JP2021065826A

JP2021065826A - 液中の油分及び汚濁物質の分離除去方法

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Publication number: JP2021065826A
Application number: JP2019191985A
Authority: JP
Inventors: 純男三吉; Sumio Miyoshi; 岩本達矢; Tatsuya Iwamoto
Original assignee: NIHON KAISUI KK; Towa Env Science Co Ltd; TOWA ENVIRONMENT SCIENCE CO Ltd; Nihon Kaisui Co Ltd; Idea Consultants Inc
Current assignee: NIHON KAISUI KK; Towa Env Science Co Ltd; TOWA ENVIRONMENT SCIENCE CO Ltd; Nihon Kaisui Co Ltd; Idea Consultants Inc
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2021-04-30

Abstract

【課題】地下水・土壌汚染浄化工事での地下水及び余剰排水、工場や都市下水での排水及び廃液、一般的な建設工事での地下水、工事濁水及び廃液等に含有される油分及び汚濁物質を効率よく除去する方法の提供。【解決手段】油分及び汚濁物質を含有する原水に蛋白性物質であるゼラチン溶液を溶解し、エアレーターに空気を導入して液中に発生させた微細気泡へ油分及び汚濁物質を吸着せしめ、安定気泡を形成して液外へ排出することにより分離除去する。【選択図】なし

Description

本発明は淡水域における、地下水・土壌汚染浄化工事で微生物を利用するバイオレメディエーション（以下、微生物汚染浄化）や地下水循環式浄化を行う際の汚染地下水の揚水及び余剰排水、工場や都市下水で生物群集による活性汚泥処理を行う排水及び廃液、一般的な建設工事で化学的凝集処理による濁水処理を行う地下水位制御揚水、工事濁水及び廃液に含有する油分及び汚濁物質の除去方法に関するものである。

従来から排水や廃液の処理には、薬品を用いた化学的凝集処理、酸化剤やオゾンを用いた酸化分解処理、活性汚泥法等による生物処理などが適用されている。しかし、設備の新設・改造・更新や運用にあたっては、敷地の確保、建屋の建設費、水処理設備費、維持管理費、廃棄物処分費など総合的なコストが高く、これらコストを低減するとともに、高機能で設置面積及び空間が最小となる油分及び汚濁物質の除去処理装置が求められている。

特に地下水・土壌汚染浄化工事のうち地盤中の原位置で行う微生物汚染浄化では、浄化対象範囲の汚染地下水を揚水し、吸着機能を有する資材や濁水処理等を採用して、液中に含有する油分及び汚濁物質を除去したのち、処理水を再び地下水中へ注入する地下水循環式浄化が多く採用されている。当該浄化方法では、外部で培養した分解菌を導入する方法、原位置に生息している分解菌を活性化させる方法があるが、いずれの場合も浄化に利用する微生物の好気性菌或いは嫌気性菌の活性環境の所望に基づき、処理水への添加栄養塩の種別・濃度、酸素・窒素等の含有濃度等を制御しつつ、本浄化用水を対象範囲へ満遍なく行きわたらせることが重要であり、この浄化工程の管理によって地下水・土壌の油汚染・VOC汚染・重金属汚染の浄化を図る。

すなわち、地下水循環式浄化において土中へ注入する浄化用水には、浄化有用微生物の濃度低下、死滅の起因となる濁水処理由来の化学薬品・pH調整ガス等の混入或いは残留が有ってはならない。加えて、土中の間隙を閉塞して通水障害の要因となる分解菌由来残渣、既存の有機物残渣、シルト・粘土等から成る汚濁物質を予め除去する必要がある。特に油汚染浄化においては、地下水に含有する乳化油分を揚水処理時に除去することが重要であるが、吸着材処理による除去方法では、微細フロックが残留し易いという課題がある。

