(57)【要約】【課題】  簡便な構造でありながら、排水中に含まれる重金属、放射性物質、懸濁物等の除去対象物質を効果的に除去することが可能な排水処理用配管を提供する。また、除去対象物質を除去した後の除去材を容易に交換可能として製造コストを低減するとともに、廃棄物量を減容化する。【解決手段】  管路（一連に接続された配管部材１０）内を流下する排水中から除去対象物質を除去するための排水処理用配管であって、管路（配管部材１０）の内面にポーラス形状を呈する無機物質（例えば、イオン交換性能を有するジオポリマー組成物）２０を配設する。無機物質２０は、管路（配管部材１０）内面に沿って円筒状となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管路内を流下する排水中から除去対象物質を除去するための排水処理用配管であって、
前記管路の内面にポーラス形状を呈する無機物質を配設したことを特徴とする排水処理用配管。
【請求項２】
前記無機物質は、前記管路内面に沿って円筒状となっていることを特徴とする請求項１に記載の排水処理用配管。
【請求項３】
前記無機物質は、イオン交換性能が付与されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排水処理用配管。
【請求項４】
管路内を流下する排水中から除去対象物質を除去するための排水処理用配管の製造方法であって、
前記管路の内部に、流動性を有し、硬化後にポーラス形状を呈する無機物質材料を投入する工程と、
前記管路内に投入した無機物質材料内に、連続した螺旋翼を有する貫入治具を挿入する工程と、
前記貫入治具を回転させて、前記螺旋翼により前記無機物質材料を前記管路の内面に伸展させることにより、内周面に凹凸形状を有するとともに、ポーラス形状を呈する無機物質を配設する工程と、
を含むことを特徴とする排水処理用配管の製造方法。
【請求項５】
管路内を流下する排水中から除去対象物質を除去するための排水処理用配管の再生方法であって、
前記管路の内面にポーラス形状を呈する無機物質を配設する工程と、
前記管路内に排水を流下させて前記無機物質により除去対象物質を除去した後に、前記管路の内面に配設したポーラス形状を呈する無機物質を取り除く工程と、
前記管路の内面に新たにポーラス形状を呈する無機物質を配設する工程と、
を含むことを特徴とする排水処理用配管の再生方法。
【請求項６】
管路内を流下する排水中から除去対象物質を除去するための排水処理用配管の再生方法であって、
前記管路の内面にポーラス形状を呈する無機物質を配設する工程と、
前記管路内に排水を流下させて除去対象物質を除去した後に、前記管路の内面に配設したポーラス形状を呈する無機物質に対して洗浄、酸処理等の再生処理を施すことにより、前記除去対象物質の除去性能を回復させる工程と、
を含むことを特徴とする排水処理用配管の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理用配管、その製造方法及び再生方法に関するものであり、例えば、鋼管やＦＲＰ管等からなる管路の内面にポーラス形状を呈する無機物質を配置して、当該無機物質により排水中に含まれる重金属、放射性物質、懸濁物を除去することが可能な排水処理用配管、その製造方法及び再生方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、排水中に含まれる重金属、放射性物質、懸濁物を除去する方法として、例えば以下の方法が知られている。
【０００３】
第１の方法は、微生物を濾材に固定し、濾材に付着固定された微生物を利用して汚濁成分を処理する方法である（活性汚泥法(接触酸化式)）。第２の方法は、微細な懸濁物質や溶解性の汚濁物質を化学薬品（凝集剤）の添加により凝集させ、この凝集物を沈殿させることにより除去する方法である（凝集沈殿法）。第３の方法は、活性炭が有する微細空隙表面を利用して排水中の溶解性低濃度有機物を吸着して除去する方法である（活性炭吸着法）。第４の方法は、砂等の濾過層中に排水を浸透流下させることにより懸濁物質を濾過層内に抑留させ、清澄水を得る方法である（濾過法）。
【０００４】
