水浄化方法および水浄化装置
【課題】ゼオライトによる吸着能、イオン交換能を効率良く発揮させることにより、安価に水の浄化を行うことが可能な水浄化方法および水浄化装置の提供。
【解決手段】ゼオライト化発泡ガラスを入れた浮子１０と、この浮子１０を複数連結して曳航し、浮上油１１が浮遊する被処理水の水域１２を囲む曳航船１３と、この水域１２に直に浮遊させるかさ比重０．３〜０．６の連続間隙を有するゼオライト化発泡ガラス１４とから構成される水浄化装置である。浮子１０は、細長いネットにかさ比重０．３〜０．６の連続間隙を有するゼオライト化発泡ガラスを充填したものである。浮子１０により囲まれた水域１２内の浮上油１１を含む水は、この水域１２内に浮遊させたゼオライト化発泡ガラス１４と接触し、間隙の中まで浸入し、ゼオライトによる吸着能、イオン交換能により浄化される。
【解決手段】ゼオライト化発泡ガラスを入れた浮子１０と、この浮子１０を複数連結して曳航し、浮上油１１が浮遊する被処理水の水域１２を囲む曳航船１３と、この水域１２に直に浮遊させるかさ比重０．３〜０．６の連続間隙を有するゼオライト化発泡ガラス１４とから構成される水浄化装置である。浮子１０は、細長いネットにかさ比重０．３〜０．６の連続間隙を有するゼオライト化発泡ガラスを充填したものである。浮子１０により囲まれた水域１２内の浮上油１１を含む水は、この水域１２内に浮遊させたゼオライト化発泡ガラス１４と接触し、間隙の中まで浸入し、ゼオライトによる吸着能、イオン交換能により浄化される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゼオライトの吸着能およびイオン交換能を利用した水浄化方法および水浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゼオライトはその特性から、イオン吸着による水処理、海水処理および底泥の改善、高度な保水性による土壌改良や、肥料成分の保持による土壌埋設材などに広く使用されている。また、このゼオライトの吸着性、イオン交換性を利用するものとして、例えば特許文献１に記載のように、溶融したガラスにゼオライトを添加することにより、ガラスに発根性、抗菌性、防腐性、水浄化性および油を改質する特性を付加させる技術が知られている。
【０００３】
ところで、多孔質ガラスや発泡ガラス等についても、表面積が十分に大きいことから吸着作用を有するので、上記ゼオライトと同様の用途に使用されることがある。例えば、特許文献２には、多孔質ガラス等に機能性共重合体を固定化したものが記載されている。また、特許文献３には、液体中の塩基性物質を、成分中のＳｉＯ2含有量が９６重量％以上であり、かつ粉末状または繊維状あるいは織物状とした多孔質ガラスを用いて処理することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９３５６６号公報
【特許文献２】特開２００２−３１６８３８号公報
【特許文献３】特開平４−６６１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記多孔質ガラスや発泡ガラス等でも表面積は十分に大きく、それなりの吸着作用を有するものの、前述のゼオライトと比較すると、用途によっては吸着作用が不足することがある。ゼオライトそのものは粉末状であるので、そのままでは取り扱いにくいという問題があるが、特許文献１に記載の技術では、溶融したガラスにゼオライトを添加することによりこの問題を解決している。
【０００６】
ところが、特許文献１に記載のガラス組成物は、ゼオライトを溶融ガラス中に溶け込ませているので、ガラス組成物に添加したゼオライトのうち、ガラス組成物の表面に露出した部分しか吸着性、イオン交換性を発揮しない。そのため、ゼオライトの添加量の割に吸着能、イオン交換能があまり発揮できず、効率が良いとはいえない。ゼオライトは非常に高価であるので、この高効率化が望まれている。
【０００７】
そこで、本発明においては、ゼオライトによる吸着能、イオン交換能を効率良く発揮させることにより、安価に水の浄化を行うことが可能な水浄化方法および水浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の水浄化方法は、表面がゼオライト化された発泡ガラス（以下、「ゼオライト化発泡ガラス」と称す。）を被処理水に接触させることを特徴とする。ゼオライト化発泡ガラスでは、発泡ガラスの表面に露出した部分だけでなく、間隙内面までゼオライト化されている。このようなゼオライト化発泡ガラスに接触した被処理水は、間隙の中まで浸入し、発泡ガラス表面および間隙内面のゼオライトと接触することにより浄化される。
【０００９】
ここで、ゼオライト化発泡ガラスとして、かさ比重１未満のものを用いることが可能である。かさ比重１未満のものを用いると、ゼオライト化発泡ガラスが水面に浮遊するので、この水面近傍の水に集中的にゼオライトを接触させることができる。なお、ゼオライト化発泡ガラスとして、連続間隙を有するものを用いた場合、そのかさ比重は０．３〜０．６である。
【００１０】
また、ゼオライト化発泡ガラスとして、かさ比重１超のものを用いることが可能である。かさ比重１超のものを用いると、ゼオライト化発泡ガラスが水域の水底に沈むので、水域の水底近傍の水にゼオライトを接触させることができる。なお、ゼオライト化発泡ガラスとして、間隙率１０〜４０％の間隙を有するものを用いた場合、このゼオライト化発泡ガラスは連続間隙と独立間隙が混在し、かさ比重は０．８〜１．５である。
【００１１】
また、このゼオライト化発泡ガラスは、被処理水の水域に散布することにより、広くその水域の水をゼオライトに接触させることができる。このとき、発泡ガラスがかさ比重１未満のものであれば、前述のようにゼオライト化発泡ガラスが水域の水面に浮遊するので、水域の水面近傍の水にゼオライトを接触させることができる。一方、かさ比重１超のものであれば、ゼオライト化発泡ガラスが水域の水底に沈むので、水域の水底近傍の水にゼオライトを接触させることができる。
【００１２】
また、かさ比重１未満のゼオライト化発泡ガラスをネットに入れた浮子によって被処理水の水域を囲むことにより、この囲まれた水域内の水がこの囲まれた水域外へ浸出する際、浮子のネット内のゼオライト化発泡ガラスと接触する。
【００１３】
ゼオライト化発泡ガラスとしては、（１）ガラス微粉末に発泡剤とゼオライト化前駆物質を混合した後、焼成したもの、（２）ガラス微粉末にゼオライト化前駆物質を混合しゼオライト化させた後、発泡剤を混合し、焼成したもの、（３）ガラス微粉末に発泡剤を混合焼成し発泡ガラスを製造した後、ゼオライト化前駆物質を付着させ、マイクロ波によりゼオライト化したもの等を用いることができる。
【００１４】
本発明の水浄化装置は、かさ比重１未満のゼオライト化発泡ガラスをネットに入れて被処理水の水域を囲む浮子と、この浮子により囲まれた水域に浮遊させるかさ比重１未満のゼオライト化発泡ガラスとから構成されるものである。本発明の水浄化装置によれば、浮子により囲まれた水域内の水は、この水域内に浮遊するゼオライト化発泡ガラスと接触することにより浄化される。また、この水域内の水がこの水域外へ浸出する際、浮子のネット内のゼオライト化発泡ガラスと接触し、浄化される。
【００１５】
本発明の別の水浄化装置は、ゼオライト化発泡ガラスを、通水性を有する容器内に入れたものである。本発明の水浄化装置によれば、ゼオライト化発泡ガラスを入れた通水性を有する容器内に被処理水が導入されると、この被処理水が容器を通過する際にゼオライト化発泡ガラスと接触し、浄化される。
【００１６】
ここで、容器は、排水ピットであり、ゼオライト化発泡ガラスはかさ比重１未満であるとすれば、この排水ピットに被処理水が導入されると、この被処理水が排水ピットを通過する際に、排水ピット内に浮遊するゼオライト化発泡ガラスと接触し、浄化される。
【００１７】
本発明の別の水浄化装置は、かさ比重１超のゼオライト化発泡ガラスを被処理水の水域の底泥中または底泥上に敷設したものである。本発明の水浄化装置によれば、底泥から水域に溶出する成分がゼオライト化発泡ガラスと接触し、吸着除去される。
【００１８】
本発明の別の水浄化装置は、ゼオライト化発泡ガラスをろ材として用いたものである。本発明の水浄化装置によれば、被処理水がろ過される際、ゼオライト化発泡ガラスに接触し、浄化される。
【発明の効果】
【００１９】
（１）ゼオライト化発泡ガラスを被処理水に接触させることにより、被処理水を間隙の中まで浸入させ、発泡ガラスの表面に露出したゼオライトだけでなく、間隙内面のゼオライトにまで接触させ、ゼオライトによる吸着能、イオン交換能を効率良く発揮させることができ、安価に水の浄化を行うことが可能となる。
