JP2007216201A - 自然素材水質浄化凝集沈殿剤 - Google Patents

Abstract

【課題】 一般に、公共水域（河川・湖沼等）の浄化に従来、凝集沈殿処理はほとんど用いられておりません。これは凝集剤の成分（薬物）による環境問題やコスト等の問題があると考えます。もちろん大河や、流れの急な河川には不向きですが、汚泥の体積した都市型河川、用水、湖沼、池には有効的手段です。
【解決手段】 凝集沈殿剤の主成分を複数の天然石分末、石粒で構成することによって、公共水域の浄化に凝集沈殿剤を使用することによる環境面の問題が解決されます。
また、主成分を生産石材の端材を主に使用することによりその生産コストが低減されます。実際の使用においては、本発明の「自然素材水質浄化凝集沈殿材」をもちいて、水面の空気を取り込み、底部の体積汚泥と共に攪拌処理をして、凝集沈殿させることにより、沈殿汚泥中のバクテリアの活動を活性化させ、水中の汚れ（有機物）と処理することができます。
【選択図】なし

Description

本発明は汚染された、河川、湖沼等、公共水面の水質向上に関する。

技術背景

凝集沈殿処理の歴史は古く、１７４０年にはパリで下水処理につかわれていた。
凝集沈殿処理は、水中にあって容易に沈殿しない微粒子を、薬剤を加えて互いにくっつけて大きい粒子にし、沈降させる処理である。このとき加える薬剤が凝集剤である。凝集剤には無機系凝集剤と有機系凝集剤がある。
代表的な無機系凝集剤としては硫酸バンドやＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）があり、今日まで水道水の浄化や下水処理等、最も広くかつ大量に使用されてきた。
有機系凝集剤には合成有機高分子凝集剤と天然有機高分子凝集剤がある。
合成有機高分子凝集剤は１９５５年に日本に導入されて以来、無機系凝集剤に比べて数十分の一で効果があり、しかもスラッジ処理が容易であるため幅広く利用されている。しかし、現在用いられているアクリルアミド系凝集剤のアクリルアミドには、発ガン性や毒性があるといわれており、大量に使用した場合の安全性が問題になる。
このため、わが国では合成有機高分子凝集剤の浄水場での使用は認められていない。
現在、天然有機高分子凝集剤の中でよく使われているのは、キチンから脱アセチルして作られるキトサンである。

凝集に用いられる薬品を凝集剤、凝集剤の働きを助ける薬品を凝集助剤、凝集するのに最適なｐＨに調整する薬品をｐＨ調節剤といいます。これらの薬品には多くの種類がありますが、主なものを次に挙げます。
・凝集剤 硫酸バンド（硫酸アルミニウム．Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３．ｎＨ_２Ｏ）．
ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム．Ａｌｎ（ＯＨ）ｍ．Ｃｌｎ−ｍ）．
アルギン酸ナトリウム（海藻から抽出．あまり使用されない）．
有機高分子凝集剤（飲料水には使用されない）．
・凝集助剤 アルギン酸ナトリウム．
ベントナイト．
粉末活性炭．
活性珪酸．
・ｐＨ調整剤 苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）．
炭酸ナトリウム．
硫酸．
一般に、凝集には最適のｐＨ範囲があり、このｐＨ範囲内に原水を調節するためにｐＨ調整剤が添加されます。

以上述べたように、従来の凝集剤は薬品が凝集剤の主構成となっている。
また上下水道での使用が主体であり公共の河川、湖沼では一般的に使用されていない。

本発明は、凝集沈殿剤の主成分を自然素材（十和田石・アラゴナイト・ゼオライトの石粒・粉末）で構成して環境に優しい凝集沈殿剤を、汚染された河川・湖沼にも使用することを目的とするものである。

