水質浄化材の製造方法
【課題】水質浄化材を廉価に製造できる水質浄化材の製造方法を提供する。
【解決手段】セメントを含有するコンクリート系廃棄物およびセメントの少なくとも一方と水とを混合して、水にセメントおよびコンクリート系廃棄物の少なくとも一方を分散させ、セメント分の水和反応を進行させて水和処理する。水和処理後にセメント水和物と水和処理水とに固液分離する。固液分離により得られた固形分であるセメント水和物を加熱処理して、水質浄化材とする。このような水質浄化材の製造方法によれば、特殊な設備や工程を必要としないため、製造コストの上昇を防止できる。また、セメントおよびコンクリート系廃棄物の少なくとも一方と水とを原料として用いるだけであるため、原料コストの上昇を防止できる。したがって、水質浄化材を廉価に製造できる。
【解決手段】セメントを含有するコンクリート系廃棄物およびセメントの少なくとも一方と水とを混合して、水にセメントおよびコンクリート系廃棄物の少なくとも一方を分散させ、セメント分の水和反応を進行させて水和処理する。水和処理後にセメント水和物と水和処理水とに固液分離する。固液分離により得られた固形分であるセメント水和物を加熱処理して、水質浄化材とする。このような水質浄化材の製造方法によれば、特殊な設備や工程を必要としないため、製造コストの上昇を防止できる。また、セメントおよびコンクリート系廃棄物の少なくとも一方と水とを原料として用いるだけであるため、原料コストの上昇を防止できる。したがって、水質浄化材を廉価に製造できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不純物として、例えばリン酸イオン、ホウ酸イオンおよびフッ化物イオンなどの陰イオン類を含有した排水を浄化するための水質浄化材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排水などに不純物として含まれる例えばリン酸イオン、ホウ酸イオンおよびフッ化物イオンなどの陰イオン類を除去するには、例えば非特許文献１に記載された凝集沈殿法、ＨＡＰ法およびＭＡＰ法、特許文献１に記載された陰イオン除去用材料などを用いたイオン交換法などの方法が用いられている。
【０００３】
凝集沈殿法は、排水に、水質浄化材としてアルミニウム塩やカルシウム塩などの凝集剤を混合し、フロックを生成し沈殿させて、陰イオン類を分離除去するものである。
【０００４】
ＨＡＰ法は、リンを含む排水に、水質浄化材として石灰および種結晶を混合して、種結晶にヒドロキシアパタイト（ＨＡＰ）を晶析させて、陰イオン類を分離除去するものである。
【０００５】
ＭＡＰ法は、リンを含む排水に、水質浄化材としてマグネシウムイオンおよびアンモニウムイオンを添加して、リン酸マグネシウムアンモニウム六水和物（ＭＡＰ）を生成させて、陰イオン類を分離除去するものである。
【０００６】
イオン交換法は、排水に、水質浄化材としてリン酸選択性イオン交換樹脂、ホウ素選択性イオン交換樹脂およびフッ素選択性イオン交換樹脂のいずれかを投入し、リン酸イオン、ホウ酸イオンおよびフッ素イオンを吸着して、陰イオン類を分離除去するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−６５１４０号公報（第３−７頁）
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】大竹久夫、「リン資源の回収と有効利用」、サイエンス＆テクノロジー株式会社、２００９年１１月２７日、ｐ３４−３６，ｐ４６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述のいずれの方法においても陰イオン類を除去するために排水に添加する水質浄化材を準備する必要があり、水質浄化材によってコストが上昇してしまう問題が考えられる。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、水質浄化材を廉価に製造できる水質浄化材の製造方法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】
【００１１】
請求項１に記載された水質浄化材の製造方法は、セメントを含有するコンクリート系廃棄物およびセメントの少なくとも一方と水とを混合して水和処理し、水和処理後にセメント水和物と水和処理水とに固液分離し、固液分離により得られた固形分であるセメント水和物を加熱処理するものである。
【００１２】
請求項２に記載された水質浄化材の製造方法は、コンクリート廃材を粉砕し、粉砕したコンクリート廃材を加熱して、このコンクリート廃材中のセメント水和物を加熱処理するものである。
【００１３】
請求項３に記載された水質浄化材の製造方法は、請求項１または２記載の水質浄化材の製造方法において、加熱処理では、セメント水和物を５０℃以上６００℃以下の温度で加熱するものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載された発明によれば、コンクリート系廃棄物およびセメントの少なくとも一方を水に分散して水和処理した後に固液分離したセメント水和物を加熱処理するだけであるので、特殊な設備や工程を必要としないため、製造コストの上昇を防止でき、水質浄化材を廉価に製造できる。
