JP6675625B1 - 濁水処理用濾過材料 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に設置でき、再生可能であると共に十分な浄化能力を有する、濁水処理用濾過材料の提供。【解決手段】乾燥植物体が集束された成形体２と、成形体中に充填されたモリンガの種子６を含む、土砂を含む濁水を浄化するための濁水処理用濾過材料１。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば河川や湖岸或いは湾岸などでの土木工事から生じる、土砂を含む濁水を浄化するために好適に使用される濁水処理用濾過材料、この濁水処理用濾過材料を設置した濁水処理設備、および濁水処理用濾過材料の製造方法に関する。

河川や湖岸或いは湾岸などにおいて土木工事を行う場合、その現場からは土砂を含む多量の濁水が生じる。環境保護の観点から、この濁水は一定の基準まで浄化しなければ河川や湖或いは海に再び放流することができない。

濁水を浄化する方法としては、自然沈殿方法、凝集沈殿方法、濾過・沈殿方法等がある。このうち自然沈殿方法は、濁水中の土粒子を自然沈殿により除去するが、長時間を要し、また貯留と処理放流とを同時に行うことができないため施設容量が大きくなり、更に放流の度にその濃度を観測しなければならないという不具合がある。

凝集沈殿方法は、濁水中の土粒子を凝集剤によって凝集させ、比重を大きくして強制的に沈殿させ除去する方法である。凝集沈殿方法はプラントの設備能力に応じて処理時間をコントロールでき、貯留と放流とを同時に行うことができる等の利点を有するものの、ｐＨの調整や凝集剤の適正添加等の専門知識を有する作業員の配置が必要となり、更に添加される凝集剤の種類によっては処理後の土砂を産業廃棄物として処理しなければならない場合もある。

濾過・沈殿方法は、濁水中の土粒子を、濾過・沈殿により除去する方法であるが、自然沈殿方法や凝集沈殿方法のような不具合はなく、濾過材料を調整することにより濁水を基準値まで浄化できる。濾過材としては、例えば布団篭（或いは篭マット）に不織布を組み合わせたものが使用可能である。しかしながら、このような濾過材は、材料費自体は安価であるものの、その設置工事費が嵩み、また設置工事に際しては重機等の使用が必要であることから、施工されたものを作り直すことは事実上困難である。

特許第３６７９９６８号公報

特許文献１には、ココヤシ繊維のような乾燥植物体を圧縮成形した成形体を、同様の植物体を用いて形成されたロープまたはネットで包囲してなる円柱状の濁水処理用濾過材料が開示されている。この濁水処理用濾過材料は低コストであり、容易に設置可能であると共に十分な浄化能力を有し、再生使用も可能である。しかしながら浄化能力を改善し、より少量の成形体により濁水処理設備をより簡易に構成可能であることが望ましい。

本発明の１つの側面によれば、乾燥植物体が集束された成形体と、成形体中に充填されたモリンガの種子を含む、土砂を含む濁水を浄化するための濁水処理用濾過材料が提供される。

乾燥植物体としては、ココヤシやジュートのような植物体の茎、果実、葉、根等の天然素材であって、土粒子を吸着しうる特性を有する植物体の乾燥物が使用されることが望ましい。好ましくは乾燥植物体は、少なくともココヤシ繊維及び／またはジュートを含んで形成されている。

このような乾燥植物体は、集束され、すなわち集められ束ねられて成形体を構成する。成形体の形状は、濁水処理設備に設置可能なものであれば特に限定されないが、例えば圧縮して高密度化し、均一な状態で長尺の成形体とすることができる。成形体は例えば円柱状であってよく、長さや直径に特に制限はないが、取り扱いの観点から長さ１ｍ〜３ｍ程度、直径２０ｃｍ〜５０ｃｍ程度にすることができる。また直径約３０ｃｍ程度の場合、成形体１ｍ当たりの重量が５ｋｇ〜２０ｋｇ程度、例えば１０ｋｇ〜１５ｋｇ程度となるように、乾燥植物体が圧縮整形されていてよい。

