TWI494279B

TWI494279B - 脫色以及水質淨化方法

Info

Publication number: TWI494279B
Application number: TW100101456A
Authority: TW
Inventors: Akira Kojima; Toshiaki Ishii
Original assignee: Ishii Corp
Priority date: 2010-08-05
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2015-08-01
Also published as: JP4882038B1; TW201206841A; JP2012035183A

Description

脫色以及水質淨化方法

本發明是有關於一種對著色的產業排液、其中對產業廢水實現其脫色，同時實現其水質淨化的方法。

由畜產業所排出的產業排液是進行了生物處理等排液處理後排放至河流等中。另外，由水產加工業所排出的產業排液是經過曝氣、利用化學藥品的中和、利用凝聚劑的分離等處理後以產業廢水的形式排放。進而，由使用磷的各種產業(例如鍍敷、食品加工、牛奶場、廚房、養魚場、水產加工等)排出的產業排液有義務在國家規定的水質基準以內進行排液處理。

但是，對於難以脫色的產業排液而言，即便排液處理後的水質滿足環境基準，亦大多情況下呈褐色或紫色。如此般著色不可謂對環境毫無影響，較理想的仍是排放至河流或海洋等中的廢水儘可能為無色透明。

如上所述般難以脫色的產業排液有由畜產業所產生的產業排液。排放該處理廢水時，水質當然要在各自治體所規定的基準內，但就顏色的觀點來看，有時未完全脫色而排放。

相對於此，迄今為止關於畜產相關的產業排液的脫色，已開發出了各種技術。該些技術如專利文獻1~專利文獻6所記載般，是利用化學藥液或臭氧的氧化脫色、或利用光觸媒的脫色技術。

然而，上述脫色技術有藥液污染環境、大量使用能量、或過剩的殺菌對環境造成新的負荷等問題。另外，光觸媒的情況下，難以擴大規模(scale up)等。任一技術均於實用化方面殘留各種問題。

因此，本發明者們迄今為止亦進行了努力研究以實現畜產相關的著色排液的脫色、以及該著色排液中不可避免地混入的磷的去除。其結果為，開發出了一種若於著色的養豬排液中添加鐵粉及碳材粉末(活性炭)並攪拌混合，則能以約10分鐘~1小時脫色的技術，並揭示於專利文獻7中。該技術可於短時間內降低排液中的化學需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)、總氮、總磷，另外亦可減少養豬排液特有的臭味。

另外，視畜產農家不同，亦有以下要求：即便要耗費某種程度的處理時間，亦希望在不使用特殊裝置的情況下進行排液的脫色或淨化。針對該要求，本發明者們嘗試應用由碳纖維及鐵板構成的淨化材「Super-p-toru(註冊商標)」，並列舉出滿足上述要求的成果。再者，該淨化材已被用作防藍藻產生劑(參照專利文獻8)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2004-337761號公報

[專利文獻2]日本專利特開2008-229450號公報

[專利文獻3]日本專利特開2009-022940號公報

[專利文獻4]日本專利特開2001-321772號公報

[專利文獻5]日本專利特開2002-011483號公報

[專利文獻6]日本專利特開2003-024957號公報

[專利文獻7]申請案編號PCT/JP2009/068634號說明書

[專利文獻8]日本專利特願2009-018799號說明書

然而，專利文獻7所記載的技術如上所述般必須使用作為專用設備的攪拌機，另外，需要作為消耗品的大量的鐵及碳的粉。另外，專利文獻8所記載的淨化材「Super-p-toru(註冊商標)」雖然對磷去除、COD降低等有效果，但關於排液的脫色，未必可謂充分。

本發明是鑒於上述現狀而開發的，其目的在於提供一種可將著色的產業排液有效地脫色、並且將磷離子效率佳地去除的水的淨化技術。

以下，對完成本發明的實驗進行說明。

(利用攪拌而進行的糞尿排液的脫色以及淨化)

對藉由攪拌混合是否可將來自畜產的糞尿排液脫色進行研究。具體而言，在放入有糞尿的容器中裝入鐵及碳，在混合球磨機架台上載置放入有糞尿的容器並使其旋轉，將糞尿與鐵及碳混合。此處，所使用的排液是由纖維球脫臭裝置排出的脫臭排液。對該排液的液質進行分析，結果pH值為8.77、COD為660mg/L、總磷為10.9mg/L以及總氮為1882mg/L。攪拌混合的球磨機的轉速為10rpm。另外，pH值、COD、磷酸以及氮的各濃度是藉由後述實例中記載的測試包(pack test)進行分析。

將上述脫臭排液1000mL與在2張金屬鐵網(多孔金屬64mm×157mm)間插入有碳纖維織物的物品放入至旋轉容器(塑膠製，容量：2L)中，旋轉特定時間後，觀察容器的內容物的顏色及氣味。pH值、COD、硝酸、氨及磷酸的各濃度是如上所述般藉由測試包進行分析。再者，多孔金屬的重量是1張為14.40g、2張為28.79g。碳纖維織物(64mm×187mm)的重量為6.68g。

將分析結果示於表1中。

如該表所示，排液的pH值由8.7朝酸性側變化為6.1。磷酸濃度及COD稍許下降。氨濃度下降至1/2左右。硝酸濃度增大至2倍。但是排液的顏色未消失。

(利用曝氣而進行的糞尿排液的脫色以及淨化)

