(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶性アルコールを含有する重合ケイ酸溶液であって、ＳｉＯ2濃度が０．１〜１０重量％、ｐＨが１〜４であることを特徴とする水処理用凝集剤。
【請求項２】
水溶性アルコールを１〜５０ｖｏｌ％含有することを特徴とする請求項１記載の水処理用凝集剤。
【請求項３】
水溶性アルコールが、メタノール、エタノール、プロパノールおよびエチレングリコールからなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２記載の水処理用凝集剤。
【請求項４】
金属塩を０．１〜１０重量％含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水処理用凝集剤。
【請求項５】
金属塩が第二鉄塩であることを特徴とする請求項４記載の水処理用凝集剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種用排水の凝集処理に使用される水処理用凝集剤に関するものであり、さらに詳しくは、保存安定性の向上した重合ケイ酸を含有する水処理用凝集剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種用排水中の懸濁質、溶存有機物、リン酸イオンを除去するために広く水の凝集処理が行われている。これらの水の凝集処理においては、凝集剤として、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸第二鉄、ポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄などのアルミニウム系もしくは鉄系の無機金属塩凝集剤が利用されている。一方、これらの無機金属塩凝集剤を単独で使用すると十分な凝集力が得られないため、高分子凝集剤が用いられることも多く、特に上水処理の分野においては安全性の高い高分子凝集剤として重合ケイ酸溶液を使用することが検討されているが、重合ケイ酸溶液を用いた凝集剤は極めてゲル化しやすいという欠点があり実用化には至っていない。そこで、こうしたゲル化の問題を解消し、長時間の保存が可能な凝集剤とするための種々の試みがなされている。
【０００３】
例えば、特許第２７３２０６７号公報には、第二鉄イオンを安定剤として含有し、かつｐＨ１．５以下であるケイ酸溶液からなる水処理用凝集剤が開示されている。この公報において開示されている凝集剤は、水ガラスを酸性溶液に溶解させて得られるケイ酸溶液を重合させた後、塩化第二鉄をはじめとする鉄塩を添加することによって安定化を図るものである。
【０００４】
また、特許第２７５９８５３号公報には、アルカリ金属ケイ酸塩の水溶液に脱アルカリ金属処理を施した後、これを意図的にゲル化させ、再び液状化させて得られる水処理用凝集剤が開示されている。ここで明らかにされている凝集剤は、アルカリ金属濃度を低減させたケイ酸溶液のｐＨをいったん中性付近にすることによりゲル化させ、再び液状化させることで長期間保存可能としたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らがこれらの技術を詳細に検討したところ、以下のような問題点があることが判明した。
【０００６】
特許第２７３２０６７号公報に示される凝集剤は、Ｓｉ濃度が０．５〜２重量％という低濃度の重合ケイ酸溶液に第二鉄塩を大量に添加することによってゲル化時間を伸ばし、長期間の保存を可能にしたものであるが、この凝集剤はＳｉ濃度を低濃度に維持している間は安定であるものの、２重量％より高めると不安定な状態になりゲル化しやすくなる。また、第二鉄塩を大量に添加することによって５０００時間以上という長期の保存を可能とした実施例が示されているが、鉄濃度が下がると途端にゲル化するという非常に不安定な状態であることも判明した。また、使用時には用排水の組成に応じてシリカ及び鉄の濃度をそれぞれ調整する必要があるが、鉄の含有量が多すぎるとこうした調整が困難になるという問題点を有する。
