JP2002035522A

JP2002035522A - 水処理用濾材および水処理装置

Info

Publication number: JP2002035522A
Application number: JP2000227606A
Authority: JP
Inventors: Reio Morimoto; 伶夫森本
Original assignee: ECO WATER JAPAN KK; SASAYA IZUMI
Current assignee: ECO WATER JAPAN KK; SASAYA IZUMI
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2002-02-05
Also published as: KR20020010532A

Abstract

(57)【要約】【課題】天然黒色粘土を有効利用することを課題とす
る。【解決手段】本発明に係る水処理用濾材は、天然黒色
粘土の粉末と、負に帯電した鉱物の粉末と、軽石との混
合物がバインダーで結着され、多孔質をなすことを特徴
とする。本発明に係る水処理用濾材は、種々の有害なガ
ス成分、特に硫化水素の吸収性に優れ、またリン、鉄、
その他農薬中の成分の吸収性にも優れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水処理用濾材および
水処理装置に関する。

【０００２】

【背景技術】天然黒色粘土は、火山国であるわが国に広
く堆積分布し、容易に採取し、入手することが可能であ
る。火山灰堆積物由来の風化生成物である火山灰土壌の
表層部分は、非晶質（無定形）粘土鉱物であるアロフェ
ンを主成分とし、これに多量の腐植（フミン酸群および
フルボ酸群）を含む黒色土壌であり、一般に「暗土」、
「暗音地」等とよばれている。本明細書ではこれを天然
黒色粘土とよぶことにする。

【０００３】この天然黒色粘土は、それを構成している
アロフェン粘土鉱物と腐植物質とのそれぞれの固有な物
理化学的な吸収、吸着特性の効果として、種々の物質種
（イオン、化合物）に対して、吸収、吸着、交換、緩衝
作用等の挙動をなすことは、土壌学的な研究により解明
されている。

【０００４】しかしながら、この天然黒色粘土は、上記
特殊な挙動あるいは性質を土壌学（農業土壌）以外の分
野においては何らかの目的に利用しようとすることはま
れであった。むしろ、この天然黒色粘土は、肥料等を吸
収、分解してしまうので、農作物には適さないといわ
れ、ほとんど利用されることなく今日に至っているのが
実情である。本発明では、この天然黒色粘土を有効利用
することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる水処理用
濾材は、天然黒色粘土の粉末と、負に帯電した鉱物の粉
末と、軽石との混合物がバインダーで結着され、多孔質
をなすことを特徴としている。負に帯電した鉱物の粉末
が、トルマリン粉末、タルク粉末もしくは長石の粉末、
またはこれらの２種以上の混合粉末であることを特徴と
する。バインダーにはモルタルもしくは樹脂を用いるこ
とができる。

【０００６】天然黒色粘土と負に帯電した鉱物の粉末と
の容量比が１：１〜１：０．３程度であると好適であ
る。軽石には、粒径４０〜２０ｍｍの火山礫と、粒径２
０ｍｍ未満の火山灰とが含むようにすると好適である。
これにより多孔質に形成できる。また本発明に係る水処
理装置では、ばっき槽を有する水処理装置において、前
記ばっき槽中に上記水処理用濾材が配設されていること
を特徴としている。これにより、被処理水が濾材と効率
的に接触し、好適な水処理が行える。

【０００７】

【発明の実施の形態】天然黒色粘土中の粘土鉱物、腐植
（フミン酸、フルボ酸）、アロフェンのいずれもがｐＨ
依存荷電をもっている。それぞれの荷電の仕組みをみ
る。層状粘土鉱物は、珪酸四面体層、アルミナ八面体層
が重なった形状をなしている。これら四面体、八面体
は、隣接する四面体あるいは八面体と酸素を共有してい
る。これを荷電の面からみると、珪素（+４価）は４個
の酸素（−２価）の荷電を半分ずつ引き受けている（ア
ルミナ八面体も同じである）。珪素を取り囲む酸素から
みて両側に珪素があることが必要である。そこで珪素が
片側しかない場合、つまり端面では酸素の負荷電が満足
されない。これが負に帯電している理由である。なお、
この負荷電に水素イオンが弱く結合し、電気的に中性を
保つ。アルミナ八面体は、アルミニウムの正荷電が剥き
出しになって、水酸イオンをしっかり結合し、その結果
電気的に負に帯電している。そしてこの水酸イオンが水
素イオンを引き付けていて、電気的に中性を保つ。上記
各反応は、水素イオン濃度が大きくなると、つまりｐＨ
が低くなると進行する。