【００２０】
（２）ゼオライト化発泡ガラスとして、かさ比重１未満のものを用いることにより、ゼオライト化発泡ガラスを被処理水の水面近傍に浮遊させ、この水面近傍の水に集中的にゼオライトを接触させて浄化することが可能となる。
【００２１】
（３）ゼオライト化発泡ガラスとして、かさ比重１超のものを用いることにより、ゼオライト化発泡ガラスを水域の水底に沈ませ、この水底近傍の水に集中的にゼオライトを接触させて浄化することが可能となる。
【００２２】
（４）ゼオライト化発泡ガラスを被処理水の水域に散布することにより、広くその水域の被処理水にゼオライトを接触させて浄化することが可能となる。
【００２３】
（５）かさ比重１未満のゼオライト化発泡ガラスをネットに入れた浮子によって被処理水の水域を囲むことにより、この囲まれた水域内の水がこの囲まれた水域外へ浸出する際、浮子のネット内のゼオライト化発泡ガラスと接触し、浄化されるので、この浮子により囲まれた水域外を汚染することがない。
【００２４】
（６）かさ比重１未満のゼオライト化発泡ガラスをネットに入れて被処理水の水域を囲む浮子と、この浮子により囲まれた水域に浮遊させるかさ比重１未満のゼオライト化発泡ガラスとから構成される水浄化装置により、浮子により囲まれた水域内の水を浄化することができるとともに、この水域内の水がこの水域外へ浸出する際、浮子のネット内のゼオライト化発泡ガラスにより浄化することができ、この浮子により囲まれた水域外を汚染することがない。この水浄化装置によれば、タンカ事故等による油回収や、ダム、湖沼等の閉鎖性水域の浄化を行うことができる。
【００２５】
（７）ゼオライト化発泡ガラスを、通水性を有する容器内に入れた水浄化装置により、被処理水が容器を通過する際に浄化することができる。この水浄化装置によれば、ダム、湖沼等の閉鎖性水域等への流入水の汚濁物質、栄養塩、重金属の除去や、アオコの吸着除去およびその吸着により溶出したアンモニアや溶解性有機物等の除去を行うことができる。
【００２６】
（８）容器が、排水ピットであり、ゼオライト化発泡ガラスがかさ比重１未満である場合、被処理水が排水ピットを通過する際に、浄化することができる。この水浄化装置によれば、事業場での排水ピット内の油の回収を行うことができる。
【００２７】
（９）かさ比重１超のゼオライト化発泡ガラスを被処理水の水域の底泥中または底泥上に敷設した水浄化装置により、底泥から水域に溶出する成分を吸着除去することができる。この水浄化装置によれば、底質改善を行うことができる。
【００２８】
（１０）ゼオライト化発泡ガラスをろ材として用いた水浄化装置により、被処理水がろ過される際に浄化することができる。この水浄化装置は、有機物や窒素分の多い、すなわち汚濁または汚染レベルの高い汚水の浄化施設、重金属の除去施設、流動床・固定床方式の浄化槽、浄水場に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
ゼオライトの一般化学式は以下のように表される。
Ｘ（Ｍ2+，Ｍ2+）Ｏ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2・Ｈ2Ｏ
但し、Ｍ2+，Ｍ2+：アルカリ源、Ａｌ2：アルミナ源、Ｓｉ：シリカ源である。
【００３０】
したがって、合成に当たってはこれら３つの原料と水とを加え、合成温度、合成時間、合成圧力等を調整することで各種ゼオライトを生成することができる。石炭灰から作られる人工ゼオライトは、石炭灰に含まれるシリカ分とアルミナ分にアルカリ源となる苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）を加えて、オートクレーブによる水熱処理で合成される。
【００３１】
本実施形態において使用するガラスは、有色廃ガラスである。この有色廃ガラスは、表１のガラスカレットの化学組成（単位：質量％）に示すように、ソーダガラスであることから、シリカ源およびアルカリ源（Ｎａ）は含まれているものの、アルミナ源はほとんど含まれていない。したがって、ゼオライト化に当たっては、ガラス表面の活性化とアルミナ源（アルミニウム）の添加が必要となる。また、アルミニウム成分は発泡ガラス表面と十分に濡れることが必要であるので、液体状で供給されることが望ましい。
【００３２】
【表１】
【００３３】
一方、ゼオライトにはゼオライト水（Zeolytic Water）が必要であり、これにより構造が保たれるので、少なくとも生成時は水分の存在が必要である。但し、この水は加熱により除かれても、ゼオライトの構造は保持され、水分存在下では再水和が行われるとされており、構造ができてしまえば、さらに高温処理が行われてもゼオライトそのものは残る。
【００３４】
以上のことから、ガラスをゼオライト化させるために必要なアルミナ源として、次のように、ゼオライト化条件を決定する。
〔アルミナ源の添加＋水溶液化法〕
（１）液体状で供給される市販のアルミン酸ソーダ（ＮａＡｌＯ2）を使用する方法
（２）次に示すアルミナ源に苛性ソーダを加え、水溶液化する方法
・γアルミナ
・カオリンＡｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2・２Ｈ2Ｏ
・メタカオリン（カオリンを焼成したもの、Ａｌ2Ｓｉ2Ｏ7）
・モンモリロナイトＮａ0.3（Ａｌ，Ｍｇ）2（Ｓｉ，Ａｌ）4Ｏ10（ＯＨ）2・ｘＨ2Ｏ
・アロフェン（Ａｌ2Ｏ3）（ＳｉＯ2）1.3２．５（Ｈ2Ｏ）
・水酸化アルミニウムＡｌ（ＯＨ）3
【００３５】
ゼオライト化発泡ガラスの製造は、以下の３つの方法のいずれかにより行う。
（１）ガラス微粉末に発泡剤とゼオライト化前駆物質を混合した後、焼成する方法（以下、「手法１」と称す。図１参照。）
（２）ガラス微粉末にゼオライト化前駆物質を混合しゼオライト化させた後、発泡剤を混合し、焼成する方法（以下、「手法２」と称す。図２参照。）
（３）ガラス微粉末に発泡剤を混合焼成し発泡ガラスを製造した後、ゼオライト化前駆物質を付着させ、マイクロ波によりゼオライト化する方法（以下、「手法３」と称す。図３参照。）
【００３６】
手法１は発泡ガラスの生成温度とゼオライトの生成温度が異なることから、ゼオライト化が最も困難と考えられる条件であるが、その代わり最も経済性が向上する条件でもある。すなわち、発泡ガラスを生成するには、発泡剤の発泡温度等から８５０〜９００℃程度必要であるが、反対にゼオライトは高温になると構造破壊を生じる可能性がある。
【００３７】
発泡ガラスの生成温度はガラスの溶融温度および発泡剤の発泡温度で決定される。使用する廃ガラスを溶融させるには７５０〜８００℃必要である。また、従来の発泡ガラス製造に使われている発泡剤は炭酸カルシウム（連続間隙で吸水性大の場合）で、最終加熱温度が一般に９５０℃以上と高い。これは炭酸カルシウムの分解温度が９００℃であるので、これより高い温度、通常９５０℃程度が必要となるからである。また、このような高温度においては、ビン、ガラスなどのソーダガラスではどうしても粘性が低くなりすぎ、気泡の保持が困難である。このため、高価な炭化ケイ素を多量に加えなければならないという弊害も生じてくる。
【００３８】
そこで、発泡ガラスの生成温度を低下させるため、本実施形態においては新しい発泡剤としてドロマイトを使用する。ドロマイトは、炭酸カルシウムより低い７５０〜８５０℃前後で分解反応が起こる。したがって、発泡剤としてドロマイトを使用することにより、発泡ガラスの生成温度を５０〜１００℃低下させ、炭酸カルシウムより低温（約８５０〜９００℃）で生成することができる。なお、これにより、発泡ガラスの製造において部分的には８５０〜９００℃程度にゼオライトが加熱されることになるが、過渡的状態で作るとともにその時間が１０分弱であることから、平均的な加熱温度は低く、ゼオライトを保持することが可能である。
【００３９】
また、ゼオライトは原則として水分の存在下で生成するが、手法１ではゼオライト化に必要なアルミナ源として粘土鉱物を採用し、粘土鉱物中に含有する水分を利用する。また、この粘土鉱物には６００℃程度で水分として蒸発するＯＨ基を多数持っており、かつ発泡ガラス化するときにガラス表面が溶融により覆われてしまい、内部が加圧条件（水熱に近い条件）になることが考えられる。具体的には通常の発泡ガラス製造条件に対して、中間温度での保持時間を長くすることによりゼオライトを生成する。
【００４０】
