(57)【要約】【課題】イオン吸着剤とその製造方法、並びにイオン吸着剤の使用方法を提供する。【解決手段】本発明のイオン吸着剤は、水処理工程などで使用済の活性炭（劣化炭）を有し、該劣化炭は含水率２０質量％以下の乾燥品である。含水率２０質量％以下では、余分な水分が除去され、軽量化しているので、運搬効率が高い。劣化炭にはバイオフィルムが形成されており、このバイオフィルムがイオン吸着能を有する。従って、本発明のイオン吸着剤は、アンモニウムイオンなどの多様なイオンの吸着除去に使用可能である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水中の除去対象イオンを吸着する水処理用のイオン吸着剤であって、
含水率２０質量％以下に乾燥された劣化炭を有するイオン吸着剤。
【請求項２】
アンモニウムイオンを含む水溶液に浸漬させたときの、１ｇあたりのアンモニア態窒素除去速度が０．２５ｍｇ／時間以上である請求項１に記載のイオン吸着剤。
【請求項３】
前記劣化炭は、ヨウ素吸着性能が８００ｍｇ／ｇ以下である請求項１又は２に記載のイオン吸着剤。
【請求項４】
前記除去対象イオンが、アンモニウムイオン、カドミウムイオン、水銀（Ｉ）イオン、セシウムイオン、鉛（ＩＩ）イオン、ジアンミン銀イオンからなる群より選択されるいずれか１種以上のカチオンである請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオン吸着剤。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオン吸着剤の製造方法であって、
活性炭を使用して水処理を行う水処理設備から、ヨウ素吸着性能が８００ｍｇ／ｇ以下に低下した前記活性炭を劣化炭として採取し、
前記劣化炭を含水率２０質量％以下に乾燥させてイオン吸着剤を製造する製造方法。
【請求項６】
前記劣化炭を２５℃以上６００℃以下の温度で乾燥させる請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオン吸着剤、または、請求項５若しくは６に記載の製造方法で製造されたイオン吸着剤を用い、被処理水中のアンモニア態窒素を除去する方法。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオン吸着剤、または、請求項５若しくは６に記載の製造方法で製造されたイオン吸着剤を、アンモニア態窒素除去剤として魚介類の飼育に用い、飼育環境からアンモニア態窒素を除去する方法。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオン吸着剤、または、請求項５若しくは６に記載の製造方法で製造されたイオン吸着剤を用い、被処理水中のセシウムを除去する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水や土壌から除去対象イオンを吸着除去するイオン吸着剤と、そのイオン吸着剤の製造方法、並びにイオン吸着剤を使用した除去対象イオンの除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製造事業所、水族館、養殖場などの用水処理、上水道用の浄水処理には活性炭が広く使用されており、特に、微生物が付着した活性炭（生物活性炭）はアンモニアや有機物の分解に利用されている。
【０００３】
凝集沈殿やろ過等を使用する従来の浄水処理に、生物活性炭処理、オゾン処理などの１以上の処理を組み合わせた浄水処理は高度浄水処理と呼ばれ、近年、都市圏の浄水場などで利用されている。
【０００４】
図３（ａ）は生物活性炭を組み込んだ高度浄水処理の概略を示すフロー図であり、トリハロメタン前駆物質やカビ臭原因物質の酸化分解のため、図３（ａ）のようにオゾン処理を組み込んでもよいが、オゾン処理は必須ではない。オゾン処理の有無に関わらず、活性炭処理の前段では塩素処理を避け、微生物を意図的に活性炭に付着させて生物活性炭とする。
【０００５】
図３（ｂ）、図３（ｃ）は生物活性炭による処理を具体的に示すフロー図であり、図３（ｂ）では生物処理槽に充填した活性炭の充填層を生物膜として原水の水処理に使用し、図３（ｃ）では生物処理槽で流動状態の活性炭で原水の水処理を行い、水処理後の原水（以下、処理水とも称する）から活性炭を膜分離する。
【０００６】
図４（ａ）〜（ｃ）は上記フロー図を具体的に示す概略図であり、河川水などの原水には硝化細菌などの微生物が存在しているため、活性炭９０に原水を接触させると微生物が付着する（図４（ａ））。より具体的には、生物膜ろ過槽に活性炭９０を充填し、この充填層に原水を通水して活性炭９０に微生物を付着させることができる（図４（ｂ））。或いは、生物処理槽に投入した活性炭９０を原水中で流動させ、微生物を付着させることも可能であり、処理水は膜モジュールで分離されて生物処理槽外部に排出され、微生物が付着した活性炭９０は残る（図４（ｃ））。
