(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状またはテープ状物の第１の金属である鉄が、板状体に設けられた棒状体または針状体の第２の金属であるステンレスの保持体に保持されていることを特徴とするリン除去材。
【請求項２】
リン成分を含む水に、請求項１に記載のリン除去材を加え、第１の金属である鉄から鉄イオンを溶出させることにより、不溶性のリン−鉄化合物を形成させてリン成分を含む水からリンを除去する方法。
【請求項３】
第１の金属である鉄からの鉄イオンの溶出を水の溶存酸素量を高めた状態で行うことを特徴とする請求項２に記載のリン除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願発明は、河川、湖沼、海、生活排水、工業排水などに含まれる富栄養化の原因のひとつであるリン成分を除去するためのリン除去材に関し、とくに金属イオンを生成することにより、リン成分を不溶性のリン−金属化合物として析出させて除去するリン除去材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、リン成分を含む被処理水に鉄板を浸漬することにより、鉄板表面の電気化学的鉄腐食作用で鉄イオンを溶出させて、リン成分、とくにリン酸イオンを鉄イオンとの反応によって不溶性リン酸鉄塩として析出させ、この不溶性リン酸鉄塩を被処理水から取り除くことによってリンを除去する方法が知られている。しかし、この方法では鉄イオンの溶出量が少なく、また溶出速度も遅いため、リン濃度の高い水域や、リン濃度が変動する水域では、十分にリンを除去できなかった。
一方、浸漬した鉄板を荷電して鉄イオンの溶出量を増加させる方法も提案されているが、この方法では通電が必要となるため、ランニングコストが高く、運転管理も面倒であった。
このため、この出願発明者らは、銅線で接続した鉄板と銅板を被処理水に浸漬し、電池反応を利用して、鉄板からの鉄イオンの溶出速度を増加させることを試みた。この方法では、鉄板のみを浸漬した場合と比べれば溶出速度は上がったが、まだ十分とは言えなかった。また、鉄板や銅板を交互に配置し、かつ銅線で結線しなければならないため、装置が大掛かりになる上に、配置に手間がかかるという問題もあった。
これらの問題を解決するために、この出願発明者等は、先に特願平８−９２０１５号の発明を開発した。
この発明は、電気化学的性質の異なる２種の金属繊維によるリン除去材であるが、その設置やメンテナンス作業に手間がかかるという問題があった。
とくに、一方の金属繊維が消費されていくため、形態の安定性を計るのが難しく、消費されない繊維を再利用するには、改めてリン除去材を製造する必要があり、再利用に手間とコストがかかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この出願発明は上記のような従来技術あるいは先行技術の欠点を解消するために開発されたものであり、金属イオンの溶出速度を高めることができ、コンパクトで、取扱いの容易なリン除去材を提供すること、及びそのリン除去材を用いてリンを簡便に効率よく除去するとともに、第２の金属の保持体が変化しないため、形態は保持することができ、金属イオンとして溶出する第１の金属を補充、交換するだけで、連続使用できるリン除去材およびリン除去材を使用したリンの除去方法を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この出願発明は、繊維状またはテープ状物の第１の金属である鉄が、板状体に設けられた棒状体または針状体の第２の金属であるステンレスの保持体に保持されているリン除去材およびこのリン除去材を利用したリンの除去法に関する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
この出願発明の第２の金属の保持体は、棒状体であることが好ましく、針状体であることがとくに好ましい。
第１の金属は、繊維状、線状、板状、薄片状、テープ状などの形状であることが好ましく、繊維状であることがとくに好ましい。
【０００６】
第２の金属の棒状体、とくに針状体は、適当な金属板、木板、樹脂板、布などの板状体に多数設けたものがとくに好ましい。
【０００７】
この棒状体または針状体は、水の出入口を有する容器または槽、あるいは多孔構造の容器または槽に、１つ以上収納してもよい。
容器または槽の少なくとも一面に、第２の金属の棒状体または針状体を直接多数設けたものも使用できる。
【０００８】
第１の金属と第２の金属の形状は、第１の金属の繊維シート、とくに繊維が絡合したシートを、第２の金属の棒状体または針状体に差込んで固定して使用することがとくに好ましい。