手法２では、廃ガラスを微粉砕後、ゼオライト化に必要なアルミナ源を加え、水熱条件でゼオライト化させた後、発泡剤を混ぜ、焼成、発泡させることにより、ゼオライト化発泡ガラスを生成する。但し、通常の水熱合成では多量のアルカリ中で処理を行うが、工業的にはアルカリ源を最小限として、水熱を実質的に水蒸気のみで行う。また、アルミナ源は、手法１と同じく天然鉱物を主として使用するようにして、活性な各種粘土鉱物を使用する。これらの粘土鉱物はそれのみでもゼオライト化する可能性があり、よりゼオライト化が容易となる。
【００４１】
手法３では、発泡ガラス製造後、アルミナ源を加え、マイクロ波処理によりゼオライト化させる。アルミナ源は水溶液状（水酸化アルミニウム＋水酸化ナトリウムまたはアルミン酸ナトリウム）で添加し、反応を起こしやすくするとともに、マイクロ波によるＯＨ基の活性化および発泡ガラス表面での溶融化によりゼオライトを形成する。
【００４２】
上記方法により得られるゼオライト化発泡ガラスは、添加材量、微粉砕ガラスの粒度、焼成温度や焼成時間等の製造条件によりその比重を調整することができる。また、発泡剤の種類および添加量を調整することにより連続間隙を有するものとしたり、間隙率１０〜４０％の連続間隙および独立間隙が混在するものとしたりすることができる。
【００４３】
なお、間隙率とは、発泡ガラス全体の体積に対する隙間の割合を百分率で表したものである。間隙率は吸水率と等しく、次式により求められる。
間隙率（吸水率）Ｑ（％）＝（ｍS−ｍD）／ｍD×１００
但し、ｍS：試料の質量（ｇ）、ｍD：乾燥後の試料の質量（ｇ）である。
【実施例１】
【００４４】
図４は本発明の１実施例としてのタンカ事故等による油回収の例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
図４において、本実施例の水浄化装置は、ゼオライト化発泡ガラス（図示せず。）を入れた浮子１０と、この浮子１０を複数連結して曳航し、浮上油１１が浮遊する被処理水の水域１２を囲む曳航船１３と、この水域１２に直に浮遊させるかさ比重０．３〜０．６の連続間隙を有するゼオライト化発泡ガラス１４とから構成される。浮子１０は、細長いネットにかさ比重０．３〜０．６の連続間隙を有するゼオライト化発泡ガラスを充填したものである。
【００４５】
本実施例によれば、浮子１０により囲まれた水域１２内の浮上油１１を含む水は、この水域１２内に浮遊させたゼオライト化発泡ガラス１４と接触し、間隙の中まで浸入する。ここで、ゼオライト化発泡ガラス１４は、発泡ガラスの表面に露出した部分だけでなく、間隙内面までゼオライト化されているので、浮上油１１を含む水は発泡ガラスの表面に露出したゼオライトだけでなく、間隙内面のゼオライトにまで接触する。これにより、浮上油１１を含む水は、このゼオライトによる吸着能、イオン交換能により浄化される。また、浮子１０により囲まれたこの水域１２内の水は、この水域１２外へ浸出する際、浮子１０内のゼオライト化発泡ガラスと接触し、浄化されるので、この浮子１０により囲まれた水域１２外を汚染することはない。
【００４６】
なお、浮上油１１を吸着したゼオライト化発泡ガラスは、回収した後、熱焼することにより、浮上油１１のみが二酸化炭素となって除去される。これにより、ゼオライト化発泡ガラスは再生される。この浮上油１１の除去後の再生ゼオライト化発泡ガラスは、再度浄化に利用したり、建設材料として再利用したりすることが可能である。
【００４７】
この方法は、湖沼、ダム、浄水場取水口、海域において浮遊汚濁物質であるアオコや赤潮対策として応用することも可能である。要するに、かさ比重０．３〜０．６の軽いゼオライト化発泡ガラスを被処理水域に散布すると、このゼオライト化発泡ガラスが被処理水域の水面近傍に浮遊した状態で水面近傍の水と接触するので、この水面近傍の水に集中的にゼオライトを接触させて浄化することが可能となる。
【実施例２】
【００４８】
図５は本発明の１実施例としてのダム等の閉鎖性水域での用途例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
図５において、本実施例の水浄化装置は、ダム等の閉鎖性水域２０に流れ込む支流２１に設けた浄化システム２２と、この支流２１からの流入水を囲んで仕切るフェンス２３と、閉鎖性水域２０の底泥中または底泥上に散布したかさ比重１〜１．５のゼオライト化発泡ガラス２４と、通水性を有するネットに収容してフェンス２３により囲まれた水域２６内に浮遊させたかさ比重０．３〜０．６のゼオライト化発泡ガラス２５とから構成される。
【００４９】
浄化システム２２は、通水性を有する容器内にゼオライト化発泡ガラスを入れたものである。フェンス２３は、前述の浮子１０と同様に、通水性を有する細長いネットにかさ比重０．３〜０．６の連続間隙を有するゼオライト化発泡ガラスを充填したものであり、閉鎖性水域２０の水面に浮遊する浮子である。また、フェンス２３の下方には、水中で増殖した藻類２８がフェンス２３により囲まれた水域２６外に拡散しないようにゼオライト化発泡ガラスを収容した通水性を有するネット２７を備える。ネット２７の最下部には、ネット２７が浮上しないように重り（図示せず。）を設けている。なお、ネット２７に代えて、同様に水中で増殖した藻類２８がフェンス２３により囲まれた水域２６外に拡散しないように仕切る仕切板（図示せず。）を備える構成とすることも可能である。
【００５０】
閉鎖性水域２０の底泥中または底泥上に散布したゼオライト化発泡ガラスは、間隙率１０〜４０％であってかさ比重１〜１．５の連続間隙と独立間隙が混在するものである。このようなかさ比重１超のゼオライト化発泡ガラスは、閉鎖性水域２０の水底に沈む。なお、ネットに収容したゼオライト化発泡ガラス２５は、ネットに収容せずにそのままフェンス２３により囲まれた水域２６内に散布して浮遊させることも可能である。
【００５１】
本実施例によれば、支流２１から閉鎖性水域２０に流れ込む水は、通水性を有する容器内に入れたゼオライト化発泡ガラスと接触し、前述のようにゼオライトによる吸着能、イオン交換能により浄化されることにより、栄養塩が除去される。また、水域２６で増殖した藻類２８を水域２６の水とともに浄化施設２２に戻して通水ろ過することにより、アオコや赤潮を除去できる。また、水域の水底の泥から溶出する栄養塩は、この底泥中または底泥上に散布されたゼオライト化発泡ガラスにより吸着除去される。これにより、栄養塩が閉鎖性水域２０の藻類２８に供給されるのを防止することができ、藻類２８の増殖を防止することができる。
【００５２】
また、支流２１から閉鎖性水域２０に流れ込む水は、フェンス２３およびネット２７により囲まれ、仕切られていることから、このフェンス２３およびネット２７により囲まれた水域２６の水は、フェンス２３およびネット２７を通過する際、このフェンス２３およびネット２７内のゼオライト化発泡ガラスと接触することにより浄化される。したがって、アオコのような浮遊物質がこのフェンス２３およびネット２７により囲まれた水域２６外に流出することはない。
【実施例３】
【００５３】
図６は本発明の１実施例としてのアオコ除去による池浄化の例を示す図である。
図６において、本実施例の水浄化装置は、修景池３０から水を吸い上げる水中ポンプ３１と、通水性を有する容器３２内に接触材としてのゼオライト化発泡ガラス３３を入れ、水中ポンプ３１により吸い上げたアオコ３４を含む水を通水ろ過させる浄化プラント３２とから構成される。
【００５４】
アオコのような浮遊物質を従来の接触材で除去した場合、接触材内部で除去されたアオコは、加水分解や生物分解によってアンモニアや溶解性有機物等に分解される。アンモニアは硝化細菌によって硝酸まで酸化される。河川水のような希薄な水域の場合は、好気性雰囲気の条件下におかれ、さらに脱窒に必要な有機物が少ないため脱窒が困難である。そのため、溶出したアンモニアは硝化反応までに留まり、脱窒による窒素除去まで至らない。しかし、本実施例のようにゼオライト化発泡ガラスを接触材に用いることで、溶出したアンモニアを吸着することができ、希薄な水質における高窒素除去率の浄化を行うことが可能となる。
【実施例４】
【００５５】
図７は本発明の１実施例としての底質改善の例を示す断面図である。
図７において、本実施例の水浄化装置は、間隙率１０〜４０％であってかさ比重１〜１．５の連続間隙と独立間隙が混在するゼオライト化発泡ガラス４０を被処理水の水域４１の底泥４２中または底泥４２上に敷設したものである。
【００５６】
本実施例によれば、底泥４２から溶出するアンモニア態窒素（ＮＨ4）、リン酸イオン（ＰＯ4）、鉛（Ｐｂ）、硫黄（Ｓ）等がゼオライト化発泡ガラス４０によって吸着、除去され、底質改善を行うことができる。
