固形廃棄物に関する研究 : 塩水マットの濾過特性

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(1)正誤衷. i. i Contents. 1. 13 13. 5. 玉2. 玉9. 25. 15. 20. Ton−Excha薮ge. Abstract 1. lb・・ance・・. 5. condensed. 〃. 1. 〃. 5. reator phutharic. 9. i des呈reab三e. ld。、i，able. 〃. 10. i。、e魚1玉. i。、ef。l. 〃. 〃. 7. 〃. 8. 〃. 10. 〃. 13. 〃. 15. 〃. 6. 37. 〃 5 〃 5 〃 3. 46 51. 54. 左下7 右1 左1 聡図3 タイトルタイトル2行ξ1 タイトノレ 3行医韮. 〃 4行臼. 〃 Abstract 1. 〃 3 〃 3 〃 4. 右下9 右下12. 55. i. va王ve. 6. 騒. ih。u，. CQndenced. 〃. i. lb。王。。ces. VU三ve. 2. i. lIonEXChange. 4. 27. 45. lPh。t。ch。mi、。I l. 4. 〃. 誤. lTechni礒ue. 〃. タイトル Aわstract 1. 38. ihOur，. 陣. 〃. 右下13 27. Ar圭a. lTech且iqne Photochemicol. 〃. 『一… 正. 誤. 56. 畷撒 i. 57. were. had been. 58. i・was 1hight. ，which was. iMultichanell i. iwe「e i that c◎nta三鷺ed. heads. i、。，es. i両測. iAria i。h。m。、。9，。phy．. M蔑1tichannel l was i漁they・・細・・d. 5≦豊. i9・・ i. Area. estlmatlons. est三matlon. 左1 左5. are. was. 1〕αetal圭C. lneta1】ic. （2＞卓上. hy drogen. hydrogen. （1＞式の下. ca七hodid. cathodic. 右右下14 ．右下12. significance. sign三f三cances. obtained．. obtained. stafs. stays. 右下3. inev三tabUy. inev呈tably. 〃. appears. appear. symetrical. symmetr量cal. app ars 篇oher. appears. examinecl. exalY蒐ined. lnオrQdUCf玉on l i. 左下13 ，. 左・1. ㈹ 67. o由er. Ac勧ユ（・wledgemenU. l i. aUthOr expreSSeS hiS. authors express 言｝｝e玉r. 左13 i. 王incaly. linearly. of−l. of−！. 左下2i 左下追. i】ead. 弼翻. POHusions. 〃 25. 右下171 5さ≧. ＿i. pollutions. 左71. he三9ht. 正. prooves. P「oves. l7 i. 煎焼 founds. 破壊. B部＊. 締1i. foun（l. lchr・mat・graphy−. 68. 1。e、。1t，. 左4i. 69. 左20｛何れは. 何れの. 左29 左下10. 行なう. 行ない. 旨e，earch. 試料. 試験. 右下8 右下1. からの. および. 64，5ppnl. 事項をまとめる 1 64．5ppb. ハロゲン化炭水素. ！、ロゲンイヒ炭4ヒかく毒嚢. 20．1 PPIn. 20．lppb. 72. 右10. 起載. 記載. ？3. 左下11i. アルカリ水溶液と反応 . 1，e，。。ts. i；：：欝. i事撮とめる. ire・ea・ch・・. i146. 1136. iP・11・・i…. pollutiOns. iM。t。1i。. i. i ｝P。U。，三。。，. ｝。。由。r. …. 看3. ……………・・…・・. アルカリ水溶液の反応. 泓癇關を肖卿除. 75. 欄外. 徴粒子. ぷFaculty of Eng厩ering. s3. 拡散定政. ＊＊ Inst三tU之eg甲．．．．。。。e鱒．響叫9．. 84. 敵こ通して. 部に水を通して，. ＊Shuk艮ji…………. 87. 左下4 右2 左9. Lowa. iowa. ＊＊ Takeo MatSU捻O. 左10. Fech徽0烹ogy. pollutiOns. Commisso 右2 欄外下2 i Yokohana. Techno｝ogy Conlnlission. authors. s9. aRd thelr cQworkers. き多2. i，し。1，. were. i arbitarineSS. 1。，bit，ari。ess. i. 巳・． 9 ，， o ．．，. Me重alBc. laadh董sc・w・rker. lwas. K：. B部. iet。1。. l. 94 114. 下1 下2 右下8 布上9. ir. i i. 微粒子拡散定数. Yokoham＆. Berg Daisen. Berges Daisen. der LhlderO. （les L玉：1dero. 高山採集の. 高由植物の. 安山石では. 安山岩では.

