JP4164721B2 - 水処理用凝集剤組成物およびその使用 - Google Patents
水処理用凝集剤組成物およびその使用 Download PDFInfo
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Description
【本発明の背景】
本発明は、原水、特に上水道用原水から懸濁不純物を凝集により除去するための凝集剤組成物と、そのような凝集剤組成物を使用する水処理方法に関する。
【0002】
近年、健康上の懸念から上水道水中のアルミニウムイオンへの関心が高まっている。高いアルミニウムイオン濃度は原水の除濁処理に用いられているアルミニウム系凝集剤がその原因の一つに考えられている。現行の快適水質項目によると、アルミニウムイオン濃度は0.2ppm以下であるが、これをさらに低く、例えば0.05ppm以下とすることが望ましい。
【0003】
ポリ塩化アルミニウムとしても知られる塩基性塩化アルミニウム(以下PACと略称)の場合、その塩基度を高くし、アルミニウムイオンをポリマー化することによって処理水中の溶存アルミニウムイオンを減らすことが提案された。例えば特開平6−16416、特開平10−245220を参照。しかしながらこのようにして溶存アルミニウムを減らすことはできるものの、その最大凝集性を発揮するpH域は8付近であり、それ以下のpHでは凝集性が低下するので通常必要とされる凝集pH6〜8の全域に亘ってすぐれた凝集性を発揮しない。
【0004】
チタンは、例えば酸化チタン顔料として経口投与される医薬品の着色にも使用されているように、健康上安全な金属として知られている。そこで本出願人らは特願平10−185586号において、水和酸化チタンを塩酸で解膠して得られる水和酸化チタンコロイド溶液を溶存アルミニウムイオンを減らす凝集剤として使用することを提案した。しかしながらこの溶液単独ではアルミニウム系凝集剤に比較してその除濁性が必ずしも満足でなく、その改良が望まれる。
【0005】
【本発明の概要】
その後の研究により、上の水和酸化チタンをベースに、これに一定比率の既存のアルミニウム系凝集剤を組合せることにより、pH6〜8の全範囲にわたって除濁性(凝集性)がアルミニウム系凝集剤に匹敵し、処理水中の溶存アルミニウム濃度を例えば0.05mg/Lへ減らすことができる凝集剤を提供できることを見出した。
【0006】
一面において本発明は、a)塩酸解膠水和酸化チタンコロイド溶液と,b)硫酸アルミニウムおよびPACからなる群から選ばれたアルミニウム系凝集剤を、それぞれTiO2 およびAl2 O3 に換算したb/(a+b)の比率が2〜15%の範囲内であるように組合せてなる水処理用凝集剤組成物を提供する。
【0007】
他の面において本発明は、原水へ、a)塩酸解膠水和酸化チタンコロイド溶液と、b)硫酸アルミニウムおよびPACからなる群から選ばれたアルミニウム系凝集剤を、それぞれTiO2 およびAl2 O3 に換算したb/(a+b)の比率が2〜15%の範囲であるように添加し、懸濁不純物を凝集・除去することを特徴とする水処理方法を提供する。
【0008】
好ましい具体例においては、前記塩酸解膠水和酸化チタンコロイド溶液のHCl/TiO2 比率は15〜35%であり、前記アルミニウム系凝集剤は塩基度65%以上のPACである。
【0009】
他の好ましい具体例において、前記b/(a+b)の比率は5〜10%である。
【0010】
本発明の凝集剤組成物は、a)成分およびb)成分を1液すなわちプレミックスの形で、または2液として別々に原水へ添加することができ、pH6〜8の全範囲にわたってアルミニウム系凝集剤に匹敵する除濁性を有する一方で、上水道原水へTiO2 およびAl2 O3 に換算して合計2〜10mg/Lの割合で添加し、処理水中アルミニウム濃度を0.05ppm以下へ減らすことが可能となる。
【0011】
本発明の他の特徴および利益は、以下の好ましい具体例の説明を参照することにより明らかになるであろう。