對藉由曝氣混合是否可將來自畜產的糞尿排液脫色進行研究。所使用的排液是由纖維球脫臭裝置排出的脫臭排液。對該排液的液質進行分析，結果pH值為8.77、COD為660mg/L、總磷為10.9mg/L、總氮為1882mg/L。再者，pH值、COD、磷酸以及氮的各濃度是藉由上述測試包進行分析。

將上述脫臭排液5L及將3片多孔金屬(64mm×157mm)包在碳纖維織物中的物品放入至容器(塑膠製，容量：5L)中，多孔金屬的重量為33g，3片(101g)。碳纖維織物(64mm×187mm)為6.68g。作為比較，在另一容器中僅放入脫臭排液5L。再者，曝氣速度為1L/min。

經過特定時間後，觀察容器的內容物的顏色及氣味。再者，pH值、COD、磷酸以及氮的各濃度是如上述般藉由測試包進行分析。

關於分析結果，將僅排液的情況示於表2-1，將在排液中添加碳纖維及鐵材的情況示於表2-2。

如表2-1及表2-2所示，僅排液的情況下，pH值由8.8稍許變化為8.4，COD稍許下降。氨濃度下降至1/2左右。硝酸濃度增大至1.2倍。另外，排液的顏色未消失。

另一方面，在排液中添加碳纖維及鐵材的情況下，pH值由8.8稍許變化為8.3。磷酸濃度未變化。COD稍許下降。氨濃度下降至1/2左右，硝酸濃度增大至1.2倍。另外，排液的顏色未消失。

由以上兩個實驗結果得知，排液的脫色在使用鐵及碳材僅實施攪拌或曝氣的情況下無法實現。

如上所述，雖然在有色的排液中添加鐵及碳材，進而利用攪拌或曝氣等操作來嘗試糞尿排液的脫色，但並未實現。

此處，由塗飾步驟排出的排液著有黑褐色。現狀為該著色難以去除，無法脫色。在此，將在碳纖維織物中插入有鐵釘的淨化材設置於排液中。於是，顏色隨時間經過而變淡，4天後著色程度與處理前相比有所緩和。

即，已判明，使用由鐵及碳材構成的淨化材的情形時，雖然需要長時間，但存在有色的環境水得到脫色的傾向。

(利用添加劑而進行的糞尿排液的脫色)

上述結果啟示，雖然需要長時間，但鐵與碳材的組合亦可能有脫色作用。因此，本發明者們進一步反覆研究，結果想到，若將某些電解質物質添加至排液中，則金屬鐵的溶解速度變大，脫色及淨化的處理速度變大。

因此，選定氯化鈉、氯化鈣及鹽酸作為電解質物質，將該些電解質物質添加至排液中進行攪拌，研究對脫色以及水質淨化的影響。具體而言，準備4隻聚乙烯瓶(廣口，容量：2L)，分別放入由脫臭裝置排出的排液1L，於其中放入捲繞有碳纖維織物的鐵管(以下稱為短管(nipple)，參照圖1(a))。所使用的短管的大小為公稱直徑32mm、長度125mm。利用砂紙(sand paper)研磨短管材的表面，去除表面上包覆的鋅層，使金屬鐵層露出。

於該短管表面捲繞碳纖維織物(福岡機業製造，14cm×15cm)，於各容器內分別放入1根。

進而，於容器a中封入排液1L，於容器b中封入排液1L、氯化鈉10.0g(添加量：1mass%)，於容器c中封入排液1L、氯化鈣10.0g。

氯化鈣是通常容易獲取、操作亦安全的電解質物質，被廣泛用作融雪劑或乾燥劑。再者，上述實驗中使用的氯化鈣是Tokuyama(股)製造的二水合物，含有73mass%以上的氯化鈣，剩餘部分為不可避免的雜質。因此，容器c中使用的氯化鈣量為7.3g，添加率為0.73mass%。

另外，於容器d中封入在排液中添加鹽酸而將排液整體的pH值調節為4.5的液體。

利用球磨機架台以100rpm將上述容器a~容器d旋轉，利用如上文所述般的測試包對經過2小時後的pH值及磷酸濃度進行測定。另外，將在短管上捲繞碳纖維並在糞尿廢水中攪拌2小時後取下碳纖維的狀態示於圖1(b)中。

上述實驗的結果為，藉由添加氯化鈣，紅褐色的排液變為淡黃色。

此處，僅氯化鈣的情況下看不到顏色的變化，而於如上所述般使氯化鈣與碳材及鐵共存的情況下，進行脫色，2小時後幾乎變為無色。

將容器a~容器d的水質分析結果示於表3中。

經過2小時後的各容器的磷酸濃度視添加劑的種類不同而結果大幅度地不同。即，容器b中磷酸濃度為21.0mg/L，容器d中為9.0mg/L，下降至1/3。此處，變化最大的是容器c，磷酸濃度降低至3.5mg/L。

(視添加劑種類不同的水產加工場廢水的淨化)

來自水產加工業的廢水高濃度地含有磷。為了將該廢水調整至環境基準內，需要經費及時間，因此期望開發出簡便且合理的新技術。

此處，由上述實驗結果可知，藉由添加氯化鈣而磷酸濃度下降，一般認為其原因在於生成磷酸鈣，由此磷酸濃度下降。但是，加入氯化物離子雖然在最終排放地為海時不成問題，但若在內陸部排放至河流中，則必須進行氯化物離子的處理。

