JPH0663311A - 新規な凝固・凝集方法 - Google Patents

新規な凝固・凝集方法

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JPH0663311A
JPH0663311A JP5190856A JP19085693A JPH0663311A JP H0663311 A JPH0663311 A JP H0663311A JP 5190856 A JP5190856 A JP 5190856A JP 19085693 A JP19085693 A JP 19085693A JP H0663311 A JPH0663311 A JP H0663311A
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stirring
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sec
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JP5190856A
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Jean-Yves Bottero
ボテロ ジャン−イヴ
Bruno Lartiges
ラルティジ ブルーノ
Herve Suty
シュティ エルヴェ
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Elf Atochem SA
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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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/50—Mixing liquids with solids
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • 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
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 凝集性の懸濁液からできるフロックを凝集さ
せる方法の改良。 【構成】 少なくともまず最初に、下記で構成される初
期操作サイクルを行うことを特徴とする凝固剤を含む凝
集性懸濁液の凝固・凝集方法： (I) 300〜1000／秒の平均速度勾配で、30〜200 秒間、
高速攪拌する段階 (2) 40〜100 ／秒の平均速度勾配で、５〜40分間、低
速攪拌する段階。 【効果】 不可逆的なマイクロフロックを生成せずに、
機械的強度に優れた大きなフロックが形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は新規な凝固・凝集方法に
関するものであり、特に、凝集性の懸濁液からできるフ
ロックを凝集させる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】凝固・凝集方法は多くの工業分野、特に
分離可能な複数の相よりなる媒体、特にスラッジを分離
する必要のある工業分野で広く利用されている。凝固・
凝集方法は２つの基本ステップで特徴付けられる。第１
のステップは電気二重層効果（電荷を帯びた表面と媒体
中の反対電荷の分布）とフロック化剤または凝集剤との
作用でコロイド状懸濁液を凝集させるフロック化であ
る。フロック化剤または凝集剤としては凝集すなわちフ
ロック化を促進するブリッジを形成する電解質またはポ
リマー、例えばポリアクリルアミドや塩化ポリアルミニ
ウム等が一般に用いられる。次に、こうして得られた粒
子を、粒子間の衝突によって凝集させる。この衝突は一
般には機械的運動で起こすので、オルトカイネチック(o
rthocinetique)凝集とよんでいる。
【０００３】次に、こうして得られたフロックを含む溶
液は、一般には支持体上で濾過される。この段階でさま
ざまな問題が生じる。最大の問題は２つである。１つの
問題は弁やポンプ等を通過する際に摩擦作用でフロック
の凝集力が無くなり、分解してマイクロフロックまたは
微粒子となり、これが濾過ケーキのバランスをくずして
濾液中等に混入することである。第２の問題点は濾液中
に凝固剤が含まれることである。これは第１の問題を解
