(57)【要約】【課題】リン、有機物等を含む環境水、排水などの水質浄化を安価な浄化材で行い得るようにする。【解決手段】鹿沼土、赤玉土、黒ボク土、赤ボク土又はリモナイトの採取後に発生する微粒粉状の土を３〜２０ｍｍ径に造粒した後、４００℃超、或いは４００℃程度以上から９００℃で加熱した団粒構造の水質浄化材である。鹿沼土等はリンや有機物などさまざまな物質に対する高い吸着活性を有する鉄・Ｍｎという金属酸化物を多く含有している。このため、この水質浄化材ａは、高効率でリン、有機物等を含むさまざまな水処理に効果的である。処理対象水は、河川、湖沼などの環境水、浄水処理、工業用水処理及び生活排水、産業排水、し尿、畜産排水及びそれらの処理水等が考えられる。その浄化装置の態様は図のごとくとする。従来、埋め立て処分していた微粒粉状の土の有効活用が図れる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鹿沼土、赤玉土、黒ボク土、赤ボク土又はリモナイト等の褐鉄鉱等の水酸化鉄鉱物、アロフェン、イモゴライト、ギブサイト等の二次鉱物の豊富な土の一つ又は任意の複数の混合土を、含有有機物を燃焼させるために加熱した水質浄化材。
【請求項２】
鹿沼土、赤玉土、黒ボク土、赤ボク土又はリモナイト等の褐鉄鉱等の水酸化鉄鉱物、アロフェン、イモゴライト、ギブサイト等の二次鉱物の豊富な土の微粒粉状の土の一つ又は任意の複数の混合土を団粒状に造粒した土を、又はそれらの団粒製品を生産するときに発生する微粒粉状の土の一つ又は任意の複数の混合土を団粒状に造粒した土を、含有有機物を燃焼させるために加熱した水質浄化材。
【請求項３】
上記造粒径を２〜１００ｍｍとしたことを特徴とする請求項２に記載の水質浄化材。
【請求項４】
上記加熱温度を４００〜９００℃としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水質浄化材。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の水質浄化材のいずれか一つを少なくとも使用する水質浄化・水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リン、有機物等を含む河川、湖沼など環境水及び生活排水、産業廃水、し尿、畜産排水及びそれらの処理水等の排水の水質浄化材及びその水質浄化材を使用した水質浄化・水処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鹿沼土、赤玉土は、団粒状の土として採取されて農業用や園芸用として使用されている。その団粒状の土を採取する際に発生する微粒粉状の土は、一部は団粒状に造粒して園芸用などに利用されているが、その大部分は利用されずに廃棄または元の採掘場に埋め戻されて、有効に活用されていないのが現状である。
また、黒ボク土、赤ボク土、リモナイトは、水質浄化材として必要な吸着性能を有しているが、粉体状で、透水性が低いため、有効に利用されていないのが実情である。
【０００３】
また、泥土又は廃土からなる団粒土は、法面緑化基盤材、植生土の充填材、育苗用培土材、園芸用土あるいは畑地の表土等の緑化資材として使用され、その製造法も開示されている（特許文献１、非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３−４７３９号公報
【非特許文献１】「水質環境工学−下水の処理・処分・再利用−」技報堂出版株式会社、１９９３年３月３１日発行  訳者代表  松尾友矩、
【０００４】
一方、リン、有機物等を含む環境水、排水、廃水などの水質浄化方法としては、活性炭や鉄などの吸着材を用いた水質浄化方法が一般的であり、吸着材の吸着能が限界に達した段階で加熱処理、洗浄処理などにより再生して使用されている。
【０００５】
また、赤玉土、黒ボク土、リモナイトなどを水質浄化材として使用することも開示され、その腐植物質とリンの吸着除去効果などについて、ゼオライト、粒状炭などと比較した報告もある（非特許文献２、３参照）。
【非特許文献２】「土壌浸透水浄化システムの再評価・再構築  １．腐植物質及びリンに対する土壌の吸着能評価」土木学会第５８回年次講演会、６１５−６１６（２００３）  藤川、濱崎他、
【非特許文献３】「土壌浸透水浄化システムの再評価・再構築  ２．浸透水からの汚濁物質除去メカニズム」土木学会第５８回年次講演会、６１７−６１８（２００３）  藤川、濱崎他、
