WO2021059827A1 - 固形凝集剤及びそれを用いた水処理装置 - Google Patents
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- WO2021059827A1 WO2021059827A1 PCT/JP2020/032036 JP2020032036W WO2021059827A1 WO 2021059827 A1 WO2021059827 A1 WO 2021059827A1 JP 2020032036 W JP2020032036 W JP 2020032036W WO 2021059827 A1 WO2021059827 A1 WO 2021059827A1
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- B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
- B01D21/01—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation using flocculating agents
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- 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
- C02F1/54—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using organic material
- C02F1/56—Macromolecular compounds
Definitions
- the present invention relates to a solid flocculant and a water treatment apparatus using the solid flocculant.
- Chitosan a natural aminopolysaccharide
- Chitosan has conventionally been used as a cationic polymer flocculant.
- chitosan since chitosan has low solubility in water, it is necessary to dissolve it in a diluted dilute acid aqueous solution such as acetic acid or hydrochloric acid in order to use it as a polymer flocculant.
- a diluted dilute acid aqueous solution such as acetic acid or hydrochloric acid
- the viscosity of the solution is lowered and the aggregation effect is also lowered.
- a method of mixing a solid organic acid having low hygroscopicity and chitosan and dissolving it in water at the time of use is disclosed.
- Patent Document 1 discloses a chitosan-containing flocculant which is excellent in solubility in water, is excellent in stability in a dissolved state, does not generate a foul odor when dissolved, and is less likely to pollute the environment.
- Patent Document 1 one or more selected from the group consisting of benzoic acid, hydroxybenzoic acid, sorbic acid, dehydroacetic acid and salts thereof, a flocculant containing chitosan and adipic acid.
- the coagulant is dissolved in water and used for the coagulation treatment of the suspension.
- An object of the present invention is to provide a solid coagulant capable of continuously dissolving a predetermined amount of chitosan without using a pump, and a water treatment apparatus using the solid coagulant.
- the solid flocculant according to the first aspect of the present invention contains chitosan and an acid.
- the solid coagulant has a tablet-like shape.
- the water treatment apparatus includes the above-mentioned solid coagulant.
- FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of a solid flocculant according to the present embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of the water treatment apparatus according to the present embodiment.
- FIG. 3 is a perspective view showing a chemical tank in the water treatment apparatus according to the present embodiment.
- FIG. 4A is a schematic side view showing the shape of the test sample before being immersed in water in the expansiveness evaluation of Example 1.
- FIG. 4B is a schematic side view showing the shape of the test sample after being immersed in water in the expansiveness evaluation.
- FIG. 5 is a graph showing the relationship between the water immersion time of the test samples 1 to 5 and the degree of expansion A in the evaluation of expansion.
- FIG. 6A is a graph showing the relationship between the molding pressure and the density of the test samples 1 to 5.
- FIG. 6B is a graph showing the relationship between the molding pressure of the test samples 1 to 5 and the expansion coefficient ⁇ .
- FIG. 6C is a graph showing the relationship between the molding pressure of the test samples 1 to 5 and the expansion rate coefficient k.
- FIG. 7 is a graph showing the relationship between the water immersion time of the test samples 6 to 9 and the degree of expansion A in the evaluation of expansion.
- FIG. 8A is a graph showing the relationship between the mixing ratio of acetic acid and the density in the test samples 6 to 9.
- FIG. 8B is a graph showing the relationship between the mixing ratio of acetic acid and the expansion coefficient ⁇ in the test samples 6 to 9.
- FIG. 8C is a graph showing the relationship between the mixing ratio of acetic acid and the expansion rate coefficient k in the test samples 6 to 9.
- FIG. 9 is a graph showing the relationship between the densities of test samples 1 to 9 and the coefficient of expansion ⁇ .
- FIG. 10 is a graph showing the relationship between the densities of the test samples 1 to 9 and the expansion rate coefficient k.
- FIG. 11 is a graph showing the relationship between the water flow time of the water to be treated and the concentration of chitosan eluted in the water to be treated in Example 2.
- the solid flocculant 1 of the present embodiment contains chitosan 2 and an acid, and has a tablet-like shape.
- Chitosan ((C 6 H 11 NO 4 ) n ) is a deacetylated version of chitin, which is a polysaccharide in which N-acetylglycosamine is linearly bound to ⁇ -1,4.
- chitosan has been conventionally used as a flocculant and an adsorbent for heavy metals. Specifically, since the particles suspended in the water to be treated are negatively charged, they are electrically neutralized by adding chitosan, which is a cationic flocculant, and chitosan becomes a cross-linking agent between the particles. Form flocs. Then, by filtering the flocs, suspended particles in the water to be treated can be removed.
- the molecular weight of chitosan 2 is not particularly limited, and those ranging from thousands to hundreds of thousands can be used. Further, the degree of deacetylation of chitosan 2 is not particularly limited, and can be, for example, 80% or more.
- the solid coagulant 1 of the present embodiment has a tablet-like shape (tablet-like shape) by pressure-molding chitosan.
- chitosan By immersing the tablet-shaped solid coagulant 1 in the water to be treated, chitosan is gradually dissolved from the solid coagulant 1 and added to the water to be treated, so that a predetermined amount of chitosan can be continuously applied without using a pump. It becomes possible to dissolve it.
- chitosan is difficult to dissolve in water, it has the characteristic of high water absorption. Therefore, when only chitosan is pressure-molded into a tablet, when the chitosan tablet is immersed in water, the water permeates the inside of the tablet and expands, so that the shape of the tablet collapses. When an acid is added to water, chitosan dissolves in the retained water at a high concentration, so that chitosan gels. When water containing an acid is immersed in the inside of the tablet and gelled, the shape of the tablet tends to collapse, and it becomes difficult to gradually dissolve a predetermined amount of chitosan.
- the solid flocculant 1 of the present embodiment contains an acid in addition to chitosan 2.
- chitosan is difficult to dissolve in water, but has a characteristic of being soluble in an acidic aqueous solution. Therefore, by adding an acid to the solid coagulant 1, the water to be treated becomes acidic, so that the solubility of chitosan 2 in the water to be treated is increased, and the coagulation efficiency can be promoted. Further, by adding an appropriate amount of acid, even when the solid flocculant 1 is immersed in the water to be treated, it is possible to suppress the disintegration of the tablet shape and enhance the shape stability.
- the addition of the acid enhances the shape stability
- the addition of the acid enhances the bonding force between the chitosan particles, and the pressure molding reduces the voids in the solid flocculant 1. It is considered that the infiltration of water into the solid flocculant 1 is suppressed.
- the acid contained in the solid flocculant 1 may be either an inorganic acid or an organic acid.
- the form of the acid is not particularly limited, and may be, for example, a solid state, a powder form, or a liquid form.
- the strength of the acid is not particularly limited.
- the acid is preferably at least one selected from the group consisting of hydrochloric acid, acetic acid, citric acid, and ascorbic acid. Hydrochloric acid is a commonly used acid and is easily available. Further, since acetic acid, citric acid, and ascorbic acid are relatively safe for the human body, even when the water to be treated is purified with the solid flocculant 1, the treated water after purification should be used as domestic water. Is possible.
- the mixing ratio of the acid with respect to chitosan 2 is preferably 1% by mass or more.
- the mixing ratio of the acid to chitosan 2 is 1% by mass or more, it is possible to improve the solubility of chitosan in the water to be treated while improving the shape stability of the solid flocculant 1 in the water to be treated.
- the mixing ratio of the acid with respect to chitosan 2 is more preferably 10% by mass or more.
- the upper limit of the mixing ratio of the acid with respect to chitosan 2 is not particularly limited, but the mixing ratio of the acid is preferably 90% by mass or less, and more preferably 50% by mass or less. As a result, the ratio of chitosan in the solid flocculant 1 is improved, so that chitosan can be dissolved in the water to be treated for a long period of time.
- the density of the solid flocculant 1 is preferably 1 g / cm 3 or more.
- the density of the solid coagulant 1 is 1 g / cm 3 or more, the voids inside the solid coagulant 1 are reduced, so that it becomes difficult for water to enter the inside. Therefore, it is possible to suppress the disintegration of the solid flocculant 1 and continuously dissolve a predetermined amount of chitosan in the water to be treated.
