JPH0760279A - 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Info
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Abstract
れた場合、pHの緩衝能が大きい水処理材と、その効果
を発揮する水処理材を得るのに適した製造方法を提供す
る。 【構成】 ワラストナイト及びアノーサイトを少なくと
も含有する成形物からなる水処理材であって、50〜1
000μmの範囲の大孔径と0.1〜10μmの範囲の
細孔径を有する2種の空隙を保有せしめる。この処理材
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
で焼成することによって得られる。
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
孔分布状態を示す線図。
を示す線図。
に蒸留水(比較例2)のpHの経時変化を示す線図。
図。
Claims (7)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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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