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、鹿沼土や赤玉土は団粒状にして農業用や園芸用の土として利用され、また、水質浄化材として使用することも開示されてはいるが、採取後に発生する微粒粉状の土は、大部分が利用されずに廃棄または元の採掘場に埋め戻されて、有効に活用されていないのが現状である。
【０００７】
また、活性炭などの吸着材を用いた水質浄化方法は、その活性炭やゼオライトが高価であるために経済的負担が大きいことや、吸着材が高価であるために吸着材の吸着能が限界に達した段階で再生処理により再生することが多く、このような再生処理に余分な再生処理装置が必要になり、また再生処理した吸着材の吸着性能が初期のものに対して低下するという問題がある。
さらに、水質浄化材自身が有機物を溶出する問題もある。
【０００８】
この発明は、水質浄化材として使用し得る鹿沼土や赤玉土、黒ボク土、赤ボク土又はリモナイト等、並びにそれらの採取後（時）に発生する微粒粉状の土を利用して、リン、有機物等を含む環境水、排水（廃水）などの水質浄化を安価で行い得るようにすることを第一の課題とし、有機物の溶出を無くすことを第二の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記第一の課題を達成するために、この発明は、まず、浄化材としては、鉄、アロフェン、イモゴライト、ギブサイト等のアルミニウム鉱物、マンガン鉱物などが栄養塩類の一つであるリンの除去に適しており、一方、有機物の溶出が少ないことが必要であることから、それらの鉱物を多く有し、かつ有機物の溶出が少ない土壌、例えば、上記の鹿沼土、赤玉土、黒ボク土、赤ボク土又はリモナイト等の火山性土等を採用したのである。
【００１０】
つぎに、この発明は、上記鹿沼土、赤玉土等は団粒状に採取して浄化材として使用されているが、その採取後に発生する微粒粉状の土を使用すべく、その微粒粉状の土を団粒状に造粒後、その造粒土を加熱して水質浄化材としたのである。
微微粒粉状の土は、粒径２ｍｍ以下のものが多く、そのものは、通水したときに透水係数が小さく、水を通しにくいものであり、通常、水浄化装置として望まれるある一定の単位面積あたりの処理量を確保するためには、通水性が必要である。
また、微粒粉状の土は、そのままでは、その浄化材の充填部から浄化径路への流出や浄化径路の目詰りが発生し、吸着材として使用が困難である。さらに、微粒粉状のままであると、材料として汚濁物質（リンや有機物）の吸着能を保有しながらその有効な活用がされないことになる。
【００１１】
このため、団粒化によって通水性を確保し、有効な材料利用を行うことが可能となる。すなわち、団粒化することにより、浄化材充填時の間隙率が大きくなり、通水性が確保される。また、多孔質の浄化材となることにより、内部空隙が豊富になり、その空隙の表面に汚濁物質が吸着保持されることにより、浄化材の性能が長期間維持される。団粒化しない場合、浄化したい水に含まれる浮遊物質による目詰まりが生じやすい。
微粒粉状の土を造粒することにより、流出や目詰りがなくなり、その造粒後に加熱することにより、物理的強度（耐水性）が向上して細分化しなくなって、その流出や目詰りに至ることがなくなる。
【００１２】
造粒土を加熱することにより、含まれている有機物が燃焼し、浄化材として利用する際、有機物の溶出を極力少なくすることができる。これにより、第二の課題を達成できる。
なお、加熱後の浄化材を電気化学的特性を滴定法で検討したところ、土壌のゼロ電荷点ｐＨが上昇し、陰イオン吸着特性が向上した。
また、鉄の結晶構造や表面の状態が変化して吸着材としての能力が向上する。さらに、浄化材の物理的な強度が向上し、通水によって崩壊しにくくなり、通水性を確保するとともに目詰まりしにくい構造となり、長期的な利用が可能となる。
その加熱温度は、浄化材の機能、用途、有機物除去度合等により、実験結果によって適宜に決定すれば良く、例えば、４００℃以上、好ましくは４００℃超、４００℃程度以上とすれば、含まれている有機物の燃焼が十分に行なわれる。なお、９００℃以上では、加熱コストがかかる割には吸着能の向上が認められない。
【００１３】
造粒土の粒径は、浄化したい水の流速に関係し、その関係に基づき適宜に設定すれば良いが、例えば、浄化材の処理面積を大きく確保できないが、大きな処理量を求める場合は、粒径を大きくすることによって処理量を確保し、より丁寧な処理、すなわち流速を小さくして除去効果（浄化効率）を向上させる場合には、粒径を小さくする。
このようなことから、造粒土の粒径は、例えば、２ｍｍ以上、好ましくは４ｍｍ〜１００ｍｍ、例えば、２０ｍｍ程度とし、かつ、処理槽に充填する場合には、同一機能の層においては、均一径の浄化材を使用する。
