JP2002059001A - アニオン吸着剤 - Google Patents

アニオン吸着剤

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JP2002059001A
JP2002059001A JP2000244617A JP2000244617A JP2002059001A JP 2002059001 A JP2002059001 A JP 2002059001A JP 2000244617 A JP2000244617 A JP 2000244617A JP 2000244617 A JP2000244617 A JP 2000244617A JP 2002059001 A JP2002059001 A JP 2002059001A
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JP
Japan
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anion adsorbent
sludge
anion
group
soil
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JP2000244617A
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Emiko Kasuya
恵美子 粕谷
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Okutama Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Okutama Kogyo Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】スラッジを利用して、硝酸イオン、リン酸イオ
ン等の陰イオンを吸着、固定するアニオン吸着剤を提供
する。土壌、水質、大気の清浄材として利用することが
可能なアニオン吸着剤を提供する。 【解決手段】化学処理工程等から排出される金属酸化物
を主体とするスラッジを熱処理、化学的処理及び/又は
物理的処理し、灰化後のリン酸吸収係数が500mg/100
g以上のアニオン吸着剤とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】この発明は、スラッジを利用
したアニオン吸着剤に関し、特に土壌、水、大気中のア
ニオン系汚染物質或いはアニオン系ガスを吸着固定し、
その浄化に利用することが可能なアニオン吸着剤に関す
る。
【0002】
【従来の技術】土壌や地下水の汚染物質として、重金属
や有機溶剤類等のほか、硝酸イオン等の陰イオンが知ら
れている。また過剰に使用されるリン酸肥料により、リ
ン過剰土壌が増加している。リン酸肥料は、これまで過
剰に添加しても植物への影響が少ないとされていたが、
近年リン酸過剰による生育障害があることが報告されて
いる。
【0003】従来、硝酸イオン等の陰イオン系の土壌汚
染物質は、日本のような雨の多い地域では雨によって溶
脱されるためあまり問題とならなかったが、ハウス栽培
のように雨に曝されない土壌では、土壌中に蓄積され、
植物根からの水分吸収を阻害する等の障害を与える。陰
イオン系の土壌汚染物質に対しては、陰イオン吸着性の
ある物質、すなわち陰イオン交換容量(AEC:Anion Ex
change Capacity)の大きな物質を土壌に添加すること
が考えられるが、一般にAECの大きな土壌は、陰イオン
系肥料であるリン酸系肥料を固定し、植物によるリン酸
の利用を阻害するため好ましくないと考えられている。
【0004】一方、工場等の製造工程に生じた沈殿物、
残渣、廃棄物等のスラッジは、焼却後埋め立て等によっ
て処分されるものが殆どであり、埋め立て廃棄物の減
容、資源の有効活用の点からも、再利用することが望ま
れている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、スラ
ッジを利用して硝酸イオン、リン酸イオン等の陰イオン
を吸着、固定するアニオン吸着剤を提供することを目的
とする。また本発明は、陽イオン交換容量(CEC:Catio
n Exchange Capacity)の大きな物質の効果を阻害す
ることなく、陰イオン吸着能を有し、CEC物質と併用可
能なアニオン吸着剤を提供することを目的とする。さら
に本発明は、単独であるいはCECの高い物質と共に使用
して土壌、水質、大気の清浄材として利用することが可
能なアニオン吸着剤を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは、AECの高い資材について鋭意研究し
た結果、スラッジの種類によってAECの高いスラッジが
あること、このようなスラッジを焼成し、炭化或いは灰
化したものは、主成分としてケイ素、アルミニウムおよ
びカルシウムを含有し、陰イオンとくにリン酸イオンに
対し、高い吸着性を示すことを見出し、本発明に至った
ものである。
【0007】即ち本発明のアニオン吸着剤は、スラッジ
を熱処理、化学的処理及び/又は物理的処理して得ら
れ、灰化後のリン酸吸収係数が500mg/100g以上であ
るアニオン吸着剤である。スラッジとは、一般に1)金
属水酸化物を主体とした汚濁物質で、液体中に沈降する
もの、2)汚泥状の不溶解残渣と定義されるものであり、
