水処理薬品: 安全な水を浄化するための完全ガイド

必須の水処理薬品とその用途

水処理は、汚染物質を除去し、病原菌を殺し、安全な消費を確保するために特定の化学物質に依存します。主なカテゴリには以下が含まれます： 消毒剤（塩素、クロラミン、オゾン）、凝固剤（ミョウバン、塩化第二鉄）、pH調整剤（石灰、苛性ソーダ）、濾過助剤（活性炭、ポリマー） 。適切な化学物質の選択は、水源の質、処理目標、規制要件によって異なります。

都市の水道システムでは通常、いくつかの化学処理を組み合わせたマルチバリアアプローチが使用されますが、住宅用途では基本的な消毒のみが必要な場合があります。それぞれの化学物質の機能、適切な投与量、安全性への考慮事項を理解することで、新たな健康リスクを生み出すことなく効果的な水の浄化が保証されます。

病原体制御のための消毒用化学物質

塩素系消毒剤

塩素は依然として世界で最も広く使用されている水消毒剤であり、塩素ガス (Cl₂)、次亜塩素酸ナトリウム (液体漂白剤)、次亜塩素酸カルシウム (粉末) の 3 つの主な形態で入手できます。 飲料水の有効塩素濃度は 0.2 ～ 1.0 mg/L です。 、30 分の接触時間で 99.9% の病原体除去を保証します。

次亜塩素酸ナトリウム溶液 (濃度 5 ～ 15%) は、塩素ガスよりも安全に取り扱うことができ、同様の消毒結果が得られます。 10,000 ガロンのプールの場合、約 3～4オンスの12.5%次亜塩素酸ナトリウムが適切な塩素レベルを維持します 。しかし、塩素は有機物と反応するとトリハロメタンなどの消毒副産物（DBP）を生成するため、一部の施設では代替手段の検討が求められています。

クロラミンと代替消毒剤

クロラミン (塩素とアンモニアを組み合わせて生成) は、配電システム内で長期にわたる残留保護を提供し、 塩素単独よりも消毒副生成物が少ない 。現在、米国の水道施設の 30% 以上が二次消毒剤としてクロラミンを使用していますが、味や臭いの問題を避けるために、アンモニアと塩素の比率 (通常 1:4 ～ 1:5) を注意深く設定する必要があります。

オゾン (O₃) は優れた酸化力を持ち、化学残留物を残さないため、ボトル入りウォーターの製造に最適です。 UV 放射は化学薬品を使用せずに消毒を行いますが、事前の濾過が必要で、残留保護はありません。各方法は、水質、処理規模、規制要件に基づいて、さまざまな用途に適しています。

凝固剤および凝集剤

一次凝固剤

凝集剤は浮遊粒子の電荷を中和し、粒子を凝集させて除去しやすくします。硫酸アルミニウム (ミョウバン) は最も一般的な凝固剤であり、典型的な投与量は次のとおりです。 濁度レベルに応じて 10 ～ 50 mg/L 。塩化第二鉄と硫酸第二鉄は、ミョウバンの最適範囲である 6 ～ 8 と比較して、より広い pH 範囲 (4 ～ 11) で効果的に作用します。

高分子凝集剤

合成ポリマーは、一次凝固剤の後に添加すると、フロックの形成と沈降速度を高めます。カチオン性ポリマーは負に帯電した粒子に最もよく作用し、アニオン性ポリマーは正に帯電した汚染物質に適します。 ポリマーの投与量は通常、0.1 ～ 2.0 mg/L の範囲です。 、一次凝集剤よりも大幅に低く、化学薬品コストと汚泥量を最大 30% 削減します。

pH調整とアルカリ度コントロール

適切な pH レベル (飲料水の場合は通常 6.5 ～ 8.5) を維持することで、化学処理の効率が確保され、パイプの腐食が防止されます。石灰 (水酸化カルシウム) とソーダ灰 (炭酸ナトリウム) は酸性水では pH を上げますが、硫酸または二酸化炭素はアルカリ性条件で pH を下げます。 pH 6.5 未満の腐食性水はパイプから鉛を浸出させ、米国の最大 1,000 万世帯に影響を与える可能性があります。 .