因此，對氯化鈣以外的鈣化合物進行研究，另外，由於鈣在元素週期表中為第2族元素，故對作為同族的鎂的化合物亦進行研究。

其結果為，就獲取容易性、操作容易性、另外就價格等方面而言，選定碳酸鈣、氫氧化鈣及氫氧化鎂作為實驗對象的候補品，使用該些物質對磷酸去除的性能進行研究。

首先，準備200mL的燒杯3個，分別加入來自水產加工工場的廢水100mL。於各燒杯中分別添加碳酸鈣1.02g、氫氧化鈣1.02g、氫氧化鎂1.02g，利用磁力攪拌器(magnetic stirrer)攪拌30分鐘。所使用的廢水的pH值為6.8，COD為100mg/L，磷酸濃度為60mg/L，鹽分為0.5mass%。

若添加上述各添加劑，則各燒杯內容物白濁，故30分鐘後停止攪拌器，使沈澱物沈降。

經過約30小時而充分沈澱後，採集上清液，對該上清液水溶液進行水質分析。

將測定結果示於表4中。

如該表所示，pH值在碳酸鈣的情況下為8.0，氫氧化鈣的情況下為14.0，氫氧化鎂的情況下為9.0。

COD的測定結果為，碳酸鈣的情況下為140mg/L，氫氧化鈣的情況下為80mg/L，氫氧化鎂的情況下為80mg/L。磷酸濃度的測定結果為，碳酸鈣的情況下為60mg/L，氫氧化鈣的情況下為0.1mg/L，氫氧化鎂的情況下為3mg/L。

由該實驗結果可知，排液的脫色及水質淨化效果不僅在鈣的氯化物的情況下，而且在鎂的情況下且化合物為氫氧化物以及碳酸鹽時，可獲得同等效果。

(利用氫氧化鈣而進行的糞尿廢水的脫色‧脫磷)

對在帶有強烈的氨臭及紅褐色的脫臭排液中添加鈣、特別是添加氫氧化鈣時是否脫色、脫磷、脫COD進行研究。於處理容器中加入脫臭排液100mL、氯化鈣1.0g(CaCl₂為0.73g)、氫氧化鈣1.0g。即，氯化鈣相對於排液的比例為0.73mass%，氫氧化鈣相對於排液的比例為1.0mass%。繼而，利用球磨機架台以100rpm使處理容器旋轉5分鐘。

將過濾處理物後的狀態示於圖2中。剛處理後的內容物的顏色於氯化鈣的情況下為深褐色，於氫氧化鈣的情況下為褐色。若利用濾紙將其過濾，則過濾速度在氫氧化鈣的情況下極快。另外，氯化鈣的過濾物為(帶有紅色的)焦褐色，氫氧化鈣的過濾物為褐色。

利用上述測試包對該些處理物的水質進行分析，將各結果示於表5中。

如該表所示，pH值在氯化鈣的情況下稍許變低，在氫氧化鈣的情況下變高。磷酸離子均急遽減少，特別是氫氧化鈣的情況下變為0.3mg/L。另外，COD在氯化鈣的情況下為200mg/L，在氫氧化鈣的情況下下降至100mg/L。

(視氫氧化鈣添加量不同的糞尿的脫色‧脫磷)

上述脫臭排液藉由添加氫氧化鈣而顏色被去除，磷酸及COD下降。繼而，使氫氧化鈣的添加量變化，確認影響脫色、脫磷、脫COD的狀況。於上述脫臭排液100mL中添加氫氧化鈣(1.0g、0.7g、0.3g、0.1g，相對於排液的添加率為1.0mass%、0.7mass%、0.3mass%、0.1mass%)，以100rpm旋轉混合5分鐘。將處理液的狀態示於圖3中。剛旋轉後的內容物的顏色於氯化鈣的情況下為深褐色，於氫氧化鈣的情況下進行脫色。若利用濾紙將其過濾，則於添加了氫氧化鈣1.0g的情況下，殘留淡黃色的沈澱物。另外，若氫氧化鈣的添加量變少，則沈澱物的顏色由黃色變深為褐色。

利用上述測試包對該些上清液的水質進行分析，將其結果示於表6中。

如該表所示，關於pH值，氯化鈣的情況下稍許下降，氫氧化鈣的情況下移向鹼性側。添加氫氧化鈣1.0g時，磷酸濃度減少至0.1mg/L。另一方面，若氫氧化鈣的添加量變少，則有磷酸濃度變高的傾向。與氯化鈣的情況比較，結果氫氧化鈣的情況下添加效果較大。另外，COD在氯化鈣的情況下為200mg/L，在氫氧化鈣的情況下降低至100mg/L。

另外可知，著色的糞尿排液在添加氯化鈣後，藉由將在圓棒形狀的金屬鐵上捲繞有碳纖維的「新型Super-p-toru」裝入至排液中，深褐色的廢水變為淡黃色或無色。即，上述實驗的結果判明，可解決畜產農家的諸位最為困擾的排液著色的問題。

此處，本發明者們認為上述排液的脫色機制如下。

通常，脫色機制中，已知有利用氧化劑的氧化脫色、利用臭氧的氧化脫色、在鐵與過氧化氫的共存下進行的費頓反應(Fenton reaction)、利用氯化合物的漂白脫色等。然而，本發明者們認為本發明的脫色機制與上述任一技術完全不同，是由鐵離子的凝聚作用所致。

即，本發明者們認為，藉由添加氯化鈣，排液的電氣導電性提高，若於該狀態下使鐵材與碳材接觸，則一種電池反應活化，結果鐵離子的生成量與通常相比有效地增大，有效發揮作用。

另一方面，排液中存在各種微粒子，例如糞及分解物、尿中的不溶性成分、砂、黏土、飼料渣、污泥渣、食品渣等各種浮游物。通常，該些物質具有負電位。相對於此，上述電池反應中生成的鐵離子具有正電位，因此藉由庫侖力而發揮作為凝聚劑的作用，可使水中浮游的各種物質有效地凝聚。其結果，著色成分亦凝聚，排液變為無色。