【００１５】
また、コンクリート系廃棄物およびセメントの少なくとも一方と水とを原料として用いるだけであるため、原料コストの上昇を防止でき、水質浄化材を廉価に製造できる。
【００１６】
請求項２に記載された発明によれば、原料としてコンクリート系廃材を用いるだけであるので、原料コストの上昇を防止でき、水質浄化材を廉価に製造できる。
【００１７】
また、粉砕したコンクリート廃材を加熱して、コンクリート系廃材中のセメント水和物を加熱処理するだけであるので、特殊な設備や工程を必要とせず、製造コストの上昇を防止でき、水質浄化材を廉価に製造できる。
【００１８】
請求項３に記載された発明によれば、セメント水和物を５０℃以上６００℃以下で加熱することによって、セメント水和物のうちのエトリンガイト中の結晶水を確実に取り除くことができるため、水質浄化材をより正確に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の水質浄化材の製造方法を示すフロー図である。
【図２】リン吸着実験の結果を示すグラフである。
【図３】ホウ酸吸着実験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の水質浄化材の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
図１に示すように、水質浄化材を製造する際には、まず、セメントを含有するコンクリート系廃棄物と水とを混合し、コンクリート系廃棄物を水に分散させて、コンクリート系廃棄物のセメント分を水和処理する。
【００２２】
水和処理後、セメント水和物と水和処理水とに固液分離し、得られた固形分であるセメント水和物を一旦自然乾燥した後、加熱処理により強制乾燥して水質浄化材が生成される。
【００２３】
コンクリート系廃棄物は、例えばコンクリート製品の遠心成形、コンクリートの製造、生コンクリート使用現場、コンクリート製造設備の清掃、および、コンクリート輸送車両の清掃などにて発生するコンクリートスラッジなどで、水中にセメント粒子や骨材由来の微粒子分が懸濁したコンクリート材料の残渣である。
【００２４】
コンクリート系廃棄物は、粒径が１０μｍ以上５ｍｍ以下のものを用いると、コンクリート系廃棄物に含まれる不活性な骨材の含有量を少なくできるので好ましく、コンクリート系廃棄物の粒径が５０μｍ以上１ｍｍ以下であればより好ましい。
【００２５】
コンクリート系廃棄物と混合する水は、水道水、工業用水および地下水などのように一般的に入手可能な水を用いることができる。
【００２６】
コンクリート系廃棄物と水とを混合する際には、例えば、一般的な開放型の反応槽などを用い、この反応槽にコンクリート系廃棄物と水とを投入して、攪拌機などで攪拌する。
【００２７】
コンクリート系廃棄物と水とを混合すると、コンクリート系廃棄物に含まれる未水和のセメントが水和反応を起こし、セメント水和物としてのケイ酸カルシウム水和物類や水酸化カルシウム類などの塩基性カルシウム化合物が生成される。
【００２８】
水和処理では、コンクリート系廃棄物と水との比率を水／固形分の重量比が０．５以上２００以下となるように調整することにより、水和反応が進行しやすいので好ましく、水／固形分の重量比が２．０以上５０以下となるように調整することにより、製造装置や設備が小型化できるのでより好ましい。
【００２９】
また、コンクリート系廃棄物には、既に水和反応が進行したセメント水和物も含まれており、このセメント水和物部分は水酸化カルシウム等の塩基性のカルシウム化合物を多く含有している。したがって、コンクリート系廃棄物を水に分散させると、Ｃａ（ＯＨ）２→Ｃａ２＋＋２ＯＨ−の反応式に示すように水酸化カルシウムの溶解反応が起こり、表面積が増加する。
【００３０】
固液分離では、沈殿やろ過法などによる一般的な固液分離手段で、固形分であるセメント水和物と液体である水和処理水とを固液分離して、セメント水和物を回収する。沈殿により固液分離する場合は、例えば自然沈降による方法や凝集剤を添加する方法などを採用できる。また、ろ過法により固液分離する場合は、例えば表面ろ過、深層ろ過、ケーキろ過および遠心ろ過などの方法を採用できる。
【００３１】
加熱処理では、固液分離で得られたセメント水和物を加熱することにより、例えばセメント水和物のうちのエトリンガイト（（Ｃａ６Ａｌ２（ＯＨ）１２・２４Ｈ２Ｏ）・（ＳＯ４）３・２Ｈ２Ｏ）中の結晶水（Ｈ２Ｏ）が失われる反応が生じ、セメント水和物から水が除去される。また、このような反応が生じることにより、セメント水和物の構造が変化するとともに、結晶性が低下するので、処理対象の排水へ添加した際の溶解反応速度およびイオン交換速度が向上し、水質浄化に適した表面構造になる。
【００３２】
加熱処理は、５０℃以上６００℃以下でセメント水和物を加熱することにより、セメント水和物のうちのエトリンガイト中の結晶水（Ｈ２Ｏ）が脱水されて、セメント水和物から水を確実に取り除くことができるため、セメント水和物が水質浄化に適した表面構造となりやすく、水質浄化材をより正確に製造できるので好ましい。なお、加熱処理の温度が６００℃より高いと、エトリンガイトの分解が起こる。