更には、当該微生物を使用する汚染浄化方法は、コストは安価であるが浄化期間が長期であるため、工場の生産活動或いは建設等と並行して行う工事となり、これらと輻輳しないよう設備用敷地を最小化する必要がある。

よって、地下水の揚水処理において、浄化有用微生物の活性環境を整えて汚染浄化を図ることを目的に、化学薬品やpH調整ガス等を使用せずに油分及び汚濁物質の分離除去ができ、高機能・小型・低コストの新たな揚水処理装置が求められている。

工場や都市下水の排水処理に一般的に採用される生物活性汚泥法は、微生物・原生動物・後生動物等から成る生物群集を使用する有機物分解法である。当該処理方式では、油分は活性汚泥の分解機能を阻害することが知られており、そのため、前処理で油分を分離除去して後段の活性汚泥の運転管理を容易にする方法が採用されている。通常の前処理は、油水分離槽による浮上油分離の後、凝集剤を投入して次の加圧浮上装置で原水に含有する乳化油分や汚濁物質を微細気泡に吸着させ、浮上分離除去するという方法である。

しかし、一般的に加圧浮上装置は、安定気泡が形成されないと浮上分離除去性能が低下するという特徴があり、特に原水に含有する乳化油分の濃度が高い、或いは50℃を超える高温の排水では泡が形成されず、加圧浮上装置による前処理が困難であると共に、装置の規模が大きく改造も困難である。このことから、一般的に前処理が困難な排水や廃液は、全量を高コストの廃棄物処分を行う等の課題がある。

よって、既設設備への負荷低減及び生物群集の活性環境を整えると共に、廃棄物処分量を減量化する目的で、化学薬品やpH調整ガス等を使用せずに油分及び汚濁物質の分離除去ができ、高機能・小型・低コストの新たな前処理装置が求められている。

一般的な建設工事においては、地下水位制御のための排水、掘削・浚渫に伴うシルト・粘土混じりの濁水や油脂・セメント混じりの廃液の処理に、化学的凝集処理による凝集沈殿・加圧脱水・汚泥処理を行う濁水処理設備が採用されることが多い。

しかし、濁水処理設備に投入する化学薬品は多量であり、投入された化学薬品は汚濁物質や析出物質と共に凝集沈殿物と成り、多量の脱水汚泥として排出される。このことから、多量の薬品投入と高コストの汚泥廃棄処分を伴う等の課題がある。

よって、従来の濁水処理設備への化学薬品投入量と汚泥廃棄処分量を減量化する目的で、化学薬品やpH調整ガス等を使用せずに油分及び汚濁物質の分離除去ができ、高機能・小型・低コストの新たな前処理装置が求められている。

特許文献３の「液中の汚濁物質除去方法」では、海水では含有する塩分や蛋白性物質等によって泡沫分離に必要な安定気泡が容易に形成されるが、淡水では塩分や蛋白性物質の含有量が少ないために安定気泡が形成されない。そこで、海水塩分を添加し一定濃度以上含む液中に蛋白性物質がガゼイン、ゼラチン、グロブリン、乳蛋白、グルテンから選択される1種類以上を起泡助剤として添加することによって、当該エアレーターによる安定気泡が形成され、汚濁物質を除去できる。この際の蛋白性物質の溶解工程では、ゼラチンを除いて、特に安価で効果を有するガゼイン及びその他の蛋白性物質の溶解に、水酸化ナトリウム水溶液を使用すると記載がある。しかし、水酸化ナトリウム溶液の混入や残留によって浄化有用微生物及び有機物分解生物群集の細胞膜を損傷させることが懸念されること、消泡作用によって安定気泡の形成が困難な油分への適用は検討されていないことが判明した。

特許文献４では、化学薬品投入によるpH調整と凝集処理によって、油系成分の乳化フロックを形成した後、液中へ起泡助剤のガゼインを溶解、所望により界面活性剤を添加することによって、当該エアレーターの運転による安定気泡が形成され油系成分を除去できる。と記載されている。しかし、前述の特許文献３と同様に化学薬品を使用する技術で、浄化有用微生物及び有機物分解生物群集の活性環境を整えること、加えて、化学薬品投入量と廃棄汚泥量の減量化も技術開発の目的としていないことが判明した。

