JP2017202458A - 容器に入った廃水の量を低減する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容器に入った廃水の量を低減するために、吸水膨潤する吸水袋を何回も繰り返し使用できる方法を提供する。
【解決手段】水膨潤性吸水性樹脂３が封入された吸水袋１を前記廃水に浸して膨潤させる工程と、前記膨潤した吸水袋４を容器から取り出して乾燥して吸水袋の中の水分を蒸発させる工程とを含み、同一の吸水袋を用いて工程を繰り返して容器に入った廃水の量を低減する方法において、前記吸水袋は開閉可能な開口部を有し、前記膨潤した吸水袋を乾燥後吸水袋の開口部から水膨潤性吸水性樹脂を投入した後開口部を閉じて、再度工程に供することを特徴とする、容器に入った廃水の量を低減する方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は容器に入った廃水の量を低減する方法に関する。詳しくは開口部を有する吸水袋の開口部を開け水膨潤性吸水性樹脂を追加投入した後開口部を閉じて、吸水袋を繰り返し使用する、容器に入った廃水の量を低減する方法に関する。

微量の重金属などの多価金属を含有する産業廃水（鉱山廃水を含む）は、そのままでは自然界に放流できないため、何らかの廃水の無害化処理を施した後比較的容易に排出することができる。しかし、原子力発電などの事故で発生したセシウムやストロンチウムなどの放射性物質は微量存在したとしても放射性が基準値以下になるまで放射性物質を除去しなければならず、たとえばゼオライトなどの吸着物質を含む材料で放射性物質を吸着して除去している（たとえば、特許文献１）。
また、本発明者らは、観点を変えた廃水の処理方法として、通水性基材で形成され、水膨潤性吸水性樹脂が封入された袋を該廃水に浸して膨潤させた後、該膨潤した袋を容器から取り出し、乾燥して袋の中の水分を蒸発させる、容器に入った廃水の量を低減する方法を提案している（特許文献２）。

特開２０１３−２４６１３９号公報 特開２０１５−１５５０７９号公報

しかしながら、上記の容器に入った廃水の量を低減する方法は、袋を廃水に浸して膨潤させた後、容器から取り出し、乾燥して袋の中の水分を蒸発させる方法であるが、乾燥後の袋を再度廃水に浸漬し膨潤させて乾燥を繰り返していくと水膨潤性吸水性樹脂の吸水膨潤能力が徐々に小さくなり、吸水効率が悪くなることがわかった。外袋は丈夫であるので、さらに何回も繰り返して使用したいという要望が出てきている。

本発明の目的は、容器に入った廃水の量を低減するために、吸水膨潤する吸水袋を何回も繰り返し使用できる方法を提供することである。

本発明者らは、上記の課題に鑑み、鋭意研究の結果、吸水袋の膨潤乾燥を繰り返した後水膨潤性吸水性樹脂の吸水能力が小さくなってきたときに、新たな吸水性樹脂を吸水袋に入れることが出来れば何回でも繰り返し使用できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、容器に入った廃水の量を低減する方法であって、
水膨潤性吸水性樹脂が封入された吸水袋を前記廃水に浸して膨潤させる工程（１）と、
前記膨潤した吸水袋を容器から取り出して乾燥して吸水袋の中の水分を蒸発させる工程（２）とを含み、
同一の吸水袋を用いて工程（１）、工程（２）を繰り返して容器に入った廃水の量を低減する方法において、
前記吸水袋は開閉可能な開口部を有し、前記膨潤した吸水袋を乾燥後吸水袋の開口部から水膨潤性吸水性樹脂を投入した後開口部を閉じて、再度工程（１）に供することを特徴とする、容器に入った廃水の量を低減する方法である。

さらに本発明は、前記開閉可能な開口部が線ファスナーによる開口部であることを特徴とする。

さらに本発明は、前記水膨潤性吸水性樹脂が前記吸水袋に入る大きさの小袋に封入されてなることを特徴とする。

さらに本発明は、前記小袋を形成する袋の材質が、水溶性または水崩壊性であることを特徴とする

さらに本発明は、前記水膨潤性吸水性樹脂がポリカルボン酸アルカリ金属塩型吸水性樹脂であることを特徴とする。

さらに本発明は、前記廃水が放射性物質を含むことを特徴とする。

本発明によれば、容器に入った廃水の量を低減するために、吸水膨潤する袋をさらに何回も繰り返し使用できる方法を提供することができる。

（ａ）は本発明の一実施態様である吸水袋の斜視図である。（ｂ）は（ａ）に記載した吸水袋に廃水を吸収させて膨潤させた後の袋の斜視図である。（ｃ）は乾燥後の吸水袋に小袋を入れる様子を示す斜視図である。（ｄ）は（ｂ）におけるＸ−Ｙ軸を含む垂直な面で切断した断面図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

