JP2021122787A - Adsorption system and adsorption method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態の一つは、リン含有化合物、例えば水中に含まれるリン含有化合物を吸着するためのシステム、および方法に関する。 One of the embodiments of the present invention relates to a system and a method for adsorbing a phosphorus-containing compound, for example, a phosphorus-containing compound contained in water.
活性炭やゼオライトなどの多孔質材料は、様々な物質を吸着することができるため、脱臭剤や脱色剤、脱水剤、触媒担持体などの様々な用途に用いられている。この多孔質炭化物に鉄を担持させた吸着材は、水質汚濁物質であるリンや窒素を含む化合物を吸着することが可能であることから、河川や湖沼の水質改善に有効に利用できることが知られている。また、リン含有化合物や窒素含有化合物を吸着した多孔質炭化物は肥料としても利用することができる。このため、例えばバイオマスに由来する多孔質炭化物を水質改善のための吸着材として使用し、その後土壌へ散布することで、植物の育成に寄与するだけでなく、植物によって固定化された二酸化炭素を大気中に放出することなく炭素という形で土壌へ貯留することが可能となる。したがってバイオマスから得られる多孔質炭化物吸着材は、大気中の温室効果ガスを固定化するための炭素貯留において重要な役割を担っている（特許文献１、非特許文献１参照）。
Porous materials such as activated carbon and zeolite can adsorb various substances, and are therefore used in various applications such as deodorants, decolorizing agents, dehydrating agents, and catalyst carriers. It is known that the adsorbent in which iron is supported on this porous carbide can be effectively used for improving the water quality of rivers and lakes because it can adsorb compounds containing phosphorus and nitrogen, which are water pollutants. ing. In addition, the porous carbide adsorbed with the phosphorus-containing compound and the nitrogen-containing compound can also be used as fertilizer. Therefore, for example, by using a porous carbide derived from biomass as an adsorbent for improving water quality and then spraying it on the soil, it not only contributes to the growth of plants, but also carbon dioxide immobilized by plants. It can be stored in soil in the form of carbon without being released into the atmosphere. Therefore, the porous carbide adsorbent obtained from biomass plays an important role in carbon storage for immobilizing greenhouse gases in the atmosphere (see
本発明の実施形態の一つは、多孔質炭化物を利用する吸着システム、および吸着方法を提供することを課題の一つとする。例えば本発明の実施形態の一つは、多孔質炭化物の吸着材としての性能を長期にわたって維持することができる吸着システム、および吸着方法を提供することを課題の一つとする。 One of the objects of the embodiment of the present invention is to provide an adsorption system using a porous carbide and an adsorption method. For example, one of the embodiments of the present invention is to provide an adsorption system and an adsorption method capable of maintaining the performance of a porous carbide as an adsorbent for a long period of time.
本発明の実施形態の一つは、吸着システムである。この吸着システムは、鉄供給槽、酸性化装置、吸着槽、および酸素供給装置を含む。鉄供給槽は、鉄および鉄化合物の少なくとも一方が担持された多孔質炭化物を収容し、リン含有化合物を含む被処理水が供給されるように構成される。酸性化装置は、鉄供給槽内の被処理水を酸性化するように構成される。吸着槽は、多孔質体を収容し、鉄供給槽から被処理水が供給されるように構成される。酸素供給装置は、吸着槽に酸素含有ガスを供給するように構成される。 One of the embodiments of the present invention is an adsorption system. The adsorption system includes an iron supply tank, an acidifier, an adsorption tank, and an oxygen supply tank. The iron supply tank is configured to contain a porous carbide in which at least one of iron and an iron compound is supported, and to supply water to be treated containing a phosphorus-containing compound. The acidifying device is configured to acidify the water to be treated in the iron supply tank. The adsorption tank is configured to accommodate the porous body and supply water to be treated from the iron supply tank. The oxygen supply device is configured to supply an oxygen-containing gas to the adsorption tank.
本発明の実施形態の一つは、吸着方法である。この吸着方法は、鉄および鉄化合物の少なくとも一方が担持された多孔質炭化物が収容された鉄供給槽にリン含有化合物を含む被処理水を供給すること、鉄供給槽中の被処理水を酸性化すること、多孔質体が収容された吸着槽に被処理水を鉄供給槽から供給すること、および吸着槽に酸素含有ガスを供給することを含む。 One of the embodiments of the present invention is an adsorption method. In this adsorption method, water to be treated containing a phosphorus-containing compound is supplied to an iron supply tank containing a porous carbide in which at least one of iron and an iron compound is supported, and water to be treated in the iron supply tank is acidified. This includes supplying water to be treated from an iron supply tank to an adsorption tank containing a porous body, and supplying an oxygen-containing gas to the adsorption tank.
本発明の実施形態により、下水などの汚染水の浄化を行うことで、河川、湖沼、海などの水域における水質改善などに寄与する吸着システムと吸着方法を提供することができる。あるいは、本発明の実施形態により、多孔質炭化物の吸着材としての性能を長期にわたって維持することが可能となる。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to provide an adsorption system and an adsorption method that contribute to improvement of water quality in water areas such as rivers, lakes and seas by purifying contaminated water such as sewage. Alternatively, according to the embodiment of the present invention, it is possible to maintain the performance of the porous carbide as an adsorbent for a long period of time.
以下、本発明の各実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。ただし、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings and the like. However, the present invention can be implemented in various aspects without departing from the gist thereof, and is not construed as being limited to the description contents of the embodiments illustrated below.
図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。 The drawings may schematically represent the width, thickness, shape, etc. of each part as compared with the actual embodiment in order to clarify the explanation, but this is merely an example and the interpretation of the present invention is limited. It's not something to do. In this specification and each figure, elements having the same functions as those described with respect to the above-mentioned figures may be designated by the same reference numerals and duplicate description may be omitted.