【実施例５】
【００５７】
図８は本発明の１実施例としての事業場での排水ピット内の油の回収の例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
図８において、本実施例の水浄化装置は、通水性を有する容器としての排水ピット５０に、かさ比重０．３〜０．６の連続間隙を有するゼオライト化発泡ガラス５１が散布されたものである。
【００５８】
本実施例における水浄化装置では、排水ピット５０の上方から流入する排水に含まれる油が浮上して浮上油５２として浮遊するが、この浮上油５２が同じく排水ピット５０内に浮遊するゼオライト化発泡ガラス５１と接触することにより吸着、除去される。これにより、排水ピット５０の下方からは油が除去された水が排出される。
【実施例６】
【００５９】
図９は汚濁または汚濁レベルの高い汚水浄化施設への適用例を示す図である。
図９において、本実施例の汚水浄化施設は、上流側から順に、最初沈殿槽６０、曝気槽６１、最終沈殿槽６２、ゼオライト化発泡ガラス６４による接触曝気槽６３を配置したものである。接触曝気槽６３は、ろ材としてゼオライト化発泡ガラス６４を用いたものである。
【００６０】
本実施例における汚水浄化施設は、公衆トイレの浄化槽の高度処理、畜産排水（し尿の処理）、食品廃水などの汚濁または汚濁レベルの高い被処理水を浄化するものであるが、本実施例では、この被処理水がろ過される際、ゼオライト化発泡ガラスと接触することで、有機物や窒素分が除去される。
【００６１】
また、ゼオライト化発泡ガラスをろ材として用いる例として、図１０に示す浄水場が挙げられる。
図１０において、本実施例の浄水場は、上流側から順に、沈砂池７０、着水井７１、混和池７２、フロック形成池７３、沈澱池７４、急速ろ過池７５を配置したものである。急速ろ過池７５には、ろ材としてゼオライト化発泡ガラス７６を用いている。
【実施例７】
【００６２】
図１１は反応槽の流動床方式への適用例を示す図である。
図１１において、本実施例の水浄化装置は、曝気槽８０にゼオライト化発泡ガラスからなる担体８１を充填し、曝気槽８０の下部から空気を供給することにより曝気を行うものである。曝気槽８０に充填された担体８１は、曝気により曝気槽８０内全体に流動するため、排水、酸素、微生物の大きな接触効率および高い酸素供給効率が得られる。これにより、高負荷処理が可能となるうえ、担体８１の目詰まりが防止される。なお、ゼオライト化発泡ガラスは、流動床方式のみならず固定床方式にも適用可能である。
【実施例８】
【００６３】
図１２は水域直接浄化システムへの適用例を示す図である。
図１２において、本実施例の水域直接浄化システムは、最上流側の粒径の大きい、例えば、粒径８０〜１００ｍｍのゼオライト化発泡ガラス９０から順に粒径の小さな、例えば、それぞれ粒径６０〜７０ｍｍおよび３０〜４０ｍｍのゼオライト化発泡ガラス９１，９２を接触材として接触槽内に充填したものである。特に、第１槽、第２槽の接触槽は目詰まりを起こしやすい箇所であるため、粒径を大きくし、容積充填率を６０〜８０％とすかすかの状態（例えば、第１槽を６０％、第２槽を７０〜８０％）としておく。
【００６４】
なお、本実施例において第３槽、第４槽、第５槽は、粒径は同じであるが、第３槽は第４槽および第５槽よりも容積充填率が低い状態としておく。また、ゼオライト化発泡ガラス９０，９１，９２は、かさ比重０．３〜０．６の連続間隙を有するものを用いる。
【００６５】
従来の間隙率の小さい接触材（骨材、礫）は、流入濃度が高いと目詰まりを起こしやすい。そのため、逆洗を頻繁に行う必要があるが、本実施例における水域直接浄化システムでは、最も目詰まりが起こりやすい第１槽、第２槽がすかすかの状態であり、逆洗の際に接触材が流動するため、目詰まりはすぐに解消される。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、水の浄化を行うことが可能な水浄化方法および水浄化装置として有用である。特に、タンカ事故等による油回収、ダム、湖沼等の閉鎖性水域の浄化、流入水の汚濁物質、栄養塩、重金属の除去、アオコの吸着除去およびその吸着により溶出したアンモニアや溶解性有機物の除去、事業場での排水ピット内の油の回収、底質改善、汚濁または汚染レベルの高い汚水浄化施設、流動床・固定床方式の浄化槽、浄水場等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】ゼオライト化発泡ガラスの第１の製造方法を示すフロー図である。
【図２】ゼオライト化発泡ガラスの第２の製造方法を示すフロー図である。
【図３】ゼオライト化発泡ガラスの第３の製造方法を示すフロー図である。
【図４】本発明の１実施例としてのタンカ事故等による油回収の例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】本発明の１実施例としてのダム等の閉鎖性水域での用途例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図６】本発明の１実施例としてのアオコ除去による池浄化の例を示す図である。
【図７】本発明の１実施例としての底質改善の例を示す断面図である。
【図８】本発明の１実施例としての事業場での排水ピット内の油の回収の例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図９】汚濁または汚濁レベルの高い汚水浄化施設への適用例を示す図である。
【図１０】浄水場への適用例を示す図である。
【図１１】反応槽の流動床方式への適用例を示す図である。
【図１２】水域直接浄化システムへの適用例を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 浮子
１１，５２ 浮上油
１２，２６，４１ 水域
１３ 曳航船
１４，２４，２５，３３，４０，５１，６４，７６，９０，９１，９２ ゼオライト化発泡ガラス
２０ 閉鎖性水域
２１ 支流
２２ 浄化システム
２３ フェンス
２６ 水域
２７ ネット
２８ 藻類
３０ 修景池
３１ 水中ポンプ
３２ 容器
３４ アオコ
４１ 水域
４２ 底泥
５０ 排水ピット
６０ 最初沈殿槽
６１ 曝気槽
６２ 最終沈殿槽
６３ 接触曝気槽
７０ 沈砂池
７１ 着水井
７２ 混和池
７３ フロック形成池
７４ 沈澱池
７５ 急速ろ過池
８０ 曝気槽
８１ 担体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゼオライトの吸着能およびイオン交換能を利用した水浄化方法および水浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゼオライトはその特性から、イオン吸着による水処理、海水処理および底泥の改善、高度な保水性による土壌改良や、肥料成分の保持による土壌埋設材などに広く使用されている。また、このゼオライトの吸着性、イオン交換性を利用するものとして、例えば特許文献１に記載のように、溶融したガラスにゼオライトを添加することにより、ガラスに発根性、抗菌性、防腐性、水浄化性および油を改質する特性を付加させる技術が知られている。
【０００３】
ところで、多孔質ガラスや発泡ガラス等についても、表面積が十分に大きいことから吸着作用を有するので、上記ゼオライトと同様の用途に使用されることがある。例えば、特許文献２には、多孔質ガラス等に機能性共重合体を固定化したものが記載されている。また、特許文献３には、液体中の塩基性物質を、成分中のＳｉＯ2含有量が９６重量％以上であり、かつ粉末状または繊維状あるいは織物状とした多孔質ガラスを用いて処理することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９３５６６号公報
【特許文献２】特開２００２−３１６８３８号公報
【特許文献３】特開平４−６６１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記多孔質ガラスや発泡ガラス等でも表面積は十分に大きく、それなりの吸着作用を有するものの、前述のゼオライトと比較すると、用途によっては吸着作用が不足することがある。ゼオライトそのものは粉末状であるので、そのままでは取り扱いにくいという問題があるが、特許文献１に記載の技術では、溶融したガラスにゼオライトを添加することによりこの問題を解決している。
【０００６】