本発明の方法は、水膨潤性吸水性樹脂が封入された吸水袋を該廃水に浸して膨潤させる工程（１）と、該膨潤した吸水袋を容器から取り出して乾燥して吸水袋の中の水分を蒸発させる工程（２）とを含み、工程（１）、工程（２）を繰り返して容器に入った廃水の量を低減する方法であるが、吸水乾燥を繰り返していくと、吸水袋の給水能力が低下するので、吸水袋に新たに吸水性樹脂を入れて、吸水袋の吸水能力を回復して吸水袋を効率的に使用するというものである。吸水袋は縫製などによりしっかりと固定されているので、吸水袋の中の吸水性樹脂のゲルまたは固まりを取り出すか、新たに吸水性樹脂を投入しようとすることは考えられていなかった。

水膨潤性吸水性樹脂が封入された吸水袋を廃水に浸して膨潤させる工程（１）において、容器に入った廃水に吸水性樹脂が封入された吸水袋を浸漬するが、容器の大きさ、形状も限定はなく、材質も廃水の性質に対応できるものなら特に限定はない。

吸水袋を廃水に浸すと廃水は吸水袋中の吸水性樹脂に吸収される。廃水中の汚染物質は水が吸収される際に水と共に袋の中に入る。ここで吸水性樹脂の粒子は粒子毎に水を吸収して膨潤するが、膨潤した粒子の間には間隙がある、この間隙を満たした水は袋を廃水から取り出せば間隙水は袋の外に出てしまう。この場合に、水と共に汚染物質も外に出る。容器中の廃水をすべて吸収できない場合には、廃水に浸漬した袋を取り出し、間隙水の水を切った後取り出すのが周囲が廃水で汚れないので好ましいが、廃水を全量吸収するためには、すべての廃水が吸水性樹脂の粒子内にあるようにするために、廃水の量は袋に封入された吸水性樹脂の吸水倍率の範囲内であるのが好ましい。すなわち、廃水の量に対して、袋の中にある全体の吸水性樹脂の吸水能力が廃水の量を上回るように複数の袋を投入して廃水の全量を吸収するのが好ましい。好ましい方法は、前記吸水性樹脂が封入された袋を複数個廃水に浸して廃水の全量を吸収させる、方法である。

廃水を吸収する温度は、水の沸点以下であれば特に限定はなく、室温で行うことができる。時間は、対象とする廃水の量、汚染物質の濃度や吸水性樹脂の量などの条件によって異なるので、場合に応じて適宜決めればよい。これらの操作は、１回でもよいし、複数回繰り返してもよい。

膨潤した吸水袋を容器から取り出して乾燥して吸水袋の中の水分を蒸発させる工程（２）において、廃水により膨潤した吸水袋を容器から取り出した後、吸水袋を乾燥し水を蒸発させると膨潤した吸水袋の厚さが次第に薄くなり、最後には元の吸水性樹脂が封入された吸水袋に近い状態になる。この場合、吸水袋の表面積が大きいほど蒸発能力が大きくなるので、水の蒸発能力も考慮して吸水袋の大きさ、形状などを決めるのが好ましい。

容器から取り出した吸水袋は積み重ねておいて蒸発させてもよいが、一つずつ離しておいて蒸発させてもよい。前者が置き場所の面積が広がらないので好ましい。廃水の種類にもよるが３〜５回目ぐらいから吸水袋の吸水膨潤能力が低下してくる。その吸水膨潤の程度を観察しながら、吸水性樹脂を追加する時期を見定める。好ましいのは半分ぐらいに膨潤性が低下したら乾燥後開口部を開けて吸水性樹脂を入れる。吸水袋全体の吸水能力が回復する。さらに吸水乾燥を繰り返していくと段々と吸水袋の吸水能力が低下するので、また吸水性樹脂を入れて吸水能力を回復することができる。このようにして、吸水袋を繰り返し使用することができる。本発明において乾燥とは完全に水が蒸発することだけを指しているのではなく、たとえば半分くらいとか乾燥途中であることも含めるものとする。

