消泡剤の各種汚水・廃水処理における応用と特性

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製紙用水処理用消泡剤は、主に製紙業のパルプ製造および抄紙工程で使用されます。この過程における主な成分はリグニン、セルロース、揮発性有機酸などであり、汚染物質の濃度が高く、排出量も多く、分解が困難で、生物分解性も低いという特徴を持ち、処理が難しい工業廃水の一つです。製紙廃水の一般的な処理方法は凝集法であり、適応性が高く、装置がシンプルで操作も簡単だが、コストが高い、汚泥の発生量が多いといった欠点がある；もう一つの方法は生物処理法で、二次汚染がなく処理コストが低いという特徴があるが、有機汚染物質の含有量を完全に削減することはできない。近年、国内外の学者たちによって、滑石粉を凝集促進剤、凝集剤、濾過助剤として利用し、製紙廃水の消泡剤として応用する研究が行われている。 含油廃水処理用消泡剤は、主に石油産業、鉄鋼業、ガスプラント、機械工業で使用される冷却潤滑液などから発生する廃水に適用される。廃水中の油膜が水面を覆うことで、水域の自己浄化能力が失われ、水中の生態バランスが崩れる。これは人体の健康を害するだけでなく、農作物の生産にも影響を与える。現在、気浮法は油分を含む廃水を処理するための主要な方法ですが、エネルギー消費量が多く、凝集剤の使用量も多い上、占有面積も大きいという欠点があります。また、電気化学法や吸着法といった他の方法にも、運用コストが高い、適用範囲が狭いといった欠点があります。 近年、一部の学者による消泡剤を吸油剤として利用する研究は、含油廃水の処理に新たな道を提供している。余仁煥らは、充気渦流器による含油汚水の浄化効果に対する滑石の使用量と粒径という2つの要因について検討した。結果は、滑石粉（150g/m3水）の粒度が0.074mmでその割合が81％の場合、脱油率は78.30％に達し、滑石粉は充気渦流器における脱油効果が顕著であり、滑石粉を添加しない場合と比べて脱油率が約5％向上することが示された。また、研究者たちは異なる条件下で滑石粉を用いて油含有廃水を処理する効果についても調査している。結果は、20℃で滑石粉の添加量を20g/Lとし、ゆっくりと15分間撹拌した条件において、ガソリンのCOD除去率は97.8％、ディーゼルの除去率は81.5％であった。滑石は天然の疎水性親油性鉱物で、疎水性親油性粒子の油水間での分離を促進するため、滑石粉を吸油剤として油含有廃水の処理に利用できる。染料廃水の処理 染料廃水は成分が複雑で色度が高く、環境に深刻な汚染をもたらします。カチオン染料の廃水は、複雑な芳香族基を含んでいるため生物分解による脱色が困難で、生分解性が低いため、処理が難しい。染料廃水の従来の処理方法（濾過、凝集など）は、汚染物質を液相から固相または気相に変換するだけであり、汚染物質を完全に除去することはできず、二次汚染を引き起こしやすい。したがって、コストが低く、効果的で、環境に優しいこの処理技術は、絶えず開発が進められている。芳香族有機廃水の処理　石油化学やプラスチックなどの産業が発展するにつれて、工場から排出される芳香族化合物を含む廃水の量も増えてきている。この種の廃水の汚染物質は構造が安定しており、分解しにくい。現在、芳香族有機廃水を処理する方法としては、高級酸化法や液膜分離法が主に用いられている。前者は操作が簡単で反応も速いが、運用コストが高いため、国内ではあまり利用されていない；後者で使用される液膜は劣化しやすく、膜の汚染やコストが高いといった問題もある。消泡剤による廃水処理の効果は顕著であり、主に廃水の構造と性質に依存する：（1）独特な多孔構造および大きな比表面積；（2）表面官能基OH—、H—O—H、Si—Oが活発；（3）天然の疎水性親油性；（4）化学的安定性。水処理用の消泡剤の改質方法には、主に表面被覆改質法、機械的粉砕改質法、超音波処理法、および酸化改質法がある。消泡剤を改質することで比表面積が増大し、表面活性が高まり、吸着性能も向上するため、廃水処理に利用することができる。筆者は、今後以下の幾つかの点を中心に取り組む必要があると提言する。（1）水処理剤としての消泡粉の改質方法は少なく、その固有の特性に基づき、局所的な活性化改質法や外膜層改質法を拡充し、改質タルクの特定汚染物質への吸着選択性を高めるべきである。また、酸化タルク粉における酸液の排出問題も重視すべきである；（2）消泡剤を処理した廃水は、多くが実験室で作成された模擬廃水や、汚染物質が単一の廃水であり、消泡剤を大量に実際の生産現場で使用できるかどうかは検討が必要である；（3）研究によると、SN（オクタデシルジメチルホロエチルジアンモニウム）とマグネシウムシリケートがハイブリッド化した混合物は、染料廃水中の陰イオンを吸着することができる。マグネシウムシリケートの層間構造は滑石に類似しているため、染料廃水中の陰イオン除去において滑石とSNのハイブリッド化を利用することが考えられる；（4）滑石には潤滑性や吸着性といった特性があるため、消泡剤が膜分離技術において果たす助濾作用について検討できる；（5）消泡剤の回収再利用などの方法に関する研究を強化し、水処理における消泡剤のさらなる活用のための理論的基盤を築くべきである。消泡剤による水質汚染の浄化に関する研究が深まるとともに、滑石の加工改質技術も継続的に開発されているため、水処理分野において消泡剤が大きなブレークスルーをもたらすことが期待されている。