決しようとして過剰に凝固剤を使用するために生じるこ
とが多い。
【０００４】トミー(Tomi)達の Trans. Chem. vol. 56,
pp 9-18, 1978の“攪拌容器内での凝集物の挙動”に
は、高速攪拌 (500rpm) と低速攪拌 (250rpm) とからな
る攪拌サイクルとフロック寸法との関係が記載されてお
り、攪拌を継続するにつれて明らかにフロック寸法が低
下している。フランスワ(Francois)達の Wat. Sci. Tec
h., Vol. 17, Amsterdam, pp 1091-1101の“凝集反応に
おける高速攪拌時間の役割”には、凝集力の強いフロッ
クを得るには凝集の初期段階で高速攪拌が必要であるこ
とが記載されている。この文献によると、フロックの成
長および安定性を損なわないためには、高速攪拌は約33
0 ／秒の剪断力（速度勾配）で 150秒以下の時間で行わ
なければならず、しかも、いくつかの二次的基準を満た
さなければならない。最適な高速攪拌時間は30秒であ
る。上記文献は前記問題に対する真の解決方法を提供す
るものでは無く、また、本発明を示唆する記載はない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、予期
されなかった驚くべき方法で従来技術の欠点を克服する
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくともま
ず最初に、下記： (I) 300〜1000／秒の平均速度勾配で、30〜200 秒間、
高速攪拌する段階と、(2) 40〜100 ／秒の平均速度勾
配で、５〜40分間、低速攪拌する段階とで構成される初
期操作サイクルを行うことを特徴とする、凝固剤を含む
凝集性の懸濁液の凝固・凝集方法を提供する。
【０００７】
【作用】高速攪拌操作の平均速度勾配は約 450／秒にす
るのが好ましく、低速攪拌操作の平均速度勾配は約85／
秒にするのが好ましい。高速攪拌操作の継続時間は 120
〜200 秒にするのが好ましく、約 180秒にするのが有利
であり、低速攪拌操作の継続時間は約30分にするのが好
ましい。凝固剤としては通常使用されている任意のもの
が使用可能であるが、 FeCl3、ポリ塩化アルミニウム
（ＰＡＣ）、Al2(ＳＯ4)3 およびこれらの混合物で構成
される群の中から選択するのが好ましい。懸濁液の pH
は５〜９とし、好ましくは 5.5〜8.5 とする。
【０００８】本発明の一実施例では、上記の初期操作サ
イクルで行う各段階の他に、さらに１つ以上の追加の操
作サイクル、好ましくは２つの操作サイクルをさらに行
う。この追加操作サイクルも高速攪拌と低速攪拌とで構
成される。この高速攪拌操作の平均速度勾配は前のサイ
クルからその次のサイクルへ向かって増加させるのが好
ましく、１つのサイクルから次のサイクルへ移る時に 2
25／秒以上上昇させるのが好ましい。低速攪拌の平均速
度勾配は各サイクルでほぼ一定にするのが好ましい。
【０００９】本発明の好ましい実施例では、高速攪拌の
継続時間を１つのサイクルから次のサイクルへ移っても
ほぼ一定に維持し、同様に、低速攪拌の継続時間も１つ
のサイクルと次のサイクルとで一定にする。
【００１０】本発明の特に好ましい方法は下記の３つの
サイクルで構成される： (a) (1) 平均速度勾配が約 450／秒で継続時間が約 180
秒の高速攪拌段階、(2) 平均速度勾配が約85／秒で継続
時間が30分の低速攪拌段階、 (b) (1) 平均速度勾配が約 725／秒で継続時間が約 180
秒の高速攪拌段階、(2) 平均速度勾配が約85／秒で継続
時間が約30分の低速攪拌段階、 (c) (1) 平均速度勾配が約1000／秒で継続時間が約 180
秒の高速攪拌段階、(2) 平均速度勾配が約85／秒で継続
時間を約30分の低速攪拌操段階。 本発明では、凝固・凝集操作で通常使用されている任意
の装置を使用することができる。この種の装置の典型的
な例としては螺旋撹拌機、ブレード(pales) 撹拌機、リ
ボン撹拌機、錨型撹拌機、ローター／ステーター撹拌
機、インペラー攪拌機、静的撹拌機等を挙げることがで
き、邪魔板は有っても無くてもよい。
【００１１】以下、本発明の実施例を説明するが、本発
明が以下の実施例に限定されるものではない。図１は本
発明方法を実施するために用いた攪拌装置を示してい
る。この攪拌装置は邪魔板付きのブレード型撹拌機で、
以下、その特徴を図１を参照しながら説明するする。攪
拌装置１は内径 90 mm、高さ 165 mm の円筒形容器を備
