JP4556038B2 - 水質浄化材 - Google Patents
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Description
さらに、水中で鉄イオンが増加することによって、水中に溶解しているリン酸イオンが鉄イオンと反応してリン酸鉄となる。この物質は不溶性であることから、水中に溶けている全リン含有量およびリン酸イオンの濃度は低下する。
水中のリン酸の除去は、従来は困難であったが、上述の如くして本発明によれば、水中のリン酸の除去(脱リン)を容易に行うことができる。
(竹炭の空洞の中に鉄粒を充填する方法)
鉄材と炭素材との割合を任意にするには、鉄粒と木炭粉(竹炭あるいは木炭粒)を混合したものを竹炭の中空部に詰める。その際には、両者の配合を任意で設定することが可能である。中空部には蓋をする。蓋は粘土などでもよい。この構成によれば、鉄材と炭素材との複合材の密度は、任意に調整可能である。密度を高めるには鉄の含有量を高めればよい。水に沈む程度にするには、嵩密度が1以上であればよい。
この方法によれば、孔の大きさ、深さによって、混合物の密度を制御できる。この方法が適用できるのは、木炭の直径が少なくとも鉄粒より大であることが必要である。
この方法では、容器の材質、通水性の確保、耐久性、衝撃性などを考慮する必要がある。具体的な容器としては、金属製、セラミックス製、コンクリート製、木製などのものがある。さらに、プラスチック製の容器も使用可能である。
炭素材として炭素繊維製の網(ネット)または容器あるいは袋を使用し、この中に鉄材を格納、包み込みもしくは巻き込みする。使用する鉄材は、粒状、板状、棒状、筒状であっても可能である。
通水性の鉄製容器あるいは鉄網あるいは鉄メッシュの中に炭素材を充填することで、鉄の溶け出しが可能となる。鉄の溶け出し速度が大である場合には、形態を維持できなくなるので、形態を維持できるように例えば容器の壁厚を枠状に部分的に厚くする等の対策を講じておくと好ましい。
炭素繊維は、海水、水中で強度や性能が低下することはない。従って、鉄材の周囲に炭素繊維を巻き付ける、あるいは接着する、あるいは接触させることで、鉄の溶け出しが生じる。炭素繊維は、フィラメント状のもの、織物状、不織布状、パイプ状であっても可能である。
炭素材と鉄材とを含む材料を、水中に設置した場合、水の汚染度合いを示すCOD値は低下し、木炭のみを投入した場合よりも低下の度合いは大であった。特にその水が、海水および、電解質物質が溶解した水の場合には、低下の度合いは顕著であった。これは、炭素材と鉄材とを共存させることで、鉄が溶解して、鉄イオンとして水中に存在し、その鉄イオンが核となって、水中に存在する汚濁物が凝集され、それによって浄化されたものである。
炭素材と鉄材との混合割合は、重量比としてはほぼ1:1、容積比では炭素材85,鉄材15であると好ましい。また炭素材に加えて炭素繊維を使用する場合、炭素繊維は、炭素材の重量に対して5%から300%とすると好ましい。なお、炭素材と鉄材との混合割合は、重量比で0.1:99.9から99.1:0.1であっても水質浄化効果は発揮される。
後述する実施例のように、粒鉄と木炭とを含むセメント板を海水中にいれ、動物や植物の生長繁茂状況を観察した。試料は静岡県熱海市沖の海水中に吊り下げて設置し、海草および海藻の生育状況を観察した。設置数ヶ月後には、フジツボやムラサキガイなどの付着があった。それらの付着数や大きさは、鉄と木炭とを含むセメント板の方がセメント単独板より大であった。また海藻・海草の生育状況も、鉄と木炭とを含むセメント板の方が、セメント単独板より、生育数も長さも何れも大であった。さらに、鉄と木炭とを含むセメント板からの鉄イオンの溶出の有無を調べた。溶け出した鉄イオンは、セメント周囲のアルカリ成分によって水酸化鉄となるため、遊離の鉄イオンとしては検出できなかった。
以下、上記実施形態に基づくこの発明の実施例について説明する。
[実験方法]
粒状の鉄と木炭とを共存させることによる水質浄化効果を検討した。混合物は、こぼれない程度の穴のあいているネット状の栗袋(1Kg用、縦30cm、横18cm)に充填した。
使用した粒鉄と木炭粒は、4mmおよび1.4mmの篩で分級し、4mm篩の篩下〜1.4mm篩の篩上のものを用いた。
実験に使用した試料は下記の8種類である。
試料1:木炭のみ(木炭100容積%)
