環境浄化設定剤ＦＯＳによる浄化及び２次汚染防止システム
【課題】従来の排水処理（活性汚泥法）等の生物処理において、微生物の生存する環境条件が整っていない為に、充分な処理が行われなかった。また、排水基準が厳しくなり既存の施設では対応できない状況になっている。
【解決手段】構成
環境設定剤ＦＯＳを使用し浄化対象物の生物処理に必要な環境（溶存酸素の増加、栄養素の供給、ＰＨを中性等に整える）を整え、微生物が活動しやすい条件を整えることによって既存の施設等をそのまま利用し浄化能力を向上させることが出来る。また、浄化施設の立ち上がりに際し環境条件をすばやく整えることが出来る。また、２種の鉱物ろ床装置により窒素、燐、重金属を吸着、分解することにより放流先の河川、海洋の２次汚染を防止することができる、簡単で安価、で安全な排水処理をすることができるシステムである。
【解決手段】構成
環境設定剤ＦＯＳを使用し浄化対象物の生物処理に必要な環境（溶存酸素の増加、栄養素の供給、ＰＨを中性等に整える）を整え、微生物が活動しやすい条件を整えることによって既存の施設等をそのまま利用し浄化能力を向上させることが出来る。また、浄化施設の立ち上がりに際し環境条件をすばやく整えることが出来る。また、２種の鉱物ろ床装置により窒素、燐、重金属を吸着、分解することにより放流先の河川、海洋の２次汚染を防止することができる、簡単で安価、で安全な排水処理をすることができるシステムである。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
これまでの河川、池、沼、事業所、生活廃水等の浄化は、生物処理［活性汚泥処理法］微生物を使用し排水等を浄化する方法がとられている。
しかし、浄化能力は、汚染状況、環境により常に変化し、思うような浄化能力を発揮できないことが多くなってきている。また、浄化設備等の設計通りには生産量の増加や汚染物質により、浄化能力を超え、思うような浄化が出来ず対策を取れない状態のところが多くなっている。
【０００２】
また、一方では微生物の学術研究等が盛んになされ、浄化に優れた菌種も多く発表されているが、そのまま汚染された場所に投入しても、本来微生物の生息できる環境にふさわしくない為に、浄化能力を十分に発揮できていない。
【０００３】
従来の技術や排水基準範囲内では窒素、燐、重金属までの除去は十分ではなくそのままの排水は河川や海に富栄養化や重金属による汚染を引き起こしやすい。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
自然界には汚染された排水を浄化することができる微生物が多く存在する。
しかし、環境条件が合わない為に充分に能力を発揮出来ないばかりか、存在さえ出来なくなってしまう。そこで、環境浄化設定剤ＦＯＳを発明した。
特徴は １）水中、土中の水分を介して、溶存酸素を増加させることが出来る。
２）ミネラル類、ビタミン類、たんぱく質により微生物の必須栄養素を提供する。
【０００５】
【理論１】
溶存酸素を増加させる方法
ＦＯＳを水で希釈した場合に硫化ジュテリューム（Ｄ２ＳＯ４）が反応し起きうる現象として水の分子レベルで見た場合、エネルギーがその分子に吸収される直接作用と他の分子がエネルギーを吸収し、分子と反応する間接作用に分けることができる。
水分子は励起あるいは電離し、余分なエネルギーを持つため不安定になる。この余分なエネルギーを放出する過程で標的分子の共有結合が切れて２つのラジカルになることがある。切断される結合エネルギーを吸収した部位とは限らない。
重水素から励起あるいは電離したエネルギーは水溶液でまず水分子に吸収され、その後、ヒドロキシラジカル（ＨＯ・）、水素ラジカル（Ｈ・）、水和電子（ｅａｑ−）、Ｈ２，Ｈ２Ｏ２などのラジカルあるいは分子生成物が生じる。そして、それらの活性体が水中を移動して標的分子と化学反応を起こして作用する。