- the density of the solid flocculant 1 is more preferably 1.1 g / cm 3 or more.
- the solid flocculant 1 may contain an additive in addition to chitosan 2 and an acid. Specifically, since the solid coagulant 1 has a tablet-like shape, a lubricant may be added. By adding the lubricant, the chitosan powder is prevented from adhering to the molding apparatus and the mold during pressure molding, so that the production efficiency can be improved.
- a binder for binding chitosan particles to each other may be added as an additive.
- the solid flocculant 1 since the binding force between chitosan particles is enhanced by mixing the acid with chitosan, the solid flocculant 1 does not have to contain the binder. Further, the solid flocculant 1 may contain a general additive such as an excipient.
- the solid flocculant 1 is a tablet having excellent shape stability, chitosan can be dissolved in the water to be treated for a long period of time. Therefore, it is preferable not to use an additive that disintegrates the shape of the solid coagulant 1 in a short time after the solid coagulant 1 comes into contact with the water to be treated.
- the solid flocculant 1 preferably does not contain a foaming agent that generates a gas when it comes into contact with water.
- the foaming agent include carbonates of alkali metals or alkaline earth metals.
- examples of the foaming agent include sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, ammonium carbonate, potassium carbonate, calcium carbonate and the like.
- the shape of the solid flocculant 1 is preferably tablet-shaped, for example, columnar, disc-shaped, or lenticular. Further, the size of the solid coagulant 1 is not particularly limited, and for example, when the shape is columnar, the diameter and height are preferably 5 mm or more.
- the solid flocculant 1 can be produced by pressurizing a mixture of chitosan 2 powder and acid to form tablets.
- a mixture is prepared by mixing chitosan powder and acid.
- the method for mixing the chitosan powder and the acid is not particularly limited, and the chitosan powder and the acid may be mixed in the air or in an inert atmosphere. At this time, an additive may be added if necessary.
- a mixture containing chitosan powder and acid is filled inside the mold.
- pressure is applied to the mixture to remove voids in the mixture and densify it.
- the pressurizing conditions of the mixture are not particularly limited, and it is preferable to adjust the solid flocculant 1 to a desired density.
- the solid coagulant 1 can be obtained by taking out the molded body from the inside of the mold.
- the solid flocculant 1 of the present embodiment contains chitosan 2 and an acid, has a density of 1 g / cm 3 or more, and has a tablet-like shape. Since the solid coagulant 1 is obtained by mixing an acid with chitosan 2 and further setting the density to 1 g / cm 3 or more, even when the solid coagulant 1 is immersed in water to be treated, the disintegration of the tablet shape is suppressed and the shape is suppressed. It is possible to increase the stability. Further, by adding an acid to the solid flocculant 1, the water to be treated becomes acidic, so that the solubility of chitosan 2 in the water to be treated is enhanced. Therefore, the solid flocculant 1 can gradually add a predetermined amount of chitosan to the water to be treated without using a pump.
- the water treatment apparatus of the present embodiment includes the above-mentioned solid coagulant 1.
- the water treatment device includes a drug dissolving device 100 that holds the solid flocculant 1 inside.
- the drug dissolving device 100 includes a container section 10, a drug tank 20, and a supply section 30.
- the drug tank 20 and the supply section 30 are provided inside the container section 10.
- the container portion 10 includes a container main body portion 11 and a lid portion 12, and a space is formed inside the container portion 10 by the container main body portion 11 and the lid portion 12.
- the container main body portion 11 has a disc-shaped bottom surface portion 11a and a cylindrical peripheral wall portion 11b, and the upper end thereof is open.
- the lid portion 12 is detachably attached to the container main body portion 11 so as to close the opening at the upper end of the container main body portion 11.
- the lid portion 12 has a disc-shaped upper surface portion 12a and a peripheral wall portion 12b that hangs down from the outer peripheral end of the upper surface portion 12a and is one size larger than the peripheral wall portion 11b of the container main body portion 11.
- the container portion 10 may have any shape as long as it can form a space inside.
- a drug tank 20 is provided inside the container portion 10, and the drug tank 20 holds the solid coagulant 1.
- the solid coagulant 1 can be put into the drug tank 20 without having to hold the solid coagulant 1 by hand only by removing the lid portion 12 from the container body portion 11.
- the chemical tank 20 has a disc-shaped bottom surface portion 21 and a cylindrical peripheral wall extending upward from the outer peripheral end of the bottom surface portion 21 and surrounding the space above the bottom surface portion 21. It has a part 22 and.
- the bottom surface portion 21 of the chemical tank 20 may have any shape such as a substantially square shape as long as at least one of the solid flocculant 1 and the dispersion portion 45 can be placed on the solid flocculant 1.
- the peripheral wall portion 22 may also have any shape such as a square tubular shape.
- the drug tank 20 further has a supply port 23 and a discharge port 24.
- the supply port 23 is provided at substantially the center of the bottom surface portion 21, and is a through hole penetrating the bottom surface portion 21 in the thickness direction.
- the supply port 23 has a circular shape when viewed from the thickness direction of the bottom surface portion 21.
- the discharge port 24 is a through hole that penetrates the bottom surface portion 21 in the thickness direction.
- the discharge port 24 has a circular shape when viewed from the thickness direction of the bottom surface portion 21. At such a discharge port 24, the water to be treated W in which the solid coagulant 1 is dissolved is discharged.
- the plurality of discharge ports 24 on the bottom surface portion 21 have the same shape.
- the shape, position, number, and the like of the discharge port 24 are not particularly limited as long as the water to be treated W in which the solid coagulant 1 is dissolved can be discharged. That is, the plurality of discharge ports 24 may be, for example, an elongated hole extending along the radial direction or an arc-shaped hole extending along the circumferential direction.
- the position of the discharge port 24 in the chemical tank 20 is not limited to the bottom surface portion 21.
- the position of the discharge port 24 may be the peripheral wall portion 22. Even if the discharge port 24 is provided on the peripheral wall portion 22, the water to be treated W can be brought into contact with the solid coagulant 1 substantially uniformly.
- the peripheral wall portion 22 of the chemical tank 20 has a cylindrical shape. Further, the bottom surface portion 21 of the chemical tank 20 has a disk shape, and the virtual central axis of the cylindrical peripheral wall portion 22 passes through the center of the bottom surface portion 21. Therefore, in the present embodiment, the eight discharge ports 24 are provided along the circumference of the bottom surface portion 21.
- the drug dissolving device 100 is provided between the supply port 23 and the solid coagulant 1, and includes a dispersion unit 45 that disperses the flow of water W to be treated from the supply port 23 to the solid coagulant 1.
- a dispersion portion 45 that disperses the flow of water W to be treated from the supply port 23 to the solid coagulant 1.
- the dispersed water W to be treated can be uniformly brought into contact with the entire lower portion of the solid coagulant 1.
- the solid flocculant 1 can be dissolved in the water to be treated W substantially uniformly.
- the dispersion unit 45 for example, it is possible to prevent the granular solid coagulant 1 from flowing out from the drug dissolving device 100 at once. As a result, it becomes easy to keep the dissolved concentration of the solid flocculant 1 in the water to be treated W substantially constant.
- the dispersion unit 45 has a dispersed gap.
- the dispersion unit 45 disperses the water W to be treated, which is concentratedly supplied to one location of the chemical tank 20, by passing it through a gap. Further, the dispersion unit 45 also has an effect of rectifying the water W to be treated in the chemical tank 20.
- Such a dispersion portion 45 is placed inside the peripheral wall portion 22 and on the bottom surface portion 21 so as to cover the supply port 23.
- the dispersion portion 45 is a member composed of a group of particles. Therefore, the dispersion portion 45 can be easily obtained by using the existing material.
- the dispersion unit 45 may be any as long as it can disperse the water W to be treated and bring the water W to be treated substantially uniformly in contact with the lower part of the solid coagulant 1.
- the dispersion portion 45 may have, for example, a laminated structure of a plurality of non-woven fabrics or a laminated structure of a plurality of woven fabrics. Further, the dispersion portion 45 may be, for example, a three-dimensional fiber structure in which fibers are entangled, or a porous member having a structure similar to that of a sponge.
