JPS63224788A - 水の浄化処理工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、川、湖、海の水底に堆積した汚泥層より重金
属類が溶出して水質が汚染し、また堆積汚泥層よりガス
、臭気が発生するのを防止して酸欠状態を防止し、若し
くは水中に溶解している微粒子コロイドの懸濁物、水中
で大量に繁殖する青粉、赤潮等を凝集沈毅させて透明度
を向上させると共に酸欠状態を解消する水の浄化処理工
法に関する。

従来の技術 産業廃水、生活排水等が川、湖、海に流入することによ
り、その中に含まれている固形有機物が水中にて分解作
用を受けながら沈降し、その一部が堆積して汚泥層、所
謂、ヘドロ層として形成される。このヘドロ層の有機物
の再懸濁、分解等、無機化に進行中に窒素化合物、炭化
水素類が発生し、また重金属が溶出し、水質の悪化及び
臭気による公害をもたらしている。

従来、上記ヘドロ層は浚渫船により除去している。また
海のように面積の広い箇所では浚渫による除去には限界
があるので、ヘドロ層を砂層により被覆している。

発明が解決しようとする問題点 しかし、浚渫船によりへｌ・口層を除去する工法では、
多大な時間を要し、特に川、湖においては中央部のヘド
ロ層を除去することはできても、岸に沿った部分のヘド
ロ層を除去することはでさない。また浚渫船を使用でき
ない場所ではヘドロ層を除去することはできない。また
ヘドロ層を砂層により被覆する工法では、砂層により有
機物等をある程度、除去することはできるか、かなりの
量は砂層を通って水中に懸濁し、しかも臭気、ガスにつ
いては全く除去することができない。また砂層が波によ
り浸食され、その都度補わなければならず、膨大な工事
費を要する。

これらの問題点を解決するには、吸着剤により処理する
ことも考えられるが、従来、用いられている吸着剤であ
る活性炭や合成ゼオライト等はいずれも高価であり、ヘ
ドロ層の大量処理に用いるには膨大な費用を要し、また
活性炭は液中での吸着効率に劣るので、ヘドロ層の処理
に用いることはできない。また従来、水中に溶解してい
る微粒子コロイドの懸濁物、青粉、赤潮等を効果的に処
理する方法は無く、水の透明度に劣るだけでなく、特に
青粉、赤潮が大量に発生すると、酸欠状態になり、魚介
類が死滅するに至るが、放ＦＪ　Ｌでいるのが実状であ
る。

そこで、本発明は、短期間で、しかも比較的安い工事費
で、堆積汚泥層より生じる公害の原因を除去することが
でき、また水の透明度を向」−させることができると共
に、比較的簡単に酸欠状態を解消することができるよう
にした水の浄化処理工法を提供しようとするものである
。

問題点を解決するための手段 そして上記問題点を解決するための本発明の技術的な手
段は、疎水性吸着性及び親水性吸着性を有すると共に電
荷を有し、造粒連続孔体である吸着剤を散布して水底に
敷均し、水底の堆積汚泥層より溶出する重金属類及び堆
積汚泥層より発生するガス、臭気を吸着剤に吸着させ、
若しくは水中に溶解している微粒子コロイドの懸濁物、
水中で大量に繁殖する青粉、赤潮等を凝集沈澱させるよ
うにしたものである。

作用 上記技術的手段による作用は次のようになる。

吸着剤は疎水性吸着と親木性吸着の性能、即ち液相、気
相の両方の吸着性能を持つと共に電荷を持っているので
、この吸着剤を散布し、水底に敷均することにより水底
の堆積汚泥層より溶出する重金属類、堆積汚泥層より発
生する窒素化合物、炭化水素類、ガス、臭気を吸着する
ことができ、若しくは水中に溶解している微粒子コロイ
ドの懸濁物、水中で大量に繁殖する青粉、赤潮等を吸着
剤の電荷により凝集性Ｖさせ　“ることかできるので、
水質の汚染等、公害の原因を除去し、若しくは水の透明
度を向上させ、酸欠状態を解消することができる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図は本発明を湖に実施した一例を示す概略説明図で
ある。