【０００７】
いずれの場合も、数カ月の時間をかけて硝化細菌などの微生物が活性炭９０に自然に付着して生物活性炭となり、アンモニア酸化細菌や亜硝酸酸化細菌などの硝化細菌群の働きによって、原水中のアンモニア態窒素が亜硝酸、硝酸などに酸化され、生物学的に除去される（硝化）。しかも、生物活性炭にはアンモニア態窒素の除去以外にも、溶解性マンガンの不溶化などの効果もある。
【０００８】
このように、従来の生物活性炭槽におけるアンモニア態窒素除去は、硝化細菌の硝化活性による生物学的反応である。活性炭９０自体はガス体のアンモニア（以下、アンモニアガスとも称する）の吸着能を有するが、水溶液中で溶解したアンモニア（アンモニウムイオン、以下、アンモニア態窒素とも称する）を除去吸着する能力はないとされている。従って、アンモニア態窒素の除去は上記のような生物学的反応によるしかなく、十分な硝化活性を発揮するだけの硝化細菌を付着させるためには数カ月もの長期間を要する。
【０００９】
従来技術のアンモニア態窒素の除去方法としては、特許文献１が活性炭とイオン交換樹脂の組合せ、アンモニア態窒素を吸着除去する方法を開示している。
【００１０】
しかし、活性炭の役割は有機物質の吸着に限定されており（特許文献１の請求項１）、アンモニア態窒素の吸着には、イオン交換樹脂、ゼオライト、沸石などが開示されているのみである。例えば、イオン交換樹脂は極めて高価であり、また、イオン吸着後には再生工程も必要になるため、安価で簡便な吸着剤とは言い難い。
【００１１】
他方、安価な材料としては、特許文献２、３が水処理工程で排出される劣化炭を開示している。使用開始から数年以上が経過した使用済の活性炭（劣化炭）は、カビ臭原因物質やトリハロメタンなどの吸着性能が低下し、一部は園芸用土などに利用されるが、その多くは産業廃棄物として処理される。浄水場の高度浄水処理などでは年間数千トンの使用済活性炭が排出され、有効利用が求められている。
【００１２】
特許文献２には、上記のような劣化炭を乾燥し、水蒸気賦活再生してヨウ素吸着性能を再生する方法が開示されている。しかし、この方法はあくまで劣化炭を新炭同様の性能（高ヨウ素吸着性能）に再生する工程であり、再生後の劣化炭にはアンモニア態窒素の除去能が認められない。
【００１３】
特許文献３には、劣化炭を用いてアンモニアガスなどの臭気ガスを吸着する装置について開示されている。しかし、これはアンモニアガスを吸着するものであり、臭気ガスを除去するためには有効であるものの、水処理工程の被処理水や、魚介類の飼育用水からのアンモニア態窒素の除去については開示されていない。
【００１４】
一般的に、魚介類を飼育する環境では、餌や排出物に由来するアンモニア態窒素が水槽内に蓄積し、魚介類にアンモニア中毒が起こることが知られている。例えば硝酸イオンであれば、１，０００ｍｇ／Ｌ程度まで魚介類に影響がないが、アンモニアや亜硝酸イオンは１ｍｇ／Ｌ程度であっても魚介類に影響を及ぼすとされている。
【００１５】
硝化細菌が水槽内に定着した環境であれば、硝化細菌の硝化作用で、アンモニアが順次酸化され（アンモニア→亜硝酸イオン→硝酸イオン）、毒性が低下するが、硝化細菌が水槽内に自然付着するまでには数カ月もの長期間を要するため、飼育初期段階ではアンモニア態窒素濃度の早期低減が課題の一つになっている。
【００１６】
飼育用水のアンモニア態窒素除去方法としては、特許文献４が、魚介類飼育用の硝化細菌含有水を用いた方法を開示している。しかし、特許文献４の方法も硝化細菌を増殖させる養生（培養）工程を必要とし、養生のための培養装置ならびに基質（培地成分）がコスト高となる。さらに養生日数が必要とされるため、導入後、迅速に使用できる装置とは言えない。
【００１７】
特許文献５には、植物系の球状活性炭を水蒸気賦活方法により再生する方法が開示されており、再生した活性炭をアンモニア態窒素の除去に使用する方法も開示されている。しかし、特許文献５の方法は、再生した活性炭に多量の水を通水して硝化細菌を付着させることが前提であって、生物学的な硝化反応を利用したにすぎない。
【００１８】
この硝化反応は微生物の代謝によるアンモニア除去であるため、除去速度は緩慢である。また、硝化細菌を活性炭に自然付着させるために多量の通水量を必要とし、通水日数も長期間に渡るため、迅速・簡便に使用することはできず、新たな手法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開平８    -  ７１５９１
【特許文献２】特開２０１３−１８４１３２
【特許文献３】特開２０１２−２４５４８８
【特許文献４】特開２００２−１２５５１５