例えば、凝集剤沈殿方法として、処理原水中の重金属イオン含有量の変動に応じて添加量を制御する排水処理システムおよびそれを用いた排水処理方法が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された技術は、処理原水の流量を計測する原水流量計と、無機凝集剤と中和剤を添加して処理原水を処理する１次反応槽と、得られたスラリーに酸化剤を添加して処理する酸化槽と、酸化された処理原水に中和剤を添加して反応させる２次反応槽と、中和されたスラリーが導入される凝集槽へ高分子凝集剤を添加する添加量調節装置と、スラリー中の澱物を沈降させる澱物沈降槽、および高分子凝集剤の添加量を演算するプラント監視制御装置（ＤＣＳ）とを備えている。そして、プラント監視制御装置（ＤＣＳ）が、中和剤使用量と澱物発生量の関係に基づき、処理原水流量と中和剤添加速度のデータを用いて高分子凝集剤の添加量を演算し、添加量調整装置に送信するようになっている。
【０００５】
また、活性汚泥法や凝集沈殿法を補助するための方法として、マイクロナノバブルやナノバブルが有する微生物活性化作用や、マイクロナノバブルやナノバブルが有するフリーラジカル起因の酸化作用による有機物および汚濁物の酸化による水処理方法ナノバブルを用いる技術が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２に記載された技術は、流入水泡レベル感知部が被処理水の水面に生じた泡の高さにより検出した被処理水の有機フッ素化合物濃度に応じて、複数台のナノバブル発生機のうちから、運転するナノバブル発生機の台数を制御するようになっている。
【０００６】
また、凝集沈殿法として、多様な有害成分の処理に対応可能な排水処理装置が提案されている（特許文献３参照）。特許文献３に記載された技術は、鉄、アルミニウム、珪素、チタン、ジルコニウム、コバルト、カリウム、マグネシウムの酸化物と、モリブデン、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、カドミウムの酸化物から選ばれる少なくとも１種を含む多孔質セラミックからなる第一のセラミック粒体と、水酸アパタイトを含む多孔質セラミックからなる第二のセラミック粒体を多孔質セラミック板の上に載せ、その下に防錆膜に覆われてなる永久磁石を配置した排水処理装置を構成し、処理の対象となる排水に、塩素又は次亜塩素酸塩を添加して処理する技術である。この方法では、第一のセラミック粒体の触媒作用などにより有機物などが分解され、第二のセラミック粒体により重金属イオンなどを排水から除去できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−９４６４７号公報
【特許文献２】特開２００９−２５５０１１号公報
【特許文献３】特開２００９−１６６０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来の技術は、いずれも有害対象物質を除去し、排水を一定基準まで浄化することを目的としている。しかし、例えば、凝集沈殿法では、凝集効果は排水中の汚濁物質の種類と濃度、共存成分の種類と濃度、排水のｐＨや温度の影響を受ける。
【０００９】
したがって、凝集剤の種類や添加量、最適なｐＨ、撹拌条件等を事前に確認する必要があり、運転に際しても労力を要する。さらに、汎用性を高めた場合(対象物質を幅広く設定した場合)には、処理装置や手順が複雑化し、設備や維持管理に多大なコストを要する結果を招いている。さらに、処理設備の設置に際しても、処理設備を任意の場所に設ける場合が多く、処理設備に至るまでの原水の取水路および処理水の排水路を設ける必要がある。
【００１０】
また、近年、除去対象物質として、極低レベルもしくは放射性廃棄物でない廃棄物（ＮＲ（Ｎｏｎ  Ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ  Ｗａｓｔｅ））程度の放射性物質を含んだ排水があり、河川水などを利用する農業従事者を中心に、簡便かつ安価で、より安心な水の確保が求められている。このような問題は、凝集沈殿法だけではなく、他の除去対象物質除去技術においても同様である。
【００１１】
