(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砒素を含有する水から砒素を除去する方法であって，上記砒素を含有する水を、３００〜５００℃の温度で熱処理されたラテライト土壌と接触させることを特徴とする，砒素除去方法。
【請求項２】
前記ラテライトの平均粒子径が１００μｍ以下である，請求項１に記載の砒素除去方法。
【請求項３】
砒素を含有する水から砒素を除去して飲料用水を製造する方法であって，
上記砒素を含有する水を，３００〜５００℃の温度で熱処理されたラテライト土壌と接触させることを特徴とする，飲料水製造方法。
【請求項４】
前記ラテライトの平均粒子径が１００μｍ以下である，請求項３に記載の飲料水製造方法。
【請求項５】
３００〜５００℃の温度で熱処理されたラテライト土壌を容器に充填したことを特徴とする，簡易型モジュール除去装置。
【請求項６】
前記ラテライトの平均粒子径が１００μｍ以下である，請求項５に記載の簡易型モジュール除去装置。
【請求項７】
世界各地に広く分布している入手容易なラテライト土壌を、３００〜５００℃で加熱処理し、該加熱したラテライト土壌を吸着剤として使用し，自然水中に含まれる砒素および砒素化合物を吸着させることを特徴とする水中の砒素除去による飲料用水を得る方法。
【請求項８】
世界各地に広く分布している入手容易なラテライト土壌を吸着剤として使用し，自然水中に含まれる砒素および砒素化合物を吸着除去させる際，該ラテライトに対して３００〜５００℃で加熱処理を行うことにより土壌を殺菌し，かつ該ラテライト粒子表面上のFe2O3，Fe3O4，Fe3O5およびAl2O3の存在比を調節することによる吸着性能を向上させることを特徴とする熱処理ラテライトを吸着剤として使用する方法。
【請求項９】
世界各地に広く分布している入手容易なラテライト土壌を、３００〜５００℃で加熱処理し、該加熱したラテライト土壌を吸着剤として使用し，自然水中に含まれる砒素および砒素化合物を吸着除去させる際，該ラテライトの土壌を、平均粒子径６０μｍ以下に微粒子化することにより吸着剤当たりの接触面積を増大させることによって吸着性能を向上させることを特徴とするラテライトを微粒子化する方法。
【請求項１０】
世界各地に広く分布している入手容易なラテライト土壌を、３００〜５００℃で加熱処理し、該加熱したラテライト土壌を吸着剤として使用し，自然水中に含まれる砒素および砒素化合物を吸着除去させる際に使用する，簡易型モジュール除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，砒素を含有する水中からの砒素除去方法および砒素除去装置に関する。更に詳細には，水中の砒素を低コストで除去することのできる方法，及び低コストで作成することのできる，水中の砒素を除去できる装置に関する。
【０００２】
本発明の砒素除去方法及び砒素除去装置は，自然水（河川水，湖沼水および地下水等）の深刻な砒素汚染問題を抱える発展途上国における飲料水確保用技術として使用されるものであり，世界各地域に広く分布している入手容易なラテライト土壌を吸着剤として使用し，自然水中の砒素及び砒素化合物（特許請求の範囲および以下の記載においてこれらを総称して「砒素」ということととする）を除去する方法および装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
現在，浄水施設及び上下水道の整備されていない発展途上国において水の砒素汚染は深刻な問題となっている。世界保健機構（ＷＨＯ）は砒素の飲料水中の許容濃度を１．０×１０-5ｇ／Ｌと極めて低濃度に定めているが，これを大きく上回る数千倍の濃度の砒素を含有する地下水を飲まざるを得ない地域が多数存在している。砒素中毒の人体への影響は，重度により３段階に分けられる。第１段階として，皮膚炎，角質障害，結膜炎，気管支炎及び胃腸炎を示し，更に進むと第２段階として抹消神経障害，肝機能障害，皮膚への黒色色素沈着等の症状が現れ，最終的に第３段階である四肢の壊疽及び悪性腫瘍を経て死に至る。従って，飲料水中に砒素が含まれる場合，この砒素を取り除くことは重要である。
【０００４】
先進国において一般的に行われている含砒素水質の処理技術としては，例えば鉄イオンを用いた共沈法およびアルミナを用いた吸着除去法が挙げられる。これらの方法においては鉄含有試薬およびアルミナ等の使用によりコスト高となるため，発展途上国において用いることは困難である。
【０００５】
