(57)【要約】【課題】  必要なミネラル成分までも除去することなく、処理対象とするヒ素等の汚染物質を選択的に除去することが可能であり、かつメンテナンスが容易であって、十分な汚染物質除去能力を維持することが可能な浄水フィルターを提供する。【解決手段】  含Ｆｅ鉱物微粒子、含Ｍｇ鉱物微粒子、及び含Ｃａ鉱物微粒子より選択される１種又は２種以上を、活性炭に担持させたことを特徴とする浄水フィルターは、前記課題を解決したものとなり、含Ｆｅ鉱物微粒子をシュベルトマナイトからなるものとすることで、ヒ素を除去する能力が特に高いものとなり、前記含Ｆｅ鉱物微粒子を、シュベルトマナイトの硫酸イオンの少なくとも一部を、ケイ酸イオン又はリン酸イオンに置換したものとすることで、鉱物微粒子が有するヒ素除去能力をより安定的に発揮することができるものとなる。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
含Ｆｅ鉱物微粒子、含Ｍｇ鉱物微粒子、及び含Ｃａ鉱物微粒子より選択される１種又は２種以上を、活性炭に担持させたことを特徴とする浄水フィルター。
【請求項２】
前記含Ｆｅ鉱物微粒子が、シュベルトマナイトからなる請求項１記載の浄水フィルター。
【請求項３】
前記含Ｆｅ鉱物微粒子が、シュベルトマナイトの硫酸イオンの少なくとも一部を、ケイ酸イオン、又はリン酸イオンに置換したものからなる請求項１記載の浄水フィルター。
【請求項４】
前記含Ｍｇ鉱物微粒子が、スティーブンサイト、層状複水酸化物、ブルーサイト又はペリクレースからなる請求項１記載の浄水フィルター。
【請求項５】
前記含Ｃａ鉱物微粒子が、アパタイトからなる請求項１記載の浄水フィルター。
【請求項６】
前記活性炭が、繊維状活性炭である請求項１〜５の何れか１項に記載の浄水フィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水器等に用いられる浄水フィルターに関する。さらに詳細には、地下水や鉱山廃水等の汚染水からヒ素等の汚染物質を除去することができる浄水フィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業が発達して様々な事業活動が活発に行われるに伴い、鉱山廃水や温泉、地下水等の水質汚濁状況は深刻なものとなってきており、人の健康又は生活環境に係る被害が発生し、問題となっている。
【０００３】
鉱山廃水や地下水に含まれる代表的な汚染物質としては、例えば、ヒ素、クロム、カドミウム等の重金属や、セレン、フッ素、ホウ素等の非金属などがある。
【０００４】
中でも、ヒ素は、人の健康に対し重大な影響を及ぼす汚染物質であり、このヒ素を高濃度で含有する鉱山廃水、工場廃水による地下水の汚染が世界中で広まっており、社会問題となっている。例えばバングラデシュでは、地下水のヒ素汚染が著しく、慢性ヒ素中毒患者が４０００万人にものぼると推定されている。我が国においては、環境基本法（平成５年１１月１９日法律第９１号）第１６条第１項の規定に基づく水質汚濁に係る環境上の条件のうち、地下水の水質汚濁に係る環境基準（平成９年３月１３日環境庁告示第１０号）として、地下水中のヒ素濃度を０．０１ｍｇ／ｌ以下とすることが、維持されるべき基準として規定されている。
【０００５】
このような背景のなか、地下水等に含まれるヒ素等の汚染物質を除去する技術の向上が期待されている。
【０００６】
地下水等からヒ素を除去する手法として、ＲＯフィルター（逆浸透膜）を用いてろ過する処理が行われている。しかし、このようなＲＯフィルターは高価であり、大量の地下水を浄化する場合には、コストが高くなるといった問題があった。また、処理後に例えば温泉水として用いる場合には、ヒ素だけでなく、必要なミネラル成分までも除去してしまう問題があった。
【０００７】
