廃水処理後に基準を満たして排出したり再利用したりするためには、処理過程で多くの化学薬剤を使用する必要がある。用途に応じて、これらの薬剤を次のように分類することができます。

⑴凝集剤：時には凝集剤とも呼ばれ、固液分離を強化する手段として、初沈池、二沈池、浮選池及び三級処理或いは深さ処理などの技術環節に用いることができる。

⑵凝集促進剤：凝集剤の作用を補助し、凝集効果を強化する。

（1）コンディショニング剤：脱水剤とも呼ばれ、脱水前の余剰汚泥のコンディショニングに用いられ、その品種は上述の部分凝集剤と凝集促進剤を含む。

（9335）破乳剤：脱安定剤と呼ばれることもあり、主に乳化油を含む含油廃水の気浮上前の前処理に用いられ、その品種は上述の部分凝集剤と助凝集剤を含む。

⑸消泡剤：主に曝気または攪拌中に出現する大量の泡を除去するために用いられる。

（9337）pH調整剤：酸性廃水とアルカリ性廃水のpH値を中性に調整するために使用する。

⑺酸化還元剤：酸化性物質又は還元性物質を含む工業廃水の処理に用いる。

⑻消毒剤：廃水処理後の排出または再使用前の消毒処理に使用する。

以上の薬剤の種類は多いが、1つの薬剤が異なる場面で使用され、果たす役割が異なり、異なる呼称を持つこともある。例えばCL 2は、下水の混合処理効果を強化するために使用される場合は凝集助剤、廃水中のシアン化物や有機物を酸化するために使用される場合は酸化剤、消毒処理に使用される場合は自然に消毒剤と呼ばれている。

凝集剤とは？その役割は何ですか。

凝集剤は下水処理分野で固液分離を強化する手段として、下水の初回沈殿、浮選処理及び活性汚泥法を強化した後の二次沈殿に用いることができ、下水の三級処理又は深さ処理に用いることもできる。余剰汚泥の脱水前のコンディショニングに使用すると、凝集剤及び凝集助剤は汚泥コンディショニング剤又は脱水剤となる。

従来の凝集剤を用いる場合、凝集促進剤を投与する方法を用いて凝集効果を強化することができる。例えば、活性化ケイ酸を硫酸第一鉄、硫酸アルミニウムなどの無機凝集剤の凝集助剤として前後に順次投入することで、良好な凝集作用を得ることができる。そのため、一般的には、無機高分子凝集剤IPFは、実際には、凝集促進剤と凝集剤を結合して調製し、そして結合して投入し、ユーザーの操作を簡略化することである。

混凝処理は通常固液分離施設の前に置かれ、分離施設と組み合わせて、原水中の粒度が1 nm〜100μmの懸濁物とコロイド物質を効果的に除去し、出水濁度とCODcrを低下させ、下水処理フローの前処理、深さ処理に用いられ、余剰汚泥処理にも用いられる。混凝処理はまた水中の微生物、病原菌を効果的に除去することができ、そして汚水中の乳化油、色度、重金属イオン及びその他の汚染物を除去することができ、混凝沈殿を利用して汚水中に含まれるリンを処理する際の除去率は90〜95%に達することができ、最も安価で効率的なリン除去方法である。

凝集剤の作用機序は何ですか。

水中のコロイド粒子は微小で、表面が水化し、帯電することで安定性を持たせ、凝集剤を水中に投入した後、帯電コロイドとその周囲のイオンから電気二重層構造のコロイド団を構成するように加水分解する。投与後迅速に攪拌する方式を採用し、水中のコロイド不純物粒子と凝集剤の加水分解によるコロイドの衝突機会と回数を促進する。水中の不純物粒子は凝集剤の作用でまず安定性を失い、それから互いにサイズの大きい粒子に凝集し、分離施設で沈殿したり漂ったりする。

撹拌による速度勾配Gと撹拌時間Tとの積GTは、反応時間全体にわたって粒子が衝突する総回数を間接的に表すことができ、GT値を変えることによって凝縮反応効果を制御することができる。一般的に制御GT値は104〜105の間であり、不純物粒子濃度が衝突に与える影響を考慮して、GTC値を汚水中の不純物粒子の品質濃度を表し、かつGTC値が100前後であることを提案する凝縮効果を特徴づける制御パラメータとすることができる。

凝集剤の急速な水への拡散を促し、すべての廃水と均一に混合する過程が混合である。水中の不純物粒子とフロック剤の作用は、電気二重層と電気中和などのメカニズムを圧縮することにより、安定性を失ったり低下させたりして、マイクロフロック粒子を生成する過程を凝集と呼ぶ。凝集して生成した微小フロック粒が架橋物質と水流の攪拌下で、吸着架橋や沈殿物網捕捉などのメカニズムによって大フロック体に成長する過程をフロックと呼ぶ。混合、凝集と凝集を合わせて混合と呼び、混合過程は一般的に混合池で完成し、凝集と凝集は反応池で行われる。

