No.1-15(今野研究室)

有機物存在下で注入されたアルミニウム系凝集剤のゼータ電位への影響
074206 工藤茂幸

１．はじめに湖沼や貯水池などの閉鎖性水域を水源とする浄水場では、富栄養化等により藻類が大量発生した場合、異臭やろ過閉塞の原因となり、水中の有機物が凝集剤成分と錯体を形成して凝集阻害の原因ともなる１)。
凝集阻害は浄水中への溶解性アルミニウムの残留という問題を併せ持っている２) 。本卒論では、有機物として酒石酸および藻類生産有機物の一種として知られている単糖類のグルコースを使用して、凝集阻害の影響を懸濁粒子のゼータ電位の変化状況から考察した。
２．実験概要
実験は、凝集実験(ジャーテスト)と、その途中における懸濁粒子のゼータ電位の表 実験条件
pH
7.0
アルカリ度（mg/L）
30
カオリン
種類
濁質
30
濁度（度）
Alum
種類
凝集剤
0～8
注入ＡＬ濃度（mg/L）
酒石酸（mg/L）
0.5 2 10
有機物
グルコース（mg/L） 10 30 50（ＴＯＣ）
0
有機物なし（mg/L）

測定からなる。
表には実験条件を示し、実験手順は凝集実験を図 1に、ゼータ電位を図 2 にそれぞれ示した。ジャーテス

原水作成↓凝集剤注入↓急速攪拌
→ 50mL採水80（rpm）、2（min）↓↓
緩速攪拌ζ電位測定30（rpm）、8（min）↓
静置8（min）↓上澄(250mL)採水↓
測定項目

ELS-8000を起動
↓
セル洗浄
↓
IDを入力
↓
Ζ電位測定を起動
↓
資料注入
↓
温度設定
↓
セルセンター合わせ↓
測定

図１ 凝集実験の手順

図２ ゼータ電位の測定手順

トでは 500mL のトールビーカを使用した。所定時間静置後上澄水をサイフォン方式で 250mL 採水し、その pH、濁度を測定した。
ゼータ電位の測定のためには図 1 に示したように、急速攪拌後(終了 15s 前)50mL 採水し、それをマグネチックスターラ(450rpm)で撹拌した。これはフロック形成が起こらないようにするためでその後図 2の手順で測定した。ゼータ電位は、セルの洗浄、セルセンター合わせなどを行った後に電気泳動速度測定器（ELS-8000；ゼータメータ）で測定し、その結果からゼータ電位が計算できる。
３．実験結果および考察
3,1 ゼータ電位測定上の留意ポイント
図 3 に示した放物線は、セル内の上下方向の電気泳動速度分布の鉛直分布を示したものである。正しく測定されている場合には本来上下対称となることが器械の説明書に明記されているが、図 3 では対称形とはなっていない。
↑静止層

このような場合には、正確なデータとはいえず、ゼータ電位も正しく求められないので、図 4 のように対称形に近図 3 電気泳動速度分布の実測例（悪い例）

い形が得られるように次のような操作を行うこととした。
(1) セルの洗浄を行い、セルをセットする際にセル内に空気が入っていないかどうかを確認する。
(2)試料注入時に、セル内部に空気を入れないように注意する。
その上で図 2 に示した手順で測定を繰り返した。このような確認をすると、上下対称形に比較的近いデータが得られることが明 らかになり、ゼータメータを使用したゼータ電位測定上の留↑静止層意点であることがわかった。なおゼータ電位は、電気泳動速度

図 4 電気泳動速度分布の実測例（良い例）

分布の鉛直分布図（図 4）の静止層における電気泳動速度を用いて計算できる。

No.1-15(今野研究室)
3.2 有機物がない原水の場合のジャーテストの結果とゼータ電位の変化
４０

図 5 に有機物を含まない原水のジャーテストの結果とその時のゼータ電に対するゼータ電位の変化を図 6 でみると、原水中の懸濁粒子は－50mV であるが、凝集剤のζ電位(mv)

最適注入 AL 濃度は 6mg/L と判断できる。それ

２０60
除 去 率 (%)

