清澄装置は冬の間ずっとクリーンに運転できていたのに、今朝はオーバーフロー堰にわずかな微粒子の濁りが漂い、沈降しようとしません。あるいは逆の問題もあります。フロックは形成されるものの、それは軽くふわふわした塊で、沈降が遅く、ろ過器を目詰まりさせ、脱水が追いつかないほど早く汚泥プレスを満たしてしまう。凝集剤や凝集剤の投入量のどこかに問題があり、まず特定すべきは*どの*薬品が問題なのかということです。凝集剤（コアギュラント）と凝集剤（フロキュラント）はどちらも水を清澄にし、同じ薬注スキッド上に並んで設置され、オペレーターは日常的にこの2つの言葉を互換的に使います。しかし両者は決まった順序で、2つの異なるメカニズムにより、2つの異なる仕事をしており、間違った方を投入・選定することは清澄装置の性能不足の最も一般的な原因です。
簡単に言うと： 凝集（コアギュレーション）が最初に来ます。無機塩（ミョウバン、ポリ塩化アルミニウム、塩化鉄）または高電荷のカチオン性ポリマーが、微細なコロイド粒子表面の負電荷を中和し、粒子同士が反発し合うのをやめて小さな塊に凝集させます。 マイクロフロック。凝集（フロキュレーション）が次に来ます。高分子量ポリマー（通常はポリアクリルアミド）が、それらのマイクロフロックを架橋して大きく密度が高く、速く沈降するフロックにします。凝集剤（コアギュラント）が先、凝集剤（フロキュラント）が後で、この順序は交渉の余地がありません。コロイドが不安定化されるまで、凝集剤（フロキュラント）には架橋する対象がないからです。具体的な化学薬品と投入量は 実際の水でジャーテストを実施して選定します。両者とも目の前にある粒子、pH、アルカリ度、温度に依存するからです。凝集剤を過剰投入すると粒子の電荷が反転し、落とそうとしていたまさにその固形物を再び安定化させてしまいます。
凝集（コアギュレーション）が実際に行うこと
微細な懸濁固形物（粘土、シルト、着色性有機物、油滴）は負の表面電荷を持っています。この電荷により互いに反発し合うため、分散したまま自然に沈降することはありません。真のコロイド粒子は何日も懸濁したままでいられます。凝集（コアギュレーション）はこれらを不安定化させます。
凝集剤は正電荷を供給し、粒子の負の ゼータ電位を中和し、粒子を引き離している静電反発を崩壊させます。電荷がゼロに近づくと、粒子は接近して付着でき、微小なマイクロフロックを形成します。これは急速混合（フラッシュミックス）段階で起こり、高エネルギー撹拌により凝集剤が消費される前に数秒で水中に分散されます。実用的な目標は、粒子のゼータ電位をおよそ-10～+5 mVの範囲、つまりコロイドが不安定化する領域に動かすことです。多くのプラントは凝集剤の投入量を維持するため、ゼータメーターや流動電流検出器でこれを直接監視しています。
第二のメカニズムがあります。より高い投入量では、金属塩凝集剤は スイープ凝集によっても機能します。水酸化アルミニウムまたは水酸化鉄として沈殿し、粒子を沈降フロック中に物理的に取り込みます。ほとんどのプラントは純粋な電荷中和とスイープの中間で運転しており、これが適正な投入量が水ごとに異なる理由の一部です。
凝集（フロキュレーション）が実際に行うこと
マイクロフロックは小さすぎ軽すぎるため、妥当な時間内に沈降しません。凝集（フロキュレーション）はそれらを成長させます。凝集剤（フロキュラント）は長鎖の高分子量ポリマーで、その鎖が一度に複数のマイクロフロックに吸着し、 粒子間架橋と呼ばれるメカニズムによって物理的に結び付け、大きく密度の高いフロックにします。ポリアクリルアミド（PAM）が主力で、分子量は数百万から数千万グラム／モルに達します。その長い鎖こそが架橋を行うものです。
これは緩速混合（凝集）段階です。穏やかで持続的な撹拌によりマイクロフロックが接触し、脆弱なフロックを引き裂くことなくポリマーがそれらを架橋できます。混合エネルギーは投入量と同じくらい重要です。撹拌が強すぎると架橋がせん断されて開いてしまうため、凝集槽は急速混合強度のごく一部で運転されます。ポリマーは水がすでに凝集している場所に、そして希釈して投入します。適切に希釈調整されていない原液ポリマーは分散せず無駄になるからです。
架橋には適切な表面被覆率も必要です。ポリマーが少なすぎるとマイクロフロックが結合されないまま残り、多すぎるとすべての粒子表面が飽和して、架橋が依存する空いた吸着サイトが失われ、フロックが再安定化します。ポリマーが多いほど清澄度が高まるとは限りません。
凝集剤と凝集助剤の比較
| 凝集剤 | 凝集助剤 | |
|---|---|---|
| 作用 | コロイド電荷を不安定化／中和 → 微細なマイクロフロック | マイクロフロックを架橋 → 大きく沈降しやすいフロック |