【００３３】
また、加熱処理の温度を１００℃以上２００℃以下にすることにより、エトリンガイト中の結晶水（Ｈ２Ｏ）３２分子のうち２６分子を脱水できるとともに、例えば他の設備などからの排熱を利用できるので、製造コストの観点から好ましい。
【００３４】
上記のように得られた水質浄化材は、セメント水和物の加熱処理物を主成分としていればよく、その他に不純物などが含まれていてもよい。
【００３５】
また、このような水質浄化材は、溶解反応速度およびイオン交換速度が良好であるため、処理対象の排水に投入するだけで、主成分であるセメント水和物の加熱処理物の晶析除去能やイオン交換能を利用して、排水中のリン酸イオン、ホウ素イオンおよびフッ化物イオンなどの陰イオンを排水から除去でき、排水を浄化できる。
【００３６】
次に、上記水質浄化材の製造方法の効果を説明する。
【００３７】
上記水質浄化材の製造方法によれば、コンクリート系廃棄物を水に分散して水和処理した後に固液分離したセメント水和物を加熱処理することにより、セメント水和物の表面構造が変化するとともに結晶性が低下して、溶解反応速度およびイオン交換速度が良好な水質浄化材が得られる。したがって、特殊な設備や工程を必要としないため、製造コストの上昇を防止でき、水質浄化材を廉価に製造できる。
【００３８】
また、原料として、本来廃棄されるコンクリート系廃棄物と水とを用いるだけであるので、原料コストの上昇を防止でき、水質浄化材を廉価に製造できる。
【００３９】
ここで、コンクリートスラッジなどのコンクリート系廃棄物は、今後も廃棄量の増加が見込まれているものの、有効に再利用されることなく廃棄される場合が多いため、その処理について問題視されている。したがって、水質浄化材の原料としてコンクリート系廃棄物を利用することにより、水質浄化材を製造する際の原料コストの上昇を防止できるだけでなく、コンクリート系廃棄物の廃棄量を低減でき環境問題への対策としても有効である。
【００４０】
また、コンクリート系廃棄物は、粒径１０μｍ以上５ｍｍ以下とすることにより、水質浄化材において排水との反応に寄与しない不活性な骨材の含有量を少なくできるので、水質浄化材の反応性を向上できる。特に、コンクリート系廃棄物の粒径が５０μｍ以上１ｍｍ以下であると反応性をより向上できる。
【００４１】
水和処理は、コンクリート系廃棄物と水との比率を水／固形分の重量比で０．５以上２００以下となるように調整することにより、セメントの水和反応が進行しやすくなるので、効率的に水質浄化材を製造できる。
【００４２】
また、水和処理は、コンクリート系廃棄物と水との比率を水／固形分の重量比が２．０以上５０以下となるように調整することにより、製造設備が小型化できるので、より廉価に水質浄化材を製造できる。
【００４３】
加熱処理は、セメント水和物を５０℃以上６００℃以下で加熱することによって、セメント水和物のうちのエトリンガイト中の結晶水を確実に取り除くことができ、セメント水和物を水質浄化に適した表面構造にできるので、水質浄化材をより正確に製造できる。
【００４４】
また、加熱処理の温度を１００℃以上２００℃以下とすることにより、エトリンガイト中の結晶水（Ｈ２Ｏ）３２分子のうち２６分子を脱水できるとともに、他の設備などからの排熱を利用できるので、より効率的に水質浄化材を製造できる。
【００４５】
なお、上記一実施の形態では、コンクリート系廃棄物と水とを混合して水和反応させる際に反応槽内で攪拌して混合する構成としたが、このような構成には限定されず、反応槽内でコンクリート系廃棄物と水とを混合できればよい。
【００４６】
また、セメント水和物を一旦自然乾燥した後に、加熱処理にて強制乾燥する構成としたが、このような構成には限定されず、セメント水和物をそのまま加熱処理して強制乾燥する構成にしてもよい。
【００４７】
原料としてセメントを含有するコンクリート系廃棄物を用いる構成には限定されず、セメントを含有するコンクリート系廃棄物およびセメントの少なくとも一方を用いればよい。
【００４８】
そして、原料としてセメントを用いた場合であっても、セメントは安価であるので、コンクリート系廃棄物と同様に原料コストの上昇を防止でき、水質浄化材を廉価に製造できる。
【００４９】
さらに、コンクリート系廃棄物およびセメントを原料として用いず、コンクリート廃材を用いる構成にしてもよい。
【００５０】
原料としてコンクリート廃材を用いる場合には、コンクリート廃材を粉砕し、この粉砕したコンクリート廃材を加熱して、コンクリート廃材中のセメント水和物を加熱処理する。
【００５１】
コンクリート廃材は、例えばコンクリート建造物の解体廃材やコンクリート製品の廃材であり、粉砕して粒状または粉状にしたものが用いられる。
【００５２】
また、コンクリート廃材を粉砕した後に、分級してセメント水和物と骨材とを分離する構成にしてもよい。
【００５３】
粉砕したコンクリート廃材を分級する際には、粒径が１０μｍ以上５ｍｍ以下で分級すると、コンクリート廃材に含まれる不活性な骨材の含有量を少なくできるので好ましく、粒径が５０μｍ以上１ｍｍ以下で分級するとより好ましい。
