JPH11197682A

JPH11197682A - 環境浄化用造粒物

Info

Publication number: JPH11197682A
Application number: JP10004089A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Fuchu; 裕一府中; Ichiro Hachitani; 一郎蜂谷
Original assignee: Ebara Corp; Tohto Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Tohto Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1998-01-12
Filing date: 1998-01-12
Publication date: 1999-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】限りある資源を有効に利用し、同時に廃棄物
を削減しようとするものであるとともに、吸着能力も優
れたろ過用充填材となり得る環境浄化用造粒物を提供す
る【解決手段】少なくとも廃鋳物砂と活性炭とを混練
後、造粒し、還元雰囲気で焼成した環境浄化用造粒物を
ろ過用充填材とすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水処理及びガス処理
で使用される処理材に関し、更に詳しくはろ過用充填材
（例えば、生物膜ろ過用充填材）、吸着材に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の地球環境問題に関連して、より一
層の省エネルギー策の推進に取組むことが求められてい
る。具体的な問題に関連して、廃棄物処理、リサイクル
などの技術革新が必要である。例えば、下水処理水の再
利用の必要性が強く望まれている。下水処理水を浄水と
して再利用するには高度な浄化が必要である。下水の浄
化装置に用いられているろ過用充填材( ろ過材と略す場
合もある）として砂、アンスライト（無煙炭）、吸着材
として活性炭、生物担体としてウレタンフォーム、発泡
スチロールなどが環境浄化用充填材として利用されてい
る。上記環境浄化用充填材の従来品は、天然材と人工材
に分類できる。天然材はそれぞれの用途に見合う基準に
従って、素材が選定されている。たとえば、砂やアンス
ライトであれば水道施設設計指針・解説（日本水道協
会）がある。一方、人工材である活性炭は椰子や石炭を
原料とし、炭化工程から賦活工程を経て製造されてい
る。ウレタンフォームや発泡スチロールは生活用品とし
て極く普通に使用されているものを転用している。いず
れの場合も、地球上の資源を使用している。

【０００３】一方、鋳物業界においては、鋳物工程にお
いて、使用済み鋳物砂型を開枠した砂が多量に発生す
る。鋳物を造る際の型枠として使われる鋳物砂は環境用
充填材の砂と同じように素材選定のうえ、接着剤を添加
して作られるが、資源の有効利用と廃棄物削減のために
一度使用した鋳物砂を再利用している。この鋳物砂の再
利用は鋳物砂を解砕して砂を回収しているが、３０％程
度はダスト（廢鋳物砂）になり、廃棄物として埋め立て
処分していた。

【０００４】このような微粉鋳物砂を埋め立て処理など
するためにはかなりの費用を要するだけでなく、埋め立
て場所にも限界がある。上記の廃鋳物砂の再利用とし
て、この廢鋳物砂だけを造粒し、多孔質焼結体を充填材
として使用し、土壌改良材、水質浄化材および植物生育
用人工土壌に用いられることがある。しかしながら、吸
着性能において、若干問題があり、所望の微量有機物の
除去ができないことがあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】下水処理水などの有機
物残存水を浄水として再利用するには高度な浄化が必要
である。このためには優れた浄化装置、即ち、装置の構
成と同時に用いられているろ過用充填材の良否が重要で
あり、更に、優れた性能を有し、低コストで得られる環
境浄化用造粒物の開発が望まれている。

【０００６】従って、本発明の目的は、限りある資源を
有効に利用し、同時に廃棄物を削減しようとするもので
あるとともに、吸着能力も優れたろ過用充填材となり得
る環境浄化用造粒物を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的は下記
の構成により達成された。（１）少なくとも廃鋳物砂と活性炭とを混練後、造粒
し、還元雰囲気で焼成し、かつ粒径分布調整したことを
特徴とする環境浄化用造粒物。（２）粒径が０．６〜１０ｍｍの範囲であることを特
徴とする前記（１）に記載の環境浄化用造粒物。（３）造粒剤を添加して造粒したことを特徴とする前記
（１）に記載の環境浄化用造粒物。

