JP2006281146A - 水質浄化体 - Google Patents

Abstract

【課題】河川や水路に設置して水質を浄化する水質浄化体において、取扱いや交換を容易にし、長期間使用可能にする。
【解決手段】河川や湖沼、水路に設置して水質を浄化する水質浄化体１であって、第１ゼオライトを第１バインダーによって造粒して多孔質粒状体２を形成し、この多孔質粒状体２を第２バインダーによってポーラス状のブロックに成形する。
【選択図】図１

Description

本発明は、河川や湖沼、水路に設置して水質を浄化する水質浄化体に関する。

従来より、工場廃水や農業集落排水等の重金属類及び富栄養化塩を吸着又は除去する方法として、水酸化物生成による共沈除去方法、キレート樹脂又は液体キレート等を用いる浄化方法、植物利用によるファイトレメディエーションによる浄化方法等が知られている。

しかしながら、水酸化物生成による共沈除去方法では、機械設備を設置することが難しい場所や機械を動作させるための電気を確保できない場所には適用できない上に、機械の設置費用が高いという問題があった。また、キレート樹脂又は液体キレート等を用いる浄化方法では、定期的なメンテナンスや薬液の補充が必要であるという問題があった。さらに、植物利用によるファイトレメディエーションによる浄化方法では、植物が生育しない場所には適用できない上に、植物の伐採や育成管理をする必要があるという問題があった。そこで、設置条件が少ない上にメンテナンスを必要としない方法として、陽イオン交換能及び吸着効果を有するゼオライトを河川や湖沼、水路の底面に敷設する浄化方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００１−２９９５１号公報

しかしながら、ゼオライトは通常粉末であるため、取扱いや使用後の交換が難しかったり、骨材及びバインダー等を用いて一定の形状に成形しても、ゼオライトの単位量が小さくなることから長期間使用することが難しいという問題があった。また、他の物質の表面にゼオライトを添着しても、ゼオライトは剥離し易いためにその物質のゼオライトの単位量が小さくなり、やはり長期間使用することができないという問題があった。

本発明の課題は、河川や水路に設置して水質を浄化する水質浄化体において、取扱いや交換を容易にし、長期間使用可能にすることである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図１及び２に示すように、河川や湖沼、水路に設置して水質を浄化する水質浄化体１であって、
第１ゼオライト（図示せず）を第１バインダー（図示せず）によって造粒して多孔質粒状体２を形成し、この多孔質粒状体２を第２バインダー３によってポーラス状のブロックに成形したことを特徴としている。
なお、ゼオライトは、水中に含まれる重金属やアンモニア体窒素等の陽イオンを、予めゼオライトに結合されている陽イオンと交換する陽イオン交換機能と、硫化水素やメタン等のガスや油を自身の細孔部に吸着させる吸着機能とを有している。

請求項１に記載の発明によれば、水質浄化体は、第１ゼオライトを第１バインダーによって造粒して多孔質粒状体を形成し、この多孔質粒状体を第２バインダーによってポーラス状のブロックに成形しているため、取扱いや交換が容易な上、透水性を高くすることができる。よって、この水質浄化体を河川や湖沼、水路に設置することによって、水質浄化体を通過する水に含まれる重金属やアンモニア態窒素等の陽イオンやガス及び油等が吸着除去される。従って、河川や湖沼、水路の水質を浄化することができる。また、水質浄化体の空隙や細孔に微生物を生息させることによって、水質を浄化させることができる。さらに、水質浄化体は、第１ゼオライトと第１バインダーとから形成される多孔質粒状体を骨材として、この骨材に第２バインダーを加えて形成されるため、他の骨材を用いる場合に比して水質浄化体の単位体積当りの第１ゼオライトの量を大きくすることができる。従って、水質浄化体を長期間使用することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の水質浄化体１において、前記第２バインダー３には、第２ゼオライトが前記第２バインダー３に対し重量比で５０％以下添加されていることを特徴としている。
ここで、第２バインダー３に対し第２ゼオライトの量を重量比で５０％以下としたのは、５０％よりも多いと第２バインダー３の接着効果が小さくなり、多孔質粒状体２をポーラス状のブロックに形成できない可能性があるためである。