【特許文献５】特開２０１５−  ９３２５７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、上記課題を鑑み成されたものであり、その目的は、産業廃棄物として大量に排出される劣化炭（使用済活性炭）を有効利用し、かつ、高度浄水処理や魚介類飼育などの多様な水処理において不要なイオンを吸着除去可能な吸着剤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を具備する。
【００２２】
（１）被処理水中の除去対象イオンを吸着する水処理用のイオン吸着剤であって、水処理工程などで使用された使用済み活性炭（劣化炭）の含水率２０質量％以下の乾燥品を有する。
【００２３】
なお、劣化炭とは、その表面や内部細孔に有機物（バイオフィルムなど）が付着した活性炭であって、イオン吸着能を有するものであれば水処理工程から排出されるものに限定されない。ここで、バイオフィルムは、微生物、微生物の分泌物、微生物の分解物、その他有機物を含む概念であり、本発明では、使用済活性炭に付着した有機物類（有機物類に含包・結合されている無機物類を含む）を全てバイオフィルムと称する。
【００２４】
（２）イオン吸着剤は、アンモニウムイオンを含む水溶液に浸漬させたときの、１ｇあたりのアンモニア態窒素除去速度（吸収速度）が０．２５ｍｇ／時間以上のものが好ましい。アンモニア態窒素除去速度は、浸漬開始から１時間が経過するまでの間に減少したアンモニア態窒素濃度を、イオン吸着剤の質量（ｇ）で除した値である。
【００２５】
（３）ヨウ素吸着性能が８００ｍｇ／ｇ以下の劣化炭をイオン吸着剤に用いることが好ましい。
【００２６】
（４）イオン吸着剤の除去対象イオンは特に限定されないが、例えば、アンモニウムイオン、カドミウムイオン、水銀（Ｉ）イオン、セシウムイオン、鉛（ＩＩ）イオン、ジアンミン銀イオンからなる群より選択されるいずれか１種以上のカチオンである。
【００２７】
本発明はイオン吸着剤のみならず、その製造方法及び使用方法に関する。
【００２８】
（５）上記イオン吸着剤の製造方法は、活性炭を使用して水処理を行う水処理設備から、ヨウ素吸着性能が８００ｍｇ／ｇ以下に低下した前記活性炭を劣化炭として採取し、当該劣化炭を含水率２０質量％以下に乾燥させて劣化炭乾燥品を製造し、この劣化炭乾燥品をイオン吸着剤に用いる。
【００２９】
（６）劣化炭を乾燥させるときの温度は、好ましくは２５℃以上６００℃以下である。
【００３０】
（７）上記イオン吸着剤は、被処理水中のアンモニア態窒素の吸着除去に用いることができる。
【００３１】
（８）また、上記イオン吸着剤を、アンモニア態窒素除去剤として魚介類の飼育に用いれば、その飼育環境からアンモニア態窒素を除することが可能になる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、アンモニア態窒素などの除去対象イオンを被処理水から効率良く除去可能である。イオン吸着剤の原料となる劣化炭は産業廃棄物の一種であるから、再利用により産業廃棄にかかる費用が節約される上、イオン吸着剤の製造コストも安価なので、環境負荷への低減が期待できる。イオン吸着剤として使用する劣化炭は含水率２０質量％以下であって、水分が除去された分軽量なので、大量流通の際にも運搬コストが低減される。本発明のイオン吸着剤をアンモニア態窒素の除去に使用する場合、硝化細菌などの微生物を付着させる必要がないので、立ち上げ期間を大幅に短縮することができる。本発明の
イオン吸着剤は、安価で取扱いも容易なので、用途が浄水処理に限定されず、家庭用、養殖産業、水族館などの魚介類飼育用、重金属除去用、土壌浄化用など多様な分野に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）〜（ｃ）：本発明の概略を説明するフロー図
【図２】（ａ）、（ｂ）：本発明のイオン吸着剤の使用法の第一例、第二例を示す概略図
【図３】（ａ）〜（ｃ）：従来技術の高度浄水処理を説明するフロー図
【図４】（ａ）〜（ｃ）：従来技術の高度浄水処理を具体的に説明する概略図
【図５】アンモニア態窒素吸収速度とヨウ素吸着性能との関係を示すグラフ
【図６】模擬原水通水試験におけるアンモニア態窒素濃度と通水日数との関係を示すグラフ
【図７】（ａ）、（ｂ）：魚介類飼育試験におけるアンモニア態窒素濃度と飼育日数との関係を示すグラフ（試験区、対照区）
【図８】セシウムの除去試験の結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を具体的に説明するが、本発明は特定の具体例に限定されるものではない。
【００３５】
図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の概略を説明するフロー図であり、水処理工程で使用した活性炭を劣化炭として排出し（図１（ａ））、その劣化炭を純水浸漬、乾燥、冷却などの工程を経てイオン吸着剤を製造し（図１（ｂ））、製造したイオン吸着剤を多様な使用工程に用いる（図１（ｃ））。
