JP2013091025A - Water purification material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、環境水中のリンおよび窒素を除去するための、金属鉄と炭素繊維強化樹脂複合材を取り付けたメッシュ状の支持体からなる水質浄化材に関するものである。 The present invention relates to a water purification material comprising a mesh-like supporter to which metallic iron and a carbon fiber reinforced resin composite material are attached for removing phosphorus and nitrogen in environmental water.
リンは、環境水汚染の原因元素で、湖沼や内湾などの水質の汚れの原因となる。河川などには工業排水や農薬の使用によって、水中にリンが多く含まれている。リンは、肥料としても農地に散布されている。畜産業では、家畜のし尿や糞から、リンが環境水に流れ込んでいる。また、公共下水処理場では、汚水処理過程でリンを汚泥中に濃縮しているが、処理水中にも高濃度のリンが含まれている。家庭では洗濯洗剤中にリンが含まれており、それらが河川などの環境水中に流出している。特に、湖沼・内湾等の閉鎖性水域での富栄養化は未だ存在していて、水環境の再生が大きな課題となっている。 Phosphorus is a causative element of environmental water pollution and causes water pollution in lakes and inner bays. Rivers contain a lot of phosphorus in the water due to the use of industrial wastewater and agricultural chemicals. Phosphorus is also applied to farmland as fertilizer. In the livestock industry, phosphorus flows into the environmental water from human waste and feces. In public sewage treatment plants, phosphorus is concentrated in the sludge during the sewage treatment process, but the treated water also contains high concentrations of phosphorus. At home, phosphorus is contained in laundry detergent, and they are discharged into environmental water such as rivers. In particular, eutrophication in closed waters such as lakes and inner bays still exists, and the regeneration of the water environment is a major issue.
ここで、内水面の環境に目を転じてみると、内水面では、緑色の藻が大量に発生する。それらはアオコと呼ばれている。アオコの発生は、水中の窒素およびリンの濃度が高くなることに起因している。他方、海域では、赤潮が発生し、それによって魚介類が死滅する。これらはいずれもリンに関係した現象で、赤色プランクトンなどの発生による。そして、赤潮やアオコが発生すると、プランクトンの持つ毒素や、大発生したプランクトンの分解に酸素が消費されることによる酸素不足などから、魚介類が窒息死するなどの大きな被害が発生する。 Here, when looking at the environment of the inner water surface, a large amount of green algae are generated on the inner water surface. They are called Aoko. The occurrence of blue sea cucumber is due to the high concentration of nitrogen and phosphorus in the water. On the other hand, red tides occur in the sea area, which kills seafood. These are all phosphorus-related phenomena due to the occurrence of red plankton. And when red tides and blue sea urchins occur, serious damages such as death of suffocated fish and shellfish occur due to the toxins of plankton and the lack of oxygen due to the consumption of oxygen to decompose plankton.
上記した環境水中のリン由来の問題に対し、例えば、特許文献１には、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄などの凝集処理剤を使用し、排水中のリン除去を行う技術が提案されている。 For example, Patent Document 1 proposes a technique for removing phosphorus in wastewater by using an aggregating agent such as ferric chloride or polyferric sulfate in order to deal with the above-described problems caused by phosphorus in the environmental water. ing.
特許文献２には、鉄塩またはアルミニウム塩とリン酸イオンとを反応させて排水処理を行う技術が提案されている。 Patent Document 2 proposes a technique for performing wastewater treatment by reacting an iron salt or aluminum salt with phosphate ions.
特許文献３には、リン酸イオンと反応して固体化する鉄塩またはアルミニウム塩で塊状化させて、排水浄化を行う技術が提案されている。 Patent Document 3 proposes a technique for purifying wastewater by agglomerating with an iron salt or an aluminum salt that solidifies by reacting with phosphate ions.
特許文献４には、下水や工場排水中のリンを除去するために、ポリ硫酸第二鉄やポリ塩化アルミニウムなどの凝集剤を加えて、排水中のリンをリン酸鉄に化学変化させることで排水浄化を行う技術が提案されている。 In Patent Document 4, in order to remove phosphorus in sewage or industrial wastewater, a flocculant such as polyferric sulfate or polyaluminum chloride is added to chemically change the phosphorous in the wastewater to iron phosphate. Techniques for purifying wastewater have been proposed.
しかしながら、上記した特許文献１〜４に記載の鉄塩等を用いたリンの除去方法では、いずれも鉄イオン等以外のイオンや成分が水中に残留してしまうという問題があった。すなわち、処理対象水への鉄塩等の添加に伴い、鉄イオン等と結合して鉄塩等を形成している塩化物イオンや硫酸イオン等の対イオンも処理対象水中に添加されることとなる。その結果、処理対象水中の塩化物イオン濃度や硫酸イオン濃度が上昇し、生態系に悪影響が生じるという問題があった。
また、上記した特許文献１〜４に記載のリンの除去方法では、いずれも対象溶液中の窒素の除去に関し、何らの考慮も払われていない。
However, the phosphorus removal methods using the iron salts and the like described in Patent Documents 1 to 4 have a problem that ions and components other than iron ions remain in water. That is, with the addition of iron salt, etc. to the water to be treated, counter ions such as chloride ions and sulfate ions that are combined with iron ions etc. to form iron salt, etc. are also added to the water to be treated. Become. As a result, there is a problem that the chloride ion concentration and sulfate ion concentration in the water to be treated are increased, and the ecosystem is adversely affected.
In addition, none of the methods for removing phosphorus described in Patent Documents 1 to 4 takes into consideration the removal of nitrogen in the target solution.
これらの問題に対し、発明者らは、特許文献５で、水中に溶解するリンを、鉄イオンあるいは亜鉛イオンと反応させて、水に不溶性のリン酸鉄あるいはリン酸亜鉛に変化させることで、水中のリンを沈殿物として回収する方法を提案した。
この技術は、金属鉄と炭素繊維とを接触させることで、水に溶解する鉄イオンを生成し、これと水中のリンと反応させ、水に不溶性のリン酸鉄に変化させて沈殿物として回収する技術である。
また、水中の鉄イオンは、金属鉄とイオン化傾向の高い金属とを接触させることによっても生成させることができる。従って、この技術は、水中のリンを、エネルギーを消費することなしに効率的に除去する、環境への負荷のない技術である。なお、この技術の対象とする水は、湖沼池、河川、ため池、湾、海域、産業排水、下水、畜産排水など、リンを含む水である。
In order to solve these problems, the inventors disclosed in Patent Document 5 that phosphorus dissolved in water is reacted with iron ions or zinc ions to change into iron phosphate or zinc phosphate insoluble in water. A method for recovering phosphorus in water as a precipitate was proposed.
This technology generates iron ions that dissolve in water by bringing metallic iron into contact with carbon fibers, reacts it with phosphorus in water, converts it into water-insoluble iron phosphate, and collects it as a precipitate. Technology.
Moreover, the iron ion in water can be produced | generated also by making metal iron and a metal with a high ionization tendency contact. Therefore, this technology is an environmentally friendly technology that efficiently removes phosphorus in water without consuming energy. The water targeted by this technology is water containing phosphorus, such as lakes and ponds, rivers, ponds, bays, sea areas, industrial wastewater, sewage, and livestock wastewater.