えている。攪拌装置内の液体の高さは 150 mm である、
攪拌装置１は直径５mmのシャフトに取付けた直 60 mm、
高さ 15 mmの攪拌ブレード２を備えている。この攪拌ブ
レード２の軸は円筒形攪拌装置の軸線と一致している。
攪拌ブレード２はブレードの下側末端が攪拌装置１の底
部から 50 mmの位置に来るよう設置されている。攪拌装
置１は内側に均一に配置された４枚のバッフル (邪魔
板) ３をさらに備えている（バッフル３の幅は 12.5 m
m）。上澄み液は攪拌装置１の上端から 15 mm下がった
ところに配置された浸漬チューブ４によって排出され
る。平均速度勾配はこの攪拌装置の構造からブレードの
回転数（rpm)の関数として求めることができる。
【００１２】使用した凝集性懸濁液は 500 ppmのシリカ
（Ludox HS 40 Silica) と、336ppmのNaＨＣＯ3 および
70 ppm の NaCl とを含む電解液とから調製した温度が
約20℃の水性懸濁液である。凝固・凝集は通常のジャー
テストで決定された量、すなわち最小限の凝固剤で最大
限の清澄化が得られる量の凝固剤を用いて行った。攪拌
は２組の操作方法で行い、同一種類の懸濁液に対してそ
れぞれを行った。試験操作Ｉは比較用の対照例に対応
し、試験操作IIは本発明方法に対応する。これら２種類
の試験操作方法は〔表１〕に示してある。凝固剤を時間
ｔ＝０の時に添加した。
【００１３】
【表１】
【００１４】各攪拌操作の間にフロックの平均寸法とフ
ロックの全容積（照明容積の％で表示）とを分析して記
録した。測定は回折装置〔マルベル(Malvern) のマスタ
ーサイザー(Malvern Master Sizer) (測定レンジは 0.1
〜600 μｍ) 〕を用いて行った。図２から図５は各種凝
集性懸濁液に対して２種類の方法すなわち従来法（図２
〜５のａ）と、本発明方法（図２〜図５のｂ）とを用い
た場合のフロックの平均寸法を攪拌継続時間の関数でプ
ロットしたものである。〔表２〕〜〔表１７〕は実測値
のリストで、表中でｔは攪拌時間（秒）、Ｐ50はフロッ
クの平均粒径（μｍ）、Ｖｃはフロックの体積濃度であ
り、光ビームで照射した容積のパーセンテージで表して
ある。
【００１５】実施例１ 凝集剤として FeCl3を用い、その濃度は1.28×10-4 mol
／リットルにした。懸濁液のpHは 5.5にした。得られた
結果を図２にプロットして示してある。上記２種類の試
験操作を行い、図２の(a) が操作Ｉに、また(b) が操作
IIにそれぞれ対応している。２種類の試験操作での挙動
は明らかに異なっている。操作Ｉは３つの攪拌サイクル
60／60− 120／60− 250／60 rpmに相当し、最初の60／
60rpm の段階でフロックの寸法は少しずつ且つ規則的に
劣化する。この劣化は 120／250 rpm でのフロック崩壊
段階でも引き続いて起こり、平均粒径は急速かつ不可逆
的に低下し、その値は 60rpmでの低速攪拌に戻した時点
で10μｍ（図２ａ参照）付近におさまり一定となった。
【００１６】本発明の操作II（攪拌サイクル 250／60−
350／60− 450／60rpm ）の最初の部分でもフロックの
形成に続いて、フロックの平均寸法は約150 μｍまで急
速に低下する（図２のｂ参照）。しかし、試験操作Ｉと
は対照的に、350 rpm と 450rpm の攪拌段階で起こるフ
ロックの崩壊は可逆的であり、低速攪拌段階へ切り換え
ることによって約 150μｍの平衡サイズへ回復した。pH
5.5で FeCl3によって生成したフロックは強度が優れて
いるだけでなく、初期の高速攪拌段階を250rpmで行った
場合にはより強くなる。その後フロックは崩壊するが、
平均寸法はほとんど影響を受けず、微粒子を生じること
もない。〔表２〕〜〔表５〕に示す攪拌時間の関数とし
てのフロックの容積濃度の結果は正にこの現象を表して
おり、各々の破壊段階でもフロックの合計容積に変化は
無い。
【００１７】実施例２ 凝集剤として FeCl3を用い、その濃度は8.45×10-4 mol
／リットルにした。懸濁液のpHは 7.0にした。実際の測
定結果は〔表６〕〜〔表９〕に示してある。この表には
平均粒径とフロックの合計容積濃度とが攪拌継続時間の
関数で示してある。図３はフロックの平均粒径を攪拌時
間の関数で示したグラフである。上記２種類の試験操作
を行った。図３の(a) が操作Ｉに、(b) が操作IIにそれ
ぞれ対応している。pH 7.0での塩化鉄の攪拌に対する全
般的な挙動は pH 5.5 の時とほぼ類似している。攪拌時