【００５４】
このようなコンクリート廃材は、含有するセメント分の水和反応が完了したものであるため、水和処理をする必要がない。
【００５５】
したがって、コンクリート廃材を粉砕し加熱処理するだけで、水質浄化材を製造できるので、特殊な設備や工程を必要とせず、製造コストの上昇を防止でき、水質浄化材を廉価に製造できる。
【００５６】
また、原料として、本来廃棄されるコンクリート廃材を用いるだけであるので、原料コストの上昇を防止でき、水質浄化材を廉価に製造できる。
【００５７】
さらに、コンクリート廃材を粉砕した後に、分級して骨材とセメント水和物とを分離することにより、水質浄化材において排水との反応に寄与しない不活性な骨材の含有量を少なくできるので、水質浄化材の反応性を向上できる。
【００５８】
なお、原料としてコンクリート廃材を用いる場合は、粉砕したコンクリート廃材を水に分散させ、固液分離した後の固形分を加熱処理する構成にしてもよい。
【００５９】
このように粉砕したコンクリート廃材を水に分散させると、コンクリート廃材に含まれるセメント水和物が水酸化カルシウムの溶解反応を起こし表面積が増加するので、水質浄化材の反応性を向上できる。
【実施例】
【００６０】
以下、本発明の実施例および比較例について説明する。
【００６１】
コンクリートポール製造工場から採取したコンクリートスラッジと水とを攪拌しながら混合して水にコンクリートスラッジを分散させた後、脱水して固液分離し、固形分を乾燥処理して水質浄化材とした。
【００６２】
ここで、水にコンクリートスラッジを分散させる際に、コンクリートスラッジが５倍希釈になるようにコンクリートスラッジと水とを混合し、乾燥処理にて固形分を１０５℃で強制乾燥させたものを実施例１とした。
【００６３】
また、水にコンクリートスラッジを分散させる際に、コンクリートスラッジが１０倍希釈になるようにコンクリートスラッジと水とを混合し、乾燥処理にて固形分を１０５℃で強制乾燥させたものを実施例２とした。
【００６４】
さらに、水にコンクリートスラッジを分散させる際に、コンクリートスラッジが５倍希釈になるようにコンクリートスラッジと水とを混合し、乾燥処理にて固形分を２０℃で自然乾燥させたものを比較例１とした。
【００６５】
また、水にコンクリートスラッジを分散させる際に、コンクリートスラッジが１０倍希釈になるようにコンクリートスラッジと水とを混合し、乾燥処理にて固形分を２０℃で自然乾燥させたものを比較例２とした。
【００６６】
このように製造した各水質浄化材をリン水溶液に投入して、水溶液中のリン濃度の変化を測定するリン吸着実験を行った。その測定結果を図２に示す。
【００６７】
図２に示すように、混合する際のコンクリートスラッジと水との比率に関わらず、自然乾燥したものより強制乾燥したものの方が、水溶液中のリン濃度が急速に低下するとともに、最終的な濃度も低くなった。
【００６８】
また、上記リン吸着実験と同様に、各水質浄化材をホウ酸水溶液に投入して、水溶液中のホウ酸濃度の変化を測定するホウ酸吸着実験を行った。その測定結果を図３に示す。
【００６９】
なお、このホウ酸吸着実験では、上記リン吸着実験での各水質浄化材に加え、水にコンクリートスラッジを分散させる際に、コンクリートスラッジが１５倍希釈になるようにコンクリートスラッジと水とを混合し、乾燥処理にて固形分を１０５℃で強制乾燥させたものを実施例３として用いた。
【００７０】
また、水にコンクリートスラッジを分散させる際に、コンクリートスラッジが１５倍希釈になるようにコンクリートスラッジと水とを混合し、乾燥処理にて固形分を２０℃で自然乾燥させたものを比較例３として用いた。
【００７１】
図３に示すように、混合する際のコンクリートスラッジと水との比率に関わらず、自然乾燥したものより強制乾燥したものの方が、水溶液中のホウ酸濃度が低下した。
【００７２】
ここで、実施例および比較例の水質浄化材をＸＲＤ（粉末Ｘ線回析分析装置）で調べたところ、比較例には明確に観察されたエトリンガイトのピークが、実施例には見られなくなっていた。このことは、強制乾燥によって、エトリンガイトから水の脱離が起こり、非晶質化したことを示している。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不純物として、例えばリン酸イオン、ホウ酸イオンおよびフッ化物イオンなどの陰イオン類を含有した排水を浄化するための水質浄化材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排水などに不純物として含まれる例えばリン酸イオン、ホウ酸イオンおよびフッ化物イオンなどの陰イオン類を除去するには、例えば非特許文献１に記載された凝集沈殿法、ＨＡＰ法およびＭＡＰ法、特許文献１に記載された陰イオン除去用材料などを用いたイオン交換法などの方法が用いられている。
【０００３】
凝集沈殿法は、排水に、水質浄化材としてアルミニウム塩やカルシウム塩などの凝集剤を混合し、フロックを生成し沈殿させて、陰イオン類を分離除去するものである。
【０００４】
