No.12

凝集処理

栗田工業/KCRセンターの池上です。№12の水処理教室では、「凝集処理」についてお話いたします。自然界に存在する微細粒子は、一般的にマイナスに帯電しているため、互いに反発して凝集しません。そこで、プラス荷電をもつ凝集剤を添加すると中和され凝集が起こります。その凝集の方法などについて分かりやすく解説いたします。

解説

凝集処理は、処理水の固液分離を容易にするための操作で、砂ろ過、加圧浮上分離、沈殿分離などと併用されます。用水処理にしても排水処理にしても、システム全体の処理の安定が得られるかどうかは、この凝集プロセスの良否に負うところが大です。凝集処理は、大きく二つの工程に分けられます。まず凝結反応によって微細フロック(FLOC:かたまり)を析出させ、次にこれを成長させる凝集反応でフロックを粗大化します。凝結反応は次のようにします。自然界に存在する微細粒子は一般にマイナスに帯電しているため、互いに反発して凝集しません。そこで、ここにプラス荷電をもつ凝集剤を添加すると荷電が中和され凝集が起こります。この段階でフロックはまだ小さいため、基礎フロックと呼ばれます。ここで使われる凝集剤は、硫酸バンドやPAC(ポリ塩化アルミニウム)などアルミニウム塩や塩化鉄ポリ鉄などで、無機凝集剤とも呼ばれます。

工程に応じた凝集剤を使い分ける

この基礎フロックを成長させるのが凝集反応です。フロックの沈降速度は粒径の2乗に比例して大きくなるため、固液分離する場合にフロックは大きいほど有利となります。フロックの粗大化に使用される薬剤は、高分子凝集剤または凝集助剤(ポリマー)と呼ばれ、用途に応じていろいろな種類がありますが、基本的にはポリアクリルアミドの部分加水分解物を使用しています。ちなみに、排水処理では凝集助剤(ポリマー)を使用しますが、用水処理では凝集剤にPAC(ポリ塩化アルミニウム)を主に使用しています。用水処理でポリマーを使用するケースが少ないのは、ポリマーが次の工程に漏れた場合、イオン交換樹脂やRO膜(逆浸透膜)の有機物汚染を引き起こす原因になるからです。

	薬品名	作用
無機凝集剤 (無機凝結剤)	硫酸アルミニウム	Al³⁺、Fe³⁺、Fe²⁺などの多価カチオンが懸濁粒子の荷電を中和する。同時にAl(OH)₃などの水酸化物が粒子を吸着するので、若干のフロック化作用もある。
	PAC
	塩化第二鉄
	ポリ硫酸第二鉄
	硫酸第一鉄
	消石灰	中和剤としての目的が主であるが、Ca²⁺が荷電中和の作用(無機凝集剤としての作用)を持つ。
	海水	海水中のMg²⁺、Ca²⁺が無機凝集剤としての作用をする。
	低分子量のカチオン性高分子凝集剤	懸濁粒子の荷電中和とアニオン性溶解性物質の不溶化作用を持つが、フロック化作用は小さい。真空、転写型脱水の脱水剤および無機凝集剤の代替として用いられる。
高分子凝集剤 (ポリマー)	アニオン性ノニオン性	無機、有機凝結剤にて凝集しやすくなった粒子を架橋し、粗大フロック化する。
	高分子凝集剤	無機、有機凝結剤にて凝集しやすくなった粒子を架橋し、粗大フロック化する。
	カチオン性高分子凝集剤	懸濁粒子の荷電中和は架橋による粗大フロック化の作用を併せ持つ、通常は生物処理汚泥の脱水に用いられる。