論説

セラミックス多孔質体を用いた水質浄化
西１．はじめに田哲

明＊

化剤だけで目的とする汚染物質を除去できればよい

化学系の工場やメッキ工場から放出される工場廃が，そうでなければ浄化システムの構築が重要となっ液だけが河川や海洋を汚染している訳ではない。一てくる。幾つかの浄化剤や浄化プロセスを効率的に般家庭や飲食店などから放出される生活排水中の洗組合わせることにより，より効果的な水質浄化を実剤や油などの環境汚染物質は河川に流れ込み，やが践することが重要である。て海洋に達する。

廃 棄 物 問 題 に 目 を 向 け て 見 る と， 年 間 に 約

水質汚染を解決する為にはどうしたらよいだろうか？

４億５千万トンの「ごみ」が出ている。その大部分一つは，その原因を絶つ，あるいは汚染物質（４億トン）が産業廃棄物であり，残り５千万トンがの量を減らすことであろう。一般家庭から排出されガラスびんなどの一般廃棄物である 2）。産業廃棄物

る生活排水はきれいな形にしてから河川に放出するの中では，火力発電所などから産業廃棄物の石炭灰必要がある。下水道を完備すれば，この問題は解決が，2003 年度には 987 万トン発生している 2）。そのできる。残念ながら，我が国の下水道の整備状況は８５％がセメント材料などに利用されているが，残2004 年現在，６８％に過ぎない 。これでは，きれりの 150 万トンは埋立処分されている。石炭の年間いな川や美しい海を維持することは困難であろう。

使用量は増え続けており，2010 年には 1200 万トン

下水道のない地域では合併浄化槽を使って，生活排に達すると予想されている。

1）

水をきれいに（例えば，BOD の値を合併浄化槽排出

一方，ガラスびんなどの廃ガラス（板ガラスを除く）基準の一日平均である 20mg/ℓ以下）してから河川の年間発生量は，2001 年度は 260 万トンと報告されに放流することが効果的であろう。合併浄化槽の設ている 3）。廃ガラスの場合，僅か２５％が再利用され，置に関しては国や自治体の補助があるので積極的に残りの 195 万トンは安定型処分場へ廃棄されている。

設置して欲しい。

廃ガラスをリサイクルしてガラス製品を作るのに要工場や飲食店などから排出される各種排水についする電気エネルギーなどのコストは，珪石やソーダても基本的な考え方は同じである。これら施設の出などの原料からガラスを作るよりも２〜３割少なく口のところで，排水中の BOD 濃度を一般河川水のて済む。資源の乏しい我が国ではリサイクルに活路基準値を下回る程度にまで水質浄化することが重要を見出すことが重要である。この美しい国土が廃棄である。

物に埋もれ，エネルギーも食物もこれ以上，海外に排水処理で重要なポイントが幾つか挙げられる。

依存することのないよう，知恵を出し合って資源循一つは，浄化材に何を用いるか，ということであろう。

環型社会を構築することが科学者，技術者の責務で多くの水質浄化剤が市販されており，浄化目的に応あろう。

じた浄化剤の選択が重要であろう。また１種類の浄このような観点から，西田は先に石炭灰（フライ＊近畿大学産業理工学部生物環境化学科・大学院産業技術研究科物質工学専攻
3教授

アッシュ）とガラスびんを原料として極めて吸水性，保水性に優れたセラミック多孔質体を開発し，2002
年に近畿大学から北九州 TLO（技術移転推進機関）経由で特許出願し，特許査定されている 4）。このセラミック多孔質体のかさ密度は，化学組成にも依るが，例えば 1.2g/cm3 程度である。孔の大きさや数，機械的強度，耐熱性などは，化学組成，試料作製時の加熱温度，加熱時間を変えることにより自由に設計することができる。例えば，BET 法や Langmuir

Fig.1 セラミック多孔質体（例）（石炭灰：ガラス＝２：５）

法で測定したセラミック多孔質体の細孔の比表面積は 0.05~7.5m2/g 程度の値が得られている。
本研究では，セラミック多孔質体を用いて模擬排水の浄化実験を「浸漬ろ床法」を用いて実施した。
セラミック多孔質材料として，西田研究室で電気炉を用いて作製したものと，荒木窯業（株）（本社久留米市）でガス炉を用いて作製したものの二通りを実験に用いた。比較のため，同一セラミック多孔質体に活性汚泥を加えた場合と，加えない場合の対照実験も行なった。
（活性汚泥中には各種細菌や原生動物など数多くの好気性微生物が含まれており，下水終末処理場で汚水処理に利用されている。）

