JPH034985A - 水中混在物の検出・凝集方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、各種の汚水・排水、閉鎖系水域水等の浄化、
硬水の軟化等、水中混在ｖＡ質を水と分離して除去する
方法に係り、特に水中に熔解したモノマーシリカの重合
・ゲル化現象を利用して、陽イオンや一部の陰イオン等
の熔解物、有機や無機の微粒子、バクテリアその他の浮
Ｍ懸濁物（ＳＳ）をシリカと結合させ或いは吸着させつ
つシリカをゲル化する仁とにより除去する新規な水中混
在物の抽出・凝集方法に関する。

［従来の技術］ 各種の化学工場や鉱業施設等から排出される排水にはか
なりの量の重金属イオンや溶解塩類が含まれている。従
来、これらの汚染物質は薬品を使ってのＰＨ調整や沈澱
生成、晶析、更にはイオン交換や曝気、吸着等様々な方
法で分離除去されている。汚水処理場でも同様な処理が
行なわれることがある。また、硬水の軟水化については
汲み置き沈澱や煮沸沈澱、蒸溜、イオン交換等により行
われている。

一方、生活排水や農業排水、養魚池排水中等に含まれる
リンは富栄養化の原因となるためその除去が急務である
が、一部都市型排水処理施設で薬品で除去される以外は
放置されているのが現状である。また、これらの排水や
湖沼等の閉鎖系水系においては藻やバクテリア、その他
有機、無機の微粒子等が浮遊懸濁している。これらも汚
染源となるがリン同様殆ど放置されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記従来の排水処理技術において吸着剤、凝集
剤、中和剤、酸化剤、還元剤等を使用する場合には、二
次的汚染物質の混入と大量のスラッジの発注があり、こ
れらの処理に要する手間や費用、薬剤費は莫大なものに
なる。

また、水中に混在する極微粒子の抽出凝集は困難を極め
、大量の凝集剤や高分子凝集剤の添加とアルカリ処理が
加えられるが、残留する高分子凝集剤による汚染等も危
惧されている。

しかも、従来凝集剤として用いられている電解物質（主
としてＡｎ◆３）は、熔解イオン類に対してはＡ／当量
以下（通常その１／２〜１／３程度）Ｌ７か凝集させず
、効率が悪い。更に、従来の方法では処理対象毎に薬品
や装置、処理操作の異なるものも多い。また、他の技術
の場合も巨額の設備費やランニングコストを必要とする
。軟水化の場合、蒸溜やイオン交換、煮沸はコスト高に
なるし、長時間沈澱法は低コストではあるが処理が不安
定で時間がかかるうえに、溶解度上限以下での除去はで
きない等の欠点がある。

尚、都市以外での家庭雑排水の処理水や合併処理水及び
農業排水の場合、リンについては低濃度であるし有効な
処理手段もないところから、殆どがそのまま河川や湖沼
に放流されている。しかし、特に農業排水は量が膨大で
あり、リンの全体量は莫大なものとなる。これらの排水
や閉鎖系水系に含まれる有機、無機の微粒子等について
も、同様に殆ど放置されている。都市型汚水排水処理場
でも、生物処理と沈澱分離ではリンは除去できず、コス
トの関係から殆どがそのまま放流されている。

［課題を解決するための手段］ そこで、本発明者はこのような欠点を改良すべく鋭意研
究した結果、熔解シリカが水溶液中でイオン反応により
重合しゲル化する過程において、熔解イオン類や浮遊物
質とシリカが結合或いは吸着する現象に着目して本発明
を完成させたものである。

そして本発明は、熔解シリカがこれら溶解イオン類や浮
遊物質と結合或いは吸着してゲル化することにより汚水
浄化や硬水の軟水化等水中混在物を抽出・凝集して水と
分離させるに際し、多価金属イオンの共存或いはＰＨ調
整により反応を促進させることを要旨とする。また、可
溶性シリカと可溶性アルミナ或いは可溶性鉄を含有する
資材からこれらを強制的に溶出させ、溶出した熔解シリ
力により水中混在物の抽出や凝集をなさしめることを要
旨とする。

シリカ（Ｓｉ０２）は、水中に溶解するとＯＨ−と結合
（ＳｉＯＨ）しているのが常と考えられており、特に熔
解シリカが１１００ｐｐを越えるとＳｉ　　（ＯＨ）　
４の生成が促進されると言われている（Ｔｈｅ　Ｃｈｅ
ｍｉｓｔｒｙ　ｏｆ　５ｉｌｉｃｏｎ　：　Ｒａ１ｐｆ
　Ｋ、ＩＩｅｒ）。

