(57)【要約】【課題】  従来存するアルカリ性セメントに対し付加価値を高める手段として有効なものとなり、また環境に優しく安全で、強い凝集力と安定性があり、しかも反応時間が短くスラッジの沈殿が速いものとなり、さらに水温、ｐＨ等に影響を受けず、ランニングコストの面においても安価である汚濁水処理用瞬間凝集剤と汚濁水処理方法を提供する。【解決手段】  石灰岩と炭酸カルシウムから成る石灰質物質、シリカ主成分の軟性粘度ロームから成るアルカリ性粘度物質の少なくともいずれかを含むアルカリ性セメントを主剤とし、これに酸化珪素および酸化アルミニウムを組成分とする人工ゼオライト、または非アルミ系のシンデレライト（登録商標）Ｓ等の凝集促進剤を添加する。アルカリ性セメントは、ポルトランドセメント、ポルトランドセメント系混合セメント、特殊セメントのいずれかであるものとする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石灰岩と炭酸カルシウムから成る石灰質物質、シリカ主成分の軟性粘度ロームから成るアルカリ性粘度物質の少なくともいずれかを含むアルカリ性セメントを主剤とし、これに酸化珪素および酸化アルミニウムを組成分とする人工ゼオライト、または非アルミ系の凝集促進剤を添加して成ることを特徴とする汚濁水処理用瞬間凝集剤。
【請求項２】
アルカリ性セメントは、ポルトランドセメント，ポルトランドセメント系混合セメント、特殊セメントのいずれかである請求項１記載の汚濁水処理用瞬間凝集剤。
【請求項３】
前記主剤および凝集促進剤に、人工ゼオライト化可能なパルプスラッジ（ＰＳ灰）を含む請求項１または２記載の汚濁水処理用瞬間凝集剤。
【請求項４】
アルカリ性セメントを８乃至９に対し、凝集促進剤を２乃至１の割合で混合させた請求項１乃至３のいずれか記載の汚濁水処理用瞬間凝集剤。
【請求項５】
前記非アルミ系の凝集促進剤はシンデレライト（登録商標）Ｓである。請求項１記載の汚濁水処理用瞬間凝集剤。
【請求項６】
アルカリ性セメントを主剤とし、これに人工ゼオライトまたは非アルミ系の凝集促進剤を添加して成る瞬間凝集剤を、攪拌手段を備えた汚濁水処理槽内に導入し、当該汚濁水を攪拌してフロックと水とに中性分離化し、これらフロックと水とを個別に回収することを特徴とした汚濁水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば土木作業によって生じた汚泥、または産業廃棄物処理によって排出された廃液等の汚濁水を中性なフロックと水とに瞬時に固液分離した状態で回収でき、且つこれらをリサイクルに供することが可能な汚濁水処理用瞬間凝集剤とこれを用いた汚濁水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、使用されてきた土壌改良の安定剤は、主にセメント系固化剤、石灰系固化剤、高分子系固化剤であり、一般的には土木工事現場等で発生する高い水分化の調整をするために使われている。例えば石炭灰を土壌改良剤としてしようする場合、その粒子があまりにも細かいために取り扱いにくく、また六価クロムの溶出が土壌環境基準を超えたりすることが多く発生するため、全く処理しない未処理の状態でのフライアッシュの利用には限界がある。
【０００３】
また、干拓事業等では数万トンのセメントが使われる。このセメント系固化剤（例えば特許文献１）は、国の環境規準によって六価クロムの溶出試験を行なうことが義務づけられている。つまり、六価クロムの溶出試験を実施して、これが土壌環境基準以下でなければその固化剤は使用することができないのである。以上のように、従来の固化剤としての土壌改良材は自然環境に与える悪影響が大きく、これらの固化剤の使用には十分に注意を払う必要がある。
【特許文献１】特開２００４−２９２５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来においては、例えば土木作業によって生じた汚泥、または産業廃棄物処理によって排出された廃液等の汚濁水を短時間で中性なフロックと水とに固液分離し、無害化の状態で容易に回収できるようにした汚濁水処理用瞬間凝集剤が未だ開発されていないのが実状である。しかも、従来では、アルカリ性セメントの利用価値がセメント系固化剤としてのみに限られ、その他の付加価値を高めることができない状態であった。
【０００５】
