(57)【要約】      （修正有）【課題】無機性の汚染物質を含む汚染水を簡単な設備と容易な操作で浄化する浄化装置及び浄化方法を提供する。【解決手段】２価の金属を素材とする金属材４と活性炭６とからなる処理用材９と、該処理用材９が収納された処理槽１０とを含んでなり、該処理槽１０に汚染水を入れて前記処理用材９を汚染水に浸漬することにより該汚染水を処理する水浄化装置２であり、２価の金属を素材とする金属材４と活性炭６とを汚染水に浸漬する汚染水浄化方法である。前記活性炭６は気乾比重０．５以下の木材を焼成して得られたものであり、汚染水は汚染物質としてケイ素、ホウ素、ヒ素を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２価の金属を素材とする金属材と活性炭とからなる処理用材と、該処理用材が収納された処理槽とを含んでなり、該処理槽に汚染水を入れて前記処理用材を汚染水に浸漬することにより該汚染水を処理する水浄化装置。
【請求項２】
前記金属材がアルミ箔またはアルミ板であり、前記処理用材が前記金属材と前記活性炭とを交互に層状に配置してなる請求項１に記載の汚染水浄化装置。
【請求項３】
前記活性炭が気乾比重０．５以下の木材を焼成して得られたものである請求項１または２に記載の汚染水浄化装置。
【請求項４】
２価の金属を素材とする金属材と活性炭とを汚染水に浸漬する汚染水浄化方法。
【請求項５】
前記汚染水が汚染物質としてケイ素を含む請求項４に記載の汚染水浄化方法。
【請求項６】
前記汚染水が汚染物質としてホウ素を含む請求項４に記載の汚染水浄化方法。
【請求項７】
前記汚染水が汚染物質としてヒ素を含む請求項４に記載の汚染水浄化方法。
【請求項８】
前記活性炭が気乾比重０．５以下の木材を焼成して得られたものである請求項４から７のいずれかに記載の汚染水浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染物質を含む汚染水の浄化装置及び浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染水の浄化方法としては汚染物質を凝集剤の作用で凝集沈殿させて分離する方法（例えば、特許文献１参照）や、好気性菌の作用で汚染物質を分解する生物処理（例えば、特許文献２参照）が知られている。さらには、汚染水に外部電源から電流を流して電気分解処理することにより水中の電解質を析出させて除去する方法（例えば、特許文献３参照）がある。
【０００３】
凝集剤の作用で凝集沈殿させて分離する方法は処理のたびに凝集剤を処理水から分離して廃棄する必要があり過大なコストと手間がかかる。生物処理は、有機性の汚染物質について有効であるが、ケイ酸イオンのような無機物質を含む汚染水の処理には不向きである。電気分解法は消費電力と電気的設備の点でコストが過大である。
【特許文献１】特開２００８−８０３２１号公報
【特許文献２】特開２００８−１００１７８号公報
【特許文献３】特開２００３−１９０９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、イオン化した無機性の汚染物質を含む汚染水を簡単な設備と容易な操作で浄化する浄化装置及び浄化方法を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の要旨とするところは、２価の金属を素材とする金属材と活性炭とからなる処理用材と、該処理用材が収納された処理槽とを含んでなり、該処理槽に汚染水を入れて前記処理用材を汚染水に浸漬することにより該汚染水を処理する水浄化装置であることにある。
【０００６】
前記汚染水浄化装置においては、前記金属材がアルミ箔またはアルミ板であり得、前記処理用材が前記金属材と前記活性炭とを交互に層状に配置してなり得る。
【０００７】
前記活性炭は気乾比重０．５以下の木材を焼成して得られたものであり得る。
【０００８】
また、本発明の要旨とするところは、２価の金属を素材とする金属材と活性炭とを汚染水に浸漬する汚染水浄化方法であることにある。
【０００９】