励起エネルギーは水分子をイオン化したり励起したりする。
水分子のイオン（Ｈ２Ｏ＋）は非常に不安定で、１０−１５秒以内に分解して、ＨＯ・とＨ３Ｏ＋とを生ずる。
水分子から飛び出した電子は、他の水分子の間に捕らえられてｅａｑ−を生ずる。
水和電子は７１５ｎｍに吸収係数は１８５００ｍ−１ ｃｍ−１の吸収極大をもち、標準還元電位は−２．９ｍｖで、中性の水中での半減期は２．１×１０−４／Ｓである。
ラジカル同士は反応して
のように分子上生成物Ｈ２，Ｈ２Ｏ２を生ずる。従ってＨ・、ＨＯ・の２種のラジカルと、Ｈ２、Ｈ２Ｏ２の２種の分子状生成物及びｅａｑ−を生ずる。これらが溶液中の溶質と反応することにより化学的過程が起こる。ＨＯ、及びＨ２Ｏ２は酸化力が強く有機物と反応して間接作用の主因をなす。
一方ｅａｑ−は還元力を有する。水溶液中では
の平衡があるので、ｐＨ４〜９ではｅａｑ− Ｈ・が共存し、ｐＨ２以下ではＨ・が重要な還元剤となる。
本発明は硫化ジュテリューム（Ｄ２ＳＯ４）の形でＰＨ１．４ｄｅ安定した形で存在している。
硫酸イオン
水分子の励起あるいは電離し、エネルギー反応のときに硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を使うと硫酸イオン（ＳＯ４２−）のほうが水の中のＯＨ−よりイオンでいる傾向が強いので、硫酸イオンはそのまま水溶液中に残りＯＨ−は電子を渡して水と酸素が発生する。
重水素を介在して電荷を与え水の電気分解と同じ作用をさせると、Ｈ＋は水素となって放出される一方ＯＨ−はマイナスのヒドロキシルイオンとよばれる界面活性効果を持ったイオンに変化する。また、ヒドロキシルイオンが発生、消滅を繰り返すという断続的な現象がたえず起こることによって、その結果連続的にマイナスイオンが発生する。このヒドロキシルイオンが難分解有機化合物に働きかけ無害化し、かつ重金属は酸化されることになる。
溶存酸素の発生 表１ 図１ グラフ 参照
・イオン交換水及び蒸留水ともに初期溶存酸素が８．４９ｍｇ／Ｌと高かったので、脱気して使用することにした。
・脱気水でも溶存酸素の増加がみられた。これは設置の際にある程度の気泡が混入することなどが考えられる。
・ＦＯＳを添加、急激な溶存酸素量の増加がみられる。
・ＦＯＳは土壌改良、浄化、バクテリアの増殖には非常に有効なものと考えられる。
・酸素電極の実験も同時に行ったが結果は良好な数値を示し、今までに存在しない働きをする液体であることを確認した。
によって確かめることが出来る。
【理論２】
ミネラルの溶出には天然鉱物を使用する。通常はＣａ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ等のミネラルの酸化物で構成されているが、黒雲母系統にはミネラルの種類が２０〜４０種と多い。これをＦＯＳ原液で溶解、溶出すると、Ａｌ，Ｆｅ、Ｍｇ，Ｋ，Ｐ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｎａ，Ｖ，Ｒｂ，Ｓｉ，Ｚｎ，Ｗ，Ｃｏ，Ｌｉ，Ｃｕ，Ｓｅ，Ｇｅ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｂａ等の硫酸塩、それらの複塩、錯塩或いは酸化物として水に溶解しイオン状態で存在している。このミネラル分が特に微生物処理（活性汚泥法）に微生物に有利に働く。
【０００６】
窒素、燐、重金属吸着、分解方法について
代表的ろ材には活性炭が使用される。主として微細孔形状に基づく吸着能、着色、汚染物、廃ガス等を吸着し、媒体から除去して浄化するのに有効なものである。しかし、吸着能力には限界があり、交換、再生、等を行わなければならず、使用期間は高価な割には不経済である。これは浄化コストには非常に不利なことである。
