(57)【要約】【課題】キトサン系凝集剤の適応濃度範囲が広い濁水処理方法を提供する。【解決手段】キトサン系凝集剤による凝集処理後、陰イオン性分散剤、非イオン性分散剤、または両性イオン性分散剤からなる補助剤を添加する濁水処理方法、および、キトサン系凝集剤と、陰イオン性分散剤、非イオン性分散剤、または両性イオン性分散剤からなる補助剤とを、同時に添加する濁水処理方法。【選択図】図１
2019118887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キトサン系凝集剤による凝集処理後、陰イオン性分散剤、非イオン性分散剤、両性イオン性分散剤のいずれか１種以上を含む補助剤を添加することを特徴とする濁水処理方法。
【請求項２】
キトサン系凝集剤と、陰イオン性分散剤、非イオン性分散剤、両性イオン性分散剤のいずれかを含む補助剤とを、同時に添加することを特徴とする濁水処理方法。
【請求項３】
前記キトサン系凝集剤の添加濃度が、０．１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の濁水処理方法。
【請求項４】
前記キトサン系凝集剤１００重量部（乾燥重量）に対して、前記補助剤を０．１重量部以上１００重量部以下（乾燥重量）添加することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の濁水処理方法。
【請求項５】
前記補助剤が、環境調和型材料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濁水処理方法。
【請求項６】
キトサン系凝集剤と、陰イオン性分散剤、非イオン性分散剤、両性イオン性分散剤のいずれかを含む補助剤を、含むことを特徴とする濁水処理剤。
【請求項７】
前記補助剤が、環境調和型材料であることを特徴とする請求項６に記載の濁水処理剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キトサン系凝集剤と、キトサン系凝集剤の効果を高める補助剤とを用いた濁水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
土木工事等において発生した濁水は、所定の排水基準を満たすように濁水処理を行った後に、河川等に排出される。濁水処理では、各種凝集剤を濁水に投入し、ＳＳ（浮遊物質）を凝集、沈殿し、清澄水とスラッジとに分離することが一般的である（特許文献１）。
濁水処理に用いる凝集剤として、キトサン系凝集剤が知られている（特許文献２、３、非特許文献１）。キトサンは、主としてカニ殻から精製される天然素材であるため、キトサン系凝集剤は、水産業における廃棄物（カニ殻等）の削減、排水による環境への負荷低減等が期待される環境調和型の材料である。
【０００３】
キトサン系凝集剤等の高分子系凝集剤は、一般的に添加濃度が濃くなるにつれ、ＳＳの凝集作用から分散作用に変化する。また、キトサン系凝集剤は、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、硫酸アルミニウム、塩化第二鉄等の無機凝集剤に比べ、適応濃度範囲が狭いという問題がある。
実現場において発生する濁水は、ＳＳ濃度が変動するため、ＳＳ濃度が低下した際に、キトサン系凝集剤が過剰添加となってしまい、ＳＳが凝集せずに分散してしまう場合がある。そのため、キトサン系凝集剤を用いる場合は、濁水のＳＳ濃度に応じてキトサン系凝集剤の添加量を調整する必要があり、管理作業が煩雑である。また、キトサン系凝集剤が過剰添加となった場合、処理前の濁水や処理後のスラッジ等を投入してＳＳ濃度を高くして過剰量のキトサン系凝集剤を消費する必要がある。しかし、濁水を清澄化するために濁水の元となるものを投入するという作業は、直感的に理解し難いものであるため、現場の作業員は、濁水を清澄化するためにキトサン系凝集剤の追加を行うことが多く、現場でのトラブル発生時の対応に誤りが生じることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−７８８９３号公報
【特許文献２】特開平１１−６０６０７号公報
