(57)【要約】  本発明に係る富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料は、燃料としての使用に適さない低品位の石炭を酸化処理して灰分を除去することで、全体を微多孔構造とした平均粒径が５ｍｍ以上の活性化石炭の粒状材であり、成分要素中のケイ素と炭素との比率が所定範囲内に規制されている活性化石炭粒状材を用いている。この結果、コストの安い低品位石炭を酸化処理することで得られる活性化石炭粒状材料の優れた能力と微生物類の浄化能力や植物の窒素や燐吸収能力とを有効利用した富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料と、これを利用した浄水施設を提供するができる。
2010103819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料としての使用に適さない低品位の石炭を酸化処理して灰分を除去することで、
全体を微細多孔質構造とした平均粒径が５ｍｍ以上の活性化石炭の粒状材であり、
成分要素中のケイ素と炭素との比率が、１：７〜１：１３、望ましくは１：１０となるように規制されていることを特徴とする、
活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料。
【請求項２】
活性化石炭粒状材の微細多孔質構造部に水質浄化能力を持った各種微生物や菌類を吸着し殖菌していることを特徴とする、
請求の範囲１に記載の活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料。
【請求項３】
吸着し殖菌する菌種が、(a)し尿中の未分解蛋白質やでん粉質などを分解する菌種、(b)植物繊維質を分解するセルラ−ゼ酵素の多い菌種、(c)空気中および水中の窒素を固定し肥料化を行う菌種、(d)７０〜８０℃の高温を発生し病原菌などを死滅させる温泉菌種、(e)繊維質のリグニンや石油や洗剤などを分解し堆肥化する菌種、(f)海洋性の好塩性酵母類、の中から選択される２種以上、好ましくは全てを含むものであることを特徴とする、
請求の範囲１又は請求項２に記載の活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料。
【請求項４】
吸着し殖菌する微生物や菌類としてアンモニア臭などの脱臭・消臭効果に優れたバチルス菌類を利用することを特徴とする、
請求の範囲１ないし３の何れか１つに記載の活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料。
【請求項５】
浄化対象である汚染水の汚染成分の種類に応じて、それを解消するに相応しい菌種を全体の５０％以上にまで培養した状態となっていることを特徴とする、
請求の範囲１ないし４の何れか１つに記載の活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料。
【請求項６】
５０％以上にまで培養する菌種が海洋性の好塩性酵母類であり、これにより海水中の塩分を吸収させることを主な働きとすることができることを特徴とする、
請求の範囲１ないし５の何れか１つに記載の活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材。
【請求項７】
活性化石炭粒状材の微細多孔質構造に起因する吸着能およびイオン交換能によって、汚泥の分解や有害重金属類の無害化をも同時に行うことができることを特徴とする、
請求の範囲１ないし６の何れか１つに記載の活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材。
【請求項８】
活性化石炭粒状材を富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料として使用するに際して、窒素や燐を吸収する手段として植物の生長に伴う、その根部からの窒素・燐吸収能力を利用する要素を組合わせていることを特徴とする、
請求の範囲１ないし７の何れか１つに記載の活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料。
【請求項９】
窒素や燐を吸収する手段としての植物が活性化石炭粒状材による水質浄化用濾過材に直接植付けられたものであることを特徴とする、
請求の範囲８に記載の活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料。
【請求項１０】
窒素や燐を吸収する手段としての植物が、一般的な水生植物と比較して少なくとも２０倍以上の窒素・燐吸収能力を持つ陸生植物から選択されることを特徴とする、
請求の範囲８又は９に記載の活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料。
【請求項１１】
窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化施設に必要な曝気処理システムとして、高低差を利用した処理水落下による接触型曝気構造を採用していることを特徴とする、
請求の範囲１ないし１０の何れか１つに記載の水質浄化用濾過材料を利用した水質浄化施設。
【請求項１２】
窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化施設として、窒素や燐を吸収させるための植物生育場が外気温変化による生育条件への影響を受け難いガラスハウスなどの温室構造を採用していることを特徴とする、
請求の範囲１ないし１０の何れか１つに記載の水質浄化用濾過材料を利用した水質浄化施設。
【請求項１３】
窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化施設のエアコンシステムとして、処理水と施設内気温との温度差を利用する省エネルギー方式を採用することを特徴とする、
