JP2951516B2 - 水処理材及びその製造方法 - Google Patents

水処理材及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水処理材、特に鑑賞魚
槽、水族館又は水生植物用の水槽もしくは養殖場に張ら
れる水を浄化処理するための、又は同水のｐＨの変動を
一定の範囲内に維持する水処理材、水道水用の▲ろ▼過
装置に充填される水処理材及びその水処理材を製造する
ための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来上記種の水処理材として、多孔質焼
結ガラスをリング状にした構造のものが知られている
（「日経ニューマテリアル」１９９２年３月１１日号第
３８〜３９頁）。この水処理材は比較的強度も大きく相
応の水浄化作用を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この水
処理材は、３０〜４００μｍの孔径を有する空隙を多数
有し、その空隙は細菌であるゾーグレア、ニトロバクタ
ーやニトロソモナス等の棲息領域になる。一方、前記空
隙は原生動物であるゾウリ虫やツリガネ虫等の棲息領域
にもなる。その結果、細菌が原生動物に捕食され、その
増殖活動が阻害されてしまうという問題がある。
【０００４】細菌の増殖活動が阻害されると、それを餌
としている原生動物の増殖活動も阻害されてしまう。細
菌だけでなく原生動物も相応の水浄化に寄与しているの
で、水の浄化を目的とした水処理材において両者が共生
できる構造が必要である。すなわち、原生動物に捕食さ
れない領域で細菌が増殖する領域を水処理材に形成する
必要がある。
【０００５】さらに前記水浄化材においては、それと接
触する水のｐＨが安定しにくいという問題がある。言わ
ばｐＨ緩衝能が小さいのである。ｐＨ緩衝能が小さいと
系内の生物バランスが崩れ易くなり、それだけ生・植物
に対する生育活動に悪影響を及ぼす。
【０００６】従って、本発明の課題は細菌と原生動物が
ともに活発に増殖できるとともに長期間に亘ってｐＨの
変動を抑制し得る水処理材を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本請求項１の発明は、ワ
ラストナイト及びアノーサイトを少なくとも含有してい
るセラミックス成形物からなる水処理材を要旨とする。
本請求項２の発明は、ワラストナイト及びアノーサイト
を少なくとも含有するセラミックス成形物であって、そ
の成形物の表面に５０〜１０００μｍの範囲の大孔径空
隙部が開口しており、更に少なくともその前記大孔径空
隙部の壁面に０．１〜１０μｍの範囲の細孔径空隙部が
開口している水処理材を要旨とする。
【０００８】本請求項３の発明は、珪酸カルシウム水和
物、アルミニウム含有粘土鉱物及び空隙形成剤を水の存
在下で混練した後、その混練物に成形を施し、次いで得
られた成形物を９５０〜１２００℃の範囲で焼成すると
いう手段を採用する。本請求項５の発明は、珪酸カルシ
ウム水和物、アルミニウム含有粘土鉱物及び空隙形成剤
を混練した後、その混練物に成形を施し、次いで得られ
た成形物を９５０〜１２００℃の範囲で焼成し、更に得
られた焼成物の表層部を擦り落とすという手段を採用す
る。
【０００９】
【作用】本発明の水処理材の作用については目下解明中
であるが、次のように考えられる。本請求項１の発明に
係る水処理材は、それを水中に浸漬したとき、ワラスト
ナイトに含まれているカルシウム化合物が適度に水に溶
出し、水のｐＨ緩衝作用をする。アノーサイトは水処理
材の強度を維持するのに寄与する。本請求項２の発明に
おいては、大孔径空隙部に細菌と原生動物が共生し、細
孔径空隙部に細菌が棲息するとともに増殖する。従っ
て、水の浄化を目的とした水処理材において両者が共存
共栄できる。
【００１０】本請求項３の発明においては、比較的高温
の９５０〜１２００℃の範囲で焼成する過程で、アノー
サイトがセラミックス成形体の形状を保持する作用をす
る。本請求項５の発明では焼成物の表層部が擦り落とさ
れるので、大孔径及び細孔径の空隙が外部に露出して、