本発明において、袋に封入される水膨潤性吸水性樹脂としては、水に不溶で、吸水して膨潤するものであれば、特に限定されるものではないが、安価で、安全性、耐久性、吸水倍率や吸水速度などの吸水特性に優れ、かつ、腐敗の心配の無いものが好ましい。上記水膨潤性吸水性樹脂としては公知のものが使用でき、たとえば、ポリアクリル酸部分中和物架橋体、デンプン−アクリル酸グラフト重合体の中和物、デンプン−アクリロニトリルグラフト重合体の加水分解物、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体のケン化物、イソブチレン−無水マレイン酸共重合架橋体、アクリロニトリル共重合体若しくはアクリルアミド共重合体の加水分解物またはこれらの架橋体、アクリル酸塩−アクリルアミド共重合架橋体、ポリビニルアルコール架橋体、変性ポリエチレンオキサイド架橋体、アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸塩共重合架橋体、（メタ）アクリロイルアルカンスルホン酸塩共重合架橋体、架橋カルボキシメチルセルロース塩、カチオン性モノマーの架橋重合体等が挙げられる。これらのうち、ポリアクリル酸部分中和物架橋体、および、デンプン−アクリル酸グラフト重合体の中和物、スルホン酸系共重合体架橋体が、吸水膨潤特性、安全性や経済性などが良好であるため、特に好ましい。

また、廃水が金属イオンを含有している場合は、水膨潤性吸水性樹脂がポリカルボン酸アルカリ金属塩型吸水性樹脂であるのが好ましい。ポリカルボン酸と塩を形成するアルカリ金属としては、ナトリウム、カリウムが好ましい。中和度は特に限定はないが、多いほどよく、吸水性樹脂中のアクリル酸の３０〜１００モル％が好ましく、４０〜１００モルがより好ましい。樹脂中のカルボン酸塩が排水中の金属イオンと結合して捕捉することができる。

水膨潤性吸水性樹脂の形状、平均粒子径、吸水能力などは、特開２０１５−１５５０７９号公報に記載されたものと同じものが使用できる。

本発明において吸水性樹脂が封入される吸水袋は、通水性基材で形成された袋であって、吸水性樹脂およびそのゲルが漏れず、ゲルが充満したときに破れない強度があればよい。このような袋を形成する通水性基材としては、たとえば綿、麻、羊毛、絹、セルロース、パルプなどの天然繊維、ポリエステル、ナイロン、アクリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン、ポバールなど及びその変性物などの合成樹脂又は繊維、レーヨン、アセテートなどの半合成繊維など及びこれらの混合素材が適用できる。好ましいのは吸水性のある天然繊維、およびそれらと他の繊維の混合素材である。

吸水袋の大きさは特に眼底はないが、小袋を入れる場合は小袋以上の大きさの袋の大きさであれば特に限定はないが、好ましくは２０〜５０ｃｍ×４０〜８０ｃｍ、より好ましくは２５〜３０ｃｍ×４０〜７０ｃｍである。袋の形も限定はないが矩形状が製造面から好ましい。

本発明において、特に好ましい袋は、布帛もしくはフィルムに不織布を重ねてニードルパンチおよび／または縫製により固定され一体化されてなる包材により作成されてなる袋である。この袋は特許第５４２７９９５号公報に記載されているものと同じものを使用するのが好ましい。

本発明における吸水袋は、通気性基材を縫製、ヒートシール、接着剤などの方法によって周囲を固定することができる。吸水袋はその一端を開閉可能な開口部を有する。開閉可能な開口部であれば特に限定はないが、吸水性樹脂の粉末やゲルが漏れないので好ましい。たとえば、吸水袋の開口部を閉じるように折り曲げてホッチクスで留めたり、紐で縛ったり、縫製してもよい。これらの開口部は開けることが可能であり、開閉可能となる。より簡単な開閉可能な開口部としては線ファスナーによるものが好ましい。線ファスナー、いわゆるジッパーやチャックであり、線ファスナーを開けて最初および乾燥後に吸水性樹脂を入れることができる。

線ファスナーは、線状のファスナー（開閉可能な留め具）である。テープ、エレメント（務歯）、スライダー（開閉部品）で構成され、ゲルがはみ出さないのが好ましい。務歯またはエレメントと呼ばれる歯をテープ状の基材に並べて取り付けたもので、左右対になった一組の間でスライダーを動かすことで、左右の務歯同士が順に組み合わさってゆき、自在に開閉できる構造になっている。開いている上体からスライダーを引っ張って動かせば、動かした位置まで閉まり、逆に、閉まっている状態からスライダーを引っ張って動かせば、動かした位置まで開く仕掛けになっている。

テープは、エレメントを固定する役目をもつ。エレメント（務歯）は、エレメントの噛み合う部分を務歯頭部といい、これが噛み合うことでファスナーの働きをする。スライダーは、ファスナーを開閉するときに、エレメントを噛み合わせたり離したりする役目をする。金属製の場合はプレス製やダイカスト製の物が代表的である。務歯およびスライダーはプラスチックで造られることが多い。