苛性ソーダ (水酸化ナトリウム) は迅速な pH 調整を行いますが、腐食性があるため慎重な取り扱いが必要です。硬水を軟水化する場合、石灰の添加は次の式に従います。 必要な石灰 (mg/L) = 1.4 × 総硬度 (CaCO₃ としての mg/L) 。自動化された pH 制御システムは、一貫した処理パフォーマンスに不可欠な最適レベルを ±0.1 pH 単位以内に維持します。

活性炭と吸着媒体

活性炭は有機化合物、塩素、味、臭いを吸着により除去します。粒状活性炭 (GAC) ベッドは交換が必要になるまで 6 ～ 24 か月持続しますが、粉末活性炭 (PAC) は季節の味や匂いの問題に柔軟に対応できます。 GAC は、適切なサイズであれば、塩素および有機汚染物質の 90% 以上を除去できます。 、典型的な接触時間は 10 ～ 20 分です。

炭素の選択は対象となる汚染物質によって異なります。ヤシ殻炭素は塩素などの小さな分子の除去に優れていますが、石炭ベースの炭素はより大きな有機化合物をより効果的に処理します。イオン交換樹脂のような特殊な媒体は、特定のイオン (硝酸塩、ヒ素、硬度) をターゲットとするため、ベッド容量 300 ～ 3,000 ごとに塩または酸溶液による再生が必要です。

特殊処理薬品

腐食防止剤およびスケール防止剤

オルトリン酸塩およびポリリン酸塩化合物は、パイプの腐食や鉱物スケールの付着を防ぎます。オルトリン酸亜鉛はパイプ内部に保護膜を形成し、鉛と銅の浸出を軽減します。 流通システムで 50 ～ 90% 。過剰なリン酸塩の排出を避けながらリン酸塩バランスの腐食を制御するための典型的な投与量は 0.5 ～ 3.0 mg/L です。

フッ素化化学薬品

フルオロケイ酸、フッ化ナトリウム、およびフルオロケイ酸ナトリウムは、虫歯を防ぐためにフッ化物を添加します。 CDC が推奨しているのは、 フッ素濃度0.7mg/L 地域の水道システムでは、歯の利点を維持しながらフッ素症のリスクを最小限に抑えるために、以前の 0.7 ～ 1.2 mg/L の範囲から下げました。 2 億 1,100 万人にサービスを提供する米国の地域水道システムの 73% 以上にフッ化物が添加されています。

殺藻剤と酸化剤

硫酸銅は 0.1 ～ 1.0 mg/L の濃度で貯水池内の藻類を制御しますが、環境上の懸念によりその使用は制限されています。過マンガン酸カリウムは、ある程度の消毒を行いながら、鉄、マンガン、硫化水素を酸化します。過酸化水素と UV またはオゾンを組み合わせた高度な酸化プロセスにより、医薬品や内分泌かく乱物質を効果的に破壊します。 95%を超える除去率 .

化学物質の選択基準と考慮事項

適切な水処理薬品を選択するには、包括的な試験を通じて原水の品質を分析する必要があります。主要なパラメータには、濁度、pH、アルカリ度、硬度、鉄、マンガン、総溶解固形分、および微生物含有量が含まれます。あ ジャーテスト 治療プロセスをシミュレーションし、本格的な導入前に最適な凝固剤の種類と投与量を決定します。

経済的要因は化学物質の選択に大きく影響します。

• 輸送と保管を含むポンドまたはガロンあたりの化学薬品コスト
• 注入効率（実際に必要な化学物質と理論上の要件）
• 凝集プロセスからの汚泥の処理および処分コスト
• 化学物質の保管、供給、監視のための機器要件
• 規制遵守コストと報告要件

環境影響評価には、副産物の形成、排出許可の制限、および長期的な生態系への影響が含まれます。施設では、汚泥の生成を最小限に抑え、処理残留物中の残留汚染物質を回避する化学薬品がますます好まれています。

安全な取り扱いと保管のプロトコル

ストレージ要件

水処理化学薬品は、有効性を維持し危険を防ぐために特定の保管条件が必要です。塩素ガスには、漏れ検出システムと緊急スクラバーを備えた、換気された独立した建物が必要です。液体化学薬品には二次封じ込め保持が必要 最大タンク容積の110% 流出やタンク故障時の環境への放出を防止します。

温度制御により化学薬品の保存寿命が延長されます。次亜塩素酸ナトリウムは、70°F と比較して 90°F では 50% 早く分解し、暖かい条件下では毎月 2 ～ 4% の有効塩素が失われます。先入れ先出し (FIFO) 原則を使用した適切な在庫ローテーションにより、処理効果を損なう劣化した化学物質の使用を防ぎます。