【特許文献３】特開２００７−１１９５３３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】赤塚真依子、大脇英司、川又睦、大野剛、藤原靖：キトサン凝集剤を用いた濁水処理における無機塩の添加効果、土木学会年次学術講演会講演概要集（ＣＤ−ＲＯＭ）、６６ｔｈ、ＶＩＩ−０４０、２０１１年８月５日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、キトサン系凝集剤の適応濃度範囲が広い濁水処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の課題を解決するための手段は、以下のとおりである。
１．キトサン系凝集剤による凝集処理後、陰イオン性分散剤、非イオン性分散剤、両性イオン性分散剤のいずれか１種以上を含む補助剤を添加することを特徴とする濁水処理方法。
２．キトサン系凝集剤と、陰イオン性分散剤、非イオン性分散剤、両性イオン性分散剤のいずれかを含む補助剤とを、同時に添加することを特徴とする濁水処理方法。
３．前記キトサン系凝集剤の添加濃度が、０．１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする１．または２．に記載の濁水処理方法。
４．前記キトサン系凝集剤１００重量部（乾燥重量）に対して、前記補助剤を０．１重量部以上１００重量部以下（乾燥重量）添加することを特徴とする１．〜３．のいずれかに記載の濁水処理方法。
５．前記補助剤が、環境調和型材料であることを特徴とする１．〜４．のいずれかに記載の濁水処理方法。
６．キトサン系凝集剤と、陰イオン性分散剤、非イオン性分散剤、両性イオン性分散剤のいずれかを含む補助剤を、含むことを特徴とする濁水処理剤。
７．前記補助剤が、環境調和型材料であることを特徴とする６．に記載の濁水処理剤。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の濁水処理方法により、キトサン系凝集剤の適用濃度範囲を広くすることができ、濁水処理時の凝集剤管理を簡便にすることができる。本発明の濁水処理方法は、補助剤を添加・撹拌することにより濁度が低下するため、作業員が作業と結果の結びつきを容易に理解することができ、作業ミスを少なくすることができる。補助剤を用いることにより、短い撹拌時間でも濁度が低下するため、処理時間を短くすることができる。また、補助剤を用いることにより、高価なキトサン系凝集剤の使用量を減らすことができるため、低コスト化が可能である。
【０００９】
補助剤としてバイオサーファクタントを用いた場合、キトサン系凝集剤も生物由来であるため、濁水処理に伴う環境への負荷を低減することができ、環境調和型の濁水処理とすることができる。
本発明の濁水処理方法は、凝集剤と補助剤の添加順が重要であるが、凝集剤と補助剤とを予め混合した濁水処理剤とすることにより、添加順の間違いを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実験１における濁度の測定結果を示す図。
【図２】実験２における濁度の測定結果を示す図。
【図３】実験３における濁度の測定結果を示す図。
【図４】実験４における濁度の測定結果を示す図。
【図５】実験５における濁度の測定結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、キトサン系凝集剤と、キトサン系凝集剤の効果を高める補助剤として陰イオン性分散剤、非イオン性分散剤、両性イオン性分散剤のいずれかを用いた濁水処理方法に関する。
【００１２】
「キトサン系凝集剤」
本発明で使用するキトサン系凝集剤は、水に溶解して懸濁物質に対して凝集能を示すものであれば特に制限することなく使用することができる。例えば、脱アセチル化度が４０〜９０モル％のキトサンを用いることができる。脱アセチル化度が４０モル％より小さいと水への溶解性に劣り、脱アセチル化度が９０モル％より大きいものは、キチンからの製造に手間がかかるため高価であり、脱アセチル化反応時に主鎖が切断されてしまうため重量平均分子量が低くなる。
【００１３】
