CN102348647A - 使用活性化煤炭颗粒状材料作为处理因氮磷等引起的富营养化污染水的水质净化过滤材料，以及利用该材料的净水设施和将活性化煤炭粉末作为离子交换材料来用于污泥处理的方法，以及经该方法而制造的各种循环再生材料 - Google Patents

使用活性化煤炭颗粒状材料作为处理因氮磷等引起的富营养化污染水的水质净化过滤材料，以及利用该材料的净水设施和将活性化煤炭粉末作为离子交换材料来用于污泥处理的方法，以及经该方法而制造的各种循环再生材料 Download PDF

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Abstract

本发明的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，是通过将不适于作为燃料使用的低质煤进行氧化处理而去除灰烬的方式，将整体制成多微孔结构的平均粒径为5mm以上的活性炭的粒状材料，采用将成分元素中的硅和碳的比例限制在规定范围内的活性炭粒状材料。结果，可以提供有效地利用了通过将低成本的低质煤进行氧化处理的方式而得到的活性炭粒状材料的良好能力、和微生物类的净化能力、植物对氮、磷的吸收能力的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，和使用该材料的净水设施。

Description

使用活性化煤炭颗粒状材料作为处理因氮磷等引起的富营养化污染水的水质净化过滤材料,以及利用该材料的净水设施和将活性化煤炭粉末作为离子交换材料来用于污泥处理的方法,以及经该方法而制造的各种循环再生材料
技术领域
本发明涉及有效利用通过将低成本的低质煤进行氧化处理的方法而得到的活性炭粒状材料的良好能力，和根据需要而有效利用微生物的净化能力、植物对氮、磷的吸收能力的用于净化富营养化污染水的水质的过滤材料，和使用该材料的净水设施。
另外，本发明涉及将活性炭的粉末材料用作离子交换材料，来将被重金属等污染的污泥进行无害化处理的方法，和将进一步处理后的污泥加工后制成土壤改良剂、沙漠绿化材料，通过进一步调整成分而制成肥料等再循环材料的内容。
背景技术
由地球上大规模的人口增加以及工业的发展等引起的世界性的生活废水的淡水资源等的污染，正在演变为必须解决的紧急问题。即，由生活废水中的大量的氮和磷所导致的富营养化，引起了蓝绿藻等的大量生长，并成为很大的环境问题。
对于大量生长的蓝绿藻等的处理，虽然花费成本对其进行回收，但仅靠这种方法，不能消除富营养化的问题，现状就是无聊地重复蓝绿藻的繁殖和回收。
另外，虽然为了消除富营养化这一问题，也考虑采用各种各样的化学方法，但成本非常高，实际上用于较大的湖泊等的净化是很困难的。
进而，在专利文献1「特公平8-4796号公报」中，公开了作为有可能以低成本大规模地净化富营养化污染水的方法，采用活性炭粉末的内容。
另外，作为处理成胶泥状地堆积在被污染的水底、废水处理场等的处理水槽的底部的污泥的方法，一般是在通过挖泥除去之后，进行脱水和焚烧处理。
进而，在专利文献2「特开2005-313075号公报」等中，公开了在处理含有重金属的污泥时，为了将其分离除去，采用复杂的工序和装置的方法。
另外，在专利文献3「特开2004-238250号公报」等中，公开了将进一步处理后的污泥再循环而有效地利用的构思。
发明内容
仅仅从因富营养化而导致蓝绿藻等大量生长的湖泊等将其回收，并不能从根本上解决任何问题，这是显而易见的。通过高成本的化学方法等，很难消除现实中大规模的河川、湖泊中出现的水质污染状态，这也是显而易见的。
虽然专利文献1所记载的发明有较大的可能性，但为吸附·繁殖的菌类准备更理想的环境，这样会更有效，另外，更理想的是与用于更集中地吸收氮、磷而消除富营养化的方法组合在一起。
除此之外，在全球规模的对环境的意识高涨的时代，希望将水质净化设施设计成既节能且环保的。
像以往那样，只是通过挖泥等将污泥回收，然后脱水·焚烧，既大量消耗能源且成本巨大，这在对环境问题给予很大关心的现代社会中是很不合适的。即便如专利文献2所记载的那样去除回收污泥中所含有的重金属，特殊的装置、药品·工序等都是不可缺少的，还是耗费成本，因此不适合大量的有害污泥处理。将处理后的污泥再循环而有效地利用的专利文献3的构思虽然很不错，但也没有具体地解决现实的需要、成本的问题。
本发明是作为为了消除上述以往技术中的问题而反复研究和探讨的结果而首创的，提出了如下的方案，即，将通过将成本很低的低质煤进行氧化处理而得到的活性炭成分中的硅和碳的成分比例限制在一定范围内，由此成为更适合于作为微生物、菌类的繁殖地的材料，进而，为了消除由氮、磷导致的富营养化，在一起有效地利用植物的吸收能力，另外本发明还提出了如下的方案，即，利用活性炭本身具有的离子交换的能力无害化去除污水污泥的重金属，进而，将使用该材料的净水设施本身设计成不释放二氧化碳、最大限度地有效利用自然能源的设施，进而，本发明还发现了如下的情况，即，在作为离子交换材料采用进行了粉末化处理的活性炭的情况下，也可以应用于被重金属类污染的污泥的无害化处理，将处理后的污泥作为再循环材料而实施与各种具体的用途相对应的加工，以此来实现现实中的有效利用，具体情况如下。