- a mesh member 25 is provided on the bottom surface portion 21, and a dispersion portion 45 having a predetermined thickness is provided on the mesh member 25.
- the mesh member 25 is arranged between the dispersion portion 45 and the bottom surface portion 21 and is provided so as to cover the supply port 23.
- the mesh member 25 has an opening whose size is smaller than that of the supply port 23. Further, the mesh member 25 suppresses the passage of the particles constituting the dispersion portion 45, but has an opening sufficient to allow the water to be treated W to pass through.
- the supply unit 30 is connected to the supply port 23 of the bottom surface 21 from below the bottom surface 21.
- the supply unit 30 is a substantially cylindrical pipe through which the water to be treated W passes.
- the space inside the supply unit 30 constitutes the introduction flow path 41.
- the introduction flow path 41 guides the water to be treated W from the outside of the container portion 10 to the inside of the chemical tank 20.
- a lead-out flow path 42 is provided on the outside of the supply unit 30. Further, the lead-out flow path 42 is provided inside the container portion 10. That is, the lead-out flow path 42 is composed of a space inside the container main body 11 and outside the supply section 30. In the lead-out flow path 42, the water W to be treated in which the solid coagulant 1 is dissolved is discharged from the discharge port 24 to the outside of the container portion 10.
- the introduction pipe 51 for introducing the water to be treated W and the water to be treated W in which the solid coagulant 1 is dissolved are discharged to the bottom surface 11a of the container main body 11.
- a lead-out pipe 52 is provided.
- the introduction pipe 51 constitutes the introduction flow path 41 together with the space inside the supply unit 30.
- the lead-out pipe 52 constitutes the lead-out flow path 42 together with the space between the supply section 30 and the container section 10.
- a partition wall 53 for separating the introduction pipe 51 and the outlet pipe 52 is provided between the introduction pipe 51 and the outlet pipe 52.
- a drain plug 54 for removing water inside the drug dissolving device 100 is provided at the lower end of the lead-out pipe 52.
- the water to be treated W such as well water is introduced into the introduction pipe 51.
- the water W to be treated passes through the introduction flow path 41 in the supply unit 30 and flows into the chemical tank 20 through the supply port 23.
- the water W to be treated enters the gap of the dispersion portion 45 and is dispersed.
- the water W to be treated comes into contact with the lower part of the solid coagulant 1 almost uniformly.
- the solid coagulant 1 is dissolved in the water W to be treated.
- the water W to be treated in which the solid coagulant 1 is dissolved passes through the discharge port 24 from the inside of the chemical tank 20 and falls into the outlet flow path 42 below the discharge port 24.
- the water W to be treated flowing through the lead-out flow path 42 reaches the lead-out pipe 52 and is discharged from the drug dissolving device 100.
- the suspended particles are captured by chitosan to form flocs. Then, the flocs are removed by the water W to be treated containing the flocs passing through the filter medium arranged on the downstream side of the drug dissolving apparatus 100. In this way, the suspended particles can be removed from the water W to be treated.
- the concentration of chitosan contained in the water to be treated W after contacting with the solid flocculant 1 is preferably 0.001 mg / L or more and 1000 mg / L or less.
- the water treatment device includes a solid coagulant 1 and a drug dissolving device 100 holding the solid coagulant 1, and the concentration of chitosan contained in the water to be treated W after passing through the drug dissolving device 100.
- it is preferably 0.001 mg / L or more and 1000 mg / L or less.
- the size, number and density of the solid coagulant 1 and the flow rate of the water to be treated W are adjusted so that the concentration of chitosan contained in the water to be treated W is 0.001 mg / L or more and 1000 mg / L or less. It is preferable to do so.
- concentration of chitosan contained in the water to be treated W is within this range, the particles suspended in the water to be treated W are efficiently captured by the chitosan, so that flocs are easily formed.
- the concentration of chitosan contained in the water to be treated W after contact with the solid flocculant 1 is more preferably 0.01 mg / L or more. Further, the concentration of chitosan contained in the water to be treated W is more preferably 10 mg / L or less.
- the coagulant solution in which chitosan is dissolved is not injected into the water to be treated by using a pump, but the solid coagulant 1 is used to inject chitosan into the water to be treated. Is added. That is, as described above, the solid coagulant 1 has high shape stability even when immersed in the water to be treated, and a predetermined amount of chitosan can be gradually dissolved in the water to be treated. Therefore, the water treatment apparatus does not need to use a pump for adding the coagulant solution, so that the water to be treated can be purified at low cost.
- chitosan powder chitosan 100 manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was prepared. Next, only chitosan powder was put into the inside of a cylindrical molding die ( ⁇ 10 mm) having an internal space. Then, the chitosan powder was pressurized at 1 MPa, 2 MPa, 5 MPa, 10 MPa, or 20 MPa under room temperature conditions to obtain test samples 1 to 5 molded at each pressure. As shown in FIG. 4A, the shapes of the test samples 1 to 5 were cylindrical with a diameter of ⁇ of 10 mm and a height of H 0 of about 5 mm. Then, the density and mass of each test sample 1 to 5 were measured to determine the density of each test sample 1 to 5. The density of each test sample is shown in Table 1.
- FIG. 5 shows the relationship between the water immersion time (0.5 minutes, 1 minute, 2 minutes, 5 minutes, 10 minutes, 20 minutes) and the degree of expansion A in each test sample.
- the expansion coefficient ⁇ is a value indicating how much the test sample finally expands.
- the expansion rate coefficient k is a value indicating the expansion speed (easiness of flooding) of the test sample.
- FIG. 6A shows the relationship between the molding pressure and the density of the test samples 1 to 5.
- FIG. 6B shows the relationship between the molding pressure of the test samples 1 to 5 and the expansion coefficient ⁇
- FIG. 6C shows the molding pressure of the test samples 1 to 5 and the expansion rate coefficient k. Shows the relationship.
- the density of the obtained test sample tends to increase asymptotically as the pressure during molding of the test sample increases.
- the coefficient of expansion ⁇ tends to increase slightly as the pressure at the time of molding the test sample increases, but tends to be substantially constant.
- the expansion coefficient ⁇ is lower even if the sample height after immersion is the same. ..
- the expansion rate coefficient k tends to decrease significantly as the pressure at the time of molding the test sample increases. Therefore, it can be seen that the expansion rate is greatly reduced by increasing the density of the test sample.
- Example 1 (Preparation of solid flocculant) First, as chitosan powder, chitosan 100 manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was prepared. Next, three kinds of mixtures were prepared by mixing 9.1% by mass, 33.3% by mass, or 50% by mass of acetic acid with respect to the chitosan powder. Then, each mixture is put into a cylindrical molding die ( ⁇ 10 mm) having an internal space and pressurized at 20 MPa under room temperature conditions to obtain test samples 6 to 8 having different amounts of acetic acid added. It was. Then, the density and mass of each test sample 6 to 8 were measured to determine the density of each test sample 6 to 8. The density of each test sample is shown in Table 2.
- test sample 9 was put into a cylindrical molding die ( ⁇ 10 mm) having an internal space and pressurized at 20 MPa under room temperature conditions to obtain a test sample 9 to which acetic acid was not added. .. Then, the density of the test sample 9 was determined by measuring the volume and mass of the test sample 9. The densities of test samples 9 are shown in Table 2.
- the test sample 9 had the same molding pressure as the test sample 5, but was prepared on different days, resulting in a difference in density.
- the test samples 6 to 9 were placed in a petri dish containing a certain amount of water so that the lower part of the test sample was immersed in the same manner as in the reference example. Then, after the test sample was placed, the degree of expansion A of the test sample was measured 0.5 minutes, 1 minute, 2 minutes, 5 minutes, 10 minutes, and 20 minutes later.
- FIG. 7 shows the relationship between the water immersion time (0.5 minutes, 1 minute, 2 minutes, 5 minutes, 10 minutes, 20 minutes) and the degree of expansion A in each test sample. Further, the change in the degree of expansion A of the test sample shown in FIG. 7 was fitted by the first-order rate equation shown in the above equation 2, and the expansion coefficient ⁇ and the expansion rate coefficient k were obtained.
