(57)【要約】      （修正有）【課題】微粒子の分離効率に優れ、かつ処理後の廃棄物の減容ができる、有機性廃棄物から製造された多孔質炭による水処理用凝集助剤、ろ過助剤、及び水処理方法を得る。【解決手段】凝集助剤、ろ過助剤は、もみ殻等の有機性廃棄物Ｐを、３００℃〜９００℃で無酸素雰囲気中にて撹拌しながら炭化、並びに賦活して製造される多孔質炭Ｑの凝集助剤、ろ過助剤とし、この多孔質炭を、被処理懸濁水に対して凝集剤とともに添加して撹拌することで、多孔質炭の細孔中に浮遊微粒子を捕集し、微粒子と多孔質炭からなるフロッグが形成され、凝集及びろ過工程を容易にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
懸濁物質や濁度成分等の微粒子固形分の分離処理に使用される多孔質炭の凝集助剤であって、前記多孔質炭の凝集助剤は、無酸素囲気中にて、撹拌しながら、３００℃〜９００℃の範囲の温度にて炭化した多孔質炭であることを特徴とする多孔質炭の凝集助剤。
【請求項２】
前記多孔質炭の凝集助剤は、もみ殻炭であって、もみ殻を、無酸素囲気中にて、撹拌しながら、５００℃〜６００℃の範囲の温度にて炭化され、孔の大きさが、５０μｍから０．３ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項1記載の多孔質炭の凝集助剤。
【請求項３】
懸濁物質や濁度成分等の微粒子固形分の分離処理に使用される多孔質炭のろ過助剤であって、前記多孔質炭のろ過助剤は、無酸素囲気中にて、撹拌しながら、３００℃〜９００℃の範囲の温度にて炭化した多孔質炭であることを特徴とする多孔質炭のろ過助剤。
【請求項４】
前記多孔質炭のろ過助剤は、もみ殻炭であって、もみ殻を、無酸素囲気中にて、撹拌しながら、５００℃〜６００℃の範囲の温度にて炭化され、孔の大きさが、５０μｍから０．３ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項３記載の多孔質炭のろ過助剤。
【請求項５】
懸濁液を投入する処理槽と、前記懸濁液を凝集、ろ過するための凝集助剤の供給器と、ろ過助剤の供給器と、前記懸濁液をろ過するろ過フイルターとを用いる水処理方法であって、
前記凝集助剤は、請求項１または２の多孔質炭の凝集助剤を用い、前記ろ過助剤は、請求項３または４の多孔質炭のろ過助剤を用いることを特徴とする水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理や浄水処理等の水処理において、微粒子等の固形物を含む被処理懸濁水から固形分を分離する固液分離工程に使用される多孔質炭の凝集助剤、及び多孔質炭のろ過助剤、及び水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水処理では、懸濁物質や濁度成分等の微粒子固形分の分離処理には、凝集剤及び凝集助剤を利用しフロックを形成させ、重力沈降や浮上分離等の固形物分離システム、及びろ過等が行われている。
【０００３】
凝集処理においては、例えばコロイド粒子のような微細な粒子が懸濁している系では、短時間に効率的に固液分離を行うことは容易ではなく、処理設備の大型化、処理時間を要する等の問題点を抱えている。
【０００４】
ろ過処理においては、微細な粒子がろ材を閉塞させてしまうため、連続的に、効率的にろ過を行うことは容易ではない。このため、凝集処理、及びろ過処理に際しては、珪藻土等の多孔質体を利用した凝集助剤、ろ過助剤が用いられている。
【０００５】
特許文献１では、無機系凝集剤と、有機系凝集剤を用いて、原水中の懸濁物質などの不純物を除去する凝集方法について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２６４７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
珪藻土自体の賦存量は豊富にあるが、採掘し易く、且つ水処理に利用できる高品質の珪藻土は必ずしも無尽蔵ではない。また、凝集処理、ろ過処理後の珪藻土助剤の処分は、ほとんど減容することもできないため、一部セメント材料等に活用されている事例もあるが、大部分は廃棄物となっている。
【０００８】