＜第１実施形態＞
本実施形態では、多孔質炭化物を利用する吸着システム１００、およびこの吸着システム１００を利用する吸着方法を説明する。吸着システム１００は、リン含有化合物を含む水（以下、被処理水と記す）からリン含有化合物を吸着することで被処理水を浄化する。吸着システム１００により、下水などの汚染水に含まれるリン含有化合物を効果的に吸着し、河川、湖沼、海などの水域の浄化や水質改善を行うことができる。ここで、リン含有化合物としては、無機態と有機態のリン含有化合物が挙げられ、これらはそれぞれ溶解性と不溶性のリン含有化合物に分類される。溶解性無機態リンとしては、オルトリン酸、メタリン酸、ピロリン酸、ポリリン酸などが挙げられる。溶解性有機態としては、リン脂質などのリン酸エステル類、農薬などが挙げられる。不溶性無機態リンとしては、カルシウムや鉄、アルミニウム、ナトリウム、カリウムなどの金属のリン酸塩が挙げられる。不溶性有機態リンとしては、バクテリアやプランクトンなどの生態あるいは死骸の構成成分が例示される。
<First Embodiment>
In this embodiment, the
１．システム構成
本実施形態に係る吸着システム１００のブロック図を図１に示す。図１に示すように、吸着システム１００は、鉄供給槽１１０、鉄供給槽１１０に接続される吸着槽１４０、鉄供給槽１１０に接続され、鉄供給槽１１０内に供給される処理水を酸性化するための酸性化装置１２０、および吸着槽１４０に接続され、吸着槽１４０に対して酸素含有ガスを供給するための酸素供給装置１５０を含む。
1. 1. System configuration A block diagram of the
１−１．鉄供給槽
鉄供給槽１１０と吸着槽１４０の断面を中心とする吸着システム１００の模式図を図２に示す。鉄供給槽１１０は、金属鉄（０価の鉄）または鉄化合物が担持された多孔質炭化物１０２を収容し、被処理水と多孔質炭化物１０２が接触する空間を提供するように構成される。以下、金属鉄または鉄化合物が担持された多孔質炭化物を鉄担持多孔質炭化物と記す。鉄供給槽１１０はガラスや石英、セラミック、コンクリート、あるいは高分子材料で形成することができる。高分子材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンなどが挙げられる。ポリオレフィンは、ポリテトラフルオロエチレンなどの含フッ素ポリオレフィンでもよい。また、鉄担持多孔質炭化物１０２を鉄供給槽１１０内に安定的に支持するため、鉄供給槽１１０はセパレータ１１０ａを有してもよい。セパレータ１１０ａには開口が設けられ、被処理水が通過できるように構成される。図示しないが、セパレータ１１０ａに替わり、砕石などの支持体を鉄供給槽１１０内に配置し、その上に鉄担持多孔質炭化物１０２を配置してもよい。さらに任意の構成として、鉄担持多孔質炭化物１０２が被処理水に浮くことを防止して被処理水を鉄担持多孔質炭化物１０２と十分に接触させるための中蓋１１０ｂを設けてもよい。中蓋１１０ｂには、鉄担持多孔質炭化物１０２よりも小さい複数の開口が設けられ、鉄担持多孔質炭化物１０２の浮遊が防止される。図示しないが、吸着槽１４０には、多孔質炭化物を投入し、取り出すための開口または蓋が設けられる。
1-1. Iron supply tank FIG. 2 shows a schematic view of the
鉄供給槽１１０には被処理水を導入するための開口１１４がさらに設けられる。被処理水は、重力により、あるいは図示しないバルブやポンプなどを介して鉄供給槽１１０内に供給される。鉄供給槽１１０には排出口１１６がさらに設けられ、鉄供給槽１１０内で鉄担持多孔質炭化物１０２と接触することで処理された被処理水（以下、鉄供給槽１１０内で処理された被処理水を一次処理水と記す）が排出口１１６から排出される。これにより、被処理水は、鉄担持多孔質炭化物１０２と接触しながら鉄供給槽１１０を通過することができる。図示しないが、任意の構成として鉄供給槽１１０は攪拌装置を備えてもよい。また、開口１１４は、排出口１１６よりも低い位置に配置されてもよい。
The
１−２．酸性化装置
酸性化装置１２０は、鉄供給槽１１０に供給される被処理水を弱酸性にするために設けられる。具体的には、酸性化装置１２０は、二酸化炭素、または酸性の液体を鉄供給槽１１０に供給するように構成される。酸性の液体としては、例えば塩酸や硝酸、硫酸が挙げられる。酸性の液体中のプロトン濃度に制約はなく、例えばｐＨ０以上ｐＨ７以下、またはｐＨ３．５以上ｐＨ６．５以下の範囲から選択してもよい。以下、最初に二酸化炭素を供給するように構成される酸性化装置１２０が備えられた吸着システム１００について、図２を用いて説明する。
1-2. Acidifying device The acidifying
酸性化装置１２０は、図示しない二酸化炭素供給源に接続され、鉄供給槽１１０内で二酸化炭素を被処理水に供給するよう、開口１１８とバルブ１２４を介して鉄供給槽１１０に接続される。図示しないが、酸性化装置１２０は、例えば二酸化炭素が充填されたボンベなどの二酸化炭素供給源に接続されるレギュレータなどによって構成することができる。これにより、二酸化炭素が鉄供給槽１１０内に供給される被処理水に導入される。二酸化炭素は、被処理水中でバブリングすることで供給される。この場合、複数の開口１２２ａを有するノズル１２２を開口１１８に設け、複数の開口１２２ａから二酸化炭素をバブリングしてもよい。図示しないが、例えばノズル１２２をメンブレンタイプのディフューザとして構成してもよい。すなわち、複数の開口１２２ａを覆うように多孔性膜を設け、開口１２２ａと多孔性膜を介して二酸化炭素をバブリングしてもよい。
The acidifying
吸着システム１００では、鉄供給槽１１０に供給した二酸化炭素を回収し、回収された二酸化炭素を再度鉄供給槽１１０に供給してもよい。例えば鉄供給槽１１０に開口１２６をさらに設け、開口１２６からバルブ１２８やフィルター１３０、エアーポンプ１３２、バルブ１３４などを介して二酸化炭素を取り出し、バルブ１２４を介して二酸化炭素を鉄供給槽１１０に再度供給してもよい。フィルター１３０を設けることで、鉄担持多孔質炭化物１０２と二酸化炭素との衝突で発生する微細な粉塵を取り除くことができる。二酸化炭素を回収して再利用することで、二酸化炭素の大気中への放出が防止され、かつ、吸着コストの低減が可能となる。
In the
鉄供給槽１１０の構成は上述した構成に限られず、開口１１４や１１８、排出口１１６を設けず、鉄供給槽１１０に一つまたは複数のチューブを挿入し、これらのチューブを用いて被処理水の供給や一次処理水の排出、二酸化炭素の導入などを行ってもよい。
The configuration of the
酸性化装置１２０が酸性の液体を鉄供給槽１１０に供給するように構成される場合には、図３に示すように、酸性の液体がバルブ１２４や開口１２６、図示しないポンプなどを介して鉄供給槽１１０へ供給されるよう、酸性化装置１２０と鉄供給槽１１０が接続される。酸性の液体は、図３に示すように、鉄供給槽１１０内の被処理水に供給してもよいが、酸性の液体と被処理水と混合し、その混合液を鉄供給槽１１０に供給してもよい。これにより、より効率よく酸性の液体と被処理水を均一に混合することができる。