位の変化状況（図 6）を示した。図 5 によると

有機物なし

4020

有機物なし
０－２０００注入によりゼータ電位の絶対値は小さくなり、

２４６注入AL濃度(ｍｇ/L)
図５ 沈殿除去率変化－４０８－６００（有機物なしの場合）

40TOC(mg/L)
1020.50２０ζ電位(mv)

除 去 率 (%)

合の沈澱除去率とゼータ電位の変化状況である。

20な凝集剤の AL 濃度は増加する傾向があり、沈澱

０２４６注入AL濃度(ｍｇ/L)
図７ 沈殿除去率変化

８－４０（酒石酸を共存させた場合）－６００

除去率も 20％程度と低いままとなり、その傾向は TOC の増加によって強40４６８

図８ ゼータ電位変化（酒石酸を共存させた場合）
４０TOC(mg/L)
50
100２０

ζ電位(mv)

除 去 率 (%)

60２

注入AL濃度（mg/L）

まるようだ。ゼータ電位も、その絶対値は有機物を含まない場合より 103.4 有機物としてグルコースを含む場合

TOC （ｍ ｇ /L）
1020.50－２０００

酒石酸のような有機物を含む場合、凝集に必要AL 濃度が必要となることがわかる。

８４０60～20mV 程度大きいままで、凝集させるには高い６（有機物なしの場合）

う一般的な凝集剤の効果が見られた。
図 7,8 は、有機物として酒石酸を含む原水の場

４注入AL濃度（mg/L）

最適 AL 濃度では－10mV となり、結果として沈澱除去率も向上するとい3.3 有機物として酒石酸を含む場合

２

図６ ゼータ電位の変化

20TOC（ｍｇ /L）
50
100０－２０００

図 9,10 は、グルコースのような有機物を含む
場合の沈澱除去率とゼータ電位の変化状況であ２４６
注入AL濃度(ｍｇ/L)
図９ 沈澱除去率変化

８－４０（グルコースを共存させた場合）－６００る。図 9,10 により沈澱除去率やゼータ電位の変化は、高い TOC の場合で２４６８

注入AL濃度（mg/L）

図１０ ゼータ電位（グルコースを共存させた場合）あっても有機物がない場合の原水条件とほとんど同等と得られた。したがってグルコースのような有機物は凝集に影響を与える物質ではないと考えて良いといえる。
４０3.5 同一の TOC における有機物を含む場合の比較

酒石酸
２０ースは有機物を含まない原水条件と沈澱除去率およびゼータ電位の変化で同等であって、グルコースのような有機物は、凝集阻害は起こさないが、酒石

除 去 率 (%)

TOC で比較した実験結果で明らかなように、グルコ

6040

ζ電位(mv)

図 11,12 は、TOC が 10mg/L の場合の各有機物の沈澱除去率とゼータ電位の変化状況を比較して示したものである。同一のT OC（ ｍ ｇ /L ）

酒石酸
グルコース
有機物なし

２有機物なし
０－２０20００

グルコース－４０２４６注入AL濃度(ｍｇ/L)
図１１ 沈殿除去率変化(各有機物のTOC10mg/Lの場合の比較）

８－６００４６８

注入AL濃度（mg/L）

図１２ ゼータ電位変化(各有機物のTOC10mg/Lの場合の比較）

酸は、いわゆる凝集阻害を引き起こすことが確認でき、それはゼータ電位の絶対値を増加させるためということで説明することができることが明らかになった。
４．まとめ
今回の卒論で、(1)藻類生産有機物の一種といわれている単糖類のグルコースは、その存在下でも有機物がない場合と同等の凝集作用が見られ、ゼータ電位から判断しても凝集阻害が見られないこと、(2)それに対して酒石酸は凝集阻害を引き起こし、それは酒石酸が懸濁粒子のゼータ電位の絶対値を増加させて凝集しにくくしていること、などが明らかになった。
参考文献
1)Bernhardt,et al : WISA,1,pp.41-57,1991,

2)佐藤嘉晃：2008 年度東北工業大学建設システム工学科卒業論文