従って、本発明の課題は、もみ殻等の有機性廃棄物から製造される多孔質炭を利用し、少ない添加量で効率良く固液分離がなされ、処理後の廃棄物の減容化もできる多孔質炭の凝集助剤、及び多孔質炭のろ過助剤、及びその水処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、被処理懸濁水に各種多孔質炭と凝集剤を添加した場合の上澄み液の濁度、及び沈降速度、並びにフロック径を調査した。その結果、炭化温度５００℃〜６００℃の多孔質のもみ殻炭と凝集剤の選定、及び添加割合が重要で、この特性を特定した時に、沈降速度の改善と良好なフロック成長が認められ、この知見に基づき本発明に至った。
【００１０】
本発明の凝集助剤、ろ過助剤の製造方法は、もみ殻等の有機物を、無酸素雰囲気中にて撹拌しながら炭化し、且つ、熱分解時に原材料より発生する乾留ガスや水蒸気によって賦活処理することを特徴とするものである。
【００１１】
かかる本発明によると、もみ殻等の原材料は、素材が有する天然の微細構造を維持したまま、高純度の炭素固定がなされ、且つ、賦活処理によって超微細孔が発達し、大きな比表面積を有する高機能の多孔質炭となり、珪藻土の凝集助剤、ろ過助剤機能に匹敵、またはこれを越える性能を有したろ材となる。
【００１２】
一般に、有機物の懸濁物質は、有機物表面で乖離した官能基のため、pH５以上の中性域における表面電位は負に帯電するものが多い。また、無機物の懸濁物質、例えばシルト等は、ケイ酸の等電点がpH１〜２程度にあるために、中性域では負に帯電するものが多い。
【００１３】
このような系における凝集剤の主な働きは、これらの表面電荷を相殺して、懸濁微粒子同士の電気的な反発力を打ち消し、ファンデルワールス力等によって凝集させるものである。
【００１４】
さて、炭化物の液中における表面電位は、前述のような懸濁物質と同じく負であるため、単に多孔質炭を懸濁水中に投じただけでは、電気的な反発力により凝集は起こり難い。そこで、予め懸濁水に凝集剤を投じ、懸濁物質の表面電荷を相殺、又は正に帯電させ、その後系中に多孔質炭を投じると、負に帯電した炭化物の孔中に懸濁質が取り込まれることになる。あるいは高分子系凝集剤を用いた場合には、高分子架橋によって炭化物の孔中に懸濁質が取り込まれることになる。
【００１５】
更に、本発明における多孔質炭の細孔は、素材の天然の微細構造が保たれていることに加えて、炭化時に素材から発生する乾留ガスや水蒸気によって賦活もなされているため、孔径数十μ〜数Åまでの広い範囲に渡って分布している。これは、凝集し難い微細粒子の径をカバーしており、このような細孔へ微粒子が取り込まれ、電気的に、あるいは高分子架橋によって、拘束されることにより、速やかに凝集物が形成され、沈殿やろ過が容易になる。
【００１６】
このように多孔質炭を凝集助剤、ろ過助剤として用いた場合の凝集物は、珪藻土等とは異なり、転圧や燃焼によって、凝集物の減容化を行うこともできる。
【００１７】
対象懸濁物質が有機物である場合には、凝集物を乾燥させることにより、燃料利用等も可能である。また、還元滅菌炭化加工機等による再処理を行うことで、再生利用も可能である。
【００１８】
多孔質炭は、前述の通り、もみ殻等の有機性廃棄物等から製造できるため、安価に大量供給することができ、廃棄物の削減、二酸化炭素の排出削減、資源の有効活用の観点からも多いに有効である。
【００１９】
請求項１に係る発明は、懸濁物質や濁度成分等の微粒子固形分の分離処理に使用される多孔質炭の凝集助剤であって、前記多孔質炭の凝集助剤は、無酸素囲気中にて、撹拌しながら、３００℃〜９００℃の範囲の温度にて炭化した多孔質炭であることを特徴とする多孔質炭の凝集助剤である。
【００２０】
請求項２に係る発明は、前記多孔質炭の凝集助剤が、もみ殻炭であって、もみ殻を、無酸素囲気中にて、撹拌しながら、５００℃〜６００℃の範囲の温度にて炭化され、孔の大きさが、５０μｍから０．３ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項1記載の多孔質炭の凝集助剤である。
【００２１】
請求項３に係る発明は、懸濁物質や濁度成分等の微粒子固形分の分離処理に使用される多孔質炭のろ過助剤であって、前記多孔質炭のろ過助剤は、無酸素囲気中にて、撹拌しながら、３００℃〜９００℃の範囲の温度にて炭化した多孔質炭であることを特徴とする多孔質炭のろ過助剤である。