主成分１． 十和田石について
正式名は、「安山岩質浮石質凝灰岩」と言い、東北地方に産出されています。
主な構成鉱物は曹長石、緑泥石、石英などの珪酸塩鉱物です。表１に科学組成（％）を記載します。建築資材として全国的に普及しており、価格も安価です。
生産時に産する端材を石粒、石粉にして、ブランド名「ヒナイグリーン」として販売されております。同素材は水に融解するとミネラル類が溶け出し、水中の微生物（バクテリラ）の活動が促進します。表２に溶出させた時の無機イオンを記載します。
また臭いの吸着、マイナスイオンの放出、遠赤外線の放射等の効果もあります。
本発明はこの石粉・石粒を使用します。使用する粒子の大きさは水質に応じて、０．０１ミリ〜１．００ミリの間です。使用後のｐＨ値は７．６前後に安定します。
本発明での役割は凝集の核となり沈降すると共に水中のバクテリアの栄養分となる。

主成分２． アラゴナイトについて
アラゴナイト構成成分は、石灰質やケイ酸質からなる、各種のネクトン（殻・魚類）プランクトン（微生物）、藻類、海草等が地殻の変動により、生きたまま埋没、体積して、数千万年を経過した今日、これらが分解、腐食して原型をとどめず溶性を帯びた化石体が、地殻変動により隆起して地層化したものを採掘加工（脱水）したものです。全国的に分布しておりますが、現在は沖縄産（琉球アラゴナイト）のものを使用しております。
アラゴナイトは重金属類、水溶性切削油、印刷インク、亜硫酸ガス等もよく吸着します。金沢大学理学部の資料によると次のような実験結果がでています。
カドミ吸着量 ２３．５〜２７．０ｍｇ／ｇ
水 銀吸着量 ２０．９〜２４．０ｍｇ／１００ｇ
この場合、イオン交換ではなく、不溶性物質として固定している。
凝集沈殿汚泥を回収する場合には有効的素材です。使用後のｐＨ値もほぼ中世となります。表３に科学組成（％）を記載します。
使用する粒子の大きさは水質に緒応じて、０．０１ミリ〜１．００ミリの間です。
本発明での役割は汚染物質を吸着すると共に、凝集の核となり、沈降する。

副成分１．硫酸アルミニウム．Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３．ｎＨ_２Ｏ．について
粉末剤を使用します。
本発明での役割は処理初期、凝集を加速する働きをする。

副成分２．硫酸カルシウム．Ｃａ_２（ＳＯ_４）_２．について
粉末剤を使用します。
本発明での役割は処理初期、凝集を加速する働きをする。

副成分３．炭酸ナトリウム．Ｎａ_２ＣＯ_３．について
粉末剤を使用します。
本発明での役割は処理後のｐＨ値を整える働きをする。

副成分４．ゼオライトについて
ゼオライトは日本名（沸石）と呼ばれ、結晶中に空洞を多く持つ多孔質の物質で、珪素、アルミニウム、ナトリウム等によって結晶した鉱石です。
温泉地帯に産地が多く、全国的に分布しております。資源的にその用途は広く、肥料、水の浄化、脱臭剤、化粧品等に利用されています。吸水性があるのが特徴です。
表４に科学組成（％）を記載します。
使用する粒子の大きさは水質に緒応じて、０．０１ミリ〜１．００ミリの間です。
本発明での役割は、凝集効果があり副成分１、２の使用量を抑える働きをする。

本発明は、上述した、主成分１、２と副成分１、２、３、４の粉末を均一に混ぜ合わせたものを、水中に散布しながら、汚染された水、汚泥を水面の空気を取り込みながら攪拌することにより、水中の汚染物質を凝集沈殿させ、きれいな水を再生します。水質・汚泥量によって配合比率を調整します。表５にその比率を記載します。

