(57)【要約】【課題】  本発明は、廃水等の被処理水の処理に関して有効な磁性を有する水質浄化剤及びその製造方法、並びに当該水質浄化剤を用いた水処理方法に関する。【解決手段】  ケイ酸アルミニウムと磁性酸化鉄とから構成される水質浄化剤を用いることで、被処理水に磁性を有する水質浄化剤を粉体のまま添加し、素早く攪拌することによってフロックを生成させた後、磁気分離によってフロックと処理水を分離し、効率的な水処理を行うことができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ酸アルミニウムと磁性酸化鉄とから構成される複合物からなる水質浄化剤であって、該水質浄化剤はＢＥＴ比表面積が２〜２０ｍ２／ｇであって見かけ密度が０．５ｇ／ｍｌ以上であることを特徴とする水質浄化剤。
【請求項２】
水質浄化剤の飽和磁化値が２０Ａｍ２／ｋｇ以上である請求項１記載の水質浄化剤。
【請求項３】
前記ケイ酸アルミニウムが、非晶質成分を主とする化合物であり、Ｓｉ／Ａｌ比が２〜８である請求項１又は２に記載の水質浄化剤。
【請求項４】
ケイ酸アルミニウムを含有する水溶液に、第一鉄塩水溶液を塩基性反応条件で反応させた後、空気を通気することでマグネタイト粒子をケイ酸アルミニウム粉体表面に析出させた後、非酸化雰囲気下で熱処理をすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水質浄化剤の製造方法。
【請求項５】
被処理水に、請求項１〜３のいずれかに記載の水質浄化剤を粉体のまま添加し、素早く攪拌することによってフロックを生成させた後、磁気分離によってフロックと処理水を分離することを特徴とする水質浄化剤を用いた水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水等の被処理水の処理に関して有効な磁性を有する水質浄化剤及びその製造方法、並びに当該水質浄化剤を用いた水処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下水や工業用水の浄化処理における汚泥の分離において、通常は、下水等に含まれる有機物を曝気槽で活性汚泥処理により分離した後、沈殿槽で汚泥を重力により分離し、分離した汚泥を処理槽に移送する凝集沈澱法が実施されている。
【０００３】
また、最近は、上記のような凝集沈澱法に加えて、磁力による磁気分離との二段階で行うことが提案されている。即ち、汚泥に磁性粉を添加することによって汚泥自体に着磁性を持たせ、永久磁石や超伝導磁石を用いて処理水から汚泥を分離する磁気分離法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、廃水に磁性粉体と凝集材を添加し、廃水との混合処理及び磁化処理を経て、円筒型固液分離装置を用いてフロックを分離する方法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、層状結晶構造を有する粘土鉱物に磁性酸化鉄を化合させた磁性酸化鉄−粘土化合物からなる磁性吸着剤及びそれを用いた水処理方法が提案されている（特許文献３参照）。
【０００６】
また、層状結晶構造を有する粘土鉱物に磁性酸化鉄を化合させるとともに、疎水性基及び親水性基を併用する両親媒性有機化合物を化合させてなる粘土系磁性吸着剤及びそれを用いた水処理方法が提案されている（特許文献４参照）。
【０００７】
さらに、マグネタイトからなる核物質と、該核物質の周りに析出して化学的に結合したシュベルトマナイトとから構成された複合体からなる磁性化学吸収剤及びそれを用いた水処理方法が提案されている（特許文献５参照）。
【０００８】
また、マグネタイト粒子の表面がＴｉとＦｅの複合酸化鉄層にて被覆された磁気分離用マグネタイト粒子に関して提案されている（特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５７−１３５０９１号公報
【特許文献２】特開平０２−２９０２９０号公報
【特許文献３】特開２００４−１２１８９０号公報
【特許文献４】特開２００４−３４４７１４号公報
【特許文献５】国際公開第２００８／０２３８５３号パンフレット
【特許文献６】特開２００４−１６１５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記のような従来技術では、被処理物質を処理するために処理剤を大量に添加しなければいけないという課題や、そのために生じた汚泥廃棄物の処理がかえって問題として指摘されている。さらに、高価な処理コストの問題もあることから、できるだけ安価で、廃棄物量の少ない処理剤が強く望まれている。