【０００７】
本システムは２種の鉱物を使い上記の問題を解決した。１つは珪藻土を１１００℃で焼結したセラミック化したものを使用し、木炭の５千から６千倍の超多孔、超微細構造を持ち非常に効率の良い資材で、これと劣化石炭を併用する。石炭は特に熱カロリーが高い必要はなく、熱源として利用価値のない品質のものをＦＯＳ（環境浄化設定剤）で処理することによって、灰成分が溶出し、多孔体となる。この時使用したＦＯＳはそのまま水質浄化剤として利用できる、通常の石炭系活性炭製造の場合の硫酸、塩酸処理する、またその酸類を使用した後中和をするがＦＯＳの場合その処理は必要がなく、そのまま排水処理として使用する為に、コストを削減及び、薬品による汚染を防ぐことも大きなメリットとなる。
【０００８】
この上記で処理した鉱物資材をＦＯＳＡＣという。ＦＯＳＡＣは従来使用されている活性炭のように頻繁な交換を必用としない。１年に１度程度磨耗、消耗することから全体の１０％程度の補充で済ませることで良い。また、このＦＯＳＡＣの内部は年間を通して、５〜１０℃の内部温度を保持することから寒冷地にも適する。その結果、バクテリアが生息しやすい環境となっている。また、現在使用されている砕石、プラスチック等のハニカム方式は生物膜が多く発生し、パイプを詰まらせたり、河川等の再汚染を発生させたりしている。
【０００９】
実施例
実施例１）し尿、肥料成分混入家畜用井戸水
０．１ｍ３／分流速 急速濾過機としてテスト 飲料水として適合
実施例２）湖、沼水の処理
３０分処理 ０．１ｍ３ Ｎ，Ｐの吸着により湖、沼、濠の浄化に効果あり
実施例３）食品加工場排水
５００ｍ３／日 処理 排水基準 合 塩素処理の効果 大
実施例４）六価クロムを含むクロムメッキ廃液
六価クロムを含むメッキ廃水１００リットルをＦＯＳＡＣ２ｋｇを充填したカドミウムカラムに流速５リットル／時で流下させ経過を測定
完全除去 メッキ廃液に効果 大
処理水にＪＩＳ Ｋ ０１２０の規定する方法でヒメダカの養魚試験におい
４８時間以内に死亡したヒメダカはいない。
【００１０】
資料表１ 溶存酸素試験 表１
溶存酸素試験 図１ グラフ
・イオン交換水及び蒸留水ともに初期溶存酸素が８．４９ｍｇ／Ｌと高かったので、脱気して使用することにした。
・脱気水でも溶存酸素の増加がみられた。これは設置の際にある程度の気泡が混入することなどが考えられる。
・ＦＯＳを添加、急激な溶存酸素量の増加がみられる。
・ＦＯＳは土壌改良、浄化、バクテリアの増殖には非常に有効なものと考えられる。
【００１１】
簡易処理システム図
ＦＯＳＡＣによる簡易浄化装置
１）浄化対象水にＦＯＳを滴下する。
２）ＦＯＳで処理された水をポンプアップする。
３）タンク内にＡｃｔｉｖａｔｉｏｎ ＣｏａｌをＦＯＳで処理したＦＯＳＡＣを入れる。
４）ＦＯＳＡＣを通して排水されたものは再生水として利用あるいは循環させ浄化する。
５）このシステムは活性炭のような交換頻度が多くなく、１年に１度不足分を補充する。
６）窒素、燐、メッキ工場排水のような金属イオン等の汚染も浄化が可能である。
７）富栄養化を防止する為、根本的な解決策となる。
８）殺菌剤、殺虫剤、農薬で汚染された水を浄化する。
９）既存の浄化施設を使い、浄化能力をアップできる。
１０） 海に流出した原油を吸着することが出来る。
【背景技術】
【０００１】
これまでの河川、池、沼、事業所、生活廃水等の浄化は、生物処理［活性汚泥処理法］微生物を使用し排水等を浄化する方法がとられている。
しかし、浄化能力は、汚染状況、環境により常に変化し、思うような浄化能力を発揮できないことが多くなってきている。また、浄化設備等の設計通りには生産量の増加や汚染物質により、浄化能力を超え、思うような浄化が出来ず対策を取れない状態のところが多くなっている。