埼玉県草加市、葛西用水の原水を採取して、表６の配合比率で同汚水１００リットルに対して「自然素材水質浄化凝集沈殿材」２０グラム（比率１：５０００）を、図１の方法で空気を取り込みながら攪拌処理をした結果、凝集沈殿後の水質、図２のＣ１は、表７（処理前）、表８（処理後）を比較すると、飛躍的に向上している。
また、処理後の凝集沈殿物は、図２の方法で水中ポンプにより、速やかに回収できた。１４日後に再度、攪拌のみを試みるが、若干時間はかかるものの初期同様、沈殿した。図３の環境で凝集沈殿物を回収しない状態で、処理後３０分の水、図３のＣ１に数種の魚類、グッピー（熱帯魚）稚魚５０尾、土佐金（金魚）幼魚３尾、和金（フナ）幼魚１２尾、を入れて飼育をするが、６０日経過した時点でグッピー７尾が死亡したものの、健康に成長している。
そして処理直後は６０ミリあった沈殿物の層が、３０ミリ程度に減じている。
これは、初期の凝集フロッグが細密になったことと、バクテリアの活性により沈殿物の中の有機物が減少したためである。
また、隅田川、しのばずの池の原水を採取しておこなった、濁度測定、表９でも時間が経過すると、原水をはるかに上回る数値がでている。（目視の判断では、水道水と同等の透明度である）
加えた、硫酸カルシウム．Ｃａ_２（ＳＯ_４）_２．の濃度：相対地も表１０を参照すると、市販されている、天然飲料水よりもはるかに低い数値である。
加えた、硫酸アルミニウム．Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３．ｎＨ_２Ｏ．については、濃度増加は極めて少ない。
表９の実験は、数値の推移を観るために、実際の現場での使用量の１０倍〜２０倍の「自然素材水質浄化凝集沈殿材」の量を投入しているため、実際の現場での使用の数値はこれより、はるかに低い数値である。

本発明の「自然素材水質浄化凝集沈殿材」の現場での汚染された水との使用比率はその水質、底質により差があるが、１：５０００〜１：１００００の使用量で効果が発揮できる。

上述したように本発明の、「自然素材水質浄化凝集沈殿材」は環境面、コスト面共に、公共の河川、湖沼等の水質向上に有効に使用できるものである。

本発明の「自然素材水質浄化凝集沈殿材」は、汚染された、公共の河川、湖沼等の水質向上のために開発されたものです。
本発明をより有効的に実施するためには、まず管理者（我国の公共水面はほとんど行政管理になっている）との協議、許可が必要になります。
まず、対象となる河川、湖沼の水質、底質、生態系の調査、把握が必要です。
また、処理後の凝集沈殿物を回収するか否か、処理後の浄化対策をどうするか等々浄化対策の総合的な計画が必要です。

上述した内容を検討したうえで、より効果的な「自然素材水質浄化凝集沈殿材」の配合比率を算出して、より効果的な攪拌方法で処理をする。

水槽実験による、凝集沈殿処理の環境 水槽実験による、凝集沈殿物の回収 水槽実験による、凝集沈殿物の経過と魚類の飼育観察

符号の説明

Ａ 水槽
Ｂ 水面空気
Ｃ 原水
Ｃ１ 処理水
Ｄ 汚泥
Ｄ１ 凝集沈殿物
Ｅ 攪拌機
Ｆ 水中ポンプ
Ｇ 排水ホース
Ｈ エアーストーン
Ｉ 本発明の「自然素材水質浄化凝集沈殿材」

Claims (3)

1. 汚染の進んだ河川、湖沼の水中の汚染物質を凝集沈殿させるために、自然石粉末（十和田石・アラゴナイト）をベースに少量の塩基類（硫酸カルシウム・硫酸アルミニウム・炭酸ナトリウム）自然石粉末（ゼオライト）を加えた、
   薬剤「自然素材水質浄化凝集沈殿材」
2. 汚染の進んだ河川、湖沼の水中にその水面の空気を取り込み、底部の体積汚泥と共に攪拌して、その汚染物質（体積ヘドロ・水中有機物）を凝集、沈殿させ、水中の汚染物質の回収を容易にさせるための、
   請求項１記載の薬剤「自然素材水質浄化凝集沈殿材」
3. 汚染の進んだ河川、湖沼の水中に請求項２記載の方法で処理した水底の凝集汚泥を取り込んだ空気とミネラル分、また処理により透視度が高まり底質に届く太陽光線により既存のバクテリアを活性させ、汚染有機物を除去するための、
   請求項１記載の薬剤「自然素材水質浄化凝集沈殿材」

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