JPH0322239B2 - - Google Patents

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JPH0322239B2
JPH0322239B2 JP57057961A JP5796182A JPH0322239B2 JP H0322239 B2 JPH0322239 B2 JP H0322239B2 JP 57057961 A JP57057961 A JP 57057961A JP 5796182 A JP5796182 A JP 5796182A JP H0322239 B2 JPH0322239 B2 JP H0322239B2
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adsorbent
flocculant
water
treated
magnetite
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Rojaa Deitsukuson Debitsudo
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Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/5236—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using inorganic agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
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  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は水の清澄化方法における改良に関す
る。 特に本発明はオーストラリア特許第512553号お
よびオーストラリア特許出願第40032／78号に記
載された水の清澄化法の改良および改変に関す
る。上記特許には、懸濁不純物や着色物質を含む
水を、各粒子が吸着PHにおいて＋のゼータ電位を
持つ水酸化された（hydroxylated）表面層を有
するように処理された微粒子ミネラル物質から成
る「凝集剤／吸着剤（coagulant／adsorbent）」
と接触させることによつてそれらの不純物や着色
物質を除去する方法が開示されている。ここに云
う吸着PHとは該方法による処理の際のかつ成功的
操作のための水のPHとして定義されるものであつ
て、水中の懸濁物質や天然着色体がある程度の一
電位をもつようなPHの範囲内になければならな
い。上記の特許出願は、処理操作の間にポリエレ
クトロライトを添加することによつて該方法が改
善されることを開示している。 前記特許方法において特に好ましい凝集剤／吸
着剤、すなわちマグネタイトを使用する場合、吸
着PHは通常約３〜５の範囲、特に普通には後者の
近辺でなければならない。これは処理さるべき水
の種類についてある程度の制限を設けること又
は／及び処理さるべき水のPHの調節が必要である
ことを意味するものである。 驚くべきことに、処理水に硬度が存在するこ
と、特にカルシウム又は／及びマグネシウムイオ
ンの存在は、清澄化方法を助けるものであり、特
に清澄化の際におけるPHの範囲がPH５をこえて更
に約8.5まで拡がり得ることを見出した。これは
多くの天然の硬水がPH約６〜８の範囲にある事実
に鑑み、PHの調整を行うことなく我々の方法を適
用して清澄化し得ることを意味する点において実
際上極めて重要なことである。しかしながら処理
すべき水の中にそのような硬さが存在すると、凝
集剤／吸着剤の再生を防害し、従つて前記の特許
に記載された再生方法を変更しなければならない
ことになる。 本発明によれば、硬水を、その自然PHにおい
て、各粒子が吸着PHにおいて＋のゼータ電位を持
つ薄い水酸化された表面層を有する微粒子状ミネ
ラル物質からなる凝集剤／吸着剤で処理すること
を特徴とする、水の清澄化方法が提供される。 ここに使用した硬水なる用語はその通常の意味
を有するものであつて、水中にカルシウム又は／
及びマグネシウムイオンの相当濃度を含むような
ものを意味する。上に示したように、吸着PHは約
５〜8.5の範囲、必要とあればより大きなPHをも
つているものであつてもよい。現実には処理すべ
き水の中のカルシウム又は／及びマグネシウムイ
オンの存在は吸着方法を向上させるものであるか
ら、処理すべき水の中にそれらのイオンの許容し
得る濃度について決定的な上限は存在しない。更
に云えば、カルシウム又は／及びマグネシウムイ
オンの濃度が高ければ高い程、吸着PHの値は高く
てよい。 凝集剤／吸着剤の再生の際の濃度の効果につい