本発明において、具体的には化学処理工程から排出され
る沈殿物、残渣、廃棄物またはボーリング等で排出され
る岩石の破片、残泥、残屑等を含むものである。
【0008】また本発明のアニオン吸着剤は、周期律表
2A族元素および3A族元素を含有し、リン酸吸収係数が50
0mg/100g以上であるアニオン吸着剤であり、好適に
は前記元素を酸化物換算で40重量%以上含有することを
特徴とするものである。周期律表2A族元素としては、具
体的にはカルシウム、マグネシウムが挙げられる。また
3A族元素の酸化物としては、具体的にはアルミニウムが
挙げられる。
【0009】本発明のアニオン吸着剤は、次のような反
応によってカルシウム或いはアルミニウムと陰イオン
(ここではリン酸イオン)が反応し、陰イオンを不溶化
し、吸着すると考えられる。
【0010】
【化1】
【0011】これらの反応は可逆反応であり、式(1)
は系がアルカリ性では右に進みリン酸イオンは不溶性の
リン酸カルシウムとなる。また系が酸性では式(2)が
右に進み、難溶性のバリサイト(リン酸アルミニウム)
となる。これにより幅広いpH範囲でアニオン吸着効果
を示す。
【0012】以下、本発明のアニオン吸着剤について詳
述する。本発明のアニオン吸着剤は、所定量の周期律表
2A族元素および3A族元素を含む化合物(酸化物や塩)を
配合することによって、或いはこのような元素を含むス
ラッジを処理することによって得られる、リン酸吸収係
数が500mg/100g以上のものである。リン酸吸収係数
とは、一般には土壌100gが吸収固定するリン酸の量を
mgで表わしたものであり、AECと相関を有し、材料の
アニオン吸着性を示す指標となるものである。具体的に
はアニオン吸着剤50gに2.5%のリン酸アンモニウム溶
液を100ml加えて攪拌し、24時間放置後にろ液に残存
するリン酸量を測定することにより、求めた量である。
リン酸吸収係数が500mg/100g以上であることによ
り、土壌改良剤、水や大気の清浄材として必要なアニオ
ン吸着性が得られる。
【0013】本発明のアニオン吸着剤をスラッジから製
造する場合、本発明で利用するスラッジは、古紙のリサ
イクル工程やその他一般の化学処理工程から排出される
半固体廃棄物及びボーリング等で排出される岩石の破
片、残泥、残屑等であり、特に古紙のリサイクル工程で
排出される製紙スラッジが好適である。製紙スラッジの
場合、脱インク、脱パルプ等の処理をしたものが好まし
い。これらスラッジには、無機物としてカオリン、タル
ク、炭酸カルシウム、二酸化チタン、シリカ、アルミナ
等が含有されるが、アルミニウムおよびカルシウムの含
有量の合計が酸化物換算で少なくとも30重量%以上、
好適には40重量%以上であることが好ましい。
【0014】このようなスラッジは、そのままでも陰イ
オン吸着性を有するが、含有される有機物、例えば製紙
スラッジであれば繊維およびポリマー等を除去し、また
アニオン吸着剤としての取り扱い性をよくするために、
適当な処理を行うことが好ましい。処理方法としては、
焼成による熱処理、腐敗防止剤の添加等の化学的処理、
圧縮成形等の物理的処理、醗酵により堆肥化などが挙げ
られる。これらは適宜組み合わせてもよい。これら処理
のうち、臭いの発生等がない点および吸着性の点から特
に焼成による炭化或いは灰化が好適である。
【0015】焼成は、有機物が燃焼によって除去される
のに十分な温度、時間であればよい。焼成によって炭化
或いは灰化したスラッジは、その用途に応じて粉状、粒
状、ペレット状、板状等の任意の形状にしてアニオン吸
着剤とする。粒状や板状のような成型体とする場合に
は、ポリビニルアルコールやでんぷんなどの適当なバイ
ンダーと混合し、成型することも可能である。
【0016】また本発明のアニオン吸着剤は、カーボン
ブラックやゼオライトのような他の吸着剤、特にCECの
大きい物質と併用することができる。その場合にもCEC
の効果を損なうことなく、アニオン吸着効果を上げるこ
とができる。混合形態は特に限定されず、単に粉体を混
合して用いてもよいし、本発明のアニオン吸着剤と他の
吸着剤とを混合したものを所望の形状に成型してもよ
い。
【0017】このように構成される本発明のアニオン吸
着剤は、土壌改良剤、水、大気の清浄材として利用する
ことができ、特に培土の改良に好適に用いることができ
る。例えば、本発明のアニオン吸着剤を土壌改良剤とし
て用いる場合には、粉状或いは粒状をリン過剰土壌に混
合する。これにより土中のリン酸が減少し、例えば植物
育成用の培土として用いた場合、リン酸の過剰障害が緩
和される。一方、リン酸は植物の生育にかかせない肥料
であり、植物の生育よってリン酸が消費され、土中のリ
ン酸が減少すると、本発明のアニオン吸着剤によって不
溶化(吸着)されたリン酸が、根や微生物の呼吸や酸化に
よって土中に溶け出し、植物によって利用可能な状態と
なる。
【0018】また本発明のアニオン吸着剤を水の浄化材
として用いる場合には、汚水や処理すべき液中に直接投
与し、ろ過或いは上澄みを取り出すことによって、処理
後の水と分離してもよい。或いは汚水や処理液の水路に
本発明のアニオン吸着剤を収納したフィルタを設置し、
このフィルタを通過させることにより汚水や処理液を浄
化してもよい。本発明のアニオン吸着剤を活性炭やゼオ
ライト等の他の吸着剤やカチオン吸着剤と併用すること
により、処理効率を高めることができる。
【0019】本発明のアニオン吸着剤を空気の清浄材と