一方、地下水等からヒ素を除去するその他の手法として、シュベルトマナイト等のヒ素吸着能力を有する鉱物微粒子を、浄化対象となる鉱山廃水や地下水中に添加してヒ素を吸着させ、ヒ素吸着後の鉱物微粒子を最終的に資源として回収する手法が提案されている（特許文献１）。また、シュベルトマナイトが不活性化するのを防止するため、シュベルトマナイト構造内の硫酸イオンをケイ酸イオンに置換して安定化させることにより、ヒ素吸着能力をより確実に発揮させる手法が提案されている（特許文献２）。しかしながら、これらの手法は、シュベルトマナイト等の鉱物微粒子を浄化対象となる鉱山廃水を満たした槽中に直接投与して処理した後に、ヒ素を吸着した鉱物微粒子からなる固相と、ヒ素が除去された液相とに分離し、最終的に固相を資源として回収するといった浄化方法であって、このようなバッチ式の設備では、設備が大規模になるうえ、設備の清掃を行う際には、操業を一端停止して槽を洗浄する必要がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−８７５号公報
【特許文献２】特開２００５−８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、必要なミネラル成分までも除去することなく、処理対象とするヒ素等の汚染物質を選択的に除去することが可能であり、かつメンテナンスが容易であって、十分な汚染物質除去能力を維持することが可能な浄水フィルターを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前述の課題解決のために、含Ｆｅ鉱物微粒子、含Ｍｇ鉱物微粒子、及び含Ｃａ鉱物微粒子より選択される１種又は２種以上を、活性炭に担持させたことを特徴とする浄水フィルターを構成した。
【００１１】
ここで、前記含Ｆｅ鉱物微粒子が、シュベルトマナイトからなることが好ましく、シュベルトマナイトの硫酸イオンの少なくとも一部を、ケイ酸イオン、又はリン酸イオンに置換したものからなることがさらに好ましい。
【００１２】
また、前記含Ｍｇ鉱物微粒子が、スティーブンサイト、層状複水酸化物、ブルーサイト又はペリクレースからなることが好ましく、前記含Ｃａ鉱物微粒子が、アパタイトからなることが好ましい。
【００１３】
さらに、前記活性炭が、繊維状活性炭であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の浄水フィルターは、含Ｆｅ鉱物微粒子、含Ｍｇ鉱物微粒子、及び含Ｃａ鉱物微粒子より選択される１種又は２種以上を、活性炭に担持させたことにより、必要なミネラル成分までも除去することなく、処理対象とするヒ素等の汚染物質を選択的に除去することが可能であり、かつメンテナンスが容易であって、しかも単位時間当りにフィルターを通過する通水量を大きくしても、鉱物微粒子の漏出がなく十分な汚染物質除去能力を維持することが可能なものとなる。
【００１５】
また、前記含Ｆｅ鉱物微粒子を、シュベルトマナイトからなるものとすることで、ヒ素を除去する能力が特に高いものとなる。更に、前記含Ｆｅ鉱物微粒子を、シュベルトマナイトの硫酸イオンの少なくとも一部を、ケイ酸イオン又はリン酸イオンに置換したものとすることで、鉱物微粒子が有するヒ素除去能力をより安定的に発揮することができるものとなる。
【００１６】
また、処理対象とする汚染物質の種類に応じて、前記含Ｍｇ鉱物微粒子を、スティーブンサイト、層状複水酸化物、ブルーサイト又はペリクレースからなるものとし、或いは前記含Ｃａ鉱物微粒子を、アパタイトからなるものとすることで、処理対象とする汚染物質を選択的に除去することが可能となる。
【００１７】
更に、前記活性炭を、繊維状活性炭とすることで、単位時間当たりにフィルターを通過する通水量を多くしても、鉱物微粒子が漏出しにくいものとなる。
【００１８】
また、前記含Ｆｅ鉱物微粒子としてシュベルトマナイトを用いた場合には、シュベルトマナイトは一度吸着したヒ素を安定的に保持しつづける特性を有しており、かつ、シュベルトマナイト自体は元々自然界に存在するものであるため、使用後のフィルターを廃棄して自然界に返した際に、再度環境を汚染する懸念がなく、安全性が高いものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の浄水フィルターは、含Ｆｅ鉱物微粒子、含Ｍｇ鉱物微粒子、及び含Ｃａ鉱物微粒子より選択される１種又は２種以上を、活性炭に担持させたことを特徴としており、例えば浄水器等の流通式浄水装置の内部フィルターとして用いることができ、該フィルターを通過する汚染水中に含まれるヒ素等の汚染物質を除去する性能を有するものである。