【０００８】腐植（フミン酸、フルボ酸）が帯電するの
は、カルボキシル基やフェノール水酸基を多量に含むか
らである。カルボキシル基の末端およびフェノール水酸
基の末端の水素の結合力は弱く、外部液の水酸基に引っ
張られて解離し、基の末端に負荷電が形成され易い。当
然水酸イオンの濃度が高ければ、カルボキシル基やフェ
ノール基から解離する水素イオンの量は多くなり、負の
荷電量が増加する。したがって、黒色粘土鉱物中の珪
酸、アルミナ、アロフェン、腐植は、水中のｐＨを常に
中性に保つことが立証され、汚水、汚濁の浄化には非常
に効果的である。また腐植のコロイドは全体に負に荷電
している。これは上記のように、カルボキシル基やフェ
ノール水酸基からの水素の解離によって生じ、この水素
イオンの一部が金属陽イオンと交換して、いわゆる電気
二重層を形成する。このような吸着作用をもっているの
で、消臭機能、重金属除去機能を有する。

【０００９】上記のように天然黒色粘土は、それだけで
消臭機能、重金属吸着機能、水の浄化作用等を有し、有
用である。しかしながら、発明者は、この天然黒色粘土
に、負に帯電した鉱物の粉末、例えばトルマリン粉末、
タルク粉末もしくは長石の粉末を単独、もしくは２種以
上を混合することによって、さらに有用なる機能を発揮
することを見出した。天然黒色粘土は、乾燥し、粉砕し
てパウダー状にしたものを用いる。また負に帯電した鉱
物も粉砕してパウダー状にしたものを用いる。トルマリ
ン、タルク（特にジュリコン）、長石等の鉱物は負に帯
電していることが知られている。一方、上記のように、
天然黒色粘土は、基本的に負に帯電しているが、表面に
陽イオンを弱く吸着して電気二重層を形成している。表
面に陽イオンが存在することから、外観的には正に帯電
しているように見える。この電気二重層を形成している
天然黒色粘土に上記負に帯電した鉱物の粉末を混合する
と、弱く結合している陽イオンが追い出され、全体とし
て、より多く負に帯電した状況となる。

【００１０】１．天然黒色粘土粉末、２．負に帯電した
鉱物の粉末、３．天然黒色粘土粉末と負に帯電した鉱物
の粉末との混合物を、それぞれ同一大きさの塩化ビニー
ル製の袋に同量ずつ収納し、袋から飛び出す、帯電した
粒子数の個数を計測した。袋内にはパウダーがランダム
に浮遊していると考えられ、袋内の空気を全部押出し、
この空気中の帯電した粒子数を計測した。計測位置は、
袋の口から１０mm離れた位置で、イオン測定器（ＩＣ−
１０００）を用いて計測した。帯電した粒子数比は、天然黒色粘土粉末：負に帯電した鉱物の粉末：混合粉末
＝50000（＋イオン）： 20000（−イオン）：４0000（−イオン）の測定結果が
得られた。上記負に帯電した鉱物の粉末自体も種々のイ
オン種を吸着する能力を有しているが、上記のように天
然黒色粘土粉末と混合することにより、天然黒色粘土粉
末表面の陽イオンを追い出す結果、負に帯電した粒子数
が倍増することがわかった。

【００１１】この混合粉末は、種々のガス体や、汚水中
のリンや窒素の吸着能を有している。特に硫化水素の吸
着能が優れている。天然黒色粘土と負に帯電した鉱物の
粉末との混合比は、特に限定されるものではないが、重
量比が１：１〜１：０．３になるようにすると吸収、吸
着性能上で好適である。これら混合物に、さらに酸化亜
鉛などを混合するようにしてもよい。