本发明是一种采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其特征在于，其是通过将不适于作为燃料来使用的低质煤进行氧化处理而去除灰烬的方式将整体制成多微孔结构的、平均粒径为5mm以上的活性炭的粒状材料，成分元素中的硅和碳的比例被规定为1∶7～1∶13，理想的是1∶10。
本发明还是上述方法中的采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其中特征在于，在活性炭粒状材料的多微孔结构部中吸附并繁殖具有水质净化能力的各种微生物、菌类。
本发明还是上述方法中的采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其中特征在于，吸附并繁殖的菌种是从如下各菌种之中选择的2种以上的菌种，各菌种即：(a)分解屎尿中的未分解蛋白质、淀粉质等的菌种，(b)分解植物纤维质的纤维素酶较多的菌种，(c)将空气中以及水中的氮固定并进行肥料化的菌种，(d)产生70～80℃的高温并杀灭病原菌等的温泉菌种，(e)将纤维质的木质素、石油、洗剂等分解并进行堆肥化的菌种，(f)海洋性的嗜盐酵母类，吸附并繁殖的菌种理想的是包括上述全部菌种。
本发明还是上述方法中的采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其中特征在于，作为吸附并繁殖的微生物、菌类，采用氨臭等的脱臭·消臭效果良好的芽孢杆菌类。
本发明还是上述方法中的采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其中特征在于，成为以下的状态，即，与作为净化对象的污染水的污染成分的种类相对应地，将适合于消除该污染成分的菌种培养至占整体的50％以上。
本发明还是上述方法中的采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其中特征在于，培养至50％以上的菌种是海洋性的嗜盐酵母类，由此，可以将使其吸收海水中的盐分作为主要的工作。
本发明还是上述方法中的采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其中特征在于，利用由活性炭粒状材料的多微孔结构所形成的吸附能力以及离子交换能力，也可以同时进行污泥分解、有害重金属类的无害化。
本发明还是上述方法中的采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其中特征在于，在将活性炭粒状材料作为富营养化污染水的水质净化用过滤材料使用时，使其与利用伴随作为吸收氮、磷的手段的植物的生长的、来自于其根部对氮、磷的吸收能力的要素组合在一起。
本发明还是上述方法中的采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其中特征在于，作为吸收氮、磷的手段的植物，被直接种植在由活性炭粒状材料制成的水质净化用过滤材料上。
本发明还是上述方法中的采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其中特征在于，作为吸收氮、磷的手段的植物，从与一般的水生植物相比至少具有20倍以上的氮、磷吸收能力的陆生植物中选择。
本发明还是一种采用上述方法中的水质净化用过滤材料的水质净化设施，其中特征在于，作为由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化设施所必需的曝气处理系统，采用利用了高度差使处理水落下而成的接触型曝气结构。
本发明还是一种采用上述方法中的水质净化用过滤材料的水质净化设施，其中特征在于，作为由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化设施，采用如下的温室结构，即，用于吸收氮、磷的植物生长场所不易受到因外部温度变化给生长条件造成的影响的玻璃屋。
本发明还是一种采用上述方法中的水质净化用过滤材料的水质净化设施，其中特征在于，作为氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化设施的空调系统，采用利用处理水和设施内气温的温差的节能方式。
本发明还是一种采用上述方法中的水质净化用过滤材料的水质净化设施，其中特征在于，由附属设置的太阳能发电装置、风力发电装置等利用自然能源的、不释放二氧化碳的装置，提供至少20％以上，理想的是50％以上的氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化设施的设施运转用的电能。
