(57)【要約】  【課題】  安価で環境に優しく陰イオン吸着性に優れた下水処理用浄化材およびこれを用いた下水浄化方法並びに下水処理設備を提供すること。  【解決手段】  原料植物５を炭化処理して得られる炭化物９を酸溶液１２に接触させることにより陰イオン吸着特性を持たせた炭素材料からなるか、または前記炭素材料を含む。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料植物を炭化処理して得られる炭化物を酸溶液に接触させることにより陰イオン吸着特性を持たせた炭素材料からなるか、または前記炭素材料を含むことを特徴とする下水処理用浄化材。
【請求項２】
カルシウム導入処理した原料植物を炭化処理して得られる炭化物を酸溶液に接触させることにより陰イオン吸着特性を持たせた炭素材料からなるか、または前記炭素材料を含むことを特徴とする下水処理用浄化材。
【請求項３】
原料植物にカルシウムイオンを含む溶液を接触させることによりカルシウム導入処理がなされている請求項２に記載の下水処理用浄化材。
【請求項４】
酸溶液の濃度が０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上である請求項１〜３のいずれかに記載の下水処理用浄化材。
【請求項５】
金属塩化物を導入処理した原料植物を炭化処理することによりその炭化物に陰イオン吸着特性を持たせた炭素材料からなるか、または前記炭素材料を含むことを特徴とする下水処理用浄化材。
【請求項６】
前記炭化物内に結合される金属塩化物を灰分として２％〜２５％含有させてある請求項５に記載の下水処理用浄化材。
【請求項７】
前記炭化物を水および／または酸に接触させてある請求項５または６に記載の下水処理用浄化材。
【請求項８】
前記金属塩化物がＣａＣｌ2 またはＢａＣｌ2 である請求項５〜７のいずれかに記載の下水処理用浄化材。
【請求項９】
原料植物の炭化処理温度が４００℃〜１０００℃である請求項１〜８のいずれかに記載の下水処理用浄化材。
【請求項１０】
吸着対象の陰イオンを吸着した請求項１〜９のいずれかに記載の下水処理用浄化材から、吸着した陰イオンが除去されるとともに、次の吸着対象の陰イオンとイオン交換が可能な陰イオンを前記陰イオンが除去した陰イオンに代えて結合させてある下水処理用浄化材。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の下水処理用浄化材を用いて被処理水を浄化することを特徴とする下水浄化方法。
【請求項１２】
処理槽を通過させて被処理水に対して所定の処理を行う下水処理設備において、前記被処理水を請求項１〜１０のいずれかに記載の下水処理用浄化材を用いて浄化するように構成してあることを特徴とする下水処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、硝酸イオンやフッ化物イオン等の陰イオンを吸着する下水処理用浄化材およびこれを用いた下水浄化方法並びに下水処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
重金属、農薬、有機塩素化合物による水質や土壌の汚染は、環境を破壊するものとして問題になっている。これらの有害物質は活性炭やゼオライト等の吸着材で吸着除去することができるが、陰イオンの形態で存在する硝酸性窒素または亜硝酸性窒素、フッ素、ヒ素、シアン等は吸着材による処理が難しいのが現状である。
【０００３】
例えば、硝酸性窒素や亜硝酸性窒素は、茶畑やゴルフ場芝地等において施肥により地下水汚染が深刻な問題となっており、その対策が必要であるが、有効な方法が見出されていない。そして、硝酸イオンや亜硝酸性イオンは、マイナス電荷を持ち、他の化学物質と結合して難溶性の塩にならないため、マイナスに荷電している土壌から最も溶脱しやすく、現在、地下水等の水質汚染が大きな問題となっている上、最近では環境ホルモンである疑いが出てきている。
【０００４】
さらに、フッ素は、半導体、ガラス、メッキ工場などの排水に含まれており、工場排水中のフッ素はカルシウム化合物を添加しフッ化カルシウムとして除去する方法がとられているが、活性アルミナやフッ素用の陰イオン交換樹脂による吸着塔の設置が必要で大きなコストがかかっている。また、環境基準０．８ｍｇ／Ｌ以下にしようとすると、高価な専用の陰イオン交換樹脂が必要となる。その他、ヒ素やシアンなども工場排水や、地下水汚染の処理には高価な陰イオン交換樹脂が必要である。
【０００５】
そして、都市における人口の増加や、産業と工業の発展および農地における過剰の施肥は、公共水域の水質の汚濁を引き起し、自然環境および生活環境を悪化させている。例えば、下水処理法として主に採用されている活性汚泥法では、被処理水中のＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）、ＳＳ（懸濁物質）の除去を主目的としており、富栄養化の要因である窒素および燐を含む塩類は除去されないままに公共水域に放流され、当該公共水域に富栄養化などの問題を生じさせている。特に、下水処理水に存在する亜硝酸イオンおよび／または硝酸イオンなどの硝酸性窒素成分については、そのほとんどが無処理のまま放出されているのが現状である。
【０００６】
特に、下水については、脱窒菌による硝酸性窒素の除去が回転円板法、活性汚泥法、流動床法などによって一部行われている（特許文献１参照）。この場合、前記脱窒菌としては、有機物を水素供与体とする脱窒菌、水素ガスを水素供与体とする脱窒菌、並びに、硫化物を水素供与体とする脱窒菌などがあり、水素供与体としては、メタノール、酢酸、エタノール、アセトン、グルコース、メチルエチルケトン、イソプロピルアルコールなどがあるが、資化性、取扱性、経済性などの点からメタノールが最も使用されている。
【０００７】
しかし、上記脱窒菌による硝酸性窒素の除去は、水素供与体であるメタノール等の有機物の存在下で硝酸性窒素を還元しながら脱窒菌を増殖させて脱窒を行うものであり、上記いずれの処理方法においても、基質の移動量を大きくする必要があるとともに、運転操作が煩雑であり、維持管理費も嵩むといった問題がある。さらに、上記脱窒菌等を利用した微生物処理は、嫌気条件が必要である等の制限がある。
【０００８】
上述のように、硝酸イオンをはじめとする上記陰イオンを吸着する安価な材料は、現在のところなく、このため、これらの陰イオンによる汚染は広まる傾向にあり、前記陰イオンに一度汚染されると、その修復には多大なコストが必要となる。
【特許文献１】特開２０００−２６０４９３号公報
【特許文献２】特開平１０−１６５８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで安価で環境にやさしい陰イオン吸着素材が求められている。活性炭とともに代表的な多孔質炭素材料である木炭は、調湿材、河川浄化材、土壌改良材などとして広く用いられており、例えば、排ガス中の塩素系ガスや硫黄酸化物などの除去にも利用されている。これは、活性炭と同様に、多孔質炭素材料の内部の微細孔による吸着特性を利用しているに過ぎず、陰イオンの形態で存在する硝酸性窒素または亜硝酸性窒素あるいはフッ素、ヒ素、シアンなどはほとんど吸着しない。
【００１０】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、安価で環境に優しく陰イオン吸着性に優れた下水処理用浄化材およびこれを用いた下水浄化方法並びに下水処理設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、木炭に酸を添加して得られた材料について陰イオンの吸着性能を検討した結果、天然繊維、木質材料等の原料植物（植物からなる原料）に対する炭化処理温度、酸の濃度にも依るが、得られた材料が優れた陰イオンの吸着性能を有することを知見するに至った。
【００１２】
すなわち、例えば、原料植物としての木材を炭化して得られる木炭を、塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ2 ＳＯ4 ）等の酸で処理するだけで、陰イオンの吸着能が発現されるのを本発明者らは見出した。しかも、木炭をＨＣｌ、Ｈ2 ＳＯ4 等の酸で処理すれば、酸を中和するのみでよく、環境にやさしい。
【００１３】
さらに、前記木材を炭化する前に、当該木材にカルシウムイオンを含む溶液（陽イオンとして主にカルシウムイオンが含まれるのが望ましい）、例えば、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2 ）の飽和水溶液（石灰水）または懸濁液（石灰乳）に接触させて、木材にＣａを導入しておき、その後、このＣａ導入木材を炭化し、得られたＣａ導入炭をＨＣｌ、Ｈ2 ＳＯ4 等の酸で処理すると、より優れた陰イオン吸着特性が得られることを本発明者らは見出した。
カルシウムイオンを含む溶液としては、石灰水、石灰乳の他、酢酸カルシウム溶液や塩化カルシウム溶液等が挙げられ、カルシウムとして０．０３〜３０重量％、より好ましくは０．１〜７．０重量％含まれるものが好適である。
【００１４】