請求項２に記載の発明によれば、第２バインダーには、第２ゼオライトが第２バインダーに対し重量比で５０％以下添加されているので、第２バインダーの接着効果を下げることなく、水質浄化体の単位体積当りの第２ゼオライトの量を大きくすることができる。従って、水質浄化体を長期間使用することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の水質浄化体１において、前記第１バインダーの量は、前記第１ゼオライトに対し重量比で０．５〜４５％であることを特徴としている。
ここで、第１ゼオライトに対し第１バインダーの量を重量比で０．５〜４５％としたのは、０．５％よりも少ないと第１バインダーの接着効果が小さくなり、第１ゼオライトを多孔質粒状体２に形成できなくなり、４５％よりも多いと第１ゼオライトの割合が小さくなり、多孔質粒状体２の陽イオン交換機能が弱くなる可能性があるためである。

請求項３に記載の発明によれば、第１バインダーは第１ゼオライトに対し重量比で０．５〜４５％加えられるため、第１ゼオライト同士を接着させて多孔質粒状体を形成することができる上に、多孔質粒状体の陽イオン交換機能が弱くなるのを防ぐことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水質浄化体１において、前記第１バインダーは、セメントにα化でんぷん、ポリビニルアルコール、ベントナイト、アクリル樹脂、コロイダルシリカのうちの少なくともいずれか一種類が、前記セメントに対し重量比で５〜１５０％添加されていることを特徴としている。
ここで、セメントに対しα化でんぷん、ポリビニルアルコール、ベントナイト、アクリル樹脂、コロイダルシリカのうちの少なくともいずれか一種類を重量比で５〜１５０％としたのは、５％より少ないとセメントの割合が大きくなるため、粒子の細かいセメントによって多孔質粒状体１の透水性が小さくなる可能性がある。また、１５０％より多いとα化でんぷん、ポリビニルアルコール、ベントナイト、アクリル樹脂、コロイダルシリカの割合が大きくなるため、多孔質粒状体１の単位面積当りの第１ゼオライトの量が小さくなり、陽イオン交換機能が弱くなる可能性があるためである。

請求項４に記載の発明によれば、第１バインダーは、セメントにα化でんぷん、ポリビニルアルコール、ベントナイト、アクリル樹脂、コロイダルシリカのうちの少なくともいずれか一種類が、セメントに対し重量比で５〜１５０％添加されて形成されている。よって、多孔質粒状体の単位面積当りの第１ゼオライトの量が小さくなるのを防ぐとともに、多孔質粒状体の透水性を確保することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水質浄化体１において、前記第１ゼオライト及び第２ゼオライトは、モルデナイト、クリノプチロライト、Ａ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、Ｐ型ゼオライト、石炭灰から生成された人工ゼオライトのうちのいずれかであることを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、第１ゼオライト及び第２ゼオライトは、モルデナイト、クリノプチロライト、Ａ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、Ｐ型ゼオライト、石炭灰から生成された人工ゼオライトのうちのいずれかであるため、陽イオン交換機能及び吸着機能を有する。従って、重金属やアンモニア態窒素等の陽イオンやガス及び油等を吸着除去することができる。

本発明によれば、水質浄化体を河川や湖沼、水路に設置することによって、水質浄化体を通過する水に含まれる重金属やアンモニア態窒素等の陽イオンやガス及び油等が吸着除去される。従って、河川や湖沼、水路の水質を浄化することができる。また、水質浄化体を長期間使用することができる。

以下、図１及び２を参照して水質浄化体１の第１の実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１及び２は、本発明に係る水質浄化体１を示す図である。水質浄化体１は、円柱状の多孔質粒状体２を、第２バインダー３によってポーラス状の直方体のブロックに成形したものである。

図１及び２に示すように、水質浄化体１は、無数の多孔質粒状体２を第２バインダー３によって縦３０ｃｍ、横３０ｃｍ、高さ１０ｃｍのポーラス状の直方体に成形したものである。この第２バインダー３は、セメントに水を加えてセメントペーストとした後、セメントペーストに対して重量比で１５％の粉末状の第２ゼオライトを添加したものである。