【００３６】
先ず、水処理工程に用いる活性炭について説明する。
【００３７】
［活性炭］
活性炭は特に限定されず、粒状活性炭、粉末状活性炭、成形活性炭などを１種以上用いることができるが、好ましくは粒状活性炭を用いる。ここで粒状とは、球状、破砕片状、円柱状などの多様な形状を含み、表面に凹凸が存在してよいが、一般には粒度表示が１５０μｍ以上のものを示す（ＪＩＳ  Ｋ１４７４）。
【００３８】
活性炭の原料も特に限定されず、植物系（ヤシ殻、木炭、オガ屑、松、竹、硬質木材チップ、草炭、セルロースなど）、石炭系（亜炭、褐炭、瀝青炭、無煙炭など）、石油系（オイルカーボン、フェノール樹脂、レーヨン、石炭ピッチ、石油ピッチなど）を単独で又は２種以上組合せ使用する。
【００３９】
活性炭は、市販品や製造直後の未使用品（新品）でもよく、浄水処理、排水処理、汚泥処理などに一度以上使用した使用済活性炭を賦活再生した再生炭でもよい。
【００４０】
［水処理工程］
図１（ａ）に示すように、水処理工程は原水（被処理水）を浄化して処理水（浄水）とする工程であって、河川水、湖沼水、ダム水、地下水、雨水、排水、養殖場用水、水族館用水など多様な原水を処理対象とすることができる。
【００４１】
水処理工程の用途は特に限定されず、上水道用の浄水処理、工場用、水族館用、養殖場用などの用水処理、家庭排水、工場排水などの排水処理などである。本発明では、水処理は上記具体例に限定されず、活性炭（生物活性炭）を使用する処理を広く「水処理」と称する。
【００４２】
これらの中でも、定期的に大量の排出量が期待できる点で、浄水処理設備から排出される劣化炭が適している。
【００４３】
浄水処理設備は特に限定されないが、例えば、図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）で示した高度浄水処理がある。この高度浄水処理で使用した活性炭には、上述したように、硝化細菌などの微生物が付着して生物活性炭となる。
【００４４】
［劣化炭の排出］
一般に、硝化細菌の増殖速度は遅いため、水処理での活性炭使用開始から少なくとも１週間、通常は１ヶ月以上経過後にアンモニア態窒素の除去が確認される。一般に、活性炭を長く使用するほど硝化細菌の付着量も多くなるが、長期間（一ヶ月〜１０年、通常は数カ月〜５年）使用した活性炭は、カビ臭原因物質やトリハロメタンなどの吸着性能が低下する。このように長期間使用して吸着性能が低下した活性炭がいわゆる劣化炭であり、劣化炭は一部又は全部が新炭と交換され、水処理設備から排出される。
【００４５】
吸着性能低下の判断基準は特に限定されないが、例えば、予め設定した期間が終了した時、予め設定した水量の処理が終了した時、処理水の水質検査結果（トリハロメタン量、吸光度、２−メチルイソボルネオール量等）が設定値に到達した時、活性炭の品質検査結果が設定値に到達した時などであり、これらの１以上の設定条件に達した時に活性炭が劣化したと判断する。
【００４６】
原料劣化炭の品質を均一にするためには、活性炭の品質検査結果を単独で、または他の判断基準と組み合わせて使用する。活性炭の品質結果は、具体的には、使用中又は使用後の活性炭からサンプルを採取し、このサンプルについて品質検査を行う。品質検査の方法や判断基準となる設定値は特に限定されないが、好ましくは、ヨウ素吸着性能（ＪＩＳ  Ｋ１４７４：２０１４参照）が８００ｍｇ／Ｌ以下の活性炭を劣化したと判断し、劣化炭の一部又は全部を水処理工程（浄水場、水処理装置等）から原料として取り出し、イオン吸着剤の製造に用いる。
【００４７】
［イオン吸着剤の製造方法］
原料となる劣化炭は、必要に応じて、スクリーン又は篩で夾雑物を除去する工程、原水から水切りする工程、蒸留水や脱塩素水などの純水（洗浄液）に浸漬し又は純水を散布して洗浄する工程、過剰水分を遠心分離機などで脱水する工程など、１以上の前処理工程を行う。好ましくは、図１（ｂ）に示すように、劣化炭を純水に浸漬して異物や微粉を除去（洗浄）した後に乾燥工程に用いる。
【００４８】
乾燥工程は、特に限定されず、運搬中又は貯蔵中に乾燥させる自然乾燥や、天日干しによる乾燥でもよいが、乾燥効率を高めるため、扇風機、送風機、恒温槽、ロータリードライヤー、過熱水蒸気乾燥機などから選択される１以上の乾燥機を用いることもできる。
【００４９】
乾燥温度は水が除去可能であれば特に限定されないが、１０℃以上、好ましくは２５℃以上、より好ましくは５０℃以上である。乾燥温度が低すぎると、含水率が２０質量％以下に達するまでに長時間を要する。ただし、真空凍結乾燥などの減圧下で乾燥を行う場合は、乾燥温度の下限を１０℃未満にすることも可能である。
【００５０】
