JP2010005532A - ミネラル溶液及びこれを用いた汚水浄化方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】懸濁物質だけでなく溶解性汚染物質、特に溶解性有機物や重金属も除去することができるミネラル溶液を提供する。また、取り扱いが簡便で、狭い土地や既設敷地内においても利用でき、環境に負担をかけない汚水浄化方法を提供する。
【解決手段】花崗岩、玄武岩、かんらん岩及び粘土鉱物を、無機酸中で溶出させることによってミネラル溶液を得る。また、該ミネラル溶液を汚水に添加して、汚水に含まれる溶解性有機物及び/又は重金属を凝集、沈殿させる。
【選択図】図1

Description

本発明は、岩石等の成分を溶出したミネラル溶液及びこれを用いた汚水浄化方法に関する。
汚水には、有機物、重金属等の様々な汚染物質が溶解、もしくはコロイド状態で浮遊している。
汚水の浄化方法としては、まず、ろ過や凝集剤によって汚水中にコロイド状態で浮遊している懸濁物質の除去が行われ、次に、活性汚泥法、散水濾床法、嫌気性消化法等の微生物処理によって溶解性汚染物質の除去が行われるのが一般的である。
懸濁物質を分離するために用いられる凝集剤としては、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第二鉄等の無機凝集剤と、カチオン系、アニオン系、ノニオン系の高分子凝集剤とが知られている。しかし、これらの凝集剤では、懸濁物質を凝集、沈殿させることはできるが、溶解性汚染物質を除去することはできなかった。
溶解性汚染物質の除去のために行われる微生物処理は、微生物を利用するため、pH、温度、酸素濃度等の諸条件を一定に調節する必要がある。また、汚染物質に含まれる有機物自体は微生物の生存に不可欠な養分であるため、常に一定量が必要であり、多すぎるだけでなく、少なすぎても微生物が生存できない。さらに、塩分や油分が多い汚水では、微生物の生存が困難であるため、前処理が必要となる。
このような諸条件を維持するために、微生物処理では、調整槽、曝気槽、沈殿槽、汚泥返送システム、消化槽、脱窒槽等の様々な設備を設置する必要がある。このため、広大な敷地を要し、狭い土地や既設工場敷地内への設置は困難であり、設備投資、労務費、光熱費等のコストもかかるという問題点があった。
また、重金属の除去としては、活性汚泥法により微生物に生物吸着させ、次いで汚泥をリン酸水溶液で処理して重金属を溶出、除去するリン酸法があるが、環境水系に負担をかけるという問題点があった。
特開平11−33594号
本発明の目的は、岩石等の成分を溶出したミネラル溶液を提供することにある。特に、懸濁物質だけでなく溶解性汚染物質、特に溶解性有機物や重金属も除去することができるミネラル溶液を提供することにある。また、取り扱いが簡便で、狭い土地や既設敷地内においても利用でき、環境に負担をかけない汚水浄化方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明によれば、花崗岩、玄武岩、かんらん岩及び粘土鉱物に含まれる成分を、無機酸で溶出することによって得られるミネラル溶液が提供される。
また、その好ましい様態として、前記花崗岩、玄武岩、かんらん岩及び粘土鉱物を、それぞれ、25重量部、7.5重量部、7.5重量部、10重量部の割合で混合してなることを特徴とするミネラル溶液が提供される。
また、前記無機酸中における溶出が、pH0.1以上1以下の無機酸水溶液によるものであることを特徴とするミネラル溶液が提供される。
また、前記無機酸が、濃硫酸であることを特徴とするミネラル溶液が提供される。
さらに、前記ミネラル溶液を使用して、汚水に含まれる溶解性有機物及び/又は重金属を凝集、沈殿させることを特徴とする汚水浄化方法が提供される。
以下、本発明を具体的に説明する。本発明のミネラル溶液を得るには、まず、自然界に存在する岩石から、粒状に砕いた花崗岩、玄武岩、かんらん岩を採取する。
本発明に用いられる花崗岩は、地殻の全域に広く分布する岩石であり、御影石とも呼ばれ、深成岩の一種である。主成分は石英と長石であり、肉眼で見える結晶による等粒状組織を有する。石英と長石のほか、少量の雲母、ジルコン、燐灰石、磁鉄鉱、チタン鉄鉱、チタン石などを含む。
本発明に用いられる玄武岩は、地殻に分布する一般的な岩石で、火山岩の一種である。SiOを45〜52重量%含有し、斑状組織を有する。肉眼では黒っぽい色である。成分としては、有色鉱物の輝石、カンラン石と無色鉱物の斜長石等を含む。
本発明に用いられるかんらん岩は、マントル上部を構成する岩石の一つであり、深成岩の一種で、SiO成分に乏しく、カンラン石を多く含み、他の成分として斜方輝石、単斜輝石などを含む。
また、本発明に用いられる粘土鉱物は、粘土を構成する鉱物であり、層状珪酸塩鉱物を主成分とするが、粘土粒径の方解石、苦灰石、長石類、石英、沸石類などの鉱物が含まれていてもよい。
