1. 凝集剤、凝固剤、調整剤とは何ですか?
これらの薬剤は、汚泥圧搾濾過処理におけるさまざまな用途に応じて、次のカテゴリに分類できます。
凝集剤：凝固剤とも呼ばれ、固液分離を強化する手段として使用され、一次沈殿槽、二次沈殿槽、浮上槽、三次処理または高度処理プロセスで使用されます。
凝集助剤：補助凝集剤は、凝集効果を高める役割を果たします。
コンディショナー：脱水剤とも呼ばれ、脱水前の残留汚泥を整えるために使用され、その種類には前述の凝集剤や凝固剤などがあります。
2. 凝集剤
凝集剤とは、水中の分散粒子の沈殿安定性や重合安定性を低下させたり、除去したり、分散粒子を凝集させて凝集物にし、除去することができる物質の一種です。
凝集剤は、その化学組成により、無機凝集剤と有機凝集剤に分けられます。
無機凝集剤
従来の無機凝集剤は、低分子アルミニウム塩と鉄塩です。アルミニウム塩には主に硫酸アルミニウム（AL₂(SO₄)₃∙18H₂O）、ミョウバン（AL₂(SO₄)₃∙K₂SO₄∙24H₂O）、アルミン酸ナトリウム（NaAL₂O₄）が含まれ、鉄塩には主に塩化鉄（Fe₂Cl₄∙6H₂O）、硫酸第一鉄（Fe₂SO₄)∙6H₂O）、硫酸第二鉄（Fe₂(SO₄)₃∙2H₂O）が含まれます。
一般的に、無機凝集剤は、原料の入手が容易で、調製が簡単で、価格が安く、処理効果が適度であるなどの特徴があるため、水処理に広く使用されています。
無機ポリマー凝集剤
Al(III)およびFe(III)のヒドロキシル基および酸素ベースのポリマーはさらに凝集体を形成し、特定の条件下で水溶液中に保持されます。その粒子径はナノメートル単位になります。これは高用量投与の結果です。
反応速度と重合速度を比較すると、アルミニウムポリマーの反応は穏やかで形状も安定しているのに対し、鉄の加水分解ポリマーは反応が速く、安定性を失って沈殿しやすいことが分かります。
無機高分子凝集剤の利点は、硫酸アルミニウムや塩化第二鉄などの従来の凝集剤よりも効率が高く、有機高分子凝集剤よりも安価であることに表れています。現在、ポリ塩化アルミニウムは、水道、産業廃水、都市下水などの前処理、中間処理、高度処理など、様々な処理プロセスで効果的に利用されており、徐々に主流の凝集剤となっています。しかし、形態、重合度、およびそれに伴う凝集効果の観点から見ると、無機高分子凝集剤は依然として従来の金属塩凝集剤と有機高分子凝集剤の中間に位置しています。
ポリ塩化アルミニウム（PAC、MSDSポリ塩化アルミニウム、CAS番号1327 41 9、ポリ塩化アルミニウム、PAC水処理用薬品、ポリ塩化アルミニウム、通称PAC）は、化学式ALn(OH)mCL3n-mで表されます。PACは多価電解質であり、水中の粘土状不純物（複数の負電荷）のコロイド電荷を大幅に低減します。相対分子量が大きく、吸着能力が強いため、形成されるフロックは大きく、他の凝集剤よりも優れた凝集・沈降性能を示します。
ポリ塩化アルミニウムは重合度が高く、添加後の急速撹拌により、フロック形成時間を大幅に短縮できます。ポリ塩化アルミニウムPACは水温の影響を受けにくく、水温が低い場合に効果を発揮します。水のpH値の低下が少なく、適用pH範囲が広い（pH=5〜9の範囲で使用可能）ため、アルカリ剤を添加する必要がありません。PACの投与量が少なく、泥の生成量も少なく、使用、管理、操作がより便利で、機器やパイプラインに対する腐食性も低くなります。そのため、PACは水処理分野で徐々に硫酸アルミニウムに取って代わる傾向にあり、その欠点は価格が従来の凝集剤よりも高いことです。
さらに、溶液化学の観点から、PACポリ塩化アルミニウムアルミニウム塩の加水分解・重合・沈殿反応過程における運動学的中間生成物であり、熱力学的に不安定です。一般的に、液体PAC製品は短期間で使用してください（固体製品は性能が安定しています）。そのため、長期間の保管が可能です。無機塩（CaCl2、MnCl2など）や高分子（ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミドなど）を添加することで、PACの安定性が向上し、凝集力を高めることができます。
製造工程の面では、PACの製造工程で1つまたは複数の異なるアニオン（SO42-、PO43-など）を導入し、重合によってポリマー構造と形態分布をある程度変更することで、PACの安定性と効能を向上させることができます。PACの製造工程でFe3+などの他のカチオン成分を導入して、Al3+とFe3+を交互に加水分解重合させると、複合凝集剤ポリアルミニウム鉄が得られます。
有機ポリマー凝集剤
合成有機高分子凝集剤は、主にポリプロピレンやポリエチレン系の物質で、例えばポリアクリルアミドやポリエチレンイミンなどが挙げられます。これらの凝集剤はすべて水溶性の線状高分子であり、各高分子は荷電基を含む多数の繰り返し単位から構成されているため、高分子電解質とも呼ばれます。正電荷を持つものはカチオン性高分子電解質、負電荷を持つものはアニオン性高分子電解質です。アニオン性高分子電解質は正電荷も負電荷も持たないため、非イオン性高分子電解質と呼ばれます。