ては後記するとおりである。 既に示したように、好ましい凝集剤／吸着剤は
マグネタイトであり、好ましくは10μ以下の粒径
を有するもの、特に粒径１〜5μのものが望まし
い。凝集剤／吸着剤を製造する場合の一般的条
件、水の処理の際の条件、それに対して使用する
装置等については前記オーストラリア特許第
512553号に記載したとおりである。その概略を説
明すると、好ましい凝集剤／吸着剤材料、すなわ
ち水酸化表面層がその粒子を構成する物質から直
接誘導されているところのマグネタイトによつて
代表される材料は、その粒子をアルカリ溶液中に
短時間、好ましくは空気の存在下に懸濁させるこ
とによつて形成される。次いで該粒子を該溶液か
らたとえばろ化あるいは傾斜などの方法によつて
分離し、同様の技術によつて水で洗う。 水処理は処理すべき水を凝集剤／吸着剤粒子と
回分法で、または好ましくは連続法で処理すれば
良い。懸濁するコロイド状の不純物や着色物質が
粒子に固着するに充分な時間撹拌を行い、次いで
水から粒子を分離する。ポリエレクトロライトは
混合段階で加えられて良く、これについては特許
出願第40032／78号に記載がある。 前記特許に記載されたように、水の処理に使用
された凝集剤／吸着剤の再生は約10.5もしくはそ
れ以上のPHでアルカリ性溶液と処理し、次いで水
洗することによつて容易に行われる。これは処理
すべき水が殆どもしくは全く硬さを有しない場合
にも適用し得るものである。マグネタイト凝集
剤／吸着剤のカルシウム又は／及びマグネシウム
イオン存在下における処理ならびに再生を検討し
たところ、PH４〜５、すなわち前記特許もしくは
特許出願の清澄化方法において通常遭遇する範囲
において、マグネタイトは硬水からCa2+又は／
及びMg2+の一部を吸着し、その陽性の表面電荷
が上昇し、従つて一般に陰性に荷電している不純
物および着色物質の除去を促進することになる。
ただし、カルシウムイオンとマグネシウムイオン
の多くはそのまま吸着されずに残り、処理された
水の中に存在することになる。 再生段階で遭遇するようなより高いPHにおい
て、Ca2+イオンもしくはMg24イオンの吸着は遥
かに完全であり、再生PHにおいてさえマグネタイ
ト上の陽性表面電荷を維持するために充分な
Ca2+イオン又は／及びMg2+イオンが吸着され、
それによつて陰性に荷電した吸着コロイドの放出
を極めて困難なものとする。吸着カルシウムイオ
ンまたはマグネシウムイオンの不存在下におい
て、マグネタイトは再生PHにおいて陰性の表面電
荷を有するものとなり、これによつて吸着コロイ
ドの放出を促進することになる。 中間的PHレベルたとえば６〜８のPHにおいて、
カルシウムイオンおよびマグネシウムイオンの充
分な吸着が行われ（これはPHと硬さのレベルによ
る。）、その後の再生の間の着色物質や濁り物質の
放出を本質的に妨げる。 上記の考慮が適用できる程度は種々のパラメー
ターによるが、その最も重要なものはPH、硬度の
レベルおよびマグネタイトと接触するカルシウム
およびマグネシウムイオンの全量に対するマグネ
タイトの表面積の比である。 我々の研究によれば、硬水の処理に使用された
凝集剤／吸着剤の再生は軟水化環境下で行われな
ければならないことが明らかとなつた。すなわち
凝集剤／吸着剤の再生ならびにそれに続く洗浄の
間に使用される水は軟化されたもの、すなわち存
在するカルシウムイオンおよびマグネシウムイオ
ンの少くとも一部を除去することによつて軟水化
されたものでなければならない。加うるに、清澄
段階における処理が硬水を使用してPH６以上の条
件下に行われたためにマグネタイト上にカルシウ
ムイオンやマグネシウムイオンの吸着を生じた場
合には、再生操作の中への酸処理を組込む必要が
ある。カルシウムイオンやマグネシウムイオンの
脱着をもたらすこの処理はPH約6.0を必要とする
のみである。軟化された水はアルカリ再生処理を
含む以下の全ての工程において使用されなければ
ならない。明らかに酸による洗浄は再生吸着剤で
処理される水のPHが６もしくはそれ以下の場合に
は省略することができる。 本発明の他の目的は、使用された凝集剤／吸着
剤（上記方法の結果得られたもの）の再生方法を
提供するにあり、該方法は必要とあれば負荷凝集
剤／吸着剤をPH６をこえない酸性溶液で処理して
カルシウムイオンおよびマグネシウムイオンを脱
着せしめたうえ、軟化水で洗浄し、その後該凝集
剤／吸着剤を軟化アルカリ性溶液で処理してPHを
少くとも10.5に上昇せしめ、得られた凝集剤／吸
着剤を該溶液から分離したうえ、これを軟化水で
洗浄することから成る。 種々の工程に対する水の軟度は清澄段階におけ
るPHおよび使用する水の硬度に影響される。一般
に再生および水洗工程の効率はそこで使用された
水の硬度が高まるにつれ減少するが、該硬度はカ
ルシウムとマグネシウムの全濃度20ppm程度の高
さまで格別の支障なく使用することができる。更