また，活性炭による砒素の除去法が報告されており，この活性炭を用いた砒素の除去法の発展途上国への展開を意図した技術も報告されている。東南アジアにおいて農業廃棄物として問題となっているアブラヤシ殻を原料として活性炭を作成し，さらに鉄イオンによって活性炭を修飾し砒素の吸着性能を向上させた研究も報告されている。しかし，活性炭の作製法は困難なものであり（活性炭の作成および鉄イオンによる修飾），発展途上国において作製するにはコストが高くなってしまうという問題がある。従って，飲料用水等に砒素が含まれる場合に，水中の砒素を低コストで除去することのできる簡便な方法が望まれている。
【０００６】
従って，発展途上国において，飲料として用いられる水中に多く含まれる砒素を除去することは重要な課題であり，このような水中に含まれる砒素を低コストで除去することのできる方法，及び低コストで作製することのできる装置を得ることが望まれていた。
【０００７】
一方，ラテライトは，年間を通じて高温，多湿な熱帯雨林気候帯ないし熱帯モンスーン気候帯に広く分布している風化の著しく進行した赤褐色土壌である。このようなラテライトは，アフリカ，南アメリカ，東南アジア，オーストラリア等に分している土壌である。ラテライトの主成分は，Si，Al及びFeの酸化物である，カオリナイト（Al2O3・2SiO2・2H2O），ギブサイト（γ−Al(OH)3），ヘマタイト（α−Fe2O3）である。このようなラテライト土壌は，わが国でも，亜熱帯性気候に属する小笠原諸島，奄美大島，沖縄等に分布することが知らされている。このように世界各地に広く分布しているラテライト土壌の有効利用は今までに報告されていなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って，本発明の目的は，飲料用水等に砒素が含まれる場合に，水中の砒素を低コストで除去することのできる方法，及び低コストで作製することのできる砒素除去装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため，本発明者らは鋭意検討した結果，アジアを中心に世界各地に広く分布している土壌であるラテライト土壌が砒素を顕著に吸着することを見出し，本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち，上記課題を解決するための本発明の砒素除去方法は，砒素を含有する水から砒素を除去する方法であって，上記砒素を含有する水をラテライト土壌と接触させることを特徴とする。
ラテライト土壌は，上述したように世界各国に広く分布しているので入手が容易である。このようなラテライト土壌を利用することにより，水中に含有される砒素を除去することができるので，水中の砒素を低コストで除去することが可能となる。
【００１１】
本発明の飲料用水製造方法は，砒素を含有する水から砒素を除去して飲料用水を製造する方法であって，上記砒素を含有する水をラテライト土壌と接触させることを特徴とする。
ラテライト土壌は，上述したように世界各地に広く分布しているので入手が容易である。このようなラテライト土壌を利用することにより，砒素を含有する水であっても，低コストで砒素を除去することができ，飲料用水とすることができる。
【００１２】
本発明の砒素除去装置は，ラテライト土壌を容器に充填したことを特徴とする。本発明の砒素除去装置において，ラテライト土壌を充填するために用いられる容器としては，特に制限なく，ラテライト土壌を充填することができるものであればどのようなものを用いてもよい。また，水中の砒素を除去するため，水を通貨させることのできるものが好ましく，例えば筒状の上下に孔が設けられた容器を用いることができる。このような容器を用いることにより，例えば容器上部に設けられた孔から水を供給し，容器の下部に設けられた孔より砒素が除去された水を排出するようにしてもよい。
【００１３】
本発明の飲料用水を得る方法は，世界各地に広く分布している入手容易なラテライト土壌を吸着剤として使用し，自然水中に含まれる砒素および砒素化合物を吸着させることを特徴とする。
【００１４】
本発明は，世界各地に広く分布している入手容易なラテライト土壌を吸着剤として使用し，自然水中に含まれる砒素および砒素化合物を吸着除去させる際，該ラテライトに対して熱処理（１５０〜７００℃）を行うことにより土壌を殺菌し，かつ該ラテライト粒子表面上のFe2O3，Fe3O4，Fe3O5およびAl2O3の存在比を調節することによる吸着性能を向上させることを特徴とする熱処理ラテライトを吸着剤として使用する方法である。
【００１５】
また，本発明は，世界各地に広く分布している入手容易なラテライト土壌を吸着剤として使用し，自然水中に含まれる砒素および砒素化合物を吸着除去させる際，該ラテライトの土壌を微粒子化（平均粒子径６０μｍ程度以下）することにより吸着剤当たりの接触面積を増大させることによって吸着性能を向上させることを特徴とするラテライトを微粒子化する方法である。
【００１６】