【０００８】本発明の環境浄化用造粒物は、廃鋳物砂を
再利用するものであり、資源の節約と廃棄物の削減に寄
与するものであり、非常に融点の高い硅砂（ＳｉＯ₂）
を主成分とする微粉廃鋳物砂と吸着性能の優れた活性炭
の混合物を含有する多孔質粒子であるため、環境浄化用
造粒物として利用する際、ろ過効率の向上や生物付着効
率の向上につながる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を説明す
るが、本発明はこれに限定されない。本発明の環境浄化
用造粒物の製造に使用される微粉砂は、使用済み鋳物砂
型の開枠の際及びそれによって生ずる砂の再生処理の際
に得られる微細な砂であって、鋳物砂として再使用でき
ないほど微細な砂である。一般に鋳物砂型には、硅砂、
粘土、澱粉、植物性油、炭素などから形成される生砂型
と、硅砂、有機バインダー樹脂から形成される有機砂型
がある。鋳造工程に使用された砂型は開枠され、また再
生処理されて、得られる約１００メッシュ以下、好まし
くは２００メッシュ以下の微細な砂が、本発明の環境浄
化用造粒物の原料として使用される。１００メッシュ以
上の粒子が混入すると、造粒後の粒子結合力が弱まるた
め好ましくない。この微細粉には、生砂型のみから得ら
れるものの他に、これと少量の有機砂型から得られるも
のとの混合物を含み、例えば次のような鉱物成分を含
む。ＳｉＯ ₂７５．０〜８５．０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃６．
０〜１３．０重量％、Ｆｅ₂Ｏ₃１．０〜３．０重量％、
Ｎａ₂Ｏ１．０〜２．５重量％、Ｋ₂Ｏ０．５〜１．０重
量％、ＣａＯ１．０〜２．０重量％、ＭｇＯ１．０〜
３．０重量％、ＴｉＯ₂０．１〜０．３重量％含む。そ
のほかにも、有機バインダー樹脂、澱粉、植物性油、炭
素などを鉱物成分の合計１００重量部に対して合計で
２．４〜３．６重量部含有していてもよい。

【００１０】本発明の環境浄化用造粒物の製造におい
て、具体的には例えば、前記廃鋳物砂に活性炭を入れ、
ニーダなどの混練機で十分に混合する。この時、活性炭
は粒状のものでもよいが、１００メッシュ以下に粉砕し
ておけば、混合がよく、造粒剤が節約できたり、製品の
ばらつきが少ないなどの利点がある。その後、ベントナ
イト、水ガラスやタールもしくは粉砕したピッチなどの
造粒剤を添加し、ニーダなどの混練機で廃鋳物砂と造粒
剤が十分に混合されるまで練り混む。この時、混練機は
活性炭混合時のものと同一のものでも良いし、別のもの
でも良い。

【００１１】これをパン型造粒機や流動層型造粒機にお
いて、所定の大きさに造粒する。造粒物は、好ましくは
自然乾燥あるいは熱などにより強制乾燥した後、電気
炉、重油炉などで所定時間焼成する。造粒物を８００℃
から１０００℃において還元雰囲気で焼成することによ
って工業的に製造できる。焼成時間は、５０〜７０分が
よい。この時、廢鋳物砂には砂の細粒径だけでなく、型
作りのための接着剤が混入しているので、焼成時にこの
接着剤が炭化し、当該造粒物に穴があき、多孔質とな
り、環境浄化用造粒物として利用する際、ろ過効率の向
上や生物付着効率の向上や生物付着効率の向上につなが
る。さらに、水蒸気を添加すれば、接着剤の炭化物が賦
活され、吸着能力の向上になる。

【００１２】本発明で使用する活性炭としては、市販の
粉末活性炭でもよいが、活性炭製造工程で発生するふる
い下や集塵ダストで集められたものを使用すると、資源
の節約、廃棄物削減のうえでさらに効果的である。前記
廃鋳物砂に対する活性炭の混合割合は両者の混合物の２
〜５０重量％の範囲であり、好ましくは５〜３０重量％
の範囲である。２重量％未満では吸着性能が殆どなく、
５０重量％を超えて多くなると造粒物の強度が低下し、
共に不適である。

【００１３】ろ材の有効径は０．６〜１０ｍｍの範囲が
良く、製造時の造粒や、均一な充填を考慮すれば、球状
または円柱状が好ましい。０．６ｍｍより小さいと、ろ
材層は頻繁に目詰まりを起こしやすくなり好ましくな
い。１０ｍｍより大きいと、微生物が着床する有効面積
や反応面積が少なくなる。その結果、原水の十分な浄化
ができなくなって好ましくない。

【００１４】このようなろ材は、図２に示すような生物
膜ろ過装置で使用することができる。図３は図２に示す
生物膜ろ過装置を構成するろ床塔１の断面図である。図
３に示すように、下部に砂利２０を充填して支持層２を
形成し、その上に多数のろ材２１を重ねて充填してろ材
層３を形成し、ろ床塔１を設けてある。図２に示すよう
に、ろ床塔１内の上部には、沈殿池からつながっている
２次処理管４の吐出口が開口している。支持層２の内部
にはろ水中に空気酸素を放出する通気管５が多数開口し
ている。この通気管５は、ろ床塔１に併設した通気ブロ
ワ６から延びてきている。ろ床塔１の下部からは、処理
水を貯留する処理水槽７にまで送水する吐出管８が延び
ている。