また、発明者らは、特許文献６で、環境水中のアオコの発生を防止するアオコ発生防止材として、炭素繊維と金属鉄とを接触させたものを提案した。この技術では、織物状、不織布状、マット状、シート状、フィルム状、板状、ストランド状および束状の炭素繊維、および、水の抵抗が少なくて、鉄イオンの溶出や不溶性のリン酸鉄の生成が容易となる、メッシュ状、網状、板状、貫通孔をもつ板状の金属鉄を使用した。 The inventors have proposed in Patent Document 6 that a carbon fiber and metallic iron are brought into contact with each other as an aquatic generation preventing material for preventing the generation of aquatic in environmental water. In this technology, carbon fiber in woven, non-woven, mat, sheet, film, plate, strand and bundle, and water resistance is low, elution of iron ions and insoluble iron phosphate. A plate-like metallic iron having a mesh shape, a net shape, a plate shape, or a through hole is used.
さらに、特許文献５、６に記載の技術を、畜産関係に利用する技術として提案したものに特許文献７がある。この技術は、炭素繊維と鉄材とを混在させることで、し尿中のリンの除去効果を増大した方法および装置に関する技術である。 Furthermore, there is Patent Document 7 which has proposed the technique described in Patent Documents 5 and 6 as a technique for utilizing in livestock relations. This technique is a technique related to a method and an apparatus in which the effect of removing phosphorus in human waste is increased by mixing carbon fiber and iron material.
特許文献５〜７に記載の技術は、いずれも炭素材として、種々の形態を提案しているが、中でも、前述したように、炭素繊維を用いることが最も好適であると記載している。というのは、炭素材の中でも炭素繊維は、平面上の金属鉄と密着させて接触面積を大きくすることができるだけでなく、金属鉄の形状の変化にも対応することができるからである。 Although all the techniques described in Patent Documents 5 to 7 have proposed various forms as a carbon material, among them, as described above, it is described that it is most preferable to use carbon fiber. This is because, among carbon materials, carbon fibers not only can be brought into close contact with planar metallic iron to increase the contact area, but can also cope with changes in the shape of metallic iron.
すなわち、特許文献５〜７に記載の技術は、実質的に、炭素繊維を用いる技術であって、炭素繊維の形状変形が良好なこと、および比表面積が大きいことを利用して、金属溶出部材との接触面積を大きく保ち、鉄イオンの溶出速度を高めた技術である。また、炭素繊維は機械的強度にも優れているので、自然環境下での使用に適している素材でもある。 That is, the techniques described in Patent Documents 5 to 7 are substantially techniques that use carbon fibers, and make use of the fact that the shape deformation of carbon fibers is good and that the specific surface area is large. This is a technology that keeps the contact area large and increases the elution rate of iron ions. Moreover, since carbon fiber is excellent in mechanical strength, it is a material suitable for use in a natural environment.
しかしながら、上述した利点を持ち、全体としては機械的強度に優れている炭素繊維でも、繊維の端末からの「ほごれ」は防ぐことができず、「ほごれ」を防止するためには特別の端末処理を必要とするところに問題を残していた。
例えば、フクオカ機業製の炭素繊維織物では、横糸を連続させて織り上げることで、「ほごれ」を防止している。それでも、炭素繊維織物の長手方向（経糸方向）では、「ほごれ」防止ができない。そのため、現状では、「ほごれ」防止のために端末を接着剤などで固定しているのが現状である。
However, even with carbon fiber having the above-mentioned advantages and excellent mechanical strength as a whole, “fraying” from the end of the fiber cannot be prevented, and in order to prevent “fouling” The problem was left where special terminal processing was required.
For example, carbon fiber woven fabrics manufactured by Fukuoka Machinery Co., Ltd. prevent “dirt” by weaving weft yarns continuously. Nevertheless, “fouling” cannot be prevented in the longitudinal direction (warp direction) of the carbon fiber fabric. Therefore, at present, the terminal is fixed with an adhesive or the like to prevent “dirt”.
また、炭素繊維を自然環境下で使用した場合、大きな外力がかかることも想定される。このような場合、炭素繊維の破損、すなわち、炭素繊維の「ほごれ」が拡大して、炭素繊維の原形を維持することができなくなってしまう懸念がある。そして、このような破損が生じた場合には、環境水中に大量の炭素繊維が散乱することとなり、これを完全に回収することはとても困難な作業となる。 In addition, when carbon fiber is used in a natural environment, it is assumed that a large external force is applied. In such a case, there is a concern that the carbon fiber breakage, that is, the “dust” of the carbon fiber expands, and the original shape of the carbon fiber cannot be maintained. When such damage occurs, a large amount of carbon fiber is scattered in the environmental water, and it is very difficult to completely recover the carbon fiber.
さらに、炭素繊維は、鋭利な形状を持つものによって切断されることも考えられる。例えば、ギロチン状の歯をもつ魚類（例えば、フグやカワハギなど）、カメの歯およびアメリカザリガニのはさみなどである。炭素繊維は、これら鋭利な形状物によって切断された場合もやはり、環境水中に大量の炭素繊維が散乱して、これを完全に回収することは、上記同様とても困難な作業となる。 Furthermore, it is conceivable that the carbon fiber is cut by a sharp shape. For example, fish with guillotine-like teeth (for example, pufferfish, kingfisher, etc.), turtle teeth, and crayfish scissors. Even when carbon fibers are cut by these sharp shapes, a large amount of carbon fibers are scattered in the environmental water, and it is very difficult to completely recover the carbon fibers as described above.
また、炭素繊維の初期形状を維持することは難しい。というのは、海中などで炭素繊維を使用する際、炭素繊維には、波などによってねじれや回転などの複雑な動きが生じるので、炭素繊維の形状変形性の良いことが災いし、初期形状を維持することができなくなるからである。特に、水の流れが速く、流れが乱れている所が多い河川や湖沼では、より炭素繊維の初期形状を維持することが難しくなる、すなわち炭素繊維の「ほごれ」が発生しやすくなるという問題があった。 Moreover, it is difficult to maintain the initial shape of the carbon fiber. This is because when carbon fiber is used in the sea, the carbon fiber undergoes complex movements such as twisting and rotation due to waves, etc. It is because it becomes impossible to maintain. Especially in rivers and lakes where the flow of water is fast and there are many places where the flow is turbulent, it becomes more difficult to maintain the initial shape of the carbon fiber, that is, the carbon fiber “dirt” is more likely to occur. There was a problem.
従って、特許文献５〜７に記載の技術では、特に、水の流れが速く、流れが乱れている所が多い河川や湖沼において、水質浄化を開始した初期段階に、炭素繊維と金属鉄とが良好に接触して密着していても、時間の経過と共に、炭素繊維の「ほごれ」が発生して炭素繊維と金属鉄との間の接触面積が低下し、鉄イオンの溶け出し速度が低下することで、その水質浄化能力が低下してしまうという問題があった。 Therefore, in the techniques described in Patent Documents 5 to 7, in particular, in rivers and lakes where the flow of water is fast and where the flow is turbulent, carbon fibers and metallic iron are in an initial stage when water purification is started. Even with good contact and adhesion, over time, carbon fiber “dirt” occurs and the contact area between the carbon fiber and metallic iron decreases, and the iron ion dissolution rate increases. There was a problem that the water purification ability would decrease due to the decrease.
