(57)【要約】【課題】  水中での安定性が高く、かつ粒子形状やそのサイズを容易に調整することができる塩基性硫酸マグネシウムの塊状物、及びその繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物を排水処理材として用いた排水処理装置を提供する。【解決手段】  平均長さが５〜２００μｍで、平均直径が０．２〜１．０μｍの範囲にある多数本の繊維状塩基性硫酸マグネシウムが、それらの繊維表面の少なくとも一部を露出した状態で結合材により結合されてなる繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物、及び互いに同芯状に組み合わされた多孔性材料からなる外側筒状体１と多孔性材料からなる内側筒状体２との間に上記の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物からなる排水処理材３が充填されてなる排水処理装置。【選択図】        図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均長さが５〜２００μｍで、平均直径が０．２〜１．０μｍの範囲にある多数本の繊維状塩基性硫酸マグネシウムが、それらの繊維表面の少なくとも一部を露出した状態で結合材により結合されてなる繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物。
【請求項２】
結合材が、水不溶性である請求項１に記載の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物。
【請求項３】
結合材が、該繊維状塩基性硫酸マグネシウムよりも短い繊維状塩基性硫酸マグネシウム以外の繊維状無機化合物である請求項２に記載の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物。
【請求項４】
結合材が、ゾノトライトもしくはセピオライトである請求項２もしくは３に記載の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物。
【請求項５】
結合材が高分子材料からなる請求項２に記載の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物。
【請求項６】
結合材が、フィブリル化したポリテトラフルオロエチレンである請求項５に記載の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれかの項に記載の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物からなる排水処理材。
【請求項８】
互いに同芯状に組み合わされた多孔性材料からなる外側筒状体と多孔性材料からなる内側筒状体との間に請求項７に記載の排水処理材が充填されてなる排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水の処理材、特に排水中の無機物微粒子やエマルジョン化した油の微粒子の凝集材として有利に使用することができる繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物に関する。
【背景技術】
【０００２】
研削装置や研磨装置の排水には、一般に無機物微粒子やエマルジョン化した油の微粒子が混入している。このような排水から無機物微粒子や油微粒子を除去する方法として、排水に繊維状塩基性硫酸マグネシウム［ＭｇＳＯ4・５Ｍｇ（ＯＨ）2・３Ｈ2Ｏ］の塊状物を接触させることにより、無機物微粒子と油微粒子とをそれぞれ凝集させ、無機物の凝集粒子をフィルタにより濾別し、油の凝集粒子を浮上分離する方法が知られている。
【０００３】
特許文献１には、同芯状に配置された第一の濾過層と第二の濾過層との間に繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物（吸着剤）を充填した構成の液体濾過装置が開示されている。この特許文献１に開示された液体濾過装置では、外側に配置した第一の濾過層を通って、排水が繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物と接触するようになっており、排水と繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物との接触により生成した無機物の凝集粒子は、内側に配置した第二の濾過層により濾別できるようになっている。この特許文献１には、塩基性硫酸マグネシウム塊状物として、３０μｍ程度の繊維状塩基性硫酸マグネシウムが絡み合って形成された２５０μｍ程度の毛玉状の塊状物が例示されている。
【特許文献１】特許第２６４０９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排水処理材として用いる塩基性硫酸マグネシウム塊状物は、排水との接触下においても崩壊しにくいこと、すなわち水中安定性が高いことが望まれる。