| 主要メカニズム | 電荷中和（高投与量では掃引も） | 粒子間架橋 |
| 代表的な化学組成 | 無機金属塩（ミョウバン、PAC、鉄、PFS、第一鉄）または高電荷カチオン性ポリマー（PolyDADMAC） | 高分子量ポリアクリルアミド（アニオン性／カチオン性／ノニオン性）；一部の天然ポリマー |
| 電荷 | カチオン性（正） | アニオン性、カチオン性、またはノニオン性、フロックに合わせる |
| 分子量 | 低（塩類）から中程度（PolyDADMAC、約10⁵～10⁶ g/mol） | 非常に高い（約10⁶～10⁷ g/mol） |
| 混合段階 | 急速／フラッシュ混合（高エネルギー、数秒） | 緩速混合（穏やか、数分） |
| 投与順序 | 1番目 | 2番目 |
| 代表的な投与量 | 高め（mg/Lから数十または数百mg/Lまで、水質による） | 低め（多くの場合数mg/Lを大きく下回る） |
| 結果 | 微細なマイクロフロック | 大きく、緻密で、速く沈降するフロック |
覚えておくべきパターン：凝集剤は小さな粒子の*電荷*を変え、凝集助剤はその*サイズ*を変えます。ほとんどの場合、両方が必要です。
化学的選択肢
無機凝集剤
金属塩系凝集剤は最も古く、最も経済的な選択肢であり、それぞれpH範囲、汚泥、残留量のトレードオフが異なります。
| 凝集剤 | 種類 | pH挙動 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 硫酸アルミニウム（ミョウバン） | 無機Al塩 | 狭い範囲、おおよそpH 6.0～7.4 | ポンドあたり最低コスト；アルカリ度を消費しpHを低下させる可能性；古典的で広く使われる選択肢 |
| ポリ塩化アルミニウム（PAC） | 予備加水分解Al | 広い；アルカリ度をほとんど消費しない | より低い投与量で機能し、冷水や低アルカリ度水でも良好に作用、通常汚泥が少ない |
| 塩化鉄 | 無機Fe(III)塩 | 広い範囲、おおよそpH 4～11 | 色度と有機物に強く、緻密で速く沈降するフロックを形成；腐食性の供給液；過剰投与すると赤みがかった残留 |
| 硫酸鉄（PFS） | 予備加水分解Fe | 広い | PACの鉄版；良好なフロック強度、同等の性能を得るのに通常の鉄より低投与量 |
| 硫酸鉄 | 無機Fe(II)塩 | 用途による | 鉄(II)凝集剤、第二鉄形態に酸化される場合やその還元性が有用な場合に使用 |
ミョウバンは多くのプラントがコスト面で最初に採用するデフォルトです。PACや予備加水分解グレードは、アルカリ度が低い、水が冷たい、または汚泥処理が実際のコストとなる場合にその割高分を回収します。
カチオン性ポリマー凝集剤
すべての凝集剤が金属塩というわけではありません。 PolyDADMAC （ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド）は高いカチオン電荷密度を持つカチオン性有機ポリマーで、アルミニウムや鉄を加えることなく、負のコロイド（粘土、腐植物質、その他の有機物）を直接中和します。中程度の分子量、数十万から約100万g/molを持つため、主に電荷中和凝集剤として機能します。主凝集剤として、または高分子量ポリマーの前段の凝集助剤として運用すると、金属塩の投与量、汚泥量、残留金属負荷を削減できます。
凝集助剤：アニオン性、カチオン性、ノニオン性
ポリアクリルアミド（PAM） は3つの電荷タイプで供給され、電荷を固形物に合わせることが効果を発揮させる鍵です。
| PAMの種類 | 電荷 | 使用する場合 |
|---|---|---|
| アニオン性 | 負 | 無機凝集剤の後に最も一般的；金属水酸化物および鉱物フロックを架橋；原水清澄化、鉱物および採掘固形物 |
| カチオン性 | 正 | 負に帯電した有機固形物；都市下水汚泥、バイオソリッド、食品およびタンパク質廃水、特に脱水 |
| ノニオン性 | 中性 | 酸性条件、またはイオン性グレードが敏感すぎる水質；一般的な架橋用途 |
リグニンスルホン酸ナトリウム は木材由来（リグニン系）ポリマーで、主に分散剤および補助添加剤として使用されます。特定の水質に対する低コストの天然選択肢ですが、主要な沈降凝集助剤ではなく分散剤として機能するため、プログラムに組み込む前にジャーテストで清澄化の役割を確認してください。
選び方：ジャーテスト、投与順序、pH
万能な凝集剤も万能な投与量も存在しません。適切な答えは、水の粒子タイプと負荷、pH、アルカリ度、温度によって決まり、これらはすべて季節や水源によって変化します。すべてのプラントが行うように、ジャーテストで見つけ出します。