前記汚染水浄化方法においては、前記汚染水は汚染物質としてケイ素を含み得る。
【００１０】
前記汚染水浄化方法においては、前記汚染水は汚染物質としてホウ素を含み得る。
【００１１】
前記汚染水浄化方法においては、前記汚染水は汚染物質としてヒ素を含み得る。
【００１２】
前記汚染水浄化方法においては、前記活性炭が気乾比重０．５以下の木材を焼成して得られたものであり得る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、無機性の汚染物質を含む汚染水を簡単な設備と容易な操作で浄化する浄化装置及び浄化方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の汚染水浄化装置の態様を説明する。図１に示すように、本発明の態様の一例においては、本発明の汚染水浄化装置２は、板状あるいは箔状の２価の金属を素材とする金属材４と活性炭の層６とが交互に層状に配置されてなる処理用材９と、処理用材９が収納された処理槽１０と、処理槽１０に処理対象の汚染水を導入する不図示の給水手段と、処理槽１０内で処理された汚染水を処理槽１０から排出する不図示の水排出手段とを備えてなる。
【００１５】
処理対象の汚染水は処理槽１０内に導入されたのち所定時間貯留、所定時間かけて槽内を通過、槽内で循環、または槽内と槽外を含む経路で循環させることにより、汚染水からの汚染物質の除去処理が行われる。処理槽１０内では、金属材４の少なくとも一部と活性炭の層６の少なくとも一部が処理対象の汚染水に浸漬状態となっている。
【００１６】
本発明の水浄化装置は、図２に示すように、小片状の金属材４ａと活性炭６ａがランダムに混在した状態の処理用材９ａが処理槽１０に入れられた態様の汚染水浄化装置２ａであってもよい。
【００１７】
本発明において、活性炭は、石炭、ヤシ殻、木材などの炭素系物質を原料として作られる直径１０〜２００オングストローム程度の細孔を持つ吸着性の強い、大部分が炭素質の炭のことを指し、各種化学種を吸着可能な活性な表面を広く備えた炭素材料のことであって、通常、比表面積が数１００ｍ2／ｇ以上のものをいう。
【００１８】
本発明に用いる活性炭としてはやしがら活性炭のような細孔径の極めて小さいものであってもよいが、ラワンのような南洋材あるいは南洋材と同等の低比重の木材を焼成して得られる、細孔径の分布が広い（比較的大きい径から小さい径を幅広くもつ）活性炭が好ましい。このような細孔径の分布が広い活性炭は、汚染物質がケイ素、ホウ素、ヒ素、カドミウムあるいはフッ素の場合、処理時にこれらの汚染物質を含む析出物を細孔に取り込んで有効に吸着する。
【００１９】
このような南洋材としては、ラミン、ゴム、ラワン、カポール、テレンタン、メランティ、ゲロンガン、ピサンピサン、ファルカータ、プナ、ケンパス、バラン、ビンタングル、ニャトー、アガチス、が例示されるが成長が速く細胞組織が粗くて大きいものであればこれらに限定されない。
【００２０】
南洋材に限らず、本発明において使用する木材の気乾比重が０．５以下であることが好ましい。例えば、気乾比重０．５以下の桐、杉類、松類のような木材であることが好ましい。このような木材として、工場から出る木質廃梱包材やいわゆるワンウエイの廃パレットなどの木材の利用が可能であり、安価に入手ができる。
【００２１】
本発明において低比重の木材を焼成する方法はとくに限定されないが、上述の低比重の木材を２〜１０ｃｍサイズに破砕し、６５０〜７５０℃で急速焼成することが細孔径の分布が広い活性炭が得られて好ましい。図３に本発明において好適に用いられる焼成装置の態様の一例を示す。焼成装置２０は木材を焼成する焼成炉２８、焼成により発生したガスを燃焼させるガス高温燃焼室３４、ガス高温燃焼室３４から排出される高温ガスを冷却する冷却塔３６、冷却塔３６で冷却された低温ガスを放出する煙突４０を主体に構成される。
【００２２】
チップ状の木材がポッパー２４から自動開閉扉２６を経て焼成炉２８に投入される。また、焼成炉２８の底は目皿状となっており、焼成により炭化した活性炭４２が目皿状の底を通過してスクリュー輸送機３０の受け側に落下し、排出側から排出されて活性炭集合物４４が得られる。
