JP2007237049A - 油脂吸着剤、油脂吸着材の製造方法、無機系凝集剤及び無機系凝集剤の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一度の添加で容易にＰＨ調整ができ、しかも凝集フロックを巨大化させて、高速の沈降速度を得ることができ、フロックが崩壊することなく確実に沈降させることのできる汚濁水処理機能に非常に優れた油脂吸着剤、油脂吸着剤の製造方法、無機系凝集剤及び無機系凝集剤の製造方法を提供する。
【解決手段】アルミニウムを含む微粉砕化した無機鉱物と、酸化マグネシウムを含む微粉砕化した固化主剤と、酸化カルシウムを含む微粉砕化した固化助剤とを含む混合材料を水に混練させて水和反応させた後、養生させてなる層状多孔質物質である油脂吸着剤に、凝結剤と高分子凝集剤とを添加することにより無機系凝集剤が製造される。
【選択図】なし

Description

本発明は、各種汚染の清浄処理に使用する油脂吸着剤、油脂吸着剤の製造方法、無機系凝集剤及び無機系凝集剤の製造方法に関する。

従来より、河川、湖沼、海域、ダム等の汚濁水の処理として、一般に汚濁水に凝結剤を添加混合した後に、高分子凝集剤を添加混合し、この処理により透明になった上澄液を放流する方法が知られている。この原理は、汚濁水中の懸濁物質を凝結剤に反応・吸着させて粒状のフロックを形成し、これをさらに凝集剤で凝集させて固液分離を行っている。
このように従来から使用されている凝結剤としては、硫酸アルミニウム（硫酸バンド）、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、塩化アルミニウム、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄等の無機系凝結剤が挙げられ、凝集剤としては、ノニオン系、アニオン系、カチオン系の有機高分子凝集剤が挙げられる。しかしながら、特に有機高分子凝集剤は単価が高く、大量に必要となる河川、湖沼等の濁水の処理に使用することは不向きであった。
また、汚泥や懸濁物質の種類や濁度等にもよるが、無機系凝結剤の単独又は二種以上の組み合わせ添加、又は高分子凝集剤との組み合わせ添加、又はこれら凝集剤添加時のアルカリ剤等によるＰＨ調整や攪拌速度等、その処理工程が単純で簡便でないのが実情であった。
さらに、このような無機系凝結剤及び高分子凝集剤を使用した場合、高分子凝集剤は懸濁物質を沈降させることはできるものの、高分子凝集剤を多く使用すると、ままこのような固まりとなり易く、ハンドリングに優れないという問題があった。

一方、無機系又は有機系を問わない汚濁排水の無機系凝集浄化処理剤として、土壌菌を含浸させたアルミナ珪酸塩を主体とする天然鉱物に対して、酸化鉄及び有機系凝集剤を配合したものからなる主成分１００重量部に対し、チオ硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウムが配合されている技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−８９０３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の無機系凝集浄化処理剤によって汚濁水を沈降させた場合、懸濁物質に対する吸着機能が十分ではなく、再び分離することがあり、凝集剤としての機能が低いものであった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、一度の添加で容易にＰＨ調整ができ、しかも凝集フロックを巨大化させて、高速の沈降速度を得ることができ、フロックが崩壊することなく確実に沈降させることのできる汚濁水処理機能に非常に優れた油脂吸着剤、油脂吸着剤の製造方法、無機系凝集剤及び無機系凝集剤の製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、アルミニウムを含む微粉砕化した無機鉱物と、
酸化マグネシウムを含む微粉砕化した固化主剤と、
酸化カルシウムを含む微粉砕化した固化助剤とを含む混合材料を水に混練させて水和反応させた後、養生させてなる層状多孔質物質であることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の油脂吸着剤において、
前記無機鉱物は、アルミノケイ酸塩からなる長石のグループを含む鉱物であることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、地殻上の鉱物で最も多い長石類を含む一般的な砂や石等の鉱物を使用することにより、極めて安価に製造することができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の油脂吸着剤において、
前記酸化マグネシウムは、マグネサイト、ブルーサイト、ドロマイト、カンラン石、蛇紋岩の中から選択されたものであることを特徴とする。

請求項３の発明によれば、地殻上に一般的に存在するマグネサイト、ブルーサイト、ドロマイト、カンラン石、蛇紋岩を使用することにより、極めて安価に製造することができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の油脂吸着剤を製造する油脂吸着剤の製造方法において、
アルミニウムを含む無機鉱物と、酸化マグネシウムを含む固化主剤と、酸化カルシウムを含む固化助剤とを、それぞれ微粉砕した後、混合材料とし、前記混合材料を水に混練させて水和反応させた後、養生することにより層状多孔質物質とすることを特徴とする。