(2) 74. 報文可川1髭III監【1＝II購III川iε1腱εII1川1川ll11．. 固形廃棄物に関する研究一塩水マッドの游過特性一横浜国立大学環境科学研究センター環境計測工学研究室. 佐藤誠・猪子正憲・松野武雄. Studies on the Solid Waste −Filtration Characteristics of Waste Mud一. Makoto Sato， Masanori Inoko， Takeo Matsuno. The equation of fi夏tration and particle size distribution of was乞e mud produce（l by brine purifica￡ion. process which was indispensable ln C12＿caustic electrolysis plant were determined， and the filtration characteristics were also discussed，. The equat1on of f三ltration on waste Inud hav量ng the composltion of magnesium hydroxide and calcium carbonate roughly corresponded to the collcentrated brine prepared through sea water con− version process was experime耽ally g1ven as follows at 60。C二（uμ）L42＝0．57・ゴ／）o・30・θ. where．V：volume of filtrate f1．： fi互tration area. 4P：filtrat二〇n pressure. O：time Froln above equation，出is waste mud was出ought heterogeneous and much compressible prec量pitates， and difficult in the operatlon of filセration and washing， too． Moreover， it was found that the filtra，. tion characterlst1cs was mainly depended on the properties and partlcle size distribution of magnesium hy（玉r（）xlde prec玉pitate．. 1．緒. 言. る過程において生成する塩水マッドを対象として取り. 上げ，その洌過特性と粒度分布を測定することを目的. 圃形廃棄物のうち各種製造工程で生成するマッドと. として実験を行なった。この理由は，廃棄にさいして. か，過去に捨てられた，いわゆるこヘドロこなどは，. 國／液分離を有効に行なうには牛寺に粒子の大きさ，そ. 適．．切な処理をしないと環境汚染につながってくる。そ. の形状，および粒度分布を知ることが極めて重要であ. こで，このような産業麗棄物処理操作としては，焼. るからである。. 却，沈殿・源過，浮選などが考えられる。この中，特に渉三i過処理を行なうにあたっては，これら二形廃棄物. の界面化学的諸性質を充分に知っておく必要がある。. 2．理. 論. 工業的源過方程式としては，いくつか知られている. 本研究では固形廃棄物として，特に海水淡水化Dで翻. が2），ここでは，次のような理論の組立てに基づいた. 生するかん水を隔膜法食塩電解用の原料として利用す. 式を用いることとした。. 2−1理論式の誘導＊昭和49年3月31日原稿受付. 工業的済過における浜過速度の一般式は次のように.