- the expansion coefficient ⁇ and the expansion rate coefficient k of each test sample are also shown in Table 2.
- FIG. 8A shows the relationship between the mixing ratio of acetic acid and the density in the test samples 6 to 9.
- FIG. 8 (b) shows the relationship between the acetic acid mixing ratio and the expansion coefficient ⁇ in the test samples 6 to 9
- FIG. 8 (c) shows the acetic acid mixing ratio and the expansion in the test samples 6 to 9.
- the relationship with the coefficient of speed k is shown.
- FIG. 8A and Table 2 the addition of acetic acid to chitosan tends to increase the density of the resulting test sample.
- FIG. 8B it can be seen that the expansion coefficient ⁇ of the obtained test sample is significantly reduced by adding acetic acid to chitosan.
- FIG. 8C it can be seen that the addition of acetic acid to chitosan significantly reduces the expansion rate coefficient k of the obtained test sample. Therefore, it can be seen that the expansion rate is greatly reduced by adding acetic acid to chitosan.
- FIG. 9 shows the relationship between the densities of test samples 1 to 9 and the coefficient of expansion ⁇ .
- the expansion coefficient ⁇ of the obtained solid coagulant is significantly reduced by adding acetic acid as compared with the case where acetic acid is not added to chitosan.
- the expansion coefficient ⁇ is a value indicating how much the solid flocculant finally expands. Therefore, it can be seen that by adding acetic acid to chitosan, the expansion of the solid flocculant is suppressed, and a certain amount of chitosan can be gradually dissolved in the water to be treated.
- FIG. 10 shows the relationship between the densities of test samples 1 to 9 and the expansion rate coefficient k.
- the expansion rate coefficient k of the solid coagulant decreases.
- the expansion rate coefficient k is a value indicating the expansion speed (easiness of water immersion) of the solid flocculant. Therefore, it can be seen that by increasing the density of the solid coagulant, the expansion rate of the solid coagulant decreases, and a certain amount of chitosan can be gradually dissolved in the water to be treated.
- Example 2 (Preparation of solid flocculant) First, as chitosan powder, chitosan 100 manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was prepared. Next, a mixture of chitosan and acetic acid was prepared by mixing 50% by mass of acetic acid with respect to the chitosan powder. Then, the mixture is put into a cylindrical molding die ( ⁇ 10 mm) having an internal space and pressurized at 20 MPa under room temperature conditions to obtain a solid coagulant ( ⁇ 10 tablet) having a diameter of ⁇ 10 mm. Was produced. The mass of each ⁇ 10 tablet was about 0.5 g.
- a mixture of chitosan and acetic acid was prepared by mixing 50% by mass of acetic acid with the chitosan powder. Then, the mixture is put into a cylindrical molding die ( ⁇ 20 mm) having an internal space and pressurized at 20 MPa under room temperature conditions to obtain a solid coagulant ( ⁇ 20 tablet) having a diameter of ⁇ 20 mm. Was produced. The mass of each ⁇ 20 tablet was about 2.5 g.
- FIG. 11 shows the relationship between the water flow time of the water to be treated and the concentration of chitosan eluted in the water to be treated when the ⁇ 20 tablet is used.
- both the ⁇ 10 tablet and the ⁇ 20 tablet can maintain the concentration of chitosan contained in the water to be treated at 0.001 mg / L or more even when the water to be treated is passed through the water for 6 hours.
- the concentration of chitosan contained in the water to be treated can be maintained at about 0.1 mg / L for a long period of time.
- the solid coagulant of the present embodiment can gradually dissolve chitosan in the water to be treated. Therefore, it can be seen that by using this solid flocculant, a predetermined amount of chitosan can be added to the water to be treated for a long period of time.
- a solid coagulant capable of continuously dissolving a predetermined amount of chitosan without using a pump, and a water treatment apparatus using the solid coagulant.