【００２２】
請求項４に係る発明は、前記多孔質炭のろ過助剤が、もみ殻炭であって、もみ殻を、無酸素囲気中にて、撹拌しながら、５００℃〜６００℃の範囲の温度にて炭化され、
孔の大きさが、５０μｍから０．３ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項３記載の多孔質炭のろ過助剤である。
【００２３】
請求項５に係る発明は、懸濁液を投入する処理槽と、前記懸濁液を凝集、ろ過するための凝集助剤の供給器と、ろ過助剤の供給器と、前記懸濁液をろ過するろ過フイルターとを用いる水処理方法であって、前記凝集助剤は、請求項１または２の多孔質炭の凝集助剤を用い、前記ろ過助剤は、請求項３または４の多孔質炭のろ過助剤を用いることを特徴とする水処理方法である。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１，２の多孔質炭の凝集助剤によれば、少ない添加量で効率良く固液分離がなされ、処理後の廃棄物の減容化もできる多孔質炭の凝集助剤を提供できる。
【００２５】
請求項３，４の多孔質炭のろ過助剤によれば、少ない添加量で効率良く固液分離がなされ、処理後の廃棄物の減容化もできる多孔質炭のろ過助剤を提供できる。
【００２６】
請求項５の水処理方法によれば、少ない添加量で効率良く固液分離がなされ、処理後の廃棄物の減容化もできる水処理方法を提供できる。
【００２７】
本発明によれば、もみ殻等の有機性廃棄物から製造される多孔質炭を利用し、少ない添加量で効率良く固液分離がなされ、処理後の廃棄物の減容化もできる多孔質炭の凝集助剤、及び多孔質炭のろ過助剤、及びその水処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の多孔質炭の凝集助剤、及び多孔質炭のろ過助剤を作成するための炭化装置。
【図２】1000ppmカオリン模擬懸濁水を作成する実験の図。
【図３】1000ppmカオリン模擬懸濁水に、粉末凝集剤投入後３分後の状態。
【図４】1000ppmカオリン模擬懸濁水に、粉末凝集剤投入後5分後の状態。
【図５】1000ppmカオリン模擬懸濁水に、粉末凝集剤投入後5分後のフロックの状態。
【図６】1000ppmカオリン模擬懸濁水に、粉末凝集剤＋多孔質炭（もみ殻炭）投入の初期状態。
【図７】1000ppmカオリン模擬懸濁水に、粉末凝集剤＋多孔質炭（もみ殻炭）投入後３分後の状態。
【図８】1000ppmカオリン模擬懸濁水に、粉末凝集剤＋多孔質炭（もみ殻炭）投入後５分後の状態
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の多孔質炭の凝集助剤は、懸濁物質や濁度成分等の微粒子固形分の分離処理に使用される多孔質炭の凝集助剤であって、前記多孔質炭の凝集助剤は、無酸素囲気中にて、撹拌しながら、３００℃〜９００℃の範囲の温度にて炭化した多孔質炭であることを特徴とする。ここで、前記多孔質炭の凝集助剤は、もみ殻炭であって、もみ殻を、無酸素囲気中にて、撹拌しながら、５００℃〜６００℃の範囲の温度にて炭化し、孔の大きさが、５０μｍから０．３ｎｍの範囲にあることを特徴とする。
【００３０】
本発明の多孔質炭のろ過助剤は、懸濁物質や濁度成分等の微粒子固形分の分離処理に使用される多孔質炭のろ過助剤であって、前記多孔質炭のろ過助剤は、無酸素囲気中にて、撹拌しながら、３００℃〜９００℃の範囲の温度にて炭化した多孔質炭であることを特徴とする。ここで、前記多孔質炭のろ過助剤は、もみ殻炭であって、もみ殻を、無酸素囲気中にて、撹拌しながら、５００℃〜６００℃の範囲の温度にて炭化し、孔の大きさが、５０μｍから０．３ｎｍの範囲にあることを特徴とする。
【００３１】
本発明の水処理方法は、懸濁液を投入する処理槽と、前記懸濁液を凝集、ろ過するための凝集助剤の供給器と、ろ過助剤の供給器と、前記懸濁液をろ過するろ過フイルターとを用いる水処理方法であって、前記凝集助剤は、多孔質炭の凝集助剤であって、無酸素囲気中にて、撹拌しながら、３００℃〜９００℃の範囲の温度にて炭化した多孔質炭であり、
前記ろ過助剤は、多孔質炭のろ過助剤であって、無酸素囲気中にて、撹拌しながら、３００℃〜９００℃の範囲の温度にて炭化した多孔質炭であることを特徴とする。
【００３２】