キトサン系凝集剤の重量平均分子量は、１，０００〜３，０００，０００のものが好ましく、３，０００〜２，０００，０００のものがより好ましく、１０，０００〜１，５００，０００のものがさらに好ましい。重量平均分子量が高いほど、一分子あたりのアミノ基が多くなるため、濁水中の粒子を凝集する能力に優れ、少ない量で懸濁物質を凝集沈殿させることができる。ただし、重量平均分子量が大きくなると、水への溶解性が低下して取り扱い性が低下してしまう。
【００１４】
キトサンは、凝集剤として利用できるものであれば、ヒドロキシル基、アミノ基の一部がポリオキシアルキレン基、アシル基、糖側鎖などで置換されていてもよい。これらで置換されることにより、水への溶解性を向上させることができる。ポリオキシアルキレン基としてはポリエチレングリコール基、アシル基としてはアセチル基、プロピオニル基等を挙げることができる。また、キトサンは、単独、または分子量や脱アセチル化度の異なる２種以上を併用してもよい。
【００１５】
「補助剤」
本発明は、キトサン系凝集剤の効果を高める補助剤として陰イオン性分散剤、非イオン性分散剤、両性イオン性分散剤のいずれかを用いる。ここで、分散剤とは、水中で微粒子を均一に分散させる効果を有する化合物を意味し、界面活性剤の多くは分散剤として作用する。
陰イオン性分散剤としては、各種のものが使用できるが、例えば、アルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルリン酸塩等を挙げることができる。
非イオン性分散剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、シリコーン系等を挙げることができる。
両性イオン性分散剤としてはレシチン等を上げることができる。両性イオン性分散剤は、アルカリ性領域では陰イオン性分散剤の性質を、酸性領域では陽イオン性分散剤の性質を示す分散剤である。ここで、キトサン系凝集剤は、ｐＨ５．６〜８．６の領域が好適な使用ｐＨ域であり、また、建設現場で発生する濁水はコンクリート等の影響でアルカリ性を主に示す。そのため、濁水処理は、中和工程後の弱アルカリ領域で行われる場合が多い。両性イオン性分散剤は、弱アルカリ領域では、陰イオン性分散剤と同様の効果を奏する。
【００１６】
本発明において、補助剤は、本発明の効果を阻害しない限り、陰イオン性分散剤、非イオン性分散剤、両性イオン性分散剤の２種以上を含むこともできる。２種以上の分散剤を含む場合は、同一の性能を有する分散剤から２種以上、異なる性能を有する分散剤から２種以上を用いることができる。例えば、２種以上の陰イオン性分散剤、陰イオン性分散剤と非イオン性分散剤から１種以上ずつ含むことができる。
【００１７】
また、補助剤として、自然由来、生分解性である環境調和型材料を用いることが好ましい。本発明の濁水処理方法は、濁水処理後の清澄水は河川等に排出されるが、清澄水中に凝集剤（キトサン）及び補助剤が残留する場合がある。補助剤として環境調和型材料を用いた本発明の濁水処理方法は、凝集剤、補助剤がともに自然由来、かつ、生分解性であるため、環境負荷の小さな環境調和型の処理方法とすることができる。
【００１８】
環境調和型材料としては、上記した植物由来の分散剤であるレシチン、バイオサーファクタントを挙げることができる。バイオサーファクタントとは、微生物が疎水性の高い物質を細胞内に取り込むために分泌する界面活性剤様の物質である。
バイオサーファクタントは、アミノ酸型、糖型、高分子型などを特に制限することなく用いることができ、例えば、アミノ酸型のサーファクチン、ビスコシン、糖型のラムノリピッド、ソホロリピッド、マンノシルエリスリトールリピッド、トレハロースリピッド、高分子型のエマルザン等のうち、分散能を有する、陰イオン性、非イオン性、両性イオン性のものを用いることができる。
【００１９】
「濁水処理方法」
本発明の濁水処理方法は、キトサン系凝集剤による凝集処理後、または、キトサン系凝集剤と同時に、補助剤を添加することを特徴とする。補助剤の投入後にキトサン系凝集剤を投入した場合は、本発明の効果が得られない場合がある。なお、本発明の濁水処理方法は、陰イオン性分散剤、非イオン性分散剤、両性イオン性分散剤のいずれか１種以上を含む補助剤を用いること以外は、従来公知の装置・方法により行うことができる。
【００２０】
キトサン系凝集剤と補助剤とを併用することで、凝集作用が高まる詳細なメカニズムは不明であるが、本発明者は以下の様に推測している。