【０００２】
また、一方では微生物の学術研究等が盛んになされ、浄化に優れた菌種も多く発表されているが、そのまま汚染された場所に投入しても、本来微生物の生息できる環境にふさわしくない為に、浄化能力を十分に発揮できていない。
【０００３】
従来の技術や排水基準範囲内では窒素、燐、重金属までの除去は十分ではなくそのままの排水は河川や海に富栄養化や重金属による汚染を引き起こしやすい。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
自然界には汚染された排水を浄化することができる微生物が多く存在する。
しかし、環境条件が合わない為に充分に能力を発揮出来ないばかりか、存在さえ出来なくなってしまう。そこで、環境浄化設定剤ＦＯＳを発明した。
特徴は １）水中、土中の水分を介して、溶存酸素を増加させることが出来る。
２）ミネラル類、ビタミン類、たんぱく質により微生物の必須栄養素を提供する。
【０００５】
【理論１】
溶存酸素を増加させる方法
ＦＯＳを水で希釈した場合に硫化ジュテリューム（Ｄ２ＳＯ４）が反応し起きうる現象として水の分子レベルで見た場合、エネルギーがその分子に吸収される直接作用と他の分子がエネルギーを吸収し、分子と反応する間接作用に分けることができる。
水分子は励起あるいは電離し、余分なエネルギーを持つため不安定になる。この余分なエネルギーを放出する過程で標的分子の共有結合が切れて２つのラジカルになることがある。切断される結合エネルギーを吸収した部位とは限らない。
重水素から励起あるいは電離したエネルギーは水溶液でまず水分子に吸収され、その後、ヒドロキシラジカル（ＨＯ・）、水素ラジカル（Ｈ・）、水和電子（ｅａｑ−）、Ｈ２，Ｈ２Ｏ２などのラジカルあるいは分子生成物が生じる。そして、それらの活性体が水中を移動して標的分子と化学反応を起こして作用する。
励起エネルギーは水分子をイオン化したり励起したりする。
水分子のイオン（Ｈ２Ｏ＋）は非常に不安定で、１０−１５秒以内に分解して、ＨＯ・とＨ３Ｏ＋とを生ずる。
水分子から飛び出した電子は、他の水分子の間に捕らえられてｅａｑ−を生ずる。
水和電子は７１５ｎｍに吸収係数は１８５００ｍ−１ ｃｍ−１の吸収極大をもち、標準還元電位は−２．９ｍｖで、中性の水中での半減期は２．１×１０−４／Ｓである。
ラジカル同士は反応して
のように分子上生成物Ｈ２，Ｈ２Ｏ２を生ずる。従ってＨ・、ＨＯ・の２種のラジカルと、Ｈ２、Ｈ２Ｏ２の２種の分子状生成物及びｅａｑ−を生ずる。これらが溶液中の溶質と反応することにより化学的過程が起こる。ＨＯ、及びＨ２Ｏ２は酸化力が強く有機物と反応して間接作用の主因をなす。
一方ｅａｑ−は還元力を有する。水溶液中では
の平衡があるので、ｐＨ４〜９ではｅａｑ− Ｈ・が共存し、ｐＨ２以下ではＨ・が重要な還元剤となる。
本発明は硫化ジュテリューム（Ｄ２ＳＯ４）の形でＰＨ１．４ｄｅ安定した形で存在している。
硫酸イオン
水分子の励起あるいは電離し、エネルギー反応のときに硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を使うと硫酸イオン（ＳＯ４２−）のほうが水の中のＯＨ−よりイオンでいる傾向が強いので、硫酸イオンはそのまま水溶液中に残りＯＨ−は電子を渡して水と酸素が発生する。
重水素を介在して電荷を与え水の電気分解と同じ作用をさせると、Ｈ＋は水素となって放出される一方ＯＨ−はマイナスのヒドロキシルイオンとよばれる界面活性効果を持ったイオンに変化する。また、ヒドロキシルイオンが発生、消滅を繰り返すという断続的な現象がたえず起こることによって、その結果連続的にマイナスイオンが発生する。このヒドロキシルイオンが難分解有機化合物に働きかけ無害化し、かつ重金属は酸化されることになる。
