JP3852844B2 - 汚泥分解・水質浄化剤及び浄化方法 - Google Patents
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Description
本発明は、微生物及び光触媒の作用により汚泥の分解及び水質の浄化を行うために用いる汚泥分解・水質浄化剤及び汚泥の堆積した港湾、湖沼の浄化方法に関する。
魚や真珠などの養殖が行われる内浦湾では、養殖で使われる抗生物質や撒き餌が腐敗して海底に堆積して汚泥化し、さらに水質環境が劣悪化すると、養殖そのものが難しくなってしまう。
従来より汚泥を処理する方法としては、一般に、例えば河川や湖沼、港湾等であれば、汚泥を浚渫し、下水処理場等であれば、凝集汚泥にして廃棄、焼却処分する方法が採用されている。また、水質浄化装置やシステムに充填し、あるいは撒布して水質を浄化するための水質浄化剤が提案されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。
特開平１０−２７７５４１号公報
特開平１１−２２１５７７号公報
特許第３３９２８５０号公報
しかし、例えば特許文献１では、貝化石粒子をゼオライトに添加した水質浄化剤により凝集作用、吸着作用を利用し、貝化石から溶け出す炭酸カルシウムとリン化合物と反応させ、特許文献２では、硬化性石膏、貝粉、おがくずを水で混合して個化した水質浄化剤により水中のアンモニア態窒素化合物および燐化合物と化学的に反応させ、特許文献３では、パイナップル果汁から抽出したブロメライン酵素に酵母とクエン酸水を混合した水質浄化剤により微生物を活性化させて汚泥と有機化合物、硫化物等の有害物質を分解して、水質を浄化するものであるが、その効果として充分な結果が得られているわけではない。
本発明は、上記課題を解決するものであって、機能セラミックの光触媒と微生物を併用して汚泥の分解、水質の浄化の促進効果を高めるようにするものである。
そのために本発明は、微生物及び光触媒の作用により汚泥の分解及び水質の浄化を行うために用いる汚泥分解・水質浄化剤であって、多孔質構造のゼオライトに、少なくとも酸化チタン、ジルコニア、酸化第２鉄、酸化マンガンを含む複数の金属酸化物におが屑、米、ぬか又はおからを混合し混練して造粒し乾燥させた後焼成してなる多孔質のセラミック粒体に微生物を含浸させたことを特徴とする。
前記微生物は、好塩菌や、好熱菌、好酸性菌を含み、また、前記微生物は、ＮＴＡＰ−１であることを特徴とする。
汚泥の堆積した港湾、湖沼の浄化方法であって、多孔質構造のゼオライトに、少なくとも酸化チタン、ジルコニア、酸化第２鉄、酸化マンガンを含む複数の金属酸化物におが屑、米、ぬか又はおからを混合し混練して造粒し乾燥させた後焼結してなる多孔質のセラミック粒体に微生物を含浸させた汚泥分解・水質浄化剤を撒布することを特徴とする。
本発明によれば、微生物及び光触媒の作用により汚泥の分解及び水質の浄化を行うために用いる汚泥分解・水質浄化剤であって、多孔質構造のゼオライトに、少なくとも酸化チタン、ジルコニア、酸化第２鉄、酸化マンガンを含む複数の金属酸化物におが屑、米、ぬか又はおからを混合し混練して造粒し乾燥させた後焼成してなる多孔質のセラミック粒体に微生物を含浸させたので、セラミック粒体による光触媒の作用、微生物の作用により汚泥の有機物を分解し、水質を浄化する効果を促進することができる。
前記微生物は、好塩菌や、好熱菌、好酸性菌を含み、また、前記微生物は、ＮＴＡＰ−１であるので、港や内浦等の港湾の海洋汚染、湖沼の水質汚染の浄化に有効に用いることができる。
汚泥の堆積した港湾、湖沼の浄化方法であって、多孔質構造のゼオライトに、少なくとも酸化チタン、ジルコニア、酸化第２鉄、酸化マンガンを含む複数の金属酸化物におが屑、米、ぬか又はおからを混合し混練して造粒し乾燥させた後焼結してなる多孔質のセラミック粒体に微生物を含浸させた汚泥分解・水質浄化剤を撒布するので、汚染が広域にわたる港や内浦等の港湾、湖沼であっても撒布作業により簡便に浄化を行うことができる。
本発明に係る汚泥分解・水質浄化剤は、少なくとも酸化チタンを含む多孔質セラミック粒体に微生物を含浸させたものであり、酸化チタンを光触媒として酸化分解作用及び微生物による増殖、有機物の酸化分解作用により汚泥を低減し水質を浄化する。多孔質セラミック粒体は、例えばおが屑や米、ぬか、おからなどの簡単に燃えるもの、本来多孔質構造のゼオライトに酸化チタン、ジルコニア、その他鉄を含む複数の金属酸化物を混合して焼結することにより多孔質の粒体としたものである。
