JP2006130458A - 汚水中の浮遊微粒子を沈澱させる凝集剤及び凝集方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 凝集剤、特に有機高分子凝集剤の最少の使用量で、迅速に、かつ再現性があり、明確な沈殿物を形成させるための凝集剤及び及凝集方法を提供する。
【解決手段】 汚水中の浮遊微粒子を沈澱させる凝集剤であって、凝集剤と凝集補助剤であるガラス粉末とを混合して凝集沈澱作用を促進することを特徴とする汚水中の浮遊微粒子を沈澱させる凝集剤及び汚水中の浮遊微粒子を沈澱させる凝集方法であって、凝集剤と凝集補助剤であるガラス粉末とを事前に混合した後、汚水中に挿入し、ガラス粉末を核として凝集沈澱作用を促進させることを特徴とする汚水中の浮遊微粒子の沈澱させる凝集方法。

Description

本発明は、凝集剤、特に高分子系凝集剤の凝集作用を促進し、汚水の浄化作用を迅速、簡易化する凝集剤及び凝集方法に関する。

汚水浄化には様々な方法がある。活性汚泥法は普遍的に広く用いられているが、特殊な用途、すなわち工業的用途に介された汚水には様々なものが含まれており、微生物の働きでは完全分解が不能なものもある。
この場合には、無機および有機凝集剤を汚水に添加して沈澱を作り、除去する方法が用いられている。

汚水には、物質が水に溶解しているものと、物質が溶解せずに大きな粒子として存在しているものとがあり、通常はこれらが混合している。特に、有機高分子凝集剤は後者を対象としている。前者の中でもリン酸は無機凝集剤で除く事が出来る。

大きな粒子が沈澱せずに水に浮遊しているのは、１）粒子は静電気的な力のため、お互いに反発しあって凝集しないため、あるいは２）粒子の比重が水溶液と同等である場合がある。
１）に対応する凝集剤には、カチオンあるいはアニオン系凝集剤が、また２）に対応するものには、両性の凝集剤がある。１）の場合には、反対の電荷を持った凝集剤を入れることで、その回りに粒子を凝集させ、粒子を大きくし沈澱を促進する。沈澱を形成する力は弱い分子間結合力（ファンデルワース力）である。

凝集剤には無機系と有機系がある。無機系凝集剤には、ゼオライト、塩化第二鉄、硫酸バン土、ポリ塩化アルミニウム（PAC）等がある。しかしながら、溶解性の有機物質の除去は出来ない。
この場合には、アクリルアミドのような有機高分子凝集剤があり、これを用いると、有機物質の除去は効果的に行なうことが出来る。

しかしながら、有機高分子凝集剤の沈澱は、注意が必要である。１）凝集剤は水に難溶であるため、高分子（ポリマー）が十分吸水するまで、根気良く混合する必要があったり（通常１０〜３０分の継続的な撹拌）、２）対象水溶液が十分な水分があること（８０％以上）、３）効果を発揮するための添加量が微妙に決定されること（水質によって異なる）、また４）形成された沈澱は柔らかく、スラリー状になるため、撹拌し過ぎると逆に沈澱が生じ難くなったりするからである。

さらに、５）混合の具合によっては沈澱に空気の泡が包埋されて、沈澱せずに逆転して水に浮く場合もある。通常は一夜静置することで、徐々に沈澱するが、取り扱いには格段の注意が必要であり、最初の手法を間違えると全く沈澱を形成しない場合があった。
また、有機高分子凝集剤は高価であり、処方を間違えて添加量が多くなるケースも頻繁に起り、不経済であった。

本発明の目的は、凝集剤、特に有機高分子凝集剤の最少の使用量で、迅速に、かつ再現性があり、明確な沈殿物を形成させるための凝集剤及び及凝集方法を提供することである。

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、微細なガラス粉末を凝集剤と共に添加することにより、上記の問題を解決できるとの知見を得た。
本発明は、この知見に基づいて、
１）汚水中の浮遊微粒子を沈澱させる凝集剤であって、凝集剤と凝集補助剤であるガラス粉末とを混合して凝集沈澱作用を促進することを特徴とする汚水中の浮遊微粒子を沈澱させる凝集剤
２）日本工業規格の使用済み壜を原料とし、粒径１０μｍ以下に破砕したガラス粉末であることを特徴とする上記１）記載の凝集剤
３）凝集剤がアクリルアミド系の高分子凝集剤であり、アニオン、カチオン又は両性であることを特徴とする上記１）又は２）記載の凝集剤
４）ガラス粉末と凝集剤の混合比が１０：１〜３０：１（重量比）であることを特徴とする上記１）〜３）のいずれかに記載の凝集剤
５）ガラス粉末の粒径が１〜１０μｍであることを特徴とする上記１）〜４）のいずれかに記載の凝集剤
を提供する。

