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研究テーマ
土木・社会基盤エネルギー・環境
学科の分類
工学部環境工学科

低濁度原水の薬注撹拌制御に関する研究

工学部

環境工学科

水代謝システム研究室

笠原伸介 教授

砂ろ過飲料水

近年、活性炭処理水など凝集性粒子をほとんど含まない低濁度水を対象にPACl注入を行い、急速砂ろ過を運用する事例が増加している。このような状況では、連続的に流入する凝集フロックではなく、突発的に流入する非凝集性粒子への対応を意図した運用、すなわち濁質捕捉効果の高いAl集積層をろ層内に速やかに形成することが重要と考えられる。 本研究では、急速ろ過層が有する固液分離の仕上げ機能を最大限に引き出すための凝集操作要件を明らかにするため、薬注後のGT値がAl集積層の形成と非凝集性粒子の阻止率に及ぼす影響を検討した。

実験方法

実験装置は有効容積6.6 Lの急速混和槽および直径7 cmのろ過筒より構成され、ろ過筒内部には有効径0.64 mm、均等係数1.4の珪砂をろ層厚10 cm、空隙率44.3 %で充填した。実験原水として本学水道水を用い、凝集剤としてPAClを薬注率0.5 ppmで注入後、種々の条件で急速撹拌を行った。急速撹拌後の水は直ちにろ過速度240 m/dでろ過筒に通水し、原水およびろ過水の微粒子数ならびにろ層内で発現した損失水頭をそれぞれ測定した。通水開始後1週間でろ過を打ち切り、ろ過筒内の珪砂を全て抜き取った後、珪砂表面に付着しているAl量をオキシン法により定量した。また、ろ過開始0、1、3、7、10日後に濃度10 mg/Lのカオリン懸濁液を一時間無薬注で添加し、ろ過水質が安定した時点の微粒子数に基づいて粒径別阻止率を算出した。

回転数可変式急速混和槽
ろ過実験装置

Alの回収および集積に必要な最低GT値と最適GT値

図1に、GT値とAl集積量および損失水頭の関係を示す。GT値が約30,000以下の領域では、GT値を高めると、Al集積量、損失水頭ともに増加し、加えたAlのろ材表面への捕捉量が増加した。また、GT値が約30,000~約60,000の領域では、Al集積量はGT値に関係なくほぼ等しかったが、損失水頭はGT値を高めると低下し、形成されるAl集積層の密度が上昇した。一方、GT値が約60,000以上の領域では、GT値を高めると、Al集積量は減少するとともに損失水頭は増加し、集積密度が低下した。このように、Al集積層の性状は薬注後のGT値に依存し、凝集剤として加えたAlの回収に必要な最低GT値と高密な集積層の形成に必要な最適GT値の存在することが示唆された。

図1 GT値とAl集積量および損失水頭の関係

非凝集性粒子の阻止挙動

図2に、非凝集性粒子の阻止率変化を示す。まず、粒径別に比較すると、大径粒子ほど全体的に速やかに高い阻止率が得られ、非凝集性微小粒子はろ層に捕捉され難い傾向が見られた。しかし、粒径5 μm以下であっても、GT値を63,900、すなわち高密なAl集積層が形成されるよう設定すると阻止率の上昇速度が大きく向上し、非凝集性粒子を除去する上でGT値の制御が重要であることが示唆された。

図2 非凝集性粒子の阻止率変化

論文

「低濁度原水の砂ろ過における薬注後の撹拌制御に関する研究」(2020)中川俊志『第54回日本水環境学会年会講演集』p.252.

「超低濁度水の砂ろ過におけるAl集積層の形成特性」(2019)中川俊志『令和元年度全国会議(水道研究発表会)講演集』p.330-331.

「超高塩基度PAClを用いた砂ろ過に及ぼす凝集撹拌条件の影響」(2019)中川俊志『第53回日本水環境学会年会講演集』p.514.