ところが、特許文献１に記載のガラス組成物は、ゼオライトを溶融ガラス中に溶け込ませているので、ガラス組成物に添加したゼオライトのうち、ガラス組成物の表面に露出した部分しか吸着性、イオン交換性を発揮しない。そのため、ゼオライトの添加量の割に吸着能、イオン交換能があまり発揮できず、効率が良いとはいえない。ゼオライトは非常に高価であるので、この高効率化が望まれている。
【０００７】
そこで、本発明においては、ゼオライトによる吸着能、イオン交換能を効率良く発揮させることにより、安価に水の浄化を行うことが可能な水浄化方法および水浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の水浄化方法は、表面がゼオライト化された発泡ガラス（以下、「ゼオライト化発泡ガラス」と称す。）を被処理水に接触させることを特徴とする。ゼオライト化発泡ガラスでは、発泡ガラスの表面に露出した部分だけでなく、間隙内面までゼオライト化されている。このようなゼオライト化発泡ガラスに接触した被処理水は、間隙の中まで浸入し、発泡ガラス表面および間隙内面のゼオライトと接触することにより浄化される。
【０００９】
ここで、ゼオライト化発泡ガラスとして、かさ比重１未満のものを用いることが可能である。かさ比重１未満のものを用いると、ゼオライト化発泡ガラスが水面に浮遊するので、この水面近傍の水に集中的にゼオライトを接触させることができる。なお、ゼオライト化発泡ガラスとして、連続間隙を有するものを用いた場合、そのかさ比重は０．３〜０．６である。
【００１０】
また、ゼオライト化発泡ガラスとして、かさ比重１超のものを用いることが可能である。かさ比重１超のものを用いると、ゼオライト化発泡ガラスが水域の水底に沈むので、水域の水底近傍の水にゼオライトを接触させることができる。なお、ゼオライト化発泡ガラスとして、間隙率１０〜４０％の間隙を有するものを用いた場合、このゼオライト化発泡ガラスは連続間隙と独立間隙が混在し、かさ比重は０．８〜１．５である。
【００１１】
また、このゼオライト化発泡ガラスは、被処理水の水域に散布することにより、広くその水域の水をゼオライトに接触させることができる。このとき、発泡ガラスがかさ比重１未満のものであれば、前述のようにゼオライト化発泡ガラスが水域の水面に浮遊するので、水域の水面近傍の水にゼオライトを接触させることができる。一方、かさ比重１超のものであれば、ゼオライト化発泡ガラスが水域の水底に沈むので、水域の水底近傍の水にゼオライトを接触させることができる。
【００１２】
また、かさ比重１未満のゼオライト化発泡ガラスをネットに入れた浮子によって被処理水の水域を囲むことにより、この囲まれた水域内の水がこの囲まれた水域外へ浸出する際、浮子のネット内のゼオライト化発泡ガラスと接触する。
【００１３】
ゼオライト化発泡ガラスとしては、（１）ガラス微粉末に発泡剤とゼオライト化前駆物質を混合した後、焼成したもの、（２）ガラス微粉末にゼオライト化前駆物質を混合しゼオライト化させた後、発泡剤を混合し、焼成したもの、（３）ガラス微粉末に発泡剤を混合焼成し発泡ガラスを製造した後、ゼオライト化前駆物質を付着させ、マイクロ波によりゼオライト化したもの等を用いることができる。
【００１４】
本発明の水浄化装置は、かさ比重１未満のゼオライト化発泡ガラスをネットに入れて被処理水の水域を囲む浮子と、この浮子により囲まれた水域に浮遊させるかさ比重１未満のゼオライト化発泡ガラスとから構成されるものである。本発明の水浄化装置によれば、浮子により囲まれた水域内の水は、この水域内に浮遊するゼオライト化発泡ガラスと接触することにより浄化される。また、この水域内の水がこの水域外へ浸出する際、浮子のネット内のゼオライト化発泡ガラスと接触し、浄化される。
【００１５】
本発明の別の水浄化装置は、ゼオライト化発泡ガラスを、通水性を有する容器内に入れたものである。本発明の水浄化装置によれば、ゼオライト化発泡ガラスを入れた通水性を有する容器内に被処理水が導入されると、この被処理水が容器を通過する際にゼオライト化発泡ガラスと接触し、浄化される。
【００１６】
ここで、容器は、排水ピットであり、ゼオライト化発泡ガラスはかさ比重１未満であるとすれば、この排水ピットに被処理水が導入されると、この被処理水が排水ピットを通過する際に、排水ピット内に浮遊するゼオライト化発泡ガラスと接触し、浄化される。
【００１７】
本発明の別の水浄化装置は、かさ比重１超のゼオライト化発泡ガラスを被処理水の水域の底泥中または底泥上に敷設したものである。本発明の水浄化装置によれば、底泥から水域に溶出する成分がゼオライト化発泡ガラスと接触し、吸着除去される。
【００１８】
本発明の別の水浄化装置は、ゼオライト化発泡ガラスをろ材として用いたものである。本発明の水浄化装置によれば、被処理水がろ過される際、ゼオライト化発泡ガラスに接触し、浄化される。
【発明の効果】
【００１９】
（１）ゼオライト化発泡ガラスを被処理水に接触させることにより、被処理水を間隙の中まで浸入させ、発泡ガラスの表面に露出したゼオライトだけでなく、間隙内面のゼオライトにまで接触させ、ゼオライトによる吸着能、イオン交換能を効率良く発揮させることができ、安価に水の浄化を行うことが可能となる。
【００２０】
（２）ゼオライト化発泡ガラスとして、かさ比重１未満のものを用いることにより、ゼオライト化発泡ガラスを被処理水の水面近傍に浮遊させ、この水面近傍の水に集中的にゼオライトを接触させて浄化することが可能となる。
【００２１】
（３）ゼオライト化発泡ガラスとして、かさ比重１超のものを用いることにより、ゼオライト化発泡ガラスを水域の水底に沈ませ、この水底近傍の水に集中的にゼオライトを接触させて浄化することが可能となる。
【００２２】
（４）ゼオライト化発泡ガラスを被処理水の水域に散布することにより、広くその水域の被処理水にゼオライトを接触させて浄化することが可能となる。
【００２３】
（５）かさ比重１未満のゼオライト化発泡ガラスをネットに入れた浮子によって被処理水の水域を囲むことにより、この囲まれた水域内の水がこの囲まれた水域外へ浸出する際、浮子のネット内のゼオライト化発泡ガラスと接触し、浄化されるので、この浮子により囲まれた水域外を汚染することがない。
【００２４】
（６）かさ比重１未満のゼオライト化発泡ガラスをネットに入れて被処理水の水域を囲む浮子と、この浮子により囲まれた水域に浮遊させるかさ比重１未満のゼオライト化発泡ガラスとから構成される水浄化装置により、浮子により囲まれた水域内の水を浄化することができるとともに、この水域内の水がこの水域外へ浸出する際、浮子のネット内のゼオライト化発泡ガラスにより浄化することができ、この浮子により囲まれた水域外を汚染することがない。この水浄化装置によれば、タンカ事故等による油回収や、ダム、湖沼等の閉鎖性水域の浄化を行うことができる。
【００２５】
（７）ゼオライト化発泡ガラスを、通水性を有する容器内に入れた水浄化装置により、被処理水が容器を通過する際に浄化することができる。この水浄化装置によれば、ダム、湖沼等の閉鎖性水域等への流入水の汚濁物質、栄養塩、重金属の除去や、アオコの吸着除去およびその吸着により溶出したアンモニアや溶解性有機物等の除去を行うことができる。
【００２６】
（８）容器が、排水ピットであり、ゼオライト化発泡ガラスがかさ比重１未満である場合、被処理水が排水ピットを通過する際に、浄化することができる。この水浄化装置によれば、事業場での排水ピット内の油の回収を行うことができる。
【００２７】
（９）かさ比重１超のゼオライト化発泡ガラスを被処理水の水域の底泥中または底泥上に敷設した水浄化装置により、底泥から水域に溶出する成分を吸着除去することができる。この水浄化装置によれば、底質改善を行うことができる。
【００２８】
（１０）ゼオライト化発泡ガラスをろ材として用いた水浄化装置により、被処理水がろ過される際に浄化することができる。この水浄化装置は、有機物や窒素分の多い、すなわち汚濁または汚染レベルの高い汚水の浄化施設、重金属の除去施設、流動床・固定床方式の浄化槽、浄水場に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
ゼオライトの一般化学式は以下のように表される。
Ｘ（Ｍ2+，Ｍ2+）Ｏ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2・Ｈ2Ｏ
但し、Ｍ2+，Ｍ2+：アルカリ源、Ａｌ2：アルミナ源、Ｓｉ：シリカ源である。
【００３０】
したがって、合成に当たってはこれら３つの原料と水とを加え、合成温度、合成時間、合成圧力等を調整することで各種ゼオライトを生成することができる。石炭灰から作られる人工ゼオライトは、石炭灰に含まれるシリカ分とアルミナ分にアルカリ源となる苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）を加えて、オートクレーブによる水熱処理で合成される。
