FCHN/CAL

NOTE

ヒ水汚泥の加圧脱水に及ほす電気泳動の効果

近藤史朗

環境装置事業部
EO技術室

えがき(3)電気印加効果によるケ‑ク厚み増加分(atE)はケ‑

邑気浸透式加圧脱水横｢スーパーフィルトロン+は電気クの空隙率が増加したと考えKozeny‑Carman式を適妙及び電気浸透の現象を利用して,当社が独自に開発し用し,ろ液淀速ucの増加を予測するo結果は定圧ろ魚水機であるが,このたび全国で10指に入る大規模浄水ごある神奈川県内広域水道企業団,西長沢浄水場向けに巴機種5台(ろ過面積288.8m2/台)の採用が決定した｡

過時の見かけ脱水速度αとの比で求める｡
1.

3

理論解析
Ruthの定圧ろ過式は次の(1)(2)式で表される｡

士では開発当初より各種の実験･検討を重ねてきたが,K汚泥の脱水プロセスにおいては電気浸透現象による脱(v＋吃)27)促進以外に,その前段階で起きる電気泳動現象が脱水
削二多大の影響を及ぼしていることを見いだした｡

Kv‑‑

(1)

Kv(8＋8nl)

2A2p(11m･S)(2)

FLaaf,P‑S

ところが,界面動電現象を利用したスラリーの加圧脱水喝する研究の多くは,最終過程の庄密期間における電気ここで,査の効果に多くの関心が向けられているため,前半のろ想ろ過液量

明間における電気泳動の効果に言及した例は少なく,埋v,n2

ま未確立である｡l)2)すなわち,電気浸透現象は,ろ過･水が進行し,ろ過系内で被圧搾物の粒子が濃縮され,そps[kg/m3]とすると次式が成立するoKu[m6/s]はRuthの定圧ろ過係数,
Vm

Om[s〕は促を得るのに要する仮想ろ過時間でKv･8mの関係がある.
今ケークの平均空げき率を8ay[‑],個体密度を‑遺子の移動が拘束される状態になってはじめて起こるが,T4(. AL(卜8au)ps(3)‑

くの論文は,この状態のケースについて論じている｡そご本稿では筆者らが見いだした電気浸透式加圧脱水プロ

また,任意のろ過時間∂におけるろ液量Vとケ‑ク固形

スのろ過期間における電気泳動効果に関する新しい理論

物質量Wsとの関係はケ‑ク内の物質収支より次式で与え折方法を紹介するo3'4'

られる｡

理論

1理論解析上の仮定

t4(I

壬搾過程の前半に現れるろ過期間の初期におけるろ過速に及ぼす電気浸透の効果は,電気泳動のそれに比して小いので,脱水に及ぼす電気浸透の効果は無視できるものする｡個体粒子の沈降速度は十分′トさいので,ケ‑ク厚の鉛直方向の相違を無視する｡
2
理論解析手順P'S(4)‑市㌃訂●V

この(3)式と(4)式よりケーク厚さエ[m]が求まる｡
エ‑Vp･sまた(1)式より(6)式が得られ,(5)

Ap.,.(1‑ear)(1‑m･s)(7)式が求まる｡

二1) Ruthのろ過式に従い,定圧ろ過時におけるろ液量V;の時のケ‑ク厚みeを求めるo:2)電気泳動速度式より,電気印加時の電気泳動によるdO

固体粒子の移動距離tEを求め,ろ液量がTiの時の陰37‑去(‑

極側のケーク厚さPcをAc‑A＋at,;と定義するo但しβαは実験定数

す去･v.普神鋼パンテツク技報

(6))

(7)

Vol. 41

No.