因此，本發明的排液的脫色是藉由以下各種現象協同發揮效果而表現，即，藉由添加氯化鈣而排液的電氣導電性提昇，由此鐵材與碳材的電池作用活化，大量的鐵離子溶出，由此生成的鐵離子利用庫侖力使排液中的著色成分凝聚。

如上所述，本發明者們發現，藉由在著色的糞尿排液等中添加氯化鈣等化合物，繼而併用由鐵材及碳材構成的淨化材、例如由鐵板及碳纖維構成的淨化材「Super-p-toru」(註冊商標)，脫色能力格外提高，磷濃度及COD可更有效地降低。

另外可知，藉由使用氫氧化鈣或碳酸鈣代替氯化鈣，亦可實現脫色、脫磷及COD的降低。然而，使用氫氧化鈣的情況下，處理水變為鹼性，故無法直接排放至自然界中。此種情況下，亦有添加酸來進行中和的方法，但該方法會使COD增大，故欠佳。然而亦可確認，若在添加氫氧化鈣後進行適當的追加處理，則可將pH值、磷酸濃度、COD、著色程度均調整至環境基準的範圍內。

本發明是依據上述見解而成。

即，本發明的主旨構成如下。

1.一種脫色以及水質淨化方法，其特徵在於：在著色的產業排液中添加鈣化合物及/或鎂化合物，並使由至少一部分接觸的鐵材以及碳材構成的淨化機構浸漬，藉此於鈣離子及/或鎂離子的存在下，提高該產業排液的電氣導電性，並促進鐵離子的溶出，將上述著色的產業排液脫色並且去除磷離子。

2.如上述第1項所述之脫色以及水質淨化方法，其中上述鈣化合物為氫氧化鈣、氯化鈣或碳酸鈣，上述鎂化合物為氫氧化鎂、氯化鎂或碳酸鎂。

3.如上述第1項或第2項所述之脫色以及水質淨化方法，其中上述淨化機構的碳材是由碳纖維、含碳的導電性橡膠或含碳的導電性塑膠所構成。

4.如上述第1項或第2項所述之脫色以及水質淨化方法，其中上述淨化機構的碳材為碳纖維，該碳纖維是由碳纖維網本體及其周圍所附設的碳纖維束所構成。

根據本發明，可於導電性離子的存在下提高產業排液的電氣導電性，並促進鐵離子的溶出，因此可利用鐵離子迅速且有效率地進行著色的產業排液的脫色以及水中的磷的去除。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

以下，對本發明進行具體說明。

本發明可將著色的產業排液脫色，同時將處理水的水質淨化，為此，將鈣化合物及/或鎂化合物添加至著色的產業排液中，並使由至少一部分接觸的鐵材及碳材構成的淨化機構浸漬。

(鈣化合物及/或鎂化合物)

鈣化合物及/或鎂化合物較佳為於環境水中的溶解性高的氫氧化物(氫氧化鈣、氫氧化鎂)以及氯化物(氯化鈣、氯化鎂)。另外，亦包含碳酸鹽(碳酸鈣、碳酸鎂)。

若對著色的產業排液等添加0.1mass%~1mass%左右的氯化鈣等化合物，則排液的導電性提昇，電阻下降。此處，對排液以及添加了氯化鈣的排液的電阻進行測定。

電阻的測定是使用測試機(HIOKI 3030-10)將電極間隔固定為1cm而進行。例如，來自纖維球脫臭裝置的排液的電阻為400Ω‧cm，若添加0.5mass%的氯化鈣，則電阻稍降低至380Ω‧cm。進而，若使所添加的氯化鈣量增加至0.75mass%、1.0mass%，則電阻進一步降低至360Ω‧ cm、340Ω‧cm。根據該些實驗結果，於鈣離子及/或鎂離子的存在下，可提高產業排液的電氣導電性，並促進鐵離子的溶出，脫色能力格外提高。再者，本發明者們確認到，將上述氯化鈣等導電性化合物的添加比率相對於排液設定為0.1mass%~2mass%左右時，有利於促進鐵離子的溶出。

(鐵材)

本發明中使用的鐵材只要為純鐵、軟鐵、鋼鐵、銑鐵以及鑄鐵等碳含量為10mass%以下的鐵材，則可使用。另外，若為碳含量為10mass%以下的含有70mass%以上的鐵的鐵基合金，則可使用。

另外，鐵材的形狀是選自網眼(mesh)狀、網狀、板狀、具有貫通孔的板狀、線狀、筒狀、箔狀以及膜狀等中。特別是設置於環境水中的情況下，較佳為減小水的阻力的構造、網眼狀、網狀、具有貫通孔的板狀、線狀等。

(碳材)

本發明中使用的碳材可合適地使用織物狀碳纖維、不織布狀碳纖維、紙狀碳纖維、膜狀的碳纖維/塑膠或捲繞有碳纖維長絲的物品等或者含碳的導電性橡膠或含碳的導電性塑膠。特佳為鐵材與碳材容易接觸的構造。

另外，該碳纖維的形狀較佳為織物狀、不織布狀、席狀、片狀、膜狀、板狀、股線(strand)狀以及束狀等。

本發明中，使鐵材與碳材接觸的機構並無特別限定，合適的是利用橡膠帶(rubber band)或紮帶等捆緊。

例如，較佳為如「Super-p-toru」(註冊商標)般在碳纖維織物間插入鐵板並使用紮帶等將兩者固定而提高接觸效率的形態，或在棒狀的金屬鐵的表面捲繞碳纖維織物並自其外側以具有伸縮性的橡膠般的材料固定的形態，提高鐵與碳材的接觸效率的形態。