請求の範囲１ないし１０の何れか１つに記載の水質浄化用濾過材料を利用した水質浄化施設。
【請求項１４】
窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化施設における施設運営用の電気エネルギーを、附属設置した太陽光発電装置や風力発電装置などの自然エネルギーを利用した二酸化炭素を排出しない手段により少なくとも２０％以上、望ましくは５０％以上を供給させることを特徴とする、
請求の範囲１ないし１０の何れか１つに記載の水質浄化用濾過材料を利用した水質浄化施設。
【請求項１５】
水質浄化する対象が、一般的な海水、又は、窒素や燐による富栄養化汚染水が塩分を含んだ海水などであって、水質浄化用濾過材料として海洋性の好塩性酵母類を多量に培養した活性化石炭粒状材と塩分を吸収する能力を持った真塩性植物とを利用していることを特徴とする、
請求の範囲１ないし１０の何れか１つに記載の水質浄化用濾過材料を利用した水質浄化施設。
【請求項１６】
重金属を含み含水率８０％以上の汚泥を、脱水処理しない状態でイオン交換能力を持った元素を含んだ活性化石炭などの固体の微粉末を混合して重金属の無害化処理をした後、処理すべき汚泥を分解するに相応しい能力を持った微生物を投入混合して所定時間をかけて分解処理することを特徴とする、
活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法。
【請求項１７】
特定の１種又は複数種の重金属を含有した汚泥の無害化処理に際して、その重金属とイオン交換結合する性質を持った１種又は複数種の元素を含んだ固体を少なくとも平均粒径５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは１．５ｍｍ以下の微粉末状とした１種または複数種のイオン交換材料を、汚泥の総量および重金属の濃度との相関関係から算出する必要量として処理すべき汚泥に投入し、
含有されている重金属の５０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９５％以上がイオン交換材料と結合して重金属濃度が法定基準値以下となるまで混合し、
必要に応じて所定の吸湿材料や保水材料を投入・混合して所定の形状を維持できる程度の成形性を持った状態として整え、処理すべき汚泥を分解する1種又は複数種の微生物と必要に応じて１種又は複数種の植物のタネを混ぜ合わせ、
所定形状に成形して必要に応じて所定の生物分解性材料による容器に詰め込んで緑化材料としていることを特徴とする、
請求の範囲１６に記載の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料。
【請求項１８】
処理すべき汚泥を分解する１種又は複数種の微生物を混ぜ合わせた後、所定期間経過させて発酵反応によるたい肥とし、それを土壌改良材として利用することを特徴とする、
請求の範囲１６に記載の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料。
【請求項１９】
処理すべき汚泥を分解する１種又は複数種の微生物を混ぜ合わせた後、所定期間経過させて発酵反応によるたい肥とし、更に窒素成分、燐成分、カリウム成分などの調整を行って法定基準を満たす肥料として利用することを特徴とする、
請求の範囲１６に記載の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料。
【請求項２０】
必要に応じて混ぜ合わせる植物のタネが乾燥に強い樹木のものであり深さ３０〜５０ｃｍの穴を埋めるに適した形状と体積に成形したことで砂漠緑化目的に利用できるようにしたことを特徴とする、
請求の範囲１６に記載の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料。
【請求項２１】
シート状形状に成形し、傾斜面においても固定できる保持材を装備させることで、不安定な傾斜面にも適用できる緑化シート素材となっていることを特徴とする、
請求の範囲１６に記載の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料。
【請求項２２】
無害化処理可能な重金属が、亜鉛、銅、鉛、カドミウム、砒素、六価クロム、水銀の何れか１つ又は複数であることを特徴とする、
請求の範囲１６に記載の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料。
【請求項２３】
重金属とイオン交換結合する性質を持った元素が、炭素、ケイ素の何れか又は双方を含んだものであることを特徴とする、
請求の範囲１６に記載の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料。
【請求項２４】
処理すべき汚泥の総量とそこに含まれる重金属濃度から無害化処理すべき重金属の総量を算出し、
そこからイオン交換材料の必要最小限量を決定し、
汚泥の含水量比率と混合装置の能力から無害化完了に要する混合時間を計算し、
処理時間、処理量、消費エネルギー、材料コストの要素を変更可能なものとして加えた上で、望ましい無害化処理プロセスを選択することを特徴とする、
請求の範囲１６に記載の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料。
【請求項２５】
吸湿材料や保水材料が藁や吸水性ポリマーであることを特徴とする、
請求の範囲１６に記載の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料。
【請求項２６】
微生物として水質浄化能力を持ったバチルス菌類や（１）し尿中の未分解蛋白質やでん粉質などを分解する菌種、（２）植物繊維質を分解するセルラ−ゼ酵素の多い菌種、（３）空気中および水中の窒素を固定し肥料化を行う菌種、（４）７０〜８０℃の高温を発生し病原菌などを死滅させる温泉菌種、（５）繊維質のリグニンや石油や洗剤などを分解し堆肥化する菌種、（６）海洋性の好塩性酵母類、の中から選択される２種以上、好ましくは全てを含むものを利用することを特徴とする、
