รายวิชา: 凝集

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- ※関先生は2024年3月に北海道大学を退職されました。
溶存物質と懸濁・浮遊物質
- 工業排水試験方法における定義
  懸濁・浮遊物質（Suspended Solid, SS）
  目開き 2 mm のフルイを通過する物質
  孔径 1 mm のろ過材の上に残る物質
  溶存物質（Dissolved Matter, DM）
  孔径 1 mm のろ過材を通過する物質
  ※以下，懸濁・浮遊物質を「SS」と略記します。
- 代表的なSSの分離法
  ろ過 (Filtration)
  凝集 (Flocculation)
  遠心分離 (Centrifugation)
  サイクロン (Cyclone)
- 塩濃度が上昇するとSSは凝集する
- SSの工業排水基準
  •神戸：40 mg/kg
  •川崎・横浜：70 mg/kg
  •東京：120 mg/kg
  •名古屋・函館：200 mg/kg
  •札幌：300 mg/kg
  地域によって基準値が異なるのは，国が法律で定めた「一律排水基準」と，各自治体が定めたさらに厳しい「上乗せ排水基準」があるからです。
- SS粒子間に反発力を生む電気二重層
- 懸濁物質の表面電荷
  Marshall, Aust. H. Biol. Sci. (1967)
  Huang & Lin, Adsorption from aqueous solutions (1981)
- シリカ SiO₂（乾燥剤のシリカゲルと同じ物質です）
  乾燥した状態
- シリカ（SiO₂）の場合
  水分を吸収した状態
  水中では水素イオンが解離して負電荷をもちます
- 凝集のメカニズム　高分子凝集剤の作用機構
- 生物分解性凝集剤の開発
  ＜従来の凝集剤＞
  無機系：PAC・硫酸アルミニウム・硫酸鉄など
  有機系：ポリアクリルアミドなど
  ＜問題点＞
  ポリアクリルアミドに含まれる未反応モノマーに発がん性
  アルミニウムは植物根の成長を阻害
  ↓
  生物や環境に安全な生物分解性凝集剤の開発
  ＜当研究室の取り組み＞
  タンパク質を原料とした「生物分解性凝集剤」の開発
  原料は，鶏卵白，牛乳，大豆，ホタテガイ加工廃棄物など
珪藻土の凝集 Flocculation of diatomite
- 珪藻土
  珪藻土は珪藻プランクトンの化石で，成分の95%以上がSiO2です。水田などにある，日本では一般的な泥土です。
- 頻度分布曲線（Frequency Distribution Curve）
  珪藻土の粒子径分布です。モード径は10-20μmです。
- 生物分解性凝集剤による珪藻土の凝集実験
  大豆タンパク質から作った凝集剤を使っています。凝集剤添加量は，珪藻土の質量の1%です。
- 実用例：超高速凝集沈澱処理装置
- 生物分解性凝集剤の利用
  従来の凝集剤を使うと，SSは多額の処理コストがかかる産業廃棄物になります。
  Ａ社（大豆加工，西日本）
  •総排水：約500 t/日
  •固形廃棄物（水分：約50%）：約1 t/日
  •処理費用：埋立費約3千万円/年 + 下水処理費約3千万円/年
  Ｂ社（すり身加工，東北）
  •総排水：約500-800 t/日
  •固形廃棄物（水分：約50%）：約5 t/日
  •処理費：2 – 3万円/t
  Ｃ社（小麦加工，東北）
  •総排水：約250 t/日
  •固形廃棄物（水分：約50%）：約5 t/日
  •処理費：2 – 3万円/t
  養殖飼料の主成分である魚粉の価格が高騰しています。安全なタンパク質由来の凝集剤で食品加工場の排水を処理すれば，回収したSSを魚粉の代わりに使えるのではないかと考えています。
  小麦グルテン製造工場の排水の凝集処理
  豆腐製造工場の排水の凝集処理
- 凝集磁気分離実験の装置１（自作）
  凝集してもなかなか沈まない微生物などの分離
  凝集体に磁性微粒子を混ぜて磁石で分離
  凝集体が除去されると，レーザー光強度が上がる仕組み
- 凝集磁気分離実験の装置２（自作）
  凝集体が界面を形成して沈降する速度を測定する装置

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