ここで、前記多孔質炭の凝集助剤は、もみ殻炭であって、もみ殻を、無酸素囲気中にて、撹拌しながら、５００℃〜６００℃の範囲の温度にて炭化し、孔の大きさが、５０μｍから０．３ｎｍの範囲にあることを特徴とする。また、多孔質炭のろ過助剤は、もみ殻炭であって、もみ殻を、無酸素囲気中にて、撹拌しながら、５００℃〜６００℃の範囲の温度にて炭化し、孔の大きさが、５０μｍから０．３ｎｍの範囲にあることを特徴とする。
【実施例】
【００３３】
本発明の多孔質炭の凝集助剤、及び多孔質炭のろ過助剤、及び水処理方法の実施例について以下記載する。
【００３４】
（実施例１）
図１は、本発明の多孔質炭の凝集助剤、及び多孔質炭のろ過助剤を作成するための炭化装置である。使用する炭化装置としては、図１に限られず、被炭化物が、無酸素雰囲気中にて炭化される炭化装置であればその形式は問わない。もみ殻等の有機性廃棄物が炭化処理される。
【００３５】
図１に示すように、本発明で使用される炭化装置（還元炭化処理装置）は、内部に螺旋羽と攪拌羽１を配置した回転する一つのキルン２と、この一つのキルン２の内部に投入された廃棄物及び有機物等を無酸素雰囲気の還元状態で間接加熱しつつ有機物等に蓄熱して一つのキルン２の内部全体に熱を供給する燃焼室３と、燃焼室３内に臨むバーナー等の加熱源４と、キルン２の内部に投入された有機物等に含まれる水分を燃焼室３の間接加熱によって蒸発させるようにキルン２の内部にエリア設定された乾燥部２ａと、乾燥部２ａで乾燥処理された有機物等を間接加熱分解させることで炭化させるようにキルン２の内部にエリア設定された炭化部２ｂと、を備えている。
【００３６】
炭化温度は、もみ殻の場合５００℃〜６００℃が好適であるが、素材によっては３００℃〜９００℃に設定されて炭化処理を行う場合がある。
【００３７】
（実施例２）
多孔質炭による凝集沈殿簡易試験
図１の炭化装置によって作成した多孔質炭（もみ殻炭）を用いて凝集沈殿簡易試験を行った。なお、試験に使用したもみ殻炭は、無酸素雰囲気中にて、もみ殻を、炭化温度５００℃にて炭化したもみ殻炭である。
【００３８】
試験方法
水道水1,000mL中にカオリン（懸濁標準物質）1g（1,000ppm）を入れて撹拌した模擬懸濁水に対し、高分子系粉末凝集剤1gと同凝集剤1g + 荒粉砕した多孔質炭（もみ殻炭）1gを投入し、その凝沈効果を比較した。
【００３９】
試験結果
高分子系凝集剤のみを投じた場合、凝集沈殿は生じるが、フロック（凝集物）は軟質で、ろ過等の固液分離操作がし難い。また、ビーカーの壁面には高分子凝集剤によるヌメリが付着している。図２は、1,000ppmカオリン模擬懸濁水を作成する実験の図であり、図３は、1,000ppmカオリン模擬懸濁水に、粉末凝集剤投入後３分後の状態であり、図４は、1,000ppmカオリン模擬懸濁水に、粉末凝集剤投入後5分後の状態であり、図５は、1,000ppmカオリン模擬懸濁水に、粉末凝集剤投入後5分後のフロックの状態である。
【００４０】
一方、凝集剤に加えて多孔質炭を投じた場合には、比較的しっかりとしたフロックが速やかに形成され、フロック径も大きく成長している。また、上澄み液の濁度も低く、壁面へのヌメリも生じていない。図６は、1,000ppmカオリン模擬懸濁水に、粉末凝集剤＋多孔質炭（もみ殻炭）投入の初期状態であり、図７は、1,000ppmカオリン模擬懸濁水に、粉末凝集剤＋多孔質炭（もみ殻炭）投入後３分後の状態であり、図８は、1,000ppmカオリン模擬懸濁水に、粉末凝集剤＋多孔質炭（もみ殻炭）投入後５分後の状態である。
【００４１】
（実施例３）
多孔質炭による凝集沈殿試験
図１の炭化装置によって作成した多孔質炭である、もみ殻炭、あるいは杉炭を用いて凝集沈殿試験を行った。なお、試験に使用したもみ殻炭は、無酸素雰囲気中にて、もみ殻を、炭化温度３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃にて炭化したもみ殻炭、
杉炭は、無酸素雰囲気中にて、杉を、炭化温度５００℃にて炭化した杉炭である。
【００４２】
試験方法
粉末凝集剤として、ハイパーフロックN型（株式会社ホウショウEG社製）を使用し、以下の手順にて、凝集沈殿試験を行った。
１）カオリン（懸濁標準物質）（1,000 mg/L）の模擬水500 mLに対して、必要に応じて凝集助剤としての多孔質炭を所定量添加