そこで、本発明は叙上のような従来存した諸事情に鑑み創出されたもので、従来存するアルカリ性セメントに対し付加価値を高める手段として有効なものとなり、また環境に優しく安全で、強い凝集力と安定性があり、しかも反応時間が短くスラッジの沈殿が速いものとなり、さらに水温、ｐＨ等に影響を受けず、ランニングコストの面においても安価である汚濁水処理用瞬間凝集剤とこれを用いた汚濁水処理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】
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明による請求項１記載の汚濁水処理用瞬間凝集剤は、石灰岩と炭酸カルシウムから成る石灰質物質、シリカ主成分の軟性粘度ロームから成るアルカリ性粘度物質の少なくともいずれかを含むアルカリ性セメントを主剤とし、これに酸化珪素および酸化アルミニウムを組成分とする人工ゼオライト、または非アルミ系の凝集促進剤を添加して成ることを特徴とする。
請求項２記載の汚濁水処理用瞬間凝集剤は、請求項１記載の発明において、アルカリ性セメントは、ポルトランドセメント、ポルトランドセメント系混合セメント、特殊セメントのいずれかであるものとする。
請求項３記載の汚濁水処理用瞬間凝集剤は、請求項１または２記載の発明において、前記主剤および凝集促進剤に、人工ゼオライト化可能なパルプスラッジ（ＰＳ灰）を含むこともできる。
請求項４記載の汚濁水処理用瞬間凝集剤は、請求項１乃至３のいずれか記載の発明において、アルカリ性セメントを８乃至９に対し、凝集促進剤を２乃至１の割合で混合させた構成とする。
請求項５記載の汚濁水処理用瞬間凝集剤は、請求項１記載の発明において、前記非アルミ系の凝集促進剤はシンデレライト（登録商標）Ｓとする。
請求項６記載の汚濁水処理方法は、アルカリ性セメントを主剤とし、これに人工ゼオライトまたは非アルミ系の凝集促進剤を添加して成る瞬間凝集剤を、攪拌手段を備えた汚濁水処理槽内に導入し、当該汚濁水を攪拌してフロックと水とに中性分離化し、これらフロックと水とを個別に回収するものとする。
【０００７】
以上のように構成された本発明に係る汚濁水処理用瞬間凝集剤とこれを用いた汚濁水処理方法にあって、アルカリ性セメントの主剤に対し、酸化珪素および酸化アルミニウムを組成分とする人工ゼオライト、または非アルミ系のシンデレライトＳ等の凝集促進剤を添加して成る瞬間凝集剤は、汚濁水をフロックと水とに中性分離化させ、これらフロックと水とを個別に回収可能にさせる。
【０００８】
すなわち、自然界での水中の汚濁の原因である殆どの浮遊微粒子の表面はマイナスに帯電している。その浮遊微粒子は静電気的反発力により水中ではブラウン運動によって分散、浮遊している。これらマイナスに帯電している微粒子（アニオン）の表面にプラスの電荷をもつ物質（カチオン）である瞬間凝集剤を添加することにより汚濁物質の表面の反発負電荷を中和し、反発力を小さくさせ、粒子間に働くファンデアワールス引力により粒子同士が引き合い凝集体を形成させる。その結果として生じる微細な凝集体をさらに架橋させることにより凝集体を粗大化して沈殿分離もしくは浮上分離させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来存するアルカリ性セメントに対し付加価値を高める手段として有効なものとなり、また環境に優しく安全で、強い凝集力と安定性があり、しかも反応時間が短くスラッジの沈殿が速いものとなり、さらに水温、ｐＨ等に影響を受けず、ランニングコストの面においても安価である汚濁水処理用瞬間凝集剤とこれを用いた汚濁水処理方法を提供することができる。
【００１０】
すなわち、主剤であるセメント自体がアルカリ性であるため、酸性質の汚濁水を中性化または弱アルカリ性化し、土壌等に放流可能な規準値以内にすることが容易である。また、沈殿物が無害である場合には、これを脱水して大地に戻す際に、他の廃棄物である例えばＰＳ灰等を混入することで土壌固化剤または土壌改良安定剤としても活用させることができる。
【００１１】