【００３１】
本実施形態において使用するガラスは、有色廃ガラスである。この有色廃ガラスは、表１のガラスカレットの化学組成（単位：質量％）に示すように、ソーダガラスであることから、シリカ源およびアルカリ源（Ｎａ）は含まれているものの、アルミナ源はほとんど含まれていない。したがって、ゼオライト化に当たっては、ガラス表面の活性化とアルミナ源（アルミニウム）の添加が必要となる。また、アルミニウム成分は発泡ガラス表面と十分に濡れることが必要であるので、液体状で供給されることが望ましい。
【００３２】
【表１】
【００３３】
一方、ゼオライトにはゼオライト水（Zeolytic Water）が必要であり、これにより構造が保たれるので、少なくとも生成時は水分の存在が必要である。但し、この水は加熱により除かれても、ゼオライトの構造は保持され、水分存在下では再水和が行われるとされており、構造ができてしまえば、さらに高温処理が行われてもゼオライトそのものは残る。
【００３４】
以上のことから、ガラスをゼオライト化させるために必要なアルミナ源として、次のように、ゼオライト化条件を決定する。
〔アルミナ源の添加＋水溶液化法〕
（１）液体状で供給される市販のアルミン酸ソーダ（ＮａＡｌＯ2）を使用する方法
（２）次に示すアルミナ源に苛性ソーダを加え、水溶液化する方法
・γアルミナ
・カオリンＡｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2・２Ｈ2Ｏ
・メタカオリン（カオリンを焼成したもの、Ａｌ2Ｓｉ2Ｏ7）
・モンモリロナイトＮａ0.3（Ａｌ，Ｍｇ）2（Ｓｉ，Ａｌ）4Ｏ10（ＯＨ）2・ｘＨ2Ｏ
・アロフェン（Ａｌ2Ｏ3）（ＳｉＯ2）1.3２．５（Ｈ2Ｏ）
・水酸化アルミニウムＡｌ（ＯＨ）3
【００３５】
ゼオライト化発泡ガラスの製造は、以下の３つの方法のいずれかにより行う。
（１）ガラス微粉末に発泡剤とゼオライト化前駆物質を混合した後、焼成する方法（以下、「手法１」と称す。図１参照。）
（２）ガラス微粉末にゼオライト化前駆物質を混合しゼオライト化させた後、発泡剤を混合し、焼成する方法（以下、「手法２」と称す。図２参照。）
（３）ガラス微粉末に発泡剤を混合焼成し発泡ガラスを製造した後、ゼオライト化前駆物質を付着させ、マイクロ波によりゼオライト化する方法（以下、「手法３」と称す。図３参照。）
【００３６】
手法１は発泡ガラスの生成温度とゼオライトの生成温度が異なることから、ゼオライト化が最も困難と考えられる条件であるが、その代わり最も経済性が向上する条件でもある。すなわち、発泡ガラスを生成するには、発泡剤の発泡温度等から８５０〜９００℃程度必要であるが、反対にゼオライトは高温になると構造破壊を生じる可能性がある。
【００３７】
発泡ガラスの生成温度はガラスの溶融温度および発泡剤の発泡温度で決定される。使用する廃ガラスを溶融させるには７５０〜８００℃必要である。また、従来の発泡ガラス製造に使われている発泡剤は炭酸カルシウム（連続間隙で吸水性大の場合）で、最終加熱温度が一般に９５０℃以上と高い。これは炭酸カルシウムの分解温度が９００℃であるので、これより高い温度、通常９５０℃程度が必要となるからである。また、このような高温度においては、ビン、ガラスなどのソーダガラスではどうしても粘性が低くなりすぎ、気泡の保持が困難である。このため、高価な炭化ケイ素を多量に加えなければならないという弊害も生じてくる。
【００３８】
そこで、発泡ガラスの生成温度を低下させるため、本実施形態においては新しい発泡剤としてドロマイトを使用する。ドロマイトは、炭酸カルシウムより低い７５０〜８５０℃前後で分解反応が起こる。したがって、発泡剤としてドロマイトを使用することにより、発泡ガラスの生成温度を５０〜１００℃低下させ、炭酸カルシウムより低温（約８５０〜９００℃）で生成することができる。なお、これにより、発泡ガラスの製造において部分的には８５０〜９００℃程度にゼオライトが加熱されることになるが、過渡的状態で作るとともにその時間が１０分弱であることから、平均的な加熱温度は低く、ゼオライトを保持することが可能である。
【００３９】
また、ゼオライトは原則として水分の存在下で生成するが、手法１ではゼオライト化に必要なアルミナ源として粘土鉱物を採用し、粘土鉱物中に含有する水分を利用する。また、この粘土鉱物には６００℃程度で水分として蒸発するＯＨ基を多数持っており、かつ発泡ガラス化するときにガラス表面が溶融により覆われてしまい、内部が加圧条件（水熱に近い条件）になることが考えられる。具体的には通常の発泡ガラス製造条件に対して、中間温度での保持時間を長くすることによりゼオライトを生成する。
【００４０】
手法２では、廃ガラスを微粉砕後、ゼオライト化に必要なアルミナ源を加え、水熱条件でゼオライト化させた後、発泡剤を混ぜ、焼成、発泡させることにより、ゼオライト化発泡ガラスを生成する。但し、通常の水熱合成では多量のアルカリ中で処理を行うが、工業的にはアルカリ源を最小限として、水熱を実質的に水蒸気のみで行う。また、アルミナ源は、手法１と同じく天然鉱物を主として使用するようにして、活性な各種粘土鉱物を使用する。これらの粘土鉱物はそれのみでもゼオライト化する可能性があり、よりゼオライト化が容易となる。
【００４１】
手法３では、発泡ガラス製造後、アルミナ源を加え、マイクロ波処理によりゼオライト化させる。アルミナ源は水溶液状（水酸化アルミニウム＋水酸化ナトリウムまたはアルミン酸ナトリウム）で添加し、反応を起こしやすくするとともに、マイクロ波によるＯＨ基の活性化および発泡ガラス表面での溶融化によりゼオライトを形成する。
【００４２】
上記方法により得られるゼオライト化発泡ガラスは、添加材量、微粉砕ガラスの粒度、焼成温度や焼成時間等の製造条件によりその比重を調整することができる。また、発泡剤の種類および添加量を調整することにより連続間隙を有するものとしたり、間隙率１０〜４０％の連続間隙および独立間隙が混在するものとしたりすることができる。
【００４３】
なお、間隙率とは、発泡ガラス全体の体積に対する隙間の割合を百分率で表したものである。間隙率は吸水率と等しく、次式により求められる。
間隙率（吸水率）Ｑ（％）＝（ｍS−ｍD）／ｍD×１００
但し、ｍS：試料の質量（ｇ）、ｍD：乾燥後の試料の質量（ｇ）である。
【実施例１】
【００４４】
図４は本発明の１実施例としてのタンカ事故等による油回収の例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
図４において、本実施例の水浄化装置は、ゼオライト化発泡ガラス（図示せず。）を入れた浮子１０と、この浮子１０を複数連結して曳航し、浮上油１１が浮遊する被処理水の水域１２を囲む曳航船１３と、この水域１２に直に浮遊させるかさ比重０．３〜０．６の連続間隙を有するゼオライト化発泡ガラス１４とから構成される。浮子１０は、細長いネットにかさ比重０．３〜０．６の連続間隙を有するゼオライト化発泡ガラスを充填したものである。
【００４５】
本実施例によれば、浮子１０により囲まれた水域１２内の浮上油１１を含む水は、この水域１２内に浮遊させたゼオライト化発泡ガラス１４と接触し、間隙の中まで浸入する。ここで、ゼオライト化発泡ガラス１４は、発泡ガラスの表面に露出した部分だけでなく、間隙内面までゼオライト化されているので、浮上油１１を含む水は発泡ガラスの表面に露出したゼオライトだけでなく、間隙内面のゼオライトにまで接触する。これにより、浮上油１１を含む水は、このゼオライトによる吸着能、イオン交換能により浄化される。また、浮子１０により囲まれたこの水域１２内の水は、この水域１２外へ浸出する際、浮子１０内のゼオライト化発泡ガラスと接触し、浄化されるので、この浮子１０により囲まれた水域１２外を汚染することはない。
【００４６】
なお、浮上油１１を吸着したゼオライト化発泡ガラスは、回収した後、熱焼することにより、浮上油１１のみが二酸化炭素となって除去される。これにより、ゼオライト化発泡ガラスは再生される。この浮上油１１の除去後の再生ゼオライト化発泡ガラスは、再度浄化に利用したり、建設材料として再利用したりすることが可能である。
【００４７】
この方法は、湖沼、ダム、浄水場取水口、海域において浮遊汚濁物質であるアオコや赤潮対策として応用することも可能である。要するに、かさ比重０．３〜０．６の軽いゼオライト化発泡ガラスを被処理水域に散布すると、このゼオライト化発泡ガラスが被処理水域の水面近傍に浮遊した状態で水面近傍の水と接触するので、この水面近傍の水に集中的にゼオライトを接触させて浄化することが可能となる。