これらの溶解シリカは、ヒドロシルの形で水中に存在し
、他のイオン類と異なる特殊な挙動やイオン反応をする
ことが知られている。即ち、５ｉ（ＯＨ）、ｓ　　（モ
ノマーシリカ、モノ珪酸、珪酸単量体）は極めて不安定
で縮合し易い性質を持っており、濃度や温度、Ｐ　Ｈに
もよるが、順次重合（縮合）して二量体、二量体とポリ
マー化が進み、シロキサン結合によりポリマーシリカ（
ポリシリカ）を形成する。

この反応はイオン反応であり、反応速度はｐ１１２〜７
の範囲においてはＯＨ−イオン濃度に比例し、ｐ（１２
以下では水素イオン濃度に比例して無水化が進行すると
言われている。更に、一連の珪酸反応はｐ１１４〜６近
辺の微酸性域で急速に進行して粒子成長をとげ、粒子集
合とゲル化が同時進行的な形で急速に進行する。そして
、モノマーシリカの濃度が高い場合には全体が寒天のよ
うに固まり、比較的低濃度の場合にはコロイド状に沈澱
する。但し、アルカリ側特にｐＨ９以上では解重合が起
こり、濃度が低いとモノマーシリカに戻るとも言われて
いる。これらのポリマー化やゲル化は、他のイオン、特
に多価金属イオンの存在で促進されることも知られてい
る。

しかし、従来シリカのこのような性質を利用した汚水浄
化等は知られていない。そこで本発明者は、シリカのこ
のような性質を水中混在物の抽出や凝集に利用出来ない
かを、シリカの溶出（熔解）及び重合−ゲル化の面から
様々な実験を行って検討したところ、以下に述べる如く
極めて良好な結果を得た。

まず、高濃度の溶解シリカ含有水について、重合−ゲル
化反応が実際にどの程度のスピードで行なわれるかにつ
いて実験した（実験１）。その結果、重合−ゲル化反応
が急速に進行するとされるＰＨ域（ｐＨ４〜６）でさえ
も反応が極めて遅く、実用には供し得ないことが判明し
た。このことは、溶解シリカ含有水中にＡＩ！＋３やＦ
’ｅ″″３以外の金属イオンやリン酸イオンが共存して
いても同じであった（実Ｍ３）。但し、熔解シリカ水溶
液がもともと酸性（ｐＨ２〜６）の場合は、ＯＨ−を添
加することにより重合−ゲル化反応が大きく促進された
（実験２）。

また、熔解シリカ含有水中にＡＪ＋３或いはＦｅ＋３を
微量（数ｐｐｍ程度）でも共存させれば、重合−ゲル化
反応は速やかに進行し、同時に熔解イオン類その他の混
在物の濃度が大きく減少した（実験３）。これは、水中
に熔解したシリカが重合するのと併せてＡ１＋３やＦ　
ｅ　＋３と結合したためと考えられる。この場合、５ｉ
ＯＨの生成とＨ＋の生成が行なわれる。即ち、次式■、
■により／ｌ”３やＦｅ＋３はシリカと結合してＨ”を
生成させる。

■（−３ｔＯＨ）ｍ　＋Ａｌ’＝ （−３ｉＯＨ）ｍ−ｎ　　・　（−５１Ｏ）ｎＡ／÷３
＋ｎＨ”■　（−５ｉＯＨ）ｍ　　＋Ｆｅ”＝ （−５ｉ　ＯＨ）　ｍ−ｎ　　・（−５ｉ　０）ｙＩＦ
　ｅ’　＋ｎ　Ｈ”この反応は、熔解シリカ含有水にＡ
　Ｊ　＋３或いははＦｅりが加わることにより急激なＰ
Ｈ低下を来すことからも是認される。これらの反応の内
、熔解シリカ合有水中にへ１″３或いはＦｅ＋３が加わ
った場合には、八／＋３、Ｆｅ”が単純に水酸化物とな
るばかりではなく、シリカと結合した複合沈澱物となる
。この事実は、他の金属イオンとの間にもシリカ結合が
行なわれることを示している。

この放出されたＨ＋は、熔解シリカの重合−ゲル化を急
速に促進する方向（ｐＨ４〜６近辺）にＰＨを動かして
シリカのゲル化を促進させる。その際、水中に含有する
浮遊物質のみならず、水中にある金属陽イオン、Ｐ−３
等の陰イオン、Ｃａ＊２等のアルカリ土類金属イオンに
ついても抽出・凝集が行なわれる。この場合、ＰＨが下
がり過ぎればＯＨ−を加えて微酸性（ｐＨ４〜６近辺）
にすれば、反応がさらに促進されることも判明した（実
験３）しかして、 １、熔解シリカ−金属イオン共存下５、特にＡＮ″″３
或いはＦｅ＋３の共存下でのシリカ重合−ゲル化促進Ｐ
Ｈ域へのコントロールにより、抽出・凝集効果の発現を
高める。