請求項１、４の発明によれば、無機鉱物と固化主剤と固化助剤とを含む微粉砕状の混合材料を水に混練させて水和反応させた後、養生させてなる層状多孔質物質であるので、従来に比して比表面積が非常に大きく、表面吸着能が向上する。また、表面塩基性でかつカチオン・アニオン交換能を有する層状多孔質物質となる。したがって、このような層状多孔質物質である油脂吸着剤によって、油脂を確実に吸着することができる。また、油脂吸着剤は、極めてバクテリアの繁殖し易い環境にあるため、大気中においては好気性バクテリア、水中においては嫌気性バクテリアによって、吸着した油脂を分解して無害化していく。そのため、油脂を吸着した油脂吸着剤を回収しなくとも、時間をかけて油脂が分解されて、自然の砂へと還っていくので環境面でも好ましい。
さらに、本発明の油脂吸着剤に、凝結剤及び高分子凝集剤を添加して、その配合を適宜変えて無機系凝集剤とし、これを汚濁水に添加することによって、比表面積が非常に大きく、表面吸着機能が向上した油脂吸着剤の塩基と汚濁水中の酸又は塩基と凝結剤の酸とによって、まず中和塩が形成され、この中和塩に汚濁水中の懸濁分子が凝結する。そして、懸濁分子が凝結したフロック状の凝結分子に、高分子凝集剤が架橋作用を起こしてフロックが巨大化し、さらに層状多孔質物質の多孔状表面に、巨大化したフロックのブリッジが繋がることによって、フロックがより強靱で比重の大きなものとなる。その結果、フロックは速やかに沈降して汚濁水が清浄化される。
また、層状多孔質物質である油脂吸着剤は、強力な吸着力を有するので、攪拌した場合でも再崩壊することがなく、懸濁分子を吸着したまま水中へ沈下し、澄水として安定化する。このようにして懸濁分子を吸着して形成されたフロックは容易に回収することができる。
また、本発明では主成分を無機鉱物としているので、採石現場等での集塵機で入手可能な微細な採石や砂等もそのまま利用することができ、環境問題の観点から非常に好ましく、また従来使用していた高価な高分子凝集剤を少量に抑えることができ、余計なエネルギー等を与えることもなく大気中で水と水和反応させることで容易に製造でき、極めて安価に製造することができる。

請求項５の発明は、無機系凝集剤において、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の油脂吸着剤に、微粉砕化した凝結剤及び高分子凝集剤を添加してなることを特徴とする。

請求項６の発明は、無機系凝集剤の製造方法において、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の油脂吸着剤に、微粉砕化した凝結剤及び高分子凝集剤を添加することを特徴とする。

請求項５、６の発明によれば、無機鉱物と固化主剤と固化助剤とを含む微粉砕状の混合材料を水に混練させて水和反応させた後、養生させてなる層状多孔質物質である油脂吸着剤に、凝結剤及び高分子凝集剤を添加してなるので、このような無機系凝集剤を汚濁水に添加することによって、従来に比して比表面積が非常に大きく、表面吸着機能が向上した油脂吸着剤の塩基と汚濁水中の酸又は塩基と凝結剤の酸とによって、まず中和塩が形成され、この中和塩に汚濁水中の懸濁分子が凝結する。そして、懸濁分子が凝結したフロック状の凝結分子に、高分子凝集剤が架橋作用を起こしてフロックが巨大化し、さらに層状多孔質物質の多孔状表面に、巨大化したフロックのブリッジが繋がることによって、フロックがより強靱で比重の大きなものとなる。その結果、フロックは速やかに沈降して汚濁水が清浄化される。
また、層状多孔質物質である油脂吸着剤を使用していることから、強力な吸着力を有するので、攪拌した場合でも再崩壊することがなく、懸濁分子を吸着したまま水中へ沈下し、澄水として安定化する。このようにして懸濁分子を吸着して形成されたフロックは容易に回収することができる。
また、本発明では主成分を無機鉱物としているので、採石現場等での集塵機で入手可能な微細な採石や砂等もそのまま利用することができ、環境問題の観点から好ましく、また従来使用していた高価な高分子凝集剤を少量に抑えることができ、余計なエネルギー等を与えることもなく大気中で水と水和反応させることで容易に製造でき、極めて安価に製造することができる。
さらに、高分子凝集剤を微粉砕化させて添加しているので、その粒径を適宜変更することによって、粒径による溶解時間差を利用して多段作用をさせることができる。よって、様々な懸濁分子を確実に沈降させることができ、その結果、多段階に分けて凝結剤や高分子凝集剤を添加させる必要がなく、一度の添加で懸濁分子を沈降させて汚濁水の清浄処理を行うことができ、ハンドリングにも優れる。