When the
二酸化炭素または酸性の液体を被処理水へ供給することで被処理水が弱酸性となる。その結果、鉄担持多孔質炭化物１０２上に担持された金属鉄や鉄化合物が２価の鉄イオンとなって被処理液に溶出し、２価の鉄イオンが含まれる一次処理水が吸着槽１４０へ供給される。換言すると、鉄供給槽１１０に収容される鉄担持多孔質炭化物１０２は、被処理水に対する２価の鉄イオン供給源として機能する。
By supplying carbon dioxide or an acidic liquid to the water to be treated, the water to be treated becomes weakly acidic. As a result, the metallic iron or iron compound supported on the iron-supported
１−３．吸着槽
吸着槽１４０は、多孔質体１０６を収容し、一次処理水と多孔質体１０６が接触する空間を提供するとともに、酸素供給装置１５０から供給される酸素含有ガスと一次処理水中に含まれる２価の鉄イオンを反応させ、３価の鉄化合物を生成するための反応場を提供する。
1-3. Adsorption tank The
吸着槽１４０は鉄供給槽１１０と接続され、これにより、一次処理水は鉄供給槽１１０から吸着槽１４０に供給される。一次処理水は、ポンプ１３６やバルブ１３８を用いて吸着槽１４０に供給してもよく、あるいは、吸着槽１４０または吸着槽１４０に備えられる開口１４２を鉄供給槽１１０または排出口１１６よりも低い位置に配置し、重力の作用によって吸着槽１４０に供給してもよい。あるいは、図４に示すように、処理後の一次処理水（以下、処理水）を排出するための排出口１４８から処理水を上方に引き上げるための配管１４９を設けてもよい。配管１４９をその高さが開口１４２よりも低くなるように設けることで、ポンプ１３６を設けず、吸着槽１４０を鉄供給槽１１０と同じ高さに配置しても一次処理水を吸着槽１４０に貯留することができる。
The
吸着槽１４０は多孔質体１０６が配置できるように構成される。鉄供給槽１１０と同様に、吸着槽１４０も例えばガラスや石英、セラミック、コンクリート、あるいは高分子材料で形成することができる。高分子材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンなどが挙げられる。ポリオレフィンは、ポリテトラフルオロエチレンなどの含フッ素ポリオレフィンでもよい。多孔質体１０６を吸着槽１４０内に安定的に支持するため、吸着槽１４０は、例えばセラミックや樹脂、ガラスなどを含むセパレータ１４０ａを有してもよい。セパレータ１４０ａには開口が設けられ、一次処理水や酸素含有ガスなどが通過できるように構成される。図示しないが、セパレータ１４０ａに替わり、砕石などの支持体を吸着槽１４０内に配置し、その上に多孔質体１０６を配置してもよい。さらに任意の構成として、多孔質体１０６が一次処理水に浮くことを防止して一次処理水が鉄担持多孔質炭化物１０２と十分に接触させるための中蓋１４０ｂを設けてもよい。中蓋１４０ｂには、多孔質体１０６よりも小さい複数の開口が設けられ、これにより、多孔質体１０６の浮遊が防止される。図示しないが、吸着槽１４０には、多孔質体１０６を投入し、取り出すための開口または蓋が設けられる。
The
吸着槽１４０は開口１４２を有し、開口１４２を介して一次処理水が鉄供給槽１１０から供給される。図５に示すように、任意の構成として、開口１４２に複数の開口１４３ａを有するシャワーヘッド１４３を設け、これらの開口１４３ａから一次処理水を多孔質体１０６に散布してもよい。
The
１−４．酸素供給装置
酸素供給装置１５０は、吸着槽１４０に酸素含有ガスを供給することができるように構成される。酸素含有ガスとしては、酸素でも空気でもよく、酸素含有ガス中における酸素濃度も任意に決定される。例えば酸素供給装置１５０は、酸素ガスまたは空気が貯蔵されたボンベと接続されるレギュレータを含んでもよい。あるいは空気を供給可能なコンプレッサーやファンでもよい。
1-4. Oxygen supply device The
酸素含有ガスの供給方法は任意に選択することができる。例えば図２に示すように、酸素含有ガスは、バルブ１４４を介して吸着槽１４０に設けられる開口１４６より吸着槽１４０にバブリングして供給することができる。この場合、複数の開口１５２ａを有するノズル１５２を開口１４６に接続し、複数の開口１５２ａから酸素含有ガスがバブリングできるように吸着槽１４０を構成してもよい。図示しないが、例えばノズル１５２をメンブレンタイプのディフューザとして構成してもよい。すなわち、複数の開口１５２ａを覆うように多孔性膜を設け、開口１５２ａと多孔性膜を介して酸素をバブリングしてもよい。
The method of supplying the oxygen-containing gas can be arbitrarily selected. For example, as shown in FIG. 2, the oxygen-containing gas can be supplied by bubbling to the
あるいは図６に示すように、ノズル１５２とともに、あるいはノズル１５２に替わり、鉄供給槽１１０と吸着槽１４０を接続する配管１３９に酸素供給装置１５０から酸素含有ガスをバブリングしてもよい。この場合、酸素含有ガスは配管１３９内において上昇流を形成するように供給され、過剰な酸素含有ガスを排出するための排気口１４１が吸着槽１４０に設けられる。これにより、配管１３９内の一次処理水に比重差が形成され、配管１３９はエアリフトポンプとして機能する。その結果、酸素含有ガスを一次処理水に供給できる同時に、一次処理水を吸着槽１４０へ供給するための駆動力を得ることができる。なお、この場合においても、図示しないが、ポンプ１３６を併用してもよい。
Alternatively, as shown in FIG. 6, oxygen-containing gas may be bubbled from the
吸着槽１４０の構成は上述した構成に限られない。例えば開口１４２、排出口１４８、開口１４６の一部、またはすべてを設けず、吸着槽１４０に一つまたは複数のチューブを挿入し、これらのチューブを用いて一次処理水の供給、処理水の排出、酸素含有ガスの導入を行ってもよい。
The configuration of the
２．吸着方法
本実施形態に係る吸着システム１００を用い、被処理水中に含まれるリン含有化合物を吸着する方法を以下に述べる。
2. Adsorption method A method for adsorbing a phosphorus-containing compound contained in water to be treated using the
２−１．鉄担持多孔質炭化物