本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、簡便な構造でありながら、排水中に含まれる重金属、放射性物質、懸濁物等の除去対象物質を効果的に除去することが可能であり、特に、ポーラス形状を呈する無機物質（特に、イオン交換性能を有する無機物質）を用いることにより、除去対象物質を除去に際して、吸着法、イオン交換性能、濾過法の効果を組み合わせた相乗効果を奏することが可能な排水処理用配管を提供することを目的とする。また、本発明は、除去対象物質を除去した後の除去材を容易に交換可能として製造コストを低減するとともに、廃棄物量を減容化することが可能な排水処理用配管の製造方法及び再生方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の排水処理用配管、その製造方法及び再生方法は、上述した課題を解決するために提案されたもので、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明の排水処理用配管は、管路内を流下する排水中から除去対象物質を除去するための排水処理用配管であって、管路の内面にポーラス形状を呈する無機物質を配設したことを特徴とするものである。ここで、無機物質は、管路内面に沿って円筒状となっていることが好ましく、イオン交換性能が付与されていることがさらに好ましい。
【００１３】
また、本発明の排水処理用配管の製造方法は、管路内を流下する排水中から除去対象物質を除去するための排水処理用配管の製造方法であって、管路の内部に、流動性を有し、硬化後にポーラス形状を呈する無機物質材料を投入する工程と、管路内に投入した無機物質材料内に、連続した螺旋翼を有する貫入治具を挿入する工程と、貫入治具を回転させて、螺旋翼により無機物質材料を管路の内面に伸展させることにより、内周面に凹凸形状を有するとともに、ポーラス形状を呈する無機物質を配設する工程と、を含むことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の排水処理用配管の再生方法は、管路内を流下する排水中から除去対象物質を除去するための排水処理用配管の再生方法であって、管路の内面にポーラス形状を呈する無機物質を配設する工程と、管路内に排水を流下させて前記無機物質により除去対象物質を除去した後に、管路の内面に配設したポーラス形状を呈する無機物質を取り除く工程と、管路の内面に新たにポーラス形状を呈する無機物質を配設する工程と、を含むことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の排水処理用配管の再生方法は、管路内を流下する排水中から除去対象物質を除去するための排水処理用配管の再生方法であって、管路の内面にポーラス形状を呈する無機物質を配設する工程と、管路内に排水を流下させて除去対象物質を除去した後に、管路の内面に配設したポーラス形状を呈する無機物質に対して洗浄、酸処理等の再生処理を施すことにより、除去対象物質の除去性能を回復させる工程と、を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の排水処理用配管及びその再生方法によれば、管路（鋼管やＦＲＰ管等)の内壁に、ポーラス形状を呈する無機物質（特に、イオン交換性能を有する無機物質(例えば、ジオポリマー組成物等)を配設し、この管路を連通接続することにより、任意の排水経路(流下経路)を簡便に構築することが可能となる。
【００１７】
また、管路内で排水を流下する過程において、ポーラス形状を呈する無機物質（特に、イオン交換性能を有する無機物質）と排水が接触することにより、排水中に含まれる重金属物質（Ｐｂ2+）や放射性物質（Ｃｓ+）、あるいは懸濁物（ＳＳ）に付着（吸着）した各イオンの除去を行うことができる。このように、ポーラス形状を呈する無機物質（特に、イオン交換性能を有する無機物質）を用いているので、除去対象物質を除去する際に、吸着法、イオン交換性能、濾過法の効果を組み合わせた相乗効果を奏することができる。
【００１８】
