JP5648176B2 - 水質浄化材、並びに、排水処理方法及び覆砂工法 - Google Patents

Description

本発明は、水質浄化材、並びに、排水処理方法及び覆砂工法に関する。

河川、湖沼、海域などにおける水質汚染要因のひとつに、水底地盤からの栄養塩類の溶出があり、栄養塩類の代表的なものとして、リン（Ｐ）、窒素（Ｎ）が知られている。

そこで、従来より、リン（Ｐ）や窒素（Ｎ）を吸着する性能を備えた各種の水質浄化材が開発されており、例えば、石炭灰と固化材と保水材とを含有する造粒物（以下「Ｈｉビーズ」という。）が知られている。また、このＨｉビーズを用いた排水処理方法や、Ｈｉビーズを用いた覆砂工法も知られている（下記特許文献１参照）。

さらに、近年では、このＨｉビーズに水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）処理を施して、当該Ｈｉビーズをゼオライト化させて得られる人工ゼオライト（以下「Ｎａ型Ｈｉビーズ人工ゼオライト」という。）が開発されており、また、このＮａ型Ｈｉビーズ人工ゼオライトのｐＨを下げるために、当該Ｎａ型Ｈｉビーズ人工ゼオライトに塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）処理を施して得られる人工ゼオライト（以下「Ｃａ型Ｈｉビーズ人工ゼオライト」という。）も開発されている。

特開２００４−１１３８８５号公報

ところで、前述したＨｉビーズそれ自体は、ゼオライト化しておらず、ゼオライト化したＣａ型Ｈｉビーズ人工ゼオライトと比べ、材料コストが安いという点で優れている。

しかし、Ｈｉビーズは、一応、リン（Ｐ）及び窒素（Ｎ）を吸着する性能を備えているものの、Ｃａ型Ｈｉビーズ人工ゼオライトと比べ、その性能が低く、とりわけ、リン（Ｐ）を吸着する性能が低く、そのため、水質浄化能を十分に備えたものとはいえなかった。

そこで、従来より、材料コストが安く、水質浄化能に優れた水質浄化技術の開発が望まれていたのである。

本発明は、このような従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、材料コストが安く、水質浄化能に優れた水質浄化材、並びに、排水処理方法及び覆砂工法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、次の手段が採用されている。
すなわち、本発明の水質浄化材は、８０重量部以上９７重量部以下の石炭灰と２重量部以上１５重量部以下のセメントと２重量部以上５重量部以下のベントナイトとを攪拌混合して形成された造粒物を１０℃以上４０℃以下で所定期間乾燥して得られた該乾燥した造粒物に、当該造粒物の２倍量の塩化カルシウム水溶液を加えて６０度まで加熱し所定時間循環させる塩化カルシウム処理を施すことにより製造されるものである。

また、本発明の排水処理方法は、前記水質浄化材と天然ゼオライトとを含有する排水処理材に、リン（Ｐ）及び窒素（Ｎ）を含有する排水を通水させるものである。

また、本発明の覆砂工法は、前記水質浄化材を、水底地盤の覆砂材として用いるものである。

本発明によれば、材料コストが安く、水質浄化能に優れた水質浄化材、並びに、排水処理方法及び覆砂工法を提供することができる。

ＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズ、及びＣａ型Ｈｉビーズ人工ゼオライトのそれぞれについて、積算給水量（Ｌ）と積算Ｐ除去量（ｍｇＰ／ｋｇ）の関係を示すグラフである。 ＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズ、及びＣａ型Ｈｉビーズ人工ゼオライトのそれぞれについて、Ｐ吸着状況を示すグラフである。 ＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズの製造方法を示す概略図である。 Ｃａ型Ｈｉビーズ人工ゼオライトの製造方法を示す概略図である。 ＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズを用いた排水処理方法の概要を示す図である。 ＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズを用いた覆砂工法の概要を示す図である。

以下、本発明について詳細に説明する。

＜ＣａＣｌ₂処理Ｈｉビーズの水質浄化能について＞
本発明の水質浄化材は、Ｈｉビーズ（すなわち、石炭灰と固化材と保水材とを含有する造粒物）に、塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）処理を施して得られるもの（以下、本発明の水質浄化材を「ＣａＣｌ₂処理Ｈｉビーズ」という。）である。本発明者は、このＣａＣｌ₂処理Ｈｉビーズについて、積算給水量（Ｌ）と積算Ｐ除去量（ｍｇＰ／ｋｇ）の関係、及び、リン（Ｐ）の吸着状況を調べた。その際、Ｃａ型Ｈｉビーズ人工ゼオライトを比較対照とした。各結果を図１、図２に示す。なお、リン（Ｐ）の吸着状況を調べる際には、「湖沼底泥からリン溶出に関する研究」（水質汚濁研究；Ｐ１５７〜Ｐ１６２）の記載に従って、実験を行った。また、ＣａＣｌ₂処理Ｈｉビーズ、Ｃａ型Ｈｉビーズ人工ゼオライトの各製造方法の概略をそれぞれ図３、図４に示し、ＣａＣｌ₂処理Ｈｉビーズ、Ｃａ型Ｈｉビーズ人工ゼオライトの各成分をそれぞれ表１、表２に示す。図３により明らかなように、ＣａＣｌ ₂ 処理Ｈｉビーズは、石炭灰（フライアッシュ）を８０重量部以上９７重量部以下、固化材（セメント）を２重量部以上１５重量部以下、ベントナイトを２重量部以上５重量部以下、水を１５重量部以上２５重量部以下の範囲内でミキサに投入し、攪拌混合して造粒物を形成し、１０℃以上４０℃以下で１日〜１か月間乾燥することにより製造されたＨｉビーズに対し、２倍量の塩化カルシウム水溶液を６０℃まで加熱し、６時間循環する工程を経て製造される。