ＨＡＰ法は、リンを含む排水に、水質浄化材として石灰および種結晶を混合して、種結晶にヒドロキシアパタイト（ＨＡＰ）を晶析させて、陰イオン類を分離除去するものである。
【０００５】
ＭＡＰ法は、リンを含む排水に、水質浄化材としてマグネシウムイオンおよびアンモニウムイオンを添加して、リン酸マグネシウムアンモニウム六水和物（ＭＡＰ）を生成させて、陰イオン類を分離除去するものである。
【０００６】
イオン交換法は、排水に、水質浄化材としてリン酸選択性イオン交換樹脂、ホウ素選択性イオン交換樹脂およびフッ素選択性イオン交換樹脂のいずれかを投入し、リン酸イオン、ホウ酸イオンおよびフッ素イオンを吸着して、陰イオン類を分離除去するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−６５１４０号公報（第３−７頁）
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】大竹久夫、「リン資源の回収と有効利用」、サイエンス＆テクノロジー株式会社、２００９年１１月２７日、ｐ３４−３６，ｐ４６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述のいずれの方法においても陰イオン類を除去するために排水に添加する水質浄化材を準備する必要があり、水質浄化材によってコストが上昇してしまう問題が考えられる。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、水質浄化材を廉価に製造できる水質浄化材の製造方法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】
【００１１】
請求項１に記載された水質浄化材の製造方法は、セメントを含有するコンクリート系廃棄物およびセメントの少なくとも一方と水とを混合して水和処理し、水和処理後にセメント水和物と水和処理水とに固液分離し、固液分離により得られた固形分であるセメント水和物を加熱処理するものである。
【００１２】
請求項２に記載された水質浄化材の製造方法は、コンクリート廃材を粉砕し、粉砕したコンクリート廃材を加熱して、このコンクリート廃材中のセメント水和物を加熱処理するものである。
【００１３】
請求項３に記載された水質浄化材の製造方法は、請求項１または２記載の水質浄化材の製造方法において、加熱処理では、セメント水和物を５０℃以上６００℃以下の温度で加熱するものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載された発明によれば、コンクリート系廃棄物およびセメントの少なくとも一方を水に分散して水和処理した後に固液分離したセメント水和物を加熱処理するだけであるので、特殊な設備や工程を必要としないため、製造コストの上昇を防止でき、水質浄化材を廉価に製造できる。
【００１５】
また、コンクリート系廃棄物およびセメントの少なくとも一方と水とを原料として用いるだけであるため、原料コストの上昇を防止でき、水質浄化材を廉価に製造できる。
【００１６】
請求項２に記載された発明によれば、原料としてコンクリート系廃材を用いるだけであるので、原料コストの上昇を防止でき、水質浄化材を廉価に製造できる。
【００１７】
また、粉砕したコンクリート廃材を加熱して、コンクリート系廃材中のセメント水和物を加熱処理するだけであるので、特殊な設備や工程を必要とせず、製造コストの上昇を防止でき、水質浄化材を廉価に製造できる。
【００１８】
請求項３に記載された発明によれば、セメント水和物を５０℃以上６００℃以下で加熱することによって、セメント水和物のうちのエトリンガイト中の結晶水を確実に取り除くことができるため、水質浄化材をより正確に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の水質浄化材の製造方法を示すフロー図である。
【図２】リン吸着実験の結果を示すグラフである。
【図３】ホウ酸吸着実験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の水質浄化材の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
図１に示すように、水質浄化材を製造する際には、まず、セメントを含有するコンクリート系廃棄物と水とを混合し、コンクリート系廃棄物を水に分散させて、コンクリート系廃棄物のセメント分を水和処理する。
【００２２】
水和処理後、セメント水和物と水和処理水とに固液分離し、得られた固形分であるセメント水和物を一旦自然乾燥した後、加熱処理により強制乾燥して水質浄化材が生成される。
【００２３】
コンクリート系廃棄物は、例えばコンクリート製品の遠心成形、コンクリートの製造、生コンクリート使用現場、コンクリート製造設備の清掃、および、コンクリート輸送車両の清掃などにて発生するコンクリートスラッジなどで、水中にセメント粒子や骨材由来の微粒子分が懸濁したコンクリート材料の残渣である。
【００２４】
コンクリート系廃棄物は、粒径が１０μｍ以上５ｍｍ以下のものを用いると、コンクリート系廃棄物に含まれる不活性な骨材の含有量を少なくできるので好ましく、コンクリート系廃棄物の粒径が５０μｍ以上１ｍｍ以下であればより好ましい。