乾燥温度が高い程乾燥時間が短縮されるが、乾燥温度が高すぎると、多量のエネルギーが必要になる上、劣化炭に付着した有機物（バイオフィルム）が消失するおそれがあるので、バイオフィルムの少なくとも一部が残留する温度、具体的には６００℃以下、好ましくは４００℃以下、より好ましくは２００℃以下、特に好ましくは１００℃以下で乾燥する。
【００５１】
ここで、乾燥温度とは、劣化炭の少なくとも一部（例えば表面部分）の温度であり、乾燥ガス（空気、過熱水蒸気など）を劣化炭に接触させて乾燥させる場合は、劣化炭の表面部分が乾燥ガスと略等しい温度に加熱されるため、乾燥ガスの温度を乾燥温度とすることもできる。恒温槽で乾燥させる場合は、恒温槽内部の温度、すなわち恒温槽の設定温度が乾燥温度となる。
【００５２】
いずれの乾燥方法を採用する場合も、劣化炭の含水率が２０質量％以下、好ましくは１０質量％以下、より好ましくは６質量％以下になるまで乾燥する。なお、含水率は、ＪＩＳ  Ｋ１４７４の乾燥減量であって、下記式で算出される。
【００５３】
Ｆ＝（Ｓ‐Ｎ）／Ｓ×１００
【００５４】
上記式中、Ｆは活性炭の乾燥減量（含水率、質量分率％）、Ｓは乾燥前の活性炭の質量（ｇ）、Ｎは乾燥後の活性炭の質量（ｇ）をそれぞれ意味する。
【００５５】
含水率が２０質量％になった劣化炭を本発明のイオン吸着剤に用いる。
【００５６】
なお、イオン吸着剤の製造方法は上記に限定されず、イオン吸着剤の棚時間をより長くするため、乾燥工程の前と後の少なくとも一方で、劣化炭を滅菌処理してもよい。滅菌処理は、薬品処理、紫外線照射、電磁波照射、加熱加圧滅菌などの公知の滅菌方法を１以上使用することができるが、いずれも、バイオフィルムの消失を避けるため、乾燥温度の上限と同程度の温度を滅菌処理温度の上限とする。
【００５７】
更に、乾燥後あるいは滅菌後に後処理を行ってもよい。後処理は特に限定されないが、吸湿を防ぎ、更には、包装後の結露によるカビ等の雑菌の繁殖防止のため、室温と同程度まで冷却する冷却工程が特に好ましい（図１（ｂ））。
【００５８】
［イオン吸着剤］
本発明のイオン吸着剤は含水率が２０質量％以下の劣化炭を主に有する。イオン吸着剤の形状は特に限定されず、劣化炭を単に乾燥させた形状（例：粒状）であってもよいし、劣化炭を破砕した破砕片状であってもよいし、劣化炭を成形した成形品であってもよい。成形品とする場合は、乾燥工程の前又は後に、必要であればバインダー等の成形剤と混合し、乾燥工程（加熱）と同時、或いは乾燥工程とは別の工程（加熱等）で成形する。成形品の形状は特に限定されず、繊維状、布状（フィルタ）、ハニカム状、筒状など多様な形状とすることができる。成形の際には、乾燥温度の上限と同程度の温度を成形温度の上限とし、バイオフィルムを消失させずに残す。
【００５９】
いずれの場合も、イオン吸着剤の最終製品における劣化炭の含水率は２０質量％以下なので、イオン吸着剤全体の質量が軽く、大量に輸送する場合も運搬効率が高い。また、含水率２０質量％以下の劣化炭は乾燥状態にあるので、細菌やカビなどの微生物も繁殖し難い。
【００６０】
上述したように、乾燥後の劣化炭にはバイオフィルムが残っており、このバイオフィルムがイオンの吸着に寄与すると考えられる。吸着可能なイオンは特に限定されず、カチオン、アニオンのいずれも吸着可能と考えられ、具体的には、アンモニウムイオン（アンモニア態窒素）、硫酸イオン、シュウ酸イオンなどの多原子イオン；カドミウムイオン、水銀イオン、セシウムイオン、鉛イオンなどの単原子イオン；ジアンミン銀イオンなどの錯イオンを吸着可能と考えられる。
【００６１】
しかしながら、バイオフィルムは負に帯電することが多いため、特にカチオンの吸着に適しており、アンモニウムイオン、カドミウムイオン、水銀（Ｉ）イオン、セシウムイオン、鉛（ＩＩ）イオン、ジアンミン銀イオンなどのカチオンの吸着に適している。
【００６２】
次に、本発明のイオン吸着剤の具体的な使用方法について説明する。
【００６３】
［第一の使用方法］
図２（ａ）は使用方法の第一例としての水処理工程を示している。水処理工程で用いる処理設備は特に限定されないが、図３、４で示したような浄水処理設備などがあり、その生物活性炭槽に注入する活性炭９０の一部又は全部を本発明のイオン吸着剤９ａとする。
【００６４】
図４（ｂ）に示すようにイオン吸着剤を含む活性炭の充填層に原水を通水する、または、図４（ｃ）に示すようにイオン吸着剤を含む活性炭を流動状態として原水に通水させるなど、多様な方法でイオン吸着剤９ａを原水と接触させる。
【００６５】
劣化炭には水処理工程でバイオフィルムが付着し、乾燥後の劣化炭（イオン吸着剤９ａ）にもバイオフィルムが残存している。特に、ヨウ素吸着能が８００ｍｇ／Ｌ以下に劣化した劣化炭には、十分量のバイオフィルムが付着し、その乾燥品では１ｇあたりのアンモニア態窒素の吸収速度が０．２５ｍｇ／時間以上と高くなっており、硝化細菌が繁殖していない使用開始直後でもアンモニア態窒素（アンモニウムイオン）を吸着除去する。従って、新炭のみで活性炭処理を行ったと比較して、非常に短時間で原水のアンモニア態窒素の除去が開始される。