鉄担持多孔質炭化物１０２の原料としては、炭素を主成分として有し、数ｎｍから数十μｍの断面径を有する細孔を備える多孔質材料を用いることができる。この一例として、バイオマスなどの有機物を炭化して得られる多孔質炭化物が挙げられる。バイオマスとしては、木に由来する材料が挙げられる。具体的には、板状や柱状の木材、間伐材、剪定廃材、建築廃木材、粉末状のおがくず、パーティクルボートなどの木製成形品が挙げられる。木の種類に制約はなく、スギやヒノキ、竹でもよい。あるいは籾殻、バガス、トウモロコシの軸や葉などの農業廃棄物、藁や麦わら、乾草などの農業副産物もバイオマスの一例として挙げられる。あるいは麻や亜麻、綿、サイザル麻、アバカ、ヤシ毛などの繊維の原料となる植物もバイオマスとして挙げられる。あるいは、バイオマスは海藻などの藻類でもよく、食品残渣や、動物の糞尿から得られるサイレージでもよい。
2-1. Iron-supported porous carbide As the raw material of the iron-supported
バイオマスに由来する多孔質炭化物は、例えば炭化装置を用いて低酸素濃度の条件下でバイオマスを加熱することで得ることができる。炭化装置の構造に制約はないが、一例として図７に内燃式の炭化装置１６０を示す。炭化装置１６０は円筒形状を有する回転式の炭化炉１６２を有し、さらにバイオマス１０４を炭化するための熱エネルギーを供給するバーナー１６６が備えられた加熱チャンバー１６４が炭化炉１６２を覆うように設けられる。炭化装置１６０には、炭化するバイオマス１０４を投入するためのホッパー１６８やホッパー１６８の下に位置するスクリューフィーダー１７０を設けてもよい。スクリューフィーダー１７０によってバイオマス１０４が炭化炉１６２内へ連続的に供給される。
Porous carbides derived from biomass can be obtained, for example, by heating the biomass under conditions of low oxygen concentration using a carbonizer. Although there are no restrictions on the structure of the carbonizing device, FIG. 7 shows an internal combustion
ここで例示される炭化炉１６２はロータリーキルン型の炭化炉であり、炭化炉１６２と加熱チャンバー１６４は、バイオマス１０４を投入する側が多孔質炭化物１０１を搬出する側よりも高い位置になるよう水平面から傾斜している。炭化炉１６２は駆動部１７２によって加熱チャンバー１６４内で回転するように構成される。炭化炉１６２に供給されるバイオマス１０４は、炭化炉１６２が連続的に回転することによってホッパー１６８側からバーナー１６６側へ輸送される。その間、低酸素濃度の条件下でバイオマス１０４が加熱され、炭化が進行して乾留ガスが発生する。乾留ガスは排気ダクト１７６から取り出される。乾留ガスには二酸化炭素が含まれるが、この二酸化炭素を上述した鉄供給槽１１０に供給できるよう、酸性化装置１２０を構成してもよい。また、乾留ガスを燃焼し、発電や加熱に用いてもよい。この場合、乾留ガスの燃焼時に発生する二酸化炭素を鉄供給槽１１０に供給できるよう、酸性化装置１２０を構成してもよい。炭化炉１６２の下部からガス漏洩防止用のロータリーバルブ１７４を介して多孔質炭化物１０１を取り出すことができる。
The
上述したように、多孔質炭化物１０１の表面あるいは内部には、リン含有化合物の吸着能を向上させるために、少なくとも鉄化合物および金属鉄のいずれかが担持される。鉄化合物や鉄の担持は、一例として、バイオマスの炭化によって得られる多孔質炭化物１０１を鉄塩を含む溶液、または懸濁液に浸漬して鉄塩を多孔質炭化物に吸着させ、その後鉄塩を還元することで行われる。鉄塩としては、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄（ポリ硫酸鉄も含む）、硝酸第一鉄、硝酸第二鉄、塩化第一鉄、塩化第二鉄などが典型例として挙げられる。鉄塩が吸着した多孔質炭化物１０１の還元は、還元性ガス雰囲気下で加熱することによって行う。加熱は、例えば図８に示すような還元装置１８０を用いて行えばよい。ここに例示される還元装置１８０は、還元炉１８２、還元炉１８２を加熱するためのヒータ１８４を備え、還元炉１８２には還元性ガスを導入するための供給管１８６、排気用の排気管１８８などが接続される。浸漬後の多孔質炭化物１０１はホッパー１９０からロータリーバルブ１９２を介して還元炉１８２に投入される。還元炉１８２内で還元性ガス雰囲気下で加熱することで還元的熱分解が進行し、多孔質炭化物１０１上に吸着された鉄塩の全てまたは一部が金属鉄へ還元される。その後、鉄担持多孔質炭化物１０２がロータリーバルブ１９４から取り出される。なお、多孔質炭化物１０１に固体の酸化鉄を混合し、この混合物を成形した後に酸化鉄を還元することで、鉄担持多孔質炭化物１０２を作製してもよい。
As described above, at least one of iron compound and metallic iron is supported on the surface or inside of the
鉄担持多孔質炭化物１０２に担持される鉄化合物としては、水酸化鉄や酸化鉄、硫化第二鉄、硫化第一鉄、及び二硫化鉄などの一種または複数種が挙げられる。酸化鉄の結晶は、ウスタイト、ヘマタイト、マグヘマタイト、あるいはマグネタイトでもよい。
Examples of the iron compound supported on the iron-supported
鉄担持多孔質炭化物１０２中の鉄の含有量は、鉄担持多孔質炭化物１０２に対して１質量％以上５０質量％以下、３質量％以上３０質量％以下、５質量％以上２５質量％以下、または１０質量％以上２５質量％以下である。鉄担持多孔質炭化物１０２に含まれる鉄の質量は、例えば誘導結合プラズマ質量分析計（ＩＣＰ−ＭＳ）などで求めることができる。
The iron content in the iron-supported
鉄担持多孔質炭化物１０２の嵩比重は、０．０５ｇ／ｃｍ3以上０．８ｇ／ｃｍ3以下、または０．１ｇ／ｃｍ3以上０．５ｇ／ｃｍ3以下である。
Bulk specific gravity of the iron supported
２−２．多孔質体
吸着槽１４０において使用される多孔質体１０６としては、上述した鉄担持多孔質炭化物１０２を用いてもよいが、鉄を担持する前の多孔質炭化物１０１を用いてもよい。あるいは、ゼオライトやシリカゲル、活性炭などの多孔質材料でもよい。
2-2. As the
２−３．吸着
リン含有化合物の吸着は、連続式で行ってもよく、バッチ式で行ってもよい。以下、連続式で吸着を行う方法について述べる（図２参照）。
2-3. Adsorption The adsorption of the phosphorus-containing compound may be carried out continuously or in a batch manner. Hereinafter, a method of continuously adsorbing will be described (see FIG. 2).