請求項７の発明は、請求項６に記載の無機系凝集剤の製造方法において、
前記高分子凝集剤に微粉砕化した硬度６．５以上の無機鉱物を混合させて攪拌することにより前記高分子凝集剤を微粉砕することを特徴とする。

請求項７の発明によれば、微粉砕化した比較的硬度の高い無機鉱物を混合させて攪拌することによって高分子凝集剤を微粉砕するので、通常の粉砕機では微粉砕することが困難であった高分子凝集剤を簡単に微粉砕することができる。また、無機系凝集剤の材料に含まれる無機鉱物を使用できるため、この無機鉱物を混入させたまま選別する必要もなく、製造効率に優れる。

本発明によれば、一度の添加で容易に汚濁水のＰＨ調整ができ、目的に応じて懸濁分子を確実かつ迅速に沈降させることができ、しかも非常に簡単でかつコスト面でも極めて安価に製造することができる。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に係る油脂吸着剤は、主原料としてアルミニウムを含む微粉砕化した無機鉱物と、酸化マグネシウムを含む微粉砕化した固化主剤と、酸化カルシウムを含む微粉砕化した固化助剤とを混合してなる混合材料を水に混練させて水和反応させた後、養生させてなる層状多孔質物質である。
無機鉱物は、例えば粘土、砂、石等であり、特にアルミノケイ酸塩からなる長石のグループを含む全ての鉱物が挙げられる。具体的には、砂岩、礫岩、貢岩といった鉱物が挙げられる。このような無機鉱物は、採掘原石を破砕して細かな粒子状の砂やある程度大きな破砕岩石を製造する際に得られたものを使用することができる。そして、このような無機鉱物は微粉砕化して比表面積を大きくし、反応を活性化させて使用する。粒径は、例えば直径１００メッシュ以下、好ましくは２００メッシュ以下であり、使用目的に応じて適宜変更することが好ましい。

固化主剤には、酸化マグネシウムを含むものを使用する。具体的に、酸化マグネシウムとしては、マグネサイト、ブルーサイト、ドロマイト、カンラン石、蛇紋岩等から最適なものを選んで使用する。固化主剤は、例えば６００℃程度に焼成してから微粉砕化して比表面積を大きくし、反応を活性化させることが好ましい。粒径は、例えば直径１００メッシュ以下、好ましくは２００メッシュ以下で、使用目的に応じて適宜変更することが好ましい。

固化助剤には、活性化した酸化カルシウムを含むものを使用する。なお、炭酸カルシウムを主成分とする不活性な牡蠣殻等の貝殻の粉末も使用することができ、この場合、例えば６００℃程度に焼成してから微粉砕化して比表面積を大きくし、反応を活性化させることにより酸化マグネシウムとして使用することが好ましい。粒径は、例えば直径１００メッシュ以下、好ましくは２００メッシュ以下で、使用目的に応じて適宜変更することが好ましい。

また、油脂吸着剤全体において、無機鉱物の占める比率（重量比）は５０％以上１００％未満であり、固化主剤は１％以上２５％以下、固化助剤は０％より大きく５０％以下であることが好ましい。
無機鉱物の比率を５０％以上１００％未満とすることにより、無機鉱物を安易に廃棄することなく利用でき、しかも極めて安価に製造することができる。また、固化主剤を１％以上２５％以下としたのは、油脂吸着剤として必要十分量の層状多孔質物質構造を得るためであり、固化助剤を０％より大きく５０％以下としたのは、多孔質物質の構造上、十分な強度を得るためである。

そして、それぞれ微粉砕した無機鉱物、固化主剤及び固化助剤を所定比率に配合し、常温大気中で混合して混合材料とした後、混合材料に水を加えて混練し、数十時間常温で養生させることにより油脂吸着材が製造される。この際、強制加熱によって養生させても良い。
このように、上記混合材料に水を加えることで、固化主剤中の酸化マグネシウムと無機鉱物中のアルミノが水和反応し、常温ないし火力で養生することで大気中の二酸化炭素を吸収することによって多層状の多孔質物質が生成される。この層状多孔質物質は、層状複水酸化物であり、表面吸着能、表面塩基性、カチオン・アニオン交換能を有し、ナノスケールでの触媒設計を可能とする油脂吸着剤である。
このような油脂吸着剤は所定の粒度に選別して、酸性又は塩基性の汚濁水中に添加する。油脂吸着剤を添加した場合、後述の凝結剤及び凝集剤と懸濁分子とによって形成される多数の中和塩どうしを、その層状多孔質物質の多孔状表面によって繋いでいき、これによってさらにフロックを大きくし、強靱なものとする。