試料2:木炭95容積%、鉄粒 5容積%
試料3:木炭90容積%、鉄粒10容積%
試料4:木炭80容積%、鉄粒20容積%
試料5:木炭70容積%、鉄粒30容積%
試料6:鉄粒のみ(鉄100容積%)
試料7:試料5に炭素繊維製水質浄化材(CF)(ムカデ形、1本)を吊り下げ、それを栗袋に巻きつけた。
水槽(容積22リットル、深さ39cm)の底部に試料を容器底全面に厚さ5cm程度敷き詰めた。ここに環境水(群馬高専内にある「正観寺池」から採水)を入れ、蓋をし、太陽光の影響のない状態で行った。
環境水と試料とで容積を20リットルとし、試料は容器の10容積%入れた。pH、CODおよび鉄イオンの測定を、所定期間(1日、3日、6日、7日)経過後に行った。測定は、いずれもパック法で行った。
所定期間経過後のpHの測定値を表1に示す。7日間経過後の試料水のpHは、ブランクの場合は8.0であった。また、木炭のみをいれた試料では7.8であった。ともに、pHの変化は見られなかった。しかし、炭と鉄とを含む試料の場合には、いずれの場合でもpHはより高くなり、9.4〜9.7程度にまで上昇した。これは鉄イオンば溶出したことに基因していると推定される。
所定日数経過後の試料水のCODの測定結果を表2に示す。容器内の試料水のCODは、ブランクの場合には8mg・Lであったが、炭と鉄とが共存する場合には、COD値は低くなり、4から6mg/lにまで低下した。特に、炭素繊維を加えた場合には、CODは最も低くなった。これは、繊維径の小さい炭素繊維を鉄と炭と混合物中に分散させたことから、鉄イオンの溶出が促進されたためであろうと推定される。
試料水中の第二鉄イオン濃度の変化を表3に示す。試料水中の第二鉄イオンは、ブランクおよび炭のみの場合、鉄のみの場合には、溶出はなかった。それに対し、炭と鉄とが共存する場合には、溶出し、鉄量が多い場合には0.75mg/lにまで増大した。
[実験方法]
使用した試料は、網状の袋(栗袋、1Kg用、縦30cm、横18cm)にそれぞれ充填した。更に各試料に炭素繊維30g(約30m)をバラバラの状態で袋の中に詰めた。
粒鉄と木炭粒は、4mm篩の篩下〜1.4mm篩の篩上を用いた。
実験に使用した試料は下記の8種類である。
試料1:木炭のみ(木炭100容積%)、炭素繊維30g
試料2:木炭95容積%、鉄粒5容積%、炭素繊維30g
試料3:木炭90容積%、鉄粒10容積%、炭素繊維30g
試料4:木炭80容積%、鉄粒20容積%、炭素繊維30g
試料5:木炭70容積%、鉄粒30容積%、炭素繊維30g
試料6:鉄粒のみ(鉄100容積%)、炭素繊維30g
試料7:試料5に炭素繊維製水質浄化材(CF)(ムカデ形、1本)を吊り下げ、それを栗袋に巻きつけた。
水槽(容積22リットル、深さ39cm)の底部に試料を容器底全面に厚さ5cm程度敷き詰めた。ここに試験水として環境水(群馬高専内にある「正観寺池」から採水)をいれ、これに食塩を濃度1重量%になるよう加えた。水槽に蓋をし、太陽光の影響のない状態で保持した。
試験水と試料との容積を20リットルとし、各試料は容器の10容積%入れた。
所定期間(1日、3日、6日、9日)経過後、CODの測定をパック法で行った。
CODの測定結果を表4に示す。CODは、炭と鉄とが共存する場合には、低くなった。ブランクの場合には8mg/lであるが、鉄と木炭とを含む場合には、3mg/lにまで低下した。炭に炭素繊維を加えた試料では、COD値の減少は見られないことから、炭素材と鉄とを共存させたことで、鉄イオンの溶解が促進され、それによってCOD値が低下したものである。
[実験方法]
木炭と粒鉄との複合材を製作する場合のバインダーとして、セメントを用いた。粒鉄と木炭粒は、1.4mm篩の篩下を用いた。
所定割合で混合した粒鉄、木炭粒およびセメントは、混練り後、金型枠(縦16cm、横13cm、高さ4cm)に充填して成型し、板状試料を作製した。
作製した試料は下記の2種類であった。
試料1:セメントのみ(バインダー100容積%)
試料2:炭素材52容積%、鉄粒31容積%、セメント17容積%
各試料は、成型後、金型ごと湿気箱に入れ24時間養生し、その後脱型し、真水中にて27日間養生した。
これらの試料は、海水中での植物の繁殖状況を検証するために、静岡県熱海市の熱海港内の岸壁付近の海水中に設置した。設置場所は、水深4mで、防波堤の内側であるので、波浪の直接の影響は比較的少ない場所であった。試料は、海底より100cm、水面より300cmの位置に吊り下げた。設置開始は2006年1月であった。