請求の範囲１６に記載の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料。
【請求項２７】
混ぜ合わせる植物のタネが、乾燥に強く砂漠緑化能力が高い樹木類より選択するものであることを特徴とする、
請求の範囲１６に記載の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コストの安い低品位石炭を酸化処理することで得られる活性化石炭粒状材料の優れた能力と、必要に応じて、微生物類の浄化能力や植物の窒素や燐吸収能力とを有効利用した富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料とこれを利用した浄水施設を提供しようとするものである。【０００２】
また、本発明は活性化石炭の微粉末材料をイオン交換材料として利用して重金属などにより汚染された汚泥を無害化処理する方法を提供し、さらに処理後の汚泥を加工して土壌改良材や砂漠緑化材料、さらに成分調整をすることにより肥料材料などとしてリサイクル材料とすることを提案するものである。
【背景技術】
【０００３】
地球規模での人口増加や工業の発展などによって、世界的に生活廃水に基づいた淡水資
源などの汚染は、解決すべき緊急の問題として理解されるように成って来ている。すなわち、生活廃水中の多量の窒素や燐による富栄養化によって、アオコ等の大量発生が引き起こされ、大きな環境問題となっている。【０００４】
大量発生したアオコ等の処理については、これらを、コストを費やして回収することが行われているが、それだけでは、富栄養化そのものを解消することはできず、アオコの発生と回収をいたずらに繰り返しているのが現状である。【０００５】
また、富栄養化そのものを解消するために様々な化学的手法などを用いることが考えられるが、コストが非常に高いものとなってしまい、大きな湖沼などの浄化に実際的に使うことは困難である。【０００６】
さらに、低コストで大規模に富栄養化汚染水を浄化する可能性のある手法として、活性化石炭粉末を利用する提案が、特許文献１「特公平８−４７９６号公報」によりなされている。【０００７】
また、汚染された水底や廃水処理場などの処理水槽の底にヘドロ状に堆積した汚泥を処理する方法としては、浚渫により除去した後に脱水し焼却処理することなどが一般に行われている。【０００８】
さらに、重金属を含んだ汚泥の処理の場合には、それを分離除去するために複雑な工程と装置を用いる手法が、特許文献２「特開２００５−３１３０７５号公報」などにより提案されている。【０００９】
また、さらに処理後の汚泥をリサイクルして有効活用しようという発想も、特許文献３「特開２００４−２３８２５０号公報」などによって提案はされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
富栄養化によってアオコ等が大量発生した湖沼などから、単にこれらを回収するだけでは、何等問題の根本的な解決にならないことは明らかであり、コストの高い化学的手法などによってでは、現実の大規模な河川や湖沼に発生している水質汚染状態を解消することが難しいことも明らかである。【００１１】
特許文献１のものは大きな可能性を有しているが、吸着・殖菌する菌類のためにより望ましい環境を用意する方が一層効果的であり、また、窒素や燐をより集中的に吸収して富栄養化を解消するための手段と組合せることが更に望ましい。【００１２】
加えて、地球規模での環境に対する意識が高まっている中で、水質浄化施設全体を省エネルギーで環境に配慮したものとすることが期待されてもいる。【００１３】
従来のように、汚泥を浚渫などにより回収して脱水・焼却するだけではエネルギーを大量に消費しコストも膨大であって環境問題に大きな関心が寄せられている現代社会において相応しくない。特許文献２のように、汚泥に含まれた重金属を除去回収するといっても特別な装置や薬品・工程などが不可欠でありコストもかかるので大量の有害汚泥処理には向いていない。処理後の汚泥をリサイクルして有効活用する特許文献３の発想は素晴らしいが、現実のニーズやコストの問題を具体的に解決するには至っていない。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記したような従来技術における課題を解消するために研究と検討を重ねた
結果として創案されたものであり、コストの非常に安い低品位石炭を酸化処理して得られる活性化石炭成分中のケイ素と炭素の成分比率を一定範囲内に制限して、これにより微生物や菌類の棲家としてより好適なものとなし、さらに窒素や燐による富栄養化を解消するために植物の吸収能力をも併せて活用することを提案し、また活性化石炭の本来持つイオン交換の力で汚水汚泥の重金属を無害化除去し、さらには、これらを利用した浄水施設そのものを、二酸化炭素を排出しない、自然エネルギーを最大限活用するものとして提案するものであって、さらにイオン交換材料として微粉末化した活性化石炭を利用する場合には重金属類で汚染された汚泥の無害化処理にも応用できることを見出し、処理後の汚泥をリサイクル材料として個々具体的な用途に応じた加工を施して現実的な有効活用を実現することを見出したものであって、具体的には以下のとおりである。【００１５】
