(57)【要約】【課題】水の浄化過程において凝集剤の添加により生成する凝沈物質を利用して製造される水質浄化濾材を提供する。【解決手段】少なくとも鉱物の微粒子からなる浮遊物質を含む水、或いは湖沼水、河川水、地下水等の淡水に、アルミニウム化合物からなる凝集剤を添加することにより生じる凝沈物質から、水質浄化濾材を得る。水の浄化過程にて得られる凝沈物質を利用して水質浄化濾材を得ることができ、しかもこの水質浄化濾材は高い脱リン性能を有する。また従来汚泥として廃棄されていた凝沈物質の用途を開拓し、産業廃棄物の低減に寄与することができる。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも鉱物の微粒子からなる浮遊物質を含む水に、アルミニウム化合物からなる凝集剤を添加することにより得られる凝沈物質から成ることを特徴とする水質浄化濾材。
【請求項２】
湖沼水、河川水、地下水等の淡水に、アルミニウム化合物からなる凝集剤を添加することにより得られる凝沈物質から成ることを特徴とする水質浄化濾材。
【請求項３】
凝沈物質を成形して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の水質浄化濾材。
【請求項４】
粒状に成形されていることを特徴とする請求項３に記載の水質浄化濾材。
【請求項５】
凝沈物質以外の他のセラミック材を含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の水質浄化濾材。
【請求項６】
少なくとも鉱物の微粒子からなる浮遊物質を含む水にアルミニウム化合物からなる凝集剤を添加することにより得られる凝沈物質を成形することを特徴とする水質浄化濾材の製造方法。
【請求項７】
湖沼水、河川水、地下水等の淡水に、アルミニウム化合物からなる凝集剤を添加することにより得られる凝沈物質を、成形することを特徴とする水質浄化濾材の製造方法。
【請求項８】
凝沈物質を脱水した後、造粒することにより成形することを特徴とする請求項６又は７に記載の水質浄化濾材の製造方法。
【請求項９】
凝沈物質と他のセラミック材を混合したものを成形することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の水質浄化濾材の製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれかに記載の水質浄化濾材と水とを接触させることにより水を浄化することを特徴とする水質浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水質浄化濾材、水質浄化濾材を使用した水質浄化方法、並びにこの水質浄化濾材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
河川水、湖沼水、地下水等の淡水や、その他の水を浄化するにあたっては、浄水場等において水中に凝集剤としてポリ塩化アルミニウム等を添加することにより、微細な浮遊物質を凝集沈降させて除去することが行われている。
【０００３】
従来、この過程で生成する凝沈物質は、一部再利用されているが、大部分は産業廃棄物として取り扱われ、廃棄処分されていた。
【０００４】
一方、近年の環境保護問題の高まりにより、従来産業廃棄物として廃棄されていたものについて、再利用の用途の開拓が求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、水の浄化過程において凝集剤の添加により生成する凝沈物質を利用して製造される水質浄化濾材、この水質浄化濾材を使用した水質浄化方法、並びにこの水質浄化濾材の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る水質浄化濾材は、少なくとも鉱物の微粒子からなる浮遊物質を含む水に、アルミニウム化合物からなる凝集剤を添加することにより得られる凝沈物質から成ることを特徴とするものである。
【０００７】
また請求項２に係る水質浄化濾材は、湖沼水、河川水、地下水等の淡水に、アルミニウム化合物からなる凝集剤を添加することにより得られる凝沈物質から成ることを特徴とするものである。
【０００８】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、凝沈物質を成形して成ることを特徴とするものである。
【０００９】