本发明还是一种采用上述方法中的水质净化用过滤材料的水质净化设施，其中特征在于，水质净化的对象，是一般的海水，或者由氮、磷导致的富营养化污染水含有盐分的海水等，作为水质净化用过滤材料，采用大量培养了海洋性的嗜盐酵母类的活性炭粒状材料，和具有吸收盐分的能力的纯盐性(真塩性)植物。
本发明还是一种将活性炭制成粉末状材料使用的污泥处理方法，其特征在于，将含有重金属、含水率80％以上的污泥，在没有进行脱水处理的状态下，与含有具有离子交换能力的活性炭等的固体粉末进行混合而进行重金属的无害化处理，之后再投入混合具有适合于分解需要处理的污泥的能力的微生物，然后经过规定的时间来进行分解处理。
本发明还是一种用上述方法中的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其中特征在于，在含有特定的一种或多种重金属的污泥的无害化处理之际，将一种或多种离子交换材料，按照从污泥的总量以及重金属的浓度的相关关系算出的所需量，投入需要处理的污泥中，其中，一种或多种离子交换材料是将含有一种或多种具有与上述重金属进行离子交换结合的性质的元素的固体，制成平均粒径至少为5mm以下，理想的是3mm以下，更理想的是1.5mm以下的粉末状，所含有的重金属的50％以上，理想的是80％以上，更理想的是95％以上，与离子交换材料结合后混合，直到重金属浓度达到法定标准值以下，根据需要投入·混合规定的吸湿材料、保水材料，再调整到具有能够维持规定的形状的程度的成形性的状态，将一种或多种分解需要处理的污泥的微生物，根据需要和一种或多种植物的种子混合在一起，将其成形为规定的形状，然后根据需要装进用规定的生物分解性材料制成的容器中，制成绿化材料。
本发明还是一种用上述方法中的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其中特征在于，在将一种或多种分解需要处理的污泥的微生物混合在一起之后，经过规定的一段时间制成利用发酵反应形成的堆肥，并将其作为土壤改良剂来使用。
本发明还是一种用上述方法中的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其中特征在于，在将一种或多种分解需要处理的污泥的微生物混合在一起之后，经过规定的一段时间制成利用发酵反应形成的堆肥，进而进行氮成分、磷成分、钾成分等的调整，然后作为满足法定标准的肥料来使用。
本发明还是一种用上述方法中的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其中特征在于，根据需要混合在一起的植物的种子是耐旱树木的种子，通过将深度为30～50cm的洞穴形成为适于填埋的形状和体积的方式，可以用于沙漠绿化。
本发明还是一种用上述方法中的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其中特征在于，成形为片状形状，并通过设置即便在倾斜面上也可以固定的保持材料，成为即便在不稳定的倾斜面上也能够适用的绿化片状原材料。
本发明还是一种用上述方法中的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其中特征在于，能够进行无害化处理的重金属是锌、铜、铅、镉、砷、六价铬、水银之中的任意一种或多种。
本发明还是一种用上述方法中的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其中特征在于，具有与重金属进行离子交换结合的性质的元素，是碳、硅中的任意一种或包括这双方的物质。
本发明还是一种用上述方法中的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其中特征在于，从需要处理的污泥的总量和其中所包含的重金属的浓度，算出需要进行无害化处理的重金属的总量，由此决定离子交换材料所必需的最小限量，从污泥的含水比例和混合装置的能力计算无害化完成所需要的混合时间，在将处理时间、处理量、消耗能量、材料成本的要素作为可变更的因素加上之后，选择理想的无害化处理程序。
本发明还是一种用上述方法中的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其中特征在于，吸湿材料、保水材料是稻草、吸水性聚合物。
本发明还是一种用上述方法中的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其中特征在于，作为微生物，采用包括从以下各种菌类之中选择的两种以上，理想的是包括所有菌种的菌类，即，具有水质净化能力的芽孢杆菌类、(1)分解屎尿中的未分解蛋白质、淀粉质等的菌种，(2)分解植物纤维质的纤维素酶较多的菌种，(3)将空气中以及水中的氮固定并进行肥料化的菌种，(4)产生70～80℃的高温并杀灭病原菌等的温泉菌种，(5)将纤维质的木质素、石油、洗剂等分解并进行堆肥化的菌种，(6)海洋性的嗜盐酵母类。