２）スターラーにて5 min.の強撹拌
３）粉末凝集剤を10 mg/L添加して5 min.の強撹拌
４）1 min.静置
５）濁度計を用いて上澄み液の濁度を測定
６）凝集フロック径を目視で確認し、表1に示すように、指標に分類
【００４３】
【表１】
2014121698.tif 000003
【００４４】
表２は、凝集剤と多孔質炭による凝集試験結果である。
【表２】
2014121698.tif 000004
【００４５】
粉末凝集剤のみで凝集させた場合と比較して多孔質炭を添加した場合には、上澄み水の濁度の透明度が向上し、且つ凝集フロック径が大きくなることが判る。この傾向はもみ殻炭では炭化温度400℃〜700℃において確認でき、炭化温度500℃〜600℃の場合が最も良好な結果であった。また、炭化温度500℃の杉炭を用いた場合でも同様な傾向が認められたことから、炭化素材はもみ殻に限らず、木質等を含む有機性廃棄物が該当するものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の多孔質炭の凝集助剤、及び多孔質炭のろ過助剤、及び水処理方法によれば、少ない添加量で効率良く固液分離がなされ、処理後の廃棄物の減容化もできる多孔質炭の凝集助剤、及び多孔質炭のろ過助剤、及びその水処理方法を提供することができるので、各種の汚染水、懸濁水等による環境問題の解決に大きく寄与する。
【００４７】
もみ殻炭は、一般的砂ろ過材（0.6〜0.8mm径程度）と比較して粒径が大きく、ろ過フィルターにて充分なろ過性能を発揮し、目詰まりを生じない。一方、多孔質炭を用いずに単に凝集フロックのみ直接ろ過フィルターにてろ過を行った場合はすぐに目詰まりを生じ、ろ過出来ない。すなわち、通常の砂ろ過器・市販フィルターでは目詰まり障害によってろ過面積の大きい設備が必要となり、逆洗に要する排水量の増加とその処理が必要となるが、当システムでは少量のろ過助剤によって大きなろ過性能が得られることとなる。
【００４８】
本発明は放射性セシウムで汚染された懸濁水の浄化にも有効である。原発事故によって環境中に放出された放射性セシウムは、比較的短時間の内にシルト質土壌等に固着してしまい容易には脱離しない。そのため放射性セシウムで汚染された懸濁水の浄化は、放射性セシウムが固着した浮遊懸濁物質を分離除去することに等しい。本発明によれば、一般に分離除去が難しい粒径の小さな浮遊懸濁物質に至るまで、多孔質炭の細孔へ取り込むことによって確実に除去し得る。また、そのフロックは比較的大きく成長するため、ろ材に対する負荷が少なく、例えば金属性のスプリングフィルター等で目詰まりを生じさせることなく効率的にろ過できる。更には、固液分離後のスラッジは多孔質炭を多く含むため、転圧等の比較的簡単な操作で減容化を図ることもできる。
【符号の説明】
【００４９】
２…キルン
２ａ  乾燥部
２ｂ  炭化部
２ｄ  蓄熱部
２ｃ  内部空間
２in  入口
２out  出口
３…燃焼室
３ａ…排気管
４…加熱源
５…配管部
６…冷却部
７…脱臭部
８…乾留ガス回収部
９…補助加熱源
１０…蒸気煙経路
１１…油化部
１２…配水管
１３…ファン
１４…ホッパ
１５…原料供給配管
１６…供給スクリュー
１７…第２排出配管
１８…冷却装置
１９…接続管（下流側排ガス管）
１９ａ    下流側排ガス管上管  
１９b    下流側排ガス管下管  
２０…搬送スクリュー
２１…搬送スクリュー
２２…蒸気抜きパイプ（上流側排ガス管）
２２ａ    上流側排ガス管上管  
２２b    上流側排ガス管下管  
２３  煙突部
２４  循環管
２５  ガス抜きパイプ
３０  接続部
６０  回収部
Ｐ    投入素材
Ｑ    炭化された素材
【図１】
2014121698.tif 000005
【図２】
2014121698.tif 000006
【図３】
2014121698.tif 000007
【図４】
2014121698.tif 000008
【図５】
2014121698.tif 000009
【図６】
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【図７】
2014121698.tif 000011
【図８】
2014121698.tif 000012