被処理水は、吸着槽１４０に供給される前に鉄供給槽１１０に供給される。具体的には、一定の流量で被処理水を開口１１４から導入し、被処理水と鉄担持多孔質炭化物１０２とを接触させる。この時、鉄担持多孔質炭化物１０２が被処理水中に完全に浸漬されるように被処理水の流量を制御することが好ましい。これと同時に、一定の流量で排出口１１６から一次処理水を排出し、一次処理水を吸着槽１４０に供給する。吸着槽１４０においては、例えば多孔質体１０６の全てまたは一部が一次処理水に浸漬されるよう、一次処理水の排出速度を調整することができる。あるいは、一次処理水を散布する場合には（図５参照）、多孔質体１０６の一部またはすべてを一次処理水に浸漬せず、吸着槽１４０において多孔質体１０６を一次処理水の表面から離隔させてもよい。吸着槽１４０で処理された一次処理水は、処理水として排出口１４８から排出される。被処理水および一次処理水の水理学的滞留時間は、２０分以上４８時間以下、吸着槽１４０の水平断面積当たりの一次処理水の流量、すなわち線速度は、０．０１ｍ／ｈ以上５ｍ／ｈ以下が好ましい。
The water to be treated is supplied to the
この状態において、酸性化装置１２０を用いて酸性の液体、または二酸化炭素を鉄供給槽１１０内へ供給する。この処理により、被処理液が弱酸性（ｐＨ３.５からｐＨ６．５）となる。このため、鉄担持多孔質炭化物１０２上に担持された金属鉄または鉄化合物の一部は２価の鉄イオンに電離し、被処理水中に鉄イオンとして存在する。したがって、本実施形態に係る吸着システム１００では、鉄担持多孔質炭化物１０２が酸性化装置１２０と協働し、２価の鉄イオン供給源として機能する。
In this state, the acidifying
これと同時に、２価の鉄化合物を含む一次処理水は、吸着槽１４０内、および／または配管１３９内で酸素含有ガスの供給を受け、吸着槽１４０内で多孔質体１０６と接触する。その結果、一次処理水に含まれる２価の鉄イオンは酸素によって３価の鉄イオンに酸化され、この３価の鉄イオンとオルトリン酸、メタリン酸、ピロリン酸、ポリリン酸などのリン含有化合物が反応し、リン酸鉄などの３価の鉄化合物が生成すると考えられる。この生成物は水に対する溶解度が低く、多孔質体１０６に吸着される。あるいは、２価の鉄イオンが酸素によって溶解度の小さいリン酸鉄となり、リン酸鉄が微小な粒子（固体）として一次処理水中に析出（懸濁）し、それらが多孔質体１０６に捕捉される。また、２価の鉄イオンの一部はオキシ水酸化鉄や酸化鉄となり、多孔質体１０６に吸着する。この吸着した３価の酸化鉄がリン化合物の吸着サイトとして機能し、リン化合物をリン酸鉄として捕捉すると考えられる。このようなメカニズムにより、リン含有化合物が３価の鉄化合物として捕捉される。
At the same time, the primary treated water containing the divalent iron compound receives the oxygen-containing gas in the
バッチ式で吸着を行う場合には、排出口１１６を閉じた状態で一定量の被処理水を開口１１４から供給する。被処理水は、鉄担持多孔質炭化物１０２の全てが被処理水に浸漬するように供給することが好ましい。この状態で酸性化装置１２０を用いて酸性の液体、または二酸化炭素を鉄供給槽１１０内へ供給する。必要に応じ、被処理水を鉄供給槽１１０内で攪拌してもよい。これにより、被処理水は２価の鉄化合物を含むことになる。
In the case of batch-type adsorption, a certain amount of water to be treated is supplied from the
一定の時間の経過後、この被処理水を一次処理水として排出口１１６を介して排出する。排出された一次処理水は、重力またはポンプ１３６の作用によって吸着槽１４０へ供給される。一次処理水は、多孔質体１０６の一部または全部が一次処理水に浸漬されるよう、吸着槽１４０に供給してもよく、あるいは多孔質体１０６が吸着槽１４０内で一次処理水の表面から離隔する状態を維持するように多孔質体１０６に散布してもよい。
After a lapse of a certain period of time, the water to be treated is discharged as the primary treated water through the
吸着槽１４０へ供給される一次処理水に対し、酸素供給装置１５０を用いて酸素を供給する。必要に応じ、一次処理水を吸着槽１４０内で攪拌してもよい。連続式と同様、一次処理水に含まれる２価の鉄イオンは酸素によって酸化され、この３価の鉄イオンとリン含有化合物が反応し、リン酸鉄などの３価の鉄化合物が生成すると考えられる。この生成物は水に対する溶解度が低く、多孔質体１０６に吸着される。一定の時間の経過後、この一次処理水を処理水として排出口１４８を介して排出する。
Oxygen is supplied to the primary treated water supplied to the
詳細なメカニズムや理由はまだ明らかではないが、実施例で述べるように、本実施形態を適用することで、鉄担持多孔質炭化物１０２を多孔質体１０６として用いて吸着を行う場合、吸着槽１４０内の鉄担持多孔質炭化物１０２の吸着能力を長期間にわたって維持することが可能となる。
Although the detailed mechanism and reason are not yet clear, as described in Examples, when the iron-supported
なお、本実施形態に係る吸着方法では、鉄供給槽１１０に配置される鉄担持多孔質炭化物１０２は、担持された金属鉄または鉄化合物に基づいて２価の鉄化合物、および２価の鉄イオンの供給源として機能する。したがって、担持された金属鉄または鉄化合物が消費されると、鉄化合物や鉄イオンの供給源としては機能しなくなる。一方、吸着槽１４０に配置される多孔質体１０６には金属鉄または鉄化合物は担持される必要は無く、一次処理水中に含まれる２価の鉄化合物が酸化されて生成する酸化鉄とリン含有化合物との反応によって生成する化合物を吸着するサイトを有していればよい。したがって、鉄供給槽１１０で使用された鉄担持多孔質炭化物１０２が２価の鉄イオンまたは鉄化合物の供給源としての機能を失った後、吸着槽１４０においてリン含有化合物を吸着するための多孔質体１０６として機能することができる。よって本実施形態に係る吸着方法では、吸着槽１４０内でリン含有化合物を吸着した多孔質体１０６を取り出し、鉄供給槽１１０で使用された鉄担持多孔質炭化物１０２を取り出して吸着槽１４０に配置し、この鉄担持多孔質炭化物１０２を吸着材として吸着槽１４０内で再利用してもよい。この場合、鉄供給槽１１０には、鉄担持多孔質炭化物（第２の多孔質炭化物）１０２が新たに配置される。すなわち、鉄担持多孔質炭化物１０２は、２価の鉄イオンまたは鉄化合物の供給源として機能するとともに、リン含有化合物の吸着材としても機能することができる。
In the adsorption method according to the present embodiment, the iron-supported
本実施形態に係る吸着システムと吸着方法により、水中に含まれるリン含有化合物を吸着することができる。したがって、本実施形態により、下水などの汚染水に含まれるリンを含む化合物を効果的に吸着し、河川、湖沼、海などの水域の水の浄化や水質改善を行うことができる。 The phosphorus-containing compound contained in water can be adsorbed by the adsorption system and adsorption method according to the present embodiment. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to effectively adsorb compounds containing phosphorus contained in contaminated water such as sewage, purify water in water bodies such as rivers, lakes and seas, and improve water quality.