したがって、第１発明の下水処理用浄化材は、原料植物を炭化処理して得られる炭化物を酸溶液に接触させることにより陰イオン吸着特性を持たせた炭素材料からなるか、または前記炭素材料を含むことを特徴としている（請求項１）。
【００１５】
また、第２発明の下水処理用浄化材は、カルシウム導入処理した原料植物を炭化処理して得られる炭化物を酸溶液に接触させることにより陰イオン吸着特性を持たせた炭素材料からなるか、または前記炭素材料を含むことを特徴としている（請求項２）。原料植物にカルシウムイオンを含む溶液を接触させることにより前記カルシウム導入処理がなされていることが好ましい（請求項３）。
【００１６】
そして、上記いずれの発明においても、酸溶液の濃度は０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上であることが好ましい（請求項４）。
【００１７】
また、本発明者らは、鋭意研究の結果、植物からなる原料を炭化する前に、当該原料に予め金属塩化物を含む溶液、例えばＣａＣｌ2 を含む溶液を接触させて原料内にＣａＣｌ2 を導入しておき、その後、このＣａＣｌ2 を導入した原料を炭化すれば、これにより得られる炭化材料が優れた陰イオンの吸着性能を有することを知見するに至った。
【００１８】
したがって、第３発明の下水処理用浄化材は、金属塩化物を導入処理した原料植物を炭化処理することによりその炭化物に陰イオン吸着特性を持たせた炭素材料からなるか、または前記炭素材料を含むことを特徴としている（請求項５）。炭化物内に含有する金属塩化物の塩化物イオンが陰イオン交換能を発現するため、炭化物は下水処理用浄化材として機能するのである。なお、原料植物への金属塩化物の導入処理は、金属塩化物を含む溶液を前記原料植物に接触させることによって行え、この接触方法としては、前記溶液の滴下、塗布、吹付け、噴霧等が可能であるが、前記原料植物を前記溶液に浸漬させることが最も効率的である。
【００１９】
上記第３発明の下水処理用浄化材において、原料植物を、金属塩化物としてＣａＣｌ2 を含む溶液に浸漬して、原料にＣａイオンとＣｌイオンとを導入処理し、その後、このＣａＣｌ2 導入材を炭化して得られるＣａＣｌ2 導入炭には、優れた陰イオン吸着性能が認められる。
【００２０】
すなわち、例えば、図２５（Ａ）に示すように、原料としての木質チップ５をＣａＣｌ2 溶液７０に浸漬してＣａＣｌ2 溶液７０に接触させると、ＣａＣｌ2 溶液７０中のＣａイオンとＣｌイオンが木質チップ５に導入され、同図（Ｃ）に示すように、ＣａＣｌ2 導入チップ７１が得られる。これは、同図（Ｂ）に示すように、木質チップ５中の組織、特に通道組織にＣａＣｌ2 溶液７０が染み込むからである。なお、原料の前処理（接触処理）に用いる前記ＣａＣｌ2 溶液７０の濃度としては、ＣａＣｌ2 ０．１重量％〜５０重量％が好ましく、１重量％〜２０重量％がコスト的により好ましい。０．１重量％を下回ると高い陰イオン吸着能は発現されず、５０重量％を越えても陰イオン吸着能は向上しない。
【００２１】
続いて、前記ＣａＣｌ2 導入チップ７１を、図２６（Ａ）に示すように炭化すると、同図（Ｃ）に示すように浄化材１が得られる。この炭化の過程では、ＣａＣｌ2 導入チップ７１中の有機物が熱で分解するのと同時に、ＣｌイオンおよびＣａイオンがＣａＣｌ2 導入チップ７１の微細孔壁表面に析出する。このとき、同図（Ｂ）に示すように、ＣｌイオンおよびＣａイオンはＣａＣｌ2 導入チップ７１の微細孔壁表面に微細で高分散状態に析出し、多くの官能基を微細孔壁の隅々から引き出す。その結果、同図（Ｃ）に示すように、Ｃｌイオンが、微細孔壁表面に引き出された多数の官能基に金属イオン（この場合Ｃａイオン）を介してまたは直接結合された状態になると考えられる。
【００２２】
なお、前記金属塩化物の含有量としては、前記炭化物内に結合される金属塩化物を灰分として２％〜２５％含有させてあることが好ましい（請求項６）。炭化物内に結合される金属塩化物とは、炭化物内に単に付着している金属塩化物を除く金属塩化物であり、炭化物内に結合しているため、水や酸で洗い流した後に溶解せずに残留する金属塩化物をいう。２％を下回ると陰イオン吸着能が劣り、２５％を上回っても陰イオン吸着能は向上しない傾向がある。
【００２３】
さらに、請求項５および６に係る発明において、前記炭化物を水および／または酸に接触させてあることが好ましい（請求項７）。なお、水および／または酸を前記炭化物に接触させる方法としては、水および／または酸の滴下、塗布、吹付け、噴霧などが可能であるが、前記炭化物を水および／または酸に浸漬させることが最も効率的である。
【００２４】
ここで、前記炭化物に水および／または酸を接触させることが好ましいことの理由は以下のように考えられる。すなわち、図２５および図２６に示したようにして得られた浄化材（ＣａＣｌ2 炭）１を、図２７（Ａ）に示すように、例えば塩酸７２や硫酸等の酸に浸漬（接触）させると、浄化材１に付着していた余分な金属塩化物の結晶が除去される。しかも、酸として塩酸７２を用いた場合は、前記浄化材１の官能基と結合するＣｌイオンが新たに増加し、同図（Ｂ）から同図（Ｃ）に示す状態に変わり、これらのことから、製造した陰イオン吸着能が高まって好ましい。なお、前記炭化物に塩酸７２等の酸ではなく水を接触させた場合にも、浄化材１に付着していた余分な金属塩化物の結晶が除去され、陰イオン吸着能を高めることができる。
【００２５】
具体的には、前記金属塩化物としてＣａＣｌ2 またはＢａＣｌ2 が挙げられる（請求項８）。
【００２６】
そして、上記いずれの発明においても、原料植物の炭化処理温度は、４００℃〜１０００℃であることが好ましい（請求項９）。
【００２７】
上記下水処理用浄化材における原料植物としては、植物体であれば何でもよいが、天然繊維や木質材料の１種以上からなり、かつ炭化物が微細孔を有するものが好ましく、例えば、間伐材、伐採木、廃木材等全ての木質材料や麻等の天然繊維を挙げることができる。具体的には、吸水性の高い檜や杉等の針葉樹を例えば５０ｍｍ以下（好適には１０ｍｍ以下）のサイズにチップ化した木質チップを用いるのが好ましい。竹、おが屑、籾殻、椰子、ビンロウジュ、ジュート、藁、ミカンやリンゴの皮、ミカンやリンゴの搾りかす等を用いてもよい。また、植物体の中で特に通道組織（道管，仮道管，または師管）を有する部分が望ましい。
この原料を接触させる溶液として吸着対象陰イオンとイオン交換可能な陰イオン（例えば塩化物イオン等）をほとんど含まずカルシウムイオンを含む溶液（例えば石灰水や石灰乳等）を用いる場合、前記原料としては、カルシウムを導入した後炭化すると、その炭化物の微細孔に１００ｎｍ以下の粒径のＣａ化合物が無数に形成されるようなものが好ましい。
また、吸着対象陰イオンとイオン交換可能な陰イオン（例えば塩化物イオン等）とカルシウムイオンを共に含む溶液（例えば塩化カルシウム溶液等）を用いる場合は、前記原料として、溶液に浸漬する際、溶液が染み込み易いようなものが望ましい。
【００２８】
また、第２発明の下水処理用浄化材においては、例えば、原料植物を炭化処理を行う前に、当該原料植物にカルシウムイオンを含む溶液、例えば、石灰水または石灰乳等を接触させて、原料植物にカルシウムを導入するようにしている。前記原料をカルシウムイオンを含む溶液に浸漬させると、溶液が原料に染み込むことでＣａ導入チップを得ることができる。特に、カルシウムイオンを含む溶液としてアルカリ性の溶液（例えば石灰水など）を用いる場合、図１２（Ａ）に示すように、例えば、木質チップ５を石灰水１８に浸漬して石灰水１８に接触させると、石灰水１８中のＣａが木質チップ５に導入され、同図（Ｃ）に示すように、Ｃａ導入チップ１６が得られる。これは、同図（Ｂ）に示すように、アルカリによって木質チップ５中の有機物が溶け出し、Ｃａイオンが木質チップ５の成分と反応するからであると考えられる。なお、カルシウムイオンを含む溶液を原料植物に接触させる方法としては、前記溶液の滴下、塗布、吹き付け、噴霧などが可能であるが、原料植物を前記溶液に浸漬させることが最も効率的である。また、酸溶液を炭化物に接触させる方法としては、酸溶液の滴下、塗布、吹き付け、噴霧などが可能であるが、炭化物を酸溶液に浸漬させることが最も効率的である。
【００２９】
前記Ｃａ導入チップ１６を、図１３（Ａ）に示すように炭化すると、同図（Ｃ）に示すようなＣａ導入炭化チップ（Ｃａ導入炭）２１が得られるが、この炭化時に、Ｃａ導入チップ１６（同図（Ｂ）参照）中の有機物が熱によって分解するのと同時に、ＣａイオンがＣａ導入チップ１６の微細孔壁表面に析出する〔同図（Ｃ）参照〕と考えられる。この場合、カルシウムイオンがＣａ導入チップ１６の微細孔壁表面に析出してくるので〔同図（Ｂ）参照〕、微細で高分散状態となることにより、多くの官能基を微細孔壁の隅々から引き出すものと考えられる。
【００３０】
そして、いずれの発明においても、原料植物の炭化処理は、４００℃〜１０００℃の温度範囲で行われる。これは、炭化処理温度が４００℃を下回ると、細孔が発達せず吸着材としての性能が劣り、前記温度が１０００℃を超えると、炭素化が進みすぎることにより吸着特性が得られないからである。なお、炭化処理温度としてより好ましくは５００℃〜９００℃であり、最も好ましいのは６５０℃〜７５０℃である。
【００３１】
