特許 6211022 汚染水の浄化処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6211022

(24)【登録日】2017年9月22日

(45)【発行日】2017年10月11日

(54)【発明の名称】汚染水の浄化処理方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/28 20060101AFI20171002BHJP

   B01J 20/10 20060101ALI20171002BHJP

   B01J 20/34 20060101ALI20171002BHJP

   C03B 19/08 20060101ALI20171002BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/28 E

   B01J20/10 C

   B01J20/34 H

   C03B19/08 A

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-24386(P2015-24386)

(22)【出願日】2015年2月10日

(65)【公開番号】特開2016-147215(P2016-147215A)

(43)【公開日】2016年8月18日

【審査請求日】2016年11月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】504310618

【氏名又は名称】古川 改造

(73)【特許権者】

【識別番号】512274942

【氏名又は名称】小森 理代

(74)【代理人】

【識別番号】100095739

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 俊夫

(72)【発明者】

【氏名】古川 改造

【審査官】 菊地 寛

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １／２８

Ｂ０１Ｊ ２０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属イオン及び有機質の双方を含む汚染水を対象とし、
（ａ）ガラス質材粉１００重量部、鹿沼土粉及び赤玉土粉を合量で５０〜１００重量部、及び発泡材粉１０〜２０重量部を採取混合して、８００〜１１００℃の連続焼成炉中で焼成発泡させた後に粉体、粒体として成る吸着材を得て、該吸着材を貯留槽に貯めた上記汚染水全水量に対して０．１〜３．０％の割合で投入し、撹拌する工程と、
（ｂ）該撹拌液を静止状態において沈殿を促すとともに、生じた上澄み液と上記金属イオン及び有機質を吸着した沈殿物とを分離し、分離した泥状の沈殿物を含水率７０〜９０％の塊状体に維持する工程と、
（ｃ）該塊状体を燃焼炉に投じて、５００〜６００℃の温度で加熱燃焼し、微少の金属イオンを該吸着材に吸着させる一方で、有機質から発生する二酸化炭素、水蒸気等の気化ガスを、連通孔を備えた吸着材の系外に散逸させる工程と、
（ｄ）該加熱燃焼後の吸着材に上記焼成発泡させた未使用吸着材を、加熱燃焼後の吸着材１００重量部に対し５〜１５重量部の割合で追加補填する工程と、
（ｅ）貯留槽に貯めた新たな汚染水に対し、（ｄ）工程で得られた混合吸着材を投入・撹拌して、（ｂ）〜（ｄ）の工程を加えるサイクルを繰り返す工程と、
から成ることを特徴とする汚染水の浄化処理方法。

【請求項2】

吸着材がガラス質材粉を窓用板ガラス、コップ、ビンなどとし、その粒子径を１〜１０００μｍの粉体、粒体として成る請求項１記載の汚染水の浄化処理方法。

【請求項3】

吸着材が鹿沼土粉、赤玉土粉の粒子径を１〜１０００μｍの粉体、粒体として成る請求項１記載の汚染水の浄化処理方法。

【請求項4】

吸着材が発泡材粉をあこや貝殻、ほたて貝殻、牡蠣殻など貝殻由来の炭酸カルシウム粉体とし、その粒子径を１〜１０００μｍの粉体、粒体として成る請求項１記載の汚染水の浄化処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、汚染水の浄化処理方法に関し、更に詳細には、金属イオン及び有機質の双方を含む汚染水を対象とし、この汚染水に対して先の本発明者製作によるガラス発泡体を吸着材として使用する場合において、未使用の金属イオン吸着能を活かして繰返し利用可能な吸着材とする汚染水の浄化処理方法を提供する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