好適な金属とその形状の組合わせとしては、棒状体または針状体のステンレスに、繊維状、針金状、またはテープ状の鉄あるいは鉄くずを使用することがとくに好ましい。
【０００９】
この出願発明のリン除去剤によってリンを除去するには、リン成分を含む水に、この出願発明のリン除去材を加え、第１の金属から金属イオンを溶出させることにより、不溶性のリン−金属化合物を形成させてリン成分を含む水からリンを除去するものであり、第１の金属からの金属イオンの溶出を水を曝気しながら行うことがとくに好ましい。
【００１０】
この出願発明のリン除去材は、第１の金属と、第１の金属よりも電気化学的に貴な第２の金属とが接触した状態となっており、リン成分を含む水に入れると、局部電池反応のような電気化学的反応により大きな表面積を持つ第１の金属から金属イオンが溶出するため、金属イオンの溶出速度を大きくすることができる。
溶出した金属イオンは、被処理水中に含まれるリン酸イオンなどのリン成分と反応することにより、不溶性のリン酸金属塩などのリン−金属化合物を形成して析出するため、溶出速度が増すことによってリンの除去能力が向上する。
また、この出願発明のリン除去材は、第２の金属の保持体に第１の金属を保持させるものであるため、取扱いがきわめて容易である。
【００１１】
この出願発明に用いる第１の金属と第２の金属には、電気化学的に見て相対的に差のある金属が用いられ、第２の金属が第１の金属よりも電気化学的に貴である金属が使用される。
第１の金属としては鉄が使用される。
第２の金属としてはステンレスが使用される。
なお、各金属は単体であってもよいし、合金であってもよい。また、各第１及び第２の金属は各々１種類の金属を用いてもよいし、２種類以上の金属を用いてもよい。
【００１２】
第１の金属と第２の金属の組合わせは、電気化学的に見て相対的に差があればとくに限定されないが、できるだけこの差の大きいものを選択することが好ましい。
電気化学的な差は、例えば金属の標準電極電位などから推定できる。ただし、金属の種類や使用状態によっては、酸化被膜を生じることなどにより安定な状態になってイオンの溶出が減るため、必ずしもこの電位差が大きい組合わせがリン除去に優れているとは限らない。
例えば、第１の金属では、鉄よりもアルミニウムの方が標準電極電位が卑であり、第２の金属に同じものを用いれば、アルミニウムとの組合わせの方がイオンの溶出速度が大きいことが予測されるが、実際には鉄の方がイオンの溶出速度が大きくなる。
【００１３】
第１の金属としては、他の電気化学的に卑な金属と比べて酸化被膜を形成しにくく、イオンの溶出速度が大きく、汎用されていて入手しやすいので、鉄繊維、とくにスチールウールを用いることがとくに好ましい。また、第１の金属に鉄を用いる場合、第２の金属としてはステンレスと組合わせると鉄イオンの溶出速度が大きくなり、リン除去能力が向上する。
【００１４】
また、繊維状の第１の金属は、繊維径が細いほど装置をコンパクトにできると共に金属イオンの溶出速度が大きくなる傾向があるが、あまり繊維径が細くなりすぎると使用寿命が短くなるため、その繊維径は１〜１０００μｍ、より好ましくは１０〜５００μｍであるのがよい。
【００１５】
この出願発明のリン除去材は、第１の金属と第２の金属により構成されるが、第１の金属の繊維集合体としては、フェルト、不織布、織物、編み物、紙などの繊維質シートを第２金属の棒状体、とくに針状体で保持したものや、水の出入りが可能な容器中に繊維を第２金属の棒状体、とくに針状体で保持したものを詰めたものや、集積した繊維を第２金属の棒状体、とくに針状体で保持したものを水透過性の材料で覆ったものなどが使用できる。
これらの中でも、フェルト、不織布を第２金属の棒状体、とくに針状体で保持したもの、水の出入りが可能な容器中に繊維を第２金属の棒状体、とくに針状体で保持したものを詰めたもの、集積した繊維を第２金属の棒状体、とくに針状体で保持したものを水透過性の材料で覆ったものなどは、繊維が３次元的に分布した構造となり、被処理水との接触面積が増えるので好ましい。
【００１６】
この出願発明のリン除去材は、繊維状の第１の金属が、第２の金属の棒状体、とくに針状体に挿入された構造となっているか、または、テープ状の第１の金属層が第２の金属の棒状体、とくに針状体に挿入された構造となっていることが好ましい。
【００１７】
第１の金属繊維が第２の金属の棒状体または針状体に挿入された構造となっている場合には、第１の金属と第２の金属は多くの部分で接触しており、２種の金属の間で電気化学的反応が生じて、第１の金属から金属イオンが溶出する。このため、厚みを厚くしても十分なリン除去能力を発揮する。また、棒状体または針状体は、必ずしも直線である必要はなく、曲線でもよい。