所定期間(1ケ月、2ケ月、3ヶ月、4ヶ月、5ヶ月、7ヶ月、13ヶ月)経過後、各試料を引き上げ、動物(フジツボ、ムラサキガイ等)および植物(海草、緑藻、褐藻、紅藻など)の付着状況、成育状況を観察した。
フジツボの生長および付着状況を表5に示す。経過月数の項に記載した数字は、上段は面積%、中段は最大殻径、下段は最大殻高をそれぞれ示している。
設置してから3ケ月間は、フジツボの付着はなかった。4ケ月後から、付着が見られた。いずれの試料とも、フジツボが付着した。各試料とも、フジツボの付きは、良好で良く密着していた。フジツボの容積は、フジツボを円錐として体積を算出した。フジツボの成長は、炭と鉄とを含む試料2では、セメント単独試料に比べ容積で1.9倍も大きくなった。
試料に付着したムラサキガイの個体数の変化を表6に示す。設置してから5ケ月間は、ムラサキガイの付着は見られなかった。7ヶ月後には、ムラサキガイの生長、付着が見られた。成長したムラサキイキガイは、炭と鉄とを含む試料の方が、セメント単独の場合よりも、個体数で2.3倍多く生息していた。
(1)海藻類
設置2ケ月後から、海藻類の成長が確認された。付着したのは全て、緑藻、褐藻、紅藻、珪藻等の海藻類で、アマモ類等の海草類は着生しなかった。
(2)緑藻類
各試料には、緑藻の付着成長が見られた。炭と鉄を含む試料では、設置2ケ月後から緑藻が成長したが、セメント単独では見られなかった。13ケ月後では、鉄を含む試料では31個、セメント単独では25個と、顕著な違いがあった。さらに、生長した緑藻の長さにも差があり、セメント単独では12mmしか成長しないが、鉄を含む試料では16mmと、大きく成長していた。これらの違いも、鉄の溶出による効果である。
(3)紅藻類
紅藻類は、いずれの試料でも設置7ケ月間は生育しなかった。しかし、紅藻類は13ケ月後から生育し、鉄と木炭を含む試料の方が。セメント単独試料よりも紅藻の生育状況は、やや良好であった。
(4)褐藻類
褐藻の着生は、いずれの試料でも確認できた。炭と鉄とを含む試料の場合の方が、発芽および成長が共に早く、株数も大であった。
(5)珪藻類
珪藻類は、設置1ケ月後から付着生育が確認された。付着数も試料2の方が、試料1よりも5倍ほど大であった。
[実験方法]
使用した試料は、網状の袋(栗袋、1Kg用、縦30cm、横18cm)にそれぞれ充填した。更に、各試料について炭素繊維30g(約30m)をバラバラの状態で袋の中に詰めた。
粒鉄と木炭粒は、4mm篩の篩下〜1.4mm篩の篩上を用いた。
実験に使用した試料は下記の8種類である。
試料1:木炭のみ(木炭100容積%)、炭素繊維30g
試料2:木炭95容積%、鉄粒5容積%、炭素繊維30g
試料3:木炭90容積%、鉄粒10容積%、炭素繊維30g
試料4:木炭80容積%、鉄粒20容積%、炭素繊維30g
試料5:木炭70容積%、鉄粒30容積%、炭素繊維30g
試料6:鉄粒のみ(鉄100容積%)、炭素繊維30g
試料7:木炭70容積%、鉄粒30容積%、炭素繊維30gを網にいれたものを、容器の底から10cm上に浮かせて配置。
試料8:木炭70容積%、鉄粒30容積%、炭素繊維30gを網にいれたものに、炭素繊維製水質浄化材(ムカデ形、1本)を巻き付けたもの。
水槽(容積22リットル、深さ39cm)の底部に試料を容器底全面に厚さ5cm程度敷き詰めた。ここに試験水として環境水(群馬高専内にある通称「下田池」から採水)をいれ、これに食塩を濃度0.5重量%になるよう加えた。水槽に蓋をし、太陽光の影響のない状態で保持した。
試験水と試料との容積を20リットルとし、各試料は容器の10容積%程度充填した。
所定期間(1日、3日、5日、7日)経過後、CODの測定をパック法で行った。
CODの測定結果を表7に示す。CODは、炭と鉄とが共存する場合には、低くなった。ブランク(木炭のみ)の場合には18mg/lで変化は見られない。鉄と木炭と炭素繊維を含む場合には、11mg/lにまで低下した。炭素材と鉄とを共存させたことで、鉄イオンの溶解が促進され、それによってCOD値が低下したものである。
[実験方法]
使用した試料は、網状の袋(栗袋、1kg用、縦30cm、横18cm)にそれぞれ充填した。さらに、各試料について炭素繊維30g(約30m)をバラバラの状態で袋の中に詰めた。
粒鉄と木炭粒は、4mm篩の篩下〜1.4mm篩の篩上を用いた。
