JP2007216201A5

JP2007216201A5 -

Info

Publication number: JP2007216201A5
Application number: JP2006068328A
Authority: JP
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2026-02-15

Description

自然素材水質浄化凝集沈殿材

本発明は汚染された、河川、湖沼等、公共水域の水質・底質等向上に関する。

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。わが国の河川、湖沼等公共水域はほとんどが行政管理下にあり、硫酸バンドやＰＡＣの使用はその環境（生態系等）における影響等の問題でおこなわれていない。
環境問題に対応できる公共水域で使用可能な凝集沈殿材の開発が必要です。

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．［Ａｌ_２（ＯＨ）ｎ・Ｃｌ_６−ｎ］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主構成となっていて上下水道での使用が主体であり公共の河川、湖沼では環境問題等により、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（安山岩質浮石質凝灰岩（十和田石・アラゴナイト・ゼオライト等の石粒・粉末）で構成して、これらに従来から使われている少量の凝集剤を付加して構成し、環境に優しい凝集沈殿材を、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〜３．００ミリの間です。使用後のｐＨ値は７．６前後に安定します。
［表３（１．２．３．）］に十和田石によって活性化される微生物の分離とその安全性について記載します。
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等の活性化を促進する。

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。産地は全国的に分布しております。
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応じて、０．０１ミリ〜３．００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。

主成分３．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５］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応じて、０．０１ミリ〜３．００ミリの間です。
また最近では火力発電所等の燃焼残物処理として、人口的に生産されるものもあります。
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、液剤を使用します。
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．ポリ塩化アルミニウム．［Ａｌ_２（ＯＨ）ｎ・Ｃｌ_６−ｎ］ｍ．について
粉末剤、液剤を使用します。
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．結晶ミョウバンについて
１価の陽イオンの硫酸塩ＭＩ２（ＳＯ４）と３価の金属イオンの硫酸塩ＭＩＩＩ２（ＳＯ４）３の複塩
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４．炭酸ナトリウム．Ｎａ_２ＣＯ_３．について
本発明での役割はｐＨ調整（酸性をアルカリ性）の働きをする。

本発明は、上述した、主成分１、２、３と副成分１、２、３、４の粉材又は液材を均一に混ぜ合わせたものを、水中に散材しながら、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。
また、微生物（バクテリア）を好適に活性化させ汚染有機物を分解除去します。
その水質・汚泥量によって配合比率を調整します。
［表６（１．２．３．）］にその配合比率を記載します。

東京都足立区立白旗塚史跡公園自然池での実証
自然池の概要
池の水量・汚泥量：２００ｔ平均水深０．３ｍ汚泥の深さ：０．２ｍ循環施設：有濾過施設：無水源：雨水・上水自然素材水質浄化凝集沈殿材の使用量：延０．０６立米
本水質浄化材と池の水量・汚泥量との使用比率：１／３、３００
［表７］に本池で使用した本浄化材の成分比率を記載します。
攪拌の方法：汚泥ポンプによる、水・泥の汲み上げとその落下力を利用した。
［図１］に本池の浄化作業の散材、攪拌のシステムを記載します。
１）処理後の汚泥の腐敗臭は無くなった。
２）処理後、池の底質が望める水質になった。
３）処理後の観察
・生態系（魚類等の死亡例）への影響は無かった。
・真夏日、水温の上昇と共に新たな緑藻類等が発生するが処理前に比べるとその発生率は低い。
また夏場発生した緑藻類も水温の低下と共に沈降して、水質透視度は浄化処理前に比べて高いレベルである。
・処理後２６０日の時点で既存の底質汚泥は３０％前後減少した、処理前：２０ｃｍ前後処理後２６０日：１２センチ前後これは既存の微生物が好適に活性化して有機物を分解したものと考える。
また処理後、汚泥のみを再攪拌しても、処理前に比べてその沈降速度は速い。
４）池の水質は処理前後の水質濃度計量値を比較すると改善の方向に格段の差があることがわかる。
［表８］に本池の浄化処理前の水質濃度計量値を記載します。
［表９］に本池の浄化処理後（２日）の水質濃度計量値を記載します。
［表１０］に本池の浄化処理後（４５日）の水質濃度計量値を記載します。
［表１１］に本池の浄化処理後（２６０日）の水質濃度計量値を記載します。

