TWI671265B - 水淨化劑及水淨化方法 - Google Patents

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Abstract

一種水淨化劑，其係為來自植物的水淨化劑，將使用於廢水之淨化處理，使用自動化淨化處理裝置來進行之際，可適合使用於該自動化淨化處理裝置的水淨化劑，其特徵為其係含有植物粉末與高分子凝集劑之混合物的造粒物。

Description

水淨化劑及水淨化方法
本發明係關於使用於工業廢水等之水淨化的來自植物之水淨化劑、及使用該水淨化劑之水淨化方法。
已進行了藉由使用來自植物之水淨化劑，自工業廢水去除不要的物質，而將水淨化的各種研究。
例如，已提議將含有磨羅黑野(molokheiya)、其乾燥物、及其提取物之至少任一者、及高分子凝集劑的凝集劑添加於懸浮液，而使微粒子凝集分離的方法(例如，參照專利文獻1)。
又，已提議以自無機系工業廢水去除重金屬離子為目的，例如，將廢水中之重金屬離子，使用磨羅黑野等之葉菜、高分子凝集劑，而使固液分離，藉由使吸附於陽離子交換體，而自廢水分離去除的方法(例如，參照專利文獻2及3)。
此外，要淨化的廢水量多、廢水所含的不要的物質之量多、或者廢水所含的不要的物質之種類為多的程度，於此等廢水的淨化處理中自動投入必要的淨化劑之系統的構築正被冀望。
基於進行高速且安定的淨化處理，裝置的自動化為重要課題。
另一方面，亦有裝置的低成本化之要求。
然而，歷來提議的技術完全未圖謀將廢水作淨化處理的自動化裝置，一旦供給於自動化裝置，無法安定且重複精確度佳地供給所欲性能之水 淨化劑。
因此，正冀求能適合使用於可低成本，進一步可安定且重複精確度佳地供給所欲性能之水淨化劑的自動化淨化裝置之水淨化劑。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第3876497號公報
[專利文獻2]特開2011-194384號公報
[專利文獻3]特開2011-194385號公報
[發明概要]
本發明係以解決歷來的前述諸問題，達成以下目的為課題。即，本發明之目的係提供將使用來自植物之水淨化劑的廢水淨化處理，使用自動化淨化裝置來進行之際，於可低成本而進一步可安定且重複精確度佳地供給所欲性能之水淨化劑的自動化淨化裝置中能適合使用之水淨化劑、及使用該水淨化劑之水淨化方法。
就用以解決前述課題之手段而言，係如以下。即，
<1>一種水淨化劑，其特徵為其係含有植物粉末及高分子凝集劑之混合物的造粒物。
<2>如前述<1>記載之水淨化劑，其中植物為長朔黃麻(Jew's marrow)、及磨羅黑野之至少任一者。
<3>如前述<1>至<2>中任一項記載之水淨化劑，其中高分子凝集劑為聚丙烯醯胺(polyacrylamide)。
<4>如前述<1>至<3>中任一項記載之水淨化劑，其中水淨化劑之容積比重(bulk specific gravity)為0.4g/cm3以上。
<5>如前述<4>記載之水淨化劑，其中水淨化劑之容積比重之分散度(容積比重之最大值與最小值的差相對於容積比重之最小值的比率)為4.5%以下。
<6>如前述<1>至<5>中任一項記載之水淨化劑，其中水淨化劑中的植物粉末與高分子凝集劑之含量比以質量比計(植物粉末/高分子凝集劑)為1/1~9/1。
<7>如前述<1>至<6>中任一項記載之水淨化劑，其中水淨化劑係藉由下列之製造方法製造，該方法包含將乾燥植物粉碎，獲得數量平均粒徑(number average particle size)為250μm以下之植物粉末的植物粉末製造步驟；及將前述植物粉末與高分子凝集劑混合，添加水分而加以捏揉，藉由擠壓造粒而獲得造粒物的造粒步驟。
