(57)【要約】【課題】一般に用いられる砂ろ過では、微細粒子を捕捉することは困難であった。【解決手段】砂に生分解性繊維を混合したものをろ過材とすることで、砂ろ過においても微細粒子を効率的に捕捉することが可能となった。さらに、ろ過後のろ過材は用土や土壌改良材として有効利用することが可能となった。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂と生分解性繊維からなるろ過材。
【請求項２】
生分解性繊維が少なくとも太さ１μｍ以下のセルロース繊維を含有するものである請求項１に記載のろ過材。
【請求項３】
水道水または工業用水または農業用水を製造する工程において、河川水または地下水を請求項１〜２に記載のろ過材を用いてろ過し、ろ過後のろ過材を用土や土壌改良材として利用することを特徴とするろ過方法。
【請求項４】
下水道水または工業排水または農業排水を浄化する工程において、請求項１〜２に記載のろ過材を用いてろ過し、ろ過後のろ過材を用土や土壌改良材として利用することを特徴とするろ過方法。
【請求項５】
建設発生土や産業汚泥の固液分離処理において、請求項１〜２に記載のろ過材を用いてろ過し、ろ過後のろ過材を用土や土壌改良材として利用することを特徴とするろ過方法。
【請求項６】
河川水、地下水、下水道水、工業廃水、農業排水、建設発生土、産業汚泥が粘土を含有したものである請求項３〜５に記載のろ過方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、用排水処理での懸濁物質の除去および、各種産業において行われる固液分離処理での脱水や懸濁物質の濃縮におけるろ過方法及び、ろ過に用いられるろ過材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
用排水処理やスラリー状態の汚泥の濃縮等において、水に懸濁した固形物の分離が必要となる。これには多くの手法があり、様々な機械装置が開発されている。一般的に、用水の製造や排水処理、汚泥の濃縮において、分離された固形物は産業廃棄物として処分されることが多く、環境保全、循環型社会構築の観点から好ましいものではない。
【０００３】
砂ろ過は、多くの水処理工程で利用されている一般的なろ過方法であるが、微細な懸濁物質の除去には不向きで、粘土画分やコロイド状の懸濁物質を取り除くには、ろ過する前に凝集剤を添加してフロックを形成させることによりみかけの粒径を大きくしてろ過する必要がある。
【０００４】
特開２０００−３００９１８号公報には、移動床砂ろ過装置による河川の原水を処理する方法が開示されているが、凝集剤や凝集補助剤の添加が必須である。この公報を始め、一般的に用いられる凝集剤には、無機系、有機系、アニオン性、カチオン性、ノニオン性と多くの種類が存在し、その多くは、合成高分子や無機塩であり、環境中への放出が懸念される物質も存在する。
【０００５】
特開２００１−２６９５１７号公報には、乾燥植物体の成形体からなるろ過材料が開示されており、凝集剤を使うことなく濁水の処理が可能とされている。これは、土木工事期間中のみの一時的な処理や、小規模な処理では有効であるが、大規模な水処理や、永続的に行われる処理では、膨大な量のろ過材が必要となり、そのコストや供給量の点で実用化は困難であると思われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記実状を鑑みたものであって、安価で大量に調達可能な材料を利用したろ過材を提供し、されにこれまで廃棄物となっていたろ過残さを有効利用することを目的としたろ過方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため検討した結果、砂と生分解性繊維、特に微細なセルロース繊維とを混合することにより、これまで砂のみでは取り除きにくかった粘土や微小コロイド粒子等の懸濁物も捕捉、除去することが可能であることを見出した。
【０００８】
凝集剤を使用せずに河川や湖沼水をろ過した後のろ過材とろ過残さは、ろ過材である砂と生分解性繊維とろ過残さである粘土やシルトと植物体や微生物由来の有機物とが混合されたものであり、そのまま、あるいは有機物を分解するために発酵処理を施すことにより、植物の生育に適した土壌もしくは、既存の土壌に添加して使用する土壌改良材として利用可能であることを見出した。
【０００９】