【0012】
【好ましい具体例の説明】
a)水和酸化チタンコロイド溶液
本発明に使用する水和酸化チタンコロイド溶液は、例えば硫酸チタン水溶液を水酸化ナトリウムによりpH3〜8に調節し、60〜80℃に加熱して水和酸化チタンを析出させる。この沈澱を濾過、水洗した後水に再懸濁し、濃塩酸を加えて解膠し、60〜95℃において30〜180分間熟成することによって製造される。この時のHClに換算した塩酸のTiO2 に対する比率は15〜35%,特に20〜30%が好ましい。コロイド溶液自体の凝集能がこの範囲においてすぐれているからである。
【0013】
コロイド粒子は一般に20〜70nmの平均粒子径を有する水和酸化チタンである。ここでいう水和酸化チタンとは水酸化チタンと同義語であり、X線回析によりオルトチタン酸のパターンを示す。
【0014】
b)アルミニウム系凝集剤
一般に使用されるアルミニウム系凝集剤は、硫酸アルミニウム(以下LASと略称)および塩化アルミニウム特に塩基性塩化アルミニウム(PAC)である。LASは単独で使用してpH6〜8の範囲において除濁性を満足するが、処理水の溶存アルミニウム濃度が比較的高い。しかしながら本発明に従って水和酸化チタンコロイド溶液と組合せることにより、溶存アルミニウム濃度を健康上安全と考えられる低いレベルへ減らすことができる。
【0015】
PACは、単独で使用する時塩基度約65%までは除濁性および溶存アルミニウム濃度においてLASと同様である。すなわちpH6〜8の全範囲にわたって除濁性を満足するが溶存アルミニウム濃度は比較的高い。このようなPACも本発明に従って水和酸化チタンコロイド溶液と組合せて使用することができる。
【0016】
溶存アルミニウム濃度をさらに低いレベルへ、例えば0.05ppm以下へ減らすため、塩基度65%以上の高塩基度PACを本発明に従って水和酸化チタンコロイド溶液と組合せ使用することが好ましい。そのような高塩基度PACは、先に述べたように単独で使用すると最適凝集pHが8付近に限られる。しかしながら水和酸化チタンコロイド溶液と組合せて使用するとき、pH6〜8の全範囲にわたって良好な凝集性を示し、かつ溶存アルミニウム濃度を一層低く減らすことが可能になる。この目的に使用する高塩基度PACは硫酸根を殆ど含まないことが好ましい。
【0017】
凝集剤組成物および使用法
凝集剤組成物のa)水和酸化チタンコロイド溶液と、b)アルミニウム系凝集剤の割合は、それぞれTiO2 およびAl2 O3 に換算し、b/(a+b)の比率が2〜15%が適当であることが判った。より好ましくは該比率は5〜10%である。この範囲においてベースとなる水和酸化チタンコロイド溶液の除濁性を向上させる効果と、溶存アルミニウムを低く保つ効果を同時に満足にバランスさせることができる。
【0018】
組成物は、この比率でa)およびb)をあらかじめ混合したプレミックスの状態において長期間保存に安定である。すなわち1液の形で添加しても両者を別々に2液として添加した場合の性能と変わらない。
【0019】
組成物は、TiO2 およびAl2 O3 に換算した固形分濃度が通常約5〜6%になるように調整して出荷し、現場でそのまままたは適宜希釈して使用することもできるし、あるいは両者を別々に出荷し、現場で記載した比率に混合または混合することなく原水へ添加することができる。
【0020】
添加量は、上水道の場合TiO2 およびAl2 O3 換算合計量が2〜10mg/L,通常2〜5mg/Lが適当であり、原水の品質に応じて適宜増減すればよい。使用方法はアルミニウム系凝集剤と同じでよい。
【0021】
【実施例】
以下の試験法に従って凝集試験および溶存アルミニウム分析を行った。
【0022】
【0023】
2.溶存アルミニウム分析法
ジャーテスト後、上澄水を0.45μmメンブランフィルターで濾過し、濾液に内部標準としてイットリウム1ppmを添加し、pH1になるように硝酸を加えた。12時間放置後ICP発光分析した。
【0024】
実施例1