また、炭素繊維織物と鉄メッシュから構成される水質浄化材を使用して環境水の浄化を行った際に、設置して３ケ月目までは、池水中のリン濃度が順調に低下したものの、４ケ月後以降、リン濃度が検出限界以下になることがないという実験結果を得た。 In addition, when the environmental water was purified using a water purification material composed of carbon fiber fabric and iron mesh, the phosphorus concentration in the pond water decreased steadily until the third month after installation. After 4 months, an experimental result was obtained that the phosphorus concentration never falls below the detection limit.
この原因を探るために、上記の水質浄化材を池中から引き上げ、炭素繊維織物から鉄材を引き上げると、両者の間には、赤色物質が沈析していた。すなわち、この赤色物質によって炭素繊維と鉄との接触状態が不良になり、リンの除去速度が低下したものと推定された。ここに、炭素繊維織織物の組織を疎にする対策も考えられるが、析出物の除去は容易となるものの、水質浄化材自体の強度低下を引き起こし、好ましい対策ではない。 In order to investigate this cause, when the above water purification material was pulled up from the pond and the iron material was pulled up from the carbon fiber fabric, a red substance was precipitated between the two. That is, it was estimated that the contact state between the carbon fiber and iron became poor due to this red substance, and the phosphorus removal rate was reduced. Here, a measure for reducing the texture of the carbon fiber woven fabric can be considered. However, although it is easy to remove the precipitate, it causes a decrease in strength of the water purification material itself and is not a preferable measure.
本発明は、上記した現状に鑑み開発されたもので、リンなどの環境汚染物質を環境水中から除去するために、長期間に亘って、炭素源と金属鉄との接触状態を良好に保つことができる水質浄化材を提供することを目的とする。 The present invention has been developed in view of the above-described present situation, and in order to remove environmental pollutants such as phosphorus from the environmental water, the contact state between the carbon source and the metallic iron is kept good for a long period of time. It aims at providing the water purification material which can do.
発明者らは、上記した炭素繊維の持つ諸問題を解決するために、鋭意検討を重ねた。
その結果、炭素繊維の「ほごれ」を防ぐため、さらには長期間に亘り炭素源と金属鉄との接触状態を良好に保つためには、長繊維の炭素繊維から作られた炭素繊維強化樹脂複合材を使い、さらに、金属鉄を摺動移動可能な状態とすることが有効であることが判明した。
本発明は、上記した知見に基づき完成されたものである。
Inventors repeated earnest examination in order to solve the various problems which the above-mentioned carbon fiber has.
As a result, carbon fiber reinforcement made from long-fiber carbon fibers is used to prevent carbon fibers from “fraying” and to maintain good contact between the carbon source and metallic iron over a long period of time. It has been found that it is effective to use a resin composite material and to make the metallic iron slidable.
The present invention has been completed based on the above findings.
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．金属鉄と、炭素繊維強化樹脂複合材を取り付けたメッシュ状の支持体からなる水質浄化材であって、該炭素繊維強化樹脂複合材と該金属鉄との少なくとも一部が接触し、かつ該金属鉄を、該支持体により、該支持体上または中で摺動移動可能に保持することを特徴とする水質浄化材。
That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
1. A water purification material comprising a metallic iron and a mesh-like support to which a carbon fiber reinforced resin composite is attached, wherein at least a part of the carbon fiber reinforced resin composite and the metal iron are in contact with each other, and the metal A water purification material characterized in that iron is slidably held on or in the support by the support.
２．前記炭素繊維強化樹脂複合材は、引張り強度が200MPa以上であって、線状、棒状または板状のいずれかの形状であることを特徴とする前記１に記載の水質浄化材。 2. 2. The water purification material according to 1 above, wherein the carbon fiber reinforced resin composite material has a tensile strength of 200 MPa or more and has a linear shape, a rod shape, or a plate shape.
３．前記炭素繊維強化樹脂複合材は、炭素繊維と樹脂とからなり、該炭素繊維は、連続した長繊維からなり、該樹脂は熱硬化性樹脂からなることを特徴とする前記１または２に記載の水質浄化材。 3. 3. The carbon fiber reinforced resin composite material is composed of carbon fiber and resin, the carbon fiber is composed of continuous long fibers, and the resin is composed of a thermosetting resin. Water purification material.
４．前記金属鉄は、Ｆｅ含有率が80質量％以上である金属鉄であることを特徴とする前記１〜３のいずれかに記載の水質浄化材。 4). 4. The water purification material according to any one of 1 to 3, wherein the metallic iron is metallic iron having an Fe content of 80% by mass or more.
５．前記支持体は、化学繊維からなることを特徴とする前記１〜４のいずれかに記載の水質浄化材。 5). 5. The water purification material according to any one of 1 to 4, wherein the support is made of a chemical fiber.
本発明に従う水質浄化材によれば、長期間の使用によっても、炭素繊維の「ほごれ」が発生せず、また炭素源と金属鉄との接触状態を良好に保つことができるため、長期間に亘って、環境水からリンおよび窒素という汚染物質を、安定的に除去する効果を維持することができる。 According to the water purification material according to the present invention, “dust” of carbon fibers does not occur even after long-term use, and the contact state between the carbon source and the metallic iron can be kept good. Over the period, it is possible to maintain the effect of stably removing contaminants such as phosphorus and nitrogen from the environmental water.
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明における水質浄化材は、金属鉄と、炭素繊維強化樹脂複合材を取り付けたメッシュ状の支持体からなり、炭素繊維強化樹脂複合材と金属鉄との少なくとも一部が接触し、かつ金属鉄を、支持体により、支持体上または中で摺動移動可能に保持するものである。
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
The water purification material in the present invention is composed of metallic iron and a mesh-like support to which a carbon fiber reinforced resin composite material is attached, and at least a part of the carbon fiber reinforced resin composite material and metallic iron is in contact with the metallic iron. Is held by the support so as to be slidable on or in the support.
ここに、炭素繊維強化樹脂複合材の長所を列記する。
力学的性質に優れる（強度、弾性率が高い、比強度や比弾性率がきわめて高い、疲労特性に優れる、クリープ特性に優れる、金属に比して振動減衰特性が良い）。
潤滑性に優れる（耐磨耗性が良く、摩擦係数が小さい、繊維配列と摺動面の相対的方向により著しく挙動が異なる）。
熱的性質が優れる（熱的寸法安定性が良い、設計により、ゼロ熱膨張材料が可能である、耐熱性、極低温性に優れる）。
化学的性質が優れる（耐薬品性に優れる、強酸や強アルカリなど溶剤に強い、耐海水性に優れる）。
電磁気的性質が優れる（電導性がある、非磁性である、Ｘ線の透過性が大きい、電磁遮藪（ＥＭＩ）およびラジオ波遮藪（ＲＦＩ）に利用可能である）。
Here, the advantages of the carbon fiber reinforced resin composite material are listed.
Excellent mechanical properties (high strength, high elastic modulus, extremely high specific strength and specific elastic modulus, excellent fatigue properties, excellent creep properties, and good vibration damping properties compared to metals).
Excellent lubricity (good wear resistance, low friction coefficient, markedly different behavior depending on the relative orientation of the fiber array and sliding surface).