【０００７】
また、特許第２７５９８５３号における凝集剤は、脱アルカリ金属処理を施した水ガラスを重合させいったんゲル化させた後、加熱することによって再溶解させ安定状態の重合ケイ酸溶液を得るものであるが、三段階にわたる製造工程を必要とすることから、操作が非常に煩雑であり製造コストも高くなる。また、重合装置内でいったんゲル化させる工程を経るとなると、機器の取扱い上の問題があり、工業的に生産することは困難である。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、長時間にわたってゲル化しにくく保存安定性の向上した水処理用凝集剤を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上のような従来技術の状況に鑑み、種々研究を重ねた結果、本発明者らは、水溶性アルコールを含有させることによって重合ケイ酸を含有する凝集剤がゲル化しにくい安定な状態になることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、本発明は、水処理用凝集剤が、水溶性アルコールを含有する重合ケイ酸溶液であって、ＳｉＯ2濃度が０．１〜１０重量％、ｐＨが１〜４であることを第一の特徴とするものであり、水溶性アルコールを１〜５０ｖｏｌ％含有することを第二の特徴とし、水溶性アルコールが、エタノール、メタノール、プロパノールおよびエチレングリコールからなる群より選ばれた少なくとも１種であることを第三の特徴とする。また、前記水処理用凝集剤中に、金属塩を０．１〜１０重量％含有することを第四の特徴とするものであり、金属塩が第二鉄塩であることを第五の特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における水処理用凝集剤を詳細に説明する。
【００１２】
本発明の水処理用凝集剤は、水溶性アルコールを含有する重合ケイ酸溶液であることを特徴としている。
【００１３】
重合ケイ酸溶液としては特に限定されないが、例えば、酸性溶液（塩酸、硫酸等の強酸等）中に、水ガラス原液、ケイ酸ソーダ粉末等を水で希釈したケイ酸ソーダ水溶液を添加することにより得られたものを用いることができる。
【００１４】
また、水溶性アルコールは特に限定されないが、炭素数が１〜６の低級アルコールが好適であり、特に、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコールが好ましい。これらの水溶性アルコールは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１５】
水溶性アルコールの含有量は特に限定されないが、凝集剤中に１〜５０ｖｏｌ％含有することが好ましく、さらに好適には５〜３０ｖｏｌ％である。１ｖｏｌ％より小さいと安定化の効果が見られにくい傾向にあり、５０ｖｏｌ％を超えて添加すると安定化には効果があるものの、コストアップにつながる傾向がある。
【００１６】
水溶性アルコールが凝集剤の安定化に寄与する理由は明確ではないが、水溶性アルコールが溶媒の極性を低下させることによってシリカ粒子の相互作用を緩和させ、シリカ粒子同士の凝集力を小さくし、ゲル化しにくい状態を作っているためと推測される。
【００１７】
また、本発明の水処理用凝集剤は、ＳｉＯ2濃度が０．１〜１０重量％、ｐＨが１〜４の範囲内であることを特徴としている。
【００１８】
ＳｉＯ2濃度が０．１重量％より小さくなると凝集力が小さすぎて実用に供さないし、１０％重量を超えるとゲル化しやすくなり、長期間保存することが困難となる。また、凝集剤のｐＨが１より小さいかもしくは４より大きい領域では、ケイ酸の反応性が非常に高くゲル化しやすくなるという理由から、ｐＨを１〜４の範囲内に調整する必要がある。
【００１９】
本発明の水処理用凝集剤は、単独でも使用可能であるが、用排水処理に使用する場合には、金属塩と併用することで十分な凝集力が発揮される。