他方、本発明の濁水処理用濾過材料は濁水処理設備中で複数個を積み重ねて設置可能なものであるから、円柱状のほか、積み重ねに適した角柱状などの形状としてもよい。このような場合は濁水処理用濾過材料相互間の隙間を排除して、濾過効率を高められると考えられる。

成形体は、乾燥植物体を用いて形成されたロープまたはネットで外周面が包囲されていることが好ましい。乾燥植物体は成形体を構成する乾燥植物体と同じであってよい。このように外周面を包囲することにより、圧縮した乾燥植物体からなる成形体が解体するおそれがなくなり、また取り扱いも容易になる。例えば、成形体を円柱状に形成し、その外周面を、乾燥植物体を用いて形成したロープまたはネットで網目状に包囲することができる。網目のピッチは適宜調整可能であり、例えば５ｃｍ〜１０ｃｍ程度であってよい。

成形体中には、モリンガの種子が充填されている。モリンガとはアオイ類アブラナ目ワサビノキ科ワサビノキ属の1種であるワサビノキ（学名：Ｍｏｒｉｎｇａ ｏｌｅｉｆｅｒａ Ｌａｍ）であり、カムンガイ、カモンガイ、マルンガイなどと呼ばれることもあるが、一般にはモリンガと称される。モリンガは食材その他として熱帯および亜熱帯で広く栽培されており、その種子は食用に供されるほか、圧搾して食用油を採ることができる。また圧搾後の種子ケーキは水を浄化するための凝集剤として使用することができるが、本発明では圧搾せずに使用してよい。

本発明によれば、モリンガの種子は粒径０.５ｍｍから１.０ｍｍに粉砕されている粉末を含む。成形体中への分散性の観点から、モリンガの種子は例えば粉砕機を用いて粉砕し、目開き１ｍｍの篩でスクリーニングして、１.０ｍｍまたはそれ未満の粒径を有する粉末として使用することができる。粉砕されない種子が含まれている場合には、この濁水処理用濾過材料を後に水辺の植生基盤などに再利用したときに、モリンガの発芽を期待できる。

またモリンガの種子の充填量は、成形体１ｍまたは１０ｋｇ当たり０.５ｋｇから１.５ｋｇの量とすることができる。０.５ｋｇより少ないと浄化能力が十分でなく、また１.５ｋｇを超えると充填が困難になってくる。

本発明の別の側面によれば、上記のように成形体と成形体に充填されたモリンガの種子を含む濁水処理用濾過材料は、特に土木工事により生じる濁水を浄化するために設置される濁水処理設備、例えば濁水処理用の掘池において好適に使用される。１つの例では、濁水処理池は河川などの工事現場付近に掘削して設けられるが、本発明に係る濁水処理用濾過材料は乾燥植物体を用いて形成されていることから、工事終了後にそのまま放置したり埋設したりしても、環境問題を生じさせることはない。また上記のように、水辺の植生基盤などに再利用することも可能である。

１つの例では、本発明の濁水処理用濾過材料は、掘池を横断して設置され、掘池を流入水側と放流水側とに区画する。この濾過材料は例えば前述のように円柱状であってよく、掘池の流入水側から放流水側に向かって複数個を段違いに積み重ねてよい。この積み重ねられた複数の濾過材料は、掘池に垂直に設けられた支持部材で支持されていてよい。

このように複数の円柱状の濾過材料を流入水側から放流水側に向かって段違いに積み重ねることにより、積み重ねた円柱状の濾過材料同士の隙間を濁水が通過する事態を回避することができる。また掘池に垂直に設けられた支持部材で支持することにより、この濾過材料を積み重ねて形成した堤の崩壊を阻止することができる。支持部材としては、透水性を有する壁及び／または複数の杭を使用してよい。

他方、濁水処理用濾過材料を長尺の角柱状に形成した成形体により構成した場合には、隣接する角柱間に隙間なく積み重ねることが可能であるから、段違いに積み重ねなくとも、同様の効果を得ることが可能になり、また段違いに積み重ねた場合には、浄化効果をより高めることが可能になる。支持部材としては同様に、透水性を有する壁、例えば所定の間隔で水を通過させる開口または窓を設けたもの、或いはエキスパンデッドメタル（またはラスメタル）を用いて形成されたものなどを使用することができ、さらにこれらの透水性を有する壁を複数本の杭で支持することもできる。