＜第２実施形態＞
リン含有化合物は、種々の植物の生長を促進する養分として働くことができる。本実施形態では、リン含有化合物を吸着した多孔質体１０６を肥料として使用する方法について述べる。第１実施形態で述べた構成と同様、または類似する構成については説明を省略することがある。なお、ここでは、多孔質体１０６には鉄または鉄化合物が担持されていなくもよく、この場合には、金属鉄または鉄化合物が担持されていない多孔質炭化物１０１を用いることができる。あるいは多孔質体１０６として鉄担持多孔質炭化物１０２を用いてもよい。
<Second Embodiment>
Phosphorus-containing compounds can serve as nutrients that promote the growth of various plants. In this embodiment, a method of using the
本実施形態に係る多孔質体１０６を肥料として使用するためのフローを図９に示す。多孔質体１０６は単独で肥料として利用してもよく、あるいは硫酸カルシウムなどの肥料助剤と混合した形態で利用してもよい。混合はミキサーを用いて行えばよく、ミキサーはフリーフォールミキサー、強制ミキサー、Ｙ分岐ミキサー、アジテータミキサー、あるいはパドルミキサーなどから任意に選択することができる。
FIG. 9 shows a flow for using the
必要に応じ、多孔質体１０６や肥料助剤の粒径を調整するために解砕を行ってもよい。例えば、多孔質体１０６の平均粒径が１０ｍｍ以下、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように解砕すればよい。解砕は、多孔質体１０６と肥料助剤を混合する前に行ってもよく、混合後に行ってもよい。解砕は解砕機を用いて行えばよく、例えば振動ミル、ジェットミル、ボールミル、ローラーミル、ロッドミル、ハンマーミル、インパクトミル、回転ミル、ピンミル、ピン−ディスクミル、あるいは遊星ミルなどの解砕機を利用することができる。解砕機を用いて多孔質体１０６を解砕することで表面積が増大し、その結果、吸着物の多孔質体１０６からの解離が促進される。
If necessary, crushing may be performed to adjust the particle size of the
あるいは、多孔質体１０６や肥料助剤の粒径を肥料の用途に適合させるための分級を行ってもよい。分級も多孔質体１０６と肥料助剤を混合する前に行ってもよく、混合後に行ってもよい。分級は分級機を用いて行われ、分級機としては乾式分級式分級機でも湿式分級機のいずれを採用してもよい。例えば気流分級機、重力場分級機、慣性力場分級機、遠心力場分級機などが分級機として例示される。
Alternatively, classification may be performed to match the particle size of the
得られる肥料に対してさらに肥料成分を混合してもよい。肥料成分としては窒素、カリウム、カルシウム、マグネシウム、マンガン、ケイ酸、ホウ素から選ばれる一つ、あるいは複数が挙げられ、具体的な材料として油粕、発香鶏糞、魚粉、骨粉、米ぬか、バットグアノ、ポカシ肥、草木灰、石灰、化成肥料などが例示される。 The fertilizer component may be further mixed with the obtained fertilizer. Fertilizer components include one or more selected from nitrogen, potassium, calcium, magnesium, manganese, silicic acid, and boron, and specific materials include oil cake, flavored chicken manure, fish meal, bone meal, rice bran, bat guano, and pokashi. Examples include fertilizer, wood ash, lime, and chemical fertilizer.
多孔質体１０６に基づく肥料の土壌中への散布は、例えばグランドソワーなどの自然落下式の散布機や、圧縮空気を利用する拡散型散布機などを用いて行えばよい。また、散布方式にも制約はなく、条施型散布機、全面施用散布機のいずれを採用してもよい。肥料は、土壌の表面から３０ｃｍ以内の範囲に散布することが好ましい。
The fertilizer based on the
このように、本発明の実施形態により、下水などの汚染水に含まれる水質汚濁物質であるリン含有化合物を効果的に吸着し、河川、湖沼、海などの水域の水質改善を行うことができるとともに、リン含有化合物を吸着した多孔質体１０６を肥料として利用することができる。このことは、本実施形態を通じ、水質改善とともに大気中への二酸化炭素の放出を抑制し、二酸化炭素を炭素という形態で地中に貯留できることを意味する。すなわち図１０に示すように、本発明の各実施形態により、バイオマスが炭化されて多孔質炭化物が生成され（１）、さらに多孔質炭化物から鉄担持多孔質炭化物１０２が生成される（２）。この鉄担持多孔質炭化物１０２は、酸素が供給された被処理水中でリン含有化合物を鉄塩として吸着できるのみならず、酸性の液体または二酸化炭素が供給された被処理水中では、鉄塩の原料となる２価の鉄化合物の供給源としても機能する（３）。鉄担持多孔質炭化物１０２は、鉄供給源としての役割が終了した後には、酸素が供給された被処理水中でリン含有化合物を吸着可能な吸着材として利用される（４）。さらに、吸着後の鉄担持多孔質炭化物１０２は肥料として利用され、植物の育成に寄与する（５）。植物は大気中の二酸化炭素を固定し、食料や構造材料を提供するとともに、多孔質炭化物１０１の原料となるバイオマスを副生する（６）。
As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to effectively adsorb a phosphorus-containing compound which is a water pollutant contained in contaminated water such as sewage and improve the water quality of water areas such as rivers, lakes and seas. At the same time, the
この（１）から（６）の一連のプロセスによって構築されるサイクルにより、大気中の二酸化炭素が光合成によって有機物として固定化され、この有機物が食料や材料として利用されるとともにバイオマスが副生される。バイオマスは炭化によって多孔質炭化物へ変換され、最終的には肥料として地中に戻される。したがって、大気中の二酸化炭素は炭素として地中に貯留され、これにより、大気中の二酸化炭素の削減に寄与する。 By the cycle constructed by the series of processes (1) to (6), carbon dioxide in the atmosphere is fixed as organic matter by photosynthesis, and this organic matter is used as food or material and biomass is produced as a by-product. .. Biomass is converted to porous carbide by carbonization and finally returned to the ground as fertilizer. Therefore, carbon dioxide in the atmosphere is stored underground as carbon, which contributes to the reduction of carbon dioxide in the atmosphere.
１．実施例１
本実施例では、第１実施形態で述べた吸着システム１００を用い、鉄担持多孔質炭化物１０２のリン含有化合物に対する吸着特性を検討した結果について述べる（図２参照）。
1. 1. Example 1
In this example, the result of examining the adsorption characteristics of the iron-supported
円筒形のアクリル樹脂製吸着槽１４０（内径約３ｃｍ、長さ約４０ｃｍ）に鉄担持多孔質炭化物１０２を２５ｇ配置した。同様に、円筒形のアクリル樹脂製の鉄供給槽１１０（内径約３ｃｍ、長さ約４０ｃｍ）に鉄担持多孔質炭化物１０２を多孔質体１０６として２５ｇ配置した。吸着槽１４０と鉄供給槽１１０に配置された鉄担持多孔質炭化物１０２は同一工程で製造された同一の多孔質炭化物であり、鉄含有量は２６％、嵩比重は０．１５ｇ／ｃｍ3であった。
25 g of iron-supported
被処理水として、リン（Ｐ）として２０ｐｐｍを含むリン酸二水素カリウム（ＫＨ2ＰＯ4）水溶液を用いた。鉄担持多孔質炭化物１０２が被処理水に浸漬するように、被処理水を鉄供給槽１１０に供給した。その後、２．１Ｌ／Ｄの流速で被処理水を吸着槽１４０に連続的に供給するとともに、同じ流速で一次処理水を連続的に排出して吸着槽１４０へ供給した。被処理水および一次処理水の水理学的滞留時間は２時間以下、線速度は０．１３ｍ／ｈであった。
As the water to be treated, an aqueous solution of potassium dihydrogen phosphate (KH 2 PO 4 ) containing 20 ppm of phosphorus (P) was used. The water to be treated was supplied to the
吸着槽１４０内の鉄担持多孔質炭化物１０２が一次処理水に浸漬したことを確認した後、一次処理水の供給を維持したまま、同じ流速で処理水の排出を開始した。その後、鉄供給槽１１０と吸着槽１４０にそれぞれ二酸化炭素と空気のバブリングを開始した。二酸化炭素と空気の流量は、それぞれ３０ｍＬ／ｍｉｎ、１０ｍＬ／ｍｉｎであった。吸着槽１４０から排出される処理水をサンプリングしてｐＨと溶解性無機態リン濃度を測定し、溶解性無機態リン濃度に基づいてリン除去率を算出した。なお、溶解性無機態リン濃度は、モリブデン青吸光光度法を用いて測定した（以下、同様）。
After confirming that the iron-supported
ｐＨとリン除去率の経時変化を図１１に示す。図１１に示すように、吸着槽１４０から排出されるｐＨはほぼ一定であり、ほぼ中性であることが確認された。また、吸着開始後１８日後でも、リン除去率はほぼ一定であり、９０％以上の高い除去率を維持することが確認された。
The time course of pH and phosphorus removal rate is shown in FIG. As shown in FIG. 11, it was confirmed that the pH discharged from the