【００２０】
併用される金属塩は、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウムなどのアルミニウム塩、あるいは硫酸第二鉄、ポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄などの第二鉄塩が好適であるが、その中でも特に第二鉄塩が好ましい。
【００２１】
金属塩は凝集剤中に０．１〜１０重量％となるように含有させるのが好ましい。０．１重量％より少ないと凝集力が十分でなく実用に供しにくい傾向にあり、１０重量％を越えて過剰に添加すると、用排水中における懸濁物質の荷電状態が変化し、凝集力を失ってしまう傾向にあるからである。
【００２２】
また、金属塩は凝集剤の使用時に添加してもよいが、あらかじめ凝集剤中に添加した状態で保存してもよい。特に、第二鉄塩は重合ケイ酸溶液を安定化する作用を有しており、水溶性アルコールによる安定化作用との相乗効果によって、より良好な保存安定性が得られる。
【００２３】
本発明における水処理用凝集剤の製造方法を以下に示す。
【００２４】
まず、重合ケイ酸溶液を製造する。重合ケイ酸溶液は、酸性溶液中にケイ酸ソーダ水溶液を添加し、室温〜６０℃において攪拌することによって得られる。
【００２５】
ケイ酸ソーダ水溶液は、水ガラス原液またはケイ酸ソーダ粉末を水で希釈し、ＳｉＯ2濃度０．２〜２０重量％となるように調整したものを用いるのがよい。ＳｉＯ2濃度が０．２重量％より小さくなると重合に長時間必要となる傾向があり、２０重量％を越えると重合中にゲル化しやすくなる傾向があるからである。
【００２６】
酸性溶液の種類は特に限定されないが、塩酸、硫酸等の強酸を使用するのが好ましい。
【００２７】
ケイ酸の重合過程においては、酸性溶液にアルカリ性のケイ酸ソーダ水溶液を添加するのに伴ってｐＨが上昇する。この際、ケイ酸ソーダ水溶液を急速に添加するとｐＨの局所的な上昇によって反応が進行しゲル化しやすくなるため、ｐＨが緩やかに上昇するように適度な速度で滴下することが好ましい。
【００２８】
こうして得られた重合ケイ酸溶液に水溶性アルコールを含有させることによって本発明の水処理用凝集剤が完成する。
【００２９】
水溶性アルコールは、ケイ酸溶液の重合後に添加してもよく、また、酸性溶液中に添加しておいてもよい。前者の場合は、重合ケイ酸溶液のゲル化を遅らせる作用によって凝集剤の保存安定化が図られ、また、後者の場合には、更に、重合中にゲル化しにくくなるという効果がある。また、水溶性アルコールをケイ酸の重合前及び重合後の両方で添加すれば、重合中のゲル化トラブルを回避でき、かつ得られた凝集剤の保存安定化も図られ、いっそう効果的である。
【００３０】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３１】
尚、本実施例における極限粘度の値は、ウベローデ粘度計を用いて測定した比粘度からＨｕｇｇｉｎｓ式を用いて算出した。
【００３２】
（実施例１）
水ガラス原液４号品（日本化学工業製）を水道水で希釈し、ＳｉＯ2濃度１４重量％のケイ酸ソーダ水溶液５００ｍｌを作成した。このケイ酸ソーダ水溶液５００ｍｌを１．３Ｎ−ＨＣｌ５００ｍｌ中に、３０分間かけて滴下しながら室温下で攪拌混合し、ｐＨ１．５、ＳｉＯ2濃度７重量％の重合ケイ酸溶液１０００ｍｌを得た。これを溶液（Ａ）とする。
【００３３】
溶液（Ａ）をビーカーに１００ｍｌ分取し、水８０ｍｌとエタノール２０ｍｌを加え、ＳｉＯ2濃度３．５重量％、エタノール１０ｖｏｌ％、ｐＨ１．８、極限粘度０．１１の凝集剤２００ｍｌを得た。
【００３４】
（実施例２）
溶液（Ａ）をビーカーに１００ｍｌ分取し、水４０ｍｌとエタノール６０ｍｌを加え、ＳｉＯ2濃度３．５重量％、エタノール３０ｖｏｌ％、ｐＨ１．８、極限粘度０．１８の凝集剤２００ｍｌを得た。
【００３５】
（実施例３）
溶液（Ａ）をビーカーに１００ｍｌ分取し、水８０ｍｌとエチレングリコール２０ｍｌを加え、ＳｉＯ2濃度３．５重量％、エチレングリコール１０ｖｏｌ％、ｐＨ１．８、極限粘度０．０９の凝集剤２００ｍｌを得た。