表面積が大きくなり処理材を水中に入れた場合水中に存
在する微生物の棲家を提供する。
【００１１】
【実施例１】次に、本発明の一実施例を図面を参照しな
がら説明する。最初に本発明に係る水処理材の製造方法
について述べ、次いでその方法により得られた成形物に
ついて詳述する。そして最後にこの成形物を水処理材と
して使用した場合の効果を示す。 （製造方法）まず、珪酸質原料、石灰質原料及びセメン
トからなる水スラリーに発泡剤として微量のアルミニウ
ム粉末を混合した原料を型枠に打設して、前記水スラリ
ーを発泡・硬化させた。得られた発泡・硬化物を公知の
方法及び条件で高温高圧水蒸気養生して軽量気泡コンク
リート（ＡＬＣ）の成形物を得た。このＡＬＣの主成分
は珪酸カルシウム水和物の一種であるトバモライトであ
った。
【００１２】前記ＡＬＣの破砕物６５重量部に、アルミ
ニウム含有粘土鉱物であり、かつカオリン鉱物である蛙
目粘土を３０重量部及び無機補強繊維（セピオライト）
を５重量部それぞれ混合し、得られた混合物１００重量
部に対して更に粉粒状の有機空隙形成材を２０重量部混
合して成形用原料を得た。この成形用原料に適度の水を
加えて混練し、得られた混練物を押出成形機に供給して
中空状の成形物（外径１０ｍｍ内径５ｍｍ）を得た。こ
の成形物を切断機で切断して長さ１０ｍｍのラシヒリン
グ状の成形物を製造した。
【００１３】次に、前記成形物を焼成炉に入れて温度１
１００℃で約５時間焼成した。焼成物を焼成炉から取り
出して常温下で回転容器の中に入れ、その容器を１０分
間回転させることにより焼成物の表層部を一部擦り落と
して表面を更新した。その結果、図１に示す成形物１を
得た。この成形物１の内面２以外の表面３には無数の大
孔径を有する空隙４が露出していた。この成形物１の見
掛け比重は１．０ｇ／立方ｃｍであった。
【００１４】（成形物）この成形物１のうち矢印ＩＩに
示す上端部を走査電子顕微鏡により３０倍で拡大撮影し
た結果、図２に示す写真が得られた。このようにして前
記上端部の写真と同様に成形物の表面を１０枚撮影して
大孔径の空隙部４の開口部分の直径をスケールで測定し
て演算した。その結果大孔径の空隙部４のほとんどは５
０〜１０００μｍであることが判明した。
【００１５】次に、前記大孔径の空隙部４の１つに焦点
を当てて前記同様の拡大写真（２００倍）を撮影し、図
３の写真を得た。さらに前記空隙部４の壁面の状態を撮
影するために、この空隙部４の開口部分を走査電子顕微
鏡で撮影したところ、図４に示す写真（２０００倍）を
得られた。この写真から明白な通り、この成形物１の大
孔径の空隙部の壁面は相当凹凸状をなして粗れていた
が、次の細孔径分布測定法により前記壁には細孔径の空
隙部が開口していることが確認された。
【００１６】すなわち、前記成形物の細孔径分布を水銀
圧入式細孔径分布測定装置により測定した。この測定に
おいてはまずサンプルホルダー（図示なし。以下、測定
装置の詳細については省略）に成形物１を１個入れてか
ら同ホルダー内を真空状態した。それからそのホルダー
内に水銀を圧入して水銀の量的変化を把握することによ
り前記成形物の細孔径分布を測定した。その結果、図５
に示す細孔径分布曲線を得た。この曲線から明白な通
り、本発明に係る成形物１は０．１〜１０μｍの範囲の
孔径を有する細孔を有することが判明した。
【００１７】（処理材としての効果）最後にこれが水処
理材として適しているか否かを実験した。まず前記成形
物５ｇを水に３０分間浸漬して、いわゆる灰汁抜きを施
した後、流水で軽く揉み洗いした。このようにして得ら
れた前記水処理材を、水道水５０ミリリットルの中に浸
漬し、その水のｐＨの経時変化を測定した。その結果を
図６において実線で示す。
【００１８】比較のため、従来技術の一種である多孔質
結晶ガラスから形成された水処理材｛外径１５ｍｍ、内
径９ｍｍ、高さ１５ｍｍの「シポラックス」（ショット
・グラス・ウェルケ社製の商品名）｝についても前記同
様の実験（比較例１）を行なった。その結果も併せて図
６において破線で示す。
【００１９】図６から明白な通り、本発明に係る水処理