２、更に、上記１．に加えて、熔解シリカ含有の酸性水
（ｐＨ２以上）へのＯＨ−供給によるモノマーシリカー
ポリマーシリカーゲル化反応の促進と、それに伴う溶解
イオン類の抽出と水中浮遊物質の凝集効果の発現を高め
る。

ことが可能であり、本発明は金属イオン類、一部陰イオ
ン、アルカリ土類金属イオン特にカルシウムイオン等の
抽出や、浮遊物質（ＳＳ）の凝集方法として極めて有効
なものと言える。しかも、従来用いられてきた種々の凝
集剤や吸着剤に無い優れた特性があり、将来の技術とし
て高い評価が与えられる。

次に、上記実験各実験を踏まえ、可溶性シリカの溶出に
関する実験を行なった。これは、可溶性シリカと可溶性
アルミナ（又は可溶性鉄或いはその両者）を共有する資
材を汚水中に浸漬し、物理的に強制溶出を行い、溶出す
るシリカ及びアルミナ（又は鉄或いはその両者）によっ
て、モノマコシリカー重合−粒子成長一集合一ゲル化反
応を起こさせて、汚水中の汚濁物質の抽出・凝集を行わ
せる実験を行ない、その有効性を確認した（実験４、実
験５）。

更に、可溶性シリカ及び可溶性アルミナを共有する資材
を用い化学的に強制溶出して、極めて高濃度の熔解性シ
リカ−溶解性アルミナを含有する溶液を作成した。そし
て、この溶液の少量（比）を汚水中に拡散して、微酸性
領域（特に、ｐ１１５〜６近辺が好ましい）でシリカ重
合−ゲル化反応を進行させて、汚水中の汚濁物質の抽出
・凝集を行わせる実験を行ない、その有効性を確認した
（実験６）。

尚、本発明において水中混在物とは、Ｚｎ、Ｐｂ、、Ａ
ｓ等の金属陽イオン、Ｃａ　＋２等のアルカリ土類金属
イオン、ｐ−３等一部の陰イオン等の溶解イオン類や、
有機、無機の微粒子、バクテリア、藻等の浮遊物質（Ｓ
Ｓ）を言う。

また、抽出とは熔解イオン類をシリカと結合させて一体
的に重合−ゲル化させることを言い、凝集とは水中の浮
遊物質をシリカに吸着させて一体的に重合−ゲル化させ
ることを言い、これらの結果これらの水中混在物が水と
分離される。

可溶性シリカや可溶性アルミナを共有する資材からこれ
らを強制溶出させる物理的手段とは、機械的衝撃（攪拌
、曝気、水流等）、超音波、磁気或いはこれらの複合を
言い、化学的手段とは塩酸、硫酸等の強酸による溶出を
言う。

本発明において重合−ゲル化反応を促進させる好ましい
Ｐ　Ｈの範囲は、３．５〜６６５、特に反応が急速に起
こる範囲は、／ｌ約添加の場合４〜６、Ｆｅ＋３添加の
場合はそれより幾分低く３．５〜６程度である。反応液
がこの範囲から逸脱すれば、ＯＨ−又はＨ十を与えて調
整することが好ましい。

また、Ａ　、１　＋３やＦｅ＋３は熔解シリカ含有水中
に極微量存在しても反応をそれなりに促進させる。

被処理水中の熔解シリカ濃度や溶解イオン類・夾雑物の
濃度、水中混在物の除去の程度等によっては、０．５〜
１　ｐｐｍ程度でも十分な目的を達する。

。一方、シリカ（Ｓｉ０２）は岩石中に無尽蔵に存在し
、また鉱滓中にも多量に含まれている。しかし、本発明
において用いうるシリカは可溶性のもの、即ちクリスト
バライトやトリジマイトに限られる。石英は、難溶であ
り利用出来ない。これは、石英が極めて安定な構造であ
るのに対し、クリストバライトやトリジマイトが準安定
状態にあることによる。

クリストバライトやトリジマイトを多く含有する岩石（
鉱物）としては、ホウケイ石（クリストバル石）、オパ
ール石、珪石、等がある。また、ゼオライトも幾分クリ
ストバライトを含有している。これらクリストバライト
、トリジマイトやアルミナ珪酸含水塩を主成分とする鉱
物は、その中に可溶性アルミナも含んでおり、そのまま
本発明に用いることができる。これらの鉱物は、水との
接触面積を広くするため破砕して用いるとよい。

また、鉱滓特に肥料用水滓粉（高炉水滓）には、かなり
の量のシリカ（クリストバライト型）やアルミナ（ＡＩ
！２０３）が含まれている。従って、これを強酸で処理
すれば、可溶性シリカ及び可溶性アルミナが極めて高濃
度で溶出する。