【実施例２】
【００４８】
図５は本発明の１実施例としてのダム等の閉鎖性水域での用途例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
図５において、本実施例の水浄化装置は、ダム等の閉鎖性水域２０に流れ込む支流２１に設けた浄化システム２２と、この支流２１からの流入水を囲んで仕切るフェンス２３と、閉鎖性水域２０の底泥中または底泥上に散布したかさ比重１〜１．５のゼオライト化発泡ガラス２４と、通水性を有するネットに収容してフェンス２３により囲まれた水域２６内に浮遊させたかさ比重０．３〜０．６のゼオライト化発泡ガラス２５とから構成される。
【００４９】
浄化システム２２は、通水性を有する容器内にゼオライト化発泡ガラスを入れたものである。フェンス２３は、前述の浮子１０と同様に、通水性を有する細長いネットにかさ比重０．３〜０．６の連続間隙を有するゼオライト化発泡ガラスを充填したものであり、閉鎖性水域２０の水面に浮遊する浮子である。また、フェンス２３の下方には、水中で増殖した藻類２８がフェンス２３により囲まれた水域２６外に拡散しないようにゼオライト化発泡ガラスを収容した通水性を有するネット２７を備える。ネット２７の最下部には、ネット２７が浮上しないように重り（図示せず。）を設けている。なお、ネット２７に代えて、同様に水中で増殖した藻類２８がフェンス２３により囲まれた水域２６外に拡散しないように仕切る仕切板（図示せず。）を備える構成とすることも可能である。
【００５０】
閉鎖性水域２０の底泥中または底泥上に散布したゼオライト化発泡ガラスは、間隙率１０〜４０％であってかさ比重１〜１．５の連続間隙と独立間隙が混在するものである。このようなかさ比重１超のゼオライト化発泡ガラスは、閉鎖性水域２０の水底に沈む。なお、ネットに収容したゼオライト化発泡ガラス２５は、ネットに収容せずにそのままフェンス２３により囲まれた水域２６内に散布して浮遊させることも可能である。
【００５１】
本実施例によれば、支流２１から閉鎖性水域２０に流れ込む水は、通水性を有する容器内に入れたゼオライト化発泡ガラスと接触し、前述のようにゼオライトによる吸着能、イオン交換能により浄化されることにより、栄養塩が除去される。また、水域２６で増殖した藻類２８を水域２６の水とともに浄化施設２２に戻して通水ろ過することにより、アオコや赤潮を除去できる。また、水域の水底の泥から溶出する栄養塩は、この底泥中または底泥上に散布されたゼオライト化発泡ガラスにより吸着除去される。これにより、栄養塩が閉鎖性水域２０の藻類２８に供給されるのを防止することができ、藻類２８の増殖を防止することができる。
【００５２】
また、支流２１から閉鎖性水域２０に流れ込む水は、フェンス２３およびネット２７により囲まれ、仕切られていることから、このフェンス２３およびネット２７により囲まれた水域２６の水は、フェンス２３およびネット２７を通過する際、このフェンス２３およびネット２７内のゼオライト化発泡ガラスと接触することにより浄化される。したがって、アオコのような浮遊物質がこのフェンス２３およびネット２７により囲まれた水域２６外に流出することはない。
【実施例３】
【００５３】
図６は本発明の１実施例としてのアオコ除去による池浄化の例を示す図である。
図６において、本実施例の水浄化装置は、修景池３０から水を吸い上げる水中ポンプ３１と、通水性を有する容器３２内に接触材としてのゼオライト化発泡ガラス３３を入れ、水中ポンプ３１により吸い上げたアオコ３４を含む水を通水ろ過させる浄化プラント３２とから構成される。
【００５４】
アオコのような浮遊物質を従来の接触材で除去した場合、接触材内部で除去されたアオコは、加水分解や生物分解によってアンモニアや溶解性有機物等に分解される。アンモニアは硝化細菌によって硝酸まで酸化される。河川水のような希薄な水域の場合は、好気性雰囲気の条件下におかれ、さらに脱窒に必要な有機物が少ないため脱窒が困難である。そのため、溶出したアンモニアは硝化反応までに留まり、脱窒による窒素除去まで至らない。しかし、本実施例のようにゼオライト化発泡ガラスを接触材に用いることで、溶出したアンモニアを吸着することができ、希薄な水質における高窒素除去率の浄化を行うことが可能となる。
【実施例４】
【００５５】
図７は本発明の１実施例としての底質改善の例を示す断面図である。
図７において、本実施例の水浄化装置は、間隙率１０〜４０％であってかさ比重１〜１．５の連続間隙と独立間隙が混在するゼオライト化発泡ガラス４０を被処理水の水域４１の底泥４２中または底泥４２上に敷設したものである。
【００５６】
本実施例によれば、底泥４２から溶出するアンモニア態窒素（ＮＨ4）、リン酸イオン（ＰＯ4）、鉛（Ｐｂ）、硫黄（Ｓ）等がゼオライト化発泡ガラス４０によって吸着、除去され、底質改善を行うことができる。
【実施例５】
【００５７】
図８は本発明の１実施例としての事業場での排水ピット内の油の回収の例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
図８において、本実施例の水浄化装置は、通水性を有する容器としての排水ピット５０に、かさ比重０．３〜０．６の連続間隙を有するゼオライト化発泡ガラス５１が散布されたものである。
【００５８】
本実施例における水浄化装置では、排水ピット５０の上方から流入する排水に含まれる油が浮上して浮上油５２として浮遊するが、この浮上油５２が同じく排水ピット５０内に浮遊するゼオライト化発泡ガラス５１と接触することにより吸着、除去される。これにより、排水ピット５０の下方からは油が除去された水が排出される。
【実施例６】
【００５９】
図９は汚濁または汚濁レベルの高い汚水浄化施設への適用例を示す図である。
図９において、本実施例の汚水浄化施設は、上流側から順に、最初沈殿槽６０、曝気槽６１、最終沈殿槽６２、ゼオライト化発泡ガラス６４による接触曝気槽６３を配置したものである。接触曝気槽６３は、ろ材としてゼオライト化発泡ガラス６４を用いたものである。
【００６０】
本実施例における汚水浄化施設は、公衆トイレの浄化槽の高度処理、畜産排水（し尿の処理）、食品廃水などの汚濁または汚濁レベルの高い被処理水を浄化するものであるが、本実施例では、この被処理水がろ過される際、ゼオライト化発泡ガラスと接触することで、有機物や窒素分が除去される。
【００６１】
また、ゼオライト化発泡ガラスをろ材として用いる例として、図１０に示す浄水場が挙げられる。
図１０において、本実施例の浄水場は、上流側から順に、沈砂池７０、着水井７１、混和池７２、フロック形成池７３、沈澱池７４、急速ろ過池７５を配置したものである。急速ろ過池７５には、ろ材としてゼオライト化発泡ガラス７６を用いている。
【実施例７】
【００６２】
図１１は反応槽の流動床方式への適用例を示す図である。
図１１において、本実施例の水浄化装置は、曝気槽８０にゼオライト化発泡ガラスからなる担体８１を充填し、曝気槽８０の下部から空気を供給することにより曝気を行うものである。曝気槽８０に充填された担体８１は、曝気により曝気槽８０内全体に流動するため、排水、酸素、微生物の大きな接触効率および高い酸素供給効率が得られる。これにより、高負荷処理が可能となるうえ、担体８１の目詰まりが防止される。なお、ゼオライト化発泡ガラスは、流動床方式のみならず固定床方式にも適用可能である。
【実施例８】
【００６３】
図１２は水域直接浄化システムへの適用例を示す図である。
図１２において、本実施例の水域直接浄化システムは、最上流側の粒径の大きい、例えば、粒径８０〜１００ｍｍのゼオライト化発泡ガラス９０から順に粒径の小さな、例えば、それぞれ粒径６０〜７０ｍｍおよび３０〜４０ｍｍのゼオライト化発泡ガラス９１，９２を接触材として接触槽内に充填したものである。特に、第１槽、第２槽の接触槽は目詰まりを起こしやすい箇所であるため、粒径を大きくし、容積充填率を６０〜８０％とすかすかの状態（例えば、第１槽を６０％、第２槽を７０〜８０％）としておく。
【００６４】
なお、本実施例において第３槽、第４槽、第５槽は、粒径は同じであるが、第３槽は第４槽および第５槽よりも容積充填率が低い状態としておく。また、ゼオライト化発泡ガラス９０，９１，９２は、かさ比重０．３〜０．６の連続間隙を有するものを用いる。
【００６５】