次に、上述の油脂吸着剤から製造される無機系凝集剤について説明する。
無機系凝集剤は、主原料としてアルミニウムを含む無機鉱物と、酸化マグネシウムを含む固化主剤と、酸化カルシウムを含む固化助剤とを混合してなる混合材料に水を混練させて養生してなる油脂吸着剤に、凝結剤及び高分子凝集剤を添加してなるものである。
上述のようにして製造された油脂吸着剤は、ほぼ絶乾状態となるまで火力乾燥させ、目的の粒度に粉砕しておく。油脂吸着剤の粒径は、例えば直径１００メッシュ以下、好ましくは２００メッシュ以下とする。
凝結剤には、硫酸アルミニウムや塩化第二鉄を含む凝結剤を使用する。凝結剤の粒径は例えば直径１００メッシュ以下、好ましくは２００メッシュ以下で、使用目的に応じて微粉砕して使用する。

高分子凝集剤としては、一般に市販されているポリアクリロアミド等のノニオン系、その他、アニオン系、カチオン系のあらゆる高分子凝集剤を使用することができる。高分子凝集剤は、通常ビーズ状をなしているが、ビーズ状ではなく微粉砕して使用する。ここで、ビーズ状の高分子凝集剤は通常の粉砕機では微粉砕が不可能なため、材料中の鉱物の中から硬度の高い鉱物を選定し、この鉱物を目的の粒度に粉砕加工してから粉砕助剤として使用する。硬度は、６．５度以上の無機鉱物が好ましく、特にカンラン石は粉砕時に受ける高分子凝集剤への熱の影響を防ぐことができる点で好ましい。
そして、このような粉砕助剤を高分子凝集剤に一定率混入させるだけで、通常の粉砕機を使用しても粉砕助剤の硬度によって高分子凝集剤が微粉砕される。また、粉砕助剤も油脂吸着剤の材料として混入した同一性質の鉱物からなるために、混入した状態そのままで選別することなく使用することができる。なお、高分子凝集剤の粒径は例えば直径１００メッシュ以下、好ましくは２００メッシュ以下とすることが好ましい。
また、高分子凝集剤の粒径は、沈降させる懸濁分子に応じて適宜変更し、粒径も全て揃える必要はなく、種々の粒径が混在していても良い。また、高分子凝集剤の種類も１種類に限らず、複数種類使用しても良い。このように高分子凝集剤を粉体として使用し、粒径や種類を変えることにより、これらの違いを溶解時間差として利用でき、様々な懸濁分子に対して多段作用させて、確実に懸濁分子を沈降させることができる。すなわち、一般には液体の高分子凝集剤を複数種類使用していることから、複数種類の高分子凝集剤を同時添加した場合、同時添加した各高分子凝集剤同士が反応することもあり、所望の懸濁分子を沈降させることができない場合もある。そのため、高分子凝集剤を多段階に分けて滴定する必要がある。これに対して、本発明では多段階に分けて添加する必要はなく、一度の添加で、溶解時間差によって様々な懸濁分子に反応させて沈降させることができるのである。その結果、プラントも大型化することなく、コスト面でも非常に好ましい。

無機系凝集剤全体において、無機鉱物の占める比率（重量比）は５０％以上９８％以下であり、固化主剤は１％以上２０％以下、固化助剤は０％より大きく２０％以下、凝結剤は０％以上４０％以下、高分子凝集剤は０．０１％以上５％以下であることが好ましい。
無機鉱物の比率を５０％以上９８％未満とすることにより、無機鉱物を安易に廃棄することなく利用でき、しかも極めて安価に製造することができる。また、固化主剤を１％以上２０％以下としたのは、油脂吸着剤として必要十分量の層状多孔質物質構造を得るためであり、固化助剤を０％より大きく２０％以下としたのは、多孔質物質の構造上、十分な強度を得るためである。さらに、凝結剤を０％以上４０％以下としたのは、適正な中和塩及び凝結作用を得るためであり、高分子凝集剤を０．０１％以上５％以下としたのは、適正な凝集作用を得て、ポリマーの環境への影響を抑制するためである。