第１図において、１は水、２は水１の底に堆積した汚泥
層であるヘドロ層、３は陸である。

上記水１上で船体４を低速で移動させながら船体４上に
積載した散布機５により吸着剤６を水１中に散布する。

一方、陸３上で車体７を順次移動させながら車体７上に
積載した散布機８により吸着剤６を水１中に散布する。

そしてヘドロ層２上に吸着剤６を均一に敷く。

−１；記吸着剤６は疎水性吸着性及び親水性吸着性を有
すると共に電荷を有している。この吸着剤６の詳細につ
いて説明すると、吸着剤６は、石炭フライアッシュ及び
セメントを主原料とし、塩化アンモニウム、塩化カリウ
ム、塩化マグネシウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウ
ム、硫酸ナトリウム、クエン酸及び塩化コバルトを添加
し、５１０４・Ａ　１２０４の四面体が酸素原子を共有
して酸素環を形成し、これを連続させた三次元骨組構造
となり、−１価の電荷を持った造粒連続孔体であり、必
要に応じて電磁場が与えられ、また必要に応じて表面に
過マンガン酸カリウムが担持される。

そして主原料である石炭フライアッシュ１０００ｋｇ、
！＝−ｔ＝メｙ４５０〜２００ｋｇに対し、塩化アンモ
ニウム０．０４〜０．０５％、塩化カリウム０．０７〜
０．０９５％、塩化マグネシウム０．０１５〜０．０２
％、塩化ナトリウム０．０１５〜０．０２％、塩化カル
シウム０．０１５〜０．０２％、硫酸ナトリウム０゜０
０１〜０．００２％、クエン酸０　、　ｏ　ｏ　。

５〜０．００１％、塩化コバルトｏ、ｏｏ。

ｌ〜０．０００２％の配合比で用い、電磁場を与える場
合には、カオリンナイト５〜２０％、醇化バリウム０．
００１〜０．０１％の配合比で用い、また過マンガン酸
カリウムを用いる場合には、０．００２〜０．０１％の
配合比で用いる。

石炭フライアッシュとセメントの水溶液による混合によ
りセメントが液相の時にカルシウムイオン反応を活発に
させると共に、セメントの固化反応を阻害している高分
子化合物であるフミン酸等を塩化アンモニウム、硫酸ナ
トリウム、クエン酸と反応させて除去し、石炭フライア
ッシュの主成分である５ｉＯｚ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ１
Ｋ　、　Ｎａの粒子とセメントのカルシウムとを反応さ
せてセメントの水和凝結反応を正常にする。

塩化ナトリウム、塩化カリウムの働きによりセメントの
カルシウムイオンに浸透性を与えることにより凝結され
た硬化体はセメント固化物とは逆の造粒連続孔体となる
。このとき、塩化カルシウムをセメントと反応させるこ
とによりセメントの水利凝結時間を短縮させることがで
き、カルシウムイオンと塩化マグネシウムを反応させる
ことによりセメントの収縮を防止することができ、塩化
コバルトを用いることにより」−記者反応を活発化させ
ることができる。この造粒連続孔体の化学組成は５ｉ０
２５０〜７０％、Ａｌｚ０３１０〜３０％、ＭｇＯ２〜
３％、Ｃａ０１０〜２０％、Ｎａ５〜１０％であって、
５ｉ０４＊　　Ａ１２昨四面体が酸素原子を共有して酸
素環を形成させ、これを連続させた三次元骨組構造とな
り、孔径が５０Ａ〜３００人で比表面積が１０ｍ’／ｇ
〜１５ｍ’／ｇとなり、この中の幾つかのＳｉがＡＩで
置換されることにより一１価の電荷を生じ、これを中和
する形でＮａ　、　Ｋ　、　Ｃａ　　寺の陽イオンを内
部に有するアルミケイ酸化合物となる。この造粒連続孔
体の製造に際し、必要に応じ電磁場が与えられるが、こ
のとき、カオリンナイトと酸化バリウムにより電磁場を
与えたときの磁力の持続力の低下を防止することができ
る。また造粒連続孔体の表面に過マンガン酸カリウムを
担持させることにより臭気の離脱を防止し、造粒連続孔
体の比表面積を増大することができる。