Excellent thermal properties (good thermal dimensional stability, design allows for zero thermal expansion materials, excellent heat resistance and cryogenic properties).
Excellent chemical properties (excellent chemical resistance, strong against solvents such as strong acid and strong alkali, and excellent seawater resistance).
Excellent electromagnetic properties (conductive, non-magnetic, high X-ray transmission, available for electromagnetic shielding (EMI) and radio frequency shielding (RFI)).
以上述べた特性を活用して、炭素繊維強化樹脂複合材は、宇宙航空機材料、スポーツ材料、建築材料、医療材料、自動車材料など幅広く使用されている。さらに、炭素繊維強化樹脂複合材は、耐水性、特に海水に対する耐久性が高く、船舶、潜水艇などにも使用されている。 Utilizing the characteristics described above, carbon fiber reinforced resin composite materials are widely used for spacecraft materials, sports materials, building materials, medical materials, automobile materials, and the like. Furthermore, the carbon fiber reinforced resin composite material has high water resistance, particularly durability against seawater, and is also used in ships, submersibles and the like.
本発明のように、海や河川、産業用水の排水口付近などの水の動きの激しい分野で使用する場合、炭素源は、高強度、高耐久性、高弾性率を持つことが重要であるが、特に、炭素繊維強化樹脂複合材は、上述したように優れた特性を有するために、流動性の激しい水環境下でも破損することなく、形状を維持し、水質浄化機能を持続的に発揮することが可能である。 As in the present invention, it is important that the carbon source has high strength, high durability, and high elastic modulus when used in a field where water movement is intense such as in the sea, rivers, and near the drain of industrial water. However, the carbon fiber reinforced resin composite material has excellent characteristics as described above, so it maintains its shape without damaging even in a highly fluid water environment, and continuously exhibits its water purification function. Is possible.
本発明における水質浄化材は、金属鉄と、炭素繊維強化樹脂複合材を取り付けたメッシュ状の支持体からなっているが、本発明に用いる炭素繊維強化樹脂複合材としては、流動性の激しい水環境下でも破損のおそれがないように、炭素繊維強化樹脂複合材の引張り強度で200MPa以上が好ましい、より好ましくは300MPa以上である。
また、引張り弾性率を100GPa以下とすると、形状を維持する能力が一段と向上するため好ましい。より好ましくは、40GPa以下である。なお、下限は、特に制限はないが、製造性の観点から20GPa程度である。
The water purification material in the present invention is composed of metallic iron and a mesh-like support to which a carbon fiber reinforced resin composite is attached. However, as the carbon fiber reinforced resin composite used in the present invention, water with high fluidity is used. The tensile strength of the carbon fiber reinforced resin composite material is preferably 200 MPa or more, more preferably 300 MPa or more so that there is no risk of damage even under the environment.
Further, it is preferable that the tensile elastic modulus is 100 GPa or less because the ability to maintain the shape is further improved. More preferably, it is 40 GPa or less. The lower limit is not particularly limited, but is about 20 GPa from the viewpoint of manufacturability.
また、炭素繊維強化樹脂複合材は、線状、棒状または板状のいずれかの形状であることが好ましい。というのは、後述する摺動移動の作用によって、金属鉄などに沈析する赤色物質を効果的に除去することができるからである。
なお、本発明において、線状または棒状とは、半径：１cm〜１ｍの円の中にその断面が収まるものが好適である。従って、断面形状は、円形でも多角形でも四角形状でも、その他、半球状、Ｕ型状、Ｖ型状および波形状などでもかまわない。また、支持体に取り付けられるものであれば、特に、炭素繊維強化樹脂複合材の形状は限定されず、上述した板状や、箱型状、シート状、円錐状、多角錐状であってもよい。
In addition, the carbon fiber reinforced resin composite material is preferably in a linear shape, a rod shape, or a plate shape. This is because the red substance precipitated on metallic iron or the like can be effectively removed by the action of sliding movement described later.
In the present invention, the linear shape or the rod shape preferably has a cross section within a circle having a radius of 1 cm to 1 m. Therefore, the cross-sectional shape may be circular, polygonal, or rectangular, or hemispherical, U-shaped, V-shaped, or wave-shaped. In addition, the shape of the carbon fiber reinforced resin composite material is not particularly limited as long as it can be attached to the support, and may be a plate shape, a box shape, a sheet shape, a cone shape, or a polygonal pyramid shape as described above. Good.
前記炭素繊維強化樹脂複合材は、炭素繊維と樹脂とからなり、該炭素繊維は、連続した長繊維からなり、該樹脂は熱硬化性樹脂からなることが好ましい。
すなわち、上記した炭素繊維は、長繊維が、一方向に配列したもの若しくは一方向に配列したシートを積層したもの、または長繊維を、経糸、緯糸とした織物を積層したもの、若しくは長繊維を芯材料に巻き付けたフィラメントワインデイング材などからなることが好ましい。どの材料を使用するかは、対象とする水の流れなど状態を把握して決めることができる。なお、上記材料を複数同時に使用しても良い。
また、フィラメントワインデイング材は、特定の角度で芯材料に長繊維を巻き付けたものであるが、この角度は、芯材に対して25〜75度程度が好ましい。
The carbon fiber reinforced resin composite material is composed of carbon fibers and a resin, and the carbon fibers are preferably composed of continuous long fibers, and the resin is preferably composed of a thermosetting resin.
That is, the above-mentioned carbon fiber is one in which long fibers are arranged in one direction or a laminate of sheets arranged in one direction, or a laminate of fabrics in which long fibers are warps and wefts, or long fibers. It is preferably made of a filament winding material wound around a core material. Which material is used can be determined by grasping the state of the target water flow. A plurality of the above materials may be used simultaneously.
The filament winding material is obtained by winding long fibers around a core material at a specific angle, and this angle is preferably about 25 to 75 degrees with respect to the core material.
また、炭素繊維強化樹脂複合材の母材となる樹脂は、一般的な熱硬化性樹が使用される。代表的な樹脂は、エポキシ樹脂である。その他、耐久性の高い樹脂であるならば、いずれも使用可能である。 Moreover, a general thermosetting tree is used for the resin used as the base material of the carbon fiber reinforced resin composite material. A typical resin is an epoxy resin. In addition, any resin having high durability can be used.
炭素繊維強化樹脂複合材と金属鉄とがリンを含む排水に置かれると、リン酸鉄が生成する。さらに、赤色の生成物（酸化鉄など）も生成する。これらが炭素繊維強化樹脂複合材と鉄材との接触部に生成することで、両者の密着性は低下し、リンの除去能力は低下する。炭素繊維強化樹脂複合材と金属鉄とは、接着していることが重要であるが、連続的でなくても、間欠的に接触することでも効果は持続できる。
さらに、反応によって生じた生成物が、炭素繊維強化樹脂複合材と金属鉄の接触部から取り除かれることによって、より活性な状態を維持できる。その際、面状の炭素材と面状の鉄材とが固定されて接触していると、生成物を除去することができない。
When the carbon fiber reinforced resin composite material and metallic iron are placed in a wastewater containing phosphorus, iron phosphate is generated. In addition, red products (such as iron oxide) are also produced. When these generate | occur | produce in the contact part of a carbon fiber reinforced resin composite material and an iron material, both adhesiveness falls and the removal capability of phosphorus falls. Although it is important that the carbon fiber reinforced resin composite material and the metallic iron are bonded, the effect can be maintained even if they are not continuous or contacted intermittently.