個人用保護具と安全性

オペレーターは、濃縮化学物質を取り扱う場合、適切な PPE を着用する必要があります。

• 耐薬品性手袋 (化学物質に応じてニトリル、ネオプレン、または PVC)
• 飛沫防止のための安全ゴーグルまたはフェイスシールド
• 腐食性物質を扱うための耐酸性のエプロンまたはスーツ
• 塩素ガスまたは揮発性化学物質を扱うときの呼吸器の保護
• 化学薬品取り扱いエリアから 10 秒以内にある緊急洗眼ステーション

適切な手順なしに化学物質を決して混合しないでください。塩素と酸を組み合わせると致死性の塩素ガスが発生し、塩素とアンモニアを適切な比率で混合しないと有毒なクロラミン蒸気が発生します。安全データシート (SDS) は、危険性、応急処置、流出時の対応手順を詳述したすべての化学物質についてアクセスできる状態にしておく必要があります。

モニタリングと投与量管理

化学薬品を正確に投与することで、処理不足 (不適切な病原体除去) や過剰処理 (規制違反、味の問題、化学薬品の無駄) を防ぎます。最新の施設では、残留塩素、pH、濁度、流量を測定するリアルタイム センサーを備えた自動システムが使用されています。 比例投与システムは水流に基づいて化学物質の供給量を自動的に調整します 、需要の変動にもかかわらず一貫した治療を維持します。

定期的な校正により測定精度が保証されます。塩素分析装置は DPD 比色標準を使用した毎週の検証が必要ですが、pH プローブは緩衝液を使用した毎月の校正が必要です。原水の水質は降雨量、気温、流域の活動によって季節によって変化するため、事業者は四半期ごとにジャーテストを実施して最適な凝固剤の投与量を検証する必要があります。

重要な監視ポイントには次のものが含まれます。

1. 薬剤添加前の原水特性
2. 適切な混合を検証するための化学薬品注入ポイント
3. 目標パラメータが満たされていることを確認する処理後のサンプル
4. 残留保護が維持されていることを確認する配電システムのサンプル

規制遵守と文書化

安全飲料水法 (SDWA) は、化学物質の使用を規定する最大汚染レベル (MCL) と処理技術要件を定めています。公共水道システムは維持しなければなりません 毎月配布されるサンプルの 95% から消毒剤の残留が検出可能 、顧客の蛇口での残留塩素は通常 0.2 ～ 2.0 mg/L です。

NSF/ANSI 標準 60 認証により、水処理化学物質が有害な汚染物質を導入しないことが保証されます。非認定製品には健康上の基準を超える不純物が含まれている可能性があるため、NSF 認定の化学物質のみを飲料水と接触させてください。オペレーターは、化学薬品の配送、毎日の使用状況を文書化し、規制検査やコンプライアンス報告のために処理記録を維持する必要があります。

消毒副産物の規則により、総トリハロメタンは次のように制限されます。 80μg/L ハロ酢酸と 60μg/L 年間の移動平均として。これらの制限を超えるシステムでは、処理プロセスを変更する必要があり、場合によっては塩素からクロラミンに切り替えたり、凝固を調整して有機前駆物質を除去したり、GAC 濾過を設置したりする必要があります。違反がある場合は、指定された期間内に公に通知し、是正措置計画を規制当局に提出する必要があります。

新興テクノロジーと将来のトレンド

UV 光と過酸化水素またはオゾンを組み合わせた高度な酸化プロセス (AOP) は、従来の化学物質では除去できない汚染物質を破壊します。これらのシステムは、PFAS (パーフルオロアルキル物質およびポリフルオロアルキル物質) などの新たな汚染物質を効果的に処理します。 特定の化合物の除去率が 99% を超える ただし、資本コストは依然として従来の治療法に比べて 2 ～ 3 倍高くなります。

電気化学的消毒により、現場で塩溶液から酸化剤が生成され、危険な化学薬品の輸送と保管が不要になります。混合酸化剤システムは塩素、オゾン、過酸化水素を同時に生成し、DBP の生成を抑えて消毒を実現します。 100 ～ 5,000 人にサービスを提供する小規模システムでは、オンサイト生成のメリットが最も大きく、納品される化学物質と比較して運用コストが 20 ～ 40% 削減されます。

グリーンケミストリーへの取り組みは、最適化された処理トレインと代替プロセスを通じて化学物質の使用量を削減することに重点を置いています。膜濾過 (限外濾過、ナノ濾過、逆浸透) は、化学物質を添加せずに病原体や汚染物質を除去する物理的バリアを提供しますが、エネルギー集約的なポンプ輸送と定期的な化学洗浄が必要です。膜と最小限の化学前処理を組み合わせたハイブリッド システムは、持続可能な水処理の未来を表し、ますます厳しくなる水質基準を満たしながら化学物質の消費量を削減します。