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Abstract
固形凝集剤(1)は、キトサン(2)と酸とを含み、形状が錠剤状である。また、水処理装置は、固形凝集剤(1)を備える。この固形凝集剤を用いることにより、ポンプを用いなくても、被処理水に対して所定量のキトサンを連続的に添加することができる。
Description
本発明は、固形凝集剤及びそれを用いた水処理装置に関する。
天然アミノ多糖類であるキトサンは、従来より、カチオン性の高分子凝集剤として用いられている。しかし、キトサンは水への溶解性が低いため、高分子凝集剤として用いるためには、酢酸や塩酸のような酸を希釈した希酸水溶液に溶解させる必要がある。ただ、キトサンを希酸水溶液に溶解したキトサン水溶液を貯蔵した場合、溶液の粘度が低くなり、凝集効果も低下するという問題がある。そのため、キトサン水溶液の保存中の劣化を防ぐ目的で、吸湿性の少ない固体の有機酸とキトサンとを混合し、使用時に水へ溶解する方法が開示されている。
特許文献1では、水への溶解性に優れるとともに、溶解状態における安定性に優れ、かつ、溶解時に悪臭を発生せず、また環境汚染の恐れが少ないキトサン含有凝集剤を開示している。具体的には、特許文献1では、安息香酸、ヒドロキシ安息香酸、ソルビン酸、デヒドロ酢酸およびそれらの塩からなる群より選ばれる1種または2種以上と、キトサンと、アジピン酸とを含む凝集剤を開示している。そして、当該凝集剤を水に溶解することにより、懸濁液の凝集処理に用いている。
これまで、キトサンを含む凝集剤を凝集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、ポンプを用いて被処理水に注入している。ただ、使用する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という問題があった。また、キトサンを含む凝集剤は、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、凝集剤が素早く溶解するような仕様になっている。そのため、ポンプを用いず、凝集剤を、被処理水に連続的に少しずつ溶解させることができないという問題があった。
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、ポンプを用いなくても所定量のキトサンを連続的に溶解させることが可能な固形凝集剤、及び当該固形凝集剤を用いた水処理装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の第一の態様に係る固形凝集剤は、キトサンと、酸と、を含む。そして、固形凝集剤は、形状が錠剤状である。
本発明の第二の態様に係る水処理装置は、上述の固形凝集剤を備える。
以下、図面を参照して本実施形態に係る固形凝集剤、及び当該固形凝集剤を用いた水処理装置について説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
[固形凝集剤]
本実施形態の固形凝集剤1は、図1に示すように、キトサン2と酸とを含み、形状が錠剤状である。
本実施形態の固形凝集剤1は、図1に示すように、キトサン2と酸とを含み、形状が錠剤状である。
キトサン((C6H11NO4)n)は、N-アセチルグリコサミンが直鎖状にβ-1,4結合した多糖類であるキチンを、脱アセチル化したものである。このようなキトサンは、従来より、凝集剤や重金属の吸着剤に用いられている。具体的には、被処理水に懸濁している粒子は負に帯電しているため、カチオン系凝集剤であるキトサンを加えることで電気的に中和され、キトサンが粒子間で架橋剤となり、フロックを形成する。そして、フロックを濾過することで、被処理水中の懸濁粒子を除去することができる。
キトサン2の分子量は特に限定されず、数千~数十万に及ぶものを用いることができる。また、キトサン2の脱アセチル化度も特に限定されず、例えば80%以上とすることができる。
上述のように、従来、キトサンを被処理水中の粒子の凝集処理に用いる場合には、キトサンを含む凝集剤を水に溶解した後、凝集剤溶液を、ポンプを用いて被処理水に徐々に注入している。ただ、ポンプを用いる場合にはコストが掛かるため、ポンプを用いずにキトサンを被処理水に添加することが好ましい。そのため、本実施形態の固形凝集剤1は、キトサンを加圧成型することで、形状を錠剤状(タブレット状)としている。錠剤状の固形凝集剤1を被処理水に浸漬することで、固形凝集剤1からキトサンが徐々に溶解して被処理水に添加されるため、ポンプを用いなくても所定量のキトサンを連続的に溶解させることが可能となる。
ただ、キトサンは水に溶解し難い反面、吸水性が高い特徴を有する。そのため、キトサンのみを加圧成型して錠剤状にした場合、キトサンの錠剤を水に浸漬させると、当該錠剤の内部に水が浸透して膨張するため、錠剤の形状が崩壊してしまう。また、水に酸が添加されている場合、保水した水にキトサンが高い濃度で溶解するため、キトサンがゲル化する。そして、錠剤の内部まで酸を含む水が浸漬してゲル化すると、錠剤の形状が崩壊しやすくなるため、所定量のキトサンを徐々に溶解させることが困難となる。
そのため、本実施形態の固形凝集剤1は、キトサン2に加えて、酸を含んでいる。上述のように、キトサンは水に溶解し難い反面、酸性水溶液には可溶な特徴を有する。そのため、固形凝集剤1に酸を添加することにより、被処理水が酸性となるため、被処理水に対するキトサン2の溶解性が高まり,凝集効率を促進することができる。さらに、適量の酸を添加することにより、固形凝集剤1を被処理水に浸漬させた場合でも、錠剤形状の崩壊を抑制し、形状安定性を高めることが可能となる。酸を添加することにより形状安定性が高まる理由は定かではないが、酸を添加することによりキトサン粒子間の結合力が高まること、さらに加圧成型により固形凝集剤1中の空隙が減少し、固形凝集剤1への水の浸入が抑制されることが考えられる。
固形凝集剤1に含まれる酸は、無機酸及び有機酸のいずれであってもよい。さらに、酸の形態も特に限定されず、例えば固体状又は粉末状であってもよく、液体状であってもよい。また、酸の強さも特に限定されない。ただ、酸は、塩酸、酢酸、クエン酸、及びアスコルビン酸からなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。塩酸は、一般的に使用されている酸であり、入手も容易である。また、酢酸、クエン酸、及びアスコルビン酸は、人体に対して比較的安全であるため、固形凝集剤1を用いて被処理水を浄化した場合でも、浄化後の処理水を生活用水として用いることが可能となる。
固形凝集剤1において、キトサン2に対する酸の混合割合は1質量%以上であることが好ましい。キトサン2に対する酸の混合割合が1質量%以上であることにより、被処理水中における固形凝集剤1の形状安定性を高めつつも、被処理水へのキトサンの溶解性を向上させることが可能となる。固形凝集剤1の形状安定性及びキトサンの溶解性をより高める観点から、キトサン2に対する酸の混合割合は10質量%以上であることがより好ましい。なお、キトサン2に対する酸の混合割合は、次の式1より求めることができる。
[数1]
[酸の混合割合(質量%)]=[酸の質量]/[キトサンの質量+酸の質量]×100
[数1]
[酸の混合割合(質量%)]=[酸の質量]/[キトサンの質量+酸の質量]×100
なお、固形凝集剤1において、キトサン2に対する酸の混合割合の上限は特に限定されないが、酸の混合割合は90質量%以下であることが好ましく、50質量%以下であることがより好ましい。これにより、固形凝集剤1中のキトサンの割合が向上するため、被処理水に対して長期間に亘ってキトサンを溶解させることが可能となる。
固形凝集剤1の密度は、1g/cm3以上であることが好ましい。固形凝集剤1の密度が1g/cm3以上であることにより、固形凝集剤1の内部の空隙が減少するため、内部に水が浸入し難くなる。そのため、固形凝集剤1の崩壊を抑制し、所定量のキトサンを被処理水に連続的に溶解させることが可能となる。なお、被処理水中での形状安定性をより高める観点から、固形凝集剤1の密度は1.1g/cm3以上であることがより好ましい。固形凝集剤1の密度の上限は特に限定されないが、例えば10g/cm3以下であることが好ましく、5g/cm3以下であることがより好ましく、2.0g/cm3以下であることがさらに好ましい。
固形凝集剤1はキトサン2及び酸の他に、添加剤が含まれていてもよい。具体的には、固形凝集剤1の形状は錠剤状であることから、滑沢剤を添加してもよい。滑沢剤を添加することにより、加圧成型の際に成型装置や金型にキトサン粉末が付着することが抑制されるため、製造効率を高めることができる。
固形凝集剤1は、添加剤として、キトサン粒子同士を結合するための結合剤を添加してもよい。ただ、キトサンに酸を混合することで、キトサン粒子間の結合力が高まることから、固形凝集剤1は結合剤を含まなくてもよい。また、固形凝集剤1は、賦形剤のような一般的な添加剤を含んでもよい。
上述のように、固形凝集剤1は、形状安定性に優れる錠剤であるため、被処理水に対して長期間に亘ってキトサンを溶解させることができる。そのため、固形凝集剤1が被処理水と接触した後、短時間で固形凝集剤1の形状を崩壊させるような添加剤は使用しないことが好ましい。具体的には、固形凝集剤1は、水に接触した際に気体を発生させる発泡剤を含まないことが好ましい。発泡剤としては、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸塩が挙げられる。具体的には、発泡剤としては、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸アンモニウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウムなどが挙げられる。