【００２３】
焼成炉８内の炭化温度は６５０〜７５０℃に設定される。木ガスが焼成炉２８から排出され、ダクト３２を経てガス高温燃焼室３４で８００℃以上の温度で燃焼される。冷却塔３６は熱交換器３８を備える。
【００２４】
金属材４の素材としては、鉄、銅、亜鉛、錫、鉛、マグネシウム、アルミニウムが例示される。なかでもアルミニウムが浄化能のうえで好ましい。
【００２５】
本発明の汚染水浄化装置は汚染物質としてケイ酸を含んだ汚染水の浄化に有効である。また、汚染物質としてケイ素、ホウ素、ヒ素、カドミウム、フッ素などを含んだ汚染水の浄化に有効である。
以下に実験例で本発明の効果を説明する。
【００２６】
［実験例１］
・装置
ケース１：縦２０ｃｍ、横２０ｃｍ、高さ９ｃｍの水槽（３．５リットルの処理槽）に活性炭３００ｇ収納した。
ケース２：ケース１と同様の水槽に活性炭３００ｇ収納するとともに、図１に示すように板状のアルミ材と活性炭の層とが交互に層状に配置されるように、約６ｃｍ間隔で板状のアルミ材を活性炭の集合体中に挿入した。アルミ材は２枚用い、活性炭の層の厚みが各層でほぼ同じになるようにアルミ材を配置した。アルミ材のサイズは厚さ：０．２ｍｍ、縦８ｃｍ、横１７ｃｍである。配置されたアルミ材の上辺と活性炭集合体の上面とはほぼ面一となった。
ケース３：ケース１と同様の水槽に活性炭３００ｇ収納するとともに、図１に示すように板状のアルミ材と活性炭の層とが交互に層状に配置されるように、ケース２と同様のアルミ材を約３ｃｍ間隔で活性炭の集合体中に挿入した。アルミ材は４枚用い、活性炭の層の厚みが各層でほぼ同じになるようにアルミ材を配置した。配置されたアルミ材の上辺と活性炭集合体の上面とはほぼ面一となるようにした。
ケース４：ケース１と同様の水槽に活性炭３００ｇ収納するとともに、板状のアルミ材と活性炭の層との配置をケース３と同様にした。
ケース５：ケース１と同様の水槽にケース３で用いたと同様のアルミ材（４枚）のみをケース３と同様の配置で設置した。
・活性炭
木質廃パレット（南洋材）のチップを７００℃で焼成して得られた活性炭を用いた。この該活性炭の表面積は３００〜３４０ｍ2／ｇで、窒素吸着等温線からのＢＥＴ−ＰＬＯＴを図４に示す。Ｐ ０、Ｐ、Ｖは、それぞれ飽和蒸気圧、吸着平衡圧、吸着平衡圧Ｐ における吸着量である。また、窒素の脱着等温線からのＤ−Ｈ法による細孔径分布を図５に示す。Ｖｐは細孔容積、Ｒｐは細孔半径である。
・被処理水
３３ｐｐｍのケイ酸水溶液を用いた。
・処理操作
各槽に２リットルの被処理水を投入した。ケース１〜３、５では被処理水は投入後静置した。ケース４では送液ポンプで水槽内の水を１００ｍｌ／ｍｉｎの流量で水槽外に導き水槽内とで処理期間中循環させた。処理時間は２０日とし、その間サンプリングの時期を定めて水質検査等の検査を行った。
・検査項目
ケイ素濃度
アルミニウム濃度
電気伝導度
ｐＨ
アルミ材と活性炭との電位
２０日処理後の活性炭中のケイ素、アルミニウムの含有量（プラズマ発光検出器により測定）
【００２７】
・検査結果
被処理水のケイ素濃度の経時変化を表１に示す。
【００２８】
【表１】
2010046580.tif 000003
【００２９】
被処理水のアルミニウムの濃度の経時変化を表２に示す。
【００３０】
【表２】
2010046580.tif 000004
【００３１】
被処理水の電気伝導度の経時変化を表３に示す。
【００３２】
【表３】
2010046580.tif 000005
【００３３】
被処理水のｐＨの経時変化を表４に示す。
【００３４】
【表４】
2010046580.tif 000006
【００３５】
アルミ材と活性炭との電位の経時変化を表５に示す。
【００３６】
【表５】
2010046580.tif 000007
【００３７】
活性炭中のケイ素、アルミニウムの検出量を表６に示す。
【００３８】
【表６】
2010046580.tif 000008
【００３９】