【００６６】
［第二の使用方法］
図２（ｂ）は使用方法の第二例として、本発明のイオン吸着剤をアンモニア態窒素除去剤として魚介類の飼育に用いる方法を示している。
【００６７】
この魚介類は特に限定されず、魚類、貝類、節足動物（甲殻類）、刺胞動物（クラゲ類）等特に限定されず、飼育用水も淡水、海水に限定されないが、イオン吸着を阻害するイオン（Ｎａイオン）の存在を考慮すると、淡水を飼育用水として生息可能な魚介類に特に適している。
【００６８】
いずれの場合も魚介類の飼育場、例えば、家庭用、産業用（養殖場）、水族館の水槽などにイオン吸着剤９ａを添加する。
【００６９】
添加量は特に限定されないが、水槽の容量、又は、水槽に収容した飼育用水の容積に対し、０．０１〜１０％（質量／体積）のイオン吸着剤９ａを添加する。
【００７０】
添加方法は、飼育用水に直接添加（散布）してもよいし、ネット（網）のような通水性の袋に収容してから飼育用水内に吊るして配置してもよい。または、イオン吸着剤９ａをカラム充填し、ポンプ等を利用して飼育用水をカラムに通水し、飼育用水をカラムと水槽の間で循環させてもよい。
【００７１】
魚介類の餌、死骸、排出物は分解され、アンモニアの発生源となるが、イオン吸着剤は硝化細菌が繁殖していなくてもアンモニア態窒素除去能を有しているので、飼育初期段階からアンモニアを分解除去可能であり、魚介類のアンモニア中毒を防止し、安定した飼育を可能にする。
【００７２】
なお、飼育の初期段階を経過した後でも、イオン吸着剤９ａを添加することも可能であり、イオン吸着剤９ａを一回のみならず、複数回断続的に添加してもよい。イオン吸着剤９ａの継続使用により、餌の過剰投入や排出物の増加などによるアンモニア態窒素の一時的な濃度上昇の防止が可能になり、アンモニア中毒の長期防止が可能になる。
【００７３】
［その他使用方法］
本発明のイオン吸着剤は上記のような使用方法に限定されるものではない。アンモニア態窒素（アンモニウムイオン）の除去が必要であれば、例えば、し尿処理場などの硝化槽、園芸用、土壌改良、水耕栽培等にも使用可能である。
【００７４】
例えば、ゴミ処理場など高濃度のアンモニア態窒素で汚染された土壌では、地下水の汚染が問題になるが、本発明のイオン吸着剤を土壌改良剤として使用すると、土壌の団粒構造、保水性、排水性など物理的性質が改善されるだけではなく、アンモニア態窒素を除去することもできる。しかも、本発明のイオン処理剤は安価な上、有害な化学物質を使用せずに製造可能なので、新たな土壌汚染を誘因することもない。
【００７５】
上述したように、本発明のイオン吸着剤は、アンモニウムイオン以外にも多様なイオン（特にカチオン）を吸着するので、アンモニア態窒素以外の除去にも利用可能である。
【００７６】
例えば、Ｃｄ、水銀、鉛等の重金属は、土壌や地下水汚染の原因となるが、本発明のイオン吸着剤はこれら重金属イオンを吸着するので、汚染土壌、汚染水の浄化に使用することもできる。
【００７７】
更に、本発明のイオン吸着剤は、非放射性セシウムのみならず、放射性セシウムのイオンも吸着すると考えられる。放射性セシウムは土壌等で水と接触するとカチオンとなり、土壌を汚染するだけではなく、地下水や河川水を汚染し、これら汚染水が流入する海洋も汚染される。
【００７８】
本発明のイオン吸着剤を撒布や埋設などの公知の方法で汚染土壌と接触させると、汚染土壌中の水が被処理水としてイオン吸着剤と接触し、放射性セシウムが吸着されるので、結果的に汚染土壌が除染される。また、本発明のイオン吸着剤を、被処理水である汚染水（地下水、河川水、海水、冷却水等）に浸漬、カラム通水、散布などの公知の方法で接触させると、イオン吸着剤が汚染水中の放射性セシウムのイオンを吸着するので、結果的に汚染水が除染される。このように、本発明のイオン吸着剤は、放射能の除染剤として、多様な用途に使用可能である。
【実施例】
【００７９】
以下、本発明を実施例（実験例）と共に更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００８０】
［実験例１］
浄水場から採取した劣化炭を純水に浸漬して異物・微粉を除去し、ざるで水切りした。この劣化炭のヨウ素吸着性能は７８０ｍｇ／ｇであった。温度調整可能な恒温槽にて、乾燥温度を０℃、２５℃（室温）、５０℃、１００℃にそれぞれ設定し、るつぼに入れた上記劣化炭１０ｇ（湿重、含水率４９％）を各恒温槽にて１２時間乾燥し、その後室温で１時間冷却し、イオン吸着剤とした。得られたイオン吸着剤の重量を測定し、含水率を算出した。その結果を、新炭（浄水場で使用前の新品の活性炭）と劣化炭（乾燥前）の結果と共に下記表１に示す。
【００８１】
【表１】
2018023961.tif 000003
【００８２】