なお、微粒粉状の土でなくても、粉末状の土、さらに、上記鹿沼土、赤玉土、黒ボク土、赤ボク土又はリモナイト等の褐鉄鉱等の水酸化鉄鉱物、アロフェン、イモゴライト、ギブサイト等の二次鉱物の豊富な土の一つ又は任意の複数の混合土を、上記と同様に、必要に応じて造粒し、それを加熱することによっても、この発明に係る水質浄化材を得ることができる。このとき、微粒粉状又は粉末状の土を混入させることもできる。また、微粒粉も含めて、上記加熱後に造粒することもできる。さらに、十分な粒径を有する土は、造粒することなく、上記加熱のみで水質浄化材とすることもできる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明は、リンの除去に適したギブサイト等のアルミ鉱物等を豊富に有する鹿沼土等の採取後に発生する微粒粉状の土等を団粒化加熱して水質浄化材として使用し得るようにしたので、従来、有効利用されず埋め戻されるなどしていたのに対して有効活用することが可能になる。
また、安価な水質浄化材となって、その安価な浄化材を用いることにより低コストで高い水質浄化能力を得ることができる。
さらに、有機物を溶出しない水質浄化材を得ることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明の実施形態としては、鹿沼土、赤玉土、黒ボク土、赤ボク土又はリモナイト等の褐鉄鉱等の水酸化鉄鉱物、アロフェン、イモゴライト、ギブサイト等の二次鉱物の豊富な土の一つ又は任意の複数の混合土を、又はそれらの団粒製品を生産するときに発生する微粒粉状の土の一つ又は任意の複数の混合土を団粒状に造粒後、その造粒土を加熱して水質浄化材とする構成を採用し得る。
このとき、上記微粒粉状又は粉末状の土に、それらの土の上記団粒製品を加えて造粒することができる。
【００１６】
造粒方法としては、微粒粉状又は粉末状の土に水分量を調整して造粒装置にて造粒することができるが、水分調整のみで造粒できない場合は、バインダーとしては、有機物の溶出防止の点から、無機質のものが好ましく、例えば、ベントナイトを、０．１〜３％（重量％）添加する。なお、この発明は、この造粒方法に限定されるものではない。
【実施例】
【００１７】
鹿沼土、赤玉土、黒ボク土、赤ボク土またはリモナイトの微粒粉状を、水補給により所望の含水率とした後、造粒機により団粒状ペレットに造粒して、加熱温度約４００℃〜９００℃で加熱することにより、団粒状浄化材を得る。造粒が困難な場合は、バインダーを０．１〜３重量％混合して造粒し、加熱後の強度を増すことにより耐水性を向上させる。造粒機としては押し出し式造粒機、転動式造粒機等を使用する。
【００１８】
このようにして造粒・加熱した団粒状の浄化材ａを図２のように下部砕石層１と上部砕石層２の間に設置して、給水管３から浄化する水を散布し、浄化材ａの層を通過して浄化された水を排出管４より排出する。浄化材層には鹿沼土、赤玉土、黒ボク土、赤ボク土またはリモナイトからの浄化材単体でも良いが、他の浄化材を混合して用いても良い。
この実施例では、上部から給水して下部から排水する方式であるが、下部から給水して上部から排水する上向流方式を用いても良い。
【００１９】
浄化する水としては、リン、有機物等を含む河川、湖沼などの環境水及び生活排水、産業廃水、し尿、畜産廃水及びそれらの処理水等の廃水を浄化することができる。
浄化する速度は、浄化材層の厚さ、浄化する水に含まれる浄化対象物の濃度、浄化後に要求される浄化対象物の除去率などに依存する。例えば、浄化材層の厚さが１ｍ程度の場合、流速は１〜２ｍ／日程度が一般的であるが、浄化速度は使用目的により変化するものであり、実験等により適宜に設定する。
【００２０】
実施例の水質浄化材ａの耐水性を評価するために、その浄化材ａを水中で超音波を３０秒間照射して、材料の分散状況を目視で評価した。また、加熱条件として温度と時間を変えた試験、バインダーの使用の有無などによる耐水性の試験を行った。その結果を表１に示す。また、使用した赤玉土及び鹿沼土の組成を表２に示す。
これによると、加熱しない場合や２００℃程度の加熱では十分な耐水性を得ることは出来ず、加熱条件を選択することにより、耐水性に優れた浄化材を得ることができることがわかる。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
【表２】
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【００２３】