水中の懸濁物質は、通常、負に帯電している。キトサンは、正の電荷を有するため、これら懸濁物質を凝集する作用となる。ただし、キトサンが過剰量となると、正の電荷を有するキトサン同士が反発しあうため、分散効果となる。補助剤は、それぞれ、キトサンの正の電荷を有する部分、帯電していない部分と相互作用して、キトサン同士の反発力を弱める。その結果、キトサンによる分散作用が働く濃度範囲が狭くなり、キトサン系凝集剤の適用可能濃度が広くなる。
【００２１】
キトサン系凝集剤と補助剤とを予め混合した濁水処理剤として添加することもできる。濁水処理剤は、固体状または液体状とすることができる。予めキトサン系凝集剤と補助剤と混合した濁水処理剤とすることにより、濁水処理時の凝集剤と補助剤の添加順を間違えることがなくなるという利点がある。
【００２２】
キトサン系凝集剤の添加濃度は、濁水中に０．１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下であることが好ましく、０．５ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下であることがより好ましく、１ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下であることがさらに好ましい。また、補助剤の添加量（乾燥重量）は、前記キトサン系凝集剤１００重量部（乾燥重量）に対して、０．１重量部以上１００重量部以下であることが好ましく、０．５重量部以上５０重量部以下であることがより好ましく、１重量部以上３０重量部以下であることがさらに好ましい。
【実施例】
【００２３】
「実験１」
粒径７５μｍ以下に調製したカオリン粉末を蒸留水に添加、撹拌して模擬濁水１（５００ｐｐｍ）を作成した。模擬濁水１の初期濁度を濁度計（装置名：ポータブル濁度計、ＨＡＮＮＡｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製、測定範囲０．００〜１０００ＦＴＵ）で測定したところ、初期濁度は３６８ＦＴＵであった。模擬濁水１のｐＨは、７．８であった。
この模擬濁水１を２００ｍｌずつビーカーに分注した。各ビーカーにキトサン系凝集剤（フジクリーン、富士エンジニアリング社製）を５ｐｐｍとなるように加え、さらに、下記に示す陰イオン性分散剤３種、非イオン性分散剤５種、両性イオン性分散剤１種、陽イオン性分散剤１種を、それぞれ１ｐｐｍとなるように添加し、急速撹拌（１２０ｒｐｍ）１分、緩速撹拌（３０ｒｐｍ）３分、静置５分の撹拌サイクルの後、水面から１ｃｍの場所から１０ｍｌを採取して濁度計で濁度測定した。その後、さらに分散剤１ｐｐｍを追加して、再度上記撹拌サイクルを行い、同様にして２回目の濁度を測定した。また、コントロールとして分散剤を加えない以外は同様の操作を行った。各サンプルの濁度を図１に示す。
【００２４】
分散剤（商品名）
・陰イオン性
１．マスターポゾリスＮｏ．７０（ＢＡＳＦ社製）
２．マスターグレニウムＳＰ８（ＢＡＳＦ社製）
３．カネカＳＦ（カネカ社製、環境調和型材料）
・非イオン性
４．Ｔｗｅｅｎ２０（関東化学社製）
５．Ｔｗｅｅｎ８０（関東化学社製）
６．トリトン（和光純薬工業社製）
７．消泡剤ＳＩ（和光純薬工業社製）
８．ＫＭ−７２（信越シリコーン社製）
・両性イオン性
９．レシチン（和光純薬工業社製、環境調和型材料）
・陽イオン性
１０．トリメチルステアリルアンモニウムクロリド（和光純薬工業社製）
【００２５】
凝集剤と、陰イオン性分散剤、非イオン性分散剤、両性イオン性分散剤のいずれかからなる補助剤とを併用することにより、凝集剤単独で用いた場合と比較して濁度が低下することが確かめられた。
陽イオン性分散剤では、濁度が悪化しており、凝集剤の効果を高めることはできなかった。
凝集剤と補助剤とを同時添加した１回目と比べて、補助剤を追加した２回目はさらに濁度が低下しており、補助剤を追加することにより、濁度を低くできることが確かめられた。
【００２６】
「実験２」
カオリン濃度を５０００ｐｐｍとした以外は、上記実験１と同様にして模擬濁水２を作成した。模擬濁水２の初期濁度は、濁度計の測定限界を超えており、１０００ＦＴＵ以上であった。