材を使用した水道水は従来技術の水処理材を使用した場
合より安定したｐＨ値を示した。すなわち従来技術に係
る水処理材を水道水に浸漬開始後３０分でｐＨ値が約
７．８から約８．９まで上昇した。これは生・植物に対
する生育環境を著しく悪化させることを意味する。
【００２０】通常、水槽に熱帯魚、金魚等の鑑賞魚を飼
育した場合、水槽内の水のｐＨは鑑賞魚の餌や排泄物等
により低下する。ｐＨが低下した場合、水槽にｐＨ上昇
剤を投入したり、水換えをしたりしなければならない。
ところが、前記ｐＨ上昇剤は一時的にｐＨを上昇させる
が、持続力がないという問題があり、一方水換えを行う
ことはそれだけ飼育管理が面倒になるということを意味
するだけでなく、それまでの棲息環境を急激に変えるこ
とを意味する。
【００２１】そこで、本実施例に係る水処理材がこの様
な問題を軽減できないかを確認するために、蒸留水に１
／１００規定の硝酸を２ミリリットル／分、添加してそ
の蒸留水のｐＨの経時変化を調べた。その結果を図７に
実線で示す。比較のため、前述した従来技術の水処理材
を同様に存在させた系（比較例１）及びいずれの水処理
材も存在させなかった系（比較例２）のｐＨの挙動を同
様に調査した。それらの結果も併せて図７に破線及び点
線でそれぞれ示す。
【００２２】図７から明白な通り、本実施例に係る水処
理材を存在させた系（実施例１）は他の系（比較例１及
び比較例２）に比較して非常に安定したｐＨ挙動を示
す。
【００２３】
【実施例２】次に、実施例１の原料で製造した成形物を
種々の温度で焼成して本発明の水処理材等を得た。そし
て焼成後に得られた水処理材の鉱物を粉末Ｘ線回折法に
より定性分析した。種々の焼成温度における回折結果を
図８のａ〜ｇに示す粉末Ｘ線回折曲線を得た。その結
果、焼成温度が９５０〜１２００℃の範囲では水処理材
の含有鉱物は主としてワラストナイト（図８においてピ
ークＷで示される）、アノーサイト（同様にピークＡで
示される）及びクオーツ（ピークＱで示される）である
ことが同定できた。また、図１の形状の水処理材の強度
を、ＪＩＳ Ｚ２５０７に記載の焼結含油軸受の圧環強
さ測定方法に準じて、引張り試験機で測定した。焼成温
度と圧環強さとの関係を図９に示す。
【００２４】図８及び図９から次のことが言える。ま
ず、焼成温度が９５０℃未満であると水処理材としての
強度が低く、取り扱う過程や搬送過程で前記水処理材は
破損しやすい。またこの水処理材にはアノーサイトの生
成量（これは図８においてピークＡで示される）が少な
い。次に焼成温度が１２００℃を越えると、成形物は溶
融し、その原形を保持することが困難になる。また、空
隙も著しく少なくなる。
【００２５】
【実施例３】幅１７０ｍｍ、長さ３００ｍｍ及び高さ２
５０ｍｍの水外部循環式の水槽（図示なし）に表に示す
蒸留水を１０リットル入れるとともに、水の循環経路の
途中に設けた水▲ろ▼過ゾーン（容量２００ミリリット
ル）に対して、実施例２において１０８０℃で焼成して
得た高さ１０ｍｍ、外径１０ｍｍの水処理材を充填し
た。
【００２６】そして、前記水槽に表１に示す人工汚水を
１日当たり１００ミリリットルずつ水槽の水と入れ換
え、３０日間循環させて、水処理材に菌を付着させた。
【００２７】
【表１】
【００２８】次にそれまで循環していた水槽の水を廃棄
して、再度水槽に蒸留水を入れ、前記表１で示した組成
の人工汚水を前記と同様の条件で３０日間連続循環し
た。その間において循環開始後１０日、２０日及び３０
日目に人工汚水のサンプリングを行って、人工汚水の浄
化状況を調査した。その結果を表２に示す。
【００２９】
【表２】
【００３０】また、比較のため、前記▲ろ▼過ゾーンに
比較例１に使用した水処理材を使用して前記実験に準じ
て人工汚水の循環実験を行って、その汚染状態を調査し
た（比較例３）。その結果も併せて表２に示す。表２か
ら明白な通り、本発明に係る水処理材を使用すると人工
汚水の浄化に関し優れた能力を発揮する。特に、ｐＨの
低下が少なく、ＢＯＤ、アンモニア態窒素の蓄積が少な
く、硝化が十分に進んでいた。
【００３１】本発明はその根本的技術思想を踏襲し発明