本発明における砂とは、国際土壌学会により規定された土壌粒子画分で直径０．０２ｍｍ以上の粒子である。
【００１０】
本発明における生分解性繊維とは、繊維状の形態を有する物質で、自然環境中において微生物等により、構成する分子の低分子化を伴って分解されるものであり、主に動植物体や微生物が生産した有機物からなるものである。絹や綿といった主に繊維産業において用いられるものの他、製紙原料であるパルプや、ある種のバクテリアが生産するバクテリアセルロースやポリ乳酸等があるが、これらをさらに加工したものや、用土や土壌改良材としての利用を妨げない他の物質と混合されたものでも良い。また、農畜産残さや食品残さとして発生したものやそれらを加工したものでも良い。
【００１１】
本発明における少なくとも太さ１μｍ以下のセルロース繊維を含有するものであるとは、成分の９０％以上がセルロースであり、電子顕微鏡で観察した際に、独立した繊維として確認されるものの太さが１μｍ以下である繊維が含まれているものである。太さ１μｍ以下のセルロース繊維は、粘土粒子やコロイド粒子を吸着する能力に優れ、これを砂と混合してろ過材とすることにより、砂単独では捕捉することのできない微小な粒子を分離することが可能となる。
【００１２】
本発明における用土とは、植物栽培に用いるための土で、鉢やポット、プランター等の容器に詰めて使用するものの他、緑化や土地改良用の客土として利用される土である。生分解性繊維やろ過残さ中の有機物が植物の生育に悪影響を及ぼすと考えられる場合には、焼却、炭化、発酵といった有機物を分解する処理を施した後に使用する。
【００１３】
本発明における土壌改良材とは、土壌の理化学性や生物相を改良するために土壌に添加、混合して使用される資材であり、農地の改良の他、土木工事に伴う土地の改良や発生する土砂の改質に使用するものも含まれる。
【００１４】
本発明における建設発生土とは、土木、建設工事に伴い発生する、水分を多量に含んだ泥状の土であり、廃棄物として処分もしくは再利用する際に脱水が必要となる土である。中でも粘土含有量が高く、機械的な脱水が困難な性状の土に対して、本発明によるろ過方法が有効であり、予め発生土に含まれる土壌粒子割合を測定しておき、ろ過材中の砂との混合割合を調節することにより、目的の性状を有する用土もしくは土壌改良材を調製することができる。
【００１５】
本発明における産業汚泥とは、各種産業において発生するスラリー状の産業廃棄物である。汚泥に含まれる物質で、環境中に放出すると汚染等を引き起こしたり、動植物に悪影響を及ぼすものがある場合には、本発明におけるろ過処理の前後でそれらの物質を除去したり無害化したりするための処理がなされることが必要である。
【００１６】
本発明における粘土とは、国際土壌学会により規定された土壌粒子画分で直径０．００２ｍｍ以下の粒子である。粘土は砂のみをろ過材としたろ過では分離が困難であり、多くが水と共に流出してしまう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、各種水処理や土壌処理において、固形物の分離や脱水の目的で行われるろ過において用いられるろ過材と、ろ過後に発生するろ過材とろ過残さを用土や土壌改良材として有効利用することを特徴とするろ過方法を提供する。このろ過方法により、ろ過残さを産業廃棄物として処分する必要が無くなり、産業廃棄物の削減や、資源のリサイクルを図ることができる。
【００１８】
本発明に用いられる河川水や地下水は、本発明以外の特別な処理を行わない場合は、環境基準値を満たす水質であることが必要である。また、海水等の混入により塩分を含む場合も、用土や土壌改良材として使用することが困難となるため、適さない。
【００１９】
本発明に用いられる砂は、川砂が好ましいが海砂でも利用することができる。その場合には、ろ過材として使用し、ろ液中の塩濃度が０．１％以下となってから用土や土壌改良材として利用する。その他、ろ過用に特に調整された砂を用いても良い。
【００２０】
本発明に用いられる生分解性繊維には、絹、綿、麻や、パルプ、わら、水苔、ピートモス等肉眼で繊維状であると認められるものの他、サトウキビや甜菜、各種果実の絞り粕等、繊維より構成さているものを用いても良い。また、発酵装置を用いて微生物を培養することにより得られるバクテリアセルロースや、ポリ乳酸を繊維状に加工したもの等を用いることもできる。一般に繊維が細く、比表面積が大きいほど微小粒子の捕捉能力が高まるため、上記繊維を機械的、化学的な処理により微細化することで、ろ過能力を高めることができる。