本发明还是一种用上述方法中的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其中特征在于，混合在一起的植物的种子是从耐旱的、沙漠绿化能力较高的树木类选择的。
发明的效果
(a)不适于作为燃料使用的低质煤进行氧化处理而去除灰烬，从而整体被制成多微孔结构的、平均粒径为5mm以上的活性炭的粒状材料，由于将成分元素中的硅和碳的比例规定为1∶7～1∶13，理想的是1∶10，因此可以将成本很低的低质煤制成作为过滤材料具有良好过滤能力的原材料来使用。特别是，由于将硅和碳的比例限定在特定的范围内，因此可以作为非常适合于在微孔结构部内繁殖微生物类、菌类的材料来使用。
(b)由于在活性炭粒状材料的多微孔结构部内吸附并繁殖具有水质净化能力的各种微生物、菌类，因此可以妥善地利用各种微生物类、菌类的水质净化能力，并能够旺盛地进行其繁殖，从而可以使其持续有效的水质净化能力。该水质净化作用还可以应用于饲养鱼类等的各种水槽类内的水质保全。
(c)由于吸附并繁殖的菌种是从(a)分解屎尿中的未分解蛋白质、淀粉质等的菌种，(b)分解植物纤维质的纤维素酶较多的菌种，(c)将空气中以及水中的氮固定并进行肥料化的菌种，(d)产生70～80℃的高温并杀灭病原菌等的温泉菌种，(e)将纤维质的木质素、石油、洗剂等分解并进行堆肥化的菌种，(f)海洋性的嗜盐酵母类之中选择的2种以上，理想的是包括全部菌种的菌类，因此即便对于多种多样的水质污染元素，也能够分别使合适的菌种发挥作用来进行有效的水质净化。
(d)由于作为吸附并繁殖的微生物、菌类，采用氨臭等的脱臭·消臭效果良好的芽孢杆菌类，因此甚至连富营养化污染水中被当作问题的恶臭都能够全部有效地进行脱臭·消臭处理，可以使恶臭散发到处理场附近的问题不再发生。
(e)由于成为以下的状态，即，与作为净化对象的污染水的污染成分的种类相对应地，将适合于消除该污染成分的菌种培养至占整体的50％以上，因此便可以根据污染的状态，以最适合的状态的菌种培养状态来使用本发明的过滤材料。即，需要净化的污染水不只是由氮、磷导致的富营养化，还有(a)含有很多未分解蛋白质、淀粉质的情况，(b)含有很多植物纤维质的情况，(c)含有很多油的情况，(d)含有很多海水中的盐分的情况等。使上述菌种适当地组合在一起就能够妥善地处理任何情况，这就不难理解了。
但是，在已然了解需要净化的污染水的污染状况的情况下，根据该污染状况，以达到最适合于消除该污染的菌种的配合平衡的方式预先进行适当的培养，在此基础之上作为过滤材料来使用，这样可以实现有效的水质净化。
例如，在大量含有未分解蛋白质的污染水的情况下，进行预先培养使旺盛地分解和处理该污染水的菌种相对达到50％以上，然后再实际使用，便可很快消除成为问题的污染状况。
(f)由于培养至50％以上的菌种是海洋性的嗜盐酵母类，并由此可以将使其吸收海水中的盐分作为主要的工作，因此即便是由氮、磷导致了富营养化的、含有盐分的海水这样的污染水，在去除盐分之外，还可以进一步去除其他的污染，并可以进行淡水化基础之上的水质净化。
(g)由于利用由活性炭粒状材料的多微孔结构所形成的吸附能力以及离子交换能力，也可以同时进行污泥分解、有害重金属类的无害化，因此在进行污泥处理的同时，还能够利用离子交换能力处理铬、镉等有害重金属类，并且在超越了由富营养化导致的水质污染的复合污染去除方面也可以起作用。
(h)由于在将活性炭粒状材料作为富营养化污染水的水质净化用过滤材料使用时，使其与利用伴随作为吸收氮、磷的手段的植物的生长的、来自于其根部对氮、磷的吸收能力的要素组合在一起，因此可以利用植物对氮、磷的吸收能力有效地去除富营养化污染水中的氮、磷。
即便利用活性炭自身的吸附过滤能力、微生物、菌类的水质净化能力可以进行各种污水净化，但在有效地吸收生活废水中所大量含有的氮、磷方面还不足，在弥补不足的基础之上与植物的能力组合在一起，这是非常有效的。
(i)由于作为吸收氮、磷的手段的植物，被直接种植在由活性炭粒状材料制成的水质净化用过滤材料上，因此可以在由活性炭粒状材料实现的过滤和由微生物利用实现的水质净化的同时进行富营养化元素的去除，这样便可以实现有效且综合的水质净化。
(j)由于作为吸收氮、磷的手段的植物，从与一般的水生植物相比至少具有20倍以上的氮、磷吸收能力的陆生植物中选择，因此便可以实现利用了与水草、水边的植物等相比氮、磷的吸收能力高的多的陆生植物的富营养化污染水的净化。已知平均的陆生植物对氮、磷的吸收能力相当于水中植物、水边植物的50～60倍。
(k)由于作为由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化设施所必需的曝气处理系统，采用利用了高度差使处理水落下而成的接触型曝气结构，因此无需使用特殊的能源就能够向需要处理的富营养化污染水提供氧，并能够制成简单且节能的净水设施。
关于利用高度差的方法，可以是设置了明确的阶梯的瀑布那样的结构，也可以是流过斜面那样类型的结构。