多孔質セラミック粒体に含まれる酸化チタンや鉄は、光触媒の酸化分解作用、アンモニア、硫化水素などの脱臭機能、強力な酸化作用を有する。ゼオライトは、粘土鉱物の一種で、無機質、結晶性であり、無公害、無害である。ゼオライトは、分子オーダーサイズの孔径を有する規則正しい通孔を有し、吸着する物質に対する選択性を有する。吸着する物質に対する選択性は、ゼオライトの結晶構造に由来する細孔分布によって決められる。ジルコニアは、硬度を持たせるものとして用いられる。
微生物は、好塩菌、好熱菌、好酸性菌、古細菌などであり、多孔質セラミック粒体に含浸させることにより生息しやすくする。好塩菌は、塩分に対して強く、好熱菌は、高温、乾燥に対して強く、好酸性菌は、酸性に対して強く、古細菌は、蛋白質や脂肪に対し強い分解作用を持つ細菌の始原菌とも言われている菌であり、これらの微生物を付着、植付け、含浸させて生息させ、これらの微生物により汚泥の有機物を炭酸ガスと水に分解する。これらの微生物の１つとして、本発明者である西野徳三他により発見された細菌、例えばコラーゲンを効率良く分解する耐熱性プロテアーゼを生産する好熱性菌「ＮＴＡＰ−１」（NBRC 100866T Alicyclobacillus sendaiensis JCM11817 ＜＜T.Nakayama,NTAP-1 ＜＜N.Tsuruoka. 日刊工業新聞１９９９年（平成１１年）９月６日「耐熱性プロテアーゼ生産−新種の細菌を発見−東北大 高温コンポスト化有望」の発表記事参照）がある。
本発明に係る汚泥分解・水質浄化剤を汚泥の堆積した港や内浦湾などの港湾、湖沼に撒布すると、セラミック粒体が紫外線に反応して次のような光触媒の酸化、分解作用により、また、微生物の有機物の酸化、分解作用により汚泥を低減し水を浄化する。
酸化チタン（粒径７〜１０ナノメートル）に光が当たると、その表面には電子と正孔が発生し、電子は酸素を還元してスーパーオキサイドイオンをつくり、正孔は水分を酸化して水酸基ラジカルをつくる。スーパーオキサイドと水酸基ラジカルは総称して活性酸素と呼ばれ、強力な酸化分解作用をもつ。この力で、汚泥分解・水質浄化剤の表面に付着した汚泥を分解し臭いも消す。つまり、強力な酸化剤となり、酸化効果で臭気分子などを分解する。
一方、ＯＨラジカルの酸化還元電位は、２．８０ｅＶであり、これは、対標準水素電極電位、２Ｈ+ ＋２ｅ- ／Ｈ2 の酸化還元電位をゼロとしたときの値である。一方、酸化第２鉄のエネルギー帯構造は、２．２ｅＶであるが、その価電子帯の上端の電位（Valence Band, VB) は、２．３ｅＶであり、伝導帯の下端の電位（Conduction Band, CB)は、０．１ｅＶである。
この酸化第２鉄の表面に塩素などによって得られるＯＨラジカルが接触することにより、電子が励起され正孔が生じる。すなわち、価電子帯から伝導帯に電子が励起し、価電子帯に、電子の脱け殻である正孔が生成されると、電子はＯ2 を還元するとともに、正孔は酸化反応を起こし、水中でＨ2 Ｏを酸化してＯＨラジカルを発生させる（Ｈ2 Ｏ→ＯＨ・）。伝導帯に励起された電子のエネルギーは、標準水素電極（ＮＭＥ）に対する電位で表すと、ほぼ０．１Ｖ ｖｓ．ＮＭＥであるので（斉藤 烈・松郷誠一「活性酸素の化学」ｐ１８）、熱力学的にＯ2 を還元してＯ2 - ラジカルを発生させることができる（Ｏ2 ＋ｅ- →Ｏ2 - ）。このスーパーオキサイドイオンは、水中で過酸化水素を経てＯＨラジカルを生成する。したがって、これらが強い還元剤、酸化剤となる。海水にはもともと塩素が含まれることを考えると、特に海水の浄化に有効である。
また、微生物によれば、その増殖反応により有機物を酸化分解して、微生物の活動エネルギーと生物体の増殖に使われる。そのため、有機物が酸化してエネルギー準位の低い有機酸化物が順次生成し、次第に粉末化して最終的には二酸化炭素にまで分解され汚泥の量を少なくすることができる。さらに還元性のアンモニア、メチルメルカプタン、硫化水素、硫化メチル、二酸化メチル、アセトアルデヒドなどの悪臭成分は、発生期の酸素（活性酸素）と反応して、可溶性あるいは無臭性の化合物に変化することにより脱臭され、油分を酸化分解すると共に界面活性作用を生じ、エマルジョン現象を促進させるため、ｎ−Ｈｅｘ抽出物質は分解減少する。また、微生物環境の改善、有用な微生物の活性化などから、悪臭成分であるアンモニアや硫化水素などの発生そのものを低減させるので、結果として脱臭効果が現れ、有用な微生物が活性化されるため、汚水処理能力があがり、水質改善に寄与し、ＢＯＤ、ＳＳ、ｎ−Ｈｅｘの軽減効果が現れる。
