【毎日一問】化学工学原理290：凝集効果に影響を与える要因（1月10日）

（1）水温：水温は無機塩類の加水分解に影響を与える。水温が低いと、加水分解反応が遅くなり、水の粘度が高くなるため、フロックが形成されにくくなる。 （2）水のpH値とアルカリ度。pH値が異なると、アルミニウム塩および鉄塩の凝集剤の加水分解生成物の形態が変わり、凝集効果も異なる。 （3）水中不純物の性質、組成および濃度。水中に存在する二価以上の正イオンは、天然水の圧縮された二重電層に有利である；不純物粒子の粒度分布が不均一であることは、凝集に有利となる；不純物の濃度が低すぎると（粒子数が少なすぎると）、粒子間の衝突が妨げられ、凝集に悪影響を与える。 （4）水力条件。凝集プロセスの混合段階では、凝集剤と濁水が迅速かつ均一に混合される必要がある；反応段階では、かき混ぜ強度はフロックの増大に伴って徐々に低下する。

1、水温の影響　2、水のpH値の影響　3、水のアルカリ度の影響　4、水中の濁質粒子濃度の影響　5、水中の有機汚染物の影響　6、凝集剤の種類と添加量の影響　7、凝集剤の添加方法の影響　8、水力条件の影響

凝集効果に影響を与える要因は何ですか？水温；pH；水中の不純物（固体粒子および有機汚染物質を含む）；水力条件

1、水温 2、pH値 3、薬剤添加量 4、接触媒体 5、水力条件 6、原水の水質

1、水温の影響。2．水のpH値の影響。3．水のアルカリ度の影響。4．水中の濁質粒子濃度の影響。5. 水中の有機汚染物質の影響。6．凝集剤の種類と添加量の影響。7．凝集剤の投入方法の影響
8．水力条件の影響。

1. 水温 2.pH値 3. 水中の不純物の成分と濃度 4. 水力条件

1．水温の影響：水温は凝集効果に大きな影響を与え、水温が高すぎたり低すぎたりすると凝集に悪影響を及ぼす。水温の影響：最適な凝集水温は20～30℃の間である。水温が低いと、フロックの形成が遅くなり、フロック粒子は微細になるため、凝集効果が低下する。その理由は、①無機塩系凝集剤の加水分解反応は吸熱反応であり、水温が低いと凝集剤の加水分解が遅くなり、コロイド粒子の安定性が損なわれるからである。②水温が低いと、水の粘度が上昇し、コロイド粒子の運動に対する抵抗が増大する。これにより、コロイド粒子同士の有効な衝突や凝集が妨げられる。③水温が低いと、水中のコロイド粒子のブラウン運動が弱まり、安定性を失ったコロイド粒子の異方凝集に不利となる。水温が高すぎると、凝集効果も低下する。これは、水温が高いと凝集剤の加水分解反応が速くなり、生成されたフロックの水和作用が強まってしまい、固まりにくく沈降しにくくなるためである；汚水処理時には、発生するスラッジの体積が大きく、含水率も高いため、処理が困難である。 2．水のpH値の影響：水のpH値は凝集効果に大きな影響を与え、主に2つの側面から影響を及ぼす。その影響とは、凝集効果である。一方で、水のpH値は水中のコロイド粒子の表面電荷や電位と直接関係しており、pH値が異なるとコロイド粒子の表面電荷や電位も異なり、必要な凝集剤の量も変わってくる；一方、水のpH値は凝集剤の加水分解反応に顕著な影響を与え、異なる凝集剤が最適な加水分解反応を示すために必要なpH値の範囲は異なる。したがって、水のpH値が凝集効果に与える影響も凝集剤の種類によって異なる。当社がポリアルミニウムクロライドを使用する場合の、最適な凝集沈殿用pH値の範囲は5～9です。 3．水のアルカリ度の影響：凝集剤が原水に加えられると加水分解反応が起こり、この反応過程で水のアルカリ度が消費される。特に無機塩系の凝集剤は、より多くのアルカリ度を消費する。原水のアルカリ度が非常に低い場合、凝集剤を添加すると水中のアルカリ度が消費されて水のpH値が下がります。もし水のpH値が凝集剤の最適な凝集pH値の範囲を超えると、凝集効果に著しい影響が出ます。原水のアルカリ度が低い場合や、凝集剤の投入量が多い場合には、通常、石灰などの一定量のアルカリ性薬剤を添加して凝集効果を高める必要がある。 4．水中の濁質粒子濃度の影響：水中の濁質粒子濃度は凝集効果に顕著な影響を与える。粒子濃度が低すぎると、粒子同士の衝突確率が減少し、凝集効果が悪くなる。濁度が高すぎる場合は、ポリアクリルアミドなどの高分子凝集剤を添加し、原水の濁度を一定レベルまで下げた後、凝集剤を加えて通常処理を行う必要がある。 5．水中の有機汚染物の影響：水中の有機汚染物はコロイドを保護し安定化する作用がある。つまり、水中に溶存している有機物分子がコロイド粒子の表面に吸着し、まるで有機質のコーティングのような層を形成してコロイド粒子を保護し、コロイド粒子同士の衝突を妨げ、凝集剤とコロイド粒子との間の不安定化による凝集作用を阻害する。そのため、有機物が存在する状態では、コロイド粒子は有機物がない場合よりも不安定化しにくく、より多くの凝集剤が必要となる。過マンガン酸カリウム、オゾン、塩素などを予備酸化剤として使用することができるが、有毒な副産物が生成されないかを考慮する必要がある。 6． 凝集剤の種類と添加量の影響： 凝集剤の種類と添加量の影響： 種類の異なる凝集剤はその加水分解特性や使用される水質の状況が必ずしも同じではないため、原水の水質に応じて適切な凝集剤の種類を最適に選定する必要がある。無機塩類凝集剤においては、電気二重層を効果的に圧縮したり、強力な電気中和作用を引き起こす形態を形成することが求められる。有機高分子凝集剤においては、適量の官能基と重合構造、および大きな分子量が必要である。私たちの処理場で使用している凝集剤はポリ塩化アルミニウムで、助凝剤はPAMです。一般的に、凝集効果は凝集剤の投入量が増えるにつれて向上するが、凝集剤の使用量がある一定値に達すると凝集効果はピークに達し、さらに凝集剤の量を増やすと再安定化現象が起こり、凝集効果は逆に低下する。理論上、最適な投与量とは、凝集沈殿後の浄水の濁度を最も低くし、コロイドの滴定電荷とζ電位の値がともに0に近づく量である。しかし、コスト面を考慮して、実際の生産では、処理後の水質が**基準を満たしつつ、凝集剤の添加量を最小限に抑える**ことが最適な添加量とされる。 7． 凝集剤投入方法の影響： 凝集剤投入方法の影響： 固体凝集剤の投入方法には、乾式投入と湿式投入の2種類がある。 液体凝集剤同士、あるいは濃度の異なる液体凝集剤同士においても、二重層を圧縮したり電気中和能力を持つ凝集剤の加水分解形態は完全に同一ではないため、水中に添加した後の凝集効果も異なってくる。凝集剤に加えて他の助凝剤を添加する場合、各薬剤の添加順序は凝集効果に大きな影響を与えるため、適切な添加方法と順序はシミュレーション実験および実際の生産実践を通じて決定しなければならない。 8．水力条件の影響：凝集剤を添加した後、凝集過程は急速混合とフロック形成反応の2つの段階に分けられるが、実際の水処理プロセスにおいてはこれら2つの段階は連続的で分離不可能であり、水力条件においても連続性が求められる。凝集剤を水中に投入すると、その加水分解形態が急速に変化する可能性があるため、通常、迅速な混合段階では投入された凝集剤を原水内に迅速かつ均一に分散させる必要がある。これにより、凝集剤は水中で均一に加水分解・重合し、コロイド粒子の安定性を失わせて凝集させることができる。迅速な混合のためには、迅速かつ激しい水力的または機械的な撹拌作用が求められ、しかも短時間で完了しなければならない。凝集反応段階に入ると、安定性を失ったコロイド粒子を異方向凝集および同方向凝集によって徐々に大きくし、良好な沈降性能を持つ凝集体にする必要がある。そのため、凝集反応段階においては、凝集体が大きくなるにつれて撹拌強度や水流速度を徐々に低下させ、既に形成された凝集体が破壊されて凝集沈殿効果が損なわれるのを防がなければならない。同時に、凝集反応は凝集体が徐々に成長していく緩やかなプロセスであるため、凝集反応後に沈殿によって除去するのに十分な大きさの粒子に凝集体を成長させるには、一定の凝集時間を確保する必要があります。一方、凝集反応後に気浮法や直接濾過法を用いる場合は、反応時間を**短縮することができます。