また，本発明は，世界各地に広く分布している入手容易なラテライト土壌を吸着剤として使用し，自然水中に含まれる砒素および砒素化合物を吸着除去させる際に使用する，簡易型モジュール除去装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の砒素除去方法について説明する。
本発明の砒素除去方法は，砒素を含有する水をラテライト土壌と接触させることを特徴とする。本発明の砒素除去方法において用いられるラテライト土壌は，上述したように，世界各地に広く分布しており容易に入手可能なものである。具体的には，ラテライト土壌とは，年間を通じて高温，多湿な熱帯雨林気候帯ないし熱帯モンスーン気候帯に広く分布する，赤褐色の土壌である。このようなラテライト土壌は，アフリカ，南アメリカ，東南アジア，オーストラリア等に分布している。ラテライトの主成分は，Si，Al及びFeの酸化物である，カオリナイト（Al2O3・2SiO2・2H2O），ギブサイト（γ−Al(OH)3），ヘマタイト（α−Fe2O3）である。このようなラテライト土壌は，わが国でも，亜熱帯性気候に属する小笠原諸島，奄美大島，沖縄等に分布している。本発明においては，上記のいずれの地域から採取したラテライト土壌でも用いることが可能である。
【００１８】
本発明において用いられるラテライト土壌は，１５０〜７００℃の温度で熱処理されたものであることが好ましく，３００〜５００℃の温度で処理されたものであることが更に好ましい。１５０〜７００℃の温度で熱処理することにより，土壌が殺菌されるとともに，かつラテライト粒子表面上のFe2O3，Fe3O4，Fe3O5及びAl2O3の存在比が調節され，砒素の吸着性能が向上する。
【００１９】
また，ラテライト土壌を熱処理する時間は，土壌が殺菌され，ラテライト粒子表面上のFe2O3，Fe3O4，Fe3O5及びAl2O3の存在比が調節されるのに十分な時間であればよく３０分〜２時間程度でよく，１時間程度が好ましい。
また，ラテライトの平均粒子径は１００μｍ以下であることが好ましく，６０μｍ以下であることが更に好ましい。ラテライトの粒子径を上記範囲とすることにより，ラテライト粒子と水との接触面積が増大し，吸着性能が向上する。ラテライトの平均粒子径を１００μｍ以下とする方法に特に制限はなく，土壌を破壊する手段を用いることによって実施することができる。破壊された土壌を１００μｍのふるいを通過するものを集めることにより，平均粒子径が１００μｍ以下のラテライトを得ることができる。
【００２０】
砒素含有水をラテライト土壌と接触させる方法としては，ラテライト土壌を充填した容器内に砒素含有水を入れ，一定時間静置した後，上澄みを取り出して飲料用水として用いる方法が挙げられる。この方法においては，容器内の水とラテライトを攪拌してもよい。また，ラテライト土壌と水との割合はラテライト土壌１００質量部に対し，５００〜１００００質量部程度が好ましい。また砒素含有水をラテライト土壌と接触させる時間としては，水中に含まれる砒素がラテライト土壌に吸着されるのに十分な時間接触させることが好ましく，一日程度接触させることが好ましい。この時間は攪拌することによって更に短縮することができる。
【００２１】
また，容器の上部（もしくは下部）に水供給口を設け，容器の下部（もしくは上部）に水排出口を設けた容器にラテライト土壌を充填し，水供給口から砒素含有水を供給し，容器の下部（もしくは上部）に設けられた水排出口から水を取り出し，飲料用水として用いる方法が挙げられる。この方法においては，砒素を含有する水からの砒素の除去を連続的に行うことが可能であり，排水出口より出てきた水は直ちに飲料可能である。
【００２２】
次に，本発明の飲料用水製造方法について説明する。
本発明の飲料用水製造方法は，砒素を含有する水をラテライト土壌と接触させることを特徴とする。
本発明の飲料用水製造方法において用いられるラテライト土壌，接触方法，接触時間等については，上述した本発明の砒素除去方法と同様である。
【００２３】
次に，本発明の砒素除去装置について説明する。
本発明の砒素除去装置は，ラテライト土壌を容器に充填したことを特徴とする。本発明の砒素除去装置において用いられる容器としては，ラテライト土壌を充填できるものであれば特に制限なく使用できる。材質についても特に制限なく，浄水器等に通常に用いるものが使用可能である。
【００２４】
容器としては，例えば上部に開口部があるものでよく，ラテライト土壌を上部に開口部がある容器に充填し，砒素を含有する水を上記開口部から供給し，一定時間静置又は攪拌した後，水を開口部から取り出すことにより，飲料用水として用いることができる。
【００２５】