<8>一種水淨化方法，其特徵為將如前述<1>至<7>中任一項記載之水淨化劑溶於水，而獲得植物粉末及高分子凝集劑之分散液，並藉由將該分散液供給於廢水，而去除廢水中之無機系不要的物質。
依據本發明，可解決歷來之前述諸問題，而達成前述目的，可提供將使用來自植物之水淨化劑的廢水淨化處理，使用自動化淨化裝置進行之際，於可低成本而進一步可安定且重複精確度佳地供給所欲性能的水淨化劑的自動化淨化裝置中能適合使用的水淨化劑、及使用該水淨化劑的水淨化方法。
[用以實施發明之形態]
(水淨化劑)
本發明之水淨化劑係由包含植物粉末及高分子凝集劑之混合物的造粒物而成。
本發明中「水之淨化」係指以工業廢水為對象，尤其是以無機系工業廢水為對象，將其廢水中之鎳、銅、氟等之不要的物質去除。
將前述水淨化劑施加於前述廢水時，廢水中之無機系不要的物質藉由該水淨化劑而被凝集分離。將該凝集物自廢水中去除時，廢水被淨化。
<植物>
就前述植物而言，只要將廢水中之不要的物質(鎳、銅、氟等)凝集分離的植物即可，並未特別限制，例如，可列舉長朔黃麻(Jew’s marrow)、磨羅黑野、日本芥末波菜(Japanese mustard spinach)、野兒芹(Japanese honewort)、雪裡紅(potherb mustard)、波菜(spinach)等。此等中尤以長朔黃麻(Jew’s marrow)、及磨羅黑野為較佳，於以下記載的實施例顯示良好結果的長朔黃麻為可更佳地使用。
又，就植物之部位而言，可使用葉、莖、根之任一部分，但葉為可更佳地使用。
<高分子凝集劑>
就前述高分子凝集劑而言，與上述植物同樣地，只要顯示去除廢水中之不要的物質(鎳、銅、氟等)的效果即可，並未特別限制，例如，可列舉聚丙烯醯胺、聚丙烯醯胺之部分水解鹽、藻酸鈉(sodium alginate)、聚丙烯酸鈉(Sodium polyacrylate)、CMC(羧甲基纖維素(carboxymethyl cellulose))鈉鹽等。此等中尤以聚丙烯醯胺可較佳地使用。就該聚丙烯醯胺而言，例如，可使用市售的Flopan AN 905、Flopan AN 926、Flopan AN 956(SNF股份有限公司製)等。
<植物粉末與高分子凝集劑之混合物之造粒物>
使用含有植物粉末及高分子凝集劑之混合物的造粒物作為前述水淨化劑時，可於自動化淨化裝置，安定且重複精確度佳地供給所欲性能之水淨化劑。
本發明者們研究使用植物粉末而成之水淨化劑的廢水淨化裝置中自動化系統之結果，得知使用由植物粉末及高分子凝集劑而成的水淨化劑時，會產生以下的問題。
於自動化系統，使用於廢水之淨化處理的各種水淨化劑係儲存於自動供給機，之後，以定量器定量，將指定量之水淨化劑供給於反應槽中之廢水。其中，水淨化劑為固形時，被送至反應槽前，一旦被溶解於溶解槽，之後被送至反應槽的順序來進行。即，位於自動供給機的固形水淨化劑，係以定量器被定量地投予至溶解槽，於其中使與指定量之水攪拌溶解後，該分散液被送至反應槽，供給於廢水。
因此，由成本面等之理由，裝置係儘可能緊密者為較佳，使用的自動供給機的數量為少者較佳。
另一方面，於使水淨化性能提升上，使用由植物而成的水淨化劑與由高分子凝集劑而成的水淨化劑兩者為較佳。
因此，於一個自動供給機置入植物粉末及高分子凝集劑兩者的水淨化劑，而供給於自動化裝置的結果，得知因植物粉末與高分子凝集劑的比重太過不同(尤其容積比重大為相異)，於自動供給機內，產生兩者分離，無法量取所冀望之配合比率的水淨化劑。未以所冀望的配合比率時，有可能無法獲得充分的水淨化效果，相關的水淨化劑無法稱為性能佳的水淨化劑。