特開平6-154731 特開平8-257548 特許第3267359 特開2001-246366 特開2006-231124

淡水における液中に含有する油分及び汚濁物質の分離除去処理に際して、地下水・土壌汚染浄化における微生物汚染浄化での浄化有用微生物の活性環境を整える揚水処理装置、工場や都市下水における活性汚泥排水処理での有機物分解生物群集の活性環境を整える前処理装置、一般的な建設工事における濁水処理での化学薬品投入量と廃棄汚泥量を減量化する前処理装置の開発を目的に、次の要件を見たすことが望ましい。
(1) 液中に含有する油分及び汚濁物質の分離除去に要する安定気泡の形成に海水塩分を添加せず、起泡助剤の溶解や油分乳化に促進凝集処理等の化学薬品を使用しないこと。
(2) 温度が常温から高温(50℃以上)の液中に含有する油分及び汚濁物質を容易に分離除去できること。
(3) 液中に微細気泡を多量に供給可能なエアレーターを採用すること。例えば、商品名カーヴァスエアレーターを採用する(特許文献３)。
(4) 液中に含有する油分及び汚濁物質の分離除去率が高く、短時間で処理できること。
(5) 処理装置が簡単・操作が容易・小型・低コストであること。

すなわち、本発明は、液中の油分及び汚濁物質の分離除去方法として、以下の方法を提供するものである。
(1)淡水域において、汚染地下水・工場排水・濁水等の処理対象原水へ蛋白性物質がゼラチンである溶液を溶解し、微細気泡供給エアレーターを使用して発生させた微細気泡へ油分及び汚濁物質を吸着せしめ、安定気泡を形成して液外へ排出する液中の油分及び汚濁物質の分離除去方法。
(2)ゼラチン溶液の濃度1パーセント以下のゼラチン溶液を、混和槽で対象原水と撹拌して混合し、泡沫処理槽で微細気泡発生エアレーターに空気を導入して液中に発生させた微細気泡へ油分及び汚濁物質を吸着せしめ、安定気泡を形成して、泡沫回収貯槽に排出して回収する請求項1記載の液中の油分及び汚濁物質の分離除去方法。

本発明者らは浄化有用微生物及び有機物分解生物群集の活性環境を整えることを目的に、海水塩分の含有を必要とせず、化学薬品を使用せずに淡水域の処理対象原水への溶解が可能で、尚且つ油分及び汚濁物質含有水で常温域から高温域の排水においても安定気泡を形成することができる起泡助剤を選定することにした。選定実験では、動物性蛋白性物質のゼラチン、コラーゲン、植物性由来のグアガム、海藻由来のアルギン酸ナトリウムを対象に水への溶解性と安定気泡形成の確認を行った。その結果、水温を50℃程度に調整して溶解したゼラチン溶液が最も安定気泡を形成することを確認した。

表1は、ゼラチン溶液の分離や固化が生じない濃度および養生温度を把握する固結実験の結果である。試験の結果、温度50℃の水で溶解したゼラチン濃度1％の溶液は、一般的な地下水温度20℃、更には冬季の外気温度2℃程度まで分離や固化が無いという結果を得た。
このことからゼラチン溶液を予め製造して現地へ供給或いは貯蔵することが可能で、現地へゼラチン溶液製造設備を設置する必要がないことも併せて確認した。