濁水処理設備は、例えば、掘削して掘池を形成する工程と、掘池を縦断するように本発明の濁水処理用濾過材料を積層配置する工程とを含む工法によって設置されてよい。また、掘池に対して浸水防止処理を施す工程と、積層配置された濁水処理用濾過材料を支持する支持部材を掘池に垂直に設ける工程とを含んでよい。浸水防止処理は、掘池に供給される濁水が地中に浸透し、浄化された後の水中に土砂が混入しないように施されるものであり、例えば掘池の底及び周りを、ビニールシートなどの防水シートで覆うか、或いは掘池の底及び周りにコンクリートなどを打設して行ってよい。

本発明の別の側面によれば、濁水処理用濾過材料は、ランダムに配置した乾燥植物体に対してモリンガの種子を混合し、混合されたモリンガの種子を含む乾燥植物体を集束して成形体を形成することを含む方法によって製造することができる。

乾燥植物体は前述のものと同様であり、例えば天然ココヤシ繊維の乾燥物を使用してよい。この乾燥植物体を、例えばマット状に床に広げることによってランダムに配置する。この配置物に対してモリンガの種子を、例えば乾燥植物体の全体に対して振りかけ、手作業やレーキなどで練るようにして全体に混ぜ込むことによって混合する。この作業は１回で行ってもよいが、モリンガの種子の所要量、例えば成形体１０ｋｇ当たり０.５ｋｇから１.５ｋｇとなる量が混合されるまで、数回に分けて繰り返されてよい。

モリンガの種子としては前述のように、粒径０.５ｍｍから１.０ｍｍに粉砕されている粉末を含むものを使用してよい。充填方法としては、例えば円柱状の成形体を形成し、次いで成形体内部にモリンガの種子を充填することも考えられるが、モリンガの種子の効果を濁水処理用濾過材料の全体に行き渡らせるためには、モリンガの種子またはその粉末を予め乾燥植物体の全体に混ぜ込み、その混ぜ込んだ乾燥植物体を成形体に加工することが好ましい。得られた成形体中には、モリンガの種子が一様に分散されて充填される。

かくして得られたモリンガの種子またはその粉末を混ぜ込んだ乾燥植物体は、集束して成形体に形成される。例えば乾燥植物体は円柱状または角柱状に圧縮整形され、乾燥植物体を用いて形成されたロープまたはネットで外周面が包囲されて形状の保持が図られる。

本発明の濁水処理用濾過材料によれば、従来の濾過材料よりも優れた浄水効果を得ることができると共に、容易に設置でき、再生使用も可能である。本発明に係る濾過材料は自然環境に悪影響を与えることがないことから、工事終了後などにおいては、当該濾過材料をそのまま土中に埋設することができる。

また一般に、ココヤシ繊維のような繊維乾燥植物体は濁水中の浮遊物質を濾過することはできても、温泉や錆水のような着色を除去することはできないが、本発明の濁水処理用濾過材料によれば色の除去や色を薄くする効果も期待できる。

本発明の濁水処理用濾過材料の１つの例を示す斜視図である。 図１の濁水処理用濾過材料を用いて構成された濁水処理設備の断面図である。 比較例の濁水処理用濾過材料による濁水処理前（ａ）と濁水処理後（ｂ）を示す写真である。 実施例の濁水処理用濾過材料による濁水処理前（ａ）と濁水処理後（ｂ）を示す写真である。

図１は、本発明に係る濁水処理用濾過材料の１つの例を示す斜視図である。濾過材料１は、乾燥植物体としてココヤシ繊維及び／またはジュートを用いて、これを長尺の円柱状に圧縮整形してなる成形体２を含む。成形体の外周面は、乾燥植物体としてココヤシ繊維及び／またはジュートを用いて形成されたネット３により包囲し、成形体の圧縮整形状態が維持されるようになっている。ネット３は成形体の両方の端部４も包囲しており、末端部からは乾燥植物体からなるロープ５が延びて、長尺方向に隣接する別の濁水処理用濾過材料の端部と結索により接続可能なようになっている。