また請求項４の発明は、請求項３において、粒状に成形されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、凝沈物質以外の他のセラミック材を含有することを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項６に係る水質浄化濾材の製造方法は、少なくとも鉱物の微粒子からなる浮遊物質を含む水にアルミニウム化合物からなる凝集剤を添加することにより得られる凝沈物質を成形することを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項７に係る水質浄化濾材の製造方法は、湖沼水、河川水、地下水等の淡水に、アルミニウム化合物からなる凝集剤を添加することにより得られる凝沈物質を、成形することを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項８の発明は、請求項６又は７において、凝沈物質を脱水した後、造粒することにより成形することを特徴とするものである。
【００１４】
また請求項９の発明は、請求項６乃至８のいずれかにおいて、凝沈物質と他のセラミック材を混合したものを成形することを特徴とするものである。
【００１５】
また請求項１０に係る水質浄化方法は、請求項１乃至５のいずれかに記載の水質浄化濾材と水とを接触させることにより水を浄化することを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
水質浄化濾材の原料は、浮遊物質を含む水に、アルミニウム化合物からなる凝集剤を添加することにより得られる凝沈物質である。
【００１８】
この浮遊物質を含む水とは、主として河川水、湖沼水、地下水等のような自然状態の淡水が挙げられる。また一般家庭からの廃水や、工業廃水等であっても、有害物質が含まれず、あるいは有害物質を取り除く処理が施されたものであれば、使用できる。
【００１９】
浮遊物質としては、少なくともＳｉＯ２等を主体とする鉱物の微粒子を含むものが用いられる。換言すれば、少なくともこのような鉱物の微粒子からなる浮遊物質が含まれている水であれば、凝沈物質を得るために利用できる。
【００２０】
アルミニウム化合物からなる凝集剤としては、例えばポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）及び硫酸バンド（硫酸アルミニウム）のうち少なくとも一方を用いることができる。ここで、既述のように、浮遊物質を含む水にポリ塩化アルミニウムを添加することにより凝沈物質を沈降させることは、浄水場等で一般的に行われているものであり、また硫酸バンドも凝集剤として一般的に用いられている。このため本発明では、このような浄水場等での水質浄化時に発生する凝沈物質を、水質浄化濾材の原料として利用できる。
【００２１】
上記のようにして得られる凝沈物質は水分を多く含んでいることから、まず脱水する。この脱水は、例えばフィルタープレス（ろ過圧縮）により行うことができる。脱水後の凝沈物質は、アルミニウム化合物からなる凝集剤と、水中に存在していた浮遊物質とからなるものであり、このとき浮遊物質はごく微細な微粒子であり、これがアルミニウム化合物からなる凝集剤によって凝集されたものであるから、脱水後の凝沈物質は通常は柔らかい微粒子からなるケーキ状のものが得られる。
【００２２】
このようにして得られる脱水後の凝沈物質から、水質浄化濾材が得られる。水質浄化濾材を得るにあたっては、取扱性を向上し、且つ水の浄化時の目詰まりを防止するなどのために、凝沈物質を成形することが好ましい。
【００２３】
凝沈物質の成形にあたっては、この凝沈物質を造粒して、粒子状の水質浄化濾材を得ることができる。造粒された水質浄化濾材は、粒子間に十分な隙間が生じ、浄化対象の水が通水する経路が確保されて十分な通水流量が確保される。
【００２４】
すなわち、脱水処理のみが施された凝沈物質では、通水時の抵抗が大きく、十分な通水量を確保することが困難であり、水の浄化処理量を十分に確保するためには大量の水質浄化濾材が必要となって、設備が大型化し、また設備投資も増大するものであるが、凝沈物質を成形、特に造粒することにより、十分な通水量を確保することができ、水質浄化濾材の使用量を抑制することができ、水の浄化を行うにあたっての浄化設備の小型化や設備投資の削減を図ることができるものである。
【００２５】
このとき、凝沈物質のみを成形しても良いが、凝沈物質に他のセラミック材を混合したものを成形することもでき、これにより、成形性を向上したり、あるいは水質浄化濾材の強度を向上したりすることができる。
【００２６】
混合できるセラミック材としては、ゼオライト、石膏、コンクリート廃材等の粉末が挙げられる。特にゼオライトは脱窒素性能を有することから、ゼオライト粉末を凝沈物質と混合して用いると、得られる水質浄化濾材に脱窒素性能を付与することができる。
【００２７】
このような他のセラミック材を用いる場合には、その混合比率は、凝沈物質とセラミック材の全量に対して１〜７０重量％の範囲となるようにすることが好ましい。
【００２８】