実験に使用した試料は、下記の5種類である。
試料1:木炭のみ(木炭100容積%)、炭素繊維30g
試料2:粒鉄のみ(鉄容積100%)
試料3:木炭70容積%、鉄粒30容積%
試料4:木炭70容積%、鉄粒30容積%、炭素繊維30g
ブランク:環境水のみ
水槽(容積22リットル、深さ39cm)の底部に試料を容器底全面に厚さ5cm程度敷き詰めた。ここに試験水として環境水(群馬高専内にある通称「下田池」から採水)をいれ、これに食塩を濃度0.2重量%になるように加えた。水槽に蓋をし、太陽光の影響のない状態で保持した。
試験水と試料との容積を20リットルとし、各試料は容器の約10容積%程度充填した。
所定時間(1時間、3時間、6時間、9時間、12時間、24時間)経過後、CODの測定をパック法で行った。
CODの測定結果を表8に示す。CODは、炭と鉄とが共存する場合には、低くなった。ブランク(木炭のみ)の場合には20mg/lで変化は見られない。鉄と木炭とを含む場合には、14mg/lにまで低下した。炭素材と鉄とを共存させたことで、鉄イオンの溶解が促進され、それによってCOD値が低下したものである。
[実験方法]
使用した試料は、網状の袋(栗袋、1kg用、縦30cm、横18cm)にそれぞれ充填した。さらに、各試料について炭素繊維30g(約30m)をバラバラの状態で袋の中に詰めた。
粒鉄と木炭粒は、4mm篩の篩下〜1.4mm篩の篩上を用いた。
実験に使用した試料は、下記の5種類である。
試料1:木炭のみ(木炭100容積%)、炭素繊維30g
試料2:粒鉄のみ(鉄容積100%)
試料3:木炭70容積%、鉄粒30容積%
試料4:木炭70容積%、鉄粒30容積%、炭素繊維30g
ブランク:環境水のみ
水槽(容積22リットル、深さ39cm)の底部に試料を容器底全面に厚さ5cm程度敷き詰めた。ここに試験水として環境水(群馬高専内にある通称「下田池」から採水)をいれ、これに食塩を濃度0.2重量%になるように加えた。さらに、試薬リン酸二水素ナトリウムを、リン酸イオンとしての濃度が10mg/lとなるように加えた。水槽に蓋をし、太陽光の影響のない状態で保持した。
試験水と試料との容積を20リットルとし、各試料は容器の約10容積%程度充填した。
所定時間(16時間、24時間)経過後、CODの測定をパック法で行った。
CODの測定結果を表9に示す。CODは、炭と鉄とが共存する場合には、低くなった。ブランク(木炭のみ)の場合には20mg/lで変化は見られない。鉄と木炭とを含む場合には、24時間で18mg/lにまで低下した。
リン酸イオンの測定結果を表10に示す。リン酸イオンは、炭と鉄とが共存する場合には、低下した。ブランク(木炭のみ)の場合には10mg/lで変化は見られない。鉄と木炭とを含む場合には、24時間で6mg/lにまで低下した。
さらに、水中で鉄イオンが増加することによって、水中に溶解しているリン酸イオンが鉄イオンと反応して不溶性のリン酸鉄となるため、水中に溶けている全リン含有量およびリン酸イオンの濃度が低下するので、水中のリン酸の除去(脱リン)を容易に行うことができる。
Claims (7)
- 粒状の鉄材と粒状の炭素材とが混在してなる水質浄化材であって、
前記鉄材と前記炭素材との混合割合が、重量比で0.1:99.9から99.9:0.1までの間であり、
前記鉄材および前記炭素材に加えて炭素繊維が混在してなることを特徴とする水質浄化材。 - 前記鉄材および前記炭素材と前記炭素繊維との混合割合は、鉄材と炭素材との混合物に対し炭素繊維が重量で1%から50%までの間である、請求項1記載の水質浄化材。
- 前記水質浄化材は、電解質を含む水に用いられる、請求項1または2に記載の水質浄化材。
- 前記鉄材は、前記炭素材の凹部や空間部や空隙部や空孔部に分散されまたは集中されて充填されている、請求項1から3までの何れか1項記載の水質浄化材。
- 前記炭素材は、有機物を炭化したものおよび/または黒鉛材である、請求項1から4までの何れか1項記載の水質浄化材。
- 前記炭素材と前記鉄材とは、水の流通ができる容器または網もしくは袋内に納められている、請求項1から5までの何れか1項記載の水質浄化材。
- 前記炭素材と前記鉄材とは、互いに一体化するように、耐水性のバインダーで接着されている、請求項1から6までの何れか1項記載の水質浄化材。
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