另外，將鈣化合物及/或鎂化合物添加至排液中，浸漬鐵材以及碳材的機構亦無特別限定，可使用先前公知的添加方法以及浸漬機構。

例如，關於上述化合物，當化合物為固體時可直接添加，亦可於水中稀釋後添加。

關於鐵材以及碳材，是在如上所述的接觸狀態下浸漬於排液中，此時，若施以振動或進行攪拌曝氣等，則更顯著地產生鐵離子，更有效地發揮本發明的脫色能力。

因此，本發明的具體實施形態中，合適的事例是以下的例子1~3。

例子1畜產廢水→生物處理槽→固液分離→添加氯化鈣→鐵+炭：「Super-p-toru」(註冊商標)的浸漬→排放。

例子2畜產廢水→生物處理槽→固液分離→添加氫氧化鈣→鐵+炭：「Super-p-toru」(註冊商標)的浸漬→排放。

例子3畜產廢水→生物處理槽→固液分離→添加氫氧化鈣→添加氯化鈣→鐵+炭：「Super-p-toru」(註冊商標)的浸漬→排放。

再者，本發明中，亦可同時進行上述氯化鈣的添加與「Super-p-toru」(註冊商標)的浸漬。

另外，本發明中，如上所述，代替「Super-p-toru」(註冊商標)而使用圖4所示的將鐵材110與碳材120一體化的淨化材100時特別有利。該淨化材100由於碳纖維具有碳纖維網本體121及其周圍所附設的碳纖維束122，故除了上述效果以外，有好碳菌容易附著，可將難分解性有機物有效率地分解的優點。

進而，作為本發明的有利的實施形態，亦可採用以下水中泵型設備200或攪拌機型設備300：如圖5(a)以及圖5(b)所示，將淨化材250「Super-p-toru」(註冊商標)豎立設置於玻璃纖維強化塑膠(Fibre glass Reinforced Plastics，FRP)槽260中，利用水中泵220(攪拌機310)抽取固液分離後的液體、生物處理槽的液體或直接投入旋風分離器中的分離液經過流入口210進入槽260內，並且使上述液體循環。再者，圓筒形的淨化材250「Super-p-toru」(註冊商標)的配置較佳為如圖5(c)所示般設定為交錯状配置。另外，圖中，排放口230、240是附設於水槽的下部，亦可附設於上部。

[實例]

以下，列舉實例對本發明加以更詳細說明，但本發明不受下述實例的任何限定。再者，以下的實例中，pH值、磷濃度、COD、色度以及總氮濃度是利用下述方法來測定。

(pH值)

使用測試包(KR-pH，共立理化學研究所(股)製造，商標)進行測定。

(磷濃度)

使用測試包(WAK-PO4，共立理化學研究所(股)製造，商標)進行測定。

(COD)

使用測試包(WAK-COD，共立理化學研究所(股)製造，商標)進行測定。

(色度)

使用分光光度計(島津製作所(股)製造，UV-mini-1240)在波長456.8nm下進行測定。再者，本發明中，將該色度為500以下的程度評價為可脫色。

(總氮)

使用可攜式簡易總氮、總磷計(TOA(股)製造，TM-10型)進行測定。

[實例1] (藉由添加氯化鈣(1mass%)而進行的糞尿排液的脫色與淨化)

準備2隻聚乙烯瓶(廣口，容量：2L)，分別裝入脫臭排液1L。於其中加入捲繞有碳纖維織物的短管。所使用的短管是公稱直徑32mm、長度125mm，利用砂紙對表面進行了研磨。於該短管的表面捲繞碳纖維織物(福岡機業製造，14cm×15cm)。利用球磨機架台以100rpm旋轉。利用上述測試包對經過特定時間後的pH值、COD以及磷酸濃度進行測定。

再者，對於容器I，於排液1L中添加氯化鈣10.0g(CaCl₂為7.3g，添加率：0.73mass%)。另一容器II中，於排液1L中添加氯化鈣10.0g(CaCl₂為7.3g，添加率：0.73mass%)，於其中加入1根捲繞有碳纖維織物的金屬管(短管)。

將經過特定時間後的處理液的顏色變化示於圖6(a)以及圖6(b)中。藉由添加氯化鈣，紅褐色的廢水脫色而變為淡黃色。僅氯化鈣的情況下，看不到進一步的顏色變化，而於使鐵材及碳材共存的情況下，顏色進一步消失，2小時後幾乎變為無色。

將水質的分析結果示於表7中。

如該表所示，磷酸濃度在僅添加氯化鈣的情況下一下子降低至1/10。然而，僅添加氯化鈣的情況下磷酸濃度不進一步降低。另一方面，藉由使鐵材及碳材共存，磷酸濃度進一步下降，2小時後達到0.4mg/L，5小時後達到0.1 mg/L。即，可知，藉由在添加氯化鈣後使鐵材及碳材共存，可同時達成有效的脫色與淨化。

[實例2] (藉由添加氯化鈣(0.75mass%)進行的糞尿排液的脫色與淨化)

