JPH11197658A - 界面活性剤廃水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 界面活性剤を含有する廃水の処理装置を提供
すること。 【解決手段】 界面活性剤廃水を貯留する貯留容器１
と、この貯留容器１内の界面活性剤廃水に超音波振動を
与える超音波振動発生手段２と、この貯留容器１内の界
面活性剤廃水中に曝気を行う曝気手段３とを備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、界面活性剤廃水処
理装置に係り、特に、油脂等の洗浄により生じた界面活
性剤廃水の分解処理に用いられる界面活性剤廃水処理装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自然環境中に排出される工場廃水，生活
廃水中に含有される化学物質の数は１０００万を超え、
それぞれ親水性、疎水牲など水に対する親和度、沸点、
さらに生物に対する毒性、生物分解の難易度など、性質
が全く異なり、これらの化合物の処理方法としては、凝
集沈澱，生物分解，光酸化処理等が挙げられる。凝集沈
澱は、廃水に凝集剤を添加し、廃水中の水溶性物質を凝
集させてスラッジ化させた後に除去するという手法を採
り、生物分解は、好気，嫌気性微生物による分解を図
り、光酸化処理は、過酸化水素等を加えて一定波長の光
を照射して酸化分解を図る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記凝
集沈澱は、凝集剤では沈澱しにくいノニオン系界面活性
剤の除去が困難であり、また、スラッジ化した収集廃棄
物の処理が新たに必要となるという不都合があった。ま
た、生物分解を利用する場合には、分解のために長い滞
留時間を必要とし、このため、廃水を大量に貯留する貯
留施設が必要となり、接地面積が大きくなるという不都
合があった。さらに、光酸化処理の場合には、現状の技
術レベルでは、低濃度廃水に限定されるという不都合が
あった。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、界面活性剤を含有する廃水を迅速に処理し得
る界面活性剤廃水処理装置を提供することを、その目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願発明では、界面活性
剤廃水を入れる貯留容器と、この貯留容器内の界面活性
剤廃水に超音波振動を与える超音波振動発生手段と、貯
留容器内の界面活性剤廃水に気泡を発生させる気泡発生
手段とを備えるという構成を採っている。

【０００６】超音波は化学反応の促進等の化学反応分野
での応用可能性があるといわれるが、化学物質の分解に
利用する従来技術はまだない。上記本願発明は、この超
音波が界面活性剤の分解を行い得るという新たな性質に
着目し、界面活性剤を含有する廃水の処理を行う廃水処
理装置を示している。

【０００７】かかる界面活性剤廃水処理装置は、貯留容
器内に処理すべき界面活性剤廃水を入れ、この界面活性
剤廃水に対して超音波振動を印可すると共に曝気を行
う。

【０００８】本願発明では、上記の構成に加えて、貯留
容器の恒温槽を設けても良く、この場合には、界面活性
剤廃水の分解処理が所定の一定温度下で行われる。

【０００９】また、前述の構成ににおける曝気手段が、
一分当たり，貯留容器内の界面活性剤廃水量のおよそ五
分の一の量の曝気を行う構成としても良い。

【００１０】さらに、前述の構成に、貯留容器内の界面
活性剤廃水の温度調整を行う温度調整手段を加えても良
い。かかる構成では、界面活性剤廃水を所定温度に維持
して界面活性剤の分解処理を行う。

【００１１】

【発明の実施の形態】まず、本願発明の原理を説明し、
その次に説明した原理に基づく発明の実施の形態を示
す。

【００１２】（原理説明）本願発明は、界面活性剤廃水
を超音波振動により加振し、これによって界面活性剤廃
水内に生じるキャビテーション現象を利用して化学反応
を生じさせ、当該界面活性剤廃水の分解を図っている。
このキャビテーションとは、疎密波である超音波の低圧
部が液体の分子間力を上回るほど十分に陰圧になったと
きに小さな気泡（空洞）が生じ、これが膨張と圧縮の繰
り返しの後に崩壊する、一連の現象であり、その崩壊に
際しては、数千度，数百〜千気圧という極限状態が数百
ミクロンの領域にマイクロ秒の寿命で生じる。この高
温，高圧そのものが化学反応の駆動力となる。

【００１３】即ち、キャビテーションによる高温・高圧
の反応場でラジカル種（ＯＨラジカルなど）が生じ、こ
のラジカル種が次々と酸化反応を起こし、界面活性剤を
構成する有機物は下記のように分解され、最後まで無機
化される。このメカニズムは沸点が高く親水性の大きな
有機物の分解過程ではもっとも有効である。

