世界中のほぼ 60 億人の人々、主に発展途上国の人々が、家庭用や農業用に十分な量の無害な水を得るために日々奮闘しています。水媒介性疾患は発展途上国、特に精製水の供給が不十分な不健康な農村地域やスラム地域に住む貧しい人々の間で懸念の主な原因となっています。
全世界が水危機の危機に瀕しており、近い将来、状況は恐ろしいものになるでしょう。一方、淡水源も非常に急速に枯渇しています。このシナリオでは、水危機に対処するために、家庭、農業、および産業の起源からの廃水の処理が非常に重要です。
逆浸透、UV 浄化、緩速砂ろ過は、現在使用されている一般的な技術の 1 つです。ゆっくりとした砂の濾過は、操作するのに広い面積を必要とし、どこでも実行できるわけではありません。逆浸透は非常に人気のある技術で、主に家庭用に使用され、4 リットルの廃水を使用して 1 リットルの精製水を生成します。これは、廃棄物の割合が高いために水不足の問題を悪化させるだけなので、受け入れられません。また、発展途上国の農村部やスラム地域の恵まれない人々は、運用コストが高いため、これらの技術を購入する余裕がありません.
凝集は、不要な粒子を廃水から除去するための簡単ですが、非常に簡単で費用対効果の高いプロセスです。小規模（家庭用）または大規模（工業用）の水処理に使用できます。それは非常に少数の装置を必要とし、水の浪費は非常に最小限です。 3 wt% カオリン懸濁液は、すべての実験のモデル廃水として使用されます。これは、高さ４０ｃｍ、内径２ｃｍの栓付きメスシリンダー内で３ｇのカオリンを１００ｍｌの水道水に分散させることによって調製した。カオリンは非常に安定した水性懸濁液を形成し、消費者産業 (セラミック、セメント、塗料、紙フィラー、コーティング顔料、ゴム添加剤、および水性塗料とインクの増量剤など) は、廃水からのカオリン除去という重大な問題に直面しています。 .カオリン懸濁液の高い安定性は、負に帯電した小さな粒子サイズと異方性形状によるものです。
凝集剤の凝集効果は、懸濁媒体の pH やイオン強度など、多くの要因に依存します。凝集剤分子の濃度、流体力学的サイズ、コンフォメーション、および官能基。プロセス中に生成されるフロックのサイズと密度。以前の研究では、ポリ (ビニル アルコール) (PVA) (Mn 14,000) と Acacia nilotica ガム抽出物 (NG) は、カオリンを除去するための効率的で生分解性の凝集剤として機能します。 PVA を凝集剤として使用すると、カオリンの除去は非常に迅速に行われますが、上澄み水の透明度はあまり良くありません。
この調査では、NG をさまざまな組成の高加水分解グレードの PVA とブレンドして、懸濁液からカオリン粒子を分離するためのグリーンで効率的な凝集剤を生成します。フロキュレーションは、従来のジャー テスト法を使用して実行されました。 PVA と NG の 50:50 混合物 (PVA-NG55 ）を中性pH（7.0）でさまざまな濃度（9〜35 ppm）で使用して、最適な凝集剤の投与量を決定しました。 PVA と NG 分子の両方が、粘弾性の性質と、高分子の -OH および -COOH 基と粘土粒子の Si-OH 基の間の水素結合相互作用により、カオリン粒子に吸着されました。したがって、浮遊粒子は合体に近づき、重力下で沈降します。
沈降速度と上清の濁度の両方を考慮すると、25 ppm が最適な凝集量であることが観察されました (表 1)。凝集剤とカオリン懸濁液の両方のゼータ電位は負ですが、固体粒子に吸着する高分子の自然な傾向により、吸着の程度は凝集剤濃度の増加とともに増加します。すべての官能基がイオン化された形である可能性が高いため、水素結合も重要な役割を果たします。しかし、25ppm 以降では、凝集剤とコロイド粒子の間の強い反発相互作用により吸着度が低下し、凝集剤の投与量を増やした後でも沈降時間が長くなりました。
最適なブレンド組成は、異なる組成の PVA-NG ブレンドを使用して実験を行うことによって決定されます。 PVA-NG73 ブレンドの中で最高の結果を示しています。ここでは、還元粘度とゼータ電位の両方の値を調べることが不可欠です。ブレンドの減少した粘度は、ブレンド中の PVA の濃度の増加とともに増加します。純粋な NG のゼータ電位は pH 7.0 で -19.4 mV であり、PVA のゼータ電位は -0.095 mV であるため、ゼータ電位は NG 濃度の減少とともに徐々に減少します。したがって、高い流体力学的体積と低いゼータ電位値の両方が、PVA-NG55 から徐々に沈降プロセスを強化します。 PVA-NG73へ .それを超えると、これらの要因は定着率を説明できません。これは、水素結合を形成する能力が、PVA の -OH 基よりも NG の -COOH 基の方が大きいという事実による可能性があります。
PVA-NG73の凝集効率に対するpHの影響 ゼータ電位と流体力学的サイズに直接影響を与える可能性があるため、調査されました。効率は、凝集剤溶液の 1.0、2.0、4.0、7.0、9.0、および 10.0 の pH レベルで測定されました。 25mlのPVA-NG73を添加した場合 pH 1.0、2.0、4.0、7.0、9.0、および 10.0 を懸濁液に添加すると、培地の pH はそれぞれ 1.6、2.6、4.6、7.0、8.4、および 9.4 に変化しました。 PVA-NG73 ニュートラルおよび基本的な領域と比較して、より良い結果を示しています。ただし、pH 1.6 の代わりに、PVA-NG73 pH 2.6 で最良の結果が得られます。 PVA-NG73 のゼータ電位 pH 1.6 と 2.6 では、それぞれ +3.42 と +0.29 mV です。
PVA-NG73のこの高いゼータ電位値 pH 1.6 では、高い電位値が分子をねじって分子間の反発力を最小限に抑えるため、流体力学的体積が減少します。したがって、PVA-NG73 pH 2.6 で最良の結果が得られます。
調査は、NaCl、CaCl2 の存在下でも行われます。 、および FeCl3 . CaCl2 または FeCl3 添加すると、水和金属イオンがカオリン表面に吸着し、二重層電荷密度をゼロに近づけます。したがって、懸濁液は、凝集剤を添加する前にすでに不安定化されていました。 PVA-NG73 の場合 添加すると、すでに不安定化したカオリン粒子間に架橋が形成され、沈降速度が増加します。ただし、これは最大 0.03 M の濃度で発生します。 濃度が 0.03 M になると、立体的な安定化により沈降速度が遅くなります。 NaCl の不活性は、Na の電荷密度が低いためである可能性があります。
この研究は、PVA-NG が安価で効果的で環境に優しい凝集剤として使用できることを明らかにしました。 70:30 の PVA-NG ブレンドは、pH 2.6 で最良の結果を示します。この効率は、CaCl2 のいずれかを追加することによっても強化できます。 または FeCl3.
これらの調査結果は、プライ (ビニル アルコール) の生分解性凝集剤システムを使用した水性カオリン懸濁液の凝集と題する記事に記載されています。 この作業は、カルカッタ大学のタンビール ナシム、アビジット パル、アビジット バンディオパディヤイによって行われました。