Furthermore, the product produced by the reaction can be maintained in a more active state by being removed from the contact portion between the carbon fiber reinforced resin composite and the metallic iron. At that time, if the planar carbon material and the planar iron material are fixed and in contact, the product cannot be removed.
そこで、本発明では、メッシュ状の支持体により、金属鉄が、支持体上または中で摺動移動可能に保持されているのである。
ここに、メッシュ状の支持体は、金属鉄を支持し、炭素繊維強化樹脂複合材を取り付けられるものであれば、特に限定はないが、化学繊維から成っていることが好ましく、金属鉄と炭素繊維強化樹脂複合材との接触および摺動移動可能な状態の保持という役割を担っている。すなわち、本発明では、金属鉄が、支持体上または中で摺動移動することで、金属鉄と炭素繊維強化樹脂複合材とを適度に接触させると同時に、炭素繊維強化樹脂複合材と金属鉄の接触部の反応によって生じた赤色生成物を効果的に取り除いているのである。
なお、摺動移動可能な状態とは、上記の生成物が除去されれば、特に限定はないが、金属鉄が、メッシュＡ上を上下左右前後に関係なく0.5〜５mm程度動くことが好ましく、円筒形のものであれば回転するだけでも良い。また、流速：0.1〜500m/min程度の流れで動くこと、また海域の場合、繰り返される波の力によって動くこと、産業排水等の浄化処理の場合には、逆洗操作によって水質浄化材が動揺することなどで、金属鉄が摺動することが好ましい。
そのためには、面状でなく、面の中に孔をもつ、溝を持つ、凹凸を持つ、空間をもつことなども好ましい。これは炭素繊維強化樹脂複合材でも、金属鉄でも同様である。
Therefore, in the present invention, the metallic iron is slidably held on or in the support by the mesh-like support.
Here, the mesh-like support is not particularly limited as long as it supports metal iron and can be attached with a carbon fiber reinforced resin composite material. It plays a role of maintaining contact with the fiber reinforced resin composite and sliding movement. That is, in the present invention, the metallic iron is slidably moved on or in the support, thereby bringing the metallic iron and the carbon fiber reinforced resin composite material into appropriate contact with each other, and at the same time, the carbon fiber reinforced resin composite material and the metallic iron. This effectively removes the red product produced by the reaction at the contact portion.
In addition, there is no particular limitation as long as the above-mentioned product is removed, the state in which sliding movement is possible, but it is preferable that the metal iron moves about 0.5 to 5 mm on the mesh A regardless of up, down, left and right, If it is cylindrical, it can be rotated. In addition, when moving at a flow velocity of about 0.1 to 500 m / min, and in the case of sea areas, it is moved by the force of repeated waves, and in the case of purification treatment of industrial wastewater, the water purification material is shaken by backwashing operation For example, it is preferable that the metallic iron slides.
For that purpose, it is also preferable to have a hole in the surface, a groove, an unevenness, a space, etc., instead of a planar shape. This is the same for both carbon fiber reinforced resin composites and metallic iron.
支持体のメッシュサイズは、水質浄化材の設置環境によって、また金属鉄や炭素繊維強化樹脂複合材の大きさ等によって、適宜決めることができるが、３〜10mm程度の範囲が好ましい。
また、炭素繊維強化樹脂複合材と金属鉄との反応による生成物を除去するために、炭素繊維強化樹脂複合材の取り付け間隔は、１mm〜50cmまでの範囲、また炭素繊維強化樹脂複合材および化学繊維製のメッシュに絡ませる結合糸の間隔は、２mm〜20cmの範囲が好ましい。さらに、炭素繊維強化樹脂複合材をメッシュ状の支持体（メッシュＡ）で結合した後、このメッシュＡを、さらに大きなメッシュ状の支持体（メッシュＢ）で、金属鉄共々支持することもできる。
その際のメッシュＡは、メッシュＡに取り付ける炭素繊維強化樹脂複合材の大きさなどを考慮してその大きさを決めればよく、メッシュサイズは４mm程度が好ましい、またメッシュＢは、設置場所などを考慮してその大きさを決めればよく、メッシュサイズは12.6mm程度であると、それぞれ実用性が高く好ましい。
金属鉄と、炭素繊維強化樹脂複合材を化学繊維製の結合糸で取り付けたメッシュ状の支持体とから作られる水質浄化材は、上記の構成を取ることで、乱流状態の水環境下でも形状を維持しつつ、炭素繊維強化樹脂複合材と金属鉄との接触状態を保持できるので、水質浄化機能を持続することができる。
The mesh size of the support can be appropriately determined depending on the installation environment of the water purification material, the size of the metallic iron or the carbon fiber reinforced resin composite material, etc., but is preferably in the range of about 3 to 10 mm.
In addition, in order to remove the product due to the reaction between the carbon fiber reinforced resin composite and metallic iron, the mounting interval of the carbon fiber reinforced resin composite is in the range of 1 mm to 50 cm, and the carbon fiber reinforced resin composite and chemical The interval between the binding yarns entangled with the fiber mesh is preferably in the range of 2 mm to 20 cm. Further, after bonding the carbon fiber reinforced resin composite material with a mesh-like support (mesh A), the mesh A can be supported together with metal iron by a larger mesh-like support (mesh B).
The mesh A at that time may be determined in consideration of the size of the carbon fiber reinforced resin composite material to be attached to the mesh A, and the mesh size is preferably about 4 mm. The size may be determined in consideration of the above. A mesh size of about 12.6 mm is preferable because of its high practicality.
The water purification material made from metallic iron and a mesh-like supporter with carbon fiber reinforced resin composites attached with chemical fiber binding yarns can be used in the turbulent water environment by taking the above configuration. Since the carbon fiber reinforced resin composite material and the metal iron can be kept in contact with each other while maintaining the shape, the water purification function can be maintained.
また、炭素繊維強化樹脂複合材を支持体に取り付ける方法は、特に限定はないが、例えば、板状の場合、水中で使える衝撃や振動に強い高強度接着剤などを選択すると良い。
他方、棒状の炭素繊維強化樹脂複合材であれば、後述するように、接着剤または化学繊維製の結合糸を用いれば良い。支持体に安定して取り付けることができるからである。なお、炭素繊維強化樹脂複合材は、支持体に直接取り付けてもよいが、上述したように間接的に支持させることもできる。
The method for attaching the carbon fiber reinforced resin composite material to the support is not particularly limited. For example, in the case of a plate shape, it is preferable to select a high-strength adhesive that can be used in water and resistant to shock and vibration.
On the other hand, as long as it is a rod-shaped carbon fiber reinforced resin composite material, an adhesive or a binding fiber made of chemical fiber may be used as will be described later. This is because it can be stably attached to the support. The carbon fiber reinforced resin composite material may be directly attached to the support, but may be indirectly supported as described above.
上述した結合糸は、ナイロン糸系、ポリエチレン糸系、ナイロンモノフィラメント糸＝ナイロンテグス系、ポリエステル糸系、ビニロン糸系などを使用することができる。 Nylon yarns, polyethylene yarns, nylon monofilament yarns = nylon tegs, polyester yarns, vinylon yarns, and the like can be used as the above-described binding yarns.