また本発明者らは、既に海水・淡水魚介類の飼育水等の泡沫処理に実績がある微細気泡供給エアレーター（株式会社プレスカ製商品名：カーヴァスエアレーター)を使用した特許公開と本発明との相違点及び本発明へのエアレーターの適用可能性について検討した。検討の結果、相違点の面では本発明の溶解液が淡水域の原水、起泡助剤がゼラチンであり、先行技術では前記の００１３、００１４記載の通り、溶解液が海水塩分含有水、起泡助剤がガゼインである。更に先行技術では消泡作用を有する油分に適用していない。また、カーヴァスエアレーターの適用可能性の面では、発生する微細気泡の径・発生量、更に処理過程の液中に配置する機器としての運転・安定性も十分で、本発明への適用性が可能であることを確認した。

次に、乳化鉱油類及び汚濁物質等を含有する油汚染地下水にゼラチン溶液を添加して実験装置を運転したところ、泡沫分離に必要な安定気泡が容易に形成され、原水から乳化鉱油類と汚濁物質を分離除去することが出来た。また、製紙由来の汚濁物質であるスラッジを含む工場排水の実験においても、原水からスラッジを分離除去することが出来ることを確認して、本発明に到達した。

すなわち、本請求項１の発明は淡水域において、汚染地下水・工場排水・濁水等の処理対象原水へ蛋白性物質がゼラチンである溶液を溶解し、前記の微細気泡供給エアレーター（株式会社プレスカ製商品名：カーヴァスエアレーター)を使用して発生させた微細気泡へ油分及び汚濁物質を吸着せしめ、安定気泡を形成して液外へ排出することにより分離除去する処理方法である。

次の表2、表3、表4は、実験用のエアレーターと容積２Ｌ泡沫処理槽を使用した実験結果である。

表２は水道水を対象に、安定気泡層の形成と泡沫吐出量に要するゼラチン添加濃度を把握する実験結果である。実験の結果、ゼラチン添加濃度150〜170ppm程度で安定気泡が形成され吐出することを確認した。

表３は、油汚染サイトの油分濃度(n-hex)160ppmの地下水を対象に、泡沫分離に要するゼラチン添加濃度を把握する実験結果である。実験の結果、ゼラチン添加濃度600〜700ppm程度で安定気泡が形成され、油分濃度(n-hex)の80％程度を分離除去し、油分濃度は38ppmまで低減した。

表４は、製紙由来のスラッジを多く含む濁度395NTUの工場排水を対象に、泡沫分離に要するゼラチン添加濃度を把握する実験をまとめたものである。実験の結果、ゼラチン添加濃度450ppm程度で安定気泡が形成され、濁度NTUの49％程度を分離除去し、濁度は203NTUまで低減した。

淡水域の油分及び汚濁物質を含有する液中にゼラチン溶液を添加し、微細気泡発生エアレーターに空気を導入して発生させた微細気泡へ油分及び汚濁物質を吸着せしめ、安定気泡を形成して液外へ排出することによって、液中から油分及び汚濁物質を容易に分離除去できる。

起泡助剤に蛋白性物質のゼラチン溶液を使用し、化学薬品やpH調整ガスを使用しないため、浄化有用微生物や活性汚泥法の生物群集の活性環境を整えることができる。
設備規模の面では、処理時間が短く、設備のうち最大となる処理水槽の容量は1000L程度と小型であるため、工事用敷地の最小化と既設処理設備用地或いは建屋の空間へ容易に納めることができる。
コストの面では、設備機器に使用するエアレーター、ポンプ等が小型の一般汎用品であること、化学薬品やpH調整ガスを使用しないため、溶液製造設備が不要であることから低コストである。

工場や都市下水、建設工事での廃液の前処理に採用することによって、化学薬品投入量と廃棄汚泥量の減量化を図り、低コスト化の効果を得ることができる。
なお、廃液処理の場合には凝集剤・pH調整剤等を添加することもあるが、薬剤費等は廃棄処分量の減量化による処分費低減との差額によって、同様に低コスト化の効果を得ることができる。

本発明を地下水・土壌汚染浄化工事のうち、微生物浄化の揚水処理に適用実施する設備(地下水循環制御装置)の概要図である。本発明を工場、都市下水や建設工事の排水及び廃液処理等の前処理に適用実施する設備の概要図である。