(3) 75 与えられている。. C昇）㌧・粥（・）を得・，. 脂一藷先……………・…………一・（・〉ここでここで. た：ケーキ質量のろ液量に撫する比例定数. 2ゴ塘。／12κ／αμ＝Bとおけば（1）式は. V：最初からθ時澗までに得られた汐液量. 窪一一．…一…一・……………一・………（・）. 4P：済材および済宰における全圧力降下の差. A：游過面積 ②式がいわゆる葬圧縮性沈澱物の游過方程式であ. κ＝済倖質量の済液量に対する比例定数. る。②式をθ＝0，V讐0として積分すると. μ：洒液の粘性係数. v「2漏ノ3θ ・。・一・・・・・・… 一一。・・・・・・・・・・・・… 一一・・一・。… ◆（3＞. g・：重力換算係数. となる。. 置：洗・1篶同旨数. 一ガ，厘縮性不均質沈澱物の場合を想定＊し，かつ. ∫：蕨縮指数. が過の比抵抗αが圧力損失JPcおよび流速に指数的. α：比抵抗. に鋤例すると仮定すると. ’〃，〃，たは実験的に決定する恒数である。. α一α〃。4∬㌔S・C藷〃…ア ……………・…・……イ4）. ここで非圧縮性沈澱物の場合ノ〃＝2，ノに！，圧縮性均質の場合〃’＝2，〃＝1−5，（0＜5〈0．85）圧縮性不. 均質の場合，ノ〃は一般に2より小さいとされている。. となる。. ここで」疏＝4・Pとおいて，（1）式に代入すると，. ．拶民話稀アー…・…一一◆…・・）. 3。実験方法 3−1装置 a）游過の実験. 樹式を0讐0，U＝0で積分すると. 恒圧游過実験装置を図1に示す。コトごレお. 孝踏）可一際艶・一・……一…（・・. 消過器：瀕過瀬積！9．63cm2のヌッチェ透戸f 制“：潰紙（第5種B） 14女. 鴇一，接〃＼蹄山川窺おくと. タンク：35Z（30cmx29．5cmx45cm）水槽撹挫；スリーワンモータ（トルク8）. 羽根’直径10cmの羽根2枚（7．5cm間隔）モータ. （気 ↑. コック. ②. 固定軸. マノメ. 水銀 1タ. ヨー. 三. ㌦汀. 」. 隔町h葱＝．＝＝：. ヨ『三工7＝曜’τ．. ㎝r. 受け器コック①. 真空ポンプへ. 炉液受け器. 水槽（恒温槽）. ヌッチェ炉紙. 図1慣圧1戸過実験装置＊湧材内で堆積した徴粒子が炉1液の流通により安定な位羅に移動することを考慮している。.

(4) 76. た後NaQHでpH三畷L8とし， Mg（OH）2の沈澱. b）粒度〃｝才巨. 粒度分布を測定するために鼓怖した光学顕微鏡は〔ニコンモデルE〕で，これに接写装置を付け，フィ. のみを懸濁するかん水とした。 3−4 実験：方法. ルムはSSS（フジ）を用い写冥撮影して求めた。. 3−4−！游過. 3−2 試料かん水. 実際の炉過工程にできるだけ近い条件で実験を行な. 演過および粒度分布の測定のため，使用したかん水. うため，上記3−3で作成した3種のかん水を60。Cで. は以下に記する3種類である。. 2時問撹回した伯：後に圧力を3GOnlln狂lg∼7201mnHg. （1）飽和食塩溶液中にCaCO3とMg（OH）2との沈. に穂々変化させ，・1践圧面過操作を行なった。また演過. 澱物を懸i濁しているかん水（以下1液という）. 操作の温度への依存性の有無を明らかにするため，1. （2＞飽和食郵1溶液中にCaCO3の沈澱物を懸濁してい. 液，二二および1曲物を！4。Cで作成し，沈澱闇汁後3. るかん水（以下且液という）. ∼4日経たものに対して同じく墨黒潭過操作を行なっ. （3）飽和食塩溶液中セこMg（OH）2の沈殿物を懸濁し. た。. ているかん水（以下1π液という）. 3−4−2粒度分布測定. 3−3試料の作成方法. 游過特性の結果を裏づける1つのデータとして利用. 1液：海水を炎水化で翻生する濃縮海水を威鼠講言華了. するために，i，1｛および厭液中に，それぞれ懸濁す. し，これに食塩を再飽和して｛畢られる飽和介嵯水中の. る粒子を光学顕微鏡’ゲ冥により粒度分布の測建を行な. Mg汁およびCa骨濃度が，中共塩を蒸留水に溶解さ. った。粒イ径としては定方向径を，また測定伯数は60. せて得られた飽和溶液中のM9→．…』およびCa什濃度. 。Cおよび14。Cの1液ではいずれも3（｝〔｝個， II液では. とほぼ等しい値を有していることから，以下に詑す方. 