本発明のミネラル溶液は、例えば実施例1のようにして製造することができる。
実施例1に記載のように、前記花崗岩、玄武岩、かんらん岩及び粘土鉱物の混合比は、25重量部、7.5重量部、7.5重量部、10重量部であることが好ましい。
また、本発明に用いられる無機酸としては、例えば硫酸、塩酸、硝酸等が挙げられるが、特に濃硫酸を使用するのが好ましい。無機酸のpHは、0.1以上1以下であることが好ましい。pHが1を超えると、岩石及び粘土鉱物から十分な量のミネラルが溶出しない。また、濃硫酸を直接岩石等に注いでから水で希釈することで、水で希釈した硫酸に岩石を添加するよりも効率的にミネラルを溶出させることができる。
本発明のミネラル溶液は、汚水の性質の違いにもよるが、汚水に対して100ppm〜500ppmとなるように添加して使用することが好ましい。
図1に、本願発明のミネラル溶液を用いた汚水浄化方法の一例を示す。原水タンク中の汚水は、原水ポンプによって反応槽に移され、反応槽において、汚水に対して100ppm〜500ppmとなるように本願発明のミネラル溶液が添加され、撹拌される。続いて、中和槽において消石灰が添加され、汚水が中和される。さらに、沈降槽において汚染物質を沈降させる。ここで、本願発明のミネラル溶液は懸濁物質と溶解性有機物の両方を凝集、沈殿させる効果を有するので必ずしも必要ではないが、より効率的に汚染物質を沈降させるために高分子凝集剤を加えてもよい。以上のように処理された水は、フィルタープレスされ、沈降物を除去してから処理水槽に移され、放流される。
岩石中の鉱物には鉄、カルシウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウム等のミネラルが豊富に含まれている。また、岩石の種類によって、抽出液の機能が異なる。例えば、花崗岩は、生理活性作用、玄武岩は界面活性作用、かんらん岩は、水質浄化作用に優れている。
これらの岩石を使用した本発明のミネラル溶液を水に添加すると、水中の溶存酸素が活性酸素となり、汚水中の溶解性有機物を酸化し、含有するミネラルとの相互作用によって溶解性有機物の分子構造を変えて不溶解性の塩類を析出することができる。
これにより、本発明のミネラル溶液を汚水に添加することで、懸濁物質を凝集沈殿させるともに、溶解性有機物も不溶性の物質に変化させて凝集沈殿させることができる。このため、本発明のミネラル溶液を使用した後、ろ過等を行えば、汚水中の懸濁物質だけでなく溶解性有機物も除去することができる。
また、液体の水は、HO分子単独の集合体ではなく、分子間で水素結合した(HO)のような会合体(クラスター)からできていると考えられている。一般的には、水のクラスターが小さいほど良質の水であるといわれ、生体にとって有益な水とされている。本発明のミネラル溶液を水に添加すると、添加しない場合に比べて、水のクラスターが大幅に小さくなり、水を活性化することができる。
さらに、本発明のミネラル溶液を用いた汚水浄化方法では、微生物を使用しないので、微生物処理と比べて厳密な温度、酸素量等の管理が不要であり、微生物処理に不可欠な様々な設備を要することなく、狭い土地や既設敷地内においても利用が可能である。また、本発明のミネラル溶液は岩石等の天然物からなるため、環境に負担をかけずに汚水を浄化することができる。
以下に実施例及び試験例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
花崗岩、玄武岩、かんらん岩、粘土鉱物を山から採掘した。花崗岩、玄武岩、かんらん岩は粉砕し、1cm篩にかけて粒状に調製した。
次に、粒状に調製した花崗岩25kg、玄武岩7.5kg、かんらん岩7.5kg、及び粘土鉱物10kgに、99%濃硫酸を4kg注ぎ、岩石及び粘土鉱物中に含まれる成分を溶出させた。続いて、水を15kg加え、撹拌を繰り返すことで、さらに成分を溶出させた。数日間放置し、この水溶液から残渣を分離したのち、濾過槽に移し、1μmと0.5μmのフィルターで加圧、濾過してミネラル溶液を得た。
<試験例1>金属成分の分析
実施例1のミネラル溶液を、純水で1000倍に希釈後、ICP発光分析装置VISTA MP−X(バリアン社製)を用いて、ICP発光分析(高周波プラズマ発光分析)法により、金属成分の定量分析を行った。カリウム及びルビジウムについては、原子吸光分析装置Z−5000(日立製作所製)を用いて原子吸光光度法により分析を行った。希釈液の各金属元素の濃度を表1に示す。
<試験例2>水のクラスターの半値幅
水道水に実施例1のミネラル溶液を100ppmとなるよう添加し、添加前及び添加後の水のクラスターの半値幅を電子スピン共鳴測定装置で測定したところ、添加前では132Hzであったのに対し、添加後では74Hzであった。
<試験例3>汚水浄化効果
1.重金属類の除去効果
重金属類の濃縮液に、実施例1のミネラル溶液を100ppmとなるよう添加し、撹拌した後、1μフィルターで濾過した。処理前と処理後の重金属類の濃度の分析結果を以下に示す。