造粒の手法は特に問わないが、ブリケット造粒等のような圧縮成形による造粒を行うことが好ましい。また、圧縮成形後の成形体に振動を加えるなどして球形状に形を整える丸め造粒を行うこともできる。造粒時の成形条件は特に制限されず、粒状に成形可能な条件を適宜設定すればよいものであるが、例えば圧縮成形による造粒時には、凝沈物質あるいは凝沈物質と他のセラミック材との混合物の含水率を２０〜６０％となるようにして成形性を確保し、これを、混合物の含水率等に応じた適宜の圧力で圧縮することにより行うことができる。また丸め造粒時でも、圧縮成形後の成形体の含水率が２０〜６０％となるようにして成形性を確保し、これに対して適宜の振動を与えることにより行うことができる。
【００２９】
上記造粒時の凝沈物質、あるいは凝沈物質と他のセラミック材との混合物の含水率の調整は、凝沈物質の脱水時における脱水条件を調整することにより制御することができ、あるいは脱水後の凝沈物質に必要に応じて水を加えることにより制御することもできる。特に脱水後の凝沈物質に他のセラミック材を加える場合には、セラミック材の添加量に応じて適宜水を加えることにより、造粒前の凝沈物質と他のセラミック材との混合物の含水率を制御することができる。
【００３０】
そして、造粒後の成形体を必要に応じて更に加熱乾燥することにより、水質浄化濾材が得られる。加熱乾燥を行う場合の加熱条件は特に制限されないが、８０〜１５０℃の温度で加熱することが好ましい。
【００３１】
また、成形後、更に焼成すると、焼結させることにより水質浄化濾材の強度を向上すると共に水質浄化濾材中から有機物成分を分解除去することができる。この場合の焼成温度は例えば５００〜１０００℃の範囲とすることができる。
【００３２】
このようにして粒状の水質浄化濾材を形成すると、多数の粒状の水質浄化濾材が充填された浄化槽を水が通水するときに、水と水質浄化濾材の表面との接触面積を十分に確保して十分な水質浄化性能を発現させることができる。また造粒された水質浄化濾材は、粒子間に十分な隙間が生じ、浄化対象の水が通水する経路が確保されて十分な通水流量が確保され、通水時の目詰まりの発生を抑制することができると共に水の浄化処理量を向上することができる。またこのように水の通水流量を大きくしても、本発明で得られる水質浄化濾材は優れた脱リン性能を有することから、十分な水の浄化処理効率を維持することが可能となる。この粒子の好適な粒径は、水の浄化時の水質や通水量の条件によって変動するものであり、水質浄化時にはこれらの条件を考慮して、適宜の粒径の水質浄化濾材を用いるようにすればよいが、粒径を１〜１００ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００３３】
このようにして得られる水質浄化濾材は、アルミニウム化合物からなる凝集剤を含有していることから、特に脱リン性能を有し、水質浄化に用いた際に水中のリン含有量を低減することができる。また既述のようにゼオライトのような脱窒素性能を有するセラミック材を用いた場合には、脱リン作用に加えて、脱窒素作用をも有することとなる。
【００３４】
このような水質浄化濾材を用いた水の浄化は、浄化対象である水を水質浄化濾材の表面と接触させることにより行うことができる。このとき水質浄化濾材は微粒子状の凝沈物質を成形したものであることから、水質浄化濾材には水が容易に浸透し、これにより高い浄化性能が得られる。また微粒子状に成形された水質浄化濾材を充填した浄化槽に水を入れると、既述のように水と水質浄化濾材との接触面積が増大して、更に高い浄化性能が得られる。
【００３５】
このように水質浄化濾材を用いて水の浄化を行うにあたっては、好ましくは水質浄化濾材を充填した浄化槽内に水を通水するなどして、水質浄化濾材が流水中に配置された状態で水の浄化を行うものであり、この場合、特に優れた浄水効果が得られる。このような場合、浄化する水は、上向流、下降流でも、共に十分な浄化性能が得られる。
【００３６】
また、この水質浄化濾材を用いて水の浄化を行うにあたっては、水質浄化濾材を浄化槽や容器等に充填すると共に、この水質浄化濾材の上に植物を植え付けるようにすることも好ましい。このようにすれば、長期間の使用により水質浄化濾材の表面に有機物等が付着した場合でも、この有機物等を植物が吸収し、目詰まりを防止することができるものである。
【００３７】
また、この水質浄化濾材を継続して使用することにより脱リン性能が低下したら、新しい水質浄化濾材と交換することにより、水質浄化を行うことができる。このときの使用済みの水質浄化濾材にはリンが豊富に含まれており、またゼオライト等のような脱窒素性能を有するセラミック材が含有している場合には窒素も豊富に含まれているため、植物培土として更に再利用することが可能となる。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって詳述する。