上述のように、固形凝集剤1の形状は錠剤状であることが好ましく、例えば円柱状、円盤状又はレンズ状であることが好ましい。また、固形凝集剤1の大きさも特に限定されず、例えば形状が円柱状の場合、直径及び高さが5mm以上であることが好ましい。
次に、固形凝集剤1の製造方法について説明する。固形凝集剤1は、キトサン2の粉末と酸との混合物を加圧して錠剤状とすることにより製造することができる。
具体的には、まず、キトサン粉末と酸とを混合して混合物を調製する。キトサン粉末と酸の混合方法は特に限定されず、また空気中で混合してもよく、不活性雰囲気下で混合してもよい。また、この際、必要に応じて添加剤を加えてもよい。
次いで、キトサン粉末と酸とを含む混合物を、金型の内部に充填する。当該混合物を金型に充填した後、混合物に圧力を加えることにより、混合物の空隙が除去されて緻密化する。なお、混合物の加圧条件は特に限定されず、固形凝集剤1が所望の密度になるように調整することが好ましい。例えば、キトサン粉末と酸とを含む混合物を、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、金型の内部から成型体を取り出すことにより、固形凝集剤1を得ることができる。
このように、本実施形態の固形凝集剤1は、キトサン2と酸とを含み、密度が1g/cm3以上であり、かつ、形状が錠剤状である。固形凝集剤1は、キトサン2に酸を混合し、さらに密度を1g/cm3以上としているため、固形凝集剤1を被処理水に浸漬させた場合でも、錠剤形状の崩壊を抑制し、形状安定性を高めることが可能となる。さらに、固形凝集剤1に酸を添加することにより、被処理水が酸性となるため、被処理水に対するキトサン2の溶解性が高まる。そのため、固形凝集剤1は、ポンプを用いなくても、被処理水に対して所定量のキトサンを徐々に添加することができる。
[水処理装置]
次に、本実施形態の水処理装置について説明する。本実施形態の水処理装置は、上述の固形凝集剤1を備えている。具体的には、水処理装置は、図2に示すように、固形凝集剤1を内部に保持する薬剤溶解装置100を備えている。薬剤溶解装置100は、容器部10と、薬剤槽20と、供給部30とを備えている。薬剤槽20及び供給部30は、容器部10の内側に設けられている。
次に、本実施形態の水処理装置について説明する。本実施形態の水処理装置は、上述の固形凝集剤1を備えている。具体的には、水処理装置は、図2に示すように、固形凝集剤1を内部に保持する薬剤溶解装置100を備えている。薬剤溶解装置100は、容器部10と、薬剤槽20と、供給部30とを備えている。薬剤槽20及び供給部30は、容器部10の内側に設けられている。
容器部10は、容器本体部11と蓋部12とを備えており、容器本体部11と蓋部12とによって容器部10の内部に空間が形成されている。容器本体部11は、円板状の底面部11aと円筒状の周壁部11bとを有しており、上端が開放されている。蓋部12は、容器本体部11の上端の開口を塞ぐように、容器本体部11に取り外し可能な状態で取り付けられている。蓋部12は、円板状の上面部12aと、上面部12aの外周端から垂れ下がり、容器本体部11の周壁部11bよりも一回り大きな周壁部12bとを有している。ただ、容器部10は、内部に空間を形成することができるものであれば、如何なる形状であってもよい。
容器部10の内側には薬剤槽20が設けられており、薬剤槽20は固形凝集剤1を保持している。本実施形態によれば、蓋部12を容器本体部11から取り外すだけで、固形凝集剤1を手で持つことなく、薬剤槽20へ投入することができる。
図2及び図3に示すように、薬剤槽20は、円板状の底面部21と、底面部21の外周端から上方へ延び、かつ、底面部21の上側の空間を取り囲む円筒状の周壁部22と、を有している。薬剤槽20の底面部21は、固形凝集剤1及び分散部45の少なくとも一方をその上に置くことができる形状であれば、略正方形など如何なる形状であってもよい。また、周壁部22も、角筒状など如何なる形状であってもよい。
薬剤槽20は、さらに、供給口23と排出口24を有している。供給口23は、底面部21の略中心に設けられており、底面部21の厚み方向に貫通する貫通孔である。そして、供給口23は、底面部21の厚み方向から見て円形状を成している。このような供給口23を被処理水Wが通過することで、被処理水Wが固形凝集剤1に供給される。排出口24は、底面部21の厚み方向に貫通する貫通孔である。そして、排出口24は、底面部21の厚み方向から見て円形状を成している。このような排出口24では、固形凝集剤1が溶解された被処理水Wが排出される。
底面部21において、複数の排出口24は、それぞれ同一形状を有していることが好ましい。ただ、排出口24は、固形凝集剤1が溶解された被処理水Wを排出することができれば、その形状、位置及び数などは特に限定されない。つまり、複数の排出口24は、例えば径方向に沿って延びる長孔であってもよく、円周方向に沿って延びる円弧状の孔であってもよい。また、薬剤槽20における排出口24の位置は、底面部21に限定されない。例えば排出口24の位置は周壁部22であってもよい。排出口24を周壁部22に設けても、被処理水Wを固形凝集剤1に略均一に接触させることができる。
図3に示すように、本実施形態において、薬剤槽20の周壁部22は円筒状である。また、薬剤槽20の底面部21は円板状であり、円筒状の周壁部22の仮想中心軸が底面部21の中心を通過している。そのため、本実施形態においては、8つの排出口24は、底面部21の円周に沿って設けられている。
薬剤溶解装置100は、供給口23と固形凝集剤1との間に設けられ、供給口23から固形凝集剤1に向かう被処理水Wの流れを分散する分散部45を備える。このような分散部45を用いることにより、分散された被処理水Wを固形凝集剤1の下部全体に均一に接触させることができる。その結果、固形凝集剤1を被処理水Wに略均一に溶解させることができる。また、分散部45を用いることにより、例えば粒状の固形凝集剤1が薬剤溶解装置100から一気に流出してしまうことを抑制することができる。その結果、被処理水Wに対する固形凝集剤1の溶解濃度を、ほぼ一定に維持し続けることが容易になる。
分散部45は、分散した隙間を有している。分散部45は、薬剤槽20の一箇所に集中して供給された被処理水Wを、隙間を通過させることにより分散させる。また、分散部45は、薬剤槽20内において被処理水Wを整流する効果も有している。このような分散部45は、供給口23を覆うように、周壁部22の内側かつ底面部21の上に載置されている。
本実施形態において、分散部45は、一群の粒子からなる部材である。そのため、既存の材料を用いて、分散部45を容易に入手することができる。分散部45は、被処理水Wを分散させ、被処理水Wを固形凝集剤1の下部に略均一に接触させることができるものであれば、如何なるものであってもよい。分散部45は、例えば、複数枚の不織布の積層構造、又は、複数枚の織布の積層構造であってもよい。また、分散部45は、例えば、繊維が絡み合った三次元繊維構造体、又は、スポンジと類似した構造を有する多孔性部材であってもよい。
図3に示すように、薬剤溶解装置100では、底面部21の上に網目部材25を設け、網目部材25の上に所定の厚みを有する分散部45を設けている。網目部材25は、分散部45と底面部21との間に配置され、供給口23を覆うように設けられている。網目部材25は、それぞれの大きさが供給口23よりも小さい開口を有している。また、網目部材25は、分散部45を構成する粒子の通過を抑制するが、被処理水Wを通過させる程度の開口を有している。
薬剤溶解装置100において、供給部30は、底面部21の下方から底面部21の供給口23に接続されている。本実施形態において、供給部30は、内部を被処理水Wが通過する略円筒状の配管である。そして、供給部30の内側の空間は、導入流路41を構成する。導入流路41は、容器部10の外側から薬剤槽20の内側に被処理水Wを導く。
供給部30の外側には、導出流路42が設けられている。また、導出流路42は、容器部10の内側に設けられている。すなわち、導出流路42は、容器本体部11の内側かつ供給部30の外側の空間により構成される。導出流路42では、固形凝集剤1が溶解した被処理水Wが、排出口24から容器部10の外側へ排出される。
図2に示すように、薬剤溶解装置100では、容器本体部11の底面部11aに、被処理水Wを導入するための導入配管51と、固形凝集剤1が溶解した被処理水Wを排出する導出配管52とを備える。導入配管51は、供給部30の内側の空間と共に、導入流路41を構成する。導出配管52は、供給部30と容器部10の間の空間と共に、導出流路42を構成する。また、導入配管51と導出配管52と間には、これらを分離する仕切壁53が設けられている。なお、導出配管52の下端には、薬剤溶解装置100の内部の水を除去するための水抜き栓54が設けられている。
