(57)【要約】【課題】排水、廃水、河川、湖沼等から有用物質を効率的に回収する。【解決手段】吸着槽１において、グラフ重合加工した有用物質を吸着する官能基を有する固定部材を水中に浸漬して、水中の有用物質を官能基に吸着させ、乾燥炉２または熱分解炉３において、有用物質を吸着させた固定部材を加熱処理することにより、固定部材成分を除去して有用物質を回収する。また、有用物質を河川または湖沼等から直接回収する場合には、水面に浮遊可能な浮遊部材に、固定部材を着脱可能に具備する。そして、有用物質を吸着した固定部材を、乾燥炉２に供給する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中の有用物質を回収する方法であって、
グラフ重合加工した有用物質を吸着する官能基を有する固定部材を水中に浸漬して、水中の有用物質を官能基に吸着させる工程と、
有用物質を吸着させた固定部材を加熱処理して有用物質を回収する工程と、を有すること
を特徴とする有用物質の回収方法。
【請求項２】
前記官能基は、非金属または金属を吸着する官能基であることを特徴とする請求項１記載の有用物質の回収方法。
【請求項３】
前記官能基は、リンまたはリン化合物を吸着する官能基であることを特徴とする請求項２記載の有用物質の回収方法。
【請求項４】
前記官能基は、窒素または窒素化合物を吸着する官能基であることを特徴とする請求項３記載の有用物質の回収方法。
【請求項５】
水中の有用物質を回収する有用物質回収処理施設であって、
有用物質を含んだ水が流通し、グラフ重合加工した有用物質を吸着する官能基を有する固定部材を着脱自在に備えた吸着槽と、
有用物質を吸着した前記固定部材が供給され、これを乾燥処理する乾燥炉と、を備えたこと
を特徴とする有用物質回収処理施設。
【請求項６】
水中の有用物質を回収する有用物質回収処理施設であって、
有用物質を含んだ水域に配置され、グラフ重合加工した有用物質を吸着する官能基を有する固定部材を着脱自在に備えた浮遊部材と、
前記浮遊部材から脱離された有用物質を吸着した前記固定部材が供給され、これを乾燥処理する乾燥炉と、を備えたこと
を特徴とする有用物質回収処理施設。
【請求項７】
前記乾燥炉にて乾燥処理した固定部材が供給され、さらにこれを加熱処理することで、固定部材成分を熱分解除去する熱分解炉を備えたこと
を特徴とする請求項５または６記載の有用物質回収施設。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水、廃水、河川、湖沼の水中に含まれる有用物質、特に、リン、リン化合物（例えば、リン酸カルシウム）、窒素、窒素化合物（例えば硝酸態窒素）及びその他金属等を回収し有効利用する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、水中に溶解している各種金属等を回収する方法として、グラフ重合法によって得た捕集材によって各種金属等を回収する技術が、特開２０００−１７６２７９号等によって提案されている。
【０００３】
ところで、水中のリン酸カルシウム等のリン化合物は冷却水系などの管路内におけるスケールの原因の一つとして知られているが、これを防止する技術としては、特開平１０−１９２８９１号、特開平１１−１７１９３９号などが提案されている。
【０００４】
また、骨形成のためであるが、リン酸と、カルシウムとを効果的に結合させる技術として、特開平１０−１２７７５２号（特許第３００５６６７号）等が提案されている。
【０００５】
一方、水中からの回収物質を利用する技術としては、例えば、水中に存在するリン化合物を回収し、肥料、土壌改良剤として利用するものが、特開２００１−４７０６５号、特開平７−１５５７５３号、特開平７−９８３号等で知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許第３００５６６７号の場合は、医療用という特殊な用途におけるものであり、リン化合物と接触させるものの、反応吸着したリン化合物を基材から分離してリン化合物を回収する技術は開示されていない。
【０００７】
また、特開２０００−１７６２７９号、特開平１０−１９２８９１号、特開平１１−１７１９３９号には、吸着した有用物質を分離回収する技術は開示されていない。
【０００８】
一方、特開２００１−４７０６５号、特開平７−１５５７５３、特開平７−９８３号等は、大がかりな処理施設が必要であり、しかも回収したリン化合物の分離作業が煩雑である。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、その目的は、排水、廃水、河川、湖沼等から有用物質を効率的に回収でき、水資源の健全化と資源の再利用が図れる有用物質の回収方法及び施設の提供にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者は、鋭意検討した結果、水中の有用物質を回収する手段として、比較的低温の加熱で熱分解除去が容易なグラフト重合加工した基材と官能基を備えた固定部材を用いることで、効率的に水中から有用物質を回収できることを見出した。