本発明は、燃料としての使用に適さない低品位の石炭を酸化処理して灰分を除去することで、全体を微細多孔質構造とした平均粒径が５ｍｍ以上の活性化石炭の粒状材であり、成分要素中のケイ素と炭素との比率が、１：７〜１：１３、望ましくは１：１０となるように規制されていることを特徴とする活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料である。【００１６】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料において、活性化石炭粒状材の微細多孔質構造部に水質浄化能力を持った各種微生物や菌類を吸着し殖菌していることを特徴とする。【００１７】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料において、吸着し殖菌する菌種が、(a)し尿中の未分解蛋白質やでん粉質などを分解する菌種、(b)植物繊維質を分解するセルラ−ゼ酵素の多い菌種、(c)空気中および水中の窒素を固定し肥料化を行う菌種、(d)７０〜８０℃の高温を発生し病原菌などを死滅させる温泉菌種、(e)繊維質のリグニンや石油や洗剤などを分解し堆肥化する菌種、(f)海洋性の好塩性酵母類、の中から選択される２種以上、好ましくは全てを含むものであることを特徴とする。【００１８】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料において、吸着し殖菌する微生物や菌類としてアンモニア臭などの脱臭・消臭効果に優れたバチルス菌類を利用することを特徴とする。【００１９】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料において、浄化対象である汚染水の汚染成分の種類に応じて、それを解消するに相応しい菌種を全体の５０％以上にまで培養した状態となっていることを特徴とする。【００２０】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料において、５０％以上にまで培養する菌種が海洋性の好塩性酵母類であり、これにより海水中の塩分を吸収させることを主な働きとすることができることを特徴とする。【００２１】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料において、活性化石炭粒状材の微細多孔質構造に起因する吸着能およびイオン交換能によって、汚泥の分解や有害重金属類の無害化をも同時に行うことができることを特徴とする。【００２２】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料において、活性化石炭粒状材を富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料として使用するに際して、窒素や燐を吸収する手段として植物の生長に伴う、その根部からの窒素・燐吸収能力を利用する要素を組合わせていることを特徴とする。【００２３】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料において、窒素や燐を吸収する手段としての植物が活性化石炭粒状材による水質浄化用濾過材に直接植付けられたものであることを特徴とする。【００２４】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭粒状材を用いた窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料において、窒素や燐を吸収する手段としての植物が、一般的な水生植物と比較して少なくとも２０倍以上の窒素・燐吸収能力を持つ陸生植物から選択されることを特徴とする。【００２５】
本発明はまた、上記手段の水質浄化用濾過材料を利用した水質浄化施設において、窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化施設に必要な曝気処理システムとして、高低差を利用した処理水落下による接触型曝気構造を採用していることを特徴とする。【００２６】
本発明はまた、上記手段の水質浄化用濾過材料を利用した水質浄化施設において、窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化施設として、窒素や燐を吸収させるための植物生育場が外気温変化による生育条件への影響を受け難いガラスハウスなどの温室構造を採用していることを特徴とする。【００２７】
本発明はまた、上記手段の水質浄化用濾過材料を利用した水質浄化施設において、窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化施設のエアコンシステムとして、処理水と施設内気温との温度差を利用する省エネルギー方式を採用することを特徴とする。【００２８】
本発明はまた、上記手段の水質浄化用濾過材料を利用した水質浄化施設において、窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化施設における施設運営用の電気エネルギーを、附属設置した太陽光発電装置や風力発電装置などの自然エネルギーを利用した二酸化炭素を排出しない手段により、少なくとも２０％以上、望ましくは５０％以上を供給させることを特徴とする。【００２９】
本発明はまた、上記手段の水質浄化用濾過材料を利用した水質浄化施設において、水質浄化する対象が、一般的な海水、又は、窒素や燐による富栄養化汚染水が塩分を含んだ海水などであって、水質浄化用濾過材料として海洋性の好塩性酵母類を多量に培養した活性化石炭粒状材と塩分を吸収する能力を持った真塩性植物とを利用していることを特徴とする。【００３０】