2.溶解性有機物の除去効果
TOC、BOD、N−ヘキサン含有の汚水に、実施例1のミネラル溶液を100ppmとなるよう添加し、撹拌したところ、フロックを形成し、TOC、BOD、N−ヘキサンが凝集、沈殿した。
本発明のミネラル溶液は、汚水中の汚染物質の除去以外にも、化学物質の酸化、分解、染色廃水の着色溶解の脱色、トイレ、生ゴミ等の悪臭の除去、殺菌などに利用可能である。
本発明によるミネラル溶液を用いた汚水浄化方法を示す。

Claims (5)

  1. 花崗岩、玄武岩、かんらん岩及び粘土鉱物を、無機酸中で溶出させることによって得られることを特徴とするミネラル溶液。
  2. 前記花崗岩、玄武岩、かんらん岩及び粘土鉱物を、それぞれ、25重量部、7.5重量部、7.5重量部、10重量部の割合で混合してなること特徴とする請求項1記載のミネラル溶液。
  3. 前記無機酸中における溶出が、pH0.1以上1以下の無機酸によるものであることを特徴とする請求項1又は2記載のミネラル溶液。
  4. 前記無機酸が、濃硫酸であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のミネラル溶液。
  5. 請求項1から4のいずれかに記載のミネラル溶液を添加して、汚水に含まれる溶解性有機物及び/又は重金属を凝集、沈殿させることを特徴とする汚水浄化方法。
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