尚、本発明で可溶性シリカとは、鉱物等に含まれている
水系で溶出可能なシリカ（Ｓｉ０２）即ちクリストバラ
イトやトリジマイトを言い、溶解シリカとは水中でＯＨ
−と結合したものを言う。

但し、後述する実験結果中での溶解シリカの濃度は、Ｓ
ｉとして測定したものを５ｉ０２換算で示したものであ
る。

［作用］ 汚水・排水その他熔解イオン頬や浮遊物質を水から分離
除去したい水系中に、モノマーシリカ（熔解シリカ・溶
解珪酸）と、Ａβ１３、Ｆｅ＋３又はその両方のイオン
を共存させてモノマーシリカの重合及びゲル化を促進さ
せ、その過程中において熔解イオン類や浮遊物質をシリ
カと結合或いは吸着させて水中混在物の抽出・凝集を行
わせる。ＯＨ−を加えて最適ＰＨ（ｐＨ４〜６程度）に
調整すると、更に反応が良好に促進される。

被処理水中に、可溶性シリカと可溶性アルミナ（又は可
溶性鉄、或いは両者）を含有する資材を浸漬し、物理的
手段を用いて可溶性シリカと可溶性アルミナ（又は可溶
性鉄、或いは両者）を強制溶出させ、該溶出させたモノ
マーシリカの重合及びゲル化を促進させ、その過程中に
おいて熔解イオン類や浮遊物質を熔解シリカと結合或い
は吸着させて水中混在物の抽出・凝集を行わせる。或い
は、該資材から化学的手段（強酸処理）を用いて極めて
高濃度の熔解シリカ−アルミナ（又は鉄、或いは両者）
溶液を作り、これを被処理水中に添加分散させ、該添加
したモノマーシリカの重合及びゲル化を促進させ、その
過程中において熔解イオン類や浮遊物質をシリカと結合
或いは吸着させて水中混在物の抽出・凝集を行わせる。

［実験］ 次に、本発明の拠所となる実験の方法及び結果について
詳細に説明する。

実験１　　　　シ１カ　執　の 高濃度の熔解シリカ含有水（Ｓｏｌ、　Ｓ　ｉ　Ｏ２と
して１１００ｐｐ以上）中では、経時的にシリカの重合
−ゲル化が進行する。特に、８０℃以上の高温、常圧下
では、この反応が急速に進行する。

本実験では、２つの試料（Ａ、Ｂ）について地下（高圧
下）より汲上げた直後、２４時間経過後、及び３０日経
過後の熔解シリカ濃度（ｐｐｍ　）を測定（原子吸光光
度法）してその挙動を調査した。

測定結果を表−１に示す。また、第１図ｆａｔにＰＨの
変化、第１図（ｂｌに熔解シリカ（Ｓｏｌ、Ｓ　ｉ　０
２　）の変化を夫々示す。

表−１ 実験ｌから明らかなように、経時的に常温下でも・モノ
マーシリカの正合−ゲル化が進行する。但しその速度は
極めて緩慢で、この程度の反応速度ではこれを水処理に
応用することは困難である。

溶解シリカはＰＨ２以上でＯＨ−量に比例する動きをす
ると言われている。ここでは、種類の異なる地熱水のＯ
Ｈ−をＨｃ７！とＮ　ａ　ＯＨを用いてコントロールし
、熔解シリカの動きを調査した（測定は原子吸光光度法
による）。

その結果、第２図に示す如く汲上時のＰＨが６以下（Ａ
　＃１．ｐＨ３，９）の場合にはＰＨの上昇（ＯＨ−の
増加）に伴って熔解シリカの量が減少する（即ち重合−
ゲル化が進行する）のに対し、汲上時のＰ　Ｈが７以上
（Ｂ液ｐ８７．７　）の場合には逆にＰＨの上昇に伴っ
て熔解シリカの量が増大している。

このことから、ＰＨが低い即ち酸性水の場合には、ＯＨ
−を添加することによりシリカの重合−ゲル化現象を利
用して水中混在物を抽出・凝集することが出来る。しか
し、もともとのＰＨが高い（７以上）場合にはＯＨ−を
添加しても熔解シリカの量は減少せず、本発明に利用で
きない。

（３−１） 地下熱水中には、シリカ分が大量に熔解していることが
多い。そこで、汲み上げた地下熱水に種々なイオン等を
添加し、熔解シリカの重合−ゲル化に伴って熔解イオン
等が如何なる挙動を示すかを調査した。尚、測定は全て
ＪＩＳ−に−ｎ法によった。

まず、シリカ濃度８３０ｐｐｍの地下熱水（Ａ）とシリ
カ濃度５９０ｐｐｍの地下熱水（Ｂ）を汲み上げ、夫々
にＰ　（５０ｐｐｍ　）　、Ｚｎ　（１０ｐｐｍ　）、
ｐｂ（１０ｐｐｍ）及びＡｓ　　（ｔｏρρＩＩＩ）相
当量を添加し、供試料（試料液Ａ及び試料液Ｂ）とした
。