具体的には、セメント価格は現在トン当たり６０００円〜１００００円（１ｋｇ当たり６円〜１０円）前後と低迷している。本発明による瞬間凝集剤は生産コストが１ｋｇ当たり１００円〜１２０円前後に設定しているため、一般卸売り価格が１ｋｇ当たり３５０円〜４５０円として提供される。これはセメントの付加価値を高める手段として有効である。また、大地が疲弊し、酸性雨等の影響で酸性化する現況の中、沈殿物を無害な状態で大地に戻し得るということは非常に有益且つ便利なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の一形態を説明する。本発明の瞬間凝集剤は、石灰岩と炭酸カルシウムから成る石灰質物質、シリカ主成分の軟性粘度ロームから成るアルカリ性粘度物質の少なくともいずれかを含む多孔質構造のアルカリ性セメントとして、例えばポルトランドセメント、ポルトランドセメント系混合セメント、特殊セメント等の各種セメントを主剤とし、これに凝集促進剤として、例えば酸化珪素および酸化アルミニウムを所定のケイバン比にて混合したものをアルカリ水性媒質と加熱反応させて成る高い陽イオン交換能と吸着性を有する人工ゼオライトを添加することで人工ゼオライト系瞬間凝集剤とするものである。
【００１３】
このアルカリ性セメントは、酸性化した土壌を中性化する機能を有している。また、セメントの比表面積は一般に３３００平方ｍ／ｇ位といわれている。これは活性炭等の吸着剤に比較すると３〜６倍の吸着能力を保持しているといえる。つまり、これらの微粒子は比表面積が多量であるために、汚濁水中のマイナスイオンとの接触面積も増加し、このために凝集効果も著しく増大させることが可能となる。
【００１４】
また、アルカリ処理を施した石炭灰である人工ゼオライトは、吸着性能、イオン交換能力、触媒能力等の優れた機能を有するものである。また、人工ゼオライト自体は多孔質構造体であり、アクロポア、ミクロポア等の微細孔を有し、水中の有毒物質の吸着に寄与する。添加される人工ゼオライトには二酸化珪素（シリカ）、三酸化二アルミニウム（アルミナ）を多く含み、その他に酸化鉄、酸化カルシウム、酸化チタン等を含む。特に複合アルミナはイオン交換性を有する。
【００１５】
また、酸化アルミニウムは水酸化アルミニウムと重縮合アルミニウムになり、浮遊している懸濁物質の粒子間における電位低下を促して粒子の崩壊、微粒子化を行ない凝集体を形成する機能を有している。したがって、この反応により水中のＯＨ基の隙間に汚濁物質を包み込むことができる。
【００１６】
また、複合アルミナは鉱物性微量元素を含み、水中に溶出して触媒的な役割を果たして水中に溶存する金属類を吸着、析出、分離させる機能を有している。このとき、微細な汚濁物質間を架橋により粗大化する過程に結びつけるには、アルミニウムイオンが水中で加水分解する際に生じる縮合イオンあるいは固体状の酸化アルミニウムの生成の速さが凝集物の粗大化に大きな役割を占め、沈殿速度に影響を与える。
【００１７】
具体的には、この鉱物性微量元素は酸化触媒として働き、水溶性有機物を不溶性有機物に変えて析出固体として集合させる。つまり、鉱物性微量元素は水中の溶存酸素あるいは水分中の解離イオンによる有機物酸化触媒と作用して、その一部が塩となり化合して不溶性物質に変じ、スラッジを形成する配合にする必要がある。
【００１８】
すなわち、自然界での水中の汚濁の原因である殆どの浮遊微粒子の表面はマイナスに帯電している。その浮遊微粒子は静電気的反発力により水中ではブラウン運動によって分散、浮遊している。これらマイナスに帯電している微粒子の表面にプラスの電荷をもつ物質を添加することにより汚濁物質の表面の反発負電荷を中和し、反発力を小さくさせ、粒子間に働くファンデアワールス引力により粒子同士が引き合い凝集体を形成する。その結果として生じる微細な凝集体をさらに架橋させることにより凝集体を粗大化して沈殿分離もしくは浮上分離させることができるのである。
【００１９】
基本的な凝集理論としては、基本の天然鉱物粉末がイオンの加水分解の過程で生成する加水分解生成物や重合体（多核錯体）を生成して凝集核となり、これらが粒子間の吸着、架橋により二次結合を起こしてフロックが形成される。このとき、無機複合アルミの加水分解生成物は、高電荷をもった多核ヒドロキソ金属錯塩とポリカチオンであるといわれている。金属イオンの加水分解反応はアコ錯体からプロトンが解離する反応で、さらに脱水反応、オキレーションを伴う。
【００２０】
一方、凝結から凝集沈殿に至るプロセスはプラス三価のアルミニウムイオンの加水分解反応から重合へ、さらにエージングから水不溶性コロイダル、ヒドロキソ、ポリマーの生成過程を経て凝集から沈殿に至るというのが基本となっている。