【００３６】
（実施例４）
実施例１と同様に作成したＳｉＯ2濃度１４重量％のケイ酸ソーダ水溶液１００ｍｌを、エタノール２０ｖｏｌ％を含有する１．３Ｎ−ＨＣｌ溶液１００ｍｌ中に、３０分間かけて滴下しながら室温中で攪拌混合し、ｐＨ１．５、ＳｉＯ2濃度７重量％の重合ケイ酸溶液２００ｍｌを調製した。
【００３７】
この溶液１００ｍｌに水９０ｍｌとエタノール１０ｍｌを加え、ＳｉＯ2濃度３．５重量％、エタノール１０ｖｏｌ％、ｐＨ１．８、極限粘度０．０７の凝集剤２００ｍｌを得た。
【００３８】
（実施例５）
実施例１と同様の方法で得られた凝集剤２００ｍｌに塩化第二鉄を９ｇ加え、ＳｉＯ2濃度３．５重量％、エタノール１０ｖｏｌ％、ｐＨ１．８、極限粘度０．１３、鉄濃度１重量％の凝集剤２００ｍｌを得た。
【００３９】
（比較例１）
溶液（Ａ）をビーカーに１００ｍｌ分取し、水１００ｍｌを加え、ＳｉＯ2濃度３．５重量％、ｐＨ１．８、極限粘度０．０２の凝集剤２００ｍｌを得た。
【００４０】
（比較例２）
比較例１と同様の方法で得られた凝集剤２００ｍｌに塩化第二鉄を９ｇ加え、ＳｉＯ2濃度３．５重量％、ｐＨ１．８、極限粘度０．０４、鉄濃度１重量％の凝集剤２００ｍｌを得た。
【００４１】
以上のようにして得られた各凝集剤について、以下の方法で安定化試験、凝集力試験を行った。
【００４２】
＜安定性試験＞
凝集剤の保存安定性を評価するために以下のような安定性試験を行った。実施例１〜５および比較例１で得た各凝集剤を２５℃の恒温槽中に保存し、ゲル化時間及び一定時間毎の極限粘度を測定した。尚、ゲル化時間は、凝集剤がゼリー状に固まり流動性を失った時点までの時間とした。この結果を表１に示し、さらに図１にグラフ化した。
【００４３】
【表１】
0004234288.tif 000002
【００４４】
表１に示すように、比較例１のゲル化時間が１３９時間であったのに対して、実施例１〜５ではいずれも２００時間を超える著しく長いゲル化時間を有していた。また、図１から明らかなように、比較例１では極限粘度が急速に増加しながらゲル化に至るのに対して、実施例１〜５では極限粘度の変化が非常に緩やかで安定な状態であることがわかる。これらの結果から、水溶性アルコールが重合ケイ酸溶液の安定化に作用し、凝集剤を安定な状態で長期間保存できることが確認された。
【００４５】
尚、実施例１〜５の製造直後の極限粘度が比較例１よりも高くなっているが、これは水溶性アルコールの添加によって見かけの極限粘度が増加している為であり、重合ケイ酸の分子量は同じである。
【００４６】
＜凝集力試験＞
実施例５及び比較例２で得た水処理用凝集剤の凝集力をジャーテストにより評価した。水道水にカオリンを添加して原水濁度１００度としたものを処理対象原水とし、凝集剤添加率０．５ｍｌ／Ｌ、水温２１℃、１２０ｒｐｍ３分の条件で攪拌し、フロック出現時間、フロック粒径及び上澄み液濁度を測定した。これらの試験の結果を表２に示す。
【００４７】
【表２】
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【００４８】
表２より、本発明の凝集剤が、フロック出現時間、フロック粒径および上澄液濁度の各項目について従来の凝集剤と同じく十分な凝集力を有することも確認された。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によると、水溶性アルコールを含有させることによって、重合ケイ酸溶液を安定化することができ、長期間保存可能な水処理用凝集剤が得られる。したがって、重合ケイ酸を含有する凝集剤を容易に量産化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】凝集剤の経過時間と極限粘度の関係を示したグラフである。
【図１】
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