本発明に係る汚泥分解・水質浄化剤は、河川や湖沼、内浦湾、港湾、河口等の汚泥やヘドロで汚染された水域に撒布することにより、酸化チタンを含む機能セラミック、微生物それぞれの酸化分解作用が相乗的に働き汚泥の分解、水質の浄化を促進することができ、従来の水質浄化剤に比べて、さらに汚泥の分解、水質の浄化の効果を高めることができる。
汚泥分解・水質浄化剤を構成する多孔質セラミック粒体の実施例として、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、ジルコニア（ＺｒＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸化第２鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）、塩化鉄（ＦｅＣｌ2 ）、ゼオライト、米ヌカを所定の割合で混合し混練して造粒したものを、８０℃で１２時間かけて乾燥させた後、１１５０℃〜１６００℃で２４時間かけて焼成した。各原料の混合割合は、ＴｉＯ2 ：２０％、ＺｒＯ：１０％、ＣａＯ：１０％、ＺｎＯ：１０％、Ａｌ2 Ｏ3 ：１０％、Ｆｅ2 Ｏ3 ：２０％、ＦｅＣｌ2 ：１０％、ゼオライト：１０％とした。微生物は、前述の「ＮＴＡＰ−１」を３０分かけて含浸させた。
このように微生物を含浸させた多孔質セラミック粒体と共に、養殖漁場でエサの腐敗堆積したヘドロ部分を採水して水槽に２０日間浸漬して、その前後における硫化水素Ｈ2 Ｓ、アンモニアＮＨ3 、生物化学的酸素要求量ＢＯＤ、化学的酸素要求量ＣＯＤ、不溶性物質ＳＳ（ｍｇ／ｌ）、そして、活性汚泥を３０分間静置させたときの沈降時間ＳＶ３０により評価したところ、
Ｈ2 Ｓ ： ４２ → １．３
ＮＨ3 ： ８２ → ２
ＢＯＤ ： １２０ → ３１
ＣＯＤ ： １０５ → １２
ＳＳ ： ５７ → ６
ＳＶ３０ ： ５５分 → ５分
のように極めて顕著な海底ヘドロ水質改善効果が確認できた。
Ｈ2 Ｓ ： ４２ → １．３
ＮＨ3 ： ８２ → ２
ＢＯＤ ： １２０ → ３１
ＣＯＤ ： １０５ → １２
ＳＳ ： ５７ → ６
ＳＶ３０ ： ５５分 → ５分
のように極めて顕著な海底ヘドロ水質改善効果が確認できた。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、汚泥分解・水質浄化剤を汚泥の堆積した内浦湾、湖沼に撒布するものとして説明したが、本実施形態の汚泥分解・水質浄化剤に水を通して反応させることにより触媒水を生成し、その触媒水を下排水処理場に給水、混合してもよいし、汚泥分解・水質浄化剤に下排水を通して反応させることにより浄化を行うようにしてもよい。また、多孔質セラミック粒体としては、１〜数１０ミクロンの細孔を有する５〜数１０ｍｍの粒径の粒体で、球形状だけでなく、円筒型や鞍型等の形状を有するもの、或いはこれらを混合したものであってもよい。さらに、多孔質セラミック粒体の原料としては、上記の他に、モリブデン、コバルト、マグネシウム、カリウム、マンガン、珪素の金属酸化物を組み合わせてもよい。
Claims (5)
- 微生物及び光触媒の作用により汚泥の分解及び水質の浄化を行うために用いる汚泥分解・水質浄化剤であって、多孔質構造のゼオライトに、少なくとも酸化チタン、ジルコニア、酸化第２鉄、酸化マンガンを含む複数の金属酸化物におが屑、米、ぬか又はおからを混合し混練して造粒し乾燥させた後焼成してなる多孔質のセラミック粒体に微生物を含浸させたことを特徴とする汚泥分解・水質浄化剤。
- 前記微生物は、好塩菌を含むことを特徴とする請求項１に記載の汚泥分解・水質浄化剤。
- 前記微生物は、好熱菌を含むことを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の汚泥分解・水質浄化剤。
- 前記微生物は、好酸性菌を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の汚泥分解・水質浄化剤。
- 汚泥の堆積した港湾、湖沼の浄化方法であって、多孔質構造のゼオライトに、少なくとも酸化チタン、ジルコニア、酸化第２鉄、酸化マンガンを含む複数の金属酸化物におが屑、米、ぬか又はおからを混合し混練して造粒し乾燥させた後焼結してなる多孔質のセラミック粒体に微生物を含浸させた汚泥分解・水質浄化剤を撒布することを特徴とする浄化方法。
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