【００２０】
含Ｆｅ鉱物微粒子は、構造内にＦｅを含有する微粒子状の鉱物であれば特に制限されるものではないが、シュベルトマナイトからなることが好ましい。含Ｆｅ鉱物微粒子を、シュベルトマナイトからなるものとすることで、鉱山廃水や地下水等といった汚染水中のヒ素除去能力が特に高いものとなる。含Ｆｅ鉱物微粒子を、シュベルトマナイトの硫酸イオンの少なくとも一部を、ケイ酸イオン又はリン酸イオンに置換したものとすることが、シュベルトマナイトの持つヒ素吸着能力をより安定的に発揮することが可能となるため、さらに好ましい。ここで、本発明でいう含Ｆｅ鉱物微粒子とは、例えばシュベルトマナイト１００％のような純粋な化合物のみを指すものではなく、シュベルトマナイト以外に他の不純物を含んでいる鉱物をも包含する概念である。
【００２１】
また、含Ｍｇ鉱物微粒子は、構造内にＭｇを含有する微粒子状の鉱物であれば特に制限されるものではないが、例えば、スティーブンサイト、層状複水酸化物、ブルーサイト又はペリクレースが挙げられる。また、含Ｃａ鉱物微粒子は、構造内にＣａを含有する鉱物微粒子であれば特に制限されるものではないが、例えば、アパタイトが挙げられる。ここで、本発明でいう含Ｍｇ鉱物微粒子、或いは含Ｃａ鉱物微粒子とは、前記含Ｆｅ鉱物微粒子の場合と同様に、１００％純粋なものである必要はなく、他の不純物を含んでいる鉱物をも包含する概念である。
【００２２】
このような含Ｆｅ鉱物微粒子、含Ｍｇ鉱物微粒子、及び含Ｃａ鉱物微粒子（以下、これらを総称して、単に「鉱物微粒子」という場合がある。）は、微粒子状であって、その平均粒子径は、０．１〜１００μｍであることが好ましい。平均粒子径が０．１μｍ〜１００μｍの範囲内である鉱物微粒子を用いることにより、高いヒ素吸着能力を有し、しかも単位時間当りにフィルターを通過する通水量を増やしても、活性炭から鉱物微粒子が漏出しにくいフィルターが得られる。
【００２３】
以上のような含Ｆｅ鉱物微粒子、含Ｍｇ鉱物微粒子、及び含Ｃａ鉱物微粒子は、処理対象とする汚染物質の種類に応じて、適宜選択して用いることができ、前記鉱物微粒子のうち１種のみを活性炭に担持させてもよいし、複数種を組み合わせて活性炭に担持させてもよい。尚、同じ種類であっても、例えば、含Ｍｇ鉱物微粒子としてスティーブンサイトと層状複水酸化物の双方を混ぜ込む等、異なるものを組み合わせて用いることが可能であることは勿論である。また、含Ｆｅ鉱物微粒子、含Ｍｇ鉱物微粒子、及び含Ｃａ鉱物微粒子以外に、他の鉱物微粒子を含んでもよい。
【００２４】
本発明に用いる活性炭としては、繊維状、粒子状、ブロック状など種々のものを用いることができ、特に制限されるものではない。これらのなかでも、繊維状活性炭が、鉱物微粒子を保持する能力が高く好ましい。
【００２５】
活性炭に鉱物微粒子を担持させ、浄水フィルターを作製する場合、例えば以下のようにして行う。すなわち、先ず、鉱物微粒子と活性炭及びバインダーを混合、分散した分散液を作製する。次に得られた分散液を、例えば円筒型の成型用金型に注入し、不織布等をろ紙として用いて吸引することにより、水分を除去する。水分が除去され、ペースト状となった鉱物微粒子、活性炭及びバインダーの混合物を、乾燥、加熱処理することにより浄水フィルターを作製する。前記バインダーとしては、例えば、ポリエステル等の熱融着性繊維、或いは熱融着性樹脂粉末を用いることができ、このようなバインダーは、鉱物微粒子と活性炭との隙間を埋めるとともに、最終の加熱処理により、溶融し、バインダーとしての働くものである。成型用金型の形状を変えることにより、様々な形状のフィルターを作製することができる。
【００２６】