ここで、第１発明では、原料植物を炭化処理した後、その炭化物を酸溶液に接触させることによって原料植物がもつ官能基に、また、第２発明では、カルシウムイオンを含む溶液に接触させてカルシウム導入処理した原料植物を炭化処理した後、その炭化物を酸溶液に接触させることによって、炭化物の微細孔壁から引出した官能基に、吸着対象の陰イオンとイオン交換が可能な陰イオンをカルシウムイオンを介してまたは直接結合させている。本発明者らは、鋭意研究の結果、炭化処理過程で、温度および時間を制御することにより炭化物の官能基をより多く生成させることができることを見出した。
【００３２】
つまり、第１発明のように、原料植物にＣａを導入しない場合は、炭化処理の際の加熱温度による炭化物の官能基の生成量の差は少ない。一方、第２発明のように、原料植物に予めＣａを導入してある場合は、６５０℃〜７５０℃の炭化処理温度を例えば１時間持続させた後、自然冷却させる場合の方が、約６００℃および約８００℃の炭化処理温度を１時間持続させた後、自然冷却させる場合に比べて、より多くの官能基が形成できることを本発明者らは確認した。特に、Ｃａを導入した場合、電子顕微鏡で観察すると、６５０℃〜７５０℃の炭化処理温度で炭化させた炭化物では、Ｃａ化合物の微粒子が炭化物の微細孔壁面に半ば析出して均一に分散している様子が観察された。一方、約６００℃の炭化処理温度では、Ｃａ化合物の微粒子の微細孔壁への析出が十分行われていない様子が観察された。また、約８００℃の炭化処理温度では、Ｃａ化合物の微粒子の微細孔壁への析出は見られるものの、欠落が多くなっている様子が観察された。このように、Ｃａが炭化物の微細孔壁から官能基をできるだけ多く引出すために必要な炭化処理温度として６５０°〜７５０℃を挙げることができる。
【００３３】
また、炭化処理後の原料植物に接触させる酸溶液は、ＨＣｌ、Ｈ2 ＳＯ4 といった、下水処理用浄化材の製造時において排水処理に支障のない酸溶液を用いるのが好ましい。そして、この酸溶液の濃度は、０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上（請求項４）が好ましい。これは、酸溶液濃度が０．０１ｍｏｌ／Ｌを下回ると、十分な吸着特性が得られないからである。なお、より詳しくは、前記酸溶液濃度は０．０１ｍｏｌ／Ｌ〜２０ｍｏｌ／Ｌであり、好ましくは０．１ｍｏｌ／Ｌ〜１０ｍｏｌ／Ｌである。また、酸溶液としては、吸着対象陰イオンとイオン交換可能な陰イオンを含むものが望ましいが、炭化前に植物からなる材料を接触させる溶液中に、吸着対象陰イオンとイオン交換が可能な陰イオンを含む場合はこの限りではない。
【００３４】
特に、第２発明では、炭化処理対象の原料植物として、カルシウムイオンを含む溶液を用いてＣａを導入したものを用い、これを炭化処理してＣａ導入炭２１としている。例えば、図１４（Ａ）に示すように、Ｃａ導入炭２１をＨＣｌ溶液１２に接触させると、同図（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、Ｃａ導入炭２１の表面の官能基に結合したカルシウムイオンおよび前記官能基に塩化物イオンＣｌ- が結合して、同図（Ｄ）に示すように、前記官能基にＣｌ- がカルシウムイオンを介してまたは直接結合している酸処理Ｃａ導入炭２１Ｓが得られると考えられる。なお、上記酸処理は、Ｃａ導入炭２１を酸溶液１２に接触させるのみでよいが、減圧下で行うのが好ましく、１３３０Ｐａ〜１３．３Ｐａの圧力範囲で行うのが好ましい。
【００３５】
上記構成よりなる下水処理用浄化材は、優れた陰イオンの吸着性能を有する。そして、この下水処理用浄化材は、その製造時の排水処理などになんらの問題を生ずることはなく、極めて環境に優しく、また、安価に製造することができる。なお、この発明の下水処理用浄化材で吸着可能な陰イオンは、炭化物の微細孔壁表面の官能基に直接またはカルシウムイオンを介して予め結合させてある陰イオンとイオン交換が可能な陰イオンであり、当然、前記炭化物の微細孔壁表面の官能基に直接またはカルシウムイオンを介して予め結合させてある陰イオン以外の陰イオンである。
【００３６】
また、この発明の下水処理用浄化材が、吸着対象の陰イオンを吸着した請求項１〜９のいずれかに記載の下水処理用浄化材から、吸着した陰イオンが除去されるとともに、次の吸着対象の陰イオンとイオン交換が可能な陰イオンを前記陰イオンが除去した陰イオンに代えて結合させてなっていてもよい（請求項１０）。ここで、この発明の下水処理用浄化材が吸着可能な陰イオンは、下水処理用浄化材の微細孔壁表面の官能基に直接または間接的に予め結合させてある陰イオンとイオン交換が可能な陰イオンであり、当然、下水処理用浄化材の微細孔壁表面の官能基に直接または間接的に予め結合させてある前記陰イオン以外の陰イオンである。
【００３７】
そして、第４発明の下水浄化方法は、請求項１〜１０のいずれかに記載の下水処理用浄化材を用いて被処理水を浄化することを特徴とする（請求項１１）。前記下水処理用浄化材は、粒体状または粉体状に加工することができる。したがって、例えば、粒体状の下水処理用浄化材を、適宜のメッシュを有する網籠やメッシュ状袋体に収納して下水処理用浄化体とし、この下水処理用浄化体を被処理水としての下水と十二分に接触しうる状態に設置することにより、前記下水中に含まれる陰イオンが確実に吸着される。また、粉体状にした場合は、これを不織布に付着させるなどして下水処理用浄化体としてもよい。
【００３８】
第５発明は、第４発明のより具体的構成を示すもので、この発明の下水処理設備は、処理槽を通過させて被処理水に対して所定の処理を行う下水処理設備において、前記被処理水を請求項１〜１０のいずれかに記載の下水処理用浄化材を用いて浄化するように構成したことを特徴としている（請求項１２）。この下水処理設備においては、処理槽が複数ある場合、その少なくともいずれかに、例えば、前記第４発明の下水浄化方法において用いる下水処理用浄化材を設置することによって、被処理水中の陰イオンを確実に吸着させることができ、河川や湖沼あるいは海などの一般水域に対して所定の浄化処理済みの下水を放流することができる。
【発明の効果】
【００３９】
この発明の請求項１〜９に係る下水処理用浄化材は、原料植物を炭化処理して得られる炭化物に陰イオン吸着特性を持たせた炭素材料からなるか、または前記炭素材料を含むので、環境にやさしいものとなっているとともに、安価に製造することができる。
【００４０】
そして、上記下水処理用浄化材において、原料植物をカルシウム導入処理した後炭化する場合には、炭化処理温度を適宜に設定すると、陰イオン交換樹脂と同等あるいは陰イオン交換樹脂よりも優れた陰イオン吸着特性を持つ陰イオン吸着炭素材料を得ることができる。また、この発明は、吸着対象の陰イオンを吸着した下水処理用浄化材から、吸着した陰イオンを除去するとともに、次の吸着対象の陰イオンとイオン交換が可能な陰イオンを前記陰イオンが除去した陰イオンに代えて結合させる（請求項１０）ことにより、下水処理用浄化材を繰り返し再生使用することができる。
【００４１】
また、上記下水処理用浄化材を用いる下水浄化方法および下水処理設備は、前記下水処理用浄化材を粒体状に加工してこれを多数適宜の網籠などの容器に収容したり、あるいは、下水処理用浄化材を粉体状に加工してこれを不織布に付着させるなどして、下水処理用浄化体とし、この下水処理用浄化体を被処理水と十二分に接触するように設置することにより、被処理水中の陰イオンが確実に吸着される。また、下水処理用浄化材には、単なる木炭等、従来から使用されている浄化材を併用してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
図１〜図４は、この発明の第１実施例を示す。まず、図１（Ａ）は、この発明の下水処理用浄化材（以下、単に浄化材という）１の一例を示すもので、この実施例では、長さが１０ｍｍ程度のチップ状に形成されている。また、図１（Ｂ）は、前記チップ状の浄化材１を適宜径の粒体（ペレット）１ａに形成した例を示し、図２は、前記チップ状の浄化材１を適宜径の粒体（ペレット）１ａに形成したものを、例えば、外観視直方体形状の網籠２に収容して下水処理用浄化体３とした例を示している。ここで、網籠２は、容易に化学物質に侵されたり、容易に溶出しないプラスチックやステンレス鋼など化学的に安定な素材よりなり、粒体状の浄化材１ａが網目から外部に簡単に抜け出たりしない程度の細かい目合いを有している。なお、図中、４は補強用線材である。また、詳細には、図示していないが、網籠２には開閉・ロック自在の扉を備えた開口が形成されており、浄化材１ａを交換または補充することができるように構成されている。
【００４３】
前記浄化材１を製造する装置および方法について、図３および図４を参照しながら説明する。図３は、浄化材１を製造する装置の一例を概略的に示すもので、この図において、５は原料植物で、この実施例では木質チップである。この木質チップ５は、例えば、吸水性の高い檜や杉等の針葉樹を５０ｍｍ以下（好適には１０ｍｍ以下）の適宜のサイズにチップ化したものである。６は木質チップ５を炭化処理する炭化処理炉で、その内部には適宜の熱源７によって加熱される炭化炉本体８が収容されている。この炭化炉本体８の導入部８ａから供給された木質チップ５は、適宜の温度（後述する）、適宜の時間（後述する）加熱することにより炭化され、炭化チップ（炭化物）９として排出部８ｂから排出される。