本発明はまた、重金属を含み含水率８０％以上の汚泥を、脱水処理しない状態でイオン交換能力を持った元素を含んだ活性化石炭などの固体の微粉末を混合して重金属の無害化処理をした後、処理すべき汚泥を分解するに相応しい能力を持った微生物を投入混合して所定時間をかけて分解処理することを特徴とする活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法である。【００３１】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料において、特定の１種又は複数種の重金属を含有した汚泥の無害化処理に際して、その重金属とイオン交換結合する性質を持った１種又は複数種の元素を含んだ固体を少なくとも平均粒径５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは１．５ｍｍ以下の微粉末状とした１種または複数種のイオン交換材料を、汚泥の総量および重金属の濃度との相関関係から算出する必要量として処理すべき汚泥に投入し、含有されている重金属の５０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９５％以上がイオン交換材料と結合して重金属濃度が法定基準値以下となるまで混合し、必要に応じて所定の吸湿材料や保水材料を投入・混合して所定の形状を維持できる程度の成形性を持った状態として整え、処理すべき汚泥を分解する１種又は複数種の微生物と必要に応じて１種又は複数種の植物のタネを混ぜ合わせ、所定形状に成形して必要に応じて所定の生物分解性材料による容器に詰め込んで緑化材料としていることを特徴とする。【００３２】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料において、処理すべき汚泥を分解する１種又は複数種の微生物を混ぜ合わせた後、所定期間経過させて発酵反応によるたい肥とし、それを土壌改良材として利用することを特徴とする。【００３３】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料において、処理すべき汚泥を分解する１種又は複数種の微生物を混ぜ合わせた後、所定期間経過させて発酵反応によるたい肥とし、更に窒素成分、燐成分、カリウム成分などの調整を行って法定基準を満たす肥料として利用することを特徴とする。【００３４】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料において、必要に応じて混ぜ合わせる植物のタネが乾燥に強い樹木のものであり深さ３０〜５０ｃｍの穴を埋めるに適した形状と体積に成形したことで砂漠緑化目的に利用できるようにしたことを特徴とする。【００３５】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料において、シート状形状に成形し、傾斜面においても固定できる保持材を装備させることで、不安定な傾斜面にも適用できる緑化シート素材となっていることを特徴とする。【００３６】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料において、無害化処理可能な重金属が、亜鉛、銅、鉛、カドミウム、砒素、六価クロム、水銀の何れか１つ又は複数であることを特徴とする。【００３７】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料において、重金属とイオン交換結合する性質を持った元素が、炭素、ケイ素の何れか又は双方を含んだものであることを特徴とする。【００３８】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料において、処理すべき汚泥の総量とそこに含まれる重金属濃度から無害化処理すべき重金属の総量を算出し、そこからイオン交換材料の必要最小限量を決定し、汚泥の含水量比率と混合装置の能力から無害化完了に要する混合時間を計算し、処理時間、処理量、消費エネルギー、材料コストの要素を変更可能なものとして加えた上で、望ましい無害化処理プロセスを選択することを特徴とする。【００３９】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料において、吸湿材料や保水材料が藁や吸水性ポリマーであることを特徴とする。【００４０】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料において、微生物として水質浄化能力を持ったバチルス菌類や（１）し尿中の未分解蛋白質やでん粉質などを分解する菌種、（２）植物繊維質を分解するセルラ−ゼ酵素の多い菌種、（３）空気中および水中の窒素を固定し肥料化を行う菌種、（４）７０〜８０℃の高温を発生し病原菌などを死滅させる温泉菌種、（５）繊維質のリグニンや石油や洗剤などを分解し堆肥化する菌種、（６）海洋性の好塩性酵母類、の中から選択される２種以上、好ましくは全てを含むものを利用することを特徴とする。【００４１】
本発明はまた、上記手段の活性化石炭を微粉末状材料として利用した汚泥処理方法により製造したリサイクル材料において、混ぜ合わせる植物のタネが、乾燥に強く砂漠緑化能力が高い樹木類より選択されるものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４２】
（ａ）燃料としての使用に適さない低品位の石炭を酸化処理して灰分を除去することで、全体を微多孔構造とした平均粒径が５ｍｍ以上の活性化石炭の粒状材であり、成分要素中のケイ素と炭素との比率が、１：７〜１：１３、望ましくは１：１０となるように規制されていることにより、非常に低コストである低品位の石炭を濾過材料として優れた能力のある素材として利用できるようになる。特に、ケイ素と炭素との比率を特定範囲に限定することで、微生物類や菌類を微孔構造部に繁殖させる場合に非常に好適なものとして利用することが可能となる。【００４３】
（ｂ）活性化石炭粒状材の微多孔構造部に水質浄化能力を持った各種微生物や菌類を吸着し殖菌していることにより、色々な種類の微生物類や菌類の水質浄化能力を適切に利用して、しかもその繁殖をも旺盛に行う事が可能であって、効果的な水質浄化能力を継続させることが可能となる。この水質浄化機能は、魚類などを飼育する各種水槽類内の水質保全にも応用可能なものである。【００４４】