成形体２には、粉末状に粉砕されたモリンガの種子６が一様に充填されている。このような構造を作成するための方法として、例えば、乾燥植物体としてのココヤシ繊維を床面上でランダムなマット状に展開し、粉砕機でモリンガの種子を粉砕して篩でスクリーニングし、粉砕されたモリンガの種子をココヤシ繊維のマットに振りかけ、全体に行き渡るように混練してよい。次いでこの混練物を集束し、長尺状に巻き、圧縮整形することにより、成形体２を得ることができる。その後、成形体２の外周面に乾燥植物体のロープまたはネット３を巻き回して、形状の安定化を図り、濁水処理用濾過材料１とすることができる。

図２は、図１に示す濁水処理用濾過材料と同様の濾過材料１４を複数個段違いに設置した濁水浄化設備を示す断面図である。この濁水浄化設備１０は、例えば河川工事のような土木工事の現場近くに設置される沈砂池１１において実施してよい。沈砂池とは、河川等の工事の現場付近に仮設されて、現場で生じた濁水から土砂を除去して浄化処理し、処理後の水を再度河川に放流するために設けられるものである。

図２に示すように、沈砂池１１は工事現場近くを掘削して設けた矩形の掘池１２を含み、掘池１２の内側はビニールシート１３で覆って浸水防止処理を施している。掘池１２の中央付近には、掘池１２を横断するように複数の濾過材料１４が積み重ねて配置され、掘池１２内を流入水側１５と放流水側１６とに区画している。積み重ねて配置された濾過材料１４は、その側方が複数の杭１７で支持されており、これにより積み重ねられた濾過材料１４が崩壊する事態を回避している。

流入水側１５には、現場から生ずる濁水がポンプなどによって汲み上げて供給される。この濁水は濾過材料１４を通過する間に浄化されて、放流水側１６に流れ込み、その後河川等に放流される。この場合に、１つの例では、積み重ねた濾過材料４による透水係数は、０.１〜１.０ｃｍ／ｓｅｃ程度となる。

図２に示す沈砂池１１では、濾過材料１４は流入水側１５から放流水側１６にかけて段違いに積み重ねられている。これにより積み重ねられた濾過材料１４同士の隙間を濁水が通過する事態を極力回避することができる。他方、この例では濾過材料１４は長尺の円柱状に形成されているが、角柱状に形成することも可能である。その場合には積み重ねた場合には濾過材料相互間の隙間はより僅かになるから、浄化もより効率的に行うことができる。

掘池１２に横断配置される濾過材料１４は、前述のようにココヤシ繊維のような乾燥植物体を用いて形成されており、その外周は同様の乾燥植物体のネット３により包囲されている。したがって濾過材料４が解体することはなく、長期にわたって十分な浄水効果を発揮することができる。また濾過材料１４自体が全て自然環境に悪影響を与えない材料から構成可能であることから、土木工事の完了時には濾過材料１４をそのまま土中に放置することもできる。

他方、濾過材料１４が十分に土砂を吸着した後においては、晴天下に数日間自然乾燥させれば、特に重機を用いることなく人力でも搬送が可能なようになる。その際、濾過材料１４を洗浄すれば、所期の吸着能力を回復することから、再使用または施工後の転用も可能となる。

実施例１および比較例１
＜濁水処理用濾過材料の作成＞
モリンガの種子を粉砕機で粉砕し、目開き１ｍｍの篩でスクリーニングして、１.０ｍｍ未満の粒径を有する粉末を得た。ココヤシ繊維をマット状に展開し、これにモリンガの種子粉末１ｋｇを振り混ぜて全体に一様に混練した。混練物を長さ１ｍ、直径３０ｃｍの円柱状に圧縮整形し、外周面をココヤシ繊維のメッシュで包囲して、試験用濁水処理用濾過材料（Ａ）を得た。重量は大体１０ｋｇであった。

