(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
菊花状断面を有する棒状の立体状不織布からなる多孔質材料に、粒径が０．１〜１００μｍである酸化マグネシウムを主成分とするマグネシウム系無機粒子を接着剤により付着した水処理材であって、マグネシウム系無機粒子の量は基材体積に対して０．５〜６０容量％であり、接着剤の固形分付着量は、マグネシウム系無機粒子の量に対して１５〜１００容量％であるリン成分除去用の水処理材。
【請求項２】
マグネシウム系無機粒子が酸化マグネシウムである請求項１に記載の水処理材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は河川、池、湖沼、海、排水などの水中に含まれるリン成分の除去に適した水処理材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、富栄養化の原因となるリン酸イオンなどのリン成分を除去するために、水酸化アルミニウム、水酸化鉄、アロフェンなどのリン吸着能がある物質をポリビニルアルコールの水溶液に分散して和紙などのシート状部材に担持せしめたものが知られている。これら従来の水処理材は、シート状部材に担持した物質の作用により実質的にシート状部材にリン酸イオンを固定することができるが、従来の水処理材のリン成分の吸着能力は高いとは言えなかった。とくに、使用初期のリン成分の吸着能力は低く、吸着に長い時間を要するという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の従来技術の問題点を解消するべくなされたものであり、水中に含まれるリン成分を短時間で効率よく吸着できる、リン吸着能力に優れた水処理材を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、本発明による、菊花状断面を有する棒状の立体状不織布からなる多孔質材料に、粒径が０．１〜１００μｍである酸化マグネシウムを主成分とするマグネシウム系無機粒子を接着剤により付着した水処理材であって、マグネシウム系無機粒子の量は基材体積に対して０．５〜６０容量％であり、接着剤の固形分付着量は、マグネシウム系無機粒子の量に対して１５〜１００容量％であるリン成分除去用の水処理材によって達成できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の水処理材に用いるマグネシウム系無機粒子は、初期のリン吸着能力が高い酸化マグネシウムを主成分とする無機粒子である。
【０００６】
マグネシウム系無機粒子の粒径は０．０５〜２００μｍであることが望ましいが、本発明では０．１〜１００μｍであることが必要である。粒径が２００μｍより大きくなると相対的に単位体積当たりの粒子の表面積が小さくなるため、リン成分の吸着力が低下することがあり、一方、０．０５μｍより小さくなると多孔質材料に付着する際に表面の大部分が接着剤によって被覆されてしまうため、やはりリン成分の吸着力が低下することがある。
【０００７】
また、マグネシウム系無機粒子の量は基材体積に対して０．５〜６０容量％であり、より好ましくは１．０〜５０容量％である。０．５容量％より少ないと十分なリン成分の吸着力が得られないことがあり、一方、６０容量％より多くてもリン成分の吸着力はそれ以上あがらず、むしろマグネシウム系無機粒子が凝集して吸着に働かない部分が生じることがある。
【０００８】
上記のマグネシウム系無機粒子は、接着剤により多孔質材料に付着される。マグネシウム系無機粒子はリン酸イオンなどと出会うと凝集する性質があるため、マグネシウム系無機粒子が多く存在すると、粒子の凝集体の外側だけがリン酸イオンなどと反応し、内部は未反応のままで作用しないことがある。このため、マグネシウム系無機粒子は、水酸化アルミニウム、水酸化鉄、アロフェンなどと比較するとリン吸着力が低いと考えられていた。しかし、マグネシウム系無機粒子を多孔質材料に一様に分散するように接着剤などにより付着させると、水酸化アルミニウム、水酸化鉄、アロフェンなどを付着したものと比較しても、はるかに高いリン吸着力が得られる。この理由は明らかではないが、接着剤により多孔質材料にマグネシウム系無機粒子を付着させることにより、上述のような凝集による未反応部分を作らずに効率よくリン吸着が行えるためと考えられる。
【０００９】
