(57)【要約】【課題】  汚水中の懸濁性物質を凝集させ沈殿させる凝集沈殿組成物において、凝集力が高く迅速に作用して速やかに固液分離する。【解決手段】  汚水中の懸濁性物質を凝集させ沈殿させる凝集沈殿組成物において、前記凝集沈殿組成物が粉体状であってかつ全組成物量の５０〜８５重量％の炭酸カルシウムと、５〜１０重量％の二酸化ケイ素と、３〜５重量％の硫酸アルミニウムと、５〜２５重量％の水溶性多糖類とを含む。水溶性多糖類がコーンスターチであることが好適である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水中の懸濁性物質を凝集させ沈殿させる凝集沈殿組成物において、
前記凝集沈殿組成物が粉体状であってかつ全組成物量に対して５０〜８５重量％の炭酸カルシウムと、５〜１０重量％の二酸化ケイ素と、３〜５重量％の硫酸アルミニウムと、５〜２５重量％の水溶性多糖類とを含むことを特徴とする凝集沈殿組成物。
【請求項２】
前記炭酸カルシウムと前記水溶性多糖類の重量比が４：１であることを特徴とする請求項１に記載の凝集沈殿組成物。
【請求項３】
前記水溶性多糖類がコーンスターチであることを特徴とする請求項１または２に記載の凝集沈殿組成物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の凝集沈殿組成物を汚水に添加し、撹拌することにより、該汚水中の懸濁性物質を分離することを特徴とする汚水浄化方法。
【請求項５】
前記凝集沈殿組成物を汚水に添加する前に、該凝集沈殿組成物を構成する粉体を帯電させることを特徴とする請求項４に記載の汚水浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水中の懸濁性物質を凝集させ沈殿させる凝集沈殿組成物及びこれを用いた汚水浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水不足の時期や災害発生時等においては、河川や池の水、雨水等も生活用水として利用する必要が生じる場合がある。通常、このような水の中には、粒径数十μｍ未満の種々の懸濁性物質の微粒子が浮遊しており、見た目にも濁っていることが多い。本明細書では、このような懸濁性物質の浮遊する水全般を「汚水」と称することとする。汚水中にある容易に沈殿しない微粒子を互いに凝集させあるいは絡め取ることにより、大きな粒子またはフロックを形成して沈殿させる薬剤が、凝集剤または凝集沈殿剤である。
【０００３】
凝集剤による汚水処理は、他の膜分離・濾過処理や化学反応処理等の高レベルの汚水処理に比べて低コストであるので、簡易な汚水処理手段として広く利用されている。飲料用に適する程の高レベルの浄化を目的とする場合は別として、上述したような河川の水や雨水を生活用水として利用する目的であれば、低コストで簡易な汚水処理が望ましい。
【０００４】
従来の一般的な凝集剤として、無機系では、ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド等がある。無機系凝集剤は、懸濁粒子の帯電を中和して分子間引力で凝集させる機構である。一方、有機系では、合成有機高分子（アクリルアミド系等）、天然有機高分子（アルギン酸ソーダ等）がある。高分子凝集剤は、主として高分子鎖が懸濁粒子に絡みつくことにより、架橋凝集させる機構である。
【０００５】
上記のような従来の凝集剤による一般的な汚水浄化方法は、例えば、粉体の無機系凝集剤を処理水に添加することにより懸濁性物質を凝集させる前処理を行った後に、液状の高分子凝集剤を添加することにより処理水中の凝集物をフロックとして沈殿させる方法である。
【０００６】
その他の方法として、特許文献１には、前処理として軟質炭酸カルシウム粉末を懸濁汚水中に添加し、その後ポリ塩化アルミニウムと高分子からなる凝集剤を添加することにより懸濁粒子をフロック状に凝集させて分離する方法が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、廃水を浄化して河川等に放流できる清浄水とする凝集剤が開示されており、当該凝集剤は、硫酸カルシウム４０〜６０重量％、硫酸アルミニウム２０〜４０重量％、炭酸ナトリウム１０〜３０重量％、炭酸カルシウム５〜１０重量％、カチオン系高分子凝集剤１〜３重量％からなる。
【特許文献１】特開平１０−２７７３０９号公報
【特許文献２】特開２００４−３１３８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の特許文献１及び２に例示するように、従来の凝集剤または凝集沈殿剤並びにこれらを用いた汚水浄化方法は、非常に多種多様であるがそれぞれ一長一短がある。