本発明者は先にガラス発泡体に関する特許（特許文献１）を得ているが、このガラス発泡体は、その特質が金属イオンおよび有機質の吸着能に優れている点にあり、特に金属イオンの吸着能は各種の金属イオンを相当量にまで吸着可能であることが確認されている。
ところで、その吸着能を活かすべく更に研究を進め、例えば汚染水の浄化に用いたところ、上記金属イオン及び有機質の吸着能が発揮されることを確認した。一般的には、汚染水の浄化にあっては、１回の浄化処理を行う毎にそのまま廃棄するのが通常であり、本発明者も当初同様の廃棄処分に従っていた。

【0003】

しかし、本発明者がこの汚染水浄化処理の実験を繰り返すうち、上記特許文献１のガラス発泡体にあっては、吸着能が大きく、１、２回の処理ではその発砲体の備える金属イオン吸着能の数％が使用されるに過ぎず、残りの大半の部分は未使用のまま廃棄されてしまっていることに気付いた。
他方、この処理において金属イオンのみならず有機質が付着する場合には、ガラス発泡体の一定部分がこの有機質に占領されてしまい、本来あるべき金属イオンの吸着能が失われることから廃棄処理がやむを得ない事態となる。

【0004】

言い換えると、金属イオンについて相当量部分が未使用で残されている場合には再使用の可能性がある一方で、有機質が一定量吸着した場合には再使用が困難になるという矛盾を含んだものとなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４４９４３１１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで、本発明は、上記金属イオン及び有機質の双方を含む汚染水を対象として、この汚染水に対して上記特許文献１のガラス発泡体を吸着材として使用する場合において、上記矛盾を解消して未使用の金属イオン吸着能を活かして繰返し利用可能な吸着材とする汚染水の浄化処理方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の汚染水の浄化処理方法は、金属イオン及び有機質の双方を含む汚染水を対象とし、（ａ）ガラス質材粉１００重量部、鹿沼土粉及び赤玉土粉を合量で５０〜１００重量部、及び発泡材粉１０〜２０重量部を採取混合して、８００〜１１００℃の連続焼成炉中で焼成発泡させた後に粉体、粒体として成る吸着材を得て、該吸着材を貯留槽に貯めた上記汚染水全水量に対して０．１〜３．０％の割合で投入し、撹拌する工程と、（ｂ）該撹拌液を静止状態において沈殿を促すとともに、生じた上澄み液と上記金属イオン及び有機質を吸着した沈殿物とを分離し、分離した泥状の沈殿物を含水率７０〜９０％の塊状体に維持する工程と、（ｃ）該塊状体を燃焼炉に投じて、５００〜６００℃の温度で加熱燃焼し、微少の金属イオンを該吸着材に吸着させる一方で、有機質から発生する二酸化炭素、水蒸気等の気化ガスを、連通孔を備えた吸着材の系外に散逸させる工程と、（ｄ）該加熱燃焼後の吸着材に上記焼成発泡させた未使用吸着材を、加熱燃焼後の吸着材１００重量部に対し５〜１５重量部の割合で追加補填する工程と、（ｅ）貯留槽に貯めた新たな汚染水に対し、（ｄ）工程で得られた混合吸着材を投入・撹拌して、（ｂ）〜（ｄ）の工程を加えるサイクルを繰り返す工程と、から成ることを特徴とする。

【0008】

請求項２記載の汚染水の浄化処理方法は、その吸着材がガラス質材粉を窓用板ガラス、コップ、ビンなどとし、その粒子径を１〜１０００μｍの粉体、粒体として成る。

【0009】

請求項３記載の汚染水の浄化処理方法は、その吸着材が鹿沼土粉、赤玉土粉の粒子径を１〜１０００μｍの粉体、粒体として成る。

【0010】

請求項４記載の汚染水の浄化処理方法は、その吸着材が発泡材粉をあこや貝殻、ほたて貝殻、牡蠣殻など貝殻由来の炭酸カルシウム粉体とし、その粒子径を１〜１０００μｍの粉体、粒体として成る。