(l)由于作为由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化设施，采用如下的温室结构，即，用于吸收氮、磷的植物生长场所不易受到因外部温度变化给生长条件造成的影响的玻璃屋，因此即便在植物的生长条件因季节的变化而改变的情况下，也可以一面维持大致相同的条件，一面继续稳定的净水设施的操作。
(m)由于作为氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化设施的空调系统，采用利用处理水和设施内气温的温差的节能方式，因此可以利用一年四季都存在的温差，以节能的方式进行冬暖夏凉的、净水设施内的气温管理。
这种利用废水的温度的空调系统的部分设施已经得到了实际应用。
(n)由于由附属设置的太阳能发电装置、风力发电装置等利用自然能源的、不释放二氧化碳的装置，提供至少20％以上，理想的是50％以上的氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化设施的设施运转用的电能，因此无论是净水方式还是净水设施自身，都可以最大限度地利用自然的力量，并且作为不给周围的环境造成负担，不浪费能源的方法来实现本发明。
也就是说，即便将活性炭粒状材料和微生物、菌类、植物有效地组合在一起的富营养化污染水的净化方式(过滤方式)，是有效地利用自然的力量且完全不产生排放物的方式，但如果作为使用该方式的净水设施整体，能源消耗高，或者产生在处理时要消耗成本的排放物的，那就没有意义了。设法让设施整体尽可能地关心对环境造成的影响，同时能够以低成本运转，这是很重要的。
(o)由于水质净化的对象，是一般的海水，或者由氮、磷导致的富营养化污染水含有盐分的海水等，作为水质净化用过滤材料，采用大量培养了海洋性的嗜盐酵母类的活性炭粒状材料，和具有吸收盐分的能力的纯盐性植物，因此可以实现能够将一般的海水、被富营养化污染的海水等妥善地作为干净的淡水资源来使用的净水设施。
(p)由于将含有重金属、含水率80％以上的污泥，在没有进行脱水处理的状态下，与含有具有离子交换能力的活性炭等的固体粉末进行混合而进行重金属的无害化处理，之后再投入混合具有适合于分解需要处理的污泥的能力的微生物，然后经过规定的时间来进行分解处理，因此可以将大量含有水分且处于流动状态的污泥和具有离子交换能力的粉末材料有效且均匀地混合，来谋求有害重金属类的无害化。也就是说，在通常的污泥处理中，首先在经过由脱水处理实现的减量化之后进行其他的处理，在相对于这样的脱水后的污泥均匀地混合固体粉末时，就必须有专用的混合机械。即，在向污泥整体均匀地混合任何其他的物质时，就那样在含水率较高的状态下进行就能够简单地实现。
另外，在向经过这样的处理的污泥添加微生物进行分解处理之际，在脱水处理前添加混合是有效的。
作为需要添加混合的粉末的量，如果与假设在将污泥进行脱水处理之后的污泥总量相等，那么相对于80％以上的含水状态的污泥进行添加混合，就能够快速且均匀地混合到整体之中，因此以此为基准。根据重金属的总量、设备的状态等其他的条件，进行相对于基准的微调整，并以使效率和成本双赢的方式来考虑问题。
(q)通过以下方式，可以将被重金属污染的污泥无害化，除此之外，还可以作为有效的绿化材料来使用。上述方式就是在含有特定的一种或多种重金属的污泥的无害化处理之际，将一种或多种离子交换材料，按照从污泥的总量以及重金属的浓度的相关关系算出的所需量，投入需要处理的污泥中，其中，一种或多种离子交换材料是将含有一种或多种具有与上述重金属进行离子交换结合的性质的元素的固体，制成平均粒径至少为5mm以下，理想的是3mm以下，更理想的是1.5mm以下的粉末状，所含有的重金属的50％以上，理想的是80％以上，更理想的是95％以上，与离子交换材料结合后混合，直到重金属浓度达到法定标准值以下，根据需要投入·混合规定的吸湿材料、保水材料，再调整到具有能够维持规定的形状的程度的成形性的状态，将一种或多种分解需要处理的污泥的微生物，根据需要和一种或多种植物的种子混合在一起，将其成形为规定的形状，然后根据需要装进用规定的生物分解性材料制成的容器中，制成绿化材料，
附图说明
图1是本发明的水质净化用过滤材料的简单的示意图。
具体实施方式
以下，用附图说明上述本发明的具体的实施方式的若干个例子。
图1是本发明的水质净化用过滤材料1的简单的示意图。
作为过滤住材料的活性炭粒状材料2，采用上述用作燃料时不能很好地产生热量的低质煤。
将其进行氧化处理，然后洗脱灰烬，再将整体制成多微孔结构体。氧化处理所使用的物质是盐酸、硫酸、硝酸，但也可以利用来自于工业设施的废酸。
活性炭的颗粒尺寸设为平均5mm以上。当然也可以与过滤目的相对应地选择合适的尺寸。
另外，本发明的活性炭粒状材料2的特征在于将残留矿物成分中的硅和碳的比例限定为规定的值。因为，这种方法当在活性炭上吸附·繁殖具有水质净化能力的微生物、菌类时，为了将其繁殖能力旺盛化是很有效的。
发明者发现具体来说，将硅∶碳调整到1∶10左右是最有效的。
这样制造出来的活性炭粒状材料2，我们发现对其自身而言具有良好的吸附净化能力，甚至还具有离子交换能力，就那样就具有包括有害重金属的去除在内的较高的水质净化能力。