多孔質粒状体２は、粉末状の第１ゼオライトを第１バインダーであるアクリル樹脂によって平均粒径５ｍｍの円柱状に形成したものである。

また、第１ゼオライト及び第２ゼオライトは、石炭灰から生成された粉末状の人工ゼオライトである。詳しくは、石炭灰と苛性ソーダ等のアルカリ溶液を混合し、混合したスラリーを規定温度まで加熱して反応させた後、洗浄及び固液分離して、この分離したものを乾燥して得られる。また、第１ゼオライト及び第２ゼオライトには、予めカルシウムイオンを結合させておく。

これらの水質浄化体１は、河川や湖沼等では底床に積み重ねて設置され、水路等では水路を塞ぐように設置されて、水を通過させる。

次に、以上のように構成される水質浄化体１の製造方法について説明する。
まず、粉末状の第１ゼオライトに第１バインダーであるアクリル樹脂を混合し、ディスクペレッター等の造粒装置によって平均粒径５ｍｍの円柱状の多孔質粒状体２を形成する。ここで、アクリル樹脂は第１ゼオライトに対して重量比で１０％加える。
なお、好ましくは、多孔質粒状体２は粒径２〜７５ｍｍに形成する。

次に、セメントに水を加えたセメントペーストに、粉末状の第２ゼオライトを添加し、第２バインダー３を形成する。ここで、第２ゼオライトは、セメントペーストに対して重量比で１５％添加する。

そして、多孔質粒状体２を型枠に敷詰め、第２バインダー３によってポーラス状の直方体に成形して、水質浄化体１が完成する。
なお、水質浄化体１の成形に用いる型枠の形状を変えることによって、水質浄化体１を球体、多角柱、多角錐等の所望の形状に成形することができる。

以上の第１の実施形態によれば、第１ゼオライト及び第２ゼオライトは、石炭灰から生成された人工ゼオライトであるため、陽イオン交換機能及び吸着機能を有する。従って、重金属やアンモニア態窒素等の陽イオンやガス及び油等を吸着除去することができる。

また、水質浄化体１は、第１ゼオライトを第１バインダーによって造粒して多孔質粒状体２を形成し、この多孔質粒状体２を第２バインダー３によってポーラス状のブロックに成形しているため、取扱いや交換が容易な上、透水性を高くすることができる。よって、この水質浄化体１を河川や湖沼、水路に設置することによって、水質浄化体１を通過する水に含まれる重金属やアンモニア態窒素等の陽イオンやガス及び油等が吸着除去される。従って、河川や湖沼、水路の水質を浄化することができる。また、水質浄化体１の空隙や細孔に微生物を生息させることによって、水質をさらに浄化させることができる。
ここで、重金属の陽イオンとは、鉛、カドニウム、亜鉛、銅等のイオンのことである。

さらに、水質浄化体１は、第１ゼオライトと第１バインダーとから形成される多孔質粒状体２を骨材として、この骨材に第２バインダー３を加えて形成されるため、他の骨材を用いる場合に比して水質浄化体１の単位体積当りの第１ゼオライトの量を大きくすることができる。従って、水質浄化体１を長期間使用することができる。また、第２バインダー３には、第２ゼオライトが第２バインダー３に対し重量比で１５％添加されているので、第２バインダー３の接着効果を下げることなく、水質浄化体１の単位体積当りの第２ゼオライトの量を大きくすることができる。従って、水質浄化体１を長期間使用することができる。

また、予め第１ゼオライト及び第２ゼオライトに結合されていたカルシウムイオンは、陽イオン交換機能によって遊離し、代わりに第１ゼオライト及び第２ゼオライトには重金属やアンモニア態窒素等の陽イオンが結合する。遊離したカルシウムイオンは水中のリン酸と結合して不溶性のリン酸カルシウムとなるため、富栄養化塩のリン酸を水中から除去することができ、水質を浄化することができる。

さらに、第１バインダーは第１ゼオライトに対し重量比で１０％加えられるため、第１ゼオライト同士を接着させて多孔質粒状体２を形成することができる上に、多孔質粒状体２の陽イオン交換機能が弱くなるのを防ぐことができる。

なお、以上の実施形態においては、第１バインダー及び第２バインダー３は、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、α化でんぷん、コロイダルシリカ、アルミナゾル、レジン等、接着効果を有するものであればどれでもよい。さらに、第１ゼオライト及び第２ゼオライトには予めカルシウムイオンを結合させたが、ナトリウムイオン等を結合させておいてもよい。