【００３９】
〈実施例１〉
河川から採取した水に対して、ポリ塩化アルミニウム（セントラル硝子株式会社製、Ａｌ２（ＯＨ）ｎＣｌ６−ｎ）を、水（河川水）１Ｌに対して２０ｍｇの割合で添加して、凝沈物質を得た。
【００４０】
この凝沈物質をフィルタープレス（ろ過圧縮）により含水率５０％まで脱水したものを、圧縮成形（ブリケット造粒）して直径３ｍｍ、厚み３ｍｍ、含水率５０％のペレット状に成形し、更に７５０ｒｐｍの回転振動を加えることで丸め造粒することで、粒径３ｍｍの粒状に成形した。これを更に１３５℃で３０分間加熱乾燥することにより、水質浄化濾材を得た。
【００４１】
〈実施例２〉
実施例１と同様にして得られた凝沈物質をフィルタープレス（ろ過圧縮）により含水率５７％まで脱水したものに対して、水及び石膏（株式会社ノリタケカンパニー製、「ＦＴ−２」、メディアン径１５μｍ）を、凝沈物質４０重量部、石膏８重量部、水３重量部の割合で配合し、撹拌混合し、含水率５０％の混合物を得た。
【００４２】
この混合物を圧縮成形（ブリケット造粒）して直径３ｍｍ、厚み３ｍｍ、含水率５０％のペレット状に成形し、更に７５０ｒｐｍの回転振動を加えることで丸め造粒することで、粒径３ｍｍの粒状に成形した。これを更に１３５℃で３０分間加熱乾燥することにより、水質浄化濾材を得た。
【００４３】
〈実施例３〉
実施例１と同様にして得られた凝沈物質をフィルタープレス（ろ過圧縮）により含水率５７％まで脱水したものに対して、２５０メッシュ（０．０６１ｍｍ）の篩をパスするゼオライト（岩見鉱山株式会社製、「ＭＧイワミライト」）とを、凝沈物質７０重量部、ゼオライト３０重量部の割合で配合し、撹拌混合し、含水率３９．９％の混合物を得た。
【００４４】
この混合物を圧縮成形（ブリケット造粒）して直径３ｍｍ、厚み３ｍｍ、含水率５５％のペレット状に成形し、更に７５０ｒｐｍの回転振動を加えることで丸め造粒することで、粒径３ｍｍの粒状に成形した。これを更に１０５℃で３０分間加熱乾燥した後、７００℃で１時間焼成することにより、水質浄化濾材を得た。
【００４５】
〈脱リン評価〉
実施例１，２でそれぞれ得られた水質浄化濾材について、内径５１ｍｍ、高さ７８０ｍｍの円筒形の容器内に、水質浄化濾材を充填し、この容器の下部から上部に亘って、人工排水を１ｍ／ｈの流速で流通させた。
【００４６】
人工排水としては、リン酸２水素カリウムにて、全リン量（Ｔ−Ｐ）約４ｍｇ／ｌに調整したものを用いた。
【００４７】
このような人工排水の通水を連続的に行い、定期的に容器に流入する流入水と容器から流出する流出水の水質を調査した結果を表１，２に示す。
【００４８】
【表１】
2004081895.tif 000002
【００４９】
【表２】
2004081895.tif 000003
【００５０】
これらの結果から明らかなように、いずれの実施例においても、流出水は著しい全リン量の低減がみられ、しかも長期間にわたって脱リン性能が発揮された。
【００５１】
〈脱リン・脱窒素評価〉
実施例３で得られた水質浄化濾材について、内径５１ｍｍ、高さ７８０ｍｍの円筒形の容器内に、水質浄化濾材を充填し、この容器の下部から上部に亘って、人工排水を１ｍ／ｈの流速で流通させた。
【００５２】
人工排水としては、リン酸２水素カリウムにて、全リン量（Ｔ−Ｐ）を調整すると共に、塩化アンモニウムにて、全窒素量（Ｔ−Ｎ）を調整したものを用いた。
【００５３】
このような人工排水の通水を連続的に行い、定期的に容器に流入する流入水と容器から流出する流出水の水質を調査した結果を表３に示す。
【００５４】
【表３】
2004081895.tif 000004
【００５５】
この結果から明らかなように、ゼオライトを混合した実施例３では、優れた脱リン性能に加えて、優れた脱窒素性能をも有していることが確認された。
【００５６】
【発明の効果】
上記のように請求項１に係る水質浄化濾材は、少なくとも鉱物の微粒子からなる浮遊物質を含む水に、アルミニウム化合物からなる凝集剤を添加することにより得られる凝沈物質から成るため、水の浄化過程にて得られる凝沈物質を利用して水質浄化濾材を得ることができ、しかもこの水質浄化濾材は高い脱リン性能を有するものである。また従来汚泥として廃棄されていた凝沈物質の用途を開拓し、産業廃棄物の低減に寄与することができるものである。
【００５７】
また請求項２に係る水質浄化濾材は、湖沼水、河川水、地下水等の淡水に、アルミニウム化合物からなる凝集剤を添加することにより得られる凝沈物質から成るため、水の浄化過程にて得られる凝沈物質を利用して水質浄化濾材を得ることができ、しかもこの水質浄化濾材は高い脱リン性能を有するものである。また従来汚泥として廃棄されていた凝沈物質の用途を開拓し、産業廃棄物の低減に寄与することができるものである。