【００２５】
コンクリート系廃棄物と混合する水は、水道水、工業用水および地下水などのように一般的に入手可能な水を用いることができる。
【００２６】
コンクリート系廃棄物と水とを混合する際には、例えば、一般的な開放型の反応槽などを用い、この反応槽にコンクリート系廃棄物と水とを投入して、攪拌機などで攪拌する。
【００２７】
コンクリート系廃棄物と水とを混合すると、コンクリート系廃棄物に含まれる未水和のセメントが水和反応を起こし、セメント水和物としてのケイ酸カルシウム水和物類や水酸化カルシウム類などの塩基性カルシウム化合物が生成される。
【００２８】
水和処理では、コンクリート系廃棄物と水との比率を水／固形分の重量比が０．５以上２００以下となるように調整することにより、水和反応が進行しやすいので好ましく、水／固形分の重量比が２．０以上５０以下となるように調整することにより、製造装置や設備が小型化できるのでより好ましい。
【００２９】
また、コンクリート系廃棄物には、既に水和反応が進行したセメント水和物も含まれており、このセメント水和物部分は水酸化カルシウム等の塩基性のカルシウム化合物を多く含有している。したがって、コンクリート系廃棄物を水に分散させると、Ｃａ（ＯＨ）２→Ｃａ２＋＋２ＯＨ−の反応式に示すように水酸化カルシウムの溶解反応が起こり、表面積が増加する。
【００３０】
固液分離では、沈殿やろ過法などによる一般的な固液分離手段で、固形分であるセメント水和物と液体である水和処理水とを固液分離して、セメント水和物を回収する。沈殿により固液分離する場合は、例えば自然沈降による方法や凝集剤を添加する方法などを採用できる。また、ろ過法により固液分離する場合は、例えば表面ろ過、深層ろ過、ケーキろ過および遠心ろ過などの方法を採用できる。
【００３１】
加熱処理では、固液分離で得られたセメント水和物を加熱することにより、例えばセメント水和物のうちのエトリンガイト（（Ｃａ６Ａｌ２（ＯＨ）１２・２４Ｈ２Ｏ）・（ＳＯ４）３・２Ｈ２Ｏ）中の結晶水（Ｈ２Ｏ）が失われる反応が生じ、セメント水和物から水が除去される。また、このような反応が生じることにより、セメント水和物の構造が変化するとともに、結晶性が低下するので、処理対象の排水へ添加した際の溶解反応速度およびイオン交換速度が向上し、水質浄化に適した表面構造になる。
【００３２】
加熱処理は、５０℃以上６００℃以下でセメント水和物を加熱することにより、セメント水和物のうちのエトリンガイト中の結晶水（Ｈ２Ｏ）が脱水されて、セメント水和物から水を確実に取り除くことができるため、セメント水和物が水質浄化に適した表面構造となりやすく、水質浄化材をより正確に製造できるので好ましい。なお、加熱処理の温度が６００℃より高いと、エトリンガイトの分解が起こる。
【００３３】
また、加熱処理の温度を１００℃以上２００℃以下にすることにより、エトリンガイト中の結晶水（Ｈ２Ｏ）３２分子のうち２６分子を脱水できるとともに、例えば他の設備などからの排熱を利用できるので、製造コストの観点から好ましい。
【００３４】
上記のように得られた水質浄化材は、セメント水和物の加熱処理物を主成分としていればよく、その他に不純物などが含まれていてもよい。
【００３５】
また、このような水質浄化材は、溶解反応速度およびイオン交換速度が良好であるため、処理対象の排水に投入するだけで、主成分であるセメント水和物の加熱処理物の晶析除去能やイオン交換能を利用して、排水中のリン酸イオン、ホウ素イオンおよびフッ化物イオンなどの陰イオンを排水から除去でき、排水を浄化できる。
【００３６】
次に、上記水質浄化材の製造方法の効果を説明する。
【００３７】
上記水質浄化材の製造方法によれば、コンクリート系廃棄物を水に分散して水和処理した後に固液分離したセメント水和物を加熱処理することにより、セメント水和物の表面構造が変化するとともに結晶性が低下して、溶解反応速度およびイオン交換速度が良好な水質浄化材が得られる。したがって、特殊な設備や工程を必要としないため、製造コストの上昇を防止でき、水質浄化材を廉価に製造できる。
【００３８】
また、原料として、本来廃棄されるコンクリート系廃棄物と水とを用いるだけであるので、原料コストの上昇を防止でき、水質浄化材を廉価に製造できる。
【００３９】
ここで、コンクリートスラッジなどのコンクリート系廃棄物は、今後も廃棄量の増加が見込まれているものの、有効に再利用されることなく廃棄される場合が多いため、その処理について問題視されている。したがって、水質浄化材の原料としてコンクリート系廃棄物を利用することにより、水質浄化材を製造する際の原料コストの上昇を防止できるだけでなく、コンクリート系廃棄物の廃棄量を低減でき環境問題への対策としても有効である。
【００４０】
また、コンクリート系廃棄物は、粒径１０μｍ以上５ｍｍ以下とすることにより、水質浄化材において排水との反応に寄与しない不活性な骨材の含有量を少なくできるので、水質浄化材の反応性を向上できる。特に、コンクリート系廃棄物の粒径が５０μｍ以上１ｍｍ以下であると反応性をより向上できる。