Fig.2 セラミック多孔質体（例）（石炭灰：ガラス＝５：１）

実験の結果，セラミック多孔質体と活性汚泥を組み合わせた方が，活性汚泥を単独に使った場合よりも遥かに水質浄化能が大きいことが明らかになった。

（株）製造，Fig.2）。これら一連のセラミック多孔質

以下に実験室で行なった浄化実験の一部を紹介する。

体中の孔の直径は製造条件によるが，多くは数 nm〜 80nm 程度である。これらセラミック多孔質体の２．…実験

最大の特徴は，孔が連続していることであり，水を２．
１加えると瞬時に吸収してしまう。水を加え続けると，セラミック多孔質体の製造方法

石炭灰（九州電力（株）提供）とガラスびん（大やがて吸水限界を超えて水滴が落ちてくる。すなわ

塚製薬清涼飲料水オロナミンＣ）をよく粉砕し，質ち，これらセラミック多孔質体は吸水力と保水力に量比が２：５になるように精秤した後，よく混合し優れており，断熱性にも優れている。て鉄製の容器に入れ，950℃に設定しておいた電気炉

石炭灰とガラスの質量比（組成）と加熱温度，加中で 60 分間加熱した。加熱後，容器ごと電気炉の外熱時間，加熱雰囲気を変えることにより孔のサイズへ取り出し，室温付近まで放冷した（西田研究室製造，の設計・制御が容易である。石炭灰とガラスの比を５：Fig.1）。これとは別に，上記と同じ石炭灰とガラス１から１：５の範囲で変えると，セラミック多孔質びんの質量比が５：１になるように精秤した後，よ体の製造に必要な温度は 900 〜 1200℃程度である。

く混合してアルミナシリカ製の容器に入れ，1150℃に設定しておいたガス炉中で 60 分間加熱した。加２．２

浄化実験

浄化実験は，Fig.3 に示すように，水槽上部にかご熱後，ガス炉内で常温付近まで放冷した（荒木窯業4浄化実験１日目（開始直後）

浄化実験２日目

浄化実験３日目

浄化実験５日目

浄化実験６日目

浄化実験８日目

Fig.…3… セラミック多孔質体（石炭灰：ガラス＝ 2：5）を用いた浄化実験：牛乳 100mℓと活性汚泥15mℓを超純水 15ℓに加えて水を循環させている。

浄化実験１１日目

5を設置し，その中に一辺が 3~5cm 程度，質量 8~12gは９４％となる。▲で示した多孔質体（荒木窯業製造）

程度に破砕したセラミック多孔質体（総重量 750g）の場合も同等の浄化が確認され，浄化率は９６％とを置いて，牛乳 100mℓと水 15ℓから成る模擬排水なった。×で示したデータは，これらセラミック多をポンプで汲み上げてセラミック多孔質体付近を強孔質体を用いることなく，微生物（活性汚泥 15mℓ）制的に通過させた。水槽中に活性汚泥 15mℓを添加だけで浄化実験を行った結果である。このとき，最し，十分な空気を送りながら 2 週間程度の浄化実験

終的な浄化率は８１％程度であった。すなわち，セを行った。対照試験として，活性汚泥を全く添加しラミック多孔質体と活性汚泥を併用した方が，活性なかった系についても同様の実験を行なった。

汚泥を単独で用いるよりもはるかに水質浄化の効率が高いことが分かる。
Fig.4 中には木炭とガラスを原料にして作成した

３．結果と考察
水槽中の超純水 15 ℓに 100mℓの牛乳を模擬排水「炭含有セラミック多孔質体 5）」の実験結果（◆）と，として加えた後の水質の浄化の様子を Fig.3 に示す。

料亭などの生簀で使われているサンゴを用いた実験

浄化実験１日目の水槽は牛乳で白くなっているが，結果（■）を示す。前者では浄化率９９％，後者で２日目，３日目になると牛乳が微生物によって分解は９８％という極めて良好な結果を示している。

され，牛乳による白濁が次第に失われ，６日目あたFig. ５に示した BOD の実験結果から，セラミッりからは水を吸い上げるために水槽内部に設置したク多孔質体の効果がより顕著であることが分かる。

ポンプがはっきり見えて来る。またこの時，水槽の当初，BOD の値は 740~800mg/ℓ程度であったが，向こう側に置いた「水質浄化中」の文字が鮮明に見日数と共に顕著に減少している。例えば，●で示しえるようになる。このように活性汚泥を加えた模擬たセラミック多孔質体（西田研究室製造）を使用し排水をポンプで吸い上げ，セラミック多孔質体の表た場合，BOD は 2.6mg/ℓまで減少し，最終的な浄面と内部を強制的に循環させることにより汚水が浄化率は９９．７％であった。▲で示した多孔質体（荒化されることが分かる。

木窯業製造）の浄化率は９９. ０％（7.5mg/ℓ）でFig.3 に示した水質浄化を定量的に評価する目的あった。いずれも生活排水の排出基準値，20mg/ℓをで，定期的にこの水槽中の水の COD と BOD の測定クリアーしている。また，「炭含有セラミック多孔質を行った。それぞれの結果を Fig.4 と Fig.5 に示す。