【００２１】
本発明に用いられるセルロース繊維は、セルロースを生産する生物から分離、精製したもの、例えば木材チップをアルカリで蒸煮することにより製造された製紙用パルプやコットンを脱脂処理したものを用いることができる。なお、セルロース繊維は乾燥すると凝集効果が激減するので、なるべく懸濁液状態で保存、使用することが望ましい。さらに、太さ１μｍ以下とする場合には、ボールミルや回転式ホモジナイザーといった湿式や乾式の各種裁断、粉砕、摩砕装置で好適な大きさとなるよう処理する他、塩酸や硫酸等の酸による加水分解やセルラーゼ等の酵素による分解によって太さを調整することも可能である。
【００２２】
本発明に用いられるろ過材は、上記砂と生分解性繊維とを適宜混合して用いれば良く、その混合割合は被ろ過物の性状とろ過処理後に求められる水質とによって利用者が適宜設定すればよい。概ね砂と同容量以下の生分解性繊維の混合で、充分な効果を得られることが多い。
【００２３】
本発明におけるろ過材を用いて上下水道水、工業用排水、農業用排水、建設発生土、産業汚泥を処理するには、一般的に使用されているろ過処理設備を用いれば良く、そこに本発明のろ過材を充填して被ろ過物を流せばよい。一般に、生分解性繊維の添加割合が高い程微小粒子の捕捉能力が高くなり、ろ過材の必要充填量を少くすることができる。
【００２４】
本発明におけるろ過材を用いた建設発生土の固液分離処理の場合には、その処理が、工事期間中のみ必要とされることが多いため、移動式のろ過処理プラントを用いて、工事現場でろ過を行う方が望ましい。
【００２５】
本発明における使用済みのろ過材を用土や土壌改良材として利用するためには、取り出したろ過材をそのまま利用する他、使用済みろ過材の性状や使用目的により、適当な処理を施した後に利用した方が良い場合がある。ろ過材に易分解性の有機物が多く含まれる場合には、堆肥化するなどして有機物を分解した後に利用したり、篩い分けや粉砕、造粒、袋詰め等の加工を施しても良い。また、必要に応じ、他の資材を混合して使用しても良い。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２７】
実施例１
粒径０．２〜２ｍｍの川砂１５Ｌに、製糖副産物であるサトウキビの絞り粕を高速ホモジナイザーで微粉砕した繊維１ｋｇを混合したものをろ過材とし、直径３０ｃｍのステンレス製ろ過筒に充填した。
【００２８】
ＳＳ濃度１０７０ｐｐｍの河川水（工業用水原水）１００Ｌをろ過した。ろ液中のＳＳ濃度は１２０ｐｐｍに減少し、ろ過材が良好な微細粒子捕捉能力を有することが認められた。
【００２９】
実施例２
実施例１において、ろ過後のろ過材を取り出し、畜産廃棄物である鶏糞１ｋｇを添加、混合して山型に堆積し、発酵させた。発酵開始５日後に最高発酵温度は６８℃に達し、その後およそ２ヶ月で急激な有機物の分解は終了した。
【００３０】
分解が終了した発酵物を植木鉢に詰め、小松菜種子を播種して適宜散水しながら育成した。発酵物の水はけ、保水性は共に良好で、施肥することなく小松菜の健全な生育が確認された。
【００３１】
比較例１
実施例１において、ろ過材として粒径０．２〜２ｍｍの川砂１５Ｌのみをろ過材として、ＳＳ濃度１０７０ｐｐｍの河川水１００Ｌをろ過した。ろ液中のＳＳ濃度は８９０ｐｐｍまでしか減少せず、主に粘土粒子からなる微細粒子はほとんどろ過材に捕捉されることなく、ろ液中に漏出した。川砂のみではろ過材として極めて効率が悪かった。
【００３２】
比較例２
比較例１において、ろ過後のろ過材を取り出し、実施例２と同様に鶏糞１ｋｇを添加、混合して山型に堆積し、発酵させた。実施例２同様およそ２ヶ月で急激な有機物の分解は終了した。
【００３３】
分解が終了した発酵物を植木鉢に詰め、実施例２同様、小松菜を栽培した。発酵物の水はけは極めて良いものの、保水性はほとんど無く、小松菜が萎れないようにするためには、頻繁に散水する必要があった。また、小松菜の生育は悪く、肥料分欠乏の症状を呈した。これは、発酵物中に存在する肥料成分が、過度の散水により流出してしまったためであると推察された。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、砂と生分解性繊維を混合したろ過材を用いることで、微細粒子捕捉能力を有する優れたろ過材を調製することができ、さらにろ過後のろ過材は用土や土壌改良材として利用可能である。