【発明の効果】

【0011】

金属イオン及び有機質の双方を含む汚染水が貯えられた貯留槽に、本発明で使用される吸着材を投入すると、その金属イオン及び有機質は該吸着材に一旦吸着され、該貯留槽の底部に沈殿する。この沈殿物を採取し、５００〜６００℃の温度で加熱燃焼すると、有機質は二酸化炭素や水蒸気等の気化ガスとして該吸着材の系外に散逸される。このとき、本発明の該吸着材はCaO-Al₂O₃-SiO₂系非晶質体を形成し、高温の１１００℃に加熱焼成されていることで、その非晶質体に発泡材及びガラス質材由来の連通孔が形成されていて、この連通孔を伝って、発生する該気化ガスは速やかに排出されるものとなる。
一方の金属イオンは、同時に上記５００〜６００℃の温度で加熱燃焼しても、該吸着材の系内に吸着されたまま残るが、該吸着材内に占有する割合は僅かであるので、該加熱燃焼後の吸着材は当初の吸着能を回復していることとなる。この加熱燃焼後の吸着材に未使用の吸着材を補填することで混合された全体の吸着能はほぼ完全に回復され、その吸着能を活かして繰返し利用可能な方法とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明において本発明者製作の吸着材の投入、撹拌工程を示す模式図である。

【図2】沈殿物を分離し、塊状体として採取する工程を示す模式図である。

【図3】加熱燃焼工程を示す模式図である。

【図4】加熱燃焼後の吸着材に未使用の吸着材を追加補填する工程を示す模式図である。

【図5】混合吸着材の投入、撹拌工程で、（ｂ）〜（ｄ）工程を繰返すときの初期工程を示す模式図である。

【図6】本発明で使用した吸着材で吸着した金属イオンと有機質の加熱燃焼前の状態を示す電子顕微鏡による１０００倍拡大写真である。

【図7】本発明で使用した吸着材で吸着した金属イオンと有機質の加熱燃焼後の状態を示す電子顕微鏡による１０００倍拡大写真である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0013】

そこで本発明の実施の形態を図１〜図７ならびに表１及び表２を用いて、（ａ）吸着材の生成、該吸着材を汚染水に投入、撹拌する工程、（ｂ）該金属イオン及び有機質を吸着した該吸着材を沈殿、分離し、塊状体として採取する工程、（ｃ）該塊状体を加熱燃焼する工程、（ｄ）燃焼後の吸着材に未使用吸着材を追加補填する工程、（ｅ）貯留槽に貯めた新たな汚染水に対し、（ｄ）工程で得られた混合吸着材を投入・撹拌して（ｂ）〜（ｄ）工程を加えるサイクルを繰り返す工程、について説明する。

【0014】

（ａ）吸着材の生成、該吸着材を汚染水に投入、撹拌する工程
最初に、本発明で使用した吸着材の生成とその吸着材の内面から外面に向けて形成される連通孔について説明する。
本発明で使用される吸着材生成のための基本配合はガラス質材紛１００重量部に対して、鹿沼土粉等５０〜１００、発泡材紛１０〜２０とし、その生成工程は炉内温度を８００℃近辺で各配合剤を軟化溶融させ、１０００〜１１００℃でCaO-Al₂O₃-SiO₂系非晶質体を形成する。このとき、該非晶質体の内外に、発泡材より噴出したガスによりガラス質材由来の単泡が生成され、更に高温の１１００℃で該単泡は破裂してガスの抜け道として成る連泡を生成する。その抜け道が冷えて固まった連泡を、本件では連通孔と称する。
次いで、対象とする金属イオン及び有機質を含む汚染水を貯留槽に貯めて、吸着材を投入・撹拌する工程について、図１に基づいて説明する。
貯留槽１に金属イオン及び有機質を含む汚染水２を貯め、その汚染水全水量に対して上記吸着材３を０．１〜３．０％の割合で、撹拌しながら投入する。このとき、汚染水全水量に対する吸着材量が０．１％未満では吸着材が少なく、金属イオンや有機質の吸着残し発生の恐れがある。該吸着材量が３．０％超では吸着材が過多となり、吸着材を余分に使用することになる。投入後は５〜１０分程度撹拌を継続する。
ここで、各種の汚染水に含まれる有機質の種類と燃焼特性について説明する。
表１は、熱量基準の汚染水に存する有機質の燃焼特性を示すもので、該汚染水を高燃焼カロリー物質、低燃焼カロリー物質、自力燃焼不可物質に区分し、それぞれに対する具体例を示す。