【００１１】
特許文献１記載の方法では、凝集沈澱法自体の問題として、大量の汚水を処理するためには設置面積を非常に大きくしなければならない。さらに、磁性材料を添加し、混合するための設備も必要となり、省スペースでの処理は困難である。
【００１２】
また、特許文献２記載の方法は、凝集材と磁性粉体を廃水に添加し、凝集物（フロック）を生成させた後、磁石により着磁させることでフロックの沈降性を高めるというものである。即ち、磁性粉体の残留磁化によるフロック生成が重要な要素である。よって、この方法では、処理水とフロックの分離は従来の凝集剤のみに比べ速くなるが、沈降汚泥物の体積は決して小さくならない。
【００１３】
さらに特許文献３及び４には、生成した磁性粒子に関する大きさや磁化値の記載がないが、反応条件から磁化値の小さい微粒子であることが推測される。よって、磁石への応答性が小さく、結果としてフロックと処理水との分離性に問題がある。
【００１４】
また、特許文献５には、クロム酸イオン、リン酸系イオン、フッ化物イオン、ヒ酸イオン等の特定の有害イオンの吸着剤として有効であることが記載されている。言い換えれば、全ての水処理への適用というよりも特定物質の処理に適した処理剤に関するものである。
【００１５】
また、特許文献６には、汚染物質の磁気分離用マグネタイト粒子に関する記載がされているが、具体的な吸着性に関する記載はなく、単に磁気分離処理法に用いるための磁性材料に関するものであることから、本発明の目的とするものとは異なる。
【００１６】
そこで、本発明においては、廃水等の被処理水の処理に関して有効な磁性を有する水質浄化剤及びその製造方法、並びに当該水質浄化剤を用いた水処理方法を提供することを技術的課題とする。
【００１７】
即ち、少ない添加量で、且つ、迅速に凝集物と処理水を分離することが可能であり、汚泥廃棄物の少ない処理剤及び処理方法を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記技術的課題は、次の通りの本発明によって達成できる。
【００１９】
即ち、本発明は、ケイ酸アルミニウムと磁性酸化鉄とから構成される複合物からなる水質浄化剤であって、該水質浄化剤はＢＥＴ比表面積が２〜２０ｍ２／ｇであって見かけ密度が０．５ｇ／ｍｌ以上であることを特徴とする水質浄化剤である（本発明１）。
【００２０】
また、本発明は、水質浄化剤の飽和磁化値が２０Ａｍ２／ｋｇ以上である本発明１記載の水質浄化剤である（本発明２）。
【００２１】
また、本発明は、前記ケイ酸アルミニウムが、非晶質成分を主とする化合物であり、Ｓｉ／Ａｌ比が２〜８である本発明１又は２に記載の水質浄化剤である（本発明３）。
【００２２】
また、本発明は、ケイ酸アルミニウムを含有する水溶液に、第一鉄塩水溶液を塩基性反応条件で反応させた後、空気を通気することでマグネタイト粒子をケイ酸アルミニウム粉体表面に析出させた後、非酸化雰囲気下で熱処理をすることを特徴とする本発明１〜３のいずれかに記載の水質浄化剤の製造方法である（本発明４）。
【００２３】
即ち、本発明は、被処理水に、本発明１〜３のいずれかに記載の水質浄化剤を粉体のまま添加し、素早く攪拌することによってフロックを生成させた後、磁気分離によってフロックと処理水を分離することを特徴とする水質浄化剤を用いた水処理方法である（本発明５）。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る水質浄化剤は、被処理物を凝集させるための添加量が少なくて済み、且つ、汚泥と処理水との分離が磁石による分離により非常に効率的に行え、さらに、発生する汚泥の水分量が低く、汚泥量も少ないことから、種々の水処理に有効に利用できるものである。
【００２５】
さらに、有害な重金属等を含まない無機系の水質浄化剤であることから、発生する汚泥物を再生使用したり、土として埋め戻すことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１で得られた粒子粉体における電子顕微鏡写真（×２，０００）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の構成をより詳しく説明すれば、次の通りである。
【００２８】
まず、本発明に係る水質浄化剤について述べる。
【００２９】
