JP5442379B2 - 陰イオン界面活性剤を含む水の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、工業排水や生活排水などとして排出される陰イオン界面活性剤を含む水の処理方法に関する。

工場で生産される電子部品などの製造工程において使用される洗浄剤や家庭で使用される合成洗剤などには各種の陰イオン界面活性剤が含まれていることは周知の通りであり、それらを使用した後には工業排水や生活排水などとして陰イオン界面活性剤を含む水が排出される。その処理は地球環境の改善などの観点から重要であり、活性汚泥による微生物処理方法などの他、様々な処理方法がこれまでにも提案されている（例えば特許文献１）。しかしながら、陰イオン界面活性剤の中には、生分解性が低くて処理が困難なものや、生分解性を有していても水の中では発泡性が高くて曝気処理が行えないことで処理が困難なものなども存在することから、より優れた方法の開発が切望されている。

特開平１１−１２８９４８号公報

そこで本発明は、陰イオン界面活性剤を含む水の効果的な処理方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記の点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、アルカリ性の陰イオン界面活性剤を含む水に対して粒径が５０μｍ以下のオゾンを含んだ微小気泡を連続的乃至断続的に供給した後、水のｐＨを５以下とすると、水中に溶解乃至分散していた陰イオン界面活性剤が固形分として沈殿し、水から容易に分離することができることを知見した。

上記の知見に基づいてなされた本発明の陰イオン界面活性剤を含む水の処理方法は、請求項１記載の通り、アルカリ性の陰イオン界面活性剤を含む水に対して粒径が５０μｍ以下のオゾンを含んだ微小気泡を連続的乃至断続的に供給した後、水のｐＨを５以下とすることで、水中で生成した水酸基ラジカルの作用とその後のｐＨの変動によって水中に溶解していた陰イオン界面活性剤および／またはその水酸基ラジカルの作用による分解生成物を析出に至らしめて固形分として沈殿させて水から分離することを特徴とする。
また、請求項２記載の方法は、請求項１記載の方法において、水のｐＨを５以下とする前および／または後に凝集剤を添加することを特徴とする。
また、請求項３記載の方法は、請求項２記載の方法において、凝集剤が無機系凝集剤であることを特徴とする。
また、請求項４記載の方法は、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法において、沈殿物を分離した水に対してさらに粒径が５０μｍ以下のオゾンを含んだ微小気泡を連続的乃至断続的に供給することを特徴とする。

本発明によれば、陰イオン界面活性剤を含む水の効果的な処理方法を提供することができる。本発明の陰イオン界面活性剤を含む水の処理方法は、水中に溶解乃至分散していた陰イオン界面活性剤を固形分として沈殿させて水から分離するものであるので、生分解性が低くて処理が困難な陰イオン界面活性剤を含む水や、生分解性を有していても水の中では発泡性が高くて曝気処理が行えないことで処理が困難な陰イオン界面活性剤を含む水などの処理に好適に採用することができる。

本発明の陰イオン界面活性剤を含む水の処理方法は、アルカリ性の陰イオン界面活性剤を含む水に対して粒径が５０μｍ以下のオゾンを含んだ微小気泡を連続的乃至断続的に供給した後、水のｐＨを５以下とし、水中に溶解乃至分散していた陰イオン界面活性剤を固形分として沈殿させて水から分離することを特徴とするものである。本発明において処理対象とする陰イオン界面活性剤は、水中で親水基の部分が陰イオンに電離する界面活性剤と定義付けられるものであり、具体的には、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルファスルホ脂肪酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、アルファオレフィンスルホン酸塩などが挙げられる。

本発明の陰イオン界面活性剤を含む水の処理方法においては、まず、アルカリ性の陰イオン界面活性剤を含む水に対して粒径が５０μｍ以下のオゾンを含んだ微小気泡（以下「オゾンマイクロバブル」と称する）を連続的乃至断続的に供給する。ここでアルカリ性とは例えばｐＨが９以上を意味し、好ましくは１０〜１３である。陰イオン界面活性剤を含む水がもともとアルカリ性の場合、ｐＨの調整を行うことなくオゾンマイクロバブルを供給すればよい（ただし所定のｐＨに調整してもよく、アルカリ性を維持するためにｐＨの調整を適宜行ってもよい）。陰イオン界面活性剤を含む水がもともとアルカリ性でない場合（酸性や中性の場合）、例えば水酸化ナトリウムを用いてアルカリ性にした後、オゾンマイクロバブルを供給すればよい。オゾンマイクロバブルの供給時間は、陰イオン界面活性剤を含む水の処理量や水に含まれる陰イオン界面活性剤の量などにも依存するが、通常、１時間〜１００時間とすればよい。