の効果を著しく損なわない限度において、前記実施例の
態様を次のように変更して実施することができる。 （１）空隙形成剤として、焼成中にそれ自体が消失して
それまで占めていた空隙をある程度残すようなのであれ
ばれば、いかなるものでも使用可能である。例えば、特
定の分解温度を有するポリマーでもよい。 （２）成形方法としては押出成形法が生産性及び形状性
の点で優れているが、水処理材の用途、形状、大きさ、
使用態様によっては造粒成形法や型枠成形法等が採用さ
れる。
【００３２】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る水処
理材は、細菌と原生動物が活発に増殖でき、水中に入れ
た場合、ｐＨの緩衝能力が大きいという優れた効果を発
する。また、本発明に係る方法は前記水処理材の効果を
十分発揮するのに最も適した製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水処理材の斜視図。
【図２】図１において矢印ＩＩで示す部分の拡大写真。
【図３】大孔径の空隙部の写真。
【図４】空隙部の開口部分を示す写真。
【図５】水銀圧入式細孔分布測定装置により測定した細
孔分布状態を示す線図。
【図６】実施例１及び比較例１におけるｐＨの経時変化
を示す線図。
【図７】酸添加したにおける実施例１及び比較例１並び
に蒸留水（比較例２）のｐＨの経時変化を示す線図。
【図８】水処理材の粉末Ｘ線回折曲図形。
【図９】水処理材の焼成温度と圧環強さの関係を示す線
図。
【主な記号の説明】
１ 水処理材 ２ 内面 ３ 表面 ４ 大孔径を有する空隙
フロントページの続き 審査官 吉水 純子 (56)参考文献 特開 平３−275194（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−131390（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−183898（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C02F 3/10

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ワラストナイト（Ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔ
    ｅ）及びアノーサイト（Ａｎｏｒｔｈｉｔｅ）を少なく
    とも含有しているセラミックス成形物からなる水処理
    材。
  2. 【請求項２】ワラストナイト及びアノーサイトを少なく
    とも含有するセラミックス成形物であって、その成形物
    の表面に５０〜１０００μｍの範囲の大孔径空隙部が開
    口しており、更に少なくともその前記大孔径空隙部の壁
    面に０．１〜１０μｍの範囲の細孔径空隙部が開口して
    いる水処理材。
  3. 【請求項３】珪酸カルシウム水和物、アルミニウム含有
    粘土鉱物及び空隙形成剤を水の存在下で混練した後、そ
    の混練物に成形を施し、次いで得られた成形物を９５０
    〜１２００℃の範囲で焼成することを特徴とする水処理
    材の製造方法。
  4. 【請求項４】前記成形は押出成形である請求項３記載の
    水処理材の製造方法。
  5. 【請求項５】珪酸カルシウム水和物、アルミニウム含有
    粘土鉱物及び空隙形成剤を混練した後、その混練物に成
    形を施し、次いで得られた成形物を９５０〜１２００℃
    の範囲で焼成し、更に得られた焼成物の表層部を擦り落
    とすことを特徴とする水処理材の製造方法。
  6. 【請求項６】前記珪酸カルシウム水和物は、高温高圧水
    蒸気養生した軽量気泡コンクリートの破砕物である請求
    項３又は５記載の水処理材の製造方法。
  7. 【請求項７】アルミニウム含有粘土鉱物がカオリン鉱物
    である請求項３又は請求項５記載の水処理材の製造方
    法。
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