200個，m液では100《閲である。. 法で中共塩から1液に翻当するかん水を作成したQ中共塩約7．5kgを蒸留水25／に溶解した後，中一塩に付着していた泥等を第5種Bの沙紙を月．1いて2回汐三1過. 4．結. 果. 3種類のかん水の桓圧濁過における0とγおよび. 除去を行ない＊，ついでヒーターを用いてかん水を60。. 0とPの関係を両山鳥グラフで表わした。その結果，. Cとした後，Na2CO3およびNaOHをそれぞれ当量. 60。Cの場合を図2∼4，14。Cの易合を図5∼7に示. より，、やや過剰に加え＊＊，p｝111．8とし， CaCO3およ. し，それぞれのグラフの勾配から，’〃および・∼の顛. びMg（OH）2の沈澱を懸濁するかん水とした。. を求め，これらの殖からKの値を算出した。その結. H液＝市販試薬牲級食塩五を蒸留水に溶解して得た総. 果を表一2に示す。なお，瀕過方程式中の各単位1ま次. 和滑液に二一1中のCa＋．卜濃度6（）1mg／／に相当する. に派すとおりである。. Ca軽を市販1級試薬CaC12・2H20を添加し，60。C. 、／：〔cm3〕，！！：〔Cln2〕，」P＝〔k9／Cln2〕，0；〔min〕. にした後，市販！級試薬Na2CO3を’［γ1｝：よりやや過. また，粒肢分布についての測矩結果のうち，60。C. 剰に添加し，NaOHでpH≒U．8としてCaCO3の. におけるMg（OH）2， CaCO3および（CaCO3十Mg. みを懸濁するかん水とした。. （OH）2）をそれぞれ図8∼1Gに，14QCにおけるもの. 懸液：市版試張特級川目議を蒸留水に溶解して得た飽. を図U∼13に示す。. 和食塩踏液に表一1中のMg軸濃度894mg／♂に相当す. 衷一2. る市叛1級試薬MgClユ・6｝｛20を添加し，600Cにし反応潟度週期かん水の組威：. I i. 濃度. 310. 6G1. 数i〃∼ 〃 K. 係. 成分NaCl（9／∼）iCa軸（mg／りiMg曾（mg／∼） 894. 注）NaC1濃度は北絹野州索イオン検知管を絹いて浸漬法によりCヒの濃度を求め，それをもとに NaCl濃度とした。 Ca軽， Mg軒はキレート滴. 60。C. …. ！4。C. 〃・i〃 κ. I. 液. 1．42 0，30 ：0．57 ！1．57 ： 0．57 ．0．40. I. 液. 1．57 0．44 …2．77. 皿. 液. 1。52 ，0．15 iO．15 i2．！0 iO．43 10．004. 5．考. ；. ！．72 LOO i 118. 察. 楚法によって定量した。表一2に派された〃’，〃，κの値から次のことが判断＊なお中共塩より作成したかん水の組成を表一1に示す。＄＊. ｾ澱翻としてNa2CO3オδよびNaOHは当量よりやや過. 剰に添加する必要があり，反応終了後，Na・CO・0・008 N，NaOH O．01Nぐらいとする。. できる。. （1）鵬の値 60。Cにおける1，1およびIH液からそれぞれ得られた沈澱物は何れも〃併2であるから不.

(5) 77. ②. 200. 200. ノ ③ 重00. 三〇〇. ①．. △P二＝300朋111・lg. ②. △P・．7400認1冨1Hg. ③．. △P兀500m【目119. ④. ∠N1つ＝600π甘r塵1ヨ9. V二150cm（7）とき. ＼、. 3. 、. 倭. 葦. 歪. 偽. 偽. 10. 10. ①一駕. る △ ＼. 8. ②. 口. 1. 1 10 . 50 100 200. v（cm）. 100 300 500700. △P（mHtH畠）. 恒圧游過におけるVとθの関係・i亨1旺湧過における」Pと0の関係 1 液. 図一2CaCO3＋Mg（OH）260。 C. 100. 10G （工）／NI）聯300r1＝旧匿一ig ∠：、iつ＝50011と［聖蓬一lg. ③♪ △P＝72G制打蓄正．ig. 3 蓋恥. ①②. 〃③. ノ. 竃. 、Q. 8、. 10. _. q＼（礼. 偽. 10. Q 1. 1. 10 30 50 70. 1. 100 300 500700. V（し’m二）×102．. △P（汀1旧Hg）. 顛圧濟過におけるVと0の関係. 恒圧演過における4Pと0の関係. H 液図一3 CaC（）3 60。 C.