２．比較例１
比較例として、吸着槽１４０は用いず、鉄供給槽１１０に鉄担持多孔質炭化物１０２を配置し、二酸化炭素のみを供給した。具体的には、内径約３ｃｍ、長さ４０ｃｍの円筒形のアクリル樹脂製鉄供給槽１１０に鉄担持多孔質炭化物１０２を２５ｇ配置し、２．１Ｌ／Ｄの流速で被処理水を鉄供給槽１１０に連続的に供給した。用いた鉄担持多孔質炭化物１０２、被処理水の水理学的滞留時間、および線速度はそれぞれ、実施例１と同じであった。鉄供給槽１１０内の鉄担持多孔質炭化物１０２が被処理水に浸漬したことを確認した後、被処理水の供給を維持したまま、同じ流速で一次処理水の排出を開始した。その後、鉄供給槽１１０に二酸化炭素を供給し、被処理水中でバブリングさせた。二酸化炭素の流速は５０ｍＬ／ｍｉｎであった。二酸化炭素のバブリングを維持しつつ、鉄供給槽１１０から排出される一次処理水をサンプリングしてｐＨと溶解性無機態リン濃度を測定し、溶解性無機態リン濃度に基づいてリン除去率を算出した。
2. Comparative Example 1
As a comparative example, the
ｐＨとリン除去率の経時変化を図１２に示す。図１２に示すように、鉄供給槽１１０から排出される一次処理水のｐＨは、二酸化炭素の供給開始後徐々に低下し、その後約６．０のｐＨが維持されることが確認された。実施例１と大きく異なり、吸着開始後からリン除去率は急速に低下し、二酸化炭素の供給開始から３日後には４０％程度に低下することが分かった。
The time course of pH and phosphorus removal rate is shown in FIG. As shown in FIG. 12, it was confirmed that the pH of the primary treated water discharged from the
３．比較例２
比較例として、鉄供給槽１１０は用いず、吸着槽１４０に鉄担持多孔質炭化物１０２を配置し、空気や二酸化炭素を供給することなく、被処理水を吸着槽１４０に供給した。具体的には、内径約３ｃｍ、長さ４０ｃｍの円筒形のアクリル樹脂製吸着槽１４０に鉄担持多孔質炭化物１０２を２５ｇ配置し、２．１Ｌ／Ｄの流速で被処理水を吸着槽１４０に連続的に供給した。用いた鉄担持多孔質炭化物１０２、被処理水の水理学的滞留時間、および線速度はそれぞれ、実施例１と同じであった。吸着槽１４０内の鉄担持多孔質炭化物１０２が被処理水に浸漬したことを確認した後、被処理水の供給を維持したまま、同じ流速で処理水の排出を開始した。吸着槽１４０から排出される処理水をサンプリングしてｐＨと溶解性無機態リン濃度を測定し、溶解性無機態リン濃度に基づいてリン除去率を算出した。
3. 3. Comparative Example 2
As a comparative example, the
ｐＨとリン除去率の経時変化を図１３に示す。図１３に示すように、吸着槽１４０から排出される処理水のｐＨはほぼ一定であり、約８．７のｐＨが維持されることが確認された。この値は、リン酸二水素カリウムの水溶液のｐＨに対応する。比較例１と同様、被処理水の排出開始からリン除去率は急速に低下し、３日後には６０％程度に低下することが分かった。
The time course of pH and phosphorus removal rate is shown in FIG. As shown in FIG. 13, it was confirmed that the pH of the treated water discharged from the
４．考察
比較例１で確認されたように、二酸化炭素の供給の開始とともに処理液のｐＨが低下する。これは、二酸化炭素の供給によって炭酸が発生するからである。金属鉄は弱アルカリ性条件下で徐々に酸化され、水酸化鉄（ＩＩ）を与えることが知られている。また、水酸化鉄（ＩＩ）は溶解度積Ｋｓｐが１×１０-15であるため、ｐＨが中性付近で２価の鉄イオン（Ｆｅ2+）として溶解する。したがって、実施例、および比較例１では、鉄供給槽１１０において鉄担持多孔質炭化物１０２上に担持された金属鉄または鉄化合物が徐々に溶解し、被処理水に２価の鉄イオン（Ｆｅ2+）が供給されていることが示唆される。実際、実施例では、吸着槽１４０に空気を供給することで吸着槽１４０内部が赤色に呈色することが確認されたことから、鉄供給槽１１０で２価の鉄イオン（Ｆｅ2+）が生成し、これが吸着槽１４０内で水酸化鉄（ＩＩＩ）および／または酸化鉄（ＩＩＩ）に酸化されるものと考えられる。
4. Discussion As confirmed in Comparative Example 1, the pH of the treatment liquid decreases with the start of carbon dioxide supply. This is because carbonic acid is generated by the supply of carbon dioxide. It is known that metallic iron is gradually oxidized under weakly alkaline conditions to give iron (II) hydroxide. Further, since iron (II) hydroxide has a solubility product Ksp of 1 × 10 -15 , it dissolves as divalent iron ions (Fe 2+ ) when the pH is near neutral. Therefore, in Examples and Comparative Example 1, the metallic iron or the iron compound supported on the iron-supported
比較例１では、鉄担持多孔質炭化物１０２が存在しているのにかかわらず、リン除去率は速やかに低下する。これは、担持された金属鉄が２価の鉄イオン（Ｆｅ2+）として溶出するが、３価の鉄イオン（Ｆｅ3+）をほとんど生成せず、ほとんどの鉄が２価の鉄イオンとして流出したためと考えられる。
In Comparative Example 1, the phosphorus removal rate rapidly decreases despite the presence of the iron-supported
一方、比較例２では、処理水中には水酸化鉄（ＩＩ）などの２価の鉄化合物はほとんど含まれていないと考えられる。このことは、高いｐＨによっても支持される。また、空気も供給されないので、３価の鉄も事実上存在せず、リン酸二水素カリウム水溶液中のリン酸イオン（ＰＯ4 -）が３価の鉄化合物と反応するメカニズムは含まれない。このため、比較例１と同様、リン酸イオン（ＰＯ4 -）が鉄担持多孔質炭化物１０２に吸着されることで吸着サイトが消失し、その結果、吸着能を長期にわたって維持することができないものと考えられる。
On the other hand, in Comparative Example 2, it is considered that the treated water contains almost no divalent iron compound such as iron (II) hydroxide. This is also supported by the high pH. Further, since the air is also not supplied, trivalent iron even absent virtually phosphate ions potassium dihydrogen phosphate aqueous solution (PO 4 -) a mechanism to react with trivalent iron compounds are not included. Therefore, as in Comparative Example 1, phosphate ion (PO 4 -) adsorption sites disappeared by is attracted to the iron-carrying
これに対し実施例では、鉄供給槽１１０から定常的に２価の鉄イオンが供給され、これが空気に含まれる酸素と反応し、酸化鉄（ＩＩＩ）が生成される。この酸化鉄（ＩＩＩ）はリン酸イオン（ＰＯ4 -）と反応してリン酸鉄となり、その結果、リン酸イオン（ＰＯ4 -）がリン酸鉄として鉄担持多孔質炭化物１０２に吸着されると考えられる。図１１の結果から理解されるように、実施例では長期間にわたってほぼ定量的なリン除去率が維持されている。この結果は、鉄供給槽１１０から定常的に供給される２価の鉄イオンの酸化によって生成する３価の酸化鉄が吸着槽１４０に配置される鉄担持多孔質炭化物１０２に吸着することにより、リン含有化合物をリン酸鉄として吸着するためのサイトが形成されることを示唆している。
On the other hand, in the embodiment, divalent iron ions are constantly supplied from the
鉄が担持された多孔質炭化物は、リン含有化合物を吸着することができることが知られている。しかしながら以上の結果は、多孔質炭化物を処理対象である下水、またはリンを含む排水と接触させただけでは、リン含有化合物に対する吸着能を長期にわたって維持することが困難であることを示唆する。これに対し、本発明に係る実施形態を適用することで、多孔質炭化物は、リン含有化合物、あるいは少なくともリン酸や金属リン酸塩に対する吸着能を長期間にわたって維持することが可能となる。 It is known that iron-supported porous carbides can adsorb phosphorus-containing compounds. However, the above results suggest that it is difficult to maintain the adsorptive capacity for phosphorus-containing compounds for a long period of time only by contacting the porous carbide with the sewage to be treated or the wastewater containing phosphorus. On the other hand, by applying the embodiment of the present invention, the porous carbide can maintain the adsorptive ability to a phosphorus-containing compound, or at least phosphoric acid or metal phosphate for a long period of time.