尚、各試料液とも、Ａｊ２”３及びＦｅ’は不検出（＜
０．１　ｐｐｍ　）であった。また、試料液Ａには溶解
カルシウムが２７１　ｐｐｍとＳＳ分（重合５ｉ０２微
粒子）が３５ｐｐｍ含まれており、試料液Ｂには熔解カ
ルシウム１６ｐｐｍとＳＳ分（重合Ｓ　ｉ　０２微粒子
）が微ｆＭ　（＜　ｉｐｐｍ　）含まれていた。これら
の値は、表−２及び第３図中■の欄に示す。

この試料液を２４時間静置したもの（無処理）について
の各測定値（■）は、前記■のものと殆ど変わらなかっ
た。

一方、得られた試料液ＡにＡ／’２ｐｐｍ相当量、試料
液ＢにＦｅ＋３２ｐｐｍ相当量を夫々添加攪拌し、その
まま６０分間静置して沈澱の生成と熟成・沈降を行い、
熔解イオン及び浮遊物質の動きを調査した。驚いたこと
に、各試料液はＡ７！”３或いはＦｅ＊３添加後、沈澱
の生成とともに著しいＰＨ低下を示した（測定値■）。

続いて、これらの液にｌＮ−ＮａＯＨを滴下してｐｌ＋
６．５付近に調整して沈澱生成を行い、６０分静置後、
水中イオンの動きを調査した。沈澱はさらに進行した（
測定値■）。また、■に沈澱物中表　−２＋ａｌ　　（
１！”３添）１０表 ２（ｂｌ　　（Ｆｅ”添加） の各項目の測定値、■に除去率（■に対する■の平均値
の割合）を示す。

以上の実験結果を、表−２（ａ）　（Ａ　Ｉ！”３添加
の場合）及び表−２（ｂ）（Ｆｅ＋３添加の場合）、及
び第３図（ａｌ〜（Ｃ）に示す。第３図（ａ）は熔解シ
リカと↑・Ｐの濃度変化、同図ｆｂ）はＰＨと熔解カル
シウム及びＺｎの濃度の変化、同図（Ｃ）はＰｂとＡｓ
及びＳＳの濃度変化をそれぞれ示す。

尚、熔解カルシウムは地下熱水中に元々存在したもので
あり、これが熔解シリカの重合−ゲル化に伴って減少し
ていることが判る。通常カルシウムは高いＰＨ領領域し
か沈澱除去されないことから見て、本発明の特異性がよ
く示れている。また本実験によるＳＳは、重合Ｓ　ｉ　
Ｏ２の微粒子であり、元々地下熱水中に含まれていたも
のが、２４時間放置により増加したものである。このＳ
Ｓが、Ａ　／　＋３添加により大幅に減少したことが判
る。

上記データの通り、極めて高い抽出・凝集効果を確認し
た。また、Ａ　Ｉ　＋３、Ｆｅりを添加することにより
、烈しいＰＨ低下を示した。尚、Ａｌ”３としてＰＡＣ
，、Ｆｅ１２としてポリ鉄を使用したが、それらにより
供給されるＨ＋ｚを遥かに越えるＰ１１低下を示した。

更に、大量のシリカゲル沈澱を生成するとともに、水中
陽イオンやｐ−３を抽出・凝集した。また、ＯＨ−供給
により、−層この反応が促進されることを確認した。

（４−１）ホウケイ石溶出処理による直接処理実験（物
理的強制溶出利用）。

品位の異なるホウケイ石を８〜２０ｍｍ粒程度に整粒し
て実験に供した。

品位の異なる各ホウケイ石を５０ｇ秤量して２００ｍｔ
平型ポリビーカーに入れ、水を加えて十分に吸水させ、
攪拌しても濁りを生じなくなるまで十分に洗浄する。こ
れに、試験水（雑排水４Ｉ！＋水道水１６　ｌ＋Ｐ−３
１０ｐｐｍ相当量添加）１００ｍｌを加えて超音波槽（
５０〜２５ＫＨｚ）に入れ、超音波振動を与えて溶出を
行わせた。尚、この試験水の当初のＰＨは７．３７、熔
解シリカ濃度は１゜３５ｐｐｍ、溶解アルミナ濃度は＜
０．ｌｐｐｍ　　（不検出）、Ｔ−ＰＪ度はｌ　１．７
５ｐｐｍ　、溶解Ｃａは２２．２ｐｐｍ　、　Ｓ　Ｓ成
分としてのバクテリア（大腸菌群）は２７　＋　０００
　ｎ　／　ｍｌであった。