又，於2種類之水淨化劑分離中，即使重複進行定量，所獲得的水淨化劑亦成為每次配合比率相異的水淨化性能為不均者，無法重複而精確度佳地量取所冀望的配合比率之水淨化劑。
再者，植物粉末尤其是因容積比重的值小，於自動供給機要將含有如此容積比重的值為小的植物粉末的水淨化劑定量時，因有必要將水淨化劑投入至定量器成為至一定質量，故於定量上耗費時間及電力。以自動供給機量取容積比重值為低的水淨化劑係缺點多的。
本發明者們針對上述問題，進行各種實驗的結果，發現可適合使用於將水淨化的自動化淨化裝置之水淨化劑的態樣。
即，發現由含有植物粉末與高分子凝集劑之混合物的造粒物而成的水淨化劑可解決上述問題。
本發明之水淨化劑因係造粒物，故流動性良好，於自動供給機或定量器等不產生阻塞，可將經定量的水淨化劑安定地供給至溶解槽。
又，本發明之水淨化劑因植物粉末與高分子凝集劑以所冀望的比率加以造粒，故可獲得如期待之水淨化效果。
再者，藉由將植物粉末與高分子凝集劑之混合物加以造粒，本發明之水淨化劑呈現容積比重的值為一定程度高的值，容積比重的值的偏差成為少的。
由於水淨化劑之容積比重的值的偏差為少的，即使重複進行定量，每次配合比率的偏差少，可獲得無水淨化性能不均的水淨化劑。
將本發明之水淨化劑使用於自動化淨化裝置時，可解決由於植物粉末與高分子凝集劑的比重差所產生的問題，可重複而精確度佳地量取以所冀望的配合比率含有植物粉末與高分子凝集劑的水淨化劑。
又，本發明之水淨化劑的容積比重之值與僅單純將植物粉末與高分子凝集劑混合之水淨化劑的容積比重之值相比顯示相當高之值(於後述的實施例，由與比較例1~3比較的實施例1~3之結果，已顯示此點)，據此，由於限制了定量的時間及電力，而有效地圖謀對自動化淨化裝置的適用。
前述水淨化劑中的前述植物粉末與前述高分子凝集劑的含量比以質量比(植物粉末/高分子凝集劑)計係1/1~9/1為較佳。
為了滿足水淨化性能，前述水淨化劑中的前述植物粉末的含量比以質量比計(植物粉末/高分子凝集劑)，1/1以上為較佳。又，為了將水淨化劑的容積比重的值提高一定程度，以質量比計(植物粉末/高分子凝集劑)，9/1以下為較佳。
前述水淨化劑中的前述植物粉末與前述高分子凝集劑的含量比為上述範圍時，成為顯示水淨化性能佳，容積比重的值高，容積比重的值偏差亦少的良好結果之水淨化劑。
就前述造粒物的形態(直徑、長度)而言，並未特別限制，可藉由與後述製造方法的關係而適當選擇，但使廣泛適合於市售的定量器的供給口的大小係造粒物的直徑為3mm以下、長度為3mm以下較佳。又，若平順地作供給口的通道，亦考慮溶解時的溶解性時，造粒物的直徑係1mm以下、長度係1mm以下為更佳。
<<水淨化劑之特性>>
前述水淨化劑之容積比重係0.4g/cm3以上為較佳。
關於作為本發明之對象的自動化系統，淨化劑之容積比重為0.4g/cm3以上時，可壓抑定量所需的時間及電力，且可有效地圖謀對自動化淨化裝置之適用。
其中，容積比重可如以下方式求得。
〔容積比重〕
容積比重係可使用Powder Tester PT-N型(Hosokawa Micron公司製)來測量。
輕輕地將100cc的試料置入100cc的不鏽鋼杯中，測量此時之試料的比重，作為容積比重。
前述水淨化劑之容積比重之分散度(容積比重之最大值與最小值之差相對於容積比重之最小值的比)係4.5%以下為宜。
於作為本發明之對象的自動化系統，水淨化劑之容積比重的分散度為4.5%以下時，配合比的偏差為少的，可將於水淨化性能沒有不均勻的水淨化劑重複而精確度良好的供給，可有效地圖謀對自動化淨化裝置之適用。
其中，容積比重之分散度可以如以下方式求得。
〔容積比重之分散度〕