また、本発明は、
６）汚水中の浮遊微粒子を沈澱させる凝集方法であって、凝集剤と凝集補助剤であるガラス粉末とを事前に混合した後、汚水中に挿入し、ガラス粉末を核として凝集沈澱作用を促進させることを特徴とする汚水中の浮遊微粒子の沈澱させる凝集方法
７）日本工業規格の使用済み壜を原料とし、粒径１０μｍ以下に破砕したガラス粉末を用いることを特徴とする上記６）記載の凝集方法
８）凝集剤としてアクリルアミド系の高分子凝集剤を使用し、処理すべき汚水の性質に応じてアニオン、カチオン又は両性の凝集剤を用いることを特徴とする上記６）又は７）記載の凝集方法
９）ガラス粉末と凝集剤の混合比を１０：１〜３０：１（重量比）の範囲で調製することを特徴とする上記６）〜８）のいずれかに記載の凝集方法
１０）ガラス粉末の粒径を１〜１０μｍの範囲で調製することを特徴とする上記６）〜９）のいずれかに記載の凝集方法
を提供する。

本発明の有機高分子凝集剤の補助剤として微細なガラス粉末を添加することで、凝集剤の使用量を最小限にし、凝集沈澱がガラス粉末を核として形成されるため、沈澱が速やかに起り、沈澱が固く、水と沈澱物の分離が効果的に起るという優れた効果を有する。

本発明者は、鋭意検討した結果、ガラス粉末と凝集剤、特に有機高分子凝集剤と事前に混合することで、凝集作用を促進する抜群の性能を持つことを突き止めた。
原料としてのガラス粉末は、産業廃棄物である瓶の破砕粉末を用いることが出来るため、ガラス粉末の効果的なリサイクルにも貢献する。
また、瓶ガラスはソーダ石灰ガラスであり、主としてケイ酸塩から成り、標準成分は、Na₂Ca(SiO_2.4)₅と表わせる。従って、鉛は使用されていないことと、成分は天然に存在するため、使用後に廃棄する場合に、ガラス自体は環境を汚染することはないという耐環境性にも優れている。

ガラス粉末は、産業廃棄物を利用する場合、使用された瓶などを粗く粉砕し、瓶のラベルなど紙を分離したものを、ローラー等で微細に粉砕し、目の細かいメッシュで篩って得られる粒径１〜１０μｍ程度のものが効果的であり、凝集効果がある。

次に、本発明の実施例及び比較例について説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明の理解を容易にするためのものであって、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想に基づく、他の例又は変形は、当然本発明に包含されるものである。

（実施例１）
［凝集補助剤の至適添加量］
市販のカチオン系高分子凝集剤および両性高分子凝集剤を用いて、凝集補助剤の至適添加量を求めた。汚水は、肉牛糞尿の爆気処理液を用いた。
一般に、牛舎内に排泄された糞尿を敷き藁に吸収させ、これを回収後、堆肥原料として発酵させられるが、堆積中に自重および雨水等によって、自然に流出する液体を集めたものを原料とする。約１ヶ月爆気のみで活性汚泥を形成させ、浄化した液体を爆気処理液という。
まず、K^＋、（CH₂CHOONa）m、H₂O, (CH₂CHCONH₂), SO₄ ^2-、 AL³⁺の混合物（凝集剤A）である有機高分子凝集剤を用いて至適添加量を検索した。

牛糞尿爆気処理液は、BOD（生物化学的酸素要求量）が約60ppmであり、COD（化学的酸素要求量）が55ppmであった。凝集剤を単独で用いた場合の至適添加量は、0.05重量％であった（表１）。
従って、この添加量に対し、ガラス粉末の至適添加量を求めると、0.2重量％であった。すなわち、重量比が、凝集剤１に対し、ガラス粉末が４の場合に最も良く沈澱を形成することが判明した。
また、表１から明らかなように、凝集剤Aのみの場合、0.04重量%では凝集が起こらず、0.05〜0.1重量%でも凝集は起こったが、沈殿形成が不十分であった。一方、0.05重量%の凝集剤の場合において、ガラス粉末を添加したものでは、0.05重量%、0.1重量%ガラス添加の場合では不十分であるのものの沈殿形成があり、0.2重量%、0.4重量%ガラス添加において沈殿形成が速やかに起こっているのが確認できた。

次に、別の両性高分子凝集剤、アクリルアミドとカチオンモノマー（4級アンモニウム塩のエチルアクリレートまたはエチルメタクリレート）とアクリル酸ソーダの共重合物（凝集剤B）を用いて、同様の検索を行なった。その結果、表１に示す通り、凝集剤の至適添加量は、同様に0.05重量％であり、ガラス粉末の添加量は0.5重量％、すなわち、重量比で、凝集剤１に対し、ガラス粉末が１０の場合に最も良く沈澱を形成することが判明した。
また、表１から明らかなように、凝集剤Bのみの場合、0.0１重量%、0.025重量%では凝集が起こらず、0.05〜0.075重量%でも凝集は起こったが、沈殿形成が不十分であった。一方、0.05重量%の凝集剤の場合において、ガラス粉末を添加したものでは、0.1重量%、0.25重量%ガラス添加の場合では不十分であるのものの沈殿形成があり、0.5重量%、1.0重量%ガラス添加において沈殿形成が速やかに起こっているのが確認できた。