に混合強度を上げると、試験操作Ｉを行った場合にはフ
ロックが不可逆的に破壊されるが、これとは対照的に、
試験操作IIを行った場合には、破壊（高速攪拌段階の開
始）後にフロックの平均寸法が回復する。
【００１８】実施例３ 凝集剤として WAC HB を用い、その濃度は4.41×10-4 m
ol／リットルにした。懸濁液の pH は 8.0とした。測定
結果は、フロックの平均粒径を攪拌の継続時間の関数と
してグラフの形で図４に示してある。図４の (a)が操作
Ｉに対応し、 (b)が操作IIにそれぞれ対応している。図
４にプロットした実測値は〔表１０〕〜〔表１３〕に示
してある。この表にはフロックの容積濃度も攪拌時間の
関数で示している。
【００１９】WAC HBは下記式で表される塩基性クロロ硫
酸アルミニウムに対応するポリ塩化アルミニウムであ
る： Aln ＯＨm (ＳＯ4)k Cl3n-m-2k 塩基度またはモル比（m/3n) ×100 は約40％〜約65％で
あり、Al当量／Cl当量比は 2.8〜５であり、回折法で測
定した見掛けの分子量ＭＡ、準光弾性回折法で測定した
見掛けの流体力学直径ΦＺおよびΦＷの値は以下の通り
である： ＭＡ＝7000−35000 ΦＺ（オングストローム）＝ 350−2500 ΦＷ（オングストローム）＝ 200−1200 この物質はフランス国特許第 2,584,699号に記載されて
いる。WAC HBの挙動は FeCl3の挙動に類似している。す
なわち、フロックの平均寸法は操作Ｉの場合は 300〜15
0 μｍで変化し、操作IIの場合には 300〜270 μｍで変
化する。平均粒径およびフロックの容積濃度をプロット
すると、試験操作Ｉではフロックの破壊は不可逆的であ
り、試験操作IIの場合には可逆的であることが証明され
る。
【００２０】実施例４ 凝集剤として硫酸アルミニウムAl2(ＳＯ4)3 を用い、そ
の濃度を 8.24 ×10-4mol ／リットルにした。懸濁液の
pH は 8.0にした。測定結果は〔表１４〕〜〔表１７〕
に示してある。この表にはフロックの平均粒径と合計容
積とが攪拌継続時間の関数で示してある。これに対応し
たフロック平均粒径のグラフは図５に示してある。図５
の(a) および(b) は試験操作ＩおよびIIに対応する。Al
2(ＳＯ4)3 の挙動も上記の凝集剤の挙動に類似してい
る。すなわち、フロックの平均寸法は試験操作Ｉの場合
は 310〜295 μｍで変化し、一方、試験操作IIの場合に
はフロックの平均寸法は 305μｍ以上に維持される。同
様に、図５のプロットが示すように、試験操作Ｉを採用
した場合はフロックの破壊は不可逆であるが、試験操作
IIを採用した場合にはフロックの破壊は可逆的である。
以上の通り、本発明は凝集の初期段階で高速攪拌して大
きくて機械強度も強いフロックを生成させる凝固・凝集
方法を提供する。本発明では、フロックがポンプを通過
した後、パイプ内に拘束された時およびフィルタケーキ
を形成する際に不可逆的な微粒子が形成されることはな
い。
【００２１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
【表９】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【表１３】
【表１４】
【表１５】
【表１６】
【表１７】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を実施するための攪拌装置を示す図。
【図２】 実施例１で従来法（ａ）と本発明方法（ｂ）
とを用いた場合のフロックの平均寸法を攪拌継続時間の
関数でプロットした図。
【図３】 実施例２で従来法（ａ）と本発明方法（ｂ）
とを用いた場合のフロックの平均寸法を攪拌継続時間の
関数でプロットした図。
【図４】 実施例３で従来法（ａ）と本発明方法（ｂ）
とを用いた場合のフロックの平均寸法を攪拌継続時間の
関数でプロットした図。
【図５】 実施例４で従来法（ａ）と本発明方法（ｂ）
とを用いた場合のフロックの平均寸法を攪拌継続時間の
関数でプロットした図。
【符号の説明】
１ 攪拌装置 ２ 攪拌ブレード ３ バッフル ４ 浸漬チューブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エルヴェ シュティ フランス国 94500 シャンピニー シュ ール マルヌ ブルヴァール ドゥ ポラ ンギ 10

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくともまず最初に、下記で構成され