【００４４】
そして、図３において、１０は前記炭化チップ９を酸処理する装置で、例えば、処理槽１１内に適宜濃度のＨＣｌが酸溶液１２として収容されている。なお、１３は処理槽１１内に設けられる攪拌用羽根１３で、モータ（図示していない）によって回転駆動され、処理槽１１内の酸溶液１２の濃度を均一になるように攪拌するものである。
【００４５】
また、図３において、１４は前記酸処理、中和処理、中和後水洗い処理（以下、酸処理等という）後の炭化チップ（酸処理炭化チップ）９Ｓを乾燥させる乾燥機で、この乾燥機１４には炭化処理炉６から排出される排熱が供給されるようにしてある。
【００４６】
上記装置を用いて、原料植物５から浄化材１を得る手順の一例を、図４をも参照しながら説明すると、まず、檜や杉等の針葉樹を１０ｍｍ以下の適宜のサイズにチップ化した木質チップ５を用意する（ステップＳ１１）。
【００４７】
前記木質チップ５は、炭化処理炉６の炭化炉本体８に供給され、４００℃〜１０００℃の温度範囲で１時間程度加熱され炭化処理される（ステップＳ１２）。これによって、炭化チップ９Ｓが得られる。
【００４８】
前記炭化チップ９は、酸処理装置１０に供給され、処理槽１１内の０．０１ｍｏｌ／Ｌ〜２０ｍｏｌ／Ｌに調整された酸溶液１２に浸漬され、酸処理される（ステップＳ１３）。この酸処理後の酸処理炭化チップ９Ｓは、一般的には乾燥機１４において乾燥処理される（ステップＳ１４）。この場合、酸処理炭化チップ９Ｓをそのまま乾燥機１４に送るようにしてもよいが、適宜のアルカリ溶液に浸漬するなどして中和処理したり、さらには、中和処理後に水洗いしてもよい。なお、酸処理炭化チップ９Ｓを湿潤状態で使用するときは、乾燥処理をしないこともある。
【００４９】
そして、前記乾燥処理後の酸処理炭化チップ９Ｓは、加工を施さずそのままの形状で使用することもできるが、適宜の加工機を用いて適宜径の粒体（ペレット）１ａやより細かな粉体１ｂに形成される（ステップＳ１５）。そして、例えば、金網よりなる網籠２内に前記ペレット状の浄化材１ａを多数収容することにより、図２に示すような下水処理用浄化体３が得られる（ステップＳ１６）。
【００５０】
上述の第１実施例では、原料植物（例えば、木質チップ）５を炭化処理し、この炭化処理によって得られる炭化物（例えば、炭化チップ）９を酸溶液１２に浸漬処理して前記炭化物９に陰イオン吸着特性を持たせるようにしていたが、原料植物５として、カルシウム導入処理したものを用いるようにしてもよい。以下、これを第２実施例として、図５および図６を参照しながら説明する。
【００５１】
まず、図５は、浄化材１を製造する装置の他の例を概略的に示すもので、この図において、図３に示した符号と同一符号は同一物である。この実施例における装置が図３に示した第１実施例の装置と大きく異なる点を説明すると、１５は木質チップ５にＣａを導入処理し、Ｃａ導入チップ１６とするための装置で、例えば、処理槽１７内にカルシウムイオンを含む溶液１８を収容してなるものであり、この実施形態では、前記カルシウムイオンを含む溶液１８は適宜濃度の石灰水（または石灰乳）である。なお、１９は処理槽１７内に設けられる攪拌用羽根で、モータ（図示していない）によって回転駆動され、処理槽１７内のカルシウムイオンを含む溶液１８を濃度が均一になるように攪拌するものである。
【００５２】
また、図５において、２０は前記Ｃａ導入処理装置１５において得られるＣａ導入チップ１６を乾燥させる乾燥機で、この乾燥機２０には炭化処理炉６から排出される排熱が供給されるようにしてある。
【００５３】
上記装置を用いて、原料植物５から浄化材１を得る手順の一例を、図６をも参照しながら説明すると、まず、檜や杉等の針葉樹を１０ｍｍ以下の適宜のサイズにチップ化した木質チップ５を用意する（ステップＳ２１）。
【００５４】
前記木質チップ５をＣａ導入処理装置１５の処理槽１７内の５重量％に調整されたカルシウムイオンを含む溶液１８内に例えば、３時間以上浸漬する。この場合、溶液１８を木質チップ５へ充分染み込ませるため、或いはカルシウムイオンを木質チップ５の成分と充分反応させるために、木質チップ５の浸漬中に、攪拌羽根１９を回転させることが好ましい。これによって、Ｃａイオンが木質チップ５の成分と充分反応することができ、木質チップ５にＣａが導入されたＣａ導入チップ１６が得られる（ステップＳ２２）。なお、前記Ｃａ導入処理は、石灰乳を用いた方が処理効率がよい。また、石灰水や石灰乳に代えて、塩化カルシウム溶液や酢酸カルシウム溶液を用いることもできる。
【００５５】
前記Ｃａ導入処理酸処理後のＣａ導入チップ１６は、乾燥機２０に送られて乾燥処理される（ステップＳ２３）。
【００５６】
前記乾燥処理後のＣａ導入チップ１６は、炭化処理炉６の炭化炉本体８に供給され、７００℃の処理温度で、１時間程度加熱して炭化処理される（ステップＳ２４）。これによって、Ｃａ導入炭化チップ（Ｃａ導入炭）２１が得られる。
【００５７】
前記Ｃａ導入チップ２１は、酸処理装置１０に供給され、処理槽１１内の例えば５ｍｏｌ／Ｌに調整された酸溶液１２に浸漬され、酸処理される（ステップＳ２５）。この場合、攪拌羽根１３を回転させるのが好ましく、これによって、Ｃａ導入チップ２１の表面のＣａＣＯ3 が酸によって溶解するのを促進させるとともに、塩化物イオンおよびカルシウムイオンをＣａ導入チップ２１の表面の官能基と充分反応させることができ、所望のＣａ導入酸処理炭化チップ２１Ｓが得られる。
【００５８】
前記酸処理後のＣａ導入炭化チップ２１Ｓは、一般的には乾燥機１４において乾燥処理される（ステップＳ２６）。この場合、Ｃａ導入酸処理炭化チップ２１Ｓをそのまま乾燥機１４に送るようにしてもよいが、適宜のアルカリ溶液に浸漬するなどして中和処理したり、さらには、中和処理後に水洗いしてもよいことはいうまでもない。
【００５９】
そして、前記乾燥処理後のＣａ導入炭化チップ２１Ｓは、加工を施さずそのままの形状で使用することもできるが、適宜の加工機を用いて適宜径の粒体（ペレット）１ａやより細かな粉体１ｂに形成される（ステップＳ２７）。そして、例えば、金網よりなる網籠２内に前記ペレット状の浄化材１ａを多数収容することにより、図２に示すような下水処理用浄化体３が得られる（ステップＳ２８）。
【００６０】
上記下水処理用浄化体３は、図２に例示したものに限られるものではなく、例えば、図７に示すように、例えば、ポリエチレンなどのような耐腐食性素材からなる網袋２２内に図１に示したチップ状の浄化材１や図３または図５に示したペレット状の浄化材１ａを多数収容してマット状の下水処理用浄化体２３を構成してもよい。この場合、網袋２２の開口（図示していない）を開閉自在できるようにして、浄化材１または１ａの充填・取り出しを容易に行えるようにしておくことが望ましい。
【００６１】
また、図８および図９は、下水処理用浄化体のさらに他の例を概略的に示すもので、図８に示すものにおいては、透水性のある不織布シート２４の一方の面全体に、図９（Ａ）に示すように、ペレット状の浄化材１ａを適宜の接着剤を用いて固着してシート状の下水処理用浄化体２５としたものである。また、このシート状の下水処理用浄化体２５において、図９（Ｂ）に示すように、不織布シート２４の両面に浄化材１ａを固着するようにしてもよい。
【００６２】
また、図示は省略するが、粉体状の浄化材１ｂを多孔質状のシートとなる原料に混入するようにして下水処理用浄化体を構成してもよい。
【００６３】
ここで、前記浄化材１の硝酸性窒素、亜硝酸性窒素およびフッ素の吸着性能について説明する。まず、硝酸性窒素および亜硝酸性窒素の吸着性能の試験方法および試験結果について説明すると、以下の通りである。
【００６４】
〔硝酸性窒素および亜硝酸性窒素の吸着性能について〕
〔試験方法〕
硝酸性窒素および亜硝酸性窒素の濃度が５０ｍｇ／Ｌ（５０ｐｐｍ）の硝酸溶液および亜硝酸溶液５０ｍＬ（標準液）をそれぞれ５つ用意し、
（１）木質チップ５を７００℃で炭化させた比較例に用いる木炭９を２００ｍｇ、
（２）木質チップ５を７００℃で炭化させた木炭を１ｍｏｌ／ＬのＦｅＣｌ3 溶液に浸漬させた後、水洗いした比較例に用いる塩化鉄木炭２００ｍｇ、
（３）木質チップ５を７００℃で炭化させた木炭を５ｍｏｌ／ＬのＨＣｌ溶液に浸漬させた後、水洗いした酸処理木炭９Ｓを２００ｍｇ、
（４）木質チップ５を５重量％の石灰水１８に浸漬した後７００℃で炭化させた木炭を５ｍｏｌ／ＬのＨＣｌ溶液に浸漬させたＣａ導入酸処理木炭２１Ｓを２００ｍｇ、
（５）比較例に用いる陰イオン交換樹脂２００ｍｇの５つのサンプルを、それぞれ対応する標準液に入れ、例えば２００ｒｐｍ、２０℃の条件下で、１０時間振とう後、硝酸溶液および亜硝酸溶液中の硝酸性窒素の濃度および亜硝酸性窒素の濃度をそれぞれ測定し、吸着量を計算した。
【００６５】
〔結果〕
図１０は、上記各サンプルの硝酸性窒素および亜硝酸性窒素吸着能の比較を表す。
