今日は、専門的でありながら、実際の運用に密接に関連するテーマ、浮遊物質が溶存空気浮上における溶存空気水の形成に与える影響についてお話ししましょう。「浮遊物質」や「溶存空気浮上」という言葉を聞くと、専門的すぎると思われる方もいるかもしれません。しかし、実際には、わかりやすく、ゆっくりと説明していきますので、きっと理解できるはずです。
まず、溶存空気浮上がどのようなものか簡単に説明します。簡単に言うと、水処理の一種で、その核心は、水中にいくつかの気体を溶存させて溶存ガス水を形成し、その溶存ガス水を処理する廃水に入れることです。この時点で、溶存水中のガスが逃げ出し、小さな泡に変わります。これらの泡は、特に水中の不純物、つまり浮遊物質に「くっつく」のが好きで、それらと一緒に水面に浮き上がり、水をきれいにすることができます。
そこで問題となるのは、水中の浮遊物質が、今度は溶存水の形成に影響を与えるのかということです。答えは肯定です。いくつかの側面から見ていきましょう。
まず、浮遊物質の量の影響があります。水中に浮遊物質が多すぎると、お粥の中に米粒が多すぎるように、水が濁って粘り気が増します。この場合、ガスが水に溶け込みにくくなります。考えてみてください。ガス分子は水中で落ち着く場所を見つける必要がありますが、浮遊物質があらゆるところでその道を塞いでいるため、スムーズに溶け込むことができる量は自然と減少します。例えば、何か小さなものをものでいっぱいの箱に詰め込もうとすると、空の箱よりもずっと難しくなります。したがって、浮遊物質の濃度が高すぎると、溶存水中の溶存空気量が減少し、その後の泡が不足し、処理効果が低下します。
次に、浮遊物質のサイズと形状について話しましょう。浮遊粒子の中には大きいものもあれば小さいものもあります。規則正しい円形のものもあれば、奇妙な形のものもあります。一般的に、大きな浮遊粒子は水中で「暴れ」やすく、ガス分子の溶解プロセスを妨害する可能性があります。まるで、静かな水面に大きな石を投げ込むと、波が立ち、元のバランスが崩れるようなものです。そして、不規則な形状の浮遊粒子は、表面がでこぼこしている可能性があり、いくつかのガス泡を自分自身に吸着させやすくなります。これは役に立つように見えるかもしれませんが、そうではありません。これらの泡は、事前に浮遊物質によって「奪われ」てしまったため、実際に水に溶け込んで溶存ガス水を形成することはなく、一部のガスを無駄にし、代わりに溶存ガス水の品質に影響を与えてしまいます。
浮遊物質の性質も重要です。浮遊物質の中には親水性、つまり水が大好きで、常に表面に水分子の層をまとっているものがあります。この水分子の層はバリアとして機能し、ガス分子が近づいて水に溶け込むのを防ぎます。まるで、レインコートを着ている人には、雨水が服を濡らすのが難しいようなものです。浮遊物質の中には疎水性で、あまり水を好まないものもあります。これらはガスと結合しやすいですが、ガスが溶解する前にこれらの浮遊物質によって「引っ張られ」、均一に水に溶け込むのではなく、小さな泡を形成する可能性もあります。これにより、溶存水が不安定になり、泡のサイズが不均一になり、その後の処理効果に影響を与えます。
さらに、浮遊物質の電荷状態も乱れを引き起こす可能性があります。水中の多くの浮遊物質は電荷を帯びており、正のものもあれば負のものもあります。そして、ガス分子も水中で弱い電荷を帯びている可能性があります。両者の電荷が反対の場合、互いに引き合い、ガス分子が浮遊物質に「吸い寄せられ」、均一に水に溶け込むのではなく、それらの周りに集まる可能性があります。このように、溶存ガスと水の分布が不均一になり、ガスが多い領域と少ない領域ができます。汚水を処理する際、「デッドコーナー」ができ、一部の浮遊物質は泡に「好まれ」ず、浮上することができません。
もう一つ見落としがちな点は、浮遊物質が水中に蓄積する可能性があるということです。それらは時々くっつき合って、より大きなフロックを形成します。これらのフロックは体積が大きく、より多くのスペースを占有し、水の流動性を悪化させます。溶存ガスと水が形成されるとき、水がスムーズに流れ、ガスと完全に接触する必要があります。浮遊物質の蓄積により水の流れが遅くなると、ガスと水の接触効率が低下し、ガスの溶解効果が自然と悪くなります。さらに、これらの大きなフロックは、溶存空気放出装置などの一部の機器の細孔を塞ぎ、溶存水がスムーズに放出されにくくなる可能性があり、さらに厄介です。
例えば、製紙工場の廃水を処理する場合、パルプ繊維などの浮遊粒子が多く含まれています。これらの繊維は細くて長く、濃度が高く、その多くが親水性です。この場合、ガスがスムーズに溶解して溶存水を形成することは特に困難です。溶存空気が除去できず、泡が繊維に絡みやすくなり、溶存空気浮上装置の処理効率が大幅に低下し、水中のパルプ繊維を完全に除去することができません。
これらの問題に遭遇した場合はどうすればよいでしょうか？実際にはいくつかの方法があります。例えば、廃水を処理する前に、浮遊物質の濃度を最小限に抑えたり、その性質を変えたりするために、前処理を行う必要があります。いくつかの化学物質を添加して、小さな浮遊物質をより大きなものに凝集させ、後でそれらのいくつかをろ過しやすくしたり、親水性の浮遊物質を疎水性にし、ガスの溶解に対する障害を減らしたりすることができます。さらに、ガス溶解装置のパラメータを調整することもできます。例えば、圧力を上げ、ガス溶解時間を長くすることで、ガスが水に溶け込む機会を増やし、浮遊物質によって引き起こされるいくつかの悪影響を相殺することができます。
全体として、浮遊物質は空気浮上における溶存水の形成に大きな影響を与えます。濃度、サイズ、形状、性質、電荷から凝集まで、あらゆる側面が溶存水の形成にいくつかの「小さな問題」を追加する可能性があります。したがって、実際の運用では、水中の浮遊物質の状況を注意深く検討し、対応する対策を講じて、より良い溶存空気水を形成し、溶存空気浮上装置が実際に機能して水をきれいに処理できるようにする必要があります。