【００２１】
この凝集理論に基づき天然鉱物中の複合アルミカをポリマーとして、またモノマーの電荷より大きい電荷をもった重合イオンを加え、懸濁物質の表面電荷の中和を図る組成配合が必要となる。そのため、凝集を加速するために[ Ａｌ2 （ＯＨ）ｎＣｌ6 −ｎ] ｍ、[ Ａｌ2 （ＳＯ4)3 ] 等を微量添加する。
【００２２】
また、本実施の形態の他例としては、上記した各種セメントである主剤に対し、凝集促進剤として硫酸塩・硫酸アルミニウムをいっさい使わない非アルミ系のシンデレライトＳを添加することでシンデレライトＳ系瞬間凝集剤とすることもできる。
【００２３】
すなわち、凝集速度の向上や強度なフロック生成を目的として、特殊母剤とした物質に強制的に高圧にて電荷を付与させて補助剤としたシンデレライトＳを、例えばポルトランドセメント、ポルトランドセメント系混合セメント、特殊セメント等の各種のセメントに微量添加する。
【００２４】
このシンデレライトＳとしては、例えばｐＨ６．７で、高比重、水不溶性を有し、その成分および含有量は、三酸化硫黄が４１．４％、酸化カルシウムが２９％、二酸化珪素が１５．１％、三酸化二アルミニウムが９．２％、三酸化第二鉄が２．１％、酸化ナトリウムが１．３％、酸化カリウムが０．９％、酸化マグネシウムが０．５％、二酸化チタンが０．２％のものを使用している。
【００２５】
主剤に対する凝集促進剤の具体的な配合例としては、通常の水分含有量においてはアルカリ性セメントを８に対し、凝集促進剤を２の割合で混合させる。また、水分含有量が１５％以下の低湿度の場合では、アルカリ性セメントを９に対し、凝集促進剤を１の割合で混合させる。具体的には、例えばアルカリ性セメントが１トン当たり凝集促進剤を１５０ｇから２００ｇを配合する。
【００２６】
また、本実施の形態のさらに他例としては、前記主剤および凝集促進剤に、未燃カーボンを大量に含み、しかも人工ゼオライト化が可能なパルプスラッジ（ＰＳ灰）を含ませることができる。この人工ゼオライト化したパルプスラッジ（ＰＳ灰）は、著しい消臭機能と、既存の土壌に対する高い融合性を有しており、しかも透水性・保水性に富み、極めて安価に製造できる。
【００２７】
次に、以上のように構成された最良の形態についての具体的な汚濁水処理方法について説明する。すなわち、本発明の汚濁水処理方法は、主剤としてのアルカリ性セメントに、人工ゼオライトまたはシンデレライトＳ等の凝集促進剤を添加して成る瞬間凝集剤を、攪拌手段を備えた汚濁水処理装置内に導入し、当該装置内で汚濁水を攪拌して中性のフロックと水とに固液分離し、これらフロックと水とをサクションホースを介して個別に回収するものである。
【００２８】
具体的には、図１の汚濁水処理フローに示すように、上側に例えばバッジ式Ｖミキサー、コーンミキサー、樹脂用タンブラー、ヘンシェルミキサー等のいずれかによる攪拌手段を備えた攪拌槽２を、下側に沈殿槽３をそれぞれ設置し、該攪拌槽２の上側には凝集促進剤を供給するための凝集促進剤タンク４を設けることで汚濁水処理装置１を構成する。この装置１内に揚水ポンプ付属のサクションホース５を介して汚濁水槽６から汚濁水を揚程して攪拌槽２内に供給するようにしてある。同時に凝集促進剤タンク４から凝集促進剤を攪拌槽２内に添加し、ここで汚濁水を攪拌することで中性のフロックと水とに瞬時に固液分離された状態で沈殿槽３内に蓄えるものとしてある。
【００２９】
そして、沈殿槽３内の水はサクションホース５を介して放流され、一方、沈殿槽３内底部に沈殿したフロックはスラッジとしてサクションホース５を介してスラッジノックタンク７内に導入される。スラッジノックタンク７内に導入されたスラッジはサクションホース５を介して、例えばトン袋自然脱水による脱水手段側に送られてそこで脱水乾燥される。このとき、脱水装置８側で脱水された水はスラッジノックタンク７内に戻されてから、サクションホース５を介して放流される。
【００３０】
脱水手段８は、約２０トン程度以下のスラッジ量では、トン袋自然脱水を使用するが、この他にスラッジ量が約１００トン以上の場合では、例えばフィルタープレスによる脱水、または遠心分離による脱水等を採用する。
【００３１】
尚、上記した汚濁水処理フローは、あくまで本発明の実施の一形態例に過ぎず、本発明を何等限定するものではなく、他の汚濁水処理フローを採用することもできることは言うまでもない。
【００３２】