ケイ酸アルミニウムとしては、海洋、湖沼、河川に広く分布し、ケイ素やアルミニウム原子が規則正しく配列した結晶質と不規則に並んだ非晶質に大別できる。本発明においては、前記いずれのケイ酸アルミニウムを用いることができるが、Ｓｉ−Ｏ−Ａｌ結合を有し、非晶質成分を主とするケイ酸アルミニウム化合物である火山灰土壌や石炭灰等の表面活性の大きな非晶質成分を多く含むものが好ましく、特に、シラス土や石炭灰がより好ましい。
【００３０】
本発明における磁性酸化鉄としては、種々のものを用いることができる。磁性が強くて安定であり、かつ安価に入手できるという意味では、マグネタイトが最適である。
【００３１】
本発明に係る水質浄化剤のＳｉ／Ａｌ比は２〜８が好ましく、より好ましくは４〜８である。また、いわゆるケイバン比（ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の分子比）としては１〜４が好ましく、より好ましくは２〜４である。
【００３２】
本発明に係る水質浄化剤のＢＥＴ比表面積は２〜２０ｍ２／ｇであり、好ましくは２〜１０ｍ２／ｇである。ＢＥＴ比表面積が２ｍ２／ｇ未満では、浄化作用が小さく、一方、２０ｍ２／ｇを超える場合では、見かけ密度が小さくなり、水質浄化剤を処理槽に投入する際に投入量を安定させることが難しくなる。
【００３３】
本発明に係る水質浄化剤の見かけ密度は０．５ｇ／ｍｌ以上であり、好ましくは０．６〜０．８ｇ／ｍｌである。見かけ密度が０．５ｇ／ｍｌより小さくなると、水質浄化剤を処理槽に投入する際に投入量を安定させることが難しくなる。
【００３４】
本発明に係る水質浄化剤の磁性酸化鉄の含有量は２０〜７０重量％が好ましく、より好ましくは２５〜７０重量％であり、更により好ましくは３０〜６５重量％である。磁性酸化鉄の含有量が２０重量％未満では、磁力が弱くなり迅速な分離はできにくくなり、一方、７０重量％を超える場合には被処理物を凝集させる効果が低くなる。
【００３５】
次に、本発明に係る水質浄化剤の製造方法について述べる。
【００３６】
本発明に係る水質浄化剤は、ケイ酸アルミニウムを含有する水溶液に、第一鉄塩水溶液を塩基性反応条件で反応させた後、空気を通気することで磁性酸化鉄粒子をケイ酸アルミニウム粉体表面に析出させた後、水洗、ろ別、乾燥し、磁性酸化鉄粒子が付着したケイ酸アルミニウム粉体を得、次いで、非酸化雰囲気下で熱処理して得ることができる。
【００３７】
本発明において、ケイ酸アルミニウムを含有する水溶液に、第一鉄塩水溶液を塩基性反応条件で反応させた後、空気を通気することでマグネタイト粒子をケイ酸アルミニウム粉体表面に析出させる。特に、ｐＨ１２以上の反応条件で、且つ、温度８０〜９５℃で、さらに１００ｌ／ｍｉｎの空気を２００分間程度通気することが重要である。
【００３８】
第一鉄塩水溶液としては、硫酸第一鉄水溶液、塩酸第一鉄水溶液等がある。
【００３９】
本発明において使用されるアルカリ性水溶液としては、水酸化ナトリウム水溶液、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウム等水溶液がある。
【００４０】
反応させるｐＨは１２以上が好ましい。ｐＨ１２未満でもマグネタイトは生成するが、得られた水質浄化剤の凝集効果が高くならない。
【００４１】
次いで、常法により、水洗、ろ別、乾燥することで、上記マグネタイト粒子が付着したケイ酸アルミニウム粉体が得られる。
【００４２】
次に、不活性ガス雰囲気下で３００〜８００℃で熱処理を行う。不活性ガスとしては、窒素、アルゴン等のいずれでもかまわないが、経済的理由から窒素を用いるのが好ましい。窒素ガスの流量は、マグネタイト粒子の酸化を防止するために３ｌ／ｍｉｎ以上流すことが肝要である。
【００４３】
加熱処理時間は、加熱温度によっても変わるが、１〜３時間の処理で十分である。
【００４４】
また、本発明においては、ケイ酸アルミニウムの存在下で磁性酸化鉄を水溶液中で調製したものに、別に作製した磁性酸化鉄を添加・混合して水質浄化剤とすることもできる。その場合、後で添加した磁性酸化鉄が水質浄化剤と分離しないように、磁性酸化鉄を選択すること及び混合をしっかりと行うことが好ましい。
【００４５】
次に、本発明に係る水質浄化剤を用いた処理方法について述べる。
【００４６】
本発明に係る水処理方法は、被処理水に、本発明に係る水質浄化剤を粉体のまま添加し、素早く攪拌することによってフロックを生成させた後、磁気分離によってフロックと処理水を分離するものである。