溶存酸素の発生 表１ 図１ グラフ 参照
・イオン交換水及び蒸留水ともに初期溶存酸素が８．４９ｍｇ／Ｌと高かったので、脱気して使用することにした。
・脱気水でも溶存酸素の増加がみられた。これは設置の際にある程度の気泡が混入することなどが考えられる。
・ＦＯＳを添加、急激な溶存酸素量の増加がみられる。
・ＦＯＳは土壌改良、浄化、バクテリアの増殖には非常に有効なものと考えられる。
・酸素電極の実験も同時に行ったが結果は良好な数値を示し、今までに存在しない働きをする液体であることを確認した。
によって確かめることが出来る。
【理論２】
ミネラルの溶出には天然鉱物を使用する。通常はＣａ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ等のミネラルの酸化物で構成されているが、黒雲母系統にはミネラルの種類が２０〜４０種と多い。これをＦＯＳ原液で溶解、溶出すると、Ａｌ，Ｆｅ、Ｍｇ，Ｋ，Ｐ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｎａ，Ｖ，Ｒｂ，Ｓｉ，Ｚｎ，Ｗ，Ｃｏ，Ｌｉ，Ｃｕ，Ｓｅ，Ｇｅ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｂａ等の硫酸塩、それらの複塩、錯塩或いは酸化物として水に溶解しイオン状態で存在している。このミネラル分が特に微生物処理（活性汚泥法）に微生物に有利に働く。
【０００６】
窒素、燐、重金属吸着、分解方法について
代表的ろ材には活性炭が使用される。主として微細孔形状に基づく吸着能、着色、汚染物、廃ガス等を吸着し、媒体から除去して浄化するのに有効なものである。しかし、吸着能力には限界があり、交換、再生、等を行わなければならず、使用期間は高価な割には不経済である。これは浄化コストには非常に不利なことである。
【０００７】
本システムは２種の鉱物を使い上記の問題を解決した。１つは珪藻土を１１００℃で焼結したセラミック化したものを使用し、木炭の５千から６千倍の超多孔、超微細構造を持ち非常に効率の良い資材で、これと劣化石炭を併用する。石炭は特に熱カロリーが高い必要はなく、熱源として利用価値のない品質のものをＦＯＳ（環境浄化設定剤）で処理することによって、灰成分が溶出し、多孔体となる。この時使用したＦＯＳはそのまま水質浄化剤として利用できる、通常の石炭系活性炭製造の場合の硫酸、塩酸処理する、またその酸類を使用した後中和をするがＦＯＳの場合その処理は必要がなく、そのまま排水処理として使用する為に、コストを削減及び、薬品による汚染を防ぐことも大きなメリットとなる。
【０００８】
この上記で処理した鉱物資材をＦＯＳＡＣという。ＦＯＳＡＣは従来使用されている活性炭のように頻繁な交換を必用としない。１年に１度程度磨耗、消耗することから全体の１０％程度の補充で済ませることで良い。また、このＦＯＳＡＣの内部は年間を通して、５〜１０℃の内部温度を保持することから寒冷地にも適する。その結果、バクテリアが生息しやすい環境となっている。また、現在使用されている砕石、プラスチック等のハニカム方式は生物膜が多く発生し、パイプを詰まらせたり、河川等の再汚染を発生させたりしている。
【０００９】
実施例
実施例１）し尿、肥料成分混入家畜用井戸水
０．１ｍ３／分流速 急速濾過機としてテスト 飲料水として適合
実施例２）湖、沼水の処理
３０分処理 ０．１ｍ３ Ｎ，Ｐの吸着により湖、沼、濠の浄化に効果あり
実施例３）食品加工場排水
５００ｍ３／日 処理 排水基準 合 塩素処理の効果 大
実施例４）六価クロムを含むクロムメッキ廃液
六価クロムを含むメッキ廃水１００リットルをＦＯＳＡＣ２ｋｇを充填したカドミウムカラムに流速５リットル／時で流下させ経過を測定