東京都葛飾区立金町公園自然池での実証
自然池の概要
池の水量・汚泥量：１、０００ｔ平均水深０．８ｍ汚泥の深さ：０．０５ｍ
循環施設：有（微流）濾過施設：無水源：雨水・上水
自然素材水質浄化凝集沈殿材の使用量：延０．１５立米
本水質浄化材と池の水量・汚泥量との使用比率：１／６、６００
［表１２］に本池で使用した本浄化材の成分比率を記載します。
攪拌の方法：小型船外機（２ｐｓ）を台車に固定して稼動。
［図２］に本池の浄化作業の散材、攪拌のシステムを記載します。
１）処理後の汚泥の腐敗臭は無くなった。
２）処理後池の底質が望める水質になった。
３）処理後の観察
・生態系（魚類等の死亡例）への影響は無かった。
・真夏日、水温の上昇と共に新たな緑藻類等が発生するが処理前に比べるとその発生率は低い
また夏場発生した緑藻類も水温の低下と共に沈降して、水質透視度は浄化処理前に比べて高いレベルである。
・処理後４００日の時点で既存の底質汚泥は５０％前後減少した。
処理前：５．０ｃｍ前後処理後４００日：２．５センチ前後
これは、既存の微生物が好適に活性化して有機物を分解したものと考えられます。
また処理後、汚泥のみを再攪拌しても、処理前に比べてその沈降速度は速い。
４）水質透視度が高いため新たな沈水植生（光合成を必要とする藻の仲間）が発生した。
５）本池の水質は処理前後の水質、底質汚泥計量値を比較すると改善の方向に格段の差があることがわかる。

［表１３］に本池の浄化処理前の水質濃度計量値を記載します。
［表１４］に本池の浄化処理前の底質汚泥濃度計量値を記載します。
［表１５］に本池の浄化処理後（２日）の水質濃度計量値を記載します。
［表１６］に本池の浄化処理後（２日）の底質汚泥濃度計量値を記載します。
［表１７］に本池の浄化処理後（４００日）の水質濃度計量値を記載します
［表１８］に本池の浄化処理後（４００日）の底質汚泥濃度計量値を記載します。

東京都立舎人公園自然池での実証
自然池の概要
池の水量・汚泥量：１０、０００ｔ平均水深１．５ｍ汚泥の深さ：０．５ｍ循環施設：無濾過施設：無水源：雨水自然素材水質浄化凝集沈殿材の使用量：延１．２立米
本水質浄化材と池の水量・汚泥量との使用比率：１／８、３００液状使用（上水に溶く材１：水３）
［表１９］に本池で使用した本浄化材の成分比を記載します。
攪拌の方法：作業ダイセン上、汚泥ポン及びに小型船外機（１０ｐｓ）を併用。
［図３］に本池の散材、攪拌のシステムを記載します。
１）処理後の汚泥の腐敗臭は無くなった。
２）処理後池の底質が望める水質になった。
３）処理後の観察
・生態系（魚類等の死亡例）への影響は無かった。
・真夏日、水温の上昇と共に新たな緑藻類等が発生するが処理前に比べるとその発生率は低いまた夏場発生した緑藻類も水温の低下と共に沈降して、水質透視度は浄化処理前に比べて高いレベルである。
・また処理後、汚泥のみを再攪拌しても、処理前に比べてその沈降速度は速い。
４）水質透視度が高いため新たな沈水植生（光合成を必要とする藻の仲間）が発生した。
５）本池の水質は処理前後の水質底質汚泥計量値を比較すると改善の方向に格段の差があることがわかる。

［表２０］に本池の浄化処理前の水質濃度計量値を記載します。
［表２１］に本池の浄化処理前の底質汚泥濃度計量値を記載します
［表２２］に本池の浄化処理後（１５０日）の水質濃度計量値を記載します
［表２３］に本池の浄化処理後（１５０日）の底質汚泥濃度計量値を記載します。

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汚泥との使用比率はその水質、底質により差があるが、１：２、０００〜１：１０、０００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（我国の公共水域はほとんど行政管理下にある）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、処理後の維持、管理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。

東京都足立区立白旗塚史跡公園自然池浄化作業システム図東京都葛飾区立金町公園自然池浄化作業システム図東京都立舎人公園自然池浄化作業システム図

Ａ水面Ｂ水中
Ｃ底質汚泥Ｄ岩盤
Ｅ自然素材水質浄化凝集沈殿材Ｆ汚泥ポンプ
Ｇ船外機Ｈ攪拌エリア
Ｉ配管Ｊ汲上汚水
Ｋ作業員Ｌ台車
ＭダイセンＮアンカー
Ｏ発電機

Claims

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（安山岩質浮石質凝灰岩（十和田石・アラゴナイト・ゼオライト等）をベースに少量の塩基類（硫酸アルミニウム・ミョウバン・ポリ塩化アルミニウム等）を加えた
水質等浄化材「自然素材水質浄化凝集沈殿材」
汚染の進んだ河川、湖沼の水中に、本水質等浄化材を粉上又は液状で散材して、その水面の空気を取り込み、底質の体積汚泥と共に攪拌して、その水中の汚染物質（体積汚泥・水中有機物）を凝集、沈殿させ、水底の凝集汚泥を、取り込んだ空気（酸素）と自然石粉末のミネラル分等により既存の微生物（バクテリア）が好適に活性化して汚染有機物を分解除去する。また凝集沈殿をすることにより、水質透視度が高まり底質に届く太陽光線により沈水植生等の光合成が活性化してその活動を助長するための
請求項１記載の水質等浄化材「自然素材水質浄化凝集沈殿材」
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（体積汚泥・水中有機物）を凝集、沈殿させ、沈殿した汚染物質の回収を容易にさせるための、
請求項１記載の水質等浄化材「自然素材水質浄化凝集沈殿材」