また、排水処理材として用いる塩基性硫酸マグネシウム塊状物は、排水の処理量やその作業性を考慮して、粒子形状やそのサイズを調整できれば好ましい。
従って、本発明の目的は、水中での安定性が高く、かつ粒子形状やそのサイズを容易に調整することができ、且つ排水処理に効果的な無機物微粒子等の凝集機能を発現する塩基性硫酸マグネシウムの塊状物を提供することにある。
本発明の目的はまた、上記の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物からなる排水処理材を提供することにもある。
本発明の目的はさらに、上記の排水処理材を用いた排水処理装置を提供することにもある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、平均長さが５〜２００μｍで、平均直径が０．２〜１．０μｍの範囲にある多数本の繊維状塩基性硫酸マグネシウムが、それらの繊維表面の少なくとも一部を露出した状態で結合材により結合されてなる繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物にある。
【０００６】
本発明の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物の好ましい態様は下記の通りである。
（１）結合材が、水不溶性である。
（２）結合材が、繊維状塩基性硫酸マグネシウムよりも短い繊維状塩基性硫酸マグネシウム以外の繊維状無機化合物である。
（３）結合材が、ゾノトライトもしくはセピオライトである。
（４）結合材が高分子材料からなる。
（５）結合材が、フィブリル化したポリテトラフルオロエチレンである。
【０００７】
本発明はまた、上記本発明の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物からなる排水処理材にもある。
【０００８】
本発明はさらに、互いに同芯状に組み合わされた多孔性材料からなる外側筒状体と多孔性材料からなる内側筒状体との間に上記本発明の排水処理材が充填されてなる排水処理装置にもある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物では、多数本の繊維状塩基性硫酸マグネシウムを結合材により結合しているので、粒子形状やそのサイズを容易に調整することができる。また、塊状物を形成している多数本の繊維状塩基性硫酸マグネシウムは、それぞれが繊維表面を露出しているので、無機物微粒子及び油微粒子の凝集能力を発揮する。従って、上記の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物からなる排水処理材及びその排水処理材を用いた排水処理装置は、無機物微粒子や油微粒子を含む排水の処理に有利に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物は、平均長さが５〜２００μｍで、平均直径が０．２〜１．０μｍの範囲にある多数本の繊維状塩基性硫酸マグネシウムが、それらの繊維表面の少なくとも一部を露出した状態で結合材により結合されてなる。
繊維状塩基性硫酸マグネシウムの平均長さは、５〜１００μｍの範囲にあることが好ましく、５〜３５μｍの範囲にあることがより好ましい。平均直径は、０．３〜１．０μｍの範囲にあることが好ましい。ここで、平均長さ及び平均直径は、電子顕微鏡の撮影像から個別の一次粒子の長さと直径を測定し、その平均値を算出することにより求めた値である。
【００１１】
結合材は、水不溶性であることが好ましい。ここで、水不溶性とは、２０℃の水への溶解度が０．０３ｇ／Ｌ以下であることをいう。
結合材は、無機化合物（但し、塩基性硫酸マグネシウムを除く）であってもよいし、高分子材料であってもよい。
【００１２】
無機化合物からなる結合材は、繊維状であることが好ましい。繊維状の無機化合物は、繊維状塩基性硫酸マグネシウムと繊維状塩基性硫酸マグネシウムとの間で凝集体を形成した状態で繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物中に存在していることが好ましい。繊維状無機化合物は、その平均長さが繊維状塩基性硫酸マグネシウムの平均長さよりも短いことが好ましい。
繊維状無機化合物は、混練等の剪断条件下でフィブリル化し、微細な繊維へ変化するものがより望ましい。そのような繊維状無機化合物の例としては、ゾノトライト［６ＣａＯ・６ＳｉＯ2・Ｈ2Ｏ］及びセピオライト［Ｍｇ8Ｓｉ12Ｏ30（ＯＨ）4（ＯＨ2）4・８Ｈ2Ｏ］が挙げられる。
【００１３】
高分子材料からなる結合材もまた、繊維状であることが好ましい。繊維状の高分子材料は、多数本の繊維状塩基性硫酸マグネシウムを絡めた状態で、繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物中に存在していることが好ましい。繊維状高分子材料には、フィブリル化したポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いることができる。
【００１４】
繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物の結合材含有量は、結合材の材料によって最適な範囲が異なるため一律に定まることができないが、結合材が無機化合物の場合は、塊状物全量に対して、１〜４０質量％の範囲にあることが好ましく、５〜３０質量％の範囲にあることがより好ましい。結合材が高分子材料の場合は、塊状物全量に対して０．０５〜５質量％の範囲にあることが好ましく、０．１〜５質量％の範囲にあることがより好ましい。
【００１５】
本発明の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物は、例えば、繊維状塩基性硫酸マグネシウムと結合材とを水の存在下で混合もしくは混練した後、塊状に造粒することにより製造することができる。結合材にフィブリル化したＰＴＦＥを用いる場合には、繊維状塩基性硫酸マグネシウムとＰＴＦＥの粉末もしくはディスパージョンとを水の存在下で、ＰＴＦＥがフィブリル化する条件で混練した後、塊状に造粒することにより製造することが好ましい。
【００１６】
繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物の粒子形状は、球状、扁平状（フレーク状）、又は円柱状であることが好ましい。球状及び扁平状の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物の平均粒子サイズは、０．３〜５．０ｍｍの範囲にあることが好ましい。また、円柱状の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物は、平均直径が１．０〜５．０ｍｍの範囲、平均長さが１．０〜１０．０ｍｍの範囲にあることが好ましい。
【００１７】
本発明の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物は、排水の処理材、特に研削装置や研磨装置の排水の処理材として有利に使用することができる。すなわち本発明の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物を排水に接触させることにより、排水中の無機物微粒子（例えば、シリカ微粒子）やエマルジョン化した油の微粒子を凝集させることができる。また、排水中の重金属イオン（例えば、鉛イオン）を、塩基性硫酸マグネシウムの水酸基と反応させて水酸化物粒子として析出させることもできる。
生成した無機物の凝集粒子（水酸化物粒子を含む）は、フィルタあるいは砂濾過装置などの公知の濾過装置を用いて排水から濾別することができる。油の凝集粒子は、浮上分離装置などの公知の装置を用いて排水から分離することができる。
【００１８】
次に、本発明の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物からなる排水処理材を用いた排水処理装置の一例を図１を用いて説明する。
図１は、本発明に従う排水処理装置の一例の断面図である。
図１において、排水処理装置は、互いに同芯状に組み合わされた多孔性材料からなる外側筒状体１と多孔性材料からなる内側筒状体２との間に上記の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物からなる排水処理材３が充填されてなる。
外側筒状体１は、例えば、ポリプロピレン等の樹脂からなり、多孔体もしくは網目状体に形成された第一の筒状体１ａと、この第一の筒状体１ａに取り付けられた、例えば、合成紙等からなる第一の多孔性材料１ｂとから構成されている。内側筒状体２は、外側筒状体１と同芯状に設置され、例えば、ポリプロピレン等の樹脂からなり、多孔体もしくは網目状体に形成され、第一の筒状体１ａよりも径が小さい第二の筒状体２ａと、この第二の筒状体２ａに取り付けられた、例えば、合成紙等からなる第二の多孔性材料２ｂとから構成されており、第二の筒状体２ａの上端部には、例えば、板状体からなる盲部２ｃが設けられている。
【００１９】
フィルタ４は、例えば、円筒状体であり、内側筒状体２の中空部に取替え可能に設置され、かつ内側筒状体２の内周面に接して、内側筒状体２の強度を補強する。支持体６は、例えば、絶縁材から構成され、外側筒状体１、内側筒状体２、フィルタ４を一体的に支持する。押さえ板７は、外側筒状体１、内側筒状体２、フィルタ４を一体的に支持体６に押圧支持する。ばね受け８は、フィルタ４の中空軸芯部に設置され、フィルタ４の中空部の上部開口部を塞ぐ。はね９は、ばね受け８に設置され、押さえ板７によって、ばね受け８をフィルタ４の上端面に押圧する。
【００２０】
容器１０は、流入口１０ａと流出口１０ｂとを有する容器部１０ｃと、エアー抜き１０ｄを有する蓋部１０ｅとからなり、流出口１０ｂには、支持体６を支持する支持板１０ｆが取り付けられている。ばね１１は、押さえ板７のばね受け部７ａに設置され、蓋部１０ｅに押圧されて押さえ板７を押圧する。
【００２１】