本発明の油分及び汚濁物質の泡沫分離除去方法が適用される対象水は特に限定されないが、淡水域における地下水・土壌浄化工事のうち微生物浄化での揚水処理、工場や都市下水で採用される生物活性汚泥処理や一般的な建設工事で採用される濁水処理の排水・廃液等の前処理に対して有効である。

本発明の実施は、ゼラチン溶液貯槽の濃度1パーセント以下のゼラチン溶液を、混和槽において油分及び汚濁物質含有水と撹拌して混合し、次段階の泡沫処理槽において微細気泡発生エアレーターに空気を導入して液中に発生させた微細気泡へ油分及び汚濁物質を吸着せしめ、安定気泡を形成して、泡沫回収貯槽に排出して回収する。

本発明による液中の油分及び汚濁物質の分離除去方法は、例えば図1の地下水循環制御装置においては、揚水井戸2で揚水した地下水を、前処理として揚水原水槽4で油分を浮上分離し、分離したものを浮上油回収槽5にて回収し、処理後の地下水は混和槽8に移動させる。一方、ゼラチン溶液タンク6には濃度1％のゼラチン溶液があり、それをポンプで混和槽8に投入する。その際、撹拌装置7で混ぜて、一定濃度のゼラチン溶解地下水にする。その後、ポンプで泡沫処理槽9へ移動し、微細気泡発生エアレーター10で微細気泡を発生させ、浮上した泡を泡沫分離タンク11に回収し、処理水を処理水槽12に戻した後に地下水循環制御装置を介して注水井戸3から地下水に返送・循環させる。

本発明による液中の油分及び汚濁物質の分離除去方法は、例えば図2の排水及び廃液処理等の前処理においては、原水槽13に入ってきたは排水及び廃液を、ポンプでゼラチン溶液溶解槽15に移動させる。一方、ゼラチン溶液タンク16には濃度1％のゼラチン溶液があり、それをポンプでゼラチン溶液溶解槽15に投入する。その際、撹拌装置14で混ぜて、一定濃度のゼラチン溶解原水にする。それをポンプで泡沫処理槽18に移動させる。その後、微細気泡発生エアレーター17で微細気泡を発生させ、浮上した泡を泡沫越流桶19に通した後に泡沫分離タンク20に取り込む。処理水は処理水槽21に移動させ、ポンプで後段の生物活性汚泥処理等の従来処理ラインに移送する。

1地下水循環制御装置
2揚水井戸
3注入井戸
4原水槽（受水・油水分離槽）
5浮上油回収槽
6ゼラチン溶液貯槽
7撹拌装置
8混和槽
9泡沫処理槽
10微細気泡発生エアレーター
11泡沫回収貯槽
12処理水調整槽(栄養塩・機能性ガス溶解槽)
13原水槽（受水槽）
14撹拌装置
15混和槽
16ゼラチン溶液貯槽
17微細気泡発生エアレーター
18泡沫処理槽
19泡沫越流桶
20泡沫回収貯槽
21処理水槽

Claims

淡水域において、汚染地下水・工場排水・濁水等の処理対象原水へ蛋白性物質がゼラチンである溶液を溶解し、微細気泡供給エアレーターを使用して発生させた微細気泡へ油分及び汚濁物質を吸着せしめ、安定気泡を形成して液外へ排出する液中の油分及び汚濁物質の分離除去方法。
ゼラチン溶液の濃度1パーセント以下のゼラチン溶液を、混和槽で対象原水と撹拌して混合し、泡沫処理槽で微細気泡発生エアレーターに空気を導入して液中に発生させた微細気泡へ油分及び汚濁物質を吸着せしめ、安定気泡を形成して、泡沫回収貯槽に排出して回収する請求項1記載の液中の油分及び汚濁物質の分離除去方法。