吸水性樹脂を吸水袋に入れるときは、粉末状及び／又は粒状の吸水性樹脂を直接入れてもよいが、吸水袋に入る大きさに設計された小袋に入れて吸水袋に入れてもよい。小袋を形成する袋の材質は、水崩壊性や水溶性を有するのが好ましい。吸水によって中に入った水が小袋を崩壊したり溶解したりして小袋の中の吸水性樹脂を膨潤させて、小袋を破り吸水袋をゲルで充満させることができる。この場合小袋を両面テープなどで吸水袋の中に均等に固定すれば吸水袋を動かしても吸水性樹脂の偏りが生じない。また、乾燥後に吸水性樹脂を入れるときは小袋を用いると吸水袋に入れやすくなり効率的でもある。
小袋の中の吸水性樹脂の量は用途によって異なるが、たとえば、大量の廃水に適用する場合は、好ましくは３０〜７０ｇ／袋であり、吸水袋に入れる小袋の個数に限定はないが、好ましくは１〜１０個である。

小袋を形成する水崩壊性の素材としては、たとえば、紙のパルプ繊維同士を水溶性または親水性の糊、水膨潤性ポリマーなどで接着させて水との接触によりパルプ繊維同士がバラバラに崩壊するようにした紙（三島製紙株式会社製の「ディゾルボＭＤＰ」など）、さらにこれにヒートシール剤を併用して成形加工性（熱接着性）を加味した紙（三島製紙株式会社製の「ディゾルボＭＤＰ−Ｐ」など）などが挙げられる。これらの紙は、吸水により崩壊するスピードが速い特徴を有する。水溶性のシートとしては、水溶性ポバールフィルム、デンプンフィルム、カラギーナンフィルムなどの水溶性のフィルムや、ポバール繊維で作られた水溶性の不織布（日本バイリーン社製「エコモールド」「エコソルブ」など）が挙げられる。これらのシートは、同一の厚みで比較した場合、上記水崩壊性の紙より水溶解（崩壊）速度は劣るものの、乾燥状態でのシート強度が大きい特徴を有する。

また、吸水袋の中には、吸水性樹脂の吸水能力を妨げない範囲で他の物質を併用してもよい。この物質は吸水速度を促進させる目的でパルプなどの有機性繊維、石綿、パーライトなどの無機性繊維、比重を上げる目的で珪砂、石などの無機物などが挙げられる。さらに必要に応じて防カビ剤、抗菌剤、紫外線吸収剤などを加えてもよい。

図１に本発明の一実施態様の袋である吸水袋と、それが膨潤した状態を示した。（ａ）は本発明の一実施態様である吸水袋の斜視図である。（ｂ）は（ａ）に記載した吸水袋に廃水を吸収させて膨潤させた後の吸水袋の斜視図である。（ｃ）は乾燥後の吸水袋に小袋を入れる様子を示す斜視図である。（ｄ）は（ｂ）におけるＸ−Ｙ軸を含む垂直な面で切断した断面図である。
（ａ）は、矩形状に作製した吸水袋１であり、この図からはわからないが、線ファスナー２から吸水性樹脂３が入れられている。この吸水袋１は吸水していないので吸水袋１の厚さは薄い。（ｂ）は吸水袋１に廃水を吸収させて膨潤した吸水袋４となっていることを示している。（ｃ）は膨潤した吸水袋４を乾燥して（ａ）で示される吸水袋１のように薄くなった袋の線ファスナー２を開けて吸水性樹脂３の入った小袋５を矢印の方向に入れることを示している。（ｄ）は膨潤した吸水袋４の断面図であり、吸水性樹脂３が膨潤していることを示す。

本発明の対象となる廃水は、重金属を扱う工場などの事業所から排出される工場廃水（たとえば、めっき廃水など）、鉱山廃水、放射性元素含有廃水またはその他の汚染物質を含有する廃水などであり、含有されている元素は特に限定されないが、重金属、希土類元素、放射性元素などが挙げられる。特にセシウム、ストロンチウムなどの放射性元素を含む原子炉の冷却廃水の場合には、ｐｐｍ以下の放射性元素を吸着材で除去するのは容易ではないが、本発明の方法を用いると容易に処理でき、廃水を効率的に減量できると共に汚染物質を除去できるので、好適に使用できる。