（１）の７００℃炭化の木炭９は、硝酸性窒素および亜硝酸性窒素をほとんど吸着しないのに対して、（２）の塩化鉄木炭は、硝酸性窒素および亜硝酸性窒素をそれぞれ２．７５ｍｇ／ｇおよび２．３５ｍｇ／ｇ吸着した。また、（３）の酸処理木炭９Ｓは、硝酸性窒素および亜硝酸性窒素をそれぞれ２．５０ｍｇ／ｇおよび２．２０ｍｇ／ｇ吸着した。（５）の陰イオン交換樹脂は、硝酸性窒素および亜硝酸性窒素をそれぞれ１０．８０ｍｇ／ｇおよび１０．００ｍｇ／ｇ吸着した。一方、木質チップ５を石灰水１８に浸漬した後炭化し、続いて、ＨＣｌ溶液に浸漬させてなる（４）のＣａ導入酸処理木炭２１Ｓは、硝酸性窒素および亜硝酸性窒素をそれぞれ１０．７５ｍｇ／ｇおよび９．８０ｍｇ／ｇ吸着し、（５）の陰イオン交換樹脂と同等以上の吸着能力を示した。
【００６６】
そして、前記Ｃａ導入酸処理木炭２１Ｓが例えば硝酸イオンを吸着するメカニズムは、以下のように考えられる。図１５（Ａ）に示すように、Ｃａ導入酸処理木炭２１Ｓを硝酸溶液２６に漬けると、Ｃａ導入酸処理木炭２１Ｓの表面にカルシウムイオンを介してまたは直接官能基に結合した塩化物イオン（同図（Ｂ）参照）と硝酸溶液２６中の硝酸イオンが交換され（同図（Ｃ）参照）、硝酸イオンがＣａ導入酸処理木炭２１Ｓに吸着される（同図（Ｄ）参照）。そして、同図（Ｅ）は、同図（Ｄ）に示すＣａ導入酸処理木炭２１ＳをＫＣｌ（またはＮａＣｌ）溶液に漬けたときの変化を示す。すなわち、吸着された硝酸イオンはＫＣｌ（またはＮａＣｌ）溶液で再度、塩化物イオンと硝酸イオンを交換させて再生可能となる。以下、この再生について説明する。
【００６７】
《再生試験》
〔試験方法〕
前記硝酸性窒素吸着試験を行った後の酸処理木炭９ＳまたはＣａ導入酸処理木炭２１Ｓの試料を１ｍｏｌ／ＬのＫＣｌ（またはＮａＣｌ）溶液で洗浄し、さらに水洗いした。続いて、標準液を交換して硝酸性窒素濃度が５０ｍｇ／Ｌの硝酸溶液５０ｍＬを用意し、水洗いした２００ｍｇの前記試料の１回目の再生試験を行った。すなわち、前記試料を硝酸溶液に入れ、例えば２００ｒｐｍ、２０℃の条件下で、１０時間振とう後、前記硝酸溶液中の硝酸性窒素濃度を測定し、吸着量を計算する１回目の再生試験を前記試料を用いて行った。
【００６８】
次に、１回目の再生試験で用いた前記試料を１ｍｏｌ／ＬのＫＣｌ（またはＮａＣｌ）溶液で洗浄し、さらに水洗いした。続いて、標準液を交換して硝酸性窒素濃度が５０ｍｇ／Ｌの硝酸溶液５０ｍＬを用意し、前記水洗いした２００ｍｇの前記試料の再生試験を行った。すなわち、前記試料を、硝酸溶液５０ｍＬに入れ、例えば２００ｒｐｍ、２０℃の条件下で、１０時間振とう後、前記硝酸溶液中の硝酸性窒素濃度を測定し、吸着量を計算する２回目の再生試験を前記試料を用いて行った。この処理をあと２回繰り返した。
【００６９】
〔結果〕
酸処理木炭９Ｓによる硝酸性窒素の吸着量
初回…２．５ｍｇ／ｇ
再生１回目…２．５ｍｇ／ｇ
再生２回目…２．４ｍｇ／ｇ
再生３回目…２．５ｍｇ／ｇ
Ｃａ導入酸処理木炭２１Ｓによる硝酸性窒素の吸着量
初回…１０．８ｍｇ／ｇ
再生１回目…１０．６ｍｇ／ｇ
再生２回目…１０．９ｍｇ／ｇ
再生３回目…１０．７ｍｇ／ｇ
【００７０】
以上のことから、使用した酸処理木炭９ＳおよびＣａ導入酸処理木炭２１Ｓをそれぞれ濃いＫＣｌ（またはＮａＣｌ）溶液で洗浄し、さらに水洗いすることにより、再生することが分かった。すなわち、硝酸性窒素吸着試験で硝酸性窒素（陰イオン）を吸着した酸処理木炭９ＳおよびＣａ導入酸処理木炭２１Ｓをそれぞれ、ＫＣｌ（またはＮａＣｌ）溶液で洗浄し、さらに水洗いすることにより、硝酸性窒素吸着試験で吸着した硝酸性窒素（陰イオン）が除去されて、除去された硝酸性窒素（陰イオン）に替えてＣｌ- を結合させることにより、酸処理木炭９ＳおよびＣａ導入酸処理木炭２１Ｓがそれぞれ再生されることが分かった。つまり、一度使用した酸処理木炭９ＳおよびＣａ導入酸処理木炭２１Ｓをそれぞれ使用後にその都度洗浄と水洗いを行うことにより、複数回使用できることが確認された。なお、亜硝酸性窒素を吸着した場合でも、陰イオン吸着炭素材料として酸処理木炭９ＳおよびＣａ導入酸処理木炭２１Ｓをそれぞれ使用しても、再生する原理は同じである。
【００７１】
〔フッ素吸着性能について〕
〔試験方法〕
フッ化物イオン濃度が５０ｍｇ／Ｌの溶液５０ｍＬ（標準液）を用意し、  
（１）木質チップ５を７００℃で炭化させた比較例に用いる木炭９Ｓを１００ｍｇ、
（２）木質チップ５を７００℃で炭化させた木炭を１ｍｏｌ／ＬのＦｅＣｌ3 溶液に浸漬させた後、水洗いした比較例に用いる塩化鉄木炭１００ｍｇ、
（３）木質チップ５を７００℃で炭化させた木炭を５ｍｏｌ／ＬのＨＣｌ溶液に浸漬させた後、水洗いした酸処理木炭９Ｓを１００ｍｇ、
（４）木質チップ５を５重量％の石灰水に浸漬した後７００℃で炭化させた木炭を５ｍｏｌ／ＬのＨＣｌ溶液に浸漬させたＣａ導入酸処理木炭２１Ｓを１００ｍｇ、
（５）比較例に用いる陰イオン交換樹脂１００ｍｇの５つのサンプルを、それぞれ対応する標準液に入れ、例えば２００ｒｐｍ、２０℃の条件下で、１０時間振とう後、前記溶液中のフッ化物イオン濃度をそれぞれ測定し、吸着量を計算した。
【００７２】
〔結果〕
図１１は、上記各サンプルのフッ化物イオン吸着能の比較を表す。
（１）の７００℃炭化の木炭は、フッ化物イオンをほとんど吸着しないのに対して、（２）の塩化鉄木炭は、７．５０ｍｇ／ｇのフッ化物イオンを吸着した。また、（３）の酸処理木炭９Ｓは、５．００ｍｇ／ｇのフッ化物イオンを吸着した。（５）の陰イオン交換樹脂は、８．５０ｍｇ／ｇのフッ化物イオンを吸着した。一方、木質チップ５を石灰水に浸漬した後炭化し、続いて、ＨＣｌ溶液に浸漬させてなる（４）のＣａ導入酸処理木炭２１Ｓは、１９．００ｍｇ／ｇのフッ化物イオンを吸着し、（５）の陰イオン交換樹脂を大きく超える吸着能力を示した。
【００７３】
《再生試験》
〔試験方法〕
次に、前記フッ素吸着試験を行った後の酸処理木炭９ＳまたはＣａ導入酸処理木炭２１Ｓの試料を１ｍｏｌ／Ｌの塩酸（または硫酸）で洗浄し、さらに水洗いした。続いて、標準液を交換してフッ化物イオン濃度が５０ｍｇ／Ｌの溶液５０ｍＬを用意し、前記水洗いした２００ｍｇの前記試料の１回目の再生試験を行った。すなわち、前記試料を前記溶液に入れ、例えば２００ｒｐｍ、２０℃の条件下で、１０時間振とう後、前記溶液中のフッ化物イオン濃度を測定し、吸着量を計算する１回目の再生試験を前記試料を用いて行った。
【００７４】
次に、１回目の再生試験で用いた前記試料を１ｍｏｌ／Ｌの塩酸（または硫酸）で洗浄し、さらに水洗いした。続いて、標準液を交換してフッ化物イオン濃度が５０ｍｇ／Ｌの前記溶液５０ｍＬを用意し、前記水洗いした２００ｍｇの前記試料の再生試験を行った。すなわち、前記試料を、前記溶液５０ｍＬに入れ、例えば２００ｒｐｍ、２０℃の条件下で、１０時間振とう後、前記溶液中のフッ化物イオン濃度を測定し、吸着量を計算する２回目の再生試験を前記試料を用いて行った。この処理をあと２回繰り返した。
【００７５】
〔結果〕
酸処理木炭９Ｓによるフッ化物イオンの吸着量
初回…２．５ｍｇ／ｇ
再生１回目…２．５ｍｇ／ｇ
再生２回目…２．４ｍｇ／ｇ
再生３回目…２．５ｍｇ／ｇ
Ｃａ導入酸処理木炭２１Ｓによるフッ化物イオンの吸着量
初回…１８．７ｍｇ／ｇ
再生１回目…１８．２ｍｇ／ｇ
再生２回目…１８．９ｍｇ／ｇ
再生３回目…１８．６ｍｇ／ｇ
【００７６】
以上のことから、使用した酸処理木炭９ＳおよびＣａ導入酸処理木炭２１Ｓをそれぞれ濃い塩酸（または硫酸）で洗浄し、さらに水洗いすることにより、再生することが分かった。すなわち、フッ素吸着試験でフッ化物イオン（陰イオン）を吸着した酸処理木炭９ＳおよびＣａ導入酸処理木炭２１Ｓをそれぞれ、塩酸（または硫酸）で洗浄し、さらに水洗いすることにより、フッ素吸着試験で吸着したフッ化物イオン（陰イオン）が除去されて、除去されたフッ化物イオン（陰イオン）に替えてＣｌ- （またはＳＯ42- ）を結合させることにより、酸処理木炭９ＳおよびＣａ導入酸処理木炭２１Ｓ（陰イオン吸着炭素材料）がそれぞれ再生することが分かった。つまり、一度使用した酸処理木炭９ＳおよびＣａ導入酸処理木炭２１Ｓをそれぞれ使用後にその都度洗浄と水洗いを行うことにより、複数回使用できることが確認された。
【００７７】
上述のように、この発明の浄化材１は、硝酸性窒素、亜硝酸性窒素およびフッ素等の陰イオンの吸着性能に優れるが、このような浄化材１をたとえば下水処理場など実際の下水処理設備に適用した例について、以下に説明する。
【００７８】
図１６および図１７は、この発明の第３実施例を示す。そして、図１６は下水処理設備３０の一例を概略的に示すもので、この下水処理設備３０は、沈砂池３１、最初沈殿池３２、エアレーションタンク３３、最終沈殿池３４および塩素混和池３５の５つの処理槽か主として構成され、被処理水３６を処理するように構成されている。なお、３７は被処理水としての下水を沈砂池３１に導入する下水導入路、３８〜４１は隣接する処理槽３１〜３５を接続する流路、４２は塩素混和池３５の出口側に接続される処理水排出路である。
【００７９】
沈砂池３１は、下水導入路３７を経て流入する下水（以下、被処理水という）に含まれる大きなゴミ、小石、砂などを除去するもので、ポンプ４３で被処理水を汲み上げて最初沈殿池３２に送出するものである。
【００８０】
最初沈殿池３２は、沈砂池３１から流入する被処理水を緩やかに流して、さらに細かいゴミや浮遊物を沈殿させるものである。
【００８１】