研究者INFO: 工学部 環境工学科 水代謝システム研究室 笠原伸介 教授

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藤井 秀司

液体の粉体化技術に基づく機能性材料の創出

コロイド次元に存在する高分子粒子は、接着・粘着、塗料分野においてフィルム形態にして広く利用されている。近年、高分子粒子の粒子径、粒子径分布、表面化学、形状のコントロール技術の発展の恩恵を受け、大きい比表面積、分散状態における適度な運動性を活かした粒子形態のままでの利用にも関心が集まり、学術、工業両分野において精力的に研究が進められている。さらに、コロイド次元にある高分子粒子は、粒子間力、界面自由エネルギー、媒体の流れを駆動力とする自己組織化、すなわち自律的方法によって省エネルギー型の機能性材料の創出を可能にし、現行の重力支配下におけるエネルギー消費型の材料創出、すなわち他律的方法を見直す機会を我々に与えてくれる。 発表者は、界面自由エネルギーを駆動力とする粒子の自律的な界面吸着現象に注目し、高分子粒子の気液分散体の安定化剤としての利用を提案している。これまでに、粒子径、単分散性、形状、表面化学を精密にデザインした機能性高分子粒子を使用し、高分子化学、界面コロイド化学を学術基盤として、高分子粒子によるアーマードバブル、リキッドマーブル(LM)、ドライリキッド等のソフト分散体の安定化、構造評価および安定性制御に関する基礎研究を推進している。粒子の素材として高分子材料を利用することで、無機材料では導入が困難である、多様性に富む刺激応答性、低温での変形能、成型性、フィルム形成能の導入が可能になり、ソフト分散体を基盤とする新規機能性材料の開発につながると考えている。本発表では、気中液滴型気液ソフト分散体であるLMについて、発表者らが取り組んできた研究について紹介させていただく。

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エンジン等の燃焼排ガスに含まれる「すす」を除去するには,多孔質セラミックのフィルタが用いらせますが,すすの蓄積とともに圧力損失が上昇します.  一方,静電集じん技術は,帯電させた微粒子を静電引力で気流から取り除くため圧力損失が極めて低いものの,導電性の高いすすの場合,再飛散しやすいという問題があります.  本申請技術は,コレクター部に誘電体を用いることで,フィルタレスで高効率に集塵を行い,同時に,誘電体上で低温プラズマによって酸化分解まで行うことが可能です.

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舩本 誠一

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小島 夏彦

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通信手段の多様化によるコミュニケーションの機会の増加は、他者との親密な関係を築く機会の増加であると同時に、対立を生み、人間関係の軋轢が生じる機会の増加であるともいえる。 従来、言語使用と人間関係の構築(維持、崩壊を含む)を取り扱うイン/ポライトネス研究は、「円滑なコミュニケーション」を前提とした「相手への配慮」に関心を置き、人を周縁化したり傷つけたりする相互行為には着目してこなかった。 本研究では「ママ友」のコミュニティを集団特性を持つコミュニティのひとつと見なし、相互行為者間の実質的・感情的利害の対立に由来する場面の分析を通して、集団内での他者の周縁化を考察する。

福原 和則

丘のある住まい

多くの世帯の生活の舞台となる「集合住宅」は自ずと大規模な開発になることが多く、まとまった豊かな環境を形成することが可能である。住まいとなる住棟の設計と合わせて、その広がりを生かした豊かなランドスケープデザインを展開することで、戸建て住宅地では成しえない環境を形成できる。

森内 隆代

イオン選択性電極

 金属イオンは、生体内で、水分調整や代謝などに大きく関与しています。当研究室では、社会の求める実用センサーを目指し、「目的のイオン・分子だけを認識・識別する認識化合物」を設計・合成しています。  そして、実際に用いられているイオン選択性電極としての性能評価や、センサー部の物性評価法の開発を行っています。

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