【００１１】
すなわち、前記課題を解決するための本発明は以下のことを特徴とする。
【００１２】
請求項１記載の発明は、水中の有用物質を回収する方法であって、
グラフ重合加工した有用物質を吸着する官能基を有する固定部材を水中に浸漬して、水中の有用物質を官能基に吸着させる工程と、
有用物質を吸着させた固定部材を加熱処理して有用物質を回収する工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の有用物質の回収方法において、
前記官能基は、非金属または金属を吸着する官能基であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の有用物質の回収方法において、
前記官能基は、リンまたはリン化合物を吸着する官能基であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の有用物質の回収方法において、
前記官能基は、窒素または窒素化合物を吸着する官能基であることを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の発明は、水中の有用物質を回収する有用物質回収処理施設であって、
有用物質を含んだ水が流通し、グラフ重合加工した有用物質を吸着する官能基を有する固定部材を着脱自在に備えた吸着槽と、
有用物質を吸着した前記固定部材が供給され、これを乾燥処理する乾燥炉と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明は、水中の有用物質を回収する有用物質回収処理施設であって、
有用物質を含んだ水域に配置され、グラフ重合加工した有用物質を吸着する官能基を有する固定部材を着脱自在に備えた浮遊部材と、
前記浮遊部材から脱離された有用物質を吸着した前記固定部材が供給され、これを乾燥処理する乾燥炉と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項７記載の発明は、請求項５または６記載の有用物質回収施設において、前記乾燥炉にて乾燥処理した固定部材が供給され、さらにこれを加熱処理することで、固定部材成分を熱分解除去する熱分解炉を備えたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明の加熱処理方法を実施する加熱処理施設の概略図である。また、図２は、固定部材１１の実施形態例を開示した概略図である。
【００２１】
図２（ａ）において、吸着槽１は、被捕集物質を含んだ液相が流通するタンク１０に、固定部材を着脱自在に設置される固定部材１１を備えている。
【００２２】
また、有用物質を河川または湖沼等の水域から直接回収する場合には、図２（ｂ）に示したように、水面に浮遊可能な浮遊部材１３に、固定部材１１を着脱可能に具備するとよい。このとき、固定部材１１は、例えば、浮遊部材１３において、ポンプの吸引力によって脱離可能に具備される。有用物質を吸着した固定部材１１は、ポンプ等によって吸引した後、乾燥炉２に供給される。
【００２３】
固定部材１１は、グラフト重合加工してグラフト鎖を形成した原材料に被回収物質を吸着する機能を有する官能基を導入してなる基材を、母体に担持して構成される。固定部材１１は、表面積を広く確保するように、例えば、波板状、ハニカム状、メッシュ状または繊維状に形成される。
【００２４】
原材料は、熱分解容易な高分子材料からなる。例えば、合成樹脂、タンパク質等がある。合成樹脂には、例えばオレフィン系、ポリアクリル酸塩系、酢酸ビニル・アクリル酸共重合体系、イソブチレン・マレイン酸共重合体系、イソブチレン・マレイン酸共重合体系またはポリビニール系の樹脂等がある。タンパク質には、例えば絹タンパク質等がある。
【００２５】
基材を坦持する母体としては、透水性に富み、加熱処理または自然界において分解できるものが望ましく、不織布、不織紙、多孔質部材、有機性部材が例示される。多孔質部材としては、例えば活性炭、活性白土等がある。有機性部材としては、植物系等（樹木、竹、水際植物等）の自然界に存在するもの、例えば、デンプン系（デンプンにアクリル酸塩をグラフトしたもの等）やセルロース系のもの（カルボキシルメチルセルロースにアクリル酸塩をグラフトしたもの等）が例示される。また、その他の有機性部材としては、先に例示した樹脂等がある。
【００２６】