【００１４】Ｈ2Ｏ → Ｈ・＋ＯＨ・ Ｒ1＋○Ｈ・ → Ｒ2 （dekcomposion） Ｒ2＋ＯＨ・ → ・・・ → Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2 （mineraliz
ation）

【００１５】さらに、上記原理に基づいて行われた界面
活性剤廃水の分解試験について説明する。図１は、この
試験に使用された試験装置であり、図２はこの試験の結
果を示している。試験装置は、図１に示すように、界面
活性剤溶液を入れる容積１０００［ｍｌ］の反応容器１
０１と、この反応容器１０１の底部から界面活性剤溶液
を超音波振動により加振する超音波振動子１０２と、こ
の超音波振動子１０２の駆動信号を出力する超音波振動
発振器１０３と、この駆動信号を増幅するアンプ１０４
と、外気をノズル１０５を介して反応容器１０１の内部
に送り込む（曝気する）エアーポンプ１０４と、送り込
まれる空気量を検出する流量計１０６とから構成されて
いる。また、符号１０７は、界面活性剤溶液を一定の温
度に保つための恒温槽である。

【００１６】かかる試験では、５０［ｐｐｍ］の濃度の
界面活性剤溶液（ＳＳ−７０）に対して、超音波振動子
１０２の出力を７５［Ｗ］，振動周波数を４２．９［ｋ
Ｈｚ］と９５．０［ｋＨｚ］の二種類に設定し、各振動
周波数において空気の曝気量を０，１５，５０，２００
［ｍｌ／ｍｉｎ］に変化させて分解を行った。このとき
の一定時間ごとの界面活性剤の濃度変化を図２，図３に
示す。ここで、図２は、試験時において界面活性剤溶液
から生じる泡の消泡処理を行った場合の試験結果であ
り、図３は、試験時において界面活性剤溶液から生じる
泡の消泡処理を行わなかった場合の試験結果である。

【００１７】図２，図３によれば、曝気する空気量を２
００［ｍｌ／ｍｉｎ］にしたときに最大の反応速度が示
されている。即ち、１０００［ｍｌ］の界面活性剤溶液
に対して五分の一の空気量で曝気を行う場合が最も効果
的に界面活性剤の分解が行われていることが分かる。こ
れは、キャビテーションの核となる微小気泡は、溶存空
気に依存し、キャビテーションが発生することにより溶
存空気は消費されるので、供給される空気量が少ない場
合には反応速度は遅くなり、多い場合には早くなること
を示している。なお、本試験では、曝気する空気量の最
大を２００［ｍｌ／ｍｉｎ］に設定したが、より空気量
を大きくすることによりさらなる反応速度の増進が予想
される。

【００１８】（実施の形態）本発明の一実施形態を図４
及び図５に基づいて説明する。この実施形態では、界面
活性剤廃水を貯留する貯留容器としての反応槽１と、こ
の反応槽１内の界面活性剤廃水に超音波振動を与える超
音波振動発生手段２と、この反応槽１内の界面活性剤廃
水中に曝気を行う曝気手段３と、反応槽１内の界面活性
剤廃水の温度調節を行う温度調整ユニット４と、上述し
た各構成の動作制御を行う制御回路５と、界面活性剤廃
水の水面上から生じる泡を抑制する消泡器６を備えた界
面活性剤廃水処理装置１０を示している。

【００１９】反応槽１は、容積が３０［ｌ］を越える円
筒形ステンレス容器であり、その上部には界面活性剤廃
水の吸水バルブ１１が装備されている。また、反応槽１
の底面部には排水口１２が設けられ、さらにその下流側
には、液面調整板１３が設けられている。界面活性剤廃
水は分解処理により、その底部側の方が界面活性剤濃度
が低くなるため、充分低濃度となった界面活性剤廃水
が、ここから排出される。

【００２０】液面調整板１３は、その上端部の高さが、
反応槽１内に所定量（３０［ｌ］）の界面活性剤廃水が
吸水されたときの液面高さよりも幾分高い位置に設定さ
れており、これを越えると界面活性剤廃水が排水され
る。これにより、反応槽１から装置外部に界面活性剤廃
水が溢れ出すことを防止している。

【００２１】また、反応槽１内部には、液面レベルセン
サ１４が装備されている。この液面レベルセンサ１４
は、反応槽１内に所定量（３０［ｌ］）の界面活性剤廃
水が吸水されたときの液面高さに装備されており、この
高さで液面を検出した場合に制御回路５に検出信号を出
力する。