ここで、塩化アンモニウムが０．０４％より少ないと過
マンガン酸カリウムを除く各成分が溶解し難く、０．０
５％より多いと造粒連続孔体の強度が低下する。塩化カ
リウムが０．０７％より少ないとセメントのカルシウム
イオンの浸透能力に劣り、０．０９５％より多いと溶解
し難いばかりでなく、カルシウムイオンに浸透性を与え
る効果が向上しない。塩化マグネシウムが０．０１５％
より少ないと造粒連続孔体に収縮クラックが発生し、０
．０２％より多いと造粒連続孔体が膨張する。塩化ナト
リウムが０．０１５％より少ないとセメントのカルシウ
ムイオンの浸透能力に劣り、０．０２％より多いと溶解
し難いばかりでなく、カルシウムイオンに浸透力を与え
る効果が向上しない。塩化カルシウムが０．０１５％よ
り少ないと、造粒連続孔体の強度を促進させることがで
きず、０゜０２％より多いと破水現象により造粒連続孔
体を破壊するおそれがある。硫酸すトリウムが０．００
１％より少ないとセメントを急速硬化させることができ
ず、０．００２％より多いとセメントの強度の長期安定
性に劣る。クエン酸が０．０００５％より少ないと過マ
ンガン酸カリウムを除く各成分が溶解し難く、０．００
１％より多いと造粒連続孔体の強度が低下する。

塩化コバルトが０．０００１％より少ないと過マンガン
酸カリウムを除く各成分のイオン活動を活発にすること
ができず、０．０００２％より多いと効果が向上しない
ばかりでなく、高価となる。また必要に応じて添加する
カオリンナイト、醇化バリウム、過マンガン酸カリウム
の中、カオリンナイトが５％より少ないとアルミ成分及
び微量元素が不足して置換能力が低下し、２０％より多
いと配合比でＡＩｚＯａが不足して効力が低下する。酸
化バリウムがｏ、ｏｏｔ％より少ないと電磁場を与えた
ときに磁力の永続性が無くなり、０．０１％より多いと
効力が低下するばかりでなく、高価となる。過マンガン
酸カリウムが０．００２％より少ないと酸化能力に劣り
、０．０１％より多くしても効果が向」ニしない。

また主原料である石炭フライアッシュ中に含まれる５ｉ
Ｏｚ、Ａ　Ｉ２０ａの成分が不足する場合にはベントナ
イト、粘土により補充し、また造粒連続孔体としての強
度を大きくする必要がある場合にはセメント量を増し、
骨材として砂を用いればよく、この場合、砂は石炭フラ
イアッシュ１０００ｋｇに対し、２０〜４０％用いるの
が望ましい。

」二記吸着剤６はミクロ孔とマクロ孔による造粒連続孔
体に構成されているので、水、気体を良好に流通させる
ことができ、しかも全体として空隙、即ち比表面積が大
きい。また疎水性吸着と親木性吸着の性能、所謂、液相
、気相両方の吸着性能を持つと共に、Ｎａ＋、　Ｋ”、
Ｃａ”＋等の陽イオンを電気的に捕捉している。而して
吸着剤６と接触している廃液等の中に含まれている各種
金属イオンが多数のミクロ孔、マクロ孔に入り込み、電
気的に捕捉されている陽イオンとイオン交換されて吸着
される。例えばＧａ”＋イオンを含む溶液がＮａ＋イオ
ンを電気的に捕捉している本発明に用いる吸着剤６と接
触した場合、下記の交換反応を示す。

２　Ａ　＋　Ｎａ　　＋　Ｃａ　　＋ＡｚＣ：ａ＋　２
　Ｈａまた廃液等の中の臭気も多数のミクロ孔、マクロ
孔に入り込んで吸着され、過マンガン酸カリウムにより
その吸着された臭気の離脱を防止することができる。ア
ルカリ悪臭成分と酸性悪臭成分に対する本発明に用いる
吸着剤６の反応式を下記に示す。