従来の間隙率の小さい接触材（骨材、礫）は、流入濃度が高いと目詰まりを起こしやすい。そのため、逆洗を頻繁に行う必要があるが、本実施例における水域直接浄化システムでは、最も目詰まりが起こりやすい第１槽、第２槽がすかすかの状態であり、逆洗の際に接触材が流動するため、目詰まりはすぐに解消される。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、水の浄化を行うことが可能な水浄化方法および水浄化装置として有用である。特に、タンカ事故等による油回収、ダム、湖沼等の閉鎖性水域の浄化、流入水の汚濁物質、栄養塩、重金属の除去、アオコの吸着除去およびその吸着により溶出したアンモニアや溶解性有機物の除去、事業場での排水ピット内の油の回収、底質改善、汚濁または汚染レベルの高い汚水浄化施設、流動床・固定床方式の浄化槽、浄水場等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】ゼオライト化発泡ガラスの第１の製造方法を示すフロー図である。
【図２】ゼオライト化発泡ガラスの第２の製造方法を示すフロー図である。
【図３】ゼオライト化発泡ガラスの第３の製造方法を示すフロー図である。
【図４】本発明の１実施例としてのタンカ事故等による油回収の例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】本発明の１実施例としてのダム等の閉鎖性水域での用途例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図６】本発明の１実施例としてのアオコ除去による池浄化の例を示す図である。
【図７】本発明の１実施例としての底質改善の例を示す断面図である。
【図８】本発明の１実施例としての事業場での排水ピット内の油の回収の例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図９】汚濁または汚濁レベルの高い汚水浄化施設への適用例を示す図である。
【図１０】浄水場への適用例を示す図である。
【図１１】反応槽の流動床方式への適用例を示す図である。
【図１２】水域直接浄化システムへの適用例を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 浮子
１１，５２ 浮上油
１２，２６，４１ 水域
１３ 曳航船
１４，２４，２５，３３，４０，５１，６４，７６，９０，９１，９２ ゼオライト化発泡ガラス
２０ 閉鎖性水域
２１ 支流
２２ 浄化システム
２３ フェンス
２６ 水域
２７ ネット
２８ 藻類
３０ 修景池
３１ 水中ポンプ
３２ 容器
３４ アオコ
４１ 水域
４２ 底泥
５０ 排水ピット
６０ 最初沈殿槽
６１ 曝気槽
６２ 最終沈殿槽
６３ 接触曝気槽
７０ 沈砂池
７１ 着水井
７２ 混和池
７３ フロック形成池
７４ 沈澱池
７５ 急速ろ過池
８０ 曝気槽
８１ 担体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面がゼオライト化された発泡ガラス（以下、「ゼオライト化発泡ガラス」と称す。）を被処理水に接触させることを特徴とする水浄化方法。
【請求項２】
前記ゼオライト化発泡ガラスとして、かさ比重１未満のものを用いた請求項１記載の水浄化方法。
【請求項３】
前記ゼオライト化発泡ガラスとして、かさ比重１超のものを用いた請求項１記載の水浄化方法。
【請求項４】
前記ゼオライト化発泡ガラスとして、連続間隙を有するものを用いた請求項１または２に記載の水浄化方法。
【請求項５】
前記ゼオライト化発泡ガラスとして、間隙率１０〜４０％の間隙を有するものを用いた請求項１または３に記載の水浄化方法。
【請求項６】
前記ゼオライト化発泡ガラスを前記被処理水の水域に散布することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の水浄化方法。
【請求項７】
前記ゼオライト化発泡ガラスをネットに入れた浮子により前記被処理水の水域を囲むことを特徴とする請求項２または４に記載の水浄化方法。
【請求項８】
前記ゼオライト化発泡ガラスは、ガラス微粉末に発泡剤とゼオライト化前駆物質を混合した後、焼成したものである請求項１から７のいずれかに記載の水浄化方法。
【請求項９】
前記ゼオライト化発泡ガラスは、ガラス微粉末にゼオライト化前駆物質を混合しゼオライト化させた後、発泡剤を混合し、焼成したものである請求項１から７のいずれかに記載の水浄化方法。
【請求項１０】
前記ゼオライト化発泡ガラスは、ガラス微粉末に発泡剤を混合焼成し発泡ガラスを製造した後、ゼオライト化前駆物質を付着させ、マイクロ波によりゼオライト化したものである請求項１から７のいずれかに記載の水浄化方法。
【請求項１１】
表面がゼオライト化されたかさ比重１未満の発泡ガラスをネットに入れて被処理水の水域を囲む浮子と、この浮子により囲まれた水域に浮遊させる表面がゼオライト化されたかさ比重１未満の発泡ガラスとから構成される水浄化装置。
【請求項１２】
表面がゼオライト化された発泡ガラスを、通水性を有する容器内に入れた水浄化装置。
【請求項１３】
前記容器は、排水ピットであり、前記発泡ガラスはかさ比重１未満である請求項１２記載の水浄化装置。
【請求項１４】
表面がゼオライト化されたかさ比重１超の発泡ガラスを被処理水の水域の底泥中または底泥上に敷設した水浄化装置。
【請求項１５】
表面がゼオライト化された発泡ガラスを、ろ材として用いた水浄化装置。
【請求項１】
表面がゼオライト化された発泡ガラス（以下、「ゼオライト化発泡ガラス」と称す。）を被処理水に接触させることを特徴とする水浄化方法。
【請求項２】
前記ゼオライト化発泡ガラスとして、かさ比重１未満のものを用いた請求項１記載の水浄化方法。
【請求項３】
前記ゼオライト化発泡ガラスとして、かさ比重１超のものを用いた請求項１記載の水浄化方法。
【請求項４】
前記ゼオライト化発泡ガラスとして、連続間隙を有するものを用いた請求項１または２に記載の水浄化方法。
【請求項５】
前記ゼオライト化発泡ガラスとして、間隙率１０〜４０％の間隙を有するものを用いた請求項１または３に記載の水浄化方法。
【請求項６】
前記ゼオライト化発泡ガラスを前記被処理水の水域に散布することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の水浄化方法。
【請求項７】
前記ゼオライト化発泡ガラスをネットに入れた浮子により前記被処理水の水域を囲むことを特徴とする請求項２または４に記載の水浄化方法。
【請求項８】
前記ゼオライト化発泡ガラスは、ガラス微粉末に発泡剤とゼオライト化前駆物質を混合した後、焼成したものである請求項１から７のいずれかに記載の水浄化方法。
【請求項９】
前記ゼオライト化発泡ガラスは、ガラス微粉末にゼオライト化前駆物質を混合しゼオライト化させた後、発泡剤を混合し、焼成したものである請求項１から７のいずれかに記載の水浄化方法。
【請求項１０】
前記ゼオライト化発泡ガラスは、ガラス微粉末に発泡剤を混合焼成し発泡ガラスを製造した後、ゼオライト化前駆物質を付着させ、マイクロ波によりゼオライト化したものである請求項１から７のいずれかに記載の水浄化方法。
【請求項１１】
表面がゼオライト化されたかさ比重１未満の発泡ガラスをネットに入れて被処理水の水域を囲む浮子と、この浮子により囲まれた水域に浮遊させる表面がゼオライト化されたかさ比重１未満の発泡ガラスとから構成される水浄化装置。
【請求項１２】
表面がゼオライト化された発泡ガラスを、通水性を有する容器内に入れた水浄化装置。
【請求項１３】
前記容器は、排水ピットであり、前記発泡ガラスはかさ比重１未満である請求項１２記載の水浄化装置。
【請求項１４】
表面がゼオライト化されたかさ比重１超の発泡ガラスを被処理水の水域の底泥中または底泥上に敷設した水浄化装置。
【請求項１５】
表面がゼオライト化された発泡ガラスを、ろ材として用いた水浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−９５３８５（Ｐ２００６−９５３８５Ａ）
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８２３４７（Ｐ２００４−２８２３４７）
【出願日】平成１６年９月２８日（２００４．９．２８）
【出願人】（５９７１０４０５３）日本建設技術株式会社 (24)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２８日（２００４．９．２８）
【出願人】（５９７１０４０５３）日本建設技術株式会社 (24)
【Ｆターム（参考）】
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