陰イオン界面活性剤を含む水へのオゾンマイクロバブルの供給は、例えば、その水中にオゾンマイクロバブルを発生させることにより行うことができる。オゾンマイクロバブルを水中に発生させる方法としては、例えば、オゾンを含んだ気液混合物を流動下において攪拌する方法が挙げられる。この場合、回転子などを利用して半径が１０ｃｍ以下の渦流を強制的に生じせしめ、壁面などの障害物や相対速度の異なる流体にオゾンを含んだ気液混合物を打ち当てることにより、渦流中に獲得したオゾンを含んだ気体成分を渦の消失とともに分散させることで、所望のオゾンを含んだ微小気泡を大量に発生させることができる。また、２気圧以上の高圧下でオゾンを含んだ気体を水中に溶解させた後、これを大気圧に開放することにより生じたオゾンを含んだ溶解気体の過飽和条件からオゾンを含んだ気泡を発生させることができる。この場合、圧力の開放部位において、水流と障害物を利用して半径が１ｍｍ以下の渦を多数発生させ、渦流の中心域における水の分子揺動を起因として多量の気相の核（気泡核）を形成させるとともに、過飽和条件に伴ってこれらの気泡核に向かって水中のオゾンを含んだ気体成分を拡散させ、気泡核を成長させることにより、所望のオゾンを含んだ微小気泡を大量に発生させることができる。なお、これらの方法によって発生した気泡群の濃度は１００個／ｍＬ以上であり、１０００個／ｍＬよりも多い値となることも稀ではない（必要であれば特開２０００−５１１０７号公報や特開２００３−２６５９３８号公報などを参照のこと）。

アルカリ性の陰イオン界面活性剤を含む水に対してオゾンマイクロバブルを所定時間供給した後、水のｐＨを５以下とすると、水中に溶解乃至分散していた陰イオン界面活性剤が固形分として沈殿する。ｐＨの調整は、例えば塩酸や硫酸などの無機酸を用いて行えばよい。好ましいｐＨは２〜４である。この操作によって水中に溶解乃至分散していた陰イオン界面活性剤が固形分として沈殿する理由は必ずしも明確ではないが、オゾンマイクロバブルを含む水はその水中で反応性（酸化能力）の高い水酸基ラジカル（・ＯＨ）を生成させることが知られていることから（特開２００８−２３７９５０号公報）、水中で生成した水酸基ラジカルの作用とその後のｐＨの変動が、水中に溶解乃至分散していた陰イオン界面活性剤の物性変化を引き起こし、析出に至らしめるものと推察される（従って生成する沈殿物は陰イオン界面活性剤それ自体やその水酸基ラジカルとの反応による分解生成物などからなるものである）。水酸基ラジカルが有する酸化能力は、陰イオン界面活性剤の二酸化炭素と水への分解に寄与するが、陰イオン界面活性剤を二酸化炭素と水に完全に分解するには多量のオゾンマイクロバブルを用いた長時間の処理が必要になることから、水中に溶解乃至分散していた陰イオン界面活性剤を分解するのではなく固形分として沈殿させることができる本発明の方法は、処理効率が非常に高い方法であると言える。なお、生成した沈殿物と水との分離は、例えばデカントすることで容易に行うことができる。

なお、水のｐＨを５以下とする前および／または後に凝集剤を添加することで、極めて短時間のうちに水中に溶解乃至分散していた陰イオン界面活性剤を固形分として沈殿させることができる。この現象は、陰イオン界面活性剤を含む水にオゾンマイクロバブルを供給することなく凝集剤を添加した場合にねっとりとして取り扱いが厄介な凝沈物が徐々に生成する現象とは対照的である。好適な凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄などの無機系凝集剤が挙げられる。その添加量は、陰イオン界面活性剤を含む水の処理量や水に含まれる陰イオン界面活性剤の量などにも依存するが、通常、水１Ｌに対して０．０１ｇ〜１ｇである。場合によれば、ポリアクリルアミドなどの有機高分子系凝集剤をさらに添加してもよい（ただし沈殿物の量が多くなる点には留意すべきである）。

また、陰イオン界面活性剤を含む水がもともとアルカリ性でない場合、最初にアルカリ性にしてからオゾンマイクロバブルを供給してもよいが、アルカリ性にする前にオゾンマイクロバブルを連続的乃至断続的に供給した後、アルカリ性にしてもよい。この場合のオゾンマイクロバブルの供給時間は、陰イオン界面活性剤を含む水の処理量や水に含まれる陰イオン界面活性剤の量などにも依存するが、通常、１時間〜１００時間とすればよい。