（ｃ）吸着し殖菌する菌種が、(a)し尿中の未分解蛋白質やでん粉質などを分解する菌種、(b)植物繊維質を分解するセルラ−ゼ酵素の多い菌種、(c)空気中および水中の窒素を固定し肥料化を行う菌種、(d)７０〜８０℃の高温を発生し病原菌などを死滅させる温泉菌種、(e)繊維質のリグニンや石油や洗剤などを分解し堆肥化する菌種、(f)海洋性の好塩性酵母類、の中から選択される２種以上、好ましくは全てを含むものであることにより、多種多様な水質汚染要素に対しても、それぞれに適切な菌種を機能させて効果的な水質浄化ができるようになる。【００４５】
（ｄ）吸着し殖菌する微生物や菌類としてアンモニア臭などの脱臭・消臭効果に優れたバチルス菌類を利用することにより、富栄養化汚染水で問題視される悪臭の殆どすべてを有効に脱臭・消臭処理することが可能になり、処理場近隣への悪臭問題を生じさせないようにすることが可能である。【００４６】
（ｅ）浄化対象である汚染水の汚染成分の種類に応じて、それを解消するに相応しい菌種を全体の５０％以上にまで培養した状態となっていることにより、汚染の状態に応じて最も適した状態の菌種培養状態で本発明の濾過材料を利用することができるようになる。つまり、浄化すべき汚染水は窒素や燐による富栄養化ばかりではなく、(a)未分解蛋白質やでん粉質を多く含んでいる場合、(b)植物繊維質を多量に含んでいる場合、(c)油分を多く含んでいる場合、(d)海水中の塩分を多く含んでいる場合、などが有り得る。上記菌種を適切に組合せたものは、何れの場合にも適切に対処することができるとは理解できる。【００４７】
しかし、浄化すべき汚染水の汚染状況がわかっている場合には、その汚染状況に応じてそれを解消するに最も相応しい菌種の配合バランスになるように予め適切な培養を行った上で濾過材料として利用する方が効率的な水質浄化が可能となるのである。【００４８】
例えば、未分解蛋白質を多く含んだ汚染水の場合には、これを旺盛に分解処理する菌種が相対的に５０％以上となるように事前の培養を行った上で実際に使用することで、問題となる汚染状況が素早く解消するようになるのである。【００４９】
（ｆ）５０％以上にまで培養する菌種が海洋性の好塩性酵母類であり、これにより海水中の塩分を吸収させることを主な働きとすることができることにより、窒素や燐により富栄養化した、塩分を含んだ海水のような汚染水であっても、塩分を除去した上で更に他の汚染も除くことができ、淡水化した上での水質浄化を行うことができるようになる。【００５０】
（ｇ）活性化石炭粒状材の微細多孔質構造に起因する吸着能およびイオン交換能によって、汚泥の分解や有害重金属類の無害化をも同時に行うことができることにより、汚泥処理も同時に行うと共にクロムやカドミウムなどの有害重金属類をもイオン交換能によって処理することが可能であり、富栄養化による水質汚染を超えた複合的な汚染除去にも役立つことが可能になる。【００５１】
（ｈ）活性化石炭粒状材を富栄養化汚染水の水質浄化用濾過材料として使用するに際して、窒素や燐を吸収する手段として植物の生長に伴う、その根部からの窒素・燐吸収能力を利用する要素を組合わせていることにより、富栄養化汚染水中の窒素や燐を植物の窒素・燐吸収能力を利用して有効に除去することができるようになる。【００５２】
活性化石炭自身の吸着濾過能力や微生物、菌類の水質浄化能力によって様々な種類の汚水浄化が可能であるとしても、生活系廃水に大量に含まれる窒素や燐を効果的に吸収するには不足しており、これを補う上で植物の能力と組合せることは非常に有効である。【００５３】
（ｉ）窒素や燐を吸収する手段としての植物が活性化石炭粒状材による水質浄化用濾過材に直接植付けられたものであることにより、活性化石炭粒状材による濾過と微生物利用による水質浄化と同時に富栄養化要素の除去を行うことができ、効率的且つ総合的な水質浄化が実現されるようになる。【００５４】
（ｊ）窒素や燐を吸収する手段としての植物が、一般的な水生植物と比較して少なくとも２０倍以上の窒素・燐吸収能力を持つ陸生植物から選択されることにより、水草や水辺の植物などに比べて遥かに窒素・燐吸収能力の高い陸生植物を利用した富栄養化汚染水の浄化を実現することができるようになる。平均的な陸生植物の窒素・燐吸収能力は水中植物や水辺植物の５０〜６０倍に相当することが知られている。【００５５】
（ｋ）窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化施設に必要な曝気処理システムとして、高低差を利用した処理水落下による接触型曝気構造を採用していることにより、処理すべき富栄養化汚染水に殊更なエネルギーを使うことなく酸素を供給することができ、簡素且つ省エネルギーな浄水施設とすることができるようになる。【００５６】
高低差の利用手法については、明確な段差を設けた滝のような構造でもよいが、斜面を
流すようなタイプのものであっても構わない。【００５７】
（ｌ）窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化施設として、窒素や燐を吸収させるための植物生育場が外気温変化による生育条件への影響を受け難いガラスハウスなどの温室構造を採用していることにより、季節の変化によって植物の生育条件が変わるような場所であっても、略同じ条件を維持しながら安定した浄水施設の操業を続けることができるようになる。【００５８】
（ｍ）窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化施設のエアコンシステムとして、処理水と施設内気温との温度差を利用する省エネルギー方式を採用することにより、年間を通じて存在している温度差を利用して、夏季は涼しく、冬季は暖かく浄水施設内の気温管理を省エネルギーで行うことができるようになる。【００５９】
このような廃水の温度を利用したエアコンシステムは既に一部施設などで実用化されて
いるものである。【００６０】
（ｎ）窒素や燐による富栄養化汚染水の水質浄化施設における施設運営用の電気エネルギーを、附属設置した太陽光発電装置や風力発電装置などの自然エネルギーを利用した二酸化炭素を排出しない手段により少なくとも２０％以上、望ましくは５０％以上を供給させることにより、浄水方式も浄水施設自体も自然の力を最大限に利用し、周囲の環境への負荷もなく、無駄なエネルギーを使わないものとして本発明を実現することができるようになる。【００６１】