【０００９】
無機系凝集剤である硫酸バンドやポリ塩化アルミニウムは、水道原水の浄化や下水処理等に広く用いられてきたが、懸濁粒子の帯電を中和して分子間引力で凝集させる機構であるため、大きなフロックを形成するほどの凝集力はないという欠点がある。
【００１０】
合成有機高分子であるアクリルアミド系は、凝集力が高く使用量が少なくてすむため幅広く利用されているが、原料のアクリルアミドに毒性があるため、大量に使用する場合の安全性が問題となる。
【００１１】
天然有機高分子であるアルギン酸ソーダ等は、主剤としてではなく、無機系凝集剤を用いる際に大きなフロックを形成するための凝集助剤として使用されている。
【００１２】
また、無機系凝集剤を混合すると、処理水のｐＨが大きく変動し、酸性かアルカリ性に片寄る結果となることがある。有機高分子の凝集剤にもアニオン性またはカチオン性のイオン系のものが多いため、同様に処理水のｐＨを変動させることがある。従って、河川等に流したり生活用水として利用する場合は、中和処理が必要となる場合がある。
【００１３】
さらに、従来の凝集剤を用いた汚水浄化方法の多くは、前処理や後処理を必要とする複雑な工程からなり、そのため、作業負担が大きかったり、時間がかかったりしていた。
【００１４】
以上の現状に鑑み、本発明の目的は、汚水中の懸濁性物質を凝集させ沈殿させる凝集沈殿組成物において、凝集力が高く、迅速に作用し、かつ一度に大量の固液分離処理ができるものを提供することである。
上記に加えて本発明は、処理水のｐＨに影響を与えず、安全性があり、環境にも好ましい凝集沈殿組成物を提供すること目的とする。
上記に加えて本発明は、低コストに製造でき、簡易に使用できる凝集沈殿組成物を提供することを目的とする。
またさらに、本発明は、上記のような凝集沈殿組成物を用いて簡易かつ迅速に汚水中の懸濁性物質を凝集沈殿させることができる、汚水浄化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するべく本発明は、以下の構成を提供する。
（１）請求項１に係る発明は、汚水中の懸濁性物質を凝集させ沈殿させる凝集沈殿組成物において、
前記凝集沈殿組成物が粉体状であってかつ全組成物量に対して５０〜８５重量％の炭酸カルシウムと、５〜１０重量％の二酸化ケイ素と、３〜５重量％の硫酸アルミニウムと、５〜２５重量％の水溶性多糖類とを含むことを特徴とする。
【００１６】
（２）請求項２に係る発明は、請求項１の凝集沈殿組成物において、前記炭酸カルシウムと前記水溶性多糖類の重量比が４：１であることを特徴とする。
【００１７】
（３）請求項３に係る発明は、請求項１または２の凝集沈殿組成物において、前記水溶性多糖類がコンスターチであることを特徴とする。
【００１８】
（４）請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の凝集沈殿組成物を汚水に添加し、撹拌することにより、該汚水中の懸濁性物質を分離することを特徴とする汚水浄化方法である。
【００１９】
（５）請求項５に係る発明は、請求項４に記載の汚水浄化方法において、前記凝集沈殿組成物を汚水に添加する前に、該凝集沈殿組成物を構成する粉体を帯電させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に係る凝集沈殿組成物は、粉体状であって全組成物量の５０〜８５重量％の炭酸カルシウムと、５〜１０重量％の二酸化ケイ素と、３〜５重量％の硫酸アルミニウムと、５〜２５重量％の水溶性多糖類とを含む。全体が粉体状であるので取扱い及び運搬が容易である。
【００２１】
例えば、本発明の凝集沈殿組成物を、処理対象の汚水に対して適宜の量だけ添加し撹拌すると、数秒〜数分程度で固体と液体に完全分離する。尚、同条件で従来の合成有機高分子の凝集剤を用いた場合、同程度に完全分離するまで数十分程度かかる。試験結果を平均すると、処理対象の汚水の量及び濁度並びに凝集沈殿組成物の量を同条件とした場合、本発明の凝集沈殿組成物は、従来の一般的な合成有機高分子の凝集剤に比べてほぼ１０分の１程度の時間で、固体と液体に完全分離することが確認された。
【００２２】
本発明の凝集沈殿組成物の成分は、いずれも低コストで入手可能なものであるので製造原価も安い。
【００２３】