また、陰イオン界面活性剤を含む水が発泡しやすいものである場合、処理の途中で消泡剤（例えばシリコーン系消泡剤）を適宜添加してもよい。

以上のようにして沈殿物を分離した水に対してさらにオゾンマイクロバブルを連続的乃至断続的に供給することで、処理を進めてもよい。このように処理を進めることにより、残存する陰イオン界面活性剤やその分解生成物を凝集剤を添加することでさらに沈殿させたり、それらの生分解性をより高めることで、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）とＣＯＤ（化学的酸素要求量）の比率（ＢＯＤ／ＣＯＤ）をそこに含まれる有機物が生分解が容易なものであることを示す１．２〜１．５に至らしめたりすることができる。従って、陰イオン界面活性剤を含む水のＢＯＤとＣＯＤの比率が本発明の処理方法によって１．２〜１．５に安定化する際のＣＯＤが予めわかっている場合、処理の現場においてＣＯＤから処理の現状を把握することができ、時間をかけてＢＯＤを求めなくても、その場でさらなる処理の必要性や河川への排出タイミングを知ることができる。

以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は以下の記載に限定して解釈されるものではない。

実施例１：
室温条件において陰イオン界面活性剤（アルキルベンゼンスルホン酸塩）を含む工業廃水（ｐＨ７．５）を８０Ｌの円筒状水槽に入れ、自体公知の微小気泡発生装置（必要であれば特開２００３−２６５９３８号公報を参照のこと）と水槽を連結し、粒径分布が１μｍ〜５０μｍのオゾンを含んだ微小気泡を水中に連続的に発生させ、１０時間、連続的にオゾンマイクロバブルを供給した（装置全体は循環ポンプを使用した閉鎖回路）。処理の途中、廃水の表面に泡沫が発生したため、シリコーン系消泡剤を１０ｍＬ添加し、その増大を防いだ。続いて、水酸化ナトリウムを添加して廃水のｐＨを１２とし、さらに１０時間、連続的にオゾンマイクロバブルを供給すると、泡沫の発生はほぼ完全に収まった。次に、ポリ塩化アルミニウムを１０ｇ添加した後、硫酸を添加して廃水のｐＨを３とすると、沈殿物の急速な発生が認められ、発生した沈殿物はデカントにより上澄み液から容易に分離することができた。水中に溶解乃至分散していた陰イオン界面活性剤とポリ塩化アルミニウムを主体とするこの沈殿物（陰イオン界面活性剤の水酸基ラジカルとの反応による分解生成物も含まれる）を分離した上澄み液に対し、さらに１０時間、連続的にオゾンマイクロバブルを供給した後、ポリ塩化アルミニウムを１０ｇ添加すると、再び沈殿物が発生した。発生した沈殿物をデカントにより分離した上済み液のＢＯＤとＣＯＤを、処理前の廃水のそれと比較すると、ＣＯＤの大幅な減少が認められる一方で、ＢＯＤの増加が認められ、両者の比率（ＢＯＤ／ＣＯＤ）は含まれる有機物が生分解が容易なものであることを示す１．２〜１．５の範囲内であった。従って、上記の処理を行ったことで、廃水に含まれていた陰イオン界面活性剤が大幅に削減されるとともに、残存する有機物は生分解が容易なものに改質されたものであることがわかった。

実施例２：
室温条件において陰イオン界面活性剤（アルキルベンゼンスルホン酸塩）を含む工業廃水（ｐＨ７．５）を８０Ｌの円筒状水槽に入れ、直ちに水酸化ナトリウムを添加して廃水のｐＨを１２とした後、オゾンマイクロバブルを供給すること以外は実施例１と同様の方法で実験を行った。その結果、程度は異なるが実施例１と同様の結果が得られた。

実施例３：
ポリ塩化アルミニウムを添加しないこと以外は実施例１と同様の方法で実験を行った。その結果、ポリ塩化アルミニウムを添加しない場合でも陰イオン界面活性剤が固形分として沈殿することがわかった。

実施例４：
アルキルベンゼンスルホン酸塩を含む工業廃水のかわりにポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩を含む工業廃水を処理すること以外は実施例１と同様の方法で実験を行った。その結果、程度は異なるが実施例１と同様の結果が得られた。

本発明は、陰イオン界面活性剤を含む水の効果的な処理方法を提供することができる点において産業上の利用可能性を有する。

Claims (4)

1. 陰イオン界面活性剤を含む水の処理方法であって、アルカリ性の陰イオン界面活性剤を含む水に対して粒径が５０μｍ以下のオゾンを含んだ微小気泡を連続的乃至断続的に供給した後、水のｐＨを５以下とすることで、水中で生成した水酸基ラジカルの作用とその後のｐＨの変動によって水中に溶解していた陰イオン界面活性剤および／またはその水酸基ラジカルの作用による分解生成物を析出に至らしめて固形分として沈殿させて水から分離することを特徴とする方法。
2. 水のｐＨを５以下とする前および／または後に凝集剤を添加することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 凝集剤が無機系凝集剤であることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 沈殿物を分離した水に対してさらに粒径が５０μｍ以下のオゾンを含んだ微小気泡を連続的乃至断続的に供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。