に具体的には、凝集剤／吸着剤としてマグネタイ
トを使用する場合、再生および水洗の間にマグネ
タイトと接触する水の全量中のカルシウム／マグ
ネシウムの全量は好ましくはマグネタイト10ｇ当
り1meqをこえないのが望ましい。 本発明は以下の実施例によつて更に詳しく説明
される。ここに記載の実験において、特記しない
限り、使用されたマグネタイトは粒径１〜5μの
範囲にあり、かつ前記オーストラリア特許第
512553号記載の方法によつて製造され、活性化さ
れたものである。すなわち、マグネタイト粒子
（10ml）を適当な濃度（たとえば0.05N）の水酸
化ナトリウム溶液200mlに加え、25℃で５〜10分
間撹拌し、ろ取、水洗して調製した。 標準のジヤーテストは次の如く実施する。水の
サンプル１リツトルを至適PH（予備実験で決定）
において160RPMの撹拌速度でマグネタイト10ml
と15分間にわたり接触せしめる。撹拌を中止し、
マグネタイトを５分間で沈殿させる。上澄液につ
いて残留濁度および色調を分析する。 実施例 １ 清澄化に対する硬度の効果 塩化カルシウムを種々の量で添加したビクトリ
ア州ヤラ河（Yarra River）の水を使用して標準
のジヤーテストを行い、硬度を上げるに従つて濁
度の除去効果が改良される事実を確認した。清澄
化がPH６もしくはそれ以上で行われた場合に、特
にその傾向が著しいことが図面の第１図から理解
できよう。 同様の結果は少量のポリエレクトロライト
（0.1mg／リツトル・カトリウム8101）を清澄化工
程の後の方で加えたときに得られた。硬度がマグ
ネシウムの形で存在する場合もカルシウムの形で
存在する場合と同様の効果を示すことは、ポリエ
レクトロライトを使用することなくPH５で濁度
52NTUのヤラ河の水について行われた以下のジ
ヤーテストの結果から理解できよう。
【表】 実施例 ２ 再生に対するカルシウムおよびマグネシウム硬
度の効果 三種の同一マグネタイトのサンプルを、カトリ
ウム8101ポリエレクトロライトの１mg／リツター
を使用するPH５における標準のジヤーテストに付
し、コロイド状不純物を負荷せしめた。再生は全
清澄混合物のPHを11.5に上昇させ、次いでマグネ
タイトを沈殿せしめ、上澄液を傾斜法でわけるこ
とにより行つた。洗浄は四種のPH値において洗浄
水200ml容を使用して行つた。第２および第３の
マグネタイトサンプルに加えられた洗浄水はそれ
ぞれNaCl5meq／およびCaCl25meq／を含有
していた。次表は各PHにおいて得られた濁りの放
出状況を示す。
【表】 この表から、洗浄水中における硬さの存在は濁
りの放出を妨げるものであり、この傾向は特にPH
値が高いほど（PH10.5以上）著しいことが理解で
きる。 実施例 ３ 再生における酸脱着工程の効果 硬水の特性を明確化するために選ばれた水のサ
ンプルを処理する際に方法の効率を試験する目的
で一連のジヤーテストを行つた。サンプルとして
は次の平均的組成を有するものを使用した： PH 7.9 濁度 ４ NTU 色調 20 Pt−Co 単位 Ca2+ 12.9mg／ Mg2+ 13.4mg／ 清澄化は種々のポリエレクトロライトを低濃度
で１％のマグネタイトと共に使用し、自然PHにお
いて、濁度0.4NTU、色調3Pt−Co単位まで低下
させることが可能であつた。しかしながら、PH
10.5におけるアルカリ処理による再生は濁りある
いは着色を放出させることができなかつた。これ
は硬さが清澄化は助けるが再生は妨げることを示
すものである。この場合硬さは清澄工程において
PH7.9でマグネタイトに吸着されたCa2+および
Mg2+イオンによる。再生に先立つ酸処理により
マグネタイトからCa2+およびMg2+イオンを脱着
せしめ得ることは、種々のPHで負荷マグネタイト
を酸性溶液により処理することによつて証明され
た。次の表は接触１分後の酸性溶液中のCa2+お
よびMg2+イオンの濃度を示すものである。最初
の酸性溶液は本質的Ca2+またはMg2+イオンを含
まないものであつた。 マグネタイトサンプルからCa2+およびMg2+イ
オンの酸脱着 PH 6.0 4.6 3.1 （Ca2+）（mg／） 2.30 4.70 5.40 （Mg2+）（mg／） 2.00 3.50 4.40 Ca2+およびMg2+イオンの酸脱着後、マグネタ
イトサンプルをPH10.5でアルカリ処理に付し（す
なわち、先に濁りや色調の放出が出来なかつた条
件）異つたポリエレクトロライトと共に使用され
たマグネタイトサンプルについて結果を次表に示
す。
【表】 同様な結果はヤラ河の水を使用する実験におい
ても認められた。再生に先立つCa2+およびMg2+
イオンの脱着は吸着された濁りや色調の放出を可
能にした。これはマグネタイトが再生PHにおいて
陰性の表面電荷を帯びることが可能となり、その