また、連続した螺旋翼を有する貫入治具を用いて、管路内に無機物質を配設する製造方法を採用することにより、無機物質の内周面に凹凸形状を形成した排水処理用配管を容易に製造することができる。さらに、無機物質の内周面に凹凸形状が形成されるので、排水処理用配管を流下する排水と無機物質との接触面積が増加し、除去対象物質の除去性能を向上させることができる。
【００１９】
また、有害物質が付着（吸着）した無機物質（特に管路の内壁に設置したイオン交換体)のみを除去することで、管路の維持管理に伴い発生する廃棄物の減溶化を図ることができる。また、イオン交換体を酸処理等により浄化および再利用することで、よリ一層の廃棄物の発生を抑えることができる。なお、無機物質（特に、イオン交換性能を有する無機物質）を除去した後の管路をリサイクルして、改めてイオン交換体を設置することにより、製造コストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る排水処理用配管を示す斜視図。
【図２】本発明の実施形態に係る排水処理用配管の製造方法（１）を示す斜視図。
【図３】本発明の実施形態に係る排水処理用配管の製造方法（２）を示す斜視図。
【図４】本発明の実施形態に係る排水処理用配管の断面形状を示す横断面図。
【図５】本発明の実施形態に係る排水処理用配管から無機物質を抜き取る方法を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明に係る排水処理用配管、その製造方法及び再生方法の実施形態を説明する。図１〜図５は本発明の実施形態に係る排水処理用配管及びその再生方法を説明するもので、図１は排水処理用配管を示す斜視図、図２及び図３は排水処理用配管の製造方法を示す斜視図、図４は排水処理用配管の断面形状を示す横断面図、図５は排水処理用配管から無機物質を抜き取る方法を示す説明図である。
【００２２】
＜排水処理用配管の概要＞
本発明の実施形態に係る排水処理用配管は、例えば、河川水を農業用水として利用する際に用いるもので、河川水（排水）中に含まれる重金属、放射性物質、懸濁物等の除去対象物質を除去するために使用することができる。具体的には、排水経路となる管路の内面にポーラス形状を呈する無機物質（特に、イオン交換性能を有する無機物質）を配設することにより、排水が管路内を流下する過程で、排水中に含まれる重金属、放射性物質、懸濁物等の除去対象物質の除去に際して、吸着法、イオン交換性能、濾過法の効果を組み合わせた相乗効果を奏することが可能となる。なお、以下の説明において、管継ぎ手（ジョイント）を用いて接続することにより、一連の管路を構成する管状の部材を配管部材と称して説明を行う。
【００２３】
＜排水処理用配管の具体的構成＞
本発明の実施形態に係る排水処理用配管は、図１に示すように、鋼管やＦＲＰ管等からなる配管部材１０の内面に、ポーラス形状を呈する無機物質２０（特に、イオン交換性能を有する無機物質２０）を円筒状に配設して形成する。鋼管やＦＲＰ管等は、直管状の配管部材１０であり、例えば、３ｍ程度の長さを有している。なお、配管部材１０の内径や長さは、排水処理用配管を設置する環境、排水の流量等に応じて適宜変更して実施することができる。
【００２４】
後に詳述するが、配管部材１０の内面にポーラス形状を呈する無機物質２０を容易に配設するために、配管部材１０は直管状であることが好ましく、複数の配管部材１０を管継ぎ手（図示せず）により接続することにより、所望の長さの管路を形成することができる。また、屈曲が必要な箇所では、直管状の配管部材１０と、所望の曲率を有する配管部材１０を管継ぎ手（ジョイント）により接続することにより、管路を屈曲させることができる。
【００２５】
＜ジオポリマー組成物＞
本発明の実施形態で、配管部材（管路）１０内に配設するイオン交換性能を有する無機物質２０は、ジオポリマー組成物とすることが好ましい。以下、配管部材（管路）１０内に配設する無機物質２０として、ジオポリマー組成物を例にとって説明を行う。このジオポリマー組成物は、例えば、活性フィラーと、アルカリ活性剤と、骨材とを原料として得られる組成物であり、活性フィラーをアルカリ活性剤溶液で活性化し、重合固化させることにより硬化体を作製する。すなわち、活性フィラーから溶出したアルミニウム等の金属が水ガラス成分を含む水と接触すると、珪酸錯体（ＳｉＯ4）が架橋されてポリマー化することにより、硬化体を得ることができる。