(6) 78. ① 200. 膨②. 200. z. 100. メ. 書 ε. ①. △P謹300m田Hg. ② ③. △P二400m曜Hg ノ. ④. △P＝720mn垂Hg 。／. 10G. V＝150cm｝のとき. △P＝600m隣Hg 禽. 8. ノ. 偽. 鴨. ノ. 10. ユ0. o む ④ ×. 1. 10. ③. 1 50 100 200 400 600’. V（c買の. 恒圧涙過におけるUとθの関係. 工00 300 500 700. △P（frl醒Hg）. 蜘圧炉過におけるJPと0の関係. 皿液. 図一4Mg（OH）2. 60。C. 14℃ 200. 勝. 100. 雛＝ll 野拶. V漏160廉のとき 200. 100. ㌔》％ ’（＼. ③△P二60伽Hgρ. 信 ε. 倭 ε. ．偽. 鳥. 10. 10. 婁. 1 10 100 200 300. 1 10G 300 500 700. v（し‘1凱）. △P（mmHg）. 恒圧消過におけるUと0の関係. 恒圧半過における4Pとθの関係. 1 液. 図一5CaCO3＋Mg（OH）2. ！40C.

(7) 79. 200. 200. 轟、 V＝2000c酵のとき 100. 100. 倭. 3 偽. ＼o. ①. △F＝200m醗韮｛g. ②. △P冨250m皿Hg. ③. △P置300mmHg. ④. △P躍400冊mHg. o o. ⑤. △P罵600mmHg. ⑥. △P麗720m馴Hg. 信 ε. o. O. 偽. 10. 10. 8. ’. △ 〉（. 1. 1. 100. 工00. 500 1000 2000 3000. 300 500 700 △P（旧mHg＞. V（cn1ウ. 恒圧游過におけるVとθの関係. 恒肥炉過における4Pとθの関係. 皿液図一6CaCO3！4Q C. 300. 300. 200. 200. ℃. ＼O O. ＼ o＼ ○. エ00. 100. 老ノ翁. 3. ／ム. ξ. ε 偽. 10. ザ. 10. ①. △P＝300mmHg. ②. △P＝400鵬皿Hg. ③. △P＝500mml遷g. ④. △P嵩600mmHg. ⑤. △P罵720m吊Hg. 1 100 300 500 700. 1 100 300 500 700. v（c耐）. △P（m醗Hg）. 恒圧済過におけるVとθの関係. 恒圧洒過における4Pとθの関係. 皿液図一アMg（OH）214。 C.

(8) 80. ％ 30. ％. 30. 20. ％. 30. 20 轟lg（Ol．伽60℃ 鰹黛. 慧憲. CaCO3 60℃. 10. 10. 0. 1 2. 3 （μ｝ 0. 粒．∫㌦径. 衰. 0. 1 2. 3（μ） 0. 粒予径. 40. ％ 40. ％ 40. 30. 30. 30. M9（OH♪ビ 14℃. 慧20. ・・Cα14℃餐，。. 翌. o 2. 1. CaCOI；．踏lg（0卜D2 14℃. 10. ⑪. u. 3 （μ）. 粒子径. ・滋20. 10. 10. 1 2. 図10. 図9. 図8. ％. CaCO7毫『了一きlgモ0正｛｝2 60．C. 正0. 0. 0. 靱20. 3 （μ） 0. 図月. 1 2. 粒子径. 図12. 均質な沈澱物であることを示している。ここでCaCO3. 0 3 （μ） O. 1 2 粒∫・径. 3 （μ）. 図13. は60。Cで反応させた粒子径よりかなり小さい（図8. とMg（OH）2の混合沈澱物がその各々の単独成分よ. と11の比較）。この場合，より小さい微粒子は，濟過. りもさらに不均質であることは，粒度分布山線（柱状. 厭が加わると，CaCO3の比較的糧い粒子間の空隙に. 分布）を求めることによって定性的に裏付けされた. 割合多く入りこみ，その空聞率を滅少させると考えら. （図8∼13）。すなわち，Mg（OH）2粒子は極めて微. れる。Mg（OH）2粒子の大きさについては，日根氏3）. 細な粒子（図8）であり，CaCO3粒IFは比較的大き. のX線的研究によれば，厚さ70A，藏径560Aとい. く（隈9），その両者の混含沈澱物の粒子径（図10）. う大きさの結晶粒の集舎であることが知られている。. は，さらに不均質になるものと考えられる。