エアレーションタンク３３は、その内部に、酸素を取り入れて働く微生物が含まれている活性汚泥（図示していない）が加えられるとともに、コンプッサー４４からの空気（酸素）４５を空気吹き出し管４６から吹き出すようにしてある。前記空気４５が最初沈殿池３２から流入する被処理水に混じることにより、前記微生物によって被処理水中の汚れ（有機物）が除去されるとともに、微生物に被処理水中の他の汚れが吸着され、沈殿しやすい固まり（活性汚泥）になる。
【００８２】
最終沈殿池３４は、前記エアレーションタンク３３において大きな固まりとなった活性汚泥を沈殿させ、被処理水をきれいな上澄み水にするものである。
【００８３】
塩素混和池３５は、最終沈殿池３４から流入する上澄み水を塩素消毒するもので、最終沈殿池３４との間の流路４１に塩素タンク４７が設けられている。そして、この塩素混和池３５で塩素消毒された上澄み水３６Ａは、処理水排出路４２を経て一般水路（例えば、河川等）に放流される。
【００８４】
上述までの構成は、従来の下水処理設備と変わるところはない。この実施例における下水処理設備３０が、従来の下水処理設備と変わるところは、前記処理槽３１〜３５または流路３７〜４２の少なくともいずれかに、例えば、図１に示すように構成された下水処理用浄化体３を、被処理水３６に十二分に接触するように設けたことである。
【００８５】
すなわち、図１６に示した例においては、最終沈殿池３４内の下流側に、図１７に図示するように、下水処理用浄化体３を設けている。この場合、下水処理用浄化体３には、適宜のフロート４８を付設し、網籠２内の浄化材１ａの全部が被処理水３６の水面よりも下位に位置しこれと接するようにしてある。このように構成した場合、図１７中において矢印Ａで示す水流によって、網籠２内の浄化材１ａが被処理水３６内を泳動し、被処理水３６が浄化材１ａに十二分に接触することにより、被処理水３６中の硝酸性窒素、亜硝酸性窒素およびフッ素等の陰イオンが浄化材１ａに吸着される。
【００８６】
前記下水処理用浄化体３は、種々の形態で設置することがができる。例えば、図１８に示すように、最終沈殿池３４内に支持部材４９を立設し、この支持部材４９に下水処理用浄化体３を水平に固定してもよい。
【００８７】
また、図１９に示すように、最終沈殿池３４と塩素混和池３５との間の流路４１内に下水処理用浄化体３を挿入設置してもよい。この場合、下水処理用浄化体３が流路４１内を容易に移動しないように固定するのが好ましい。
【００８８】
上記図１７〜図１９に示した下水処理用浄化体３は、処理槽３１〜３５または流路３７〜４２の少なくともいずれかに設けてあればよく、また、その設置個数も任意である。唯、陰イオンの吸着効率やランニングコストを考慮した場合、下水処理用浄化体３は、下水処理設備３０内における下流側に設けるのが好ましく、最終沈殿池３４や流路４１内に設けるのが好適である。
【００８９】
さらに、上記下水処理用浄化体３の変形例を説明すると、図１に示したチップ状の浄化材１を多数、図２０に示すように、例えば、エアレーションタンク４４内に投入し、これを水流によって泳動させてもよい。この場合、エアレーションタンク４４の下流側の流路４０への出口に浄化材１の流出を防止する網体５０を設ける必要がある。
【００９０】
また、図３または図５に示したペレット状の浄化材１ａを、図２１に示すように、被処理水３６を通過させることのできる多孔性の不織布よりなる袋体５１内に複数収容して比較的小さい下水処理用浄化体５２とし、図２０に示したのと同様に、エアレーションタンク４４内に投入してもよい、なお、図２１において、５３は下水処理用浄化体５２の流出を防止するため、エアレーションタンク４４の下流側の流路４０への出口に設けられる網体である。
【００９１】
そして、図２２に示すように、図８に示したシート状の下水処理用浄化体２４を、適宜のケース５４内に積層して下水処理用浄化体５５とし、これを、例えば、最終沈殿池３４内の下流側の流路４１への出口に設けるようにしてもよい。
【００９２】
上述の第２実施例では、原料植物５としてカルシウム導入処理したものを用いているが、原料植物５として、金属塩化物導入処理したものを用いるようにしてもよい。以下、これを第４実施例として、図２３および図２４を参照しながら説明する。
【００９３】
まず、図２３は、浄化材１を製造する装置の他の例を概略的に示すもので、この図において、図５に示した符号と同一符号は同一物である。そして、図２３に示すように、前記木質チップ５は、適宜濃度の金属塩化物溶液（この実施の形態ではＣａＣｌ2 溶液）６１を収容した処理槽６２に送られ、この処理槽６２内において木質チップ５に対する金属塩化物（この実施の形態ではＣａＣｌ2 ）の導入処理が行われ、金属塩化物導入チップ６３が形成される。なお、６４は処理槽６２内に設けられる攪拌用羽根で、モータ（図示していない）によって回転駆動され、処理槽６２内の液等を攪拌する際に用いられる。なおここで、金属塩化物溶液に対して、Ｃａ（ＯＨ）2 を僅かに加えておくことが、陰イオン吸着能を向上させる上で好ましい。
【００９４】
上記のようにして得られた金属塩化物導入チップ６３は、乾燥機２０によって乾燥処理された後、炭化処理炉６に送られ、炭化処理される。なお、前記乾燥機２０は、炭化処理炉６から排出される排熱を前記乾燥処理に利用するように構成されている。
【００９５】
そして、金属塩化物導入チップ６３は、導入部８ａを経て前記炭化炉本体８内に供給され、適宜の温度（後述する）および適宜の時間（後述する）の加熱により炭化され、浄化材１として排出部８ｂから炭化炉本体８外に排出される。
【００９６】
その後、前記浄化材１は、水またはＨＣｌ溶液（塩酸）６６を収容した処理槽６７に送られ、この処理槽６７内において浄化材１の水またはＨＣｌ溶液６６に対する接触（浸漬）処理が行われる。なお、６８は処理槽６７内に設けられる攪拌用羽根で、モータ（図示していない）によって回転駆動され、処理槽６７内の液等を攪拌する際に用いられる。酸への接触処理を行った後に水への接触処理を行うこともあり、またその逆の手順で行ってもよい。
【００９７】
続いて、前記浄化材１は、乾燥機１４に送られ、乾燥処理された後、適宜径の粒体（ペレット）１ａやより細かな粉体１ｂに形成される。なお、前記乾燥機１４は、炭化処理炉６から排出される排熱を前記乾燥処理に利用するように構成されている。
【００９８】
次に、図２３に示した装置を用いて、原料植物５から浄化材１を得る手順の一例を、図２３および図２４を参照しながら詳細に説明する。まず、檜や杉等の針葉樹を１０ｍｍ以下の適宜のサイズにチップ化した木質チップ５を用意する（ステップＴ１）。
【００９９】
続いて、前記木質チップ５を処理槽６２内の１〜２０重量％に調整されたＣａＣｌ2 溶液６１内に例えば、３時間以上浸漬する。この木質チップ５の浸漬中に、攪拌羽根６４を回転させることが好ましい。これによって、ＣａＣｌ2 溶液６１が木質チップ５に染み込むことができ、木質チップ５にＣａイオンおよびＣｌイオンが導入された金属塩化物導入チップ６３が得られる（ステップＴ２）。
【０１００】
そして、前記金属塩化物導入チップ６３は、乾燥機２０に送られて乾燥処理される（ステップＴ３）。
【０１０１】
その後、前記金属塩化物導入チップ６３は、炭化処理炉６の炭化炉本体８に供給され、４００℃〜１０００℃の温度範囲（この実施の形態では７００℃）で１時間程度加熱され炭化処理される（ステップＴ４）。これによって、浄化材１が得られる。
【０１０２】
前記浄化材１は、処理槽６７に供給され、処理槽６７内の０．０１ｍｏｌ／Ｌ〜１１ｍｏｌ／Ｌ（例えば５ｍｏｌ／Ｌ）に調整されたＨＣｌ溶液６６に浸漬処理される（ステップＴ５）。この場合、攪拌羽根６８を回転させるのが好ましく、これによって、浄化材１内に残留する余分な金属塩化物（ＣａＣｌ2 ）の結晶を除去することができるとともに、塩化物イオンをさらに付加させることができ、所望の浄化材１が得られる。
【０１０３】
そして、前記浸漬処理後の浄化材１は、一般的には乾燥機１４において乾燥処理される（ステップＴ６）。この場合、浄化材１をそのまま乾燥機１４に送るようにしてもよいが、適宜のアルカリ溶液に浸漬するなどして中和処理したり、さらには、中和処理後に水洗いしてもよい。なお、浄化材１を湿潤状態で使用するときは、乾燥処理をしないこともある。
【０１０４】
そして、前記乾燥処理後の浄化材１は、チップ状のまま使用することもできるが、この実施例では適宜の加工機を用いて適宜径の粒体（ペレット）１ａやより細かな粉体１ｂに形成してある（ステップＴ７）。
【０１０５】
なお、前記浄化材１は、上記ステップＴ１からステップＴ７までが全て同一工場内で行われて製造されるものに限られない。例えば、他の工場等にて上記ステップＴ１〜Ｔ７のうちのあるステップまで製造されている場合、途中のステップから始めて浄化材１を製造すればよい。
【０１０６】
なお、上記第４実施例では、金属塩化物として、最も高性能な陰イオン吸着炭素材料が得られるＣａＣｌ2 を挙げているが、ＢａＣｌ2 やＭｎＣｌ2 等でもよい。
【０１０７】
また、上記第４実施例では、処理槽６７内において浄化材１のＨＣｌ溶液６６に対する接触処理を行っているが、ＨＣｌ溶液６６に代えて水を用いてもよい。この場合、塩化物イオンの付加は行われず、浄化材１内に残留する余分な金属塩化物の結晶を除去するのみとなる。
【０１０８】