〔アルカリ悪臭成分に対する反応式〕

ＮＨ３＋Ａ−ＨＮＨ４−Ａ （ＣＨＪ）３　＋Ａ−Ｈ−−→（ＣＨ３）３　ＮＨ−Ａ
Ｈ２Ｓ　＋　Ｂ　−ＯＨＢ−ＨＳ　＋　Ｈ２０Ｃ）＋３
　ＳＨ＋Ｂ−ＯＨ−一→ＣＨ３５−Ｂ＋ＨｚＯ〔酸性悪
臭成分に対する反応式〕 ＮＯ＋ＫＭｎＯ＊　　　　　　ＫＮＯ３＋Ｍｎ０ｚ３Ｈ
２Ｓ＋８ＫＭｎＣ１＋−一→３に２ＳＯ４＋８ＭｎＤ２
＋２ＫＯＨ＋２ＨｚＤＣＨ３ＳＨ＋２ＫＭｎＯ＋−−→
ＣＨ３ＳｉＯ３に＋２Ｍｎ０２＋ＫＯＨ３（ＯＨ３）Ｚ
　Ｓ　”４ＫＭｎＯ４＋２Ｈｚ　Ｏ−＋　３　（ＣＨ３
）２　ＳＯｚ＋４Ｍｎ０ｚ　＋４　ＫＯＨまた本発明に
用いる吸着剤６は上記のように水中に散布することによ
り水１の性質を軟化させながら沈降し、その時に水中の
懸濁物、若しくは青粉、赤潮を電荷の力によって凝集沈
澱させることができる。

また本発明に用いる吸着剤６に上記のように電磁場をケ
えることによって上記の本来の吸着効果、凝集沈澱効果
を促進させることができ、これにより長期的に水を浄化
させる。即ち、単独水分子の構造は分子中に存在する１
　−０個の電子（５対）のうち、１対の電子（内部）は
酸素接近くに配置され、残り４対の電子（外部）のうち
、１対は酸素核と個々の陽子との間に共有され、他の２
対は非分割のまま残り、陽子と反対側の四面体頂点を占
める。このように水はその中に水素結合の釦が存在する
協同系であるので隣接分子との水素結合を容易にする。

そして木は常に溶解したミクロ不純物を含有し、水分子
とその化合物や水利イオン、或は不純物のミクロ粒子が
一定のエネルギーに相当する振動移動を行っているが、
この系に最適周波数の電磁場が作用すると、上記結合を
ひずませて構造特性を変化させ、エネルギーの発生を伴
う共振が可能になる。電磁場による水口体の性質の変化
は水分子の原子価角を変化させる。即ち分子の双極子モ
ーメントの増大と分子間相互作用を変化させ、それらの
重合体を粗大化させる。水の磁化率は正分極磁気のベク
トルと負の反磁成分の総和である分子相互間の結合の強
化につれて増大し１分子の磁化度はその化学的ポテンシ
ャルが大きいほど大きくなる。ΔＦ＞Ｏのときは偽欠陥
内の水の磁化度が偽骨格内よりも大きい。ΔＦ＞Ｏの時
は逆の相互関係が成立する。

電磁場の作用化における磁化度の差は分子の分布の変化
をもたらし、これが水中の化学反応の進行条件に影響を
与える。従って電磁場の作用は水の構造や水和能力を増
大させることができ、親木性、疎水性吸着の性能を持ち
、電磁場を与えた造粒連続孔体は水が含有している重金
属イオン、臭気、ガスに対し吸着効果があり、ミクロコ
ロイド、青粉、赤潮等に対し凝集沈澱効果がある。

」−記吸着剤６は、川、湖、海における水量の０．０５
〜５％の範囲で平均的に敷くのが望ましい。０．０５％
より少ないと、重金属類、ガス、臭気の吸着効果、若し
くは水中懸濁物、青粉、赤潮等の凝集法Ｖ効果が充分で
はなく、５％までで充分な吸着効果、凝集沈澱効果を発
揮するので、５％より多く用いても経済的に無駄になる
。