さらに、加熱条件の違いによる吸着性能を難分解性である腐植質のフルボ酸を用いて測定した。その測定は、暗所において室温２５℃で実施し、浄化材ａ：１に対して河川水：２５（重量％：３．８５）を接触させ、液相にフルボ酸を有機炭素濃度にして３０ｍｇ／Ｌ添加して、溶存有機炭素濃度を１時間、２４時間、７２時間、１６８時間後に溶解性有機炭素量測定装置により測定した。なお、添加したフルボ酸は市販のフミン酸中に不純物として含まれていたものを分離して使用した。
また、比較例として浄水場で発生した汚泥も同様に造粒・加熱して評価をした。各々造粒後２００℃、４００℃、６００℃、９００℃で加熱したものと各々加熱してないものについて、固液間吸着分配係数Ｋｄの測定結果を図１に示す。
【００２４】
この測定によると、赤玉土や鹿沼土なる浄化材ａは、加熱なしで高い吸着能力を示したが、２００℃、４００℃で低下し、６００℃で加熱すると上昇して加熱なしと同等となった。
これに対して、表流水（河川）を水源とする浄水場から発生した汚泥の場合は、加熱により吸着分配係数は上昇するが、赤玉土や鹿沼土等からなる浄化材より低い値しか得られなかった。
この赤玉土や鹿沼土製の浄化材ａの吸着能力が高いのは、赤玉土には鉄、マンガン、アルミニウムを含む吸着活性の高い鉱物が多いためと考えられる。
【００２５】
〔実験例１〕
図２に示した実施例と同様に、下部砕石層１と上部砕石層２の間に浄化材ａを設置した態様を直径５ｃｍのアクリル製カラム内に構成し、その浄化材ａの充填高さ２５ｃｍで、上向流、流速：１．５ｍ／日の通水試験をした。試験に供した水は琵琶湖に流入する葉山川から採取し、ガラス繊維ろ紙（孔径０．７μｍ）でろ過したものを用いた。この水にリン酸（全リン、Ｔ−Ｐ：２０ｍｇ／Ｌ）をステップ入力し、ろ過水のＴ−Ｐを測定して通水後の除去率を求めた。浄化材として団粒状で産生する赤玉土、団粒状で産生する赤玉土と同時に副生する微粒粉状の土を造粒して加熱した加熱赤玉土、リモナイトと表流水浄水汚泥を混合して造粒、加熱したリモナイトと同浄水汚泥を用いて比較した。Ｔ−Ｐの除去率は赤玉土では７１％、加熱赤玉土では７５％、リモナイトと浄水汚泥は７０％であった。
【００２６】
このように、団粒状で産生する赤玉土と同時に副生する微粒粉状の土を造粒してから加熱することにより、これまで廃棄物として有効利用されなかった微粒粉状の土を高い性能の水質浄化材として有効利用することが可能となり、また、加熱してあることにより耐水性が向上して目詰りを起こすことなく長期的に安定した浄化能力を得ることができた。
【００２７】
〔実験例２〕
団粒状で産生する赤玉土及び鹿沼土に副生する微粒粉状の土を造粒、加熱した加熱赤玉土、加熱鹿沼土及び比較のために浄水場から発生した表流水汚泥を造粒、加熱した加熱焼成汚泥を用いて実験例１と同様にアクリル製カラムを用いて燐酸の替わりに、既知の炭素を含むフルボ酸をステップ入力し、ろ過水のＤＯＣを測定してフルボ酸の除去率を求めた。加熱温度が６００℃の加熱赤玉土では除去率は９０％、加熱温度が同じく６００℃の鹿沼土では除去率は９０％であったのに対して、比較として用いた加熱表流水汚泥では除去率は８５％であった。
【００２８】
このことから、団粒状で産生する赤玉土、鹿沼土に副生する微粒粉状の土は有機物を除去する浄化材として有効に活用できることがわかる。
【００２９】
因みに、この種の浄化材ａは、処理槽に充填されて用いられるが、このとき、その浄化材ａの充填層は、処理槽上部の上載荷重と自身の重量によって圧密状態となり、限界荷重を超えると、団粒構造が破壊され、圧密沈下を引き起こす。このため、図３に示すように、浄化材ａの充填層は、格子状などの枠体５により区画することにより、その圧密状態をできるだけ、回避することが好ましい。
また、実施例は、微粒粉状の土の場合であったが、粒粉状又は、造粒しないある程度の粒状の土であれば、必要に応じて、同様な造粒、加熱を行なうことにより、同様な水質浄化材ａを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】加熱温度とフルボ酸の固液間吸着分配係数Ｋｄの関係図
【図２】一実施例の断面図
【図３】他の実施例の断面図
【符号の説明】
【００３１】
ａ  水質浄化材
１  下部砕石層
２  上部砕石層
３  給水管
４  排水管
５  枠体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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