つまり、活性化石炭粒状材料と微生物や菌類、植物を有効に組合せた富栄養化汚染水の浄化方式（濾過方式）が、自然の力を活用し無駄な排出物を一切出さないものであっても、これを使用する浄水施設全体としてエネルギーコストが高かったり、処理にコストのかかる排出物を出すようでは意味がない。施設全体として可能な限り環境への影響に配慮しながら低コストで運営できるように工夫することが重要なのである。【００６２】
（ｏ）水質浄化する対象が、一般的な海水、又は、窒素や燐による富栄養化汚染水が塩分を含んだ海水などであって、水質浄化用濾過材料として海洋性の好塩性酵母類を多量に培養した活性化石炭粒状材と塩分を吸収する能力を持った真塩性植物とを利用していることにより、一般的な海水や、富栄養化汚染されている海水などを適切に清浄な淡水資源として利用できるようにする浄水施設を実現できるようになる。【００６３】
（ｐ）重金属を含み含水率８０％以上の汚泥を、脱水処理しない状態でイオン交換能力を持った元素を含んだ活性化石炭などの固体の微粉末を混合して重金属の無害化処理をした後、処理すべき汚泥を分解するに相応しい能力を持った微生物を投入混合して所定時間をかけて分解処理することにより、水分を多く含んで流動性のある状態の汚泥とイオン交換能力を持った微粉末材料とを効率的にムラなく混合して有害重金属類の無害化を図ることができる。つまり、通常の汚泥処理では、まず脱水処理による減量化を経た後に他の処理を行うが、このような脱水後の汚泥に対して固体微粉末をムラなく混合するには専用の混合機械が必要になってしまうのである。すなわち、汚泥全体に何か他の物質をムラのないように混合するには含水率の高いまま行う方が簡単にできるのである。【００６４】
また、このような処理を経た汚泥に微生物を添加して分解処理する際にも脱水処理前に添加混合する方が効率的なのである。【００６５】
添加混合すべき微粉末の量としては、汚泥を脱水処理した場合に想定される汚泥そのものの総量と同等としておけば、８０％以上の含水状態の汚泥に対して添加混合しても素早くしかもムラなく全体に混合することが期待できるので、これを基本とする。重金属の総量や設備の状態その他の条件に応じて基本に対する微調整を行い効率性のコストを両立させるように配慮する。【００６６】
（ｑ）特定の１種又は複数種の重金属を含有した汚泥の無害化処理に際して、その重金属とイオン交換結合する性質を持った１種又は複数種の元素を含んだ固体を少なくとも平均粒径５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは１．５ｍｍ以下の微粉末状とした１種または複数種のイオン交換材料を、汚泥の総量および重金属の濃度との相関関係から算出する必要量として処理すべき汚泥に投入し、含有されている重金属の５０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９５％以上がイオン交換材料と結合して重金属濃度が法定基準値以下となるまで混合し、必要に応じて所定の吸湿材料や保水材料を投入・混合して所定の形状を維持できる程度の成形性を持った状態として整え、処理すべき汚泥を分解する１種又は複数種の微生物と必要に応じて１種又は複数種の植物のタネを混ぜ合わせ、所定形状に成形して必要に応じて所定の生物分解性材料による容器に詰め込んで緑化材料としていることにより、重金属汚染された汚泥を無害化した上で有効な緑化材料として利用することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明による水質浄化用濾過材料の簡単な概念説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００６８】
上記してきたような本発明の具体的な実施の形態の若干例を、添付図面などを利用しながら以下説明する。
【００６９】
図１は、本発明による水質浄化用濾過材料１の簡単な概念説明図である。
【００７０】
濾過主材料となる活性化石炭粒状材２は、上記してきたように燃料として使用するには不適な熱量の低い低品位石炭を用いる。
【００７１】
これを酸化処理して灰分を溶出させて、全体を微多孔構造体とする。酸化処理に使用するものは、塩酸や硫酸、硝酸であるが、これは工業施設からの廃酸を利用することができる。
【００７２】
活性化石炭の粒サイズは平均５ｍｍ以上とする。濾過目的に相応しいように適切なサイズを選ぶべきことは当然である。
【００７３】
また、本発明の活性化石炭粒状材２は、残存ミネラル成分中のケイ素と炭素の比率を所定のものに限定することを特徴としている。これは、水質浄化能力を持った微生物や菌類を活性化石炭に吸着・殖菌する際に、その増殖を旺盛化するために有効だからである。
【００７４】
具体的には、ケイ素：炭素が１：１０前後になるように調整することが最も効果的であることを発明者は見出している。
【００７５】
このようにして出来た活性化石炭粒状材２は、そのものとして優れた吸着浄化機能を有し、さらにイオン交換能をも有することが知られており、そのままでも有害重金属の除去を含めた高い水質浄化機能を持っているものである。
【００７６】
また、活性化石炭粒状材２の微細多孔質構造に吸着・殖菌などさせる微生物や菌類３については、有効な水質浄化機能を持ったものであれば様々なものが利用可能であるが、特に、(a)し尿中の未分解蛋白質やでん粉質などを分解する菌種、(b)植物繊維質を分解するセルラ−ゼ酵素の多い菌種、(c)空気中および水中の窒素を固定し肥料化を行う菌種、(d)７０〜８０℃の高温を発生し病原菌などを死滅させる温泉菌種、(e)繊維質のリグニンや石油や洗剤などを分解し堆肥化する菌種、(f)海洋性の好塩性酵母類、などを目的に応じて適宜にブレンドすることで、様々な種類の汚染に適切に対処できるのである。