【００２６】
＜活性フィラー＞
本発明の実施形態で使用する活性フィラーは、フライアッシュ、高炉スラグ、下水焼却汚泥、カオリンのうちの少なくとも１種類である。これらの活性フィラーのうち、フライアッシュ、高炉スラグ、下水焼却汚泥は、ガラス成分を含む産業副産物であり、これらを再利用することにより環境負荷を低減することができる。
【００２７】
フライアッシュは、石炭火力発電所において燃焼副産物として排出される石炭灰であり、シリカ（ＳｉＯ2）及びアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分としている。高炉スラグは、銑鉄製造工程で発生する産業副産物であり、石灰（ＣａＯ）及びシリカ（ＳｉＯ2）を主成分とし、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）やマグネシア（ＭｇＯ）を含んでいる。下水焼却汚泥は、下水処理において発生する汚泥を焼却したもので、シリカ（ＳｉＯ2）及びアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分とし、リン酸（Ｐ2Ｏ5）を含んでいる。カオリン（Ａｌ2Ｓｉ2Ｏ5（ＯＨ）4）は、天然に産出する珪酸塩鉱物の１種である。
【００２８】
＜アルカリ活性剤＞
アルカリ活性剤としては、例えば、水ガラス（珪酸ナトリウム溶液又は珪酸カリウム溶液）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液、メタ珪酸ナトリウム粉体等を用いることができる。
【００２９】
＜骨材＞
骨材としては、一般的なコンクリートやモルタルに使用されているものを用いることができる。
【００３０】
＜排水処理用配管の製造方法（１）＞
以下、本発明の排水処理用配管の製造方法について説明する。本発明の排水処理用配管を製造する第１の方法は、図２に示すように、配管部材１０の内部に、流動性を有する無機物質材料（ジオポリマー組成物（無機物質２０））を投入して、貫入治具５０を用いて配管部材１０の内面にジオポリマー組成物（無機物質２０）を配設する方法である。貫入治具５０は、図２に示すように、操作部５１から延設した軸部５２と、軸部５２の外周面に設けた螺旋翼５３を有している。軸部５２及び螺旋翼５３の外径は、配管部材１０の内面に配設するジオポリマー組成物（無機物質２０）の内径に合わせて適宜設定することができる。また、ジオポリマー組成物（無機物質２０）内に貫入治具５０を容易に挿入できるように、貫入治具５０の先端部を先細り状のテーパーネジ形状とすることが好ましい。
【００３１】
具体的には、図２に示すように、まず初めに、配管部材１０の内部に、適宜分量のジオポリマー組成物（無機物質２０）を投入する（ａ）。このジオポリマー組成物（無機物質２０）は、硬化前の流動性を有する状態のものである。なお、ジオポリマー組成物（無機物質２０）の投入量は、配管部材１０の内面に円筒状のジオポリマー組成物（無機物質２０）を形成するのに必要十分な量とする。
【００３２】
続いて、配管部材１０の内部に投入したジオポリマー組成物（無機物質２０）が硬化する前に、ジオポリマー組成物（無機物質２０）の内部に貫入治具５０を挿入する（ｂ）。そして、操作部５１を操作して貫入治具５０を回転させることにより、螺旋翼５３によりジオポリマー組成物（無機物質２０）を配管部材１０の内面に伸展させる（ｃ）。ジオポリマー組成物（無機物質２０）が硬化すると、配管部材１０の内面に沿って、内周面に凹凸部２２を有するとともに、ポーラス形状を呈する無機物質を配設することができる（ｄ）。なお、第１の製造方法において、配管部材１０の支持方向は、略鉛直状であってもよいし、略水平状であってもよい。
【００３３】
＜排水処理用配管の製造方法（２）＞