流入口１０ａから容器１０内に流入した排水は、外側筒状体１を通って排水処理材３に至る。排水が排水処理材３を通過する際、排水中の無機物粒子や油の微粒子は凝集する。また、排水中の重金属イオンは水酸化物粒子として析出する。無機物の凝集粒子及び水酸化物粒子は、フィルタ４の外周表面にて濾別される。一方、油の凝集粒子はフィルタ４を排水と共に通過する。この排水中の油の凝集粒子は、浮上分離装置（図示せず）にて排水から分離回収することができる。
【実施例】
【００２２】
［実施例１］
（１）塩基性硫酸マグネシウムスラリーの製造
硫酸マグネシウム・７水和物９ｋｇを水１２０Ｌに溶解し、この溶液に水酸化マグネシウム２．２５ｋｇ及び種晶となる塩基性硫酸マグネシウム０．４ｋｇを分散させた。この分散液を容量１７０Ｌのオートクレーブに入れ、１７０℃で３時間反応させて、固形分濃度３質量％の塩基性硫酸マグネシウムのスラリーを得た。このスラリー中の塩基性硫酸マグネシウムの一部を採取し、乾燥して、粒子形状を電子顕微鏡にて観察したところ繊維状であり、その平均長さは２８μｍ、平均直径は０．５μｍであった。
【００２３】
（２）繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物の製造
上記のようにして製造した繊維状塩基性硫酸マグネシウムのスラリーを、真空濾過、加圧脱水して水分５０質量％のケーキとした。この繊維状塩基性硫酸マグネシウムケーキに、繊維状ゾノトライト（平均長さ：３μｍ、平均直径：０．３μｍ）を固形分含有量が２０質量％となるように添加して、混合した。この混合物を押出し造粒装置（ミートチョッパー、平賀工作所（株）製）を用いて混練し、直径２．３ｍｍの押出し穴から押出し造粒して、円柱状の含水塊状物を得た。この含水塊状物を１２０℃の温度で２４時間乾燥した。
【００２４】
こうして製造した円柱状の塊状物の形態を電子顕微鏡にて観察したところ、多数本の繊維状塩基性硫酸マグネシウムがフィブリル化した微細な繊維状ゾノトライトの凝集体により部分的に結合されており、その繊維表面の大部分が露出していることが確認された。また、繊維状塩基性硫酸マグネシウムの平均長さは８μｍであり、平均直径は０．５μｍであった。
【００２５】
［実施例２］
繊維状塩基性硫酸マグネシウムケーキと繊維状ゾノトライトとの混合物を転動造粒装置（ニュウグラマン、（株）セイシン企業製）を用いて造粒した以外は、実施例１と同様にして、球状の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物を製造した。
こうして製造した塊状物の形態を電子顕微鏡にて観察したところ、多数本の繊維状塩基性硫酸マグネシウムがフィブリル化した微細な繊維状ゾノトライトの凝集体により部分的に結合されており、その繊維表面の大部分が露出していることが確認された。また、繊維状塩基性硫酸マグネシウムの平均長さは８μｍであり、平均直径は０．５μｍであった。
【００２６】
［実施例３］
繊維状ゾノトライトの変わりに繊維状セピオライト（平均長さ：２μｍ、平均直径：０．２μｍ）を固形分含有量が１０質量％となるように添加した以外は、実施例１と同様にして、円柱状の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物を製造した。
こうして製造した塊状物の形態を電子顕微鏡にて観察したところ、多数本の繊維状塩基性硫酸マグネシウムがフィブリル化した微細な繊維状セピオライトの凝集体により部分的に結合されており、その繊維表面の大部分が露出していることが確認された。また、繊維状塩基性硫酸マグネシウムの平均長さは７μｍであり、平均直径は０．４μｍであった。
【００２７】
［実施例４］
繊維状ゾノトライトの変わりにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末を固形分含有量が０．３質量％となるように添加し、８０℃に加温しながら、押出し造粒装置を用いて混練し、造粒した以外は、実施例１と同様にして円柱状の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物を製造した。
こうして製造した塊状物の形態を電子顕微鏡にて観察したところ、多数本の繊維状塩基性硫酸マグネシウムがフィブリル化したＰＴＦＥに絡まって結合されており、その繊維表面の大部分が露出していることが確認された。また、繊維状塩基性硫酸マグネシウムの平均長さは８μｍであり、平均直径は０．４μｍであった。一方、フィブリル化したＰＴＦＥの直径は、約０．０５μｍであった。
【００２８】
［実施例５］
実施例１の（１）にて製造した繊維状塩基性硫酸マグネシウムスラリーに、繊維状ゾノトライト（平均長さ：３μｍ、平均直径：０．３μｍ）を固形分含有量が１０質量％となるように添加して、攪拌混合した。この混合スラリーをハネビスフィルタで真空濾過し、脱水機で脱水して、水分５０質量％のケーキを得た。このケーキを流動層乾燥機で１５０℃の温度で乾燥した。得られた乾燥物を、目開き３ｍｍのパワーミルで解砕して扁平状の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物を製造した。