將為測量試料的水淨化劑置入一定大小的袋中(例如，700mm×500mm之塑膠袋)，將袋口作熱密封。此時，於下列之振動操作，以確保該水淨化劑自由地移動程度的空間之方式，考慮被置入袋中的水淨化劑之量。其次，於造粒物未崩壞的程度，使被置入袋中的水淨化劑上下地振動，之後，自含該袋的上下部分的5點將試料取出，測量各自之容積比重。
記錄容積比重之最大值及最小值，基於其最大值與最小值，藉由以下之計算求得分散度。
(容積比重之最大值與最小值之差/容積比重之最小值)×100
<<造粒物之製造方法>>
前述水淨化劑係藉由下列製造方法製造，該製造方法係包含將乾燥植物粉碎，而獲得數量平均粒徑為250μm以下植物粉末的植物粉末製造步驟；及將前 述植物粉末與高分子凝集劑混合，添加水分而捏揉，藉由擠壓造粒而獲得造粒物的造粒步驟。
於獲得植物粉末上，首先將植物以陽光乾燥、或藉由利用乾燥機的乾燥，使乾燥至水分量成為5%以下即可。其次，將經乾燥的植物，例如，使用粉化器(atomizer)(錘磨機(hammer mill)、Dalton公司製)，粉碎至數量平均粒徑成為250μm以下。
其中，數量平均粒徑可使用例如，Morphologi G3(Malvern公司製)來測量。
另一方面，準備高分子凝集劑。高分子凝集劑的大小係只要為造粒物的大小以下即可，若市售者為造粒物的大小以下之大小，可直接使用。為造粒物的大小以上之情形，只要使用例如，粉化器(錘磨機、Dalton公司製)，粉碎至所冀望的大小即可。
其次，將上述獲得的植物粉末及上述高分子凝集劑混合，添加水分而捏揉。就水之添加量而言，例如，相對於將植物粉末與高分子凝集劑混合的合計質量，水為15質量%~250質量%者為較佳。
就對混合物添加水的基準而言，添加水的混合物以手握持時，簡單地混合物不會溶解而有形狀殘留的程度即可。
就水的添加量的基準而言，因高分子凝集劑大量吸收水，故高分子凝集劑的混合比率越高，添加的水量變多，例如，對於質量比(植物粉末/高分子凝集劑)為9/1混合的混合物，相對於混合物的合計質量，添加水15質量%，對於以3/1混合的混合物，添加水20質量%，對以1/1混合的混合物，添加水82質量%。
就捏揉．造粒裝置而言，並未特別限制，可使用市售的造粒裝置，例如，可列舉擠壓式的造粒機(Dalton製Disk Pelleter)。
捏揉後，將該捏揉物藉由造粒機擠壓而獲得造粒物。造粒物的直徑係3mm以下為較佳。該造粒物係以流動層乾燥機使水分乾燥至成為5%以下。
之後，利用Powder Mill P3型解碎機(昭和化學機械工作所製)，可切齊成為指定長度(較佳為2mm以下的長度)。由此可獲得包含由混合本發明的植物粉末與高分子凝集劑而成的造粒物之水淨化劑。
(水淨化方法)
本發明之水淨化方法係將上述本發明的水淨化劑溶於水中，獲得植物粉末與高分子凝集劑的分散液，藉由將該分散液供給於廢水而去除廢水中的無機系不要的物質之方法。
前述水淨化劑係以定量器被定量地之後供給溶解槽。
因此，被溶解於指定量的水，而獲得的水淨化劑的分散液係被送至反應槽，而被供給至廢水。於反應槽，廢水中之無機系不要的物質(例如，鎳、銅、氟等)係藉由植物粉末與高分子凝集劑而被凝集分離。藉由去除該凝集物，廢水被淨化。
[實施例]
以下，列舉實施例及比較例而進一步具體地說明本發明，但本發明並未限定於此等。
於實施例，容積比重、容積比重的分散度係如下列求得。
〔容積比重〕
容積比重係使用Powder Tester PT-N型(Hosokawa Micron公司製)來測量。
輕輕地將100cc的試料置入100cc的不鏽鋼杯中，測量此時之試料之比重，作為容積比重。
〔容積比重之分散度〕
將為測量試料的水淨化劑置入700mm×500mm之塑膠袋，將袋口作熱密封。其次，使置入袋中的水淨化劑上下地振動，之後，自含該袋的上下部分的5點取出試料，測量各自之容積比重。