凝集剤の種類はどれらがありますか。

凝集剤は、水中分散微粒子の沈殿安定性及び重合安定性を低下又は除去し、分散微粒子を凝集、凝集体に凝集させて除去することができる一類の物質である。化学成分によって、凝集剤は無機凝集剤、有機凝集剤及び微生物凝集剤の3種類に分けることができる。

無機凝集剤としては、アルミニウム塩、鉄塩及びそのポリマーが挙げられる。有機凝集剤は重合モノマー帯電グループの電荷性質によって、アニオン型、カチオン型、非イオン型、両性型などのいくつかの種類に分けることができ、その源によって人工合成と天然高分子凝集剤の2つの種類に分けることができる。実際の応用において、無機凝集剤と有機凝集剤の性質の違いに基づいて、それらを複合して、無機有機複合型凝集剤を製造することが多い。微生物凝集剤は現代生物学と水処理技術を結合した産物であり、現在の凝集剤の研究発展と応用の重要な方向である。

無機凝集剤の種類はどれらがありますか。

従来使用されている無機凝集剤は低分子のアルミニウム塩と鉄塩であり、アルミニウム塩は主に硫酸アルミニウム（AL 2（SO 4）3∙18 H 2 O）、明礬（AL 2（SO 4）3∙K 2 SO 4∙24 H 2 O）、アルミニウム酸ナトリウム（NaALO 3）であり、鉄塩は主に三塩化鉄（FeCL 3∙6 H 2 O）、硫酸第一鉄（FeSO 4∙6 H 2 O）と硫酸鉄（Fe 2（SO 4）3∙2 H 2 O）である。

一般的に言えば、無機凝集剤は原料が入手しやすく、製造が簡便で、価格が安く、処理効果が適度であるなどの特徴があり、そのため水処理に応用が多い。

無機凝集剤硫酸アルミニウムの特徴は何ですか。

19世紀末に米国が最初に硫酸アルミニウムを給水処理に用い特許を取得して以来、硫酸アルミニウムは優れた凝集沈降性能で広く応用されている。硫酸アルミニウムは現在、世界で最も多く使用されている凝集剤であり、全世界で年間約500万トンの硫酸アルミニウムが生産され、その半分近くが水処理分野に使用されている。市販の硫酸アルミニウムには固体、液体の2種類の形態があり、固体のものはその中の不溶物の含有量によって精製と粗製の2種類に分けられ、我が国の民間でよく飲用水浄化に用いられる固体製品の明礬は、硫酸アルミニウムと硫酸カリウムの複合塩であるが、工業水及び廃水処理にはあまり応用されていない。

硫酸アルミニウムの適用可能なpH値範囲は原水の硬度と関係があり、軟水を処理する場合、適切なpH値は5〜6.6であり、処理中の硬水を処理する場合、適切なpH値は6.6〜7.2であり、高硬水を処理し、適切なpH値は7.2〜7.8である。硫酸アルミニウムの適用可能な水温範囲は20 oC〜40 oCであり、10 oC未満では凝集効果が悪い。硫酸アルミニウムは腐食性が小さく、使いやすいが、加水分解反応が遅く、一定のアルカリ量を消費する必要がある。

無機凝集剤三塩化鉄の特徴は何ですか。

三塩化鉄は別の一般的な無機低分子凝集剤であり、製品には固体の黒褐色結晶体があり、高濃度の液体もある。それは水に溶けやすく、アルミナは大きくて重く、沈殿性能が良く、温度、水質及びpHへの適応範囲が広いなどの利点がある。

三塩化鉄の適用可能なpH値範囲は9〜11であり、形成されたフロック密度が大きく、沈殿しやすく、低温または高濁度の場合も効果が高い。固体三塩化鉄は強い吸水性を持ち、腐食性が強く、設備を腐食しやすく、溶解と投入設備の防腐要求が高く、刺激性のにおいがあり、操作条件が悪い。

三塩化鉄の作用機序は三価鉄イオンを用いて段階的に加水分解して生成した各種水酸基鉄イオンを利用して水中の不純物粒子の凝集を実現することであり、水酸基鉄イオンの形成には水中の大量の水酸基を利用する必要があるため、使用中に大量のアルカリを消費することがあり、原水のアルカリ度が不足している場合、石灰などのアルカリ源を補充する必要がある。

硫酸第一鉄は俗に緑礬と呼ばれ、凝集体を形成するのは速くて安定しており、沈殿時間は短く、アルカリ度が高く、濁度が大きい場合に適しているが、色度は除浄しにくく、腐食性も強い。