【００２２】超音波発生手段２は、反応槽１の底面部に
装備された超音波振動子２１と、この超音波振動子２１
の駆動信号を周波数及び振幅を自在に調節して出力する
超音波振動発振器２２と、この駆動信号を増幅するアン
プ２３とを含む構成となっている。

【００２３】超音波振動子２１は、図示しないが、実際
は十二器の超音波振動子からなり、各超音波振動子が駆
動信号に基づく周波数で超音波振動を発し、反応槽１の
底面部を介して内側の界面活性剤廃水に超音波振動を伝
達する。本実施形態では、各超音波発振器２２は、周波
数を４２．９［ｋＨｚ］，出力を６００［Ｗ］に設定し
て駆動する。なお、発振周波数，出力，振動子数につい
ては、特にこの周波数，出力，個数に限定するものでは
ない。

【００２４】曝気手段３は、空気を反応槽１内部に送り
込むエアーポンプ３１と、エアーポンプ３１から送り込
む空気の流量を検出するフローメータ３２と、送り込ま
れ空気を反応槽１内で微小の泡状に噴出するノズル３３
とを備える構成となっている。

【００２５】エアーポンプ３１は、図示しない曝気量調
整手段を備えている。この曝気量調整手段は、制御回路
の動作信号に応じてエアーポンプ３１の駆動源たるモー
タの回転数制御を行い、エアーポンプ３１の空気の排出
量を自在に調節する。なお、曝気量の調整は、配管中に
バルブを設置して調整しても良い。かかるエアーポンプ
３１から送り込まれる空気の流量はフローメータ３２に
よって検出され制御回路５に出力される。ノズル３３
は、空気を無数の泡状に噴出できる構造（例えば無数の
小穴，メッシュ状等）を呈している。

【００２６】温度調整ユニット４は、加熱素子４１と冷
却素子４２と温度センサ４３とからなり、いずれも界面
活性剤廃水内に浸る位置で反応槽１内に装備されてい
る。これらはいずれも、制御回路５と接続され、温度セ
ンサ４３による界面活性剤廃水の検出温度が、目標温度
帯から外れている場合に加熱素子４１又は冷却素子４２
を作動させる。

【００２７】反応槽１の上部には、前述した消泡器６を
装備している。この消泡器６は、いわゆるファンであ
り、反応槽１の外気を取り込んで、界面活性剤廃水の水
面上に吹き付ける。界面活性剤廃水は、超音波発生手段
２と曝気手段３とのそれぞれの作動によって、その上面
に泡が生じ且つこれが順次溜まってくるが、上方からの
空気の吹き付けによって潰される。

【００２８】以下、図５に基づいて本実施形態の動作に
ついて説明する。

【００２９】まず、吸水バルブ１１が開かれて反応槽１
内に界面活性剤廃水の吸水が行われる（ステップＳ
１）。そして、液面レベルセンサ１４により反応槽１内
の界面活性剤廃水量が検出され（ステップＳ２）、適量
に至ると消泡気６を始動する（ステップＳ３）。

【００３０】同時に、温度センサ４３によって界面活性
剤廃水の温度検出が行われる（ステップＳ４）。検出温
度が適温でなければ温度調整ユニット４の加熱素子４１
又は冷却素子４２を作動させ適温化を図る（ステップＳ
５）。

【００３１】次に、エアポンプ３１を始動させて、空気
の曝気を開始する（ステップＳ６）。さらに、超音波振
動子２１を振動させて界面活性剤廃水の加振を開始する
（ステップＳ７）。この間、吸水バルブ１１は開かれた
ままであり、常時吸水が行われる。従って、一定の濃度
に希釈された界面活性剤廃水が、液面調整板１３から排
水される。

【００３２】目標量の排水処理が行われると、吸水バル
ブ１１が閉じられる（ステップＳ８，Ｓ９）。超音波振
動子２１の作動が停止し、エアポンプも停止しする（ス
テップＳ１０，Ｓ１１）。処理中に発生した界面活性剤
廃水の水面上の泡が充分に納まったら消泡器６も停止
し、処理が終了する。

【００３３】以上のように、本実施形態では、界面活性
剤廃水に対して、超音波により加振し且つ内部に曝気を
行う構成のため、超音波振動により生じるキャビテーシ
ョン現象と、曝気された気泡によるキャビテーション現
象の核となる微小気泡の誘発との相乗効果により、界面
活性剤を迅速且つ効果的に分解することができる。