記錄容積比重的最大值及最小值，基於其最大值與最小值，藉由以下的計算求得分散度。
(容積比重的最大值與最小值的差/容積比重的最小值)×100
(實施例1)
將中國產的長朔黃麻藉由陽光乾燥而使乾燥至水分含量成為5%以下。
其次，將此乾燥的植物以粉化器(錘磨機，Dalton公司製)，粉碎至數量平均粒徑成為250μm以下，而獲得植物粉末。
高分子凝集劑係使用聚丙烯醯胺的粉末(Flopan AN 956 SNF股份有限公司製)。
植物粉末：高分子凝集劑的混合比率成為質量比(植物粉末/高分子凝集劑)為1/1的方式，將植物粉末與高分子凝集劑混合，相對於該混合物之合計質量添加82質量%的水而捏揉。
該捏揉物使用擠壓式之造粒機(Dalton製Disk Pelleter)擠壓而獲得造粒物。將造粒機的模具大小(die size)(φ)作成2mm，獲得直徑約2mm的造粒物。將此造粒物以流動層乾燥機乾燥至水分為5%以下後，藉由Powder Mill P3型解碎機將長度(L)切成約2mm，獲得造粒物1。
對造粒物1進行上述測量，求得容積比重值(最大值、最小值)、容積比重之分散度。結果顯示於表1。
<對自動供給機之適用的有效性評價>
藉由將容積比重作成一定程度高的值，由所謂壓制定量所需時間及電力的觀點，水淨化劑的容積比重的值(以最小值者來評價)以下列之基準加以分類，來評價對於自動化淨化裝置的適用的有效性(其1)。結果顯示於表1。
-評價基準-
○：容積比重之值為0.4g/cm3以上。
△：容積比重之值為0.33g/cm3以上且低於0.4g/cm3。
×：容積比重之值為低於0.33g/cm3。
由所謂可重複且精確度佳地供給配合比率的偏差少，且水淨化性能沒有不均勻的水淨化劑之觀點，水淨化劑的容積比重之分散度以下列基準加以分類，而評價對自動化淨化裝置的適用之有效性(其2)。結果顯示於表1。
-評價基準-
◎：水淨化劑之容積比重的分散度為1%以下。
○：水淨化劑之容積比重的分散度為大於1%且4.5%以下。
□：水淨化劑之容積比重的分散度為大於4.5%且6%以下。
△：水淨化劑之容積比重的分散度為大於6%且10%以下。
×：水淨化劑之容積比重的分散度為大於10%。
(實施例2)
除了將於實施例1，植物粉末：高分子凝集劑之混合比率以質量比(植物粉末/高分子凝集劑)成為3/1的方式，混合植物粉末與高分子凝集劑，相對於該混合物的合計質量添加水20質量%而捏揉以外，與實施例1同樣地獲得水淨化劑。
與實施例1同樣地，求得容積比重值(最大值、最小值)、容積比重之分散度，亦一起評價對自動供給機的適用之有效性。結果顯示於表1。
(實施例3)
除了將於實施例1，植物粉末：高分子凝集劑之混合比率以質量比(植物粉末/高分子凝集劑)成為9/1的方式，混合植物粉末與高分子凝集劑，相對於該混合物的合計質量添加水15質量%而捏揉以外，與實施例1同樣地獲得水淨化劑。
與實施例1同樣地，求得容積比重值(最大值、最小值)、容積比重之分散度，亦一起評價對自動供給機的適用之有效性。結果顯示於表1。
(比較例1)
使用實施例1之植物粉末與高分子凝集劑，將植物粉末：高分子凝集劑之混合比率作成質量比(植物粉末/高分子凝集劑)成為1/1的方式，混合植物粉末與高分子凝集劑的非造粒物之水淨化劑作為比較例1。
與實施例1同樣地，求得容積比重值(最大值、最小值)、容積比重之分散度，亦一起評價對自動供給機的適用之有效性。結果顯示於表1。
(比較例2)
除了於比較例1，將植物粉末：高分子凝集劑之混合割合作成質量比(植物粉末/高分子凝集劑)成為3/1的方式以外，與比較例1同樣地獲得非造粒物之水淨化劑。