本発明における鉱物微粒子と活性炭及びバインダーの混合割合としては、活性炭１００重量部に対し、例えばシュベルトマナイト等といった汚染物資除去性能を有する鉱物微粒子を１〜１００重量部、及びバインダーを１〜５重量部とするのが好ましい。活性炭１００重量部に対し、汚染物資除去性能を有する鉱物微粒子の割合が、１重量部未満の場合には、単位フィルター容積当りの汚染物質吸着能力が低くなる傾向がある。一方、汚染物資除去性能を有する鉱物微粒子の割合が１００重量部を超える場合には、活性炭に担持させることが困難となり、通水時にフィルターから鉱物微粒子が漏出する場合がある。また、活性炭１００重量部に対し、バインダーの割合が１重量部未満の場合には、フィルターの強度が低下する傾向がある。一方、バインダーの割合が５重量部を超える場合には、通水時の抵抗が大きくなる傾向がある。
【００２７】
以上にしてなる浄水フィルターを用いることにより、単位時間当りにフィルターを通過する通水量を大きくしても、鉱物微粒子の漏出がなく、十分な汚染物質除去能力を維持することが可能となる。本発明の浄水フィルターが、通水量を大きくしても、鉱物微粒子が漏出しない理由は明確ではないが、以下のような理由によるものと考えられる。即ち、担体として様々な大きさの細孔を有する活性炭は、その表面に複雑な凹凸を有しているため、担持された鉱物微粒子が前記活性炭の表面の凹凸に引っ掛かるようにして固定されることで、強固に保持されるものと考えられる。
【００２８】
また、単位フィルター容積当りの汚染水処理量が大きいため、コンパクトなフィルターサイズで大量の汚染水を処理することができ、長期間使用することが可能となる。
さらに、本発明のフィルターを用いた流通式浄水装置は、フィルターの交換が容易であり、バッチ式浄化設備と比較して、メンテナンスが極めて簡便なものとなる。しかも、複数の流通式浄水装置を併用すれば、そのうちの一つをフィルター交換する際に、他の装置を稼動し続けることが可能であるため、浄水機能を完全に停止することなくメンテナンスを行うことが可能となる。
【００２９】
また、前記含Ｆｅ鉱物微粒子としてシュベルトマナイトを用いた場合には、シュベルトマナイトは一度吸着したヒ素を安定的に保持しつづける特性を有しており、かつ、シュベルトマナイト自体は元々自然界に存在するものであるため、使用後のフィルターを廃棄して自然界に返した際に、再度環境を汚染する懸念がなく、安全性が高いものとなる。
【実施例】
【００３０】
次に実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。
【００３１】
（浄水フィルターの作製方法）
粒状活性炭ＧＷ−４８／１００（クラレケミカル株式会社製）３８重量部、繊維状活性炭ＦＲ−２０（クラレケミカル株式会社製）３８重量部、鉱物微粒子としてＡｓｒｅ−Ｓ（株式会社ソフィア製、シュベルトマナイト含有量５０重量％以上）２０重量部、及びバインダーとして熱融着性樹脂粉末４重量部を混合、分散した分散液を作製した。得られた分散液を円筒型の金型内に注入し、不織布を介して吸引することで水分を除去した。得られたペーストを乾燥、加熱処理することにより評価用浄水フィルターを作製した。
【００３２】
（評価用浄水カラムの作製方法）
内径１３ｍｍの円筒型ポリプロピレン製カラム（外枠）に、前記評価用フィルターの作製方法にて作製した評価用フィルターを所定量充填し、評価用浄水カラムを作製した。
【００３３】
（実施例１）
上記のように作製した評価用浄水カラムに汚染水を通水し、通過後の水中に含まれるヒ素濃度及びフィルターに吸着したヒ素の総量を測定することで、ヒ素除去性能を評価した。すなわち、ヒ素濃度０．０７４ｍｇ／ｌの汚染水を、流量４００ｍｌ／ｈで、浄水フィルター充填容積４ｍｌ（フィルター重量１.０５６ｇ）とした評価用浄水カラムに供給した。このとき、単位フィルター容積を一時間当りに通過した通水量をＳＶとすると、ＳＶ＝１００であった。
【００３４】
結果を表１に示す。表１において、通水倍率とは、単位フィルター容積を通過した通水総量を示すものであり、ヒ素濃度とは、評価用浄水カラムを通過した後の水中に含まれるヒ素濃度を測定したものである。また、ヒ素吸着量とは、鉱物微粒子（すなわち、Ａｓｒｅ−Ｓ）１ｇ当りに吸着したヒ素の総量を測定したものである。ここで、ヒ素の分析は、分析装置としてＳＰＱ９０００（セイコーインスツルメンツ株式会社製）を用い、ＩＣＰ−ＭＳ（高周波誘導結合プラズマ質量分析法）によって行った。