【００３４】また、キャビテーション現象は、上述した
ように曝気による界面活性剤廃水中の溶存空気量の増加
により誘発される。そして、液体中の溶存空気量は液体
温度によって大きく影響を受けるため、本実施形態のよ
うに、界面活性剤廃水の温度調節ユニット４を設け、溶
存空気量の多い温度（界面活性剤廃水の融点よりも高い
範囲での低温）に設定維持することが可能となり、さら
に迅速且つ効率的に界面活性剤の分解処理を行うことが
可能である。

【００３５】なお、上述した実施形態では、温度調整ユ
ニット４に替えて、反応槽１を所定温度の水に含浸させ
て反応槽１中の界面活性剤廃水を所定温度に維持する恒
温槽を使用しても良い。かかる恒温槽は、水槽と水槽内
の温度調節を行う加温・冷却手段を備えているものを使
用する。

【００３６】また、前述した試験データに基づいて、曝
気手段３は、反応槽１の容積の少なくとも五分の一の空
気を常に曝気する構成としても良い。曝気される空気量
をかかる対比量に設定することにより、より少ない空気
量の場合と比較して迅速且つ効率的に界面活性剤廃水の
処理を行うことが可能である。

【００３７】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、界面活性剤廃水
に対して、超音波により加振し且つ内部に曝気を行う構
成のため、超音波振動により生じるキャビテーション現
象と、曝気された気泡によるキャビテーション現象の核
となる微小気泡の誘発との相乗効果により、界面活性剤
を迅速且つ効果的に分解することができる。

【００３８】即ち、これにより従来のように、スラッジ
化した廃棄物の処理が不要となり、迅速処理ができ、低
濃度廃水に限定されない優れた界面活性剤廃水処理装置
を提供することが可能である。

【００３９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明と同様の効果を有すると共に、曝気手段の一分当たり
の曝気量を，処理を行う界面活性剤廃水の水量の五分の
一に設定しているため、これよりも少ない曝気量で分解
処理する場合と比較してより迅速且つ効率的に界面活性
剤の分解処理を行うことが可能である。

【００４０】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明と同様の効果を有すると共に、恒温槽を備えて
いる。キャビテーション現象を誘発する水温（界面活性
剤廃水の融点よりも高い範囲での低温）に界面活性剤廃
水を維持することができ、さらに迅速且つ効率的に界面
活性剤の分解処理を行うことが可能である。

【００４１】請求項４記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明と同様の効果を有すると共に、界面活性剤廃水
を所定温度に維持して分解処理することができる。即
ち、キャビテーション現象を誘発する水温（界面活性剤
廃水の融点よりも高い範囲での低温）に界面活性剤廃水
を維持することができ、さらに迅速且つ効率的に界面活
性剤の分解処理を行うことが可能である。

【００４２】本発明は以上のように構成され機能するの
で、これによると、従来にない優れた界面活性剤廃水処
理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明のための試験装置を示す説明
図である。

【図２】図２は、消泡処理した場合の試験結果を示す線
図である。

【図３】図３は、消泡処理しない場合の試験結果を示す
線図である。

【図４】図４は、本発明の実施形態を示すブロック図で
ある。

【図５】図５は、発明の実施の形態の動作を示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

１ 反応槽（貯留容器） ２ 超音波発生手段 ３ 曝気手段 ４ 温度調整ユニット（温度調整手段） １０ 界面活性剤廃水処理装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 康之 静岡県浜松市布橋２−16−８

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 界面活性剤廃水を貯留する貯留容器と、
   この貯留容器内の界面活性剤廃水に超音波振動を与える
   超音波振動発生手段と、この貯留容器内の界面活性剤廃
   水中に曝気を行う曝気手段とを備えたことを特徴とする
   界面活性剤廃水処理装置。
2. 【請求項２】 前記曝気手段は、一分当たりの曝気量が
   前記貯留容器内の界面活性剤廃水量のおよそ五分の一に
   相当することを特徴とする請求項１記載の界面活性剤廃
   水処理装置。
3. 【請求項３】 前記貯留容器を一定温度に保つ恒温槽を
   備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の界面活性
   剤廃水処理装置。
4. 【請求項４】 前記貯留容器内の界面活性剤廃水の温度
   の調整を行う温度調整手段を備えることを特徴とする請
   求項１又は２記載の界面活性剤廃水処理装置。