上記表１から明らかなように、乾燥温度０℃では殆ど水分が除去されず、乾燥前と比較して含水率の変化も極めて小さい。他方、乾燥温度を２５℃、５０℃、１００℃と上昇させるに従い、水分が除去されて含水率が低下し、１００℃では含水率がゼロになった。含水率が低いほど微生物の繁殖に利用される自由水が少ないことを意味するので、乾燥温度を２５℃以上、好ましくは５０℃以上にすることで、微生物が繁殖し難い吸着剤が得られることが分かる。
【００８３】
次に、上記イオン吸着剤を用い、アンモニア態窒素の除去能を測定した。
【００８４】
アンモニア態窒素の除去能は、先ず、蒸留水に塩化アンモニウム３．８２ｍｇ／Ｌ（アンモニア態窒素１ｍｇ／Ｌ相当）を添加してアンモニア水溶液（模擬原水）を作製した。
【００８５】
表１のイオン吸着剤１〜４、劣化炭及び新炭（アンモニア態窒素除去能が無いとされる）を、それぞれ１ｇずつ測り取り、模擬原水１Ｌに投入したのち１２０ｒｐｍ、３０℃で１時間振盪し、アンモニア態窒素の分解試験を行った。
【００８６】
振盪後の模擬原水の上澄を採取し、１‐ナフトールを用いた吸光光度法にてアンモニア態窒素濃度を測定した。分解試験前のアンモニア態窒素濃度から、分解試験後（１時間）のアンモニア態窒素濃度を減じた値、すなわち、模擬原水に浸漬開始から１時間で減少した量をアンモニア態窒素の除去量とし、この除去量を使用した吸着剤の質量（ｇ）で除した値がアンモニア態窒素除去速度（吸着速度、ｍｇ-Ｎ/時間）である。
【００８７】
その結果を下記表２に示す。
【００８８】
【表２】
2018023961.tif 000004
【００８９】
上記表２に示すように、新炭では公知の通りアンモニア態窒素除去能は確認されなかった。乾燥前の劣化炭および０℃乾燥品では一定のアンモニア態窒素除去能を示したものの、水分がほとんど蒸発していないため、重量１ｇあたりのアンモニア態窒素除去速度が０．１１ｍｇ-Ｎ／ｈ前後と低かった。従って、乾燥前の劣化炭は、カビなどの雑菌が繁殖するおそれがあるだけではなく、アンモニア態窒素の除去には多量の劣化炭が必要になり、その結果、イオン吸着剤としての運搬効率、貯蔵効率が悪化する。
【００９０】
他方、乾燥温度を２５℃以上とした結果、含水率が２０質量％以下になった乾燥劣化炭（イオン吸着剤）は、重量１ｇあたりのアンモニア態窒素吸収速度も２倍以上の０．２５ｍｇ-Ｎ／ｈ以上に飛躍的に上昇した。以上の結果から、含水率２０質量％以下が実用的なイオン吸着剤として好ましく、このようなイオン吸着剤の製造には、２５℃以上の乾燥温度が好ましいことが確認された。
【００９１】
アンモニア態窒素が除去される原理を調べるため、有機物等の吸着指標であるヨウ素吸着性能を、ＪＩＳ  Ｋ１４７４：２０１４に記載の方法で測定した。
【００９２】
ヨウ素吸着性能の異なる劣化炭を浄水場から採取し、上記の乾燥工程に従い５０℃で乾燥させ、上記方法でアンモニア態窒素除去速度を測定した。その測定結果を図５に示す。図５に示すように、ヨウ素吸着性能とアンモニア態窒素除去速度には相関が認められ、ヨウ素吸着性能が８００ｍｇ／ｇ以下で０．２５ｍｇ-Ｎ／ｈ以上の高い除去速度を示した。
【００９３】
通常、劣化炭の表面や細孔には、バイオフィルム（有機物）が付着しており、バイオフィルムの付着量が多いほどヨウ素吸着性能が低いと言われている。ヨウ素吸着性能が低い、すなわち、バイオフィルム付着量が多いほど高いイオン吸着能を発揮するのだから、バイオフィルムがアンモニウムイオンの吸着に寄与したと考えられる。
【００９４】
［実験例２］
実験例２では、イオン吸着剤を浄水場の生物活性炭槽に導入することを想定した試験を行った。
【００９５】
蒸留水に塩化アンモニウム３８．２ｍｇ／Ｌ（アンモニア態窒素１０ｍｇ／Ｌ相当）、炭酸水素ナトリウム５．８６ｍｇ／Ｌ、リン酸水素二ナトリウム・１２水和物０．５８ｍｇ／Ｌを添加して模擬原水（ｐＨ無調整）作製した。
【００９６】
上記実験例１で製造したイオン吸着剤のうち、５０℃で乾燥したもの（ヨウ素吸着性能７８０ｍｇ／ｇ）を、カラム（直径２０ｍｍ）に７０ｍｌを充填し、対比実験として活性炭（新炭）のみを同様にカラムに充填した（１００％新炭、対照区）。
【００９７】
上記模擬原水を、室温、空間速度ＳＶ＝５ｈ-1の通水量で、イオン吸着剤を充填したカラムと、対照区のカラム（１００％新炭、対照区）に通水して通水試験を行った。
【００９８】
模擬原水および各試験区の処理水（カラム通過後の原水）について、１−ナフトール法にてアンモニア態窒素の測定を行った。その結果を図６に示す。
【００９９】
イオン吸着剤をカラム充填した試験区では、０．５ｍｇ／Ｌ相当のアンモニア態窒素が通水１５日目で０．１ｍｇ／Ｌ以下まで減少していることが確認され、それ以降も０．１ｍｇ／Ｌを上回ることはなかった。
【０１００】