無機高分子凝集剤の種類はどれらがありますか。

無機高分子凝集剤（IPF）は60年代から発展してきた新型凝集剤であり、現在、IPFの生産と応用は全世界で急速に進展している。アルミニウム、鉄、シリコン系の無機高分子凝集剤は、実際にはそれぞれ加水分解、ゾルから沈殿過程の中間生成物、すなわちAl（III）、Fe（III）、Si（IV）のヒドロキシル基とオキシ基重合体である。アルミニウムと鉄はカチオン型荷電正電であり、シリコンはアニオン型荷電であり、それらは水溶状態における単位分子量は約数百~数千であり、互いに結合してフラクタル構造を有する集積体になることができる。それらの凝集−凝集過程は水中の粒子状物質の電気的中和と接着架橋の2つの作用の総合的な体現である。水中懸濁粒子の粒度はナノメートルからミクロン級であり、多くは負の電荷を帯びているため、凝集剤とその形態の電荷正負、電気的強弱と分子量、凝集体の粒度の大きさはその凝集効果を決定する主要な要素である。現在、無機高分子凝集剤の種類は数十種類（主要品種は下表を参照）あり、生産量も凝集剤の総生産量の30%〜60%に達し、その中で広く使用されているのは重合塩化アルミニウムである。

常用無機高分子凝集剤の種類と品種

無機高分子凝集剤の特徴は何ですか。

Al（III）、Fe（III）、Si（IV）のヒドロキシル基と酸素系ポリマーはさらに凝集体として結合し、一定の条件下で水溶液中に保持され、その粒度はほぼナノメートル級の範囲にあり、これにより凝集−凝集作用を発揮すると低投与量で高い効果を得ることができる。それらの反応重合速度を比較すると、Al→Fe→Siは強くなり、同時にヒドロキシル架橋から酸素架橋に変わる傾向もこの順である。そのため、アルミニウムポリマーの反応は比較的緩和され、形態は比較的安定であり、鉄の加水分解ポリマーは反応が迅速であり、安定を失いやすく沈殿し、シリコンポリマーはゾル及びゲル粒子を生成する傾向がある。

IPFの利点は、硫酸アルミニウム、塩化鉄などの従来の凝集剤よりも優れており、有機高分子凝集剤（OPF）よりも安価であることに反映されている。現在、給水、工業廃水及び都市汚水の各種処理フローに応用することに成功し、前処理、中間処理及び深さ処理を含め、次第に主流の凝集剤となっている。しかし、形態、重合度及び対応する凝集−凝集効果の面では、無機高分子凝集剤は依然として伝統的な金属塩凝集剤と有機高分子凝集剤の間の位置にある。その分子量と粒度の大きさ及びフロック架橋能力は依然として有機フロック剤よりかなり劣っており、さらに加水分解反応に対する不安定性の問題もある。IPFのこれらの弱点は各種複合型無機高分子凝集剤の研究と開発を促進した。

重合塩化アルミニウムの特徴はどれらがありますか。

重合塩化アルミニウム（PAC）、アルカリ塩化アルミニウムとも呼ばれ、化学式はALn（OH）mCL 3 n−mである。PACは多価電解質であり、水中の粘土系不純物（負電荷を多く持つ）のコロイド電荷を著しく低減することができる。相対分子質量が大きく、吸着能力が強く、形成された凝集体が大きく、凝集沈殿性能が他の凝集剤より優れている。PAC重合度が高く、投入後急速に攪拌することで、凝集体形成時間を大幅に短縮することができる。PACは水温の影響が少なく、低水温での使用効果も高い。それは水のpH値の低下が少なく、適用されるpH範囲が広い（pH=5〜9の範囲で使用可能）ため、アルカリ剤を投与しなくてもよい。PACの投入量が少なく、スラッジ生産量も少なく、使用、管理、操作が便利で、設備、配管などの腐食性にも小さい。そのため、PACは水処理分野で硫酸アルミニウムに徐々に代替する傾向があり、その欠点は価格が高いことである。

また、溶液化学の角度から見ると、PACはアルミニウム塩水分解−重合−沈殿反応過程の動力学中間生成物であり、熱力学的に不安定であり、一般的な液体PAC製品は半年以内に使用すべきである。CaCl 2、MnCl 2などの無機塩やポリビニルアルコール、ポリアクリルアミドなどの高分子を添加すると、PACの安定性が向上し、凝集能力が増加します。生産プロセスから言えば、PACの製造過程に1種または数種類の異なるアニオン（SO 42-、PO 43-など）を導入し、増重合作用を利用してポリマーの構造と形態分布をある程度変えることができ、さらにPACの安定性と効果を高めることができる、PACの製造過程でFe 3＋などの他のカチオン成分を導入し、Al 3＋とFe 3＋を交互に加水分解重合させれば、複合凝集剤重合アルミニウム鉄を製造することができる。

三酸化アルミニウム含有量は重合塩化アルミニウム有効成分の測定指標であり、一般的には凝集剤製品の密度が大きいほど、三酸化アルミニウム含有量が高い。一般に、塩基化度の高い重合塩化アルミニウムほど吸着架橋能力は良いが、［Al（OH）3］nに近いため沈殿が生じやすく、安定性も劣る。

以上が下水処理に使用する薬剤である。

本文は化学工業汚水処理設備によって整理され、本局の観点を代表しない。