【００３５】
本発明の浄水フィルターを、ＳＶ＝１００の条件で用いることにより、通水開始から５時間経過後（通水倍率５００倍）においても、カラム通過後の水中に含まれるヒ素濃度は０．００１ｍｇ／ｌ未満（検出せず）となった。これは、環境基準値である０．０１ｍｇ／ｌ以下を十分に満たすものであり、高いヒ素除去能力を有するものであった。また、５時間経過後（通水倍率５００倍）におけるヒ素吸着量は、０．７６７ｍｇ／ｇであった。また、浄水フィルターからの鉱物微粒子の漏出は発生しなかった。
【００３６】
【表１】
2006326405.tif 000002
【００３７】
（実施例２）
浄水フィルター充填容積を２ｍｌ（フィルター重量０.５２８ｇ）とした評価用浄水カラムを用いた以外は、実施例１と同様の条件でヒ素除去性能を評価した。このとき、ＳＶ＝２００であった。
【００３８】
結果を表１に示す。本発明の浄水フィルターを、ＳＶ＝２００の条件で用いることにより、通水開始から２時間経過後（通水倍率４００倍）においても、カラム通過後の水中に含まれるヒ素濃度は０．００９ｍｇ／ｌとなり、高いヒ素除去能力を有するものであった。また、２時間経過後（通水倍率４００倍）におけるヒ素吸着量は、０．５４２ｍｇ／ｇであった。また、浄水フィルターからの鉱物微粒子の漏出は発生しなかった。
【００３９】
（実施例３）
浄水フィルター充填容積を１．５９ｍｌとし、評価用浄水カラムに供給する汚染水中のヒ素濃度を０．０５８ｍｇ／ｌとした以外は、実施例１と同様の条件でヒ素除去性能を評価した。このとき、ＳＶ＝２５１であった。
【００４０】
結果を表２に示す。本発明の浄水フィルターを、ＳＶ＝２５１の条件で用いることにより、通水から２８時間後（通水倍率７０３５倍）においても、カラム通過後の水中に含まれるヒ素濃度は０．００１ｍｇ／ｌ未満（検出せず）となった。これは、環境基準値である０．０１ｍｇ／ｌ以下を十分に満たすものであり、高いヒ素除去能力を有するものであった。また、２８時間経過後（通水倍率７０３５倍）におけるヒ素吸着量は、６．２８７ｍｇ／ｇであった。また、フィルターからの鉱物微粒子の漏出は発生しなかった。
【００４１】
【表２】
2006326405.tif 000003
【００４２】
（実施例４）
浄水フィルター充填容積を０．５３ｍｌとした以外は、実施例３と同様の条件でヒ素除去性能を評価した。このとき、ＳＶ＝７５４であった。
【００４３】
結果を表２に示す。本発明の浄水フィルターを、ＳＶ＝７５４の条件で用いることにより、通水から７時間経過後（通水倍率５２７６倍）においても、カラム通過後の水中に含まれるヒ素濃度は０．００１ｍｇ／ｌ未満（検出せず）となった。また、７時間経過後（通水倍率５２７６倍）におけるヒ素吸着量は、６．２８７ｍｇ／ｇであった。また、フィルターからの鉱物微粒子の漏出は発生しなかった。
【００４４】
（比較例１）
担体として、粒状活性３８重量部及び繊維状活性炭３８重量部の代わりに、ガラス質粒状綿７６重量部を用いた以外は、浄水フィルターの作製方法と同様にして比較試験用浄水フィルターを作製した。そして、評価用浄水フィルターに代えて比較試験用浄水フィルターを用いた以外は、実施例１と同様にして、ヒ素吸着性能を評価した。
【００４５】
比較試験用浄水フィルターを、ＳＶ＝１００の条件で用いた場合には、鉱物微粒子（すなわち、Ａｓｒｅ−Ｓ）がカラムから漏出し、汚染水中のヒ素を除去することはできなかった。
【００４６】
（比較例２）
Ａｓｒｅ−Ｓをガラス質粒状綿に担持させた比較試験用浄水フィルターを用いて評価用浄水カラムを作製し、ヒ素除去性能を評価した。すなわち、ヒ素濃度０．１ｍｇ／ｌの汚染水を、Ａｓｒｅ−Ｓ充填密度２００ｇ／ｌとした評価用浄水カラムにＳＶ＝１０の条件で供給した。
【００４７】
その結果、通水から２１日経過後（通水倍率５０４０倍）に、カラム通過後の水中に含まれるヒ素濃度は環境基準値である０.０１ｍｇ／ｌを超過した。