【００１５】ろ床塔１にはろ材２１の洗浄装置も併設し
てある。すなわち、処理水槽７には逆洗ポンプ９を設け
てあり、必要に応じて処理水槽７内の貯留水をろ床塔１
の吐出管８を通じてろ床塔１内に逆流させられるように
なっている。また、ろ床塔１には、ろ床塔１の支持層２
内に洗浄用の気泡を含む大量の洗浄水を吹き出す空洗ブ
ロワ１０を設けてあり、洗浄水があふれてろ床塔１内の
水位が一定の高さに達すれば越流水を排出する排水トラ
フ１１がろ床塔１の最上段に設けられている。排水トラ
フ１１は逆洗排水槽１２とつながり、越流水は、逆洗排
水槽１２を経由して図示外の沈殿池である２次処理工程
まで戻るようになっている。

【００１６】このような生物膜ろ過装置は以下のように
して使用するとよい。沈殿池で比重の大きい汚染物質を
除去した２次処理水（原水）をろ過塔１に導入するとと
もに、更に２次処理管４を通じて上部から連続的に流し
込む。２次処理水は、ろ材層３でろ材２１と接触しなが
ら下降し、吐出管８を経由して処理水槽７に貯留され
る。通気ブロワ６から通気管５を経由してろ床塔１内に
大量の空気を送り込む。こうすると原水は酸素濃度が上
昇し、ろ床塔１内は好気的に保たれる。原水中に好気性
汚染成分分解性微生物が含まれていればろ材２１に着床
する。図４はろ材層３の空気の流れを示す図である。図
４に示すように水面２２の下で気泡２３はろ床塔１内を
上昇し、原水は下降する。両者は向流関係にあり、気泡
２３はろ材２１に衝突しながら曲がりくねって上昇す
る。気泡２３の滞留時間は長くなる。好気性汚染成分分
解性微生物は、こうした大量の酸素と原水中の汚染成分
とを養分にして増殖し、原水中の汚染成分を分解する。
溶解性物質は除去され、アンモニア性窒素は硝化し、Ｂ
ＯＤ（生物学的酸素要求量）、ＣＯＤ（化学的酸素要求
量）を低下させ、臭気度、色度を下げ、大腸菌の数を減
らす。

【００１７】ろ材層３が目詰まりを起こし、通過する水
の流れが悪くなると、下部から逆流させる形にろ床塔１
内に処理水槽７内の貯留水を送り込み、同時に気泡を含
む洗浄水を空洗ブロワ１０からも送り込む。こうすると
分解されないでろ材層３に堆積していたＳＳあるいは増
殖しすぎた好気性汚染成分分解性微生物などが除去され
る。排水トラフ１１から逆洗排水槽１２に流れ込み、ろ
床塔１内の堆積物の総量は減少する。

【００１８】従来、ろ材２１としてはアンスラサイトが
一般に使われていたが、アンスラサイトは、特にその交
換初期において多量の微粉カスが発生する。粒状のアン
スラサイトに混じるこうした微粉カスは、アンスラサイ
トをろ材２１として用いた場合、ろ材層３の目詰まりの
原因になる。したがって、アンスラサイトをろ材２１と
して用いる場合、何回も何回も洗浄してこうした微粉カ
スをあらかじめ除去しなければならない。ろ床塔１の運
転中、ろ材層３が目詰まりを起こすと処理水槽７内の貯
留水を逆流させてろ材２１を洗浄するが、その他にろ材
交換時に繰り返し初期洗浄が必要となる。これは生物膜
形成に不利である。ろ材層３の洗浄作業の頻度は増加
し、装置全体としてのろ過継続時間が短くなる。本発明
の環境浄化用造粒物である廢鋳物砂と活性炭とを主成分
とした充填材にはアンスラサイトよりも硬度があり、互
いに衝突しあっても微粉カスの発生率は少なく、目詰ま
りを解消するための洗浄頻度を下げることができる。以
上は、水処理に対する適用例であるが、生物脱臭装置の
充填材などガス処理に対しても効果的である。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を実施例によって、更に具体的
に説明するが、勿論本発明の範囲は、これらによって限
定されるものではない。〔実施例１〕図１は本発明の実施例１で使用するろ過装
置の概念を示す図である。図１に示すような内径φ１６
０ｍｍ、高さ１２０ｃｍの塩化ビニル製の試験用カラム
（ろ床塔１）を２塔使用し、ろ材層３として、その一方
に本発明の環境浄化用造粒物を充填し、他方には破砕状
のアンスラサイトを充填した。ろ材層３の厚さは１００
ｃｍとした。粒径はいずれも２．０ｍｍ、均等係数は
１．２だった。本発明の環境浄化用造粒物は次のように
して製造した。すなわち、使用済みの鋳物有機砂型から
２００メッシュ以下の微粉砂を採取し、使用済みの鋳物
生砂型から２００メッシュ以下の微粉砂を採取した。有
機砂型から採取した微粉砂を２％、生砂型から採取した
微粉砂を９８％の割合で混合した混合廃鋳物微粉砂と、
１００メッシュ以下に粉砕した活性炭とを、混合廃鋳物
微粉砂／活性炭＝８５／１５の割合で混合し、さらに有
機バインダー樹脂、澱粉、植物性油を（混合廃鋳物微粉
砂／活性炭）成分１００ｇに対し合計で２．５７ｇ含有
するように添加した。次いで水を加えて混練し、造粒機
で球状に造粒して乾燥、その後Ｎ₂還元下で８００℃で
７０分間焼成した。