【００７７】
具体的には、それぞれに公知の菌類として、(a)未分解蛋白質、でん粉質などを分解する菌種としては、学名：アスペルギルス属（Aspergillus）、ムコ−ル属（Mucor）およびバクテリウム ズブチルス（Bac.subtilus）として知られた微生物類があり、(b)植物繊維質を分解するセルラ−ゼ酵素を多く含む菌種としては、学名：バクテリウム サアモフィブリンコルス（Bac．thermofibrincolus）およびバクテリウム メタニジイナス（Bac．methanigenes）として知られた微生物が含まれる。
【００７８】
また、(c)空気中および水中の窒素を固定し肥料化を行う菌種としては、学名：バクテリウム アステロスポオラス（Bac．asterosporus）およびクロストリイディム パッストリオアヌム（Clostridium pastorianum）があり、(d)７０〜８０℃の高温を発生し病原菌などを死滅させる温泉菌種としては、学名：ベギアトア アルバア（Beggiatoa alba）およびペニシリウム ルテウム（Penicllium luteum）がある。
【００７９】
さらに、(e)リグニンや石油，洗剤などを分解し堆肥化する菌種としては、フザリウム属（Fusarium）およびスファエロチリス ナアタヌス（Sphaerotilus natans）があり、(f)海洋性の好塩性酵母類としては、学名：トルラアア−テン（Torulaarten）およびサッカロミセスカルスベルギニシス（Saccharomyces carlsberginsis）と呼ばれる既に知られた微生物類が包含される。
【００８０】
上記したような微生物や菌類３は、それぞれに優れた水質浄化機能を持ったものであるが、主に生活廃水系の汚染水などに大量に含まれる窒素や燐を吸収させるには十分とは言い切れない。このような吸収しきれない窒素や燐を適切に吸収させるために植物類４の根からの吸収能力を活用しようというのが本発明のもう１つの大きな特色である。
【００８１】
すなわち、植物類４は、自身の成長のために窒素分や燐分を必要としていることは常識であり、これら成分を根から吸収している。植物の成長による窒素・燐の吸収を富栄養化汚染水の浄化に適切に利用するために、その成長条件を整えながら、しかも微生物類３を吸着させた活性化石炭粒状材２と組合わせて水質浄化用濾過材料１となして利用しようというものである。
【００８２】
植物類４は、水中の植物、水辺の植物でもよいが、陸上で成長する陸生植物の方がより好ましい。なぜなら、窒素・燐の吸収能力は、陸生植物の方が一般的に数十倍高いことが知られているので、陸生植物を中心に使う方が良いのである。とは言っても、水中植物や水辺植物を併用することは特に問題ない。
【００８３】
また、活性化石炭粒状材２は、そのまま植物類４を植付けて根を張らせ成長させる栽培床としても利用できるものである。つまり、活性化石炭粒状材２を富栄養化汚染水の濾過材として機能させると同時に、その上に各種植物類４を植付けるもので、濾過処理と共に根からの窒素分、燐分吸収を図り水質浄化をさせるようにするのである。
【００８４】
適切な条件で管理を行えば、水中植物や水辺植物ではない陸生植物であっても活性化石炭粒状材２による濾過材上で水耕栽培的に成長させ得ることが確認されている。
【実施例１】
【００８５】
気温が高く太陽光の充分にある夏季に、窒素や燐を大量に含んで濁った富栄養化汚染水を、上記(a)〜(f)の菌類を吸着・殖菌させた活性化石炭粒状材による積層濾過材とその上部に陸生植物を植付けることで構成した本発明の水質浄化用濾過材料を通して処理したところ、数日で透明度が確実に上がり、３０日足らずで窒素や燐の濃度も８０％以上減少し、良好な水質となった。
【実施例２】
【００８６】
有害重金属である六価クロムを含んだ富栄養化汚染水を実施例１と同様に処理したところ、六価クロムは除去され、窒素、燐その他の汚染物質の濃度も大幅に減少していることが確認された。
【実施例３】
【００８７】
窒素や燐で富栄養化されている海水について、上記各実施例と同様な処理を行ってみたところ、塩分が除去され淡水化し、窒素、燐その他の汚染物質の濃度も大幅に減少していることが確認できた。また、海水中の塩分除去に関しては、富栄養化による汚染がなされている必要はなく、通常の海水を淡水化する目的についてもそのまま応用可能であることも確認されている。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
上記してきたような本発明によるときは、安価な低品位石炭を利用した活性化石炭と水質浄化微生物および植物の力を組合せて効果的な水質浄化用濾過材料とすることができ、しかも全体に低コストゆえに大規模な実施が可能となるので、様々な富栄養化汚染水源を実効的に浄化することができるようになる。【００８９】
さらに、吸着・殖菌する微生物類を適切に選択して培養することで、汚染された海水ばかりでなく、一般的な海水資源を淡水資源化するようなことにも応用でき、その上、活性化石炭粒状材の構造や成分組成から、汚泥処理や有害重金属処理への応用も可能である。【００９０】
また、これを利用した浄水施設そのものを、自然エネルギーを活用した無駄のない、環境に負荷を与えないものとして設計することも可能であって、自然な循環型の施設とすることが可能である。【００９１】
したがって、環境問題が重要視される現在において、本発明を実現することは大いなる産業上の利用可能性を持っていると考えられる。
【図１】
2010103819.tif 000003
【国際調査報告】
2010103819.tif 000004
2010103819.tif 000005
2010103819.tif 000006
2010103819.tif 000007
2010103819.tif 000008
2010103819.tif 000009
2010103819.tif 000010
2010103819.tif 000011