另外，关于使其吸附·繁殖在活性炭粒状材料2的多微孔结构中的微生物、菌类3，只要是具有有效的水质净化能力的菌种，各种各样的都可以利用，特别是，按照目的将(a)分解屎尿中的未分解蛋白质、淀粉质等的菌种，(b)分解植物纤维质的纤维素酶较多的菌种，(c)将空气中以及水中的氮固定并进行肥料化的菌种，(d)产生70～80℃的高温并杀灭病原菌等的温泉菌种，(e)将纤维质的木质素、石油、洗剂等分解并进行堆肥化的菌种，(f)海洋性的嗜盐酵母等适当地进行混合，就能够很好地应对各种污染。
具体来说，对于各种众所周知的菌类，(a)作为分解未分解蛋白质、淀粉质等的菌种，已知有学名为：曲霉菌属(Aspergillus)、毛霉菌属(Mucor)以及枯草芽孢杆菌(Bac.subtilus)的微生物类，(b)作为分解植物纤维质的含有较多纤维素酶的菌种，已知包括学名为：热解纤芽孢杆菌(Bac.thermofibrincolus)以及产甲烷细菌(Bac.methanigenes)的微生物。
另外，(c)作为将空气中以及水中的氮固定并进行肥料化的菌种，有学名为：星孢芽孢杆菌(Bac.asterosporus)以及巴斯德氏(固氮)梭状芽胞杆菌(Clostridium pastorianum)的菌类，(d)作为产生70～80℃的高温并杀灭病原菌等的温泉菌种，有学名为：白色贝日阿托氏菌(Beggiatoa alba)以及淡黄青霉(Penicllium luteum)的菌类。
进而，(e)作为将木质素、石油、洗剂等分解并进行堆肥化的菌种，有镰刀菌属(Fusarium)以及球衣菌(Sphaerotilus natans)，(f)作为海洋性的嗜盐酵母类，包括已知的学名被称为：园红酵母素(Torulaarten)以及卡尔酵母(Saccharomyces carlsbergensis)的微生物类。
虽然上述这些微生物、菌类3，各个都是具有良好的水质净化能力的菌种，但并不能断言主要使其吸收生活废水系的污染水等中所大量含有的氮、磷就足够了。本发明的另一个较大的特点就是为了使其妥善地吸收以上述方式吸收不了的氮、磷而有效地利用来自于植物类4的根部的吸收能力。
即，植物类4为了自身的生长需要氮、磷，这是常识，它们从根部吸收这些成分。为了将植物生长所需的氮、磷的吸收妥善地用于富营养化污染水的净化，在调整其生长条件的同时，并且使其与吸附微生物类3的活性炭粒状材料2组合，从而作为水质净化过滤材料1来利用。
植物类4既可以是水中的植物，也可以是水边的植物，但理想的是在陆地上生长的陆生植物。原因是我们知道就氮、磷的吸收能力而言，陆生植物一般高出数十倍，因此最好重点采用陆生植物。虽然这么说，但一起使用水中植物、水边植物也没有什么特别的问题。
另外，活性炭粒状材料2也可以就那样作为种植植物类4使其根部延伸生长的栽培床来使用。即，使活性炭粒状材料2起到富营养化污染水的过滤材料的作用，同时，在其上种植各种植物类4，在进行过滤处理的同时，谋求根部对氮、磷的吸收，并使其进行水质净化。
我们证实只要用适当的条件进行管理，即便不是水中植物、水边植物而是陆生植物，也可以在用活性炭粒状材料2制成的过滤材料上用水耕栽培的方法使其生长。
实施例1
在气温较高、阳光充足的夏季，当通过本发明的以如下方式构成的水质净化用过滤材料，处理大量含有氮、磷且浑浊的富营养化污染水时，几天后，透明度确实有所提高，不到30天，氮、磷的浓度也减少80％以上，成为良好的水质。构成方式：用使上述(a)～(f)的菌类吸附·繁殖的活性炭粒状材料制成的叠层过滤材料，和在其上部种植陆生植物。
实施例2
当用与实施例1同样的方法处理含有有害重金属六价铬的富营养化污染水时，我们证实六价铬被去除，并且氮、磷等其他的污染物质的浓度也大幅度地减少。
实施例3
对于被氮、磷富营养化的海水，当进行与上述各实施例相同的处理时，我们证实盐分被去除而淡水化，并且氮、磷等其他的污染物质的浓度也大幅度地减少。另外，我们还证实，关于海水中的盐分去除，没必要进行富营养化的污染，对于将通常的海水进行淡水化的目的，也可以就那样直接应用。
产业上的可利用性
根据上述本发明，可以合采用便宜的低质煤的活性炭和水质净化微生物以及植物之力，制成有效的水质净化用过滤材料，并且除了整体上成本较低之外，还可以大规模地实施，因此便可以卓有成效地净化各种富营养化污染水源。
进而，通过适当地选择培养吸附·繁殖的微生物类，不只是被污染的海水，在将一般的海水资源进行淡水资源化的方面也可以应用，除此之外，从活性炭粒状材料的结构、成分组成来看，还可以应用于污泥处理、有害重金属处理。
另外，还可以将采用这些技术的净水设施本身设计成有效地利用了自然能源的、无浪费的、不会给环境造成负担的设施，并可以设计成自然循环型的设施。
因而，我们认为在环境问题受到重视的现在，实现本发明就是具有较大的产业上的可利用性。

Claims (27)

1.一种采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其特征在于：