本発明では、上述したように、炭素繊維強化樹脂複合材と金属鉄との少なくとも一部が接触している必要がある。ここで、図１〜６に、本発明に従う水質浄化材を具体的に示す。
図１には、棒状の炭素繊維強化樹脂複合材と金属鉄との組合せ要領を、図２には、本発明に従う棒状の炭素繊維強化樹脂複合材と金属鉄とメッシュ状の支持体の組合せ要領を、それぞれ示している。
また、本発明では、図３に示すように円筒形だけでなく、図４に示すような角柱状の水質浄化材でもよい。
さらに、本発明は、図５に示すように、炭素繊維強化樹脂複合材を斜めに配した水質浄化材とすることができるだけでなく、図６に示すように、下から金属鉄を支える形としても良い。なお、下から金属鉄を支える形の場合は、金属鉄の落下防止のために結合糸などを用いて、金属鉄を支持することが望ましい。
In the present invention, as described above, at least a part of the carbon fiber reinforced resin composite material and the metal iron needs to be in contact. Here, in FIGS. 1-6, the water purification material according to this invention is shown concretely.
FIG. 1 shows a combination procedure of a rod-shaped carbon fiber reinforced resin composite material and metallic iron, and FIG. 2 shows a combination procedure of a rod-shaped carbon fiber reinforced resin composite material, metal iron and a mesh-like support according to the present invention. Respectively.
Further, in the present invention, not only a cylindrical shape as shown in FIG. 3, but also a prismatic water purification material as shown in FIG.
Furthermore, as shown in FIG. 5, the present invention can not only be a water purification material in which a carbon fiber reinforced resin composite material is disposed obliquely, but also as a form that supports metallic iron from below as shown in FIG. Also good. In the case of supporting metal iron from below, it is desirable to support the metal iron using a binding thread or the like to prevent the metal iron from falling.
本発明に用いる金属鉄としては、Ｆｅ含有量で80質量％以上の合金鉄または純鉄であれば、鉄イオンの流出が良好なため、特に好適に使用することができる。ここに、Ｆｅ含有量が80質量％に満たないと、金属鉄の表面におけるＦｅ組織の専有面積が下がり、炭素繊維強化樹脂複合材との接触状態が不十分となるおそれがある。また、環境水への不要なイオンの溶け出しも起こる。なお、かような金属鉄としては、純鉄を始めとして、Fe-ニッケル合金やFe-クロム合金等の合金が有利に適合するが、純鉄がとりわけ有利である。 As the metallic iron used in the present invention, any iron alloy or pure iron having an Fe content of 80% by mass or more can be particularly preferably used since the outflow of iron ions is good. If the Fe content is less than 80% by mass, the area occupied by the Fe structure on the surface of the metallic iron is lowered, and the contact state with the carbon fiber reinforced resin composite may be insufficient. In addition, unnecessary ions dissolve into the environmental water. As such metallic iron, pure iron and alloys such as Fe-nickel alloy and Fe-chromium alloy are advantageously adapted, but pure iron is particularly advantageous.
本発明に用いる金属鉄の形状は、板状、棒状、筒状、鉄筋状、塊状、網状など、メッシュ状の支持体で保持されるものであれば、特に限定はなく、本発明における金属鉄として使用可能である。なお、好ましい形状としては棒状であり、その大きさは、直径：１〜50cm程度であり、長さは５cm〜10ｍ程度である。
また、使用する鉄棒は、鉄棒１本をメッシュでつつむだけでなく、直径：１〜１０cmの鉄棒を数十本を束にしたものを使用することもある。
The shape of the metallic iron used in the present invention is not particularly limited as long as it is supported by a mesh-shaped support such as a plate, rod, cylinder, reinforcing bar, lump, or net, and the metallic iron in the present invention. Can be used as In addition, as a preferable shape, it is a rod shape, the size is about 1-50 cm in diameter, and the length is about 5 cm to 10 m.
Moreover, as for the iron bar to be used, not only the iron bar is wrapped with a mesh, but also a bar in which several tens of iron bars having a diameter of 1 to 10 cm are bundled may be used.
本発明に従う水質浄化のメカニズムは、以下のとおりである。
一般的に、排水浄化は、生物処理によって行われる。これは廃水中に空気をバブリングさせることで、水中の好気性菌を活性にし、好気性菌によって有機物を二酸化炭素あるいは水に分解する。また、窒素化合物は、一般的には好気性菌で硝酸イオンに分解される。好気性菌のみでは、水質浄化はできないので、還元性条件下、嫌気性菌の作用によって硝酸イオンを分解して窒素ガスとし、大気中に放出する。この反応を起させるには、硝酸イオンから酸素原子を除去しなければならないが、嫌気性菌の作用だけでは不十分である。
The mechanism of water purification according to the present invention is as follows.
In general, wastewater purification is performed by biological treatment. By bubbling air into the wastewater, aerobic bacteria in the water are activated, and organic substances are decomposed into carbon dioxide or water by the aerobic bacteria. Nitrogen compounds are generally decomposed into nitrate ions by aerobic bacteria. Since aerobic bacteria alone cannot purify water, nitrate ions are decomposed into nitrogen gas by the action of anaerobic bacteria under reducing conditions and released into the atmosphere. To cause this reaction, oxygen atoms must be removed from nitrate ions, but the action of anaerobic bacteria alone is insufficient.
ここで、硝酸イオンから酸素原子を取除くことを一種の化学反応と見れば、還元反応と考えられる。すなわち、上記したような、環境水中の窒素を除去するためには、強力な還元剤が必要となるが、一般的な還元剤は環境に与える負荷も大きく、実際に用いることのできる還元剤はほとんどない。 Here, if removing oxygen atoms from nitrate ions is regarded as a kind of chemical reaction, it is considered as a reduction reaction. That is, in order to remove nitrogen in the environmental water as described above, a strong reducing agent is required, but a general reducing agent has a large load on the environment, and a reducing agent that can be actually used is rare.
そこで、本発明では、以下に説明するメカニズムで、リンおよび窒素を環境水中から取り除くのである。
まず、金属鉄のみを水中に加えたとしても、金属鉄の溶解はほとんどおこらない。そこで、炭素繊維強化樹脂複合材と金属鉄とを接触させて水中に加えると、鉄の溶解が促進される。これは、炭素繊維強化樹脂複合材中の炭素材と金属鉄との間に、一種の局部電池が形成され、それによって鉄イオンが生成するためである。その後、この鉄イオンと水中のリン酸イオンとで反応が起こり、リン酸が、以下の反応式のように不溶性のリン酸鉄となり、環境水中から除去することが可能となる。
３Ｆｅ２＋ ＋ ２ＰＯ４ ３− ＝ Ｆｅ３（ＰＯ４）２
Ｆｅ３＋ ＋ Ｈ３ＰＯ４ ＝ Ｆｅ（ＰＯ４）
Therefore, in the present invention, phosphorus and nitrogen are removed from the environmental water by the mechanism described below.