現在、最も広く使用されているポリマー凝集剤は陰イオン性であり、水中の負に帯電したコロイド状不純物の凝集を補助する役割しか果たせません。単独で使用できない場合が多く、アルミニウム塩や鉄塩と組み合わせて使用されます。一方、陽イオン性凝集剤は、凝集と凝集作用を同時に発揮でき、単独でも使用できるため、急速に発展しました。
現在、我が国ではポリアクリルアミド系非イオン性ポリマーの使用頻度が高く、鉄塩やアルミニウム塩と組み合わせて使用されることが多い。鉄塩やアルミニウム塩のコロイド粒子に対する電気的中和作用と、ポリマー凝集剤の優れた凝集作用を併用することで、良好な処理効果が得られる。ポリアクリルアミドは、添加量が少なく、凝集速度が速く、凝集塊が大きく強靭であるという特徴を持つ。現在我が国で生産されている合成有機ポリマー凝集剤の80%がこの製品である。
ポリアクリルアミドPAM、高分子電解質の用途、高分子電解質カチオン粉末、カチオン高分子電解質、カチオンポリマー、カチオンポリアクリルアミドは、最も広く使用されている合成有機ポリマー凝集剤、高分子電解質であり、凝固剤として使用されることもあります。ポリアクリルアミドの製造原料はポリアクリロニトリルCH2=CHCNです。特定の条件下でアクリロニトリルを加水分解してアクリルアミドを生成し、その後アクリルアミドを懸濁重合させることでポリアクリルアミドが得られます。ポリアクリルアミドは水溶性樹脂であり、生成物は粒状の固体または一定濃度の粘性水溶液です。
水中におけるポリアクリルアミドの実際の存在形態はランダムコイルです。ランダムコイルは一定の粒子サイズを持ち、表面にアミド基を有するため、対応する架橋吸着能、つまり一定の粒子サイズと一定の凝集能を有します。
しかし、ポリアクリルアミドの長鎖はコイル状に巻きついているため、架橋範囲が狭く、2つのアミド基が連結すると相互作用が相殺され、2つの吸着部位が失われます。さらに、一部のアミド基はコイル構造に巻きついているため、その内部は水中の不純物粒子と接触・吸着できず、吸着能力を十分に発揮できません。
結合したアミド基を再び分離し、隠れたアミド基を外部に露出させるために、ランダムコイルを適切に延長したり、長い分子鎖に陽イオンや陰イオンを持つ基を付加したりすることで、吸着・架橋能力、電気二重層の電気中和・圧縮効果を向上させています。このようにして、PAMを基盤として、様々な特性を持つ一連のポリアクリルアミド凝集剤や凝固剤が開発されています。
3.凝固剤
廃水の凝集処理では、単独の凝集剤では良好な凝集効果が得られない場合があり、凝集効果を高めるために補助剤の添加が必要となることがよくあります。この補助剤は凝集助剤と呼ばれます。一般的に使用される凝集剤としては、塩素、石灰、活性ケイ酸、骨膠、アルギン酸ナトリウム、活性炭、各種粘土などがあります。
一部の凝集剤は、それ自体は凝集作用を示さないものの、凝集条件を調整・改善することで、凝集剤の凝集作用を補助する役割を果たします。また、一部の凝集剤はフロックの形成に関与し、フロックの構造を改善し、無機凝集剤によって生成された細かく緩いフロックを粗く密なフロックに変化させることができます。
4. コンディショナー
脱水剤とも呼ばれる調整剤は、無機調整剤と有機調整剤の2種類に分けられます。無機調整剤は一般的に、真空濾過やプレート式濾過による汚泥の脱水に適しており、有機調整剤は遠心脱水やベルトフィルターによる汚泥の脱水に適しています。
5. の関係凝集剤、凝固剤、コンディショナー
脱水剤は、汚泥を脱水する前に添加する薬剤、すなわち汚泥の調整剤であるため、脱水剤と調整剤は同じ意味を持ちます。脱水剤または調整剤の投与量は、通常、汚泥の乾燥固形分重量に対するパーセンテージで計算されます。
凝集剤は下水中の浮遊物質を除去するために使用され、水処理分野において重要な薬剤です。凝集剤の使用量は通常、処理水の単位体積あたりの添加量で表されます。
脱水剤（調整剤）、凝集剤、凝結助剤の投与量を投与量と呼ぶことができます。同じ薬剤が、下水処理においては凝集剤として、また余剰汚泥処理においては調整剤や脱水剤として使用できます。
凝集剤は、水処理分野で凝集剤として使用される場合は「凝集剤」と呼ばれます。同じ凝集剤が、余剰汚泥処理においては一般的に「凝集剤」とは呼ばれず、総称して「調整剤」または「脱水剤」と呼ばれます。
使用する場合凝集剤水中の浮遊物質の量は限られているため、凝集剤と浮遊粒子との完全な接触を実現するために、十分な時間を確保できる混合・反応設備を備える必要があります。例えば、混合には数十秒から数分、反応には15～30分かかります。汚泥を脱水する場合は、脱水機に入る汚泥に調整剤を添加してから、通常数十秒しかかかりません。つまり、凝集剤に相当する混合工程のみで、反応時間はなく、経験上、調整効果は滞在時間とともに増加することが示されています。時間の経過とともに減少します。
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Bjx.comより抜粋
投稿日時: 2022年7月9日