原水を入れたビーカーを一列にギャング撹拌機にかけ、各ジャーに異なる凝集剤または異なる投与量を添加します。急速混合を再現するため約1分間フラッシュミキシングし、フロック形成を再現するため15〜20分間ゆっくりとした撹拌に落とし、その後パドルを止めてジャーを沈降させます。フロック形成、沈降速度、上澄み液の透明度（濁度）を比較し、各ジャーのpHを読み取ります。最も透明な水が得られる投与量とpHの組み合わせを見つけるため、いくつかのpH設定値（例えば5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0）にわたって複数の投与量を試験するのが良い実践であり、その後凝集剤の後に低投与量（多くの場合約0.1〜1 mg/L）でポリマー凝集剤を添加して、その補助剤が沈降を改善することを確認します。
投与順序はメカニズムに従います。 凝集剤をまず急速混合に投入し、凝集剤を次にゆっくりとした混合に投入します。凝集剤の前または同時に添加された凝集剤には橋渡しする不安定化したマイクロフロックがないため無駄になり、まだ帯電しているコロイドをコーティングして中和を妨げる可能性があります。凝集剤に高エネルギー混合の数秒間を与えて分散させ、その後下流でポリマーを穏やかに導入します。
pHは凝集剤の性能を決定します。 ミョウバンは有効範囲が狭くアルカリ度を消費するため、低アルカリ度の水ではpHを範囲内に保つために補助的なアルカリ度（石灰または苛性ソーダ）が必要になる場合があります。PACと鉄系凝集剤はより広いpH帯域に耐え、PACはアルカリ度をほとんど消費しないため、軟水、冷水、または低アルカリ度の供給水によく選ばれます。教科書からではなくジャーテストで作動pHを確認してください。なぜなら、あなたのアルカリ度が特定の投与量がどれだけpHを動かすかを決定するからです。ジャーテストは定期的に、また供給源が変わった後にも再実行してください。夏に正しかった投与量は、冷たく高濁度の春の融雪流出水では通常間違っています。
正直なトレードオフ
凝集剤は多ければ良いというものではありません。投与量が増えるにつれ、粒子は安定化、次に電荷中和（望ましい投与量）、次に 再安定化、そして最後にスイープ凝集を通過します。中和点を越えて押し進めると、表面電荷が負から正に反転します。粒子は再び反発し、再安定化し、水は透明になるどころか濁ります。ポリマー凝集剤が多すぎると、フロック表面を飽和させて橋渡しの空きサイトを枯渇させることで同じことが起こります。化学薬品を加えるにつれて透明度が*悪化*する場合は、過剰投与を疑い投与量を下げてください。
すべての凝集剤はまた汚泥を生成し、その選択がどれだけ生成されるかを左右します。金属塩凝集剤、特にミョウバンは、脱水と処分にコストがかかる大量の金属水酸化物汚泥を生成します。PACとポリマー凝集剤は通常より少ない量を生成します。汚泥量と脱水をコスト比較に加味してください。なぜなら、ポンドあたり最も安い凝集剤は、汚泥処理を計算に入れると処理ガロンあたりでは最も安くないことが多いからです。
残留物は3番目のトレードオフです。過剰投与されたアルミニウム凝集剤は処理水中に残留アルミニウムを残す可能性があり、過剰投与された鉄系凝集剤は赤みがかった鉄残留物と色を残す可能性があります。どちらもリッチに運転するのではなく、ジャーテストの最適値に投与量を合わせることで制御されます。処理水が下流のプロセスや残留金属制限を持つ排出先に供給される場合、凝集剤の選択と投与量はその制限を尊重しなければなりません。
性能を上回る規制上の注意点が1つあります。水が飲用（飲料水）用途に向けられる場合、グレードと規制承認が清澄化と同じくらい重要です。使用前に、あなたの管轄区域における飲用接触のための特定のグレードとその規制承認を確認してください。ここでは、いかなる製品についても飲料水またはNSF準拠を主張するものではありません。
凝集剤と凝集剤の購入
RawSourceは、以下のための完全な凝集・凝集化学を供給します 水および廃水処理：以下を含む無機凝集剤 ミョウバン, ポリ塩化アルミニウム（PAC）, 塩化鉄, 硫酸鉄（PFS）、および 硫酸鉄；カチオン性ポリマー凝集剤 PolyDADMAC；そして凝集剤の範囲、 ポリアクリルアミド（PAM） アニオン性、カチオン性、非イオン性グレードに加えて リグニンスルホン酸ナトリウム — ドラム、IBC、およびバルクでCoA文書付き。あなたの水（供給源、濁度、pH、アルカリ度、目標透明度、および都市用、工業用、または飲用かどうか）をお知らせいただき、独自のジャーテストを実施するためのサンプルをご請求ください。より広範な処理プログラムについては、当社の 水処理薬品ガイド および当社の概要をご覧ください 廃水処理薬品.