First, even if only metallic iron is added to water, dissolution of metallic iron hardly occurs. Therefore, when the carbon fiber reinforced resin composite material and metallic iron are brought into contact with each other and added to water, dissolution of iron is promoted. This is because a kind of local battery is formed between the carbon material and the metallic iron in the carbon fiber reinforced resin composite material, thereby generating iron ions. Thereafter, a reaction occurs between the iron ions and phosphate ions in water, and phosphoric acid becomes insoluble iron phosphate as shown in the following reaction formula, which can be removed from the environmental water.
3Fe 2+ + 2PO 4 3− = Fe 3 (PO 4 ) 2
Fe 3+ + H 3 PO 4 = Fe (PO 4 )
一方、金属鉄は酸化して酸化鉄にもなる。この酸化鉄生成に使用される酸素は、環境水中にある窒素酸化物から供給されるため、窒素酸化物は、酸素が脱離して窒素ガスとなる。その結果、環境水中の窒素の除去ができるのである。 On the other hand, metallic iron is oxidized to iron oxide. Oxygen used for the production of iron oxide is supplied from nitrogen oxides in the environmental water, so that the nitrogen oxides are desorbed into nitrogen gas. As a result, nitrogen in the environmental water can be removed.
本発明に従う水質浄化材は、例えば、以下の手順で製作し、使用することができる。
ａ）炭素繊維樹脂複合材棒（東レ(株)製、炭素繊維を一方向に引きそろえて、エポキシ樹脂で硬化させた棒、直径：２mm、長さ：30cm）を、所定間隔でメッシュＡ（幅：25mm、長さ：150mm）に接着剤で固定する。鉄棒は、直径：３cm、長さ：10cmで、この大きさに合致するメッシュＡを用いた。なお、メッシュＡは鉄パイプあるいは鉄棒の太さによって変更することができる。
ｂ）炭素繊維樹脂複合材棒の片端も、前述したように所定間隔でメッシュＡに接着剤で固定する。
ｃ）両端にメッシュＡを接着した炭素繊維樹脂複合材棒は、メッシュＢ（幅：300mm、長さ：500mm）の中央部に置いた。なお、メッシュＢは、鉄パイプの太さおよび長さによって適宜変更できる。
ｄ）メッシュＡの片端は、メッシュＢに結合糸（ポリエチレン）を用いて綴じ合わせた。この場合、接着剤を使用することができる。
ｅ）所定本数の炭素繊維樹脂複合材棒の上に、上記した寸法の鉄棒（あるいは鉄パイプ）を置き、鉄棒を包み込むようにメッシュＢの両端を合わせて水質浄化材とした。
ｆ）水質浄化材を包んで筒状にしたメッシュＢの両サイド（鉄管補充口）を結束バンドなどで閉じる。
ｇ）水質浄化材は、図７に示すように、吊り下げ用ロープ（ポリエチレンとビニロンの混撚ロープ）をメッシュＢの周囲２箇所に巻き付け、所望の環境水中に吊り下げる。
The water purification material according to the present invention can be manufactured and used in the following procedure, for example.
a) A carbon fiber resin composite rod (manufactured by Toray Industries, Inc., made of carbon fiber aligned in one direction and cured with epoxy resin, diameter: 2 mm, length: 30 cm), mesh A (with a predetermined interval) (Width: 25mm, Length: 150mm) Fix with adhesive. The iron bar used was a mesh A having a diameter of 3 cm and a length of 10 cm, which matched this size. The mesh A can be changed depending on the thickness of the iron pipe or the iron bar.
b) One end of the carbon fiber resin composite rod is also fixed to the mesh A with an adhesive at a predetermined interval as described above.
c) The carbon fiber resin composite rod with mesh A bonded to both ends was placed at the center of mesh B (width: 300 mm, length: 500 mm). Note that the mesh B can be appropriately changed depending on the thickness and length of the iron pipe.
d) One end of the mesh A was bound to the mesh B using a binding yarn (polyethylene). In this case, an adhesive can be used.
e) An iron rod (or iron pipe) having the above-mentioned dimensions was placed on a predetermined number of carbon fiber resin composite rods, and both ends of the mesh B were put together so as to wrap the iron rod to obtain a water purification material.
f) Close both sides (iron pipe replenishment port) of mesh B wrapped with water purification material into a cylindrical shape with a binding band or the like.
g) As shown in FIG. 7, the water purification material is hung in two desired locations around the mesh B with a suspension rope (mixed twisted rope of polyethylene and vinylon) and suspended in the desired environmental water.
上述した手順を経ることで、本発明の水質浄化材は、池、湖沼、河川、海、養魚場などに設置することができ、長期間の使用によっても、炭素繊維の「ほごれ」が発生せず、炭素源と金属鉄との接触状態を良好に保つことができるだけでなく、魚介類の蝟集効果をも示す。 Through the above-described procedure, the water purification material of the present invention can be installed in ponds, lakes, rivers, seas, fish farms, and the like. It does not occur and not only can keep good contact between the carbon source and metallic iron, but also shows the effect of collecting seafood.
発明例として使用した炭素繊維樹脂複合材棒（東レ(株)製）は、直径：２mm、長さ：30cmで、炭素繊維を一方向に曳きそろえた炭素繊維の一方向材とした。炭素繊維樹脂複合材棒の両端に、メッシュＡ（幅：25mm、長さ：150mm）をそれぞれ置き、接着剤を使用して両者を固定した。使用した炭素繊維樹樹脂複合材棒は、20本、メッシュＡとの結合箇所は、片面20箇所、両面で40箇所であった。これをメッシュＢ（幅：300mm、長さ：500mm）の中央部に置き、メッシュＡとメッシュＢとを結合糸（ポリエチレン製）を用いて絡ませて行った。 A carbon fiber resin composite rod (manufactured by Toray Industries, Inc.) used as an example of the invention was a carbon fiber unidirectional material having a diameter of 2 mm and a length of 30 cm, and the carbon fibers aligned in one direction. Mesh A (width: 25 mm, length: 150 mm) was placed on both ends of the carbon fiber resin composite rod, and both were fixed using an adhesive. The number of carbon fiber tree resin composite rods used was 20 and the number of places where the mesh A was bonded was 20 on one side and 40 on both sides. This was placed in the center of mesh B (width: 300 mm, length: 500 mm), and mesh A and mesh B were entangled using a binding yarn (made of polyethylene).
メッシュＢ上の炭素材の中央部に金属鉄（直径：３cm、長さ：10cm）を置き、メッシュＢで包むように、外側から細いロープを巻き付けた。従って、この構成は、中心部から{（金属鉄／炭素繊維樹脂複合材／メッシュＡ）／結合糸}／メッシュＢである。ここで、メッシュＢと金属鉄との空隙は、いずれの箇所でもほぼ５mmであった。
なお、金属鉄は、一般構造用圧延鋼材（朝日工業(株)、SS400）を、メッシュＡは、朝日もじ網（株）製、ナイロン本もじ網（４×４、120経、４ｍ/４ｍ、角目）を、メッシュＢは、朝日もじ網（株）製、ナイロン本もじ網（16×16、38経、12.6ｍ/12.6ｍ、角目）をそれぞれ用いた。また、その大きさは、金属鉄が直径：３cm、長さ：10cmを、メッシュＡは幅：25mm、長さ：150mmを、メッシュＢは幅：300mm、長さ：500mmをそれぞれ用いた。
Metal iron (diameter: 3 cm, length: 10 cm) was placed at the center of the carbon material on the mesh B, and a thin rope was wound from the outside so as to be wrapped with the mesh B. Therefore, this configuration is {(metal iron / carbon fiber resin composite / mesh A) / bonding yarn} / mesh B from the center. Here, the gap between the mesh B and the metallic iron was approximately 5 mm at any location.