    る初期操作サイクルを行うことを特徴とする、凝固剤を
    含む凝集性の懸濁液の凝固・凝集方法： (I) 300〜1000／秒の平均速度勾配で、30〜200 秒間、
    高速攪拌する段階と、(2) 40〜100 ／秒の平均速度勾
    配で、５〜40分間、低速攪拌する段階。
  2. 【請求項２】 高速攪拌段階の平均速度勾配が約 450／
    秒である請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 高速攪拌段階の継続時間が約 180秒であ
    る請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 低速攪拌操作の平均速度勾配が約85／秒
    である請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 低速攪拌操作の継続時間が約30分である
    請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 凝固剤が FeCl3、ポリ塩化アルミニウム
    (ＰＡＣ)、Al2(SO4)3およびこれらの混合物で構成され
    る群の中から選択される請求項１〜５のいずれか一項に
    記載の方法。
  7. 【請求項７】 懸濁液のpHを５〜９にする請求項１〜６
    のいずれか一項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 懸濁液のpHを5.5 〜8.5 にする請求項７
    に記載の方法。
  9. 【請求項９】 上記初期操作の他に、少なくとも１回の
    追加の操作サイクルを行う請求項１〜８のいずれか一項
    に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 追加の操作サイクルを２回行う請求項
    ９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 １つのサイクルから次のサイクルに進
    む時に、高速攪拌段階の平均速度勾配を増加させる請求
    項９または10に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 １つのサイクルから次のサイクルに進
    む時に、高速攪拌段階の平均速度勾配を約 225／秒以上
    上昇させる請求項11に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 各種サイクルで低速攪拌段階の平均速
    度勾配をほぼ一定に維持する請求項９〜12のいずれか一
    項に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前のサイクルと次のサイクルとで高速
    攪拌段階の継続時間をほぼ一定にする請求項９〜13のい
    ずれか一項に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前のサイクルと次のサイクルとで低速
    攪拌操作の継続時間をほぼ一定にする請求項９〜14のい
    ずれか一項に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 下記の３つのサイクルで構成される請
    求項１〜15のいずれか一項に記載の方法： (a) (1) 平均速度勾配が約 450／秒で継続時間が約 180
    秒の高速攪拌段階、(2) 平均速度勾配が約85／秒で継続
    時間が30分の低速攪拌段階、 (b) (1) 平均速度勾配が約 725／秒で継続時間が約 180
    秒の高速攪拌段階、(2) 平均速度勾配が約85／秒で継続
    時間が約30分の低速攪拌段階、 (c) (1) 平均速度勾配が約1000／秒で継続時間が約 180
    秒の高速攪拌段階、(2) 平均速度勾配が約85／秒で継続
    時間を約30分の低速攪拌操段階。
JP5190856A 1992-07-02 1993-07-02 新規な凝固・凝集方法 Pending JPH0663311A (ja)

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FR (1) FR2693121B1 (ja)
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