不适于作为燃料来使用的低质煤进行氧化处理而去除灰烬，从而整体被制成多微孔结构的、平均粒径为5mm以上的活性炭的粒状材料；
成分元素中的硅和碳的比例被规定为1∶7～1∶13，理想的是1∶10。
2.如权利要求1所述的采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其特征在于：
在活性炭粒状材料的多微孔结构部中，吸附并繁殖具有水质净化能力的各种微生物、菌类。
3.如权利要求1或2所述的采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其特征在于：
吸附并繁殖的菌种是从如下各菌种之中选择的2种以上的菌种，各菌种即：(a)分解屎尿中的未分解蛋白质、淀粉质等的菌种，(b)分解植物纤维质的纤维素酶较多的菌种，(c)将空气中以及水中的氮固定并进行肥料化的菌种，(d)产生70～80℃的高温并杀灭病原菌等的温泉菌种，(e)将纤维质的木质素、石油、洗剂等分解并进行堆肥化的菌种，(f)海洋性的嗜盐酵母类，吸附并繁殖的菌种理想的是包括上述全部菌种。
4.如权利要求1～3的任意一项所述的采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其特征在于：
作为吸附并繁殖的微生物、菌类，采用氨臭等的脱臭·消臭效果良好的芽孢杆菌类。
5.如权利要求1～4的任意一项所述的采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其特征在于：
与作为净化对象的污染水的污染成分的种类相对应地，将适合于消除该污染成分的菌种培养至占整体的50％以上。
6.如权利要求1～5的任意一项所述的采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其特征在于：
培养至50％以上的菌种是海洋性的嗜盐酵母类，由此使其主要的工作为吸收海水中的盐分。
7.如权利要求1～6的任意一项所述的采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其特征在于：
利用由活性炭粒状材料的多微孔结构所形成的吸附能力以及离子交换能力，也可以同时进行污泥分解、有害重金属类的无害化。
8.如权利要求1～7的任意一项所述的采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其特征在于：
在将活性炭粒状材料作为富营养化污染水的水质净化用过滤材料使用时，使其与利用伴随作为吸收氮、磷的手段的植物的生长的、来自于其根部对氮、磷的吸收能力的要素组合在一起。
9.如权利要求8所述的采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其特征在于：
作为吸收氮、磷的手段的植物，被直接种植在由活性炭粒状材料制成的水质净化用过滤材料上。
10.如权利要求8或9所述的采用活性炭粒状材料的、由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化用过滤材料，其特征在于：
作为吸收氮、磷的手段的植物，从与一般的水生植物相比至少具有20倍以上的氮、磷吸收能力的陆生植物中选择。
11.一种采用权利要求1～10的任意一项所述的水质净化用过滤材料的水质净化设施，其特征在于：
作为由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化设施所必需的曝气处理系统，采用利用了高度差使处理水落下而成的接触型曝气结构。
12.一种采用权利要求1～10的任意一项所述的水质净化用过滤材料的水质净化设施，其特征在于：
作为由氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化设施，采用如下的温室结构，即，用于吸收氮、磷的植物生长场所不易受到因外部温度变化给生长条件造成的影响的玻璃屋。
13.一种采用权利要求1～10的任意一项所述的水质净化用过滤材料的水质净化设施，其特征在于：
作为氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化设施的空调系统，采用利用处理水和设施内气温的温差的节能方式。
14.一种采用权利要求1～10的任意一项所述的水质净化用过滤材料的水质净化设施，其特征在于：
由附属设置的太阳能发电装置、风力发电装置等利用自然能源的、不释放二氧化碳的装置，提供至少20％以上，理想的是50％以上的氮、磷导致的富营养化污染水的水质净化设施的设施运转用的电能。
15.一种采用权利要求1～10的任意一项所述的水质净化用过滤材料的水质净化设施，其特征在于：
水质净化的对象是一般的海水、或者由氮、磷导致的富营养化污染水含有盐分的海水等，作为水质净化用过滤材料，采用大量培养了海洋性的嗜盐酵母类的活性炭粒状材料、和具有吸收盐分的能力的纯盐性植物。
16.一种将活性炭制成粉末状材料使用的污泥处理方法，其特征在于：
