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微粒子吸着材の高効率分離を可能にする新規Al高分子凝集剤の開発とその機能の解明

Research Project

Project/Area Number 19J11070
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

中沢 禎文  北海道大学, 大学院工学院, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords凝集剤 / ポリ塩化アルミニウム / 塩基度 / 微粉化活性炭 / マイクロプラスチック / ウイルス / 浄水処理 / 微粉化活性炭 (SPAC) / 急速砂ろ過 / ポリ塩化アルミニウム (PACl) / 超高塩基度 / 非凝集性粒子
Outline of Research at the Start

本研究は,最先端の浄水要素技術(微粉化活性炭吸着材,超高塩基度ポリ塩化アルミニウム凝集剤)を融合させるために必要な凝集処理条件を明らかにするものであり,上水道システムの改善に大きく貢献する.微粉化活性炭が広く利用可能になることで,異臭味の原因物質をはじめとする凝集・ろ過により除去困難な物質により劣化した水を飲用可能な水質へ高効率で変換できるため,おいしく安全な水の安定供給が可能となる.

Outline of Annual Research Achievements

微粉化活性炭(微粉炭)を主流の浄水方式である凝集沈殿砂ろ過へ適用するためには,高い粒子除去率をもつ分離操作が求められる.凝集沈殿砂ろ過による粒子分離は凝集工程がカギとなるが,凝集剤自体の加水分解特性と凝集特性の関連および粒子除去性に及ぼす水理条件(滞留時間分布)の影響はこれまでに明らかとなっていない.また,活性炭を実際の浄水処理場で使用する際に共存する粘土粒子,マイクロプラスチック(MP),ウイルス等の懸濁粒子と活性炭粒子の除去性の相違は検討されていない.
本年度は,凝集剤の加水分解特性と凝集特性の関連および粒子除去性に及ぼす滞留時間分布の影響を明らかにすることおよび,活性炭粒子と粘土粒子,MP,ウイルスの除去特性を明らかにすることを目的とした.
まず,微粉炭を処理対象として流通型の凝集沈殿砂ろ過浄水処理を行い,凝集反応槽の槽割数に起因する滞留時間分布およびアルミニウム系凝集剤種が微粉炭の除去性におよぼす影響を調査した.その結果,浄水処理工程の第一ステップにあたる凝集過程において超高塩基度ポリ塩化アルミニウムに多く含まれる高重合度のアルミニウム種を十分な滞留時間のもと反応させることが微粉炭の集塊化を促進し,低残留性を達成することを見出した.つぎに,微粉炭をはじめ,浄水処理で課題となる粒子(粘土粒子,MP)およびウイルスの除去性を同一の凝集沈澱砂ろ過条件のもと調査した.その結果,全ての粒子に共通して凝集沈澱における除去率が高く,微粉炭は他の粒子よりも砂ろ過による除去率が高いため全体として高除去率となることを明らかにした.
研究成果を2編の論文にまとめ,分野国際トップジャーナルに採録された.また,研究成果を国際会議1件と国内学会1件で報告した.

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Stray particles as the source of residuals in sand filtrate: Behavior of superfine powdered activated carbon particles in water treatment processes2021

    • Author(s)
      Nakazawa Yoshifumi、Abe Taketo、Matsui Yoshihiko、Shirasaki Nobutaka、Matsushita Taku
    • Journal Title

      Water Research

      Volume: 190 Pages: 116786-116786

    • DOI

      10.1016/j.watres.2020.116786

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Sulfate ion in raw water affects performance of high-basicity PACl coagulants produced by Al(OH)3 dissolution and base-titration: Removal of SPAC particles by coagulation-flocculation, sedimentation, and sand filtration2020

    • Author(s)
      Chen Yize、Nakazawa Yoshifumi、Matsui Yoshihiko、Shirasaki Nobutaka、Matsushita Taku
    • Journal Title

      Water Research

      Volume: 183 Pages: 116093-116093

    • DOI

      10.1016/j.watres.2020.116093

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 急速砂ろ過におけるマイクロプラスチックと懸濁粒子との処理性比較2021

    • Author(s)
      阿部丈人, 中沢禎文, 松井佳彦, 松下拓, 白崎伸隆
    • Organizer
      第55回日本水環境学会年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Residual fine carbon particles after water treatment in full-scale plants: effective control by process optimization2021

    • Author(s)
      Nakazawa, Y., Matsui, Y., Abe, T., Chen, Y., Shirasaki, N. and Matsushita, T.
    • Organizer
      IWA Digital World Water Congress
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 急速ろ過後に残留する荷電中和が不十分な微粒子とその濃度低減のための凝集リアクターデザイン2020

    • Author(s)
      阿部丈人, 中沢禎文, 松井佳彦, 松下拓, 白崎伸隆
    • Organizer
      第54回日本水環境学会年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Comparison of PACl coagulants with the same Al speciation but different production methods: important roles of aluminum hydrolysis and SO42- in water2020

    • Author(s)
      Yize Chen, Yoshihiko Matsui, Yoshifumi Nakazawa, Nobutaka Shirasaki and Taku Matsushita
    • Organizer
      第54回日本水環境学会年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Characteristics and control of super-fine (φ 200 nm) carbon particles remaining after coagulation, sedimentation, and sand filtration2019

    • Author(s)
      Nakazawa, Y., Matsui, Y., Hanamura, Y., Shinno, K., Shirasaki, N. and Matsushita, T.
    • Organizer
      The IWA Particle Separation Specialist Conference 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effective removal of super-fine carbon particles by intense flash mixing and high basicity coagulants in coagulation, sedimentation, and sand filtration2019

    • Author(s)
      Nakazawa, Y., Matsui, Y., Shinno, K., Hanamura, Y., Shirasaki, N. and Matsushita, T.
    • Organizer
      Water and Environment Technology Conference 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hydrolysis speed: another indicator for coagulants' performance in coagulation, sedimentation, and sand filtration treatment2019

    • Author(s)
      Chen, Y., Nakazawa, Y., Matsui, Y., Shinno, K., Shirasaki, N. and Matsushita, T.
    • Organizer
      Water and Environment Technology Conference 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 急速ろ過方式において残留する粉末活性炭濃度の現状調査-活性炭自動計数法を用いて-2019

    • Author(s)
      小林彩希子, 松井佳彦, 中沢禎文, 信野光貴, 阿部丈人, 松下拓, 白崎伸隆
    • Organizer
      日本水道協会令和元年度全国会議(水道研究発表会)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] https://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/risk/

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 環境リスク工学研究室ホームページ

    • URL

      https://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/risk/

    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-05-29   Modified: 2024-03-26  

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