【0015】

【表1】

上表中の熱量基準の物質の３タイプの有機質を該吸着材に吸着させ、その燃焼特性に合わせて加熱燃焼させる。その温度は、上記に示す通り、５００〜６００℃とする。表中の高燃焼カロリー物質類は、塗料や切削油など燃焼し易い汚染物質が含まれる汚染水であり、最初だけ加熱すれば自力燃焼で燃えることを示している。他方の自力燃焼不可物質は、工業汚染排水やヘドロ等の微生物など燃焼し難い汚染物質が含まれる汚染水であり、終始加熱しなければ燃焼せず、燃焼しても灰が残ることを示している。中間の低燃焼カロリー物質は、リグニン類や繊維など前二者の中間の燃焼をする汚染物質が含まれる汚染水であり、少しずつ加熱しなければ燃焼が継続できないことを示している。

【0016】

（ｂ）金属イオン及び有機質を吸着した吸着材を沈殿、分離、塊状体として採取する工程
前記（ａ）工程において、前記吸着材を投入して金属イオン及び有機質を吸着させた後、５〜１０分間静止すると、図２の左図に示すように、貯留槽１の上部に浄化された上澄み液５が次第に生成され、該貯留槽１の下部に金属イオン及び有機質を吸着した吸着材が泥状の沈殿物６として生成される。
次いで、図２の右図に示すように、上記上澄み液５と上記沈殿物６を濾過フィルターで分離し、分離した泥状の沈殿物６は７０〜９０％の含水状態を維持した塊状体７となる。この塊状体７は７０〜９０％の含水状態を維持するので、泥粒子相互間に水を仲立ちとして引き合いが生じ、適度な水分を保持して塊になっている。この状態にあっては、沈殿物の一般的な処理方法である加熱乾燥して水分を蒸発させても、その塊状を維持して、該吸着材は流動することがなく、容易に飛散することはない。因みに、含水率が７０％未満の場合は水プアとなり、加熱乾燥するとバラバラになって飛散し、９０％超の場合は水リッチとなって該吸着材は塊にならない。
上記塊状体７は金属イオンと有機質を吸着した吸着材の集合体で、これを示したのが図６で、該集合体の加熱燃焼前の状態を表した、拡大倍率１０００倍の電子顕微鏡写真である。（吸着した有機質と連通孔が確認され、吸着材であるCaO-Al₂O₃-SiO₂系非晶質体を形成する構造体であることが確認される。）

【0017】

（ｃ）塊状体を加熱燃焼する工程
図３に示すように、前記（ｂ）工程で生成された、７０〜９０％含水して金属イオン及び有機質を含んだ塊状体７は、重油バーナー８により５００〜６００℃で加熱燃焼され、該有機質は二酸化炭素、水蒸気等の気化ガス９として吸着材の系外に散逸され、その気化ガス９は該重油バーナー８に付設の排気口１０より装置の外部に排出されて、加熱燃焼後の吸着材１１が生成される。
このとき、本発明で使用した吸着材はCaO-Al₂O₃-SiO₂系非晶質体を形成し、高温の１１００℃に加熱焼成されていることで、その非晶質体に発泡材及びガラス質材由来の連通孔が形成されていて、この連通孔を伝って、発生する該気化ガス９は速やかに排出される。一方の金属イオンは、５００〜６００℃の温度で加熱燃焼しても、該吸着材の系外に散逸することなく系内に吸着されたまま残るが、その割合は僅かであるので、当初の本発明者製作の吸着材とほぼ同等の吸着能を得るようになる。このようにして、加熱燃焼後の吸着材１１は当初の吸着機能を回復することになる。
該塊状体７を加熱燃焼して燃焼後の吸着材１１を生成する本工程において、図７は、本発明で使用した吸着材で吸着した金属イオンと有機質の加熱燃焼後の状態を表した、拡大倍率１０００倍の電子顕微鏡写真である。
（加熱燃焼後であることから該有機質は確認されず、加熱により該吸着材が若干の変形を起こしているものの、元来の吸着材のCaO-Al₂O₃-SiO₂系非晶質体を形成する構造体であることが確認できる。）