完全除去 メッキ廃液に効果 大
処理水にＪＩＳ Ｋ ０１２０の規定する方法でヒメダカの養魚試験におい
４８時間以内に死亡したヒメダカはいない。
【００１０】
資料表１ 溶存酸素試験 表１
溶存酸素試験 図１ グラフ
・イオン交換水及び蒸留水ともに初期溶存酸素が８．４９ｍｇ／Ｌと高かったので、脱気して使用することにした。
・脱気水でも溶存酸素の増加がみられた。これは設置の際にある程度の気泡が混入することなどが考えられる。
・ＦＯＳを添加、急激な溶存酸素量の増加がみられる。
・ＦＯＳは土壌改良、浄化、バクテリアの増殖には非常に有効なものと考えられる。
【００１１】
簡易処理システム図
ＦＯＳＡＣによる簡易浄化装置
１）浄化対象水にＦＯＳを滴下する。
２）ＦＯＳで処理された水をポンプアップする。
３）タンク内にＡｃｔｉｖａｔｉｏｎ ＣｏａｌをＦＯＳで処理したＦＯＳＡＣを入れる。
４）ＦＯＳＡＣを通して排水されたものは再生水として利用あるいは循環させ浄化する。
５）このシステムは活性炭のような交換頻度が多くなく、１年に１度不足分を補充する。
６）窒素、燐、メッキ工場排水のような金属イオン等の汚染も浄化が可能である。
７）富栄養化を防止する為、根本的な解決策となる。
８）殺菌剤、殺虫剤、農薬で汚染された水を浄化する。
９）既存の浄化施設を使い、浄化能力をアップできる。
１０） 海に流出した原油を吸着することが出来る。
【特許請求の範囲】
汚水浄化には一般的に微生物処理を行うが、その微生物が充分に機能を発揮する為に、その環境を初期設定すべき資材とシステム、及び窒素、燐、重金属を吸着することができる鉱物との併用により、二次汚染弊害を起すことがない一連の浄化システムを特徴とする。
【請求項１】
環境浄化設定剤ＦＯＳによる浄化
水を介して溶存酸素を増加し、天然鉱物によるミネラル抽出液により微生物の生存環境を整えることにより、浄化能力を大幅に向上させることが出来る。
【請求項２】
２種の鉱物による二次汚染防止システム
珪藻土を１０００℃から１２００℃で焼結したセラミックと劣化石炭を併用し、微生物のろ床として利用するだけでなく、窒素、燐、重金属等を吸着分解、脱色することにより排水先の２次汚染を防止する装置によるシステム
汚水浄化には一般的に微生物処理を行うが、その微生物が充分に機能を発揮する為に、その環境を初期設定すべき資材とシステム、及び窒素、燐、重金属を吸着することができる鉱物との併用により、二次汚染弊害を起すことがない一連の浄化システムを特徴とする。
【請求項１】
環境浄化設定剤ＦＯＳによる浄化
水を介して溶存酸素を増加し、天然鉱物によるミネラル抽出液により微生物の生存環境を整えることにより、浄化能力を大幅に向上させることが出来る。
【請求項２】
２種の鉱物による二次汚染防止システム
珪藻土を１０００℃から１２００℃で焼結したセラミックと劣化石炭を併用し、微生物のろ床として利用するだけでなく、窒素、燐、重金属等を吸着分解、脱色することにより排水先の２次汚染を防止する装置によるシステム
【公開番号】特開２００９−３４５５７（Ｐ２００９−３４５５７Ａ）
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４０８３３（Ｐ２００６−１４０８３３）
【出願日】平成１８年４月１９日（２００６．４．１９）
【出願人】（３０３０２５４１２）
【出願人】（５０６１７１６５７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１９日（２００６．４．１９）
【出願人】（３０３０２５４１２）
【出願人】（５０６１７１６５７）
【Ｆターム（参考）】
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