また、本発明の凝集沈殿組成物は、イオン性の成分がないため、処理水のｐＨに影響を及ぼさない。さらに、高分子成分である水溶性多糖類は天然物であるので安全性が高く、沈殿凝集物は一般的な廃棄物として処理すればよいので環境にも好ましい。また、沈殿凝集物の成分によっては土壌改良剤等として有効な再利用もできる。従来の合成有機高分子からなる凝集剤は、沈殿凝集物を産業廃棄物として処理しなければならず、そのためのコストがかかっていた。
【００２４】
尚、従来の汚水浄化方法の中にも炭酸カルシウムを利用するものがある。例えば、前述の特許文献１及び特許文献２に記載の汚水浄化方法でも、炭酸カルシウムを用いている。
【００２５】
しかしながら、特許文献１に記載の軟質炭酸カルシウム粉末は、凝集剤の成分として含まれるのではなく、凝集剤を添加する工程の前工程において添加することを特徴としている。加えて、特許文献１では軟質炭酸カルシウム粉末を凝集剤と同時に添加した場合は効果が得られないことが記載されている。よって、特許文献１に記載された炭酸カルシウムの利用は、本発明とは全く異なるものである。
【００２６】
また、特許文献２に記載の凝集剤は、炭酸カルシウムを全組成物量の５〜１０重量％含むものであり、かつこれより量を多くしても効果に大きな変化はないと記載されている。さらに、特許文献２に記載の凝集剤は、水溶性多糖類を含まない。よって、特許文献２に記載の凝集剤は、本発明のものとは全く異なる組成物である。
【００２７】
請求項２に係る凝集沈殿組成物は、請求項１において、炭酸カルシウムと水溶性多糖類の重量比が４：１である。このような比を満たす場合に、最も良好な凝集沈殿効果が得られた。尚、この比はプラスマイナス１０％程度の誤差を含んでもよい。
【００２８】
請求項３に係る凝集沈殿組成物は、請求項１または２において、水溶性多糖類をコーンスターチとする。コーンスターチは、他の水溶性多糖類に比べて迅速な凝集沈殿作用を発揮する。
【００２９】
請求項４に係る汚水浄化方法は、請求項１〜３のいずれかの凝集沈殿組成物を処理対象の汚水に添加し、撹拌することで、迅速に懸濁性物質を凝集沈殿させ、固体と液体を分離することができる。本方法の凝集沈殿工程は単工程であり、複雑な前処理も後処理も必要ない。極めて簡易かつ短時間で実施できる。本発明の方法により浄化された水は、生活用水として十分利用できる。また、煮沸等の殺菌処理を行えば飲用に利用できる場合もある。
【００３０】
請求項５に係る汚水浄化方法は、請求項４における凝集沈殿組成物を汚水に添加する前に粉体を帯電させる。凝集沈殿組成物が帯電状態で汚水に添加、撹拌された場合、その凝集沈殿効果がさらに高まることが判明した。すなわち、より短時間で懸濁性物質の凝集沈殿が完了する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明による凝集沈殿組成物は、汚水中の懸濁性物質を凝集させ沈殿させる粉体状組成物である。懸濁性物質は、例えば、粒径数十μｍ未満の微粒子であり、水中で沈降することなく（または沈降に長時間を要し）浮遊している。これらの微粒子の実体は、泥や動植物断片等様々である。このような汚水は、通常、視覚的にも濁ってみえる。そのままでは、飲用にはもちろん、洗濯や洗浄等の生活用水にも適さない。
【００３２】
本発明の処理対象となる汚水としては、例えば、河川や池の水、雨水や融雪水、建設土木工事現場で発生する泥廃水等である。尚、重金属や有害な化学物質等が含まれる場合における、それらの物質の排除については本発明の対象ではない。
【００３３】
本発明による凝集沈殿組成物は、全体が粉体状である。すなわち、各成分を含む物質は、いずれも乾燥した粉体からなる。典型的な粉体の場合、粒径が数十μｍ〜数百μｍ程度の範囲に分布している。本発明では、粉体の粒径範囲については特に限定しない。「粉体状」と特定したのは、従来の液状の凝集剤と区別するためである。従来の凝集剤による汚水浄化方法では、複数の工程において粉体状の凝集剤と液状の凝集剤とを組み合わせて用いることもあった。それに対し、本発明を汚水浄化に適用する場合、一定の組成からなる粉体状の凝集沈殿組成物のみを用いればよいので、取り扱いが極めて容易である。また、袋詰めすれば運搬も容易である。
【００３４】
本発明による凝集沈殿組成物の好適な組成においては、全組成物量に対して５０〜８５重量％の炭酸カルシウムと、５〜１０重量％の二酸化ケイ素と、３〜５重量％の硫酸アルミニウムと、５〜２５重量％の水溶性多糖類とを含む。特に、炭酸カルシウムと水溶性多糖類の重量比を４：１とした場合が最も好適である。尚、この比の値はプラスマイナス１０％程度の誤差を含んでもよい。
【００３５】