次に本発明に用いる吸着剤６の具体例について説明する
。

石炭フライアッシュ１０００ｋｇ、ポルトランドセメン
ト１３０ｋｇ、砂３００　ｋ　ｇ　ニ対し、塩化アンモ
ニウム４００ｇ、塩化カリウム９００ｇ、塩化マグネシ
ウム１７５ｇ、塩化ナトリウム１７５ｇ、塩化カルシウ
ム１７５ｇ、硫酸ナトリウム１５ｇ、クエン酸７．５ｇ
、塩化コバル）１．５ｇの配合比となるようにして選定
した。

上記配合比により次のようにして吸着剤６を製造した。

石炭フライアッシュ１０００ｋｇと、混合して粉末化し
である塩化アンモニウム４００ｇ及び塩化カリウム６０
０ｇを水１５０文に溶解し、ミキサーで混合して２０℃
（５〜８０°Ｃの間で適宜選択することができる）で乾
燥させ、石炭フライアッシュに吸着されているイオンを
中和させた。次に二次処理として、上記−次処理後の石
炭フライアッシュに砂３００ｋｇを加えて混合し、続い
てポルトランドセメント１３０ｋｇを加えて混合した。

続いて混合して粉末化しである塩化カリウム３００ｇ、
塩化マグネシウム１７５ｇ、ｆｌｉ化ナドナトリウム１
フ５化カルシウム１７５ｇ、硫酸ナトリウム１５ｇ、ク
エン酸７．５ｇ及び塩化コバルト１．５ｇを水１ｏｏｉ
の中に溶解して水溶液にし、この水溶液を上記混合中の
ミキサーの中にスプレーにより添加し、混合して８０℃
（５〜８０°Ｃの間で適宜選択することができ、温度を
高くすることにより硬化を促進させることができる）で
乾燥させた。これにより造粒連続孔体を形成することが
できた（造粒連続孔体の表面に添着する過マンガン酸カ
リウムは金属イオンの吸着には影響を及ぼさないので、
これを添着しなかった。）。

このようにして製造した吸着剤６である造粒連続孔体を
模式的に表わすと第２図に示すようになり、この造粒連
続孔体はＳｉＯ午・Ａ　Ｉ２０午四面体が酸素原子を共
有して酸素環を形成させ、これを連続させた三次元骨組
構造となっており、孔６ａ（小）、６ｂ（大）の径が５
０λ〜３。

０人であり、比表面積が１０〜１５ｒｒｆ／ｇであった
。石炭フライアッシュの比表面積は０。

９〜１　ｍ’　／　ｇであるので、上記吸着剤６はこれ
を大幅に増大することができた。

次に上記吸着剤６である造粒連続孔体により金属イオン
の吸着試験を行った例について説明する。

〔第１試験例〕 実験溶液（単位ＰＰＭ　） ＰＨ４．４５ Ｃｕ　　　　Ｚｎ　　　　Ａ１２０３Ｍｇ０２４、３０
　　２１．９０　　４５．２５　　　１８．９０下部に
排出口を有し、造粒連続孔体（吸着剤）を収納した容器
に上記実験溶液を供給して排出口より排出し、造粒連続
孔体における吸着交換量を測定した結果は下記の通りで
ある。

吸着交換量 Ｃｕ　　　　２１１　　　Ａｌ２Ｏ：ｌ　　Ｍｇ０３日
　２５２８　　１００１　　　　　　　　　４５２１４
日　９９１００　　３１９００　　８３９００　　１２
２００〔第２試験例〕 実験溶液（単位ＰＰＭ　） Ｃｕ　　　　Ｚｎ　　　　Ｐｂ １９．７３　　８．７７　　０．０３ 下部に排出口を有し、造粒連続孔体（吸着剤）を収納し
た容器に」二記実験溶液を供給して排出口より排出し、
別の容器により受け、この出水成分を検出した結果は下
記の通りである。

出水成分 Ｃｕ　　　　Ｚｎ　　　　Ｐｂ Ｏ，９８０，８８０，００２ これからも明らかなようにＣｕ、　Ｚｎ、　Ｐｂの液中
に含まれる量は基準値よりも低くなっている。