このような薬剤溶解装置100を組み込んだ水処理装置の作用について説明する。まず、井戸水などの被処理水Wが導入配管51に導入される。被処理水Wは、供給部30内の導入流路41を通過し、供給口23を介して薬剤槽20内に流れ込む。薬剤槽20内において、被処理水Wは、分散部45の隙間に進入し、分散される。それにより、被処理水Wが固形凝集剤1の下部にほぼ均一に接触する。被処理水Wが固形凝集剤1に接触することにより、被処理水Wに固形凝集剤1が溶解する。固形凝集剤1が溶解した被処理水Wは、薬剤槽20の内側から排出口24を通過し、排出口24の下側の導出流路42へ落下する。導出流路42を流れる被処理水Wは、導出配管52に到達し、薬剤溶解装置100から排出される。
薬剤溶解装置100を通過することによって固形凝集剤1が溶解した被処理水Wでは、懸濁している粒子がキトサンにより捕捉されて、フロックを形成する。そして、フロックを含む被処理水Wが、薬剤溶解装置100の下流側に配置された濾材を通過することで、フロックが除去される。このようにして、被処理水Wから懸濁粒子を除去することができる。
ここで、水処理装置において、固形凝集剤1に接触した後の被処理水Wに含まれるキトサンの濃度は、0.001mg/L以上1000mg/L以下であることが好ましい。具体的には、水処理装置は、固形凝集剤1と、固形凝集剤1を保持する薬剤溶解装置100とを備え、薬剤溶解装置100を通過した後の被処理水Wに含まれるキトサンの濃度が、0.001mg/L以上1000mg/L以下であることが好ましい。上述のように、被処理水Wが固形凝集剤1に接触することにより、固形凝集剤1からキトサンが徐々に溶解して被処理水Wに添加される。この際、被処理水Wに含まれるキトサンの濃度が0.001mg/L以上1000mg/L以下となるように、固形凝集剤1の大きさ、数及び密度、並びに被処理水Wの流量を調整することが好ましい。被処理水Wに含まれるキトサンの濃度がこの範囲内であることにより、被処理水Wに懸濁している粒子がキトサンにより効率的に捕捉されるため、フロックを形成しやすくなる。
なお、固形凝集剤1に接触した後の被処理水Wに含まれるキトサンの濃度は、0.01mg/L以上であることがより好ましい。また、被処理水Wに含まれるキトサンの濃度は、10mg/L以下であることがより好ましい。
このように、本実施形態の水処理装置は、キトサンを溶解した凝集剤溶液を、ポンプを用いて被処理水に注入しているわけではなく、固形凝集剤1を用いて被処理水にキトサンを添加している。つまり、上述のように、固形凝集剤1は、被処理水に浸漬した場合でも形状安定性が高く、被処理水に対して所定量のキトサンを徐々に溶解させることができる。そのため、水処理装置は、凝集剤溶液を添加するためのポンプを用いる必要がないことから、低コストで被処理水を浄化することができる。
以下、実施例により本実施形態の固形凝集剤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。
[参考例]
(キトサン固形薬剤の調製)
まず、キトサン粉末として、富士フイルム和光純薬株式会社製のキトサン100を準備した。次に、キトサン粉末のみを、内部空間を有する円筒状の成型用金型(φ10mm)の内部に投入した。そして、当該キトサン粉末を、室温条件下で、1MPa、2MPa、5MPa、10MPa、又は20MPaで加圧することにより、各圧力で成型した試験サンプル1~5を得た。なお、各試験サンプル1~5の形状は、図4(a)に示すように、直径φが10mm、高さH0が約5mmの円柱状であった。そして、各試験サンプル1~5の体積及び質量を測定することにより、各試験サンプル1~5の密度を求めた。各試験サンプルの密度を表1に示す。
(キトサン固形薬剤の調製)
まず、キトサン粉末として、富士フイルム和光純薬株式会社製のキトサン100を準備した。次に、キトサン粉末のみを、内部空間を有する円筒状の成型用金型(φ10mm)の内部に投入した。そして、当該キトサン粉末を、室温条件下で、1MPa、2MPa、5MPa、10MPa、又は20MPaで加圧することにより、各圧力で成型した試験サンプル1~5を得た。なお、各試験サンプル1~5の形状は、図4(a)に示すように、直径φが10mm、高さH0が約5mmの円柱状であった。そして、各試験サンプル1~5の体積及び質量を測定することにより、各試験サンプル1~5の密度を求めた。各試験サンプルの密度を表1に示す。
(膨張性評価)
試験サンプル1~5を、図4(b)に示すように、一定量の水を入れたシャーレに、試験サンプルの下部が浸漬するように載置した。そして、試験サンプルを載置した後、0.5分、1分、2分、5分、10分、20分後の試験サンプルの膨張度Aを測定した。なお、膨張度Aは、水浸漬後の時間経過による各試験サンプルの体積変化を示す値であり、次の式2より求めた。
[数2]
A=V(t)/V0
V(t):水に浸漬してt分後の試験サンプルの体積
V0:水に浸漬する前の試験サンプルの体積
試験サンプル1~5を、図4(b)に示すように、一定量の水を入れたシャーレに、試験サンプルの下部が浸漬するように載置した。そして、試験サンプルを載置した後、0.5分、1分、2分、5分、10分、20分後の試験サンプルの膨張度Aを測定した。なお、膨張度Aは、水浸漬後の時間経過による各試験サンプルの体積変化を示す値であり、次の式2より求めた。
[数2]
A=V(t)/V0
V(t):水に浸漬してt分後の試験サンプルの体積
V0:水に浸漬する前の試験サンプルの体積
ここで、各試験サンプルを、図4(b)に示すように水に浸漬した場合、試験サンプルの高さH(t)は伸長するものの、直径φは殆ど変わらなかった。そのため、時間t分後の試験サンプルの体積V(t)は、水浸漬前の試験サンプルの直径φと時間t分後の試験サンプルの高さH(t)から求めた。各試験サンプルにおける、水浸漬時間(0.5分、1分、2分、5分、10分、20分)と膨張度Aとの関係を図5に示す。
表1に示すように、試験サンプルの成型時の圧力が高くなるにつれて、得られる試験サンプルの密度が高まる傾向があることが分かる。そして、図5に示すように、試験サンプルの成型圧力が高まるにつれて、膨張度Aが低くなる傾向があることが分かる。つまり、試験サンプルの密度が高まるにつれて、試験サンプルを水に浸漬しても膨張し難いことが分かる。
次に、図5に示す、各試験サンプルの膨張度Aの変化を、次の式3に示す1次の速度式でフィッティングし、膨張係数αと膨張速度係数kとを求めた。なお、膨張係数αは、試験サンプルが最終的にどれだけ膨張するかを示す値である。膨張速度係数kは、試験サンプルの膨張の速さ(浸水のしやすさ)を示す値である。各試験サンプルの膨張係数αと膨張速度係数kを表1に合わせて示す。
[数3]
A=1+α(1-exp(-kt))
[数3]
A=1+α(1-exp(-kt))
図6(a)では、試験サンプル1~5の成型圧力と密度との関係を示している。そして、図6(b)では、試験サンプル1~5の成型圧力と膨張係数αとの関係を示しており、図6(c)では、試験サンプル1~5の成型圧力と膨張速度係数kとの関係を示している。図6(a)に示すように、試験サンプルの成型時の圧力が高くなるにつれて、得られる試験サンプルの密度は漸近的に高まる傾向がある。また、図6(b)に示すように、膨張係数αは、試験サンプルの成型時の圧力が高くなるにつれて、やや増加する傾向があるものの、ほぼ一定となる傾向がある。つまり、試験サンプルの成型時の圧力が低い(密度が低い)試験サンプルの方が、初期のサンプル高さH0が高いため、浸漬後のサンプル高さが同じでも膨張係数αが低くなってしまう。これに対して、図6(c)に示すように、膨張速度係数kは、試験サンプルの成型時の圧力が高くなるにつれて大きく低下する傾向がある。そのため、試験サンプルの高密度化により、膨張速度は大きく減少することが分かる。
[実施例1]
(固形凝集剤の調製)
まず、キトサン粉末として、富士フイルム和光純薬株式会社製のキトサン100を準備した。次に、キトサン粉末に対して、9.1質量%、33.3質量%、又は50質量%の酢酸を混合することにより、3種類の混合物を調製した。そして、各混合物を、内部空間を有する円筒状の成型用金型(φ10mm)の内部に投入し、室温条件下、20MPaで加圧することにより、酢酸添加量がそれぞれ異なる試験サンプル6~8を得た。そして、各試験サンプル6~8の体積及び質量を測定することにより、各試験サンプル6~8の密度を求めた。各試験サンプルの密度を表2に示す。
(固形凝集剤の調製)
まず、キトサン粉末として、富士フイルム和光純薬株式会社製のキトサン100を準備した。次に、キトサン粉末に対して、9.1質量%、33.3質量%、又は50質量%の酢酸を混合することにより、3種類の混合物を調製した。そして、各混合物を、内部空間を有する円筒状の成型用金型(φ10mm)の内部に投入し、室温条件下、20MPaで加圧することにより、酢酸添加量がそれぞれ異なる試験サンプル6~8を得た。そして、各試験サンプル6~8の体積及び質量を測定することにより、各試験サンプル6~8の密度を求めた。各試験サンプルの密度を表2に示す。
また、キトサン粉末のみを、内部空間を有する円筒状の成型用金型(φ10mm)の内部に投入し、室温条件下、20MPaで加圧することにより、酢酸を添加していない試験サンプル9を得た。そして、試験サンプル9の体積及び質量を測定することにより、試験サンプル9の密度を求めた。試験サンプル9の密度を表2に示す。なお、試験サンプル9は、試験サンプル5と成型時の圧力が同じであるが、それぞれ異なる日に調製したため、密度に差が出る結果となった。
(膨張性評価)