次に、以上のように構成された最良の形態についての瞬間凝集剤を使用した際の処理水の分析試験結果について説明する。すなわち、水素イオン濃度（水素指数）が７．３（２５℃）、生物化学的酸素要求量が１９ｍｇ／Ｌ、化学的酸素要求量が１６０ｍｇ／Ｌ、浮遊物質量４１００ｍｇ／Ｌである原汚濁水を瞬間凝集剤によって処理したところ、処理水の水質分析試験の結果は、水素イオン濃度（水素指数）が７．４（２５℃）、生物化学的酸素要求量が１ｍｇ／Ｌ未満、化学的酸素要求量が２ｍｇ／Ｌ、浮遊物質量１１ｍｇ／Ｌとなった。
【００３３】
また、水素イオン濃度（水素指数）が７．６（２５℃）、生物化学的酸素要求量が１ｍｇ／Ｌ未満、化学的酸素要求量が１５ｍｇ／Ｌ、浮遊物質量１６０００ｍｇ／Ｌである原汚濁水を瞬間凝集剤によって処理したところ、処理水の水質分析試験の結果は、水素イオン濃度（水素指数）が７．７（２５℃）、生物化学的酸素要求量が１ｍｇ／Ｌ未満、化学的酸素要求量が１ｍｇ／Ｌ、浮遊物質量１２ｍｇ／Ｌとなった。
【００３４】
尚、採用された分析試験方法としては、水素イオン濃度（水素指数）は、ＪＩＳ  Ｋ
０１０２  １２．１、生物化学的酸素要求量は、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２  ２１およびＪＩＳ  Ｋ  ０１０２  ３２．３、化学的酸素要求量は、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２  １７、浮遊物質量は、Ｓ４６．環告第５９号付表８に基づいて分析された。
【００３５】
また、シンデレライトＳを使用した凝集促進剤のメダカによる生物数１０に対する急性毒性試験の結果、設定濃度が対照区および１０００ｍｇ／Ｌの場合のいずれも、暴露し、太陽に晒している状態で９６時間経ってもメダカの累積死亡率は０％であり、しかも中毒症状に関しては異常呼吸，異常遊泳，遊泳不能，その他の特異症例等は全く認められず、全てが正常であった。
【００３６】
このときの、試験液の水質は、設定濃度が対照区の場合、０時間でｐＨ８．１、４８時間でｐＨ８．０、９６時間でｐＨ７．７となり、設定濃度が１０００ｍｇ／Ｌの場合、０時間でｐＨ８．０、４８時間でｐＨ７．８、９６時間でｐＨ７．６となり、ともにｐＨ７に近づく。
【００３７】
そして、水の中に溶けている酸素濃度であるデマンドオキシゲンＤＯは、設定濃度が対照区の場合、０時間で７．９ｍｇ／Ｌ、４８時間で６．６ｍｇ／Ｌ、９６時間で６．４ｍｇ／Ｌとなり、設定濃度が１０００ｍｇ／Ｌの場合、０時間で７．９ｍｇ／Ｌ、４８時間で６．５ｍｇ／Ｌ、９６時間で６．３ｍｇ／Ｌとなる。
【００３８】
さらに、試験液の水温は、０時間で２５．０℃、４８時間で２４．６℃、９６時間で２５．０℃となり、設定濃度が１０００ｍｇ／Ｌの場合、０時間で２５．０℃、４８時間で２４．６℃、９６時間で２５．０℃となり殆ど変化が見られなかった。
【００３９】
また、ＬＣ５０値は、９６時間経過しても１０００ｍｇ／Ｌ以上の値を示し、ＮＯＥＣ値は１０００ｍｇ／Ｌ、ＬＯＥＣ値は１０００ｍｇ／Ｌ以上の値を示す。
【００４０】
尚、上記したアルカリ性セメントを主剤とする替わりに、例えば非水溶性植物繊維であるセルローズを含むバガス、水溶性植物繊維であるグアガムを含むパイナップル、サトウキビ等の搾り滓を乾燥粉砕し、一部を炭化して多孔質炭化物としてから、これらに人工ゼオライト、または非アルミ系のシンデレライトＳ等の凝集促進剤を添加することで有機系瞬間凝集剤を構成することができる。
【００４１】
また、主剤を酸化鉄系の赤土によって製造することもできる。いずれにしても主剤自体が多孔質構造を有していればその他の主剤を用いても良いのである。例えば多孔質性のあるコンクリートブロックの粉砕物を再利用することもできるのである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明を実施するための最良の形態における汚濁水処理フローを示す説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  汚濁水処理装置
２  攪拌槽
３  沈殿槽
４  凝集促進剤タンク
５  サクションホース
６  汚濁水槽
７  スラッジノックタンク
８  脱水装置
【図１】
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