こうして製造した塊状物の形態を電子顕微鏡にて観察したところ、多数本の繊維状塩基性硫酸マグネシウムが繊維状ゾノトライトの凝集体により部分的に結合されており、その繊維表面の大部分が露出していることが確認された。また、繊維状塩基性硫酸マグネシウムの平均長さは２８μｍであり、平均直径は０．５μｍであった。
【００２９】
［比較例１］
繊維状ゾノトライトを加えない以外は、実施例１と同様にして円柱状の繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物を製造した。こうして製造した塊状物の形態を電子顕微鏡にて観察したところ、繊維状塩基性硫酸マグネシウムのみが絡み合っていることが確認された。
【００３０】
［評価］
実施例１〜５及び比較例１にて製造した繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物の（１）平均粒子サイズ、（２）ゆるみ見かけ密度、（３）流水接触後の残留率、（４）塊状物接触後の水の白濁度、（５）シリカ除去率、及び（６）鉛除去率を下記の方法により測定した。その結果を、表１に示す。
【００３１】
（１）平均粒子サイズ：円柱状の塊状物（実施例１、実施例３、実施例４、比較例１）は、長さと直径とをそれぞれノギスを用いて測定して、その平均値を算出した。球状の塊状物（実施例２）及び扁平状の塊状物（実施例５）は、ＪＩＳ−Ｊ−８８０１にて規定された標準篩を用いて粒度分布を測定して、その平均粒子径（Ｄ50）を算出した。
（２）ゆるみ見かけ密度：ホソカワミクロン（株）製のパウダーテスタ−を用いて測定した。
【００３２】
（３）流水接触後の残留率：塊状物５０ｃｍ3を３．５ｍｍ径のガラス製カラムに充填して、１５０％の膨張条件の逆洗を１時間実施した後、カラム中の塊状物の残留率を算出した。残留率が高い方が水中での安定性に優れる。
（４）塊状物接触後の水の白濁度：塊状物５０ｃｍ3を３．５ｍｍ径のガラス製カラムに充填し、上水をＳＶ＝５０の条件で通水した。塊状物接触後の水の白濁度を目視観察して、以下の四段階で評価した。
Ａ：通水開始直後から白濁を認めない。
Ｂ：通水量が２ＢＶ（１００ｃｍ3）まで白濁を認める。
Ｃ：通水量が１０ＢＶ（５００ｃｍ3）まで白濁を認める。
Ｄ：通水量が１０ＢＶ（５００ｃｍ3）を超えても白濁が続く。
【００３３】
（５）コロイダルシリカ除去率：塊状物５０ｃｍ3を３．５ｍｍ径のカラムに充填し、逆洗した後、コロイダルシリカ（平均粒径：８０ｎｍ）の懸濁液（濃度：８００ｐｐｍ）を、ＳＶ＝５０の条件で通水した。塊状物接触後の水を目開き１５μｍのメンブランフィルターを用いて濾過した。そして、濾液中のシリカ濃度をＩＣＰ分光分析装置にて定量して、下記式にてシリカ除去率を算出した。シリカ除去率が高い方が、塊状物のシリカ凝集能力が高いことを示す。
シリカ除去率（質量％）＝［コロイダルシリカ懸濁液のシリカ濃度（８００ｐｐｍ）−濾液中のシリカ濃度（単位：ｐｐｍ）]／コロイダルシリカ懸濁液のシリカ濃度（８００ｐｐｍ）×１００
【００３４】
（６）鉛除去率：塊状物を５０ｃｍ3を３．５ｍｍ径のカラムに充填し、逆洗した後、硝酸鉛水溶液（濃度：１０ｐｐｍ）を、ＳＶ＝５０の条件で通水した。塊状物接触後の水を目開き１５μｍのメンブランフィルターを用いて濾過した。濾液中の鉛量をＩＣＰ分光分析装置にて定量して、下記式にて鉛除去率を算出した。鉛浄化率が高い方が、塊状物の重金属イオンを水酸化物粒子として析出させる能力が高いことを示す。
鉛除去率（質量％）＝［硝酸鉛水溶液の鉛濃度（１０ｐｐｍ）−濾液中の鉛濃度（単位：ｐｐｍ）］／硝酸鉛水溶液の鉛濃度（１０ｐｐｍ）×１００
【００３５】
【表１】
2005231927.tif 000003
（＊）通水後、繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物が直ちに崩壊したため測定できず。
【００３６】
表１の結果から、結合材により結合されている繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物（実施例１〜５）は、結合材を用いずに製造した繊維状塩基性硫酸マグネシウム塊状物（比較例１）と比べて、流水との接触に対して安定であることがわかる。また、繊維状塩基性硫酸マグネシウム繊維の表面が露出しているので、シリカの凝集能力及び鉛イオンを水酸化物粒子として析出、凝集させる能力が高いことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に従う排水処理装置の一例の断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  外側筒状体
１ａ  第一の筒状体
１ｂ  第一の多孔性材料
２  内側筒状体
２ａ  第二の筒状体
２ｂ  第二の多孔性材料
２ｃ  盲部
３  排水処理材
４  フィルタ
６  支持体
７  押さえ板
７ａ  ばね受け部
８  ばね受け
９  ばね
１０  容器
１０ａ  流入口
１０ｂ  流出口
１０ｃ  容器部
１０ｄ  エアー抜き
１０ｅ  蓋部
１０ｆ  支持板
１１  ばね
【図１】
2005231927.tif 000004