【００４７】
本発明において、対象とする被処理水は、工業用水、工業廃水、下水、生活排水等の有機物を含有するものである。
【００４８】
本発明における被処理水は、温度、ｐＨなどは特に限定されるものではないが、常温で、中性付近の水が好ましい。
【００４９】
本発明における被処理水に対する水質浄化剤の添加量は０．２〜１０ｇ／ｌが好ましい。
【００５０】
水質浄化剤を添加した被処理水は、撹拌して、フロックを生成した後、磁気分離によってフロックと処理水とを分離する。
【００５１】
分離したフロック・汚泥物は、再生使用したり、土として埋め戻すこともできる。
【実施例】
【００５２】
本発明の代表的な実施の形態は次の通りである。
【００５３】
尚、以下の実施例並びに比較例における粉末の粒度は、目開き１５０μｍの篩以下の値で示した。また、粒子の粒子形態は、走査型電子顕微鏡（株式会社日立製作所製、Ｓ−８００）で観察したものである。
【００５４】
ＢＥＴ比表面積は、Ｔｒｉ  Ｓｔａｒ３０００（島津製作所製）を用いて２５℃の条件で測定した値で示した。
【００５５】
かさ密度は、ＪＩＳ  Ｋ  ５１０１−１２−１に記載の方法に従って測定した。  
【００５６】
磁気特性は、振動試料型磁力計ＶＳＭ（東英工業製）を用い１０ｋ／４πｋＡ／ｍの磁場で測定した。
【００５７】
磁性酸化鉄量は、蛍光Ｘ線強度からマグネタイトの存在量として計算した。
【００５８】
流動性は、ＪＩＳ−Ｚ２５０２法により、サンプル５０ｇが全て流れ落ちる時間で評価した。
３０秒未満          ；  ○
３０秒以上１分未満  ；  △
１分以上            ；  ×
【００５９】
実施例１
あらかじめ１５０μｍ篩で粒度を調整した鹿児島県産のシラス土１００ｇと、Ｆｅ２＋１．５ｍｏｌ／ｌを含む硫酸第一鉄水溶液３７０ｍｌと、３．４ＮのＮａＯＨ水溶液４００ｍｌを混合し、ｐＨ１２．５、温度９０℃に調整し、１００ｌ／ｍｉｎの空気を２００分間通気した。次に、常法により、水洗、ろ過、乾燥、粉砕を行った。
次に、得られたマグネタイト粒子が沈着したケイ酸アルミニウム粉体を回転式熱処理炉に入れ、Ｎ２ガスを５ｌ／ｍｉｎで流しながら５００℃で３時間熱処理をおこなった。
当該粒子粉末は、磁性酸化鉄の含有量が３０％、粒度が１５０μｍ以下９６％、ＢＥＴ比表面積が３．５ｍ２／ｇ、見かけ密度が０．７３ｇ／ｍｌ、飽和磁化値が２４．３Ａｍ２／ｋｇであった。
【００６０】
実施例２及び実施例３
実施例１と同様にして、硫酸第一鉄水溶液量及びＮａＯＨ量等を変化させてマグネタイトとケイ酸アルミニウム粉体を得た。
【００６１】
比較例１
あらかじめ１５０μｍ篩で粒度を調整した鹿児島県産のシラス土１００ｇと、３．４ｍｏｌ／ｌの苛性ソーダ水溶液８００ｍｌを８０℃に保持し、攪拌しながら同温度で２時間保持した。次に、常法により、水洗、ろ過、乾燥、粉砕を行った。次に、ケイ酸アルミニウム粉体を回転式熱処理炉に入れ、Ｎ２ガスを５ｌ／ｍｉｎで流しながら５００℃で３時間熱処理を行った。
【００６２】
比較例２
あらかじめ１５０μｍ篩で粒度を調整した鹿児島県産のシラス土１００ｇと、３．４ｍｏｌ／ｌの苛性ソーダ水溶液７００ｍｌを８０℃に保持した。この溶液に、Ｆｅ２＋１．５ｍｏｌ／ｌを含む塩化第一鉄水溶液１６０ｍｌ及びＦｅ３＋１．５ｍｏｌ／ｌを含む塩化第二鉄水溶液３４０ｍｌとを混合した水溶液を、攪拌しながら添加した。同温度で２時間保持した。次に、常法により、水洗、ろ過、乾燥、粉砕を行った。次に、得られたマグネタイト粒子が沈着したケイ酸アルミニウム粉体を回転式熱処理炉に入れ、Ｎ２ガスを５ｌ／ｍｉｎで流しながら５００℃で３時間熱処理を行った。
【００６３】
このときの製造条件を表１に、得られた水質浄化剤の諸特性を表２に示す。
【００６４】
【表１】
2012055862.tif 000002
【００６５】
【表２】
2012055862.tif 000003
【００６６】
＜性能評価＞
ｐＨ６．７、ｎヘキサン１６８ｍｇ／ｌ、ＣＯＤ（Ｃｒ）９２５ｍｇ／ｌ、ＳＳ１０，７００ｍｇ／ｌの含油廃水を２倍希釈した被処理水に対し、実施例で得られた水質浄化剤Ａ〜Ｃおよび比較例のＤ、Ｅを各々０．５ｇ／ｌ添加し、攪拌した後、磁石でフロックを分離し、ろ紙にてろ過した。得られた汚泥を８０℃乾燥機で乾燥し、重量を測定し、被処理水に対する汚泥量を計算した。
得られた結果並びに条件を表３に示す。
【００６７】
【表３】
2012055862.tif 000004
【図１】
2012055862.tif 000005