凝集効果に影響を与える要因は多い。その主な要因は以下の通りです。 (1)水温 水温は凝集処理の効果に顕著な影響を与える。水温が低いと、凝集フロックが形成されるまでの時間が長くなり、凝集フロックの含水率が高くなり、沈降速度が遅くなるため、凝集反応や凝集フロックの沈降に不利となる。 硫酸アルミニウムを凝集剤として使用する場合、水温は25～30℃が最適である；鉄塩を凝集剤として使用する場合、水温は凝集効果にあまり影響しません。 (2)水のpH値 水のpH値が凝集効果に与える影響 鉄塩を凝集剤として使用する場合も、水のpH値の制御に注意する必要がある。 (3)凝集剤の使用量は、具体的な状況に応じて試験を行い、最適な添加量を求めるべきである。表2-1に記載されたデータは参考になります。 (4) 接触媒体 実践により明らかになったのは、水中に一定量の泥渣を残すことで、水中のコロイド同士の衝突・接触の機会が増え、また凝集剤が粒子として結晶化する際の「核」となるため、フロックが泥渣粒子上で成長しやすくなり、水質中の不純物の吸着・沈降・分離が促進されるということである。 (5) 凝集過程の水力条件 水力条件から見ると、凝集過程は混合過程と反応過程の2つに分けられる。 ①混合プロセス。激しい撹拌により、凝集剤を迅速かつ均一に拡散させ、凝集剤の加水分解、縮重合反応、およびコロイドの不安定化のための条件を整える。凝集剤を加えてフロックが形成され始めるまでの時間は、通常2分を超えません。 ②反応過程。薬剤と十分に混合された水は、より大きな反応流速のもとで、水中のコロイド粒子が引き続き衝突・吸着を起こすようになる；また、より低い反応流速下で、不安定化したコロイドが沈殿性の良好なフロックを形成する。反応流速が徐々に低下するにつれて、フロックも徐々に大きくなり、沈降速度も速くなる。反応段階の時間は通常30分を超えない。反応段階の水流速度はあまり速くてはならず、そうでないと既に形成されたフロックが破壊されやすくなる。コロイドが再び安定し、凝集効果が悪化する。水の流速を最初は速く、その後は遅くする目的のため；浄化装置は通常、いくつかの反応室で構成されており、水流の速度を変化させることで反応の要求に応じ、水力撹拌の要件を満たすようになっている。

1) 水温 2) 水のpH値 3) 水のアルカリ度 4) 水中の濁質粒子濃度 5) 水中の有機汚染物質 6) 凝集剤の種類と添加量 7) 凝集剤の添加方法 8) 水力条件

主な要因には、水温、水のpH値とアルカリ度、および水中の懸濁物濃度がある