また，筒状の容器の上下に孔を設け，上部（もしくは下部）に設けられた孔（水供給口）から水を供給し，容器の下部（もしくは上部）に設けられた孔（水排出口）から水を取り出し，取り出した水を飲料用水として用いることができる。このような容器を用いることにより，砒素を含有する水からの砒素の除去を連続的に行うことが可能である。このような容器の大きさとしては，特に制限はないが，一般家庭において用いることができ，また運搬が容易な程度の大きさが好ましい。通常には，直径が３０ｃｍ以内で，長さが１００ｃｍ以上のものが好ましいが，直径が５ｃｍであり，長さが５０ｃｍ程度の小型ラテライト充填モジュールが適当である。
【００２６】
このような小型ラテライト土壌モジュール（直径５ｃｍ，長さ５０ｃｍ）の使用寿命は，平均的家庭（４人家族，１日１５リットル使用すると仮定）において約５年である。
なお，本発明の砒素除去装置において，容器に充填されているラテライト土壌としては，上述の砒素除去方法において説明したものと同様のものが用いられる。すなわち，１５０〜７００℃の温度で熱処理をしたものが好ましく，５００℃の温度で熱処理したものが更に好ましい。また，平均粒子径が１００μｍ以下のものが好ましく，６０μ以下のものが更に好ましい。
【００２７】
以下，本発明を実施例により更に詳細に説明する。なお，本発明の範囲は，かかる実施例に限定されないことはいうまでもない。
実施例１
以下の実施例において用いられたラテライト土壌としては，本邦でラテライトを産する東京都・小笠原諸島のラテライト土壌を使用した。ラテライト土壌を乳鉢で細かくすりつぶした後，砒素水溶液（和光純薬工業(株)製：砒素標準溶液（As2O3，100ppm，pH5.0））と９６時間接触させることにより吸着平衡へ至らせ，砒素の吸着平衡を測定した。なお，水中の初期砒素濃度を０．０４×１０-3〜２．３×１０-2ｇ／Ｌに調整した砒素水溶液５０ｍｌに対し，ラテライト土壌を０．５ｇ用いた。また，本試験は２５℃の温度の下で行い，平衡濃度はＩＣＰ質量分析器（セイコー電子(株)製：ＳＰＱ９０００）を用いて測定した。結果を図１に示す（実線は，実施例１のラングミュア等温線を示す）。
【００２８】
実施例２〜５
１５０℃（実施例２），３００℃（実施例３），５００℃（実施例４）及び１０００℃（実施例５）の温度で１時間熱処理を行ったラテライトを用いた以外は，実施例１と同様に操作を行った。結果を図１に示す（破線は，実施例４におけるラングミュア等温線を示す）。
なお，熱処理は，ステンレス製ボート内へラテライトを仕込み，窒素ガス１２．０Ｌ／時間を導入しながら所定の温度で１時間行った。熱処理前のラテライトは赤褐色であるが，３００℃，５００℃の温度で熱処理したものは，それぞれ茶褐色，黒色に変色した。これは，ラテライトに含まれるFe2O3がFe3O4に変化し，土壌中の有機物が炭化したことが原因と考えられる。
また，１０００℃の温度で熱処理したものは灰色に変色した。これは，炭素が気化したため，白色であるAl2O3の色が表面に現れたためと考えられる。
【００２９】
実施例６
ラテライト土壌を６３μｍのふるいに通し，このふるいを通過したラテライト土壌を用いた以外（すなわち，ラテライトの粒子径は６３μ以下である）は，実施例１と同様に操作を行った。結果を図１に示す。
なお，ふるいを通さないラテライトの粒径，最大１．２３ｍｍであったがほとんどの粒子は１００μｍ以下であった。
【００３０】
図１は，実施例１〜６の結果を示すグラフである。
図１において，横軸は，平衡時における水相中の砒素濃度（ｇ／Ｌ）を示し，縦軸は，使用したラテライト土壌１ｇに対する砒素の吸着量を示す。
図１に示すように，ラテライト土壌と砒素溶液とを接触させることにより，砒素を含有する水中から砒素を除去することができ，さらに砒素含有量をＷＨＯの基準値以下に処理することが可能であることがわかる。特に，熱処理（３００℃及び５００℃）をしたものについては，その効果は更に顕著であった。また，粒子径を微細に（６３μｍ以下）にすることにより砒素の吸着性能が改善されることがわかった。
なお，結果を示していないが，砒素水溶液とラテライト土壌とを接触させた場合，約５時間程度で平衡状態に達した。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述した通り，本発明の砒素除去方法によれば，飲料用水等に砒素が含まれる場合に，水中の砒素を低コストで除去することができる。
また，本発明の砒素除去装置は，低コストで作製することができ，砒素除去効果に優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ラテライトによる砒素の吸着平衡実験の結果を示すグラフである。
【図１】
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