そして、上述のように製造した油脂吸着剤を絶乾状態まで火力乾燥させ、目的の粒度（例えば、２００メッシュ以下）に選別した後、凝結剤と凝集剤とを目的に応じた含有比に混合することにより、一度の添加で汚濁水中の懸濁分子を沈降させることのできるワンパックの無機系凝集剤が製造される。

以上のようにして製造された無機系凝集剤を、汚濁水中に必要量添加することによって、油脂吸着剤のアルカリ成分と汚濁水中の酸又は塩基と凝結剤とが中和塩を形成し、この中和塩に懸濁分子が凝結する。そして、この凝結分子に高分子凝集剤が架橋作用を起こしてフロックを巨大化することで、油脂吸着剤（層状多孔質物質）の多孔状表面に、フロックのブリッジが絡まってフロック同士が繋がっていき、よりフロックが強靱で大きな比重のものとなる。これによって良好な上澄みを得ることができる。

以上、本発明の実施の形態の無機系凝集剤によれば、無機鉱物と固化主剤と固化助剤とを含む微粉砕状の混合材料を水に混練させて水和反応させた後、養生させてなる層状多孔質物質である油脂吸着剤に、凝結剤及び高分子凝集剤を添加してなるので、このような無機系凝集剤を汚濁水に添加することによって、従来に比して比表面積が非常に大きく、表面吸着機能が向上した油脂吸着剤の塩基と汚濁水中の酸又は塩基と凝結剤の酸とによって、まず中和塩が形成され、この中和塩に汚濁水中の懸濁分子が凝結する。そして、懸濁分子が凝結したフロック状の凝結分子に高分子凝集剤が架橋作用を起こしてフロックが巨大化し、さらに層状多孔質物質の多孔状表面に巨大化したフロックのブリッジが繋がることによって、フロックがより強靱で比重の大きなものとなる。その結果、フロックは速やかに沈降して汚濁水が清浄化される。
また、層状多孔質物質である油脂吸着剤を使用していることから、強力な吸着力を有するので、攪拌した場合でもフロックが再崩壊することがなく、懸濁分子を吸着したまま水中へ沈下し、澄水として安定化する。このようにして懸濁分子を吸着して形成されたフロックは容易に回収することができる。
また、本発明では主成分を無機鉱物としているので、採石現場等での集塵機で入手可能な微細な採石や砂等もそのまま利用することができ、環境問題の観点から好ましく、また従来使用していた高価な高分子凝集剤を少量に抑えることができ、余計なエネルギー等を与えることもなく大気中で水と水和反応させることで容易に製造でき、極めて安価に製造することができる。
さらに、高分子凝集剤を微粉化させて添加しているので、その粒径を適宜変更することによって、粒径による溶解時間差を利用して多段作用をさせることができる。よって、様々な懸濁分子を確実に沈降させることができ、その結果、多段階に分けて凝結剤や高分子凝集剤を添加させる必要がなく、一度の添加で懸濁分子を沈降させて汚濁水の清浄処理を行うことができ、ハンドリングにも優れる。

Claims (7)

1. アルミニウムを含む微粉砕化した無機鉱物と、
   酸化マグネシウムを含む微粉砕化した固化主剤と、
   酸化カルシウムを含む微粉砕化した固化助剤とを含む混合材料を水に混練させて水和反応させた後、養生させてなる層状多孔質物質であることを特徴とする油脂吸着剤。
2. 前記無機鉱物は、アルミノケイ酸塩からなる長石のグループを含む鉱物であることを特徴とする請求項１に記載の油脂吸着剤。
3. 前記酸化マグネシウムは、マグネサイト、ブルーサイト、ドロマイト、カンラン石、蛇紋岩の中から選択されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の油脂吸着剤。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の油脂吸着剤を製造する油脂吸着剤の製造方法において、
   アルミニウムを含む無機鉱物と、酸化マグネシウムを含む固化主剤と、酸化カルシウムを含む固化助剤とを、それぞれ微粉砕した後、混合材料とし、前記混合材料を水に混練させて水和反応させた後、養生することにより層状多孔質物質とすることを特徴とする油脂吸着剤の製造方法。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の油脂吸着剤に、微粉砕化した凝結剤及び高分子凝集剤を添加してなることを特徴とする無機系凝集剤。
6. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の油脂吸着剤に、微粉砕化した凝結剤及び高分子凝集剤を添加することを特徴とする無機系凝集剤の製造方法。
7. 前記高分子凝集剤に微粉砕化した硬度６．５以上の無機鉱物を混合させて攪拌することにより前記高分子凝集剤を微粉砕することを特徴とする請求項６に記載の無機系凝集剤の製造方法。