官能基は、回収する物質によって定まる。例えば、リン、リン化合物（リン酸カルシウム）等を回収する場合は、絹タンパク質の反応性側鎖にイオン性基をグラフト加工によって結合させたものが採用される。絹タンパク質には、例えば、フィブロイン、セリシン等から構成されるものがある。反応性側鎖には、例えば、リジン、アルギニン、ヒスチジン等の塩基性アミノ酸側鎖、セリン、チロシン等の水酸基を有する側鎖がある。イオン性基には、アスパラギン酸、グルタミン酸等のカルボキシル基を有するものが例示される。
【００２７】
カルシウム及びその他金属類例えばウラン、チタン、コバルト、バナジウム等を回収する場合は、アミドキシム基を主成分とするキレート化合物等が採用される。
【００２８】
窒素及び窒素化合物等を回収する場合は、例えばゼオライトやバーミュクライトの成分が採用される。これらの成分は前記グラフト鎖を形成した原材料に有機バインダー等によって固定された後、前記母体に担持される。
【００２９】
グラフト重合加工は、既知の方法が採用される。当該加工法には、例えば、放射線化学的加工または化学的加工さらにはこれらを適宜組み合わせた方法がある（例えば特開平１０−１２７７５２等）。
【００３０】
放射線化学的加工で用いられる放射線としては、α線、β線、γ線、Ｘ線、加速電子線、紫外線等が例示されるが、γ線が最も好適である。このとき、基材と重合性モノマーをグラフト重合させる方法としては、基材と重合性モノマーとの共存下で放射線を照射する方法や、放射線を基材に予め照射した後、これに重合性モノマーを接触させて行う方法等がある。
【００３１】
化学的加工には、ビニル化合物を用いた方法がある。当該化合物としては、カルボキシル基、リン酸基、硫酸基等のイオン性基を導入できるものが好ましく、スチレンスルホン酸モノマー、リン酸メタクリル系モノマー等が例示される。当該モノマーとして、例えば、ポリプロピレングリコールメタクリレートアシッドフォスフェートや、ｐ−スチレンスルホン酸ナトリウム等がある。
【００３２】
また、イオン性基を持たないビニル化合物であっても、グラフト加工の後、グラフト重合物の分子側鎖を化学的に改変することでグラフト加工する基材にイオン性基を導入するとよい。かかる改変方法としては、例えば、アシル基を導入できる溶媒のもとで、二塩基酸無水物と基材とを反応させて、当該基材中の残基（例えば、基材が絹タンパク質の場合、リジン、アルギニン、ヒスチジン等の反応性アミノ酸残基）にイオン性基を導入させる方法がある。前記溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ピリジン等が例示される。また、前記無水物としては、無水コハク酸、無水グルタル酸、無水フタル酸、無水Ｏ−スルホ安息香酸等が例示される。
【００３３】
乾燥炉２は、有用物質を吸着させた固定部材１１を乾燥処理するための設備で、回転キルン方式を採用し、回転自在の回転炉２１と、回転炉２１の外周にガスダクトを形成し、熱風ガスを導入して回転炉２１を外部から加熱する外部加熱手段としての加熱ジャケット２２と、回転炉２１を両端側で回転自在に支承する支持ローラと、回転炉２１を回転駆動する回転駆動源と、を具備してなる。尚、熱風ガスは、後述の熱風炉５から導入している。
【００３４】
回転炉２１は、その一端側に被処理物を搬入する図示しない供給口側を、また他端側に図示しない排出口側を設け、円筒体内部には搬送物を攪拌搬送するための図示省略した送り羽根が複数枚具備されている。そして、供給側ダクト２０から供給された被処理物を、供給口側から回転炉２１に導入し、回転炉２１の回転によって、該被処理物を撹拌しながらの排出口側への移送を可能とさせている。尚、供給側ダクト２０には、固定部材１１を投入するためのホッパー設備が設けられる。
【００３５】
熱分解炉３は、乾燥炉２にて乾燥処理した被処理物を熱分解処理するための設備で、回転キルン方式を採用し、乾燥炉２と同じ構成をなし、回転炉３１と加熱ジャケット３２とを備える。熱分解炉３の構成の詳細な説明は、先の乾燥炉２の説明に譲る。
【００３６】
乾燥炉２と熱分解炉３は、図示されたように、熱分解炉３の供給口側が乾燥炉２の排出口側と連絡するように二段配置される。このとき、乾燥炉２の排出口側と熱分解炉３の供給口側には、これら排出口側と供給口側を覆って連通する連絡ダクト２３が設けられる。連絡ダクト２３には、乾燥炉２及び熱分解炉において発生した水蒸気や熱分解ガスを系外移送するための経路２３１と、被処理物を効率的に熱分解炉３に搬送するための誘導板２４と、が適宜設置される。
【００３７】
熱風炉５は、熱風ガス（例えば温度約４５０〜６００℃程度）を供給する設備で、熱風ガスを発生させるための燃焼バーナー５０を備えている。発生した熱ガスは、経路５０１を介して、熱分解炉３の加熱ジャケット３２に供給され、回転炉３１を加熱した後、経路５０２を介して乾燥炉２の加熱ジャケット２２内に供給される。このとき、熱風ガスには、温度調整用の空気が注入され、ガス温度が調整される。このように、乾燥炉１と熱分解炉３は熱風ガスで外部から間接加熱されて、内部の被処理物が乾留処理される。これによって、乾燥炉１内に導入された被処理物は乾燥処理され、熱分解炉３内に導入された被処理物は熱分解処理される。尚、加熱ジャケット２２に供した熱風ガスは経路５０３を介し循環ブロア５１によって系外に排気されるが、一部は、熱源利用のために、経路５０４を介してエザクタブロア４２によってガス燃料炉４に供給される。