振動開始・から経時的（３０分後、６０分後、１２０分
後及び１８０分後）に浸漬水をサンプリングし、乾燥Ｎ
　ｏ　２濾紙で沈澱を濾別した濾過水について測定を行
い、溶出挙動、脱Ｐ、脱Ｃａ、脱ＳＳの挙動を調査した
。

この比較として、上記各ホウケイ石の内シリカとアルミ
ナの溶出が多い品種（１，４，７，８）について、上記
試験水に１６時間浸漬して静置しておいた浸漬水の濾過
水についても同様に溶出挙動、脱Ｐ、脱Ｃａの挙動を調
査した。測定結果を夫々表−３（ａ）及び第４図（ａ）
〜（Ｃ１に示す。尚、第４図（ａ）は熔解シリカ、同図
（ｂｌは熔解アルミナ、同図（Ｃ１はＴ−Ｐの濃度変化
を示す。また、測定は全てＪ　Ｉ　Ｓ−に法によった。

実験結果から、超音波溶出によってホウケイ石表　−３
（ａ）　　低時的溶出） から可溶性シリカ、可溶性アルミナの溶出が行なわれ、
経時的にシリカ重合−ゲル化の進行があったことが認め
られる。それと共に、ｐ−３、ＳＳ成分が共沈したごと
も認められた。これらの効果は、シリカとアルミナの溶
出量の多いホウケイ石はど高いことも判明した。

また、超音波により溶出が大きく促進されることも併せ
て確認された。

（４−２） 上記各ホウケイ石の内シリカとアルミナの溶出が多いホ
ウケイ石（Ｎｏｌ、４．７．８）について、別途それぞ
れの５０ｇを２００ｇの蒸留水に入れて６０分超音波溶
出を行い、全溶解量（熔解量＋沈澱量）及び残留熔解量
（５Ｂ濾紙で濾過した濾液中の濃度）をそれぞれ分析し
た。

測定結果を、表−３（ｂ）及び第４図（ａ）〜（Ｃ）に
示すが、この場合数に溶出したモノマーシリカが大量に
沈澱物となることを示す。また、ホ゛ウケイ石から溶出
したＣ　ａ　’もシリカの沈澱に吸着され、大量に水中
より抽出分離されることが判明した。

表 ４（ｂ） （再現性：６０分溶出） （全溶出量の調布 （再現性：３０分溶出） 表−４の試験水は、表、 ３−餉ンのものと同し く再現性：１２０分溶出） （４−３） 超音波溶出を行なった場合の溶出挙動と脱リン挙動を調
査するために、Ｎｏｌ、４．７及び８のホウケイ石と実
験４−１で用いた試験水を同じ割合で用いて、ホウケイ
石毎の脱リン挙動に安定性が見られるまで継続して繰り
返し処理を行なった。

実験結果を、表−４（ａ）　〜（Ｃ１及び第５図ｆａｔ
　〜（Ｃ）に示ず。尚、本実験では繰り返し６回まで行
なったが、４回目以降でその挙動に安定（頃向が見られ
た。

また、本実験では３０分（表−４（ａ）、第５図（ａ）
）、６０分（表−４（ｂ）、第５図（ｂ））及び１２０
分く表４（Ｃ）、第５図（Ｃ））の処理時間毎に調査し
たが、何れの水準においても同様の安定１頃向が見られ
た。

試験方法は前記と同様で、濾過水中の熔解シリカ熔解ア
ルミナ、熔解カルシウム（６０分溶出と１２０分溶出の
３回目のみ）、Ｔ−Ｐ及びＰＨを測定した。但し３０分
溶出ではＴ−Ｐのみ測定した。

このように溶出挙動及び抽出・凝集能が安定的に行なわ
れるのは、用いる鉱物が多孔質であり、主成分がクリス
トバライトやトリジマイト、副成分が可溶性アルミナで
あることによる。また、物理的強制溶出手段は、超音波
振動の他磁気共振、機械的攪拌等如何なる方法であって
も可能である。

実験５　その白の　　　　　°〜　について（５−１）
　　磁気共振を利用した溶出実験１βのビーカーにホウ
ケイ石４００ｇ及び蒸溜水４００ｍＬＬを入れ、これを
３３０ガウス、１５０ガウスの強度を持つマクネチソク
スクーラー上に置き、モーターを回転させて水平方向に
平均した磁場を与え、経時的にサンプリングを行い、Ｐ
Ｈを測定した。また、これと並行して磁場を与えない空
実験を行い、磁場共振による強制溶出が有効なことを確
認した。（ホウケイ石粒度は５〜１５ｍｍ粒を使用した
。） （５−２）　　機械的溶出実験 ステンレス金網で作ったドラム（９０ｍｍφ×２５０ｍ
ｍＬ）に、ホウケイ石５００ｇ（８〜２ｍｍ粒）を入れ
、これを１００ｍｍφの半円筒状水槽に浸して、Ｉ　Ｒ
／　ｍ　ｉ　ｎでゆっくり回転させ、表 ５　　囲気・機械的溶出） 表 ６　　＠溶出） 経時的にＰＨを測定して機械的強制溶出の有効性を確認
した。