1 (1997/9)

‑九電圧を印加した場合の平均空隙率をnc･eDCで表すと(8)式のKozeny‑Car皿all式をろ液流動基礎式に代入しi =2P

た貯'は･陰極側の見かけ脱水速度ucを与える(9)式七なるoi;620Ei∃

u‑孤.蕊

a=0.i

E =16TnV.言〇U

一5>

oCathode･Anode‑Uc(9'uc‑讃荒も･去(%)h=0ここで,[4.i+kgf･em･1=0.O98Vl･=40V

L5PbJEau3135kPa

≡5守

0200

nceau<1‑sである.ケ‑ク内の個体質量が50ConsoJidalionFi)tTation

守‑ならばトクの平均空隙如かかわらず思L=.は同‑なので,走庄圧搾のみの場合の見かけ脱水速度uとのperiodperiod? 160.

亡:【=>比として120a,

冒/VscJこ′】こ′)く⊃

号‑浩浩(nc)3vs♂dP6180(10)

唱芸L

.≦l氏

ここで,陰極側のケーク厚さAcをAc

2()

2＋alE

‑''Timeぬ【tTlin】

葦=図Pc̲

1‑eav

A

1‑nceoy

60L(0(11)Fig.と仮定すれば,質量保存則.i
トJOiLTを得る｡

pS!

1ろ過曲線(,‑40V･Relations

i‑21モ‑0･098)

betweenFiltrat10nVeloclty

VOlumeandTime

VS.

(129
(:粒子のゼータ電位[Ⅴ]よりncを与える(13)式を得る｡

H:電解の強さ[V/m](士‑1)普nc=l＋w(13)･･%
ここで,αは実験定数である｡液の移動距離に相対的な電気泳動による個体粒子の移動距離tEは,(14)式に示した
電気泳動速度6):ケーキ底面から任意の位置までに存在する単位面積当たりの正味個体体積[m]次に実験によりaを定める｡
験2.実
2. 1実験方法

片面脱水(i‑1)と両面脱水とが可能な内径95 mmの横軸形小形カラム実験装置3)を使用した｡一定の初期T:Fi‑さのカラムに,個体粒子の比重2.24,メディナン径33〃m.ゼー[8AIH

ull.

(14)

=〟

タ電位rニー6mVである上下汚泥を封入後,一定圧搾圧力P‑435kPa下で,一定の直読電圧Vr‑40Vを印加するo圧搾野間βと脱水ろ液量Vやケーキの厚さLの関係を用いて(15)式で定義するoを求めるには,

∫;.

tlil

u/1t･ dos‑

(15)
Vs‑

Os=8‑60,

V‑Vlos‑D(16)

ここでA:

ろ過面積[m2]P:

ろ過圧力[Pa]m:

湿乾質量比‑SVoL.

を用いる｡従ってRutbの式は湿潤ケ‑ク質量
乾燥ケ‑ク質量スラリーの個体質量分率[‑](I;＋ I(

ろ液粘度[pa･S]〟

液体の密度[kg/hKozeny定数ト〕

So

位置wにおける粒子有効比表面積[mー1]PI.

局所過剰液圧[pa〕

nc定数

8 J･..

液の誘導率[F/m]
No.

)

‑

(17)となるQ
乙〟41)2 Ku(8s＋0,[‑]m3]

実験定数aの計算方式

2

脱水に関する電気泳動の効果に関する理論の予測値を求める手川副ま次の通りである｡(1)定圧圧搾の実験値より･,nや(7)式中のKu,(L2)電気泳動の効果が現れるに要する時間割1

1 (1997/9)

tlnならびにemをもとめる.
けるLならびに(‑

神鋼パンテツク技報‑6mV,8sLにおEE‑6.95×1010F/m
8o''を用いて(14)式よりuEを求める｡
二3)時間A8.I.‑

1分経過ごとにE/1･, 2を求めた後,電圧電気泳動･浸透現象は1808年に発見され.多くの基礎的印加のない場合のuを利用して,種々の実験定数aに研究や実用化等が試みられたが,長い間産業横械用脱水篤