【００４１】
水和処理は、コンクリート系廃棄物と水との比率を水／固形分の重量比で０．５以上２００以下となるように調整することにより、セメントの水和反応が進行しやすくなるので、効率的に水質浄化材を製造できる。
【００４２】
また、水和処理は、コンクリート系廃棄物と水との比率を水／固形分の重量比が２．０以上５０以下となるように調整することにより、製造設備が小型化できるので、より廉価に水質浄化材を製造できる。
【００４３】
加熱処理は、セメント水和物を５０℃以上６００℃以下で加熱することによって、セメント水和物のうちのエトリンガイト中の結晶水を確実に取り除くことができ、セメント水和物を水質浄化に適した表面構造にできるので、水質浄化材をより正確に製造できる。
【００４４】
また、加熱処理の温度を１００℃以上２００℃以下とすることにより、エトリンガイト中の結晶水（Ｈ２Ｏ）３２分子のうち２６分子を脱水できるとともに、他の設備などからの排熱を利用できるので、より効率的に水質浄化材を製造できる。
【００４５】
なお、上記一実施の形態では、コンクリート系廃棄物と水とを混合して水和反応させる際に反応槽内で攪拌して混合する構成としたが、このような構成には限定されず、反応槽内でコンクリート系廃棄物と水とを混合できればよい。
【００４６】
また、セメント水和物を一旦自然乾燥した後に、加熱処理にて強制乾燥する構成としたが、このような構成には限定されず、セメント水和物をそのまま加熱処理して強制乾燥する構成にしてもよい。
【００４７】
原料としてセメントを含有するコンクリート系廃棄物を用いる構成には限定されず、セメントを含有するコンクリート系廃棄物およびセメントの少なくとも一方を用いればよい。
【００４８】
そして、原料としてセメントを用いた場合であっても、セメントは安価であるので、コンクリート系廃棄物と同様に原料コストの上昇を防止でき、水質浄化材を廉価に製造できる。
【００４９】
さらに、コンクリート系廃棄物およびセメントを原料として用いず、コンクリート廃材を用いる構成にしてもよい。
【００５０】
原料としてコンクリート廃材を用いる場合には、コンクリート廃材を粉砕し、この粉砕したコンクリート廃材を加熱して、コンクリート廃材中のセメント水和物を加熱処理する。
【００５１】
コンクリート廃材は、例えばコンクリート建造物の解体廃材やコンクリート製品の廃材であり、粉砕して粒状または粉状にしたものが用いられる。
【００５２】
また、コンクリート廃材を粉砕した後に、分級してセメント水和物と骨材とを分離する構成にしてもよい。
【００５３】
粉砕したコンクリート廃材を分級する際には、粒径が１０μｍ以上５ｍｍ以下で分級すると、コンクリート廃材に含まれる不活性な骨材の含有量を少なくできるので好ましく、粒径が５０μｍ以上１ｍｍ以下で分級するとより好ましい。
【００５４】
このようなコンクリート廃材は、含有するセメント分の水和反応が完了したものであるため、水和処理をする必要がない。
【００５５】
したがって、コンクリート廃材を粉砕し加熱処理するだけで、水質浄化材を製造できるので、特殊な設備や工程を必要とせず、製造コストの上昇を防止でき、水質浄化材を廉価に製造できる。
【００５６】
また、原料として、本来廃棄されるコンクリート廃材を用いるだけであるので、原料コストの上昇を防止でき、水質浄化材を廉価に製造できる。
【００５７】
さらに、コンクリート廃材を粉砕した後に、分級して骨材とセメント水和物とを分離することにより、水質浄化材において排水との反応に寄与しない不活性な骨材の含有量を少なくできるので、水質浄化材の反応性を向上できる。
【００５８】
なお、原料としてコンクリート廃材を用いる場合は、粉砕したコンクリート廃材を水に分散させ、固液分離した後の固形分を加熱処理する構成にしてもよい。
【００５９】
このように粉砕したコンクリート廃材を水に分散させると、コンクリート廃材に含まれるセメント水和物が水酸化カルシウムの溶解反応を起こし表面積が増加するので、水質浄化材の反応性を向上できる。
【実施例】
【００６０】
以下、本発明の実施例および比較例について説明する。
【００６１】
コンクリートポール製造工場から採取したコンクリートスラッジと水とを攪拌しながら混合して水にコンクリートスラッジを分散させた後、脱水して固液分離し、固形分を乾燥処理して水質浄化材とした。
【００６２】
ここで、水にコンクリートスラッジを分散させる際に、コンクリートスラッジが５倍希釈になるようにコンクリートスラッジと水とを混合し、乾燥処理にて固形分を１０５℃で強制乾燥させたものを実施例１とした。
【００６３】
また、水にコンクリートスラッジを分散させる際に、コンクリートスラッジが１０倍希釈になるようにコンクリートスラッジと水とを混合し、乾燥処理にて固形分を１０５℃で強制乾燥させたものを実施例２とした。
【００６４】
さらに、水にコンクリートスラッジを分散させる際に、コンクリートスラッジが５倍希釈になるようにコンクリートスラッジと水とを混合し、乾燥処理にて固形分を２０℃で自然乾燥させたものを比較例１とした。
【００６５】
また、水にコンクリートスラッジを分散させる際に、コンクリートスラッジが１０倍希釈になるようにコンクリートスラッジと水とを混合し、乾燥処理にて固形分を２０℃で自然乾燥させたものを比較例２とした。