【００２０】このようなろ床塔１を使用し、一日あたり
の通水ＬＶ（線速度）を２００ｍ／日として汚染水（池
水）の浄化実験を行い、ＢＯＤの除去、ＳＳ除去を見
た。浄化実験の結果、通水開始約１０時間後の本発明の
環境浄化用造粒物を充填したカラムでの処理水はＳＳ
０．８ｍｇ／リットル、ＢＯＤ２ｍｇ／リットル以下、
ＣＯＤ２．４ｍｇ／リットルであった。なお、アンスラ
サイトを充填したカラムでの処理水の水質はＳＳ２．１
ｍｇ／リットル、ＢＯＤ３．２ｍｇ／リットル、ＣＯＤ
３．６ｍｇ／リットルであった。上記の結果から、本発
明のろ材は、アンスラサイトを使用した場合に比べ、急
速ろ過後の水質は良好であり、ろ材の表面が凹凸なの
で、ＳＳ除去性能が高く、かつＢＯＤやＣＯＤの有機物
除去率が高いという効果があることが分かった。

【００２１】〔実施例２〕図２は本発明の実施例２で使
用する生物膜ろ過装置の概念を示す図である。図２に示
すような内径φ３００mm、高さ４５００ｍｍの塩化ビニ
ル製のカラム（ろ床塔１）を２塔使用し、ろ材層３とし
て、その一方に本発明の環境浄化用造粒物を充填し、他
方には破砕状のアンスラサイトを充填した。ろ材層３の
厚さは２００ｍｍとした。粒径はいずれも３．０ｍｍ、
均等係数は１．２だった。このようなろ床塔１を使用
し、一日あたりの通水ＬＶ（線速度）を１２０ｍ／日と
して汚染水（下水二次処理水）の浄化実験を行い、ＢＯ
Ｄの除去、ＳＳ除去の比較を見た。浄化実験の処理結果
を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】上記の結果から以下のことが分かった。本
発明のろ材は、アンスラサイトを使用した場合に比べ、
処理水質が良好なうえに、ろ過継続時間も延長できるこ
とが判った。つまり、本発明のろ材は表面が凹凸で、か
つ多孔質であり、その上、活性炭の細孔も有するので、
多様な微生物を数多く保持できたためと推測される。

【００２４】

【発明の効果】本発明の環境浄化用造粒物は、廃鋳物砂
を再利用するものであり、資源の節約と廃棄物の削減に
寄与するものであり、非常に融点の高い硅砂（Ｓｉ
Ｏ₂）を主成分とする微粉廃鋳物砂と吸着性能の優れた
活性炭の混合物を含有する多孔質粒子であるため、環境
浄化用造粒物として利用する際、ろ過効率の向上や生物
付着効率の向上につながる。また、砂ろ過に比べて、ろ
材の表面が凹凸なので、ＳＳ除去性能が高く、かつろ材
のろ過閉塞が少なく、ろ材洗浄も確実にできること、更
に、吸着性能があるので、微量有機物を除去でき極めて
高い実用性を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ろ過装置の概念を示す図である。

【図２】生物膜ろ過装置の概念を示す図である。

【図３】ろ床塔の断面を示す図である。

【図４】ろ材層の空気の流れを示す図である。

【符号の説明】

１ろ床塔２支持層３ろ材層４被処理水（２次処理水）５通気管６通気ブロワ７処理水槽８吐出管９逆洗ポンプ１０空洗ブロワ１１排水トラフ１２逆洗排水槽２０砂利２１ろ材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも廃鋳物砂と活性炭とを混練
後、造粒し、還元雰囲気で焼成したことを特徴とする環
境浄化用造粒物。
【請求項２】粒径が０．６〜１０ｍｍの範囲であるこ
とを特徴とする請求項１記載の環境浄化用造粒物。
【請求項３】造粒剤を添加して造粒したことを特徴と
する請求項１記載の環境浄化用造粒物。