【００１８】
一方、第１の金属層が第２の金属棒状体に挿入された構造となっている場合には、２種の金属の間で電気化学的反応が生じて、第１の金属から金属イオンが溶出する。したがって、第１の金属が溶出して、一定以下の量になったときは、第１の金属の繊維を棒状体に挿入して補充することにより、元の状態に回復することかできる。
ただし、第１の金属層の厚みがあまり厚すぎると、電気化学的反応による第１の金属からの金属イオンの溶出は低下する。
【００１９】
リン除去材に含まれる第１の金属と第２の金属の表面積の割合は、大体、１：１〜１：０．０１の範囲にあることが望ましく、これより第１の金属の割合が少ないと溶出する金属イオンの量が不足すると共に、短期間で第１の金属が消費されてしまって使用寿命が短くなるので第１の金属を補充する。また、これより第２の金属の割合が少なくなると、第２の金属と接触できない第１の金属の割合が増え電気化学的反応による金属イオンの溶出が減り、リン除去材からの金属イオンの溶出速度が低下する。とくに、好ましい第１の金属と第２の金属との表面積の割合は１：１〜１：０．１である。
【００２０】
この出願発明においては、この出願発明のリン除去材をリン成分を含む水に入れて、第１の金属から金属イオンを溶出させることにより、不溶性のリン−金属化合物を形成させてリン成分を含む水からリンを除去する。
例えば、第１の金属として鉄を、第２の金属としてステンレスを使用するリン除去材の場合には、鉄とステンレスが接触していれば、局部電池反応による電気化学的反応によって鉄から鉄イオンが溶出し、この鉄イオンがリン酸イオンなどのリン成分と反応して水不溶性のリン酸鉄塩となって析出する。この析出したリン酸鉄塩を捕集して水中から取り出せば、水からリン成分を除去することができる。
【００２１】
なお、この出願発明のリン除去材はリン成分を含む河川、湖沼、海、排水路などに直接設置してリンの除去を行ってもよいが、これらから水を取り出した処理用の水路や処理水槽などに設置してリンを除去してもよい。
【００２２】
また、リン除去を促進するために、水の溶存酸素量を高めることが望ましく、例えばリン除去材を配置する場所またはその近傍で曝気を行ってもよい。曝気を行って溶存酸素量を調節することによって第１の金属からの金属イオンの溶出速度を大きくすることができる。
【００２３】
また、被処理水中に塩化ナトリウム、塩化アンモニウムなどの電解質を添加して電気伝導度を高めることによって、第１の金属の金属イオンの溶出速度を高めることができる。
【００２４】
【実施例】
実施例１
図１及び図２に示すような配置で、繊維径１００μｍのスチールウールからなる面密度２．５ｋｇ／ｍ2、厚さ５０ｍｍの繊維状ウェブを、１０ｃｍ×１０ｃｍのステンレス板上に縦横６ｍｍ間隔で２５０本設けた直径３ｍｍ、長さ５０ｍｍのステンレス棒状体に挿入する。両者の割合は、表面積比（スチール：ステンレス）で１：１の割合である。
このようにしてスチール繊維がステンレス棒状体と一体となったリン除去材を作製した。
塩化ナトリウム０．８ｇ／ｌを含む水道水からなる試験水２ｌ中に上記リン除去材を入れ、曝気により溶存酸素濃度を８ｍｇ／ｌに調整しながら２時間攪拌した後、リン除去材を試験水中から取り出して、試験水中の鉄イオン濃度を測定し、鉄１ｇ当たりの鉄イオンの溶出速度を求めて表１に示した。
また、塩化ナトリウム０．８ｇ／ｌとリン酸二水素カリウム４．４ｍｇ／ｌを含む水道水からなるリン濃度（ＰＯ4-3−Ｐ）１ｍｇ／ｌに調整した試験水３ｌ中に上記リン除去材を入れ、曝気により溶存酸素濃度を８ｍｇ／ｌに調整しながら５０分間攪拌した後、リン除去材を試験水中から取り出して、試験水中のリン（ＰＯ4-3−Ｐ）濃度を測定し、表１に示した。
【００２５】
実施例２
図１及び図２に示すような配置で、繊維径１００μｍのスチールウールからなる面密度２．５ｋｇ／ｍ2、厚さ５０ｍｍの繊維状ウェブを、１０ｃｍ×１０ｃｍのステンレス板上に縦横２０ｍｍ間隔で２５本設けた直径３ｍｍ、長さ５０ｍｍのステンレス棒状体に挿入する。両者の割合は、表面積比（スチール：ステンレス）で１：０．１の割合である。
このようにしてスチール繊維がステンレス棒状体と一体となったリン除去材を作製した。
このリン除去材の鉄イオンの溶出速度とリン除去材で処理した後の試験水のリン（ＰＯ4-3−Ｐ）濃度を、実施例１と同様にして求め、結果を表１に示した。
【００２６】
実施例３