尚、本発明に用いる吸着剤６は」−記試験例に示す金属
イオン以外の金属イオンをも吸着することができる。

次に本発明に用いる吸着剤６により水中の青粉の凝集沈
澱効果を行った結果について説明する。

茨城県水戸市の千波湖より青粉を含む水を採取し、８個
のビーカーに均等に分配した。１個のビーカーには本発
明に用いる吸着剤を投入せず、残る７個のビーカーには
それぞれ１％、３％、５％、７％、１０％、１５％、２
０％、の割合で本発明に用いる吸着剤を投入した。そし
て２８時間経過後、青粉の凝集沈澱状況を調べた。その
結果、本発明に用いる吸着剤を投入しなかったビーカー
においては全体が濁っていたのに対し、本発明に用いる
吸着剤を投入したビーカーにおいては投入量が増加する
に従い次第に青粉の凝集沈澱が増し、それに伴い透明度
も高くなった。特に５％以上投入した場合にその効果が
著しかったが、それ以下でも実用上問題はない程度の凝
集沈澱効果を得ることができた。また５％以−に投入し
た場合、あまり凝集性０効来が変わらず、またそれ以下
の量でも充分な凝集法Ｖ効果を得ることができ、経済性
を考慮すると、０．０５〜５％の範囲で平均的に敷くの
が望ましいことが判明した。

上記のように青粉を凝集沈澱させることができたことに
より水中懸濁物、赤潮等についても凝集沈殿させること
ができることは明らかである。

また窒素化合物についても上記悪臭成分に対する反応式
より明らかなように本発明に用いる吸着剤６に吸着させ
ることができる。

そして上記のようにヘト０層２上に敷均した吸着剤６に
よりヘドロ層２より発生する窒素化合物、炭火水素類、
ヘドロ層２より溶出する重金属類及びヘドロ層２より発
生するガス、臭気を吸着するので、水質の汚染等、公害
の原因を除去することができ、酸欠を防止することがで
きる。また上記吸着剤６は接触水を軟化する性質を有す
ることが実験的に確められており、これにより水の腐敗
を防止し、活性化することができ、しかも−１−記のよ
うに水中懸濁物、青粉、赤潮を凝集して沈砂させること
かで゛き、透明度を向」ニさせ、酸欠を防止することが
できる。

なお、本発明に用いる吸着剤６に電磁場を与えるには、
上記二次処理工程において、カオリンナイト２００ｋｇ
、酸化バリウム１ｋｇを添加し、二次処理工程の反応途
中で電磁場を与えればよく、このように電磁場を与える
ことにより上記吸着効果、凝集沈澱効果を更に向上させ
ることができる。また上記二次処理後、三次処理として
、粉末化しである過マンガン酸カリウム５０ｇを水１０
０文に溶解して加え、ミキサーで混合し、２０°ｃ（５
〜８０°Ｃで適宜選択することができる）で乾燥させる
ことにより過マンガン酸カリウムを担持した吸着剤を製
造することができ、これにより臭気の離脱を防止するこ
とができる。

発明の効果 以上要するに本発明によれば、短期間で、しかも比較的
安い工事費で、堆積汚泥層より生じる公害の原因を除去
し、または水中懸濁物、青粉、赤潮等を凝集沈澱させ、
透明度を向上させ、耐久を防止することができ、従って
川、湖、海の水を浄化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水の浄化処理工法の一実施例を示す概
略説明図、第２図は本発明に用いる吸着剤を示す模式図
である。 ｌ・・・水、２・・・ヘドロ層（堆積汚泥層）、３・・
・・・・陸、４・・・船体、５・・・散布機、６・・・
吸着剤、７・・・車体、８・・・散布機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 疎水性吸着性及び親水性吸着性を有すると共に電荷を有
   し、造粒連続孔体である吸着剤を散布して水底に敷均し
   、水底の堆積汚泥層より溶出する重金属類及び堆積汚泥
   層より発生するガス、臭気を吸着剤に吸着させ、若しく
   は水中に溶解している微粒子コロイドの懸濁物、水中で
   大量に繁殖する青粉、赤潮等を凝集沈澱させることを特
   徴とする水の浄化処理工法。