【００５８】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、凝沈物質を成形して成るため、水質浄化濾材の取扱性を向上すると共に、この水質浄化濾材を用いた水質浄化時には、目詰まりの発生を防止すると共に通水流量を確保することができるものであり、これにより水の浄化処理時における水質浄化濾材の使用量を抑制することができ、水の浄化を行うにあたっての浄化設備の小型化や設備投資の削減を図ることができるものである。
【００５９】
また請求項４の発明は、請求項３において、粒状に成形されているため、多数の粒状の水質浄化濾材が充填された浄化槽を水が通水するときに、水と水質浄化濾材の表面との接触面積を十分に確保して十分な水質浄化性能を発現させることができると共に、粒子間に十分な隙間が生じて浄化対象の水が通水する経路が確保され、通水時の目詰まりの発生を抑制すると共に十分な通水流量を確保し、水の浄化処理量を更に向上することができるものであり、これにより水の浄化処理時における水質浄化濾材の使用量を更に抑制することができ、水の浄化を行うにあたっての浄化設備の小型化や設備投資の更なる削減を図ることができるものである。
【００６０】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、凝沈物質以外の他のセラミック材を含有するため、この他のセラミック材によって水質浄化濾材の成形性、強度等を向上することができ、また脱リン性能以外の他の水質浄化性能をも付与することができるものである。
【００６１】
また請求項６に係る水質浄化濾材の製造方法は、少なくとも鉱物の微粒子からなる浮遊物質を含む水にアルミニウム化合物からなる凝集剤を添加することにより得られる凝沈物質を成形するため、水の浄化過程にて得られる凝沈物質を利用して水質浄化濾材を得ることができ、しかも高い脱リン性能を有する水質浄化濾材を得ることができるものである。また従来汚泥として廃棄されていた凝沈物質の用途を開拓し、産業廃棄物の低減に寄与することができるものである。また成形することにより水質浄化濾材の取扱性を向上すると共に、水質浄化濾材を用いた水質浄化時には、目詰まりの発生を防止すると共に通水流量を確保することができるものであり、これにより水の浄化処理時における水質浄化濾材の使用量を抑制することができ、水の浄化を行うにあたっての浄化設備の小型化や設備投資の削減を図ることができるものである。
【００６２】
また請求項７に係る水質浄化濾材の製造方法は、湖沼水、河川水、地下水等の淡水に、アルミニウム化合物からなる凝集剤を添加することにより得られる凝沈物質を、成形するため、水の浄化過程にて得られる凝沈物質を利用して水質浄化濾材を得ることができ、しかも高い脱リン性能を有する水質浄化濾材を得ることができるものである。また従来汚泥として廃棄されていた凝沈物質の用途を開拓し、産業廃棄物の低減に寄与することができるものである。また成形することにより水質浄化濾材の取扱性を向上すると共に、水質浄化濾材を用いた水質浄化時には、目詰まりの発生を防止すると共に通水流量を確保することができるものであり、これにより水の浄化処理時における水質浄化濾材の使用量を抑制することができ、水の浄化を行うにあたっての浄化設備の小型化や設備投資の削減を図ることができるものである。
【００６３】
また請求項８の発明は、請求項６又は７において、凝沈物質を脱水した後、造粒することにより成形するため、得られた多数の粒状の水質浄化濾材が充填された浄化槽を水が通水するときに、水と水質浄化濾材の表面との接触面積を十分に確保して十分な水質浄化性能を発現させることができると共に、粒子間に十分な隙間が生じて浄化対象の水が通水する経路が確保され、通水時の目詰まりの発生を抑制すると共に十分な通水流量を確保し、水の浄化処理量を更に向上することができるものであり、これにより水の浄化処理時における水質浄化濾材の使用量を更に抑制することができ、水の浄化を行うにあたっての浄化設備の小型化や設備投資の更なる削減を図ることができるものである。
【００６４】
また請求項９の発明は、請求項６乃至８のいずれかにおいて、凝沈物質と他のセラミック材を混合したものを成形するため、この他のセラミック材によって水質浄化濾材の成形性、強度等を向上することができ、また脱リン性能以外の他の水質浄化性能をも付与することができるものである。
【００６５】
また請求項１０に係る水質浄化方法は、請求項１乃至５のいずれかに記載の水質浄化濾材と水とを接触させることにより水を浄化するため、水の浄化過程にて得られる凝沈物質を利用して水質浄化に供することができ、しかもこの水質浄化濾材は高い脱リン性能を有し、水中のリンを高効率かつ長期間に亘って除去することができるものである。また従来汚泥として廃棄されていた凝沈物質の用途を開拓し、産業廃棄物の低減に寄与することができるものである。