【００３８】
ガス燃焼炉４は、乾燥炉２及び熱分解炉３で発生した熱分解ガスや水蒸気を燃焼処理する。ここでは、ガスを経路２３１からエゼクタ４１を介して導入している。このとき、ガス燃焼炉４には、加熱ジャケット２２からの排熱風ガスも、循環ブロア５１とエゼクタブロア４２等の移送手段によって導入される。尚、経路２３１は熱ガスによって保温され、浮遊物が導管内壁に付着するのを防いでいる。
【００３９】
ガス燃焼炉４は、導入したガスを燃焼するガス燃焼室を備える。ガス燃焼室においては、熱分解ガスを燃焼バーナー４０によって混合燃焼する。このとき、回転炉２１，２２から熱分解ガスが充分発生している場合には、燃焼バーナー４０による燃焼は、燃料の供給を絞ることにより適宜制限される。ガス燃焼炉４にて処理したガスは、空気を冷却媒体とする気体−気体熱交換方式の熱交換器４３によって冷却処理した後、バグフィルタ４４、ブロア４５及び煙突４６を介して、系外に排出させている。尚、ガス燃焼炉４にて処理したガスが熱交換器４３に供給される際、該ガスには、適宜温度調整用の空気が導入される。また、熱交換器４３にて加熱された空気は、経路４６１を介して、熱風炉５での熱風ガスの生成に供される。
【００４０】
図１を参照しながら、本発明の熱分解処理施設の動作例について概説する。
【００４１】
吸着槽１あるいは河川等において有用物質を吸着した固定部材１１は、ホッパー設備を介して乾燥炉２に供給される。このとき、固定部材１１は、ホッパー設備に設置された破砕手段によって、適当な大きさに破砕処理された後に乾燥炉２に導入される場合がある。
【００４２】
乾燥炉２では、固定部材１１が、約１００℃程度の雰囲気及び一定の滞留時間（例えば約３０分間）のもとで、乾燥処理される。このとき、固定部材１１に含有する水分が水蒸気として放出される。放出した水蒸気は経路２３１を介してガス燃焼炉４に供給される。また、この加熱処理によって放出した他の分解析出成分も、経路２３１を介してガス燃焼炉４における燃焼処理に供され、一定の雰囲気及び滞留時間のもとで（例えば、約８５０℃の雰囲気で、２秒以上の滞留時間）、無害化処理される。乾燥炉２にて乾燥処理された固定部材１１は、直ちに熱分解炉３に搬送される。
【００４３】
熱分解炉３では、被処理物が、例えば約２００〜３５０℃程度の雰囲気で、乾留処理されることで、固定部材１１成分が分解除去される。得られた残渣は、有用物質例えばリン酸カルシウムを主成分としており、利用のために、経路３３１を介し、回収される。
【００４４】
一方、乾燥炉２及び熱分解炉３における加熱処理によって発生した分解ガス（乾留ガス及び水蒸気）は、移送手段によって、熱風ガスの一部と新鮮な空気と共に、ガス燃焼炉４に導入され、燃焼処理された後、熱交換器４３、バグフィルタ４４を経て、系外移送される。また、一連の乾留処理の過程において、気相中に分解析出した有害物質成分は熱分解ガス中に含まれているので、当該成分も、経路２３１を介して移送され、直ちにガス燃焼炉４にて燃焼処理される。
【００４５】
尚、固定部材１１が有機物からなるものであって、肥料または土壌に投入しても差しつかえない場合には、乾燥炉２にて乾燥処理した後、適当な大きさに破砕または粉砕してから回収してもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の有用物質の回収方法とその施設によれば、カルシウム及びリン化合物等の有用物質を排水、廃水、河川、湖沼から効率的に回収できるので、これにより水資源の健全化と資源の再利用が図れる。また、本発明においては、有用物質を吸着した固定部材を、加熱処理しているので、有用物質の回収に伴い、有害物質の分解除去が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例を示した概略図。
【図２】本発明における吸着部材の実施形態を示した概略図。（ａ）は固定部材を備えた吸着槽の概略構成図、（ｂ）は固定部材を備えた浮遊部材の概略構成図。
【符号の説明】
１…吸着槽、１０…タンク、１１…固定部材、１３…浮遊部材
２…乾燥炉
３…熱分解炉
４…ガス燃焼炉
２１，３１…回転炉、２２，３２…加熱ジャケット
【図１】
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【図２】
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