他方、対照区では、アンモニア態窒素の減少が確認できるまで６０日程度もの日数を要し、通水１２０日目で初めてアンモニア態窒素濃度が０．２ｍｇ／Ｌを下回った。これは、対照区の新炭自体にはイオン吸着能がなく、硝化細菌がある程度付着（繁殖）して初めてアンモニア態窒素が硝化されたためと考えられる。
【０１０１】
以上のことから、本発明のイオン吸着剤は、対照区（従来の浄水場に相当）で必要な試運転期間を１００日以上短縮できることが実証された。
【０１０２】
［実験例３］
本発明のイオン吸着剤を、魚類飼育用のアンモニア態窒素除去剤として使用する試験を行った。
【０１０３】
魚類飼育用の水槽（水量１０L）に、塩化アンモニアを添加して飼育用水（水槽水）のアンモニア態窒素濃度を意図的に１００ｍｇ／Ｌにした。
【０１０４】
上記実験例１のイオン吸着剤のうち、５０℃で乾燥した吸着剤（ヨウ素吸着性能７８０ｍｇ／ｇ）１５０ｇを、上記水槽に添加し、水槽底部に堆積させた。この水槽に、モデル生物としてヒメダカ（Ｏｒｙｚｉａｓ ｌａｔｉｐｅｓ）を１０匹投入した後、曝気をしながら室温で５日間飼育した。飼育の間、オートフィーダーにより１日２回（１２時間毎）ヒメダカに給餌した。
【０１０５】
また、イオン吸着剤の代わりに、活性炭（新炭）を使用した試験区を対照区として設け、同様の飼育試験を行った。
【０１０６】
水槽水のアンモニア態窒素濃度（１−ナフトール法）を経時的に測定するとともに、ヒメダカの生存数をカウントした。対照区の試験結果を図７（ａ）に、イオン吸着剤を用いた試験結果を図７（ｂ）にそれぞれ示す。
【０１０７】
図７（ａ）に示す通り、対照区では飼育日数の経過と共にアンモニア態窒素が上昇し、それに伴いヒメダカ生存数が減少した。
【０１０８】
他方、図７（ｂ）に示すように、イオン吸着剤を使用した試験区では、イオン吸着剤の投入後０．５日目から急激なアンモニア態窒素の減少が認められ、投入後１日目ではアンモニア態窒素が２０ｍｇ／Ｌ以下まで減少した。
【０１０９】
５０℃乾燥品の吸着剤では硝化細菌がほぼ死滅していることから、アンモニア態窒素が急速に減少した理由として、硝化細菌による緩慢な硝化反応ではなく、物理吸着により迅速にアンモニウムイオンが吸着除去されたと推測され、本発明のイオン吸着剤のアンモニウムイオン除去効果が高いことが確認された。
【０１１０】
また、アンモニア態窒素の急激な減少により、ヒメダカはアンモニア中毒を回避できたため、一匹も死滅することなく生存数が維持された。
【０１１１】
このように、本発明のイオン吸着剤は、アンモニア態窒素を速やかに除去可能であり、かつ、その除去効果もある程度維持されるので、本発明のイオン吸着剤の使用により、アンモニア態窒素が槽内に蓄積し易い飼育初期段階のみならず、その後も魚介類の飼育に適切な環境を維持可能なことが確認された。
【０１１２】
［実験例４］
実験例４では、イオン吸着剤を放射性セシウムの吸着除去に使用することを想定した試験を行った。
【０１１３】
一般的なセシウム吸着試験では、有害な放射性セシウムではなく安全な塩化セシウムを使用しているため、今回の試験もそれに準じた。塩化セシウム１２．６７ｍｇ／Ｌ（セシウム濃度として１０ｍｇ／Ｌ相当）の水溶液を作製し、反応溶液とした。新炭およびイオン吸着剤（乾燥劣化炭、５０℃１２時間乾燥品）３ｇを別々の反応溶液３００ｍｌにそれぞれ添加し、３０℃で振盪した。反応１ｈ、２４ｈでサンプリングを実施し、ＩＣＰ質量分析法にてセシウム濃度の定量を行った。Ｂｌａｎｋ（無添加）ついても、同様に実施した。
【０１１４】
セシウム除去試験の結果を図８に示す。Ｂｌａｎｋ（無添加）および新炭ではセシウム吸着能がほとんど確認されなかったものの、イオン吸着剤では反応１時間後の時点でセシウム濃度の低下が確認され、反応２４時間後においてもほとんど脱着することはなかった。このことより、イオン吸着剤はセシウム吸着能を有していることが明らかとなった。
【０１１５】
このように、本発明のイオン吸着剤は、アンモニア態窒素のみならずセシウムも速やかに除去可能であり、かつ、その除去効果も維持されるので、本発明のイオン吸着剤の使用により、原発事故などにより漏洩した放射性セシウムを環境中から吸着除去できることが確認された。
【符号の説明】
【０１１６】
９ａ    イオン吸着剤
９０    活性炭
【図１】
2018023961.tif 000005
【図２】
2018023961.tif 000006
【図３】
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【図４】
2018023961.tif 000008
【図５】
2018023961.tif 000009
【図６】
2018023961.tif 000010
【図７】
2018023961.tif 000011
【図８】
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