水和酸化チタンコロイド溶液
12%NaOH水溶液9Lへ、硫酸チタニル(TiO2 250g/L,全H2 SO4 400g/L)10Lを攪拌しながら添加し、添加終了後pH6へ調節し、さらに30分間70℃に加熱して水和酸化チタンを析出させた。これを濾過し、硫酸根2%以下へ水洗して得たケーキを水に再懸濁し、これにHCl/TiO2 比率がそれぞれ10,15,20,25,30,35および40%になるように35%濃塩酸を加え、70℃で180分間解膠し、冷却後水を加えてTiO2 濃度5.0wt%の水和酸化チタンコロイド溶液を製造した。
【0025】
実施例2
上澄濁度および溶存アルミニウムに対するHCl/TiO 2 比の影響
Cl/Alモル比0.51,塩基度83.0%、Al2 O3 23.5wt%の硫酸根を含まない高塩基性塩化アルミニウム(大明化学工業社製アルファイン)の溶液(Al2 O3 として10wt%)を、実施例1で得られた水和酸化チタンコロイド溶液(TiO2 として5wt%)と、Al2 O3 /(TiO2 +Al2 O3 )比率10wt%になるように組合せて凝集試験を行った。結果を表1に示す。
【0026】
【0027】
上の結果から、水和酸化チタン解膠時のHCl/TiO2 比15〜35wt%の範囲において高い凝集性が得られ、この比の相違は溶存アルミニウムに有意差を持たないことがわかった。
【0028】
実施例3
水道用PACおよびLASによる水和酸化チタンコロイド溶液の凝集性改善に対する効果
アルミニウム系凝集剤として、塩基度50%の市販の水道用PACまたはLASの溶液(共に大明化学工業社製)を、実施例1において解膠時のHCl/TiO2 比率が20%の水和酸化チタンコロイド溶液(TiO2 として5wt%)と、表2に示すAl2 O3 /(TiO2 +Al2 O3 )比において使用し、凝集試験を行った。結果を表2に示す。
【0029】
【0030】
表2から、水和酸化チタンコロイド溶液と併用するアルミニウム系凝集剤として、市販の水道用PACまたはLASもある範囲のAl2 O3 /(TiO2 +Al2 O3 )比率においてチタン系凝集剤の凝集性を向上させ、かつ溶存アルミニウムの低減化に有効であることがわかる。
【0031】
実施例4
塩基性塩化アルミニウムの塩基度の上澄濁度および溶存アルミニウムに対する影響
塩基度の異なるPACを以下のようにして調製した。実施例2において使用した塩基度83.0%の高塩基性塩化アルミニウム(大明化学工業社製アルファイン)を原液としてこれに所定量の35%塩酸を添加し、95〜100℃で60分間加熱し、塩基度10,30,50,60,65および70%のPAC溶液(Al2 O3 として10wt%)を得た。これを実施例1のHCl/TiO2 比20%の水和酸化チタンコロイド溶液(TiO2 として5wt%)とをAl2 O3 /(TiO2 +Al2 O3 )比10%において併用し、TiO2 +Al2 O3 としての添加量を3.0mg/Lに一定にして凝集試験を行い、表3に示す結果を得た。
【0032】
【0033】
表3から、PACの塩基度は凝集性に殆ど影響しないが、低い溶存アルミニウム濃度は高い塩基度65〜83%において達成できることがわかる。
【0034】
実施例5
Al 2 O 3 /(TiO 2 +Al 2 O 3 )比の上澄濁度および溶存アルミニウムに対する影響
実施例4において調製した塩基度70%のPAC(Al2 O3 として10wt%)と、実施例1のHCl/TiO2 比20%の水和酸化チタンコロイド溶液(TiO2 として5wt%)を、Al2 O3 /(TiO2 +Al2 O3 )の比率を変えて使用し、TiO2 +Al2 O3 としての添加量を3.0mg/Lに一定にして凝集試験を行った。結果を表4に示す。
【0035】
【0036】
表4から、高塩基度PACでは、アルミニウムイオンのポリマー化のためAl2 O3 の比率を高くしても溶存アルミニウム濃度は殆ど変わらないが、この比率をあまり高くすると(50%以上)この上澄pHでは殆ど凝集しないことがわかる。凝集性および溶存アルミニウムの両方において満足な結果はAl2 O3 比率2〜15%において得られる。