上記いずれも場合も、凝集沈澱後は、BODが１５ppmに、またCODが１２ppmになった。また、爆気処理液は透明茶褐色であるが、凝集沈澱後は透明な淡黄色をなしており、ほとんど透明に近く、見た目でも汚水浄化が効率良く行なわれている事が判明した。

（実施例２）
［乳牛糞尿液の凝集沈澱効果］
実際に牧場から採取した乳牛糞尿液を用いて、凝集補助剤の効果を検証した。乳牛の飼育は、放牧を主体とする肉牛と異なり、多くの場合、一定時間は畜舎に置き、搾乳し飼育する。放牧時間は寧ろ一日の中で少ない。
搾乳と言う作業があるためである。畜舎では敷き藁を用いず、スクレーパーによって、糞および尿を集め、固液分離装置などで、糞を主体とする固体成分と、尿や洗浄水などが混じる液体とに分離される。
固体は堆肥原料とするが、液体成分はかなり濃い有機成分からなり、悪臭も激しい。この時のBODは40000ppmを超え、CODも約5000ppmであった。

これをそのまま用い、実施例１で求めた配合で、凝集剤と補助剤を添加して凝集沈澱させた。このような極めて、濃い汚水の場合でも、凝集沈澱は極めて効率的に行なわれ、境界のはっきりした分離が可能であった。
凝集剤単独では、分離の為に多くの凝集剤（2.5重量％）が必要であり、不経済である。凝集効果は0.05重量％でも認められ、爆気処理無しでも、BODが500ppm、CODが450ppmまで低下させることが出来た。

この場合には、上澄み液を短時間の爆気処理によって、排出基準以下（水質汚濁防止法、条例、および特定水道利水障害の防止のための水道水源水域の保全に関する特別措置法による。いずれも一日平均120ppm、最大160ppm）にするのは容易に達成出来る。
また、凝集沈澱物は実際の廃棄では、固液分離装置によって堆肥原料に混ぜても問題がなく、堆肥発酵に影響も与えない。堆肥は農業に利用されるが、混入したガラス粉末が土壌に影響を与えることも無い。

（実施例３）
［一般下水汚水の凝集沈澱効果］
家庭排水が流れる下水から、汚水を回収し、実施例１と同様な配合で凝集沈澱効果を検証した。
BODが146ppmであり、CODが85ppmであった。また、生菌数は10⁵/mLであった。凝集は実施例１および２で見られたように、効率的に現われ、上清のBODは11ppmに、CODは9ppmに、また、生菌数は10²以下となった。従って、下水排水においても同様に抜群の効果が得られた。
従って、凝集補助剤としてのガラス粉末は、いずれも強力な沈澱形成作用があることが判明した。

本発明のガラス粉末凝集補助剤は、いずれの汚水に対しても、効果的に凝集作用を促す作用があるため、安全で取り扱い性が良く、さらに、ガラス粉末は産業廃棄物を利用して安価に生産できるため、あらゆる産業の汚水を浄化する目的で簡単に適用が可能である。

Claims (10)

1. 汚水中の浮遊微粒子を沈澱させる凝集剤であって、凝集剤と凝集補助剤であるガラス粉末とを混合して凝集沈澱作用を促進することを特徴とする汚水中の浮遊微粒子を沈澱させる凝集剤。
2. 日本工業規格の使用済み壜を原料とし、粒径１０μｍ以下に破砕したガラス粉末であることを特徴とする請求項１記載の凝集剤。
3. 凝集剤がアクリルアミド系の高分子凝集剤であり、アニオン、カチオン又は両性であることを特徴とする請求項１又は２記載の凝集剤。
4. ガラス粉末と凝集剤の混合比が１０：１〜３０：１（重量比）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の凝集剤。
5. ガラス粉末の粒径が１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の凝集剤。
6. 汚水中の浮遊微粒子を沈澱させる凝集方法であって、凝集剤と凝集補助剤であるガラス粉末とを事前に混合した後、汚水中に挿入し、ガラス粉末を核として凝集沈澱作用を促進させることを特徴とする汚水中の浮遊微粒子の沈澱させる凝集方法。
7. 日本工業規格の使用済み壜を原料とし、粒径１０μｍ以下に破砕したガラス粉末を用いることを特徴とする請求項６記載の凝集方法。
8. 凝集剤としてアクリルアミド系の高分子凝集剤を使用し、処理すべき汚水の性質に応じてアニオン、カチオン又は両性の凝集剤を用いることを特徴とする請求項６又は７記載の凝集方法。
9. ガラス粉末と凝集剤の混合比を１０：１〜３０：１（重量比）の範囲で調製することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の凝集方法。
10. ガラス粉末の粒径を１〜１０μｍの範囲で調製することを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の凝集方法。