この模擬濁水２を２００ｍｌずつビーカーに分注した。各ビーカーにキトサン系凝集剤をそれぞれ３ｐｐｍ、５ｐｐｍ、１０ｐｐｍとなるように加え、上記実験１と同様の撹拌サイクルで撹拌した。撹拌１回目、３回目、１０回目に濁度を測定した。各サンプルの濁度を図２に示す。なお、コントロールとしてキトサン系凝集剤を加えない以外は同様の操作を行ったところ、いずれの濁度も１０００ＦＴＵ以上であった。
【００２７】
キトサン系凝集剤の濃度が５ｐｐｍのときに濁度が最も低く、１０ｐｐｍでは濁度が増加した。すなわち、キトサン系凝集剤の適応濃度範囲が狭いことが確かめられた。
いずれのキトサン添加濃度においても、撹拌回数を増やすことで、濁度の低下がみられた。このことから、キトサン系凝集剤を用いた濁水処理では、キトサン系凝集剤の分散が重要であることが確かめられた。
【００２８】
「実験３」
キトサン系凝集剤（３ｐｐｍ）と同時に補助剤として上記陰イオン性分散剤１、または非イオン性分散剤４を加えた以外は、上記実験２と同様にして撹拌サイクルを１回行った後、濁度を測定した。測定結果を、上記実験２のキトサン系凝集剤（３ｐｐｍ）の結果と合わせて図３に示す。
【００２９】
キトサン系凝集剤と補助剤を同時に添加することにより、撹拌サイクル１回のみで、キトサン系添加剤のみを添加して撹拌サイクルを３回繰り返した場合よりも、濁度が低下した。このことから、補助剤を用いることにより、濁水処理に要する時間を短くできることが確かめられた。また、高価なキトサン系凝集剤の使用量を削減でき、濁水処理の低コスト化を実現できることが確かめられた。
【００３０】
「実験４」
造成現場の貯水池から採取した土に蒸留水を添加し、撹拌した後、１０分間静置し、粒径の大きな固形分を沈殿させた後、液相を採取して模擬濁水３（１００００ｐｐｍ）を作成した。模擬濁水３の初期濃度は測定限界以上だったが、希釈して測定したところ約２０００ＦＴＵと算出された。
この模擬濁水３を２００ｍｌずつビーカーに分注した。各ビーカーにキトサン系凝集剤を、それぞれ２．５ｐｐｍ、１２．５ｐｐｍ、３０ｐｐｍとなるように加え、上記実験１と同様の撹拌サイクルで撹拌し、濁度を測定した。また、キトサン系凝集剤を少量ずつ添加、撹拌サイクルを繰り返し、撹拌サイクルごとに濁度を測定した。結果を図４に示す。
【００３１】
模擬濁水３は、キトサン系凝集剤１２．５ｐｐｍの添加で濁度が１１ＦＴＵ、３０ｐｐｍの添加で濁度が２３５ＦＴＵとなった。また、キトサン系凝集剤を少量ずつ添加した場合、キトサン系凝集剤が過剰量となっても、濁度は悪化しなかった。このことから、キトサン系凝集剤が分散することが、凝集に関与することが確かめられた。
【００３２】
「実験５」
上記実験４で、キトサン系凝集剤を３０ｐｐｍ添加した濁度２３５ＦＴＵの濁水に対し、バイオサーファクタントである陰イオン性分散剤３の１ｐｐｍ添加、撹拌サイクル後の濁度測定を３回繰り返した。結果を図５に示す。
【００３３】
キトサン系凝集剤が過剰添加となった濁水に対し、補助剤を添加することにより、濁度が低下することが確かめられた。
【００３４】
「実験６」
実験４で作成した模擬濁水３、及び、粒径７５μｍ以下に調製したベントナイト粉末に蒸留水を添加、撹拌して作成した模擬濁水４（５０００ｐｐｍ）を用い、キトサン系凝集剤とバイオサーファクタントである陰イオン性分散剤３の添加順を検討した。なお、模擬濁水４は、模擬濁水３と同様の濁度となるように調製し、希釈して測定した濁度から約２０００ＦＴＵと算出された。
【００３５】
下記表１に示す順で凝集剤、または補助剤を添加し、各薬剤の添加後には撹拌サイクル１回行い、撹拌サイクル後に濁度を測定した。
【表１】
2019118887.tif 000003
【００３６】
補助剤を用いることにより、キトサン系凝集剤の添加量を削減できた。補助剤の添加後に凝集剤を添加した場合、凝集剤の効果が十分に発揮されないが、さらに補助剤を添加することで、凝集が進むことが確かめられた。
【図１】
2019118887.tif 000004
【図２】
2019118887.tif 000005
【図３】
2019118887.tif 000006
【図４】
2019118887.tif 000007
【図５】
2019118887.tif 000008