また、モリンガの種子粉末を混入しない以外は同様にして、比較試験用の濁水処理用濾過材料（Ｂ）を得た。

＜試験方法＞
幅１.０ｍ×長さ２.５ｍの木製水槽を作成し、おおよそ中間点に濁水処理用濾過材料を設置し、濁水処理用濾過材料を通過する前の濁水の濁度と通過後の浄水の濁度を濁度計で計測した。濁水は、５００リットルの水に２ｋｇの土を入れることによって作成した。濾過に要した時間は１０分から１５分程度であった。試験結果を表１に示す。濁度の単位はＮＴＵ（比濁計濁度単位）である。

＜試験結果＞
表１

またこの試験結果を図３および図４に写真で示す。図３はモリンガの種子粉末を含まない、比較例１の濁水処理用濾過材料（Ｂ）による濁水処理前（ａ）と濁水処理後（ｂ）のサンプルを比濁計の数値と共に示している。図４は、モリンガの種子粉末を含む、実施例１の濁水処理用濾過材料（Ａ）による濁水処理前（ａ）と濁水処理後（ｂ）のサンプルを比濁計の数値と共に示している。

実施例２
新たに作成した濁水処理用濾過材料（Ａ）と同様の濁水処理用濾過材料を用いて、実施例１と同様の試験を行った。

実施例３
新たに作成した濁水処理用濾過材料（Ａ）と同様の濁水処理用濾過材料を用いて、実施例１と同様の試験を行った。また同じ濁水処理用濾過材料を繰り返して使用して、２回目および３回目の濁水通水試験を行った。結果を以下の表２にまとめて示す。

以上の測定結果に依れば、本発明による濾過材料により大幅な浄化効果が得られた。また品質は安定しており、また数度にわたって通水を行っても同様の効果が継続して得られることから、耐久性も十分であることが確認された。

１ 濁水処理用濾過材料
２ 成形体
３ ネット
４ 端部
５ ロープ
６ モリンガの種子
１０ 濁水処理設備
１１ 沈砂池
１２ 掘池
１３ ビニールシート
１４ 濾過材料
１５ 流入水側
１６ 放流水側
１７ 杭

Claims (9)

1. 乾燥植物体が集束された成形体と、成形体中に充填されたモリンガの種子を含み、モリンガの種子は粒径０.５ｍｍから１.０ｍｍに粉砕されている粉末を含み、且つ、成形体１０ｋｇ当たり０.５ｋｇから１.５ｋｇの量で充填されている、土砂を含む濁水を浄化するための濁水処理用濾過材料。
2. 前記成形体は長尺状に圧縮整形されており、乾燥植物体を用いて形成されたロープまたはネットで外周面が包囲されている、請求項１記載の濾過材料。
3. 前記濾過材料は円柱状に形成されている、請求項１または２記載の濁水処理用濾過材料。
4. 前記濾過材料は角柱状に形成されている、請求項１または２記載の濁水処理用濾過材料。
5. 乾燥植物体は、少なくともココヤシ繊維及び／またはジュートを含んで形成されている、請求項１から４のいずれか１に記載の濁水処理用濾過材料。
6. ランダムに配置した乾燥植物体に対してモリンガの種子を混合し、混合されたモリンガの種子を含む乾燥植物体を集束して成形体を形成することを含み、モリンガの種子は粒径０.５ｍｍから１.０ｍｍに粉砕されている粉末を含み、且つ、成形体１０ｋｇ当たり０.５ｋｇから１.５ｋｇの量で混合される、濁水処理用濾過材料の製造方法。
7. 成形体は円柱状または角柱状に圧縮整形され、乾燥植物体を用いて形成されたロープまたはネットで外周面が包囲される、請求項６に記載の製造方法。
8. 掘池と、掘池を横断して設置されて掘池を流入水側と放流水側とに区画する濾過材料を含む濁水処理設備であって、濾過材料が請求項１から５のいずれか１項記載の濁水処理用濾過材料である、濁水処理設備。
9. 濾過材料は複数段違いに積み重ねられて設置され、掘池に垂直に設けられる支持部材で支持されている、請求項８記載の濁水処理設備。