マグネシウム系無機粒子を付着させる多孔質材料としては、菊花状断面を有する棒状の立体状不織布が使用できるが、とくに３次元的な多孔構造を持つ繊維接着不織布、ニードルパンチ不織布、樹脂含浸不織布、水流絡合不織布などの不織布が望ましい。上記多孔質材料の目付けは２０〜１０００ｇ／ｍ2 、より好ましくは５０〜５００ｇ／ｍ2 であることが望ましく、２０ｇ／ｍ2 より少ないと強度が低くなりすぎて形状が維持できなくなることがあり、一方、１０００ｇ／ｍ2 より多いと通液抵抗が大きくなることがある。また、多孔質材料の厚みは０．１〜３０ｍｍ、より好ましくは０．５〜１５ｍｍであることが望ましく、０．１ｍｍより薄いと相対的に付着できるマグネシウム系無機粒子が少なくなってリン吸着力が低下することがあり、３０ｍｍより厚いと通液抵抗が大きくなることがある。
【００１０】
なお、上記多孔質材料は菊花状断面を有する棒状の立体状不織布である。更には、熱接着、接着剤による接着、縫製などを利用して多孔質材を結合してもよく、例えば、複数枚の不織布を積層し、中心線に沿って熱接着すると、菊花状断面の棒状の立体不織布が得られ、非常に表面積の大きな多孔質材として利用できる。
【００１１】
上記の多孔質材料にマグネシウム系無機粒子を付着する接着剤としては、アクリル系樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂などが使用できる。これらの樹脂は、例えば界面活性剤を含むエマルジョン溶液にして用いられ、この溶液にマグネシウム系無機粒子を混合分散し、これを多孔質材料に含浸、コーティングなどした後に乾燥することで、マグネシウム系無機粒子は多孔質材料に一様に接着剤によって付着する。
【００１２】
接着剤の量（固形分付着量）は、マグネシウム系無機粒子の量に対して、１５〜１００容量％であり、より好ましくは３０〜５０容量％である。１５容量％よりも少ないと使用中に無機粒子が脱離してしまうことがあり、１００容量％よりも多いと無機粒子の表面を被覆してしまってリン吸着機能を阻害することがある。
【００１３】
上記の本発明の水処理材は、河川、湖沼、水処理用バイパス路、排水路などに適当に配置すればよいが、とくに流れのある水域では、流れとほぼ平行となるような流れを阻害しない位置関係で配置されていることが望ましい。また、水処理材が菊花状断面を有する立体状不織布などの多孔質材料を使用した立体形状である場合には、流れと略直交する方向に間隔をあけて複数配置されていることが望ましい。このような配置にすると水の流れを阻害せず、しかも水と水処理材の表面との接触機会が増えるため、効率よくリンの除去が行える。
【００１４】
本発明の水処理材は、水底に直接固定されるか、または鋼材、枠材などの固定部材に取り付けて水中に沈めることにより間接的に水底に固定されるか、またはフロート、外部支持体、枠材などにつり下げられるか、あるいは枠材などの他の構造材に適宜の三次元的な配置で取り付けて水中に沈めることなどにより、水中に配置される。また、とくに水処理材を直接、または間接的に水底に固定する場合には、フロートを取り付けたり、水処理材の構成部材の一部または全部に、微小中空体を保持させた発泡不織布や発泡体などの浮力手段を用いたりして浮力を与え、水処理材が水底から直立するように配置することが望ましい。このようにすると、とくに河川などで、通常は直立してリン除去を行い、洪水時などの流速が速くなった場合には、流速に押されて水処理材が倒れ、水の流れを阻害しないのでよい。菊花状断面を有する立体状不織布を多孔質材料に用いる立体形状の水処理材などの場合には、とくに浮力手段を用いて水底に固定する方法が有効である。
【００１５】
【実施例】
実施例１
繊度３０デニールのポリエチレンテレフタレート繊維５０重量％と、繊度１５デニールの熱接着性ポリエステル繊維（融点１２０℃）５０重量％とからなる繊維ウェブを熱接着して、目付２４０ｇ／ｍ2 、厚み７ｍｍの不織布を得た。一方、平均粒径３．５μｍの酸化マグネシウムを、アクリル系樹脂エマルジョン（住友化学工業株式会社製 商品名：スミカフレックス）に分散した溶液を、上記の不織布に含浸し、乾燥して、水処理材を得た。なお、酸化マグネシウムの付着量は約１４０ｇ／ｍ2 （基材体積に対して４．２容量％）であり、アクリル系樹脂エマルジョン中の固形分の付着量は酸化マグネシウムに対して３０容量％であった。
【００１６】