将含有重金属、含水率80％以上的污泥，在没有进行脱水处理的状态下，与含有具有离子交换能力的元素的活性炭等的固体粉末进行混合而进行重金属的无害化处理，之后再投入混合具有适合于分解需要处理的污泥的能力的微生物，然后经过规定的时间来进行分解处理。
17.一种用权利要求16所述的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其特征在于：
在含有特定的一种或多种重金属的污泥的无害化处理之际，将一种或多种离子交换材料，按照从污泥的总量以及重金属的浓度的相关关系算出的所需量，投入需要处理的污泥中，其中，一种或多种离子交换材料是将含有一种或多种具有与上述重金属进行离子交换结合的性质的元素的固体，制成平均粒径至少为5mm以下，理想的是3mm以下，更理想的是1.5mm以下的粉末状；
所含有的重金属的50％以上，理想的是80％以上，更理想的是95％以上，与离子交换材料结合后混合，直到重金属浓度达到法定标准值以下；
根据需要投入·混合规定的吸湿材料、保水材料，再调整到具有能够维持规定的形状的程度的成形性的状态，将一种或多种分解需要处理的污泥的微生物，根据需要和一种或多种植物的种子混合在一起；
将其成形为规定的形状，然后根据需要装进用规定的生物分解性材料制成的容器中，制成绿化材料。
18.一种用权利要求16所述的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其特征在于：
在将一种或多种分解需要处理的污泥的微生物混合在一起之后，经过规定的一段时间制成利用发酵反应形成的堆肥，并将其作为土壤改良剂来使用。
19.一种用权利要求16所述的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其特征在于：
在将一种或多种微生物分解需要处理的污泥的混合在一起之后，经过规定的一段时间制成利用发酵反应形成的堆肥，进而进行氮成分、磷成分、钾成分等的调整，然后作为满足法定标准的肥料来使用。
20.一种用权利要求16所述的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其特征在于：
根据需要混合在一起的植物的种子是耐旱树木的种子，通过将深度为30～50cm的洞穴形成为适于填埋的形状和体积的方式，可以用于沙漠绿化。
21.一种用权利要求16所述的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其特征在于：
成形为片状形状，并通过设置即便在倾斜面上也可以固定的保持材料，成为即便在不稳定的倾斜面上也能够适用的绿化片状原材料。
22.一种用权利要求16所述的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其特征在于：
能够进行无害化处理的重金属是锌、铜、铅、镉、砷、六价铬、水银之中的任意一种或多种。
23.一种用权利要求16所述的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其特征在于：
具有与重金属进行离子交换结合的性质的元素，是碳、硅中的任意一种或包括这双方的物质。
24.一种用权利要求16所述的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其特征在于：
从需要处理的污泥的总量和其中所包含的重金属的浓度，算出需要进行无害化处理的重金属的总量；
由此决定离子交换材料所必需的最小限量；
从污泥的含水比例和混合装置的能力计算无害化完成所需要的混合时间；
在将处理时间、处理量、消耗能量、材料成本的要素作为可变更的因素加上之后，选择理想的无害化处理程序。
25.一种用权利要求16所述的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其特征在于：
吸湿材料、保水材料是稻草、吸水性聚合物。
26.一种用权利要求16所述的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其特征在于：
作为微生物，采用包括从以下各种菌类之中选择的两种以上，理想的是包括所有菌种的菌类，所述各种菌类即，具有水质净化能力的芽孢杆菌类、(1)分解屎尿中的未分解蛋白质、淀粉质等的菌种，(2)分解植物纤维质的纤维素酶较多的菌种，(3)将空气中以及水中的氮固定并进行肥料化的菌种，(4)产生70～80℃的高温并杀灭病原菌等的温泉菌种，(5)将纤维质的木质素、石油、洗剂等分解并进行堆肥化的菌种，(6)海洋性的嗜盐酵母类。
27.一种用权利要求16所述的、将活性炭制成粉末状材料来使用的污泥处理方法制造的再循环材料，其特征在于：
混合在一起的植物的种子是从耐旱的、沙漠绿化能力较高的树木类选择的。
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