試験サンプル6~9を、参考例と同様に、一定量の水を入れたシャーレに、試験サンプルの下部が浸漬するように載置した。そして、試験サンプルを載置した後、0.5分、1分、2分、5分、10分、20分後の試験サンプルの膨張度Aを測定した。各試験サンプルにおける、水浸漬時間(0.5分、1分、2分、5分、10分、20分)と膨張度Aとの関係を図7に示す。さらに、図7に示す、試験サンプルの膨張度Aの変化を、上述の数式2に示す1次の速度式でフィッティングし、膨張係数αと膨張速度係数kとを求めた。各試験サンプルの膨張係数αと膨張速度係数kを表2に合わせて示す。
試験サンプル6~9を、参考例と同様に、一定量の水を入れたシャーレに、試験サンプルの下部が浸漬するように載置した。そして、試験サンプルを載置した後、0.5分、1分、2分、5分、10分、20分後の試験サンプルの膨張度Aを測定した。各試験サンプルにおける、水浸漬時間(0.5分、1分、2分、5分、10分、20分)と膨張度Aとの関係を図7に示す。さらに、図7に示す、試験サンプルの膨張度Aの変化を、上述の数式2に示す1次の速度式でフィッティングし、膨張係数αと膨張速度係数kとを求めた。各試験サンプルの膨張係数αと膨張速度係数kを表2に合わせて示す。
図8(a)では、試験サンプル6~9における酢酸の混合割合と密度との関係を示している。そして、図8(b)では、試験サンプル6~9における酢酸の混合割合と膨張係数αとの関係を示しており、図8(c)では、試験サンプル6~9における酢酸の混合割合と膨張速度係数kとの関係を示している。図8(a)及び表2に示すように、キトサンに酢酸を添加することにより、得られる試験サンプルの密度が高まる傾向がある。また、図8(b)に示すように、キトサンに酢酸を添加することにより、得られる試験サンプルの膨張係数αは大きく低下することが分かる。さらに、図8(c)に示すように、キトサンに酢酸を添加することにより、得られる試験サンプルの膨張速度係数kが大きく減少することが分かる。そのため、キトサンに酢酸を添加することにより、膨張速度は大きく低下することが分かる。
図9では、試験サンプル1~9の密度と膨張係数αとの関係を示している。図9に示すように、キトサンに酢酸を添加しない場合と比べて、酢酸を添加することにより、得られる固形凝集剤の膨張係数αが大きく低下することが分かる。そして、上述のように、膨張係数αは、固形凝集剤が最終的にどれだけ膨張するかを示す値である。そのため、キトサンに酢酸を添加することにより、固形凝集剤の膨張が抑制され、被処理水に対して、一定量のキトサンを徐々に溶解できることが分かる。
図10では、試験サンプル1~9の密度と膨張速度係数kとの関係を示している。図10に示すように、固形凝集剤の密度が高まるにつれて、固形凝集剤の膨張速度係数kが低下することが分かる。そして、上述のように、膨張速度係数kは、固形凝集剤の膨張の速さ(浸水のしやすさ)を示す値である。そのため、固形凝集剤の密度を高めることにより、固形凝集剤の膨張速度が低下し、被処理水に対して、一定量のキトサンを徐々に溶解できることが分かる。
[実施例2]
(固形凝集剤の調製)
まず、キトサン粉末として、富士フイルム和光純薬株式会社製のキトサン100を準備した。次に、キトサン粉末に対して50質量%の酢酸を混合することにより、キトサンと酢酸の混合物を調製した。そして、当該混合物を、内部空間を有する円筒状の成型用金型(φ10mm)の内部に投入し、室温条件下、20MPaで加圧することにより、直径φが10mmである固形凝集剤(φ10タブレット)を複数作製した。なお、φ10タブレットの一個あたりの質量は、約0.5gであった。
(固形凝集剤の調製)
まず、キトサン粉末として、富士フイルム和光純薬株式会社製のキトサン100を準備した。次に、キトサン粉末に対して50質量%の酢酸を混合することにより、キトサンと酢酸の混合物を調製した。そして、当該混合物を、内部空間を有する円筒状の成型用金型(φ10mm)の内部に投入し、室温条件下、20MPaで加圧することにより、直径φが10mmである固形凝集剤(φ10タブレット)を複数作製した。なお、φ10タブレットの一個あたりの質量は、約0.5gであった。
同様に、キトサン粉末に対して50質量%の酢酸を混合することにより、キトサンと酢酸の混合物を調製した。そして、当該混合物を、内部空間を有する円筒状の成型用金型(φ20mm)の内部に投入し、室温条件下、20MPaで加圧することにより、直径φが20mmである固形凝集剤(φ20タブレット)を複数作製した。なお、φ20タブレットの一個あたりの質量は、約2.5gであった。
(被処理水に対する溶解量測定)
図2に示す薬剤溶解装置の薬剤槽にφ10タブレットを8個投入した後、薬剤溶解装置に被処理水を連続的に通水することにより、φ10タブレットに被処理水を接触させた。そして、薬剤溶解装置から排出された被処理水を所定時間ごとに採取した後、当該被処理水に含まれるキトサンの濃度を測定した。なお、被処理水としては、水道水を用いた。φ10タブレットを用いた場合における、薬剤溶解装置に対する被処理水の通水時間と、被処理水に溶出したキトサンの濃度との関係を図11に示す。
図2に示す薬剤溶解装置の薬剤槽にφ10タブレットを8個投入した後、薬剤溶解装置に被処理水を連続的に通水することにより、φ10タブレットに被処理水を接触させた。そして、薬剤溶解装置から排出された被処理水を所定時間ごとに採取した後、当該被処理水に含まれるキトサンの濃度を測定した。なお、被処理水としては、水道水を用いた。φ10タブレットを用いた場合における、薬剤溶解装置に対する被処理水の通水時間と、被処理水に溶出したキトサンの濃度との関係を図11に示す。
同様に、図2に示す薬剤溶解装置の薬剤槽にφ20タブレットを2個投入した後、薬剤溶解装置に被処理水を連続的に通水することにより、φ20タブレットに被処理水を接触させた。そして、薬剤溶解装置から排出された被処理水を所定時間ごとに採取した後、当該被処理水に含まれるキトサンの濃度を測定した。φ20タブレットを用いた場合における、薬剤溶解装置に対する被処理水の通水時間と、被処理水に溶出したキトサンの濃度との関係を図11に示す。
図11に示すように、φ10タブレット及びφ20タブレットのいずれも、被処理水を6時間通水した場合でも、被処理水に含まれるキトサンの濃度を0.001mg/L以上に保つことができる。特に、φ10タブレットを用いることにより、被処理水に含まれるキトサンの濃度を、長時間に亘って0.1mg/L程度に保つことができる。
このように、本実施形態の固形凝集剤は、被処理水に対してキトサンを徐々に溶解させることができる。そのため、この固形凝集剤を用いることにより、被処理水に対して所定量のキトサンを長時間に亘って添加できることが分かる。
以上、実施例に沿って本実施形態の内容を説明したが、本実施形態はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。
特願2019-175050号(出願日:2019年9月26日)の全内容は、ここに援用される。
本開示によれば、ポンプを用いなくても所定量のキトサンを連続的に溶解させることが可能な固形凝集剤、及び当該固形凝集剤を用いた水処理装置を提供することができる。
1 固形凝集剤
2 キトサン
100 薬剤溶解装置
W 被処理水
2 キトサン
100 薬剤溶解装置
W 被処理水
Claims (8)
- キトサンと、酸と、を含み、
形状が錠剤状である、固形凝集剤。 - 密度が1g/cm3以上である、請求項1に記載の固形凝集剤。
- キトサンに対する酸の混合割合が1質量%以上である、請求項1又は2に記載の固形凝集剤。
- キトサンに対する酸の混合割合が10質量%以上である、請求項1から3のいずれか一項に記載の固形凝集剤。
- 前記酸は、塩酸、酢酸、クエン酸、及びアスコルビン酸からなる群より選ばれる少なくとも一つである、請求項1から4のいずれか一項に記載の固形凝集剤。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載の固形凝集剤を備える、水処理装置。
- 前記固形凝集剤に接触した後の被処理水に含まれるキトサンの濃度が、0.001mg/L以上1000mg/L以下である、請求項6に記載の水処理装置。
- 前記固形凝集剤を保持する薬剤溶解装置をさらに備え、
前記薬剤溶解装置を通過した後の被処理水に含まれるキトサンの濃度が、0.001mg/L以上1000mg/L以下である、請求項6に記載の水処理装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2019-175050 | 2019-09-26 | ||
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WO2021059827A1 true WO2021059827A1 (ja) | 2021-04-01 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023162580A1 (ja) * | 2022-02-22 | 2023-08-31 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 固形薬剤、固形薬剤の製造方法、及びそれを用いた水処理装置 |
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-
2020
- 2020-08-25 WO PCT/JP2020/032036 patent/WO2021059827A1/ja active Application Filing
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