【００６６】
このように製造した各水質浄化材をリン水溶液に投入して、水溶液中のリン濃度の変化を測定するリン吸着実験を行った。その測定結果を図２に示す。
【００６７】
図２に示すように、混合する際のコンクリートスラッジと水との比率に関わらず、自然乾燥したものより強制乾燥したものの方が、水溶液中のリン濃度が急速に低下するとともに、最終的な濃度も低くなった。
【００６８】
また、上記リン吸着実験と同様に、各水質浄化材をホウ酸水溶液に投入して、水溶液中のホウ酸濃度の変化を測定するホウ酸吸着実験を行った。その測定結果を図３に示す。
【００６９】
なお、このホウ酸吸着実験では、上記リン吸着実験での各水質浄化材に加え、水にコンクリートスラッジを分散させる際に、コンクリートスラッジが１５倍希釈になるようにコンクリートスラッジと水とを混合し、乾燥処理にて固形分を１０５℃で強制乾燥させたものを実施例３として用いた。
【００７０】
また、水にコンクリートスラッジを分散させる際に、コンクリートスラッジが１５倍希釈になるようにコンクリートスラッジと水とを混合し、乾燥処理にて固形分を２０℃で自然乾燥させたものを比較例３として用いた。
【００７１】
図３に示すように、混合する際のコンクリートスラッジと水との比率に関わらず、自然乾燥したものより強制乾燥したものの方が、水溶液中のホウ酸濃度が低下した。
【００７２】
ここで、実施例および比較例の水質浄化材をＸＲＤ（粉末Ｘ線回析分析装置）で調べたところ、比較例には明確に観察されたエトリンガイトのピークが、実施例には見られなくなっていた。このことは、強制乾燥によって、エトリンガイトから水の脱離が起こり、非晶質化したことを示している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントを含有するコンクリート系廃棄物およびセメントの少なくとも一方と水とを混合して水和処理し、
水和処理後にセメント水和物と水和処理水とに固液分離し、
固液分離により得られた固形分であるセメント水和物を加熱処理する
ことを特徴とする水質浄化材の製造方法。
【請求項２】
コンクリート廃材を粉砕し、
粉砕したコンクリート廃材を加熱して、このコンクリート廃材中のセメント水和物を加熱処理する
ことを特徴とする水質浄化材の製造方法。
【請求項３】
加熱処理では、セメント水和物を５０℃以上６００℃以下の温度で加熱する
ことを特徴とする請求項１または２記載の水質浄化材の製造方法。
【請求項１】
セメントを含有するコンクリート系廃棄物およびセメントの少なくとも一方と水とを混合して水和処理し、
水和処理後にセメント水和物と水和処理水とに固液分離し、
固液分離により得られた固形分であるセメント水和物を加熱処理する
ことを特徴とする水質浄化材の製造方法。
【請求項２】
コンクリート廃材を粉砕し、
粉砕したコンクリート廃材を加熱して、このコンクリート廃材中のセメント水和物を加熱処理する
ことを特徴とする水質浄化材の製造方法。
【請求項３】
加熱処理では、セメント水和物を５０℃以上６００℃以下の温度で加熱する
ことを特徴とする請求項１または２記載の水質浄化材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−３９５５１（Ｐ２０１３−３９５５１Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７９８８２（Ｐ２０１１−１７９８８２）
【出願日】平成２３年８月１９日（２０１１．８．１９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者名 社団法人 化学工学会 刊行物名 化学工学会第７６年会研究発表講演要旨集 発行日 平成２３年２月２２日
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【出願人】（５０８２２４４１０）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（５１００５０８１２）
【出願人】（０００２２８６６０）日本コンクリート工業株式会社 (50)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１９日（２０１１．８．１９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者名 社団法人 化学工学会 刊行物名 化学工学会第７６年会研究発表講演要旨集 発行日 平成２３年２月２２日
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【出願人】（５０８２２４４１０）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（５１００５０８１２）
【出願人】（０００２２８６６０）日本コンクリート工業株式会社 (50)
【Ｆターム（参考）】
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