さらに、上記実施の形態では、金属塩化物導入チップ６３を炭化処理炉６にて炭化処理して浄化材１を得た後、処理槽６７へと送っているが、処理槽６７へと送らなくてもよい。この場合、前記浄化材１を乾燥機１６に送る必要がないので、浄化材１の製造方法は、上記ステップＴ５，Ｔ６が省かれたものとなる。また、この場合、浄化材１の製造方法としては、ステップＴ１〜Ｔ４で終了してもよいし、その後ステップＴ７を行ってもよい。
【０１０９】
次に、第４実施例の浄化材１の硝酸性窒素および亜硝酸性窒素の吸着性能を調べるために行った試験について説明する。硝酸性窒素および亜硝酸性窒素の吸着性能の試験方法および試験結果について説明すると、以下の通りである。
【０１１０】
まず、以下に示す計七つのサンプル（１）〜（７）をそれぞれ２００ｍｇずつ２組用意した。すなわち、
（１）木質チップ５を７００℃で１時間加熱し炭化させて得られた木炭
（２）木質チップ５を７００℃で１時間加熱し炭化させ、その後、１ｍｏｌ／ＬのＦｅＣｌ3 溶液に浸漬し水洗いして得られた塩化鉄木炭
（３）陰イオン交換樹脂
（４）木質チップ５を１０重量％のＢａＣｌ2 溶液に浸漬した後７００℃で１時間加熱し炭化させて得られたＢａＣｌ2 炭
（５）木質チップ５を１０重量％のＢａＣｌ2 溶液に浸漬した後７００℃で１時間加熱し炭化させ、その後、５ｍｏｌ／ＬのＨＣｌ溶液に浸漬処理して得られたＨＣｌ処理ＢａＣｌ2 炭
（６）木質チップ５を１０重量％のＣａＣｌ2 溶液に浸漬した後７００℃で１時間加熱し炭化させて得られたＣａＣｌ2 炭
（７）木質チップ５を１０重量％のＣａＣｌ2 溶液に浸漬した後７００℃で１時間加熱し炭化させ、その後、５ｍｏｌ／ＬのＨＣｌ溶液に浸漬処理して得られたＨＣｌ処理ＣａＣｌ2 炭
の計七つのサンプルを２組用意した。なお、（４）〜（７）のサンプルは上記浄化材１に相当するものであり、（１）〜（３）のサンプルは浄化材１と比較するためのものである。
【０１１１】
そして、一方の組の各サンプルを、硝酸性窒素の濃度が５０ｍｇ／Ｌ（５０ｐｐｍ）の硝酸性窒素溶液５０ｍＬ（第１標準液）に個別に投入し、また、他方の組の各サンプルを、亜硝酸性窒素の濃度が５０ｍｇ／Ｌ（５０ｐｐｍ）の亜硝酸性窒素溶液５０ｍＬ（第２標準液）に個別に投入した。その後、２００ｒｐｍ、２０℃の条件下で、１０時間振とう後、第１標準液中の硝酸性窒素の濃度および第２標準液中の亜硝酸性窒素の濃度をそれぞれ測定し、各サンプルによる硝酸性窒素および亜硝酸性窒素の吸着量を計算した。
【０１１２】
図２９は、上記試験によって得られた各サンプルの硝酸性窒素吸着能および亜硝酸性窒素吸着能の比較結果を表す。なお、この図では、各サンプルの硝酸性窒素・亜硝酸性窒素吸着量を一対の棒グラフで示しており、左側の棒グラフが硝酸性窒素吸着量、右側の棒グラフが亜硝酸性窒素吸着量を示している。この図に示す結果から、本発明のサンプルはいずれも高い硝酸性窒素吸着能および亜硝酸性窒素吸着能を持つことがわかる。さらに、（４）のＢａＣｌ2 炭と（５）のＨＣｌ処理ＢａＣｌ2 炭の硝酸性窒素および亜硝酸性窒素の吸着量を比較し、また、（６）のＣａＣｌ2 炭と（７）のＨＣｌ処理ＣａＣｌ2 炭の硝酸性窒素および亜硝酸性窒素の吸着量を比較することにより、浄化材１の硝酸性窒素・亜硝酸性窒素吸着能をより高めるためには、浄化材１をＨＣｌ溶液に浸漬する処理（ＨＣｌ処理）を行ったほうがよいことがわかる。しかし、ＨＣｌ処理を行わなくても十分に高い硝酸性窒素・亜硝酸性窒素吸着能を持った浄化材１が得られ、この場合には、ＨＣｌ溶液の接触処理を行わない分だけ低いコストで浄化材１を製造することができる。
【０１１３】
ここで、前記浄化材１が例えば硝酸イオンを吸着するのは、図２８（Ａ）に示すように、浄化材（ＣａＣｌ2 炭）１を硝酸溶液６９に浸漬すると、浄化材１の表面の官能基にＣａイオンを介してまたは直接結合されたＣｌイオン（同図（Ｂ）参照）と硝酸溶液６９中のＮＯ3 イオンが交換され（同図（Ｃ）参照）、ＮＯ3 イオンが浄化材１に吸着される（同図（Ｄ）参照）からであると考えられる。
【０１１４】
また、図２８（Ｅ）は、ＮＯ3 イオンを吸着して図２８（Ｄ）に示す状態となった浄化材１を、高濃度の塩化物溶液（例えばＫＣｌやＮａＣｌの金属塩化物溶液、またはＨＣｌ溶液）に浸漬した後の状態を示す。すなわち、浄化材１に吸着されたＮＯ3 イオンは、塩化物溶液によってＣｌイオンと交換され、これにより浄化材１が再生され、ＮＯ3 イオンなどの陰イオンを吸着可能な状態となる。すなわち、第４実施例の浄化材１は、上記製造方法により常に新たに得られるものに限られず、前記製造方法により得られ、陰イオン（例えばＮＯ3 イオン）を吸着した浄化材１から、吸着した陰イオン（ＮＯ3 イオン）が除去されるとともに、次の吸着対象の陰イオン（例えばＮＯ3 イオン）とイオン交換が可能な陰イオン（この実施の形態ではＣｌイオン）を前記除去した陰イオン（ＮＯ3 イオン）に替えて結合させることによって得られたもの（すなわち再生されたもの）でもよい。また、上記塩化物溶液に代えて硫酸を用いた場合は、ＮＯ3 イオンは、上記Ｃｌイオンに代えてＳＯ4 イオンとイオン交換されることとなる。
【０１１５】
次に、上記ステップＴ２において木質チップ５を浸漬する金属塩化物溶液（ＣａＣｌ2 溶液）６１の濃度が、製造後の浄化材１の陰イオン吸着能に与える影響を調べるために行った試験について述べる。上記試験は、木質チップ５をＣａＣｌ2 溶液６１に浸漬した後、７００℃で１時間の加熱により炭化し、水洗いして得た浄化材１を、硝酸性窒素の濃度が５０ｍｇ／Ｌ（５０ｐｐｍ）の硝酸性窒素溶液５０ｍＬ（標準液）に投入し、前記浄化材１の硝酸性窒素の吸着能を調べたもので、前記ＣａＣｌ2 溶液６１として、濃度が１重量％、３重量％、５重量％、７重量％、１０重量％、１２重量％、１４重量％、１７重量％、２０重量％のものが用いられた。また、比較のために、木質チップ５を１０重量％のＣａＣｌ2 溶液６１に浸漬した後、７００℃で１時間の加熱により炭化し、ＨＣｌ処理して得た浄化材１の硝酸性窒素の吸着能についても調べた。上記試験の結果を図３０に示す。
【０１１６】
図３０に示す結果から明らかなように、浄化材１の陰イオン吸着能はＣａＣｌ2 溶液の濃度に比例して高くなるわけではなく、コスト面等から考えれば、１０重量％程度とすることが最も好ましいといえる。また、この図３０に示す結果からも、浄化材１の陰イオン吸着能をより高めるためには、浄化材１をＨＣｌ処理したほうがよいことがわかる。
【０１１７】
次に、硝酸性窒素の吸着に使用された第４実施例の浄化材１をＫＣｌ（またはＮａＣｌ）溶液によって再生し、再生された浄化材１の硝酸性窒素吸着能を調べるために行った再生試験について説明する。
【０１１８】
まず、浄化材１として、木質チップ５を１０重量％のＣａＣｌ2 溶液に浸漬した後７００℃で１時間加熱し炭化させて得られたＣａＣｌ2 炭を２００ｍｇ用意した。そして、このＣａＣｌ2 炭を、硝酸性窒素の濃度が５０ｍｇ／Ｌ（５０ｐｐｍ）の硝酸性窒素溶液５０ｍＬ（標準液）に投入し、２００ｒｐｍ、２０℃の条件下で、１０時間振とう後、前記標準液中の硝酸性窒素の濃度を測定し、前記ＣａＣｌ2 炭による硝酸性窒素の吸着量を計算した（初回）。
【０１１９】
続いて、前記ＣａＣｌ2 炭を１ｍｏｌ／ＬのＫＣｌ（またはＮａＣｌ）溶液で洗浄し、さらに水洗いして再生した。その後、新たに用意した標準液（すなわち、硝酸性窒素の濃度が５０ｍｇ／Ｌの硝酸性窒素溶液５０ｍＬ）に再生したＣａＣｌ2 炭を投入し、２００ｒｐｍ、２０℃の条件下で、１０時間振とう後、前記標準液中の硝酸性窒素の濃度を測定し、前記ＣａＣｌ2 炭による硝酸性窒素の吸着量を計算した。そして、このＣａＣｌ2 炭の再生から硝酸性窒素の吸着量の計算までの処理を計３回行った（再生一回目〜三回目）。
【０１２０】
上記再生試験の結果、すなわち、ＣａＣｌ2 炭による硝酸性窒素の吸着量は、
初回      …９．５ｍｇ／ｇ
再生一回目…９．０ｍｇ／ｇ
再生二回目…９．１ｍｇ／ｇ
再生三回目…８．８ｍｇ／ｇ
であった。以上のことから、硝酸性窒素の吸着に使用した浄化材１（ＣａＣｌ2 炭）は、濃いＫＣｌ（またはＮａＣｌ）溶液で洗浄しさらに水洗いすれば再生することが確認された。これは、硝酸性窒素を吸着したＣａＣｌ2 炭をＫＣｌ（またはＮａＣｌ）溶液で洗浄し、さらに水洗いすることにより、ＣａＣｌ2 炭から硝酸性窒素が除去され、この除去された硝酸性窒素に代わってＣｌ- が官能基に結合されるためであると考えられる。また、上記再生試験の結果から、浄化材１（ＣａＣｌ2 炭）は、ＫＣｌ（またはＮａＣｌ）溶液を用いた洗浄と水洗いとを行うことにより再生させれば、硝酸性窒素の吸着に複数回使用することができることも確認された。なお、前記浄化材１（ＣａＣｌ2 炭）を亜硝酸性窒素の吸着に使用した場合でも、再生する原理は同じである。
【０１２１】
次に、第４実施例の浄化材１として、木質チップ５を１０重量％のＣａＣｌ2 溶液に浸漬した後７００℃で１時間加熱し炭化させ、その後、５ｍｏｌ／ＬのＨＣｌ溶液に浸漬処理して得られたＨＣｌ処理ＣａＣｌ2 炭を用い、このＨＣｌ処理ＣａＣｌ2 炭について上記と同様に再生試験を行った結果を示す。
【０１２２】
上記再生試験の結果、すなわち、ＨＣｌ処理ＣａＣｌ2 炭による硝酸性窒素の吸着量は、
初回      …１１．０ｍｇ／ｇ
再生一回目…１１．０ｍｇ／ｇ
再生二回目…１０．８ｍｇ／ｇ
再生三回目…１０．８ｍｇ／ｇ