（リン酸イオン吸着試験）ビーカー内にリン酸イオンに含まれるリンの濃度が２ｐｐｍとなるように調整した第一リン酸カリウム（ＫＨ2ＰＯ4）水溶液を２リットル準備し、この水溶液中に酸化マグネシウム量が３ｇとなるように水処理材を裁断したもの（２１４ｃｍ2 ）を入れ、スターラーで攪拌を行い水処理材にリン酸イオンを吸着させた。水処理材を投入後５分経過した時点で溶液３０ｍｌをサンプリングし、孔径１μｍの濾紙を用いて濾過した。この濾液を用いて、ＪＩＳ−Ｋ−０１０２「モリブデン青（アスコルビン酸）吸光光度法」に準じてリン酸イオン濃度として定量を行い、この値から下記の式によりリン酸イオンの除去率を求め、結果を表１に示した。
【００１７】
【数１】
0003688789.tif 000002
【００１８】
参考例１
実施例１で用いたのと同様の不織布に、平均粒径３．５μｍの水酸化マグネシウムを、アクリル系樹脂エマルジョン（住友化学工業株式会社製 商品名：スミカフレックス）に分散した溶液を含浸し、乾燥して、水処理材を得た。なお、水酸化マグネシウムの付着量は約１８０ｇ／ｍ2 （基材体積に対して４．３容量％）であり、アクリル系樹脂エマルジョン中の固形分の付着量は水酸化マグネシウムに対して３０容量％であった。この水処理材を用いて、実施例１と同様にしてリン酸イオン吸着試験を行い、結果を表１に示した。ただし、水処理材は水酸化マグネシウム量が３ｇとなるように１６７ｃｍ2 に裁断したものを使用した。
【００１９】
比較例１
実施例１で用いたのと同様の不織布に、平均粒径５μｍの水酸化アルミニウムを、アクリル系樹脂エマルジョン（住友化学工業株式会社製 商品名：スミカフレックス）に分散した溶液を含浸し、乾燥して、水処理材を得た。なお、水酸化アルミニウムの付着量は約２００ｇ／ｍ2 （基材体積に対して５．７容量％）であり、アクリル系樹脂エマルジョン中の固形分の付着量は水酸化アルミニウムに対して３０容量％であった。この水処理材を用いて、実施例１と同様にしてリン酸イオン吸着試験を行い、結果を表１に示した。ただし、水処理材は水酸化アルミニウム量が３ｇとなるように１５０ｃｍ2 に裁断したものを使用した。
【００２０】
比較例２
実施例１で用いたのと同様の不織布に、平均粒径５μｍの黒ボク土を、アクリル系樹脂エマルジョン（住友化学工業株式会社製 商品名：スミカフレックス）に分散した溶液を含浸し、乾燥して、水処理材を得た。なお、黒ボク土の付着量は約２２５ｇ／ｍ2 （基材体積に対して１０．７容量％）であり、アクリル樹脂エマルジョン中の固形分の付着量は黒ボク土に対して３０容量％であった。この水処理材を用いて、実施例１と同様にしてリン酸イオン吸着試験を行い、結果を表１に示した。ただし、処理材は黒ボク土量が３ｇとなるように１３３ｃｍ2 に裁断したものを使用した。
【００２１】
比較例３
実施例１で用いたのと同様の不織布に、平均粒径５μｍのアロフェンを、アクリル系樹脂エマルジョン（住友化学工業株式会社製 商品名：スミカフレックス）に分散した溶液を含浸し、乾燥して、水処理材を得た。なお、アロフェンの付着量は約２３５ｇ／ｍ2 （基材体積に対して１１．２容量％）であり、アクリル系樹脂エマルジョンの固形分の付着量はアロフェンに対して３０容量％であった。この処理材を用いて、実施例１と同様にしてリン酸イオン吸着試験を行い、結果を表１に示した。ただし、処理材はアロフェン量が３ｇとなるように１２８ｃｍ2 に裁断したものを使用した。
【００２２】
【表１】
0003688789.tif 000003
【００２３】
表１から明らかなように、実際の排水などのリン濃度に近い水を処理した場合、比較例１〜３の水処理材では投入後５分経過した時点で３０％未満のリン酸イオンの除去率しか示さないが、実施例１の水処理材では、２倍以上の７８％と高いリン酸イオンの除去率を示し、非常にリンの吸着力に優れていることがわかる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の水処理材は、菊花状断面を有する棒状の立体状不織布からなる多孔質材料に、粒径が０．１〜１００μｍである酸化マグネシウムを主成分とするマグネシウム系無機粒子が接着剤によって一様に分布した状態で付着しており、マグネシウム系無機粒子の量は基材体積に対して０．５〜６０容量％であり、接着剤の固形分付着量は、マグネシウム系無機粒子の量に対して１５〜１００容量％であるリン成分除去用の水処理材であるので、水中に含まれるリンを短時間で効率よく吸着でき、リン吸着能力が非常に優れている。とくに、酸化マグネシウムを主成分とするマグネシウム系無機粒子を使用しているので高いリン吸着力が期待でき、効果的に湖沼や河川や排水に含まれるリンを除去することができる。