、通水ポンプの下流側および薬剤添加部の上流側の位置に塩化第一鉄四水和物溶液を注入ポンプで注入し、鉄イオンを３ｐｐｍ添加した水を通水した時の濁度と鉄濃度を測定し、「カオリン＋鉄イオン時の除濁率」および「カオリン＋鉄イオン時の除鉄率」を求めた。

塩素系保護部２０ｃのみで構成された比較例３の固形薬剤の結果を図２２に示す。また、相溶型効能部１０ｆと、樹脂製保護部２０ａで構成された実施例４の固形薬剤の結果を図２３に示す。また、相溶型効能部１０ｆと、塩素系保護部２０ｃで構成された実施例３３の固形薬剤の結果を図２４に示す。

比較例３では、「カオリン＋鉄イオン時の除濁率」および「カオリン＋鉄イオン時の除鉄率」は８０％以上となり、高い値を示しているが、「カオリンのみ時の除濁率」はが４０％以下と非常に低い。塩素系保護部２０ｃの作用機構として、塩素系保護部２０ｃが水に溶解して有効塩素となり、鉄イオンを酸化凝集すると同時にカオリンに対しても凝集効果が得られるため、高い除濁率が得られる。しかし、比較例３のように、微粒子のみが存在して鉄イオンが存在しない場合には、凝集反応をもたらす物質がないため、微粒子がフロック化せず、その結果除濁率が大幅に低くなると推察される。

また、実施例４では、「カオリンのみ時の除濁率」および「カオリン＋鉄イオン時の除濁率」は９０％以上と高い値を示した。これは、効能部１０に含まれる凝集剤１５が作用して微粒子をフロック化したためである。しかし、「カオリン＋鉄イオン時の除鉄率」は、酸化鉄添着活性炭層による吸着によってそれなりに高い値を示したが、７５～９０％にとどまった。これは、塩素系保護部２０ｃによる、鉄イオンを酸化して凝集させる作用が得られていないためである。

それに対して実施例３３では、３．５Ｌ通水後において「カオリンのみ時の除濁率」、「カオリン＋鉄イオン時の除濁率」および「カオリン＋鉄イオン時の除鉄率」の全てで９０％以上の高い値が得られた。これは、効能部１０に含まれる凝集剤１５の微粒子をフロック化する作用と、塩素系保護部２０ｃが溶け出すことで生じる有効塩素による、鉄イオンを酸化凝集する作用との双方の作用によるものであり、その結果、高い除濁性能と除鉄性能が得られた。

さらには実施例３３では、９．５Ｌ通水後の「カオリン＋鉄イオン時の除濁率」が９８％となり、実施例４の９６％と比べてより高い値となっている。これは、凝集剤１５によるフロック化の作用と、有効塩素による鉄イオンの酸化凝集の作用が同時に起こり、微粒子のフロック化がより促進されたためである。

（変形例）
本発明に係る水処理用固形薬剤では、固形薬剤１は、効能部１０と保護部２０とを含んで構成されるとしたが、これに限られない。例えば、保護部２０を備えず、効能部１０だけであってもよい。このようにしても、賦形剤１７により、凝集剤１５の溶解性が低減されるため、長期にわたり安定した凝集剤濃度を提供可能な固形薬剤１とすることができる。

本発明に係る水処理用固形薬剤、水処理用固形薬剤の製造方法、およびそれを用いた水処理装置は、被処理水の浄化を安価に行うことができ、長期間にわたり安定した凝集剤濃度を提供可能な水処理用固形薬剤、水処理用固形薬剤の製造方法、およびそれを用いた水処理装置として有用であり、建物入口設置型浄水装置（ＰＯＥ）、使用場所設置型浄水装置（ＰＯＵ）等に適用することが可能である。