【００１２】〔実施例１〕表１は、上記混合粉末の供試
体Ａ、Ｂの０．２gを、約２２mlのバイアル瓶にそれぞ
れ入れ、バイヤル・セプタムで密封状態にし、標準硫化
水素ガスをガスタイトシリンジで設定濃度になるように
バイアル瓶に注入し、硫化水素ガス濃度の経時変化測定
を行った結果を示す（測定はガスクロマトグラフィー
法）。供試体Ａは、天然黒色粘土鉱物の粉末とトルマリ
ン粉末とが重量比で１：１に混合されたもの、供試体Ｂ
は、天然黒色粘土の粉末とジュリコンの粉末とが重量比
で１：１に混合されたものである。

【００１３】

【表１】

【００１４】表1から明らかなように、いずれの供試体
も、硫化水素を瞬時に吸着し、３０分後にはほとんど零
になることがわかる。なお、std−１、２は、混合粉末
を入れない瓶である。

【００１５】〔実施例２〕テドラーバッグ（５リット
ル）中に、上記供試体Ａの混合粉末１gとトリメチルア
ミン混入ガス（トリメチルアミン３６ppm）６００mlを
注入し、３時間後のガス濃度を検知管を用いて測定した
（サンプル数：２）。測定結果は、Ｎ₁＝０（ppm）、Ｎ
₂＝２．５（ppm）であり、ほとんどのトリメチルアミン
が吸収、除去された。

【００１６】〔実施例３〕テドラーバッグ（５リット
ル）中に、上記供試体Ａの混合粉末１gとアンモニア混
入ガス（アンモニア８６０ppm）６００mlを注入し、３
時間後のガス濃度を検知管を用いて測定した（サンプル
数：２）。測定結果は、Ｎ₁＝１６（ppm）、Ｎ₂＝２４
（ppm）であり、ほとんどのアンモニアが吸収、除去さ
れた。

【００１７】上記から明らかなように、上記混合粉末は
種々のガス吸収能に優れる。特に天然黒色粘土粉末単
体、あるいはトルマリン等の負に帯電した鉱物の粉末単
体では、硫化水素ガスの吸収能がほとんど無いが、上記
混合粉末は、硫化水素ガスをほとんど瞬時に吸収すると
いう優れた効果を有している。またトリメチルアミン、
アンモニア、メチルインドールといった悪臭成分の吸着
能にも優れている。

【００１８】本発明の濾材では、上記の天然黒色粘土粉
末と、負に帯電した鉱物の粉末と、軽石との混合物がバ
インダーで結着され、多孔質をなすことを特徴としてい
る。負に帯電した鉱物の粉末は、トルマリン粉末、タル
ク粉末もしくは長石の粉末、またはこれらの２種以上の
混合粉末とする。また、バインダーは、モルタルもしく
はエポキシ樹脂等の樹脂を用いると好適である。バイン
ダーの量は、上記混合材料が、粒状もしくは塊状に結着
され、保形性を有し、かつ多孔性を失わない量とする。

【００１９】配合の一例を示す。天然黒色粘土粉末１０l 負に帯電した鉱物の粉末１〜３ｌ粒径４０〜２０mmの火山礫１３ｌ粒径２０mm未満の火山灰１３ｌモルタル１３ｌ上記材料を混合し、水を適量添加して、粒状もしくは塊
状に形成して濾材を得た。負に帯電した鉱物の粉末の量
は、天然黒色粘土粉末と同量までの量が好適である。

【００２０】図１は、上記濾材１２を収容した水処理装
置１０の断面説明図、図２は同装置の平面説明図であ
る。１４は第１流入槽、１６は第２流入槽である。汚水
は流入管１８から第１流入槽１４に流入し、フィルター
２０により夾雑物が除去され、仕切り壁に設けた通孔か
ら第２流入槽１６に流入する。第2流入槽１６内には、
適宜な微生物（例えば嫌気性微生物）が生息する濾材２
２が配置されており、流入水はこの濾材２２に接触し、
有機物等の分解作用を受ける。

【００２１】第２流入槽１６からの水は流入管２３を通
じてばっき槽２４内に流入する。ばっき槽２４内は、上
下方向に延びる仕切り壁２４ａ、２４ｂ、２４ｃにより
上流から下流に向けて４室２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２
５ｄに仕切られている。各室２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、
２５ｄ内には、横方向に間隔をあけて２個、さらに上下
方向に間隔をあけて２段に配置された、すなわち計４個
ずつの網籠２７が配置され、この各網籠内に上記濾材１
２が配置されている。