関してucを予測するoとしての電気t‑=･遺脱水横は完成されなかった｡:4)以上の手順を,ろ過期間終了まで繰り返す｡
こ5)理論の予測値と実験値とを比較･検討することにより最適な実験定数aを見いだす｡
電気泳動効果が現ゴ'Lるに要する時間遅れの実験値を用い理論式(10)と(13)とより予測値を求め,実験と比較した結果の電圧印加時における理論値で,側と(十)極･側の実験値である｡

uL.の破線はa‑OAとした○印及び×印は(‑)の脱水速度及びろ液流量である｡
第1固より電圧印加時のろ過速度ucu,(ま電圧印加のない(3)電気浸透式脱水機の心臓部である電極において,安価で長寿命のものが開発されなかった｡

20分の時,約%の増加となる｡また(十)桓側のろ過速度は定圧ろPeriod)を除けば､実験定数a‑0.4のと術では対応が難しかった｡
私共は,前述の点に鑑み,各稗の改良を行って,現在で坪論値ucは実験値とよい一致を示すo

察は山厨沖をも含めて46件の隼掃:第1固よりuL.の解析値と実験値の違いが,ろ'適期岡Period)終￣T時近辺から現れはじめることがるo特に庄密期間(Consolidation(4)電気浸透脱水法は,この原理単独での英凧ま困難で,他の横根的脱水法と組み合わせて実用化が試みられたため,装置が複雑となり,自動化及び材質而,‑'G全rH7一等で完故度の高い装置が要求さitたが,それまでの技そして第1固より電圧印加直後の数分間と,圧密期間､iltration(2)電気浸透効果のみに目が向けられ電気泳動効果に対する認識が薄かったため圧力との効率的な併用や,電I(は定圧ろ過実験

速度uとほぼ同じであることがFEJる｡

考

め脱水に時間がかかり,処理性能が低く,装置が大型化し,設備費が高くなった.,

読.電圧等のかけ方等の工夫が不足しており気代が高くつき軽済的でないと思わhていた,I

庄ろ過の場合のろ過速度L‖二比べてβヾ‑:onsolidation

その主な原因としては次のことが考えられるo(1)電気浸透法による液移動のスピードは非常に遅いた

理論と実検との比較

第1国に示すo第1図でt;e,で述べたように上水スラッジを対象にした場合には電気泳動現象の効果も非常に大きいことが判る｡

Period)に入ってかのL;‑‑E気i･2透脱水才支術の雅展にT(献できれば幸いであるcはその差が増大している｡これは庄杏期間に入ると粒子[参考文献]

移動が拘漉され7,電気泳動効見は哨えて,電気浸透効果が

1) Wakeman,R.I(1982)

itはじめるためと一臥わitるo

従って,本稿で述べた解析式は電圧印加直後の数分閃か2) Yukawa,(1976),ろ過期rLrJ3:'iT近辺までが適用範匪It考えられる.電圧加直後の数分r即ま,.uL.の軒析依と実験値が大きく異な

3)近藤史L?flが.この原因は粒子の衝突や気泡その他の影響等により励効果が三呪れるのに時間を賀するためと思われる.

4)近藤史朗,すび

唱気浸透式加圧脱水横は,もちろんその名の辿り電気It･2
現象を利]:Tlして脱水の促進をはかるものであるが,本稿(内,海外4件)を出願す

るなど各社の方法で解決してきたo本稿で述べた稚気泳動
効‑niに注日した解析‑)]一法も,これらと同株に少しでも/｢後p. 19‑42.

H.

::FilLration&Separation,

etal:∫. Chem.

Eng.

Japan.

316,9,396.

I:)L･.‑榔^‑学学位論▲丈,電気配達脱水法にE.y;･]する研究.
(1994)

ヰ】柑克孝:化学工学会秋田大会研究発表討賢析要旨
130‑131,(1993‑8)‑4ji.p.
5)白戸紋平:化学工業,機械的操作の基礎,
p.170.九1.Lil,(1980)(l‑iUl脆三:釈) :コロイド化学の装礎,
6) D.H.E＼･erett
p.90‑93.
化学同人,

神鋼パンテツク技報(1992)

Vol.

41 No.

1(199T/9)