両実験結果を、表−５及び第６図に示す。本実験におい
て、ＰＨの動きを指標としたのは、以下の理由による。

即ち、ホウケイ石はＳ　ｉ　Ｏ２を主成分とし、副成分
としてＡｊ！２０３を持つ。そしてこれらの溶出が起き
ると、先に述べた通り、 （Ｓ　ｉＯＨ）ｍ　＋Ａｅ＋３＝ （−３ｉ　ＯＨ）　ｍ−ｎ　　・（−３ｉ　Ｏ）ｒ、Ａ
Ｉ！＋３＋ｎ　Ｈ”の反応によりＨ＋が生成する。よっ
て、溶出−反応の程度に比例して、ＰＨが低下する。

簾 肥料用水滓粉（高炉水滓）を酸溶解して高濃度の熔解シ
リカ−アルミナ溶液を作成し、この少量を生活雑排水に
混合して抽出・凝集効果を確認した。

水滓粉２ｇを秤取し、２０　ｏ　ｍｌポリビーカーに移
し入れ、これにＨ２５Ｏ４（１：　９）　１００１１）
化を加えて超音波槽に入れ、熔解する。この場合、若干
の不熔解残渣（石英）があるが、実験にはその上澄液を
用いた。この上澄液成分はｐＨ１，３で、溶解シリカ６
２００ｐｐｍ、熔解アルミナ２５５０ｐｐｍ　、熔解カ
ルシウム７３００ｐｐｍをそれぞれ含有している。

生活排水１１をビーカーに取り、上記上澄液（熔解シリ
カ−アルミナ液）２Ｉルを加え（５００倍希釈）、１０
分間、６０Ｒ／分で攪拌し、６０分静置して沈澱の熟成
と沈澱を行わせて、水中汚濁物質の抽出・凝集を行わせ
た。また、比較例としてＰＡＣ５０ｐｐｍに相当（上澄
液２ｍ１Ａｅ２Ｑ３に相当）を添加して並行テストした
。実験結果を、表−６及び第７図ｆａｎ（ＰＨ及びＴ−
Ｐ）及び第７図（ｂ）　（ＣＯＤ、　Ｔ　−Ｎ及びＮ　
Ｈ４）に示す。

その結果、Ａｌ２Ｏ３単味（ＰＡＣ）添加に比較して、
熔解シリカ−アルミナ液添加は、極めて有効であった。

これは、熔解シリカの特殊なイオン反応や七ノマーー重
合−集合−ゲル化と進行するシリカ挙動が、溶解物質の
抽出・凝集に大きく関与することを示している。

但し、熔解シリカ−熔解アルミナ系水溶液は、熔解シリ
カのＨ＋、ＯＨ−供与による重合進行の平衡点と見られ
るｐＨ２，０に維持しても、シリカ重合−ゲル化は進行
して凝固に到る。また、ｐＨ１，１に調整した場合は無
水シリカの沈降が進行した。

よって、本溶液の長期保存は困難であった。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明は溶解シリカを含む水系中
にＡＩ＋３、又はＦｅ＋３或いはその両者を共存させて
溶解シリカの重合及びゲル化を促進させ、その過程中に
おいて熔解イオン類をシリカと結合させるとともに浮遊
物質をシリカ沈澱に吸着させることにより水と分離する
ものである。また、可溶性シリカや可溶性アルミナ等を
含む資材から物理的或いは化学的手段を用いて溶出させ
た熔解シリカと溶解アルミナ或いは溶解鉄を用いて熔解
シリカの重合−ゲル化をなさしめるものである。

従って、 １、熔解イオン類や浮遊物質を直接結合或いは吸着させ
つつゲル化させるので、−次、二次或いは三次処理の工
程が不要であり、装置や操作が簡単になり、設備費、管
理の手間やコストが大幅に減少する。

２　特に、従来処理困難とされていたリンの除去が確実
に行なわれる。

３、処理可能な対象水は、重金属イオンや溶解塩類を含
む化学工場や鉱業施設からの排水、生活排水や農業排水
、養魚池排水等各種の排水、更には硬水など極めて広範
囲であり、しかも略同様の方法で対処しうるため応用範
囲が広い。

４、用いる資材は、ホウケイ石等の鉱物や高炉水滓等安
価でしかも大量入手可能なものであり、且つ必要成分は
物理的或いは化学的手段で容易確実に溶出できるため、
極めて低コストである。

また、農業排水等大量な被処理水の処理も容易に行える
。

５、吸着剤、凝集剤、中和剤等を用いる化学処理、、や
生物処理をする必要がないため、二次的汚濁物質が水系
中に混入しない。また、スラッジの発生も少量であり、
これらに要する費用や手間が大幅に削減できる。