図１及び図２に示すように、ＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズは、Ｃａ型Ｈｉビーズ人工ゼオライトと比べ、ほぼ同等のリン（Ｐ）除去能、及びリン（Ｐ）吸着能を備えていることが判明した。このことから、本発明の水質浄化材であるＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズは、従来技術の水質浄化材であるＣａ型Ｈｉビーズ人工ゼオライトと同様に、水質浄化能に優れているといえる。なお、前述した通り、ＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズは、ゼオライト化したものではなく、ゼオライト化したＣａ型Ｈｉビーズ人工ゼオライトと比べると、材料コストが安い。従って、本発明のＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズは、材料コストが安く、水質浄化能に優れた水質浄化材であるといえる。

＜ＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズを用いた排水処理方法について＞
次に、本発明者らは、ＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズを用いて、排水処理を行うこととした。但し、ＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズは、リン（Ｐ）吸着能に優れているものの、窒素（Ｎ）の吸着能については、Ｃａ型Ｈｉビーズ人工ゼオライトよりも劣るため、窒素（Ｎ）の吸着能を補うために、天然ゼオライトを併用することとした。なお、天然ゼオライトは、窒素（Ｎ）の吸着能に優れている。この排水処理の概要を図５に示す。

図５に示すように、この排水処理方法は、ＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズと天然ゼオライトとを含有する排水処理材１０１、１０２に、それぞれ、リン（Ｐ）及び窒素（Ｎ）を含有する排水を通水させて、排水の水質を浄化するという技術である。

図５（ａ）に示す排水処理材１０１は、ＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズからなる層１０と、天然ゼオライトからなる層２０とで構成され、図５（ａ）に示す排水処理材１０２は、ＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズと天然ゼオライトとの混合層で構成されている。なお、本発明の排水処理材は、図５の実施形態に限定されるものではなく、例えば、各層の数、各層の成分、及び各層の組み合わせなどについては、適宜設計し得るものである。

これらの排水処理材１０１、１０２に排水を通水させると、排水中のリン（Ｐ）は、主としてＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズの作用により排水から除去されるとともに、排水中の窒素（Ｎ）は、主として天然ゼオライトの作用により排水から除去されて、水質汚染要因が除去されるので、当該排水の水質が浄化されることとなる。なお、このようにして、排水を処理した後の排水処理材１０１、１０２には、リン（Ｐ）及び窒素（Ｎ）が吸着されており、肥料成分が豊富に含まれているため、これらの排水処理材１０１、１０２を緑化用資材として活用することができる。

＜ＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズを用いた覆砂工法について＞
また、本発明者らは、ＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズを用いて、覆砂工法を行うこととした。この覆砂工法の概要を図６に示す。

図６に示すように、ＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズを水底地盤（底沼など）の覆砂材３０として用いた場合には、水底地盤から溶出していたリン（Ｐ）及び窒素（Ｎ）がＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズに吸着されて、水底地盤からの栄養塩類の溶出が抑制されることとなる。

また、ＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズは、前述したように安価な材料である。従って、このＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズを水底地盤の覆砂材３０として用いることにより、材料コストが安く、水質浄化能に優れた覆砂工法を実施することができる。

１０ ＣａＣｌ_２処理Ｈｉビーズからなる層
２０ 天然ゼオライトからなる層
３０ 覆砂材
１０１、１０２ 排水処理材

Claims (3)

1. ８０重量部以上９７重量部以下の石炭灰と２重量部以上１５重量部以下のセメントと２重量部以上５重量部以下のベントナイトとを攪拌混合して形成された造粒物を１０℃以上４０℃以下で所定期間乾燥して得られた該乾燥した造粒物に、当該造粒物の２倍量の塩化カルシウム水溶液を加えて６０度まで加熱し所定時間循環させる塩化カルシウム処理を施すことにより製造される水質浄化材。
2. 請求項１に記載の水質浄化材と天然ゼオライトとを含有する排水処理材に、リン（Ｐ）及び窒素（Ｎ）を含有する排水を通水させる排水処理方法。
3. 請求項１に記載の水質浄化材を、水底地盤の覆砂材として用いる覆砂工法。