再者，對於進行實驗的1個容器I，於廢水1L中添加氯化鈣7.5g(CaCl₂為5.5g，添加率：0.55mass%)。

對於另一容器II，於廢水1L中添加氯化鈣7.5g(CaCl₂為5.5g，添加率：0.55mass%)，於其中放入1根捲繞有碳纖維織物的短管。

將經過特定時間後的處理液的顏色變化示於圖7(a)以及圖7(b)中。藉由添加氯化鈣，紅褐色的廢水經脫色而變為淡黃色。僅氯化鈣的情況下，看不到進一步的顏色變化，而於使鐵材及碳材共存的情況下，顏色進一步消失，2小時後幾乎變為無色。

將水質的分析結果示於表8中。

如該表所示，磷酸濃度在僅添加氯化鈣的情況下一下子降低至1/10。此處，僅添加氯化鈣的情況下，磷酸濃度不進一步下降，而若使鐵材及碳材共存，則磷酸濃度進一步下降，2小時後達到0.15mg/L，5小時後達到0.1mg/L。即，可知，藉由在添加氯化鈣後使鐵材及碳材共存，可同時達成有效的脫色與淨化。

[實例3] (藉由添加氯化鈣(0.5mass%)而進行的糞尿排液的脫色與淨化)

準備2隻聚乙烯瓶(廣口，容量：2L)，分別裝入脫臭廢水1L。於其中加入捲繞有碳纖維織物的短管。所使用的短管是公稱直徑32mm、長度125mm，利用砂紙對表面進行了研磨。於該短管的表面捲繞碳纖維織物(福岡機業製造，14cm×15cm)。利用球磨機架台以100rpm旋轉。利用上述測試包對經過特定時間後的pH值、COD以及磷酸濃度進行測定。

再者，對於容器I，於排液1L中添加氯化鈣5.0g(CaCl₂為3.7g，添加率：0.37mass%)。對於另一容器II，於廢水1L中添加氯化鈣5.0g(CaCl₂為3.7g，添加率：0.37mass%)，於其中放入1根捲繞有碳纖維織物的短管。

將經過特定時間後的處理液的顏色變化示於圖8(a)以及圖8(b)中。藉由添加氯化鈣，紅褐色的廢水經脫色而變為淡黃色。其中，僅添加氯化鈣的情況下，看不到進一步的顏色變化，但於使鐵材及碳材共存的情況下，顏色進一步消失，2小時後幾乎變為無色。

將水質的分析結果示於表9中。

如該表所示，磷酸濃度在僅添加氯化鈣的情況下一下子降低至1/10。然而，僅添加氯化鈣的情況下，看不到該程度以上的磷酸濃度的下降，但若使鐵材及碳材共存，則磷酸濃度進一步下降，2小時後達到0.15mg/L，5小時後達到0.1mg/L。即，可知，藉由在添加氯化鈣後使鐵材及碳材共存，可同時達成有效的脫色與淨化。

[實例4] (藉由添加氯化鈣(0.25mass%)而進行的糞尿排液的脫色與淨化)

再者，對於容器I，於排液1L中添加氯化鈣2.5g(CaCl₂為1.83g，添加率：0.18mass%)。對於另一容器II，於排液1L中添加氯化鈣2.5g(CaCl₂為1.83g，添加率：0.18mass%)，於其中加入1根捲繞有碳纖維織物的短管。

將經過特定時間後的處理液的顏色變化示於圖9(a)以及圖9(b)中。藉由添加氯化鈣，紅褐色的廢水經脫色而變為淡黃色。僅氯化鈣的情況下，看不到進一步的顏色變化，而於使鐵材及碳材共存的情況下，顏色進一步消失，2小時後幾乎變為無色。

將水質的分析結果示於表10中。

[表10]

磷酸濃度在僅添加氯化鈣的情況下一下子降低至1/4左右，但濃度不進一步下降。然而，藉由使鐵材及碳材共存，磷酸濃度進一步下降，1小時後達到0.90mg/L，5小時後達到0.75mg/L，24小時後達到0.30mg/L。即，可知，藉由在添加氯化鈣後使鐵材及碳材共存，可同時達成有效的脫色與淨化。

[實例5] (視鐵材與碳材的接觸面積不同的糞尿排液的脫色與淨化)

研究鐵材與碳材的接觸面積對脫色以及淨化能力的影響。準備3隻聚乙烯瓶(廣口，容量：2L)，分別裝入脫臭排液1L。於其中放入捲繞有碳纖維織物的短管。所使用的短管是公稱直徑32mm、長度125mm，利用砂紙對表面進行了研磨。於該短管的表面捲繞碳纖維織物(福岡機業製造，14cm×15cm)。使短管的長度變化，對碳纖維與鐵的接觸面積所帶來的影響進行研究。利用球磨機架台使放入有試樣以及廢水的容器以100rpm旋轉。利用上述測試包對經過特定時間後的pH值、COD以及磷酸濃度進行測定。

再者，對於容器I，於廢水1L中添加氯化鈣10.0g(CaCl₂為7.3g，添加率：0.73mass%)。對於另一容器II，於廢水1L中添加氯化鈣10.0g(CaCl₂為7.3g，添加率：0.73mass%)，於其中加入1根捲繞有碳纖維織物的短管(公稱直徑32mm、長度125mm、直柱長76mm以及直柱部面積102cm²)。

進而，對於另一容器III，於廢水1L中加入氯化鈣10.0g(CaCl₂為7.3g，添加率：0.73mass%)，於其中放入1根捲繞有碳纖維織物的短管(公稱直徑32mm、長度125mm、直柱長101mm以及直柱部面積135cm²)。

將經過特定時間後的處理液的顏色變化示於圖10(a)以及圖10(b)中。藉由添加氯化鈣，紅褐色的廢水經脫色而變為淡黃色。僅氯化鈣的情況下，看不到進一步的顏色變化，而於使鐵材及碳材共存的情況下，顏色進一步消失，2小時後幾乎變為無色。