（第２の実施形態）
次に、水質浄化体１の第２の実施形態について詳細に説明する。

本実施形態における水質浄化体１の多孔質粒状体２は、粉末状の第１のゼオライトに、セメントに水を加えたセメントペーストにベントナイトを添加した第１バインダーを用いて、形成されている。ここでセメントペースト及びベントナイトは、第１ゼオライトに対して重量比でそれぞれ１５％添加されている。すなわち、ベントナイトはセメントペーストに対して重量比で１００％添加されている。

ここで、セメントは粒子が小さいため、第１バインダーとしてセメントペーストのみを用いると多孔質粒状体２の透水性が小さくなってしまうが、セメントにベントナイト等を添加することによって多孔質粒状体２の透水性を確保することができるため、第１及び第２ゼオライトの陽イオン交換機能を維持することができる。
なお、多孔質粒状体２に保持されている交換可能な陽イオンの総量である陽イオン交換容量の測定結果を示すと、第１バインダーとしてセメントペーストのみを１０％用いると１６．７ｃｍｏｌ（+）／ｋｇであるのに対し、セメントペーストとベントナイトをそれぞれ１５％用いたものは１０６ｃｍｏｌ（+）／ｋｇとなり、陽イオン交換機能が飛躍的に向上しているのが分かる。
その他の構成は第１の実施形態と同様であるため、その説明については省略する。

次に、以上のように構成される水質浄化体１の製造方法について説明する。
まず、粉末状の第１ゼオライトに第１バインダーであるセメントペースト及びベントナイトを混合し、ディスクペレッター等の造粒装置によって平均粒径５ｍｍの円柱状の多孔質粒状体２を形成する。ここで、セメントペースト及びベントナイトは第１ゼオライトに対して重量比でそれぞれ１５％加える。
その他の製造方法については第１の実施形態と同様であるため、その説明については省略する。

以上の第２の実施形態によれば、第１バインダーは第１ゼオライトに対し重量比で３０％加えられるため、第１ゼオライト同士を接着させて多孔質粒状体２を形成することができる上に、多孔質粒状体２の陽イオン交換機能が弱くなるのを防ぐことができる。

また、第１バインダーは、セメントにベントナイトが、セメントに対し重量比で１００％添加されて形成されている。よって、水質浄化体１の単位面積当りの第１ゼオライトの量が小さくなるのを防ぐとともに、ベントナイトは親水性を有するために、多孔質粒状体２の透水性を確保することができる。
なお、ベントナイトの代わりにポリビニルアルコール又はα化でんぶんを用いると、セメントが固化した後にポリビニルアルコール又はα化でんぶんの一部が溶解して空隙を生じるため、水質浄化体１の透水性を確保することができる。
その他、第１の実施形態と同様の構成部分については同様の効果を得ることができるため、その説明については省略する。

なお、以上の実施形態においてはセメントペーストにベントナイトを添加して第２バインダー３を形成したが、ベントナイトでなくアクリル樹脂、ポリビニルアルコール、α化でんぷん、コロイダルシリカ等を添加してもよい。

本発明に係る水質浄化体を示す斜視図である。 本発明に係る水質浄化体を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ 水質浄化体
２ 多孔質粒状体
３ 第２バインダー

Claims (5)

1. 河川や湖沼、水路に設置して水質を浄化する水質浄化体であって、
   第１ゼオライトを第１バインダーによって造粒して多孔質粒状体を形成し、この多孔質粒状体を第２バインダーによってポーラス状のブロックに成形したことを特徴とする水質浄化体。
2. 前記第２バインダーには、第２ゼオライトが前記第２バインダーに対し重量比で５０％以下添加されていることを特徴とする請求項１に記載の水質浄化体。
3. 前記第１バインダーの量は、前記第１ゼオライトに対し重量比で０．５〜４５％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の水質浄化体。
4. 前記第１バインダーは、セメントにα化でんぷん、ポリビニルアルコール、ベントナイト、アクリル樹脂、コロイダルシリカのうちの少なくともいずれか一種類が、前記セメントに対し重量比で５〜１５０％添加されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の水質浄化体。
5. 前記第１ゼオライト及び第２ゼオライトは、モルデナイト、クリノプチロライト、Ａ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、Ｐ型ゼオライト、石炭灰から生成された人工ゼオライトのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の水質浄化体。

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