【0037】
実施例6
処理水pHの上澄濁度および溶存アルミニウムに対する影響
実施例3において使用した水道用PAC(大明化学工業社製、塩基度50%)、または実施例4において調製した塩基度70%のPAC(共にAl2 O3 として10wt%)と、実施例1のHCl/TiO2 比20%の水和酸化チタンコロイド溶液(TiO2 として5wt%)を、Al2 O3 /(TiO2 +Al2 O3 )比を10%、TiO2 +Al2 O3 としての添加量を3.0mg/Lに一定に保ち、処理水のpHを変化させて凝集試験を行った。処理水pHは、試験原水を1%塩酸または1%水酸化ナトリウムによりあらかじめ調節し、処理後pHが6.0,7.0および8.0付近になるように変化させた。比較のため上の水道用PAC単独を用い、同じ条件で試験した。結果を表5に示す。
【0038】
【0039】
表5に示すように、併用の場合両方のアルミニウム系凝集剤の間に凝集性の差は殆どないが、溶存アルミニウム濃度は高塩基度PACの方が少ない。同じ処理水pHで比較すると、高塩基度PAC(塩基度70%)を併用した場合が溶存アルミニウム濃度において最も低く、水道用PACでも、併用した場合同じpHにおいて単独の場合よりも溶存アルミニウム濃度は低い。
【0040】
実施例7
1液と2液の間の上澄濁度および溶存アルミニウムに対する影響
実施例4において調製した塩基度70%の高塩基度PAC(Al2 O3 として10wt%)と、実施例1のHCl/TiO2 比20%の水和酸化チタンコロイド溶液(TiO2 として5wt%)とを、Al2 O3 /(TiO2 +Al2 O3 )の比がそれぞれ5%および10%になるように均一に混合し、それぞれ25℃恒温器中で20日間保存したが外観上変化は認められず、安定であった。
【0041】
これらを1液としてTiO2 +Al2 O3 に換算して3.0mg/L添加し、凝集試験を行い、両成分を2液として同時に添加した場合と比較した。結果を表6に示す。
【0042】
【0043】
表6に示すように、1液と2液の間に凝集性および溶存アルミニウム濃度の差は認められなかった。
Claims (9)
- a)塩酸解膠水和酸化チタンコロイド溶液と、
b)硫酸アルミニウムおよび塩基性塩化アルミニウムからなる群から選ばれたアルミニウム系凝集剤を、
それぞれTiO2 およびAl2 O3 に換算したb/(a+b)の比率が2〜15%の範囲内であるように組合せてなる水処理用凝集剤組成物。 - a)のHCl/TiO2 比率が15〜35%であり、b)が塩基度65%以上の塩基性塩化アルミニウムである請求項1の凝集剤組成物。
- 前記b/(a+b)の比率が5〜10%である請求項1または2の凝集剤組成物。
- 原水へ、(a)塩酸解膠水和酸化チタンコロイド溶液と、(b)硫酸アルミニウムおよび塩基性塩化アルミニウムからなる群から選ばれたアルミニウム系凝集剤を、それぞれTiO2 およびAl2 O3 に換算したb/(a+b)の比率が2〜15%の範囲内であるように添加し、懸濁不純物を凝集・除去することを特徴とする水処理方法。
- a)のHCl/TiO2 比率が15〜35%であり、b)が塩基度65%以上の塩基性塩化アルミニウムである請求項4の水処理方法。
- 前記b/(a+b)の比率が5〜10%である請求項4または5の水処理方法。
- a)およびb)は、原水へ1液として添加される請求項4ないし6のいずれかの水処理方法。
- a)およびb)は、原水へ2液として添加される請求項4ないし6のいずれかの水処理方法。
- 原水は上水道用原水であり、a)およびb)の添加量はそれぞれTiO2 およびAl2 O3 に換算して合計2〜10mg/Lである請求項4ないし8のいずれかの水処理方法。
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