可逆凝集による難脱水性スラッジの高速減量化プロセスの開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655291
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 入谷 英司 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60144119)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 片桐 誠之 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (00345919) ; 向井 康人 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (30303663)
• Keywords: 可逆凝集 / 濾過ケーク / 空隙率 / 溶液環境 / ゼータ電位 / 等電点 / 濾過速度 / 濾過比抵抗

Research Abstract

本研究では、凝集フロックの形成とその崩壊による可逆凝集を利用した難脱水性スラッジの高速濾過・脱水法を開発した。このプロセスでは、微粒子が凝集する溶液環境に調整して粒径の大きな凝集フロックを形成させ、高い濾過速度で濾過を行い、得られた濾過ケーク中にフロックを崩壊させる環境に調整した液を透過させることにより、短時間で緻密な低含水率の脱水ケークを得る。
モデル微粒子として金属酸化物のルチル型二酸化チタンを使用し、粒子のゼータ電位を種々のpHに対して測定した。その結果、ルチル粒子はpH8.1で等電点となり、このpHより離れるに従ってゼータ電位の絶対値は増大した。ルチル懸濁液の定圧濾過を種々のpH条件で行い、生成ケークの平均空隙率と平均濾過比抵抗を測定したところ、等電点近傍において平均空隙率は極大値を、平均濾過比抵抗は極小値をもつことが明らかとなった。これは、ゼータ電位が小さくなると粒子間の静電的反発力の低下により空隙の大きな凝集フロックが形成され、その結果、空隙率が大きく液の流動抵抗が小さなケークが形成されるためである。
以上の基礎データに基づき、高い濾過速度が得られる等電点近傍のpH7.9の条件下でルチル懸濁液を濾過し、得られた濾過ケークにゼータ電位が大きくなるpH12.0の水を透過させることにより凝集フロックを直ちに崩壊させ、低含水率の脱水ケークを得る方法を検討した。その結果、透過初期の段階でケークの空隙率は大きく減少し、わずかな水の透過によってケークの含水率を大きく低減できることがわかった。また、濾過操作に引き続き透過を行う本法の方が、透過を行わない場合と比べ、透過時間を加味しても、より短時間で低含水率のケークを得ることができた。
現在、イオン強度や有機溶媒濃度など、pH以外の溶液環境調整法について検討を行い、高速減量化のための基礎データを得つつある。

Research Products

• [Publications] 入谷 英司: "高吸収性ゲル粒子を利用した2成分系タンパク質溶液の分画と濃縮の同時操作"粉体工学会誌. 40・1. 4-10 (2003)
• [Publications] E.Iritani: "Filtration Behaviors in Constant Rate Microfiltration with Cyclic Backwashing of Coagulated Sewage Secondary Effluent"Separation Science and Technology. 38・4. 947-962 (2003)
• [Publications] E.Iritani: "Formation of Gel Emulsions by Filtration-Consolidation of O/W Emulsions"Journal of Chemical Engineering of Japan. (印刷中).
• [Publications] E.Iritani: "Internal Structure of Filter Cake in Protein Ultrafiltration"Proceedings of the 4th World Congress on Particle Technology. (CD-ROM). (2002)
• [Publications] E.Iritani: "Purification of Secondary Municipal Wastewater by Microfiltration Using Ceramic Membrane"Proceedings of the 9th Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress. (CD-ROM). (2002)