【0018】

（ｄ）燃焼後の吸着材に未使用吸着材を追加補填する工程
図４に示すように、前記（ｃ）工程で生成された加熱燃焼後の吸着材１１を１００重量部に対して、上記（ａ）工程で使用した未使用吸着材３を５〜１５重量部追加補填する。ここで、未使用吸着材とは本発明者製作の吸着材で、加熱燃焼により吸着能を回復した使用後の吸着材と区別された未だ使用されていない吸着材を指す。
加熱燃焼後の吸着機能を回復した吸着材１１いわゆる再生吸着材は未使用吸着材３とほぼ同等の吸着能を得ているが、該再生吸着材に未使用吸着材３を追加補填してより完全な混合した吸着材とすることができる。
表２に、前記（ｃ）工程で生成した加熱燃焼後の吸着材１１に本発明で未使用吸着材を追加補填するときの基本配合を示す。

【0019】

【表2】

この表で、未使用吸着材３の配合量が５重量部未満の場合は混合吸着材の吸着能不足であり、反対に未使用吸着材３の配合量が１５重量部超の場合は該混合吸着材の吸着能が余剰状態となる。

【0020】

（ｅ）貯留槽に貯めた新たな汚染水に対し、（ｄ）工程で得られた混合吸着材を投入・撹拌して、（ｂ）〜（ｄ）工程を加えるサイクルを繰り返す工程
図５に示すように、未使用吸着材３は汚染水中に存する有機質を吸着して加熱燃焼され、該有機質は気化して散逸する一方で、同時に吸着している金属イオンも加熱燃焼されて燃焼後の吸着材１１いわゆる機能再生吸着材となる。この燃焼後の吸着材１１は未使用吸着材３ほどではないが、新たな金属イオンと有機質を吸着できる余剰域を形成できたので、この燃焼後の吸着材１１に未使用吸着材３を追加補填して燃焼後の吸着材１１の吸着能をより完全な吸着材にすることができる。この混合吸着材を用いて新しい汚染水を浄化処理することにより、再び加熱燃焼して有機質を散逸させ、金属イオンを吸着させるという、このサイクルを繰り返すことができる。すなわち、貴重な吸着材を廃棄することなく、金属イオンで満たされるまで、金属イオンの吸着材として繰返し使用でき、所謂汚染水の浄化処理に利用することができる。更に、この方法は該燃焼後の吸着材１１を廃棄しないので、環境にも優しい処理方法となっている。

【産業上の利用可能性】

【0021】

本発明は、工業汚染排水や湖水などの汚染水に対し、水中の金属イオンや有機質を吸着材を用いて捕獲する水質浄化処理方法であり、用いた吸着材を廃棄することなく繰返し再利用して浄化することができるもので、極めて経済的であり、且つ地球環境の保護に厚い方法として利用され得る。

【符号の説明】

【0022】

１ 貯留槽
２ 汚染水
３ 本発明者製作の吸着材
４ 撹拌機
５ 上澄み液
６ 沈殿物
７ 塊状体
８ 重油バーナー
９ 気化ガス
１０ 排気口
１１ 加熱燃焼後の吸着材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】