結果同じような電荷を有するコロイドの放出を容
易ならしめるに至つたことによるものと考えられ
る。 実施例 ４ 軟化洗浄水の使用 ウエスターン・オーストラリア州ミラブーカ
（Mirrabooka）の井戸から得られた水を用いて
行つた一連のジヤーテストの結果を次表に示す。
この表は清澄化と再生のサイクルを繰返し連続的
に行い、３度目のサイクルまでに得られたサンプ
ルに関するデータを示すものである。使用した軟
化水はイオン交換法によつて製造されたものであ
つて、Ca2+およびMg2+イオンの含量はそれぞれ
0.5ppm以下であつた。
【表】 以上の結果は、動電学的データによつて確認さ
れるように、軟化洗浄水の使用が清澄化の効率を
改善するのに役立つことを示すものである。各マ
グネタイトサンプルの等電点は各段階（清澄化、
それぞれ10.5、11.5および10.5における再生）後
に測定されたものであつて、硬水洗浄水を使用す
る系に対し明らかに低いことが認められた。軟化
条件下における再生に先立ち、酸脱着工程に付さ
れたマグネタイトの等電点は酸洗前の値を確認し
て、より高いことが見出された。
【図面の簡単な説明】
第１図はカルシウム濃度と各種PHにおける清澄
化後の濁りの関係（実施例１）を示すグラフであ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 懸濁不純物や着色性物質を含有する硬水を、
    その自然PHにおいて、各粒子が吸着PHにおいて＋
    のゼータ電位を持つ水酸化された表面層を有する
    微粒子状ミネラル物質から成る凝集剤／吸着剤で
    処理し、その後において、このように処理された
    水を該凝集剤／吸着剤から分離することを特徴と
    する水の清澄化方法。 ２ 硬水のPHが約５〜8.5である特許請求の範囲
    第１項に記載の方法。 ３ 凝集剤／吸着剤が粒径10μもしくはそれ以下
    のマグネタイトである特許請求の範囲第１項また
    は第２項に記載の方法。 ４ 粒径が１〜5μである特許請求の範囲第３項
    に記載の方法。 ５ 硬水に対してポリエレクトロライトが加えら
    れる特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
    かに記載の方法。 ６ 懸濁不純物や着色性物質を含有する硬水を、
    その自然PHにおいて、各粒子が吸着PHにおいて＋
    のゼータ電位を持つ水酸化された表面層を有する
    微粒子状ミネラル物質から成る凝集剤／吸着剤で
    処理し、このように処理された水を該凝集剤／吸
    着剤から分離し、かくして生じた負荷された凝集
    剤／吸着剤を軟化アルカリ性溶液で処理してその
    PHを少くとも10.5に上昇せしめ、該溶液からこの
    ように処理された凝集剤／吸着剤を分離し、分離
    された凝集剤／吸着剤を軟化水で洗浄することを
    特徴とする負荷された凝集剤／吸着剤の再生方
    法。 ７ アルカリ性溶液との処理に先立ち、負荷され
    た凝集剤／吸着剤をPHが６以下の酸性溶液で処理
    してカルシウムイオンとマグネシウムイオンを脱
    着せしめ、このように処理された凝集剤／吸着剤
    を軟化水で洗浄することを特徴とする特許請求の
    範囲第６項に記載の方法。 ８ 軟化水とアルカリ性溶液が全Ca／Mg濃度
    20ppmをこえないことを特徴とする特許請求の範
    囲第６項または第７項に記載の方法。 ９ 再生と洗浄の間に凝集剤／吸着剤と接触せし
    められるすべての水および溶液の中の全Ca／Mg
    量が1meq／10ｇ（凝集剤／吸着剤）である特許
    請求の範囲第６項または第７項に記載の方法。 １０ (a)硬水をその自然PHにおいて各粒子が吸着
    PHにおいて＋のゼータ電位を持つ水酸化された表
    面層を有する微粒子状ミネラル物質から成る凝集
    剤／吸着剤と接触させ、(b)このように処理された
    水を該凝集剤／吸着剤から分離して清澄水を得、
    (c)必要とあれば負荷された凝集剤／吸着剤をPHが
    ６以下の酸性溶液で処理してカルシウムイオンと
    マグネシウムイオンを脱着せしめ、このように処
    理された凝集剤／吸着剤を軟化水で洗浄し、(d)こ
    のように洗浄された該凝集剤／吸着剤を軟化アル
    カリ性溶液で処理してそのPHを少くとも10.5に上
    昇せしめ、(e) 該凝集剤／吸着剤をアルカリ性溶
    液から分離し、(f)該凝集剤／吸着剤を軟化水で洗
    浄し、(g) 再生されかつ洗浄された該凝集剤／吸
    着剤を工程(a)に循環させることを特徴とする水の
    清澄化方法。
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