図１及び図２に示すような配置で、繊維径５００μｍのスチールウールからなる面密度２．５ｋｇ／ｍ2、厚さ５０ｍｍの繊維状ウェブを１０ｃｍ×１０ｃｍのステンレス板上に縦横１２ｍｍ間隔で４９本設けた直径３ｍｍ、長さ５０ｍｍのステンレス棒状体に挿入する。両者の表面積比（スチール：ステンレス）は１：１の割合である。
このようにしてスチール繊維がステンレス棒状体と一体となったリン除去材を作製した。
このリン除去材の鉄イオンの溶出速度とリン除去材で処理した後の試験水のリン（ＰＯ4-3−Ｐ）濃度を、実施例１と同様にして求め、結果を表１に示した。
【００２７】
実施例４
初期リン濃度（ＰＯ43-−Ｐ）１．５ｍｇ／ｌの生活排水が流れる排水路に、実施例１のリン除去材２７ｌ（６０ｃｍ×３０ｃｍ×１５ｃｍ）分を排水路の上流側の生活排水がリン除去材の流入口から流入し、排水路の下流側へリン除去材の流出口から流出するように設置した。リン除去材中の生活排水を曝気により溶存酸素濃度を８ｍｇ／ｌに調整しながら、排水を流量１．６ｌ／分で流した。リン除去材を通過した生活排水を取り出して、リン濃度（ＰＯ43-−Ｐ）を測定したところ０．２ｍｇ／ｌに低下していた。また、リン除去材を通過した生活排水の鉄イオン濃度を測定して鉄の溶出速度を求めたところ０．９ｍｇ／ｇ・ｈｒであった。
【００２８】
比較例１
縦５ｃｍ×横５ｃｍ×厚さ０．２ｃｍの鉄板（重さ４０ｇ）３枚を、実施例１のリン除去材の代りに用いたこと以外は、実施例１と同様にして鉄イオンの溶出速度と鉄板で処理した後の試験水のリン（ＰＯ4-3−Ｐ）濃度を求め、結果を表１に示した。
実施例と比較して鉄イオンの溶出速度は遅く、処理後もリンが多く残っていた。
【００２９】
比較例２
縦５ｃｍ×横５ｃｍ×厚さ０．２ｃｍの鉄板（重さ４０ｇ）と縦５ｃｍ×横５ｃｍ×厚さ０．２ｃｍのステンレス板（重さ４０ｇ）各３枚を交互に４ｃｍ間隔で並べ、各板を銅線で連結したものを、実施例１のリン除去材の代りに用いたこと以外は、実施例１と同様にして鉄イオンの溶出速度と鉄板とステンレス板で処理した後の試験水のリン（ＰＯ4-3−Ｐ）濃度を求め、結果を表１に示した。
実施例と比較して鉄イオンの溶出速度は遅く、処理後のリン濃度も高かった。また、鉄板の消費後、新たな鉄板の銅線への連結などが必要で作業が繁雑であった。
【００３０】
比較例３
繊維径５００μｍのスチールウールからなる繊維ウェブをニードルパンチ機により絡合して、面密度１ｋｇ／ｍ2、厚さ２０ｍｍのニードルパンチ不織布からなるリン除去材を得た。
このリン除去材（４０ｇ）の鉄イオンの溶出速度とリン除去材で処理した後の試験水のリン（ＰＯ4-3−Ｐ）濃度を、実施例１と同様にして求め、結果を表１に示した。
実施例と比較して鉄イオンの溶出速度、処理後のリン濃度ともやや劣っている上に、鉄イオンの溶出に伴って形態が崩れるため、一定の位置に一定の形状で保持しておくのが困難であった。
【００３１】
【表１】
0003756267.tif 000002
【００３２】
【発明の効果】
第１の金属、とくに繊維状物と、これより電気化学的に貴な第２の金属の棒状体または針状体とが接触しているため、リン成分を含む水に入れると、局部電池反応のような電気化学的反応により、大きな表面積を持つ第１の金属から金属イオンが溶出し、この金属イオンが被処理水に含まれるリン酸イオンと反応して、不溶性のリン−金属化合物が析出し、リン除去を行うことができる。
また、第２の金属からなる棒状体または針状体は変化しないため、形態は保持され、金属イオンとして溶出する第１の金属を補充、交換するだけで、連続して使用できる。  このように、この出願発明のリン除去材は、金属イオンの溶出速度が大きいためリンの除去能力が高く、しかもコンパクトに形成でき、取扱い性が容易である。このため、リン成分を含む河川、湖沼、海、排水路などの水に作業性よく設置することができると共に、効率よくリン成分を除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の金属の繊維が、板状体に設けられた第２の金属の棒状体に挿入されたリン除去材。
【図２】  図１のリン除去材を上から見た図。
【図３】  第１の金属の繊維が、容器の底辺の板状体に設けられた第２の金属の棒状体に挿入されたリン除去材。
【図４】  第１の金属の繊維が、容器の底辺の積層された２個の板状体に設けられた第２の金属の棒状体に挿入されたリン除去材。
【符号の説明】
１  リン除去材
２  第１の金属
３  第２の金属
４  板状体
５  容器
【図１】
0003756267.tif 000003
【図２】
0003756267.tif 000004
【図３】
0003756267.tif 000005
【図４】
0003756267.tif 000006