よくある質問
凝集（coagulation）と凝集（flocculation）の違いは何ですか？
凝集（coagulation）は最初のステップです。凝集剤が微細なコロイド粒子の負の表面電荷を中和し、反発を止めて小さなマイクロフロックに凝集させます。凝集（flocculation）は2番目のステップです。高分子量ポリマーがそれらのマイクロフロックを橋渡しして、沈降する大きく密なフロックにします。凝集（coagulation）は不安定化させ、凝集（flocculation）は凝集させます。異なるメカニズム（電荷中和対橋渡し）、異なる化学、異なる混合、そして固定された順序です。
凝集剤と凝集剤のどちらを先に加えるべきですか？
凝集剤が先、フロック剤が後です。凝集剤は急速（フラッシュ）混合に投入してコロイドを不安定化させマイクロフロックにし、フロック剤はその後の緩速混合に投入してそれらのマイクロフロックを沈降可能なフロックへと架橋します。フロック剤を先に投入すると架橋する対象がないため無駄になり、凝集剤が行おうとしている電荷中和を妨げる可能性があります。
水処理に最適な凝集剤は何ですか？
唯一最適な凝集剤というものは存在せず、水質によって異なります。ミョウバンは最も安価ですが、狭いpH範囲でしか機能せずアルカリ度を消費します。PACはより広いpH範囲で機能し、汚泥も少なく、冷たく低アルカリ度の水でも良好に働きます。塩化鉄とPFSは広いpH帯に対応し、色度や有機物に強力です。PolyDADMACは金属を加えずに電荷を中和します。実際の水でジャーテストを行って選定してください。
アニオン性とカチオン性のフロック剤：どちらを使うべきか？
ポリマーの電荷を固形物に合わせます。アニオン性ポリアクリルアミドは、無機凝集剤の後や鉱物・無機固形物（原水清澄化、鉱山尾鉱）に対する一般的な選択肢です。カチオン性ポリアクリルアミドは、都市下水汚泥、バイオソリッド、食品・タンパク質廃水などの負電荷を帯びた有機固形物向けで、特に脱水に用います。ノニオン性グレードは酸性条件に適しています。ジャーテストで選定を確認してください。
PolyDADMACは凝集剤ですか、それともフロック剤ですか？
PolyDADMACは主にカチオン性凝集剤です。その高いカチオン電荷密度が負電荷コロイドを直接中和するため、金属塩凝集剤を代替または低減し、汚泥と金属残留の両方を削減できます。ポリマーであるため多少の架橋作用もありますが、主に電荷中和のために使用され、多くの場合、高分子量ポリアクリルアミドフロック剤の前段で用いられます。
凝集剤とフロック剤はどのくらい投入すべきですか？
投入量は水質固有のものであり、経験則ではなくジャーテストで決定します。凝集剤の投入量は通常フロック剤よりはるかに多く、ポリマーフロック剤は数mg/Lをかなり下回る量で機能することがよくあります。どちらも過剰投与は効果を逆転させます。凝集剤が多すぎると粒子の電荷が反転してコロイドが再安定化し、ポリマーが多すぎるとフロックが飽和して架橋が止まります。ジャーテストの最適値まで投与し、水源水に変化があった後は再テストしてください。
編集注記。 本記事は上下水処理の専門家向けの一般的な技術指針です。凝集剤およびフロック剤の選定、投入量、投入順序、pHは、お客様固有の水源水、設備、および排水または飲料水要件に依存し、お客様自身の水でのジャーテストにより検証する必要があります。購入するグレードは分析証明書（COA）に準拠します。本記事はいかなる製品についても飲料水（飲用）またはNSF適合を主張するものではありません。使用前にお客様の用途および管轄区域におけるグレードとその規制承認をご確認ください。これらの化学物質の多くは腐食性またはその他の危険性があります。取り扱い前に最新の安全データシート（SDS）を確認し、適切なPPEを使用してください。製品は工業用・専門用途のみに販売されます。本記事は医療、健康、または安全に関する主張を行うものではありません。RawSourceは明示または黙示を問わずいかなる保証も行わず、本情報の使用について一切の責任を負いません。