將水質的分析結果示於表11中。

如該表所示，磷酸濃度在僅添加氯化鈣的情況下一下子降低至1/10，但看不到進一步的濃度下降。然而，藉由使鐵材及碳材共存，磷酸濃度進一步下降，直柱部面積為135cm²的情況下(容器III)，2小時後達到0.15mg/L，5小時後達到0.1mg/L。另外，直柱部面積為102cm²的情況下(容器II)，2小時後達到0.45mg/L，5小時後達到0.1mg/L。即，鐵材與碳材的接觸面積以大為佳，但若為上述程度，則看不到明顯差異。

[實例6] (乳牛排液的脫色)

對由產奶用的乳牛所排出的排液的脫色進行研究。在飼養1200頭乳牛的牧場中，藉由生物處理等進行廢水處理，淨化至基準值內後排放。然而，該廢水著有黃色，在排放階段中稀釋至2倍，每天排放200噸的處理水。

此處，在聚乙烯瓶(廣口，容量：2L)中加入上述廢水1L、氯化鈣10.0g、在鐵短管(白、長、表面研磨品)的表面捲繞有碳纖維織物(福岡機業製造)的物品1根{「Super-p-toru」(註冊商標)}，利用球磨機架台以100rpm旋轉。

經過特定時間後，利用上述測試包分別對顏色、pH值、COD以及磷酸量進行測定。所使用的短管為鐵製，公稱直徑32mm、長度125mm、直柱長76mm、直柱部面積102cm²。將處理液的狀況示於圖11中。

將水質的分析結果示於表12中。

關於磷酸濃度，藉由使氯化鈣與鐵材及碳材共存，僅0.1小時後便下降至0.1mg/L。即，可知，藉由在添加氯化鈣後使鐵材及碳材共存，可同時達成有效的脫色與水質的淨化。

[實例7] (氫氧化鈣的極少量添加)

由於氫氧化鈣為固體，故準確地少量添加極為困難。因此，製作氫氧化鈣的飽和溶液，並以水將該飽和溶液稀釋，藉此確認氫氧化鈣的少量添加的效果。

具體的氫氧化鈣的飽和溶液的製作順序為，首先於純水100mL中添加氫氧化鈣約0.4g並進行攪拌。其後放置2小時左右，僅汲取出上清液，用作飽和溶液。再者，氫氧化鈣的溶解度為0.17g/100mL水。

以下，將飽和溶液的2倍稀釋(0.085g/mL)以及10倍稀釋(0.017g/mL)用於試驗。關於各稀釋液的pH值，2倍稀釋液為12，10倍稀釋液為9。

於水產加工公司的廢水100mL中添加飽和溶液20mL，利用攪拌器進行攪拌。各廢水處理液中的氫氧化鈣的濃度在2倍稀釋時為1.7mass%，在10倍稀釋時為0.34mass%。

靜置後，利用上述測試包分別測定pH值以及磷酸濃度。將各處理液的pH值以及磷酸濃度示於表13中。

關於磷酸濃度，可知以0.34mass%左右添加的情況下亦有降低效果。即，即便稀釋添加亦有本發明的效果，藉由上述順序可少量添加氫氧化鈣等。

[實例8] (藉由周圍附設有束狀的碳纖維的碳纖維織物進行的糞尿排液的淨化)

根據本發明，使用周圍附設有束狀的碳纖維的碳纖維織物，對來自畜產的糞尿排液確認磷酸以及COD是否下降。所使用的排液是由纖維球脫臭裝置排出的脫臭排液。利用測試包來進行該排液的液質的分析。其結果為，pH值為8.77，COD為660mg/L，磷酸為30mg/L。

於容器(塑膠製，容量：5L)中放入上述脫臭排液5L、以及在碳纖維織物之間夾入有1片多孔金屬(64mm×157mm)的物品，碳纖維織物懸吊著。於其中添加活性污泥50mL作為比較例。

另一方面，作為實例，於另一容器中加入脫臭排液5L、以及在周圍附設有束狀的碳纖維的碳纖維織物之間夾入有鐵材的物品(參照圖4)，懸吊碳纖維織物。再者，碳纖維織物的周圍所附設的碳纖維束的長度為3cm。另外，伸出的碳纖維束的數量為每1cm有6根。

與上述比較例同樣地於上述容器中添加活性污泥50mL。進而添加氯化鈣水溶液，使排液中的氯化鈣濃度為0.5%。

再者，曝氣速度於實例、比較例中均為1L/min。

經過特定時間後，利用測試包對容器的內容物的pH值、COD以及磷酸的各濃度進行分析。

關於分析結果，將在添加有活性污泥的排液中加入碳纖維織物以及鐵材的情況示於表14中，另外，將在添加有活性污泥的排液中加入周圍附設有束狀碳纖維的碳纖維織物、鐵材以及氯化鈣的情況示於表15中。

如表14所示，放入有碳纖維織物以及鐵材的容器亦有活性污泥的影響，COD略有下降，但磷酸濃度未見變化。

另一方面，如表15所示，在排液中添加有周圍附設有束狀的碳纖維的碳纖維織物、鐵材以及氯化鈣的容器中，磷酸濃度逐漸下降，7天後達到檢測極限以下。另外，COD逐漸下降，7天後變為初期值的1/6左右。同時排液的顏色亦被去除。