６、従来のＰＡＣ，ばん上等アルミナ系や鉄系等の凝集
剤の場合と比較して、ＡＩ当量、Ｆｅ当量をはるかに越
える脱リン現象を生じ、またアルカリ処理では沈澱分離
できない微量の金属イオンを除去したり、微酸性水溶液
中では沈澱しにくいＣａ＋２を沈澱除去したりすること
が可能である。

７、ゲル化したものは、沈澱分離或いは砂濾過等で容易
に水と分離でき、後処理が極めて簡単である。ゲル化物
は二次公害源にならず、場合によってはそのまま土壌改
良剤として用いられるし埋め立ててもよく、後処理の手
間やコストがかからない。

など、優れた利点を多々有する極めて有意義なものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は高濃度シリカ含有地熱水のＰＨの経時変
化を示すグラフ、同図（ｂ）は同じく熔解シリカ濃度の
変化を示すグラフ、第２図は地熱水のＰＨと熔解シリカ
の溶解度との関係を示すグラフ、第３図（ａｌは地下熱
水にＡ１°３或いはＦｅすを加えた場合の熔解シリカと
Ｔ−Ｐの濃度変化、同図ｆｉｌｌは同じ＜ＰＨとカルシ
ウム及びＺｎの濃度の変化、同図（Ｃ１は同じ＜ｐｂと
Ａｓ及びＳＳの濃度変化をそれぞれ示すグラフ、第４図
（ａ）はホウケイ石を浸漬して静置及び超音波振動を賦
与して溶出した熔解シリカの濃度変化、同図ｆｂ）は同
じく熔解アルミナの濃度変化、′同図（Ｃ１は同じ＜Ｔ
−Ｐの濃度変化をそれぞれ示すグラフ、第５図は超音波
で成分を溶出したホウケイ石浸漬水の脱リン挙動の繰り
返し処理のグラフで同図（ａ）は３０分処理、同図（ｂ
ｌは６０分、同図（Ｃ）は１２０分の繰り返し処理を示
し、第６図は磁石共振と機械的衝撃で成分を溶出させた
ホウケイ石浸漬水のＰＨ変化を示すグラフ、第７図Ｔａ
ｌは高濃度シリカ−アルミナ溶液を被処理水中に拡散し
た場合のｐ　ｒｒ及び熔解シリカ濃度の変化を示すグラ
フ、同図山）は同じ＜ＣＯＤ、Ｔ−Ｎ及びＮＨ４１度の
変化を示すグラフである。 第１回 （ａ） （ｂ） 蒸２回 ３　４　５　６　７　８　９　１０　　Ｉ＋　　１２ｎ ５２３− ８８ ε　０ α　　２ 第６回 叢７回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、モノマーシリカを含む水系中にＡｌ＾＋＾３及び／
   又はＦｅ＾＋＾３のイオンを共存させてモノマーシリカ
   の重合及びゲル化を促進させ、その過程中において溶解
   イオン類をシリカと結合させるとともに浮遊物質をシリ
   カ沈澱に吸着させることを特徴とする水中混在物の抽出
   ・凝集方法。 ２、ＰＨが低下した段階で、ＯＨ＾−を添加して近中性
   微酸性にして更に重合を促進するものである請求項１記
   載の水中混在物の抽出・凝集方法。 ３、モノマーシリカを含む酸性水系中にＯＨ＾−を添加
   して微酸性にすることによりモノマーシリカの重合及び
   ゲル化を促進させ、その過程中において熔解イオン類や
   浮遊物質をシリカと結合或いは吸着させることを特徴と
   する水中混在物の抽出・凝集方法。 ４、可溶性シリカと可溶性アルミナ及び／又は可溶性鉄
   を含有する資材に水中で物理的手段を用いて可溶性シリ
   カと可溶性アルミナ及び／又は可溶性鉄を強制溶出させ
   、該溶出させたモノマーシリカの重合・ゲル化反応を進
   行させる過程中において溶解イオン類や浮遊物質をシリ
   カと結合或いは吸着させることを特徴とする水中混在物
   の抽出・凝集方法。 ５、可溶性シリカと可溶性アルミナ及び／又は可溶性鉄
   を含有する資材から、化学的手段で可溶性シリカと可溶
   性アルミナ及び／又は可溶性鉄を強制溶出させて極めて
   高濃度の溶解シリカ−アルミナ及び／又は鉄含有溶液を
   作成し、該溶液を比較的速やかに水中に拡散し微酸性下
   でモノマーシリカの重合・ゲル化反応を行わせ、水中の
   熔解イオン類や浮遊物質をシリカと結合或いは吸着させ
   ることを特徴とする水中混在物の抽出・凝集方法。