尚、炭酸カルシウムが５０重量％未満の場合、二酸化ケイ素が５重量％未満の場合、そして硫酸アルミニウムが３重量％未満の場合は、上記の好適組成の場合に比べて凝集沈殿効果が低くなる。尚、上記の成分以外の微量成分が存在する場合、上記の「全組成物量」にはそれらの微量成分を含めない。微量成分は、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム等であり、各量は全組成物量に対して１％以下である。
【００３６】
上記の組成範囲の凝集沈殿組成物によれば、例えば、数リットルの汚水（河川水等）に適量混合撹拌することにより、数秒で濁りが消失して透明となり、分離された固体すなわちフロックが沈殿する。尚、本発明による汚水浄化方法の実施例の詳細については後述する。
【００３７】
本発明の凝集沈殿組成物において、最も大きな割合を占める成分は炭酸カルシウムである。炭酸カルシウムは、石灰岩ではほぼ１００重量％を占め、貝殻ではほぼ９０重量％以上を占める成分である。従って、これらの原料を粉砕して粉体状とすることにより、本発明の凝集沈殿組成物に利用できる。これらの原料は安価であり、特に貝殻は廃棄物として大量に生じるので有効に利用できる。
【００３８】
本発明の凝集沈殿組成物に含まれる水溶性多糖類は、天然高分子化合物の一種である。例えば、穀類、芋類、豆類等の澱粉及びその誘導体のなかで水溶性のものであればよい。具体例としては、コーンスターチ、グアーガムがある。特に、コーンスターチを用いた場合、良好な凝集沈殿効果が得られた。
【００３９】
本発明による汚水浄化方法では、上記の凝集沈殿組成物を用いる。尚、使用する時点において、凝集沈殿組成物を構成する粉体が帯電していることが凝集沈殿効果を高めるために好適である。粉体は本来帯電し易いものであるから、例えば使用直前に粉体を掻き混ぜたり揺すったりするだけで十分に帯電させることができる。その後、処理対象の汚水に対して凝集沈殿組成物を適量添加し撹拌することにより、懸濁性物質を凝集させ沈殿させて汚水を浄化する。例えば、処理対象の汚水１０００リットルに対して凝集沈殿組成物２００ｇの割合で添加し、撹拌する。この程度の添加量における凝集分離開始から完全分離するまでに要する時間は、汚水の成分、濁度、撹拌速度等の条件にもよるが、通常、数秒程度である。尚、凝集速度が遅い場合など、状況によっては途中で凝集沈殿組成物を追加してもよい。
【００４０】
ここで「凝集分離開始」とは、フロックが形成され始める時点であり、「完全分離」とは、簡易試験では肉眼により透明性が確認された時点であり、厳密な試験では濁度の計測から判断して当初の懸濁性物質が９８％以上分離された時点である。この完全分離の状態の濁度は、水道水質基準における概ね２度以下となる。濁度の計測は、一般的に吸光度、散乱光強度等を計測することにより行う。
【００４１】
処理後の凝集沈殿物は、脱水した後、埋め立てにより廃棄される。また、凝集沈殿物の成分によっては、土壌改良剤等として再利用することが可能となる。本発明の凝集沈殿組成物は上澄み液のｐＨに影響しないが、その後の利用のために必要に応じてｐＨ調整してもよい。
【実施例１】
【００４２】
（１）凝集沈殿組成物の配合例
以下の各成分はいずれも粉体状である。
・石灰岩等の粉砕物（炭酸カルシウム）  １６０ｇ
・コーンスターチ  ４０ｇ
・二酸化ケイ素  １０ｇ
・硫酸アルミニウム  ８ｇ
（２）調製方法
上記の各成分を混合する。
【実施例２】
【００４３】
（１）凝集沈殿効果の試験１
・汚水試料：原水の量１０００リットル（原水中の赤土量３０００ｇ、濃度３０００ｐｐｍ）
・凝集沈殿組成物：１００ｇ（炭酸カルシウム８２重量％、二酸化ケイ素８重量％、硫酸アルミニウム５重量％、コーンスターチ５重量％）
・上記汚水試料に上記の本発明の凝集沈殿組成物を投入し、撹拌する。
（２）結果
撹拌開始後８〜１０秒で凝集分離開始が観られ、撹拌開始後１０分で完全分離した。完全分離後の濁度は、水道水質基準における２度以下であった。
尚、同条件で、一般に使用されている有機高分子凝集剤を１００ｇ使用した場合、完全分離まで約３０分かかった。
【実施例３】
【００４４】
（１）凝集沈殿効果の試験２
・汚水試料：原水の量１０００リットル（原水中の赤土量３０００ｇ、濃度３０００ｐｐｍ）
・凝集沈殿組成物：２００ｇ（炭酸カルシウム７２重量％、二酸化ケイ素６重量％、硫酸アルミニウム４重量％、コーンスターチ１８重量％）
・上記汚水試料に上記の本発明の凝集沈殿組成物を添加し、撹拌する。
（２）結果
撹拌開始後、約５秒で凝集分離開始が観られ、撹拌開始後５分で完全分離した。完全分離後の濁度は、水道水質基準における２度以下であった。本例における凝集沈殿組成物の炭酸カルシウムとコーンスターチの重量比は４：１である。