であった。以上のことから、炭化後にＨＣｌ溶液に浸漬処理して得られる浄化材１（ＨＣｌ処理ＣａＣｌ2 炭）についても、硝酸性窒素の吸着に使用後、濃いＫＣｌ（またはＮａＣｌ）溶液で洗浄し、さらに水洗いすることにより、再生することが確認された。また、ＨＣｌ溶液への浸漬処理によって向上したＨＣｌ処理ＣａＣｌ2 炭の硝酸性窒素吸着能は、ＫＣｌ（またはＮａＣｌ）溶液を用いた洗浄と水洗いとを行ってＨＣｌ処理ＣａＣｌ2 炭を繰り返し再生させても持続すること（向上したままであること）が確認された。
【０１２３】
次に、第４実施例の浄化材１のフッ化物イオンの吸着性能を調べるために行った試験について説明する。まず、この試験を行うために、上述した硝酸性窒素および亜硝酸性窒素の吸着性能の試験で用いた計七つのサンプル（１）〜（７）をそれぞれ５０ｍｇずつ１組用意した。そして、各サンプルを、フッ化物イオン濃度が５０ｍｇ／Ｌ（５０ｐｐｍ）の溶液５０ｍＬ（標準液）に個別に投入し、２００ｒｐｍ、２０℃の条件下で、１０時間振とう後、標準液中のフッ化物イオンの濃度をそれぞれ測定し、各サンプルによるフッ化物イオンの吸着量を計算した。
【０１２４】
図３１は、上記試験によって得られた各サンプルのフッ化物イオン吸着能の比較結果を表す。この図に示す結果から、本発明のサンプルはいずれも高いフッ化物イオン吸着能を持つことがわかる。さらに、（４）のＢａＣｌ2 炭と（５）のＨＣｌ処理ＢａＣｌ2 炭のフッ化物イオンの吸着量を比較し、また、（６）のＣａＣｌ2 炭と（７）のＨＣｌ処理ＣａＣｌ2 炭のフッ化物イオンの吸着量を比較することにより、浄化材１のフッ化物イオン吸着能をより高めるためには、浄化材１をＨＣｌ溶液に浸漬する処理（ＨＣｌ処理）を行ったほうがよいことがわかる。しかし、ＨＣｌ処理を行わなくても十分に高いフッ化物イオン吸着能を持った浄化材１が得られ、この場合には、ＨＣｌ溶液の接触処理を行わない分だけ低いコストで浄化材１を製造することができる。
【０１２５】
次に、フッ化物イオンの吸着に使用された上記浄化材１を塩酸（または硫酸）によって再生し、再生された浄化材１のフッ化物イオン吸着能を調べるために行った再生試験について説明する。
【０１２６】
まず、浄化材１として、木質チップ５を１０重量％のＣａＣｌ2 溶液に浸漬した後７００℃で１時間加熱し炭化させて得られたＣａＣｌ2 炭を２００ｍｇ用意した。そして、このＣａＣｌ2 炭を、フッ化物イオンの濃度が５０ｍｇ／Ｌ（５０ｐｐｍ）の溶液５０ｍＬ（標準液）に投入し、２００ｒｐｍ、２０℃の条件下で、１０時間振とう後、前記標準液中のフッ化物イオンの濃度を測定し、前記ＣａＣｌ2 炭によるフッ化物イオンの吸着量を計算した（初回）。
【０１２７】
続いて、前記ＣａＣｌ2 炭を１ｍｏｌ／Ｌの塩酸（または硫酸）で洗浄し、さらに水洗いして再生した。その後、新たに用意した標準液（すなわち、フッ化物イオンの濃度が５０ｍｇ／Ｌの溶液５０ｍＬ）に再生したＣａＣｌ2 炭を投入し、２００ｒｐｍ、２０℃の条件下で、１０時間振とう後、前記標準液中のフッ化物イオンの濃度を測定し、前記ＣａＣｌ2 炭によるフッ化物イオンの吸着量を計算した。そして、このＣａＣｌ2 炭の再生からフッ化物イオンの吸着量の計算までの処理を計３回行った（再生一回目〜三回目）。
【０１２８】
上記再生試験の結果、すなわち、ＣａＣｌ2 炭によるフッ化物イオンの吸着量は、
初回      …２２．５ｍｇ／ｇ
再生一回目…２２．４ｍｇ／ｇ
再生二回目…２１．７ｍｇ／ｇ
再生三回目…２１．９ｍｇ／ｇ
であった。以上のことから、フッ化物イオンの吸着に使用した浄化材１（ＣａＣｌ2 炭）は、濃い塩酸（または硫酸）で洗浄しさらに水洗いすれば再生することが確認された。これは、フッ化物イオンを吸着したＣａＣｌ2 炭を塩酸（または硫酸）で洗浄し、さらに水洗いすることにより、ＣａＣｌ2 炭からフッ化物イオンが除去され、この除去されたフッ化物イオンに代わってＣｌ- （またはＳＯ42- ）が官能基に結合されるためであると考えられる。また、上記再生試験の結果から、浄化材１（ＣａＣｌ2 炭）は、塩酸（または硫酸）を用いた洗浄と水洗いとを行うことにより再生させれば、フッ化物イオンの吸着に複数回使用することができることも確認された。
【０１２９】
次に、第４実施例の浄化材１として、木質チップ５を１０重量％のＣａＣｌ2 溶液に浸漬した後７００℃で１時間加熱し炭化させ、その後、５ｍｏｌ／ＬのＨＣｌ溶液に浸漬処理して得られたＨＣｌ処理ＣａＣｌ2 炭を用い、このＨＣｌ処理ＣａＣｌ2 炭について上記と同様に再生試験を行った結果を示す。
【０１３０】
上記再生試験の結果、すなわち、ＨＣｌ処理ＣａＣｌ2 炭によるフッ化物イオンの吸着量は、
初回      …３２．０ｍｇ／ｇ
再生一回目…３１．５ｍｇ／ｇ
再生二回目…３１．４ｍｇ／ｇ
再生三回目…３１．２ｍｇ／ｇ
であった。以上のことから、炭化後にＨＣｌ溶液に浸漬処理して得られる浄化材１（ＨＣｌ処理ＣａＣｌ2 炭）についても、フッ化物イオンの吸着に使用後、塩酸（または硫酸）溶液で洗浄し、さらに水洗いすることにより、再生することが確認された。また、ＨＣｌ溶液への浸漬処理によって向上したＨＣｌ処理ＣａＣｌ2 炭のフッ化物イオン吸着能は、塩酸（または硫酸）を用いた洗浄と水洗いとを行ってＨＣｌ処理ＣａＣｌ2 炭を繰り返し再生させても持続すること（向上したままであること）が確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】（Ａ）は、この発明の下水処理用浄化材の一例を示す図、（Ｂ）は、下水処理用浄化材の加工例を示す図である。
【図２】前記下水処理用浄化材を用いた下水処理用浄化体の一例を示す図である。
【図３】前記下水処理用浄化材を製造する装置の一例を概略的に示す図である。
【図４】前記製造装置を用いて下水処理用浄化材を製造する工程の一例を示す図である。
【図５】前記下水処理用浄化材を製造する装置の他の例を概略的に示す図である。
【図６】前記製造装置を用いて下水処理用浄化材を製造する工程の一例を示す図で
【図７】下水処理用浄化体の他の例を示す図である。
【図８】下水処理用浄化体のさらに他の例を示す図である。
【図９】図８に示した下水処理用浄化体の要部を示す図である。
【図１０】この発明の下水処理用浄化材の硝酸性窒素および亜硝酸性窒素の吸着試験における各吸着量を示す図である。
【図１１】前記下水処理用浄化材のフッ化物イオンの吸着試験における各吸着量を示す図である。
【図１２】石灰水浸漬工程を説明するための図である。
【図１３】上記石灰水浸漬工程後の炭化工程を説明するための図である。
【図１４】炭化工程後の酸溶液浸漬工程を示す図である。
【図１５】硝酸イオン吸着のメカニズムを説明するための図である。
【図１６】この発明の下水処理設備の一例を概略的に示す図である。
【図１７】処理下水処理用浄化体の設置形態を説明するための図である。
【図１８】処理下水処理用浄化体の設置形態を説明するための図である。
【図１９】処理下水処理用浄化体の設置形態を説明するための図である。
【図２０】処理下水処理用浄化体の設置形態を説明するための図である。
【図２１】処理下水処理用浄化体の設置形態を説明するための図である。
【図２２】処理下水処理用浄化体の設置形態を説明するための図である。
【図２３】この発明の第４実施例に係る下水処理用浄化材を製造する装置の構成を概略的に示す説明図である。
【図２４】前記製造装置を用いて前記炭素材料を製造する工程の一例を示す図である。
【図２５】（Ａ）〜（Ｃ）は、図２４におけるステップＴ２の工程の詳細を示す図である。
【図２６】（Ａ）〜（Ｃ）は、図２４におけるステップＴ４の工程の詳細を示す図である。
【図２７】（Ａ）〜（Ｃ）は、図２４におけるステップＴ５の工程の詳細を示す図である。
【図２８】（Ａ）〜（Ｄ）は、第４実施例における硝酸イオン吸着の詳細を示す図、（Ｅ）は、再生後の炭素材料を示す図である。
【図２９】第４実施例の浄化材および比較材料の硝酸性窒素・亜硝酸性窒素の吸着量の比較結果を示すグラフである。
【図３０】ステップＴ２におけるＣａＣｌ2 溶液の濃度を変えて作成された炭素材料およびＨＣｌ処理して得られた炭素材料の硝酸性窒素の各吸着量を示すグラフである。
【図３１】第４実施例の浄化材および比較材料のフッ化物イオンの吸着量の比較結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１３２】
１            下水処理用浄化材
５            原料植物
９            炭化物
１２            酸溶液
３０            下水処理設備
３１〜３５      処理槽
３６            被処理水
【図１】
2005296926.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2005296926.tif 000010
【図９】
2005296926.tif 000011
【図１０】
2005296926.tif 000012
【図１１】
2005296926.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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