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。 Each of the above-described embodiments of the present invention can be appropriately combined and implemented as long as they do not contradict each other. Those skilled in the art who appropriately add, delete, or change the design based on each embodiment are also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is provided.
上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと理解される。 Of course, other effects different from those brought about by each of the above-described embodiments, which are clear from the description of the present specification or which can be easily predicted by those skilled in the art, are of course the present invention. It is understood that it is brought about by.
：１００：吸着システム、１０１：鉄担持多孔質炭化物、１０２：鉄担持多孔質炭化物、１０４：バイオマス、１０６：多孔質体、１１０：鉄供給槽、１１０：再度鉄供給槽、１１０：アクリル樹脂製鉄供給槽、１１０ａ：セパレータ、１１０ｂ：中蓋、１１４：開口、１１６：排出口、１１８：開口、１２０：酸性化装置、１２２：ノズル、１２２ａ：開口、１２４：バルブ、１２６：開口、１２８：バルブ、１３０：フィルター、１３２：エアーポンプ、１３４：バルブ、１３６：ポンプ、１３８：バルブ、１３９：配管、１４０：吸着槽、１４０：アクリル樹脂製吸着槽、１４０ａ：セパレータ、１４０ｂ：中蓋、１４１：排気口、１４２：開口、１４３：シャワーヘッド、１４３ａ：開口、１４４：バルブ、１４６：開口、１４８：排出口、１４９：配管、１５０：酸素供給装置、１５２：ノズル、１５２ａ：開口、１６０：炭化装置、１６２：炭化炉、１６４：加熱チャンバー、１６６：バーナー、１６８：ホッパー、１７０：スクリューフィーダー、１７２：駆動部、１７４：ロータリーバルブ、１７６：排気ダクト、１８０：還元装置、１８２：還元炉、１８４：ヒータ、１８６：供給管、１８８：排気管、１９０：ホッパー、１９２：ロータリーバルブ、１９４：ロータリーバルブ : 100: Adsorption system, 101: Iron-supported porous charcoal, 102: Iron-supported porous charcoal, 104: Biomass, 106: Porous body, 110: Iron supply tank, 110: Iron supply tank again, 110: Acrylic resin iron Supply tank, 110a: Separator, 110b: Inner lid, 114: Opening, 116: Discharge port, 118: Opening, 120: Acidifying device, 122: Nozzle, 122a: Opening, 124: Valve, 126: Opening, 128: Valve , 130: Filter, 132: Air pump, 134: Valve, 136: Pump, 138: Valve, 139: Piping, 140: Suction tank, 140: Acrylic resin suction tank, 140a: Separator, 140b: Inner lid, 141: Exhaust port, 142: Opening, 143: Shower head, 143a: Opening, 144: Valve, 146: Opening, 148: Discharge port, 149: Piping, 150: Oxygen supply device, 152: Nozzle, 152a: Opening, 160: Carbonization Equipment, 162: Carbonization furnace, 164: Heating chamber, 166: Burner, 168: Hopper, 170: Screw feeder, 172: Drive unit, 174: Rotary valve, 176: Exhaust duct, 180: Reduction device, 182: Reduction furnace, 184: Heater, 186: Supply pipe, 188: Exhaust pipe, 190: Hopper, 192: Rotary valve, 194: Rotary valve
Claims (21)
前記鉄供給槽内の前記被処理水を酸性化するように構成される酸性化装置、
多孔質体を収容し、前記鉄供給槽から前記被処理水が供給されるように構成される吸着槽、および
前記吸着槽に酸素含有ガスを供給するように構成される酸素供給装置を含む吸着システム。 An iron supply tank, which contains a porous carbide carrying at least one of iron and an iron compound, and is configured to supply water to be treated containing a phosphorus-containing compound.
An acidifying device configured to acidify the water to be treated in the iron supply tank.
Adsorption including an adsorption tank that accommodates a porous body and is configured to supply the water to be treated from the iron supply tank, and an oxygen supply device that is configured to supply an oxygen-containing gas to the adsorption tank. system.
前記鉄供給槽中の被処理水を酸性化すること、
多孔質体が収容された吸着槽に前記被処理水を前記鉄供給槽から供給すること、および
前記吸着槽に酸素含有ガスを供給することを含む吸着方法。 Supplying water to be treated containing a phosphorus-containing compound to an iron supply tank containing a porous carbide carrying at least one of iron and an iron compound.
Acidifying the water to be treated in the iron supply tank,
An adsorption method comprising supplying the water to be treated to an adsorption tank containing a porous body from the iron supply tank and supplying an oxygen-containing gas to the adsorption tank.
回収された前記二酸化炭素を再度前記鉄供給槽に供給することをさらに含む、請求項１８に記載の吸着方法。 The adsorption method according to claim 18, further comprising recovering the carbon dioxide supplied to the water to be treated and supplying the recovered carbon dioxide to the iron supply tank again.
鉄が担持された第２の多孔質炭化物を、前記鉄供給槽に配置することをさらに含む、請求項１０に記載の吸着方法。 Further comprising taking out the porous body from the iron supply tank and arranging the porous carbide in the adsorption tank, and arranging a second porous carbide carrying iron in the iron supply tank. The adsorption method according to claim 10.
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