１、１ｂ、１ｃ固形薬剤
１ｄ直打型固形薬剤
１ｅ分散型固形薬剤
１ｆ、１ｇ相溶型固形薬剤
１ｈ無保護部固形薬剤
１ｉ塩素剤複合固形薬剤
１ｊ塩素のみ固形薬剤
１０、１０ｂ、１０ｃ効能部
１０ｄ直打型効能部
１０ｅ分散型効能部
１０ｆ、１０ｇ相溶型効能部
１１一端部
１２他端部
１３側面
１５凝集剤
１７賦形剤
２０保護部
２０ａ、２０ｂ樹脂製保護部
２０ｃ塩素系保護部
２１保護部天面
２２保護部底面
２３内壁
２５中空空間
５０、５０ａ、６０水処理装置
５１、６１流入口
５２、６２水源
５３、６３通水ポンプ
５４、６４通水管
５５、５５Ａ、６５薬剤添加部
５５ａ孔開き板
５７、５７Ａ、６７濾過部
５８、６８浄水排出口
６５ａ凝集剤溶液貯留タンク
６５ｂ凝集剤溶液注入ポンプ
６５ｃ凝集剤溶液注入管

Claims

被処理水中の処理対象物質に作用する固形化された凝集剤と、
前記凝集剤の溶解性を低減させる固形化された賦形剤と、を含む水処理用固形薬剤。
前記凝集剤を１０～８０重量パーセント、
前記賦形剤を２０～９０重量パーセント含有する請求項１に記載の水処理用固形薬剤。
前記凝集剤を１０～４０重量パーセント、
前記賦形剤を６０～９０重量パーセント含有する請求項１または２に記載の水処理用固形薬剤。
２５℃における前記被処理水への溶出速度が０．０１～２ｍｇ／ｍｉｎ／ｃｍ^２である請求項１から３のいずれか一項に記載の水処理用固形薬剤。
前記賦形剤は、タマリンドシードガム、グアーガム、カルボキシメチルセルロース、デンプン、キサンタンガム、ポリエチレングリコールのうち少なくとも一つを含有する請求項１から４のいずれか一項に記載の水処理用固形薬剤。
前記凝集剤は、ポリＤＡＤＭＡＣ、ポリアミン、ジシアンジアミド系高分子の少なくとも一つを含有する請求項１から５のいずれか一項に記載の水処理用固形薬剤。
前記凝集剤の粒子および前記賦形剤の粒子が互いに相溶化している請求項１から６のいずれか一項に記載の水処理用固形薬剤。
前記凝集剤の粒子の表面を前記賦形剤の粒子が被覆している請求項１から６のいずれか一項に記載の水処理用固形薬剤。
前記凝集剤と前記賦形剤とを含んで構成される効能部と、
前記効能部を前記被処理水との接触から保護する保護部と、を備え、
前記保護部は、両面が開口した筒形状を有し、
前記効能部は、前記保護部における中空空間に格納され前記両面の開口から露出する請求項１から８のいずれか一項に記載の水処理用固形薬剤。
前記効能部の底面および天面のうち少なくとも一方は、前記両面の開口のうち一方の開口を有する平面以下に設けられる請求項９に記載の水処理用固形薬剤。
前記保護部に含まれる保護剤は、塩素化合物を主成分とする請求項９または１０に記載の水処理用固形薬剤。
被処理水中の処理対象物質に作用する凝集剤と、前記凝集剤の溶解性を低減させる賦形剤と、を溶媒に溶解させる溶解工程と、
前記溶媒中で前記凝集剤と前記賦形剤とを混練する混練工程と、
前記溶媒を蒸発させ、前記凝集剤と前記賦形剤の混合体を得る蒸発工程と、
前記混合体を成形する成形工程と、
を含む水処理用固形薬剤の製造方法。
被処理水中の処理対象物質に作用する凝集剤と、前記凝集剤の溶解性を低減させる賦形剤と、を分散媒中で混合する混合工程と、
前記分散媒を蒸発させ、前記凝集剤と前記賦形剤の混合体を得る蒸発工程と、
前記混合体を成形する成形工程と、
を含み、前記分散媒としてアルコールを１００重量％用いる水処理用固形薬剤の製造方法。
請求項１～１１のいずれか一項に記載の水処理用固形薬剤または請求項１２～１３のいずれか一項に記載の製造方法により製造された水処理用固形薬剤を備える、水処理装置。
前記処理対象物質を含む被処理水と前記水処理用固形薬剤とが接触して得られる接触後水は、
前記凝集剤の濃度が０．００５ｐｐｍ以上０．２ｐｐｍ以下である請求項１４に記載の水処理装置。