以下、実施例により更に説明するが本発明はこれに限定されるものではない。

[製造例１]（小袋の作成）
「ハビックス ＪＳ４５ＨＤ−Ｗ」（登録商標、ハビックス社製、乾式パルプ不織布）に厚さ３０μｍのポバール（ＰＶＡ）フィルム（クラレ社製、ＣＰ−１２２０Ｔ１０、鹸化度８７〜８９％）をラミネートしたシート（ａ）を１０×１５ｃｍの大きさの長方形に切り、これをＰＶＡフィルム側に重ねて３方の端（辺）をヒートシールして袋を製造した。この中に「サンフレッシュＳＴ−５００Ｄ」（ポリアクリル酸系吸水性樹脂、三洋化成工業社製、吸水倍率４００倍）５０ｇを入れ、次いで開口部をヒートシール（密封）して小袋を作製した。

[製造例２]（吸水袋の包材の作成）
ナイロン／アクリル（７／３）混毛を目付量：１２０ｇ／ｍ^２、針数２００本／ｍ²となるようにしてニードルパンチでフェルトを板状に作成した。次にポリプロピレン平織物基布（テープ条繊維：縦１４本／インチ、横１１本／インチ、目付量：９３ｇ／ｍ^２）に上記のフェルトを重ねて針数４５本／ｍ²となるようにしてニードルパンチで固定して、吸水性樹脂が封入される吸水袋の包材を作製した。

[実施例１]
上記製造例２で作製した包材を用いて、４０ｃｍ×６０ｃｍの大きさの矩形状の袋を作製した。最初一端を除いて三方の周囲をミシン掛けしてしっかりと閉じ、開いた一端から上記製造例１で作製した小袋を２個入れて、同じミシン掛けによって閉じて本発明の吸水袋を作成した。
１００ＫＬの容器に硫酸第二銅を１０ｐｐｍを含有する水溶液８５ｋｇを入れ、その中に上記の吸水性樹脂が入った吸水袋を５枚入れた。１０分後には容器の中の水溶液はほとんど吸収されて夫々の袋は膨潤した。容器の中には硫酸第二銅の銅イオンによる青色はなく、廃水はほとんど吸水袋に吸収されていた。また、吸水袋１個の平均吸水量は約１７ｋｇであった。これらの膨潤した袋の表面はさらさらとしていた。これらの袋を一列に重ねて雨が当たらない箇所に放置して自然乾燥した。１ケ月後にはほぼ元の吸水袋だけになっていた。

同様にしてこの操作を繰り返したが、５回目には水溶液を全部吸収するのに吸水袋６個が必要であった。その内１個は新たな吸水袋を使用した。吸水袋１個あたりの吸水量は約１４．２ｋｇであった。６回目に前記の新たな１個を除いて５個の吸水袋の線ファスナーを開けて小袋を１個ずつ追加して線ファスナーを閉じた。同様にして８５ｋｇの水溶液を吸収させたところ、小袋を追加した吸水袋５個だけで足りた。線ファスナーからゲルは漏れていなかった。

上記のように吸水袋の吸水能力が低下したところで、小袋を入れて吸水すれば、吸水袋は何回も繰り返し使用することができることがわかった。本発明の方法が有効であることが確認できた。

１ 吸水袋
２ 線ファスナー
３ 吸水性樹脂
４ 膨潤した吸水袋
５ 小袋

Claims (6)

1. 容器に入った廃水の量を低減する方法であって、
   水膨潤性吸水性樹脂が封入された吸水袋を前記廃水に浸して膨潤させる工程（１）と、
   前記膨潤した吸水袋を容器から取り出して乾燥して吸水袋の中の水分を蒸発させる工程（２）とを含み、
   同一の吸水袋を用いて工程（１）、工程（２）を繰り返して容器に入った廃水の量を低減する方法において、
   前記吸水袋は開閉可能な開口部を有し、前記膨潤した吸水袋を乾燥後吸水袋の開口部から水膨潤性吸水性樹脂を投入した後開口部を閉じて、再度工程（１）に供することを特徴とする、容器に入った廃水の量を低減する方法。
2. 前記開閉可能な開口部が線ファスナーによる開口部であることを特徴とする請求項１記載の容器に入った廃水の量を低減する方法。
3. 前記水膨潤性吸水性樹脂が前記吸水袋に入る大きさの小袋に封入されてなることを特徴とする請求項１または２記載の容器に入った廃水の量を低減する方法。
4. 前記小袋を形成する袋の材質が、水溶性または水崩壊性であることを特徴とする請求項３記載の、容器に入った廃水の量を低減する方法。
5. 前記水膨潤性吸水性樹脂がポリカルボン酸アルカリ金属塩型吸水性樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の、容器に入った廃水の量を低減する方法。
6. 前記廃水が放射性物質を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の、容器に入った廃水の量を低減する方法。

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