また，混. このような粒子はコロイド的特性をもち，凝集しやす. 合沈澱物では，Mg（OH）2粒子とCaCO3粒子が合体. い。本研究の顕微鏡観察による翅内外の粒子（図8）. する傾向があり，このため一層不均質の度合を深める. も上記のような結島粒の凝集体であり，その挙動はコ. ものと考えられる。. ロィiご的性質を示し，不安定なものであることが想像. また，14。Cの場合も全体的傾向は，60。 Cの場合と. される。. あまり変わらないG翼l11∼13）。. （3＞Kの／直はCaCO3沈澱物が非常に大きく，極め. （2）nの値ノzは1よりはるかに小さいので各沈澱. て炉過レやすいことを示している。一方Mg（OH）2に. 物とも相当圧縮性である。とりわけMg（OH）2と〔Ca. ついては，上述したような性質があり，Kの値も極め. CO3十Mg（OH）2〕では，顕著である。さらに，表1の. て小さいことから游過が困難であると言える。混合沈. 組成からみて，生成する沈澱物（CaCO3対Mg（OH）2）. 澱物のκの値も，Mg（OH）2沈殿物とあまり変わら. の重量比は，大体3対4であり，混合沈澱物の圧縮性. ず，その消過の困難さは，圧縮性の度合も考慮に入れ. は主として，Mg（OH）2の縛性に依存していると思わ. て，ほとんどがMg（OH）2の特性に依存していると. れる。なお14。Cのとき，その傾向は顕著であるが，. 言える。各種沈澱物の消過特性の比較（図14）から混. これは次のような漂因と考えられる。圧縮性潭津とは. 合沈澱物の沸過が困難なこと，および，その原因が. その空間率が潭過圧力によって影響を受け変化する洒. Mg（OH）2沈澱物の特性によるものであることが一見. 倖であるが，14。Cで反応させたMg（OH）2の粒子径. してわかる。かって，工場で測定された嵐水マッド3｝.

(9) 81. ①③. 4. ①CaCO3÷Mg（OH）2. 102. （王液〉. △P−400阻mHg. 〃. ② CaCO3. （II液）. ② △P螢300鶴mHg. ③嚢lg（OH）2 ／. 〃. 3 ε. △P薫4000鋤田Hg. ／. ・〃. 偽. ／. ／. 10. （11腋）. ／. ／ o 1. 10. 102. 101. 10：二. V、c踏：㌧. 図一14炉過特性の比較（黒鉛粒子を含む）に対しては，〃に！．92，π漏0．44，. の瀾定結果から定性的に裏付けされた。. K篇0。26となっている。しかし本実験で行なったよう. （5）反応・濁過温度の影響は，60。Cの方が14。Cに比. 汚。黒鉛粒子を金然含まない塩水マッド（金属陽極を使. べ粘度が小さく，また粒子径も大きいため，游過は. 絹するために，黒鉛を含まない）の演過特姓と比べた. 比較的容易である。. とぎ，それ程の麓はみられなかった。. 6．結論｛1）塩水マッドの60。Cにおける潭過方程式は，. CX）㌦・57・・一θ. （6）塊水マッドを廃棄するには附着するアルカリ分と. か食塩を除去する必要がある。そのためには洗溝が普通行なわれるが，洗灘効果は消過特性からアナロジーできる。. （7）CaCO3とMg（OH）2の沈澱物を主体とする塩水マッドはその麗棄にあたり，瀕過および洗瀞が非常. となった。. にやりずらい物質であることがわかる。そこで，適. ！2）得られた瀕過方程式から判断すると，この塊水マ. 当な凝集剤とか洒過助剤などの併用が望ましい。. ッドは不均質であり，圧縮性が大きく演過が困難で. 文献. ある。. 1）石坂＝ソーダと塩素 20，3（1969）. （3）これらの特性は，主としてMg（OH）2の特性に. 2）内田ほか，化学工学〔丸善〕. 依存するものである。. 3）ソーダ工業ポケットブック（昭和35年）. （4）前項（2＞および（3）の結論は，顕微鏡による粒度分布.

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