【００２２】３０は、各室２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２
５ｄ内の下段の網籠２７下方に形成された空間内に３列
に配置された散気管である。図示しない空圧源から供給
された圧縮空気が、散気管３０に設けた小穴から各室内
に放出されるようになっている。３２も散気管であり、
上段の網籠２７を貫通して、下端が、上段と下段の網籠
２７間に形成されている空間内に開口し、図示しない空
圧源から供給された圧縮空気が、散気管３２下端から放
出される。ばっき槽２４内の水は、室２５ａから室２５
ｂ内へは、仕切り壁２４ａ下端に設けた通孔（図示せ
ず）から、室２５ｂから室２５ｃ内へは、仕切り壁２４
ｂを乗り越えて、室２５ｃから室２５ｄ内へは、仕切り
壁２４ｃ下端に設けた通孔（図示せず）から、室２５ｂ
から放流槽３４へは、仕切り壁２４ｃを乗り越えて、移
動する。３６は排出管である。

【００２３】図３はばっき槽２４内での、圧縮空気の流
れである。図３に示すように、圧縮空気は、各室２５
ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ内で強制的に対流され、各
室内の水はこれにより撹拌されて濾材１２と接触し、こ
れにより汚水中の臭い成分は濾材１２に好適に吸収され
る。また、ゴルフ場からの排水を上記水処理装置１０で
処理したところ、全リン、全鉄も、許容値以下の水準に
低下し、リン、鉄分の除去効果もある。さらに、ゴルフ
場で使用される農薬の、殺虫剤中のアセフェート成分、
殺菌剤中の、イソプロチオラン、フルトラニル、ペンシ
クロン、メタラキシル、メプロニルの各成分、除草剤中
の、アシュラム、トリクロピル（アミン）、ピリブチカ
ルブの各成分も、環境庁暫定指導指針値を下回り、痕跡
程度しか検出されず、これら成分の除去にも有効である
ことがわかった。

【００２４】

【発明の効果】以上、本発明によれば、種々の有害なガ
ス成分、特に硫化水素の吸収性に優れ、またリン、鉄、
その他農薬中の成分の吸収性にも優れる水処理濾材およ
びこれを用いた水処理装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】水処理装置の断面説明図である。

【図２】水処理装置の平面説明図である。

【図３】ばっき槽中の空気の対流を示す説明図である。

【符号の説明】

１０水処理装置１２濾材１４第１流入槽１６第２流入槽１８流入管２０フィルター２３流入管２４ばっき槽２４ａ、２４ｂ、２４ｃ仕切り壁２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ室２７網籠３０、３２散気管３４放流槽３６排出管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D003 AA01 AA12 AB20 DB03 EA01 EA23 4D019 AA03 BA07 BB12 BC15 4G066 AA63A AA63B AA66A AA66B AA66D AC22D CA24 CA27 CA29 DA01 DA07 FA25 FA28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】天然黒色粘土の粉末と、負に帯電した鉱
物の粉末と、軽石との混合物がバインダーで結着され、
多孔質をなすことを特徴とする水処理用濾材。
【請求項２】負に帯電した鉱物の粉末が、トルマリン
粉末、タルク粉末もしくは長石の粉末、またはこれらの
２種以上の混合粉末であることを特徴とする請求項１記
載の水処理用濾材。
【請求項３】バインダーがモルタルもしくは樹脂であ
ることを特徴とする請求項１または２記載の水処理用濾
材。
【請求項４】天然黒色粘土と負に帯電した鉱物の粉末
との容量比が１：１〜１：０．３であることを特徴とす
る請求項１、２または３記載の鉱物組成物。
【請求項５】軽石が、粒径４０〜２０ｍｍの火山礫
と、粒径２０ｍｍ未満の火山灰とを含むことを特徴とす
る請求項１、２、３または４記載の水処理用濾材。
【請求項６】ばっき槽を有する水処理装置において、前記ばっき槽中に請求項１、２、３、４または５記載の
水処理用濾材が配設されていることを特徴とする水処理
装置。