Metallic iron is a general structural rolled steel (Asahi Kogyo Co., Ltd., SS400). Mesh A is made by Asahi Mojimeshi Co., Ltd., nylon main mojime (4 × 4, 120, 4m / 4m As for mesh B, Nylon genuine moji net (16 × 16, 38, 12.6 m / 12.6 m, square mesh) was used as mesh B, respectively. The size of metal iron used was 3 cm in diameter and 10 cm in length, mesh A was 25 mm in width and 150 mm in length, and mesh B was 300 mm in width and 500 mm in length.
ビーカー（２L）中にリン酸を含む溶液をいれ、その中に上記の水質浄化材を吊り下げ、マグネチックスターラで攪拌した。鉄材の溶解状況、リン濃度の低下状況、生成物の除去状況を確認した。所定時間経過後、水溶液中の全リン濃度および鉄濃度を、パックテスト法で測定した。
測定結果を表１に示す。
A solution containing phosphoric acid was placed in a beaker (2 L), and the water purification material was suspended therein and stirred with a magnetic stirrer. The dissolution status of iron materials, the decrease in phosphorus concentration, and the removal status of products were confirmed. After a predetermined time, the total phosphorus concentration and iron concentration in the aqueous solution were measured by the pack test method.
The measurement results are shown in Table 1.
同表に示したとおり、時間経過とともに水中の全リン濃度は徐々に低下し、鉄濃度は、増加した。実験開始直後は５mg/Lあった全リン濃度は、３日後には検出限界以下になった。
全リン濃度が検出限界以下になったので、再度リン溶液を加えた。添加直後の全リン濃度は、５mg/Lであった。１週間後に全リン濃度を測定すると検出限界以下となった。
As shown in the table, the total phosphorus concentration in water gradually decreased and the iron concentration increased with time. The total phosphorus concentration, which was 5 mg / L immediately after the start of the experiment, became below the detection limit after 3 days.
Since the total phosphorus concentration was below the detection limit, the phosphorus solution was added again. The total phosphorus concentration immediately after the addition was 5 mg / L. When the total phosphorus concentration was measured after one week, it was below the detection limit.
本発明の水質浄化材は、炭素繊維樹脂複合材棒と金属鉄との間に空間部があることから、生成物の除去が容易であり、再度リン溶液を加えてもリン除去の効果が低下していないことが分った。なお、本実施例では、空間部のメッシュの大きさは、縦横共に５mmであったが、さらに大きくすることも、小さくすることも可能である。 Since the water purification material of the present invention has a space between the carbon fiber resin composite rod and the metallic iron, it is easy to remove the product, and even if a phosphorus solution is added again, the effect of removing phosphorus is reduced. I found out that I did not. In this embodiment, the size of the mesh in the space portion is 5 mm both vertically and horizontally, but it can be further increased or decreased.
比較例として、鉄棒に炭素繊維織物を巻きつけたリン除去材を使用し、リン除去実験を行った。ビーカー（２L）中にリン酸を含む池水をいれ、その中に鉄棒に炭素繊維織物を巻きつけたリン除去材（鉄材／炭素繊維織物）を吊り下げ、マグネチックスターラで攪拌した。鉄材の溶解状況、リン濃度の低下状況、生成物の除去状況を確認した。所定時間経過後、水溶液中の全リン濃度および鉄濃度を、上記と同様の方法で測定した。
測定結果を表２に示す。
As a comparative example, phosphorus removal experiments were performed using a phosphorus removal material in which a carbon fiber fabric was wound around an iron rod. A pond water containing phosphoric acid was placed in a beaker (2 L), and a phosphorus removing material (iron material / carbon fiber fabric) in which a carbon fiber fabric was wound around an iron rod was suspended therein and stirred with a magnetic stirrer. The dissolution status of iron materials, the decrease in phosphorus concentration, and the removal status of products were confirmed. After a predetermined time, the total phosphorus concentration and iron concentration in the aqueous solution were measured by the same method as described above.
The measurement results are shown in Table 2.
同表に示したとおり、時間経過とともに水中のリン濃度は徐々に低下し、鉄濃度は、増加した。実験開始直後は５mg/Lあった全リン濃度は、３日後には検出限界以下になった。
リン酸濃度が検出限界以下になったので、再度リン溶液を加えた。添加直後のリン濃度は、５mg/Lであった。１週間後にリン酸濃度を測定すると２mg/Lであり、２週間後でも２mg/Lであった。
As shown in the table, the phosphorus concentration in water gradually decreased and the iron concentration increased with time. The total phosphorus concentration, which was 5 mg / L immediately after the start of the experiment, became below the detection limit after 3 days.
Since the phosphoric acid concentration was below the detection limit, the phosphorous solution was added again. The phosphorus concentration immediately after the addition was 5 mg / L. The phosphoric acid concentration measured after 1 week was 2 mg / L, and even after 2 weeks it was 2 mg / L.
以上の結果から、リン酸の除去速度が、著しく低下していることが分かる。２週間後、比較例のリン除去材を水中から取り出し、炭素繊維織物を鉄棒から引き剥がしたところ、両者の間には、赤色物質が沈析していた。炭素繊維織物の組織が緻密であることから、析出した赤色沈殿物が、蓄積されたものと考えられる。この赤色物質は、リン酸鉄あるいは酸化鉄で電気伝導性を持たないことから、炭素繊維と鉄棒との接触を阻害するために、鉄の溶け出しが低下し、その結果、リン酸イオンの除去速度が著しく低下したのである。
すなわち、炭素繊維織物を使用した場合のリン除去実験では、生成物が鉄と炭素材との反応を阻害することから、本発明の水質浄化材のように生成物を除去することが必要であることが確認された。
From the above results, it can be seen that the removal rate of phosphoric acid is remarkably reduced. Two weeks later, the phosphorus removal material of the comparative example was taken out of the water and the carbon fiber fabric was peeled off from the iron bar. As a result, a red substance was precipitated between the two. Since the structure of the carbon fiber fabric is dense, it is considered that the deposited red precipitate is accumulated. Since this red substance is iron phosphate or iron oxide and does not have electrical conductivity, the iron elution is reduced to inhibit the contact between the carbon fiber and the iron rod, resulting in the removal of phosphate ions. The speed was significantly reduced.
That is, in the phosphorus removal experiment when the carbon fiber fabric is used, since the product inhibits the reaction between iron and the carbon material, it is necessary to remove the product like the water purification material of the present invention. It was confirmed.
本発明に従う水質浄化材を利用することにより、環境水中のリンや窒素の濃度を効果的に抑制し、その抑制効果を、長期間維持することができ、もって環境水汚染防止等の環境の維持に大きく貢献する。 By using the water purification material according to the present invention, the concentration of phosphorus and nitrogen in the environmental water can be effectively suppressed, and the suppression effect can be maintained for a long time, thereby maintaining the environment such as prevention of environmental water contamination. Greatly contribute to
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