根據以上2個實驗結果，藉由添加氯化鈣，並使用圖4所示般周圍附設有束狀的碳纖維的碳纖維織物，排液的顏色被去除。

[實例9] (塗飾廢水的淨化)

所使用的水槽是寬度30cm、縱深18cm、深度23cm、內容積12L。於該水槽中，加入由塗飾步驟排出的著有黑褐色的排液。繼而，於該水槽中加入在碳纖維織物中夾入有鐵網(15cm×20cm)材的淨化材，懸吊，添加與實例8相同的活性污泥50mL。

另外，於另一相同形狀的水槽中，加入與上述相同的成分的排液、以及夾入有鐵材且周圍附設有束狀的碳纖維的碳纖維織物(參照圖4)、活性污泥50mL。進而添加氯化鈣水溶液，使排液中的氯化鈣濃度為0.5%。再者，曝氣速度為1L/min。

經過特定時間後，分析兩水槽中的水質(pH值、磷酸以及COD)。將其結果分別示於表16以及表17中。

如表16所示，放入有碳纖維織物以及鐵材的水槽亦有活性污泥的影響，COD以及磷酸僅略為下降。

相對於此，如表17所示，在周圍附設有束狀的碳纖維的碳纖維織物及鐵材中添加氯化鈣的情況下，磷酸濃度下降，2天後達到檢測極限以下。另外，COD逐漸下降，2天後變為初期值的1/2，5天後變為1/6左右。同時排液的顏色亦被去除。

由以上2個實驗結果可知，藉由在添加有活性污泥的排液中使用附設有束狀的碳纖維的碳纖維織物及鐵，並於其中進一步添加氯化鈣，可將排液的顏色脫去，並且使磷酸濃度以及COD均下降。

即，上述實驗結果啟示，藉由使用周圍附設有束狀的碳纖維的碳纖維織物，而提高碳纖維的表面積，微生物的附著量增大，因此COD成分有效地分解，以及若添加氯化鈣，則對廢水賦予導電性，提高鐵離子的生成速度，因此磷酸濃度下降。

[產業上之可利用性]

根據本發明，可將產業排液有效地脫色並且將其水質淨化，因此，不僅對工場、農業、畜產、水產加工業、廚房廢水、食品加工業以及染色業等產業排液，而且對環境水(淡水、半鹹水、海水)、淨化槽、糞尿處理場等的下水、養魚場或魚塘等的飼養水、水池、高層建造物的水箱、排水槽等的各種排液的脫色以及其處理水的水質淨化作出貢獻。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、250‧‧‧淨化材

110‧‧‧鐵材

120‧‧‧碳材

121‧‧‧碳纖維網本體

122‧‧‧碳纖維束

200‧‧‧水中泵型設備

210‧‧‧流入口

220‧‧‧水中泵

230、240‧‧‧排放口

260‧‧‧槽

300‧‧‧攪拌機型設備

310‧‧‧攪拌機

圖1(a)以及圖1(b)是表示實驗中使用的短管以及碳纖維的照片。

圖2是表示處理液每經過特定時間的狀況的照片。

圖3是表示處理液每經過特定時間的狀況的照片。

圖4是表示淨化材的例子的圖。

圖5(a)以及圖5(b)是表示淨化材的設置例的圖，圖5(c)是交錯状配置的示意圖。

圖6(a)是對添加氯化鈣的處理液表示經過特定時間後的處理液的顏色變化的照片，另外圖6(b)是對在氯化鈣中添加炭及鐵的處理液表示經過特定時間後的處理液的顏色變化的照片。

圖7(a)是對添加氯化鈣的處理液表示經過特定時間後的處理液的顏色變化的照片，另外圖7(b)是對在氯化鈣中添加炭及鐵的處理液表示經過特定時間後的處理液的顏色變化的照片。

圖8(a)是對添加氯化鈣的處理液表示經過特定時間後的處理液的顏色變化的照片，另外圖8(b)是對在氯化鈣中添加炭及鐵的處理液表示經過特定時間後的處理液的顏色變化的照片。

圖9(a)是對添加氯化鈣的處理液表示經過特定時間後的處理液的顏色變化的照片，另外圖9(b)是對在氯化鈣中添加炭及鐵的處理液表示經過特定時間後的處理液的顏色變化的照片。

圖10(a)是對添加氯化鈣的處理液表示經過特定時間後的處理液的顏色變化的照片，另外圖10(b)是對在氯化鈣中添加炭及鐵的處理液表示經過特定時間後的處理液的顏色變化的照片。

圖11是表示處理液每經過時間的狀況的照片。

Claims

一種脫色以及水質淨化方法，其特徵在於：在著色的產業排液中添加鈣化合物及/或鎂化合物，並使由至少一部分接觸的鐵材以及碳材構成的淨化機構浸漬，藉此於鈣離子及/或鎂離子的存在下提高該產業排液的電氣導電性，並促進鐵離子的溶出，將上述著色的產業排液脫色並且去除磷離子。
如申請專利範圍第1項所述之脫色以及水質淨化方法，其中上述鈣化合物為氫氧化鈣、氯化鈣或碳酸鈣，上述鎂化合物為氫氧化鎂、氯化鎂或碳酸鎂。
如申請專利範圍第1項或第2項所述之脫色以及水質淨化方法，其中上述淨化機構的碳材是由碳纖維、含碳的導電性橡膠或含碳的導電性塑膠所構成。
如申請專利範圍第1項或第2項所述之脫色以及水質淨化方法，其中上述淨化機構的碳材為碳纖維，該碳纖維是由碳纖維網本體及該碳纖維網本體周圍附設的碳纖維束所構成。