本発明の排水処理用配管を製造する第２の方法は、図３に示すように、鋼管やＦＲＰ管等の配管部材１０を略鉛直状に支持し、配管部材１０の内部に円柱状又は円筒状の型枠３０を挿入し、配管部材１０の内面と型枠３０の外面との隙間に、ジオポリマー組成物（無機物質２０）を充填する方法である。そして、ジオポリマー組成物（無機物質２０）が硬化した後に、配管部材１０の内部から型枠３０を抜き取ることにより、配管部材１０の内面にジオポリマー組成物（無機物質２０）を配設することができる。この際、型枠３０部材の外径を適宜設定することにより、配管部材１０の内面に、所望の厚さのジオポリマー組成物（無機物質２０）の層を形成することができる。また、配管部材１０の内部に型枠３０を設置する際に、位置決め部材やスペーサー等を使用すれば、配管部材１０の略中央に型枠３０を設置することができる。
【００３４】
また、図示しないが、型枠３０の外面に対して、長手方向に連続する凸部（突条）を設けてもよい。凸部（突条）の形状は、どのようなものであってもよいが、例えば、断面三角形、断面四角形、断面半円形等とすることができる。このように型枠３０の外面に凸部（突条）を形成することにより、図４に示すように、ジオポリマー組成物（無機物質２０）を円筒状（ａ）とするだけではなく、ジオポリマー組成物（無機物質２０）の内面に、断面三角形（ｂ）、断面四角形（ｃ）、断面半円形（ｄ）等の凹部２１を形成することができる。これにより、排水処理用配管を流下する排水とジオポリマー組成物（無機物質２０）との接触面積を増加させることができる。また、型枠３０の外面に連続した凹部を設けることにより、ジオポリマー組成物（無機物質２０）の内面に、凸部を形成することができる。
【００３５】
＜排水処理用配管の再生方法＞
所定期間、排水処理用配管により排水を流下させると、ジオポリマー組成物（無機物質２０）に除去対象物質が濾過、吸着等により蓄積され、除去対象物質の除去性能が低下する。そこで、所定期間が経過した後、排水処理用配管内のジオポリマー組成物（無機物質２０）を抜き取り、新たなジオポリマー組成物（無機物質２０）を配設することが好ましい。これにより、効果的に除去対象物質の除去を行うことができるとともに、管路の維持管理に伴い発生する廃棄物の減溶化を図ることができる。
【００３６】
配管部材１０から既設のジオポリマー組成物（無機物質２０）を取り除くには、管継ぎ手（図示せず）により連結した配管部材１０を取り外した後に、図５に示すように、各配管部材１０を略鉛直状に支持し、配管部材１０の内部に抜取部材４０を挿入すればよい。なお、配管部材１０を略水平に支持して、ジオポリマー組成物（無機物質２０）を取り除いてもよい。この場合、型枠を用いて配管部材１０の内部に新たなジオポリマー組成物（無機物質２０）を配設する場合には、配管部材１０の設置位置変更の手間を省くために、配管部材１０を略鉛直状に支持することが好ましい。
【００３７】
ジオポリマー組成物の抜き取り装置は、図示しないが、シンウォールチューブ内から試料を抜き取るための試料抜取器と同様の構成を有する機器を用いることができる。例えば、配管部材１０の内部に挿入可能な内径を有する抜取部材４０を、配管部材１０の内部に押し込むことにより、配管部材１０の内部に配設下ジオポリマー組成物（無機物質２０）を抜き取ることができる。抜取部材４０の駆動装置としては、油圧式ジャッキ、電動式ジャッキ、エアージャッキ等、どのような装置を用いてもよい。
【００３８】
＜無機物質の酸処理＞
また、所定期間が経過した後、排水処理用配管内のジオポリマー組成物（無機物質２０）に対して洗浄、酸処理等の再生処理を施し、ジオポリマー組成物（無機物質２０）に付着（吸着）した除去対象物質を除去して、除去対象物質の除去性能を回復させてもよい。
【００３９】
ジオポリマー組成物（無機物質２０）の交換時期や酸処理は、排水処理用配管を設置する環境、排水中に含まれる重金属、放射性物質、懸濁物等の除去対象物質の種類や濃度等に応じて、適宜変更して実施することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  配管部材
２０  無機物質
２１  凹部
２２  凹凸部
３０  型枠
４０  抜取部材
５０  貫入治具
５１  操作部
５２  軸部
５３  螺旋翼
【図１】
2014223563.tif 000003
【図２】
2014223563.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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