表１に示すように、活性炭のみによる処理（ケース１）および、アルミ材のみによる処理（ケース５）では、被処理水のケイ素濃度が経時により殆ど変化しないのに対して、活性炭とアルミ材を混在させたものによる処理（ケース２〜４）においては、被処理水のケイ素濃度の経時による減少が認められた。アルミ材の枚数が多い方が被処理水のケイ素濃度の経時による減少度合いが大きかった。また、被処理水を処理中に静置しておくよりも、循環させるほうが被処理水のケイ素濃度の経時による減少度合いが大きかった。
【００４０】
表２に示すように、アルミ材の使用により、被処理水のアルミニウム濃度が若干増加した。アルミニウム濃度は経時により増加した後飽和する傾向を示した。
【００４１】
表３に示すように、被処理水の電気伝導度が経時により増加傾向を示した。活性炭のみによる処理（ケース１）の場合より、活性炭とアルミ材を混在させたものによる処理（ケース２〜４）の場合のほうが増加の度合が大きかった。ケース２〜４においては電気伝導度は初期値の約２倍強で飽和の傾向にあった。
【００４２】
表4に示すように、被処理水のｐＨが処理により若干増加した。ケース１より、ケース２〜４のほうが増加の度合が大きかった。ｐＨは処理開始後増加ののち飽和の傾向にあった。
【００４３】
表５に示すように、活性炭とアルミ材との間には電位差が生じている。電位差は経時により増加傾向を示している。このことから、本発明の汚染水浄化方法では、電解法による水浄化処理におけると同様の電気化学的メカニズムにより汚染物質の凝集、吸着が行われると推定される。特に、この導電性をもつ活性炭の肺胞状に広がった細孔内のミクロ突起が電界集中を生じせしめ、この吸着効果を高めていると考えられる。このことは、上述のように表１においてアルミ材の枚数が多い方が被処理水のケイ素濃度の経時による減少度合いが大きいことによっても裏付けられると思われる。また、表２においてアルミニウム濃度が経時により増加傾向を示すことによっても裏付けられると思われる。さらにこのメカニズムに加えて活性炭本来の吸着能が浄化を促進させている。
【００４４】
［実験例２］
・装置
直径５ｃｍ、高さ７ｃｍの円筒容器（処理槽）に活性炭１０ｇ収納し、厚さ０．２ｍｍ、横４ｃｍ、縦６ｃｍのアルミ板２枚を活性炭層に挿入し、約２ｃｍ間隔で対向配置させた。
・被処理水
１２０ｐｐｍのホウ素水溶液を用いた。
・処理操作
槽に８０ミリリットルの被処理水を投入し、投入後静置した。処理時間は６日とし、水質検査を行った。
【００４５】
・検査結果
表７に示すように、処理により被処理水のホウ素濃度の減少が認められた。
【００４６】
【表７】
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【００４７】
［実験例３］
・装置
直径６ｃｍ、高さ８ｃｍの円筒容器（処理槽）に活性炭１５ｇ収納し、厚さ０．２ｍｍ、横５ｃｍ、縦６ｃｍのアルミ板２枚を活性炭層に挿入し、約２ｃｍ間隔で対向配置させた。
・被処理水
３ｐｐｍのヒ素水溶液を用いた。
・処理操作
槽に１００ミリリットルの被処理水を投入し、投入後静置した。処理時間は６日とし、水質検査を行った。
【００４８】
・検査結果
表８に示すように、処理により被処理水のヒ素濃度の大幅な減少が認められた。
【００４９】
【表８】
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【００５０】
その他、本発明は、主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の水浄化装置の構成の態様の一例を示す断面模式図である。
【図２】本発明の水浄化装置の構成の態様の他の一例を示す断面模式図である。
【図３】活性炭の焼成装置の一例を示す模式図である。
【図４】活性炭のＢＥＴプロットのグラフである。
【図５】活性炭のＤ−Ｈ法による細孔分布曲線である。
【符号の説明】
【００５２】
２、２ａ：汚染水浄化装置
４、４ａ：金属材
６：活性炭の層
６ａ：活性炭
９、９ａ：処理用材
１０：処理槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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