体 5）」を用いた浄化実験の結果（◆）と，サンゴをFig.4 では当初 250~270mg/ℓ程度であった COD の用いた実験結果（■）では最終的な浄化率がそれぞ

値が日数が経つにつれて小さくなり，●で示した

れ９９．４％と９９．６％という極めて良好な結果を多孔質体（西田研究室製造）の場合は５日後には示している。一方，×で示した，微生物（活性汚泥）10mg/ℓ程度にまでなっており，最終的な水質浄化率のみ用いた浄化実験の浄化率は９５％程度であった。

浄化 （0日目 15日目）：
0.
， ：4.3 ， ：：.
， ：.

1000.0100

BOD ppm

COD ppm100101

浄化 （0日目 15日目）：
5.1 ， ：.
， ：：.6 ， ：.41000

6.00123456Tim1011121314151610： 水質浄化材なし，活性汚泥，牛乳をた とき： 多孔質体（研究 製造），活性汚泥，牛乳をたとき： 多孔質体（業製造），活性汚泥，牛乳をたとき： さ，活性汚泥，牛乳をたとき：
炭多孔質，活性汚泥，牛乳をたとき

Fig.…410123456Tim

101112131415： 水質浄化材なし，活性汚泥，牛乳をた とき： 多孔質体（研究 製造），活性汚泥，牛乳をたとき： 多孔質体（業製造），活性汚泥，牛乳をたとき： さ，活性汚泥，牛乳をたとき：
炭多孔質，活性汚泥，牛乳をたとき

水質浄化実験結果（COD）

Fig.…56

水質浄化実験結果（BOD）

16ことにより効率的な浄化が可能となる。

この BOD の結果からも分かるように，活性汚泥とセラミック多孔質体を併用した方が，より効果的な水質浄化ができることが分かる。セラミック多孔質

謝辞
本研究に協力して頂いた宇部工業高等専門学校准

体の細孔の表面で，活性汚泥が効率よく繁殖してい教授の久冨木志郎博士，近畿大学大学院産業技術研ることが推測される。

究科博士前期課程（当時）の玉城淳君，安原正晃君，三浦隆志君に感謝します。

４．まとめ
石炭灰 ( フライアッシュ ) とガラスびんからセラミック多孔質体を作製し，水質浄化実験を行った。

引用文献

牛乳を模擬排水とした水質浄化実験では，少量の活1 ） 国 土 交 通 省 都 市・ 地 域 整 備 局 下 水 道 部 報 告性汚泥を添加することにより浄化が進行し，COD の

http://www.mlit.go.jp/crd/city/sewerage/date/

値から９５％以上の水質浄化が確認された。一方，

fukyu.html

BOD では９９％以上の水質浄化が確認された。セ2 ） 財団法人石炭エネルギーセンター，http://www.

ラミック多孔質体を用いず，同量の活性汚泥だけ用

jcoal.or.jp/coalash/coalash.html

いた実験では，浄化率は COD で８１％，BOD では

3 ） セラミック，37（2002）717 − 725

９５％であった。このように，微生物と多孔質体を4 ） 西田哲明，特許「石炭灰，金属精錬炉からのダ組み合わせた方が，微生物単独の場合よりも浄化能スト等を原料とする多孔質ガラスセラミックス力が高い。の製造方法」特許第 4269011 号（2009）

石炭灰の中でも処理やリサイクルの厄介な「ボト5 ） 西田哲明，特許「炭含有多孔質ガラスセラミッムアッシュ」をリサイクルした新規セラミック多孔クス及びその製造方法」特願 2006-58473

質体 6）でも本研究で紹介したセラミック多孔質体（フ6 ） 西 田 哲 明， 三 浦 隆 志， 安 原 正 晃， 特 許「 セライアッシュ使用）と同等以上の浄化率が確認できラミック多孔質体及びその製造方法」特願た。

2007-172753

これらのセラミック多孔質体は一般家庭の生活雑排水や飲食店，養豚場，でんぷん工場，化学系工場などから放出される各種排水や廃液の浄化，廃棄物

キーワード：リサイクル，石炭灰，廃ガラス，セ処分場や河川，池，湖沼などの水質浄化に有効である。

ラミック多孔質体，水質浄化，浸漬ろ床法，活性汚泥，

なお，本実験では浄化の様子をある程度詳しく観COD，BOD察することを念頭において，活性汚泥やセラミック

Keywords: recycling, coal ash, waste glass,浄化材の数量を低めに設定している。合併浄化槽のporous ceramics, water purification, immersing

浄化材，生活排水や各種廃液の浄化目的でこれらセﬁlter bed process, activated sludge, COD, BOD

ラミック多孔質体を使用する場合は，数量を増やす

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