して利用する場合にも、フィルタ等に収納して空気の流
路(循環路)に設置することができ、これにより大気中の
アニオン系ガス(硫酸系ガス、硝酸系ガス、塩素系ガス
など)を吸着、捕捉し、空気の清浄化を図ることができ
る。或いは粉状体を処理すべき空間内に噴霧し、アニオ
ン系ガスと反応した後の粉状体を回収するようにしても
よい。
【0020】本発明のアニオン吸着剤は、主としてリン
酸の吸着に高い効果を有するので、汚水処理後や空気清
浄処理に用いた後は、回収してリン、カルシウムを含む
肥料として利用することも可能である。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0022】実施例1 製紙工場から排出されたペーパースラッジを脱水後、50
0から1000℃で焼却して灰化スラッジAを得た。この灰
化スラッジの電気伝導度(EC)は5.0mS/cm、リン酸吸
収係数は1934mg/100gであった。またこの灰化スラッ
ジは、成分分析の結果、表1に示すようにケイ素、アル
ミニウム、カルシウム、マグネシウムを主成分とし、さ
らに少量のアルカリ金属や重金属を含むものであった。
なお、表は酸化物換算で示している。
【0023】
【表1】
【0024】この灰化スラッジを粉砕し、粉状としたも
のをアニオン吸着剤とし、ゼオライト培土(リン酸吸収
係数0、CEC:50.8meq/100g)に添加した。アニオン吸着
剤の添加量を0%、4.8%、9.1%、16.7%と変化させた
ときの、土壌のリン酸吸収係数の変化およびCECの変化
を図1に示す。その結果、図1に示すように、アニオン吸
着剤の添加量に比例してリン酸吸収係数は増加したが、
CECには変化がなかった。この結果から本発明のアニオ
ン吸着剤を添加することにより、CECを損なうことなく
リン酸吸収係数を調整することができることが示され
た。
【0025】またこの土壌を培土としてキュウリの育苗
試験を実施した。キュウリの育苗試験は、上記アニオン
吸着剤の添加量の異なる4種の土壌に、それぞれ窒素200
mg/L、P2O5を800mg/L、K2Oを500mg/Lと、生育に必
要な塩基と微量要素を施肥し、10×4種の苗を25日間生
育させた後、茎の太さ(mm)の平均値を求めた。その
結果を図2に示す。図2からわかるように、アニオン吸
着剤の添加量の増加に伴い、キュウリの茎の太さが太く
なり、生育が良好になった。
【0026】実施例2 製紙工場から排出されたペーパースラッジを105℃で乾
燥した後、250℃で3時間焼成し、炭化させた。この炭化
スラッジBの電気伝導度(EC)は3.2mS/cm、リン酸吸
収係数は772mg/100gであった。またこの炭化スラッ
ジは、成分分析の結果、表1に示すようにケイ素、アル
ミニウム、カルシウム、マグネシウムを主成分とし、さ
らに少量のアルカリ金属や重金属を含むものであった。
【0027】水浄化剤としての適用 水1L中に水溶性リンをリンとして2000ppm溶解させた汚
染水を作成し、この汚染水1Lに実施例1、2で得られた
アニオン吸着剤100gをそれぞれ添加し、30分攪拌後のリ
ン濃度を調べた。その結果、実施例1のアニオン吸着剤
では、リン濃度が480ppm、実施例2のアニオン吸着剤で
は900ppmであり、本発明のアニオン吸着剤による浄化効
果が確認された。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、工場等から排出される
スラッジを利用して、土壌改良や水、大気の清浄材とし
て利用できるアニオン吸着剤が提供される。これにより
廃棄物の減容と有効利用を図ることができる。また本発
明のアニオン吸着剤は、CECの大きな材料と組み合わせ
た場合に、CECを減じることなくアニオン吸着能を発揮
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアニオン吸着剤をゼオライト培土に添
加した場合の添加量とリン酸吸収係数およびCECとの関
係を示す図
【図2】本発明のアニオン吸着剤を含むゼオライト培土
を用いたキュウリの育苗試験の結果を示す図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属水酸化物を主体とした汚濁物質または
    汚泥状の不溶解残渣からなるスラッジを熱処理、化学的
    処理及び/又は物理的処理して得られ、灰化後のリン酸
    吸収係数が500mg/100g以上であるアニオン吸着剤。
  2. 【請求項2】周期律表2A族元素および3A族元素を含有
    し、リン酸吸収係数が500mg/100g以上であるアニオ
    ン吸着剤。
  3. 【請求項3】周期律表2A族元素および3A族元素を酸化物
    換算で40重量%以上含有することを特徴とする請求項1
    または2に記載のアニオン吸着剤。
  4. 【請求項4】前記2A族元素としてカルシウム、3A族元素
    としてアルミニウムを含むことを特徴とする請求項2ま
    たは3記載のアニオン吸着剤。
  5. 【請求項5】炭化物または灰化物である請求項1記載の
    アニオン吸着剤。
  6. 【請求項6】前記スラッジは、化学処理工程から排出さ
    れる沈殿物、残渣、廃棄物またはボーリングで排出され
    る岩石の破片、残泥、残屑を含むことを特徴とする請求
    項1記載のアニオン吸着剤。
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