與實施例1同樣地，求得容積比重值(最大值、最小值)、容積比重之分散度，亦一起評價對自動供給機的適用之有效性。結果顯示於表1。
(比較例3)
除了於比較例1，將植物粉末：高分子凝集劑之混合割合作成質量比(植物粉末/高分子凝集劑)成為9/1的方式以外，與比較例1同樣地獲得非造粒物之水淨化劑。
與實施例1同樣地，求得容積比重值(最大值、最小值)、容積比重之分散度，亦一起評價對自動供給機的適用之有效性。結果顯示於表1。
由表1之結果，可確認由植物粉末與高分子凝集劑之混合物的造粒物而成的本發明之水淨化劑，係容積比重的值為一定程度的高，且容積比重的值之偏差為少的。
本發明者們確認的結果，長朔黃麻的粉末的容積比重為0.15g/cm3，高分子凝集劑的容積比重為0.75g/cm3。此等之混合物之容積比重係如比較例1~3所示，為0.18g/cm3~0.33g/cm3左右。然而，本發明之水淨化劑係藉由作成此等之混合物之造粒物，可提高容積比重的值數個階層。
<水淨化性能之評價>
藉由自鎳離子溶解20ppm的酸性溶液使鎳離子凝集沉澱的方法，評價關於實施例之水淨化劑的水淨化性能。
首先，使用混凝試驗器(jar tester)而將溶液於150rpm一邊攪拌一邊添加氯化鐵(ferric chloride)50ppm，接著藉由添加氫氧化鈉而作成pH9~10，實施1次凝集。
其次，作為2次凝集，使用實施例1之水淨化劑、比較例1之水淨化劑、僅包含實施例1使用的高分子凝集劑(Flopan AN 956 SNF股份有限公司製)之水淨化劑(作為比較例4)，各自添加10ppm，將旋轉數作成50rpm，攪拌2分鐘。採取攪拌停止後經過1分鐘的上清液水，藉由Lambda(Λ)9000(共立理化學研究所製)，測量鎳濃度。結果顯示於表2。
由表2的結果，相對於僅包含高分子凝集劑的水淨化劑(比較例4)，藉由置換長朔黃麻50%，淨化性能(鎳之凝集沉澱性)提升可由比較例1之結果確認。而且，其水淨化性能於植物粉末與高分子凝集劑之混合物的造粒物之態樣亦被維持係可由實施例1之結果確認。
可確認由含植物粉末與高分子凝集劑之混合物的造粒物而成的本發明之水淨化劑係顯示優異的水淨化性能。

Claims (6)

  1. 一種水淨化劑，其係為含有植物粉末與高分子凝集劑的混合物之造粒物，其中水淨化劑之容積比重(bulk specific gravity)為0.4g/cm3以上，水淨化劑的容積比重之分散度(容積比重之最大值與最小值的差相對於容積比重之最小值的比率)為4.5%以下。
  2. 如請求項1記載之水淨化劑，其中植物為長朔黃麻(Jew's marrow)及磨羅黑野(molokheiya)之至少任一者。
  3. 如請求項2記載之水淨化劑，其中高分子凝集劑為聚丙烯醯胺(polyacrylamide)。
  4. 如請求項1記載之水淨化劑，其中水淨化劑中的植物粉末與高分子凝集劑之含量比係以質量比(植物粉末/高分子凝集劑)計為1/1~9/1。
  5. 如請求項1記載之水淨化劑，其中水淨化劑係藉由下列之製造方法製造，該方法包含將乾燥植物粉碎，獲得數量平均粒徑(number average particle size)為250μm以下之植物粉末的植物粉末製造步驟；及將前述植物粉末與高分子凝集劑混合，添加水分而加以捏揉，藉由擠壓造粒而獲得造粒物的造粒步驟。
  6. 一種水淨化方法，其係為將如請求項1至5中任一項記載之水淨化劑溶於水，而獲得植物粉末及高分子凝集劑之分散液，並藉由將該分散液供給於廢水，而去除廢水中之無機系不要的物質。
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